隨著MEMS研究的深入，電化學刻蝕研究顯得越來越重要

（文章來源：網(wǎng)絡整理）
長期以來 ,微加工研究主要是針對微電子工業(yè)的應用而開展的 ,其加工對象大都是半導體材料 ,如對 Si、Ge、GaAs 及各種金屬氧化物膜等材料的刻蝕 ,而關(guān)于金屬及其合金的刻蝕研究則相對較少。最近幾年 ,隨著微機電系統(tǒng)(MEMS) 研究和應用的深入 ,金屬和合金的刻蝕研究顯得越來越重要. 金屬材料既具有良好的強度和韌性 ,又有良好的導電導熱 ,以及磁學性能 ,在微機電系統(tǒng)中自然也是主要的材料之一。

目前 ,金屬材料在微系統(tǒng)中已有多種多樣的應用 ,如微傳感器和微執(zhí)行器、微熱交換器、壓電陶瓷材料微加工、微 MEMS 器件 、用作微圖形或微結(jié)構(gòu)加工的掩膜 、昆蟲神經(jīng)記錄儀等等 ,有些微系統(tǒng)或微電子器件必須依賴于金屬微制造和半導體微制造組合加工才能獲得 . 與半導體材料進行微加工的方法相似 ,對金屬材料的微加工也可分為干法刻蝕和濕法刻蝕兩種 ,干法刻蝕包括等離子體刻蝕、電子束加工、激光束加工和氣態(tài)反應性離子刻蝕等等,濕法刻蝕包括化學刻蝕和電化學刻蝕。

干法刻蝕的最大優(yōu)點是加工速度快 ,但設備成本高 ,缺乏選擇性 ,無法加工出復雜的三維結(jié)構(gòu)(如球體、錐體等) ,其中的三束(激光束、電子束和離子束) 加工 ,屬于逐點加工 ,無法在一次加工中獲得批量微結(jié)構(gòu) ,還存在被除去的物質(zhì)在工件上再沉積的問題 ,并且過高的能量束可能會改變微結(jié)構(gòu)底部被加工材料的原有特性. 化學刻蝕歷史悠久 ,最早出現(xiàn)在宏觀尺度的機械加工工業(yè) ,即所謂的化學銑切 , 彌補了機床加工的一些缺點 。

但當用于微觀尺度的加工時 ,由于它是各向同性的刻蝕 ,當刻蝕過程在掩膜下不斷往深處發(fā)展時 ,則難于嚴格限制在所要求的方向上進行加工 ,即出現(xiàn)所謂鉆蝕現(xiàn)象. 并且 ,如果要進行復雜三維結(jié)構(gòu)的加工 ,必須采用復雜的套刻工藝 ,其影響因素很多 ,故加工精度很難控制. 另外 ,化學刻蝕使用的都是腐蝕性很強的溶液體系[11 ],大量廢液的產(chǎn)生無疑會帶來嚴重的環(huán)境污染。

對比之下 ,電化學刻蝕可使用腐蝕性小的電解質(zhì)溶液 ,且溶液使用周期長 ,容易處理 ,被認為是一種環(huán)境友好的加工工藝 ,而且刻蝕速度比化學刻蝕快得多 ,可加工出更高深寬比的微結(jié)構(gòu) ,有些電化學刻蝕方法還可方便地加工出復雜三維立體結(jié)構(gòu). 與 MEMS 相關(guān)聯(lián)的電化學加工方法有電化學沉積與電化學刻蝕兩種 ,如近幾年出現(xiàn)的 L IGA 技術(shù)和 EFAB 技術(shù)即屬于電化學沉積(或電鑄) 類. 本文將就當前所出現(xiàn)的幾種電化學刻蝕方法進行綜合評述 ,這里所定義的電化學刻蝕是指在刻蝕加工過程中牽涉到溶液體系中電極反應的刻蝕技術(shù)。
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