KR101173985B1 - 기판 제조 방법 - Google Patents

기판 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101173985B1
KR101173985B1 KR1020110048838A KR20110048838A KR101173985B1 KR 101173985 B1 KR101173985 B1 KR 101173985B1 KR 1020110048838 A KR1020110048838 A KR 1020110048838A KR 20110048838 A KR20110048838 A KR 20110048838A KR 101173985 B1 KR101173985 B1 KR 101173985B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
buffer layer
nitride
base substrate
mask
Prior art date
Application number
KR1020110048838A
Other languages
English (en)
Inventor
이혜용
김진훈
최영준
장현수
오해곤
황현희
Original Assignee
주식회사루미지엔테크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사루미지엔테크 filed Critical 주식회사루미지엔테크
Priority to KR1020110048838A priority Critical patent/KR101173985B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101173985B1 publication Critical patent/KR101173985B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12041—LED
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 기판 제조 방법에 관한 것으로, 기초 기판의 소정 영역에 복수의 보이드를 형성하는 단계와, 보이드로부터 국부적으로 지지되고 기초 기판과 연결되는 버퍼층을 성장시키는 단계와, 버퍼층 상에 질화물층을 성장시키는 단계와, 질화물층과 버퍼층을 분리하는 단계를 포함하는 기판 제조 방법을 제시한다.

Description

기판 제조 방법{Method of manufacturing a substrate}
본 발명은 기판 제조 방법에 관한 것으로, 특히 질화물 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자는 반도체 공정 기술을 이용하여 소정의 기판 상에 파워 소자, 발광 소자, 수광 소자 등의 전자 소자를 구현한 전자 부품의 하나이다. 예를 들어, 파워 소자는 기판 상에 트랜지스터, MOSFET, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), 숏트키 다이오드 등이 구현되고, 수광 소자는 기판 상에 태양 전지, 포토 센서 등이 구현된다.
특히, 갈륨 질화물(GaN) 등의 질화물 반도체는 우수한 물리적, 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등의 발광 소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다. 질화물 반도체를 이용한 LED 또는 LD는 청색 또는 녹색 파장대의 광을 얻기 위한 발광 소자에 많이 사용되고 있으며, 이러한 발광 소자는 전광판, 조명 장치 등의 각종 제품의 광원으로 응용되고 있다.
이러한 GaN 등의 질화물 반도체를 이용한 발광 소자는 주로 사파이어를 기판으로 이용하고 사파이어 기판 상에 질화물층을 형성한다. 그러나, 사파이어와 질화물층은 격자 상수 및 열 팽창 계수가 차이나고, 그로 인해 사파이어 기판 상에 질화물층을 형성하면 결정성 결함이 발생하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 프리 스탠딩(free standing) 질화물 기판을 제조하고, 이를 이용하여 발광 소자를 제조하려고 시도되고 있다. 프리 스탠딩 질화물 기판은 사파이어 기판 상부에 질화물층을 성장시킨 후 사파이어 기판으로 레이저를 조사하여 레이저 광에 의한 열 에너지에 의해 사파이어 기판과 질화물층을 분리하여 제조하게 된다.
그러나, 사파이어 기판은 크기가 제한적이기 때문에 대면적의 질화물층을 형성할 수가 없다. 또한, 사파이어 기판은 고가이고 레이저 공정도 고가이기 때문에 제조 비용이 증가하는 단점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 실리콘 기판을 이용하여 그 상부에 질화물층을 성장시키려고 노력하고 있다. 실리콘 기판은 사파이어 기판에 비해 저가이면서 면적이 크기 때문에 적은 제조 비용으로 대면적의 질화물층을 형성할 수가 있다. 그러나, 실리콘 기판과 질화물층은 열팽창계수의 차이가 57% 정도로 크기 때문에 질화물층의 성장 과정에서 질화물층에 크랙(crack)이 발생하거나 실리콘 기판과 동시에 크랙이 발생하게 된다.
본 발명은 품질이 우수한 질화물 기판의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 기초 기판으로부터 부분적으로 지지되도록 버퍼층을 형성한 후 버퍼층 상에 질화물층을 형성함으로써 질화물층을 질화물층의 크랙을 방지할 수 있는 기판 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 실리콘 기판을 이용하여 대면적의 질화물층을 형성하고 이를 이용한 기판 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 기판 제조 방법은 기초 기판의 소정 영역에 복수의 보이드를 형성하는 단계; 상기 보이드로부터 국부적으로 지지되고 상기 기초 기판과 연결되는 버퍼층을 성장시키는 단계; 상기 버퍼층 상에 질화물층을 성장시키는 단계; 및 상기 질화물층과 상기 버퍼층을 분리하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따른 기판 제조 방법은 기초 기판 상에 더미층을 형성하는 단계; 상기 더미층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층을 패터닝하여 상기 더미층의 일부를 노출시키는 단계; 상기 버퍼층 상에 질화물층을 형성하는 단계; 및 상기 질화물층과 상기 버퍼층을 분리하는 단계를 포함한다.
상기 기초 기판은 실리콘, 사파이어, SiC을 포함한다.
상기 보이드는 상기 기초 기판 상에 소정 패턴의 마스크층을 형성한 후 상기 마스크층을 식각 마스크로 상기 기초 기판을 식각하여 형성하고, 상기 버퍼층은 상기 마스크층 사이의 상기 기초 기판의 상기 보이드 저면으로부터 성장되어 상기 마스크층 상부에 형성된다.
상기 보이드는 상기 기초 기판 상에 더미층 및 소정 패턴의 마스크층을 형성한 후 상기 마스크층을 식각 마스크로 상기 더미층을 식각하여 형성하고, 상기 버퍼층은 상기 마스크층 사이로 노출된 상기 기초 기판의 표면으로부터 성장되어 상기 마스크층 상부로 형성된다.
상기 질화물층은 상기 패터닝된 버퍼층 상에서 측면 성장되어 상기 버퍼층의 전체 상에 형성된다.
상기 버퍼층은 상기 질화물층과의 열팽창 계수의 차이가 상기 기초 기판과 상기 질화물층의 열팽창 계수의 차이보다 적은 물질로 형성한다.
상기 버퍼층은 식각 용액을 이용하여 습식 식각으로 제거하여 분리한다.
본 발명의 일 실시 예는 기초 기판의 소정 영역에 복수의 보이드를 형성하고 보이드로부터 버퍼층을 성장시켜 형성한 후 버퍼층 상에 질화물층을 형성하고 버퍼층을 분리하여 질화물 기판을 제조한다. 즉, 본 발명은 버퍼층이 기초 기판으로부터 국부적으로 지지되어 형성되므로 스트레스를 줄일 수 있고, 그에 따라 버퍼층의 크랙을 방지할 수 있다.
따라서, 기초 기판 상에 질화물층을 성장시키지 않고 버퍼층 상에 질화물층을 성장시키고 버퍼층에 크랙이 발생되지 않거나 크랙의 발생이 억제되기 때문에 버퍼층 상에 형성되는 질화물층의 결함 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 버퍼층과 질화물층을 소정의 식각 용액을 이용하여 분리할 수 있으므로 기존의 레이저를 이용하여 분리하는 경우에 비해 질화물층의 스트레스를 줄일 수 있고, 그에 따라 질화물층의 결함을 방지할 수 있다.
그리고, 제작 공정이 용이하고 두꺼운 질화물 기판의 제조가 가능하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 제조 방법을 설명하기 위한 순서적으로 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 기판 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 층 및 각 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 표현하였으며 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하도록 하였다. 또한, 층, 막, 영역 등의 부분이 다른 부분 “상부에” 또는 “상에” 있다고 표현되는 경우는 각 부분이 다른 부분의 “바로 상부” 또는 “바로 위에” 있는 경우뿐만 아니라 각 부분과 다른 부분의 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도이다.
도 1(a)를 참조하면, 기초 기판(110) 상에 마스크층(120)을 형성하고, 기초 기판(110)의 소정 영역이 노출되도록 마스크층(120)의 소정 영역을 패터닝한다. 기초 기판(110)은 소정 면적을 갖는 대략 플레이트 형상을 갖는다. 이러한 기초 기판(110)은 실리콘, 사파이어, SiC 등의 기판을 이용할 수 있는데, 비교적 저가이며 대면적이 가능한 실리콘을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 마스크층(120)은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4) 등의 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 물론, 마스크층(120)은 이들 물질에 한정되지 않고, 기초 기판(110)과 식각 선택비가 큰 물질을 이용할 수 있다. 마스크층(120)은 다양한 방식으로 형성할 수 있는데, 예를 들어 화학기상증착 공정을 이용할 수 있고, 예를 들어 실리콘 산화물을 형성하는 경우 SiH4 가스와 산소 가스를 이용하여 형성할 수 있다. 한편, 마스크층(120)을 패터닝하기 위해 예를 들어 마스크층(120) 상에 감광막(미도시)을 형성하고 소정의 마스크를 이용한 사진 및 현상 공정으로 감광막을 패터닝한 후 패터닝된 감광막을 식각 마스크로 마스크층(120)을 식각할 수 있다. 이때, 마스크층(120)은 기초 기판(110)의 복수의 소정 영역을 부분적으로 노출시키는 도트(dot) 형상, 원 형상, 사각 형상 또는 스크라이프(stripe) 형상 등 다양한 형상으로 패터닝할 수 있다. 또한, 마스크층(120)을 패터닝하기 위해 기초 기판(110)과의 식각 선택비가 예를 들어 10:1 이상인 식각 가스 또는 식각 용액을 이용하여 기초 기판(110)은 손상되지 않고 마스크층(120)만을 패터닝할 수 있다.
도 1(b)를 참조하면, 패터닝된 마스크층(120)을 식각 마스크로 이용하여 마스크층(120)에 의해 노출된 기초 기판(110)을 식각한다. 이때, 식각 공정은 기초 기판(110)과 마스크층(120)의 식각 선택비가 예를 들어 10:1 이상인 식각 가스 또는 식각 용액을 이용하여 실시함으로써 마스크층(120)은 손상되지 않고 기초 기판(110)만 소정 깊이로 식각할 수 있다. 또한, 기초 기판(110)은 마스크층(120)에 의해 노출된 영역뿐만 아니라 마스크층(120) 하부의 소정 영역이 제거되도록 한다. 즉, 기초 기판(110)은 식각 깊이와 폭이 대략 동일하도록 등방성 식각되도록 한다. 따라서, 기초 기판(110)에는 복수의 보이드(130)가 형성되고, 그에 따라 마스크층(120)과 기초 기판(110) 사이에 오버행이 형성된다.
도 1(c)를 참조하면, 마스크층(140) 상에 버퍼층(140)을 형성한다. 버퍼층(140)은 기초 기판(110)의 보이드(130)의 저면으로부터 성장되어 마스크층(140) 상으로 소정 두께 형성된다. 여기서, 버퍼층(140)은 이후 형성되는 질화물층과 격자 상수의 차이가 거의 물질로 형성하며, 예를 들어 질화물층으로 GaN층을 형성하는 경우 버퍼층(140)은 AlN층으로 형성할 수 있다. 즉, 버퍼층(140)은 질화물로 형성할 수 있다. 이러한 버퍼층(140)은 다양한 방법으로 형성될 수 있는데, 예를 들어 HVPE 방법, MOCVD 방법, 스퍼터링 방법 또는 CVD 방법 등을 이용하여 형성할 수도 있다. 따라서, 버퍼층(140)은 보이드(130)의 기초 기판(110) 상으로부터 마스크층(140)의 패턴 사이로 성장되어 마스크층(140) 상에 소정 두께로 형성된다. 즉, 버퍼층(140)은 기초 기판(110)의 소정 영역에 국부적으로 지지되어 형성된다. 이렇게 버퍼층(140)이 기초 기판(110)에 국부적으로 지지되어 형성됨으로써 버퍼층(140)과 기초 기판(110)이 열팽창계수의 차이가 크게 나는 경우에도 버퍼층(140)의 스트레스를 완화시킬 수 있고, 그에 따라 버퍼층(140)의 크랙 발생을 방지할 수 있다. 버퍼층(140)은 두껍게 형성할수록 결정성이 우수하고, 그에 따라 이후 버퍼층(140) 상에 형성되는 질화물층의 결정성이 우수하게 된다. 따라서, 버퍼층(140)은 예를 들어 수천Å 내지 수백㎛의 두께로 형성할 수 있다. 한편, 버퍼층(140)은 AlN층 이외에 다양한 물질로 형성할 수 있는데, GaN층, AlGaN층, InGaN층, AlInGaN층 등으로 형성할 수 있다. 즉, 버퍼층(140)과 이후 버퍼층(140) 상에 형성되는 질화물층은 물성이 다른 질화물로 형성할 수 있다.
도 1(d)를 참조하면, 버퍼층(140) 상에 질화물층(150)을 형성한다. 질화물층(150)은 예를 들어 GaN층으로 형성할 수 있다. 질화물층(150)은 다양한 방법으로 형성할 수 있는데, 예를 들어 HVPE 방법, MOCVD 방법, 스퍼터링 방법 또는 CVD 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 여기서, 질화물층(150)은 이와 격자 상수의 차가 거의 없는 버퍼층(140) 상에 형성되기 때문에 크랙이 발생되지 않고 두꺼운 두께로 형성할 수 있다. 따라서, 질화물층(150)은 수백 ㎛의 두께로 형성할 수 있다. 한편, 질화물층(150)은 GaN층 이외에 예를 들어 AlGaN층, InGaN층, AlInGaN층 등 다양한 물질으로 형성할 수 있다. 즉, 질화물층(150)과 버퍼층(140)은 물성이 다른 질화물로 형성할 수 있다.
도 1(e)를 참조하면, 소정의 식각 용액을 이용하여 버퍼층(140)을 제거함으로써 버퍼층(140)과 질화물층(150)을 분리한다. 버퍼층(140)이 예를 들어 AlN층으로 형성되면 예를 들어 KOH를 이용하여 버퍼층(140)을 제거할 수 있다. 따라서, 질화물층(150)으로 이루어진 질화물 기판(150A)을 제조할 수 있다. 이렇게 식각 용액을 이용하여 버퍼층(140)을 제거함으로써 레이저를 이용하여 리프트오프하는 경우 질화물층(150)에 발생될 수 있는 결함을 방지할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 제조 방법은 기초 기판(110)의 소정 영역에 복수의 보이드(130)를 형성하고 보이드(130)로부터 버퍼층(140)을 형성한 후 버퍼층(140) 상에 질화물층(150)을 형성하고 버퍼층(140)을 분리하여 질화물 기판(150A)을 제조한다. 즉, 버퍼층(140)이 기초 기판(110)에 국부적으로 지지되어 형성된다. 따라서, 버퍼층(140)의 스트레스를 줄일 수 있고, 그에 따라 버퍼층(140)의 크랙을 방지할 수 있다. 또한, 버퍼층(140)에 크랙이 발생되지 않기 때문에 그 상에 형성되는 질화물층(150)에 결함이 발생되지 않고 형성될 수 있다. 그리고, 버퍼층(140)과 질화물층(150)을 소정의 식각 용액을 이용하여 분리할 수 있으므로 기존의 레이저를 이용하여 분리하는 경우에 비해 질화물층(150)의 스트레스를 줄일 수 있고, 그에 따라 질화물층(150)의 결함을 방지할 수 있다.
상기한 본 발명에 따른 기판 제조 방법은 기초 기판(110) 상에 국부적으로 지지되도록 버퍼층(140)을 형성한 후 그 상에 질화물층(150)을 형성하는 다양한 방법으로 변형 가능하며, 도 2 및 도 3을 이용하여 본 발명의 다른 실시 예들에 따른 기판 제조 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도이다.
도 2(a)를 참조하면, 기초 기판(110) 상에 더미층(115) 및 마스크층(120)을 형성하고, 더미층(115)의 소정 영역이 노출되도록 마스크층(120)의 소정 영역을 패터닝한다. 기초 기판(110)은 실리콘, 사파이어, SiC 등의 기판을 이용할 수 있다. 또한, 더미층(115)은 기초 기판(110) 및 마스크층(120)과 식각 선택비가 큰 물질로 형성할 수 있는데, 예를 들어 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등의 물질을 이용할 수 있다. 그리고, 마스크층(120)은 더미층(115)과 식각 선택비가 큰 물질로 형성할 수 있는데, 예를 들어 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 등의 물질을 이용할 수 있다. 예를 들어 더미층(115)이 실리콘 산화물로 형성되고, 마스크층(120)은 실리콘 질화물로 형성할 수 있다. 물론, 더미층(115) 및 마스크층(120)은 이들 물질에 한정되지 않고, 이들 사이에 식각 선택비가 크고, 기초 기판(110)과 식각 선택비가 큰 물질을 이용할 수 있다. 이때, 마스크층(120)은 기초 기판(110)의 복수의 소정 영역을 부분적으로 노출시키는 도트(dot) 형상, 원 형상, 사각 형상 또는 스크라이프(stripe) 형상 등 다양한 형상으로 패터닝할 수 있다.
도 2(b)를 참조하면, 패터닝된 마스크층(120)을 식각 마스크로 이용하여 마스크층(120)에 의해 노출된 더미층(115)을 식각한다. 이때, 식각 공정은 더미층(115)과 마스크층(120)의 식각 선택비가 예를 들어 10:1 이상인 식각 가스 또는 식각 용액을 이용하여 실시할 수 있다. 또한, 더미층(115)은 마스크층(120)에 의해 노출된 영역 뿐만 아니라 마스크층(120) 하부의 소정 영역이 제거되도록 한다. 즉, 더미층(115)이 등방성 식각되도록 한다. 따라서, 더미층(115)에는 기초 기판(110)을 노출시키는 복수의 보이드(130)가 형성되고, 그에 따라 마스크층(120)과 더미층(115) 사이에 오버행이 형성된다.
도 2(c)를 참조하면, 마스크층(120) 상에 버퍼층(140)을 형성한다. 버퍼층(140)은 더미층(115)의 보이드(130)로부터 성장되어 마스크층(120) 상으로 소정 두께 형성된다. 즉, 버퍼층(140)은 더미층(115)에 의해 노출된 기초 기판(110)의 표면으로부터 성장된다. 여기서, 버퍼층(140)은 이후 형성되는 질화물층과 격자 상수의 차이가 거의 같은 물질로 형성하며, 예를 들어 질화물층으로 GaN층을 형성하는 경우 버퍼층(140)은 AlN층으로 형성한다. 따라서, 버퍼층(140)은 보이드(130)에 의해 노출된 기초 기판(110) 상으로부터 마스크층(120)의 패턴 사이로 성장되어 마스크층(120) 상에 소정 두께로 형성된다. 즉, 버퍼층(140)은 기초 기판(110)의 소정 영역에 국부적으로 지지되어 형성된다. 이렇게 버퍼층(140)이 기초 기판(110)에 국부적으로 지지되어 형성됨으로써 버퍼층(140)과 기초 기판(110)이 열팽창계수의 차이가 크게 나는 경우에도 버퍼층(140)의 스트레스를 완화시켜 버퍼층(140)에 크랙이 발생되지 않는다. 버퍼층(140)은 두껍게 형성할수록 결정성이 우수하고, 그에 따라 이후 버퍼층(140) 상에 형성되는 질화물층의 결정성이 우수하게 된다. 따라서, 버퍼층(140)은 예를 들어 수천Å 내지 수백㎛의 두께로 형성할 수 있다. 한편, 버퍼층(140)은 AlN층 이외에 다양한 물질로 형성할 수 있는데, GaN층, AlGaN층, InGaN층, AlInGaN층 등으로 형성할 수 있다. 즉, 버퍼층(140)과 이후 그 상에 형성되는 질화물층은 물성이 다른 질화물로 형성할 수 있다.
도 2(d)를 참조하면, 버퍼층(140) 상에 질화물층(150)을 형성한다. 질화물층(150)은 예를 들어 GaN층으로 형성할 수 있다. 여기서, 질화물층(150)은 이와 격자 상수의 차가 거의 없는 버퍼층(140) 상에 형성되기 때문에 크랙이 발생되지 않고 두꺼운 두께로 형성할 수 있다. 한편, 질화물층(150)은 GaN층 이외에 예를 들어 AlGaN층, InGaN층, AlInGaN층 등 다양한 물질층으로 형성할 수 있다. 즉, 질화물층(150)은 버퍼층(140)과 물성이 다른 질화물로 형성할 수 있다.
도 2(e)를 참조하면, 소정의 식각 용액을 이용하여 버퍼층(140)을 제거함으로써 버퍼층(140)과 질화물층(150)을 분리한다. 버퍼층(140)이 예를 들어 AlN층으로 형성되면 예를 들어 KOH를 이용하여 버퍼층(140)을 제거할 수 있다. 따라서, 질화물층(150)으로 이루어진 질화물 기판(150A)을 제조할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 기판 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도이다.
도 3(a)를 참조하면, 기초 기판(110) 상에 더미층(115) 및 버퍼층(140)을 형성한다. 기초 기판(110)은 실리콘, 사파이어, SiC 등의 기판을 이용할 수 있다. 또한, 더미층(115)은 버퍼층(140)과 식각 선택비가 큰 물질로 형성할 수 있는데, 예를 들어 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등의 물질을 이용할 수 있다. 버퍼층(140)은 이후 형성되는 질화물층과 격자 상수의 차이가 거의 물질로 형성하며, 예를 들어 질화물층으로 GaN층을 형성하는 경우 버퍼층(140)은 AlN층으로 형성한다. 버퍼층(140)은 예를 들어 스퍼터링 방법으로 형성할 수 있는데, 초기에는 결정성이 좋지 않은 박막으로 증착되다가 일정 두께 이상으로 증착되면 주상 구조를 가지는 결정성 박막으로 형성되면서 결정성도 좋아지게 된다. 또한, 버퍼층(140)을 두껍게 형성하기 위해서는 버퍼층(140)과 더미층(115)의 스트레스를 최소화해야 하는데, 이는 버퍼층(140)의 증착 조건을 적절히 조절함으로써 가능하다. 예를 들어 증착 압력, 파워, 이용 가스의 종류 및 비율 등을 조절하여 스트레스가 거의 없는 조건을 확보할 수 있다.
도 3(b)를 참조하면, 더미층(115)의 소정 영역이 노출되도록 버퍼층(140)을 패터닝한다. 이때, 버퍼층(140)은 더미층(115)의 복수의 소정 영역을 부분적으로 노출시키는 도트(dot) 형상, 원 형상, 사각 형상 또는 스크라이프(stripe) 형상 등 다양한 형상으로 패터닝할 수 있다.
도 3(c)에 도시된 바와 같이 패터닝된 버퍼층(140) 상으로부터 질화물층(150)을 측면 성장시켜 도 3(d)에 도시된 바와 같이 질화물층(150)을 형성한다. 즉, 패터닝된 버퍼층(140) 상으로부터 질화물을 에피택셜 측면 과도성장(epitaxial laterial overgroth; ELO)시키면 질화물이 측면으로 성장되면서 상부로 성장하게 되고, 그에 따라 소정 두께의 질화물층(150)이 형성된다. 즉, 질화물층(150)은 공정 변수에 따라 수평 및 수직 성장 비율을 조절할 수 있는데, 온도, 압력 및 Ⅲ/Ⅴ 비율(ratio) 등의 공정 조건으로 수평 성장이 수직 성장에 비해 우세해지도록 할 수 있다. 예를 들어 수직 성장에 비해 온도 및 Ⅲ/Ⅴ 비율(ratio)을 높이고 압력을 낮추면 수평 성장이 우세해지게 되는데, 이러한 조건을 조절하여 버퍼층(140) 상으로부터 질화물층(150)이 측면으로 성장되면서 상부로 성장된다. 또한, 버퍼층(140)에 질화물이 성장되고 더미층(115)에는 질화물 성장이 상대적으로 억제되는 경향이 있으므로 이러한 성장 조건에서 ELO 성장이 가능하게 된다. 이렇게 기초 기판(110) 상에 국부적으로 버퍼층(140)을 형성하고, 그 상부에 질화물층(150)을 형성함으로써 질화물층(150)의 스트레스가 완화되어 질화물층(150)에 크랙이 발생되지 않는다. 한편, 질화물층(150)은 GaN층 이외에 예를 들어 AlGaN층, InGaN층, AlInGaN층 등 다양한 물질층으로 형성할 수 있다. 즉, 질화물층(150)은 버퍼층(140)과 물성이 다른 질화물로 형성할 수 있다.
도 3(e)를 참조하면, 소정의 식각 용액을 이용하여 버퍼층(140)을 제거함으로써 버퍼층(140)과 질화물층(150)을 분리한다. 버퍼층(140)이 예를 들어 AlN층으로 형성되면 예를 들어 KOH를 이용하여 버퍼층(140)을 제거할 수 있다. 따라서, 질화물층(150)으로 이루어진 질화물 기판(150A)을 제조할 수 있다.
본 발명은 상기에서 서술된 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허청구범위에 의해서 이해되어야 한다.
110 : 기초 기판 115 : 더미층
120 : 마스크층 130 : 보이드
140 : 버퍼층 150 : 질화물층
150A : 질화물 기판

Claims (10)

  1. 기초 기판의 소정 영역에 복수의 보이드를 형성하는 단계;
    상기 보이드로부터 국부적으로 지지되고 상기 기초 기판과 연결되는 버퍼층을 성장시키는 단계;
    상기 버퍼층 상에 질화물층을 성장시키는 단계; 및
    상기 질화물층과 상기 버퍼층을 분리하는 단계를 포함하는 기판 제조 방법.
  2. 기초 기판 상에 더미층을 형성하는 단계;
    상기 더미층 상에 버퍼층을 형성하는 단계;
    상기 버퍼층을 패터닝하여 상기 더미층의 일부를 노출시키는 단계;
    상기 버퍼층 상에 질화물층을 형성하는 단계; 및
    상기 질화물층과 상기 버퍼층을 분리하는 단계를 포함하는 기판 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기초 기판은 실리콘, 사파이어, SiC을 포함하는 기판 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 보이드는 상기 기초 기판 상에 소정 패턴의 마스크층을 형성한 후 상기 마스크층을 식각 마스크로 상기 기초 기판을 식각하여 형성하는 기판 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 버퍼층은 상기 마스크층 사이의 상기 기초 기판의 상기 보이드 저면으로부터 성장되어 상기 마스크층 상부에 형성되는 기판 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 보이드는 상기 기초 기판 상에 더미층 및 소정 패턴의 마스크층을 형성한 후 상기 마스크층을 식각 마스크로 상기 더미층을 식각하여 형성하는 기판 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 버퍼층은 상기 마스크층 사이로 노출된 상기 기초 기판의 표면으로부터 성장되어 상기 마스크층 상부로 형성되는 기판 제조 방법.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 질화물층은 상기 패터닝된 버퍼층 상에서 측면 성장되어 상기 버퍼층의 전체 상에 형성되는 기판 제조 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 버퍼층은 상기 질화물층과의 열팽창 계수의 차이가 상기 기초 기판과 상기 질화물층의 열팽창 계수의 차이보다 적은 물질로 형성하는 기판 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 버퍼층은 식각 용액을 이용하여 습식 식각으로 제거하여 분리하는 기판 제조 방법.
KR1020110048838A 2011-05-24 2011-05-24 기판 제조 방법 KR101173985B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110048838A KR101173985B1 (ko) 2011-05-24 2011-05-24 기판 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110048838A KR101173985B1 (ko) 2011-05-24 2011-05-24 기판 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101173985B1 true KR101173985B1 (ko) 2012-08-16

Family

ID=46887256

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110048838A KR101173985B1 (ko) 2011-05-24 2011-05-24 기판 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101173985B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102110481B1 (ko) * 2019-04-22 2020-05-13 한국산업기술대학교산학협력단 단결정 다이아몬드 제조 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008110895A (ja) 2006-10-31 2008-05-15 Mitsubishi Cable Ind Ltd 窒化物半導体結晶の製造方法
JP2010168273A (ja) 2008-12-26 2010-08-05 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体の製造方法、およびテンプレート基板

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008110895A (ja) 2006-10-31 2008-05-15 Mitsubishi Cable Ind Ltd 窒化物半導体結晶の製造方法
JP2010168273A (ja) 2008-12-26 2010-08-05 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体の製造方法、およびテンプレート基板

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102110481B1 (ko) * 2019-04-22 2020-05-13 한국산업기술대학교산학협력단 단결정 다이아몬드 제조 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100706951B1 (ko) 수직구조 질화갈륨계 ｌｅｄ 소자의 제조방법
KR101640830B1 (ko) 기판 구조체 및 그 제조 방법
US20120187444A1 (en) Template, method for manufacturing the template and method for manufacturing vertical type nitride-based semiconductor light emitting device using the template
KR102071034B1 (ko) 질화물 기판 제조 방법
US8877652B2 (en) Substrate structure and method of manufacturing the same
JP5979547B2 (ja) エピタキシャルウェハ及びその製造方法
KR100705225B1 (ko) 수직형 발광소자의 제조방법
KR101146819B1 (ko) 단결정 기판의 제조방법, 이에 의해 제조된 단결정 기판, 상기 단결정 기판을 포함하는 발광소자, 및 이의 제조방법
KR20050062832A (ko) 발광 소자용 질화물 반도체 템플레이트 제조 방법
WO2017101520A1 (zh) 氮化物底层及其制作方法
US20140151714A1 (en) Gallium nitride substrate and method for fabricating the same
KR101173985B1 (ko) 기판 제조 방법
KR101178504B1 (ko) 기판 제조 방법
KR20180070781A (ko) 질화물 반도체 기판의 형성 방법 및 반도체 소자의 제조 방법
KR101652791B1 (ko) 반도체 소자 제조 방법
JP5946333B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体デバイス及びその製造方法
JP2009084136A (ja) 半導体デバイスの製造方法
CN102005370B (zh) 一种制备同质外延衬底的方法
KR100834698B1 (ko) 질화 갈륨 박막 형성 방법 및 이 방법에 의해 제조된 질화갈륨 박막 기판
KR20100061062A (ko) 질화물 단결정 박막의 성장 방법 및 이를 이용한 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법
KR100969159B1 (ko) 질화물 반도체 기판의 제조 방법
KR101901932B1 (ko) 이종 기판, 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법
KR20100020936A (ko) 파티션화된 기판 상에 제작되는 반도체 소자용 고품질 경계부 형성 방법
KR101112118B1 (ko) 자립형 ｉｉｉ족 질화물 기판의 제조방법
KR101240168B1 (ko) 질화물 막 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150811

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160809

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170809

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180809

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190807

Year of fee payment: 8