半導體專題實驗 實驗三 熱蒸鍍系統

金屬鍍膜 (Metal Deposition) 又稱物理鍍膜 (Physical Vapor Deposition；PVD) 需在真空下進行 可分為蒸鍍(evaporation)與濺鍍 (sputtering)兩種 蒸鍍環境：10-6~10-7 Torr

真空環境 一般的機械式抽氣幫浦，只能抽到10-3 Torr 的真空度，之後須再串接高真空幫浦，才能 擴散式幫浦 (diffusion pump) 渦輪式幫浦 (turbo pump) 致冷式幫浦 (cryogenic pump)

蒸鍍 根據加熱方式差異，可分為電阻式(thermal coater)與電子槍式(E-gun evaporator)兩類 電阻式： 將準備熔融蒸發的金屬以線材方式掛在加熱鎢絲上，受熱熔融後，因液體表面張力故，會攀附在加熱鎢絲上，然後徐徐附著至四周(包含晶圓)。因加熱鎢絲耐熱能力與供金屬熔液攀附空間有限，僅用於低熔點的金屬蒸鍍，如鋁，且蒸鍍厚度有限。

電阻式蒸鍍

蒸鍍 電子槍式： 利用電子束進行加熱，熔融蒸發的金屬顆粒全擺在石墨或鎢質坩堝(crucible)中。待金屬蒸氣壓超過臨界限度，開始徐徐附著至四周(包含晶圓)。 電子槍式蒸鍍機可蒸鍍熔點較高的金屬，厚度也比較不受限制。此系統主要的優勢是可以避免Na+離子汙染晶片，同時可以改善Step Coverage。

電子槍式蒸鍍

Step Coverage 在起伏較劇烈的表面，蒸鍍之金屬斷裂不連續。另外，多片晶圓的大面積蒸鍍也存在厚度均勻的問題。為此，晶片承載臺加上公轉自轉的機制，便用於上述兩問題之改善。

熱蒸鍍系統 應用於低溫金屬，以及鍍碳鍍金等導電用薄膜 製作低溫金屬如銦、錫等時，可以利用蒸鍍的方式得到μm級的膜，快速且平整性及均勻性好。 利用加熱的方式使碳棒放出細微碳分子在試片表面導電用，鍍金亦同。 優點是操作方便，真空潔淨度佳，快速且厚度可大可小。

1. 熱機 打開冷卻水開關 打開牆壁上的主電源 三向閥指向close

1. 熱機 (continue) RP Leak為off 打開Mechanical Pump RP電源 並等待30秒 確定Main Value為off 將三向閥轉向Force Way

1. 熱機 (continue) 打開Diffusion Pump電源 熱機30~40分鐘 熱機期間繼續 loading 粗抽

2. Loading 確定Main Value為off 關真空計 開Air leak value 待氣體完全進入chamber後

2. Loading (continue) 抬起Chamber玻璃罩 將晶片、鎢舟及待鍍金屬置入 檢查測厚儀(crystal)是否正常

2. Loading (continue) 用無塵紙擦拭Chamber觀景窗及O-ring 先用丙酮 再用甲醇 擦拭完後再放回Chamber

3. 粗抽 確認關閉 三向閥 三分鐘後 101.325 kPa = 1 atm = 760 torr Air leak V. Main V. 轉向Rough way 讓RP抽Chamber內的空氣 三分鐘後 開Chamber真空計 直到Chamber氣壓降到1Pa之下 101.325 kPa = 1 atm = 760 torr

3. 粗抽 (continue) 三向閥轉回Force Way 讓RP抽DP內的空氣 熱機時間30~40分鐘

4. 細抽 打開Main V到稍緊、切勿用力轉 20分鐘後 打開 ion gauge 觀察壓力

4. 細抽 (continue) 壓力到5*10^-3 Pa時，加入液態氮

4. 細抽 (continue) Chamber氣壓降到5*10-4Pa以下 關ion gauge 開始蒸鍍

5. 蒸鍍 打開測厚儀 加電流，開始蒸鍍 打開shutter 關Main V和DP電源 按1號鍵(蒸鍍速度)歸零 按2號鍵(鍍膜厚度)歸零 蒸鍍至所需厚度 關電流及測厚儀 關Main V和DP電源

6. 取物 蒸鍍完成後 循置物步驟取出晶片及鎢舟 用無塵紙擦拭Chamber觀景窗及O-ring部份 關上Chamber 等待10~20分鐘 開Air leak V. 待氣體完全進入Chamber後 關閉Air leak V. 循置物步驟取出晶片及鎢舟 用無塵紙擦拭Chamber觀景窗及O-ring部份 關上Chamber

7. 關機 確定已關閉 三向閥轉至Rough Way 進行粗抽 持續抽氣 Main V. Air leak V. 抽至Diffusion Pump溫度降至室溫 此過程約需一小時

7. 關機 (continue) 三向閥轉至close 關閉電源 關冷卻水 開RP Leak 關RP Leak Mechanical Pump電源 控制面板電源 牆壁上的主電源 關冷卻水 開RP Leak 待氣體完全進入氣管 關RP Leak

注意事項 閥的方向順時鐘是鎖緊，逆時鐘是打開。 開Chamber時要記得戴口罩，並告知在實驗室中的所有人員。 Chamber及O-ring會有殘留鋁，需擦拭乾淨，避免污染。 擦拭時要先用丙酮，再用甲醇。 擦拭觀景窗要清潔到可看到內部狀況。 測厚儀記得要reset。

說明微影術的方法 微影術(Lithography)在半導體上製程上較狹義之定義，一般是指以光子束經由光罩(mask)對晶圓(Wafer)上之阻劑照射；以電子束、離子束經由光罩、圖規(Stencil)對阻劑照射；或不經由光罩、圖規，對阻劑直接照射，使阻劑產生極性變化、主鏈斷鏈、主鏈交連等化學作用，經顯影後將光罩、圖規或直寫之特定圖案轉移至晶圓上。 此特定之圖案可供後續製程，如離子佈植、金屬蒸鍍，電漿蝕刻之用。 較廣義的微影技術則包含了上述後續製程。

典型光學微影術的步驟

微影術 光微影術優點：製作快速、曝光面積大。 反應性離子蝕刻優點：非等向性、高選擇性。 電子束微影：目前在深次微米的研究領域中，電子束微影術之所以能取代光微影術（photolithography）是因為光微影術受限於光的繞射極限。 電子束微影術以高能電子直接穿透到樣品內，擁有焦距深度大、可高度自動與精確控制操作，且不需經由光罩即可直接於晶片上彫鑄出圖形等優點，所以能製作出深次微米的光阻幾何圖形。

補充 光阻包括感光劑，有機溶劑，樹脂，有正負之分。 軟烤 (soft bake)： 硬烤 (hard bake)： 正光阻：感光後分解去除，感光劑產生酸性物質，被鹼性的顯影劑破壞溶解。 負光阻：感光後產生鍵結，不會在負光阻的顯影液中反應。 軟烤 (soft bake)： 80℃，烤去光阻大部分有機溶劑，增加和晶片附著力。 硬烤 (hard bake)： 120℃，將光阻中樹脂成分烤硬，以利於後續蝕刻處理。

實驗步驟 表面鍍鋁： 把晶片切成每片15mm×15mm的大小，使用丙酮 (ACE)、甲醇 (methanol) 和去離子水 (DI water) 清洗。 使用氫氟酸 (HF) 蝕刻 (etch) 表面氧化層後，在晶片正面使用shadow mask蒸鍍鋁膜於晶片四角。 放入高溫爐通氮氣於450C退火 (anneal) 15分鐘。

實驗步驟 Van Der Pauw量測： 使用銀膠bond線 量測四種不同電流電壓值(含加磁場與未加磁場)。

實驗說明 說明本實驗所產生的廢液傾倒在何種回收筒？ 氫氟酸 (HF) 含有劇毒，需傾倒於專屬的廢液回收筒。 甲醇與丙酮等有機溶液，需傾倒於有機廢液回收筒。