广州科纳机械制造(化学机械抛光：提高MEMS的可制造性)

摘要

用于制造高密度集成电路(IC)的多层金属互连的化学机械抛光(CMP)平坦化技术也很容易适用于微机电系统(MEMS)制造，特别是多晶硅表面微加工。CMP不仅通过消除严重地形产生的若干光刻和薄膜问题简化了MEMS器件的设计和可制造性，而且在工艺复杂性和相关设计方面实现了更大的灵活性。因此，CMP平面化技术减轻了与制造多层多晶硅结构相关的工艺问题，消除了与非平面形貌相关的设计约束，并提供了集成不同工艺技术的途径。

化学机械抛光

CMP工艺通过相对简单和快速的处理产生全局和局部平面化。图1说明了CMP工艺，其中在二氧化硅基碱性浆料的存在下，通过在压力下对抛光垫旋转晶片，使氧化物表面平坦化。氧化物抛光的理论还不是很清楚，但是，普遍认为碱性化学会水解氧化物表面和亚表面，从而削弱SiO2。键结构1.通过压力和旋转赋予磨料浆颗粒的机械能导致高特征以比低特征更快的速度侵蚀，从而使表面平坦化

图1CMP工艺的示意图，其中在二氧化硅基碱性浆料的存在下，通过在压力下对抛光垫旋转晶片，使氧化物表

图2局部加热微机械的SEM横截面，显示了CMP平面化之前不均匀、严重的形貌

表面微加工MEMS的可制造性增强

MEMS工艺技术，尤其是多晶硅表面微加工技术，一直受到严重垂直形貌产生的工艺问题的困扰，这种形貌是由多个薄膜的重复沉积和蚀刻引入的。多晶硅表面微加工很容易适应CMP的加入，并清楚地说明了CMP的好处，原因有几个。表面微加工使用微电子电路制造行业常见的平面制造技术和薄膜来制造微机械设备。标准的构建块工艺包括沉积和光刻图案化低应力多晶硅和牺牲二氧化硅的交替层。结果是一个结构系统由一层提供电气互连的多晶硅和一个或多个独立的机械多晶硅层组成，可用于形成从简单的悬臂梁到弹簧、连杆、质量元件和接头的复杂系统的机械元件.在工艺完成时，牺牲层，顾名思义，在氢氟酸(HF)中被选择性蚀刻掉，留下独立的多晶硅层。图4说明了多晶硅表面微加工的本质，并清楚地显示了在非平面化过程中出现的垂直形貌。这种地形会在运动部件之间产生机械干扰，并使后续工艺步骤复杂化。

多层次结构

多层结构多晶硅可以制造越来越复杂的MEMS设备，例如能够驱动齿轮组的微型发动机。简单的挠性结构，例如梳状驱动器11可以在单层结构多晶硅中构建，而第二层可以生产带销接头的齿轮。第三级实现了旋转齿轮之间的连接，但引入了严重的地形问题，必须通过仔细的工艺和设备设计的组合来解决，或者通过前面第2部分图5中所述的CMP平面化来解决。图7显示了齿轮传动多级复合齿轮装置。尽管设计用于适应非平面加工（从顶部大齿轮表面上看到的蚀刻伪影可以看出），该设计实际上是用CMP制造的，以生产功能齐全的单元。一个新的设计，不与非平面设计妥协，将有助于更可靠的操作。