積體電路相容微機電技術及其在微光學鏡面裝置上的應用

CMOS-MEMS Technology and Its Application to Micromirror Devices

鄭英周(Ying-Chou Cheng)

指導教授 ： 陳炳煇

共同指導教授 ： 張培仁(Pei-Zen Chang)

國立臺灣大學/工學院/機械工程學研究所/博士(2004年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2004.01768

摘要

本文討論以晶圓代工方式進行微機電系統(MEMS)裝置的研究方法，並以兩種不同型式之微型鏡面元件作為測試平台進行CMOS-MEMS裝置的設計和製程可行性驗證。與積體電路相容之微機電技術(CMOS-MEMS)提供一種極為彈性且頗具發展潛力的整合製作方法。其採用既有的標準化半導體製程(CMOS process)可將微電子電路以及微機電微細結構透過相同的設計和驗證介面整合在一個晶片之上。然而，由於積體電路製程程序、電路元件模型和各層材料的特性等在晶圓廠便已調校固定，因而在利用代工製程製作微機電裝置的同時便需要針對微裝置的微細結構以及力學特性做一深度的考量和計算。例如必須額外注意製程的相容性以及經過後製程(post-process)之後裝置的可測試性和未來發展的可行性等等。本文將於第三章和第四章以兩個章節分別說明CMOS-MEMS的設計實務和未來發展狀況；首先，以「CMOS-MEMS整合技術」為主軸做一精簡的說明，同時以一微型光學元件為例，說明實際的設計和製程工作，並探討其中所衍生的相關問題。之後再以「微系統設計平台的建置」為主題來說明如何建置一具有統合電子電路和微機電系統裝置之完整設計平台；此設計平台不僅可利用現有的積體電路設計軟體同時進行電路和微結構的設計工作，最後更可依據IC或是MEMS晶圓廠所提供的設計規範進行同步的光罩驗證和除錯，以得到最貼近實際且符合製程規範的最後成果。微機電技術的發展承襲了電子電路早期的研發模式，在單一零組件或是分立次系統之上已獲得可靠且具潛力的發展遠景，因而未來的發展除了拓展民生工業應用之外，亦需逐步建立一套彈性且高效能的整合設計環境，以便加速設計製作流程、降低研發成本和提高產品的可靠度。
本文並以台積電0.35μm製程為例實際製作一微型光學鏡面裝置，並說明其設計與製程所需注意之事項。

關鍵字

微鏡面 ； 積體電路 ； 微機電系統 ； 後製程

並列摘要

無資料

並列關鍵字

mems ； ic process ； micromirror ； post-process

參考文獻

2 Reiner Wechsung, Nezih Uenal, Jean Christophe Eloy, and Henning Wicht, Market Analysis for Microsystems, NEXUS, 1998.

16 R. S. Popovic, and H. P. Baltes, “A CMOS Magnetic Field Sensor,” IEEE J. of Solid-State Circuits, Vol. 18, pp. 426-428 (1983).

19 R. S. Popovic, and H. P. Baltes, “A CMOS Magnetic Field Sensor,” IEEE J. of Solid-State Circuits, Vol. 18, pp. 426-428, (1983).

21 M. Gottardi, “A CMOS/CCD Image Sensor for 2D Real Time Motion Estimation”, Sensors and Actuators A, 46-47, pp. 251-256 (1995).

23 A. K. Jain, L. Hong, S. Pankanti, and R. Bolle, ”An Identity-Authentication System Using Fingerprints”, Proc., IEEE, 85(9), pp. 1365–1388, (1997).