[发明专利]基于SOI工艺的场发射离子中和器芯片的制造方法

权利要求书

1.一种基于SOI工艺的场发射离子中和器芯片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)准备表面抛光的SOI衬底，该SOI衬底自上而下依次包括顶层硅、二氧化硅绝缘层以及底层硅；

(2)在所述SOI衬底表面涂覆光刻胶，然后使用光刻和刻蚀工艺去除目标区域的顶层硅及二氧化硅绝缘层，暴露底层硅；保留下来的顶层硅及二氧化硅绝缘层则作为待键合区域；

(3)在所述步骤(2)得到的暴露的底层硅上涂覆光刻胶，使用光刻工艺得到阵列式的光刻胶图案，然后沉积缓冲层，并在该缓冲层上继续沉积催化剂层，接着利用所述光刻胶图案剥离掉多余的缓冲层和催化剂层，从而在所述底层硅上形成缓冲层-催化剂层阵列；

(4)在所述步骤(3)得到的所述缓冲层-催化剂层阵列上使用化学气相沉积法或移植法形成碳纳米管阵列，由此得到场发射离子中和器芯片的阴极部分；

(5)采用表面抛光的硅片作为栅极基底，然后在该栅极基底的目标待键合区域上形成掩膜，接着，在该硅片的表面涂覆光刻胶，使用光刻和刻蚀工艺在该硅片上制备阵列式的透孔结构；

(6)使用原子层沉积技术在所述步骤(5)得到的所述透孔结构上沉积金属薄膜，然后剥离所述掩膜，由此得到金属薄膜包覆的硅基栅网作为场发射离子中和器芯片的阳极部分；

(7)采用键合工艺将所述步骤(4)得到的阴极部分与所述步骤(6)得到的阳极部分两者键合，使该阴极部分中的碳纳米管阵列与所述阳极部分中的透孔相对准，封装后即可得到场发射离子中和器芯片。

2.如权利要求1所述基于SOI工艺的场发射离子中和器芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述底层硅具体为电导率小于0.004Ω·cm的高掺杂底层硅，所述顶层硅的厚度为20um～200um。

3.如权利要求1所述基于SOI工艺的场发射离子中和器芯片的制造方法，其特征在于，对于所述步骤(3)得到的所述缓冲层-催化剂层阵列，该阵列在所述SOI衬底平面上投影的总面积为1mm²～1cm²，相邻的两个缓冲层-催化剂层堆叠体在所述SOI衬底平面上投影的间距为100um～2000um；

所述步骤(6)中，所述金属薄膜的厚度为20nm～200nm。

4.如权利要求1所述基于SOI工艺的场发射离子中和器芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述碳纳米管阵列具体是利用化学气相沉积法形成的，所述化学气相沉积法具体是热化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积或微波等离子增强化学气相沉积，从而得到碳纳米管垂直于所述底层硅表面所在平面的所述碳纳米管阵列。

5.如权利要求1所述基于SOI工艺的场发射离子中和器芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述掩膜为金属掩膜、化合物掩膜或耐热胶掩膜。

6.如权利要求1所述基于SOI工艺的场发射离子中和器芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)还包括对所述SOI衬底的清洗处理，具体是依次使用丙酮、异丙醇和乙醇清洗所述SOI衬底的表面，然后用N₂吹净，最后再清除该SOI衬底表面所吸附的水分子以及其他气体分子；

所述步骤(5)中，在形成所述掩膜前，是先对所述表面抛光的硅片进行清洗处理，具体是依次使用丙酮、异丙醇和乙醇清洗所述该硅片的表面，然后用N₂吹净，最后再清除该硅片表面所吸附的水分子以及其他气体分子。

7.如权利要求6所述基于SOI工艺的场发射离子中和器芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)中，清除SOI衬底表面所吸附的水分子以及其他气体分子是利用氧清洗方式或氩气清洗方式；

所述步骤(5)中，清除硅片表面所吸附的水分子以及其他气体分子是利用氧清洗方式或氩气清洗方式。

8.如权利要求1所述基于SOI工艺的场发射离子中和器芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤(7)中，所述键合工艺具体为硅硅键合工艺或热压键合工艺。