cmos工艺下微压力传感器研究

1、CMOS工艺下微压力传感器研究姓名：向延进姓名：向延进班级：测控技术与仪器班级：测控技术与仪器 指导教师：颜黄苹指导教师：颜黄苹学号：学号：答辩报告整理课件研究目的和意义研究内容总结与展望目录目录整理课件一一、研究目的和意义、研究目的和意义 硅压力传感器是具有体积小、重量轻、精度高等优点。其制作工艺与集成电路工艺兼容，是各类传感器中最具性价比的传感器，在工业实践中已经得到了广泛应用。 CMOS工艺是集成电路的主流制造工艺，主要特点是加工工艺流程固定，有利于量产化。而MEMS工艺能加工更多的传感器结构，两者结合可以满足传感器的量产化和多样性的需求。虽然两种工艺还不能完全兼容，但未来发展市场相当可

2、观。整理课件二、研究内容二、研究内容 1、传感器工作原理2、电路设计3、压力特性仿真4、电路特性仿真5、版图设计6、后续加工整理课件二、研究内容二、研究内容1、传感器工作原理传感器结构示意图整理课件二、研究内容二、研究内容2、电路的设计传感器电路原理图整理课件3、压力特性的仿真 （仿真软件：COMSOL）二、研究内容二、研究内容约束条件：P型单晶硅等效硅衬底边界固定约束等效未减薄区域对形变区域的约束1Mpa边界载荷代替外界压力芯片的形变量（1）形变量的观察整理课件二、研究内容二、研究内容0Mpa压力下电压的分布1Mpa压力下电压的分布给电阻一端固定的电流（1mA），并将其接地，观察不同压力下最

3、大电压的变化整理课件将电导率固定二、研究内容二、研究内容压力仿真失败分析各项异性整理课件解决方法：根据压阻效应公式推导二、研究内容二、研究内容整理课件二、研究内容二、研究内容压阻系数： l，t 对于任意方向： l=11-2(11-12-44)(l12m12+ m12n12+ l12n12) t=12-2(11-12-44)(l12l22+ m12m22+ n12n22)l=t24.4*10-11Pa-1整理课件二、研究内容二、研究内容应力：整理课件二二、研究内容、研究内容（2）主应力仿真第一主应力l第二主应力2整理课件二二、研究内容、研究内容（2）主应力仿真第三主应力3数据采集仿真分析：1、忽

4、略沟道区域的宽度和厚度2、将p型衬底的应力分布作为n型沟道区域受到的应力整理课件二、研究内容二、研究内容（2）主应力仿真压力(Kpa)主应力（106pa）123000020017667.4664003531351326005292021988007052702641000882337330压力(Kpa)主应力（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主应力数据M3主应力数据整理课件二、研究内容二、研究内容（2）主应力仿真压力（Kpa

5、）02004006008001000纵向应力l（106pa）066.7133.5200267333.5横向应力t（106pa）00.71.5233.5压力（Kpa）02004006008001000纵向应力l（106pa）0-48.55-96.95-145.6-194.35 -242.55横向应力t（106pa）029.1558.0587.4116.65145.45压力（Kpa）02004006008001000/00.0164460.032940.0492880.065880.082228压力（Kpa）02004006008001000/0-0.00473-0.00949-0.0142-0.

6、01896-0.02369横向应力和纵向应力：沟道迁移率的变化率：整理课件二、研究内容二、研究内容（2）主应力仿真压力随沟道迁移率的变化关系 位于固定端MOS管的沟道区域的迁移率大概增加40cm2/Vs，外加压力每增加200Kpa沟道迁移率增加8cm2/Vs，而位于正中间的MOS管的沟道区域迁移率大概增加了12cm2/Vs，外加压力每增加200Kpa沟道迁移率增加2/Vs。整理课件二二、研究内容、研究内容4、电路特性的仿真 电路原理示意图简化后的电路图整理课件三三、研究内容、研究内容4、电路特性的仿真 MOS管主要工艺参数电路程序整理课件二二、研究内容、研究内容4、电路特性的仿真 沟道宽的实验

7、数据整理课件二二、研究内容、研究内容4、电路特性的仿真 位于固定端（M2）和正中间的(M3)的MOS管的漏端电压整理课件二二、研究内容、研究内容4、电路特性的仿真 压力和输出电压的关系结论： 从图可以分析出压力和输出电压呈现线性变化关系。通过计算得知传感器的灵敏度大约为185mV/Mpa。 从以上的仿真可知，影响传感器灵敏度的主要是应力和压阻系数。可以通过优化传感器结构和提高沟道区域的掺杂度来提高传感器的灵敏度。整理课件二二、研究内容、研究内容5、版图设计（1）器件选型电阻：N+、P+、NWELL、P_Poly、NLDD、High Ploy2MOS管：标准型N/PMOS、耗尽型N/PMOS、低

8、阈值N/PMOS电阻版图MOS管版图整理课件二二、研究内容、研究内容5、版图设计（2）注意事项天线效应设计规则寄生电容寄生电阻对称分布整理课件二二、研究内容、研究内容5、版图设计（3）版图设计最终版图整理课件二二、研究内容、研究内容5、版图设计（3）DRC 和 LVSDRC:设计规则检查LVS:版图与电路的一致性检查错误提示整理课件二二、研究内容、研究内容5、版图设计（4）寄生参数的提取部分寄生参数一个寄生电容和对应的网表整理课件二二、研究内容、研究内容5、版图设计（5）后仿真每条线路的寄生参数总和整理课件二二、研究内容、研究内容5、版图设计（5）后仿真每条支路对应的总寄生电容和电阻整理课件二

9、二、研究内容、研究内容5、版图设计（5）后仿真后仿真电路程序整理课件二二、研究内容、研究内容5、版图设计（5）后仿真结论：从图我们可以计算出传感器的灵敏度大约为155mV/Mpa，寄生参数的加入使得传感器灵敏度大约降低了30mV/Mpa。加入寄生参数后压力和输出电压的关系整理课件二二、研究内容、研究内容5、后续工艺 版图设计后需要经过CMOS工艺加工出芯片，然后需要通过MEMS工艺加工出传感器的结构。此次采用CMOS工艺是m n阱 CMOS制造工艺，流片厂商为华润上华。 MEMS加工的目的是将芯片发生形变的区域从300m减薄到m。整理课件二二、研究内容、研究内容5、后续工艺方案1：金属夹具夹具模板MEMS工艺整理课件二二、研究内容、研究内容5、后续工艺方案1：金属夹具MEMS工艺优点：效率高不用考虑对其操作缺点：刻蚀精度差整理课件二二、研究内容、研究内容5、后续工艺MEMS工艺方案2 光刻底膜处理涂胶前烘曝光后烘显影坚膜刻蚀 除胶光刻光刻掩膜版整理课件三、总结与展望三、总结与展望 本次课题研究，对CMOS工艺下微压力传感器进行研究。主要类容是设计了传感器的电路图、对传感器的压力特性和电路特性进行了仿真、设计了传感器版图、最后对芯片后续加工工艺进行了探讨，设计了MEMS