CMOS工艺兼容多晶硅压力敏感膜的设计与加工

在MEMS表面加工工艺中 ,多晶硅薄膜是微结构的重要组成部分。本文考虑加工工艺中残余应力的影响和多晶硅材料的强度范围 ,建立多晶硅膜的大变形模型 ,设计可用于压力传感器应用的多晶硅薄膜几何尺寸。采用有限元方法对多晶硅薄膜进行力学分析和设计验证 ,提出了CMOS工艺兼容的多晶硅压力敏感膜的加工方法 ,并且根据所设计的工艺进行了电容式压力传感器微结构的加工 ,加工结果说明了多晶硅薄膜设计的合理性和CMOS兼容工艺的可行性     

CMOS工艺兼容多晶硅压力敏感膜的设计与加工

在MEMS表面加工工艺中，多晶硅薄膜是微结构的重要组成部分。本文考虑加工工艺中残余应力的影响和多晶硅材料的强度范围，建立多晶硅膜的大变形模型，设计可用于压力传感器应用的多晶硅薄膜几何尺寸。采用有限元方法对多晶硅薄膜进行力学分析和设计验证，提出了CMOS工艺兼容的多晶硅压力敏感膜的加工方法，并且根据所设计的工艺进行了电容式压力传感器微结构的加工，加工结果说明了多晶硅薄膜设计的合理性和CMOS兼容工艺的可行性。     

双层CMOS工艺实现湿敏振荡器

本文提出了用双层多晶CMOS工艺来设计和制造湿度控制的多级振荡器.为电路所集成的一部分的温度传感头其结构为叉指状多晶硅电容结构.通过对标准版图的适当调整,便可实现传感器与CMOS工艺的兼容.     

基于多孔硅牺牲层技术的压阻式加速度传感器的分析和设计

分析并设计了一种利用高选择自停止的多孔硅牺牲层技术制作压阻式加速度传感器的工艺,并利用外延单晶硅作为传感器的结构材料,这种工艺能精确地控制微结构的尺寸.利用多孔硅作牺牲层工艺,使用加入硅粉和(NH4)2S2O8的TMAH溶液通过在薄膜上制作的小孔释放多孔硅,能很好地保护未被覆盖的铝线.该工艺和标准的CMOS工艺完全兼容.     

基于多孔硅牺牲层技术的压阻式加速度传感器的分析和设计

分析并设计了一种利用高选择自停止的多孔硅牺牲层技术制作压阻式加速度传感器的工艺,并利用外延单晶硅作为传感器的结构材料,这种工艺能精确地控制微结构的尺寸.利用多孔硅作牺牲层工艺,使用加入硅粉和(NH4 ) 2 S2 O8的TMAH溶液通过在薄膜上制作的小孔释放多孔硅,能很好地保护未被覆盖的铝线.该工艺和标准的CMOS工艺完全兼容.     

CMOS工艺兼容的单片集成湿度传感器

设计并制备了一个CMOS工艺兼容的集成湿度传感器,将湿度传感器与CMOS测量电路集成在同一芯片上.片上集成的湿度传感器为叉指电容式,感湿介质为聚酰亚胺,本文给出了相应的感湿模型.针对湿度传感器在全量程电容变化量较小的特点,本文采用开关电容电路作为片上微电容测量电路,讨论了电路的原理并给出了模拟结果.芯片采用3μm多晶硅栅标准CMOS工艺进行流水.测量结果表明,片上集成湿度传感器在5～35℃有较好的直流输出特性,并且长时间稳定性良好.     

硅基热电堆真空传感器的制造技术

发展了一种与CMOS工艺完全兼容并可在商业化的1.2μm标准CMOS生产流水线上进行流片的硅基热电堆真空传感器的制造技术与流程.传感器为悬浮的多层复合薄膜结构,其上制作了n型多晶硅加热器和20对由p型多晶硅条和铝条构成的热电堆.利用标准制造工艺中铝层图形的掩蔽作用,使用干法刻蚀工艺一方面去除了传感器表面的SiNx层,使复合介质薄膜减至三层介质,即场氧化层、硼磷硅玻璃和层间介质,从而提高了传感器响应率;另一方面去除了传感器区域内腐蚀孔中的多层介质,将其中的硅衬底裸露,以便完成后续的四甲基氢氧化铵(TMAH)体硅各向异性腐蚀工艺,使传感器成为悬浮绝热结构,这种工艺具备铝保护性能,因此腐蚀中无需任何掩模.最终得到的器件尺寸为124 μm×100 μm,在空气压强为0.1 Pa～105 Pa之间的响应电压为26 mV～50 mV,响应时间为0.9 ms～1.3 ms.这种器件的制造技术具有工艺简单、成品率高、成本低、重复性好等特点.     

CMOS工艺兼容的单片集成湿度传感器

设计并制备了一个CMOS工艺兼容的集成湿度传感器,将湿度传感器与CMOS测量电路集成在同一芯片上.片上集成的湿度传感器为叉指电容式,感湿介质为聚酰亚胺,本文给出了相应的感湿模型.针对湿度传感器在全量程电容变化量较小的特点,本文采用开关电容电路作为片上微电容测量电路,讨论了电路的原理并给出了模拟结果.芯片采用3μm多晶硅栅标准CMOS工艺进行流水.测量结果表明,片上集成湿度传感器在5～35℃有较好的直流输出特性,并且长时间稳定性良好.     

多晶硅应变膜压力传感器

本文研究了多晶硅应变膜压力传感器制作技术,提出了防止多晶硅应变膜变形的工艺条件,研制出了多晶硅应变膜压力传感器。这一技术简单、与IC工艺较为兼容,适合研制集成压力传感器。     

表面加工多晶硅薄膜热导率测试结构

提出了一种使用表面加工工艺设计多晶硅薄膜热导率的测试结构,论文推导了热学模型,给出了测试方法.由于其制造工艺能和其它微机械器件制造工艺完全兼容,因而能够达到监控MEMS器件制造工艺和在线检测的目的.     

一种GMOS SnO2气体微传感器的设计

采用TSMC 0.6 μm 1P3M标准CMOS工艺设计了一种检测O2浓度的SnO2气体微传感器.传感器材料是由实验分析及CMOS工艺共同确定,其多晶硅加热电阻温度系数小、功耗低,而SnO2敏感薄膜灵敏度高且稳定性良好,通过软件对器件进行热学模拟仿真并确定了传感器的结构及设计参数.芯片测试结果表明:所设计的MHP悬空结构的传感器反应速度快、抗干扰能力强、具有较高的灵敏度及稳定性,检测O2含量的浓度范围为15%～70%,满足了工艺要求.     

单片集成CMOS电阻真空传感器

设计了一种工作在恒电压模式的、微热板结构的单片集成电阻真空传感器芯片.提出了一种以CMOS集成电路中的介质层与钝化层为结构层、栅多晶硅为牺牲层、第二层多晶硅为加热电阻的微传感器单芯片集成工艺模式,制定了相应的工艺流程.采用0.6μm CMOS数模混合集成电路工艺,结合牺牲层腐蚀技术实现了单片集成真空传感器的加工,测试结果显示该芯片能够测量2～105Pa范围内的气压大小,且输出电压范围可调,验证了单片集成工艺的可行性.     

单片集成CMOS电阻真空传感器

设计了一种工作在恒电压模式的、微热板结构的单片集成电阻真空传感器芯片.提出了一种以CMOS集成电路中的介质层与钝化层为结构层、栅多晶硅为牺牲层、第二层多晶硅为加热电阻的微传感器单芯片集成工艺模式,制定了相应的工艺流程.采用0.6μm CMOS数模混合集成电路工艺,结合牺牲层腐蚀技术实现了单片集成真空传感器的加工,测试结果显示该芯片能够测量2～10^5Pa范围内的气压大小,且输出电压范围可调,验证了单片集成工艺的可行性.     

表面加工多晶硅薄膜热导率测试结构

提出了一种使用表面加工工艺设计多晶硅薄膜热导率的测试结构 ,论文推导了热学模型 ,给出了测试方法。由于其制造工艺能和其它微机械器件制造工艺完全兼容 ,因而能够达到监控MEMS器件制造工艺和在线检测的目的     

多晶硅集成高温压力传感器研究

高温压力传感器因其特殊的应用环境而日益受到人们的重视.一些特殊的材料如SiC 、SOI等可以用来制作高温压力传感器,但是由于成本较高或加工难度大等原因,尚未得到广泛应用.本文提出了一种新型的高温压力传感器,采用多晶硅作为压敏电阻,同时采用新的工艺措施与全耗尽CMOS放大电路集成在一起,将输出电压转换为0~+5V的输出信号.通过模拟与投片实验,得到了优化的多晶硅注入浓度,从而使其压阻温度系数在-40℃~180℃范围内接近于零.     

表面加工多晶硅薄膜热导率测试结构

提出了一种使用表面加工工艺设计多晶硅薄膜热导率的测试结构，论文推导了热学模型，给出了测试方法。由于其制造工艺能和其它微机械器件制造工艺完全兼容，因而能够达到监控MEMS器件制造工艺和在线检测的目的。     

高深宽比深隔离槽的刻蚀技术研究

体硅集成MEMS器件中的一个非常重要的技术就是微结构与电路部分的电隔离和互连.由于体硅工艺与传统CMOS工艺不兼容,所以形成高深宽比的深隔离槽(宽约3 μm,深20～100 μm)是体硅集成中急待解决的工艺难题.本文采用MEMS微加工的DRIE(Deep Reactive Ion Etching)技术、热氧化技术和多晶硅填充技术,形成了高深宽比的深电隔离槽(宽3.6 μm,深85 μm).还提出了一种改变深槽形状的方法,使深槽的开口变大,以利于多晶硅的填充,避免了空洞的产生.     

低应力PECVD SiC晶圆级薄膜封装新技术

为了解决MEMS封装过程中易对微致动件造成损伤的问题,提出了一种低成本、与CMOS工艺兼容的晶圆级薄膜封装技术,用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)法制备的低应力SiC作为封装和密封材料。此材料的杨氏模量为460 GPa,残余应力为65 MPa,可使MEMS器件悬浮时封装部位不变形。与GaAs,Si半导体材料相比,SiC具有较佳的物理稳定性,较高的杨氏模量等性能优势。将PECVD薄膜封装技术用于表面微结构和绝缘膜上Si(SOI)微结构部件(如射频开关、微加速度计等)封装中,不仅减小了封装尺寸,降低了芯片厚度,简化了封装工艺,而且封装芯片还与CMOS工艺兼容。较之晶圆键合封装方式,此晶圆级薄膜封装成本可降低5%左右。     

铁电微型传感器和执行器制作技术

采用表面微细加工技术制作了铁电微型传感器和执行器。其技术特点是将铁电薄膜制备和加工工艺与半导体集成电路工艺相结合。其技术难点有：平面化、多晶硅的内应力控制，悬空结构与基片粘连及各层薄膜制备工艺间的兼容性等。本文提出了解决方法。     

高深宽比深隔离槽的刻蚀技术研究

体硅集成MEMS器件中的一个非常重要的技术就是微结构与电路部分的电隔离和互连。由于体硅工艺与传统CMOS工艺不兼容 ,所以形成高深宽比的深隔离槽 (宽约 3μm ,深 2 0～ 10 0μm)是体硅集成中急待解决的工艺难题。本文采用MEMS微加工的DRIE (DeepReactiveIonEtching)技术、热氧化技术和多晶硅填充技术 ,形成了高深宽比的深电隔离槽 (宽 3.6 μm ,深 85μm)。还提出了一种改变深槽形状的方法 ,使深槽的开口变大 ,以利于多晶硅的填充 ,避免了空洞的产生