專利名稱：多晶硅熱膨脹系數在線測試結構的制作方法
技術領域：
本發明屬于微機電系統材料參數在線測試技術領域，尤其涉及多晶硅熱膨脹系數的在線測試技術。
背景技術：
目前微機電器件的性能與材料物理參數有密切的關系，而制造微機電器件的材料物理參數又與制造工藝過程有關。材料物理參數在線測試目的就在于能夠實時地測量由具體工藝制造的微機電材料物理參數。多晶硅是制造微機電器件結構的重要的和基本的材料，通常通過化學氣相沉積 (CVD)方法制造得到。熱膨脹系數是多晶硅材料的重要物理參數，對于熱驅動方式工作的微機電執行器尤為重要。微機電產品的制造廠商希望能夠在工藝線內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的影響，因此，不離開加工環境并采用通用設備進行的在線測試成為工藝監控的必要手段。在線測試結構通常采用電學激勵和電學測量的方法，通過電學量數值以及針對性的計算方法得到材料的物理參數。但由于多晶硅材料在制作過程中將產生內應力即存在殘余應力。殘余應力分為壓應力和張應力，當微機電結構被釋放后，殘余應力將導致結構出現初始變形，產生實際結構尺寸偏離設計尺寸的不利結果。
發明內容
發明目的針對上述現有存在的問題和不足，本發明的目的是提供一種多晶硅熱膨脹系數在線測試結構，可以消除多晶硅內殘余應力的影響，而獲能方便簡單的獲得更精確的熱膨脹系數。技術方案為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案一種多晶硅熱膨脹系數在線測試結構，包括絕緣襯底、上偏轉指針和下偏轉指針，該上偏轉指針和下偏轉指針用多晶硅制成，其中所述上偏轉指針包括第一驅動梁、第一指針、第一錨區和第二錨區，且為一體設計，所述第一驅動梁一端與該第一指針垂直連接，另一端與第一錨區連接，所述第一驅動梁和第一指針的連接部與所述第二錨區連接，所述第一錨區和第二錨區上表面均設有金屬電極，并固定在絕緣襯底上，所述第一驅動梁和第一指針與絕緣襯底存在間隙，處于懸空狀態；所述下偏轉指針包括第二驅動梁、第二指針、第三錨區和第四錨區，且為一體設計，所述第二驅動梁一端與該第二指針垂直連接，另一端與第三錨區連接，所述第二驅動梁和第二指針的連接部與所述第四錨區連接，所述第三錨區和第四錨區上表面均設有金屬電極，并固定在絕緣襯底上，其中所述第四錨區上的金屬電極延伸至所述第二驅動梁上，所述第二驅動梁和第二指針與絕緣襯底存在間隙，處于懸空狀態；所述下偏轉指針中的第一指針與上偏轉指針中的第二指針錯位相對，且有部分重疊。有益效果與現有技術相比，本發明具有以下優點通過對稱布置的一對基本結構相同的多晶硅偏轉指針，并利用該對指針所受多晶硅殘余應力影響相同的特點，使得偏轉指針尖端部偏轉量不受殘余應力的影響。本發明具有測試結構簡單、測試方法簡便，獲得的熱膨脹系數穩定并更加精確。
圖I為本發明結構示意圖；圖2為圖I中A-A方向的剖面圖。絕緣襯底I、第一驅動梁2、第一指針3、第一錨區4、第二錨區5、第二驅動梁6、第二指針7、第三錨區8、第四錨區9、金屬電極10
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。一、測試結構如圖I 2所示，一種多晶硅熱膨脹系數在線測試結構的測試結構由兩個結構基本相同的上偏轉指針和下偏轉指針構成。其基本結構由一個水平的驅動梁、一個與驅動梁垂直的指針和兩個固定在襯底上的錨區構成，兩個錨區分別固定了驅動梁的一端和指針的一端。測試結構的主體由多晶娃材料制造。如圖I所示上偏轉指針由下面幾部分組成第一驅動梁2，其長度為L2，在結構釋放后該梁將因殘余應力而發生初始伸縮；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4和第二錨區5，該第一錨區4與第一驅動梁2 —端連接，第二錨區5與第一指針3連接；在該第一錨區4和第二錨區5上均制作了金屬電極。整個結構除第一錨區4和第二錨區5外，第一指針3和第一驅動梁2均處于懸空狀態，目的是使驅動梁可以自由伸縮釋放殘余應力，使第一指針3可以旋轉。所述第一驅動梁2中心線與第二錨區5距離為l5。下偏轉指針結構近似，包括長度為L2的第二驅動梁6和長度為L1的第二指針7，該第二驅動梁6和第二指針7兩端連接，第二驅動梁6除與第一驅動梁2 —樣由于除殘余應力具有相同的初始伸縮外，還將承擔受到加熱膨脹后驅動第二指針7偏轉的作用；還包括固定在絕緣襯底I上的第三錨區8和第四錨區9，該第三錨區8與第二驅動梁6 —端連接， 第四錨區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9上的金屬電極一直延伸到第二驅動梁6上，在加熱驅動工作時，有效的發熱區域長度為L2-L3，，其中L3為延伸覆蓋在第二驅動梁6上金屬電極的長度。整個結構除第三錨區8和第四錨區9外，第二驅動梁6和第二指針7均處于懸空狀態，使第二驅動梁6長度可以因殘余應力和加熱膨脹而變化，同時使第二指針7可以隨之發生偏轉。第二驅動梁6的中心線到第四錨區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力將使第一驅動梁2和第二驅動梁6在結構釋放后產生初始長度變化，進而使第一指針3和第二指針7發生初始偏轉。但是，因為在相同性質與大小的殘余應力作用下，第一指針3和第二指針7產生相反時鐘的旋轉方向的偏轉且偏轉角相同，因此指針端部的間距可以保持不變，仍為g。本發明采用熱驅動偏轉指針旋轉工作方式。在第三錨區8和第四錨區9上的金屬電極之間施加電流，使第二驅動梁6的L2-L3部分發生熱膨脹，進而推動第二指針7順時針偏轉，當第二指針7尖端與第一指針3發生接觸時，第二指針7尖端順時針偏轉的距離為g。三、測試方法與計算在第三錨區8和第四錨區9上的金屬電極之間施加緩慢增加的電流，第二驅動梁 6將因電流作用而產生熱膨脹，進而驅動第二指針7偏轉；與此同時監測第二錨區5和第四錨區9上金屬電極之間的電阻，當電阻值由無窮大變為有限值時，表示第二指針7偏轉并與第一指針3發生接觸，此時第二指針7偏轉的距離為g。因為金屬電阻遠小于多晶硅電阻， 因此，熱驅動主要發生在第二驅動梁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8和第四錨區9上金屬電極之間的電阻，記為R00 ；②在第三錨區8和第四錨區9上的金屬電極之間施加緩慢增加的電流，第二驅動梁6將因電流作用而產生熱膨脹，進而驅動第二指針7偏轉，并監測第二錨區5和第四錨區 9上金屬電極之間的電阻，當電阻值由無窮大變為有限值時，表示第二指針7偏轉并與第一指針3發生接觸。停止加熱電流的增加。③測量第一指針3和第二指針7發生接觸時，第三錨區8和第四錨區9上金屬電極之間的電阻,記為RT。測試結束。接著通過測得的數據，進行數學計算。長度為L2-L3部分的多晶硅第二驅動梁6的電阻大小與其溫度關系為
權利要求
1. 一種多晶硅熱膨脹系數在線測試結構，其特征在于包括絕緣襯底(I)、上偏轉指針和下偏轉指針，該上偏轉指針和下偏轉指針用多晶硅制成，其中所述上偏轉指針包括第一驅動梁(2)、第一指針(3)、第一錨區(4)和第二錨區(5)，且為一體設計，所述第一驅動梁(2)—端與該第一指針(3)垂直連接，另一端與第一錨區(4) 連接，所述第一驅動梁(2)和第一指針(3)的連接部與所述第二錨區(5)連接，所述第一錨區(4)和第二錨區(5)上表面均設有金屬電極(10)，并固定在絕緣襯底(I)上，所述第一驅動梁(2)和第一指針(3)與絕緣襯底(I)存在間隙，處于懸空狀態；所述下偏轉指針包括第二驅動梁(6)、第二指針(7)、第三錨區(8)和第四錨區(9)，且為一體設計，所述第二驅動梁(6)—端與該第二指針(7)垂直連接，另一端與第三錨區(8) 連接，所述第二驅動梁(6)和第二指針(7)的連接部與所述第四錨區(9)連接，所述第三錨區(8)和第四錨區(9)上表面均設有金屬電極(10)，并固定在絕緣襯底(I)上，其中所述第四錨區(9)上的金屬電極(10)延伸至所述第二驅動梁(6)上，所述第二驅動梁(6)和第二指針(7)與絕緣襯底(I)存在間隙，處于懸空狀態；所述下偏轉指針中的第一指針(3)與上偏轉指針中的第二指針(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
本發明公開了一種多晶硅熱膨脹系數在線測試結構，它對稱布置有一對結構基本相同的多晶硅偏轉指針，并利用該對指針所受多晶硅殘余應力影響相同的特點，使得偏轉指針尖端部偏轉量不受殘余應力的影響。本發明具有測試結構簡單、測試方法簡便，獲得的熱膨脹系數穩定并更加精確，實現多晶硅熱膨脹系數的在線測試。
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 優先權日2012年1月10日
發明者劉海韻, 周再發, 李偉華, 蔣明霞, 袁風良 申請人:東南大學