ulvac ULVAC为MEMS提供PZT压电薄膜工艺技术：高质量、高量产

溅射系统SME-200

为下一代智能器件提供高可靠性和高质量的压电薄膜制备

据微机电系统咨询公司介绍，日本真空科技有限公司(ULVAC)近日宣布成功推出大体积(HVM) PZT压电薄膜溅射技术，可有效解决阻碍微机电系统器件发展的技术难题，对于微机电系统器件在自主驾驶和下一代可穿戴终端(如智能眼镜)中的应用非常重要。该公司已经开始销售使用这种新技术的生产系统。

预计5G、人工智能(AI)等技术的发展将加速智能社会的进程。在智能社会中，各行业的数字化发展将提高工业效率，给人们的生活带来更多便利。随着自主驾驶、增强现实/虚拟现实(AR/VR)、安全和智能手机等应用中多功能水平的提高，需要执行器根据从各种传感器接收的信号来激活设备。市场对执行器的需求预计会激增，但其发展过程中迫切需要解决一些关键问题，包括小型化、低生产成本、低功耗和高性能的需求。

压电薄膜是微机电系统传感器和执行器的关键技术，但其制备工艺过去难以实现，传统上主要采用低温镀膜法(溶胶-凝胶法)。但在2015年，ULVAC成功研发出了世界上最先进的低温PZT压电薄膜溅射技术，并为下一代MEMS技术继续开发这项技术。

为了进一步推广这项专有技术，ULVAC通过优化系统运行降低了运行成本，大大提高了技术的可靠性，这对设备的商业化非常重要。最后，这项技术已经成为一项突破性的大规模生产技术，已经成功融入到ULVAC已经开始销售的生产系统中。

该技术允许微机电系统器件与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺集成，并带来小型化、更低生产成本、更低功耗和更高性能等积极效果。这将为未来微机电系统传感器和执行器在空信息传感和3D成像显示(包括智能眼镜)中的更多应用铺平道路。这项技术也将促进微机电系统器件在三维指纹识别等应用中的应用。

ULVAC将继续引领微机电系统器件技术的创新，可用于广泛的应用，包括蚀刻、溅射、灰化和溅射靶。通过所有这些贡献，ULVAC将继续促进智能社会的创建。

技术概述

使用压电薄膜的微机电系统器件在硅衬底上形成以下五层:粘附层、下电极层、缓冲层、压电层和上电极层。所有这些薄膜层都可以在ULVAC的单晶片溅射系统中形成，而无需将硅衬底暴露于大气中。这种多室溅射系统型号SME-200可以实现连续的工艺流程，每层薄膜可以在自己的工艺室中独立优化，从而实现高重复性和更高的产量。该系统还旨在为8英寸硅衬底提供均匀稳定的工艺，这是目前大规模生产微机电系统器件的最大衬底尺寸。该设备可安装负载锁定真空腔和多达七个工艺腔，包括DC和射频磁控溅射腔和用于加速结晶的区域贸易协定腔。

8腔结构的俯视图(7个工艺腔和1个负载锁定腔)

ULVAC的PZT溅射系统采用专门设计的PZT溅射室，可以解决PZT特有的问题。通过加热晶片，晶体在其表面生长形成压电薄膜。为此，ULVAC采用温度不超过500℃的新型低温PZT薄膜工艺，采用专有的缓冲层工艺技术，实现了优异的压电性能(1)和高可靠性(2)。此外，通过优化维护周期，2015年运行成本降低到75%，实现了量产条件下世界最高性能的PZT薄膜。

技术特征

1.使用单晶片溅射系统，薄膜可以在同一系统中逐层生长。

2.采用低温专利技术，可在500℃实现高性能压电薄膜的批量生产。

3.采用新技术可以实现器件的高可靠性。

4.2015年运营成本将降至75%。

(2)高可靠性:在器件的高耐久性指标中，介质击穿电压约为200 V，TDDB寿命试验时间为200万小时。

PZT薄膜(一)和TDDB(二)介电击穿电压与2015年的比较

关于ULVAC

ULVAC(日本True 空科技有限公司)成立于1952年，公司通过全面的true 空技术为工业发展做出贡献。凭借多年研发和生产技术创新积累的原始技术，公司在设备、材料、true 空组件、分析和评估等服务方面，为电子元器件、半导体、太阳能电池、平板显示器等工业设备制造商提供全面、多样化的“ULVAC解决方案”。