KR20140123318A - Method for separating growth substrate using stress and method for fabricating semiconductor device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 성장 기판 분리 방법 및 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 성장 기판과 에피층 사이에 인가되는 응력을 이용하여 성장 기판을 분리하는 방법 및 반도체 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a growth substrate separation method and a semiconductor device manufacturing method, and more particularly, to a method of separating a growth substrate using stress applied between a growth substrate and an epi layer and a method of manufacturing a semiconductor device.
발광 다이오드는 전자와 정공의 재결합으로 발생되는 광을 발하는 무기 반도체 소자로서, 최근, 디스플레이, 자동차 램프, 일반 조명 등의 여러 분야에서 사용되고 있다.BACKGROUND ART Light emitting diodes (LEDs) are inorganic semiconductor devices that emit light generated by the recombination of electrons and holes. Recently, they have been used in various fields such as displays, automobile lamps, and general lighting.
상기 발광 다이오드는 전극 형성위치에 따라서 수평형 발광 다이오드와 수직형 발광 다이오드로 분류될 수 있다.The light emitting diode may be classified into a horizontal type light emitting diode and a vertical type light emitting diode according to an electrode formation position.
수평형 발광 다이오드는 제조 방법이 비교적 간단하나, 하부 반도체층의 전극을 형성하기 위하여 활성층의 일부를 제거하므로 발광 면적이 감소한다. 또한, 전극들의 수평 배치로 인한 전류쏠림현상이 발생하여 발광 다이오드의 발광 효율이 감소된다. 뿐만 아니라, 수평형 발광 다이오드의 성장기판으로 사파이어 기판이 가장 폭 넓게 사용되는데, 사파이어 기판은 열전도성이 낮아서 발광 다이오드의 열방출이 어렵다. 이에 따라, 발광 다이오드의 접합 온도가 높아지며, 상기 발광 다이오드의 내부 양자 효율이 저하된다.Although the horizontal flat type light emitting diode is relatively simple in manufacturing method, the light emitting area is reduced because a part of the active layer is removed to form the electrode of the lower semiconductor layer. In addition, current-leaking phenomenon occurs due to the horizontal arrangement of the electrodes, thereby reducing the light emitting efficiency of the light emitting diode. In addition, a sapphire substrate is widely used as a growth substrate for horizontal flat type light emitting diodes. However, the sapphire substrate has low thermal conductivity, so that heat emission of the light emitting diode is difficult. As a result, the junction temperature of the light emitting diode is increased and the internal quantum efficiency of the light emitting diode is lowered.
상기와 같은 수평형 발광 다이오드가 갖는 문제점을 해결하기 위하여, 수직형 발광 다이오드가 개발되고 있다. 수직형 발광 다이오드는 전극이 상하 배치되고 사파이어 기판과 같은 성장기판이 분리되므로, 수평형 발광 다이오드가 갖는 문제를 해소할 수 있다. 수직형 발광 다이오드는 전극이 상하 배치되므로, 제조시 성장 기판을 분리하는 공정이 추가로 요구된다. 일반적으로, 성장 기판 분리를 위하여 주로 레이저 리프트 오프(Laser Lift-off; LLO) 기술이 사용되며, 최근, 화학적 리프트 오프(Chemical Lift-off; CLO) 기술, 응력 리프트 오프(stress Lift-off; SLO) 기술 등이 연구 개발되고 있다. In order to solve such a problem of the horizontal type light emitting diode, a vertical type light emitting diode has been developed. In the vertical type light emitting diode, since the electrodes are vertically arranged and the growth substrate such as the sapphire substrate is separated, the problem of the horizontal type light emitting diode can be solved. In the vertical type light emitting diode, since the electrodes are arranged vertically, a step of separating the growth substrate during manufacturing is further required. Generally, a laser lift-off (LLO) technique is mainly used for growth substrate separation. Recently, a chemical lift-off (CLO) technique, a stress lift-off ) Technologies are being researched and developed.
그러나, 레이저 리프트 오프를 이용하여 성장 기판을 분리할 경우, 강한 에너지의 레이저로 인하여 반도체층에 크랙이 발생할 수 있고, 반도체층과 동종 물질의 성장 기판을 사용할 경우(예컨대, 질화갈륨 반도체층과 질화갈륨 기판)에는, 성장 기판과 반도체층 간의 에너지 밴드갭 차이가 작아 레이저 리프트 오프 방법을 적용하는 것이 어렵다. 화학적 리프트 오프의 경우, 기판과 반도체층 사이를 화학 식각 시키는 공정의 공정 재현성이 떨어져, 공정 수율이 일정하지 않다.However, when the growth substrate is separated using the laser lift-off, a crack may be generated in the semiconductor layer due to a strong energy laser. When a growth substrate of the same kind of material as the semiconductor layer is used (for example, Gallium substrate), it is difficult to apply the laser lift-off method because the energy band gap difference between the growth substrate and the semiconductor layer is small. In the case of chemical lift-off, the process reproducibility of the process of chemical etching between the substrate and the semiconductor layer deteriorates, and the process yield is not constant.
상술한 레이저 리프트 오프와 화학적 리프트 오프의 단점을 극복하고자, 최근에 응력 리프트 오프를 이용하여 기판을 분리하는 기술이 다양하게 연구되고 있다. 응력을 이용하여 기판을 분리하는 경우, 기판과 에피층 사이에 응력을 인가하여 수 내지 수십 ㎛ 두께의 에피층을 성장 기판으로부터 분리하여야 한다. 그런데, 응력을 인가하는 과정에서, 에피층에도 응력이 가해지므로 에피층에 스트레인 및 크랙 등이 발생할 수 있고, 이는 에피층의 질을 떨어뜨린다. 에피층의 질이 저하되면, 공정 수율이 감소되고, 또한 제조된 발광 다이오드의 광량 저하, 신뢰성 저하 등이 유발될 수 있다. 뿐만 아니라, 응력을 인가하는 과정에서 성장 기판에도 응력이 가해지므로, 특히 취성이 큰 기판의 경우 분리 과정에서 쉽게 손상 또는 파손되어 기판을 재사용하지 못하게 된다. 예를 들어, GaN 기판은 취성이 커서 응력을 이용한 기판 분리 과정에서 쉽게 깨지는데, GaN 기판은 매우 고가이므로, 결과적으로 전체 공정 비용이 증가된다.In order to overcome the disadvantages of the above-described laser lift-off and chemical lift-off, a technique for separating a substrate using stress lift off has been variously studied. When stress is used to separate the substrate, stress must be applied between the substrate and the epi layer to separate the epi layer from the growth substrate to a few to several tens of 탆 thick. In the process of applying stress, stress is applied to the epi layer, so that strain and cracks may occur in the epi layer, which degrades the quality of the epi layer. If the quality of the epi layer is lowered, the process yield may be reduced, and the light quantity of the manufactured light emitting diode may be lowered and reliability may be lowered. In addition, since the stress is applied to the growth substrate in the process of applying the stress, the substrate can not be easily reused due to damage or breakage particularly in the case of a brittle substrate. For example, GaN substrates are brittle and easily broken during stress separation. GaN substrates are very expensive, resulting in an increase in the overall process cost.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 응력을 이용하여 성장 기판을 분리하는 경우에, 에피층 및 성장 기판에 손상을 유발하지 않는 성장 기판 분리 방법을 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a growth substrate separation method that does not cause damage to an epitaxial layer and a growth substrate when a growth substrate is separated using stress.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 응력을 이용하여 용이하게 성장 기판을 분리할 수 있는 기판 분리 방법을 이용하는 반도체 소자 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device using a substrate separation method capable of easily separating a growth substrate using stress.
본 발명의 일 실시예에 따른 성장 기판 분리 방법은, 성장 기판 상에 희생층을 형성하고; 상기 희생층 상에 마스크층을 형성하되, 상기 마스크층은 마스킹부 및 오프닝부를 포함하고; 상기 희생층 상에 상기 마스킹부를 덮는 에피층을 형성함과 아울러, 상기 오프닝부 아래 영역의 희생층에 공동을 형성하되, 상기 공동은 적어도 상기 마스킹부의 아래 영역까지 확장되고; 상기 에피층과 상기 성장 기판 사이에 응력을 가하여 상기 에피층으로부터 상기 성장 기판을 분리하는 것을 포함하고; 상기 공동은 상기 희생층 및 상기 마스킹부에 접하는 선단부를 포함하며, 상기 성장 기판이 에피층으로부터 분리되는 동안, 상기 마스킹부 내에서 상기 선단부에 접하는 브레이킹면이 형성된다.According to an embodiment of the present invention, a growth substrate separation method includes: forming a sacrificial layer on a growth substrate; Forming a mask layer on the sacrificial layer, the mask layer including a masking portion and an opening portion; Forming an epi layer on the sacrificial layer to cover the masking portion and forming a cavity in the sacrificial layer in the region below the opening portion, the cavity extending at least down to the region of the masking portion; Applying stress between the epitaxial layer and the growth substrate to separate the growth substrate from the epitaxial layer; The cavity includes a sacrificial layer and a front end portion in contact with the masking portion, and a breaking surface is formed in the masking portion in contact with the front end portion while the growth substrate is separated from the epilayer.
이에 따르면, 선단부 위의 마스킹부에 응력이 집중되어, 기판 분리 과정에서 에피층 및 성장 기판에 인가되는 응력의 크기를 매우 감소시킬 수 있다. 따라서, 성장 기판 분리 과정에서 에피층에 결함 및 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있고, 성장 기판이 손상되거나 파손되는 것을 방지할 수 있어서, 공정 수율을 향상 및 공정 비용 절감의 효과를 제공할 수 있다.Accordingly, the stress is concentrated on the masking portion on the tip portion, and the magnitude of the stress applied to the epi layer and the growth substrate during the substrate separation process can be greatly reduced. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of defects and damage in the epitaxial layer during the growth substrate separation process, and to prevent the growth substrate from being damaged or broken, thereby improving the process yield and reducing the process cost .
상기 성장 기판 분리 방법은, 상기 성장 기판을 분리하기 전에, 상기 에피층 상에 지지 기판을 본딩하는 것을 더 포함할 수 있다.The growth substrate separation method may further include bonding the support substrate on the epi layer before separating the growth substrate.
상기 지지 기판의 열팽창 계수는 상기 에피층의 열팽창 계수와 다를 수 있고, 상기 지지 기판을 본딩하는 동안, 상기 에피층과 상기 성장 기판 사이에 응력이 인가될 수 있다.The thermal expansion coefficient of the support substrate may be different from the thermal expansion coefficient of the epitaxial layer and stress may be applied between the epitaxial layer and the growth substrate during bonding of the support substrate.
나아가, 상기 지지 기판을 본딩하는 동안, 상기 에피층과 상기 성장 기판 사이에 응력이 인가됨으로써, 상기 마스킹부의 선단부 위 영역에 크랙이 형성되는 성장 기판 분리 방법.Further, during the bonding of the supporting substrate, a stress is applied between the epi layer and the growth substrate, so that a crack is formed in the region above the tip of the masking portion.
또한, 상기 브레이킹 면은 상기 크랙으로부터 연장되어 형성된 것일 수 있다.Further, the breaking surface may be formed extending from the crack.
지지 기판을 본딩하는 것을 더 포함함으로써, 본딩 과정에서 마스킹부에 크랙을 형성하여 성장 기판 분리 공정을 더욱 용이하게 할 수 있다.By further including bonding the supporting substrate, a crack can be formed in the masking portion during the bonding process, thereby further facilitating the growth substrate separation process.
상기 지지 기판은 금속을 포함할 수 있다.The support substrate may comprise a metal.
나아가, 상기 지지 기판을 상기 에피층 상에 본딩하는 것은, 공정 본딩(Eutectic bonding)하는 것을 포함할 수 있고, 상기 공정 본딩은 AuSn을 이용하여 수행될 수 있다.Further, bonding the support substrate onto the epi layer may include Eutectic bonding, and the process bonding may be performed using AuSn.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 브레이킹면은 상기 마스킹부 하부면에서 상기 마스킹부 중심부 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.In some embodiments, the breaking surface may be formed to be inclined from the lower surface of the masking portion toward the center of the masking portion.
상기 성장 기판 분리 방법은, 상기 에피층을 형성하기 전에,상기 희생층을 전기화학식각하여 상기 희생층 내에 미세공동을 형성하는 것을 더 포함할 수 있고, 상기 공동은 상기 미세공동이 서로 합쳐지거나 확장되어 형성될 수 있다.The growth substrate separation method may further include electrochemically etching the sacrificial layer to form a microcavity in the sacrificial layer prior to forming the epilayer, .
덧붙여, 상기 전기화학식각 전에, 상기 희생층 상에 식각 전극을 형성하고; 상기 전기화학식각 후에, 상기 식각 전극 및 상기 식각 전극 아래 영역의 희생층을 제거하는 것을 더 포함할 수 있다.In addition, before the electrochemical etching, an etch electrode is formed on the sacrificial layer; After the electrochemical etching, removing the etchant and the sacrificial layer under the etch electrode may be further included.
다른 실시예들에 있어서, 상기 마스킹부의 너비는 상기 오프닝부의 너비와 같거나 또는 상기 오프닝부의 너비보다 작을 수 있다.In other embodiments, the width of the masking portion may be equal to or less than the width of the opening portion.
상기 성장 기판 분리 방법은, 상기 에피층으로부터 상기 성장 기판을 분리하기 전에, 상기 성장 기판 하면에 캐리어 기판을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.The growth substrate separation method may further include forming a carrier substrate on the lower surface of the growth substrate before separating the growth substrate from the epi layer.
이에 따라, 성장 기판 분리 과정에서 성장 기판이 손상 또는 파손되는 것을 방지할 수 있다.Accordingly, it is possible to prevent the growth substrate from being damaged or broken during the growth substrate separation process.
상기 캐리어 기판은 유리 기판, 실리콘 기판, 또는 사파이어 기판일 수 있다.The carrier substrate may be a glass substrate, a silicon substrate, or a sapphire substrate.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 성장 기판 분리 방법은, 성장 기판 상에 희생층을 형성하고; 상기 희생층 상에 마스크층을 형성하되, 상기 마스크층은 마스킹부 및 오프닝부를 포함하고; 상기 희생층 상에 상기 마스킹부를 덮는 에피층을 형성함과 아울러, 상기 오프닝부 아래 영역의 희생층에 공동을 형성하되, 상기 공동은 적어도 마스킹부의 아래 영역까지 확장되고; 상기 에피층 상에 상기 성장 기판과 다른 열팽창 계수를 갖는 지지 기판을 본딩하는 것을 포함하고, 상기 공동은 상기 희생층 및 상기 마스킹부에 접하는 선단부를 포함하며, 상기 에피층 상에 상기 지지 기판을 본딩하는 동안, 상기 에피층과 상기 성장 기판 사이에 응력이 인가되고, 상기 마스킹부 내에서 상기 선단부에 접하는 브레이킹면이 형성되어 상기 에피층으로부터 상기 지지 기판이 분리된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a growth substrate separation method comprising: forming a sacrificial layer on a growth substrate; Forming a mask layer on the sacrificial layer, the mask layer including a masking portion and an opening portion; Forming an epi layer on the sacrificial layer to cover the masking portion and forming a cavity in the sacrificial layer in the area below the opening portion, the cavity extending at least to a region below the masking portion; And bonding a supporting substrate having a thermal expansion coefficient different from that of the growth substrate on the epilayer, wherein the cavity includes a front end portion in contact with the sacrificial layer and the masking portion, and bonding the supporting substrate on the epi layer A stress is applied between the epitaxial layer and the growth substrate and a braking surface in contact with the front end in the masking portion is formed to separate the support substrate from the epitaxial layer.
상기 지지 기판의 열팽창 계수는 상기 에피층의 열팽창 계수보다 클 수 있다.The thermal expansion coefficient of the support substrate may be greater than the thermal expansion coefficient of the epi layer.
또한, 상기 지지 기판을 본딩하는 동안, 상기 지지 기판 및 상기 에피층이 보우잉(bowing)될 수 있다.Also, during bonding of the supporting substrate, the supporting substrate and the epi layer may be bowed.
나아가, 상기 지지 기판 및 상기 에피층이 보우잉됨으로써, 상기 마스킹부가 상기 선단부에 접하는 부분에 크랙이 형성될 수 있고, 상기 브레이킹면은 상기 크랙으로부터 연장되어 형성될 수 있다.Further, the support substrate and the epi layer may be bored, so that a crack may be formed at a portion where the masking portion is in contact with the front end portion, and the breaking surface may be formed extending from the crack.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법은, 성장 기판 상에 희생층을 형성하고; 상기 희생층 상에 마스크층을 형성하되, 상기 마스크층은 마스킹부 및 오프닝부를 포함하고; 상기 희생층 상에 상기 마스킹부를 덮는 에피층을 형성함과 아울러, 상기 오프닝부 아래 영역의 희생층에 공동을 형성하되, 상기 공동은 적어도 상기 마스킹부의 아래 영역까지 확장되고; 상기 에피층과 상기 성장 기판 사이에 응력을 가하여 상기 에피층으로부터 상기 성장 기판을 분리하는 것을 포함하고; 상기 공동은 상기 희생층 및 상기 마스킹부에 접하는 선단부를 포함하며, 상기 성장 기판이 에피층으로부터 분리되는 동안, 상기 마스킹부 내에서 상기 선단부에 접하는 브레이킹면이 형성되며, 상기 성장 기판이 분리된 에피층 표면에 제1 요철이 형성된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a sacrificial layer on a growth substrate; Forming a mask layer on the sacrificial layer, the mask layer including a masking portion and an opening portion; Forming an epi layer on the sacrificial layer to cover the masking portion and forming a cavity in the sacrificial layer in the region below the opening portion, the cavity extending at least down to the region of the masking portion; Applying stress between the epitaxial layer and the growth substrate to separate the growth substrate from the epitaxial layer; Wherein the cavity includes a sacrificial layer and a tip portion in contact with the masking portion, a braking surface in contact with the tip in the masking portion is formed while the growth substrate is separated from the epilayer, A first irregularity is formed on the surface of the layer.
상기 에피층은 제1 질화물 반도체층, 활성층 및 제2 질화물 반도체층을 포함할 수 있다.The epi layer may include a first nitride semiconductor layer, an active layer, and a second nitride semiconductor layer.
또한, 상기 성장 기판이 분리된 에피층을 그 표면으로부터 소정 두께로 제거하여, 상기 에피층 표면에 제2 요철을 형성하는 것을 더 포함할 수 있고, 상기 제2 요철은 상기 제1 요철보다 완만한 경사를 가질 수 있다.The method may further include removing the epitaxial layer separated from the growth substrate to a predetermined thickness from the surface of the epitaxial layer to form a second irregularity on the surface of the epitaxial layer, wherein the second irregularity is gentler than the first irregularity It can be inclined.
본 발명의 성장 기판 분리 방법 따르면, 기판 분리 과정에서, 에피층 및 성장 기판에 인가되는 응력의 크기를 매우 감소시킬 수 있다. 에피층 및 성장 기판에 인가되는 응력이 감소되어, 성장 기판 분리 과정에서 에피층에 결함 및 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있고, 성장 기판이 손상되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 공정 수율을 향상시킬 수 있고, 공정 비용을 절감시킬 수 있다.According to the growth substrate separation method of the present invention, in the substrate separation process, the magnitude of the stress applied to the epi layer and the growth substrate can be greatly reduced. The stress applied to the epitaxial layer and the growth substrate is reduced and it is possible to prevent the occurrence of defects and damage in the epitaxial layer during the growth substrate separation process and to prevent the growth substrate from being damaged or damaged. Therefore, the process yield can be improved and the process cost can be reduced.
또한, 상기 성장 기판 분리 방법을 이용하는 반도체 소자 제조 방법에 따르면, 제조된 반도체 소자의 반도체층들의 결정질을 우수하게 유지할 수 있고, 결함 밀도 증가를 방지할 수 있어서, 공정 수율을 향상시킬 수 있다. 나아가, 제조된 반도체 소자의 효율 감소 및 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.According to the semiconductor device manufacturing method using the growth substrate separation method, the crystalline quality of the semiconductor layers of the manufactured semiconductor device can be maintained to be excellent and the increase in defect density can be prevented, thereby improving the process yield. Further, it is possible to prevent the reduction of the efficiency and the reliability of the manufactured semiconductor device.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 분리 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 분리 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 분리 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 11 내지 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 16a 및 도 16b는, 본 발명의 실시예들에 있어서, 식각 전극을 제거하는 것을 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.1 to 5 are sectional views illustrating a method of separating a substrate according to an embodiment of the present invention.
6 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of separating a substrate according to another embodiment of the present invention.
9 and 10 are cross-sectional views illustrating a method of separating a substrate according to another embodiment of the present invention.
11 to 15 are sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to still another embodiment of the present invention.
16A and 16B are a plan view and a cross-sectional view for explaining the removal of the etching electrode in the embodiments of the present invention.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can sufficiently convey the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the width, length, thickness, etc. of components may be exaggerated for convenience. It is also to be understood that when an element is referred to as being "above" or "above" another element, But also includes the case where there are other components in between. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 분리 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 to 5 are sectional views illustrating a method of separating a substrate according to an embodiment of the present invention.
도 1의 (a)를 참조하면, 성장 기판(110) 상에 희생층(120)을 형성한다.Referring to FIG. 1 (a), a
성장 기판(110)은 반도체층들을 성장시킬 수 있는 기판이면 한정되지 않으며, 예를 들어, 사파이어 기판, 실리콘 카바이드 기판, 실리콘 기판, 질화갈륨 기판, 질화알루미늄 기판 등일 수 있다. 특히, 본 실시예에 있어서, 상기 성장 기판(110)은 질화갈륨 기판일 수 있다.The
희생층(120)은 (Al, Ga, In)N과 같은 질화물 반도체를 포함할 수 있으며, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy) 또는 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 기술을 이용하여 성장 기판(110) 상에 성장될 수 있다.The
나아가, 희생층(120)은 고농도 불순물을 포함하여, N형 또는 P형 질화물 반도체층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 희생층(120)은 Si가 3×1018/cm3 이상의 농도, 더욱 바람직하게는, Si가 3×1018/cm3 내지 3×1019/cm3으로 도핑된 N형 GaN층일 수 있다. 이에 따라, 후술하여 설명하는 전기화학식각(Electro-Chemical Etching; ECE) 공정을 이용하여 희생층(120) 내에 미세 공동을 형성할 수 있다.Further, the
이어서, 도 1의 (b)를 참조하면, 희생층(120) 상에 마스크층(130)을 형성한다.Next, referring to FIG. 1B, a
마스크층(130)은 마스킹부(131) 및 오프닝부(133)를 포함할 수 있으며, 상기 오프닝부(133)에 의해 희생층(120) 상면의 일부가 노출될 수 있다. 마스킹부(131)는 SiO2를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다른 절연 물질을 포함할 수도 있다.The
마스크층(130)은, 예를 들어, 전자빔증발(E-beam evaporation)과 기술을 이용하여 희생층(120) 상에 SiO2층을 증착하고, 상기 SiO2층을 패터닝하여 마스킹부(131) 및 오프닝부(133)를 형성함으로써 제조될 수 있다. 나아가, 상기 패터닝공정에 의해, 상기 마스킹부(131)는 도시된 바와 같이 그 단면이 사다리꼴 형태일 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 마스크층(130)은 다른 방법으로 형성될 수도 있고, 또한, 상기 마스킹부(131)는 다양한 형태를 가질 수 있다. The
한편, 마스크층(130)은 마스킹부(131)와 오프닝부(133)를 포함함으로써, 여러 가지 패턴으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 16a에 도시된 바와 같이, 마스킹부(131)와 오프닝부(133)가 스트라이프 형상으로 형성되어, 마스크층(130)이 스트라이프 패턴으로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 마스크층(130)은 아일랜드 패턴, 메쉬 패턴 등 다양한 패턴으로 형성될 수 있다.Meanwhile, the
또한, 마스크층(130)의 마스킹부(131) 및 오프닝부(133)의 너비는 후속 공정에서의 공동(140)의 크기, 제1 질화물 반도체층(151)을 횡방향 성장시킬 수 있는 정도 등을 고려하여 조절될 수 있다. 특히, 마스킹부(131)의 너비는 오프닝부(133)의 너비와 같거나 또는 상기 오프닝부(133)의 너비보다 작을 수 있으며, 이에 따라, 성장 기판(110) 분리 공정을 더욱 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 마스킹부(131)의 너비는 약 4㎛이고, 오프닝부(133)의 너비는 약 8㎛일 수 있다.The widths of the masking
그 다음, 도 1의 (c)를 참조하면, 전기화학식각(ECE)을 이용하여 희생층(120)을 부분적으로 제거한다.1 (c),
이하, 전기화학식각 공정에 대해서 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the electrochemical etching process will be described in detail.
먼저, 희생층(120) 상에 식각 전극(410)을 형성한다. 예를 들어, 도 16a에 도시된 바와 같이, 희생층(120) 상에 3개의 식각 전극(410)이 형성될 수 있다. 이어서, 희생층(120)이 형성된 성장 기판(110)과 음극 전극(예를 들어, Pt 전극)을 용액에 담근다. 상기 용액은 전해질 용액일 수 있고, 예를 들어, 옥살산, HF 또는 NaOH를 포함하는 전해질 용액일 수 있다. 그리고, 식각 전극(410)과 상기 음극 전극에 일정 전압을 가하면, 희생층(120)이 부분적으로 제거되어 도 1의 (c)에 도시된 바와 같은 미세공동(141)이 형성될 수 있다. 전기화학식각 공정에서 마스킹부(131)는 식각 마스크 역할을 할 수 있고, 이에 따라, 미세공동(141)은 오프닝부(133) 아래 영역 및 마스킹부(131)의 테두리 영역 아래의 희생층(120) 내에 주로 형성될 수 있다.First, an
상기 전기화학식각 공정에서 용액의 조성 및 농도, 전압 인가 시간, 인가 전압을 선택적으로 적용하여, 미세 공동(141)의 크기 및 형성 영역을 조절할 수 있다. 예를 들어, 10~60V 범위의 전압을 연속적으로 인가하여 희생층(120)을 부분적으로 식각하여 미세 공동(141)을 형성할 수 있고, 또한, 두 단계의 전압을 인가하는 전기화학식각 공정을 이용하여 미세 공동(141)을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 1단계 전기화학식각 공정에서 9V의 전압을 180초간 인가하고, 이어서 2단계 전기화학식각 공정으로 16.5V의 전압을 180초간 인가할 수 있다. 이에 따라, 도시된 바와 같이, 상대적으로 작은 크기의 미세 공동이 먼저 형성되고, 상대적으로 큰 크기의 미세 공동이 형성될 수 있다.In the electrochemical etching process, the size and formation area of the
두 단계 전기화학식각 공정을 이용함으로써, 희생층(120)의 표면은 양호한 결정성을 유지할 수 있고, 아울러, 희생층(120)의 내부에 상대적으로 큰 미세 공동을 형성할 수 있어 후속 공정에 유리하다.By using the two-step electrochemical etching process, the surface of the
한편, 본 실시예의 제조 방법은, 전기화학식각 공정으로 희생층(120)의 일부를 제거한 후, 식각 전극(410) 및 식각 전극 아래 영역(410')의 희생층(120)을 제거하는 것을 더 포함할 수 있다. 도 16b는 도 16a에서 식각 전극(410) 및 식각 전극 아래 영역(410')의 희생층을 제거한 후에 대응되는 A-A'의 단면을 도시한다. 도 16b를 참조하면, 전기화학식각 공정을 완료한 후, 식각 전극(410)과 식각 전극 아래 영역(410')의 희생층(120)을 제거할 수 있다. 식각 전극(410) 아래 영역(410')의 희생층(120)이 제거됨으로써, 희생층(120)이 제거된 부분에 성장 기판(110)의 상면이 노출될 수 있다.The manufacturing method of the present embodiment further includes removing the
후술하는 성장 기판(110) 분리 과정에서, 식각 전극(410)이 형성된 영역은 성장 기판(110)의 분리를 방해할 수 있다. 따라서, 전기화학식각 공정이 완료된 후, 상기 식각 전극(410)과 식각 전극 아래 영역(410')의 희생층(120)을 제거하여, 식각 전극(410)이 성장 기판(110) 분리를 방해하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 응력을 이용한 성장 기판(110) 분리 공정이 더욱 용이해질 수 있다.In the process of separating the
다만, 이와 달리, 상기 식각 전극(410) 및 식각 전극 아래 영역(410')의 희생층(120)을 제거하는 공정은 후술하는 에피층(150) 성장 이후에 수행될 수도 있다. 이 경우, 식각 전극(410) 위 영역의 에피층(150)이 추가적으로 제거될 수 있다.Alternatively, the step of removing the
이어서, 도 2 및 도 3을 참조하면, 희생층(120) 상에 마스킹부(131)를 덮는 에피층을 형성함과 아울러, 희생층(120)에 공동(140)을 형성한다.Referring to FIGS. 2 and 3, an epi layer is formed on the
구체적으로, 도 2를 참조하면, 희생층(120) 상에 마스킹부(131)를 덮는 제1 질화물 반도체층(151)을 성장시킨다.Referring to FIG. 2, a first
제1 질화물 반도체층(151)은 MOCVD, MBE, 또는 HVPE 등의 기술을 이용하여 성장될 수 있다. 제1 질화물 반도체층(151)은 오프닝부(133)에 의해 상면이 노출된 희생층(120)의 영역을 시드(seed)로 하여 성장될 수 있으며, 성장 중에 수직 방향 성장뿐 아니라, 수평 방향 성장을 동반할 수 있다. 이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 질화물 반도체층(151)이 마스킹부(131)를 덮도록 형성될 수 있다.The first
또한, 제1 질화물 반도체층(151)이 성장되는 동안, 미세공동(141)이 서로 합쳐져 공동(140)이 형성될 수 있다. 따라서, 공동(140)은 미세공동(141)이 형성되어있던 영역에서 주로 형성되며, 미세공동(141)이 형성되어 있던 영역보다 더 확장된 영역을 갖도록 형성될 수도 있다. 공동(140)은 오프닝부(133) 아래 영역의 희생층(120)에 형성될 수 있고, 나아가, 상기 공동(140)은 적어도 마스킹부(131)의 아래 영역까지 확장될 수 있다. 공동(140)이 마스킹부(131)의 아래 영역까지 확장되어 형성된다. 공동(140)은 마스킹부(131) 아래 영역에서 마스킹부(131)의 측면 아래에서 중심부 아래 방향으로 갈수록 그 높이가 작아지는 형상으로 형성됨으로써, 선단부(145)가 형성될 수 있다. 선단부(145)는 공동(140), 희생층(120), 및 마스킹부(131)가 접하는 부분에 형성되며, 따라서, 공동(140)은 선단부(145)를 포함할 수 있다. 이어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 질화물 반도체층(151) 상에 활성층(153) 및 제2 질화물 반도체층(155)을 성장시켜, 에피층(150)을 형성한다.Also, during the growth of the first
활성층(153) 및 제2 질화물 반도체층(155)은 제1 질화물 반도체층(151)과 유사하게, MOCVD, MBE, 또는 HVPE 등의 기술을 이용하여 성장될 수 있다.The
에피층(150)의 각 반도체층들(151, 153, 155)은 (Al, Ga, In)N을 포함할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 제1 질화물 반도체층(151)은 N형 반도체층이고, 제2 질화물 반도체층(153)은 P형 반도체층이나, 그 반대일 수도 있다. 활성층(153)은 다중양자우물 구조(MQW)를 포함할 수 있으며, 상기 다중 양자우물구조를 이루는 반도체층들이 원하는 피크 파장의 광을 방출하도록, 상기 반도체층들을 이루는 원소 및 그 조성이 조절될 수 있다.Each of the semiconductor layers 151, 153, and 155 of the
상기 제1 질화물 반도체층(151)은 언도프트(un-doped)층과 도핑층을 포함할 수 있다. 제1 질화물 반도체층(151) 형성시 언도프트층을 먼저 성장시키고, 이후 도핑층을 형성하여, 제1 질화물 반도체층(151)이 다중층을 포함하도록 할 수 있다. 이와 같이, 제1 질화물 반도체층(151)의 형성시 초기에 언도프트층을 먼저 성장시킴으로써, 제1 질화물 반도체층(151)의 결정 품질을 개선시킬 수 있다.The first
이하, 질화물 반도체 물질을 포함하는 반도체층들(151, 153, 155)과 관련된 주지 기술내용의 설명은 생략한다.Hereinafter, a description of well-known technical terms relating to the semiconductor layers 151, 153, and 155 including the nitride semiconductor material will be omitted.
다음, 도 4를 참조하면, 제2 질화물 반도체층(155) 상에 지지 기판(171)을 본딩할 수 있다. 나아가, 상기 지지 기판(171)과 에피층(150)을 본딩하는 본딩층(160)이 더 형성될 수 있다.Next, referring to FIG. 4, the supporting substrate 171 may be bonded onto the second
지지 기판(171)은 절연성 기판, 도전성 기판, 또는 회로 기판일 수 있다. 예를 들어, 지지 기판(171)은 사파이어 기판, 질화물 기판, 유리 기판, 실리콘 카바이드 기판, 실리콘 기판, 금속 기판, 세라믹 기판 또는 PCB 기판일 수 있으며, 특히, 본 실시예의 지지 기판(171)은 금속을 포함할 수 있다. 또한, 상기 지지 기판(171)의 열팽창 계수는 에피층(150)의 열팽창 계수와 다를 수 있다. 지지 기판(171)이 금속을 포함하는 경우, 다중층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 지지 기판(171)은 Mo층의 상면과 하면에 Cu층이 접합된 것일 수 있다. 이와 같이, 지지 기판(171)이 두 종류 이상의 금속층을 포함하도록 형성함으로써, 지지 기판(171)의 열팽창계수를 조절할 수 있다.The supporting substrate 171 may be an insulating substrate, a conductive substrate, or a circuit substrate. For example, the supporting substrate 171 may be a sapphire substrate, a nitride substrate, a glass substrate, a silicon carbide substrate, a silicon substrate, a metal substrate, a ceramic substrate, or a PCB substrate. . ≪ / RTI > The thermal expansion coefficient of the support substrate 171 may be different from the thermal expansion coefficient of the epi-
지지 기판(171)을 에피층(150) 상에 본딩하는 것은, 지지 기판(171)을 공정 본딩(Eutectic bonding)하는 것을 포함할 수 있으며, 예를 들어, AuSn이용하여 공정 본딩(Eutectic bonding)될 수 있다. 이에 따라, 본딩층(160)은 AuSn을 포함할 수 있다. Bonding the support substrate 171 onto the
AuSn을 이용한 공정 본딩(Eutectic bonding)은, AuSn을 AuSn의 공정 온도(Eutectic temperature, 약 280℃) 이상의 온도(예컨대, 약 350℃)로 가열한 후, 상기 가열된 AuSn을 에피층(150)과 지지 기판(171) 사이에 배치하고, 상기 AuSn을 냉각시켜 수행될 수 있다. 이때, 지지 기판(171)과 에피층(150)의 열팽창 계수가 다른 경우, 본딩 공정에서의 온도 변화로 인하여 발생하는 지지 기판(171)과 에피층(150)의 부피 변화율이 달라진다. 따라서, 온도 변화에 따라 에피층(150), 희생층(120), 마스킹부(131) 및 성장 기판(110), 특히, 성장 기판(110)과 에피층(150) 사이에 응력이 가해질 수 있다. 상기 응력은 공동(140)의 선단부(145)에 특히 집중될 수 있고, 이에 따라, 마스킹부(131)의 선단부(145) 위 영역에 크랙(C)이 발생할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 공동(140)의 선단부(145) 부분에서 단면 형상의 급격한 변화가 존재하여, 본딩 공정에서 선단부(145) 주변에 응력 집중(stress concentration)이 발생한다. 응력 집중에 의하여 선단부(145) 상의 마스킹부(131) 영역에 작용하는 스트레인이 급격히 증가하고, 이에 따라, 크랙(C)이 발생할 수 있다. Eutectic bonding using AuSn is performed by heating AuSn to a temperature of about Eutectic temperature (about 280 ° C) (for example, about 350 ° C) and then heating the AuSn to the
다만, 상술한 설명은 본 발명의 일례에 해당하며, 본 발명은 온도 변화를 수반하는 다른 물질을 이용한 본딩 방법을 이용하는 것도 모두 포함한다.However, the above description corresponds to an example of the present invention, and the present invention includes all the methods using a bonding method using another material accompanied by a temperature change.
한편, 상기 제조 방법은, 지지 기판(171)을 형성하기 전에, 에피층(150) 상에 금속층(미도시)을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. The manufacturing method may further include forming a metal layer (not shown) on the
금속층(미도시)은 반사 금속층과 베리어 금속층을 포함할 수 있고, 베리어 금속층은 반사 금속층을 덮도록 형성될 수 있다. 금속층은 증착 및 리프트 오프 기술 등을 이용하여 형성될 수 있다. The metal layer (not shown) may include a reflective metal layer and a barrier metal layer, and the barrier metal layer may be formed to cover the reflective metal layer. The metal layer may be formed using a deposition and lift-off technique or the like.
반사 금속층은 광을 반사시키는 역할을 할 수 있고, 또한, 에피층(160)과 전기적으로 연결된 전극 역할을 할 수도 있다. 따라서, 반사 금속층은 높은 반사도를 가지면서 오믹 접촉을 형성할 수 있는 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 반사 금속층은, 예를 들어, Ni, Pt, Pd, Rh, W, Ti, Al, Ag 및 Au 중 적어도 하나를 포함하는 금속을 포함할 수 있다. 또한, 상기 베리어 금속층은 반사 금속층과 다른 물질의 상호 확산을 방지한다. 이에 따라, 상기 반사 금속층의 손상에 의한 접촉 저항 증가 및 반사도 감소를 방지할 수 있다. 베리어 금속층은 Ni, Cr, Ti을 포함할 수 있으며, 다중층으로 형성될 수 있다.The reflective metal layer may serve to reflect light, and may also serve as an electrode electrically connected to the
이어서, 도 5를 참조하면, 에피층(150)과 성장 기판(110) 사이에 응력을 가하여 에피층(150)으로부터 성장 기판(110)을 분리한다. 이때, 마스킹부(131) 내에 선단부(145)에 접하는 브레이킹면(B)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 응력은 크랙(C)이 형성된 부분에 집중될 수 있으므로, 상기 브레이킹면(B)은 크랙(C)으로부터 연장되어 형성된 것일 수 있다. 5, stress is applied between the
브레이킹면(B)을 따라 마스킹부(131)가 깨져 하부 마스킹부(131a)와 상부 마스킹부(131b)로 분리될 수 있고, 각각 희생층(120) 상면 및 에피층(150) 하면에 형성될 수 있다. 브레이킹면(B)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 마스킹부(131) 하부면에서 마스킹부(131)의 중심부 방향으로 경사지게 형성될 수 있다. 마스킹부(131)가 하부 마스킹부(131a)와 상부 마스킹부(131b)로 분리되어 깨짐으로써, 성장 기판(110)이 에피층(150)으로부터 분리될 수 있다.The masking
본 실시예에 따르면, 지지 기판(171)의 본딩 과정에서 마스킹부(131)에 크랙(C)이 발생하고, 성장 기판(110) 분리 과정에서 인가된 응력에 의해 상기 크랙(C)으로부터 연장된 브레이킹면(B)을 따라 마스킹부(131)가 깨짐으로써, 성장 기판(110)이 에피층(150)으로부터 분리된다. 특히, 크랙(C) 및 선단부(145)에 인가되는 응력이 집중되므로, 마스킹부(131) 외의 다른 부분, 즉, 에피층(150)이나 성장 기판(150)에 전달되는 응력이 매우 감소한다. 따라서, 에피층(150)에 크랙이나 결함이 발생하는 것을 방지하여 수율 저하를 방지할 수 있고, 또한, 성장 기판(110)이 손상되거나 깨지는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 본 발명의 기판 분리 방법을 이용하여 제조된 반도체 소자의 특성이 매우 우수해질 수 있고, 예컨대, 발광 소자를 제조하는 경우 발광 소자의 광량 저하, 신뢰성 저하 등을 방지할 수 있다. 또한, 성장 기판(110)을 손상되거나 깨지지않게 에피층(150)으로부터 분리할 수 있으므로, 성장 기판(110)을 다시 재사용할 수 있어서, 공정 비용을 절감시킬 수 있다.According to the present embodiment, a crack C is generated in the masking
다만, 본 실시예에 따른 제조 방법은 본딩 공정을 이용하여 마스킹부(131)에 크랙을 형성하는 것을 포함하나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 지지 기판(171)을 에피층(150)에 본딩하지 않고, 성장 기판(110)을 에피층(150)으로부터 분리하는 것도 본 발명에 포함된다. 이러한 경우에도, 응력을 가하여 성장 기판(110)을 에피층(150)으로부터 분리하는 동안, 공동(140)의 선단부(145)에 응력 집중이 발생하므로, 마스킹부(131)에 브레이킹면(B)이 형성될 수 있다.However, the manufacturing method according to the present embodiment includes forming a crack in the masking
도 6 내지 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 분리 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.6 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of separating a substrate according to another embodiment of the present invention.
본 실시예는 도 1 내지 도 5의 실시예와 대체로 유사하나, 성장 기판(110)을 분리하기 전에 성장 기판(110) 하면에 캐리어 기판(180)을 형성하는 것을 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 이하, 상기 차이점을 중심으로 설명한다.The present embodiment is substantially similar to the embodiments of FIGS. 1 to 5, but differs in that it further includes forming the
도 6을 참조하면, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 것과 유사한 방법으로 성장 기판(110) 상에 희생층(120), 마스킹부(131), 에피층(150) 및 지지 기판(171)을 형성한다. 6, a
이어서, 도 7을 참조하면, 성장 기판(110) 하면에 캐리어 기판(180)을 형성한다. Referring to FIG. 7, a
캐리어 기판(180)은 성장 기판(110) 하면에 부착될 수 있는 기판이면 제한되지 않으며, 예를 들어, 실리콘 기판, 유리 기판, 사파이어 기판 등일 수 있다. 특히, 캐리어 기판(180)은 성장 기판(110)에 비해 취성(brittleness)이 낮은 기판인 것이 바람직하며, 나아가, 성장 기판(110)에 비해 연신율(elongation)이 낮은 기판인 것이 바람직하다.The
이 후, 도 8을 참조하면, 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 에피층(150)으로부터 성장 기판(110)을 분리한다.8, the
본 실시예에 따르면, 성장 기판(110) 하면에 취성 및/또는 연실율이 낮은 캐리어 기판(180)을 형성함으로써, 성장 기판(110)이 GaN 기판과 같이 취성이 높은 기판이 분리 과정에서 손상되거나 깨지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 분리된 성장 기판(110)을 다시 재사용할 수 있다. 특히, GaN 기판과 같이 고가의 기판에 상대적으로 저렴한 캐리어 기판(예컨대, 유리 기판, 사파이어 기판 등)을 부착하여 고가의 기판이 손상 또는 파손되는 것을 방지하므로, 공정 비용을 더욱 절감시킬 수 있다.According to this embodiment, by forming the
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 분리 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.9 and 10 are cross-sectional views illustrating a method of separating a substrate according to another embodiment of the present invention.
본 실시예는 도 1 내지 도 5의 실시예와 대체로 유사하나, 지지 기판(173)을 에피층(150)에 본딩하는 과정에서 에피층(150)으로부터 성장 기판(110)이 분리되는 점에서 차이가 있다. 이하, 상기 차이점을 중심으로 설명한다.The present embodiment is substantially similar to the embodiment of FIGS. 1 to 5 except that in the process of bonding the support substrate 173 to the
도 9를 참조하면, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 것과 유사한 방법으로 성장 기판(110) 상에 희생층(120), 마스킹부(131), 에피층(150) 및 지지 기판(171)을 형성한다. 이때, 지지 기판(171)의 열팽창 계수가 에피층(150)의 열팽창 계수보다 더 큰 경우, 온도에 따른 변화율 차이로 인하여 도 9에 도시된 바와 같이 보우잉(bowing)이 발생된다. 온도가 낮아지면서 보우잉에 의해 선단부(145)에 응력이 집중되고, 이로 인해 마스킹부(131)에 크랙(C)이 발생되며, 온도가 더 낮아지면서 응력이 더욱 커져 브레이킹면(B)의 형성과 함께 마스킹부(131)가 깨질 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 지지 기판(173) 형성 후에 추가적으로 응력을 인가하지 않더라도, 지지 기판(173) 본딩 과정에서 도 10에 도시된 바와 같이 성장 기판(110)이 에피층으로부터 분리될 수 있다.9, a
본 실시예에 따르면, 성장 기판(110) 분리를 위한 별도의 응력 인가 과정이 생략될 수 있다. 따라서, 기판 분리 공정 시간이 단축될 수 있다.According to this embodiment, a separate stress applying process for separating the
도 11 내지 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 본 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법은 상술한 실시예들에서 설명한 기판 분리 방법을 이용할 수 있다.11 to 15 are sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to still another embodiment of the present invention. The semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment can use the substrate separating method described in the above embodiments.
도 11을 참조하면, 상술한 실시예들을 이용하여 성장 기판(110)을 에피층(150)으로부터 분리한 후, 에피층(150) 및 지지 기판(170)을 준비한다. 도 11에 도시된 에피층(150) 및 지지 기판(170)은 상술한 실시예들에 도시된 것과 비교하여 상하가 반대로 도시되어 있다.Referring to FIG. 11, after the
성장 기판(110)이 분리되면, 제1 질화물 반도체층(151) 상에 분리된 형상에 대응하는 제1 요철(210)이 형성된다. 나아가, 제1 요철(210)의 요부에는 상부 마스크층(131b)이 잔류할 수 있으며, 제1 요철(210)의 철부에는 희생층(120)의 일부가 잔류할 수 있다.When the
도 12를 참조하면, 화학적 또는 물리적으로 제1 질화물 반도체층(151) 표면의 잔류물들을 제거하고, 상기 제1 질화물 반도체층(151)을 그 표면으로부터 소정 두께로 제거한다. 12, residues on the surface of the first
제1 질화물 반도체층(151)은 건식 식각 등을 이용하여 그 표면으로부터 소정 두께, 예컨대, 약 7 내지 9㎛가 제거될 수 있으며, 이에 따라, 도 12에 도시된 바와 같이 제1 질화물 반도체층(151) 표면에 제2 요철(220)이 형성될 수 있다. 제2 요철(220)은 제1 요철(210)에 대응하는 요부와 철부를 포함할 수 있으며, 제2 요철(220)은 제1 요철(210)에 비해 완만한 경사를 가질 수 있다.The first
제1 질화물 반도체층(151)은 희생층(120)의 표면으로부터 횡방향 성장을 동반하여 성장되므로, 제1 질화물 반도체층(151)의 표면 주변은 결정질이 다소 떨어질 수 있다. 또한, 성장 기판(110) 분리 과정에서 제1 질화물 반도체층(151) 표면 주변에 결함 또는 손상이 발생될 수 있다. 따라서, 제1 질화물 반도체층(151)의 표면을 소정 두께 제거함으로써, 제1 질화물 반도체층(151) 전체의 평균적인 결정질을 우수하게 할 수 있다.Since the first
도 13을 참조하면, 제1 질화물 반도체층(151) 표면의 거칠기를 증가시켜 러프니스(R)를 형성할 수 있다. 상기 러프니스(R) 습식 식각 등을 이용하여 형성할 수 있으며, 예컨대, PEC(Photo-Enhanced Chemical) 식각, 또는 황인산 용액을 이용한 식각 등일 수 있다. 러프니스(R)의 크기는 식각 조건에 따라 다양하게 결정되며, 예컨대, 평균 높이가 0.5㎛ 이하일 수 있다. 러프니스(R)를 형성함으로써, 본 제조 방법으로 제조된 반도체 소자의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.Referring to FIG. 13, the roughness R of the surface of the first
이어서, 도 14를 참조하면, 에피층(150)을 패터닝하여, 소자 분할 영역(310)을 형성한다. 상기 패터닝은 건식 식각을 이용하여 수행될 수 있다. 소자 분할 영역(310)을 형성함으로써, 본딩층(160)의 일부분이 노출될 수 있으며, 에피층(150)은 적어도 하나 이상의 소자 영역(10)으로 분할될 수 있다.14, the epi-
한편, 도시되지 않았지만, 소자 영역(10)의 상면 및 측면을 덮는 패시베이션층(미도시)을 더 형성할 수 있다. 패시베이션층은 반도체 소자를 외부로부터 보호할 수 있고, 또한, 제1 질화물 반도체층(151) 표면의 러프니스(R)의 경사를 완만하게 하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.On the other hand, although not shown, a passivation layer (not shown) covering the upper surface and the side surface of the
도 15를 참조하면, 각 소자 영역(10) 상에 전극(230)을 형성하고, 소자 분할 영역(310) 아래의 본딩층(160) 및 지지 기판(170)을 분할하면, 도 15에 도시된 바와 같은 반도체 소자(20)가 복수 개 제공된다.15, an
도면을 참조하여 설명한 본 실시예에서는 전극(230)이 형성되는 영역 상에도 러프니스(R)가 형성된다. 그러나 이와 달리, 제1 질화물 반도체층(151) 표면에서 전극(230)이 형성되는 영역에는 러프니스(R)가 형성되지 않을 수도 있다.In the embodiment described with reference to the drawings, a roughness R is also formed on a region where the
구체적으로, 제1 질화물 반도체층(151)의 표면 거칠기를 증가시키기 전에, 전극(230)이 형성될 전극 형성 영역을 정의하여 상기 전극 형성 영역에 식각 마스크 패턴을 형성한다. 식각 마스크 패턴은, 예를 들어, SiO2를 포함할 수 있다. 이어서, 습식 식각 등을 이용하여 제1 질화물 반도체층(151)의 표면 거칠기를 증가시킨다. 이때, 상기 식각 마스크 패턴이 형성된 영역은 식각되지 않으므로, 표면 거칠기가 증가되지 않을 수 있다. 이후, 상기 식각 마스크 패턴을 제거하고, 에피층(150)을 패터닝하여 소자 분할 영역(310)을 형성한 다음, 상기 러프니스(R)가 형성되지 않은 영역 상에 전극(230)을 형성할 수 있다.Specifically, before the surface roughness of the first
이상에서, 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명하였지만, 상술한 다양한 실시예들 및 특징들에 본 발명이 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 특허청구범위에 의한 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Variations and changes are possible.
Claims (20)
상기 희생층 상에 마스크층을 형성하되, 상기 마스크층은 마스킹부 및 오프닝부를 포함하고;
상기 희생층 상에 상기 마스킹부를 덮는 에피층을 형성함과 아울러, 상기 오프닝부 아래 영역의 희생층에 공동을 형성하되, 상기 공동은 적어도 상기 마스킹부의 아래 영역까지 확장되고;
상기 에피층과 상기 성장 기판 사이에 응력을 가하여 상기 에피층으로부터 상기 성장 기판을 분리하는 것을 포함하고;
상기 공동은 상기 희생층 및 상기 마스킹부에 접하는 선단부를 포함하며,
상기 성장 기판이 에피층으로부터 분리되는 동안, 상기 마스킹부 내에서 상기 선단부에 접하는 브레이킹면이 형성되는 성장 기판 분리 방법.Forming a sacrificial layer on the growth substrate;
Forming a mask layer on the sacrificial layer, the mask layer including a masking portion and an opening portion;
Forming an epi layer on the sacrificial layer to cover the masking portion and forming a cavity in the sacrificial layer in the region below the opening portion, the cavity extending at least down to the region of the masking portion;
Applying stress between the epitaxial layer and the growth substrate to separate the growth substrate from the epitaxial layer;
Wherein the cavity includes a sacrificial layer and a tip portion in contact with the masking portion,
And a braking surface in contact with the tip end portion in the masking portion is formed while the growth substrate is separated from the epilayer.
상기 성장 기판을 분리하기 전에,
상기 에피층 상에 지지 기판을 본딩하는 것을 더 포함하는 성장 기판 분리 방법.The method according to claim 1,
Before separating the growth substrate,
And bonding the support substrate on the epi layer.
상기 지지 기판의 열팽창 계수는 상기 에피층의 열팽창 계수와 다르고,
상기 지지 기판을 본딩하는 동안, 상기 에피층과 상기 성장 기판 사이에 응력이 인가되는 성장 기판 분리 방법.The method of claim 2,
The thermal expansion coefficient of the support substrate is different from the thermal expansion coefficient of the epi layer,
Wherein stress is applied between the epitaxial layer and the growth substrate during bonding of the supporting substrate.
상기 지지 기판을 본딩하는 동안, 상기 에피층과 상기 성장 기판 사이에 응력이 인가됨으로써, 상기 마스킹부의 선단부 위 영역에 크랙이 형성되는 성장 기판 분리 방법.The method of claim 3,
Wherein stress is applied between the epitaxial layer and the growth substrate during bonding of the supporting substrate to form a crack in a region on the tip of the masking portion.
상기 브레이킹 면은 상기 크랙으로부터 연장되어 형성된 성장 기판 분리 방법.The method of claim 4,
Wherein the breaking surface extends from the crack.
상기 지지 기판은 금속을 포함하는 성장 기판 분리 방법.The method of claim 3,
Wherein the support substrate comprises a metal.
상기 지지 기판을 상기 에피층 상에 본딩하는 것은, 공정 본딩(Eutectic bonding)하는 것을 포함하며,
상기 공정 본딩은 AuSn을 이용하여 수행되는 성장 기판 분리 방법.The method of claim 6,
Bonding the support substrate onto the epi layer may include eutectic bonding,
Wherein the process bonding is performed using AuSn.
상기 브레이킹면은 상기 마스킹부 하부면에서 상기 마스킹부 중심부 방향으로 경사지게 형성되는 성장 기판 분리 방법.The method according to claim 1 or 5,
Wherein the braking surface is formed to be inclined from the lower surface of the masking portion toward the center of the masking portion.
상기 에피층을 형성하기 전에,
상기 희생층을 전기화학식각하여 상기 희생층 내에 미세공동을 형성하는 것을 더 포함하고,
상기 공동은 상기 미세공동이 서로 합쳐지거나 확장되어 형성되는 성장 기판 분리 방법.The method according to claim 1,
Before forming the epi layer,
Further comprising electrochemically etching the sacrificial layer to form a microcavity in the sacrificial layer,
Wherein the cavity is formed by merging or extending the microcavities.
상기 전기화학식각 전에, 상기 희생층 상에 식각 전극을 형성하고;
상기 전기화학식각 후에, 상기 식각 전극 및 상기 식각 전극 아래 영역의 희생층을 제거하는 것을 더 포함하는 성장 기판 분리 방법.The method of claim 9,
Forming an etch electrode on the sacrificial layer prior to the electrochemical etching;
Further comprising removing the sacrificial layer in the area below the etching electrode and the etching electrode after the electrochemical etching.
상기 마스킹부의 너비는 상기 오프닝부의 너비와 같거나 또는 상기 오프닝부의 너비보다 작은 성장 기판 분리 방법.The method according to claim 1,
Wherein a width of the masking portion is equal to or smaller than a width of the opening portion.
상기 에피층으로부터 상기 성장 기판을 분리하기 전에,
상기 성장 기판 하면에 캐리어 기판을 형성하는 것을 더 포함하는 성장 기판 분리 방법.The method according to claim 1,
Before separating the growth substrate from the epi layer,
And forming a carrier substrate on the lower surface of the growth substrate.
상기 캐리어 기판은 유리 기판, 실리콘 기판, 또는 사파이어 기판인 성장 기판 분리 방법.The method of claim 12,
Wherein the carrier substrate is a glass substrate, a silicon substrate, or a sapphire substrate.
상기 희생층 상에 마스크층을 형성하되, 상기 마스크층은 마스킹부 및 오프닝부를 포함하고;
상기 희생층 상에 상기 마스킹부를 덮는 에피층을 형성함과 아울러, 상기 오프닝부 아래 영역의 희생층에 공동을 형성하되, 상기 공동은 적어도 마스킹부의 아래 영역까지 확장되고;
상기 에피층 상에 상기 성장 기판과 다른 열팽창 계수를 갖는 지지 기판을 본딩하는 것을 포함하고,
상기 공동은 상기 희생층 및 상기 마스킹부에 접하는 선단부를 포함하며,
상기 에피층 상에 상기 지지 기판을 본딩하는 동안,
상기 에피층과 상기 성장 기판 사이에 응력이 인가되고,
상기 마스킹부 내에서 상기 선단부에 접하는 브레이킹면이 형성되어 상기 에피층으로부터 상기 지지 기판이 분리되는 성장 기판 분리 방법.Forming a sacrificial layer on the growth substrate;
Forming a mask layer on the sacrificial layer, the mask layer including a masking portion and an opening portion;
Forming an epi layer on the sacrificial layer to cover the masking portion and forming a cavity in the sacrificial layer in the area below the opening portion, the cavity extending at least to a region below the masking portion;
And bonding a supporting substrate having a thermal expansion coefficient different from that of the growth substrate to the epi layer,
Wherein the cavity includes a sacrificial layer and a tip portion in contact with the masking portion,
During bonding of the support substrate on the epi layer,
A stress is applied between the epi layer and the growth substrate,
And a braking surface in contact with the tip in the masking portion is formed to separate the support substrate from the epi layer.
상기 지지 기판의 열팽창 계수는 상기 에피층의 열팽창 계수보다 큰 성장 기판 분리 방법.15. The method of claim 14,
Wherein a thermal expansion coefficient of the support substrate is larger than a thermal expansion coefficient of the epi layer.
상기 지지 기판을 본딩하는 동안, 상기 지지 기판 및 상기 에피층이 보우잉(bowing)되는 성장 기판 분리 방법.16. The method of claim 15,
Wherein the supporting substrate and the epi layer are bowed while bonding the supporting substrate.
상기 지지 기판 및 상기 에피층이 보우잉됨으로써, 상기 마스킹부가 상기 선단부에 접하는 부분에 크랙이 형성되고,
상기 브레이킹면은 상기 크랙으로부터 연장되어 형성된 성장 기판 분리 방법.18. The method of claim 16,
A crack is formed in a portion where the masking portion is in contact with the tip end portion by bending the support substrate and the epi layer,
Wherein the breaking surface extends from the crack.
상기 희생층 상에 마스크층을 형성하되, 상기 마스크층은 마스킹부 및 오프닝부를 포함하고;
상기 희생층 상에 상기 마스킹부를 덮는 에피층을 형성함과 아울러, 상기 오프닝부 아래 영역의 희생층에 공동을 형성하되, 상기 공동은 적어도 상기 마스킹부의 아래 영역까지 확장되고;
상기 에피층과 상기 성장 기판 사이에 응력을 가하여 상기 에피층으로부터 상기 성장 기판을 분리하는 것을 포함하고;
상기 공동은 상기 희생층 및 상기 마스킹부에 접하는 선단부를 포함하며,
상기 성장 기판이 에피층으로부터 분리되는 동안, 상기 마스킹부 내에서 상기 선단부에 접하는 브레이킹면이 형성되며,
상기 성장 기판이 분리된 에피층 표면에 제1 요철이 형성되는 반도체 소자 제조 방법.Forming a sacrificial layer on the growth substrate;
Forming a mask layer on the sacrificial layer, the mask layer including a masking portion and an opening portion;
Forming an epi layer on the sacrificial layer to cover the masking portion and forming a cavity in the sacrificial layer in the region below the opening portion, the cavity extending at least down to the region of the masking portion;
Applying stress between the epitaxial layer and the growth substrate to separate the growth substrate from the epitaxial layer;
Wherein the cavity includes a sacrificial layer and a tip portion in contact with the masking portion,
A breaking surface is formed in the masking portion in contact with the front end portion while the growth substrate is separated from the epi layer,
Wherein a first unevenness is formed on a surface of the epi layer where the growth substrate is separated.
상기 에피층은 제1 질화물 반도체층, 활성층 및 제2 질화물 반도체층을 포함하는 반도체 소자 제조 방법.19. The method of claim 18,
Wherein the epitaxial layer includes a first nitride semiconductor layer, an active layer, and a second nitride semiconductor layer.
상기 성장 기판이 분리된 에피층을 그 표면으로부터 소정 두께로 제거하여, 상기 에피층 표면에 제2 요철을 형성하는 것을 더 포함하고,
상기 제2 요철은 상기 제1 요철보다 완만한 경사를 갖는 반도체 소자 제조 방법.
19. The method of claim 18,
Further comprising removing the epitaxial layer from which the growth substrate has been separated to a predetermined thickness from the surface thereof to form a second irregularity on the surface of the epitaxial layer,
And the second irregularities have a gentler slope than the first irregularities.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |