KR100619441B1

KR100619441B1 - Growth method of easy remove Sudstate

Info

Publication number: KR100619441B1
Application number: KR1020040050023A
Authority: KR
Inventors: 이영주; 황의진
Original assignee: 서울옵토디바이스주식회사
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2006-09-08
Also published as: KR20060001015A

Abstract

본 발명은 기판제거가 용이한 질화갈륨 성장 방법에 관한 것으로서, 특히 사파이어 기판에 요철을 형성한후 질화갈륨을 성장하여 기판의 제거가 용이하므로써 공정수율을 향상시키고 기판제거시 손상을 최소화하는 기판의 제거가 용이한 질화갈륨 성장 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of growing a gallium nitride easy to remove the substrate, in particular to form a concave-convex on the sapphire substrate and to grow the gallium nitride to facilitate the removal of the substrate to improve the process yield and minimize the damage when removing the substrate A gallium nitride growth method that is easy to remove.

본 발명에 따른 기판제거가 용이한 질화갈륨 성장방법은 제 1 기판에 요철을 형성하는 과정과, 상기 요철이 형성된 기판 상에 질화갈륨을 성장하는 과정과, 상기 질화갈륨의 일면 상에 제 2 기판을 부착하는 과정과, 상기 요철이 형성된 제 1 기판을 제거하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 한다. According to the present invention, a gallium nitride growth method for easily removing a substrate may include forming irregularities on a first substrate, growing gallium nitride on the uneven substrate, and forming a second substrate on one surface of the gallium nitride. And a process of removing the first substrate on which the unevenness is formed.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면 사파이어 기판에 일정한 폭과 깊이를 갖는 요철을 형성하고, 이러한 사파이어 기판 상에 질화갈륨을 형성하므로 상기 사파이어 기판을 제거하는 공정에서 질화갈륨의 손상을 최소화하며 전체적으로 균일한 질화갈륨을 얻을 수 있는 이점이 있다. According to the present invention as described above, irregularities having a predetermined width and depth are formed on the sapphire substrate, and gallium nitride is formed on the sapphire substrate, thereby minimizing damage of gallium nitride and removing the sapphire substrate. There is an advantage to obtain gallium nitride.

기판 제거, 질화갈륨, 사파이어Substrate Removal, Gallium Nitride, Sapphire

Description

Gallium nitride growth method for easy substrate removal {Growth method of easy remove Sudstate}

도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기판제거가 용이한 질화갈륨 성장 방법을 도시하는 단면도.1 to 5 are cross-sectional views showing a method for growing a gallium nitride easy substrate removal according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요기호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>

11 : 제 1 기판 13 : 질화갈륨11: first substrate 13: gallium nitride

15 : 제 1 본딩금속 17 : 제 2 기판 15: first bonding metal 17: second substrate

19 : 제 2 본딩금속19: second bonding metal

본 발명은 질화갈륨 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 사파이어 기판에 요철을 형성한 후 질화갈륨을 성장하여 기판의 제거가 용이하므로써 공정수율을 향상시키고 기판제거시 손상을 최소화할 수 있는 질화갈륨 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing gallium nitride, in particular, to form a gallium nitride after forming irregularities on the sapphire substrate to facilitate the removal of the substrate by improving the process yield and to minimize the damage when removing the substrate It is about.

일반적으로 청색 및 백색 발광소자 제작을 위해서는 넓은 밴드갭을 갖는 반도체 물질이 필요하다. 질화갈륨의 경우 InGaN와 AlGaN 같은 삼원 화합물조성을 가 질수 있어 1.6 eV에서 6.2 eV까지의 광범위한 밴드갭을 갖는 물질의 성장이 가능하다. 또한 높은 열전도도 및 전자이동도를 가지고 있어 반도체 특성이 우수하고 높은 융점 및 화학적으로 안정하며 직접천이형으로 발광효율이 우수하다. In general, a semiconductor material having a wide band gap is required for fabricating blue and white light emitting devices. In the case of gallium nitride, ternary compounds such as InGaN and AlGaN can be formed to allow growth of materials having a wide band gap from 1.6 eV to 6.2 eV. In addition, it has high thermal conductivity and electron mobility, so it has excellent semiconductor characteristics, high melting point, chemical stability, and direct transition type, and excellent luminous efficiency.

위와 같은 장점에도 불구하고, 질화갈륨 단결정 성장은 현재 상용화되어 있지 못하고 있다. 따라서 유기금속기상증착방법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition ; 이하, MOCVD라 칭함) 방법 등을 이용한 이종기판(hetero-substrate)성장을 통해 현재 상용화가 이루어지고 있다. 이때 이종기판성장을 위하여 사파이어(Al₂O₃) 기판이 주로 사용되고 있는데, 이는 사파이어가 갖고 있는 고유 물성에 기인한다. 사파이어는 다이아몬드 다음으로 안정한 물질이므로 질화갈륨을 성장하기 위한 1000 ℃ 이상의 온도에서 매우 안정하며 높은 결정도의 단결정 성장이 가능하며 질화갈륨과는 16.1%의 격자 부정합을 이루고있다. Despite the above advantages, gallium nitride single crystal growth has not been commercialized at present. Therefore, commercialization is currently being achieved through hetero-substrate growth using a method of metal organic chemical vapor deposition (hereinafter referred to as MOCVD). At this time, sapphire (Al ₂ O ₃ ) substrate is mainly used for heterogeneous substrate growth, due to the inherent physical properties of sapphire. Since sapphire is the second most stable material after diamond, it is very stable at the temperature of over 1000 ℃ to grow gallium nitride, and enables single crystal growth of high crystallinity and lattice mismatch with gallium nitride is 16.1%.

그러나 상술한 장점에도 불구하고 사파이어 기판은 전기적으로 부도체이며 공유결합으로 인한 우수한 경도 특성을 가지므로 기계적·화학적으로 가공이 매우 어려운 문제가 있다. 이러한 이유로 사파이어 기판 이외의 Si, MgAl₂O₄, AlN, GaN, SiC, ZnSe, ZnO 또는 BN 등을 사용하여 이종기판성장을 시도하고 있지만 고품질의 질화갈륨을 얻을 수 없거나 제조원가 등의 이유로 사파이어 기판이 주류를 이루고 있는 실정이다. 즉, 고품질의 질화갈륨을 얻기 위하여 사파이어 기판을 사용할 수 밖에 없으므로 성장 후 사파이어 기판을 제거하는 질화갈륨 기판에 대해 많은 연구가 진행되고 있다. However, in spite of the above advantages, the sapphire substrate is electrically insulator and has excellent hardness characteristics due to covalent bonds. For this reason, we are trying to grow dissimilar substrates using Si, MgAl ₂ O ₄ , AlN, GaN, SiC, ZnSe, ZnO or BN other than sapphire substrates, but sapphire substrates cannot be obtained due to high quality gallium nitride or manufacturing cost The situation is mainstream. That is, since a sapphire substrate is inevitably used to obtain high quality gallium nitride, many studies have been conducted on gallium nitride substrates that remove sapphire substrates after growth.

사파이어 기판 상에 질화갈륨을 성장시키고, 상기 사파이어 기판을 제거하기 위해서는 먼저 Si, GaAs, GaP, AlGaInP, Ge, SiSe, GaN, AlInGaN 또는 InGaN 등과 같은 전도성 기판 혹은 Al, Zn, Ag, W, Ti, Ni, Au, Mo, Pt, Pd, Cu, Cr 또는 Fe 등의 단일 금속을 질화갈륨과 접착시킨 후, 레이저 용융 혹은 기계적·화학적 방법 등을 이용하여 제거한다. In order to grow gallium nitride on the sapphire substrate and remove the sapphire substrate, a conductive substrate such as Si, GaAs, GaP, AlGaInP, Ge, SiSe, GaN, AlInGaN or InGaN, or Al, Zn, Ag, W, Ti, A single metal such as Ni, Au, Mo, Pt, Pd, Cu, Cr or Fe is bonded to gallium nitride and then removed by laser melting or mechanical or chemical methods.

그러나 이미 이종성장 방법을 통해 성장된 사파이어와 질화갈륨은 상호 열팽창계수차이로 말미암아 보잉(bowing)을 나타내고 있고 전도성 기판과의 접합을 위한 공정에서도 가열이 불가피하기 때문에 웨이퍼 접착 후에는 더욱 심한 보잉을 나타내게된다. 이러한 보잉은 사파이어 제거 공정시 직접적으로 작용하여 제조 공정 수율을 현저히 저하시키는 결과를 초래하게된다. 또한 사파이어 제거 방법에서는 레이저 조사시 2인치 이상의 대면적 질화갈륨에 대해 레이저 용융시 질화갈륨이 분해하면서 가스가 발생되고 이렇게 발생된 가스는 고온의 높은 증기압을 가지게 되어 부분적으로 기판이 균열을 일으키며 박리되는 문제가 발생한다. However, the sapphire and gallium nitride already grown by the heterogeneous growth method show bowing due to mutual thermal expansion coefficient difference, and since the heating is inevitable even in the process for bonding with the conductive substrate, it becomes more severe after wafer bonding. do. Such bowing acts directly during the sapphire removal process, resulting in a significant decrease in the manufacturing process yield. In addition, in the sapphire removal method, gas is generated when gallium nitride is decomposed when the laser is melted for a large area gallium nitride of 2 inches or more during laser irradiation, and the generated gas has a high vapor pressure at a high temperature, which partially cracks and peels the substrate. A problem arises.

따라서, 본 발명에서는 요철이 형성된 사파이어 기판 상에 질화갈륨을 형성한 후, 기판을 게저함으로써 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해결할 수 있는 질화갈륨 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다Accordingly, an object of the present invention is to provide a gallium nitride manufacturing method that can solve the problems caused in the prior art by forming a gallium nitride on the sapphire substrate on which the unevenness is formed, and then collecting the substrate.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 질화갈륨 제조방법은 제 1 기판에 요철을 형성하는 과정과, 상기 요철이 형성된 기판 상에 질화갈륨을 성장하는 과정과, 상기 질화갈륨의 일면 상에 제 2 기판을 부착하는 과정과, 상기 요철이 형성된 제 1 기판을 제거하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 한다. The gallium nitride manufacturing method according to the present invention for achieving the above object is a process of forming the irregularities on the first substrate, the process of growing gallium nitride on the substrate with the irregularities, the second on one side of the gallium nitride And attaching the substrate, and removing the first substrate on which the unevenness is formed.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 질화갈륨을 성장하기 전 제 1 기판(11)의 단면도로서 성장 전처리가 완료되어 경면처리 되어 있는 상태를 나타낸다. 상기 제 1 기판으로는 질화갈륨과 격자상수 및 열팽창계수차가 적은 사파이어를 주로 사용하고, 이외에도 Si, MgAl₂O₄, AlN, GaN, SiC, ZnSe, ZnO 또는 BN 등을 사용한다. FIG. 1 is a cross-sectional view of the first substrate 11 before growing gallium nitride, showing a state in which growth pretreatment is completed and mirror-polished. As the first substrate, sapphire having a small lattice constant and thermal expansion coefficient difference is mainly used. In addition, Si, MgAl ₂ O ₄ , AlN, GaN, SiC, ZnSe, ZnO, or BN is used.

상기 제 1 기판(11)을 도 2와 같이 선택적으로 에칭하여 상기 제 1 기판(11)의 표면에 요철을 형성한다. The first substrate 11 is selectively etched as shown in FIG. 2 to form irregularities on the surface of the first substrate 11.

이때, 선택적 에칭 방법은 건식 혹은 습식 방법으로 진행하고, 요철은 일정한 폭과 깊이를 갖고 있어, 제 1 기판 상에 질화갈륨이 성장될 때 열팽창 계수가 최소화되고 레이저 용융을 통한 기판 제거시 가스 배출이 용이하도록 한다. At this time, the selective etching method is a dry or wet method, the irregularities have a constant width and depth, the thermal expansion coefficient is minimized when the gallium nitride is grown on the first substrate and the gas discharge during substrate removal through laser melting Make it easy.

다음으로, 도 3과 같이 선택적 에칭으로 요철이 형성된 제 1 기판(11) 상에 MOCVD 방법 또는 HVPE(Hydride Voper Phase Epitaxy) 방법으로 질화갈륨(13)을 성장한다. MOCVD 방법을 통한 질화갈륨의 성장은 통상적으로 일정 두께까지는 수직 방향으로 성장이 지배적이며 일정 두께 이상 성장이 진행된 후에는 수평 방향으로 성장이 진행된다. 수평방향으로 성장이 진행되어 수직 방향의 결정 기둥이 합쳐지게 되면 다시 수직 방향으로 성장이 진행된다. 이러한 성장 방식은 성장 온도, 전 구체 조성비, 이송가스 유량, 성장 챔버 내 압력 등을 통해 제어가 가능하다. Next, the gallium nitride 13 is grown on the first substrate 11 having irregularities formed by selective etching as shown in FIG. 3 by the MOCVD method or the HVPE (Hydride Voper Phase Epitaxy) method. Growth of gallium nitride through the MOCVD method is generally dominant in the vertical direction up to a certain thickness, and growth in the horizontal direction after the growth is over a certain thickness. When the growth proceeds in the horizontal direction and the crystal columns in the vertical direction merge, the growth proceeds in the vertical direction again. This growth method can be controlled through growth temperature, specific composition ratio, transfer gas flow rate, pressure in the growth chamber, and the like.

도 4는 성장이 완료된 질화갈륨(13) 상에 제 2 기판(17)과 본딩이 가능하도록 Au, AuSn, Pd, In 또는 Sn 등과 같은 제 1 본딩 금속(15)을 증착한다. 상기 제 2 기판에도 본딩이 가능하도록 Au, AuSn, Pd, In 또는 Sn 등과 같은 제 2 본딩 금속(19)을 증착한다. 이때 제 2 기판(17)은 전도성 기판으로 AlGaInP, Ga, SiSe, GaN, AlInGaN 또는 InGaN 기판등이 사용될 수 있으며 Al, Zn, Ag, W, Ti, Ni, Au, Mo, Pt, Pd, Cu, Cr 또는 Fe의 단일 금속 또는 상기 금속들의 합금 및 상기 금속을 0.1 % 이상 포함하는 합금금속을 사용하는 전도성 금속판 등을 이용할 수도 있다. FIG. 4 deposits a first bonding metal 15 such as Au, AuSn, Pd, In, or Sn to enable bonding with the second substrate 17 on the grown gallium nitride 13. A second bonding metal 19 such as Au, AuSn, Pd, In, or Sn is deposited to bond to the second substrate. At this time, the second substrate 17 may be an AlGaInP, Ga, SiSe, GaN, AlInGaN or InGaN substrate, and may be Al, Zn, Ag, W, Ti, Ni, Au, Mo, Pt, Pd, Cu, A conductive metal plate using a single metal of Cr or Fe or an alloy of the metals and an alloy metal containing 0.1% or more of the metal may be used.

도 5는 일정한 온도와 압력을 제 2 기판(17)과 제 1 기판(11)에 인가하여 웨이퍼 접착을 완료한 후 도시하지 않았지만 레이저 용융방법을 이용하여 상기 제 1 기판(11)을 제거한다. 제 2 기판(17) 접착시의 압력과 온도는 본딩 금속에 따라 결정된다. 레이저 용융방법은 질화갈륨은 흡수하고 제 1 기판은 투과하는 특정 파장을 갖는 레이저가 사용되며 전체 혹은 일부 영역을 독립적으로 1회 또는 반복적으로 조사하여 사파이어 기판과 질화갈륨의 계면에서 레이저 에너지가 질화갈륨 표면에 흡수되고 이때 질화갈륨이 분해되면서 사파이어 기판과 질화갈륨이 분해된다. 또한 사파이어 기판과 질화갈륨이 접해있는 계면에서 레이저의 흡수가 지배적으로 이루어지므로 본 발명과 일정한 폭과 깊이를 가진 공극을 갖는 질화갈륨은 종래의 방법보다 상대적으로 적은 영역에서만 레이저의 흡수가 진행되므로 낮은 레이저 에너지 밀도에서 기판 제거가 가능하여 전체적으로 균일한 질화갈륨을 얻을 수 있고, 낮은 에너지 밀도와 일부 영역만 레이저 흡수가 진행되었으므로 레이저에 의한 질 화갈륨의 손상을 최소화하게된다. 상기에서 전도성 기판 혹은 금속 기판은 사파이어 기판 제거시 핸들링을 위한 것으로 사파이어 기판을 제거한 후 상기 전도성 기판 혹은 금속기판은 질화갈륨과 분리하는 공정을 진행한다.FIG. 5 removes the first substrate 11 using a laser melting method after applying a constant temperature and pressure to the second substrate 17 and the first substrate 11 to complete wafer bonding. The pressure and temperature at the time of adhering the second substrate 17 are determined depending on the bonding metal. In the laser melting method, a laser having a specific wavelength that absorbs gallium nitride and transmits the first substrate is used. The laser energy is gallium nitride at the interface between the sapphire substrate and gallium nitride by irradiating all or part of the area independently or repeatedly. The sapphire substrate and gallium nitride are decomposed as the gallium nitride decomposes at the surface. In addition, since the absorption of the laser is dominant at the interface between the sapphire substrate and gallium nitride, gallium nitride having a gap having a predetermined width and depth in the present invention has a low absorption rate because the absorption of the laser proceeds only in a relatively small area. It is possible to remove the substrate from the laser energy density to obtain a uniform gallium nitride as a whole, and to minimize the damage of the gallium nitride by the laser because the laser absorption is carried out in the low energy density and only a partial region. The conductive substrate or the metal substrate is for handling when the sapphire substrate is removed, and after removing the sapphire substrate, the conductive substrate or the metal substrate is separated from the gallium nitride.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면 사파이어 기판에 소정 폭과 소정의 깊이를 갖는 요철을 형성하고, 이러한 사파이어 기판 상에 질화갈륨을 형성하므로 상기 사파이어 기판을 제거하는 공정에서 질화갈륨의 손상을 최소화하며 전체적으로 균일한 질화갈륨을 얻을 수 있는 이점이 있다.According to the present invention as described above to form irregularities having a predetermined width and a predetermined depth on the sapphire substrate, and formed gallium nitride on the sapphire substrate to minimize the damage of gallium nitride in the process of removing the sapphire substrate as a whole There is an advantage that a uniform gallium nitride can be obtained.

Claims

Forming irregularities on the first substrate,

Growing gallium nitride in the uneven portions of the first substrate,

Attaching a second substrate on the other surface of the gallium nitride, wherein a bonding metal is provided between the second substrate and the first substrate to attach the second substrate to the first substrate through the bonding metal;

The gallium nitride manufacturing method characterized by consisting of a step of removing the first substrate on which the irregularities are formed.

delete

The method according to claim 1,

The bonding metal is gallium nitride manufacturing method characterized in that formed of at least one metal material selected from the group consisting of Au, Pd, In or Sn.