for 2,4,6,8,10,12 hr)
OM SEM EDX XRD Raman AFM
Sample
Photoresist coating
圖 3-1 實驗流程圖
3.2 3.2 3.2
3.2 試片製備試片製備試片製備試片製備
本實驗所使用之試片為產學合作之公司所提供，為 Corning 1737F 玻 璃上鍍 2000 埃(Å) 之 SiNx，再鍍上一層 2000 埃(Å)之非晶矽層。
本實驗使用之光阻型號為 FUJIFILM 之 FH-6400L，其成分為 Ethyl lactate(55-65%), Ethyl-3-ethoxy propionate(10-20%) , Novolak Resin(15-25%), Naphthoquinone diazide esters derivative(3-8%)。
首先以光阻旋塗機塗佈光阻，固定轉速 4500 rpm 、時間為 25 秒。光阻塗 佈後再施以 90℃, 60 秒之軟烤。
(2) 曝光
之金屬鎳及矽在鎢舟內混合後，往上方蒸鍍。
蒸鍍前，先以機械幫浦(Mechanical Pump)預將真空值抽至 8.0*10-3 torr，期間並間斷地通入高純度氬氣兩次，以降低氧分壓，再開啟渦輪葉 片幫浦(Turbo Pump)抽至 3.0*10-6 torr，並開始施加電流。施加電流時，
當電流升至 3、4、5、6、7 安培時，固定停留 30 秒，再往上升電流，直至
3.6 Lift 3.6 Lift 3.6 Lift
3.6 Lift----OffOffOff Off
鍍層後，將試片放入丙酮溶液中並超音波震盪約 10 秒鍾，將圖案外多 餘的鍍層洗掉，以留下特定區域之鎳矽化合物。再以去離子水洗淨表面，
並吹乾試片。再以光學顯微鏡確定圖案之完整性。
3.7
將封管後之玻璃管放入高溫爐，以 560℃、570℃、580℃三個溫度，分別持 溫 2、4、6、8、10、12 小時之退火，以了解其金屬誘發測向結晶長度及結
(Field-emission scanning electron microscopy, FE-SEM)
本實驗使用之場發射掃描式電子顯微鏡型號為 JOEL-6500F。工作條件:
電子束電壓 15KeV，電流 36µA。
藉由掃描式電子顯微鏡具有較長景深之特性，觀察非晶矽薄膜結晶後表面 之型態，側向成長情形，及結晶區域之完整性。並在觀察前，先以 Secco etchant[46] 蝕刻表面，加大結晶區域與非晶區域對比，方便觀察。
3.9.2 3.9.2 3.9.2
3.9.2 拉曼光譜儀拉曼光譜儀拉曼光譜儀 拉曼光譜儀 (Ram(Ram(Ram(Raman Spectroscopy)an Spectroscopy)an Spectroscopy) an Spectroscopy)
拉曼光譜儀型號為 Jobin Yvon HR-800，一般試片放置於載台上，其上 裝設一組光學顯微鏡，備有 10X,20X,40X 物鏡，搭配高解析能力 CCD(1024*26 pixels of 26 microns)偵測器，及搭配 Confocal Laser Raman，提供兩種 雷射波段(632nm,514.5nm)供選擇。拉曼光譜儀能夠顯示分子振動能量，適 電阻 1-10Ω-cm,(100)Si wafer，且選擇 520cm-1峰值進行三次校正。
3.9.3 3.9.3 3.9.3
3.9.3 原子力顯微鏡原子力顯微鏡原子力顯微鏡原子力顯微鏡(AFM, Atomic Force Microscopy)(AFM, Atomic Force Microscopy)(AFM, Atomic Force Microscopy)(AFM, Atomic Force Microscopy)
本實驗使用之 AFM 機台型號為 Digital Instruments, Model no. : LFM-2，Serial no. : 242，操作模式為接觸式(contact mode)，所採用的 探針材料為 n+ silicon , resistivity: 0.01-0.02 Ω•cm。其示意圖如 圖 3-7。
AFM 的操作原理是利用 xy 壓電移動平台，讓微細的探針在試片表面來回掃
藉此分析探針移動的上下起伏，並以回饋電路控制探針在 Z 方向上的位置，
借著探針與試片表面的微細作用力，使彈簧的形變量訊號轉換成電流大小，
並經過電腦分析得到試片表面結構。
AFM 操作模式可分為三種:接觸式(contact mode)，非接觸式(non-contact mode)，和敲觸式(tapping mode)。而本實驗使用接觸式模式，來量測薄膜 結晶後的表面型態及粗糙度。
3.9.4 X 3.9.4 X 3.9.4 X
3.9.4 X----RayRayRay 繞射儀Ray繞射儀繞射儀 繞射儀
本實驗使用之 X-Ray 繞射儀型號為 Siemens D-5000，工作條
件:50KV,40mA, 以銅靶 ,鎳濾片，產生 Kα1,波長為 1.542Å 的光源，掃描 範圍 2θ=20°-60°。且為了避免玻璃基材對於 X-Ray 繞射背景訊號之影響，
將固定低入射角度(<5°)，進行 X-Ray 繞射。藉由 X-Ray 繞射鑑定非晶矽層 是否已誘發成多晶矽結構，及各晶面峰值強度大小變化及半高寬變化之情 形。
圖 3-2 試片曝光後之圖形
圖 3-3 熱阻式蒸鍍機示意圖
圖 3-4 熱阻式蒸鍍機裝置圖
圖 3-5 試片封管後之示意圖
圖 3-6 拉曼光譜儀裝置
[2]
圖 3-7 原子力顯微鏡構造圖
第四章
上將會偵測到鍍層下方非晶矽層所貢獻之矽含量，造成判讀上的不易，因 此本實驗使用 sapphire 作為基材以分析蒸鍍上去之鎳矽含量。表 4-2 至 4-4 分別為試片距離坩堝七公分、六公分、五公分所得到的 EDS 分析結果，當 距離從七公分降至五公分，矽含量從 1.45wt%增加至 2.55wt%，鎳含量從 0wt%
增加至 0.22wt%。由以上結果可知，距離因素對於蒸鍍鎳矽化合物有很大的
4.2 響，結晶需要一孕核時間，(incubation time)，使得側向長度在一定時間 內保持一定值，在孕核時間之後才有明顯成長[50]。
呈現兩段的成長趨勢，側向成長在六小時以前皆未出現，對於此現象的可 能原因，將在下一個章節作進一步討論。
大致上可以持溫六小時作為一分界，三組不同退火溫度的試片在持溫 六小時以後其側向速率明顯的加快，其中退火 570℃ , 560℃ , 550℃對應 之平均結晶速率分別為 9.07 µm/hr,6.58 µm/hr,3.46 µm/hr。與他人文獻 [51]相比較(圖 4-12 中以虛線作圖)，可發現鎳誘發矽結晶的速率大致上遵
4.3 所影響，遵守 Arrhenius equation 並可由下式表示: