ĐỀ CƯƠNG MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

PHOTO NGÂN SƠN
ĐỀ CƯƠNG MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO
LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
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
1

1


PHOTO NGÂN SƠN
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 trình Công 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.
2

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 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.

Câu 2: Trình bày các bước chính trong quy trình chế tạo phiến
Si đơn tinh thể từ cát thạch anh.
•
•

Các bước chính trong 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 sạch tương đối cao được đưa vào lò

nung với nhiệt độ 1800oC với cacbon (than đá, than cốc, than
củi)
SiO2+ 2C → Si + 2CO “đk
0
1800 C”
•

Đầu tiên Si sau quá trình MGS được cho phản ứng với HCl để
hình thành SiHCl3, (trichlorosilane) có dạng chất lỏng có
nhiệt độ sôi
32oC

3

3


PHOTO NGÂN SƠN
•
•

Si+3HCl (g) → SiHCl3+ H2 (g)
- Quá trình tinh chế phân đoạn được dùng để tách SiHCl3 từ
các tạp chất như FeCl3

• tiếp đó, sử dụng quy trinh VCD trong môi trường H2
• SiHCl3+ H2 (g)
•

•

Si + 3HCl

Qui trình này được xảy ra trong lò phản ứng chứa thanh Si
đa tinh thể mỏng được đốt nóng, đóng vai trò một lõi để các
nguyên tử Si bám vào tạo thành thanh Si đa tinh thể sạch

Tạo ra Si có độ sạch rất cao, độ sạch EGS là 5x1013cm-3

Câu 3: Nêu tính chất và tác dụng của lớp SiO2. Phương pháp
chế tạo lớp SiO2 bằng công nghệ oxi hóa nhiệt trong môi trường
ôxy khô và hơi nước .
• 1.Tính chất của lớp SiO2:
• Silic đioxit là chất ở dạng tinh thể, nóng chảy ở không tan
trong nước. Tron tự nhiên, tinh thể chủ yếu ở dạng khoáng vật
thạch anh. Thạch anh chủ yếu tồn tại ở dạng tinh thể lớn, không
màu, trong suốt. Cát là có chứa nhiều tạp chất.
• Silic đioxit là oxit axit, tan chậm trong dung dịch kiềm
đặc nóng, tan dễ trong kiềm nóng chảy hoặc cacbonat
kim loại kiềm nóng chảy, tạo thành silicat.
• Silic đioxit tan trong axit flohiđric: SiO2 + HF = SiF4 + 2H2O
để khắc chữ trên thủy tinh
• OXIT SILIC LÀ CHẤT BÁN DẪN,ĐỂ ỨNG DỤNG
TRONG LÀM CÁC VI MẠCH ĐIỆN TỬ!
Tác dung:
•
Tạo hàng rào thế ngăn cản sự khuếch tán và chỉ cho phép
khuếch tán lựa chọn nguyên tử tạp chất vào tinh thể Si qua
1 cửa sổ đã được mở trên 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

4


PHOTO NGÂN SƠN

giảm đáng kể tác động của môi trường.
• Đảm bảo tính cách điện tốt giữa các dây dẫn
• Dùng làm lớp điện môi của tụ điện( lớp điện môi giữa cực G và
kênh dẫn.
Phương pháp chế tạo
• 1.Oxi hóa trong môi trường oxi khô
• Đưa oxi vào bình kín qua hệ thống có van điều khiển chính
xác lưu lượng khí đưa vào.
• Cơ chế xảy ra oxi hóa như sau:ban đầu nguyên tử oxi phản ứng
với nguyên tử silictreen bề mặt phiến Si,sau khi hấp thụ trên bề
mặt SiO2.oxi bị ion hóa thành inon oxi và lỗ trống,chúng
khuếch tán tới lớp tiếp giáp Si-SiO2,Tại biên này có phản ứng
• 2O2 + SiO2 + SI = SiO2.
• Đặc điểm của phương pháp này là chất lượng SiO2 tốt nhưng
tốc độ chậm.
Câu 4
a, Khái niệm: Là phương pháp tạo màng vật liệu dựa trên các phản
ứng hóa học ở pha hơi trong một buồng lò có nhiệt độ , áp suất nhất
định. Trong quá trình phản ứng một số vật liệu cần chế tạo sự nắng
đọng trên để bề mặt vật liệu hoặc lắng đọng vào các cấu hình định sẵn
nhằm phục vụ cho chế tạo vật liệu linh kiện mạch tổ hợp.
b, Quy trình lắng đọng hóa học hơi gồm các bước sau:

5

5


PHOTO NGÂN SƠN
Sơ đồ mô tả quá trình tạo màng bằng phương pháp CVD.

− Precursor (khí phản ứng dạng hơi) được đưa vào buồng phản ứng di
chuyển tạo thành dòng hơi
− Một phần precursor này di chuyển qua những lớp biên để đến đế
thông qua sự đối lưu
− Precursor được khuếch tán trên bề mặt đế
− Trên đề xảy ra phản ứng hóa học của precursor tạo màng
− Những sản phẩm dư thừa sẽ được giải hấp khuếch tán khỏi bề mặt
đế theo dòng hơi ra ngoài
Giải thích:
Khí precursor đưa được dòng đối lưu vận chuyển, gặp môi trường
nhiệt độ cao
hay plasma sẽ xảy ra hiện tượng va chạm giữa các electron với ion
hay electron
với notron cũng có thể là electron va chạm với electron để tạo ra gốc
tự do. Sau
đó, các phân tử gốc tự do khuếch tán xuống đế, gặp môi tr ường nhiệt
độ cao tại đế
sẽ xảy ra các phản ứng tạo màng tại bề mặt đế. Sản phẩm phụ sinh ra
sau khi phản
ứng sau đó sẽ khuếch tán ngược vào dòng chất lưu, dòng chất lưu đưa
khí
precursor dư, sản phẩm phụ, khí độc ra khỏi buồng.
Ta có thể mô tả quá trình CVD bằng phương trình:
to,plasma
precursor( khí bay hơi) màng( r ắn) + sản phẩm phụ
c, ƯU ĐIỂM CỦA CVD
− Màng có độ dày đồng đều cao, ít bị xốp.
6

6

PHOTO NGÂN SƠN

− Màng có độ tinh khiết cao.
− Có thể phủ trên những đế có cấu hình phức tạp.
− Có thể phủ giới hạn ở những khu vực (dùng trang trí hoa văn)
− Màng có tính xếp chặt
− Có khả năng lắng đọnh hợp kim nhiều thành phần
− Tốc độ lắng đọng cao (đến 1 /phút)
− Hệ thiết bị đơn giản
d, NHƯỢC ĐIỂM CỦA CVD
− Cơ chế phản ứng phức tạp
− Nhiệt độ đế cao hơn nhiều so với các phương pháp khác (19000F)
− Đế và các dụng cụ trong buồng phản ứng dễ bị ăn mòn bởi dòng hơi
− 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 bằng phương pháp này do không có
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 trong 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 ở nhiệt độ cao
f. PHÂN LOẠI CVD
Phương pháp CVD được phân thành những loại chính sau:
− Thermal CVD: CVD kích hoạt phản ứng bằng nhiệt, thường được
thực hiện ở nhiệt độ cao (> 900oC). Đây là phương pháp đầu tiên và
7

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 sạch
bằng 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 cực kì
đều và độ sạch cao. Nhưng tốc độ lắng đọng màng lại thấp hơn
APCVD. Dùng tạo màng silic, màng điện môi
− MOCVD (Metal organic chemical vapor deposition): CVD nhiệt
nhưng sử dụng precursor là hợp chất hữu cơ kim loại. Phương pháp
được dùng tạo nhiều loại màng: màng bán dẫn, màng kim loại, màng
oxit kim loại, màng điện môi. Nhưng cực kì độc, vật liệu nguồn rất
đắt, ảnh hưởng đến môi trường.
− PECVD (Plasma enhanced chemical vapor deposition): sử dụng
năng lượng của plasma để kích hoạt phản ứng. Nhiệt độ phản ứng
khoảng 300-500oC.
•


Câu 4: Khái niệm, quy trình, phân loại và một số ứng dụng
của phương pháp CVD.
Khái niệm:

Phương pháp bay hơi lắng đọng hóa học (CVD) là tạo ra một lớp
màng mỏng nhờ lien kết dưới dạng khuếch tán, là kết quả cua việc
phản ứng giữa các pha khí với bề mặt được nung nóng. Nhờ lắng
đọng hóa hơi (CVD) vật liệu rắn được lắng đọng từ pha hơi thong qua
các phản ứng hóa học xảy ra ở gần bề mặt đế được nung nóng.


Quy trình:

Sản phẩm cuối cùng được tạo ra là một lớp màng rắn và chịu mài
mòn có lien kết rất mạnh với vật liệu đế. CVD nhiều khi được gọi là
phương pháp lắng đọng nhiệt độ cao, bởi các quá trình được thực hiện
ở nhiệt độ 1900°F.
8

8


PHOTO NGÂN SƠN
•

Nguyên lí: Khí ban đầu được dòng đối lưu vận chuyển, gặp môi
trường nhiệt độ cao hay plasma sẽ xảy ra hiện tượng va chạm
giữa các electron với ion hay electron với notron cũng xó thể là
electron va chạm với electron để tạo ra gốc tự do.
Sau đó, các phân tử gốc tự do khuếch tán xuống đế, gặp môi

trường nhiệt độ cao tại đế sẽ xảy ra các phản ứng tạo màng tại
bề mạt đế.
Sản phẩm phụ sinh ra sau phản ứng sau đó sẽ khuếch tán vào
dòng chất lưu, dòng chất lưu đưa khí ban đầu dư, sản phẩm phụ,
khí độc ra khỏi buồng.
Ta có thể mô tả quá trình bằng phương trình:
Khí ban đầu (khí bay hơi)

màng (rắn) + sản phẩm

phụ

•
•
•
•
•


Các quá trình trong CVD:
Khuếch tán của các chất phản ứng tới bề mặt đế
Sự hấp phụ của các chất phản ứng tới bề mặt đế
Xảy ra các phản ứng hóa học
Giải hấp của các sản phẩm khí sau phản ứng
Khuếch tán các sản phẩm phụ ra bên ngoài
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 trong suốt như SnO2, In2O3,

Sn(ITO),
• Các màng mỏng điện môi như SiO2, Si3N4, BN…
• Các màng mỏng kim loại
Phân loại
• AP-MOCVD, CVD ở áp suất khí quyển.
• LP-MOVCD, CVD ở áp suất thấp
• PE-CVD, CVD trong môi trường plasma tăng cường ở
nhiệt độ thấp.
•



9

9


PHOTO NGÂN SƠN
MOCVD phương pháp lắng đọng hóa pha hơi hóa học hữu
cơ kim loại.
Câu 5: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động lò của VCD.
 Cấu tạo của lò VCD:
•

Buồng lò là một ống thạch anh chịu được nhiệt độ cao. Hệ thống đốt
bằng năng lượng nhiệt hay bằng năng lượng cao tần. Buồng có hệ
thống đưa các khí ở pha hơi tạo phản ứng trong lò.
Ở trong lò có hệ thống van và hệ thống đo lưu lượng khí điều chỉnh
chính xác. Có hệ thống hút khí thải ra ngoài an toàn.
Các hệ CVD cấu tạo áp xuất thấp hoặc tạo chân không ở trong

buồng lò thì còn hệ thống bơm sơ cấp, bơm khuếch tán và nhiều bộ
phận hỗ trợ khác như bẫy nito, hệ thống chống khí dò.
Nếu phiến vật liệu đế không cho phép làm việc ở tại nhiệt độ cao
trên 300-400°C, thì phải tiến hành phản ứng nuôi trong môi trường
plasma (ppPECVD).


Nguyên lý hoạt động của lò:

Đưa các thành phần mang tính chất phản ứng vào trong lò ở nhiệt độ
cao, trong lò có các phiến đế để được sắp xếp trên thuyền graphit hay
thạch anh (SiO2).
Sự vận chuyển của các chất tham gia phản ứng qua lớp màng đến bề
mặt phiến bán dẫn.
Sự hấp thụ của các thành phần phản ứng trên bề mặt phiến bán dẫn.
Các quá trình hóa lý xảy ra trên bề mặt phiến bán dẫn tạo ra các sản
phẩm vật chất mong muốn.
Quá trình vận chuyển sản phẩm dư thừa ra khỏi bề mặt vật liệu rồi
đưa ra ngoài.

10

10


PHOTO NGÂN SƠN
Câu 6: So sánh nhược điểm của lớp màng Si3N4 với lớp màng
SiO2, nêu phương pháp chế tạo Si3O4 bằng pp CVD.
Trả lời:
Si3N4

 Ưu điểm
Khắc phục được nhược điểm của
màng SiO2. Ngăn chặn được tạp
chất có hệ số khuếch tán lớn.
VD : Ga dễ khuếch tán qua được
lớp SiO2 nhưng không khuếch tán
qua được lớp Si3N4.
Chống được các ion tạp chất tốt
hơn SiO2, được dùng phủ lớp bề
mặt IC.
Được dùng nhiều trong các linh
kiện ở tần số cao, bổ trợ cho lớp
SiO2.
Dùng làm điện môi cho các tụ
điện rất tốt.
Điện trở xuất tương đối lớn.


11

SiO2
 Nhược điểm
Có độ xốp nhất định, gây thẩm
thấu về độ ẩm và tạp chất.
Lớp oxit xốp này còn gây phản
ứng co giãn.
Khắc phục bằng cách tạo màng
Si3N4

Phương pháp chế tạo Si3N4 bằng phương pháp CVD:

Lớp màng Si3N4 được tạo ra bằng một quá trình nhiệt phân. Ở
nhiệt độ khoảng 800-1000°C theo phương trình phản ứng sau:
3SiH4+4NH3=Si3N4+12H2
Phương pháp CVD ở áp suất thấp (LPCVD) tạo màng này ở
nhiệt độ cao theo phương trình phản ứng sau:
3SiH2Cl2+4NH3=Si3N4+gas
Còn trong trường hợp tạo ra màng trong môi trường plasma sẽ
sử dụng phản ứng sau:
3SiH4+ 4NH3=Si3N4+12H2
Ngoài ra silic cũng có thể phản ứng trực tiếp trong môi trường
NH3 ngay tai nhiệt độ cao. VD: để tạo màng sinitric dày 7nm, ta

11


PHOTO NGÂN SƠN
cần nhiệt độ cỡ khoảng 1200 độ C, lúc này phản ứng hóa học
như sau:
3Si+ 4NH3=Si3N4+ 6H
Câu7 : Vẽ và trình bày nguyên lý của hệ phún xạ cathode một
chiều; xoay chiều. Ưu và nhược điểm ?
Phún xạ (tiếng Anh: Sputtering) hay Phún xạ catốt (Cathode
Sputtering) là kỹ thuật chế tạo màng mỏng dựa trên nguyên lý
truyền động năng bằng cách dùng các iôn khí hiếm được tăng
tốc dưới điện trường bắn phá bề mặt vật liệu từ bia vật liệu,
truyền động năng cho các nguyên tử này bay về phía đế và lắng
đọng trên đế.

-

12

Nguyên lý hệ phún xạ cathode một chiều (Phún xạ phóng
điện phát sáng một chiều (DC discharge sputtering))
Là kỹ thuật phún xạ sử dụng hiệu điện thế một chiều để gia
tốc cho các iôn khí hiếm. Bia vật liệu được đặt trên điện cực
âm (catốt) trong chuông chân không được hút chân không
cao, sau đó nạp đầy bởi khí hiếm (thường là Ar hoặc He...)
12


PHOTO NGÂN SƠN
với áp suất thấp (cỡ 10-2 mbar). Người ta sử dụng một hiệu
điện thế một chiều cao thế đặt giữa bia (điện cực âm) và đế
mẫu (điện cực dương). Quá trình này là quá trình phóng điện
có kèm theo phát sáng (sự phát quang do iôn hóa). Vì dòng
điện là dòng điện một chiều nên các điện cực phải dẫn điện
để duy trì dòng điện, do đó kỹ thuật này thường chỉ dùng cho
các bia dẫn điện (bia kim loại, hợp kim...).
- Nguyên lý phún xạ cathode xoay chiều (Phún xạ phóng
điện phát sáng xoay chiều (RF discharge sputtering))
Là kỹ thuật sử dụng hiệu điện thế xoay chiều để gia tốc cho iôn
khí hiếm. Nó vẫn có cấu tạo chung của các hệ phún xạ, tuy
nhiên máy phát là một máy phát cao tần sử dụng dòng điện tần
số sóng vô tuyến (thường là 13,56 MHz). Vì dòng điện là xoay
chiều, nên nó có thể sử dụng cho các bia vật liệu không dẫn
điện. Máy phát cao tần sẽ tạo ra các hiệu điện thế xoay chiều
dạng xung vuông. Vì hệ sử dụng dòng điện xoay chiều nên phải
đi qua một bộ phối hợp trở kháng và hệ tụ điện có tác dụng
tăng công suất phóng điện và bảo vệ máy phát. Quá trình phún

xạ có hơi khác so với phún xạ một chiều ở chỗ bia vừa bị bắn
phá bởi các iôn có năng lượng cao ở nửa chu kỳ âm của hiệu
điện thế và bị bắn phá bởi các điện tử ở nửa chu kỳ dương.

13

13


PHOTO NGÂN SƠN

Sơ đồ nguyên lý hệ phún xạ catốt xoay chiều
Ưu điểm và hạn chế của phún xạ cathode:
-

Dễ dàng chế tạo các màng đa lớp nhờ tạo ra nhiều bia riêng biệt.
Đồng thời, đây là phương pháp rẻ tiền, và dễ thực hiện nên dễ dàng
triển khai ở quy mô công nghiệp.

-

Độ bám dính của màng trên đế rất cao do các nguyên tử đến lắng
đọng trên màng có động năng khá cao so với phương pháp bay bốc
nhiệt.

Màng tạo ra có độ mấp mô bề mặt thấp và có hợp thức gần với của
bia, có độ dày chính xác hơn nhiều so với phương pháp bay bốc
nhiệt trong chân không.
Do các chất có hiệu suất phún xạ khác nhau nên việc khống chế thành
phần với bia tổ hợp trở nên phức tạp. Khả năng tạo ra các màng rất

-

14

14


PHOTO NGÂN SƠN
mỏng với độ chính xác cao của phương pháp phún xạ là không cao.
Hơn nữa, không thể tạo ra màng đơn tinh thể
Câu 8: Epitaxy là gì? Trình bày phương pháp epitaxy từ pha hơi
(cơ chế hình thành, các quá trình, các chất phản ứng và các phản
ứng xảy ra).
-

Epitaxy là sự bọc màng có định hướng tinh thể tương tự định
hướng tinh thể của đế
Phương pháp epitaxy từ pha hơi:

Những lớp epitaxy silic được hình thành trên đế silic bằng cách lắng
đọng
những nguyên tử silic trên bề mặt do những hơi
hóa học chứa silic. Trong phương pháp, SiCl4 phản ứng với hidro tại
bề mặt của đế được nun nóng. Những nguyên tử silic được giải phóng
trong phản ứng và lắng tụ trên đế, cùng với sự thoát ra HCl ở dạng
khí. Phương pháp CVD có thể tạo ra nồng độ tạp chất khác nhau ở đế
và ở lớp epitaxy. Kĩ thuật này tạo ra tinh mềm dẻo lớn trong việc chế
tạo thiết bị bán dẫn
Cơ chế hình thành :
+ phân ly chất khí ở bề mặt

+ lắng đọng các chất khí
+ hấp thụ các chất khí
Các phản ứng xảy ra:
Phản ứng mọc màng: SiCl4 (g) + 2H2 (g)  Si(s) + 4HCl(g)
.Phản ứng ăn mòn: SiCl4(g) + Si(s)  2SiCl2(g)
Phản ứng làm sạch: Si(s) + 4HCl(g)  SiCl4(g) + 4H2(g)
Câu 9:Trình bày phương pháp epitaxy từ pha lỏng. So sánh
phương pháp epitaxy pha lỏng với phương pháp epitaxy pha hơi
và epitaxy chùm tia phân tử.
15

15


PHOTO NGÂN SƠN
Epitaxy pha lỏng là một kĩ thuật nuôi tinh thể khác. Hợp chất bán
dẫn chứa những thành phần khác có thể có nhiệt độ nóng chảy thấp
hơn chính chất bán dẫn. Đế bán dẫn được giữ trong chất lỏng. Bởi vì
nhiệt độ đun nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy của đế nên đế không chảy.
Khi dung dịch được làm lạnh chậm, một lớp bán dẫn đơn tinh thể
hình thành trên bán dẫn mầm. Kĩ thuật này có thể thực hiện ở nhiệt độ
thấp hơn phương pháp Czochralski, và thường được dùng để chế tạo
bán dẫn hợp chất nhóm III-V.
Hệ thống thiết bị gồm : nửa trên thuyền và phần dưới thuyền đều
được làm bằng grahit dộ sạch cao. Các rãnh trượt ở các mặt đối diện
của hai nửa thuyền, hai nửa thuyền được ghép cố định bằng chất định
vị
Các quá trình:
-

Nguội cân bằng
Làm nguội nhẩy bậc
Quá trình mọc

So sánh các 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
hơn
Có thể mọc với tốc độ
cao hơn.
Quá trình mọc gần với
quá trình cân bằng nên
ít khuyết tật.
Màng mỏng độ đồng
nhất và chất lượng tốt.

Nhược điểm

-

-

Ít linh động trong điều
khiển thành phần và
phân bố pha tạp.
Chất hòa tan bị tách từ
bề mặt lớp.
Điều khiển độ dày khó
hơn nên diện tích đế
lớn.

16


PHOTO NGÂN SƠN
Phương pháp pha
hơi

-

-

Phương pháp
chùm phân tử

-

Hình thành do lắng

đọng hóa hơi.
Có thể khống chế
được độ dày, pha tạp
và độ kết tinh cao.
Nhiệt độ khá cao (800
– 1100).
Dễ dàng chế tạo các
thiết bị công nghệ cao.
Điều khiển thành phần
tốt.
Độ phân giải từng lớp
đơn.
Tính toán nhanh.

-

-

Cơ chế phản ứng phức
tạp.
Đế có thể bị ăn mòn
bởi hơi.
Khó tạo linh kiện.
Sử dụng các nguyên tố
siêu sạch.
Làm việc trong chân
không siêu cao.
Nhiệt độ mọc thấp.
Đắt tiền.

Câu 10: Phòng sạch là gì? Cấu trúc và các kiểu thiết kế phòng
sạch?
Bài làm
1.

2.

3.

17

Phòng sạch là một phòng mà nồng độ của hạt lơ lửng trong không
khí bị khống chế và nó được xây dựng và sử dụng trong một kết
cấu sao cho sự có mặt, sự sản sinh và duy trì các hạt trong phòng
được giảm đến tối thiểu và các yếu tố khác trong phòng như nhiệt
độ, độ ẩm, áp suất đều có thể khống chế và điều khiển.
Tiêu chuẩn: Các tiêu chuẩn về phòng sạch lần đầu tiên được đưa ra
vào năm 1963 ở Mỹ, và hiện nay đã trở thành các tiêu chuẩn chung
cho thế giới. Đó là các tiêu chuẩn quy định lượng hạt bụi trong một
đơn vị thể tích không khí. Người ta chia thành các tầm kích cỡ bụi
và loại phòng được xác định bởi số hạt bụi có kích thước lớn hơn
0,5 µm trên một thể tích là 1 foot khối (ft3) không khí trong phòng .
Cấu trúc.
Phòng xám (grey room): hay còn gọi là service room, là nơi
tập trung các thiết bị như máy bơm chân không (vacuum
pump), hệ nước siêu sạch (DI water), lò oxi hoá/khuếch tán
17


PHOTO NGÂN SƠN

4.

18

(furnace 1), lò ôxi hoá số chất lượng cao (furnace 2), hệ lắng
đọng hoá học tạo màng ở áp suất thấp (LPCVD), hệ thống
nước làm lạnh, khí N2, ....
Phòng trắng (white room): là nơi chứa các thiết bị đo đạc
khác như hệ đo độ dầy màng mỏng (ellipsometer), hệ xác
định bề sâu khuếch tán (junction depth).
Phòng vàng (yellow room): là nơi có độ sạch lớn nhất trong
phòng sạch. Phần lớn các quy trình công nghệ khi chế tạo
sensor được thực hiện trong phòng này. Phòng bố trí 1 tủ
công nghệ được trang bị quạt hút công suất lớn đảm bảo an
toàn cho người làm cùng với các dụng cụ phụ trợ khác cho
quá trình công nghệ cũng được trang bị đầy đủ. Bên cạnh đó
chúng ta có máy quang khắc (photolithographer) để phục vụ
cho các quá trình quang khắc, kính hiển vi quang học
(microscope) để kiểm tra chất lượng của mỗi bước công nghệ
được thực hiện. Hệ thống máy rửa dùng siêu âm đảm bảo cho
các dụng cụ thí nghiệm luôn sạch sẽ, các 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 và
các vật liệu khác.
Các kiểu thiết kế phòng sạch.
- Phòng sạch kiểu thông hơi hỗn hợp: Nguyên lý thông hơi
của phòng sạch kiểu này cũng tương tự như hầu hết các
phòng điều hòa không khí phổ thông như văn phòng hay cửa
hàng. Không khí (sạch) được cung cấp bởi máy điều hòa

không khí được tỏa đi qua hệ thống khuếch tán trên trần nhà
- Phòng sạch định hướng hoàn toàn: Hệ thống phòng sạch
với kiểu thông hơi tán loạn thường chỉ đạt được các độ sạch
tiêu chuẩn tới cấp ISO 6 trong quá trình sản xuất. Để đạt
được các điều kiện tốt hơn thế trong suốt quá trình hoạt động,
điều cần thiết là phải làm loãng sự sản sinh các hạt. Điều này
có thể đạt được bằng cách dùng dòng không khí hoàn toàn
thẳng.
18


PHOTO NGÂN SƠN
Câu 11. Các phương pháp chiếu sáng? So sánh ưu và nhược điểm
của các phương pháp này?
Bài làm
Có 3 phương pháp chiếu sáng là:
- In tiếp xúc.
- In cận.
- In chiếu.
2.So sánh.
1.

Phương
pháp

In tiếp xúc

-Độ phân giải
Ưu điểm cao
-MFS=(d.λ)1/2 ,

0.5 µm
-Giá cả hợp lí .

Nhược
điểm

In cận

In chiếu

- Thời gian sống
của mặt nạ lớn hơn
- MFS ~ [(d.
+g)λ]1/2 .
-giá cả hợp lý.

- Độ phân giải cao
<0.07 µm
- Không có hư hại,
ít sai hỏng
- Hình ảnh nhỏ
hơn mặt nạ

-Các mặt nạ -Độ phân giải thấp -Nhiễu
xạ
mỏng và đàn hồi 1-2 µm
Fraunhoffer
-Quá trình sử - nhiễu xạ Fresnel. -giá thành cao.
dụng nhiều gây
ra sai hỏng

Câu 12. Chất cảm quang, dung dịch hiện hình, dung dịch tráng
rửa là gì? So sánh chất cảm quang âm và cảm quang dương. Nêu
quá trình truyền hình ảnh lên phiến đế bằng công nghệ quang
khắc (cho hai loại chất cảm quang âm và dương).
1.

19

Chất cảm quang (Photoresist) là các chất hữu cơ bị rửa trôi hoặc
ăn mòn dưới các dung dịch tráng rửa.

19


PHOTO NGÂN SƠN

2.

3.

4.

Cảm quang dương: Là cảm quang có tính chất biến đổi sau
khi ánh sáng chiếu vào sẽ bị hòa tan trong các dung dịch
tráng rửa.
Ví dụ: PMMA (polymethylmetacrylate).
- Cảm quang âm: Là cảm quang có tính chất biến đổi sau khi
ánh sáng chiếu vào thì không bị hòa tan trong các dung dịch
tráng rửa.

- Ví dụ: COP, SAL – 606.
Dung dịch hiện hình là các chất hữu cơ bị rửa trôi hoặc ăn mòn
dưới các dung dịch tráng rửa.
- Cảm quang dương: aqueous basic hydroxides: NaOH,
NH4OH, TMAH
- Cảm quang âm: organic solvent: xylene
Dung môi hữu cơ có khả năng hòa tan vật liệu cảm quang
- Cảm quang dương: oxit: acid (3H2SO4:1H2O2-piranha); kim
loại: dung dịch thường
- Cảm quang âm: oxit: acid; kim loại: dung dịch clo.
So sánh cảm quang dương và cảm quang âm.

Chất
Vật liệu
Cơ chế

Kết quả

5.

20

Cảm quang dương
Hợp chất nhạy quang,nhựa và
dung môi hữu cơ.
Hợp chất nhạy quang hấp thụ
bức xạ ánh sáng=>thay đổi
cấu trúc hóa học=>tan trong
dung môi.
Thu được hình trên lớp cảm

quang dương giống hệt hình
vẽ trên mặt nạ.

Cảm quang âm
Chất polymer kết hợp với hợp
chất nhạy quang.
Hợp chất nhạy quang hấp thụ
năng lượng=>liên kết chéo giữa
các phân tử polymer=>không
tan.
Hình ảnh thu được sẽ ngược với
hình vẽ trên mặt nạ.

Quá trình truyền hình ảnh lên phiến đế bằng công nghệ quang
khắc

20


PHOTO NGÂN SƠN

B1: phủ chất cảm quảng.
B2: chiếu sáng.
B3: hiện hình
B4: tráng rửa.
21

21

PHOTO NGÂN SƠN
B5: loại bỏ chất cảm quang dư.
Câu 13: Các bước trong qui trình quang khắc

-

Bước 1: Làm sạch và khô bề mặt đế: Có nhiều cách để tách tạp
chất trên bề mặt đế

-

như: thổi khí nitơ có áp suất cao, vệ sinh bằng hóa chất, dòng nước
có áp suất cao

và dùng cọ rửa. Sau đó sấy tách ẩm bằng cách gia nhiệt ở nhiệt độ từ
150 0C
đến 200 0C trong thời gian 10 phút.
Bước 2: Phủ lớp tăng cường độ bám dính (primer). Vai trò của lớp
này là làm tăng

-

khả năng kết dính giữa đế và chất cảm quang. Lớp tăng cường độ bám
dính
thường sử dụng là HMDS (hexamethyldislazane).

22

22

PHOTO NGÂN SƠN
- Bước 3: Phủ lớp cảm quang bằng phương pháp quay li tâm. Ở giai
đoạn này đế được quay trên máy quay li tâm trong môi trường chân
không. Các thông số kĩ thuật trong 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: hằng số của thiết bị quay li tâm (80-100)
p: hàm lượng chất rắn trong chất cảm quang (%)
w: tốc độ quay của máy quay li tâm (vòng/1000)

Sơ đồ hệ quay

li tâm

Sự cố

Nguyên nhân

Hướng khắc phục

Độ dày không đều

- Bề mặt khô không đều
- Các đường biên dày hơn
(có thể dày hơn 20-30 lần)

- Có thể đặt một vòng tròn
ở đường biên.
- Dùng dung môi phun lên

lớp biên để hoàn tan

Xuất hiện các
đường sọc

Do trong chất cảm quang
- Làm sạch chất cảm
có các hạt rắn có đường
quang trước khi quay phủ.
kính lớn hơn độ dày lớp
phủ.
Các sự cố thường gặp trong quá trình phủ lớp cảm quang

23

23


PHOTO NGÂN SƠN
Bước 4: Sấy sơ bộ (Soft-Bake). Mục đích của bước này là làm bay
hơi dung môi có trong chất cảm quang. Trong quá trình sấy, độ dày
lớp phủ sẽ giảm khoảng 25%. Phương pháp thực hiện:

- Bước 5: Định vị mặt nạ và chiếu sáng. Trong giai đoạn này, hệ sẽ được chiếu ánh sáng để
chuyển hình ảnh lên nền, mặt nạ được đặt giữa hệ thấu kính và nền. Có 3 phương pháp chiếu dựa
vào vị trí đặt mặt nạ:
- Mặt nạ tiếp xúc
- Mặt nạ đặt cách chất cảm quang một khoảng cách nhỏ
- Mặt nạ đặt cách xa chất cảm quang, ánh sáng được chiếu qua hệ thấu kính.

24

24


PHOTO NGÂN SƠN
- Bước 7: Sấy sau khi hiện ảnh. Mục đích của bước này là làm cho lớp cảm quang cứng hoàn toàn,
đồng thời tách toàn bộ dung môi ra khỏi chất cảm quang.

 Khắc hình bằng chùm tia điện tử là một phương pháp công nghệ mới, tạo
ra các chi tiết cực kỳ nhỏ trong mạch điện tử tích hợp (IC). Chùm tia điện tử
được chiếu thông qua các “mặt nạ”- được tạo ra nhờ các thấu kính điện từ và truyền hình ảnh của mặt nạ lên đế bán dẫn.

Nguyên lý:


25

Sử dụng chùm điện tử (EBL) có năng lượng cao làm biến đổi
các chất cản quang phủ trên bề mặt phiến.
25