各向异性刻蚀LIGA工艺牺牲层技术硅的各向同性刻蚀湿法.ppt

硅的各向同性刻蚀(湿法)HNO3的作用

可见，阳极反应需要空穴，这可由HNO3在局域阴极处被还原而产生。在HNO2杂质存在时，反应按下式进行
HNO2+HNO3>>>>N2O4+H2O
N2O4=2NO2
2NO2=2NO2-+2e+
2NO2-+2H+=2HNO2
最后式中所产生的HNO2再按第一式反应，反应生成物则自身促进反应，因此这是自催化反应。第一式反应是可逆控制反应，故有时加入含有NO2-的硝酸铵以诱发反应。因为NO2-在反应中是再生的，所以氧化能力取决于未离解的HNO3的数量。
整个刻蚀反应有一个孕育期，孕育期间HNO2开始自催化，紧接着是HNO2的阴极还原反应，它不断提供空穴参加氧化反应。氧化产物在HF中反应，形成可溶性络合物H2SiF6。所有这些过程都发生在单一的腐蚀混合液中，整个反应式为
Si+HNO3+6HF>>>H2SiF6+HNO2+H2O+H2温度等对各向同性刻蚀的影响

不同表面取向的衬底(N型，3Ω-cm)在高HNO3区的几种配比下，刻蚀速率与温度的关系。由于在高HNO3区化学反应是自催化的，所以有无外部催化的曲线重合。可以看出，腐蚀速率随温度升高而增大；衬底不同，表面取向对腐蚀速率影响甚微，可认为是各向同性的刻蚀。由于在高HNO3区，化学反应受HF的浓度影响，因此HF浓度越高，腐蚀速率越大。高HF区的刻蚀速率与温度的关系。对于高HF区，腐蚀速率与衬底取向无关，有外部催化较之无外部催化的刻蚀速率大。在该区，化学反应受HNO3浓度的影响，HNO3浓度越高，刻蚀速率越大。刻蚀速率随温度的变化分为两个线性段，低温区刻蚀速率随温度的变化较之高温区的变化快。硅在未稀释的HF+HNO3系统中的腐蚀速率示于上图，可见，腐蚀液成分相当于电化学当量比时，腐蚀速率最快，也即在相当于68%HF和32%HNO3时出现最大值，为28um/s。各向异性腐蚀

硅的各向异性腐蚀，是指对硅的不同晶面具有不同的腐蚀速率。基于这种腐蚀特性，可在硅衬底上加工出各种各样的微结构。各向异性腐蚀剂一般分为两类，一类是有机腐蚀剂，包括EPW（乙二胺)，EDP(邻苯二酚)和TMAH(四甲基氢氧化氨)等，另一类是无机腐蚀剂，即碱性腐蚀液，如KOH，NaOH，LiOH，CsOH和NH4OH等。这两类腐蚀剂具有非常类似的腐蚀现象，本讲重点介绍KOH对硅的腐蚀特性，其余的仅列出其常用的腐蚀剂配比。鉴于在硅衬底上加工微结构时，常以SiO2和Si3N4作为掩膜，介绍EPW和KOH对SiO2的腐蚀特性。对于硅的各向异性刻蚀机制，虽然很早就开始研究，但是迄今仍然不十分清楚。早期的研究认为，硅不同晶面的悬挂健密度可能在各向异性腐蚀中起主要的作用，如硅单晶{111}是原子密排面，面上自由健少，化学稳定性高，整个面的刻蚀速度小，而{100}面和{110}面不是密排面，。。。
但是{100}面比{111}面的悬挂健密度只大一倍，而实际上{100}/{111}面的腐蚀速率比约为100:1。显然，单纯依据悬健密度是不能解释各向异性腐蚀的机制的。各向异性腐蚀原理
----KOH系统腐蚀原理
KOH腐蚀系统常用KOH（氢氧化钾）、H2O（水）和（CH3）2CHOH（异丙醇，缩写为IPA）的混合液。除KOH外，类似的腐蚀剂还有NaOH，LiOH，CsOH和NH4OH腐蚀剂。
早期的研究结果可用以简单说明硅在KOH系统中的腐蚀机制，其腐蚀的反应式如下：
KOH+H2O=K++2OH-+H+
Si+2OH-+4H2O=Si（OH）6-2
即首先KOH将硅氧化成含水的硅化物。其络合反应可用下式表示：
Si（OH）6-2+6（CH3）2CHOH=[Si（OC3H7）6]-2+6H2O
然后与异丙醇反应，形成可溶解的硅络合物，这种络合物不断离开硅的表面，水的作用是为氧化过程提供OH-。
如果没有IPA时，则反应按下式进行：
Si+H2O+2KOH=K2SiO3+2H2各向异性刻蚀中凸角问题及其对应方法LIGA技术:

LIGA是德文的制版术Lithographie，电铸成形Galvanoformung和注塑Abformung的缩写。该工艺在20世纪80年代初创立于德国的卡尔斯鲁厄原子核研究所，是为制造微喷嘴而开发出来的。当时LIGA技术的开创者WolfganEhrfeld领导的研究小组曾提出：可以用LIGA制作厚度超过其长宽尺寸的各种微型构件。例如用它制作出了直径5μm、厚300μm的镍质构件。威斯康星-麦迪逊大学电气工程学教授HenfyGuckel很早也展开了LIGA技术方面的研究，研制出直径50~200μm、厚度200~300μm的镍质齿轮组，并组装到一起形成了齿轮系。
LIGA技术所胜任的几何结构不受材料特性和结晶方向的限制，可以制造由各种金属材料如镍、铜、金