面向foundy的mems薄膜力学参数在线测试研究.pdf

摘要 摘要 力学传感器是MEMS传感器中的一个大类。诸如材料的断裂强度、残余应力、杨氏模量、 泊松比等，是力学传感器设计的重要参数，也是影响MEMS器件性能与可靠性的关键参数。 在其他MEMS传感器类中，凡是涉及到形变、振动等行为的，其性能也都和这些力学参数有 关。基于表面微加工工艺技术的MEMS传感器，力学参数则集中表现在薄膜材料，尤其是多 晶硅薄膜的力学参数。但是，在多晶硅薄膜材料的生长过程中，由于工艺参数和工艺控制的 差异，材料的力学参数则往往是偏离理论值的，并且具有波动性，即实际的材料参数和工艺 相关。所以，在线监测薄膜材料的力学参数对于MEMS器件设计及工艺监测具有非常重要的 意义。 本文对多晶硅薄膜材料力学参数的在线测试进行了广泛而深入的研究，重点研究多晶硅 薄膜材料断裂强度、残余应力、杨氏模量、泊松比等的在线测试结构。以往关于材料力学参 得测试与参数计算具有较大的随机性。本文所研究的测试结构则基于两方面的测试方式：不 发生Pull．in的静电驱动方式和热驱动方式。 论文工作完成了基于静电驱动原理的杨氏模量在线测试和泊松比在线测试的原型结构设 计，完成了基于热驱动原理的断裂强度在线测试和残余应力在线测试的原型结构设计，对四 种原型结构建立了相应的力学参数计算模型。针对无锡上华MEMS 验流水所获得的样品进行了测试分析与计算。 测试与分析的结果表明，本文所建立的测试结构与计算模型具有测试方法简单、电信号 加载和测量简便、计算方法稳定，没有特殊加工要求，测试迅速，测试环境要求低，测试精 度高等优点，适用于薄膜力学材料参数的在线测试。 关键词：MEMS薄膜；力学参数；测试结构；在线测量 Abstract Mechanicalsensorisoneofthe ofMEMS sensors．Mechanical majorcategories properties． suchasfracture onethe strength，residual modulus，poisson’Sratio，are stress，youngs important inthe ofmechanicalsensor．Andmechanical arethe propertiesdesign propertieskeyparameters thataffectthe andreliabilityofMEMSdevices．Theotherclassof performance mechanicaldeformationandvibration alSO effect involving behavior,mechanicalparametersgreat on sensorwhich manufacturedbasedon properties．MEMS surface．micromaehining mechanical concentratedinthinfilmmechanical parameters expression siliconthin filmmechanical arefabricatedtoflmsor will parameters．But,duringthey beams．they different