KR102253176B1 - Method of processing GaN substrate, GaN substrate processed by the method, and apparatus for processing GaN substrate - Google Patents

Method of processing GaN substrate, GaN substrate processed by the method, and apparatus for processing GaN substrate Download PDF

Info

Publication number
KR102253176B1
KR102253176B1 KR1020190144667A KR20190144667A KR102253176B1 KR 102253176 B1 KR102253176 B1 KR 102253176B1 KR 1020190144667 A KR1020190144667 A KR 1020190144667A KR 20190144667 A KR20190144667 A KR 20190144667A KR 102253176 B1 KR102253176 B1 KR 102253176B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gan substrate
mechanical polishing
chemical mechanical
metal oxide
oxide film
Prior art date
Application number
KR1020190144667A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이용숙
양재득
박재화
강효상
이희애
이주형
이승훈
Original Assignee
에임즈마이크론 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에임즈마이크론 주식회사 filed Critical 에임즈마이크론 주식회사
Priority to KR1020190144667A priority Critical patent/KR102253176B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102253176B1 publication Critical patent/KR102253176B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67092—Apparatus for mechanical treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025—Semiconducting materials
    • H01L2924/1026—Compound semiconductors
    • H01L2924/1032—III-V
    • H01L2924/1033—Gallium nitride [GaN]

Abstract

A GaN substrate processing method according to an aspect of the present invention comprises the following steps of: growing a GaN substrate; forming a metal oxide film on the surface of the GaN substrate; and performing chemical mechanical polishing (CMP) on the surface of the GaN substrate on which the metal oxide film is formed. The step of forming the metal oxide film includes a step of performing a thermal process on the GaN substrate before the metal oxide film is formed, and the chemical mechanical polishing step is performed after the step of performing the thermal process. Accordingly, the GaN substrate processing method can dramatically reduce the amount of chemicals used while improving the planarization quality.

Description

GaN 기판 처리 방법, 이에 의해 처리된 GaN 기판 및 이를 수행하는 GaN 기판 처리 장치{Method of processing GaN substrate, GaN substrate processed by the method, and apparatus for processing GaN substrate}GaN substrate processing method, GaN substrate processed thereby, and GaN substrate processing apparatus for performing the same TECHNICAL FIELD [Method of processing GaN substrate, GaN substrate processed by the method, and apparatus for processing GaN substrate]

본 발명은 질화갈륨(이하, GaN 이라 함) 기판을 처리하는 방법, 이에 의해 처리된 GaN 기판, 이러한 처리 작업을 수행하는 GaN 기판 처리 장치에 대한 것이다.The present invention relates to a method for processing a gallium nitride (hereinafter referred to as GaN) substrate, a GaN substrate treated thereby, and a GaN substrate processing apparatus for performing such a processing operation.

더욱 상세하게는 GaN 기판의 표면에 금속 산화막을 형성하는 열처리를 수행한 후, 열처리되어 표면에 금속 산화막이 형성된 GaN 기판의 표면을 화학적 기계 연마하는 GaN 기판을 처리하는 방법, 이에 의해 처리된 GaN 기판, 이러한 처리 작업을 수행하는 GaN 기판 처리 장치에 대한 것이다.More specifically, a method of treating a GaN substrate by chemically mechanically polishing the surface of a GaN substrate with a metal oxide film formed on the surface by performing heat treatment to form a metal oxide film on the surface of the GaN substrate, and the GaN substrate treated thereby , To a GaN substrate processing apparatus that performs these processing operations.

근래에, 발광 다이오드(LED: light emitting diode), 레이저 다이오드(LD: laser diode), 평판디스플레이용 백라이트 유닛(BLU) 등과 같은 많은 발광 소자 제품이 개발되어 상용화되고 있다.Recently, many light emitting device products such as light emitting diodes (LEDs), laser diodes (LDs), and backlight units (BLUs) for flat panel displays have been developed and commercialized.

III족 질화물 반도체인 질화알루미늄(AlN), 질화갈륨(GaN), 질화인듐(InN), 질화인듐갈륨(InGaN), 질화갈륨알루미늄(GaAlN) 등의 반도체 물질은 발광다이오드(LED)나 레이저 다이오드(LD) 등의 광학소자 및 고주파 고전력 전자소자로 많은 관심을 받고 있다. Semiconductor materials such as group III nitride semiconductors such as aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), indium nitride (InN), indium gallium nitride (InGaN), gallium aluminum nitride (GaAlN), etc. It is receiving a lot of attention as optical devices such as LD) and high-frequency, high-power electronic devices.

일반적으로 질화물 반도체는 이종 기판상에 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy), MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 등의 방법으로 성장하고 있다. In general, nitride semiconductors are grown on heterogeneous substrates by methods such as HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) and MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition).

가장 많이 사용되는 질화물 반도체인 질화갈륨(GaN) 기판을 제조하는 과정을 간략하게 예로 들자면, 이종기판인 사파이어(Al2O3), 실리콘카바이트(SiC), 갈륨아세나이드(GaAs) 또는 실리콘(Si) 기판 등에 질화갈륨(GaN)층을 성장시킨 후 성장된 질화갈륨층을 분리하여 질화갈륨 기판을 제조한다. A brief example of the process of manufacturing a gallium nitride (GaN) substrate, which is the most used nitride semiconductor, is a heterogeneous substrate such as sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), gallium arsenide (GaAs), or silicon (Si). ) After growing a gallium nitride (GaN) layer on a substrate, etc., the grown gallium nitride layer is separated to prepare a gallium nitride substrate.

그런데, 종래에는 질화물 반도체 기판의 가공을 위하여 표면을 평탄화 가공함에 있어서, 기계적 연마(Mechanical polishing) 방법이 사용되어 왔다.However, conventionally, a mechanical polishing method has been used to planarize a surface for processing a nitride semiconductor substrate.

그러나, GaN 자체가 내식력이 높아서 기계적 연마만으로는 평탄도가 우수한 GaN 기판을 형성하는 데는 한계가 있었다.However, since GaN itself has high corrosion resistance, there is a limitation in forming a GaN substrate having excellent flatness only by mechanical polishing.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 종래기술에서는 기판의 표면에 패드를 올리고 패드를 회전시키면서 연마하되, 그 과정에서 연마재가 첨가된 슬러리 용액을 뿌리면서 기판을 눌러주는 화학적 기계 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP)도 사용된 바 있다.In order to solve this problem, in the prior art, a pad is placed on the surface of the substrate and polished while rotating the pad, but in the process, chemical mechanical polishing (CMP) in which the substrate is pressed while spraying a slurry solution added with an abrasive material. It has also been used.

그러나, 단순히 화학적 기계 연마 공정만으로는 질화물 기판의 표면을 효과적으로 평탄화하는 것에 어려움이 있었고, 재료 제거율(Material Removal Rate: MRR)이 낮아서 작업에 시간이 많이 소요되며, 슬러리 등의 화학물질도 많이 사용되는 환경 문제도 있었다.However, it was difficult to effectively planarize the surface of the nitride substrate by simply using the chemical mechanical polishing process, and the material removal rate (MRR) was low, so it took a lot of time to work, and in an environment where chemical substances such as slurry are also used a lot. There was also a problem.

뿐만 아니라, 질화물 반도체를 단순히 성장시켜 평탄화를 하는 과정에서 질화물 반도체의 표면에 형성된 손상층이 적절하게 제거되지 못하고, 손상층을 제거하는 과정에서 새로운 손상층이 발생되는 문제가 있었다.In addition, there is a problem in that the damage layer formed on the surface of the nitride semiconductor is not properly removed in the process of flattening by simply growing the nitride semiconductor, and a new damaged layer is generated in the process of removing the damaged layer.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하여, GaN 기판의 표면 연마 및 평탄화를 위한 작업을 용이하게 하고, 화학 물질의 사용량을 획기적으로 줄이면서도 평탄화 품질을 향상시킬 수 있는 GaN 기판 처리 방법, 이에 의해 생성된 GaN 기판, 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is a GaN substrate processing method capable of improving the planarization quality while resolving the above-described problems of the prior art, facilitating work for polishing and planarizing the surface of a GaN substrate, and significantly reducing the amount of chemical substances used. It is an object of the present invention to provide a GaN substrate and a substrate processing apparatus produced by it.

본 발명의 일 양태에 따른 GaN 기판 처리 방법은, 성장된 GaN 기판의 표면을 기계적 연마(Mechanical Polishing)하는 단계; 기계적 연마된 GaN 기판의 표면에 금속 산화막을 형성하는 단계; 및 표면에 금속 산화막이 형성된 상기 GaN 기판의 표면을 화학적 기계 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP)하는 단계;를 포함하되, 상기 금속 산화막을 형성하는 단계는 금속 산화막이 형성되기 이전의 상기 GaN 기판을 열처리하는 단계를 포함하며, 상기 화학적 기계 연마하는 단계는 상기 열처리하는 단계 이후에 수행된다.A method for processing a GaN substrate according to an aspect of the present invention includes the steps of mechanical polishing a surface of a grown GaN substrate; Forming a metal oxide film on the surface of the mechanically polished GaN substrate; And chemical mechanical polishing (CMP) on the surface of the GaN substrate on which the metal oxide film is formed; wherein the forming of the metal oxide film includes heat treatment of the GaN substrate before the metal oxide film is formed. And the chemical mechanical polishing step is performed after the heat treatment step.

여기서, 상기 열처리를 하는 단계에서 상기 GaN 기판의 표면은 산소와 반응하여 산화제이갈륨(

Figure 112019116231323-pat00001
을 포함하는 물질로 산화된다.Here, in the step of performing the heat treatment, the surface of the GaN substrate reacts with oxygen to form gallium oxide (
Figure 112019116231323-pat00001
It is oxidized to a material containing.

한편, 상기 열처리하는 단계 동안에 상기 GaN 기판은 산소를 포함하는 대기 분위기에서 800℃ 내지 900℃ 의 온도로 5시간 동안 가열된다.Meanwhile, during the heat treatment step, the GaN substrate is heated for 5 hours at a temperature of 800°C to 900°C in an atmospheric atmosphere containing oxygen.

상기 화학적 기계 연마를 하는 단계 이전의 GaN 기판은 금속 산화막을 표면에 구비하고, 상기 금속 산화막 아래에 비-손상층을 구비한다.The GaN substrate prior to the chemical mechanical polishing step has a metal oxide film on its surface and a non-damaged layer under the metal oxide film.

상기 화학적 기계 연마를 하는 단계를 거친 이후의 GaN 기판의 표면에 비-손상층이 노출된다.The non-damaged layer is exposed on the surface of the GaN substrate after undergoing the chemical mechanical polishing step.

상기 금속 산화막은

Figure 112019116231323-pat00002
를 포함한다.The metal oxide film is
Figure 112019116231323-pat00002
Includes.

상기 화학적 기계 연마를 하는 단계를 거친 이후의 GaN 기판의 금속 산화막 의 두께가 감소된다.The thickness of the metal oxide film of the GaN substrate after the chemical mechanical polishing step is reduced.

상기 GaN 기판의 일측면은 상기 GaN 기판이 이종 기판에 접촉되어 성장된 성장층이다.One side of the GaN substrate is a growth layer grown by contacting the GaN substrate with a heterogeneous substrate.

상기 화학적 기계 연마를 하는 단계는 1시간 내지 2시간 동안 수행된다.The chemical mechanical polishing step is performed for 1 to 2 hours.

본 발명에 따른 GaN 기판은 전술한 GaN 기판 처리 방법에 의해 처리된 GaN 기판이다.The GaN substrate according to the present invention is a GaN substrate processed by the aforementioned GaN substrate processing method.

본 발명의 일 양태에 따른 GaN 기판 처리 장치는, 성장된 GaN 기판의 표면을 기계적 연마(Mechanical Polishing: MP)하는 기계적 연마 유닛; 기계적 연마된 GaN 기판의 표면에 금속 산화막을 형성하는 금속 산화막 형성 유닛; 및 표면에 금속 산화막이 형성된 상기 GaN 기판의 표면을 화학적 기계 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP)하는 화학적 기계 연마 유닛;을 포함하되, 상기 금속 산화막 형성 유닛은 금속 산화막이 형성되기 이전의 상기 GaN 기판을 열처리하는 열처리부를 포함하며, 상기 화학적 기계 연마 유닛은 상기 열처리부에서의 열처리 이후에 GaN 기판의 표면을 화학적 기계 연마한다.A GaN substrate processing apparatus according to an aspect of the present invention includes a mechanical polishing unit for mechanical polishing (MP) of a surface of a grown GaN substrate; A metal oxide film forming unit for forming a metal oxide film on the surface of the mechanically polished GaN substrate; And a chemical mechanical polishing unit for chemical mechanical polishing (CMP) on the surface of the GaN substrate having a metal oxide film formed thereon, wherein the metal oxide film forming unit includes the GaN substrate before the metal oxide film is formed. And a heat treatment unit performing heat treatment, wherein the chemical mechanical polishing unit chemically mechanically polishes the surface of the GaN substrate after the heat treatment in the heat treatment unit.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 구현할 수 있다.As described above, according to the present invention, the following effects can be implemented.

첫째, 성장된 GaN 기판을 기계적 연마할 때 GaN 기판 표면에 생성되는 손상층을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.First, when the grown GaN substrate is mechanically polished, it is possible to effectively remove the damaged layer generated on the surface of the GaN substrate.

둘째, 화학적 기계 연마를 수행하기 전에 연마를 수행할 GaN 기판 상의 손상층을 산화막으로 변화시켜 화학적 기계 연마의 재료 제거율(Material Removal Rate: MMR)을 향상시켜 연마를 단시간에 용이하게 이루어지게 된다.Second, before chemical mechanical polishing, the damaged layer on the GaN substrate to be polished is changed to an oxide film to improve the material removal rate (MMR) of chemical mechanical polishing, so that polishing can be easily performed in a short time.

셋째, 화학적 기계 연마에 사용되는 슬러리액을 적게 사용하고도 원하는 수준의 화학적 기계 연마 효과를 구현할 수 있게 된다.Third, it is possible to achieve a desired level of chemical mechanical polishing effect even with a small amount of slurry liquid used for chemical mechanical polishing.

넷째, 열처리를 하여 산화막을 형성하는 과정의 최적의 열처리 조건을 찾음으로써 화학적 기계 연마 후 우수한 표면 품질을 얻을 수 있게 된다.Fourth, it is possible to obtain excellent surface quality after chemical mechanical polishing by finding the optimal heat treatment conditions in the process of forming an oxide film by performing heat treatment.

도 1은 본 발명에 따른 GaN 기판 처리 방법에 대한 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 GaN 기판 처리 방법에서의 공정 순서에 따른 GaN 기판의 적층 구조의 변화를 나타내는 개략도이다.
도 3은 pH 변화에 따른 GaN 와

Figure 112019116231323-pat00003
의 재료 제거율(Material Removal Rate: MMR)의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 4는 열처리 온도에 따른 산화막에 대한 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지 및 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 그래프를 나타내는 표이다.
도 5a 내지 도 5e는 각 실험 조건에 따른 백색광 간섭계(white light interferometry)의 표면 형상을 나타내는 표이다.
도 6은 각 열처리 조건을 거친 후 화학적 기계 연마(CMP) 를 수행한 GaN 기판 표면에 대한 AFM(Atomic Force Microscope) 이미지를 나타내는 표이다.
도 7은 GaN 기판을 각 조건에서 열처리 한 후 CMP를 수행하기 전 상태에서의 광학 현미경 이미지를 나타내는 표이다.
도 8은 GaN 기판을 각 조건의 열처리를 한 후 CMP를 1시간 수행한 상태에서의 광학 현미경 이미지를 나타내는 표이다.
도 9는 GaN 기판을 각 조건의 열처리를 한 후 CMP 를 2시간 수행한 상태에서의 광학 현미경 데이터를 나타내는 표이다.
도 10은 각 조건의 열처리를 한 후 CMP를 수행한 상태에서의 SEM 이미지를 나타내는 표이다.1 is a flowchart of a GaN substrate processing method according to the present invention.
2 is a schematic diagram showing a change in a stacked structure of a GaN substrate according to a process sequence in the GaN substrate processing method according to the present invention.
3 shows GaN and
Figure 112019116231323-pat00003
It is a graph showing the behavior of the material removal rate (MMR).
4 is a table showing a scanning electron microscope (SEM) image and an Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) graph of an oxide film according to annealing temperature.
5A to 5E are tables showing the surface shape of a white light interferometry according to each experimental condition.
6 is a table showing an AFM (Atomic Force Microscope) image of a GaN substrate surface subjected to chemical mechanical polishing (CMP) after each heat treatment condition.
7 is a table showing an optical microscope image of a GaN substrate after heat treatment under each condition and before CMP is performed.
8 is a table showing an optical microscope image of a GaN substrate in a state in which CMP was performed for 1 hour after heat treatment under each condition.
9 is a table showing optical microscopic data in a state in which CMP was performed for 2 hours after heat treatment of a GaN substrate under each condition.
10 is a table showing an SEM image in a state in which CMP is performed after heat treatment under each condition.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 하기의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명에 따른 동작을 이해하기 위한 것이며, 본 기술 분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분은 생략될 수 있다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The following description and accompanying drawings are for understanding the operation according to the present invention, and parts that can be easily implemented by a person skilled in the art may be omitted.

또한 본 명세서 및 도면은 본 발명을 제한하기 위한 목적으로 제공된 것은 아니고, 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어들은 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. In addition, the specification and drawings are not provided for the purpose of limiting the present invention, and the scope of the present invention should be determined by the claims. Terms used in the present specification should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention so that the present invention can be most appropriately expressed.

도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 GaN 기판 처리 방법의 순서도가 도시되며, 도 2에는 본 발명에 따른 GaN 기판 처리 방법에서의 공정 순서에 따른 GaN 기판의 적층 구조의 변화를 나타내는 개략도가 도시되고 있다.1 is a flow chart of a GaN substrate processing method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing a change in a stacked structure of a GaN substrate according to a process sequence in a GaN substrate processing method according to the present invention. have.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 특징에 따른 GaN 처리 방법은 성장된 GaN 기판의 표면을 기계적 연마(Mechanical Polishing: 이하 'MP'라고도 함)하는 단계(s1), 기계적 연마된 GaN 기판의 표면에 금속 산화막을 형성하는 단계(s2), 및 표면에 금속 산화막이 형성된 상기 GaN 기판의 표면을 화학적 기계 연마(Chemical Mechanical Polishing: 이하 'CMP'라고도 함)하는 단계(s3)를 포함한다. Referring to FIGS. 1 and 2, the GaN treatment method according to an aspect of the present invention includes a step of mechanically polishing the surface of a grown GaN substrate (mechanical polishing: hereinafter referred to as'MP') (s1), and mechanically polished GaN. Forming a metal oxide film on the surface of the substrate (s2), and chemical mechanical polishing the surface of the GaN substrate on which the metal oxide film is formed (hereinafter referred to as'CMP') (s3). .

화학적 기계 연마 단계 이후에는 화학적 기계 연마 공정 중에 공급되는 슬러리에 포함된 연마성 첨가재를 제거하는 세정 단계, GaN 기판의 안정화시키는 어닐링 공정 등의 추가적인 공정이 포함될 수 있다.After the chemical mechanical polishing step, additional processes such as a cleaning step of removing the abrasive additive contained in the slurry supplied during the chemical mechanical polishing step, and an annealing step of stabilizing the GaN substrate may be included.

본원에서 사용되는 기계적 연마 단계는 GaN 기판의 표면에 패드 형태의 연마 기구를 접촉시켜 GaN 기판의 표면이 평탄화되도록 연마하는 것으로 이루어진다.The mechanical polishing step used herein consists of polishing the GaN substrate so that the surface of the GaN substrate is planarized by contacting a pad-type polishing mechanism with the surface of the GaN substrate.

본원에서 사용되는 화학적 기계 연마 단계는 피 가공 기판(웨이퍼)를 연마 패드에 밀착시킨 상태에서 수백 나노미터 크기의 연마재(abrasive)가 함유된 슬러리를 연마 패드 표면에 분산시켜 박막의 화학적 반응을 유도하면서 기판을 지지하는 연마 캐리어와 연마 패드가 부착된 연마 플레이튼을 회전시켜서 개질된 박막 표면을 기계적으로 제거함으로써 손상층을 제거하는 공정 기술이다.In the chemical mechanical polishing step used herein, a slurry containing an abrasive of several hundreds of nanometers is dispersed on the surface of the polishing pad while the substrate (wafer) is in close contact with the polishing pad to induce a chemical reaction of the thin film. This is a process technology for removing a damaged layer by mechanically removing a modified thin film surface by rotating a polishing carrier supporting a substrate and a polishing platen with a polishing pad attached thereto.

여기서, 연마 패드의 표면 거칠기를 일정하게 유지시키기 위해 세라믹 컨디셔너를 이용하여 주기적으로 연마 패드를 드레싱하게 된다.Here, in order to keep the surface roughness of the polishing pad constant, the polishing pad is periodically dressed using a ceramic conditioner.

본 발명의 다른 양태에 따른 GaN 기판 처리 장치는, 전술한 처리 방법의 각 단계를 수항하도록, 성장된 GaN 기판의 표면을 기계적 연마(Mechanical Polishing: MP)하는 기계적 연마 유닛, 기계적 연마된 GaN 기판의 표면에 금속 산화막을 형성하는 금속 산화막 형성 유닛; 및 표면에 금속 산화막이 형성된 상기 GaN 기판의 표면을 화학적 기계 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP)하는 화학적 기계 연마 유닛을 포함한다. A GaN substrate processing apparatus according to another aspect of the present invention includes a mechanical polishing unit for mechanical polishing (MP) of a surface of a grown GaN substrate, and a mechanical polishing unit for mechanically polishing the surface of the grown GaN substrate, so as to carry out each step of the above-described processing method. A metal oxide film forming unit forming a metal oxide film on the surface; And a chemical mechanical polishing unit for chemical mechanical polishing (CMP) on the surface of the GaN substrate having a metal oxide film formed thereon.

상기 금속 산화막 형성 유닛은 금속 산화막이 형성되기 이전의 상기 GaN 기판을 열처리하는 열처리부를 포함하며, 상기 화학적 기계 연마 유닛은 상기 열처리부에서의 열처리 이후에 GaN 기판의 표면을 화학적 기계 연마한다.The metal oxide film forming unit includes a heat treatment unit for heat-treating the GaN substrate before the metal oxide film is formed, and the chemical mechanical polishing unit chemically mechanically polishes the surface of the GaN substrate after the heat treatment in the heat treatment unit.

한편, GaN 기판을 성장시키는 방법은 종래의 다양한 방법을 포함한다. 예를 들어, GaN 기판은 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)법, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법, 등을 통하여 성장될 수 있다. 본원에서 GaN 기판을 성장시키는 방법은 이미 통상의 기술자에게 알려져 있으므로 이에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.Meanwhile, a method of growing a GaN substrate includes various conventional methods. For example, the GaN substrate may be grown through a Hydro Vapor Phase Epitaxy (HVPE) method, a Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) method, or the like. In the present application, since the method of growing the GaN substrate is already known to a person skilled in the art, a detailed description thereof will be omitted.

본 발명에 따른 GaN 기판 처리 방법에서, 상기 금속 산화막을 형성하는 단계(s2)는 금속 산화막이 형성되기 이전의 상기 GaN 기판을 열처리하는 단계를 포함하며, 상기 화학적 기계 연마하는 단계는 상기 열처리하는 단계 이후에 수행된다. In the GaN substrate processing method according to the present invention, the step of forming the metal oxide film (s2) includes heat-treating the GaN substrate before the metal oxide film is formed, and the chemical mechanical polishing step includes the heat treatment. It is performed afterwards.

화학적 기계 연마하는 단계(s3)는 기계적 연마 단계(s1)에 의해 GaN 기판의 표면을 연마할 때 생기는 강-손상층(106), 상기 강-손상층(106)의 하측에 배치되는 약-손상층(104)을 제거하여 GaN 기판의 상부 표면에 비-손상층(102)이 노출되게 한다. The chemical mechanical polishing step (s3) includes a steel-damaged layer 106 generated when polishing the surface of the GaN substrate by the mechanical polishing step (s1), and a weak-damaged layer disposed under the strong-damaged layer 106. The layer 104 is removed to expose the non-damaged layer 102 on the top surface of the GaN substrate.

기계적 연마 공정을 거친 GaN 기판이 비-손상층 상에 약-손상층 및 강-손상층을 가지는 이러한 층상 구조를 가지게 되는 이유는 기계적 연마 공정에서 GaN 기판의 표면을 연마하는 기구들의 기계적 작용에 의해 GaN 기판의 표면이 가장 많이 손상되어 강-손상층(106)이 형성되고, 그 아래쪽에는 손상의 정도가 상대적으로 낮은 약-손상층(104)이 형성되기 때문이다. The reason that the GaN substrate subjected to the mechanical polishing process has such a layered structure having a weak-damaged layer and a strong-damaged layer on the non-damaged layer is due to the mechanical action of the devices that polish the surface of the GaN substrate in the mechanical polishing process. This is because the surface of the GaN substrate is most damaged to form a strong-damaged layer 106, and a weak-damaged layer 104 having a relatively low degree of damage is formed under the surface of the GaN substrate.

전술한 강-손상층(106) 및 약-손상층(104)은 GaN 기판을 처리하는 과정에서 기계적 연마 공정에 의해 어쩔 수 없이 발생하게 되지만, 최종적인 GaN 기판에서는 이러한 강-손상층(106) 및 약-손상층(104)는 제거되어야 우수한 품질이 구현될 수 있다. The above-described strong-damaged layer 106 and weak-damaged layer 104 are unavoidably generated by a mechanical polishing process in the process of processing a GaN substrate, but in the final GaN substrate, such a strong-damaged layer 106 And the weak-damaged layer 104 must be removed to implement excellent quality.

이러한 이유로 본 발명의 일실시예에 따른 GaN 기판 처리 방법은 기계적 연마 공정을 거치는 과정에서 GaN 기판의 상측 표면에 형성된 약-손상층(104) 및 강-손상층(106)을 제거하기 위하여, 기계적 연마 공정 이후에 화학적 기계 연마 공정(s3)을 포함한다.For this reason, the GaN substrate processing method according to an embodiment of the present invention is used to remove the weak-damaged layer 104 and the strong-damaged layer 106 formed on the upper surface of the GaN substrate during the mechanical polishing process. It includes a chemical mechanical polishing process (s3) after the polishing process.

그런데, GaN 기판의 표면을 기계적 연마한 후, 중간 처리 과정 없이 바로 화학적 기계 연마를 수행하는 경우, 기계적 연마에 의해 GaN 기판의 표면 상측에 형성된 강-손상층 (106) 및 약-손상층(104)을 화학적 기계 연마 공정을 통하여 제거하려면 내식력이 높아진 손상층의 특성으로 인하여 화학적 기계 연마 공정을 통하여 강-손상층 및 약-손상층을 제거하는 것이 용이하지 않으며, 결국 화학적 기계 연마 공정에 상당한 시간과 많은 양의 슬러리 용액이 필요하게 된다.However, when the surface of the GaN substrate is mechanically polished and then chemical mechanical polishing is performed immediately without intermediate treatment, the strong-damaged layer 106 and the weak-damaged layer 104 formed on the surface of the GaN substrate by mechanical polishing are performed. ) To be removed through a chemical mechanical polishing process, it is not easy to remove the strong-damaged layer and weak-damaged layer through the chemical mechanical polishing process due to the characteristics of the damaged layer with increased corrosion resistance. Time and large amounts of slurry solution are required.

그러나, 본 발명의 발명자는 GaN 기판 상의 손상층을 단순히 화학적 기계 연마에 의해서 제거하는 것보다는 GaN 기판 상의 손상층을 산화시켜 금속 산화막으로 변환시킨 후, 이러한 금속 산화막을 화학적 기계 연마를 통하여 제거하는 것이 재료 제거율(Material Removal Rate: MMR)면에서 훨씬 바람직하다는 것을 실험을 통하여 알게 되었다.However, the inventors of the present invention do not simply remove the damaged layer on the GaN substrate by chemical mechanical polishing, but rather oxidize the damaged layer on the GaN substrate to convert it into a metal oxide film, and then remove the metal oxide film through chemical mechanical polishing. It has been found through experiments that it is much more desirable in terms of Material Removal Rate (MMR).

도 3은 pH의 변화에 따른 GaN 와 GaN 을 산화시켰을 때 발생되는 금속 산화물인

Figure 112019116231323-pat00004
의 재료 제거율의 거동을 나타내는 그래프이다.3 is a metal oxide generated when GaN and GaN are oxidized according to a change in pH.
Figure 112019116231323-pat00004
It is a graph showing the behavior of the material removal rate of.

GaN 기판 표면의 산화 작용과 관련하여, 본 발명의 일실시예의 GaN 기판 처리 방법의 열처리를 하는 단계에서 상기 GaN 기판의 표면은 하기 [반응식 1]에 의하여, 산소와 반응하여 산화된다. 즉, 상기 열처리를 하는 단계에서 상기 GaN 기판의 표면은 산소와 반응하여 산화제이갈륨(

Figure 112019116231323-pat00005
)을 포함하는 물질로 산화된다.Regarding the oxidizing action of the GaN substrate surface, in the step of performing the heat treatment in the GaN substrate processing method of an embodiment of the present invention, the surface of the GaN substrate is oxidized by reacting with oxygen according to the following [Scheme 1]. That is, in the step of performing the heat treatment, the surface of the GaN substrate reacts with oxygen to form gallium oxide (
Figure 112019116231323-pat00005
It is oxidized to a material containing ).

[반응식 1][Scheme 1]

Figure 112019116231323-pat00006
Figure 112019116231323-pat00006

위 반응식 1에서 GaOx 는 GaN 과 O2 가 반응시 임의의

Figure 112019116231323-pat00007
화합물을 의미하며, NOX의 경우 임의의 산화 질소를 의미한다. 위 반응을 통하여 800℃이하 열처리 온도에서는
Figure 112019116231323-pat00008
화합물만이 형성되고, 900℃ 열처리 공정에서는
Figure 112019116231323-pat00009
결정립과 산화 갈륨 화합물이 동시에 생성되며, 1,000℃ 이상의 열처리 공정에서는
Figure 112019116231323-pat00010
결정립들의 우세한 성장이 일어나며
Figure 112019116231323-pat00011
결정층을 형성하게 된다.In Reaction Formula 1 above, GaOx is an arbitrary value when GaN and O 2 react.
Figure 112019116231323-pat00007
It means a compound, and in the case of NO X means any nitrogen oxide. Through the above reaction, at the heat treatment temperature below 800℃
Figure 112019116231323-pat00008
Only the compound is formed, and in the 900℃ heat treatment process
Figure 112019116231323-pat00009
Crystal grains and gallium oxide compounds are produced at the same time.
Figure 112019116231323-pat00010
The dominant growth of crystal grains takes place
Figure 112019116231323-pat00011
A crystal layer is formed.

도 3을 참고하면, 슬러리의 pH를 다양하게 가변시키는 조건하에서 GaN 의 재료 제거율과

Figure 112019116231323-pat00012
의 재료 제거율을 비교하여 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, the material removal rate of GaN and the
Figure 112019116231323-pat00012
It can be confirmed by comparing the material removal rate of.

여기서,

Figure 112019116231323-pat00013
은 GaN 기판 표면상에 형성된 금속 산화막의 성분이 된다.here,
Figure 112019116231323-pat00013
Becomes a component of the metal oxide film formed on the surface of the GaN substrate.

한편, 도 3의 재료 제거율을 확인하기 위한 열처리 후 화학적 기계 연마 조건은 아래 표 1과 같다. Meanwhile, the chemical mechanical polishing conditions after heat treatment to check the material removal rate of FIG. 3 are shown in Table 1 below.

항목Item 단위unit 수치shame 플레이튼 회전 속력Platen rotation speed RPMRPM 3030 캐리어 회전 속력Carrier rotation speed RPMRPM 3030 적용 압력Applied pressure kg/cm2 kg / cm 2 0.160.16 슬러리 공급 유량Slurry feed flow ml/minml/min 3535 연마 패드 유형Polishing pad type -- Suba-600Suba-600 연마 입자 크기Abrasive grain size nmnm 4040 입자 농도Particle concentration %% 3030 슬러리 pHSlurry pH -- 5.5; 7.5; 9.55.5; 7.5; 9.5 연마 시간Polishing time minmin 120 120

도 3에 따르면, 화학적 기계 연마의 연마 슬러리의 pH 가 5.5 인 경우에 GaN 재료는 40.2 (nm/h)의 재료 제거율을 나타내는 반면에, 산화물인

Figure 112019116231323-pat00014
은 그보다 천배 이상 높은 51,0 (㎛/h)의 재료 제거율을 나타냄을 확인할 수 있다. 도 3에서 알 수 있듯이, 다른 pH 조건에서도 산화물인
Figure 112019116231323-pat00015
의 재료 제거율이 GaN 물질의 재료 제거율보다 천배 이상 높음을 확인할 수 있다.According to FIG. 3, when the pH of the polishing slurry of chemical mechanical polishing is 5.5, the GaN material exhibits a material removal rate of 40.2 (nm/h), while the oxide phosphorus
Figure 112019116231323-pat00014
It can be seen that represents a material removal rate of 51,0 (㎛/h), which is a thousand times higher than that. As can be seen in Figure 3, the oxide in other pH conditions
Figure 112019116231323-pat00015
It can be seen that the material removal rate of is 1,000 times higher than that of the GaN material.

이러한 실험 결과에 비추어 보면, GaN 물질 자체를 화학적 기계 연마하는 것보다는 갈륨의 산화물인

Figure 112019116231323-pat00016
을 화학적 기계 연마하는 것이 재료 제거율면에서 훨씬 유리함을 알 수 있다.In light of these experimental results, rather than chemical mechanical polishing of the GaN material itself,
Figure 112019116231323-pat00016
It can be seen that chemical mechanical polishing is much more advantageous in terms of material removal rate.

그러나, 단순히 갈륨을 산화시켜 산화물인

Figure 112019116231323-pat00017
을 화학적 기계 연마를 하더라도 연마의 최종목표인 우수한 표면 품질을 가지는 산화막 형성을 위한 열처리 조건을 찾는 것이 필요하다.However, by simply oxidizing gallium,
Figure 112019116231323-pat00017
Even if chemical mechanical polishing is performed, it is necessary to find a heat treatment condition for forming an oxide film having excellent surface quality, which is the final goal of polishing.

본 발명의 발명자는 화학적 기계 연마의 재료 제거율을 향상시키기 위하여 GaN 을 산화시키는 과정에서 최적의 열처리 조건을 검토하였고, 이를 위하여 각고의 실험과 노력 끝에 최적의 열처리 조건을 찾아 내었다.In order to improve the material removal rate of chemical mechanical polishing, the inventor of the present invention examined the optimum heat treatment conditions in the process of oxidizing GaN, and for this purpose, after extensive experimentation and effort, the optimal heat treatment conditions were found.

도 4는 열처리 온도에 따른 산화막에 대한 SEM 이미지 및 EDM 이미지를 나타내는 표이다. 도 4의 실험 결과를 위하여, 기계적 연마를 거진 GaN 기판을 산소를 포함하는 대기 분위기에서 700℃, 800℃, 900℃, 1,000℃ 에서 5시간 동안 열처리 하여 각 온도에서 열처리된 후 GaN 기판 표면에 형성된 금속 산화막의 두께를 측정하였다.4 is a table showing SEM images and EDM images of oxide films according to heat treatment temperatures. For the experimental results of FIG. 4, the GaN substrate subjected to mechanical polishing was heat-treated at 700°C, 800°C, 900°C, and 1,000°C for 5 hours in an atmosphere containing oxygen, and then formed on the surface of the GaN substrate after heat treatment at each temperature. The thickness of the metal oxide film was measured.

도 4를 참고하면, 700℃로 5시간 열처리 한 경우, EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 데이터를 보면 세로축이 산화도, 가로축이 두께를 가리키는데, 산화도가 상승되어 있는 구간이 약 8.5 마이크로미터에서 약 10.5 마이크로미터 구간으로써 약 2 마이크로미터의 두께 간격 구간에서 산화도가 상승되어 있음을 알 수 있다. 대응하여, 동일 열처리 조건에 대한 SEM 이미지를 보면 약 2 마이크로미터의 산화막 두께가 측정된다.Referring to FIG. 4, in the case of heat treatment at 700°C for 5 hours, the vertical axis indicates the degree of oxidation and the horizontal axis indicates the thickness in EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) data. It can be seen that the degree of oxidation is increased in a thickness interval of about 2 micrometers as a section of about 10.5 micrometers from the meter. Correspondingly, looking at the SEM image for the same heat treatment conditions, an oxide film thickness of about 2 micrometers is measured.

이러한 방식으로, 800℃에서 5시간 열처리 한 경우, 약 70 마이크로미터의 산화막 두께로 되어, 산화막 두께가 700℃로 열처리하는 것에 비하여 현저하게 증가되어 형성되고, 900℃로 열처리하는 경우에는 산화막 두께가 82 마이크로미터로 되었다가, 1,000℃로 열처리 할 경우에는 산화막의 두께가 다시 현저하게 줄어서 5.6 마이크로미터로 됨을 알 수 있다. In this way, in the case of heat treatment at 800°C for 5 hours, the thickness of the oxide film becomes about 70 micrometers, and the thickness of the oxide film is significantly increased compared to heat treatment at 700°C. In the case of heat treatment at 900°C, the thickness of the oxide film is increased. It can be seen that when the thickness of the oxide film is 82 micrometers and then heat-treated at 1,000°C, the thickness of the oxide film is remarkably reduced and becomes 5.6 micrometers.

즉, 산화막의 두께를 가장 크게 할 수 있는 온도 구간은 800℃에서 900℃의 구간임을 알 수 있다. 이를 통하여, 알 수 있는 것은 기계적 연마 과정에서 발생된 손상층을 금속 산화막으로 변화시키거나, 손상층을 포함하는 GaN 기판의 표면의 일부분을 금속 산화막으로 변화시킴에 있어서, 기계적 연마 과정을 거친 GaN 기판을 800℃ 내지 900℃의 온도로 5시간 동안 열처리하면, 손상층이 생긴 GaN 기판의 가장 깊은 부분까지 금속 산화막을 형성시킬 수 있음을 알 수 있다. That is, it can be seen that the temperature range in which the thickness of the oxide layer can be increased is the range of 800°C to 900°C. Through this, it can be seen that a GaN substrate that has undergone a mechanical polishing process is changed by changing the damaged layer generated in the mechanical polishing process into a metal oxide film or by changing a part of the surface of the GaN substrate including the damaged layer into a metal oxide film. It can be seen that by heat treatment at a temperature of 800°C to 900°C for 5 hours, a metal oxide film can be formed up to the deepest part of the GaN substrate where the damaged layer is formed.

즉, 도 2를 다시 고려해보면, 금속 산화막(108)을 가장 두껍게 (깊이가 가장 깊게) 형성할 수 있는 열처리 온도는 5시간 가열시에 800℃ 내지 900℃ 임을 알 수 있다. That is, considering FIG. 2 again, it can be seen that the heat treatment temperature at which the metal oxide film 108 can be formed in the thickest (deepest depth) is 800°C to 900°C when heated for 5 hours.

강-손상층(106) 및 약-손상층(104)을 금속 산화층(108)으로 변화시킴에 있어서, 비-손상층(102) 상에 더이상 강-손상층(106) 이나 약-손상층(104)이 잔류하여 남지 않고 비-손상층(102) 상에 금속 산화층(108)만이 적층되도록 하려면 기계적 연마 단계 이후에 열처리를 과정에서 5시간 동안 800℃ 내지 900℃의 온도로 열처리하는 것이 가장 유리하다는 것을 알 수 있다.In changing the strong-damaged layer 106 and the weak-damaged layer 104 to a metal oxide layer 108, the non-damaged layer 102 is no longer a strong-damaged layer 106 or a weak-damaged layer ( 104) is not left behind and only the metal oxide layer 108 is deposited on the non-damaged layer 102, it is most advantageous to perform heat treatment at a temperature of 800°C to 900°C for 5 hours in the process after the mechanical polishing step. You can see that it is.

본 발명에 따르면 상기 화학적 기계 연마를 하는 단계를 거친 이후의 GaN 기판의 표면에 비-손상층이 노출되므로 비-손상층의 상부에는 손상층이 모두 제거된 상태가 된다.According to the present invention, since the non-damaged layer is exposed on the surface of the GaN substrate after undergoing the chemical mechanical polishing step, all the damaged layers are removed from the top of the non-damaged layer.

한편, 상기 화학적 기계 연마를 하는 단계를 거친 이후에는 GaN 기판의 금속 산화막의 두께가 감소된다.On the other hand, after the chemical mechanical polishing step, the thickness of the metal oxide layer of the GaN substrate is reduced.

다음으로, 열처리하여 금속 산화막을 형성하는 단계와 후속하는 화학적 기계 연마 단계와의 상호 연계성을 고려하여, 최종 GaN 기판의 표면 품질과의 관련성에 다양한 광학 장비를 통하여 확인하여 알아본다.Next, in consideration of the interconnection between the step of forming a metal oxide film by heat treatment and the subsequent chemical mechanical polishing step, the relationship between the surface quality of the final GaN substrate is checked and examined through various optical equipment.

도 5a 내지 도 5e는 각 실험 조건에 따른 GaN 기판 표면에 대한 백색광 간섭계의 표면 형상을 나타내는 표이다. 5A to 5E are tables showing the surface shape of a white light interferometer on the surface of a GaN substrate according to each experimental condition.

도 5a에는 화학적 기계 연마 단계 이전에 열처리를 하지 않는 경우, 열처리 없이 1시간 동안 화학적 기계 연마를 한 경우, 열처리 없이 2시간 동안 화학적 기계 연마를 한 경우의 GaN 기판 표면 상태가 도시되고 있다.FIG. 5A shows the surface state of the GaN substrate when heat treatment is not performed prior to the chemical mechanical polishing step, chemical mechanical polishing is performed for 1 hour without heat treatment, and chemical mechanical polishing is performed for 2 hours without heat treatment.

도 5a의 경우, 앞서 설명한 열처리가 행해지지 않았으므로 최대 2시간 까지 화학적 기계 연마를 수행하더라도 GaN 기판 표면이 평탄도가 좋지 않아 매끈하지 않음을 알 수 있다.In the case of FIG. 5A, since the above-described heat treatment was not performed, it can be seen that even if chemical mechanical polishing is performed for up to 2 hours, the GaN substrate surface is not smooth due to poor flatness.

도 5b에는 700℃에서 5시간 동안 열처리를 하여 금속 산화막을 형성한 후에 최대 2시간 까지 화학적 기계 연마를 수행한 각각의 경우에 대한 GaN 기판의 표면 상태의 평탄도가 도시되고 있고, 도 5c에는 800℃에서 5시간 동안 열처리를 하여 금속 산화막을 형성한 후에 최대 2시간 까지 화학적 기계 연마를 수행한 각각의 경우에 대한 GaN 기판의 표면 상태의 평탄도가 도시되고 있다. FIG. 5B shows the flatness of the surface state of the GaN substrate for each case in which chemical mechanical polishing was performed for up to 2 hours after forming a metal oxide film by heat treatment at 700° C. for 5 hours, and FIG. 5C shows 800 The flatness of the surface state of the GaN substrate for each case in which chemical mechanical polishing is performed for up to 2 hours after the metal oxide film is formed by heat treatment at °C for 5 hours is shown.

도 5d에는 900℃에서 5시간 동안 열처리를 하여 금속 산화막을 형성한 후에 최대 2시간 까지 화학적 기계 연마를 수행한 각각의 경우에 대한 GaN 기판의 표면 상태의 평탄도가 도시되고 있고, 도 5e에는 1,000℃에서 5시간 동안 열처리를 하여 금속 산화막을 형성한 후에 최대 2시간 까지 화학적 기계 연마를 수행한 각각의 경우에 대한 GaN 기판의 표면 상태의 평탄도가 도시되고 있다. FIG. 5D shows the flatness of the surface state of the GaN substrate in each case in which chemical mechanical polishing was performed for up to 2 hours after forming a metal oxide film by heat treatment at 900° C. for 5 hours, and FIG. 5E The flatness of the surface state of the GaN substrate in each case in which chemical mechanical polishing is performed for up to 2 hours after the metal oxide film is formed by heat treatment at °C for 5 hours is shown.

도 5a 내지 도 5e까지는 전체적으로 살펴보면, 800℃ 내지 900℃에서 5시간 동안 열처리 하여 이후 화학적 기계 연마를 1시간 내지 2시간 하여야 GaN 기판의 표면의 평탄도가 가장 우수하고, 800℃보다 낮은 700℃에서나, 900℃보다 높은 1,000℃에서는 GaN 기판의 표면의 평탄도가 상대적으로 현저하게 떨어지는 것을 시각적으로 확인할 수 있다.5A to 5E as a whole, heat treatment at 800°C to 900°C for 5 hours and then chemical mechanical polishing for 1 hour to 2 hours are the most excellent in flatness of the surface of the GaN substrate, and at 700°C, which is lower than 800°C. , At 1,000° C. higher than 900° C., it can be visually confirmed that the flatness of the surface of the GaN substrate is relatively significantly lowered.

도 6은 각 열처리 조건을 거친 후 CMP 를 수행한 GaN 기판 표면에 대한 AFM(Atomic Force Microscope) 테이터를 나타내는 그림을 정리한 표이다.6 is a table summarizing a picture showing AFM (Atomic Force Microscope) data on the surface of a GaN substrate subjected to CMP after each heat treatment condition.

도 6에 따르면, 열처리를 하지 않거나 열처리를 하더라도 서로 다른 조건에서 열처리를 한 후 화학적 기계 연마를 수행한 경우의 GaN 기판의 표면에 대한 AFM(Atomic Force Microscope) 이미지가 도시되고 있다. 도 6을 참고하면, 800℃에서 5시간 동안 열처리를 한 후 화학적 기계 연마하는 단계를 거친 경우의 GaN 기판의 표면이 시각적으로도 가장 평탄하며, Ra 값도 0.377 nm 로서 가장 낮음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 6, an AFM (Atomic Force Microscope) image of the surface of a GaN substrate when chemical mechanical polishing is performed after heat treatment is performed under different conditions even if heat treatment is not performed or heat treatment is performed. Referring to FIG. 6, it can be seen that the surface of the GaN substrate is visually flattest and the Ra value is the lowest as 0.377 nm when heat treatment is performed at 800° C. for 5 hours and then chemical mechanical polishing is performed.

도 7은 GaN 기판을 각 조건에서 열처리 한 후 CMP를 수행하기 전 상태에서의 광학 현미경 데이터를 나타내는 표이며, 도 8은 GaN 기판을 각 조건의 열처리를 한 후 CMP를 1시간 수행한 상태에서의 광학 현미경 데이터를 나타내는 표이며, 도 9는 GaN 기판을 각 조건의 열처리를 한 후 CMP 를 2시간 수행한 상태에서의 광학 현미경 데이터를 나타내는 표이다.7 is a table showing optical microscopy data in a state before performing CMP after heat-treating the GaN substrate under each condition, and FIG. 8 is a table showing the state of performing CMP for 1 hour after heat-treating the GaN substrate under each condition. It is a table showing optical microscope data, and FIG. 9 is a table showing optical microscope data in a state in which CMP is performed for 2 hours after heat treatment of a GaN substrate under each condition.

도 7 내지 도 9를 참고하면, 기계적 연마 후 800℃ 내지 900℃에서 열처리를 한 후 화학적 기계 연마를 1시간 내지 2시간을 수행한 경우에 GaN 기판의 표면의 평탄도가 우수하며, 특히 800℃에서 열처리를 한 후 화학적 기계 연마를 1시간 내지 2시간을 수행한 경우 GaN 기판 표면이 가장 매끄러운 평탄한 상태임을 시각적으로 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 7 to 9, the flatness of the surface of the GaN substrate is excellent when the heat treatment is performed at 800°C to 900°C after mechanical polishing and then chemical mechanical polishing is performed for 1 to 2 hours, and in particular, 800°C. In the case where the chemical mechanical polishing is performed for 1 to 2 hours after the heat treatment is performed, it can be visually confirmed that the GaN substrate surface is in the smoothest and flat state.

도 10은 각 조건의 열처리를 한 후 CMP를 수행한 상태에서의 SEM 데이터를 나타내는 표이다. 도 10을 참고하면, 800℃에서 열처리를 한 후 화학적 기계 연마를 1시간 내지 2시간을 수행한 경우 GaN 기판 표면이 가장 매끄러운 평탄한 상태임을 시각적으로 확인할 수 있다.10 is a table showing SEM data in a state in which CMP is performed after heat treatment under each condition. Referring to FIG. 10, it can be visually confirmed that the GaN substrate surface is in the smoothest and flat state when chemical mechanical polishing is performed for 1 to 2 hours after heat treatment at 800°C.

이건 발명에서 구체적인 실시예를 상세히 설명하였으나, 이건 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 이건 발명은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 다양한 변형의 실시가 가능하며 이러한 변형은 이건 발명의 범위에 포함된다.This is a detailed description of specific embodiments in the invention, but this invention is not limited thereto, and this invention can be implemented in various modifications by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, and such modifications are the scope of the invention. Included in

해석과 관련하여, 이건 발명은 이건 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있다.With regard to interpretation, it can be understood that this invention may be embodied in a modified form without departing from the essential characteristics of the invention.

개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 이건 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 차이점은 이건 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The disclosed embodiments should be considered from an illustrative point of view rather than a limiting point of view. The scope of the invention is shown in the claims rather than the above description, and differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the invention.

자체적 의미가 특별히 이건 발명에서 정의되지 않은 용어의 경우 일반적인 의미로 넓게 해석되어야 하며, 균등적 범위의 다른 용어를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.In the case of terms whose meaning is not particularly defined in the present invention, it should be broadly interpreted as a general meaning, and should be interpreted as including other terms in an equal range.

102: 비-손상층
104: 약-손상층
106: 강-손상층
108: 금속 산화막102: non-damaged layer
104: weak-damaged layer
106: strong-damaged layer
108: metal oxide film

Claims (10)

성장된 GaN 기판의 표면을 기계적 연마(Mechanical Polishing)하는 단계;
기계적 연마된 GaN 기판의 표면에 금속 산화막을 형성하는 단계; 및
표면에 금속 산화막이 형성된 상기 GaN 기판의 표면을 화학적 기계 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP)하는 단계;를 포함하되,
상기 금속 산화막을 형성하는 단계는 금속 산화막이 형성되기 이전의 상기 GaN 기판을 열처리하는 단계를 포함하며,
상기 화학적 기계 연마하는 단계는 상기 열처리하는 단계 이후에 수행하되,
상기 열처리하는 단계 동안에 상기 GaN 기판은 산소가 포함된 대기 분위기에서 800℃ 내지 900℃ 의 온도로 5시간 동안 가열되며,
상기 화학적 기계 연마하는 단계는 상기 열처리 하는 단계를 거친 이후의 기판에 밀착되는 연마 패드의 표면 거칠기를 일정하게 유지하기 위해 세라믹 컨디셔너를 연마 패드에 주기적으로 드레싱하는 단계를 포함하며,
상기 화학적 기계 연마하는 단계에서의 연마 슬러리의 pH 는 5.5 이며,
상기 화학적 기계 연마를 하는 단계는 1시간 내지 2시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 GaN 기판 처리 방법.Mechanical polishing the surface of the grown GaN substrate;
Forming a metal oxide film on the surface of the mechanically polished GaN substrate; And
Including; chemical mechanical polishing (CMP) on the surface of the GaN substrate having a metal oxide film formed thereon,
The forming of the metal oxide film includes heat-treating the GaN substrate before the metal oxide film is formed,
The chemical mechanical polishing step is performed after the heat treatment step,
During the heat treatment step, the GaN substrate is heated for 5 hours at a temperature of 800°C to 900°C in an atmospheric atmosphere containing oxygen,
The chemical mechanical polishing step includes periodically dressing a ceramic conditioner on the polishing pad to maintain a constant surface roughness of the polishing pad in close contact with the substrate after the heat treatment step,
The pH of the polishing slurry in the chemical mechanical polishing step is 5.5,
The chemical mechanical polishing step is a GaN substrate processing method, characterized in that performed for 1 to 2 hours. 제 1 항에 있어서,
상기 열처리를 하는 단계에서 상기 GaN 기판의 표면은 산소와 반응하여 산화갈륨(Ga2O3)을 포함하는 물질로 산화되는 것을 특징으로 하는 GaN 기판 처리 방법.The method of claim 1,
In the step of performing the heat treatment, the surface of the GaN substrate is oxidized to a material containing gallium oxide (Ga 2 O 3) by reacting with oxygen. 제 2 항에 있어서,
상기 열처리하는 단계 동안에 상기 GaN 기판은 산소를 포함하는 대기 분위기에서 800℃ 내지 900℃ 의 온도로 5시간 동안 가열되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 GaN 기판 처리 방법.The method of claim 2,
The GaN substrate processing method, characterized in that during the heat treatment step, the GaN substrate is heated at a temperature of 800° C. to 900° C. for 5 hours in an atmospheric atmosphere containing oxygen. 제 1 항에 있어서,
상기 화학적 기계 연마를 하는 단계 이전의 GaN 기판은 금속 산화막을 표면에 구비하고, 상기 금속 산화막 아래에 비-손상층을 구비하는 것을 특징으로 하는 GaN 기판 처리 방법.The method of claim 1,
The GaN substrate processing method prior to the chemical mechanical polishing step has a metal oxide film on its surface, and a non-damaged layer under the metal oxide film. 제 4 항에 있어서,
상기 화학적 기계 연마를 하는 단계를 거친 이후의 GaN 기판의 표면에 비-손상층이 노출된 것을 특징으로 하는 GaN 기판 처리 방법.The method of claim 4,
GaN substrate processing method, characterized in that the non-damaged layer is exposed on the surface of the GaN substrate after undergoing the chemical mechanical polishing step. 제 4 항에 있어서,
상기 금속 산화막은 Ga2O3 를 포함하는 것을 특징으로 하는 GaN 기판 처리 방법.The method of claim 4,
The method of processing a GaN substrate, wherein the metal oxide layer includes Ga 2 O 3. 제 4 항에 있어서,
상기 화학적 기계 연마를 하는 단계를 거친 이후의 GaN 기판의 금속 산화막의 두께가 감소되는 것을 특징으로 하는 GaN 기판 처리 방법.The method of claim 4,
A GaN substrate processing method, characterized in that the thickness of the metal oxide film of the GaN substrate after the chemical mechanical polishing step is reduced. 제 1 항에 있어서,
상기 화학적 기계 연마를 하는 단계는 1시간 내지 2시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 GaN 기판 처리 방법.The method of claim 1,
The chemical mechanical polishing step is a GaN substrate processing method, characterized in that performed for 1 to 2 hours. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 의해 처리된 GaN 기판.The GaN substrate processed by any one of claims 1 to 8. 성장된 GaN 기판의 표면을 기계적 연마(Mechanical Polishing: MP)하는 기계적 연마 유닛;
기계적 연마된 GaN 기판의 표면에 금속 산화막을 형성하는 금속 산화막 형성 유닛; 및
표면에 금속 산화막이 형성된 상기 GaN 기판의 표면을 화학적 기계 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP)하는 화학적 기계 연마 유닛;을 포함하되,
상기 금속 산화막 형성 유닛은 금속 산화막이 형성되기 이전의 상기 GaN 기판을 열처리하는 열처리부를 포함하며,
상기 화학적 기계 연마 유닛은 상기 열처리부에서의 열처리 이후에 GaN 기판의 표면을 화학적 기계 연마하되,
상기 금속 산화막 형성 유닛은 상기 GaN 기판을 산소가 포함된 대기 분위기에서 800℃ 내지 900℃ 의 온도로 5시간 동안 가열하며,
상기 화학적 기계 연마 유닛은 상기 열처리부에 의해 열처리된 기판에 밀착되는 연마 패드의 표면 거칠기를 일정하게 유지하기 위해 연마 패드에 주기적으로 드레싱되는 세라믹 컨디셔너를 포함하며,
상기 화학적 기계 연마 유닛의 연마 슬러리의 pH 는 5.5 이며,
상기 화학적 기계 연마 유닛은 1시간 내지 2시간 동안 화학적 기계 연마를 수행하는 것을 특징으로 하는 GaN 기판 처리 장치.A mechanical polishing unit that mechanically polishes the surface of the grown GaN substrate (Mechanical Polishing: MP);
A metal oxide film forming unit for forming a metal oxide film on the surface of the mechanically polished GaN substrate; And
Including; a chemical mechanical polishing unit for chemical mechanical polishing (CMP) on the surface of the GaN substrate having a metal oxide film formed thereon,
The metal oxide film forming unit includes a heat treatment unit for heat-treating the GaN substrate before the metal oxide film is formed,
The chemical mechanical polishing unit chemically mechanically polishes the surface of the GaN substrate after the heat treatment in the heat treatment unit,
The metal oxide film forming unit heats the GaN substrate at a temperature of 800° C. to 900° C. in an atmospheric atmosphere containing oxygen for 5 hours,
The chemical mechanical polishing unit includes a ceramic conditioner periodically dressing the polishing pad to maintain a constant surface roughness of the polishing pad in close contact with the substrate heat-treated by the heat treatment unit,
The pH of the polishing slurry of the chemical mechanical polishing unit is 5.5,
Wherein the chemical mechanical polishing unit performs chemical mechanical polishing for 1 to 2 hours.
KR1020190144667A 2019-11-13 2019-11-13 Method of processing GaN substrate, GaN substrate processed by the method, and apparatus for processing GaN substrate KR102253176B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190144667A KR102253176B1 (en) 2019-11-13 2019-11-13 Method of processing GaN substrate, GaN substrate processed by the method, and apparatus for processing GaN substrate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190144667A KR102253176B1 (en) 2019-11-13 2019-11-13 Method of processing GaN substrate, GaN substrate processed by the method, and apparatus for processing GaN substrate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102253176B1 true KR102253176B1 (en) 2021-05-14

Family

ID=75915249

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190144667A KR102253176B1 (en) 2019-11-13 2019-11-13 Method of processing GaN substrate, GaN substrate processed by the method, and apparatus for processing GaN substrate

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102253176B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116872076A (en) * 2023-08-16 2023-10-13 东科半导体(安徽)股份有限公司 Gallium nitride multi-substrate grinding equipment and method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010005131A (en) * 1999-06-30 2001-01-15 김영환 Chemical mechanical polishing of interlevel insulating layer in semiconductor device
KR20020063732A (en) * 2001-01-30 2002-08-05 주식회사 하이닉스반도체 A chemical and mechanical polishing method of wafer
JP2004063834A (en) * 2002-07-30 2004-02-26 Japan Science & Technology Corp Method for forming single crystal thin film on electromagnetic steel substrate, and single-crystal thin-film device therefor
KR100822482B1 (en) * 2007-07-13 2008-04-29 (주)더리즈 Growing method for nitride based epitaxial layer and semiconductor device using the same
JP2010251699A (en) * 2009-03-27 2010-11-04 Osaka Univ Polishing method and polishing apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010005131A (en) * 1999-06-30 2001-01-15 김영환 Chemical mechanical polishing of interlevel insulating layer in semiconductor device
KR20020063732A (en) * 2001-01-30 2002-08-05 주식회사 하이닉스반도체 A chemical and mechanical polishing method of wafer
JP2004063834A (en) * 2002-07-30 2004-02-26 Japan Science & Technology Corp Method for forming single crystal thin film on electromagnetic steel substrate, and single-crystal thin-film device therefor
KR100822482B1 (en) * 2007-07-13 2008-04-29 (주)더리즈 Growing method for nitride based epitaxial layer and semiconductor device using the same
JP2010251699A (en) * 2009-03-27 2010-11-04 Osaka Univ Polishing method and polishing apparatus

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Aida et al. Progress and challenges for chemical mechanical polishing of gallium nitride. Materials Research Society Symposium Proceeding. 미국:Materials Research Society. 2013.7.17., Vol.1560, 1-9 (2013.7.17.) 1부.* *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116872076A (en) * 2023-08-16 2023-10-13 东科半导体(安徽)股份有限公司 Gallium nitride multi-substrate grinding equipment and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Deng et al. Plasma-assisted polishing of gallium nitride to obtain a pit-free and atomically flat surface
JP4792802B2 (en) Surface treatment method of group III nitride crystal
US9396945B2 (en) Method for producing SiC substrate
US6861360B2 (en) Double-sided polishing process for producing a multiplicity of silicon semiconductor wafers
CN113227465B (en) SiC semiconductor substrate, and method and apparatus for manufacturing the same
JP4787891B2 (en) Group III nitride crystal substrate for epitaxial layer formation, group III nitride crystal substrate with epitaxial layer, and semiconductor device
CN107112201B (en) Indium phosphide substrate, method for inspecting indium phosphide substrate, and method for manufacturing indium phosphide substrate
KR20090014174A (en) Compositions, methods and systems for polishing aluminum oxide and aluminum oxynitride substrates
JP4414433B2 (en) Pre-epi surface treatment method for SiC thin film
JP2008211040A (en) Single crystal sapphire substrate, its manufacturing method, and semiconductor light emitting element using them
JP6761916B1 (en) Method for manufacturing indium phosphide substrate, semiconductor epitaxial wafer, and indium phosphide substrate
KR102253176B1 (en) Method of processing GaN substrate, GaN substrate processed by the method, and apparatus for processing GaN substrate
WO2021106247A1 (en) Indium phosphide substrate, semiconductor epitaxial wafer, and method for manufacturing indium phosphide substrate
WO2021106249A1 (en) Indium phosphide substrate, semiconductor epitaxial wafer, and method for producing indium phosphide substrate
KR101752986B1 (en) METHOD FOR PRODUCING SiC SUBSTRATE
JP2006062931A (en) Sapphire substrate and its heat treatment method, and method of crystal growth
JP2013201326A (en) Gallium nitride substrate and epitaxial wafer
JP2006206343A (en) METHOD FOR FLATTENING SURFACE OF AlN SINGLE CRYSTAL AND METHOD FOR MANUFACTURING AlN SINGLE CRYSTAL SUBSTRATE
JP5402918B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
Koyama et al. Effects of N-face finishing on geometry of double-side polished GaN substrate
Asghar et al. Effect of polishing parameters on abrasive free chemical mechanical planarization of semi-polar (112¯ 2) aluminum nitride surface
JP5696734B2 (en) Group III nitride crystal substrate, group III nitride crystal substrate with epitaxial layer, and semiconductor device
KR102198949B1 (en) Apparatus and method for processing substrates of GaN
US20230128739A1 (en) Cmp process applied to a thin sic wafer for stress release and damage recovery
KR101767128B1 (en) Method of manufacturing a nitride substrate

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant