【正文】 后，黏性流場立即進入分離 (separation) 的狀態(tài)，逆壓力梯度 (reversed pressure gradient) 會將下游的化學蒸氣帶回上游，而一團混亂。 在晶圓豎放于晶舟已不可免之情況下，降低化學蒸氣之環(huán)境壓力，是一個解決厚度均勻性的可行之道。原來依定義黏性流特性之雷諾數(shù) 觀察，動力黏滯系數(shù)ν隨降壓而變小，如此一來雷諾數(shù)激增，而使化學蒸氣流動由層流 (laminar flow) 進入紊流 (turbulent flow)。有趣的是紊流不易分離，換言之，其為一亂中有序之流動，故盡管化學蒸氣變得稀薄，使沉積速度變慢，但其經過數(shù)十片重重的晶圓后，仍無分離逆流的現(xiàn)象，而保有厚度均勻，甚至質地致密的優(yōu)點。以800oC、1 Torr成長之LPCVD氮化硅薄膜而言，其質地極為堅硬耐磨，也極適合蝕刻掩膜之用 (。) 電漿輔助化學氣相沉積 (Plasma Enhanced CVD；PECVD) 盡管LPCVD已解決厚度均勻的問題，但溫度仍太高，沉積速度也不夠快。為了先降低沉積溫度，必須尋找另一能量來源，供化學沉積之用。由于低壓對于厚度均勻性的必要性，開發(fā)低壓環(huán)境之電漿能量輔助 (電漿只能存在于10~ Torr 下)，恰好補足低溫環(huán)境下供能不足的毛病，甚至于輔助之電漿能量效應還高于溫度之所施予，而使沉積速率高過LPCVD。以350oC、1 Torr成長之PECVD氮化硅薄膜而言，其耐磨之質地適合IC最后切割包裝 (packaging) 前之保護層 (passivation layer) 使用 (。) PECVD 與 RIE 兩機臺之運作原理極為相似，前者用電漿來輔助沉積，后者用電漿去執(zhí)行蝕刻。不同之處在于使用不同的電漿氣源，工作壓力與溫度也不相同?！?(六)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106~107Torr的環(huán)境中蒸著金屬；后者則須在激發(fā)電漿前，將氣室內殘余空氣抽除，也是要抽到106~ 107Torr的程度。 一般的機械式抽氣幫浦，只能抽到103Torr的真空度，之后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106 ~107Torr的真空程度。當然，不同的真空幫浦規(guī)范牽涉到不同原理之壓力計、管路設計、與價格。 蒸鍍 蒸鍍就加熱方式差異，分為電阻式 (thermal coater) 與電子槍式 (Egun evaporator) 兩類機臺。前者在原理上較容易，就是直接將準備熔融蒸發(fā)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，然后徐徐蒸著至四周 (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，僅用于低熔點的金屬鍍著，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(fā)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212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(xù)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，芯片之承載臺加上公自轉的機構，便用于上述兩問題之改善。 濺鍍 濺鍍雖是物理鍍膜的方法，但與蒸發(fā)毫無關系。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，高速沖擊受鍍靶材 (target)，因而將靶材表面附近材質噴濺出來，落至晶圓之上。由于靶材是一整面而不是一點接受轟擊，所以噴濺出來的材質，也有可能填塞到芯片表面階梯死角的部位，而比較沒有斷線不連續(xù)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。但后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、成份復雜、對堆棧方式相當敏感」等智能型薄膜之鍍著特征。 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，此與蒸鍍抑或濺鍍并無關連。然而部份金屬蝕液是堿液，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后，再以金之圖案來作掩膜，進行鉻的腐蝕 (如此之繁復，常使初學者暈頭轉向，現(xiàn)在已經有鉻金屬的蝕洗液，如CR7)。 另一個令人更擾人的問題在于：酸液有側向侵蝕的現(xiàn)象，所以無法制作出次微米之金屬線。一般業(yè)界已使用垂直度極佳，然而價格極昂之干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(fā)單位，在沒有干蝕刻機情況下，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」(liftoff)。 今如圖213所示，調整芯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(qū)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。所以金屬鍍著后，只要將芯片浸入丙酮，在光阻遭有機溶劑溶散之際，其上之金屬也跟著被抬離芯片，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： 金屬蒸鍍，會對芯片產生加溫效果，若蒸鍍時間較長或厚度較高，有可能烤干光阻，而在最后泡丙酮時，無法掀離金屬。 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，并不保證芯片受鍍面之清潔狀態(tài)良好。 圖213 金屬蒸鍍的「舉離」法：(a)光阻曝光 (b)顯影 169。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) 的特征，以便金屬舉離時，不會發(fā)生藕斷絲連的現(xiàn)象。9 / 9