干蚀刻与. 湿蚀刻

介绍

蚀刻是材料制造的关键过程, 特别是在半导体制造等行业中, 电子产品, 和微加工. 该过程涉及从基材中取出材料以创建模式或结构. 通常使用两种主要的蚀刻方法: 干蚀刻和湿蚀刻. 每种方法都有其优势, 缺点, 和特定用例. 该博客将探讨干蚀刻和湿蚀刻之间的关键差异, 他们的好处, 申请, 以及如何为特定项目选择适当的方法.

1. 蚀刻概述的类型: 干蚀刻与. 湿蚀刻

蚀刻可以大致分为两种类型: 干蚀刻和湿蚀刻. 每个都有其方法, 过程, 优势, 和缺点.

干蚀刻过程

干蚀刻是当今使用最广泛的蚀刻方法. 它涉及使用高能, 中性电荷离子以蚀刻底物的特定表面. 这些离子是通过使用射频将反应性气体转换为血浆来产生的 (RF) 场地, 因此，“等离子体蚀刻”一词。

然而, 并非所有干燥蚀刻技术都利用等离子体. 一些方法采用不同的方法.

维持过程, 连续的反应气体供应 - 例如氩气, 氧, 氦, 和氮气 - 必须将RF场始终转换为等离子体.

干蚀刻比湿蚀刻更喜欢，因为它产生的废物较少，并且使用较少的化学物质. 此外, 它允许各向同性和各向异性蚀刻, 为机械师提供更大的控制精度.

干蚀刻的类型

• 反应性离子蚀刻 (Rie): Rie将物理溅射与化学反应结合在一起，以去除材料. 这对于创建罚款特别有用, 高光谱比例结构.
• Splutter Etching/离子铣削: 该方法使用离子轰击物理去除材料, 通常用于蚀刻金属和绝缘子.
• 深反应离子蚀刻 (三): DRIE已优化用于创造深层, 高光谱比例结构, 例如在MEMS中发现的 (微机械系统).

干蚀刻的优点和缺点

1. 优势:

• 高方向控制: 干蚀刻会产生非常精确和垂直的侧壁.
• 更好的分辨率: 适用于创建更精细的细节和高度观测结构.
• 减少了侧向蚀刻: 它可以最大程度地减少相邻材料的不必要的蚀刻.
• 适用于多层结构: 在单个基材上处理多种材料时，通常会使用干蚀刻.

2. 缺点:

• 成本更高: 需要专门的设备和受控环境.
• 复杂的设置: 需要更多的技术专业知识来操作和维护设备.
• 潜在损害: 这可能会通过离子轰击对底物造成物理损害.

湿蚀刻过程

湿蚀刻利用液体溶液, 称为蚀刻, 作为材料去除的介质. 这些解决方案, 例如氢氟酸和盐酸, 具有高度腐蚀性并有效溶解底物材料. 保留基材的预期区域, 用耐蚀刻材料制成的保护性口罩，例如氧化物, 铬, 或使用黄金.

该过程相对简单: 蒙面的底物暴露于蚀刻范围, 然后溶解未保护的层. 充分暴露, 只有底物的受保护部分保持完整.

尽管湿蚀刻的各向同性性质导致专家的使用下降, 有些已经开发了使过程更各向异性的技术, 从而增强其实用性.

湿蚀刻的类型

• 浸入方法: 以最简单的湿蚀刻形式, 将底物浸入化学溶液中，该化学溶液有选择地蚀刻材料.
• 旋转方法: 该方法涉及将蚀刻溶液喷到旋转基板上, 提供更控制的蚀刻过程.

湿蚀刻的优点和缺点

1. 优势:

• 简单: 需要较少复杂的设备，更容易设置.
• 较低的成本: 更便宜的实施和维护.
• 多功能性: 适用于多种材料，可以处理较大的基材.

2. 缺点:

• 缺乏方向控制: 导致各向同性蚀刻, 会影响横向尺寸.
• 蚀刻速率较慢: 通常不如干蚀刻过程快.
• 精确度较低: 不理想创造精细的, 高光谱比例结构.

2. 干蚀刻和湿蚀刻有什么区别?

主要差异在于用于蚀刻和所得蚀刻曲线的介质:

• 干蚀刻 通常是各向异性的，并在真空环境中使用血浆或离子束从基板上去除材料. 干蚀刻可以更好地控制蚀刻曲线, 使其适用于需要精细细节和高精度的申请.
• 湿蚀刻 是各向同性的, 使用液体化学物质, 并且更适合需要在所有方向上均匀拆除的应用. 湿蚀刻, 虽然更具成本效益, 倾向于不太精确，更适合高精度不那么关键的应用.

3. 选择蚀刻方法时要考虑的因素

选择蚀刻方法, 必须考虑几个因素以确保给定应用的最佳结果. 这些包括:

选择性

选择性是指蚀刻过程去除一种材料的能力，而留下另一种材料相对不受影响. 使用多层材料时，高度选择性的蚀刻至关重要, 需要精确蚀刻以仅去除某些层而不会损害其他层. 例如在半导体制造中.

蚀刻速率

蚀刻速率是单位时间蚀刻材料的厚度. 它的同义词是蚀刻速度. 操作员以每分钟纳米纳米的量度测量 (nm/min) 或每分钟微米 (µm/min). 去除材料的速率可以影响流程的效率. 对于高量生产，可能需要更快的蚀刻速率, 但是它必须与精确和控制的需求保持平衡.

蚀刻均匀性

均匀性确保蚀刻图在整个表面保持一致. 这在维度准确性至关重要的应用中尤其重要, 例如在微电子设备的制造中.

其他考虑因素

• 各向同性蚀刻: 这种类型的蚀刻可在所有方向上均匀地去除材料, 适合创建圆形或底切的功能. 然而, 这个结果不准确, 它的准确性可能会导致层次上的底漆，而不是要删除.
• 各向异性蚀刻: 该方法有选择地将材料沿垂直于表面的方向移除, 允许建立垂直墙壁和深沟. 它是在基板上创建圆形图案的蚀刻和功能的一种更准确的形式.

5. 结论

在干蚀刻和湿蚀刻之间进行选择取决于应用的特定要求, 例如精度, 成本, 和吞吐量. 干蚀刻是高精度应用的理想选择, 而湿蚀刻更适合大规模, 具有成本效益的生产. 了解这些方法之间的差异有助于制造商和工程师为他们的需求选择最佳方法.

内容参考：https://en.wikipedia.org/wiki/etching

6. 常见问题解答

 

问: 哪种蚀刻方法是更好的选择: 干蚀刻或湿蚀刻?

一个: 选择取决于申请的特定要求. 对于必须进行各向异性蚀刻和精细控制的高精度应用，干蚀刻是优选的, 例如在半导体制造中. 湿蚀刻更适合需要各向同性蚀刻且更简单的应用, 具有成本效益的设置, 例如在某些PCB制造过程中.

问: 两个蚀刻过程中的哪一个更负担得起?

一个: 由于其更简单的设置和较低的运营成本，湿蚀刻通常更便宜. 干蚀刻设备更昂贵，需要受控的真空环境, 这增加了整体成本. 然而, 成本效益可能会根据生产量和所需蚀刻的复杂性而有所不同.

问: 激光蚀刻和激光雕刻有什么区别?

一个: 激光蚀刻通常是指从表面上去除材料以创建设计或文本的过程, 通常用于标记目的. 激光雕刻, 另一方面, 更深，在材料中创建一个嵌入式区域, 通常用于永久标签或装饰.

问: 可以使湿蚀刻成为各向异性?

一个: 而湿蚀刻本质上是各向同性的, 可以采用一些技术使其更各向异性. 例如, 使用温度梯度或特殊的蚀刻混合物会影响不同方向的蚀刻速率. 然而, 实现与干蚀刻相当的真正各向异性仍然具有挑战性.