[发明专利]绝缘衬底上薄膜硅材料杨氏模量测试结构及方法

权利要求书

1.一种绝缘衬底上薄膜硅材料杨氏模量测试结构，其特征在于该测试结构由两组结构构成，其中第一组结构由一个多晶硅悬臂梁(101)、一个薄膜硅悬臂梁(103)和一个由薄膜硅制作的垫板(102)组成；第二组结构由一个多晶硅悬臂梁(101)和一个薄膜硅制作的垫板(102)组成；

所述第一组测试结构的多晶硅悬臂梁(101)由第一锚区(101-1)、细长梁(101-2)、作为上电极的宽梁(101-3)、细短梁(101-4)和下电极(101-7)组成，自左向右，第一锚区(101-1)、细长梁(101-2)、宽梁(101-3)和细短梁(101-4)依次连接，下电极(101-7)位于作为上电极的宽梁(101-3)之下，宽梁(101-3)和下电极(101-7)之间是空气层，在细短梁(101-4)的下部设有第一凸点(101-5)、第二凸点(101-6)，分别作为对于薄膜硅悬臂梁(103)和垫板(102)的施力点，

所述第一组结构中由绝缘衬底上薄膜硅材料制作的薄膜硅悬臂梁(103)由第二锚区(103-2)和长梁(103-1)连接而成，薄膜硅悬臂梁(103)和多晶硅悬臂梁(101)垂直，长梁(103-1)的自由端位于多晶硅悬臂梁(101)中细短梁(101-4)下的第一凸点(101-5)之下，

所述第一组测试结构中的垫板(102)包括矩形板(102-1)、两个支撑矩形板(102-1)的第一折叠梁(102-2)、第二折叠梁(102-3)、分别连接第一折叠梁(102-2)、第二折叠梁(102-3)的第四锚区(102-4)、第五锚区(102-5)；垫板(102)材料与薄膜硅十字梁(103)相同，均采用绝缘衬底上的薄膜硅制作，矩形板(102-1)的中心位于多晶硅悬臂梁(101)中细短梁(101-4)的右边第二凸点(101-6)之下；

所述第二组测试结构中的多晶硅悬臂梁(101)和垫板(102)的几何形状、尺寸以及相对位置均与第一组的多晶硅悬臂梁(101)和垫板(102)相同。两组结构的差别仅在于是否包括薄膜硅悬臂梁(103)。

2.根据权利要求1所述的绝缘衬底上的薄膜硅材料杨氏模量测试结构，其特征在于薄膜硅悬臂梁(103)和垫板(102)中的第二锚区(103-2)、第四锚区(102-4)、第五锚区(102-5)均采用加固结构，即在这些锚区之上有一层包裹材料(203)，该包裹材料(203)覆盖住全部锚区并向外延伸至二氧化硅层(201)区域，包裹材料(203)图形大于锚区部分并直接生长在SOI材料中的二氧化硅层(201)上。

3.一种如权利要求1所述的绝缘衬底上的薄膜硅材料杨氏模量测试结构的测量方法，其特征在于利用第一组结构和第二组结构相同部分在相同测试挠度下受力相同的原理，提取出驱动绝缘衬底上的薄膜硅材料制作的悬臂梁(103)末端达到测试挠度时所需要的静电力，

所述第一组结构在测试挠度下的静电力F1包含了三部分：驱动多晶硅悬臂梁(101)弯曲所需要的力；下压垫板(102)所需要的力；由待测薄膜硅材料制作的悬臂梁(103)弯曲所需要的力，

所述第二组结构在测试挠度下的静电力F2包括了两部分：驱动多晶硅悬臂梁(101)弯曲所需要的力；下压垫板(102)所需要的力，

F1减去F2即为单独驱动由待测绝缘衬底上薄膜硅材料制作的悬臂梁(103)到达测试挠度所需要的净力。

4.根据权利要求1所述的绝缘衬底上的薄膜硅材料杨氏模量测试结构，其特征在于由绝缘衬底上薄膜硅制作的悬臂梁(103)末端的测试挠度等于二氧化硅层(201)的厚度。