Stress characteristics of multilayer polysilicon for the fabrication of micro resonators

마이크로 공진 구조체 제작을 위한 다층 폴리실리콘의 스트레스 특성

Micro polysilicon actuators, which are widely used in the field of MEMS (Microelectromechanical System) technology, were fabricated using polysilicon thin layers. Polysilicon deposition were carried out to have symmetrical layer structures with a LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) system, and we have measured physical characteristics by micro test patterns, such as bridges and cantilevers to verify minimal mechanical stress and stress gradient in the polysilicon layers according to the methods of mutilayer deposition, doping, and thermal treatment, also, analyzed the properties of each specimen, which have a different process condition, by XRD, and SIMS etc.. Finally, the fabricated planar polysilicon resonator, symmetrically stacked to $6.5{\mu}m$ thickness, showed Q of 1270 and oscillation ampitude of $5{\mu}m$ under DC 15V, AC 0.05V, and 1000 mtorr pressure. The developed micro polysilicon resonator can be utilized to micro gyroscope and accelerometer sensor.

MEMS(Microelectromechanical System) 기술분야에서 폭넓게 사용하고 있는 폴리실리콘 박막을 이용하여 폴리실리콘 미소 공진 구조체를 제작하였다. 폴리실리콘 증착은 저압기상화학증착 장비를 사용하여 대칭적 두께로 박막을 적층하였고 폴리실리콘의 응력과 응력구배를 최소화시키기 위한 적층, 도핑 방법 및 열처리에 따른 특성을 분석하였다. 이를 위하여 브리지 빔과 캔티레바 테스트 패턴을 제작하여 기계적 응력 특성을 측정하였으며, 아울러 공정 조건별 개별 시료에 대한 물성을 XRD, SIMS등으로 분석하였다. 공진 구조체는 대칭적 증착 구조를 가지며, 최종적으로 $6.5{\mu}m$의 두께로 적층되었다. 제작된 평면형 공진 구조체의 진동특성은 직류 15V, 교류 0.05V의 구동전압, 1000mtorr 압력에서 공진 진폭이 $5{\mu}m$ Q값이 1270임을 보였으며, 개발된 마이크로 폴리실리콘 공진체는 마이크로 자이로 및 가속도 센서에 응용될 수 있다.