A Study on Anisotropic Etching Characteristics of Silicon in TMAH/AP/IPA Solutions for Piezoresistive Pressure Sensor Applications

In this study, Si anisotropic etching characteristics of tetramethylammonium hydroxide (TMAH)/ ammonium persulfate(AP)/isopropyl alcohol(IPA) solutions were investigated to realize the optimum structure of a diaphragm for the piezoresistive pressure sensor application. Due to its low toxicity and its high compatibility with the CMOS processing, TMAH was used as Si anisotropic etchants. The variations of Si etch rate on the etching temperature, TMAH concentration, and etching time were obtained. With increasing the etching temperature and decreasing TMAH concentrations, the Si etch rate is increased while a significant non-unifonnity exists on the etched surface because of formation of hillocks on the (100) surface. The addition of IPA to TMAH solution leads to smoother etched surfaces but, makes the Si etch rate lower. However, with the addition of AP to TMAH solution, the Si etch rate is increased and an improvement in flatness on the etching front is observed. The Si etch rate is also maximized with increasing the number of addition of AP to TMAH solution per one hour. The Si square membranes of 20${\mu}{\textrm}{m}$ thickness and l00-400${\mu}{\textrm}{m}$ one-side length were fabricated successfully by applying optimum Si etching conditions of TMAH/AP solutions.

압저항 압력센서 응용을 위한 TMAH/AP/IPA 용액의 실리콘 이방성 식각특성에 대한 연구

본 논문에서는 압저항 압력센서 응용을 위한 최적의 멤브레인 구조를 만들기 위하여 tetramethylammonium hydroxide (TMAH)/ammonium persulfate (AP)/isopropyl alcoho 1(IPA) 용액의 Si 이방성 식각 특성을 연구하였다. 독성이 적고 CMOS 공정과의 높은 호환성 때문에 TMAH를 Si 이방성 식각용액으로 사용하였다. 식각온도, TMAH농도 및 식각시간에 따른 Si 식각률의 변화를 측정하였다. 식각온도를 증가 시키고 TMAH농도를 감소시킴에 따라 Si 식각률은 증가한 반면에 (100)면에 hillock 이 생겨 식각표면의 평탄도가 감소하였다. TMAH 에 IPA 용액을 첨가하면 식각표면의 평탄도를 증가 시키나 Si의 식각률을 감소 시켰다. 그러나, TMAH 에 AP 용액을 첨가하면 Si의 식각률과 식각표면의 평탄도 모두를 증가시켰다. 또한 시간당의 AP 첨가 횟수를 증가시킴으로서 Si 식각률을 최대화시킬 수 있었다. TMAH/AP 용액의 최적의 Si 식각조건을 적용하여 한변의 길이가 100∼400㎛이고 두께가 20㎛인 정사각형 모양의 Si 멤브레인을 성공적으로 제작하였다.