导语：MENS技术是传感器的核心技术之一，也是其未来发展的关键。但能够生产和设计MEMS传感器的企业非常少，为什么MEMS制造如此困难？如果您致力于学术研究，那么在MEMS传感器研发领域将会是一段充满挑战和激动人心的旅程。您将花费大量时间在洁净室中，可能连阳光也看不见，而您的导师则会不断地催促您完成样品制作。当开发一种新的MEMS传感器制造工艺时，最初几批晶圆通常不会生产出可用的设备。根据工艺复杂度和创新程度，这可能需要几个星期、几个月甚至几年的时间才能得到合格芯片。

你可能会问自己：如何提高MEMS传感器工艺研发效率呢? 我建议花时间仔细检查每个工艺步骤。这听起来简单，但往往被忽略了。在某些情况下，即使所有结构都错误无比，人们仍然继续处理晶圆。而且，您可能认为已经制造出了可以工作的设备，但经过切割、粘合、焊接后，却发现没有一个芯片能正常工作。

通过一台光学显微镜，可以轻松观察许多制造过程，只需几分钟即可帮助确定问题所在。但最难解决的问题却超出了显微镜的范围。以下列举的是除了显微镜之外的八大问题，以及针对每个问题给出的具体检查方法。

MEMS传感器结构层厚度不准确

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，而这些材料层厚度对于性能影响很大。

常见检查方法/设备：

轮廓仪

椭圆仪

切割晶圆，通过扫描电子显微镜观察（破坏性测试）

基于探针的微机械测试

边墙形貌不佳

微结构边缘对性能影响巨大。虽然可以看到形状，但缺乏刻蚀不足和沟槽，使得这些几何变化改变弹簧和柔性板机械性能。

常见检查方法/设备：

切割晶圆，通过扫描电子显微镜观察（破坏性测试）

基于探针的微机械测试

粘附力问题

内层与外层之间的小分子粘附可能导致拆解迹象但无法明确界定。声音波长放大的图像可以捕捉到这种现象。

常见检查方法/设备：

声学显microscope

基于探针的微机械测试（破坏性）

内应力及应力梯度

内部应力的产生导致薄膜分裂或开裂，对良率有重大影响。此类问题需要精密测量工具来检测是否存在应力分布异常。

常见检查方法/设备：

光学晶圆曲面测量仪表记忆深浅，以便快速评估内压变更。

裂纹出现

大多数裂纹都能用光学显示出来，但是由于分辨率限制，一些细小“线条”裂缝就看不到了。这意味着需要更加先进的手段去检测那些隐藏在视野之下的裂纹特征。

常用手段包括探针台电性测试声频透射成像等方式来揭示不可视区域中的损害状态。

失败释放工艺

释放是形成动态部件的一部分，它涉及到基底与部件连接物料进行部分刻蚀以实现独立。如果释放失败，就必须找出哪些区域已成功释放而其他未能做到这一点。

检查通常采用单芯片试验模块(破坏性的)或者基于探针机制进行检验操作以找到失效原因并修正它。

粘滞作用

悬臂梁、薄膜等组成具有悬浮特性的机械系统因为离基板太近容易造成永久失效。如果距离太小，将无法从普通照相下判断，因此只能选择封装环节筛选合格芯片。

检查方案包括使用掷钳式电容式测量以及基于探针机制进行实验操作以了解实际情况并寻求解决方案。

不准确材料特性

新型材料用于构造新的MEMs产品时，其杨氏模量、高强度以及磁吸效果等物理属性严重依赖于加工条件。不恰当或者不可预知材质特性会降低功能有效率甚至直接导致故障发生。

通常采取综合分析实验结果，如演示数据表达不同材质对Yong's Modulus, Linearity, Magnetic property等参数影响，以此作为改进生产流程的一个重要参考资料。