半导体金刻蚀工艺

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半导体金刻蚀工艺是制造高精度电极、互连结构的关键技术，其工艺特点及难点如下：
一、金刻蚀的工艺方法

• ‌湿法刻蚀‌
  
  • 使用碘基溶液（如KI/I₂）或王水（HNO₃/HCl混合液）进行化学腐蚀，通过氧化还原反应溶解金层。
  • 优点：成本低、效率高；缺点：各向同性导致侧向钻蚀，难以实现亚微米级图形化。
    
• ‌干法刻蚀‌
  
  • ‌反应离子刻蚀（RIE）‌：采用Cl₂、BCl₃等气体，在高频电场下生成等离子体，通过离子轰击与化学反应结合实现各向异性刻蚀。
  • ‌离子束刻蚀（IBE）‌：纯物理溅射，利用高能Ar⁺离子直接轰击金层，适合对侧壁形貌要求极高的场景。
    

二、技术难点与解决方案

• ‌刻蚀速率与选择性控制‌
  
  • 金与其他材料（如二氧化硅、氮化硅）的刻蚀速率差异需通过气体配比和功率调节优化。例如，加入O₂可提高对光刻胶掩模的选择性。
    
• ‌侧壁粗糙度与形貌精度‌
  
  • 湿法刻蚀易产生锯齿状边缘，需改用干法刻蚀并结合低温工艺（-20℃至50℃）减少热扩散影响。
    
• ‌残留物与污染‌
  
  • 刻蚀后需采用超声清洗或氧等离子体灰化去除金属氯化物残留。
    

三、典型应用场景

• ‌射频器件电极‌：金的高导电性使其成为GaAs基射频芯片电极的首选材料，需通过RIE实现10:1以上的高深宽比结构。
• ‌倒装焊凸点‌：采用湿法刻蚀制备金凸点，要求刻蚀液对底层UBM（如TiW）的选择性大于100:1。
  

四、前沿技术趋势

• ‌原子层刻蚀（ALE）‌：通过循环脉冲气体实现单原子层去除，可将金刻蚀的线宽误差控制在±1nm以内。
• ‌电化学刻蚀‌：结合湿法刻蚀与电场调控，在特定电位下实现金的选择性溶解，适用于三维结构加工。
  

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金刻蚀需根据器件结构复杂度选择工艺路线：湿法适用于低成本、大尺寸图形，而干法则用于纳米级高精度器件。