KR101717670B1 - 반도체 발광소자 제조방법 - Google Patents

반도체 발광소자 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자 제조방법은,
반도체 성장용 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 순차적으로 성장시켜 발광부를 형성하는 단계; 상기 제2 도전형 반도체층 상에 상기 발광부와 결합되도록 지지부를 형성하는 단계; 상기 발광부로부터 상기 반도체 성장용 기판을 분리하는 단계; 및 상기 분리된 반도체 성장용 기판 표면에 잔존하는 반도체층이 제거되도록 상기 반도체 성장용 기판에 식각 가스를 적용하는 단계;를 포함한다.

Description

반도체 발광소자 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING LIGHT EMITTING DIODE}
본 발명은 반도체 발광소자 제조방법에 관한 것이다.
발광다이오드(LED)와 같은 반도체 발광소자는 웨이퍼 상에 전기적, 광학적 특성이 다른 반도체층을 조합하여 적층구조로 증착형성하고, 식각 및 패터닝 공정을 거쳐 제조된다.
이러한 반도체층은 일반적으로 화학 기상 증착 장치 내에서 성장용 기판인 웨이퍼 상에 에피 박막을 증착함으로써 형성되는데, 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 경우 이와 같이 증착에 의해 형성된 반도체층을 성장용 기판으로부터 분리하여 제조된다.
그리고, 반도체층이 분리된 반도체 성장용 기판은 별도의 장치로 공급되어 재생 공정을 거친 후 다시 반도체층 성장을 위한 기판으로 재사용되게 된다. 이 경우, 반도체층과 분리된 상기 성장용 기판의 표면에는 일부 반도체층이 잔존하므로 이를 제거하는 공정을 거쳐야 한다.
일반적으로 사용되는 웨이퍼를 물리적으로 연마하여 재생하는 방법은 잔류물과 함께 웨이퍼 표면도 일부 제거되게 되어 웨이퍼 상부 표면이 손상됨은 물론 웨이퍼의 두께가 변화되는 문제가 있고, 아울러 물리적인 가공을 통해 웨이퍼 상에 추가적인 잔존물 및 부산물들이 발생할 수 있다는 문제가 있다.
그리고, 침지를 통해 화학적으로 제거하는 방법의 경우 화학 용액을 제거하기 위한 세정 공정을 추가로 실시해야 하며, 따라서 공정이 복잡해지고 작업시간이 증가되는 단점이 있다. 또한, 유해한 화학 용액의 사용에 따른 환경오염 문제가 발생할 수 있으며, 나아가 처리시설을 추가로 확보해야 하는 등 재생비용이 새롭게 웨이퍼를 제조하는 비용보다 증가하게 되는 등의 문제가 있다.
본 발명의 목적 중 하나는 반도체 성장용 기판인 웨이퍼의 표면에 잔존하는 반도체층을 제거하여 웨이퍼 상에 발광소자를 제조하는데 있어서 웨이퍼의 표면이 손상되지 않도록 할 수 있는 반도체 발광소자 제조방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적 중 다른 하나는 대량의 웨이퍼를 일괄하여 처리할 수 있는 반도체 발광소자 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 제조방법,
반도체 성장용 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 순차적으로 성장시켜 발광부를 형성하는 단계; 상기 제2 도전형 반도체층 상에 상기 발광부와 결합되도록 지지부를 형성하는 단계; 상기 발광부로부터 상기 반도체 성장용 기판을 분리하는 단계; 및 상기 분리된 반도체 성장용 기판 표면에 잔존하는 반도체층이 제거되도록 상기 반도체 성장용 기판에 식각 가스를 적용하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 식각 가스를 적용하는 단계 이후 상기 반도체 성장용 기판의 표면에 잔존물이 남아있는지 여부 및 상기 반도체 성장용 기판의 두께 감소 범위를 검사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반도체층은 질화물 계열의 반도체층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 질화물 계열의 반도체층은 GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN을 포함할 수 있다.
또한, 상기 지지부는 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 식각 가스를 적용하는 단계는, 표면에 상기 반도체층이 잔존하는 상기 반도체 성장용 기판을 반응챔버 내에 배치시키는 단계; 상기 반도체 성장용 기판이 설정된 온도 및 압력 조건에 노출되도록 상기 반응챔버 내부를 가열 및 가압하는 단계; 및 가스 공급부를 통해 상기 반응챔버 내부로 상기 식각 가스를 분사하여 상기 반도체 성장용 기판 상에 잔존하는 상기 반도체층을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 식각 가스는 HCl 가스 또는 Cl2 가스를 포함할 수 있다.
또한, 상기 식각 가스를 적용하는 단계는 상기 식각 가스에 보조 가스를 더 혼합할 수 있다.
또한, 상기 보조 가스는 수소(H2), 질소(N2), 아르곤(Ar) 가스를 포함할 수 있다.
또한, 상기 식각 가스를 적용하는 단계는 상기 식각 가스를 플라즈마화하여 분사할 수 있다.
또한, 상기 식각 가스를 적용하는 단계는 상기 반응챔버의 높이 방향을 따라서 구획된 각 영역의 높이에 대응하여 서로 다른 높이를 갖도록 구비된 복수의 상기 가스 공급부를 통해 각 영역으로 상기 식각 가스를 분사할 수 있다.
또한, 상기 식각 가스를 적용하는 단계는 상기 반응챔버의 상면에 구비되어 하부에 구비되는 상기 반도체 성장용 기판을 향해 상기 식각 가스를 분사할 수 있다.
또한, 상기 식각 가스를 적용하는 단계는 상기 반응챔버의 측면 둘레를 따라 구비되어 상기 반응챔버의 중심부를 향해 역방사상(inverse radially)으로 상기 식각 가스를 분사할 수 있다.
또한, 상기 반응챔버는 매엽식 화학 기상 증착 장치를 구성하며, 내부에 구비되는 서셉터의 상면에 상기 반도체 성장용 기판를 안착시킬 수 있다.
또한, 상기 반응챔버는 퍼니스형 화학 기상 증착 장치를 구성하며, 내부에 구비되는 보트에 상기 반도체 성장용 기판을 적재시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 반도체 발광소자를 제조하는데 있어서 반도체층과 분리된 웨이퍼 표면에 잔존하는 반도체층에 대해 물리적으로 가공하지 않고 제거할 수 있어 웨이퍼 표면의 손상을 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 복수의 웨이퍼를 일괄하여 처리할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 수행하는 화학 기상 증착 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 화학 기상 증착 장치의 변형예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 수행하는 화학 기상 증착 장치의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4a는 도 3의 화학 기상 증착 장치에서 보트의 수직 방향 영역별 가스 공급부가 배치되는 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4b는 도 4a의 수평 단면도이다.
도 5는 도 4a의 수직 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6의 제조방법을 통해 제조된 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 도 6c에서 반도체층과 분리된 웨이퍼 표면에 잔존하는 반도체층을 제거하는 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 9a는 성장용 기판의 표면에 반도체층이 잔존하는 상태를 나타내는 사진이다.
도 9b는 도 9a에서 반도체층이 제거된 상태를 나타내는 사진이다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자 제조방법에 관한 사항을 도면을 참조하여 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 도면 상에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용할 것이다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 수행하기 위한 화학 기상 증착 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 수행하는 화학 기상 증착 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 화학 기상 증착 장치의 변형예를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 수행하는 화학 기상 증착 장치의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4a는 도 3의 화학 기상 증착 장치에서 보트의 수직 방향 영역별 가스 공급부가 배치되는 구조를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4b는 도 4a의 수평 단면도이며, 도 5는 도 4a의 수직 단면도이다.
도 1 및 도 2에서와 같이 상기 화학 기상 증착 장치(1)는 수평 타입(horizontal type)의 매엽식 화학 기상 증착 장치일 수 있으며, 반응챔버(10), 서셉터(20), 가스 공급부(40)를 포함할 수 있다.
상기 반응챔버(10)는 챔버 본체(11) 및 상기 챔버 본체(11)를 덮어 기밀을 유지하는 챔버 덮개(12)로 구성되며, 상기 챔버 덮개(12)는 상기 챔버 본체(11)에 개폐가능하도록 구비된다.
상기 서셉터(20)는 상기 챔버 본체(11) 내에 고정 또는 회전가능하도록 구비되며, 상기 서셉터(20)의 상면에는 포켓(21)이 함몰 형성되어 반도체 성장용 기판, 즉 웨이퍼(100)가 안착되어 수용될 수 있도록 하고, 상기 서셉터(20)의 하면에는 가열 수단(22)이 구비되어 상기 서셉터(20)를 포함한 상기 반응챔버(10) 내부를 가열한다.
상기 가스 공급부(40)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 반응챔버(10)의 상면, 즉 상기 챔버 덮개(12)에 구비되어 아래쪽에 구비되는 상기 세섭터(20)를 향해 반응 가스(G)를 공급할 수 있다. 또한 상기 가스 공급부(40)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 반응챔버(10)의 측면, 즉 상기 챔버 본체(11)의 상단부 둘레를 따라 구비되어 상기 서셉터(20)의 중심부를 향해 역방사상(inverse radially)으로 상기 반응 가스(G)를 공급할 수 있다.
한편, 도 3에서와 같이 상기 화학 기상 증착 장치(1')는 종형 타입(vertical type)의 퍼니스형(furnace) 화학 기상 증착 장치일 수 있으며, 반응챔버(10), 보트(30), 가스 공급부(40)를 포함할 수 있다.
상기 반응챔버(10)는 내부 챔버(13) 및 상기 내부 챔버(13)를 덮어 기밀을 유지하는 외부 챔버(14)의 2중관 구조로 구성되며, 상기 반응챔버(10)의 둘레를 따라 구비되는 가열 수단(22)을 통해 상기 반응챔버(10) 내부를 가열한다.
상기 보트(30)에는 복수개의 웨이퍼(100)가 소정 간격으로 적재되어 장착되며, 상기 웨이퍼(100)가 적재된 상기 보트(30)는 상기 반응챔버(10) 내에 배치되거나 외부로 배출될 수 있다. 따라서, 보트(30)를 통해 수백매의 웨이퍼(100)를 소정 간격으로 적재함으로써 대량으로 반도체 발광소자를 제조하는 것이 가능하다는 장점을 갖는다.
상기 가스 공급부(40)는 적어도 하나가 상기 내부 챔버(13)와 상기 보트(30) 사이에 배치되며, 높이 방향으로 적재된 복수의 웨이퍼(100)를 따라서 높이 방향으로 수직하게 연장되어 구비되어 상기 반응챔버(10) 내부로 상기 반응 가스(G)를 공급한다.
상기 가스 공급부(40)는 도 4에서 도시하는 바와 같이 높이 방향으로 적재된 복수의 웨이퍼(100) 전체에 걸쳐서 반도체층이 균일하게 성장될 수 있도록 복수개가 상기 보트(30)의 둘레를 따라서 서로 이격되어 배치될 수 있다. 특히, 각각의 가스 공급부는 도 4a 및 도 5에 도시된 바와 같이 상기 보트(30)의 상기 웨이퍼(100)가 적재된 방향인 높이 방향으로 구획된 각 영역(A1,A2,A3)의 높이에 대응하여 서로 다른 높이를 가지도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 도면에서와 같이 상기 보트(30)가 하부 영역(A1), 중앙부 영역(A2) 및 상부 영역(A3)의 3개의 영역으로 구획되는 경우에 있어서, 상기 가스 공급부(40)는 상기 보트(30)의 하부 영역(A1)으로 상기 반응 가스(G)를 공급하는 제1 공급부(40a), 상기 보트(30)의 중앙부 영역(A2)으로 상기 반응 가스(G)를 공급하는 제2 공급부(40b), 및 상기 보트(30)의 상부 영역(A3)으로 상기 반응 가스(G)를 공급하는 제3 공급부(40c)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 공급부(40a)는 상기 하부 영역(A1)의 높이에 대응하는 높이로 형성되고, 상기 제2 공급부(40b)는 상기 중앙부 영역(A2)의 높이에 대응하는 높이로 형성되며, 상기 제3 공급부(40c)는 상기 상부 영역(A3)의 높이에 대응하는 높이로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 가스 공급부(40) 각각은 상기 반응 가스(G)의 공급량을 제어하는 유량계(60)와 개별적으로 연결되어 서로 독립적으로 상기 반응 가스(G)의 공급량을 조절한다. 즉, 상기 제1 공급부(40a)와 제2 공급부(40b) 및 제3 공급부(40c)에 각각 연결된 유량계(60)를 통해 각 가스 공급부(40a,40b,40c)로 공급되는 반응 가스(G)의 공급량을 개별적으로 조절하게 된다.
따라서, 상기 보트(30)의 각 영역에 대응하여 배치되는 각 가스 공급부(40a,40b,40c)는 각 가스 공급부별로 구비되는 유량계(60)를 통해 각 영역 별로 반응 가스(G)의 공급량을 적절하게 조절할 수 있어 상기 보트(30)의 높이 방향 영역에 대한 온도 구배 등을 설정할 필요없이 간단하게 각 영역(A1,A2,A3)에서의 반도체층의 균일도에 차이가 발생하는 것을 방지하는 것이 가능하다.
도 6 및 도 7 그리고 상기 도 1 내지 도 5에 도시된 화학 기상 증착 장치를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 설명한다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 7은 도 6의 제조방법을 통해 제조된 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 도면이다.
우선, 도 6a에서와 같이 반도체 성장용 기판, 즉 웨이퍼(W) 상에 제1 도전형 반도체층(101), 활성층(102) 및 제2 도전형 반도체층(103)을 순차적으로 성장시켜 발광부(100)를 형성한다.
구체적으로, 상기 반도체 성장용 기판인 웨이퍼(W)를 상기 화학 기상 증착 장치(1,1')의 반응챔버(10) 내에 구비되는 상기 서셉터(20) 상에 안착시키거나 또는 상기 보트(30)에 적재시키고, MO 소스를 포함하는 반응 가스(G)를 분사하여 반도체층 형성을 위한 증착 공정을 수행한다.
본 실시 형태에서, 제1 및 제2 도전형 반도체층(101, 103)은 각각 p형 및 n형 반도체층이 될 수 있으며, 질화물 반도체로 이루어질 수 있다. 따라서, 이에 제한되는 것은 아니지만, 본 실시 형태의 경우, 제1 및 제2 도전형은 각각 p형 및 n형 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(101, 103)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 가지며, 예컨대, GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 등의 물질이 이에 해당될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(101, 103) 사이에 형성되는 활성층(102)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조, 예컨대, InGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다.
다음으로, 도 6b에서와 같이 상기 제2 도전형 반도체층(103) 상에 상기 발광부(100)와 결합되도록 지지부(200)를 형성한다.
상기 지지부(200)는 상기 웨이퍼(W)를 상기 발광부(100)로부터 제거하기 위한 레이저 리프트 오프 등의 공정에서 상기 발광부(100)를 지지하는 지지체 역할을 수행하며, Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs 중 어느 하나를 포함하는 물질, 예컨대, Si 기판에 Al이 도핑된 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 지지부(200)는 도전성 접착층(300)을 매개로 발광부(100)와 접합될 수 있다. 도전성 접착층(300)은 예컨대, AuSn와 같은 공융 금속 물질을 이용할 수 있을 것이다.
다음으로, 도 6c에서와 같이 상기 발광부(100)로부터 상기 반도체 성장용 기판인 웨이퍼(W)를 분리한다. 상기 발광부(100)의 제1 도전형 반도체층(101)과 접하는 상기 웨이퍼(W)는 레이저 리프트 오프 공정을 통해 상기 제1 도전형 반도체층(101)과 분리될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이 상기 웨이퍼(W)가 분리된 상기 제1 도전형 반도체층(101)에는 전극(400)을 형성하여 수직구조 반도체 발광소자를 제조한다. 상기 제조된 반도체 발광소자는 패키징 공정과 같은 발광소자 패키지 제조를 위한 후속 공정에 이용된다.
이와 같이 발광부(100)와 분리된 반도체 성장용 기판(W)의 표면에는 반도체층(101)이 일부 잔존하며, 상기와 같이 반도체 발광소자를 제조하고자 하는 경우에는 상기 웨이퍼(W)의 표면에서 상기 잔존하는 반도체층(101)을 제거해야 한다.
이를 위해 상기 분리된 웨이퍼(W) 표면에 잔존하는 반도체층(101)이 제거되도록 상기 웨이퍼(W)에 식각 가스를 적용한다.
이하, 도 8 및 도 9 그리고 상기 도 1 내지 도 5에 도시된 화학 기상 증착 장치를 참조하여 반도체 성장용 기판(W)의 표면에서 잔존하는 반도체층(101)을 제거하는 방법을 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체층을 제거하는 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체층을 제거하는 방법은, 표면에 반도체층이 잔존하는 복수개의 웨이퍼를 반응챔버 내에 배치시키는 단계(S1), 상기 웨이퍼가 설정된 온도 및 압력 조건에 노출되도록 상기 반응챔버 내부를 가열 및 가압하는 단계(S2) 및 가스 공급부를 통해 상기 반응챔버 내부로 식각 가스를 분사하여 상기 웨이퍼 상에 잔존하는 반도체층을 제거하는 단계(S3)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 웨이퍼 상에 잔존하는 반도체층을 제거하는 단계는 상기 분사되는 식각 가스를 플라즈마화하는 단계(S3')를 더 포함할 수 있다.
우선, 도 9a에 도시된 바와 같이 발광부(100)로부터 분리되어 표면에 반도체층(101)이 잔존하는 복수개의 웨이퍼(W)를 반응챔버(10) 내에 배치시킨다(S1). 상기 반도체층(101) 제거에 의한 재생 대상이 되는 상기 웨이퍼(W)는 상기 반도체층(101)이 상기 웨이퍼(W)로부터 분리된 후 일부 반도체층(101)이 잔존하는 경우에 한정하지 않고, 증착 공정에 의해 형성된 상기 발광부(100)에 문제가 발생하여 사용이 불가능하여 상기 웨이퍼(W)를 재사용할 필요가 있는 경우도 포함할 수 있다.
상기 웨이퍼(W)는 사파이어, 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘(Si), 아연 산화물(ZnO), 갈륨 비소화물(GaAs) 및 갈륨 인화물(gallium phosphide : GaP) 중의 어느 하나를 재질로 하여 이루어질 수 있으며, 본 실시예에서는 사파이어로 이루어진 것으로 설명한다.
그리고, 상기 반도체층(101)은 앞에서 설명한 바와 같이 질화물 계열의 반도체층을 포함하는 것으로, GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 등을 포함할 수 있다.
상기 반응챔버(10)는 상기 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 내부에 서셉터(20)를 구비하는 매엽식 화학 기상 증착 장치(1)일 수 있으며, 상기 웨이퍼(W)는 수매가 상기 서셉터(20)의 상면에 안착될 수 있다. 또한, 상기 반응챔버(10)는 도 3에 도시된 바와 같이 내부에 보트(30)를 구비하는 퍼니스형 화학 기상 증착 장치(1')일 수 있으며, 상기 웨이퍼(W)는 상기 보트(30)의 높이 방향을 따라서 수백매가 소정 간격으로 적재될 수 있다.
다음으로, 상기 웨이퍼(W)가 설정된 온도 및 압력 조건에 노출되도록 상기 반응챔버(10) 내부를 가열 및 가압한다(S2).
이러한 온도 및 압력 조건은 상기 반응챔버(10)의 크기 등을 고려하여 이후 설명하는 식각 가스(g)에 의해 상기 반도체층(101)이 식각될 수 있는 범위 내에서 적절하게 조절될 수 있다. 바람직하게, 상기 온도 조건은 50℃ 내지 2000℃ 범위 내에서, 그리고 상기 압력 조건은 10-9 torr 내지 1000 torr 범위 내에서 조절될 수 있다.
다음으로, 가스 공급부(40)를 통해 상기 반응챔버(10) 내부로 식각 가스(g)를 분사하여 상기 웨이퍼(W) 상에 잔존하는 상기 반도체층(101)을 제거한다(S3).
상기 가스 공급부(40)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 반응챔버(10)의 상면, 즉 챔버 덮개(12)에 구비되어 상기 세섭터(20)의 상면을 향해 아래 방향으로 상기 식각 가스(g)를 분사하는 샤워 헤드 구조로 구비될 수 있다.
또한, 상기 가스 공급부(40)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 반응챔버(10)의 측면 둘레를 따라 구비되어 상기 서셉터(20)의 외주면 테두리로부터 중심부를 향해 역방사상(inverse radial)으로 상기 식각 가스(g)를 분사하는 리저버 구조로 구비될 수 있다.
또한, 상기 가스 공급부(40)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 내부 챔버(13)와 보트(30) 사이에서 상기 웨이퍼(W)의 적재 방향, 즉 높이 방향을 따라서 수직하게 연장되어 구비될 수 있다. 그리고, 상기 가스 공급부(40)는 상기 웨이퍼(W)를 향해 개방된 복수의 분사노즐(41)을 통해 상기 식각 가스(g)를 상기 반응챔버(10) 내부로 분사할 수 있다. 상기 분사노즐(41)은 상기 웨이퍼(W)의 적재 간격에 대응하여 구비되어 각 웨이퍼(W)의 표면으로 상기 식각 가스(g)를 분사할 수 있다. 이 경우, 상기 분사노즐(41)은 상기 적재된 웨이퍼(W)의 각 측면과 마주하도록 배열되거나, 상기 적재된 웨이퍼(W)들 사이에 위치하도록 배열될 수 있다.
상기 반도체층(101)을 제거하기 위해 사용되는 식각 가스(g)로는 HCl 가스 또는 Cl2 가스가 포함될 수 있다. 상기 식각 가스(g)를 통해 상기 반도체층(101)을 제거하는 메커니즘을 설명한다. 상기 반응챔버(10) 내부로 분사된 상기 식각 가스(g)는 앞서 설명한 상기 반응챔버(10) 내의 온도 및 압력 조건에서 Cl 이온을 생성한다. 이러한 Cl 이온은 GaN을 고온에서 휘발성 물질인 GaCl3 및 이의 화합물과 NH3로 분해할 수 있다. 결국, GaN은 분해되어 가스 형태로 배출되고, HCl 및 Cl2의 가스에 안정적인 웨이퍼(W)만 남게 되는 것이다.
상기 식각 가스(g)는 단일의 HCl 가스 또는 Cl2 가스로 공급될 수 있으며, 경우에 따라서는 보조 가스를 추가적으로 혼합하여 상기 반응챔버(10)의 크기 등에 따른 식각 속도, 식각 가스의 유속(flow velocity) 등을 조절할 수 있다. 상기 보조 가스로는 수소(H2), 질소(N2), 아르곤(Ar) 가스 등이 포함될 수 있다.
상기 가스 공급부(40)를 통해 분사되는 상기 식각 가스(g)는 플라즈마화되어 분사될 수 있다(S3'). 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 반응챔버(10)에 플라즈마 장치(50)를 구비할 수 있으며, 이를 통해 분사되는 식각 가스(g)를 플라즈마화하여 상기 반응챔버(10) 내에서의 이온화 밀도를 높임으로써 식각 속도를 조절, 예를 들어, 가속화할 수 있다.
한편, 분사된 상기 식각 가스(g)에 의해 상기 반도체층(101)이 제거된 상기 웨이퍼(100)에 대해서는 그 표면에 잔존물이 남아있는지 여부 및 상기 웨이퍼(W)의 두께 감소 여부와 범위 등을 검사할 수 있다.
이러한 검사는 상기 반응챔버(10)에 구비되는 센서(미도시)를 통해 자동적으로 수행될 수 있으며, 잔존물이 발견될 경우에는 상기 반응챔버(10) 내의 온도 및 압력 조건을 조절하여 잔존물을 제거시키거나 식각 공정을 추가적으로 수행할 수 있다.
다음으로, 식각 가스(g)에 의해 반도체층(101)의 잔존물이 제거되어 재생이 완료된 상기 웨이퍼(W)를 상기 반응챔버(10)에서 배출시킨다. 그리고, 상기 식각 가스(g)는 상기 반응챔버(10)와 연결된 배기부(70)를 통해 안정적으로 외부로 배기된다.
도 9a는 발광부(100)로부터 분리된 웨이퍼(W)의 표면에 반도체층(101)이 잔존하는 상태를 촬영한 사진이며, 도 9b는 상술한 방법을 통해 반도체층(101)이 제거된 상태를 촬영한 사진이다. 도 9a에 도시된 바와 같이 웨이퍼(W) 표면에 잔존하는 반도체층(101)은 도 9b에서와 같이 식각 가스에 의해 상기 웨이퍼(W) 표면에서 제거된 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 발광부와 분리된 후 반도체 성장용 기판을 사용해 다시 반도체 발광소자를 제조하려면 상기 반도체 성장용 기판(W)의 표면에 잔존하는 반도체층을 제거해야 하며, 이는 반도체층의 증착 공정과 동일한 방법으로 상기 반도체 성장용 기판(W)을 상기 화학 기상 증착 장치의 반응챔버(10) 내에 구비되는 상기 서셉터(20) 상에 안착시키거나 또는 상기 보트(30)에 적재시키고, 식각 가스(g)를 분사하여 상기 재생 대상이 되는 기판(W)의 표면 상에 잔존하는 잔존물을 제거함으로서 사용된 기판을 재생할 수 있다.
따라서, 종래와 같이 반도체층이 분리된 웨이퍼의 표면을 물리적으로 연마하여 재생하는 방식에 따라 별도의 재생 장치를 마련해야 하는 불편함이 없이 반도체 발광소자 제조를 위한 화학 기상 증착 장치(1, 1')를 그대로 웨이퍼를 재생하는데 사용할 수 있다는 점에서 장점을 갖는다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자 제조방법은 물리적 가공이나 화학적 침지를 위한 별도의 장치나 설비 없이 웨이퍼 상에 반도체층 증착을 위해 사용되는 화학 기상 증착 장치를 웨이퍼 재생을 위한 재생 장치로 전용하여 사용할 수 있다.
또한, 화학 기상 증착 장치를 통한 반도체층 박막 증착 공정과 실질적으로 동일하게 증착을 위한 반응가스 대신 식각을 위한 식각 가스를 공급하는 방식으로 재생 공정을 용이하게 수행할 수 있다.
아울러, 식각 가스를 통해 반도체층을 제거함으로써 웨이퍼 표면이 손상되는 것을 최소화할 수 있다.
1, 1'... 화학 기상 증착 장치 10... 반응챔버
20... 서셉터 30... 보트
40... 가스 공급부 W... 웨이퍼
100... 발광부 101... 제1 도전형 반도체층
102... 활성층 103... 제2 도전형 반도체층
200... 지지부 300... 도전성 접착층
400... 전극

Claims (15)

  1. 반도체 성장용 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 순차적으로 성장시켜 발광부를 형성하는 단계;
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 상기 발광부와 결합되도록 지지부를 형성하는 단계;
    상기 발광부로부터 상기 반도체 성장용 기판을 분리하는 단계; 및
    상기 분리된 반도체 성장용 기판 표면에 잔존하는 반도체층이 제거되도록 상기 반도체 성장용 기판에 식각 가스를 적용하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 식각 가스를 적용하는 단계는,
    표면에 상기 반도체층이 잔존하는 상기 반도체 성장용 기판이 적재된 보트를 반응챔버 내에 배치시키는 단계;
    상기 반도체 성장용 기판이 설정된 온도 및 압력 조건에 노출되도록 상기 반응챔버 내부를 가열 및 가압하는 단계; 및
    가스 공급부를 통해 상기 반응챔버 내부로 상기 식각 가스를 분사하여 상기 반도체 성장용 기판 상에 잔존하는 상기 반도체층을 제거하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 식각 가스를 분사하여 상기 반도체층을 제거하는 단계에서 상기 가스 공급부는 복수개가 상기 보트의 둘레를 따라서 서로 이격되어 배치되되, 각 가스 공급부는 상기 반응챔버의 높이 방향을 따라서 구획된 각 영역의 높이에 대응하여 서로 다른 높이를 갖도록 구비되며,
    상기 반응챔버의 높이 방향을 따라서 구획된 각 영역의 높이에 대응하여 서로 다른 높이를 갖도록 구비된 복수의 상기 가스 공급부를 통해 각 영역으로 상기 식각 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 식각 가스를 적용하는 단계 이후 상기 반도체 성장용 기판의 표면에 잔존물이 남아있는지 여부 및 상기 반도체 성장용 기판의 두께 감소 범위를 검사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층은 질화물 계열의 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지지부는 도전성 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 식각 가스는 HCl 가스 또는 Cl2 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 식각 가스를 적용하는 단계는 상기 식각 가스에 보조 가스를 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보조 가스는 수소(H2), 질소(N2), 아르곤(Ar) 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 식각 가스를 적용하는 단계는 상기 식각 가스를 플라즈마화하여 분사하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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