CVD金刚石薄膜具有高硬度、高热导率、良好的化学稳定性和生物兼容性等优良特性。普通CVD金刚石薄膜是绝缘的,采用掺杂工艺可以使其具有良好的导电性能,导电CVD金刚石薄膜在MEMS传感器领域具有广阔的应用前景。CVD掺硼金刚石薄膜中不可避免地存在残余应力,较大的残余应力会引起MEMS传感器结构失稳,弯曲甚至断裂。因此,研究低残余应力CVD掺硼金刚石薄膜的制备工艺对制造高性能MEMS传感器具有重要的理论意义和实用价值。CVD掺硼金刚石薄膜微悬臂梁结构在MEMS传感器中具有广泛应用,是加速度传感器、AFM探针、悬臂梁微生物传感器等传感器中的关键结构,其图形化结果受到薄膜残余应力的影响存在精度低、性能差、合格率低等问题。本文通过优化沉积工艺参数成功制备了低残余应力CVD掺硼金刚石薄膜,利用图形化技术加工了CVD掺硼金刚石薄膜微悬臂梁,并对其性能进行测试。本文研究内容主要如下:推导了硅基CVD掺硼金刚石薄膜热应力随温度变化的理论计算公式,建立了CVD金刚石薄膜与硅衬底的接触模型,利用有限元仿真软件的瞬态热分析模块和静态结构分析模块模拟了薄膜冷却过程,分析了薄膜在冷却过程中的变形量和薄膜表面温度场随时间的变化,研究了热应力在薄膜半径方向上和厚度方向上的分布,并分析了预处理工艺、薄膜厚度和沉积温度对稳态热应力的影响。结果表明,沉积温度越高,冷却后的CVD掺硼金刚石薄膜热应力越小;在冷却过程中,CVD掺硼金刚石薄膜形状呈现“先凹后凸”的变化规律,薄膜表面温度分布均匀;增大薄膜厚度、提高沉积温度可以减小冷却后薄膜的热应力。基于控制变量法设计不同沉积工艺参数的对比试验,采用热丝CVD技术在硅片表面沉积CVD掺硼金刚石薄膜,使用拉曼光谱和X射线衍射技术对薄膜残余应力进行检测,依次分析了反应压力、碳源浓度、偏流强度和硼源浓度对CVD掺硼金刚石薄膜残余应力的影响,并提出了低残余应力CVD掺硼金刚石薄膜的优化沉积参数。结果表明:随着反应压力升高,CVD金刚石薄膜的残余压应力先减小后增大,在3.9kPa反应压力下,残余压应力达到最小值-314MPa;碳源浓度越高,金刚石薄膜的残余压应力数值越大;偏流强度增大,金刚石薄膜的残余压应力先减小后增加,当偏流强度为5A时,金刚石薄膜残余压应力达到最小值-209 MPa;硼源浓度越高,金刚石薄膜的残余压应力越大,硼源浓度为11000ppm时,金刚石薄膜的残余压应力达到最小值-209MPa;反应压力3.9kPa,碳源浓度2.20%,偏流强度5 A,硼源浓度1000 ppm为最优的沉积参数,使用该沉积参数可以制备低残余应力CVD掺硼金刚石薄膜。设计了多种图形的光刻掩膜版,通过制作导电种子层、光刻、电镀、反应离子刻蚀和湿法腐蚀等方法,完成低残余应力CVD掺硼金刚石薄膜的图形化,得到微悬臂梁结构、角加速度测量结构、微型过滤器和声学振膜等结构,利用激光多普勒测振仪分别测量和计算了三角形悬臂梁和U形悬臂梁的共振频率与品质因数,结合悬臂梁振动的理论模型,对比分析两种悬臂梁结构的特性。结果表明,图形化得到的U形悬臂梁和三角形悬臂梁结构具有接近的共振频率,U形悬臂梁的品质因数高于三角形悬臂梁,系统阻尼小于三角形悬臂梁。