【硅的各向同性刻蝕（溼法）概況】

溼法刻蝕是微系統中材料去除技術的一種，尤其在體硅去除上佔據重要地位。硅的溼法刻蝕是先將材料氧化，然後通過化學反應使一種或多種氧化物溶解。在同一刻蝕液中，由於混有各種試劑，所以上述兩個過程是同時進行的。這種氧化化學反應要求有陽極和陰極，而刻蝕過程沒有外加電壓，所以半導體表面上的點便作為隨機分佈的局域化陽極和陰極。由於局域化電解電池作用，半導體表面發生了氧化反應並引起相當大的腐蝕電流(有報導超過100A/cm2). 每一個局域化區(大於原子尺度)在一段時間內既起陽極又起陰極作用。如果起陽極和起陰極作用的時間大致相等，就會形成均勻刻蝕，反之，若兩者的時間相差很大，則出現選擇性腐蝕。半導體表面的缺陷、腐蝕液溫度和腐蝕液所含的雜質，以及半導體-腐蝕液界面的吸附過程等因素對腐蝕的選擇性和速率多會有很大的影響。用於這種化學腐蝕的試劑很多，但是最常用的是HF-HNO3腐蝕系統，因為它可以避免金屬離子的玷汙。

【各向同性的刻蝕原理】

對於HF、HNO3和H2O(或IPA，即異丙醇)刻蝕液，硅表面的陽極反應為

Si+2e+ >>> Si 2+

這裡e+表示空穴，即Si得到空穴後從原來的狀態升到較高的氧化態。腐蝕液中的水解離反應為

H2O==(OH)-+H

Si 與(OH)結合，成為

Si +2(OH)>>>Si(OH)

接著Si(OH) 放出H並形成SiO,即

Si(OH)2>>>>SiO+H

由於腐蝕液中存在HF，所以 SiO立即與HF反應，反應式為

SiO+6HF>>>HSiF6+2HO

通過攪拌可使溶性絡合物HSiF遠離硅片，因此稱這一反應為絡合化反應。顯然，HF的作用在於促進陽極反應，使陽極反應產物SiO溶解掉。不然，所生成的SiO就會阻礙硅的電極反應。

各向同性腐蝕一般使用強酸進行刻蝕，可用於去除工作受損面；為各向異性腐蝕圖案生成圓角 ；幹法或各向異性圖案拋光 在單晶硅上生成平坦表面。

圖1 各向同性腐蝕可以得到漂亮的圓角，防止應力集中

【溫度對各向同性刻蝕的影響】

不同表面取向的襯底(N型，3Ω-cm)在高HNO區的幾種配比下，刻蝕速率與溫度的關係。由於在高HNO3區化學反應是自催化的，所以有無外部催化的曲線重合。可以看出，腐蝕速率隨溫度升高而增大；襯底不同，表面取向對腐蝕速率影響甚微，可認為是各向同性的刻蝕。由於在高HNO區，化學反應受HF的濃度影響，因此HF濃度越高，腐蝕速率越大。

如下圖（等腐蝕線圖）顯示了不同配比對硅進行腐蝕的各向同性腐蝕速率，這裡使用了濃縮的HF（49.2%），HNO（69.5%），水和醋酸作為緩衝劑，分別用虛線和實線表示。一般常用的HNA配比為：250ml的HF，500ml的HNO和800ml醋酸，在室溫下對硅腐蝕速率為 4~20μm/min，一般各向同性腐蝕遠快於各向異性腐蝕，腐蝕速度可達各向異性腐蝕的近百倍。

應該注意的是，腐蝕速度會影響到腐蝕出的拓撲圖形。腐蝕速率大，則 腐蝕表面平整 且邊緣圓滑，反之的表面粗糙，可能會有凹坑，尖銳的角或邊產生。

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