KOH 與 TMAH 的差異:矽的非等向性蝕刻之速度、遮罩、CMOS 相容性比較
KOH 與 TMAH 都是會依晶面以差異極大的速度溶解矽的鹼性水溶液。由於 (111) 面的蝕刻速度遠比其他面慢,在 (100) 面的晶圓上,(111) 面會以約 54.7° 的斜面出現,因此能做出 V 形溝槽、金字塔形的孔與薄的膜片(diaphragm)。KOH 便宜、晶面間的速度差大,長久以來用於 MEMS 的體型微加工。不過,鉀離子會擾亂電晶體的特性,因此不能帶入 CMOS 製程。TMAH 不含金屬離子,容易與 CMOS 相容,也容易以氧化膜作為遮罩,但晶面間的速度差較小。此外,TMAH 經皮膚吸收會造成嚴重中毒,處理時需要特別注意。
| 項目 | KOH | TMAH |
|---|---|---|
| 成分與使用條件 | 氫氧化鉀水溶液。一般以約 20~40 wt%、約 60~90 ℃ 使用 | 氫氧化四甲基銨水溶液(不含金屬的有機鹼)。一般以約 5~25 wt%、約 70~90 ℃ 使用 |
| (100) 面蝕刻速度的參考值 | 一般為每分鐘 1 µm 左右(隨濃度與溫度大幅變化) | 一般為每分鐘約 0.3~1 µm,多半比 KOH 慢 |
| (100) 面與 (111) 面的速度比 | 大。一般為 100 倍以上,視條件可達數百倍 | 較小。一般為十幾至數十倍左右 |
| 可用的遮罩 | 最適合氮化矽膜(LPCVD)。SiO2 的蝕刻速度也不可忽略,長時間蝕刻需要厚膜 | SiO2 的蝕刻非常慢,容易以熱氧化膜作為遮罩。也可使用氮化矽膜 |
| 與 CMOS 的相容性 | 差。鉀離子會成為可動離子進入閘極氧化膜,使臨界電壓變動,因此不帶入 CMOS 製程。也會快速侵蝕鋁導線 | 佳。不含金屬離子,可用於完成 CMOS 電路後的 MEMS 加工(後 CMOS)。會侵蝕鋁導線,但已知有溶入矽等以抑制侵蝕的條件 |
| 蝕刻表面的粗糙度 | 在濃度較高的條件下,較容易得到平滑的表面 | 濃度低時,(100) 面容易產生小的金字塔狀突起(hillock)。提高濃度會變平滑,但蝕刻變慢 |
| 安全性與處理 | 強鹼,會對皮膚與眼睛造成嚴重傷害。藥液便宜、容易處理 | 除了是強鹼之外,經皮膚吸收後會妨礙神經對肌肉的訊號傳遞,可能造成呼吸停止等全身性中毒。高濃度液特別危險 |
| 主要用途 | 壓力感測器的膜片、對準光纖用的 V 形溝槽、噴墨的噴嘴、貫穿晶圓的孔等,不含電路之 MEMS 的體型加工 | 與電路做在同一晶片上之 MEMS 結構的釋放(熱式感測器等),以及需要避免金屬離子汙染的矽非等向性蝕刻 |
數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。