具有超薄氮化硅观察窗口的TEM液体测试芯片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有超薄氮化硅观察窗口的TEM液体测试芯片。所述测试芯片包括：隔离层、第一绝缘膜、第二绝缘膜、上芯片、下芯片以及支撑层；所述上芯片具有朝向下芯片凸起的凸台，所述凸台具有第一通孔，所述第一绝缘膜覆盖凸台的表面及第一通孔在凸台表面上的开口；所述下芯片具有第二通孔，所述第二绝缘膜覆盖第二通孔在下芯片表面上的开口；所述支撑层夹设在上芯片、下芯片之间，使上芯片的凸台卡设至支撑层形成的凹槽中，形成封闭的检测腔室。第一通孔与第二通孔垂直相交设置，所述隔离层夹设在第一、二绝缘膜之间。本实用新型专利技术采用光刻胶在下芯片上形成凹槽结构，可以有效避免因湿法腐蚀对LPCVD沉积设备造成的金属离子污染。

TEM liquid test chip with ultra-thin silicon nitride observation window

The utility model discloses a TEM liquid test chip with ultra-thin silicon nitride observation window. The test chip includes a isolation layer, a first insulating film, a second insulating film, an upper chip, a lower chip, and a supporting layer; the upper chip has a convex platform facing the lower chip, the protruding platform has a first pass hole, the first insulating film covers the surface of the protruding platform and the opening of the first through hole on the protruding surface. The chip has second through holes, and the second insulating film covers the opening of the second hole on the surface of the lower chip. The support layer is sandwiched between the upper chip and the lower chip, so that the convex platform card of the upper chip is arranged in the groove formed by the support layer to form a closed detection chamber. The first through hole is vertically intersected with the second through-hole, and the isolation layer is sandwiched between the first, second insulating films. The utility model uses a photoresist to form a groove structure on the lower chip, which can effectively avoid the metal ion pollution caused by wet etching to the LPCVD deposition device.

【技术实现步骤摘要】
具有超薄氮化硅观察窗口的TEM液体测试芯片
本技术涉及一种TEM液体测试芯片，尤其是涉及一种具有超薄氮化硅观察窗口的TEM液体测试芯片，属于透射电镜测试器件

技术介绍
随着物体表征科学和技术的不断进步，以电子束为光源的透射电子显微镜(TEM)以其超高的分辨率(≥0.2nm)成为获取材料化学成分、晶格结构和高分辨图像的重要工具。同时，为了保证TEM观察室内超高的真空环境，一般的TEM检测手段是不允许液体样品进入的，只有类似离子液体的不易挥发的液体样品才可以。但是在许多化学和生物实验中，需要在一般的液体环境中对材料和生物细胞等进行观测。为了解决这一难题，国外研究者采用O型橡胶圈(或环氧树脂)将芯片和特制TEM样品杆紧密连接在一起，并通过特制TEM样品杆将待测液体样品通入芯片中的方式实现了对液体样品的封存观测。但是这一方案也存在着成本价高(购买特定样品杆)和漏液风险大(封存的液体较多)的问题。为了解决液体样品观测的局限性并进一步降低成本，在本案专利技术人已申请的专利(CN106290411A)中，公开了一种原位固-液相界面化学反应的自对准装置，其中包含了一种可封装微量液体进行TEM原位测试的液体芯片结构，如图1所示，其包括上芯片100'、下芯片200'、硅201'、氮化硅300'、金400'，该结构突破了电镜真空环境对液体样品检测的限制，极有效地扩展了电子显微镜的应用。在该专利中，本案专利技术人利用半导体微纳加工工艺制备了具有氮化硅薄膜做电子显微镜观测窗口的液体芯片。该液体芯片分为上、下芯片两部分，使用时现在下芯片凹槽中滴入待观测液体，然后将上芯片盖在下芯片上，上芯片的下部凸起正好嵌入下芯片的凹槽中使多余的液体从侧边排除，芯片中间留下由金属层厚度控制的液体观测层。电子显微镜中的电子束可以通过上下芯片中间的氮化硅窗口对封存的液体进行观测。上述现有技术虽然有效解决了TEM中液体观测的局限性和成本太高的问题，但是在其生产中也存在一定的问题。1.在现有技术中，下芯片的生产过程需要先在硅片正面湿法腐蚀出100μm的凹槽然后利用LPCVD在凹槽底部生长一层低应力氮化硅薄膜作为下芯片的观察窗口材料，最后通过在硅片背面再次腐蚀100μm深的凹槽形成悬空的氮化硅薄膜做观察窗。但是，在硅片的腐蚀过程中，通常用的氢氧化钠或氢氧化钾腐蚀液很容易在硅片上产生金属离子残留，从而对LPCVD设备造成污染。2.下芯片湿法腐蚀形成的凹槽底部与初始的双抛硅片表面相比，硅表面粗糙度比较大，导致LPCVD沉积的氮化硅薄膜粗糙度也比较大，因此不适于减薄形成厚度更薄的均匀一致的超薄氮化硅膜观察窗口，也不利于液体芯片检测性能的进一步提升。
技术实现思路
本技术的主要目的在于提供一种具有超薄氮化硅观察窗口的TEM液体测试芯片，以克服现有技术中的不足。为实现前述目的，本技术采用的技术方案包括：本技术实施例提供了一种具有超薄氮化硅观察窗口的TEM液体测试芯片，其包括：隔离层、第一绝缘膜、第二绝缘膜、上芯片、下芯片以及支撑层；所述上芯片具有朝向所述下芯片凸起的凸台，所述凸台中具有第一通孔，所述第一绝缘膜覆盖所述凸台的表面及所述第一通孔在所述凸台的表面上的开口；所述下芯片具有第二通孔，所述第二绝缘膜覆盖所述第二通孔在所述下芯片表面上的开口；所述支撑层固定设置于所述下芯片的表面，并夹设在所述上芯片、下芯片之间，使上芯片的凸台卡设至支撑层形成的凹槽中，使所述上芯片、下芯片及支撑层密封连接，并且所述第一通孔与所述第二通孔垂直相交设置，所述隔离层夹设在所述第一绝缘膜与所述第二绝缘膜之间。作为优选方案之一，所述上芯片具有第一表面和第二表面，所述第二表面为所述凸台的表面，所述第一绝缘膜覆盖在所述第二表面上，所述第一表面上设置有第三绝缘膜。进一步的，所述下芯片具有第三表面和第四表面，所述第二绝缘膜覆盖在所述第三表面上，所述第四表面上设置有第四绝缘膜。作为优选方案之一，所述第一通孔的尺寸沿着远离所述第二通孔的方向逐渐增大。进一步的，所述第二通孔的尺寸沿着远离所述第一通孔的方向逐渐增大。进一步的，第一通孔与第二通孔垂直相交放置，窗口的重合区即为对应的电子束观测区对应设置。进一步的，所述第一绝缘膜、所述第二绝缘膜、第三绝缘膜或所述第四绝缘膜的厚度为20～30nm。进一步的，所述第一绝缘膜、所述第二绝缘膜、所述第三绝缘膜和所述第四绝缘膜中的任意一种或两种以上的组合均由低应力氮化硅形成。作为优选方案之一，所述上芯片包括设置于所述凸台两侧的凹下部，所述支撑层的上表面与所述凹下部的表面紧密贴合，所述支撑层的下表面与所述第二绝缘膜固定连接，在所述支撑层与第二绝缘膜之间形成储液槽结构。进一步的，所述支撑层的厚度为80～120μm。优选的，所述支撑层的材质包括绝缘膜和/或光刻胶。进一步的，所述绝缘膜的材质包括SiO2和SiN等，但不限于此。进一步的，所述光刻胶包括SU-8光刻胶等，但不限于此。进一步的，所述隔离层的厚度为50～200nm。优选的，所述隔离层的材质包括金、铂和铬等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。与现有技术相比，本技术的优点包括：1)本技术通过采用光刻胶在下芯片上形成凹槽结构来代替湿法腐蚀硅片形成储液凹槽结构，由于本技术无需进行第二次LPCVD沉积，可以有效避免中间生产环节中因湿法腐蚀对LPCVD沉积设备造成的金属离子污染，有效避免了对LPCVD设备的离子沾污问题。2)本技术的TEM液体测试芯片采用光刻胶在热板加热固化后可以非常坚固的粘在硅基片上，同时还具有非常好的稳定性，因此可以用做储液槽侧壁结构。3)本技术中是采用工艺最初LPCVD生长在双抛硅片上的氮化硅膜做窗口，生长的薄膜材料致密均匀平整，可以通过热磷酸溶液进行减薄，获得高质量的具有超薄氮化硅薄膜(20-30nm)做观测窗口的TEM液体芯片，对TEM观测液体的精度有很大的提高，从而可以获得所封液体更清晰的成像，有效的提高TEM液体芯片的观测性能，是对液体芯片检测性能的进一步提高。。4)本技术中的硅基片表面是平整的，因此可以在光刻胶做凹槽结构前先在下芯片表面沉积所需要的图形化电极，进一步提高液体芯片的检测性能。附图说明图1是现有技术中液体测试芯片的结构示意图；图2是本技术一典型实施例中具有超薄氮化硅观察窗口的TEM液体测试芯片的结构示意图；图3、图4分别为本技术一典型实施例的上芯片、下芯片的俯视图；图5是本技术一典型实施例中具有超薄氮化硅观察窗口的TEM液体测试芯片的下芯片的制备方法流程示意图；图6是本技术一典型实施例中具有超薄氮化硅观察窗口的TEM液体测试芯片的上芯片的制备方法流程示意图。附图说明：100'-上芯片，200'-下芯片，201'-硅，300'-氮化硅，400'-金，100-上芯片，110-凸台，120-第一通孔，101-第一绝缘膜，103-第三绝缘膜，200-下芯片，210-第二通孔，202-第二绝缘膜，204-第四绝缘膜，300-隔离层，400-支撑层，500-环氧树脂AB胶。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。但本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有超薄氮化硅观察窗口的TEM液体测试芯片，其特征在于包括：隔离层、第一绝缘膜、第二绝缘膜、上芯片、下芯片以及支撑层；所述上芯片具有朝向所述下芯片凸起的凸台，所述凸台中具有第一通孔，所述第一绝缘膜覆盖所述凸台的表面及所述第一通孔在所述凸台的表面上的开口；所述下芯片具有第二通孔，所述第二绝缘膜覆盖所述第二通孔在所述下芯片表面上的开口；所述支撑层固定设置于所述下芯片的表面，并夹设在所述上芯片、下芯片之间，使上芯片的凸台卡设至支撑层形成的凹槽中，使所述上芯片、下芯片及支撑层密封连接，并且所述第一通孔与所述第二通孔垂直相交设置，所述隔离层夹设在所述第一绝缘膜与所述第二绝缘膜之间。

【技术特征摘要】
1.一种具有超薄氮化硅观察窗口的TEM液体测试芯片，其特征在于包括：隔离层、第一绝缘膜、第二绝缘膜、上芯片、下芯片以及支撑层；所述上芯片具有朝向所述下芯片凸起的凸台，所述凸台中具有第一通孔，所述第一绝缘膜覆盖所述凸台的表面及所述第一通孔在所述凸台的表面上的开口；所述下芯片具有第二通孔，所述第二绝缘膜覆盖所述第二通孔在所述下芯片表面上的开口；所述支撑层固定设置于所述下芯片的表面，并夹设在所述上芯片、下芯片之间，使上芯片的凸台卡设至支撑层形成的凹槽中，使所述上芯片、下芯片及支撑层密封连接，并且所述第一通孔与所述第二通孔垂直相交设置，所述隔离层夹设在所述第一绝缘膜与所述第二绝缘膜之间。2.根据权利要求1所述的具有超薄氮化硅观察窗口的TEM液体测试芯片，其特征在于：所述上芯片具有第一表面和第二表面，所述第二表面为所述凸台的表面，所述第一绝缘膜覆盖在所述第二表面上，所述第一表面上设置有第三绝缘膜。3.根据权利要求2所述的具有超薄氮化硅观察窗口的TEM液体测试芯片，其特征在于：所述下芯片具有第三表面和第四表面，所述第二绝缘膜覆盖在所述第三表面上，所述第四表面上设置有第四绝缘膜。4.根据权利要求1-3中任一项所述的具有超薄氮化硅观察窗口的TEM液体测试芯片，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃钢，赵美珍，周莉莎，李洪飞，
申请(专利权)人：南通盟维芯片科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32