Đang tải... (xem toàn văn)
Câu 1: Kể tên 3 phương pháp tạo thỏi bán dẫn đơn tinh thể. Ưu nhược điểm của từng phương pháp. Quy trình công nghệ Czochralski được tiến hành như thế nào? Có 3 phương pháp - Công nghệ Czochralski - Công nghệ float-zone - Công nghệ Bridgman a, Công nghệ Czochralski Ưu điểm: - Mọc từ bề mặt tự do (không có ứng suất) - Tạo được các đơn tinh thể lớn có định hướng cao - Sự đối lưu cưỡng bức dễ tạo thành khuôn và có thể tạo ra tinh thể hoàn hảo - Tinh thể có thể được quan sát trong suốt quá trình mọc - Sự đồng nhất bán kính của thỏi đơn tinh thể Nhược điểm - Quá trình bắt đầu tinh xảo (việc tạo mầm, sự kéo thắt) và cơ chế điều khiển tinh vi - Cơ chế phức tạp (tinh thể yêu cầu phải quay, quay của nồi nung là điều mong muốn - Không thể kéo các vật liệu với áp suất cao do vật liệu có áp suất hơi cao - Có thể bị nhiễm bẩn do lò nung - Sự đóng khuôn pha lỏng khá khó khăn, không lặp lại được hình dạng tinh thể b, Công nghệ float-zone Ưu điểm - Khống chế được chất bẩn trong quá trình mọc - Giảm sự nhiễm bẩn do lò nung - Công suất lò nhiệt thấp hơn - Pha tạp đồng nhất được tạo ra bởi làm sạch từng vùng - Tăng kích thước hạt bằng làm sạch từng vùng Nhược điểm - Sự nhiễm bẩn từ lò nung - Giãn nở nhiệt và thể tích c, Công nghệ Bridgman Ưu điểm • Kĩ thuật đơn giản, không cần gradient nhiệt hướng tậm để tạo ra hình dạng tinh thể, mật độ khuyết tật nhỏ hơn 103cm-2 • Khống chế áp suất hơi • Vật chứa được hút chân không và đóng kín • Tạo ra hình dạng và kích thước tinh thể như mong muốn • Ổn định gradient nhiệt, đối lưu tự nhiên tương đối thấp • Dễ điều khiển và bảo trì Nhược điểm • Quá trình mọc bị hạn chế (thuyền có thể tạo ra ứng suất trong quá trình làm lạnh) Không chế tạo thỏi bán dẫn với điện trở suất cao vì có tiếp xúc diện rộng giữa ampule và vật liệu nóng chảy • Vật chứa giãn nở nhiệt theo tinh thể • Tinh thể không hoàn hảo bằng mầm • Không quan sát được. Sự thay đổi đối lưu tự nhiên khi phần nóng chảy bị cạn Quy trìnhCông nghệ Czochralski • Dung dịch nóng chảy là vật liệu đa tinh thể Silic cấp độ phân tử được đưa vào nồi nung bằng silican. • Làm nóng nồi nung đến nhiệt độ 1414 độ làm nóng chảy. • Tiếp theo nhúng mầm đơn tinh thể vào dung dịch nóng chảy. • Tiếp sau , đo nồng độ từ dung dịch nóng chảy,chảy ngược lên mầm làm bề mặt dung dịch lạnh đi,tinh thể bắt đầu đc nuôi. • Mầm được quay quanh trục của nó và từ từ được kéo lên với tốc độ thích hợp tạo ra 1 tinh thể có mặt cắt ngang là hình tròn.Sự quay quanh hạn chế khuyết tật gây ra sự chênh lệch lớn về tốc độ. • Thỏi bán dẫn và lò nung quay theo 2 hướng khác nhau:thỏi là 20v/p và của lò là 10v/p.Đường kính thỏi do tốc độ mầm quyết định(tốc độ càng chậm đường kính càng lớn). • Tốc độ kéo phụ thuộc vào tốc độ tỏa nhiệt.Kéo 1.4mm/p được bán kính 100mm và 0.8mm/p được 200mm.Độ dài của thỏi do kích thước nồi nung và độ dài của ống silican quyết định.
PHOTO NGÂN SƠN ĐỀ CƯƠNG MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Câu 1: Kể tên phương pháp tạo thỏi bán dẫn đơn tinh thể Ưu nhược điểm phương pháp Quy trình công nghệ Czochralski tiến hành nào? Có phương pháp - Công nghệ Czochralski - Công nghệ float-zone - Công nghệ Bridgman a, Công nghệ Czochralski Ưu điểm: - Mọc từ bề mặt tự (không có ứng suất) - Tạo đơn tinh thể lớn có định hướng cao - Sự đối lưu cưỡng dễ tạo thành khuôn tạo tinh thể hoàn hảo - Tinh thể quan sát suốt trình mọc - Sự đồng bán kính thỏi đơn tinh thể Nhược điểm - Quá trình bắt đầu tinh xảo (việc tạo mầm, kéo thắt) chế điều khiển tinh vi - Cơ chế phức tạp (tinh thể yêu cầu phải quay, quay nồi nung điều mong muốn - Không thể kéo vật liệu với áp suất cao vật liệu có áp suất cao - Có thể bị nhiễm bẩn lò nung - Sự đóng khuôn pha lỏng khó khăn, không lặp lại hình dạng tinh thể b, Công nghệ float-zone Ưu điểm 1 PHOTO NGÂN SƠN Khống chế chất bẩn trình mọc - Giảm nhiễm bẩn lò nung - Công suất lò nhiệt thấp - Pha tạp đồng tạo làm vùng - Tăng kích thước hạt làm vùng Nhược điểm - Sự nhiễm bẩn từ lò nung - Giãn nở nhiệt thể tích c, Công nghệ Bridgman Ưu điểm • Kĩ thuật đơn giản, không cần gradient nhiệt hướng tậm để tạo hình dạng tinh thể, mật độ khuyết tật nhỏ 103cm-2 - • • • • • Khống chế áp suất Vật chứa hút chân không đóng kín Tạo hình dạng kích thước tinh thể mong muốn Ổn định gradient nhiệt, đối lưu tự nhiên tương đối thấp Dễ điều khiển bảo trì Nhược điểm • Quá trình mọc bị hạn chế (thuyền tạo ứng suất trình làm lạnh) Không chế tạo thỏi bán dẫn với điện trở suất cao có tiếp xúc diện rộng ampule vật liệu nóng chảy • Vật chứa giãn nở nhiệt theo tinh thể • Tinh thể không hoàn hảo mầm • Không quan sát Sự thay đổi đối lưu tự nhiên phần nóng chảy bị cạn Quy trình Công nghệ Czochralski • Dung dịch nóng chảy vật liệu đa tinh thể Silic cấp độ phân tử đưa vào nồi nung silican • Làm nóng nồi nung đến nhiệt độ 1414 độ làm nóng chảy 2 PHOTO NGÂN SƠN • Tiếp theo nhúng mầm đơn tinh thể vào dung dịch nóng chảy • Tiếp sau , đo nồng độ từ dung dịch nóng chảy,chảy ngược lên mầm làm bề mặt dung dịch lạnh đi,tinh thể bắt đầu đc nuôi • Mầm quay quanh trục từ từ kéo lên với tốc độ thích hợp tạo tinh thể có mặt cắt ngang hình tròn.Sự quay quanh hạn chế khuyết tật gây chênh lệch lớn tốc độ • Thỏi bán dẫn lò nung quay theo hướng khác nhau:thỏi 20v/p lò 10v/p.Đường kính thỏi tốc độ mầm định(tốc độ chậm đường kính lớn) • Tốc độ kéo phụ thuộc vào tốc độ tỏa nhiệt.Kéo 1.4mm/p bán kính 100mm 0.8mm/p 200mm.Độ dài thỏi kích thước nồi nung độ dài ống silican định Câu 2: Trình bày bước quy trình chế tạo phiến Si đơn tinh thể từ cát thạch anh • • Các bước quy trình chế tạo phiến Si đơn tinh thể từ cát thạch anh Nguyên liệu:Nguyên liệu: SiO2 Quartzite sand (silica) – Cát • thạch anh Cát thạch anh SiO2 độ tương đối cao đưa vào lò nung với nhiệt độ 1800oC với cacbon (than đá, than cốc, than củi) SiO2+ 2C → Si + 2CO “đk 1800 C” • Đầu tiên Si sau trình MGS cho phản ứng với HCl để hình thành SiHCl3, (trichlorosilane) có dạng chất lỏng có nhiệt độ sôi 32oC 3 PHOTO NGÂN SƠN • • Si+3HCl (g) → SiHCl3+ H2 (g) - Quá trình tinh chế phân đoạn dùng để tách SiHCl3 từ tạp chất FeCl3 • tiếp đó, sử dụng quy trinh VCD môi trường H2 • SiHCl3+ H2 (g) • • Si + 3HCl Qui trình xảy lò phản ứng chứa Si đa tinh thể mỏng đốt nóng, đóng vai trò lõi để nguyên tử Si bám vào tạo thành Si đa tinh thể Tạo Si có độ cao, độ EGS 5x1013cm-3 Câu 3: Nêu tính chất tác dụng lớp SiO2 Phương pháp chế tạo lớp SiO2 công nghệ oxi hóa nhiệt môi trường ôxy khô nước • 1.Tính chất lớp SiO2: • Silic đioxit chất dạng tinh thể, nóng chảy không tan nước Tron tự nhiên, tinh thể chủ yếu dạng khoáng vật thạch anh Thạch anh chủ yếu tồn dạng tinh thể lớn, không màu, suốt Cát có chứa nhiều tạp chất • Silic đioxit oxit axit, tan chậm dung dịch kiềm đặc nóng, tan dễ kiềm nóng chảy cacbonat kim loại kiềm nóng chảy, tạo thành silicat • Silic đioxit tan axit flohiđric: SiO2 + HF = SiF4 + 2H2O để khắc chữ thủy tinh • OXIT SILIC LÀ CHẤT BÁN DẪN,ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG LÀM CÁC VI MẠCH ĐIỆN TỬ! Tác dung: • Tạo hàng rào ngăn cản khuếch tán cho phép khuếch tán lựa chọn nguyên tử tạp chất vào tinh thể Si qua cửa sổ mở lớp SiO2 • Bảo Vệ lớp tiếp giáp không cho tiếp xúc với môi trường không khí, cản không cho tạp chất xâm nhập vào trong,làm 4 PHOTO NGÂN SƠN giảm đáng kể tác động môi trường • Đảm bảo tính cách điện tốt dây dẫn • Dùng làm lớp điện môi tụ điện( lớp điện môi cực G kênh dẫn Phương pháp chế tạo • 1.Oxi hóa môi trường oxi khô • Đưa oxi vào bình kín qua hệ thống có van điều khiển xác lưu lượng khí đưa vào • Cơ chế xảy oxi hóa sau:ban đầu nguyên tử oxi phản ứng với nguyên tử silictreen bề mặt phiến Si,sau hấp thụ bề mặt SiO2.oxi bị ion hóa thành inon oxi lỗ trống,chúng khuếch tán tới lớp tiếp giáp Si-SiO2,Tại biên có phản ứng • 2O2 + SiO2 + SI = SiO2 • Đặc điểm phương pháp chất lượng SiO2 tốt tốc độ chậm Câu a, Khái niệm: Là phương pháp tạo màng vật liệu dựa phản ứng hóa học pha buồng lò có nhiệt độ , áp suất định Trong trình phản ứng số vật liệu cần chế tạo nắng đọng để bề mặt vật liệu lắng đọng vào cấu hình định sẵn nhằm phục vụ cho chế tạo vật liệu linh kiện mạch tổ hợp b, Quy trình lắng đọng hóa học gồm bước sau: 5 PHOTO NGÂN SƠN Sơ đồ mô tả trình tạo màng phương pháp CVD − Precursor (khí phản ứng dạng hơi) đưa vào buồng phản ứng di chuyển tạo thành dòng − Một phần precursor di chuyển qua lớp biên để đến đế thông qua đối lưu − Precursor khuếch tán bề mặt đế − Trên đề xảy phản ứng hóa học precursor tạo màng − Những sản phẩm dư thừa giải hấp khuếch tán khỏi bề mặt đế theo dòng Giải thích: Khí precursor đưa dòng đối lưu vận chuyển, gặp môi trường nhiệt độ cao hay plasma xảy tượng va chạm electron với ion hay electron với notron electron va chạm với electron để tạo gốc tự Sau đó, phân tử gốc tự khuếch tán xuống đế, gặp môi tr ường nhiệt độ cao đế xảy phản ứng tạo màng bề mặt đế Sản phẩm phụ sinh sau phản ứng sau khuếch tán ngược vào dòng chất lưu, dòng chất lưu đưa khí precursor dư, sản phẩm phụ, khí độc khỏi buồng Ta mô tả trình CVD phương trình: to,plasma precursor( khí bay hơi) màng( r ắn) + sản phẩm phụ c, ƯU ĐIỂM CỦA CVD − Màng có độ dày đồng cao, bị xốp 6 PHOTO NGÂN SƠN − Màng có độ tinh khiết cao − Có thể phủ đế có cấu hình phức tạp − Có thể phủ giới hạn khu vực (dùng trang trí hoa văn) − Màng có tính xếp chặt − Có khả lắng đọnh hợp kim nhiều thành phần − Tốc độ lắng đọng cao (đến /phút) − Hệ thiết bị đơn giản d, NHƯỢC ĐIỂM CỦA CVD − Cơ chế phản ứng phức tạp − Nhiệt độ đế cao nhiều so với phương pháp khác (19000F) − Đế dụng cụ buồng phản ứng dễ bị ăn mòn dòng − Nhiều sản phẩn khí sau phản ứng có tính độc nên cần hệ thống xử lí khí thải − Một số vật liệu không tạo màng phương pháp phản ứng hóa học thích hợp e, ỨNG DỤNG CỦA CVD − Phương pháp CVD dùng để chế tạo nhiều loại màng mỏng: ♣ Chất bán dẫn: Si, AIIBVI, AIIIBV… ♣ Màng mỏng ôxít dẫn điện suốt: SnO2,In2O3:Sn(ITO) ♣ Màng mỏng điện môi: SiO2, Si3N4, BN, Al2O3, … ♣ Màng mỏng kim loại − Trong công nghiệp vi điện tử: màng cách điện, dẫn điện, lớp chống gỉ, chống oxi hóa − Trong chế tạo sợi quang chịu nhiệt, độ bền cao − Chế tạo pin mặt trời − Chế tạo sợi composit nhiệt độ cao − Chế tạo vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao f PHÂN LOẠI CVD Phương pháp CVD phân thành loại sau: − Thermal CVD: CVD kích hoạt phản ứng nhiệt, thường thực nhiệt độ cao (> 900oC) Đây phương pháp 7 PHOTO NGÂN SƠN cổ điển − APCVD (Atmospheric pressure chemical vapor deposition): tốc độ lắng đọng cao, đơn giản Nhưng màng không đồng đều, không LPCVD Dùng chủ yếu tạo màng oxit − LPCVD (Low pressure chemical vapor deposition): buồng phản ứng có áp suất thấp (cần có hệ thống hút chân không) Màng độ cao Nhưng tốc độ lắng đọng màng lại thấp APCVD Dùng tạo màng silic, màng điện môi − MOCVD (Metal organic chemical vapor deposition): CVD nhiệt sử dụng precursor hợp chất hữu kim loại Phương pháp dùng tạo nhiều loại màng: màng bán dẫn, màng kim loại, màng oxit kim loại, màng điện môi Nhưng độc, vật liệu nguồn đắt, ảnh hưởng đến môi trường − PECVD (Plasma enhanced chemical vapor deposition): sử dụng lượng plasma để kích hoạt phản ứng Nhiệt độ phản ứng khoảng 300-500oC • Câu 4: Khái niệm, quy trình, phân loại số ứng dụng phương pháp CVD Khái niệm: Phương pháp bay lắng đọng hóa học (CVD) tạo lớp màng mỏng nhờ lien kết dạng khuếch tán, kết cua việc phản ứng pha khí với bề mặt nung nóng Nhờ lắng đọng hóa (CVD) vật liệu rắn lắng đọng từ pha thong qua phản ứng hóa học xảy gần bề mặt đế nung nóng Quy trình: Sản phẩm cuối tạo lớp màng rắn chịu mài mòn có lien kết mạnh với vật liệu đế CVD nhiều gọi phương pháp lắng đọng nhiệt độ cao, trình thực nhiệt độ 1900°F 8 PHOTO NGÂN SƠN • Nguyên lí: Khí ban đầu dòng đối lưu vận chuyển, gặp môi trường nhiệt độ cao hay plasma xảy tượng va chạm electron với ion hay electron với notron xó thể electron va chạm với electron để tạo gốc tự Sau đó, phân tử gốc tự khuếch tán xuống đế, gặp môi trường nhiệt độ cao đế xảy phản ứng tạo màng bề mạt đế Sản phẩm phụ sinh sau phản ứng sau khuếch tán vào dòng chất lưu, dòng chất lưu đưa khí ban đầu dư, sản phẩm phụ, khí độc khỏi buồng Ta mô tả trình phương trình: Khí ban đầu (khí bay hơi) màng (rắn) + sản phẩm phụ • • • • • Các trình CVD: Khuếch tán chất phản ứng tới bề mặt đế Sự hấp phụ chất phản ứng tới bề mặt đế Xảy phản ứng hóa học Giải hấp sản phẩm khí sau phản ứng Khuếch tán sản phẩm phụ bên Ứng dụng Phương pháp CVD dùng để chế tạo màng mỏng Các chất bán dẫn như: Si, A2B6, A3B5, • Các màng mỏng oxit dẫn điện suốt SnO2, In2O3, Sn(ITO), • Các màng mỏng điện môi SiO2, Si3N4, BN… • Các màng mỏng kim loại Phân loại • AP-MOCVD, CVD áp suất khí • LP-MOVCD, CVD áp suất thấp • PE-CVD, CVD môi trường plasma tăng cường nhiệt độ thấp • 9 PHOTO NGÂN SƠN MOCVD phương pháp lắng đọng hóa pha hóa học hữu kim loại Câu 5: Cấu tạo nguyên lý hoạt động lò VCD Cấu tạo lò VCD: • Buồng lò ống thạch anh chịu nhiệt độ cao Hệ thống đốt lượng nhiệt hay lượng cao tần Buồng có hệ thống đưa khí pha tạo phản ứng lò Ở lò có hệ thống van hệ thống đo lưu lượng khí điều chỉnh xác Có hệ thống hút khí thải an toàn Các hệ CVD cấu tạo áp xuất thấp tạo chân không buồng lò hệ thống bơm sơ cấp, bơm khuếch tán nhiều phận hỗ trợ khác bẫy nito, hệ thống chống khí dò Nếu phiến vật liệu đế không cho phép làm việc nhiệt độ cao 300-400°C, phải tiến hành phản ứng nuôi môi trường plasma (ppPECVD) Nguyên lý hoạt động lò: Đưa thành phần mang tính chất phản ứng vào lò nhiệt độ cao, lò có phiến đế để xếp thuyền graphit hay thạch anh (SiO2) Sự vận chuyển chất tham gia phản ứng qua lớp màng đến bề mặt phiến bán dẫn Sự hấp thụ thành phần phản ứng bề mặt phiến bán dẫn Các trình hóa lý xảy bề mặt phiến bán dẫn tạo sản phẩm vật chất mong muốn Quá trình vận chuyển sản phẩm dư thừa khỏi bề mặt vật liệu đưa 10 10 PHOTO NGÂN SƠN Epitaxy pha lỏng kĩ thuật nuôi tinh thể khác Hợp chất bán dẫn chứa thành phần khác có nhiệt độ nóng chảy thấp chất bán dẫn Đế bán dẫn giữ chất lỏng Bởi nhiệt độ đun nhỏ nhiệt độ nóng chảy đế nên đế không chảy Khi dung dịch làm lạnh chậm, lớp bán dẫn đơn tinh thể hình thành bán dẫn mầm Kĩ thuật thực nhiệt độ thấp phương pháp Czochralski, thường dùng để chế tạo bán dẫn hợp chất nhóm III-V Hệ thống thiết bị gồm : nửa thuyền phần thuyền làm grahit dộ cao Các rãnh trượt mặt đối diện hai nửa thuyền, hai nửa thuyền ghép cố định chất định vị Các trình: - Nguội cân Làm nguội nhẩy bậc Quá trình mọc So sánh phương pháp epitaxy: Các phương pháp Phương pháp pha lỏng Ưu điểm - - 16 Thiết bị đơn giản dễ vận hành Dải nhiệt độ mọc rộng Có thể mọc với tốc độ cao Quá trình mọc gần với trình cân nên khuyết tật Màng mỏng độ đồng chất lượng tốt Nhược điểm - - Ít linh động điều khiển thành phần phân bố pha tạp Chất hòa tan bị tách từ bề mặt lớp Điều khiển độ dày khó nên diện tích đế lớn 16 PHOTO NGÂN SƠN Phương pháp pha - - Phương pháp chùm phân tử - Hình thành lắng đọng hóa Có thể khống chế độ dày, pha tạp độ kết tinh cao Nhiệt độ cao (800 – 1100) Dễ dàng chế tạo thiết bị công nghệ cao Điều khiển thành phần tốt Độ phân giải lớp đơn Tính toán nhanh - - Cơ chế phản ứng phức tạp Đế bị ăn mòn Khó tạo linh kiện Sử dụng nguyên tố siêu Làm việc chân không siêu cao Nhiệt độ mọc thấp Đắt tiền Câu 10: Phòng gì? Cấu trúc kiểu thiết kế phòng sạch? Bài làm 17 Phòng phòng mà nồng độ hạt lơ lửng không khí bị khống chế xây dựng sử dụng kết cấu cho có mặt, sản sinh trì hạt phòng giảm đến tối thiểu yếu tố khác phòng nhiệt độ, độ ẩm, áp suất khống chế điều khiển Tiêu chuẩn: Các tiêu chuẩn phòng lần đưa vào năm 1963 Mỹ, trở thành tiêu chuẩn chung cho giới Đó tiêu chuẩn quy định lượng hạt bụi đơn vị thể tích không khí Người ta chia thành tầm kích cỡ bụi loại phòng xác định số hạt bụi có kích thước lớn 0,5 µm thể tích foot khối (ft3) không khí phòng Cấu trúc Phòng xám (grey room): hay gọi service room, nơi tập trung thiết bị máy bơm chân không (vacuum pump), hệ nước siêu (DI water), lò oxi hoá/khuếch tán 17 PHOTO NGÂN SƠN 18 (furnace 1), lò ôxi hoá số chất lượng cao (furnace 2), hệ lắng đọng hoá học tạo màng áp suất thấp (LPCVD), hệ thống nước làm lạnh, khí N2, Phòng trắng (white room): nơi chứa thiết bị đo đạc khác hệ đo độ dầy màng mỏng (ellipsometer), hệ xác định bề sâu khuếch tán (junction depth) Phòng vàng (yellow room): nơi có độ lớn phòng Phần lớn quy trình công nghệ chế tạo sensor thực phòng Phòng bố trí tủ công nghệ trang bị quạt hút công suất lớn đảm bảo an toàn cho người làm với dụng cụ phụ trợ khác cho trình công nghệ trang bị đầy đủ Bên cạnh có máy quang khắc (photolithographer) để phục vụ cho trình quang khắc, kính hiển vi quang học (microscope) để kiểm tra chất lượng bước công nghệ thực Hệ thống máy rửa dùng siêu âm đảm bảo cho dụng cụ thí nghiệm sẽ, lò sấy lập trình được, hệ quay ly tâm, hệ thiết bị phục vụ cho việc chế tạo vật liệu Sol-Gel làm nguồn khuếch tán, vật liệu phát quang vật liệu khác Các kiểu thiết kế phòng - Phòng kiểu thông hỗn hợp: Nguyên lý thông phòng kiểu tương tự hầu hết phòng điều hòa không khí phổ thông văn phòng hay cửa hàng Không khí (sạch) cung cấp máy điều hòa không khí tỏa qua hệ thống khuếch tán trần nhà - Phòng định hướng hoàn toàn: Hệ thống phòng với kiểu thông tán loạn thường đạt độ tiêu chuẩn tới cấp ISO trình sản xuất Để đạt điều kiện tốt suốt trình hoạt động, điều cần thiết phải làm loãng sản sinh hạt Điều đạt cách dùng dòng không khí hoàn toàn thẳng 18 PHOTO NGÂN SƠN Câu 11 Các phương pháp chiếu sáng? So sánh ưu nhược điểm phương pháp này? Bài làm Có phương pháp chiếu sáng là: - In tiếp xúc - In cận - In chiếu 2.So sánh Phương pháp In tiếp xúc -Độ phân giải Ưu điểm cao -MFS=(d.λ)1/2 , 0.5 µm -Giá hợp lí Nhược điểm In cận In chiếu - Thời gian sống mặt nạ lớn - MFS ~ [(d +g)λ]1/2 -giá hợp lý - Độ phân giải cao thay đổi cấu trúc hóa học=>tan dung môi Thu hình lớp cảm quang dương giống hệt hình vẽ mặt nạ Cảm quang âm Chất polymer kết hợp với hợp chất nhạy quang Hợp chất nhạy quang hấp thụ lượng=>liên kết chéo phân tử polymer=>không tan Hình ảnh thu ngược với hình vẽ mặt nạ Quá trình truyền hình ảnh lên phiến đế công nghệ quang khắc 20 PHOTO NGÂN SƠN B1: phủ chất cảm quảng B2: chiếu sáng B3: hình B4: tráng rửa 21 21 PHOTO NGÂN SƠN B5: loại bỏ chất cảm quang dư Câu 13: Các bước qui trình quang khắc - Bước 1: Làm khô bề mặt đế: Có nhiều cách để tách tạp chất bề mặt đế - như: thổi khí nitơ có áp suất cao, vệ sinh hóa chất, dòng nước có áp suất cao dùng cọ rửa Sau sấy tách ẩm cách gia nhiệt nhiệt độ từ 150 0C đến 200 0C thời gian 10 phút Bước 2: Phủ lớp tăng cường độ bám dính (primer) Vai trò lớp làm tăng - khả kết dính đế chất cảm quang Lớp tăng cường độ bám dính thường sử dụng HMDS (hexamethyldislazane) 22 22 PHOTO NGÂN SƠN - Bước 3: Phủ lớp cảm quang phương pháp quay li tâm Ở giai đoạn đế quay máy quay li tâm môi trường chân không Các thông số kĩ thuật giai đoạn này: tốc độ quay (3000 6000 vòng/phút), thời gian quay (15 - 30 s), độ dày lớp phủ (0.5 ÷ 15 µm) Công thức thực nghiệm để tính độ dày lớp phủ cảm quang: t=(kp2)/√w với k: số thiết bị quay li tâm (80-100) p: hàm lượng chất rắn chất cảm quang (%) w: tốc độ quay máy quay li tâm (vòng/1000) Sơ đồ hệ quay li tâm Sự cố Nguyên nhân Hướng khắc phục Độ dày không - Bề mặt khô không - Các đường biên dày (có thể dày 20-30 lần) - Có thể đặt vòng tròn đường biên - Dùng dung môi phun lên lớp biên để hoàn tan Xuất đường sọc Do chất cảm quang - Làm chất cảm có hạt rắn có đường quang trước quay phủ kính lớn độ dày lớp phủ Các cố thường gặp trình phủ lớp cảm quang 23 23 PHOTO NGÂN SƠN Bước 4: Sấy sơ (Soft-Bake) Mục đích bước làm bay dung môi có chất cảm quang Trong trình sấy, độ dày lớp phủ giảm khoảng 25% Phương pháp thực hiện: - Bước 5: Định vị mặt nạ chiếu sáng Trong giai đoạn này, hệ chiếu ánh sáng để chuyển hình ảnh lên nền, mặt nạ đặt hệ thấu kính Có phương pháp chiếu dựa vào vị trí đặt mặt nạ: - Mặt nạ tiếp xúc - Mặt nạ đặt cách chất cảm quang khoảng cách nhỏ - Mặt nạ đặt cách xa chất cảm quang, ánh sáng chiếu qua hệ thấu kính 24 24 PHOTO NGÂN SƠN - Bước 7: Sấy sau ảnh Mục đích bước làm cho lớp cảm quang cứng hoàn toàn, đồng thời tách toàn dung môi khỏi chất cảm quang Khắc hình chùm tia điện tử phương pháp công nghệ mới, tạo chi tiết nhỏ mạch điện tử tích hợp (IC) Chùm tia điện tử chiếu thông qua “mặt nạ”- tạo nhờ thấu kính điện từ truyền hình ảnh mặt nạ lên đế bán dẫn Nguyên lý: 25 Sử dụng chùm điện tử (EBL) có lượng cao làm biến đổi chất cản quang phủ bề mặt phiến 25 PHOTO NGÂN SƠN 26 Bề mặt phiến phủ hợp chất hữu gọi chất cản quang (resist), chất nhạy cảm với điện tử chiếu vào, bị thay đổi tính chất tác dụng chùm điện tử Sự thay đổi bị hòa tan dung dịch tráng rửa (developer) không bị hòa tan dung dịch tráng rửa Cấu tạo thiết bị EBL gần giống kính hiển vi điện tử quét có nghĩa tạo chùm điện tử có lượng cao, sau khuếch đại thu hẹp nhờ hệ thấu kính từ, chiếu chùm điện tử trực tiếp lên mẫu cần tạo Khác với quang khắc truyền thống (photolithography), EBL sử dụng chùm điện tử nên không cần mặt nạ tạo hình mà chiếu trực tiếp chùm điện tử lên bề mặt mẫu, dùng cuộn dây để quét điện tử nhằm vẽ chi tiết cần tạo Chùm điện tử EBL mạnh có kích thước từ vài nanomét đến hàng trăm nanomét 26 PHOTO NGÂN SƠN Thiết bị khắc hình chùm tia điện tử 27 27 PHOTO NGÂN SƠN Bước sóng chùm tia điện tử tính thông qua điện tăng tốc V: Nhưng cường độ chùm tia điện tử phải đạt cỡ hàng chục mA đảm bảo suất khoảng 10 phiến đế (tất kiểu chiếu véc tơ hay dò bước - quét) Nguyên lý hệ quang khắc - Hình mô tả chế thiết bị hệ quang khắc, gồm nguồn phát tia tử ngoại, chùm tia tử ngoại khuếch đại sau chiếu qua mặt nạ Mặt nạ chắn sáng in chi tiết cần tạo (che sáng) để che không cho ánh sáng chiếu vào vùng cảm quang, tạo hình ảnh chi tiết cần tạo cảm quang biến đổi Sau chiếu qua mặt nạ, bóng chùm sáng có hình dạng chi tiết cần tạo, sau hội tụ bề mặt phiến phủ cảm quang nhờ hệ thấu kính hội tụ Ứng dụng quang khắc : - Quang khắc kỹ thuật phát triển từ đầu kỷ 20, sử dụng rộng rãi công nghiệp bán dẫn để chế tạo vi mạch điện tử phiến Si Ngoài ra, quang khắc sử dụng ngành khoa học công nghệ vật liệu để chế tạo chi tiết vật liệu nhỏ, chế tạo linh kiện vi điện tử (MEMS) Hạn chế 28 28 PHOTO NGÂN SƠN quang khắc ánh sáng bị nhiễu xạ nên hội tụ chùm sáng xuống kích cỡ nhỏ, nên chế tạo chi tiết có kích thước nanô (độ phân giải thiết bị quang khắc tốt 50 nm), chế tạo chi tiết nhỏ cấp nanomet, người ta phải thay công nghệ khắc chùm điện tử (electron beam lithography) Ưu điểm nhược điểm: Ưu điểm: Vì dùng chùm điện tử nên có khả tạo chùm tia hẹp nhiều so với ánh sáng, tạo chi tiết có độ phân giải cao kích thước nhỏ nhiều so với quang khắc (photolithography), đồng thời dễ dàng tạo chi tiết phức tạp Chùm điện tử điều khiển quét bề mặt mẫu cách cuộn dây nên vẽ trực tiếp chi tiết mà không cần mặt nạ quang khắc (photolithography) Nhược điểm: Phương pháp quang khắc chùm điện tử (EBL) chậm nhiều so với quang khắc (photolithography) Câu 15: So sánh hai kĩ thuật loại bỏ (lift off) ăn mòn (etching) 29 29 PHOTO NGÂN SƠN • Kĩ thuật liff – off (loại bỏ) : Chất cảm quang dương sau phủ đế chiếu sáng thông qua mặt nạ (a) Những vùng chất cảm quang không mặt nạ che (bị chiếu sáng) bị biến đổi tính chất, tan dung dịch tráng rửa Còn lại vùng mặt nạ che (không bị chiếu sáng) bám dính đế (b) Tiếp vật liệu bốc bay (bằng phương pháp phún xạ, …) bám dính lên đế lớp chất cảm quang (c) Sau phần vật liệu bám chất cảm quang bị loại bỏ (liff-off) cách cho mẫu vào rung siêu âm acetone Phần vật liệu bám chất cảm quang lớp cảm quang bị rửa trôi, lại lớp vật liệu bám đế (d) 30 30