針對(duì)工藝偏差的MEMS器件結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、MEMS器件作為集成電路和微機(jī)械的結(jié)合，性能對(duì)制造工藝具有更大的依賴性，故對(duì)其設(shè)計(jì)制造引入可制造性設(shè)計(jì)(DFM)思想勢(shì)在必行?？芍圃煨栽O(shè)計(jì)的思想，即在設(shè)計(jì)的源頭階段綜合考慮制造中影響性能和良品率的工藝偏差，通過(guò)適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償設(shè)計(jì)對(duì)器件參數(shù)提前補(bǔ)償，從而抵消工藝誤差和效應(yīng)帶來(lái)的影響，實(shí)現(xiàn)工藝與設(shè)計(jì)的同步。
　　本文以MEMS器件中梁結(jié)構(gòu)和梳齒結(jié)構(gòu)器件為研究對(duì)象，這一類器件都是MEMS器件中重要的基礎(chǔ)功能單元，其諧振頻率等性能值都是物理參

2、數(shù)、器件尺寸和截面形狀的函數(shù)，對(duì)工程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)有很重要的意義。而MEMS工藝偏差除了物理參數(shù)偏差，最主要的就是一些工藝效應(yīng)導(dǎo)致的幾何尺寸偏差和形貌偏差。本文針對(duì)工藝效應(yīng)對(duì)諧振頻率的影響展開研究，包括DRIE工藝導(dǎo)致的梯形剖面形狀（梯形效應(yīng)）、Footing效應(yīng)導(dǎo)致的底部過(guò)刻蝕、TMDE工藝造成的波紋剖面形狀（波紋效應(yīng)），這三種工藝效應(yīng)是MEMS器件工藝加工中最常見的工藝效應(yīng)。本文將以器件諧振頻率為研究目標(biāo)，針對(duì)這三種工藝效應(yīng)對(duì)器件造成的偏

3、差，建立其修正模型。
　　針對(duì)MEMS器件中的梁結(jié)構(gòu)，對(duì)縱向運(yùn)動(dòng)的梁和橫向運(yùn)動(dòng)的梁分別建立基于單個(gè)工藝效應(yīng)以及多個(gè)工藝效應(yīng)共同作用下的修正模型。本文選取固支梁結(jié)構(gòu)，在ANSYS14.5平臺(tái)上進(jìn)行建模與仿真，驗(yàn)證了縱向運(yùn)動(dòng)的梁結(jié)構(gòu)的諧振頻率修正模型的正確性。同理，選取懸臂梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行ANSYS仿真與建模，驗(yàn)證了橫向運(yùn)動(dòng)的梁結(jié)構(gòu)修正模型的正確性。從而驗(yàn)證了梁結(jié)構(gòu)修正模型對(duì)于MEMS器件中常見的固支梁結(jié)構(gòu)和懸臂梁結(jié)構(gòu)都是適用的。
　

4、　針對(duì)MEMS器件中的梳齒結(jié)構(gòu)，以梳狀諧振器為研究對(duì)象，運(yùn)用橫向運(yùn)動(dòng)的梁結(jié)構(gòu)模型結(jié)論，對(duì)其建立基于不同工藝效應(yīng)情況下的諧振頻率修正模型，并在ANSYS14.5平臺(tái)上對(duì)梳狀諧振器進(jìn)行建模與仿真，驗(yàn)證了修正模型的正確性。
　　根據(jù)器件在工藝偏差下的修正模型，本論文完成了對(duì)這三類器件的理想SPICE等效電路模型相應(yīng)的修正，利用ANSYS仿真結(jié)果驗(yàn)證了修正等效電路模型的正確性。最后，根據(jù)器件結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)器件性能的影響，提出可以減小不確定性因