硅的濕法化學(xué)腐蝕

濕法化學(xué)腐蝕是比較古老的硅微機(jī)械加工工藝之一,有各向同性和各向異性兩種濕法化學(xué)腐蝕之分。總的來說 ,濕法腐蝕工藝是相當(dāng)復(fù)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(xué)特性決定的,有可能比較準(zhǔn)確地控制被腐蝕結(jié)構(gòu)的幾何圖形一一在晶體學(xué)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(qiáng)的液體。對(duì)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(shí)間內(nèi)就會(huì)被溶解掉。如果以這種速度腐蝕 ,機(jī)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(huì)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(guān),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(huì)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(duì)硅的腐蝕速率是各向異性的。在晶體學(xué)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(shí),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(jī)械加工工藝中起主導(dǎo)作用。

15- 11給出了三種晶面的定義。