MUMPs工艺加速MEMS产品研发
2013-03-10 18:27:29   来源：微迷   评论：0   点击：

引言

制造技术是将设计转化为物理器件的关键，一个MEMS设计转化为物理器件会涉及数十道加工步骤，MEMS加工源于集成电路工艺，可以分享很多共同的加工步骤和设备，例如薄膜生长的沉积技术，扩散和注入技术，干法和湿法腐蚀，光刻，金属化等。但由于MEMS器件往往具有微型的机械结构，需要采用特殊的工艺和设备，如LIGA工艺、晶圆键合等，生产设备以及相关配套设施投入成本巨大，因此需要MEMS代工厂为初创设计公司提供完善的制造服务。

享誉世界的MEMSCAP MUMPs（多用户共享MEMS 工艺）是一种成熟的MEMS工艺商业模式。自1992年起一直稳定的运作，至今已经完成了80多个完整工艺，为数百个客户提供制造服务。MEMS新产品的开发一般需要经历需求分析，样品开发，优化，成果转化，量产几个过程，采用MUMPs模式，用户可以根据标准结构和工艺流程来定义新产品的模型，以最小的优化次数完成从实验室到批量生产的转化，从而大幅的节约开发成本，降低风险。

多用户设计共享的MUMPs晶圆

罕王微电子（辽宁）有限公司（以下简称罕王微电子）作为MEMSCAP中国区的合作伙伴，将为客户提供MUMPs设计和制造服务。帮助客户以最短的时间，最低的成本完成MEMS芯片的样品设计，实现样品设计验证与规模生产过程的无缝连接，尤其针对科研院所，可以根据需要仅仅购买几个芯片单元，完成创意验证和人才培养的目标。

罕王MEMS产品开发流程

MUMPs工艺流程

MUMPs提供三种工艺流程：Poly MUMPs、Metal MUMPs和SOI MUMPs。

Poly MUMPs工艺流程的创立，为采用标准工艺流程实现器件的性能并量产提供了清晰的思路，由于其在在朗讯和前OMM的原型设计和量产中成功应用，以及数十年的运营，已经成为目前工艺界最成功的MEMS MPW服务。在上个世纪90年代，Poly MUMPs就已经成为制作创新性器件并形成知识产权的主要方法，今天这个作用得到了更大的扩展，支持更为广泛的首创设计。目前可用Poly MUMPs完成的器件包括：声学器件（麦克风）、加速度计、微流体器件和显示器件等。

SOI MUMPs是在MEMSCAP的可变光衰减器的工艺流程基础上，经过修改而成的，并于2003年开始面向市场。SOI晶圆由衬底层（厚度400um）、埋氧化层和器件层构成，其中器件层有10 um和25 um两种厚度可供选择，并且SOI晶圆可以进行双面光刻。SOI MUMPs就是以这种SOI晶圆作为基底，其工艺可以完成从两侧刻蚀到埋氧层来制作光通路，沉积两层金属一层作为焊盘一层作为反射层，其最小线宽为2 um。目前可用SOI MUMPs完成的器件包括：陀螺仪、光学器件和显示器件等。

Metal MUMPs是在MEMSCAP的微型继电器的工艺流程基础上，经过修改而成的，并于2003年开始面向市场。Metal MUMPs的最小线宽为5um，采用Metal MUMPs的三种工艺：准LIGA工艺、厚金属电镀工艺和体表面硅工艺可以在多晶硅和氮化硅薄膜上制作18~22um厚度的镍金属结构，用作结构材料和电互连层。目前可用Metal MUMPs完成的器件包括：微型继电器、微流体器件、磁开关和RF器件等。

下面详细介绍Poly MUMPs工艺流程：

Poly MUMPs工艺共采用8层掩膜板形成7层结构，由采用表面硅和体硅工艺的3层多晶硅层，2层牺牲层及1层金属层构成，其最小线宽为2微米。

（1）工艺从N型（100）晶圆开始，首先在晶圆表面沉积PSG层，然后进行重掺杂，以防止或减少载流子进入衬底，最后去除PSG层。

（2）利用LPCVD沉积600nm的低应力SiN层，用作电隔离层。

（3）利用LPCVD在SiN上沉积500nm的多晶硅薄膜Poly 0，然后进行第一次光刻，做图形转移，采用等离子刻蚀Poly 0。

（4）利用LPCVD沉积一层2um的PSG层，1050℃退火1小时。该PSG层是第一层氧化牺牲层，最后会被去除，以释放Poly 0。

（5）在第一层牺牲层上做DIMPLES光刻（第二次），DIMPLES深度为750nm，然后利用RIE刻蚀PSG层。

（6）做Anchor 1的光刻（第三次），然后利用RIE刻蚀PSG层，目的是为了做Ploy 1的固定结构。

（7）采用LPCVD沉积2um厚度的Ploy 1层，然后利用LPCVD沉积一层200nm的PSG层，1050℃退火1小时。Ploy 1上下两层的PSG在退火中扩散进入Ploy 1层，可以显著减小应力。

（8）接下来在PSG层上做光刻（第四次），PSG层实际上是被做成硬掩膜版。接下来刻蚀Ploy 1层，最后去除光刻胶与PSG层。

（9）沉积第二层PSG牺牲层，厚度为750nm，最后进行退火。

（10）对Oxide 2进行两次不同的光刻，Poly 1 - Poly 2 - Via光刻（第五次），目的是使Ploy 1与Poly 2连接起来。最后Oxide 2层用RIE刻蚀去除。

（11）进行Anchor 2光刻（第六次），这一步光刻要刻穿Oxide 2和Oxide 1两层，直接与Ploy 0连接，最后Oxide 1和Oxide 2是用RIE刻蚀去除。

（12）沉积1.5um的Poly 2层，然后在Ploy 2上沉积200nm的PSG层。与Poly 1层相同，PSG层作为扩散源与硬掩膜版两个作用。1050℃退火1小时，以减小Poly 2层的应力。

（13）对Poly 2层进行光刻（第七次），PSG层与Poly 2层分别用等离子与RIE刻蚀去除。

（14）进行金属沉积，利用Lift-off工艺（第八次），沉积0.5um的金属层。

（15）没有释放的晶圆被切割、分类和运输，客户可以采用49%的HF腐蚀1.5~2分钟以释放结构，然后去离子水清洗，最后在110℃烘箱中加热10分钟，以消除粘附力。

MUMPs优势

MUMPs工艺流程具有成本低、加工制造周期短的优势。由于采用完整标准工艺流程，所以每道工艺参数及各工艺层的相关性被充分理解和详尽记录。MUMPs工艺流程支持商业客户的实用设计策略，设计者从固定的工艺流程开始，并基于此流程优化设计。这种方法将减少设计优化次数，具有更低并且是固定的开发成本，在功能实现和量产过程中减少障碍，因此优于设计优先策略。

（1）三种可选工艺流程，并可灵活组合和修改
（2）快速评估新的MEMS设计方案
（3）可以仅购买几个芯片单元，以降低原型概念验证的加工费用
（4）采用成熟的设计规则和标准的加工工艺，降低开发成本，缩短产品开发周期
（5）支持常用的CAD开发工具，快速上手
（6）使用现成的单元库，提高器件和结构的可用性

关于罕王微电子

罕王微电子成立于2011年，系罕王集团控股的高科技中美合资企业，罕王微机电高科技产业园总投资30亿元，占地面积1200亩，于2010年2月在辽宁省抚顺市经济开发区开工建设。其核心产品定位于高端MEMS传感器、智能传感器及其应用产品配套系统，主要面向汽车电子、消费电子、生物医疗、能源电力、环境监控以及工业控制等核心领域，满足国内外MEMS传感器及应用市场的需求。

罕王微电子在MEMS领域的核心成员，曾经在国际著名MEMS企业负责产品的设计及制造30余年。在生产第一线具有丰富的实践经验。罕王微电子掌握着许多MEMS器件的核心-芯片设计经验，并且精通众多MEMS产品制造的关键技术。凭借在MEMS器件设计、加工、批量生产的优势，同时为用户提供MUMPs业务、FAE仿真、单道工艺业务、批量代工业务以及封装测试等全套的MEMS服务，能够根据用户的设计需求为客户提供小批量和大批量的MEMS产品代加工服务，高效和经济地完成压力传感器、加速度计、陀螺仪等产品量产，实现科技向生产力的转化。

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