基于微悬臂梁结构的介电伸缩系数测量方法技术

基于微悬臂梁结构的介电伸缩系数测量方法，尤其是对氧化硅，氮化硅等微电子薄膜材料介电伸缩系数的测量方法。第一步：将测试样品（１）固定在ＰＣＢ板（２）上，探针（３）从正面或背面对悬臂梁自由端加载集中力，第二步：在悬臂梁固支端由金属（６）、待测介质薄膜（７）以及Ｎ＋硅膜（８）组成的检测电容（９）处，通过栅线投影相关法测量检测电容的形变，进而确定介质中的应力载荷，第三步：由ＬＣＲ测试仪测量检测电容在不同应力下的电容变化情况，第四步：由电容变化量提取介质的介电常数变化量，第五步：得出介电常数随应力变化的材料系数，即介电伸缩系数。该测量方法采具有测试方法简单可靠，测试精度高，适用于对微电子薄膜材料进行测量等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于微悬臂梁结构测量微电子薄膜材料介电伸縮系数的方 法，尤其适用于测量氧化硅、氮化硅等微电子薄膜材料的介电伸縮系数。
技术介绍
介电伸縮系数是表征介质介电常数随机械应力(或应变)变化的物理量。介 电伸縮是电致伸縮效益的逆效应。作为一种电机械耦合效应，介电伸縮可以作为 一种敏感机制。2002年Torrey R. Flianc-Bown (人名)等人基于介电伸縮效应提 出了一种新型的触觉传感器，2005年周闵新(人名)等人提出了一种气压传感器 也与这种效应有关。另一方面，随着集成电路的不断按比例縮小，应力对器件性 能的影响越来越重要，因此有必要测量不同介质材料的介电伸縮系数。2003年 Ratt能orn Yimnirun (人名)等人提出了一种基于动态迅縮计测量块状材料介电 伸縮系数的方法，但是这种方法不适用于薄膜材料的测量，同时，为了实现较大 的应力加载需要复杂的装置。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提出一种利用微悬臂梁结构测量介质介电伸縮系 数的方法。这种方法可以用于测量微电子薄膜材料的介电伸縮系数。通过微悬臂 梁弯曲可以实现较大的应力加载，测量方法简单可靠，同时，由于样品制作采用 了微电子工艺，因此具有较高的精度。技术方案本专利技术提出的基于微悬臂梁结构的介电伸縮系数测量方法，利用 微电子工艺制作测试结构，测试结构为悬臂梁结构，检测电容位于悬臂梁的固执 端附近，集中力加载点位于梁的自由端，探针施加的集中力使得悬臂梁弯曲，由 此在介质中实现应力加载，为了精确控制加载位置，加载点处通过微加工方法制 作了定位标记。通过对样品不同的加载方式，可以对悬臂梁施加不同方向的机械 载荷，由此在介质薄膜中分别实现压应力和拉应力。采用微加工工艺制作的悬臂梁样品进行测量，具体包括第一步将测试样品固定在PCB板上，探针从正面或背面对悬臂梁自由端加 载集中力，背面加载时，PCB板由支架支撑，探针通过PCB板上的通孔加载，第二步在悬臂梁固支端由金属、待测介质薄膜以及N+硅膜组成的检测电容 处，通过栅线投影相关法测量检测电容的形变，进而确定介质中的应力载荷， 第三步由LCR测试仪测量检测电容在不同应力下的电容变化情况， 第四步由电容变化量提取介质的介电常数变化量， 第五步得出介电常数随应力变化的材料系数，即介电伸縮系数。 在悬臂梁自由端进行集中力加载，使得悬臂梁弯曲，由此实现对检测电容中 介质进行应力加载。检测电容位于悬臂梁固支端，悬臂梁固支端结构为金属/介质 /低阻硅形成的三明治结构。在悬臂梁自由端制作加载点定位标记，便于精确加载 位置。有益效果传统的压縮计测量方法不适用于对薄膜材料进行测量。本专利技术利 用微机械工艺制作测试结构，可以测量各种微电子薄膜材料的介电伸縮系数，测 试方法简单，易于在介质中实现较大的应力，同时，由于样品制作采用了微电子 工艺，因此具有较高的精度。附图说明t ^图l为加载方式的示意图，(a)为正向加载，(b)为反向加载，.图中有测试 样品h PCB板2，微探针3，支架4,通孔5。 ，图2为测试结构的示意图，(a)为侧视图，(b)为俯视图，图中有金属6， 待测介质7， N+硅梁8，检测电容9，加载点定位标记IO。具体实施例方式本专利技术是一种基于微悬臂梁结构测量微电子薄膜材料介电伸縮系数的方法。 利用悬臂梁弯曲的方法在介质中实现应力加载,通过观察检测电容在应力下的变 化测量介电伸縮系数。测试样品1固定在PCB板2上，通过微探针3对悬臂梁加 载使得悬臂梁弯曲。探针既可以在样品正面加载，也可在样品背面加载，背面加 载时，PCB板2由支架4支撑，探针通过通孔5进行加载。测试样品由微加工工艺制作。由金属6、待测介质薄膜7以及N+硅膜8组成的检 测电容9位于悬臂梁的固支端附近，加载点定位标记10位于悬臂梁的自由端。由 于N+硅膜8较金属6和待测介质薄膜7要厚得多，介质层偏离梁的中性面。因此 将受到应力作用。正面加载，悬臂梁向下弯曲，介质受到拉应力作用，背面加载， 悬臂梁反向弯曲，介质受到压应力作用。通过栅线投影相关法测量悬臂梁形变， LCR测量仪测量检测电容变化。最后通过形变表征的机械物理量和电容表征的介电物理量提取出介质的介电伸縮系数。 样品制备工艺步骤为a) 以P型(100)硅片为衬底，浓磷掺杂形成N+扩散层作为检测电容的下电 极。b) 生长介质薄膜(可采用氧化，CVD，溶胶-凝胶等)。c) 光刻，刻蚀接触孔以使下电极引出。d) 溅射金属膜，光刻，刻蚀检测电容上电极和压焊块。e) 背面湿法各向异性腐蚀，PN结自停止至正面N型硅处。f) 正面干法刻蚀释放悬臂梁结构，同时形成加载点定位标记。 除了上面提出的工艺制备方法以外，测试样品也可以采用SOI硅片制作，相应的，体硅湿法腐蚀时采用埋层氧化硅自停止工艺。微悬臂梁测试样品制作实例1:a) P型(100)硅片为衬底，浓磷掺杂形成10^m N+扩散层。b) 热生长氧化硅4000A。 ，c) 光刻，刻蚀正面氧化硅形成接触孔。d) 溅射铝lpjri,光刻，刻蚀检测电容上电极和压焊块。e) 双面对准光刻，刻蚀背面氧化硅，以氧化硅为掩模材料由TMAH进行体硅 各型异性腐蚀，PN结自停止。f) 正面光刻，以光刻胶为掩模材料干法刻蚀释放悬臂梁结构，同时形成加载 点定位标记。微悬臂梁测试样品制作实例2:a) SOI硅片为衬底，埋层氧化硅上为低阻硅薄膜，之下为IOO晶向的衬底，。b) 热生长氧化硅4000A。c) 光刻，刻蚀正面氧化硅形成接触孔。d) 溅射铝l/zm，光刻，刻蚀检测电容上电极和压焊块。e) 双面对准光刻，刻蚀背面氧化硅，以氧化硅为掩模材料由TMAH进行体硅各 型异性腐蚀，埋层氧化硅子停止。f) 去除埋层氧化硅。g) 正面光刻，以光刻胶为掩模材料干法刻蚀释放悬臂梁结构，同时形成加载 点定位标记。权利要求1.一种，其特征在于采用微加工工艺制作的悬臂梁样品进行测量，具体包括第一步将测试样品(1)固定在PCB板(2)上，探针(3)从正面或背面对悬臂梁自由端加载集中力，背面加载时，PCB板(2)由支架(4)支撑，探针通过PCB板(2)上的通孔(5)加载，第二步在悬臂梁固支端由金属(6)、待测介质薄膜(7)以及N+硅膜(8)组成的检测电容(9)处，通过栅线投影相关法测量检测电容的形变，进而确定介质中的应力载荷，第三步由LCR测试仪测量检测电容在不同应力下的电容变化情况，第四步由电容变化量提取介质的介电常数变化量，第五步得出介电常数随应力变化的材料系数，即介电伸缩系数。2. 根据权利要求l所述的基于微悬臂梁结构的介电伸縮系数测量方法，其特征是，在悬臂梁自由端进行集中力加载，使得悬臂梁弯曲，由此实现对检测电容中介质进行应力加载。 ，3. 根据权利要求1所述的，其特征是，检测电容位于悬臂梁固支端，悬臂梁固支端结构为金属/介质/低阻硅形成 的三明治结构。4. 根据权利要求l所述的基于微悬臂梁结构的介电伸縮系数测量方法，其特征是在悬臂梁自由端制作加载点定位标记，便于精确加载位置。全文摘要，尤其是对氧化硅，氮化硅等微电子薄膜材料介电伸缩系数的测量方法。第一步将测试样品(1)固定在PCB板(2)上，探针(3)从正面或背面对悬臂梁自由端加载集中力，第二步在悬臂梁固支端由金属(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微悬臂梁结构的介电伸缩系数测量方法，其特征在于采用微加工工艺制作的悬臂梁样品进行测量，具体包括：　第一步：将测试样品（１）固定在ＰＣＢ板（２）上，探针（３）从正面或背面对悬臂梁自由端加载集中力，背面加载时，ＰＣＢ板（２）由支架 （４）支撑，探针通过ＰＣＢ板（２）上的通孔（５）加载，　第二步：在悬臂梁固支端由金属（６）、待测介质薄膜（７）以及Ｎ＋硅膜（８）组成的检测电容（９）处，通过栅线投影相关法测量检测电容的形变，进而确定介质中的应力载荷，　第三步：由 ＬＣＲ测试仪测量检测电容在不同应力下的电容变化情况，　第四步：由电容变化量提取介质的介电常数变化量，　第五步：得出介电常数随应力变化的材料系数，即介电伸缩系数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄庆安，黄见秋，秦明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]