MEMS結構正面釋放技術及其在風速計中的應用.pdf

1、與CMOS工藝兼容的CMOS-MEMS技術將MEMS結構部分和CMOS電路做在同一塊襯底上，可以實現(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，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現(xiàn)芯片結構的釋放，從硅片正面釋放結構時無需雙面光刻、腐蝕時間短；無需夾具，可批量生產，因此應用廣泛。但在腐蝕過程中需要對鋁焊盤及CMOS電路和MEMS傳感器結構部分加以保護。
　　

2、本文致力于MEMS后處理過程中的正面結構釋放時正面保護方法的研究，設計了利用鋁層作為保護膜、改進的TMAH溶液作為腐蝕液，采用PN結自停止的電化學腐蝕技術從正面釋放微結構的方案，最終目的在于驗證此工藝在本實驗室長期研究的硅基熱式風速計中的可行性。
　　 首先，對摻入適量硅粉的改進的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)進行了研究，獲得了既能很快腐蝕硅又能實現(xiàn)鋁保護的優(yōu)化腐蝕液的配比。其次，

3、針對正面腐蝕釋放結構時的芯片保護問題，對比分析了四種保護膜的優(yōu)缺點，并結合本實驗室的實際環(huán)境，確定選用2μm厚的鋁膜(濺射之后400℃熱退火)作為保護層對下面已制作完成的多晶硅結構進行保護。再次，本文選用PN結自停止的電化學腐蝕作為主要技術，重點解決了N型層加電的問題，通過制作銦凸點以隔絕鋁接觸電極與腐蝕液，保證反應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型梁等微梁結構的基礎上設計了風速傳感器版圖，利用熱傳導性好

4、的重摻雜多晶硅作為熱電阻，并采用三電極電化學腐蝕系統(tǒng)成功地從正面釋放了結構。
　　 電化學腐蝕后并去鋁的SEM照片表明：腐蝕4.5小時后，中小結構基本釋放完畢，且腐蝕停止在N+層表面；鋁保護層表面針孔少、質量較好；在探針臺上測出的多晶硅的電阻值，反映了電化學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系，即電阻是定值。由此驗證了本文研究的MEMS結構正面釋放過程中