专利名称：微电子机械系统薄膜横向断裂强度的热驱动在线测试结构的制作方法
技术领域：
本发明是一种微电子机械系统(MEMS)薄膜横向断裂强度在线测试结构，属于微电子机械系统中在线测试的技术领域。
背景技术：
传统的测试结构一般不包含驱动源，测试时所需驱动力外加。这种测试结构存在以下几种缺点(1)外加驱动力难控制，容易受到外界因素的干扰；(2)测试效率低；(3)测试结构所占面接较大。MEMS薄膜横向断裂强度在线测试结构是一种把V形热执行器和待测梁集成在同一芯片上，利用V形热执行器去驱动待测梁断裂，从而实现断裂强度在线测试的新方法。1999RH，Kapels第一个提出用热执行作为测试断裂强度所需的驱动力来源的测试结构，他把U形热执行器和待测结构集成在同一芯片上(H.Kapels，et.al，“Fracture strengthand fatigue of polysilicon determinted by a novel thermal actuator，”IEEEtransaction on electron devices，pp.97-103，NO.7，July1999)，通过叉指指针读数来决定MEMS薄膜断裂强度，但是这种结构的缺点在于，测量的精度受工艺的影响较大，且读数比较麻烦。

发明内容
技术问题本发明的目的在于提供一种结构简单，易于实现的高精度微电子机械系统薄膜横向断裂强度的热驱动在线测试结构技术方案本发明的微电子机械系统薄膜横向断裂强度的热驱动在线测试结构，其特征在于该测试结构包括待测梁固定端、待测梁、梁、V形热执行器加热梁、加热梁固定端、导电膜，其中待测梁的一端固定在待测梁固定端上，待测梁的另一端固定在梁的一端上，梁的两侧连接V形热执行器加热梁，V形热执行器加热梁的另一端与加热梁固定端连接，导电膜位于加热梁固定端上，其中待测梁固定端、加热梁固定端固定在氮化硅的上平面，氮化硅的下层为二氧化硅层，二氧化硅层的下层为衬底。V形热执行器加热梁由多根加热梁组成。导电膜为金膜或铝膜有益效果本发明具有以下优点测试所需电压较小；外在测试简单，测试待测梁上电阻的变化就可决定MEMS薄膜横向断裂强度；测量精度高。
当在V形热执行器上有电流通过时就会有热膨胀而产生驱动力，把该驱动力作为测试结构所需驱动源。此结构所能产生的驱动力相当大；对于一个长400微米、宽和高都为4微米，在倾斜角度为0.1弧度在加热到600开氏度时，所能产生的最大的位移为3微米，在顶端所产生的最大应力经贸部为800微牛顿(L.Que，J.S.Park，et.al，“Bene-Beam electro-thermal actuators for highforce applications，”IEEE，pp.31-36，1999)；另外该执行器所提供力线性度较高。由于驱动源程序与测试结构集成在同一芯片上，故该结构能真正的实现MEMS薄膜横向断裂强度的在线测试。


图1是本发明MEMS薄膜横向拉伸断裂强度测试结构示意图。其中有有待测梁固定端101、待测梁102、梁103、V形热执行器加热梁104、加热梁固定端105、导电膜106、氮化硅107、二氧化硅108、衬底109。
具体实施方案以下结合附图对本发明实施例的具体结构做进一步描述图1是测拉伸断裂强度测试结构三维简图。在硅衬底材料上，采用微电子加工工艺制作一个如图1所示的结构，其中待测梁102长10微米、宽2微米，一端和固定端101相连，另一端和梁103相连、梁103的两侧和V形热执行器加热梁104相连，每个加热梁宽5微米、长300微米，共同4条；加热梁另一端分别和加热梁固定端105相连；固定端101、105固定在氮化硅层107的上平面，氮化硅107的下层为二氧化硅层108，二氧化硅层108的下层为衬底109。整个结构厚度为1微米，导电膜106位于加热梁固定端105上。
对于以上结构尺寸的测试结构，在热执行器两臂通上一定大小电流，当梁102处断裂时，此时梁102电阻的变化率为2，对应断裂强度1.9Gpa。
权利要求
1.一种微电子机械系统薄膜横向断裂强度的热驱动在线测试结构，其特征在于该测试结构包括待测梁固定端(101)、待测梁(102)、梁(103)、V形热执行器加热梁(104)、加热梁固定端(105)、导电膜(106)，其中待测梁(102)的一端固定在待测梁固定端(101)上，待测梁(102)的另一端固定在梁(103)的一端上，梁(103)的两侧连接V形热执行器加热梁(104)，V形热执行器加热梁(104)的另一端与加热梁固定端(105)连接，导电膜(106)位于加热梁固定端(105)上，其中待测梁固定端(101)、加热梁固定端(105)固定在氮化硅(107)的上平面，氮化硅(107)的下层为二氧化硅层(108)，二氧化硅层(108)的下层为衬底(109)。
2.根据权利要求1所述的微电子机械系统薄膜横向断裂强度的热驱动在线测试结构，其特征在于V形热执行器加热梁(104)由多根加热梁组成。
3.根据权利要求1所述的微电子机械系统薄膜横向断裂强度的热驱动在线测试结构，其特征在于导电膜(106)为金膜或铝膜。
全文摘要
微电子机械系统薄膜横向断裂强度的热驱动在线测试结构属于微电子机械系统中在线测试的技术领域。该测试结构包括待测梁固定端101、待测梁102、梁103、V形热执行器加热梁104、加热梁固定端105、导电膜106、，其中待测梁102的一端固定在待测梁固定端101上，待测梁102的一端固定在梁103的一端上，梁103的两侧连接V形热执行器加热梁104，V形热执行器加热梁104的另一端与加热梁固定端105连接，导电膜106位于加热梁固定端105上其中待测梁固定端101、加热梁固定端105固定在氮化硅107的上平面，氮化硅107的下层为二氧化硅层108，二氧化硅层108的下层为衬底109。
文档编号G01N3/08GK1527043SQ03158330
公开日2004年9月8日 申请日期2003年9月25日 优先权日2003年9月25日
发明者梅年松, 黄庆安 申请人:东南大学