Способ измерения механических напряжений в мэмс-структурах

Использование: для измерения механических напряжений в МЭМС структурах. Сущность изобретения заключается в том, что способ измерения механических напряжений в МЭМС структурах включает формирование между пленкой-покрытием и основой промежуточного слоя, при этом промежуточный слой может иметь произвольную толщину, измеряют относительное удлинение пленки-покрытия по изменению величины зазора между краем балки и периферией пленки-покрытия посредством растрового электронного микроскопа и рассчитывают механические напряжения на рабочих пластинах по формуле

,

где L - длина свободного конца балки после удлинения/сжатия, d0 - зазор между краем балки и областью периферии пленки-покрытия до травления промежуточного слоя, d - зазор между краем балки и областью периферии пленки-покрытия после травления промежуточного слоя, - модуль Юнга покрытия, -коэффициент Пуассона покрытия. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности измерения. 2 ил.

 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к микроэлектронике, и может быть использовано при изготовлении кристаллов интегральных схем (ИС) и дискретных полупроводниковых приборов. Остаточные напряжения в материалах микроэлектромеханических систем (МЭМС) существенно влияют на процент выхода годных кристаллов и на надежность ИС. В связи с этим необходимо постоянное совершенствование способов контроля механических напряжений.

Известен способ определения механических напряжений в тонких пленках путем вытравливания в подложке окон и измерения геометрических размеров деформированной пленки, по которым судят о величине механических напряжений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса измерений, после травления подложку скрайбируют по лицевой стороне через выбранные для исследования структуры так, чтобы излом прошел параллельно свободно висящему краю пленки, отламывают часть пластины и вновь скрайбируют ее параллельно полученному ранее излому с шагом, обеспечивающим прохождение излома через исследуемые структуры, вновь отламывают часть структуры подложки и располагают ее под углом α к оси электронного микроскопа [1].

Недостатком данного способа является операция скрайбирования, которая вносит механические напряжения в исследуемую структуру. Кроме этого, необходимость излома образца не позволяет проводить измерения на рабочих пластинах.

Наиболее близким по сути к изобретению является способ контроля величины остаточных напряжений в структуре пленка-подложка, включающий формирование между пленкой и подложкой промежуточного слоя заданной толщины, вскрытие в пленке методом фотолитографии окон в виде круга, отделение полоски пленки по краю окон на ширину 5-100 мкм путем селективного травления промежуточного слоя, определение относительного удлинения пленки по интерференционной картине в зазоре пленка-подложка и расчет остаточных напряжений σ по формуле

,

где L - длина свободного конца балки после удлинения/сжатия, Lo - длина исходной балки, μƒ - коэффициент Пуассона покрытия, Еƒ - модуль Юнга покрытия [2].

Длину свободного конца балки L определяют по формуле

,

где L1 - расстояние от точки отсчета до первой линии интерференции; i - номер линии; n - количество линий интерференции; (Li-Li-1) - расстояние между двумя линиями интерференции с номерами i и (i-1); λ - длина волны света, в котором наблюдалась интерференционная картина (для зеленого λ=0,54 (мкм)) [3].

Учитывая, что каждое измерение размера переменной вносит некоторую погрешность в расчет механических напряжений, необходимо минимизировать число измерений. Кроме того, с уменьшением рассматриваемой области увеличивается точность измерений. Как известно, изображение, анализируемое исследователем, представляет собой матрицу 1000×1000 (пкс). Погрешность оператора составляет 1 (пкс). Количество измерений не менее трех: измерение Lo длины исходной балки, измерение L1 расстояния от точки отсчета до первой линии интерференции, измерение L2 расстояния от точки отсчета до второй линии интерференции. Количество линий интерференции более двух.

Проведем оценку величины L1 и L2. Например, для L 70 (мкм) в случае минимального количества измерений, то есть две линии интерференции: значение L2 будет составлять около 70 (мкм), а значением L1 можно пренебречь. Погрешность будет составлять 1 (пкс), то есть около 70 (нм).

В процессе расчета механических напряжений количество переменных можно описать зависимостью (n+1). Минимальное количество переменных - 3 (при n=2, то есть две линии интерференции). Очевидно, что с увеличением количества линий интерференции (n=3; 4; 5…) количество переменных будет возрастать, а значит погрешность увеличится.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерения за счет измерения зазора с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ) между краем балки и периферией пленки-покрытия до и после травления промежуточного слоя.

Поставленная задача решается тем, что измеряют механические напряжения в МЭМС структурах, включающих формирование между пленкой-покрытием и основой промежуточного слоя, промежуточный слой может иметь произвольную толщину, измеряют относительное удлинение пленки-покрытия по изменению величины зазора между краем балки и периферией пленки-покрытия посредством РЭМ и рассчитывают механические напряжения σ на рабочих пластинах по формуле

,

где L - длина свободного конца балки после удлинения/сжатия, d0 - зазор между краем балки и областью периферии пленки-покрытия до травления промежуточного слоя, d - зазор между краем балки и областью периферии пленки-покрытия после травления промежуточного слоя, Eƒ - модуль Юнга покрытия, μƒ - коэффициент Пуассона покрытия.

Количество измерений переменных в заявляемом способе не меняется и составляет три, а именно измерение L длины свободной балки, измерение d зазора между краем балки и областью периферии пленки-покрытия после травления промежуточного слоя, измерение d0 зазора между краем балки и областью периферии пленки-покрытия до травления промежуточного слоя. Следовательно, точность измерения в заявляемом способе возрастет по сравнению с прототипом за исключением случая, когда анализируемая картина будет иметь две линии интерференции.

Кроме того, можно сформировать зазор между краем исследуемой структуры и периферией пленки-покрытия, в m раз меньший по величине, чем длина исследуемой структуры, значит точность измерений увеличится в m раз.

Контроль относительного удлинения пленки по изменению величины зазора между краем балки и периферией пленки-покрытия осуществляется посредством РЭМ на рабочих пластинах. Не требуется изготовление шаблонов. Промежуточный слой может иметь произвольную толщину. Измеряемый материал покрытия и промежуточный слой не ограничиваются оксидом кремния.

На фиг. 1 и на фиг. 2 представлен макет балочной структуры с контролируемыми параметрами, где L0 - длина исходной балки, d0 - зазор между краем балки и областью периферии пленки-покрытия до травления промежуточного слоя, 1 - пленка-покрытие, 2 - промежуточный слой, 3 - балка, 4 - основа.

Пример конкретного применения. С помощью заявляемого способа проведены исследования и определены величины остаточных напряжений в МЭМС структурах на примере Si (основа) - SiO2 (промежуточный слой) - Si3N4 (пленка-покрытие, исследуемый материал). При величине зазора между краем балки и периферией 5 (мкм), погрешность ΔL составит 5 (нм). Так как величина балки составляет 70 (мкм), то по сравнению с прототипом повышается точность измерений в 12 раз. Истинное значение σ рассчитано по формуле (3) с учетом деформации балки на величину 0.6 (мкм) и составляет 1.641 (ГПа).

Таким образом, заявляемый способ контроля механических напряжений в МЭМС по сравнению с прототипом позволяет повысить точность измерения механических напряжений.

Источники информации

1. Патент СССР 1442012.

2. Патент РФ 2345337 – прототип.

3. В.А. Зеленин. Контроль остаточных напряжений в структурах Si-Si02. Доклады БГУИР, №8 (70), 2012.

Способ измерения механических напряжений в МЭМС структурах, включающий формирование между пленкой-покрытием и основой промежуточного слоя, отличающийся тем, что промежуточный слой может иметь произвольную толщину, измеряют относительное удлинение пленки-покрытия по изменению величины зазора между краем балки и периферией пленки-покрытия посредством растрового электронного микроскопа и рассчитывают механические напряжения на рабочих пластинах по формуле

,

где L - длина свободного конца балки после удлинения/сжатия, d0 - зазор между краем балки и областью периферии пленки-покрытия до травления промежуточного слоя, d - зазор между краем балки и областью периферии пленки-покрытия после травления промежуточного слоя, - модуль Юнга покрытия, - коэффициент Пуассона покрытия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электрофизическим способам определения степени релаксации барьерного слоя нитридной гетероструктуры и применяется для оценки качества кристаллической структуры, в которой наблюдается пьезоэлектрическая поляризация.

Использование: для одновременного определения толщины полуизолирующей подложки, толщины и удельной электропроводности нанесенного на нее сильнолегированного слоя и подвижности свободных носителей заряда в этом слое.

Изобретение относится к технологии косвенного контроля степени влияния дефектообразования на рекомбинационное время жизни носителей в полупроводниковых квантовых точках на основе гетероперехода первого рода, повышающего эффективность изготовления приборов оптоэлектроники.

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для определения электрофизических параметров слоя полупроводника на поверхности диэлектрика и может найти применение в различных отраслях промышленности при контроле свойств полупроводниковых слоев.

Изобретение может быть использовано для измерения электрофизических параметров полупроводниковых монокристаллических пластин, автоэпитаксиальных и гетероэпитаксиальных структур, а также структур типа полупроводника на изоляторе.

Изобретение относится к технологии контроля качества полупроводниковых гетероструктур с квантовыми точками и может быть использовано для обнаружения глубоких дефектов, создаваемых слоем квантовых точек InAs в матрице GaAs.

Изобретение относится к технике измерения предельных параметров мощных биполярных транзисторов и может использоваться на входном и выходном контроле их качества.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для визуализации электрических микронеоднородностей технологического происхождения: дислокаций, пор, преципитатов и т.д.

Изобретение относится к области контроля полупроводниковых устройств. Способ оценки качества гетероструктуры полупроводникового лазера включает воздействие на волноводный слой гетероструктуры полупроводникового лазера световым излучением, не испытывающим межзонное поглощение в его активной области, но поглощаемым на свободных носителях в волноводном и ограничительных слоях гетероструктуры, регистрацию величины интенсивности светового излучения, прошедшего через указанный слой при отсутствии тока накачки и при заданной величине тока накачки, определение величины внутренних оптических потерь по соответствующей формуле.

Изобретение относится к области оптоэлектронной техники и касается способа определения температурного распределения по поверхности светодиода. Способ включает в себя нанесение на поверхность светодиода пленки покровного материала, определение с помощью ИК тепловизионного микроскопа калибровочной зависимости излучаемого находящимся в нерабочем режиме светодиодом сигнала от температуры при внешнем нагреве, регистрацию с помощью ИК тепловизионного микроскопа излучаемого поверхностью светодиода в рабочем режиме сигнала и программную обработку полученных данных.

Группа изобретений относится к способам имитационного тестирования изделий микро- и наноэлектроники. На приборную структуру воздействуют эквивалентным облучением ионами с флюенсом от 109 см-2 до 1015 см-2 и энергией в интервале 1-500 кэВ, уточняемыми в зависимости от состава и морфологии структуры, при этом уточняемые величины флюенса и энергии ионов, обеспечивающие эквивалентность, определяют расчетом, путем компьютерного моделирования концентрации и распределения смещенных атомов при облучении ионами в чувствительных областях приборной структуры и сравнения с результатами такого же компьютерного моделирования при облучении быстрыми нейтронами, причем для установления правильности расчета эквивалентного флюенса выбирают флюенс ионного облучения, при котором изменение критериальных параметров превышает порог чувствительности средства контроля критериальных параметров, определяют соответствующий эквивалентный флюенс облучения быстрыми нейтронами, проводят разовое натурное испытание облучением приборной структуры быстрыми нейтронами при эквивалентном флюенсе, сравнивают полученное отклонение критериальных параметров с отклонением при выбранном флюенсе ионного облучения и судят по результату сравнения о правильности расчета эквивалентного флюенса. Технический результат - повышение достоверности результатов испытаний, сокращение времени испытания, использование доступного для исследователей оборудования. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 13 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и касается способа измерения пороговой разности температур инфракрасного матричного фотоприемного устройства. Измерения осуществляются с использованием снабженного оптическим модулятором абсолютно черного тела (АЧТ) с площадью излучающей площадки, не превышающей размеров матрицы фоточувствительных элементов. При осуществлении способа устанавливают заданную температуру АЧТ (Tсигн), измеряют интегральные шумы Vш_ij всех ФЧЭ, измеряют спектр пропускания холодного светофильтра МФПУ, определяют его коротковолновую и длинноволновую границы пропускания λк и λд, измеряют сигналы всех ФЧЭ Vсигн_ij и рассчитывают величину пороговой разности температур по формуле где с=2,998⋅1010 см⋅с-1 - скорость света; kB=1,381⋅10-23 Вт⋅с⋅К-1 - постоянная Больцмана; h=6,626⋅10-34 Вт⋅с2 - постоянная Планка; N(Tсигн; λк; λд), квантов⋅с-1⋅см-2 - интеграл от функции Планка, определяющий квантовую облученность в телесном угле 2⋅π в спектральном интервале [λк; λд]; Z(Tсигн; λк; λд) - интеграл от производной функции Планка по температуре. Технический результат заключается в повышении точности и упрощении методики измерения. 1 ил.
Изобретение относится к приборам и методам экспериментальной физики и предназначено для исследования дефектной структуры кристаллов. Способ имеет преимущество по сравнению с методом рентгенодифракционной топографии: нет необходимости разрушать исследуемый образец, можно осуществлять экспрессный контроль больших партий монокристаллов. Способ впервые обеспечивает возможность экспресс-определения направления дислокаций в монокристаллах и эпитаксиальных пленках. Способ определения дислокаций в кристаллах включает селективное химическое травление кристалла до получения ямок травления размером 0,4-2 мкм и наблюдение ямок травления с помощью атомно-силового микроскопа. Измеряют угол наклона граней ямок травления, по полученным данным строят геометрические модели ямок и по наклону пирамид ямок травления рассчитывают направления дислокаций.

Использование: для измерения механических напряжений в МЭМС структурах. Сущность изобретения заключается в том, что способ измерения механических напряжений в МЭМС структурах включает формирование между пленкой-покрытием и основой промежуточного слоя, при этом промежуточный слой может иметь произвольную толщину, измеряют относительное удлинение пленки-покрытия по изменению величины зазора между краем балки и периферией пленки-покрытия посредством растрового электронного микроскопа и рассчитывают механические напряжения на рабочих пластинах по формуле ,где L - длина свободного конца балки после удлинениясжатия, d0 - зазор между краем балки и областью периферии пленки-покрытия до травления промежуточного слоя, d - зазор между краем балки и областью периферии пленки-покрытия после травления промежуточного слоя, - модуль Юнга покрытия, -коэффициент Пуассона покрытия. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности измерения. 2 ил.

Наверх