功耗一直是便携设备设计中要考虑的重要因素,内置3轴加速度传感器则使设备可通过检测设备的使用状况来对其用电模式加以控制,从而有效延长电池的使用时间。
Thelma制程技术
成熟的制程技术是3轴加速度传感器和其他MEMS产品在消费电子产品市场成功的关键之一。目前,为了达到产量及质量控制的严格要求,充分利用全球半导体产业界的制造和材料资源,以及生产流程控制经验,MEMS类元器件大多采用标准的CMOS半导体制造技术,这样不但能使其生产制造从规模经济中受惠,还能让MEMS元器件随光照制程的微型化先进制程不断演进和发展,产品体积更小。
然而在制程技术上,MEMS类组件的生产与其它一般芯片有所差异。早期的MEMS产品制造中多采用单晶硅为材料,和比较简单且稳定的体型微加工(Bulk Micro-Machining)技术,缺点是制造成本较高。目前的制造技术比较接近集成电路半导体的制程,多采用多晶硅表面微加工(SuRFace Micro-Machining)科技,使成本有效降低,而且加工的精度和分辨率均更加出色。
各厂家的MEMS类元件制程技术虽然在工艺和加工设备上较类似,大都采用文中提到的CMOS制程与表面微加工技术,但为了与自身的生产制造特点相符,制造商往往会根据自己的经验开发出其特有的生产加工平台及相应的流程,以实现缩短生产周期、提高产品质量和降低加工成本的目的。
Thelma制程技术,即厚磊晶层(Thick Epitaxial Layer for Micro-Gyroscopes and Accelerometer)技术,是ST发展出的专有表面为加工制程,主要针对高灵敏度、高探测范围的加速度传感器和陀螺仪等MEMS元器件的生产加工。其通过运用深度蚀刻技术及牺牲层(Sacrificial-Layer)等理论,可在微型装置中加工出能实现各种动作的精密机械机构。Thelma制程技术主要包含六个主要步骤:基底热氧化、水平互连的沉积与表面图样化(Patterning)、牺牲层的沉积与表面图样化、结构层的磊晶生长、用通道蚀刻将结构层图样化、以及牺牲层的氧化物去除,与接触金属化沉积。
多晶硅材料具有良好的耐疲劳性及抗冲击性,且采用CMOS制程除了能带来较低的成本、更稳定的加工流程,芯片与加速度传感器的功能相独立还保证了设计上的灵活性。独特的Thelma技术还可提供完整的铸模封装,使生产出的元器件具有极可靠的物理性质,能制造出最佳的制止器(Stopper),降低电极之间的静电摩擦等风险。与传统工艺相比较,Thelma技术可以减少芯片面积,因而克服体型微加工过程中常见的设计局限。此外,其会生长出一块厚度约15微米(um)的多晶硅磊晶层。该硅结构在增加厚度的同时也增加了垂直表面积,因而增大平行于基底的静电启动器的总电容值。
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