CMOS工艺下微压力传感器设计方案

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1、CMOS工艺下微压力传感器设计方案CMOS工艺下微压力传感器设计方案目 录引言1第一章 绪论21.1压力传感器概述21.2 传感器制造工艺概述21.2.2 MEMS工艺概述31.2.3 CMOS和MEMS工艺结合31.3研究现状41.4课题研究意义61.5本论文的主要工作6第二章CMOS工艺下压力传感器的原理分析72.1 MOSFET管的理论分析72.2应力82.3压阻效应92.3 本章小结10第三章 CMOS压力传感器的仿真与分析113.1传感器电路原理分析113.2压力特性的仿真与分析123.2.1传感器在压力下的形变123.2.2 传感器在压力下应力的分布133.2.3 压力特性仿真的误

2、差来源分析163.3电路特性的仿真与分析163.4本章小结19第四章 版图设计204.1版图设计流程204.2版图设计规则与技巧214.2.1版图设计的基本元器件214.2.2版图设计规则224.2.3 版图设计的注意事项234.3版图的绘制与验证244.3.1 版图244.3.2 设计规则检查（DRC）254.3.3 版图与电路图的一致性检查（LVS）254.4后仿真254.6本章小结27第五章 芯片加工工艺的讨论285.1 CMOS加工工艺讨论285.2 MEMS加工工艺讨论285.2.1光刻工艺285.2.2刻蚀工艺295.2.3除胶工艺295.2.4 MEMS加工失败原因分析305.3

3、 本章小节31第六章 总结与工作展望326.1 结论326.2工作展望32参考文献34摘 要CMOS结合MEMS制作的压力传感器容易在芯片上集成，且具有体积小、功耗低、性能高等优点。本文研究了一种基于CMOS工艺与MEMS工艺结合制造的微压力传感器。并对传感器的工作原理、版图设计、加工工艺等方面进行了研究。利用MOS管沟道区域的压阻效应、MOS管电学特性等理论知识，设计了压力传感器的结构，本次设计的压力传感器结构简单、体积小、具有较好的灵敏度。本文还对传感器的力学特性和电学特性进行了仿真，通过仿真得到传感器灵敏度为185mV/Mpa。最后根据传感器的原理设计了版图，在芯片制造厂商进行了流片，并

4、对传感器制作过程中所涉及到了基本工艺进行了探讨，设计了MEMS加工所需的掩膜版。关键字 压阻效应 压力传感器 CMOS MEMSA Micro Pressure Sensor Based On CMOSABSTRACT CMOS combined with MEMS pressure sensor is easy to integrated on chip.It has small volume, low power consumption and high performance.This paper research on a CMOS and MEMS compatible inregr

5、ated pressure sensor.This paper describes the work theory,structure design,fabrication process of pressure sensor.The main contents of the paper are about a pressure that based on the piezoresistive effect of MOSFET channel region, the electrical characteristics of the MOSFET.The pressure sensor is

6、small ,simple and has a good sensitivity.The mechanical properties and electrical characteristics of the sensor are simulated,and The sensitivity of the sensor is 185mV/Mpa.According to the principle of the sensor,we design the necessary map.we make chips in the chip manufactures.The key parts of se

7、nsors production process involved in the MEMS and CMOS technology are explores in theoretical aspects. And we design the necessary lithograthy mask design map.Keywords piezoresistive effect pressure sensor CMOS MEMS引言传感器与生活中的各行各业有着紧密的联系。在现代医学领域，医学传感器得到了广泛的应用，如在图像处理、临床化学检验、生命体征参数的监护检测、心血管疾病的诊断和治疗等方面传

8、感器已经十分普及。在环境检测、军事等方面传感器也有着很多的应用。传感器的种类很多，以传感器的功能来说可以分为速度传感器、温度传感器、压力传感器等。其中压力传感器具有体积小、灵敏度高、成本低、便于集成等优点，被广泛应用于医疗卫生、工业过程监控、生物、航空、环境监测等各个领域。压力传感器的大部分材料是硅，后来又由于硅集成工艺的发展，以硅衬底为材料的压力传感器更是得到了惊人的发展。采用硅压力传感器具有体积小、重量轻、精度高等特点。硅传感器制造工艺还与集成电路工艺相兼容，满足了传感器向智能化方向发展的要求。在传感器的制造技术方面，广泛采用的是CMOS技术。从上个世纪八十年代起，已经有人开始研究利用标准

9、CMOS工艺技术来制作各种传感器，如电容式传感器、压阻式传感器、光电式传感器、场效应晶体管式传感器等。CMOS技术由于其固定的工艺流程有利于批量生产，很多半导体制造厂商都会提供CMOS工艺加工。但是对于有结构有特殊要求的传感器CMOS工艺往往不能满足其要求，这时就可以通过MEMS工艺来制作传感器。MEMS相对于CMOS来说可以集成更多器件类型和结构功能，现在MEMS技术制造的传感器在我们生活中也得到了很多的应用。当今传感器制造还有一个探究重点就是将MEMS技术和CMOS技术结合。采用两种技术制造的传感器，既可以实现传感器的批量生产，也可以实现芯片的多样性，已经在各个领域得到了越来越多的应用，未

10、来的的市场也相当可观。第一章 绪论1.1压力传感器概述 传感器的作用就是将自然界中存在的各种非电量信息转化成可测的电信号，为人们探知和控制提供必要的条件和依据1。随着现代测量、控制和自动化的技术不断发展，传感器技术越来越为人们所重视，已成为制造自动化和信息化的基础2。传感器技术同计算机科学技术与通信技术被称为信息技术的三大产业3，其发展是一个代表国家工业现代化水平的重要标志。在各种功能的传感器中，压力传感器具有体积小、灵敏度高、成本低、便于集成等优点，被广泛应用于医疗卫生、工业过程监控、生物、航空、环境监测等各个领域145，可以说是工业实践中最为常用的一种传感器。自1954年Smith等人开始

11、研究半导体的压阻效应开始，基于压阻效应制作的压力传感器就开始得到了实际的应用，又由于硅集成工艺的发展，以硅衬底为材料的压力传感器更是得到了惊人的发展6。采用硅压力传感器具有体积小、重量轻、精度高等特点，特别是半导体传感器制造工艺与集成电路工艺相兼容，满足了传感器向智能化方向发展的要求7 。1.2 传感器制造工艺概述1.2.1 CMOS工艺概述在很多领域微型计算机使用的越来越广泛，这就要求压力传感器更加小、更加准确，并且能与集成电路相兼容。这对制造技术是一个很大的考验。现在传感器的制造技术广泛采用的是CMOS工艺。CMOS工艺是指将NMOS和PMOS制作在同一硅衬底上的工艺。从上个世纪八十年代起