biomems chapter 2 electronic material processing
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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 ） - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
BioMEMS
Chapter 2 electronic material processing
BioMEMS
Chapter 2 electronic material processing
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2.1 Introduction
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 ）
• 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
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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
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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
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• Step coverage ：
• CVD 與熱氧化法比較
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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
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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 ）
– 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
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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
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2.3.3 Resist
• 光阻：– 正光阻– 負光阻
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• 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
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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
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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 + enCl => Si + nCl → SiCln
• 蝕刻系統
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• 蝕刻的方向性
• Doping 的目的：• Doping 的原子結構狀態：
2.5 Doping semiconductors
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• Doping 材料
• Doping 的方法– 擴散（ diffusion ）
– 離子佈植（ Ion Implantation ）