[发明专利]求解SiO2/p+Si/Si三层MEMS悬臂梁结构的弹性变形的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种求解三层MEMS结构各层残余应力与其结构变形的方法。

背景技术

在MEMS（微机电制造系统）器件中，硅的硼掺杂工艺常用来提升硅的导电性能，改变硅的压阻特性，所制得的P型硅层常用来作为各类压阻型传感器的压阻层。一类MEMS压阻型加速度传感器利用SiO₂/p⁺Si/Si三层悬臂梁结构和一个质量块来测量器件加速度，其中硅基底为主要结构层，P型硅为压阻层，通过测量该层的阻值变化就可以计算出悬臂梁的变形从而得到加速度值，最上层为二氧化硅膜，用来作为绝缘层来保障器件的稳定性。

然而由于各种原因，经过加工制造和后处理过程，这类多层悬臂梁结构各层中通常表现出较大的残余应力(应变)，应力（应变）的不协调则会导致结构的弯曲变形影响结构的测量性能。因此各层膜内残余应力与该结构变形的关系的表征就显得至关重要。通常我们采用Stoney公式来作为表征方法，但是Stoney公式的适用必须基于许多苛刻的假设，比方说Stoney公式的假设要求（1）各层膜的残余应力是沿厚度均匀分布的；（2）衬底与薄膜的杨氏模量相近。由于中间层的残余应力沿厚度非均匀分布，且各层的杨氏模量相差较大，该压阻式加速度传感器中的SiO₂/p⁺Si/Si三层结构的变形无法用Stoney公式去表征。

发明内容

为了解决现有技术由于各层残余应力分布不均匀而导致的SiO₂/p⁺Si/Si三层MEMS悬臂梁结构的变形问题，本发明提出了一种求解SiO₂/p⁺Si/Si三层MEMS悬臂梁结构的弹性变形的方法.

一种求解SiO₂/p⁺Si/Si三层MEMS悬臂梁结构的弹性变形的方法，包括以下步骤：

（1）利用MEMS工艺制作的SiO₂/p⁺Si/Si三层悬臂梁结构，其各层杨氏模量和厚度是已知，设杨氏模量比γ₁=E₁/E₂,γ₂=E₃/E₂，厚度比r₁=h₁/h₂，r₂=h₃/h₂，其中E₁，E₂，E₃，h₁，h₂，h₃分别依次表示硅衬底、p型硅膜、二氧化硅膜的杨氏模量和厚度;

（2）在一定的工艺条件下，经过加工制造和后处理过程，不同材料膜所产生的残余应力是可以通过查询相关文献得到的，硅衬底、二氧化硅膜的残余应变为均匀残余应变ε_res,1，ε_res,3，而p⁺Si层由于沿厚度方向硼浓度不同而导致产生沿厚度非均匀分布的残余应变，这个残余应变可以表示成一个多项式形式