SiOG 공정을 이용한 고 신뢰성 MEMS 자이로스코프
A High Yield Rate MEMS Gyroscope With a Packaged SiOG Process
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초록
MEMS에서 제조 공정 오차 및 외부 응력은 진동형 자이로스코프와 같은 MEMS 소자의 제조 수율에 많은 영향을 미친다. 특히 비연성 진동형 자이로스코프의 경우 감지모드와 구동모드의 주파수 차의 특성은 수율에 직접적인 영향을 미친다. SOI (Silicon-On-Insulator) 공정 및 양극접합 공정으로 패키징된 자이로스코프의 경우, 노칭현상으로 인하여 구조물이 불균일하게 가공되며, 동시에 열팽창계수 차로 인하여 접합된 기판에 큰 휨이 발생한다. 그 결과 주파수 차의 분포가 커지고, 동시에 수율은 저하되었다. 이를 개선하기 위하여 SiOG (Silicon On Glass) 기술을 적용하였다. SiOG 공정에서는 접합 후에 기판의 휨을 최소화 하기 위하여 1장의 실리콘 기판과 2장의 유리 기판을 사용하였으며, 노칭을 방지하기 위하여 금속 박막을 사용하였다. 그 결과 노칭 현상이 방지되었으며, 기판의 휨도 감소하였다. 또한 주파수 차의 분포도 매우 균일하게 되었으며, 주파수 차의 편차 또한 개선이 되었다. 그 결과 높은 수율 및 보다 강건한 MEMS 자이로스코프를 개발할 수 있었다.
Abstract
MEMS devices such as a vibratory gyroscope often suffer from a lower yield rate due to fabrication errors and the external stress. In the decoupled vibratory gyroscope, the main factor that determines the yield rate is the frequency difference between the sensing and driving modes. The gyroscope, fabricated with SOI (Silicon-On-Insulator) wafer and packaged using the anodic bonding, has a large wafer bowing caused by thermal expansion mismatch as well as non-uniform surfaces of the structures caused by the notching effect. These effects result in large distribution in the frequency difference, and thereby a lower yield rate. To improve the yield rate we propose a packaged SiOG (Silicon On Glass) technology. It uses a silicon wafer and two glass wafers to minimize the wafer bowing and a metallic membrane to avoid the notching. In the packaged SiOG gyroscope, the notching effect is eliminated and the warpage of the wafer is greatly reduced. Consequently the frequency difference is more uniformly distributed and its variation is greatly improved. Therefore we can achieve a more robust vibratory MEMS gyroscope with a higher yield rate.
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