ICS31.200 L55 中华人民共和国国家标准 GB/T28276—2012 硅 基MEMS制造技术 体硅溶片工艺规范 Silicon-basedMEMSfabricationtechnology— Specificationfordissolvedwaferprocess 2012-05-11发布 2012-12-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布目 次 前言 Ⅰ ………………………………………………………………………………………………………… 1 范围 1 ……………………………………………………………………………………………………… 2 规范性引用文件 1 ………………………………………………………………………………………… 3 术语和定义 1 ……………………………………………………………………………………………… 4 工艺流程 2 ………………………………………………………………………………………………… 4.1 体硅溶片工艺流程 2 ………………………………………………………………………………… 4.2 硅片加工工艺流程 2 ………………………………………………………………………………… 4.3 玻璃片加工工艺流程 3 ……………………………………………………………………………… 4.4 硅-玻璃键合片工艺流程 4 …………………………………………………………………………… 5 工艺加工能力 4 …………………………………………………………………………………………… 6 工艺保障条件要求 4 ……………………………………………………………………………………… 6.1 人员要求 4 …………………………………………………………………………………………… 6.2 环境要求 4 …………………………………………………………………………………………… 6.3 设备要求 5 …………………………………………………………………………………………… 7 原材料要求 6 ……………………………………………………………………………………………… 8 安全操作要求 6 …………………………………………………………………………………………… 8.1 用电安全 6 …………………………………………………………………………………………… 8.2 化学试剂 6 …………………………………………………………………………………………… 8.3 排废 6 ………………………………………………………………………………………………… 9 工艺检验 6 ………………………………………………………………………………………………… 9.1 总则 6 ………………………………………………………………………………………………… 9.2 关键工序检验 7 ……………………………………………………………………………………… 9.3 最终检验 8 …………………………………………………………………………………………… 附录A(资料性附录) 体硅溶片关键工序检验方法 10 ……………………………………………………GB/T28276—2012 前 言 本标准按照GB/T1.1—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。 本标准起草单位:中国电子科技集团第十三研究所、中机生产力促进中心、北京大学、中国科学院上 海微系统与信息技术研究所。 本标准主要起草人:崔波、罗蓉、刘伟、张大成、熊斌、陈海蓉。 ⅠGB/T28276—2012 硅基MEMS制造技术 体硅溶片工艺规范 1 范围 本标准规定了采用体硅溶片加工工艺进行MEMS器件加工时应遵循的工艺要求和工艺评价规范。 本标准适用于体硅溶片工艺的加工和质量检验。 2 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。 GB50073—2001 洁净厂房设计规范 GB/T19022—2003 测量管理体系 测量过程和测量设备的要求 GB/T26111—2010 微机电系统(MEMS)技术 术语 3 术语和定义 GB/T26111—2010和GB/T19022—2003界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 微机电系统 micro-electromechanicalsystem;MEMS 关键(部件)特征尺寸在亚微米至亚毫米之间,能独立完成机光电等功能的系统。 注1:微机电系统一般包括微型机构、微传感器、微执行器、信号处理和控制、通讯接口电路以及能源等部分。 注2:微机电系统通常需要多学科领域技术的综合应用,例如机、电、光、生物等多种领域。 注3:MEMS主要在美国使用,微系统主要在欧洲使用,微机械主要在日本使用。 [GB/T26111—2010,定义3.1.1] 3.2 体微加工工艺 bulkmicromachining 通过选择性去除部分基底材料实现微结构的微机械加工方法。 注:体微机械工艺式通过化学方法刻蚀去除基底不需要部分的加工方法。通过使用SiO2或SiN掩膜可以保护表 面不被刻蚀。硼参杂层也可以停止表面层以下部分的刻蚀。 [GB/T26111—2010,定义3.5.16] 3.3 体硅溶片工艺 dissolvedwaferprocess 利用硼重掺杂硅在各向异性腐蚀剂中的自停止腐蚀效应实现MEMS结构的硅基加工技术。 注:体硅溶片工艺采用玻璃做支撑材料,利用干法刻蚀技术在经过硼重掺杂的硅片上形成MEMS结构,利用阳极 键合技术实现硅片与玻璃之间的封接,最后采用各向异性腐蚀技术去除多余的硅实现MEMS结构的释放。 3.4 自停止腐蚀 etchstop 利用腐蚀剂对不同材料的腐蚀速度差异使得腐蚀停止在特定材料层上。 1GB/T28276—2012 3.5 浓硼自停止腐蚀层 boronetch-stoplayer 单晶硅片中硼的掺杂浓度大于1×1019cm-3时形成浓硼自停止腐蚀层,浓硼自停止腐蚀层的厚度 由掺杂温度、时间决定。 3.6 工艺容差 machiningallowance 版图设计过程中给工艺加工留出的固定余量。 3.7 加工误差 machiningerror 加工出的硅结构的纵、横向尺寸实测值与设计值之间的差值。 3.8 金硅串联电阻 Au-Sicontactresistance 硅结构与金布线之间的电阻。 4 工艺流程 4.1 体硅溶片工艺流程 体硅溶片工艺包括硅片加工工艺、玻璃片加工工艺和硅-玻璃键合片工艺,工艺流程图如图1所示。 图1 体硅溶片工艺流程图 4.2 硅片加工工艺流程 硅片加工工艺包括下列工序,工艺流程图如图2所示。 a) 硅片材料准备; b)硅片浓硼扩散形成一定厚度的自停止层(G); c)硅片一次光刻; d)硅片一次干法刻蚀形成锚点; e)硅片二次光刻(G); f)硅片二次干法刻蚀形成MEMS结构(G)。 2GB/T28276—2012 a) 硅片材料准备 b) 硅片浓硼扩散(G) c) 硅片一次光刻 d) 硅片一次干法刻蚀 e) 硅片二次光刻(G) f) 硅片二次干法刻蚀(G) 注1:锚点也可以做在玻璃片上。 注2:G表示关键工艺。 图2 硅片加工工艺流程图 4.3 玻璃片加工工艺流程 玻璃片加工工艺包括下列工序,工艺流程图如图3所示。 a) 玻璃片材料准备; b)玻璃片一次光刻; c)玻璃片湿法腐蚀形成锚点; d)玻璃片二次光刻; e)玻璃片金属化(G); f)剥离形成金属布线及焊盘。 a) 玻璃片材料准备 b)玻璃片一次光刻 c) 玻璃片湿法腐蚀 d) 玻璃片二次光刻 e) 玻璃片金属化(G) f) 剥离 注1:锚点也可以做在硅片上。 注2:G表示关键工艺。 图3 玻璃片加工工艺流程图 3GB/T28276—2012 4.4 硅-玻璃键合片工艺流程 硅-玻璃键合片工艺包括下列工序,工艺流程图如图4所示。 a) 采用玻璃片带有金属的一面与硅片带有MEMS结构的一面实现阳极键合(G); b) 划片; c) 采用各向异性腐蚀剂腐蚀硅片至自停止实现MEMS结构的释放。 a) 硅-玻璃阳极键合(G) b) 划片 c) 硅片各向异性腐蚀 注:G表示关键工艺。 图4 硅-玻璃键合片工艺流程图 5 工艺加工能力 ———MEMS结构与玻璃片间隙:2μm~5μm。 ———MEMS结构厚度:10μm~30μm。 ———MEMS结构横向尺寸加工误差:±1μm。 ———MEMS结构横向尺寸工艺容差:1μm。 注:MEMS结构横向尺寸工艺容差、加工误差的保证需要以各项异性自停止腐蚀、浓硼扩散等工艺正常为前提。 ———静电键合对准精度:±4μm。 6 工艺保障条件要求 6.1 人员要求 工艺人员应具有半导体工艺基础知识,熟悉设备性能,经过培训,持有上岗证和工艺操作证。 6.2 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。 4GB/T28276—2012