专利名称：一种磷硅玻璃和多晶硅厚度的在线同步测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型提供了一种微机电器件几何学參数的测试装置，具体来说，涉及ー种磷硅玻璃和多晶硅厚度的在线同步测试装置。
背景技术：
微机电器件的几何学參数是器件最基础的參数，通过在线測量几何学參数，可以获得器件的形貌尺寸，并实时监测制作エ艺的エ艺误差。多晶硅是制造微机电器件结构重要的和基本的材料，通常通过化学气相淀积(CVD)方法制造得到，并由光刻エ艺形成需要的图形。磷硅玻璃(PSG)是重要的牺牲层材料，在制作可动结构吋，PSG层的厚度用于定义可动结构的纵向移动范围。因此，在制造过程中结构材料和牺牲层材料往往是直接相叠，这些材料的厚度參数对于微机电器件结构非常重要。微机电产品的制造厂商希望能够在エ艺线内通过通用的測量仪器进行在线测试，及时地反映エ艺对几何參数的影响，因此，不离开加 エ环境并采用通用设备进行的在线测试成为エ艺监控的必要手段。
发明内容技术问题本实用新型提供了一种磷硅玻璃和多晶硅厚度的在线同步测试装置，该在线同步测试装置利用多晶硅爬越由磷硅玻璃制造的多个台阶，通过对三组五个多晶硅电阻的测试，进而实现磷硅玻璃和多晶硅厚度的测试。技术方案为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种磷硅玻璃和多晶硅厚度的在线同步测试装置，该测试装置包括绝缘衬底、以及固定于绝缘衬底顶面的第一测试单元、第二测试单元和第三测试单元三个测试単元，其中，每个测试单元包括磷硅玻璃层和四探针多晶硅电阻测试桥，四探针多晶硅电阻测试桥包括一根多晶硅电阻条和连接在多晶硅电阻条上的四个测试电极；每个测试电极中固定ー金属块；磷娃玻璃层固定于绝缘衬底顶面；磷娃玻璃层被刻蚀成相互平行的凹槽，在凹槽间形成台阶；多晶硅电阻条覆盖在磷硅玻璃层上，且多晶硅电阻条爬越磷硅玻璃层上的台阶；所述的第一测试单元中，四探针多晶硅电阻测试桥的数量为ー个，多晶硅电阻条与笛卡尔坐标系的X轴方向平行，且四探针多晶硅电阻测试桥中的测试电极位于磷硅玻璃层上的台阶的两侧；所述的第二测试单元中，四探针多晶硅电阻测试桥的数量为两个，两个四探针多晶硅电阻测试桥共用两个测试电极，其中，一个四探针多晶硅电阻测试桥中的多晶硅电阻条爬越磷硅玻璃层上的台阶，另ー个四探针多晶硅电阻测试桥中的多晶硅电阻条为平面；多晶硅电阻条呈倾斜布置，且与笛卡尔坐标系的X轴之间形成ら夹角，P1大于O度小于90度；所述的第三测试单元中，四探针多晶硅电阻测试桥的数量为两个，两个四探针多晶硅电阻测试桥共用两个测试电极，其中，一个四探针多晶硅电阻测试桥中的多晶硅电阻条爬越磷硅玻璃层上的台阶，另ー个四探针多晶硅电阻测试桥中的多晶硅电阻条为平面；多晶硅电阻条呈倾斜布置，且与笛卡尔坐标系的X轴之间形成ら夹角，β2大于O度小于90度，且β2与、不相等。有益效果与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果是可以实现对磷硅玻璃和多晶硅厚度的在线同步测试。本技术方案中，在绝缘衬底的顶面固定的第一测试单元、第ニ测试单元和第三测试单元三个测试単元。每个测试单元包括磷硅玻璃层和四探针多晶硅电阻测试桥，磷硅玻璃层被刻蚀成相互平行的凹槽，在凹槽间形成台阶；且多晶硅电阻条爬越磷硅玻璃层上的台阶。第一测试单元中，多晶硅电阻条与笛卡尔坐标系的X轴方向平行。第二测试单元和第三测试单元中，分别有两个四探针多晶硅电阻测试桥重叠设置，其中，一个四探针多晶硅电阻测试桥中的多晶硅电阻条爬越磷硅玻璃层上的台阶，另ー个四探针多晶硅电阻测试桥中的多晶硅电阻条为平面。第二测试单元中的多晶硅电阻条与笛卡尔坐标系的X轴之间形成P1*角。第三测试单元中的多晶硅电阻条与笛卡尔坐标系的X轴之间 形成ら夹角，且β2与ら不相等。采用四探针法，通过对三组五个四探针多晶硅电阻测试桥的测试，结合多晶硅电阻条与笛卡尔坐标系中的X轴的夹角，可得到磷硅玻璃和多晶 硅厚度。测试设备要求低，普通的电流源和数字电压表就可完成测试，测试过程及测试參数值稳定。加工过程与微机电器件同步，没有特殊加工要求。由电学激励和电学测量来提取參数，完全符合在线测试的要求。
图I是本实用新型中第一测试单元的结构示意图。图2是图I中的A-A剖面图。图3是本实用新型中单个台阶放大后的剖面图。图4是本实用新型中的一个四探针多晶硅电阻测试桥的结构示意图。图5是本实用新型中第二测试单元的结构示意图。图6是本实用新型中第三测试单元的结构示意图。图中有第一测试单元I、第二测试单元2、第三测试单元3、磷硅玻璃层4、四探针多晶硅电阻测试桥5、绝缘衬底6、第一测试电极101、第二测试电极102、第三测试电极103、第四测试电极104、第五测试电极201、第六测试电极202、第七测试电极203、第八测试电极204、第九测试电极205、第十测试电极206、第^^一测试电极301、第十二测试电极302、第十三测试电极303、第十四测试电极304、第十五测试电极305、第十六测试电极306、凹槽401、台阶402、多晶硅电阻条501、测试电极502、金属块503。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。如图I至图6所示，本实用新型的一种磷硅玻璃和多晶硅厚度的在线同步测试装置，该测试装置包括绝缘衬底6、以及固定于绝缘衬底6顶面的第一测试单元I、第二测试单元2和第三测试单元3三个测试単元。每个测试单元包括磷硅玻璃层4和四探针多晶硅电阻测试桥5，四探针多晶硅电阻测试桥5包括一根多晶硅电阻条501和连接在多晶硅电阻条501上的四个测试电极502 ;姆个测试电极502中固定一金属块503 ;磷娃玻璃层4固定于绝缘衬底顶面；磷硅玻璃层4被刻蚀成相互平行的凹槽401，在凹槽401间形成台阶402 ；多晶硅电阻条501覆盖在磷硅玻璃层4上，且多晶硅电阻条501爬越磷硅玻璃层4上的台阶402。第一测试单元I中，四探针多晶硅电阻测试桥5的数量为ー个，多晶硅电阻条501与笛卡尔坐标系的X轴方向平行，且四探针多晶硅电阻测试桥5中的测试电极502位于磷硅玻璃层4上的台阶402的两侧。第二测试单元2中，四探针多晶硅电阻测试桥5的数量为两个，两个四探针多晶硅电阻测试桥共用两个测试电极，其中，ー个四探针多晶硅电阻测试桥中的多晶硅电阻条爬越磷硅玻璃层4上的台阶402，另ー个四探针多晶硅电阻测试桥中的多晶硅电阻条为平面；多晶硅电阻条501呈倾斜布置，且与笛卡尔坐标系的X轴之间形成β i夹角，β i大于O度小于90度。第三测试单元3中，四探针多晶硅电阻测试桥5的数量为两个，两个四探针多晶硅电阻测试桥共用两个测试电极，其中，一个四探针多晶硅电阻测试桥中的多晶硅电阻条爬越磷硅玻璃层4上的台阶402，另ー个四探针多晶硅电阻测试桥中的多晶硅电阻条为平面；多晶硅电阻条501呈倾斜布置，且与笛卡尔坐标系的X轴之间 形成ら夹角，β2大于O度小于90度，且β2与ら不相等。在第一测试单元中，四个测试电极分别为第一测试电极101、第二测试电极102、第三测试电极103、第四测试电极104,姆个测试电极中设有ー个金属块503,第一测试电极101和第二测试电极102位于多晶娃电阻条501的一侧,第三测试电极103和第四测试电极104位于多晶娃电阻条501的另一侧，凹槽401位于第一测试电极101和第二测试电极102之间，第一测试电极101和第二测试电极102沿多晶硅电阻条501的中心线相互对称，且第ー测试电极101与多晶硅电阻条501的连接点和第二测试电极102与多晶硅电阻条501的连接点位于第三测试电极103与多晶硅电阻条501的连接点和第四测试电极104与多晶硅电阻条501的连接点之间；第一测试电极101与多晶硅电阻条501的连接点到凹槽401的最小距离，以及第ニ测试电极102与多晶硅电阻条501的连接点到凹槽401的最小距离分别等于凹槽401间距的一半。在第二测试单元中，六个测试电极分别为第五测试电极201、第六测试电极202、第七测试电极203、第八测试电极204、第九测试电极205和第十测试电极206，每个测试电极中设有一个金属块503,第五测试电极201、第六测试电极202和第七测试电极203位于多晶娃电阻条501的一侧,第八测试电极204、第九测试电极205和第十测试电极206位于多晶娃电阻条501的另一侧。凹槽401位于第五测试电极201和第六测试电极202之间，第六测试电极202和第七测试电极203之间的多晶硅电阻条501为光滑的平面。第五测试电极201与多晶硅电阻条501的连接点和第六测试电极202与多晶硅电阻条501的连接点，位于第八测试电极204与多晶硅电阻条501的连接点和第九测试电极205与多晶硅电阻条501的连接点之间。第九测试电极205与多晶硅电阻条501的连接点和第十测试电极206与多晶硅电阻条501的连接点，位于第六测试电极202与多晶硅电阻条501的连接点和第七测试电极203与多晶硅电阻条501的连接点之间。第五测试电极201与多晶硅电阻条501的连接点到凹槽401的最小距离，以及第六测试电极202与多晶硅电阻条501的连接点到凹槽401的最小距离分别等于凹槽401间距的一半。[0022]在第三测试单元中，六个测试电极分别为第十一测试电极301、第十二测试电极302、第十三测试电极303、第十四测试电极304、第十五测试电极305和第十六测试电极306,姆个测试电极中设有一个金属块503,第^ 测试电极301、第十二测试电极302和第十三测试电极303位于多晶硅电阻条501的ー侧，第十四测试电极304、第十五测试电极305和第十六测试电极306位于多晶娃电阻条501的另一侧。凹槽401位于第^ 测试电极301和第十二测试电极302之间，第十二测试电极302和第十三测试电极303之间的多晶硅电阻条501为光滑的平面。第十一测试电极301与多晶硅电阻条501的连接点和第十二测试电极302与多晶硅电阻条501的连接点，位于第十四测试电极304与多晶硅电阻条501的连接点和第十五测试电极305与多晶硅电阻条501的连接点之间。第十五测试电极305与多晶硅电阻条501的连接点和第十六测试电极306与多晶硅电阻条501的连接点，位于第十二测试电极302与多晶硅电阻条501的连接点和第十三测试电极303与多晶硅电阻条501的连接点之间。第i^一测试电极301与多晶硅电阻条501的连接点到凹槽401的最小距离，以及第十二测试电极302与多晶硅电阻条501的连接点到凹槽401的最小距离分别等于凹槽401间距的一半。该装置可采用基本的微机电加工エ艺完成制作。下面以典型的两层多晶硅微机电表面加工エ艺说明该测试结构的制作过程。选择N型半导体硅片，热生长100纳米厚度的ニ氧化硅层，通过低压化学气相沉积エ艺淀积ー层500纳米厚度的氮化硅，形成绝缘衬底6。采用低压化学气相沉积エ艺沉积ー层300纳米的多晶硅并进行N型重掺杂使该层多晶硅成为导体，通过光刻エ艺刻蚀形成测试电极的一部分。使用低压化学气相沉积エ艺沉积2000纳米厚度的磷硅玻璃层4，通过光刻エ艺形成测试电极的一部分以及凹槽401。利用低压化学气相沉积エ艺淀积ー层1500纳米厚度的多晶硅，对多晶硅进行N型重掺杂，光刻エ艺形成多晶硅电阻条501和测试电扱，即第一测试电极101至第十六测试电极306。采用剥离エ艺在测试电极上形成金属块503。最后通过腐蚀磷娃玻璃层4释放结构。利用上述结构的在线同步测试装置，测量采用四探针法，通过对三组五个四探针多晶硅电阻测试桥的测试，结合多晶硅电阻条501与笛卡尔坐标系中的X轴的夹角，可得到磷硅玻璃和多晶硅厚度。磷硅玻璃的厚度是指磷硅玻璃层4的厚度。多晶硅厚度是指多晶硅电阻条501的厚度。具体测试过程是第一歩用本领域公知的四探针法，測量第一测试单元中的第一测试电极101和第二测试电极102之间的电阻，记为凡。具体过程是在第三测试电极103和第四测试电极104之间施加恒定电流，測量第一测试电极101和第二测试电极102之间的电压，电压与电流的比值即为电阻札。第二步用本领域公知的四探针法，測量第二测试单元中的第五测试电极201和第六测试电极202之间的电阻，记为R2。具体过程是在第八测试电极204和第九测试电极205之间施加恒定电流，测量第五测试电极201和第六测试电极202之间的电压，电压与电流的比值即为电阻R2。第三歩用本领域公知的四探针法，測量第二测试单元中的第九测试电极205和第十测试电极206之间的电阻，记为Ra。具体过程是在第六测试电极202和第七测试电极203之间施加恒定电流，测量第九测试电极205和第十测试电极206之间的电压，电压与电流的比值即为电阻ra。第四歩用本领域公知的四探针法，測量第三测试单元中的第十一测试电极301和第十二测试电极302之间的电阻，记为R3。具体过程是在第十四测试电极304和第十五测试电极305之间施加恒定电流，測量第十一测试电极301和第十二测试电极302之间的电压，电压与电流的比值即为电阻R3。第五歩用本领域公知的四探针法，測量第三测试单元中的第十五测试电极305和第十六测试电极306之间的电阻，记为Rb。具体过程是在第十二测试电极302和第十三测试电极303之间施加恒定电流，测量第十五测试电极305和第十六测试电极306之间的电压，电压与电流的比值即为电阻Rb。第六步利用方程组(I)可得磷硅玻璃和多晶硅厚度
权利要求1.一种磷硅玻璃和多晶硅厚度的在线同步测试装置，其特征在于，该测试装置包括绝缘衬底(6)、以及固定于绝缘衬底(6)顶面的第一测试单元(I)、第二测试单元(2)和第三测试单元(3)三个测试单元，其中， 每个测试单元包括磷硅玻璃层(4)和四探针多晶硅电阻测试桥(5)，四探针多晶硅电阻测试桥(5)包括一根多晶硅电阻条(501)和连接在多晶硅电阻条(501)上的四个测试电极(502);每个测试电极(502)中固定一金属块(503),磷娃玻璃层(4)固定于绝缘衬底顶面；磷硅玻璃层(4)被刻蚀成相互平行的凹槽(401)，在凹槽(401)间形成台阶(402);多晶硅电阻条(501)覆盖在磷硅玻璃层(4)上，且多晶硅电阻条(501)爬越磷硅玻璃层(4)上的台阶(402)； 所述的第一测试单元(I)中，四探针多晶硅电阻测试桥(5)的数量为一个，多晶硅电阻条(501)与笛卡尔坐标系的X轴方向平行，且四探针多晶硅电阻测试桥(5)中的测试电极(502)位于磷硅玻璃层(4)上的台阶(402)的两侧； 所述的第二测试单元(2)中，四探针多晶硅电阻测试桥(5)的数量为两个，两个四探针多晶硅电阻测试桥共用两个测试电极，其中，一个四探针多晶硅电阻测试桥中的多晶硅电阻条爬越磷硅玻璃层(4)上的台阶(402)，另一个四探针多晶硅电阻测试桥中的多晶硅电阻条为平面；多晶硅电阻条(501)呈倾斜布置，且与笛卡尔坐标系的X轴之间形成P1夹角，β I大于O度小于90度；所述的第三测试单元(3)中，四探针多晶硅电阻测试桥(5)的数量为两个，两个四探针多晶硅电阻测试桥共用两个测试电极，其中，一个四探针多晶硅电阻测试桥中的多晶硅电阻条爬越磷硅玻璃层(4)上的台阶(402)，另一个四探针多晶硅电阻测试桥中的多晶硅电阻条为平面；多晶硅电阻条(501)呈倾斜布置，且与笛卡尔坐标系的X轴之间形成β2夹角，大于O度小于90度，且与@1不相等。
专利摘要本实用新型公开了一种磷硅玻璃和多晶硅厚度的在线同步测试装置，包括绝缘衬底和三个测试单元，每个测试单元包括磷硅玻璃层和四探针多晶硅电阻测试桥，磷硅玻璃层固定于绝缘衬底顶面；磷硅玻璃层被刻蚀成相互平行的凹槽，在凹槽间形成台阶；多晶硅电阻条爬越磷硅玻璃层上的台阶；第一测试单元中，多晶硅电阻条与笛卡尔坐标系的X轴方向平行；第二测试单元和第三测试单元中，四探针多晶硅电阻测试桥的数量均为两个，多晶硅电阻条与笛卡尔坐标系的X轴之间分别形成β1夹角和β2夹角。该在线同步测试装置利用多晶硅爬越由磷硅玻璃制造的多个台阶，通过对三组五个多晶硅电阻的测试，进而实现磷硅玻璃和多晶硅厚度的测试。
文档编号B81C99/00GK202609923SQ201220255769
公开日2012年12月19日 申请日期2012年5月31日 优先权日2012年5月31日
发明者刘海韵, 黄庆安, 周再发 申请人:东南大学