Wet chemical etching of Metals and Semiconductors

Wet chemical etching of Metals and SemiconductorsEdit

A comprehensive list of etchants for over 50 different metals, semiconductors and cleanroom materials. Some etch rates are given. The ratios are volume ratios unless other units are specified.

1. Aluminum

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      Concentrations	Etchants	Rate (angstroms/sec)	Temperature/Other
      1 : 1	H2O : HF
      1 : 1 : 1	HCl : HNO3 : H2O
      dilute or concentrated	HCl
      	H3PO4 : HNO3 : HAc
      19 : 1 : 1 : 2	H3PO4 : HAc : HNO3 : H2O	40
      3 : 1 : 3 : 1	H3PO4 : HAc : HNO3 : H2O	8.7 @ >RT	@ 40 C <4 min/micron
      4 : 4 : 1 : 1	H3PO4 : HAc : HNO3 : H2O	5.6
      15 : 0 : 1 : 1-4	H3PO4 : HAc : HNO3 : H2O	1500	40 C
      8 : 1 : 1	H3PO4 : H2O2 : H2O	100	@ 35C
      3 : 1 : 5	H3PO4 : H2O : glycerin
      69 : 131	HClO4 : HAc
      4 : 1 : 5	HCl : FeCle : H2O
      	FeCl3 : H2O		100 F
      10%	K3Fe(CN)6	100
      	KOH : K3Fe(CN)6: K 2B4O7.4H2O
      2 : 3 : 12	KMnO4 : NaOH : H2O
      1 : 1 : 3	NH4OH : H2O2 : H2O
      20%	NH4SO4
      dilute or concetrated	NaOH
      8-10%	KOH
      	CCl4		boiling
      10%	Br2 : MeOH		warm

2. Aluminum Gallium Arsenide

   1. Concentrations	Etchants	Rate (angstroms/sec)	Temperature/Other
      1 : 1 : 30	H2SO4 : H2O2	60 angstroms/sec
      8 : 3 : 400	NH3 : H2O2 : H2O	25 angstroms/sec
      1 : 1 : 10	HF : H2O2 : H2O	80 angstroms/sec

3. Aluminum Trioxide / Alumina / Sapphire

   1. Concentrations	Etchants	Rate (angstroms/sec)	Temperature/Other
      1 : 1 : 3	NH4OH : H2O2 : H2O		80 C
      10%	Br2 : MeOH
      7ml : 4g	H3PO : Cr2O3

4. Antimony

   1. Concentrations	Etchants	Rate (angstroms/sec)	Temperature/Other
      1 : 1 : 1	HCl : HNO3 : H2O
      90 : 10 : 1	H2O : HNO3 : HF
      3 : 3 : 1 : 1	H3PO4 : HNO3 : CH3COOH : H2O	3min/1000A	50C

5. Bismuth

   1. Concentrations	Etchants	Rate (angstroms/sec)	Temperature/Other
      10 : 1	H2O : HCl

6. Brass

   1. Concentrations	Etchants	Rate (angstroms/sec)	Temperature/Other
      	FeCl3
      20%	NHSO5

7. Bronze

   1. Concentrations	Etchants	Rate (angstroms/sec)	Temperature/Other
      1%	CrO3

8. Carbon

   1. Concentrations	Etchants	Rate (angstroms/sec)	Temperature/Other
      	H3PO4 : CrO3 : NaCN
      50%	KOH (or NaOH)		boiling
      concentrated	HNO3
      concentrated	H2SO4
      3 : 1	H2SO4 : H2O2

9. Chromium

   1. Concentrations	Etchants	Rate	Temperature/Other
      2 : 3 : 12	KMnO4 : NaOH : H2O
      3 : 1	H2O : H2O2
      concentrated and dilute	HCl
      3 : 1	HCl : H2O2
      2 : 1	FeCl : HCl
      	Cyantek CR-7s (Perchloric based)	7 min/micron (24A/s new)
      1 : 1	HCl : glycerine	12min/micron after depassivation
      1 : 3	[50gNaOH+100mlH2O] : [30g K3Fe(CN)6+100mlH2O]	1hr/micron

10. Cobalt

    1. Concentrations	Etchants	Rate (angstroms/sec)	Temperature/Other
       1 : 1	H2O : HNO3
       3 : 1	HCl : H2O2

11. Copper

    1. Concentrations	Etchants	Rate	Temperature/Other
       30%	FeCl3 saturated solution
       20%	KCN
       1 : 5	H2O : HNO3
       concentrated and dilute	HNO3
       1 : 1	NH4OH : H2O2
       1 : 20	HNO3 : H2O2
       4 : 1	NH3 : H2O2
       1 : 1 : 1	H3PO4 : HNO3 : HAc
       5ml : 5ml : 4g : 1 : 90ml	HNO3 : H2SO4 : CrO3 : NH4Cl : H2O
       4 : 1 : 5	HCL : FeCl3 : H2O

12. Epoxies

    1. General Polymer Etch

    2. Concentrations	Etchants	Rate (angstroms/sec)	Temperature/Other
       5 : 1	NH4OH : H2O2		120 C
       	Gold Epoxy
       3 : 1 : 10	HNO3 : HCl : H2O
       	Silver Epoxy
       1 : 3	HF : HNO3
       	Aluminum Epoxy
       	H2SO4		hot
       	SU8 cured
       3 : 1	H2SO4 : H2O2		hot

13. Gallium Arsenide

    1. Concentrations	Etchants	Rate	Temperature/Other
       1.5%-7.5%	Br2 in CH3OH
       1 : 1	NH4OH : H2O2
       20 : 7 : 973	NH4OH : H2O2 : H2O
       40 : 1 : 40	H3PO4 : H2O2 : H2O
       3 : 1 : 50	H3PO4 : H2O2 : H2O
       33-66%	HNO3	red fuming etches more rapidly than white fuming
       1 : 1	HF : HNO3
       1 : 1	H2SO4 : H2O2
       1 : 1 : 30	H2SO4 : H2O2	60 angstroms/sec
       8 : 3 : 400	NH3 : H2O2 : H2O	30 angstroms/sec	isotropic
       1 : 1 : 10	HF : H2O2 : H2O	80 angstroms/sec

14. Germanium

    1. Concentrations	Etchants	Rate	Temperature/Other
       	HF : HNO3 : H2O
       1 : 1 : 1	HF : HNO3 : HAc
       7 : 1 :	HF : HNO3 : glycerin	35c 75-100 microns/hour, 100C 775microns/hour
       pH > 6	KF
       1 : 25	NH3OH : H2O2	1000 angstrom/min

15. Gold

    1. Concentrations	Etchants	Rate	Temperature/Other
       3 : 1	Aqua Regia HCl : HNO3 10-15	microns/min RT, 25-50 microns/min	35 C
       3 : 10-20%	Chrome Regia HCl : CrO3
       	H2SeO4	etch is slow	Temp should be hot
       	KCN in H2O	good for stripping gold from alumina, quartz, sapphire substrates, semiconductor wafers and metal parts
       4g : 2g : 10ml	KI : I2 : H2O	280 nm/min	Hot (70C)
       1 : 2 : 3	HF : HAc : HNO3
       30 : 30 : 50 : 0.6	HF : HNO3 : HAc : Br2
       	NaCN : H2O2
       7g : 25g : 100ml	KI : Br2 : H2O
       9g : 1g : 50ml	KBr : Br2 : H2O	800 nm/min
       9g : 1g : 50ml	NaBr : Br2 : H2O	400nm/min
       400g : 100g : 400ml	I2 : KI : H2O	1270A/sec	55C
       1 : 2 : 10	I2 : KI : H2O
       4g : 1g : 40ml	Au mask etch KI : I2 : H2O	1min/micron

16. Hafnium

    1. Concentrations	Etchants	Rate	Temperature/Other
       20 : 1 : 1	H2O : HF : H2O2

17. Indium

    1. Concentrations	Etchants	Rate	Temperature/Other
       3 : 1	Aqua Regia HCl : HNO3		hot
       	HCl	fast	boiling
       	IPA		hot
       	EOH		hot
       	MeOH		hot

    2. Rare Earth Indium Etchants
       1. Br₂ : MeOH

18. Indium Gallium Arsenide

    1. Concentrations	Etchants	Rate	Temperature/Other
       1 : 1 : 20	H2SO4 : H2O2 : H2O	30 angstroms/sec

19. Indium Gallium Phosphide

    1. Concentrations	Etchants	Rate	Temperature/Other
       concentrated	HCl	fast

20. Indium Phosphide

    1. Concentrations	Etchants	Rate	Temperature/Other
       1 : 1	HCl : H3PO4	fast

21. Indium Phosphide Oxide Etchants

    1. Concentrations	Etchants	Rate	Temperature/Other
       	NH4OH

22. Indium Tin Oxide (ITO)

    1. Concentrations	Etchants	Rate	Temperature/Other
       1 : 1	HCl : H2O	8 angstroms/sec
       1 : 1 : 10	HF : H2O2 : H2O	125 angstroms/sec

23. Iridium

    1. Concentrations	Etchants	Rate	Temperature/Other
       3 : 1	Aqua Regia HCl : HNO3		hot

24. Iron

    1. Concentrations	Etchants	Rate	Temperature/Other
       1 : 1	H2O : HCL
       1 : 1	H2O : HNO3
       1 : 2 : 10	I2 : KI : H2O

25. Lead

    1. Concentrations	Etchants	Rate	Temperature/Other
       1 : 1	HAc : H2O2

26. Magnesium

    1. Concentrations	Etchants	Rate	Temperature/Other
       10ml : 1g2O : NaOH followed by 5ml : 1g - H2O : CrO3

27. Molybendum

    1. 1 : 1 - HCl : H₂O₂

28. Nickel

    1. 1 : 1 : 1 - HNO₃ : HAc : Acetone
    2. 1 : 1 - HF : HNO₃
    3. 30% FeCl₃
    4. 3 : 1 : 5 : 1 - HNO₃ : H₂SO₄ : HAc : H₂O 85 C 10 microns/min
    5. 3 : 7 - HNO₃ : H₂O
    6. 1 : 1 - HNO₃ : HAc
    7. 10% g/ml Ce(NH4)2(NO3)6 : H₂O
    8. HF, concentrated – slow etchant
    9. H₃PO₄ – slow etchants
    10. HNO₃ – rapid etchant
    11. HF : HNO₃ – etch rate determined by ratio, the greater the amount of HF the slower the reaction
    12. 4 : 1 - HCl : HNO₃ – increase HNO₃ concentration increases etch rate
    13. 30% FeCl₃
    14. 5g : 1ml : 150ml - 2NH4NO3.Ce(NO3)3.4(H₂O) : HNO₃ : H₂O – decreasing HNO₃ amount increases the etch rate
    15. 3 : 3 : 1 : 1 - H₃PO₄ : HNO₃ : CH3COOH : H₂O ~15min/micron @ RT with air exposure every 15 seconds

29. Niobium

    1. 1 : 1 - HF : HNO₃

30. Palladium

    1. Aqua Regia 3 : 1 - HCl : HNO₃ hot

31. Photoresist (AZ type)

    1. General Polymer
    2. 5 : 1 - NH₄OH : H₂O₂ – 120 C
    3. 5 : 1 - H₂SO₄ : H₂O₂
    4. H₂SO₄ : (NH4)2S2O8
    5. Acetone

32. Platinum

    1. Aqua Regia 3 : 1 - HCl : HNO₃ Hot
    2. Molten Sulfur

33. Polymer

    1. 5 : 1 - NH₄OH : H₂O₂ – 120 C
    2. 3 : 1 - H₂SO₄ : H₂O₂

34. Polymer

    1. 1 : 1 - HF : H₂O
    2. 1 : 1 - HF : HNO₃
    3. Sodium Carbonate boiling
    4. HF conc

35. Rhenium, Rhodium and Ruthenium

    1. Aqua Regia 3 : 1 - HCl : HNO₃ - Hot

36. Silicon

    1. 64 : 3 : 33 - HNO₃ : NH4F : H₂O 100 angstroms/s
    2. 61 : 11 : 28 - ethylenediamine : C6H4(OH)2 : H₂O 78 angstroms/s
    3. 108ml : 350g : 1000ml - HF : NH4F : H₂O slow 0.5 angstroms/min
    4. 1 : 1 : 50 - HF : HNO₃ : H₂O slow etch
    5. KCl dissolved in H₂O
    6. KOH : H₂O : Br₂/I2
    7. KOH – see section on KOH etching of silicon
    8. 1 : 1 : 1.4 : 0.15% : 0.24% - HF : HNO₃ : HAc : I2 : triton
    9. 1 : 6 : 3 - HF : HNO₃ : HAc and 0.19 g NaI per 100 ml solution
    10. 1 : 4 - Iodine Etch : HAc
    11. 0.010 N NaI
    12. NaOH
    13. HF : HNO₃
    14. 1 : 1 : 1 - HF : HNO₃ : H₂O

37. Silicon Dioxide / Quartz / Glass

    1. BOE 1 : 5 : 5 HF : NH4HF : H₂O 20 angstroms/s
    2. HF : HNO₃
    3. 3 : 2 : 60 HF : HNO₃ : H₂O 2.5 angstroms/sec at RT
    4. BHF 1 : 10, 1 : 100, 1 : 20 HF : NH4F(sat)
       1. 3ml : 15g : 22ml HF : NH4F : H₂O
    5. Secco etch 2 : 1 HF : 1.5M K2Cr2O7
    6. 5 : 1 NH4.HF : NaF/L (in grams)
    7. 1g : 1ml : 10ml : 10ml NH4F.HF : HF : H₂O : glycerin
    8. HF – hot
    9. 1 : 1 1 : 15, 1 : 100 HF : H₂O
    10. BOE HF : NH4F : H₂O
    11. 1 : 6 BOE : H₂O
    12. 5 : 43, 1 : 6 HF : NH4F(40%)
    13. NaCO3 100 C 296 microns/h
    14. 5% NaOH 100 C 3.8 mm/h
    15. 5% HCl 95 C 12.7 microns/day
    16. KOH see KOH etching of silicon dioxide and silicon nitride

38. Silicon Nitride

    1. 1 : 60 or 1 : 20 HF : H₂O 1000-2000 A/min
    2. BHF 1 : 2 : 2 HF : NH4F : H₂O slow attack – but faster for silicon oxynitride
    3. 1 : 5 or 1 : 9 HF : NH4F (40%)0.01-0.02 microns/second
    4. 3 : 25 HF : NH4F.HF(sat)
    5. 50ml : 50g : 100ml : 50ml HF : NH4F.HF : H₂O : glycerin – glycerin provides more uniform removal
    6. BOE HF : NH4F : H₂O
    7. 18g : 5g : 100ml NaOH : KHC8H4O4 : H₂O boiling 160 A/min, better with silicon oxynitride
    8. 9 : g25ml NaOH : H₂O – boiling 160A/min
    9. 18g : 5g : 100ml NaOH : (NH4)2S2O8 : H₂O – boiling 160 A/min
    10. A) 5g : 100ml NH4F.HF : H₂O B)1g : 50ml : 50ml I2 : H₂O : glycerin – mix A and B 1 : 1 when ready to use. RT 180 A/min

39. Silver

    1. 1 : 1 NH₄OH : H₂O₂
    2. 3 : 3 : 23 : 1 H₃PO₄ : HNO₃ : CH3COOH : H₂O ~10min/100A
    3. 1 : 1 : 4 NH₄OH : H₂O₂ : CH3OH .36micron/min resist
    4. 1 : 1 : 1 HCl : HNO₃ : H₂O
    5. 1-8 : 1HNO₃ : H₂O
    6. 1 M HNO₃ + light

40. Stainless Steel

    1. 1 : 1 HF : HNO₃

41. Tantalum

    1. 1 : 1 HF : HNO₃

42. Tin

    1. 1 : 1 HF : HCL
    2. 1 : 1 HF : HNO₃
    3. 1 : 1 HF : H₂O
    4. 2 : 7 HClO₄ : HAc

43. Titanium

    1. 50 : 1 : 1 H₂O : HF : HNO₃
    2. 20 : 1 : 1 H₂O : HF : H₂O₂
    3. RCA-1 ~100 min/micron
    4. x%Br₂ : ethyl acetate - HOT
    5. x%I2 : MeOH - HOT
    6. HF : CuSO4
    7. 1 : 2 NH₄OH : H₂O₂
    8. 1 : 2 : 7, 1 : 5 : 4, 1 : 4 : 5(18 microns/min), 1 : 1 : 50 HF : HNO₃ : H₂O
    9. COOHCOOH : H₂O – any concentration
    10. 1 : 1 : 20 HF : H₂O₂ : HNO₃
    11. 1 : 9 HF : H₂O – 12 A/MIN
    12. HF : HCL : H₂O
    13. HCL – conc
    14. %KOH - conc
    15. %NaOH- conc
    16. 20% H₂SO₄ 1 micron/min
    17. CCl3COOC2H5
    18. 25%HCOOH
    19. 20%H₃PO₄
    20. HF

44. Tungsten

    1. 1 : 1 HF : HNO₃
    2. 1 : 1 HF : HNO₃ – thin films
    3. 3 : 7 HF : HNO₃
    4. 4 : 1 HF : HNO₃ – rapid attack
    5. 1 : 2 NH₄OH : H₂O₂ – thin films good for etching tungsten from stainless steel, glass, copper and ceramics. Will etch titanium as well.
    6. 305g : 44.5g : 1000ml K₃Fe(CN)₆ : NaOH : H₂O – rapid etch
    7. HCl – slow etch (dilute or concentrated)
    8. HNO₃ – very slow etch (dilute or concentrated)
    9. H₂SO₄ – slow etch (dilute or concentrated)
    10. HF – slow etch (dilute or concentrated)
    11. H₂O₂
    12. 1 : 1, 30% : 70%, or 4 : 1 HF : HNO₃
    13. 1 : 2 NH₄OH : H₂O₂
    14. 4 : 4 : 3 HF HNO₃ : HAc
    15. CBrF3 RIE etch
    16. 305g : 44.5g : 1000ml K₃Fe(CN)₆ : NaOH : H₂O – very rapid etch
    17. HCl solutions – slow attack
    18. HNO₃ – slight attack
    19. Aqua Regia 3 : 1 HCL : HNO₃ – slow attack when hot or warm
    20. H₂SO₄ dilute and concentrated – slow etch
    21. HF dilute and concentrated – slow etch
    22. Alkali with oxidizers (KNO3 and PbO2) – rapid etch
    23. H₂O₂

45. Vanadium

    1. 1 : 1 H₂O : HNO₃
    2. 1 : 1 HF : HNO₃

46. Zinc

    1. 1 : 1 HCl : H₂O
    2. 1 : 1 HNO₃ : H₂O

47. Zinc Oxide

    1. 1 : 60 HCl : H₂O - 1.9 microns/min
    2. 1 : 200 Hcl : H₂O - 0.9 microns/min
    3. 1 : 500 HCl : H₂O - 0.4 microns/min
    4. 1 : 900 HCl : H₂O - 0.2 microns/min
    5. 1 : 100 HNO₃ : H₂O - 0.9 microns/min
    6. 1 : 7 BOE - .06 microns/min
    7. 1 : 1 : 30 H₃PO₄ : C6H8O7 : H₂O - 2.2 microns/min
    8. 1 : 5 : 60 H₃PO₄ : C6H8O7 : H₂O - 1.8 microns/min
    9. 1 : 1 : 80 H₃PO₄ : C6H8O7 : H₂O - 1.4 microns/min
    10. 1 : 1 : 150 H₃PO₄ : C6H8O7 : H₂O - 1 micron/min
    11. 1 : 1 : 200 H₃PO₄ : C6H8O7 : H₂O - 0.8 microns/min
    12. 1 : 2 : 300 H₃PO₄ : C6H8O7 : H₂O - 0.65 microns/min

48. Zirconium

    1. 50 : 1 : 1 H₂O : HF : HNO₃
    2. 20 : 1 : 1 H₂O : HF : H₂O₂
49.