我們在上一章裡討論了近彈道單載子傳輸光檢測器與光子傳輸
器之設計原理，而為了實現設計概念，本章將詳細描述元件之製程過
程，並且在本章最後敘述結合主動元件與被動電路之覆晶鍵合技術。
§3.1 近彈道單載子傳輸光檢測器之製程
以下為近彈道單載子傳輸光檢測器的製程方法，微影成像是使用 光罩對準曝光機（Karl-Suss Aligner），金屬的蒸鍍則是使用電子槍 蒸鍍系統（E-gun Evaporator）與高真空電子束暨熱阻式蒸鍍機（E-gun Evaporator & Thermal Evaporator），介質薄膜沈積則是採用電漿輔助 化學氣相沉積系統（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，
PECVD）與感應式耦合電漿化學氣相沉積機（BMR CVD），蝕刻方 面因為考慮到製作元件對側壁垂直的要求度，故採用高密度電漿蝕刻 系統（High Density Plasma Etching System，HDP）來進行乾蝕刻的製 程步驟。
I. 試片清洗：
試片的清潔度是影響元件品質、良率、及可靠度的重要因素之
一。其目的在於清除表面的髒污，如微粒子、有機物、金屬離子等 雜質。其程序為依序利用丙酮（Acetone，ACE）、異丙醇（Isopropyl alcohol，IPA）、去離子水（De-ionized water，DI water）於試片的 表面沖洗，再以氮氣槍將試片水分帶走。
II. 陽極金屬（P-Contact Metal）（圖 3-2）:
此 步 驟 是 為 了 定 義 出 陽 極 之 金 屬 及 對 準 用 十 字 （Alignment Key），並作為乾蝕刻之阻擋層，製程如下：
A. 將掀離光阻（Lift-off resist，LOR）以細轉 7000 轉，30秒圴 勻塗佈在試片上。
B. 將試片放在110℃的烤盤上，軟烤5分鐘。
C. 將正光阻（Shipley1818）以細轉7000轉，30 秒圴勻塗佈在試 片上。
D. 將試片放在85℃的烤盤上，軟烤2分鐘。
E. 利用曝光擦邊與顯影液MF-319將試片周圍堆高之光阻去除。
F. 以紫外光曝光10秒後，利用顯影液MF-319顯影22秒，此時接 觸區圖案已由光阻定義出來。
G. 以紫外光臭氧清洗機（UV-Ozone Stripper）去除殘餘光阻。
H. 蒸鍍金屬前先以稀鹽酸（HCl：H2O = 1：10）將試片上的氧 化層清除乾淨，然後以去離子水將試片洗淨並吹乾。
I. 再將試片送進高真空電子束暨熱阻式蒸鍍機，分別蒸鍍金屬
「鈀/鈦/鉑/金（Pd/Ti/Pt/Au）」（10nm/20nm/20nm/200nm）
於試片上。
J. 蒸鍍完金屬後，直接將試片送進 BMR CVD 進行室溫Si3N4 介質薄膜沉積，欲沉積膜厚為180nm。
K. 使用丙酮（Acetone）將非定義區金屬經由掀離方式（Lift-off）
去除，並且將光阻溶解乾淨（圖3-1）。
L. 使用顯影液（MF-319）將試片中殘餘之掀離光阻溶解乾淨。
圖 3-1 金屬掀離示意圖
圖3-2 陽極金屬（a）Mask 1（b）立體側視圖 Substrate (InP-Si)
i InGaAs P+ InGaAsP
N-InP P+ -InAlAs
InAlGaAs P-InGaAs P-InAlGaAs P+ -InGaAsP P-metal
InGaAsP N+ InP
III. 主動區蝕刻（圖3-3）：
利用之前所沉積之Si3N4介質薄膜作為阻擋層，送進HDP選擇 InP-J3 recipe（表3-1）進行乾蝕刻InP，蝕刻速率約略每分鐘25nm。
估計大約剩下 50nm 開始以酸性溶液（H3PO4：H2O2：H2O=1：1：
20）做選擇性溼蝕刻15~30秒，蝕刻InGaAs並停留在N+InP蝕刻停止 層，最終再送回HDP，選擇SiN-50W之recipe（表3-1）以乾蝕刻Si3N4 介質薄膜。蝕刻速率約略每分鐘60nm。
表3-1 HDP乾蝕刻之recipe
Substrate (InP-Si) i InGaAs
P+ InGaAsP N-InP P+ -InAlAs
InAlGaAsP-InGaAs P-InAlGaAs P+ -InGaAsP
P-metal
InGaAsP N+ InP
圖3-3 主動區蝕刻後之立體側視圖
Ar
O
2CF
4SF
6H
2 He Work Pressure RF Power InP J3 5 0 15 0 60 10 20.1 200 SiN–50W 25 5 0 50 0 10 100 50 BCB–50W 0 40 0 10 0 10 100 50IV. 陰極金屬（N-Contact Metal）（圖3-4）：
A. 其製程步驟與陽極之金屬（P-Contact Metal）A~H 相同。
B. 再將試片送進電子槍蒸鍍系統（E-Gun）分別蒸鍍金屬「鎳/
鍺/金/鎳/金（Ni/Ge/Au/Ni/Au）」（5nm/17nm/30nm/20nm/
200nm）於試片上。
勻塗佈在試片上。
H. 再次將試片送入 HDP，選擇InP-J3之recipe（表3-1）進行乾 蝕刻，蝕刻至N+InP 層結束後再將試片上其餘的Si3N4用
VI. 鈍化層（Passivation）製作（圖 3-6）：
A. 以 PECVD 沉積3000Å 之Si3N4介質薄膜來縮減元件側壁 之漏電流。
B. 其製程步驟與定義元件平臺區（Mesa）B~F 相同。
C. 將試片置入HDP後選擇SiN-50W之recipe（表3-1）進行乾蝕 刻，需蝕刻至主動區顯露出來才可。
D. Si3N4薄膜蝕刻結束後，再把試片放入丙酮（Acetone）將光 阻清洗乾淨。
Substrate (InP-Si) i InGaAs
N-metal N-InP InAlGaAs
P-InGaAs P-InAlGaAs P+ InGaAsP
P-metal
InGaAsP N+ InP Si3N4
P+ -InAlAs
（a） （b）
圖3-6 鈍化層（a）Mask 4（b）側面示意圖
VII. 平坦化製作（圖 3-7）：
由於元件具有高度差，所以在製作上有相當的難度，在製程上除 了高低差之問題外，尚有另一個問題，即若金屬接線（Pad）直接蒸 鍍在半導體絕緣基板上將會造成漏電，但若改蒸鍍在Si3N4上面則會 形成一大電容，將會影響到元件的速度，這是需要避免的。為解決這 些問題，我們採用苯並環丁烯（Benzocyclobutene，BCB）聚合物來 達成元件平坦化。由於BCB 的介電常數遠比Si3N4還要小，且其厚度 可以達到 4 微米，不像Si3N4尚有厚度的限制，故我們在兩層Si3N4間 塗佈BCB 以降低元件高低差，及減少元件電容性。
A. 於試片上塗佈苯並環丁烯（Benzocyclobutene， BCB）聚合 物，以細轉5000轉，50秒圴勻覆蓋在試片上。
B. 將試片放入LPT RTA 硬烤 BCB。
C. 硬烤完BCB 後，再將試片送進 BMR CVD 進行室溫Si3N4介 質薄膜沉積，欲沉積膜厚為180nm。
D. 在Si3N4介質薄膜上塗佈厚光阻 AZ-4620，以細轉 6000 轉，
30 秒鐘圴勻覆蓋在試片上。
E. 將試片放在100℃的烤盤上，軟烤2分鐘。
F. 利用曝光擦邊法與MF-319將試片周圍堆高之光阻去掉。
G. 以紫外光曝光40秒後，利用顯影液AZ-300顯影65秒，此時開
洞區圖案已由光阻定義出來。
於試片上。
C. 用丙酮將非定義區金屬經由掀離方式（Lift-off）去除，並 且將光阻溶解乾淨。
D. 使用顯影液（MF-319）將試片中殘餘之掀離光阻溶解乾淨。
Pad Pad
BCB Si3N4
Substrate (InP-Si) i InGaAs N-metal N-InP
InAlGaAs P-InGaAs P-InAlGaAs P+ InGaAsP
P-metal
InGaAsP N+ InP Si3N4
P+ -InAlAs
（a） （b）
（c）
圖3-8 金屬墊片製作（a）Mask 6（b）側面示意圖（c）成品俯視圖
IX. 試片研磨與微透鏡製作（圖 3-9）：
元件採用背部注入光源激發載子，為了有效率集中光源且不浪費 光子傳遞時間，因此需要研磨試片與蝕刻試片背部。其步驟如下：
A. 將試片翻轉利用熱熔膠黏貼在載玻片上。
B. 分別以型號1000、2400、4000的砂紙將試片研磨至130μm厚。
C. 將掀離光阻（Lift-off resist，LOR）以粗轉 1000轉，10秒；
細轉6000轉，30秒圴勻塗佈在試片上。
D. 將試片放在110℃之烤盤上，軟烤5分鐘。
E. 將正光阻（Shipley1818）以粗轉1000轉，10秒；細轉7000轉，
30 秒圴勻塗佈在試片上。
F. 將試片放在85℃之烤盤上，軟烤2分鐘。
G. 以紫外光曝光10秒後，利用顯影液MF-319 顯影40秒，此時 開洞區圖案已由光阻定義出來。
H. 調配蝕刻液［HBr:CH3COOH :K2Cr2O7（溴酸：醋酸：重鉻 酸鉀）＝1:1:1］以溼蝕刻基板背面，將試片放入。直到蛋型 深度高低差達到5~7μm，溼蝕刻速率約略150nm。
I. 最後，把試片放入丙酮將熱熔膠溶解使其與載玻片分離並洗 淨光阻。
（a） （b）