CÔNG NGHỆ VÀ LINH KIỆN CÔNG NGHỆ VÀ LINH KIỆN MEMS Một thế giới rộng mở và quyến rũ ( An fascinating and openning world ) ( An fascinating and openning world ) 1 NỘI DUNG /CLASS CÔNG NGHỆ VÀ LINH KIỆN MEMS NỘI DUNG /CLASS I . MỞ ĐẦU/ INTRODUCTION I . MỞ ĐẦU/ INTRODUCTION II. CƠ SỞ VỀ CƠĐIỆN/ ELECTRO-MECHANICAL BACKGROUND III. VẬTLIỆU VÀ CÁC KỸ THUẬTCHẾ TẠOVIĐIỆNTỬ/ MATERIALS AND MICROELECTRONIC PROCESSES IV. THIẾTKẾ LINH KIỆNVÀXÂYDỰNG QUY TRÌNH CHẾ TẠO/ MEMS DESIGN V VI CHẾ TẠO VÀ PHÂN LOẠI CÔNG NGHỆ MEMS/ V . VI CHẾ TẠO VÀ PHÂN LOẠI CÔNG NGHỆ MEMS/ MICROFABRICATION AND MEMS TECHNOLOGY VI. CÁC LINH KI Ệ NMEMSĐI Ể NHÌNH/ Ệ TYPICAL MEMS DEVICES 2 III. Vật liệu và công nghệ vi điện tử 3.1. Cơ sở cấutrúcvậtliệu/Material structure 3.2. V ậ tli ệ u cho MEMS / Materials fo r MEMS ậ ệ 3.3. Kỹ thuậtchế tạoviđiệntử/ IC Technology 3 4 Công nghệ màng mỏng / Thin Film Technology 3 . 4 . Công nghệ màng mỏng / Thin Film Technology 3.5. Kếtluận/Conclusions 3 3.3. Kỹ thuật chế tạo vi điện tử 3.3.1. Phòng sạch (clean room) ) Phòng thí nghiệmlàm ô hệ khô hứ á 10 7 10 6 c ô ng ng hệ khô ng c hứ ac á c tạpbẩn(bụihoặc vi khuẩn) để thựchiệnchế tạo các vi mạch điện tử hoặc thiết bị ố hạt/m 3 ) 10 4 10 5 ) Đượcxếphạng theo tiêu ẩ ề mạch điện tử hoặc thiết bị vũ trụ. Mật độ (s ố 10 2 10 3 chu ẩ n ISO 14644-1 v ề “phân loại độ sạch không khí“, dựa trên công thức: 10 10 C N =10 N (0,1/D) 2,08 +C N : số lượng hạt(bụi, vi khuẩn ) cho p hé p lớnnhất/m 3 1 Kích thướchạt(μm) ) pp +N:chỉ số xếphạng ISO +D:kích thướchạt 4 3.3. Kỹ thuật chế tạo vi điện tử Sơ đồ hệ thống hút và thổi khí phòng sạch 3.3.1. Phòng sạch (clean room) Hút khí thải (gas exhaust) Bơm khí (air intake) Tạo áp suất dương (pressurized air) Hút khí (elevated) 5 3.3. Kỹ thuật chế tạo vi điện tử 3.3.1. Phòng sạch (clean room) Phòng sạch tại Đại học Ritsumeikan, Nhật Bản 6 3.3. Kỹ thuật chế tạo vi điện tử 3.3.1. Phòng sạch (clean room) Phò h t i Phò ng sạc h t ạ i ViệnITIMS (ĐHBKHN) 7 3.3. Kỹ thuật chế tạo vi điện tử ắ 3.3.2. Quang kh ắ c (photolithography) Chất cảm quang (photoresist) ) Vậtliệuhữucơ (polymer) nhạyánhsáng(thường là ánh sáng cựctím, Ultraviolet - UV, hoặc Deep UV - DUV) ⇒ sử dụng để saochéphìnhdạng các cấutrúccủalinhkiện đã đượcthiếtkế,chế tạotrênbộ mặtnạ (Mask) quang bằngánhsángvàđóng vai trò làm lớpbảovệ cho các vậtliệu đượcche phủởphía dưới nó. ) T ương tác với ánh sáng (phonon - h ν ) ⇒ xảy ra phản ứng quang hóa ⇒ T ương tác với ánh sáng (phonon h ν ) ⇒ xảy ra phản ứng quang hóa ⇒ hình thành các nhóm a-xít carboxylic (xúc tác chính để loạibỏ polymer khó hòa tan khi xử lý nhiệt) ⇒.chỉ còn nhóm dễ hòa tan trong cấu trúc polymer khi nhún g tron g dun g dịch hiện hình. ( develo p er, thôn g thườn g là các dun g g g g (p g g g dịch dạng kiềm). 8 ắ 3.3. Kỹ thuật chế tạo vi điện tử Chất cảm quang (photoresist) 3.3.2. Quang kh ắ c (photolithography) ) Thành phần chính: ª Dung môi: làm cho cảm quang tồntạidướidạng dung dịch nhằmthuậnlợi c h o v i ệc sử dụ n g khi p h ủ l ê n t r ê n bề m ặt các vật li ệu kh ác . co v ệc sử dụ g p ủ ê tê bề ặt các vật ệu ác . ª Chấtkếtdính(nhựa–resin):thường là các hỗnhợp polymer (Novolak) gồm phenol-formaldehyde dễ hòa tan và mộtlượng nhỏ diazonaphthaquinone khó bị hòa tan trong các dung dịch hóa ⇒ tạoracácliênkết làm nên các tính chấtlý hó h ậ liệ ª Chấtnhạy sáng. hó ac h ov ậ t liệ u. ) Phân loại : ª ế ề Phân loại : ª Cảm quang dương: vậtliệu mà vùng không đượcchiếusángtrở nên bềnvững trong khi vùng đượcchiếusánglạidễ dàng bị hòa tan trong vậtliệuhiện hình. ª Cảm quang âm: vậtliệ u mà vùng đượcchi ếu sáng tr ở nên bề nvững trong khi vùng không đượcchiếusánglạidễ dàng bị hòa tan trong vậtliệuhiệnhình. 9 ắ 3.3. Kỹ thuật chế tạo vi điện tử Cảm quang dương 3.3.2. Quang kh ắ c (photolithography) 10 [...]... thuật chế tạo vi điện tử 3.3 .2 Quang khắc (photolithography) ắ Cảm quang âm 11 3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử 3.3 .2 Quang khắc (photolithography) 3 32 Q khắ ( h t lith h ) Phủ cảm quang Kỹ th ật quay phủ ( i i coating) bằ thuật hủ (spinning ti ) bằng thiết bị spinner, tấm gá giữ phiến (chuck) làm bằng vật liệu Tefernol là bộ phận chính 12 3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử 3.3 .2 Quang khắc (photolithography)... λ = 436 nm (g-line) Phạm vi λ = 193 ÷ 24 8 nm ⇒ ánh sáng cực tím sâu (deep UV - DUV) 13 3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử 3.3 .2 Quang khắc (photolithography) ắ Nguồn sáng Tương ứ á h sáng UV Đè h i Thủ ngân ⇒ tạo ra bứ xạ trong phạm vi T ứng ánh á UV: Đèn hơi Thủy â bức h i λ = 20 0 nm ÷ 600 nm 14 3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử 3.3 .2 Quang khắc (photolithography) 3 32 Q khắ ( h t lith h ) Qui trình quang... bước chính: 15 3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử 3.3 .2 Quang khắc (photolithography) 3 32 Q khắ ( h t lith h ) Dấu so MASK (alignement marks) ( g ) Dấu so MASK hình vuông hoặc chữ thập trên phiến Dấu so MASK hình chữ thập hoặc vuông trên mặt nạ Hình ảnh trùng khớp khi thực hiện so MASK 16 3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử 3.3 .2 Quang khắc (photolithography) 3 32 Q khắ ( h t lith h ) Quang khắc dùng tia x (x-ray... lật chip (Flip chip bonder) Keo gắn hoặc máy đúc nhựa (Epoxy hoặc plastic packaging) 21 3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử 3.3.4 Đóng vỏ linh kiện (Packaging) ỏ Chip chức năng rời rạc Hệ chip chức năng gắn trên một vỏ (System in a Package - SiP) Chip đa chức năng Chip đa chức năng gắn trên một vỏ (System on a Chip - SoP) 22 3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử 3.3.4 Đóng vỏ linh kiện (Packaging) ỏ Phân loại vỏ... Outline J-lead (SOJ) 23 3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử 3.3.4 Đóng vỏ linh kiện (Packaging) ỏ Cấu trúc vỏ linh kiện phẳng Chân ra kiểu chữ J Chân ra kiểu viên bi để (gắn lên bảng mạch bằng nhiệt) Chân ra kiểu con bọ Không chân ra ( (Leadless) ) 24 3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử 3.3.4 Đóng vỏ linh kiện (Packaging) ỏ Cắt rời chip từ phiến (Wafer Dicing) Lưỡi cắt kim cương Nước sạch Phiến 25 3.3 Kỹ thuật... quá trình định dạng tạo cấu trúc cần thiết trên bề mặt Si-líc Phương pháp: Chủ yếu được tạo trong môi trường nhiệt độ cao (1000 – ế 1100 0C) có thổi hơi ẩm (ô xy hóa ướt) hoặc thổi khí ô-xy (O2) kết hợp Ni-tơ (N2) Ngoài ra có thể được tạo ra bằng phương pháp lắng đọng hóa học từ pha hơi (Chemical Vapor Deposition - CVD) Pha tạp Mục đích: tạo ra vùng vật liệu bán dẫn khác loại nhau (tiếp giáp p-n) tại... capping) Máy hàn dây (Wire b d ) (Wi bonder) Keo gắn hoặc máy đúc nhựa (Epoxy hoặc plastic packaging) 20 3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử 3.3.4 Đóng vỏ linh kiện (Packaging) ỏ Chip úp trên bản mạch in (Facing down on board) Phiến sau chế tạo Tạo vấu trên hi t ê chip (Bumping on chip pads) Thin film technology (Die bonder) Cắt rời chip (Dicing) Máy cắt (Dicing saw) Gắn chip lên bả lê bản mạch h (Die... linh kiện (Packaging) ỏ Gắn chip lên vỏ (die bonding) Chip Vỏ • Bơm keo bạc (Silver paste resin) vào vỏ • Ép nhẹ để chip gắn vào vỏ 26 3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử 3.3.4 Đóng vỏ linh kiện (Packaging) ỏ Hàn nối dây từ chip ra vỏ (wire bonding) Dây nối từ chip ra chân vỏ 27 3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử 3.3.4 Đóng vỏ linh kiện (Packaging) ỏ Hàn nối dây từ chip ra vỏ (wire bonding) Phương pháp mối... chảy dây g y y Đầu mối mạch điện trên chip (metal pad) p Đế chip 28 3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử 3.3.4 Đóng vỏ linh kiện (Packaging) ỏ Hàn nối dây từ chip ra vỏ (wire bonding) Phương pháp mối hàn dẹt (ultrasonic wedge bonding) Bộ tạo sóng siêu âm (Ultrasonic energy) Dây hàn (nhôm hoặc vàng) Đầu mối mạch điện trên chip (metal pad) Đế chip 29 3.3 Kỹ thuật chế tạo vi điện tử 3.3.4 3 3 4 Đóng vỏ linh kiện . vậtliệuhiệnhình. 9 ắ 3. 3. Kỹ thuật chế tạo vi điện tử Cảm quang dương 3. 3 .2. Quang kh ắ c (photolithography) 10 ắ 3. 3. Kỹ thuật chế tạo vi điện tử Cảm quang âm 3. 3 .2. Quang kh ắ c (photolithography) 11 33 2 Qkhắ. (diffusion) hoặc cấy i - ôn (ionimplantation) hoặc cấy i ôn (ionimplantation) . 18 3. 3. Kỹ thuật chế tạo vi điện tử 33 3 Ô hó (O id ti ) à 3 . 3 . 3 . Ô -xy hó a (O x id a ti on ) v à pha tạp (Dopping) 19 ỏ 3. 3. Kỹ thuật chế tạo vi điện tử 3. 3.4. Đ óng v ỏ . quang khắc 3 . 3 . 2 . Q uang khắ c ( p h o t o lith ograp h y ) ) Gồm8bước chính: 15 33 2 Qkhắ (htlith h) 3. 3. Kỹ thuật chế tạo vi điện tử D ấ u so MASK ( ali g nement marks ) 3 . 3 . 2 . Q uang