简要介绍硅的各项同性刻蚀（湿法腐蚀）

【硅的各向同性刻蚀（湿法）概况】

    湿法刻蚀是微系统中材料去除技术的一种，尤其在体硅去除上占据重要地位。硅的湿法刻蚀是先将材料氧化，然后通过化学反应使一种或多种氧化物溶解。在同一刻蚀液中，由于混有各种试剂，所以上述两个过程是同时进行的。这种氧化化学反应要求有阳极和阴极，而刻蚀过程没有外加电压，所以半导体表面上的点便作为随机分布的局域化阳极和阴极。由于局域化电解电池作用，半导体表面发生了氧化反应并引起相当大的腐蚀电流(有报导超过100A/cm2). 每一个局域化区(大于原子尺度)在一段时间内既起阳极又起阴极作用。如果起阳极和起阴极作用的时间大致相等，就会形成均匀刻蚀，反之，若两者的时间相差很大，则出现选择性腐蚀。半导体表面的缺陷、腐蚀液温度和腐蚀液所含的杂质，以及半导体-腐蚀液界面的吸附过程等因素对腐蚀的选择性和速率多会有很大的影响。用于这种化学腐蚀的试剂很多，但是***常用的是HF-HNO₃腐蚀系统，因为它可以避免金属离子的玷污。

【各向同性的刻蚀原理】

    对于HF、HNO3和H2O(或IPA，即异丙醇)刻蚀液，硅表面的阳极反应为

       Si+2e⁺  >>> Si ²⁺

    这里e+表示空穴，即Si得到空穴后从原来的状态升到较高的氧化态。腐蚀液中的水解离反应为

       H₂O==(OH)^-+H⁺

    Si ⁺与(OH)^-结合，成为

        Si ²⁺ +2(OH)^->>>Si(OH)₂

    接着Si(OH)₂ 放出H₂并形成SiO₂,即

        Si(OH)2>>>>SiO₂+H₂

    由于腐蚀液中存在HF，所以 SiO₂立即与HF反应，反应式为

        SiO₂+6HF>>>H₂SiF₆+2H₂O

    通过搅拌可使溶性络合物H₂SiF₆远离硅片，因此称这一反应为络合化反应。显然，HF的作用在于促进阳极反应，使阳极反应产物SiO₂溶解掉。不然，所生成的SiO₂就会阻碍硅的电极反应。

各向同性腐蚀一般使用强酸进行刻蚀，可用于去除工作受损面；为各向异性腐蚀图案生成圆角 ；干法或各向异性图案抛光 • 在单晶硅上生成平坦表面。

【温度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。