[发明专利]多晶硅材料残余应力在线测试结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶硅材料残余应力在线测试结构，属于微机电系统(MEMS)材料参数在线测试技术领域。

背景技术

微机电器件的性能与材料参数有密切的关系，由于加工过程的影响，一些材料参数将产生变化，这些由加工工艺所导致的不确定因素，将使得器件设计与性能预测出现不确定和不稳定的情况。材料参数在线测试目的就在于能够实时地测量由具体工艺制造的微机电器件材料参数，对工艺的稳定性进行监控，并将参数反馈给设计者，以便对设计进行修正。因此，不离开加工环境并采用通用设备进行的在线测试成为工艺监控的必要手段。在线测试结构通常采用电学激励和电学测量的方法，通过电学量数值以及针对性的计算方法得到材料的物理参数。

多晶硅是制造微机电器件结构的重要的和基本的材料，通常采用化学气相沉积(CVD)方法制造得到。多晶硅材料在制作过程中将产生内应力即存在残余应力。残余应力分为压应力和张应力。当微机电结构被释放后，残余应力将导致结构出现初始变形或者产生对其他材料参数的影响，产生实际性能对设计性能的偏离。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多晶硅材料残余应力的在线测试结构。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种多晶硅材料残余应力在线测试结构，包括三个多晶硅偏转指针，三个多晶硅偏转指针分别包括多晶硅驱动梁、多晶硅指针和锚区；三个多晶硅偏转指针呈“品”字型放置，多晶硅指针都指向中心；左下部多晶硅偏转指针和右下部多晶硅偏转指针结构完全相同，以测试结构竖直中心线左右镜向，上部多晶硅偏转指针位于中心，指针方向与下部的左右多晶硅偏转指针相反；整个测试结构制作在绝缘衬底上，除锚区及其上的金属电极外，在结构被释放后，驱动梁和指针均处于悬浮状态，以便于释放残余应力并自由伸缩与偏转。

左、中、右三个指针端部间距受多晶硅残余应力作用不同，左-中指针端部间距不受多晶硅残余应力的影响，中-右指针端部间距随多晶硅残余应力的大小和性质发生变化。

所述左下部多晶硅偏转指针中，驱动梁一端的锚区和指针一端的锚区上分别制作有金属电极；所述右下部多晶硅偏转指针中，驱动梁一端的锚区和指针一端的锚区上分别制作有金属电极；所述上部多晶硅偏转指针中，仅在指针一端的锚区上制作有金属电极。

所述三个多晶硅偏转指针的多晶硅驱动梁长度相等。

有益效果：本发明的多晶硅材料残余应力在线测试结构，通过将三个基本结构相同的多晶硅偏转指针呈“品”字型布置，并利用这些指针所受多晶硅残余应力影响相同的特点，使得残余应力的大小与性质能够有效地进行测量，测试方法是利用电流加热偏转指针的驱动梁使其膨胀，并进而推动指针偏转，测量残余应力对偏转量的影响。采用本发明对多晶硅残余应力进行测试，方法简单、测试设备要求低，加工过程与微机电器件同步，没有特殊加工要求，完全符合在线测试的要求。本发明中的计算方法仅限于简单数学公式，虽然采用热膨胀原理，但测量计算并不需要热膨胀系数，避免了在线测试热膨胀系数时的误差对测量结果的影响，具有测试结构简单、电信号加载和测量简便、计算方法稳定等优点。

附图说明

图1为本发明的多晶硅材料残余应力在线测试结构的示意图；

图2为图1的A-A剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1和图2所示，本发明的多晶硅材料残余应力在线测试结构，包括三个基本结构相同的偏转指针，每个偏转指针包括一个水平的驱动梁101、103、105、一个与驱动梁101、103、105垂直的指针102、104、106和两个固定在衬底上的锚区构成，两个锚区分别固定了驱动梁101、103、105的一端和指针102、104、106的一端。测试结构的主体由多晶硅材料制造而成。