KR20140065136A - Method for forming surface patterns of sapphire substrate - Google Patents

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Abstract

The present invention includes the steps of: forming a plurality of etch mask patterns of a sapphire substrate on a part of the sapphire substrate; reducing the size of the etch mask pattern by etching the etch mask pattern; forming a plurality of surface patterns by wet-etching the sapphire substrate by using the reduced etch mask pattern, wherein the lateral side of a protruding structure of each surface pattern is formed as a first inclined part which is downwardly inclined at a first angle and a lower planar part is formed between the lower sides of each structure; and forming the final surface pattern with a second inclined part of a curved shape on the first inclined part by removing the reduced etch mask pattern by simultaneously etching the sapphire substrate and the reduced etch mask pattern.

Description

사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법{METHOD FOR FORMING SURFACE PATTERNS OF SAPPHIRE SUBSTRATE}METHOD FOR FORMING SURFACE PATTERNS OF SAPPHIRE SUBSTRATE BACKGROUND OF THE INVENTION [0001]

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, 사파이어 기판의 표면 패턴을 형성하는 공정을 단순화하여 제조원가를 절감하도록 한 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of forming a surface pattern of a sapphire substrate, and more particularly, to a method of forming a surface pattern of a sapphire substrate by increasing the density of the surface pattern of the sapphire substrate, increasing the luminous efficiency of the LED, The present invention relates to a method of forming a surface pattern of a sapphire substrate by minimizing crystal defects of an epitaxial layer for a sapphire substrate and simplifying a process of forming a surface pattern of the sapphire substrate.

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 에피택셜층 결정의 크기가 서로 다르기 때문에 에피택셜층에 발생하는 결정 결함(crystal defect)을 최소화하고, 또한 발광 다이오드의 발광 효율을 높이기 위함이다.Recently, a nitride semiconductor light emitting device such as a gallium nitride based light emitting diode has attracted attention as a next generation light source. As the substrate of such a light emitting diode, a sapphire substrate is mainly used. On the sapphire substrate, a surface pattern for forming a surface step is formed. This is because crystal defects occurring in the epitaxial layer due to the different crystal sizes of the sapphire substrate and the epitaxial layer crystal for the light emitting diode which are grown on the sapphire substrate by an epitaxy process So as to increase the luminous efficiency of the light emitting diode.

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.High-efficiency light emitting diodes (LEDs) are being applied to various fields such as home lighting, street lamps, backlight for liquid crystal displays, billboards, medical lighting, and fishing lights. Such high efficiency light emitting diodes are aimed at promoting environmental protection by minimizing energy consumption and extending the life span. Therefore, high efficiency is one of the main evaluation items of light emitting diodes.

고효율 발광 다이오드를 실현하기 위하여, 여러 가지의 방법이 도입되고 있다. In order to realize a high-efficiency light emitting diode, various methods have been introduced.

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.One of the methods is to form a conical three-dimensional structure on the surface of the sapphire substrate and to carry out a subsequent step of growing the epitaxial layer for the light emitting diode on the sapphire substrate, Crystal defects due to crystal growth can be reduced and the light reflection surface on the surface of the sapphire substrate can be enlarged to improve reliability and light emission efficiency of the light emitting diode.

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 곡면 형태를 가진다. This method is disclosed in Patent Document 1, and a circular photoresist pattern is formed on a sapphire substrate, and then, in a plasma state of a gas such as BLC 3 and CL 2 As the dry etching of the sapphire substrate proceeds, the surface pattern of the sapphire substrate is formed through the sacrifice of the photoresist pattern. That is, as shown in FIG. 1, a surface pattern of a conical protruding structure 11 is formed on the surface of the sapphire substrate 10. In addition, the side portion A of the structure 11 has a gentle curved shape.

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. Therefore, this method can eliminate the upper flat surface structure of the structure, thereby minimizing crystal defects in the epitaxial layer and increasing the luminous efficiency of the light emitting diode. However, since the main etch process of the sapphire substrate proceeds by the BLC 3 ion collision, the etch rate of the sapphire substrate is very slow, resulting in a significant decrease in productivity and a high manufacturing cost.

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.A method for replacing this is disclosed in Patent Document 2, and a sapphire substrate is etched with a high-temperature solution in which sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and phosphoric acid (H 3 PO 4 ) are mixed. Since this method employs a wet etching method, the productivity is 10 times or more higher than that of the dry etching method, thereby lowering the manufacturing cost. This method uses an oxide film pattern having a high etching selection ratio as an etching mask of a sapphire substrate, so that the oxide film pattern is hardly etched while the sapphire substrate is being etched.

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. However, in this method, when the oxide film pattern (not shown) is not minimized, the surface pattern of the protruding structure 13 is formed on the surface of the sapphire substrate 10 as shown in Fig. In addition, a flat surface 15 is widely present on the top of the structure 13. [

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.
Therefore, crystal defects of the epitaxial layer (not shown) formed on the sapphire substrate are increased. In addition, when the oxide film pattern is not minimized, the pitch of the surface pattern of the sapphire substrate increases according to the degree of etching of the sapphire substrate, and the density of the surface pattern is lowered, so that the light emitting efficiency of the LED is inevitably lowered.

"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&Quot; 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"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 패턴을 형성하는 공정의 제조원가를 절감하는데 있다.An object of the present invention is to reduce the manufacturing cost of a step of forming a surface pattern of a sapphire substrate.

본 발명의 다른 목적은, 사파이어 기판의 표면 패턴을 형성하는 공정을 단순화하여 제조원가를 절감하는데 있다.Another object of the present invention is to simplify the process of forming the surface pattern of the sapphire substrate, thereby reducing manufacturing costs.

본 발명의 또 다른 목적은, 사파이어 기판의 표면 패턴 밀도를 증가시켜 발광 다이오드의 발광 효율을 향상시킬 수 있도록 하는데 있다.It is a further object of the present invention to increase the surface pattern density of the sapphire substrate to improve the luminous efficiency of the light emitting diode.

본 발명의 또 다른 목적은, 사파이어 기판 상에 결정 성장되는 에피택셜층의 결정 결함을 최소화할 수 있도록 하는데 있다.
It is still another object of the present invention to minimize crystal defects of an epitaxial layer grown on a sapphire substrate.

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 형성하는 단계로서, 상기 표면 패턴 각각의 돌출한 구조물의 측면부는 제1 각도로 하향 경사진 제1 경사면부로 형성되고, 상기 구조물 각각의 하단부 사이에는 하단 평면부가 형성되는 단계; 및 상기 축소된 식각 마스크 패턴과 상기 사파이어 기판을 동시에 식각하여 상기 축소된 식각 마스크 패턴을 제거함으로써 상기 제1 경사면부 상에 곡면 형태의 제2 경사면부를 가진 최종적인 표면 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of patterning a sapphire substrate comprising: forming a plurality of etching mask patterns of a sapphire substrate on a part of a sapphire substrate; Reducing the size of the etch mask pattern by etching the etch mask pattern; Forming a plurality of surface patterns by wet-etching the sapphire substrate using the reduced etch mask pattern, wherein a side surface portion of the protruding structure of each of the surface patterns is formed as a first inclined surface portion inclined downward at a first angle Forming a lower planar portion between the lower ends of each of the structures; And forming a final surface pattern having a second sloped surface portion on the first sloped surface portion by removing the reduced etch mask pattern by simultaneously etching the reduced etch mask pattern and the sapphire substrate .

바람직하게는, 건식 식각공정과 습식 식각공정 중 어느 하나를 이용하여 상기 축소된 식각 마스크 패턴과 상기 사파이어 기판을 동시에 식각하는 것이 가능하다.Preferably, the reduced etch mask pattern and the sapphire substrate can be simultaneously etched using either the dry etch process or the wet etch process.

바람직하게는, 상기 제1 각도(θ1)는 40도~ 60도이고, 상기 제2 각도(θ2)는 제1 각도 이하이고, 상기 제2경사면부가 완만한 곡면 형태를 갖는 것이 가능하다.Preferably, the first angle? 1 is in a range of 40 to 60 degrees, the second angle? 2 is less than a first angle, and the second inclined surface portion has a gentle curve shape.

바람직하게는, 상기 식각 마스크 패턴을 습식 식각공정에 의해 식각하여 축소하는 것이 가능하다. Preferably, the etching mask pattern can be reduced by etching by a wet etching process.

바람직하게는, 상기 식각 마스크 패턴을 산화막으로 형성하는 것이 가능하다. 또한, 상기 산화막을 200Å∼5000Å의 두께로 형성하는 것이 가능하다.Preferably, the etching mask pattern is formed of an oxide film. In addition, it is possible to form the oxide film with a thickness of 200 Å to 5000 Å.

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.Preferably, the etch mask pattern is etched to an etch thickness smaller than the etch mask pattern, and less than half the width of the etch mask pattern.

바람직하게는, 상기 사파이어 기판을, 비율이 2:1 ~ 4:1인 황산과 인산에 1~20%의 불산 또는 불산이 포함된 용액을 추가한 식각용액으로 식각하는 것이 가능하다.Preferably, the sapphire substrate is etched with an etching solution to which a solution containing sulfuric acid in a ratio of 2: 1 to 4: 1 and phosphoric acid in an amount of 1 to 20% of hydrofluoric acid or hydrofluoric acid is added.

바람직하게는, 상기 식각 용액을 150℃~250℃의 온도로 유지하는 것이 가능하다.
Preferably, it is possible to maintain the etching solution at a temperature of 150 ° C to 250 ° C.

본 발명에 따르면, 사파이어 기판의 식각마스크 패턴이 존재하는 상태에서 식각마스크 패턴과 사파이어 기판을 동시에 식각하는 공정을 진행하여 표면 패턴 형성 공정을 단순화하고 그 표면 패턴 위에 형성되는 에피택셜층의 결정 결함을 최소화할 수 있다. 더욱이, 생산성이 높은 습식 장비를 사용하여 사파이어 기판의 표면 패턴을 형성함으로써 제조 원가를 절감할 수 있다. 또한, 사파이어 기판에 형성되는 표면 패턴의 밀도를 높여 고효율 발광 다이오드의 발광 효율을 높이는 것이 가능하다.
According to the present invention, a process of simultaneously etching the etch mask pattern and the sapphire substrate in the state where the etch mask pattern of the sapphire substrate is present can be simplified to simplify the surface pattern formation process, and the crystal defects of the epitaxial layer Can be minimized. Furthermore, manufacturing cost can be reduced by forming a surface pattern of the sapphire substrate by using wet productivity equipment. In addition, it is possible to increase the density of the surface pattern formed on the sapphire substrate and increase the luminous efficiency of the high-efficiency light emitting diode.

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 4g는, 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면 공정도.1 is a cross-sectional structural view showing a surface pattern of a sapphire substrate according to a conventional dry etching method.
Fig. 2 is a cross-sectional structural view showing a surface pattern of a sapphire substrate according to a conventional wet etching method; Fig.
3 is a cross-sectional structural view showing a surface pattern of a sapphire substrate formed by a method of forming a surface pattern of a sapphire substrate according to an embodiment of the present invention.
4A to 4G are cross-sectional process diagrams illustrating a method of forming a surface pattern of a sapphire substrate according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of forming a surface pattern of a sapphire substrate according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

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. 3 is a cross-sectional structural view showing a surface pattern of a sapphire substrate formed by a method of forming a surface pattern of a sapphire substrate according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, a plurality of surface patterns 30 are arranged on a sapphire substrate 20. Each surface pattern 30 has an upward protruding structure 29a and a bottom planar portion 29b. The lower planar portion 29b is a horizontal plane positioned between the lower ends of the adjacent structures 29a and approximately parallel to the upper surface portion (not shown) of the substrate 20.

또한, 각각의 구조물(29a)은, 단면적으로 절단면에 따라 좌우 대칭 또는 비대칭의 구조로, 제1 경사면부(29c)와 제2 경사면부(29d)를 가진다. 각각의 구조물(29a)은, 도면에 도시하지 않았지만, 실제로는 상부 평탄면이 없는 뿔 형상을 갖는 것이 가능하다.Each of the structures 29a has a first inclined surface portion 29c and a second inclined surface portion 29d in a symmetrical or asymmetrical structure along the cut surface in cross section. Although not shown in the drawings, each of the structures 29a can have a conical shape without an upper flat surface.

여기서, 제1 경사면부(29c)는, 단면적으로 볼 때, 제2 경사면부(29d)의 하단부에서부터 1개의 일정한 각도, 즉 제1 각도(θ1)로 하향 경사진 경사면이다. 제2 경사면부(29d)는, 단면적으로 볼 때, 뾰족한 상측부(29e)에서부터 하향 경사진 경사면이다. 더욱 구체적으로, 제2 경사면부(29d)는 도면에 도시하지 않았지만, 제1 경사면부(29c)와의 경계면에서 제1 각도(θ1)와 동일하거나 작은 각도로 시작하여 상측으로 갈수록 서서히 각도가 완만해짐으로써 전체적으로 곡면 형태로 하향 경사진다. 따라서 제2 경사면부(29d)는, 1개의 제2 각도(θ2)로만 도시되어 있지만, 실제로는 제2 경사면부(29d)의 위치에 따라 각각 다른 복수개의 제2 각도(θ2)를 갖고 있다. Here, the first inclined surface portion 29c is an inclined surface inclined downward at a constant angle, that is, the first angle? 1 , from the lower end of the second inclined surface portion 29d when viewed in cross section. The second inclined surface portion 29d is an inclined surface inclined downward from the pointed upper portion 29e when viewed in cross section. More specifically, although not shown in the figure, the second inclined surface portion 29d starts at an angle equal to or smaller than the first angle? 1 at the interface with the first inclined surface portion 29c, and gradually decreases gradually toward the upper side And is inclined downwardly in a curved form as a whole. Therefore, although the second inclined surface portion 29d is shown only at one second angle? 2 , it actually has a plurality of second angles? 2 different from each other depending on the position of the second inclined surface portion 29d have.

또한, 제1 각도(θ1)는, 제2 각도(θ2)보다 크며, 약 40도 ~ 60도 이다.The first angle? 1 is larger than the second angle? 2 , and is about 40 to 60 degrees.

한편, 표면 패턴(30)이 3개만 배열되어 있는 것처럼 도시되어 있지만, 실제로는 표면 패턴(30)이 3개보다 더 많은 복수개로 배열될 수 있음은 물론이다.
On the other hand, although it is shown that only three surface patterns 30 are arranged, it is needless to say that the surface patterns 30 may be arranged in a plurality of more than three.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법을 도 4a 내지 도 4g를 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 3의 부분과 동일 구성 및 동일 작용을 가진 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하기로 한다.Hereinafter, a method of forming a surface pattern of a sapphire substrate according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4A to 4G. The same reference numerals are given to the parts having the same configuration and the same function as those in Fig.

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 또는 양면, 예를 들어 평탄한 상면부(20a)의 전역 상에 기판 식각 마스크용 절연막을 적층한다. Referring to FIG. 4A, first, a sapphire substrate 20 is prepared. Subsequently, substrate etching is performed on one or both surfaces of the sapphire substrate 20, for example, a flat upper surface portion 20a, using an insulating film laminating apparatus (not shown) to which chemical vapor deposition (CVD) An insulating film for a mask is laminated.

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.Here, as the insulating film for the sapphire substrate etching mask, it is preferable to use an insulating film having a higher etching selectivity, for example, an oxide film 21, as compared with the sapphire substrate 20. The oxide film 21 can be laminated to a thickness of 200 Å to 5000 Å, for example.

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.The oxide film 21 may be formed by a chemical vapor deposition (CVD) method, a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method, a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method, It is possible to use atmospheric pressure chemical vapor deposition (AP) or the like.

도 4b를 참조하면, 이어, 사진공정용 장치(미도시)를 이용하여 산화막(21)의 정해진 영역 상에 산화막 식각 마스크용 감광막 패턴(23)을 형성한다.Referring to FIG. 4B, a photoresist pattern 23 for an oxide etch mask is formed on a predetermined region of the oxide film 21 by using a photolithography apparatus (not shown).

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. At this time, the window 24 of the photoresist pattern 23 is disposed on the oxide film 21 in the region for etching the sapphire substrate 20 in the subsequent etching process, and the sapphire substrate 20 is etched in the subsequent etching process The photoresist pattern 23 is disposed on the oxide film 21 in the region for preventing the photoresist pattern 23 from being formed. The photosensitive film pattern 23 is formed to have a minimum size that can be formed. Further, the photoresist pattern 23 can be formed as thin as possible, for example, in a thickness of 5000 Å to 15000 Å.

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.4C, the window 24 is formed by completely etching the oxide film 21 shown in FIG. 4B exposed in the window 24 of the photoresist pattern 23 using a wet etching apparatus (not shown) The sapphire substrate 20 is exposed.

여기서, 산화막(21)의 식각액으로는, 비오이(BOE: buffered oxide etch) 용액, 에이치에프(HF) 용액 등을 사용하는 것이 가능하다.Here, BOE (buffered oxide etch) solution, HF (HF) solution, or the like can be used as the etchant for the oxide film 21.

이때, 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. 한편, 도면에 도시하지 않았지만, 습식 식각공정 대신에 건식 식각공정을 이용하여 감광막 패턴(23) 외측의 산화막(21)을 식각함으로써 감광막 패턴(23) 아래에 산화막의 패턴을 남기는 것도 가능함은 물론이다. The oxide film 21 under the photoresist pattern 23 is partly etched away to remain in the pattern of the oxide film 25 while the exposed oxide film 21 in the window 24 is etched due to the isotropic etching property of the wet etching process . The width of the upper side portion of the oxide film 25 is smaller than the width W1 of the lower side portion of the oxide film 25. It goes without saying that it is also possible to leave an oxide film pattern under the photoresist pattern 23 by etching the oxide film 21 outside the photoresist pattern 23 using a dry etching process instead of the wet etching process .

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.Referring to FIG. 4D, the photoresist pattern 23 of FIG. 4C is then removed to expose the remaining oxide film 25 thereunder. Here, the photoresist pattern 23 may be removed by an ashing process or may be removed by a solution containing a sulfuric acid solution as a main component.

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, 예를 들어 습식 식각공정을 이용하여 사파이어 기판(20)을 식각함으로써 사파이어 기판(20)의 표면 패턴(29), 즉 돌출한 구조물(29a)과 하단 평면부(29b)를 갖고, 구조물(29a)의 측면부가 제1 각도(θ1)로 하향 경사진 제1 경사면부(29c)로 형성되고, 하단 평면부(29b)가 서로 이웃하는 구조물(29a)의 하단부 사이에 위치하는 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. Referring to FIG. 4E, the oxide film 25 shown in FIG. 4D is further etched by using a wet etching apparatus (not shown) in a state where a separate etching mask is not used, (27). This is to minimize the size of the surface pattern of the finally completed sapphire substrate 20 as compared with the conventional one. 4f, the sapphire substrate 20 is etched by using, for example, a wet etching process in a state where the oxide film 27 for the etching mask is present, The side surface portion of the structure 29a has a first inclined surface portion 29c inclined downward at a first angle? 1 and a second inclined surface portion 29c having a protruding structure 29a and a lower end flat surface portion 29b, And the lower planar surface portion 29b forms a surface pattern 29 located between the lower ends of the structures 29a adjacent to each other, a structure (not shown) formed under the planar upper surface portion 20b of the sapphire substrate 20 29a increases as the width size of the flat top surface portion 20b increases. Accordingly, the present invention can form a reduced oxide film 27 without using a separate etching mask, so that the size of the flat upper surface portion 20b can be minimized, and the surface pattern of the sapphire substrate 20 The pitch of the surface pattern 29 can be reduced and the density of the surface pattern 29 can be increased.

여기서, 산화막(25)의 식각액으로는, 비오이(BOE) 용액, 에이치에프(HF) 용액 등을 사용하는 것이 가능하다.Here, BOE solution, HF solution, or the like can be used as the etchant for the oxide film 25.

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.On the other hand, the width W2 of the oxide film 27 is smaller than the width W1 of the oxide film 25. The oxide film 25 is etched with an etching thickness which is always smaller than the thickness of the oxide film 25 and the oxide film 25 is etched with an etching thickness smaller than half the width of the oxide film 25, It is possible to perform additional etching.

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. Instead of forming the pattern of the oxide film 27 by an additional etching process, it is possible to form a pattern of an oxide film of the same size as the oxide film 27 by using a photolithography process. However, this is a factor that greatly increases the cost of photolithographic equipment and materials as the oxide film pattern becomes finer.

도 4g를 참조하면, 도 4f에 도시된 산화막(27)이 존재하는 상태에서, 예를 들어 건식 식각장치(미도시)를 이용하여 산화막(27), 제1 경사면부(29c), 및 하단 평탄부(29b)를 동시에 건식 식각함으로써 산화막(27)을 제거한다.Referring to FIG. 4G, the oxide film 27, the first inclined surface portion 29c, and the lower flat surface 29c are formed by using a dry etching apparatus (not shown) while the oxide film 27 shown in FIG. The oxide film 27 is removed by dry etching at the same time.

이때, 도면에 도시하지 않았지만, 약간의 산화막(27)이 구조물(29a) 상에 부분적으로 잔존할 가능성이 있다. 이를 예방하기 위해서는, 건식 식각공정을 미리 정해진 추가시간, 예를 들어 약 2분에서 10분 정도 더 진행하는 것이 바람직하다. At this time, although not shown in the drawing, there is a possibility that some oxide film 27 partially remains on the structure 29a. In order to prevent this, it is preferable to perform the dry etching process for a predetermined additional time, for example, about 2 to 10 minutes.

이에 따라, 각각의 표면 패턴(30)이 형성된다. 즉, 표면 패턴(30)은, 돌출한 구조물(29a)과 하단 평면부(29b)를 가진다. 또한, 각각의 구조물(29a)은, 단면적으로 절단면에 따라 좌우 대칭 또는 비대칭의 구조로, 제1 경사면부(29c)와 제2 경사면부(29d)를 가진다. Thus, the respective surface patterns 30 are formed. That is, the surface pattern 30 has the protruding structure 29a and the lower end flat surface portion 29b. Each of the structures 29a has a first inclined surface portion 29c and a second inclined surface portion 29d in a symmetrical or asymmetrical structure along the cut surface in cross section.

여기서, 제1 경사면부(29c)는, 단면적으로 볼 때, 제2 경사면부(29d)의 하단부에서부터 1개의 일정한 각도, 즉 제1 각도(θ1)로 하향 경사진 경사면이다. 제2 경사면부(29d)는, 단면적으로 볼 때, 뾰족한 상측부(29e)에서부터 하향 경사진 경사면이다. 더욱 구체적으로, 제2 경사면부(29d)는 도면에 도시하지 않았지만, 제1 경사면부(29c)와의 경계면에서 제1 각도(θ1)와 동일하거나 작은 각도로 시작하여 상측으로 갈수록 서서히 각도가 완만해짐으로써 전체적으로 곡면 형태로 하향 경사진다. 따라서 제2 경사면부(29d)는, 1개의 제2 각도(θ2)로만 도시되어 있지만, 실제로는 제2 경사면부(29d)의 위치에 따라 각각 다른 복수개의 제2 각도(θ2)를 가질 수가 있다. Here, the first inclined surface portion 29c is an inclined surface inclined downward at a constant angle, that is, the first angle? 1 , from the lower end of the second inclined surface portion 29d when viewed in cross section. The second inclined surface portion 29d is an inclined surface inclined downward from the pointed upper side portion 29e when viewed in cross section. More specifically, although not shown in the figure, the second inclined surface portion 29d starts at an angle equal to or smaller than the first angle? 1 at the interface with the first inclined surface portion 29c, and gradually decreases gradually toward the upper side And is inclined downwardly in a curved form as a whole. Therefore, although the second inclined surface portion 29d is shown only at one second angle? 2 , it actually has a plurality of second angles? 2 different from each other depending on the position of the second inclined surface portion 29d There is a number.

또한, 제1 각도(θ1)는, 복수개의 제2 각도(θ2) 중 어느 각도보다 크며, 약 40도 ~ 60도이다.The first angle? 1 is larger than any of the plurality of second angles? 2 , and is about 40 to 60 degrees.

각각의 구조물(29a)은, 도면에 도시하지 않았지만, 실제로는 상부 평탄면이 없는 뿔 형상을 갖는 것이 가능하다. Although not shown in the drawings, each of the structures 29a can have a conical shape without an upper flat surface.

그러므로 본 발명의 표면 패턴(30)은, 도면에 도시하지 않았지만, 실제로는 구조물(29a)에 해당하는, 동일한 1개 각도의 제1 경사면부와, 완만한 곡면 구조를 가지는 제2 경사면부를 가진 뿔 형상의 돌출 구조물과, 하단 평면부(29b)에 해당하는 수평면을 갖는 것이 가능하다. Therefore, although not shown in the drawing, the surface pattern 30 of the present invention has a first inclined surface portion at the same one angle and a second inclined surface portion having a gentle curved surface structure, which actually correspond to the structure 29a Shaped projecting structure and a horizontal plane corresponding to the lower end flat surface portion 29b.

여기서, 사파이어 기판(20)의 건식 식각을, BCl3와 Cl2와 같은 플라즈마 건식식각 장치에 의해 진행하는 것이 가능하다. 이때, 식각공정 시간을 적절히 조정해야 한다. 요컨대 식각공정 시간이 미리 정해진 시간보다 짧은 경우에 구조물(29a) 상에 산화막(미도시)이 잔존할 수 있는 한편, 식각공정 시간이 미리 정해진 시간보다 너무 긴 경우에 뾰족한 상측부(29e)가 평면부에 가까워질 수 있다.Here, it is possible to conduct the dry etching of the sapphire substrate 20 by a plasma dry etching apparatus such as BCl 3 and Cl 2 . At this time, the etching process time should be appropriately adjusted. In other words, an oxide film (not shown) may remain on the structure 29a if the etching process time is shorter than a predetermined time, whereas when the etching process time is longer than a predetermined time, It can be close to wealth.

한편, 건식 식각공정의 대신에 습식 식각공정을 이용하여 사파이어 기판(20)의 식각을 진행할 수도 있다. 습식식각 방식을 사용하는 경우, 황산과 인산에, 예를 들어 불산 또는 불산이 포함된 용액을 포함하는 용액(예컨대 10:1 HF 또는 7:1 BOE(buffered oxide etchant))을 추가하여 사파이어 기판(20)의 식각 용액으로서 사용하는 것이 가능하다. 황산과 인산의 혼합 비율은 중량비로 2:1 ~ 4:1의 범위에 있는 것이 가능하다. 또한, BOE나 HF는 약 1~20%의 비율로 추가로 포함될 수 있다. 이때 식각공정 시간을 적절히 조정해야 한다. 요컨대, 식각공정 시간이 미리 정해진 시간보다 너무 짧을 경우에, 구조물(29a) 상에 산화막(미도시)이 잔존할 수 있는 한편, 식각공정 시간이 미리 정해진 시간보다 너무 긴 경우에 하단 평면부(29b)의 폭이 없어지거나 기준 이하로 작아져서 후속의 에피택셜 공정에 문제를 유발시킬 수 있다. 또한 발광다이오드의 효율과 특성을 악화시킬 수 있다. 따라서 식각공정의 시간은, 온도에 따라 수분~수십분이 바람직하다. 식각 용액의 온도는 150℃~250℃의 범위에서 일정하게 유지하는 것이 가능하다.On the other hand, the etching of the sapphire substrate 20 may be performed using a wet etching process instead of the dry etching process. When a wet etching method is used, a solution (for example, 10: 1 HF or 7: 1 BOE (buffered oxide etchant)) containing a solution containing sulfuric acid and phosphoric acid such as hydrofluoric acid or hydrofluoric acid is added to a sapphire substrate 20) as an etching solution. The mixing ratio of sulfuric acid and phosphoric acid can be in the range of 2: 1 to 4: 1 by weight. Further, BOE or HF may be further included at a ratio of about 1 to 20%. At this time, the etching process time should be appropriately adjusted. That is, when the etching process time is shorter than the predetermined time, an oxide film (not shown) may remain on the structure 29a. On the other hand, when the etching process time is longer than the predetermined time, May be reduced or less than the reference value, which may cause problems in the subsequent epitaxial process. Further, the efficiency and characteristics of the light emitting diode can be deteriorated. Therefore, the time of the etching process is preferably several minutes to several minutes depending on the temperature. The temperature of the etching solution can be kept constant within the range of 150 ° C to 250 ° C.

따라서 본 발명은, 도 4f의 단계에서 식각 공정으로서 습식 식각공정을 사용하고, 도 4g의 식각 공정으로서 건식 식각공정과 습식 식각공정 중 하나를 선택하여 사용함으로써 제조원가의 절감과 동시에 표면 패턴 형성 공정의 단순화가 가능하다. Therefore, in the present invention, the wet etching process is used as the etching process in the step of FIG. 4F, and one of the dry etching process and the wet etching process is selected and used as the etching process of FIG. 4G, Simplification is possible.

이와 같은 공정 순서를 진행함으로써 본 발명에 따른 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법에 적용된 공정이 완료된다.The process applied to the method of forming the surface pattern of the sapphire substrate according to the present invention is completed by proceeding in this process sequence.

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.Thereafter, an epitaxial layer (not shown) for a light emitting diode is formed on the sapphire substrate 20 by performing a conventional epitaxial process, for example, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition).

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 있고, 공정을 단순화하여 제조 원가를 절감할 수 있다. Accordingly, the present invention can reduce the pitch of the surface pattern 30 of the sapphire substrate 20 and increase the density of the surface pattern 29 to improve the luminous efficiency of the high-efficiency light emitting diode, Crystal defects of the epitaxial layer grown on the surface pattern 30 can be minimized. Furthermore, the present invention can form a pattern of a reduced oxide film without using expensive equipment and materials, and simplify the process and reduce the manufacturing cost.

한편, 본 발명은, 바람직한 실시예에 관하여 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않은 범위 내에서 본 발명의 다양한 변형이나 변경, 수정이 가능하다.
While the present invention has been described with respect to preferred embodiments, it is to be understood that various changes, modifications and variations may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

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 패턴10: sapphire substrate
11: Structure
20: sapphire substrate
20b: upper surface of the sapphire substrate
21, 25, 27: oxide film
23: Photoresist
24: window
29a: Structure
29b:
29c: a first inclined surface portion
29d: a second inclined surface portion
29e: Pointed upper side
29, 30: surface pattern

Claims (9)

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 형성하는 단계로서, 상기 표면 패턴 각각의 돌출한 구조물의 측면부는 제1 각도로 하향 경사진 제1 경사면부로 형성되고, 상기 구조물 각각의 하단부 사이에는 하단 평면부가 형성되는 단계; 및
상기 축소된 식각 마스크 패턴과 상기 사파이어 기판을 동시에 식각하여 상기 축소된 식각 마스크 패턴을 제거함으로써 상기 제1 경사면부 상에 곡면 형태의 제2 경사면부를 가진 최종적인 표면 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
Forming a plurality of etching mask patterns of the sapphire substrate on a part of the sapphire substrate;
Reducing the size of the etch mask pattern by etching the etch mask pattern;
Forming a plurality of surface patterns by wet-etching the sapphire substrate using the reduced etch mask pattern, wherein a side surface portion of the protruding structure of each of the surface patterns is formed as a first inclined surface portion inclined downward at a first angle Forming a lower planar portion between the lower ends of each of the structures; And
Forming a final surface pattern having a second inclined surface portion in a curved shape on the first inclined surface portion by removing the reduced etched mask pattern by simultaneously etching the reduced etched mask pattern and the sapphire substrate Wherein the sapphire substrate is a sapphire substrate.
제1항에 있어서, 건식 식각공정과 습식 식각공정 중 어느 하나를 이용하여 상기 축소된 식각 마스크 패턴과 상기 사파이어 기판을 동시에 식각하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
The method of claim 1, wherein the reduced etch mask pattern and the sapphire substrate are simultaneously etched using either the dry etch process or the wet etch process.
제1항에 있어서, 상기 제1 각도(θ1)는 40도~ 60도이고, 상기 제2 각도(θ2)는 제1 각도 이하이고, 상기 제2경사면부가 완만한 곡면 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
The method according to claim 1, characterized in that the first angle (? 1 ) is in the range of 40 to 60 degrees, the second angle (? 2 ) is less than the first angle and the second inclined surface Of the surface of the sapphire substrate.
제1항에 있어서, 상기 식각 마스크 패턴을 습식 식각공정에 의해 식각하여 축소하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
The method for forming a surface pattern of a sapphire substrate according to claim 1, wherein the etching mask pattern is reduced by etching by a wet etching process.
제1항에 있어서, 상기 식각 마스크 패턴을 산화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
The method for forming a surface pattern of a sapphire substrate according to claim 1, wherein the etching mask pattern is formed of an oxide film.
제5항에 있어서, 상기 산화막을 200Å∼5000Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
6. The method of claim 5, wherein the oxide layer is formed to a thickness of 200 to 5000 Angstroms.
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.
The method of claim 1, wherein the etch mask pattern is etched to an etch thickness smaller than the etch mask pattern and less than half the width of the etch mask pattern. .
제1항에 있어서, 상기 사파이어 기판을, 비율이 2:1 ~ 4:1인 황산과 인산에 1~20%의 불산 또는 불산이 포함된 용액을 추가한 식각용액으로 식각하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
The sapphire substrate according to claim 1, wherein the sapphire substrate is etched with an etching solution to which a solution containing sulfuric acid in a ratio of 2: 1 to 4: 1 and phosphoric acid in an amount of 1 to 20% A method for forming a surface pattern of a substrate.
제8항에 있어서, 상기 식각 용액을 150℃~250℃의 온도로 유지하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.The method according to claim 8, wherein the etching solution is maintained at a temperature of 150 ° C to 250 ° C.
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