KR100900807B1 - Substrate for semiconductor device, method of fabricating the same and method of fabricating semiconductor device using the substrate - Google Patents
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Abstract
고출력 발광다이오드(LED) 등의 제조에 사용될 수 있는 반도체 소자용 기판, 그 제조 방법 및 그 기판을 이용하여 반도체 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 기판은 사파이어 기판과 실리콘 기판 등 서로 종류가 다른 기판끼리 접합한 형태로, 반도체 소자 제조 공정의 단계를 줄일 뿐만 아니라 소자층 성장시 발생하는 응력 문제를 해결하여 양질의 반도체 소자를 제조할 수 있는 장점이 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a substrate for a semiconductor device that can be used in the manufacture of high power light emitting diodes (LEDs), a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing a semiconductor device using the substrate. These substrates are formed by joining different types of substrates such as sapphire substrates and silicon substrates together, which not only reduces the steps of the semiconductor device manufacturing process but also solves the stress problems that occur during device layer growth, thereby manufacturing high quality semiconductor devices. There is an advantage.
Description
본 발명은 반도체 소자용 기판, 그 제조 방법 및 그 기판을 이용한 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고출력 LED 등의 제조에 사용될 수 있는 반도체 소자용 기판, 그 제조 방법 및 그 기판을 이용하여 반도체 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
LED 시장은 핸드폰 등 휴대형 통신기기나 소형가전제품의 키패드, 액정 디스플레이(LCD)의 백라이트 유닛(back light unit) 등에 사용되는 저출력 LED를 기반으로 성장하였다. 최근에는 인테리어 조명, 외부 조명, 자동차 내외장, 대형 LCD의 백라이트 유닛 등에 사용되는 고출력, 고효율 광원의 필요성이 대두되면서, LED 시장 또한 고출력 제품 중심으로 옮겨 가고 있다. 이와 같은 LED 시장에서 소자 제작은 기초가 되고 높은 기술력을 요하고 있으며 가격 경쟁력 또한 매우 중요한 요소로 떠오르고 있다. The LED market grew based on low-power LEDs used in portable communication devices such as mobile phones, keypads of small home appliances, and back light units of liquid crystal displays (LCDs). Recently, as the need for high-power and high-efficiency light sources for interior lighting, exterior lighting, automotive interior and exterior, and large LCD backlight units has emerged, the LED market is shifting to high-power products. In this LED market, device fabrication is fundamental and requires high technology, and price competitiveness is also very important.
도 1을 참조하여 종래 LED 칩의 제조 방법을 살펴본다.A method of manufacturing a conventional LED chip will be described with reference to FIG. 1.
종래에는 사파이어 기판(1) 위에 LED 구조의 에피층(2)을 성장시켜 적절한 소자층(2a)으로 패터닝한 후, 투명전극과 p형 금속패드(3), n형 금속패드(4)를 형성하는 공정 단계(이상, 단계 (a)~(c), 이른바 팹(FAB) 공정)를 거친다. 그런 다음, LED를 칩 모양으로 형성하는 후공정(단계 (d)~(f))을 거치게 된다. Conventionally, the
제조 및 테스트 공정 중의 핸들링 시에는 사파이어 기판(1)의 파손 또는 표면 손상이 발생하지 않도록 사파이어 기판(1)이 충분한 두께를 가져야만 한다. 그러나, 칩 부품의 소형화, 고집적화를 위해서는 사파이어 기판의 두께가 얇은 것이 유리하다. 따라서, 후공정은 400um 이상의 두께(400-450um)를 가진 사파이어 기판(1)을 연삭과정과 다이아몬드 슬러리를 이용하여 100um 이하의 얇은 사파이어 기판(1a)으로 연마하는 가공공정(단계 (d))과 칩 모양으로 나누기 위하여 분리홈(5)을 형성하는 스크라이빙(scribing) 공정(단계 (e)) 및 분리홈(5)을 따라 외부의 힘으로 절단하는 브레이킹(breaking) 공정(단계 (f))이 포함된다. In handling during the manufacturing and testing process, the
그런데 이와 같은 후공정 단계에서는 연삭과 연마공정에 의한 응력 발생에 의한 기판 손상이나 소자의 특성 저하가 발생 가능하며, 또한 스크라이빙에 주로 사용되는 레이저에 의한 소자 손상도 발생한다. 이와 같은 후공정은 팹 공정으로 소자 제작 완료된 기판을 가공하는 마지막 단계로, 공정에 문제가 생길 경우 많은 불량품을 발생시킬 뿐만 아니라, 광도 저하도 가져올 수 있으므로 칩 단가에 많은 영향을 미치는 부분이다. However, in such a post-processing step, substrate damage or deterioration of device characteristics may occur due to stress generation by grinding and polishing processes, and device damage by lasers mainly used for scribing may also occur. This post-process is the last step in fabricating the device-fabricated substrate in the fab process. If a problem occurs in the process, not only can it generate a lot of defective products, but also lower the brightness, which is a factor that greatly affects the cost of the chip.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 연삭과 연마공정 필요없이 고집적 LED와 같은 반도체 소자를 제조하기 위한 기판을 제공하는 것이다. The technical problem to be solved by the present invention is to provide a substrate for manufacturing a semiconductor device, such as a highly integrated LED without the need for grinding and polishing process.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 이러한 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing such a substrate.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 이러한 기판을 이용하여 고집적이 가능하고 광도 저하가 없는 LED와 같은 반도체 소자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device, such as an LED that is highly integrated and does not have a decrease in brightness using such a substrate.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판은, 반도체 소자 제조용이며 칩 영역을 분리하는 분리홈이 하면에 형성된 단결정 기판, 및 상기 단결정 기판의 하면에 산화막을 매개로 하여 접합되고 상기 단결정 기판을 지지하기 위한 이종 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판으로서, 본 명세서에서는 특별히 "이종접합 기판"이라고 부르기로 한다. A substrate according to the present invention for achieving the above technical problem is a single crystal substrate for semiconductor device manufacturing, the separation groove for separating the chip region is formed on the lower surface, and bonded to the lower surface of the single crystal substrate via an oxide film to form the single crystal substrate. A substrate comprising a heterogeneous substrate for support, which is specifically referred to herein as a "heterojunction substrate".
본 발명에 따른 이종접합 기판에 있어서, 상기 단결정 기판은 사파이어, SiC, GaAs, GaN, AlN, ZrB2, LiAlO2, MgO, 스피넬(MgAl2O4), ZnO, LiGaO2 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 산화막은 실리콘 산화막(SiO2), ZrO2, Al2O3, TiO2, PSG(Phosphorous Silicate Glass) 및 BPSG(Boro-Phosphorous Silicate Glass) 중 어느 하나일 수 있다. In the heterojunction substrate according to the present invention, the single crystal substrate may be any one of sapphire, SiC, GaAs, GaN, AlN, ZrB 2 , LiAlO 2 , MgO, spinel (MgAl 2 O 4 ), ZnO, LiGaO 2 The oxide layer may be any one of a silicon oxide layer (SiO 2 ), ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , Phosphorous Silicate Glass (PSG), and Boro-Phosphorous Silicate Glass (BPSG).
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 제조 방법은, 반도체 소자 제조용의 단결정 기판 하면에 칩 영역을 분리하는 분리홈을 형성하는 단계, 상기 단결정 기판 하면 및 상기 단결정 기판을 지지하기 위한 이종 기판의 상면 중 적어도 어느 한쪽에 산화막을 형성하는 단계, 및 상기 산화막을 사이에 두고 상기 단결정 기판 하면과 상기 이종 기판을 접합하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a substrate, the method comprising: forming a separation groove separating a chip region on a lower surface of a single crystal substrate for manufacturing a semiconductor device, and a heterogeneous structure for supporting the lower surface of the single crystal substrate and the single crystal substrate; Forming an oxide film on at least one of the top surfaces of the substrate, and bonding the bottom surface of the single crystal substrate and the heterogeneous substrate with the oxide film therebetween.
이러한 기판 제조 방법을 통하여 본 발명에 따른 이종접합 기판을 제조할 수가 있으며, 이 때, 상기 접합하는 단계는 기판접합장치를 이용하거나 열처리를 통하여 실시할 수 있다. Through this method for manufacturing a substrate, it is possible to manufacture a heterojunction substrate according to the present invention. In this case, the bonding may be performed using a substrate bonding apparatus or through heat treatment.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자 제조 방법은, 본 발명에 따른 기판 상에 소자층을 제조하고, 산화막을 제거함으로써 단결정 기판과 이종 기판을 분리하는 단계, 및 분리홈을 따라 브레이킹하여 칩으로 절단하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a semiconductor device, the method comprising: separating a single crystal substrate from a heterogeneous substrate by removing an oxide film, and manufacturing a device layer on a substrate according to the present invention. Breaking accordingly to cut into chips.
본 발명에 따르면, 연삭과 연마공정 필요없이 고집적 LED와 같은 반도체 소자를 제조할 수 있는 기판이 제공되며, 이러한 기판을 이용한 소자 제작시 생산성이 향상될 뿐만 아니라 광도 저하와 같은 문제 발생의 우려가 없다. According to the present invention, there is provided a substrate capable of manufacturing a semiconductor device, such as a high-integrated LED, without the need for grinding and polishing process, there is no fear of occurrence of problems such as lowering of the productivity and improved productivity when manufacturing the device using such a substrate .
본 발명은 후공정 단계를 습식식각과 브레이킹 공정만으로 가능하게 하는 이종접합 기판과 그 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법을 제시한다. The present invention provides a heterojunction substrate, a method of manufacturing the same, and a method of manufacturing a semiconductor device using the same, which enables the post-processing step only by wet etching and breaking.
본 발명에 따른 이종접합 기판을 사용하여 LED와 같은 소자를 제작할 경우, 후공정에서 기판을 연마하고 스크라이빙하여 칩을 만드는 공정을 진행하지 않아도 되므로 공정 비용을 절감할 수 있으며 또한, 후공정에서 발생하는 응력에 의한 소 자 특성의 열화를 발생시키지 않으므로 전기적, 광학적으로 향상된 소자를 제작할 수 있는 장점이 있다. When fabricating a device such as an LED using the heterojunction substrate according to the present invention, the process cost can be reduced since the process of making a chip by polishing and scribing the substrate in a post process can be reduced, and in a post process Since there is no deterioration of the material characteristics due to the generated stress, there is an advantage in that it is possible to manufacture an electrically and optically improved device.
따라서, 이와 같은 기판을 사용할 경우 후공정에서 발생하는 응력에 의한 손상이나 불량품 발생을 줄이며 공정 단가의 저하도 가져올 수 있는 효과가 예상된다. 이 기판은 이종의 기판을 접합한 형태로 질화물계 LED의 제조 공정의 단계를 줄일 뿐만 아니라 성장시 발생하는 응력 문제를 해결하여 양질의 LED 에피 구조를 성장할 수 있는 장점이 있다. Therefore, the use of such a substrate is expected to reduce the damage caused by the stress generated in the post-process or the generation of defective products and to bring down the process cost. This substrate has the advantage that it is possible to grow a high quality LED epi structure by reducing the steps of the manufacturing process of the nitride-based LED in the form of bonding a heterogeneous substrate, as well as solving the stress problem during growth.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다음에 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예를 설명하는 도면에 있어서, 어떤 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되어진 것으로, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. In the drawings illustrating embodiments of the present invention, the thicknesses of certain layers or regions are exaggerated for clarity of specification, and like numerals in the drawings refer to like elements.
이종접합 기판 및 그 제조 방법 제1 실시예Heterojunction substrate and method of manufacturing the first embodiment
본 발명에 따른 이종접합 기판은 LED와 같은 질화물계 반도체 소자의 제조 특성상 하부 기판과 상부 기판 사이에 열전달이 가능한 기계적인 접합만 이루어지면 되므로 전기적인 연결 등을 고려하지 않아도 된다. 즉, 하부 기판과 상부 기판은 접합을 위한 산화막과 같은 매개체를 사용한다. 본 발명에 따른 이종접합 기판 제조 방법의 일 실시예는 도 2와 같은 공정 순서를 따른다. The heterojunction substrate according to the present invention does not have to consider an electrical connection since only the mechanical bonding capable of heat transfer is performed between the lower substrate and the upper substrate due to the manufacturing characteristics of a nitride-based semiconductor device such as an LED. That is, the lower substrate and the upper substrate use a medium such as an oxide film for bonding. One embodiment of the heterojunction substrate manufacturing method according to the invention follows the process sequence as shown in FIG.
먼저, 양쪽 표면이 매우 매끄럽게 가공된 두께 50~200um 정도의 단결정 기판(10)을 준비한다(단계 s1). First, a
단결정 기판(10)은 단결정 잉곳에서 절단되어 가공된다. 단결정 기판(10)의 양쪽 표면은 매우 깨끗하고 평평하게 가공되어야 한다. 일반적으로 이와 같은 표면을 업체들에서는 에피-레디 웨이퍼(epi-ready wafer, 에피 성장 준비된 기판)라 하며 양면 가공된 기판의 생산은 일반적이므로 가공의 어려움은 없다. The
단결정 기판(10)으로는 반도체 기판, 산화물계 기판 혹은 붕화물계 기판과 같은 어떠한 종류의 기판이라도 사용할 수 있다. 바람직하기로는, 단결정 기판(10)은 사파이어(단결정 Al2O3) 기판이다. 그러나, SiC, GaAs, GaN, AlN, ZrB2, LiAlO2, MgO, 스피넬(MgAl2O4), ZnO 혹은 LiGaO2 기판도 가능하다. 단결정 기판(10)은 반도체 에피층을 성장시킬 수 있는 단결정 기판이기만 하면 되고 그 종류가 여기에 언급한 것에만 한정되는 것은 아님을 유의하여야 한다. 예를 들어 사파이어 기판은 GaInN 등의 질화물 반도체로 형성된 청색 LED 제조에 이용되며, AlGaInP계 LED에서는 GaAs 기판이 이용되고, 단파장(근자외선, 청색 또는 녹색) LED에서는 입방정 또는 육방정의 SiC 기판이 이용된다. 따라서, 제조하고자 하는 소자의 타입에 따라 단결정 기판(10)의 물질이 선택될 수 있다. 이처럼 단결정 기판(10)의 물질은 특별히 제한되지 않으며, 기판의 결정 배향은 특별히 제한되지 않지만, 원하는 임의의 방향으로 맞출 수 있다.As the
이 때, 단결정 기판(10)의 양면 중 이종 기판(후술함)과 접합할 면(예를 들면, 하면)은 칩 모양의 패턴으로 미리 분리홈(15)을 형성한다(단계 s2). At this time, the surface (for example, the lower surface) to be bonded to the heterogeneous substrate (to be described later) of both surfaces of the
도 3은 단결정 기판(10)에 형성된 분리홈(15)을 보여주기 위한 도면이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 분리홈(15)은 X축 및 Y축 방향을 따라 형성되어 격자 모양의 칩 모양대로 형성되며, 단결정 기판(10)은 기판 정렬 등을 위해 형성한 플랫존(F) 혹은 노치를 가지고 있다. 도면에서 "D"는 후속의 소자 제조 공정에서 실제 소자 부분이 되는 유효한 칩 영역을 나타낸다. 3 is a view for showing a
분리홈(15)은 레이저를 이용한 스크라이빙 공정에 의하여 형성할 수 있다. 이 공정은 빠르게 분리홈을 형성할 수 있어 양산성이 매우 뛰어난 장점이 있다. The
단결정 기판(10)을 칩으로 분리하기 위해 분리홈을 형성할 수 있는 것이면, 레이저 가공 기기의 형태는 특별히 제한되지 않는다. 사용되어도 좋은 기기의 특정예는 CO2 레이저, YAG 레이저, 엑시머 레이저, 및 펄스 레이저를 들 수 있다. 이들 중에서 펄스 레이저가 바람직하다. As long as the separation groove can be formed to separate the
분리홈(15) 각각의 깊이는 단결정 기판(10)의 표면으로부터 6㎛ 이상인 것이 바람직하다. 분리홈(15) 깊이가 6㎛보다 작으면 단결정 기판(10)은 칩에 사선으로 절단되고, 불량칩을 형성할 수 있다. 분리홈(15) 각각의 단면은 임의의 형상, 직사각형, U자형 또는 V자형으로 가정해도 좋지만, 분리홈 단면은 V자형 또는 U자형으로 가정하는 것이 바람직하고, V형이 특히 바람직하다. 단결정 기판(10)을 칩으로 절단하는 경우, V자형 분리홈의 바닥 끝의 근방에서 크랙킹이 시작되어 불량률이 감소하기 때문이다. 분리홈(15)의 단면은 레이저 빔 직경과 초점 등의 레이저 광학계의 제어를 통해 조절될 수 있다. The depth of each of the
이와 같이 스크라이빙 가공된 단결정 기판(10)은 세정 공정을 거쳐 깨끗한 상태로 준비한다. 단결정 기판(10) 두께가 감소되는 경우 절단 거리가 감소되어, 소자 제조 후의 후공정에서 분리홈(15)의 위치에서 단결정 기판(10)을 칩으로 용이하게 절단할 수 있게 된다. The scribed
구체적인 예를 들어 보다 자세히 설명하면, 단결정 기판(10)의 한 면에 수용성 레지스트 등을 스핀코터를 사용하여 균일하게 도포하고 건조하여 보호필름을 형성한다. 그런 다음, 보호필름이 형성된 면을 진공척에 의해 펄스 레이저 가공기의 스테이지에 고정시킨다. 스테이지는 X축과 Y축 방향으로 이동할 수 있고, 회전할 수 있다. 웨이퍼를 고정한 후, 보호막이 형성되지 않은 면에 레이저빔의 초점이 맞도록 레이저 광학계를 조절하고, V자형 단면의 분리홈(15)이 X축 방향으로 형성되도록 가공한다. 이어서 스테이지를 90° 회전하고, 상술한 것과 동일한 방법으로 Y축 방향으로도 분리홈(15)을 형성한다. 그런 다음, 진공척에서 단결정 기판(10)을 떼어내고 세척기의 스테이지 상에 놓아 물을 분무하여 보호필름을 제거하고 건조시킨다.For example, in detail, a water-soluble resist or the like is uniformly applied to one surface of the
다음으로, 사파이어 등 단결정 기판(10)과는 다른 이종 기판(20)의 한쪽 표면(예를 들면, 상면)을 매우 매끄럽게 가공하여 준비한다. 이 때 이종 기판(20)은 실리콘 기판, 알루미나(다결정 Al2O3)와 같이 열특성이 좋고 구조적 특성이 우수한 기판을 사용한다. 되도록 단가가 싸며, 재활용 가능한 기판이 좋다. 이종 기판(20)의 두께는 단결정 기판(10)의 지지를 위한 두께, 이를 테면 200~400um 정도가 적당하며 접합할 면만 정밀하게 가공되면 된다. Next, one surface (for example, an upper surface) of the
이러한 이종 기판(20) 위에 접합 매개체로서 산화막(25)을 형성한다. 이 때 산화막은 실리콘 산화막(SiO2), ZrO2, Al2O3, TiO2 등을 화학기상증착방법(CVD), 스퍼터링(sputtering) 또는 증기증착(evaporation) 등의 방법으로 증착할 수 있다. 이 때, CVD 장치, 스퍼터(sputter) 또는 전자빔 증착기(e-beam evaporator)를 이용한다. 특히, 실리콘 산화막의 경우, 열산화막이나 CVD 산화막, PSG(Phosphorous Silicate Glass), BPSG(Boro-Phosphorous Silicate Glass) 등을 이용 가능하다. An
이중 PSG는 P의 양을 조절하여 녹는점이나 점성이 나타나는 유리 전이 온도(glass transition point, Tg) 등을 임의로 조절할 수 있으므로 접합 매개체로서 매우 유용하다. P의 양을 약 3 wt%로 하여 PSG의 Tg를 약 1000~1100℃ 정도로 조절하면 후술하는 바와 같이 단결정 기판(10)과 이종 기판(20)간의 접합이 용이해진다. PSG is very useful as a bonding medium because it can arbitrarily control the glass transition point (Tg), such as melting point and viscosity by controlling the amount of P. When the amount of P is adjusted to about 3 wt% and the Tg of the PSG is adjusted to about 1000 to 1100 ° C., bonding between the
다음으로, 기판접합장치를 이용하거나 열처리를 통하여 위에서 준비한 단결정 기판(10)과 이종 기판(20)을 접합하여 본 발명에 따른 이종접합 기판(30)을 제작한다. 도면에는 분리홈(15)이 산화막(25)으로 메꾸어지지 않은 상태를 도시하였으나, 고온 접합 시 산화막(25)이 이동하여 단결정 기판(10)의 분리홈을 메꿀 수도 있다. 접합은 압력과 전기를 이용하는 아노딕 본딩(anodic bonding)이나 열과 압력 을 이용하는 퓨전 본딩(fusion bonding) 장비인 웨이퍼 본더(wafer bonder)라는 상용 장비를 사용하면 가능하다. Next, a
아노딕 본딩은 금속과 유리 또는 실리콘과 유리 등의 접합에 잘 알려져 있는 기술로서, 본 발명에 적용할 경우, 단결정 기판(10)에서 분리홈(15)이 형성된 면과 이종 기판(20)의 산화막(25)을 맞대놓은 상태에서 산화막(25)을 소정의 온도로 가열한다. 그리고, 산화막(25)의 두께 등에 따라 200 내지 1000 볼트의 전압을 인가하면, 산화막(25) 내에 존재하는 양이온이 접합계면의 반대쪽으로 이동하게 되고, 접합계면에 잔류하는 고정 음전하와 단결정 기판(10)의 전하간에 정전력이 발생하여 결합되는 원리이다. Anodic bonding is a technique well known for bonding metal and glass or silicon and glass, and when applied to the present invention, the surface of the
퓨전 본딩은 단결정 기판(10)에서 분리홈(15)이 형성된 면과 이종 기판(20)의 산화막(25)을 맞대놓은 상태에서 산화막(25)의 온도를 높이고 압력을 가하여 접합시키는, 열압착 방식이다.Fusion bonding is a thermocompression bonding method in which the surface of the
이와 같이 제조하는 이종접합 기판(30)은 반도체 소자 제조용이며 칩 영역을 분리하는 분리홈(15)이 하면에 형성된 단결정 기판(10)과, 단결정 기판(10)의 하면에 산화막(25)을 매개로 하여 접합되고 단결정 기판(10)을 지지하기 위한 이종 기판(20)을 포함하게 된다. The
한편, 본 실시예에 따른 이종접합 기판(30)은 산화막(25)이 이종 기판(20)에 형성되어 단결정 기판(10)과 이종 기판(20) 사이에 위치하게 되지만, 이하 실시예들에서 설명하는 바와 같이 산화막(25)이 단결정 기판(10)에 형성되어 단결정 기판(10)과 이종 기판(20) 사이에 위치하는 구조일 수도 있고, 단결정 기판(10) 및 이종 기판(20) 양쪽에 형성되어 단결정 기판(10)과 이종 기판(20) 사이에 위치하는 구조일 수도 있다. Meanwhile, in the
이종접합 기판 및 그 제조 방법 제2 실시예Heterojunction Substrate and Method of Manufacturing the Second Embodiment
본 발명에 따른 이종접합 기판 제조 방법의 다른 실시예는 도 4와 같은 공정 순서를 따른다. Another embodiment of the heterojunction substrate manufacturing method according to the invention follows the process sequence as shown in FIG.
먼저, 양쪽 표면이 매우 매끄럽게 가공된 두께 50~200um 정도의 단결정 기판(10)을 준비한다(단계 s11). 이 때, 단결정 기판(10)의 양면 중 이종 기판과 접합할 면(예를 들면, 하면)은 칩 모양의 패턴으로 미리 분리홈(15)을 형성한다(단계 s12). 여기까지의 과정은 전술한 제1 실시예와 동일하다. First, a
다음으로, 분리홈(15)이 형성된 면에 접합 매개체로서 산화막(25)을 형성한다(단계 13). 이 때 분리홈(15)은 도시한 바와 같이 산화막(25)으로 메꾸어질 수 있다. 산화막(25) 형성 방법은 전술한 제1 실시예와 동일하다. Next, an
다음으로, 사파이어 등 단결정 기판(10)과는 다른 이종 기판(20)의 한쪽 표면(예를 들면, 상면)을 매우 매끄럽게 가공하여 준비한 후(단계 s14), 기판접합장치를 이용하거나 열처리를 통하여 단결정 기판(10)과 이종 기판(20)을 산화막(25)을 사이에 두고 접합하여 본 발명에 따른 이종접합 기판(30')을 제작한다(단계 s15). 접합 방법도 전술한 제1 실시예와 동일하다. Next, one surface (e.g., upper surface) of the
이종접합 기판 및 그 제조 방법 제3 실시예Heterojunction substrate and method of manufacturing same Example 3
본 발명에 따른 이종접합 기판 제조 방법의 또 다른 실시예는 전술한 제1 실시예와 제2 실시예의 조합의 형태이다.Another embodiment of the heterojunction substrate manufacturing method according to the present invention is in the form of a combination of the first embodiment and the second embodiment described above.
즉, 접합 매개체인 산화막을 단결정 기판에 분리홈이 형성된 면 및 이종 기판 한쪽 면에 형성한 후, 양쪽의 산화막이 만나도록 단결정 기판과 이종 기판을 접합하는 것이다. In other words, an oxide film serving as a bonding medium is formed on one surface of the single crystal substrate and on one surface of the hetero substrate, and then the single crystal substrate and the hetero substrate are bonded so that both oxide films meet.
이종접합 기판을 이용한 반도체 소자 제조 방법Method of manufacturing semiconductor device using heterojunction substrate
본 발명에 따른 이종접합 기판(30 또는 30', 이하에서는 30만 인용)을 이용한 반도체 소자 제조 방법은 도 5와 같은 공정 순서를 따른다. The method of manufacturing a semiconductor device using a heterojunction substrate (30 or 30 ', hereinafter referred to as 300,000) according to the present invention follows the process sequence as shown in FIG.
먼저 단계 A에서와 같은 이종접합 기판(30)을 준비하여, 단계 B에서는 이종접합 기판(30) 위에 LED 구조의 에피층을 성장(MOCVD, MBE 등)시켜 적절한 소자층(40)으로 패터닝한 후, 투명전극과 p형 금속패드(45), n형 금속패드(50)를 형성하는 공정 단계를 거쳐 소자를 형성한다. First, prepare a
에피층의 예는 Ⅲ족 질화물 반도체층, 예를 들면 AlGaInN, 또는 AlGaAs, AlGaInP, GaP 등을 들 수 있다. Ⅲ족 질화물 반도체층이 MOCVD에 의해 성장하는 경우에, 수소(H2) 또는 질소(N2)는 캐리어 가스로서 사용되고, 트리메틸갈륨(TMG) 또는 트리에틸갈륨(TEG)은 Ga(Ⅲ족 원소)원으로 사용되고, 트리메틸알루미늄(TMA) 또는 트리에틸알루미늄(TEA)은 Al(Ⅲ족 원소)원으로 사용되고, 트리메틸인듐(TMI) 또는 트리에틸인듐(TEI)은 In(Ⅲ족 원소)원으로 사용되고, 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4) 등은 N(V족 원소)로서 사용된다. Examples of the epi layer include a group III nitride semiconductor layer, for example AlGaInN, or AlGaAs, AlGaInP, GaP, or the like. When the group III nitride semiconductor layer is grown by MOCVD, hydrogen (H 2 ) or nitrogen (N 2 ) is used as the carrier gas, and trimethylgallium (TMG) or triethylgallium (TEG) is Ga (group III element). Used as a source, trimethylaluminum (TMA) or triethylaluminum (TEA) is used as an Al (group III element) source, trimethylindium (TMI) or triethylindium (TEI) is used as an In (group III element) source, Ammonia (NH 3 ), hydrazine (N 2 H 4 ), and the like are used as N (Group V elements).
p형 금속패드(45)는 Ti층, Al층, Ti층 및 Au층을 함유하는 다층구조를 가질 수 있으며, n형 금속패드(50) 또한 Ti층, Al층, Ti층 및 Au층을 함유하는 다층구조 를 가질 수 있다. 본 실시예에서는 이와 같은 LED 제조를 예로 들고 있으나, 반도체를 기본으로 한 다른 소자의 제조도 물론 가능하다. The p-
소자 형성이 완료되면, 단결정 기판(10)과 하부의 이종 기판(20)을 습식식각으로 분리한다(단계 C). 먼저, 소자가 형성된 면에 코팅이 용이한 물질로 보호층(passivation layer, 미도시)을 형성한다. 보호층의 물질은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 레지스트, 투명수지, 유리 또는 절연막으로 형성되어도 좋다. 레지스트의 예로는 포토리소그래피 등에 사용되는 수용성 레지스트를 들 수 있다. 투명수지의 예로는 아크릴 수지, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리비닐 클로라이드, 및 실리콘 수지를 들 수 있다. 절연막의 예로는 실리콘 질화막을 들 수 있다. When the device formation is completed, the
이러한 보호층은 도포, 증착 또는 스퍼터링 등의 공지의 방법에 의해 형성될 수 있다. 이 중에서 수용성 레지스트는 소자의 전체면을 덮기 위해 스핀코터를 사용하여 균일한 두께를 갖는 보호층으로 형성할 수 있고, 후속 공정에서는 물로 세정하여 용이하게 제거할 수 있으므로 바람직하다. 보호층의 두께는 소자가 유실되거나 열화되는 것을 방지하기 위해 충분히 강도를 갖는 것이면 특별히 제한되지 않는다. This protective layer can be formed by a known method such as coating, vapor deposition or sputtering. Among them, the water-soluble resist can be formed into a protective layer having a uniform thickness by using a spin coater to cover the entire surface of the device, and is preferable since it can be easily removed by washing with water in a subsequent step. The thickness of the protective layer is not particularly limited as long as it has sufficient strength to prevent the device from being lost or degraded.
보호층을 형성한 다음에는, 이종접합 기판(30)을 불산계 식각용액 등에 침지한다. 이 때 식각 시간은 접합 매개체인 산화막(25)의 두께나 접합 정도에 따라 달라지며, 대략 1시간에서 3시간 정도일 수 있다. 기판 접합을 위해 PSG를 산화막(25)으로 사용한 경우, PSG는 불산에 매우 약하며, 또한 미리 단결정 기판(10)에 분리홈(15)이 형성되어 있으므로 불산의 침투가 매우 빨라 소자가 형성되어 있는 단결정 기판(10)과 하부의 이종 기판(20)이 쉽게 분리된다. After the protective layer is formed, the
그런 다음, 분리된 소자가 형성된 단결정 기판(10)에서 보호층을 제거한다. 보호층이 완벽하게 제거될 수 있으며 소자를 손상시키지 않는 것이면 보호층을 제거하는 방법으로 특별히 제한되지 않는다. 보호층은 임의의 방법, 예를 들면 세정, 특히 초음파 처리, 제트수류처리, 샤워, 침지, 에칭 등에 의해 제거될 수 있다. Then, the protective layer is removed from the
보호층이 수용성 레지스트로 형성된 경우에는 물로 세정하여 용이하게 제거할 수 있다. 보호층이 포토레지스트로 형성된 경우에는 인산, 황산, 염산 등에 침지하고, 아세톤 등의 유기용제를 사용하여 완벽하게 제거하는 것이 바람직하다. 보호층이 절연막으로 이루어지는 경우에는 적절한 용액을 이용한 에칭을 통해 제거할 수 있다. When the protective layer is formed of a water-soluble resist, it can be easily removed by washing with water. When the protective layer is formed of photoresist, it is preferably immersed in phosphoric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid or the like, and completely removed using an organic solvent such as acetone. When the protective layer is made of an insulating film, it can be removed by etching with an appropriate solution.
보호층 제거 후에는 단결정 기판(10) 하부에 미리 형성되어 있는 분리홈(15)에 맞춰 브레이킹(breaking)하여 칩 모양으로 절단함으로써 칩 제조를 완료한다(단계 (D)). After the protective layer is removed, chip manufacturing is completed by breaking the chip into a chip shape by breaking it in accordance with the
이와 같이, 도 1에 도시한 종래에는 사파이어 기판(1)에 대해 연삭, 연마과정을 거친 후 스크라이빙하여 브레이킹하는 매우 복잡한 과정을 거쳐야 칩을 얻을 수 있으나, 본 발명에 따른 이종접합 기판을 이용하여 소자의 형태가 구현된 기판은 후공정이 매우 간략해진다. 따라서, 빠른 가공속도를 달성하고 생산성을 개선시킨다. As described above, in the conventional art shown in FIG. 1, a chip may be obtained only after a very complicated process of grinding and breaking the
또한, 종래 후공정 단계에서는 연삭과 연마공정에 의한 응력 발생에 의한 기판 손상이나 소자의 특성 저하가 발생하며 스크라이빙에 주로 사용되는 레이저에 의한 소자 손상도 발생한다. 그러나, 본 발명에 따르면 이미 얇은 단결정 기판에 분리홈을 형성한 후 소자를 제조하고 연삭과 연마공정 없이 단결정 기판만을 분리해내기 때문에 이러한 문제가 없다. 이에 따라, 광도 저하의 우려도 없으며, 본 발명에 따른 기판으로부터 얻어진 소자, 예컨대 LED 칩은 우수한 광추출효율을 나타내고 고수율 및 고속으로 제조된다. In addition, in the conventional post-processing step, substrate damage or deterioration of device characteristics are generated due to the stress generated by the grinding and polishing process, and device damage is also caused by a laser mainly used for scribing. However, according to the present invention, there is no such problem, since the isolation grooves are already formed in the thin single crystal substrate and the device is manufactured and only the single crystal substrate is separated without grinding and polishing. Accordingly, there is no fear of lowering the brightness, and the device obtained from the substrate according to the present invention, such as an LED chip, exhibits excellent light extraction efficiency and is manufactured at high yield and high speed.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않은 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 명백하다.While the preferred embodiment of the present invention has been described above, it is apparent that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
도 1은 종래 발광다이오드(LED) 칩의 제조 방법을 도시한다.1 illustrates a method of manufacturing a conventional light emitting diode (LED) chip.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자용 기판 및 그 제조 방법을 도시한다.2 illustrates a semiconductor device substrate and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자용 기판 제조 방법 중에 단결정 기판에 형성된 분리홈을 보여주기 위한 도면이다. 3 is a view for showing a separation groove formed in the single crystal substrate in the method for manufacturing a semiconductor device substrate according to the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자용 기판 및 그 제조 방법을 도시한다.4 illustrates a semiconductor device substrate and a method of manufacturing the same according to another embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조 방법을 도시한다. 5 illustrates a semiconductor device manufacturing method according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10...단결정 기판 15...분리홈10 ...
20...이종 기판 25...산화막20
30, 30'...이종접합 기판 40...소자층30, 30 '...
45...p형 금속패드 50...n형 금속패드45 ... p
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