硅锗MEMS加速度计

使用SEMulator3D进行虚拟制造可以实现复杂MEMS结构和工艺流程的可视化。这个例子演示了SEMulator3D在过程建模方面的能力,使用的是电容式MEMS加速度计imec的多sige MEMS技术。使用IMEC后CMOS MEMS工艺的单片集成导致更少的不需要的寄生,更好的性能和加速度计的形状更小。然而,整合方案对过程开发,制造和产量产生了影响。

单轴加速度计模型是在Semulator3D中开发的。等距和横截面视图如图1(如下)所示。Semulator3d考虑了在自动构建模型时使用的2D几何尺寸,使用的材料和处理流程信息。构建3D模型需要几分钟,这是鉴于结构细节水平非常快。用户可以在3D可视化模式下旋转,缩放,平移,缩放和切片模型。随后,他们可以验证和优化设计以及完整的过程流程。

MEMS加速度计 CORSS MEMS加速度计的剖视图
图1:Semulator3D加速度计模型的等距和横截面视图

加速度计具有固定在锚固件上的四个折叠梁的中心检测质量。验证块两侧有两组静止梳状手指。这四组梳状手指可以连接和路由以形成差动电容感测机构。检测质量(由于输入加速度或惯性)的运动改变了感测电容,其反映在输出电信号中。连接到中心检测质量的许多侧面手指集体充当感测电极,并为CMOS接口电路提供输出信号。另外,在验证质量的两端形成两组梳状指结构,用于自检的一般目的。

为了保护装置免受苛刻条件的结构损坏,例如冲击事件,四个冲击保护器专门设计用于限制相对于基板的样力的移动范围。所有上述元件都由机械聚光层制成。形成五个电焊盘(上面的左侧,图1)以提供额外的探测和测试能力。

Semulator3d可以构建高度预测​​和准确的3D过程模型,该模型反映了设计和集成过程流程之间的复杂相互作用。使用一系列单元流程步骤(一些要求掩码)构建3D过程模型以产生高度准确的“虚拟”3D结构。在图2和3中,将在Semulator3D中构建的单轴加速度计模型与类似设备的实际SEM照片进行比较。右侧可以看出实际的SEM显微照片(katholieke Universiteit Leuven的礼貌),左侧的等效半导体3d模型。

MEMS加速度计的Semulator3d模型视图 图2:加速度计的SEMulator3D模型视图 MEMS加速度计的SEM图像 图3:类似设备的SEM图片
SEM图像和设备布局由L.Wen和R.Puers,Katholieke Universiteit Leuven Esat-Micas,Leuven Belgium提供。

关于MEMS和IC器件之间的互连的细节可以通过仔细调整和定位Semulator3D中的横截面切割来可视化。Semulator3d中的横截面视图(图4)显示不同层之间的接口。在该示例中,通过SiOx隔离和SiC保护层示出了金属连接。来自MEMS加速度计的SiGe电线可明显地连接到Semulator3D横截面图中的CMOS顶部金属(Al)线。

Semulator3D中的3D模型视图(图5)突出显示了冲击保护器,以及图像中心(设备左侧)中的释放孔。

缩放(5x在z-dir中)缩放视图的Semulator3D模型捕获MEMS和IC设备之间的互连。 图4:缩放(Z-DIR中的5倍)缩放视图型号的Semulator3D模型捕获MEMS和IC设备之间的互连。 防震器和剥离孔的建模视图验证质量 图5:防震保护器和防松孔的模型视图

MEMS加速度计制造序列的动画 图6 MEMS加速度计预测三维工艺模型动画

参考

L. Wen, K. Wouters, L. Haspeslagh, A. Witvrouw,和R. Puers,“基于Comb的平面上SiGe电容式加速度计”,MicroMechanics Europe’10,Enschede,荷兰,2010年9月26-29日。

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