欢迎星标
，以便及时接收最新的推送。
星标方式：打开微信公众号聊天界面，点击右上角 - 人物符号，再点击右上角 - 三个点符号，选择“设为星标”。
近年以来，AR技术正以惊人的速度进步，并在多个行业中展现出巨大的潜力和广泛的应用前景。伴随着AR技术的不断发展，我们正站在一个新时代的门槛上 — 虚拟与现实交织的世界。微纳光学，作为当前光学技术发展中最活跃的领域之一，正是让虚拟照进现实，促成AR技术进步的重要技术，是结合了光子学和微纳技术的前沿成果。
微纳光学技术是研究具有微纳米级特征尺寸的光学元件设计、制造及应用的技术。微纳光学元件包括以反射型、折射型、衍射型为代表的被动元件，和以光源、探测器、调制器为代表的主动元件，可应用于传感与成像、显示与照明、通信与互连等众多领域。受益于微纳光学技术的发展，微纳光学元件也可在洁净室中实现大批量生产和制造。湿法工艺，作为微纳光学元件制作中必不可少的工艺之一，是活跃在分子和原子尺度间的工匠；利用各种化学反应，在各种限制前提下，求解对各种材料的最大公约数 — 最佳工艺参数，本文将带领大家领略这位工匠的各种风范。
基础介绍
较早的湿法工艺是将晶圆沉浸于装有蚀刻液的槽中，浸泡一定时间，然后传送到冲洗单元中除去残余的酸（蚀刻液），再进行最终的冲洗（图1）和干燥。蚀刻的一致性和工艺控制由附加的加热和搅动设备来控制，常用的是带有超声波和氮气鼓泡的蚀刻槽。
图1：传统湿法蚀刻过程示意[1]
目前的湿法工艺设备主要分为两类：
1.槽式（Bench）蚀刻（图2）：采用浸泡的方式，通过加热，氮气鼓泡，慢提拉等实现对蚀刻速率和均匀性的控制。
2.单片式（Single WET）蚀刻（图3）：采用喷淋（Spray）的方式，通过对晶圆转速、摆臂位置（角度）和速度等参数调节，实现对液膜厚度和药液回收率的控制，进一步控制蚀刻速率和均匀性。
图2：槽式蚀刻[2]
图3：单片式蚀刻[2]
湿法工艺通常分为三种：湿法蚀刻（WET）、湿法去胶（STRP）与湿法清洗（CLN）。接下来，将对以上三种湿法工艺进行展开介绍。
湿法蚀刻（WET）
湿法蚀刻：使用化学药液在晶圆表面有选择性地蚀刻需要被移除的膜质（图4）。湿法蚀刻的基本原理是利用药液和被蚀刻膜质发生化学反应，通常采用浸泡或者喷淋的方式移除被蚀刻材料。
图4：各向同性湿法蚀刻示意图
湿法蚀刻过程中较为重要的三个关键参数：
1.蚀刻速率：单位时间内的蚀刻深度（蚀刻量）；
2.均匀性：反应的是晶圆不同位置蚀刻速率的差异；
3.选择比：反应的是不同材质之间蚀刻速率的差异。
影响湿法蚀刻结果的主要因素：
1.掩膜质量：掩膜如果是光刻胶，如果显影不清，通常会蚀刻不净；
2.蚀刻速率：蚀刻速率的变化会导致蚀刻不净或过蚀刻，从而造成异常；影响蚀刻速率的因素如下：
蚀刻液温度
膜质类型（如SiO2、Poly、Si等）
晶向（例如Si晶向<111> ,<100>）
膜质的生成方式和处理类型（是热生长形成或掺杂形成）
膜质致密程度
蚀刻方式（喷淋、浸没、旋转）
蚀刻液成分的变化
蚀刻时有无搅动或对流等
3.浸润剂选择：在湿法蚀刻时，蚀刻液与膜间存在表面张力，从而使蚀刻液难以到达或进入被蚀刻膜质表面和孔内，难以实现蚀刻的目的；大多数情况下，为减小表面张力的影响，会在蚀刻槽中加入一定量的浸润剂。
相比干法蚀刻，湿法蚀刻有很多优势，同时也有很多不足，通过以下对比，让我们对湿法蚀刻有更全面的了解。
|
项目 |
湿法蚀刻 |
干法蚀刻 |
|
蚀刻线宽 |
微米级 |
纳米级 |
|
蚀刻轮廓 |
各项同性为主 |
各项异性到各项同性，可控 |
|
蚀刻速率 |
高 |
可接受，可控 |
|
选择比 |
高 |
可接受，可控 |
|
设备成本 |
低 |
高 |
|
产能 |
高 |
中 |
|
化学品使用量 |
大（液体） |
小（气体） |
常见的湿法蚀刻原理：
1.SiO2的蚀刻：通常采用HF或BOE（buffered oxide etcher）溶液蚀刻SiO2；
反应方程式：SiO2+6HF→SiF6+H2O+H2
BOE成分：HF:NH4F:H2O；其中，HF为45%的浓氢氟酸；NH4F在反应中作为缓冲剂，NH4F通过分解反应产生HF，从而维持了HF的恒定的浓度。
2.Si的蚀刻：通常采用HNA（HF+ HNO3+Acetic Acid）、EPW或TMAH蚀刻Si；
（1）HNA（HF+ HNO3+Acetic Acid）蚀刻Si：
Si+HNO3+6HF→H2SiF6+HNO2+H2O+H2（Acetic Acid的作用是控制HNO3的溶解度，在使用时间内使氧化速率保持常数）
（2）EPW蚀刻Si：
[乙二胺(NH2(CH2)2NH2)_E/邻苯二酚(C6H2(OH)2)_P/水_W]
电离反应：NH2(CH2)2NH2+H2O—NH2(CH2)2NH3++(OH)-
氧化还原：Si+2(OH)- +4H2O—Si(OH)62-+2H2
络合过程：Si(OH)62-+ C6H2(OH)2—Si(C6H4O2)32-+6H2O
（3）TMAH蚀刻Si：
2(CH3) 4NOH +Si+H2O→[(CH3) 4N]2SiO3+H2
3.Al的蚀刻：通常采用H3PO4、HNO3、CH3COOH混合溶液蚀刻Al；
2Al+6HNO3→Al2O3+3H2O+6NO2
Al2O3+2H3PO4→2AlPO4+3H2O
4.SiNx的蚀刻：通常采用热磷酸（160℃左右）蚀刻SiNx；
Si3N4+ 4H3PO4→Si3(PO4)4+ 4NH3
5.Au的蚀刻：通常采用I2、KI混合溶液蚀刻Au。
2Au+I2=2AuI
AuI+KI=KAuI2
小结
由于化学反应原理的限制，湿法蚀刻工艺目前的主要应用为集成电路、微纳光学领域有一定线宽尺寸的制程。但随着AR技术的进一步发展和AR光波导的大规模量产，由于其低成本、高产出，以及优良选择比等优点，相信在不久的将来，微纳光学领域将成为它的重要应用场景之一。
参考文献
[1] David W. Burns. MEMS湿法蚀刻工艺和过程。
[2]贺敏辉,许亦鹏,刘宗芳,等.半导体制造中的湿法清洗技术[J].智能物联技术,2023,6(01):1-4+34。
未经授权，任何人或机构不得以任何形式或方式转载、摘编或引用本文中的全部或部分内容，感谢配合。
