멤브레인 구조 제작은 위한 단결정 실리콘의 이방성 습식 식각

Anisotropic Wet Etching of Single Crystal Silicon for Formation of Membrane Structure

반도체 장비의 기능성과 신뢰성을 높이기 위하여 부품의 제조기술은 점차 마이크로 머신 기술을 요구하고 있다. 마이크로머신 기술 중 hot junction이 위치하는 멤브레인 구조는 각종 센서와 히터의 미세부품에서 가장 이용도가 큰 구조이다. 실험에서는 마이크로머신의 기본 구조인 멤브레인 형태를 만들기 위해 KOH 용액과 TMAH 용액으로 단결정 실리콘을 이방성 습식식각 하였다. 실험결과, 식각액의 온도와 농도, 마스크 패턴과 웨이퍼의 결정성의 일치 등을 고려해야 하며, 식각 속도는 KOH 농도 및 온도에 따라 크게 변함을 알 수 있었다. KOH 용액은 30 wt% 80~$90^{\circ}C$ 온도 범위에서 가장 좋은 특성을 나타냈다. 한편, TMAH용액이 실리콘을 식각하는 용액으로 관심을 끄는 것은 단결정에서 상대적으로 $SiO_2$ 박막을 마스크로 사용할 수 있을 뿐 아니라 $SiO_2$ 박막을 마스크로 사용할 수 있을 뿐 아니라 다른 식각액보다 찌꺼기가 적다는 장점 때문이다. 그러나, 다른 용액에 비해 가격이 고가이며 식각 속도가 낮다는 것이 실용적인 측면에서 큰 단점이다. 실험결과를 종합적으로 고려할 때 KOH 용액 농도 30wt%와 온도 $90^{\circ}C$가 마이크로머신 기술에 의한 멤브레인 구조 제작에서 적합한 공정조건이라고 할 수 있다.

We have studied micro-machining technologies to fabricate parts and sensors used in the semiconductor equipment. The studies were based on the silicon integrated circuit processes, and composed of the anisotropic etching of single crystal silicon to fabricate a membrane structure for hot and cold junctions in the infrared absorber. KOH and TMAH were used as etching solutions for the anisotropic wet etching for membrane structure formation. The etching characteristic was observed for the each solution, and etching rate was measured depending upon the temperature and concentration of the etching solution. The different characteristics were observed according to pattern directions and etchant concentration. The pattern was made to incline $45^{\circ}$ on the primary flat, and optimum etching property was obtained in the case of 30 wt% and $90^{\circ}C$ of KOH etching solution for the formation of the membrane structure.