KR20130073473A - 지지기판 형성방법 및 이에 사용되는 지지기판 제조용 접합제 - Google Patents
지지기판 형성방법 및 이에 사용되는 지지기판 제조용 접합제 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 지지기판 형성방법 및 이에 사용되는 지지기판 제조용 접합제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 접착제를 이용한 지지기판 형성방법 및 이에 사용되는 지지기판 제조용 접합제에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 질화갈륨(GaN) 결정질 벌크를 준비하는 단계; 및 상기 질화갈륨 결정질 벌크의 일면에 열팽창 계수가 4 x 106/℃ ~ 7 x 106/℃ 인 접합제를 일정 두께로 도포하여 지지부를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지기판 형성방법을 제공한다.
이를 위해, 본 발명은 질화갈륨(GaN) 결정질 벌크를 준비하는 단계; 및 상기 질화갈륨 결정질 벌크의 일면에 열팽창 계수가 4 x 106/℃ ~ 7 x 106/℃ 인 접합제를 일정 두께로 도포하여 지지부를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지기판 형성방법을 제공한다.
Description
본 발명은 지지기판 형성방법 및 이에 사용되는 지지기판 제조용 접합제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 접착제를 이용한 지지기판 형성방법 및 이에 사용되는 지지기판 제조용 접합제에 관한 것이다.
최근 들어, 발광다이오드(LED), 레이저 다이오드(LD) 등과 같은 첨단 소자 제조의 재료로서 질화알루미늄(AlN), 질화갈륨(GaN), 질화인듐(InN)과 같은 두 종류 이상의 원소화합물로 이루어지는 반도체인 화합물 반도체에 관한 활발한 연구가 진행되고 있다.
특히, 질화갈륨은 매우 큰 직접 천이형 에너지띠 간격을 가지고 있어 UV에서부터 청색에 이르는 영역까지 빛을 낼 수 있어, 차세대 DVD광원으로 쓰이는 청색 LD, 조명용 시장 대체를 위한 백색 LED, 고온·고출력 전자소자 분야 등에서 핵심소재로 사용되는 차세대 광전자 재료이다.
이와 같은, 화합물 반도체 기판은 성장된 화합물 반도체를 기판에 접합시킴으로써 제조하게 된다.
이하, 종래의 화합물 반도체 기판 제조방법을 질화갈륨을 일례로 하여 설명한다.
도 1은 질화갈륨 결정질 벌크의 제조방법을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 질화갈륨 결정질 벌크를 제조하기 위해, 우선 사파이어 기판(11)을 반응기 내에 장착한다. 질화갈륨을 성장시키기 전에 사파이어 기판(11) 위에 암모니아 가스(NH3)와 염화수소(HCl)를 혼합한 가스를 흘려주어 표면처리를 할 수 있다. 이후, 반응기 내부 온도를 100℃ 이상의 고온으로 유지한 상태에서 사파이어 기판(11)에 캐리어 가스와 함께 염화갈륨(GaCl)과 암모니아가스(NH3)를 주입하여 질화갈륨을 성장시킨다. 이후, 질화갈륨 결정질 벌크(21)가 성장된 사파이어 기판(11)을 8시간 정도 냉각시킨 후 인산 에칭한다. 마지막으로 질화갈륨 결정질 벌크(21)가 성장된 사파이어 기판(11)을 레이저 분리로로 이송하고, 사파이어 기판(11)에 레이저를 조사하여 성장된 질화갈륨 결정질 벌크(21)를 분리한다.
이와 같이, 분리된 질화갈륨 결정질 벌크(21)는 레이어 트랜스퍼(Layer transfer) 기술에 의해 여러 개의 질화갈륨 반도체 기판으로 제조된다.
여기서, 레이어 트랜스퍼(Layer transfer) 기술이란 이온이 주입된 제 1 기판(Donor 기판)을 제 2 기판(Carrier 기판)에 접합하고, 제 1 기판의 이온 주입층을 기준으로 분리하는 기술을 말한다.
도 2는 레이어 트랜스퍼 기술에 의한 질화갈륨 결정질 벌크를 이용한 질화갈륨 반도체 기판의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2를 참조하면, 성장되어 이종기판으로부터 분리된 질화갈륨 결정질 벌크(21)에 이온 주입기를 이용하여 이온을 주입하여 이온 주입층(21a)을 형성한다. 이후, 질화갈륨 결정질 벌크(21)와 이종 기판(31)을 접합한다. 마지막으로, 접합된 질화갈륨 결정질 벌크(21)에 열을 가하여, 질화갈륨 결정질 벌크(21)를 이온 주입층(21a)을 기준으로 분리함으로써 질화갈륨 반도체 기판을 제조한다. 그리고 분리된 질화갈륨 결정질 벌크는 질화갈륨 반도체 기판을 제조하기 위해 재사용된다.
그러나, 이와 같은 레이어 트랜스퍼 기술의 경우 질화갈륨 결정질 벌크에 이온을 주입하는 과정에서 벌크 내부에 결정 손상을 유발시켜 질화갈륨 결정질 벌크가 휘는 등의 외형 변형을 초래하여, 분리되고 남은 질화갈륨 결정질 벌크의 재사용을 어렵게 한다.
이를 방지하기 위해, 레이어 트랜스퍼 공정 전 질화갈륨 결정질 벌크의 일면에 지지기판을 접합한 후 레이어 트랜스퍼 공정을 진행하였다. 그러나, 이때 지지기판과 질화갈륨 결정질 벌크가 잘 접합되지 않아 지지기판으로부터 질화갈륨 결정질 벌크가 쉽게 분리되거나 질화갈륨 결정질 벌크가 깨지는 등의 문제가 발생한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 질화갈륨 결정질 벌크에 강한 접합력으로 부착된 지지기판을 형성시킬 수 있는 지지기판 형성방법 및 이에 사용되는 지지기판 제조용 접합제을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 질화갈륨(GaN) 결정질 벌크를 준비하는 단계; 및 상기 질화갈륨 결정질 벌크의 일면에 열팽창 계수가 4 x 106/℃ ~ 7 x 106/℃ 인 접합제를 일정 두께로 도포하여 지지부를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지기판 형성방법을 제공한다.
여기서, 상기 접합제는 V2O5-Sb2O3-P2O5 계를 40 ~ 90% 포함하거나 ZrO2-SiO2 계를 40 ~ 90% 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 접합제는 세라믹 충전제(filler)를 10 ~ 40% 포함할 수 있다.
그리고, 상기 지지부를 형성하는 단계는, 상기 질화갈륨 결정질 벌크의 측면을 따라 가드(guard)부를 형성하는 단계; 상기 가드부 내에 상기 접합제를 채우는 단계; 및 상기 가드부를 제거하는 단계;로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 지지부는 상기 질화갈륨 결정질 벌크의 두께와 동일하거나 더 두껍게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 V2O5-Sb2O3-P2O5 계를 40 ~ 90% 포함하거나 ZrO2-SiO2 계를 40 ~ 90% 포함하여 이루어지고 열팽창 계수가 4 x 106/℃ ~ 7 x 106/℃ 인 것을 특징으로 하는 지지기판 제조용 접합제를 제공한다.
여기서, 상기 지지기판 제조용 접합제는, 세라믹 충전제(filler)를 10 ~ 40% 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 질화갈륨 결정질 벌크에 강하게 부착된 지지기판을 형성할 수 있다.
이에 의해, 질화갈륨 반도체 기판의 제조를 위한 레이어 트랜스퍼 공정에서 질화갈륨 결정질 벌크에 주입되는 이온에 의해 질화갈륨 결정질 벌크가 휘는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 1은 질화갈륨 결정질 벌크의 제조방법을 개략적으로 나타낸 개념도.
도 2는 레이어 트랜스퍼 기술에 의한 질화갈륨 결정질 벌크를 이용한 질화갈륨 반도체 기판의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 개념도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지기판 형성방법의 개략적인 흐름도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지부 형성단계를 개략적으로 나타낸 개념도.
도 2는 레이어 트랜스퍼 기술에 의한 질화갈륨 결정질 벌크를 이용한 질화갈륨 반도체 기판의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 개념도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지기판 형성방법의 개략적인 흐름도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지부 형성단계를 개략적으로 나타낸 개념도.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 지지기판 형성방법 및 이에 사용되는 지지기판 제조용 접합제에 대해 상세히 설명한다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지기판 형성방법의 개략적인 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 지지기판 형성방법은 질화갈륨 결정질 벌크 준비단계(S100); 및 지지부 형성단계(S200)를 포함하여 이루어질 수 있다.
질화갈륨 결정질 벌크에 지지부를 형성하기 위해, 먼저 질화갈륨 결정질 벌크를 준비한다(S100).
질화갈륨 결정질 벌크는 상술한 바와 같이 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)법 또는 MOCVD(Metalorganic Chemical Vapor Deposition)법 등에 의해 이종 기판 상에서 성장된 후 분리되어 제조될 것이다.
이후, 질화갈륨 결정질 벌크의 일면에 접합제를 일정 두께로 도포하여 지지부를 형성함으로써(S200), 질화갈륨 결정질 벌크에 강한 접합력으로 부착되어 질화갈륨 결정질 벌크를 지지하는 지지기판을 형성한다.
구체적으로, 지지부는 질화갈륨 반도체 기판 제조를 위한 레이어 트랜스퍼 공정 중 질화갈륨 결정질 벌크에 이온이 주입되어 질화갈륨 결정질 벌크가 휘는 것을 방지한다. 또한, 질화갈륨 결정질 벌크를 분리하여 질화갈륨 반도체 기판을 제조함에 따라 질화갈륨 결정질 벌크의 두께가 얇아짐으로써 재 가공 시 깨지게 되는 현상을 방지하고 질화갈륨 결정질 벌크로부터 더 많은 양의 질화갈륨 반도체 기판을 제조할 수 있도록 하며 가공 공정에서 공정의 수를 약 50% 줄여준다.
지지부는 질화갈륨 결정질 벌크와 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion; CTE) 유사한 것이 바람직하다. 따라서 지지부는 4 x 106/℃ ~ 7 x 106/℃ 인 열팽창 계수를 가질 것이다.
이와 같이, 지지부가 질화갈륨 결정질 벌크와 유사한 열팽창 계수를 가짐으로써, 이후 질화갈륨 반도체 기판을 제조를 위한 질화갈륨 결정질 벌크와 이종 기판의 접합을 위한 고온 처리 공정에서 지지기판과 질화갈륨 결정질 벌크의 열팽창 계수 차에 의해 질화갈륨 결정질 벌크가 휘는 것을 방지할 수 있다.
이에, 지지부는 V2O5-Sb2O3-P2O5 계를 40 ~ 90% 포함하거나 ZrO2-SiO2 계를 40 ~ 90% 포함하는 접합제에 의해 형성될 것이다.
또한, 접합제는 지지부의 경도 및 열팽창 계수를 조절하기 위해 세라믹 충전제(filler)를 10 ~ 40% 포함할 수 있다.
지지부는 질화갈륨 결정질 벌크의 휨을 효과적으로 억제하기 위해 질화갈륨 결정질 벌크의 두께와 동일하거나 더 두껍게 형성되는 것이 바람직할 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지부 형성단계를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 지지부 형성을 위해 우선, 질화갈륨 결정질 벌크(100)의 측면을 따라 가드부(200)를 형성한다. 이후 가드부(200) 내에 액상의 접합제(300)를 채우고 이를 고상화 시킨다. 마지막으로 가드부(200)를 제거함으로써, 질화갈륨 결정질 벌크의 일면에 지지부를 형성할 수 있다.
이와 같이, 질화갈륨 결정질 벌크에 접합제를 이용하여 지지부를 형성하는 방법으로 지지기판을 형성함으로써, 지지기판과 질화갈륨 결정질 벌크가 강한 접합력으로 부착되게 되고, 이에 의해 지지기판이 더욱 효과적으로 질화갈륨 결정질 벌크의 휨을 억제할 수 있다.
즉, 종래 방법은 일정 기판을 질화갈륨 결정질 벌크에 접합하는 방법에 의해 지지기판을 형성하였으나, 이 경우 기판과 질화갈륨 결정질 벌크의 접합에 접합 불량이 발생하여, 지지기판이 질화갈륨 결정질 벌크로부터 쉽게 분리되고, 질화갈륨 결정질 벌크가 깨지는 등의 문제가 발생하였으나, 본 발명의 경우 접합제 자체를 이용하여 질화갈륨 결정질 벌크에 지지기판을 형성함으로써, 질화갈륨 결정질 벌크에 강한 접합력으로 부착된 지지기판을 형성할 수 있다.
이에 의해, 질화갈륨 반도체 기판의 제조를 위한 레이어 트랜스퍼 공정에서 질화갈륨 결정질 벌크에 주입되는 이온에 의해 질화갈륨 결정질 벌크가 휘는 것을 억제하여 질화갈륨 결정질 벌크가 이종기판에 전이되는(transfered) 면적을 증가시켜 고품질의 질화갈륨 반도체 기판을 제조할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
11 : 사파이어 기판 21 : 질화갈륨 결정질 벌크
21a : 이온 주입층 31 : 이종 기판
100 : 질화갈륨 결정질 벌크 200 : 가드부
300 : 접합제
21a : 이온 주입층 31 : 이종 기판
100 : 질화갈륨 결정질 벌크 200 : 가드부
300 : 접합제
Claims (7)
- 질화갈륨(GaN) 결정질 벌크를 준비하는 단계; 및
상기 질화갈륨 결정질 벌크의 일면에 열팽창 계수가 4 x 106/℃ ~ 7 x 106/℃ 인 접합제를 일정 두께로 도포하여 지지부를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지기판 형성방법.
- 제1항에 있어서,
상기 접합제는 V2O5-Sb2O3-P2O5 계를 40 ~ 90% 포함하거나 ZrO2-SiO2 계를 40 ~ 90% 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지지기판 형성방법.
- 제1항에 있어서,
상기 접합제는 세라믹 충전제(filler)를 10 ~ 40% 포함하는 것을 특징으로 하는 지지기판 형성방법.
- 제1항에 있어서,
상기 지지부를 형성하는 단계는,
상기 질화갈륨 결정질 벌크의 측면을 따라 가드(guard)부를 형성하는 단계;
상기 가드부 내에 상기 접합제를 채우는 단계; 및
상기 가드부를 제거하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 지지기판 형성방법.
- 제1항에 있어서,
상기 지지부는 상기 질화갈륨 결정질 벌크의 두께와 동일하거나 더 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 지지기판 형성방법.
- V2O5-Sb2O3-P2O5 계를 40 ~ 90% 포함하거나 ZrO2-SiO2 계를 40 ~ 90% 포함하여 이루어지고 열팽창 계수가 4 x 106/℃ ~ 7 x 106/℃ 인 것을 특징으로 하는 지지기판 제조용 접합제.
- 제6항에 있어서,
상기 지지기판 제조용 접합제는,
세라믹 충전제(filler)를 10 ~ 40% 포함하는 것을 특징으로 하는 지지기판 제조용 접합제.
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20130073473A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210105993A (ko) * | 2018-12-29 | 2021-08-27 | 크리,인코포레이티드 | 캐리어를 이용하여 레이저 손상 영역을 따라 결정질 물질을 분할하는 방법 |
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2011
- 2011-12-23 KR KR1020110141329A patent/KR20130073473A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210105993A (ko) * | 2018-12-29 | 2021-08-27 | 크리,인코포레이티드 | 캐리어를 이용하여 레이저 손상 영역을 따라 결정질 물질을 분할하는 방법 |
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