專利名稱：一種鐵電薄膜紅外探測器硅微橋腐蝕裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于單晶硅基片制備的有關(guān)設(shè)備，具體涉及鐵電薄膜熱釋電紅外探測器及非致冷紅外探測器焦平面陣列背面與像元相對應(yīng)區(qū)域微橋的制備裝置。
背景技術(shù)：
熱釋電紅外探測器是一種利用材料的熱釋電效應(yīng)探測紅外輻射能量的器件，它能夠?qū)⑼饨缛肷涞募t外輻射能量吸收并轉(zhuǎn)變?yōu)橐子跍y量的電信號，具有響應(yīng)速度快、光譜響應(yīng)寬以及室溫下工作無須制冷、易于熱成像及性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛應(yīng)用于軍事、航空航天等尖端技術(shù)領(lǐng)域以及工業(yè)生產(chǎn)和民用部門。熱釋電紅外探測器的主要性能參數(shù)與探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。作為熱釋電紅外探測器靈敏元的主要組成部分，硅基片與探測器響應(yīng)率的關(guān)系主要表現(xiàn)在它對探測器內(nèi)部熱傳導(dǎo)的影響上。入射紅外輻射被探測器靈敏元吸收后，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為熱能。由于薄膜探測器靈敏元較薄，當(dāng)調(diào)制頻率在一定頻段內(nèi)時(shí)，熱波的透射深度大于靈敏元上層薄膜的厚度。此時(shí)，熱波足以透過上層薄膜進(jìn)入硅基片，而硅基片由于熱導(dǎo)率較大，可以看作一個(gè)熱匯。有研究表明，在調(diào)制頻率f＝1～100Hz頻段，當(dāng)硅基片厚度為300μm時(shí)，探測器電流響應(yīng)比硅基片厚度為0μm和10μm時(shí)的電流響應(yīng)分別低大約兩個(gè)數(shù)量級和一個(gè)數(shù)量級。也就是說，在這個(gè)對探測器應(yīng)用最重要的頻段，硅基片吸收熱波造成的熱損失使探測器性能大幅降低。同時(shí)研究也表明，通過各種途徑減小熱損失，可以使探測器的性能在f＝1～100Hz頻段得到很大提高。
目前，采用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)、等離子刻蝕(ECR)、化學(xué)輔助離子刻蝕(CAIBE)、LIGA和各向異性腐蝕等物理和化學(xué)方法刻蝕薄膜熱釋電紅外探測器靈敏元下的硅基片，從而在探測器靈敏元底部形成微橋(又稱犧牲層)，是減小熱損失從而提高探測器性能的主要方法之一。
硅的各向異性腐蝕技術(shù)作為硅微機(jī)械加工的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，近年來得到了廣泛和深入的研究。其中又以濕化學(xué)腐蝕法最為簡便實(shí)用、經(jīng)濟(jì)有效和加工范圍廣泛，雖然其存在化學(xué)計(jì)量比和腐蝕速度難以控制、分辨率較低、有鉆蝕和放熱放氣現(xiàn)象等問題，但考慮到非致冷紅外探測器焦平面陣列系統(tǒng)的靈敏元橫向尺寸一般比大規(guī)模集成電路線條寬，通過改進(jìn)傳統(tǒng)腐蝕工藝，濕化學(xué)腐蝕法完全可以勝任硅微橋的制備。
制備熱釋電探測器敏感元時(shí)，如果在硅片正面其它工藝完成之前進(jìn)行腐蝕，由于腐蝕時(shí)間較長且LPCVD SiO2層較熱氧化SiO2層疏松，必須用專門設(shè)計(jì)的夾具加以保護(hù)，密封材料選用耐腐蝕耐高溫硅橡膠。如果是在敏感元其它工藝全部完成以后進(jìn)行腐蝕，則硅片正面圖形的保護(hù)更為重要。甚至可以說，硅單晶各向異性腐蝕工藝成功與否，在很大程度上取決于硅片正面保護(hù)夾具的設(shè)計(jì)和使用情況的好壞。
現(xiàn)有的微橋制備腐蝕裝置，在加熱器上安置水浴缸，水浴缸中置有燒杯，冷凝器通過密封蓋設(shè)置于燒杯上；水浴缸中同時(shí)置有溫度計(jì)，溫度計(jì)、溫控儀和加熱器串聯(lián)構(gòu)成溫度控制回路。工作時(shí)水浴缸中充水，燒杯內(nèi)充腐蝕液，Si基片放入腐蝕液中，冷凝器的冷凝水用于冷卻Si基片；由于對基片正面的保護(hù)不徹底，使得各向異性腐蝕性較好的腐蝕液對Si基片正面產(chǎn)生污染，進(jìn)一步導(dǎo)致鐵電薄膜損傷或摻雜，降低探測靈敏元的性能，因此有必要對腐蝕裝置加以改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種鐵電薄膜紅外探測器硅微橋腐蝕裝置，其目的在于具有現(xiàn)有同類裝置的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，能有效地防止腐蝕液滲漏，使得薄膜沉積工藝先于微橋制備工藝成為可能，提高器件的質(zhì)量及成品率。
本發(fā)明的一種鐵電薄膜紅外探測器硅微橋腐蝕裝置，加熱器上安置水浴缸，水浴缸中置有燒杯，冷凝器通過密封蓋設(shè)置于燒杯上，水浴缸中同時(shí)置有溫度計(jì)，溫度計(jì)、溫控儀和加熱器串聯(lián)構(gòu)成溫度控制回路；其特征在于燒杯中設(shè)有不銹鋼圓筒，該不銹鋼圓筒由不同直徑的兩個(gè)不銹鋼圓筒構(gòu)成一體、直徑較大的不銹鋼圓筒內(nèi)壁旋有固緊螺栓；該固緊螺栓為中心透空的螺栓。
工作時(shí)水浴缸中充水，燒杯內(nèi)充去離子水，Si基片從直徑較大的一端放入不銹鋼圓筒中，邊緣兩面用硅橡膠密封，由固緊螺栓壓緊，不銹鋼圓筒內(nèi)充腐蝕液。本發(fā)明的腐蝕裝置采用硅橡膠與模具的附著力加機(jī)械力夾持的方式防止腐蝕液滲漏，同時(shí)硅橡膠作為緩沖層避免固緊螺栓機(jī)械夾持對基片邊緣圖形的磨損。腐蝕過程中保持恒溫去離子水的液位略高于腐蝕液的液位，去離子水可將毛細(xì)孔產(chǎn)生的輕微滲漏的腐蝕液稀釋，使得與去離子水接觸的基片正面能免受腐蝕及污染；基本等高的液位也能保證微橋形成時(shí)承受較小的正反面壓強(qiáng)差。應(yīng)用該裝置，能有效地保護(hù)硅基片正面圖形，使薄膜沉積工藝先于微橋制備工藝進(jìn)行，提高器件的質(zhì)量及成品率。


圖1所示為本發(fā)明的一種實(shí)施例示意圖；圖2為本發(fā)明的燒杯和不銹鋼圓筒部分示意圖；圖3是制備微橋后基片正面的顯微形貌；圖4所示為制備的微橋經(jīng)水溶液腐蝕后的SEM照片。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明具體說明。
本發(fā)明的一種實(shí)施例，其裝置如圖1所示，加熱器10上安置水浴缸3，水浴缸中置有燒杯7，冷卻器5包括冷卻器進(jìn)水口6和冷卻器出水口1，通過密封蓋設(shè)置于燒杯7上，水浴缸中同時(shí)置有溫度計(jì)2，溫度計(jì)、溫控儀4和加熱器10串聯(lián)構(gòu)成溫度控制回路；燒杯7中充去離子水8，并置有不銹鋼圓筒9。
圖2為本發(fā)明的燒杯7和不銹鋼圓筒9部分示意圖；其中不銹鋼圓筒9由不同直徑的兩個(gè)不銹鋼圓筒構(gòu)成一體、直徑較大的不銹鋼圓筒內(nèi)壁旋有中心透空的固緊螺栓14；燒杯7中充恒溫去離子水8，不銹鋼圓筒9內(nèi)充TMAH腐蝕液11，硅片13(正面向下)邊緣兩面用密封硅橡膠12密封。
圖3是制備微橋后基片正面的顯微形貌。圖中的基片正面無腐蝕現(xiàn)象。對腐蝕完畢后的恒溫去離子水進(jìn)行酸堿指示，其pH值仍為7，這表明腐蝕液未進(jìn)入去離子水中。因此采用改進(jìn)的腐蝕裝置能有效地保護(hù)基片正面的原因在于徹底防止了腐蝕液的滲漏，而不是去離子水稀釋了滲漏的腐蝕液。
將制備了熱釋電薄膜和電極的小硅片長時(shí)間置入80℃去離子水中，取出經(jīng)過400℃烘干后再測試性能，未觀察到其與原始薄膜在性能上的區(qū)別。圖4所示為制備的微橋經(jīng)經(jīng)80℃、20wt.％TMAH水溶液腐蝕5小時(shí)后的SEM照片，其中(a)表面；(b)垂直截面。這表明熱釋電薄膜未因與熱水的接觸而流失摻雜離子，即摻雜離子是以不溶物的形式存在于薄膜中的，同時(shí)表明將熱釋電薄膜先于微橋制備的技術(shù)路線是可行的，這無疑對提高器件的成品率具有重要意義。
權(quán)利要求
1.一種鐵電薄膜紅外探測器硅微橋腐蝕裝置，加熱器上安置水浴缸，水浴缸中置有燒杯，冷凝器通過密封蓋設(shè)置于燒杯上，水浴缸中同時(shí)置有溫度計(jì)，溫度計(jì)、溫控儀和加熱器串聯(lián)構(gòu)成溫度控制回路；其特征在于燒杯中設(shè)有不銹鋼圓筒，該不銹鋼圓筒由不同直徑的兩個(gè)不銹鋼圓筒構(gòu)成一體、直徑較大的不銹鋼圓筒內(nèi)壁旋有固緊螺栓；該固緊螺栓為中心透空的螺栓。
全文摘要
一種鐵電薄膜紅外探測器硅微橋腐蝕裝置，屬于單晶硅基片制備的有關(guān)設(shè)備，目的在于有效地防止腐蝕液滲漏，使得薄膜沉積工藝先于微橋制備工藝成為可能，提高器件的質(zhì)量及成品率。本發(fā)明加熱器上安置水浴缸，水浴缸中置有燒杯，冷凝器通過密封蓋設(shè)置于燒杯上，水浴缸中同時(shí)置有溫度計(jì)，溫度計(jì)、溫控儀和加熱器串聯(lián)構(gòu)成溫度控制回路；其特征在于燒杯中設(shè)有不銹鋼圓筒，該不銹鋼圓筒由不同直徑的兩個(gè)不銹鋼圓筒構(gòu)成一體、直徑較大的不銹鋼圓筒內(nèi)壁旋有固緊螺栓；該固緊螺栓為中心透空的螺栓。應(yīng)用該裝置，能有效地保護(hù)硅基片正面圖形，使薄膜沉積工藝先于微橋制備工藝進(jìn)行，提高器件的質(zhì)量及成品率。
文檔編號G01J5/10GK1632926SQ20041006140
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月20日
發(fā)明者陳實(shí), 曾亦可, 姜?jiǎng)倭? 劉梅冬, 劉少波 申請人:華中科技大學(xué)