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研究生:邱宗炫
論文名稱:多晶矽薄膜懸臂樑設計與製作
論文名稱(外文):The Design and Manufacture of Poly-Silicon Thin Film Cantilever Beam
指導教授:游憲一
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:94
中文關鍵詞:薄膜多晶矽懸臂樑
外文關鍵詞:filmpoly-siliconcantilever
相關次數:
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摘要
多晶矽薄膜懸臂樑結構之設計與製作是本研究的研究重點,本論文以四吋的矽晶圓當基底,在(100)表面方向沉積多晶矽薄膜來製作多晶矽薄膜微結構。
經過懸臂樑尺寸結構設計之後,利用微影與蝕刻的方式,將多晶矽薄膜製作成不同長寬尺寸的懸臂樑微結構。多晶矽薄膜是以低壓化學氣相沉積(LPCVD)的方式,沉積在矽晶圓底材上,薄膜懸臂樑微結構製作方式則包括乾式與濕式蝕刻技術。
本文實際製作之懸臂樑結構與原設計結構經過分析比較後,發現成品與原設計有著一定程度的差距,其中包含了結構尺寸上與外觀上的不同,這是由於定義懸臂樑結構圖形是使用濕式蝕刻的方式來進行,而濕式蝕刻屬於等向性蝕刻,因此結構尺寸與外觀因蝕刻液側蝕及蝕刻時間控制不當所產生的差距相當嚴重,這種情形稱為“底切現象”。
關鍵字:薄膜、多晶矽、懸臂樑
ABSTRACT
The design and manufacture of a thin film cantilever made of poly-silicon is conducted in this investigation. A 4-inch silicon wafer with (100) orientation is used as the substrate.
The poly-silicon thin film cantilevers in different aspect ratio are designed and manufactured with photolithography and etching technique. The poly-silicon thin film is deposited by LPCVD technique on the substrate of the silicon wafer. The wet and dry etching techniques are used for the construction of the microstructure of the thin film cantilevers.
The results show that the products made in this investigation depart from the original design not in size but also in the outer appearance, say, the aspect ratio. Because the etching action of the microstructure is isotropic using the wet etching process, which in turn cause the size and appearance deviates from the original design, a phenomena called undercut is resulted due to flank etching and unproper control of the etching time.
Key word: film, poly-silicon, cantilever
目錄
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
目錄 Ⅲ
圖表目錄 Ⅴ
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 研究動機與目的 4
第二章 基礎理論 6
2-1 化學氣相沉積原理 6
2-2 低壓化學氣相沉積 10
2-3 微影原理 13
2-4 蝕刻原理 20
2-4-1 濕式蝕刻原理 21
2-4-2 乾式蝕刻原理 25
2-5 懸臂樑結構製作用途 28
第三章 試片製作 30
3-1 晶圓的選擇及清洗 30
3-2 各種LPCVD薄膜的沉積用途 33
3-3 懸臂樑結構的製程 40
第四章 結果與討論 47
4-1 懸臂樑結構之製程討論 47
4-2 懸臂樑結構之尺寸量測 50
4-2-1 懸臂樑結構尺寸差距與修正辦法 50
4-2-2 懸臂樑結構外觀差距與造成原因 52
第五章 結論與未來研究方向 54
5-1 結論 54
5-2 未來研究方向與建議 55
參考文獻 57
圖表目錄
表(一) CVD相關材料與沉積方式 60
表(二) Si3N4的沉積方式與特性 60
表(三) 懸臂樑設計尺寸 61
表(四) 懸臂樑成品量得之尺寸 62
圖(一) CVD反應機構分解圖 63
圖(二) 熱壁式爐管LPCVD反應器結構示意圖 64
圖(三) 冷壁單一晶片式LPCVD反應器結構示意圖 65
圖(四) 正片與負片兩種不同微影製程的差別 66
圖(五) 進行光阻塗佈的旋轉器其側視結構 67
圖(六) 正光阻液進行感光水解及溶於鹼性溶液的三個化學反應
式 68
圖(七) 薄膜經微影蝕刻及去光阻之後的表面截面外觀 69
圖(八) 薄膜經等向及非等向性蝕刻後的薄膜橫截面輪廓 70
圖(九) 濕式蝕刻之蝕刻溶液與薄膜所進行的反應機構 71
圖(十) KOH蝕刻液對(100)表面的矽晶圓之蝕刻情形 72
圖(十一) 薄膜懸臂樑結構示意圖 73
圖(十二) 四種主要的晶圓形式 74
圖(十三) 多晶矽薄膜懸臂樑結構製程示意圖 75
圖(十四) 影像擷取系統示意圖 79
附圖一 多晶矽薄膜經過尺寸定義及氧化多晶矽後的情形 80
附圖二 多晶矽薄膜經過尺寸定義及氧化多晶矽後的情形 81
附圖三 結構在經過RIE乾蝕刻後之實際情形 82
附圖四 結構在經過RIE乾蝕刻後之實際情形 83
附圖五 第一次製作流程平板未懸空實際情形之一 84
附圖六 第一次製作流程平板未懸空實際情形之二 85
附圖七 第一次製作流程平板未懸空實際情形之三 86
附圖八 經過KOH蝕刻液蝕刻後的情形 87
附圖九 完成所有製程之薄膜懸臂樑結構之一 88
附圖十 完成所有製程之薄膜懸臂樑結構之二 89
附圖十一 完成所有製程之薄膜懸臂樑結構之三 90
附圖十二 完成所有製程之薄膜懸臂樑結構之四 91
附圖十三 KOH蝕刻液對(100)矽晶圓產生之蝕刻行為 92
附圖十四 因為蝕刻液側蝕的原因,導致上方寬度較小之懸臂樑消
失而只留下根部結構之實際情形 93
附圖十五 因蝕刻時間不夠充足,雖上方寬度較小的懸臂樑存在,
不過中間區域的多晶矽層並未蝕刻乾淨之情形 94
參考文獻
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