[发明专利]一种半导体导电薄膜厚度在线测试结构及其测试方法

说明书

本发明公开了一种半导体导电薄膜厚度在线测试结构，包括四探针电阻测试桥结构以及连续阶梯结构，该结构利用多个台阶平均了台阶制造过程中的随机误差，利用多个台阶增加了电阻变化的数值，便于测量。本发明还公开了一种半导体导电薄膜厚度在线测试方法，该方法简单，测试设备要求低，测试过程及测试参数值稳定，加工过程与微机电器件同步，没有特殊加工要求，完全符合在线测试的要求，计算方法仅限于简单数学公式。

技术领域

本发明涉及半导体导电薄膜在线测量领域，特别是涉及一种半导体导电薄膜厚度在线测试结构及其测试方法。

背景技术

微机电薄膜器件的薄膜厚度是影响器件性能的重要参数。通过在线测量薄膜的厚度，可以获得器件的尺寸，控制器件的精度。半导体是表面微加工过程中所用到的重要材料，加工的基本过程是：先在硅片上淀积一层材料，称为牺牲层。然后光刻定义图形层，接下来在牺牲层上面用化学气相淀积等方法制作结构层薄膜。最后刻蚀去除牺牲层，使微型部件的可动部分与牺牲层分离，形成半导体薄膜结构。牺牲层的材料通常为介质材料，结构层为半导体材料。微机电产品的制造厂商希望能够在线监测半导体导电薄膜的厚度，实时反映制造过程中的工艺误差。因此，不离开加工环境并采用便捷设备对微机电产品进行的在线测试成为控制工艺的必要手段。在线测试结构通常采用电学激励和电学测量的方法，通过电学量数值以及针对性的计算方法得到材料的几何参数。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种半导体导电薄膜厚度在线测试结构及其测试方法，用以在不离开加工环境的情况下，并采用便捷设备对半导体导电薄膜厚度进行在线测量。

为了达到上述的目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种半导体导电薄膜厚度在线测试结构，包括圆形半导体薄层和第一至第四接触电极，所述四个接触电极均匀的设置在所述圆形半导体薄层的周侧并且与所述圆形半导体薄层电连接，所述四个接触电极与所述圆形半导体薄层形成的张开角度为α；还包括：四探针电阻测试桥结构，所述四探针电阻测试桥结构设置在介质层的表面，所述介质层的表面有一部分被蚀刻成多个相互平行的且相同的凹槽，所述凹槽之间形成台阶，所述台阶具有相同的长度，所述多个凹槽以及相应的台阶共同构成连续阶梯结构，所述凹槽的两个侧壁与所述介质层表面存在相同的夹角；所述四探针电阻测试桥结构包括第一四探针半导体电阻桥和第二四探针半导体电阻桥，其中，

所述第一四探针半导体电阻桥包括第一半导体电阻条和四个金属电极，其中，在所述第一半导体电阻条的两端处并且每一侧处均电连接一个金属电极，所述第一半导体电阻条的中间部分爬越所述连续阶梯结构，所述第一半导体电阻条的一端与所述圆形半导体薄层连接形成一体结构，另外一端连接所述第二四探针半导体电阻桥；

所述第二四探针半导体电阻桥包括第二半导体电阻条和两个金属电极，其中，所述第二半导体电阻条设置在所述第一半导体电阻条的另外一端并且与所述第一半导体电阻条连接，所述第二半导体电阻条与所述第一半导体电阻条共用两个金属电极，所述第二半导体电阻条设置在平坦的介质层表面上，所述第二半导体电阻条与所述第一半导体电阻条具有相同的宽度。

进一步的，所述金属电极设置锚区上，所述锚区为将所述介质层的表面进行蚀刻形成。

进一步的，所述介质层设置在绝缘衬底之上。

一种半导体导电薄膜厚度在线测试方法，包括如下步骤：

步骤S1、通过将圆形半导体薄层到简单结构的映射，再结合方块电阻的定义，求出所述圆形半导体薄层的方块电阻R_sq；

步骤S2、对所述第一半导体电阻条同一侧的两个金属电极施加恒定电流，再测量另外一侧的两个金属电极之间的电压，电压与电流的比值即为电阻R₁；

步骤S3、对所述第二半导体电阻条同一侧的两个金属电极施加恒定电流，再测量另外一侧的两个金属电极之间的电压，电压与电流的比值即为电阻R_A；