多晶硅薄膜材料參數(shù)在線測試系統(tǒng)研究.pdf

1、對于表面加工工藝制作的MEMS器件，其主要結(jié)構(gòu)由各種薄膜材料構(gòu)成，薄膜材料參數(shù)會(huì)隨工藝加工條件的不同而變化。為了保證良好的成品率并為MEMS設(shè)計(jì)者提供有效的工藝參數(shù)，微加工工藝線必須對薄膜的材料參數(shù)進(jìn)行精確的測量。 多品硅薄膜的材料參數(shù)包括電學(xué)、力學(xué)與熱學(xué)參數(shù)。隨著IC工業(yè)的發(fā)展，已經(jīng)具有成熟的薄膜電學(xué)參數(shù)測試設(shè)備，而薄膜材料的力學(xué)與熱學(xué)參數(shù)的測試技術(shù)仍處于研發(fā)之中。東南入學(xué)MEMS教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究人員對材料的力學(xué)和熱學(xué)參數(shù)

2、測試進(jìn)行了多方面研究，本文所開展的工作是對多品硨薄膜材料參數(shù)的在線測試系統(tǒng)研究。 為了實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)測試并為將來 MEMS 器件參數(shù)臼動(dòng)模型提取建立基礎(chǔ)，本文所設(shè)計(jì)的在線測試系統(tǒng)采用電激勵(lì)/響應(yīng)方式進(jìn)行工作，即通過全電信號來完成測試過程。論文在分析了測試系統(tǒng)應(yīng)用需求后提出了在線測試系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案。并從系統(tǒng)硬件和軟件兩個(gè)角度，分別介紹了系統(tǒng)的總體框架和設(shè)計(jì)流程，對研究工作的各個(gè)部分進(jìn)行了詳細(xì)的討論。 在線測試系統(tǒng)按功能可分

3、成三個(gè)主要部分：微測試結(jié)構(gòu)；測試信號生成、處理電路及外圍附件；測試信號控制軟件和材料參數(shù)計(jì)算分析軟件。微測試結(jié)構(gòu)是一組專門設(shè)計(jì)的硅結(jié)構(gòu)組芯片，它由一組不同結(jié)構(gòu)和形狀的測試圖樣組成。該結(jié)構(gòu)隨MEMS器件的工藝加工被同步完成，通過激勵(lì)這些結(jié)構(gòu)并分析它們的響應(yīng)實(shí)現(xiàn)對材料參數(shù)的測試。測試信號生成、處理電路及外圍附件的作用是產(chǎn)生測試需要的驅(qū)動(dòng)電壓、電流以及讀取測試圖形產(chǎn)生的響應(yīng)信號。外圍附件包括計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡和探針臺。測試信號控制軟件控制采集

4、卡生成測試信號、采集測試結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的響應(yīng)信號，計(jì)算分析軟件則根據(jù)測試參數(shù)計(jì)算得到材料參數(shù)。 論文在研究了熱導(dǎo)率、熱擴(kuò)散系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、楊氏模量、殘余應(yīng)變與斷裂強(qiáng)度的測試原理后，研究并完成了測試信號生成、處理電路硬件的設(shè)計(jì)與制作，完成了測試信號控制軟件的編程與調(diào)試，進(jìn)而完成了測試系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)與制作。測試系統(tǒng)對在北大微電子所制作的微測試結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)測，實(shí)現(xiàn)了對上述參數(shù)的在線測試分析，證明了本系統(tǒng)的實(shí)用性。 微測試結(jié)構(gòu)和計(jì)算