[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

摘要

本发明提供了一种测量绝缘衬底上薄膜硅材料杨氏模量测试结构及方法。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和一个薄膜硅制作的垫板组成。实际测量薄膜硅杨氏模量的单元是薄膜硅悬臂梁，而这两组结构的差别仅在于是否包括薄膜硅悬臂梁，两组结构中其他对应单元结构和几何尺寸完全相同。施加静电力使多晶硅悬臂梁下弯并进而下压薄膜硅悬臂梁和垫板接触衬底。通过两组测试结构的测试提取出单独驱动薄膜硅悬臂梁弯曲到测试挠度所需要的力，由力、测试挠度和几何尺寸可以计算得到绝缘衬底上薄膜硅材料的杨氏模量。

主权项

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)。