元件製作

3.4-1 晶片清潔

1. 以鎢鋼筆將晶片切割成 0.5cm×0.4cm 晶方。

2. 將切割好之晶方放入燒杯中，加入去離子水（De-Ionized Water）

中以超音波震盪20 分鐘，以除去晶片上的顆粒較大之灰塵。

3. 將晶方取出並放入裝有三氯乙烷溶液（Trichloroethane）的燒杯

中，再次震盪10 分鐘，除去晶方上的有機物。

4. 將晶方取出並用去離子水沖洗，然後放入裝有丙酮溶液的燒杯中 震盪10 分鐘，以除去晶方上殘留的三氯乙烷。

5. 再以去離子水將晶方震盪 20 分鐘，除去晶方表面上的丙酮，再

第三章 實驗步驟

用氮氣將晶片吹乾。

6. 重複丙酮溶液震盪 10 分鐘，與去離子水將晶方震盪 20 分鐘。接

著將晶方放入硫酸與雙氧水（化學式H2SO4，H 2O2）體積比3：1 的混合溶液中蝕刻（Etching）10 分鐘，硫酸可造成有機物脫水而

碳化，雙氧水可將碳化產物氧化成一氧化碳或二氧化碳氣體，因 而除去白金表面上的氧化層，以增加白金微電極的導電性。

7. 將晶方用去離子水清洗 10 分鐘，然後用氮氣將晶方吹乾後放入 烤箱，以 120℃以上的高溫烘烤 2 小時，使得表面水氣完全蒸乾。

3.4-2 濺鍍遮罩的製作

晶片濺鍍遮罩是由不鏽鋼片所製成，目的是提供濺鍍薄膜所想要

的形狀，因濺鍍材料分別是氧化銥與五氧化二鉭，故會有兩種不同大 小的遮罩。

濺鍍氧化銥薄膜的遮罩，圓形孔洞直徑為 0.8mm，；五氧化二鉭 薄膜的遮罩，為一不鏽鋼片彎成髮夾狀而成。使用和清洗晶方相同的 步驟，依序使用三氯乙烷溶液、去離子水，丙酮、去離子水，清洗濺 鍍遮罩，最後再以120℃以上的高溫烘烤 2 小時，完全除去不鏽鋼遮 罩所含的水。

第三章 實驗步驟

3.4-3 使用遮罩成長氧化銥薄膜

使用不鏽鋼圓孔遮罩，所濺鍍出來的薄膜是不均勻的丘狀結構，

因為光罩的圓形孔徑位於濺鍍源與基板之間，會產生繞射現象，於圓 型孔徑圓心部分，強度最強，屬於零階繞射。

使用光罩成長氧化銥薄膜的流程如下：

1. 在顯微鏡觀測下，將直徑 0.8 mm 不銹鋼圓孔遮罩，對準於微電 極陣列中一個電極，直接覆蓋上去。

2. 將晶方放入氧化銥濺鍍腔中加熱到 100℃左右，目的是加強氧化銥 的附著力，靶材到基板間距離5 公分，越短的距離同時間下濺鍍 的薄膜越厚。接著打開真空幫浦，抽氣至約2~3 mtorr，關閉幫浦 的閥門停止抽氣，並充入氬氣到濺鍍腔內，接著關閉氬氣，並打 開幫浦閥門繼續抽氣，反覆抽放氣動作三次以上，降低濺鍍腔內 的水氣，此過程稱純化。

3. 利用微氣體流量計調整氣體流量，控制氬氣和氧氣的流量，使真

空腔內兩氣體之流量比維持在45 mtorr：45 mtorr。

4. 打開冷卻水（溫設定為 19℃），調整 RF 產生器和匹配器，使得濺 鍍功率為60W、反射功率約為 0 W 開始濺鍍，濺鍍時間為 3 小時，

如Fig. 3-5 所示。

第三章 實驗步驟

3.4-4 使用遮罩成長五氧化二鉭薄膜

使用遮罩成長五氧化二鉭薄膜的流程如下：

1. 在顯微鏡觀測下，將不銹鋼遮罩對準於微電極陣列中一個圓形電 極直接覆蓋上去，此圓形電極是元件在封裝時當做接點的部份，

遮蓋之目的是使元件的接點不會被五氧化二鉭薄膜這層陶瓷材料 所隔絕。

2. 靶材到基板距離約為 8 公分。將晶方放入五氧化二鉭濺鍍腔中，

打開真空幫浦，抽氣約至2~3 mtorr，關閉幫浦的閥門停止抽氣，

並充入氬氣到濺鍍腔內，接著關閉氬氣，並打開幫浦閥門繼續抽 氣，反覆抽放氣動作三次以上，降低濺鍍腔內的水氣，此動作即 稱純化。

3. 利用微氣體流量計調整氣體流量，控制氬氣和氧氣的流量，使真

空腔內兩氣體之流量比維持在30 mtorr：30 mtorr。

4. 打開冷卻水（溫設定為 19℃），調整 RF 產生器和匹配器，使得濺 鍍功率為120W、反射功率約為 0 W 開始濺鍍，濺鍍時間為 1 小時 如Fig. 3-6 所示。實驗經驗發現可以選擇濺鍍功率 60W 濺鍍時間 2 小時，差別在於較高功率的濺鍍五氧化二鉭，其濺射之原子可能 會破壞原本底層氧化銥的薄膜，導致元件良率降低。

第三章 實驗步驟

3.4-5 氫離子感測器的製作

當五氧化二鉭與氧化銥薄膜濺鍍在白金電極上後，就可以製作感 測電極，其流程如下：

1. 剪一段長約 20 公分的銅線，將兩端以砂紙磨掉 5 公分，去除表

面的氧化銅，再將一端捲成ㄧ同心圓，此部份作為固定晶片的基 座；另一端作為連接儀器的端點，並將銅線套入玻璃管中。

2. 將濺鍍好的五氧化二鉭-氧化銥薄膜的晶片，用少許 Epoxy 固定在

裸露的銅線基座上，放入烤箱中以80℃烤 2 小時，使 Epoxy 固化。

3. 接著用銀膠挑成線狀，導通晶片上的白金電極和基座上的銅，再 放入烤箱中以150℃烤 2 小時，使銀膠固化。烘烤完後檢驗銀膠 和銅線是否都導通，其電阻不可超過1 歐姆。

4. 封裝元件，除了五氧化二鉭-氧化銥薄膜外，用 Epoxy 將玻璃管、

電極、電極基座、銀膠、晶片完全密封起來，只留下感測部分（五 氧化二鉭-氧化銥薄膜），此時需注意，感測膜氧化銥分別覆蓋在

白金電極與矽基板上，需將白金電極與矽基板的交界處以Epoxy 封住，在此稱固定邊界，這部份的影響將於第四章中探討。

5. 放入烤箱中以 80℃烤 2 小時，使 Epoxy 固化即完成此電極，流程 順序如Fig. 3-7 所示。另 Epoxy 放置室溫裡 24 小時亦可使之固

第三章 實驗步驟

化，但實驗發現以室溫固化之元件，當浸泡在溶液中使用後，

Epoxy 內部未全乾而容易變質，因此實際上需要更長的時間才可 使Epoxy 固化。