硅的濕法化學腐蝕
濕法化學腐蝕是比較古老的硅微機械加工工藝之一,有各向同性和各向異性兩種濕法化學腐蝕之分。總的來說 ,濕法腐蝕工藝是相當復雜的,需要操作者具有高度熟練的技能。
在這兩種腐蝕方法中,各向異性腐蝕法顯得更為重要。腐蝕速率的各向異性是由于硅的晶體學特性決定的,有可能比較準確地控制被腐蝕結構的幾何圖形一一在晶體學的限制之內(nèi)。另一方面 ,各向同性腐蝕產(chǎn)生的形狀是由腐蝕溶液的濃度決定的,通常較難控制。
(1) 各向同性腐蝕
腐蝕溶液是高濃度氫氟酸 (HF)和硝酸 (HNO3)的混合物,這些都是腐蝕性很強的液體。對于少數(shù)幾種不能被這些混合物腐蝕的材料之一是特氟隆 (Teflon),它被用來制作盛放腐蝕液的容器和托架。另外,氨化硅也具有抗腐蝕能力,所以它可被用作掩模材料。各向同性腐蝕的最大腐蝕速率接近于1 mm/min,如此來,300 μm厚的硅圓片就可能在20~30 s的時間內(nèi)就會被溶解掉。如果以這種速度腐蝕 ,機械加工是不可控制的,因此上述所講的腐蝕液必須經(jīng)過稀釋。通常,氫氟酸 CHF)和硝酸(HNO3)與水混合后,在室溫下與甲酸再混合效果會更好。各向同性腐蝕的腐蝕速度與腐蝕溶液的濃度密切相關,不過需要注意的是,經(jīng)過被水或者甲酸混合的較高濃度的稀釋液所腐蝕的表面會變得比較粗糙。
(2)各向異性腐蝕
各向異性腐蝕是在特定的溶液和材料中沿不同日向,其腐蝕速率不同,呈現(xiàn)出晶向的選擇性腐蝕 ,這就是所謂的各向異性腐蝕。
含有羥基(OH)的腐蝕溶液對硅的腐蝕速率是各向異性的。在晶體學的(111)唱向有深的腐蝕速率最小值,并且(取決于溶液)在(001) (KOH)和(110)(EDP),帶有異丙醇的(KOH)有淺的腐蝕速率最小值。工藝溫度在60℃或更高時,最大腐蝕速率為每分鐘幾微米。在(111)唱向的最小腐蝕速率通常小100多倍,在淺的最小值方向的腐蝕速率是最大腐蝕速率的1/2~1/5。通常(111)晶向最小值在采用各向異性濕法腐蝕的微機械加工工藝中起主導作用。
15- 11給出了三種晶面的定義。
