MEMS幾何學(xué)及電學(xué)PCM參數(shù)提取研究.pdf

1、微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)是近年來(lái)國(guó)際上興起的一個(gè)新的研究領(lǐng)域,是新一輪技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命。目前,世界各國(guó)對(duì)MEMS的投入力度在逐年增大,然而,MEMS的應(yīng)用卻比預(yù)期的要慢,其中的重要原因之一是MEMS器件制造工藝的重復(fù)性及其監(jiān)控技術(shù)還未達(dá)到大規(guī)模生產(chǎn)水平,除了為數(shù)不多的MEMS產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)外,有相當(dāng)一部分MEMS器件依然停留在實(shí)驗(yàn)室階段。MEMS表面微機(jī)械加工工藝開(kāi)始于20世紀(jì)80年代,克服了體微機(jī)械加工工藝的諸多缺陷,基本工藝相對(duì)成熟且易

2、于與集成電路工藝兼容,成為當(dāng)前最主要的MEMS加工工藝之一。在線(xiàn)測(cè)試是監(jiān)控工藝質(zhì)量,提高工藝重復(fù)性和生產(chǎn)效率的有效手段,因此,為MEMS表面加工工藝建立一套在線(xiàn)工藝控制監(jiān)視(PCM)系統(tǒng)具有重要的研究意義。一個(gè)完整的MEMS表面加工工藝PCM系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包括三個(gè)部分：電學(xué)參數(shù)提取、幾何學(xué)參數(shù)提取和材料特性參數(shù)提取。幾何學(xué)參數(shù)是工藝參數(shù)的重要組成部分,本論文的重點(diǎn)是幾何學(xué)參數(shù)的在線(xiàn)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型建立和測(cè)試方法的研究。測(cè)試結(jié)構(gòu)、模型以及測(cè)試方法的

3、基本立足點(diǎn)是采用電激勵(lì)和電測(cè)量的完全電學(xué)方法,保持與材料電學(xué)參數(shù)測(cè)量方法的一致性,而電學(xué)參數(shù)的測(cè)試結(jié)構(gòu)已經(jīng)比較成熟。 本文首先介紹MEMS工藝參數(shù)在線(xiàn)測(cè)試技術(shù),指出了進(jìn)行MEMS工藝參數(shù)在線(xiàn)提取研究的意義,隨后詳細(xì)介紹了MEMS表面加工工藝和需要測(cè)量的MEMS器件圖形的幾何學(xué)參數(shù)以及為了測(cè)量幾何學(xué)參數(shù)需要知道的基本電學(xué)參數(shù),并以典型的幾何學(xué)參數(shù)測(cè)試結(jié)構(gòu)為例說(shuō)明了總體測(cè)試原則與方法。幾何學(xué)參數(shù)測(cè)試結(jié)構(gòu)的研究分為兩部分：橫向幾何學(xué)參

4、數(shù)和縱向幾何學(xué)參數(shù)。橫向幾何學(xué)參數(shù)的研究主要集中在目前比較薄弱的MEMS表面加工中的對(duì)準(zhǔn)誤差電學(xué)測(cè)試方法,論文對(duì)MEMS表面加工工藝中不同材料層之間的對(duì)準(zhǔn)誤差測(cè)試結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究并給出了具體的測(cè)試結(jié)構(gòu)和方法；而縱向幾何學(xué)參數(shù)的研究主要是針對(duì)MEMS表面加工工藝中的薄膜厚度,包括多晶硅結(jié)構(gòu)層厚度和犧牲層厚度,因?yàn)檫@是決定MEMS器件性能的重要參數(shù),直接決定了MEMS器件的機(jī)構(gòu)性能和結(jié)構(gòu)的縱向移動(dòng)范圍,因此對(duì)材料層厚度進(jìn)行測(cè)試和工藝控制監(jiān)視是