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典型的微机械加工技术--硅的湿法化学腐蚀

   2019-10-22 十二70
核心提示:硅的腐蚀速率取决于温度和浓度,在大约20% 重量百分比处存在腐蚀 速率的最大值,这个浓度通常被广泛使用,因为在该浓度下的微小变化并不影响腐蚀速率。

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,有各向同性和各向蜡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亿液的容器和托架。另外,氨化硅也具有抗腐包能力,所以它可被用作,各向同性腐蚀的最大腐伺速率接近于1 mm/min,如此一来,300 μm厚的硅在20~30s的时间内就会被溶解掉。如果以这种速度腐蚀 ,机械加工是不可述所讲的腐蚀液必须经过稀释。通常,氢气酸 CHF)和硝酸 CHNO,)与水混合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晶向,其腐全速率不同,呈现择人性腐蚀 ,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)的腐蚀 速率最小值,并且(取决于浴液)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°C或更高时,最大腐蚀速米。在(111)晶向的最小痪蚀速率通常小100多倍,在浅的最小值方向的腐蚀速率1/2~1/5。通常(111)唱向最小值在采用各向异性湿法腐蚀的微主导作用。

图15 - 11给出了三种晶面的定义。

转换178

硅的腐蚀速率取决于温度和浓度,在大约20% 重量百分比处存在腐蚀 速率的最大值,这个浓度通常被广泛使用,因为在该浓度下的微小变化并不影响腐蚀速率。各向异性腐蚀允许对图形的横向尺寸进行良好的控制,但如果没有其他的措施,腐蚀的深度只能用腐蚀时间来控制。通常薄细的结构是由腐蚀整个圆片得来的,只留下一个圆片薄得多的薄膜或梁。在各向异性腐蚀中需要注意对凸角的补偿,因为各向异性腐蚀在两个(111) 面凹陷的角落处停止,然而凹陷的角落已被腐蚀 ,在腐蚀过程中,像(411) 这样较高指数的平面就呈现出来,通常在腐蚀台面由(111) 面约束的凸出的结构时需要 这些。所以,必须防止凸出角的腐蚀,采取的措施是通过给掩模版一个适当的形式就能达到。

 
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