CMOS 후속 공정을 이용한 MEMS 압력센서 설계 및 제작
Design and Fabrication of MEMS Pressure Sensor using Post-CMOS Process
- 주제(키워드) CMOS-MEMS
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 윤광석
- 발행년도 2012
- 학위수여년월 2012. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000047195
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작원 보호를 받습니다.
초록/요약
본 논문에서는 CMOS 프로세스 기반에 신호 처리를 위한 readout circuit 을 집적하여 MEMS 압력센서를 제안한다. MEMS 압력센서는 정사각형 diaphragm 형태의 정전용량식 (capacitive) sensing capacitor, 이득 조정 보정 capacitor 인 reference capacitor 그리고 외부 압력에 의한 캐패시턴스를 감지하기 위한 switched – capacitor circuit 기반의 readout circuit 으로 구성된다. sensing capacitor 는 top electrode 와 bottom electrode 가 SiO2 로 둘러 쌓인 형태를 지니고 있으며, 9 개의 sensing cell 이 병렬로 연결되어 있다. commercial CMOS 공정 후에 sensor membrane 을 release 시키기 위해 후속 공정이 필요로 하는데, 이를 위해 metal 습식 식각 공정을 이용하였다. metal 습식 식각은 etchants 를 이용해 sacrificial layer 를 식각하여 suspended membrane 구조를 형성하며, parylene 을 증착하여 etching hole 을 막음으로써 MEMS 압력센서를 완성하였다. 완성된 MEMS 압력센서는 외부 압력에 의해 수직 방향으로displacement 가 생기고, 이는 캐패시턴스 변화를 야기한다. switched – capacitor circuit 은 이를 감지하여 voltage 로 변환시켜 준다. 제안하는 MEMS 압력센서는 11.05 mV / 100 kPa 의 sensitivity 를 나타내었다.
more초록/요약
This study presents a MEMS pressure sensor integrated with a readout circuit on a chip for a signal process. The capacitive pressure sensor is manufactured using a commercial CMOS process. The MEMS pressure sensor consists of a capacitive sensing capacitor that is square in shape, a reference capacitor and a readout circuit based on a switched – capacitor circuit to detect capacitance change of the pressure sensor. The pressure sensor contains 9 sensing cells in parallel; each sensing cell is composed of a top electrode and a bottom electrode, which are surrounded by SiO2. The pressure sensor requires a Post – CMOS process after the commercial CMOS process to release a sensor membrane and seal etching holes. A metal wet etching removes a sacrificial layer using etchants (H2SO4, H2O2) to form a suspended membrane and the etching holes are sealed by Parylene deposition. The fabricated MEMS pressure sensor is moved vertically by pressure and the displacement generates a change in capacitance. Switched – capacitor circuit senses the change of capacitance and converts into the voltage output. Experimental results show that the MEMS pressure sensor has a sensitivity of 11.05 mV / 100 kPa.
more