materials & fabrication technology 2

Quang khắc photolithography Chat cảm quang photoresist ®" Vật liệu hữu cơ polymer nhay anh sáng thường la anh sáng cực tím, Ultraviolet - UV, hoặc Deep UV - DUV => sử dụng dé sao chép

CONG NGHE VA LINH KIEN

MEMS

Một thể giới rộng mở và quyền rũ

(An fascinating and openning world)

MATERIALS AND MICROELECTRONIC PROCESSES

IV THIET KE LINH KIEN VA XAY DUNG QUY TRINH

CHE TAO/ MEMS DESIGN

V VI CHE TAO VA PHAN LOAI CONG NGHE MEMS/

MICROFABRICATION AND MEMS TECHNOLOGY

VI CAC LINH KIEN MEMS DIEN HINH/

TYPICAL MEMS DEVICES

3.1 Cơ sở cầu trúc vật liệu / Material structure

3.2 Vật liệu cho MEMS / Materials for MEMS

3.3 Ky thuat ché tao vi dién ti/ IC Technology

3.4 Cong nghé mang mong/ Thin Film Technology

3.5 Kết luận/Conclusions

tạp bân (bụi hoặc vi khuân) cass 3

mạch điện tử hoặc thiệt bị

s Được xếp hạng theo tiêu

“phân loại độ sạch không

khí“, dựa trên công thức:

3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử

3.3.1 Phong sach (clean room)

Sơ đồ hệ thông hút và thôi khí phòng sạch

Trrrrnrrrrrrr|

3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử

3.3.2 Quang khắc (photolithography)

Chat cảm quang (photoresist)

®" Vật liệu hữu cơ (polymer) nhay anh sáng (thường la anh sáng cực tím,

Ultraviolet - UV, hoặc Deep UV - DUV) => sử dụng dé sao chép hình dạng

các cau trúc của linh kiện đã được thiết kế, chế tạo trên bộ mặt nạ (Mask)

quang bằng ánh sáng và đóng vai trò làm lớp bảo vệ cho các vật liệu được che

phủ ở phía dưới nó

® Tương tác với ánh sáng (phonon - hv) —> xảy ra phản ứng quang hóa >

hình thành các nhóm a-xít carboxylie (xúc tác chính để loại bỏ polymer khó

hòa tan khi xử lý nhiệt) — chỉ còn nhóm dễ hòa tan trong cau tric polymer

khi nhúng trong dung dịch hiện hình.(developer, thông thường là các dung

hóa cho vật liệu

$ Chất nhạy sáng

= Phan loa:

% Cam quang dương: vật liệu mà vùng không được chiếu sáng trở nên bên vững trong khi vùng được chiêu sáng lại dê dàng bị hòa tan trong vật liệu hiện hình

$ Cảm quang âm: vật liệu mà vùng được chiếu sáng trở nên bên vững trong

khi vùng không được chiêu sáng lại dê dàng bị hòa tan trong vật liệu hiện hình

3.3 Ky thuat ché tao vi Đại Hoc Bach Khoa Ha NO!

Trướckhi Dien doi do Sau khi

chiếusáng lWƠngtác chiêu sáng

Sau khi được Sau khi nhúng vào

Trước khi được chiếu sáng

s Kỹ thuật quay phu (spinning coating) băng

thiét bi spinner, tam ga gitt phién (chuck) lam

băng vật liệu Tefernol là bộ phận chính

3) Dung dịch cảm Tưng không Trục quay gan với

quang được trải đều 4) Quá trình bay hơi trục quay của mô-tơ

do lực ly tâm dung môi

—

12

s Được sử dụng chủ yếu là ánh sáng cực tím (ultraviolet— UV):

X= 365 nm (i-line), A = 405 nm (h-line), A = 436 nm (g-line)

VUV DUV DUV 1 h z

= Pham vi A = 193 + 248 nm => anh sang cuc tim sau (deep UV - DUV) 's

Qui trinh quang khac

=

Mat na quang

1) Quay phủ dung 2) Quay phủ 3) Xử lý 4) Hiệu chỉnh mặt

dich bám dính (primer) chất cảm quang nhiệt sơ bộ quang và chiêu sảng °

(soft bake)

developer

®" Hinh ảnh trùng khớp khi + | |

thuc hién so MASK

16

s Dâu so MASK hình vuông

hoặc chữ thập trên phiên

Quang khắc dùng tỉa x (x-ray lithography)

= Tia X có bước sóng nhỏ hơn ánh sáng UV — cho phép thu nhỏ kích thước

cầu trúc cân định dạng (100 nm + 0,5 pum)

% Đòi hỏi thiết bị phức tạp và đắt tiên

# Ung dụng trong công nghệ LIGA: tia X xuyên qua khối polymer dày (đóng

vai trò như chất cảm quang với UV thông thường)

Quang khắc dùng chùm điện tử (e-beam lithography)

= Chum điện tử được quét trên bề mặt dé dé dinh dang can tao duoc bang vat liệu nhạy điện tử — độ nhạy cao

% Đòi hỏi thiết bị phức tạp và đất tiên

s Thời gian khắc lâu hơn (gấp 10 lần) = thường được sử dụng trong kỹ thuật

chê tạo các bộ mặt nạ quang đòi hỏi tính chính xác cao và các chi tiết nhỏ như

® Mục dích: tạo ra lớp vật liệu bảo vệ trên bê mặt phiến Si-líc để thực hiện

các quá trình định dạng tạo cấu trúc cân thiết trên bê mặt Si-líc

Xã Phương pháp: Chủ yêu được tạo trong môi trường nhiệt độ cao (1000 —

1100 09C) có thôi hơi âm (ô xy hóa ướt) hoặc thối khí ô-xy (O;) kết hợp Ni-tơ (N;) Ngoài ra có thể được tạo ra băng phương pháp lắng đọng hóa học từ pha hoi (Chemical Vapor Deposition - CVD)

Pha tap

® Mục đích: tạo ra vùng vật liệu bán dẫn khác loại nhau (tiếp giáp p-n) tại

những khu vực mong muôn để tạo cấu trúc điện (điện tro, diode, transistor)

« Phương pháp: Được thực hiện băng phương pháp khuếch tán (diffusion)

hoac cay 1-6n (ionimplantation)

18

3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử

3.3.4 Đóng vỏ linh kiện (Packaging)

Chip ngửa trên vỏ linh kiện chế tạo sẵn (Facing up on package)

hé >) Dic! > lên vỏ » (Wire bonding)

Máy cắt Máy gắn chip Máy hàn dây (Dicing saw) (Die bonder) (Wire bonder)

Keo gắn hoặc máy đúc nhựa (Epoxy hoac plastic packaging)

20

3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử

3.3.4 Đóng vỏ linh kiện (Packaging)

Chip úp trên ban mach in (Facing down on board)

— Tạo vau — Gan chip Dong kin

ven sau l2 trên chip ” ch chip |m lên bản mạch » (Cap sealing or

Thin film — May han Keo gan hoac

May cat lat chip máy đúc nhựa

Chip da chirc nang gan trén mot vỏ

Hệ chip chức năng gắn trên một vỏ (System on a Chip - SoP)

(System in a Package - SiP)

22

3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử

3.3.4 Đóng vỏ linh kiện (Packaging)

Phan loai vo linh kién (package )

Loại chân căm xuyên qua Loại phăng (Surface Mount (Through Hole Device - THD) Device - SMD)

3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử

3.3.4 Đóng vỏ linh kiện (Packaging)

Cấu trúc vỏ linh kiện phẳng

Không chân ra (Leadless)

Chân ra kiểu viên bị để (gắn lên

bảng mạch băng nhiệt)

24

3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử

3.3.4 Đóng vỏ linh kiện (Packaging)

Găn chip lên vỏ (die bonding)

Chip fl ⁄

¢ Bom keo bac (Silyer paste resin) vao vo

- Ep nhe dé chip gan vao vO

26

3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử

3.3.4 Đóng vỏ linh kiện (Packaging)

3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử

3.3.4 Đóng vỏ linh kiện (Packaging)

Hàn nỗi dây từ chip ra vỏ (wire bonding)

Phương pháp mồi hàn tròn (thermocompression ball bonding)

Dây hàn (nhôm hoặc vàng)

3.3 Kỹ thuật chê tạo vi điện tử

3.3.4 Dong vo linh kién (Packaging)

Hàn nồi day tir chip ra v6 (wire bonding)

Phuong phap moi han det (ultrasonic wedge bonding)

Day han (nhom hoac vang)

Bộ tạo sóng siêu âm (Ultrasonic energy)

Dau moi mach dién trén

chip (metal pad)

3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử

3.3.4 Đóng vỏ linh kiện (Packaging)

Boc kin chip (hermetic packaging) Khuôn trên —