KR20140046551A - 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법 - Google Patents

사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 사파이어 기판의 일부분 상에 상기 사파이어 기판의 식각 마스크 패턴을 복수개 형성하는 단계; 상기 식각 마스크 패턴을 식각하여 상기 식각 마스크 패턴의 크기를 축소하는 단계; 상기 축소된 식각 마스크 패턴을 이용하여 상기 사파이어 기판을 습식 식각함으로써 복수개의 표면 패턴을 형성하되, 상기 표면 패턴의 돌출한 구조물의 측면부는 제1 각도로 하향 경사진 제1 경사면부를 가지고, 상기 구조물 각각의 하단부 사이에는 하단 평면부가 형성되는 단계; 상기 축소된 식각 마스크 패턴을 제거하여 상기 구조물의 평탄한 상면부를 노출시키는 단계; 및 상기 노출된 평탄한 상면부를 습식 식각하여 상기 제1 경사면부 상에 제2 각도로 하향 경사진 제2 경사면부를 형성함으로써 최종적인 표면 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법{METHOD FOR FORMING SURFACE PATTERNS OF SAPPHIRE SUBSTRATE}
본 발명은, 사파이어(sapphire) 기판의 표면 패턴 형성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사파이어 기판의 표면 패턴의 밀도를 높여 발광 다이오드의 발광 효율을 높이고, 표면 패턴의 평탄한 상면부를 제거함으로써 발광 다이오드를 위한 에피택셜층(epitaxial layer)의 결정 결함을 최소화하고, 표면 패턴을 형성하는데 소요되는 제조 원가를 절감하도록 한 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
최근에 갈륨질화물계 발광 다이오드(diode) 등과 같은 질화물 반도체 발광소자가 차세대 광원으로서 주목 받고 있다. 이러한 발광 다이오드의 기판으로는 사파이어 기판이 주로 사용된다. 사파이어 기판에는, 표면 단차를 갖기 위한 표면 패턴이 형성된다. 이는, 사파이어 기판의 결정과, 사파이어 기판 상에 에피택시(epitaxy) 공정에 의해 성장되는, 발광 다이오드를 위한 에피택셜층의 결정이 서로 크기가 다르기 때문에 에피택셜층에 발생하는 결정 결함(crystal defect)을 최소화하고, 또한 발광 다이오드의 발광 효율을 높이기 위함이다.
고효율 발광 다이오드는, 가정용 조명등, 도로 가로등, 액정디스플레이용 후면 광원, 광고판, 의료용 조명등, 어업용 조명등 등 다방면의 제품에 적용되고 있다. 이러한 고효율 발광 다이오드는, 에너지 소비를 최소화하고 수명을 연장하여 환경 보호를 추진하는 것을 목표로 하고 있다. 따라서 고효율은, 발광 다이오드의 주요 평가 항목 중 하나이다.
고효율 발광 다이오드를 실현하기 위하여, 여러 가지의 방법이 도입되고 있다.
그 중 한 방법은, 사파이어 기판의 표면에 원뿔 형상의 3차원 구조물을 형성하고, 이러한 사파이어 기판 상에 발광 다이오드를 위한 에피택셜층을 성장시키는 후속 공정을 진행하는 경우, 사파이어 기판과 에피택셜층 사이에서 결정 성장에 따른 결정 결함을 줄이고, 사파이어 기판 표면의 광반사면을 확대함으로써 발광 다이오드의 신뢰성과 발광 효율을 향상시킬 수가 있다.
이 방법은, 특허문헌1에 개시되어 있으며, 사파이어 기판 상에, 평면적으로 원형의 포토레지스트(photo resist) 패턴을 형성하고, 그 다음에 BLC3와 CL2와 같은 가스의 플라즈마(plasma) 상태에서 사파이어 기판의 건식 식각을 진행함에 따라 포토레지스트 패턴의 희생을 통하여 사파이어 기판의 표면 패턴을 형성한다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(10)의 표면에는 원뿔 형태의 돌출한 구조물(11)의 표면 패턴이 형성된다. 또한, 구조물(11)의 측면 일부분(A)은 완만한 곡선 형태를 가진다.
따라서 이 방법은, 상기 구조물의 상부 평탄면 구조를 제거할 수 있으므로 에피택셜층의 결정 결함을 최소화하고, 발광 다이오드의 발광 효율을 높이는 것이 가능하다. 하지만, 사파이어 기판의 주된 식각공정이 BLC3 이온 충돌에 의해 진행되므로 사파이어 기판의 식각 속도가 매우 느려 생산성이 현저히 떨어지고 나아가 제조 원가가 높다.
이를 대체하기 위한 방법은 특허문헌2에 개시되어 있으며, 황산(H2SO4)과 인산(H3PO4)을 혼합한 고온의 용액으로 사파이어 기판을 식각하는 방법이다. 이 방법은, 습식 식각 방식을 채택하고 있으므로 건식 식각 방식보다 10배 이상으로 생산성이 높아 제조 원가를 낮출 수가 있다. 이 방법은, 높은 식각 선택비를 가진 산화막 패턴을 사파이어 기판의 식각 마스크로서 사용하므로 사파이어 기판이 식각되는 동안에 산화막 패턴이 거의 식각되지 않는다.
하지만, 이 방법은, 산화막 패턴(미도시)을 최소화하지 않을 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 사파이어 기판(10)의 표면에는 돌출한 구조물(13)의 표면 패턴이 형성된다. 또한, 구조물(13)의 상부에는 평탄면(15)이 넓게 존재한다.
그러므로 사파이어 기판 상에 형성되는 에피택셜층(미도시)의 결정 결함이 증가한다. 또한, 상기 산화막 패턴을 최소화하지 않을 경우, 사파이어 기판의 식각 정도에 따라 사파이어 기판의 표면 패턴의 피치(pitch)가 증가하여 표면 패턴의 밀도가 낮아지므로 발광 다이오드의 발광 효율이 낮아질 수밖에 없다.
"Growth Mechanism and Strain Variation of GaN Material Grown on Patterned Sapphire Substrates With Various Pattern Designs" Mei-Tan Wang et al, IEEE Photonics Technology Letters, Vol.23, No.14, July 15,2011 "High-brightness GaN-based blue LEDs grown on a wet-patterned sapphire substrate " Yang Zhang et al, Proc. of SPIE Vol. 6841
본 발명의 목적은, 사파이어 기판의 표면 패턴 밀도를 증가시켜 발광 다이오드의 발광 효율을 향상시킬 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 사파이어 기판 상에 결정 성장되는 에피택셜층의 결정 결함을 최소화할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 사파이어 기판의 표면 패턴을 형성하는데 소요되는 제조 원가를 절감하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 기판의 패턴 형성 방법은, 사파이어 기판의 일부분 상에 상기 사파이어 기판의 식각 마스크 패턴을 복수개 형성하는 단계; 상기 식각 마스크 패턴을 식각하여 상기 식각 마스크 패턴의 크기를 축소하는 단계; 상기 축소된 식각 마스크 패턴을 이용하여 상기 사파이어 기판을 습식 식각함으로써 복수개의 표면 패턴을 형성하되, 상기 표면 패턴의 돌출한 구조물의 측면부는 제1 각도로 하향 경사진 제1 경사면부를 가지고, 상기 구조물 각각의 하단부 사이에는 하단 평면부가 형성되는 단계; 상기 축소된 식각 마스크 패턴을 제거하여 상기 구조물의 평탄한 상면부를 노출시키는 단계; 및 상기 노출된 평탄한 상면부를 습식 식각하여 상기 제1 경사면부 상에 제2 각도로 하향 경사진 제2 경사면부를 형성함으로써 최종적인 표면 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
바람직하게는, 상기 제1 각도가 상기 제2 각도보다 큰 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법. 상기 제1 각도(θ1)는 40도~ 60도이고, 제2 각도(θ2)는 20도~50도인 것이 가능하다.
바람직하게는, 상기 식각 마스크 패턴을 습식 식각에 의해 식각하여 축소하는 것이 가능하다. 상기 식각 마스크 패턴을 산화막으로 형성하는 것이 가능하고, 200Å∼5000Å의 두께로 적층하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 상기 구조물의 평탄한 상면부를 습식 식각하여 완전히 제거함으로써 상기 제1 경사면부 상에 상기 제2 경사면부를 형성하는 것이 가능하다. 또는 상기 구조물의 평탄한 상면부를 습식 식각하여 상기 상면부를 일부 남기고 아울러 상기 제1 경사면부 상에 상기 제2 경사면부를 형성하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 상기 식각 마스크 패턴을 상기 식각 마스크 패턴의 두께보다 작은 값의 식각 두께로 식각하고, 상기 식각 마스크 패턴의 폭의 절반보다 작게 식각하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 상기 사파이어 기판을, 황산과 인산의 비율이 2:1 ~ 4:1인 식각 용액으로 식각하고, 상기 식각 용액을 200℃~400℃의 온도로 유지하는 것이 가능하다.
본 발명에 따르면, 사파이어 기판에 형성되는 표면 패턴의 밀도를 높여 고효율 발광 다이오드의 발광 효율을 높이는 것이 가능하다. 또한, 사파이어 기판의 표면 패턴의 평탄한 상부면을 제거하여 그 위에 형성되는 에피택셜층의 결정 결함을 최소화할 수 있다. 더욱이, 생산성이 높은 습식 장비를 사용하여 사파이어 기판에 표면 패턴을 형성함으로써 제조 원가를 절감할 수 있다.
도 1은, 건식 식각 방식의 종래 기술에 따른 사파이어 기판의 표면 패턴을 나타낸 단면 구조도.
도 2는, 습식 식각 방식의 종래 기술에 따른 사파이어 기판의 표면 패턴을 나타낸 단면 구조도.
도 3은, 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법에 의해 형성된 사파이어 기판의 표면 패턴을 나타낸 단면 구조도.
도 4a 내지 도 4h는, 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면 공정도.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법에 의해 형성된 사파이어 기판의 표면 패턴을 나타낸 단면 구조도이다. 도 3을 참조하면, 사파이어 기판(20)에 복수개의 표면 패턴(30)이 배열된다. 각각의 표면 패턴(30)은, 상향 돌출한 구조물(29a)과 하단 평면부(29b)를 가진다. 하단 평면부(29b)는, 서로 이웃하는 구조물(29a)의 하단부 사이에 위치하며, 기판(20)의 상면부(미도시)에 대략적으로 평행한 수평면이다.
또한, 각각의 구조물(29a)은, 단면적으로 절단면에 따라 좌우 대칭 또는 비대칭의 5각형 구조를 가진다. 각각의 구조물(29a)은, 도면에 도시하지 않았지만, 실제로는 상부 평탄면이 없는 뿔 형상을 갖는 것이 가능하다.
여기서, 각각의 구조물(29a)은, 뾰족한 상측부(29e)에서부터 하향 경사진 제2 경사면부(29d)와, 제2 경사면부(29d)의 하단부에서부터 하향 경사진 제1 경사면부(29c)를 가진다. 제1 경사면부(29c)가 제1 각도(θ1)로 하향 경사지고, 제2 경사면부(29d)가 제2 각도(θ2)로 하향 경사진다. 제1 각도(θ1)는 제2 각도(θ2)보다 크다. 제1 각도(θ1)는 약 45도 ~ 60도 이고, 제2 각도(θ2)는 약 20도 ~ 50도인 것이 가능하다.
한편, 표면 패턴(30)이 3개만 배열되어 있는 것처럼 도시되어 있지만, 실제로는 표면 패턴(30)이 3개보다 더 많은 복수개로 배열될 수 있음은 물론이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법을 도 4a 내지 도 4h를 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 3의 부분과 동일 구성 및 동일 작용을 가진 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하기로 한다.
도 4a를 참조하면, 먼저, 사파이어 기판(20)을 준비한다. 그런 다음, 화학 기상 증착법(CVD:chemical vapor deposition)을 적용한 절연막 적층 장치(미도시)를 이용하여 사파이어 기판(20)의 일면, 예를 들어 평탄한 상면부(20a)의 전역 상에 기판 식각 마스크용 절연막을 적층한다. 물론, 도면에 도시하지 않았지만, 사파이어 기판(20)의 양면, 예를 들어 평탄한 상면부(20a)와 하면부의 전역 상에 기판 식각 마스크용 절연막을 적층하는 것도 가능하다.
여기서, 상기 사파이어 기판 식각 마스크용 절연막으로는, 사파이어 기판(20)에 비하여 식각 선택비가 높은 절연막, 예를 들어 산화막(21)을 사용하는 것이 바람직하다. 산화막(21)은, 예를 들어 200Å~5000Å의 두께로 적층하는 것이 가능하다.
한편, 산화막(21)의 적층법으로는, 화학 기상 증착법(CVD), 예를 들어 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD: plasma enhanced chemical vapor deposition), 저압 화학 기상 증착법(LPCVD: low pressure chemical vapor deposition), 상압 화학 기상 증착법(AP: atmosphere pressure chemical vapor deposition) 등을 사용하는 것이 가능하다.
도 4b를 참조하면, 이어, 사진공정용 장치(미도시)를 이용하여 산화막(21)의 정해진 영역 상에 산화막 식각 마스크용 감광막 패턴(23)을 형성한다.
이때, 후속의 식각공정에서 사파이어 기판(20)을 식각하기 위한 영역의 산화막(21) 상에 감광막 패턴(23)의 창(24)을 배치하고, 후속의 식각공정에서 사파이어 기판(20)을 식각하는 것을 방지하기 위한 영역의 산화막(21) 상에 감광막 패턴(23)을 배치한다. 감광막 패턴(23)은, 형성 가능한 최소 크기로 형성한다. 또한 감광막 패턴(23)은, 가능한 얇은 두께, 예를 들어 5000Å ~ 15000Å의 두께로 형성 가능하다.
도 4c를 참조하면, 그런 다음, 습식 식각장치(미도시)를 이용하여 감광막 패턴(23)의 창(24) 내의 노출된, 도 4b에 도시된 산화막(21)을 완전히 식각함으로써 창(24) 내의 사파이어 기판(20)을 노출시킨다.
여기서, 산화막(21)의 식각액으로는, 비오이(BOE: buffered oxide etch) 용액, 에이치에프(HF) 용액 등을 사용하는 것이 가능하다.
한편, 습식 식각공정의 등방성 식각 특성 때문에, 창(24) 내의 노출된 산화막(21)이 식각되는 동안에 감광막 패턴(23) 아래의 산화막(21)도 일부 식각되어 산화막(25)의 패턴으로 잔존한다. 산화막(25)의 측면 상측부의 폭은, 산화막(25)의 측면 하측부의 폭(W1)보다 작다.
도 4d를 참조하면, 그리고 나서, 도 4c의 감광막 패턴(23)을 제거하여 그 아래의 잔존하는 산화막(25)을 노출시킨다. 여기서, 감광막 패턴(23)을 애싱(ashing) 공정에 의해 제거하거나, 황산 용액을 주성분으로 하는 용액에 의해 제거하는 것이 가능하다.
도 4e를 참조하면, 이후, 별도의 식각 마스크를 사용하지 않은 상태에서 습식 식각장치(미도시)를 이용하여 도 4d에 도시된 산화막(25)을 추가로 식각함으로써 산화막(25)보다 축소된 산화막(27)을 형성한다. 이는, 최종적으로 완성되는 사파이어 기판(20)의 표면 패턴의 크기를 종래에 비하여 최소화하기 위함이다. 이를 좀 더 상세히 설명하면, 도 4f에 도시된 바와 같이, 식각 마스크용 산화막(27)이 존재하는 상태에서 사파이어 기판(20)의 표면 패턴(29)을 형성할 경우, 사파이어 기판(20)의 평탄한 상면부(20b) 아래에 형성된 구조물(29a)의 폭 크기는, 평탄한 상면부(20b)의 폭 크기가 증가함에 따라 증가한다. 따라서 본 발명은 별도의 식각 마스크를 사용하지 않으면서도 축소된 산화막(27)을 형성할 수 있으므로 평탄한 상면부(20b)의 크기를 최소로 만들 수 있고, 이에 따라 사파이어 기판(20)의 표면 패턴(29)의 피치(pitch)를 줄이고 표면 패턴(29)의 밀도를 증가시킬 수가 있다.
여기서, 산화막(25)의 식각액으로는, 비오이(BOE) 용액, 에이치에프(HF) 용액 등을 사용하는 것이 가능하다.
한편, 산화막(27)의 폭(W2)은 산화막(25)의 폭(W1)보다 작다. 산화막(27)의 형성을 위하여, 산화막(25)의 두께보다 항상 작은 값의 식각 두께로 산화막(25)을 식각하고, 산화막(25)의 폭의 절반보다 작은 값의 식각 두께로 산화막(25)을 추가 식각하는 것이 가능하다.
그런데, 추가적인 식각공정에 의해 산화막(27)의 패턴을 형성하는 대신에, 사진식각공정을 이용하여 산화막(27)과 같은 크기의 산화막의 패턴을 형성하는 것이 가능하다. 하지만, 이는, 산화막의 패턴이 미세해짐에 따라 사진식각 장비 및 재료의 비용을 크게 증가시키는 요인으로 작용한다.
도 4f를 참조하면, 그런 다음, 습식 식각장치(미도시)를 이용하여 도 4e에 도시된 사파이어 기판(20)의 노출된 영역을 습식 식각함으로써 복수개, 예를 들어 3개의 표면 패턴(29)을 형성한다. 즉, 각각의 표면 패턴(29)은, 돌출한 구조물(29a)과 하단 평면부(29b)를 가진다. 구조물(29a)의 측면부는, 제1 각도(θ1)로 하향 경사진 제1 경사면부(29c)로 형성될 수 있다. 하단 평면부(29b)는, 서로 이웃하는 구조물(29a)의 하단부 사이에 형성되고, 도 4a에 도시된 사파이어 기판(20)의 상면부(20a)와 대략적으로 평행한 수평면으로 형성될 수 있다. 또한, 하단 평면부(29b)의 폭은, 사파이어 기판(20) 상에 에피택셜층(미도시)을 성장하기 위한 후속의 에피택셜 공정을 원활하게 진행하기 위하여, 약 0.4㎛ 이상으로 유지되는 것이 바람직하다.
한편, 도 4e에 도시된 산화막(27)이 존재하는 상태에서 사파이어 기판(20)의 표면 패턴(29)을 형성하기 위해 식각공정을 진행할 경우, 사파이어 기판(20)의 평탄한 상면부(20b) 아래에 형성된 구조물(29a)의 폭 크기는, 평탄한 상면부(20b)의 폭 크기가 증가함에 따라 증가한다. 그러므로 평탄한 상면부(20b)의 크기를 최소로 만들면, 사파이어 기판(20)의 표면 패턴(29)의 피치(pitch)를 줄이고 표면 패턴(29)의 밀도를 증가시킬 수가 있다.
여기서, 사파이어 기판(20)의 식각 용액으로는, 황산과 인산의 혼합 용액을 사용하는 것이 가능하다. 황산과 인산의 혼합 비율은 중량비로 2:1 ~ 4:1의 범위에 있는 것이 가능하다. 식각 용액의 온도는 200℃~400℃의 범위에 있는 것이 가능하다. 사파이어 기판(20)의 식각 시간은 원하는 식각 목표 값에 맞추어 적절히 조절하는 것이 가능하다.
그런 다음, 사파이어 기판(20)의 표면 패턴(29)이 형성되고 나면, 사파이어 기판(20)의 열적 스트레스에 의한 균열 또는 파손을 방지하도록, 예를 들어 50℃~100℃의 고온인 순수(DI: deionized water)를 이용하여 사파이어 기판(20)의 온도를 충분히 낮춘다. 이는, 200℃~400℃의 식각 용액에 의해 식각된 사파이어 기판(20)을 곧바로 상온의 순수(DI)에 의해 세정할 경우, 열적 스트레스에 의한 사파이어 기판(20)의 균열 또는 파손이 발생하기 쉽기 때문이다. 그런 후에, 상온에서 순수(DI)를 이용하여 사파이어 기판(20)을 세정한다.
도 4g를 참조하면, 이어, 식각 장치, 예를 들어 습식 식각장치(미도시)를 이용하여 도 4f에 도시된 산화막(27)을 완전히 제거하여 그 아래의 사파이어 기판(20)의 평탄한 상면부(20b)를 노출시킨다.
여기서, 산화막(27)의 식각액으로는, 비오이(BOE) 용액, 에이치에프(HF) 용액 등을 사용하는 것이 가능하다.
도 4h를 참조하면, 그리고 나서, 습식 식각장치(미도시)를 이용하여 도 4g에 도시된 표면 패턴(29)의 평탄한 상면부(20b)를 습식 식각한다. 이때, 표면 패턴(29)의 평탄한 상면부(20b)가 완전히 제거되면서 제1 경사면부(29c) 상에 제2 경사면부(29d)가 형성되어 최종적인 표면 패턴(30)이 완성된다. 물론, 도면에 도시하지 않았지만, 상기 평탄한 상면부(20b)를 습식 식각하여 축소시킴과 아울러 제1 경사면부(29c) 상에 제2 경사면부를 형성하는 것도 가능하다.
여기서, 각각의 표면 패턴(30)은, 돌출한 구조물(29a)과 하단 평면부(29b)를 가진다. 구조물(29a)의 측면부는, 뾰족한 상측부(29e)에서부터 제1 각도(θ1)로 하향 경사진 제1 경사면부(29c)와, 제1 경사면부(29c)의 하단부에서부터 제2 각도(θ2)로 하향 경사진 제2 경사면부(29d)를 갖는 것이 가능하다. 즉, 구조물(29a)은 이중 경사면을 가진 뿔 형상을 가질 수 있다. 제1 각도(θ1)는 제2 각도(θ2)보다 크고, 제1 각도(θ1)는 약 40도 ~ 60도이고, 제2 각도(θ2)는 약 20도 ~ 50도인 것이 가능하다.
그러므로 본 발명의 표면 패턴(30)은, 도면에 도시하지 않았지만, 실제로는 구조물(29a)에 해당하는, 2중 경사면을 가진 뿔 형상의 돌출 구조물과, 하단 평면부(29b)에 해당하는 수평면을 갖는 것이 가능하다.
여기서, 사파이어 기판(20)의 식각 용액으로는, 황산과 인산의 혼합 용액을 사용하는 것이 가능하다. 황산과 인산의 혼합 비율은 중량비로 2:1 ~ 4:1의 범위에 있는 것이 가능하다. 이때 식각공정 시간을 적절히 조정하여야 한다. 요컨대, 식각공정 시간이 너무 짧을 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 돌출 구조물의 상부에 평탄면이 일부 잔존할 수 있다. 식각공정 시간을 너무 긴 경우, 구조물(29a)의 높이에 해당하는 단차가 줄어들어 발광다이오드의 발광 효율을 떨어뜨리고, 하단 평탄부(29b)의 폭을 작게 하여 그 위에 형성되는 에피택셜층의 성장에 문제를 야기할 수 있다. 이때, 구조물(29a)의 높이를 맞추기 위해 도 4f의 시간을 늘리면, 표면 패턴의 밀도를 감소시킴으로써 발광 효율을 나쁘게 할 수 있다. 따라서 식각공정의 시간은 온도에 따라 수분~수십분이 바람직하다. 식각 용액의 온도는 200℃~400℃의 범위에서 일정하게 유지하는 것이 가능하다.
한편, 상기 상면부(20b)의 평탄면을 제2 경사면부(29d)로 변형하기 위하여, 습식 식각공정을 대신하여 건식 식각공정을 진행할 수도 있다.
그런 다음, 사파이어 기판(20)의 표면 패턴(31)이 형성되고 나면, 사파이어 기판(20)의 열적 스트레스에 의한 균열 또는 파손을 방지하도록, 예를 들어 50℃~100℃의 고온인 순수(DI)를 이용하여 사파이어 기판(20)의 온도를 충분히 낮춘다. 이는, 200℃~400℃의 범위에 있는 식각 용액에 의해 사파이어 기판(20)을 식각하기 때문이다. 그런 후에, 상온에서 순수(DI)를 이용하여 사파이어 기판(20)을 세정한다. 따라서 본 발명에 따른 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법에 적용된 공정 순서가 완료된다.
이후, 통상적인 에피택셜 공정, 예를 들어 유기 금속 화학 기상 증착법(MOCVD)을 공정을 진행하여 사파이어 기판(20) 상에 발광 다이오드를 위한 에피택셜층(미도시)을 형성한다.
따라서 본 발명은, 사파이어 기판(20)의 표면 패턴(30)의 피치를 줄이고 표면 패턴(29)의 밀도를 증가시켜 고효율 발광 다이오드의 발광 효율을 향상시킬 수가 있을 뿐 아니라 상기 평탄한 상면부(20b)를 제거하여 표면 패턴(30) 상에 결정 성장되는 에피택셜층의 결정 결함을 최소화할 수가 있다. 더욱이, 본 발명은, 고가의 장비와 재료를 사용하지 않고도 축소된 산화막의 패턴을 형성할 수 있으므로 제조 원가를 절감할 수 있다.
한편, 본 발명은, 바람직한 실시예에 관하여 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않은 범위 내에서 본 발명의 다양한 변형이나 변경, 수정이 가능하다.
10: 사파이어 기판
11: 구조물
20: 사파이어 기판
20b: 사파이어 기판의 상면부
21, 25, 27: 산화막
23: 포토레지스트
24: 창
29a: 구조물
29b: 하단 평면부
29c: 제1 경사면부
29d: 제2 경사면부
29e: 뾰족한 상측부
29, 30: 표면 패턴

Claims (11)

  1. 사파이어 기판의 일부분 상에 상기 사파이어 기판의 식각 마스크 패턴을 복수개 형성하는 단계;
    상기 식각 마스크 패턴을 식각하여 상기 식각 마스크 패턴의 크기를 축소하는 단계;
    상기 축소된 식각 마스크 패턴을 이용하여 상기 사파이어 기판을 습식 식각함으로써 복수개의 표면 패턴을 형성하되, 상기 표면 패턴의 돌출한 구조물의 측면부는 제1 각도로 하향 경사진 제1 경사면부를 가지고, 상기 구조물 각각의 하단부 사이에는 하단 평면부가 형성되는 단계;
    상기 축소된 식각 마스크 패턴을 제거하여 상기 구조물의 평탄한 상면부를 노출시키는 단계; 및
    상기 노출된 평탄한 상면부를 습식 식각하여 상기 제1 경사면부 상에 제2 각도로 하향 경사진 제2 경사면부를 형성함으로써 최종적인 표면 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 각도가 상기 제2 각도보다 큰 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 각도(θ1)는 40도~ 60도이고, 제2 각도(θ2)는 20도~50도인 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 식각 마스크 패턴을 습식 식각에 의해 식각하여 축소하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 식각 마스크 패턴을 산화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 산화막을 200Å∼5000Å의 두께로 적층하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 구조물의 평탄한 상면부를 습식 식각하여 완전히 제거함으로써 상기 제1 경사면부 상에 상기 제2 경사면부를 형성하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 구조물의 평탄한 상면부를 습식 식각하여 상기 상면부를 일부 남기고 아울러 상기 제1 경사면부 상에 상기 제2 경사면부를 형성하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 식각 마스크 패턴을 상기 식각 마스크 패턴의 두께보다 작은 값의 식각 두께로 식각하고, 상기 식각 마스크 패턴의 폭의 절반보다 작게 식각하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 사파이어 기판을, 황산과 인산의 비율이 2:1 ~ 4:1인 식각 용액으로 식각하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 식각 용액을 200℃~400℃의 온도로 유지하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
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