蒸镀与溅镀差异

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时间:2019-08-09

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1、金屬鍍膜(MetalDeposition)又稱物理鍍膜(PhysicalVaporDeposition;PVD),依原理分為蒸鍍(evaporation)與濺鍍(sputtering)兩種。PVD基本上都需要抽真空:前者在10-6~10-7Torr的環境中蒸著金屬;後者則須在激發電漿前,將氣室內殘餘空氣抽除,也是要抽到10-6~10-7Torr的程度。一般的機械式抽氣幫浦,只能抽到10-3Torr的真空度,之後須再串接高真空幫浦(機械式幫浦當作接觸大氣的前級幫浦),如:擴散式幫浦(diffusionpump)、渦輪式幫浦(turbopump)、或致冷式幫浦(cryogenicpump),

2、才能達到10-6~10-7Torr的真空程度。當然,不同的真空幫浦規範牽涉到不同原理之壓力計、管路設計、與價格。 1、蒸鍍蒸鍍就加熱方式差異,分為電阻式(thermalcoater)與電子槍式(E-gunevaporator)兩類機台。前者在原理上較容易,就是直接將準備熔融蒸發的金屬以線材方式掛在加熱鎢絲上,一旦受熱熔融,因液體表面張力之故,會攀附在加熱鎢絲上,然後徐徐蒸著至四周(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鍍著,如鋁,且蒸著厚度有限。電子槍式蒸鍍機則是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

3、氣壓超過臨界限度,也開始徐徐蒸著至四周(包含晶圓)。電子槍式蒸鍍機可蒸著熔點較高的金屬,厚度也比較不受限制。蒸鍍法基本上有所謂階梯覆披(stepcoverage)不佳的缺點,如圖2-12所示。也就是說在起伏較劇烈的表面,蒸著金屬有斷裂不連續之虞。另外,多片晶圓的大面積鍍著也存在厚度均勻的問題。為此,晶片之承載臺加上公自轉的機構,便用於上述兩問題之改善。 2、濺鍍濺鍍雖是物理鍍膜的方法,但與蒸發毫無關係。就如同將石頭丟入一灘泥沼中,會噴濺出許多泥漿般,濺鍍利用氬氣電漿,高速衝擊受鍍靶材(target),因而將靶材表面附近材質噴濺出來,落至晶圓之上。由於靶材是一整面而不是一點接受轟擊,所以噴

4、濺出來的材質,也有可能填塞到晶片表面階梯死角的部位,而比較沒有斷線不連續或所謂階梯披覆的問題。濺鍍也依電漿受激之能量源不同,分為直流(DC)與射頻(RF)兩種。基本上,兩種濺鍍機都可鍍著金屬薄膜。但後者特別可以針對非金屬薄膜,如壓電(piezoelectric)或磁性材料,具有「絕緣、熔點高、成份複雜、對堆疊方式相當敏感」等智慧型薄膜之鍍著特徵。 3、金屬薄膜圖形定義利用光蝕術定義妥之光阻,泡入適當酸液中,可蝕出金屬線路,此與蒸鍍抑或濺鍍並無關連。然而部份金屬蝕液是鹼液,如鉻,早期常用「赤血鹽-氫氧化鉀」溶液來定義圖案,直接用光阻遮掩會失敗(還沒蝕到底,光阻已經溶散了!),所以必須多蒸著

5、一層金,間接以碘化鉀-碘溶液定義出金之圖案後,再以金之圖案來作掩膜,進行鉻的腐蝕(如此之繁複,常使初學者暈頭轉向,現在已經有鉻金屬的蝕洗液,如CR-7)。另一個令人更擾人的問題在於:酸液有側向侵蝕的現象,所以無法製作出次微米之金屬線。一般業界已使用垂直度極佳,然而價格極昂之乾蝕刻機來解決這個問題(價昂是因為要用到含氯之反應氣體,所有管路都要考慮防腐蝕)。但學術研發單位,在沒有乾蝕刻機情況下,一樣可以作出次微米之金屬線,這個方法稱為「金屬剝離或舉離法」(lift-off)。今如圖2-13所示,調整晶片鍍金屬與上光阻的順序:首先旋敷光阻,以光蝕術將欲鍍著金屬線路之區域開出窗口(該光罩恰與酸液

6、蝕刻的光罩明暗相反),再進行金屬鍍著的工作。此時,大部份金屬可能都鍍著在光阻上。所以金屬鍍著後,只要將晶片浸入丙酮,在光阻遭有機溶劑溶散之際,其上之金屬也跟著被抬離晶片,而只留下沒有光阻,也就是原來設計之金屬線路。不過,金屬剝離也不是完全沒缺點:1、金屬蒸鍍,會對晶片產生加溫效果,若蒸鍍時間較長或厚度較高,有可能烤乾光阻,而在最後泡丙酮時,無法掀離金屬。2、光阻開窗時,或多或少會留下一些顯影不完全的部份,所以在金屬鍍著時,並不保證晶片受鍍面之清潔狀態良好。3、圖2-13金屬蒸鍍的「舉離」法:(a)光阻曝光(b)顯影(c)金屬蒸鍍(d)舉離,留下金屬線路。光阻邊緣必須確保垂直或甚至有側凹(

7、也是undercut)的特徵,以便金屬舉離時,不會發生藕斷絲連的現象。

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