聚焦離子束（FIB）技術(shù)概述

聚焦離子束（FIB）技術(shù)是一種通過離子源產(chǎn)生的離子束，經(jīng)過過濾和靜電磁場聚焦，形成直徑為納米級的高能離子束。這種技術(shù)用于對樣品表面進行精密加工，包括切割、拋光和刻蝕。FIB系統(tǒng)通常建立在掃描電子顯微鏡（SEM）的基礎(chǔ)上，結(jié)合聚焦離子束和能譜分析，能夠在微納米精度加工的同時進行實時觀察和能譜分析，廣泛應(yīng)用于生命科學、材料科學和半導體制造等領(lǐng)域。

MEMS陀螺儀與加速度計原理

微電子機械系統(tǒng)（MEMS）陀螺儀利用科里奧利力原理，即旋轉(zhuǎn)物體在徑向運動時受到的切向力，來對直線運動進行反應(yīng)。MEMS陀螺儀通常配備可移動的電容板，通過測量科里奧利運動引起的電容變化來計算角速度。

MEMS 陀螺儀簡化原理圖

MEMS加速度計的微機械結(jié)構(gòu)由固定電極的定子和可移動電極的動子組成?？梢苿与姌O與懸浮質(zhì)量塊相連，懸浮質(zhì)量塊由彈簧懸掛。當加速度計接收到外界加速度時，由于慣性，懸浮塊和動子會產(chǎn)生相對運動，導致電容變化，從而計算出加速度的大小。金鑒實驗室作為科研與技術(shù)創(chuàng)新的堅實后盾，不斷引進先進的實驗設(shè)備，確保我們的服務(wù)能夠滿足最嚴苛的科研需求。

MEMS 加速度計基本原理圖

MEMS器件的制造與失效分析

通過CMOS微制造工藝，MEMS器件將機械、電磁、集成電路和傳感器集成于一塊微小的半導體硅材料上。MEMS芯片的組件尺寸通常在1~1000μm之間，封裝尺寸介于微米到毫米級別。由于MEMS慣性傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理差異，傳統(tǒng)的半導體分析方法已無法滿足其失效分析的需求。本研究通過FIB雙束系統(tǒng)對MEMS慣性傳感器進行一系列失效分析，探討FIB雙束系統(tǒng)在此過程中的重要性，以指導MEMS傳感器的失效分析流程。

FIB 切割后的焊線區(qū)域圖片

MEMS傳感器的失效模式

在制造、運輸、安裝或應(yīng)用過程中，MEMS傳感器的主要失效模式包括懸梁臂斷裂、梳齒電極斷裂、錨點破損、凸點破損、碎片阻塞懸浮塊以及電極間短路等。當紅外顯微鏡無法找到失效模式時，需要使用更精密的設(shè)備對微機電系統(tǒng)特定部件進行微納米精度的切割移除，以進行深入分析。FIB雙束系統(tǒng)能夠滿足MEMS器件失效分析的高精度和局部可選擇性加工要求，快速高效地進行高精度局部切割，移除相應(yīng)微部件，同時保留其他微部件的完整性。

漏電流分析

對于電容式慣性傳感器，MEMS內(nèi)部動子和定子引出的導線必須連接至ASIC進行信號處理，導線間的信號是對外界物理量感應(yīng)到的交變?nèi)跣⌒盘?，因此對漏電流更為敏感。在實驗中，MEMS電測機測得產(chǎn)品漏電流達毫安級別。將MEMS芯片放入105℃的烤箱烘烤24小時后，進行第二次電測，漏電流現(xiàn)象消失。然而，當芯片在溫濕度（85℃，85%RH）環(huán)境中存儲后，漏電流再次出現(xiàn)。初步推斷失效模式為封裝模封體中存在空洞或裂縫，導致水汽在高溫高濕環(huán)境中進入并存儲，從而降低模封體的阻抗，出現(xiàn)漏電流。

懸浮塊移除

確認失效現(xiàn)象后，使用FIB-SEM-EDS雙束系統(tǒng)對模封體進行微納米定位切割，切割位置為出現(xiàn)漏電流的兩根導線的焊盤及其之間的區(qū)域。切割前，使用平行研磨機對模封體和晶粒進行減薄處理，晶粒剩余厚度約為30μm。切割后觀察焊線和焊盤，可以發(fā)現(xiàn)裂縫存在于模封體和焊盤之間的界面中，并貫穿于兩根導線之間。

結(jié)構(gòu)損傷與顆粒分析

在MEMS器件中，當外界運動物理量過大時，懸浮塊和固定電極、錨點易發(fā)生機械碰撞，導致結(jié)構(gòu)損壞。此外，微機電系統(tǒng)內(nèi)部的固體顆?；蛲馕镆矔璧K懸浮塊的正常運動，導致輸出異常。因此，在電性能輸出存在異常的MEMS器件進行失效分析時，MEMS晶粒將是重點分析對象。

梳齒電極間的顆粒

為了方便大家對材料進行深入的失效分析及研究，Dual Beam FIB-SEM業(yè)務(wù)，包括透射電鏡( TEM)樣品制備，材料微觀截面截取與觀察、樣品微觀刻蝕與沉積以及材料三維成像及分析等。使用FIB雙束系統(tǒng)對靈敏度和零輸入偏差存在異常的MEMS器件進行失效分析，通過FIB對MEMS晶粒頂蓋進行切割移除，再使用SEM觀察內(nèi)部微機電結(jié)構(gòu)，最后使用EDS對可疑物質(zhì)進行能譜分析，以找出失效模式。