Poly-SiGe for MEMS-above-CMOS Sensors

Polycrystalline SiGe به عنوان یک ماده ساختاری امیدوارکننده MEMS (سیستم‌های میکروالکترومکانیکی) ظاهر شده است زیرا خواص مکانیکی مورد نظر را در دماهای پایین‌تر در مقایسه با poly-Si فراهم می‌کند و امکان پس‌پردازش مستقیم در بالای CMOS را فراهم می‌کند. این ادغام یکپارچه CMOS-MEMS می تواند به MEMS فشرده تر با عملکرد بهبود یافته منجر شود. پتانسیل poly-SiGe برای MEMS یکپارچه سازی CMOS بالای آلومینیومی قبلاً نشان داده شده است. با این حال، پوسته پوسته شدن اتصال متقابل تهاجمی، به دلیل مقاومت کمتر و قابلیت اطمینان بهبود یافته، منجر به جایگزینی متالیزاسیون سنتی آلومینیوم با متالیزاسیون مس (Cu) شده است.

Poly-SiGe برای سنسورهای MEMS-بالاتر از CMOS سازگاری poly-SiGe با پس پردازش بالای گره های فناوری پیشرفته CMOS را از طریق ساخت موفقیت آمیز یک پلی- یکپارچه نشان می دهد. سنسور فشار پیزومقاومتی SiGe، که مستقیماً بالای 0.13 m Cu-backend CMOS ساخته شده است. علاوه بر این، این کتاب اولین بررسی دقیق را در مورد تأثیر شرایط رسوب، محتوای ژرمانیوم و غلظت دوپینگ بر روی خواص الکتریکی و پیزومقاومت پلی-SiGe دوپ شده با بور ارائه می دهد. توسعه یک جریان فرآیند سازگار با CMOS، با توجه ویژه به روش آب بندی، نیز توضیح داده شده است. سنسورهای فشار پیزورزیستیو با نواحی مختلف و طرح‌های مقاومت پیزو ساخته و آزمایش شدند. همراه با سنسورهای فشار پیزورزیستیو، سنسورهای فشار خازنی کاربردی نیز با موفقیت بر روی همان ویفر ساخته شدند که تطبیق پذیری poly-SiGe برای کاربردهای حسگر MEMS را اثبات می کند. در نهایت، یک تحلیل دقیق از تأثیر پردازش MEMS بر مدار CMOS زیربنایی نیز ارائه شده است.

Polycrystalline SiGe has emerged as a promising MEMS (Microelectromechanical Systems) structural material since it provides the desired mechanical properties at lower temperatures compared to poly-Si, allowing the direct post-processing on top of CMOS. This CMOS-MEMS monolithic integration can lead to more compact MEMS with improved performance. The potential of poly-SiGe for MEMS above-aluminum-backend CMOS integration has already been demonstrated. However, aggressive interconnect scaling has led to the replacement of the traditional aluminum metallization by copper (Cu) metallization, due to its lower resistivity and improved reliability.

Poly-SiGe for MEMS-above-CMOS sensors demonstrates the compatibility of poly-SiGe with post-processing above the advanced CMOS technology nodes through the successful fabrication of an integrated poly-SiGe piezoresistive pressure sensor, directly fabricated above 0.13 m Cu-backend CMOS. Furthermore, this book presents the first detailed investigation on the influence of deposition conditions, germanium content and doping concentration on the electrical and piezoresistive properties of boron-doped poly-SiGe. The development of a CMOS-compatible process flow, with special attention to the sealing method, is also described. Piezoresistive pressure sensors with different areas and piezoresistor designs were fabricated and tested. Together with the piezoresistive pressure sensors, also functional capacitive pressure sensors were successfully fabricated on the same wafer, proving the versatility of poly-SiGe for MEMS sensor applications. Finally, a detailed analysis of the MEMS processing impact on the underlying CMOS circuit is also presented.