KR101762907B1 - 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
제1 기판, 상기 제1 기판 상에 형성된 GaN 계열의 버퍼층, 상기 버퍼층 상에 형성된 GaN층, 상기 GaN층 상에 형성된 것으로 AlxGa1 - xN층, InxAl1 - xN층 및 InxAlyGa1 -x- yN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층, 상기 AlxGa1 - xN층, InxAl1 - xN층 및 InxAlyGa1-x-yN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층 상에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극, 그리고 상기 소스 전극 및 드레인 전극 사이의 일부 영역에 형성된 검지물질층을 구비하는 고전자 이동도 트랜지스터 구조물을 준비하는 단계; 상기 소스 전극, 상기 드레인 전극 및 상기 검지물질층 상부에 일시적으로 본딩 가능한 물질을 형성한 후 제2 기판을 본딩하는 단계; 상기 버퍼층으로부터 상기 제1 기판을 분리하는 단계; 상기 제1 기판을 분리한 후 제3 기판을 상기 버퍼층에 본딩하는 단계; 및 상기 제3 기판을 본딩한 후 상기 고전자 이동도 트랜지스터 구조물에서 상기 제2 기판을 분리하는 단계를 포함하는, 고전자 이동도 트랜지스터 구조 센서의 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 고가의 기판을 재활용함으로써 HEMT 구조의 센서 제작 비용 절감이 가능하고, 구부러짐이 가능한 유연한 HEMT 구조의 센서 제작이 가능하다.
본 발명에 따르면, 고가의 기판을 재활용함으로써 HEMT 구조의 센서 제작 비용 절감이 가능하고, 구부러짐이 가능한 유연한 HEMT 구조의 센서 제작이 가능하다.
Description
본 발명은 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 센서의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 질화갈륨계 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 센서의 제조방법에 관한 것이다.
트랜지스터 구조의 센서의 일례로 특허문헌 1에 의하면, 실리콘 기판과 실리콘 기판 표면에 형성된 게이트 절연막, 게이트 절연막 상에 배치된 소스 전극 및 드레인 전극, 그리고 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 접속하는 채널과 채널이 제어 가능한 게이트 전극을 구비하고, 상기 실리콘 기판면에 배치된 반응장에서 피검출 물질 인식 분자를 고정하여 피검출 물질을 센싱하는 기술을 소개하고 있다.
또한, 특허문헌 2에 따르면, 기판 위에 게이트 전극을 형성하고, 상기 게이트 전극 상에 게이트 절연막, 그리고 상기 게이트 절연막 상에 채널층을 형성하고 소스/드레인 전극을 형성하여 바이오 센서를 제조하는 기술을 소개하고 있다.
이와 같이 특허문헌 1 및 특허문헌 2와 같은 종래 기술들에 의할 경우 별도의 게이트 전극 및 채널층을 형성하여야 하는 번거로움이 있었다. 또한, 기판으로는 사파이어 기판이나 실리콘 카바이드, 실리콘 기판 등을 사용하였다. 이 경우 고가의 기판 사용, 큰 격자 부정합으로 인한 결함증대에 따른 센서 감도 저하 등의 문제와 단단한 기판을 사용하기 때문에 유연한 센서를 제작하는데 어려운 문제점이 있다.
따라서, 별도의 게이트 전극 및 채널층을 형성하여야 하는 번거로움을 해소하고, 고가의 기판 사용을 줄일 수 있고, 격자 부정합을 최소화하며, 유연한 센서 제작에 필요한 기술 개발이 필요하다.
본 발명의 일 측면은 고가의 기판을 재활용할 수 있으면서도 격자 부정합을 최소화할 수 있고, 유연한 센서 제작에도 활용할 수 있는 질화갈륨계 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 유연한 센서의 제조방법을 제시하고자 한다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 형성된 GaN 계열의 버퍼층, 상기 버퍼층 상에 형성된 GaN층, 상기 GaN층 상에 형성된 것으로 AlxGa1-xN층, InxAl1-xN층 및 InxAlyGa1-x-yN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층, 상기 AlxGa1-xN층, InxAl1-xN층 및 InxAlyGa1-x-yN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층 상에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극, 그리고 상기 소스 전극 및 드레인 전극 사이의 일부 영역에 형성된 검지물질층을 구비하는 고전자 이동도 트랜지스터 구조물을 준비하는 단계; 상기 소스 전극, 상기 드레인 전극 및 상기 검지물질층 상부에 일시적으로 본딩 가능한 물질을 형성한 후 제2 기판을 본딩하는 단계; 상기 버퍼층으로부터 상기 제1 기판을 분리하는 단계; 상기 제1 기판을 분리한 후 제3 기판을 상기 버퍼층에 본딩하는 단계; 및 상기 제3 기판을 본딩한 후 상기 고전자 이동도 트랜지스터 구조물에서 상기 제2 기판을 분리하는 단계를 포함하는, 고전자 이동도 트랜지스터 구조 센서의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 고가의 기판을 재활용함으로써 HEMT 구조의 센서 제작 비용 절감이 가능하고, 구부러짐이 가능한 유연한 HEMT 구조의 센서 제작이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 제1 기판에 HEMT 구조용 질화갈륨계 다중 에피층을 성장한 후의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제1 기판 상에 형성된 에피층 위에 HEMT 구조를 제작한 후의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, HEMT 구조물 위에 제2 기판을 본딩한 후의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제1 기판을 레이저 리프트오프 공정으로 분리하는 모습이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제1 기판이 분리된 후 제3 기판(유연기판)을 본딩한 후의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, HEMT 구조물로부터 제2 기판을 분리하는 모습니다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 제3 기판(유연기판)에 제작된 HEMT 센서의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제1 기판 상에 형성된 에피층 위에 HEMT 구조를 제작한 후의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, HEMT 구조물 위에 제2 기판을 본딩한 후의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제1 기판을 레이저 리프트오프 공정으로 분리하는 모습이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제1 기판이 분리된 후 제3 기판(유연기판)을 본딩한 후의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, HEMT 구조물로부터 제2 기판을 분리하는 모습니다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 제3 기판(유연기판)에 제작된 HEMT 센서의 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본 명세서에서 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 센서의 제조방법을 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 질화갈륨계 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 센서의 제조방법에 관한 것이다. 고가의 기판을 재활용하고, 구부러짐이 가능한 유연한 소자를 제작하기 위하여 기판 제거방법을 통하여 HEMT 구조의 센서를 제조하고자 한다.
이를 위하여, 우선, 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 기판(100), 상기 제1 기판(100) 상에 형성된 GaN 계열의 버퍼층(10), 상기 버퍼층(10) 상에 형성된 GaN층(20), 상기 GaN층(20) 상에 형성된 것으로 AlxGa1-xN층, InxAl1 - xN층 및 InxAlyGa1 -x- yN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층(30), 상기 AlxGa1 - xN층, InxAl1 - xN층 및 InxAlyGa1 -x- yN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층(30) 상에 형성된 소스 전극(S) 및 드레인 전극(D), 그리고 상기 소스 전극(S) 및 드레인 전극(D) 사이의 일부 영역에 형성된 검지물질층(SM)을 구비하는 고전자 이동도 트랜지스터 구조물을 준비한다.
상기 고전자 이동도 트랜지스터 구조물을 준비하기 위해서는 먼저, 성장조건이 잘 확립되어 있고 격자 부정합이 실리콘 웨이퍼보다 작은 특성을 가지는 제1 기판을 준비한다. 상기 제1 기판은 후술하는 단계에서 레이저 리프트오프(Laser Lift-off) 공정에 의해 분리/제거될 것이므로 상기 제1 기판의 에너지 밴드갭은 레이저 리프트오프 장비에서 발생되는 레이저광의 에너지 밴드갭보다 큰 것이 바람직하다.
상기 제1 기판은 사파이어, AlN, Diamond, BN, SiC 및 GaN로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 재료로 만들어지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 SiC 기판은 3C, 4H, 6H 및 15R 폴리타입 등이 가능하다.
상기 제1 기판(100) 상단에는 고전자 이동도 트랜지스터 구조 제작을 위한 다층의 에피택시 박막을 성장시킨다. 이를 위해 먼저, 상기 제1 기판(100) 상에 버퍼층(10)을 형성한다. 상기 버퍼층은 질화갈륨(GaN) 계열로 형성되는 것이 바람직하며, GaN 계열 버퍼층의 형성은 에피택셜 성장 방법이 가능하다. 예를 들어, 800 내지 1200℃의 온도에서 트리메틸갈륨(TMG: Trimethylgalluim)과 암모니아를 각각 Ga과 N의 소스로, 수소를 캐리어 가스로 이용하여 질화갈륨의 에피층을 성장시킬 수 있다.
상기 제1 기판(100)과 상기 GaN 계열의 버퍼층(10) 사이에는 희생층(110)을 형성하여 향후 제1 기판(100)이 레이저 리프트오프 공정에 의해 제거(또는 탈착)되기 용이하도록 설계한다. 따라서, 상기 희생층(110)은 상기 제1 기판(100) 및 상기 GaN 계열의 버퍼층(10)보다 낮은 에너지 밴드갭을 가지는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 희생층은 포함되지 않을 수도 있으며, 이 경우 상기 GaN 계열의 버퍼층(10)이 희생층 역할을 할 수도 있다.
상기 버퍼층(10) 상에는 GaN층(20), 상기 GaN층(20) 상에는 AlxGa1 - xN층, InxAl1 - xN층 및 InxAlyGa1 -x- yN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층(30)을 형성한다. 상기 AlxGa1 - xN층은 GaN보다 큰 밴드갭을 가진 물질로서 x 의 값은 0<x≤1일 수 있다. 또한, 상기 InxAl1 - xN층의 x값은 0<x≤1일 수 있다. 또한, 상기 InxAlyGa1 -x-yN층의 x와 y값은 0<x≤1, 0<y≤1, 그리고 0<(x+y)≤1 일 수 있다.
AlxGa1 - xN은 질화갈륨보다 큰 밴드갭과 작은 격자상수를 가지므로 AlxGa1 - xN과 질화갈륨의 계면에는 밴드갭의 불연속성이 존재한다. 여기에 두 물질의 격자 상수 차이에 의한 압전 분극 전하와 자연발생적으로 생성되는 분극 전하가 한정되어 2차원 전자가스 2DEG (2-dimensional electron gas)가 형성된다.
2DEG는 소스(source) 전극과 드레인(drain) 전극 사이의 채널로서 이용되며, 이러한 채널을 흐르는 전류는 소스(source) 전극과 드레인(drain) 전극에 인가되는 전압에 따라 달라질 수 있다.
AlxGa1 - xN층(30)은 에피택셜 성장 방법에 의할 수 있다. 예를 들어, 900℃ 이상의 온도에서 TMG(Trimethylgallium)와 TMA(Trimethylalluminium), 암모니아를 각각 Ga, Al 및 N의 소스로 하는 MOCVD에 의하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
필요에 따라 선택적으로, 상기 AlxGa1 - xN층, InxAl1 - xN층 및 InxAlyGa1 -x- yN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층(30) 상에 GaN cap층을 추가로 형성할 수 있으며, GaN cap층의 두께는 10 nm 이하인 것이 바람직하다.
도 2에 도시한 바와 같이, 상기 AlxGa1 - xN층, InxAl1 - xN층 및 InxAlyGa1 -x- yN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층(30) 상에 소스(Source) 전극 및 드레인(Drain) 전극을 형성한다. 상기 소스 전극 및 드레인 전극으로는 티타늄, 알루미늄, 바나듐, 탄탈륨, 몰리브덴, 팔라듐, 실리콘, 니켈, 금, 텅스텐 또는 이들의 합금 등이 가능하다.
상기 소스 전극 및 드레인 전극 형성 후 오믹접합을 완성하기 위해 열처리를 하는 것이 가능하다. 열처리는 600 내지 1200℃에서 수행될 수 있으며 공정 시간 단축을 위해 급속 열처리 공정(RTP: Rapid Thermal Process)에 의하는 것이 가능하다. 선택적으로, 상기 소스(Source) 전극 및 드레인(Drain) 전극은 상기 AlxGa1-xN층(30)의 일부가 식각되어 만들어진 리세스 영역에 형성할 수도 있다.
이를 위하여, 소스(Source) 전극 및 드레인(Drain) 전극이 형성될 위치에 식각방지층을 형성하고 소정 형태로 패터닝한 후, 상기 식각방지층을 마스크로 하여 상기 AlxGa1 - xN층, InxAl1 - xN층 및 InxAlyGa1 -x- yN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층(30)을 식각하여 리세스를 형성시킬 수도 있다.
상기 식각방지층으로는 실리콘 산화막(SiO2, SiOx등), 실리콘 질화막(SixNy) 및 기타 Hf, Al, Ti, Zr 등의 금속 산화막 등이 가능하나 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 포토레지스트막이 바람직하다.
건식 식각, 습식 식각 또는 양자의 혼합방법으로 식각할 수 있으나 건식 식각이 바람직하다. 건식 식각 방법으로 플라즈마 에칭, 반응성 이온 에칭 및 스퍼터 이온 에칭 등이 가능하며, 식각 가스로는 BCl3, SiCl4, Cl2, HBr, SF6, CF4, C4F8, CH4, CHF3, NF3, CFCs(chlorofluorocarbons), H2, N2, Ar 및 O2 로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 가스를 사용하는 것이 가능하며, 습식 식각은 KOH, NaOH, NH4OH, H2SO4, HF, HCl, H3PO4, HNO3, CH3COOH, H2O2 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 용액 등을 사용할 수 있다.
이어서, 도 2에 도시한 바와 같이 상기 소스 전극(S) 및 드레인 전극(D) 사이의 일부 영역에 검지물질층(SM)을 형성한다. 선택적으로, 상기 검지물질층(SM)은 상기 AlxGa1 - xN층, InxAl1 - xN층 및 InxAlyGa1 -x- yN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층(30)의 일부가 식각되어 만들어진 리세스 영역에 형성할 수도 있다. 리세스 영역을 형성함으로써 검출하고자 하는 가스 또는 생화학 물질이 반응하는 검지물질층과 2DEG 사이의 거리를 좁힘으로써 채널의 검지감도가 향상되어 효율적인 검출이 가능하다.
이를 위하여 절연층을 증착하고 패터닝한 후 리세스를 형성한다. 상기 절연층으로는 실리콘 산화막(SiO2, SiOx 등), 실리콘 질화막(SixNy), 질화갈륨막(GaN), 알루미늄나이트라이드막(AlN) 또는 적어도 이 중 어느 하나를 포함하는 물질이 바람직하며 이에 한정되는 것은 아니고 기타 금속의 산화막, 질화막, 포토레지스트막 등이 이용될 수 있다.
절연층 증착 후 패터닝하여 리세스를 하는 것은 건식 식각을 이용해 리세스를 할 때 플라즈마 입자들이 표면에 손상(damage)을 가하거나 표면에 박혀 전하(charge)로 작용할 수 있고, 또 질화물 자체의 극성에 의해 유도된 표면의 전하들이 공핍층을 형성할 수 있는데 이를 방지하기 위함이다.
상기 리세스 형성을 위한 식각 방법으로는 건식 식각, 습식 식각 또는 양자의 혼합 방법으로 식각할 수 있으나 건식 식각과 습식 식각을 혼합하는 방법이 바람직하다. 건식 식각 방법으로 플라즈마 에칭, 반응성 이온 에칭 및 스퍼터 이온 에칭 등이 가능하며, 식각 가스로는 BCl3, SiCl4, Cl2, HBr, SF6, CF4, C4F8, CH4, CHF3, NF3, CFCs(chlorofluorocarbons), H2, N2, Ar 및 O2 로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 가스를 사용하는 것이 가능하며, 습식 식각은 KOH, NaOH, NH4OH, H2SO4, HF, HCl, H3PO4, HNO3, CH3COOH, H2O2 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 용액 등을 사용할 수 있다.
검지물질층(SM)의 리세스는 2DEG 가 존재하는 범위 내에서 이루어지며, 리세스 후 검지물질층이 형성되는 부분의 AlxGa1 - xN층, InxAl1 - xN층 및 InxAlyGa1 -x- yN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층 두께에 따라 감도가 달라진다. 트랜지스터 센서의 감도는 트랜지스터의 트랜스컨덕턴스 (게이트 전압 변화에 따른 소스-드레인 전류의 변화량)로 볼 수 있다. 이러한 이유로 리세스 후 검지물질층이 형성되는 부분의 AlxGa1-xN층, InxAl1 - xN층 및 InxAlyGa1 -x- yN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층 두께는 트랜스컨덕턴스가 최대가 되는 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같이 형성된 리세스에 검지물질층(SM)을 형성한다. 상기 검지물질은 검출하고자 하는 가스 또는 생화학 물질과 반응하여 HEMT 활성층의 전위를 변화시킬 수 있는 물질을 말한다. 가령, 수소 가스의 검지물질로는 Pd 또는 Pt를, CO 가스의 검지물질로는 ZnO 나노와이어를, 산소 가스의 검지물질로는 InZnO를, 클로라이드 이온의 검지물질로는 Ag/AgCl 전극을, 글루코오스 또는 젖산의 검지물질로는 ZnO 나노로드를, 수은 이온의 검지물질로는 티오글리콜산/Au를 예로 들 수 있다. 소스-드레인 전류를 측정함으로써 샘플 중의 검출 대상 물질의 유무의 판단 또는 그 양이나 농도의 측정이 가능하다. 예를 들면 검출 대상 물질이 없는 상태에서의 소스-드레인 전류를 미리 측정해 둔 후, 샘플의 측정 결과를 대비함으로써, 샘플 중의 검출 대상 물질의 유무를 확인할 수 있다. 또한 검출 대상 물질의 농도마다 소스-드레인 전류를 미리 측정해 두어, 그것과 샘플의 측정 결과를 대비함으로써, 샘플 중의 검출 대상물의 농도를 구할 수 있다.
상기 AlxGa1 - xN층, InxAl1 - xN층 및 InxAlyGa1 -x- yN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층(30)과 상기 검지물질층(SM) 사이에 검지물질과 에피층 사이의 검지 감도 향상이나 보호, 절연 등의 목적으로 별도의 물질층(P1)이 형성될 수도 있다. 즉, 검지 감도 향상층, 보호층 또는 절연층이 추가로 형성될 수 있다. 상기 검지 감도 향상층, 보호층 또는 절연층은 SiOx, SiNx, SiOxNy, AlOx, HfOx, 및 TiOx 중 어느 하나의 절연 물질을 포함할 있으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 절연 물질은 Si, Ge, Al, Hf, Ti, In, Ga, Gd, La, Ta 중 적어도 하나 이상을 포함하는 산화물(oxide), 질화물(nitride), 또는 산질화물 (oxynitride)일 수 있다. 상기 별도의 물질층(P1)은 단일층 또는 둘 이상의 적층 구조로 형성될 수 있으며 그 두께는 100Å 이상, 7000Å 이하일 수 있다.
상술한 바와 같은 과정을 통해 고전자 이동도 트랜지스터 구조물을 준비한 다음, 상기 소스 전극(S), 상기 드레인 전극(D) 및 상기 검지물질층(SM) 상부에 일시적으로 본딩 가능한 물질을 형성한 후 제2 기판(200)을 본딩한다(도 3). 상기 제2 기판(200)은 에피층의 손상을 방지하고 제1 기판 제거 등의 공정시 HEMT 구조물의 핸들링을 용이하게 하는 기능을 하며, 일시적으로 본딩된 후 제거될 것이므로 저가의 물질로 이루어진 것을 사용하여도 무방하다. 따라서, 상기 제2 기판(200)은, Si, 유리 또는 고분자의 재료로 만들어지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 일시적으로 본딩 가능한 물질은 보호층(210) 또는 본딩 필름과 같이 본딩을 도와주는 기능을 하며, 포토레지스트, SOG(Spin On glass) 또는 전사테이프일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 제2 기판(200)을 본딩할 때 1.1 bar 내지 20 bar의 압력을 가하여 수행할 수도 있다.
상기 제2 기판(200)을 본딩한 후 상기 버퍼층(10)으로부터 상기 제1 기판(100)을 분리한다(도 4). 상기 분리는 레이저 리프트오프 공정에 의하여 수행될 수 있다. 이때 희생층은 레이저 등의 광을 흡수하여 제거되면서 상기 제1 기판(100)이 탈착되기 용이하도록 한다. 상기 분리된 제1 기판(100)은 회수하여 재활용함으로써 HEMT 구조 센서 제작 비용을 절감할 수 있다.
상기 제1 기판(100)을 분리한 후 제3 기판(300)을 상기 버퍼층(10)에 본딩한다(도 5). 이때 제3 기판(300) 상에 본딩층(310)을 형성하여 본딩할 수도 있다.
상기 제3 기판(300)은 Si, Ge, Al, W, Cr, Ni, Cu 또는 이들의 합금; 비정질 AlN; 비정질 SiC; graphite; 나노카본; 또는 고분자의 재료로 만들어지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 유연한 소자를 제작하기 위해서는 고분자와 같은 유연한 소재의 기판인 것이 바람직하다. 상기 제3 기판이 열전도도가 높은 소재의 기판인 경우 고온 환경하에서도 사용 가능한 극한환경형 HEMT 구조의 센서 제작이 가능하다.
상기 제2 기판 또는 제3 기판의 재료 중 고분자는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에틸렌나프탈레이트 (Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리노르보넨(Polynorbornene), 폴리아크릴레이드(polyacrylate), 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol), 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES), 폴리스타일렌 (Polystyrene, PS), 폴리프로필렌 (Polypropylene, PP), 폴리에틸렌 (Polyethylene, PE), 폴리염화비닐 (polyvinylchloride, PVC), 폴리아미드 (Polyamide, PA), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (Polybutyleneterephthalate, PBT), 폴리메틸메타크릴레이트 (Polymethyl methacrylate, PMMA) 및 폴리디메틸실록산 (Polydimethylsiloxane, PDMS)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제3 기판(300)을 본딩한 후 상기 고전자 이동도 트랜지스터 구조물에서 상기 제2 기판(200)을 분리한다(도 6). 상기 제2 기판(200)의 분리는 리소그래피용 레지스트 리무버(Remover)를 사용하거나 80℃ 내지 200℃의 열을 가하여 수행될 수 있다.
이와 같이 전사공정을 도입한 기판 제거방법을 통하여 제조된 질화갈륨계 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 센서의 구조는 도 7을 통해 확인할 수 있다.
Claims (17)
- 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 형성된 희생층, 상기 희생층 상에 형성된 GaN 계열의 버퍼층, 상기 버퍼층 상에 형성된 GaN층, 상기 GaN층 상에 형성된 것으로 AlxGa1-xN층, InxAl1-xN층 및 InxAlyGa1-x-yN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층, 상기 AlxGa1-xN층, InxAl1-xN층 및 InxAlyGa1-x-yN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층 상에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극, 그리고 상기 소스 전극 및 드레인 전극 사이의 일부 영역에 형성된 물질 패턴을 구비하는 고전자 이동도 트랜지스터 구조물을 준비하는 단계;
상기 소스 전극, 상기 드레인 전극 및 상기 물질 패턴 상부에 일시적으로 본딩 가능한 물질을 형성한 후 제2 기판을 본딩하는 단계;
상기 희생층으로부터 상기 제1 기판을 레이저 리프트 오프 공정에 의해 분리하는 단계;
상기 제1 기판을 분리한 후 제3 기판을 상기 버퍼층에 본딩하는 단계; 및
상기 제3 기판을 본딩한 후 상기 고전자 이동도 트랜지스터 구조물에서 상기 제2 기판을 분리하는 단계를 포함하고,
상기 물질패턴은 순차적으로 적층된 물질층과 검지물질층으로 이루어지거나 단독으로 하여 검지물질층으로 이루어지고,
상기 물질패턴은 상기 AlxGa1-xN층, InxAl1-xN층 및 InxAlyGa1-x-yN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층의 일부가 식각되어 만들어진 리세스 영역에 일부분을 통해 채워지고 나머지 부분을 통해 상기 리세스 영역으로부터 돌출하도록 형성되고,
상기 물질층은 상기 AlxGa1-xN층, InxAl1-xN층 및 InxAlyGa1-x-yN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층과 상기 검지물질층 사이에서 검지 감도 향상, 보호 또는 절연을 위해 상기 리세스 영역을 컨포멀하게 덮는, 고전자 이동도 트랜지스터 구조 센서의 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 제1 기판은 사파이어, AlN, Diamond, BN, SiC 및 GaN로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 재료로 만들어지는 것인, 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 센서의 제조방법. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 희생층은 상기 제1 기판 및 상기 GaN 계열의 버퍼층보다 낮은 에너지 밴드갭을 가지는 물질로 이루어진 것인, 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 센서의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 AlxGa1 - xN층의 x값은 0<x≤1 인 것인, 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 센서의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 InxAl1 - xN층의 x값은 0<x≤1 인 것인, 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 센서의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 InxAlyGa1 -x- yN층의 x와 y값은 0<x≤1, 0<y≤1, 0<(x+y)≤1 인 것인, 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 센서의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 AlxGa1 - xN층, InxAl1 - xN층 및 InxAlyGa1 -x- yN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층 상에 두께 10 nm 이하의 GaN cap 층이 추가로 형성된 것인, 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 센서의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 일시적으로 본딩 가능한 물질은 포토레지스트, SOG(Spin On glass) 또는 전사테이프인 것인, 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 센서의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 제2 기판을 본딩하는 단계는 1.1 bar 내지 20 bar의 압력을 가하여 수행되는 것인, 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 센서의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 제2 기판은 Si, 유리 또는 고분자의 재료로 만들어지는 것인, 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 센서의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 제1 기판을 분리하는 단계는 레이저 리프트오프 공정에 의하여 수행되는 것인, 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 센서의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 제3 기판은 Si, Ge, Al, W, Cr, Ni, Cu 또는 이들의 합금; 비정질 AlN; 비정질 SiC; graphite; 나노카본; 또는 고분자의 재료로 만들어지는 것인, 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 센서의 제조방법. - 제 13항 또는 제 15항에 있어서,
상기 고분자는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에틸렌나프탈레이트 (Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리노르보넨(Polynorbornene), 폴리아크릴레이드(polyacrylate), 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol), 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES), 폴리스타일렌 (Polystyrene, PS), 폴리프로필렌 (Polypropylene, PP), 폴리에틸렌 (Polyethylene, PE), 폴리염화비닐 (polyvinylchloride, PVC), 폴리아미드 (Polyamide, PA), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (Polybutyleneterephthalate, PBT), 폴리메틸메타크릴레이트 (Polymethyl methacrylate, PMMA) 및 폴리디메틸실록산 (Polydimethylsiloxane, PDMS)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것인, 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 센서의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 제2 기판을 분리하는 단계는 리소그래피용 레지스트 리무버(Remover)를 사용하거나 80℃ 내지 200℃의 열을 가하여 수행되는 것인, 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 센서의 제조방법.
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