ICS31.200 L55 中华人民共和国国家标准 GB/T32814—2016 硅 基MEMS制造技术 基于SOI硅片的MEMS工艺规范 Silicon-basedMEMSfabricationtechnology— SpecificationforcriterionoftheSOIwaferbasedMEMSprocess 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 硅片清洗 2 …………………………………………………………………………………………… 4.3 掩膜制备 2 …………………………………………………………………………………………… 4.4 干法刻蚀 4 …………………………………………………………………………………………… 4.5 结构释放 5 …………………………………………………………………………………………… 4.6 硅片去掩膜 7 ………………………………………………………………………………………… 5 工艺加工能力 7 …………………………………………………………………………………………… 5.1 工艺能力要求 7 ……………………………………………………………………………………… 5.2 工艺稳定性要求 8 …………………………………………………………………………………… 6 工艺保障条件要求 8 ……………………………………………………………………………………… 6.1 人员要求 8 …………………………………………………………………………………………… 6.2 环境要求 8 …………………………………………………………………………………………… 6.3 设备要求 8 …………………………………………………………………………………………… 7 原材料及辅助材料要求 9 ………………………………………………………………………………… 8 安全与环境操作要求 9 …………………………………………………………………………………… 8.1 安全 9 ………………………………………………………………………………………………… 8.2 化学试剂 10 …………………………………………………………………………………………… 8.3 排放 10 ………………………………………………………………………………………………… 9 检验 10 ……………………………………………………………………………………………………… 9.1 总则 10 ………………………………………………………………………………………………… 9.2 关键工艺检验 10 ……………………………………………………………………………………… 9.3 最终检验 11 ……………………………………………………………………………………………GB/T32814—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:西北工业大学、中机生产力促进中心。 本标准主要起草人:苑伟政、谢建兵、李海斌、乔大勇、马志波、常洪龙、刘伟。 ⅠGB/T32814—2016 硅基MEMS制造技术 基于SOI硅片的MEMS工艺规范 1 范围 本标准规定了采用SOI硅片进行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SOI硅片的MEMS器件的加工和质量检验。 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/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界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 绝缘体上硅 silicon-on-insulator;SOI 在两层硅中间引入一层氧化层,形成一种“硅-二氧化硅-硅”的三明治结构的技术。其中顶层硅称 为器件层(devicelayer),底层硅称为衬底层(handlelayer),二氧化硅层称为埋层(buriedlayer)。 注:目前制备SOI硅片的技术包括注氧隔离(separationbyimplantedoxygen,SIMOX)技术、硅片键合和背面减薄 (bondingSOI,BSOI)技术和将键合与注入相结合的智能剥离(smartcut)技术。 3.2 释放 releasing 使MEMS结构中的可动部分与其余部分分离,使其可动的过程。 3.3 深反应离子刻蚀 deepreactivelonetching;DRIE 一种具有高深宽比的反应离子刻蚀方法,通常采用感应耦合等离子体(inductivelycoupledplasma, ICP)刻蚀,有时也称作ICP刻蚀。 3.4 footing效应 footingeffect SOI硅片在进行深反应离子刻蚀的过程中,当刻蚀到达埋层时,发生的横向刻蚀现象。 4 工艺流程 4.1 概述 基于SOI硅片的MEMS工艺流程包括掩膜制备、干法刻蚀、结构释放等部分,如图1所示,其中的 关键工艺用(G)表示。 1GB/T32814—2016 图1 工艺流程框图 4.2 硅片清洗 采用标准清洗液对如图2所示的SOI硅片进行清洗。 图2 硅片示意图 4.3 掩膜制备 4.3.1 掩膜类型 基于SOI硅片的MEMS加工工艺中根据器件层厚度不同,可选用光刻胶、二氧化硅或金属铝作为 掩膜材料。 4.3.2 光刻胶掩膜制备 光刻胶掩膜制备流程如图3所示,包括下列步骤: a) SOI硅片器件层表面涂胶及前烘; b) SOI硅片曝光、显影及坚膜,形成结构刻蚀掩膜。 a) SOI硅片表面涂胶 b) SOI硅片表面光刻 图3 光刻胶掩膜制备 2GB/T32814—2016 4.3.3 二氧化硅掩膜制备 二氧化硅掩膜制备流程如图4所示,包括下列步骤: a) SOI硅片氧化,在SOI硅片的上下表面生成二氧化硅薄膜; b) 二氧化硅表面制备光刻胶掩膜; c) SOI硅片湿法刻蚀二氧化硅; d) 去胶及清洗。 a) SOI硅片氧化 b) 二氧化硅表面制备光刻胶 c) SOI硅片湿法刻蚀二氧化硅 d) 去胶及清洗 图4 二氧化硅掩膜制备 4.3.4 金属铝掩膜制备 金属铝掩膜制备流程如图5所示,包括下列步骤: a) SOI硅片溅射或蒸镀金属铝; b) 金属铝表面制备光刻胶掩膜; c) 铝腐蚀; d) 去胶及清洗。 3GB/T32814—2016 a) SOI硅片溅射或蒸镀金属铝 b) 金属铝表面制备光刻胶掩膜 c) 铝腐蚀 d) 去胶及清洗 图5 金属铝掩膜制备 4.4 干法刻蚀 利用深反应离子刻蚀对SOI硅片进行刻蚀,刻蚀达到填埋的二氧化硅层时停止,如图6所示,刻蚀 掩膜可为光刻胶、二氧化硅或铝中任意一种。通常情况下,光刻胶掩膜对硅的选择比不超过50∶1,二 氧化硅掩膜对于硅的选择比不超过150∶1,金属铝掩膜对于硅的选择不超过200∶1。 图6 干法刻蚀(G) 4GB/T32814—2016 4.5 结构释放 4.5.1 释放方法 结构释放工艺可以采用多种方法,包括湿法释放、气态氢氟酸释放、干法释放、干湿法结合释放、衬 底层深刻蚀释放、衬底层湿法释放。 4.5.2 湿法释放 利用氢氟酸溶液刻蚀填埋的二氧化硅,实现结构可动,如图7所示。 图7 湿法释放(G) 4.5.3 气态氢氟酸释放 利用专用的气态氢氟刻蚀设备刻蚀填埋的二氧化硅,实现结构可动,如图8所示。 图8 气态氢氟酸释放(G) 4.5.4 干法释放 利用footing效应进行释放,实现结构可动,如图9所示。 图9 footing效应释放(G) 5GB/T32814—2016