专利名称：具有加强环的硅微通道板基体加工方法
技术领域：
本发明涉及一种具有加强环的硅微通道板基体加工方法，属于光电成像器件制造技术领域。
背景技术：
MCP (微通道板，MicroChannel Plates)具有高增益、低噪声、高分辨率、低功耗、长寿命及自饱和效应等优点，被广泛用在微光像管、高速光电倍增管、阴极射线管、摄像管、存储管以及电子、离子、紫外辐射和X-射线探测器等领域。与通常的MCP相比，S1-MCP具有很多优点，包括材料纯度高、衬底和打拿极材料可以任意选择、易于制作小孔径微通道阵列、MCP分辨率高、MCP整体性能提高以及与集成电路工艺之间具有更好的兼容性等。采用硅材料制作MCP，需要制作出表面平整、光滑的圆形分布硅微通道阵列，要求微通道通透、结构完整、通道内清洁无污染，具有大长径比。1999年美国纳米科学公司的C.P.Beetz提出一种新的Si基MCP制备工艺，见Silicon Etching Process For Making MicroChannel Plates.US Patent, 5997713[P],1999-12-07，该工艺采用电化学和光电化学腐蚀方法制备大长径比微通道阵列，采用低压化学气相沉积(LPCVD)技术制备打拿极薄膜，所制造的MCP即为S1-MCP。然而，该方法在电化学腐蚀形成通道之后，通过研磨抛光、等离子体刻蚀或化学腐蚀完成背部减薄形成通透通道。其中的直接研磨抛光不仅速度过低，耗时太长，在研磨抛光过程中，会堵塞通道且难于清洗；而等离子体刻蚀设备昂贵、成本高，加工耗时长，刻蚀后表面不平整，也需要抛光处理，同样会堵塞通道，虽经反复清洗，微通道内仍然存在大量抛光污物，见图1所示；化学腐蚀其腐蚀停止时间不易控制，通道通透时会腐蚀通道内壁，破坏结构。该方法所制作的S1-MCP周边无加强环，也就是形成的微通道阵列周边没有实体边，机械强度差，极易破碎，不利于后续加工处理，特别是后续的装管。
发明内容
为了提高硅微通道板基体硅片背面减薄效率，确保在减薄过程中微通道不被破坏，在硅片正面、背面的抛光工艺中避免微通道的堵塞，所制作的硅微通道板基体具有加强环，我们提出一种具有加强环的硅微通道板基体加工方法。本发明之方法采用电化学腐蚀方法制作微通道阵列，其特征在于:在电化学腐蚀制作微通道阵列工序中，在硅片I背面同时附着遮光环带2，遮光环带2与微通道腐蚀起点阵列圆形区域3同心，见图2所示，遮光环带2的环内区域就是微通道腐蚀起点阵列圆形区域3，遮光环带2与接触面电极4之间的环带形区域为切圆腐蚀区域5，在腐蚀阵列微通道6的同时在切圆腐蚀区域5腐蚀不规则分布微通道7，见图3所示；在通过硅片背面减薄使微通道通透的工序中，先采用干氧氧化工艺在微通道平滑内壁表面形成的SiO2层，作为微通道内壁的保护层，再进行硅片I背面化学腐蚀减薄，直至全部的微通道通透，见图3所示；
在切圆形成硅微通道板基体加强环工序中，先去除切圆腐蚀区域5中的不规则分布微通道7内壁SiO2层，再腐蚀该微通道，使之彼此连通，最终使硅片分布微通道阵列部分与硅片周边部分分离，完成切圆工序，在获得的圆片状硅微通道板基体8周围有一圈加强环9，见图4所示；在硅微通道板基体正面、背面抛光工序中，先对圆片状硅微通道板基体8进行氧化，在阵列微通道6内壁表面形成SiO2层，再在真空条件下将石蜡填充到阵列微通道6的硅片正面、背面端口 10内，然后抛光硅片正面、背面，最后去除阵列微通道6内的抛光污物和石蜡，完成硅微通道板基体8正面、背面抛光。本发明其技术效果在于，由于采用化学腐蚀减薄硅片背面，相比于直接研磨抛光效率提高，而化学腐蚀相对于等离子体刻蚀成本非常低，同时，由于先行采用氧化工艺在微通道平滑内壁形成SiO2层，所以，不会因化学腐蚀直至微通道通透后破坏微通道。所获得的圆片状硅微通道板基体周围有一圈加强环，使得经后续工艺制作完成的S1-MCP机械强度提高，不易破碎，利于后续加工处理，特别是后续的装管。由于在硅片正面、背面抛光工序中采取填充石蜡的措施，并且易于清除，因此，消除了微通道堵塞现象，见图5所示。
图1是现有技术抛光工序未采取预防措施出现硅微通道板基体中的部分微通道被抛光污物堵塞现象的局部显微图片。图2是本发明在电化学腐蚀制作微通道阵列工序中硅片背面布局示意图。图3是本发明通过硅片背面减薄使微通道通透情况示意图。图4是本发明切圆后形成的硅微通道板基体形态示意图，该图同时作为摘要附图。图5是本发明抛光工序采取预防措施后硅微通道板基体中的微通道没有被抛光污物堵塞情况局部显微图片。
具体实施例方式本发明的具体实施方式
如下:1、通过电化学腐蚀制作微通道阵列(I)通过氧化在硅片I上形成SiO2掩膜，采用RIE (反应离子刻蚀)工艺刻蚀去除娃片I背面的SiO2层；(2)采用磷扩散在硅片I形成欧姆接触层；(3)采用光刻工艺、RIE工艺在硅片I正面定义光化学腐蚀区域、图形，即在硅片中心区域设定圆形分布的微通道腐蚀起点阵列；(4)用30 wt% KOH溶液在80°C条件下腐蚀硅片I形成诱导坑阵列，所述诱导坑即为微通道腐蚀起点；(5)在硅片I背面微通道腐蚀起点阵列以外的区域附着接触面电极4，接触面电极4采用铝箔或铜箔制作，见图2所示，在硅片I背面同时附着遮光环带2，遮光环带2与微通道腐蚀起点阵列圆形区域3同心，遮光环带2的环内区域就是微通道腐蚀起点阵列圆形区域3，遮光环带2与接触面电极4之间的环带形区域为切圆腐蚀区域5，遮光环带2的宽度大于等于需要制作的硅微通道板基体加强环9的宽度；采用三电极电解池进行电化学腐蚀，所述三电极包括工作电极、辅助电极、参比电极，用波长为850 nm的LED阵列作为光源，照射硅片I背面激发产生腐蚀反应所需空穴，以H20、C2H5OH, HF、阴离子表面活性剂的混合液作为腐蚀液，自硅片I正面开始腐蚀，在微通道腐蚀起点阵列圆形区域3内沿硅片I轴向形成长径比大于40的阵列微通道6，同时在切圆腐蚀区域5腐蚀出不规则分布微通道7，见图3所示。2、通过硅片背面减薄使微通道通透( I)采用RCA法在兆声波清洗机中清洗硅片I ;(2)由于经光化学腐蚀获得的微通道内壁呈多孔硅形态，内壁表面粗糙，需要做平滑处理，其工艺为:在90(Tll00 °C温度下对硅片I进行氧化，氧化工艺为干氧、湿氧、水汽、氢氧合成氧化之一种，氧化时间3(Γ90分钟，之后在兆声波清洗机中用氢氟酸溶液去除多孔硅氧化层，获得平滑内壁表面，这是因为氢氟酸溶液不易溶解硅，但是，能够溶解氧化硅；(3)在90(Tll00 °C温度下再次对硅片I进行氧化处理，氧化工艺为干氧氧化，氧化时间3(Γ90分钟，在微通道平滑内壁表面形成的SiO2层，作为微通道内壁的保护层，避免下一步骤所使用的腐蚀液对微通道内壁造成破坏，该步骤当然在硅片I正面、背面也形成SiO2 层； (4)采用2(T35 wt% TMAH溶液(四甲基氢氧化铵)在7(T85°C温度下腐蚀硅片I背面，去掉硅片I背面SiO2层并继续减薄硅片，直至全部的微通道通透，见图3所示。3、切圆形成硅微通道板基体加强环夹具夹持硅片1，用氢氟酸溶液去除分布在切圆腐蚀区域5中的不规则分布微通道7内壁SiO2层，再采用2(T35 wt% TMAH溶液在7(T85 °C温度下腐蚀切圆腐蚀区域5中的不规则分布微通道7，使之彼此连通，最终使硅片分布微通道阵列部分与硅片周边部分分离，完成切圆工序，在获得的圆片状硅微通道板基体8周围有一圈加强环9，见图4所示。4、硅微通道板基体正面、背面抛光(I)在兆声波清洗机中采用RCA法化学清洗圆片状硅微通道板基体8 ;(2)在90(Γ1100 V温度下对圆片状硅微通道板基体8进行氧化，在阵列微通道6内壁表面形成SiO2层，氧化方式为干氧、湿氧、水汽、氢氧合成氧化之一种，氧化时间3(Γ90分钟；(3)在真空条件下将石蜡填充到阵列微通道6的硅片正面、背面端口 10内；(4)米用化学机械抛光方法抛光娃片正面、背面,抛光液粒径范围20 100 nm, pH值9 11 ； (5)先采用氢氟酸溶液、后采用四氯化碳或者三氯乙烯浸泡硅微通道板基体(8)，去除阵列微通道6内的抛光液和石蜡，完成硅微通道板基体8正面、背面抛光，由于先行在阵列微通道6内壁表面形成SiO2层，而SiO2易被去除，抛光液和石蜡也就很容易被随之除去。最后在兆声波清洗机中采用RCA法化学清洗抛光后的硅微通道板基体8，以备后续的氧化、化学气象沉积、镀电极等工艺，最终产品就是硅微通道板，微通道通透，通道内部清洁无污染，表面平整光滑，通道长达320 μ m，通道截面形状近似正方形，边长仅8 μπι，长径比达40，边缘实体加强环有效强化硅微通道板的机械强度。
权利要求
1.一种具有加强环的硅微通道板基体加工方法，采用电化学腐蚀方法制作微通道阵列，其特征在于:在电化学腐蚀制作微通道阵列工序中，在硅片(I)背面同时附着遮光环带(2)，遮光环带(2)与微通道腐蚀起点阵列圆形区域(3)同心，遮光环带(2)的环内区域就是微通道腐蚀起点阵列圆形区域(3)，遮光环带(2)与接触面电极(4)之间的环带形区域为切圆腐蚀区域(5)，在腐蚀阵列微通道(6)的同时在切圆腐蚀区域(5)腐蚀不规则分布微通道(7)；在通过硅片背面减薄使微通道通透的工序中，先采用干氧氧化工艺在微通道平滑内壁表面形成的SiO2层，作为微通道内壁的保护层，再进行硅片(I)背面化学腐蚀减薄，直至全部的微通道通透；在切圆形成硅微通道板基体加强环工序中，先去除切圆腐蚀区域(5)中的不规则分布微通道(7)内壁SiO2层，再腐蚀该微通道，使之彼此连通，最终使硅片分布微通道阵列部分与硅片周边部分分离，完成切圆工序，在获得的圆片状硅微通道板基体(8)周围有一圈加强环(9)；在硅微通道板基体正面、背面抛光工序中，先对圆片状硅微通道板基体(8)进行氧化，在阵列微通道(6)内壁表面形成SiO2层，再在真空条件下将石蜡填充到阵列微通道(6)的硅片正面、背面端口(10)内，然后抛光硅片正面、背面，最后去除阵列微通道(6)内的抛光污物和石蜡，完成硅微通道板基体(8)正面、背面抛光。
2.根据权利要求1所述的具有加强环的硅微通道板基体加工方法，其特征在于，接触面电极(4)采用铝箔或铜箔制作；遮光环带(2)的宽度大于等于需要制作的硅微通道板基体加强环(9)的宽度。
3.根据权利要求1所述的具有加强环的硅微通道板基体加工方法，其特征在于，所述的切圆形成硅微通道板基体加强环工序为:夹具夹持硅片(1)，用氢氟酸溶液去除分布在切圆腐蚀区域(5)中的不规则分布微通道(7)内壁5102层，再采用2(T35 wt% TMAH溶液在7(T85 °C温度下腐蚀切圆腐蚀区域(5)中的不规则分布微通道(7)，使之彼此连通，最终使硅片分布微通道阵列部分与硅片周边部分分离，完成切圆工序。
全文摘要
具有加强环的硅微通道板基体加工方法属于光电成像器件制造技术领域。现有技术背面减薄工序效率低，会破坏微通道，抛光工序存在微通道堵塞现象，所制作的硅微通道板基体没有加强环。本发明之方法由通过电化学腐蚀制作微通道阵列、通过硅片背面减薄使微通道通透、切圆形成硅微通道板基体加强环以及硅微通道板基体正面、背面抛光各工序组成。采用本发明获得的具有加强环的硅微通道板基体制作的硅微通道板，微通道通透，通道内部清洁无污染，表面平整光滑，通道长达320μm，通道截面形状近似正方形，边长仅8μm，长径比达40，边缘实体加强环有效强化硅微通道板的机械强度。
文档编号H01J9/12GK103077870SQ20121059067
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者王蓟, 王国政, 端木庆铎, 杨继凯 申请人:长春理工大学