上海微系统所发布8英寸准标准化压电MEMS技术平台
近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感器技术全国重点实验室面向压电MEMS多项目晶圆（Multi-Project Wafer，MPW）流片需求，研发了兼顾标准化制造与灵活性设计的通用工艺底座，并发布了8英寸准标准化压电MEMS工艺制造技术平台（Piezoelectric Integrated MEMS Technology，PIMT）。该技术平台以AlScN压电薄膜成套工艺为基础工艺，并提供系列可选配的附加工艺模块。历经多轮迭代验证，累计完成包含光学微镜、加速度计、可调谐红外滤波器、声学器件、散热器件等超过100款压电MEMS器件的制备，打通了“设计-流片-表征”闭环，可为高校、科研院所、初创企业提供高效率的原型样品研发验证通道。相关成果以“Quasi-Standard Platform of AlScN Piezoelectric Integrated MEMS Technology (PIMT) For Multi-Project Wafer Fabrication”为题发于传感器领域SCI期刊Advanced Sensor Research，论文第一作者为博士后苏泳全，通信作者为武震宇研究员。
PIMT平台整体架构图
研究背景
压电MEMS依托正/逆压电效应，可实现多物理量的传感、致动一体化芯片，广泛用于智能汽车、航空航天、能源电力、医疗健康、科研仪器等领域。但长期以来，压电MEMS技术发展存在三大瓶颈：一是流片成本高，中小团队无力承担，极大抬高了创新门槛；二是现有商业压电MEMS代工厂工艺高度固化，难以适配新型器件创新设计；三是缺乏统一标准化监控体系，流片器件性能离散、迭代试错周期长达1~2年[1,2]。
在此背景下，团队自主研发了PIMT准标准化压电MEMS技术平台，兼顾工艺标准化与器件定制化需求，填补了国内此类平台空白。
研究亮点
亮点 1：模块化准标准化工艺架构，兼容多数主流压电MEMS器件
平台采用 “3核心+ 4附加”模块化可组合工艺架构，按需选配模块即可实现不同器件开发：①集成掺钪氮化铝（AlScN）作为无铅高性能压电材料，支持单层单晶、双层AlScN制备与刻蚀工艺，实现高精度、低损伤图形化；②电学互连与布线，实现高良率欧姆接触，器件连续工作寿命大幅提升；③提供Bosch和non-Bosch两种硅结构刻蚀方案，消除应力集中断裂隐患，大幅提升器件抗力学冲击可靠性。可选配工艺包括：Cavity-SOI预腔体衬底、片上集成压阻、光学DBR镀膜、Al-Ge/Au-Au晶圆键合，可覆盖多种类MEMS器件的定制化工艺制备需求。
三轮MPW流片工艺模块选择图
亮点 2：工艺参数全流程监控，实现晶圆级工艺稳定性可控
平台首创适配压电 MPW 的全套工艺监控结构（PCM），覆盖薄膜厚度、压电系数 d33、刻蚀关键尺寸、薄膜应力、压阻方块电阻、键合界面缺陷全维度检测，所有工艺参数具备完整量化工艺窗口与设计规则，设计人员可直接基于平台 PDK完成可制造化设计，大幅提升器件工艺制备的效率。
PIMT平台PCM监测结果图
亮点 3：多轮流片数据充分，多类典型压电器件的性能得到验证
通过三轮MPW开发光学微镜、加速度计、FP 滤波器等均在首轮得到了性能达标的样品，其中谐振扫描微镜采用non-Bosch刻蚀工艺，双轴光学扫描角超100°，并通过900g三轴力学冲击可靠性测试[3]；准静态光学微镜：集成片上压阻角度分辨率0.3μrad，双晶结构偏转角度提升27%~65%，电压转角线性度＞98%[4]；压电加速度计在200℃高温下灵敏度漂移降低16倍，适用于深地、航空发动机等极端工况[5]；可调谐FP红外滤波芯片：80nm调谐范围透射率＞75%，适用于气体光谱检测[6]。
PIMT三轮流片晶圆及集成项目分布图
本工作研发并发布了集成AlScN压电材料的8英寸准标准化压电MEMS工艺制造技术平台，通过多轮MPW流片验证了该平台的通用性，可支撑光学、力学、声学、射频等多类主流压电MEMS研发，同时支持MPW多项目晶圆模式。未来将通过发布流片PIMT专用PDK助力广大用户降本增效。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adsr.70191
参考文献
1 R. Nakane, Y. Shuto, H. Sukegawa, et al., “Fabrication of Pseudo- Spin-MOSFETs Using a Multi-Project Wafer CMOS Chip,” Solid-State Electronics 102 (2014): 52–58.
2 T.-Y. Yang, L.-I. Tong, and B. J. C. Yuan, “An Innovative Model of Multi- Project Wafer Service in the Foundry Industry,” International Journal of Technology Management 30 (2005): 172.
3 H. Huang, L. Wang, Y. Su, et al., “Mechanical Robust Biaxial MEMS Mirror Achieving > 100◦Optical Scanning Angle for LiDAR Application,” IEEE Sensors Journal 25 (2025): 4306–4315.
4 W. Xue, Y. Liu, X. Zhu, et al., “A High-Performance 10 Mm Diameter MEMS Fast Steering Mirror with Integrated Piezoresistive Angle Sensors for Laser Inter-Satellite Links,” Microsystems & Nanoengineering 11 (2025): 75.
5 C. Zhang, J. Zhang, and A. Li, et al., “Calibration-free low-drift MEMS piezoelectric accelerometer for high-temperature vibration monitoring,” Measurement, (2026), 257: 118694.
6 J. Han, Y. Hu, Y. Su, et al., “Wide-Range Adaptive Piezoelectric MEMS-Fabry-Pérot Filter for Gas Spectral Identification,” Optics Express 34 (2026): 11752.
