文獻回顧

初期的 ELO 技術，是利用 GaAs 與 AlAs 之間有著很大的選擇性蝕刻比，進行 ELO 蝕刻，2004 年，M. M. A. J. Voncken 等人，針對氫氟酸(Hydrogen Fluoride, HF) 濕蝕刻與犧牲層砷化鋁(AlAs)之間的化學反應進行研究，其中探討了反應後產物會

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在 1997 年，Lee, X. Y.等人，應用 Eli Yablonovitch 在貝爾實驗室時所發展的 ELO 技術，如圖 1-12，(a)利用黑蠟保護元件本身、(b)利用 HF 蝕刻液有著選擇性 蝕刻的特性，來移除犧牲層、(c)利用紫外光來固化聚氨酯(Polyurethane, PU)，使元 件與基板互相貼合、(d)利用三氯乙烯(Trichloroethylene , TCE)移除黑蠟。

此 ELO 技術也有著不可忽略的缺點，(1)黑臘產生的應力會導致薄膜翹曲，也 會造成裂隙與缺陷、(2)在 ELO 大尺寸晶圓時，此方法需要耗費較多時間來剝離[10]。

圖 1-12 黑蠟 ELO 技術之製程流程圖[10]

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在 2005 年，J. J. Schermer 等人構想了以外力加快蝕刻速率等方法，分別為兩 種方法，如圖 1-13，(a)懸吊重物在可撓式基板上，利用重力來加速蝕刻速度、(b) 使用大曲率之柱狀結構，以滾輪的方式來增加蝕刻速率，此兩種方法應用在 ELO 得技術開發上都有初步的成果，如圖 1-14，可是成品都會受到應力的影響導致良 率下降，還沒辦法直接應用在量產上[11]。

圖 1-13 藉彎曲應力影響蝕刻速率之示意圖[11]

圖 1-14 WI-ELO 製程結果 (a)原基板 (b)轉移至彎曲透明基板上的薄膜[11]

a b

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如上述發展利用外力來增加曲率應力的方法(Weight increase epitaxial lift-off, WI-ELO)，對此提升了磊晶剝離的速度，而蝕刻速率與其關係為：

𝑉𝑉𝑒𝑒,𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 1 π

1

�𝑅𝑅ℎ/2 𝐷𝐷𝐷𝐷

3𝑁𝑁 (1-5)

(Ve,max：最大蝕刻速率，R：曲率半徑，h：犧牲層(AlAs)厚度，D：H2的擴散常數，

N：AlAs 的莫耳濃度，n：被溶解的 H2)

D = 𝐷𝐷𝑜𝑜𝑒𝑒^{−𝐸𝐸𝑚𝑚𝑘𝑘𝑘𝑘} (1-6)

(Do：初始溫度之擴散常數，Ea：活化能，k：波茲曼常數)

𝑉𝑉𝑒𝑒,𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 0.23

√𝑅𝑅ℎ𝑒𝑒^{−2551𝑘𝑘} (1-7)

𝑉𝑉𝑒𝑒 = 3.1 + 293𝑅𝑅^−1.2 ([HF]wt%=10%) (1-8)

(單位：Ve,max (mm h^-1)、R(mm)、h(mm)、T(k))

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在 2013 年，美國的 IBM 研究團隊構思了利用表面張力來輔助 ELO 蝕刻的製 程，以 HCl 作為蝕刻液來蝕刻 InAlP/GaAs 來進行 ELO 製程，如圖 1-15，利用蝕 刻液的表面張力隨著與晶圓的夾角不同來控制 ELO 的速率，此技術則稱之為表面 張力輔助之 ELO 技術，如圖 1-16，為轉移至硬性與軟性基板上[12]。

圖 1-15 表面張力輔助 ELO 示意圖 (a)應力方向 (b)晶面方向 (c )施作示意圖[12]

圖 1-16 表面張力輔助 ELO 製程圖 (a)硬性基板 (b)軟性基板[12]

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E.Yablonovitch 團隊，在 1999 年時，改良 ELO 製程，以氫氟酸飽和蒸氣壓 來進行蝕刻 SiO2犧牲層，主要方法是灌入氮氣，以每分鐘 100 ml 的流速進而 灌入重量百分濃度為 10%的 HF 水溶液之中，利用所帶出的氫氟酸蒸氣來進行 蝕刻。如圖 1-17，為氣態氫氟酸之初始蝕刻速率，而圖 1-18，為利用薄膜彎取 所產生的應力來增加蝕刻速率[13]。

圖 1-17 氣態 HF 蝕刻示意圖[13]

圖 1-18 氣態 HF 蝕刻速率結果 (a)初始蝕刻速率 (b)曲率比較圖[13]

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半導體製程中，主要以基板的價格較為昂貴，若以 ELO 技術將元件或薄膜轉 移至可撓式基板上，將可重覆再使用基板進行轉移，現在也有許多不同的 ELO 技 術正在開發，但對於薄膜的完整性與蝕刻之效率，並沒有出現兩者兼顧的新穎 ELO 技術。而近年來 ELO 發展演進，嘗試以超臨界二氧化碳來進行 ELO 技術的開發，

藉由超臨界二氧化碳之特性來突破目前最主要的蝕刻效率與薄膜完整性的維持。

考量到 ELO 技術的演進，可從發展中發現多數原因都是因為元件容易破裂或是施 作上較為困難且蝕刻速率不固定等因素，改利用超臨界二氧化碳，應用其特性來嘗 試突破 ELO 技術目前所遇到的瓶頸。最後，所開發的 ELO 製程取得的薄膜能夠經 由 PDMS 進行轉印，(a)SOI，(b)圖形、(c)塗佈光阻、(d)濕蝕刻、(e)蒸氣蝕刻、(f)PDMS 轉印、(g)PET、(h)轉印至 PET 上。

(a) a (b)

(c) b (d)

(e) (f)

(g) (h)

圖 1-19 結構轉移製程之流程圖[14]

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16 一結論成了超臨界流體萃取過程的開發基礎。1970 年，Zosel 等人首次利用超臨界 二氧化碳技術萃取咖啡豆中的咖啡因，隨後德國一家名為 HAG 的公司以超臨界流