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金屬濕法腐蝕

欄目：MEMS工藝分析

MEMS工藝中，在形成襯底加工出所需的結(jié)構(gòu)后需要通過制備金屬連接以實現(xiàn)歐姆接觸的信號引出，或者直接制備相應(yīng)的圖形化金屬，實現(xiàn)信號變化與導(dǎo)出的一體化。相比干法刻蝕，濕法腐蝕不需要昂貴的設(shè)備，適合大規(guī)模制備，并且成本低，所以經(jīng)常用作MEMS器件中金屬的圖形化。

金屬的濕法腐蝕利用的是金屬的活潑性，即金屬單質(zhì)在水溶液中失去電子生成金屬陽離子的傾向，MEMS中常用金屬活潑性如下：鉀、鈉、鎂、鋁、鈦、鋅、鉻、鎳、銅、銀、鉑、金，這可以理解為在同一氧化劑的作用下，越活潑的金屬越容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，例如，將鉻與金浸置于鹽酸的溶液中時，鉻可以與鹽酸反應(yīng)而金則不反應(yīng)。常見的金屬濕法腐蝕如下：

一、鋁腐蝕
1.磷酸腐蝕液：

利用濃磷酸（85%）與鋁反應(yīng)，產(chǎn)生可溶于水的酸式磷酸鋁，使鋁膜被溶除干凈。其反應(yīng)式為

其中，鋁與濃磷酸發(fā)生劇烈反應(yīng)，會有氣泡不斷冒出。為了消除這些氣泡，是腐蝕順利進行，可在濃磷酸中加入少量的無水乙醇。腐蝕溫度常在80℃ 左右，將盛有腐蝕液的燒杯放在恒溫水浴鍋中。

濃磷酸使用一段時間后酸度下降，鋁與磷酸也可能產(chǎn)生難溶的磷酸鋁白色沉淀，其反應(yīng)式為：

反應(yīng)生成的白色沉淀堆積在硅片表面上，對鋁的腐蝕不利，因此必須定期更換新的磷酸。

2. 高猛酸鉀腐蝕液

其配方為：

腐蝕溫度為40-50℃。這種腐蝕液的優(yōu)點是刻出來的鋁條邊緣整齊，腐蝕速率快。其反應(yīng)式為：

但是由于高猛酸鉀是強氧化劑，當(dāng)腐蝕時晃動不均勻或拿出觀察時，容易使腐蝕液內(nèi)的二氧化硅淀積在鋁表面上，妨礙鋁的腐蝕，腐蝕時必須加小心，如果腐蝕后面發(fā)現(xiàn)有黃色的二氧化錳時，應(yīng)放入25% 的亞硫酸鈉溶液使二氧化錳溶解去除。

3.堿性腐蝕液

其配方為：NaOH:H₂O:甘油:酒精=5(g):8(mL):3(mL):6(mL)

這種腐蝕液配置初期為乳白色，存放一周后變黃，加熱至30-50℃使其成為透明溶液，方可使用。加入甘油的作用時減小氫氧化鈉的活潑型。這種腐蝕液一般采用40℃水浴腐蝕。鋁與氫氧化鈉反應(yīng)成為可溶性偏鋁酸鈉，其反應(yīng)式為：

由于堿性腐蝕液對光刻膠有腐蝕，因此不適合腐蝕膠厚的鋁。并且它橫向腐蝕嚴重。因此一般采用較稀的腐蝕液，但出現(xiàn)腐蝕較慢，邊緣也不好。

4. 磷酸加硝酸腐蝕液

配方為：磷酸：硝酸：無水乙醇：水=50:2:10:9

此腐蝕液是在工藝1基礎(chǔ)上的改進，加入硝酸可以改善鋁的腐蝕效果，提高腐蝕效率。腐蝕溫度可以降低為40-65℃，其反應(yīng)式為：

腐蝕液使用一段時間后酸度下降，需定期更換新的磷酸。

二、鉻腐蝕

1. 鉻可以用5g的硝酸鈰銨，4mL硝酸（70%）加入5mL水組成的腐蝕劑進行腐蝕，腐蝕通常在25℃下進行，其腐蝕原理主要為：Ce(IV)酸性條件下的氧化性很強，Ce(IV)/Ce(III)的標準電極電勢在1.61V左右，足以把Cr(III)氧化成Cr(VI)（1.23V），所以雖然反應(yīng)會比較慢，但是不易停留在Cr(³⁺)階段。