硅的湿法化学腐蚀
湿法化学腐蚀是比较古老的硅微机械加工工艺之一,有各向同性和各向异性两种湿法化学腐蚀之分。总的来说 ,湿法腐蚀工艺是相当复杂的,需要操作者具有高度熟练的技能。
在这两种腐蚀方法中,各向异性腐蚀法显得更为重要。腐蚀速率的各向异性是由于硅的晶体学特性决定的,有可能比较准确地控制被腐蚀结构的几何图形一一在晶体学的限制之内。另一方面 ,各向同性腐蚀产生的形状是由腐蚀溶液的浓度决定的,通常较难控制。
(1) 各向同性腐蚀
腐蚀溶液是高浓度氢氟酸 (HF)和硝酸 (HNO3)的混合物,这些都是腐蚀性很强的液体。对于少数几种不能被这些混合物腐蚀的材料之一是特氟隆 (Teflon),它被用来制作盛放腐蚀液的容器和托架。另外,氨化硅也具有抗腐蚀能力,所以它可被用作掩模材料。各向同性腐蚀的最大腐蚀速率接近于1 mm/min,如此来,300 μm厚的硅圆片就可能在20~30 s的时间内就会被溶解掉。如果以这种速度腐蚀 ,机械加工是不可控制的,因此上述所讲的腐蚀液必须经过稀释。通常,氢氟酸 CHF)和硝酸(HNO3)与水混合后,在室温下与甲酸再混合效果会更好。各向同性腐蚀的腐蚀速度与腐蚀溶液的浓度密切相关,不过需要注意的是,经过被水或者甲酸混合的较高浓度的稀释液所腐蚀的表面会变得比较粗糙。
(2)各向异性腐蚀
各向异性腐蚀是在特定的溶液和材料中沿不同日向,其腐蚀速率不同,呈现出晶向的选择性腐蚀 ,这就是所谓的各向异性腐蚀。
含有羟基(OH)的腐蚀溶液对硅的腐蚀速率是各向异性的。在晶体学的(111)唱向有深的腐蚀速率最小值,并且(取决于溶液)在(001) (KOH)和(110)(EDP),带有异丙醇的(KOH)有浅的腐蚀速率最小值。工艺温度在60℃或更高时,最大腐蚀速率为每分钟几微米。在(111)唱向的最小腐蚀速率通常小100多倍,在浅的最小值方向的腐蚀速率是最大腐蚀速率的1/2~1/5。通常(111)晶向最小值在采用各向异性湿法腐蚀的微机械加工工艺中起主导作用。
15- 11给出了三种晶面的定义。
