I2/KI/H2O(碘/碘化钾/水)体系是最经典、最常用的金湿法刻蚀液。它成本低、毒性相对较小(相比于氰化物体系),且对标准的酚醛树脂光刻胶有很好的兼容性。
标准配方?
最经典的配方比例有两个常用版本:
| 用途 | I₂ | KI | H₂O |
|---|---|---|---|
| 标准版(通用) | 1g | 4g | 40mL |
| 快速版(高速刻蚀) | 4g | 16g | 80mL |
| 慢速版(精细图形) | 0.5g | 2g | 100mL |
实际配制时先将KI溶于水,再加入I₂,否则I₂在纯水中溶解度极低(约0.3g/L),无法配成有效浓度。
金刻蚀液原理?刻蚀分两步就行:
1,助溶与活性物质生成:
纯碘(I2)在水中的溶解度极低。加入碘化钾(KI)的作用是提供碘离子(I-)。I2与I- 发生反应,生成极易溶于水的三碘阴离子(I3-)。
这个 I3- 就是刻蚀液中真正的“主力军”,溶液呈现的深棕/红褐色也是由它带来的。
2,金的氧化与络合:
三碘阴离子(I3-)具有强氧化性。它将固态的 Au氧化为 Au{3+},同时溶液中过量的碘离子(I-)作为络合剂,迅速与生成的金离子结合,形成稳定的、可溶性的四碘合金(III)酸根络离子([AuI4]-),从而将金从晶圆表面剥离。
总反应方程式如下:
I₂/KI体系的选择性?
I₂/KI体系对金以外的常见材料几乎不腐蚀:
| 材料 | 与I₂/KI的反应 | 备注 |
|---|---|---|
| SiO₂ | 不反应 | 优良阻挡层 |
| Si₃N₄ | 不反应 | 优良阻挡层 |
| Ti | 极慢 | 可作黏附层保留 |
| Cr | 不反应 | 常用Cr/Au叠层 |
| Al | 不反应 | |
| Pt | 极慢 | |
| Cu | 轻微反应 | 需控制时间 |
| 光刻胶 | 不反应 | 可用PR做掩模 |
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