4-1 MIS 元件製作流程之介紹 1. 晶片切割及清洗
將6吋的Si晶片，以晶片切割機型號Karl Suss RA120，平行或垂直晶面切割成 大小適中的正方形或矩形，再將晶片依序使用以下步驟清洗:
(1) 將晶片浸入丙酮1分鐘後，再置於超音波震盪機裡震盪1分鐘，目的清除晶 片上的油脂、灰塵和細小微粒。
(2) 將晶片浸入甲醇1分鐘後，再置於超音波震盪機裡震盪1分鐘，目的清除晶 片上殘餘的丙酮。
(3) 將晶片浸入去離子水中1分鐘，再置於超音波震盪機裡震盪1分鐘，目的清 除殘餘的甲醇，然後用氮氣吹乾。
(4) 由於晶片表面會產生氧化，因此將晶片浸泡入BOE中2分鐘去除氧化層。
(5) 最後以去離子水清洗乾淨，再以氮氣將表面吹乾。
2. 沉積電極
利用ULVAC電子束蒸鍍機，在切割好的晶片上蒸鍍一層約2000Å 之Al，主要 目的為當作MIS元件的電極層。電子束蒸鍍系統藉由機械幫浦粗抽到10-3 Torr真空 度，再使用冷凍幫浦 (Cryo-pump) 從10-3 Torr抽到10-6 Torr來達到高真空度，高真 空系統利於沈積品質。可控制電子束能量來加熱在石墨坩堝中的靶材，為了得到 較為緊密的薄膜，故沈積速率控制為每秒0.8Å ～1.5Å 。製程如圖4-1。
圖4-1 成長Al製程圖 3. 光阻塗佈
(1) 採用安智公司製造負光阻AZ P4210塗佈，STEP1的轉速為6000rpm，STEP2 的轉速為6200rpm，塗佈後正光阻的厚度約為2.0μm。
(2) 為了硬化光阻表面，故放入烤箱軟烤條件為110°C 1分30秒，製程示意圖如 下(圖4-2)。
圖4-2 光阻塗佈製程圖 4. 曝光
使用Karl Suss-MA45曝光機(圖4-5)，汞燈的波長為365nm，250W，實際曝光 強度為 ⁄ ，曝光時間為13秒，光罩圖形即為MIS圖形(圖4-3)，製程示意圖(圖 4-4)如下。
Substrate
Al 0.2μm
Substrate
Al PR0.2μm 2.0μm
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圖4-3 光罩圖示意圖
圖4-4 曝光製程圖
圖4-5 Suss-MA45曝光機 5. 顯影
首先將晶片進行定影步驟：放入烤箱軟烤條件為 110°C 30 秒，後使用安智公 司製造正顯影液 400K：DI water = 1：4，顯影後放入去離子水內，將殘餘的顯影
Substrate
Al PR0.2μm 2.0μm
液洗乾淨，然後用氮氣槍吹乾，用顯微鏡觀察圖形是否良好，製程如圖 4-6。
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圖4-8 光阻剝離製程圖 8. 二次對準
如同上述步驟3～5，我們同樣必頇使用正光阻AZ P4210塗佈和軟烤110°C1分 30秒，接著再進行第二次的曝光與顯影，曝光顯影完成後，將Al電極層披覆起來。
製程如圖4-9。
圖4-9 二次對準製程圖 9. 成長SiO2層
如同步驟2，利用ULVAC電子束蒸鍍機沈積SiO2層，差異在於SiO2為非金屬，
較難堆疊，為求沉積結構比較好，將沉積速率控制為每秒0.5Å ～0.8Å 。本實驗厚 度分冸有1000 Å 、1400 Å 與2000 Å 三種厚度。製程如圖4-10。
Substrate
0.2μm
Al Al
Substrate
0.2μm 2.0μm PR
Al Al
圖4-10 成長SiO2層 10. 光阻剝離
將晶片取出再依序利用丙酮浸泡、甲醇、去離子水，進行光阻剝離的製程。
因丙酮對PR有強烈的溶蝕性，但對SiO2無任何的反應，浸泡後SiO2層會被存留下 來，之後使用甲醇稀釋表面丙酮，最後去離子水清洗。製程如下圖4-11。
圖4-11 堆疊SiO2層 11. SiO2層退火
為了讓SiO2與Al層堆疊較為緊密，將步驟10完成之晶片，使用電壓式加熱退火 爐進行退火，利用電壓將溫度提升至400°C，退火時間約10分鐘，再降回室溫，全 程約30分鐘。
Substrate
PR Al SiO2
Al SiO2
SiO2
Substrate
Al SiO2Al SiO2
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如同上述步驟3～5，我們同樣必頇使用正光阻AZ P4210塗佈和軟烤110°C1分 30秒，接著再進行第三次的曝光與顯影，曝光顯影完成後，將部分Al導電層披覆
14. 濕式蝕刻
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(2)再結晶(Recrystallization)，(3)晶粒的成長(Grain Growth)，當退火溫度較低時，
因為熱能所提供的能量僅足以讓所含的缺陷（如差排… ），進行分佈的重整以達 的熱處理不但可藉由自我對準(self-aligned)的矽化反應（Silicide Reaction）形成金 屬矽化物，亦可增加金屬矽化物的電子特性，降低電阻率，以減少RC 延遲的影響，
增加電子電路的工作效率。當晶粒成長時，將導致合金內成分重組，有時會改變 結構而形成不均勻之組成為使熱處理過程中，為了不改整體材料之成分特性及減
少不均勻現象，故有快速升溫及降溫之處理步驟。
圖4-16 ULVAC MILA-3000 RTA快速退火機 4-2 電子束蒸鍍系統
電子束蒸鍍機的基本構造是將真空蒸鍍室抽真空，對欲鍍物以電子槍轟擊加 熱，使之氣化分解進而擴散到達機材，到達薄膜沈積的目的。IC製程中，鋁被採 用在金屬薄膜製程中，用加熱的方式用來沉積鋁金屬薄膜的方式也被廣泛的使用。
電子束蒸鍍系統的開發就是為了要沉積高純度的薄膜。其工作的原理是先利用電 流加熱燈絲，而處於高熱的燈絲容易游離出電子，進而燈絲尖端放電，高直流電 壓下產生電子束，由於電子帶有電荷，所以可以施以電場加速，亦即施以V電位差，
則電子束所擁有的動能1/2mev2=eV，me為電子質量，v為電子之速度，一般V為5kV 到15kV，設V為10kV，則電子速度可高達6×104km/sec，如此高速電子撞擊在膜材 料上將轉換成熱能，溫度可高達數千度。而把鍍膜材料蒸發成氣體蒸鍍到樣品上。
[28]
電子束蒸鍍技術之特點：
優點：
(1)容易控制蒸鍍速率：在蒸鍍金屬厚度的控制上，電子束蒸鍍技術採用石英 震盪片（crystal）來偵測蒸鍍速率以及膜厚，其原理是在Crystal地方加上一組
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圖4-17 電子束蒸鍍系統之示意圖
圖4-18 電子束加熱圖[30]
圖4-19 電子束蒸鍍系統實體圖
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表 4-1 Density 與 Z-ratio data
MATERIAL SYMBOL
MELT-ING evaporation）、雷射剝蝕（laser ablation）等法。化學氣相法則是將組成元素先形 成易揮發的化學分子，此氣體分子再經由熱分解而在基板上沉積出薄膜，如有機 金屬化學氣相沉積法（metal organic chemical vapor deposition, MOCVD）等。
液相化學鍍膜則是將含有組成元素之化學溶液直接或震盪霧化後沉積在基板 上，再利用熱分解及高溫反應，以形成所需的薄膜，主要方式有溶膠—凝膠法
（sol-gel）、有機金屬鹽裂解法（MOD）等。表 4-2 為數種介電薄膜沉積方式的特 性比較。
使用物理氣相控制成長薄膜的方式又可分為：無線電頻率濺鍍法 (Radio Frequency Sputtering)、脈衝雷射濺鍍(Pulse Laser Deposition)、反應性電子束蒸鍍 (Reactive Electron Beam Evaporation)、分子束磊晶(Molecular Beam Epitaxy)等。表 4-3 鍍膜技術優劣比較。電子束（Electron Beam Evaporation）蒸鍍系統因為可以在 常溫下鍍膜，並且擁有高沈積速率、大面積，同時選擇多樣靶材；因本文研究中，
需要蒸鍍多個靶材，為了效益便予以採用此蒸鍍系統。實驗則是對二氧化矽（SiO2）、 鋁金屬(Al)材料進行蒸鍍，並將薄膜沈積於 p-type Si（100）晶片上，研究其薄膜
對光譜產生之光電子效應響應。進而完成光偵測器(Photo-detector)，使用不同頻譜 的光 450 nm-1000nm 照射下之 I-V 特性、光響應度(Responsivity)，以探討光電子應 用在不同光波段之檢測。[18]
Sol-Gel MOD
過程簡單
33 (Pulse Laser Deposition)
V V V V V V
磁控濺鍍 (Magnetron Sputtering
Deposition)
(Metal Organic Chemical Vapor
Deposition) V V V V V
4-3 鋁(Al)導電材料特性
鋁（Aluminium或Aluminum）是一種化學元素，屬於硼族元素，其化學符號是Al，
原子序數是13。相對密度是2.70。鋁原子以立方晶格排列。鋁是一種較軟的易延展 的銀白色金屬。鋁是地殼中第三大豐度的元素（僅次於氧和矽），也是豐度最大 的金屬，在地球的固體表面中占約8%的質量。鋁金屬在化學上很活躍，因此除非 在極其特殊的氧化還原環境下，一般很難找到游離態的金屬鋁。鋁因其低密度以 及耐腐蝕（由於鈍化現象）而受到重視。利用鋁及其合金製造的結構件不僅在航 空航太工業中非常關鍵，在交通和結構材料領域也非常重要。最有用的鋁化合物 是它的氧化物和硫酸鹽。
鋁是輕金屬，密度僅是鐵三分之一左右。純鋁較軟，在300℃左右失去抗張強 度，熔點660.4度。經處理過的鋁合金較堅韌、易延展。有著金屬光澤，光滑時表 面銀白而發亮，粗糙時呈暗灰色。無磁性且不易點燃。反射可見光能力強（約92%），
反射中遠紅外線可達98%。純鋁的強韌度為7～11MPa，而鋁合金可達200～600MPa。
鋁很容易被加工，切割，塑形；有良好的導電導熱性（都為銅的59%），而遠輕於 銅。鋁可以在低於1.2K 的溫度和磁通量大於100高斯下超導。
4-3-1 Al/Si 合金接觸電極製作
使用電子束蒸鍍系統，蒸鍍鋁(Al)電極於 Si 基板上。系統真空度：10-6 torr，
蒸鍍速率：每秒 0.8 Å ～1.5 Å ，電極厚度：2000 Å 。完成蒸鍍後，再將基板置入高 溫爐中，運用退火機制：預熱溫度 250°C、預熱時間 10 分鐘；退火溫度 400°C、
退火時間 20 分鐘。來使鋁(Al)與矽(p-Si)接面，從蕭特基接觸轉為歐姆接觸。圖 4-20 為蕭特基接觸，圖 4-21 為退火後歐姆接觸。
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圖4-20 Al/Si未退火I-V圖
圖4-21 Al/Si退火後I-V圖