[发明专利]一种电化学方法制作硅微通道过程中在微通道结构与衬底之间产生断层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅微通道结构制作的过程控制方法，具体涉及一 种电化学方法制作硅微通道过程中在微通道结构与衬底之间产生断 层的方法，属于微机电系统技术(MEMS)领域。

背景技术

在硅微通道板的电化学制作过程中，我们在前一专利(申请号 200710037961.X)中发现在腐蚀后期采用大电流，在一定条件下，阳 极氧化能够使意形成的多孔硅层与硅衬底实现自分离，并提出了可以 利用此现象制作硅微通道。然而，由此方法制作的微通道的背面的平 整性往往难以得到保证，本发明通过改进电化学工艺过程，可以在微 通道层与硅之间形成平直的断层，这个断层将有利于极大地提高自分 离法制备硅微通道板质量。

通过细致分析硅地电化学刻蚀机制可以发现，硅地电化学刻蚀过 程强烈依赖于氟离子浓度，在比较高地浓度下，将主要为微多孔硅腐 蚀模式，这样显然对微通道板地制作不利，而制作硅微通道板所使用 地F离子浓度一般在1.5～4mol/l。当浓度非常低的时候，电化学 腐蚀将不会往深度腐蚀，而是横向抛光，因此适时控制，使微通道与 硅衬底的界面的F离子浓度低于一定浓度，若此时的腐蚀电流比较 大，将造成很强的横向腐蚀，从而在微通道层与衬底之间形成断层。

发明内容

本发明提供一种电化学方法制作硅微通道过程中在微通道结构 与衬底之间产生断层的方法，从而可以有目的地利用自分离制作方 法，控制微通道样品的厚度。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。

一种电化学方法制作硅微通道过程中在微通道结构与衬底之间 产生断层的方法，其制作步骤为：

a)硅片一般选取p-型(100)晶向硅片，也可以使用n-型(100) 晶向硅片，电阻率1～30欧姆·厘米；

b)采用热氧化方法制作SiO₂(二氧化硅)、Si₃N₄(氮化硅)或其 他材料作为掩模层；

c)利用光刻的办法，先定义孔的位置，对于采用SiO₂作为掩模 的硅片，直接使用BOE(buffered oxide etcher)进行腐蚀打开硅窗 口，去除光刻胶并清洗后，再采用25wt％TMAOH(四甲基氢氧化铵) 在85℃或20％KOH在70-80℃条件下进行预腐蚀，当孔呈倒金字 塔结构时停止腐蚀；随后进行电化学深刻蚀。

d)电化学阳极氧化，阳极使用浓度控制在2～5mol/l的氢氟酸 与DMF或酒精的混合液，混合体积比为1∶1。

e)当刻蚀过程达到所需深度的时候，调节F离子浓度降低到1.5 mol/l以下，刻蚀电流大于10mA/cm²，可以在界面附近产生较强的横 向刻蚀，从而形成断层。

步骤b)中，对于p-型硅片采用SiO₂作为掩模，对于n-型硅片 使用Si₃N₄作为掩模；

步骤d)中，对于p-型硅片，用制得的氢氟酸与DMF按体积比1∶ 1混合，对于n-型硅片，用制得的氢氟酸与酒精按体积比1∶1混合； 其中阳极的温度为0～25℃，一般为室温。

步骤c)中，在电化学刻蚀过程，阳极氧化过程需要背面光照来 控制电流大小。

步骤e)中的F离子浓度通过稀释或停止循环让其自然消耗，直 至F离子浓度为1.5mol/l以下。

本发明通过控制改变所腐蚀的微通道与硅衬底界面的氟离子浓 度，使其工作在横向抛光状态。浓度控制在低于1.5mol/l。另外， 所制作的微通道结构的面积比大于等于50％效果更加明显、良好。

本发明可以利用现有切割手段(如激光)，直接切割表面层(正 面)而获得微通道，而无需将硅衬底完全切开。

这种断层表面平整，可以有效保证硅微通道板的表面质量。

本发明的意义在于，利用产生断层的时机的控制，还可以有效控 制所制作的硅微通道板的厚度，无需进行可能造成微通道板损坏的减 薄和抛光，提高成品率。

附图说明

图1为本发明的微通道结构与衬底之间产生断层时的剖面扫描 电镜照片。

具体实施方式

下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1，制作微光夜视图像增强器用硅微通道板：