[发明专利]多晶硅薄膜材料杨氏模量测试结构及方法

摘要

本发明提出了一种多晶硅薄膜材料杨氏模量的测试结构及方法，主要用于多晶硅结构层的材料测试。该测试结构由两组结构组成，第一组结构包括静电驱动的多晶硅悬臂梁(101)、由待测薄膜材料制作的带有对准结构的第一非对称十字梁(102)、由待测薄膜材料制作的第二非对称十字梁(103)；第二组结构是第一组结构去除第二非对称十字梁后的剩余结构；测量材料的杨氏模量通常需要知道结构受力大小和结构受力所产生的形变或弯曲的挠度。本发明通过几何参数设计控制测试结构的弯曲挠度，通过两组测试结构的相同部分受力相同的原理提取出杨氏模量测试结构所受到的力，利用力和挠度计算得到多晶硅薄膜材料的杨氏模量。本发明的测试结构、测量方法和参数提取的方法极其简单。

主权项

一种多晶硅薄膜材料杨氏模量测试结构，其特征在于该测试结构由两组结构组成，第一组结构包括静电驱动的多晶硅悬臂梁(101)、由待测薄膜材料制作的带有对准结构的第一非对称十字梁(102)、由待测薄膜材料制作的第二非对称十字梁(103)；第二组结构是第一组结构去除第二非对称十字梁(103)后的剩余结构；所述第一组结构的多晶硅悬臂梁(101)由第一锚区(101‑1)、细长梁(101‑2)、作为上电极的宽梁(101‑3)、细短梁(101‑4)自左向右连接而成，在宽梁(101‑3)的下表面是矩形下电极(101‑7)，宽梁(101‑3)和下电极(101‑7)之间是空气层；在细短梁(101‑4)的下表面有第一凸点(101‑5)、第二凸点(101‑6)分别作为第二非对称十字梁(103)和第一非对称十字梁(102)的施力点；所述第一组结构中的第一非对称十字梁(102)由第四锚区(102‑2)、第五锚区(102‑3)、第一竖直短梁(102‑4)、左边长梁(102‑1)、右边长梁(102‑5)以及一个对准结构组成，左边长梁(102‑1)与右边长梁(102‑5)长度不同；其中，第一竖直短梁(102‑4)的两端分别与第四锚区(102‑2)、第五锚区(102‑3)相连，在第一竖直短梁(102‑4)中心位置的左右两边设有左边长梁(102‑1)和右边长梁(102‑5)，从第一竖直短梁(102‑4)的中心到第二凸点(101‑6)的长度为L2，从第一竖直短梁(102‑4)的中心到第二竖直短梁(102‑6)的第二对准边B的长度为L1，L1大于L2；在右边长梁(102‑5)的右端连接一个对准结构，对准结构由第二竖直短梁(102‑6)、第三竖直短梁(102‑8)和第六锚区(102‑7)构成，其中第二竖直短梁(102‑6)连接在右边长梁(102‑5)的右端，成垂直关系，第三竖直短梁(102‑8)一端与第六锚区(102‑7)相连；对准结构的对准边为第三竖直短梁(102‑8)的第一对准边A和第二竖直短梁(102‑6)的第二对准边B，第一对准边A与第二对准边B之间在水平方向有一个微小的距离△，所述第一对准边A与第二对准边B分别为第三竖直短梁(102‑8)和第二竖直梁(102‑6)的左侧竖直边，第一非对称十字梁(102)的水平轴线和多晶硅悬臂梁(101)的水平轴线重合；所述第一组结构的第二非对称十字梁(103)由第二锚区(103‑2)、第三锚区(103‑3)、第一水平短梁(103‑4)、上半竖直长梁(103‑1)、下半竖直长梁(103‑5)以及一个对准结构组成，其中，第一水平短梁(103‑4)的左右端分别与第二锚区(103‑2)、第三锚区(103‑3)相连，在第一水平短梁(103‑4)中心位置的上下两边分别设有上半竖直长梁(103‑1)以及下半竖直长梁(103‑5)；其中，从第一水平短梁(103‑4)的中心线到第二水平短梁(103‑6)的长度也为L1，上半竖直长梁(103‑1)的自由端位于多晶硅悬臂梁(101)的右边第一凸点(101‑5)之下；下部的下半竖直长梁(103‑5)的长度长于上半竖直长梁 (103‑1)，在下半竖直长梁(103‑5)的下端有一个对准结构，对准结构由相互平行的第二水平短梁(103‑6)和第三水平短梁(103‑8)及第七锚区(103‑7)构成，其中第二水平短梁(103‑6)连接在下半竖直长梁(103‑5)的下端，成垂直关系，第三水平短梁(103‑8)和第七锚区(103‑7)连接，对准边为第三水平短梁(103‑8)上部的一个横直边即第一对准边A和第二水平短梁(103‑6)上部一个横直边即第二对准边B，第一对准边A与第二对准边B之间有一个微小的设计距离△，第一水平短梁(103‑4)的中心到第二水平短梁(103‑6)的第二对准边B长度为L1，第二非对称十字梁(103)与多晶硅悬臂梁(101)垂直放置。