利用薄膜转移工艺的传感器制造技术

摘要

钽酸锂(LiTaO<,3>，LT)晶体具有良好的热释电性能，在制造红外热释电探测器阵列过程中，需要利用超薄钽酸锂晶片作为红外热释电探测器件的敏感层。 通过理论计算获得了钽酸锂晶片的电压响应度及噪声电压同探测器单元电容之间的关系，从而确定了钽酸锂薄膜的厚度。通常钽酸锂晶片的厚度远厚于红外热释电探测器件要求的厚度，所以通过薄膜转移的方法，利用键合减薄技术获得需要的超薄钽酸锂薄膜。主要工艺包括：裁片、清洗、聚合物键合、减薄、抛光、剥离、等离子体刻蚀苯并环丁烯(简称BCB)、测试钽酸锂块体和薄膜的介电特性。实验使用的基片是LT晶片、单面抛光的n型(100)硅片，面积为10nm×10mm。在进行聚合物键合时，通过正交设计来安排试验，将原来的大量试验简化为9组试验。通过偏光显微镜对键合后的聚合物薄膜表面形貌的观察，发现在键合过程中恒温温度、恒温时间、升温斜率、匀胶速率是影响键合性能的主要因素。获得了BCB键合的一组最佳参数：恒温温度200℃、恒温时间50s、升温速率2k.s<'-1>、匀胶速率2500r.min<'-1>。利用铣磨(Grinding)加手工抛光的方法得到钽酸锂薄膜的厚度21.0um、表面粗糙度26.5nm、面形精度为0.21um。采用材料超低频介电特性测试系统和热释电系数测试系统对钽酸锂薄膜的介电特性进行测量，得到LT薄膜相对介电常数(48.3±0.4)、介电损耗(1.76±0.03)×10<'-3>、热释电系数(1.6±0.03)×10<'-4> Cm<'-2>K<'-1>。测试表明LT薄膜具有良好的介电特性并且满足红外热释电探测器敏感层的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题来源及意义

1.1.1课题来源

1.1.2课题背景及意义

1.2薄膜转移工艺的概念

1.3薄膜转移工艺的国内外状况

1.3.1离子注入隔离-SIMOX(Separation by Implanted Oxygen)

1.3.2键合加选择性腐蚀工艺(BESOI)

1.3.3注氢智能剥离工艺

1.3.4多孔外延键合技术

1.3.5薄膜太阳能板

1.4本课题研究主要内容

1.5本文内容安排

2实验材料与方法

2.1钽酸锂晶片的结构与性能

2.2硅片的结构与性能

2.3聚合物的选择

2.4实验工艺的选择

2.4.1切割

2.4.2键合(Wafer Bonding)

2.4.3减薄(Thining)

2.4.4抛光(Polishing)

2.4.5剥离(Lift-off)

2.4.6刻蚀(Etching)BCB

2.5 LT薄膜厚度计算及工艺流程设计

2.5.1 LT薄膜厚度计算

2.5.2标准工艺选择

2.5.3工艺流程设计

3钽酸锂晶片的BCB键合研究

3.1钽酸锂晶片聚合物键合的实验装置

3.1.1倒装键合机

3.1.2匀胶机

3.1.3偏光显微镜

3.2钽酸锂晶片聚合物键合的实验过程

3.2.1基片清洗

3.2.2正交实验设计

3.3小结

4钽酸锂薄膜的获得

4.1钽酸锂晶片的减薄实验设备

4.1.1研磨设备

4.1.2铣磨设备

4.1.3抛光设备

4.2钽酸锂薄膜的检测设备

4.3实验结果

4.3.1手工研磨结果

4.3.2铣磨结果

4.3.3实验分析

4.4钽酸锂薄膜的剥离

4.4.1剥离实验设备

4.4.2实验结果

4.5残余BCB薄膜的去除

4.5.1实验设备

4.5.2实验结果

4.6小结

5介电特性测试

5.1相对介电常数和介电损耗的测试

5.1.1相对介电常数和介电损耗的概念

5.1.2测试设备

5.1.3测试结果

5.1.4系统的测试精度

5.2热释电系数的测试

5.2.1热释电系数的概念

5.2.2测试设备

5.2.3测试结果

5.2.4系统的测试精度

5.3测试结果分析

6结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢