1、ICS 31. 200 L 55 道国中华人民共和国国家标准GB/T 28276-2012 2012-05-11发布硅基MEMS制造技术体硅溶片工艺规范Silicon-based MEMS fabrication technology 一Specification for dissolved wafer process 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2012-12-01实施发布GB/T 28276-2012 目次前言.1 1范围.2 规范性引用文件-3 术语和定义4 工艺流程24.1 体硅溶片工艺流程.2 4.2 硅片加工工艺流程24.3 玻璃片加工工艺流程4.
2、4 硅-玻璃键合片工艺流程.4 5 工艺加工能力46 工艺保障条件要求.46. 1 人员要求.4 6.2 环境要求.46.3 设备要求7 原材料要求.6 8 安全操作要求.68.1 用电安全68.2 化学试剂-8.3 排废9 工艺检验-9.1 总则9.2 关键工序检验9.3 最终检验.8附录A(资料性附录)体硅榕片关键工序检验方法10GB/T 28276-2012 目U昌本标准按照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
3、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。I 硅基MEMS制造技术体硅溶片工艺规范GB/T 28276-2012 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。本标准适用于体硅榕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。GB 50073-2001 洁净厂房设计规范GB/T 19022-2003 测量管理体系测量过程和测量设备的要求GB/T 26111-2010微机电
4、系统(MEMS)技术术语3 术语和定义3. 1 3.2 3.3 3.4 GB/T 26111-2010和GB/T19022-2003界定的以及下列术语和定义适用于本文件。微机电系统micro-electromechanical system; 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/T 26111-2
5、010，定义3.1.1J 体微加工工艺bulk micromachining 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z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SiO，或SiN掩膜可以保护表面不被刻蚀。础参杂层也可以停止表面层以下部分的刻蚀。GB/T 26111-2010，定义3.5. 16J 体硅语片工艺dissolved wafer process 利用棚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棚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
6、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。自停止腐蚀etch stop 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。1 GB/T 28276-2012 3.5 浓础自停止腐蚀层boron etch-stop layer 单晶硅片中砌的掺杂浓度大于lXl019cm-3时形成浓跚自停止腐蚀层，浓棚自停止腐蚀层的厚度由掺杂温度、时间决定。3.6 3. 7 3.8 工艺容差machining allowance 版图设计过程中给工艺加工留出的固定余量。加工误差machining error 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。金硅串联
7、电阻All-Si contact resistance 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。圄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zb) 硅片浓棚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ze) 硅片二次光刻(G); f) 硅片二次干法刻蚀形成MEMS结构(G)。2 a) 硅片材料准备c) 硅片一次光刻e) 硅片二次光J(G)注，:锚点也可以做在玻璃片上。注2:G
8、表示关键工艺。4.3 瑕璃片加工工艺流程图2硅片加工工艺流程图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zb) 玻璃片一次光刻pc) 玻璃片湿法腐蚀形成锚点pd玻璃片二次光刻ze) 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c) 玻璃片湿法腐蚀e) 玻璃片金属化(G)注，: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圄G/T 28276-2012 b) 硅片浓翻扩散(G)d) 硅片一次干法刻蚀f) 硅片二次干法刻蚀(G)b)玻璃片一次光刻d) 玻璃片二次光刻。清j菌3 GB/T 28276-2012 4.4 硅玻璃
9、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)c) 硅片各向异性腐蚀注:G表示关键工艺。圄4硅玻璃键合片工艺流程图5 工艺加工能力一-MEMS结构与玻璃片间隙:2m-5mo-MEMS结构厚度;10m;30m。一-MEMS结构横向尺寸加工误差:f:1mo-MEMS结构横向尺寸工艺容差:1m。b) 划片注: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、浓砌扩散等工艺正常为
10、前提。一-静电键合对准精度z士4mo6 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104 GB/T 28276-2012 表1体硅溶片工艺备工序对环境的要求工序名称净化级别(GB 50073-2001) 扩散6 光刻5 金属化6 剥离6 干法刻蚀6 阳极键合5 划片7 硅片各向异性腐蚀7 L_一一一一一6.3 设备要求6.3. 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体硅溶片工艺备工序推荐使用的设备工序名称工艺设备测
11、量设备扩散清洗台、甩干机、氧化扩散炉、硅片各向异性腐蚀台显微镜光刻涂胶台、烘箱、热板炉、光刻机、显影台显微镜、表面轮廓仪金属化溅射台、蒸发台显微镜、表面轮廓仪剥离超声清洗机显微镜干法刻蚀ICP 显微镜、表面轮廓仪、SEM阳极键合键合对位设备、圆片键合设备显微镜、探针台、数字万用表划片工艺划片机显微镜、百分表硅片各向异性腐蚀硅片各向异性腐蚀台、热板炉显微镜6.3.2 工艺设备验证6.3.2. 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的，即确认设备技术状态正常，可以进行正常使用。6.3.2.2 验证或鉴定表明性能不能满足工艺技术要求的设备，需进行设备维修。设备修复后需
12、重新进行技术状态验证，验证或鉴定表明设备性能满足工艺技术要求后，才可以进行正常使用。6.3.2.3 所有设备按有关规定进行设备保养，设备进行定期保养后，需重新进行技术状态验证。6.3.3 测量设备检定/校准测量设备应按GB/T19022-2003的要求进行校准。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。校准后的设备应按GB/T19022-2003的要求进行标识。保证所使用的GB/T 28276-2012 测量设备能够满足测量要求。7 原材料要求在体硅溶片工艺中推荐使用的原材料见表3。应严格按照相关贮存条件存放，应使用经检验合格且在有效期内的材料。表3体硅溶片工艺推荐使用的
13、原材料名称规格玻璃片TEMPAX玻璃、Pyrex玻璃、SD2玻璃、AF45玻璃等硅片P型或N型硅单晶片、(100)晶面、电阻率(1100)O.cm 去离子水18 MO. cm 氮气99.999% 氧气99.999% 元水乙醇分析纯氢氟酸分析纯硫酸(95%98%)分析纯双氧水分析纯光刻胶电子纯四甲基氢氧化镀分析纯氢氧化镀分析纯8 安全操作要求8. 1 用电安全操作过程中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。8.2 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，必须在通风柜内进行，并佩戴专用防护用具，对于废液采取专用装置进行回收。8.3 排庭对于废气、废液的排放
14、应符合中华人民共和国环境保护条例以及地方关于环境保护的条例。9 工艺检验9. 1 总则9. 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。GB/T 28276-2012 9. 1. 2 对于直接影响体硅溶片工艺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。9.1.3 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。9.2 关键工序检验9.2. 1 浓珊扩散9. 2. 1. 1 检验目的判定自停止层厚度是否符合要求。9.2. 1. 2 检验项目和要求浓珊扩散工序的检验项目和要求见表4，检验方法可参见表A.lo表4浓珊扩
15、散工序的检验项目和要求序号检验项目1 外观检验2 自停止层厚度检验aa该检验方法为破坏性。9.2.2 硅片二次光刻9.2.2.1 检验目的抽样检验要求每批每片100%检验扩散后表面无合金点、无破坏点、元白雾、表面光洁每批抽验2片自停止层厚度满足设计要求判定硅片二次光刻线宽精度是否符合要求。9.2.2.2 检验项目和要求硅片二次光刻工序的检验项目和要求见表5，检验方法可参见表A.20表5硅片二次光刻工序的检验项目和;要求检验项目外观检验光刻线宽检验9.2.3 硅片二次干法J蚀9.2.3.1 检验目的抽样检验要求每批每片100%检验|要求胶表面均匀、清洁、元沾污每批每片100%检验|光刻线宽满足设
16、计要求一-判定干法刻蚀后的线宽精度是否符合要求。一-判定干法刻蚀深度是否符合要求。9.2.3.2 检验项目和要求硅片二次干法刻蚀工序的检验项目和要求见表6，检验方法可参见表A.3。7 GB/T 28276-2012 序号检验项目1 外观检验2 干法刻蚀后线宽检验3 干法刻蚀深度检验9.2.4 玻璃片金属化9.2.4. 1 检验目的表6硅片二次干法刻蚀工序的检验项目和要求抽样检验要求每批每片100%检验要求刻蚀后表面光洁、元黑硅每批每片100%检验干法刻蚀后的线宽精度满足设计要求每批每片100%检验干法刻蚀深度应大于自停止层厚度判定金属层厚度是否符合要求。9.2.4.2 检验项目和要求玻璃片二次
17、金属化工序的检验项目和要求见表7，检验方法可参见表A.40 表7玻璃片二次金属化工序的检验项目和要求9.2.5 阳极键合9.2.5.1 栓验目的抽样检验要求每批每片100%检验|要求金属化表面致密光亮、无沾污和划痕、元波纹状起伏每批每片100%检验|金属层厚度范围20nm-100 nm 判定阳极键合质量是否符合要求。9.2.5.2 检验项目和要求阳极键合工序的检验项目和要求见表8，检验方法可参见表A.50表8阳极键合工序的检验项目和要求序号检验项目抽样检验要求要求键合后圆片表面元裂痕。使用显微镜观察键合界面颜1 外观检验每批每片100%检验色，键合界面颜色呈灰黑色为正常，键合界面颜色发白或有彩
18、色条纹为不合格2 金硅串联电阻检验每批每片100%检验金硅串联电阻小于100n 9.3 最终检验9.3. 1 表面质量显微镜检验MEMS结构完整、表面平滑，元严重翘曲、元变形。MEMS结构完全释放，MEMS结8 GB/T 28276-2012 构与结构之间、MEMS结构与玻璃基底之间无粘连。MEMS结构表面元光刻肢和腐蚀残余物等多余污染物。9.3.2 加工尺寸MEMS结构纵、横向尺寸满足设计要求。9 GB/T 28276-2012 附录A(资料性附录)体硅溶片关键工序检验方法表A.1浓翻扩散工序的检验项目和检验方法序号检验项目检验方法1 外观检验显微镜目检2 自停止层厚度检验a用金刚刀解理拍检
19、样片，使用各向异性腐蚀剂腐蚀。士0.2)h，采用测量显微镜测量自停止层厚度a该检验方法为破坏性。表A.2硅片二次光J工序的检验项目和检验方法序号检验项目检验方法1 外观检验显微镜检验2 光刻线宽检验使用测量显微镜对光刻线宽进行检验，也可使用图像采集和测试系统对光刻线宽进行比对测试表A.3硅片二次干法刻蚀工序的检验项目和检验方法序号检验项目检验方法1 外观检验显微镜目检干法刻蚀后线宽检验使用测量显微镜对干法刻蚀后的线宽进行检验，也可使用图像采集和测2 试系统对干法刻蚀后的线宽进行对比测试干法刻蚀深度检验使用表面轮廓仪测量刻蚀深度。使表面轮廓仪的指针扫过硅片表面与3 刻蚀形成的底面，测出的高度值即
20、是干法刻蚀深度表A.4玻璃片二次金属化工序的检验项目和检验方法序号检验项目检验方法1 外观检验显微镜目检金属层厚度检验使用表面轮廓仪测量金属层厚度。使表面轮廓仪的指针扫过金属表面2 与玻璃衬底表面，测出的高度值即是金属层厚度10 GB/T 28276-2012 表A.5阳极键合工序的检验项目和检验方法序号检验项目检验方法1 外观检验显微镜目检2 金硅串联电阻检验使用探针台及半导体图示仪测量金硅接触电阻。将探针台两根探针分别压于硅结构与金属表面，半导体图示仪显示读数即为金硅接触电阻NFON-uhNNH阁。国华人民共和国家标准硅基MEMS制造技术体硅溶片工艺规范GB/T 28276-2012 中* 中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号(100013)北京市西城区三里河北街16号(100045)网址总编室:(010)64275323发行中心:(010)51780235读者服务部:(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销争6开本880X 1230 1/16 印张1字数22千字2012年11月第一版2012年11月第一次印刷祷书号:155066 1-45573定价18.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68510107GB/T 28276-2012 打印日期:2012年12月18日F008AOO
