[发明专利]微机电系统器件结构中绝缘层厚度的电学测试结构

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结构中绝缘层厚度的电学测试结构，属于电学及半导体领域。

背景技术

在MEMS器件结构中有多层绝缘材料，例如二氧化硅制作的牺牲层、氮化硅，这些材料的厚度是MEMS结构中非常重要的参数，它直接决定了可动结构的纵向移动范围，因此对这些绝缘层厚度进行测试和工艺监视是极具意义的。目前的绝缘层厚度测试大多采用光学或机械的方法，测量速度慢，不能够实现器件结构参数模型的自动提取，因此，快捷有效的测试方法具有实际意义。

发明内容

本发明目的是提供一种微机电系统器件结构中绝缘层厚度的电学测试结构，其基本出发点是通过电学测量的方式得到绝缘层厚度值。在表面加工工艺中，MEMS器件结构绝缘层通常是二氧化硅、氮化硅或聚合物。本发明利用绝缘层材料上面具有导电性质的多晶硅和绝缘层上的沟槽设计电学测试结构，通过测量多晶硅条的电阻并代入数学模型求得绝缘层的厚度，结构简单且测量方便快捷。

本发明为完成上述工作，采用的技术方案为：微机电系统器件结构中绝缘层厚度的电学测试结构，MEMS器件结构中设有多层不同绝缘材料制成的绝缘层，其特征是利用待测绝缘层上面具有导电性质的多晶硅条和绝缘层上的沟槽形成电学测试结构，通过测量多晶硅条的电阻并代入数学模型求得绝缘层的厚度。

所述测试结构具体是：测试结构制作区域的绝缘层位于其他不同属性的绝缘层之上，在待测厚度的绝缘层上制作沟槽，沟槽的深度达到该绝缘层的厚度，即穿透绝缘层，在沟槽上分别制作水平和具有角度的多晶硅条并穿越沟槽，形成两个电阻R₁、R₂；在绝缘层平面上制作具有相同角度的多晶硅直条，形成电阻R₃；测量电阻R₁、R₂、R₃，代入数学模型计算绝缘层的厚度。可在多晶硅条两端各设有一块用于测试接触的金属。因为加工形成的沟槽通常不是直角，本发明的数学模型同时还可以计算得到沟槽的角度。

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绝缘层厚度数据，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、测试方法和所需的测试设备简单，与普通电子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是测试结构基本原理图。

具体实施方式

参看图1，在测试结构中，104是绝缘层107上开的沟槽，107的厚度等于t₂，t₂是本发明最终要求的参量。由A-A剖面可见，其深度达到下面的绝缘层108，107和108是不同属性的绝缘层材料，例如，108为氮化硅，107为二氧化硅。沟槽104的宽度设计尺寸为S₁，长度以能够放下多晶硅条R₁、R₂并留有一定的长度余量为设计尺寸，如图1所示。经过刻蚀加工的沟槽104通常存在一定的角度，即上下宽度不同，该角度以α表示。

106是多晶硅材料，其厚度等于t₁。101是多晶硅材料106经光刻、刻蚀制作的多晶硅电阻条R₁，多晶硅条R₁平行于X轴放置。在多晶硅条R₁的两端各有一块用于测试接触的金属105，105的外端可以根据测试探针的要求放大，105的内端定义了S₂尺寸的计算起点。该多晶硅条的电阻R₁＝S₂区电阻×2+L₂区电阻+L₁区电阻×2+拐角电阻×4。其中，S₂区电阻是指在长度为S₂、宽度为W、厚度为t₁的多晶硅条上的电阻；L₂区电阻是指在长度为L₂、宽度为W、厚度为t₁的多晶硅条上的电阻；L₁区电阻是指在长度为L₁、宽度为W、厚度为t₁的多晶硅条上的电阻。如图所示，L₁是一斜边长；拐角电阻是指在槽的四个拐角上产生的电阻。这里，因为接触电阻较小，所以忽略了金属105与多晶硅106的接触电阻(下同)。