外部匯流排external bus

(1)

台灣師範大學機電科技學系 C. R. Yang, NTNU IMT

-1-

微機電製程與應用微機電製程與應用技術技術

MEMS fabrication process and its application

楊啟榮博士

教授

國立台灣師範大學機電科技學系

Department of Mechatronic Technology National Taiwan Normal University

Tel: 02-23583221 ext. 14 E-mail:[email protected]

-2-

綱綱要要

z 認識微機電系統技術

z 微機電製程技術

– 矽基微加工 vs. 非矽基微加工技術

z 結論

-3-

認識微機電系統技術認識微機電系統技術

-4-

微電子

微電子 vs. vs. 微機電微機電

3D Optical Scanner

3D Optical Scanner (ADI, USA) Metal-Oxide-Silicon

Field Effect Transistor MOSFET 金屬氧化半導體場效電晶體

PMOS NMOS

(2)

-5-

z 超「輕、薄、短、小」

z 高附加價值

z 符合環保、省能源

z 省空間、省材料等

微機電系統產品的優點微機電系統產品的優點

質譜儀

70 Kg, 30000 cm³, 1200 W Europa Scientific, UK

微質譜儀晶片

0.2 Kg, 3 cm³, 0.5 W DARPA, USA

微機電系統技術

-6-

致動器 actuators

感測器陣列 sensors array

微處理器 microprocessor

輸入/輸出 input/output

輸入/輸出 input/output 內部匯流排

internal bus

外部匯流排 external bus 微系統應用晶片模組

感測訊號

物理 Physical 化學 Chemical 生化 Biochemical

能源 Energy

熱能 Thermal 機械 Mechanical 流體 Fluidic 光學 Optical 電能 Electrical

情報資料

電氣 Electrical 光學 Optical 聲學 Acoustic

致動訊號

消費性電子生化醫療自動化半導體化工通訊與資訊環保與安全紡織

微機電系統之訊號傳輸與致動控制架構圖微機電系統之訊號傳輸與致動控制架構圖

-7-

Artist impression of a hybrid

Artist impression of a hybrid μ μTAS dating from the mid 90's. TAS dating from the mid 90's.

全功能微分析系統全功能微分析系統

(micro total analysis system, (micro total analysis system, μ μTAS) TAS)

-8-

微機電系統名稱分類與應用領域微機電系統名稱分類與應用領域

美國：Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) 日本：Micromachines

歐洲：Micro-Systems Technology (MST)

MEMS applications:

- Optical MEMS (光學應用)

MOEMS: Micro Opto Electro Mechanical Systems MOMS: Micro Opto Mechanical Systems

- Bio MEMS (生化醫學應用)

μTAS：Micro Total Analysis System LOC：Lab. On a Chip

- RF MEMS (無線通訊應用)

(3)

-9-

Digital Mirror Display

Digital Mirror Display (DMD) (DMD) / Digital Light Processing / Digital Light Processing (DLP) (DLP)

Texas Instruments 15 μm

-10-

生醫微機電系統生醫微機電系統

Blood testing Drug delivery

Insulin pump (Debiotech, Switzerland)

-11-

Shrinking Wireless Architectures Shrinking Wireless Architectures

C. T.-C. Nguyen, “Communications applications of microelectromechanical systems (invited),”

Proceed-ings, 1998 Sensors Expo, San Jose, California, May 20, 1998, pp. 447-455.

-12-

Source: NEXUS III, http://nexus-mems.com/

*Other are: microreaction, chip cooler, MEMS memories, liquid lenses, microspectrometer, wafer

probes, micro-mirrors for optical processing, micro-pumps, micromotors, chemical analysis systems

(4)

-13- 台灣師範大學機電科技學系

C. R. Yang, NTNU IMT

-14-

氣泡式噴墨印表頭氣泡式噴墨印表頭

Thermal Bubble Inkjet Head

氣泡式噴墨印表頭

Thermal Bubble Inkjet Head

(Tseng et al, UCLA, 1998)

Droplet ejection

Tail cutting

Commercial Inkjet Microinjector

HP 51626A Printhead

Nozzle: 60 μm Droplet: 50 μm Frequency: 8 kHz

Nozzle: 40 μm Droplet: 45 μm Frequency: 18 kHz

-15- 台灣師範大學機電科技學系

C. R. Yang, NTNU IMT

-16-

微機電製程技術

(5)

-17-

半導體IC 半導體 IC製造流程製造流程( (微機電製程的基礎微機電製程的基礎) )

-18-

薄膜沉積薄膜沉積

Chemical Vapor Deposition (CVD) Chemical Vapor Deposition (CVD)

z

PECVD

z

LPCVD

z

APCVD

z

MOCVD (光電薄膜沉積)

-19-

Sputtering Sputtering

Physical Vapor Deposition (PVD) Physical Vapor Deposition (PVD)

Joule heat or Electron beam Joule heat or Electron beam

-20- 基板

光罩光阻紫外光曝光

薄膜

基板基板

薄膜

正光阻顯影負光阻

薄膜

基板薄膜

蝕刻

薄膜基板

基板薄膜

光阻去除

薄膜基板

正、負光阻微影製程示意圖

黃光微影製程

(6)

-21-

光阻的微影程序光阻的微影程序

Dehydration Bake

resist resist

Vacuum Spin Coating

Soft Bake

Exposure UV

Post Exposure Bake

Vacuum Spin Drying

Hard Bake 10-15min @ 250℃

(optional)

? min @ ?℃

? dosage/?thickness Development

(agitation)

? min @ ? ℃

(Rinse)

(Priming)

-22-

濕式蝕刻法乾式蝕刻法

溼式與乾式蝕刻溼式與乾式蝕刻

電漿

蝕刻遮罩層結構層

-23-

Cr-7

-24-

熱製程熱製程

熱氧化處理需要在高溫爐管區中進行，爐內溫度控制在800 - 1000℃。矽晶圓在爐內高溫環境下，晶圓表面會與通入爐管內之氧氣作用而形成二氧化矽膜(SiO

₂

)。

氧化矽成長氧化矽成長

SiO₂ Si

(a) 熱氧化成長SiO₂

(b) 微影及BOE蝕刻SiO₂

Si SiO2

PR

Si

(c) TMAH蝕刻液中以不同操作條件蝕刻 SiO₂

氧化矽作為蝕刻遮罩

(7)

-25-

擴散法擴散法(diffusion) (diffusion) 離子植入(Ion implantation)

離子佈植是將所需的摻雜元素(如砷)電離成正離子，並施加高偏壓，使其獲得一定的動能，以高速射入矽晶圓的技術。

擴散時摻雜物質經由氣體帶入爐管中，藉由一定時間的高溫擴散，擴散為所需的濃度分佈曲線。

-26-

NMOS PMOS

離子摻雜

離子摻雜 (doping)的目的 (doping) 的目的

-27-

substrate resist

(a) Define resist

(b) Metal deposition Metal source

Acetone

(c) Strip resist

掀離法製作金屬圖案技術掀離法製作金屬圖案技術

Construction of metallization patterns by life

Construction of metallization patterns by life- -off process off process

-28-

矽基微加工技術矽基微加工技術

z

z 面型矽微加工面型矽微加工 (Surface micromachining) (Surface micromachining)

z z 體型矽微加工體型矽微加工 (Bulk micromachining) (Bulk micromachining)

(8)

-29-

(必須放在最後步驟)

Process Flow

Process Flow of Surface Micromachining of Surface Micromachining Sacrificial layer release by selective etching Sacrificial layer release by selective etching

-30-

Process Flow

Process Flow of Surface Micromachining of Surface Micromachining

Sacrificial

Sacrificial Floating Floating

Poly-Si

SiO ₂ BOE

Al,Ti PAE, H ₂ SO 4 Si ₃ N ₄ , SiO ₂ (PECVD) Etchant

Etchant

Poly-Si TMAH, KOH, EDP Si ₃ N ₄ , SiO ₂ (LPCVD)

-31-

梳狀微致動器梳狀微致動器

旋轉式微馬達旋轉式微馬達

-32-

Hinged structures

Schematic of the fabrication process for surface-micromachinined microhinges.

Ming C. Wu, UCLA

3 3- -D D 結構的限制與突破結構的限制與突破

R. S. Muller, Berkeley

(9)

-33-

功能性被動件:

反射鏡

引擎:

梳狀致動器

動力傳輸機構:

連桿, 齒輪

Sandia National Lab., USA

微光學掃描器微光學掃描器

-34-

Micro

Micro- -optical bench optical bench

http://www.ee.ucla.edu/labs/laser/index.html

-35-

矽體型微加工與應用技術矽體型微加工與應用技術

z 矽體型微加工技術

溼式蝕刻

乾式蝕刻

-36-

(10)

-37-

Flow sensor

Accelerometer

V-groove Neural microprobe

Force sensor

-38-

Three Working Planes of Silicon Substrates Three Working Planes of Silicon Substrates

Ref: Prof. Hsu, Tai-Ran, ITRI Lecture, Jan., 2001

(100) Plane (110) Plane (111) Plane

0.543 nm 0.768 nm 0.768 nm

0 .7 6 8 n m

Normal plane: Diagonal plane: Incline plane:

-39-

矽濕式蝕刻技術矽濕式蝕刻技術

Silicon Wet Etching Technique Silicon Wet Etching Technique

-40-

Effects of mask geometry and agitation for isotropic wet etching

Isotropic Etching of Silicon Isotropic Etching of Silicon

z

Etchant:

HNA (HF, HNO

₃

, CH

₃

COOH)

z

Room temperature (<50℃)

z

Diffusion control

z

High etching rate (50μm/min)

z

Undercut mask

z

Mask:

Au/Cr or Si

₃

N

₄

is good SiO

₂

is simple

z

Undercut嚴重

z

Dimension定義嚴重失真

(11)

-41-

Anisotropic Etching of Silicon Anisotropic Etching of Silicon

z Etchant:

KOH, TMAH, EDP, H ₂ N ₄

(110) (100)

-42-

Etching apparatus Etching apparatus

temperature controller water out

water in

pump water

hot plate thermal

couple

wafer etchant water nitrogen in

-43-

Corner Compensation Corner Compensation

EDP etchant KOH etchant

-44-

(12)

-45-

Mesa microstructures etched in TMAH-BR solution and pure solution without using the corner compensation technique.

Pure TMAH

BR-Added (添加劑)

-46-

蝕刻終止技術蝕刻終止技術 Etching stop technology Etching stop technology

矽晶片薄膜

二氧化矽

薄膜氫氧化鉀

(a) 薄膜蝕刻終止 (b)

摻雜濃度蝕刻終止

必須使用雙面拋光晶片

矽晶片 p+ 單晶矽

二氧化矽

p+ 微結構氫氧化鉀

(a) (b)

蝕刻率與摻雜物質的型態及摻雜濃度有關

-47-

隔膜懸臂樑

金字塔結構皺狀結構

微探針結構碗狀結構

經由摻雜濃度的改變與摻雜區域的控制、蝕刻液的選擇以及選擇適當的蝕刻終止技術，逐漸發展出摻雜選擇性蝕刻 (doping selective etching) ，可以製作出隔膜、懸臂樑、金字塔型、皺狀 (corrugated) 、探針、碗狀等特定微機械結構。

利用選擇性蝕刻、蝕刻終止技術所得之各種不同形狀之微結構

-48-

Si

₃

N

₄

Si

(b) 微影及用RIE蝕刻Si

₃

N

₄

(c) 在KOH蝕刻液中蝕刻

Si PR Si

₃

N

₄

Si

₃

N

₄

(a) LPCVD沉積Si

₃

N

₄

(13)

-49-

薄膜應力的控制薄膜應力的控制

Heavily Boron Doped Silicon Layer Microstructures

未經處理之P

⁺

layer (高應力形變)

經退火處理之P

⁺

layer (低應力形變)

中區微機電中心技術資料

-50-

矽乾式蝕刻技術矽乾式蝕刻技術

Silicon Dry Etching Technique Silicon Dry Etching Technique

-51-

感應耦合電漿蝕刻(ICP-RIE)系統, PIDC

反應性離子蝕刻(RIE)系統, NTNU MOEMS Lab.

-52-

High

High- -aspect aspect- -ratio, Anisotropic Silicon Etching ratio, Anisotropic Silicon Etching Techniques Techniques by Inductively by Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching (ICP

Coupled Plasma Reactive Ion Etching (ICP- -RIE) RIE)

Mask材料選擇的原則：高選擇比, 蝕刻深度, 非等向性…

感應耦合電漿之高深寬比非等向性矽蝕刻技術感應耦合電漿之高深寬比非等向性矽蝕刻技術

mask PR, metal, Si

₃

N

₄

, SiO

₂

, Si, Polysilicon…...

substrate PR, metal, SiO

₂

, Si, Polysilicon…...

Plasma

etch stop

(14)

-53-

STS’s ASE (Advanced Silicon Etch) Process (Bosch Patent)

交替蝕刻與高分子鈍化過程 (C

₄

F

₈

/SF

₆

)：

1. 矽壁沈積鈍化高分子

C

₄

F

₈

被電漿分解成活性機，並進行高分子沈積反應，使壁上形成鈍化膜

2. 矽底部的高分子與矽被蝕刻

SF

₆

被電漿分解成F

^-，

先蝕刻鈍化膜再蝕刻Si 3. 交替反覆，平衡鈍化沈積與蝕刻步驟

選擇適當的反應氣體，以維持蝕刻與鈍化的平衡沈積膜必須具有良好的一致性，並足以保護側壁 silicon

mask Sidewall polymeric passivation (nCF

₂

) ( a )

nCF_x⁺ nCF_x^-

nCF_x^- nCF_x⁺

silicon

mask Sidewall polymeric passivation (nCF

₂

)

( b )

CF_x

F^- SiF_x SF_x⁺

SF_x⁺

Source: 鍾震桂等人, 第三屆奈米工程暨微系統技術研討會, 新竹, (1999)

Alternating etch and polymerization process

-54-

MCNC, USA

Comb-driver Nested Gears

Micromotor Gyroscope

-55-

Dry Release Process Dry Release Process

-56-

非矽基微加工技術非矽基微加工技術

z LIGA製程與應用技術

z SIGA製程與應用技術

z 軟式微影製程與應用技術

(15)

-57-

2. 顯影

4. 金屬模仁

6. 脫模

Mould cavity Resist structure

Plastic structure

5.模造 3. 電鑄 1. 光刻

Plastic (moulding compound)

Metal Resist structure

Electrical conductive base plate Base plate Absorber structure Maskmembrane

Resist

Source: Institut für Mikrotechnik Mainz (IMM), Germany

Li thographie: 光刻

G alvanoformung: 電鑄

A bformung: 模造

LIGA製程： LIGA 製程：

MCNC, USA

IMM, Germany

-58-

電鍍、電鑄、無電鍍

電鍍、電鑄、無電鍍( (化學鍍化學鍍) )之差異之差異

基材陽極

電鍍層

陽極

電鑄層

光阻層

脫膜電化學反應沉積

電鑄：利用電鍍原理，將所需之金屬(或合金)沉積於母模上，待沉積到所需厚度後再與母模脫離，即可產生金屬微結構。

電鍍：將鍍件做為陰極，浸於含欲鍍金屬離子之電解液中，另一端置適當陽極，通入直流電後，在鍍件表面析出金屬膜。

-59-

電鍍、電鑄、無電鍍

電鍍、電鑄、無電鍍( (化學鍍化學鍍) )之差異之差異( (續續) )

化學反應沉積

無電鍍：利用鍍液中添加的還原劑進行氧化還原反應，使溶液中的金屬離子還原成金屬，又稱為化學鍍。

z

純金屬電鑄(鍍)： Ni, Cu, Cr, Zn, Sn, Au, Ag,…

z

合金電鑄(鍍)： Ni合金(Co, Fe, Mn, W, P); Cu合金(Zn, Sn); Sn合金(Pb, Cu, Au, Ag), …

z

複合電鑄(鍍)： Ni, Ni-P, Ni-Co/Al

2

O

₃

, SiC, Diamond, PTFE; Cu/Diamond,…

電鑄

電鑄( (鍍鍍) )的種類的種類

-60-

LIGA

LIGA 製程製程 vs. 類 vs. 類LIGA LIGA 製程製程

光刻源的差異 LIGA 製程：同步輻射X光

類LIGA 製程：低成本替代性光源

z

加工深度數mm、次微米級精度、深寬比＞100

z

同步輻射光源為一龐大且昂貴的設備

z

X-ray 光罩製作複雜且成本高

z

加工深度≦ 1mm、微米級精度、深寬比≦50

z

紫外光–厚膜光阻微影製程

z

準分子雷射

z

反應性離子蝕刻

(16)

-61-

Synchrotron Radiation Research Center (for LIGA process) Synchrotron Radiation Research Center (for LIGA process)

JAPAN SPring-8

USA APS FRANCE ESRF

ICP-RIE System Excimer Laser System UV mask aligner

Low- Low -cost Exposure System (for LIGA cost Exposure System (for LIGA- -like process) like process)

Instrument Technology Research Center, ITRC

-62-

Comparison of a low energy x-ray mask (left) and a high energy x-ray mask (right) both designed and created at Wisconsin.

4μm Gold on a 1μm SiN membrane

50μm Gold on a 400μm Si substrate

Photomask

Photomask of X of X- -ray Lithography ray Lithography

-63-

Source: http://daytona.ca.sandia.gov/LIGA/mask.html ( Sandia National Laboratory, USA )

Photomask

Photomask of UV Lithography of UV Lithography

(a) CAD Layout (b) Chrome Mask

-64-

Schematic of a X-ray mask/substrate scanner Source: http://daytona.ca.sandia.gov/LIGA/mask3.html

X-Ray Scanner DEX 02

JENOPTIK Mikrotechnik GmbH

X- X -ray Deep Lithography Scanner ray Deep Lithography Scanner

(17)

-65-

Key Features of X

Key Features of X- -ray LIGA Microstructures ray LIGA Microstructures

z Realization of arbitrary shape

z Extreme structure height (>mm)

z Extreme aspect ratio (>100)

z Minimum lateral dimensions 0.5±0.1μm

z Surface roughness 0.03-0.05 μm

z Vertical & smooth sidewalls

z Wide variety of materials

z Successful in mass fabrication

-66-

準分子雷射微加工技術準分子雷射微加工技術

以不同雷射，加工 Polyimide 的結果比較：

(a) Nd-YAG laser, (b) CO

2

laser, (c) Excimer laser

F

₂

(157 nm)、ArF (193 nm)、KrF (248 nm)、

XeCl (308 nm)、XeF (351nm)

-67-

準分子雷射的光分解挖除

準分子雷射的光分解挖除( (photoablation photoablation) ) 加工機制示意圖

加工機制示意圖

Excimer laser beam incident on surface

Ablated material ejected at high speed

http://www.coherent.com/lambdaphysik/

-68-

Excimer

Excimer Laser Micromachining Laser Micromachining

Laser LIGA technology Laser LIGA technology

Fresnel structure ablated into dry film with 50 μm thick

Nickel electroplated metallic microstructure

(18)

-69-

Excimer

Excimer Laser Laser Micromachining: Mask Dragging Micromachining: Mask Dragging

以光罩拖拉（移動工件平台）技巧進行雷射加工的方式

shaped mask

可快速製作不同幾何斷面之微流道

-70-

Applications of Ultrathick Photoresist for Microstructure Fabrication

光罩對準UV曝光系統特殊光阻塗佈機

●

Low-Cost LIGA製程的發展因素：

(Poor-Man LIGA Technology)

z

厚膜光阻材料的開發

z

特殊光阻塗佈機的發展

z

UV曝光設備的改良

●

厚膜光阻材料

AZ4000 series, Hoechst (Germany)

ma-P 100, ma-N 400, Micro resist technology (Germany)

PMER P-LA 900, tok (Japan)

Probimide, Olin microelectronic materials (Japan)

THB-611P, THB-430N, JSR (Japan)

SU-8, Microlithography chemical corporation (USA)

-71-

SU- SU -8 Microstructures to be filled by electroforming 8 Microstructures to be filled by electroforming

-72-

SU SU- -8 Structure filled by electroforming with Ni 8 Structure filled by electroforming with Ni- -Fe alloy Fe alloy

(19)

-73-

SU- SU -8 8厚膜光阻厚膜光阻UV UV- -LIGA LIGA製程製程

光阻微結構 vs. 螞蟻

國科會精密儀器發展中心 (PIDC)

電鑄鎳金屬結構

-74-

Preparing

Preparing Photoresist Photoresist Reflow Lens Pattern Reflow Lens Pattern

H. Toshiyoshi

-75-

Transferring

Transferring Photoresist Photoresist Pattern into Silicon Pattern into Silicon

-76-

SiO

₂

Si

Si (a) 熱氧化沉積SiO

₂

(b) 微影及用BOE蝕刻SiO

₂

(c) 以最佳蝕刻參數蝕刻

Si SiO

₂

PR

SiO

₂

Si

(d) 使用BOE去除SiO₂

Si Cr/Cu

(e) 蒸鍍電鑄起始層Cr/Cu

Si Cr/Cu

Ni

(f) 微鎳電鑄

(g) 脫模

In German: In English:

Silizum-mikrostrukyur Silicon-microstructuring Galvanoformum Electroforming

Abformung Molding

SIGA SI GA製程製程：：

(20)

-77-

外部匯流排external bus

微機電製程與應用 微機電製程與應用技術 技術

MEMS fabrication process and its application

楊 啟 榮 博士

教 授

國立台灣師範大學 機電科技學系

Department of Mechatronic Technology National Taiwan Normal University

Tel: 02-23583221 ext. 14 E-mail:[email protected]

綱 綱 要 要

z 認識微機電系統技術

z 微機電製程技術

– 矽基微加工 vs. 非矽基微加工技術

z 結論

認識微機電系統技術 認識微機電系統技術

微電子

微電子 vs. vs. 微機電 微機電

3D Optical Scanner

3D Optical Scanner (ADI, USA) Metal-Oxide-Silicon

Field Effect Transistor MOSFET 金屬氧化半導體場效電晶體

PMOS NMOS

z 超「輕、薄、短、小」

z 高附加價值

z 符合環保、省能源

z 省空間、省材料等

微機電系統產品的優點 微機電系統產品的優點

質譜儀

微質譜儀晶片

微機電系統技術

致動器 actuators

致動器 actuators

感測器陣列 sensors array

感測器陣列 sensors array

微處理器 microprocessor

微處理器 microprocessor

輸入/輸出 input/output

輸入/輸出 input/output 內部匯流排

internal bus

外部匯流排 external bus 微系統應用晶片模組

感測訊號

能源 Energy

情報資料

致動訊號

微機電系統之訊號傳輸與致動控制架構圖 微機電系統之訊號傳輸與致動控制架構圖

Artist impression of a hybrid

Artist impression of a hybrid μ μTAS dating from the mid 90's. TAS dating from the mid 90's.

全功能微分析系統 全功能微分析系統

(micro total analysis system, (micro total analysis system, μ μTAS) TAS)

微機電系統名稱分類與應用領域 微機電系統名稱分類與應用領域

美 國：Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) 日 本：Micromachines

歐 洲：Micro-Systems Technology (MST)

MEMS applications:

- Optical MEMS (光學應用)

MOEMS: Micro Opto Electro Mechanical Systems MOMS: Micro Opto Mechanical Systems

- Bio MEMS (生化醫學應用)

μTAS：Micro Total Analysis System LOC：Lab. On a Chip

- RF MEMS (無線通訊應用)

Digital Mirror Display

Digital Mirror Display (DMD) (DMD) / Digital Light Processing / Digital Light Processing (DLP) (DLP)

Texas Instruments 15 μm

生醫微機電系統 生醫微機電系統

Blood testing Drug delivery

Insulin pump (Debiotech, Switzerland)

Shrinking Wireless Architectures Shrinking Wireless Architectures

C. T.-C. Nguyen, “Communications applications of microelectromechanical systems (invited),”

Proceed-ings, 1998 Sensors Expo, San Jose, California, May 20, 1998, pp. 447-455.

Source: NEXUS III, http://nexus-mems.com/

*Other are: microreaction, chip cooler, MEMS memories, liquid lenses, microspectrometer, wafer

probes, micro-mirrors for optical processing, micro-pumps, micromotors, chemical analysis systems

氣泡式噴墨印表頭 氣泡式噴墨印表頭

Thermal Bubble Inkjet Head

氣泡式噴墨印表頭

(Tseng et al, UCLA, 1998)

Commercial Inkjet Microinjector

Nozzle: 60 μm Droplet: 50 μm Frequency: 8 kHz

Nozzle: 40 μm Droplet: 45 μm Frequency: 18 kHz

微機電製程技術

微機電製程技術

半導體IC 半導體 IC製造流程 製造流程( (微機電製程的基礎 微機電製程的基礎) )

薄膜沉積 薄膜沉積

Chemical Vapor Deposition (CVD) Chemical Vapor Deposition (CVD)

微機電製程與應用微機電製程與應用技術技術

楊啟榮博士

教授

國立台灣師範大學機電科技學系

綱綱要要

認識微機電系統技術認識微機電系統技術

微電子 vs. vs. 微機電微機電

微機電系統產品的優點微機電系統產品的優點

微機電系統之訊號傳輸與致動控制架構圖微機電系統之訊號傳輸與致動控制架構圖

全功能微分析系統全功能微分析系統

微機電系統名稱分類與應用領域微機電系統名稱分類與應用領域

美國：Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) 日本：Micromachines

歐洲：Micro-Systems Technology (MST)

生醫微機電系統生醫微機電系統

氣泡式噴墨印表頭氣泡式噴墨印表頭

半導體IC 半導體 IC製造流程製造流程( (微機電製程的基礎微機電製程的基礎) )

薄膜沉積薄膜沉積

光阻的微影程序光阻的微影程序

濕式蝕刻法乾式蝕刻法

溼式與乾式蝕刻溼式與乾式蝕刻

電漿

蝕刻遮罩層結構層

熱製程熱製程

熱氧化處理需要在高溫爐管區中進行，爐內溫度控制在800 - 1000℃。矽晶圓在爐內高溫環境下，晶圓表面會與通入爐管內之氧氣作用而形成二氧化矽膜(SiO

氧化矽成長氧化矽成長

擴散法擴散法(diffusion) (diffusion) 離子植入(Ion implantation)

離子佈植是將所需的摻雜元素(如砷)電離成正離子，並施加高偏壓，使其獲得一定的動能，以高速射入矽晶圓的技術。

擴散時摻雜物質經由氣體帶入爐管中，藉由一定時間的高溫擴散，擴散為所需的濃度分佈曲線。

掀離法製作金屬圖案技術掀離法製作金屬圖案技術

矽基微加工技術矽基微加工技術

z 面型矽微加工面型矽微加工 (Surface micromachining) (Surface micromachining)

z z 體型矽微加工體型矽微加工 (Bulk micromachining) (Bulk micromachining)

SiO ₂ BOE

Al,Ti PAE, H ₂ SO 4 Si ₃ N ₄ , SiO ₂ (PECVD) Etchant

Poly-Si TMAH, KOH, EDP Si ₃ N ₄ , SiO ₂ (LPCVD)

梳狀微致動器梳狀微致動器

旋轉式微馬達旋轉式微馬達