硅微通道阵列结构化学机械抛光及清洗技术研究论文（推荐）.pdf

摘要微通道结构是具有多孔结构的半导体器件，很多领域都有着广泛的应用，如微通道板，微全分析系统，微型熟传导器件以及微型化工设备等然而硅微通道在增益提高、图像分辨率改善方面比传统的玻璃纤维微通道板更有优越性随之而发展起来的电化学腐蚀技术具有高深宽比和成本低廉的优点，在硅微通道的制各过程中被广泛使用因此，在硅微通道电化学腐蚀后的乎坦化处理及清扰工艺也蓬勃发展起来，本文详细分析了抛光液p H 值、压力、抛光液注入流量及工作台转速等因素对硅微通道板平整度的影响；此外针对抛光后引入杂质的去除做了实验尝试，并详细分析了温度、超声清洗机频率、清洗时间对硅微通道清洁度的影响通过分析上述影响．明确了获得洁净平整的硅微通道板的重要参数，本文在广泛调研相关文献的基础上对影响硅微通道化学机械抛光清洗技术的因素进行了深入的分析关键字：硅微通道电化学腐蚀化学机械抛光化学清洗超声清洗A B S T R A C TM i c r o - c h a r m e lp l a t ei sas e m i c o n d u c t o rd e v i c ew i t hp o r o u ss m a c t u r e ．a n d “h a saw i d er a n g eo f a p p l i c a t i o ns u c ha s m i c r o —c h a r m e l ，m i c r o t o t a la n a l y s i ss y s t e m s ，m i c r oh e a t t r a n s f e rd e v i c e sa n dm i c r o - c h e m i c u ie q u i p m e n tH o w e v e r ，s i l i c o nm i c r o —c h a n n e lh a sb e t t e ri m p m v e m e n to fg a i na n di m a g er e s o l u t i o nt h a nt r a n d i t i n n a lg l a s sf i b e rm i c r o - c h a n n e lp l a t e ．W i t ht h ed e v e l o p m e n t ，a l e c t r o e h e m i c a le t c h i n gw h a th a st h ea d v a n t a g e so f h i g ha s p e c tr a t i oa n dl o wc o s th a sb e e nw i d e l yu e s di np r o c e s so fs i l i c o nm i c r o - c h a n n e l sp l a t eS o ．t h ep r o c e s s i n ga n dc l e a n i n go ft h ef l a tt e c h n o l o g yh a sf l o u r i s h e da f t e rt h ee l e c t r o c h e m i c a le t c h i n go fs i l i c o nm i c r o - c h a n n e lT h i sp a p e ra n a l y s et h eP Ho fs l u r r y ．，p r e s s u r e ，t h ef l u xo fs l u r r ya n dt h es p e e do ft a b l es p i nb r i n gt h ee f f e c t st os i l i c o nm i c r o ·c h a n n e lp l a t ef l a m e s s ；i na d d i t i o n ，w eh a v es t u d i e do nr e m o v et h ei n Ⅱo d u c f i v ei m p u r i t i e sa f t e r t h ep o l i s h i n g ，a n d m a k ead e t a i l e da n a l y s i so f t h e t e m p e r a t u r e ，t h e f r e q u e n c yo f u l t r a s o n i cc l e a n i n g m a c h i n e ，c l e a n i n g t i m e ，c l e a n l i n e s s f o r t h es i l i c o n m i c r o —c h a n n e lB ya n a l y z i n gt h ei m p a c t ．m a k es u r ec l e a nf l a ts i l i c o nm i c r o —c h a n n e lp l a t eo f t h ei m p o r t a n tp a r a m e t e r sT h i sp a p e ra n a l y s i st h ei n f l u e n c eo f t h ee f f e c t si nm i c r o —c h a n n e lp l a t ec h e m i c a lm e c h a n i c a lp o l i s h i n gc l e a n i n gt e c h n o l o g ya f t e rt h es t u d yo fr e l a t e da r t i c l e sK e vw o r d s ：S m e a nm i o ' e e h a m a dI m r a s o a i e c k a Ⅱi Ⅱg目录摘要A B S T R A C T目录第一章绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 硅微通道加工技术的发展和国内外现状⋯．⋯l _ 2 硅微通道阵列结构的研究现状及应用．．．．．．．．．．．．13 本论文的主要研究内容．．．．．．．．．．．．，．第二章硅微通道结构释放及整形工艺理论．．．．．．．2 ．1 硅微通道阵列结构形成的基本原理．．．．．．．．22 硅微通道阵列结构的制备工艺．．．．．．．．．2 ．3 硅微通道阵列结构的背部减薄．．．．．．．．．．．第三章化学机械抛光技术对硅微通道表面平整度影响的研究31 化学机械抛光机理分析．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．3 ．2 硅微通道化学机械抛光实验．．．．．．．⋯．．33 影响化学机械抛光质量的因素．．．．．．．．．．．．．．3 ．4 化学机械抛光后的平坦度检测⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．第四章硅微通道阵列结构清洗工艺问题研究．+ ．．．．．．．．．4 ．1 硅微通道清洗原理简介⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯4 ．z 硅微通道清洗实验．⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯．⋯4 ．3 硅微通道清洗结果检测⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．致谢．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．⋯．参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．●●00：o0他坫坫培∞船舶拍盯sj∞盯∞第一章绪论硅微通道阵列结构是9 0 年代以后提出的一种新式的图像增强器件，制各硅微通道阵列的技术是在成熟的半导体工艺上发展而来的，与常见的玻璃微通道板相比，硅微通道阵列机构的技术则更加先进，因为它把村底材料和打拿极材料分开的同时，还可以将微通道阵列和打拿极制备工艺分开。

硅微通道加工技术的发展和国内外现状硅微通道阵列结构是在硅基底材料上利用半导体加工技术．经过制作而成的平行排列的多孔状阵列结构，通道的尺寸为微米级随着M E M S 技术的发展，人们开始了对硅微通道阵列工艺的广泛开发，硅微通道阵列在M E M S 器件、多层半导体器件问的电信号互连、微通道热传导器件、等很多领域都有着广阔的应用m 图11 为硅微通道阵列的结构图形图11 硅微通道板阵列结构E 圈国1 ．2 是一个硅微通道细部放大结构，开口尺寸是2 9 m x 2 m a ，图1 ．3 为硅微通道阵列图形卿圈12 硅微通道结构幽I3 硅微通道阵列图形2 硅微通道阵列结构的研究现状及应用21 硅微通道阵列结构的研究现状M E M $ 技术发展的越来越快，一度成为研究者们的着重开发对象，多孔硅材料凭借良好的机械性能和热学性能表现出极广阔的应用前景Ⅱ】M E M $ 产品的种类，数量以及在市场上的应用远没有与集成电路广阔，而体硅的微机械加工工艺则是制作M E I V i $ 的主流技术B 】这种技术自从被提出以来就一直各受关注．随着时间的推移，硅微通道的制备技术完全上升了一个新的高度．但是该技术还是不够成熟，国内的研究也还处在相对比较初级的阶段Ⅲ。

近些年来．光电子器件以及材料科学等技术的飞速发展，都为硅微通道列阵结构的制备和研究提供了殷实的基本条件，而且设备条件和技术水平都己达到很高水准从高纯度s i 材料的选取，到制作硅微通道列阵结构的加工技术都有了长足的进展，例如硅基片的研磨和抛光，照相制版等在实验室现有的条件下．可以完成对体硅进行氧化，光刻以及光电化学腐蚀所需的其他工艺随着该技术的逐渐成熟，很好地为硅微通道阵列的制备提供了理论基础，最终通过电化学技术成功的制各出了可以使用的硅微通道列阵结构例22 硅微通道阵列结构的应用硅微通道阵列结构主要有以下几种用途：( ”硅微通道板硅微通道板之所以能作为成像的核心器件而广泛的应用于成像增强器、显示器、光电倍增管等器件中M ，是因为其有具有以下优点：具有较高的增益，而且噪声小，分辨率较高，频带宽，功耗较低和自饱和等另外．微通道板在国防军事，医学领域，材料检验，仪器的分析等领域的应用也越来越广泛传统的微通道板主要用玻璃材料经过拉丝处理等技术进行制取九十年代初期，J ．R H o I t o n 等人提出了利用先进半导体技术制各硅微通道的设想，通过大量的实验的探索和模拟仿真，得到了良好的实验结果。

自从硅微通道阵列结构器件的研制以来，成像器件的性能得到T ' 1 t i 大的提高，从而使硅微通道的应用领域更加宽广图l4 为美国N n a o s c i e n c e sC o r p o r a t i o n 制各出的硅微通道阵列图】4 N T l a o s c l e n c c s C o r p o r a t i o n 制作的硅微通道阵列( 2 )生物工程技术【7 1二十一世纪以来，随着微电子技术的发展，微电子技术已经于生物细胞操作等技术紧密结合生物体，生物组织和细胞的特点和功能各不相同，因此，设计的构件要具备预期性状的新物种或新体系而且构件还要和工程技术，计算机控制技术能够结合起来，从而实现器件的生产这是生命科学和技术科学结合的产物该技术的特点体现在具有较高的附加值，占用资源少等优良特点通过研究细胞的流变性可以认识细胞的组织结构以及力学、生物、化学特性，可以为临床诊断和治疗提供直接的诊疗依据，( 3 )硅微制冷器等其他用途n 】此外．硅微通道板还可以应用在硅制冷器上制冷器的重要组成部分是微管道，这些部件位于硅或者化台物半导体芯片的背部当器件运行时，冷却的空气注入微管道，从而使器件的工作温度大大的降低．使能量的损耗减小。

当代社会很多器件都向着微型化的方向发展，微型制冷器的用选也越来越广泛，而且需求量也日益增大此外，在传感器和执行器等微型器件中，硅微通道的阵列结构使器件得性能有了一定程度上的提高由于硅微通道结构的应用非常广泛，所以研究硅微通道的微加工技术是非常具有实际意义的I3 本。