專利名稱：多晶硅熱膨脹系數(shù)在線測試結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微機電系統(tǒng)材料參數(shù)在線測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及多晶硅熱膨脹系數(shù)的在線測試技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前微機電器件的性能與材料物理參數(shù)有密切的關(guān)系，而制造微機電器件的材料物理參數(shù)又與制造工藝過程有關(guān)。材料物理參數(shù)在線測試目的就在于能夠?qū)崟r地測量由具體工藝制造的微機電材料物理參數(shù)。多晶硅是制造微機電器件結(jié)構(gòu)的重要的和基本的材料，通常通過化學(xué)氣相沉積 (CVD)方法制造得到。熱膨脹系數(shù)是多晶硅材料的重要物理參數(shù)，對于熱驅(qū)動方式工作的微機電執(zhí)行器尤為重要。微機電產(chǎn)品的制造廠商希望能夠在工藝線內(nèi)通過通用的測量儀器進行在線測試，及時地反映工藝對物理參數(shù)的影響，因此，不離開加工環(huán)境并采用通用設(shè)備進行的在線測試成為工藝監(jiān)控的必要手段。在線測試結(jié)構(gòu)通常采用電學(xué)激勵和電學(xué)測量的方法，通過電學(xué)量數(shù)值以及針對性的計算方法得到材料的物理參數(shù)。但由于多晶硅材料在制作過程中將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力即存在殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力分為壓應(yīng)力和張應(yīng)力，當(dāng)微機電結(jié)構(gòu)被釋放后，殘余應(yīng)力將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)初始變形，產(chǎn)生實際結(jié)構(gòu)尺寸偏離設(shè)計尺寸的不利結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對上述現(xiàn)有存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種多晶硅熱膨脹系數(shù)在線測試結(jié)構(gòu)，可以消除多晶硅內(nèi)殘余應(yīng)力的影響，而獲能方便簡單的獲得更精確的熱膨脹系數(shù)。技術(shù)方案為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種多晶硅熱膨脹系數(shù)在線測試結(jié)構(gòu)，包括絕緣襯底、上偏轉(zhuǎn)指針和下偏轉(zhuǎn)指針，該上偏轉(zhuǎn)指針和下偏轉(zhuǎn)指針用多晶硅制成，其中所述上偏轉(zhuǎn)指針包括第一驅(qū)動梁、第一指針、第一錨區(qū)和第二錨區(qū)，且為一體設(shè)計，所述第一驅(qū)動梁一端與該第一指針垂直連接，另一端與第一錨區(qū)連接，所述第一驅(qū)動梁和第一指針的連接部與所述第二錨區(qū)連接，所述第一錨區(qū)和第二錨區(qū)上表面均設(shè)有金屬電極，并固定在絕緣襯底上，所述第一驅(qū)動梁和第一指針與絕緣襯底存在間隙，處于懸空狀態(tài)；所述下偏轉(zhuǎn)指針包括第二驅(qū)動梁、第二指針、第三錨區(qū)和第四錨區(qū)，且為一體設(shè)計，所述第二驅(qū)動梁一端與該第二指針垂直連接，另一端與第三錨區(qū)連接，所述第二驅(qū)動梁和第二指針的連接部與所述第四錨區(qū)連接，所述第三錨區(qū)和第四錨區(qū)上表面均設(shè)有金屬電極，并固定在絕緣襯底上，其中所述第四錨區(qū)上的金屬電極延伸至所述第二驅(qū)動梁上，所述第二驅(qū)動梁和第二指針與絕緣襯底存在間隙，處于懸空狀態(tài)；所述下偏轉(zhuǎn)指針中的第一指針與上偏轉(zhuǎn)指針中的第二指針錯位相對，且有部分重疊。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點通過對稱布置的一對基本結(jié)構(gòu)相同的多晶硅偏轉(zhuǎn)指針，并利用該對指針?biāo)芏嗑Ч铓堄鄳?yīng)力影響相同的特點，使得偏轉(zhuǎn)指針尖端部偏轉(zhuǎn)量不受殘余應(yīng)力的影響。本發(fā)明具有測試結(jié)構(gòu)簡單、測試方法簡便，獲得的熱膨脹系數(shù)穩(wěn)定并更加精確。


圖I為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I中A-A方向的剖面圖。絕緣襯底I、第一驅(qū)動梁2、第一指針3、第一錨區(qū)4、第二錨區(qū)5、第二驅(qū)動梁6、第二指針7、第三錨區(qū)8、第四錨區(qū)9、金屬電極10
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。一、測試結(jié)構(gòu)如圖I 2所示，一種多晶硅熱膨脹系數(shù)在線測試結(jié)構(gòu)的測試結(jié)構(gòu)由兩個結(jié)構(gòu)基本相同的上偏轉(zhuǎn)指針和下偏轉(zhuǎn)指針構(gòu)成。其基本結(jié)構(gòu)由一個水平的驅(qū)動梁、一個與驅(qū)動梁垂直的指針和兩個固定在襯底上的錨區(qū)構(gòu)成，兩個錨區(qū)分別固定了驅(qū)動梁的一端和指針的一端。測試結(jié)構(gòu)的主體由多晶娃材料制造。如圖I所示上偏轉(zhuǎn)指針由下面幾部分組成第一驅(qū)動梁2，其長度為L2，在結(jié)構(gòu)釋放后該梁將因殘余應(yīng)力而發(fā)生初始伸縮；第一指針3，長度為Li+L4，L4為兩個指針在垂直方向的重疊長度，遠小于L1，所述第一驅(qū)動梁2和第一指針3垂直連接；還包括固定在絕緣襯底I上的第一錨區(qū)4和第二錨區(qū)5，該第一錨區(qū)4與第一驅(qū)動梁2 —端連接，第二錨區(qū)5與第一指針3連接；在該第一錨區(qū)4和第二錨區(qū)5上均制作了金屬電極。整個結(jié)構(gòu)除第一錨區(qū)4和第二錨區(qū)5外，第一指針3和第一驅(qū)動梁2均處于懸空狀態(tài)，目的是使驅(qū)動梁可以自由伸縮釋放殘余應(yīng)力，使第一指針3可以旋轉(zhuǎn)。所述第一驅(qū)動梁2中心線與第二錨區(qū)5距離為l5。下偏轉(zhuǎn)指針結(jié)構(gòu)近似，包括長度為L2的第二驅(qū)動梁6和長度為L1的第二指針7，該第二驅(qū)動梁6和第二指針7兩端連接，第二驅(qū)動梁6除與第一驅(qū)動梁2 —樣由于除殘余應(yīng)力具有相同的初始伸縮外，還將承擔(dān)受到加熱膨脹后驅(qū)動第二指針7偏轉(zhuǎn)的作用；還包括固定在絕緣襯底I上的第三錨區(qū)8和第四錨區(qū)9，該第三錨區(qū)8與第二驅(qū)動梁6 —端連接， 第四錨區(qū)9與第二指針7連接，且表面均制作了金屬電極，其中，第四錨區(qū)9上的金屬電極一直延伸到第二驅(qū)動梁6上，在加熱驅(qū)動工作時，有效的發(fā)熱區(qū)域長度為L2-L3，，其中L3為延伸覆蓋在第二驅(qū)動梁6上金屬電極的長度。整個結(jié)構(gòu)除第三錨區(qū)8和第四錨區(qū)9外，第二驅(qū)動梁6和第二指針7均處于懸空狀態(tài)，使第二驅(qū)動梁6長度可以因殘余應(yīng)力和加熱膨脹而變化，同時使第二指針7可以隨之發(fā)生偏轉(zhuǎn)。第二驅(qū)動梁6的中心線到第四錨區(qū)9之間的距離也為L5。二、測試原理因為多晶硅所存在的殘余應(yīng)力將使第一驅(qū)動梁2和第二驅(qū)動梁6在結(jié)構(gòu)釋放后產(chǎn)生初始長度變化，進而使第一指針3和第二指針7發(fā)生初始偏轉(zhuǎn)。但是，因為在相同性質(zhì)與大小的殘余應(yīng)力作用下，第一指針3和第二指針7產(chǎn)生相反時鐘的旋轉(zhuǎn)方向的偏轉(zhuǎn)且偏轉(zhuǎn)角相同，因此指針端部的間距可以保持不變，仍為g。本發(fā)明采用熱驅(qū)動偏轉(zhuǎn)指針旋轉(zhuǎn)工作方式。在第三錨區(qū)8和第四錨區(qū)9上的金屬電極之間施加電流，使第二驅(qū)動梁6的L2-L3部分發(fā)生熱膨脹，進而推動第二指針7順時針偏轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)诙羔?尖端與第一指針3發(fā)生接觸時，第二指針7尖端順時針偏轉(zhuǎn)的距離為g。三、測試方法與計算在第三錨區(qū)8和第四錨區(qū)9上的金屬電極之間施加緩慢增加的電流，第二驅(qū)動梁 6將因電流作用而產(chǎn)生熱膨脹，進而驅(qū)動第二指針7偏轉(zhuǎn)；與此同時監(jiān)測第二錨區(qū)5和第四錨區(qū)9上金屬電極之間的電阻，當(dāng)電阻值由無窮大變?yōu)橛邢拗禃r，表示第二指針7偏轉(zhuǎn)并與第一指針3發(fā)生接觸，此時第二指針7偏轉(zhuǎn)的距離為g。因為金屬電阻遠小于多晶硅電阻， 因此，熱驅(qū)動主要發(fā)生在第二驅(qū)動梁6的長度SL2-L3部分的多晶硅上。測試過程分幾個階段進行①在室溫下測量第三錨區(qū)8和第四錨區(qū)9上金屬電極之間的電阻，記為R00 ；②在第三錨區(qū)8和第四錨區(qū)9上的金屬電極之間施加緩慢增加的電流，第二驅(qū)動梁6將因電流作用而產(chǎn)生熱膨脹，進而驅(qū)動第二指針7偏轉(zhuǎn)，并監(jiān)測第二錨區(qū)5和第四錨區(qū) 9上金屬電極之間的電阻，當(dāng)電阻值由無窮大變?yōu)橛邢拗禃r，表示第二指針7偏轉(zhuǎn)并與第一指針3發(fā)生接觸。停止加熱電流的增加。③測量第一指針3和第二指針7發(fā)生接觸時，第三錨區(qū)8和第四錨區(qū)9上金屬電極之間的電阻,記為RT。測試結(jié)束。接著通過測得的數(shù)據(jù)，進行數(shù)學(xué)計算。長度為L2-L3部分的多晶硅第二驅(qū)動梁6的電阻大小與其溫度關(guān)系為
權(quán)利要求
1. 一種多晶硅熱膨脹系數(shù)在線測試結(jié)構(gòu)，其特征在于包括絕緣襯底(I)、上偏轉(zhuǎn)指針和下偏轉(zhuǎn)指針，該上偏轉(zhuǎn)指針和下偏轉(zhuǎn)指針用多晶硅制成，其中所述上偏轉(zhuǎn)指針包括第一驅(qū)動梁(2)、第一指針(3)、第一錨區(qū)(4)和第二錨區(qū)(5)，且為一體設(shè)計，所述第一驅(qū)動梁(2)—端與該第一指針(3)垂直連接，另一端與第一錨區(qū)(4) 連接，所述第一驅(qū)動梁(2)和第一指針(3)的連接部與所述第二錨區(qū)(5)連接，所述第一錨區(qū)(4)和第二錨區(qū)(5)上表面均設(shè)有金屬電極(10)，并固定在絕緣襯底(I)上，所述第一驅(qū)動梁(2)和第一指針(3)與絕緣襯底(I)存在間隙，處于懸空狀態(tài)；所述下偏轉(zhuǎn)指針包括第二驅(qū)動梁(6)、第二指針(7)、第三錨區(qū)(8)和第四錨區(qū)(9)，且為一體設(shè)計，所述第二驅(qū)動梁(6)—端與該第二指針(7)垂直連接，另一端與第三錨區(qū)(8) 連接，所述第二驅(qū)動梁(6)和第二指針(7)的連接部與所述第四錨區(qū)(9)連接，所述第三錨區(qū)(8)和第四錨區(qū)(9)上表面均設(shè)有金屬電極(10)，并固定在絕緣襯底(I)上，其中所述第四錨區(qū)(9)上的金屬電極(10)延伸至所述第二驅(qū)動梁(6)上，所述第二驅(qū)動梁(6)和第二指針(7)與絕緣襯底(I)存在間隙，處于懸空狀態(tài)；所述下偏轉(zhuǎn)指針中的第一指針(3)與上偏轉(zhuǎn)指針中的第二指針(7)錯位相對，并有部分重疊，該重疊部分有錯位距離。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多晶硅熱膨脹系數(shù)在線測試結(jié)構(gòu)，它對稱布置有一對結(jié)構(gòu)基本相同的多晶硅偏轉(zhuǎn)指針，并利用該對指針?biāo)芏嗑Ч铓堄鄳?yīng)力影響相同的特點，使得偏轉(zhuǎn)指針尖端部偏轉(zhuǎn)量不受殘余應(yīng)力的影響。本發(fā)明具有測試結(jié)構(gòu)簡單、測試方法簡便，獲得的熱膨脹系數(shù)穩(wěn)定并更加精確，實現(xiàn)多晶硅熱膨脹系數(shù)的在線測試。
文檔編號G01N25/16GK102608149SQ20121000507
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者劉海韻, 周再發(fā), 李偉華, 蔣明霞, 袁風(fēng)良 申請人:東南大學(xué)