BCl₃/SF₆를 활용한 GaN/AlGaN 선택적, 저손상 플라즈마 에칭 개발
- 주제(키워드) GaN/AlGaN HEMT , ICP-RIE , High selective etching , Low damage etching
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 김상인
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 지능형반도체공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000035732
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
[초록] 본 연구에서는 BCl₃/SF₆ 혼합 가스 플라즈마 기반 ICP-RIE 공정에서 기판 온도가 GaN/AlGaN 구조의 식각 선택성 및 표면 손상에 미치는 영향을 분석하였다. Cl 기반 식각은 GaN의 빠른 식각이 가능하나 표면 손상이 크며, 반대로 F 기반 식각은 AlGaN 패시베이션에 유리하지만 반응성이 낮아 높은 선택비 확보에 한계가 있다. 본 연구에서는 이러한 상반된 반응 특성을 온도 조절을 통해 제어하고, Al–F 패시베이션 안정성과 Ga–Cl 탈착 간의 경쟁 관계가 식각 선택비 및 표면 손상에 미치는 영향을 규명하였다. 실험 결과, 17.5 °C에서 Al–F 패시베이션이 가장 안정적으로 유지되어 GaN/AlGaN 식각 선택비 88:1을 달성하였다. 반면 30 °C에서는 Al–F 패시베이션 유지와 Ga–Cl 탈착이 동시에 원활하게 이루어져 가장 낮은 표면 거칠기가 관찰되었다. 이후 온도가 증가함에 따라 패시베이션 붕괴와 플라즈마 손상이 증가하여 표면 거칠기가 점차 증가하였다. 전기적 특성 역시 표면 분석 결과와 잘 일치하였다. 30 °C 조건에서 가장 낮은 누설 전류가 측정되었으며, 17.5 °C에서는 잔류물 산화로 인한 trap-assisted 누설 전류 증가가 관찰되었다. 또한 30 °C 이상에서는 표면 손상 및 결함 생성으로 인해 누설 전류가 크게 증가하였다. 본 연구에서는 식각 공정에서 온도 변화에 따른 표면 성분 변화, 표면 상태, 전기적 특성을 종합적으로 분석하여, 17.5 °C에서 최대 식각 선택비, 30 °C에서 최소 표면 손상을 달성할 수 있는 공정 윈도우를 제시하였다. 이러한 결과는 AlGaN 층 보호가 필수적인 GaN 기반 소자 공정에서 고선택비 및 저손상이 요구되는 식각 공정에 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
more목차
제 1장 서론 1
제 1.1절 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 GaN HEMT 1
제 1.2절 저손상, 고선택비 식각 공정 연구의 필요 3
제 1.3절 본 연구의 목적 및 기여 5
제 2장 실험 방법 7
제 2.1절 실험 장비 및 측정 7
제 2.2절 실험에 사용된 소자 구조 9
제 3장 결과 및 고찰 10
제 3.1절 Etch Rate 특성 분석 10
제 3.1.1항 SF6/BCl3 비율에 따른 Etch Rate 10
제 3.1.2항 온도에 따른 Etch Rate 13
제 3.2절 온도 변화에 따른 표면 특성 15
제 3.2.1항 XPS 분석 15
제 3.2.2항 AFM 분석 18
제 3.3절 온도 변화에 따른 전기적 특성 20
제 4장 결론 23
제 4.1절 본 연구의 주요 결과 요약 23
제 4.2절 본 연구의 활용 및 기대 효과 24
참 고 문 헌 25
