[发明专利]一种用于多层键合MEMS器件的跨层过刻坡度测试结构及测试方法

说明书

本发明公开了一种用于多层键合MEMS器件的跨层过刻坡度测试结构及测试方法，其中，测试结构包括键合连接的SOI硅片和上层硅片；SOI硅片包括从下至上依次设置的底层硅衬底、绝缘层和由单晶硅结构层构成的过刻结构；上层硅片包括等距顺次设置的第一L型硅梁单元、第二L型硅梁单元、第三L型硅梁单元和第四L型硅梁单元；四个L型硅梁单元围成方形刻蚀区；其中，测试方法包括采用四线法测量过刻结构的等效电阻率，根据等效电阻率计算得到过刻结构的过刻坡度。本发明的测试结构简单，制备成本低，测试方法步骤简洁，能够快速获得结果，且通用性强。

技术领域

本发明涉及一种用于多层键合MEMS器件的跨层过刻坡度测试结构及测试方法，属于半导体技术领域。

背景技术

微电子机械系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)是在微电子技术基础上发展起来的前沿研究领域。其基本特点是微型化、高集成度和高精度的批量制造。随着MEMS产业化的发展，MEMS产品的设计结构越来越复杂，对工艺线的要求也越来越高，而在线测试技术是监控加工工艺线、保证其良率的关键。

很多MEMS产品都采用多层键合技术，在制作其中的可动结构时往往需要使用DRIE(Deep Reactive Ion Etching，深反应离子刻蚀)工艺进行深度刻蚀，该项工艺有可能产生跨层过刻蚀，在底部形成带坡度的过刻蚀区域，该过刻蚀区域会向上层结构层的正下方扩展，当可动结构上下运动时，很容易与过刻蚀区域发生粘附，导致器件失效，因此需要设计测试结构，用于监测多层键合MEMS器件中由刻蚀工艺产生的跨层过刻。

测试结构应与待监测产品采用相同的加工工艺，测试必须采用普通的测试仪器和测试环境，并使用电学测试手段，目前尚无符合测试要求的相关测试结构。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于多层键合MEMS器件的跨层过刻坡度测试结构及测试方法，能够获得过刻蚀结构的过刻坡度。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

一方面，本发明提供一种用于多层键合MEMS器件的跨层过刻坡度测试结构，其特征是，包括键合连接的SOI硅片和上层硅片；

SOI硅片包括从下至上依次设置的底层硅衬底、绝缘层和过刻结构，过刻结构材质为单晶硅；

上层硅片包括等距顺次设置的第一L型硅梁单元、第二L型硅梁单元、第三L型硅梁单元和第四L型硅梁单元；

四个L型硅梁单元围成方形刻蚀区；

各L型硅梁单元均包括L型硅梁，L型硅梁的拐点处设有锚区，锚区顶端设有电极，电极用于连接外置的电源或电压表。

进一步地，各所述锚区底端设有第一金属键合层，过刻结构顶部设有与各第一金属键合层对应的第二金属键合层；

所述键合连接的SOI硅片和上层硅片是通过第一金属键合层和第二金属键合层键合连接。

进一步地，所述L型硅梁材质为单晶硅。

进一步地，所述电极为金属电极。

另一方面，本发明提供一种用于多层键合MEMS器件的跨层过刻坡度测试方法，包括以下步骤：

在第一L型硅梁单元和第二L型硅梁单元之间外接直流电源I，测量第三L型硅梁单元和第四L型硅梁单元之间的电压V₁；

在第二L型硅梁单元和第三L型硅梁单元之间外接直流电源I，测量第四L型硅梁单元和第一L型硅梁单元之间的电压V₂；