各向异性腐蚀
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20%HF+60% HNH3+20%H2O
图4.5腐蚀速率与成分的关系
下图给出分别用H2O和CH3COOH作为稀释剂的HF+ HNO3，系统腐蚀硅的等腐蚀线（常用的浓酸的重量百分 比是49.2%HF和69.5% HNO3）。
H2O和CH3COOH作为稀释剂的功能相似，共同特点： （1）在低HNO3及高HF浓度区（见图4.6的顶角区）， 等腐蚀曲线平行于等HNO3浓度线，由于该区有过量的 HF可溶解反应产物SiO2，所以腐蚀速率受HNO3的浓度 所控制。 （2）在低HF高HNO3区（见图4.6的右下角），等腐蚀 线平行于HF浓度线。 （3）当HFHNO3=11，稀释液浓度百分比小于10%时， 随稀释液的增加对腐蚀速率影响较大草原稀释液从 10%30%，腐蚀速率随秋耕释液的增加呈减小；稀释 液大于30%后，稀释的微小变化会引起腐蚀速率的很 大变化。
硝酸硅发生氧化反应生成二氧化硅，然后由HF将 二氧化硅溶解 Si+HNO3+HF=H2SiF6+HNO2+H2O+H2
水和乙酸（CH3COOH）通常作为稀释剂，在HNO3 溶液中，HNO3几乎全部电离，因此H+浓度较高，而 CH3COOH是弱酸，电离度较小，它的电离反应为
CH3COOH=CH3COO-+H+
图4.7 硅单晶片各向异性腐蚀示意图
Wb=W0-2Lcos54.7o 其中L是腐蚀深度。
一般需要刻蚀制作薄膜时，掩膜开的窗口必须 比膜的尺寸大，其倾斜的角度由几何计算得到 为54.7O，而斜坡所占的面积也可计算得到。 多晶硅所需刻蚀的深度为O时，单边斜坡所占 的长度
L=0.71D
1、氢氧化钾的刻蚀机理 硅体的各向异性刻蚀的腐蚀剂基本是碱性溶液， 而氢氧化钾溶液占一半以上，因此氢氧化钾是硅 体的各向异性腐蚀重要的和常用的腐蚀剂。 2、各向异性刻蚀的物理机理
40%
1.17
5.28 19.9 64.4 183
50%
0.84
3.77 14.2 45.9 131
硅体在氢氧化钾溶液中，各向异性腐蚀制作各 种各样微机械基本结构
4.1.4 硅刻蚀的干法技术
•干法刻蚀具有分辨率高、各向异性腐蚀能力强、腐 蚀的选择比大，以及能进行自动化操作等优点。因此 ，干法刻蚀在体微加工中将逐渐占有重要地位。 •干法刻蚀的过程可分为以下几个步骤 ： （1）腐蚀性气体粒子的产生； （2）粒子向衬底的传输
如果在单晶硅各个方向上的腐蚀速率是均匀的 称为各向同性刻蚀，而腐蚀速率取决于晶体取向的 则称为各向异性腐蚀。在一定的条件下腐蚀具有一 定的方向跃居第一，是硅单晶片腐蚀过程中的重要 特征之一。
4.1.2 硅体的各向同性刻蚀
硅各向同性腐蚀最常用的腐蚀液为HF-HNO3加水或 者乙酸系统(通常称为HNA系统) ，其腐蚀机理：
然后与异丙醇反应，形成可溶解的硅
Si
(OH )62
6(CH3)2CHOH
[Si
2
(OC3H7 )6 ]
6H2O
络合物不断离开硅的表面
蚀系硅统无中论，是其在腐HF蚀-H过N程O既3腐可蚀受系反统应中速，率还限是制在，K也OH可腐 受扩散限制 . 如果腐蚀取决于化学反应速率，这种 过程称为反应速率限制。如果腐蚀剂通过扩散转移 到硅片表面的则称为扩散限制。与反应速率限制过 程相比，扩散限制过程活化能较低，所以它对温度 变化较为敏感.如果在腐蚀过程中腐蚀条件发生变化， 例如温度和腐蚀液的化学成分发生变化，将会改变 速率限制 。
腐蚀
图4.8 各向异性的物理机理
腐蚀速率
图4.9 腐蚀速率测试掩膜版
图4.10 腐蚀后的测试图形显示
不同KOH浓度和温度情况下,(100)面硅的腐蚀速率（m/h)
KOH 浓度
20℃
40℃
60℃
80℃
100 ℃
20%
1.57
7.09 26.7 86.3 246
30%
1.32
5.98 22.3 79.0 206
图4.2表面取向对腐蚀速率的影响与温度的关系
图4.3 腐蚀速率与温度的关系（高HF区，无稀释） 自下而上每族曲线对应的配比为：95%HF+5% HNO3， 90%HF+10% HNO3，85%HF+15 HNO3
图4.4 腐蚀速率与温度的关系（H2O稀释） 65%HF+20% HNO3+15%H2O，
HF-HNO3(氢氟酸-硝酸)腐蚀系统（各向同性腐蚀）
HF-HNO3和H2O（或CH3COOH 乙酸） h硅+表表示面空的穴阳，极即反Si应得为到S空i+2穴h+后升至较高的Si氧2+ 化态
腐蚀液中的水解离发生下述反应：
H2O=(OH)-+H+；Si+与(OH)-结合为：
源自文库
Si2+2(OH)接着Si(OH)2放出H2并形成SiO2，即
Si(OH)2
SiO2+ H2
Si(OH)2
SiO2+6HF
H2SiF6+2 H2O
KOH、EDP腐蚀系统（各向异性腐蚀）
KOH、H2O和（CH3）2CHOH（异丙醇，即IPA） 首先将硅氧化成含水的硅化合物
KOH+ H2O=K++2OH-+H+
Si+2OH-+4 H2O
Si(OH)2-
4.1.3 硅体的各向异性刻 蚀 各向异性腐蚀机理为在有些溶液中单晶硅的腐蚀速 率取决于晶体取向，即在某种晶体取向上硅的腐蚀 速率非常快，而在其他方向上腐蚀速率又非常慢。、 硅体的各向异性腐蚀液的种类很多。
最常用的（100）/（111）腐蚀速率比最大的是KOH 腐蚀液。用KOH腐蚀液腐蚀单晶硅晶体其在三个常用 晶 面 方 向 上 的 腐 蚀 速 率 情 况 是 （ 100 ） > （ 110 ） > （ 111 ） 。 （ 100 ） / （ 111 ） 的 最 大 腐 蚀 速 率 可 达 4001
4.1. 体微加工
硅的体微加工技术包含硅的湿法和干法技术， 硅刻蚀自终止技术、LIGA技术、以及DEM技术。
4.1.1. 湿法刻蚀技术 技术原理：硅表面点作为随机分布的局部区域的阳 极与阴极。由于这些局部区域化电解电池的作用， 硅表面发生了氧化反应并引起相当大的腐蚀电流， 一般超过100A/cm2。 硅表面的缺陷、腐蚀液的温度、腐蚀液所含的杂质、 腐蚀时扰动方式以及硅腐蚀液界面的吸附过程等因 素对刻蚀速度以及刻蚀结构的质量都有很大的影响。
图4.5腐蚀速率与成分的关系
下图给出分别用H2O和CH3COOH作为稀释剂的HF+ HNO3，系统腐蚀硅的等腐蚀线（常用的浓酸的重量百分 比是49.2%HF和69.5% HNO3）。
H2O和CH3COOH作为稀释剂的功能相似，共同特点： （1）在低HNO3及高HF浓度区（见图4.6的顶角区）， 等腐蚀曲线平行于等HNO3浓度线，由于该区有过量的 HF可溶解反应产物SiO2，所以腐蚀速率受HNO3的浓度 所控制。 （2）在低HF高HNO3区（见图4.6的右下角），等腐蚀 线平行于HF浓度线。 （3）当HFHNO3=11，稀释液浓度百分比小于10%时， 随稀释液的增加对腐蚀速率影响较大草原稀释液从 10%30%，腐蚀速率随秋耕释液的增加呈减小；稀释 液大于30%后，稀释的微小变化会引起腐蚀速率的很 大变化。
硝酸硅发生氧化反应生成二氧化硅，然后由HF将 二氧化硅溶解 Si+HNO3+HF=H2SiF6+HNO2+H2O+H2
水和乙酸（CH3COOH）通常作为稀释剂，在HNO3 溶液中，HNO3几乎全部电离，因此H+浓度较高，而 CH3COOH是弱酸，电离度较小，它的电离反应为
CH3COOH=CH3COO-+H+
图4.7 硅单晶片各向异性腐蚀示意图
Wb=W0-2Lcos54.7o 其中L是腐蚀深度。
一般需要刻蚀制作薄膜时，掩膜开的窗口必须 比膜的尺寸大，其倾斜的角度由几何计算得到 为54.7O，而斜坡所占的面积也可计算得到。 多晶硅所需刻蚀的深度为O时，单边斜坡所占 的长度
L=0.71D
1、氢氧化钾的刻蚀机理 硅体的各向异性刻蚀的腐蚀剂基本是碱性溶液， 而氢氧化钾溶液占一半以上，因此氢氧化钾是硅 体的各向异性腐蚀重要的和常用的腐蚀剂。 2、各向异性刻蚀的物理机理
40%
1.17
5.28 19.9 64.4 183
50%
0.84
3.77 14.2 45.9 131
硅体在氢氧化钾溶液中，各向异性腐蚀制作各 种各样微机械基本结构
4.1.4 硅刻蚀的干法技术
•干法刻蚀具有分辨率高、各向异性腐蚀能力强、腐 蚀的选择比大，以及能进行自动化操作等优点。因此 ，干法刻蚀在体微加工中将逐渐占有重要地位。 •干法刻蚀的过程可分为以下几个步骤 ： （1）腐蚀性气体粒子的产生； （2）粒子向衬底的传输
如果在单晶硅各个方向上的腐蚀速率是均匀的 称为各向同性刻蚀，而腐蚀速率取决于晶体取向的 则称为各向异性腐蚀。在一定的条件下腐蚀具有一 定的方向跃居第一，是硅单晶片腐蚀过程中的重要 特征之一。
4.1.2 硅体的各向同性刻蚀
硅各向同性腐蚀最常用的腐蚀液为HF-HNO3加水或 者乙酸系统(通常称为HNA系统) ，其腐蚀机理：
然后与异丙醇反应，形成可溶解的硅
Si
(OH )62
6(CH3)2CHOH
[Si
2
(OC3H7 )6 ]
6H2O
络合物不断离开硅的表面
蚀系硅统无中论，是其在腐HF蚀-H过N程O既3腐可蚀受系反统应中速，率还限是制在，K也OH可腐 受扩散限制 . 如果腐蚀取决于化学反应速率，这种 过程称为反应速率限制。如果腐蚀剂通过扩散转移 到硅片表面的则称为扩散限制。与反应速率限制过 程相比，扩散限制过程活化能较低，所以它对温度 变化较为敏感.如果在腐蚀过程中腐蚀条件发生变化， 例如温度和腐蚀液的化学成分发生变化，将会改变 速率限制 。
腐蚀
图4.8 各向异性的物理机理
腐蚀速率
图4.9 腐蚀速率测试掩膜版
图4.10 腐蚀后的测试图形显示
不同KOH浓度和温度情况下,(100)面硅的腐蚀速率（m/h)
KOH 浓度
20℃
40℃
60℃
80℃
100 ℃
20%
1.57
7.09 26.7 86.3 246
30%
1.32
5.98 22.3 79.0 206
图4.2表面取向对腐蚀速率的影响与温度的关系
图4.3 腐蚀速率与温度的关系（高HF区，无稀释） 自下而上每族曲线对应的配比为：95%HF+5% HNO3， 90%HF+10% HNO3，85%HF+15 HNO3
图4.4 腐蚀速率与温度的关系（H2O稀释） 65%HF+20% HNO3+15%H2O，
HF-HNO3(氢氟酸-硝酸)腐蚀系统（各向同性腐蚀）
HF-HNO3和H2O（或CH3COOH 乙酸） h硅+表表示面空的穴阳，极即反Si应得为到S空i+2穴h+后升至较高的Si氧2+ 化态
腐蚀液中的水解离发生下述反应：
H2O=(OH)-+H+；Si+与(OH)-结合为：
源自文库
Si2+2(OH)接着Si(OH)2放出H2并形成SiO2，即
Si(OH)2
SiO2+ H2
Si(OH)2
SiO2+6HF
H2SiF6+2 H2O
KOH、EDP腐蚀系统（各向异性腐蚀）
KOH、H2O和（CH3）2CHOH（异丙醇，即IPA） 首先将硅氧化成含水的硅化合物
KOH+ H2O=K++2OH-+H+
Si+2OH-+4 H2O
Si(OH)2-
4.1.3 硅体的各向异性刻 蚀 各向异性腐蚀机理为在有些溶液中单晶硅的腐蚀速 率取决于晶体取向，即在某种晶体取向上硅的腐蚀 速率非常快，而在其他方向上腐蚀速率又非常慢。、 硅体的各向异性腐蚀液的种类很多。
最常用的（100）/（111）腐蚀速率比最大的是KOH 腐蚀液。用KOH腐蚀液腐蚀单晶硅晶体其在三个常用 晶 面 方 向 上 的 腐 蚀 速 率 情 况 是 （ 100 ） > （ 110 ） > （ 111 ） 。 （ 100 ） / （ 111 ） 的 最 大 腐 蚀 速 率 可 达 4001
4.1. 体微加工
硅的体微加工技术包含硅的湿法和干法技术， 硅刻蚀自终止技术、LIGA技术、以及DEM技术。
4.1.1. 湿法刻蚀技术 技术原理：硅表面点作为随机分布的局部区域的阳 极与阴极。由于这些局部区域化电解电池的作用， 硅表面发生了氧化反应并引起相当大的腐蚀电流， 一般超过100A/cm2。 硅表面的缺陷、腐蚀液的温度、腐蚀液所含的杂质、 腐蚀时扰动方式以及硅腐蚀液界面的吸附过程等因 素对刻蚀速度以及刻蚀结构的质量都有很大的影响。