MEMS器件是利用微细加工工艺实现的可以将力、热、电、磁、光等多种物理量转化为电学信号输出的传感器,按照其工作原理的不同,其形式与结构也具有较大差异。需要针对独特结构的器件进行其专属工艺的开发,甚至器件开发中所需的设备和工艺也千差万别,从而使得产品开发周期过长,成本过高。据市场研究机构Yole Development的市场调研统计报告指出,MEMS产品的市场份额以年均13%的速度增长。但传感器的平均研发周期长达10年,而从研发到大规模商业化应用则要经历27年之久。逐步增长的市场需求与高成本、长周期的现状形成了一对亟待解决的矛盾。
为了简化MEMS器件开发工艺、降低成本、缩短传感器从研发到面市的周期,中科院微电子所先导中心MEMS技术团队在8英寸CMOS工艺线上开发出一套可满足多种MEMS器件加工的标准工艺平台技术。通过制定统一的设计规则与工艺规范,该技术平台允许在同一套版图中分别设计多个不同种类MEMS器件,并在同一次流片中完成制造,从而方便客户采用MPW的方式开展低成本的新产品研制。该技术有悬臂梁中无残留应力,工艺均匀性好等优点。该工艺平台可提供为监控制程中的各关键步骤设计的PCM测试结构和针对流程中各工序的统一的设计规则。
图1 MPW MEMS器件示意图
其中,图1中A、B、C代表三种结构类似的三种传感器,传统的流片研发方式是分别进行工艺开发,MPW则是将多个芯片在同一晶圆上利用相同工艺流程实现结构制作。
表1.列出了MEMS工艺平台所能对外提供的标准工艺模块服务能力。表2.列出了标准MEMS工艺制程中核心步骤的关键指标。
表1.MEMS标准工艺模块服务能力
表2.标准制程核心指标
MEMS器件及系统中心