МЭМС

Описание решения и конечных устройств

Микроэлектромеханические системы (МЭМС) — это устройства, объединяющие взаимосвязанные механические и электрические компоненты микронных размеров, изготовленные с использованием технологий микрообработки.

МЭМС-устройства состоят из механических элементов (подвижные массы, мембраны, кантилеверы, зеркальца), датчиков, электроники, приводов (актюаторов) и устройств микроэлектроники, расположенных на общей полупроводниковой подложке, чаще всего кремниевой.

Ключевая особенность МЭМС в том, что в устройстве обязательно присутствует механическая функция: электрический сигнал преобразуется в механическое движение (актюаторы), либо механическое воздействие преобразуется в электрический сигнал (сенсоры).

Внешний вид устройств

Технологический маршрут

Тщательная очистка кремниевых подложек от органических и ионных загрязнений. Удаление нативного оксида, активация поверхности. Качество очистки критически важно для последующей адгезии пленок и эпитаксиального роста.

Фотолитография

Формирование защитной маски для последующего травления или осаждения материалов. Для МЭМС характерно использование толстых фоторезистов (до 10-20 мкм) при формировании глубоких структур. Точность совмещения слоев критична для многослойных структур.

Травление

Установка жидкостной химической обработки


Установка реактивно-ионного травления


Установка глубокого травления кремния

Изотропное или анизотропное травление кремния и диэлектриков в химических растворах. Анизотропное травление (KOH, TMAH) позволяет формировать V-образные канавки с ориентацией по кристаллографическим плоскостям. Анизотропное сухое травление с высоким аспектным соотношением. DRIE используется для создания сквозных отверстий, глубоких канавок, разделения структур.

Формирование жертвенных слоев и освобождение подвижных структур

Установка жидкостного травления (Wet Bench)



Установка плазмохимического травления

Ключевой этап поверхностной микромеханики. Жертвенный слой (обычно оксид кремния SiO₂) селективно удаляется, освобождая подвижные элементы (мембраны, кантилеверы, доказательные массы), которые остаются закрепленными только в определенных точках. Для предотвращения слипания (stiction) используется сухое травление.

Металлизация

Установка магнетронного распыления

Формирование контактных площадок, межсоединений, электродов для емкостных датчиков. Для МЭМС характерно использование толстых слоев металла для снижения сопротивления и обеспечения надежности механического контакта. Используются адгезионные подслои (Ti, Cr) и проводящие слои (Au, Al, Cu).