蒸镀与溅镀差异.doc

金屬鍍膜 (Metal Deposition) 又稱物理鍍膜 (Physical Vapor Deposition；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10-610-7Torr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 (diffusion pump)、渦輪式幫浦 (turbo pump)、或致冷式幫浦 (cryogenic pump)，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 (thermal coater) 與電子槍式 (E-gun evaporator) 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 (step coverage) 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 (也是undercut) 的特徵，以便金屬舉離時，不會發生藕斷絲連的現象。