第三章、 熱電元件結構與製程
第三節、 第二代製程
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圖 10、利用四點量測測量金電及之電阻率
改變二、第一代製程步驟 4 塗佈光阻並定義圖形 動機：
因為我們想要利用 Lift-off 的方式來製作熱電元件，所以需要一個犧牲層讓 我們能使原本第一代製程中遇到圖形周圍有暈開的問題大大解決。
面臨問題：
犧牲層的選擇在這個步驟可以說是佔了舉足輕重的位置，如果犧牲層相對 太薄在往後 Lift-off 時便不順利甚至失敗。
改變方式：
我們利用負光阻 polyimide(型號：NR78G-8000P)來當作犧牲層，並且使用 Su8 來定義材料圖形。塗佈兩種光阻後的晶片剖面示意圖如圖(3-10)
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圖 11、利用雙層光阻建構熱電材料結構之示意圖
原因是如果犧牲層太薄可能會造成如圖(3-11 及 3-12)狀況，欲鍍上的材料與犧 牲層上的材料接連一體，使 Lift-off 步驟失敗。
圖 12、Lift-off 失敗 OM 圖
1. 塗佈 Su8 光阻
1-1、 塗佈 Su8 負型光阻(型號：Su8-2010)，塗佈參數如下表(3-7)。
轉速(r.p.m) 秒數(sec)
500 5
3000 30
表 5、旋塗光阻之參數
這裡使用 3000 轉的原因是我們希望圖形高度為 10 um，根據 Data-sheet 並 且再確認使用機台的誤差現況去做修正，得到 3000 轉能達到我們期望的 10 um 高度。下圖(3-13)為 alpha-step 結果證明。
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利用金屬遮罩所沉積出來的圖形模面並不佳如圖(3-15)，容易形成一山丘圖形。
在圖形邊界上一形成一個高低落差，可能造成上電極沉積時導致兩種金屬界面 不均勻使電阻受到劇烈影響。為了更加確定是否為真實的落差，我利用
SEM(掃描式電子顯微鏡)圖(3-16)再次確認。也更加確信利用舊製程步驟會使膜 面不佳。
圖 15、利用 alpha-step 掃描圖形
圖 16、利用 SEM 掃描 N-type 邊界上的圖形並確認是否有一高低落差
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改變方式：
我們將擋板關起使元件得以散熱，每鍍兩個小時我們就休息 20 分鐘。如此 能大幅降低光阻不易去除的狀況。
接著我們藉由將金屬遮罩的孔徑從 1mm 擴大至 1.3mm，如圖(3-17)為 1mm 孔徑的金屬遮罩及(3-18)為 1.3mm 孔徑的金屬遮罩。在選擇將孔徑擴大 尺寸時，我們先將一個 N-type 孔徑 1mm 的金屬遮罩分別打上不同孔徑大 小的洞 1.2mm、1.3mm、1.4mm 以及 1.5mm，並將該遮罩放置於一個利用 Su8 光阻定義完圖形的下電極晶片如圖(3-19)
圖 17、濺鍍前金屬遮罩對準於熱電晶片上
接著利用濺鍍機鍍上 10um 的 N-type 材料，圖(3-20)為鍍完 10um 的下電極晶 片，可以明顯看到隨著孔的擴大暈開的程度也隨之嚴重，但因為新的製程是利 用 Lift-off 的方法去完全避免暈開問題，所以我們並不擔心擴孔所導致的暈開程 度。
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圖 18、利用不同大小孔徑之金屬遮罩鍍膜於下電極晶片
我將針對每一種不同尺寸的孔徑所鍍出來的膜面利用膜厚測量儀 alpha-step 去 做掃瞄並分析，並期望膜面達到在圖形中的均勻度不超過 1um 為目標。
圖 19、為目前測試晶片鍍完 P-type 10um 後晶片橫切面之示意圖
首先圖(3-22)為 1.2mm 孔徑大小之膜面
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圖 20、1.2mm 孔徑鍍膜厚脂膜面狀況
圖 21、孔徑 1.3mm 鍍膜後之模面狀況
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圖 22、孔徑 1.4mm 鍍膜後之模面狀況
圖 23、孔徑 1.5mm 鍍膜後之模面狀況
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藉由 Lift-off 步驟我們將晶片上的 polyimide 去除掉，如圖(3-27)
圖 25、犧牲層光阻 polyimide 在 lift-off 步驟之脫落示意圖
圖 26、為 Lift-off 後熱電晶片中一對熱電偶的剖面示意圖
接著我們可以看到圖(3-29)為尚未 Lift-off 的熱電晶片，圖(3-30)為 Lift-off 後的 熱電晶片。
圖 27、lift-off 前之熱電晶片
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圖 28、lift-off 後之熱電晶片
圖 29、第二代製程 Lift-off 後 N-type 膜面狀況
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圖 30、第二代製程 Lift-off 後 P-type 膜面狀況
改變四、第一代製程步驟七 退火 面臨問題：
在一代退火製程，4 小時內升到攝氏 200 度並持溫 74 小時，偶爾會使我們 的熱電晶片導致膜面有破裂的狀況如圖(3-33)。
圖 31、第一代製程 Annealing 後熱電晶片狀況
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在香港中文大學發表的一篇學術文章中提及「光阻在退火過程中可能會有體積 上的改變進而導致材料受到影響」。因此我們認為需要針對此步驟改變兩個製程 作法：
第一，改變光阻圖形的建構 第二，改變退火的參數
改變方式：
首先我們認為光阻可能是將材料擠壓至破碎的罪魁禍首。所以在建構光阻 圖形時將原本圖形增加較小的圖形使光阻能在受熱時獲得更多空間來釋放改變 的體積，如圖(3-34)。
圖 32、黃光製程中使用的新圖形膠片
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改變的 Annealing 參數如下圖(3-35)
圖 33、第二代製程的 Annealing 參數