[发明专利]一种多层薄膜热膨胀系数提取方法

说明书

本发明公开了一种多层薄膜热膨胀系数提取方法，包括：测量每根等宽多层双端固支梁在常温下的吸合电压；测量每根不等宽多层双端固支梁在常温下的吸合电压；计算第i层薄膜的等效杨氏模量和初始残余应力；测量每根等宽多层双端固支梁在温度T下的吸合电压，并计算第i层薄膜在温度T下的残余应力；计算各层薄膜在温度T下的热膨胀系数；测量每根等宽多层双端固支梁在不同温度下的吸合电压，并计算第i层薄膜在不同温度下的残余应力；计算各层薄膜在不同温度下的热膨胀系数；本发明提供的一种多层薄膜热膨胀系数提取方法，简单易行、操作方便、成本较低、多层双端固支梁测试结构简单、测量速度快。

技术领域

本发明涉及微电子机械系统技术领域，具体是一种多层薄膜热膨胀系数提取方法。

背景技术

微电子机械系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)是在微电子技术基础上发展起来的前沿研究领域，其中，MEMS材料参数的测试技术是保证MEMS加工工艺线良率的关键。随着MEMS产业化的发展，MEMS产品所需薄膜的层数越来越多，对多层薄膜材料参数测试技术的研究既是市场的需求，也是MEMS材料参数测试技术的发展方向。薄膜材料的热膨胀系数是重要的材料参数，一方面，薄膜和衬底的热膨胀系数失配会产生热应力，降低MEMS器件的可靠性，另一方面，热膨胀效应是MEMS热执行器的动力来源。因此，建立MEMS多层薄膜材料热膨胀系数提取方法对于设计MEMS器件、优化和预测MEMS器件性能具有重要的意义。

目前常用的多层薄膜热膨胀系数的测试方法大多采用光学手段来检测样品的离面形变，需要使用昂贵的光学测试设备，且测试速度较慢。胡冬梅等人在半导体学报，2008,29(10):2018-2022中发表的论文多晶硅薄膜热膨胀系数的电测试结构利用了双端固支梁的吸合效应，来获取多晶硅薄膜的热膨胀系数，能够实现低成本快速测量，但是该方案仅适用于单层多晶硅薄膜的热膨胀系数测试，并不能直接套用在多层薄膜的热膨胀系数提取中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多层薄膜热膨胀系数提取方法，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种多层薄膜热膨胀系数提取方法，包括n组多层双端固支梁测试结构，其中每组多层双端固支梁测试结构均包括一根等宽多层双端固支梁和一根不等宽多层双端固支梁，二者的长度相同，基于上述n组多层双端固支梁测试结构提取多层薄膜热膨胀系数的方法包括：

测量每根等宽多层双端固支梁在常温T₀下的吸合电压V_a1、V_a2、V_a3…V_an；

测量每根不等宽多层双端固支梁在常温T₀下的吸合电压V_b1、V_b2、V_b3…V_bn；

根据每根等宽多层双端固支梁在常温T₀下的吸合电压和每根不等宽多层双端固支梁在常温T₀下的吸合电压，计算第i层薄膜的等效杨氏模量和初始残余应力σ_0i；

测量每根等宽多层双端固支梁在温度T下的吸合电压V’_a1、V’_a2、V’_a3…V’_an，并计算第i层薄膜在温度T下的残余应力σ_1i；

根据第i层薄膜的等效杨氏模量和初始残余应力σ_0i，以及第i层薄膜在温度T下的残余应力σ_1i，计算各层薄膜在温度T下的热膨胀系数。