반도체 습식 공정에서 In0.53Ga0.47As 표면 특성 변화

Abstract

An investigation of wet etching and chemical-mechanical planarization (CMP) process of In0.53Ga0.47As in the acidic (HCl/H2O2) and the basic (NH4OH/H2O2) solution are described. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Inductively coupled plasma mass spectroscopy (ICP-MS) analysis showed that indium oxide was dominantly remained by the basic solution etching. It is presented that dissolving of indium oxide is limited in the basic solution. Different solubility of oxides demonstrated not only relatively lower etching rate in the basic solution but also rougher surface morphology by stoichiometry change. Surface characteristics after CMP process led to similar with etching. Rougher surface (Ra~1.5 nm) due to elemental fraction change was observed by atomic force microscopy (AFM) after CMP process using pH 10 slurry. The amount of surface contamination was significantly decreased in the basic slurry due to negative zeta potential of both In0.53Ga0.47As and silica abrasive particle. Adding 0.5 mM of sodium dodecyl sulfate (SDS) to neutral slurry was effective to achieve smoother surface (Ra<0.5nm), lower contamination and higher removal rate during In0.53Ga0.47As CMP process.|본 연구에서는 반도체 채널 재료의 후보 중 하나인 InGaAs 의 습식 공정에 대해 연구하였다. InGaAs 의 광학적 특성에 대한 연구를 바탕으로 박막 구조에 따른 편광 위상차(Delta)와 각도(Psi)의 변화를 계산이 수행되었다. 그리고 박막의 두께를 측정하는 비파괴 검사 방법인 분광 타원 측정방법으로 InGaAs 의 두께를 측정할 수 있는 모델을 완성하여 실제 실험에 적용하였다. 이러한 모델을 통하여 화학적 식각이나 화학적 기계적 평탄화 (CMP) 실험을 통해 변화한 InGaAs 박막의 두께를 빠르고 정확하게 측정할 수 있었다. 또한 산성 용액인 HPM 과 염기성 용액인 APM 을 사용하여 InGaAs 의 화학적 식각 거동을 연구하였다. 식각 속도뿐만 아니라 식각 후 InGaAs 표면의 화학적 조성 변화를 실험적으로 확인하고 표면의 미세 거칠기 변화와의 관계를 분석하였다. 마지막으로 InGaAs 의 화학적 식각 거동을 바탕으로 화학적 기계적 평탄화 (CMP) 공정을 위한 슬러리 조성을 연구하고 연마 후 표면 특성을 분석하였다. CMP 공정 후 표면의 원소 조성과 표면의 미세 거칠기의 변화는 슬러리와 InGaAs 의 화학적 반응에 기인하는 것을 확인하였다. 이러한 실험들을 통하여 InGaAs CMP 공정의 기초 연구가 수행되었다.