1. Vi h th ng
GV: Nguy n Hoàng Nam
(chương trình K sư CLC – Khóa 51)
21/09/2010 1

2. Vi h th ng
§7. Các công ngh cơ b n c a vi h th ng (ti p)
2.1 Công ngh vi ñi n t
2.2 LIGA
2.3 Vi cơ ñi n t - MEMS
2.3.1 Ăn mòn – Etching
2.3.2 Vi cơ kh i – Bulk micromachining
2.3.3 Vi cơ b m t – Surface micromachining
2.4 Quang ñi n t - Optoelectronic
2.5 Màng sinh h c, th m th u
Vi h th ng 2 Nguy n Hoàng Nam

3. Vi h th ng
2.3.1 Ăn mòn – Etching
Ăn mòn
Silic V t li u ñi n môi Kim lo i Polymer
Poly-Si
Ô-xít (SiO2) TiN / Al-Cu Photoresist
(conductor)
Ni-trít (Si3N4)
Si (semi-
conductor)
Vi h th ng 3 Nguy n Hoàng Nam

4. Vi h th ng
2.3.1 Ăn mòn – Etching
Ăn mòn ngang (undercutting):
hi n tư ng v t li u b ăn mòn phía
dư i mask.
Ăn mòn ñ ng hư ng (isotropy): t c ñ
ăn mòn như nhau theo m i phương không
gian.
Ăn mòn d hư ng (anisotropy): t c ñ
ăn mòn khác nhau theo tùy thu c nh ng
phương nh t ñ nh.
T c ñ ăn mòn ph thu c nhi t ñ .
Vi h th ng 4 Nguy n Hoàng Nam

5. Vi h th ng
2.3.1 Ăn mòn – Etching
Ăn mòn v t lý:
Phi n ñ ti p xúc tr c ti p v i khí trơ
và các i-ôn trong môi trư ng plasma.
Ăn mòn là k t qu c a quá trình truy n
xung lư ng c a các i-ôn chuy n ñ ng
ñ nh hư ng có gia t c và nguyên t ñ ,
có tính d hư ng, cùng các ñ c trưng:
+ Vách ăn mòn th ng (vertical wall),
+ T o ra s n ph m ph (by-product),
+ T c ñ ăn mòn ph thu c quá trình
v n chuy n kh i (mass transport)
Vi h th ng 5 Nguy n Hoàng Nam

6. Vi h th ng
2.3.1 Ăn mòn – Etching
Ăn mòn ư t (wet etching): v t li u c n
ăn mòn ñư c nhúng tr c ti p vào các
dung d ch hóa như a-xít ho c ba-zơ.
Ăn mòn khô (dry etching): v t
li u c n ăn mòn không ti p xúc
v i các dung d ch hóa.
+ Ăn mòn plasma (plasma -
etching),
+ Ăn mòn i-ôn ho t hóa (Reactive
Ion Etching - RIE).
Vi h th ng 6 Nguy n Hoàng Nam

7. Vi h th ng
2.3.2 Vi cơ kh i – Bulk micromachining
ð nh nghĩa: quá trình ch t o các vi c u trúc 3 chi u
bên trong ñ si-líc b ng các phương pháp ăn mòn (ư t
ho c khô) có ch n l c (microfabrication).
Phân lo i: công ngh theo các phương pháp ăn mòn
Vi h th ng 7 Nguy n Hoàng Nam

8. Vi h th ng
2.3.2 Vi cơ kh i – Bulk micromachining
Ăn mòn ư t
+ B n ch t quá trình là v n chuy n (khu ch tán) ch t ph n ng t i
b m t ch t r n
+ Ph n ng b m t
+ V n chuy n(khu ch tán) s n ph m ra kh i b m t
Các ñi u ki n nh hư ng:
+ Năng lư ng ho t hóa ñi u
khi n ph n ng b m t .
+ Nhi t ñ khu ch tán ñi u khi n
ch t ph n ng và s n ph m
Vi h th ng 8 Nguy n Hoàng Nam

9. Vi h th ng
2.3.2 Vi cơ kh i – Bulk micromachining
Hóa ch t ăn mòn:
+ HNO3: ăn mòn Si (s d ng ñ t y và làm nh n b
m t).
+ HF: ăn mòn th y tinh/ quartz, SiO2.
+ HPO4: ăn mòn nhôm (aluminum).
+ NH4F: làm dung d ch ñ m k t h p v i HF ñ ăn
mòn SiO2
Vi h th ng 9 Nguy n Hoàng Nam

10. Vi h th ng
Ăn mòn ư t ñ ng hư ng
Vi h th ng 10 Nguy n Hoàng Nam

11. Vi h th ng
Ăn mòn ư t ñ ng hư ng
ð c ñi m
+ T c ñ ăn mòn (r) theo
m i phương như nhau.
+ Vách h c ăn mòn b ăn mòn nhi u hơn so v i ñáy ⇒ h c
ăn mòn có d ng ph ng ñáy, góc b vát tròn có bán kính:
R = r.t
Vi h th ng 11 Nguy n Hoàng Nam

12. Vi h th ng
Ăn mòn ư t ñ ng hư ng
Ăn mòn SiO2 (ho c th ch anh):
SiO2 + 6HF → H2 + SiF6 + 2H2O
NH4F ↔NH3 + HF
K t h p k thu t khu y ⇒ Tăng t c ñ ăn mòn do bóng khí H2 s ñư c “ñu i”
nhanh hơn (bóng khí H2 ngăn c n vi c v n chuy n s n ph m ph n ng ra kh i b
m t v t li u ăn mòn).
Ăn mòn Si: HNO3 + H2O + HNO2 → 2HNO2 + 2OH- + 2H+
Si4+ + 4OH- → SiO2 + H2
6HF + SiO2 → 2H2O + H2SiF6 (tan trong nư c)
Si + HNO3 + 6HF → 2H2O + H2SiF6 + HNO2 + H2
S d ng h n h p HF/HNO3/CH3COOH (HNA) ngăn quá trình phân ly
HNO3 thành NO3 và NO2
Vi h th ng 12 Nguy n Hoàng Nam

13. Vi h th ng
Ăn mòn ư t ñ ng hư ng
Ăn mòn Si3N4
A-xít HF
H n h p HF:NH4F:H2O => T c ñ ăn mòn ch m hơn so v i
H n h p HF:HNO3 SiO2
NaOH
A-xít HF ho c H3PO4
H n h p 6NH4F:HF:H3PO4 => T c ñ ăn mòn nhanh hơn r t
nhi u.
Vi h th ng 13 Nguy n Hoàng Nam

14. Vi h th ng
Ăn mòn ư t ñ ng hư ng
Lưu ý khi s d ng dung d ch HF:
+ A-xít HF có th gây b ng ho c ch t ngư i khi ti p xúc v i cơ
th ⇒ luôn mang kính + găng cao su phòng h trong khi th c
hi n công ngh ch t o.
+ Dung d ch a-xít HF sau khi s d ng ph i ñư c ch a trong các
bình (can) ñ ng an toàn có nhãn ghi rõ lo i hóa ch t và th i gian
ñã s d ng và s ñư c h y b t i nh ng khu v c cho phép ñ
b o v môi trư ng.
Vi h th ng 14 Nguy n Hoàng Nam

15. Vi h th ng
Ăn mòn ư t ñ ng hư ng
Ăn mòn kim lo i
Vi h th ng 15 Nguy n Hoàng Nam

16. Vi h th ng
Ăn mòn ư t d hư ng
Vi h th ng 16 Nguy n Hoàng Nam

17. Vi h th ng
Ăn mòn ư t d hư ng
Ăn mòn Si-líc
Hóa ch t:
+ Ba-zơ vô cơ: KOH, NaOH, LiOH, NH4OH
+ Ba-zơ h u cơ: AH (Amonium Hydroxide), TMAH (Tetra-
Methyl Amonium Hydroxide ), NH4OH, EDP (Ethylene
Diamine Pyrocatechol)
Vi h th ng 17 Nguy n Hoàng Nam

18. Vi h th ng
Ăn mòn ư t d hư ng
ð nh hư ng m t (100): c nh c a s ăn
mòn song song phương [110]
+ Vách h c ăn mòn nghiêng m t góc
54,740 so v i m t (100),
+ M i quan h gi a các kích thư c c a
h c ăn mòn.
Vi h th ng 18 Nguy n Hoàng Nam

19. Vi h th ng
Ăn mòn ư t d hư ng
ð nh hư ng m t (100)
C nh c a s ăn mòn song song phương
[100], t c là nghiêng 1 góc 450 so v i
phương [110]
+ Vách h c ăn mòn th ng ñ ng
+ Hi n tư ng ăn mòn ngang (undercut)
Vi h th ng 19 Nguy n Hoàng Nam

20. Vi h th ng
Ăn mòn khô
ð nh nghĩa: ăn mòn b m t ch t r n trong pha khí theo các cơ ch
+ Ăn mòn hóa do ph n ng b m t v i các ch t ho t hóa
+ Ăn mòn lý do quá trình b n phá i-ôn
+ Ăn mòn i-ôn ho t hóa (reactive ion etching - RIE) là s k t h p c a
c ăn mòn hóa và lý).
ði u ki n ăn mòn: áp su t th p (t 101 xu ng 10-6 Torr)
Vi h th ng 20 Nguy n Hoàng Nam

21. Vi h th ng
Ăn mòn khô
Vi h th ng 21 Nguy n Hoàng Nam

22. Vi h th ng
Ăn mòn khô
Vi h th ng 22 Nguy n Hoàng Nam

23. Vi h th ng
Ăn mòn khô d hư ng
Ăn mòn ho t hóa sâu (Deep Reactive Ion Etching - DRIE)
+ Quá trình ăn mòn có tính d hư ng cao ñ t o ra các h c (hole) ho c
rãnh (trench) có vách th ng ñ ng (vertical wall) trên phi n v i t s
c nh (aspect ratio) ~ 20:1 ho c l n hơn.
ng d ng
Các vi c u trúc siêu nh và ph c t p trong các linh ki n MEMS
T o m t ñ cao các t ñi n siêu nh trong các linh ki n DRAM
Vi h th ng 23 Nguy n Hoàng Nam

24. Vi h th ng
Ăn mòn khô d hư ng
Công ngh
Qui trình làm l nh b ng ni-tơ l ng (cryogenic process): ñ ăn mòn
ñư c làm l nh xu ng dư i -1100C (1630K) ⇒ cho phép t o ra h c,
rãnh ăn mòn có vách th ng ñ ng. Tuy nhiên, khó có tìm v t li u b o
v thích h p ch u ñư c nhi t ñ th p, cũng như vi c t o ra các s n
ph m ph l ng ñ ng lên ñ .
Qui trình Bosch: Bao g m 2 bư c công ngh có th i gian ng n tác
ñ ng như là các xung (pulse) c a 2 ch ñ ăn mòn (etch) và l ng
ñ ng (deposition) ñư c th c hi n liên ti p và l p l i.
Vi h th ng 24 Nguy n Hoàng Nam

25. Vi h th ng
Ăn mòn khô d hư ng
Vi h th ng 25 Nguy n Hoàng Nam

26. Vi h th ng
Ăn mòn khô d hư ng
Hi u ng t i (loading effect)
S nghèo ch t ăn mòn c n thi t cho ph n ng
hóa trên b m t m u (trong ăn mòn khô, …).
+ T c ñ ăn mòn ph thu c di n tích ăn mòn
trên toàn b b m t phi n.
+ T c ñ ăn mòn ph thu c di n tích ăn mòn
trên chip (kích thư c chi ti t).
Vi h th ng 26 Nguy n Hoàng Nam

27. Vi h th ng
Ăn mòn khô d hư ng
+ Ăn mòn ph thu c t s c nh (aspect ratio
dependent etching - ARDE): t c ñ ăn mòn
v i chi ti t có t s c nh l n, l n hơn t c ñ
ăn mòn v i chi ti t có t s c nh nh .
Hi n tư ng black-silicon:
Nh ng c u trúc không mong mu n d ng s i ho c que nh n th ng ñ ng
trên b m t h c ăn mòn ⇒ còn ñư c g i là hi n tư ng “vi c ”
(micrograss).
Vi h th ng 27 Nguy n Hoàng Nam

28. Vi h th ng
Ăn mòn khô d hư ng
Nguyên nhân
+ S hình thành các m t n th c p (micromasking) trong quá
trình ăn mòn do xu t hi n l p SiO2.
+ Th i gian bư c l ng ñ ng (deposition hay passivation) dài
+ T l lưu lư ng các khí ăn mòn (SF6:C4F8) không phù h p
+ Nhi t ñ ñ
Kh c ph c
+ Th c hi n các nghiên c u kh o sát ñ lo i tr t ng nguyên
nhân b ng cách thay ñ i các ñi u ki n công ngh tương ng
Vi h th ng 28 Nguy n Hoàng Nam

29. Vi h th ng
Ăn mòn khô d hư ng
Vi h th ng 29 Nguy n Hoàng Nam