KOH와 TMAH의 차이: 실리콘 이방성 식각의 속도·마스크·CMOS 적합성 비교
KOH와 TMAH는 모두 결정면에 따라 크게 다른 속도로 실리콘을 녹이는 알칼리 수용액입니다. (111)면은 다른 면보다 훨씬 느리게 식각되므로, (100) 웨이퍼에서는 (111)면이 약 54.7°의 경사면으로 나타나 V자 홈, 피라미드형 구멍, 얇은 다이어프램을 만들 수 있습니다. KOH는 저렴하고 결정면에 따른 속도 차가 크며, MEMS의 벌크 마이크로머시닝에 오래전부터 쓰여 왔습니다. 다만 칼륨 이온이 트랜지스터 특성을 흐트러뜨리므로 CMOS 공정에는 들일 수 없습니다. TMAH는 금속 이온을 포함하지 않아 CMOS와 함께 쓰기 쉽고 산화막을 마스크로 쓰기 쉽지만, 결정면에 따른 속도 차는 작은 편입니다. 또한 피부로 흡수되면 심각한 중독을 일으킬 수 있으므로 취급에 특히 주의해야 합니다.
| 비교 항목 | KOH | TMAH |
|---|---|---|
| 조성과 조건 | 수산화칼륨 수용액. 보통 약 20~40 wt%, 약 60~90 °C | 수산화 테트라메틸암모늄(금속을 포함하지 않는 유기 알칼리) 수용액. 보통 약 5~25 wt%, 약 70~90 °C |
| 대표적인 (100)면 식각 속도 | 보통 분당 1 µm 정도(농도와 온도에 따라 크게 달라짐) | 보통 분당 약 0.3~1 µm로 KOH보다 느린 경우가 많습니다 |
| (100)면과 (111)면의 속도비 | 큼. 보통 100을 넘고, 조건에 따라 수백 | 작음. 보통 수십(약 10부터) |
| 쓸 수 있는 마스크 | 실리콘 질화막(LPCVD)이 가장 좋습니다. SiO2는 무시할 수 없는 속도로 식각되므로 긴 식각에는 두꺼운 막이 필요합니다 | SiO2가 매우 느리게 식각되므로 열산화막이 마스크로 잘 맞습니다. 실리콘 질화막도 쓸 수 있습니다 |
| CMOS 적합성 | 나쁨. 칼륨 이온이 가동 이온으로 게이트 산화막에 들어가 문턱 전압을 이동시키므로 CMOS 공정에서 배제합니다. 알루미늄도 빠르게 침식합니다 | 좋음. 금속 이온을 포함하지 않으므로 CMOS 회로를 만든 뒤의 MEMS 가공(포스트 CMOS)에 쓸 수 있습니다. 알루미늄을 침식하지만, 용액에 실리콘을 녹여 두는 등 침식을 억제하는 조건이 알려져 있습니다 |
| 표면 거칠기 | 농도를 높이면 비교적 매끄러운 면을 얻기 쉽습니다 | 저농도에서는 (100)면에 작은 피라미드형 돌기(힐록)가 생기기 쉽습니다. 고농도로 하면 매끄러워지지만 식각이 느려집니다 |
| 안전성과 취급 | 피부와 눈에 심각한 손상을 주는 강알칼리. 저렴하고 다루기 쉽습니다 | 강알칼리일 뿐 아니라 피부로 흡수되어 신경에서 근육으로의 신호 전달을 막을 수 있어, 호흡 정지 같은 전신 중독을 일으킬 수 있습니다. 고농도 용액은 특히 위험합니다 |
| 대표 용도 | 압력 센서의 다이어프램, 광섬유 정렬용 V자 홈, 잉크젯 노즐, 웨이퍼 관통 구멍 등 회로가 없는 MEMS의 벌크 가공 | 회로와 같은 칩에 만드는 MEMS 구조(열형 센서 등)의 릴리스, 금속 이온 오염을 피해야 하는 실리콘 이방성 식각 |
수치는 대략적인 자릿수 기준이며, 공정 세대와 제품에 따라 달라져요.