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随着MEMS设计以及加工工艺的发展,对工艺标准化以及在线提取材料特征提出了需求。本文即根据这一需求提出了一套标准化的、通用的用于MEMS器件加工的3层多晶硅表面加工工艺及其对应的测试结构,希望对于MEMS的发展做出贡献。
论文详细讨论了该套标准工艺的两部分内容。一是该套工艺的工艺流程,包括如何确定结构层、牺牲层、绝缘层、结构支撑层、金属层等的薄膜材料,以及如何确定各层薄膜材料的厚度,各薄膜材料的加工方式的选择,各单项加工工艺的排列组合顺序,对于工艺中的碰到的线宽损失、侧墙未刻蚀干净、释放工艺的具体操作等一些问题进行了原因分析,提出了解决办法,并对改善结果进行了分析;二是通过相应的测试制定与该工艺流程相对应的版图设计规则。
本文还设计了与该套工艺相配套的测试结构。给出了双支梁、微旋转结构、弯梁、微应变规、悬臂梁等5种应力测试结构,并经过加工验证,得到标准工艺加工出的多晶硅残余应力为20.8Mpa,还讨论对比了各种应力测试结构的优缺点以及应用范围。另外提出了双支梁加台阶仪法测量弹性模量方法,给出了理论分析以及MATLAB编制的计算程序,测量计算出利用标准工艺加工得到的多晶硅的杨氏模量为163Gpa。
最后本文设计了热驱及夹钳等器件以对标准工艺进行验证,经验证标准工艺加工出了这些典型器件,并达到了预期设计目标,证明了该套标准工艺的可行性。