[發明專利]多晶硅材料殘余應力在線測試結構

有效

• 申請號: 201210003497.3
• 申請日: 2012-01-06
• 公開（公告）號: CN102565143A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 李偉華;張衛青;蔣明霞;周再發;劉海韻
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04;G01L5/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種多晶硅材料殘余應力在線測試結構，屬于微機電系統(MEMS)材料參數在線測試技術領域。

背景技術

微機電器件的性能與材料參數有密切的關系，由于加工過程的影響，一些材料參數將產生變化，這些由加工工藝所導致的不確定因素，將使得器件設計與性能預測出現不確定和不穩定的情況。材料參數在線測試目的就在于能夠實時地測量由具體工藝制造的微機電器件材料參數，對工藝的穩定性進行監控，并將參數反饋給設計者，以便對設計進行修正。因此，不離開加工環境并采用通用設備進行的在線測試成為工藝監控的必要手段。在線測試結構通常采用電學激勵和電學測量的方法，通過電學量數值以及針對性的計算方法得到材料的物理參數。

多晶硅是制造微機電器件結構的重要的和基本的材料，通常采用化學氣相沉積(CVD)方法制造得到。多晶硅材料在制作過程中將產生內應力即存在殘余應力。殘余應力分為壓應力和張應力。當微機電結構被釋放后，殘余應力將導致結構出現初始變形或者產生對其他材料參數的影響，產生實際性能對設計性能的偏離。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種多晶硅材料殘余應力的在線測試結構。

技術方案：為實現上述目的，本發明的一種多晶硅材料殘余應力在線測試結構，包括三個多晶硅偏轉指針，三個多晶硅偏轉指針分別包括多晶硅驅動梁、多晶硅指針和錨區；三個多晶硅偏轉指針呈“品”字型放置，多晶硅指針都指向中心；左下部多晶硅偏轉指針和右下部多晶硅偏轉指針結構完全相同，以測試結構豎直中心線左右鏡向，上部多晶硅偏轉指針位于中心，指針方向與下部的左右多晶硅偏轉指針相反；整個測試結構制作在絕緣襯底上，除錨區及其上的金屬電極外，在結構被釋放后，驅動梁和指針均處于懸浮狀態，以便于釋放殘余應力并自由伸縮與偏轉。

左、中、右三個指針端部間距受多晶硅殘余應力作用不同，左-中指針端部間距不受多晶硅殘余應力的影響，中-右指針端部間距隨多晶硅殘余應力的大小和性質發生變化。

所述左下部多晶硅偏轉指針中，驅動梁一端的錨區和指針一端的錨區上分別制作有金屬電極；所述右下部多晶硅偏轉指針中，驅動梁一端的錨區和指針一端的錨區上分別制作有金屬電極；所述上部多晶硅偏轉指針中，僅在指針一端的錨區上制作有金屬電極。

所述三個多晶硅偏轉指針的多晶硅驅動梁長度相等。

有益效果：本發明的多晶硅材料殘余應力在線測試結構，通過將三個基本結構相同的多晶硅偏轉指針呈“品”字型布置，并利用這些指針所受多晶硅殘余應力影響相同的特點，使得殘余應力的大小與性質能夠有效地進行測量，測試方法是利用電流加熱偏轉指針的驅動梁使其膨脹，并進而推動指針偏轉，測量殘余應力對偏轉量的影響。采用本發明對多晶硅殘余應力進行測試，方法簡單、測試設備要求低，加工過程與微機電器件同步，沒有特殊加工要求，完全符合在線測試的要求。本發明中的計算方法僅限于簡單數學公式，雖然采用熱膨脹原理，但測量計算并不需要熱膨脹系數，避免了在線測試熱膨脹系數時的誤差對測量結果的影響，具有測試結構簡單、電信號加載和測量簡便、計算方法穩定等優點。

附圖說明

圖1為本發明的多晶硅材料殘余應力在線測試結構的示意圖；

圖2為圖1的A-A剖面圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。

如圖1和圖2所示，本發明的多晶硅材料殘余應力在線測試結構，包括三個基本結構相同的偏轉指針，每個偏轉指針包括一個水平的驅動梁101、103、105、一個與驅動梁101、103、105垂直的指針102、104、106和兩個固定在襯底上的錨區構成，兩個錨區分別固定了驅動梁101、103、105的一端和指針102、104、106的一端。測試結構的主體由多晶硅材料制造而成。