用于微制造的断裂测试结构的系统和方法_2

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中可以省略张力膜206。
[0020]例如,组220中的顶部测试结构201可以具有被张力膜204 (或张力膜206,包含的)覆盖的薄膜202的90%,如所示。覆盖每个测试结构的百分比可以向下移动降低,使得底部测试结构201可以具有被张力膜204 (或张力膜206,包含的)覆盖的薄膜202的2%,如所示。在这种情况下,施加到组220中的每个测试结构201的张应力从对于顶部测试结构的最大值变动到对于底部测试结构的最小值。施加到每个结构的张应力的计算可以常规地由本领域技术人员使用数值逼近或更精确的有限元分析利用商业上可得到的或定制的软件来执行。
[0021]根据各种实施例,第二组测试结构225包括测试结构201,该测试结构201具有恒定的短径b和从顶部测试结构变动到底部测试结构的长径a。在该实施例中,针对组225的每个测试结构201,张力膜204以相同的量形成在薄膜上。由此,组225包括其中施加到每个测试结构201中的薄膜202的张应力是恒定的、而薄膜202将断裂所处的应力不恒定的实施例。如上面所讨论的,针对组225中的每个测试结构201,张力膜206也可以以相同的量被施加到薄膜202的底部。在其它实施例中,可以根据需要省略张力膜204或者206。
[0022]例如,组225中的每个测试结构201可以具有用张力膜204 (或张力膜206,包含的)覆盖的薄膜202的50%。由此,恒定的张应力被施加到组225中的每个测试结构201。每个测试结构201的强度如通过每个测试结构201中的收缩区域216的大小确定的那样变动。通过测试结构201中的长径a确定收缩区域216的大小,其从组225的顶部测试结构201中的最大值变化到组225的底部测试结构201中的最小值。由此,组225中的顶部测试结构201比底部测试结构201更有可能断裂,因为顶部结构中的收缩区域216更长,使得由薄膜202形成的整个梁更不牢固。在组225中,短径b被保持恒定。
[0023]根据各种实施例,对于组220中的每个测试结构201,长径a和短径b都是8 并且由薄膜202形成的梁的宽度w是10 Mm。对于组225中的测试结构201,短径b是8 Mm并且宽度w是10 Mm,而长径a从O Mm变动到100 Mm。在其它实施例中,每个尺寸可以采取任何值并且可以变化或者被保持恒定。此外,恒定的和变动的尺寸的任何组合可以用在各种实施例中。在另外的特定实施例中,宽度w可以从5 Mm变动到100 Mm,并且短径b可以从I Mm变动到100 Mm。在一些实施例中由耦合在锚部208和210之间的薄膜202形成的整个梁长度可以从100 Mm变动到500 Mm。在其它实施例中,梁长度可以短于100 Mm或长于500 Mm。在特别的实施例中,梁长度可以是400 Mm。此外,薄膜202被张力膜204(或张力膜206,包含的)覆盖的百分比可以是任何百分比。此外,切口的形状可以采取任何形式并产生多种类型的收缩区域,也将参考图4a-4h被解释。
[0024]在另外的实施例中,本文描述的发明概念也适用于纳米级结构。尽管已经主要参考MEMS给出实例尺寸,但是根据相同的概念,作为测试结构102的一部分的测试结构200可以应用于纳米级结构。在这样的实施例中,尺寸可以减小,同时仍可以应用将张应力施加到薄膜的相同原理。
[0025]图4a_4h示出如参考测试结构200和201描述的具有各种不同特征的各种实施例测试结构的顶视图。图4a示出具有矩形切口 212的测试结构。图4b示出具有圆形切口212的测试结构。图4c示出具有较大垂直直径的椭圆形切口 212的测试结构。图4d示出具有较大水平直径的椭圆形切口 212的测试结构。图4e示出具有菱形形状的切口 212的测试结构。图4f示出具有在锚部208附近的切口 212和在薄膜202右侧的张力膜204的测试结构。图4g示出具有在锚部208附近的矩形切口 212和在薄膜202右侧的张力膜204的测试结构。图4h示出具有切口 212和利用非方形图案图案化的张力膜204的测试结构。可以如上面参考图2和3所描述的那样形成和使用图4a-4h中的每个测试结构。例如,图4a-4h中的每个测试结构可以包括在薄膜202的底表面上的张力膜206。在各种实施例中,张力膜206可以被图案化以匹配张力膜204或者可以被不同地图案化。
[0026]图5a和5b分别示出另外的实施例测试结构300的截面图和顶视图。根据各种实施例,测试结构300包括薄膜302以及在上面的张力膜304和在下面的张力膜306。在各种实施例中,张力膜304或306可以被省略以及可以仅使用单个张力膜304或306。薄膜302还包括收缩区域316。如图5b中所示,在一些实施例中,收缩区域316是更易于断裂的变窄区域。薄膜302形成在刚性锚部308和310之间。测试结构300还可以包括电极314,用于施加附加力以便使由薄膜302形成的固支梁(fixed-fixed bean)偏转。测试结构300在梁的形状方面不同于测试结构200和在图4a-4h中讨论的各种实施例。测试结构300由锥形梁形成,通常不具有切口区域。在其它实施例中,所有实施例的元件可以自由互换,例如诸如测试结构300的锥形和测试结构200的切口。
[0027]正如在本文描述的其它测试结构的情况下,施加到薄膜302的张力与所施加的张力膜304和306的量有关。如从图5b中的顶视图看到的,重叠的面积越大,施加到薄膜302的张力越大。此外,梁越长且收缩区域越窄,断裂或破裂薄膜302所需的力越低。
[0028]图6示出包括第一组测试结构320和第二组测试结构325的实施例测试结构103的布局图。根据各种实施例,每组测试结构320和325包括如所示在测试结构103之上的各个测试结构300。测试结构300包括在薄膜302中的收缩区域316,其从在刚性锚部308和310处的较宽区域逐渐变细。未被覆盖的薄膜302的长度由长度a给定,并且由薄膜302形成的梁的宽度由宽度b给定。在各种实施例中,图1中的测试结构101可以包括单个测试结构103、多个测试结构103、或如参考图3所描述的测试结构102和测试结构103的某种组合。
[0029]如上面所讨论的,测试结构300中的薄膜302断裂所处的应力依赖于收缩区域316的大小和形状,其对于图5-7中所示的实施例通常由长度a和宽度b限定。此外,通过被施加的张力膜304和306的量来确定施加到由薄膜302形成的梁的张应力。
[0030]基于上面的概念,测试结构组320和325被选择用于使所述多个测试结构中的一些测试结构300a-300h断裂并且不使其它测试结构断裂。第一组测试结构320包括具有恒定的第一长度a且具有在图6中向下移动增加的宽度b的测试结构300a-300d。例如,组320中的每个梁的长度a可以是54 Mm,同时测试结构300a的宽度b是I Mm,测试结构300b的宽度b是2.5 Mm,测试结构300c的宽度b是5 Mm,以及测试结构300d的宽度b是10 Mffl。第二组测试结构325包括具有恒定的第一长度a且具有在图6中向下移动增加的宽度b的测试结构300e-300h。例如,组325中的每个梁的长度a可以是122 Mm,同时测试结构300e-330h的宽度b分别模仿组320中的测试结构300a_300d的宽度b。在各种实施例中,长度a和宽度b可以均被设置为任何值并且在不同的测试结构中可以分别地变化或者一起变化。
[0031]根据各种实施例,任何数目的测试结构300可以使用任何尺寸。例如,长度a可以从10 Mm变动到1000 Mm,并且宽度b可以从0.1 Mm变动到100 Mm。还可以使用其它尺寸。如上面所提到的,基于这些相同概念的纳米级结构也被预想。在这样的实施例中,除了其它与按比例缩放有关的修改之外,将形成具有纳米级宽度b和长度a的结构。
[0032]图7a_7e示出如参考测试结构300描述的具有各种不同特征的各种实施例测试结构的顶视图。图7a示出具有馈送到恒定宽度收缩区域中的两阶段线性锥形区域的测试结构。图7b示出具有馈送到另外的弯曲锥形收缩区域中的不同的两阶段线性锥形区域的测试结构。图7c示出具有馈送到另外的弯曲锥形收缩区域中的单阶段线性锥形区域的测试结构。图7d示出如图5a和5b中所示的自始至终具有弯曲锥形区域的测试结构,除了收缩区域316包括波纹318以外。图7e示出自始至终具有弯曲锥形区域的测试结构,除了收缩区域316直接耦合到锚部308以外。
[0033]可以如参考其它图所描述的那样形成和使用图7a_7e中的每个测试结构。例如,图7a-7h中的每个测试结构可以包括在薄膜302的底表面上的张力膜306。在各种实施例中,张力膜306可以被图案化以匹配张力膜304或者可以被不同地图案化。
[0034]图8a_8h示出根据本文描述的实施例中的任何一个的实施例测试结构的实施例制造顺序。图8a示出具有电极层402的结构,该电极层402可以是衬底(未示出,例如娃衬底)的掺杂部分。在各种实施例中,衬底可以是任何材料并且电极层402也可以是沉积在衬底上的金属层。牺牲层400沉积在电极层402的顶部上。在各种实施例中,牺牲层400可以由任何类型的材料形成,例如诸如二氧化硅、热氧化物、碳、正硅酸四乙酯(TEOS)或其它材料。张力层404沉积在牺牲层400上。在各种实施例中,张力层404可以由当被释放时施加张力的任何材料形成,例如诸如氮化硅或氧化铝。
[0035]根据各种实施例,张力层404可以是任何厚度。在一些特别的实施例中,张力
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