3.2 製程流程
3.2.2 製程二
為了改善使用濕蝕刻必然伴隨的底切，直觀的想法是將側壁保護住，使蝕刻 溶液無法到達並侵蝕，故首先我們在圖 3.13 的步驟(c)完成後，先剝除懸臂樑 mesa 的光阻，接著在步驟(d)之前，加一道光學微影利用光阻來覆蓋住側壁再 release，
以防止 DHF 的入侵，如圖 3.15。但由於硫酸雙氧水蝕刻液對 Al0.9Ga0.1As 的蝕刻 速率較 undoped GaAs 快，因此會在懸臂樑底下向內形成凹槽，這是光阻軟烤 reflow 也無法覆蓋住的細小孔洞，使得 DHF 仍然會經由此通道入侵 mesa 側壁，
如圖 3.16。後來我們試著將圖 3.13 步驟(c)的蝕刻終點改為 GaAs 基板，讓 Al0.9Ga0.1As 露出的部分加大，再定義上保護側壁的光阻，雖然軟烤 reflow 後可 解決凹槽覆蓋不到的問題，但是凹槽內的光阻在圖 3.13 步驟(d)中卻無法被丙酮 溶液剝除，結果如圖 3.17 所示。考慮到光阻在側壁上有未知的變質反應，我們 也嘗試了將光阻改為氮化矽(SiN)或 polyimide，但兩者的填縫及對 undoped GaAs 的黏著能力都較光阻差，因此，直觀地保護側壁的作法，目前是行不通的。
圖 3.15、保護側壁的光罩設計圖 (a)C-Beam (b)D-Beam (a)
(b)
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圖 3.16、(a)蝕刻介面處凹槽 (b)DHF 沿微小通道側蝕結果
圖 3.17、覆蓋在側壁上的光阻在 release 步驟後形成殼狀物
換個方向思考，與其阻止底切的發生，不如去利用它。作法是將圖 3.13 步 驟(c)的蝕刻終點定在很接近吃穿的地方，保留 20~30 nm 的 undoped GaAs，剝除 掉懸臂樑 mesa 的光阻後，定義上一段提及的保護光阻圖案，注意到光阻與 mesa 邊緣的距離單定固定式的約 8
m，D-Beam 約 5 m (如圖 3.18)，再用硫酸雙氧
水蝕刻液略為吃穿到 Al0.9Ga0.1As 層，接著用 DHF release，蝕刻終點控制在側蝕 不超過 mesa 邊緣即可，然後剝除掉光阻(如圖 3.19)，最後用硫酸雙氧水蝕刻液 蝕刻掉位於保護光阻下、mesa 邊緣的 undoped GaAs 薄膜，便可得到沒有底切的 懸臂樑元件(如圖 3.20)。這樣的作法利用的是保護光阻接觸的面皆為 undoped GaAs，沒有凹槽無法被填到的問題，並且向外延伸覆蓋後，側蝕從 release 窗口 邊緣到 mesa 邊緣所需的時間，是比將懸臂樑掏空得時間還長的，故我們可藉此 得到較接近設計理想的元件。(b) (a)
凹槽
DHF 沿此進入
5 m 1 m
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圖 3.18、定義保護光阻的 C-Beam 樣品
圖 3.19、尚未去除 undoped GaAs 薄膜的樣品 (a)OM (b)SEM
圖 3.20、改善底切後的懸臂樑 (b) (a)
(b) (a)
光阻邊緣
15 m 1 m
10 m
SI GaAs 薄膜
5 m 100 m
10 m
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綜合上述，圖 3.21 為製程二流程(以 C-Beam 為例，D-Beam 類推)，步驟說 明如下：
(a) 同圖 3.13 的步驟(a)，定義並鍍上 Ti/Au (5/20 nm)金屬壓阻器迴路。
(b) 同圖 3.13 的步驟(b)，定義並鍍上 Ti/Au (30/300 nm)厚金屬墊。
(c) 同圖 3.13 的步驟(c)前半段所述，定義出懸臂樑 mesa，接著以硫酸雙氧水蝕 刻液向下蝕刻至 undoped GaAs/Al0.9Ga0.1As 介面之前，保留 20~30 nm 的 undoped GaAs。
(d) 剝除懸臂樑 mesa 的光阻，定義上保護光阻，並以硫酸雙氧水蝕刻液略為吃 穿 undoped GaAs/Al0.9Ga0.1As 介面。
(e) 將樣品泡入含 BKC 的 DHF 中，待 release 完成後，在不離開液面的情況下，
沖洗後放入丙酮溶液中剝離光阻。
(f) 用硫酸雙氧水蝕刻液去除 mesa 邊緣的 undoped GaAs 薄膜，不離開液面沖洗 後再泡入丙酮溶液，最後用烤盤直接將丙酮迅速蒸發烤乾。其中紅色虛線為掏空 處。
圖 3.21、製程二流程 (a)壓阻器 (b)厚金屬墊 (c)mesa (a) (b)
(c)
金屬壓阻器
Ti/Au=5/20 nm
厚金屬墊
Ti/Au=30/300 nm
Undoped GaAs 薄膜~20 nm
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(d)保護光阻 (e)release (f)邊緣 GaAs
Undoped GaAs~180 nm
(d)
(e)
(f)
Undoped GaAs~160 nm
懸空處 懸空處
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圖 3.23 為兩種型式懸臂樑的 OM 照及 SEM 照，比較圖 3.14 可發現薄膜干 涉後的顏色有所不同，這是因為新製程的懸臂樑厚度比較薄。對照 OM 與 SEM 圖，我們依然能以相同的原則，OM 的顏色來協助我判斷是否懸空。新製程的元 件製作結果為不論是 C-Beam 及 D-Beam，可重複成功的同樣只有前三短的懸臂 樑，也就是編號 c-1~3(見表 3-1)以及編號 d-1~3(見表 3-2)。附帶一提，改善底切 在執行技術面上，C-Beam 是較 D-Beam 容易的，這是由於 D-Beam 在光罩對準 上有一點誤差的話，便會使其中一個光阻邊緣距離 mesa 太近，造成 release 會側 蝕進該邊 mesa，形成一端有底切一端無底切的情形，如圖 3.22(a)。
藉由改進後的製程我們確實可以改善底切，但這樣的作法也存在著兩個缺點，
一是由於在定義保護光阻時，C-Beam 與 D-Beam 超出光阻邊緣的地方，是沒有 被保護的，因此吃穿 20~30 nm 左右的 undoped GaAs 時，光阻外的懸臂樑也會 被蝕刻掉相同的厚度，如圖 3.23(a)編號 c-3 的尾端(紅色虛線框)，以及圖 3.23(b) 所有懸臂樑的右側(紅色虛線框)。並且在最後要去除位於 mesa 邊緣的 undoped GaAs 薄膜時，懸臂樑整體也會跟著犧牲相同的厚度，薄膜干涉的顏色改變即是 證據。二是由於 DHF 掏空為濕蝕刻，D-Beam 的根部正好是兩個方向掏空的交 會處，因此該處的結構將會是個尖角狀，如圖 3.22(b)。關於上述厚度改變及掏 空不完美而造成的差異，我們將在下一節的結構模擬一併討論。
圖 3.22、製程二 D-Beam 的(a)不對稱底切，以及 (b)根部尖角狀結構 (b)
(a)
10 m
交會處 底切位置
無底切
10 m
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圖 3.23、製程二元件 OM 與 SEM 照 (a)C –Beam (b)D-Beam (b)
(a)
底切邊緣
20 m 20 m
20 m
10 m
5 m 15 m
5 m
5 m 5 m
15 m 15 m 15 m
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