BioMEMS Chapter 2 electronic material processing

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1 BioMEMS Chapter 2 electronic material processing

2 2.2 Electronic Materials and Their Deposition
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 2.2 Electronic Materials and Their Deposition 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）

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
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 nCl → nCl+ + ne , e + Cl2 → 2Cl + e nCl => Si + nCl → SiCln 蝕刻系統
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： 2.5 Doping semiconductors

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