高純金具有高延展性、高電導率、高熱導率、化學性質穩定、耐腐蝕性能強等優點，高純金濺射靶材在硅半導體分立器件、集成電路晶圓制造和封裝等半導體制造產業中得到廣泛應用。隨著集成電路芯片特征尺寸的不斷縮小，為保證濺射鍍膜的穩定性和可靠性，對高純金濺射靶材顯微組織的均勻性以及晶粒尺寸的要求越來越高，且顯微組織是決定高純金材料性能的關鍵指標，因此研究高純金的顯微組織具有重要意義。

在金和金合金中，金的含量越高，其腐蝕速率越小，耐腐蝕性能越好。目前高純金常用王水進行腐蝕，由于王水是由HCl和HNO3以3∶1的體積比混合得到，具有強腐蝕性和揮發性，在腐蝕高純金的過程中，存在環境污染性強、對人體傷害大以及安全隱患大等問題。

針對上述問題筆者分別采用王水和氯化鐵鹽酸雙氧水的混合水溶液對高純金進行了化學腐蝕，并對腐蝕效果和原理進行了對比分析和討論，以期找到一種更好的高純金腐蝕劑。

試樣制備與試驗方法

試樣制備

取兩份純度為99.9999％的高純金試樣，分別編號為1，2號，采用Citopress-1型鑲嵌機和丙烯酸樹脂對1，2號試樣進行鑲嵌，加熱溫度為180℃，保溫時間為3min，壓力為25MPa。將鑲嵌后的試樣依次在120，220，500，1000，2400號SiC水砂紙上逐次研磨。研磨后的試樣采用Abramin型研磨拋光一體機進行機械拋光，以金剛石噴霧作為拋光劑，拋光時間為30~60s，轉速為200r·min-1。

試驗方法

將1，2號試樣分別用王水和氯化鐵鹽酸雙氧水混合水溶液(5gFeCl3+25mLHCl+25mLH2O2+25mLH2O)在室溫下腐蝕20s。采用Axiovert 200MAT型光學顯微鏡觀察腐蝕后試樣的顯微組織形貌。

試驗結果與討論

王水腐蝕結果

圖1 1號試樣的顯微組織形貌

由圖1可以看出，1號試樣顯微組織較暗，這是由于其表面存在一層氧化膜。

氯化鐵鹽酸雙氧水混合水溶液腐蝕結果

圖2 2號試樣的顯微組織形貌

由圖2明顯可以看出，2號試樣的顯微組織為孿晶組織，晶粒大小不均勻。2號試樣顯微組織中的晶粒比1號試樣的更清晰，可見氯化鐵鹽酸雙氧水混合水溶液對高純金的腐蝕效果比王水的更好。

討論

金屬材料的腐蝕大多數為電化學腐蝕，高純金的腐蝕是金與腐蝕溶液進行的電化學反應。金的熱力學性能較穩定，一般以正三價離子形式參與化學或電化學反應，由于標準電極電位?Θ(Au3+/Au)＝1.50V，電極電位較高，化學穩定性較好。當氯化鐵鹽酸雙氧水混合水溶液作為腐蝕劑時，溶液中正三價鐵離子為弱氧化劑，?Θ(Fe3+/Fe2+)＝0.77V，Fe3+無法氧化金，但在腐蝕劑中加入雙氧水后，溶液中引入了氧離子，從而提高了電極電位。另外由于腐蝕劑中存在大量的氯離子，金離子與氯離子形成配合物AuCl4-，?Θ(AuCl4-/Au)可降低至1.0V，且AuCl4-為可溶性配合物，腐蝕過程中與金的產物不以沉淀或氧化膜的形式生成，這使得腐蝕得以順利進行。由此可以判斷在酸性富氯溶液中，當氧化劑存在時金及其合金會發生溶解，金在腐蝕過程中溶解、遷移的化學形式主要為

4Au+16Cl^-+3O₂+12H⁺＝4AuCl^4-+6H₂O  (1)

從式(1)可以看出，高純金腐蝕的關鍵要素為存在氧化劑以及可與金形成可溶配合物的離子。

結論

采用王水和氯化鐵鹽酸雙氧水混合水溶液兩種腐蝕劑對高純金均有腐蝕效果，氯化鐵鹽酸雙氧水混合水溶液更環保和安全，且對金的腐蝕效果比王水的更好，腐蝕后試樣的顯微組織更清晰且無氧化膜。高純金腐蝕的關鍵要素為存在氧化劑以及可與金形成可溶配合物的離子。

作者：夏雯，教授，有研工程技術研究院有限公司