Wet Etch Process for the Fabrication of Al Electrodes and Al Microstructures in Surface Micromachining

표면 미세가공에서 Al 전극 및 Al 미세 구조물 제작을 위한 습식 식각 공정

Aluminum metal process in surface micromachining enables to fabricate Al electrodes or Al structures, which improve electrical characteristics by reducing contact- and line-resistance or makes the whole process to be simple by using oxide as sacrificial layer. However, it is not possible to use conventional sacrificial layer etching process, because HF solution attacks aluminum as well as sacrificial oxide. The mixed solution of BHF and glycerine as an alternative shows the adequate properties to meet with this end. The exact etching properties, however, are sensitively depends on the geometry of the released structure, because the most etching process of sacrificial layer proceeds to the lateral direction in narrow space. Also, the surface roughness of aluminum affects to the etching characteristics. This paper reports experimental results on the effect of microstructure and surface roughness of aluminum to the etching properties. Considering these effects, we propose the optimized etching condition, which can be used practically for the fabrication of aluminum electrodes and microstructures by using standard surface micromachining process without modification or additional process.

표면 미세가공 공정에서 Al 공정을 이용하면 Al 전극의 제작에 의해 접촉 저항이나 선 저항 등을 줄여 전기적인 신호 손실을 줄일 수 있고, 산화막을 희생층으로 사용하는 간단한 공정에 의해 Al 구조물 제작이 가능한 장점을 지닌다. 그러나 실제 공정에서는 Al 전극이나 Al 구조물이 희생층 제거 시에 사용되는 HF 용액에 의해서 부식되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 사용되는 희생층 식각액인 BHF/glycerine 혼합 용액에 대한 PSG와 Al의 기본적인 식각 특성은 표면 미세가공에서 발생하는 구조적인 제한 조건에 따라 상당히 달라진다. 본 논문에서는 이러한 희생층의 구조적 특성과 Al 박막의 증착 표면 거칠기의 변화로 인한 식각 특성의 변화를 고려하여 실제로 표면 미세가공에 적용 가능한 혼합 용액의 조건을 조사하였다. 희생층 식각 조건변화에 따른 BHF/glycerine 혼합용액의 최적 혼합비는 $NH_4F$:HF:glycerine=2:1:2에서 가장 좋은 식각 선택비를 보이는 것으로 나타났으며 이 실험 결과를 실제 Al 전극 제작에 적용한 결과 Al 패턴이 희생층 식각액에 대해서 우수한 내식성을 보였다. 또한 Al의 식각액에 대한 내식성을 향상시키기 위하여 CMP 공정을 도입하여 증착 표면을 개선시켰으며 이를 Al 구조물의 제작에 적용하여 식각 특성을 분석하였다. 이러한 분석을 통해 본 논문에서 제시한 식각 조건을 이용하면 Al 전극과 Al 구조물을 표준적인 표면 미세가공 공정을 통하여 간단하게 제작할 수 있다.