style="width:8.96658in" />class="anchor">GB/T 32815—2016 本文是学习GB-T 32815-2016 硅基MEMS制造技术 体硅压阻加工工艺规范. 而整理的学习笔记,分享出来希望更多人受益,如果存在侵权请及时联系我们
本标准规定了采用体硅压阻工艺进行 MEMS
器件加工时应遵循的工艺要求和质量检验要求。
本标准适用于硅基 MEMS
制造技术中基于背腔腐蚀和硅-玻璃键合的体硅压阻加工工艺的加工和
质量检验。
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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/T 19022 测量管理体系 测量过程和测量设备的要求
GB/T 26111 微机电系统(MEMS) 技术 术语
GB 50073 洁净厂房设计规范
GB/T 26111 界定的术语和定义适用于本文件。
体硅压阻工艺流程包括硅片压阻区制备、硅片隔离区制备、硅片背腔腐蚀、硅片引线制备、玻璃片电
极制备、硅-玻璃键合以及键合片硅面刻蚀等部分，其中的关键工艺用(G) 表示。
4.2.1 硅片材料的选择应结合所制造的器件的性能要求和后续工艺需求确定，如 n
型、轻掺杂、电阻率 为 2 Ωcm 等。
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) 腐蚀硅片背腔时，应使用(100)晶面的硅片。
硅片压阻区制备如图1所示，包括清洗、光刻、离子注入、杂质原子扩散、杂质原子推进等工序，具体
包括以下步骤：
a) 硅片准备，并做必要清洗；
b) 硅片表面热氧化方式制备二氧化硅；
c) 硅片光刻，形成淡硼注入区图形；
style="width:8.96658in" />class="anchor">GB/T 32815—2016
d)
干法刻蚀硅片正面二氧化硅，为保证离子注入均匀性保留需要的二氧化硅厚度；
e) 硅片正面离子注入硼离子("B+), 形成淡硼掺杂区(G);
f) 硅片去胶，清洗，进行淡硼推进(G);
g) 硅片表面热氧化方式制备二氧化硅；
h) 硅片光刻，形成浓硼掺杂区图形；
i) 湿法腐蚀硅片正面二氧化硅；
j) 硅片去胶，清洗，硅片正面浓硼预沉积(沉积的方式可以为注入或扩散);
k) 湿法漂二氧化硅，硅片正面浓硼推进。
注1:步骤
a)中硅片准备时需要增加一个与其他硅片相同的陪片，用于薄层电阻测量。
注2:步骤c)完成后，硅片有图形的一面定义为硅片正面，另一面为硅片背面。该步骤中，陪片经过光刻上半区作为
淡硼注入区。
注3:步骤 h)中，陪片经过光刻右半区作为浓硼注入区。
a) 硅片准备
b) 表面制备二氧化硅
style="width:8.91341in;height:0.36674in" />
c) 光刻形成淡硼注入区
图 1 硅片压阻区制备流程图
style="width:8.92662in" />class="anchor">GB/T 32815—2016
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d) 干法刻蚀正面氧化硅
style="width:9.09339in;height:2.99992in" />
e) 离子注入硼离子
style="width:9.12659in;height:2.88684in" />
f) 淡硼推进
style="width:9.0399in;height:2.8534in" />
g) 热氧化方式制备二氧化硅
图1(续)
GB/T 32815—2016
style="width:9.03329in;height:2.9733in" />
h) 光刻形成浓硼掺杂区
style="width:9.1in;height:3.0932in" />
i) 湿法腐蚀正面二氧化硅
style="width:9.0668in;height:2.89322in" />
j) 离子注入方式实现浓硼预沉积
style="width:9.01992in;height:2.37314in" />
k) 浓硼推进
style="width:3.89998in;height:0.59994in" />
硅 淡硼区 浓硼区 二氧化硅光刻胶
图 1 ( 续)
GB/T 32815—2016
硅片隔离区制备如图2所示，包括清洗、光刻、离子注入、离子推进等工序，具体包括以下步骤：
a) 硅片表面热氧化方式制备二氧化硅；
b) 硅片光刻，形成浓磷区图形；
c) 湿法腐蚀硅片二氧化硅，直至硅片表面疏水；
d) 硅片正面离子注入磷(³P-), 形成浓磷隔离区；
e) 硅片去胶，进行浓磷推进；
f) 湿法腐蚀二氧化硅至硅片表面疏水。
注1:步骤 b)中，陪片经过光刻左下1/4区作为浓磷注入区。
注2:步骤 f)完成后，对陪片各个区域分别进行薄层电阻检测。
style="width:9.1332in;height:2.88662in" />
a) 热氧化方式制备二氧化硅
style="width:9.11322in;height:3.00674in" />
b) 光刻形成浓磷区图形
style="width:9.04006in;height:2.79334in" />
c) 湿法腐蚀正面二氧化硅
图 2 硅片隔离区制备流程图
GB/T 32815—2016
style="width:9.1in;height:2.86in" />
d) 硅片正面离子注入磷
style="width:9.12659in;height:2.68004in" />
e) 浓 磷 推 进
style="width:8.88666in;height:2.40658in" />
f) 湿法腐蚀二氧化硅
style="width:4.66666in;height:0.59994in" />
硅 淡硼区 浓硼区 二氧化硅光刻胶 浓磷区
图 2 ( 续 )
硅片背腔腐蚀工艺如图3所示，包括清洗、薄膜淀积、湿法腐蚀等工序，具体包括以下步骤：
a) 硅片清洗；
b) 用 CVD 方法在硅片表面制备二氧化硅，硅片表面制备氮化硅；
c) 需要时，重复步骤 b);
d) 硅片背面光刻，形成背腔和质量块图形；
e) 干法刻蚀硅片背面氮化硅至过刻蚀，湿法腐蚀背面二氧化硅至过腐蚀；
f) 硅片背面去胶后光刻，形成质量块减薄图形；
g) 重复步骤 e):
h) 硅片去胶，KOH 或 TMAH 腐蚀背腔，腐蚀深度由实际设计决定(G);
GB/T 32815—2016
i) 去钾离子(K+)
清洗。干法刻蚀硅片背面氮化硅至过刻蚀，湿法腐蚀背面二氧化硅至过腐蚀，
KOH 或 TMAH 腐蚀背腔和质量块，腐蚀深度由实际设计决定；
j) 去钾离子(K+) 清洗。湿法腐蚀硅片两面氮化硅、二氧化硅。 注1: 步骤
c) 为可选步骤。当设计结构中不需要背腔质量块时，该步骤省略。 注2:
当步骤 c) 不存在时，步骤d) 只形成背腔图形。
注3: 步骤f) 为可选步骤，视步骤 c) 而定。当步骤 c)
不存在时，该步骤省略。
style="width:8.97335in;height:2.4332in" />
a) 硅片清洗
style="width:9.04667in;height:2.9601in" />
b) 硅片表面制备二氧化硅和氮化硅
style="width:9.06665in;height:3.5332in" />
c) 硅片表面制备二氧化硅和氮化硅
图 3 硅片背腔腐蚀流程图
style="width:9.04667in;height:8.5866in" />GB/T 32815—2016
d) 光刻形成背腔和质量块图形
e) 干法刻蚀氮化硅和湿法腐蚀氧化硅
style="width:9.1in;height:3.7268in" />
f) 光刻形成质量块减薄图形
图3(续)
GB/T 32815—2016
style="width:9.22708in;height:15.04028in" />
j) 湿法腐蚀两面氮化硅、二氧化硅
style="width:5.3734in;height:0.58674in" />
硅 淡硼区 浓硼区 氧化硅光刻胶 浓磷区 氮化硅
图 3 ( 续)
GB/T 32815—2016
硅片引线工艺如图4所示，包括光刻、金属淀积、金属腐蚀、合金等工序，具体包括以下步骤：
a) 干法刻蚀硅片正面氮化硅；
b) 硅片正面光刻，形成引线孔图形；刻蚀硅片正面二氧化硅；
c) 硅片去胶，腐蚀自然氧化层；
d) 硅片正面淀积金属铝(淀积的方式包括热蒸发，电子束蒸发和溅射等);
e) 硅片正面光刻，形成金属引线图形；
f) 干法(或湿法)刻蚀金属铝，形成金属引线；
g) 硅片去胶，合金化处理并检测接触电阻。
style="width:9.21328in;height:2.61998in" />
a) 干法刻蚀硅片正面氮化硅
style="width:9.1933in;height:2.77992in" />
b) 正面光刻形成引线孔图形，刻蚀正面二氧化硅
style="width:9.10661in;height:2.61998in" />
c) 硅片去胶，腐蚀自然氧化层
图 4 硅片引线区制备流程图(G)
GB/T 32815—2016
style="width:9.12659in;height:2.77332in" />
d) 硅片正面淀积金属铝
style="width:9.09339in;height:2.89344in" />
e) 正面光刻形成金属引线图形
style="width:9.07341in;height:2.8732in" />
f) 刻蚀金属铝形成金属引线
style="width:9.07341in;height:2.73988in" />
g) 硅片去胶
style="width:5.47992in;height:0.58652in" />
硅 淡硼区 浓硼区 二氧化硅光刻胶 浓磷区金属连线
图 4 ( 续 )(G)
GB/T 32815—2016
玻璃片金属电极制备可以采用剥离或湿法腐蚀的方法。
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5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；
c) 湿法腐蚀玻璃，形成金属电极区域；
d) 玻璃片正面制备金属；
e) 玻璃片正面去除光刻胶，干法刻蚀去除残余光刻胶。
style="width:10.26042in;height:10.82917in" />
style="width:9.18654in;height:2.04666in" />
style="width:9.11999in;height:2.12674in" />
style="width:9.15995in;height:2.27326in" />
d) 玻璃片正面制备金属
图 5 利用剥离方法制备玻璃片金属电极
GB/T 32815—2016
style="width:9.15995in;height:2.0867in" />
e) 去除光刻胶
style="width:2.31327in;height:0.56672in" />
玻璃 光刻胶金属电极
图 5 (续)
使用湿法腐蚀制备电极，包括光刻、湿法腐蚀、金属淀积等工序，如图6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);
c) 玻璃片正面涂胶，曝光显影，形成金属电极区腐蚀掩膜；
d) 湿法腐蚀玻璃片上的金属，形成金属电极区域；
e) 干法刻蚀去除残余光刻胶。
style="width:9.15995in;height:2.03346in" />
a) 玻璃片材料准备
style="width:9.08663in;height:2.0801in" />
b) 玻璃片表面淀积金属
style="width:9.04667in;height:2.25324in" />
c) 光刻形成金属电极区腐蚀掩膜
图 6 利用湿法腐蚀方法制备玻璃片金属电极
GB/T 32815—2016
style="width:9.18669in;height:2.28668in" />
d) 湿法腐蚀形成金属电极区域
style="width:9.11998in;height:2.11332in" />
e) 干法刻蚀去除残余光刻胶
style="width:2.35323in;height:0.57332in" />
玻璃 光刻胶 金属电极
图 6 ( 续 )
硅-玻璃键合工艺包括清洗、对准键合等工序。如图7所示具体步骤如下：
a) 硅片、玻璃片键合前清洗；
b) 硅片与玻璃片对准阳极键合。
style="width:9.09324in;height:2.72668in" />
style="width:9.05988in;height:2.05986in" />
a) 硅片、玻璃片键合前清洗
图 7 硅-玻璃键合工艺
GB/T 32815—2016
style="width:9.09324in;height:4.52672in" />
b ) 硅 片 与 玻 璃 片 对 准 阳
极 键 合
style="width:4.06667in;height:1.61389in" />
图 7 ( 续 )
深刻蚀结构释放工艺包括光刻、湿法腐蚀、干法深刻蚀等工序，如图8所示具体步骤如下：
a) 键合片硅面光刻，定义深刻蚀图形；
b) 湿法腐蚀键合片硅面二氧化硅；
c) 干法刻蚀键合片硅面，直至设计的深度；
d) 干法刻蚀或湿法腐蚀去除硅表面光刻胶。
注1:该组步骤为可选步骤。该步骤的采用视实际器件设计和功能需要而定。
注 2 : 步 骤 c)
可选择刻蚀穿通释放结构或者选择刻蚀到设计的深度但并不刻蚀穿通。
style="width:9.10677in;height:4.7399in" />
a ) 硅面光刻形成深刻蚀图形
图 8 键合片硅面刻蚀工艺
style="width:9.11322in;height:15.03326in" />class="anchor">GB/T 32815—2016
b) 湿法腐蚀键合片硅面二氧化硅
c) 干法深刻蚀键合片硅面至设计深度
d) 去 除 硅 表 面 光 刻 胶
style="width:4.17327in;height:0.59334in" />
硅 淡硼区 浓硼区 浓磷区 金属连线
style="width:3.71322in;height:0.60016in" />
玻 璃 光刻胶金属电极二氧化硅
图 8 ( 续 )
GB/T 32815—2016
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，持有上岗证和工艺操作证。
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 体硅压阻加工工艺各工序对环境的要求
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各工序推荐使用的设备如表2所示。
表 2 体硅压阻加工工艺各工序推荐使用的设备
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|---|---|---|
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GB/T 32815—2016
表 2 ( 续 )
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|---|---|---|
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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，需进行设备维修。设备修复后需重新进
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，才可以正常使用。
5.3.2.3
所有设备按有关规定进行定期保养，保养后需重新进行技术状态验证。
测量设备应按GB/T 19022
的要求进行校准并标识。按规定使用和贮存，以保证校准的有效性，保
证使用的测量设备能够满足测量要求。
在体硅压阻加工工艺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。
表 3 体硅压阻加工工艺推荐使用的原材料
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18 MQ ·cm |
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GB/T 32815—2016
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。
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。
对于废气、废液的排放应符合相关法规的要求。
8.1.1 初始硅片应进行厚度检验。
8.1.2 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。
8.1.3
对于直接影响体硅压阻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。
8.1.4 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。
8.2.1.1 检验目的
确定初始硅片厚度以及不同区域厚度偏差是否满足器件设计要求。
8.2.1.2 检验项目和要求
初始硅片厚度检验的项目和要求见表4。
表 4 初始硅片厚度检验的项目和要求
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|---|---|---|---|
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8.2.2.1 检验目的
确定硅片背腔腐蚀深度以及判定硅片背腔腐蚀后应变膜厚度是否符合器件设计要求。
GB/T 32815—2016
8.2.2.2 检验项目和要求
硅片背腔腐蚀深度检验的项目和要求见表5。
表 5 硅片背腔腐蚀深度检验的项目和要求
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|---|---|---|---|
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8.2.3.1 检验目的
判定金属引线与压阻区接触是否符合要求。
8.2.3.2 检验项目和要求
金属引线合金工序的检验项目和要求见表6。
表 6 金属引线合金检验的项目和要求
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|---|---|---|---|---|
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8.2.4.1 检验目的
判定淡硼掺杂区和浓硼掺杂区薄层电阻是否满足设计要求。
8.2.4.2 检验项目和要求
薄层电阻检验的项目和要求见表7。
表 7 薄层电阻检验的项目和要求
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|---|---|---|---|---|
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GB/T 32815—2016
8.2.5.1 检验目的
判定压阻条电阻值是否符合要求。
8.2.5.2 检验项目和要求
压阻条电阻值检验的项目和要求见表8。
表 8 压阻条电阻值检验的项目和要求
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|---|---|---|---|
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8.2.6.1 表面质量检验
用显微镜检验，应保证 MEMS 结构完整、表面平滑、无严重翘曲、无变形。
MEMS 结构表面无光刻
胶和腐蚀残余物等多余污染物。
8.2.6.2 加工尺寸检验
MEMS 结构纵、横向尺寸满足设计要求。
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