• ETRI Journal
• /
• 제30권3호
• /
• pp.383-393
• /
• 2008

The etching mechanism of $ZrO_2$ thin films and etch selectivity over some materials in both $BCl_3$/Ar and $BCl_3/CHF_3$/Ar plasmas are investigated using a combination of experimental and modeling methods. To obtain the data on plasma composition and fluxes of active species, global (0-dimensional) plasma models are developed with Langmuir probe diagnostics data. In $BCl_3$/Ar plasma, changes in gas mixing ratio result in non-linear changes of both densities and fluxes for Cl, $BCl_2$, and ${BCl_2}^+$. In this work, it is shown that the non-monotonic behavior of the $ZrO_2$ etch rate as a function of the $BCl_3$/Ar mixing ratio could be related to the ion-assisted etch mechanism and the ion-flux-limited etch regime. The addition of up to 33% $CHF_3$ to the $BCl_3$-rich $BCl_3$Ar plasma does not influence the $ZrO_2$ etch rate, but it non-monotonically changes the etch rates of both Si and $SiO_2$. The last effect can probably be associated with the corresponding behavior of the F atom density.

• 한국표면공학회지
• /
• 제36권5호
• /
• pp.418-422
• /
• 2003

평판형 유도결합 플라즈마 식각장비(inductively coupled plasma etcher)를 이용하여 각종 공정조건들에 따른 GaAs의 식각특성을 연구하였다. 공정변수들은 ICP 소스파워(0-500 W), RIE 척파워(0-150 W), 가스 종류($BCl_3$, $BCl_3$/Ar, $BCl_3$/Ne) 및 가스혼합비였다. $BCl_3$ 가스만을 이용하여 GaAs를 식각한 경우보다 25%의 Ar이나 Ne같은 불활성 기체를 혼합한 $15BCl_3$/5Ar, $15BCl_3$/5Ne 가스를 이용한 경우의 식각률이 더 우수한 것을 확인하였다. 그리고 50% 이하의 Ar이 혼합된 $BCl_3$/Ar의 경우는 높은 식각률 (＞4,000 $\AA$/min)과 평탄한 표면(RMS roughness : ＜2 nm)을 얻을 수 있었지만 지나친 양(＞50%)의 Ar의 혼합은 오히려 표면을 거칠게 하거나 식각률을 떨어뜨리는 결과를 가져왔다. 그리고 20 sccm $BCl_3$, 100 W RIE 척파워, 300 W ICP 소스파워, 공정압력이 7.5 mTorr인 조건에서의 GaAs의 식각결과는 아주 우수한 특성(식각률: ∼ 4,000, $\AA$/min, 우수한 수직측벽도: ＞$87^{\circ}$, 평탄한 표면: RMS roughness : ∼0.6 nm)을 나타내었다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국재료학회 2003년도 춘계학술발표강연 및 논문개요집
• /
• pp.62-62
• /
• 2003

고밀도 유도결합 플라즈마(high density inductively coupled plasma) 식각은 GaAs 이종접합 양극성 트랜지스터(HBTs)와 고속전자 이동도 트랜지스터(HEMTs)와 같은 GaAs 기반 반도체의 정교한 패턴을 형성하는데 더욱 많이 이용되고 있다 본 연구는 고밀도 플라즈마 소스(source)인 평판형(planar) 고밀도 유도결합 플라즈마 식각장치를 이용하여 $BCl_3$ 와 $BCl_3/Ar$ 가스에 따른 GaAs 식각결과를 비교 분석하였다. 공정변수는 ICP 소스 파워를 0-500W, RIE 척(chuck) 파워를 0-150W, 공정압력을 0-15 mTorr 이었다. 그리고 가스 유량은 20sccm(standard cubic centimeter per minute)으로 고정시킨 상태에서 Ar 첨가 비율에 따른 GaAs의 식각결과를 관찰하였다. 공정 결과는 식각률(etch rate), GaAs 대 PR의 선택도(selectivity), 표면 거칠기(roughness)와 식각후 표면에 남아 있는 잔류 가스등을 분석하였다. 20 $BCl_3$ 플라즈마를 이용한 GaAs 식각률 보다 Ar이 첨가된 (20-x) $BC1_3/x Ar$ 플라즈마의 식각률이 더 우수하다는 것을 알 수 있었다. 식각률 증가는 Ar 가스의 첨가로 인한 GaAs 반도체와 Ar 플라즈마의 충돌로 나타난 결과로 예측된다. $BCl_3$ 와 $BC1_3/Ar$ 플라즈마에 노출된 GaAs 반도체 모두 표면이 평탄하였고 수직 측벽도 또한 우수하였다. 그리고 표면에 잔류하는 성분은 Ga와 As 이외에 $Cl_2$ 계열의 불순물이 거의 발견되지 않아 매우 깨끗함을 확인하였다. 이번 발표에서는 $BCl_3$ 와 $BCl_3/Ar$ 플라즈마를 이용한 GaAs의 건식식각 비교에 대해 상세하게 보고 할 것이다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2003년도 하계학술대회 논문집 Vol.4 No.1
• /
• pp.361-365
• /
• 2003

Planar Inductively Coupled Plasma (PICP) etching of InGaP was performed in $BCl_3,\;BCl_3/Ar\;and\;BCl_3/Ne$ plasmas as a function of ICP source power ($0\;{\sim}\;500\;W$), RIE chuck power ($0\;{\sim}\;150\;W$), chamber pressure ($5\;{\sim}\;15\;mTorr$) and gas composition of $BCl_3/Ar\;and\;BCl_3/Ne$. Total gas flow was fixed at 20 sccm (standard cubic centimeter per minute). Increase of ICP source power and RIE chuck power raised etch rate of InGaP, while that of chamber pressure reduced etch rate. We also found that some addition of Ar and Ne in $BCl_3$ plasma improved etch rate of InGaP. InGaP etch rate was varied from $1580\;{\AA}/min$ with pure $BC_3\;to\;2800\;{\AA}/min$ and $4700\;{\AA}/min$ with 25 % Ar and Ne addition, respectively. Other process conditions were fixed at 300 W ICP source power, 100 W RIE chuck power and 7.5 mTorr chamber pressure. SEM (scanning electron microscopy) and AFM (atomic force microscopy) data showed vertical side wall and smooth surface of InGaP at the same condition. Proper addition of noble gases Ar and Ne (less than about 50 %) in $BCl_3$ inductively coupled plasma have resulted in not only increase of etch rate but also minimum preferential loss and smooth surface morphology by ion-assisted effect.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2003년도 하계학술대회 논문집 Vol.4 No.1
• /
• pp.31-36
• /
• 2003

We investigated dry etching of GaAs and AlGaAs in a high density planar inductively coupled plasma system with $BCl_3$ and $BCl_3/Ar$ gas chemistry. A detailed process study as a function of ICP source power, RIE chuck power and $BCl_3/Ar$ mixing ratio was performed. At this time, chamber pressure was fixed at 7.5 mTorr. The ICP source power and RIE chuck power were varied from 0 to 500 W and from 0 to 150 W, respectively. GaAs etch rate increased with the increase of ICP source power and RE chuck power. It was also found that etch rate of GaAs in $BCl_3$ gas with 25% Ar addition was superior to that of GaAs in a pure $BCl_3$ (20 sccm $BCl_3$) plasma. The result was same with AlGaAs. We expect that high ion-assisted effect in $BCl_3$/Ar plasma increased etch rates of both materials. The GaAs and AIGaAs features etched at 20 sccm $BCl_3$ and $15BCl_3/5Ar$ with 300 W ICP source power, 100 W RIE chuck power and 7.5 mTorr showed very smooth surfaces(RMS roughness < 2 nm) and excellent sidewall. XPS study on the surfaces of processed GaAs also proved extremely clean surfaces of the materials after dry etching.

• 대한전기학회논문지:전기물성ㆍ응용부문C
• /
• 제55권4호
• /
• pp.204-208
• /
• 2006

In this study, we investigated the ion energy distributions in a chlorine based inductively coupled plasma by quadrupole mass spectrometer with an electrostatic ion energy analyzer. Ion energy distributions are presented for various plasma parameters such as $BCl_3/Ar$ gas mixing ratio, RF power, and process pressure. As the $BCl_3/Ar$ gas mixing ratio and process pressure decreases, and RF power increases, the saddle-shaped structures is enhanced. The reason is that there are ionized energy difference between $BCl_3$ and Ar, change of plasma potential, alteration of mean free path. and variety of ion collision in the sheath.

• 한국재료학회지
• /
• 제13권10호
• /
• pp.635-639
• /
• 2003

We investigated dry etching of GaAs and AiGaAs in a high density planar inductively coupled plasma system with BCl$_3$and BCl$_3$/Ar gas chemistry. A detailed etch process study of GaAs and ALGaAs was peformed as functions of ICP source power, RIE chuck power and mixing ratio of $BCl_3$ and Ar. Chamber process pressure was fixed at 7.5 mTorr in this study. The ICP source power and RIE chuck power were varied from 0 to 500 W and from 0 to 150 W, respectively. GaAs etch rate increased with the increase of ICP source power and RIE chuck power. It was also found that etch rates of GaAs in $15BCi_3$/5Ar plasmas were relatively high with applied RIE chuck power compared to pure 20 sccm $BCl_3$plasmas. The result was the same as AlGaAs. We expect that high ion-assisted effect in $BCl_3$/Ar plasma increased etch rates of both materials. The GaAs and AlGaAs features etched at 20 sccm $BCl_3$and $15BCl_3$/5Ar with 300 W ICP source power, 100 W RIE chuck power and 7.5 mTorr showed very smooth surfaces(RMS roughness < 2 nm) and excellent sidewall. XPS study on the surfaces of processed GaAs also proved extremely clean surfaces of the materials after dry etching.

• 대한전자공학회논문지SD
• /
• 제37권11호
• /
• pp.18-24
• /
• 2000

(Ba,Sr)$TiO_3$ 박막은 ULSI-DRAM 즉 1-4 Gbit급 DRAM용 셀(cell) 커패시터의 새로운 유전물질로 각광받고 있다. 본 연구에서는 ICP 장비에서 $BCl_3/Cl_2/Ar$ 플라즈마로 (Ba,Sr)$TiO_3$ 박막을 식각하였다. 이때 RF power/dc bias voltage는 600W/-250V, 반응로의 압력은 10mTorr 이었다. $Cl_2/(Cl_2+Ar)$은 0.2로 고정하였고, $BCl_3$ 가스를 첨가하면서 (Ba,Sr)$TiO_3$ 박막을 식각하였다. $BCl_3$ 가스를 10% 첨가하였을 때, $480{\AA}/min$으로 (Ba,Sr)$TiO_3$ 박막은 가장 높은 식각 속도를 나타내었다. $Cl_2/Ar$가스에 $BCl_3$의 첨가 비에 따른 Cl, BCl 및 B의 라디칼 밀도를 optical emission spectroscopy(OES)에 의해 구하였다. $BCl_3$를 10% 첨가하였을 때 Cl의 라디칼 밀도가 가장 높았다. (Ba,Sr)$TiO_3$ 박막의 표면반응을 규명하기 위하여 XPS 분석을 수행한 결과 이온 bombardment 식각이 Ba-O 결합을 파괴하고 Ba와 Cl의 결합형태인 $BaCl_2$을 제거하기 위하여 필요하다. Sr과 Cl의 결합의 양은 많지 않고, Sr은 주로 물리적인 스퍼터링에 의하여 제거된다. Ti와 Cl은 화학적으로 반응하여 $TiCl_4$ 결합형태로 용이하게 제거된다. 식각후 단면사진을 SEM을 통해 본 결과 식각단면이 약 65~70$^{\circ}$ 정도였다.

• 전기학회논문지
• /
• 제56권2호
• /
• pp.349-354
• /
• 2007

In this work, we investigated etching characteristics of $HfO_2$ thin film and Si using inductive coupled plasma(ICP) system. The ion energy distribution functions in an ICP system was analyzed by quadrupole mass spectrometer(QMS) with an electrostatic ion energy analyzer. The maximum etch rate of $HfO_2$ thin film is 85.5 nm/min at a $BCl_3/(BCl_3+Ar)$ of 20 % and decreased with further addition of $BCl_3$ gas. From the QMS measurements, the most dominant positive ion energy distributions(IEDS) showed a maximum at 20 % of $BCl_3$. These tendency was very similar to the etch characteristics. This result agreed with the universal energy dependency of ion enhanced chemical etching yields. And the maximum selectivity of $HfO_2$ over Si is 3.05 at a $O_2$ addition of 2 sccm into the $BCl_3/(BCl_3+Ar)$ of 20 % plasma.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.67-67
• /
• 2009

본 연구는 강유전체 박막의 buffer 층으로 사용되는 Yttrium oxide($Y_2O_3$) 박막에 대한 $BCl_3$/Ar 혼합가스 식각 특성에 대해 연구하였다. 식각 메카니즘을 해석하기 위해 QMS(Quadrupole Mass Spectrometer), OES(Optical Emission Spectroscopy)를 사용하여 플라즈마 특성을 추출하였다. 공정 조건(source power, bias power, pressure, total gas flow)을 동일하게 유지하고 $BCl_3$/Ar 혼합가스 비율을 변화시키며 실험을 진행 하였다. 혼합가스의 비율이 $BCl_3$(80%)/Ar(20%)일때 가장 높은 식각 속도을 나타냈고, 이후 점차 감소하였다. 이때의 식각 속도는 8.8 nm/min 였다. 이에 $Y_2O_3$는 이온 보조 화학식각 특성을 가짐을 확인하였다.