MEMS晶圆PCM应力表征结构设计与试验验证

针对微机电系统（Micro Electro Mechanical System,MEMS）惯性器件受微加工应力影响显著的问题,设计了一种推拉差分式MEMS晶圆工艺控制监控（Process Control Monitor,PCM）应力表征结构,实现了对MEMS晶圆不同位置应力的测量,避免了电学测试过程中采用晶圆探针引入额外应力的问题。建立了该应力表征结构的数值仿真模型,根据仿真结果对应力表征结构的尺寸参数进行了优化设计,并实际加工了推拉差分式MEMS晶圆应力表征结构。应力表征结构反映出实际加工的MEMS晶圆中不同位置应力大小、方向和应力分布情况。试验结果表明,MEMS晶圆整体上以拉应力为主,同时呈现一种中心挤压变形,外围拉伸变形的状态。沿（100）晶向的最大拉应力在表征结构上产生了18.9μm位移,最大压应力产生了-34.2μm位移;沿（110）晶向的最大拉应力在表征结构上产生了15.0μm位移,最大压应力产生了-57.8μm位移。