KR100441488B1 - 마이크로 구조물의 잔류응력 테스트 패턴 및 그 제조방법 그리고 상기 패턴을 이용한 잔류응력 측정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 구조물에 작용하는 압축 또는 인장 측정할 수 있는 마이크로 구조물의 테스트용 패턴 및 그 제조방법 그리고 상기 패턴을 이용한 잔류응력 측정방법에 관한 것으로서,
본 발명에 따른 마이크로 구조물의 잔류응력 테스트 패턴은 실리콘 기판 상의 동일 기판 일체형의 도전성 물질로 형성되는 잔류응력 테스트 패턴에 있어서, 상기 잔류응력 테스트 패턴이, 도전성의 두 개의 벤트 빔으로 구성되며 상기 두 개의 벤트 빔이 소정 간격 이격된 상태로 특정 방향으로 절곡되어 있는 제 1 벤트 빔 절곡되어, 상기 제 1 벤트 빔 쌍과 동일한 형상을 갖고 상기 제 1 벤트 빔과 반대 방향으로 절곡되어 있으며, 벤트 빔이 절곡된 방향에 수직한 방향으로 상기 제 1 벤트 빔 쌍과 소정 거리 이격되어 있는 제 2 벤트 빔 절곡되어, 상기 제 1 벤트 빔 쌍을 구성하는 두 개의 벤트 빔의 절곡된 부위를 연결하는 제 1 링크 절곡되어, 상기 제 2 벤트 빔 쌍을 구성하는 두 개의 벤트 빔의 절곡된 부위를 연결하는 제 2 링크 절곡되어, 상기 제 1 링크 빔과 제 2 링크 빔을 연결하는 중앙 절곡되어, 상기 제 1 및 제 2 벤트 빔 쌍을 구성하는 4개의 벤트 빔 상의 양단에 위치하는 8개의 전압 인가용 전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 초미세 가공기술을 이용한 MEMS(Micro Electro Mechanical System)에 관한 것으로, 특히 마이크로 구조물(MEMS)의 잔류응력을 측정하는 테스트 패턴의 구조 및 그 제조방법 그리고 상기 패턴을 이용한 잔류응력 측정방법에 관한 것이다.
반도체 공정기술을 이용한 MEMS 제작기술은 압력, 가속도센서 등 특히 물리계층 센서의 소형화에 큰 기여를 하고 있으며, 크게 실리콘 웨이퍼를 가공하는 몸체 미세가공(Bulk Micromachining)기술과 박막의 증착과 식각을 반복하는 표면 미세가공(Surface Micromachining)기술로 나뉘어 진다.
이 중, 표면 미세가공 기술은 웨이퍼 위에 구조물로 사용될 박막을 증착하고, 증착된 막을 선택적으로 식각한 후, 기판에서 띄어내어 동적 운동이 가능한 미세구조물을 제작하는 기술로서 1980년대 초반부터 다결정 실리콘을 구조층으로 이용하는 표면 미세가공 기술이 개발되어 왔으며 현재 MEMS 제작에 가장 많이 쓰이고 있다.
한편, 미세구조물용으로 사용되는 박막의 두께는 10∼40㎛으로 일반적으로 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 공정에 사용되는 막의 두께인 1㎛ 미만에 비하여 두껍기 때문에 기계적인 특성이 매우 중요하다.
이와 같이 두꺼운 박막들을 증착하여 사용할 때에는 잔류응력에 의하여 형성된 미세구조물이 휘어지기도 하고, 잔류응력이 과도할 시에는 웨이퍼가 파손되기도 한다. 미세구조물이 휘어질 경우 원래 설계했던 공진 주파수가 바뀌게 되고 휘어짐이 심할 겨우 미세구조물이 기판에 점착(stiction)되기도 한다.
상기와 같은 이유로 인하여 기계 구조물이나 전극으로 사용되는 다결정 실리콘의 경우 증착 공정이나 잔류응력 제거를 위한 열처리 공정에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 또한 다결정 실리콘을 이용하여 제작된 구조물의 잔류응력을 측정하기 위한 여러 가지의 방법들이 연구되어 왔다.
잔류응력 측정의 대표적인 방법으로서 오일러 빔(Euler beam), 거클링(Guckel ring), 응력 게이지(Strain gauge) 등이 있다.
오일러 빔을 이용한 측정 방법은 여러 가지의 폭과 길이를 갖는 빔을 만들어서 희생층 제거 후 버클링(buckling)이 일어나기 시작하는 빔을 관찰하여 잔류응력을 측정하는 것으로서, 축 방향으로 힘을 받는 빔에서 버클링(buckling)을 발생시키는 응력을 계산식으로 구하고 이 응력으로부터 잔류 변형률을 구하는 방법이다. 그러나, 오일러 빔의 문제점은 압축잔류응력만 측정할 수 있고 연속적인 측정이 불가능하며 많은 테스트 패턴이 필요하다는 점이다. 특히, 측정방법이 SEM(Scanning Electron Microscope)과 같은 광학적 장비를 이용하여 측정을 해야 하기 때문에 패키징(packaging)을 수행했을 시 측정이 불가능하다는 단점이 있다.
거클링(Guckel ring) 방법은 링(ring) 안에 있는 빔의 버클링(buckling)을 이용하여 잔류응력을 측정하는 방법인데, 거클링의 문제점은 오일러 빔과 마찬가지로 연속적인 측정이 불가능하고 많은 패턴이 필요하다는 점이다. 또한, 작은 잔류응력을 측정하기 위해서는 매우 많은 면적이 필요하고 인장잔류응력만이 측정 가능하다.
응력 게이지(Strain gauge) 방법의 경우에는 오일러 빔과 거클링과는 달리 연속적인 측정이 가능하다. 또한, 압축잔류응력과 인장잔류응력이 동시 측정이 가능하다. 하지만 패키징을 고려할 경우, 응력 게이지 역시 광학적인 측정이므로 패키징 후에는 측정이 불가능하다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 압축잔류응력과 인장잔류응력을 동시에 측정할 수 있으며, 광학적인 측정이 요구되지 않기 때문에 패키징 후에도 응력 측정이 가능한 마이크로 구조물의 잔류응력 테스트 패턴 및 그 제조방법 그리고 상기 패턴을 이용한 잔류응력 측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 구조물 잔류응력 테스트 패턴을 개념적으로 도시한 구조 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 구조물 초미세 테스트 패턴의 실제 형상을 나타낸 구조 평면도이다.
도 3a 내지 3f는 본 발명에 따른 마이크로 구조물 잔류응력 테스트 패턴의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
도 4는 간극 변화에 따른 저항 대 잔류응력값을 도시한 그래프.
도 5는 중앙 빔의 폭 변화에 따른 저항 대 잔류응력값을 도시한 그래프.
도 6은 링크 빔의 폭 변화에 따른 저항 대 잔류응력값을 도시한 그래프.도 7a는 본 발명의 잔류응력 테스트 패턴에 압축 잔류응력이 작용하는 경우를 나타낸 참고도.도 7b는 본 발명의 잔류응력 테스트 패턴에 인장 잔류응력이 작용하는 경우초미세 나타낸 참고도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101a : 제 1 벤트 빔 쌍 101b : 제 2 벤트 빔 쌍
102a : 제 1 링크 빔 102b : 제 2 링크 빔103 : 중앙 빔 104 : 전압 인가용 전극105 : 앵커(anchor)
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 구조물의 잔류응력 테스트 패턴은 실리콘 기판 상의 동일 평면 상에 일체형의 도전성 물질로 형성되는 잔류응력 테스트 패턴에 있어서, 상기 잔류응력 테스트 패턴이, 도전성의 두 개의 벤트 빔으로 구성되며 상기 두 개의 벤트 빔이 소정 간격 이격된 상태로 특정 방향으로 절곡되어 있는 제 1 벤트 빔 쌍;과, 상기 제 1 벤트 빔 쌍과 동일한 형상을 갖고 상기 제 1 벤트 빔과 반대 방향으로 절곡되어 있으며, 벤트 빔이 절곡된 방향에 수직한 방향으로 상기 제 1 벤트 빔 쌍과 소정 거리 이격되어 있는 제 2 벤트 빔 쌍;과, 상기 제 1 벤트 빔 쌍을 구성하는 두 개의 벤트 빔의 절곡된 부위를 연결하는 제 1 링크 빔;과, 상기 제 2 벤트 빔 쌍을 구성하는 두 개의 벤트 빔의 절곡된 부위를 연결하는 제 2 링크 빔;과, 상기 제 1 링크 빔과 제 2 링크 빔을 연결하는 중앙 빔;과, 상기 제 1 및 제 2 벤트 빔 쌍을 구성하는 4개의 벤트 빔 상의 양단에 위치하는 8개의 전압 인가용 전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며,
본 발명의 마이크로 구조물의 잔류응력 테스트 패턴의 제조방법은 실리콘 기판을 산화시켜 희생층을 형성하는 단계와, 상기 산화막 상에 다결정 실리콘 시드층을 증착하는 단계와, 상기 다결정 실리콘 시드층을 이용하여 에피택셜 다결정 실리콘층을 성장시키는 단계와, 상기 에피택셜 다결정 실리콘층상의 소정 영역에 전압 인가용 전극을 형성하는 단계와, 상기 에피택셜 다결정 실리콘층의 소정부위를 건식 식각을 통해 제거하는 단계와, 상기 식각 제거된 에피택셜 다결정 실리콘층 하부에 형성되어 있는 희생층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며,
본 발명의 마이크로 구조물의 잔류응력 테스트 패턴을 이용한 잔류응력 측정방법은 실리콘 기판의 희생 산화막 상에 일체형의 도전성 물질로 형성되며, 도전성의 두 개의 벤트 빔으로 구성되며 상기 두 개의 벤트 빔이 소정 간격 이격된 상태로 특정 방향으로 절곡되어 있는 제 1 벤트 빔 쌍;과, 상기 제 1 벤트 빔 쌍과 동일한 형상을 갖고 상기 제 1 벤트 빔과 반대 방향으로 절곡되어 있으며, 벤트 빔이 절곡된 방향에 수직한 방향으로 상기 제 1 벤트 빔 쌍과 소정 거리 이격되어 있는 제 2 벤트 빔 쌍;과, 상기 제 1 벤트 빔 쌍을 구성하는 두 개의 벤트 빔의 절곡된 부위를 연결하는 제 1 링크 빔;과, 상기 제 2 벤트 빔 쌍을 구성하는 두 개의 벤트 빔의 절곡된 부위를 연결하는 제 2 링크 빔;과, 상기 제 1 링크 빔과 제 2 링크 빔을 연결하는 중앙 빔;과, 상기 제 1 및 제 2 벤트 빔 쌍을 구성하는 4개의 벤트 빔 상의 양단에 위치하는 8개의 전압 인가용 전극으로 구성되는 잔류응력 테스트 패턴를 이용한 잔류응력 측정 방법에 있어서, 상기 잔류응력 테스트 패턴 하부에 형성되어 있는 희생 산화막의 제거 전, 후에 각각 상기 전압 인가용 전극 중 임의의 대칭되는 위치의 두 개의 전극에 전압을 인가하여, 얻어지는 저항값의 차이로 상기 테스트 패턴에 인가된 응력의 정도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징에 따르면, 실리콘 기판 상의 일측에 실제 구현하고자 하는 소자 또는 기계구조물과 동일한 재료와 공정을 적용한 잔류응력 테스트 패턴을 형성하고, 상기 잔류응력 테스트 패턴에 대하여 잔류응력 테스트 패턴의 하부에 형성되어 있는 희생 산화막을 제거하기 전 및 제거한 후의 저항값을 측정함으로써, 상기 저항값의 차이에 의해 상기 잔류응력 테스트 패턴에 작용된 잔류응력을 정확히 측정할 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 마이크로 구조물의 잔류응력 테스트 패턴의 구조 및 제조방법 그리고 상기 패턴을 이용한 잔류응력 측정방법을 상세히 설명하기로 한다.먼저, 본 발명의 잔류응력 테스트 패턴의 구조를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 구조물의 잔류응력 테스트 패턴 구조의 사시 개념도이며, 도 2는 실리콘 기판에 실제 패터닝된 테스트 패턴의 형상을 도시한 평면도이다.
본 발명의 잔류응력 테스트 패턴(100)은 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용하여 형성되는데, 구체적으로 실리콘 기판 상에 박막의 증착 및 패터닝을 통하여 형성된다. 상기 잔류응력 테스트 패턴의 형성 공정은 후술하기로 한다.본 발명의 잔류응력 테스트 패턴(100)은 실리콘 기판(301)(도 3f 참조)의 동일 평면상에 형성되며, 상기 실리콘 기판과 잔류응력 테스트 패턴 사이에는 희생 산화막(302)(도 3f 참조)이 개재되어 있다. 상기 잔류응력 테스트 패턴은 도전성 물질로 구성되며, 바람직하게는 다결정 실리콘으로 이루어진다.상기 희생 산화막 상에 형성되어 있는 본 발명의 잔류응력 테스트 패턴은 일체형으로 구성되는데, 그 형상을 설명하기 위하여 부분별로 설명하면 다음과 같다.먼저, 도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 잔류응력 테스트 패턴은 4개의 벤트 빔(101a, 101b))을 구비한다. 상기 4개의 벤트 빔은 2개의 벤트 빔이 한 쌍을 이루는 형태를 가져 모두 2쌍의 벤트 빔 즉, 제 1 및 제 2 벤트 빔 쌍(101a, 101b)으로 구분할 수 있다. 각 쌍을 이루는 2개의 벤트 빔은 소정 간격 이격되어 있으며 특정 방향으로 절곡된 형태를 갖는다. 또한, 상기 제 1 벤트 빔 쌍(101a)과 제 2 벤트 빔 쌍(101b)은 벤트 빔이 절곡된 방향에 수직한 방향으로 소정 거리 이격되어 있으며, 상기 제 1 벤트 빔 쌍과 제 2 벤트 빔 쌍의 절곡된 방향은 반대이다.제 1 및 제 2 벤트 빔 쌍을 구성하는 두 개의 벤트 빔 사이에는 절곡된 부위를 연결하는 제 1 및 제 2 링크 빔(102a, 102b)이 구비되며, 상기 제 1 링크 빔(102a)과 제 2 링크 빔(102b) 사이에는 두 빔을 연결하는 중앙 빔(103)이 구비된다. 그리고, 상기 1 및 제 2 벤트 빔 쌍을 구성하는 4개의 벤트 빔 상의 양단에는 전압 인가용 전극(104 : 104a, 104b, 104c, 104d, 104e, 104f, 104g, 104h)이 각각 형성되어 있다.한편, 본 발명의 잔류응력 테스트 패턴에 전압을 인가하는 전압 인가용 전극(104)은 벤트 빔 상의 양단 즉, 앵커(anchor)(105)에 형성되는데 도 1의 앵커(105)보다 도 2의 앵커(105)의 면적이 넓은 이유는, 후술한 본 발명의 제조공정 중 상기 벤트 빔 하부에 형성되어 있는 희생 산화막(302)(도 3f 참조)의 식각시 앵커와 연결되어 있는 희생 산화막은 제거되지 않도록 하기 위함이다. 즉, 벤트 빔 하부에 형성되어 있는 희생 산화막 식각시 상기 앵커 하부의 희생 산화막은 잔존하게 된다.이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 잔류응력 테스트 패턴(100)은 실리콘 기판의 소정 부위 예를 들어, 스크라이브 라인(scribe line) 등과 같이 실제 소자 또는 기계구조물이 형성되지 않는 부위에 형성될 수 있다.그러나, 상기 잔류응력 테스트 패턴은 실리콘 기판 상에 형성되는 소자 또는 기계 구조물과 동일한 형성 공정을 적용하여 형성되며, 이를 바탕으로 소자 또는 기계 구조물에 작용하는 압축 잔류응력 또는 인장 잔류응력을 상기 소자 또는 기계 구조물을 대신하여 측정하는 역할을 수행한다.상기와 같은 구성을 갖는 잔류응력 테스트 패턴을 이용하는 본 발명의 잔류응력 측정 방법을 설명하면 다음과 같다.먼저, 전술한 바와 같이 본 발명의 잔류응력 테스트 패턴이 실리콘 기판의 희생 산화막 상에 고정된 상태에서, 상기 4개의 벤트 빔 상의 양단에 형성되어 있는 8개의 전압 인가용 전극에 전압을 인가한다. 정확히는, 8개의 전압 인가용 전극 중 대각선으로 대칭되는 두 개의 전극 예를 들어, 104a와 104f, 104b와 104e, 104c와 104h, 104d와 104g 중 어느 한 쌍의 전극에 전압을 인가한다.한편, 상기 4개의 벤트 빔(101a, 101b), 링크 빔(102a, 102b), 중앙 빔(103)으로 구성되는 잔류응력 테스트 페턴은 일체형으로 연결되어 있으며 다결정 실리콘과 같은 도전성 물질로 이루어져 있기 때문에 상기 전압 인가용 전극에 전압이 인가되면 상기 잔류응력 테스트 패턴에는 전류가 흐르게 되고, 상기 전압 및 전류값을 바탕으로 저항값을 산출된다.상기 저항값의 측정이 완료되면 상기 4개의 벤트 빔, 링크 빔 및 중앙 빔 하부에 형성되어 있는 희생 산화막을 식각하여 제거한다. 이 때, 상기 4개의 벤트 빔 양단 부위 즉, 앵커의 하부에 형성되어 있는 희생 산화막은 제거되지 않고 잔존한다. 이에 따라, 상기 4개의 벤트 빔, 링크 빔 및 중앙 빔은 실리콘 기판으로부터 상부로 소정 거리 이격된 채로 떠 있으며, 4개의 벤트 빔의 앵커에 의해 고정되어 있는 형상을 갖게 된다. 따라서, 상기 4개의 벤트 빔, 링크 빔 및 중앙 빔은 외부의 물리적 충격에 의해 이동이 가능하게 된다.이와 같이 앵커 부위를 제외한 나머지 부분의 희생 산화막이 제거되면, 상기 잔류응력 테스트 패턴과 동일한 물질로 구성되는 실리콘 기판 상의 실제 소자 또는 기계구조물의 자체 하중 등으로 인하여 발생되는 압축 또는 인장 잔류응력에 의하여 상기 잔류응력 테스트 패턴은 움직이게 된다.즉, 상기 제 1 및 제 2 링크 빔의 중앙을 향하여 응력이 작용하면 이는 압축 잔류응력이 인가됨을 의미하고 이에 따라, 상기 각 쌍의 벤트 빔은 더욱 절곡되어 상기 제 1 및 제 2 링크 빔은 도 1의 검은색 화살표 방향으로 진행하게 된다(도 7a 참조).반대로, 상기 제 1 및 제 2 링크 빔의 중앙에서 외부를 향하여 응력이 작용하면 이는 인장 잔류응력이 인가됨을 의미하고 이에 따라, 상기 절곡된 각 쌍의 벤트 빔은 직선에 가깝게 펴지게 되어 상기 제 1 및 제 2 링크 빔 사이의 이격 거리가 멀어지게 된다(도 7b 참조).이와 같이, 상기 잔류응력 테스트 패턴에 압축 또는 인장 잔류응력이 인가되어 상기 잔류응력 테스트 패턴이 변형된 상태에서, 상기 전압 인가용 전극 상에 전압을 인가한다. 이 때의 전압 인가 방식은 희생 산화막을 제거하기 전의 방식과 동일하며 인가되는 전압 역시 동일하다. 이에 따라, 상기 잔류응력 테스트 패턴에는 전류가 흐르게 되고 상기 전압 및 전류값을 바탕으로 저항값이 측정된다. 이 때, 측정되는 저항값은 상기 잔류응력 테스트 패턴이 변형되었기 때문에 희생 산화막의 제거 전의 저항값과 다르게 된다. 여기서, 상기 전압의 인가를 통한 저항값의 산출은 통상의 CMOS 소자의 테스트에 사용되는 측정장비를 이용할 수 있다.이와 같은 과정을 통하여, 잔류응력 테스트 패턴에 대하여 희생 산화막 제거 전후의 저항값을 얻을 수 있게 된다.본 발명은 상기 희생 산화막 제거 전후의 저항값 차이를 바탕으로 상기 잔류응력 테스트 패턴에 인가된 잔류응력의 정도를 확인함에 특징이 있다. 즉, 종래의 경우 잔류응력을 측정하기 위해 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM)를 이용한 광학적 측정 방법를 이용하여 테스트 패턴이 어느 정도 변형되었는지 파악하는 방법이나, 본 발명에서는 상기와 같은 광학적 측정 방법을 이용하지 않고 테스트 패턴의 저항값의 변화를 측정하여 인가된 잔류 응력를 파악하는 것이다.이와 같은 저항값의 변화와 잔류 응력의 상관 관계는 도 4 내지 도 6에 도시하였다. 또한, 도 4 내지 도 6에는 상기와 같은 저항 측정 방법을 이용한 실제 잔류 응력의 측정치 이외에 소정의 시뮬레이션 측정치를 비교 도시하였다. 상기 본 발명의 실제 측정치와 비교되는 시뮬레이션 측정치는 인가하고자 하는 잔류응력에 상응하는 크기의 온도변화를 시뮬레이션 모듈에 인가하여 계산하였다.
도 4는 링크 빔 사이의 거리(이하, 간극이라 칭함) 변화에 따른 저항 대 잔류응력값을 도시한 그래프이고, 도 5는 중앙 빔의 폭 변화에 따른 저항 대 잔류응력값을 도시한 그래프이며, 도 6은 링크 빔의 폭 변화에 따른 저항 대 잔류응력값을 도시한 그래프이다.
먼저, 도 4에 도시한 바와 같이, 간극 변화에 따른 저항변화율 추이를 보면, 실제 측정치 및 시뮬레이션 결과 모두, 상기 링크 빔 사이의 거리가 가까울수록 저항의 변화율이 증가함을 알 수 있다. 그 이유는 링크 빔 사이의 거리가 가까울수록 중앙 빔의 길이 변화율이 커지기 때문이다.
한편, 간극 및 링크 빔의 폭을 각각 250㎛, 5㎛로 고정한 채로, 중앙 빔의 폭 변화에 따른 저항 변화율 추이를 살펴보면, 도 5에 도시한 바와 같이, 중앙 빔의 폭이 좁을수록 시뮬레이션 결과와 마찬가지로 저항 변화율이 증가됨을 알 수 있다. 그 이유는 링크 빔에 비해 중앙 빔이 3배 정도 폭이 넓어서 중앙 빔이 늘어나지 못하고 링크 빔이 늘어났기 때문이다.
마지막으로, 간극 및 중앙 빔의 폭을 각각 250㎛, 5㎛로 고정한 채로, 중앙 빔의 폭 변화에 따른 저항 변화율 추이를 도시한 도 6의 결과를 살펴보면, 도 5의 결과와 마찬가지로 링크 빔의 폭이 좁을수록 저항의 변화율이 증가한다.도 4 내지 도 6의 그래프에서 살펴본 바와 같이, 저항과 잔류응력 사이의 상관 관계는 물론, 본 발명의 잔류응력 테스트 패턴에서의 형상 변화에 따른 저항과 잔류응력 사이의 상관 관계를 파악할 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 마이크로 구조물(MEMS)의 잔류응력 테스트 패턴의 제조방법을 설명하기로 한다.
도 3a 내지 3f는 본 발명에 따른 마이크로 구조물(MEMS)의 잔류응력 테스트 패턴의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(301)을 소정의 산화분위기에서 산화시켜 희생층으로 사용될 희생 산화막(302)을 형성시킨다. 이어, 도 3b에 도시한 바와 같이 상기 산화막 전면에 저압화학기상증착법(LPCVD)을 이용하여 다결정 실리콘 시드층(seed layer)(303)을 형성한다. 상기 시드층(303)은 후막(厚膜)의 다결정 실리콘층을 형성하기 위한 바탕층의 역할을 한다.
도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 시드층(303) 상에 POCl3와 같은도판트를 주입한다. 도핑을 수행한 후에는 후막의 다결정 실리콘 즉, 에피택셜 다결정 실리콘(304)을 성장시킨다. 성장시킨 상기 에피택셜 다결정 실리콘층(304)의 표면의 평탄화를 위해 CMP(Chemical Mechanical Polishing)공정을 수행한다. CMP 공정을 수행한 후에는 시드층에 도핑한 것과 마찬가지로 에피택셜 다결정 실리콘층(304) 상에 POCl3와 같은 도판트를 주입한다.
도 3d에 도시한 바와 같이, 상기 에피택셜 다결정 실리콘층(304)을 포함한 기판 전면에 금(Au)을 증착한 후, 리프트 오프(lift off) 공정을 이용하여 전압 인가용 전극(305)을 형성한다. 상기 공지기술인 리프트 오프 공정에 대한 상세히 설명은 생략한다.
이 때, 상기 전압 인가용 전극(305)으로 이용되는 금(Au)과 실리콘(Si)과의 접착성이 좋지 않기 때문에 상기 금(Au)을 증착하기 전에 크롬(Cr)을 증착하는 것도 가능하다.
도 3e에 도시한 바와 같이, 상기 에피택셜 다결정 실리콘(304)의 소정부위를 반응이온식각(Reactive Ion Etching)법을 이용하여 식각한다. 이어, 도 3f에 도시한 바와 같이, 상기 에피택셜 다결정 실리콘층(304) 하부에 형성되어 있는 희생층인 희생 산화막(302)을 제거하면 본 발명에 따른 마이크로 구조물의 잔류응력 테스트용 패턴의 제조공정은 완료된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 구조물의 잔류응력 테스트 패턴 및 그 제조방법 그리고 상기 패턴을 이용한 잔류응력 테스트 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
실리콘 기판 상의 일측에 실제 구현하고자 하는 소자 또는 기계구조물과 동일한 재료와 공정을 적용한 잔류응력 테스트 패턴을 형성하고, 상기 잔류응력 테스트 패턴에 대하여 잔류응력 테스트 패턴의 하부에 형성되어 있는 희생 산화막을 제거하기 전 및 제거한 후의 저항값을 측정함으로써, 상기 저항값의 차이에 의해 상기 잔류응력 테스트 패턴에 작용된 잔류응력을 정확히 측정할 수 있게 된다.이에 따라, 종래의 SEM 등을 이용한 광학적 측정 방법을 이용하지 않고도 실리콘 기판 상에 형성되는 마이크로 구조물에 작용하는 압축 또는 인장 잔류응력을 정확히 파악할 수 있게 된다.
Claims (5)
- 실리콘 기판 상의 동일 평면 상에 일체형의 도전성 물질로 형성되는 잔류응력 테스트 패턴에 있어서, 상기 잔류응력 테스트 패턴이,도전성의 두 개의 벤트 빔으로 구성되며 상기 두 개의 벤트 빔이 소정 간격 이격된 상태로 특정 방향으로 절곡되어 있는 제 1 벤트 빔 쌍;상기 제 1 벤트 빔 쌍과 동일한 형상을 갖고 상기 제 1 벤트 빔과 반대 방향으로 절곡되어 있으며, 벤트 빔이 절곡된 방향에 수직한 방향으로 상기 제 1 벤트 빔 쌍과 소정 거리 이격되어 있는 제 2 벤트 빔 쌍;상기 제 1 벤트 빔 쌍을 구성하는 두 개의 벤트 빔의 절곡된 부위를 연결하는 제 1 링크 빔;상기 제 2 벤트 빔 쌍을 구성하는 두 개의 벤트 빔의 절곡된 부위를 연결하는 제 2 링크 빔;상기 제 1 링크 빔과 제 2 링크 빔을 연결하는 중앙 빔;상기 제 1 및 제 2 벤트 빔 쌍을 구성하는 4개의 벤트 빔 상의 양단에 위치하는 8개의 전압 인가용 전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조물의 잔류응력 테스트 패턴.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전압 인가용 전극은 금(Au) 또는 크롬(Cr)/금(Au)의 이중층 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조물의 잔류응력 테스트 패턴.
- 실리콘 기판을 산화시켜 희생층을 형성하는 단계;상기 산화막 상에 다결정 실리콘 시드층을 증착하는 단계;상기 다결정 실리콘 시드층을 이용하여 에피택셜 다결정 실리콘층을 성장시키는 단계;상기 에피택셜 다결정 실리콘층상의 소정 영역에 전압 인가용 전극을 형성하는 단계;상기 에피택셜 다결정 실리콘층의 소정부위를 건식 식각을 통해 제거하는 단계;상기 식각 제거된 에피택셜 다결정 실리콘층 하부에 형성되어 있는 희생층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조물의 잔류응력 테스트 패턴 제조방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 전압 인가용 전극은 금(Au) 또는 크롬(Cr)/금(Au)의 이중층 중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조물의 잔류응력 테스트 패턴 제조방법.
- 실리콘 기판의 희생 산화막 상에 일체형의 도전성 물질로 형성되며,도전성의 두 개의 벤트 빔으로 구성되며 상기 두 개의 벤트 빔이 소정 간격 이격된 상태로 특정 방향으로 절곡되어 있는 제 1 벤트 빔 쌍;과, 상기 제 1 벤트 빔 쌍과 동일한 형상을 갖고 상기 제 1 벤트 빔과 반대 방향으로 절곡되어 있으며, 벤트 빔이 절곡된 방향에 수직한 방향으로 상기 제 1 벤트 빔 쌍과 소정 거리 이격되어 있는 제 2 벤트 빔 쌍;과, 상기 제 1 벤트 빔 쌍을 구성하는 두 개의 벤트 빔의 절곡된 부위를 연결하는 제 1 링크 빔;과, 상기 제 2 벤트 빔 쌍을 구성하는 두 개의 벤트 빔의 절곡된 부위를 연결하는 제 2 링크 빔;과, 상기 제 1 링크 빔과 제 2 링크 빔을 연결하는 중앙 빔;과, 상기 제 1 및 제 2 벤트 빔 쌍을 구성하는 4개의 벤트 빔 상의 양단에 위치하는 8개의 전압 인가용 전극으로 구성되는 잔류응력 테스트 패턴를 이용한 잔류응력 측정 방법에 있어서,상기 잔류응력 테스트 패턴 하부에 형성되어 있는 희생 산화막의 제거 전, 후에 각각 상기 전압 인가용 전극 중 임의의 대칭되는 위치의 두 개의 전극에 전압을 인가하여, 얻어지는 저항값의 차이로 상기 테스트 패턴에 인가된 응력의 정도를 측정하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조물의 잔류응력 테스트 패턴을 이용한 잔류응력 측정 방법.
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JPH077162A (ja) * | 1993-04-05 | 1995-01-10 | Ford Motor Co | 微細加工されたｓｏｉ容量表面を有する絶対圧容量センサ |
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Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JPH077162A (ja) * | 1993-04-05 | 1995-01-10 | Ford Motor Co | 微細加工されたｓｏｉ容量表面を有する絶対圧容量センサ |
| JPH07201886A (ja) * | 1993-12-28 | 1995-08-04 | Nec Corp | 半導体装置とその製造方法 |
| KR960026727A (ko) * | 1994-12-13 | 1996-07-22 | 양승택 | 고주파 반도체 장치의 제조방법 |
| KR970063514A (ko) * | 1996-02-26 | 1997-09-12 | 손병기 | 폴리이미드 마스팅을 이용한 다공질실리콘 마이크로머시닝 방법 |
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