cmos工藝下微壓力傳感器研究

1、CMOS工藝下微壓力傳感器研究姓名：向延進(jìn)姓名：向延進(jìn)班級：測控技術(shù)與儀器班級：測控技術(shù)與儀器 指導(dǎo)教師：顏黃蘋指導(dǎo)教師：顏黃蘋學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：答辯報(bào)告整理課件研究目的和意義研究內(nèi)容總結(jié)與展望目錄目錄整理課件一一、研究目的和意義、研究目的和意義 硅壓力傳感器是具有體積小、重量輕、精度高等優(yōu)點(diǎn)。其制作工藝與集成電路工藝兼容，是各類傳感器中最具性價(jià)比的傳感器，在工業(yè)實(shí)踐中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。 CMOS工藝是集成電路的主流制造工藝，主要特點(diǎn)是加工工藝流程固定，有利于量產(chǎn)化。而MEMS工藝能加工更多的傳感器結(jié)構(gòu)，兩者結(jié)合可以滿足傳感器的量產(chǎn)化和多樣性的需求。雖然兩種工藝還不能完全兼容，但未來發(fā)展市場相當(dāng)可

2、觀。整理課件二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容 1、傳感器工作原理2、電路設(shè)計(jì)3、壓力特性仿真4、電路特性仿真5、版圖設(shè)計(jì)6、后續(xù)加工整理課件二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容1、傳感器工作原理傳感器結(jié)構(gòu)示意圖整理課件二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容2、電路的設(shè)計(jì)傳感器電路原理圖整理課件3、壓力特性的仿真 （仿真軟件：COMSOL）二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容約束條件：P型單晶硅等效硅襯底邊界固定約束等效未減薄區(qū)域?qū)π巫儏^(qū)域的約束1Mpa邊界載荷代替外界壓力芯片的形變量（1）形變量的觀察整理課件二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容0Mpa壓力下電壓的分布1Mpa壓力下電壓的分布給電阻一端固定的電流（1mA），并將其接地，觀察不同壓力下最

3、大電壓的變化整理課件將電導(dǎo)率固定二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容壓力仿真失敗分析各項(xiàng)異性整理課件解決方法：根據(jù)壓阻效應(yīng)公式推導(dǎo)二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容整理課件二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容壓阻系數(shù)： l，t 對于任意方向： l=11-2(11-12-44)(l12m12+ m12n12+ l12n12) t=12-2(11-12-44)(l12l22+ m12m22+ n12n22)l=t24.4*10-11Pa-1整理課件二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容應(yīng)力：整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容（2）主應(yīng)力仿真第一主應(yīng)力l第二主應(yīng)力2整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容（2）主應(yīng)力仿真第三主應(yīng)力3數(shù)據(jù)采集仿真分析：1、忽

4、略溝道區(qū)域的寬度和厚度2、將p型襯底的應(yīng)力分布作為n型溝道區(qū)域受到的應(yīng)力整理課件二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容（2）主應(yīng)力仿真壓力(Kpa)主應(yīng)力（106pa）123000020017667.4664003531351326005292021988007052702641000882337330壓力(Kpa)主應(yīng)力（106pa）1230000200-0.319-19.4-77.7400-0.64-38.9-155600-0.96-58.2-233800-1.28-77.7-3111000-1.6-97.1-388M2主應(yīng)力數(shù)據(jù)M3主應(yīng)力數(shù)據(jù)整理課件二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容（2）主應(yīng)力仿真壓力（Kpa

5、）02004006008001000縱向應(yīng)力l（106pa）066.7133.5200267333.5橫向應(yīng)力t（106pa）00.71.5233.5壓力（Kpa）02004006008001000縱向應(yīng)力l（106pa）0-48.55-96.95-145.6-194.35 -242.55橫向應(yīng)力t（106pa）029.1558.0587.4116.65145.45壓力（Kpa）02004006008001000/00.0164460.032940.0492880.065880.082228壓力（Kpa）02004006008001000/0-0.00473-0.00949-0.0142-0.

6、01896-0.02369橫向應(yīng)力和縱向應(yīng)力：溝道遷移率的變化率：整理課件二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容（2）主應(yīng)力仿真壓力隨溝道遷移率的變化關(guān)系 位于固定端MOS管的溝道區(qū)域的遷移率大概增加40cm2/Vs，外加壓力每增加200Kpa溝道遷移率增加8cm2/Vs，而位于正中間的MOS管的溝道區(qū)域遷移率大概增加了12cm2/Vs，外加壓力每增加200Kpa溝道遷移率增加2/Vs。整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容4、電路特性的仿真 電路原理示意圖簡化后的電路圖整理課件三三、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容4、電路特性的仿真 MOS管主要工藝參數(shù)電路程序整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容4、電路特性的仿真 溝道寬的實(shí)驗(yàn)

7、數(shù)據(jù)整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容4、電路特性的仿真 位于固定端（M2）和正中間的(M3)的MOS管的漏端電壓整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容4、電路特性的仿真 壓力和輸出電壓的關(guān)系結(jié)論： 從圖可以分析出壓力和輸出電壓呈現(xiàn)線性變化關(guān)系。通過計(jì)算得知傳感器的靈敏度大約為185mV/Mpa。 從以上的仿真可知，影響傳感器靈敏度的主要是應(yīng)力和壓阻系數(shù)?？梢酝ㄟ^優(yōu)化傳感器結(jié)構(gòu)和提高溝道區(qū)域的摻雜度來提高傳感器的靈敏度。整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、版圖設(shè)計(jì)（1）器件選型電阻：N+、P+、NWELL、P_Poly、NLDD、High Ploy2MOS管：標(biāo)準(zhǔn)型N/PMOS、耗盡型N/PMOS、低

8、閾值N/PMOS電阻版圖MOS管版圖整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、版圖設(shè)計(jì)（2）注意事項(xiàng)天線效應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)則寄生電容寄生電阻對稱分布整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、版圖設(shè)計(jì)（3）版圖設(shè)計(jì)最終版圖整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、版圖設(shè)計(jì)（3）DRC 和 LVSDRC:設(shè)計(jì)規(guī)則檢查LVS:版圖與電路的一致性檢查錯(cuò)誤提示整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、版圖設(shè)計(jì)（4）寄生參數(shù)的提取部分寄生參數(shù)一個(gè)寄生電容和對應(yīng)的網(wǎng)表整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、版圖設(shè)計(jì)（5）后仿真每條線路的寄生參數(shù)總和整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、版圖設(shè)計(jì)（5）后仿真每條支路對應(yīng)的總寄生電容和電阻整理課件二

9、二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、版圖設(shè)計(jì)（5）后仿真后仿真電路程序整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、版圖設(shè)計(jì)（5）后仿真結(jié)論：從圖我們可以計(jì)算出傳感器的靈敏度大約為155mV/Mpa，寄生參數(shù)的加入使得傳感器靈敏度大約降低了30mV/Mpa。加入寄生參數(shù)后壓力和輸出電壓的關(guān)系整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、后續(xù)工藝 版圖設(shè)計(jì)后需要經(jīng)過CMOS工藝加工出芯片，然后需要通過MEMS工藝加工出傳感器的結(jié)構(gòu)。此次采用CMOS工藝是m n阱 CMOS制造工藝，流片廠商為華潤上華。 MEMS加工的目的是將芯片發(fā)生形變的區(qū)域從300m減薄到m。整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、后續(xù)工藝方案1：金屬夾具夾具模板MEMS工藝整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、后續(xù)工藝方案1：金屬夾具M(jìn)EMS工藝優(yōu)點(diǎn)：效率高不用考慮對其操作缺點(diǎn)：刻蝕精度差整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、后續(xù)工藝MEMS工藝方案2 光刻底膜處理涂膠前烘曝光后烘顯影堅(jiān)膜刻蝕 除膠光刻光刻掩膜版整理課件三、總結(jié)與展望三、總結(jié)與展望 本次課題研究，對CMOS工藝下微壓力傳感器進(jìn)行研究。主要類容是設(shè)計(jì)了傳感器的電路圖、對傳感器的壓力特性和電路特性進(jìn)行了仿真、設(shè)計(jì)了傳感器版圖、最后對芯片后續(xù)加工工藝進(jìn)行了探討，設(shè)計(jì)了MEMS