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BioMEMS Chapter 2 electronic material processing

BioMEMS Chapter 2 electronic material processing. 2.1 Introduction. 電子材料是指用於 IC 製作中的材料，有一部份用作 MEMS 材料. 依結構分，電子材料分為： 基底材料（ Bulk materials ） 矽（ silicon ） 砷化鎵（ gallium arsenide ） 薄膜材料（ Thin film materials ） 熱氧化矽 （ Thermal silicon oxide ） 介電層 （ Dielectric layers ）

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BioMEMS Chapter 2 electronic material processing

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Presentation Transcript

  1. BioMEMSChapter 2 electronic material processing

  2. 2.1 Introduction • 電子材料是指用於IC製作中的材料，有一部份用作MEMS材料 依結構分，電子材料分為： • 基底材料（Bulk materials） • 矽（silicon） • 砷化鎵（gallium arsenide） • 薄膜材料（Thin film materials） • 熱氧化矽 （Thermal silicon oxide） • 介電層 （Dielectric layers） • 複晶矽(poly-Si)（Polycrystalline silicon） • 金屬膜(主要為鋁)（Metal film） 2.2 Electronic Materials and Their Deposition

  3. 2.2.1 Oxide Film Formation by Thermal Oxidation • 在矽晶圓上以熱氧化方式長出SiO2層 • 矽氧化反應： Si + O2 → SiO2 Si + 2H2O → SiO2 + H2 • 矽熱氧化裝置 • 氧化矽化學結構

  4. 2.2.3 Deposition of Silion Dioxide and Silicon Nitride • 一般在基板上形成薄膜有三種沉積方法(CVD) • 常壓化學氣相沉積(APCVD) • 低壓化學氣相沉積 (LPCVD) • 電漿輔助化學氣相沉積 (PECVD) • CVD反應 SiH4 + O2 → SiO2 + 2H2 SiCl2H2 + 2H2O → SiO2 + 2H2 + 2HCl 3SiCl2H2 + 4NH3 → Si3N4 + 6HCl + 6H2 • CVD裝置

  5. Step coverage： • CVD與熱氧化法比較

  6. 2.2.3 Polysilicon Film Deposition • Polysilicon 在MEMS中可作為結構材料或電極 • 化學反應 SiH4 → Si + 2H2 • 用於MEMS的電子材料

  7. 2.3 Pattern Transfer 2.3.1 The lithographic Process • Lithography:由罩幕（mask）轉印幾何圖案(pattern)到光阻(photoresist)

  8. 微影效能性質的三項參數： • 解析度（resolution） • 對準度（registration） • 產出（throughput） • 微影的光源： • UV • e-beam • X- ray • 圖案轉印方式： • Shadow printing • Projection Printing

  9. 2.3.2 Mask Formation • 罩幕圖案形成過程： • Layout • Mask level • Glass reticule • Final mask • 罩幕製作機 • 罩幕覆蓋材料 • 低解析度：選軟性材料 • 高解析度：選硬質材料

  10. 2.3.3 Resist • 光阻： • 正光阻 • 負光阻

  11. 光阻材料 • 形成光阻層的方法：spin coating • Lift-off teshique：以正光阻製作高解析度獨立元件

  12. 2.4 Etching Electronic Materials • Etching : 使材料顯現微影圖樣與結構的方法 • 濕式蝕刻（wet chemical etching） • 矽蝕刻 蝕刻液：HNO3/HF/H2O 反 應： Si + 2H+ → Si2+ + H2， H2O → (OH)- + H+ Si2+ +2(OH)- → Si(OH)2 → SiO2+H2 SiO2+6HF → H2SiF6 + 2H2O • 蝕刻製程的特性參數 • Etching rate • Etch selectivity • Etch uniformity

  13. 乾式蝕刻（dry etching） • 多晶矽蝕刻 蝕刻氣體：氯 反應： nCl → nCl+ + ne , e + Cl2 → 2Cl + e nCl => Si + nCl → SiCln • 蝕刻系統

  14. 2.5 Doping semiconductors • 蝕刻的方向性 • Doping的目的： • Doping的原子結構狀態：

  15. Doping材料 • Doping的方法 • 擴散（diffusion） • 離子佈植（Ion Implantation）

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