MEMS表面加工中材料层厚度电学测试结构-南京信息工程大学学报.PDFVIP

文章编号：１６７４⁃７０７０（２０１３）０６⁃０５２２⁃０５ ＭＥＭＳ表面加工中材料层厚度电学测试结构 １ ２ 钱晓霞　 李伟华 摘要 ０　 引言 微机电系统（ＭＥＭＳ）表面加工工艺 中的材料层厚度是决定ＭＥＭＳ 器件性能 　 　 微机械、微传感器以及微执行器等，有许多属于薄膜类构件，材 的重要参数之一，如多晶硅结构层厚度 料层薄膜厚度是影响其机构性能的重要参数之一，如用来形成多晶 和牺牲层厚度，直接决定了ＭＥＭＳ 器件 的机构性能和结构的纵向移动范围，因 硅机械结构的第二层多晶硅的厚度以及决定结构纵向运动范围的牺 此对材料层厚度进行测试和工艺控制监 ［１］ 牲层厚度，都会对器件性能产生直接的影响 ． 因此在微机电系统 视是极具意义的． 当前的材料层厚度测 （Ｍｉｃｒｏ⁃Ｅｌｅｃｔｒｏ⁃Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ，ＭＥＭＳ）微加工过程中，必须对材料 试大多采用光机械的方法，因其测试方 法复杂、设备昂贵、测试时间长且很难集 层薄膜厚度进行精确的检测，控制生产工艺，从而提高产品质量和生 成到一个工艺控制监视（ＰＣＭ）系统中， 产效率．另一方面，在考虑对 ＭＥＭＳ 器件自动进行模型与参数提取 提出一种新颖的材料层厚度电学测试结 时，几何尺寸的自动馈给能提高模型的精度，并且可以获得ＭＥＭＳ构 构，该测试结构具有结构简单、测量方便 ［２⁃３］ 并且便于ＭＥＭＳ 测试系统集成的特点． 件的形貌尺寸和制作误差，因此在ＭＥＭＳ研究中具有重要意义 ． 通过软件对测试结构和测试模型进行闭 传统的材料层厚度测量都是采用光学或机械学的方法，如投影 环验证，结果表明，模拟值与理论值有较 光栅法、显微干涉法等．这些非在线监测的测试手段获得的微机械材 好的一致性． 关键词 料的参数存在很多问题：数据是在各自不同的工艺条件、试样尺寸和 微电机系统；表面加工；材料层；电 测试仪器下获得的，缺乏通用性和权威性；已获得的数据从品种和项 测量 ［４］ 目上都很不完全，远远不能满足应用需要 ；而最主要的就是随着 中图分类号 ＴＮ４０７ ＭＥＭＳ技术的发展，新材料、新工艺层出不穷，非在线监测的测试方法 文献标志码 Ａ 缺乏一种快速响应机制来收集和确认新数据．本文提出一种新颖的 ＭＥＭＳ表面工艺材料层厚度在线测试结构，其在测试环境下简单可 行、重复性好且测试结构设计简单，便于数据获得和整理，从而可以 实现对工艺线的在线监测． １　 测试原理与分析 本文的材料层包括多晶硅结构层与牺牲层．在 ＭＥＭＳ表面加工 工艺中，当多晶硅结构层跨越牺牲层时，必然存在台阶，那么多晶硅 条的电阻与没有台阶的情况相比就会发生变化，而不同的淀积方向 收稿日期 ２０１２⁃０５⁃１８ 发生的电阻变化也不相同．很显然，这些电阻变化与牺牲层台阶高度 资助项目 国家科技重大专项（２０１１ＺＸ０２５０７） ［５］