KR20040054104A - Anisotropic Dry Etching of ZnO for Optical and Electronic Devices Using BCl3 Based Plasmas - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An anisotropic dry etching method of zinc oxide semiconductor for a photo device using BCl3 plasma gas is provided to be capable of increasing etching rate, obtaining an uniform surface, and improving anisotropic etching characteristics. CONSTITUTION: A zinc oxide layer is deposited on a semiconductor substrate. The resultant structure is stably loaded on a susceptor in a reaction chamber. Predetermined plasma is generated by supplying BCl3-containing gas into the reaction chamber. Then, a dry etching process is carried out on the resultant structure by using the predetermined plasma. Preferably, the BCl3-containing gas further contains Cl2. Preferably, the BCl3-containing gas further contains Ar. Preferably, the dry etching process is carried out at the pressure of 1 mTorr to 1 Torr.

Description

BCI3 플라즈마 가스를 근간으로 하는 광소자용 산화 아연 반도체의 이등방성 건식식각방법{Anisotropic Dry Etching of ZnO for Optical and Electronic Devices Using BCl3 Based Plasmas}Anisotropic Dry Etching of ZnO for Optical and Electronic Devices Using BCl3 Based Plasmas}

본 발명은 산화아연 반도체의 이등방성 건식식각방법에 관한 것으로서, 특히 BCl3을 포함하는 기체를 플라즈마 상태로 만들어 산화아연 반도체를 반응성 이온식각하는 산화 아연 반도체의 건식식각방법에 관한 것이다.The present invention relates to an anisotropic dry etching method of a zinc oxide semiconductor, and more particularly, to a dry etching method of a zinc oxide semiconductor for reactive ion etching of a zinc oxide semiconductor by making a gas containing BCl 3 into a plasma state.

종래에 산화 아연계 반도체는[Zn(Mg,Cd)O] 투명전극 (transparent electrode), 태양전지의 윈도우 물질(window materials), 및 바리스터 소자(varistors) 등의 광소자 분야에 쓰여져 왔다. 그러나 최근 산화 아연반도체가 가지는 직접 천이형 밴드구조, 상온에서의 넓은 밴드갭(3.37 eV), 큰 결합력(1.89 eV), 높은 녹는점 (2248 ℃), 및 큰 exciton 결합에너지(60 meV) 등의 장점으로 인해 발광다이오드, 레이저 다이오드, UV-수광소자와 같은 광소자나 FBAR(film bulk accousitc resonatior)와 같은 통신용 전자소자로서의 응용이 가능한 물질로 전세계적으로 많은 연구가 이루어져 오고 있다.Background Art Conventionally, zinc oxide based semiconductors have been used in the field of optical devices such as [Zn (Mg, Cd) O] transparent electrodes, window materials of solar cells, and varistors. However, the direct transition band structure of zinc oxide semiconductor, wide bandgap (3.37 eV), large bonding force (1.89 eV), high melting point (2248 ℃), and large exciton binding energy (60 meV) Due to its advantages, many studies have been conducted around the world as materials that can be applied as optical devices such as light emitting diodes, laser diodes, and UV-receiving devices, and communication electronic devices such as film bulk accousitc resonatior (FBAR).

이러한 산화 아연 반도체를 사용하여 고품위의 광소자 및 통신소자를 제작하기 위해서는 식각공정을 거쳐야 한다. 그런데, 산화 아연 반도체의 경우는 아연과 산소의 화학적 결합의 세기가 비교적 크기 때문에, 습식식각방법으로는 만족할만한 식각을 행하기가 어렵고, 식각 후에도 수직한 옆면(vertical sidewall)을 얻기가 어렵다. 특히 고품위의 발광소자(LED)나 레이저 다이오드(LD)를 제작하기 위해선 높은 이등방성을 가지는 수직한 옆면, 높은 식각률, 높은 선택비(selectivity) 및 균일한 에칭 옆면을 가지는 식각 공정이 필수적이다. 따라서, 산화 아연 반도체를 사용하여 광소자, 전자소자 및 통신소자를 제작하기 위해서는 건식식각방법으로 식각하여야 한다.In order to manufacture high quality optical devices and communication devices using such zinc oxide semiconductors, an etching process is required. However, in the case of zinc oxide semiconductors, since the strength of chemical bonding between zinc and oxygen is relatively high, it is difficult to perform satisfactory etching by the wet etching method, and it is difficult to obtain a vertical sidewall even after etching. In particular, in order to fabricate high-quality light emitting devices (LEDs) or laser diodes (LDs), an etching process having a vertical side surface having high anisotropy, a high etching rate, a high selectivity, and a uniform etching side surface is essential. Therefore, in order to fabricate an optical device, an electronic device, and a communication device using a zinc oxide semiconductor, it must be etched by a dry etching method.

산화아연 반도체를 이용한 광소자의 기본구조는 기판 위에 n-형과 p-형의 아연산화물 반도체를 순차대로 성장시켜 서로 접합을 이루게 함으로써 얻어진다. 그런데, 산화아연 반도체의 성장을 위한 기판으로는 주로 부도체인 사파이어가 사용되기 때문에, 오믹(ohmic) 접촉을 위해서는 반드시 n-형 아연산화물 반도체층이 드러나도록 그 상부의 반도체층을 식각해야 한다. 이때, 식각되는 반도체층은 통상 수 ㎛의 두께를 가지므로 식각률(etch rate)이 커야 할 뿐 아니라 오믹 특성에 영향을 최대한 억제할 수 있는 공정이 선택되어야 한다. 특히, 고품위의 레이저 다이오드(LD)를 실현시키기 위해서는 식각 옆면이 수직하게 되도록 이방성식각(anisotropic etch) 특성과 식각된 산화 아연 반도체의 sidewall의 거칠기가 낮아야 한다.The basic structure of an optical device using a zinc oxide semiconductor is obtained by sequentially growing n-type and p-type zinc oxide semiconductors on a substrate and bonding them together. However, since a sapphire, which is a non-conductor, is mainly used as a substrate for growing a zinc oxide semiconductor, an upper semiconductor layer must be etched to expose an n-type zinc oxide semiconductor layer for ohmic contact. In this case, since the semiconductor layer to be etched usually has a thickness of several μm, not only the etch rate should be large, but a process capable of maximally suppressing the influence on ohmic characteristics should be selected. In particular, in order to realize a high quality laser diode LD, the anisotropic etching characteristic and the roughness of the sidewall of the etched zinc oxide semiconductor must be low so that the etch side is vertical.

Ⅱ-Ⅵ 혹은 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체의 건식식각에는 주로 염소(Cl2), 브롬(Br2), 요오드(I2)와 같은 할로겐(halogen) 기체 플라즈마가 사용되고 있다. 이 때, 할로겐 기체는 반도체 구성 원소 중 Ⅱ족 혹은 Ⅲ족 원소와 결합하여 휘발성이 강한 염화물(chloride), 브롬화물(bromide), 요오드화물(iodine)과 같은 할로겐화 기체를 생성하고, Ⅴ족 혹은 Ⅵ족 원소는 이원자 분자(dimolecule) 혹은 수소와 결합된 수화물(hydride)의 형태로 제거되어 반도체의 건식식각이 이루어진다. 이 때, 아르곤 기체를 더 첨가하면, 아르곤이 할로겐 기체의 분해를 촉진하거나 혹은 이온의 형태로 반도체 표면에 충돌함으로써 식각 생성물의 탈착이 증진되게 되어 식각률이 더 커지게 된다. 최근 미국 전기 화학회[J-M Lee 외, Journal of Electrochemical Society,148, G1 (2001)] 와 미국 응용 물리학회지 (S. J. Pearton 외, Applied Physics Letter,81, 3546 (2002)]에 CH4/H2/Ar을 이용한 산화 아연 반도체의 식각 방법이 보고 된 적이 있으나 발광소자나 레이저 다이오드를 제작할 수 있는 수준의 식각 공정에 대한 기술은 아직까지 보고되지 않고 있으며 BCl3플라즈마를 기본으로 하는 건식에칭에 관한 연구는 보고 된 적이 없는 상태이다.Halogen gas plasmas such as chlorine (Cl 2 ), bromine (Br 2 ) and iodine (I 2 ) are mainly used for dry etching of II-VI or III-V compound semiconductors. At this time, the halogen gas is combined with the Group II or III elements of the semiconductor constituents to generate a halogenated gas such as chloride, bromide, iodide, and the like, which are highly volatile, and Group V or VI. The group element is removed in the form of a dimolecule or a hydride bonded with hydrogen to dry dry the semiconductor. At this time, when the argon gas is further added, argon accelerates decomposition of the halogen gas or collides with the surface of the semiconductor in the form of ions to promote desorption of the etching product, thereby increasing the etching rate. Recently published in the American Electrochemical Society [JM Lee et al., Journal of Electrochemical Society, 148 , G1 (2001)] and the American Journal of Applied Physics (SJ Pearton et al., Applied Physics Letter, 81 , 3546 (2002)) CH 4 / H 2 / Although a method of etching zinc oxide semiconductors using Ar has been reported, there are no techniques for the etching process that can produce light emitting devices or laser diodes. However, the research on dry etching based on BCl 3 plasma has not been reported. It has not been reported.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 높은 식각률, 균일한 표면, 좋은 이방성 식각 특성이 나타나도록 BCl3을 포함하는 기체를 플라즈마 상태로 만들어 산화아연 반도체를 유도 결합 플라즈마 반응성 이온식각(Inductively coupled plasma reaactive ion etching, ICP-RIE)함으로써 광소자 및 전자소자의 제조에 광범위하게 응용할 수 있는 산화아연 반도체의 건식식각 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is to induce a zinc oxide semiconductor in a plasma state by forming a gas containing BCl 3 to exhibit a high etching rate, uniform surface, good anisotropic etching characteristics Inductively coupled plasma Reaactive ion etching (ICP-RIE) provides a dry etching method of a zinc oxide semiconductor that can be widely applied in the manufacture of optical devices and electronic devices and a method of manufacturing the same.

도 1은 본 발명에 의한 산화 아연 반도체의 식각률을 BCl3/Cl2/Ar 플라즈마 내의 BCl3가스 유입량 증가에 대하여 나타낸 그래프;1 is a graph showing the etching rate of the zinc oxide semiconductor according to the present invention with respect to the increase in the BCl 3 gas inflow in the BCl 3 / Cl 2 / Ar plasma;

도 2는 본 발명에 의한 산화 아연 반도체의 식각률을 BCl3/CH4/H2플라즈마 내의 BCl3가스 유입량 증가에 대하여 나타낸 그래프;2 is a graph showing the etching rate of the zinc oxide semiconductor according to the present invention with respect to the increase in the BCl 3 gas inflow in the BCl 3 / CH 4 / H 2 plasma;

도 3은 본 발명에 의한 산화 아연 반도체의 식각률을 BCl3/Ar 플라즈마 내의 BCl3가스 유입량 증가에 대하여 나타낸 그래프;3 is a graph showing the etching rate of the zinc oxide semiconductor according to the present invention with respect to the increase in the BCl 3 gas inflow in the BCl 3 / Ar plasma;

도 4는 본 발명에 의한 산화 아연 반도체의 식각률을 기판 온도증가에 대하여 나타낸 그래프;4 is a graph showing the etching rate of the zinc oxide semiconductor according to the present invention with respect to the substrate temperature increase;

도 5는 본 발명에 의한 산화 아연 반도체의 식각률을 ICP 출력에 대하여 나타낸 그래프;5 is a graph showing the etching rate of the zinc oxide semiconductor according to the present invention with respect to the ICP output;

도 6은 본 발명에 의한 산화 아연 반도체의 식각률을 RF 출력에 대하여 나타낸 그래프;Figure 6 is a graph showing the etch rate of the zinc oxide semiconductor according to the present invention with respect to the RF output;

도 7은 본 발명에 의한 산화 아연 반도체의 식각률을 공정 압력에 대하여 나타낸 그래프;7 is a graph showing the etching rate of the zinc oxide semiconductor according to the present invention with respect to the process pressure;

도 8은 본 발명에 의한 식각된 산화 아연 반도체의 이등방성을 나타내는 SEM 사진을 나타낸다[(a)는 실온에서 900W ICP 출력, 140W RF 출력, 5mtorr BCL3100% (20sccm) 조건에서 수행, (b)는 900W ICP 출력 100W RF 출력, 5mtorr BCL3100% (20sccm)에서 수행한 사진].8 shows an SEM image showing the anisotropy of the etched zinc oxide semiconductor according to the present invention ((a) is performed at 900W ICP output, 140W RF output, 5mtorr BCL 3 100% (20sccm) at room temperature, (b ) Is taken at 900W ICP output 100W RF output, 5mtorr BCL 3 100% (20sccm)].

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 산화아연 반도체의 건식식각 방법은, 반응기 내의 서셉터 상에 아연산화물이 증착된 기판을 안착시키고, 상기 반응기 내에 BCl3을 포함하는 기체를 공급하여 플라즈마를 형성함으로써, 상기 산화아연 반도체를 상기 플라즈마로 건식식각하는 것을 특징으로 한다.In the dry etching method of a zinc oxide semiconductor according to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem, the zinc oxide deposited on the susceptor in the reactor is deposited on the substrate, and supplies a gas containing BCl 3 in the reactor By forming a plasma, the zinc oxide semiconductor is dry-etched with the plasma.

이 때, BCl3을 사용하는 이유는, 산화아연 반도체 내의 산소성분이 BCl3의 B라디칼 이나 BCl라디칼(radical)과 결합하여 휘발성이 큰 BO2, BOCl, (BOCl)3과 같은 유기금속 기체(metalorganic gas)의 형태로 제거되도록 함으로써 반응성 이온식각(reactive ion etching)의 효율을 증대시키기 위함이다. 뿐만 아니라, 플라즈마 내의 Cl 라디칼이 산화아연 반도체 내의 아연 성분과 결합하여 ZnCl와 Zn2Cl2같은 유기 금속 기체를 동시에 만들어 식각됨으로써 보다 높은 식각률을 구현할수 있다.In this case, the reason for using BCl 3 is that an organic metal gas such as BO 2 , BOCl, (BOCl) 3 having high volatility by combining oxygen component in zinc oxide semiconductor with B radical or BCl radical of BCl 3 ( This is to increase the efficiency of reactive ion etching by being removed in the form of metalorganic gas. In addition, the Cl radical in the plasma is combined with the zinc component in the zinc oxide semiconductor to simultaneously form and etch an organometallic gas such as ZnCl and Zn 2 Cl 2 to achieve higher etching rates.

또한 산화아연 반도체 시편 근처에 자기장을 적절히 인가함으로써 자기장에의해 향상된 반응성 이온식각(magnetically enhanced reactive ion etch, MRIE)을 행할 수도 있다.In addition, magnetic field enhanced magnetically enhanced reactive ion etch (MRIE) may be performed by appropriately applying a magnetic field near the zinc oxide semiconductor specimen.

한편, 상기 건식식각은 상기 반응기의 압력이 1 mTorr - 1Torr 인 상태에서 수행되는 것이 바람직하며, 상기 플라즈마는 유도결합(inductivly coupled) 방식, 용량성 결합(capacitive coupled) 방식, 또는 전자공명(elctron cyclotron resonance) 방식에 의해 형성될 수 있다.On the other hand, the dry etching is preferably carried out in a state in which the pressure of the reactor is 1 mTorr-1 Torr, the plasma is inductively coupled method, capacitive coupled method, or electron resonance (elctron cyclotron) resonance) method.

또한, 상기 플라즈마는 유도결합 방식과 용량성 결합 방식을 서로 결합시켜 형성시킬 수도 있다. 이 경우에는 상기 반응기 둘레에 ICP 코일 안테나를 설치하고, 상기 ICP 코일 안테나에는 10 - 20 MHz의 주파수를 갖는 ICP 전력을 1 - 3000 W로 인가하고, 상기 서셉터에는 10 - 20 MHz의 주파수를 갖는 RF 전력을 1 - 500 W로 인가함으로써 상기 플라즈마를 형성한다.In addition, the plasma may be formed by combining an inductive coupling method and a capacitive coupling method. In this case, an ICP coil antenna is installed around the reactor, the ICP coil antenna is supplied with ICP power having a frequency of 10-20 MHz to 1-3000 W, and the susceptor has a frequency of 10-20 MHz. The plasma is formed by applying RF power at 1-500 W.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이들 실시예에 국한되는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to these examples.

<실시예 1><Example 1>

(0001) 사파이어 기판 상에 고온 RF 마그네트론 반응성 스퍼터링 방법으로 단결정의 산화아연 반도체 박막을 형성하였다.A monocrystalline zinc oxide semiconductor thin film was formed on a sapphire substrate by a high temperature RF magnetron reactive sputtering method.

<실시예 2><Example 2>

실시예 1에 의하여 만들어진 시편을 유도결합 플라즈마(ICP) 반응기에 장입하였다. 반응기의 둘레에는 유도결합형 플라즈마를 형성시키기 위한 ICP 코일 안테나가 설치되어 있으며, 효율적인 식각을 위하여 시편이 안착되는 서셉터에도 RF 주파수를 인가할 수 있도록 하였다. 위와 같이 시편을 장입한 후에, 반응기에 BCl3/Cl2/Ar 기체를 유입시켜 플라즈마를 형성시킨 후 이 플라즈마를 이용하여 산화아연 반도체막을 식각하였다. 이때 반응 가스내의 BCl3비를 증가시키면서 산화아연 반도체의 식각을 진행하였다. 식각공정은 반응기의 압력이 약 5 mtorr이고, 기판의 온도가 약 25℃인 상태에서 진행되었다. ICP 코일 안테나에는 13.56 MHz의 ICP 전력이 900W로 인가되고, 서셉터에는 13.56 MHz의 RF 전력이 140W로 인가되었다. 이때의 식각률은 도 1에 나타낸 바와 같다.The specimen prepared in Example 1 was charged to an inductively coupled plasma (ICP) reactor. An ICP coil antenna is installed around the reactor to form an inductively coupled plasma, and the RF frequency can be applied to the susceptor on which the specimen is seated for efficient etching. After loading the specimen as described above, a plasma was formed by introducing BCl 3 / Cl 2 / Ar gas into the reactor, and the zinc oxide semiconductor film was etched using the plasma. At this time, the zinc oxide semiconductor was etched while increasing the BCl 3 ratio in the reaction gas. The etching process was performed while the reactor pressure was about 5 mtorr and the substrate temperature was about 25 ° C. The ICP coil antenna was supplied with 900 W of ICP power at 13.56 MHz and the RF power at 13.56 MHz for the susceptor at 140 W. The etching rate at this time is as shown in FIG.

<실시예 3><Example 3>

BCl3와 CH4플라즈마의 식각률을 비교하기 위하여, 반응기에 BCl3/CH4/Ar 가스를 유입시켜 플라즈마를 형성시킨 후 이 플라즈마를 이용하여 산화아연 반도체막을 식각하였다. 이때 반응 가스내의 BCl3비를 증가시키면서 산화아연 반도체의 식각을 진행하였다. 식각공정은 반응기의 압력이 약 5 mtorr이고, 기판의 온도가 약 25℃인 상태에서 진행되었다. ICP 코일 안테나에는 13.56 MHz의 ICP 전력이 1400 W로 인가되고, 서셉터에는 13.56 MHz의 RF 전력이 140 W로 인가되었다. 이때의 식각률은 도 2에 나타낸 바와 같다.In order to compare the etching rates of the BCl 3 and CH 4 plasma, BCl 3 / CH 4 / Ar gas was introduced into the reactor to form a plasma, and the zinc oxide semiconductor film was etched using the plasma. At this time, the zinc oxide semiconductor was etched while increasing the BCl 3 ratio in the reaction gas. The etching process was performed while the reactor pressure was about 5 mtorr and the substrate temperature was about 25 ° C. The ICP coil antenna was supplied with 1400 W of ICP power of 13.56 MHz, and the RF power of 13.56 MHz was applied to 140 W of the susceptor. The etching rate at this time is as shown in FIG.

<실시예 4><Example 4>

BCl3와 Ar 플라즈마의 식각률을 비교하기 위하여, 반응기에 BCl3/Ar 가스를 유입시켜 플라즈마를 형성시킨 후 이 플라즈마를 이용하여 산화아연 반도체막을 식각하였다. 이때 반응 가스내의 BCl3비를 증가시키면서 산화아연 반도체의 식각을 진행하였다. 식각공정은 반응기의 압력이 약 5 mtorr이고, 기판의 온도가 약 25℃인 상태에서 진행되었다. ICP 코일 안테나에는 13.56 MHz의 ICP 전력이 900 W로 인가되고, 서셉터에는 13.56 MHz의 RF 전력이 140 W로 인가되었다. 이때의 식각률은 도 3에 나타낸 바와 같다.In order to compare the etching rates of the BCl 3 and Ar plasma, BCl 3 / Ar gas was introduced into the reactor to form a plasma, and the zinc oxide semiconductor film was etched using the plasma. At this time, the zinc oxide semiconductor was etched while increasing the BCl 3 ratio in the reaction gas. The etching process was performed while the reactor pressure was about 5 mtorr and the substrate temperature was about 25 ° C. The ICP coil antenna was supplied with 900 W of ICP power at 13.56 MHz and the RF power at 13.56 MHz at the susceptor. The etching rate at this time is as shown in FIG.

<실시예 5>Example 5

산화 아연 반도체의 식각률에 미치는 서셉터 온도의 영향을 알아보기 위하여, 반응기에 100% BCl3(20 sccm) 가스를 유입시켜 플라즈마를 형성시킨 후 이 플라즈마를 이용하여 산화아연 반도체막을 식각하였다. 이때 서셉터 온도를 250℃까지 증가시키면서 산화아연 반도체의 식각을 진행하였다. 식각공정은 반응기의 압력이 약 5 mtorr이고, ICP 코일 안테나에는 13.56 MHz의 ICP 전력이 900 W로 인가되고, 서셉터에는 13.56 MHz의 RF 전력이 140 W로 인가되었다. 이때의 식각률은 도 4에 나타낸 바와 같다.In order to investigate the effect of susceptor temperature on the etching rate of zinc oxide semiconductor, 100% BCl 3 (20 sccm) gas was introduced into the reactor to form a plasma, and the zinc oxide semiconductor film was etched using the plasma. At this time, the zinc oxide semiconductor was etched while increasing the susceptor temperature to 250 ° C. In the etching process, the reactor pressure was about 5 mtorr, the ICP coil antenna was supplied with 900 W of ICP power of 13.56 MHz, and the RF power of 13.56 MHz was applied to 140 W of the susceptor. The etching rate at this time is as shown in FIG.

<실시예 6><Example 6>

BCl3기체를 최적화된 상태 즉, 100% BCl3(20 sccm)를 반응기에 유입시키고, ICP 출력을 150 - 900 W로 변화시키는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건에서 산화아연 반도체를 식각하였고, 이때 식각률은 도 5에 그래프로써 제시되었다. ICP 출력이 증가할수록 시편에 유도되는 자기전압은 감소하였으나, 식각률은 증가하여 ICP 출력이 900 W일 때 식각률이 146 nm/min로써 매우 높게 됨을 알 수 있다. 이는 ICP출력이 증가함에 따라 플라즈마 내에 존재하는 반응성이 강한 라디칼(reactive radical)의 밀도가 증가하여 시편 표면에서 화학적 반응이 증가하였기 때문이다.The zinc oxide semiconductor was etched under the same conditions as in Example 1 except that BCl 3 gas was introduced in an optimized state, ie 100% BCl 3 (20 sccm) was introduced into the reactor and the ICP output was changed to 150-900 W. In this case, the etching rate is presented as a graph in FIG. 5. As the ICP output increases, the magnetic voltage induced on the specimen decreases, but the etch rate increases and the etch rate becomes very high as 146 nm / min when the ICP output is 900 W. This is because as the ICP output increases, the density of reactive radicals present in the plasma increases, thereby increasing the chemical reaction on the surface of the specimen.

<실시예 7><Example 7>

BCl3기체를 최적화된 상태 즉, 100% BCl3(20 sccm)를 반응기에 유입시키고, 서셉터에 가해지는 RF 출력을 50 - 200W로 변화시키는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건에서 산화아연 반도체를 식각하였고, 이때 식각률은 도 6에 그래프로써 제시되었다.Zinc oxide under the same conditions as in Example 1 except that BCl 3 gas was optimized, that is, 100% BCl 3 (20 sccm) was introduced into the reactor and the RF output to the susceptor was changed to 50-200 W. The semiconductor was etched, with the etch rate shown graphically in FIG. 6.

도 6을 참조하면, RF 출력이 증가할수록 식각률이 증가하여 200 W 출력에서 최대 200 nm/min의 식각률이 나타남을 알 수 있다. 이는 RF 출력이 증가함에 따라 시편에 유도된 자기전압(self-bias)이 증가하여 플라즈마 내에 존재하는 이온이 더 강하게 표면에 충돌하기 때문이다. 따라서, RF 출력이 증가할수록 이방성 식각특성도 커지게 된다. RF 출력이 180 W일 때에 시편에 유도된 자기전압은 약 -300 V 임을 그래프를 통하여 알 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that as the RF output increases, the etch rate increases, resulting in an etching rate of up to 200 nm / min at the 200 W output. This is because as the RF output increases, the self-bias induced in the specimen increases, so that the ions present in the plasma strike the surface more strongly. Therefore, as the RF output increases, the anisotropic etching characteristic also increases. It can be seen from the graph that the magnetic voltage induced at the specimen when the RF output is 180 W is about -300 V.

<실시예 8><Example 8>

작업 압력(working pressure)이 산화 아연 반도체의 식각률에 미치는 영향을 알아보기 위하여, BCl3기체를 최적화된 상태 즉, 100% BCl3(20 sccm)를 반응기에 유입시키고, 작업 압력을 2 - 20 Torr의 범위에서 식각을 실시하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건에서 산화아연 반도체를 식각하였고, 이때 식각률은 도 7에 그래프로써 제시되었다.To determine the effect of working pressure on the etch rate of zinc oxide semiconductors, BCl 3 gas was introduced into the reactor, ie 100% BCl 3 (20 sccm), and the working pressure was reduced to 2-20 Torr. A zinc oxide semiconductor was etched under the same conditions as in Example 1 except that the etching was performed in the range of, wherein the etching rate is shown as a graph in FIG. 7.

이하, 본 발명에 따른 상기 실시예들의 건식 식각 특성을 첨부한 도면들을 참조하여 비교 설명한다.Hereinafter, the dry etching characteristics of the embodiments according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참조하면, 산화 아연의 식각률이 BCl3/Cl2/Ar 플라즈마 내의 BCl3가스 유입량의 증가에 따라 급격하게 증가하는 것을 알 수 있다. 즉, 산화아연 반도체의 구성원소 중 산소성분이 BCl과 반응하여 BOCl, BO 혹은 (BOCl)2형태의 휘발성이 강한 유기 금속 기체 형태로 또한 아연 성분은 플라즈마 내의 Cl성분과 결합하여 Zn2Cl2, ZnCl2와 같은 유기금속형태로 제거 됨을 간접적으로 확인할 수 있다. 기존에 메탄을 이용한 건식식각 방식이 산화 아연 반도체 성분내의 아연성분만을 Zn(CH3)2형태의 유기 금속 형태로 제거하는 것에 비해 BCl3를 이용한 건식식각은 아연성분과 산소성분을 동시에 제거함으로써 더욱 향상된 식각률을 얻을 수 있다.Referring to FIG. 1, it can be seen that the etching rate of zinc oxide increases rapidly as the amount of BCl 3 gas inflow in the BCl 3 / Cl 2 / Ar plasma increases. That is, the oxygen component of the zinc oxide semiconductor reacts with BCl to form a highly volatile organometallic gas in the form of BOCl, BO or (BOCl) 2, and the zinc component is combined with the Cl component in the plasma to form Zn 2 Cl 2 , It can be indirectly confirmed to be removed in the form of an organometallic such as ZnCl 2 . While the conventional dry etching method using methane removes only the zinc component in the zinc oxide semiconductor component in the form of Zn (CH 3 ) 2 organometallic type, the dry etching method using BCl 3 is more effective by simultaneously removing the zinc component and oxygen component. An improved etching rate can be obtained.

도 2는 BCl3/CH4/Ar 플라즈마내의 BCl3가스 유입량의 증가에 따른 식각률을 나타내고 있는데, BCl3가스 유입량의 증가가 식각률을 급격하게 향상시키는 것을 관찰 할 수 있다. 이는 BCl3가스가 CH4가스를 이용한 건식식각보다 효율적으로 산화아연 반도체를 식각할 수 있음을 나타낸다.2 shows the etching rate according to the increase of the BCl 3 gas inflow in the BCl 3 / CH 4 / Ar plasma, it can be observed that the increase in the BCl 3 gas inflow sharply improves the etching rate. This indicates that the BCl 3 gas can etch the zinc oxide semiconductor more efficiently than the dry etching using the CH 4 gas.

또한 도 3에 나타낸 것과 같이 BCl3/Ar 플라즈마 내의 BCl3가스 유입량 증가 역시 산화 아연 반도체의 식각률을 급격하게 증가시키는 것으로 보아 BCl3가스를 이용하여 산화 아연 반도체의 건식식각공정을 효율적으로 수행할 수 있음을 알 수 있다.In addition, as shown in FIG. 3, the increase in the amount of BCl 3 gas inflow in the BCl 3 / Ar plasma also rapidly increases the etching rate of the zinc oxide semiconductor, so that the dry etching process of the zinc oxide semiconductor can be efficiently performed using the BCl 3 gas. It can be seen that.

도 4는 기판온도의 증가에 따른 산화아연 반도체의 식각률의 변화를 나타내고 있는데, 기판의 온도가 높아질수록 BCl3와 산화아연 반도체간의 반응이 더 잘 일어날 수 있기 때문에 온도가 증가함에 따라 식각률이 향상됨을 알 수 있다.4 shows the change in the etch rate of the zinc oxide semiconductor as the substrate temperature increases. As the temperature of the substrate increases, the etch rate improves as the temperature increases because the reaction between the BCl 3 and the zinc oxide semiconductor may occur better. Able to know.

도 5를 참고하면 ICP 출력의 증가가 산화 아연 반도체 식각률의 급격한 증가를 나타내고 있는데 이는 ICP 출력의 증가가 산화 아연 반도체의 식각을 위한 이온 라디칼의 밀도를 증가시키기 때문이다.Referring to FIG. 5, the increase in the ICP output indicates a sharp increase in the zinc oxide semiconductor etch rate because the increase in the ICP output increases the density of ionic radicals for etching the zinc oxide semiconductor.

또한 도 6에 나타낸 것처럼 RF출력의 증가 역시 산화 아연 반도체의 식각률을 증가시키는데 이는 RF 출력이 증가함에 따라 시편에 유도된 자기전압(self-bias)이 증가하여 플라즈마 내에 존재하는 이온이 더 강하게 표면에 충돌하기 때문이다. 따라서, RF 출력이 증가할수록 이방성 식각특성도 커지게 된다. RF 출력이 180 W일 때에 시편에 유도된 자기전압은 약 -300 V 임을 그래프를 통하여 알 수 있다.Also, as shown in FIG. 6, the increase in RF power also increases the etching rate of the zinc oxide semiconductor. As the RF power increases, the self-bias induced in the specimen increases, so that the ions present in the plasma become stronger. Because it crashes. Therefore, as the RF output increases, the anisotropic etching characteristic also increases. It can be seen from the graph that the magnetic voltage induced at the specimen when the RF output is 180 W is about -300 V.

산화 아연 반도체의 건식식각특성은 작업 압력 (working pressure)에 의해서도 영향을 받게 되는데 도 7을 참고하면 5 mTorr에서 최대 1300 Å/min의 식각률을 얻을 수 있었다.The dry etching characteristics of the zinc oxide semiconductor were also affected by the working pressure. Referring to FIG.

도 8a,8b는 100% BCl3플라즈마에서 식각된 산화 아연 반도체의 SEM 사진을 나타낸다. 이등방성의 수직한 옆면(side wall)을 가지는 식각 특성을 가지는 산화 아연 반도체를 제작하기 위하여 식각 마스크로는 NiCr 금속을 사용하였고 ICP 출력과 RF 출력은 각각 900 W, 100 W로 고정시키고 상온에서 100% BCl3를 이용하여 5 mTorr하에서 식각하였다. SEM 사진에서 알 수 있듯이 100% BCl3를 이용하여 식각할 경우, 높은 이등방성, 깨끗한 옆면을 가지는 산화 아연반도체를 얻을 수 있다.8A and 8B show SEM images of zinc oxide semiconductors etched in 100% BCl 3 plasma. NiCr metal was used as an etch mask to fabricate zinc oxide semiconductors with anisotropic vertical sidewalls, and the ICP and RF outputs were fixed at 900 W and 100 W, respectively. Etched at 5 mTorr with% BCl 3 . As can be seen from the SEM image, when etched using 100% BCl 3 , zinc oxide semiconductor having high anisotropy and clean side surface can be obtained.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 산화 아연반도체의 건식식각방법에 의하면, 종래의 습식식각 및 메탄을 이용하는 건식 식각 공정보다 매우 높은 식각률을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 이등방성 및 깨끗한 옆면(side wall)을 얻을 수 있다. 특히 고품위의 발광소자(LED)나 레이져 다이오드(LD)를 제작하기 위해선 높은 이등방성을 가지는 수직한 옆면, 높은 식각률, 높은 선택비(selectivity) 및 균일한 에칭 옆면을 가지는 식각 공정이 필수 적인데, BCl3를 기본으로 하는 플라즈마를 이용함으로 이러한 식각 특성을 구현 할 수 있다. 따라서, 광소자 및 전자소자 개발 등 그 응용범위가 크다.According to the dry etching method of the zinc oxide semiconductor according to the present invention as described above, not only can obtain a very high etching rate than the conventional dry etching process using wet etching and methane, but also excellent anisotropy and clean side wall Can be obtained. In particular, in order to manufacture high-quality light emitting devices (LEDs) or laser diodes (LDs), an etching process having a vertical side surface having high anisotropy, a high etching rate, a high selectivity, and a uniform etching side is essential. By using a plasma based on BCl 3 can achieve this etching characteristics. Therefore, its application range is large, such as the development of optical devices and electronic devices.

본 발명은 상기 실시예 들에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.

Claims (6)

반응기 내의 서셉터 상에 아연산화물이 증착된 기판을 안착시키고, 상기 반응기 내에 BCl3을 포함하는 기체를 공급하여 플라즈마를 형성함으로써, 상기 산화 아연 반도체를 상기 플라즈마로 건식식각하는 것을 특징으로 하는 산화아연 반도체의 건식식각방법.Zinc oxide, characterized in that the zinc oxide is deposited on the susceptor in the reactor, the zinc oxide semiconductor is dry-etched into the plasma by supplying a gas containing BCl 3 in the reactor to form a plasma Dry etching method of semiconductor. 제 1 항에 있어서, 상기 BCl3을 포함하는 기체가 Cl2을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 아연 반도체의 건식식각방법.The method of claim 1, wherein the gas containing BCl 3 further comprises Cl 2 . 제 1 항에 있어서, 상기 BCl3을 포함하는 기체가 아르곤을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아연산화물 건식식각방법.The zinc oxide dry etching method according to claim 1, wherein the gas containing BCl 3 further includes argon. 제 1 항에 있어서, 상기 건식식각은 상기 반응기의 압력이 1 mTorr - 1 Torr 인 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 산화 아연 반도체의 건식식각방법.The dry etching method of claim 1, wherein the dry etching is performed at a pressure of 1 mTorr − 1 Torr in the reactor. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마가 유도결합 방식, 용량성 결합 방식, 또는 전자공명 방식에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 아연산화물 건식식각방법.The zinc oxide dry etching method of claim 1, wherein the plasma is formed by an inductive coupling method, a capacitive coupling method, or an electron resonance method. 제 1 항에 있어서, 상기 반응기 둘레에 ICP 코일 안테나를 설치하고, 상기 ICP 코일 안테나에는 10 - 20 MHz의 주파수를 갖는 ICP 전력을 1 - 3000 W로 인가하고, 상기 서셉터에는 10 - 20 MHz의 주파수를 갖는 RF 전력을 1 - 500 W로 인가함으로써, 상기 플라즈마를 유도결합 방식과 용량성 결합 방식이 혼합된 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 산화아연 반도체의 건식식각방법.According to claim 1, ICP coil antenna is installed around the reactor, the ICP coil antenna is applied to the ICP power having a frequency of 10-20 MHz to 1-3000 W, the susceptor of 10-20 MHz A method of dry etching a zinc oxide semiconductor, the method comprising: applying an RF power having a frequency of 1 to 500 W, thereby forming the plasma in a mixture of an inductive coupling method and a capacitive coupling method.
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