[发明专利]微机电系统器件加工中金属层与绝缘层图形对准误差电学测试结构

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统(MEMS)器件加工技术，特别是一种微机电系统器件加工中金属层与绝缘层图形对准误差电学测试结构，属于电学及半导体领域。

背景技术

在微机电系统(MEMS)器件加工中存在许多层材料，其中既有导电层材料，又有绝缘层材料。这些材料层图形间存在套刻对准问题，即存在着后续材料层图形对准前面材料层图形的要求。

传统的套刻对准是采用大小图形互套的方式，即在有套准要求的不同的版层上设计不同大小的相同图形，例如“十”字图形，以内嵌或外套的方式进行对准。套准误差的测试与评判采用光学检查的方法，通过在显微镜下检查不同版层之间的图形是否套上，小图形与大图形之间间距是否一致为标准。如果需要得到准确的套准误差，则需要通过测量显微镜对两维尺度进行度量。图形的过刻蚀和欠刻蚀都会导致额外的误差。另一方面，如果需要提取工艺相关模型，光学测量方法将引起多余的提模步骤。例如，我们需要提取一个半导体器件工艺加工质量的分析模型，除了需要测量相关的电学参数，例如阈值、电阻、电容等，还需要了解几何尺寸的误差、图形相互关系误差等参数。目前，电学参数和几何尺寸参数及误差都可以采用电学方法提取，而套准误差无法采用电学方法进行提取。

发明内容

本发明目的是提供了一种微机电系统器件加工中金属层与绝缘层图形对准误差电学测试结构(所谓电学测量结构，就是通过电学量的测试，计算得到几何对准误差)通过一种电学测试结构和相应模型，测试计算加工中金属层图形对准绝缘层图形的对准误差。这里的绝缘层主要是二氧化硅。在MEMS加工工艺中存在着金属层图形对准二氧化硅图形(例如牺牲层图形)的实际应用。

本发明为完成上述工作，采用的技术方案为：一种微机电系统器件加工中金属层与绝缘层图形对准误差电学测试结构，器件含多层导电材料，包括硅衬底、绝缘层、半导体材料层以及位于最上层用于连接信号的金属材料层，采用逐次沉积和逐次套刻方法加工，其特征是：以金属层为基本层，设计对准误差的测试结构，该结构中半导体层为二块分离、平行设置、同一材料、同为矩形的半导体；它们下面的绝缘层上分别对应于二块半导体的部位，相应开有一个有二个直角、一个钝角、一个锐角的梯形及一个矩形窗口，二窗口平行设置，窗口的大小均小于矩形半导体；与半导体层接触、形成连接的金属层为二根平行、有间距的金属条，其中一条垂直覆盖梯形窗口的上、下底及矩形窗口的二长边，另一条覆盖梯形窗口的钝角部位及矩形窗口的二长边且于二块半导体之间的分离区截断，两金属条和它们中间的半导体共同形成一个具有连接线的电阻，其中，整根的金属条与另一条覆盖矩形窗口的那一段金属条及它们之间的半导体导电层形成一个电阻R₁，整根的金属条与另一条覆盖梯形窗口的钝角部位的那一段金属条及它们之间的半导体导电层形成另一个电阻R₂，当金属层图形与绝缘层图形之间存在相对偏移时，测试R₂变化，可得到当金属层图形与绝缘层图形之间对准偏移的误差值。两维方向上的对准误差，采用互相垂直的两组测试结构。

本发明的优点及效果：

1、采用电阻测量和计算模型结合的方法，通过电参数测量得到几何套准误差的数据，为实现全自动的电学方法提模建立基础，具有自动化提取的应用前景。

2、因为电阻随着套准误差的变化以连续参数进行表示，无量化误差，因此，可以通过测量和计算得到连续的误差数据。

3、可以通过调整结构角度和电阻的大小简单地调整测量精度。

4、测试方法简单，所需的测试设备简单，与器件的测量方法一致，可以在计算机辅助测试(CAT)系统内自动完成测试与计算。

附图说明

图1是本发明测试结构基本原理图；

图2是金属层图形相对于绝缘层图形右偏了δ_x；

图3是两维对准误差测试结构。

具体实施方式

参看图1，给出了金属层图形对准绝缘层图形误差的测试结构图形，图中还给出该结构的剖面结构。在测试结构中，101和105是两块矩形的半导体导电材料，它们提供了电阻特性，用来辅助测量，在MEMS工艺中，该材料可以是多晶硅，它们的下面是绝缘层材料109，通常是氮化硅。102是一个梯形的孔结构，它是在绝缘层108上开出的孔，使得下面的另一半导体导电层暴露出来，并且呈现梯形窗口图形，其梯形斜边倾角为α。104和102类似，也是一个孔，是一个绝缘层108上的一个矩形窗口图形。103、106和107是条形的金属层材料。110是硅衬底材料。