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Diseo de un acelermetrobasado en tecnologa MEMS

Antonio Luque EstepaDpto. Ingeniera Electrnica

Prctica de Microsistemas

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Contenido

1. Introduccin

2. Modelo del acelermetro

3. Especificaciones

4. Documentacin a entregar

5. Datos disponibles

6. Ejemplo de proceso

7. Ms informacin

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Introduccin

Diseo de un acelermetro capacitivo

Proceso de diseo completo:

Clculo de dimensiones y parmetros

Proceso de fabricacin

Dibujo de mscaras

Presupuesto de fabricacin

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Funcionamiento general

La aceleracin provoca un movimiento en elsensor

El movimiento provoca un cambio en lacapacidad de dos condensadores

El circuito hace que cambie la tensin de

salida

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Contenido

1. Introduccin


3. Especificaciones




7. Ms informacin

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Modelo del acelermetro

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Funcin de transferencia

Nos interesa el funcionamiento cuasi-esttico (s=0)

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Funcin de transferencia

Frecuencia natural

Factor de calidad

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Sensores capacitivos

Vamos a medir el desplazamiento mediante un cambio en lacapacidad.

Tengamos dos electrodos fijos y uno mvil:

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Estructura del acelermetro

Combinacin de varios sensores capacitivos.

Estructura en peine

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Deformacin de una viga

ConEmdulo de Young (propiedad del material), Wancho,Hespesor, yL longitud total.

Viga apoyada en los extremos, con fuerza aplicada en elcentro

OJO! En el acelermetro haydos vigas que sostienen a lamasa (con efecto sobre la ktotal)

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Contenido

1. Introduccin


3. Especificaciones




7. Ms informacin

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Especificaciones

Sensibilidad

Fondo de escala (rango). Limitado por el margen de

movimiento de los electrodos

Ancho de banda

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Criterios de diseo

Optimizacin

Econmica

En espacio

De las caractersticas

Cualquier decisin de diseo debe

justificarse Siempre cumpliendo las especificaciones

mnimas

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Contenido

1. Introduccin


3. Especificaciones




7. Ms informacin

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Documentacin a entregar

Breve memoria del proceso de diseo

Proceso de fabricacin, con el formato

especificado

Dibujos de las mscaras, con marcas de

alineacin (marcas de referencia)

Prespuestos para 1, 1000 y 1000000 uds. Hoja de caractersticas: dimensiones,

sensibilidad, rango, frecuencia de resonancia

y ancho de banda.

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Datos disponibles

Lista de materiales que se pueden usar

Propiedades de los materiales: densidad,

mdulo de Young, resistividad, tensin derotura

Lista de procesos, con costes

Tasas de grabado

No todos los datos y procesos son necesarios

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Contenido

1. Introduccin


3. Especificaciones




7. Ms informacin

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Ejemplo de flujo de proceso

Pasos previos

Deposiciones aislante y capa de sacrificio

Fotolitografa apoyos

Apertura apoyos

Deposicin cantilever

Fotolitografa cantilever

Formacin cantilever

Liberacin de la estructura

Pruebas y medidas

Viga suspendida

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Ejemplo de flujo de proceso

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1. Pasos previos

Eleccin del tipo desustrato

Parmetros: espesor,resistencia mecnica,

resistividad, dimetro,...

Limpieza previa del

sustratoSilicio , SSP, 380um, 100mm

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2. Deposicin SiN

Espesor necesario

Mtodo de deposicin

Tiempo dedeposicin

Deposicin siempre

sobre todo el sustrato(ambos lados)

200 nm, LPCVD, 20 min

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2. Deposicin BPSG

Espesor necesario

Mtodo de deposicin

Tiempo dedeposicin

2 um, PECVD, 40 min

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3. Deposicin fotorresina

Tipo de fotorresina(positiva/negativa)

Espesor y modelosuelen estar

normalizados

S1818, 1.8 um

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3. Exposicin UV

Mscara fabricadapreviamente, acorde altipo de resina

El tiempo suele ser

estndar

Atencin a la polaridadde la mscara!18 s, mscara con fondoopaco

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3. Revelado

Proceso totalmenteestndar, no hayparmetros que definir

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4. Grabado BPSG

Profundidad deseada

Selectividad respecto a

otros materialesafectados

Tipo de ataque

(iso/aniso,hmedo/seco)

Tiempo

BHF (hmedo), 3 min

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4. Eliminacin fotorresina

Proceso estndar, sinapenas parmetros quedefinir

Stripper, 1 min

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5. Deposicin Al

Espesor necesario

Mtodo de deposicin

Tiempo dedeposicin

Deposicin siempre en

toda la superficie delsustrato

Evaporador efecto Joule,0.5 um, 100 min

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6. Fotolitografa

Mismos pasos que en lafotolitografa anterior

Tipo de fotorresina ypolaridad de la mscara

Mscara con fondotransparente

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7. Grabado Al

Profundidad deseada



Tipo de ataque


Tiempo

Al etch (hmedo), 45 s

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8. Grabado BPSG

Profundidad deseada



Tipo de ataque


Tiempo

Peligro en el secado

BHF (hmedo), 3 min

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9. Pruebas y medidas

Verificacin ptica

Imgenes SEM

Medidas de resistividad,espesores,

frecuencias,...

Pruebas decomportamiento

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Otros procesos posibles

Contactos elctricosdesde el cantilever. Sepuede hacer cambiandolas mscaras

Acceso elctrico al

sustrato. Hay que aadir

pasos al proceso

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Resultado final

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Contenido

1. Introduccin


3. Especificaciones




7. Ms informacin

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Acelermetros existentes

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Ms informacin

Plazo de entrega

Lunes 6 de junio de 2005

Enunciado y presentacin enhttp://www.gte.us.es/ASIGN/SEA

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Ms informacin

Profesor de prcticas: Antonio Luque Estepa

[email protected]

Ubicacin del despacho: L2-P1-S62

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Bibliografa

Marc J. Madou,Fundamentals ofMicrofabrication, CRC Press, 1997

N. Yazdi et al., Micromachinedinertial sensors,Proc. IEEE, vol.

86, pp. 1640-1659, 1998

Stephen D. Senturia, Microsystemdesign, Kluwer Academic, 2001

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