Etch III-V 반도체 에칭 공정 문의
2024.10.28 12:44
안녕하세요
현업에서 ICP-RIE 장비로 III-V 반도체 dry etching 을 하고 있습니다.
(AlGaInP, AlInP, GaP, GaAs 에칭)
1) wafer 를 놓는 susceptor의 재질에 따라 생성되는 플라즈마가 다를 수 있을지요?
기판에 He 직접 공급되는 알루미늄 재질의 susceptor와 기판에 He이 기판에 직접 전달되지 않는 SiC 재질의 susceptor를 사용하고 있는데요
etching 되는 형태, etch rate, PR의 damage 정도가 아래와 같이 서로 다르게 나타납니다. (압력, 가스 유량, RF Power는 동일)
알루미늄 susceptor SiC susceptor
He cooling wafer 직접 전달 직접 전달 X
측벽각 측벽각 낮음 (약 60도) 측벽각 높음
Etch rate low fast
PR damage 적음 심함 (에칭 측벽에 세로줄 심하게 생김)
단순히 알루미늄 susceptor는 열전도가 좋아 표면의 온도가 낮고 SiC susceptor는 표면의 온도가 높아서 나타나는 현상으로 이해해도 되는지
아니면 susceptor의 전도도 차이에 의해 기판쪽으로 잡아당기는 RIE 플라즈마가 다르게 형성되는 원인인지 궁금합니다.
(SiC 대비 알루미늄이 전도도가 높아 유도되는 capacitance 가 작을 것 같습니다.)
2) HBr 가스를 사용 시 측벽각이 매우 steep 하게 형성되는데요
Cl 기반의 에칭 조건과 Br 기반의 에칭이 크게 다른 이유가 있을까요?
다음 현상을 같이 고려해 보시면 좋을 것 같습니다.
1. 입사 이온 에너지는 쉬스 전위로 규정될 수 있습니다. 쉬스 전위는 플라즈마 공간 전위에 웨이퍼 하전전위 (DC bias)의 차이 값 입니다. 웨이퍼에 전위는 bias power로 부터 인가되는 전위에 플라즈마 입사 전하의 합으로 결정이 됩니다. 따라서 wafer 하단과 전원 전극 플레이트의 상단 사이의 capacitance 값은 웨이퍼 표면의 하전량에 영향을 미칩니다. 띠리사 susceptor 등의 유전 상수 값에 대한 정보와 기구적인 간극 등은 매우 중요한 인자가 됩니다.
2. 잘 아시겠지만 식각 패터닝은 passivation thin film 형성과 directional etch 의 비율 조절이 중요합니다. 화학적 및 재료적 표면 반응은 모두 타킷 표면의 온도에 비례 하고, 방향성 식각은 쉬스 에너지에 비례 합니다. 따라서 에너지가 바뀌고, 에너지 비율이 바뀌면 profile 형상이 바뀔 수 밖에 없습니다.
3. 쉬스 전위는 시편 구조와 가스에 따라서 바뀝니다. 특히 측변에 passivation 막 형성이 잘되면 하전도 커져서 입사 이온을 그 방향으로 휘게 만듧니다. 프로파일 상단에 bowing 형성이 잘 되는 이유이기도 합니다. (물론 bowing 은 마스크 내에서 측벽 충돌이 커지는 경우에도 발생하고, 마스크 내의 측변 충돌이 많아지는 이유 중에 마스크 패시베이션 증가도 영향을 미칩니다.)
다른 하나는 Cl 과 HBr 플라즈마가 매우 다릅니다. 이유는 Cl이 Br 보다 원자 크기가 작습니다. 즉 Cl 핵 근처에 궤도 전자들이 가까이 있다는 말이 되고, 이는 Cl의 전자 친화도가 Br 보다 큰 이유이며, 이는 플라즈마 전자가 Cl- 를 잘 만들게 합니다. 즉 Cl2 플라즈마와 HBr 플라즈마의 밀도가 다르므로 쉬스 전위와 입사 flux 가 달라지게 되고, 이는 쉬스 에너지와 passivation 박막 라디컬 생성량의 변화를 유발합니다.
4. 제 생각에 측벽 tilt angle 이 수직으로 제어가 된다는 뜻은 ion energy (쉬스 전위) 가 커졌다. 또는 측벽 passivation이 잘 되고 있다. 하지만 이 조절은 passivation 측 형성 라디컬(폴리머)flux 양과 방향성 이온속 (energy flux)의 비율이 변했음을 의미합니다. 측벽에 흔적이 남아 있다는 의미는 측벽 passivation layer 형성이 줄고 directional ion flux가 커졌음의 결과로도 판단이 됩니다.
--> 제언, 따라서 이 결과 (데이터)를 잘 활용하면 III-V 족 식각 리피시 개발 방향을 찾는데 도움이 될 것 같으니, 장단점 비교로 데이터 선택하지 마시고, 잘 활용해 보시기 바랍니다.