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KR101290827B1 - Selective etching method of gaas/algaas heterojunction structure using plasma - Google Patents

Selective etching method of gaas/algaas heterojunction structure using plasma Download PDF

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KR101290827B1
KR101290827B1 KR1020120014976A KR20120014976A KR101290827B1 KR 101290827 B1 KR101290827 B1 KR 101290827B1 KR 1020120014976 A KR1020120014976 A KR 1020120014976A KR 20120014976 A KR20120014976 A KR 20120014976A KR 101290827 B1 KR101290827 B1 KR 101290827B1
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KR
South Korea
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gaas
plasma
algaas
etching
selective etching
Prior art date
Application number
KR1020120014976A
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Korean (ko)
Inventor
이제원
신주용
Original Assignee
인제대학교 산학협력단
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Publication date
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Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용한 GaAs/AlGaAs 이종 접합의 선택적 식각 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 전원으로서 펄스 직류 전원을 사용하고 BCl3/SF6 혼합 플라즈마로 GaAs/AlGaAs 이종 접합 구조의 선택적 식각 방법에 관한 것이다.
본 발명의 플라즈마를 이용한 GaAs/AlGaAs 이종 접합의 선택적 식각 방법은 플라즈마의 전원으로서 펄스 직류를 사용하기 때문에 종래 고주파를 사용하는 경우와는 달리, 매칭 네트워크를 사용하지 않고도 플라즈마를 발생시킬 수 있으며, 플라즈마 반응기의 다른 전기 기기들과 전기적 간섭이 없어서 안전할 뿐만 아니라, AlGaAs 에 대한 GaAs 의 선택적 식각이 높은 선택비로 가능하다.
The present invention relates to a selective etching method of a GaAs / AlGaAs heterojunction using plasma, and more particularly, to a selective etching method of a GaAs / AlGaAs heterojunction structure using a pulsed DC power supply as a plasma power source and a BCl 3 / SF 6 mixed plasma. It is about.
Since the selective etching method of GaAs / AlGaAs heterojunction using the plasma of the present invention uses pulsed direct current as the power source of the plasma, unlike the case of using a high frequency conventionally, plasma can be generated without using a matching network. Not only is it safe because there is no electrical interference with other electrical devices in the reactor, but the selective etching of GaAs over AlGaAs is possible with high selectivity.

Description

플라즈마를 이용한 GaAs/AlGaAs이종 접합의 선택적 식각 방법{selective etching method of GaAs/AlGaAs heterojunction structure using plasma}Selective etching method of GaAs / AlGaAs heterojunction structure using plasma}

본 발명은 플라즈마를 이용한 GaAs/AlGaAs 이종 접합 구조의 선택적 식각 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 전원으로서 펄스 직류 전원을 사용하여 GaAs/AlGaAs 이종 접합 구조를 선택적으로 식각하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a selective etching method of a GaAs / AlGaAs heterojunction structure using plasma, and more particularly, to a method of selectively etching a GaAs / AlGaAs heterojunction structure using a pulsed direct current power source as a plasma power supply.

이종 접합 반도체 소자는 통산 Ⅲ-Ⅴ족의 반도체재료로 만들어지기 때문에 차단주파수가 높고 동작전압의 조절이 용이하여 고속의 아날로그 회로뿐만아니라 디지털소자의 응용에도 매우 유망하다. 그 중에서도 AlGaAs 와 GaAs 로 구성된 AlGaAs/GaAs 이종 접합 반도체 소자는 이제까지 연구 발표된 이종 접합 반도체 소자 중에서 가장 널리 응용되고 있는데, 두 물질계의 격자정합이 우수하고, 제반전기적 성질과 n형과 p형 도핑등의 제어능력이 양호하며, 비교적 공정기술이 잘 개발되어 있기 때문이다. AlGaAs/GaAs 이종 접합 반도체 소자는 발광소자 (Light Emitting Diodes), 레이저나 무선통신용 소자로 주로 사용되는 화합물 반도체이다.Heterojunction semiconductor devices are made of III-V semiconductor materials in general, so they have high cut-off frequency and easy operation voltage control, making them very promising for the application of digital devices as well as high-speed analog circuits. Among them, AlGaAs / GaAs heterojunction semiconductor devices composed of AlGaAs and GaAs are the most widely used heterojunction semiconductor devices that have been studied and published.They are excellent in lattice matching between two materials and have excellent electrical properties, n-type and p-type doping Control ability is good, and the process technology is well developed. AlGaAs / GaAs heterojunction semiconductor devices are compound semiconductors mainly used as light emitting diodes, lasers, or wireless communication devices.

이종 접합 반도체 소자를 이용한 고속 전자이동 트랜지스터(HEMT), 모듈레이션 도우프 전계 효과 트랜지스터(MODFET) 및 그 밖의 전자소자의 기본 구조는 n-형 혹은 p-형의 이원계 갈륨화합물(binary compound: GaAs, GaN 등)의 채널층(channel layer)과, 전하공급층(charge supply layer) 혹은 클래딩층(cladding layer)으로 쓰이는 알루미늄을 포함하는 삼원계 갈륨화합물(ternary compound: AlxGa1-x As, AlxGa1-x N등)층, 패시베이션(passivation)과 오믹 접촉(ohmic contact)을 위한 캐핑층(capping layer)으로서의 이원계 갈륨 화합물층으로 이루어진다. The basic structure of high-speed electron transfer transistor (HEMT), modulation doped field effect transistor (MODFET) and other electronic devices using heterojunction semiconductor device is n-type or p-type binary gallium compound (GaAs, GaN) Tertiary gallium compounds (AlxGa1-x As, AlxGa1-x N, etc.) containing a channel layer of aluminum, and aluminum, which is used as a charge supply layer or a cladding layer. ) Layer, a binary gallium compound layer as a capping layer for passivation and ohmic contact.

이러한 이종 접합 반도체 소자를 제조하기 위해서는 상기 채널층인 이원계 갈륨화합물층(binary compound: GaAs, GaN 등)을 식각하여 전하공급층이 드러나도록 하여야 한다. 따라서, 반드시 높은 선택비로서 이원계 갈륨화합물층(binary compound: GaAs, GaN 등)을 식각해야 한다. 도 1에 채널층으로서 GaAs 를 사용하고, 전하공급층으로서 AlGaAs 를 사용한 경우 선택적 식각을 실시한 결과를 나타낸다.
In order to manufacture the heterojunction semiconductor device, the binary gallium compound layer (GaAs, GaN, etc.), which is the channel layer, must be etched to expose the charge supply layer. Therefore, binary gallium compound layers (GaAs, GaN, etc.) must be etched with high selectivity. 1 shows the result of selective etching when GaAs is used as the channel layer and AlGaAs is used as the charge supply layer.

상기 채널층을 식각하여 전하공급층이 드러나도록 하는 방법으로는 채널층만 식각하고 전하공급층은 식각하지 않는 선택적 식각 방법과, 채널층과 전하공급층을 함께 식각하는 비선택적 식각 방법이 사용된다. As a method of etching the channel layer to expose the charge supply layer, a selective etching method in which only the channel layer is etched but not the charge supply layer and a non-selective etching method which etches the channel layer and the charge supply layer together are used. .

이원계 갈륨화합물(binary compound: GaAs, GaN 등)의 경우 모어(Mohr) 경도가 10으로 매우 단단한 물질이고, 화학적으로 안정하기 때문에 습식 식각 방법에 의해서는 만족할만한 식각을 얻을 수 없으며, 각 재료에 대한 선택적인 식각은 이루어지고 있지 않다. 따라서, 화합물 반도체를 사용하여 전자소자를 제작하기 위해서는 이원계 갈륨화합물(binary compound: GaAs, GaN 등)을 건식 식각 방법에 의하여 식각하여야 한다.
In the case of binary gallium compounds (GaAs, GaN, etc.), the Mohr hardness of 10 is very hard, and because it is chemically stable, satisfactory etching cannot be obtained by the wet etching method. There is no selective etching. Therefore, in order to manufacture an electronic device using a compound semiconductor, binary gallium compounds (GaAs, GaN, etc.) must be etched by a dry etching method.

질화물 반도체의 건식 식각은 주로 염소(Cl2), 브롬(Br2), 요오드(I2 )와 같은 할로겐(halogen) 기체를 사용한 플라즈마를 사용하고 있다. 이 때 할로겐 기체는 질화물 반도체의 3족 물질과 결합하여 휘발성이 강한 염화갈륨(GaClx), 염화알루미늄(AlClx), 브롬화갈륨(GaBr) 또는 브롬화알루미늄(AlBr)과 같은 할로겐화 기체를 생성하고, 5족인 질소원자(N)는 질소분자(N2)를 형성하여, 질화물 반도체의 식각 공정이 이루어진다. 예를 들어 식각 기체로 불소를 사용할 경우 불소와 AlGaAs의 알루미늄이 반응하여 AlFX의 성분을 가지는 식각 부산물을 만들게 되는데, AlFX는 GaFX보다 증발 압력이 낮아 조건에 따라서는 증발되지 않고 AlGaAs의 표면에 남아있게 되며, 이 현상을 이용하여 GaAs는 식각되고 AlGaAs는 식각되지 않은 기술을 개발할 수 있게 된다.
Dry etching of nitride semiconductors mainly uses plasma using halogen gas such as chlorine (Cl 2 ), bromine (Br 2 ) and iodine (I 2 ). In this case, the halogen gas combines with the Group III material of the nitride semiconductor to generate a halogenated gas such as gallium chloride (GaClx), aluminum chloride (AlClx), gallium bromide (GaBr), or aluminum bromide (AlBr), which is highly volatile. Nitrogen atom (N) forms a nitrogen molecule (N2), the etching process of the nitride semiconductor is performed. For example, the fluorine and AlGaAs aluminum reaction when using fluorine as an etching gas there is tailored to etch by-products with a component of AlF X, AlF X is the surface of the not evaporated AlGaAs according to the low evaporation pressure conditions than GaF X This phenomenon allows GaAs to be etched and AlGaAs to develop technologies that are not etched.

플라즈마 식각 방식에는 전자회전공명(ECR) 플라즈마 방식과 Helicon 플라즈마방식, TCP(transformer coupled plasma)방식과 ICP(inductively coupled plasma) 방식 등이 있다. ECR방식은 진공용기 외벽에 자석을 설치하여 마그네트론에서 공급하는 2.45 GH의 주파수와 공명을 이르키고 전자를 회전운동시켜 고밀도 플라즈마를 형성한 다음 기판 쪽에 RF장치로 자기 전압(self bias)을 인가시켜 시이스 퍼텐셜을 형성하여 이온을 가속시킨다. 또한 이온이 나선운동을 하여 식각의 균일성이 저하되는 단점이 있다. Helicon 방식은 플라즈마를 200-300 KHz로 발생시켜 용기외벽에 안테나와 코일을 구성하여 전자의 속도와 일치하는 Helicon 파동을 가하여 고밀도 플라즈마를 형성시켜 기판쪽에 13.56 MHz의 부하를 인가하지만 균일성과 낮은 식각율의 단점이 있다.Plasma etching methods include electron rotation resonance (ECR) plasma method, Helicon plasma method, transformer coupled plasma (TCP) method and inductively coupled plasma (ICP) method. In the ECR method, a magnet is installed on the outer wall of the vacuum vessel to achieve a frequency and resonance of 2.45 GH supplied from the magnetron, and the electrons are rotated to form a high density plasma, and then a magnetic voltage is applied to the substrate to apply a magnetic bias to the substrate. It forms a potential to accelerate ions. In addition, there is a disadvantage that the uniformity of etching is deteriorated due to the spiral movement of the ions. Helicon method generates plasma at 200-300 KHz and forms antenna and coil in the outer wall of the container to apply Helicon wave that matches the speed of electron to form high density plasma to apply 13.56 MHz load to the substrate, but uniformity and low etching rate There are disadvantages.

GaAs 소재의 플라즈마 식각 장치는 라디오파의 고주파 전원을 주로 사용하여 왔다. 또한 90년대 후반부터는 고밀도 플라즈마를 발생시킬 수 있는 전자회전공명 (Electron Cyclotron Resonance)와 유도결합 플라즈마 (Inductively Coupled Plasma)를 사용하여 식각하여 왔다.
Plasma etching devices made of GaAs have mainly used high-frequency power of radio waves. In addition, since the late 90's, it has been etched using Electro Cyclotron Resonance and Inductively Coupled Plasma that can generate high density plasma.

펄스 직류 플라즈마는 90년대 후반에 개발되어 발전하여 왔다. 펄스 직류 플라즈마는 주로 금속 산화막의 증착을 위한 반응성 스퍼터링 분야에 주로 사용되어 왔다. 펄스 직류 플라즈마는 교류인 고주파 플라즈마에 비하여 플라즈마 반응기 내부의 센서들에 전기적 간섭이 거의 없다. 또한 고주파 플라즈마 발생에는 필수적인 매칭 네트워크가 필요 없어 장치가 간편하다. 플라즈마 공정 변수 활용에 있어서 고주파 전원장치는 파워 크기로만 제한되어 있는 반면 펄스 직류 전원장치는 펄스 전압, 주파수, 리버스 시간이라는 추가적인 변수들을 사용할 수 있는 장점이 있다. Pulsed direct current plasma was developed and developed in the late 90's. Pulsed direct current plasma has been mainly used in the field of reactive sputtering for the deposition of metal oxide films. Pulsed direct current plasma has little electrical interference with sensors inside the plasma reactor as compared with high frequency plasma which is alternating current. In addition, high frequency plasma generation eliminates the necessary matching network, simplifying the device. The high frequency power supply is limited to the power size, while the pulsed DC power supply has the advantage of using additional variables such as pulse voltage, frequency and reverse time.

갈륨 비소 반도체의 펄스 직류 플라즈마를 사용한 건식 식각 기술은 2011년 Journal of Vacuum Science and Technology에 최초 출판되었다. (J. Vac. Sci. Technol. B. 29, 030601-1, 2011). 상기 논문에서는 갈륨비소의 식각에 있어 BCl3 가스를 사용하고, 주된 공정 변수로 펄스 전압 변화를 이용하였으며, 갈륨비소 반도체의 식각 속도는 약 0.2 ~ 0. 5 μm/min 이내이었다.
Dry etching using pulsed direct current plasma from gallium arsenide semiconductors was first published in the Journal of Vacuum Science and Technology in 2011. (J. Vac. Sci. Technol. B. 29 , 030601-1, 2011). In this paper, BCl 3 gas was used for the etching of gallium arsenide, and the pulse voltage change was used as the main process variable, and the etching rate of the gallium arsenide semiconductor was within about 0.2 ~ 0.5 μm / min.

본 발명에서는 플라즈마를 이용한 GaAs/AlGaAs 이종 접합 구조의 선택적 식각 방법에 있어서, GaAs의 식각 속도를 높게 유지하며, AlGaAs의 식각 속도를 낮추어, GaAs/AlGaAs의 식각 선택비를 높일 수 있는 새로운 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
In the present invention, in the selective etching method of the GaAs / AlGaAs heterojunction structure using plasma, it is possible to maintain a high etching rate of GaAs, to lower the etching rate of AlGaAs, thereby increasing the etching selectivity of GaAs / AlGaAs. It aims to do it.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 플라즈마를 이용한 이종 접합 반도체 소자 GaAs/AlGaAs 의 선택적 식각 방법에 있어서, 상기 플라즈마를 발생시키는 전원으로는 펄스 직류 전원을 사용하고, 식각 가스로는 BCl3 와 플라즈마에 의해 분해되어 플루오르 라디칼을 발생하는 기체의 혼합 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 GaAs/AlGaAs 이종 접합 구조의 선택적 식각 방법을 제공한다. In the present invention, in order to solve the above problems, in the selective etching method of a heterojunction semiconductor device GaAs / AlGaAs using plasma, a pulsed DC power source is used as a power source for generating the plasma, and BCl 3 and plasma are used as an etching gas. It provides a selective etching method of the GaAs / AlGaAs heterojunction structure using a plasma, characterized in that using a mixed gas of a gas that is decomposed by the fluorine radicals.

본 발명에 있어서, 상기 플라즈마를 발생시키기 위한 챔버 내의 압력은 50 ~ 300 mTorr 인 것을 특징으로 한다. In the present invention, the pressure in the chamber for generating the plasma is characterized in that 50 ~ 300 mTorr.

본 발명에 있어서, 상기 플라즈마에 의해 분해되어 플루오르 라디칼을 발생하는 기체는 SF6, CF4 및 CHF3로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the gas which is decomposed by the plasma to generate fluorine radicals is selected from the group consisting of SF 6 , CF 4 and CHF 3 .

본 발명에 있어서, 상기 식각 가스로는 BCl3 와 SF6의 혼합 가스를 사용하고, 상기 SF6 는 전체 기체 부피의 5 내지 20 % 비율로 혼합되는 것을 특징으로 한다. In the present invention, a mixed gas of BCl 3 and SF 6 is used as the etching gas, and the SF 6 is mixed at a ratio of 5 to 20% of the total gas volume.

본 발명에 있어서, 상기 식각 가스로는 질소, 아르곤, 네온 및 헬륨으로 구성된 그룹에서 선택되는 불활성 가스를 더 포함하는 것이 가능하다. In the present invention, the etching gas may further include an inert gas selected from the group consisting of nitrogen, argon, neon and helium.

본 발명에 있어서, 상기 직류 펄스 전원은 전압이 100 내지 600 V 이고, 펄스 주파수는 100 ~ 200 kHz 이고, 리버스 시간은 0.7 ~ 1.2 μs 인 것을 특징으로 한다. In the present invention, the DC pulse power source has a voltage of 100 to 600 V, a pulse frequency of 100 to 200 kHz, and a reverse time of 0.7 to 1.2 μs.

본 발명에 있어서, 상기 식각 가스 전체의 유량이 5 내지 100 sccm 인 것을 특징으로 한다. In the present invention, the flow rate of the entire etching gas is characterized in that 5 to 100 sccm.

본 발명에 있어서, 상기 AlGaAs 의 식각 속도에 대한 GaAs의 식각 속도의 비, 즉 (GaAs 의 식각 속도/AlGaAs 의 식각 속도)는 4 내지 100 인 것을 특징으로 한다. In the present invention, the ratio of the etching rate of GaAs to the etching rate of AlGaAs, that is, the etching rate of GaAs / etching rate of AlGaAs is 4 to 100.

본 발명에 있어서, 상기 AlGaAs 의 식각 속도는 0.05 ㎛/min 이하인 것을 특징으로 한다.
In the present invention, the etching rate of the AlGaAs is characterized in that 0.05 ㎛ / min or less.

본 발명의 플라즈마를 이용한 GaAs/AlGaAs 이종 접합의 선택적 식각 방법은 플라즈마의 전원으로서 펄스 직류를 사용하기 때문에 종래 고주파를 사용하는 경우와는 달리, 매칭 네트워크를 사용하지 않고도 플라즈마를 발생시킬 수 있고 플라즈마 반응기의 다른 전기 기기들과 전기적 간섭이 없어서 안전할 뿐만 아니라, AlGaAs 에 대한 GaAs 의 선택적 식각이 높은 선택비로 가능하다.
The selective etching method of the GaAs / AlGaAs heterojunction using the plasma of the present invention uses a pulsed direct current as the power source of the plasma, and thus, unlike the case of using a high frequency wave, a plasma reactor can be generated without using a matching network. In addition to being safe due to no electrical interference with other electrical devices, the selective etching of GaAs over AlGaAs is possible with high selectivity.

도 1은 GaAs/AlGaAs 구조의 선택적 식각 전,후의 단면 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 사용한 플라즈마 처리장치의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 펄스 직류 플라즈마 반응기로 들어오는 BCl3/SF6의 혼합가스 중에서 전체 기체 중 SF6의 부피% 에 따른 GaAs와 AlGaAs 의 식각 속도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 펄스 직류 플라즈마에서 펄스 전압 변화에 따른 GaAs와 AlGaAs의 식각속도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 펄스 직류 플라즈마에서 펄스 주파수 변화에 따른 GaAs와 AlGaAs 의 식각 속도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 펄스 직류 플라즈마에서 리버스 시간 변화에 따른 GaAs와 AlGaAs 의 식각 속도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 펄스 직류 18 sccm BCl3/ 2 sccm SF6, 100 mTorr, 500 V 펄스 전압, 200 kHz 펄스 주파수, 0.7 μs 리버스 시간에서 플라즈마로 식각된 GaAs의 전자현미경 사진이다.
1 is a cross-sectional conceptual diagram before and after selective etching of a GaAs / AlGaAs structure.
2 schematically illustrates the structure of a plasma processing apparatus used in an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph illustrating etching rates of GaAs and AlGaAs according to volume% of SF 6 in a gas mixture of BCl 3 / SF 6 flowing into a pulsed direct current plasma reactor.
4 is a graph illustrating etching rates of GaAs and AlGaAs according to pulse voltage changes in a pulsed direct current plasma.
FIG. 5 is a graph illustrating etching rates of GaAs and AlGaAs according to pulse frequency change in a pulsed direct current plasma.
FIG. 6 is a graph illustrating etching rates of GaAs and AlGaAs according to reverse time variation in a pulsed direct current plasma.
Figure 7 is an electron micrograph of a pulse direct current 18 sccm BCl 3/2 sccm SF 6, 100 mTorr, 500 V pulse voltage, pulse frequency 200 kHz, the GaAs etching in 0.7 μs reverse time in the plasma.

이하에서는 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 아래 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the present invention is not limited by the following examples.

<제조예> 플라즈마 처리 장치의 제조Production Example Manufacture of Plasma Treatment Apparatus

본 실시예에 사용한 축전 결합형 플라즈마 장치는 본 발명자 연구팀의 실험실에서 자체적으로 조립된 것이고, 이에 대한 개략적은 구조는 도 2에 나타낸 플라즈마 처리장치와 같다. 도 2에 나타낸 플라즈마 처리장치는 본 발명자들에 의해 먼저 출원된 한국 출원(출원번호 10-2010-0042497)에 의하여 제조되었다. The capacitively coupled plasma device used in the present embodiment is self-assembled in the laboratory of the present inventors' research team, and a schematic structure thereof is the same as the plasma processing device shown in FIG. The plasma processing apparatus shown in FIG. 2 was manufactured by a Korean application (Application No. 10-2010-0042497) filed earlier by the present inventors.

펄스 직류 플라즈마를 발생시키는 전원 장치로는 Advanced Energy 사의 제품인 pinnacle plus를 사용하였다. BCl3와 SF6의 가스 유량은 전자식 가스 유량 조절기(Mass Flow Controllers)를 사용하여 조절하였다. 기계적 펌프는 분당 600 리터를 배기하는 것을 이용하였다. GaAs 와 GaAs/AlGaAs 샘플을 올려놓는 샘플 척은 직경 150㎜이었다. GaAs 샘플은 식각 마스크로 사용하는 감광제로 패터닝을 한 것과 하지 않은 것을 따로 준비하여 1×1 ㎠ 정도로 조각내어 실험하였다.
Pinnacle plus, a product of Advanced Energy, was used as a power supply to generate the pulsed DC plasma. Gas flow rates of BCl 3 and SF 6 were controlled using electronic mass flow controllers. The mechanical pump used to evacuate 600 liters per minute. The sample chuck on which the GaAs and GaAs / AlGaAs samples were placed was 150 mm in diameter. GaAs samples were prepared by patterning with a photoresist used as an etch mask and one without, and then sculpted to about 1 × 1 cm 2 and tested.

<실시예 1> 식각 기체 중 SFExample 1 SF in Etching Gas 66 의 함량에 따른 AlGaAs 와 GaAs 의 식각 속도 측정 Etch Rate of AlGaAs and GaAs with Different Contents

상기 도 2와 같은 플라즈마 반응기에서 AlGaAs, GaAs 기판을 각각 식각하였다. 플라즈마 반응기로 유입되는 BCl3/SF6 가스의 총량은 20 sccm (standard cubic centimeter per minute)으로 일정하게 유지하고, 공정 압력은 약 100 mTorr이었다. 플라즈마 식각 시간은 2분으로 하였다. 전체 식각 기체 중 SF6 의 부피비를 0, 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 % 로 변화시키면서 식각을 실시하였다. In the plasma reactor as shown in FIG. 2, AlGaAs and GaAs substrates were etched. The total amount of BCl 3 / SF 6 gas entering the plasma reactor was kept constant at 20 standard cubic centimeters per minute (sccm), and the process pressure was about 100 mTorr. The plasma etching time was 2 minutes. The etching was performed while changing the volume ratio of SF 6 to 0, 10%, 20%, 30%, 40%, and 50% in the entire etching gas.

식각 공정이 끝난 AlGaAs/GaAs 기판들은 아세톤으로 감광제(photoresist,PR)을 제거한 후에 표면 단차 측정기(Tencor alpha-step IQ)로 식각 깊이를 측정하여 식각 속도를 계산하고, 식각 기체 중 SF6 의 부피비에 따른 AlGaAs 와 GaAs 의 식각 속도를 측정한 결과를 도 3에 나타내었다. After the etching process, AlGaAs / GaAs substrates are removed with photoresist (PR) with acetone, and then the etching depth is measured by using a Tencor alpha-step IQ to calculate the etch rate and the volume ratio of SF 6 in the etching gas. 3 shows the results of measuring the etching rates of AlGaAs and GaAs.

도 3에서 보는 바와 같이 SF6 의 부피비가 0 % 이상일 때 AlGaAs 의 식각 속도가 현저히 감소하며, 상기 SF6 는 전체 기체 부피의 5 내지 20 부피 % 비율일 때 AlGaAs 와 GaAs 의 식각 속도의 차이가 현저하다. 즉, 상기 SF6 는 전체 기체 부피의 5 내지 20 부피 % 비율로 혼합될 때 GaAs 는 식각되고, AlGaAs 는 거의 식각되지 않아 높은 선택비로 선택적 식각이 이루어 진다는 것을 알 수 있다.
As shown in FIG. 3, the etching rate of AlGaAs is significantly decreased when the volume ratio of SF 6 is 0% or more, and the difference of etching rates of AlGaAs and GaAs is significant when SF 6 is 5 to 20% by volume of the total gas volume. Do. That is, when SF 6 is mixed at a ratio of 5 to 20% by volume of the total gas volume, GaAs is etched, and AlGaAs is hardly etched, so that selective etching is performed at a high selectivity.

<실시예 2> 펄스 직류 전원에서 전압의 크기에 따른 AlGaAs 와 GaAs 의 식각 속도 측정Example 2 Measurement of Etch Rate of AlGaAs and GaAs According to Voltage Amplitude in Pulsed DC Power Supply

식각 기체 중 SF6 의 부피비를 10% 로 하고, 공정 압력은 100 mTorr 에서 펄스 직류 전원의 전압의 크기를 변경시키는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 AlGaAs/GaAs 기판의 식각을 실시하고, 그 결과를 도 4에 나타내었다. The AlGaAs / GaAs substrate was etched in the same manner as in Example 1 except that the volume ratio of SF 6 in the etching gas was set to 10%, and the process pressure was changed to 100 mTorr. The results are shown in FIG.

도 4에서 펄스 직류 전원의 전압의 크기가 증가할수록 AlGaAs 와 GaAs 의 식각 속도가 모두 증가하는 것을 알 수 있다.
In FIG. 4, it can be seen that as the magnitude of the voltage of the pulsed DC power source increases, both the etching rates of AlGaAs and GaAs increase.

<실시예 3> 펄스 직류 전원에서 주파수의 크기에 따른 AlGaAs 와 GaAs 의 식각 속도 측정Example 3 Measurement of Etch Rate of AlGaAs and GaAs According to Frequency Amplitude in Pulsed DC Power Supply

식각 기체 중 SF6 의 부피비를 10% 로 하고, 공정 압력은 100 mTorr 에서 펄스 직류 전원의 주파수의 크기를 변경시키는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 AlGaAs/GaAs 기판의 식각을 실시하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다. The AlGaAs / GaAs substrate was etched in the same manner as in Example 1 except that the volume ratio of SF 6 in the etching gas was 10%, and the process pressure was 100 mTorr. The results are shown in FIG.

도 5에서 펄스 직류 주파수가 100 kHz인 경우에는 GaAs가 거의 식각되지 않아 식각 선택비가 거의 1:1이었다. 그러나, 주파수가 150, 200, 250 kHz로 증가하였을 때는 역시 GaAs의 식각 속도가 빠르게 증가하여 거의 식각되지 않는 AlGaAs에 대해 높은 식각 식각 선택비를 나타내었다.
In FIG. 5, when the pulse DC frequency was 100 kHz, GaAs was hardly etched and the etching selectivity was almost 1: 1. However, when the frequencies were increased to 150, 200, and 250 kHz, the etching speed of GaAs also increased rapidly, indicating high etching selectivity for AlGaAs which is hardly etched.

<실시예 4> 펄스 직류 전원에서 리버스 시간에 따른 AlGaAs 와 GaAs 의 식각 속도 측정Example 4 Etch Rate Measurement of AlGaAs and GaAs with Reverse Time in Pulsed DC Power Supply

식각 기체 중 SF6 의 부피비를 10% 로 하고, 공정 압력은 100 mTorr 에서 샘플 기판에 인가되는 펄스 직류 전원에서 전하가 음극에서 양극으로 바뀌어 존재하는 시간인 리버스 시간(reverse time)을 변경시키는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 AlGaAs/GaAs 기판의 식각을 실시하고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6에서 리버스 시간(reverse time) 이 증가할수록 AlGaAs 와 GaAs 의 식각 속도가 모두 증가하며, 리버스 시간(reverse time) 이 0.7 μs 이상에서는 GaAs 의 식각 속도가 더 이상 증가하지 않는 것을 알 수 있다.
The volume ratio of SF 6 in the etching gas is 10%, and the process pressure is except that the reverse time, which is the time when the charge is changed from the cathode to the anode in the pulsed DC power applied to the sample substrate at 100 mTorr, is present. Then, the AlGaAs / GaAs substrate was etched in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIG. In FIG. 6, as the reverse time increases, the etching rate of both AlGaAs and GaAs increases, and when the reverse time is 0.7 μs or more, the etching rate of GaAs no longer increases.

<실험예> 식각된 GaAs의 전자현미경 사진 측정Experimental Example: Measurement of Electron Microscopy of Etched GaAs

식각 기체로서 BCl3 와 SF6 를 사용하되 상기 SF6의 부피비가 전체 부피의 10 % 가 되도록 18 sccm BCl3/ 2 sccm SF6를 사용하고, 100 mTorr, 500 V 펄스 전압, 200 kHz 펄스 주파수, 0.7 μs 리버스 시간(reverse time)의 조건에서 GaAs를 식각하고, 식각된 기판을 전자현미경 사진 측정하였으며, 측정된 전자현미경 사진을 도 7에 나타내었다. As the etching gas, but using a BCl 3 and SF 6 using 18 sccm BCl 3/2 sccm SF 6 the volume of the SF 6 so that 10% of the total volume and, 100 mTorr, 500 V pulse voltage, 200 kHz pulse frequency, GaAs was etched under the condition of 0.7 μs reverse time, and the etched substrate was subjected to electron micrograph measurement. The measured electron microscope photograph is shown in FIG. 7.

도 7에서 감광제는 패턴 표면에 아직 남아있으며, 감광제에 대한 훼손이 거의 없고, 플라즈마 식각이 수직으로 이루어졌음을 알 수 있다. In Figure 7, it can be seen that the photoresist still remains on the pattern surface, there is little damage to the photoresist, and the plasma etching is vertical.

Claims (9)

플라즈마를 이용한 GaAs/AlGaAs 이종 접합의 선택적 식각 방법에 있어서,
상기 플라즈마를 발생시키는 전원으로는 펄스 직류 전원을 사용하고,
식각 가스로는 BCl3 와 SF6, CF4 및 CHF3로 이루어진 그룹에서 선택되는 기체의 혼합 가스를 사용하고,
상기 펄스 직류 전원은 전압이 100 내지 600 V 이고, 펄스 주파수는 100 ~ 200 kHz 이고, 리버스 시간은 0.7 ~ 1.2 μs 인 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 GaAs/AlGaAs 이종 접합의 선택적 식각 방법
In the selective etching method of GaAs / AlGaAs heterojunction using plasma,
Pulsed DC power is used as a power source for generating the plasma,
As the etching gas, a mixed gas of gas selected from the group consisting of BCl 3 and SF 6 , CF 4 and CHF 3 is used.
The pulsed DC power supply has a voltage of 100 to 600 V, a pulse frequency of 100 to 200 kHz, and a reverse time of 0.7 to 1.2 μs. The selective etching method of GaAs / AlGaAs heterojunction using plasma
제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마를 발생시키기 위한 챔버 내의 압력은 50 ~ 300 mTorr 인 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 GaAs/AlGaAs 이종 접합의 선택적 식각 방법
The method of claim 1,
Selective etching method of GaAs / AlGaAs heterojunction using plasma, characterized in that the pressure in the chamber for generating the plasma is 50 ~ 300 mTorr
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 식각 가스로는 BCl3 와 SF6 를 사용하고, 상기 SF6 는 전체 기체 부피의 5 내지 20 % 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 GaAs/AlGaAs 이종 접합의 선택적 식각 방법
The method of claim 1,
Selective etching method of the GaAs / AlGaAs heterojunction using a plasma, characterized in that the etching gas using BCl 3 and SF 6 , the SF 6 is mixed at a ratio of 5 to 20% of the total gas volume.
제 4 항에 있어서,
상기 식각 가스로는 질소, 아르곤, 네온 및 헬륨으로 구성된 그룹에서 선택되는 불활성 가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 GaAs/AlGaAs 이종 접합의 선택적 식각 방법
5. The method of claim 4,
The etching gas may further include an inert gas selected from the group consisting of nitrogen, argon, neon, and helium, and the selective etching method of the GaAs / AlGaAs heterojunction using plasma.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 식각 가스 전체의 유량이 5 내지 100 sccm 인 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 이종 접합 반도체 소자 GaAs/AlGaAs 의 선택적 식각 방법
The method of claim 1,
Selective etching method of the heterojunction semiconductor device GaAs / AlGaAs using plasma, characterized in that the flow rate of the entire etching gas is 5 to 100 sccm
제 1 항에 있어서,
상기 AlGaAs 의 식각 속도에 대한 GaAs의 식각 속도의 비(GaAs 의 식각 속도/AlGaAs 의 식각 속도)는 4 내지 100 인 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 GaAs/AlGaAs 이종 접합의 선택적 식각 방법
The method of claim 1,
The ratio of the etching rate of GaAs to the etching rate of AlGaAs (etch rate of GaAs / etch rate of AlGaAs) is 4 to 100, wherein the selective etching method of GaAs / AlGaAs heterojunction using plasma
제 1 항에 있어서,
상기 AlGaAs 의 식각 속도는 0.05 ㎛/min 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 GaAs/AlGaAs 이종 접합의 선택적 식각 방법
The method of claim 1,
Selective etching method of GaAs / AlGaAs heterojunction using plasma, characterized in that the etching rate of AlGaAs is 0.05 μm / min or less
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