THz IC 응용을 위한 높은 수율과 균일도를 지니는 Dry-etched RTD의 개발

Abstract

InP 기반의 RTDs (Resonant Tunneling Diodes)는 빠른 양자 터널링 현상으로 인한 매우 높은 $f_{max}$ (Maximum Oscillation Frequency) 특징을 기반으로 THz 신호원으로서 상당한 주목을 받고 있다. 기존의 RTD는 대게 습식 식각 방식으로 제작 되어 졌다. 이러한 방식은 간단한 프로세스이며 낮은 식각 데미지를 가진 기술 방식이지만, small-size RTD 제작의 어려움과 RTD 소자의 수율 저하 현상으로 인한 단점이 존재한다. 이러한 문제들을 극복하기 위하여 새로운 RTD 제작 기술의 개발이 요구되고 있는 실정이다. 이 논문에서는 RTD 소자의 높은 수율과 균일도를 위하여 표면 처리기법과 패시베이션 기술을 적용한 건식 식각 방식의 RTD를 개발하였다. 건식 식각 방식의 RTD mesa 제작 과정은 다음과 같다. 먼저, RTD mesa는 Ti/Pd/Au/Ni의 메탈을 하드 마스크로 설정한 후 $Cl_2/Ar RIE$를 이용하여 형성한다. 식각 과정 이후에는 RIE 데미지 제거와 Ni 메탈 레이어 제거를 위해 열 처리와 디지털 식각 방식의 표면 처리 기법을 수행한다. 그 후, 제작된 RTD의 수율 향상을 위해 $ALD-Al_2O_3$ 레이어를 RTD mesa와 collector pole 주위에 패시베이션 진행한다. 마지막으로 RTD의 series resistance를 줄이기 위해 SiNx sidewall spacer를 형성하여 self-align emitter를 제작하였다. $1. 35 \mu m^2$ collector 크기를 가지는 건식 식각 방식의 RTD는 1.24의 PVCR, 6.3 mA의 peak current density, 0.88 THz의 $f_{max}$ 특성을 보였다. 표면 처리로 인해 웨이퍼 표면의 거칠기가 0.732nm 수준으로 나타나 낮은 표면 거칠기 특성을 나타내었다. 제작된 건식 식각 방식 RTD의 수율은 약 90 %로 확인되었다. Small-size RTD 제작을 위해 $0.25 \mu m^2$ collector 크기의RTD 성능을 예측한 결과, $f_{max}$가 크게 증대된 2.6 THz를 갖을 것으로 예상되었다. 결론적으로, 이러한 결과들은 표면 처리와 $ALD Al_2O_3$ 패시베이션 기술을 적용한 건식 식각 방식의 RTD기술이 THz IC 응용을 위한 고성능 RTD 소자 제작 기술로의 가능성을 입증해 보였다.