化学湿法刻蚀

在化学湿法蚀刻中,待处理材料的化学键被大多数腐蚀性蚀刻介质裂解并转化为可溶性物质。

因此,湿化学蚀刻程序对保护性光刻胶层提出了非常高的要求。决定性的工艺参数除了选择合适的光刻胶外,还包括蚀刻介质本身、蚀刻步骤的持续时间和蚀刻温度(决定反应速度)。另一个重要方面涉及光刻胶在要蚀刻的衬底上的粘附特性。光刻胶对衬底的不充分粘附可能导致光刻胶层的分离,这使得衬底不能用于任何进一步的应用。光刻胶层中的粘附问题和裂缝通常首先出现在光刻胶边缘,因为局部热量和气体的产生会在这些区域导致额外的机械负荷。特别是在含 HF 蚀刻的情况下,   由于氟离子扩散通过光刻胶层,使得光刻胶大面积脱离;衬底表面因此受到攻击。光刻胶的附着力通常可以通过适当的基材预处理(增附剂)和优化的工艺管理(足够高的光刻胶厚度、适应的软烘烤和 PEB、可能的最终硬烘烤)来提高。

区别在于各向异性蚀刻(限速蚀刻,其中每个晶面的活化能不同,如使用浓缩的热 KOH 进行 Si 蚀刻的情况)和非晶材料(玻璃、金属)发生的各向同性蚀刻。在各向同性蚀刻的情况下,即使光刻胶附着力最佳,也无法避免光刻胶层的蚀刻不足。如果质量传输(活性成分和蚀刻产物的扩散)不限制蚀刻速率,则在接近于蚀刻深度的基板表面会发生横向蚀刻不足。

每种材料/衬底都使用特定的蚀刻混合物,并且必须根据它们与蚀刻溶液的相容性来选择光刻胶。湿化学蚀刻后,需要用 DI 水进行密集和多阶段的冲洗。这些冲洗步骤完全去除渗入光刻胶中的任何蚀刻溶液,并防止以后可能的光刻胶损坏。冲洗不充分可能会导致最终干燥步骤中的蚀刻溶液浓度过高,从而导致裂纹形成和去除性能改变/不良。

基于酚醛树脂的光刻胶通常对非氧化性酸和腐蚀性碘溶液 (KI*I 2 ) 表现出良好的稳定性。因此浓盐酸通常没有问题,而浓硝酸或浓硫酸溶液强烈侵蚀光刻胶层。

稀释的氢氟酸(浓度 < 6 %)具有良好的耐受性,但更浓的 HF 溶液会由于 F 离子的扩散而导致光刻胶的粘附性能出现问题。但是如果使用NH4F缓冲的HF刻蚀(BOE工艺), 则可以降低“游离”F 离子浓度,同时,高反应性 HF  离子的形成导致蚀刻速率显着提高,蚀刻过程更可控、更均匀。基于酚醛树脂的光刻胶在缓冲 的HF 溶液中表现出明显更高的稳定性。

酚醛树脂基光刻胶在强碱性蚀刻溶液中会迅速受到侵蚀。PMMA(保护胶 AR-PC 503)非常适合用作背面保护,例如用热的浓缩 KOH 进行蚀刻。然而,为了避免由于蚀刻不足而导致保护层快速分离,必须对衬底(还有边缘!)进行无缺陷的涂层处理。

工艺步骤概述:

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