KR102615811B1 - Method for manufacturing group 3 nitride semiconductor template using chemical lift off and group 3 nitride semiconductor template manufactured by the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법에 관한 것으로, 성장기판, 임시기판 및 지지기판을 준비하는 제1 단계; 상기 성장기판 위에 제1 희생층을 형성시키고, 상기 제1 희생층 위에 제1 버퍼층을 성장시킨 후, 상기 제1 버퍼층 위에 채널층을 성장시키는 제2 단계; 상기 채널층 위에 에피택시 보호층을 형성시킨 후, 상기 에피택시 보호층 위에 제1 접착층을 형성시키는 제3 단계; 상기 임시기판 위에 제2 희생층을 형성시킨 후, 상기 제2 희생층 위에 제2 접착층을 형성시키는 제4 단계; 상기 제1 접착층과 상기 제2 접착층을 서로 접착시켜 접착층을 형성시키는 제5 단계; 케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 기법을 이용하여 상기 성장기판을 상기 제1 희생층으로부터 분리시키는 제6 단계; 상기 제1 희생층을 식각하여 제거하거나, 상기 제1 희생층 및 상기 제1 버퍼층을 식각하여 제거하는 제7 단계; 상기 제1 버퍼층 위에 제1 본딩층을 형성시키거나, 상기 채널층 위에 상기 제1 본딩층을 형성시키는 제8 단계; 상기 지지기판 위에 제2 본딩층을 형성시키는 제9 단계; 상기 제1 본딩층과 상기 제2 본딩층을 서로 접합시켜 본딩층을 형성시키는 제10 단계; 케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 기법을 이용하여 상기 임시기판을 상기 제2 희생층으로부터 분리시키는 제11 단계; 및 상기 제2 희생층, 상기 접착층 및 상기 에피택시 보호층을 식각하여 제거하는 제12 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 본딩층의 상면(그룹3족 질화물 반도체층의 하부) 또는 하면(지지기판의 상부)에 고저항성 절연 특성을 가진 접합강화층과 응축응력층을 포함하는 강화층이 형성되어 하부 지지기판으로의(또는 수직방향으로의) 누설전류의 효과적 차단이 가능하므로, 철(Fe) 또는 탄소(C) 등으로 도핑(Doping)시킨 저품질의 고저항 질화갈륨(GaN) 버퍼층이 필요 없게 된다. 이에 따라, 저품질의 고저항 질화갈륨(GaN) 버퍼층의 삭제로 고품질의 질화갈륨(GaN) 채널층 및 질화알루미늄갈륨(AlGaN) 배리어층 등의 HEMT 활성 구역(HEMT Active Region)의 확보가 가능하여 전력반도체 소자의 신뢰성 및 성능이 획기적으로 개선될 수 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique, comprising: a first step of preparing a growth substrate, a temporary substrate, and a support substrate; a second step of forming a first sacrificial layer on the growth substrate, growing a first buffer layer on the first sacrificial layer, and then growing a channel layer on the first buffer layer; A third step of forming an epitaxial protective layer on the channel layer and then forming a first adhesive layer on the epitaxial protective layer; A fourth step of forming a second sacrificial layer on the temporary substrate and then forming a second adhesive layer on the second sacrificial layer; A fifth step of forming an adhesive layer by adhering the first adhesive layer and the second adhesive layer to each other; A sixth step of separating the growth substrate from the first sacrificial layer using a chemical lift off (CLO) technique; A seventh step of etching and removing the first sacrificial layer, or etching and removing the first sacrificial layer and the first buffer layer; An eighth step of forming a first bonding layer on the first buffer layer or forming the first bonding layer on the channel layer; A ninth step of forming a second bonding layer on the support substrate; A tenth step of forming a bonding layer by bonding the first bonding layer and the second bonding layer to each other; An 11th step of separating the temporary substrate from the second sacrificial layer using a chemical lift off (CLO) technique; and a twelfth step of etching and removing the second sacrificial layer, the adhesive layer, and the epitaxial protective layer.
According to the present invention, a reinforcing layer including a bonding reinforcing layer with high-resistance insulating properties and a condensation stress layer is formed on the upper surface (lower part of the group 3 nitride semiconductor layer) or lower surface (upper part of the support substrate) of the bonding layer. Since leakage current to the support substrate (or in the vertical direction) can be effectively blocked, there is no need for a low-quality, high-resistance gallium nitride (GaN) buffer layer doped with iron (Fe) or carbon (C). . Accordingly, by removing the low-quality, high-resistance gallium nitride (GaN) buffer layer, it is possible to secure a HEMT active region such as a high-quality gallium nitride (GaN) channel layer and aluminum gallium nitride (AlGaN) barrier layer, thereby enabling power generation. The reliability and performance of semiconductor devices can be dramatically improved.
Description
본 발명은 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 그룹3족 질화물 반도체 템플릿에 관한 것으로, 보다 상세하게는 케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 기법을 이용하여 고품질의 그룹3족 질화물 반도체층이 격자상수(Lattice Constant)가 동등 또는 유사한 에피택시 성장 표면을 갖는 고방열 지지기판의 상부에 형성될 수 있는 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 그룹3족 질화물 반도체 템플릿에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a Group 3 nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique and a Group 3 nitride semiconductor template manufactured thereby, and more specifically, using a Chemical Lift Off (CLO) technique. A group 3 nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique allows a high-quality group 3 nitride semiconductor layer to be formed on the top of a high heat dissipation support substrate having an epitaxial growth surface with the same or similar lattice constant. It relates to a manufacturing method and a group 3 nitride semiconductor template manufactured thereby.
종래의 Si 단결정 성장기판 웨이퍼 상부에 직접적으로 GaN 물질계를 성장시키는 기술 기반의 수평형 채널 구조를 갖는 GaN 물질계 전력반도체(HEMT, High Electron Mobility Transistor; 고전자이동도트랜지스터) 소자에서, 해당 소자가 고온에서 안정적으로 고전압 및(또는) 고속 스위칭 기능을 가지고 구동되기 위해서는 높은 항복전압과 고신뢰성 특성을 갖는 고품질 에피택시 박막 성장 기술을 통해 전력반도체 소자의 누설 전류를 억제하는 설계가 필수적이다.In a GaN material-based power semiconductor (HEMT, High Electron Mobility Transistor) device with a horizontal channel structure based on technology that grows GaN material directly on top of a conventional Si single crystal growth substrate wafer, the device is operated at high temperature. In order to be stably driven with high voltage and/or high-speed switching functions, a design that suppresses leakage current of power semiconductor devices through high-quality epitaxial thin film growth technology with high breakdown voltage and high reliability characteristics is essential.
이를 위해 종래의 그룹3족 질화물 반도체 박막 소재 및 이들 전력반도체 소자 구조는 1) 전기적으로 고저항 특성을 갖는 Si 단결정 성장기판 웨이퍼 구비와, 2) Si 단결정 성장기판 웨이퍼 표면층과 고온에서의 반응을 통한 Melt-back Etching 현상을 억제하기 위한 AlN 물질계(Al 조성을 포함하는 질화물 또는 질화산화물)를 포함하는 Melt-back Etching 방지층 성장과, 3) AlGaN 물질계(Al 또는 Ga 조성 포함한 그룹3족 질화물)를 포함하는 크랙 방지용 응축 응력층 성장과, 4) GaN 물질계(Ga 조성을 포함한 그룹3족 질화물)를 포함하는 전력반도체 활성층 성장이 순서대로 적층 형성된 구조를 갖고 있다. To this end, conventional group III nitride semiconductor thin film materials and their power semiconductor device structures are 1) equipped with a Si single crystal growth substrate wafer with high electrical resistance characteristics, and 2) through reaction at high temperature with the surface layer of the Si single crystal growth substrate wafer. 3) Growth of a melt-back etching prevention layer containing an AlN material system (nitride or nitride oxide containing Al composition) to suppress the melt-back etching phenomenon, and 3) AlGaN material system (Group 3 nitride with Al or Ga composition). It has a structure in which the growth of a condensed stress layer for crack prevention and 4) the growth of a power semiconductor active layer containing GaN material (group 3 nitride containing Ga composition) are sequentially stacked.
그리고 상술한 GaN 물질계를 포함하는 수평형 채널 구조의 전력반도체 활성층(HEMT, High Electron Mobility Transistor; 고전자이동도트랜지스터)은 통상적으로 1) GaN 버퍼층(Buffer Layer), 2) GaN 채널층(Channel Layer; 수평형 트랜지스터), 3) AlGaN 배리어층(Barrier Layer), 4) 캡핑 패시베이션층(Capping Passivation Layer; Depletion Mode) 또는 p형 질화물 반도체층(p-type Nitride Semiconductor Layer; Enhancement Mode)의 4개 영역으로 적층 형성된다.And the power semiconductor active layer (HEMT, High Electron Mobility Transistor) of the horizontal channel structure containing the above-mentioned GaN material system is usually composed of 1) GaN buffer layer, 2) GaN channel layer. ; Horizontal Transistor), 3) AlGaN Barrier Layer, 4) Capping Passivation Layer (Depletion Mode) or p-type Nitride Semiconductor Layer (Enhancement Mode). It is formed by layering.
즉, 종래의 Si 단결정 성장기판 웨이퍼 상부에 직접적으로 GaN 물질계를 성장시키는 그룹3족 질화물 전력반도체 HEMT 소자 구조에서는 GaN 채널층 아래에 높은 저항을 가지는 GaN 버퍼층 형성과 함께 고저항을 갖는 Si 단결정 성장기판 웨이퍼를 반드시 적용하고 있으나, 하기와 같은 문제점들이 있다.That is, in the Group III nitride power semiconductor HEMT device structure in which the GaN material system is grown directly on the top of the conventional Si single crystal growth substrate wafer, a GaN buffer layer with high resistance is formed under the GaN channel layer and a Si single crystal growth substrate with high resistance is formed. Although wafers are always used, there are the following problems.
첫 번째로, 종래의 그룹3족 질화물(GaN 물질계) 전력반도체 HEMT 소자 구조에서는 MOCVD(금속유기화학증기증착) 장비를 사용하여 그룹3족 질화물 전력반도체 성장기판용 Si 단결정 웨이퍼 상부에 GaN 물질계 단결정 박막과 전력반도체 소자 구조를 직접적으로 성장시키는 공정을 수행한다. 이때 1000℃ 전후의 고온과 환원 분위기(H2, H+, NH3, 라디칼 이온)에서 기본적으로 Ga 원자가 포함된 GaN 물질계 단결정 박막 성장(성막) 공정이 수행되는데, Si 단결정 웨이퍼 표면층과 Ga 원자 사이에서 비교적 작은 에너지로 활발하게 Si-Ga 금속성 공정 반응(Metallic Eutectic Reaction)이 발생하는 것을 차단하는 Melt-back Etching 방지막 영역이 절대적으로 필요하다. First, in the conventional Group 3 nitride (GaN material-based) power semiconductor HEMT device structure, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) equipment is used to form a GaN material-based single crystal thin film on the top of the Si single crystal wafer for the Group 3 nitride power semiconductor growth substrate. and perform a process to directly grow the power semiconductor device structure. At this time, a GaN material-based single crystal thin film growth (film formation) process containing Ga atoms is basically performed at a high temperature of around 1000°C and in a reducing atmosphere (H 2 , H + , NH 3 , radical ions), between the surface layer of the Si single crystal wafer and the Ga atoms. A melt-back etching prevention film area that blocks active Si-Ga metallic eutectic reactions with relatively small energy is absolutely necessary.
이러한 Melt-back Etching 방지막 영역은 통상적으로 100nm 전후의 두께를 가지게 되며, MOCVD 챔버 내에서 인시츄 공정(In-situ Process)으로 성장한 AlN 물질층이 대표적이지만, 이외에도 외부의 다른 성막(증착) 공정 장비(Sputter, PLD, ALD)를 사용하여 MOCVD 챔버에 로딩(Loading)하기 전에 그룹3족 질화물 전력반도체 성장기판용 Si 단결정 웨이퍼 상부에 AlN(질화알루미늄) 또는 AlNO(질소산화안루미늄) 물질층을 엑시츄 공정(Ex-situ Process)으로 성막(증착)시킬 수도 있다. This melt-back etching prevention film area typically has a thickness of around 100 nm, and the representative example is the AlN material layer grown through an in-situ process within the MOCVD chamber, but it can also be used on other external film formation (deposition) process equipment. Before loading into the MOCVD chamber using (sputter, PLD, ALD), a layer of AlN (aluminum nitride) or AlNO (aluminium nitride oxide) material is spread on the top of a Si single crystal wafer for a Group 3 nitride power semiconductor growth substrate. It can also be formed (deposited) through an ex-situ process.
그러나 전기적으로 고저항 특성을 갖는 성장기판용 Si 단결정 웨이퍼 상부에 상술한 AlN 물질층으로 Melt-back Etching 방지막 영역을 형성할 때, AlN 성장 시 Si 성장기판 표면을 손상시키는 수준이 덜하지만, 여전히 Si 성장기판 표면에서 전면 또는 국부적으로 Si-Al 금속성 공정 반응이 발생되어 전도성 경계면 물질층을 형성시키고, 이로 인해 연속공정에서 성장되는 GaN 물질계의 결정 품질 저하를 야기하는 문제점이 있다. 또한, Si 성장기판 표면 손상으로 인해 전도성 경계면 물질(Disordered SiAlN) 형성으로 결정 품질 저하(결정성 감소)가 일어나고, 그 결과 주요 결정결함인 “전위” 밀도 증가로 누설전류가 증가되며, 이는 종국적으로 절연파괴 현상을 촉진시키게 되는 문제점이 있다.However, when forming a melt-back etching prevention film area with the above-described AlN material layer on the top of a Si single crystal wafer for a growth substrate with high electrical resistance characteristics, the level of damage to the surface of the Si growth substrate during AlN growth is less, but still Si There is a problem in that a Si-Al metallic process reaction occurs entirely or locally on the surface of the growth substrate, forming a conductive interface material layer, which causes a decrease in the crystal quality of the GaN material system grown in a continuous process. In addition, damage to the surface of the Si growth substrate causes a decrease in crystal quality (reduced crystallinity) due to the formation of a conductive interface material (disordered SiAlN), and as a result, the density of “dislocations”, which are major crystal defects, increases, resulting in an increase in leakage current, which ultimately leads to an increase in leakage current. There is a problem that promotes insulation breakdown.
두 번째로, 상술한 종래의 그룹3족 질화물(GaN 물질계) 전력반도체 HEMT 소자 구조에서는 물질을 성장(또는 성막)할 때 서로 다른 이종물질 사이의 물질 고유값인 격자상수(Lattice Constant, LC)와 열팽창계수(Coefficient of Thermal Expansion, CTE)를 고려해서 공정을 진행해야 하는데, 통상적으로 두 물질 사이의 격자상수(LC)와 열팽창계수(CTE) 차이가 클 경우에 성장(성막) 공정 중에 또는 공정 후에 구조적 및 열-기계적 스트레스로 인해 성장(성막)된 물질 박막내에 마이크로(미세) 또는 마크로(거시) 크랙(Crack)이 불가항력적으로 발생하거나 결정품질이 나빠진다. 특히 그룹3족 질화물 전력반도체 성장기판용 Si 단결정 웨이퍼 상부에 질화갈륨(GaN) 물질계 또는 질화알루미늄(AlN) 물질계를 직접적으로 성장(또는 성막)할 때, 열팽창계수(CTE) 및(또는) 격자상수(LC) 측면에서 인장응력(Tensile Stress)이 강하게 발생되어 크랙 현상을 쉽게 관찰할 수 있을 뿐만 아니라, 소정의 두께 이상으로 성장하여 높은 항복전압과 고신뢰성 소자를 구현할 수 있는데 인장응력으로 인해서 그룹3족 질화물 전력반도체 소자 구조 두께를 두껍게 할 수가 없다. Second, in the above-described conventional Group III nitride (GaN material-based) power semiconductor HEMT device structure, when growing (or forming a film) a material, the lattice constant (LC), which is the material intrinsic value between different heterogeneous materials, The process must be carried out considering the coefficient of thermal expansion (CTE). Typically, when the difference in lattice constant (LC) and coefficient of thermal expansion (CTE) between two materials is large, during or after the growth (film formation) process. Due to structural and thermo-mechanical stress, micro (fine) or macro (macro) cracks inevitably occur within the grown (film-formed) material thin film or crystal quality deteriorates. In particular, when directly growing (or forming a film) a gallium nitride (GaN) material system or aluminum nitride (AlN) material system on the top of a Si single crystal wafer for a Group 3 nitride power semiconductor growth substrate, the coefficient of thermal expansion (CTE) and/or lattice constant In terms of (LC), tensile stress is generated strongly, so not only can the crack phenomenon be easily observed, but it can also grow beyond a certain thickness to realize a high breakdown voltage and high reliability device. Due to the tensile stress, group 3 The thickness of the nitride power semiconductor device structure cannot be increased.
상술한 인장응력 완화(Relief) 또는 크랙을 억제하는 방안으로 여러 기술들이 고안되어왔지만, 인장응력을 보상(Compensation) 완충시킬 수 있도록 응축응력(Compressive Stress)을 인위적으로 발생시키는 물질 및 공정을 도입하는 방안으로서, 상술한 Melt-back Etching 방지막 영역 위에 Al 또는 Ga 조성 포함한 AlGaN 물질계를 이미 공지된 다층 구조로 적층하여 크랙 현상을 억제하는 크랙 방지용 응축 응력층이 도입되어 사용되고 있다.Several technologies have been devised as a way to relieve the above-described tensile stress or suppress cracks, but it is difficult to introduce materials and processes that artificially generate compressive stress to compensate and buffer the tensile stress. As a solution, a crack-prevention condensation stress layer that suppresses the crack phenomenon is introduced and used by laminating AlGaN material containing Al or Ga composition on the melt-back etching prevention film area in a known multi-layer structure.
그러나 상술한 종래의 그룹3족 질화물(GaN 물질계) 전력반도체 HEMT 소자 구조의 크랙 방지용 응축 응력층은, 높은 Al 비율을 가지는 AlGaN 물질계 형성 시 고품질로 두꺼운 층을 성장시키기 어렵고, 결정 품질 감소로 전위가 발생되어 누설전류 증가를 촉진시키는 문제점이 있다.However, the condensation stress layer for crack prevention in the above-described conventional Group 3 nitride (GaN material system) power semiconductor HEMT device structure is difficult to grow a thick layer with high quality when forming an AlGaN material system with a high Al ratio, and dislocations occur due to a decrease in crystal quality. There is a problem that occurs and promotes an increase in leakage current.
세 번째로, 종래의 그룹3족 질화물(GaN 물질계) 전력반도체 HEMT 소자 구조에서는 GaN 채널층 아래의 누설전류 억제를 위해, 통상적으로 높은 저항을 갖도록 Fe(철) 또는 C(탄소) 등의 불순물을 과다 도핑(Doping)시킨 GaN 버퍼층을 형성시키게 된다.Third, in the conventional Group 3 nitride (GaN material-based) power semiconductor HEMT device structure, impurities such as Fe (iron) or C (carbon) are usually added to have high resistance to suppress leakage current under the GaN channel layer. An excessively doped GaN buffer layer is formed.
그러나 종래의 그룹3족 질화물(GaN 물질계) 전력반도체 HEMT 소자 구조에 따르면, 과다하게 도핑(Doping)된 Fe 또는 C 등의 불순물로 인해 GaN 물질계의 결정 품질이 매우 저하되며, 치명적인 결정 결함, 즉 전위 밀도 증가로 누설전류 증가를 촉진시키게 되는 문제점이 있다. 또한, 저(低) 결정 품질의 GaN 버퍼층으로 인해 그 위에 연속공정으로 성장되는 GaN 채널층 및 AlGaN 배리어층 역시 낮은 결정 품질을 갖게 되는 문제점이 있다.However, according to the conventional Group 3 nitride (GaN material system) power semiconductor HEMT device structure, the crystal quality of the GaN material system is greatly reduced due to impurities such as excessively doped Fe or C, and fatal crystal defects, i.e. dislocations, occur. There is a problem in that an increase in density promotes an increase in leakage current. Additionally, due to the low crystal quality of the GaN buffer layer, there is a problem in that the GaN channel layer and AlGaN barrier layer grown thereon in a continuous process also have low crystal quality.
본 발명의 목적은, 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 기법을 이용하여 고품질의 그룹3족 질화물 반도체층이 격자상수(Lattice Constant)가 동등 또는 유사한 에피택시 성장 표면을 갖는 고방열 지지기판의 상부에 형성될 수 있는 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 그룹3족 질화물 반도체 템플릿을 제공함에 있다.The purpose of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and by using the Chemical Lift Off (CLO) technique, a high-quality Group III nitride semiconductor layer has an equal or similar lattice constant. The present invention provides a method for manufacturing a Group 3 nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique that can be formed on a high heat dissipation support substrate having an epitaxial growth surface, and a Group 3 nitride semiconductor template manufactured thereby.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 성장기판, 임시기판 및 지지기판을 준비하는 제1 단계; 상기 성장기판 위에 제1 희생층을 형성시키고, 상기 제1 희생층 위에 제1 버퍼층을 성장시킨 후, 상기 제1 버퍼층 위에 채널층을 성장시키는 제2 단계; 상기 채널층 위에 에피택시 보호층을 형성시킨 후, 상기 에피택시 보호층 위에 제1 접착층을 형성시키는 제3 단계; 상기 임시기판 위에 제2 희생층을 형성시킨 후, 상기 제2 희생층 위에 제2 접착층을 형성시키는 제4 단계; 상기 제1 접착층과 상기 제2 접착층을 서로 접착시켜 접착층을 형성시키는 제5 단계; 케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 기법을 이용하여 상기 성장기판을 상기 제1 희생층으로부터 분리시키는 제6 단계; 상기 제1 희생층을 식각하여 제거하거나, 상기 제1 희생층 및 상기 제1 버퍼층을 식각하여 제거하는 제7 단계; 상기 제1 버퍼층 위에 제1 본딩층을 형성시키거나, 상기 채널층 위에 상기 제1 본딩층을 형성시키는 제8 단계; 상기 지지기판 위에 제2 본딩층을 형성시키는 제9 단계; 상기 제1 본딩층과 상기 제2 본딩층을 서로 접합시켜 본딩층을 형성시키는 제10 단계; 케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 기법을 이용하여 상기 임시기판을 상기 제2 희생층으로부터 분리시키는 제11 단계; 및 상기 제2 희생층, 상기 접착층 및 상기 에피택시 보호층을 식각하여 제거하는 제12 단계를 포함하는, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법에 의해 달성된다.The above object is, according to the present invention, a first step of preparing a growth substrate, a temporary substrate, and a support substrate; a second step of forming a first sacrificial layer on the growth substrate, growing a first buffer layer on the first sacrificial layer, and then growing a channel layer on the first buffer layer; A third step of forming an epitaxial protective layer on the channel layer and then forming a first adhesive layer on the epitaxial protective layer; A fourth step of forming a second sacrificial layer on the temporary substrate and then forming a second adhesive layer on the second sacrificial layer; A fifth step of forming an adhesive layer by adhering the first adhesive layer and the second adhesive layer to each other; A sixth step of separating the growth substrate from the first sacrificial layer using a chemical lift off (CLO) technique; A seventh step of etching and removing the first sacrificial layer, or etching and removing the first sacrificial layer and the first buffer layer; An eighth step of forming a first bonding layer on the first buffer layer or forming the first bonding layer on the channel layer; A ninth step of forming a second bonding layer on the support substrate; A tenth step of forming a bonding layer by bonding the first bonding layer and the second bonding layer to each other; An 11th step of separating the temporary substrate from the second sacrificial layer using a chemical lift off (CLO) technique; and a twelfth step of etching and removing the second sacrificial layer, the adhesive layer, and the epitaxial protective layer.
또한, 상기 제9 단계는, 상기 지지기판 위에 강화층을 형성시킨 후, 상기 강화층 위에 상기 제2 본딩층을 형성시킬 수 있다.Additionally, in the ninth step, a reinforcing layer may be formed on the support substrate, and then the second bonding layer may be formed on the reinforcing layer.
또한, 상기 제7 단계는, 상기 제1 희생층 및 상기 제1 버퍼층을 식각하여 제거하고, 상기 제8 단계는, 상기 채널층 위에 상기 제1 본딩층을 형성시킬 수 있다.Additionally, in the seventh step, the first sacrificial layer and the first buffer layer may be removed by etching, and in the eighth step, the first bonding layer may be formed on the channel layer.
또한, 상기 제8 단계는, 상기 채널층 위에 강화층을 형성시킨 후, 상기 강화층 위에 상기 제1 본딩층을 형성시킬 수 있다.Additionally, in the eighth step, a reinforcing layer may be formed on the channel layer, and then the first bonding layer may be formed on the reinforcing layer.
또한, 상기 제7 단계는, 상기 제1 희생층을 식각하여 제거하고, 상기 제8 단계는, 상기 제1 버퍼층 위에 상기 제1 본딩층을 형성시킬 수 있다.Additionally, in the seventh step, the first sacrificial layer may be removed by etching, and in the eighth step, the first bonding layer may be formed on the first buffer layer.
또한, 상기 제8 단계는, 상기 제1 버퍼층 위에 강화층을 형성시킨 후, 상기 강화층 위에 상기 제1 본딩층을 형성시킬 수 있다.Additionally, in the eighth step, a reinforcement layer may be formed on the first buffer layer, and then the first bonding layer may be formed on the reinforcement layer.
또한, 상기 제8 단계는, 상기 채널층 위에 제2 버퍼층을 성막시킨 후, 성막된 상기 제2 버퍼층 위에 상기 제1 본딩층을 형성시킬 수 있다.Additionally, in the eighth step, a second buffer layer may be deposited on the channel layer, and then the first bonding layer may be formed on the second buffer layer.
또한, 상기 제8 단계는, 상기 제1 버퍼층 위에 제2 버퍼층을 성막시킨 후, 성막된 상기 제2 버퍼층 위에 상기 제1 본딩층을 형성시킬 수 있다.Additionally, in the eighth step, a second buffer layer may be deposited on the first buffer layer, and then the first bonding layer may be formed on the second buffer layer.
또한, 상기 제8 단계는, 성막된 상기 제2 버퍼층 위에 강화층을 형성시킨 후, 상기 강화층 위에 상기 제1 본딩층을 형성시킬 수 있다.Additionally, in the eighth step, a reinforcing layer may be formed on the formed second buffer layer, and then the first bonding layer may be formed on the reinforcing layer.
또한, 상기 성장기판은, 실리콘(Si) 성장기판이고, 상기 지지기판은, 실리콘(Si) 지지기판일 수 있다.Additionally, the growth substrate may be a silicon (Si) growth substrate, and the support substrate may be a silicon (Si) support substrate.
또한, 상기 제1 버퍼층은, 질화갈륨(GaN) 물질계를 포함할 수 있다.Additionally, the first buffer layer may include a gallium nitride (GaN) material.
또한, 상기 제2 버퍼층은, 알루미늄을 포함한 질화물 또는 산화물을 포함할 수 있다.Additionally, the second buffer layer may include nitride or oxide containing aluminum.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 성장기판, 임시기판 및 지지기판을 준비하는 제1 단계; 상기 성장기판 위에 제1 희생층을 형성시키고, 상기 제1 희생층 위에 버퍼층을 성장시키는 제2 단계; 상기 버퍼층 위에 에피택시 보호층을 형성시킨 후, 상기 에피택시 보호층 위에 제1 접착층을 형성시키는 제3 단계; 상기 임시기판 위에 제2 희생층을 형성시킨 후, 상기 제2 희생층 위에 제2 접착층을 형성시키는 제4 단계; 상기 제1 접착층과 상기 제2 접착층을 서로 접착시켜 접착층을 형성시키는 제5 단계; 케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 기법을 이용하여 상기 성장기판을 상기 제1 희생층으로부터 분리시키는 제6 단계; 상기 제1 희생층을 식각하여 제거하는 제7 단계; 상기 버퍼층 위에 제1 본딩층을 형성시키는 제8 단계; 상기 지지기판 위에 제2 본딩층을 형성시키는 제9 단계; 상기 제1 본딩층과 상기 제2 본딩층을 서로 접합시켜 본딩층을 형성시키는 제10 단계; 케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 기법을 이용하여 상기 임시기판을 상기 제2 희생층으로부터 분리시키는 제11 단계; 및 상기 제2 희생층, 상기 접착층 및 상기 에피택시 보호층을 식각하여 제거하는 제12 단계를 포함하는, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법에 의해 달성된다.The above object is, according to the present invention, a first step of preparing a growth substrate, a temporary substrate, and a support substrate; a second step of forming a first sacrificial layer on the growth substrate and growing a buffer layer on the first sacrificial layer; A third step of forming an epitaxial protective layer on the buffer layer and then forming a first adhesive layer on the epitaxial protective layer; A fourth step of forming a second sacrificial layer on the temporary substrate and then forming a second adhesive layer on the second sacrificial layer; A fifth step of forming an adhesive layer by adhering the first adhesive layer and the second adhesive layer to each other; A sixth step of separating the growth substrate from the first sacrificial layer using a chemical lift off (CLO) technique; A seventh step of etching and removing the first sacrificial layer; An eighth step of forming a first bonding layer on the buffer layer; A ninth step of forming a second bonding layer on the support substrate; A tenth step of forming a bonding layer by bonding the first bonding layer and the second bonding layer to each other; An 11th step of separating the temporary substrate from the second sacrificial layer using a chemical lift off (CLO) technique; and a twelfth step of etching and removing the second sacrificial layer, the adhesive layer, and the epitaxial protective layer.
또한, 상기 제9 단계는, 상기 지지기판 위에 강화층을 형성시킨 후, 상기 강화층 위에 상기 제2 본딩층을 형성시킬 수 있다.Additionally, in the ninth step, a reinforcing layer may be formed on the support substrate, and then the second bonding layer may be formed on the reinforcing layer.
또한, 상기 제8 단계는, 상기 버퍼층 위에 강화층을 형성시킨 후, 상기 강화층 위에 상기 제1 본딩층을 형성시킬 수 있다.Additionally, in the eighth step, a reinforcing layer may be formed on the buffer layer, and then the first bonding layer may be formed on the reinforcing layer.
또한, 상기 버퍼층은, 질화갈륨(GaN) 물질계를 포함할 수 있다.Additionally, the buffer layer may include a gallium nitride (GaN) material.
또한, 상기 버퍼층은, 알루미늄을 포함한 질화물 또는 산화물을 포함할 수 있다.Additionally, the buffer layer may include nitride or oxide containing aluminum.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법에 의해 제조된 그룹3족 질화물 반도체 템플릿에 의해 달성된다.The above object is achieved by a group III nitride semiconductor template manufactured by a method for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique, according to the present invention.
본 발명에 따르면, 본딩층의 상면(그룹3족 질화물 반도체층의 하부) 또는 하면(지지기판의 상부)에 고저항성 절연 특성을 가진 접합강화층과 응축응력층을 포함하는 강화층이 형성되어 하부 지지기판으로의(또는 수직방향으로의) 누설전류의 효과적 차단이 가능하므로, 철(Fe) 또는 탄소(C) 등으로 도핑(Doping)시킨 저품질의 고저항 질화갈륨(GaN) 버퍼층이 필요 없게 된다. 이에 따라, 저품질의 고저항 질화갈륨(GaN) 버퍼층의 삭제로 고품질의 질화갈륨(GaN) 채널층 및 질화알루미늄갈륨(AlGaN) 배리어층 등의 HEMT 활성 구역(HEMT Active Region)의 확보가 가능하여 전력반도체 소자의 신뢰성 및 성능이 획기적으로 개선될 수 있다.According to the present invention, a reinforcing layer including a bonding reinforcing layer with high-resistance insulating properties and a condensation stress layer is formed on the upper surface (lower part of the group 3 nitride semiconductor layer) or lower surface (upper part of the support substrate) of the bonding layer. Since leakage current to the support substrate (or in the vertical direction) can be effectively blocked, there is no need for a low-quality, high-resistance gallium nitride (GaN) buffer layer doped with iron (Fe) or carbon (C). . Accordingly, by removing the low-quality, high-resistance gallium nitride (GaN) buffer layer, it is possible to secure a HEMT active region such as a high-quality gallium nitride (GaN) channel layer and aluminum gallium nitride (AlGaN) barrier layer, thereby enabling power generation. The reliability and performance of semiconductor devices can be dramatically improved.
또한, 본 발명에 따르면, 종래 기술의 성장기판에 필수적이었던 Melt-back Etching 방지층과 응축응력층의 직접적인 성장이 필요없게 되므로, 고품질의 그룹3족 질화물 반도체층 위에 고품질의 질화알루미늄갈륨(AlGaN) 배리어층이 성장될 수 있다. 또한, 종래의 실리콘(Si) 성장기판 상부에 직접 성장시키는 방법 대비, 저결함의 고품질 그룹3족 질화물 반도체층이 성장될 수 있다. 또한, Melt-back Etching 방지층과 응축응력층의 성장이 제외됨에 따라, 기존 대비 얇은 두께를 가지는 그룹3족 질화물 전력반도체 구조(특히, HEMT)의 구현이 가능하며, 재료비 및 수율이 개선될 수 있다.In addition, according to the present invention, there is no need for direct growth of the melt-back etching prevention layer and condensation stress layer, which were essential for the growth substrate of the prior art, and thus a high-quality aluminum gallium nitride (AlGaN) barrier is formed on the high-quality Group III nitride semiconductor layer. Layers can grow. Additionally, compared to the conventional method of growing directly on top of a silicon (Si) growth substrate, a high-quality Group III nitride semiconductor layer with low defects can be grown. In addition, as the growth of the melt-back etching prevention layer and the condensation stress layer is excluded, it is possible to implement a Group 3 nitride power semiconductor structure (particularly HEMT) with a thinner thickness than before, and material costs and yield can be improved. .
또한, 본 발명에 따르면, 질화갈륨(GaN) 물질계(질화갈륨(GaN) 버퍼 또는 질화갈륨(GaN) 채널)와 실리콘(Si) 성장기판 사이에 외부 증착(성막) 공정을 통해 응축 응력층을 도입시켜 활용이 가능하다, 즉, MOCVD 챔버 내에서 인시츄 공정(In-situ Process)으로 성장한 질화알루미늄갈륨(AlGaN) 또는 초격자 구조의 질화알루미늄/질화갈륨(AlN/GaN SLs) 등의 응축 응력층 없이도 크랙이 없는 소정의 두께 이상을 갖는 후막 질화갈륨(GaN) 물질계의 성장이 가능하다. 또한, 질화갈륨(GaN) 버퍼층 및 질화갈륨(GaN) 채널층 대신, 누설 전류 차단 기능을 가지며 열팽창계수가 실리콘(Si) 지지기판보다 큰 물성을 갖는 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3) 등을 두껍게 성장시킬 수 있으며, 이를 활용한 전력반도체 소자의 구현이 가능하다.In addition, according to the present invention, a condensation stress layer is introduced between the gallium nitride (GaN) material system (gallium nitride (GaN) buffer or gallium nitride (GaN) channel) and the silicon (Si) growth substrate through an external deposition (film formation) process. In other words, it can be used as a condensed stress layer such as aluminum gallium nitride (AlGaN) or superlattice structured aluminum/gallium nitride (AlN/GaN SLs) grown through an in-situ process in a MOCVD chamber. It is possible to grow a thick-film gallium nitride (GaN) material system with a predetermined thickness or more without cracks. In addition, instead of the gallium nitride (GaN) buffer layer and the gallium nitride (GaN) channel layer, aluminum nitride (AlN) and aluminum oxide (Al 2 O) are used, which have a leakage current blocking function and a thermal expansion coefficient greater than that of the silicon (Si) support substrate. 3 ) etc. can be grown thickly, and it is possible to implement power semiconductor devices using this.
또한, 2회의 케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 공정을 통해, 손상되지 않은(Damage-free) 그룹3족 금속 극성을 가지는 표면(성장기판 분리면과 최종 지지기판 접합면의 극성이 동일한 구조)을 가질 수 있으므로, 고품질의 그룹3족 질화물 반도체 박막의 재성장이 가능하다.In addition, through two chemical lift off (CLO) processes, a surface with intact group 3 metal polarity (a structure where the polarity of the growth substrate separation surface and the final support substrate bonding surface is the same) is created. ), so it is possible to re-grow a high-quality Group III nitride semiconductor thin film.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.Meanwhile, the effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and various effects may be included within the range apparent to those skilled in the art from the contents described below.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법의 순서도이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿이 제조되는 과정을 도시한 것이고,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법의 순서도이고,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿이 제조되는 과정을 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법의 순서도이고,
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿이 제조되는 과정을 도시한 것이고,
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿이 제조되는 다른 과정을 도시한 것이고,
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법의 순서도이고,
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿이 제조되는 과정을 도시한 것이고,
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법의 순서도이고,
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿이 제조되는 과정을 도시한 것이고,
도 12는 본 발명의 제6 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법의 순서도이고,
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿이 제조되는 과정을 도시한 것이고,
도 14는 본 발명의 제1 실시예 내지 제6 실시예에 따라 제조된 그룹3족 질화물 반도체 템플릿에 배치되는 강화층의 다양한 형태를 도시한 것이다.1 is a flowchart of a method for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to a first embodiment of the present invention;
Figure 2 shows the process of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the first embodiment of the present invention;
Figure 3 is a flowchart of a method for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to a second embodiment of the present invention;
Figure 4 shows the process of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the second embodiment of the present invention.
Figure 5 is a flowchart of a method for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to a third embodiment of the present invention;
Figure 6 shows the process of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the third embodiment of the present invention.
Figure 7 shows another process of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the third embodiment of the present invention.
Figure 8 is a flowchart of a method for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the fourth embodiment of the present invention;
Figure 9 shows the process of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the fourth embodiment of the present invention.
Figure 10 is a flowchart of a method for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the fifth embodiment of the present invention;
Figure 11 shows the process of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the fifth embodiment of the present invention.
Figure 12 is a flowchart of a method for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the sixth embodiment of the present invention;
Figure 13 shows the process of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the sixth embodiment of the present invention.
Figure 14 shows various forms of reinforcement layers disposed on a group III nitride semiconductor template manufactured according to the first to sixth embodiments of the present invention.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through illustrative drawings. When adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings.
또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Additionally, when describing embodiments of the present invention, if detailed descriptions of related known configurations or functions are judged to impede understanding of the embodiments of the present invention, the detailed descriptions will be omitted.
또한, 본 발명의 실시예의 구성요소를 설명함에 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.Additionally, when describing components of embodiments of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, sequence, or order of the component is not limited by the term.
지금부터는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S100)에 대해 상세히 설명한다.From now on, with reference to the attached drawings, a method (S100) for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the first embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿이 제조되는 과정을 도시한 것이다.Figure 1 is a flowchart of a method for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the first embodiment of the present invention, and Figure 2 is a group using the chemical lift-off technique according to the first embodiment of the present invention. This shows the process of manufacturing a group III nitride semiconductor template.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S100)은, 제1 단계(S101)와, 제2 단계(S102)와, 제3 단계(S103)와, 제4 단계(S104)와, 제5 단계(S105)와, 제6 단계(S106)와, 제7 단계(S107)와, 제8 단계(S108)와, 제9 단계(S109)와, 제10 단계(S110)와, 제11 단계(S111)와, 제12 단계(S112)와, 제13 단계(S113)를 포함한다.As shown in Figures 1 and 2, the method (S100) for manufacturing a group 3 nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the first embodiment of the present invention includes a first step (S101) and a second step. Step (S102), third step (S103), fourth step (S104), fifth step (S105), sixth step (S106), seventh step (S107), and eighth step ( It includes the ninth step (S109), the tenth step (S110), the eleventh step (S111), the twelfth step (S112), and the thirteenth step (S113).
제1 단계(S101)는 성장기판(G), 임시기판(T) 및 지지기판(110)을 준비하는 단계이다.The first step (S101) is a step of preparing a growth substrate (G), a temporary substrate (T), and a support substrate (110).
성장기판(G)은 기계적 연마 및 선택적 식각이 가능한 실리콘(Si) 성장기판(G)으로 마련되며, 실리콘(Si) 성장기판(G)은 고품질의 그룹3족 질화물 반도체 박막의 성장이 가능하도록 (111) 결정면을 가진 실리콘(Si)으로 형성되는 것이 바람직하다.The growth substrate (G) is prepared as a silicon (Si) growth substrate (G) capable of mechanical polishing and selective etching, and the silicon (Si) growth substrate (G) is used to enable the growth of a high-quality group III nitride semiconductor thin film (G). 111) It is preferable that it is made of silicon (Si) with a crystal plane.
임시기판(T)은 상술한 성장기판(G) 뿐만 아니라 후술하는 지지기판(110)과의 열팽창계수(CTE) 차이를 최소화할 수 있도록 실리콘(Si) 기판으로 마련되되, 제조 과정에서 임시적으로 접합되는 기판이므로, 원가 경쟁력을 확보할 수 있도록 저비용의 실리콘(Si) 기판으로 마련되는 것이 바람직하다.The temporary substrate (T) is prepared as a silicon (Si) substrate to minimize the difference in coefficient of thermal expansion (CTE) between the growth substrate (G) described above as well as the support substrate 110 described later, and is temporarily bonded during the manufacturing process. Since it is a low-cost silicon (Si) substrate, it is desirable to prepare it as a low-cost silicon (Si) substrate to ensure cost competitiveness.
지지기판(110)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S100)의 각 단계를 거친 후 채널층(150)과 재성장층(160)을 지탱(Support)하는 기판이다.The support substrate 110 is formed into a channel layer 150 and a re-growth layer 160 after going through each step of the method (S100) of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the first embodiment of the present invention. It is a substrate that supports.
이러한 지지기판(110)은 고방열능을 가진 실리콘(Si) 지지기판(110)으로 마련되는 것이 바람직하며, 실리콘(Si) 지지기판(110)은 단결정질, 다결정질 또는 비정질일 수 있으며, (111) 결정면, (110) 결정면 또는 (100) 결정면을 가진 실리콘(Si)으로 형성될 수 있다.This support substrate 110 is preferably provided as a silicon (Si) support substrate 110 with high heat dissipation ability, and the silicon (Si) support substrate 110 may be single crystalline, polycrystalline, or amorphous, ( It may be formed of silicon (Si) with a 111) crystal plane, a (110) crystal plane, or a (100) crystal plane.
더 나아가서 상술한 실리콘(Si) 이외, 탄화실리콘(SiC), 질화알루미늄(AlN), 사파이어(Sapphire)를 포함하는 물질 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 특히, 탄화실리콘(SiC) 및 질화알루미늄(AlN)의 경우는 단결정질 또는 다결정질일 수 있다.Furthermore, in addition to the above-described silicon (Si), it may include at least one material selected from materials including silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), and sapphire. In particular, silicon carbide (SiC) and aluminum nitride (AlN) may be single crystalline or polycrystalline.
제2 단계(S102)는 성장기판(G) 위에 제1 희생층(N1)을 형성시킨 후, 제1 희생층(N1) 위에 고품질의 그룹3족 질화물 반도체층(그룹3족 질화물 반도체 버퍼층과 채널층을 포함함)을 단층 또는 다층으로 성장시키는 단계로, 구체적으로 제1 희생층(N1) 위에 고품질의 제1 버퍼층(140)을 단층 또는 다층으로 성장시키고, 제1 버퍼층(140) 위에 고품질의 채널층(150)을 단층 또는 다층으로 성장시키는 단계이다.In the second step (S102), a first sacrificial layer (N1) is formed on the growth substrate (G), and then a high-quality group 3 nitride semiconductor layer (group 3 nitride semiconductor buffer layer and channel) is formed on the first sacrificial layer (N1). A step of growing a high-quality first buffer layer 140 as a single-layer or multi-layer layer on the first sacrificial layer (N1), and growing a high-quality first buffer layer 140 on the first buffer layer 140. This is the step of growing the channel layer 150 into a single layer or multiple layers.
이때, 제1 희생층(N1) 위에 고품질의 제1 버퍼층(140)과 고품질의 채널층(150)이 아닌 층으로, 높은 전기 저항을 갖는 절연성 물질(Highly Electrical Resistive Insulator)인 고품질의 그룹3족 질화물로 구성된 단층 또는 다층을 제1 희생층(N1) 위에 성막(성장)할 수도 있다.At this time, a layer other than the high-quality first buffer layer 140 and the high-quality channel layer 150 on the first sacrificial layer (N1) is a high-quality Group 3 group that is an insulating material with high electrical resistance (Highly Electrical Resistive Insulator). A single layer or multiple layers made of nitride may be formed (grown) on the first sacrificial layer (N1).
여기서 제1 희생층(N1)은 고품질의 그룹3족 질화물 반도체층을 성장시키기 위해 필요한 층으로, Melt-back etching 방지층과 크랙 방지층을 포함한다.Here, the first sacrificial layer (N1) is a layer necessary for growing a high-quality group III nitride semiconductor layer, and includes a melt-back etching prevention layer and a crack prevention layer.
Melt-back Etching 방지층은 500nm 미만의 두께를 가지고 성장기판(G) 위에 형성되며, 질화알루미늄(AlN)을 포함하여 형성된다. 이러한 Melt-back Etching 방지층은 상부에 성장될 그룹3족 질화물 반도체층(그룹3족 질화물 반도체 버퍼층과 채널층, 즉 제1 버퍼층(140) 및 채널층(150)을 포함함)이 (111) 결정면을 갖는 실리콘(Si) 성장기판(G) 상부에 직접적으로 성장될 수 있도록 완충시키는 역할을 하며, 그룹3족 질화물 반도체층 내의 결정결함을 최소화하고, 질화갈륨(GaN) 물질계 성장시에 실리콘 성장기판의 표면과 Ga-Si 화학적 계면 반응을 방지하는 기능을 수행한다.The melt-back etching prevention layer has a thickness of less than 500 nm and is formed on the growth substrate (G) and contains aluminum nitride (AlN). This melt-back etching prevention layer is a (111) crystal plane of the Group 3 nitride semiconductor layer (including the Group 3 nitride semiconductor buffer layer and the channel layer, that is, the first buffer layer 140 and the channel layer 150) to be grown on the top. It serves as a buffer so that it can be grown directly on the silicon (Si) growth substrate (G), minimizes crystal defects in the group 3 nitride semiconductor layer, and serves as a silicon growth substrate when growing on a gallium nitride (GaN) material. It performs the function of preventing chemical interface reaction between the surface and Ga-Si.
크랙 방지층은 1㎛ 미만의 두께를 가지고 Melt-back Etching 방지층 위에 형성되며, 질화알루미늄갈륨(AlGaN)을 포함하여 형성된다. 이러한 크랙 방지층은 고품질의 그룹3족 질화물 반도체층 내부에 응축 응력을 인위적으로 도입시켜, 성장 후에 상온으로 냉각(Cooling) 시 크랙을 방지하기 위해 도입된 층으로, 경우에 따라서는 생략될 수도 있다.The crack prevention layer has a thickness of less than 1㎛, is formed on the melt-back etching prevention layer, and contains aluminum gallium nitride (AlGaN). This crack prevention layer is a layer introduced to artificially introduce condensation stress inside the high-quality Group III nitride semiconductor layer and prevent cracks when cooling to room temperature after growth, and may be omitted in some cases.
또한, 그룹3족 질화물 반도체층(그룹3족 질화물 반도체 버퍼층과 채널층, 즉 제1 버퍼층(140) 및 채널층(150)을 포함함)은 단층 또는 다층의 그룹3족 질화물 반도체로 구성되며, 고온(HT) 및 고저항(HR) 특성을 갖는 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄갈륨(AlGaN), 질화알루미늄(AlN), 초격자 구조의 질화알루미늄갈륨/질화갈륨(AlGaN/GaN SLs), 초격자 구조의 질화알루미늄/질화갈륨(AlN/GaN SLs), 초격자 구조의 질화알루미늄갈륨/질화알루미늄(AlGaN/AlN SLs), 질화인듐갈륨(InGaN), 질화인듐알루미늄(InAlN), 질화갈륨/질화인듐알루미늄(GaN/InAlN), 질화알루미늄스칸듐(AlScN), 질화갈륨/질화알루미늄스칸듐(GaN/AlScN) 등으로 구성될 수 있다. 이러한 그룹3족 질화물 반도체층은 치명적인 결정결함, 즉 관통 전위(최초 성장기판(G)과의 수직방향으로 존재) 밀도를 저감시키는 것이 결정적인 품질 인자이다(≤ Low 108/㎠).In addition, the Group 3 nitride semiconductor layer (including the Group 3 nitride semiconductor buffer layer and the channel layer, that is, the first buffer layer 140 and the channel layer 150) is composed of a single or multi-layer Group 3 nitride semiconductor, Gallium nitride (GaN), aluminum gallium nitride (AlGaN), aluminum nitride (AlN) with high temperature (HT) and high resistance (HR) characteristics, aluminum gallium nitride/gallium nitride (AlGaN/GaN SLs) with superlattice structure, Aluminum nitride/gallium nitride (AlN/GaN SLs) with lattice structure, aluminum gallium nitride/aluminum nitride (AlGaN/AlN SLs) with superlattice structure, indium gallium nitride (InGaN), indium aluminum nitride (InAlN), gallium nitride/nitride It may be composed of indium aluminum (GaN/InAlN), aluminum scandium nitride (AlScN), gallium nitride/aluminum scandium nitride (GaN/AlScN), etc. For this Group 3 nitride semiconductor layer, reducing the density of critical crystal defects, that is, penetration dislocations (existing in a direction perpendicular to the initial growth substrate (G)), is a critical quality factor (≤ Low 10 8 /cm2).
한편, 성장기판(G) 위에 형성된 제1 버퍼층(140) 또는 채널층(150)의 표면과, 이후 임시기판(T) 상부에 전사(Transfer)된 제1 버퍼층(140) 또는 채널층(150)의 표면은 서로 반대로 역전(Inversion)되므로, 바람직한 소정의 제1 버퍼층(140) 또는 채널층(150) 표면이 형성될 수 있도록 성장 후에 TTV(Total Thickness Variation) 최소화, 표면 거칠기 최소화(RMS < 1nm) 및 유기물, 금속성물질 등의 이물질(Particle) 최소화 등이 달성되어야 하는데, 이를 달성할 수 있는 성장 공정으로는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)와 MBE(Molecular Beam Epitaxy) 장비를 통한 공정이 모두 가능하지만, 상대적으로 성장 온도가 낮은 공정을 통해서 수행하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the surface of the first buffer layer 140 or channel layer 150 formed on the growth substrate (G), and the first buffer layer 140 or channel layer 150 later transferred to the upper part of the temporary substrate (T). Since the surfaces of Minimization of particles such as organic and metallic substances must be achieved. Growth processes that can achieve this include both MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) and MBE (Molecular Beam Epitaxy) equipment. , it is desirable to perform it through a process with a relatively low growth temperature.
제3 단계(S103)는 채널층(150) 위에 에피택시 보호층(P)을 형성시킨 후, 에피택시 보호층(P) 위에 제1 접착층(A1)을 형성시키는 단계이다. The third step (S103) is a step of forming an epitaxial protective layer (P) on the channel layer 150 and then forming a first adhesive layer (A1) on the epitaxial protective layer (P).
여기서 에피택시 보호층(P)은 채널층(150)이 후속하는 공정 중에 손상(Damage)받는 것을 방지하기 위한 층으로, 선택적 습식 식각(Selective Wet Etching)을 고려한 물질로 구성될 수 있으며, 이러한 에피택시 보호층(P)은 예를 들어, 우선적으로 산화실리콘(SiO2)을 포함한 산화물, 질화실리콘(SiNx)을 포함한 질화물을 포함할 수 있으며, 금속 및 합금 등을 포함할 수 있다.Here, the epitaxial protection layer (P) is a layer to prevent the channel layer 150 from being damaged during the subsequent process, and may be made of a material that takes selective wet etching into consideration, and this epitaxial protective layer (P) is a layer to prevent damage to the channel layer 150 during the subsequent process. For example, the taxi protection layer (P) may preferentially include an oxide including silicon oxide (SiO 2 ), a nitride including silicon nitride (SiN x ), and may include metals and alloys.
제4 단계(S104)는 임시기판(T) 위에 제2 희생층(N2)을 형성시킨 후, 제2 희생층(N2) 위에 제2 접착층(A2)을 형성시키는 단계이다.The fourth step (S104) is a step of forming the second sacrificial layer (N2) on the temporary substrate (T) and then forming the second adhesive layer (A2) on the second sacrificial layer (N2).
여기서 임시기판(T)은 후속하는 공정에서 최종적으로 케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 기법에 의해 용이하게 분리되는 기판으로, 제2 접착층(A2)을 형성하기에 앞서 임시기판(T) 위에 제2 희생층(N2)이 성막될 수 있는데, 제2 희생층(N2)은 보다 상세하게 접착 강화층과, 식각 저지층(Etching Stop Layer)을 포함한다.Here, the temporary substrate (T) is a substrate that is easily separated by the chemical lift off (CLO) technique in the subsequent process, and is placed on the temporary substrate (T) prior to forming the second adhesive layer (A2). A second sacrificial layer (N2) may be formed, and the second sacrificial layer (N2) includes an adhesion reinforcement layer and an etching stop layer in more detail.
접착 강화층은 임시기판(T)과의 접착을 강화하는 층으로, 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiNx), 금속 또는 합금 등의 물질들을 포함할 수 있다.The adhesion reinforcement layer is a layer that strengthens adhesion to the temporary substrate (T) and may include materials such as silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN x ), metal, or alloy.
식각 저지층은 습식 식각 시 접착층, 에피택시 보호층 등이 화학적 식각 영향이 없도록 보호하는 기능을 수행하는 것으로, 후속 케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 공정에서 실리콘(Si) 임시기판(T)을 기계적 연마(Grinding & Polishing)한 후에, 남은 박형 실리콘(Si)을 완전히 제거하기 위해 TMAH(Tetramethylammonium hydroxide) 또는 HNA(Hydrofluoric + Nitric + Acetic Acids) 용액으로 습식 식각 하는데, 이때 식각 저지층은 실리콘(Si)이 완전히 제거된 다음에 접착층, 에피택시 보호층 등이 화학적 식각 영향이 없도록 보호하는 기능을 수행하며, 이러한 식각 저지층은 경우에 따라서는 생략될 수도 있다.The etch stop layer functions to protect the adhesive layer and epitaxial protection layer from chemical etching effects during wet etching, and is used to protect the silicon (Si) temporary substrate (T) in the subsequent chemical lift off (CLO) process. After mechanical grinding and polishing, the remaining thin silicon (Si) is wet-etched with TMAH (Tetramethylammonium hydroxide) or HNA (Hydrofluoric + Nitric + Acetic Acids) solution to completely remove the remaining thin silicon (Si). At this time, the etch stop layer is silicon ( After Si) is completely removed, the adhesive layer, epitaxial protection layer, etc. perform the function of protecting against chemical etching effects, and this etch-stop layer may be omitted in some cases.
또한, 제1 접착층(A1)과 제2 접착층(A2)은 100℃ 이하의 온도에서 Direct Bonding이 가능한 유전체 물질로, 산화실리콘(SiO2), SOG(Spin On Glass), FOX(Flowable Oxides), 질화실리콘(SiNx), 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 탄화질화실리콘(SiCN) 등의 물질들을 포함할 수 있으며, 100℃ 이하의 온도에서 Indirect Bonding이 가능한 유기 접착제로 Resin, BCB(Benzocyclobutene), PI(Polyimide) 등의 물질들을 포함할 수 있다.In addition, the first adhesive layer (A1) and the second adhesive layer (A2) are dielectric materials capable of direct bonding at temperatures below 100°C, including silicon oxide (SiO 2 ), SOG (Spin On Glass), FOX (Flowable Oxides), It may contain materials such as silicon nitride (SiN It may contain substances such as resin, BCB (Benzocyclobutene), and PI (polyimide).
제5 단계(S105)는 최초 성장기판(G)을 분리시키기 위해, 임시적으로 제1 접착층(A1)과 제2 접착층(A2)을 서로 접착시켜 접착층(A)을 형성시키는 단계이다. 즉, 제5 단계(S105)는 제2 접착층(A2)이 형성된 임시기판(T)을 뒤집어서 제1 접착층(A1)이 형성된 성장기판(G)에 300℃ 미만의 온도에서 가압하여 접착시키는 단계이다.The fifth step (S105) is a step of forming an adhesive layer (A) by temporarily bonding the first adhesive layer (A1) and the second adhesive layer (A2) to each other in order to separate the initial growth substrate (G). That is, the fifth step (S105) is a step of turning over the temporary substrate (T) on which the second adhesive layer (A2) is formed and bonding it to the growth substrate (G) on which the first adhesive layer (A1) is formed by applying pressure at a temperature of less than 300°C. .
통상적으로 최초 (111) 결정면을 갖는 실리콘(Si) 성장기판(G)과 그룹3족 질화물 반도체 사이의 격자상수(LC) 및 열팽창계수(CTE) 차이에 의해 발생된 열-기계적 기인성 인장 응력(Tensile Stress) 때문에 에피택시 웨이퍼의 Concave 형상으로 휨(Bow)이 있는 상태이지만, 본 발명에서는 실리콘(Si) 임시기판을 성장된 그룹3족 질화물 반도체 에피택시 웨이퍼 표면 상부에 접착층을 통해 강하게 접합시킴으로써 이를 해소할 수 있다. 이때, 최초 성장기판(G)과 임시기판(T) 간의 열팽창계수(CTE) 값이 거의 동일하기 때문에 온도에 무관하게 강력한 결합력을 갖도록 접착 공정을 시행하는 것이 바람직하다.Typically, thermo-mechanical induced tensile stress (Tensile) is generated by the difference in lattice constant (LC) and coefficient of thermal expansion (CTE) between the silicon (Si) growth substrate (G) having the initial (111) crystal plane and the group III nitride semiconductor. Due to stress, there is a bow in the concave shape of the epitaxial wafer, but in the present invention, this problem is resolved by strongly bonding a silicon (Si) temporary substrate to the upper surface of the grown Group III nitride semiconductor epitaxial wafer through an adhesive layer. can do. At this time, since the coefficient of thermal expansion (CTE) value between the initial growth substrate (G) and the temporary substrate (T) is almost the same, it is desirable to perform an adhesion process to ensure strong bonding strength regardless of temperature.
제6 단계는 케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 기법을 이용하여 성장기판(G)을 제1 희생층(N1)으로부터 분리시키는 단계이다. The sixth step is a step of separating the growth substrate (G) from the first sacrificial layer (N1) using a chemical lift off (CLO) technique.
여기서 케미컬 리프트 오프 기법이란, (111) 결정면을 갖는 실리콘(Si) 성장기판(G) 후면을 기계적 연마(grinding & Polishing) 후에 남은 박형 실리콘(Si)을 완전히 제거하기 위해 TMAH(Tetramethylammonium hydroxide) 또는 HNA(Hydrofluoric + Nitric + Acetic Acids) 용액으로 습식 식각하여 최초 성장기판(G)의 실리콘(Si) 물질을 분리 제거하는 기법이다. 최초 성장기판(G)이 분리될 때 임시기판(T)에 전사된 채널층(150) 내부는 스트레스가 완전하게 해소된 상태로, 임시기판(T)과 함께 평탄한(Flat) 상태를 유지한다. 한편, 성장기판(G)을 기계적 연마한 후에 잔류 실리콘(Si) 물질을 제거하기에 앞서, 임시기판(T) 후면에 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiNx) 등의 보호막을 증착하여 식각 용액으로부터 보호하는 것이 바람직하다.Here, the chemical lift-off technique refers to the use of TMAH (Tetramethylammonium hydroxide) or HNA to completely remove the thin silicon (Si) remaining after mechanical grinding and polishing of the back of the silicon (Si) growth substrate (G) with a (111) crystal plane. This is a technique to separate and remove the silicon (Si) material of the initial growth substrate (G) by wet etching with a (Hydrofluoric + Nitric + Acetic Acids) solution. When the first growth substrate (G) is separated, the inside of the channel layer 150 transferred to the temporary substrate (T) is completely free of stress and remains flat along with the temporary substrate (T). Meanwhile, before mechanically polishing the growth substrate (G) and removing the residual silicon (Si) material, a protective film such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN x ) is deposited on the back of the temporary substrate (T). Protection from etching solutions is desirable.
제7 단계(S107)는 제1 희생층(N1)과 제1 버퍼층(140)을 식각하여 제거함으로써 채널층(150)을 노출시키는 단계이다. 제1 희생층(N1)과 제1 버퍼층(140)이 제거된 채널층(150)의 하부 표면은 질소 극성을 갖는 표면(Nitrogen-polar Surface)으로서, 공기 중에 노출된 채널층(150)의 하부 표면이 잔류물을 완벽하게 제거한 파티클 제로(0) 상태의 표면을 갖도록 하는 것이 최종 지지기판(110)과 접합하는데 매우 중요하다.The seventh step (S107) is a step of exposing the channel layer 150 by etching and removing the first sacrificial layer (N1) and the first buffer layer 140. The lower surface of the channel layer 150 from which the first sacrificial layer (N1) and the first buffer layer 140 have been removed is a nitrogen-polar surface, and is the lower surface of the channel layer 150 exposed to the air. It is very important to bond the surface to the final support substrate 110 to ensure that the surface is in a particle zero state with completely removed residues.
한편, 경우에 따라 후속 공정에서 최종 지지기판(110)과의 접합력을 향상시키기 위해 채널층(150)에 규칙 또는 불규칙한 패터닝 공정을 도입하는 것이 바람직하며, 경우에 따라 후속 공정에서 최종 지지기판(110)과의 접촉면적을 향상시키기 위해 CMP 공정을 도입하는 것도 바람직하다.Meanwhile, in some cases, it is desirable to introduce a regular or irregular patterning process to the channel layer 150 in order to improve the bonding strength with the final support substrate 110 in the subsequent process. ) It is also desirable to introduce a CMP process to improve the contact area.
제8 단계(S108)는 채널층(150) 위에 제1 본딩층(B1)을 형성시키는 단계로, 경우에 따라서는 채널층(150) 위에 후술하는 제9 단계(S109)에서와 동일한 강화층(120)을 형성시킨 후, 강화층(120) 위에 제1 본딩층(B1)을 형성시킬 수 있다.The eighth step (S108) is a step of forming the first bonding layer (B1) on the channel layer 150, and in some cases, the same reinforcement layer as in the ninth step (S109) described later on the channel layer 150 ( After forming 120), the first bonding layer (B1) can be formed on the reinforcement layer 120.
제9 단계(S109)는 지지기판(110) 위에 제2 본딩층(B2)을 형성시키는 단계로, 경우에 따라서는 지지기판(110) 위에 강화층(120)을 형성시킨 후, 강화층(120) 위에 제2 본딩층(B2)을 형성시킬 수 있다.The ninth step (S109) is a step of forming the second bonding layer (B2) on the support substrate 110. In some cases, after forming the reinforcement layer 120 on the support substrate 110, the reinforcement layer 120 ) A second bonding layer (B2) can be formed on top.
여기서 강화층(120)은 보다 상세하게, 접합 강화층(121)과 응축 응력층(122)을 포함한다.Here, the reinforcement layer 120 includes a bond reinforcement layer 121 and a condensation stress layer 122 in more detail.
접합 강화층(121)은 채널층(150)이 본딩층(130)을 통해 최종 지지기판(110) 위에 접합될 때, 접합력을 강화하기 위해 도입되는 층으로, 접합 강화층(121)을 구성하는 물질은 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiNx) 등에서 우선적으로 선정하는 것이 바람직하다.The bonding reinforcement layer 121 is a layer introduced to strengthen the bonding force when the channel layer 150 is bonded to the final support substrate 110 through the bonding layer 130, and constitutes the bonding strengthening layer 121. It is desirable to preferentially select materials such as silicon oxide (SiO 2 ) and silicon nitride (SiN x ).
응축 응력층(122)은 응축응력을 유발하는 층으로, 최종 지지기판(110)의 열팽창계수보다 더 큰 값을 갖는 유전체 물질, 예를 들면 질화알루미늄(AlN, 4.6ppm), 질화산화알루미늄(AlNO, 4.6-6.8ppm), 산화알루미늄(Al2O3, 6.8ppm), 탄화실리콘(SiC, 4.8ppm), 탄화질화실리콘(SiCN, 3.8-4.8ppm), 질화갈륨(GaN, 5.6ppm), 질화산화갈륨(GaNO, 5.6-6.8ppm) 등의 인장응력을 완화, 즉 응축응력을 유발하는 물질로 구성되는데, 이는 스트레스 조절을 통한 제품의 품질 개선을 유도하는 역할을 한다.The condensation stress layer 122 is a layer that causes condensation stress, and is made of a dielectric material with a thermal expansion coefficient greater than that of the final support substrate 110, for example, aluminum nitride (AlN, 4.6 ppm), aluminum nitride oxide (AlNO , 4.6-6.8ppm), aluminum oxide (Al 2 O 3 , 6.8ppm), silicon carbide (SiC, 4.8ppm), silicon carbon nitride (SiCN, 3.8-4.8ppm), gallium nitride (GaN, 5.6ppm), nitride It is composed of materials that relieve tensile stress, that is, cause condensation stress, such as gallium oxide (GaNO, 5.6-6.8ppm), which plays a role in improving product quality through stress control.
한편, 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 경우에 따라 접합 강화층(121) 또는 응축 응력층(122)이 생략될 수 있으며, 경우에 따라 강화층(120) 전체가 생략되어 지지기판(110)과 본딩층(130)이 직접 접할 수 있다(또는, 제8 단계(S108)에서는 채널층(150)과 본딩층(130)이 직접 접할 수 있음). 이러한 경우는 본딩층(130)으로 실리콘(Si) 등의 지지기판(110)의 열팽창계수보다 큰 물질을 성막하여 접합 기능과 함께 응축응력을 유발하는 구조일 수 있다.Meanwhile, as shown in Figure 14, in the present invention, the bonding reinforcement layer 121 or the condensation stress layer 122 may be omitted in some cases, and in some cases, the entire reinforcement layer 120 may be omitted to form a support substrate ( 110) and the bonding layer 130 may be in direct contact (or, in the eighth step (S108), the channel layer 150 and the bonding layer 130 may be in direct contact). In this case, the bonding layer 130 may be formed of a material with a higher thermal expansion coefficient than the support substrate 110, such as silicon (Si), to function as a bonding layer and cause condensation stress.
또한, 제1 본딩층(B1)과 제2 본딩층(B2)은 각각 그룹3족 질화물 반도체를 성장시키는 MOCVD 챔버(1000℃ 이상의 온도 및 환원 분위기)에서 물성 변화가 없고 열전도율이 우수한 유전체 물질을 우선적으로 선정하며, 예를 들면, 산화실리콘(SiO2, 0.8ppm), 질화실리콘(SiNx, 3.8ppm), 탄화질화실리콘(SiCN, 3.8-4.8ppm), 질화알루미늄(AlN, 4.6ppm), 산화알루미늄(Al2O3, 6.8ppm), 더 나아가서는 표면 조도 개선을 위해 SOG(Spin On Glass, 액상 SiO2), HSQ(Hydrogen Silsesquioxane) 등의 FOX(Flowable Oxides)를 포함할 수 있다.In addition, the first bonding layer (B1) and the second bonding layer (B2) are each made of a dielectric material that does not change in physical properties and has excellent thermal conductivity in a MOCVD chamber (temperature of 1000°C or higher and reducing atmosphere) in which group 3 nitride semiconductors are grown. For example, silicon oxide (SiO 2 , 0.8ppm) , silicon nitride (SiN It may contain aluminum (Al 2 O 3 , 6.8ppm) and, furthermore, FOX (Flowable Oxides) such as SOG (Spin On Glass, Liquid SiO 2 ) and HSQ (Hydrogen Silsesquioxane) to improve surface roughness.
제10 단계(S110)는 임시기판(T)을 분리시키기 위해 제1 본딩층(B1)과 제2 본딩층(B2)을 서로 접합시켜 본딩층(130)을 형성시키는 단계이다. 즉, 제10 단계(S110)는 제1 본딩층(B1)이 형성(성막)된 채널층(150)과 임시기판(T)을 뒤집어서 제2 본딩층(B2)이 형성된 지지기판(110)에 300℃ 미만의 온도에서 가압하여 접합시키는 단계이다.The tenth step (S110) is a step of forming the bonding layer 130 by bonding the first bonding layer (B1) and the second bonding layer (B2) to each other in order to separate the temporary substrate (T). That is, in the tenth step (S110), the channel layer 150 on which the first bonding layer B1 is formed (deposited) and the temporary substrate T are turned over and placed on the support substrate 110 on which the second bonding layer B2 is formed. This is the step of bonding by pressing at a temperature below 300℃.
종래에는 최초 성장기판(G)과 그룹3족 질화물 반도체 사이의 격자상수(LC) 및 열팽창계수(CTE) 차이에 의해 발생된 열-기계적 기인성 스트레스(Thermo-mechanical Induced Stress) 발생으로 에피택시 웨이퍼 휨이 발생하지만, 본 발명의 임시기판(T)에 접합된 에피택시 웨이퍼의 경우에는 응력이 거의 풀린(Stress-relieved) 상태로 웨이퍼 휨(Bow)이 거의 제로(0)로 최소화될 수 있다. 이때, 접합 공정 온도를 상온(Room Temperature) 근처로 설정하고 공정하는 것이 스트레스를 최소화할 수 있어 웨이퍼 휨을 보다 최소화할 수 있다.Conventionally, epitaxial wafer bending occurs due to thermo-mechanical induced stress caused by differences in lattice constant (LC) and coefficient of thermal expansion (CTE) between the initial growth substrate (G) and group 3 nitride semiconductor. However, in the case of an epitaxial wafer bonded to the temporary substrate (T) of the present invention, the stress is almost relieved and the wafer bow can be minimized to almost zero. At this time, setting the bonding process temperature near room temperature and performing the process can minimize stress and further minimize wafer warpage.
제11 단계(S111)는 케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 기법을 이용하여 임시기판(T)을 제2 희생층(N2)으로부터 분리시키는 단계이다. 보다 상세하게, 임시기판(T)의 후면을 기계적 연마(grinding & Polishing)하여 상당한 두께를 제거한 다음, 연속하는 공정으로 남은 박형 실리콘(Si)을 완전히 제거하기 위해 TMAH(Tetramethylammonium hydroxide) 또는 HNA(Hydrofluoric + Nitric + Acetic Acids) 용액으로 습식 식각하여 임시기판(T)의 실리콘(Si) 물질을 제거한다.The 11th step (S111) is a step of separating the temporary substrate (T) from the second sacrificial layer (N2) using a chemical lift off (CLO) technique. In more detail, the back of the temporary substrate (T) is mechanically polished (grinding & polishing) to remove a significant thickness, and then TMAH (Tetramethylammonium hydroxide) or HNA (Hydrofluoric hydroxide) is used to completely remove the remaining thin silicon (Si) in a continuous process. + Nitric + Acetic Acids) to remove the silicon (Si) material from the temporary substrate (T) by wet etching.
제12 단계(S112)는 제2 희생층(N2), 접착층(A) 및 에피택시 보호층(P)을 식각하여 제거하는 단계이다. 여기서 제2 희생층(N2), 접착층(A) 및 에피택시 보호층(P)은 건식 식각(Dry Etching) 및 습식 식각(Wet Etching)을 통해 이루어질 수 있다. 이후, 오염된 채널층(150) 표면의 잔류물이 제거될 수 있으며, 필요에 따라 영구적인 본딩층(130)의 접합력 강화를 위해 400℃ 이상의 고온에서 열처리(Annealing) 공정을 실시하는 것이 바람직하다.The twelfth step (S112) is a step of etching and removing the second sacrificial layer (N2), the adhesive layer (A), and the epitaxial protective layer (P). Here, the second sacrificial layer (N2), the adhesive layer (A), and the epitaxial protective layer (P) may be formed through dry etching and wet etching. Afterwards, the residue on the surface of the contaminated channel layer 150 can be removed, and if necessary, it is desirable to perform an annealing process at a high temperature of 400°C or higher to strengthen the bonding strength of the permanent bonding layer 130. .
제13 단계(S113)는 채널층(150) 위에 고품질의 재성장층(160)을 재성장시키는 단계이다. 이때, 재성장되는 재성장층(160)은 질화알루미늄갈륨(AlGaN) 배리어층일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 통상적인 HEMT 구조에 맞는 각각의 층이 재성장될 수 있으며, 예를 들면 질화갈륨(GaN) 또는 질화인듐알루미늄(InAlN)의 채널층, 질화알루미늄갈륨(AlGaN), 질화알루미늄스칸듐(AlScN) 또는 질화인듐알루미늄(InAlN)의 배리어층, p형 질화갈륨(pGaN), p형 질화알루미늄갈륨(pAlGaN) 또는 p형 질화알루미늄갈륨인듐(pAlGaInN)의 인젝션층, 질화실리콘(SiNx) 또는 질화알루미늄(AlN)의 패시베이션층 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다.The thirteenth step (S113) is a step of regrowing a high-quality regrowth layer 160 on the channel layer 150. At this time, the re-grown layer 160 may be an aluminum gallium nitride (AlGaN) barrier layer, but is not limited to this and each layer suitable for a typical HEMT structure may be re-grown, for example, gallium nitride (GaN) or nitride. A channel layer of indium aluminum nitride (InAlN), a barrier layer of aluminum gallium nitride (AlGaN), aluminum scandium nitride (AlScN) or indium aluminum nitride (InAlN), p-type gallium nitride (pGaN), p-type aluminum gallium nitride (pAlGaN), or It may have a structure including an injection layer of p-type aluminum gallium indium nitride (pAlGaInN), a passivation layer of silicon nitride (SiN x ), or aluminum nitride (AlN).
상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S100)에 의해 제조된 그룹3족 질화물 반도체 템플릿은 지지기판(110), 강화층(120), 본딩층(130), 강화층(120), 채널층(150) 및 재성장층(160)이 순서대로 적층된 구조를 가질 수 있다.The Group 3 nitride semiconductor template manufactured by the method (S100) for manufacturing a Group 3 nitride semiconductor template using the chemical lift-off technique according to the first embodiment of the present invention described above includes a support substrate 110 and a reinforcement layer 120. ), the bonding layer 130, the reinforcement layer 120, the channel layer 150, and the regrowth layer 160 may be stacked in that order.
지금부터는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S200)에 대해 상세히 설명한다.From now on, with reference to the attached drawings, a method (S200) for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to a second embodiment of the present invention will be described in detail.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법의 순서도이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿이 제조되는 과정을 도시한 것이다.Figure 3 is a flowchart of a method for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to a second embodiment of the present invention, and Figure 4 is a group using a chemical lift-off technique according to a second embodiment of the present invention. This shows the process of manufacturing a group III nitride semiconductor template.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S200)은, 제1 단계(S201)와, 제2 단계(S202)와, 제3 단계(S203)와, 제4 단계(S204)와, 제5 단계(S205)와, 제6 단계(S206)와, 제7 단계(S207)와, 제8 단계(S208)와, 제9 단계(S209)와, 제10 단계(S210)와, 제11 단계(S211)와, 제12 단계(S212)와, 제13 단계(S213)를 포함한다.As shown in Figures 3 and 4, the method (S200) for manufacturing a group 3 nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the second embodiment of the present invention includes a first step (S201) and a second step. Step (S202), third step (S203), fourth step (S204), fifth step (S205), sixth step (S206), seventh step (S207), and eighth step ( It includes the ninth step (S209), the tenth step (S210), the eleventh step (S211), the twelfth step (S212), and the thirteenth step (S213).
제1 단계(S201)는 성장기판(G), 임시기판(T) 및 지지기판(210)을 준비하는 단계이다.The first step (S201) is a step of preparing the growth substrate (G), the temporary substrate (T), and the support substrate 210.
지지기판(210)은 본 발명의 제2 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S200)의 각 단계를 거친 후 제1 버퍼층(240), 채널층(250) 및 재성장층(260)을 지탱(Support)하는 기판이다.The support substrate 210 is formed into a first buffer layer 240 and a channel layer 250 after going through each step of the method (S200) of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the second embodiment of the present invention. ) and a substrate that supports the regrowth layer 260.
이러한 지지기판(210)은 고방열능을 가진 실리콘(Si) 지지기판(210)으로 마련되는 것이 바람직하며, 실리콘(Si) 지지기판(210)은 단결정질, 다결정질 또는 비정질일 수 있으며, (111) 결정면, (110) 결정면 또는 (100) 결정면을 가진 실리콘(Si)으로 형성될 수 있다.This support substrate 210 is preferably provided as a silicon (Si) support substrate 210 with high heat dissipation ability, and the silicon (Si) support substrate 210 may be single crystalline, polycrystalline, or amorphous, ( It may be formed of silicon (Si) with a 111) crystal plane, a (110) crystal plane, or a (100) crystal plane.
더 나아가서 상술한 실리콘(Si) 이외, 탄화실리콘(SiC), 질화알루미늄(AlN), 사파이어(Sapphire)를 포함하는 물질 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 특히, 탄화실리콘(SiC) 및 질화알루미늄(AlN)의 경우는 단결정질 또는 다결정질일 수 있다.Furthermore, in addition to the above-described silicon (Si), it may include at least one material selected from materials including silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), and sapphire. In particular, silicon carbide (SiC) and aluminum nitride (AlN) may be single crystalline or polycrystalline.
이하 제1 단계(S201) 내지 제6 단계(S206)는 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿(S100)의 제조 방법의 것과 동일하므로, 중복 설명은 생략한다.Hereinafter, the first step (S201) to the sixth step (S206) are the same as those of the method for manufacturing the group III nitride semiconductor template (S100) using the chemical lift-off technique according to the first embodiment of the present invention described above, so there is no overlap. The explanation is omitted.
제7 단계(S207)는 제1 희생층(N1)을 식각하여 제거함으로써 제1 버퍼층(240)을 노출시키는 단계이다. 제1 희생층(N1)이 제거된 제1 버퍼층(240)의 하부 표면은 질소 극성을 갖는 표면(Nitrogen-polar Surface)으로서, 공기 중에 노출된 제1 버퍼층(240)의 하부 표면이 잔류물을 완벽하게 제거한 파티클 제로(0) 상태의 표면을 갖도록 하는 것이 최종 지지기판(210)과 접합하는데 매우 중요하다.The seventh step (S207) is a step of exposing the first buffer layer 240 by etching and removing the first sacrificial layer (N1). The lower surface of the first buffer layer 240 from which the first sacrificial layer (N1) has been removed is a nitrogen-polar surface, and the lower surface of the first buffer layer 240 exposed to the air removes the residue. It is very important to have a surface in a completely particle-free state for bonding to the final support substrate 210.
한편, 경우에 따라 후속 공정에서 최종 지지기판(210)과의 접합력을 향상시키기 위해 제1 버퍼층(240)에 규칙 또는 불규칙한 패터닝 공정을 도입하는 것이 바람직하며, 경우에 따라 후속 공정에서 최종 지지기판(210)과의 접촉면적을 향상시키기 위해 CMP 공정을 도입하는 것도 바람직하다.Meanwhile, in some cases, it is desirable to introduce a regular or irregular patterning process to the first buffer layer 240 to improve the adhesion with the final support substrate 210 in the subsequent process, and in some cases, the final support substrate (210) in the subsequent process. 210) It is also desirable to introduce a CMP process to improve the contact area.
제8 단계(S208)는 제1 버퍼층(240) 위에 제1 본딩층(B1)을 형성시키는 단계로, 경우에 따라서는 제1 버퍼층(240) 위에 후술하는 제9 단계(S209)에서와 동일한 강화층(220)을 형성시킨 후, 강화층(220) 위에 제1 본딩층(B1)을 형성시킬 수 있다.The eighth step (S208) is a step of forming a first bonding layer (B1) on the first buffer layer 240, and in some cases, the same strengthening as in the ninth step (S209) described later on the first buffer layer 240. After forming the layer 220, the first bonding layer (B1) can be formed on the reinforcement layer 220.
제9 단계(S209)는 지지기판(210) 위에 제2 본딩층(B2)을 형성시키는 단계로, 경우에 따라서는 지지기판(210) 위에 강화층(220)을 형성시킨 후, 강화층(220) 위에 제2 본딩층(B2)을 형성시킬 수 있다. 여기서 강화층(220)은 보다 상세하게, 접합 강화층(221)과 응축 응력층(222)을 포함한다.The ninth step (S209) is a step of forming the second bonding layer (B2) on the support substrate 210. In some cases, after forming the reinforcement layer 220 on the support substrate 210, the reinforcement layer 220 ) A second bonding layer (B2) can be formed on top. Here, the reinforcement layer 220 includes a bond reinforcement layer 221 and a condensation stress layer 222 in more detail.
한편, 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 경우에 따라 접합 강화층(221) 또는 응축 응력층(222)이 생략될 수 있으며, 경우에 따라 강화층(220) 전체가 생략되어 지지기판(210)과 본딩층(230)이 직접 접할 수 있다(또는, 제8 단계(S208)에서는 제1 버퍼층(240)과 본딩층(230)이 직접 접할 수 있음). 이러한 경우는 본딩층(230)으로 실리콘(Si) 지지기판(210)의 열팽창계수보다 큰 물질을 성막하여 접합 기능과 함께 응축응력을 유발하는 구조일 수 있다.Meanwhile, as shown in Figure 14, in the present invention, the bonding reinforcement layer 221 or the condensation stress layer 222 may be omitted in some cases, and in some cases, the entire reinforcement layer 220 may be omitted to form a support substrate ( 210) and the bonding layer 230 may be in direct contact (or, in the eighth step (S208), the first buffer layer 240 and the bonding layer 230 may be in direct contact). In this case, the bonding layer 230 may be formed of a material with a thermal expansion coefficient greater than that of the silicon (Si) support substrate 210, which may have a bonding function and cause condensation stress.
제10 단계(S210)는 임시기판(T)을 분리시키기 위해 제1 본딩층(B1)과 제2 본딩층(B2)을 서로 접합시켜 본딩층(230)을 형성시키는 단계이다. 즉, 제10 단계(S210)는 제1 본딩층(B1)이 형성(성막)된 제1 버퍼층(240)과 임시기판(T)을 뒤집어서 제2 본딩층(B2)이 형성된 지지기판(210)에 300℃ 미만의 온도에서 가압하여 접합시키는 단계이다.The tenth step (S210) is a step of forming the bonding layer 230 by bonding the first bonding layer (B1) and the second bonding layer (B2) to each other in order to separate the temporary substrate (T). That is, in the tenth step (S210), the first buffer layer 240 on which the first bonding layer B1 is formed (deposited) and the temporary substrate T are turned over and the support substrate 210 on which the second bonding layer B2 is formed. This is the step of bonding by pressurizing at a temperature below 300℃.
종래에는 최초 성장기판(G)과 그룹3족 질화물 반도체 사이의 격자상수(LC) 및 열팽창계수(CTE) 차이에 의해 발생된 열-기계적 기인성 스트레스(Thermo-mechanical Induced Stress) 발생으로 에피택시 웨이퍼 휨이 발생하지만, 본 발명의 임시기판(T)에 접합된 에피택시 웨이퍼의 경우에는 응력이 거의 풀린(Stress-relieved) 상태로 웨이퍼 휨(Bow)이 거의 제로(0)로 최소화될 수 있다. 이때, 접합 공정 온도를 상온(Room Temperature) 근처로 설정하고 공정하는 것이 스트레스를 최소화할 수 있어 웨이퍼 휨을 보다 최소화할 수 있다.Conventionally, epitaxial wafer bending occurs due to thermo-mechanical induced stress caused by differences in lattice constant (LC) and coefficient of thermal expansion (CTE) between the initial growth substrate (G) and group 3 nitride semiconductor. However, in the case of an epitaxial wafer bonded to the temporary substrate (T) of the present invention, the stress is almost relieved and the wafer bow can be minimized to almost zero. At this time, setting the bonding process temperature near room temperature and performing the process can minimize stress and further minimize wafer warpage.
제11 단계(S211) 내지 제13 단계(S213)는 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S100)의 것과 동일하므로, 중복 설명은 생략한다.The 11th step (S211) to the 13th step (S213) are the same as those of the method (S100) for manufacturing a group III nitride semiconductor template using the chemical lift-off technique according to the first embodiment of the present invention described above, so duplicate description is omitted.
상술한 본 발명의 제2 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S200)에 의해 제조된 그룹3족 질화물 반도체 템플릿은 지지기판(210), 강화층(220), 본딩층(230), 강화층(220), 제1 버퍼층(240), 채널층(250) 및 재성장층(260)이 순서대로 적층된 구조를 가질 수 있다.The Group 3 nitride semiconductor template manufactured by the manufacturing method (S200) of the Group 3 nitride semiconductor template using the chemical lift-off technique according to the second embodiment of the present invention described above includes a support substrate 210 and a reinforcement layer 220. ), the bonding layer 230, the reinforcement layer 220, the first buffer layer 240, the channel layer 250, and the regrowth layer 260 may be stacked in that order.
지금부터는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S300)에 대해 상세히 설명한다.From now on, with reference to the attached drawings, a method (S300) for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to a third embodiment of the present invention will be described in detail.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법의 순서도이고, 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿이 제조되는 과정을 도시한 것이고, 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿이 제조되는 다른 과정을 도시한 것이다.Figure 5 is a flowchart of a method of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to a third embodiment of the present invention, and Figure 6 is a group using a chemical lift-off technique according to a third embodiment of the present invention. It shows a process of manufacturing a Group III nitride semiconductor template, and Figure 7 shows another process of manufacturing a Group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the third embodiment of the present invention.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S300)은, 제1 단계(S301)와, 제2 단계(S302)와, 제3 단계(S303)와, 제4 단계(S304)와, 제5 단계(S305)와, 제6 단계(S306)와, 제7 단계(S307)와, 제8 단계(S308)와, 제9 단계(S309)와, 제10 단계(S310)와, 제11 단계(S311)와, 제12 단계(S312)와, 제13 단계(S313)를 포함한다.As shown in FIGS. 5 to 7, the method (S300) for manufacturing a group 3 nitride semiconductor template using the chemical lift-off technique according to the third embodiment of the present invention includes a first step (S301) and a second step. Step (S302), third step (S303), fourth step (S304), fifth step (S305), sixth step (S306), seventh step (S307), and eighth step ( It includes the 9th step (S309), the 10th step (S310), the 11th step (S311), the 12th step (S312), and the 13th step (S313).
지지기판(310)은 본 발명의 제3 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S300)의 각 단계를 거친 후 제2 버퍼층(350), 채널층(360) 및 재성장층(370)을 지탱(Support)하는 기판이다.The support substrate 310 is formed into a second buffer layer 350 and a channel layer 360 after going through each step of the method (S300) of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the third embodiment of the present invention. ) and a substrate that supports the regrowth layer 370.
이러한 지지기판(310)은 고방열능을 가진 실리콘(Si) 지지기판(310)으로 마련되는 것이 바람직하며, 실리콘(Si) 지지기판(310)은 단결정질, 다결정질 또는 비정질일 수 있으며, (111) 결정면, (110) 결정면 또는 (100) 결정면을 가진 실리콘(Si)으로 형성될 수 있다.This support substrate 310 is preferably provided as a silicon (Si) support substrate 310 with high heat dissipation ability, and the silicon (Si) support substrate 310 may be single crystalline, polycrystalline, or amorphous, ( It may be formed of silicon (Si) with a 111) crystal plane, a (110) crystal plane, or a (100) crystal plane.
더 나아가서 상술한 실리콘(Si) 이외, 탄화실리콘(SiC), 질화알루미늄(AlN), 사파이어(Sapphire)를 포함하는 물질 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 특히, 탄화실리콘(SiC) 및 질화알루미늄(AlN)의 경우는 단결정질 또는 다결정질일 수 있다.Furthermore, in addition to the above-described silicon (Si), it may include at least one material selected from materials including silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), and sapphire. In particular, silicon carbide (SiC) and aluminum nitride (AlN) may be single crystalline or polycrystalline.
이하 제1 단계(S301) 내지 제6 단계(S306)는 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿(S100)의 제조 방법의 것과 동일하므로, 중복 설명은 생략한다.Hereinafter, the first step (S301) to the sixth step (S306) are the same as those of the method of manufacturing the group III nitride semiconductor template (S100) using the chemical lift-off technique according to the first embodiment of the present invention described above, so there is no overlap. The explanation is omitted.
제7 단계(S307)는 제1 희생층(N1)과 제1 버퍼층(340)을 식각하여 제거함으로써 채널층(360)을 노출시키는 단계이다. 제1 희생층(N1)과 제1 버퍼층(340)이 제거된 채널층(360)의 하부 표면은 질소 극성을 갖는 표면(Nitrogen-polar Surface)으로서, 공기 중에 노출된 채널층(360)의 하부 표면이 잔류물을 완벽하게 제거한 파티클 제로(0) 상태의 표면을 갖도록 하는 것이 최종 지지기판(210)과 접합하는데 매우 중요하다.The seventh step (S307) is a step of exposing the channel layer 360 by etching and removing the first sacrificial layer (N1) and the first buffer layer 340. The lower surface of the channel layer 360 from which the first sacrificial layer (N1) and the first buffer layer 340 are removed is a nitrogen-polar surface, and is the lower surface of the channel layer 360 exposed to the air. It is very important to bond the surface to the final support substrate 210 to ensure that the surface is in a particle zero state with completely removed residues.
한편, 경우에 따라 후속 공정에서 최종 지지기판(210)과의 접합력을 향상시키기 위해 채널층(360)에 규칙 또는 불규칙한 패터닝 공정을 도입하는 것이 바람직하며, 경우에 따라 후속 공정에서 최종 지지기판(210)과의 접촉면적을 향상시키기 위해 CMP 공정을 도입하는 것도 바람직하다.Meanwhile, in some cases, it is desirable to introduce a regular or irregular patterning process to the channel layer 360 in order to improve the bonding strength with the final support substrate 210 in the subsequent process. ) It is also desirable to introduce a CMP process to improve the contact area.
제8 단계(S308)는 질소 극성을 갖는 채널층(360) 표면의 위에 새로운 제2 버퍼층(350)을 성막(증착)시키고, 제2 버퍼층(350) 위에 제1 본딩층(B1)을 형성시키는 단계이다. 여기서 새롭게 형성되는 제2 버퍼층(350)은 별도의 철(Fe) 또는 탄소(C) 등의 도핑(Doping) 없이도 누설전류에 대하여 고저항성 특성을 가진 알루미늄 포함한 질화물 또는 산화물(AlN, AlNO, Al2O3) 등의 물질로 구성될 수 있으며, 경우에 따라서는 제2 버퍼층(350) 위에 후술하는 제9 단계(S309)에서와 동일한 강화층(320)을 형성시킨 후, 강화층(320) 위에 제1 본딩층(B1)을 형성시킬 수 있다.The eighth step (S308) is to form a new second buffer layer 350 on the surface of the channel layer 360 having nitrogen polarity, and to form a first bonding layer (B1) on the second buffer layer 350. It's a step. Here, the newly formed second buffer layer 350 is made of aluminum-containing nitride or oxide (AlN, AlNO, Al 2 ), which has high resistance to leakage current without separate doping of iron (Fe) or carbon (C). It may be composed of a material such as O 3 ), and in some cases, the same reinforcement layer 320 as in the ninth step (S309) described later is formed on the second buffer layer 350, and then formed on the reinforcement layer 320. A first bonding layer (B1) can be formed.
한편, 질화갈륨(GaN) 물질계 채널층(360) 위에 질화알루미늄(AlN) 물질계 제2 버퍼층(350)을 직접적으로 성막(증착)시키는 경우, 채널층(360)과 제2 버퍼층(350) 사이의 격자상수(LC) 및 열팽창계수(CTE) 차이로 인해 크랙이 발생할 수 있다. 따라서 도 7에 도시된 바와 같이, 제 8단계(S308)는 채널층(360) 위에 크랙 발생을 억제하기 위하여 응축 응력을 제공하는 크랙 억제층(C)을 형성시킨 후, 크랙 억제층(C)의 위에 제2 버퍼층(350)을 성막(증착)시킬 수 있다.Meanwhile, when forming (depositing) the second buffer layer 350 based on aluminum nitride (AlN) material directly on the channel layer 360 based on gallium nitride (GaN) material, the gap between the channel layer 360 and the second buffer layer 350 Cracks may occur due to differences in lattice constant (LC) and coefficient of thermal expansion (CTE). Therefore, as shown in FIG. 7, the eighth step (S308) is to form a crack suppression layer (C) that provides condensation stress to suppress crack occurrence on the channel layer 360, and then form a crack suppression layer (C) The second buffer layer 350 may be formed (deposited) on the.
제9 단계(S309)는 지지기판(310) 위에 제2 본딩층(B2)을 형성시키는 단계로, 경우에 따라서는 지지기판(310) 위에 강화층(320)을 형성시킨 후, 강화층(320) 위에 제2 본딩층(B2)을 형성시킬 수 있다. 여기서 강화층(320)은 보다 상세하게, 접합 강화층(321)과 응축 응력층(322)을 포함한다.The ninth step (S309) is a step of forming the second bonding layer (B2) on the support substrate 310. In some cases, after forming the reinforcement layer 320 on the support substrate 310, the reinforcement layer 320 ) A second bonding layer (B2) can be formed on top. Here, the reinforcement layer 320 includes a bond reinforcement layer 321 and a condensation stress layer 322 in more detail.
한편, 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 경우에 따라 접합 강화층(321) 또는 응축 응력층(322)이 생략될 수 있으며, 경우에 따라 강화층(320) 전체가 생략되어 지지기판(310)과 본딩층(330)이 직접 접할 수 있다(또는, 제8 단계(S308)에서는 제2 버퍼층(350)과 본딩층(330)이 직접 접할 수 있음). 이러한 경우는 본딩층(330)으로 실리콘(Si) 등의 지지기판(310)의 열팽창계수보다 큰 물질을 성막하여 접합 기능과 함께 응축응력을 유발하는 구조일 수 있다.Meanwhile, as shown in Figure 14, in the present invention, the bonding reinforcement layer 321 or the condensation stress layer 322 may be omitted in some cases, and in some cases, the entire reinforcement layer 320 may be omitted to form a support substrate ( 310) and the bonding layer 330 may be in direct contact (or, in the eighth step (S308), the second buffer layer 350 and the bonding layer 330 may be in direct contact). In this case, the bonding layer 330 may be formed of a material with a higher thermal expansion coefficient than the support substrate 310, such as silicon (Si), and may have a bonding function as well as a structure that causes condensation stress.
제10 단계(S310)는 임시기판(T)을 분리시키기 위해 제1 본딩층(B1)과 제2 본딩층(B2)을 서로 접합시켜 본딩층(330)을 형성시키는 단계이다. 즉, 제10 단계(S310)는 제1 본딩층(B1)이 형성(성막)된 제2 버퍼층(350)과 임시기판(T)을 뒤집어서 제2 본딩층(B2)이 형성된 지지기판(310)에 300℃ 미만의 온도에서 가압하여 접합시키는 단계이다.The tenth step (S310) is a step of forming the bonding layer 330 by bonding the first bonding layer (B1) and the second bonding layer (B2) to each other in order to separate the temporary substrate (T). That is, in the tenth step (S310), the second buffer layer 350 on which the first bonding layer (B1) is formed (deposited) and the temporary substrate (T) are turned over and the support substrate 310 on which the second bonding layer (B2) is formed. This is the step of bonding by pressing at a temperature of less than 300℃.
종래에는 최초 성장기판(G)과 그룹3족 질화물 반도체 사이의 격자상수(LC) 및 열팽창계수(CTE) 차이에 의해 발생된 열-기계적 기인성 스트레스(Thermo-mechanical Induced Stress) 발생으로 에피택시 웨이퍼 휨이 발생하지만, 본 발명의 임시기판(T)에 접합된 에피택시 웨이퍼의 경우에는 응력이 거의 풀린(Stress-relieved) 상태로 웨이퍼 휨(Bow)이 거의 제로(0)로 최소화될 수 있다. 이때, 접합 공정 온도를 상온(Room Temperature) 근처로 설정하고 공정하는 것이 스트레스를 최소화할 수 있어 웨이퍼 휨을 보다 최소화할 수 있다.Conventionally, epitaxial wafer bending occurs due to thermo-mechanical induced stress caused by differences in lattice constant (LC) and coefficient of thermal expansion (CTE) between the initial growth substrate (G) and group 3 nitride semiconductor. However, in the case of an epitaxial wafer bonded to the temporary substrate (T) of the present invention, the stress is almost relieved and the wafer bow can be minimized to almost zero. At this time, setting the bonding process temperature near room temperature and performing the process can minimize stress and further minimize wafer warpage.
제11 단계(S311) 내지 제13 단계(S313)는 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S100)의 것과 동일하므로, 중복 설명은 생략한다.The 11th step (S311) to the 13th step (S313) are the same as those of the method (S100) for manufacturing a group III nitride semiconductor template using the chemical lift-off technique according to the first embodiment of the present invention described above, so duplicate description is omitted.
상술한 본 발명의 제3 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S300)에 의해 제조된 그룹3족 질화물 반도체 템플릿은 지지기판(310), 강화층(320), 본딩층(330), 강화층(320), 제2 버퍼층(350), 채널층(360) 및 재성장층(370)이 순서대로 적층된 구조를 가질 수 있다.The Group 3 nitride semiconductor template manufactured by the method (S300) for manufacturing a Group 3 nitride semiconductor template using the chemical lift-off technique according to the third embodiment of the present invention described above includes a support substrate 310 and a reinforcement layer 320. ), the bonding layer 330, the reinforcement layer 320, the second buffer layer 350, the channel layer 360, and the regrowth layer 370 may be stacked in that order.
지금부터는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S400)에 대해 상세히 설명한다.From now on, with reference to the attached drawings, a method (S400) for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to a fourth embodiment of the present invention will be described in detail.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법의 순서도이고, 도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿이 제조되는 과정을 도시한 것이다.Figure 8 is a flowchart of a method of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to a fourth embodiment of the present invention, and Figure 9 is a flow chart of a method for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to a fourth embodiment of the present invention. This shows the process of manufacturing a group III nitride semiconductor template.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S400)은, 제1 단계(S401)와, 제2 단계(S402)와, 제3 단계(S403)와, 제4 단계(S404)와, 제5 단계(S405)와, 제6 단계(S406)와, 제7 단계(S407)와, 제8 단계(S408)와, 제9 단계(S409)와, 제10 단계(S410)와, 제11 단계(S411)와, 제12 단계(S412)와, 제13 단계(S413)를 포함한다.As shown in Figures 8 and 9, the method (S400) for manufacturing a group 3 nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the fourth embodiment of the present invention includes a first step (S401) and a second step. Step (S402), third step (S403), fourth step (S404), fifth step (S405), sixth step (S406), seventh step (S407), and eighth step ( It includes the 9th step (S409), the 10th step (S410), the 11th step (S411), the 12th step (S412), and the 13th step (S413).
제1 단계(S401)는 성장기판(G), 임시기판(T) 및 지지기판(410)을 준비하는 단계이다.The first step (S401) is a step of preparing the growth substrate (G), the temporary substrate (T), and the support substrate 410.
지지기판(410)은 본 발명의 제4 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S400)의 각 단계를 거친 후 제1 버퍼층(440), 제2 버퍼층(450), 채널층(460) 및 재성장층(470)을 지탱(Support)하는 기판이다.The support substrate 410 is formed into a first buffer layer 440, a second buffer layer ( 450), a substrate that supports the channel layer 460 and the regrowth layer 470.
이러한 지지기판(410)은 고방열능을 가진 실리콘(Si) 지지기판(410)으로 마련되는 것이 바람직하며, 실리콘(Si) 지지기판(410)은 단결정질, 다결정질 또는 비정질일 수 있으며, (111) 결정면, (110) 결정면 또는 (100) 결정면을 가진 실리콘(Si)으로 형성될 수 있다.This support substrate 410 is preferably provided as a silicon (Si) support substrate 410 with high heat dissipation ability, and the silicon (Si) support substrate 410 may be single crystalline, polycrystalline, or amorphous, ( It may be formed of silicon (Si) with a 111) crystal plane, a (110) crystal plane, or a (100) crystal plane.
더 나아가서 상술한 실리콘(Si) 이외, 탄화실리콘(SiC), 질화알루미늄(AlN), 사파이어(Sapphire)를 포함하는 물질 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 특히, 탄화실리콘(SiC) 및 질화알루미늄(AlN)의 경우는 단결정질 또는 다결정질일 수 있다.Furthermore, in addition to the above-described silicon (Si), it may include at least one material selected from materials including silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), and sapphire. In particular, silicon carbide (SiC) and aluminum nitride (AlN) may be single crystalline or polycrystalline.
이하 제1 단계(S401) 내지 제6 단계(S406)는 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿(S100)의 제조 방법의 것과 동일하므로, 중복 설명은 생략한다.Hereinafter, the first step (S401) to the sixth step (S406) are the same as those of the method of manufacturing the group III nitride semiconductor template (S100) using the chemical lift-off technique according to the first embodiment of the present invention described above, so there is no overlap. The explanation is omitted.
제7 단계(S407)는 제1 희생층(N1)을 식각하여 제거함으로써 제1 버퍼층(440)을 노출시키는 단계이다. 제1 희생층(N1)이 제거된 제1 버퍼층(440)의 하부 표면은 질소 극성을 갖는 표면(Nitrogen-polar Surface)으로서, 공기 중에 노출된 제1 버퍼층(440)의 하부 표면이 잔류물을 완벽하게 제거한 파티클 제로(0) 상태의 표면을 갖도록 하는 것이 중요하다.The seventh step (S407) is a step of exposing the first buffer layer 440 by etching and removing the first sacrificial layer (N1). The lower surface of the first buffer layer 440 from which the first sacrificial layer (N1) has been removed is a nitrogen-polar surface, and the lower surface of the first buffer layer 440 exposed to the air removes the residue. It is important to have a surface with zero particles completely removed.
한편, 경우에 따라 후속 공정에서 접합력을 향상시키기 위해 제1 버퍼층(440)에 규칙 또는 불규칙한 패터닝 공정을 도입하는 것이 바람직하며, 경우에 따라 후속 공정에서 접촉면적을 향상시키기 위해 CMP 공정을 도입하는 것도 바람직하다.Meanwhile, in some cases, it is desirable to introduce a regular or irregular patterning process to the first buffer layer 440 to improve adhesion in the subsequent process, and in some cases, it is also desirable to introduce a CMP process to improve the contact area in the subsequent process. desirable.
제8 단계(S408)는 질소 극성을 갖는 제1 버퍼층(440) 표면의 위에 새로운 제2 버퍼층(450)을 성막(증착)시키고, 제2 버퍼층(450) 위에 제1 본딩층(B1)을 형성시키는 단계이다. 여기서 새롭게 형성되는 제2 버퍼층(450)은 별도의 철(Fe) 또는 탄소(C) 등의 도핑(Doping) 없이도 누설전류에 대하여 고저항성 특성을 가진 알루미늄 포함한 질화물 또는 산화물(AlN, AlNO, Al2O3) 등의 물질로 구성될 수 있으며, 경우에 따라서는 제2 버퍼층(450) 위에 후술하는 제9 단계(S409)에서와 동일한 강화층(420)을 형성시킨 후, 강화층(420) 위에 제1 본딩층(B1)을 형성시킬 수 있다.In the eighth step (S408), a new second buffer layer 450 is deposited on the surface of the first buffer layer 440 having nitrogen polarity, and a first bonding layer (B1) is formed on the second buffer layer 450. This is the step to do it. Here, the newly formed second buffer layer 450 is made of aluminum-containing nitride or oxide (AlN, AlNO, Al 2 ), which has high resistance to leakage current without separate doping of iron (Fe) or carbon (C). It may be composed of a material such as O 3 ), and in some cases, the same reinforcement layer 420 as in the ninth step (S409) described later is formed on the second buffer layer 450, and then formed on the reinforcement layer 420. A first bonding layer (B1) can be formed.
제9 단계(S409)는 지지기판(410) 위에 제2 본딩층(B2)을 형성시키는 단계로, 경우에 따라서는 지지기판(410) 위에 강화층(420)을 형성시킨 후, 강화층(420) 위에 제2 본딩층(B2)을 형성시킬 수 있다. 여기서 강화층(420)은 보다 상세하게, 접합 강화층(421)과 응축 응력층(422)을 포함한다.The ninth step (S409) is a step of forming the second bonding layer (B2) on the support substrate 410. In some cases, after forming the reinforcement layer 420 on the support substrate 410, the reinforcement layer 420 ) A second bonding layer (B2) can be formed on top. Here, the reinforcement layer 420 includes a bond reinforcement layer 421 and a condensation stress layer 422 in more detail.
한편, 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 경우에 따라 접합 강화층(421) 또는 응축 응력층(422)이 생략될 수 있으며, 경우에 따라 강화층(420) 전체가 생략되어 지지기판(410)과 본딩층(430)이 직접 접할 수 있다(또는, 제8 단계(S408)에서는 제2 버퍼층(450)과 본딩층(430)이 직접 접할 수 있음). 이러한 경우는 본딩층(430)으로 실리콘(Si) 등의 지지기판(410)의 열팽창계수보다 큰 물질을 성막하여 접합 기능과 함께 응축응력을 유발하는 구조일 수 있다.Meanwhile, as shown in Figure 14, in the present invention, the bonding reinforcement layer 421 or the condensation stress layer 422 may be omitted in some cases, and in some cases, the entire reinforcement layer 420 may be omitted to form a support substrate ( 410) and the bonding layer 430 may be in direct contact (or, in the eighth step (S408), the second buffer layer 450 and the bonding layer 430 may be in direct contact). In this case, the bonding layer 430 may be formed of a material with a greater thermal expansion coefficient than the support substrate 410, such as silicon (Si), to function as a bonding layer and cause condensation stress.
제10 단계(S410)는 임시기판(T)을 분리시키기 위해 제1 본딩층(B1)과 제2 본딩층(B2)을 서로 접합시켜 본딩층(430)을 형성시키는 단계이다. 즉, 제10 단계(S410)는 제1 본딩층(B1)이 형성(성막)된 제2 버퍼층(450)과 임시기판(T)을 뒤집어서 제2 본딩층(B2)이 형성된 지지기판(410)에 300℃ 미만의 온도에서 가압하여 접합시키는 단계이다.The tenth step (S410) is a step of forming the bonding layer 430 by bonding the first bonding layer (B1) and the second bonding layer (B2) to each other in order to separate the temporary substrate (T). That is, the tenth step (S410) is to flip the second buffer layer 450 on which the first bonding layer (B1) is formed (deposited) and the temporary substrate (T) over the support substrate 410 on which the second bonding layer (B2) is formed. This is the step of bonding by pressing at a temperature of less than 300℃.
종래에는 최초 성장기판(G)과 그룹3족 질화물 반도체 사이의 격자상수(LC) 및 열팽창계수(CTE) 차이에 의해 발생된 열-기계적 기인성 스트레스(Thermo-mechanical Induced Stress) 발생으로 에피택시 웨이퍼 휨이 발생하지만, 본 발명의 임시기판(T)에 접합된 에피택시 웨이퍼의 경우에는 응력이 거의 풀린(Stress-relieved) 상태로 웨이퍼 휨(Bow)이 거의 제로(0)로 최소화될 수 있다. 이때, 접합 공정 온도를 상온(Room Temperature) 근처로 설정하고 공정하는 것이 스트레스를 최소화할 수 있어 웨이퍼 휨을 보다 최소화할 수 있다.Conventionally, epitaxial wafer bending occurs due to thermo-mechanical induced stress caused by differences in lattice constant (LC) and coefficient of thermal expansion (CTE) between the initial growth substrate (G) and group 3 nitride semiconductor. However, in the case of an epitaxial wafer bonded to the temporary substrate (T) of the present invention, the stress is almost relieved and the wafer bow can be minimized to almost zero. At this time, setting the bonding process temperature near room temperature and performing the process can minimize stress and further minimize wafer warpage.
제11 단계(S411) 내지 제13 단계(S413)는 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S100)의 것과 동일하므로, 중복 설명은 생략한다.The 11th steps (S411) to the 13th steps (S413) are the same as those of the method (S100) for manufacturing a group III nitride semiconductor template using the chemical lift-off technique according to the first embodiment of the present invention described above, so duplicate description is omitted.
상술한 본 발명의 제4 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S400)에 의해 제조된 그룹3족 질화물 반도체 템플릿은 지지기판(410), 강화층(420), 본딩층(430), 강화층(420), 제2 버퍼층(450), 제1 버퍼층(440), 채널층(460) 및 재성장층(470)이 순서대로 적층된 구조를 가질 수 있다.The group 3 nitride semiconductor template manufactured by the manufacturing method (S400) of the group 3 nitride semiconductor template using the chemical lift-off technique according to the fourth embodiment of the present invention described above includes a support substrate 410 and a reinforcement layer 420. ), the bonding layer 430, the reinforcement layer 420, the second buffer layer 450, the first buffer layer 440, the channel layer 460, and the regrowth layer 470 may be stacked in that order.
지금부터는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 제5 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.From now on, with reference to the attached drawings, a method for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the fifth embodiment of the present invention will be described in detail.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법의 순서도이고, 도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿이 제조되는 과정을 도시한 것이다.Figure 10 is a flowchart of a method for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the fifth embodiment of the present invention, and Figure 11 is a flowchart of a method for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the fifth embodiment of the present invention. This shows the process of manufacturing a group III nitride semiconductor template.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S500)은, 제1 단계(S501)와, 제2 단계(S502)와, 제3 단계(S503)와, 제4 단계(S504)와, 제5 단계(S505)와, 제6 단계(S506)와, 제7 단계(S507)와, 제8 단계(S508)와, 제9 단계(S509)와, 제10 단계(S510)와, 제11 단계(S511)와, 제12 단계(S512)와, 제13 단계(S513)를 포함한다.As shown in Figures 10 and 11, the method (S500) for manufacturing a group 3 nitride semiconductor template using the chemical lift-off technique according to the fifth embodiment of the present invention includes a first step (S501) and a second step. Step (S502), third step (S503), fourth step (S504), fifth step (S505), sixth step (S506), seventh step (S507), and eighth step ( It includes the ninth step (S509), the tenth step (S510), the eleventh step (S511), the twelfth step (S512), and the thirteenth step (S513).
제1 단계(S501)는 성장기판(G), 임시기판(T) 및 지지기판(510)을 준비하는 단계이다.The first step (S501) is a step of preparing a growth substrate (G), a temporary substrate (T), and a support substrate (510).
지지기판(510)은 본 발명의 제5 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S500)의 각 단계를 거친 후 제1 버퍼층(540) 및 제1 버퍼층(540) 위에 재성장시킨 채널층(550)과 재성장층(560)을 지탱(Support)하는 기판이다.The support substrate 510 is formed into a first buffer layer 540 and a first buffer layer ( It is a substrate that supports the channel layer 550 and the re-growth layer 560 re-grown on 540).
더 나아가서 상술한 실리콘(Si) 이외, 탄화실리콘(SiC), 질화알루미늄(AlN), 사파이어(Sapphire)를 포함하는 물질 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 특히, 탄화실리콘(SiC) 및 질화알루미늄(AlN)의 경우는 단결정질 또는 다결정질일 수 있다.Furthermore, in addition to the above-described silicon (Si), it may include at least one material selected from materials including silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), and sapphire. In particular, silicon carbide (SiC) and aluminum nitride (AlN) may be single crystalline or polycrystalline.
제2 단계(S502)는 성장기판(G) 위에 제1 희생층(N1)을 형성시킨 후, 제1 희생층(N1) 위에 고품질의 그룹3족 질화물 반도체층을 단층 또는 다층으로 성장시키는 단계로, 구체적으로 제1 희생층(N1) 위에 고품질의 제1 버퍼층(540)만을 단층 또는 다층으로 성장시키는 단계이다.The second step (S502) is a step of forming a first sacrificial layer (N1) on the growth substrate (G) and then growing a high-quality group III nitride semiconductor layer in a single layer or multiple layers on the first sacrificial layer (N1). , Specifically, this is a step of growing only the high-quality first buffer layer 540 as a single layer or multilayer on the first sacrificial layer (N1).
제3 단계(S503)는 제1 버퍼층(540) 위에 에피택시 보호층(P)을 형성시킨 후, 에피택시 보호층(P) 위에 제1 접착층(A1)을 형성시키는 단계이다. 제3 단계(S503)의 이하의 내용과, 제4 단계(S504) 내지 제6 단계(S506)의 내용은 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S100)의 것과 동일하므로, 중복 설명은 생략한다.The third step (S503) is a step of forming the epitaxial protective layer (P) on the first buffer layer 540 and then forming the first adhesive layer (A1) on the epitaxial protective layer (P). The following contents of the third step (S503) and the contents of the fourth step (S504) to the sixth step (S506) are related to the Group 3 nitride semiconductor using the chemical lift-off technique according to the first embodiment of the present invention described above. Since it is the same as that of the template manufacturing method (S100), redundant description will be omitted.
제7 단계(S507)는 제1 희생층(N1)을 식각하여 제거함으로써 제1 버퍼층(540)을 노출시키는 단계이다. 제1 희생층(N1)이 제거된 제1 버퍼층(540)의 하부 표면은 질소 극성을 갖는 표면(Nitrogen-polar Surface)으로서, 공기 중에 노출된 제1 버퍼층(540)의 하부 표면이 잔류물을 완벽하게 제거한 파티클 제로(0) 상태의 표면을 갖도록 하는 것이 최종 지지기판(510)과 접합하는데 매우 중요하다.The seventh step (S507) is a step of exposing the first buffer layer 540 by etching and removing the first sacrificial layer (N1). The lower surface of the first buffer layer 540 from which the first sacrificial layer (N1) has been removed is a nitrogen-polar surface, and the lower surface of the first buffer layer 540 exposed to the air removes the residue. It is very important to have a surface in a completely particle-free state for bonding to the final support substrate 510.
한편, 경우에 따라 후속 공정에서 최종 지지기판(510)과의 접합력을 향상시키기 위해 제1 버퍼층(540)에 규칙 또는 불규칙한 패터닝 공정을 도입하는 것이 바람직하며, 경우에 따라 후속 공정에서 최종 지지기판(510)과의 접촉면적을 향상시키기 위해 CMP 공정을 도입하는 것도 바람직하다.Meanwhile, in some cases, it is desirable to introduce a regular or irregular patterning process to the first buffer layer 540 in order to improve the adhesion with the final support substrate 510 in the subsequent process, and in some cases, the final support substrate (510) in the subsequent process. It is also desirable to introduce a CMP process to improve the contact area with 510).
제8 단계(S508)는 제1 버퍼층(540) 위에 제1 본딩층(B1)을 형성시키는 단계로, 경우에 따라서는 제1 버퍼층(540) 위에 후술하는 제9 단계(S509)에서와 동일한 강화층(520)을 형성시킨 후, 강화층(520) 위에 제1 본딩층(B1)을 형성시킬 수 있다.The eighth step (S508) is a step of forming a first bonding layer (B1) on the first buffer layer 540, and in some cases, the same strengthening as in the ninth step (S509) described later on the first buffer layer 540. After forming the layer 520, the first bonding layer (B1) can be formed on the reinforcement layer 520.
제9 단계(S509)는 지지기판(510) 위에 제2 본딩층(B2)을 형성시키는 단계로, 경우에 따라서는 지지기판(510) 위에 강화층(520)을 형성시킨 후, 강화층(520) 위에 제2 본딩층(B2)을 형성시킬 수 있다. 여기서 강화층(520)은 보다 상세하게, 접합 강화층(521)과 응축 응력층(522)을 포함한다.The ninth step (S509) is a step of forming the second bonding layer (B2) on the support substrate 510. In some cases, after forming the reinforcement layer 520 on the support substrate 510, the reinforcement layer 520 ) A second bonding layer (B2) can be formed on top. Here, the reinforcement layer 520 includes a bond reinforcement layer 521 and a condensation stress layer 522 in more detail.
한편, 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 경우에 따라 접합 강화층(521) 또는 응축 응력층(522)이 생략될 수 있으며, 경우에 따라 강화층(520) 전체가 생략되어 지지기판(510)과 본딩층(530)이 직접 접할 수 있다(또는, 제8 단계(S508)에서는 제1 버퍼층(540)과 본딩층(530)이 직접 접할 수 있음). 이러한 경우는 본딩층(530)으로 실리콘(Si) 등의 지지기판(510)의 열팽창계수보다 큰 물질을 성막하여 접합 기능과 함께 응축응력을 유발하는 구조일 수 있다.Meanwhile, as shown in Figure 14, in the present invention, the bonding reinforcement layer 521 or the condensation stress layer 522 may be omitted in some cases, and in some cases, the entire reinforcement layer 520 may be omitted to form a support substrate ( 510) and the bonding layer 530 may be in direct contact (or, in the eighth step (S508), the first buffer layer 540 and the bonding layer 530 may be in direct contact). In this case, the bonding layer 530 may be formed of a material with a higher thermal expansion coefficient than the support substrate 510, such as silicon (Si), to function as a bonding layer and cause condensation stress.
제10 단계(S510)는 임시기판(T)을 분리시키기 위해 제1 본딩층(B1)과 제2 본딩층(B2)을 서로 접합시켜 본딩층(530)을 형성시키는 단계이다. 즉, 제10 단계(S510)는 제1 본딩층(B1)이 형성(성막)된 제1 버퍼층(540)과 임시기판(T)을 뒤집어서 제2 본딩층(B2)이 형성된 지지기판(510)에 300℃ 미만의 온도에서 가압하여 접합시키는 단계이다.The tenth step (S510) is a step of forming a bonding layer 530 by bonding the first bonding layer (B1) and the second bonding layer (B2) to each other in order to separate the temporary substrate (T). That is, in the tenth step (S510), the first buffer layer 540 on which the first bonding layer B1 is formed (deposited) and the temporary substrate T are turned over and the support substrate 510 on which the second bonding layer B2 is formed. This is the step of bonding by pressurizing at a temperature below 300℃.
종래에는 최초 성장기판(G)과 그룹3족 질화물 반도체 사이의 격자상수(LC) 및 열팽창계수(CTE) 차이에 의해 발생된 열-기계적 기인성 스트레스(Thermo-mechanical Induced Stress) 발생으로 에피택시 웨이퍼 휨이 발생하지만, 본 발명의 임시기판(T)에 접합된 에피택시 웨이퍼의 경우에는 응력이 거의 풀린(Stress-relieved) 상태로 웨이퍼 휨(Bow)이 거의 제로(0)로 최소화될 수 있다. 이때, 접합 공정 온도를 상온(Room Temperature) 근처로 설정하고 공정하는 것이 스트레스를 최소화할 수 있어 웨이퍼 휨을 보다 최소화할 수 있다.Conventionally, epitaxial wafer bending occurs due to thermo-mechanical induced stress caused by differences in lattice constant (LC) and coefficient of thermal expansion (CTE) between the initial growth substrate (G) and group 3 nitride semiconductor. However, in the case of an epitaxial wafer bonded to the temporary substrate (T) of the present invention, the stress is almost relieved and the wafer bow can be minimized to almost zero. At this time, setting the bonding process temperature near room temperature and performing the process can minimize stress and further minimize wafer warpage.
제11 단계(S511) 내지 제12 단계(S512)는 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S100)의 것과 동일하므로, 중복 설명은 생략한다.The 11th step (S511) to the 12th step (S512) are the same as those of the method (S100) for manufacturing a group III nitride semiconductor template using the chemical lift-off technique according to the first embodiment of the present invention described above, so duplicate description is omitted.
제13 단계(S513)는 제1 버퍼층(540) 위에 고품질의 채널층(550)을 재성장시키고, 재성장된 채널층(550) 위에 고품질의 재성장층(570)을 재성장시키는 단계이다. 이때, 재성장되는 재성장층(570)은 질화알루미늄갈륨(AlGaN) 배리어층일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 통상적인 HEMT 구조에 맞는 각각의 층이 재성장될 수 있으며, 예를 들면 질화갈륨(GaN) 또는 질화인듐알루미늄(InAlN)의 채널층, 질화알루미늄갈륨(AlGaN), 질화알루미늄스칸듐(AlScN) 또는 질화인듐알루미늄(InAlN)의 배리어층, p형 질화갈륨(pGaN), p형 질화알루미늄갈륨(pAlGaN) 또는 p형 질화알루미늄갈륨인듐(pAlGaInN)의 인젝션층, 질화실리콘(SiNx) 또는 질화알루미늄(AlN)의 패시베이션층 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다.The thirteenth step (S513) is a step of re-growing a high-quality channel layer 550 on the first buffer layer 540 and re-growing a high-quality re-grown layer 570 on the re-grown channel layer 550. At this time, the re-grown layer 570 may be an aluminum gallium nitride (AlGaN) barrier layer, but is not limited to this and each layer suitable for a typical HEMT structure may be re-grown, for example, gallium nitride (GaN) or nitride. A channel layer of indium aluminum nitride (InAlN), a barrier layer of aluminum gallium nitride (AlGaN), aluminum scandium nitride (AlScN) or indium aluminum nitride (InAlN), p-type gallium nitride (pGaN), p-type aluminum gallium nitride (pAlGaN), or It may have a structure including an injection layer of p-type aluminum gallium indium nitride (pAlGaInN), a passivation layer of silicon nitride (SiN x ), or aluminum nitride (AlN).
상술한 본 발명의 제5 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S500)에 의해 제조된 그룹3족 질화물 반도체 템플릿은 지지기판(510), 강화층(520), 본딩층(530), 강화층(520), 제1 버퍼층(540), 채널층(550) 및 재성장층(560)이 순서대로 적층된 구조를 가질 수 있다.The Group 3 nitride semiconductor template manufactured by the method (S500) for manufacturing a Group 3 nitride semiconductor template using the chemical lift-off technique according to the fifth embodiment of the present invention described above includes a support substrate 510 and a reinforcement layer 520. ), the bonding layer 530, the reinforcement layer 520, the first buffer layer 540, the channel layer 550, and the regrowth layer 560 may be stacked in that order.
지금부터는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 제6 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S600)에 대해 상세히 설명한다.From now on, with reference to the attached drawings, a method (S600) for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the sixth embodiment of the present invention will be described in detail.
도 12는 본 발명의 제6 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법의 순서도이고, 도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿이 제조되는 과정을 도시한 것이다.Figure 12 is a flowchart of a method of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the sixth embodiment of the present invention, and Figure 13 is a flowchart of a method for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the sixth embodiment of the present invention. This shows the process of manufacturing a group III nitride semiconductor template.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제6 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S600)은, 제1 단계(S601)와, 제2 단계(S602)와, 제3 단계(S603)와, 제4 단계(S604)와, 제5 단계(S605)와, 제6 단계(S606)와, 제7 단계(S607)와, 제8 단계(S608)와, 제9 단계(S609)와, 제10 단계(S610)와, 제11 단계(S611)와, 제12 단계(S612)와, 제13 단계(S613)를 포함한다.As shown in Figures 12 and 13, the method (S600) for manufacturing a group 3 nitride semiconductor template using the chemical lift-off technique according to the sixth embodiment of the present invention includes a first step (S601) and a second step. Step (S602), third step (S603), fourth step (S604), fifth step (S605), sixth step (S606), seventh step (S607), and eighth step ( It includes the 9th step (S609), the 10th step (S610), the 11th step (S611), the 12th step (S612), and the 13th step (S613).
제1 단계(S601)는 성장기판(G), 임시기판(T) 및 지지기판(610)을 준비하는 단계이다. 이하의 내용은 상술한 본 발명의 제5 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S500)의 것과 동일하므로, 중복 설명은 생략한다.The first step (S601) is a step of preparing a growth substrate (G), a temporary substrate (T), and a support substrate (610). The following content is the same as that of the method (S500) for manufacturing a group 3 nitride semiconductor template using the chemical lift-off technique according to the fifth embodiment of the present invention described above, and therefore redundant description is omitted.
제2 단계(S602)는 성장기판(G) 위에 제1 희생층(N1)을 형성시킨 후, 제1 희생층(N1) 위에 고품질의 그룹3족 질화물 반도체층을 단층 또는 다층으로 성장시키는 단계로, 구체적으로 제1 희생층(N1) 위에 고품질의 제2 버퍼층(650)만을 단층 또는 다층으로 성막(증착)시키는 단계이다. 이때, 형성(성막)된 제2 버퍼층(650)은 단층 또는 다층의 그룹3족 질화물 반도체로 구성되며, 본 실시예의 제2 버퍼층(650)은 별도의 철(Fe) 또는 탄소(C) 등의 도핑(Doping) 없이도 누설전류에 대하여 고저항성 특성을 가진 알루미늄 포함한 질화물 또는 산화물(AlN, AlNO, Al2O3) 물질로 구성될 수 있다.The second step (S602) is a step of forming a first sacrificial layer (N1) on the growth substrate (G) and then growing a high-quality Group III nitride semiconductor layer in a single layer or multiple layers on the first sacrificial layer (N1). , Specifically, this is the step of forming (depositing) only the high-quality second buffer layer 650 as a single layer or multilayer on the first sacrificial layer (N1). At this time, the formed (film-deposited) second buffer layer 650 is composed of a single-layer or multi-layer Group 3 nitride semiconductor, and the second buffer layer 650 of this embodiment is made of a separate material such as iron (Fe) or carbon (C). It can be made of a nitride or oxide (AlN, AlNO, Al 2 O 3 ) material containing aluminum, which has high resistance to leakage current even without doping.
제3 단계(S603) 내지 제12 단계(S612)의 내용은 상술한 본 발명의 제5 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S500)의 것과 동일하므로, 중복 설명은 생략한다.Since the contents of the third step (S603) to the twelfth step (S612) are the same as those of the method (S500) for manufacturing a group III nitride semiconductor template using the chemical lift-off technique according to the fifth embodiment of the present invention described above, Redundant explanations are omitted.
제13 단계(S613)는 제2 버퍼층(650) 위에 고품질의 그룹3족 질화물 반도체층을 재성장시키는 단계이다.The thirteenth step (S613) is a step of regrowing a high-quality group III nitride semiconductor layer on the second buffer layer 650.
구체적으로 제13 단계(S613)에서는 1) 제2 버퍼층(650) 위에 채널층(660)을 바로 재성장시키거나, 2) 알루미늄 포함한 질화물 또는 산화물(AlN, AlNO, Al2O3)으로 구성된 제2 버퍼층(650) 위에 새로운 제1 버퍼층(640)을 재성장시킨 후 채널층(660)을 재성장시킬 수 있고, 이후 채널층(660) 위에 고품질의 재성장층(670)을 재성장시킬 수 있다. 이때, 제1 버퍼층(640)은 단층 또는 다층의 그룹3족 질화물 반도체로 구성되며, 본 실시예의 제1 버퍼층(640)은 누설전류에 대하여 고저항성 특성을 가진 질화갈륨(GaN) 물질로 구성될 수 있으며, 필요에 따라 저항성을 높일 수 있도록 철(Fe), 탄소(C) 등이 도핑(Doping)될 수 있다.Specifically, in the 13th step (S613), 1) the channel layer 660 is immediately re-grown on the second buffer layer 650, or 2) the second buffer layer 660 composed of aluminum-containing nitride or oxide (AlN, AlNO, Al 2 O 3 ) is formed. After re-growing the new first buffer layer 640 on the buffer layer 650, the channel layer 660 can be re-grown, and then a high-quality re-grown layer 670 can be re-grown on the channel layer 660. At this time, the first buffer layer 640 is composed of a single-layer or multi-layer Group III nitride semiconductor, and the first buffer layer 640 of this embodiment is composed of gallium nitride (GaN) material with high resistance to leakage current. It can be doped with iron (Fe), carbon (C), etc. to increase resistance as needed.
상술한 본 발명의 제6 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법(S600)에 의해 제조된 그룹3족 질화물 반도체 템플릿은 지지기판(610), 강화층(620), 본딩층(630), 강화층(620), 제2 버퍼층(650), 채널층(660) 및 재성장층(670)이 순서대로 적층된 구조를 가질 수 있으며, 또는 지지기판(610), 강화층(620), 본딩층(630), 강화층(620), 제2 버퍼층(650), 제1 버퍼층(640), 채널층(660) 및 재성장층(670)이 순서대로 적층된 구조를 가질 수 있다.The group 3 nitride semiconductor template manufactured by the method (S600) for manufacturing a group 3 nitride semiconductor template using the chemical lift-off technique according to the sixth embodiment of the present invention described above includes a support substrate 610 and a reinforcement layer 620. ), the bonding layer 630, the reinforcement layer 620, the second buffer layer 650, the channel layer 660, and the regrowth layer 670 may be stacked in that order, or the support substrate 610, A structure in which the reinforcement layer 620, the bonding layer 630, the reinforcement layer 620, the second buffer layer 650, the first buffer layer 640, the channel layer 660, and the regrowth layer 670 are stacked in order. You can have it.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.In the above, just because all the components constituting the embodiment of the present invention have been described as being combined or operated in combination, the present invention is not necessarily limited to this embodiment. That is, as long as it is within the scope of the purpose of the present invention, all of the components may be operated by selectively combining one or more of them.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In addition, terms such as “include,” “comprise,” or “have” described above mean that the corresponding component may be present, unless specifically stated to the contrary, and thus do not exclude other components. Rather, it should be interpreted as being able to include other components. All terms, including technical or scientific terms, unless otherwise defined, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Commonly used terms, such as terms defined in a dictionary, should be interpreted as consistent with the contextual meaning of the related technology, and should not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless explicitly defined in the present invention.
그리고 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are for illustrative purposes, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be construed as being included in the scope of rights of the present invention.
S100 : 본 발명의 제1 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법
S101 : 제1 단계
S102 : 제2 단계
S103 : 제3 단계
S104 : 제4 단계
S105 : 제5 단계
S106 : 제6 단계
S107 : 제7 단계
S108 : 제8 단계
S109 : 제9 단계
S110 : 제10 단계
S111 : 제11 단계
S112 : 제12 단계
S113 : 제13 단계
110 : 지지기판
120 : 강화층
121 : 접합 강화층
122 : 응축 응력층
130 : 본딩층
140 : 제1 버퍼층
150 : 채널층
160 : 재성장층
G : 성장기판
T : 임시기판
N1 : 제1 희생층
N2 : 제2 희생층
P : 에피택시 보호층
A1 : 제1 접착층
A2 : 제2 접착층
A : 접착층
B1 : 제1 본딩층
B2 : 제2 본딩층
S200 : 본 발명의 제2 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법
S201 : 제1 단계
S202 : 제2 단계
S203 : 제3 단계
S204 : 제4 단계
S205 : 제5 단계
S206 : 제6 단계
S207 : 제7 단계
S208 : 제8 단계
S209 : 제9 단계
S210 : 제10 단계
S211 : 제11 단계
S212 : 제12 단계
S213 : 제13 단계
210 : 지지기판
220 : 강화층
221 : 접합 강화층
222 : 응축 응력층
230 : 본딩층
240 : 제1 버퍼층
250 : 채널층
260 : 재성장층
S300 : 본 발명의 제3 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법
S301 : 제1 단계
S302 : 제2 단계
S303 : 제3 단계
S304 : 제4 단계
S305 : 제5 단계
S306 : 제6 단계
S307 : 제7 단계
S308 : 제8 단계
S309 : 제9 단계
S310 : 제10 단계
S311 : 제11 단계
S312 : 제12 단계
S313 : 제13 단계
310 : 지지기판
320 : 강화층
321 : 접합 강화층
322 : 응축 응력층
330 : 본딩층
340 : 제1 버퍼층
350 : 제2 버퍼층
360 : 채널층
370 : 재성장층
C : 크랙 억제층
S400 : 본 발명의 제4 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법
S401 : 제1 단계
S402 : 제2 단계
S403 : 제3 단계
S404 : 제4 단계
S405 : 제5 단계
S406 : 제6 단계
S407 : 제7 단계
S408 : 제8 단계
S409 : 제9 단계
S410 : 제10 단계
S411 : 제11 단계
S412 : 제12 단계
S413 : 제13 단계
410 : 지지기판
420 : 강화층
421 : 접합 강화층
422 : 응축 응력층
430 : 본딩층
440 : 제1 버퍼층
450 : 제2 버퍼층
460 : 채널층
470 : 재성장층
S500 : 본 발명의 제5 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법
S501 : 제1 단계
S502 : 제2 단계
S503 : 제3 단계
S504 : 제4 단계
S505 : 제5 단계
S506 : 제6 단계
S507 : 제7 단계
S508 : 제8 단계
S509 : 제9 단계
S510 : 제10 단계
S511 : 제11 단계
S512 : 제12 단계
S513 : 제13 단계
510 : 지지기판
520 : 강화층
521 : 접합 강화층
522 : 응축 응력층
530 : 본딩층
540 : 제1 버퍼층
550 : 채널층
560 : 재성장층
S600 : 본 발명의 제6 실시예에 따른 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법
S601 : 제1 단계
S602 : 제2 단계
S603 : 제3 단계
S604 : 제4 단계
S605 : 제5 단계
S606 : 제6 단계
S607 : 제7 단계
S608 : 제8 단계
S609 : 제9 단계
S610 : 제10 단계
S611 : 제11 단계
S612 : 제12 단계
S613 : 제13 단계
610 : 지지기판
620 : 강화층
621 : 접합 강화층
622 : 응축 응력층
630 : 본딩층
640 : 제1 버퍼층
650 : 제2 버퍼층
660 : 채널층
670 : 재성장층S100: Method for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the first embodiment of the present invention
S101: Step 1
S102: Second stage
S103: Step 3
S104: Step 4
S105: Step 5
S106: Step 6
S107: Step 7
S108: Step 8
S109: Step 9
S110: Step 10
S111: Step 11
S112: Step 12
S113: Step 13
110: support substrate
120: Reinforced layer
121: Bonding reinforcement layer
122: Condensation stress layer
130: bonding layer
140: first buffer layer
150: channel layer
160: Regrowth layer
G: growth substrate
T: Temporary board
N1: first sacrificial layer
N2: Second sacrificial layer
P: Epitaxial protective layer
A1: first adhesive layer
A2: Second adhesive layer
A: Adhesive layer
B1: first bonding layer
B2: second bonding layer
S200: Method for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the second embodiment of the present invention
S201: Step 1
S202: Second stage
S203: Step 3
S204: Step 4
S205: Step 5
S206: Step 6
S207: Step 7
S208: Step 8
S209: Step 9
S210: Step 10
S211: Step 11
S212: Step 12
S213: Step 13
210: support substrate
220: Reinforced layer
221: Bonding reinforcement layer
222: Condensation stress layer
230: bonding layer
240: first buffer layer
250: channel layer
260: Regrowth layer
S300: Method for manufacturing a Group 3 nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the third embodiment of the present invention
S301: Step 1
S302: Second stage
S303: Third stage
S304: Step 4
S305: Step 5
S306: Step 6
S307: Step 7
S308: Step 8
S309: Step 9
S310: Step 10
S311: Step 11
S312: Step 12
S313: Step 13
310: support substrate
320: Reinforced layer
321: Bonding reinforcement layer
322: Condensation stress layer
330: bonding layer
340: first buffer layer
350: second buffer layer
360: Channel layer
370: Regrowth layer
C: Crack suppression layer
S400: Method for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the fourth embodiment of the present invention
S401: Step 1
S402: Second stage
S403: Step 3
S404: Step 4
S405: Step 5
S406: Step 6
S407: Step 7
S408: Step 8
S409: Step 9
S410: Step 10
S411: Step 11
S412: Step 12
S413: Step 13
410: Support substrate
420: Reinforced layer
421: Bonding reinforcement layer
422: Condensation stress layer
430: bonding layer
440: first buffer layer
450: second buffer layer
460: Channel layer
470: Regrowth layer
S500: Method for manufacturing a group 3 nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the fifth embodiment of the present invention
S501: Step 1
S502: Second stage
S503: Stage 3
S504: Step 4
S505: Step 5
S506: Step 6
S507: Step 7
S508: Step 8
S509: Step 9
S510: Step 10
S511: Step 11
S512: Step 12
S513: Step 13
510: Support substrate
520: Reinforced layer
521: Bonding reinforcement layer
522: Condensation stress layer
530: bonding layer
540: first buffer layer
550: Channel layer
560: Regrowth layer
S600: Method for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique according to the sixth embodiment of the present invention
S601: Step 1
S602: Second stage
S603: Step 3
S604: Step 4
S605: Step 5
S606: Step 6
S607: Step 7
S608: Step 8
S609: Step 9
S610: Step 10
S611: Step 11
S612: Step 12
S613: Step 13
610: Support substrate
620: Reinforced layer
621: Bonding reinforcement layer
622: Condensation stress layer
630: Bonding layer
640: first buffer layer
650: second buffer layer
660: Channel layer
670: Regrowth layer
Claims (20)
상기 성장기판 위에 제1 희생층을 형성시키고, 상기 제1 희생층 위에 제1 버퍼층을 성장시킨 후, 상기 제1 버퍼층 위에 채널층을 성장시키는 제2 단계;
상기 채널층 위에 에피택시 보호층을 형성시킨 후, 상기 에피택시 보호층 위에 제1 접착층을 형성시키는 제3 단계;
상기 임시기판 위에 제2 희생층을 형성시킨 후, 상기 제2 희생층 위에 제2 접착층을 형성시키는 제4 단계;
상기 제1 접착층과 상기 제2 접착층을 서로 접착시켜 접착층을 형성시키는 제5 단계;
케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 기법을 이용하여 상기 성장기판을 상기 제1 희생층으로부터 분리시키는 제6 단계;
상기 제1 희생층을 식각하여 제거하거나, 상기 제1 희생층 및 상기 제1 버퍼층을 식각하여 제거하는 제7 단계;
상기 제1 버퍼층 위에 제1 본딩층을 형성시키거나, 상기 채널층 위에 상기 제1 본딩층을 형성시키는 제8 단계;
상기 지지기판 위에 제2 본딩층을 형성시키는 제9 단계;
상기 제1 본딩층과 상기 제2 본딩층을 서로 접합시켜 본딩층을 형성시키는 제10 단계;
케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 기법을 이용하여 상기 임시기판을 상기 제2 희생층으로부터 분리시키는 제11 단계; 및
상기 제2 희생층, 상기 접착층 및 상기 에피택시 보호층을 식각하여 제거하는 제12 단계를 포함하고,
상기 본딩층의 상면 또는 하면 중 적어도 하나 이상에는,
강화층이 접하도록 형성되고,
상기 강화층은,
상기 본딩층의 접합력을 강화하는 접합강화층과, 응축응력을 유발하는 응축응력층을 포함하는, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법.A first step of preparing a growth substrate, temporary substrate, and support substrate;
a second step of forming a first sacrificial layer on the growth substrate, growing a first buffer layer on the first sacrificial layer, and then growing a channel layer on the first buffer layer;
A third step of forming an epitaxial protective layer on the channel layer and then forming a first adhesive layer on the epitaxial protective layer;
A fourth step of forming a second sacrificial layer on the temporary substrate and then forming a second adhesive layer on the second sacrificial layer;
A fifth step of forming an adhesive layer by adhering the first adhesive layer and the second adhesive layer to each other;
A sixth step of separating the growth substrate from the first sacrificial layer using a chemical lift off (CLO) technique;
A seventh step of etching and removing the first sacrificial layer, or etching and removing the first sacrificial layer and the first buffer layer;
An eighth step of forming a first bonding layer on the first buffer layer or forming the first bonding layer on the channel layer;
A ninth step of forming a second bonding layer on the support substrate;
A tenth step of forming a bonding layer by bonding the first bonding layer and the second bonding layer to each other;
An 11th step of separating the temporary substrate from the second sacrificial layer using a chemical lift off (CLO) technique; and
A twelfth step of etching and removing the second sacrificial layer, the adhesive layer, and the epitaxial protective layer,
On at least one of the upper and lower surfaces of the bonding layer,
The reinforcement layer is formed to contact,
The reinforcement layer is,
A method of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique, comprising a bonding reinforcement layer that strengthens the bonding force of the bonding layer and a condensation stress layer that causes condensation stress.
상기 제9 단계는,
상기 지지기판 위에 상기 강화층을 형성시킨 후, 상기 강화층 위에 상기 제2 본딩층을 형성시키는, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법.In claim 1,
The ninth step is,
A method of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique, in which the reinforcement layer is formed on the support substrate and then the second bonding layer is formed on the reinforcement layer.
상기 제7 단계는,
상기 제1 희생층 및 상기 제1 버퍼층을 식각하여 제거하고,
상기 제8 단계는,
상기 채널층 위에 상기 제1 본딩층을 형성시키는, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법.In claim 1,
The seventh step is,
Etching and removing the first sacrificial layer and the first buffer layer,
The eighth step is,
A method of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique, forming the first bonding layer on the channel layer.
상기 제8 단계는,
상기 채널층 위에 상기 강화층을 형성시킨 후, 상기 강화층 위에 상기 제1 본딩층을 형성시키는, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법.In claim 3,
The eighth step is,
A method of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique, in which the reinforcement layer is formed on the channel layer and then the first bonding layer is formed on the reinforcement layer.
상기 제7 단계는,
상기 제1 희생층을 식각하여 제거하고,
상기 제8 단계는,
상기 제1 버퍼층 위에 상기 제1 본딩층을 형성시키는, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법.In claim 1,
The seventh step is,
Etching and removing the first sacrificial layer,
The eighth step is,
A method of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique, wherein the first bonding layer is formed on the first buffer layer.
상기 제8 단계는,
상기 제1 버퍼층 위에 상기 강화층을 형성시킨 후, 상기 강화층 위에 상기 제1 본딩층을 형성시키는, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법.In claim 5,
The eighth step is,
A method of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique, comprising forming the reinforcement layer on the first buffer layer and then forming the first bonding layer on the reinforcement layer.
상기 제8 단계는,
상기 채널층 위에 제2 버퍼층을 성막시킨 후, 성막된 상기 제2 버퍼층 위에 상기 제1 본딩층을 형성시키고, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법.In claim 3,
The eighth step is,
A method of manufacturing a group III nitride semiconductor template by depositing a second buffer layer on the channel layer, forming the first bonding layer on the second buffer layer, and using a chemical lift-off technique.
상기 제8 단계는,
상기 제1 버퍼층 위에 제2 버퍼층을 성막시킨 후, 성막된 상기 제2 버퍼층 위에 상기 제1 본딩층을 형성시키는, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법.In claim 5,
The eighth step is,
A method of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique, comprising depositing a second buffer layer on the first buffer layer and then forming the first bonding layer on the deposited second buffer layer.
상기 제8 단계는,
성막된 상기 제2 버퍼층 위에 상기 강화층을 형성시킨 후, 상기 강화층 위에 상기 제1 본딩층을 형성시키는, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법.In claim 7,
The eighth step is,
A method of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique, comprising forming the reinforcement layer on the formed second buffer layer and then forming the first bonding layer on the reinforcement layer.
상기 제8 단계는,
성막된 상기 제2 버퍼층 위에 상기 강화층을 형성시킨 후, 상기 강화층 위에 상기 제1 본딩층을 형성시키는, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법.In claim 8,
The eighth step is,
A method of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique, comprising forming the reinforcement layer on the formed second buffer layer and then forming the first bonding layer on the reinforcement layer.
상기 성장기판은,
실리콘(Si) 성장기판이고,
상기 지지기판은,
실리콘(Si) 지지기판인, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법.In claim 1,
The growth substrate is,
It is a silicon (Si) growth substrate,
The support substrate is,
Method for manufacturing a group 3 nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique, which is a silicon (Si) support substrate.
상기 제1 버퍼층은,
질화갈륨(GaN) 물질계를 포함하는, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법.In claim 1,
The first buffer layer is,
Method for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique, including a gallium nitride (GaN) material system.
상기 제2 버퍼층은,
알루미늄을 포함한 질화물 또는 산화물을 포함하는, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법.In claim 7,
The second buffer layer is,
A method of manufacturing a Group III nitride semiconductor template containing a nitride or oxide containing aluminum using a chemical lift-off technique.
상기 제2 버퍼층은,
알루미늄을 포함한 질화물 또는 산화물을 포함하는, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법.In claim 8,
The second buffer layer is,
A method of manufacturing a Group III nitride semiconductor template containing a nitride or oxide containing aluminum using a chemical lift-off technique.
상기 성장기판 위에 제1 희생층을 형성시키고, 상기 제1 희생층 위에 버퍼층을 성장시키는 제2 단계;
상기 버퍼층 위에 에피택시 보호층을 형성시킨 후, 상기 에피택시 보호층 위에 제1 접착층을 형성시키는 제3 단계;
상기 임시기판 위에 제2 희생층을 형성시킨 후, 상기 제2 희생층 위에 제2 접착층을 형성시키는 제4 단계;
상기 제1 접착층과 상기 제2 접착층을 서로 접착시켜 접착층을 형성시키는 제5 단계;
케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 기법을 이용하여 상기 성장기판을 상기 제1 희생층으로부터 분리시키는 제6 단계;
상기 제1 희생층을 식각하여 제거하는 제7 단계;
상기 버퍼층 위에 제1 본딩층을 형성시키는 제8 단계;
상기 지지기판 위에 제2 본딩층을 형성시키는 제9 단계;
상기 제1 본딩층과 상기 제2 본딩층을 서로 접합시켜 본딩층을 형성시키는 제10 단계;
케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 기법을 이용하여 상기 임시기판을 상기 제2 희생층으로부터 분리시키는 제11 단계; 및
상기 제2 희생층, 상기 접착층 및 상기 에피택시 보호층을 식각하여 제거하는 제12 단계를 포함하고,
상기 본딩층의 상면 또는 하면 중 적어도 하나 이상에는,
강화층이 접하도록 형성되고,
상기 강화층은,
상기 본딩층의 접합력을 강화하는 접합강화층과, 응축응력을 유발하는 응축응력층을 포함하는, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법.A first step of preparing a growth substrate, temporary substrate, and support substrate;
a second step of forming a first sacrificial layer on the growth substrate and growing a buffer layer on the first sacrificial layer;
A third step of forming an epitaxial protective layer on the buffer layer and then forming a first adhesive layer on the epitaxial protective layer;
A fourth step of forming a second sacrificial layer on the temporary substrate and then forming a second adhesive layer on the second sacrificial layer;
A fifth step of forming an adhesive layer by adhering the first adhesive layer and the second adhesive layer to each other;
A sixth step of separating the growth substrate from the first sacrificial layer using a chemical lift off (CLO) technique;
A seventh step of etching and removing the first sacrificial layer;
An eighth step of forming a first bonding layer on the buffer layer;
A ninth step of forming a second bonding layer on the support substrate;
A tenth step of forming a bonding layer by bonding the first bonding layer and the second bonding layer to each other;
An 11th step of separating the temporary substrate from the second sacrificial layer using a chemical lift off (CLO) technique; and
A twelfth step of etching and removing the second sacrificial layer, the adhesive layer, and the epitaxial protective layer,
On at least one of the upper and lower surfaces of the bonding layer,
The reinforcement layer is formed to contact,
The reinforcement layer is,
A method of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique, comprising a bonding reinforcement layer that strengthens the bonding force of the bonding layer and a condensation stress layer that causes condensation stress.
상기 제9 단계는,
상기 지지기판 위에 상기 강화층을 형성시킨 후, 상기 강화층 위에 상기 제2 본딩층을 형성시키는, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법.In claim 15,
The ninth step is,
A method of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique, in which the reinforcement layer is formed on the support substrate and then the second bonding layer is formed on the reinforcement layer.
상기 제8 단계는,
상기 버퍼층 위에 상기 강화층을 형성시킨 후, 상기 강화층 위에 상기 제1 본딩층을 형성시키는, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법.In claim 15,
The eighth step is,
A method of manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique, comprising forming the reinforcement layer on the buffer layer and then forming the first bonding layer on the reinforcement layer.
상기 버퍼층은,
질화갈륨(GaN) 물질계를 포함하는, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법.In claim 15,
The buffer layer is,
Method for manufacturing a group III nitride semiconductor template using a chemical lift-off technique, including a gallium nitride (GaN) material system.
상기 버퍼층은,
알루미늄을 포함한 질화물 또는 산화물을 포함하는, 케미컬 리프트 오프 기법을 이용한 그룹3족 질화물 반도체 템플릿의 제조 방법.In claim 15,
The buffer layer is,
A method of manufacturing a Group III nitride semiconductor template containing a nitride or oxide containing aluminum using a chemical lift-off technique.
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Citations (5)
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KR20090115322A (en) * | 2008-05-02 | 2009-11-05 | 송준오 | Group 3 nitride-based semiconductor devices |
JP2019153603A (en) * | 2016-07-19 | 2019-09-12 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor substrate and manufacturing method thereof |
KR102122846B1 (en) | 2013-09-27 | 2020-06-15 | 서울바이오시스 주식회사 | Method for growing nitride semiconductor, method of making template for fabricating semiconductor and method of making semiconductor light-emitting device using the same |
KR20210123064A (en) * | 2020-04-02 | 2021-10-13 | 웨이브로드 주식회사 | Method of manufacturing a iii-nitride semiconducter device |
KR20210127523A (en) * | 2020-04-14 | 2021-10-22 | 웨이브로드 주식회사 | Light emitting device |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20090115322A (en) * | 2008-05-02 | 2009-11-05 | 송준오 | Group 3 nitride-based semiconductor devices |
KR102122846B1 (en) | 2013-09-27 | 2020-06-15 | 서울바이오시스 주식회사 | Method for growing nitride semiconductor, method of making template for fabricating semiconductor and method of making semiconductor light-emitting device using the same |
JP2019153603A (en) * | 2016-07-19 | 2019-09-12 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor substrate and manufacturing method thereof |
KR20210123064A (en) * | 2020-04-02 | 2021-10-13 | 웨이브로드 주식회사 | Method of manufacturing a iii-nitride semiconducter device |
KR20220058523A (en) * | 2020-04-02 | 2022-05-09 | 웨이브로드 주식회사 | Method of manufacturing a iii-nitride semiconducter device |
KR20210127523A (en) * | 2020-04-14 | 2021-10-22 | 웨이브로드 주식회사 | Light emitting device |
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