[发明专利]用于表征由半导体装置制造工艺引起的临界参数的系统和方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及半导体装置制造工艺。更具体地说，本发明涉及一种用于表征根据半导体装置制造工艺而制造的装置的临界参数的系统和方法。

背景技术

微机电系统(MEMS)技术提供用于使用常规批量半导体处理技术来制造极小机械结构且将这些结构与电装置集成在单个基板上的方式。MEMS的一个常见应用是传感器装置的设计和制造。MEMS传感器装置广泛地用于例如汽车、惯性导引系统、家用电器、游戏装置、用于多种装置的保护系统以及许多其它工业、科学和工程系统的应用中。

常规MEMS制造工艺通常采用给定电阻率和厚度的半导体材料厚块(即，结构层)，特征被蚀刻到所述厚块中以形成执行为实现MEMS装置所需要的所要功能的机电结构，例如加速计和陀螺仪。临界装置参数包括例如结构层的电阻率、结构层的厚度以及经蚀刻特征的宽度，其中宽度是由原始掩模图案尺寸和在蚀刻工艺期间招致的底切量确定。所有三个这些关键临界参数(即，电阻率、厚度和底切量)通常在整个晶片上、在不同晶片之间和/或在不同工艺批次之间略微变化。由于这些变化，可能有必要例行地监测这些临界参数，以便优化MEMS装置的生产良率、装置性能和质量。

一些现有技术通过使用常规的范德堡图案(van der Pauw pattern)或开尔文式电阻器结构(Kelvined resistor structure)来电学上测量MEMS结构层的薄层电阻。然而，为了确定结构层的局部电阻率，必须准确地知道结构的层厚度和/或横向几何学。因为典型MEMS特征的横向尺寸(和其关注变化)为大约1微米或更小，所以通常不可行的是使用光学显微法。因此，需要更复杂的扫描电子显微法(SEM)检验来获得横向物理尺寸。此外，为了获得局部结构层厚度均一性信息，必须牺牲晶片的横截面且此后沿着此横截面执行多次测量。因此，实际上且成本效益上不可行的是用这种方法来例行地映射晶片。这种方法也不会提供来自实际产品晶片的数据，其中此类数据将具有最大的价值。

其它现有技术利用对某种类型的动态驱动、振荡或谐振MEMS结构的电容测量。对这些可移动结构的电容测量涉及复杂而尖端的测试技术，且可能涉及与数值分析和模拟的比较。另外，这些技术主要集中于提取MEMS特征的横向尺寸(更具体地说，蚀刻底切量)，且假定结构层的厚度是已知的。实际上，结构层的厚度和间隙(其包括蚀刻底切)在电容测量中耦合在一起。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种形成在基板上的工艺控制监测系统，所述工艺控制监测系统包括：

第一结构，所述第一结构形成在所述基板的结构层中，所述第一结构包括插入在第一对侧壁之间的第一指形件，所述第一指形件展现第一长度和第一宽度，所述第一长度和所述第一宽度中的每一者平行于所述基板的表面，且所述第一指形件与所述第一对侧壁中的每个侧壁分开具有第一间距的第一间隙；

第二结构，所述第二结构形成在所述基板的所述结构层中，所述第二结构包括插入在第二对侧壁之间的第二指形件，所述第二指形件展现第二长度和所述第一宽度，所述第二长度和所述第一宽度中的每一者平行于所述基板的所述表面，且所述第二指形件与所述第二对侧壁中的每个侧壁分开具有所述第一间距的第二间隙；以及

第三结构，所述第三结构形成在所述基板的所述结构层中，所述第三结构包括插入在第三对侧壁之间的第三指形件，所述第三指形件展现所述第二长度和第二宽度，所述第二长度和所述第二宽度中的每一者平行于所述基板的所述表面，且所述第三指形件与所述第三对侧壁中的每个侧壁分开具有第二间距的第三间隙。

在一个或多个实施例中，所述第一长度不同于所述第二长度；

所述第一宽度不同于所述第二宽度；以及

所述第一间距不同于所述第二间距。

在一个或多个实施例中，所述第一宽度等于所述第一间距；以及

所述第二宽度等于所述第二间距。

在一个或多个实施例中，所述第一、第二和第三指形件中的每个指形件展现垂直于所述基板的所述表面的厚度，所述第一、第二和第三指形件中的所述每个指形件的所述厚度相等。

在一个或多个实施例中，所述第一、第二和第三指形件相对于对应的所述第一、第二和第三对侧壁不可移动。

在一个或多个实施例中，所述第一、第二和第三指形件中的每个指形件包括第一末端和第二末端；以及