[ 논문] 한국재료학회지 DOI: 10.3740/MRSK.2009.19.3.132 Kor. J. Mater. Res. Vol. 19, No. 3 (2009) 132 Corresponding author E-Mail : jwlee@inje.ac.kr (J. W. Lee) 저진공 축전 결합형 BCl 3 /N 2 플라즈마를 이용한 GaAs 의 건식 식각 김재권·박주홍·이성현·노호섭·주영우·박연현·김태진·이제원 † 인제대학교 나노공학부/ 나노기술연구소, 김해, 621-749 Capacitively Coupled Dry Etching of GaAs in BCl 3 /N 2 Discharges at Low Vacuum Pressure Jae Kwon Kim, Ju Hong Park, Sung Hyun Lee, Ho Seob Noh, Young Woo Joo, Yeon Hyun Park, Tae Jin Kim and Je Won Lee † School of Nano Engineering, Center for nano technology applications, Inje University, Gimhae, 621-749, Korea (2008년 11월 28 일 접수 : 2009 년 1 월 7일 최종수정 : 2009 년 2 월 17 일 채택) Abstract This study investigates GaAs dry etching in capacitively coupled BCl /N plasma at a low vacuum pressure (>100 mTorr). The applied etch process parameters were a RIE chuck power ranging from 100~200 W on the electrodes and a N composition ranging from 0~100 % in BCl /N plasma mixtures. After the etch process, the etch rates, RMS roughness and etch selectivity of the GaAs over a photoresist was investigated. Surface profilometry and field emission-scanning electron microscopy were used to analyze the etch characteristics of the GaAs substrate. It was found that the highest etch rate of GaAs was 0.4 μm/min at a 20 % N composition in BCl /N (i.e., 16 sccm BCl / 4 sccm N ). It was also noted that the etch rate of GaAs was 0.22 μm/min at 20 sccm BCl (100 % BCl ). Therefore, there was a clear catalytic effect of N during the BCl /N plasma etching process. The RMS roughness of GaAs after etching was very low (~3 nm) when the percentage of N was 20 %. However, the surface roughness became rougher with higher percentages of N . Key words GaAs , plasma etching, CCP, low vacuum pressure, BCl /N 1. 서 론 현재 GaAs 반도체는 레이저 소자, 고출력의 이동통신 용 소자 등으로 사용되고 있다. 그런 GaAs 소자 제조 를 위한 플라즈마 식각은 주로 Cl 을 포함한 가스를 이 용하여 할 수 있다. 1-3) 플라즈마를 이용한 GaAs 의 건식 식각에서 문제가 될 수 있는 것들은 낮은 식각률, 휘발 성이 높은 As 의 선택적 손실로 인한 거친 표면 거칠기 와 언더컷팅 (undercutting) 등이다. GaAs 의 이런 문제들 을 최소화하며 원하는 우수한 식각 결과를 얻기 위하여 축전결합플라즈마 (capacitively coupled plasma, CCP) 뿐만 아니라, 유도결합플라즈마, ECR(electron cyclotron resonance) 플라즈마 등 다양한 플라즈마 시스템을 이용 한 건식 식각 공정이 개발되어 왔다. 4-10) 그러나 GaAs 소 자를 개발하고 양산화하는 기술적 관점에서 보았을 때 플 라즈마 식각에서 해결해야할 과제가 아직 많이 남아 있 다고 할 수 있다. 첫째는 플라즈마 식각 공정에서 가능하면 고가의 진공 펌프를 사용하지 않는 기술을 개발하여야 한다. 예를 들 어, 플라즈마 식각 공정에서는 고진공 펌프로 터보분자 펌프를 많이 사용한다. 11~12) 터보분자 펌프는 스태터와 로 터로 구성되어 있으며 회전 날개인 로터가 분당 수만 번 회전함에 의해 고진공을 유지하게 되어있다. 그러나 일 반적으로 터보 펌프는 기계적 충격에 상대적으로 약하고, 고장시에는 유지 보수에 많은 비용이 들 수 있다. 따라서 소자 제조 원가 비용 절감을 위해 대면적이나 여러 장 의 웨이퍼를 동시에 식각하고자 하는 경우에 역시 고가 의 대용량 터보 분자펌프의 사용은 소자 제조업체와 장 비업체 모두에 큰 부담이 아닐 수 없다. 두 번째로 GaAs 식각에서 Cl 을 포함하고 있으면서 보관과 관리에 서 편리성과 안정성이 우수한 가스를 적절하게 사용하여 야 한다. 세 번째로 플라즈마를 발생시키기 위하여 공정 반응기로 인가되는 전압과 전류를 지나치게 높은 것을 사 용하는 것을 피해야 한다. 이 문제는 우리가 지금까지 개 발한 모든 플라즈마 장비를 바라보는 관점을 새롭게 할 수 있다. 13-14) 즉, 플라즈마 반응기에 높은 전압과 많은 전류를 공급하면 식각 속도를 어느 정도 높일 수는 있 겠지만 그런 높은 전압과 전류의 사용은 그만큼 식각 시 스템의 공정 안전성을 약화 시킬 수 있다.