CN104326439B - 一种改进硅微通道板表面形貌的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改进硅微通道板表面形貌的方法，其步骤为：(1)在硅微通道板完成刻蚀后，采用激光切割使之形成所需大小的圆形薄片；(2)采用PECVD在硅微通道板的两侧依次淀积上300～500nm的SiO2层和100～200nm的Si3N4层薄膜，双面对称等厚；(3)按照干氧‑湿氧‑干氧的顺序进行氧化，氧化的温度为900‑1100℃，干氧的时间控制在15‑20分钟，湿氧的时间控制在40‑90分钟；得到改进表面形貌的硅微通道板。本发明具有以下有益效果：解决了采取氧化工艺制作绝缘层，由于表面属于自由端，在氧化过程中由于竞争机制，出现交叉处凸起这种使表面凹凸不平的问题。本发明所采用的氧化方法形成绝缘层的工艺，其成品率可以达到80％。

Description

一种改进硅微通道板表面形貌的方法
技术领域
本发明涉及一种改进硅微通道板形貌的方法，属于微机电系统领域。
背景技术
在真空微电子器件还没有完全淡出历史舞台的今天，微通道板作为微光探测和图像信号放大的一种手段，还将被使用一段时间。相对于玻璃微通道板器件，硅微通道板光电倍增器件的优势非常明显，它具有噪声低、寿命长、工艺成本相对比较低以及可以规模化生产等优点。
然而，作为一种高压器件，硅微通道板表面的光滑程度，即其表面形貌，是影响光电倍增器件等器件性能和应用的主要因素。不仅如此，基于硅微通道板的其他应用对形貌也有要求。
目前硅微通道板的制作过程主要包括光刻、电化学刻蚀、穿孔贯通、形成绝缘层、打拿极制作以及电极制作等主要步骤。其中我们前期工作形成的专利200710037961.X使得电化学刻蚀与穿孔贯通在一步完成。
从硅微通道板的制备过程看，对形貌有重要影响主要有两步，一是光刻。如果光刻没有注意和晶向的对准，则会在进行完阳极氧化后出现孔及孔壁的变形。二是形成绝缘层过程中如果采取的是氧化工艺，由于氧化过程中在表面二氧化硅自由生长导致表面通道不平。氧化是形成绝缘层的重要方法。如果绕开氧化这一步，要么采用LPCVD淀积，LPCVD是高温过程，从安全角度考虑，由于淀积速度慢，要淀积数小时并不可取；要么采用原子层淀积，但原子层淀积速度太慢，且如果淀积超过100nm，源的用量比较大，所以成本将相对比较高。另外热应力的不匹配也导致采用ALD形成绝缘层可能会出现无法预料的高温问题。
从光刻的角度看，产生不平的主要原因是光刻中晶轴没有与光刻板上图形的一个轴向平行。解决的办法是在光刻板中增加与硅片基准面对准的线。硅片的基准线对应的是[110]方向，所以只要想办法与[110]方向对准，就可以实现硅片光刻的晶向对准。晶向对准在MEMS工艺中被广泛采用，因此改善硅微通道板表面形貌的关键是硅微通道板的氧化。
对于没有采用专利200710037961.X使得电化学刻蚀与穿孔贯通在一步完成，研磨似乎是很有效的方法来实现微通道板的贯通，但是后续的形成绝缘层，仍然会遇到同样的问题，只要采取氧化工艺制作绝缘层，由于表面属于自由端，在氧化过程中由于竞争机制，肯定会出现交叉处凸起这种使表面凹凸不平的问题。所以在后续形成绝缘层的氧化过程中如何保证微通道板的形貌，是我们实现硅微通道板应用的关键。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种改进硅微通道板表面形貌的方法，以解决现有技术的上述问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。
一种改进硅微通道板表面形貌的方法，其步骤为：
(1)在硅微通道板完成刻蚀后，采用激光切割使之形成所需大小的圆形薄片；
(2)采用PECVD在硅微通道板的两侧依次淀积上300～500nm的SiO2层和100～200nm的Si3N4层薄膜，双面对称等厚；
推荐使用由计算机控制的系统，这样可以确保参数的稳定设置。如果该微通道板并非用于光电倍增等需要施加高压的器件，只是起绝缘效果，SiO2的厚度可以减小到仪器能够保证均匀的最低厚度(PECVD一般在100nm)或者只淀积氮化硅。
(3)按照干氧-湿氧-干氧的顺序进行氧化，氧化的温度为900-1100℃，干氧的时间控制在15-20分钟，湿氧的时间控制在40-90分钟；得到改进表面形貌的硅微通道板。
由于实验过程中各种偶然因素的存在，实验步骤(1)所述的双面对称也只是相对的。所以适度的氧化条件非常必要。上述参数需要针对具体系统进行调试，才能最大程度保证氧化时不发生弯曲。即便如此，由于刻蚀过程可能存在的不均匀以及PECVD过程可能存在的不均匀，仍然会有一定的弯曲几率，也就是说，个别样品仍有弯曲的可能性存在，大约出现的概率可以低于20％，也就是说，不发生弯曲的概率可以达到80％。对于刻意要形成曲面的器件，则要根据要求，确定各个面各个层的厚度。
步骤(1)中，PECVD淀积的衬底温度为280－450℃，压强在13～266Pa。PECVD淀积的衬底温度优选为400℃。
步骤(3)中，干氧的时间优选为15分钟，湿氧的时间优选为50～60分钟。
所述的产品进行功能层以及后续电极的制作。
本发明具有以下有益效果：解决了采取氧化工艺制作绝缘层，由于表面属于自由端，在氧化过程中由于竞争机制，出现交叉处凸起这种使表面凹凸不平的问题。本发明所采用的氧化方法形成绝缘层的工艺，其成品率可以达到80％。
附图说明
图1为硅微通道板两侧PECVD淀积的衬底截面结构示意图；
图中：1、硅微通道板；2、SiO2层；3、Si3N4层；
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的技术特点。
实施例1：
利用(100)硅片，其(001)面方向与硅片表面偏角为7°，电阻率为8－12欧姆厘米，采用专利200710037961.X中所述工艺，制作硅微通道板，厚度为240微米，采用激光切割工艺，制成一组直径为16毫米样品。采用PECVD工艺在双面依次淀积400nm的SiO2以及150nm的Si3N4，其截面结构如图1所示，衬底温度为400℃。经过1000℃，干氧15分钟、湿氧60分钟、再干氧15分钟，微通道板的表面仍然保持平整。再采用原子层淀积技术淀积AZO(一种氧化铝氧化锌的混晶)100nm，再淀积20nm氧化铝，最后采用斜方向溅射方法溅射Ti/W合金粘附层和镍，就可以做成用于像增强器的微通道板。
实施例2：
利用(100)硅片，电阻率为8－12欧姆厘米，采用专利200710037961.X中所述工艺，制作硅微通道板，厚度为240微米，采用激光切割工艺，制成一组直径为16毫米样品。采用PECVD工艺在双面依次淀积100nm的SiO2以及150nm的Si3N4，其截面结构如图1所示，衬底温度为400℃。经过1000℃，干氧15分钟、湿氧40分钟、再干氧15分钟，微通道板的表面仍然保持平整。
采用原子层淀积方法沉积SnO2，厚度150nm，在微通道板两侧淀积Ti(Cr也可以)以及Ni，可以制成乙烯气体传感器。

Claims (4)

1.一种改进硅微通道板表面形貌的方法，其特征在于：其步骤为：
(1)在硅微通道板完成刻蚀后，采用激光切割使之形成所需大小圆形薄片；
(2)采用PECVD在硅微通道板的两侧依次淀积上300～500nm的SiO2层和100～200nm的Si3N4层薄膜，双面对称等厚；
(3)按照干氧-湿氧-干氧的顺序进行氧化，氧化的温度为900-1100℃，每次干氧的时间控制在15-20分钟，湿氧的时间控制在40-90分钟；得到改进表面形貌的硅微通道板。
2.根据权利要求1所述的一种改进硅微通道板表面形貌的方法，其特征在于：步骤(1)中，PECVD淀积的衬底温度为280－450℃，压强在13～266Pa。
3.根据权利要求2所述的一种改进硅微通道板表面形貌的方法，其特征在于：PECVD淀积的衬底温度为400℃。
4.根据权利要求1所述的一种改进硅微通道板表面形貌的方法，其特征在于：步骤(3)中，每次干氧的时间为15分钟，湿氧的时间为50～60分钟。
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