双层闸极.PDF

II 、雙層閘極： 雙層閘極為一對分離閘極，其上有一兩支指狀閘極，分離閘極跟指狀閘極之間隔 著用PMMA 所形成的絕緣層，使分離閘極跟指狀閘極可以獨立控制偏壓大小。 （1 ） 分離閘極（split gate ）： 分離閘極的作法及用意如串聯分離閘極，圖3-6 為其示意圖。 圖3-6 分離閘極的電子顯微鏡圖像。四個十字為後續電子束微影所用來對準的 對準點。 （2 ） 絕緣層（insulator ）： 當PMMA 經過長時間的曝光之後，便會從正電子阻劑的特性轉變成負阻劑的特 性，而不溶於丙酮，而形成一層絕緣層，使位在絕緣層下層跟上層的金屬閘極可以獨立 加不同的訊號。絕緣層厚度由膜厚計（Alpha step ）測得厚度約80-90nm ，厚度控制略有 難度，因為在做長時間大電流曝光時，曝光的電流大小會衰減，使得劑量會有所不同， 而測試厚度跟劑量的結果，劑量相差 1 cm/nC 時，厚度差約為10-20nm（由Alpha step 測 得）。圖3-7 為絕緣層示意圖。 34 圖3-7 絕緣層之電子顯微鏡照片。圖中黑色部份即為絕緣層，由於絕緣層無法反射二次 電子束，因此在電子顯微鏡下所看到的圖像是無訊號的而呈現黑色。 （3 ） 指狀閘極（finger gate ）： 指狀閘極的寬度大約70-80nm ，且一對指狀閘極需精確的跨接在分離閘極上，因 此製作上難度也較高。在製作上，需考慮到鄰近效應（proximity effect ）和電子散射 （scattering ）的影響，所以在電子阻劑的厚度比前幾道製程還薄（~1000Å ），若要有更 好的解析度，可以加大加速偏壓，但由於擔心破壞二維電子氣，所以不做加速偏壓的調 整。在NPGS 上的設定，line spacing 還是採用50nm ，而設計上線寬也是50nm ，所以 電子束在曝光指狀閘極時，只曝一次即可，這也可以降低鄰近效應的影響，而在曝光劑 量上，其容許度算大，從0.8-1.05 cm/nC 皆可成功，但由於beam blanker 在關切換成開 時，有時電流無法馬上到達原本預設值，而指狀閘極的曝光時間很短（不到一秒），所 以會有曝光不足的現象，因此可以在曝光指狀閘極時，先在閘極末端曝一個方塊，再去 曝指狀閘極，降低因此曝光不足的現象。圖3-8 （a ）、（b ）為指狀閘極電子顯微鏡下的 圖片。 35 （a ） （b ） 圖3-8 （a ）指狀閘極的電子顯微鏡影像，放大倍率8.5k 。（b ）指狀閘極，閘極線寬約 50-70nm ，間距約120nm 。 36 （4 ）跨線閘極（cross-gate ）： 此閘極是用來將電子束微影及光微影製作的金屬閘極給連接起來，使我們可以外 加訊號到電子束微影所製作的閘極上。當跨線閘極完成後，電子束微影也告一段落。跨 線閘極如圖3-9 所示。 圖3-9 跨線閘極的電子顯微鏡照片。 3-2 微影技術（lithography ） 微影技術是現今在製作奈米元件上一個非常重要的技術，在我們的樣品製作上，主 要是利用光微影（photolithography ）跟電子束微影（e-beam lithography ）來製作樣品， 光微影由於曝光的光源波長的關係，因此其解析度沒電子束微影好，但在製作大尺寸的 元件，電子束微影會較耗時間，而光微影適合大面積的曝光，所以兩者技術配合使用， 每一個製作環節都需小心注意。以下便分別介紹光微影跟電子束微影的原理以及實驗步 驟。 37 I 光微影製程技術（photolithography ） 此技術是利用曝光機(mask aligner)將光罩上的幾何圖案給轉移至基板表面的光阻層 上的一種方法。曝光機的光源大部分是紫外光，紫外光的波長約200-400nm ，所以其曝 光的解析度約為2µm(受限於光源波長) ，若要製作更細小的線寬，則可用較短波長的光 源或是別的微影技術來製作(ex:電子束微影) 。我們在光微影上所使用的曝光機是Karl Suss M