Micromachined Thin-Film Sensors for SOI-CMOS Co-Integration

ادغام سنسورها با وسایل الکترونیکی مرتبط با آنها بر روی یک تراشه سیلیکونی ممکن است مزایای قابل توجهی در مورد عملکرد، قابلیت اطمینان، کوچک‌سازی و سادگی فرآیند بدون افزایش قابل‌توجه هزینه کل ارائه دهد.

سنسورهای لایه نازک میکروماشین شده برای ادغام SOI-CMOS چالش‌ها و علایق را پوشش می‌دهد و ادغام موفقیت‌آمیز حسگرهای جریان گاز بر روی غشای دی الکتریک، با لوازم الکترونیکی مرتبط با آن‌ها را در فناوری CMOS-SOI نشان می‌دهد. /P>

در ابتدا استخراج تنش پسماند در لایه‌های نازک و در انباشته شدن آن‌ها و آزادسازی غشای چند لایه دی‌الکتریک مستحکم و مسطح به ضخامت 1 میکرومتر در پس‌فرآوری با استفاده از سیلیکون تترا متیل آمونیوم هیدروکسید (TMAH) بررسی شد. محلول میکروماشینینگ بهینه سازی گزینش پذیری آن نسبت به آلومینیوم تا حد زیادی نشان داده شده است.

بخش دوم بر طراحی و ویژگی های حسگرها تمرکز دارد. یک میکروهیتر پلی سیلیکونی حلقه شکل جدید در فرآیند استاندارد CMOS-SOI طراحی و ساخته شده است. یکنواختی حرارتی بالا، مصرف انرژی کم و دمای کاری بالا با اندازه گیری های گسترده تایید می شود. لایه‌های حسگر جریان گاز اضافی با احتیاط انتخاب و اجرا می‌شوند. اندازه گیری ها در حضور جریان نیتروژن و گاز حساسیت عادلانه ای را در محدوده سرعت جریان زیاد و همچنین پاسخ خوبی به بسیاری از گازها نشان می دهد. در نهایت، ترانزیستورهای MOS معلق بر روی غشاهای دی الکتریک آزاد شده ارائه شده و به طور کامل به عنوان یک نمایشگر نهایی از یکپارچگی مشترک در فناوری SOI مشخص می شوند.

Co-integration of sensors with their associated electronics on a single silicon chip may provide many significant benefits regarding performance, reliability, miniaturization and process simplicity without significantly increasing the total cost.

Micromachined Thin-Film Sensors for SOI-CMOS Co-integration covers the challenges and interests and demonstrates the successful co-integration of gas-flow sensors on dielectric membrane, with their associated electronics, in CMOS-SOI technology.

We firstly investigate the extraction of residual stress in thin layers and in their stacking and the release, in post-processing, of a 1 µm-thick robust and flat dielectric multilayered membrane using Tetramethyl Ammonium Hydroxide (TMAH) silicon micromachining solution. The optimization of its selectivity towards aluminum is largely demonstrated.

The second part focuses on sensors design and characteristics. A novel loop-shape polysilicon microheater is designed and built in a CMOS-SOI standard process. High thermal uniformity, low power consumption and high working temperature are confirmed by extensive measurements. The additional gas flow sensing layers are judiciously chosen and implemented. Measurements in the presence of a nitrogen flow and gas reveal fair sensitivity on a large flow velocity range as well as good response to many gases. Finally, MOS transistors suspended on released dielectric membranes are presented and fully characterized as a concluding demonstrator of the co-integration in SOI technology.