[发明专利]微机电工艺监控结构和监控方法

说明书

技术领域

本发明涉及微机电技术领域，特别涉及一种微机电工艺监控结构和监控方法。

背景技术

现有技术中的微机电（MEMS）装置，例如加速度计、陀螺仪等传感器，它们包括固定在衬底上的锚点、弹性梁、可动质量块以及电极等单元。表面工艺是微机电常用的制造工艺，为保证微机电的可靠性，需要对这些单元的制造工艺波动进行精确监控。

采用表面工艺制作的微机电惯性传感器以硅片为衬底，通过多次薄膜淀积和图形加工制备三维微机械结构。常用的薄膜层材料有：多晶硅、氮化硅、二氧化硅和金属。典型的工艺步骤包括：衬底准备，一次氧化形成绝缘层，淀积形成第一层多晶硅层，刻蚀第一层多晶硅层形成电极和互连线，二次氧化形成牺牲层，刻蚀牺牲层形成通孔，淀积形成第二层多晶硅层，淀积形成金属层，刻蚀金属层形成互连线，刻蚀第二层多晶硅层形成机械结构图形，去除牺牲层形成可动结构单元。

对第一层多晶硅层及第二层多晶硅层的刻蚀（统称为多晶硅刻蚀）一般采用干法刻蚀，去除牺牲层的方法一般是采用氢氟酸（HF）进行熏蒸。微机电表面工艺中多晶硅刻蚀量和牺牲层熏蒸量是影响微机电可靠性最重要的环节。现有的对刻蚀量及熏蒸量的评估主要是通过对所制造的结构作切片处理后再在显微镜下观察得出，不仅费时而且难以对片上均匀性问题进行评估，因而影响所制作的微机电的可靠性。为确保微机电的可靠性，必须具有经济实用且可靠的监控方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微机电工艺监控结构和监控方法，以解决现有的微机电工艺监控方法费时且可靠性不高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种微机电工艺监控结构，所述微机电工艺监控结构包括：衬底；位于所述衬底上的绝缘层；位于所述绝缘层上的第一层多晶硅层；位于所述第一层多晶硅层上的牺牲层；位于所述牺牲层上的固定质量块；及通过悬挂元件悬挂于所述固定质量块上的可动质量块；其中，所述固定质量块及可动质量块的数量均为多个，且一一对应；当进行监控时，一参数分析仪的一端连接所述第一层多晶硅层，另一端依次连接多个固定质量块，根据所述参数分析仪所测得的参数值，判断微机电工艺的可靠性。

可选的，在所述的微机电工艺监控结构中，进行下列监控中的任意一种或几种:

当所述参数分析仪从某个固定质量块开始均能测出电流，则判定该固定质量块对应的可动质量块的W1值的一半为牺牲层的熏蒸量；

当所述参数分析仪从某个固定质量块开始能测出电流，且比该固定质量块对应的可动质量块的W1值小的结构有的能测出电流，有的不能测出电流，则判定牺牲层上存在污染；

当所述参数分析仪从某个固定质量块开始均能测出电流，且晶圆上不同位置最先测出电流的固定质量块对应的可动质量块的W1值不同，则判定晶圆上不同位置的牺牲层的熏蒸量不均匀；

当所述参数分析仪从某个固定质量块开始均能测出电流，且晶圆上不同位置的固定质量块对应的可动质量块的W1值相同的情况下，对应的吸合电压值不同，则判定多晶硅的刻蚀量不均匀。

可选的，在所述的微机电工艺监控结构中，所述可动质量块的形状为梳齿结构。

可选的，在所述的微机电工艺监控结构中，多个可动质量块依次排列；且多个可动质量块的横条宽度W1递减，多个可动质量块的横条间距W2相同。

可选的，在所述的微机电工艺监控结构中，所述可动质量块的形状为带释放孔的平板结构。

可选的，在所述的微机电工艺监控结构中，多个可动质量块依次排列；且多个可动质量块的释放孔间距W1递减；多个可动质量块的释放孔宽度W2相同。

可选的，在所述的微机电工艺监控结构中，所述可动质量块与第一层多晶硅层之间的吸合电压为5V～10V。

本发明还提供一种微机电工艺监控方法，所述微机电工艺监控方法包括：

步骤1：提供如上任意一项所述的微机电工艺监控结构；

步骤2：将参数分析仪的一端连接第一层多晶硅层，另一端连接一个固定质量块，参数分析仪输出电压，检测电流，其中，输出电压从零扫描到设定值；

步骤3：记录检测电流是否达到设定值，随后参数分析仪的另一端连接下一个固定质量块，重复执行步骤2，并记录检测电流是否达到设定值，直至最后一个固定质量块。

在本发明提供的微机电工艺监控结构和监控方法中，通过参数分析仪所测得的参数值判断微机电工艺的可靠性，由此降低对微机电工艺监控的用时以及提高对微机电工艺监控的可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例一的微机电工艺监控结构的结构示意图；