MEMS薄膜基片中的工藝殘余應(yīng)力實(shí)驗(yàn)分析.pdf

1、工藝技術(shù)水平是目前制約大多數(shù)MEMS/NEMS設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和應(yīng)用的核心問(wèn)題，其中工藝過(guò)程中對(duì)微器件施加的工藝應(yīng)力以及工藝導(dǎo)致微器件的殘余應(yīng)力則是關(guān)系MEMS/NEMS制備成品率、穩(wěn)定性、可靠性以及壽命的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。對(duì)MEMS工藝殘余應(yīng)力采用高精度高空間分辨率的手段進(jìn)行基于工藝時(shí)序的無(wú)損檢測(cè)是當(dāng)今MEMS相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)與難點(diǎn)。 本文首先簡(jiǎn)要介紹了包括微拉曼、X射線衍射和中子散射技術(shù)的基本概念和設(shè)備，并就各自測(cè)量微尺度下殘余應(yīng)力

2、的主要原理和特點(diǎn)進(jìn)行了專項(xiàng)討論。此外，本文針對(duì)微拉曼和X射線衍射技術(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)量大，譜線信息豐富，擬合工作繁瑣耗時(shí)等問(wèn)題，對(duì)兩種技術(shù)光譜中頻移、強(qiáng)度和展寬等所包含的信息進(jìn)行了較為深入的挖掘和提煉，并開(kāi)發(fā)了批量自動(dòng)化提取譜線信息的數(shù)據(jù)處理軟件，有效地促進(jìn)和提高了采用這兩種技術(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析工作的效率和精度。 本文核心工作針對(duì)一種MEMS元件-非致冷紅外焦平面陣列，就其雙材料懸臂梁結(jié)構(gòu)的薄膜基片中工藝應(yīng)力問(wèn)題，應(yīng)用微拉曼光譜技術(shù)并配合

3、X射線衍射技術(shù)進(jìn)行了基于工藝時(shí)序的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，雙材料懸臂梁結(jié)構(gòu)在薄膜基片制備過(guò)程中，在基片的兩側(cè)均產(chǎn)生接近GPa的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的主要部分包括因薄膜與基底熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致的溫度殘余應(yīng)力和由Si到SiO2轉(zhuǎn)化過(guò)程引入的本征應(yīng)力。殘余應(yīng)力導(dǎo)致試件發(fā)生翹曲，宏觀上應(yīng)力分布呈線性，平面假定成立。在界面區(qū)域附近的微觀尺度內(nèi)，材料成分和應(yīng)力分布都呈現(xiàn)梯度變化，梯度變化區(qū)域內(nèi)位移連續(xù)，應(yīng)力也連續(xù)并且遵循指數(shù)規(guī)律變化，平面假定不再成立。