Transcript BioMEMS Chapter 2 electronic material processing

BioMEMS
Chapter 2 electronic material processing
2.1 Introduction
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電子材料是指用於IC製作中的材料，有一部份用作MEMS材料
2.2 Electronic Materials and Their Deposition
依結構分，電子材料分為：
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基底材料（Bulk materials）
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矽（silicon）
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砷化鎵（gallium arsenide）
薄膜材料（Thin film materials）
–
熱氧化矽 （Thermal silicon oxide）
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介電層 （Dielectric layers）
–
複晶矽 (poly-Si) （Polycrystalline silicon）
–
金屬膜 (主要為鋁) （Metal film）
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2.2.1 Oxide Film Formation by Thermal Oxidation
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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
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矽熱氧化裝置
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氧化矽化學結構
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2.2.3 Deposition of Silion Dioxide and Silicon Nitride
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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)
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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
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CVD裝置
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Step coverage：
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CVD與熱氧化法比較
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2.2.3 Polysilicon Film Deposition
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Polysilicon 在MEMS中可作為結構材料或電極
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化學反應
SiH4 → Si + 2H2
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用於MEMS的電子材料
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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)
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微影效能性質的三項參數：
– 解析度（resolution）
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對準度（registration）
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產出（throughput）
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微影的光源：
– UV
– e-beam
– X- ray
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圖案轉印方式：
– Shadow printing
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Projection Printing
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2.3.2 Mask Formation
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罩幕圖案形成過程：
– Layout
– Mask level
– Glass reticule
– Final mask
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罩幕製作機
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罩幕覆蓋材料
– 低解析度：選軟性材料
– 高解析度：選硬質材料
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2.3.3 Resist
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光阻：
– 正光阻
– 負光阻
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光阻材料
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形成光阻層的方法：spin coating
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Lift-off teshique：以正光阻製作高解析度獨立元件
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2.4 Etching Electronic Materials
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Etching : 使材料顯現微影圖樣與結構的方法
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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
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蝕刻製程的特性參數
– Etching rate
– Etch selectivity
– Etch uniformity
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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
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蝕刻系統
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蝕刻的方向性
2.5 Doping semiconductors
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Doping的目的：
Doping的原子結構狀態：
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Doping材料
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Doping的方法
– 擴散（diffusion）
–
離子佈植（Ion Implantation）
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