刻蚀工艺的8个步骤

在微纳制造（Microfabrication）中，刻蚀工艺（Etching）是图形转移的关键步骤，分为 湿法刻蚀 和 干法刻蚀 两大类。以下是刻蚀工艺的通用8个步骤流程，以硅片加工为例：

1. 表面清洗（Cleaning）

目的：去除硅片表面的有机物、颗粒和金属污染。

方法：

RCA清洗（SC1/SC2溶液）

-等离子清洗（O₂或Ar等离子体）

关键参数：温度、时间、溶液浓度。

2. 光刻胶涂覆（Photoresist Coating）

目的：在硅片表面均匀涂覆光刻胶，作为刻蚀的掩膜。

方法：旋涂（Spin Coating），转速控制胶厚（如3000 rpm对应~1μm）。

关键参数：胶厚、均匀性、预烘温度（Soft Bake）。

3. 曝光与显影（Exposure & Development）

目的：通过光刻将掩膜版图形转移到光刻胶上。

方法：

紫外曝光（UV Lithography）或电子束曝光（E-beam）。

显影液（如TMAH）溶解曝光区域的光刻胶。

关键参数：曝光剂量、显影时间、对准精度。

4. 硬烘（Hard Bake）

目的：增强光刻胶的耐刻蚀性，去除残留溶剂。

方法：热板加热（100-120°C，1-2分钟）。

注意：过度烘烤可能导致图形变形。

5. 刻蚀（Etching）

干法刻蚀（Dry Etching）

方法：等离子体刻蚀（如RIE、DRIE）、离子束刻蚀。

气体选择：

硅刻蚀：SF₆/O₂（各向同性）或C₄F₈/SF₆（Bosch工艺，各向异性）。

氧化物刻蚀：CF₄/CHF₃。

关键参数：功率、气压、气体流量、刻蚀时间。

湿法刻蚀（Wet Etching）

方法：化学溶液浸泡（如硅用KOH、SiO₂用HF）。

关键参数：溶液浓度、温度、各向异性（如KOH对Si的(100)/(111)面选择性）。

6. 刻蚀终点检测（Endpoint Detection）

目的：实时监控刻蚀深度，避免过刻或残留。

方法：

光学发射光谱（OES）监测等离子体发光信号。

激光干涉法（测量薄膜厚度变化）。

关键参数：信号阈值、时间窗口。

7. 光刻胶去除（Photoresist Stripping）

目的：清除残留光刻胶和刻蚀副产物。

方法：

湿法去胶：丙酮浸泡或专用去胶液（如NMP）。

干法去胶：O₂等离子体灰化（Ashing）。

注意：避免损伤已刻蚀结构（如金属层）。

8. 清洗与检验（Cleaning & Inspection）

清洗：去除刻蚀残留物（如用DI水冲洗、超声清洗）。

检验：

形貌检测：SEM或光学显微镜观察图形尺寸、侧壁角度。

深度测量：台阶仪（Profilometer）或AFM。

缺陷检测：光学缺陷扫描仪（如KLA-Tencor）。

关键工艺控制点

选择比（Selectivity）：刻蚀材料与掩膜/下层材料的刻蚀速率比（如SiO₂/Si选择比>50:1）。

各向异性（Anisotropy）：干法刻蚀的侧壁垂直度（如DRIE深硅刻蚀）。

均匀性（Uniformity）：片内和片间刻蚀速率一致性（±5%以内）。

示例：硅的深反应离子刻蚀（DRIE）流程

硅片清洗 → 2. 涂覆光刻胶 → 3. 曝光显影 → 4. 硬烘 → 5. Bosch工艺刻蚀（SF₆/C₄F₈循环）→ 6. OES终点检测 → 7. O₂等离子去胶 → 8. SEM检测侧壁形貌。