!"!#器件与技术!"!#$%&’(%)*%(+,-.-/0!"!#薄膜中的残余应力问题朱长纯，赵红坡，韩建强，崔万照（西安交通大学电信学院真空微电子所，陕西西安(!))*+）摘要：在制造微电子机械系统（%&%’）的器件的过程中，通常要进行高温的薄膜淀积或生长，因此薄膜中存在的残余应力很多情况下影响着器件结构的特性，有时甚至严重劣化器件的性能。本文以实例具体分析了薄膜残余应力的影响，并介绍了残余应力的起源、产生机制以及控制。关键词：微电子机械系统；薄膜；残余应力中图分类号：,-$!；,.*/文献标识码：0文章编号：!1(!2*((1（$))/）!)2))/)2)3!"#$#%&’()*%+$#%%#%&,-.-/+"&,0&*1%456#789:2;7<9，450=5>9:2?>，50@AB892CB89:，#6"D892E78>（!"#$%$&$’()*+,&&-.%,/(’0’,$/("%,#，1,2((0()30’,$/("%,#+"4!")(/-+$%("3"5%"’’/%"5，6%7+"8%+($("59"%:’/#%$;，6%7+"(!))*+，<2%"+）23%+$)4+："9F7G;><HIG>JJ8KHB;8FB9:%&%’LGMB;GI，BF8NO8PIHGC<BHGLF7G:H>OB9:>HLG?>IB2FB>9>JF7GF7B9JBNQI8F7B:7FGQ?GH8F<HGR’>F7GHGIBL<8NIFHGIIGIB9F7B9JBNQI;898JJG;FF7GLGMB;G?H>?GHFBGIR’>QGFBQGIF7G?H>?GHFBGILG:H8LGIGMGHGNPR’>QGGS8Q?NGI8HG:BMG9F>I7>OF7GB9JN<G9;G>JF7GHGIBL<8NIFHGIIGIR09LF7GB9MGIFB:8FB>9>JF7GHGIBL<8NIFHGII>HB:B9，:G9GH8F2GLQG;789BIQ89L7>OF>;>9FH>N8HGI7>O9R5#678$’%：QB;H>2GNG;FH>QG;789B;8NIPIFGQ；F7B9JBNQ；HGIBL<8NIFHGII性以及整个结构都会产生影响。!引言$薄膜中残余应力对%&%’结构的微电子机械系统是指集微型机械、微型执行影响器以及信号处理和控制电路、接口、通信和电源于一体的可批量制作的微型器件或系统。它通常在薄膜淀积中，残余应力的存在不仅影响着采用与传统"#工艺相兼容的表面硅微加工和体微薄膜的性质，而且还在%&%’结构中对结构产生机械加工技术。很多结构是在牺牲层上形成平板明显的影响。薄膜中的残余应力在力的外部效应或梁等结构，再用表面微加工工艺腐蚀掉牺牲层来看分为压应力和拉应力，当压应力过大的时候，来得到，或是采用体微加工来释放物理结构。这就会使薄膜发生屈曲，这样使薄膜的附着力减弱，些工艺不可缺少的都要在基底上沉积或者生长薄使薄膜与衬底脱离；当拉应力过大的时候，会使膜。由于生长环境（如温度等）以及后处理工艺薄膜产生褶皱，甚至出现破裂，这无疑为下一步的影响，再加上材料本身的性质，使得薄膜中不制作%&%’结构产生重要的影响。而当采用表面可避免的会产生残余应力。这种应力对薄膜的特微机械和体微加工技术将%&%’结构释放的时候，收稿日期：$))/T)3T)1微纳电子技术!""#年第$"期#"!"#$%&’&%()(#*$%&"#+(#,&%)%-./!"#$%&’())*!"!#器件与技术!"!#$%&’(%)*%(+,-.-/0由于薄膜中残余应力的存在，就会引起结构的失!%#残余应力对谐振结构响应频率的影响稳，弯曲甚至断裂；残余应力还会影响到结构的李炳乾博士在研究一种双层梁结构的%*-%*.&工作性能［"］。固有频率时［&］，指出微桥的基本固有频率为!%$微悬臂梁结构的弯曲&#&$+#"!/00%/00"123&45（’）"!!’!"6"""由于残余应力在薄膜厚度方向是呈梯度分布&"#$/00/00"&其中是双层梁的等效杨氏膜量；是截面的等的，所以当#$#%微梁结构在腐蚀掉牺牲层后，!/00%/00效惯性矩；是微机械的等效线密度；和分微梁就会发生弯曲。图"是释放前的微悬臂梁结$/00"""&构；在图&中，微梁向下弯曲，是因为薄膜中存别是两层薄膜的厚度；&是双层梁总的轴向力（）在梯度压应力；而图’是因为薄膜中存在梯度拉&+!76!86(!式中是双层梁中的残余应力；是双层梁的环应力。!7!8境温度变化的时候，由于温度差在梁内引起的热应力；(为其它因素引起的轴向压力（譬如压强）。李炳乾博士指出这种双层梁能够制作谐振式微机