CMOS-MEMS電容式加速度計之設計與製作

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謝秉勳(Ping-Hsun Hsieh) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

CMOS-MEMS電容式加速度計之設計與製作

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摘要(中)

微機電系統(Microelectromechanical Systems, MEMS)結合了微電子技術與機械工程，將傳統的致動器與感測器縮小至微米範圍，並具有低功耗、響應快速等優點，因此在近幾年蓬勃地發展。
MEMS製程無法制式化，對於不同的元件，考量到結構、功能等因素，需設計不同的製程，因此在製作上具有步驟繁複、成本較高等問題，相對MEMS製程，半導體製程技術發展成熟，元件製作精細，尺寸也越來越小，且具有標準化製程，若能整合MEMS與半導體製程技術，更能夠有效提升元件的良率與可靠度，考慮到此整合之必要性，CMOS-MEMS製程技術便由此誕生。
本研究中，我們採用TSMC 0.35μm 2P4M製程，將設計元件交由TSMC製造，並結合CIC所提供之後製程，進行結構的釋放。藉由MEMS-CMOS整合技術，我們期望能夠將多種元件，利用標準化的半導體製程製作出來，並借助半導體製程之穩定性，增加元件良率，進一步提升其性質。

摘要(英)

In this paper, we designed a 2-axis capacitive accelerometer using TSMC 0.35μm 2P4M process and post-process provided by CIC. With standard CMOS process, the reliability of the MEMS device can be increased effectively. The development of MEMS had been strongly increased in recent years due to many advantages such as low power consumption, high response, and small size. The fabricated device is 1172*1172 μm2 in size with 3μm wide oxide comb fingers and 3μm sensing gaps. In CMOS process, 2 layers of polysilicon, 4 layers of metal, and dielectric layers are used to form the structure of the device. By depositing and etching metal layers, electrical paths could be delineated. Vias patterned in dielectric layers are used to electrically connect the different layers of metal. The main structure of accelerometer was then released through polysilicon etching. With vibration of the suspended proof mass, the capacitance between the comb fingers is altered. By using differential capacitance to voltage circuit, capacitance can be measured for given acceleration excitations.

關鍵字(中)

★ 微機電
★ 電容式加速度計

關鍵字(英)

★ CMOS-MEMS
★ Accelerometer

論文目次

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
圖目錄 vi
表目錄 ix
第一章緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 1
1.3 微機電加速度計 2
1.4 文獻回顧 7
1.5 章節提要 15
第二章元件設計與模擬分析 16
2.1 加速度計基本原理 16
2.2 模擬環境介紹 18
2.2.1 材料性質 19
2.2.2 製程 19
2.2.3 光罩繪製 21
2.2.4 三維結構 21
2.2.5 分析 21
2.3 結構設計 22
2.3.1 質量塊設計 23
2.3.2 彈簧設計 24
2.3.3 感測結構設計 27
2.3.4 加速度計設計 29
2.4 加速度計模擬 33
第三章製作流程 45
3.1 TSMC 0.35μm 2P4M製程概述 45
3.2 CIC後製程概述 46
第四章元件特性量測 49
4.1 結構特性量測 49
4.2 元件動態量測 51
4.2.1 量測系統架構 51
4.2.2 量測結果 52
4.3 元件電性量測 54
4.3.1 量測系統架構 54
4.3.2 量測結果 56
第五章結論與未來展望 57
參考文獻 59

參考文獻

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指導教授

陳世叡(Shih-Jui Chen)

審核日期

2014-8-29

推文