×
26.08.2017
217.015.dd03

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В МЭМС-СТРУКТУРАХ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: 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, d - 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.
Реферат Свернуть Развернуть

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
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В МЭМС-СТРУКТУРАХ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В МЭМС-СТРУКТУРАХ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В МЭМС-СТРУКТУРАХ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В МЭМС-СТРУКТУРАХ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В МЭМС-СТРУКТУРАХ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В МЭМС-СТРУКТУРАХ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В МЭМС-СТРУКТУРАХ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 75.
20.03.2014
№216.012.acf8

Мембранный термоанемометр

Изобретение относится к микроэлектромеханическим системам для измерения потоков жидкостей и газов и измерения давления. Техническим результатом является уменьшение паразитной теплопередачи и повышение чувствительности термоанемометра. Мембранный термоанемометр содержит нагреватель и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509995
Дата охранного документа: 20.03.2014
20.06.2014
№216.012.d340

Магнитоуправляемый коммутатор

Изобретение относится к области электротехники, в частности к магнитоуправляемым коммутирующим устройствам - коммутаторам тока, используемым в широком диапазоне коммутируемых нагрузок и мощностей. Устройство содержит токопроводящие элементы и магнитное вещество, мостовую перемычку,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519851
Дата охранного документа: 20.06.2014
20.07.2014
№216.012.de8e

Анемометрический датчик

Изобретение относится к области микросенсоров, а именно к микроэлектромеханическим системам (МЭМС) для измерения потоков жидкостей и газов - МЭМС-термоанемометрам. Анемометрический датчик содержит чувствительный элемент, выполненный в виде двух и более открытых контролируемому потоку упругих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522760
Дата охранного документа: 20.07.2014
10.11.2014
№216.013.0506

Переключатель и коммутатор

Изобретение касается переключателя или коммутатора, содержащего хотя бы один такой переключатель, который содержит бистабильный элемент в МЭМС-исполнении, средства переключения и коммутационный узел. В качестве коммутационного узла использован МДП-транзистор, подвижным затвором которого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532684
Дата охранного документа: 10.11.2014
20.12.2014
№216.013.107f

Вибродатчик

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой вибродатчик в микроэлектромеханическом исполнении и может использоваться для регистрации вибрации, в том числе с субмикронной амплитудой, и измерения параметров вибрации. Датчик включает упругий элемент с магниторезистивными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535646
Дата охранного документа: 20.12.2014
20.12.2014
№216.013.1083

Анемометр

Предложенное изобретение относится к микромеханическим системам для измерения потоков жидкостей и газов и определения направления данных потоков. Заявленный анемометр, предназначенный для измерения указанных величин, содержит цилиндр, датчики, расположенные на его поверхности, и блок съема и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535650
Дата охранного документа: 20.12.2014
10.04.2015
№216.013.3f8d

Датчик давления

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в приборах измерения давления жидкостей и газов. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и технологии изготовления датчика давления. Датчик давления содержит измерительный блок, упругую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547757
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.10.2015
№216.013.8505

Способ и устройство детоксикации организма

Группа изобретений относится к медицинской технике, нефрологии, урологии, токсикологии и реаниматологии, системам заместительной терапии (ЗТ) и детоксикации и может быть использована в лечении больных с почечной недостаточностью, для замещения утраченной функции выведения метаболитов и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565656
Дата охранного документа: 20.10.2015
10.12.2015
№216.013.95bb

Измеритель потока

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к устройствам для измерения потоков жидкостей и газов с использованием микроэлектромеханических датчиков. Измеритель потока содержит тело обтекания, датчик потока и средства управления и съема информации. Тело обтекания выполнено с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569951
Дата охранного документа: 10.12.2015
20.01.2016
№216.013.9ff2

Способ изготовления электронных узлов на гибком носителе без процессов пайки и сварки

Изобретение относится к технологии производства многокристальных модулей, микросборок и модулей на основе печатных плат с внутренним монтажом компонентов. Технический результат - создание способа производства максимально компактных, надежных, быстродействующих и более экономичных в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572588
Дата охранного документа: 20.01.2016
Показаны записи 1-10 из 31.
20.03.2014
№216.012.acf8

Мембранный термоанемометр

Изобретение относится к микроэлектромеханическим системам для измерения потоков жидкостей и газов и измерения давления. Техническим результатом является уменьшение паразитной теплопередачи и повышение чувствительности термоанемометра. Мембранный термоанемометр содержит нагреватель и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509995
Дата охранного документа: 20.03.2014
20.07.2014
№216.012.de8e

Анемометрический датчик

Изобретение относится к области микросенсоров, а именно к микроэлектромеханическим системам (МЭМС) для измерения потоков жидкостей и газов - МЭМС-термоанемометрам. Анемометрический датчик содержит чувствительный элемент, выполненный в виде двух и более открытых контролируемому потоку упругих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522760
Дата охранного документа: 20.07.2014
10.11.2014
№216.013.0506

Переключатель и коммутатор

Изобретение касается переключателя или коммутатора, содержащего хотя бы один такой переключатель, который содержит бистабильный элемент в МЭМС-исполнении, средства переключения и коммутационный узел. В качестве коммутационного узла использован МДП-транзистор, подвижным затвором которого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532684
Дата охранного документа: 10.11.2014
20.12.2014
№216.013.107f

Вибродатчик

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой вибродатчик в микроэлектромеханическом исполнении и может использоваться для регистрации вибрации, в том числе с субмикронной амплитудой, и измерения параметров вибрации. Датчик включает упругий элемент с магниторезистивными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535646
Дата охранного документа: 20.12.2014
20.12.2014
№216.013.1083

Анемометр

Предложенное изобретение относится к микромеханическим системам для измерения потоков жидкостей и газов и определения направления данных потоков. Заявленный анемометр, предназначенный для измерения указанных величин, содержит цилиндр, датчики, расположенные на его поверхности, и блок съема и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535650
Дата охранного документа: 20.12.2014
10.04.2015
№216.013.3f8d

Датчик давления

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в приборах измерения давления жидкостей и газов. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и технологии изготовления датчика давления. Датчик давления содержит измерительный блок, упругую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547757
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.10.2015
№216.013.8505

Способ и устройство детоксикации организма

Группа изобретений относится к медицинской технике, нефрологии, урологии, токсикологии и реаниматологии, системам заместительной терапии (ЗТ) и детоксикации и может быть использована в лечении больных с почечной недостаточностью, для замещения утраченной функции выведения метаболитов и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565656
Дата охранного документа: 20.10.2015
10.12.2015
№216.013.95bb

Измеритель потока

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к устройствам для измерения потоков жидкостей и газов с использованием микроэлектромеханических датчиков. Измеритель потока содержит тело обтекания, датчик потока и средства управления и съема информации. Тело обтекания выполнено с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569951
Дата охранного документа: 10.12.2015
20.01.2016
№216.013.9ff2

Способ изготовления электронных узлов на гибком носителе без процессов пайки и сварки

Изобретение относится к технологии производства многокристальных модулей, микросборок и модулей на основе печатных плат с внутренним монтажом компонентов. Технический результат - создание способа производства максимально компактных, надежных, быстродействующих и более экономичных в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572588
Дата охранного документа: 20.01.2016
20.01.2016
№216.013.a256

Магниторезистивная ячейка памяти и способ ее использования

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в упрощении технологии изготовления магниторезистивной ячейки памяти. Магниторезистивная ячейка памяти содержит перемагничиваемый и неперемагничиваемый слои, разделенные барьерным слоем, а также средства записи и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002573200
Дата охранного документа: 20.01.2016
+ добавить свой РИД