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HF-based 용액과 H2O2 용액을 전해질로 이용한 α-SiC 기판의 광전화학습식식각에 관한 연구 원문보기
Study on the Photoelectrochemical Etching of α-SiC wafers Using HF-based Solution and H2O2 Solution as Electrolytes

  • 저자

    宋貞均

  • 학위수여기관

    명지대학교

  • 학위구분

    국내석사

  • 학과

    無機材料工學科

  • 지도교수

  • 발행년도

    2001

  • 총페이지

    vi, 59 p.

  • 키워드

    HF-based 용액 H2O2 용액 전해질 α-SiC기판의 광전화학습식식각;

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T8948769&outLink=K  

  • 초록

    우수한 전기적 특성을 가지고 있어 고출력, 고주파 소자로서 대두되고 있는 SiC웨이퍼는 화학적 안정성과 내산화성으로 인하여 용액에 의한 식각이 매우 어려워 웨이퍼 위에 패턴을 형성하기 위해 건식 식각 방법을 주로 사용하여 왔다. 본 연구에서는 SiC웨이퍼를 광전화학습식식각(Photoelectrochemical Etching) 공정을 통하여 식각하였다. 광전화학습식식각은 웨이퍼에 전기적 에너지와 광에너지를 동시에 인가하여 웨이퍼와 용액(또는 전해질)사이의 반응을 높혀 주어 식각을 이루는 방법이다. 본 연구에서 사용된 전해질은 HF 전해질과 H₂O₂ 전해질을 사용하였다. HF 전재질을 사용할 경우는 두 단계의 공정이 요구되는데, 첫 번째 공정은 물에 희석된 HF 전해질속에 SiC기판을 넣고 자외선과 전압을 가하여 다공질을 형성시키는 공정이다. 두 번째 단계는 1000℃에서 산화과정을 통하여 다공질 표면을 산화시킨 후 희석된 HF 용액에 넣어 식각하는 과정이다. H₂O₂ 전해질을 사용할 경우는 광전화학반응 때 다공질이 형성되지 않고 산화물이 형성된다. 이 산화물을 희석된 HF 용액으로 제거하여 식각을 이룬다. 1 : 75 HF 전해질을 사용할 경우 최대 1500 Å/min의 높은 식각속도가 구현되었다. HF 전해질에 미량의 H₂O₂를 첨가함에 따라 식각속도는 점차 증가하였으나 0.8 wt%이상의 첨가는 오히려 식각속도의 감소를 초래하였다. 인가하는 전압이 높아짐에 따라 식각속도는 증가하였다. 높은 식각속도가 구현되었으나 식각된 표면의 표면거칠기(RMS roughness)가 200 Å이상의 값을 나타내었다. 1 : 210 H₂O₂ 전해질을 사용할 경우 식각속도는 약 40 Å/min으로 낮았지만 식각된 표면의 표면거칠기가 30 Å이하의 값을 나타내었다. 인가하는 전압에 따라 식각속도는 증가하였으며 H₂O₂의 농도가 1 : 210 이상에서는 식각속도가 일정하였다. 본 연구는 SiC의 광전화학습식식각에 영향을 주는 변수들인 전해질의 종류, 인가전합, 전해질의 농도, 식각시간, 자외선 파장등이 식각속도와 표면 거칠기에 미치는 영향에 대해서 연구하였다. 또한 소자특성에 직접적으로 영향을 주는 표면거칠기를 30 Å이하로 낮추기 위한 조건을 확립하였다.


    Dry etching methods which are commonly used for the fabrication of SiC devices are known to result in ion-induced damage on the etched surface, which is highly undesirable for the high frequency and high power device operation. In this paper, we report on the photoelectrochemical(PEC) wet etching process of 4H-SiC and 6H-SiC using several electrolytes including HF-based solution, H₂O₂ solution and a mixture of HF and H₂O₂. The etching process using the HF-based solution consists of formation of porous layer on the surface of sample and thermal oxidation followed by HF dipping process to eliminate the porous layers. It is believed that the high density of pores was resulted from the reaction between oxygen and carbon. It was confirmed from the EDS analysis that most of carbon atoms were eliminated from the surface of SiC after the PEC etching, which indicates that the surface carbon were used for the formation of CO₂ or CO. An etching rate of 1500 Å/min was obtained using a dilute 1 : 75(HF : H₂O) electrolyte with the etching potential of 3.0 V. When H₂O₂ was employed as an electrolyte, an oxide layer was formed on the surface of the sample without a formation of porous layer. The formation oxide layer was almost linearly increased with the etching time. The etch rate is about 40 Å/min( H₂O₂ : H₂O = 1 : 210, without HF, applied bias = 2 V). The etching rate and the surface roughness were changed with the variation of etching potential and the amount of H₂O₂ into the HF electrolyte. The etching rate is increased with the applied bias in a range between 5 V and 15 V for an electrolyte with 1.4 wt % of HF and 0.8 wt % of Hz₂O₂. The etching rate is shown to be increased as the concentration of H₂O₂ is increased, but is decreased after the concentration exceeds 1 mole. The surface roughness was significantly improved when the sample was etched using the H₂O₂ without HF concentration ; RMS roughness of about 200 Å when etched in the electrolyte with HF and about 30 Å in the electrolyte with H₂O₂.


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