專利名稱：一種多晶硅泊松比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，尤其涉及多晶硅泊松比的在線測試技術領域。
背景技術：
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。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。泊松比是多晶硅材料的重要物理參數。多晶硅泊松比可以通過制作測試樣品由專門的儀器進行離線測試，但也因此失去了實時性。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，及時地反映工藝控制水平，因此，不離開加工環境并采用通用設備進行在線測試成為工藝監控的必要手段。在線測試結構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，可以得到材料的物理參數。現有的泊松比測量技術技術常采用對樣品施加作用力并結合光學干涉方法進行測量。這些測量方法要求相應的專用光學設備，不符合工藝線在線測量的要求。因此，通過作用力使材料結構發生扭轉并采用電學方法測量扭轉角是實現材料泊松比在線測量的關鍵問題。

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泊松比在線測試結構，從而可以實現在線連續的對多晶硅產品的泊松比參數進行測試。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泊松比在線測試結構，包括絕緣襯底、非對稱的多晶硅十字梁、第一多晶硅下極板和第二多晶硅下極板，其中，所述多晶硅十字梁包括水平梁，第一扭轉梁、第二扭轉梁、第一錨區和第二錨區，并采用一體設計，所述第一扭轉梁和第二扭轉梁設在水平梁兩側，其中第一扭轉梁的長度和寬度均大于第二扭轉梁，所述第一錨區和第二錨區分別連接在第一扭轉梁和第二扭轉梁的端部，該第一錨區和第二錨區上表面分別設有金屬電極，并固定在所述絕緣襯底上，所述水平梁、第一扭轉梁和第二扭轉梁與絕緣襯底存在間隙，處于懸空狀態；所述水平梁被第一扭轉梁和第二扭轉梁分為兩個梁臂，所述第一多晶硅下極板和第二多晶硅下極板均設在同一側梁臂下方的絕緣襯底上；所述第一多晶硅下極板設在所述梁臂中部下方對應的絕緣襯底上，且與該梁臂之間存在間隙，該第一多晶硅下極板也設有金屬電極；所述第二多晶硅下極板設在所述懸臂端部下方對應的絕緣襯底上，且與該梁臂之間存在間隙，該第二多晶娃下極板也設有金屬電極。通過在第一錨區和第一多晶硅下極板之間的金屬電極施加電壓，驅動水平梁發生順時針轉動，并使第一扭轉梁和第二扭轉梁發生扭轉，同時監測第一錨區和第二多晶硅下極板上金屬電極之間的電阻，當該電阻值由無窮大轉變為有限值時，水平梁與第二多晶硅下極板發生接觸，并記錄下此時施加的電壓，并通過其他相關參數進行數學計算，從而實現多晶硅的泊松比在線測試。所述第二多晶硅下極板的中心線與第一扭轉梁中心線的距離小于或等于同側水平梁長度的1/3。有益效果與現有技術相比，本發明具有以下優點通過激勵電壓所產生的靜電力使測試結構發生轉動，通過結構設計使最大扭轉角成為已知量，并根據測試結構達到最大扭轉角時的激勵電壓測量值，以及已知的結構幾何參數和物理參數計算得到多晶硅材料的泊松比，因而測試設備要求低，且測試方法簡單，測試過程及測試參數值穩定。多晶硅加工制備過程與后續微機電器件(MEMS)的制造同步進行時，沒有特殊加工要求，完全符合在線測試的要求。


圖I為本發明的結構示意圖；圖2為圖I的A-A方向的剖面圖；圖3為圖I的B-B方向的剖面圖；圖4為圖I的C-C方向的剖面圖。絕緣襯底I、多晶硅十字梁2、第一多晶硅下極板3、第二多晶硅下極板4、水平梁5、 第一扭轉梁6、第二扭轉梁7、第一錨區8、第二錨區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 4所示，本發明的測試結構由絕緣襯底I、非對稱的多晶硅十字梁2、第一多晶硅下極板3和第二多晶硅下極板4構成。多晶硅十字梁2由5個部分組成支撐結構的第一錨區8和第二錨區9、第一扭轉梁6、第二扭轉梁7和水平梁5。其中所述第一扭轉梁 6和第二扭轉梁7分布連接在水平梁5的兩側，且第一扭轉梁6和第二扭轉梁7的中心線在同一條線上，并與水平梁5垂直。其非對稱性表現在兩個扭轉梁的長度與寬度不同。其中第二扭轉梁7尺寸較小，主要起到支撐結構的作用，避免測試狀態下產生向下位移而產生扭轉角的兩維性，第一扭轉梁6是測試扭轉力矩的主要部分。而第一多晶硅下極板3和第二多晶硅下極板4由另一層多晶硅制造，其中，第一多晶硅下極板3是施加測試激勵電壓的一個極板，第二多晶硅下極板4用于測試水平梁5是否與其發生接觸。非對稱多晶硅十字梁2通過第一錨區8和第二錨區9固定在絕緣襯底I上，在多晶硅十字梁2的下方是第一多晶硅下極板3和第二多晶硅下極板4，并直接固定在絕緣襯底I上。多晶硅十字梁2的厚度為Ii1，所述第一多晶硅下極板3和第二多晶硅下極板4的厚度均為h2，水平梁5與第一多晶硅下極板3和第二多晶硅下極板4之間的間隙距離均為 g(l。且所述第一錨區8、第一多晶硅下極板3和第二多晶硅下極板4 一端的上表面分別制作了金屬電極10，用于探針加載激勵電壓以及監測水平梁5是否與下極板103接觸。要求第 一多晶硅下極板3的中心線到多晶硅十字梁2中心線之間的距離L3小于或等于右側水平 梁5長度L2的1/3，目的是防止出現吸合(Pull-in)現象。二、泊松比的測試方法和數學計算測試采用靜電力驅動的方式。通過在第一錨區8和第一多晶硅下極板3上的金屬 電極10之間施加電壓，驅動水平梁5順時針轉動，并使第一扭轉梁6和第二扭轉梁7發生 扭轉。同時，監測第一錨區8和第二多晶硅下極板4上金屬電極10之間的電阻，當該電阻 值由無窮大轉變為有限值時，表明水平梁5與第二多晶硅下極板4發生了接觸。記錄此時 施加的電壓V。由材料力學并考慮這里的靜電力不是點作用力，第一扭轉梁6的扭轉角0與作用 力F的關系為
權利要求
1.一種多晶硅泊松比在線測試結構，其特征在于包括絕緣襯底(I)、非對稱的多晶硅十字梁(2)、第一多晶硅下極板(3)和第二多晶硅下極板(4)，其中，所述多晶硅十字梁(2)包括水平梁(5)，第一扭轉梁(6)、第二扭轉梁(7)、第一錨區(8) 和第二錨區(9)，并采用一體設計，所述第一扭轉梁(6)和第二扭轉梁(7)設在水平梁(5)兩側，其中第一扭轉梁(6)的長度和寬度均大于第二扭轉梁(7)，所述第一錨區(8)和第二錨區(9)分別連接在第一扭轉梁(6)和第二扭轉梁(7)的端部，該第一錨區(8)和第二錨區(9) 固定在所述絕緣襯底(I)上，且第一錨區(8)上表面設有金屬電極(10)，所述水平梁(5)、第一扭轉梁(6)和第二扭轉梁(7)與絕緣襯底(I)存在間隙，處于懸空狀態；所述水平梁(5)被第一扭轉梁(6)和第二扭轉梁(7)分為兩個梁臂，所述第一多晶硅下極板(3)和第二多晶硅下極板(4)均設在同一側梁臂下方的絕緣襯底(I)上；所述第一多晶硅下極板(3)設在所述梁臂中部下方對應的絕緣襯底(I)上，且與該梁臂之間存在間隙，該第一多晶硅下極板(3)也設有金屬電極(10)；所述第二多晶硅下極板(4)設在所述懸臂端部下方對應的絕緣襯底(I)上，且與該梁臂之間存在間隙，該第二多晶硅下極板(4)也設有金屬電極(10)。
2.根據權利要求I所述多晶硅泊松比在線測試結構，其特征在于所述第一多晶硅下極板(3)的中心線與第一扭轉梁(6)中心線的距離小于或等于同側水平梁(5)梁臂長度的
全文摘要
本發明公開了一種多晶硅泊松比在線測試結構，包括絕緣襯底、非對稱的多晶硅十字梁、第一多晶硅下極板和第二多晶硅下極板，并通過靜電力驅動的方式使非對稱的多晶硅十字梁發生偏轉，從而根據幾何關系和材料力學原理獲得多晶硅材料的泊松比參數。本發明通過激勵電壓所產生的靜電力使測試結構發生轉動，通過結構設計使最大扭轉角成為已知量，并根據測試結構達到最大扭轉角時的激勵電壓測量值，以及已知的結構幾何參數和物理參數計算得到多晶硅材料的泊松比，因而測試設備要求低，且測試方法簡單，測試過程及測試參數值穩定。多晶硅加工制備過程與后續微機電器件(MEMS)的制造同步進行時，沒有特殊加工要求，完全符合在線測試的要求。
文檔編號G01N3/00GK102589965SQ201210005078
公開日2012年7月18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, 張衛青, 李偉華, 蔣明霞 申請人:東南大學