CN109540973A - 一种电镀金属膜在线检测结构和检测方法 - Google Patents

一种电镀金属膜在线检测结构和检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电镀金属膜在线检测结构和检测方法，通过测试结构的微波参数S21及机械谐振频率，实现电镀金属的材料参数应力、电导率、弹性系数的在线测试，检测结构采用表面牺牲层工艺制作，包括了共面波导传输线输入输出端，电感结构、介质层，金属膜空气桥、金属膜悬臂梁，衬底结构；其中，电感结构和悬臂梁结构采用电镀的方法实现，是具有一定厚度的金属结构。本发明的检测结构和检测方法，可以有效地在线检测电镀金属膜的参数，提升生产效率及成品率。

Description

一种电镀金属膜在线检测结构和检测方法
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，尤其涉及一种电镀金属膜在线检测结构和检测方法。
背景技术
半导体工艺中，电镀是很常用的实现信号传输线或结构的工艺，常用电镀的方法实现金属的传输线或结构。电镀过程中产生的应力对后续的工艺及产品的质量有较大影响，材料参数电导率和杨氏模量对产品的使用和长期稳定性有影响。
电镀层具有接触电阻低、导电性好、可焊性好等特点，在驱动IC封装中普遍使用电镀金属凸块，在COMS/MEMS中应用电镀金属来制作各种结构，如空气桥、UBM阻挡层的保护层，以及用于各种引线键合的键合面等。电镀层的性能一般采用设备来测试它的厚度、均匀性。接触式的设备有台阶仪，非接触的设备有X-ray和干涉显微镜，粗糙度的检测一般用原子力显微镜，但是对电镀金属膜的材料特性如结构应力、电导率以及杨氏模量等参数并没有检测的手段或表征的方法。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种电镀金属膜在线检测结构和检测方法。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种电镀金属膜在线检测结构，包括衬底，衬底上设有CPW信号输入端、CPW信号输出端、CPW信号中段、CPW上地线、CPW下地线；所述CPW信号输入端、CPW上地线、CPW下地线形成CPW输入端，所述CPW信号输出端、CPW上地线、CPW下地线形成CPW输出端；衬底上还包括金属膜悬臂梁、电感、金属膜空气桥和锚区；所述电感的一端与CPW信号输入端相连，另一端通过锚区与金属膜空气桥相连；所述金属膜空气桥的一端通过锚区与电感相连，另一端通过锚区与CPW信号中段相连；所述金属膜悬臂梁一端通过锚区与CPW信号中段相连；所述金属膜悬臂梁与CPW信号输出端形成电容结构。
进一步地，所述CPW信号输入端、CPW信号输出端、CPW信号中段、CPW上地线、CPW下地线、金属膜悬臂梁、电感、金属膜空气桥和锚区均为电镀金属膜。
进一步地，所述电镀金属膜的金属材料为铜、金或镍。
一种电镀金属膜在线检测方法，基于电镀金属膜在线检测结构，测量CPW输入端和CPW输出端之间的S21参数的谐振频率的幅值和频率值，测量金属膜悬臂梁的机械谐振频率值。
进一步地，当S21参数的谐振频率值大于设计值时，金属膜悬臂梁与CPW信号输出端之间的电容偏小，电镀金属膜含有张应力；当S21参数的谐振频率值小于设计值时，金属膜悬臂梁与CPW信号输出端之间的电容偏大，电镀金属膜含有压应力；通过标定得到电镀金属膜应力的大小。
进一步地，当S21参数的谐振频率幅值小于设计值时，电镀金属膜的电阻率偏大；当S21参数的谐振频率幅值大于设计值时，电镀金属膜的电阻率偏小；通过标定得到电镀金属膜电阻率的大小。
进一步地，当金属悬臂梁的机械谐振频率值大于设计值时，金属悬臂梁的弹性系数偏大，电镀金属膜的杨氏模量偏大；当金属悬臂梁的机械谐振频率值小于设计值时，金属悬臂梁的弹性系数偏小，电镀金属膜的杨氏模量偏小；通过标定得到电镀金属膜杨氏模量的大小。
有益效果：本发明的检测结构和检测方法可以方便快捷地在线检测电镀金属的各项材料参数；具有实时性、响应快和提高生产效率等优点。
附图说明
图1是本发明电镀金属膜在线检测结构的俯视结构示意图；
图2是本发明电镀金属膜在线检测结构的侧面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明所述的电镀金属膜在线检测结构，包括衬底1、CPW信号输入端21、CPW信号输出端22、CPW信号中段23、CPW上地线24、CPW下地线25、金属膜悬臂梁3、电感4、金属膜空气桥5和锚区6。CPW信号输入端21、CPW上地线24、CPW下地线25形成CPW输入端；CPW信号输出端22、CPW上地线24、CPW下地线25形成CPW输出端。
电感4的一端与CPW信号输入端21相连，另一端通过锚区6与金属膜空气桥5相连；金属膜空气桥5的一端通过锚区6与电感4相连，另一端通过锚区6与CPW信号中段23相连；金属膜悬臂梁3一端通过锚区6与CPW信号中段23相连；金属膜悬臂梁3与CPW信号输出端22形成电容结构。
CPW信号输入端21、CPW信号输出端22、CPW信号中段23、CPW上地线24、CPW下地线25、金属膜悬臂梁3、电感4、金属膜空气桥5和锚区6全部为电镀金属膜；金属材料可以是铜、金、镍等金属材料。
本发明的电镀金属膜的在线检测结构的制备工艺如下：
a：在衬底表面淀积一层绝缘介质层；
b：在绝缘介质层表面淀积一层金属层并刻蚀，形成CPW结构；
c：涂敷牺牲层，并进行光刻和刻蚀；
d：淀积金属层；
e：光刻并电镀，形成检测结构；
f：腐蚀牺牲层，释放结构；
本发明的电镀金属膜检测方法，测量CPW输入端和CPW输出端之间的S21参数的谐振频率的幅值和频率值，测量金属膜悬臂梁3的机械谐振频率值。
当S21参数的谐振频率值大于设计值时，表明金属膜悬臂梁3与CPW信号输出端22之间的电容偏小，说明电镀金属膜含有张应力；当S21参数的谐振频率值小于设计值时，表明金属膜悬臂梁3与CPW信号输出端22之间的电容偏大，说明电镀金属膜含有压应力；通过标定可以得到其电镀金属膜应力的大小。
当S21参数的谐振频率幅值小于设计值时，表明电镀金属膜的电阻率偏大；当S21参数的谐振频率幅值大于设计值时，表明电镀金属膜的电阻率偏小；通过标定可以得到其电镀金属膜电阻率的大小。
当金属悬臂梁3的机械谐振频率值大于设计值时，表明金属悬臂梁3的弹性系数偏大，说明电镀金属膜的杨氏模量偏大；当金属悬臂梁3的机械谐振频率值小于设计值时，表明金属悬臂梁3的弹性系数偏小，说明电镀金属膜的杨氏模量偏小；通过标定可以得到其电镀金属膜杨氏模量的大小。

Claims (7)

1.一种电镀金属膜在线检测结构，其特征在于，包括衬底(1)，衬底(1)上设有CPW信号输入端(21)、CPW信号输出端(22)、CPW信号中段(23)、CPW上地线(24)、CPW下地线(25)；所述CPW信号输入端(21)、CPW上地线(24)、CPW下地线(25)形成CPW输入端，所述CPW信号输出端(22)、CPW上地线(24)、CPW下地线(25)形成CPW输出端；
衬底(1)上还包括金属膜悬臂梁(3)、电感(4)、金属膜空气桥(5)和锚区(6)；所述电感(4)的一端与CPW信号输入端(21)相连，另一端通过锚区(6)与金属膜空气桥(5)相连；所述金属膜空气桥(5)的一端通过锚区(6)与电感(4)相连，另一端通过锚区(6)与CPW信号中段(23)相连；所述金属膜悬臂梁(3)一端通过锚区(6)与CPW信号中段(23)相连；所述金属膜悬臂梁(3)与CPW信号输出端(22)形成电容结构。
2.根据权利要求1所述的电镀金属膜在线检测结构，其特征在于，所述CPW信号输入端(21)、CPW信号输出端(22)、CPW信号中段(23)、CPW上地线(24)、CPW下地线(25)、金属膜悬臂梁(3)、电感(4)、金属膜空气桥(5)和锚区(6)均为电镀金属膜。
3.根据权利要求2所述的电镀金属膜在线检测结构，其特征在于，所述电镀金属膜的金属材料为铜、金或镍。
4.一种电镀金属膜在线检测方法，其特征在于，基于权利要求1-3所述的电镀金属膜在线检测结构，测量CPW输入端和CPW输出端之间的S21参数的谐振频率的幅值和频率值，测量金属膜悬臂梁(3)的机械谐振频率值。
5.根据权利要求4所述的电镀金属膜在线检测方法，其特征在于，当S21参数的谐振频率值大于设计值时，金属膜悬臂梁(3)与CPW信号输出端(22)之间的电容偏小，电镀金属膜含有张应力；当S21参数的谐振频率值小于设计值时，金属膜悬臂梁(3)与CPW信号输出端(22)之间的电容偏大，电镀金属膜含有压应力；通过标定得到电镀金属膜应力的大小。
6.根据权利要求4所述的电镀金属膜在线检测方法，其特征在于，当S21参数的谐振频率幅值小于设计值时，电镀金属膜的电阻率偏大；当S21参数的谐振频率幅值大于设计值时，电镀金属膜的电阻率偏小；通过标定得到电镀金属膜电阻率的大小。
7.根据权利要求4所述的电镀金属膜在线检测方法，其特征在于，当金属悬臂梁(3)的机械谐振频率值大于设计值时，金属悬臂梁(3)的弹性系数偏大，电镀金属膜的杨氏模量偏大；当金属悬臂梁(3)的机械谐振频率值小于设计值时，金属悬臂梁(3)的弹性系数偏小，电镀金属膜的杨氏模量偏小；通过标定得到电镀金属膜杨氏模量的大小。
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