一種基于Post-CMOS的MEMS集成電容式壓力傳感器研究.pdf

1、MEMS最獨(dú)特的特點(diǎn)之一是可以將傳感器、執(zhí)行器和處理電路與控制電路同時(shí)集成在同一塊芯片上--單片集成，即應(yīng)用整片襯底的加工流程，將不同的部件集成在單片襯底上。新型壓力傳感器的研制目前不斷引現(xiàn)新技術(shù)、新方法，尤其隨著微加工技術(shù)和集成電路技術(shù)的發(fā)展，CMOS電容集成傳感技術(shù)正成為研究熱點(diǎn)。根據(jù)目前CMOS MEMS工藝技術(shù)現(xiàn)狀，通過(guò)MEMS后處理中關(guān)鍵工藝的研究，本文提出了一種基于Post-CMOS體硅微機(jī)械加工技術(shù)方案，通過(guò)設(shè)計(jì)典型單片集

2、成式電容壓力傳感器與梳齒靜電執(zhí)行器，流水加工，驗(yàn)證工藝的可實(shí)現(xiàn)性。
　　 電容式壓力傳感器的敏感膜采用硅體硅腐蝕工藝制作，硅片正面RIE形成幾微米深的凹槽作為上下極板的間隙，傳感器的另一個(gè)電極制作在厚支撐的玻璃上，硅/玻璃通過(guò)陽(yáng)極鍵合形成傳感器的空腔，硅片背面減薄達(dá)到所需厚度，最后進(jìn)行ICP釋放結(jié)構(gòu)。
　　 采用薄板的小撓度理論模型和ANSYS有限元分析軟件對(duì)電容式壓力傳感器的敏感膜彈性進(jìn)行了力學(xué)分析，文中分析了45μm

3、、50μm、55μm以及60μm四種不同厚度的敏感膜，通過(guò)對(duì)比可知小撓度理論模型與ANSYS有限元分析壓力-撓度曲線(xiàn)非常接近，兩種分析所得最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于硅膜的屈服強(qiáng)度。利用解析公式對(duì)敏感電容進(jìn)行計(jì)算，并分析了電容大小的變化同結(jié)構(gòu)尺寸之間的關(guān)系，討論了邊緣電場(chǎng)效應(yīng)對(duì)傳感器電容的影響，定性分析了傳感器的靈敏度與線(xiàn)性度。
　　 為了實(shí)現(xiàn)課題目標(biāo)--通過(guò)MEMS后處理中關(guān)鍵工藝的研究，設(shè)計(jì)并制作MEMS典型器件，驗(yàn)證所提出的集成方案的可

4、實(shí)現(xiàn)性。在研究電容式壓力傳感器的同時(shí)，介紹了典型的梳齒靜電執(zhí)行器的工作原理并設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，給出了兩種器件的版圖設(shè)計(jì)與工藝流程。后處理工藝主要包括：體硅腐蝕、金屬濺射和硅/玻璃陽(yáng)極鍵合。文中給出了流片加工結(jié)果，器件結(jié)構(gòu)的釋放基本令人滿(mǎn)意，驗(yàn)證了本課題中所提方案的可實(shí)現(xiàn)性。對(duì)電容式傳感器與執(zhí)行器進(jìn)行了測(cè)試分析，并提出了一些改進(jìn)措施。
　　 本文最后總結(jié)了整個(gè)課題的主要工作，同時(shí)提出了工作中存在的一些問(wèn)題和需要進(jìn)一步深入研究的工作