基礎(chǔ)知識(shí)之薄膜壓電MEMS
壓電表示壓電元件(Piezoelectric Element、Piezoelectric Device),壓電元件是指通過施加力(壓力)產(chǎn)生電壓(壓電效應(yīng)),或與之相反,通過施加電壓產(chǎn)生變形(逆壓電效應(yīng))的元件。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202404/457098.htm壓電元件使用具有壓電效應(yīng)的壓電材料。施力時(shí),(+)正離子、(-)負(fù)離子的位置會(huì)移動(dòng),產(chǎn)生(+)和(-)電荷的偏移(電極化),從而產(chǎn)生電壓。
利用壓電效應(yīng)的主要用途是傳感器,利用逆壓電效應(yīng)的主要用途是執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
壓電材料的種類
壓電材料大致分為單晶、陶瓷、薄膜等。
羅姆采用的是使用鋯鈦酸鉛(PZT)的薄膜壓電。 PTZ取自元素符號(hào)(PbZrxTi1-xO3)(0<x<1)的首字母,壓電性能非常強(qiáng),稱得上是壓電元件的主角。
薄膜壓電和塊體壓電
大致將厚度約為幾μm的叫作薄膜壓電(壓電薄膜),幾十μm以上的叫作塊體壓電(厚膜壓電)。 利用薄膜壓電可以實(shí)現(xiàn)元件的小型化、集成化、高精度化、低功耗化。
薄膜PZT的成膜方法
生成薄膜PZT的方法有溶膠凝膠法、濺射法、MOCVD法等。下表匯總了其各自的特點(diǎn)。
羅姆的薄膜壓電MEMS代工為實(shí)現(xiàn)融合自有薄膜壓電和LSI微細(xì)加工技術(shù)的小型、節(jié)能、高性能產(chǎn)品,提供從試制、開發(fā)到量產(chǎn)的全程支持。
2、壓電相關(guān)術(shù)語(yǔ)
壓電(Piezo):指壓電元件(piezoelectric element、piezoelectric device)
壓電效應(yīng):通過施加力(壓力)產(chǎn)生電壓的現(xiàn)象
逆壓電效應(yīng):通過施加電壓產(chǎn)生變形的現(xiàn)象
壓電元件:利用壓電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)的零件、元件
傳感器:利用科學(xué)原理將現(xiàn)象和信息等轉(zhuǎn)換為電信號(hào)等的裝置
執(zhí)行機(jī)構(gòu):將電等能源轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動(dòng),用于運(yùn)行設(shè)備的驅(qū)動(dòng)裝置
離子:指因電子過?;蛉笔Ф鴶y帶電荷的原子
壓電材料:表現(xiàn)壓電性的結(jié)晶性物質(zhì)的統(tǒng)稱
壓電單晶:材料內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)均勻連續(xù)的壓電材料
壓電陶瓷:擁有晶粒結(jié)構(gòu)或疇壁結(jié)構(gòu)的壓電體
晶粒結(jié)構(gòu):在多晶體中,2個(gè)以上的小晶體之間存在的界面
疇壁結(jié)構(gòu):晶體內(nèi)存在極化方向不同的邊界的結(jié)構(gòu)
極化:置于電場(chǎng)或磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生正負(fù)電化,或是產(chǎn)生磁極的現(xiàn)象
PZT:指鋯鈦酸鉛(PbZrxTi1-xO3)(0<x<1)
濺射:使高能粒子撞擊金屬表面,利用飛出的原子進(jìn)行制膜的方法
CSD:通過涂布、燒成金屬有機(jī)酸鹽或化合物溶液形成薄膜的方法
溶膠凝膠法:CSD的一種。通過對(duì)溶膠狀態(tài)的液體進(jìn)行加熱、燒成來得到薄膜的方法
溶膠狀態(tài):以液體為分散介質(zhì)的膠體(例:肥皂水、漿糊、蛋清、牛奶、蛋黃醬等)
凝膠狀態(tài):溶膠狀態(tài)喪失流動(dòng)性后的狀態(tài)
MOCVD:有機(jī)金屬氣相沉積法,使用有機(jī)金屬和氣體作為原料的晶體生長(zhǎng)方法
占板面積:占有面積,這里指設(shè)置裝置時(shí)使用的面積
壓電體:指通過施加應(yīng)力產(chǎn)生極化(電壓)的介電體
熱釋電體:即使不從外部施加電場(chǎng),也可以自發(fā)極化的壓電體
鐵電體:從外部施加電場(chǎng)可以使極化方向反轉(zhuǎn)的熱釋電體
薄膜壓電:指壓電材料的厚度約為幾μm的壓電元件
塊體壓電:指壓電材料的厚度為幾十μm以上的壓電元件
3、MEMS
何謂MEMS?
MEMS是Micro Electro Mechanical Systems(微機(jī)電系統(tǒng))的縮寫,具有微小的立體結(jié)構(gòu)(三維結(jié)構(gòu)),是處理各種輸入、輸出信號(hào)的系統(tǒng)的統(tǒng)稱。 是利用微細(xì)加工技術(shù),將機(jī)械零零件、電子電路、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)集成在一塊電路板上的高附加值元件。
MEMS工藝
MEMS工藝以成膜工序、光刻工序、蝕刻工序等常規(guī)半導(dǎo)體工藝流程為基礎(chǔ)。
下面介紹MEMS工藝的部分關(guān)鍵技術(shù)。
晶圓
SOI晶圓
SOI是Silicon On Insulator的縮寫,是指在氧化膜上形成了單晶硅層的硅晶圓。已廣泛應(yīng)用于功率元件和MEMS等,在MEMS中可以使用氧化膜層作為硅蝕刻的阻擋層,因此能夠形成復(fù)雜的三維立體結(jié)構(gòu)。
TAIKO磨削 “TAIKO”是DISCO株式會(huì)社的商標(biāo)
TAIKO磨削是DISCO公司開發(fā)的技術(shù),在磨削晶圓時(shí)保留最外圍的邊緣,只對(duì)其內(nèi)側(cè)進(jìn)行磨削。
TAIKO磨削與通常的磨削相比,具有“晶圓曲翹減少”、“晶圓強(qiáng)度更高”、“處理容易”、“與其他工藝的整合性更高”等優(yōu)點(diǎn)。
晶圓粘合/熱剝離片工藝
通過使用支撐晶圓和熱剝離片,可以輕松對(duì)薄化晶圓進(jìn)行處理等。
晶圓鍵合
晶圓鍵合大致分為“直接鍵合”、“通過中間層鍵合”2類。
直接鍵合不使用粘合劑等,是利用熱處理產(chǎn)生的分子間力使晶圓相互粘合的鍵合,用于制作SOI晶圓等。 通過中間層鍵合是借助粘合劑等使晶圓互相粘合的鍵合方法。
蝕刻
各向同性蝕刻與各向異性蝕刻
通過在低真空中放電使等離子體產(chǎn)生離子等粒子,利用該粒子進(jìn)行蝕刻的技術(shù)稱為反應(yīng)離子蝕刻。 等離子體中混合存在著攜帶電荷的離子和中性的自由基,具有利用自由基的各向同性蝕刻、利用離子的各向異性蝕刻兩種蝕刻作用。
硅深度蝕刻
集各向異性蝕刻和各向同性蝕刻的優(yōu)點(diǎn)于一身的博世工藝技術(shù)已經(jīng)成為了硅深度蝕刻的主流技術(shù)。
通過重復(fù)進(jìn)行Si蝕刻?聚合物沉積?底面聚合物去除,可以進(jìn)行縱向的深度蝕刻。 側(cè)壁的凹凸因形似扇貝,稱為“扇貝形貌”。
成膜
ALD(原子層沉積)
ALD是Atomic Layer Deposition(原子層沉積)的縮寫,是通過重復(fù)進(jìn)行材料供應(yīng)(前體)和排氣,利用與基板之間的表面反應(yīng),分步逐層沉積原子的成膜方式。 通過采用這種方式,只要有成膜材料可以通過的縫隙,就能以納米等級(jí)的膜厚控制,在小孔側(cè)壁和深孔底部等部位成膜,在深度蝕刻時(shí)的聚合物沉積等MEMS加工中形成均勻的成膜。
羅姆的薄膜壓電MEMS代工運(yùn)用自身?yè)碛械南冗M(jìn)薄膜壓電技術(shù)和MEMS加工技術(shù),以及得到了量產(chǎn)業(yè)績(jī)印證的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù),為實(shí)現(xiàn)小型、節(jié)能、高性能產(chǎn)品,提供從試制、開發(fā)到量產(chǎn)的全程支持。
4、MEMS相關(guān)術(shù)語(yǔ)
關(guān)于MEMS相關(guān)術(shù)語(yǔ)的簡(jiǎn)要說明。
MEMS:Micro Electro Mechanical Systems的縮寫。具有微小的立體結(jié)構(gòu)(三維結(jié)構(gòu)),是處理各種輸入、輸出信號(hào)的元件、系統(tǒng)的統(tǒng)稱。
各向同性蝕刻:利用自由基沿深度方向、橫向進(jìn)行的蝕刻
各向異性蝕刻:利用離子沿深度方向進(jìn)行的蝕刻
博世工藝:Si深度蝕刻的主要技術(shù)。組合了各向同性蝕刻與各向異性蝕刻的技術(shù)
扇貝形貌:利用博世工藝形成的側(cè)壁的凹凸形狀
SOI晶圓:Silicon On Insulator的縮寫。在氧化膜上形成了單晶硅層的硅晶圓。
TAIKO磨削:磨削晶圓時(shí)保留最外圍的邊緣,只對(duì)其內(nèi)側(cè)進(jìn)行磨削的技術(shù) *“TAIKO”是DISCO株式會(huì)社的商標(biāo)
支撐晶圓:為滿足薄晶圓的處理和工藝的需要而用作支撐的晶圓
晶圓粘合:為滿足薄晶圓的處理和工藝的需要而粘合支撐用基板(支撐晶圓)
晶圓鍵合:以封裝等為目的進(jìn)行的晶圓之間的鍵合
ALD(原子層沉積):分步逐層沉積原子的成膜方式。
評(píng)論