한국진공학회지 (Journal of the Korean Vacuum Society)

한국진공학회 (The Korean Vacuum Society)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Floating potential에서 유도결합 플라즈마 식각에 의한 GaAs(100) 표면의 형태 변화

Morphological Evolution of GaAs(100) Surfaces during Inductively Coupled Plasma Etching at Floating Potential

  • 이상호 (캘리포니아 주립대학 재료공학과)
  • Lee, Sang-Ho (Department of Materials Science and Engineering, University of California)
  • 발행 : 2007.01.31
PDF 다운로드
⟨ 이전 논문 다음 논문 ⟩

초록

$BCl_3-Cl_2$ 플라즈마에서 이온 강화 식각 시 source power에 따른GaAs(100)의 표면 형태 변화를 연구하였다. Floating potential에서는 이온 포격(bombardment)이 거의 없기 때문에, 화학적 반응에 의존한 순수한 습식 식각에 의해 나타나는 것과 같이 <110> 능선과 {111} facet으로 이루어진 표면이 관찰 되었다. 이러한 형태는 식각 시작후 1분 이내에 형성되기 시작하여 시간이 지남에 따라 커진다. 동일한 압력에서 source power를 변화시키면 식각된 표면이 다른 형태를 보인다. 100 W 정도의 낮은 source power에서는 결정학적 표면이 형성되지 않지만, 900 W 정도의 높은 source power에서는 결정학적 표면이 잘 형성된다. 이것은 건식 식각에 필수적인 여기된 반응성 물질의 양이 source power에 크게 좌우되기 때문이다. 높은 source power에서는 반응성 물질의 농도가 높아지고, 열역학적으로 가장 안정한 GaAs(100) 표면이 형성 된다. 반면에 반응성 물질이 부족할 경우에는 표면 형태는 sputtering에 의해 결정된다. Scaling theory에 기초한 표면의 통계적 분석 적용 시, 두개의 spatial exponent가 발견 되었다. 하나는 1 보다 작고 원자 수준의 표면형태 형성 기구에 의해 결정되고, 다른 하나는 1보다 크며 facet 형성 기구와 같이 큰 규모의 형태 형성 기구에 의한 결과로 생각된다.

We present the morphological evolution at different source powers in the ion-enhanced etching of GaAs(100) in $BCl_3-Cl_2$ plasma. With little ion bombardment at floating potential, the surface develops <110< ridges and {111} facets, as it does in purely chemical etching. The morphology develops in less than 1 minute and grows bigger over time. The etched surfaces show different morphologies at different source powers with constant pressures of gases. Lowe. source power (100 W) produces poorly developed crystallographic surfaces while higher source power (900 W) produces well developed crystallographic surfaces. This is attributed to the availability of excited reactive species(chlorine atoms) depending on source powers. With more concentration of the reactive species at higher source powers, the surface of GaAs(100) would be a surface that is expected from thermodynamics while the surface morphology would be determined by sputtering in the lack of reactive species. Statistical analysis of the surfaces, based on scaling theory, revealed two spatial exponents: one(smaller than one) is formed by atomic scale mechanisms, the other(larger than one) is formed by larger scale mechanisms which is believed to develop facets.

키워드

참고문헌

  1. H.P. Gillis, 'Etching and Deposition,' in John Moore and Nicholas Spencer (eds.) Encylopedia of Chemical Physics and Physical Chemistry, (Institute of Physics, Philadelphia, PA, 2001). Chapter 2.18, pp. 2613-2630
  2. C. Steinbruchel, Appl. Phys. Lett. 55, 1960 (1989) https://doi.org/10.1063/1.102336
  3. J.W. Coburn and H.F. Winters, J. Appl. Phys. 50, 3189 (1979) https://doi.org/10.1063/1.326355
  4. H.F. Winters and J.W. Coburn, Surf. Sci. Rep. 14, 161 (1992)
  5. L. Sha, R. Puthenkovilkam, Y.-S. Lin, and J.P. Chang J. Vac. Sci. Tech. B 21, 2420 (2003) https://doi.org/10.1116/1.1627333
  6. T. Ohmi, K. Kotani, A. Teramoto, and M. Miyashita, IEEE Electron Device Lett. 12, 652 (1991) https://doi.org/10.1109/55.116944
  7. K.K. Ko, K. Kamath, O. Zia, E. Berg, S.W. Pang, and P. Bhattacharya, J. Vac. Sci. Tech. B 13, 2709 (1995)
  8. M.E.R. Dotto and M.U. Kleinke, Physica A 295, 149 (2001) https://doi.org/10.1016/S0378-4371(01)00068-1
  9. M. Saitou, M. Hokama, and W. Oshikawa, Appl. Surf. Sci. 185, 79 (2001) https://doi.org/10.1016/S0169-4332(01)00654-7
  10. T. Ngo, E.J. Snyder, W.M. Tong, R.S. Williams, and M.S. Anderson, Surf. Sci. 314, L817 (1994) https://doi.org/10.1016/0039-6028(94)90201-1
  11. E.A. Eklund, R. Bruinsma, J. Rudnick, and R.S. Williams, Phy. Rev. Lett. 67, 1759 (1991) https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.67.1759
  12. Z. Maktadir, K. Sato, A. Mastumuro, K. Kayukawa, and M. Shikida, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 605, 305 (2000)
  13. Wafer Technology Ltd. (UK)에서 구매
  14. E. Hu and C.H. Chen, Microelectronic Engineering 35, 23 (1997) https://doi.org/10.1016/S0167-9317(96)00123-2
  15. W.M. Tong and R.S. Williams, Annu. Rev. Phys. Chem. 45, 401 (1994) https://doi.org/10.1146/annurev.pc.45.100194.002153
  16. A.-L. Barabasi, and H.E. Stanley, Fractal concepts in Surface Growth, Cambridge University Press, 1995
  17. B. Chapman, Glow Discharge Processes: Sputtering and Plasma Etching, (John Wiley and Sons, New York, 1980)
  18. D.W. Shaw, J. Crystal Growth 47, 509 (1979) https://doi.org/10.1016/0022-0248(79)90133-7
  19. D.W. Shaw, J. Electrochem. Soc. 128, 874 (1981) https://doi.org/10.1149/1.2127524
  20. M. Heyen and P. Balk, J. Crystal Growth, 53, 558 (1981) https://doi.org/10.1016/0022-0248(81)90139-1
  21. D.E. Ibbotson, D. L. Flamm, and V.M. Donnelly, J. Appl. Phys. 54, 5974 (1983) https://doi.org/10.1063/1.331775
  22. H.P. Gillis et al., Appl. Phys. Lett. 68, 2255 (1996) https://doi.org/10.1063/1.115876
  23. D.W. Shaw, J. Crystal Growth 47, 509 (1979) https://doi.org/10.1016/0022-0248(79)90133-7
  24. D.W.Shaw, J. Electrochem. Soc. 128, 874 (1981) https://doi.org/10.1149/1.2127524
  25. M. Heyen and P. Balk, J. Crystal Growth, 53, 558 (1981) https://doi.org/10.1016/0022-0248(81)90139-1
  26. H.P. Gillis, D.A. Choutov, K.P. Martin, and Li Song, Appl. Phys. Lett., 68, 2255 (1996) https://doi.org/10.1063/1.115876
  27. C.C. Chen, K.V. Guinn, V.M. Donnelly, and I.P. Herman, J. Vac. Sci. Tech. A 12, 2630 (1994) https://doi.org/10.1116/1.579082
  28. D.J. Whitehouse, Meas. Sci. Technol. 8, 955 (1997) https://doi.org/10.1088/0957-0233/8/9/002
  29. T. Ngo, E.J. Snyder, W.M. Tong, R.S. Williams, and M.S. Anderson, Surf. Sci. 314, L817 (1994) https://doi.org/10.1016/0039-6028(94)90201-1