[發(fā)明專利]一種多層薄膜熱膨脹系數(shù)提取方法

在審

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• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112326721A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設計）人: 劉海韻;李臣明;高紅民
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N25/16
• 分類號: G01N25/16
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發(fā)明公開了一種多層薄膜熱膨脹系數(shù)提取方法，包括：測量每根等寬多層雙端固支梁在常溫下的吸合電壓；測量每根不等寬多層雙端固支梁在常溫下的吸合電壓；計算第i層薄膜的等效楊氏模量和初始殘余應力；測量每根等寬多層雙端固支梁在溫度T下的吸合電壓，并計算第i層薄膜在溫度T下的殘余應力；計算各層薄膜在溫度T下的熱膨脹系數(shù)；測量每根等寬多層雙端固支梁在不同溫度下的吸合電壓，并計算第i層薄膜在不同溫度下的殘余應力；計算各層薄膜在不同溫度下的熱膨脹系數(shù)；本發(fā)明提供的一種多層薄膜熱膨脹系數(shù)提取方法，簡單易行、操作方便、成本較低、多層雙端固支梁測試結構簡單、測量速度快。

技術領域

本發(fā)明涉及微電子機械系統(tǒng)技術領域，具體是一種多層薄膜熱膨脹系數(shù)提取方法。

背景技術

微電子機械系統(tǒng)(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)是在微電子技術基礎上發(fā)展起來的前沿研究領域，其中，MEMS材料參數(shù)的測試技術是保證MEMS加工工藝線良率的關鍵。隨著MEMS產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，MEMS產(chǎn)品所需薄膜的層數(shù)越來越多，對多層薄膜材料參數(shù)測試技術的研究既是市場的需求，也是MEMS材料參數(shù)測試技術的發(fā)展方向。薄膜材料的熱膨脹系數(shù)是重要的材料參數(shù)，一方面，薄膜和襯底的熱膨脹系數(shù)失配會產(chǎn)生熱應力，降低MEMS器件的可靠性，另一方面，熱膨脹效應是MEMS熱執(zhí)行器的動力來源。因此，建立MEMS多層薄膜材料熱膨脹系數(shù)提取方法對于設計MEMS器件、優(yōu)化和預測MEMS器件性能具有重要的意義。

目前常用的多層薄膜熱膨脹系數(shù)的測試方法大多采用光學手段來檢測樣品的離面形變，需要使用昂貴的光學測試設備，且測試速度較慢。胡冬梅等人在半導體學報，2008,29(10):2018-2022中發(fā)表的論文多晶硅薄膜熱膨脹系數(shù)的電測試結構利用了雙端固支梁的吸合效應，來獲取多晶硅薄膜的熱膨脹系數(shù)，能夠實現(xiàn)低成本快速測量，但是該方案僅適用于單層多晶硅薄膜的熱膨脹系數(shù)測試，并不能直接套用在多層薄膜的熱膨脹系數(shù)提取中。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種多層薄膜熱膨脹系數(shù)提取方法，以解決現(xiàn)有技術中的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

本發(fā)明提供了一種多層薄膜熱膨脹系數(shù)提取方法，包括n組多層雙端固支梁測試結構，其中每組多層雙端固支梁測試結構均包括一根等寬多層雙端固支梁和一根不等寬多層雙端固支梁，二者的長度相同，基于上述n組多層雙端固支梁測試結構提取多層薄膜熱膨脹系數(shù)的方法包括：

測量每根等寬多層雙端固支梁在常溫T₀下的吸合電壓V_a1、V_a2、V_a3…V_an；

測量每根不等寬多層雙端固支梁在常溫T₀下的吸合電壓V_b1、V_b2、V_b3…V_bn；

根據(jù)每根等寬多層雙端固支梁在常溫T₀下的吸合電壓和每根不等寬多層雙端固支梁在常溫T₀下的吸合電壓，計算第i層薄膜的等效楊氏模量和初始殘余應力σ_0i；

測量每根等寬多層雙端固支梁在溫度T下的吸合電壓V’_a1、V’_a2、V’_a3…V’_an，并計算第i層薄膜在溫度T下的殘余應力σ_1i；

根據(jù)第i層薄膜的等效楊氏模量和初始殘余應力σ_0i，以及第i層薄膜在溫度T下的殘余應力σ_1i，計算各層薄膜在溫度T下的熱膨脹系數(shù)。