ICS31.200 L55 中华人民共和国国家标准 GB/T32816—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-basedMEMSfabricationtechnology— Specificationforcriterionofthecombination ofthedeepetchingandbondingprocess 2016-08-29发布 2017-03-01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 1 ………………………………………………………………………………………………… 4.1 概述 1 ………………………………………………………………………………………………… 4.2 硅片选择 1 …………………………………………………………………………………………… 4.3 键合区制备 1 ………………………………………………………………………………………… 4.4 玻璃片金属电极制备 5 ……………………………………………………………………………… 4.5 硅-玻璃阳极键合 8 …………………………………………………………………………………… 4.6 深刻蚀结构释放 9 …………………………………………………………………………………… 4.7 划片 11 ………………………………………………………………………………………………… 5 工艺保障条件要求 11 ……………………………………………………………………………………… 5.1 人员要求 11 …………………………………………………………………………………………… 5.2 环境要求 11 …………………………………………………………………………………………… 5.3 设备要求 12 …………………………………………………………………………………………… 6 原材料要求 12 ……………………………………………………………………………………………… 7 安全与环境操作要求 13 …………………………………………………………………………………… 7.1 安全 13 ………………………………………………………………………………………………… 7.2 化学试剂 13 …………………………………………………………………………………………… 7.3 排放 13 ………………………………………………………………………………………………… 8 检验 13 ……………………………………………………………………………………………………… 8.1 总则 13 ………………………………………………………………………………………………… 8.2 硅片干法刻蚀结构释放关键工序检验 13 …………………………………………………………… 8.3 最终检验 14 ……………………………………………………………………………………………GB/T32816—2016 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。 ⅠGB/T32816—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 1 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。 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。 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 3 术语和定义 GB/T26111界定的术语和定义适用于本文件。 4 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 干法刻蚀制备 使用反应离子刻蚀,形成键合锚点,包括光刻、干法刻蚀、离子注入、退火等工序,如图1所示具体步 1GB/T32816—2016 骤如下: a) 硅片材料准备; b) 硅片表面涂胶; c) 硅片曝光显影,形成键合区刻蚀掩膜; 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); e) 去除硅表面光刻胶; f) 硅片正面离子注入[n型硅片注入磷(P)、p型硅片注入硼(B)、注入后退火]。 a) 硅片准备 b) 表面涂胶 c) 光刻并显影 d) 干法刻蚀硅 图1 干法刻蚀制备硅片键合区流程图 2GB/T32816—2016 e) 去胶 f) 表面离子注入 图1(续) 4.3.3 氢氧化钾(KOH)或四甲基氢氧化铵(TMAH)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 注入、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(SiO2); c) 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); e) 干法刻蚀硅片正面氮化硅至过刻蚀; f) 湿法腐蚀硅片正面SiO2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SiO2至过腐蚀; i) 硅片正面离子注入[n型硅片注入磷(P)、p型硅片注入硼(B)、注入后退火]。 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e)为备选步骤,视步骤c)定。当步骤c)不存在时,本步骤省略。 3GB/T32816—2016 a) 硅片准备 b) 表面制备二氧化硅 c) 表面制备氮化硅 d) 正面光刻并显影 e) 干法刻蚀氮化硅 图2 KOH(或TMAH)湿法腐蚀方法制备硅片键合区流程图 4GB/T32816—2016 f) 湿法腐蚀二氧化硅 g) KOH或TMAH腐蚀硅 h) 去钾离子清洗并去除表面二氧化硅、氮化硅 i) 表面离子注入 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:Ti/Pt/Au或Cr/Au。 5GB/T32816—2016