MEMS应用中悬浮活性硅膜厚度测量

简介

硅基底的传感器因其高性能、低成本和小尺寸而广泛应用于不同的MEMS微机电系统。悬浮在图案上的硅膜或基于SOI的传感器上的活性硅层的厚度对于控制最终平台的性能至关重要[1]。在这里，我们已经在一个MEMS微机电系统压力传感器上测量了硅薄膜厚度，使用的是孔径为250μm的FR-μProbe，该工具安装在一个徕卡分模光学显微镜上。使用10倍物镜进行测量，该物镜与选定的孔径大小一起对应于25μm的光斑大小(测量区域)。

使用内部光源将FR-μProbe安装在光学显微镜上

测量方法

获得的典型实验反射光谱(黑线)和由FR-Monitor软件记录的拟合反射光谱(红线)如下图所示。

图1显示了对传感器的SOI区域的测量，其中对活性硅与埋态氧化物同时进行了厚度测量。二氧化硅薄膜的厚度值在759.2nm测量，而硅薄膜在5320.1nm测量。

图1. MEMS微机电系统压力传感器上SOI区域的实验和拟合反射光谱，以及测量的厚度值。

图2显示了对传感器的图案化悬浮硅区域的测量，其中再次对活性硅与埋态氧化物同时进行了厚度测量。测得二氧化硅薄膜的厚度值在759.2nm处相同，而硅薄膜在5329.1μm处的顶部，比SOI区域的厚度值高9nm。

图2. MEMS微机电系统压力传感器上悬浮硅区域的实验和拟合反射光谱，以及测量的厚度值。

结论

参数测试系统FR-uProbe是一个、功能强大的工具，用于局部测量斑点尺寸低至2μm的层的厚度。由于其模块化设计，可安装在任何三眼光学显微镜上，从而增强显微镜的性能，而不会对其性能产生任何影响。

References:

[1] J. Su, X. Zhang, G. Zhou, C. Xia, W. Zhou, and Q. Huang, “Areview: crystalline silicon membranes over sealed cavities for pressure sensorsby using silicon migration technology," J. Semicond., vol. 39, no. 7, pp. 1–7,2018.

FR-μProbe通过光学显微镜在各种模式下进行光学测量，例如吸收率，透射率，反射率和荧光 。该工具包含两个光学组件：一个在显微镜支持的光谱范围内运行的光谱仪，和一个可安装在任何三目光学显微镜的C端口上的模块。用于测量的光源是光学显微镜中的可用光源。收集信号的大小区域由所用物镜的放大倍率定义。通常对于50倍物镜，监视区域是直径约为5μm的圆形。通过使用更高放大倍率或更小孔径的物镜可进一步减少收集面积。通过测量反射率，可计算出所研究的薄膜和厚膜叠层区域的膜厚和光学常数（n＆k）。

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