KR101485908B1 - Structure and Device fabrication method of high temperature Epitaxial layer growth on hetero substrate - Google Patents

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Abstract

본 발명의 이종 기판 제조 방법은, 베이스 기판의 상부에 인터 레이어를 성장하는 단계, 인터 레이어 상에 탑 레이어를 형성하는 단계, 탑 레이어 상에 저온의 버퍼 레이어를 성장하는 단계, 버퍼 레이어 상에 고온의 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 레이어를 형성하는 단계, 및 에피 레이어 성장 시 인터 레이어가 유동성을 가지면서 베이스 기판과 접촉하는 인터 레이어 일부가 베이스 기판과 반응하여 베이스 기판과 상기 인터 레이어 사이에 인터 믹싱 레이어를 형성하는 단계를 포함한다. 이와 같은 본 발명에 따르면, 고온에서 에피 레이어를 성장하기 위해 온도를 올릴 때 인터 레이어가 유동성을 갖게 되고 이 부분이 베이스 기판과 인터 믹싱(inter mixing)되어 최종 성장되는 에피 레이어가 반도체 베이스 기판의 격자 상수에 영향을 받지 않는 대면적에 유리한 고품위의 특성을 갖게 한다.The method of manufacturing a heterogeneous substrate of the present invention includes the steps of growing an interlayer on top of a base substrate, forming a top layer on the interlayer, growing a low-temperature buffer layer on the top layer, (III-Nitride) epitaxial layer of the base layer and a portion of the interlayer where the interlayer is in fluid contact with the base substrate during epitaxial growth, reacts with the base substrate to form an interlayer between the base substrate and the interlayer Lt; RTI ID = 0.0 > intermixing < / RTI > According to the present invention, when the temperature is raised to grow the epitaxial layer at a high temperature, the interlayer becomes fluid and the epitaxial layer, which is finally grown by intermixing this portion with the base substrate, It has a high-quality characteristic that is advantageous for a large area which is not influenced by a constant.

Description

고온 에피층을 이종 기판에 성장하는 구조 및 그 제조 방법 {Structure and Device fabrication method of high temperature Epitaxial layer growth on hetero substrate}Technical Field [0001] The present invention relates to a structure for growing a high-temperature epitaxial layer on a hetero-

본 발명은 인터 레이어(inter layer)의 이동성 특성을 이용하여 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 레이어를 반도체 기판 위에 형성하는 구조 및 방법에 관한 것으로서, 한편으로는 반도체 기판과 에피 레이어 사이에 인터 레이어를 개재하고, 에피 레이어의 에피택시 과정에서 인터 레이어가 반도체 기판과의 확산 반응을 통해 인터 믹싱 레이어를 형성함으로써, 반도체 기판과 에피 레이어의 격자 불일치 및 열팽창 계수에 관계없이 결함 없는 고품위의 박막을 성장(growing) 및 분리(lift off)할 수 있고, 다른 한편으로는 인터 레이어와 에피 레이어 사이에 탑 레이어를 더 개재함으로써, 에피 레이어의 에피택시 과정에서 에피 레이어와 인터 레이어와의 혼합 및 확산 반응은 차단되는 이종 기판 및 그 제조 방법을 제공한다.The present invention relates to a structure and a method for forming a III-nitride epitaxial layer on a semiconductor substrate by using the mobility characteristic of an interlayer, and more particularly, to a structure and a method for forming a III- Interlayer is formed by diffusion reaction between the interlayer and the semiconductor substrate during the epitaxial process of the epitaxial layer, thereby forming a high-quality defect-free thin film regardless of the lattice mismatch and the thermal expansion coefficient of the semiconductor substrate and the epi- And on the other hand by interposing a top layer between the interlayers and the epi-layer, the epitaxial layer and the interlayer can be mixed and diffused during the epitaxial process of the epi-layer And a method of manufacturing the same.

최근 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 레이어를 이용한 전력 반도체 광 소자, RF 소자나 센서의 제작이 확대되고 있다. 그러나 성능을 향상시키고, 생산성을 높이려는 시도가 주요 관심사로 떠오르고 있다. 이러한 이유는 3족 질화계(Ⅲ-Nitride)를 사파이어(sapphire), 실리콘(Si), 탄화규소(SiC)와 같은 기판에 성장했을 때, 전기전도도가 의존하는 문제점이나 고밀도의 결정결함에 의한 문제점이나 혹은 직경이 작아서 생산성이 너무 낮아 경제적 가치가 부족한 문제점을 지니고 있기 때문이다.Recently, the fabrication of power semiconductor optical devices, RF devices and sensors using III-nitride epitaxial layers has been expanded. However, attempts to improve performance and increase productivity are becoming a major concern. The reason for this is that when III-nitride is grown on a substrate such as sapphire, silicon, or silicon carbide (SiC), there is a problem of dependency on electric conductivity or a problem caused by a high density of crystal defects Or the diameter is so small that productivity is so low that it lacks economic value.

예를 들어 종래에는 GaN을 위주로 하는 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 레이어를 이용하여 Red-Green-Blue, UV, White 발광 소자를 제작하는 응용이 크게 확대되어 왔다. 예로써 (T.K. Kim, S.H. Kim, S.S. Yang, J.K. Son, K.H. Lee, Y.G. Hong, K.H. Shim, J.W. Yang, K.Y. Lim, S.J. Bae, G.M. Yang, “GaN-based light emitting diode with textured indium tin oxide transparent layer coated with Al2O3 powder,” Appl. Phys. Lett. Vol. 94, No. 16, pp. 161107-1~3 (2009))와 같이, 발광 소자는 사파이어(Sapphire)에 3족 질화계(Ⅲ-Nitride)를 주로 성장하여 이용한다. 여기에서 발광 효율을 높이기 위해 나노 입자를 이용하거나 패턴닝되는 기판을 이용하는 여러 가지 기술이 동원되고 있다.For example, applications for manufacturing Red-Green-Blue, UV, and White light emitting devices using GaN-based III nitride epitaxial layers have been greatly expanded. A GaN-based light emitting diode with a textured indium tin oxide transparent layer (hereinafter referred to as " GaN-based light emitting diode " (III-Nitride (Al2O3) powder) is added to the sapphire, as in the case of Al2O3-coated Al2O3 powder, Appl. Phys. Lett. Vol. 94, No. 16, pp. 161107-1 ) Are mainly grown and used. Here, in order to increase the luminous efficiency, various techniques using a nanoparticle or a substrate to be patterned are used.

그리고 최근에는 전자 소자로 쇼트키 배리어 다이오드(Schottky barrier didoe), HEMT(High Electron Mobility Transistor), MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)과 같은 소자가 연구 개발되었으며, 그 중에 일부 기술은 상용화되는 단계에 이르렀다. 그런데 최근 전력 제어의 전압과 전력은 물론 동작속도가 더욱 빨라지면서 스위칭하는 전류제어 기울기가 dI/dt~100 A/us로 급속하게 통제되게 되었고, 이에 따라 전력제어 스위칭 시 과전압(overvoltage)과 전력 손실과 고전압에서의 신뢰성 확보의 문제가 심각하다. 특히, 3족 질화계(Ⅲ-Nitride)의 계면이나 표면에서 흐르는 누설 전류는 (S.K. Hong, K.H. Shim, J.W. Yang, “Reduced gate leakage current in AlGaN/GaN HEMT by oxygen passivation of AlGaN surface,” Electronics Letters, Vol. 44, No. 18, Aug, pp. (2008)과 같이 특별한 표면 처리를 통하여 제어되기도 한다. 이와 같이 심각한 표면 및 계면의 결함을 통한 누설 전류의 흐름이나 임계 전압의 변화는 큰 문제이고, 이와 마찬가지로 EOS/ESD에 대한 내성과 안정성의 확보는 매우 중요한 문제이다. In recent years, devices such as Schottky barrier diodes, HEMTs and metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) have been researched and developed as electronic devices, and some technologies have been commercialized . Recently, the current control slope of switching is rapidly controlled from dI / dt to 100 A / us as the operating speed of the power control becomes higher as well as the voltage and power of the power control. Thus, overvoltage and power loss And the problem of ensuring reliability at high voltage is serious. Particularly, the leakage current flowing at the interfaces or surfaces of the III-nitride layer (SKH, KH Shim, JW Yang, "Reduced gate leakage current in AlGaN / GaN HEMT by oxygen passivation of AlGaN surface, The leakage current flow or the change in the threshold voltage due to the serious surface and interface defects is a serious problem (see, for example, Wang et al., Vol. 44, No. 18, Aug., 2008 , As well as ensuring the immunity and stability to EOS / ESD is a very important issue.

현대에는 전력 반도체 소자에서도 실리콘 반도체가 제공하는 고속 동작과 내전압 특성의 한계를 동시에 확대하는 방안 대한 대처가 매우 필요하다. 이와 같이 근래에 FET 소자에 대한 제품개발이 용이해졌음에도 불구하고 동작 속도, 소비 전력, 과전압(over-voltage), 신뢰성, 전력 구동 측면에서 소자의 성능은 아직도 많은 발전이 요구된다. In modern times, there is a great need for countermeasures to simultaneously expand the limitations of high-speed operation and withstand voltage characteristics provided by silicon semiconductors in power semiconductor devices. In spite of the fact that product development for FET devices has become easier in recent years, device performance still needs to be improved in terms of operation speed, power consumption, over-voltage, reliability, and power driving.

그리하여 고내열 고내전압 특성을 갖는 GaN과 같은 3족 질화계(Ⅲ-Nitride)의 반도체를 이용한 고전력 고전압 소자에 대한 기술이 주목되고 있다. 그러나 아직도 소자의 장기적 신뢰성 측면에서 실리콘을 위주로 하는 전력 반도체의 역할이 요구된다. 즉, 고속-고전압 특성이 우수한 GaN 기반의 FET에 있어서 정전기 및 열적-전기적 불안정성을 해소시키는데 실리콘 기반의 장점을 활용할 수 있다. Therefore, a technology for a high-power high-voltage device using a III-nitride semiconductor such as GaN having a high heat-resistant high withstand voltage characteristic is attracting attention. However, in terms of long-term reliability of devices, the role of power semiconductors mainly focusing on silicon is required. In other words, silicon-based advantages can be exploited to overcome static and thermal-electrical instabilities in GaN-based FETs with high-speed and high-voltage characteristics.

상술한 바와 같이 GaN 기반 소자를 실리콘 기판에 올려서 실리콘 소자와 집적화하여 막대한 성능 향상, 생산성 향상, 신뢰성 확보와 같은 효과를 거둘 수 있다. 그러나 이를 위해서는 우수한 결정질의 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 레이어를 실리콘 기판 위에 형성해야 한다. As described above, a GaN-based device is mounted on a silicon substrate and integrated with a silicon device, thereby achieving a great improvement in performance, productivity, and reliability. To do this, however, a good crystalline III-nitride epilayer must be formed on the silicon substrate.

그러나 기존의 기술은 격자 불일치와 열팽창 계수의 불일치에 따라 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 레이어에 발생하는 결함, 크랙(crack), 기판의 물리적 휘어짐과 같은 문제를 해결하지 못하고 있다. However, existing techniques do not solve problems such as defects, cracks, and physical bending of the substrate caused by the lattice mismatch and the thermal expansion coefficient discrepancies in the III-nitride epitaxial layer.

도 1a 내지 도 1f는 종래의 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 레이어의 형성과 관련한 특허와 논문으로 주요 관련 기술의 현황을 보여준다. FIGS. 1A to 1F show the state of related arts related to the formation of a conventional III-nitride epitaxial layer in patents and papers.

도 1a는 (미국특허 US 7,023,025 B2, Apr. 4, 2006, "Crystal Growth Method of Nitride Semiconductor," Johngeon Shin, LG Electronics Inc.) Al을 포함하는 질화계(Nitride) 박막을 버퍼 레이어(22)로 이용하여 질화계(Nitride) 반도체 에피 레이어(23)를 형성하는 방법으로 전기적 특성과 결정성을 개량한다. 금속 산화막(31)을 형성하고 그 위에 나이트라이드 버퍼 레이어(22)를 형성하고 다시 그 위에 나이트라이드 반도체 에피 레이어(23)를 성장한다. 기판(20)과 버퍼 레이어(21)로 각각 사파이어(sapphire)와 GaInN를 사용한다. 사파이어 기판(20)을 사용한 점이나, GaInN 버퍼 레이어(21)를 사용하는 점도 다소 과거에 다른 연구자들에 의해 시도되었던 방식이다.1A is a schematic cross-sectional view of a nitrided thin film containing Al (US Pat. No. 7,023,025 B2, Apr. 4, 2006, "Crystal Growth Method of Nitride Semiconductor," Johngeon Shin, LG Electronics Inc.) Al as a buffer layer 22 To improve the electrical characteristics and crystallinity by a method of forming a nitrided semiconductor epitaxial layer 23 by using a silicon nitride film. A nitride oxide buffer layer 22 is formed on the metal oxide film 31, and then a nitride semiconductor epitaxial layer 23 is grown thereon. Sapphire and GaInN are used for the substrate 20 and the buffer layer 21, respectively. A method using a sapphire substrate 20 or a method using a GaInN buffer layer 21 has been tried by other researchers in the past.

도 1b는 (한국특허 10-046505, 2004년 12월 2일, 백문철, 심규환, 한기평, 김약연, 손영준, 김태엽, 조경익, 홍성의, 윤순길, ETRI). 청색 및 자외선의 발광소재인 Ⅲ족 질화물 반도체 에피 레이어를 실리콘 기판(10)에 형성하는 방법을 제공한다. 실리콘 기판(10)에 AlN를 증착하고 표면을 연산화한 다음 산화막(11a)으로 보호된 AlN 박막(11)의 위에 HVPE(Hydrid Vapor Pressure Epitaxy)법으로 GaN 에피 레이어(12)를 성장한다. 마찬가지로 (S.U. Hong, M.C. Paek, G.P. Han, Y.J. Sohn, T.Y. Kim, K.I. Cho, K.H. Shim, S.G. Yoon, “Characterization of Aluminum Nitride Thin Films on Silicon Substrates Grown by Plasma Assisted Molecular Beam Epitaxy, Jpn. Journal of Applied Phys. (2002))와 같이 PAMBE 방식을 이용하여 AlN을 버퍼 레이어를 실리콘 기판에 저온에서 성장한다. PAMBE로 양질의 AlN을 실리콘 상에 형성할 수 있지만, PAMBE와 MOCVD 내지는 HVPE를 반복해서 사용하므로 불편하다.FIG. 1B is a graph showing the results of the measurement of the temperature of a sample (Korean Patent No. 10-046505, December 2, 2004, Baek Moon Cheol, Kyu Hwan Kim, Han Kyung Pyung, Kim Jung Yoon, Son Young Joon Kim Tae Yeop, Jo Kyung Ik, Hong Sung Un, Yun Sun Kil et. And a group III nitride semiconductor epitaxial layer which is a light emitting material of blue and ultraviolet rays is formed on the silicon substrate 10. AlN is deposited on the silicon substrate 10 and the surface is computed. Then, the GaN epitaxial layer 12 is grown on the AlN thin film 11 protected by the oxide film 11a by HVPE (Hydride Vapor Pressure Epitaxy). (SU Hong, MC Paek, GP Han, YJ Sohn, TY Kim, KI Cho, KH Shim and SG Yoon, "Characterization of Aluminum Nitride Thin Films on Silicon Substrates Grown by Plasma Assisted Molecular Beam Epitaxy, Jpn. (2002)), a buffer layer of AlN is grown on a silicon substrate at a low temperature using a PAMBE method. High quality AlN can be formed on silicon with PAMBE, but it is inconvenient because PAMBE and MOCVD or HVPE are repeatedly used.

도 1c의 (미국특허 US 7,825,006 B2, Nov. 2, 2010, "Lift-off Process for GaN Films Formed on SiC Substrates and Devices Fabricated Using the Method," Shuji Nakamura, Steven DenBarrs, Cree, Inc.). SiC 기판(42)을 사용하며, SiC 기판(42)과 3족 질화계(Ⅲ-Nitride)의 소자(48)와 사이에 리프트-오프(lift-off) 레이어(46)를 형성하고 플립 칩(flip-chip) 구조를 적용하여 광 방출 효율이 높은 광 소자를 제작하는 기술을 제안하였다. 리프트-오프(Lift-off) 레이어(46)로는 InGaN, AlInGaN, AlInGaAs를 사용하며, 리프트-오프(Lift-off) 레이어(46)를 제거하는 목적으로 포토케미컬 에칭(Photochemical etching) 내지는 레이저 리프트-오프(laser lift-off)(LLO) 방식을 채용한다. (US Pat. No. 7,825,006 B2, Nov. 2, 2010, "Lift-off Process for GaN Films Formed on SiC Substrates and Devices Fabricated Using the Method," by Shuji Nakamura, Steven DenBarrs, Cree, Inc.). A lift-off layer 46 is formed between the SiC substrate 42 and the element 48 of the III-nitride system by using the SiC substrate 42 and the flip chip flip-chip structure is applied to fabricate optical devices with high light emission efficiency. InGaN, AlInGaN and AlInGaAs are used as the lift-off layer 46 and photochemical etching or laser lift-off is performed for the purpose of removing the lift-off layer 46. In this case, Laser lift-off (LLO).

도 1d의 (R. Korbutowicz, E. Dumiszewska, J. Prazmowska, "Thick GaN Layers on Sapphire with Various Buffer Layers," Cryst. Res. Technol. 42, No. 12, pp. 1297-1301(2007)). MOVPE(Metal-Oxide Vapor Phase Epitaxy)법으로 사파이어(sapphire)에 composite 기판을 형성한 다음에 그 위에 GaN층을 HVPE법으로 형성한다. 사파이어(Sapphire) 기판에 MOVPE법으로 AlN, GaN/AlN, GaN의 세 종류를 성장하여 합성(composite) 기판으로 이용한다. 그리고 이어서 그 합성(composite) 기판의 위에 GaN을 22~66um의 두께로 성장하는데, GaN-on-Sapphire의 합성 기판에서 가장 결정성이 우수하다. 종래에 많이 알려지고 사용되어온 구조에 대한 연구 결과로 서로 다른 물질이 결정성에 미치는 영향에 대한 연구이다.(R. Korbutowicz, E. Dumiszewska, J. Prazmowska, "Thick GaN Layers on Sapphire with Various Buffer Layers," Cryst. Res. Technol. 42, No. 12, pp. 1297-1301 (2007)). A composite substrate is formed on a sapphire substrate by MOVPE (Metal-Oxide Vapor Phase Epitaxy) method, and then a GaN layer is formed thereon by the HVPE method. Three kinds of AlN, GaN / AlN and GaN are grown on sapphire substrate by MOVPE method and used as a composite substrate. Then, GaN is grown on the composite substrate to a thickness of 22-66 μm, which is the most crystalline in the GaN-on-Sapphire composite substrate. It is a study on the effect of different materials on the crystallinity as a result of studies on structures that have been widely known and used in the past.

도 1e는 (H. Ishikawa, K. Shimanaka, M. Azfar bin M. Amir, Y. Hara, M. Nakanishi, "Inproved MOCVD Growth of GaN on Si-on-porous-Silicon Substrates," Phys. Status Solidi C, No. 7-8, pp. 2049-2051 (2010)). 다공성 실리콘(Porous silicon)에 GaN을 성장하면, 이동(migration)이 심하여 피트(pit)가 심각하게 많이 발생하므로 빈약한 GaN 박막이 형성된다. 따라서 실리콘 에피(Si-epi) 레이어를 다공성 실리콘(porous Si) 위에 성장하여 이용함으로써 크랙이 극히 적게 형성되는 경면의 결정성이 우수한 GaN 에피 레이어를 성장할 수 있다. 또한 AlN와 다공성 실리콘(porous-Si) 사이에 새로운 보이드(Void)는 형성되지 않는다. 그러나 본래의 다공성 실리콘(porous-Si)이 있던 보이드(Void)와 표면에 발생하는 미소한 핀 홀(pin hole)을 완전하게 제거하기 어려운 기술적 문제가 남아있다.Fig. 1e is a cross-sectional view of a GaN on Si-on-porous-Silicon Substrates, " Status Solidi C " , No. 7-8, pp. 2049-2051 (2010)). Growth of GaN on porous silicon results in a poor GaN film because migration is severe and pits are generated significantly. Therefore, a GaN epitaxial layer having excellent crystallinity can be grown by using a silicon epitaxial (Si-epi) layer grown on porous silicon. No new voids are formed between AlN and porous silicon. However, there remains a technical problem that it is difficult to completely remove the voids in the original porous silicon (Si) and the minute pinholes on the surface.

도 1f는 (S.A. Kukushikin, A.V. Osipov, V.N. Bessolov, B.K. Medvedev, V.K. Nevolin, K.A. Tcarik, "Substrates for Epitaxy of Gallium Nitride: New Materials and Techniques," Rev. Adv. Mater. Sci., Vol. 17, pp. 1-32 (2008)). 반도체 기판에 GaN을 성장하는 기술에 대한 리뷰 논문이다. 실리콘 기판에 SiC의 초박막을 형성하여 GaN의 탄성 변형(elastic deformation)과 전위의 생성을 최소화 한다. 에피 레이어의 성장에는 GSMBE(Gas Source Molecular Beam Epitaxy), RF-MBE(Radio-Frequency MBE), MOCVD(Metal-Oxide Chemical Vapor Deposition), HVPE가 이용되고 있다. 그리고 GaN/AlN/Si(111), GaN/SiC/Si(100), GaN/ZnO/Si(001), GaN/InGaN/Si(111), GaN/HT-AlN/Si(111), GaN/AlN/GaN/Si3N4/Si(111)의 구조에 대한 결과를 리뷰하였다.1F is a schematic diagram of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (SA Kukushikin, AV Osipov, VN Bessolov, BK Medvedev, VK Nevolin, KA Tcarik, "Substrates for Epitaxy of Gallium Nitride: New Materials and Techniques," Rev. Adv. 1-32 (2008)). This is a review paper on the technology for growing GaN on a semiconductor substrate. Ultrathin films of SiC are formed on the silicon substrate to minimize the elastic deformation and the dislocation of GaN. Gas-source molecular beam epitaxy (GSMBE), radio-frequency MBE (RF-MBE), metal-oxide chemical vapor deposition (MOCVD), and HVPE are used for epitaxial growth. GaN / AlN / Si (111), GaN / SiC / Si (100), GaN / ZnO / Si (001), GaN / InGaN / Si (111) The results of the structure of AlN / GaN / Si3N4 / Si (111) are reviewed.

상술한 바와 같이, 종래의 기술은 기존에 알려진 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 구조에 대한 논문과 특허들이다. 종래의 기술에서 이용하는 기판으로는 실리콘(Si), 사파이어(sapphire), ZnO, SiC가 대부분이며, GaN 기반 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 반도체 소자의 문제점을 그대로 내포하고 있어서, 신뢰성이 문제가 되며, 열적이고 전기적인 성능을 개선하는 신 소자 구조와 제작기술에 대한 개발이 중요한 기술적 이슈가 된다.As described above, the prior arts are papers and patents on the known III-nitride epitaxial structure. Si, sapphire, ZnO, and SiC are the most used substrates in the prior art, and the problems of the GaN-based III-nitride semiconductor devices are inherent, The development of new device structures and fabrication techniques that improve thermal and electrical performance is an important technical issue.

따라서 본 발명은 고농도로 도핑된 SiGe계 반도체 레이어를 인터 레이어(inter layer)로 삽입하여 상기와 같은 문제점을 해결하는 새로운 에피구조 및 제작 방법을 제공하는 것이다. Accordingly, the present invention provides a new epitaxial structure and a fabrication method for solving the above problems by inserting a heavily doped SiGe-based semiconductor layer into an interlayer.

또한, 본 발명은 저온에서 성장된 SiGe계 에피 인터 레이어(inter layer)는 3족 질화계(Ⅲ-Nitride)를 성장하는 고온에서 심하게 응력을 이완하면서 결정결함이 SiGe계 에피 인터 레이어로 집속되는 새로운 에피 구조 및 제작 방법을 제공하는 것이다.In addition, the present invention relates to a SiGe-based epitaxial layer grown at a low temperature, wherein a crystal defect is concentrated to a SiGe-based epitaxial layer while severely relaxing stress at a high temperature for growing a III- To provide an epitaxial structure and a manufacturing method thereof.

통상, 실리콘 반도체 소자는 (항복전압x동작속도)이 대체로 일정한 값을 유지한다는 Figure-of-Merit(FOM)의 한계성을 가지고 동작한다. 따라서 구동 전압을 높이기 위하여 항복 전압을 높이면 동작 속도가 감소하여 구동 전압과 동작 속도를 트레이드-오프(trade-off)하면서 사용하게 된다. 이러한 실리콘 반도체의 물리적 한계를 극복하기 위해서는 소자의 구조를 변경하거나 특성이 상이한 GaN기반 물질을 소재로 도입하여 사용하는 방법을 강구해야 한다. Typically, silicon semiconductor devices operate with the limitation of figure-of-merit (FOM) that the (breakdown voltage x operating speed) maintains a generally constant value. Therefore, when the breakdown voltage is increased to increase the breakdown voltage, the breakdown voltage decreases and the breakdown voltage is used to trade-off the breakdown voltage and the breakdown voltage. In order to overcome the physical limitations of such silicon semiconductors, it is necessary to change the structure of the device or to employ a GaN-based material having different characteristics as a material.

따라서 GaN 기반의 FET 소자가 실리콘 반도체 전력 소자를 대체하거나 더 높은 사양으로 응용하기 위해 제시되고 있다. 그러나 통상적으로 GaN 기반 반도체 소자에는 결정결함이 고밀도로 활성층에 잔류하고 있어서 열적-전기적 신뢰성 확보가 난제이다. 이러한 문제에 대한 대응책으로 FET를 보호하는 소자를 외부에 부착하여 조립하는 방식을 이용하고 있으나, 그 크기가 크고 모양이 복잡하여 더 개량된 기술이 요구된다.Therefore, GaN-based FET devices are being proposed to replace silicon semiconductor power devices or to apply them to higher specifications. However, crystal defects are usually left in the active layer in a GaN-based semiconductor device, which is a difficulty in securing thermal-electrical reliability. As a countermeasure against such a problem, a method of attaching and assembling an element for protecting the FET to the outside is used, but a further improved technology is required because of its large size and complicated shape.

도 2에서 3족 질화계(Ⅲ-Nitride)-on-Si 구조에서 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 레이어에 인가되는 격자 불일치(lattice mismatch)는 -17%, 열팽창 계수의 차이(thermal expansion coefficient)는 57%에 달한다. 따라서 에피 성장 시 GaN 에피 레이어에는 전위를 비롯한 결정결함이 108 ~ 1010 cm-2로 매우 많이 발생하게 되고, 인장 응력이 유발되어 오목한(concave) 형태로 웨이퍼가 변형된다. 또한 에피 성장이 완료된 후에 상온으로 온도를 내리는 과정에 열팽창 계수(TEC)의 차이로 인하여 크랙(crack)이 발생된다. In FIG. 2, the lattice mismatch applied to the III-nitride epitaxial layer in the III-nitride-on-Si structure is -17%, the thermal expansion coefficient is 57%. Therefore, in epitaxial growth, crystal defects such as dislocations occur at a high rate of 108-1010 cm-2 in the GaN epitaxial layer, and tensile stress is induced to deform the wafer in a concave shape. Also, after the epitaxial growth is completed, a crack is generated due to a difference in thermal expansion coefficient (TEC) during the process of lowering the temperature to room temperature.

이렇게 물리적으로 변형된 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 레이어는 그 위에 정밀한 반도체 소자를 제작하는데 결정적으로 불가능한 원인을 제공하는 핵심 문제점이다. 또한 약간의 외부의 물리적 충격에도 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 레이어 및 실리콘 기판이 급격하게 파괴되기도 한다. This physically modified III-nitride epilayer is a key issue that provides a critical impossibility to fabricate a precise semiconductor device thereon. In addition, some III-nitride epilayers and silicon substrates are also rapidly destroyed by some external physical impact.

따라서 실리콘 기판과 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 레이어의 사이에 인가되는 격자 불일치에 의한 스트레인(strain) ~17%와 열팽창 계수의 불일치에 의한 스트레인(strain) ~57%를 완화(relaxation)라는 물리적 변형을 수용할 수 있는 기술이 필요하다. 이러한 취약점을 보완하기 위하여 1~3mm로 두꺼운 실리콘 기판을 특별하게 제작하여 사용하는데 이는 일반적인 반도체 표준에서 벗어나서 반도체 공정 장비를 사용하는 어려움을 끼치게 됨은 물론 재료의 소모가 커서 바람직하지 않다.Therefore, the relaxation of the strain due to the lattice mismatch between the silicon substrate and the III-nitride epitaxial layer by ~ 17% and the strain due to the mismatch of the thermal expansion coefficient, A technology that can accommodate the physical transformation of the In order to compensate for these weaknesses, a thick silicon substrate is specially manufactured and used in a thickness of 1 to 3 mm. This is deviating from a general semiconductor standard, which makes it difficult to use semiconductor processing equipment and consumes a large amount of material.

이에, 본 발명은 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 레이어에 반도체 소자를 제작하고, 이어서 각각의 칩을 초박막 형태로 분리하는 리프트-오프(lift-off) 기술을 안정되게 확보할 수 있 새로운 에피 구조 및 제작 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a III-nitride epitaxial layer and a lift-off technique for separating each chip into an ultra-thin film, To provide an epitaxial structure and a manufacturing method thereof.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 이종 기판은, 베이스 기판, 상기 베이스 기판 상에 형성되는 인터 믹싱 레이어, 상기 인터 믹싱 레이어 상에 형성되는 인터 레이어, 상기 인터 레이어 상에 형성되는 버퍼 레이어, 및 상기 버퍼 레이어 상에 형성되는 에피 레이어를 포함한다.As a means for solving the above problems, the dissimilar substrate of the present invention comprises a base substrate, an intermixing layer formed on the base substrate, an interlayer formed on the intermixing layer, a buffer layer And an epi layer formed on the buffer layer.

본 발명의 다른 해결 수단으로서, 본 발명의 이종 기판 제조 방법은, 베이스 기판의 상부에 인터 레이어를 성장하는 단계, 상기 인터 레이어 상에 탑 레이어를 형성하는 단계, 상기 탑 레이어 상에 저온의 버퍼 레이어를 성장하는 단계, 상기 버퍼 레이어 상에 고온의 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 레이어를 형성하는 단계, 및 상기 에피 레이어 성장 시 상기 인터 레이어가 유동성을 가지면서 상기 베이스 기판과 접촉하는 상기 인터 레이어 일부가 상기 베이스 기판과 반응하여 상기 베이스 기판과 상기 인터 레이어 사이에 인터 믹싱 레이어를 형성하는 단계를 더 포함한다.According to another aspect of the present invention, a heterogeneous substrate manufacturing method of the present invention includes the steps of growing an interlayer on a base substrate, forming a top layer on the interlayer, forming a buffer layer Forming a high-temperature III-nitride epitaxial layer on the buffer layer, growing the epitaxial layer on the buffer layer, forming a III-nitride epitaxial layer on the buffer layer, And a part of the layer reacts with the base substrate to form an intermixing layer between the base substrate and the interlayer.

본 발명에서는 실리콘 기판에 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 반도체 에피 레이어를 형성하는 구조와 이를 이용한 소자의 제작 방법을 통하여 다음과 같은 효과가 기대된다. In the present invention, the following effects are expected through a structure for forming a III-nitride semiconductor epitaxial layer on a silicon substrate and a manufacturing method using the same.

첫째, 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 반도체 초박막을 저가 공정을 통해 얻을 수 있고, 그 품질 또한 결함이 없이 매우 우수하기 때문에 이를 통한 반도체 소자 제작 시 월등한 특성을 가질 수 있다. First, a III-nitride semiconductor ultra thin film can be obtained through a low-cost process, and its quality is excellent without defects, so that it can have superior characteristics in manufacturing a semiconductor device through the III-nitride semiconductor ultra thin film.

둘째, 유동성을 갖는 인터 레이어(inter layer)를 이용한 본 발명을 통하여 반도체 기판과 성장되는 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 반도체 에피 레이어의 격자 불일치와 상관없이 생성되는 응력을 효율적으로 억제시켜 주는 우수한 소자 특성을 보인다. Second, the present invention using an interlayer having a fluidity is effective for effectively suppressing stress generated regardless of lattice mismatch of a III-nitride semiconductor epitaxial layer grown on a semiconductor substrate Device characteristics.

셋째, Ge 물질을 인터 레이어(inter layer)로 사용할 경우 GaN 에피 레이어와 열팽창 계수가 유사하여 이로 인한 웨이퍼 휨 현상을 방지한다. Third, when the Ge material is used as an interlayer, the thermal expansion coefficient is similar to that of the GaN epitaxial layer, thereby preventing wafer warping.

넷째, 선택적 용액 에칭을 통하여 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 반도체 박막을 용이하게 얻는 이점을 가져온다.Fourth, the selective etching solution provides an advantage of easily obtaining a III-nitride semiconductor thin film.

도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 의한 FET의 회로, 소자 구조의 특징을 나타내는 단면도들이다.
도 2는 GaN-on-Si의 기술적 문제점에 대한 설명이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 의한 인터 믹싱 레이어(inter mixing layer)의 개념을 이용한 이종 기판의 제조 공정을 나타내는 단면도들이다.
도 4는 물질의 물리적 상수에 대한 비교이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 의한 인터 레이어를 단층 및 다층으로 구성하는 단면도들이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 의한 실리콘 베이스 기판에 3족 질화계 에피 레이어를 성장하는 인터 믹싱 레이어 에피택시를 보여주는 단면도들이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 의한 이종 기판을 이용하여 반도체 소자를 제조하는 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 8은 종래의 기술과 본 발명의 기술을 비교하여 장점과 단점을 요약한 표이다.
1A to 1F are cross-sectional views showing characteristics of a circuit and an element structure of a conventional FET.
2 is a description of a technical problem of GaN-on-Si.
3A to 3F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a hetero-substrate using the concept of an inter-mixing layer according to the present invention.
Figure 4 is a comparison of the physical constants of the materials.
5A and 5B are cross-sectional views of the interlayer according to the present invention in a single layer and a multi-layer structure.
6A to 6D are cross-sectional views illustrating an intermixing layer epitaxy for growing a three-group nitride based epitaxial layer on a silicon base substrate according to the present invention.
7A to 7D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device using a hetero-substrate according to the present invention.
FIG. 8 is a table summarizing the advantages and disadvantages of the prior art and the technique of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.The same reference numerals are used for portions having similar functions and functions throughout the drawings.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, in the entire specification, when a part is referred to as being 'connected' to another part, it may be referred to as 'indirectly connected' not only with 'directly connected' . Also, to include an element does not exclude other elements unless specifically stated otherwise, but may also include other elements.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 반도체 기판과 고온 에피 레이어 사이에 인터 믹싱 레이어를 포함하는 이종 기판의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the hetero-substrate including the intermixing layer between the semiconductor substrate and the high-temperature epitaxial layer according to the present invention having the above-described structure will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3f를 참조하면, 본 발명의 이종 기판(100)은, 베이스 기판(110), 베이스 기판(110) 상에 형성되는 인터 믹싱 레이어(120a), 인터 믹싱 레이어(120a) 상에 형성되는 인터 레이어(120), 인터 레이어(120) 상에 형성되는 탑 레이어(120b), 탑 레이어(120b) 상에 형성되는 버퍼 레이어(130), 및 버퍼 레이어(130) 상에 형성되는 에피 레이어(140)를 포함한다.3F, the dissimilar substrate 100 of the present invention includes a base substrate 110, an intermixing layer 120a formed on the base substrate 110, an interlayer 120a formed on the intermixing layer 120a, A top layer 120b formed on the interlayer 120, a buffer layer 130 formed on the top layer 120b and an epi layer 140 formed on the buffer layer 130 .

이와 같은 인터 레이어(120)는 에피 레이어(140)의 에피택시 과정에서 베이스 기판(110)과의 확산 반응을 통해 인터 믹싱 레이어(120a)를 형성함으로써, 잔류 응력을 해소시키는 역할을 한다. 또한, 격자 불일치에 따른 응력으로 인한 결정결함이 에피 레이어(140)에 발생하는 정도를 최소화한다.The interlayer 120 functions to dissipate the residual stress by forming the intermix layer 120a through a diffusion reaction with the base substrate 110 during the epitaxial layer epitaxy process. In addition, the degree of occurrence of crystal defects due to stress due to lattice mismatch in the epitaxial layer 140 is minimized.

특히, 인터 레이어(120)는 열팽창 계수가 최종적으로 성장되는 에피 레이어와 실질적으로 유사한 특성을 가짐으로써, 열팽창 계수 차이로 인해 발생하는 웨이퍼 휨 현상을 방지할 수 있다.In particular, the interlayer 120 has properties substantially similar to those of the epitaxial layer in which the thermal expansion coefficient is finally grown, thereby preventing the wafer bending due to the difference in thermal expansion coefficient.

베이스 기판(110)은, 실리콘, 사파이어 등 높은 융해 온도를 갖는 다양한 물질층을 의미한다.The base substrate 110 refers to various material layers having high melting temperatures such as silicon and sapphire.

인터 레이어(120)는, 버퍼 레이어(130) 및 에피 레이어(140)보다 녹는점이 낮은 반도체 물질이 사용될 수 있다. 인터 레이어(120)는 물질의 조성비 및 성분에 따라 단층 혹은 다층의 에피 레이어로 구성되는 샌드위치 모양의 복합층을 포함할 수 있다. 인터 레이어(120)는 Si1-xGex, Ge1-xSnx 에피 레이어를 포함한다.The interlayer 120 may be formed of a semiconductor material having a lower melting point than the buffer layer 130 and the epi-layer 140. The interlayer 120 may include a sandwich-shaped composite layer composed of a single layer or a multi-layered epilayer depending on the composition ratio and composition of the material. Interlayer 120 includes Si1-xGex, Ge1-xSnx epi layers.

이러한 인터 레이어(120)는, 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 레이어(140) 성장 시 버퍼 레이어(buffer layer)(130)를 저온에서 성장하고, 그 후 고온에서 에피 레이어(140) 성장하기 위해 온도를 올릴 때, 유동성을 갖게 되고, 이 층은 베이스 기판(110)과 인터 믹싱 되어(inter mixing)되어 최종 성장되는 에피 레이어(140)가 반도체 베이스 기판(110)의 격자 상수에 영향을 받지 않도록 한다.The interlayer 120 may be formed by growing a buffer layer 130 at a low temperature and growing an epitaxial layer 140 at a high temperature in the growth of a III-nitride epitaxial layer 140 This layer is intermixed with the base substrate 110 so that the epitaxial layer 140 to be finally grown is not affected by the lattice constant of the semiconductor base substrate 110 .

탑 레이어(120b)는, 인터 레이어(120)보다 녹는점이 높고, 열적, 물리적으로 안정되며 그 위에 성장되는 버퍼 레이어(buffer layer)(130)의 성장에 도움이 되는 격자 상수 특징을 갖는 물질로써 고온 에피 레이어(Epi layer)(140) 성장 시 인터 레이어(inter layer)(120)와 버퍼 레이어(buffer layer)(130)가 서로 영향을 받지 않도록 하는 역할을 한다. The top layer 120b is a material having a lattice constant characteristic that is higher than that of the interlayer 120 and is thermally and physically stable and helps grow a buffer layer 130 grown thereon. The interlayer 120 and the buffer layer 130 are not affected when the Epi layer 140 is grown.

이를 위하여, 탑 레이어(120b)는, 인터 레이어(inter layer)(120)와 버퍼 레이어(buffer layer)(130)가 반응하지 않도록 하는 물리적으로 안정된 층이며, 날카로운 계면 특성을 갖게 한다.To this end, the top layer 120b is a physically stable layer that prevents the interlayer 120 and the buffer layer 130 from reacting, and has a sharp interface characteristic.

에피 레이어(140)는, 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 레이어를 포함한다. 3족 질화계 에피 레이어는 GaN, InN, AlN 및 이들의 삼상(ternary), 사상(quaternary) 화합물 반도체 에피 레이어가 단일 또는 다수의 층이 샌드위치 모양으로 형성된 복합층을 포함할 수 있다. 본 발명에서는 에피 레이어(140)는, 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 레이어와 SiGe 및 GeSn계 에피 레이어에 관한 것으로서, 복잡한 구조의 실질적 에피 레이어를 단순화하여 총체적으로 명명한다. The epitaxial layer 140 includes a III-nitride epitaxial layer. The three-element nitride based epitaxial layer may comprise a composite layer in which single or multiple layers of GaN, InN, AlN and their ternary, quaternary compound semiconductor epitaxial layers are formed in sandwich form. In the present invention, the epitaxial layer 140 is related to a III-nitride epitaxial layer and SiGe and GeSn epitaxial layers, and a substantial epitaxial layer having a complicated structure is simplified and named collectively.

이와 같은 에피 레이어(140)는, 발광 소자, 수광 소자, 고속-고전압용 FET 내지는 고전력 다이오드의 제작에 유용하게 사용될 수 있다. 특히, 본 발명의 에피 레이어(140)는 결정 결함이 적어서, 반도체 소자나 고밀도 디지털-아날로그 회로의 제작에 적합하며, 더불어 대면적으로 제작하기 용이하다.Such an epi-layer 140 can be usefully used for manufacturing a light emitting element, a light receiving element, a high-voltage high-voltage FET or a high-power diode. Particularly, the epitaxial layer 140 of the present invention has few crystal defects, and is suitable for the production of semiconductor devices and high-density digital-analog circuits, and is easy to fabricate in a large area.

전술한 바와 같이, 저온에서 성장된 SiGe계 에피 인터 레이어(120)는 3족 질화계(Ⅲ-Nitride)를 성장하는 1,000 ~ 1,300℃의 고온에서 심하게 응력을 이완하면서 결정결함이 SiGe계 에피 레이어로 집속되어, 인터 믹싱 레이어(120a)를 생성한다.As described above, the SiGe-based epitaxial layer 120 grown at a low temperature relaxes the stress severely at a high temperature of 1,000 to 1,300 DEG C, which grows a III-nitride layer, while crystal defects are grown in the SiGe-based epitaxial layer And generates an intermix layer 120a.

이러한 인터 믹싱 레이어(120a)는, 최종 성장되는 에피 레이어(140)가 반도체 베이스 기판(110)의 격자 상수에 영향을 받지 않고, 결함 및 크랙이 없으며, 대면적에서의 웨이퍼 휨 현상이 없는 고품위의 특성을 갖게 하는 역할을 한다. 이는 기존 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 레이어 성장 시 가장 큰 문제점 이었던 격자상수 불일치로 인한 결함 및 열팽창 계수 차이로 인한 웨이퍼 휨 현상을 해결하게 해주어 우수한 품질 특성을 보일 수 있다. The intermixing layer 120a is formed of a material having a high quality such that the epitaxial layer 140 to be finally grown is not affected by the lattice constant of the semiconductor base substrate 110 and is free from defects and cracks, It has the role of having characteristics. This can solve the wafer bending phenomenon due to the difference of the thermal expansion coefficient and the defect caused by the lattice constant mismatch, which is the greatest problem in the growth of the conventional III-nitride epitaxial layer, and it can show excellent quality characteristics.

특히, 인터 믹싱 레이어(inter mixing layer)(120a)는 베이스 기판(110) 및 성장된 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 레이어(140)에 형성된 소자와 선택비가 높은 용액을 통한 에칭 기법을 통해 손쉽게 소자를 분리하여 집적화에 이용될 수 있는 큰 장점을 갖는다. 가령, 인터 믹싱 레이어(120a)로 인하여, 반도체 베이스 기판(110)과 에피 레이어(140)의 격자 불일치 및 열팽창 계수에 관계없이 결함 없는 고품위의 박막을 성장하고 이를 분리시킬 수 있다.Particularly, the inter mixing layer 120a is formed by etching the base substrate 110 and the elements formed in the grown III-nitride epitaxial layer 140 and a solution having a high selectivity ratio It has a great advantage that the device can be easily separated and used for integration. For example, due to the intermixing layer 120a, a defect-free high-quality thin film can be grown and separated regardless of the lattice mismatch and thermal expansion coefficient between the semiconductor base substrate 110 and the epi-layer 140.

따라서 실리콘 베이스 기판(110)과 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 레이어(140)의 사이에 인가되는 격자 불일치에 의한 스트레인(strain) ~17%와 열팽창 계수의 불일치에 의한 스트레인(strain) ~57%를 완화(relaxation)라는 물리적 변형을 수용할 수 있게 된다.Therefore, the strain due to the lattice mismatch between the silicon base substrate 110 and the III nitride epitaxial layer 140 and the strain due to the mismatch between the thermal expansion coefficient and the 17% 57% can accommodate the physical transformation of relaxation.

다른 한편, 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 레이어(140)에 반도체 소자를 제작하고, 그 사이에 인터 믹싱 레이어(120a)를 두게 되면, 각각의 칩을 초박막 형태로 분리하는 리프트 오프(lift-off) 기술을 안정되게 확보할 수 있다. 이러한 경우에 고전력 소자에서 발생하는 열을 충분히 열전도가 높게 외부로 방출시켜서 신뢰성이 높은 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 전력 소자의 제작에 유리하다. 그리고 마찬가지로 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 초박막으로 발광 소자나 수광 소자를 제작하며, 수직형으로 동작하여 광전 변화 효율이 높은 효과를 얻을 수 있다. On the other hand, when a semiconductor device is fabricated in the III-nitride epitaxial layer 140 and an intermixing layer 120a is formed therebetween, a lift-off (lift) process for separating each chip into an ultra- -off) technology can be stably secured. In this case, the heat generated from the high-power device is sufficiently discharged to the outside with high thermal conductivity, which is advantageous for manufacturing a highly reliable III-nitride power device. Likewise, a light emitting device or a light receiving device is fabricated with an ultra-thin film of III-nitride, and the photoelectric conversion efficiency can be obtained by operating vertically.

이하, 본 발명에 의한 이종 기판 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 도면을 참조하여 자세히 설명한다.Hereinafter, a hetero-substrate according to the present invention and a method of manufacturing a semiconductor device using the same will be described in detail with reference to the drawings.

도 3a 내지 도 3f를 참조하면, 베이스 기판(110)의 상부에 인터 레이어(inter layer)(120)를 성장하고, 인터 레이어(120) 상에 탑 레이어(120b)를 형성하며, 탑 레이어(120b) 상에 저온의 버퍼 레이어(130)를 성장하며, 버퍼 레이어(130) 상에 고온의 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 반도체 에피 레이어(140)를 형성한다. 3A to 3F, an interlayer 120 is grown on a base substrate 110, a top layer 120b is formed on an interlayer 120, and a top layer 120b Temperature buffer layer 130 is grown on the buffer layer 130 to form a high temperature III-nitride semiconductor epitaxial layer 140 on the buffer layer 130.

이때, 에피 레이어(140) 성장 시 인터 레이어(120)가 유동성을 가지면서 베이스 기판(110)과 접촉하는 인터 레이어(120) 일부가 베이스 기판(110)과 반응하여 베이스 기판(110)과 인터 레이어(120) 사이에 인터 믹싱 레이어(120a)를 형성하게 된다. At this time, when the epitaxial layer 140 is grown, a part of the interlayer 120, which is in contact with the base substrate 110 while having the fluidity of the interlayer 120, reacts with the base substrate 110, The intermixing layer 120a is formed between the first interlayer 120 and the second interlayer 120a.

따라서 인터 레이어(120)의 융해 온도는 버퍼 레이어(130)의 성장 온도보다 높고, 에피 레이어(140)의 성장 온도 보다는 낮아야 한다. 예컨대, 인터 레이어(120)는 에피 레이어(140)를 성장하는 1,000 ~ 1,300 ℃의 고온에서 응력 이완되어, 결정결함이 SiGe계 에피 레이어로 집속된다.Therefore, the fusion temperature of the interlayer 120 should be higher than the growth temperature of the buffer layer 130 and lower than the growth temperature of the epitaxial layer 140. For example, the interlayer 120 is stress relaxed at a high temperature of 1,000 to 1,300 DEG C to grow the epitaxial layer 140, and crystal defects are focused on the SiGe-based epitaxial layer.

한편, 탑 레이어(120b)는, 고온 3족 질화계(Ⅲ-Nitride)의 에피 레이어(140) 성장 시 버퍼 레이어(130)와 인터 레이어(120)의 반응성을 막아준다. 만약 인터 레이어(120)가 버퍼 레이어(130)와 반응하게 되면, 버퍼 레이어(130)와 접하는 인터 레이어(120)에서 인터 믹싱 레이어가 형성될 수 있기 때문이다.On the other hand, the top layer 120b prevents reactivity between the buffer layer 130 and the interlayer 120 during growth of the epitaxial layer 140 of the high-temperature III nitride semiconductor (III-nitride). If the interlayer 120 reacts with the buffer layer 130, an intermix layer may be formed in the interlayer 120 in contact with the buffer layer 130.

< 제1실시예>&Lt; Embodiment 1 >

도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시 예에 따른 인터 레이어의 에피택시(inter layer epitaxy) 과정을 나타내는 단면도들이다.3A to 3F are cross-sectional views illustrating an inter layer epitaxy process according to an embodiment of the present invention.

도 3a는 에피 성장을 위한 베이스 기판(110)의 구성을 나타내는 단면도이다. 3A is a cross-sectional view showing a configuration of a base substrate 110 for epitaxial growth.

도 3b는 베이스 기판(110) 상에 형성된 인터 레이어(inter layer)(120) 및 탑 레이어(120b)의 구성을 나타내는 단면도이다. 3B is a cross-sectional view illustrating a structure of an inter layer 120 and a top layer 120b formed on a base substrate 110. FIG.

도 3c는 탑 레이어(top layer)(120b) 상에 형성된 버퍼 레이어(buffer layer)(130)의 구성을 나타내는 단면도이다. 버퍼 레이어(buffer layer)(130)는 인터 레이어(inter layer)(120)보다 낮은 온도에서 성장이 된다. 3C is a cross-sectional view illustrating the structure of a buffer layer 130 formed on a top layer 120b. The buffer layer 130 is grown at a lower temperature than the interlayer 120.

도 3d는 버퍼 레이어(buffer layer)(130) 성장 후 에피 레이어(Epi layer)(도 3f의 140) 성장을 위해 온도를 상승시켰을 때 인터 레이어(inter layer)(120)를 구성하는 원자가 베이스 기판(110)과 반응하는 과정을 나타내는 단면도이다.FIG. 3D is a plan view of an atomic layer structure of an interlayer 120 when a temperature is raised for growth of an Epi layer (140 in FIG. 3F) after growth of a buffer layer 130 110). &Lt; / RTI &gt;

도 3e는 인터 레이어(inter layer)(120)가 베이스 기판(110)과 반응하여 인터 믹싱 레이어(inter mixing layer)(120a)를 형성하는 인터 레이어(inter layer)(120) 에피택시(epitaxy) 과정을 나타내는 단면도이다. 반도체 베이스 기판(110)과 에피 레이어(Epi layer)(도 3f의 140)의 격자 불일치로 인한 결함은 인터 레이어(inter layer)(120)에서 모두 완화(relaxation)되어 최종 성장되는 에피 레이어(Epi layer)(140)의 경우 반도체 베이스 기판(110)과의 격자 상수 차이와 관계없이 원래의 격자 상수를 갖고 결함이 없는 고품위 레이어가 성장될 수 있다.3E illustrates an interlayer 120 epitaxy process in which an interlayer 120 reacts with a base substrate 110 to form an inter mixing layer 120a. Fig. Defects due to the lattice mismatch between the semiconductor base substrate 110 and the Epi layer (140 in FIG. 3F) are all relaxed in the interlayer 120, ) 140, a defect-free high-quality layer having an original lattice constant can be grown regardless of the difference in lattice constant with respect to the semiconductor base substrate 110.

도 3f는 전술한 과정을 거쳐 버퍼 레이어(buffer layer)(130) 상부에 에피 레이어(Epi layer)(140) 성장이 완료된 단면 구조의 일 실시예의 단면도이다.3F is a cross-sectional view of an embodiment of a cross-sectional structure in which an Epi layer 140 is grown on a buffer layer 130 through the above-described process.

도 5a 및 도 5b는 단층 및 다층 구조의 인터 레이어(inter layer)(120)를 이용하여 에피 레이어(Epi layer)(140)를 성장시키는 본 발명의 다른 실시예의 단면도들이다. 5A and 5B are cross-sectional views of another embodiment of the present invention for growing an Epi layer 140 using a single layer and multi-layer interlayer 120. FIG.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 베이스 기판(110), 인터 레이어(120), 탑 레이어(120b), 버퍼 레이어(130), 및 에피 레이어(140)를 포함하는 이종 기판(100)에 있어서, 인터 레이어(inter layer)(120)가 하나의 물질로 이루어진 경우는 물론 이원 또는 삼원의 물질 및 조성에 따른 복합층으로 구성될 경우에도 본 발명의 기술이 다양한 방법을 이용될 수 있다. 이에 따라 반도체 베이스 기판(110) 및 성장되는 에피 레이어(Epi layer)(140)의 융해 온도와 리프트-오프(lift off)에 알맞은 조건을 조절할 수 있는 장점이 있다. 5A and 5B, in a heterogeneous substrate 100 including a base substrate 110, an interlayer 120, a top layer 120b, a buffer layer 130, and an epitaxial layer 140, In the case where the interlayer 120 is formed of a single material or a composite layer according to two or three materials and compositions, the techniques of the present invention can be used in various ways. Accordingly, it is possible to control the conditions suitable for the fusion temperature and lift-off of the semiconductor base substrate 110 and the epi layer 140 to be grown.

< 제2실시예>&Lt; Embodiment 2 >

도 6a 내지 도 6d는 실리콘(Si) 베이스 기판(210)과 3족 질화계 에피 레이어(Ⅲ-Nitride Epi layer)(240) 사이에 Ge 에피 레이어를 인터 레이어(inter layer)로 넣은 구조를 활용하여 성장하는 인터 레이어 에피택시(inter layer epitaxy)의 실시예를 보여준다. 실리콘(Si) 베이스 기판(210)에 2단계 성장법, 버퍼 레이어(buffer layer)를 이용한 방법 등을 이용하여 결함이 최소화된 Si1-xGex, Ge1-xSnx 에피 레이어(220)를 성장한다. 6A to 6D illustrate a structure in which a Ge epi layer is interposed between a silicon (Si) base substrate 210 and a III-nitride Epi layer 240 Lt; RTI ID = 0.0 &gt; interlayer &lt; / RTI &gt; epitaxy. A Si1-xGex or Ge1-xSnx epitaxial layer 220 having a minimized defect is grown on a silicon (Si) base substrate 210 using a two-step growth method, a buffer layer method or the like.

이후 저온에서 3족 질화계 버퍼 에피 레이어(Ⅲ-Nitride buffer layer)(240)를 형성하게 된다. 이후 고온 성장을 위해 챔버 온도를 상승시키면 인터 레이어(inter layer)(220)인 Si1-xGex, Ge1-xSnx 에피 레이어는 유동성을 갖게 된다. 이로 인해 인터 레이어(inter layer)(220)의 원자들이 베이스 기판(210)으로 확산되어 인터 믹싱 레이어(inter mixed layer)(220a)를 형성한다. 그 후 성장되는 3족 질화계 에피 레이어(Ⅲ-Nitride Epi layer)(240)는 실리콘(Si) 베이스 기판(210)의 격자 상수와 관계없이 결함이 없는 고품위의 박막으로 성장하게 된다. 또한 Ge 인터 레이어(inter layer)(220)의 경우 GaN 에피 레이어(240) 성장 시 열팽창 계수가 유사하여 열팽창 계수 불일치로 인한 웨이퍼 휨 현상을 방지하게 해준다.Then, a III-nitride buffer layer 240 is formed at a low temperature. The Si1-xGex, Ge1-xSnx epilayer, which is the interlayer 220, becomes fluid when the chamber temperature is raised for the subsequent high-temperature growth. As a result, the atoms of the interlayer 220 are diffused into the base substrate 210 to form an intermixed layer 220a. The III-nitride Epi layer 240 grown thereafter grows into a defect-free high-quality thin film regardless of the lattice constant of the silicon (Si) base substrate 210. Also, in the case of the Ge interlayer 220, the thermal expansion coefficient of the GaN epitaxial layer 240 is similar to that of the GaN epitaxial layer 240, thereby preventing wafer warping due to the thermal expansion coefficient mismatch.

< 제3실시예>&Lt; Third Embodiment >

도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 인터 레이어(inter layer)(320)를 통한 에피 레이어(340) 성장 후 선택적 용액 에칭을 통한 에피 레이어(340) 및 소자 분리 방법과 결함 감소 방법에 대한 특징을 나타내는 단면도들이다.FIGS. 7A through 7D illustrate an epitaxial layer 340 through selective solution etching after growth of an epitaxial layer 340 through an interlayer 320 of the present invention, and features of a device isolation method and a defect reduction method Sectional views.

도 7a는 실리콘(Si) 베이스 기판(310) 상에 인터 레이어(inter layer)(320)를 통해 성장된 3족 질화계 에피 레이어(Ⅲ-Nitride Epi layer)를 건식 식각(dry etch)함으로써, 인터 믹싱 레이어(inter mixing layer)(320a)까지 홀이 형성된 단면도이다. 가령, 수직적 방향에서 건식 식각 공정을 통하여 에피 레이어(340), 버퍼 레이어(330), 탑 레이어(320b), 인터 레이어(320), 및 인터 믹싱 레이어(320a)의 일부를 제거할 수 있다.7A is a cross-sectional view illustrating a process of dry etch a III-Nitride Epi layer grown on an interlayer 320 on a silicon (Si) base substrate 310, And a hole is formed up to a mixing layer (inter mixing layer) 320a. For example, the epilayer 340, the buffer layer 330, the top layer 320b, the interlayer 320, and a part of the intermixing layer 320a may be removed through the dry etching process in the vertical direction.

도 7b는 실리콘(Si) 베이스 기판(310)과 인터 믹싱 레이어(SiGe layer)(320a)와의 선택적 식각을 가능하게 하는 용액이 담긴 챔버에 3족 질화계 에피 레이어(Ⅲ-Nitride Epi layer)(340)가 성장된 베이스 기판(310)을 넣어 선택적으로 에피 레이어(340)를 분리하는 공정을 나타내는 단면도이다. 가령, 수평적 방향에서 습식 식각 공정을 통하여 인터 레이어(320), 및 인터 믹싱 레이어(320a)를 제거할 수 있다.7B shows a III-Nitride Epi layer 340 (FIG. 7B) in which a solution containing selective etching between the silicon (Si) base substrate 310 and the intermixing layer (SiGe layer) Sectional view showing a process of selectively inserting the epi-layer 340 by inserting the base substrate 310 on which the base substrate 310 is grown. For example, the interlayer 320 and the intermixing layer 320a may be removed through a wet etching process in a horizontal direction.

이때, 인터 레이어(320), 및 인터 믹싱 레이어(320a)를 제거할 때, 탑 레이어(320b)의 일부도 함께 제거될 수 있다. 또한, 인터 레이어(320), 및 인터 믹싱 레이어(320a)를 제거할 때, 인터 믹싱 레이어(320a)의 일부가 잔존할 수 있다.At this time, when the interlayer 320 and the intermixing layer 320a are removed, a part of the top layer 320b may be removed together. Further, when the interlayer 320 and the intermixing layer 320a are removed, a part of the intermixing layer 320a may remain.

도 7c는 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 계열 소자(342)를 제작할 때, 소자 사이를 선택적 에칭하고 용액에 넣어 손쉽게 소자를 분리하는 공정을 나타내는 단면도이다.FIG. 7C is a cross-sectional view showing a process of easily separating elements by selectively etching between elements when the III-nitride-based element 342 is manufactured.

도 7d는 본 발명을 통해 제작된 다층 구조의 에피 레이어(340)에서 베이스 기판(310)과 에피 레이어(340) 사이에 유발될 수 있는 결함이 인터 레이어(inter layer)(320)에 구속되어 상부에 위치하는 에피 레이어(340)까지 전달되지 못하는 현상을 설명하는 단면도이다.7D shows that a defect that may be induced between the base substrate 310 and the epi-layer 340 in the multi-layered epitaxial layer 340 manufactured by the present invention is confined in the inter layer 320, To the epi-layer 340 located at the bottom of the substrate.

<비교예><Comparative Example>

도 8의 표를 참조하면, 여러 가지 GaN-on-sapphire, GaN-on-Si, GaN-on-SiC, GaN-on-SiGe의 각각 기판 형성 관련 기술에 대하여 장점과 단점을 알 수 있다. GaN-on-sapphire 기판의 경우 GaN계 에피 성장 기술 확보가 용이하고, 절연 기판 이용이 가능하며, 고온에서 안정한 장점이 있다. 그러나 수직형 소자에 불리하고, 열전도도가 낮으므로 전력 소자에 불리하다. Referring to the table of FIG. 8, the advantages and disadvantages of various substrate-related technologies of GaN-on-sapphire, GaN-on-Si, GaN-on-SiC and GaN-on-SiGe can be seen. In case of GaN-on-sapphire substrate, it is easy to secure GaN epitaxial growth technology, can use an insulating substrate, and is stable at high temperature. However, it is disadvantageous to a vertical type device and has a low thermal conductivity, which is disadvantageous to a power device.

GaN-on-Si의 경우 에피 공정이 간단하며, 제조 단가가 저렴하고, 실리콘 도핑과 소자 집적이 용이하다. 그러나 격자 불일치(Lattice mismatch)나 열팽창 격차에 의해 크랙(crack)의 발생이 심각하고, 열 및 기계적 충격에 취약하다. In the case of GaN-on-Si, the epitaxial process is simple, manufacturing cost is low, and silicon doping and device integration are easy. However, the occurrence of cracks due to lattice mismatch or thermal expansion gaps is serious and is susceptible to thermal and mechanical shock.

GaN-on-SiC의 경우 GaN계 에피 성장 기술 확보가 용이하고, 절연 기판 이용이 가능하며, 열전도도가 높고, 고온에서 안정하다. 그러나 기판이 고가이며 신뢰성이 떨어지며, 기판의 크기가 제한되어 생산성 낮다. In the case of GaN-on-SiC, it is easy to secure GaN epitaxial growth technology, can use an insulating substrate, has high thermal conductivity, and is stable at high temperature. However, the substrate is expensive, the reliability is low, the substrate size is limited, and productivity is low.

GaN-on-SiGe의 경우 스트레스 조절이 가능하고, 완화(Relaxation) 과정의 조절이 가능하며, 실리콘 반도체와 집적화가 용이하고, 습식 식각을 이용한 리프트-오프(Lift-off)가 용이하고, 실리콘 기판의 재사용 가능하다. 여기에서 GaN 에피 레이어를 실리콘 기판 상에 직접 성장하는 GaN-on-Si과 같이 매우 간단한 구조에 비해서 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 에피 레이어의 결정성과 전기적 특성이 우수한 반면 기판 제조 단가가 다소 상승하게 된다.In the case of GaN-on-SiGe, it is possible to control the stress, adjust the relaxation process, easily integrate with the silicon semiconductor, facilitate the lift-off using the wet etching, Is reusable. Here, compared to a very simple structure such as GaN-on-Si in which a GaN epitaxial layer is directly grown on a silicon substrate, the III-nitride epitaxial layer has excellent crystallinity and electrical properties, while substrate manufacturing cost is slightly increased .

상술된 바와 같이 본 발명의 인터 레이어(inter layer)를 이용하여 고품위의 3족 질화계(Ⅲ-Nitride) 반도체 에피 레이어를 성장하고 이를 이용하는 고성능 소자를 제작할 수 있다. 이와 같은 본 발명에 대한 소자를 제조하는 공정 단계는 매우 간단하다. 공정 단계 및 공정 제어가 간편하고 정확하여 제품의 양산성과 신뢰성이 우수하다.As described above, a high-quality III-nitride semiconductor epitaxial layer is grown using the interlayer of the present invention and a high-performance device using the epitaxial layer can be fabricated. The process steps for manufacturing the device according to the present invention are very simple. Process step and process control are simple and accurate, and the product is excellent in mass productivity and reliability.

본 기술의 경우 GaN-on-Ge-on Si 기술은 효율적인 결함 감소는 물론 열팽창 계수로 인한 웨이퍼 굴곡 현상을 크게 감소시킨다. 상기 물질들은 각각 5.6(GaN), Ge(5.8), Si(2.6)의 열팽창 계수를 가지고 있어 기존 GaN-on-Si은 이로 인한 웨이퍼 휨 현상이 심하여 소자 제작에 큰 어려움을 가지고 있었으나 GaN 와 Ge의 경우 열팽창 계수가 유사하여 이를 인터 레이어(inter layer)로 사용할 경우 문제를 해결할 수 있는 방안이 된다.In this technology, GaN-on-Ge-on Si technology significantly reduces wafer deflection due to thermal expansion coefficient as well as efficient defect reduction. These materials have a thermal expansion coefficient of 5.6 (GaN), Ge (5.8) and Si (2.6), respectively. Therefore, conventional GaN-on- The thermal expansion coefficient is similar and it is a solution to solve the problem when it is used as an interlayer.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventions. To those skilled in the art.

100: 이종 기판 110: 베이스 기판
120: 인터 레이어 120a: 인터 믹싱 레이어
120b: 탑 레이어 130: 버퍼 레이어
140: 에피 레이어
100: heterogeneous substrate 110: base substrate
120: Interlayer 120a: Intermixing layer
120b: top layer 130: buffer layer
140: Epilayer

Claims (12)

베이스 기판;
상기 베이스 기판 상에 형성되는 인터 믹싱 레이어;
상기 인터 믹싱 레이어 상에 형성되는 인터 레이어;
상기 인터 레이어 상에 형성되는 탑 레이어;
상기 탑 레이어 상에 형성되는 버퍼 레이어; 및
상기 버퍼 레이어 상에 형성되는 에피 레이어; 를 포함하여 구성되고,
상기 탑 레이어는, 상기 에피 레이어의 에피택시 과정에서 상기 에피 레이어와 상기 인터 레이어와의 혼합 및 확산 반응을 차단하는 역할을 하도록, 안정적인 물질 특성 및 날카로운 계면 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 고온 에피층을 이종 기판에 성장하는 구조.
A base substrate;
An intermixing layer formed on the base substrate;
An interlayer formed on the intermixing layer;
A top layer formed on the interlayer;
A buffer layer formed on the top layer; And
An epi layer formed on the buffer layer; And,
Wherein the top layer has a stable material characteristic and a sharp interface property so as to block mixing and diffusion reaction between the epi layer and the interlayer in an epitaxial process of the epi layer. Structure to grow on heterogeneous substrates.
제 1 항에 있어서,
상기 인터 레이어는 상기 에피 레이어의 에피택시 과정에서 상기 베이스 기판과의 확산 반응을 통해 상기 인터 믹싱 레이어를 형성함으로써, 잔류 응력을 해소시키는 역할을 하며, 격자 불일치에 따른 응력으로 인한 결정결함이 상기 에피 레이어에 발생하는 정도를 최소화 하는 것을 특징으로 하는 고온 에피층을 이종 기판에 성장하는 구조.
The method according to claim 1,
The interlayer serves to dissipate the residual stress by forming the intermixing layer through a diffusion reaction with the base substrate during the epitaxial layer epitaxy, and a crystal defect due to stress due to lattice mismatch is formed in the epitaxial layer Wherein the high temperature epi layer is grown on a heterogeneous substrate.
제 1 항에 있어서,
상기 인터 레이어는 열팽창 계수가 최종적으로 성장되는 상기 에피 레이어와 실질적으로 유사한 특성을 가짐으로써, 열팽창 계수 차이로 인해 발생하는 웨이퍼 휨 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 고온 에피층을 이종 기판에 성장하는 구조.
The method according to claim 1,
Wherein the interlayer has a property substantially similar to that of the epitaxial layer in which the thermal expansion coefficient is finally grown, thereby preventing wafer warping caused by a difference in thermal expansion coefficient. .
제 1 항에 있어서,
상기 인터 레이어는, Si1-xGex, Ge1-xSnx로 구성되며, 성장되는 3족 질화계(Ⅲ-Nitride)의 상기 에피 레이어의 종류 및 상기 베이스 기판의 종류에 따라 그 조성비를 변화시켜 유동성을 갖게 하는 것을 특징으로 하는 고온 에피층을 이종 기판에 성장하는 구조.
The method according to claim 1,
The interlayer is composed of Si1-xGex and Ge1-xSnx, and has a fluidity by changing the composition ratio of the grown III-nitride to the type of the epi layer and the type of the base substrate Wherein the high temperature epi layer is grown on a heterogeneous substrate.
삭제delete 베이스 기판의 상부에 인터 레이어를 성장하는 단계;
상기 인터 레이어 상에 탑 레이어를 형성하는 단계;
상기 탑 레이어 상에 저온의 버퍼 레이어를 성장하는 단계;
상기 버퍼 레이어 상에 고온의 3족 질화계 에피 레이어를 형성하는 단계; 및
상기 에피 레이어 성장 시 상기 인터 레이어가 유동성을 가지면서 상기 베이스 기판과 접촉하는 상기 인터 레이어 일부가 상기 베이스 기판과 반응하여 상기 베이스 기판과 상기 인터 레이어 사이에 인터 믹싱 레이어를 형성하는 단계; 를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고온 에피층을 이종 기판에 성장하는 제조 방법.
Growing an interlayer on top of the base substrate;
Forming a top layer on the interlayer;
Growing a low-temperature buffer layer on the top layer;
Forming a high-temperature boron-phosphide-based epitaxial layer on the buffer layer; And
Forming an intermix layer between the base substrate and the interlayer by reacting a portion of the interlayer, which is in contact with the base substrate, with the interlayer when the epitaxial layer grows, Wherein the high temperature epi layer is grown on a heterogeneous substrate.
제 6 항에 있어서,
상기 인터 레이어의 융해 온도는 상기 버퍼 레이어 성장 온도보다 높고, 상기 에피 레이어 성장 온도 보다는 낮은 것을 특징으로 하는 고온 에피층을 이종 기판에 성장하는 제조 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the melting temperature of the interlayer is higher than the buffer layer growth temperature and lower than the epilayer growth temperature.
제 6 항에 있어서,
상기 인터 레이어는, 상기 에피 레이어를 성장하는 1,000 ~ 1,300 ℃의 고온에서 응력 이완되어, 결정결함이 SiGe계 에피 레이어로 집속되는 것을 특징으로 하는 고온 에피층을 이종 기판에 성장하는 제조 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the interlayer is stress relaxed at a high temperature of 1,000 to 1,300 DEG C for growing the epitaxial layer, and crystal defects are focused on a SiGe-based epitaxial layer.
제 6 항에 있어서,
상기 탑 레이어는, 고온의 상기 에피 레이어 성장 시 상기 버퍼 레이어와 상기 인터 레이어의 반응성을 막아주는 것을 특징으로 하는 고온 에피층을 이종 기판에 성장하는 제조 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the top layer prevents reactivity between the buffer layer and the interlayer when growing the epitaxial layer at a high temperature.
제 6 항에 있어서,
상기 에피 레이어를 상기 베이스 기판으로부터 리프트-오프(lift off)하는 단계; 를 더 포함하고, 상기 리프트-오프하는 단계는,
수직적 방향에서 상기 에피 레이어, 상기 버퍼 레이어, 상기 탑 레이어, 상기 인터 레이어, 및 상기 인터 믹싱 레이어의 일부를 제거하는 건식 식각 단계;
수평적 방향에서 상기 인터 레이어, 및 상기 인터 믹싱 레이어를 제거하는 습식 식각 단계; 및
상기 에피 레이어에 반도체 소자를 제조하고, 분리하는 단계; 를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 이종 기판을 이용한 반도체 소자의 제조 방법.
The method according to claim 6,
Lifting off the epilayer from the base substrate; Wherein the step of lifting off comprises:
A dry etching step of removing the epilayer, the buffer layer, the top layer, the interlayer, and a part of the intermixing layer in a vertical direction;
A wet etching step of removing the interlayer and the intermixing layer in a horizontal direction; And
Fabricating and separating a semiconductor device in the epilayer; Wherein the first and second substrates are formed on the first substrate and the second substrate, respectively.
제 10 항에 있어서,
상기 인터 레이어, 및 상기 인터 믹싱 레이어를 제거할 때, 상기 탑 레이어의 일부도 함께 제거되는 것을 특징으로 하는 이종 기판을 이용한 반도체 소자의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein when the interlayer and the intermix layer are removed, a part of the top layer is removed together.
제 10 항에 있어서,
상기 인터 레이어, 및 상기 인터 믹싱 레이어를 제거할 때, 상기 인터 믹싱 레이어의 일부가 상기 베이스 기판 상에 잔존하는 것을 특징으로 하는 이종 기판을 이용한 반도체 소자의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein a part of the intermixing layer remains on the base substrate when removing the interlayer and the intermixing layer.
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