ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ VÀ SẢN XUẤT
MICROCANTILEVER TRONG VI CƠ ĐIỆN TỬ

(MEMS-MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS)

Mã số: T2021-06-16

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Phạm Thị Thảo Khương

Đà Nẵng, 11/2022

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG 2018

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ VÀ SẢN XUẤT
MICROCANTILEVER TRONG VI CƠ ĐIỆN TỬ

(MEMS-MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS)

Mã số: T2021-06-16

Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài

(ký, họ tên, đóng dấu) (ký, họ tên)

2

MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU...............................................................................................ii
DANH MỤC HÌNH ẢNH................................................................................................iii
THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU......................................................................vi
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS.............................................................x
MỞ ĐẦU........................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1....................................................................................................................... 3
TỔNG QUAN....................................................................................................................3

1.1 Nguyên lý vi chế tạo........................................................................................3
1.2 Chất nền...........................................................................................................5
1.3 Vật liệu............................................................................................................6
1.4 Bề mặt và giao diện.........................................................................................7
1.5 Quy trình chế tạo.............................................................................................8
1.6 Microcantilever trong y học...........................................................................10
CHƯƠNG 2..................................................................................................................... 14
QUY TRÌNH CHUẨN CHẾ TẠO MICROCANTILEVER............................................14
2.1 Chế tạo vật liệu cantilever..............................................................................14
2.2 Quy trình gia cơng chi tiết.............................................................................15
2.3 Chi tiết quá trình sản xuất..............................................................................16
2.4 Chế tạo Polysilicon cantilever.......................................................................25
CHƯƠNG 3..................................................................................................................... 29
THIẾT KẾ VÀ SẢN SUẤT THANH MICROCANTILEVEL........................................29
3.1 Thông tin chung.............................................................................................29
3.2 Thiết kế..........................................................................................................30
3.2.1 Phần mềm L-edit........................................................................................30

3.2.2 Yêu cầu thiết kế..........................................................................................31
3.2.3 Thiết kế mặt nạ...........................................................................................31
3.3 Các bước sản xuất thanh microcantilevel.......................................................33
3.3.1 Quang khắc.................................................................................................33
3.4 Sự bay hơi của đồng......................................................................................38
3.5 Khắc ướt cho đồng.........................................................................................40
3.6 Khắc ướt cho Photoresist...............................................................................40
3.7 Khắc khô cho đồng........................................................................................40

i

CHƯƠNG 4..................................................................................................................... 42
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM...........................................................................................42

4.1 Kết quả quá trình quang khắc cho lần thứ nhất..............................................42
4.2 Quá trình bay hơi đồng..................................................................................44
4.3 Quang khắc với mặt nạ thứ hai......................................................................45
4.4 Khắc cho đồng...............................................................................................47
4.5 Giải phóng chất cản quang.............................................................................48
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO.................................................51
Kết luận...................................................................................................................51
Hướng nghiên cứu tiếp theo.....................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................

ii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1. Độ dày của chất cản


quang…………………………………………………...49

Bảng 2. Đo lường độ dày của các wafer………………………………………………

54

Bảng 3. Đo lường độ dày của Cu của các wafer sau khi quang khắc

khô…………….54

iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1-Các lĩnh vực con của Cơng nghệ vi mơ[1]........................................................4
Hình 2 -Vật liệu và giao diện trong cấu trúc.................................................................7
Hình 3- Quá trình tạo khn in thạch bản: (a) lắng đọng màng oxit; (b) ứng dụng cản
quang; (c) Phơi nhiễm tia cực tím qua mặt nạ quang; (d) phát triển hình ảnh phản
kháng; (e) ăn mòn oxit và (f) loại bỏ chất cản quang. [1]............................................10
Hình 4 - Q trình khuếch tán: Có thể dễ dàng vượt qua rào cản 2,2 eV ở 900 ◦C
nhưng tần suất vượt qua rào cản 3,5 eV là thấp. Nhiệt độ cao hơn, ví dụ, 1050 ◦C, sẽ
cần thiết để vượt qua rào cản 3,5 eV một cách dễ dàng[1]..........................................10
Hình 5 - Micocantilever trong mơ hình uốn tĩnh[2]...................................................11
Hình 6 - Sự dịch chuyển tần số khi cantilever bắt cặp với virut[2].............................12
Hình 7- Minh họa ứng dụng phát hiện các chất sinh học, hóa học[2].........................13
Hình 8 - Sơ đồ tổng qt hóa quy trình chế tạo microcantileve..................................14
Hình 9 - Sơ đồ quy trình từng bước cho sản xuất thanh cantilever[7].........................15
Hình 10 - Thiết kế mặt nạ cho các cấp độ mặt nạ khác nhau[7]..................................15
Hình 11 - Quy trình RCA[7].......................................................................................17
Hình 12- Lị 2[7].........................................................................................................17

Hình 13- Thiết bị bay hơi nhiệt...................................................................................18
Hình 14- Mức 1 của tạo khn Al...............................................................................19
Hình 15- Double Sided mask Aligner (DSA)..............................................................19
Hình 16- Máy Spinner.................................................................................................20
Hình 17- Resist S1813 lần thứ 2................................................................................20
Hình 18- Tạo neo ở cấp độ thứ 3.................................................................................21
Hình 19- Hình ảnh của microcantilever sau khi tro hóa plasma (a) Ảnh bề mặt (b) Ảnh
SEM............................................................................................................................ 22
Hình 20- Tro hóa plasma ở các watt và khoảng thời gian khác nhau..........................23
Hình 21- Q trình tro hóa được thực hiện ở 100 watt trong 40 phút..........................23
Hình 22- Tro hóa plasma với độ nghiêng của mẫu ở 450............................................24
Hình 23- Ảnh SEM cho thấy chùm tia bị treo nhưng dính vào điện cực phía dưới.....24
Hình 24- Lớp resist đã bị loại bỏ sau khi bay hơi Acetone..........................................25
Hình 25- Quá trình vi chế tạo thanh microcantilevel...................................................30
Hình 26- Cửa sổ thiết lập............................................................................................31
Hình 27- Yêu cầu cho thiết kế thanh 100x40 µm........................................................32
Hình 28- Thiết kế vật phẩm.........................................................................................32
Hình 29- Thiết kế Alignment......................................................................................32
Hình 30- Tấm gia nhiệt...............................................................................................33
Hình 31- Các bước quang khắc [8][9][10]..................................................................34
Hình 32- (a) Hai loại chất cản quang sử dụng trong thí nghiệm;(b) Sơ đồ thể hiện mối
liên quan giữa vận tốc và thời gian..............................................................................35
Hình 33- Máy aligner..................................................................................................36

iv

Hình 34- Ba phương pháp phơi sáng...........................................................................37
Hình 35- Buồng chứa chân khơng...............................................................................39
Hình 36- Máy dùng để khắc khơ.................................................................................41
Hình 37-Wafer sau khi quay bao phủ và phát triển.....................................................42

Hình 38- Độ dày của chất cản quang của wafer 1.......................................................43
Hình 39- Độ dày của chất cản quang của wafer 2.......................................................43
Hình 40- Tốc độ lắng đọng và độ dày của lớp đồng....................................................44
Hình 41- Độ dày của lớp Cu được đo bằng profilomete..............................................44
Hình 42- Các tấm bán dẫn sau khi phủ chất cản quang (tấm bán dẫn 1 ở bên phải, tấm
bán dẫn 2 ở bên trái)....................................................................................................45
Hình 43- Độ dày của chất cản quang của wafer 1.......................................................45
Hình 44- Độ dày của chất cản quang của wafer 2......................................................45
Hình 45- Cấu trúc của wafer 1....................................................................................46
Hình 46- Cấu trúc của wafer 2....................................................................................47
Hình 47- Trước khi khắc cho wafer1 và wafer2..........................................................47
Hình 48- Sau khi khắc cho wafer1 (hình thứ nhất) và wafer2 (hình thứ 2).................48
Hình 49- Trước và sau quang khắc cho wafer 1..........................................................48
Hình 50- Độ dày của thanh trước và sau khi quang khắc............................................49
Hình 51 - wafer 1: 1813 sau khi khắc khơ 25min........................................................50
Hình 52 - wafer 2: 1813 sau khi khắc khơ 30min........................................................50
Hình 53 – Sản phẩm thu được trước và sau khi etching..............................................50

v

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ NAM

THUẬT Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thông tin chung:
 Tên đề tài: Nghiên cứu quá trình thiết kế và sản xuất Microcantilever trong vi
cơ điện tử (MEMS-Microelectromechanical Systems)

 Mã số: T2021-06-16
 Chủ nhiệm: ThS Phạm Thị Thảo Khương
 Cơ quan chủ trì: Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật
 Thời gian thực hiện: 12/2021-11/2022

2. Mục tiêu:
 Nghiên cứu hình dáng cấu tạo của microcantilever
 Thiết kế các thanh microcantilever trên máy tính
 Nghiên cứu quy trình các bước trong sản xuất microcantilever
 Thực hiện các bước để sản xuất ra microcantilever
 Kiểm tra đánh giá các microcantilever thu được để hồn thiện chu trình sản xuất.

3. Tính mới và sáng tạo:
 Phát triển một phương pháp rút gọn cho quá trình chế tạo ra thanh microcantilever
 Kiểm tra đánh giá các microcantilever thu được có đúng như thiết kế ban đầu đưa
ra

4. Tóm tắt kết quả nghiên cứu:
 Nghiên cứu hình dáng cấu tạo của microcantilever ứng dụng nhiều trong y học
 Thiết kế các thanh microcantilever trên máy tính bằng phần mềm L-edit
 Nghiên cứu thành cơng quy trình rút gọn các bước trong sản xuất microcantilever
 Thực hiện các bước để sản xuất ra microcantilever
 Kiểm tra đánh giá các microcantilever thu được để hồn thiện chu trình sản xuất.

5. Tên sản phẩm:

vi

 Bài báo “Micro cantilever beam fabrication and characterization chế tạo và kiểm
tra đặc điểm của thanh mềm công xôn ở kích thướt micro”, đăng trên tạp chí của Đại

học Đà Nẵng 2022
 Báo cáo
6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:
 Chương trình mới được cơng bố có tính hiệu quả cao, bền vững và có tính ứng
dụng cao
 Kết quả kiểm tra đánh giá chu trình chứng minh được tính đúng đắn của nó
 Kết quả đạt được dùng làm cơ sở cho các nghiên cứu khác có liên quan
7. Hình ảnh, sơ đồ minh họa chính

vii

viii

TM. Hội đồng Khoa Ngày tháng năm
(ký, họ và tên) Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên)

XÁC NHẬN CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

ix

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information:
Project title: MICRO CANTILEVER BEAM DESIGN AND FABRICATION
Code number:T2021-06-16
Coordinator: Pham Thi Thao Khuong
Implementing institution: University of Technology and Education, Danang
Univerisity
Duration: from 12/2021 to 11/2022

2. Objective(s):
 Studying the shape and structure of microcantilever
 Designing microcantilever bars on a computer
 Studying the process and steps in producing microcantilever
 Taking steps to produce microcantilever
 Checking and evaluating the obtained microcantilever to complete improve the
production cycle

3. Creativeness and innovativeness:
 Development of a reduced method for the fabrication of microcantilever rods
 Check and evaluate the obtained microcantilever is correct as the original design
given

4. Research results:
 Studying the structural shape of microcantilever with many applications in
medicine
 Designing microcantilever bars on a computer using L-edit software
 Successfully studying the process of shortening the steps in microcantilever
production Implementing the steps to produce microcantilever
 Test and evaluate the obtained microcantilever to complete the production cycle

5. Products:
 Article published in the journal the University of Da Nang 2022
 Report

x

6. Effects, transfer alternatives of research results and applicability:
 The newly announced program is highly effective, sustainable and highly


applicable
 The cycle evaluation test results prove its correctness
 The obtained results are used as the basis for other related studies.

xi

MỞ ĐẦU

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Ngày nay, microcantilever đang nổi lên là cảm biến với nhiều ứng dụng trong
phát hiện các chất hóa học, sinh học. Nó được xem như là cảm biến có dạng thích hợp
để sử dụng trong các hệ vi cơ điện tử (MEMS – Microelectromechanical systems)
kích thước micro. Độ nhạy của microcantilever phụ thuộc vào tần số cộng hưởng của
nó, tần số cộng hưởng cao sẽ cho độ nhạy cao. Tuy nhiên, tần số cộng hưởng của
micro/nanocantilevers lại phụ thuộc vào kích cỡ, cấu trúc của nó, kích cỡ càng nhỏ thì
tần số càng cao. Như vậy độ nhạy của microcantilever phụ thuộc vào kích cỡ của nó,
kích cỡ càng nhỏ thì cho độ nhạy càng cao. Việc cung cấp các microcantilever có kích
thướt cỡ micro, độ nhạy chất lượng cao, đảm bảo độ trung thực và ổn định trong các
thiết kế là một yêu cầu hết sức cần thiết.

Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế và phương pháp sản xuất đóng vai trò quan
trọng hàng đầu trong việc đảm bảo chất lượng của microcantilever. Trong nghiên cứu
này, tác giả và nhóm nghiên cứu sẽ trình bày quá trình thiết kế và các bước để chế tạo
các microcantilever tại phịng lab. Sau đó, microcantilever sẽ được quan sát với các
thiết bị chuyên dụng để đưa ra nhận xét cuối cùng về chất lượng của sản phẩm.

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

- Nghiên cứu hình dáng cấu tạo của microcantilever


- Thiết kế các thanh microcantilever trên máy tính

- Nghiên cứu quy trình các bước trong sản xuất microcantilever

- Thực hiện các bước để sản xuất ra microcantilever

- Kiểm tra đánh giá các microcantilever thu được để hồn thiện chu trình sản
xuất.

ĐỐI TƯỢNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU

xii

Đối tượng nghiên cứu: Đề tài tập trung thiết kế và chế tạo thanh microcantilever.Sau
đó quan sát thanh đã chế tạo được bằng các máy chuyên dụng.
Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu cấu trúc thanh, phần mềm L-edit, quy trình chế tạo
thành công thanh microcantilever, cách sử dụng các máy chuyên dụng để kiểm tra kết
quả.
CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Cách tiếp cận

- Nghiên cứu, tìm kiếm các tài liệu liên quan về các phương pháp thiết kế,chế tạo
thanh cantilever,và kiểm tra hình dạng thanh dưới thiết bị chuyên dụng

- Thu thập, phân tích các mẫu đã chế tạo được
- Đánh giá kết quả
Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu quy trình sản suất chuẩn
- Thu thập, tổng hợp đưa ra quy trình riêng phù hợp cho thiết kế

- Đánh giá, quan sát kết quả đạt được
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Quy trình chế tạo chuẩn
Chương 3: Thiết kế, chế tạo thanh Cantilever
Chương 4: Kết quả nghiên cứu

xiii

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 Nguyên lý vi chế tạo
Các ngành mạch tích hợp và các ngành liên quan như vi hệ thống/MEMS, pin mặt

trời, màn hình phẳng và quang điện tử đều dựa vào các công nghệ chế tạo vi mơ. Kích
thước điển hình thường gặp là khoảng 1 µm trong mặt phẳng của wafer (phạm vi khá
rộng; từ 0,1 µm đến 100 µm). Kích thước dọc dao động từ độ dày lớp nguyên tử (0,1
nm) đến hàng trăm micromet nhưng độ dày từ 10 nm đến 1 µm là điển hình.

Lịch sử phát triển của các ngành liên quan đến chế tạo vi mô được trình bày ở
Hình 1.1. Việc phát minh ra transistor (bóng bán dẫn) vào năm 1947 đã châm ngòi cho
một cuộc cách mạng. Transistor được sinh ra từ sự kết hợp của cơng nghệ radar (máy
dị tinh thể nhanh cho bức xạ điện từ) và vật lý chất rắn. Việc áp dụng các phương
pháp chế tạo vi mô cho phép chế tạo nhiều transistor trên một miếng bán dẫn duy
nhất, và vài năm sau, chế tạo mạch tích hợp được ra đời; nghĩa là, transistor được kết
nối với nhau trên tấm wafer chứ không phải được tách ra khỏi nhau và kết nối lại trên
bảng mạch.


Các thiết bị vi điện tử và quang điện tử sử dụng các đặc tính bán dẫn của silicon.
Việc pha tạp silicon có thể thay đổi điện trở suất của nó theo tám bậc về độ lớn, cho
phép tạo ra một số lượng lớn các vi cấu trúc và thiết bị. Các thiết bị vi điện tử silicon
ngày nay được đặc trưng bởi sự phức tạp và thu nhỏ to lớn của chúng; một trăm triệu
Transistor nằm gọn trong một con chip có kích thước bằng móng tay.

Gali arsenua và các chất bán dẫn hợp chất III–V khác được sử dụng để chế tạo các
thiết bị phát xạ ánh sáng như laze. Các thiết bị quang điện tử silicon có thể được sử
dụng làm máy dị ánh sáng, nhưng gần đây, sự truyền ánh sáng từ silicon đã được
chứng minh trong các thí nghiệm trong phịng thí nghiệm. Quang học vi mô sử dụng
silicon theo một cách khác: bề mặt silicon hoạt động như gương, hoặc như giá đỡ cực

xiv

phẳng và nhẵn cho gương kim loại hoặc gương điện mơi. Silicon có thể được gia cơng
để tạo ra các gương di động và các bộ phận quang học thích ứng. Silicon dioxide và
silicon nitride có thể được lắng đọng và ăn mịn để tạo thành các ống dẫn sóng với
chiết suất phân cấp hoặc từng bước giống như sợi quang học.

Cơ học vi mô sử dụng các tính chất cơ học của silicon. Silicon cực kỳ chắc chắn và
có thể tạo ra các chùm và màng ngăn linh hoạt từ nó. Cảm biến áp suất , bộ cộng
hưởng, con quay hồi chuyển, công tắc và các thiết bị cơ và điện khác sử dụng các tính
chất cơ học tuyệt vời của silicon.

Cơ học vi mô, cũng như nhiều bộ cảm biến siêu nhỏ và bộ truyền động hiện đang
sử dụng các vật liệu tích cực, chẳng hạn như vật liệu áp điện hoặc hợp kim nhớ hình
dạng. Silicon đóng vai trị là nền tảng chính xác để xây dựng các thiết bị này. Các thiết
bị siêu dẫn được chế tạo trên silicon vì silicon tương thích với rất nhiều cơng nghệ xử
lý.


Công nghệ nano là sự phát triển và mở rộng của chế tạo vi mô. Một số công cụ
giống nhau, chẳng hạn như máy in thạch bản chùm tia điện tử, đã được sử dụng để vẽ
các cấu trúc có kích thước nano mét từ rất lâu trước khi thuật ngữ công nghệ nano
được đặt ra. Một số phương pháp dựa trên các thiết bị thăm dị qt như kính hiển vi
lực ngun tử (AFM), đây là một công cụ quan trọng để mô tả đặc tính cấu trúc vi mơ.
Các màng mỏng có độ dày bằng lớp nguyên tử đã được phát triển và lắng đọng trong
các cộng đồng chế tạo vi mô trong nhiều thập kỷ. Các cách mới để lắng đọng phim,
như lớp đơn lớp tự lắp ráp (SAM), đã được giới thiệu bởi các nhà công nghệ nano,và
một số trong những kỹ thuật đó đang được nghiên cứu bởi cộng đồng chế tạo vi mô đã
thành lập như là công cụ để tiếp tục thu nhỏ các cấu trúc vi mô.

xv

Hình 1-Các lĩnh vực con của Công nghệ vi mô[1]

1.2 Chất nền
Silicon là linh hồn của chế tạo vi mơ. Các mạch tích hợp (IC) sử dụng các tính

chất điện của silicon, nhưng nhiều nguyên tắc chế tạo vi mô sử dụng silicon để thuận
tiện: silicon có sẵn ở nhiều kích cỡ, hình dạng và điện trở suất khác nhau; nó nhẵn,
phẳng, mạnh mẽ về mặt cơ học và khá rẻ. Hơn nữa, các tấm bán dẫn silicon theo mặc
định tương thích với thiết bị chế tạo vi mơ vì hầu hết các máy chế tạo vi mô ban đầu
được phát triển cho IC silicon.

Các tấm wafer silicon số lượng lớn là các miếng đơn tinh thể được cắt và đánh
bóng từ các thỏi đơn tinh thể lớn hơn. Silicon cực kỳ bền, ngang với thép và nó cũng
giữ được tính đàn hồi ở nhiệt độ cao hơn nhiều so với kim loại. Tuy nhiên, các tấm
bán dẫn silicon đơn tinh thể (SCS) rất dễ vỡ: một khi vết đứt gãy bắt đầu, nó sẽ ngay
lập tức phát triển trên tấm bán dẫn vì các liên kết cộng hóa trị khơng cho phép chuyển
động lệch vị trí.


Điện trở suất của tấm silicon nằm trong khoảng từ 0,001 đến 20 000 ohm-cm.
Silicon có điện trở suất cao đơi khi có thể được sử dụng thay cho các tấm điện môi,
nhưng điều này phụ thuộc vào ứng dụng. Các tấm wafer silicon trên chất cách điện
mang lại điều tốt nhất của cả hai thế giới: một lớp cách điện (thường là SiO2) giữa hai
miếng silicon giúp cách ly điện môi. Oxit ở giữa có thể hoạt động như một lớp dừng
để hai phần silicon có thể được xử lý độc lập. Các lớp mỏng có thể được cắt từ bề mặt
wafer silicon và chuyển sang một chất nền khác, có thể hồn toàn là một vật liệu khác.

xvi

Tấm silicon có các đường kính 3′′, 100, 125, 150, 200 và 300 mm. Ngồi kích
thước, điện trở suất và loại tạp chất, các thông số kỹ thuật của wafer bao gồm độ dày
và sự thay đổi của nó, hướng tinh thể, số lượng hạt và nhiều thứ khác.

Các tấm wafer có thể là đơn tinh thể, đa tinh thể hoặc vơ định hình. Silic, thạch
anh (SiO2) gali arsenua (GaAs), cacbua silic (SiC), gali arsenua (GaAS), liti niobat
(LiNbO3) và saphia (Al2O3) là những ví dụ về chất nền đơn tinh thể. Silic đa tinh thể
được sử dụng rộng rãi trong sản xuất pin mặt trời và bóng bán dẫn màng mỏng đã
được chế tạo trên thép. Chất nền vơ định hình cũng phổ biến: thủy tinh (là SiO2 trộn
với các oxit kim loại như Na2O); silica nung chảy (SiO2, về mặt hóa học, nó giống với
thạch anh) và alumina (Al2O3), là chất nền phổ biến cho các mạch vi sóng. Ngay cả
các tấm nhựa đã được sử dụng làm chất nền. Các chất nền ngoại lai phải được đánh
giá về kích cỡ, độ tinh khiết,độ mịn, ổn định nhiệt, độ bền cơ học, v.v. Các đế trịn dễ
lắp đặt nhưng các đế vng và chữ nhật cần được xử lý đặc biệt vì các công cụ chế tạo
vi mô được thiết kế dành cho các tấm silicon tròn.

1.3 Vật liệu
Cũng giống như các tấm nền mỏng, các màng mỏng được phát triển và đặt lên có


thể là

• Đơn tinh thể

• Đa tinh thể

• Vơ định hình.

Trong quá trình xử lý wafer, các màng đơn tinh thể thường ở dạng đơn tinh thể,
nhưng chúng có thể bị vơ định hình bằng cách bắn phá ion chẳng hạn; Đối với đa tinh
thể, trong thực tế áp dụng màng film có thể phát triển theo nhiều hướng khác nhau, ví
dụ, trong q trình xử lý nhiệt; màng films vơ định hình có thể ở trạng thái vơ định
hình hoặc chúng có thể kết tinh, thường ở trạng thái đa tinh thể và trong những trường
hợp rất đặc biệt ở trạng thái đơn tinh thể.

Chất nền và màng films mỏng rất đơn giản và chúng có nhiều cơng dụng khác
nhau; silicon, nhơm, đồng và vonfram được sử dụng rộng rãi. Các hợp chất đưa ra
những khả năng và thách thức mới: silicon dioxide (SiO2), silicon nitride (Si3N4),

xvii

hafnium dioxide (HfO2), titan silicide (TiSi2), titan nitride (TiN) và nhơm nitride
(AlN) khơng nhất thiết phải cân bằng hóa học khi lắng đọng. Ví dụ, titan nitride được
mơ tả chính xác hơn là TiNx, với giá trị chính xác của x được xác định bởi các chi tiết
của quá trình lắng đọng.

Thêm vào đó, vật liệu nguyên tố và hợp chất, hợp kim được sử dụng rộng rãi.
Thay vì sử dụng nhơm nguyên tố để kim loại hóa, sẽ có lợi khi sử dụng hợp kim Al–
1% Si hoặc Al–0,5% Si–2% Cu, để ổn định q trình kim loại hóa. Các hợp kim của
các ngun tử có kích thước khác nhau thường dẫn đến kết quả trong màng vơ định

hình, và trong một số ứng dụng, việc duy trì tính vơ định hình khi chờ và ngăn chặn sự
kết tinh là có lợi. Các điều kiện lắng đọng ảnh hưởng mạnh đến tính chất của màng
mỏng, ví dụ thơng qua sự kết hợp tạp chất hoặc nhiệt độ xử lý: silicon sẽ ở dạng vơ
định hình nếu lắng đọng ở nhiệt độ thấp, đa tinh thể ở nhiệt độ trung bình và có thể
thu được vật liệu đơn tinh thểở nhiệt độ cao trong điều kiện được kiểm soát chặt chẽ.
Các vật liệu trong q trình chế tạo vi mơ phải tn theo các cơng nghệ tạo vi mơ, có
nghĩa là khắc hoặc đánh bóng. Đơi khi, chỉ cần đặt phim lên các tấm phẳng, phẳng là
đủ, nhưng thông thường, phim phải kéo dài qua các bậc và vào các rãnh, có thể sâu
hơn 40 lần so với rộng. Những địa hình nghiêm trọng này giới thiệu thêm sự tinh tế
phụ thuộc vào quá trình lắng đọng.

1.4 Bề mặt và giao diện
Cấu trúc vật liệu chung của một thiết bị vi chế tạo được hiển thị bên dưới. Các giao

diện giữa màng mỏng, và giữa hai màng, rất quan trọng đối với sự ổn định của cấu
trúc. Các tấm wafer được xử lý bằng một số phương pháp xử lý nhiệt trong quá trình
chế tạo và các quá trình vật lý và hóa học khác nhau tại các bề mặt tiếp xúc: ví dụ:
phản ứng hoặc khuếch tán.

Film 1 của Hình 1.2 có thể là một dây dẫn nhôm, và film 2 là lớp thụ động của
silicon nitride, hoặc film 1 là oxit đường hầm bộ nhớ flash và film 2 là cổng nổi
polysilicon, hoặc film 1 là lớp cách điện oxit và film 2 là màng SnO2 nhạy khí.

xviii