CN111039254A - Mems样品纵向截面的制备方法及形貌观察方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MEMS样品的制备方法及形貌观察方法，该制备方法包括：获取MEMS样品；冷却所述MEMS样品结构中的聚酰亚胺层；对所述MEMS样品进行裂片处理，形成所述MEMS样品的纵向截面，露出需观察的层次结构；上述MEMS样品纵向截面的制备方法，采用裂片的方式得到MEMS样品纵向截面的成功率高，效率也高。且因为常压下液氮温度一般可以低至‑196℃，因此，对于存在聚酰亚胺层的MEMS样品，经液氮的低温作用后，会使聚酰亚胺层变硬变脆，因此裂片处理MEMS样品，最终得到的纵向截面也不容易粘上聚酰亚胺，因此就可以较为清晰的观察到MEMS样品纵向截面的形貌。
Description
技术领域
本发明涉及利用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)产品技术领域，特别是涉及一种MEMS样品纵向截面的制备方法，以及一种MEMS样品纵向截面的形貌观察方法。
背景技术
利用MEMS技术制备的MEMS样品，需要对各个工艺步骤形成的结构进行形貌监控，一般是通过观察对MEMS样品的纵向截面的结构来进行形貌监控。
一种传统的制备MEMS样品的纵向截面的方式是对MEMS样品的侧面进行研磨，这种方式通常难以研磨到MEMS样品所需观察的结构，得到的能够观察纵向截面形貌的MEMS样品的成功率低，且研磨方式也效率低下。
另一种传统的制备MEMS样品的纵向截面的方式是利用聚焦离子束系统来形成MEMS样品的纵向截面，虽然可以提高制备效率，但是聚焦离子束系统发出的离子束可能难以均匀打到MEMS样品上，形成MEMS样品的纵向截面也会不平整，导致MEMS样品的层次结构也会不清晰，MEMS样品的纵向截面的形貌监控效果也差强人意。
目前是采用裂片的方式例如利用MC600裂片仪来制备MEMS样品的纵向截面，但目前的MEMS样品，一般器件结构中，如器件结构的表面会存在聚酰亚胺(简称PI)层，聚酰亚胺的黏性较大，制备MEMS样品的纵向截面时，会拉扯聚酰亚胺层，极可能使聚酰亚胺覆盖到MEMS样品的纵向截面，这样监控仪器例如SEM(scanning electron microscope，扫描电镜)就观察不到MEMS样品的纵向截面的形貌。
发明内容
基于此，有必要提供一种MEMS样品纵向截面的制备方法以及MEMS样品纵向截面的形貌观察方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种MEMS样品纵向截面的制备方法，包括：
获取MEMS样品；
冷却所述MEMS样品结构中的聚酰亚胺层；
对所述MEMS样品进行裂片处理，形成所述MEMS样品的纵向截面，露出需观察的层次结构。
上述MEMS样品纵向截面的制备方法，采用裂片的方式得到MEMS样品的纵向截面的成功率高，效率也高。对于存在聚酰亚胺层的MEMS样品，经冷却作用后，会使聚酰亚胺层变硬变脆，因此裂片处理MEMS样品时，最终形成的纵向截面也不容易粘上聚酰亚胺，因此就可以较为清晰的观察到MEMS样品纵向截面的形貌。
在其中一个实施例中，所述冷却所述MEMS样品结构中的聚酰亚胺层的步骤是：利用液氮冷却所述MEMS样品结构中的聚酰亚胺层。
在其中一个实施例中，所述获取MEMS样品的步骤包括：
利用金刚石对MEMS硅片进行裂片处理，从所述MEMS硅片中得到含有需要观察形貌区域的部分MEMS硅片；
按照目标尺寸，利用手动裂片仪对所述部分MEMS硅片进行裂片处理，形成为所述目标尺寸的所述MEMS样品。
在其中一个实施例中，利用手动裂片仪对所述部分MEMS硅片进行裂片处理之前的步骤包括：将所述部分MEMS硅片浸泡在液氮中，冷却所述部分MEMS硅片结构中的聚酰亚胺层。
在其中一个实施例中，所述将所述部分MEMS硅片浸泡在液氮中，冷却所述部分MEMS硅片表面的聚酰亚胺层之前的步骤包括：利用保温层包裹住所述部分MEMS硅片中不需要观察形貌的区域，并令剩余区域暴露在空气中；
所述将所述部分MEMS硅片浸泡在液氮中，冷却所述部分MEMS硅片结构中的聚酰亚胺层的步骤是：将所述部分MEMS硅片浸泡在液氮中，冷却暴露于空气中的所述部分MEMS硅片结构中的聚酰亚胺层；
所述将所述部分MEMS硅片浸泡在液氮中，冷却所述部分MEMS硅片表面的聚酰亚胺层之后的步骤包括：去除所述保温层；
所述按照所述目标尺寸，利用手动裂片仪对所述部分MEMS硅片进行裂片处理，形成为所述目标尺寸的所述MEMS样品的步骤则是在所述部分MEMS硅片中浸泡了液氮的区域内，形成为所述目标尺寸的所述MEMS样品。
在其中一个实施例中，所述对所述MEMS样品进行裂片处理，形成所述MEMS样品的纵向截面的步骤是利用MC600裂片仪对所述MEMS样品进行裂片，形成所述MEMS样品的纵向截面。
在其中一个实施例中，所述利用液氮冷却所述MEMS样品结构中的聚酰亚胺层的步骤包括：
在所述MC600裂片仪内装入液氮，利用所述MC600裂片仪对所述MEMS样品喷射液氮。
在其中一个实施例中，所述利用手动裂片仪对所述部分MEMS硅片进行裂片处理，形成所述MEMS样品的步骤是根据PCM图形，利用手动裂片仪对所述部分MEMS硅片进行裂片处理，形成所述MEMS样品。
在其中一个实施例中，所述按照所述目标尺寸，利用手动裂片仪对所述部分MEMS硅片进行裂片处理，形成所述MEMS样品的步骤包括：
获取MC600裂片仪所能处理器件的固有尺寸参数；
按照所述固有尺寸参数进行裂片处理，获取目标尺寸为所述固有尺寸参数的MEMS样品。为了实现上述目的，本发明还提供一种MEMS样品纵向截面的形貌观察方法，所述方法包括：
利用如上任一实施例中所述的方法形成MEMS样品的纵截面；
利用扫描电镜观察所述MEMS样品的纵截面形貌。
附图说明
图1为本发明一个实施例中的MEMS样品纵向截面的制备方法的流程示意图；
图2为本发明一个实施例中的步骤102的流程示意图；
图3为本发明另一个实施例中的MEMS样品纵向截面的制备方法的流程示意图；
图4为本发明一个具体实施例中的MEMS样品纵向截面的制备方法的流程示意图；
图5为本发明一个实施例中的利用扫描电镜得到的MEMS样品的纵截面形貌的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本申请一个实施例中的MEMS样品的制备方法的流程示意图。请参阅图1，本申请实施例中的MEMS样品纵向截面的制备方法，以利用液氮冷却MEMS样品结构中的聚酰亚胺层、且MEMS样品具有目标尺寸为例说明，包括以下步骤：
步骤102，获取为目标尺寸的MEMS样品。因本申请实施例后续裂片步骤中通常是利用裂片仪，例如MC600裂片仪来对MEMS样品进行裂片处理，形成MEMS样品的纵向截面，通常裂片仪对需要裂片的器件的尺寸有一定的要求。例如，对于MC600裂片仪，MEMS样品的尺寸应为20mm*10mm，MC600裂片仪为一种精密芯片裂片系统。具体地，请参阅图2，可采用如下步骤得到为目标尺寸的MEMS样品：
步骤202，利用金刚石对MEMS硅片进行裂片处理，从而形成含需要观察形貌区域的部分MEMS硅片。
具体可以是利用金刚石材料制成的金刚笔对MEMS硅片施加应力，使得MEMS硅片裂开而得到需要进行形貌监控的该部分MEMS硅片。
步骤204，按照目标尺寸，利用手动裂片仪对该部分MEMS硅片进行裂片处理，形成为目标尺寸的MEMS样品。
该目标尺寸可以是MC600裂片仪所能处理器件的固有尺寸参数。那么，具体地，本步骤可获取MC600裂片仪所能处理器件的固有尺寸参数，然后利用手动裂片仪，按照固有尺寸参数对该部分MEMS硅片进行裂片处理，形成目标尺寸为该固有尺寸参数的MEMS样品。
本步骤可根据PCM图形(工艺控制图形)，利用手动裂片仪对该部分MEMS硅片进行裂片处理，形成MEMS样品。PCM图形上设有直通式划片槽，手动裂片仪是按着PCM图形上的直通式划片槽，从该部分MEMS硅片裂片形成MEMS样品。
其中一个实施例中，请参阅图3，在步骤204之前，包括步骤302，即将该部分MEMS硅片浸泡在液氮中，冷却该部分MEMS硅片结构中的聚酰亚胺层。MEMS硅片结构中存在聚酰亚胺层，具体地，MEMS硅片结构的表面可存在聚酰亚胺层，MEMS硅片结构内部也可以存在聚酰亚胺层。
本实施例，形成MEMS样品的纵向截面之前经过了两次液氮冷却处理。利用手动裂片仪得到MEMS样品之前会对该部分MEMS硅片进行液氮冷却处理，然后后续步骤对MEMS样品再次进行液氮冷却处理后才得到MEMS样品的纵向截面，避免MEMS样品从手动裂片仪取出后置于空气会让聚酰亚胺层升温。
其中一个实施例中，请参阅图4，将该部分MEMS硅片浸泡在液氮中，冷却该部分MEMS硅片结构中的聚酰亚胺层之前的步骤包括：步骤402，利用保温层包裹住该部分MEMS硅片不需要观察形貌的区域，并令剩余的区域暴露在空气中。将该部分MEMS硅片浸泡在液氮中，冷却该部分MEMS硅片表面的聚酰亚胺层之后的步骤包括：步骤404，去除保温层。保温层具体可为气凝胶。
那么，将该部分MEMS硅片浸泡在液氮中，冷却该部分MEMS硅片表面的聚酰亚胺层的步骤是：将该部分MEMS硅片浸泡在液氮中，冷却该部分MEMS硅片中暴露于空气中MEMS硅片结构中的聚酰亚胺层。然后利用手动裂片仪对该部分MEMS硅片进行裂片处理，获取目标尺寸的MEMS样品的步骤则是在该部分MEMS硅片中浸泡了液氮的区域内，按照目标尺寸利用手动裂片仪进行裂片处理，从该部分MEMS硅片中形成为目标尺寸的MEMS样品。
本实施例，是从该部分MEMS硅片中浸泡了液氮的区域内，得到MEMS样品，对于该部分MEMS硅片中其他不需要观察形貌的区域则是被保温层覆盖，且还被裂片出来。如此，由于保温层的作用，可以防止暂时不需要观察形貌的MEMS硅片被冻穿，避免对该MEMS硅片的后续观察产生影响。
步骤104，利用液氮冷却MEMS样品结构中的聚酰亚胺层。其他实施例中，可以采用本领域其他惯用冷却方式冷却MEMS样品结构中的聚酰亚胺层。
该MEMS样品结构中含聚酰亚胺层，具体地，MEMS样品结构的表面可存在聚酰亚胺层，MEMS样品结构内部也可以存在聚酰亚胺层。
本步骤可以对MEMS样品喷射液氮，冷却MEMS样品结构中的聚酰亚胺层。
其中一个实施例中，可以对MEMS样品的整个表面喷射液氮，以冷却MEMS样品结构中所有的聚酰亚胺层。
其他实施例中，也可以对MEMS样品表面的局部区域喷射液氮，冷却该局部区域的聚酰亚胺层。该局部区域下存在要观察形貌的层次结构，其他区域的聚酰亚胺层可以不进行冷却，例如可以利用保温层覆盖就可以不被冷却。例如，要观察的是目标MEMS器件中的中间区域的层次结构，可以冷却正对中间区域上的聚酰亚胺层，其他区域则覆盖保温层。本实施例，对局部区域的聚酰亚胺层冷却处理，即便最终得到的MEMS样品剖面结构上不需要观察形貌的区域有聚酰亚胺粘连，也不会影响该局部区域的纵截面形貌观察。且对不需要观察形貌的区域，用保温层覆盖，可以保护该区域的结构不被冻穿，避免对该区域结构的后续观察产生影响。步骤106，对冷却了聚酰亚胺层的MEMS样品进行裂片处理，形成MEMS样品的纵向截面，露出需观察的层次结构。然后，利用扫描电镜观察该MEMS样品的纵截面形貌。在其中一个实施例中，步骤104和步骤106均可以在MC600裂片仪中进行，可以在MC600裂片仪内装入液氮，利用MC600裂片仪对MEMS样品喷射液氮，冷却MEMS样品结构中的聚酰亚胺层，然后利用该MC600裂片仪对MEMS样品裂片处理，形成MEMS样品的纵向截面。
本申请一个具体实施例中，先利用金刚笔对直径为8英寸的硅片进行手动裂片处理，取出含有需要观察形貌的部分MEMS硅片，8英寸的硅片可以是一个8英寸的MEMS硅片。然后用保温层包裹住该部分MEMS硅片中不需要观察形貌的区域，剩余60mm*20mm区域暴露在空气中。然后把该部分MEMS硅片浸泡到液氮中约十秒，该部分MEMS硅片中暴露在空气中的区域被冷却，被保温层覆盖的区域则不被冷却。然后，利用手动裂片仪在该部分MEMS硅片中冷却区域内取出目标尺寸为20mm*10mm的目标MEMS器件，并放入MC600裂片仪中，MC600裂片仪中对20mm*10mm的目标MEMS器件喷射液氮，冷却2秒后，对20mm*10mm的目标MEMS器件进行裂片处理，得到目标MEMS器件的纵向截面，露出需观察的层次结构，形成MEMS样品，后续则是观察MEMS样品的纵向截面的形貌，以监控MEMS样品的层次结构。
本申请的MEMS样品纵向截面的形成方法，采用裂片的方式得到MEMS样品的需观察的层次结构的纵向截面成功率高，效率也高。且因为常压下液氮温度一般可以低至-196℃，因此，对于存在聚酰亚胺层的MEMS样品，经液氮的低温作用冷却后，聚酰亚胺层会变硬变脆，因此在对MEMS样品进行裂片时，最终形成的纵向截面也不容易粘上聚酰亚胺，因此有利于清晰的观察到MEMS样品纵向截面的形貌。
本申请实施例还提出一种MEMS样品纵截面形貌的观察方法，可以利用如上任一实施例中的方法形成MEMS样品的纵截面，然后利用扫描电镜观察MEMS样品的纵截面形貌，以对MEMS样品各工艺步骤形成的层次结构进行监控。
MEMS样品可以是完成了工艺流程的成品，也可以是还未完成工艺流程的半成品。图5中的显示屏上，显示的就是利用扫描电镜得到的MEMS样品的纵截面形貌的示意图。图5中的该MEMS样品是还未完成工艺流程的半成品，该MEMS样品结构内聚酰亚胺层，上表面间隔排列的是曝光显影后保留的光刻胶，利用该光刻胶执行后续的工艺流程。从图5中可以看出，MEMS样品的纵截面没粘连聚酰亚胺层，形貌轮廓较清晰。
MEMS样品为半成品时，观察MEMS样品的纵截面形貌可以监控前序工艺是否合格，以指导后续的MEMS器件的生产。如合格，后续就可以按照这些工艺正式生产MEMS器件。例如该MEMS样品刚完成淀积SiN，如观察的SiN层次结构合格，说明淀积的工艺也是合格的，后续正式生产MEMS器件要淀积SiN时就可以用制备该样品时的SiN淀积工艺。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种MEMS样品纵向截面的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
获取MEMS样品；
冷却所述MEMS样品结构中的聚酰亚胺层；
对所述MEMS样品进行裂片处理，形成所述MEMS样品的纵向截面，露出需观察的层次结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却所述MEMS样品结构中的聚酰亚胺层的步骤是：利用液氮冷却所述MEMS样品结构中的聚酰亚胺层。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取MEMS样品的步骤包括：
利用金刚石对MEMS硅片进行裂片处理，从所述MEMS硅片中得到含有需要观察形貌区域的部分MEMS硅片；
按照目标尺寸，利用手动裂片仪对所述部分MEMS硅片进行裂片处理，形成为所述目标尺寸的所述MEMS样品。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用手动裂片仪对所述部分MEMS硅片进行裂片处理之前的步骤包括：将所述部分MEMS硅片浸泡在液氮中，冷却所述部分MEMS硅片结构中的聚酰亚胺层。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述将所述部分MEMS硅片浸泡在液氮中，冷却所述部分MEMS硅片表面的聚酰亚胺层之前的步骤包括：利用保温层包裹住所述部分MEMS硅片中不需要观察形貌的区域，并令剩余区域暴露在空气中；
所述将所述部分MEMS硅片浸泡在液氮中，冷却所述部分MEMS硅片结构中的聚酰亚胺层的步骤是：将所述部分MEMS硅片浸泡在液氮中，冷却暴露于空气中的所述部分MEMS硅片结构中的聚酰亚胺层；
所述将所述部分MEMS硅片浸泡在液氮中，冷却所述部分MEMS硅片表面的聚酰亚胺层之后的步骤包括：去除所述保温层；
所述按照所述目标尺寸，利用手动裂片仪对所述部分MEMS硅片进行裂片处理，形成为所述目标尺寸的所述MEMS样品的步骤则是在所述部分MEMS硅片中浸泡了液氮的区域内，形成为所述目标尺寸的所述MEMS样品。
6.根据权利要求3-5任一项所述的方法，其特征在于，
所述对所述MEMS样品进行裂片处理，形成所述MEMS样品的纵向截面的步骤是利用MC600裂片仪对所述MEMS样品进行裂片，形成所述MEMS样品的纵向截面。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用液氮冷却所述MEMS样品结构中的聚酰亚胺层的步骤包括：
在所述MC600裂片仪内装入液氮，利用所述MC600裂片仪对所述MEMS样品喷射液氮。
8.根据权利要求3-5和7中任一项所述的方法，其特征在于，所述利用手动裂片仪对所述部分MEMS硅片进行裂片处理，形成所述MEMS样品的步骤是根据PCM图形，利用手动裂片仪对所述部分MEMS硅片进行裂片处理，形成所述MEMS样品。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述按照所述目标尺寸，利用手动裂片仪对所述部分MEMS硅片进行裂片处理，形成所述MEMS样品的步骤包括：
获取MC600裂片仪所能处理器件的固有尺寸参数；
按照所述固有尺寸参数进行裂片处理，获取目标尺寸为所述固有尺寸参数的MEMS样品。
10.一种MEMS样品纵向截面的形貌观察方法，其特征在于，所述方法包括：
利用如权利要求1-9任一项所述的方法形成MEMS样品的纵截面；
利用扫描电镜观察所述MEMS样品的纵截面形貌。
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