Ionenstrahlätzen zur Herstellung von ultradünnem Lithiumtantalat für IR Sensoren

Sensoren zur hochsensitiven Detektion von Infrarotstrahlung (IR) haben ein weites Anwendungsfeld, z. B. als Detektoren in der IR-Spektroskopie oder in der berührungslosen Temperaturmessung. Ein verbreitetes Material für diese IR-Sensoren ist das pyroelektrische Lithiumtantalat (LT).

Zur Verbesserung der Sensorleistung ist die Reduktion der thermischen Trägheit durch Verringerung der Dicke des LT nötig. Das klassische Sägen ermöglicht die Reduzierung auf eine Dicke von circa 300 µm, die durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) weiter auf 25 µm verringert werden kann. Durch eine drastische Erhöhung der Bruchwahrscheinlichkeit beim Polieren stellt dieser Wert das untere Dickenlimit bei Nutzung von CMP dar.

Um die Dicke des LT weiter zu verringern, ist das Ionenstrahlätzen die am besten geeignete Methode. Durch das Ätzen mit Argonionen wird das LT mit einer Rate von circa 1 µm/h abgetragen. Die Substrate benötigen eine geeignete Präparation und Maskierung, bevor sie in die Prozesskammer eingeschleust werden. Mit der Heliumrückseitenkühlung der scia Mill 150/200 wird die Substrattemperatur gering gehalten, wodurch auch die Nutzung von Fotolack möglich ist. Für die angestrebte Dickenreduktion des LT sind Prozesszeiten von zehn bis 20 Stunden nötig. Eine Leistungsregulierung garantiert dabei für einen konstanten Ionenstrom. Dies ermöglicht einen präzisen Abtrag über zehn und mehr Stunden. Zusätzlich werden die zur Prozessintegration benötigten Ätzkanten geschaffen.

Um den Einfluss des Ionenstrahlätzens auf die IR-Sensorqualität zu untersuchen, wird die spezifische Detektivität D* betrachtet. D* ist ein Ausdruck für das Signal-zu-Rausch-Verhältnis eines pyroelektrischen Detektors und sollte maximiert werden. In Abbildung 1 ist der Vergleich von D* vor (25 µm) und nach (5 µm) dem Ionenstrahlätzen dargestellt. Deutlich ist die Verbesserung von D* um einen Faktor zwei durch die weitere Reduktion der LT-Dicke zu erkennen, die durch CMP nicht mehr realisiert werden kann.

Wir danken der DIAS Infrared GmbH für die zur Verfügung gestellten Daten. Sie nutzen eine scia Mill 150 für die IR-Sensorproduktion.

Passende Produkte: scia Mill 150 & scia Mill 200

  • Vollflächiges Ionenstrahlätzen mit hervorragender Homogenität
  • Herstellung von Lithiumtantalat mit einer Dicke von wenigen µm
  • Hohe Prozessstabilität über mehrere zehn Stunden zur Abtragung von Lithiumtantalat
  • Heliumrückseitenkühlung zur Nutzung von Fotolack
  • Reaktivgaskompatibilität für RIBE und CAIBE Prozesse
  • Ionenstrahlquelle mit hoher Stabilität und einstellbarer Ionenenergie sowie -stromdichte
  • Vollständige Softwareintegration und automatisierte Prozessführung via Rezeptsteuerung

Abb. 1: D* von LT Detektoren

D* von LT-Detektoren, Dicke dp 5 μm und 25 μm.

Referenz

DIAS Infrared GmbH

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