[發(fā)明專利]微機械殘余應力的測試結構及其測試方法

有效

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• 申請日: 2013-04-10
• 公開（公告）號: CN103196592A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設計）人: 廖小平;楊剛
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01L1/00
• 分類號: G01L1/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發(fā)明涉及一種微機械殘余應力的測試結構及其測試方法，屬于微電子機械系統(tǒng)（MEMS）技術。

背景技術

MEMS器件中的懸空的微機械薄膜結構，譬如懸臂梁、固支梁和鼓膜，這些結構中有的是使用體加工技術制造，但是為了和現(xiàn)有的通用CMOS工藝線兼容，更多的是用表面微機械加工的方法制造。一般而言，體硅加工的結構是通過腐蝕得到，沒有經(jīng)過高溫處理，因而結構中的殘余應力比較小。例如在GaAs（砷化鎵）工藝中，表面微機械加工制造的結構因為使用了淀積薄膜，腐蝕犧牲層工序。而薄膜的淀積溫度一般在600℃以上，在溫度降到室溫時的溫差變化會使結構層薄膜內存在熱殘余應力。熱殘余應力加上與工藝條件密切相關的本征殘余應力，兩者綜合作用形成薄膜中的殘余應力。殘余應力對MEMS器件的性能影響很大。水平方向上的殘余應力使薄膜結構在其下層的犧牲層釋放之后發(fā)生水平變形，垂直方向上殘余應力的分布不均會造成薄膜結構的翹曲。所以殘余應力的大小嚴重影響MEMS器件的性能，也影響到薄膜的粘附、斷裂等重要特性，因而給制作性能優(yōu)良的MEMS器件帶來了很多問題。對微機械薄膜的力學性能的準確測定，能夠為正確估計設備的性能有重大作用。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種微機械殘余應力的測試結構及其測試方法，能易于測量出器件加工后的殘余應力大小，并且該測量結構具有較高精度。

技術方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

微機械殘余應力的測試結構，包括四組結構尺寸參數(shù)完全相同的微機械梁測試結構；所述微機械梁測試結構包括一個指針梁和兩個結構尺寸參數(shù)完全相同的測試梁，所述兩個測試梁位置平行且與指針梁相互垂直，所述指針梁和測試梁之間的交點記為旋轉點；所述四組微機械梁測試結構的所有指針梁和測試梁均位于同一豎直平面內；記四組微機械梁測試結構的指針梁分別記為1號指針梁、2號指針梁、3號指針梁和4號指針梁；所述1號指針梁、2號指針梁、3號指針梁和4號指針梁位于同一豎直平面內，且在殘余應力釋放前，1號指針梁和3號指針梁位于同一豎直線上，2號指針梁和4號指針梁位于同一水平線上。

上述結構中，對四組微機械梁測試結構的排列組合位置進行了限定；對于每組微機械梁測試結構而言，當下層的襯底被腐蝕之后，原來薄膜所受的下層應力作用也將消失，結果是薄膜將會產(chǎn)生變形；由于四組微機械梁測試結構的結構尺寸參數(shù)完全相同，可認為四組微機械梁測試結構的變形程度也是相同的，在微機械梁測試結構收縮過程中所形成的力矩使中間的指針梁發(fā)生旋轉，最后使指針梁的端點產(chǎn)生一端的彎弧位移。

基于上述微機械殘余應力的測試結構的測試方法，是通過測試兩兩間的夾角差來測量的，這一方法也利于當今主流測試設備的操作，具體為：在殘余應力釋放后，對1號指針梁和2號指針梁之間的夾角α進行測量，對3號指針梁和4號指針梁之間的夾角β進行測量，通過下式計算有效殘余應力σ：

σ=Ee(β-α)R8(1-v)(Lt+Wr/2)(Lr+D/2)]]>