KR101626393B1 - Recycling Substrate Structure Including Strain Compensation Layer, Making Method Therefor and Device Manufacturing Method - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에 의하면, 기판을 준비하는 기판 준비 단계; 상기 기판과 상이한 격자상수를 가진 희생층을 상기 기판 상에 성장시키는 희생층 성장 단계; 상기 기판과 상기 희생층 사이의 긴장상태와 반대인 긴장상태를 가진 보상층을 상기 희생층 상에 성장시키는 보상층 성장 단계;및 상기 보상층 상에 소자층을 성장시키는 소자층 형성 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 재활용 구조 생성방법을 제공한다.
이상에서 살펴본 본 발명에 의하면, 희생층을 두텁게 성장시킬 수 있게 함 으로써, 소자를 손쉽게 제거할 수 있는 효과가 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing a substrate; A sacrificial layer growth step of growing a sacrificial layer having a lattice constant different from that of the substrate on the substrate; A compensation layer growth step of growing a compensation layer on the sacrificial layer having a stress state opposite to a tense state between the substrate and the sacrificial layer, and a device layer formation step of growing an element layer on the compensation layer; The method comprising the steps of:
According to the present invention as described above, the sacrificial layer can be thickly grown, so that the device can be easily removed.
Description
본 발명은 스트레인 보상층을 포함한 기판 재활용 구조, 구조 생성 방법 및 소자 제작 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 희생층을 이용한 기판 재활용 구조, 구조 생성 방법 및 소자 제작 방법에 있어서, 스트레인이 반대인 보상층을 추가로 구성하여 소자의 두께를 높일 수 있는 스트레인 보상층을 포함한 기판 재활용 구조, 구조 생성 방법 및 소자 제작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a substrate recycling structure including a strain compensation layer, a structure generating method and a device manufacturing method, and more particularly, to a substrate recycling structure, a structure generating method and a device manufacturing method using a sacrificial layer, A method of fabricating a structure, and a method of fabricating a device including a strain compensation layer that can increase the thickness of a device by further constructing a layer.
일반적으로 소자는 기판상에 등축 성장시켜서 기판째로 사용한다. 단결정으로 제작된 기판은 고가이고 소자는 성장한 기판상에 위치하지 않아도 사용할 수 있으므로 소자를 기판으로부터 분리하여 기판을 재활용하는 기술이 개발되어 왔다.Generally, devices are grown on a substrate by equiaxed growth. Since a substrate made of a single crystal is expensive and the device can be used without being located on the grown substrate, techniques for separating the device from the substrate and recycling the substrate have been developed.
일반적인 기판 재활용 방법은 기판과 유사한 격자구조이나 상이한 화학적 특성을 가진 희생층을 기판과 소자 사이에 증착시키고 희생층을 식각하여 소자를 분리하는 것이다. 이렇게 소자가 분리된 기판은 그대로 또는 폴리싱 공정을 거쳐서 재활용된다. 이때 희생층은 기판이나 소자와 상이한 조성으로 형성하며 기판과 격자 상수에서 차이가 생길 수 있다.A common substrate recycling method is to deposit a sacrificial layer having a similar lattice structure or different chemical properties to the substrate between the substrate and the element and to etch the sacrificial layer to separate the elements. The substrate thus separated is recycled as it is or through a polishing process. In this case, the sacrificial layer is formed in a composition different from that of the substrate or the device, and there may be a difference between the substrate and the lattice constant.
도 1은 기판을 재활용하는 기존의 기술을 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram illustrating an existing technique for recycling a substrate.
(a) 기판(10)을 준비한다. 기판(10)은 등축성장(Epitaxial Growth)의 기초가 되므로 단결정 기판(10)인 것이 바람직하다.(a) A
(b) 희생층(11)을 성장시킨다. 희생층(11)은 기판(10)과 유사한 결정구조와 결정상수를 갖는 것이 바람직하다. 그러나 희생층(11)은 식각의 대상이 되므로 특정 용매에 대하여 기판(10)보다 쉽게 식각되어야 한다. 이때 희생층(11)의 두께가 두꺼울수록 공정이 쉬워지나, 두께에 제한이 있다.(b) The
(c) 희생층(11) 위에 소자(12)를 성장시킨다. 소자(12)는 격자상수의 차이로 인해 결함이 발생할 수 있으므로 격자상수에 차이가 없는 소재인 기판(10)과 동일한 소재를 사용하여 성장시킨다. (c) The
(d) 소자(12)를 고정시킨 채 희생층(11)을 식각한다. 소자(12)는 제2기판(13)을 사용하여 고정할 수 있으며, 기판(10) 및 소자(12)를 훼손하지 않으면서 희생층(11)만을 식각할 수 있는 용매로 희생층(11)을 식각하여 소자(12)를 기판(10)과 분리한다. 이때 희생층(11)의 두께가 좁은 경우 식각이 종료되는 가운데 부분까지 용매가 침투하기 어려우므로 장시간이 걸린다. 또한, 희생층(11)이 얇은 경우 식각이 일어나고 소자(12)를 분리할 때 기판(10) 및 소자(12)에 크랙이 생기기 쉽다.(d) The
(e) 식각 공정이 끝나면 소자(12)와 기판(10)을 분리하고 기판(10)은 다음 성장공정의 기판(10)으로 재활용한다.(e) When the etching process is completed, the
도 2는 기판을 성장층의 두께에 따른 스트레인과 응력을 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing a strain and a stress according to a thickness of a growth layer of a substrate.
기판(10)과 희생층(11)은 격자상수에 차이가 있으므로 희생층(11)은 기판(10)과 격자상수만큼 스트레인이 생긴다. 희생층(11)을 탄성체로 간주하고 영률(Young''s Modulus)를 통해 응력(Stress)를 계산하면, (b)와 같다. 격자상수에 차이가 있는 한 희생층(11)이 클수록 응력이 커진다. 일반적으로 GaAs 기판(10) 및 소자(12)에 대하여 AlAs를 희생층(11)으로 사용하는데 약 0.14%의 격자 상수 차이가 난다.Since the
따라서, 일반적인 기판(10) 재활용 방법은 희생층(11)과 기판(10)의 격자 상수 차이로 인해 스트레인(strain)에 생기며, 이 스트레인으로 인해 스트레스가 생긴다. 이러한 스트레스는 입자를 성장시키면서 증대된다. 결국 특정 두께 이상 박막을 성장시킬 때, 임계 두께 이상 성장시키면 스트레스가 유발한 결함이 생긴다.Therefore, a general method of recycling the
도 3은 GaAs에 GaInAs 박막을 성장시켰을 때 In과 Ga의 비에 따른 임계 두께를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing a critical thickness according to the ratio of In and Ga when a GaInAs thin film is grown on GaAs.
In과 Ga의 크기가 상이하므로 As와 결합한 In과 Ga의 비율에 따라 격자상수가 상이하다. 계산 공식에 따라 박막에 결함이 생기기 시작하는 두께는 상이하게 계산되나, AlAs와 동일한 격자상수를 갖는 Ga:In이 0.985:0.015인 Ga0 .985In0 .015As의 임계두께는 약 3㎛이다. 다시 말해서 희생층(11)으로 AlAs를 사용할 경우 희생층(11)을 3㎛이상 성장시킬 수 없다.Since the sizes of In and Ga are different, the lattice constant differs depending on the ratio of In and Ga bonded to As. Thicknesses at which defects start to occur in the thin film are calculated differently according to the calculation formula, but the critical thickness of Ga 0 .985 In 0 .015 As with Ga: In of 0.985: 0.015 having the same lattice constant as AlAs is about 3 μm . In other words, when AlAs is used as the
다시 말해서 임계치 이상의 희생층(11)을 성장시키거나 형성할 때, 결함이 발생하기 때문에 희생층(11)의 두께는 제한적일 수밖에 없으므로 장시간의 공정이 필요하고, 소자(12) 등에 크랙이 생길 가능성이 커진다. 따라서, 희생층(11)이 클수록 소자(12)나 기판(10)에 상처를 주지 않고 분리하기 쉬우므로 희생층(11)의 두께를 늘리면서도 스트레인을 줄일 수 있는 방법이 필요하다.In other words, when the
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 이론상 무한한 두께의 희생층을 결함없이 성장시키는 보상층을 포함한 기판 재활용 구조 및 방법을 제공하고자 하는 데에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a structure and method for recycling a substrate including a compensating layer for theoretically growing a sacrificial layer having an infinite thickness without defects.
또한, 희생층을 두껍게 성장시킬 수 있는 수단을 제공함으로써, 소자를 분리할 때 기판 또는 소자의 안정성을 확보하는데에 그 목적이 있다. It is another object of the present invention to provide a means for growing a sacrificial layer to be thick, thereby securing the stability of a substrate or a device when the device is separated.
본 발명의 일 측면에 의하면, 기판을 준비하는 기판 준비 단계; 상기 기판과 상이한 격자상수를 가진 희생층을 상기 기판 상에 성장시키는 희생층 성장 단계; 상기 기판과 상기 희생층 사이의 긴장상태와 반대인 긴장상태를 가진 보상층을 상기 희생층 상에 성장시키는 보상층 성장 단계;및 상기 보상층 상에 소자층을 성장시키는 소자층 형성 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 재활용 구조 생성방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing a substrate; A sacrificial layer growth step of growing a sacrificial layer having a lattice constant different from that of the substrate on the substrate; A compensation layer growth step of growing a compensation layer on the sacrificial layer having a stress state opposite to a tense state between the substrate and the sacrificial layer, and a device layer formation step of growing an element layer on the compensation layer; The method comprising the steps of:
여기서, 상기 기판이 GaAs인 경우 상기 희생층은 AlAs 및 AlxGa(1-x)As (단 x는 1이하의 양수)중 어느 하나이고, 상기 보상층은 GayIn(1-y)P 및 GaAsyP(1-y) (y는 1이하의 양수)중 어느 하나일 수 있다.Here, when the substrate is GaAs, the sacrificial layer is any one of AlAs and Al x Ga (1-x) As (where x is positive number of 1 or less), and the compensating layer is Ga y In (1-y) P And GaAs yP (1-y) (y is a positive number of 1 or less).
여기서, 상기 기판이 InP인 경우 상기 희생층은 InxGa(1-x)As, InxGa(1-x)P 및 InxAl(1-x)As (단 x는 1이하의 양수) 중 어느 하나이고, 상기 보상층은 InyAl(1-y)As, InyGa(1-y)As 및 InyGa(1-y)P (단 y는 1이하의 양수)중 어느 하나일 수 있다.In the case where the substrate is made of InP, the sacrificial layer is made of In x Ga 1-x As, In x Ga 1-x P and In x Al 1-x As, any one of a, one of the compensation layer is in y Al (1-y) As, in y Ga (1-y) As and in y Ga (1-y) P (stage y is a positive number less than 1) Lt; / RTI >
여기서, 상기 기판이 Ge인 경우 상기 희생층은 AlAs, AlxGa(1-x)As, InxGa(1-x)P, GaAs, GaxAs(1-x)P, AlxIn(1-x)P 및 AlxGayIn(1-x-y)P (단, x, y는 양수이고, x+y는 1이하)중 어느 하나이고, 상기 보상층은 AlAs, AlzGa(1-z)As, GazIn(1-z)P, GaAs,GazAs(1-z)P, AlzIn(1-z)P 및 AlzGakIn(1-z-k)P (단, z, k는 양수이고, z+k는 1이하)중 어느 하나일 수 있다.Here, if the substrate is Ge, the sacrificial layer is AlAs, Al x Ga (1- x) As, In x Ga (1-x) P, GaAs, Ga x As (1-x) P, Al x In ( 1-x) P and Al x Ga y In (1-xy) P wherein x and y are positive numbers and x + y is not more than 1, and the compensation layer is made of AlAs, Al z Ga 1 -z) As, Ga z In ( 1-z) P, GaAs, Ga z As (1-z) P, Al z In (1-z) P and Al z Ga k In (1- zk) P ( stage , z and k are positive numbers, and z + k is 1 or less).
여기서, 상기 희생층의 두께는 2nm 이상 1㎛이하이고 보상층의 두께는 2nm 이상 1㎛이하일 수 있다.Here, the thickness of the sacrificial layer may be 2 nm or more and 1 m or less, and the thickness of the compensation layer may be 2 nm or more and 1 m or less.
여기서, 상기 소자층은 단일 또는 다중접합 태양전지일 수 있다.Here, the device layer may be a single or multiple junction solar cell.
여기서, 상기 희생층 성장단계와 상기 보상층 성장단계가 1회 이상 반복될 수 있다.Here, the sacrificial layer growth step and the compensation layer growth step may be repeated one or more times.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 기판을 준비하는 기판 준비 단계; 상기 기판과 상이한 격자상수를 가진 보상층을 성장시키는 보상층 성장 단계; 상기 기판과 상기 보상층 사이의 긴장상태와 반대인 상기 기판과의 긴장상태를 가진 희생층을 성장시키는 희생층 성장 단계;및 상기 희생층 상에 소자층을 성장시키는 소자층 형성 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 재활용 구조 생성방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing a substrate; A compensation layer growth step of growing a compensation layer having a lattice constant different from that of the substrate; A sacrificial layer growth step of growing a sacrificial layer having a stress state with respect to the substrate opposite to a tension state between the substrate and the compensation layer; and forming an element layer on the sacrificial layer; The method comprising the steps of:
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 기판을 준비하는 기판 준비 단계; 상기 기판과 상이한 격자상수를 가진 희생층을 성장시키는 희생층 성장 단계; 상기 기판과 상기 희생층 사이의 긴장상태와 반대인 긴장상태를 가진 보상층을 성장시키는 보상층 성장 단계; 상기 보상층 상에 소자층을 성장시키는 소자층 형성 단계; 상기 소자층에 제2기판을 접착하는 접착단계; 상기 희생층을 식각하는 식각단계; 상기 기판으로부터 상기 제2기판을 상기 소자층이 접합된 채 제거하는 전사단계;및 상기 기판을 재활용하는 재활용단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 재활용 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing a substrate; A sacrificial layer growth step of growing a sacrificial layer having a lattice constant different from that of the substrate; A compensating layer growing step of growing a compensating layer having a stress state opposite to a stress state between the substrate and the sacrificial layer; An element layer forming step of growing an element layer on the compensation layer; A bonding step of bonding a second substrate to the element layer; Etching the sacrificial layer; A transfer step of removing the second substrate from the substrate while the element layers are bonded to each other, and a recycling step of recycling the substrate; The method of
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 단결정을 가진 기판; 상기 기판과 상이한 격자상수를 가진 희생층; 상기 기판과 상기 희생층 사이의 긴장상태와 반대인 긴장상태를 가진 보상층을 성장시키는 보상층;및 상기 희생층 상에 성장된 소자층; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용 구조를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a substrate having a single crystal; A sacrificial layer having a lattice constant different from that of the substrate; A compensating layer for growing a compensating layer having a relaxed state opposite to a tension state between the substrate and the sacrificial layer; and a device layer grown on the sacrificial layer; The present invention provides a recycling structure comprising:
이상에서 살펴본 본 발명에 의하면, 희생층을 두텁게 성장시킬 수 있게 함 으로써, 소자를 손쉽게 제거할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, the sacrificial layer can be thickly grown, so that the device can be easily removed.
또한, 스트레인을 충분히 보상함으로써, 소자 증착에 있어서 소자에 생기는 결함을 최소화하는 효과가 있다.In addition, sufficient compensation for strain has the effect of minimizing defects in the device in the device deposition.
도 1은 기판을 재활용하는 기존의 기술을 나타낸 도면이다.
도 2는 기판을 성장층의 두께에 따른 스트레인과 응력을 나타낸 그래프이다.
도 3은 GaAs에 GaInAs 박막을 성장시켰을 때 In과 Ga의 비에 따른 임계 두께를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보상층을 포함한 기판 재활용 구조를 나타낸 단면도와 희생층과 보상층의 스트레인과 응력을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판을 재활용하는 방법을 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram illustrating an existing technique for recycling a substrate.
2 is a graph showing a strain and a stress according to a thickness of a growth layer of a substrate.
3 is a graph showing a critical thickness according to the ratio of In and Ga when a GaInAs thin film is grown on GaAs.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a substrate recycling structure including a compensation layer according to an embodiment of the present invention, and a graph showing stresses and stresses of a sacrifice layer and a compensation layer.
5 is a view illustrating a method of recycling a substrate according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 이때 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. The structure and operation of the present invention shown in the drawings and described by the drawings are described as at least one embodiment, and the technical ideas and the core structure and operation of the present invention are not limited thereby.
본 발명은 희생층의 격자상수가 기판과 차이가 있을 때, 이 차이를 역으로 보상해줄 수 있는 층을 희생층과 접하도록 성장시켜서 기판과 소자 사이에 존재하는 스트레인을 최소화하는 발명이다.The present invention minimizes the strain existing between the substrate and the device by growing the sacrificial layer so that the lattice constant of the sacrificial layer is different from that of the substrate.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보상층을 포함한 기판 재활용 구조를 나타낸 단면도와 희생층과 보상층의 스트레인과 응력을 나타낸 그래프이다.FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a substrate recycling structure including a compensation layer according to an embodiment of the present invention, and a graph showing stresses and stresses of a sacrifice layer and a compensation layer.
재활용 구조는 기판(100), 보상층(410), 희생층(110) 및 소자(120)층을 포함한다.The recycling structure includes a
기판(100)은 단일한 격자상수 K(단, K는 0보다 큰 상수)를 갖는 단결정 기판(100)이다. 기판(100)은 등축성장을 위한 기판(100)이므로 단결정이 바람직하며, 단결정이므로 단일한 격자상수를 갖는다.The
희생층(110)은 기판(100) 상에 등축으로 성장되며 기판(100)을 식각하지 못하는 용매에 쉽게 식각되고, 격자상수 K보다 크거나 작은 격자상수L을 갖는다. 희생층(110)은 나중에 식각을 통해 제거(희생)해야 하는 층이므로 기판(100)과 상이한 조성일 수 있다. 기판(100)과 반응성이 다르므로 희생층(110)은 격자상수가 다를 수 있다. 그러나 희생층(110)은 기판(100) 상에 등축으로 성장시키므로 단일한 격자상수 L을 갖는다. 본 실시예에서는 희생층(110)의 격자상수 L은 기판(100)의 격자상수 K보다 큰 것으로 가정하였다.The
보상층(410)은 희생층(110) 상에 등축으로 성장되며, 바람직하게는 희생층(110)과 함께 용매에 쉽게 식각되며, 격자상수 K보다 작거나 큰 격자상수 M을 갖는다. 보상층(410)의 두께는 희생층(110)이 생성한 스트레인을 보상할 수 있는 두께가 바람직하다. 보다 구체적으로 설명하면, 희생층(110)의 격자상수 L이 기판(100)의 격자상수 K보다 크다면 보상층(410)의 격자상수 M은 K보다 작고, L이 K보다 작다면 M은 K보다 커야 한다. 또한, 희생층(110)의 두께가 충분히 커서 스트레인이 크게 차이가 나게 되면, 보상층(410)을 그만큼 두껍게 구성하여 보상층(410)의 최상단의 격자상수가 기판(100)의 격자상수와 유사하도록 구성한다. 격자상수에 따라 긴장상태가 결정되므로 희생층(110)과 기판(100) 사이의 긴장상태와 보상층(410)과 기판(100) 사이의 긴장상태를 서로 반대로 구성하여, 긴장상태를 서로 상쇄시키는 것이다. 이렇게 하면 보상층(410) 상단의 긴장상태 또는 스트레인은 0이되어 격자상수도 기판(100)과 유사하게 된다.The
소자(120)층은 일반적인 도핑 공정을 통해 프린팅할 수 있는 소자(120) 기판(100)을 의미한다. 소자(120)는 기판(100)과 동일한 소재인 것이 바람직하며, 보상층(410) 상단에 등축으로 성장시켜서 제작한다. The
이렇게 제작된 구조체에서 기판(100)의 격자상수 K를 기준으로 희생층(110)에서는 L이 K보다 크므로 양의 스트레인이 존재하고 M이 K보다 작으므로 음의 스트레인이 존재한다.In the thus fabricated structure, since L is greater than K in the
양의 스트레인이 존재하는 구간(희생층 영역)에서 긴장상태는 스트레인의 반대방향으로 작용하나, 음의 스트레인이 존재하는 구간은 양의 스트레인을 보상해 주면서 긴장상태가 줄어든다. 다시 말해서, 희생층(110)은 기판(100)보다 격자상수가 크므로 기판(100)에 의해 압축(Compressive)되는 힘을 받는다. 또한 보상층(410)은 기판(100)에 비해 격자상수가 작으므로 소자층이 생성될 때 당겨지는 힘(Tensile)을 받는다. 따라서 소자(120)층이 올라오는 보상층(410)의 상단에서는 기판(100)의 격자상수와 거의 같은 값을 갖게 된다. 또한 소자(120)가 증착되는 부분에는 긴장상태도 거의 존재하지 않는다. 따라서 결함이 거의 없게 소자(120)층을 성장시킬 수 있다. 이때, 희생층(110)이 반드시 기판(100)에 접해있을 필요는 없다. 희생층(110)은 기판(100)을 재활용할 수 있도록 소자(120)를 용이하게 제거하는 수단이므로 보상층(410)이 기판(100)에 먼저 증착되고 희생층(110)이 그 위에 증착되어 응력을 제거하는 것도 무방하다. 또한, 희생층(110)과 보상층(410)이 번갈아가며 반복해서 증착되어 희생층(110)의 역할을 하는 희생층(110)-보상층(410) 영역이 이론상 무한히 위치할 수도 있다.In the region where the positive strain exists (the sacrificial layer region), the tense state acts in the opposite direction of the strain, but the region where the negative strain exists compensates for the positive strain and the tense state is reduced. In other words, since the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판을 재활용하는 방법을 나타낸 도면이다.5 is a view illustrating a method of recycling a substrate according to an embodiment of the present invention.
(a) 기판(100)을 준비한다. 기판(100)은 등축성장(Epitaxial Growth)의 기초가 되므로 단결정 기판(100)인 것이 바람직하다. (a) A
(b) 희생층(110)을 성장시킨다. 희생층(110)은 기판(100)과 유사한 결정구조와 결정상수를 갖는 것이 바람직하다. 그러나 희생층(110)은 식각의 대상이 되므로 특정 용매에 대하여 기판(100)보다 쉽게 식각되어야 한다.(b) The
(b') 희생층(110) 위에 보상층(410)을 성장시킨다. 보상층(410)은 희생층(110)의 두께에 맞는 스트레인과 응력을 보상해 주기 위한 층이다. 따라서 보상층(410)은 희생층(110)에 비해 역의 스트레인을 갖는 격자상수를 갖는 원소로 성장시킨다. 즉 희생층(110)이 기판(100)에 비하여 격자상수가 크면 보상층(410)은 기판(100)에 비해 격자상수가 작은 원소를 택하고 희생층(110)이 기판(100)에 비하여 격자상수가 작으면 보상층(410)은 기판(100)에 비해 격자상수가 큰 원소를 택한다. 각각의 공정은 등축성장(Epitaxial Growth)을 할 수 있다면 어떠한 공정도 관계없다. 다시 말해서 화학 기상 증착법(Chamical Vapor Deposition; CVD), E-Beam 증착 등과 같은 기법이 사용될 수 있다. 도 2에서 살펴본 바와 같이 희생층(110)이 3㎛보다 큰 경우 결함이 발생하기 시작하므로 희생층(110)의 두께는 안전성이 보장되는 2nm 이상 1㎛이하이고 보상층의 두께는 2nm 이상 1㎛이하일 수 있다.(b ') the
여기서 기판은 GaAs와 InP중 어느 하나일 수 있는데, 일례로 기판이 GaAs인 경우 희생층은 AlAs 및 AlxGa(1-x)As (단 x는 1이하의 양수)중 어느 하나이고, 상기 보상층은 GayIn(1-y)P 및 GaAsyP(1-y) (y는 1이하의 양수)중 어느 하나일 수 있다. In this case, the substrate may be any one of GaAs and InP. For example, when the substrate is GaAs, the sacrifice layer is any one of AlAs and Al x Ga (1-x) As (where x is a positive number of 1 or less) Layer may be any one of Ga y In (1-y) P and GaAs y P (1-y) (where y is a positive number of 1 or less).
기판이 InP인 경우 희생층은 InxGa(1-x)As, InxGa(1-x)P 및 InxAl(1-x)As (단 x는 1이하의 양수) 중 어느 하나이고, 상기 보상층은 InyAl(1-y)As, InyGa(1-y)As 및 InyGa(1-y)P (단 y는 1이하의 양수)중 어느 하나일 수 있다.In the case where the substrate is InP, the sacrifice layer is any one of In x Ga 1-x As, In x Ga 1-x P and In x Al (1-x) As (where x is a positive number of 1 or less) , The compensation layer may be any one of In y Al (1-y) As, In y Ga (1-y) As and In y Ga (1-y) P (where y is a positive number of 1 or less).
기판이 Ge일 수도 있는데, 이 경우 희생층은 AlAs, AlxGa(1-x)As, InxGa(1-x)P, GaAs, GaxAs(1-x)P, AlxIn(1-x)P 및 AlxGayIn(1-x-y)P (단, x, y는 양수이고, x+y는 1이하)중 어느 하나이고, 상기 보상층은 AlAs, AlzGa(1-z)As, GazIn(1-z)P, GaAs,GazAs(1-z)P, AlzIn(1-z)P 및 AlzGakIn(1-z-k)P (단, z, k는 양수이고, z+k는 1이하)중 어느 하나일 수 있다.There may be a substrate is Ge, In this case, the sacrificial layer is AlAs, Al x Ga (1- x) As, In x Ga (1-x) P, GaAs, Ga x As (1-x) P, Al x In ( 1-x) P and Al x Ga y In (1-xy) P wherein x and y are positive numbers and x + y is not more than 1, and the compensation layer is made of AlAs, Al z Ga 1 -z) As, Ga z In ( 1-z) P, GaAs, Ga z As (1-z) P, Al z In (1-z) P and Al z Ga k In (1- zk) P ( stage , z and k are positive numbers, and z + k is 1 or less).
(b)와 (b') 공정은 서로 역순으로 행해질 수 있다. 다시 말해서 보상층(410)이 먼저 역의 응력을 생성하고 희생층(110)이 양의 응력을 생성하는 구조도 무방하다. 또한, (b)와 (b')공정이 반복해서 수행되어 희생층(110)과 보상층(410)이 반복되는 구조를 이론적으로 무한히 생성할 수도 있다.
(b) and (b ') may be performed in reverse order. In other words, the
(c)희생층(110) 위에 소자(120)를 성장시킨다. 소자(120)는 격자상수의 차이로 인해 결함이 발생할 수 있으므로 격자상수에 차이가 없는 소재인 기판(100)과 동일한 소재를 사용하여 성장시킨다. 그러나 희생층(110)과 보상층(410)의 보상관계에 따라 적절한 격자상수를 갖는 원소를 사용하여 소자(120)를 생성시키는 것도 무방하다.(c) The
소자(120)는 직접천이형 반도체일 수 있으며, 높은 광 전환효율을 활용할 수 있는 단일 또는 다중접합 태양전지 또는 광검출기일 수 있다.The
이상과 같은 방법으로 기판 재활용 구조를 제작할 수 있다. 그리고 다음 단계를 통해 기판을 재활용할 수 있다.The substrate recycling structure can be manufactured by the above-described method. The substrate can then be recycled through the following steps.
(d) 소자(120)를 고정시킨 채 희생층(110)을 식각한다. 소자(120)는 제2기판(130)을 사용하여 고정할 수 있으며, 제2기판(130)에 소자(120)를 고정하는 접착단계에서 제2기판(130)은 블루 테이프와 같이 접착성 있는 소재의 박막일 수 있다. 기판(100) 및 소자(120)를 훼손하지 않으면서 희생층(110)만을 식각할 수 있는 용매로 희생층(110)을 식각하여 소자(120)를 기판(100)과 분리한다. 이때 희생층(110)과 보상층(410)이 동일한 용매에 식각될 수 있다면 동시에 식각하는 것도 무방하다. 이 경우 식각되는 폭이 넓기 때문에 손쉽게 중앙까지 식각될 수 있다.(d) The
(e) 식각 공정이 끝나면 소자(120)와 기판(100)을 분리하고 기판(100)은 다음 성장공정의 기판(100)으로 재활용한다.(e) At the end of the etching process, the
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible.
따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 사상적 범주에 속한다.Accordingly, it is intended that the scope of the invention be defined solely by the claims appended hereto, and that all equivalents or equivalent variations thereof fall within the spirit and scope of the invention.
100: 기판 110: 희생층
120: 소자 130: 제2기판
410: 보상층100: substrate 110: sacrificial layer
120: element 130: second substrate
410: compensation layer
Claims (13)
상기 기판과 상이한 격자상수를 가지며, 상기 기판 상에 형성되는 상기 기판과 식각 반응성이 다른 희생층;
상기 기판과 상기 희생층 사이의 긴장상태와 반대인 긴장상태를 가지며, 상기 희생층 상에 형성된 보상층; 및
상기 보상층 상에 형성된 소자층;을 포함하거나,
상기 기판과 상이한 격자상수를 가지며, 상기 기판 상에 형성된 보상층;
상기 기판과 상기 보상층 사이의 긴장상태와 반대인 긴장상태를 가지며, 상기 보상층 상에 형성되는 상기 기판과 식각 반응성이 다른 희생층; 및
상기 희생층 상에 형성된 소자층;을 포함하되,
상기 기판의 격자상수를 K, 희생층의 격자상수를 L, 보상층의 격자상수를 M이라 하면, M<K<L 또는 L<K<M을 만족하며,
상기 소자층 하측에 형성되는 상기 희생층 또는 보상층은 그 하측에 형성된 상기 보상층 또는 희생층이 생성한 스트레인을 보상할 수 있는 두께로 형성되고,
상기 희생층 또는 보상층의 보상관계에 따라 결정되는 희생층 또는 보상층의 최상단 격자상수에 대응되는 소자층을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 재활용 구조.Board;
A sacrificial layer having a lattice constant different from that of the substrate and different in etch reactivity from the substrate formed on the substrate;
A compensation layer formed on the sacrificial layer and having a tense state opposite to a tense state between the substrate and the sacrificial layer; And
And an element layer formed on the compensation layer,
A compensating layer having a lattice constant different from the substrate and formed on the substrate;
A sacrificial layer having a trench state opposite to a tense state between the substrate and the compensation layer, the sacrifice layer being different in etch reactivity from the substrate formed on the compensation layer; And
And an element layer formed on the sacrificial layer,
M satisfies M <K <L or L <K <M, where K is the lattice constant of the substrate, L is the lattice constant of the sacrificial layer, and M is the lattice constant of the compensation layer,
The sacrifice layer or the compensation layer formed under the device layer is formed to have a thickness capable of compensating for the strain generated by the compensation layer or the sacrifice layer formed under the device layer,
Wherein the element layer corresponding to the uppermost lattice constant of the sacrificial layer or the compensation layer, which is determined according to the compensation relationship of the sacrificial layer or the compensation layer, is formed.
상기 희생층과 상기 보상층이 1회 이상 반복 적층된 형태의 기판 재활용 구조.The method according to claim 1,
Wherein the sacrificial layer and the compensation layer are repeatedly laminated one or more times.
상기 희생층과 상기 보상층 및 상기 소자층이 1회 이상 반복 적층된 형태의 기판 재활용 구조.The method according to claim 1 or 3,
Wherein the sacrificial layer, the compensating layer, and the element layer are repeatedly laminated one or more times.
상기 희생층의 두께는 2nm 이상 1㎛이하이고 보상층의 두께는 2nm 이상 1㎛이하인 것을 특징으로 하는 기판 재활용 구조.The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the sacrificial layer is 2 nm or more and 1 占 퐉 or less and the thickness of the compensation layer is 2 nm or more and 1 占 퐉 or less.
상기 기판이 GaAs인 경우 상기 희생층은 AlAs 및 AlxGa(1-x)As (단 x는 1이하의 양수)중 어느 하나 또는 이의 혼합물이고, 상기 보상층은 GayIn(1-y)P 및 GaAsyP(1-y) (y는 1이하의 양수)중 어느 하나 또는 이의 혼합물인 것을 특징으로 하는 기판 재활용 구조.The method according to claim 1,
If the substrate is GaAs and the sacrificial layer is a mixture one or derivatives of AlAs and Al x Ga (1-x) As (with the proviso that x is a positive number less than 1), the compensation layer is Ga y In (1-y) P and GaAs yP (1-y) (y is a positive number of 1 or less), or a mixture thereof.
상기 기판이 InP인 경우 상기 희생층은 InxGa(1-x)As, InxGa(1-x)P 및 InxAl(1-x)As (단 x는 1이하의 양수) 중 어느 하나 또는 이의 혼합물이고, 상기 보상층은 InyAl(1-y)As, InyGa(1-y)As 및 InyGa(1-y)P (단 y는 1이하의 양수)중 어느 하나 또는 이의 혼합물인 것을 특징으로 하는 기판 재활용 구조.The method according to claim 1,
In the case where the substrate is InP, the sacrificial layer may be any one of In x Ga 1-x As, In x Ga 1-x P and In x Al 1-x As, one or a mixture thereof, wherein the compensation layer is in y Al (1-y) As, in y Ga (1-y) As and in y Ga (1-y) P (stage y is a positive number less than 1) which of the One or a mixture thereof.
상기 기판이 Ge인 경우 상기 희생층은 AlAs, AlxGa(1-x)As, InxGa(1-x)P, GaAs, GaxAs(1-x)P, AlxIn(1-x)P 및 AlxGayIn(1-x-y)P (단, x, y는 양수이고, x+y는 1이하)중 어느 하나 또는 이의 혼합물이고, 상기 보상층은 AlAs, AlzGa(1-z)As, GazIn(1-z)P, GaAs,GazAs(1-z)P, AlzIn(1-z)P 및 AlzGakIn(1-z-k)P (단, z, k는 양수이고, z+k는 1이하)중 어느 하나 또는 이의 혼합물인 것을 특징으로 하는 기판 재활용 구조.The method according to claim 1,
If the substrate is Ge, the sacrificial layer is AlAs, Al x Ga (1- x) As, In x Ga (1-x) P, GaAs, Ga x As (1-x) P, Al x In (1- x) P and Al x Ga y in (1-xy) P (in this example, x, y is a positive number, and a, x + y is any one or a mixture thereof of 1 or less), the compensation layer is AlAs, Al z Ga ( 1-z) As, Ga z In (1-z) P, GaAs, Ga z As (1-z) P, Al z In (1-z) P and Al z Ga k In (1- zk) P ( And z and k are positive numbers, and z + k is 1 or less), or a mixture thereof.
상기 소자층은 단일 또는 다중접합 태양전지 또는 광검출기인 것을 특징으로 하는 기판 재활용 구조.The method according to claim 1,
Wherein the device layer is a single or multiple junction solar cell or photodetector.
상기 기판과 상이한 격자상수를 가진 보상층을 상기 기판 상에 성장시키는 보상층 성장 단계;
상기 기판과 상기 보상층 사이의 긴장상태와 반대인 상기 기판과의 긴장상태를 가지고, 상기 기판과 식각 반응성이 다르며, 상기 보상층이 생성한 스트레인을 보상할 수 있는 두께의 희생층을 상기 보상층 상에 성장시키는 희생층 성장 단계; 및
상기 희생층의 보상관계에 따라 결정되는 상기 희생층의 최상단 격자상수에 대응되며, 상기 희생층 상에 소자층을 성장시키는 소자층 형성 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 재활용 구조 생성방법.A substrate preparation step of preparing a substrate;
A compensating layer growing step of growing a compensating layer having a lattice constant different from the substrate on the substrate;
A compensating layer having a thickness that is different from that of the substrate and that is capable of compensating for the strain generated by the compensating layer, A sacrificial layer growth step of growing on the sacrificial layer; And
An element layer forming step of forming an element layer on the sacrificial layer and corresponding to a top lattice constant of the sacrificial layer determined according to a compensation relationship of the sacrificial layer;
Wherein the substrate recycling structure comprises a plurality of substrates.
상기 기판과 상이한 격자상수를 가지고, 상기 기판과 식각 반응성이 다른 희생층을 상기 기판 상에 성장시키는 희생층 성장 단계;
상기 기판과 상기 희생층 사이의 긴장상태와 반대인 긴장상태를 가지고, 상기 희생층이 생성한 스트레인을 보상할 수 있는 두께의 보상층을 상기 희생층 상에 성장시키는 보상층 성장 단계;
상기 보상층의 보상관계에 따라 결정되는 상기 보상층의 최상단 격자상수에 대응되며, 상기 보상층 상에 소자층을 성장시키는 소자층 형성 단계;
상기 소자층에 제2기판을 접착하는 접착단계;
상기 희생층을 식각하는 식각단계;
상기 기판으로부터 상기 제2기판을 상기 소자층이 접합된 채 제거하는 전사단계; 및
상기 기판을 재활용하는 재활용단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 소자 제작 방법.A substrate preparation step of preparing a substrate;
A sacrificial layer growth step of growing a sacrificial layer having a lattice constant different from that of the substrate and different in etch reactivity with the substrate, on the substrate;
A compensating layer growth step of growing a compensating layer having a thickness that is opposite to a tensile state between the substrate and the sacrificial layer and which is capable of compensating for the strain generated by the sacrificial layer on the sacrificial layer;
An element layer forming step of forming an element layer on the compensation layer, the element layer corresponding to a top lattice constant of the compensation layer determined according to a compensation relationship of the compensation layer;
A bonding step of bonding a second substrate to the element layer;
Etching the sacrificial layer;
A transfer step of removing the second substrate from the substrate while the element layer is bonded; And
A recycling step of recycling the substrate;
And forming a second electrode on the second electrode.
상기 기판 상에 성장된 상기 기판과 상이한 격자상수를 가지며, 상기 기판과 식각 반응성이 다른 희생층;
상기 희생층 상에 성장된 상기 기판과 상기 희생층 사이의 긴장상태와 반대인 긴장상태를 가지며, 상기 희생층이 생성한 스트레인을 보상할 수 있는 두께로 형성된 보상층; 및
상기 보상층의 보상관계에 따라 결정되는 상기 보상층의 최상단 격자상수에 대응되며, 상기 보상층 상에 성장된 소자층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 재활용 구조.A substrate having a single crystal;
A sacrificial layer having a lattice constant different from that of the substrate grown on the substrate and different in etch reactivity from the substrate;
A compensating layer having a thickness that is opposite to a tensile state between the substrate and the sacrificial layer grown on the sacrificial layer, the compensating layer having a thickness capable of compensating for strain generated by the sacrificial layer; And
An element layer corresponding to a top lattice constant of the compensation layer determined according to a compensation relationship of the compensation layer, the element layer grown on the compensation layer;
Wherein the substrate is a substrate.
상기 기판상에 성장된 기판과 상이한 격자상수를 가진 보상층;
상기 보상층 상에 성장된 상기 기판과 상기 보상층 사이의 긴장상태와 반대인 긴장상태를 가지며, 상기 기판과 식각 반응성이 다르고, 상기 보상층이 생성한 스트레인을 보상할 수 있는 두께로 형성된 희생층; 및
상기 희생층의 보상관계에 따라 결정되는 상기 희생층의 최상단 격자상수에 대응되며, 상기 희생층 상에 성장된 소자층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 재활용 구조.A substrate having a single crystal;
A compensating layer having a lattice constant different from that of the substrate grown on the substrate;
A sacrificial layer formed on the compensation layer and having a thickness that is different from that of the substrate and has a thickness capable of compensating for the strain generated by the compensation layer, the sacrificial layer having a stress state opposite to a tension state between the substrate and the compensation layer grown on the compensation layer, ; And
An element layer corresponding to the uppermost lattice constant of the sacrificial layer determined according to the compensation relationship of the sacrificial layer, the element layer grown on the sacrificial layer;
Wherein the substrate is a substrate.
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