CN101666692A - 一种应力传感测试结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应力传感测试结构，该测试结构包括两个垂直位置摆放且串联连接的折弯型压阻(1)和压阻两侧反应离子刻蚀的应力隔离槽(2)，在两个折弯型压阻(1)的两头设有第一金属引线(3)和第二金属引线(4)，在两个折弯型压阻(1)的连接处设有第三金属引线(5)。检测应力时，利用应力隔离槽(2)隔离掉由两边区域传递给压阻结构的某一个方向的应力，在平面应力测试时，平面剪应力可忽略情况下(如电子封装领域)，测试结构能同时检测两个垂直的主应力分量，简化了一般测试结构所需采用的四个压阻的饰环结构的设计，降低了工艺要求。大大减小了测试的复杂度。

Description

一种应力传感测试结构
技术领域
本发明涉及一种应力传感测试结构。用于测试两个相互垂直的平面应力分量的大小，属于半导体测试芯片制造的技术领域。
背景技术
在许多平面应力测试的场合，平面剪应力分量的影响往往可以忽略(如电子封装领域)，因此只需测试两个相互垂直的平面应力分量的大小。传统的压阻测试结构中，单个压阻不能独立检测某一个应力分量，在同时需检测平面内两个垂直的主应力分量时，往往必须采用四个压阻的饰环结构，使得测试芯片的加工工艺、校准和数据处理过程均过于复杂，不利于简便的测试，并且可能带来更多的误差。
技术内容
技术问题：本发明的目的是提供一种简化结构的压阻式应力传感测试结构。简化一般测试结构的所需采用的四个压阻饰环结构的设计，降低工艺要求。减小测试的复杂度。
技术方案：本发明的应力传感测试结构包括两个垂直位置摆放且串联连接的折弯型压阻和压阻两侧反应离子刻蚀的应力隔离槽，在两个折弯型压阻的两头设有第一金属引线和第二金属引线，在两个折弯型压阻的连接处设有第三金属引线。折弯型压阻选用n型压阻，利用离子注入施主杂质在p型半导体衬底上制作，并采用折弯型设计提高阻值，其单个压阻的大小为2-10k。
应力隔离槽采用反应离子刻蚀的方法，其制作方向平行于芯片表面压阻测试结构的摆放方向，尺寸大小能满足隔离掉两边区域传递给折弯型压阻的两个相互垂直的平面应力分量中的一个而又不造成测试失真，深度为2-4μm，宽度为4-8μm，应力隔离槽与折弯型压阻间的距离为2-3μm。
有益效果：采用反应离子刻蚀的应力隔离槽结构，在平面应力测试时，平面剪应力可忽略情况下(如电子封装领域)，测试结构能同时检测两个垂直的主应力分量，简化了一般测试结构的所需采用的四个压阻饰环结构的设计，降低了工艺要求。大大减小了测试的复杂度。
附图说明
图1是本发明压阻式应力传感测试结构图。
图2是本发明的压阻和隔离槽结构截面图。
以上的图中有：折弯型压阻1、应力隔离槽2、第一金属引线3、第二金属引线4、第三金属引线5。
具体实施方式
一种应力传感测试结构，包括两个垂直位置摆放的折弯型压阻1和其两侧反应离子刻蚀的应力隔离槽结构。折弯型压阻选用n型压阻，利用离子注入施主杂质在p型半导体衬底上制作，其单个压阻的大小为2-10k；应力隔离槽采用反应离子刻蚀的方法，其制作方向平行于芯片表面压阻测试结构的摆放方向，深度一般为2-4μm，宽度一般为4-8μm，槽同压阻间的距离为2-3μm。
工作原理：本发明利用半导体掺杂电阻的压阻效应(即应力引起压阻尺寸的变化会改变电阻的阻值)和沟槽结构的应力隔离作用。
工作过程：当芯片表面存在应力分布时会引起芯片变形，从而影响压阻结构1的尺寸，改变其阻值。同时，由于隔离槽结构2的存在，平面内两侧区域向压阻1传递的两个垂直应力分量其中一个的影响被隔离掉。使得平面剪应力影响可忽略时，测试结构能同时检测该区域平面应力的两个垂直分量。
使用方法：使用前，先在应力测试结构的金属引线上通入一定大小的电流，检测第一金属引线3和第三金属引线5两端及第二金属引线4和第三金属引线5两端的电压，分别计算出压阻结构中的纵向摆放压阻(第一金属引线3和第三金属引线5两端间)和横向摆放压阻(第二金属引线4和第三金属引线5两端间)的初始阻值，并测定环境温度。实际测试时，再次利用测试初始阻值的方法检测出压阻结构中两个电阻在工作工程中各自的大小，由初始阻值算得阻值的相对变化率；从而根据纵向压阻测得X方向的主应力，根据横向压阻测得Y方向主应力。
制备工艺：
a：在p型半导体衬底上离子注入施主杂质制作n型折弯型压阻1，
b：光刻、反应离子刻蚀得到应力隔离槽2；
c：光刻，淀积金属并刻蚀，形成第一金属引线3、第二金属引线4、第三金属引线5。
本发明利用半导体掺杂电阻的压阻效应(即应力引起压阻尺寸的变化会改变电阻的阻值)和沟槽结构的应力隔离作用。在平面应力测试时，平面剪应力可忽略情况下，达到一个压阻能独立检测一个应力分量的目的，从而使测试结构能同时检测两个垂直的主应力分量，简化了一般测试结构的所需采用的四个压阻饰环结构的设计，降低了工艺要求。大大减小了测试的复杂度。

Claims (2)

1、一种应力传感测试结构，其特征在于该测试结构包括两个垂直位置摆放且串联连接的折弯型压阻(1)和压阻两侧反应离子刻蚀的应力隔离槽(2)，在两个折弯型压阻(1)的两头设有第一金属引线(3)和第二金属引线(4)，在两个折弯型压阻(1)的连接处设有第三金属引线(5)。
2、根据权利要求1所述的应力传感测试结构，其特征在于应力隔离槽(2)采用反应离子刻蚀的方法，其制作方向平行于芯片表面压阻测试结构的摆放方向，尺寸大小能满足隔离掉两边区域传递给折弯型压阻(1)的两个相互垂直的平面应力分量中的一个而又不造成测试失真，深度为2-4μm，宽度为4-8μm，应力隔离槽(2)与折弯型压阻(1)间的距离为2-3μm。
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