传感器工艺:MEMS传感器的八大工艺问题

2021/11/09 22:55 · 传感器知识资讯 ·  · 传感器工艺:MEMS传感器的八大工艺问题已关闭评论
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传感器工艺:MEMS传感器的八大工艺问题当研发一种新的传感器制造工艺时,最初的几片晶圆通常不会量产可工作的器件。根据工艺的复杂性和创新性,将需要几个星期、几个月甚至几年的时间去得到为数不多的好芯片。怎样才能使传感器工艺研发进度更加高效呢?个人建议,花点时间和精力去仔细检查所有工艺步骤。听起来似乎很简单,但往往检查部分是被忽略的。

传感器工艺:MEMS传感器的八大工艺问题  第1张

传感器工艺:MEMS传感器的八大工艺问题

当研发一种新的传感器制造工艺时,最初的几片晶圆通常不会量产可工作的器件。根据工艺的复杂性和创新性,将需要几个星期、几个月甚至几年的时间去得到为数不多的好芯片。
怎样才能使传感器工艺研发进度更加高效呢?个人建议,花点时间和精力去仔细检查所有工艺步骤。听起来似乎很简单,但往往检查部分是被忽略的。在某些情况下,即使在所有结构都是错误的情况下人们还在继续处理晶圆。同样,您可能认为已经制造出能工作的器件,但是经过切片、胶合、键合后,发现没有一个芯片能正常工作。
在一台光学显微镜下,许多制造步骤都可以简单地被观察,通常只需要几分钟来帮助确定传感器制造问题。然而,最难的是显微镜也不能帮助确定的问题。以下所列举的是光学显微镜镜头之外的八大问题,针对每个问题,给出针对性的检查方法。
1. 不精确的传感器结构层厚
许多工艺方法(如物理气相沉积法、化学气相沉积法或电镀法)都会依赖沉积材料来构建机械结构或电子元件,而光学显微镜看不到的材料层的厚度对于性能影响相当重要。
常见的检查方法/设备:
- 轮廓仪
- 椭圆仪
- 切割晶圆,通过扫描电子显微镜观察(破坏性的测试)
- 基于探针的微机械测试
2. 边墙形貌(sidewall profile)不佳
微结构的边墙对器件性能有很大程度上的影响。通过光学显微镜看结构,所看到的边墙不是很好。特别是,刻蚀不足和沟槽通常是看不见的。然而,这些几何形变会明显改变弹簧和柔性板的机械性能。
常见的检查方法/设备:
- 切割晶圆,通过扫描电子显微镜观察(破坏性的测试)
- 基于探针的微机械测试
3. 粘附力问题
传感器结构内层与层之间的粘附力可能很微小,光学显微镜也许会看到分层迹象,但微小的粘结层是观察不到的。
常见的检查方法/设备:
- 声学显微镜
- 基于探针的微机械测试(破坏性的测试)
4. 内应力和应力梯度
内部应力是使用薄膜常见的问题。在生产过程中产生的应力会导致器件良率和性能降低,以及淀积膜的分层和开裂。
常见的检查方法/设备:
- 光学晶圆曲面测量
- 结合显微镜或白光干涉测厚仪测试晶圆结构
- 基于探针的微机械测试晶圆结构
5. 裂纹
大多数裂纹都可以在光学显微镜下看到,但是,在某些情况下,由于分辨率的局限性,细的“发际线”裂缝是不可见的。
常见的检查方法/设备:
- 探针台电性测试
- 声学显微镜
- 基于探针的微机械测试
6. 失败的释放工艺
所谓释放工艺,通常是为了形成器件中可动的机械部分,通过对连接机械部分到基底的材料进行不完全刻蚀来实现。当释放失败时,重要的是找到大部分释放结构释放成功而锚点没有释放好的区域。
常见的检查方法/设备:
- 单芯片器件层或结构测试(破坏性测试)(Break-off device layer of a single chip or a test structure)
- 基于探针的微机械测试
7. 粘滞作用
像悬臂梁、薄膜、梭形阀这些机械结构可能由于结构的释放会和底层基板粘连,导致器件永久性失效。如果传感器结构和衬底之间的距离非常小,那么通过显微镜观察曲率是不可见的。如果您想要好芯片,恐怕只有在封测环节来挑选了。
常见的检查方法/设备:
- 探针台电性测试(如电容传感器)
- 基于探针的微机械测试
8. 不精确的材料特性
新型材料在传感器器件已经显示其巨大的潜力。但是,薄膜材料比本体材料更能展示出不同的特性。尤其使用聚合物时,如杨氏模量、线性度、磁滞现象等机械性能严重依赖于工艺参数。不精确或者是不理想的材料特性可能会降低器件性能,甚至导致器件失效。

传感器工艺:传感器制造工艺有哪些分类

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传感器工艺:传感器加工工艺流程

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传感器工艺:MEMS传感器的八大工艺问题  第2张

传感器工艺:传感器的制作工艺

1、以注塑方法,成型传感器本体;
2、将带有感应头的电路板安装在传感器本体上,并通过焊锡进行焊接;
3、盖上保护罩,通过卡扣及加密封胶工艺将感应头固定安装在传感器本体上。应用本制造工艺,由于注塑过程和电路板安装过程是分开进行的,因而避免了现有技术中,在注塑过程中因温度高而损坏电路器件的现象。
  由于材料科学的发展,一系列无机非金属材料被用来制造传感器,因为它们的一些性质,例如耐高温性、抗腐蚀能力、耐磨损等,对传感器具有实用价值。
沧正压力传感器CAZP-102
压力传感器
  陶瓷传感器
  传感器选用陶瓷材料是因为陶瓷材料具有下述性质:
   相对而言,通过控制它的成分和烧结条件等手段,陶瓷的微观结构比较容易调节。微观结构对陶瓷的所有特性都有重大影响,包括它们的电学、磁性、光学、热学和机械性能。
   由于陶瓷材料的耐高温和抗恶劣环境影响能力很强,所以常常将它们用于高温环境下的处理过程。
   陶瓷主要是由价格便宜的材料制备而成的,这就是说用它生产的传感器价格也将比较低廉。
  陶瓷的结构特性是和下列因素密切相关的:晶粒(块体),分隔相邻晶粒的表面(晶粒间界),分隔晶粒表面和空间的界面,以及结构中的孔隙。由于这些各不相同的特性,既可利用陶瓷块体,也可利用陶瓷表面的性质来制造传感器。
  目前已用于传感器制备的陶瓷材料有以下几类:
   基于利用其晶粒物理特性的材料。
   基于利用其晶粒间界性质的材料。
   基于利用其表面特性的陶瓷材料。
  有时,无法严格地将某些陶瓷材料归入任何上述类型,因为传感器的工作是基于不止一种的、而是多种特性的综合效应。表1.4示出了按照所利用的材料属性进行的陶瓷传感器分类。一类是在其工作过程中利用陶瓷块体性质的陶瓷传感器,这类传感器具有材料物理性质的特征——介质,压电体,磁性或半导体。在这些传感器中已经达到的材料特性水准已接近单晶材料所具有的特性水准。

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