CN102774806A - 一种锰钴镍氧线列探测器的微台面制作方法 - Google Patents

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黄志明
周炜
张雷博
吴敬
褚君浩
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Abstract

本发明公开了一种锰钴镍氧线列探测器的微台面制作方法。其采用湿法腐蚀与干法刻蚀相结合的方法，完成了6-10微米厚的锰钴镍氧薄膜材料的刻蚀，得到了图形转移精度较高、台面平整度好、侧蚀比小的线列探测元微台面。为锰钴镍线列及阵列探测器的发展打下了良好的基础。

Description

一种锰钴镍氧线列探测器的微台面制作方法
技术领域
本发明涉及一种锰钴镍氧列阵探测器台面制作方法，更具体的说，涉及一种锰钴镍氧负温度系数（NTC）薄膜的列阵探测器台面制作的工艺方法。
背景技术
热释电探测器和热敏电阻型探测器是两种研究较多的非制冷型红外探测器。相比热释电探测器，热敏电阻型探测器结构更为简单，在稳定性和低成本方面更有优势[见文献1]。其中，较为成熟的氧化钒，是一种商业级红外探测材料。采用氧化钴，氧化锰和氧化镍材料经陶瓷烧结工艺制成的室温热敏红外单元探测器是至今性能最稳定的热敏红外探测器，具有比氧化钒更高的负温度系数,因此在空间探测方面也取得了一定的应用[见文献2]。然而长期以来，锰钴镍氧热敏探测器仅仅局限于单元探测，其发展要远远落后于氧化钒，原因有二：1、氧化钒薄材料有成熟的生长技术，快捷，高效，适合大规模生产而适合商业及民用；锰钴镍氧材料传统生长方法为高温烧结法，形成的陶瓷材料具有多孔、易老化等缺点，导致器件存在性能不稳定，成品率低等问题，且无法通过光刻腐蚀等工艺制作线列或焦平面器件。2、传统方法生长锰钴镍氧系薄膜材料的方法，主要为电子束蒸发，丝网印刷，溅射方法等数种[见文献3]。这些方法生长的薄膜材料一般结晶性较差，或有杂相存在，其性能和稳定性均比不上体材料，从而限制了其实际应用。本课题组致力于高质量，高稳定性锰钴镍氧系薄膜材料的制备和研究，目前已经使用化学溶液法(CSD)生长出结晶性良好，结构致密，具有很高稳定性的锰钴镍氧系薄膜材料，并且对其进行了光学，电学，磁学的一系列研究[见文献4-7]。用这种方法生长的锰钴镍材料，克服了传统方法生长的体材料和薄膜材料的不足。该方法生长的锰钴镍氧材料结构致密，表面平整没有缺陷，完全可以通过半导体工艺方法制备多元器件。此外，化学溶液法制作的薄膜具有良好的结晶性，为纯净的尖晶石相，电学性能良好，室温下负电阻温度系数达到-4.12%[见文献6],这个数值远大于一般商业化的氧化钒材料的-2%。再加上该材料本身高稳定性和可靠性，使其在军事和空间探测方面有很大的应用前景。
目前，本课题组生长的薄膜材料已经制作成热敏单元探测器件，并可能得到有效应用。然而随着空间探测技术发展的需要，单元探测器件需要向线列探测器件及焦平面探测器件的方向发展。因此，发展锰钴镍氧薄膜材料多元探测器件对于红外热敏探测技术有着重要意义。
本专利将公开一种锰钴镍氧线列探测器的台面制作工艺。该工艺方法采用湿法腐蚀与干法刻蚀相结合的方法，完成了锰钴镍氧薄膜材料的刻蚀，得到了图形转移精度较高、台面平整度好、侧蚀比小的线列探测元台面。为锰钴镍线列及阵列探测器的发展打下了良好的基础。
以上所涉及到的参考文献如下：
1.王宏臣,氧化钒薄膜及非制冷红外探测器阵列研究.华中科技大学博士学位论文,2005.
2.汤定元,光电器件概论.1989:p.388-389.
3.Schmidt,R.,A.Basu,and A.W.Brinkman,Production of NTCR thermistordevices based on NiMn2O4+delta.Journal of the European Ceramic Society,2004.24(6):p.1233-1236.
4.Wu,J.,et al.,Variation in hopping conduction across the magnetic transitionin spinel Mn1.56Co0.96Ni0.48O4 films.Applied Physics Letters,2010.96(8).
5.Gao,Y.Q.,et al.,Optical properties of Mn1.56Co0.96Ni0.48O4 filmsstudied by spectroscopic ellipsometry.Applied Physics Letters,2009.94(1).
6.Hou,Y.,et al.,Characterization of Mn(1.56)Co(0.96)Ni(0.48)O(4)films forinfrared detection.Applied Physics Letters,2008.92(20).
7.Ge,Y.J.,et al.,Low temperature growth of manganese cobalt nickelatefilms by chemical deposition.Thin Solid Films,2008.516(18):p.5931-5934.
发明内容：
本发明的目的是提供一种锰钴镍氧线列探测器微台面制作工艺，解决了有关锰钴镍氧线列探测器的探测元台面的制作问题。
本发明的目的是这样实现的：
（1）清洗样片、光刻。取一只在面积为2×2cm2、厚度100微米的无定形氧化铝衬底上，利用化学溶液法生长的6-10μm厚的锰钴镍氧薄膜样品片，依次使用丙酮、酒精清洗样品片各2分钟，使用去离子水冲洗干净，使用干燥的氮气吹干。采用光刻胶进行图形光刻，完成甩胶、前烘、紫外光刻、显影、后烘等流程。得到尺寸为400μm×800μm的光刻胶条。
（2）湿法腐蚀。在33℃-36℃的水浴条件下、使用质量分数38%-42%的氢溴酸对薄膜样品进行5.5-6.5分钟的湿法刻蚀。完成的蚀刻深度为2.0-2.7μm。取出样片，使用去离子水清洗干净，用干燥的氮气吹干。
（3）干法刻蚀。使用氩离子刻蚀系统进行干法刻蚀。采用北京离子束技术公司的LJK-1C-150I离子束刻蚀系统。将刻蚀参数设置为，离子能量：500eV，阳极弧压：50V，束流密度：0.67mA/cm2。干法刻蚀时间设置为30-60分钟。刻蚀深度为0.8μm-1.6μm。依次使用丙酮、酒精和去离子水依次清洗样片，使用干净的氮气吹干。
（4）根据CSD法所涉及到的样片的层数估计总膜厚，依据锰钴镍氧薄膜的厚度，重复(1)(2)(3)步中的各步，直至得到所需探测元台面。
附图说明：
图1为线列探测器微台面的制作方法流程图。
图2为不同温度下湿法刻蚀的刻蚀深度与时间之间的关系。
图3为尺寸为240μm×340μm；400μm×800μm的台面的最终制作效果图。薄膜厚度为6μm。
具体实施方式：
实施例子1
（1）清洗样片、光刻。取2×2cm2的无定形氧化铝衬底上生长的6μm厚的锰钴镍氧薄膜样品片。依次使用丙酮、酒精清洗样品片各2分钟，使用去离子水冲洗干净，使用干燥的氮气吹干。采用光刻胶进行图形光刻，完成甩胶、前烘、紫外光刻、显影、后烘等流程。得到尺寸为400μm×800μm的光刻胶条。
（2）湿法腐蚀。在35℃的水浴条件下、使用质量分数42%的氢溴酸对薄膜样品进行6.5分钟的湿法刻蚀。完成的蚀刻深度为2.5μm。取出样片，使用去离子水清洗干净，用干燥的氮气吹干。
（3）干法刻蚀。使用氩离子刻蚀系统进行干法刻蚀。采用北京离子束技术公司的LJK-1C-150I离子束刻蚀系统。将刻蚀参数设置为，离子能量：500eV，阳极弧压：50V，束流密度：0.67mA/cm2。干法刻蚀时间设置为55分钟。完成深度为1.5μm的干法刻蚀。依次使用丙酮、酒精和去离子水依次清洗样片，使用干净的氮气吹干。
（4）使用光刻胶对已刻蚀了4微米的台面图形进行二次套刻。在35℃的水浴条件下、使用质量分数42%的氢溴酸对薄膜样品进行3分钟的湿法刻蚀。完成1.2微米的湿法刻蚀。使用去离子水清洗干净。按第4步中的工艺进行30分钟的干法刻蚀，得到所需高度为6μm的探测元台面。
实施例子2
（1）清洗样片、光刻。取2×2cm2的无定形氧化铝衬底上生长的10μm厚的锰钴镍氧薄膜样品片。依次使用丙酮、酒精清洗样品片各2分钟，使用去离子水冲洗干净，使用干燥的氮气吹干。采用光刻胶进行图形光刻，完成甩胶、前烘、紫外光刻、显影、后烘等流程。得到尺寸为400μm×800μm的光刻胶条。
（2）湿法腐蚀。在36℃的水浴条件下、使用质量分数42%的氢溴酸对薄膜样品进行6.5分钟的湿法刻蚀。完成的蚀刻深度为2.7μm。取出样片，使用去离子水清洗干净，用干燥的氮气吹干。
（3）干法刻蚀。使用氩离子刻蚀系统进行干法刻蚀。采用北京离子束技术公司的LJK-1C-150I离子束刻蚀系统。将刻蚀参数设置为，离子能量：500eV，阳极弧压：50V，束流密度：0.67mA/cm2。干法刻蚀时间设置为60分钟。完成深度为1.6μm的干法刻蚀。依次使用丙酮、酒精和去离子水依次清洗样片，使用干净的氮气吹干。
（4）使用光刻胶对已刻蚀了4.3微米的台面图形进行二次套刻。重复第2-4步。对已经刻蚀了约8.6微米的台面进行三次套刻。按第4步中的工艺进行50分钟的干法刻蚀，得到所需的高度为10微米的探测元台面。

Claims (1)

1.一种锰钴镍氧线列探测器的微台面制作方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤A：取一片在白宝石片上利用化学溶液法制作的，膜厚在6-10微米之间的锰钴镍氧薄膜样品片，进行常规方法清洗、干燥、掩膜光刻；
步骤B：在33℃-36℃的水浴条件下、使用质量分数38%-42%的氢溴酸对薄膜样品进行5.5-6.5分钟的湿法刻蚀、清洗、干燥；
步骤C：干法刻蚀30-60分钟，去胶、清洗、干燥；
步骤D：根据化学溶液法所涉及到的样片的层数估计总膜厚，依据锰钴镍氧薄膜的厚度，重复步骤A、B、C中的各步，直至得到所需探测元台面。
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