KR20110035924A - 광반도체 소자의 제조 방법 및 광반도체 소자 보호층 형성용 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소자 단위로 분리하기 위한 분리홈의 형성시에 생기는 부착물을 제거하기 위하여 산을 이용한 경우이더라도, 반도체층에 악영향을 미치지 않는 내산성 및 내균열성이 우수한 보호층 형성용 조성물 및 상기 조성물을 이용한 광반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.
보호층 형성용 조성물은 실록산계 중합체 및 유기 용매를 포함한다. 광반도체 소자의 제조 방법은 기판 (1) 상에 형성된 반도체층 (2, 3)의 표면에 보호층 형성용 조성물을 도포하여 보호층 (4)를 형성하는 공정, 보호층 (4)의 위쪽에서 레이저를 조사하여 분리홈 (6)을 형성하는 공정, 및 분리홈 (6)의 형성 시에 생긴 부착물을 제거하는 공정을 포함한다.
보호층 형성용 조성물은 실록산계 중합체 및 유기 용매를 포함한다. 광반도체 소자의 제조 방법은 기판 (1) 상에 형성된 반도체층 (2, 3)의 표면에 보호층 형성용 조성물을 도포하여 보호층 (4)를 형성하는 공정, 보호층 (4)의 위쪽에서 레이저를 조사하여 분리홈 (6)을 형성하는 공정, 및 분리홈 (6)의 형성 시에 생긴 부착물을 제거하는 공정을 포함한다.
Description
본 발명은 광반도체 소자의 제조 방법 및 광반도체 소자 보호층 형성용 조성물에 관한 것이다.
광반도체 소자의 제조 과정에 있어서, 레이저에 의해서 분리홈을 형성하기 전에, 보호층(보호막)을 형성하는 기술이 알려져 있다.
일례로서, 기판 상에 형성된 3족 질화물계 화합물 반도체 소자를 분리하여 개개의 3족 질화물계 화합물 반도체 소자로 하는 제조 방법에 있어서, 분리선 상의 3족 질화물계 화합물 반도체층이 상기 기판에 가까운 쪽의 전극 형성층만 남겨진 상태, 또는 분리선 상의 3족 질화물계 화합물 반도체층이 없는 상태로 하는 반도체층 제거 공정, 기판 표면 쪽 층을 덮는, 후속 공정으로 제거 가능한 보호막을 형성하는 보호막 형성 공정, 분리선을 따라서 레이저 빔을 주사하여 분리홈을 형성하는 레이저 주사 공정, 상기 보호막 및 레이저 빔 주사에 의해 생긴 불요물을 제거하는 보호막 등 제거 공정을 가지고, 분리선을 따라서 레이저 빔을 주사하여 형성된 분리홈을 이용하여 기판을 소자마다 분리하여 개개의 3족 질화물계 화합물 반도체 소자로 하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물계 화합물 반도체 소자의 제조 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1).
이 문헌에 기재된 방법은 보호막을 형성함으로써 레이저 주사에 의해 생기는 용융물 등이 반도체 소자에 부착되는 것을 방지하고, 레이저를 주사함으로써 광반도체 소자의 균열이나 결함의 발생을 방지하고 있다.
상술한 분리홈의 형성시에 생기는 용융물 등의 부착물은, 예를 들면 산에 의해서 제거할 수 있다. 이 경우, 반도체층의 표면에 형성되어 있는 보호층은 산에 대한 내성(산 내성)이 높은 것이 바람직하다. 또한, 보호층은 내균열성도 우수한 것이 바람직하다. 그 이유는 만일 균열이 생기면, 산이 균열에 침투하여 보호층 아래쪽의 반도체층이 악영향을 받기 때문이다.
이와 같이, 산 내성 및 내균열성이 우수한 보호층이 요구되고 있다. 그런데, 상기 특허문헌 1에는 보호층 재료의 구체예는 전혀 기재되어 있지 않다. 이 때문에, 본 발명자가 보호층의 재료를 검토한 바, 산 내성 및 내균열성이 우수한 보호층을 형성시킬 수 있는 재료는 종래의 문헌 중에서는 발견할 수 없었다.
따라서, 본 발명은 소자 단위로 분리하기 위한 분리홈의 형성시에 생기는 부착물을 제거하기 위하여 산을 이용한 경우더라도, 반도체층에 악영향을 미치지 않는 내산성 및 내균열성이 우수한 보호층 형성용 조성물 및 상기 조성물을 이용한 광반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는 특정한 재료를 이용하여 보호층을 형성함으로써, 상기의 목적을 달성할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명은 이하의 [1] 내지 [10]을 제공하는 것이다.
[1] 기판과 상기 기판 상에 형성된 반도체층을 포함하는 광반도체 소자의 제조 방법이며, 기판 상에 형성된 반도체층의 표면에 보호층 형성용 조성물을 도포하여 보호층을 형성하는 보호층 형성 공정, 상기 보호층의 위쪽에서 레이저를 조사하여, 상기 보호층과 반도체층의 두께의 합보다 깊은 1개 이상의 분리홈을 형성하는 분리홈 형성 공정, 및 상기 분리홈의 형성시에 생긴 부착물을 제거하는 부착물 제거 공정을 포함하고, 상기 보호층 형성용 조성물이 실록산계 중합체 및 유기 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 광반도체 소자의 제조 방법.
[2] 상기 부착물의 제거 공정 후에, 상기 보호층을 제거하는 보호층 제거 공정을 포함하는 상기 [1]에 기재된 광반도체 소자의 제조 방법.
[3] 최후의 공정으로서, 상기 1개 이상의 분리홈으로 기판을 소자 단위로 분리시키는 기판 분리 공정을 포함하는 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 광반도체 소자의 제조 방법.
[4] 상기 보호층 형성 공정 전에, 상기 분리홈이 형성되는 위치를 포함하는 상기 반도체층의 영역에 상기 분리홈보다 넓은 폭을 갖도록, 상기 분리홈보다 얕은 오목부를 형성하는 오목부 형성 공정을 포함하는 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 광반도체 소자의 제조 방법.
[5] 상기 실록산계 중합체가 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 가수 분해성 폴리카르보실란에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 실란 화합물을 가수 분해 축합하여 얻어진 가수 분해 축합물인 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 광반도체 소자의 제조 방법.
(식 중, R1은 1가의 비가수 분해성 기를 나타내고, X1은 1가의 가수 분해성 기를 나타내며, c는 0 내지 2의 정수를 나타냄)
(식 중, R2, R3은 동일하거나 상이하고, 각각 1가의 비가수 분해성 기를 나타내고, R4는 2가의 비가수 분해성 기를 나타내고, X2, X3은 동일하거나 상이하고, 각각 1가의 가수 분해성 기를 나타내며, b 및 c는 동일하거나 상이하고, 0 내지 2의 정수를 나타냄)
[6] 상기 실록산계 중합체의 중량 평균 분자량이 1,000 내지 30,000인 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 광반도체 소자의 제조 방법.
[7] 상기 보호층 형성용 조성물이 상기 실록산계 중합체 100 질량부에 대하여, 알칼리 금속 화합물 또는 알칼리토류 금속 화합물을 0.001 내지 10 질량부 포함하는 상기 [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 광반도체 소자의 제조 방법.
[8] 상기 보호층 형성용 조성물이 실리카 입자를 포함하는 것인 상기 [1] 내지 [7] 중 어느 하나에 기재된 광반도체 소자의 제조 방법.
[9] 광반도체 소자를 제조하는 과정에서 반도체층의 표면에 일시적으로 형성되는 보호층을 형성하기 위한 광반도체 소자 보호층 형성용 조성물이며, 실록산계 중합체 및 유기 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 광반도체 소자 보호층 형성용 조성물.
[10] 상기 실록산계 중합체가 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물, 하기화학식 2로 표시되는 화합물 및 가수 분해성 폴리카르보실란에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 실란 화합물을 가수 분해 축합하여 얻어진 가수 분해 축합물인 상기 [9]에 기재된 광반도체 소자 보호층 형성용 조성물.
<화학식 1>
(식 중, R1은 1가의 비가수 분해성 기를 나타내고, X1은 1가의 가수 분해성 기를 나타내며, c는 0 내지 2의 정수를 나타냄)
<화학식 2>
(식 중, R2, R3은 동일하거나 상이하고, 각각 1가의 비가수 분해성 기를 나타내며, R4는 2가의 비가수 분해성 기를 나타내고, X2, X3은 동일하거나 상이하고, 각각 1가의 가수 분해성 기를 나타내며, b 및 c는 동일하거나 상이하고, 0 내지 2의 정수를 나타냄)
본 발명에 의하면, 특정의 재료를 이용하여 보호층을 형성하기 때문에, 소자 단위로 분리하기 위한 분리홈의 형성시에 생기는 부착물을 제거하기 위하여 산을 이용한 경우더라도, 반도체층에 악영향을 미치는 일이 없다.
또한, 본 발명에 의하면, 분리홈의 형성시에 생기는 부착물을 제거하기 때문에, 광반도체 소자를 구성하는 각 부(예를 들면, p 전극층과 n 전극층) 사이에 단락이 생기지 않는다. 이 때문에, 신뢰성이 높은 광반도체 소자를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 레이저를 이용하기 때문에, 광반도체 소자를 소자 단위로 분리할 때에 균열이나 결함이 생기는 일이 없다.
도 1은 본 발명의 광반도체 소자의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 광반도체 소자의 제조 방법은 (B) 기판 상에 형성된 반도체층의 표면에 보호층 형성용 조성물을 도포하여 보호층을 형성하는 보호층 형성 공정, (C) 상기 보호층의 위쪽에서 레이저를 조사하여, 상기 보호층과 반도체층의 두께의 합보다 깊은 1개 이상의 분리홈을 형성하는 분리홈 형성 공정, 및 (D) 상기 분리홈의 형성시에 생긴 부착물을 제거하는 부착물 제거 공정을 포함한다.
본 발명의 광반도체 소자의 제조 방법은 (B) 보호층 형성 공정 전에, (A) 상기 분리홈이 형성되는 위치를 포함하는 상기 반도체층의 영역에 상기 분리홈보다 넓은 폭을 갖도록, 상기 분리홈보다 얕은 오목부를 형성하는 오목부 형성 공정을 포함할 수 있다.
본 발명의 광반도체 소자의 제조 방법은 (D) 부착물 제거 공정 후에, (E) 상기 보호층을 제거하는 보호층 제거 공정을 포함할 수 있다.
본 발명의 광반도체 소자의 제조 방법은 최후의 공정으로서, (F) 상기 1개 이상의 분리홈으로 기판을 소자 단위로 분리시키는 기판 분리 공정을 포함할 수 있다.
이하, 광반도체 소자의 실시 형태의 일례에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
또한, 본 발명에 있어서 광반도체 소자(이하, 「반도체 소자」라 약기하는 경우가 있음)란, 반도체층을 1개 포함하는 것과, 반도체층을 2개 이상 포함하는 것 양쪽을 포괄하는 개념을 가진다.
또한, 본 발명에 있어서 광반도체 소자란, 반도체층 주위에 형성되는 기판, 보호층 등의 각부를 포함하는 것이다.
도 1 중의 (c)에 나타낸 것 같이, 광반도체 소자는 기판 (1)과 n 전극층 (2)와 p 전극층 (3)의 적층체인 반도체층과, 반도체층을 보호하기 위하여 형성된 보호층 (4)를 구비하고 있다. 또한, 광반도체 소자는 적어도 기판 (1)에 달하는 깊이의 분리홈 (6)과, 분리홈 (6)이 형성된 위치를 포함하는 표면 영역에 형성된, 분리홈 (6) 보다 넓은 폭을 가지면서, 분리홈 (6) 보다 얕은 오목부 (5)(도 1 중의 (a) 참조)를 가진다.
보호층 (4)는 p 전극층 (3)의 윗면과, 오목부 (5)에서의 n 전극층 (2) 및 p 전극층 (3)의 측면과, 오목부 (5)에서의 n 전극의 윗면 중에서, 분리홈 (6)이 형성된 부분 이외의 면에 걸쳐서 형성되고, 후술하는 부착물 제거 공정(공정 (D))에서 사용하는 산으로부터 반도체층을 보호하기 위하여 설치된다.
이하, 도면을 참조하면서 공정 (A) 내지 공정 (F)를 포함하는 본 발명의 제조 방법의 일례를 설명한다.
[공정 (A); 오목부 형성 공정]
도 1의 (a)에 나타낸 것 같이, 우선 기판 (1) 상의 반도체층(구체적으로는 n 전극층 (2), p 전극층 (3) 등을 포함하는 적층체)의 상면에서 아래쪽으로 향하여, 분리홈 (6)이 형성되는 위치를 포함하는 반도체층의 표면 영역에, 분리홈 (6) 보다 넓은 폭을 갖도록, 분리홈 (6) 보다 얕은 오목부 (5)를 형성한다. 또한, 오목부 (5)는 반도체층의 두께보다 얕은 깊이를 갖도록 형성된다.
본 발명의 대상이 되는 광반도체 소자의 예로서는, GaN, InGaN 등을 재료로서 이용하는 3족 질화물계 화합물 반도체 소자(예를 들면, 청색 LED)를 들 수 있다.
기판 (1)의 재질의 예로서는, 실리콘, 사파이어, 스피넬 및 탄화규소 등을 들 수 있다.
반도체층은 실제로는, n 전극층 (2), p 전극층 (3) 이외의 층을 포함할 수 있는 것이지만, 여기서는 단락시키면 안되는 각 부의 대표예로서, n 전극층 (2)와 p 전극층 (3)인 2개를 도시하고 다른 층을 생략한 것이다.
오목부 (5)의 형성은 에칭 또는 다이서에 의한 다이싱 등에 의해서 행할 수 있다.
[공정 (B); 보호층 형성 공정]
다음에, 도 1 중의 (b)에 나타낸 것 같이, 기판 (1) 상에 형성된 반도체층(n 전극층 (2), p 전극층 (3) 등을 포함하는 적층체; 본 명세서 중에서, 반도체층 (2, 3)이라 기재하는 경우가 있음)의 표면에, 보호층 형성용 조성물을 도포 및 가열하여 보호층 (4)를 형성한다. 보호층 (4)는 후술하는 부착물 제거 공정(공정 (D))에서 사용되는 산으로부터 반도체층을 보호하기 위해 설치된다. 도포 방법으로서는 스핀 코팅법, 침지법, 롤 코팅법, 스프레이법 등의 도포 수단을 이용할 수 있다. 또한, 보호층 형성용 조성물로서는 2종 이상의 조성물을 이용할 수도 있다. 이 경우, 2종 이상의 조성물을 혼합하여 도포할 수도 있고, 1종의 조성물을 도포 및 가열한 후에, 다른 조성물을 추가로 도포 및 가열할 수도 있다.
형성된 보호층 (4)의 막 두께는 바람직하게는 0.6 내지 1.5 μm, 보다 바람직하게는 0.7 내지 1.2 μm 이다. 막 두께가 0.6 μm 미만이면, 내산성이 불충분해진다.
가열할 때의 온도로서는 100 ℃ 내지 800 ℃인 것이 바람직하고, 300 ℃ 내지 700 ℃인 것이 보다 바람직하다.
이하, 보호층 형성용 조성물에 대하여 자세하게 설명한다.
본 발명에 이용하는 보호층 형성용 조성물은 실록산계 중합체 및 유기 용매를 포함한다.
[A. 실록산계 중합체]
실록산계 중합체란, 예를 들면 하기 화학식 1로 표시되는 화합물(이하, 「실란 화합물 1」이라고도 함), 하기 화학식 2로 표시되는 화합물(이하, 「실란 화합물 2」라고도 함) 및 가수 분해성 폴리카르보실란에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 실란 화합물을 가수 분해 축합시켜 얻어지는 가수 분해 축합물이다.
본 발명에 있어서는, 실란 화합물끼리의 가수 분해 축합에 의하여, -Si-O-Si- 결합을 형성할 수 있다.
(a) 실란 화합물 1
실란 화합물 1은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이다.
<화학식 1>
(식 중, R1은 1가의 비가수 분해성 기를 나타내고, X1은 1가의 가수 분해성 기를 나타내며, c는 0 내지 2의 정수를 나타냄)
R1로 나타내는 1가의 비가수 분해성 기의 예로서는, 탄소수 1 내지 10의 탄화수소기, 탄소수 1 내지 10의 할로겐화 탄화수소기 등을 들 수 있다.
X1로 나타내는 1가의 가수 분해성 기의 예로서는, 수소 원자, 할로겐 원자, 1가의 탄소수 1 내지 10의 알콕시기, 1가의 탄소수 1 내지 10의 아실옥시기 등을 들 수 있다.
상기 화학식 1에 있어서, R1로 표시되는 탄소수 1 내지 10의 탄화수소기로서는, 탄소수 1 내지 10의 1가의 직쇄 또는 분지쇄의 탄화수소기, 탄소수 3 내지 10의 1가의 지환식 탄화수소기, 탄소수 6 내지 10의 1가의 방향족 탄화수소기 등을 들 수 있다.
상기 탄소수 1 내지 10의 1가의 직쇄 또는 분지쇄의 탄화수소기로서는, 탄소수 1 내지 4의 1가의 직쇄 또는 분지쇄의 탄화수소기가 바람직하다.
탄소수 1 내지 10의 1가의 직쇄 또는 분지쇄의 탄화수소기에 있어서의 「 탄화수소기」로서는, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기 등을 들 수 있다. 상기 알킬기의 적합한 구체예로서는, 메틸기, 에틸기, 이소프로필기, n-프로필기, tert-부틸기 등을 들 수 있다. 상기 알케닐기의 적합한 구체예로서는, 비닐기, 알릴기 등을 들 수 있다. 상기 알키닐기의 적합한 구체예로서는, 에티닐기, 프로파길기 등을 들 수 있다.
상기 탄소수 3 내지 10의 1가의 지환식 탄화수소기로서는, 탄소수 3 내지 8의 1가의 지환식 탄화수소기가 보다 바람직하다. 「지환식 탄화수소기」의 구체예로서는, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등의 시클로알킬기; 시클로부테닐기, 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기 등의 시클로알케닐기 등을 들 수 있다. 해당 지환식 탄화수소기의 결합 부위는 지환 상의 어떠한 탄소 원자 상이어도 된다.
상기 탄소수 6 내지 10의 1가의 방향족 탄화수소기로서는, 페닐기, 알킬페닐기 등을 들 수 있다.
상기 화학식 1에 있어서, R1로 표시되는 탄소수 1 내지 10의 할로겐화 탄화수소로서는, 상기 탄화수소기의 일부 또는 전부의 수소 원자가 불소 원자 등의 할로겐 원자로 치환된 것을 들 수 있다.
또한, X1로 표시되는 할로겐 원자로서는, 염소 원자, 브롬 원자를 들 수 있다. 또한, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기로서는, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기인 것이 바람직하고, 예를 들면 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, 이소프로폭시기, n-부톡시기 등을 들 수 있다. 또한, 탄소수 1 내지 10의 아실옥시기로서는, 탄소수 1 내지 4의 아실옥시기인 것이 바람직하고, 구체예로서는 아세톡시기, 프로피오닐옥시기, 부티릴옥시기 등을 들 수 있다.
실란 화합물 1의 구체예로서는, 예를 들면 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라-n-프로폭시실란, 테트라이소프로폭시실란, 테트라-n-부톡시실란, 테트라이소부톡시실란, 트리메톡시실란, 트리에톡시실란, 트리-n-프로폭시실란, 트리이소프로폭시실란, 트리-n-부톡시실란, 트리이소부톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리-n-프로폭시실란, 메틸트리이소프로폭시실란, 메틸트리-n-부톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 에틸트리-n-프로폭시실란, 에틸트리이소프로폭시실란, 에틸트리-n-부톡시실란, n-프로필트리메톡시실란, n-프로필트리에톡시실란, n-프로필트리-n-프로폭시실란, n-프로필트리이소프로폭시실란, n-프로필트리-n-부톡시실란, 이소프로필트리메톡시실란, 이소프로필트리에톡시실란, 이소프로필트리-n-프로폭시실란, 이소프로필트리이소프로폭시실란, 이소프로필트리-n-부톡시실란, n-부틸트리메톡시실란, n-부틸트리에톡시실란, n-부틸트리-n-프로폭시실란, n-부틸트리이소프로폭시실란, n-부틸트리-n-부톡시실란, sec-부틸트리메톡시실란, sec-부틸트리에톡시실란, sec-부틸트리-n-프로폭시실란, sec-부틸트리이소프로폭시실란, sec-부틸트리-n-부톡시실란, tert-부틸트리메톡시실란, tert-부틸트리에톡시실란, tert-부틸트리-n-프로폭시실란, tert-부틸트리이소프로폭시실란, tert-부틸트리-n-부톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 페닐트리-n-프로폭시실란, 페닐트리이소프로폭시실란, 페닐트리-n-부톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디메틸디-n-프로폭시실란, 디메틸디이소프로폭시실란, 디메틸디-n-부톡시실란, 디에틸디메톡시실란, 디에틸디에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리-n-프로폭시실란, 비닐트리-iso-프로폭시실란, 비닐트리-n-부톡시실란, 비닐트리-sec-부톡시실란, 비닐트리-tert-부톡시실란, 비닐트리페녹시실란, 알릴트리메톡시실란, 알릴트리에톡시실란, 트리클로로실란, 메틸트리클로로실란, 비닐트리클로로실란, 메틸디클로로실란, 디메틸디클로로실란, 디클로로실란 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다.
실란 화합물 1로서 특히 바람직한 화합물은 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 트리메톡시실란, 트리에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리-n-프로폭시실란, 메틸트리-iso-프로폭시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 트리클로로실란, 디클로로실란 등이다. 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 실란 화합물 1을 이용하는 경우의 실란 화합물 1의 함유 비율은, 실란 화합물 1, 2 및 가수 분해성 폴리카르보실란의 합계량을 100 질량％로 한 경우에, 바람직하게는 5 내지 100 질량％이다.
(b) 실란 화합물 2
실란 화합물 2는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물이다.
<화학식 2>
(식 중, R2, R3은 동일하거나 상이하고, 각각 1가의 비가수 분해성 기를 나타내며, R4는 탄소수 1 내지 12의 2가의 탄화수소기를 나타내고, X2, X3은 동일하거나 상이하고, 각각 1가의 가수 분해성 기를 나타내며, b 및 c는 동일하거나 상이하고, 0 내지 2의 정수를 나타냄)
R2, R3으로 표시되는 비가수 분해성 기의 예로서는, 탄소수 1 내지 10의 탄화수소기, 탄소수 1 내지 10의 할로겐화 탄화수소기 등을 들 수 있다.
R4로 표시되는 탄소수 1 내지 12의 2가의 탄화수소기의 예로서는, 메틸렌기, 탄소수 2 내지 10의 알킬렌기, 탄소수 3 내지 12의 시클로알킬렌기 등을 들 수 있다.
X2, X3으로 표시되는 가수 분해성 기의 예로서는, 수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기, 탄소수 1 내지 10의 아실옥시기 등을 들 수 있다.
상기 화학식 2에 있어서, R2, R3으로 표시되는 탄화수소기, 할로겐화 탄화수소기 등의 예는 상기 화학식 1에서의 R1과 동일하다. 또한, 상기 화학식 2에 있어서, X2, X3으로 표시되는 수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기, 탄소수 1 내지 10의 아실옥시기 등의 예는 상기 화학식 1에서의 X1과 동일하다.
또한, 상기 실란 화합물 2를 이용하는 경우의 실란 화합물 2의 함유 비율은, 실란 화합물 1, 2 및 가수 분해성 폴리카르보실란의 합계량을 100 질량％로 한 경우에, 바람직하게는 5 내지 100 질량％이다.
실란 화합물 2로서는, 비스(트리메톡시실릴)메탄, 비스(트리에톡시실릴)메탄, 비스(트리-n-프로폭시실릴)메탄, 비스(트리-iso-프로폭시실릴)메탄, 비스(트리-n-부톡시실릴)메탄, 비스(트리-sec-부톡시실릴)메탄, 비스(트리-tert-부톡시실릴)메탄, 1-(디메톡시메틸실릴)-1-(트리메톡시실릴)메탄, 1-(디에톡시메틸실릴)-1-(트리에톡시실릴)메탄, 1-(디-n-프로폭시메틸실릴)-1-(트리-n-프로폭시실릴)메탄, 1-(디-iso-프로폭시메틸실릴)-1-(트리-iso-프로폭시실릴)메탄, 1-(디-n-부톡시메틸실릴)-1-(트리-n-부톡시실릴)메탄, 1-(디-sec-부톡시메틸실릴)-1-(트리-sec-부톡시실릴)메탄, 1-(디-tert-부톡시메틸실릴)-1-(트리-tert-부톡시실릴)메탄, 비스(디메톡시메틸실릴)메탄, 비스(디에톡시메틸실릴)메탄, 비스(디-n-프로폭시메틸실릴)메탄, 비스(디-iso-프로폭시메틸실릴)메탄, 비스(디-n-부톡시메틸실릴)메탄, 비스(디-sec-부톡시메틸실릴)메탄, 비스(디-tert-부톡시메틸실릴)메탄 등을 들 수 있다.
이들 중에서, 비스(트리메톡시실릴)메탄, 비스(트리에톡시실릴)메탄, 1-(디메톡시메틸실릴)-1-(트리메톡시실릴)메탄, 1-(디에톡시메틸실릴)-1-(트리에톡시실릴)메탄, 비스(디메톡시메틸실릴)메탄, 비스(디에톡시메틸실릴)메탄 등을 바람직한 예로서 들 수 있다.
실란 화합물 2는 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
(c) 가수 분해성 폴리카르보실란
가수 분해성 폴리카르보실란은 분자 중에 2개 이상의 Si-R-Si 결합(단, R은 2가의 탄화수소기임) 및 1개 이상의 Si-X 결합(단, X는 수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기, 또는 탄소수 1 내지 10의 아실옥시기 등의 가수 분해성 기임)을 갖는 것이다.
가수 분해성 폴리카르보실란으로서는, 예를 들면 디메톡시폴리카르보실란, 디에톡시폴리카르보실란, 메틸폴리카르보실란, 에틸폴리카르보실란, 디클로로폴리카르보실란 등을 들 수 있다. 가수 분해성 폴리카르보실란의 시판품으로서는, 예를 들면 니프시 Type-UH, 니프시 Type-S 등을 들 수 있다.
가수 분해성 폴리카르보실란의 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리스티렌 환산값의 중량 평균 분자량은 바람직하게는 1,000 내지 20,000, 보다 바람직하게는 1,000 내지 10,000이다. 상기 중량 평균 분자량이 1,000 미만이면, 도포성에 문제가 생기는 경우가 있다. 상기 중량 평균 분자량이 20,000을 초과하면 입자가 생성되기 쉽고, 얻어지는 가수 분해 축합물을 이용하여 형성되는 보호층 내의 세공이 지나치게 커져서 바람직하지 않다.
또한, 상기 가수 분해성 폴리카르보실란을 이용하는 경우의 가수 분해성 폴리카르보실란의 함유 비율은, 실란 화합물 1, 2 및 가수 분해성 폴리카르보실란의 합계량을 100 질량％로 한 경우에, 바람직하게는 5 내지 100 질량％이다.
(d) 촉매
가수 분해 축합물을 얻을 때의 촉매는 금속 킬레이트 화합물, 산성 화합물 및 염기성 화합물로부터 선택된 1종 이상의 화합물인 것이 바람직하고, 산성 화합물인 것이 보다 바람직하다.
(d-1) 금속 킬레이트 화합물
촉매로서 사용 가능한 금속 킬레이트 화합물은 하기 화학식 4로 표시된다.
(식 중, R15는 킬레이트제, M은 금속 원자, R16은 알킬기 또는 아릴기를 나타내고, f는 금속 M의 원자가를 나타내며, e는 1 내지 f의 정수를 나타냄)
여기서, 금속 M으로서는 IIIB족 금속(알루미늄, 갈륨, 인듐, 탈륨) 및 IVA족 금속(티타늄, 지르코늄, 하프늄)에서 선택되는 1종 이상의 금속인 것이 바람직하고, 티타늄, 알루미늄, 지르코늄이 보다 바람직하다.
R15로 표시되는 킬레이트제로서는, CH3COCH2COCH3, CH3COCH2COOC2H5 등을 들 수 있다.
R16으로 표시되는 알킬기 또는 아릴기로서는, 상기 화학식 1에서의 R1로 표시되는 알킬기 또는 아릴기를 들 수 있다.
금속 킬레이트 화합물의 적합한 구체예로서는,
금속 킬레이트 화합물의 양은 상기 실란 화합물 1, 2 및 가수 분해성 폴리카르보실란의 합계량 100 질량부에 대하여, 바람직하게는 0.0001 내지 10 질량부, 보다 바람직하게는 0.001 내지 5 질량부이다. 상기 양이 0.0001 질량부 미만이면 도막의 도포성이 떨어지는 경우가 있고, 10 질량부를 초과하면 중합체 성장을 제어하지 못하여, 겔화를 일으키는 경우가 있다.
금속 킬레이트 화합물의 존재 하에서 가수 분해성 실란 화합물을 가수 분해 축합시키는 경우, 실란 화합물 1, 2 및 가수 분해성 폴리카르보실란의 합계량 1 몰당, 0.5 내지 20 몰의 물을 이용하는 것이 바람직하고, 1 내지 10 몰의 물을 이용하는 것이 특히 바람직하다. 물의 양이 0.5 몰 미만이면, 가수 분해 반응이 충분히 진행되지 않고, 도포성 및 보존 안정성에 문제가 생기는 경우가 있으며, 20 몰을 초과하면 가수 분해 및 축합 반응 중 중합체의 석출이나 겔화가 생기는 경우가 있다. 또한, 물은 단속적 또는 연속적으로 첨가시키는 것이 바람직하다.
(d-2) 산성 화합물
촉매로서 사용 가능한 산성 화합물로서는, 유기산 또는 무기산을 예시할 수 있고, 유기산이 바람직하다.
유기산으로서는, 예를 들면 아세트산, 프로피온산, 부탄산, 펜탄산, 헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 노난산, 데칸산, 옥살산, 말레산, 메틸말론산, 아디프산, 세박산, 갈산, 부티르산, 멜리트산, 아라키돈산, 시킴산, 2-에틸헥산산, 올레산, 스테아르산, 리놀레산, 리놀렌산, 살리실산, 벤조산, p-아미노벤조산, p-톨루엔술폰산, 벤젠술폰산, 모노클로로아세트산, 디클로로아세트산, 트리클로로아세트산, 트리플루오로아세트산, 포름산, 말론산, 술폰산, 프탈산, 푸마르산, 시트르산, 타르타르산, 무수 말레산, 푸마르산, 이타콘산, 숙신산, 메사콘산, 시트라콘산, 말산, 말론산, 글루타르산의 가수 분해물, 무수 말레산의 가수 분해물, 무수 프탈산의 가수 분해물 등을 들 수 있다.
무기산으로서는, 예를 들면 염산, 질산, 황산, 불산, 인산 등을 들 수 있다.
그 중에서도, 가수 분해 축합(가수 분해 및 그에 이어지는 축합) 반응 중 중합체의 석출이나 겔화의 우려가 적은 점에서 유기산이 바람직하고, 이 중, 카르복실기를 가지는 화합물이 보다 바람직하다.
카르복실기를 가지는 화합물 중에서도, 아세트산, 옥살산, 말레산, 포름산, 말론산, 프탈산, 푸마르산, 이타콘산, 숙신산, 메사콘산, 시트라콘산, 말산, 말론산, 글루타르산, 무수 말레산의 가수 분해물 등의 유기산이 특히 바람직하다.
이들 산성 화합물은 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
산성 화합물의 양은 실란 화합물 1, 2 및 가수 분해성 폴리카르보실란의 합계량 100 질량부에 대하여, 바람직하게는 0.0001 내지 10 질량부, 보다 바람직하게는 0.001 내지 5 질량부이다. 상기 양이 0.0001 질량부 미만이면 도막의 도포성이 떨어지는 경우가 있고, 10 질량부를 초과하면 급격히 가수 분해 축합 반응이 진행되어 겔화를 일으키는 경우가 있다.
산성 화합물의 존재 하에서 가수 분해성 실란 화합물을 가수 분해 축합시키는 경우, 실란 화합물 1, 2 및 가수 분해성 폴리카르보실란의 합계량 1 몰당 0.5 내지 20 몰의 물을 이용하는 것이 바람직하고, 1 내지 10 몰의 물을 이용하는 것이 특히 바람직하다. 물의 양이 0.5 몰 미만이면 가수 분해 반응이 충분히 진행되지 않고, 도포성 및 보존 안정성에 문제가 생기는 경우가 있으며, 20 몰을 초과하면 가수 분해 축합 반응 중 중합체의 석출이나 겔화가 생기는 경우가 있다. 또한, 물은 단속적 또는 연속적으로 첨가시키는 것이 바람직하다.
(d-3) 염기성 화합물
촉매로서 사용 가능한 염기성 화합물로서는, 예를 들면 메탄올아민, 에탄올아민, 프로판올아민, 부탄올아민, N-메틸메탄올아민, N-에틸메탄올아민, N-프로필메탄올아민, N-부틸메탄올아민, N-메틸에탄올아민, N-에틸에탄올아민, N-프로필에탄올아민, N,N-디메틸메탄올아민, N,N-디에틸메탄올아민, N,N-디프로필메탄올아민, N,N-디부틸메탄올아민, N-메틸디메탄올아민, N-에틸디메탄올아민, N-프로필디메탄올아민, N-부틸디메탄올아민, N-(아미노메틸)메탄올아민, N-(아미노메틸)에탄올아민, N-(아미노메틸)프로판올아민, N-(아미노메틸)부탄올아민, 메톡시메틸아민, 메톡시에틸아민, 메톡시프로필아민, 메톡시부틸아민, N,N-디메틸아민, N,N-디에틸아민, N,N-디프로필아민, N,N-디부틸아민, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리프로필아민, 트리부틸아민, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드, 테트라에틸암모늄 하이드록사이드, 테트라프로필암모늄 하이드록사이드, 테트라부틸암모늄 하이드록사이드, 테트라메틸에틸렌디아민, 테트라에틸에틸렌디아민, 테트라프로필에틸렌디아민, 암모니아, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 수산화 테트라메틸암모늄, 수산화 테트라에틸암모늄, 수산화 테트라-n-프로필암모늄, 수산화 테트라-n-부틸암모늄, 브롬화 테트라메틸암모늄, 염화 테트라메틸암모늄, 브롬화 테트라에틸암모늄을 들 수 있다.
염기성 화합물의 양은 실란 화합물 1, 2 및 가수 분해성 폴리카르보실란 중의 가수 분해성 기의 합계량 1 몰에 대하여, 바람직하게는 0.00001 내지 10 몰, 보다 바람직하게는 0.00005 내지 5 몰이다.
(e) 유기 용매
본 발명의 보호층 형성용 조성물에 포함되는 가수 분해 축합물을 얻을 때에 이용하는 유기 용매의 예로서는, 알코올계 용매, 케톤계 용매, 아미드계 용매, 에테르계 용매, 에스테르계 용매, 지방족 탄화수소계 용매, 방향족계 용매 및 할로겐 함유 용매로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다.
그 중에서도, 알코올계 용매, 케톤계 용매, 에테르계 용매가 바람직하게 이용된다. 예를 들면 메탄올, 에탄올, n-프로판올, i-프로판올, n-부탄올, i-부탄올, sec-부탄올, t-부탄올 등 1개의 수산기를 가지는 알코올계 용매; 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3-부틸렌글리콜, 2,4-펜탄디올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 2,5-헥산디올, 2,4-헵탄디올, 2-에틸-1,3-헥산디올, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 트리프로필렌글리콜 등 2개 이상의 수산기를 가지는 다가 알코올계 용매; 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노프로필에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르 등, 2개 이상의 수산기를 가지는 알코올을 부분적으로 에테르화시켜서 이루어지는 다가 알코올 부분 에테르계 용매; 에틸에테르, i-프로필에테르, n-부틸에테르, n-헥실에테르, 2-에틸헥실에테르, 에틸렌옥시드, 1,2-프로필렌옥시드, 디옥솔란, 4-메틸디옥솔란, 디옥산, 디메틸디옥산, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜디에틸에테르 등, 2개의 수산기를 가지는 알코올을 에테르화시켜서 이루어지는 에테르계 용매; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸-n-프로필케톤, 메틸-n-부틸케톤, 디에틸케톤, 메틸-i-부틸케톤, 메틸-n-펜틸케톤, 에틸-n-부틸케톤, 메틸-n-헥실케톤, 디-i-부틸케톤, 트리메틸노나논, 시클로펜타논, 시클로헥사논, 시클로헵타논, 시클로옥타논, 2-헥사논, 메틸시클로헥사논, 2,4-펜탄디온, 아세토닐아세톤, 디아세톤알코올 등의 케톤계 용매가 이용된다.
가수 분해성 실란 화합물의 가수 분해 축합에서의 반응 온도는, 바람직하게는 0 내지 100 ℃, 보다 바람직하게는 20 내지 80 ℃ 이다. 반응 시간은 바람직하게는 30 내지 1,000 분간, 보다 바람직하게는 30 내지 180 분간이다.
(f) 가수 분해 축합물의 중량 평균 분자량
가수 분해 축합물의 중량 평균 분자량(Mw)은 겔 투과 크로마토그래피에 의한 폴리스티렌 환산값으로서, 바람직하게는 1,000 내지 30,000, 보다 바람직하게는 1,000 내지 15,000, 특히 바람직하게는 1,500 내지 5,000이다. 상기 값이 1,000 미만이면, 도포성 또는 막의 균일성에 문제가 생기는 경우가 있고, 상기 값이 30,000을 초과하면 겔화가 생기는 경우가 있으며, 내산성이 저하되는 경우가 있다.
[B. 유기 용매]
본 발명의 보호층 형성용 조성물의 성분으로서 사용되는 유기 용매로서는, 전술한 가수 분해 축합물을 얻을 때의 유기 용매와 동일한 유기 용매를 사용할 수 있다.
본 발명의 보호층 형성용 조성물의 전체 고형분 농도는 사용 목적에 따라서 적당하게 정할 수 있는 것으로, 바람직하게는 0.1 내지 30 질량％이다. 상기 값이 0.1 내지 30 질량％의 범위 내이면, 도막의 막 두께가 적당한 범위 내가 되고, 보다 우수한 보존 안정성을 갖게 된다.
또한, 이 전체 고형분 농도의 조정은 필요하다면, 농축, 또는 유기 용매에 의한 희석에 의해서 행해진다.
보호층 형성용 조성물은 알칼리 금속 화합물 또는 알칼리토류 금속 화합물을 포함할 수 있다. 상기 화합물을 함유함으로써, 결과로서 내산성이 향상된다.
알칼리 금속 화합물로서는, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 질산 나트륨, 질산 칼륨, 탄산 나트륨, 탄산 칼륨, 아세트산 나트륨, 아세트산 칼륨 등을 들 수 있다. 알칼리토류 금속 화합물로서는, 수산화 마그네슘, 수산화 칼슘, 탄산 마그네슘, 탄산 칼슘 등을 들 수 있다.
보호층 형성용 조성물 중의 알칼리 금속 화합물 또는 알칼리토류 금속 화합물의 농도는, 상기 가수 분해 축합물 100 질량부에 대하여, 바람직하게는 0.001 내지 10 질량부, 보다 바람직하게는 0.01 내지 1 질량부이다. 상기 농도가 0.001 질량부 미만이면, 내산성의 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는 경우가 있다. 상기 농도가 10 질량부를 초과하면, 도막 형성 시에 이물질의 발생이 일어나는 경우가 있다.
또한, 보호층 형성용 조성물은 내균열성을 향상시키기 위해서, 실리카 입자를 포함할 수 있다. 실리카 입자를 포함하는 경우에는, 보호층 형성용 조성물 중의 실리카 입자의 농도는 바람직하게는 10 내지 60 질량％, 보다 바람직하게는 20 내지 50 질량％이다. 상기 농도가 10 질량％ 미만이면, 내균열성의 향상 효과가 저하되는 경우가 있다. 상기 농도가 60 질량％를 초과하면, 내산성이 저하될 가능성이 있다.
[공정 (C); 분리홈 형성 공정]
보호층 (4)의 형성 후, 도 1 중의 (c)에 나타낸 바와 같이, 보호층 (4)의 위쪽에서 레이저를 조사하여, 상기 보호층과 반도체층의 두께의 합보다 깊은 1개 이상의 분리홈 (6)을 형성한다. 또한, 여기서 상기 보호층과 반도체층의 두께는 레이저를 조사하는 부분에서의 두께이다. 또한, 여기서 레이저를 조사하는 부분에서의 반도체층 (2)의 두께는 오목부 (5)의 형성에 의해, 주위의 반도체층 (2, 3)의 두께보다 작아졌다.
분리홈 (6)은 적어도 기판에 달하는 깊이의 홈이고, 광반도체 소자를 소자 단위로 분리시키기 위한 홈으로서, 기판 (1)의 상면에서 본 경우, 격자형으로 형성된다.
본 발명에 이용되는 레이저로서는, ArF 레이저(파장 213 nm), F2 레이저(파장 157 nm), THG-YAG 레이저(파장 355 nm), FHG-YAG 레이저(파장 266 nm),헬륨-카드뮴 레이저(파장 325 nm) 등을 들 수 있다. 레이저의 강도는 통상 0.01 W 내지 100 W이고, 바람직하게는 0.1 W 내지 30 W이다. 또한, 레이저의 주사 속도는 통상 0.01 내지 500 mm/초, 바람직하게는 0.1 내지 100 mm/초이다.
[공정 (D); 부착물 제거 공정]
공정 (C) 후, 레이저에 의한 홈의 형성시에 용융, 증발, 화학 반응 등에 의해서 생기는, 광반도체 소자에 부착된 부착물을 제거한다.
이 부착물은 제거하지 않을 경우, 광반도체 소자를 구성하는 각 부(예를 들면, n 전극층 (2)와 p 전극층 (3))의 사이에, 바람직하지 않은 전기적 단락 경로를 형성하여, 광반도체 소자의 성능에 악영향을 미치는 경우가 있다.
부착물의 제거 수단으로서는, 예를 들면 산에 의한 세정 등을 들 수 있다. 산의 예로서는 황산, 질산, 인산 등의 산성 물질을 포함하는 액 또는 혼합액을 들 수 있다. 온도는 특별히 한정되지 않지만, 통상 30 내지 300 ℃이다.
[공정 (E); 보호층 제거 공정]
부착물을 제거한 후, 도 1 중의 (d)에 나타낸 바와 같이, 보호층 (4)를 제거한다.
보호층 (4)의 제거 수단으로서는, 보호층 제거제를 이용하는 방법 등을 들 수 있다. 보호층 제거제로서는, 불화 수소산(HF 수용액), 알칼리 수용액 등을 들 수 있다. 알칼리 수용액의 예로서는, 수산화 나트륨, 수산화칼륨 등의 강 알칼리 수용액을 들 수 있다. 이들 보호층 제거제 중에서도, 특히 불화 수소산(HF 수용액)이 바람직하게 이용된다.
보호층을 보호층 제거제(불화 수소산(HF 수용액), 알칼리 수용액 등)에 접촉시키는 시간은, 보호층을 충분히 제거할 수 있는 것이면 되고, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 0.5 내지 10 분간이다.
[공정 (F); 기판 분리 공정]
보호층 (4)의 제거 후에, 도 1 중의 (g)에 나타낸 바와 같이, 1개 이상의 분리홈 (6)에서, 분리홈 (6)의 연장면 상의 깊은 위치에 분리면 (8)을 형성시키고, 기판 (1)을 소자 단위로 분리한다.
기판 (1)을 분리하기 전에, 도 1 중의 (e)에 나타낸 바와 같이, 연마에 의해 기판 (1)을 박육화할 수 있다. 또한, 기판 (1)에 있어서의 분리홈 (6)의 깊이는, 바람직하게는 분리시의 기판 (1)의 두께의 1/5 이상이다.
또한, 분리를 용이하게 하기 위해서, 도 1 중의 (f)에 나타낸 바와 같이 이면홈 (7)을 형성할 수 있다. 이면홈 (7)은 분리홈 (6)과 상이하고, 얕은 것이면 좋고, 예를 들면 스크라이바 등을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 이면홈 (7)을 형성시키지않고서, 분리홈 (6)에 도달할 때까지 기판 (1)의 이면을 연마할 수도 있다.
<실시예>
<실시예 1>
석영제 분리형 플라스크 속에서, 메틸트리메톡시실란 63.93 g과 테트라메톡시실란 186.20 g을 에탄올 300 g에 용해시킨 후, 쓰리원 모터로 교반시키고, 용액 온도를 60 ℃로 안정시켰다. 다음에, 이온 교환수 150 g 및 말레산 0.5 g을 첨가하여 2 시간 교반하였다. 반응액에 프로필렌글리콜모노프로필에테르 용액 1000 g을 첨가한 후에 증발로 25 ％까지 농축시켜서 반응액 A를 얻었다. 반응액 A에 관하여 GPC에 의해 분자량을 측정한 바, 중량 평균 분자량은 2,100이었다.
반응액 A를 2인치 GaN-사파이어 기판 상에 스핀 코팅법을 이용하여 도포하여, 막 두께 1 μm의 도막을 얻었다. 핫 플레이트를 이용하여 건조 공기 분위기에서 400 ℃로 3 분간 기판을 가열하였다. 또한, 핫 플레이트를 이용하여 건조 공기 분위기에서 600 ℃로 60 분간 기판을 가열하여 도막을 소성하였다. 소성 후에 얻어진 도막(중합체막)의 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 2>
석영제 분리형 플라스크 속에서, 메틸트리메톡시실란 63.93 g과 테트라메톡시실란 186.20 g을 에탄올 300 g에 용해시킨 후, 쓰리원 모터로 교반시키고, 용액 온도를 60 ℃로 안정시켰다. 다음에, 이온 교환수 150 g 및 말레산 0.5 g을 첨가하여 2 시간 교반하였다. 반응액에 프로필렌글리콜모노프로필에테르 용액 1000 g을 첨가한 후에 증발로 25 ％까지 농축시키고, 농축 후의 용액에 아세트산 나트륨 0.01 g을 첨가하여 반응액 B-1을 얻었다. 반응액 B-1에 관하여 GPC에 의해 분자량을 측정한 바, 중량 평균 분자량은 2,200이었다.
석영제 분리형 플라스크 속에서, 디에톡시실란 20 g 및 트리클로로실란 5 g과 디부틸에테르 200 g을 교반하고, 0 ℃로 냉각시켰다. 이 용액에 이온 교환수 20 g을 천천히 첨가하고, 1 시간 교반하였다. 반응액에 디부틸에테르 100 g과 이온 교환수 100 g을 첨가한 후, 하층을 분액 깔때기에 의해 추출하였다. 또한 상층에 100 g의 이온 교환수를 첨가하여, 동일하게 하층을 추출하였다. 상층을 증발로 8 ％까지 농축시켜 반응액 B-2를 얻었다. 반응액 B-2에 관하여 GPC에 의해 분자량을 측정한 바, 중량 평균 분자량은 6,100이었다.
반응액 B-2를 2인치 GaN-사파이어 기판 상에 스핀 코팅법을 이용하여 도포하고, 막 두께 0.05 μm의 도막을 얻었다. 핫 플레이트를 이용하여 건조 공기 분위기에서 400 ℃로 3분간 기판을 가열하였다. 냉각 후, 반응액 B-1을 B-2 도막 상에 동일하게 스핀 코팅법을 이용하여 도포하여, 반응액 B-1로 이루어지는 막 두께 1.1 μm의 도막을 얻었다. 핫 플레이트를 이용하여 건조 공기 분위기에서 600 ℃로 60 분간 기판을 가열하여 도막을 소성하였다. 소성 후에 얻어진 도막(중합체막)의 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 3>
석영제 분리형 플라스크 속에서, 비닐트리메톡시실란 59.01 g과 테트라메톡시실란 186.20 g을 프로필렌글리콜모노에틸에테르 300 g에 용해시킨 후, 쓰리원 모터로 교반시키고, 용액 온도를 60 ℃로 안정시켰다. 다음에, 이온 교환수 150 g 및 말레산 0.5 g을 첨가하여 2 시간 교반하였다. 반응액에 프로필렌글리콜모노에틸에테르 용액 500 g을 첨가한 후에, 증발로 25 ％까지 농축시키고, 농축 후의 용액에 1 ％ 수산화 나트륨 수용액 0.05 g을 첨가하여 반응액 C를 얻었다. 반응액 C에 관하여 GPC에 의해 분자량을 측정한 바, 중량 평균 분자량은 2,200이었다.
반응액 C를 2인치 GaN-사파이어 기판 상에 스핀 코팅법을 이용하여 도포하고 막 두께 0.8 μm의 도막을 얻었다. 핫 플레이트를 이용하여 건조 공기 분위기에서 400 ℃로 3 분간 기판을 가열하였다. 또한, 핫 플레이트를 이용하여 건조 공기 분위기에서 600 ℃로 60 분간 기판을 가열하여 도막을 소성하였다. 소성 후에 얻어진 도막(중합체막)의 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 4>
석영제 분리형 플라스크 속에서, 페닐트리메톡시실란 90.12 g과 테트라메톡시실란 186.20 g을 에탄올 300 g에 용해시킨 후, 쓰리원 모터로 교반시키고, 용액 온도를 60 ℃로 안정시켰다. 다음에, 이온 교환수 150 g 및 1 ％ 질산 수용액 0.5 g을 첨가하여 5 시간 교반하였다. 반응액에 프로필렌글리콜모노프로필에테르 용액 1000 g을 첨가한 후에 증발로 25 ％까지 농축시키고, 농축 후의 용액에 아세트산 칼륨 0.02 g을 첨가하여 반응액 D를 얻었다. 반응액 D에 관하여 GPC에 의해 분자량을 측정한 바, 중량 평균 분자량은 4,000이었다.
반응액 D를 2인치 GaN-사파이어 기판 상에 스핀 코팅법을 이용하여 도포하여 막 두께 1 μm의 도막을 얻었다. 핫 플레이트를 이용하여 건조 공기 분위기에서 400 ℃로 3 분간 기판을 가열하였다. 또한, 핫 플레이트를 이용하여 건조 공기 분위기에서 600 ℃로 60 분간 기판을 가열하여 도막을 소성하였다. 소성 후에 얻어진 도막(중합체막)의 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 5>
석영제 분리형 플라스크 속에서, 비스(트리에톡시실릴)메탄 230.50 g과 테트라메톡시실란 70.10 g을 에탄올 500 g에 용해시킨 후, 쓰리원 모터로 교반시키고, 용액 온도를 60 ℃로 안정시켰다. 다음에, 이온 교환수 150 g 및 말레산 0.5 g을 첨가하여 1 시간 교반하였다. 반응액에 프로필렌글리콜모노프로필에테르 용액 1000 g을 첨가한 후에 증발로 25 ％까지 농축시키고, 농축 후의 용액에 질산 칼륨 0.03 g을 첨가하여 반응액 E를 얻었다. 반응액 E에 관하여 GPC에 의해 분자량을 측정한 바, 중량 평균 분자량은 1,800이었다.
반응액 E를 2인치 GaN-사파이어 기판 상에 스핀 코팅법을 이용하여 도포하여, 막 두께 1 μm의 도막을 얻었다. 핫 플레이트를 이용하여 건조 공기 분위기에서 400 ℃로 3 분간 기판을 가열하였다. 또한, 핫 플레이트를 이용하여 건조 공기 분위기에서 600 ℃로 60 분간 기판을 가열하여 도막을 소성하였다. 소성 후에 얻어진 도막(중합체막)의 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 6>
석영제 분리형 플라스크 속에서, 메틸트리메톡시실란 63.93 g과 테트라메톡시실란 186.20 g을 에탄올 300 g에 용해시킨 후, 쓰리원 모터로 교반시키고, 용액 온도를 60 ℃로 안정시켰다. 다음에, 이온 교환수 150 g 및 말레산 0.5 g을 첨가하여 2 시간 교반하였다. 반응액에 프로필렌글리콜모노프로필에테르 용액 1000 g을 첨가한 후에 증발로 25 ％까지 농축시키고, 농축 후의 용액에 아세트산 칼륨 0.02 g을 첨가하여 반응액 F를 얻었다. 반응액 F에 관하여 GPC에 의해 분자량을 측정한 바, 중량 평균 분자량은 2,200이었다.
반응액 F를 2인치 GaN-사파이어 기판 상에 스핀 코팅법을 이용하여 도포하여, 막 두께 1 μm의 도막을 얻었다. 핫 플레이트를 이용하여 건조 공기 분위기에서 400 ℃로 3 분간 기판을 가열하였다. 또한, 핫 플레이트를 이용하여 건조 공기 분위기에서 600 ℃로 60 분간 기판을 가열하여 도막을 소성하였다. 소성 후에 얻어진 도막(중합체막)의 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 7>
석영제 분리형 플라스크 속에서, 디메톡시폴리카르보실란 50.23 g(분자량 2,000)과 메틸트리메톡시실란 47.77 g을 에탄올 300 g에 용해시킨 후, 쓰리원 모터로 교반시키고 용액 온도를 60 ℃로 안정시켰다. 다음에, 이온 교환수 150 g 및 말레산 0.5 g을 첨가하여 2 시간 교반하였다. 반응액에 프로필렌글리콜모노프로필에테르 용액 1000 g을 첨가한 후에 증발로 25 ％까지 농축시키고, 농축 후의 용액에 질산 칼륨 0.02 g을 첨가하여 반응액 G를 얻었다. 반응액 G에 관하여 GPC에 의해 분자량을 측정한 바, 중량 평균 분자량은 4,500이었다.
반응액 G를 2 인치 GaN-사파이어 기판 상에 스핀 코팅법을 이용하여 도포하여, 막 두께 1 μm의 도막을 얻었다. 핫 플레이트를 이용하여 건조 공기 분위기에서, 400 ℃로 3 분간 기판을 가열하였다. 또한, 핫 플레이트를 이용하여 건조 공기 분위기에서 600 ℃로 60 분간 기판을 가열하여 도막을 소성하였다. 소성 후에 얻어진 도막(중합체막)의 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 8>
반응액 B-2를 2 인치 GaN-사파이어 기판 상에 스핀 코팅법을 이용하여 도포하고 막 두께 0.05 μm의 도막을 얻었다. 핫 플레이트를 이용하여 건조 공기 분위기에서 400 ℃로 3분간 기판을 가열하였다. 냉각 후, 반응액 B-1을 B-2 도막 상에 동일하게 스핀 코팅법을 이용하여 도포하고, 반응액 B-1로 이루어지는 막 두께 1.1 μm의 도막을 얻었다. 핫 플레이트를 이용하여 건조 공기 분위기에서 600 ℃로 60 분간 기판을 가열하여 도막을 소성하였다. 소성 후, THG-YAG 레이저(파장 355 nm)를 이용하여, 출력 15 W, 주사 속도 50 mm/초의 조건에서 GaN-사파이어 기판에 1 cm 사방 간격의 격자상 분리홈을 형성시켰다. 이 도막(중합체막)의 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
<비교예 1>
석영제 분리형 플라스크 속에서, 20 질량％의 폴리아믹산(9,9-비스(4-아미노페닐)플루오렌과 2,2',3,3'-비페닐테트라카르복실산 이무수물로부터 얻어지는 것)의 N-메틸-2-피롤리돈 용액(반응액 G)을 2인치 GaN-사파이어 기판 상에 스핀 코팅법을 이용하여 도포하여, 막 두께 0.6 μm의 도막을 얻었다. 핫 플레이트를 이용하여 건조 공기 분위기에서 200 ℃로 3 분간 기판을 가열하였다. 또한, 핫 플레이트를 이용하여 건조 공기 분위기에서 300 ℃로 60 분간 기판을 가열하여 도막을 소성하였다. 소성 후에 얻어진 도막(중합체막)의 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
<비교예 2>
유테크사 제조 2주파 플라즈마 CVD 장치를 이용하고, 실리카원으로서 테트라에톡시실란(가스 유량:0.3 sccm)을 이용하고, Ar의 가스 유량 100 sccm, RF 상부 샤워 헤드 전력 300 W(27.12 MHz), 하부 기판 전력 150 W(380 kHz), 기판 온도 300 ℃, 반응 압력 10 Torr로 하여, GaN-사파이어 기판 상에 막 0.8 μm를 성막하였다. 이 막의 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
(평가 항목)
(1) 내산성
황산 80 질량％와 인산 20 질량％의 혼산을 250 ℃로 가열하고, 이 혼산 속으로, 보호층이 형성된 GaN-사파이어 기판을 넣어 30 분간 침지시킨 후, SEM에 의해 기판을 관찰하였다. 추가로, 침지 후의 기판을 10 ％ 불화 수소산 수용액에서 5 분간 침지시켜 보호층을 제거한 후, 재차 SEM에 의해 기판을 관찰하였다.
(1-1) 혼산 침지 후의 GaN층의 상태
보호층 제거 후의 GaN층의 상태를 SEM에 의해 관찰한 결과, GaN층에 대한 침식이 관찰되지 않은 경우를 「○」, GaN층의 일부가 침식되어 있는 경우를 「△」, GaN층이 모두 침식되어 남아 있지 않았던 것을 「×」로 하여 평가하였다.
(1-2) 혼산 침지 후의 보호층 막 두께의 감소율
혼산 침지 전후의 보호층의 막 두께를 SEM에 의해 보호층의 단면을 비교 관찰하고, 보호층의 막 두께의 감소율이 30 ％ 미만인 경우를 「○」, 30 ％ 이상 90％ 미만인 경우를 「△」, 90 ％ 이상인 경우를 「×」로 하여 평가하였다.
(1-3) 혼산 침지 후의 보호층의 표면 상태
혼산 침지 후의 막 표면을 SEM에 의해 관찰한 결과, 막 표면의 이물질이나 막 박리, 결함 등이 관찰되지 않았던 경우를 「○」, 막 표면의 이물질이나 막 박리, 결함 등이 관찰되었던 경우를 「△」로 하여 평가하였다.
(2) 전기 특성
보호층 제거 후의 GaN 상의 순전압 VF(25 ℃, IF20mA)를 측정하여, 2 내지 5 V의 범위에 순전압이 들어간 경우를 「○」, 그것 이외의 값을 얻은 경우를 「×」로 하여 평가하였다.
실시예 1 내지 8은 어느 것이든 충분한 내산성을 가지고 있기 때문에, 혼산에 의한 GaN의 침식은 일어나지 않았고, 전기 특성도 만족할 수 있는 레벨이었다. 특히, 알칼리 금속을 첨가한 경우(실시예 2 내지 8)에는, 보호층의 막 두께 감소율이 작으면서, 보호층 표면 상의 이물질 등도 없고, 실시예 1 보다 내산성이 향상되어 있었다. 또한, 실시예 8에 나타나 있는 것 같이, 레이저 가공 후의 막에서도, 가공 단면으로부터의 산의 침식이나, 막의 결함 등은 확인되지 않았다.
한편, 비교예 1에 대해서는, 내산성이 불충분하고, 산 침적에 의해 보호층이 완전히 소실되어 있으며, GaN의 침식이 일어나는 결과를 가져왔다. 또한, 비교예 2에 있어서도, 내산성이 충분하지 않았고, 보호층 및 GaN이 혼산에 의해 침식되는 결과가 되었다.
1 기판
2 n 전극층
3 p 전극층
4 보호층
5 오목부
6 분리홈
7 이면홈
8 분리면
2 n 전극층
3 p 전극층
4 보호층
5 오목부
6 분리홈
7 이면홈
8 분리면
Claims (10)
- 기판과 상기 기판 상에 형성된 반도체층을 포함하는 광반도체 소자의 제조 방법이며,
기판 상에 형성된 반도체층의 표면에 보호층 형성용 조성물을 도포하여 보호층을 형성하는 보호층 형성 공정,
상기 보호층의 위쪽에서 레이저를 조사하여, 상기 보호층과 반도체층의 두께의 합보다 깊은 1개 이상의 분리홈을 형성하는 분리홈 형성 공정, 및
상기 분리홈의 형성시에 생긴 부착물을 제거하는 부착물 제거 공정을 포함하며,
상기 보호층 형성용 조성물이 실록산계 중합체 및 유기 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 광반도체 소자의 제조 방법. - 제1항에 있어서, 상기 부착물 제거 공정 후에, 상기 보호층을 제거하는 보호층 제거 공정을 포함하는 광반도체 소자의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 최후의 공정으로서, 상기 1개 이상의 분리홈으로 기판을 소자 단위로 분리시키는 기판 분리 공정을 포함하는 광반도체 소자의 제조 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호층 형성의 공정 전에, 상기 분리홈이 형성되는 위치를 포함하는 상기 반도체층의 영역에, 상기 분리홈보다 넓은 폭을 갖도록, 상기 분리홈보다 얕은 오목부를 형성하는 오목부 형성 공정을 포함하는 광반도체 소자의 제조 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실록산계 중합체가 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 가수 분해성 폴리카르보실란에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 실란 화합물을 가수 분해 축합하여 얻어진 가수 분해 축합물인 광반도체 소자의 제조 방법.
<화학식 1>
(식 중, R1은 1가의 비가수 분해성 기를 나타내고, X1은 1가의 가수 분해성 기를 나타내며, c는 0 내지 2의 정수를 나타냄)
<화학식 2>
(식 중, R2, R3은 동일하거나 상이하고, 각각 1가의 비가수 분해성 기를 나타내며, R4는 2가의 비가수 분해성 기를 나타내고, X2, X3은 동일하거나 상이하고, 각각 1가의 가수 분해성 기를 나타내며, b 및 c는 동일하거나 상이하고, 0 내지 2의 정수를 나타냄) - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실록산계 중합체의 중량 평균 분자량이 1,000 내지 30,000인 광반도체 소자의 제조 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호층 형성용 조성물이 상기 실록산계 중합체 100 질량부에 대하여, 알칼리 금속 화합물 또는 알칼리토류 금속 화합물을 0.001 내지 10 질량부 포함하는 것인 광반도체 소자의 제조 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호층 형성용 조성물이 실리카 입자를 포함하는 것인 광반도체 소자의 제조 방법.
- 광반도체 소자를 제조하는 과정에서 반도체층의 표면에 일시적으로 형성되는 보호층을 형성하기 위한 광반도체 소자 보호층 형성용 조성물이며, 실록산계 중합체 및 유기 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 광반도체 소자 보호층 형성용 조성물.
- 제9항에 있어서, 상기 실록산계 중합체가 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 가수 분해성 폴리카르보실란에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 실란 화합물을 가수 분해 축합하여 얻어진 가수 분해 축합물인 광반도체 소자 보호층 형성용 조성물.
<화학식 1>
(식 중, R1은 1가의 비가수 분해성 기를 나타내고, X1은 1가의 가수 분해성 기를 나타내며, c는 0 내지 2의 정수를 나타냄)
<화학식 2>
(식 중, R2, R3은 동일하거나 상이하고, 각각 1가의 비가수 분해성 기를 나타내며, R4는 2가의 비가수 분해성 기를 나타내고, X2, X3은 동일하거나 상이하고, 각각 1가의 가수 분해성 기를 나타내며, b 및 c는 동일하거나 상이하고, 0 내지 2의 정수를 나타냄)
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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