用于微制造的斷裂測試結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及微制造的結(jié)構(gòu)，并且在具體的實(shí)施例中涉及用于微制造的斷裂測試結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微制造是一種制造微米級和更小的微型結(jié)構(gòu)的工藝。在歷史上，最早的微制造工藝用于集成電路制造，也稱為“半導(dǎo)體加工”或“半導(dǎo)體器件制造”。此外，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、微系統(tǒng)(歐洲的術(shù)語)、微機(jī)械(日本的術(shù)語)的領(lǐng)域以及子領(lǐng)域，例如微流體/芯片實(shí)驗(yàn)室、光學(xué)MEMS、RF MEMS、功率MEMS、B1MEMS和其它向納米級尺寸的擴(kuò)展(例如NEMS，用于納機(jī)電系統(tǒng))已經(jīng)使用、改編或擴(kuò)展了微制造方法。平板顯示器和太陽能電池也使用類似的技術(shù)。
[0003]通常，微制造工藝包括精確控制的步驟來形成具有特定形狀或尺寸的微小結(jié)構(gòu)。形成這些微小結(jié)構(gòu)的工藝可以包括其中沉積或形成材料的添加步驟并且還可以包括其中通過圖案化和刻蝕或其它已知的技術(shù)去除材料的減去步驟。這些小且變化的器件的制造在例如工藝變化、質(zhì)量控制和結(jié)構(gòu)表征方面呈現(xiàn)出許多挑戰(zhàn)。
[0004]一個特定實(shí)例主題領(lǐng)域包括表征。由于已制造的器件具有在微米級或更小的尺寸，因此該器件性能或功能可能隨材料或幾何性質(zhì)的僅僅小的變化而顯著改變。此外，由于所用的工藝應(yīng)用于這種微小的結(jié)構(gòu)，即使對于在相同半導(dǎo)體晶片上利用相同的器件設(shè)計并因此在制造期間利用相同的處理步驟順序制造的器件，工藝內(nèi)的變化也可能使得材料或幾何性質(zhì)的小變化是普遍的。由此，例如，相同的設(shè)計可以應(yīng)用于在單個晶片或在不同晶片上的100個器件，但是每個器件因工藝變化而具有顯著不同的性能。于是表征已制造的器件以便確定實(shí)際性能可能是有用的，但并不總是容易的。
[0005]一種表征已制造的器件的方式是通過使用測試結(jié)構(gòu)。測試結(jié)構(gòu)是在晶片上利用設(shè)計器件制造的結(jié)構(gòu)，其可以在制造期間或制造之后被測試以便確定已制造的設(shè)計器件的材料和幾何性質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)實(shí)施例，微制造的測試結(jié)構(gòu)包括機(jī)械耦合在兩個剛性錨部之間并布置在襯底之上的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)從襯底被釋放并且包括機(jī)械耦合在所述兩個剛性錨部之間的測試層。該測試層包括具有第一截面積的第一區(qū)域和具有比第一截面積小的第二截面積的收縮區(qū)域。該結(jié)構(gòu)還包括布置在測試層的表面上與第一區(qū)域相鄰的第一張應(yīng)力層。
【附圖說明】
[0007]為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在對下面結(jié)合附圖進(jìn)行的描述進(jìn)行參考，在附圖中:
圖1示出采用實(shí)施例測試結(jié)構(gòu)的已制造的系統(tǒng)的框圖； 圖2a和2b分別示出實(shí)施例測試結(jié)構(gòu)的截面圖和頂視圖；
圖3示出包括第一組測試結(jié)構(gòu)和第二組測試結(jié)構(gòu)的實(shí)施例測試結(jié)構(gòu)的布局圖；
圖4a_4h示出各種實(shí)施例測試結(jié)構(gòu)的頂視圖；
圖5a和5b分別示出另外的實(shí)施例測試結(jié)構(gòu)的截面圖和頂視圖；
圖6示出包括第一組測試結(jié)構(gòu)和第二組測試結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例測試結(jié)構(gòu)的布局圖；
圖7a_7e示出各種另外的實(shí)施例測試結(jié)構(gòu)的頂視圖；
圖8a_8h示出實(shí)施例測試結(jié)構(gòu)的實(shí)施例制造順序；
圖9示出包括實(shí)施例測試結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片的頂視圖；
圖10示出另外的實(shí)施例制造順序的流程圖；以及
圖11示出使用實(shí)施例測試結(jié)構(gòu)確定薄膜的抗張強(qiáng)度的實(shí)施例方法的流程圖。
[0008]在不同圖中的對應(yīng)數(shù)字和符號通常指代對應(yīng)部分，除非另有說明。各圖被繪制以清除示出實(shí)施例的相關(guān)方面，并且沒有必要按比例繪制。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面詳細(xì)討論各種實(shí)施例的制作和使用。然而應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會的是，本文描述的各種實(shí)施例可適用于廣泛的多種多樣的特定上下文中。所討論的特定實(shí)施例僅是說明制作和使用各種實(shí)施例的特定方式并且不應(yīng)以有限的范圍來解釋。
[0010]在特定上下文中，即在已制造的測試結(jié)構(gòu)中，并且更具體地在用于確定薄膜的斷裂強(qiáng)度的測試結(jié)構(gòu)中，關(guān)于各種實(shí)施例進(jìn)行描述。本文描述的各種實(shí)施例中的一些包括微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)制造、集成電路(IC)制造、薄膜測試結(jié)構(gòu)、薄膜測試結(jié)構(gòu)的制造以及用于確定薄膜的斷裂強(qiáng)度的測試結(jié)構(gòu)。在其它實(shí)施例中，各方面也可以根據(jù)如本領(lǐng)域中已知的任何方式應(yīng)用于涉及任何類型的測試結(jié)構(gòu)的其它應(yīng)用。
[0011]根據(jù)本文描述的各種實(shí)施例，已制造的薄膜或?qū)涌梢跃哂凶兓暮穸群筒牧闲再|(zhì)。由于這些變化，該層或薄膜的斷裂強(qiáng)度也可以顯著變化。在各種實(shí)施例中，本文公開了可以用于在制造期間或制造之后確定薄膜或?qū)拥臄嗔褟?qiáng)度的測試結(jié)構(gòu)。這些測試結(jié)構(gòu)包括具有施加到每個結(jié)構(gòu)的各種張應(yīng)力的多個結(jié)構(gòu)。該多個結(jié)構(gòu)的子集被設(shè)計用于在制造順序期間斷裂。檢查測試結(jié)構(gòu)以及確定斷裂的子集用于確定在測試下的薄膜或?qū)拥臄嗔褟?qiáng)度。
[0012]圖1示出采用實(shí)施例測試結(jié)構(gòu)101的已制造的系統(tǒng)100的框圖。根據(jù)各種實(shí)施例，已制造的系統(tǒng)100可以被稱為晶片100并且可以包括在已制造的晶片上的多個部件，例如，諸如MEMS 104、集成電路(IC) 106和IC 108。晶片100可以包括附加的MEMS和IC或更少的MEMS或1C。如所示，測試結(jié)構(gòu)101被制造在晶片100上。在一些實(shí)施例中，測試結(jié)構(gòu)101被制造得相鄰于正被測試的MEMS或1C，例如MEMS 104、IC 106和IC 108。在另外的實(shí)施例中，測試結(jié)構(gòu)101僅用于測試緊鄰的MEMS或1C。
[0013]根據(jù)各種實(shí)施例，可以使用任何類型的可能涉及例如許多步驟的制造工藝來制造晶片100，所述許多步驟包括通常在某種類型的襯底上執(zhí)行的任何類型的層形成(例如生長或沉積)和任何類型的各層的圖案化。本文討論的制造步驟決不是限制性的，因?yàn)槿绫绢I(lǐng)域中已知的，實(shí)施例測試結(jié)構(gòu)可以與任何制造步驟或工藝一起使用。如上面簡要討論的，制造工藝，并且尤其是微制造工藝(甚至是納米制造工藝)盡管被高度控制但仍充滿了變化。結(jié)構(gòu)的尺度引起大約數(shù)微米、數(shù)納米或者甚至更小的幾何結(jié)構(gòu)中的小變化，從而影響已制造的器件的整體性能。此外，已制造的結(jié)構(gòu)的材料性質(zhì)也經(jīng)受變化并且材料性質(zhì)的小變化也可能影響已制造的器件的整體性能。
[0014]至少由于這些原因，實(shí)施例測試結(jié)構(gòu)101被制造在晶片100上以便表征已制造的結(jié)構(gòu)。如本領(lǐng)域中已知的，許多類型的測試結(jié)構(gòu)存在并且可以被制造在晶片100上并被包括在測試結(jié)構(gòu)101中。本文描述的實(shí)施例包括用于測試薄膜或已制造的層的斷裂強(qiáng)度的張應(yīng)力測試結(jié)構(gòu)。測試結(jié)構(gòu)101還可以包括用于測試各種電氣性質(zhì)(例如諸如不同材料的電阻)的可選的電氣測試結(jié)構(gòu)。
[0015]除了對表征下面制造的一般需求之外，確定斷裂強(qiáng)度在一些實(shí)施例中可以特別有益。例如，在許多移動應(yīng)用(例如個人計算機(jī)、蜂窩電話和平板電腦)中普遍的MEMS擴(kuò)音器中，可偏轉(zhuǎn)隔膜位于MEMS器件的中心處?？善D(zhuǎn)隔膜是一種類型的薄膜，其通常響應(yīng)于進(jìn)入擴(kuò)音器的入射聲壓波被釋放以進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。擴(kuò)音器的魯棒性經(jīng)常通過可偏轉(zhuǎn)隔膜的特性來確定。例如，薄膜或?qū)拥臄嗔褟?qiáng)度可以被確定以便表征諸如MEMS擴(kuò)音器的器件。
[0016]圖2a和2b分別示出實(shí)施例測試結(jié)構(gòu)200的截面圖和頂視圖。根據(jù)各種實(shí)施例，測試結(jié)構(gòu)200包括薄膜202、頂部張力膜204和底部張力膜206。薄膜202被附著在剛性錨部208和210之間并在薄膜202中的某一點(diǎn)處具有切口 212。在各種實(shí)施例中，使用與圖1中的器件(例如MEMS 104)的特定薄膜相同的制造工藝來制造薄膜202，并且薄膜202可以被制造得相鄰于晶片上的該器件。由此，薄膜202具有與已制造的器件中的在測試下的具體薄膜類似的性質(zhì)和工藝變化。在一些實(shí)施例中，電極214可以形成在薄膜202下面并且可以被配置用于向薄膜202施加電壓。電極214可以例如是襯底(未示出)中的摻雜區(qū)域、形成在襯底上的金屬層或多晶娃層。
[0017]根據(jù)各種實(shí)施例，切口 212在薄膜202中產(chǎn)生收縮區(qū)域216。頂部和底部張力膜204和206在薄膜202上施加張應(yīng)力。在一些實(shí)施例中，由張力膜204和206施加的張應(yīng)力引起薄膜202在收縮區(qū)域216中斷裂。在各種實(shí)施例中，圖1中的測試結(jié)構(gòu)101包括圖2中的測試結(jié)構(gòu)200的多種實(shí)施方式，其中不同的張應(yīng)力被施加到薄膜202或不同的收縮區(qū)域216，這將在下面被討論。在這樣的實(shí)施例中，可以通過檢查所述多個測試結(jié)構(gòu)并識別哪些測試結(jié)構(gòu)斷裂來確定在測試下的薄膜的斷裂強(qiáng)度。
[0018]圖3示出包括第一組測試結(jié)構(gòu)220和第二組測試結(jié)構(gòu)225的實(shí)施例測試結(jié)構(gòu)102的布局圖。根據(jù)各種實(shí)施例，每組測試結(jié)構(gòu)220和225包括如所示在測試結(jié)構(gòu)102之上的各個測試結(jié)構(gòu)201。測試結(jié)構(gòu)201包括在薄膜202中的切口 212，所述薄膜202具有長徑(橫徑)為a且短徑(共軛直徑)為b的橢圓形狀。在各種實(shí)施例中，圖1中的測試結(jié)構(gòu)101可以包括單個測試結(jié)構(gòu)102或多個測試結(jié)構(gòu)102。
[0019]根據(jù)各種實(shí)施例，測試結(jié)構(gòu)201中的薄膜202斷裂所處的應(yīng)力依賴于由切口 212限定的收縮區(qū)域216的大小和形狀。此外，所施加的張應(yīng)力通過被施加的張力膜204和206的量來確定?；谶@些概念，測試結(jié)構(gòu)組220和225被選擇用于使所述多個測試結(jié)構(gòu)中的一些測試結(jié)構(gòu)201斷裂并且不使其它測試結(jié)構(gòu)斷裂。第一組測試結(jié)構(gòu)220包括具有貫穿組220中的所有測試結(jié)構(gòu)201相等且恒定的長徑a和短徑b的測試結(jié)構(gòu)201。然而，組220中的每個測試結(jié)構(gòu)201具有形成在薄膜202上的不同量的張力膜204。在各種實(shí)施例中，張力膜206也可以以不同的量形成，或者在一些實(shí)施例