微電子製造工藝科普（5）? 源極漏極

閑篇1）這期更新讓大家等了差不多一周。主要是因為，筆者的師兄要畢業了，所以整個無塵室的管理要往我這一屆移交（包括我就兩個人）。再次說，我們學校窮，沒錢專門聘人管理無塵室。所以屬於是一種學生使用，學生管理，高度自治的狀態。「立法」、「司法」，「行政」三權不分立，完全都是學生管理的。學生表示很累。。。

閑篇2）本系列文章中的專有名詞可能會有前後不一致，或者中英文混用的情況，望大家諒解。造成這個困惑的原因，就是筆者中文水平太差。有同學建議，全用英文。。。那我的忠實觀眾@許博超怎麼辦。。。開玩笑的，因為我覺得沒必要裝13....

閑篇3）我寫完這篇之後，發現整篇的敘述邏輯有點問題，可能會讓人難以follow。。。又想不出來該怎麼改。。。。可能是因為信息量有點大的原因吧。。。

閑篇4）這個是向大家求教。出來3年，而且是本科畢業就出來了的，所以對國內博士生就業情況根本不清楚。想向大家請教請教。作為一個學電子材料生長、表徵，以及器件工藝、測量的美國PhD在國內就業情況如何？公司或者學校研究所，目前還沒有偏好。回國也是一個很好的選項，難道不是么？ 謝謝大家了~~~

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書接上文。上文說到溝道沉積，主要介紹了MOCVD和ALD。提到二者的主要區別在於生長速度、生長溫度、和均一性。這一期我們按照工藝流程順序，接著往下介紹：源極漏極（S/D）

再次請出工藝流程圖。

經過前幾篇文章的介紹，我們已經完成了（0）-（4）。今天我們說說（4）-（5），也就是源極漏極（S/D）是如何做上去的。這裡涉及到一步很有意思的工藝，英文叫lift-off，中文不知道。。。知道的朋友麻煩告訴我。。。

六、源極漏極 （S/D）

6.1 Lift-off

在第二篇文章中（微電子製造工藝科普（2）? 光刻 - 知乎專欄），我們解決了一個問題：如何把鍍滿整塊樣品的薄膜，去掉不需要的部分，而留下需要的部分。第二篇文章中說的方法是，用光阻（光刻膠，PR）把需要的部分遮擋住，然後放進刻蝕液里刻蝕，這樣不需要的部分就被刻蝕液反應掉，而需要的部分因被光阻遮擋而不受影響。

但是這裡有一個問題。如果要刻蝕的材料沒有相應的刻蝕液，或者相應的刻蝕液很難獲得怎麼辦？這個時候傳統光刻工藝就難以施以拳腳了。那我們有沒有其他方法么？答案是有的。（這裡需要說明一下，這一期所做的源極漏極是金屬，金屬是可以被刻蝕的，氣體等離子體干法刻蝕，Oxford C干刻機，我們實驗室窮，木有）

想一想，我們可不可以把光阻的位置反過來，也就是從材料上方挪到材料下方去？

如下圖所示。我們在本該被刻蝕掉的材料的位置上墊上光阻，而需要的位置上沒有光阻，鍍完薄膜以後，往可以溶解光阻而不溶解薄膜的溶液里一泡（其實就是清洗用的丙酮、甲醇），那下面的光阻被溶解，薄膜的「地基」沒有了，那薄膜不也就跟著飄起來么？

這種方法確實解決了沒有刻蝕液的問題，但是和常規的刻蝕工藝相比，有如下兩個明顯缺點：

（1）為使光阻能夠被丙酮溶得掉，光阻本身不能太干。這個特點限制了Fig.20（c）沉積這一步的操作溫度。定量說，這個溫度取決於光阻的品種，但是大體上不要超過200C。不然（d）這一步就泡不下來了；

（2）由於是把地基拔掉泡起來的，地基的尺寸很重要。幾個微米的地基是拔不起來的。並不是說溶液進不去，而是即便地基溶掉了，上面的薄膜和旁邊的薄膜還連著，它也掉不下來。（注意，c圖有點誤導，台階沿上也是會有東西鍍上去的）

6.2 源極漏極 （S/D）

工藝圖從（4）-（5），詳細的分步圖如下：

當使用lift-off工藝之後，就是先顯影光阻，再鍍膜了。（2）包含兩步：光阻圖形化，再鍍金屬膜上去。（3）把光阻用丙酮、甲醇泡掉，光阻上面的金屬也就掉了。源極漏極就形成了。

上圖（1）-（2）中，光阻圖形化的工藝在微電子製造工藝科普（2）? 光刻 - 知乎專欄中已經講過了，讀者可以在那裡回顧。這裡重點說一說金屬是怎麼鍍上去的，也就是電子束蒸發沉積技術。

6.3 電子束蒸發沉積 （E-beam Evaporator）

6.3.1 基本原理

電子束蒸發沉積的功能就是鍍金屬膜。原理也很簡單，就是用電子束轟擊被蒸發金屬（習慣稱之為靶Target），靶受熱氣化，金屬蒸氣向上蒸發，就附著在樣品表面了。下面請出原理圖，我們一個部件一個部件的說。

整個系統在「金鐘罩」裡面，真空度1E-7torr（大概1E-10個大氣壓）以下。Electron Source是電子槍，發射電子束。在磁場的作用下（這裡磁場沒畫出來），電子束擊中放在坩堝（Crucible）里的被蒸發金屬，金屬溫度升高，被氣化。這個時候遮擋板（Shutter）打開，金屬蒸氣向上附著在樣品上（也就是"烏龜殼"上一個一個的綠洞的位置上），鍍膜完成。

這裡給讀者留一個問題。很顯然，鍍不同的金屬所使用的電子束強度是不一樣的。請問，鍍Au用的電子束強度高還是鍍Ag用的電子束強度高？歡迎在評論下方回答。正確答案會在下一期文章中揭曉。

6.3.2 QCM

Fig.22中還有一個東西叫做Crystal type film thickness meter，其功能是監控鍍上去的金屬膜厚的。這個原理有點難理解，有興趣的讀者可以看下面這一段。

所謂的crystal type film thickness meter，本質就是一個QCM。什麼是QCM？Quartz Crystal Microbalance。那什麼是Quartz Crystal Microbalance？看下圖~

那讀者又要問了。這麼個破玩意有啥信號可以輸出呢？這就涉及到石英是幹什麼用的了。石英是很好的壓電材料。所謂壓電材料就是給一個電壓，材料本身會壓縮或者拉伸；反之亦然，壓縮它或者拉伸它，它的表面會出現電壓。那我們就可以利用這個特性，監測膜厚。

當有膜鍍在QCM表面時，一定的重量壓在QCM上，QCM被壓縮，表面電壓發生變化。輸出這個電壓信號，通過計算，就可以知道QCM被壓縮了多少，就可以知道壓在QCM上面的重量是多少，當材料密度已知時，進而就知道這層膜厚是多少了。整個過程就做到了膜厚的動態監控。

當然，使用QCM監控膜厚有一個問題，因為上面膜越厚，QCM壓電效應的敏感度就越低。那當鍍在上面的膜達到一定厚度時，這個厚度監控就不準了。那怎麼辦？這個問題再次留給讀者，答案下期揭曉。

就這樣，我們完成了Fig.10 （0）-（5）的步驟了。下一篇文章我們講（5）-（6）：給柵極開洞。這一步其實就是一步光刻，雖然SiO2刻蝕有干法濕法兩種，但是這篇文章總體篇幅不會太長。之後我們會插一期番外，詳細講一講薄膜晶體管的工作原理，為本科普系列最後一期 測量 打基礎。

就這樣吧，白白~