KR100813561B1 - semiconductor substrate and the manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

기초기판, 상기 기초 기판의 일면 위에 성장되어 있는 반도체 박막에 있어서, 상기 기초 기판이 이면연마, 습식식각 또는 건식식각으로 제거되어 화합물 반도체 박막이 독자적으로 존재하는 자립형 반도체 기판 및 그 제조 방법을 제공한다.  A substrate and a semiconductor thin film grown on one surface of the substrate, wherein the substrate is removed by back polishing, wet etching or dry etching to provide a self-supporting semiconductor substrate having a compound semiconductor thin film independently and a method of manufacturing the same. .

질화물계 반도체, 자립형 반도체 기판, 발광 다이오드, 전자소자, 레이저 다이오드 Nitride-based semiconductors, free-standing semiconductor substrates, light emitting diodes, electronic devices, laser diodes

Description

반도체 기판 및 그 제조방법{semiconductor substrate and the manufacturing method of the same}Semiconductor substrate and the manufacturing method of the same

도 1은 사파이어 기초기판 위에 HVPE로 성장된 질화물 반도체 박막구조.1 is a nitride semiconductor thin film structure grown with HVPE on a sapphire base substrate.

도 2는 사파이어 기초기판 위에 HVPE로 질화물 반도체 박막을 성장 한 후 MOCVD로 재 성장된 질화물 반도체 박막구조.2 is a nitride semiconductor thin film structure grown by MOCVD after growing a nitride semiconductor thin film with HVPE on a sapphire base substrate.

도 3은 패턴된 사파이어 기초기판 위에 HVPE로 질화물 반도체 박막을 성장 한 후 MOCVD로 재 성장된 질화물 반도체 박막구조.3 is a nitride semiconductor thin film structure grown by MOCVD after growing a nitride semiconductor thin film with HVPE on a patterned sapphire base substrate.

도 4는 사파이어 기초기판 위에 SiO 또는 SiN 클러스터를 형성하고 HVPE로 질화물 반도체 박막을 성장 한 후 MOCVD로 재 성장된 질화물 반도체 박막구조. 4 is a nitride semiconductor thin film structure re-grown by MOCVD after forming a SiO or SiN cluster on the sapphire base substrate and growing a nitride semiconductor thin film with HVPE.

도 5는 사파이어 기초기판 위에 MOCVD로 성장 하고 HVPE로 질화물 반도체 박막을 성장 한 후 MOCVD로 재 성장된 질화물 반도체 박막구조.5 is a nitride semiconductor thin film structure grown by MOCVD on a sapphire base substrate and grown on a nitride semiconductor thin film by HVPE.

도 6은 패턴된 사파이어 기초기판 위에 MOCVD로 성장 하고 HVPE로 질화물 반도체 박막을 성장 한 후 MOCVD로 재 성장된 질화물 반도체 박막구조.6 is a nitride semiconductor thin film structure grown by MOCVD on a patterned sapphire base substrate and grown on a nitride semiconductor thin film by HVPE, and then grown again by MOCVD.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 기판의 제조공정을 도시한 도면.7 is a view showing a manufacturing process of a semiconductor substrate according to the first embodiment of the present invention.

도 8은 ICP/RIE 건식 식각에 의한 사파이어와 GaN의 식각 속도의 관계를 나타내는 그래프.8 is a graph showing the relationship between the etch rate of sapphire and GaN by ICP / RIE dry etching;

도 9는 황산과 인산 혼합 용액으로 사파이어와 GaN을 습식 식각할 경우의 식각 속도를 나타내는 그래프.9 is a graph showing the etching rate when wet etching sapphire and GaN with a sulfuric acid and phosphoric acid mixed solution.

도 10은 습식 식각 방법으로 사파이어 기판을 제거한 후의 질화물계 반도체 의 표면 사진.10 is a surface photograph of a nitride semiconductor after removing a sapphire substrate by a wet etching method.

도 11은 황산과 인산이 혼합된 용액으로 다양한 선폭의 패턴을 갖는 사파이어 기판을 식각한 경우의 단면사진을 도시한 도면. FIG. 11 is a view showing a cross-sectional photograph when the sapphire substrate having a pattern of various line widths is etched with a solution of sulfuric acid and phosphoric acid mixed.

도 12는 사파이어 기판을 습식식각 방법으로 제거한 후의 질화물 반도체층의 표면사진.12 is a surface photograph of a nitride semiconductor layer after removing a sapphire substrate by a wet etching method.

도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 기판의 제조공정을 도시한 도면. 13 is a view showing a manufacturing process of a semiconductor substrate according to the third embodiment of the present invention.

도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 반도체 기판의 제조공정을 도시한 도면. 14 is a view showing a manufacturing process of a semiconductor substrate according to the fourth embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

11 사파이어 기판 11 sapphire substrate

12 VPE로 성장된 Inx(GayAl1 -y)N 층In x (Ga y Al 1 -y ) N layer grown to 12 VPE

13 MOCVD로 성장된 Inx(GayAl1 -y)N 층13 In x (Ga y Al 1 -y ) N layer grown by MOCVD

14 SiO2 또는 SiNx 클러스터 (cluster) 14 SiO 2 or SiN x cluster

15 보호막15 Shield

16 질화물계 반도체측의 뉴테틱 메탈16 Nutritic metal on the nitride semiconductor side

17 Si 기판측의 뉴테틱 메탈 Nutraceutical metal on 17 Si substrate

18 Si 기판18 Si substrate

본 발명은 반도체 기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질화물 반도체를 성장하기 위하여 기초기판으로 사용된 사파이어 기판이 제거된 자립형 반도체 기판 (이하 반도체 기판) 을 제공하여 격자정수가 동일 한 반도체 기판위에 질화물 반도체를 성장함으로서 결정결함이 적은 양질의 박막과 우수한 성능의 수직형 전극구조의 질화물계 반도체 소자를 용이하게 제작 할 수 있도록 하는 자립형 반도체 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor substrate and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention provides a self-supporting semiconductor substrate (hereinafter referred to as a semiconductor substrate) from which a sapphire substrate used as a base substrate is grown to grow a nitride semiconductor. The present invention relates to a self-supporting semiconductor substrate and a method of manufacturing the same, which makes it possible to easily fabricate a nitride-based semiconductor device having a high quality thin film with low crystal defects and excellent vertical electrode structure by growing a nitride semiconductor on a substrate.

기초기판은 성장하고자 하는 박막의 종류에 따라 결정되며, 그 이유는 기초기판과 기초 기판위에 성장되는 박막의 격자상수가 다르게 되면 기초기판과 박막과의 격자상수 차에 의한 결정결함이 발생하여 반도체 박막의 막질을 악화시키기 때문이다. 이러한 문제점을 개선시키기 위하여 GaP 기판위에는 AlGaP, GaP/AlP 이종접합구조, InP기판위에는 InP, InGaAs 및 GaAs기판위에는 GaAs, GaAlAs, InGaP를 주로 성장 한다. The base substrate is determined by the type of thin film to be grown. If the lattice constant between the base substrate and the thin film grown on the base substrate is different, crystal defects are caused by the lattice constant difference between the base substrate and the thin film. This is because the film quality worsens. In order to improve this problem, AlGaP, GaP / AlP heterojunction structure is grown on GaP substrate, InP, InGaAs and GaAs substrate are grown on InP substrate.

특히, GaN(질화물 반도체)인 경우도 격자결함을 줄이기 위하여 GaN와 격자 상수가 비슷한 사파이어 기초기판이 주로 사용되어진다. 그러나 사파이어 기판은 GaP, InP, Si, GaAs반도체 기판과는 달리 불순물첨가에 의한 도전성기판을 만들 수 없기 때문에 수직 전극형 발광다이오드 및 수직 전극형 레이저 다이오드 제작이 어려워 제1 전극과 제2 전극을 모두 에피층의 성장면 측에 형성(평면전극 형성)해야 한다. In particular, even in the case of GaN (nitride semiconductor), a sapphire base substrate having a similar lattice constant to GaN is mainly used to reduce lattice defects. However, unlike GaP, InP, Si, and GaAs semiconductor substrates, sapphire substrates cannot form conductive substrates by the addition of impurities, which makes it difficult to manufacture vertical electrode light emitting diodes and vertical electrode laser diodes. It should be formed on the growth surface side of the epi layer (planar electrode formation).

이와 같이 두 전극을 모두 같은 면에 형성하게 되면 한 면위에 와이어 본딩에 필요한 두 전극의 면적을 확보하여야 하므로 발광 다이오드의 칩 면적도 일정 크기 이상이 되어 웨이퍼 당 칩 생산량의 향상에 장애가 된다. 또한, 절연체를 기판으로 사용하기 때문에 외부로부터 유입되는 정전기를 방출하기가 어려워 정전기로 인한 불량 유발 가능성이 크다. 이는 소자의 신뢰성을 저하시키고 제너 다이오드를 추가해야 하는 등의 패키지 공정에 있어서 여러 가지 제약을 가져온다. 또, 사파이어는 열전도도가 낮아 발광 다이오드 구동 중에 발생하는 열을 외부로 방출하는데 어려움이 있어서 고출력을 위한 대 전류 인가에도 제약이 따른다.Thus, if both electrodes are formed on the same surface, the area of the two electrodes required for wire bonding must be secured on one surface, so that the chip area of the light emitting diode is also larger than a predetermined size, which impedes the improvement of chip production per wafer. In addition, since the insulator is used as a substrate, it is difficult to discharge static electricity flowing from the outside, which causes a high possibility of causing a defect due to static electricity. This introduces several limitations in the packaging process, such as lowering device reliability and adding zener diodes. In addition, since sapphire has low thermal conductivity, it is difficult to dissipate heat generated during driving of the light emitting diodes to the outside, thereby limiting the application of a large current for high power.

또한 레이저 다이오드 제작에는 레이저 발진이득을 얻기 위하여 반사특성이 우수한 공진기의 면을 얻는 것이 중요한데 사파이어 기초기판은 단단하기 때문에 가공이 용이하지 않고 벽개면 형성이 힘들어 우수한 성능의 레이저 다이오드를 제작하는 것이 용이 하지 않아 산업적 가치는 인정되었지만 제조비용이 비싸 폭 넓게 활용되지 못하고 있다. 특히 HBT(hetero bipolar transistor)같은 고 부가가치의 전자 소자도 수직 전극형을 만들어야하는 데 사파이어 기판 가공이 용이하지 않아 제작이 거의 불가능 한 것으로 알려져 왔다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 가공이 용이한 질화물 반도체 기초기판위에 질화물계 반도체를 성장해야 하지만 기판 을 제작하는 것이 용이하지 않은 상황이다. In addition, in order to obtain laser oscillation gain, it is important to obtain the surface of the resonator with excellent reflection characteristics. Since the sapphire base substrate is hard, it is not easy to process and difficult to form the cleavage surface, so it is not easy to manufacture the laser diode of excellent performance. Although industrial value is recognized, manufacturing costs are expensive and are not widely used. In particular, high value-added electronic devices, such as HBT (hetero bipolar transistor), have to make vertical electrode type, but it has been known that the sapphire substrate is not easy to manufacture because it is not easy to process. To solve this problem, it is necessary to grow a nitride semiconductor on a nitride semiconductor basic substrate, which is easy to process, but it is not easy to manufacture a substrate.

종래 질화물계 반도체 기판을 제조하기 위하여 레이저 리프트 오프(laser lift-off)기법을 사용하여 사파이어 기초기판을 분리하는 방법이 사용되었다. 그러나, 레이저 리프트 오프 기법은 고출력 엑시머 레이저가 장착된 고가의 장비를 이용해야하는 등의 고 제조원가와 방법이 복잡하고, 양산성에 문제가 있으며, 공정중의 열에 의해 반도체 기판의 표면 손상 등의 여러 가지 문제점이 제기되어 왔다. In order to manufacture a nitride based semiconductor substrate, a method of separating a sapphire base substrate using a laser lift-off technique has been used. However, the laser lift-off technique has complicated manufacturing costs and methods such as the use of expensive equipment equipped with a high power excimer laser, has a problem in mass production, and various problems such as damage to the surface of the semiconductor substrate due to heat during the process. This has been raised.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기초기판이 제거된 자립형 반도체 기판을 제공하여 결정결함이 작고, 우수한 성능의 수직 전극형 반도체 소자를 제공할 수 있도록 하는 반도체 기판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention provides a semiconductor substrate and a method of manufacturing the same, which provide a self-standing semiconductor substrate from which a base substrate has been removed, thereby providing a vertical electrode type semiconductor device having low crystal defects and excellent performance. It aims to provide.

또한, 본 발명은 기초기판을 제거하는데 있어 보다 용이하게 사용될 수 있는 반도체 기판 제조공정을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide a semiconductor substrate manufacturing process that can be used more easily in removing the base substrate.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기초기판 상에 성장되어 형성되는 반도체층을 포함하는 반도체 기판에 있어서, 상기 반도체층은 상기 기초기판으로부터 분리되어 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor substrate comprising a semiconductor layer grown on the base substrate, the semiconductor layer is formed separately from the base substrate do.

바람직하게는 상기 기초기판은 일부가 상기 반도체층으로부터 분리되는 것을 특징으로 하며, 상기 기초기판은 사파이어(Al2O3), GaP, GaAs, Si, SiC, AlN 중의 어느 하나로부터 형성될 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 기초기판의 두께는 50um 내지 800um 이며, 상기 사파이어(Al2O3)의 결정성장 면은 C, M, A, R면 중의 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는 상기 사파이어 기초기판은 적어도 x 또는 y 방향 중 하나의 방향으로 패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다. Preferably, the base substrate is partially separated from the semiconductor layer, and the base substrate may be formed from any one of sapphire (Al 2 O 3 ), GaP, GaAs, Si, SiC, AlN. More preferably, the thickness of the base substrate is 50um to 800um, the crystal growth surface of the sapphire (Al 2 O 3 ) may be made of any one of the C, M, A, R surface. More preferably, the sapphire base substrate is characterized in that the pattern is formed in at least one of the x or y direction.

바람직하게는, 상기 반도체층은 질화물계 반도체층이며, 상기 반도체층은 적어도 하나의 Inx(GayAl1 -y)N층으로 형성된 층을 포함하며, 이때 1≥x≥0, 1≥y≥0, x+y>0 이다. 이때 상기 반도체층의 두께는 10um 내지 500um인 것이 바람직하다. 또한, 상기 반도체층은 VPE(vapor phase epitaxy), HVPE (hydrogen vapor phase epitaxy), MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), MOVPE(metal organic vapor phase epitaxy), MBE (molecular beam epitaxy), LPCVD (low pressure chemical vapor deposition), LPE (liquid phase epitaxy)중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의해 성장되는 것이 바람직하다. Preferably, the semiconductor layer is a nitride-based semiconductor layer, the semiconductor layer comprises a layer formed of at least one In x (Ga y Al 1 -y ) N layer, wherein 1≥x≥0, 1≥y ≧ 0, x + y> 0. At this time, the thickness of the semiconductor layer is preferably 10um to 500um. In addition, the semiconductor layer may include vapor phase epitaxy (VPE), hydrogen vapor phase epitaxy (HVPE), metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE), molecular beam epitaxy (MBE), and low pressure LPCVD. It is preferably grown by any one or a combination of chemical vapor deposition (LPE), liquid phase epitaxy (LPE).

더욱 바람직하게는 상기 반도체층은 고저항체, n-형, p-형 반도체층 중 어느 하나이며, 이때 상기 고저항체의 도핑농도는 10E17/cm3 이하이고, 상기 n-형 반도체층에는 Sidl 도핑되고 및 p-형 반도체층에는 Mg이 도핑되어 있고, 도핑농도는 10E18/cm3 이상 도핑되어 접촉저항이 1E-1Ωcm2인 것이 더욱 바람직하다.More preferably, the semiconductor layer is any one of a high resistance, n-type, and p-type semiconductor layer, wherein the doping concentration of the high resistance is 10E17 / cm 3 or less, and the n-type semiconductor layer is Sidl doped And the p-type semiconductor layer is Mg doped, and the doping concentration is more preferably 10E18 / cm 3 or more so that the contact resistance is 1E-1Ωcm 2 .

또한 본 발명은 기초기판 상에 성장되고, 상기 기초기판이 식각에 의해 제거되도록 하는 식각 정지층; 및 상기 식각 정지층 상에 형성되는 반도체층;을 포함하는 반도체 기판을 제공한다. In addition, the present invention is grown on the base substrate, the etch stop layer for removing the base substrate by etching; And a semiconductor layer formed on the etch stop layer.

바람직하게는 상기 기초기판은 일부가 제거되어 상기 식각정지층의 일부가 상기 기초기판을 통해 노출되도록 할 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 기초기판은 사파이어(Al2O3), GaP, GaAs, Si, SiC, AlN 중의 어느 하나로부터 형성될 수 있다. 이때 상기 기초기판의 두께는 50um 내지 800um 로 하는 것이 바람직하다. 또한 상기 사파이어(Al2O3)의 결정성장 면은 C, M, A, R면 중의 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 더욱 바람직하게는 상기 사파이어 기초기판은 적어도 x 또는 y 방향 중 하나의 방향으로 패턴이 형성될 수 있다. Preferably, the base substrate may be partially removed to expose a portion of the etch stop layer through the base substrate. More preferably, the base substrate may be formed from any one of sapphire (Al 2 O 3 ), GaP, GaAs, Si, SiC, AlN. At this time, the thickness of the base substrate is preferably 50um to 800um. In addition, the crystal growth surface of the sapphire (Al 2 O 3 ) is characterized by consisting of any one of the C, M, A, R surface. More preferably, the sapphire base substrate may be formed with a pattern in at least one of the x or y direction.

*바람직하게는 상기 반도체층 및 상기 식각정지층은 질화물계 반도체층인 것을 특징으로 한다. 이때 상기 질화물계 반도체층은 적어도 하나의 Inx(GayAl1 -y)N로 형성된 층을 포함하며, 이때 1≥x≥0, 1≥y≥0, x+y>0 인 것을 특징으로 한다. 또한 상기 질화물계 반도체층의 두께는 10um 내지 500um인 것이 더욱 바람직하며, 상기 질화물계 반도체층은 VPE(vapor phase epitaxy), HVPE (hydrogen vapor phase epitaxy), MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), MOVPE(metal organic vapor phase epitaxy), MBE (molecular beam epitaxy), LPCVD (low pressure chemical vapor deposition), LPE (liquid phase epitaxy)중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의해 성장될 수 있다. 또한, 상기 질화물계 반도체층은 고저항체, n-형, p-형 반도체층 중 어느 하나가 될 수 있다. Preferably, the semiconductor layer and the etch stop layer are nitride-based semiconductor layers. In this case, the nitride-based semiconductor layer includes a layer formed of at least one In x (Ga y Al 1 -y ) N, wherein 1≥x≥0, 1≥y≥0, x + y> 0 do. In addition, the thickness of the nitride-based semiconductor layer is more preferably 10um to 500um, the nitride-based semiconductor layer is VPE (vapor phase epitaxy), HVPE (hydrogen vapor phase epitaxy), MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), MOVPE ( metal organic vapor phase epitaxy (MBE), molecular beam epitaxy (MBE), low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), liquid phase epitaxy (LPE), or a combination thereof. In addition, the nitride-based semiconductor layer may be any one of a high resistor, an n-type, and a p-type semiconductor layer.

또한 본 발명은 a. 사파이어(Al2O3), GaP, GaAs, Si, SiC, AlN 중의 어느 하나로부터 형성되는 기초기판을 마련하는 단계; b. 상기 기초기판 상에 반도체층을 형성하는 단계; c. 상기 반도체층 상에 보호막을 형성하는 단계; d. 상기 기초기판을 랩핑 및 연마하여 상기 기초기판을 상기 반도체층으로부터 제거하는 단계; 및 e. 상기 보호막을 식각하여 제거하는 단계;를 포함하는 반도체 기판의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention a. Providing a base substrate formed from any one of sapphire (Al 2 O 3 ), GaP, GaAs, Si, SiC, and AlN; b. Forming a semiconductor layer on the base substrate; c. Forming a protective film on the semiconductor layer; d. Lapping and polishing the base substrate to remove the base substrate from the semiconductor layer; And e. It provides a method for manufacturing a semiconductor substrate comprising the step of etching to remove the protective film.

바람직하게는 상기 d 단계는, 상기 기초기판을 랩핑 및 연마단계에서 기초기판을 얇게 남기고 다시 식각하여 상기 기초기판을 상기 반도체층으로부터 제거하도록 하는 것을 특징으로 한다. 이때 상기 d단계에서의 식각은 염산(HCl), 질산(HNO3), 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 산화크롬(CrO3) 및 알루에치(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O) 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의한 혼합 용액을 식각액으로 사용하는 습식 식각방식으로 수행되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 습식 식각에서의 식각정지층으로 상기 반도체층을 이용하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the d step is to remove the base substrate from the semiconductor layer by etching again while leaving the base substrate thin in the lapping and polishing step. The etching in step d is hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), chromium oxide ( It is preferably carried out by a wet etching method using a mixed solution of CrO 3 ) and allues (4H 3 PO 4 + 4CH 3 COOH + HNO 3 + H 2 O) or a combination thereof as an etchant. More preferably, the semiconductor layer is used as an etch stop layer in the wet etching.

상기 반도체층은 Inx(GayAl1 -y)N (1≥x≥0, 1≥y≥0, x+y>0) 또는 규소산화물 클러스터, 규소질화물 클러스터(SiO2 또는 SiNx cluster)층 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 식각액은 100℃ 이상의 온도로 가열된 상태로 사용하는 것을 특징으로 한다. 이때 상기 가열은 광흡수를 이용한 간접 가열 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. The semiconductor layer may include In x (Ga y Al 1 -y ) N (1≥x≥0, 1≥y≥0, x + y> 0) or a silicon oxide cluster or a silicon nitride cluster (SiO 2 or SiN x cluster). At least one of the layers. In addition, the etchant is characterized in that it is used in a heated state at a temperature of 100 ℃ or more. In this case, the heating is characterized in that the indirect heating method using the light absorption.

또한 상기 d단계에서의 식각은 ICP/RIE 또는 RIE 법을 사용하는 건식 식각을 병행하는 것이 가능하다. 이때 상기 건식식각은 BCL3, Cl2, HBr, Ar 중의 적어도 하나를 식각 가스로 사용하는 것을 특징으로 한다. In addition, in the d step, the etching may be performed by dry etching using ICP / RIE or RIE. At this time, the dry etching is characterized in that using at least one of BCL 3 , Cl 2 , HBr, Ar as an etching gas.

바람직하게는 상기 d단계 중 랩핑 및 연마시 상기 기초기판 표면을 경면 연마하여 표면 거칠기가 20um 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하며, 또한 상기 d단계 중 랩핑 및 연마후의 상기 기초기판의 두께는 300um 이하인 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 상기 d단계의 랩핑 및 연마는 기계적 연마, CMP (chemical mechanical polishing) 및 염산(HCl), 질산(HNO3), 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 산화크롬(CrO3), 물(H2O) 및 알루에치(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의한 혼합 용액을 식각액으로 사용하는 습식 식각 중의 적어도 어느 하나의 방법을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Preferably, the surface roughness of the base substrate is mirror-polished so that the surface roughness is 20 μm or less during lapping and polishing in step d, and the thickness of the base substrate after lapping and polishing in step d is 300 μm or less. It features. Preferably the lapping and polishing of step d is mechanical polishing, chemical mechanical polishing (CMP) and hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), Phosphoric acid (H 3 PO 4 ), chromium oxide (CrO 3 ), water (H 2 O), and allues (4H 3 PO 4 + 4CH 3 COOH + HNO 3 + H 2 O) or any of these It is characterized by using at least one method of wet etching using the mixed solution by combination as an etching liquid.

또한 바람직하게는 상기 보호막은 SiO2 또는 SOG(spin-on-glass) 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다. Also preferably, the protective film is SiO 2 Or SOG (spin-on-glass).

또한 본 발명은 a. 사파이어(Al2O3), GaP, GaAs, Si, SiC, AlN 중의 어느 하나로부터 형성되는 기초기판을 마련하는 단계; b. 상기 기초기판 상에 반도체층을 형성하는 단계; c. 상기 반도체층 상에 보호막을 형성하는 단계; d. 상기 보호막 상에 보조기판을 부착하는 단계; e. 상기 기초기판을 랩핑 및 연마하여 상기 기초기판을 상기 반도체층으로부터 제거하는 단계; 및 f. 상기 보호막을 식각하여 제거하는 단계;를 포함하는 반도체 기판의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention a. Providing a base substrate formed from any one of sapphire (Al 2 O 3 ), GaP, GaAs, Si, SiC, and AlN; b. Forming a semiconductor layer on the base substrate; c. Forming a protective film on the semiconductor layer; d. Attaching an auxiliary substrate on the protective film; e. Lapping and polishing the base substrate to remove the base substrate from the semiconductor layer; And f. It provides a method for manufacturing a semiconductor substrate comprising the step of etching to remove the protective film.

바람직하게는, 상기 보조 기판은 절연성 기판이 될 수 있다. 또한 바람직하게는 상기 보조 기판은 반도체 기판인 것을 특징으로 한다. Preferably, the auxiliary substrate may be an insulating substrate. Also preferably, the auxiliary substrate is a semiconductor substrate.

상기 보조 기판의 부착은 뉴테틱 금속을 접착수단으로 하여 이루어질 수 있다. 이때 상기 뉴테틱 금속은 In, Ni, Pd, Au, Ti, Pt, Rh군중 어느 하나 또는 이들 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. Attachment of the auxiliary substrate may be made using a neutronic metal as an adhesive means. In this case, the nuttic metal is made of any one or combination of In, Ni, Pd, Au, Ti, Pt, Rh group.

또한 본 발명은 a. 사파이어(Al2O3), GaP, GaAs, Si, SiC, AlN 중의 어느 하나로부터 형성되는 기초기판을 마련하는 단계; b. 상기 기초기판 상에 식각정지층을 형성하는 단계; c. 상기 식각정지층 상에 반도체층을 형성하는 단계; d. 상기 반도체층 상에 보호막을 형성하는 단계; e. 상기 기초기판을 식각하여 제거하는 단계; 및 f. 상기 보호막을 식각하여 제거하는 단계;를 포함하는 반도체 기판의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention a. Providing a base substrate formed from any one of sapphire (Al 2 O 3 ), GaP, GaAs, Si, SiC, and AlN; b. Forming an etch stop layer on the base substrate; c. Forming a semiconductor layer on the etch stop layer; d. Forming a protective film on the semiconductor layer; e. Etching and removing the base substrate; And f. It provides a method for manufacturing a semiconductor substrate comprising the step of etching to remove the protective film.

바람직하게는 상기 e단계에서의 식각은 염산(HCl), 질산(HNO3), 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 산화크롬(CrO3), 물(H2O) 및 알루에치(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O) 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의한 혼합 용액을 식각액으로 사용하는 습식 식각방식으로 수행될 수 있다. Preferably, the etching in step e is hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), oxidation Wet using a mixed solution of any one or a combination of chromium (CrO 3 ), water (H 2 O) and aloe etch (4H 3 PO 4 + 4CH 3 COOH + HNO 3 + H 2 O) as an etchant It may be performed by an etching method.

또한 바람직하게는 상기 식각정지층 및 반도체층은 Inx(GayAl1 -y)N (1≥x≥0, 1≥y≥0, x+y>0) 또는 규소산화물 클러스터, 규소질화물 클러스터(SiO2 또는 SiNx cluster) 인 것을 특징으로 한다. Also preferably, the etch stop layer and the semiconductor layer may be formed of In x (Ga y Al 1 -y ) N (1≥x≥0, 1≥y≥0, x + y> 0) or a silicon oxide cluster or a silicon nitride cluster. (SiO 2 or SiN x cluster).

또한 상기 식각액은 100℃ 이상의 온도로 가열된 상태로 사용하는 것이 바람직하며, 이때 상기 가열은 광흡수를 이용한 간접 가열 방식으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다. In addition, the etchant is preferably used in a heated state at a temperature of 100 ℃ or more, wherein the heating is more preferably made of an indirect heating method using light absorption.

바람직하게는 상기 e단계에서의 식각은 BCL3, Cl2, HBr, Ar 중의 적어도 하나를 식각 가스로 사용하는 건식 식각방식을 추가적으로 포함할 수 있다. Preferably, the etching in step e may further include a dry etching method using at least one of BCL 3 , Cl 2 , HBr, Ar as an etching gas.

또한, 상기 e단계 중 랩핑 및 연마시 상기 기초기판 표면을 경면 연마하여 표면 거칠기가 20um 이하가 되도록 하는 것이 바람직하며, 상기 e단계 중 랩핑 및 연마후의 상기 기초기판의 두께는 300um 이하인 것이 또한 바람직하다. 바람직하게는 상기 보호막은 SiO2 또는 SOG(spin-on-glass) 중 어느 하나로 형성된다. In addition, during lapping and polishing in step e, the surface of the base substrate may be mirror polished to have a surface roughness of 20 μm or less, and the thickness of the base substrate after lapping and polishing in step e may be 300 μm or less. . Preferably, the protective film is SiO 2 Or it is formed of any one of spin-on-glass (SOG).

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

반도체층의Semiconductor layer 형성 formation

도 1은 430um 두께의 사파이어 기초기판 (Sapphire, Al2O3) 기판 위에 증기액상증착법(hydride vapor phase epitaxy: HVPE)으로 성장된 200um 두께의 Inx(GayAl1-y)N 질화물 반도체 층을 도시한 것이다. 질화물계 반도체의 조성비는 1≥x≥0, 1≥y≥0 이다. 여기서 질화물계 반도체층은 금속유기화학증착법(metal organic chemical vapor deposition), 액상에피텍셜법(liquid phase epitaxy), 분자빔에피텍셜법(Molecular beam epitaxy), MOVPE(metal organic vapor phase epitaxy)로 성장하는 것도 가능하다. 1 is a 200 μm thick In x (Ga y Al 1-y ) N nitride semiconductor layer grown on a 430 μm thick sapphire base substrate (Sapphire, Al 2 O 3 ) substrate by hydride vapor phase epitaxy (HVPE). It is shown. The composition ratio of the nitride semiconductor is 1≥x≥0 and 1≥y≥0. The nitride-based semiconductor layer is grown by metal organic chemical vapor deposition, liquid phase epitaxy, molecular beam epitaxy, or metal organic vapor phase epitaxy. It is also possible.

성장된 질화물계 반도체층의 두께는 후술할 질화물계 반도체층의 재성장 공정과 소자제작 공정시 용이하게 반도체 기판을 다루기 위하여 두꺼우면 좋고, 기초기판이 얇으면 기초기판인 사파이어와 질화물 반도체간의 격자정수의 차에 의한 응력이 발생하여 질화물계 반도체가 성장된 기판이 휘는 문제가 있고 성장하는 동안 기판이 깨질 위험이 있기 때문에 10um 내지 500um 가 바람직하다. The thickness of the grown nitride-based semiconductor layer may be thick so as to easily handle the semiconductor substrate during the regrowth process and device fabrication process of the nitride-based semiconductor layer, which will be described later, and when the base substrate is thin, the lattice constant between the sapphire and the nitride semiconductor, which is the base substrate, 10um to 500um is preferable because there is a problem that the substrate on which the nitride-based semiconductor is grown due to the stress caused by the difference and the risk of breaking the substrate during the growth.

HVPE로 성장된 질화물 반도체의 막질은 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)로 성장된 것보다 좋지 않지만 성장속도가 시간당 100um/hr으로 빨라 대량생산이 용이하고 제조비용을 절감시킬 수 있기 때문에 사파이어 기초기판이 제거되어 자립형 반도체 기판이 될 두꺼운 질화물계 반도체 박막은 HVPE로 성장하는 것이 바람직하다. 따라서 암모니아(NH4), 삼메틸 갈륨(trimethyl Gallium), 삼메틸 알루미늄(trimethyl aluminum)을 이용하여 900℃에서 HVPE로 질화물 반도체 층을 성장한다. 성장된 질화물 반도체 층은 제작하고자 하는 소자의 종류에 따라 단일층 또는 복수층으로 성장 할 수 있고 도전성질을 갖도록 Si, Mg, Sn, Zn군중 어느 하나 또는 복수의 원소를 불순물을 첨가한다. Si 첨가시에는 n-형 질화물계 반도체층 또는 Mg첨가시에는 p-형 질화물계 반도체 층으로 만들 수 있다. 여기서는 질화물 반도체 박막 결정 성장이 용이함을 고려하여 Si을 도핑하여 200um두께의 n-형 질화물 반도체를 성장하였다. The film quality of nitride semiconductors grown with HVPE is worse than that grown with metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), but the growth rate is 100um / hr per hour, so mass production is easy and manufacturing cost can be reduced. It is preferable that the thick nitride-based semiconductor thin film to be removed to become a freestanding semiconductor substrate grows with HVPE. Therefore, a nitride semiconductor layer is grown by HVPE at 900 ° C. using ammonia (NH 4), trimethyl gallium, and trimethyl aluminum. The grown nitride semiconductor layer may be grown in a single layer or in multiple layers depending on the type of device to be manufactured, and an impurity is added to any one or a plurality of elements of Si, Mg, Sn, and Zn groups so as to have a conductive property. At the time of addition of Si, an n-type nitride semiconductor layer or at the time of Mg addition can be formed into a p-type nitride semiconductor layer. Here, in order to easily grow the nitride semiconductor thin film crystals, an n-type nitride semiconductor having a thickness of 200 μm was grown by doping Si.

도 2는 500um두께의 사파이어 기초기판 위에 HVPE (hydride vapor phase epitaxy)로 성장된 200um 두께의 Inx(GayAl1 -y)N 질화물 반도체 층위에 MOCVD로 Inx(GayAl1-y)N 질화물 반도체 층을 재 성장된 것을 도시한 것이다. 질화물 반도체 박막의 조성비는 x≥0, y≥0이다. 상기 설명에서와 같이 HVPE로 성장된 질화물계 반도체 층은 제작하고자 하는 소자의 종류에 따라 단층 또는 복수층으로 성장 할 수 있고 도전성질을 갖도록 Si, Mg, Sn, Zn군중 어느 하나 또는 복수의 원소를 불순물을 첨가하여 n-형 질화물계 반도체층 또는 p-형 질화물 반도체 층으로 만들 수 있다. 도핑농도는 제작하고자 하는 소자의 종류에 따라 다르며 10E15/cm3내지 10E21/cm3 정도 도핑 할 수 있다. FIG. 2 shows In x (Ga y Al 1-y ) by MOCVD on a 200 μm thick In x (Ga y Al 1 -y ) N nitride semiconductor layer grown with a hydride vapor phase epitaxy (HVPE) on a 500 μm thick sapphire base substrate. Re-grown N nitride semiconductor layer is shown. The composition ratio of the nitride semiconductor thin film is x≥0 and y≥0. As described above, the nitride-based semiconductor layer grown with HVPE may be grown in a single layer or a plurality of layers depending on the type of device to be manufactured, and any one or a plurality of elements of Si, Mg, Sn, and Zn groups may be formed to have a conductive property. N-type nitride semiconductor layer by adding impurities Or a p-type nitride semiconductor layer. The doping concentration may vary depending on the type of doping element about 10E15 / cm 3 to 10E21 / cm 3 to be produced.

또한 HVPE로 성장된 박막위에 재 성장된 질화물계 반도체층도 제작하고자 하는 소자의 종류에 따라 단일 층 또는 복수층으로 성장 할 수 있다. 발광다이오드를 제작하기 위하여 2um 내지 5um 두께의 n형 도전성 질화물계 반도체층, 0.5um의 n형 클래딩층, 0.5um의 발광층, 0.5um의 p형 클래딩 층, 0.2um의 p형 도전성 질화물계 반도체층을 성장했다. HBT(hetero bipolar transistor)를 제작하는 경우에는 n형 에미터(emitter), 베이스(base), p형 콜랙터(collector)를 성장한다. 발광층은 발광다이오드 또는 레이저 다이오드, 발광파장에 따라 약간 상이 할 수 있지만 Inx(GayAl1-y)N/Inx(GayAl1-y)N 의 복수층의 양자우물 구조를 택한다. Inx(GayAl1 -y)N의 조성비는 우물층이 장벽층보다 에너지 벤드갭이 작도록 해 주는데, In0.1Ga0.9N/GaN 형태의 양자우물 구조를 성장할 수도 있고, In0.1Ga0.9N/Al0.1Ga0.9N를 성장 할 수도 있다.In addition, the nitride-based semiconductor layer regrown on the HVPE-grown thin film may be grown in a single layer or in multiple layers depending on the type of device to be manufactured. To produce a light emitting diode, an n-type conductive nitride semiconductor layer having a thickness of 2um to 5um, an n-type cladding layer of 0.5um, a light emitting layer of 0.5um, a p-type cladding layer of 0.5um, and a p-type conductive nitride semiconductor layer of 0.2um Grow up. When manufacturing a hetero bipolar transistor (HBT), an n-type emitter, a base, and a p-type collector are grown. The light emitting layer may be slightly different depending on the light emitting diode, laser diode, or light emitting wavelength, but the quantum well structure of In x (Ga y Al 1-y ) N / In x (Ga y Al 1-y ) N is selected. . The composition ratio of In x (Ga y Al 1 -y ) N allows the well layer to have a smaller energy bend gap than the barrier layer, and may grow an In0.1Ga0.9N / GaN type quantum well structure, and In0.1Ga0. You can also grow 9N / Al0.1Ga0.9N.

도 3은 패턴된 사파이어 기초기판 위에 HVPE (hydride vapor phase epitaxy)로 Inx(GayAl1 -y)N 질화물 반도체 층을 성장하고 MOCVD로 Inx(GayAl1 -y)N 질화물 반도체 층을 재 성장한 것을 도시한 것이다. 질화물 반도체의 조성비는 x≥0, y≥0이다. 상세구조는 상기 도2 에서와 비슷하지만 패턴된 사파이어 기초기판을 사용하여 질화물계 반도체를 성장하는 것이 다르다. 이러한 패턴된 사파이어 기초기판은 사파이어 기초기판위에 질화물계 반도체 박막을 성장 할 때 기초기판과 질화물 반도체 간의 응력을 최소화시켜 격자결함을 최소화 하는데 유리하다. 팬턴없이 성장된 질화물 반도체의 격자결함 수는 10E10/cm2정도였지만 패턴된 기판을 채용했을 때는 10E8/cm2정도 줄일 수 있다. Figure 3 is a In x (Ga y Al 1 -y ) N nitride semiconductor layer, and growing a MOCVD In x (Ga y Al 1 -y) HVPE (hydride vapor phase epitaxy) on a patterned sapphire base substrate N nitride semiconductor layer It shows the regrowth. The composition ratio of the nitride semiconductor is x≥0 and y≥0. The detailed structure is similar to that of FIG. 2, except that the nitride-based semiconductor is grown using a patterned sapphire base substrate. The patterned sapphire base substrate is advantageous to minimize the lattice defects by minimizing the stress between the base substrate and the nitride semiconductor when growing a nitride-based semiconductor thin film on the sapphire base substrate. The number of lattice defects of nitride semiconductors grown without phantoms was about 10E10 / cm 2 , but when patterned substrates are employed, they can be reduced by about 10E8 / cm 2 .

도4는 사파이어 기초 기판위에 10A 두께정도의 SiO, SiN군 중 어느 하나 또는 이들 조합으로 미세구조(fine cluster)를 형성 한 후 HVPE (hydride vapor phase epitaxy)로 100um의 Inx(GayAl1 -y)N 질화물 반도체 층을 성장하고 MOCVD로 5um의 Inx(GayAl1 -y)N 질화물 반도체 층을 재 성장한 것을 도시한 것이다. 그 외의 상세한 구조는 상기 설명한 예들과 유사하지만 HVPE로 질화물 반도체를 성장하기 전에 SiN, 또는 SiO의 미세구조를 형성시키는 것이 다르다. FIG. 4 illustrates a fine cluster formed of any one or a combination of SiO and SiN groups having a thickness of about 10A on a sapphire base substrate, and then 100 μm of In x (Ga y Al 1 ) using a hydride vapor phase epitaxy (HVPE). y ) N nitride semiconductor layer was grown and 5um of In x (Ga y Al 1- y ) N nitride semiconductor layer was regrown by MOCVD. The other detailed structure is similar to the examples described above, except that the microstructure of SiN or SiO is formed before growing the nitride semiconductor with HVPE.

이러한 SiN, 또는 SiO 미세 구조는 사파이어 기초기판과 질화물 반도체층간의 응력을 최소화시켜, 질화물 반도체 막질을 개선시키며 후술되는 습식식각을 이용한 사파이어 기판을 제거 할 때 습식식각의 정지층으로 활용되어 질 수 있다. SiN, 또는 SiO 미세 구조의 사파이어 기초기판을 덮는 면적 비(wafer coverage)는 90%이하 이여야 한다. 그 이유는 SiN, 또는 SiO 미세 구조가 사파이어 기판 전체를 덮었을 경우에는 질화물이 성장될 사파이어가 노출되지 않아 질화물계 반도체가 성장되지 않기 때문이다.Such SiN or SiO microstructures can be used as a stop layer for wet etching when minimizing the stress between the sapphire base substrate and the nitride semiconductor layer, thereby improving the nitride semiconductor film quality and removing the sapphire substrate using wet etching described below. . The wafer coverage covering the SiN or SiO microstructure sapphire base substrate should be 90% or less. The reason is that when the SiN or SiO fine structure covers the entire sapphire substrate, the sapphire on which the nitride is to be grown is not exposed and the nitride semiconductor is not grown.

도5는 사파이어 기초기판 위에 MOCVD로 2um 정도 Inx(GayAl1 -y)N 질화물 반도체를 성장하고 HVPE (hydride vapor phase epitaxy)로 재 성장된 200um의 Inx(GayAl1-y)N 질화물 반도체 층위에 다시 MOCVD로 5um의 Inx(GayAl1 -y)N 질화물 반도체 층을 재 성장한 것을 도시한 것이다. 질화물 반도체의 조성비는 x≥0, y≥0이다. 5 is approximately 2um by MOCVD on the sapphire base substrate In x (Ga y Al 1 -y ) growing a nitride semiconductor and N HVPE (hydride vapor phase epitaxy) of 200um of In x (Ga y Al 1- y) material growth by The growth of a 5um In x (Ga y Al 1 -y ) N nitride semiconductor layer by MOCVD is again shown on the N nitride semiconductor layer. The composition ratio of the nitride semiconductor is x≥0 and y≥0.

여기서 사파이어 기판위에 MOCVD로 질화물 반도체를 성장하는 이유는 HVPE로 질화물 반도체를 두껍게 성장하더라도 관통 격자결함(threading crystal dislocation)을 제거 할 수 없거나 줄일 수 없기 때문이다. 이러한 문제를 극복하기 위하여 사파이어 기판위에 MOCVD로 질화물 반도체를 성장하여 결정결합을 최소화시켜 HVPE로 질화물반도체를 성장할 때 발생하는 관통 격자결함을 줄였다. The reason why the nitride semiconductor is grown on the sapphire substrate by MOCVD is that even if the nitride semiconductor is grown thick with HVPE, threading crystal dislocation cannot be removed or reduced. In order to overcome this problem, the nitride semiconductor is grown on the sapphire substrate by MOCVD to minimize crystal bonds, thereby reducing the penetration lattice defect generated when growing the nitride semiconductor with HVPE.

본 구조도 상기 설명에서와 같이 HVPE로 성장된 질화물계 반도체 층은 제작하고자 하는 소자의 종류에 따라 단층 또는 복수층으로 성장 할 수 있고 도전성질을 갖도록 Si, Mg, Sn, Zn군중 어느 하나 또는 복수의 원소의 불순물을 첨가하여 n-형 질화물계 반도체층 또는 p-형 질화물 반도체 층으로 만들 수 있다. As shown in the above description, the nitride-based semiconductor layer grown with HVPE may be grown in a single layer or in multiple layers according to the type of device to be manufactured, and any one or a plurality of Si, Mg, Sn, and Zn groups may have a conductive property. An impurity of an element of can be added to form an n-type nitride semiconductor layer or a p-type nitride semiconductor layer.

도 6은 패턴된 사파이어 기초기판위에 MOCVD로 도핑되지 않은 2um 정도 Inx(GayAl1-y)N 질화물 반도체를 성장하고 HVPE (hydride vapor phase epitaxy)로 재 성장된 100um의 Inx(GayAl1 -y)N 질화물 반도체 층위에 다시 MOCVD로 Inx(GayAl1 -y)N 질화물 반도체 층을 재 성장한 것을 도시한 것이다. 여기서도 질화물 반도체의 조성비는 x≥0, y≥0이다. 여기서 패턴된 사파이어 기판위에 MOCVD로 질화물 반도체를 성장하는 이유는 상기 설명에서와 같이 HVPE로 질화물 반도체를 두껍게 성장하더라도 관통 격자결함(threading crystal dislocation)을 제거 할 수 없거나 줄일 수 없기 때문이고, 이러한 패턴된 사파이어 기초기판은 사파이어 기초기판위에 질화물계 반도체 박막을 성장 할 때 기초기판과 질화물 반도체 간의 응력을 최소화시켜 격자결함을 최소화 하는데 유리하며, 보다 양질의 질화물 반도체를 성장 할 수 있다. FIG. 6 shows 100 μm of In x (Ga y ) grown on a patterned sapphire base substrate by about 2 μm of In x (Ga y Al 1-y ) N nitride semiconductor which is not doped by MOCVD and regrown with a hydride vapor phase epitaxy (HVPE). It is shown that the In x (Ga y Al 1- y ) N nitride semiconductor layer is regrown by MOCVD on the Al 1 -y ) N nitride semiconductor layer again. Here again, the composition ratio of the nitride semiconductor is x≥0 and y≥0. The reason why the nitride semiconductor is grown by MOCVD on the patterned sapphire substrate is that even if the nitride semiconductor is grown thick with HVPE as described above, threading crystal dislocation cannot be removed or reduced. Sapphire base substrate is advantageous to minimize the lattice defects by minimizing the stress between the base substrate and the nitride semiconductor when growing the nitride-based semiconductor thin film on the sapphire base substrate, it is possible to grow a higher quality nitride semiconductor.

상세구조 및 성장방법은 상기 도4 에서와 비슷하지만 패턴된 사파이어 기초기판을 사용하여 질화물계 반도체를 성장하는 것이 다르다. 이러한 방법으로 성장한 후 HVPE로 성장된 질화물계 반도체 박막의 막질은 상당히 우수했으며 관통격자 결함빈도도 줄일 수 있었다. 이렇게 성장하는 것은 HVPE로 성장된 질화물 박막의 격자결함을 줄여 MOCVD로 재 성장되는 최종적인 소자구조인 질화물 반도체의 막질을 향상시켜 소자의 성능을 개선시킴은 물론, 후술되는 사파이어기판을 습식 식각방법으로 제거될 때 습식식각의 정지층으로 활용하기 위함이다. The detailed structure and the growth method are similar to those in FIG. 4, but differ in that the nitride semiconductor is grown using a patterned sapphire base substrate. After growing in this way, the film quality of nitride-based semiconductor thin films grown with HVPE was excellent and the through-grid defect frequency was reduced. This growth reduces the lattice defects of the nitride thin film grown by HVPE, improves the film quality of the nitride semiconductor, which is the final device structure regrown by MOCVD, and improves the performance of the device, and the wet sapphire substrate described later by a wet etching method. It is intended to serve as a stop layer for wet etching when removed.

My 1실시예Example 1

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 사파이어 기초 기판을 식각하여 제거함으로써 반도체 기판을 제조하는 중간 단계를 도시한 것이다. 도 7은 450um의 사파이어 기초기판(11)위에 도4와 같은 질화물 반도체구조를 이용하여 사파이어 기초기판을 제거하여 자립형 반도체 기판을 제조하는 과정을 설명하고 있다. FIG. 7 illustrates an intermediate step of fabricating a semiconductor substrate by etching and removing the sapphire based substrate according to the first embodiment of the present invention. FIG. 7 illustrates a process of manufacturing a self-supporting semiconductor substrate by removing a sapphire base substrate using a nitride semiconductor structure as shown in FIG. 4 on a 450 um sapphire base substrate 11.

도 7에서, 사파이어 기초기판 위에 HVPE (hydride vapor phase epitaxy)로 재 성장된 200um의 Inx(GayAl1 -y)N 질화물 반도체 층(12)위에 MOCVD로 5um의 Inx(GayAl1-y)N 질화물 반도체 층(13) 재성장이 끝나면 습식식각에서 발생 할 수 있는 질화물계 반도체층(12, 13) 손상을 방지하기 위하여 질화물 반도체(13) 표면위 에 SiO2(15)를 1um 정도 증착(deposition)한다. In FIG. 7, 5 μm of In x (Ga y Al 1 ) by MOCVD on a 200 μm In x (Ga y Al 1 -y ) N nitride semiconductor layer 12 regrown with hydride vapor phase epitaxy (HVPE) on a sapphire base substrate. -y ) N nitride semiconductor layer 13 Deposit 1 μm of SiO 2 (15) on the surface of the nitride semiconductor 13 to prevent damage to the nitride based semiconductor layers 12 and 13 that may occur in wet etching after regrowth. (deposition)

이때 사파이어 기초기판(11)위에 성장된 질화물 반도체 구조(12, 13)는 금속유기화학증착법(metal organic chemical vapor deposition), 액상에피텍셜법(liquid phase epitaxy), 분자빔에피텍셜법(Molecular beam epitaxy), 증기액상증착법(hydride vapor phase epitaxy), MOVPE(metal organic vapor phase epitaxy) 으로 성장된 단일층 또는 복수층일 수도 있고, 금속유기화학증착법(metal organic chemical vapor deposition), 액상에피텍셜법(liquid phase epitaxy), 분자빔에피텍셜법(Molecular beam epitaxy), 증기액상증착법(vapor phase epitaxy)으로 성장된 질화물 반도체층위에 MOCVD로 재 성장된 단일층 또는 복수층의 질화물계 반도체층(13)을 포함할 수도 있으며 자립형 반도체 기판공정에서 박막구조는 특별히 영향을 받지 않는다. In this case, the nitride semiconductor structures 12 and 13 grown on the sapphire base substrate 11 may include metal organic chemical vapor deposition, liquid phase epitaxy, and molecular beam epitaxy. ), Single layer or multiple layers grown by hydride vapor phase epitaxy, metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE), metal organic chemical vapor deposition, liquid epitaxial method (liquid phase) epitaxy, molecular beam epitaxy, or vapor phase epitaxy on the nitride semiconductor layer grown by MOCVD single or multiple layers of nitride based semiconductor layer 13 In the self-standing semiconductor substrate process, the thin film structure is not particularly affected.

이후에 진행되는 질화물 반도체 공정 및 소자공정을 고려하면 질화물 반도체층(12,13)의 두께를 두껍게 하는 것이 유리하지만 기초기판과 질화물 반도체와의 응력 때문에 무한정 두껍게 할 수 없고 전체 반도체 박막(12, 13)의 두께는 10um 내지 500um으로 하는 것이 바람직하다. Considering the nitride semiconductor process and the device process, which are performed later, it is advantageous to increase the thickness of the nitride semiconductor layers 12 and 13, but it cannot be thickened indefinitely due to the stress between the base substrate and the nitride semiconductor, and the entire semiconductor thin film 12, 13 ), The thickness is preferably 10 um to 500 um.

이후 습식 또는 건식 식각시에 반도체 표면을 보호하기 위하여 SOG (spin-on-glass), SiO2 같은 보호막(15)을 1um정도 증착한 후, 사파이어 기판(11)을 랩핑(lapping and polishing)하여 30um 내지 50um 두께까지 깎아 내고, 랩핑된 면을 표면 거칠기가 20um이하가 되도록 경면 연마하여 매끄럽게 만든다. 여기서 사파이어 기판(11)의 랩핑은 CMP(chemical mechanical polishing), ICP/RIE 건식 식각, 알루미나(Al2O3) 가루를 이용한 기계적 연마 또는 염산(HCl), 질산(HNO3), 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 산화크롬(CrO3), 물(H2O), 수산화칼륨(KOH), 황산수소칼륨(KHSO4) 및 알루에치(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)중 적어도 어느 하나 또는 이들의 조합에 의한 혼합 용액을 식각액으로 하는 습식 식각에 의하여 진행한다. 이 때, ICP/RIE 또는 RIE 의 식각 가스로는 BCL3, Cl2, HBr, Ar 중의 어느 하나 또는 이들의 혼합 가스 사용한다. 이 때, 사파이어 기판(11)의 두께는 식각공정 시간을 최소화시키기 위하여 가능한 한 얇게 하는 것이 좋으나 너무 얇으면 기판(11)이 휠 염려가 있거나 취급하기가 어려우므로 바람직하게는 10um~300um 정도이다. 또, 경면 연마된 사파이어 기판(11) 표면의 거칠기는 20um 이하가 되도록 하여야 한다. 이는 사파이어 기판(11) 표면의 거칠기가 질화물반도체에 그대로 전달되어 질화물 반도체 구조가 손상될 수 있기 때문이다.Then, to protect the semiconductor surface during wet or dry etching, a protective film 15 such as SOG (spin-on-glass) and SiO 2 is deposited about 1 μm, and then the sapphire substrate 11 is wrapped and polished to 30 μm. Shaved to 50um thickness, and the wrapped surface is smoothed by mirror polishing so that the surface roughness is 20um or less. The lapping of the sapphire substrate 11 may include CMP (chemical mechanical polishing), ICP / RIE dry etching, mechanical polishing using alumina (Al 2 O 3) powder or hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), potassium hydroxide (KOH), hydroxide Sodium (NaOH), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), chromium oxide (CrO 3), water (H 2 O), potassium hydroxide (KOH), potassium hydrogen sulfate (KHSO 4) and aloe etch (4H 3 PO 4 + 4CH 3 COH + HNO 3 + H 2 O) proceeds by wet etching using a mixed solution of at least one or a combination thereof as an etchant. At this time, any one of BCL 3 , Cl 2 , HBr, Ar, or a mixed gas thereof is used as an etching gas of ICP / RIE or RIE. At this time, the thickness of the sapphire substrate 11 is preferably as thin as possible in order to minimize the etching process time, but if too thin, the substrate 11 is wheel-worn or difficult to handle is preferably about 10um ~ 300um. In addition, the roughness of the surface of the mirror polished sapphire substrate 11 should be 20 um or less. This is because the roughness of the surface of the sapphire substrate 11 is transferred to the nitride semiconductor as it is, which may damage the nitride semiconductor structure.

이후 사파이어 기판(11)의 습식 식각은 다음과 같은 방법으로 진행한다. 320℃ 온도의 황산(H2SO4)과 인산(H3PO4)으로 혼합된 식각 용액에 의한 사파이어 기판(11)의 식각 속도를 측정하여 사파이어 기판(11) 두께보다 5um 정도의 시간을 더한 시간동안 식각 용액에 담가둔다. 여기서 사용되는 식각 용액은 질화물 반도체에 대하여 사파이어 기판(11)에 비하여 1/10 이하의 식각 속도를 나타낸다. 즉, 사파이어 기초기판(11)에 대한 질화물계 반도체(12, 13)의 식각 선택비가 10 이상이다. 따라서 사파이어 기초기판(11)을 완전히 식각하고도 남을 시간동안 식각을 진행하더라도 질화물 반도체(12, 13)의 식각 속도가 느리기 때문에 질화물 반도체 층(12, 13)이 손상될 염려는 적다. 한편, 식각 용액의 온도는 100℃ 이상으로 유지하는 것이 식각 시간 단축을 위하여 바람직하다. 식각 용액의 온도를 100℃ 이상으로 유지하기 위한 가열은 히터 위에 용액을 올려놓거나 히터를 직접 용액에 접촉하도록 하는 직접 가열 방식과 광흡수를 이용한 간접 가열 방식으로 할 수 있다. Thereafter, the wet etching of the sapphire substrate 11 is performed in the following manner. The etching rate of the sapphire substrate 11 by the etching solution mixed with sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and phosphoric acid (H 3 PO 4 ) at a temperature of 320 ° C. was measured, and the time of about 5 μm was added to the sapphire substrate 11. Immerse in the etching solution for a time. The etching solution used here exhibits an etching rate of 1/10 or less relative to the sapphire substrate 11 with respect to the nitride semiconductor. That is, the etching selectivity of the nitride semiconductors 12 and 13 with respect to the sapphire base substrate 11 is 10 or more. Therefore, since the etching speed of the nitride semiconductors 12 and 13 is slow even if the etching process is performed even after the sapphire base substrate 11 is completely etched, the nitride semiconductor layers 12 and 13 are less likely to be damaged. On the other hand, it is preferable to maintain the temperature of the etching solution at 100 ℃ or more in order to shorten the etching time. The heating for maintaining the temperature of the etching solution above 100 ℃ may be a direct heating method to put the solution on the heater or directly contact the heater and the indirect heating method using light absorption.

사파이어 기초기판(11)의 식각에는 ICP/RIE 기술을 사용할 수도 있다. 사파이어 기판(11)을 빠르게 식각하기 위하여 ICP와 RIE 파워를 가능한 한 높이는 것이 좋지만 에피층을 손상시킬 수 있기 때문에 주의가 필요하다. ICP / RIE technology may be used for etching the sapphire base substrate 11. In order to quickly etch the sapphire substrate 11, it is desirable to increase the ICP and RIE power as much as possible, but care must be taken because it may damage the epi layer.

도 8은 ICP/RIE 건식 식각에 의한 사파이어와 GaN의 식각 속도를 나타내는 그래프이다. 도 8에서와 같이, 사파이어 및 질화물계 반도체는 ICP 및 RIE 파워를 증가시킴에 따라 식각 속도가 증가하고 있지만, 사파이어와 질화물계 반도체 사이의 식각비(Al2O3 식각속도/GaN 식각속도)는 감소하고 있다는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 건식 식각 기술인 ICP/RIE 기술로 사파이어 기판(11)을 식각할 경우, 질화물계 반도체로 이루어진 질화물 반도체층(12)에서 식각을 정지하기 어렵다는 것을 나타내며, 질화물 반도체 층(12)에서 식각을 멈추기 위해서는 광학적 분석 방법 또는 잔류 가스 분석 방법 같은 기술을 활용해야만 한다. 설사 이러한 분석 기술을 사용한다 할지라도 성공 할 확률은 낮다고 하겠다. 그러나 습식 식각 방법에서는 질화물 반도체 층(12)을 식각 정지층으로 사용하여 대량 생산에 필수 요건인 공 정 마진을 확보할 수 있다.8 is a graph illustrating etching rates of sapphire and GaN by ICP / RIE dry etching. As shown in FIG. 8, the sapphire and nitride semiconductors have increased etch rates as the ICP and RIE powers are increased, but the etching ratio between the sapphire and nitride semiconductors (Al 2 O 3 etch rate / GaN etch rate) is increased. You can see that it is decreasing. These results indicate that when the sapphire substrate 11 is etched by the ICP / RIE technique, which is a dry etching technique, it is difficult to stop the etching in the nitride semiconductor layer 12 made of the nitride semiconductor, and the etching is performed in the nitride semiconductor layer 12. To stop, you must use techniques such as optical analysis or residual gas analysis. Even with these analytical techniques, the probability of success is low. However, in the wet etching method, the nitride semiconductor layer 12 may be used as an etch stop layer to obtain a process margin, which is a requirement for mass production.

도 9는 황산(H2SO4)과 인산(H3PO4)을 혼합 용액으로 사파이어와 GaN을 습식 식각할 경우의 식각 속도를 나타내는 그래프이다.9 is a graph showing an etching rate when wet etching sapphire and GaN with a mixed solution of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and phosphoric acid (H 3 PO 4 ).

도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 황산과 인산을 혼합한 용액의 질화물계 반도체에 대한 사파이어의 식각 선택비는 특정 온도에서 20 이상이 될 수 있다. 이러한 결과는 사파이어 기판(11)의 식각 정지층으로 질화물 반도체 층(12)을 효과적으로 활용 할 수 있음을 의미하며, 100℃의 고온에서도 20 이상의 식각 선택비를 얻을 수 있었다. 특히 사파이어의 식각 속도는 320℃ 온도에서 1um/min 이상 되므로 생산 비용, 생산성, 공정 안정화를 고려해 볼 때 본 발명에서 제시한 방법은 기존의 그 어떤 방법보다 아주 유리하다는 것을 알 수 있다. As can be seen in Figure 9, the etching selectivity of the sapphire to the nitride-based semiconductor of the solution of sulfuric acid and phosphoric acid may be 20 or more at a specific temperature. These results indicate that the nitride semiconductor layer 12 can be effectively used as an etch stop layer of the sapphire substrate 11, and an etching selectivity of 20 or more was obtained even at a high temperature of 100 ° C. In particular, since the sapphire etching rate is more than 1um / min at 320 ℃ temperature considering the production cost, productivity, process stabilization it can be seen that the method presented in the present invention is more advantageous than any conventional method.

본 발명을 양산에 적용했을 경우에 중요한 요소는 사파이어 기판(11)과 질화물계 반도체인 질화물 반도체 층(12)과의 식각 선택비를 높일 수 있는 공정 조건을 확보하는 것이며, 특히 질화물 반도체 층(12)을 사파이어 식각 정지층 (etch stop layer)으로 활용하는 것이 효과적이다. 질화물 반도체 층(12)으로는 Inx(GayAl1 -y)N (1≥x≥0, 1≥y≥0) 계열을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 Al의 조성비를 증가시키거나 Mg을 도핑한 p형 GaN를 사용하는 것이 효과적이다. 도 4에서 도시한 바와 같이, 필요에 따라서는 사파이어 기판(11)에 질화물 반도체 층(12)을 형성하기 전에 국지적으로 SiO2나 SiNx 등의 보호막(14)을 형성하여 식각 정지층을 별도로 형성할 수도 있다. 특히 SiO2는 사파이어와 높은 습식식각 선택비를 갖고 있다. In the case where the present invention is applied to mass production, an important factor is to secure process conditions for increasing the etching selectivity between the sapphire substrate 11 and the nitride semiconductor layer 12, which is a nitride semiconductor, and in particular, the nitride semiconductor layer 12 ) Is effective as a sapphire etch stop layer. As the nitride semiconductor layer 12, an In x (Ga y Al 1 -y ) N (1≥x≥0, 1≥y≥0) series may be used. Preferably, the composition ratio of Al is increased or Mg is increased. It is effective to use doped p-type GaN. As shown in FIG. 4, before forming the nitride semiconductor layer 12 on the sapphire substrate 11, the etching stop layer may be separately formed by locally forming a protective film 14 such as SiO 2 or SiNx. It may be. In particular, SiO 2 has a sapphire and a high wet etching selectivity.

도 10은 황산(H2SO4)과 인산(H3PO4)이 혼합된 용액으로 다양한 선폭을 갖는 패턴에 대한 사파이어 기판을 식각한 경우 단면사진이다. 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이 사파이어 기판의 식각된 깊이는 오픈된 패턴폭에 따라 다르며, 오픈된 선폭이 넓을수록 깊다는 것을 알 수 있다. 도 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 선폭이 57um의 패턴은 24um의 깊이까지 식각되어 어스팩트 비(aspect ratio)가 0.4인 반면 10um 선폭을 갖는 패턴은 단지 1.5um의 깊이 밖에 식각되지 않아 어스팩트 비는 0.1 밖에 되지 않는다. 다시 말하면, 습식식각에서 사이이어 기판은 습식식각에서 방향성을 갖고 있으며 식각깊이는 패턴된 선폭에 의존 한다 . 주로 사용되는 사파이어의 기초 기판은 (0001)의 C면이며 습식식각을 하면 도10에서 보는 바와 같이 방향에 따라 식각면의 각도는 M면, R면, A면에 따라 54도 또는 25도 정도의 경사면을 이룬다. 이러한 현상은 (0001)의 C면과 식각된 (10-10)의 M면, (-1012)의 R면, (11-20)의 A면-식각파셋(etched facet)면이 식각 속도가 다르기 때문이다. 즉 사파이어 식각속도의 면방위 의존성을 살펴본 결과, C면>R면>M면>A면 순서이고, 이와 같은 결과로 미루어 볼 때 식각깊이는 오픈된 선폭에 의해 결정되며 오픈된 선폭을 조절하면 자유자제로 식각깊이를 조절할 수 있고, 오픈된 선폭을 좁히면 1um이하의 깊이로도 식각깊이를 조절할 수 있다는 것을 의미한다. 식각된 표면을 현미경으로 관찰 한 결과, 표면 모폴로지(morphology)는 매우 깨끗했으며 큰 두께편차도 관측 할 수 없었다.FIG. 10 is a cross-sectional view of etching a sapphire substrate for a pattern having various line widths with a solution of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and phosphoric acid (H 3 PO 4 ). As can be seen in Figure 10, the etched depth of the sapphire substrate depends on the pattern width opened, it can be seen that the wider the line width is wider. As can be seen in FIG. 11, the pattern having a line width of 57 um is etched to a depth of 24 um to have an aspect ratio of 0.4 while the pattern having a 10 um line width is only etched at a depth of 1.5 um, so the aspect ratio Is only 0.1. In other words, in wet etching, the substrate is oriented in wet etching, and the etching depth depends on the patterned line width. The base substrate of sapphire mainly used is C plane of (0001), and when wet etching, as shown in FIG. It forms a slope. This phenomenon is due to the difference in etching speed between C surface of (0001), M surface of (10-10), R surface of (-1012) and A-etched facet surface of (11-20). Because. In other words, the surface orientation dependence of sapphire etching speed was found to be C plane> R plane> M plane> A plane, and as a result, the etch depth is determined by the open line width. You can control the etching depth by yourself, and narrowing the open line width means that you can adjust the etching depth with a depth of less than 1um. Microscopic observation of the etched surface revealed that the surface morphology was very clean and no large thickness deviations could be observed.

도 12는 사파이어 기판을 습식 식각 방법으로 제거한 후의 질화물 반도체 층 (12)의 표면 사진이다.12 is a photograph of the surface of the nitride semiconductor layer 12 after the sapphire substrate is removed by a wet etching method.

도 12에서 볼 수 있는 바와 같이, 사파이어 기판(11)이 제거된 후에도 응력에 의한 박막의 깨짐이나 손상을 거의 발견 할 수 없었고 질화물 반도체 층(12)의 표면도 아주 깨끗하다는 것을 알 수 있었다.As can be seen in FIG. 12, even after the sapphire substrate 11 was removed, almost no crack or damage of the thin film due to stress was found, and the surface of the nitride semiconductor layer 12 was also very clean.

마지막으로 도 7에서 보는 바와 같이 보호막을 불산 (buffer oxide etchant)에 담가 식각하면 자립형 반도체 기판제작이 제작된다. 제작된 자립형 질화물 반도체 기판의 평면도는 도7의 마지막 부분에 도시 하였다. 사파이어 기판위에 완전한 소자 구조(whole device structure)를 성장하고 사파이어 기판을 제거하는 경우에는 이후에 질화물계 반도체 박막을 재성장 할 필요가 없지만 반도체 기판을 결정성장의 기초기판으로 이용되는 경우에는 이후에 자립형 반도체 기판위에 금속유기화학증착법(metal organic chemical vapor deposition), 액상에피텍셜법(liquid phase epitaxy), 분자빔에피텍셜법(Molecular beam epitaxy), 증기액상증착법(vapor phase epitaxy)로 성장된 단일층 또는 복수층일 수도 있고, 금속유기화학증착법(metal organic chemical vapor deposition), 액상에피텍셜법(liquid phase epitaxy), 분자빔에피텍셜법(Molecular beam epitaxy), 증기액상증착법(vapor phase epitaxy)중 어느 하나 이상을 혼합하여 단일 또는 복수의 질화물계 반도체층(13)을 재 성장한 후 수직전극형 발광다이오드, 수직전극형 레이저다이오드, HBT(hetero bipolar transistor)등을 제작할 수 있다. 바람직하게는 질화물계 반도체 막질과 생산성을 고려하여 MOCVD으로 성장한다. 반도체 기판위에 MOCVD으로 질화물계 반도체를 재 성장하는 이유는 일종접합을 하는 경우가 결정성장의 결함 없 이 양질의 반도체 박막을 성장 할 수 있고 벽개면 형성, 다이싱등, 소자제작 가공이 용이하기 때문이다. Finally, as shown in FIG. 7, when the protective film is immersed in fluoric acid (buffer oxide etchant) and etched, a self-standing semiconductor substrate is manufactured. A plan view of the fabricated self-supporting nitride semiconductor substrate is shown in the last part of FIG. When the whole device structure is grown on the sapphire substrate and the sapphire substrate is removed, there is no need to regrow the nitride-based semiconductor thin film later, but when the semiconductor substrate is used as the basic substrate for crystal growth, the self-standing semiconductor is later Single or multiple layers grown on metal substrates by metal organic chemical vapor deposition, liquid phase epitaxy, molecular beam epitaxy, vapor phase epitaxy Layer or any one or more of metal organic chemical vapor deposition, liquid phase epitaxy, molecular beam epitaxy, and vapor phase epitaxy. Re-grown single or multiple nitride-based semiconductor layers 13 by mixing, followed by vertical electrode light emitting diodes and vertical electrode laser diodes It can be prepared such as HBT (hetero bipolar transistor). Preferably, the film is grown by MOCVD in consideration of nitride-based semiconductor film quality and productivity. The reason why nitride semiconductors are regrown by MOCVD on semiconductor substrates is that high-quality semiconductor thin films can be grown without defects in crystal growth and device fabrication such as cleavage, dicing, etc. is easy. .

My 2실시예2 Example

본 발명의 제2 실시예에서는 본 발명의 제1 실시에서 사용한 사파이어 기초기판 위에 성장된 질화물 반도체를 사용하여 기계적 연마 기술만으로 사파이어 기판을 제거하여 반도체 기판을 제작하였다. 즉, 사파이어 기판위에 성장된 질화물계 반도체층(12, 13) 중에서 자립형 반도체기판으로 사용될 HVPE로 성장된 질화물반도체층(12)의 두께가 100um이상이 되고 기계적 연마에서 사파이어 기판만 랩핑할 수 있다면 기계적 연마만으로도 사파이어 기판을 제거 할 수 있으며 랩핑기술에서 랩핑의 두께 편차(thickness tolerance value)가 ±3um인 것을 고려 할 때 어느 정도 공정마진이 있다고 고려된다. 랩핑만으로 사파이어 기판을 제거하는 경우에 공정이 다소 복잡하고 어렵지만 사파이어 기판(11)위에 성장된 질화물계 반도체층(13) 면과 랩핑홀더에 왁스본딩한 후 사파이어 기판(11)을 Al2O3분말로 기계적 연마하여 자립형 질화물 반도체 기판을 얻었다. In the second embodiment of the present invention, the semiconductor substrate was fabricated by removing the sapphire substrate using only a mechanical polishing technique using a nitride semiconductor grown on the sapphire base substrate used in the first embodiment of the present invention. That is, if the thickness of the nitride semiconductor layer 12 grown with HVPE to be used as a self-standing semiconductor substrate among the nitride based semiconductor layers 12 and 13 grown on the sapphire substrate becomes 100um or more and only the sapphire substrate can be wrapped in mechanical polishing, The sapphire substrate can be removed by polishing alone, and it is considered that there is some process margin considering that the thickness tolerance value of lapping is ± 3um in lapping technology. In the case of removing the sapphire substrate by lapping only, the process is somewhat complicated and difficult, but after wax bonding to the lapping holder and the surface of the nitride semiconductor layer 13 grown on the sapphire substrate 11, the sapphire substrate 11 is Al 2 O 3 powder. Mechanical polishing was performed to obtain a freestanding nitride semiconductor substrate.

My 3실시예3 Example

도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 사파이어 기초 기판을 식각하여 제거함으로써 반도체 기판을 제조하는 중간 단계를 도시한 것이다. 제조방법은 상기 설 명한 본 발명의 제1 실시예와 비슷하지만 시파이어 기초 기판을 식각하여 제거하기 전에 보조 기판을 부착하는 것이 다르다. 보조 기판을 부착함으로서 사파이어 기판을 보다 얇게 이면 연마 할 수 있어 사파이어 기초기판 식각시간을 줄 일수 있고, 사파이어 기판을 얇게 이면연마 함으로서 발생할 수 있는 기판이 휘는 문제를 해결 할 수 있다는 장점이 있다. FIG. 13 illustrates an intermediate step of fabricating a semiconductor substrate by etching and removing the sapphire based substrate according to the third embodiment of the present invention. The manufacturing method is similar to the first embodiment of the present invention described above, except that the auxiliary substrate is attached before etching and removing the Sapphire base substrate. By attaching the auxiliary substrate, the thinner the sapphire substrate can be polished if the back side is thinner, and the etching time of the sapphire base substrate can be reduced, and the backside of the sapphire substrate can be solved by the problem that the substrate can be bent.

이하 도면을 이용하여 상세히 설명하고자 한다. 도13에서 볼 수 있는 바와 같이, 사파이어 기초기판(11) 위에 HVPE (hydride vapor phase epitaxy)로 재 성장된 100um의 Inx(GayAl1 -y)N 질화물 반도체 층(12)위에 MOCVD로 5um의 Inx(GayAl1 -y)N 질화물 반도체 층(13)을 재 성장한다. 상기 설명과 같이 이때 사파이어 기초기판(11)위에 성장된 질화물계 반도체층(12) 구조는 금속유기화학증착법(metal organic chemical vapor deposition), 액상에피텍셜법(liquid phase epitaxy), 분자빔에피텍셜법(Molecular beam epitaxy), 증기액상증착법(vapor phase epitaxy)으로 성장된 단일층 또는 복수층일 수도 있고, 금속유기화학증착법(metal organic chemical vapor deposition), 액상에피텍셜법(liquid phase epitaxy), 분자빔에피텍셜법(Molecular beam epitaxy), 증기액상증착법(vapor phase epitaxy)으로 성장된 질화물계 반도체층(12)위에 MOCVD로 재 성장된 단일층 또는 복수층을 포함할 수 있으며 자립형 반도체 기판을 제작하기 위하여 박막구조에는 특별히 영향을 받지 않는다. 이후에 진행되는 질화물 반도체 공정 및 소자공정을 고려하면 질화물 반도체의 두께를 두껍게 하는 것이 유리하지만 기초기판과 질화물 반도체와의 응력 때문에 무 한정 두껍게 할 수 없고 10um 내지 500um으로 하는 것이 바람직하다. Hereinafter will be described in detail with reference to the drawings. As can be seen in Figure 13, 5um by MOCVD on 100um of In x (Ga y Al 1 -y ) N nitride semiconductor layer 12 regrown with hydride vapor phase epitaxy (HVPE) on sapphire base substrate 11 In x (Ga y Al 1 -y ) N nitride semiconductor layer 13 is grown again. As described above, the structure of the nitride semiconductor layer 12 grown on the sapphire base substrate 11 may include a metal organic chemical vapor deposition method, a liquid phase epitaxy method, and a molecular beam epitaxial method. (Molecular beam epitaxy), single layer or multiple layers grown by vapor phase epitaxy, metal organic chemical vapor deposition, liquid phase epitaxy, molecular beam epi It may include a single layer or multiple layers regrown by MOCVD on the nitride based semiconductor layer 12 grown by Molecular beam epitaxy and vapor phase epitaxy, and a thin film for fabricating a self-supporting semiconductor substrate. The structure is not particularly affected. Considering the nitride semiconductor process and the device process to be carried out afterwards, it is advantageous to increase the thickness of the nitride semiconductor, but due to the stress between the base substrate and the nitride semiconductor, it is preferable that the thickness is not limited to 10 μm to 500 μm.

이후 습식 또는 건식 식각시에 반도체 표면을 보호하기 위하여 SOG (spin-on-glass), SiO2 같은 보호막(15)을 1um 정도 증착한 후 사파이어 기판 등의 절연 기판, Si, GaAs, GaP, InP, InAs 등의 반도체 기판, ITO(Indium Tin Oxide), ZrB, ZnO 등의 전도성 산화막 기판 중의 어느 하나를 보조 기판(18)으로 부착할 수도 있다. 보조 기판(18)의 부착은 접착제로 왁스 또는 유테틱 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 먼저 질화물 반도체 층(12, 13)위에 증착된 SiO 또는 SOG(spin-on-glass) 같은 보호막위에 뉴테틱 금속(16, 17)을 증착하고, 보조기판(18)위에는 바로 뉴테틱 금속을 증착한다. 유테틱 금속은 Ti, Au, Sn, In, Pd, Pt, Rh, Ni 군중 어느 하나 또는 이들 조합으로 된 금속에 의하여 열 압착한다. 특히, Au, Pt는 산에 영양을 받지 않으므로 Au, Pt로 조합된 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 열 압착은 300℃내지 500℃정도의 온도에서 1MP내지 3MP(mega pascal)의 압력으로 3~60분간 진행한다.Then, to protect the semiconductor surface during wet or dry etching, a protective film 15 such as SOG (spin-on-glass) or SiO 2 is deposited about 1 μm, and then an insulating substrate such as sapphire substrate, Si, GaAs, GaP, InP, Any one of a semiconductor substrate such as InAs, a conductive oxide film substrate such as indium tin oxide (ITO), ZrB, or ZnO may be attached to the auxiliary substrate 18. The attachment of the auxiliary substrate 18 is preferably made of wax or eutectic metal as the adhesive. First, the nutraceutical metals 16 and 17 are deposited on a protective film such as SiO or spin-on-glass (SOG) deposited on the nitride semiconductor layers 12 and 13, and the nutraceutical metal is directly deposited on the auxiliary substrate 18. . The eutectic metal is thermocompressed by a metal of any one of Ti, Au, Sn, In, Pd, Pt, Rh, Ni crowd or a combination thereof. In particular, since Au and Pt are not nutrients to acids, it is preferable to use an alloy composed of Au and Pt. At this time, the thermal compression is carried out for 3 to 60 minutes at a pressure of 1MP to 3MP (mega pascal) at a temperature of about 300 ℃ to 500 ℃.

이후에 사파이어 기판을 30um 내지 50um 까지 랩핑하여 사파이어 기판을 얇게 해준다. 사파이어 기판(11)의 랩핑은 CMP(chemical mechanical polishing), ICP/RIE 건식 식각, 알루미나(Al2O3) 가루를 이용한 기계적 연마 또는 염산(HCl), 질산(HNO3), 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 산화크롬(CrO3), 물(H2O) 및 알루에치(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)중 적어도 어느 하나 또는 이들의 조합에 의한 혼합 용액을 식각액으로 하는 습식 식각에 의하여 진행한 다. Thereafter, the sapphire substrate is wrapped to 30 μm to 50 μm to thin the sapphire substrate. Lapping of the sapphire substrate 11 is performed by chemical mechanical polishing (CMP), ICP / RIE dry etching, mechanical polishing using alumina (Al2O3) powder or hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), chromium oxide (CrO 3), water (H 2 O) and aloe etch (4H 3 PO 4 + 4CH 3 COOH + HNO 3 + H 2 O The mixed solution by at least one of the above or a combination thereof is subjected to wet etching as an etching solution.

이 때, ICP/RIE 또는 RIE 의 식각 가스로는 BCL3, Cl2, HBr, Ar 중의 어느 하나 또는 이들의 혼합 가스를 사용한다. 사파이어 기판(11)의 두께는 식각공정 시간을 최소화시키기 위하여 가능한 한 얇게 하는 것이 좋고 바람직하게는 10um~50um 정도이다. 또, 경면 연마된 사파이어 기판(11) 표면의 거칠기는 20um 이하가 되도록 하여야 한다. 이는 사파이어 기판(11) 표면의 거칠기가 질화물반도체층(12)에 그대로 전달되어 질화물 반도체 구조가 손상될 수 있기 때문이다. 사파이어 기판(11)이 습식식각으로 제거되면 기판을 BOE (buffer oxide etchant)에 담그면 보호막으로 사용된 산화막(15)이 식각됨으로서 보조기판으로 부착된 기판이 질화물 반도체기층(13)으로부터 분리되어 자립형 반도체 기판이 제작되게 된다. At this time, any one of BCL 3 , Cl 2 , HBr, Ar, or a mixed gas thereof is used as an etching gas of ICP / RIE or RIE. The thickness of the sapphire substrate 11 is preferably as thin as possible in order to minimize the etching process time, preferably about 10um to 50um. In addition, the roughness of the surface of the mirror polished sapphire substrate 11 should be 20 um or less. This is because the roughness of the surface of the sapphire substrate 11 is transferred to the nitride semiconductor layer 12 as it is, which may damage the nitride semiconductor structure. When the sapphire substrate 11 is removed by wet etching, when the substrate is immersed in a buffer oxide etchant (BOE), the oxide film 15 used as a protective layer is etched to separate the substrate attached to the auxiliary substrate from the nitride semiconductor substrate layer 13 to free-standing semiconductor. The substrate is made.

이때 사파이어 기판의 일부는 ICP/RIE같은 건식 식각으로 제거 될 수 있고 습식식각과 건식식각을 혼용 할 수 있다. 그 이유는 건식식각으로는 질화물 반도체 박막에서 식각을 정지 할 수 없고 습식식각만으로 정지 할 수 있기 때문이다. 상기 사항 이외의 사파이어 기판(11)의 습식 식각은 앞서 설명한 제 1실시예와 같이 진행하면 된다. At this time, part of the sapphire substrate may be removed by dry etching such as ICP / RIE, and wet etching and dry etching may be mixed. The reason is that dry etching cannot stop the etching in the nitride semiconductor thin film, but only wet etching can be stopped. The wet etching of the sapphire substrate 11 other than the above matters may be performed as in the first embodiment described above.

My 4실시예4 Examples

도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 사파이어 기초 기판(11)의 일부만 식각하여 제거함으로써 반도체 기판을 제조하는 중간 단계를 도시한 것이다. 제조방 법은 상기 설명한 본 발명의 제1 실시예와 비슷하지만 사파이어 기판(11)위에 산화막 SiO2(19)를 1um증착하고 포토사진 식각한 후 산화막 패턴닝하여 사파이어 기초기판(11)의 일부만을 식각한다. 이는 사파이어 기판의 일부만을 식각함으로서 반도체 접촉면을 확보하고 사파이어 기판이 제거되면서 반도체 박막이 깨지거나 핸들링을 보다 용이하게 하기 위함이고 경우에 따라서는 소자분리를 위한 스크라빙 라인으로도 활용 할 수 있다. 산화막의 패턴형태 및 크기는 용도에 따라 다양하게 변형시킬 수 있고 특별한 제약을 받지 않으며, 도14에서 보여주는 것과 반대 모양으로도 행 할 수 있다. FIG. 14 illustrates an intermediate step of manufacturing a semiconductor substrate by etching and removing only a part of the sapphire base substrate 11 according to the fourth embodiment of the present invention. The manufacturing method is similar to the first embodiment of the present invention described above, but only a part of the sapphire base substrate 11 is etched by depositing 1 μm of oxide SiO 2 19 on the sapphire substrate 11, photo etching the oxide film, and patterning the oxide film. do. This is to etch only a part of the sapphire substrate to secure the semiconductor contact surface and to remove the sapphire substrate to break the semiconductor thin film or to facilitate handling. In some cases, it can also be used as a scribing line for device isolation. The pattern shape and size of the oxide film can be variously modified according to the use and are not particularly limited, and can be performed in the opposite shape as shown in FIG.

이하 도면을 이용하여 상세히 설명하고자 한다. 도14에서 볼 수 있는 바와 같이, 사파이어 기초기판(11) 위에 HVPE (hydride vapor phase epitaxy)로 재 성장된 100um의 Inx(GayAl1 -y)N 질화물 반도체 층(12)위에 MOCVD로 5um의 Inx(GayAl1 -y)N 질화물 반도체 층(13)을 재 성장한다. 상기 설명과 같이 이때 사파이어 기초기판(11)위에 성장된 질화물계 반도체층(12) 구조는 금속유기화학증착법(metal organic chemical vapor deposition), 액상에피텍셜법(liquid phase epitaxy), 분자빔에피텍셜법(Molecular beam epitaxy), 상기 질화물계 반도체층(12)위에 MOCVD로 재 성장된 단일층 또는 복수층의 질화물계 반도체층(13)을 포함할 수 있으며 자립형 반도체 기판을 제작하기 위하여 박막구조에는 특별히 영향을 받지 않는다. 이후에 진행되는 질화물 반도체 공정 및 소자공정을 고려하면 질화물 반도체의 두께를 두껍게 하는 것이 유리하지만 기초기판과 질화물 반도체와의 응력 때문에 무한정 두껍 게 할 수 없고 10um 내지 500um으로 하는 것이 바람직하다. Hereinafter will be described in detail with reference to the drawings. As can be seen in Figure 14, 5um by MOCVD on 100um of In x (Ga y Al 1 -y ) N nitride semiconductor layer 12 regrown with hydride vapor phase epitaxy (HVPE) on sapphire base substrate 11 In x (Ga y Al 1 -y ) N nitride semiconductor layer 13 is grown again. As described above, the structure of the nitride semiconductor layer 12 grown on the sapphire base substrate 11 may include a metal organic chemical vapor deposition method, a liquid phase epitaxy method, and a molecular beam epitaxial method. (Molecular beam epitaxy), the nitride-based semiconductor layer 12 may include a single layer or a plurality of nitride-based semiconductor layer 13 re-grown by MOCVD, and has a special influence on the thin film structure to fabricate a self-standing semiconductor substrate Do not receive. Considering the nitride semiconductor process and the device process to be carried out afterwards, it is advantageous to increase the thickness of the nitride semiconductor, but due to the stress between the base substrate and the nitride semiconductor can not be infinitely thick, it is preferable to set to 10um to 500um.

이후에 사파이어 기판을 30um 내지 50um 까지 랩핑하여 사파이어 기판을 얇게 해준다. 사파이어 기판(11)의 랩핑은 CMP(chemical mechanical polishing), ICP/RIE 건식 식각, 알루미나(Al2O3) 가루를 이용한 기계적 연마 또는 염산(HCl), 질산(HNO3), 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 산화크롬(CrO3), 물(H2O) 및 알루에치(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)중 적어도 어느 하나 또는 이들의 조합에 의한 혼합 용액을 식각액으로 하는 고온 습식식각에 의하여 진행한다. 이 때, ICP/RIE 또는 RIE 의 식각 가스로는 BCL3, Cl2, HBr, Ar 중의 어느 하나 또는 이들의 혼합 가스 사용한다. 사파이어 기판(11)의 두께는 식각공정 시간을 최소화시키기 위하여 가능한 한 얇게 하는 것이 좋고 바람직하게는 10um~50um 정도이다. 또, 경면 연마된 사파이어 기판(11) 표면의 거칠기는 20um 이하가 되도록 하여야 한다. 이는 사파이어 기판(11) 표면의 거칠기가 질화물 반도체층(12)에 그대로 전달되어 질화물 반도체 구조가 손상될 수 있기 때문이다. Thereafter, the sapphire substrate is wrapped to 30 μm to 50 μm to thin the sapphire substrate. Lapping of the sapphire substrate 11 is performed by chemical mechanical polishing (CMP), ICP / RIE dry etching, mechanical polishing using alumina (Al 2 O 3 ) powder or hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), potassium hydroxide (KOH) , Sodium hydroxide (NaOH), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), chromium oxide (CrO 3 ), water (H 2 O) and aloe etch (4H 3 PO 4 + 4CH 3 COOH + The mixed solution by at least one of HNO 3 + H 2 O) or a combination thereof is advanced by high temperature wet etching as an etching solution. At this time, any one of BCL 3 , Cl 2 , HBr, Ar, or a mixed gas thereof is used as an etching gas of ICP / RIE or RIE. The thickness of the sapphire substrate 11 is preferably as thin as possible in order to minimize the etching process time, preferably about 10um to 50um. In addition, the roughness of the surface of the mirror polished sapphire substrate 11 should be 20 um or less. This is because the roughness of the surface of the sapphire substrate 11 is transferred to the nitride semiconductor layer 12 as it is, which may damage the nitride semiconductor structure.

이후 습식 사파이어 기판위에 산화막 SiO2를 1um 증착한 후 포토사진 식각 기술을 이용하여 산화막을 패턴닝하여 BOE 또는 RIE방법으로 SiO2를 식각하여 SiO2를 식각마스크로 사파이어 기판(11)를 식각한다. 사파이어 기판(11)이 습식식각으로 제거되면 기판을 BOE (buffer oxide etchant)에 담그면 보호막으로 사용된 산화막(15)이 식각되어 반도체 기판이 제조된다. Thereafter, after depositing 1 μm of oxide SiO 2 on the wet sapphire substrate, the oxide layer is patterned using a photolithography etching technique to etch SiO 2 using a BOE or RIE method to etch the sapphire substrate 11 using SiO 2 as an etching mask. When the sapphire substrate 11 is removed by wet etching, the substrate is immersed in a buffer oxide etchant (BOE) to etch the oxide film 15 used as a protective film to manufacture a semiconductor substrate.

이외 사파이어 기판(11)의 습식 식각은 상기 상세 설명한 제 1실시예와 같이 진행하면 된다. In addition, the wet etching of the sapphire substrate 11 may be performed as in the first embodiment described above.

본 발명은 질화물 반도체가 성장된 사파이어기판 제거를 종래기술보다 용이하게 하여 수직 전극형 소자제작을 저비용으로 용이하게 하고 소자의 신뢰성 및 휘도 향상, 소자의 크기를 줄여 생산성 및 소자의 성능을 향상 시켜 고 휘도/고성능 질화물 반도체 발광소자 제작을 가능하게 하는 LED 조명 분야의 핵심 기술이 될 것이며 그동안 불가능하게 여겨져 왔던 HBT(hetero bipolar transistor)와 같은 전자 소자제작이 가능하게 되어 고주파/고출력 전자소자 제작도 가능하게 될 것으로 기대되며 앞으로 이 분야에서도 계속적인 기술개발이 이루어 질 것이다.The present invention facilitates the removal of the sapphire substrate on which the nitride semiconductor is grown, making it easier to manufacture vertical electrode devices at lower cost, improving the reliability and brightness of the device, and reducing the size of the device, thereby improving productivity and device performance. It will be a key technology in the LED lighting field that enables the production of luminance / high-performance nitride semiconductor light emitting devices, and it will be possible to manufacture electronic devices such as HBT (hetero bipolar transistor), which has been considered impossible. It is anticipated that the development of technology will continue in this area.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art may understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible. There will be. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.

이상과 같이, 본 발명에서는 이면 연마로 사파이어 기판을 얇게 하여 소자공정의 시간을 단축시킬 수 있고 질화물 반도체를 식각 정지층으로 활용한 건식 또는 습식 식각을 이용하여 사파이어 기판을 제거하기 때문에 생산성이 크게 향상되며, 레이저 리프트 오프 방식의 경우에 에피층이 받을 수 있는 열 손상을 방지할 수 있다. 또한 사파이어 기판과 질화물반도체 간에 식각 선택비를 이용함으로서 공정의 재현성을 용이하게 향상시킬 수 있으며, 표준화된 공정이 가능하여 대량생산이 용이하다. 이러한 질화화물 반도체 기판의 제작으로 기존의 평면 소자에서 수직 전극형 발광소자 제작이 가능하게 되어 칩의 면적이 줄어들어 웨이퍼 당 칩 생산량을 향상과 열 방출과 정전기 방출이 효율적으로 이루어진다. 이러한 수직 전극형 발광소자는 전류가 칩의 면적 전체를 통하여 균일하게 흐르므로 대 전류에서도 구동도 가능하여 단일 소자에서 높은 광 출력을 얻을 수 있다.As described above, in the present invention, the sapphire substrate can be thinned by backside polishing to shorten the device process time, and the productivity is greatly improved since the sapphire substrate is removed by using dry or wet etching using nitride semiconductor as an etch stop layer. In the case of the laser lift-off method, it is possible to prevent thermal damage that the epi layer can receive. In addition, by using the etching selectivity between the sapphire substrate and the nitride semiconductor, it is possible to easily improve the reproducibility of the process, and the standardized process is possible to facilitate mass production. By fabricating the nitride semiconductor substrate, it is possible to manufacture a vertical electrode type light emitting device in a conventional planar device, thereby reducing the chip area, thereby improving chip yield per wafer, and efficiently dissipating heat and electrostatic discharge. Since the vertical electrode type light emitting device has a current flowing uniformly through the entire area of the chip, it can be driven even at a large current, thereby obtaining a high light output from a single device.

또한 그동안 어렵게 여겨져 왔던 수직 전극형 레이저 다이오드 및 HBT(bipolar transistor)와 같은 전자 소자제작이 보다 저비용으로, 보다 용이하게 제작이 가능하게 되어 폭발적인 활용이 이루어 질 것으로 기대 된다. In addition, electronic devices such as vertical electrode type laser diodes and bipolar transistors (HBTs), which have been considered difficult, have been expected to be explosively utilized because they can be manufactured more easily and at lower cost.

Claims (26)

a. 사파이어(Al2O3), GaP, GaAs, Si, SiC, AlN 중의 어느 하나로부터 형성되는 기초기판을 마련하는 단계;a. Providing a base substrate formed from any one of sapphire (Al 2 O 3 ), GaP, GaAs, Si, SiC, and AlN; b. 상기 기초기판 상에 반도체층을 형성하는 단계;b. Forming a semiconductor layer on the base substrate; c. 상기 반도체층을 감싸도록 보호막을 형성하는 단계;c. Forming a protective film to surround the semiconductor layer; d. 상기 기초기판을 랩핑 및 연마하여 상기 기초기판을 상기 반도체층으로부터 제거하는 단계; 및 d. Lapping and polishing the base substrate to remove the base substrate from the semiconductor layer; And e. 상기 보호막을 식각하여 제거하는 단계;를 포함하는 반도체 기판의 제조방법. e. And etching the protective film to remove the protective film. 제 1항에 있어서, 상기 d 단계는, 상기 기초기판을 랩핑 및 연마한 후 다시 식각하여 상기 기초기판을 상기 반도체층으로부터 제거하도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 제조방법. The method of claim 1, wherein the d step includes lapping and polishing the base substrate and then etching the substrate to remove the base substrate from the semiconductor layer. 제 1항에 있어서, 상기 d단계에서의 식각은 염산(HCl), 질산(HNO3), 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 산화크롬(CrO3) 및 알루에치(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O) 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의한 혼합 용액을 식각액으로 사용하는 습식 식각방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 의 제조방법. The method of claim 1, wherein the etching in step d is hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), Chromium oxide (CrO 3 ) and aluene (4H 3 PO 4 + 4CH 3 COOH + HNO 3 + H 2 O) by a wet etching method using a mixed solution as an etching solution or a combination thereof Method for producing a semiconductor substrate, characterized in that. 제 3항에 있어서, 상기 습식 식각에서의 식각정지층으로 Inx(GayAl1-y)N (1≥x≥0, 1≥y≥0, x+y>0) 반도체층을 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 제조방법. 4. The method of claim 3, wherein using an In x (Ga y Al 1-y ) N (1≥x≥0, 1≥y≥0, x + y> 0) semiconductor layer as the etch stop layer in the wet etching. A method for manufacturing a semiconductor substrate. 제 3항에 있어서, 상기 습식 식각에서의 식각정지층으로 규소산화물 클러스터, 규소질화물 클러스터(SiO2 또는 SiNx cluster)층 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 제조방법. The method of claim 3, wherein the etching stop layer in the wet etching comprises at least one of a silicon oxide cluster and a silicon nitride cluster (SiO 2 or SiN x cluster) layer. 삭제delete 삭제delete 제 3항에 있어서, 상기 d단계에서의 식각은 ICP/RIE 또는 RIE 법을 사용하는 건식 식각을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 제조방법. The method of claim 3, wherein the etching in step d further comprises dry etching using an ICP / RIE or RIE method. 제 8항에 있어서, 상기 건식식각은 BCL3, Cl2, HBr, Ar 중의 적어도 하나를 식각 가스로 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 제조방법. The method of claim 8, wherein the dry etching comprises using at least one of BCL 3 , Cl 2 , HBr, and Ar as an etching gas. 삭제delete 제 2항에 있어서, 상기 d단계 중 랩핑 및 연마후의 상기 기초기판의 두께는 10um 이상 및 300um 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 제조방법. The method of claim 2, wherein the thickness of the base substrate after lapping and polishing in step d is 10 μm or more and 300 μm or less. 제 1항에 있어서, 상기 d단계의 랩핑 및 연마는 기계적 연마, CMP (chemical mechanical polishing) 및 염산(HCl), 질산(HNO3), 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 산화크롬(CrO3) 및 알루에치(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의한 혼합 용액을 식각액으로 사용하는 습식 식각 중의 어느 하나 이상의 방법을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 제조방법. The lapping and polishing of step d is performed by mechanical polishing, chemical mechanical polishing (CMP) and hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), sulfuric acid (H). 2 SO 4 ), mixing by phosphoric acid (H 3 PO 4 ), chromium oxide (CrO 3 ) and allues (4H 3 PO 4 + 4CH 3 COOH + HNO 3 + H 2 O) or a combination thereof A method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising using any one or more of wet etching methods using a solution as an etchant. 제 1항에 있어서, 상기 보호막은 SiO2 또는 SOG(spin-on-glass) 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 제조방법.The method of claim 1, wherein the protective film is SiO 2 Or SOG (spin-on-glass) manufacturing method of a semiconductor substrate. a. 사파이어(Al2O3)로부터 형성되는 기초기판을 마련하는 단계;a. Preparing a base substrate formed from sapphire (Al 2 O 3 ); b. 상기 기초기판 상에 식각정지층을 형성하는 단계;b. Forming an etch stop layer on the base substrate; c. 상기 식각정지층 상에 반도체층을 형성하는 단계;c. Forming a semiconductor layer on the etch stop layer; d. 상기 반도체층을 감싸도록 보호막을 형성하는 단계;d. Forming a protective film to surround the semiconductor layer; e. 상기 기초기판을 식각하여 제거하는 단계; 및e. Etching and removing the base substrate; And f. 상기 보호막을 제거하는 단계;를 포함하는 반도체 기판의 제조방법. f. Removing the protective film; 제 14항에 있어서, 상기 d단계 후에, The method of claim 14, wherein after step d, d1. 상기 보호막 상에 보조기판을 부착하는 단계;를 추가적으로 포함하고, 상기 보조기판은 상기 f단계에서 보호막을 제거하는 것에 의해 반도체층으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 제조방법. d1. Attaching an auxiliary substrate on the passivation layer, wherein the auxiliary substrate is separated from the semiconductor layer by removing the passivation layer in step f. 제 14항에 있어서, 상기 e단계에서의 식각은 염산(HCl), 질산(HNO3), 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 산화크롬(CrO3) 및 알루에치(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O) 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의한 혼합 용액을 식각액으로 사용하는 습식 식각방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 제조방법. The method of claim 14, wherein the etching in step e is hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), Chromium oxide (CrO3) and aluene (4H 3 PO 4 + 4CH 3 COOH + HNO 3 + H 2 O) or a combination of these solutions by a wet etching method using a mixed solution as an etchant A method of manufacturing a semiconductor substrate, characterized in that. 제 14항에 있어서, 상기 식각정지층으로 Inx(GayAl1-y)N (1≥x≥0, 1≥y≥0, x+y>0) 반도체층, 규소산화물 클러스터 또는 규소질화물 클러스터(SiO2 또는 SiNx cluster) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 제조방법. The semiconductor device of claim 14, wherein the etch stop layer comprises an In x (Ga y Al 1-y ) N (1≥x≥0, 1≥y≥0, x + y> 0) semiconductor layer, a silicon oxide cluster, or silicon nitride. A method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising at least one of a cluster (SiO 2 or SiN x cluster). 삭제delete 삭제delete 제 16항에 있어서, 상기 e단계에서의 식각은 BCL3, Cl2, HBr, Ar 중의 적어도 하나를 식각 가스로 사용하는 건식 식각방식을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 제조방법. The method of claim 16, wherein the etching in step e further comprises a dry etching method using at least one of BCL 3 , Cl 2 , HBr, and Ar as an etching gas. 삭제delete 제 14항에 있어서, 상기 e단계 중 랩핑 및 연마후의 상기 기초기판의 두께는 10um 이상 및 300um 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 제조방법. 15. The method of claim 14, wherein the thickness of the base substrate after lapping and polishing in step e is 10 um or more and 300 um or less. 제 14항에 있어서, 상기 보호막의 식각은 HF 또는 BOE(buffer oxide etchant)를 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 제조방법.The method of claim 14, wherein the protective layer is etched using HF or BOE (buffer oxide etchant). 제 14항에 있어서, 상기 보호막은 SiO2 또는 SOG(spin-on-glass) 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 제조방법.15. The method of claim 14, wherein the protective film is SiO 2 Or SOG (spin-on-glass) manufacturing method of a semiconductor substrate. 제 1항 내지 제 5항, 제 8항 및 제 9항, 제 11항 내지 제 13항 중 어느 한항의 제조방법으로 제조되는 반도체 기판. The semiconductor substrate manufactured by the manufacturing method of any one of Claims 1-5, 8, 9, and 11-13. 제 14항 내지 제 17항, 제 20항, 제 22항 내지 제 24항 중 어느 한항의 제조방법으로 제조되는 반도체 기판. The semiconductor substrate manufactured by the manufacturing method of any one of Claims 14-17, 20, and 22-24.
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