【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所傳感器技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室面向壓電MEMS多項(xiàng)目晶圓(Multi-Project Wafer，MPW)流片需求，研發(fā)了兼顧標(biāo)準(zhǔn)化制造與靈活性設(shè)計(jì)的通用工藝底座，并發(fā)布了8英寸準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化壓電MEMS工藝制造技術(shù)平臺(Piezoelectric Integrated MEMS Technology，PIMT)。該技術(shù)平臺以AlScN壓電薄膜成套工藝為基礎(chǔ)工藝，并提供系列可選配的附加工藝模塊。歷經(jīng)多輪迭代驗(yàn)證，累計(jì)完成包含光學(xué)微鏡、加速度計(jì)、可調(diào)諧紅外濾波器、聲學(xué)器件、散熱器件等超過100款壓電MEMS器件的制備，打通了“設(shè)計(jì)-流片-表征”閉環(huán)，可為高校、科研院所、初創(chuàng)企業(yè)提供高效率的原型樣品研發(fā)驗(yàn)證通道。相關(guān)成果以“Quasi-Standard Platform of AlScN Piezoelectric Integrated MEMS Technology (PIMT) For Multi-Project Wafer Fabrication”為題發(fā)于傳感器領(lǐng)域SCI期刊Advanced Sensor Research，論文第一作者為博士后蘇泳全，通信作者為武震宇研究員。
 

　　研究背景
 

　　壓電MEMS依托正/逆壓電效應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)多物理量的傳感、致動一體化芯片，廣泛用于智能汽車、航空航天、能源電力、醫(yī)療健康、科研儀器等領(lǐng)域。但長期以來，壓電MEMS技術(shù)發(fā)展存在三大瓶頸：一是流片成本高，中小團(tuán)隊(duì)無力承擔(dān)，極大抬高了創(chuàng)新門檻；二是現(xiàn)有商業(yè)壓電MEMS代工廠工藝高度固化，難以適配新型器件創(chuàng)新設(shè)計(jì)；三是缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化監(jiān)控體系，流片器件性能離散、迭代試錯(cuò)周期長達(dá)1~2年。
 

　　在此背景下，團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了PIMT準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化壓電MEMS技術(shù)平臺，兼顧工藝標(biāo)準(zhǔn)化與器件定制化需求，填補(bǔ)了國內(nèi)此類平臺空白。
 

　　研究亮點(diǎn)
 

　　亮點(diǎn) 1：模塊化準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化工藝架構(gòu)，兼容多數(shù)主流壓電MEMS器件
 

　　平臺采用 “3核心+ 4附加”模塊化可組合工藝架構(gòu)，按需選配模塊即可實(shí)現(xiàn)不同器件開發(fā)：①集成摻鈧氮化鋁(AlScN)作為無鉛高性能壓電材料，支持單層單晶、雙層AlScN制備與刻蝕工藝，實(shí)現(xiàn)高精度、低損傷圖形化；②電學(xué)互連與布線，實(shí)現(xiàn)高良率歐姆接觸，器件連續(xù)工作壽命大幅提升；③提供Bosch和non-Bosch兩種硅結(jié)構(gòu)刻蝕方案，消除應(yīng)力集中斷裂隱患，大幅提升器件抗力學(xué)沖擊可靠性?？蛇x配工藝包括：Cavity-SOI預(yù)腔體襯底、片上集成壓阻、光學(xué)DBR鍍膜、Al-Ge/Au-Au晶圓鍵合，可覆蓋多種類MEMS器件的定制化工藝制備需求。
 

　　亮點(diǎn) 2：工藝參數(shù)全流程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)晶圓級工藝穩(wěn)定性可控
 

　　平臺首創(chuàng)適配壓電 MPW 的全套工藝監(jiān)控結(jié)構(gòu)(PCM)，覆蓋薄膜厚度、壓電系數(shù) d33、刻蝕關(guān)鍵尺寸、薄膜應(yīng)力、壓阻方塊電阻、鍵合界面缺陷全維度檢測，所有工藝參數(shù)具備完整量化工藝窗口與設(shè)計(jì)規(guī)則，設(shè)計(jì)人員可直接基于平臺 PDK完成可制造化設(shè)計(jì)，大幅提升器件工藝制備的效率。
 

　　亮點(diǎn) 3：多輪流片數(shù)據(jù)充分，多類典型壓電器件的性能得到驗(yàn)證
 

　　通過三輪MPW開發(fā)光學(xué)微鏡、加速度計(jì)、FP 濾波器等均在首輪得到了性能達(dá)標(biāo)的樣品，其中諧振掃描微鏡采用non-Bosch刻蝕工藝，雙軸光學(xué)掃描角超100°，并通過900g三軸力學(xué)沖擊可靠性測試[；準(zhǔn)靜態(tài)光學(xué)微鏡：集成片上壓阻角度分辨率0.3μrad，雙晶結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)角度提升27%~65%，電壓轉(zhuǎn)角線性度>98%；壓電加速度計(jì)在200℃高溫下靈敏度漂移降低16倍，適用于深地、航空發(fā)動機(jī)等極端工況；可調(diào)諧FP紅外濾波芯片：80nm調(diào)諧范圍透射率>75%，適用于氣體光譜檢測。
 

　　本工作研發(fā)并發(fā)布了集成AlScN壓電材料的8英寸準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化壓電MEMS工藝制造技術(shù)平臺，通過多輪MPW流片驗(yàn)證了該平臺的通用性，可支撐光學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)、射頻等多類主流壓電MEMS研發(fā)，同時(shí)支持MPW多項(xiàng)目晶圓模式。未來將通過發(fā)布流片PIMT專用PDK助力廣大用戶降本增效。
 

　　引用：上海微系統(tǒng)所發(fā)布8英寸準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化壓電MEMS技術(shù)平臺 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所 【引用時(shí)間：2026年8月20日】