国家标准 GB/T32816一2016 硅基MEMS制造技术以深刻蚀与键合为核心的工艺集成规范 Silicon-basedMEMSfabrieationtechmology一 Speeifieationforeriterionorthecombination fthedeepetchimgamdomdimgpres 2016-08-29发布 2017-03-01实施国家质量监督检验检疫总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB/T32816一2016 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由全国微机电技术标准化技术委员会(SAC/TC336)提出并归口本标准主要起草单位;北京大学、中机生产力促进中心,大连理工大学北京青鸟元芯微系统科技有限公司本标准主要起草人:张大成、杨芳、李海斌、王玮、何军、黄贤、刘冲、刘伟、邹赫麟、田大宇、姜博岩
GB/T32816一2016 硅基MEMS制造技术以深刻蚀与键合为核心的工艺集成规范范围本标准规定了采用以深刻蚀与键合为核心的工艺集成进行MEMS器件加工时应遵循的工艺要求和质量检验要求本标准适用于基于以深刻蚀与键合为核心的工艺集成的加工和质量检验规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T19022测量管理体系测量过程和测量设备的要求 GB/T26111微机电系统(MEMS)技术术语 GB50073洁净厂房设计规范术语和定义 (GB/T261l1界定的术语和定义适用于本文件工艺流程 4.1概述以深刻蚀和键合为核心的工艺集成包括硅片键合区制备、玻璃片金属电极制备、硅-玻璃阳极键合、深刻蚀结构释放、划片等部分,其中关键工艺用(G)表示 4.2硅片选择 4.2.1硅片材料的选择,如n型或p型轻掺杂或重掺杂,电阻率等,应结合所制造的器件的性能要求和后续工艺需求确定 4.2.2硅片晶面的选择应以后续的工艺选择为依据当后续工艺步骤中使用了氢氧化钾(KOH)或四甲基氢氧化铵(TMAH)腐蚀时,应使用(100)晶面的硅片 4.3键合区制备 4.3.1概述根据设计要求硅片键合区制备可以采用多种方法,分别为干法刻蚀和湿法腐蚀 4.3.2干法刻烛制备使用反应离子刻蚀,形成键合锚点,包括光刻、干法刻蚀、离子注人,退火等工序,如图1所示具体步
GB/T32816一2016 骤如下 a)硅片材料准备 b 硅片表面涂胶; 硅片曝光显影,形成键合区刻蚀掩膜; c d)干法刻蚀,形成键合锚点,锚点高度由实际器件需求确定(将硅片有锚点图形的一面定义为硅片正面,另一面为硅片背面); 去除硅表面光刻胶; f 硅片正面离子注人[n型硅片注人磷(P).p型硅片注人棚(B)、注人后退火] 硅片准备 b 表面涂胶光刻并显影干法刻蚀烛硅图1干法刻烛制备硅片键合区流程图
GB/T32816一2016 去胶 e 表面离子注入光刻胶佳离子进入后t 图1(续 4.3.3氢氧化钾(Ko)或四甲基氢氧化铵(IMAH)湿法腐蚀制备使用KOH(或TMAH)湿法腐蚀,形成键合锚点,包括薄膜制备,光刻、干法刻蚀、湿法腐蚀,离子注人,退火等工序,如图2所示具体步骤如下 a)硅片材料准备; b 硅片表面制备二氧化硅(SiO); e)硅片表面制备氮化硅; d)硅片涂胶,曝光显影,形成键合区刻蚀掩膜(将硅片有锚点图形的一面定义为硅片正面,另一面为硅片背面):; 干法刻蚀硅片正面氮化硅至过刻蚀; e f 湿法腐蚀硅片正面siO至过腐蚀; g去光刻胶[KOH(或TMAH)湿法腐蚀硅至设计深度,锚点高度由实际需求确定]; h)去钾离子(K+)清洗,干法刻蚀正面氮化硅至过刻蚀,湿法腐蚀硅片正面siO 至过腐蚀; 硅片正面离子注人[n型硅片注人磷(P).p型硅片注人碉(B)、注人后退火] 注1:步骤c)为备选步骤当使用KOH腐蚀且深度较小时,或使用TMAH腐蚀时,该步骤可省略注2，步骤)为备选步骤,视步骤e)定当步骤e)不存在时,本步骤省略
GB/T32816一2016 硅片准备表面制备二氧化硅表面制备氮化硅正面光刻并显影干法刻蚀氮化硅图2KOH或TMAH)湿法腐蚀方法制备硅片键合区流程图
GB/T32816一2016 湿法腐烛二氧化硅 Ko或IMAH腐蚀硅 g 去钾离子清洗并去除表面二氧化硅、氮化硅 h 表面离子注入伴光刻胶二氧化硅氨化硅离子让大后硅图2续 4.4玻璃片金属电极制备 4.4.1概述玻璃片金属电极制备可以采用剥离或湿法腐蚀的方法注;建议电极材料为;TV/PV/Au或Cr/Au.
GB/T32816一2016 4.4.2剥离方法制备电极使用剥离方式制备金属电极,包括光刻、湿法腐蚀、金属淀积,光刻胶去除等工序,如图3所示具体步骤如下 a)玻璃片材料准备; b 玻璃片表面涂胶,曝光显影,形成金属电极区腐蚀掩膜; e 逐法岗蚀玻璃,形成电极区域(定义玻璃片有金属电极区图形的一面为玻璃片正面,另一面为玻璃片背面) d)玻璃片正面淀积金属; 湿法去除玻璃片正面光刻胶,再用干法刻蚀去除残余光刻胶玻璃片准备光刻并显影湿法腐蚀玻璃 d 表面淀积金属湿法去除光刻胶玻璃光刻胶金属电极图3利用剥离方法制备玻璃片金属电极
GB/T32816一2016 4.4.3湿法腐蚀制备电极使用湿法腐蚀制备电极,包括金属淀积、光刻、湿法腐蚀等工序,如图4所示具体步骤如下 a)玻璃片材料准备; b 玻璃片表面淀积金属(定义沉积金属的面为玻璃片正面,另一面为玻璃片背面); e)玻璃片正面涂胶,曝光显影,形成金属电极区腐蚀掩膜 d 湿法腐蚀金属,形成金属电极区; e 干法刻蚀去除残余光刻胶玻璃片准备表面淀积金属 b 涂胶光刻并显影 dD 湿法腐蚀金属干法去除光刻胶玻璃光刻胶全属电极图4利用湿法腐蚀方法制备玻璃片金属电极
GB/T32816一2016 4.5硅-玻璃阳极键合硅-玻璃阳极键合工艺包括清洗、对准阳极健合,湿法腐蚀、化学机械抛光(CMP)等工序,如图5所示具体步骤如下硅片,玻璃片键合前清洗 a b)硅片与玻璃片对准并阳极键合(G); 键合片硅面减薄减薄工艺可以采用KOH腐蚀或者CMP抛光工艺当使用KOH腐蚀工艺减薄硅片时,硅片需要采用(100)晶面硅片键合片硅面剩余厚度由实际器件需求确定键合前清洗 a b 阳极键合图5硅-玻璃阳极键合工艺
GB/T32816一2016 硅片减薄玻璃硅金属电梭肖入后硅图5(续 4.6深刻蚀结构释放深刻蚀结构释放工艺可以以刻蚀深度为依据,选择刻蚀掩膜当刻蚀深度较浅时,可以用光刻胶作为刻蚀掩膜当刻蚀深度较深时,需要用金属铝(AI)作为刻蚀掩膜深刻蚀工艺包括清洗、金属淀积、光刻,金属腐蚀、高深宽比干法刻蚀,掩膜去除等工序,如图6所示具体步骤如下键合片清洗 a b)键合片硅面淀积金属铝(AI)(此步骤为可选步骤当使用光刻胶作为刻蚀掩膜时,该步骤可省略); 键合片硅面光刻,定义结构图形; c d)键合片硅面腐蚀金属铝(AI),形成深刻蚀掩膜[此步骤为可选步骤,视步骤b)而定] 高深宽比干法深刻蚀硅,直至键合片硅面穿通,实现结构释放(G); e f 干法刻蚀或湿法腐蚀去除表面刻蚀掩膜键合片清洗 a 图6深刻蚀释放工艺
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GB/T32816一2016 去除表面掩膜佳玻璃金属电极铝掩膜光刻胶离子注入后图6续 4.7划片按相应的步距进行划片工艺保障条件要求 5.1人员要求工艺人员应具有半导体工艺基础知识,熟悉设备操作使用,经过培训 5.2环境要求工序操作的环境直接影响各工序工艺的稳定性与工艺质量,各工序推荐的操作环境见表1 表1环境要求工序名称净化级别(GB50073) 光刻金属化薄膜制备剥离干法刻蚀阳极健合湿法腐蚀离子注人退火化学机械抛光
GB/T32816一2016 5.3设备要求 5.3.1各工序所需设备各工序推荐使用的设备如表2所示表2推荐使用设备工序名称工艺设备检测设备光刻涂胶台,烘箱,热板炉,光刻机.显影台显微镜、表面轮郫仪金属化溅射台,燕发台显微镜,表面轮廓仪薄膜制备氧化炉、化学气相淀积系统显微镜、表面轮仪剥离超声清洗机显微镜显微镜.表面轮帮仪.SEM 干法刻蚀硅深刻蚀设备显微镜阳极键合键合对准设备、圆片键合设备湿法腐蚀湿法腐蚀台显微镜、表面轮廓仪离子注人离子注人机退火退火炉快速退火炉薄层电阻测试仪化学机械抛光化学机械抛光设备显微镜 5.3.2工艺设备验证 5.3.2.1工艺设备应定期进行状态验证验证或鉴定表明设备性能满足工艺技术要求,即确认设备技术状态正常,可以进行正常使用 5.3.2.2验证或鉴定表明性能不能满足工艺技术要求的设备,需进行维修维修后需重新进行技术状态验证 5.3.2.3所有设备按有关规定进行保养,保养后需重新进行技术状态验证 5.3.3测量设备检定/校准测量设备应按GB/T19022的要求进行校准并标识对校准过的设备应有效控制,按规定使用和贮存,以保证校准的有效性原材料要求在以深刻蚀和键合为核心的工艺集成中推荐使用的原材料见表3 应按照相关贮存条件存放,使用经检验合格且在有效期内的材料 12
GB/T32816一2016 表3推荐使用的原材料称规格玻璃片适合用于键合的玻璃片硅片 P型或N型硅单晶片、(100)晶面、电阻率1Qem100ncm 去离子水 18Qcm 氮气 99,999% 氧气 99,999% 分析纯无水乙醇分析纯氢氟酸硫酸(95%98% 分析纯双氧水分析纯光刻胶电子纯四甲基氢氧化铵(TMAHH 分析纯氢氧化钾分析纯安全与环境操作要求 7.1安全操作过程中应严格按照设备操作规程进行操作,注意用电安全,防止事故发生 7.2化学试剂规范各种酸、碱以及有机溶剂的放置对于以上试剂的操作,应在通风柜内进行,并佩戴专用防护用具,对于废液采取专用装置进行回收 7.3排放对于废气,废液的排放应符合相关法规的要求检验总则 8.1 8.1.1每步工序完成后根据各工序检验要求对工艺结果进行在线检验 8.1.2对于直接影响以深刻蚀与键合为核心的工艺集成加工精度的关键工序建立关键工序检验规范，按规范进行关键工序专检 8.1.3建立最终检验规范,按规范对于最终形成的MEMS结构进行检验,剔除不符合检验标准的残次品 8.2硅片干法刻蚀结构释放关键工序检验 8.2.1检验目的判定干法刻蚀后的线宽和干法刻蚀深度是否符合要求 13
GB/T32816一2016 8.2.2检验项目和要求硅片干法刻蚀结构释放工序的检验项目和要求见表4 表4检验项目和要求检验项目序号抽样检验方法检验要求(合格判定) 外观检验每批每片100%检验显微镜目检或者自动检要求刻蚀后表面光请对于直径为100mm的硅使用测量显微镜对干法刻蚀后的干法刻蚀后的线宽满干法刻蚀后线宽片，选5个检测图形;而线宽进行检验,也可使用图像采集足设计要求,以用户方对于150nmm硅片,9个和测试系统对干法刻蚀后的线宽检验提出要求为准检测图形进行对比测试对于直径为100mm的硅干法刻蚀深度应大于干法刻蚀深度片,选5个检测图形;而使用表面轮廓仪测量刻蚀深度自停止层厚度,以用户检验对于150mm 硅片,9个方提出要求为准检测图形 8.3最终检验 8.3.1表面质量显微镜检验MEMS结构完整,表面平滑,无严重翘曲,无变形 MEMS结构完全释放,MEMS结构与结构之间.MEMS结构与玻璃基底之间无粘连 MEMS结构表面无光刻胶和腐蚀残余物等多余污染物 8.3.2加工尺寸 MEMs结构纵、横向尺寸满足设计要求 8.3.3接触电阻单位面积接触电阻满足设计要求,且不大于1mkapm 14

硅基MEMS制造技术以深刻蚀与键合为核心的工艺集成规范GB/T32816-2016

MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）是一种微型电子机械系统，通常由微缩电子元件和微型机械结构组成。它们可以通过微加工技术在硅基底片上制造出来。硅基MEMS技术是目前最为先进的MEMS制造技术之一。

硅基MEMS制造技术主要利用了深刻蚀和键合两种核心工艺。

深刻蚀技术

深刻蚀技术是硅基MEMS中最基础、最重要的工艺之一，它的作用是将硅基底片上的材料刻蚀成需要的形状和结构。深刻蚀技术可以分为干法深刻蚀和湿法深刻蚀两种。其中，干法深刻蚀主要用于制造微机械结构；湿法深刻蚀则用于制造微通道等结构。

深刻蚀技术有许多不同的方法，包括ICP（Inductively Coupled Plasma）深刻蚀、DRIE（Deep Reactive Ion Etching）深刻蚀、Bosch深刻蚀等。这些方法各有特点，可根据不同需要选择使用。

键合技术

键合技术是硅基MEMS中的另一个核心工艺，它的作用是将不同的硅基器件或不同材料的器件通过微焊接技术组装在一起。键合技术可以分为金属键合和无金属键合两种。其中，金属键合主要用于制造惯性传感器和压力传感器等器件；无金属键合则用于制造微通道芯片等结构。

键合技术也有许多不同的方法，包括热压键合、超声波键合、电子束焊接等。这些方法也各有特点，根据需要选择使用。

GB/T32816-2016国家标准

GB/T32816-2016是我国针对MEMS制造技术的工艺集成规范。该规范从制备工艺、图形设计、制作流程、器件加工、环境控制等多个方面对MEMS制造技术进行了详细的规定和说明。

该规范要求MEMS制造企业严格按照规范制作产品，并对产品进行全面的质量控制。这有助于保证MEMS制造产业的健康发展，提高产品的质量和竞争力。