測試結構及其制造方法和犧牲層刻蝕工藝的監(jiān)控方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)制造技術領域，特別涉及一種測試結構及其制造方法和犧牲層刻蝕工藝的監(jiān)控方法。
【背景技術】
[0002]微機電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical Systems,簡稱MEMS)是指微細加工技術制作的，集微型傳感器、微型構件、微型執(zhí)行器、信號處理、控制電路等于一體的微型器件或系統(tǒng)，尺寸通常在微米或納米級。MEMS器件具有體積小、重量輕、功耗低、耐用性好、價格低廉、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，在許多領域都有著十分廣闊的應用前景。
[0003]MEMS器件在制造過程中采用了先進的半導體制造工藝，因此可以實現(xiàn)批量制造，并能極好的控制生產(chǎn)成本，提高器件的一致性。MEMS器件的制造過程是以薄膜沉積、光刻、外延、氧化、擴散、注入、濺射、蒸鍍、刻蝕、劃片和封裝等為基本工藝步驟來制造復雜三維形體的微加工過程。
[0004]在MEMS器件的制造過程中，一般需要利用犧牲層形成各種結構，即在制作各種結構的過程中形成犧牲層，最后去除犧牲層從而得到想要的器件結構。MEMS器件中常見的氧化物(Oxide)結構和鍺化硅(SiGe)結構就是利用犧牲層形成的。請參考圖1，其為現(xiàn)有技術的鍺化硅結構在犧牲層刻蝕之前的結構示意圖。如圖1所示，襯底10上形成有鍺化硅層12和犧牲層11，鍺化硅層12覆蓋犧牲層11，所述犧牲層11采用的材料為鍺(Ge)，所述犧牲層11和鍺化硅層12中形成有刻蝕孔13，所述刻蝕孔13貫穿犧牲層11和鍺化硅層12。在犧牲層11的刻蝕過程中，藥液通過所述刻蝕孔13注入，犧牲層11刻蝕完成后形成鍺化硅結構。
[0005]請繼續(xù)參考圖1，如圖1所示，制作鍺化硅結構的基本過程如下:首先，在襯底10上依次形成犧牲層11和鍺化硅層12，所述鍺化硅層12覆蓋所述犧牲層11，所述犧牲層11采用的材料為鍺(Ge);接著，在所述襯底10上形成有刻蝕孔13，所述刻蝕孔13貫穿鍺化硅層12和犧牲層11 ;然后，通過刻蝕孔13注入高溫狀態(tài)的過氧化氫(H202)刻蝕犧牲層11 ；最后，經(jīng)過氫氟酸(HF)工藝處理形成鍺化硅結構。
[0006]形成的鍺化硅(SiGe)結構請參考圖2，其為現(xiàn)有技術的鍺化硅結構在犧牲層刻蝕之后的結構示意圖。如圖2所示，犧牲層11被完全去除后鍺化硅層12的一側仍與襯底連接，另一側由于應力的作用出現(xiàn)上翹。通常的，鍺化硅層12中出現(xiàn)上翹的側邊的高度與犧牲層11的刻蝕情況有關，犧牲層11刻蝕越多，側邊的上翹高度越高，完全刻蝕后達到最大值。
[0007]如圖1和圖2所示，犧牲層11的刻蝕方向卻是橫向的(平行于襯底10表面的方向)，即在刻蝕過程不斷地縮短犧牲層11長度。而其他膜層的刻蝕方向一般是豎向的(垂直于襯底10表面的方向)，即在刻蝕過程中不斷地減薄膜層的厚度。由于犧牲層11的刻蝕方向與其他膜層的刻蝕方向是不同的，因此，無法使用其他膜層的監(jiān)控設備和方法來監(jiān)控犧牲層11的刻蝕速率。
[0008]目前，形成鍺化硅結構后通過測量鍺化硅層12的上翹高度來監(jiān)控犧牲層11的刻蝕情況。為了監(jiān)控犧牲層11的刻蝕情況，通常在產(chǎn)品的測試區(qū)域中形成與產(chǎn)品的鍺化硅結構類似的測試結構，并通過VECOO設備模擬和測量所述測試結構的鍺化硅層的上翹高度，由此確定過氧化氫(H202)刻蝕犧牲層11的工藝時間。
[0009]然而，VECOO設備只能模擬形成鍺化硅結構后的鍺化硅層的上翹高度，判斷所述上翹高度是否達到預定目標。在形成鍺化硅結構的過程中，過氧化氫(H202)刻蝕犧牲層之后要需要進行氫氟酸(HF)處理等工藝步驟，因此所述上翹高度是過氧化氫(H202)刻蝕犧牲層及其后續(xù)各種工藝處理的綜合結果。因此，只能通過所述上翹高度粗略地判斷過氧化氫(H202)刻蝕犧牲層的情況，無法直接監(jiān)控過氧化氫(H202)刻蝕犧牲層的情況。氧化物結構與和鍺化硅結構類似，同樣也無法直接監(jiān)控犧牲層的刻蝕情況。
[0010]因此，如何解決犧牲層刻蝕情況無法直接監(jiān)控的問題成為當前亟需解決的技術問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種測試結構及其制造方法和犧牲層刻蝕工藝的監(jiān)控方法，以解決現(xiàn)有的犧牲層刻蝕情況無法直接監(jiān)控的問題。
[0012]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種測試結構，所述測試結構包括:
[0013]襯底；
[0014]形成于所述襯底上的第一氧化層，形成于所述第一氧化層上的第二氧化層，形成于所述第一氧化層和第二氧化層之間的犧牲層圖形，所述第一氧化層和第二氧化層包圍所述犧牲層圖形；
[0015]形成于所述第二氧化層中的刻蝕孔，所述刻蝕孔貫穿所述第二氧化層并暴露所述犧牲層圖形的側面；
[0016]形成于所述第二氧化層表面的若干條刻度線，所述刻度線位于所述犧牲層圖形的上方且所述刻度線的排列方向與所述犧牲層圖形的刻蝕方向平行。
[0017]優(yōu)選的，在所述的測試結構中，其所述刻度線為形成于所述第二氧化層表面的凹槽，所述凹槽的間距相等。
[0018]優(yōu)選的，在所述的測試結構中，所述凹槽的深度是所述第二氧化層厚度的一半。
[0019]優(yōu)選的，在所述的測試結構中，所述第一氧化層和第二氧化層的材料均采用二氧化硅，所述犧牲層的材料采用鍺。
[0020]本發(fā)明還提供一種測試結構的制造方法，所述測試結構用于監(jiān)控犧牲層的刻蝕過程，所述測試結構的制造方法包括:
[0021]提供一襯底；
[0022]在所述襯底上由下至上依次形成第一氧化層和犧牲層；
[0023]對所述犧牲層進行第一次刻蝕，形成犧牲層圖形；
[0024]在所述第一氧化層和犧牲層圖形上形成第二氧化層；
[0025]對所述第二氧化層進行第二次刻蝕，形成貫穿所述第二氧化層并暴露所述犧牲層圖形的側面的刻蝕孔；
[0026]對所述第二氧化層進行第三次刻蝕，在所述第二氧化層的表面形成若干條刻度線，所述刻度線位于所述犧牲層圖形的上方且所述刻度線的排列方向與所述犧牲層的刻蝕方向平行。
[0027]優(yōu)選的，在所述的測試結構的制造方法中，所述刻度線為形成于所述第二氧化層表面的凹槽，所述凹槽的間距相等。
[0028]優(yōu)選的，在所述的測試結構的制造方法中，所述凹槽的深度是所述第二氧化層厚度的一半。
[0029]優(yōu)選的，在所述的測試結構的制造方法中，所述第一氧化層和第二氧化層的材料均采用二氧化硅，所述犧牲層的材料采用鍺。
[0030]本發(fā)明還提供一種犧牲層刻蝕工藝的監(jiān)控方法，所述犧牲層刻蝕工藝的監(jiān)控方法包括:
[0031]在監(jiān)控對象的測試區(qū)域中形成上述的測試結構，所述測試結構中具有與所述監(jiān)控對象的犧牲層相應的犧牲層圖形，所述測試結構的表面排布有與所述犧牲層圖形的刻蝕方向相平行的刻度線；
[0032]對所述測試結構的犧牲層圖形進行刻蝕；
[0033]通過自動光學檢測設備觀察并讀取所述犧牲層圖形在刻蝕后的刻度值。
[0034]在本發(fā)明提供的測試結構及其制造方法和犧牲層刻蝕工藝的監(jiān)控方法中，通過在氧化層的內(nèi)部形成犧牲層圖形用于模擬MEMS器件的犧牲層，并且在所述氧化層的表面形成刻度線以精確度量所述犧牲層圖形的刻蝕速率，從而實現(xiàn)犧牲層刻蝕的直接監(jiān)控。
【附圖說明】
[0035]圖1是現(xiàn)有技術的鍺化硅結構在犧牲層刻蝕之前的結構示意圖；
[0036]圖2是現(xiàn)有技術的鍺化硅結構在犧牲層刻蝕之后的結構示意圖；
[0037]圖3是本發(fā)明實施例的測試結構的制造方法的流程圖；
[0038]圖4a至圖4g為本發(fā)明實施例的測試結構的制作過程的結構示意圖；
[0039]圖5是本發(fā)明實施例的測試結構的俯視圖；
[0040]圖6是本發(fā)明實施例的測試結構在犧牲層圖形被部分刻蝕后的剖視圖；
[0041]圖7是本發(fā)明實施例的測試結構在犧牲層圖形被部分刻蝕后的俯視圖。
【具體實施方式】
[0042]以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的測試結構及其制造方法和犧牲層刻蝕工藝的監(jiān)控方法作進一步詳細說明。根據(jù)下面說明和權利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0043]請參考圖5和圖6，其為本發(fā)明實施例的測試結構的結構示意圖。如圖5和圖6所示，所述測試結構100包括:襯底20 ;形成于所述襯底20上的第一氧化層21，形成于所述第一氧化層21上的第二氧化層23，形成于所述第一氧化層21和第二氧化層23之間的犧牲層圖形22，所述第一氧化層21和第二氧化層23包圍所述犧牲層圖形22 ;形成于所述第二氧化層23中的刻蝕孔24，所述刻蝕孔24貫穿所述第二氧化層23并暴露所述犧牲層圖形22的側面；形成于所述第二氧化層23表面的若干條刻度線，所述刻度線位于所述犧牲層圖形22的上方且所述刻度線的排列方向與所述犧牲層圖形22的刻蝕方向平行。
[0044]具體的，所述第一氧化層21和第二氧化層23的材料均采用二氧化硅，包圍所述犧牲層圖形22的整個氧化層是透明的。而所述犧牲層圖形22的材料一般采用金屬材料，所述犧牲層圖形22是不透明的。本實施例中，所述犧牲層圖形22的材料采用鍺。
[0045]如圖5和圖6所示，所述第二氧化層23中形成有刻蝕孔24，形成刻蝕孔24的同時暴露出所述犧牲層圖形22的一個側面，所述犧牲層圖形22從所述側面開始進行刻蝕，刻蝕方向與所述側面垂直。可見，所述犧牲層圖形22的刻蝕方向是橫向的。
[0046]所述第二氧化層23的表面還形成若干條刻度線，所述刻度線位于所述犧牲層圖形22的上方，所述刻度線的排列方向與所述犧牲層圖形22的刻蝕方向平行。
[0047]本實施例中，所述刻度線為形成于所述第二氧化層23表面的凹槽25，所述凹槽25的側壁與所述犧牲層圖形22的表面垂直，所述凹槽25的底部與犧牲層圖形22的表面具有一定的距離。優(yōu)選的，所述凹槽25的深度是所述第二氧化層23厚度的一半，如此能夠保證凹槽不會穿透第二氧化層23，刻蝕藥液不會通過凹槽與所述犧