CN2817066Y - 一种铁电薄膜红外探测器硅微桥腐蚀装置 - Google Patents

Abstract

一种铁电薄膜红外探测器硅微桥腐蚀装置，属于单晶硅基片制备的有关设备，目的在于有效地防止腐蚀液渗漏，使得薄膜沉积工艺先于微桥制备工艺成为可能，提高器件的质量及成品率。本实用新型加热器上安置水浴缸，水浴缸中置有烧杯，冷凝器通过密封盖设置于烧杯上，水浴缸中同时置有温度计，温度计、温控仪和加热器串联构成温度控制回路；其特征在于烧杯中设有不锈钢圆筒，该不锈钢圆筒由不同直径的两个不锈钢圆筒构成一体、直径较大的不锈钢圆筒内壁旋有固紧螺栓；该固紧螺栓为中心透空的螺栓。应用该装置，能有效地保护硅基片正面图形，使薄膜沉积工艺先于微桥制备工艺进行，提高器件的质量及成品率。

Description

一种铁电薄膜红外探测器硅微桥腐蚀装置

技术领域

本实用新型属于单晶硅基片制备的有关设备，具体涉及铁电薄膜热释电红外探测器及非致冷红外探测器焦平面阵列背面与像元相对应区域微桥的制备装置。

背景技术

热释电红外探测器是一种利用材料的热释电效应探测红外辐射能量的器件，它能够将外界入射的红外辐射能量吸收并转变为易于测量的电信号，具有响应速度快、光谱响应宽以及室温下工作无须制冷、易于热成像及性能价格比高等优点，目前已被广泛应用于军事、航空航天等尖端技术领域以及工业生产和民用部门。热释电红外探测器的主要性能参数与探测系统的结构密切相关。作为热释电红外探测器灵敏元的主要组成部分，硅基片与探测器响应率的关系主要表现在它对探测器内部热传导的影响上。入射红外辐射被探测器灵敏元吸收后，进一步转化为热能。由于薄膜探测器灵敏元较薄，当调制频率在一定频段内时，热波的透射深度大于灵敏元上层薄膜的厚度。此时，热波足以透过上层薄膜进入硅基片，而硅基片由于热导率较大，可以看作一个热汇。有研究表明，在调制频率f＝1～100Hz频段，当硅基片厚度为300μm时，探测器电流响应比硅基片厚度为0μm和10μm时的电流响应分别低大约两个数量级和一个数量级。也就是说，在这个对探测器应用最重要的频段，硅基片吸收热波造成的热损失使探测器性能大幅降低。同时研究也表明，通过各种途径减小热损失，可以使探测器的性能在f＝1～100Hz频段得到很大提高。

目前，采用反应离子刻蚀(RIE)、等离子刻蚀(ECR)、化学辅助离子刻蚀(CAIBE)、LIGA和各向异性腐蚀等物理和化学方法刻蚀薄膜热释电红外探测器灵敏元下的硅基片，从而在探测器灵敏元底部形成微桥(又称牺牲层)，是减小热损失从而提高探测器性能的主要方法之一。

硅的各向异性腐蚀技术作为硅微机械加工的一项关键技术，近年来得到了广泛和深入的研究。其中又以湿化学腐蚀法最为简便实用、经济有效和加工范围广泛，虽然其存在化学计量比和腐蚀速度难以控制、分辨率较低、有钻蚀和放热放气现象等问题，但考虑到非致冷红外探测器焦平面阵列系统的灵敏元横向尺寸一般比大规模集成电路线条宽，通过改进传统腐蚀工艺，湿化学腐蚀法完全可以胜任硅微桥的制备。

制备热释电探测器敏感元时，如果在硅片正面其它工艺完成之前进行腐蚀，由于腐蚀时间较长且LPCVD SiO₂层较热氧化SiO₂层疏松，必须用专门设计的夹具加以保护，密封材料选用耐腐蚀耐高温硅橡胶。如果是在敏感元其它工艺全部完成以后进行腐蚀，则硅片正面图形的保护更为重要。甚至可以说，硅单晶各向异性腐蚀工艺成功与否，在很大程度上取决于硅片正面保护夹具的设计和使用情况的好坏。

现有的微桥制备腐蚀装置，在加热器上安置水浴缸，水浴缸中置有烧杯，冷凝器通过密封盖设置于烧杯上；水浴缸中同时置有温度计，温度计、温控仪和加热器串联构成温度控制回路。工作时水浴缸中充水，烧杯内充腐蚀液，Si基片放入腐蚀液中，冷凝器的冷凝水用于冷却Si基片；由于对基片正面的保护不彻底，使得各向异性腐蚀性较好的腐蚀液对Si基片正面产生污染，进一步导致铁电薄膜损伤或掺杂，降低探测灵敏元的性能，因此有必要对腐蚀装置加以改进。

发明内容

本实用新型提供一种铁电薄膜红外探测器硅微桥腐蚀装置，其目的在于具有现有同类装置的优点的同时，能有效地防止腐蚀液渗漏，使得薄膜沉积工艺先于微桥制备工艺成为可能，提高器件的质量及成品率。

本实用新型的一种铁电薄膜红外探测器硅微桥腐蚀装置，加热器上安置水浴缸，水浴缸中置有烧杯，冷凝器通过密封盖设置于烧杯上，水浴缸中同时置有温度计，温度计、温控仪和加热器串联构成温度控制回路；其特征在于烧杯中设有不锈钢圆筒，该不锈钢圆筒由不同直径的两个不锈钢圆筒构成一体、直径较大的不锈钢圆筒内壁旋有固紧螺栓；该固紧螺栓为中心透空的螺栓。

工作时水浴缸中充水，烧杯内充去离子水，Si基片从直径较大的一端放入不锈钢圆筒中，边缘两面用硅橡胶密封，由固紧螺栓压紧，不锈钢圆筒内充腐蚀液。本实用新型的腐蚀装置采用硅橡胶与模具的附着力加机械力夹持的方式防止腐蚀液渗漏，同时硅橡胶作为缓冲层避免固紧螺栓机械夹持对基片边缘图形的磨损。腐蚀过程中保持恒温去离子水的液位略高于腐蚀液的液位，去离子水可将毛细孔产生的轻微渗漏的腐蚀液稀释，使得与去离子水接触的基片正面能免受腐蚀及污染；基本等高的液位也能保证微桥形成时承受较小的正反面压强差。应用该装置，能有效地保护硅基片正面图形，使薄膜沉积工艺先于微桥制备工艺进行，提高器件的质量及成品率。

附图说明

图1所示为本实用新型的一种实施例示意图；

图2为本实用新型的烧杯和不锈钢圆筒部分示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型具体说明。

本实用新型的一种实施例，其装置如图1所示，加热器10上安置水浴缸3，水浴缸中置有烧杯7，冷却器5包括冷却器进水口6和冷却器出水口1，通过密封盖设置于烧杯7上，水浴缸中同时置有温度计2，温度计、温控仪4和加热器10串联构成温度控制回路；烧杯7中充去离子水8，并置有不锈钢圆筒9。

图2为本实用新型的烧杯7和不锈钢圆筒9部分示意图；其中不锈钢圆筒9由不同直径的两个不锈钢圆筒构成一体、直径较大的不锈钢圆筒内壁旋有中心透空的固紧螺栓14；烧杯7中充恒温去离子水8，不锈钢圆筒9内充TMAH腐蚀液11，硅片13(正面向下)边缘两面用密封硅橡胶12密封。

制备微桥后基片正面的显微形貌图表明基片正面无腐蚀现象。对腐蚀完毕后的恒温去离子水进行酸碱指示，其pH值仍为7，这表明腐蚀液未进入去离子水中。因此采用改进的腐蚀装置能有效地保护基片正面的原因在于彻底防止了腐蚀液的渗漏，而不是去离子水稀释了渗漏的腐蚀液。

将制备了热释电薄膜和电极的小硅片长时间置入80℃去离子水中，取出经过400℃烘干后再测试性能，未观察到其与原始薄膜在性能上的区别。制备的微桥经经80℃、20wt.％TMAH水溶液腐蚀5小时后的SEM照片表明热释电薄膜未因与热水的接触而流失掺杂离子，即掺杂离子是以不溶物的形式存在于薄膜中的，同时表明将热释电薄膜先于微桥制备的技术路线是可行的，这无疑对提高器件的成品率具有重要意义。

Claims (1)

1.一种铁电薄膜红外探测器硅微桥腐蚀装置，加热器上安置水浴缸，水浴缸中置有烧杯，冷凝器通过密封盖设置于烧杯上，水浴缸中同时置有温度计，温度计、温控仪和加热器串联构成温度控制回路；其特征在于烧杯中设有不锈钢圆筒，该不锈钢圆筒由不同直径的两个不锈钢圆筒构成一体、直径较大的不锈钢圆筒内壁旋有固紧螺栓；该固紧螺栓为中心透空的螺栓。

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