MEMS結(jié)構(gòu)正面釋放技術(shù)及其在風(fēng)速計(jì)中的應(yīng)用.pdf

1、與CMOS工藝兼容的CMOS-MEMS技術(shù)將MEMS結(jié)構(gòu)部分和CMOS電路做在同一塊襯底上，可以實(shí)現(xiàn)高信噪比、制備大陣列的敏感單元，成本低，適合大批量生產(chǎn)，已成為智能傳感器的發(fā)展主流。
　　 CMOS MEMS后處理工藝中常采用濕法腐蝕工藝實(shí)現(xiàn)芯片結(jié)構(gòu)的釋放，從硅片正面釋放結(jié)構(gòu)時(shí)無需雙面光刻、腐蝕時(shí)間短；無需夾具，可批量生產(chǎn)，因此應(yīng)用廣泛。但在腐蝕過程中需要對鋁焊盤及CMOS電路和MEMS傳感器結(jié)構(gòu)部分加以保護(hù)。
　　

2、本文致力于MEMS后處理過程中的正面結(jié)構(gòu)釋放時(shí)正面保護(hù)方法的研究，設(shè)計(jì)了利用鋁層作為保護(hù)膜、改進(jìn)的TMAH溶液作為腐蝕液，采用PN結(jié)自停止的電化學(xué)腐蝕技術(shù)從正面釋放微結(jié)構(gòu)的方案，最終目的在于驗(yàn)證此工藝在本實(shí)驗(yàn)室長期研究的硅基熱式風(fēng)速計(jì)中的可行性。
　　 首先，對摻入適量硅粉的改進(jìn)的TMAH溶液腐蝕金屬鋁和硅的特性(包括腐蝕硅的速率和腐蝕后硅表面的形貌等方面)進(jìn)行了研究，獲得了既能很快腐蝕硅又能實(shí)現(xiàn)鋁保護(hù)的優(yōu)化腐蝕液的配比。其次，

3、針對正面腐蝕釋放結(jié)構(gòu)時(shí)的芯片保護(hù)問題，對比分析了四種保護(hù)膜的優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際環(huán)境，確定選用2μm厚的鋁膜(濺射之后400℃熱退火)作為保護(hù)層對下面已制作完成的多晶硅結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)。再次，本文選用PN結(jié)自停止的電化學(xué)腐蝕作為主要技術(shù)，重點(diǎn)解決了N型層加電的問題，通過制作銦凸點(diǎn)以隔絕鋁接觸電極與腐蝕液，保證反應(yīng)過程中加電的可靠性。最后，在MEMS常用的懸臂梁、雙端固支梁、U型梁等微梁結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了風(fēng)速傳感器版圖，利用熱傳導(dǎo)性好

4、的重?fù)诫s多晶硅作為熱電阻，并采用三電極電化學(xué)腐蝕系統(tǒng)成功地從正面釋放了結(jié)構(gòu)。
　　 電化學(xué)腐蝕后并去鋁的SEM照片表明：腐蝕4.5小時(shí)后，中小結(jié)構(gòu)基本釋放完畢，且腐蝕停止在N+層表面；鋁保護(hù)層表面針孔少、質(zhì)量較好；在探針臺(tái)上測出的多晶硅的電阻值，反映了電化學(xué)腐蝕后多晶硅電阻條性能良好；給多晶硅的Pad壓焊并引線后施加電壓，測出其I/V曲線，可見電流與電壓近乎成線性關(guān)系，即電阻是定值。由此驗(yàn)證了本文研究的MEMS結(jié)構(gòu)正面釋放過程中