WO2010050788A2 - 결정박막과 엘이디와 기판 및 제조방법과 분리방법 - Google Patents

결정박막과 엘이디와 기판 및 제조방법과 분리방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2010050788A2
WO2010050788A2 PCT/KR2009/006369 KR2009006369W WO2010050788A2 WO 2010050788 A2 WO2010050788 A2 WO 2010050788A2 KR 2009006369 W KR2009006369 W KR 2009006369W WO 2010050788 A2 WO2010050788 A2 WO 2010050788A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thin film
substrate
layer
crystal
crystal thin
Prior art date
Application number
PCT/KR2009/006369
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2010050788A3 (ko
Inventor
이형곤
Original Assignee
Lee Hyeong Gon
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lee Hyeong Gon filed Critical Lee Hyeong Gon
Publication of WO2010050788A2 publication Critical patent/WO2010050788A2/ko
Publication of WO2010050788A3 publication Critical patent/WO2010050788A3/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0093—Wafer bonding; Removal of the growth substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/22—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers

Definitions

  • the present invention provides a method of growing a crystalline thin film with an excellent quality, and can separate the crystalline thin film from the substrate in an easier and more economical way, and prevents the occurrence of defects in the separating step as well as the crystalline thin film. It is an invention to provide a method that makes the process of dividing into a desired size safe, economical and efficient. In addition, the present invention provides a means for realizing a substrate for crystal thin film growth and a method of manufacturing the substrate in a more economical, efficient and reliable manner.
  • the dry plated thin film may be advantageously used separately from the substrate.
  • the field that is being studied and felt the most necessity is the light emitting diode (LED) which is recently attracting attention in terms of energy saving and environmental protection.
  • LED light emitting diode
  • the heat dissipation function can be greatly improved, so the necessity of the thin film is much more urgent.
  • the substrate is an expensive substrate such as sapphire, silicon carbide, zinc oxide and gallium nitride, efforts to reuse it are booming.
  • the LLO (Laser Lift Off) method uses a method of separating the substrate from the nitride thin film layer by irradiating a laser beam as if scanning the remaining portions starting from a specific portion of the wafer area where the nitride thin film layer is formed. do.
  • This LLO method still has many problems to solve. In particular, the quality deterioration problem of the thin film separated from the substrate is a representative example.
  • a method of separating the substrate and the thin film based on the wet etching technology is introduced.
  • a buffer layer made of an aluminum compound is first formed on the substrate before the LED nitride thin film layer is formed on the substrate.
  • Republic of Korea Patent 10-0615146 technology proposes a method of separating the substrate and the LED nitride thin film layer by forming a buffer layer in a pattern shape having a minute gap between the substrate and the LED nitride thin film layer and wet etching it.
  • the LED nitride thin film layer separated by the same method as in the inventions introduced above is greatly improved in the occurrence of cracks or deterioration of quality compared to the thin film separated by the laser lift-off (LLO) method.
  • all of the methods for separating thin nitride films by the wet etching method proposed above are those that show a tendency to etch a buffer layer or an etching layer formed into a very thin layer between the substrate and the LED nitride thin film from the side edge toward the surface center. .
  • This etching process is a very thin and long etching passage, the etching proceeds in a limited direction in a limited space. This requires a very long etching time, providing unnecessary process waste and incidental defects that can occur.
  • the present invention is to provide a crystal thin film growth substrate, a method for manufacturing the same, a method for separating the crystal thin film, a growth method, a crystal thin film and a light emitting diode meeting the needs.
  • the substrate for crystal thin film growth that satisfies the first object of the present invention. It is not an effort to improve the process after the crystalline thin film is grown, but a well-fitted substrate for smooth separation according to the object of the present invention before the crystalline thin film is grown to obtain a higher quality and reliable crystalline thin film, This is to make it possible to separate the crystalline thin film from the substrate by an easier and more economical method.
  • a light emitting diode comprising the crystalline thin film.
  • the substrate and manufacturing method for the crystal thin film growth provided by the present invention, the crystal thin film growth / separation method, and the crystal thin film and the light emitting diode not only exhibit excellent characteristics in terms of durability and reliability, but also have superior advantages in price competitiveness, There is also an excellent advantage to productivity.
  • 2; 1 is a plan view of a wafer in which a plurality of fine depressions are formed in addition to the portion 3 in which the crystalline thin film is to be formed in the wafer of FIG.
  • FIG. 3; 1 is a cross-sectional view of FIG. 4;
  • a thin film is coated on the wafer of FIG. A portion of the thin film is removed through a polishing process of the wafer of FIG.
  • a thin film layer 13 is formed of a conductive material and an additional electroplating layer is formed using the conductive material.
  • a state where a crystal thin film is formed on the wafer of FIG. A state in which the thin crystal film shown in FIG. 7 is formed thicker to cover the electroplating layer.
  • Figure 9 Cross-sectional view of the wafer in which a plurality of fine depressions are formed in addition to the portion 3 in which the crystal thin film is to be formed in the wafer of FIG.
  • FIG. 10 A thin film coated on the wafer of FIG. A state in which a portion of the thin film is removed by polishing the wafer of FIG.
  • a thin film layer 13 is formed of a conductive material and an additional electroplating layer is formed using the conductive material.
  • a crystal thin film is formed on the wafer of FIG. A state in which the thin crystal film of FIG. 13 is formed to be thicker so as to cover the thin film 17 layer.
  • FIG. 15 In the state of FIG. 12, a thin film 117 is formed on the thin film layer 113.
  • FIG. Fig. 17 is a state in which the crystalline thin film of Fig. 16 is formed thicker to cover the thin film 17 layer.
  • a reinforcing layer 201 is formed on the wafer of Fig. 16. (The reinforcing layer is a phenomenon in which the crystalline thin film is deformed after separation from the wafer substrate. 19. A reinforcing layer 201 is formed on the wafer of FIG. 17. FIG. 20; A crystal thin film is separated from the wafer of FIG. 18 together with the reinforcing layer. Disconnected
  • Figure 22a A substrate having a recessed portion formed in the substrate and shortened at least one length of the drilled hole formed at a portion including the recessed portion
  • Figure 23a; 22a or 22b is a planar substrate having a thin film protective layer formed on the inner surface of the hole (Fig. 22a type substrate may be used, but is shown as the flat substrate of Fig. 22b for simplicity to aid understanding)
  • Fig. 23b flat plate substrate having a protective layer protruding above the surface of the substrate including the inside of the drilling hole;
  • FIG. 24a As a separation thin film layer 215 and a crystal thin film formed thereon on the substrate of FIG. 23A (or the protective layers 209 and 211 shown in FIGS. 23B and 23C may be used but shown as a protective layer of FIG. Configured cross-sectional structure
  • Figure 24b Cross-sectional structure of an additional reinforcing layer 217 formed on the substrate of FIG. 24A
  • FIG. 24c is a cross-sectional view of the substrate separated by an etching acceleration process through the drilling hole
  • Figure 25a; 24B is a cross-sectional view showing a structure in which a separation thin film layer 215 is formed in two layers and has a structure including an etching stop layer 215 (b) and an etching layer 215 (a).
  • FIG. 24D is a cross-sectional view of the substrate separated by the etching process through the drilling hole
  • FIG. 26a is a cross sectional view in which the separation line is first formed in the reinforcing layer before the substrate separation process in Fig. 24B; 26A is a cross-sectional view in which the substrate and the crystalline thin film are separated along a separation line formed in the reinforcing layer after the etching process through the drilling hole.
  • Figure 26c; 26B is a cross-sectional view of a flat substrate having a separation line formed on the crystal thin film in advance in order to easily separate the crystal thin film from the substrate.
  • crystalline thin film layer (state separated by the electroplating layer-a partially formed crystal thin film on the substrate surface) 121; crystalline thin film layer (previous State so as to cover the plating layer formed by the upper surface - the surface of the substrate in the thin crystal film is formed partially made of a more) 123; reinforcing layer
  • the substrate for crystal thin film growth that satisfies the first object of the present invention. It is not an effort to improve the process after the crystalline thin film is grown, but a well-fitted substrate for smooth separation according to the object of the present invention before the crystalline thin film is grown to obtain a higher quality and reliable crystalline thin film, This is to make it possible to separate the crystalline thin film from the substrate by an easier and more economical method.
  • an LED (light emitting diode) comprising the crystal thin film is provided.
  • Embodiments for realizing a substrate for crystal thin film growth, which is the first object of the present invention, are described below.
  • the substrate for crystal thin film growth used to smoothly separate the crystal thin film from the substrate while reducing defects of the crystal thin film grown on the substrate to realize the substrate for crystal thin film growth, which is the first object of the present invention
  • the substrate Is a plurality of perforated holes and / or micropores (hereinafter collectively referred to as perforated holes) are provided in at least a portion or more in the thickness direction, and at least one of the perforated holes is used as a passage for etching solution.
  • a substrate for growing a crystalline thin film which is characterized in that.
  • Example 2 In the crystal thin film growth substrate used to reduce the defect of the crystal thin film grown on the substrate to realize the crystal thin film growth substrate of the present invention and to smoothly separate the crystal thin film from the substrate, the substrate is at least An uneven portion (depressed-projected) is formed on one surface, and at least one thin film layer is formed in contact with at least a portion of the uneven portion, the thin film layer is patterned into a specified shape, and at least one surface of the substrate
  • a substrate for crystal thin film growth characterized in that the number of the thin film layer is relatively less than the thin film layer consisting of a plurality of layers or the absence of a thin film layer is provided.
  • Example 3 In the crystal thin film growth substrate used to reduce the defects of the crystal thin film grown on the substrate to realize the crystal thin film growth substrate of the present invention and to smoothly separate the crystal thin film from the substrate, the substrate has irregularities.
  • the irregularities are provided in the crystal thin film growth substrate, characterized in that divided into at least two or more when divided into size and / or shape.
  • Example 4 In the crystal thin film growth substrate used to reduce the defects of the crystal thin film grown on the substrate to realize the crystal thin film growth substrate of the present invention and to smoothly separate the crystal thin film from the substrate, the substrate is a wafer.
  • a substrate for crystal thin film growth which is divided into at least two polygonal chips from a substrate having a shape, and has a structure in which a mask and / or a sacrificial layer are formed on at least a portion of an edge and / or an outer surface of the chip.
  • Example 5 In order to realize the crystalline thin film growth substrate of the present invention, a plurality of substrate chips divided from the crystalline thin film growth substrate and a chip base for coupling the chips are formed, and in the state where the relative positions of the plurality of chips are fixed,
  • the chips are small crystal thin film growth substrate chips divided into two or more polygons from the substrate wafer, and the chip base is GLASS. POINT)
  • the temperature is at least 500 degrees Celsius or more
  • the saturated vapor pressure at the glass point is 100torr or less
  • the crystal growth rate is relatively lower than the surface of the substrate chip on the chip base surface
  • the substrate chip cluster type Provided is a substrate for growing a crystalline thin film, characterized in that it is made of.
  • Example 6 the at least one kind of uneven portion is a divided structure uneven portion used as a means for dividing a region of the crystalline thin film, wherein the uneven portion for divided structure is larger than the depth and / or width of at least one other type of uneven portion.
  • a substrate for crystal thin film growth is provided.
  • Example 7 In Example 3, at least one kind of concave-convex portion is a light extracting structure concave-convex portion used as a means for increasing the external light extraction rate of the crystal thin film, and the light extracting structure concave-convex portion is at least one other type of depth and / or width Provided is a substrate for growing a crystalline thin film, characterized in that it is smaller.
  • Example 8 In Examples 1 to 5, the substrate is provided with a secondary structure layer composed of one or more thin films patterned into a specified shape, and the secondary structure layer consists of one or more thin films on the substrate. And forming at least one deposition step to increase the thickness of the primary structure layer, wherein the height of the secondary structure layer is at least 5 greater than the height of the primary structure layer before the deposition step. It is increased by more than%, the primary structure layer is formed before the crystal thin film is grown, the secondary structure layer is provided with a substrate for crystal thin film growth, characterized in that the deposition before the growth of the crystal thin film.
  • the substrate of this embodiment may be in the form of a very advantageous crystal thin film growth substrate even when applied to a general flat substrate without the perforations and / or uneven parts.
  • the secondary structure layer is formed in the thin film absence portion
  • a substrate having a structure in which another thin film layer having physical properties different from those of the thin film removed as described above is exposed to the thin film absence portion may be used.
  • the secondary structure layer may be selectively formed on the thin film portion or the thin film absence portion.
  • Example 9 In order to realize another crystal thin film growth substrate of the present invention, in Example 8, the secondary structure layer is divided into at least two types when divided into sizes and / or shapes is provided. do.
  • Example 10 In Example 9, at least one kind of secondary structure layer of the two or more kinds of secondary structure layers is a secondary structure layer for divisional structure used as a means for dividing a region of the crystalline thin film, and the secondary structure layer for divisional structure is at least Substrate for growing a crystalline thin film, characterized in that larger than the height and / or width of any other secondary structure layer
  • Example 11 In Example 9, at least one type of secondary structure layer among the two or more types of secondary structure layers is a light extraction structure secondary structure layer used as a means for increasing the external light extraction rate of the crystal thin film, and the light extraction structure secondary
  • the structure layer is a substrate for crystal thin film growth, characterized in that less than at least one of the height and / or width of any other secondary structure layer.
  • Example 12 In Examples 1 to 5, the substrate is provided with a concave-convex portion and a thin film lacking portion, wherein the thin film lacking portion is provided on the upper surface or the lower surface of the concave-convex portion is provided.
  • the thin film lacking part may be in a state in which the surface of the substrate material is exposed in a state where no thin film is present, and in addition, another thin film layer having different physical properties from the removed thin film (s) formed on the substrate and remaining unremoved ( The thin film formed on the substrate prior to the removed thin film) may be a thin film lacking state exposed. That is, the thin film absence may be a state in which there is no thin film layer, but may not mean only such a state.
  • Example 13 In Examples 1 to 5, the substrate is provided with at least one thin film layer, wherein at least a part of the thin film layer is peeled together with the crystal thin film from the substrate when the crystal thin film is separated and transferred to the thin crystal film to be fixed.
  • a substrate for growing a crystalline thin film characterized in that.
  • the thin film layer transferred to and adhered to the crystalline thin film may be patterned and used as one or more functional layers among a reflective layer, an electrode layer, a light extracting structure layer, and a crystalline thin film dividing structure layer.
  • Example 14 In Examples 1 to 5, the substrate is provided with a substrate for crystal thin film growth, characterized in that at least a portion of the perforated hole and / or uneven portion is in contact with at least one thin film layer.
  • Example 15 In Examples 1 to 5, the substrate is provided with a crystal thin film growth substrate, characterized in that the plurality of perforated holes formed in the thickness direction and the uneven portion is provided. As described above, in the substrate having both the hole and the uneven portion, the etching solution penetrates much faster than the etching rate of the substrate provided with only one of them, thereby increasing the productivity of the crystal thin film separation process.
  • Example 16 In Example 1 to Example 5 includes at least one recessed portion provided on at least one surface and at least one drilled hole formed in the recessed portion, the length of the drill hole is characterized in that the thickness of the substrate is smaller than the thickness of the substrate A substrate is provided.
  • the recessed portion may be formed to serve as the concave-convex portion, or the concave portion and the concave-convex portion may be formed at the same time.
  • the recess is preferably formed with a plurality of holes.
  • the reason for shortening the perforation hole in this embodiment is to minimize the length of the thin and long perforation hole to improve the conductance of each perforation hole to more easily distribute the etching solution and the etched thin film material. In this way, the method of shortening the length of the perforation hole is easily made as thin as possible. However, this is because of the technical limitations and the probability of occurrence of breakage and warpage of the substrate is not possible to manufacture a thin.
  • Example 17 In Examples 1 to 5, at least a portion of the substrate is provided with at least one thin film layer, at least a portion of the thin film layer is a temporary or permanent etching or phase change during the crystal thin film separation process, sacrificial layer, mask Provided is a substrate for growing a crystalline thin film, characterized in that it has at least one function from a (MASK) layer and a seed layer.
  • a (MASK) layer at least one function from a (MASK) layer and a seed layer.
  • the phase change may be one or more of an etching reaction, melting, decomposition, vaporization, and the like.
  • the phase change may include an etching solution, an electromagnetic wave, an ultraviolet ray, an electric field, It may be a substrate which is obtained by using one or more of lasers (lights).
  • Example 18 In Examples 1 to 5, at least a portion of the perforated hole and / or the uneven portion is formed with a seed thin film layer for crystal growth, and the seed layer is provided with a crystal thin film growth substrate, characterized in that the sacrificial layer. do.
  • the microporous layer when the seed layer is a sacrificial layer, when the microporous layer is formed, the passage of the etching solution together with the perforation hole and / or the uneven portion is more secured, so that the etching rate is further increased and the crystal thin film separation operation is easier. It is done.
  • the microporous layer is useful for securing the passage of the etching solution, the microporous layer also provides the effect of obtaining a high quality crystal thin film by lateral growth method (ELO) due to the fine porosity.
  • ELO lateral growth method
  • the thin film layer (secondary structure layer) 117 may be a metal layer, but is not limited so long as it is a material capable of providing a function of masking and / or separation layer (sacrificial layer) such as oxide, nitride, carbide, carbon material, etc. Can be used.
  • an additional etching separation layer (sacrifice layer) may be formed first, and a crystal layer or a buffer layer for forming a crystal thin film may be formed on the etching separation layer.
  • the etching separation layer is not limited to a specific material component, but may provide a surface on which a desired crystal thin film or a buffer layer thin film or seed layer for forming a thin crystal film can be grown.
  • At least one of the mask layer, the separation layer, and the etching separation layer may be formed of a porous thin film layer or may be anodized after forming a thin film.
  • the same treatment can be used to modify the porous thin film layer into a porous structure.
  • the porous thin film layer may have an amorphous or regular arrangement depending on the formation method, and may form a plurality of fine perforation holes along the thickness direction.
  • the thin film layer in contact with the sacrificial layer may be an etch stop layer. The etch stop layer serves to protect the crystalline thin film even when the etching time is slightly longer during the etching of the sacrificial layer to separate the crystalline thin film.
  • the material of the substrate is selected according to the crystal thin film material to be obtained, and sapphire and silicon carbide (SiC) substrate may be mainly used for the gallium nitride crystal thin film, but this is not limiting.
  • the object of the present invention can be selected as a means for reducing defects and dislocations in the crystalline thin film, and in a further aspect it can be selected to completely separate the crystalline thin film or crystal structure from the substrate without further occurrence of defects. .
  • the light extraction efficiency is improved, and the photonic crystal structure thin film layer is easily manufactured for this purpose, and the electrode forming process may be simplified and may be selected to provide a reliable light emitting device.
  • 13 and 113 may be electrically connected to each other, and the thicknesses of the thin films deposited by the electroplating may be controlled differently.
  • 13 and 113 and / or 5 and 103 are those formed on a substrate, but overlap one or more of the thin film layer, the sacrificial layer, and the crystalline thin film layer.
  • this composite structure it is obvious that a crystal thin film having a variety of additional functions, high quality, and high reliability, and a product having various functions using the crystal thin film can be obtained.
  • Example 19 A method of manufacturing a substrate for growing a crystalline thin film for realizing another object of the present invention, the method comprising the steps of preparing a substrate / patterning the substrate (depressed-protrusion) formed on the substrate / and at least one layer on the substrate
  • a method of manufacturing a substrate for growing a crystal thin film comprising the steps of forming a thin film layer and / or removing a portion of the thin film layer, wherein at least one layer of the thin film layer is in contact with at least a portion of the uneven portion.
  • the thin film layer patterning process is to use the difference in height of the uneven portion of the substrate, the portion removed from the thin film layer in the thin film layer patterning step is formed for the crystal thin film, characterized in that made in the upper or lower surface of the uneven portion A substrate manufacturing method is provided.
  • Example 20 In Example 19, there is provided a method of manufacturing a substrate for growing a crystal thin film, further comprising the step of forming a plurality of perforation holes.
  • Example 21 In Example 19, at least a part of the thin film layer is provided with a substrate for growing a crystal thin film, characterized in that the secondary structure layer formed through a deposition process to increase the thickness using a primary structure layer formed primarily.
  • Example 22 In Example 21, the deposition process is provided with a substrate for growing a crystal thin film, characterized in that for increasing the thickness of the thin film in the shape of the pattern along the pattern of the patterned thin film layer.
  • the at least one structure is in contact with the patterned thin film layer, and at least one of the thin film layers is preferably a sacrificial layer.
  • an additional thin film is formed on the primary structure layer, a method of increasing the thickness by using the primary structure layer itself or by chemical reaction, and using the primary structure layer as a mask.
  • a method of further forming a thin film may be used, and there is no need to limit the method as long as the thin film thickness of a predetermined portion may be increased.
  • the thin film layer patterning process may be performed on the upper surface of the uneven portion of the substrate by performing one or more methods selected from a polishing method, an etching method, plasma etching, reactive ion etching, liftoff, and ion milling without using an optical lithography process.
  • a method of manufacturing a substrate for growing a crystalline thin film which is a method of naturally removing only a thin film layer formed on a formed thin film layer or a lower surface, may be provided.
  • a polishing method may be selectively used by mechanical, chemical or mechanochemical polishing. In the etching, one or more of chemical, optical and electrical energy may be used.
  • Example 23 in another aspect of the present invention, there is provided a thin film separation method comprising preparing a substrate on which a thin film is to be formed, forming a thin film on the substrate, and contacting the substrate on which the thin film is formed with a wet etching solution. At least a portion of the thin film includes a crystalline thin film formed by a dry plating method, wherein the substrate is formed with a through hole and / or pores (hereinafter referred to as a perforated hole) at one or more places.
  • the perforation hole is a through structure that allows at least one portion of the etching solution to pass from the rear surface of the substrate toward the plane in which the thin film is formed, at least at one time point in the etching process.
  • the thickness of the reinforcing layer is characterized in that the crystal film separation method characterized in that more than 1 micron This is provided.
  • the perforation area is 0.5 mm 2 or less, and the density distributed on the substrate surface is characterized in that at least 1 / mm 2 or more.
  • through channels naturally formed by etching may be used, such as anodizing, electrochemical etching, and photohelp electrochemical etching for substrates.
  • a conventional patterning method may be selected to form through channels, that is, through holes or pores.
  • the substrate chips divided into small pieces are collected to form a large substrate form,
  • a method using a gap generated between the substrate chip and the substrate chip may also be used, and the method is not limited thereto, and may be selectively used without any limitation as long as the method may form a through channel along the thickness of the substrate.
  • the etching solution is provided in contact with the side surfaces of the substrate and the thin film.
  • at least a portion of the thin film may be etched through the through hole formed in the substrate. A portion of the etching solution should be provided in contact with the backside of the substrate.
  • the reason for forming at least one reinforcing layer on the surface of the thin film in the step before separating the substrate and the thin film is that the thin film itself is cracked or excessively warped due to its own stress when the thin film layer and the substrate are separated from each other. curl) to prevent phenomena and the like and to facilitate the subsequent process.
  • the reinforcing layer may be formed of an insulator or may be formed of a conductor to serve as one electrode layer.
  • Example 24 A thin film separation method comprising preparing a substrate on which a thin film is to be formed, forming a thin film on the substrate, and heating and cooling the substrate on which the thin film is formed, at least one or more times, wherein the thin film is subjected to a dry plating method. At least a portion of which is a crystal thin film having a crystal structure, wherein the substrate is formed of a through hole and / or pores (hereinafter, referred to as a punch hole) in at least one place. Is filled with a thin film layer made of a high-expansion thin film at least equal to or longer than the substrate thickness, wherein the thermal expansion rate of the thin film layer is at least 1.1 times greater than that of the substrate and / or the crystal thin film. At least one reinforcing layer formed on the surface of the thin film in a step of separating the substrate and the thin film.
  • the crystalline thin film separation method characterized in that comprises, is provided.
  • the method of forming a perforation hole in the substrate may be selected from a patterning method, an electrochemical etching method and a gap forming method, wherein at least a separation line is formed on the crystalline thin film and / or the reinforcing layer before the thin film separation step to separate from the substrate. In the step of at least one or more may be separated in a divided state along the separation line.
  • Example 25 In the crystalline thin film separation method formed on the crystalline thin film growth substrate provided in Examples 1 to 5, the crystalline thin film comprising the step of removing or phase-shifting the sacrificial layer (separation thin film) Separation methods are provided.
  • Example 26 In the crystalline thin film separation method formed on the crystalline thin film growth substrate provided in Examples 1 to 5, the difference in thermal expansion rate is determined by performing one or more heating and cooling circulation processes on the substrate including the one or more thin film layers.
  • a crystal thin film separation method characterized in that the separation by using.
  • Example 27 In the crystalline thin film separation method formed on the crystalline thin film growth substrate provided in Examples 1 to 5, the crystalline thin film separation force is due to the volume expansion force due to phase displacement, thereby heating the one or more thin film layers to perform phase displacement. And a step of generating a pushing force between the substrate and the crystal thin film layer by the volume expansion phenomenon generated in the phase shifting step, thereby providing a crystal thin film separation method.
  • Example 28 Provided in Examples 1 to 5
  • the crystalline thin film separation force is caused by a pushing force, and fine pores exist between the crystalline thin film layer and the substrate, and after the liquid is injected between the fine pores,
  • a crystal thin film separation method characterized by inducing a volume expansion of the liquid by freezing below a freezing point and separating the crystal thin film layer and the substrate by a pushing force by the volume expansion.
  • the thin film layers 17 and 117 may be separated together with the crystal thin film when the crystal thin film is separated, or may be removed by being etched together with the masking and / or separation layer during the etching process, depending on the configuration.
  • the thin film layer may be naturally separated by etching sufficiently in the etching separation step, and after the partial separation is performed by the etching process, the separation layer may be pushed out by using a portion and an extra gap removed by the etching solution.
  • both methods use a pulling force pulled by using an adhesive tape, an adhesive, an electrostatic chuck, and a vacuum pad on both surfaces.
  • the present invention provides a separation method in an extruding form in order to provide a more reliable and easy separation method.
  • the pushing force may be generated between the substrate and the crystal thin film layer by heating and expanding or phase shifting the one or more thin film layers.
  • This method is by heating, but also by cooling. That is, by injecting a liquid such as water between the micropores existing between the crystalline thin film layer and the substrate and freezing it below a freezing temperature, it is also possible to completely separate the crystalline thin film layer and the substrate using the volume expansion of the liquid. Do. Of course, in such a cooling separation method, the liquid is possible only by using a liquid having a property of expanding in volume when cooled.
  • the crystalline thin film is cut into a predetermined size. Since the crystalline thin film has a considerable amount of stress in the thin film itself, the crystalline thin film may have cracks or defects in the crystalline thin film during the cutting process. As a solution to this problem, as shown in FIGS. 7, 13, 16, 18, and 20, the crystalline thin film may be formed in a form that is naturally separated by the thin film layer 17.
  • the masking and / or separation layer pattern may be determined in consideration of reducing the defect density and dislocation of the growing crystal thin film, and may be a porous structure or a plurality of pores penetrating in the thickness direction of the masking and / or separation layer. It may have a structure.
  • the pattern may be configured in the form of an optical lattice.
  • purified water may be used, and in both the heating and cooling circulation method and the separation method by phase displacement volume expansion, fine pores exist between the crystal thin film and the substrate before the separation step.
  • a method of patterning an uneven portion on the substrate in advance and / or a method of forming a fine void by removing a portion of the sacrificial layer existing between the substrate and the crystal thin film may be used, but is not limited thereto.
  • Example 29 In order to realize a high-quality crystal thin film which is another object of the present invention, preparing a substrate / forming at least one thin film layer on the substrate / thin film layer patterning step of removing a portion of the thin film layer / finished A method for growing a thin crystal film comprising forming at least one thin film layer on a substrate, wherein the substrate is provided with a plurality of perforation holes and / or irregularities formed in at least two places. This is provided.
  • Example 30 In the crystalline thin film grown on the crystal thin film growth substrate provided in Example 13, at least one thin film layer other than the sacrificial layer is provided together with the crystalline thin film.
  • Example 31 A crystalline thin film is provided on the substrate provided in Examples 1 to 5, wherein the crystalline thin film is formed to be separated from the crystalline thin film adjacent to a plurality of places separated by the uneven portion and the thin film layer.
  • Example 32 The substrate is separated from the substrate after it is grown on the crystal thin film growth substrate provided in Examples 4 to 5, wherein the substrate is adapted to the unit chip size and shape, and the crystal thin film is further divided into unit chip forms.
  • a crystalline thin film characterized in that it is formed in a unit chip size without the need for a process.
  • Example 33 It was grown on the crystal thin film growth substrate provided in Examples 4 to 5 and then separated from the substrate, wherein the crystal thin film was grown on the substrate in a three-dimensional three-dimensional shape to maintain the three-dimensional shape from the substrate. A crystalline thin film is provided which is separated in a state.
  • Example 34 In Example 30, a light emitting diode (LED) is provided, characterized in that at least a part of the thin film layer separated with the crystalline thin film serves as an electrode as a conductive material.
  • LED light emitting diode
  • Example 35 In Example 30, at least a portion of the thin film layer separated with the crystalline thin film is provided with a light emitting diode (LED), characterized in that at least a portion of the transparent film (buffer layer thin film or the optical refractive index and the optical refractive index is different) or removed to form a photonic crystal thin film naturally. do.
  • LED light emitting diode
  • Example 36 A light emitting diode (LED) is provided, comprising a crystal thin film separated from the substrate after growing by the crystal thin film growing method provided in Example 29.
  • LED light emitting diode
  • Example 37 A light emitting diode (LED-light emitting diode) is provided comprising a crystal thin film separated from the substrate after being manufactured on the crystal thin film growth substrate provided in Examples 1 to 5.
  • LED-light emitting diode LED-light emitting diode
  • Example 38 In Examples 1 to 5, the perforations and / or uneven parts are in contact with at least two or more thin film layers, and at least one of the two or more thin film layers is a sacrificial layer, which is etched or phase-transformed in the crystal thin film separation step. And at least another layer is a reused thin film layer which can be reused together with the substrate even after the crystal thin film separation step as a reuse layer.
  • Example 39 In a thirty-eighth embodiment, the reuse layer is a primary structure layer, the sacrificial layer is a secondary structure layer, and the secondary structure layer has a saturation vapor pressure of at least 250 degrees centigrade and / or more than the primary structure layer.
  • a substrate for growing a crystalline thin film wherein the etching rate of the designated etching solution is two or more times.
  • the thin film layer formed and / or patterned in more than one layer may include a sacrificial layer, a mask layer, a primary structure layer, a secondary structure layer, a light extracting structure layer, and a crystal thin film dividing structure to facilitate separation of the crystal thin film of the present invention. It is responsible for one or more of the functions of layers and reused layers.
  • the crystal thin film growth method using the lateral growth method may be selectively used without particular limitation as long as it is a method for obtaining the lateral growth crystal thin film in addition to the method presented as an example in the present invention.
  • the primary structure layer does not mean a thin film formed first, but means that it is formed before the secondary structure layer, and the secondary structure layer is also formed immediately after the primary structure layer. It does not mean that the thin film layer is formed after the primary structure layer.
  • the mask layer is used as a compound or metals that hinder the formation of the crystalline thin film.
  • the mask layer may be one or more thin films including a material selected from silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide and nitride and high melting point metals. .
  • the crystalline thin film does not grow or exhibits a very low growth rate. Therefore, the crystalline thin film grown from the substrate surface on which the mask layer is not formed is
  • a horizontal growth crystalline thin film (ELO) portion is formed in a direction covering the surface of the protective layer thin film in a direction parallel to the surface of the substrate.
  • the mask layer may be formed in the form of a crystalline thin film, but is separated from the crystalline thin film used as a product after separation and described as a mask layer and a crystalline thin film.
  • the horizontal growth crystal thin film ELO may be generated by the influence of the perforation hole and the uneven portion.
  • the term crystalline thin film is not used to mean that the thickness is very thin, but means a crystal grown by a thin film process. Therefore, the crystal thin film manufactured by the crystal thin film process should be understood as a meaning including a crystal substrate as well.
  • the ELO-Epitaxial lateral overgrowth has been used to obtain a crystalline thin film having reduced crystal defects.
  • the present invention is easy to separate the crystal thin film at the same time there is no fear of defects even after separation and will be a substrate and crystal growth method for using the lateral growth method more useful and economical.
  • through channels naturally formed by etching may be used, such as anodizing, electrochemical etching, and photohelp electrochemical etching for substrates.
  • a conventional patterning method may be selected to form through channels, that is, through holes or pores. It is also possible to collect the substrate chips divided into small pieces and form them into a large substrate shape. At this time, a method using a gap generated between the substrate chip and the substrate chip may be used. Mainly explained. As you may have guessed, the method of forming the perforation hole between the substrate material and the thin film layer is not limited to this, and the nicking liquid can form the perforation hole which is easy to access the crystal thin film from the back side of the substrate and to easily use the difference in expansion rate. If there is a method, any drill hole can be selectively used without being limited by the method of its composition.
  • the patterning method may be selected and used without specifying any of the patterning methods according to the known art. That is, it can be used by selecting from known technologies such as lithography, imprint, printing, printing method.
  • the advantage of the present invention is that it can be patterned by omitting the optical lithography process, it will be desirable in many ways to utilize it.
  • a crystal growth substrate having irregularities on at least one surface wherein the irregularities are divided into two or more types having different widths and / or depths, and at least one of the irregularities is a means for dividing at least a portion of the crystal thin film.
  • a division structure uneven portion used for the crystal structure thin film growth substrate characterized in that greater than the depth and / or width of the uneven portion of at least one other portion;
  • the division structure uneven portion is a polygonal or circular shape, and the crystal thin film growth substrate, characterized in that the structure of the light extraction structure irregularities formed in the division structure uneven portion;
  • the secondary structure layer and the crystal thin film growth substrate characterized in that formed by inducing a volume change of the primary structure layer itself;
  • At least a portion of the secondary structure layer and the primary structure layer may be used as separation means when separating the crystal thin film from the substrate as a sacrificial layer.
  • the secondary structure layer may be formed using a primary structure layer formed higher than the recessed bottom surface of the uneven portion, and may divide at least a portion of the crystal thin film or It can be formed higher than the upper surface of the substrate as a structural for improving the extraction efficiency.
  • the thin film layers may be microporous thin film layers.
  • the microporous thin film layer can be produced using a known thin film formation method, and can also be produced by modifying the porous structure by anodizing after forming the thin film layer.
  • the thin film structure may be selected according to the configuration and the embodiment because the thin film layer may provide an effect of facilitating the penetration of the etching solution and the expected thin crystal layer. .
  • the perforated hole and / or pores are formed in an area of 1/100 or more with respect to the substrate area, the perforated area of each of the perforated holes is 0.5 mm 2 or less, and the density distributed on the substrate surface is at least 1 / mm 2 or more.
  • the glass point of the substrate and the crystal thin film growth substrate characterized in that more than 500 degrees Celsius
  • the substrate has a plurality of perforation holes and at least one thin film layer formed on at least a portion of the first surface, at least one layer of the thin film layer has a microporous structure, and the thin film layer is formed in the etching solution specified in the separation step of the crystalline thin film.
  • a substrate for growing a crystalline thin film characterized in that it comprises one or more sacrificial layers in which phase changes and / or component changes occur.
  • the microporous thin film layer is a material capable of growing a crystalline thin film in contact with an interface, and has a lattice mismatch with a nitride crystalline thin film containing gallium (Ga);
  • the thin film layer is composed of one or more thin film layers formed three-dimensionally, wherein the thin film patterning process is one selected from a polishing method, an etching method, a plasma etching, a reactive ion etching, a lift-off, and an ion milling without using an optical lithography process.
  • the substrate for crystal thin film growth characterized in that obtained by naturally removing only the thin film layer formed on the upper surface of the uneven portion of the substrate by performing the above method;
  • At least one layer of the thin film layer is characterized in that one or more of the following properties: 1) physical properties having a hardness less than the surface hardness of the substrate 2) physical properties having a greater ionization tendency than the surface of the substrate is added It may be provided as.
  • At least one layer of the thin film layer is a thin film for separation (sacrificial layer) and the crystal thin film growth substrate, characterized in that removed by the etching method in the step of separating the crystal thin film from the substrate;
  • the perforation hole is in contact with the thin film portion at least in part, and the growth rate of the crystal thin film on the surface of the thin film portion is less than the growth rate of the crystal thin film on the substrate surface, and the etching rate of the sacrificial layer of the thin film portion is Substrate for separation of the crystalline thin film, characterized in that the relatively larger than the thin film
  • the etching rate of the sacrificial layer with respect to the predetermined predetermined etching solution may be provided with a substrate for separation of a crystalline thin film, characterized in that at least 20% greater than the etching rate of the substrate, the sacrificial layer is microporous It may be a structure.
  • the thin film layer may be one of a sacrificial layer, a masking layer, a light extraction structure layer (as a primary structure layer and a secondary structure layer), and / or a structure layer for dividing a crystal thin film, which facilitate the crystal thin film separation method of the present invention. It provides the above functions.
  • the crystal thin film growth method using the lateral growth method (EL0) above can be selectively used without particular limitation as long as it is a method for obtaining the side growth growth thin film in addition to the method presented in the present invention.
  • the primary structure layer does not mean the first thin film formed, but rather means that it is formed before the secondary structure layer, and also the secondary structure layer is immediately after the primary structure layer This does not mean that the thin film layer formed is formed later than the primary structure layer.
  • the present invention is a substrate and a substrate manufacturing method, a crystal thin film used when manufacturing a high-quality crystal thin film used in the electronics industry, electrical industry, LIGHT industry, acoustic industry, or the like to separate the crystal thin film from the substrate It is used to provide a manufacturing method, a method of separating the crystalline thin film, LED (light emitting diode), and is an invention that can be very useful in various technical fields using high quality crystalline thin film.

Abstract

본 발명은 결정박막을 성장시키는 단계와 상기 박막으로 성장된 결정박막을 기판으로부터 분리하는 단계에서 발생되는 결정결함이 획기적으로 줄어든 분리 박막을 수득하기 위한 방법과 이를 위한 공정 중에 필요한 요소들을 보다 경제적이고 간단한 방법으로 수득할 수 있도록 하는 수단을 제공한다. 뿐만 아니라 상기 기판과 결정박막이 서로 분리되는 소요시간도 크게 줄여줌으로써 생산성 향상과 품질향상에 크게 기여한다. 이를 위해 상기 결정박막을 결정결함 없이 성장시키기 위한 방법과 기판 및 상기 기판으로부터 안전하고 신속하게 상기 결정박막을 분리하는 분리방법과 상기에서 분리된 결정박막 및 이를 포함하는 발광 다이오드 및 이를 제조하는 방법을 제공하기 위한 발명이다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 12.11.2009]　결정박막과 엘이디와 기판 및 제조방법과 분리방법
본 발명은 결정박막을 월등히 우수한 품질의 것으로 성장시키는 방법과 결정박막을 기판으로부터 보다 용이하고 경제적인 방법으로 분리할 수 있으며, 분리하는 단계에서의 결함발생 현상을 방지해 줄 뿐 아니라 상기 결정박막을 원하는 크기로 분할하는 공정을 안전하고 경제적이며 효율적으로 이루어지게 하는 방법을 제공하는 발명이다. 아울러 이를 위한 결정박막 성장용 기판 및 상기 기판을 제조하는 방법을 보다 경제적이고 효율적이며 신뢰할 수 있는 방법으로 실현할 수 있도록 하는 수단을 제공해준다.
최근들어 결정박막의 성장기술과 이를 위한 결정기판의 수요가 급격히 늘고 있다. 특히 발광다이오드(LED) 와 태양전지, 압전소자 등의 수요가 급격히 늘면서 이를 제조하기 위한 결정박막과 결정박막 성장용 기판의 수요가 놀라운 속도로 증가되고 있으며, 앞으로 수년 동안은 이들의 공급이 수요를 따라가지 못할 것이란 전망과 분석이 정설화 되어 있다. 그러나 이들의 제조방법과 생산설비들의 발전속도는 정체현상을 보이고 있다. 특별히 발광다이오드용 에피웨이퍼의 공급부족은 부정할 수 없는 사실이 되었다. 뿐만 아니라 공정상의 수율문제와 가격을 낮추어야만 한다는 필연적 과제 앞에서 다양한 개발 시도가 이루어지고 있지만 만족할 만한 성과가 이뤄지지 않고 있다.
잘 알려진 바와 같이 최근 들어 박막기술이 발전함에 따라서 매우 다양한 분야에서 건식도금 방법을 이용한 제품들이 속속 출시되고 있다. 그 중에서 몇몇 제품에 있어서는 건식도금된 박막은 기판으로부터 분리되어 사용하는 것이 유리한 경우가 있다. 가장 그 필요성을 느끼고 연구되고 있는 분야가 최근 에너지 절약과 환경보호 측면에서 각광 받고 있는 발광다이오드(LED)이다. 특별히 사파이어 기판에 형성된 질화박막의 경우 열방출 기능을 월등히 높일 수 있기 때문에 더욱 그 필요성이 절실하다. 또한 기판이 사파이어나 탄화규소, 산화아연 및 질화갈륨과 같이 고가의 기판인 경우 이를 재사용하고자 하는 노력이 붐을 이루고 있다.
상기 기판 위에 형성된 질화박막층을 분리하기 위한 방법으로서 그 연구가 가장 활기를 띄고 있는 방법은 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off)방법이다. 그러나 이와 같은 LLO(Laser Lift Off)방법은 질화박막층이 형성되어 있는 웨이퍼(wafer) 면적 중에 특정한 부분을 시작으로 나머지 부분들을 스캐닝하듯이 레이저 빔을 조사하여 상기 기판과 질화박막층을 분리하는 방법을 사용한다. 이와 같은 LLO방법은 아직 해결해야할 많은 문제들을 갖고 있다. 특히 기판으로부터 분리된 박막의 품질저하문제가 대표적인 예이다.
따라서 대한민국특허 10-0661717 기술에서와 같이 기판과 질화박막을 분리하되 습식식각 기술을 기반으로 하는 방법이 소개되어 있다. 이 기술은 기판과 LED의 발광기능을 제공하는 질화박막을 습식식각 기술을 사용하여 용이하게 분리하기 위하여, 먼저 기판 위에 LED질화박막층을 형성하기 전단계에서 알루미늄화합물로 이루어진 버퍼층을 형성하고 그 위에 상기 LED질화박막층을 형성한 후 이를 서로 분리하는 단계에서 상기 알루미늄화합물층을 에칭층으로 하여 이를 식각함으로써 기판과 LED 질화박막을 분리하는 방법을 제안하고 있다.
또한 대한민국 특허 10-0615146 기술에서는 기판과 LED질화박막층 사이에 미세한 간격을 갖는 패턴 모양으로 버퍼층을 형성하고 이를 습식식각함으로써 기판과 LED 질화박막층을 분리시키는 방법을 제안하고 있다.
상기에서 소개되고 있는 발명들에서와 같은 방법으로 분리되는 LED질화박막층은 레이저 리프트 오프(LLO) 방법에 의해 분리된 박막에 비해 크랙발생이나 품질저하 문제가 크게 향상되는 것은 사실이다. 그러나 이제까지 제안된 습식식각 방법에 의한 질화박막 분리방법들은 모두 기판과 LED질화박막층 사에에 매우 얇은 층으로 형성된 버퍼층 또는 에칭층을 그 측면 가장자리로부터 면중심 방향으로 식각해 들어가는 진행 성향을 보이는 것들이 전부다. 이러한 식각공정은 매우 얇고 긴 식각 통로로서 제한된 공간에서 제한된 방향으로 진행되는 식각이 일어난다. 따라서 매우 긴 식각 시간을 필요로 하게 되어, 불필요한 공정 낭비와 부수적으로 일어날 수 있는 불량요인을 제공하게 된다.
따라서 보다 더 합리적이고 용이한 박막분리 방법과 결정박막 분리 후에도 불량발생의 우려가 없는 결정박막 성장방법 및 이를 위한 결정박막 성장용 기판의 필요성이 절실한 상황이며, 뿐만 아니라 결정박막의 품질을 높이고 결정결함이 적은 양질의 결정박막을 제공하기 위해 사용되는 방법으로서 측면성장법 (ELO-Epitaxial lateral overgrowth)을 보다 유용하게 해주는 결정박막 성장용 기판과 결정박막 성장방법이 요구되고 있다.
뿐만 아니라 상기 결정박막이 발광다이오드로 사용될 때에 중요한 과제로서 외부광추출 효율을 높여야 한다는 문제가 있는데, 이를 위한 한 가지 유망한 방법으로서 지목되고 있는 고효율의 광추출용 광격자 구조체와 발광다이오드의 전극을 형성함에 있어서 보다 간단하고 편리하며 경제적인 방법과 이를 위한 기판이 요구되고 있다.
상기와 같이 신뢰할 만하고 경제적이며 생산성을 높여줄 수 있는 결정박막성장 및 분리방법과 이를 위한 기판 및 그 제조방법을 제공함으로써 경제적인 이득 외에도 고품질의 신뢰도 높은 결정박막과 이를 포함하는 발광다이오드까지 함께 제공할 수 있는 것이다. 상기 결정박막 성장 및 분리용 기판을 재사용할 수 있으므로 결정박막 품질을 높이기 위해 기판제조 비용을 높이더라도 다시 사용할 수 있는 장점이 있기 때문에 기판제조비용을 아끼지 않아도 되기 때문이다.
본 발명은 이러한 요구에 부합하는 결정박막 성장용 기판과 그 제조방법 및 결정박막 분리방법, 성장방법, 결정박막과 발광다이오드를 제공하고자 한다.
이를 위해 본 발명의 첫 번째 목적을 만족하는 결정박막 성장용 기판을 제공한다. 결정박막이 성장된 후의 공정을 개선하려는 노력이 아니라 결정박막이 성장되기 이전부터 본 발명의 목적에 따른 원활한 분리를 위해 잘 맞추어진 기판을 제공하여 보다 품질 좋고 신뢰할 만한 결정박막을 수득한 후에 상기 고품질의 결정박막을 보다 용이하고 경제적인 방법에 의해 상기 기판으로부터 분리할 수 있도록 하기 위함이다.
다음으로 상기의 결정박막 성장용 기판의 제조 방법을 제공한다.
추가로 상기 결정박막 성장용 기판을 이용하여 수득되는 결정박막 성장방법을 제공한다.
또 다른 수단으로서 상기 결정박막을 상기 기판으로부터 분리하는 방법을 제공한다.
추가의 수단으로서 상기 결정박막 분리방법에 의해 상기 기판으로부터 훌륭하게 분리된 결정박막이 제공된다.
아울러 상기 결정박막을 포함하여 이루어지는 발광다이오드가 제공된다.
본 발명에 의해 제공되는 결정박막 성장용 기판과 제조방법, 결정박막 성장/ 분리방법 및 결정박막과 발광다이오드는 내구성과 신뢰성 면에서도 우수한 특성을 나타낼 뿐만 아니라 가격경쟁력에서 월등한 우위를 점할 수 있으며, 생산성까지 뛰어난 장점이 있는 것이다.
도1; 기재표면의 적어도 한 면에 부분적으로 마스킹층 및(또는) 분리층 형성부를 함몰되도록 패터닝한 웨이퍼의 평면도
도2; 도1의 웨이퍼에서 결정박막이 형성될 부분 3에 추가로 다수 개의 미세한 함몰부가 형성된 웨이퍼의 평면도
도3; 도1의 절단면도 도4; 도3의 웨이퍼 위에 박막이 코팅된 상태 도5; 도4의 웨이퍼를 연마공정을 거쳐서 박막 일부분을 제거한 상태 도6; 도5에서 박막층 13을 도전재로 형성하고 상기 도전재를 이용하여 추가로 전기도금층을 형성한 상태 도7; 도6의 웨이퍼 위에 결정박막을 형성한 상태 도8; 도7의 결정박막을 더욱 두껍게 형성하여 전기도금층을 덮도록 한 상태
도9; 도3의 웨이퍼에서 결정박막이 형성될 부분 3에 추가로 다수 개의 미세한 함몰부가 형성된 웨이퍼의 단면도
도10; 도9의 웨이퍼 위에 박막이 코팅된 상태 도11; 도10의 웨이퍼를 연마공정을 거쳐서 박막 일부분을 제거한 상태 도12; 도11에서 박막층 13을 도전재로 형성하고 상기 도전재를 이용하여 추가로 전기도금층을 형성한 상태 도13;도12의 웨이퍼 위에 결정박막을 형성한 상태 도14; 도13의 결정박막을 더욱 두껍게 형성하여 박막17층을 덮도록 한 상태 도15;도12의 상태에서 박막층113 위에 추가로 박막 117이 형성된 상태 도16;도15의 웨이퍼 위에 결정박막을 형성한 상태 도17;도16의 결정박막을 더욱 두껍게 형성하여 박막17층을 덮도록 한 상태 도18;도16의 웨이퍼 위에 보강층201이 형성된 상태 (보강층은 결정박막이 웨이퍼기재로부터 분리된 후에 변형되는 현상을 막아 주는 기능을 한다) 도19;도17의 웨이퍼 위에 보강층201이 형성된 상태 도20;도18의 웨이퍼에서 결정박막이 보강층과 함께 분리된 상태 도21;도19의 웨이퍼에서 결정박막이 보강층과 함께 분리된 상태
도22a; 기판에 함몰부를 형성하고 적어도 상기 함몰부를 포함하는 곳에 형성되는 하나 이상의 천공홀 길이를 단축시킨 형태의 기판
도22b; 다수의 천공홀이 형성된 상태의 평판형 기판
도23a; 도22a 또는 도22b의 천공홀 내표면에 박막 보호층을 형성시킨 상태의 평판형 기판(도22a 형태의 기판이 사용될 수 있으나 이해를 돕기 위해 형상이 간단한 도22b의 평판형 기판으로 도시하였음)
도23b;천공홀 내부를 포함하여 기판 표면 위로 돌출된 보호층이 형성된 평판형 기판
도23c; 천공홀을 포함하는 기판 표면에 박막 보호층이 형성된 평판형 기판
도24a; 도23a(또는 도23b, 도23c에서 도시된 보호층 209, 211이 사용될 수 있으나 이해를 돕기 위해 형상이 간단한 도23a의 보호층으로 도시하였음)의 기판 위에 분리박막층 215와 그 위에 형성된 결정박막층으로 구성된 단면 구조
도24b; 도24a의 기판 위에 추가로 보강층 217이 형성된 것의 단면 구조
도24c; 도24b의 것을 천공홀을 통한 식각 촉진 공정으로 기판을 분리한 단면도
도25a; 도24b의 것에서 분리박막층215가 두층으로 형성되고 에칭스톱층215(b)와 에칭층215(a)를 포함하는 구조로 이루어지는 구조를 도시한 단면도
도25b; 도24d의 것을 천공홀을 통한 식각 공정으로 기판을 분리한 단면도
도26a; 도24b의 것에서 기판분리 공정 전에 보강층에 먼저 분리선이 형성된 단면도 도26b; 도26a의 것에서 천공홀을 통한 식각 공정 후 보강층에 형성된 분리선을 따라 기판과 결정박막이 분리되는 단면도
도26c; 도26b와 같이 기판으로부터 결정박막을 용이하게 분리하기 위하여 미리 결정박막 위에 분리선이 형성된 평판형 기판의 단면도
1;웨이퍼기재 3;결정박막이 형성될 부분 5;마스킹 및(또는) 분리층이 형성될 함몰부 7;천공홀(through-hole) 9;보강부 11;웨이퍼 표면에 형성된 박막층(연마공정으로 제거될 부분 - 도전재, 반도체, 부도체, 그 혼합물 중에 어떤 것도 가능함) 13;웨이퍼 표면 중 함몰부5에 형성된 박막층(1차구조층; 연마공정 후에 남겨지는 부분 - 도전재, 반도체, 부도체, 그 혼합물 중에 어떤 것도 가능함- 마스크층 또는 분리/희생층으로 사용될 수 있음) 15;박막층이 연마공정에 의해 제거되어 결정박막이 형성될 웨이퍼 기재의 표면부분 17;전기도금층 또는 무전해도금층 또는 증착된 박막층(2차구조층) 19;결정박막층(전기도금층에 의해 분리된 상태) 21;결정박막층(전기도금층 윗면까지 덮도록 형성된 상태) 103;마스킹 및(또는) 분리층이 형성될 다수 개의 미세한 함몰부 111;웨이퍼 표면에 형성된 박막층(연마공정으로 인해 미세한 함몰부103에만 남게될 부분-도전재, 반도체, 부도체, 그 혼합물 중에 어떤 것도 가능함) 113;미세한 함몰부103에만 남겨진 박막층(1차구조층; 마스킹 또는 분리층으로 사용될 수 있음) 115;결정박막이 부분적으로 형성되기 시작하는 웨이퍼 기재의 표면부분 117;전기도금층 또는 무전해도금층 또는 증착된 박막층(2차구조층; 구성에 따라 결정박막분리 시에 결정박막과 함께 분리되어 하나의 전극으로 사용될 수도 있다- 예로서 엘이디의 n전극 또는 p전극 형성용 도전층이나 씨이드(seed) 또는 촉매로 사용되거나 광추출용 구조층으로 사용될 수 있다.) 119;결정박막층(전기도금층에 의해 분리된 상태 - 기재표면에서는 부분적으로 형성되어 한층으로 이루어진 결정박막) 121;결정박막층(전기도금층 윗면까지 덮도록 형성된 상태 - 기재표면에서는 부분적으로 형성되어 한층으로 이루어진 결정박막) 123;보강층
201;기판 203;천공홀(through hole) 205;기판에 형성된 함몰부 206;보강부 207;천공홀에 형성된 박막 보호층 209;천공홀 내부를 포함하여 기판 표면 위로 돌출된 보호층 211;천공홀이 형성된 기판 표면에 형성된 박막 보호층 213;한층 이상으로 구성되는 결정박막층(또는 질화박막층) 215;한층 또는 다층으로 구성된 분리박막층(215a;에칭층 215b;에칭스톱층) 216;분리박막층 215가 에칭되고 남은 부분(에칭시간이나 조건에 따라 216처럼 남을 수도 있지만 분리박막층215 모두가 에칭되어 없어질 수도 있다) 217;보강층(접착층을 추가로 포함할 수 있음-도면 미도시) 219;보강층에 형성된 분리선(또는 스크라이빙 선) 221;결정박막에 형성된 분리선(또는 스크라이빙선)
이를 위해 본 발명의 첫 번째 목적을 만족하는 결정박막 성장용 기판을 제공한다. 결정박막이 성장된 후의 공정을 개선하려는 노력이 아니라 결정박막이 성장되기 이전부터 본 발명의 목적에 따른 원활한 분리를 위해 잘 맞추어진 기판을 제공하여 보다 품질 좋고 신뢰할 만한 결정박막을 수득한 후에 상기 고품질의 결정박막을 보다 용이하고 경제적인 방법에 의해 상기 기판으로부터 분리할 수 있도록 하기 위함이다.
다음으로 상기의 결정박막 성장용 기판의 제조 방법을 제공한다.
추가로 상기 결정박막 성장용 기판을 이용하여 수득되는 결정박막 제조방법을 제공한다.
또 다른 수단으로서 상기 결정박막을 상기 기판으로부터 분리하는 방법을 제공한다.
추가의 수단으로서 상기 결정박막 분리방법에 의해 상기 기판으로부터 훌륭하게 분리된 결정박막이 제공된다.
아울러 상기 결정박막을 포함하여 이루어지는 엘이디(발광다이오드)가 제공된다.
본 발명의 첫번째 목적인 결정박막 성장용 기판을 실현하기 위한 실시 형태들을 아래에 기재하였다.
실시예1; 본 발명의 첫번째 목적인 결정박막 성장용 기판을 실현하기 위해 기판 위에 성장되는 결정박막의 결함을 감소시키는 동시에 상기 기판으로부터 상기 결정박막을 원활하게 분리하기 위해 사용되는 결정박막 성장용 기판에 있어서, 상기 기판은 적어도 일부 면적 이상에 두께 방향으로 관통된 복수 개의 천공홀 및/또는 미세기공(이하 천공홀로 일괄표기)이 구비되어 있는 것이며, 상기 천공홀 중에서 적어도 일부분은 홀의 한 끝단이 에칭용액의 통로로 사용되는 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판이 제공된다.
실시예2; 본 발명의 결정박막 성장용 기판을 실현하기 위해 기판 위에 성장되는 결정박막의 결함을 감소시키는 동시에 상기 기판으로부터 상기 결정박막을 원활하게 분리하기 위해 사용되는 결정박막 성장용 기판에 있어서, 상기 기판은 적어도 한 표면에 (함몰-돌출된) 요철부가 형성되어 있으며, 적어도 상기 요철부의 일부분에 접촉된 상태로 한 층 이상의 박막층이 형성되어 있으며, 상기 박막층은 지정된 형상으로 패터닝된 것이고, 상기 기판의 적어도 한 표면에는 상기 박막층 중에서 최다층으로 구성된 박막층보다 박막층수가 상대적으로 적거나 박막층이 없는 박막결여부가 구비된 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판이 제공된다.
실시예3; 본 발명의 결정박막 성장용 기판을 실현하기 위해 기판 위에 성장되는 결정박막의 결함을 감소시키는 동시에 상기 기판으로부터 상기 결정박막을 원활하게 분리하기 위해 사용되는 결정박막 성장용 기판에 있어서, 상기 기판에는 요철부가 형성된 것이며, 상기 요철부는 크기 및/또는 형상으로 구분할 때에 적어도 두 종류 이상으로 구분되는 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판이 제공된다.
실시예4; 본 발명의 결정박막 성장용 기판을 실현하기 위해 기판 위에 성장되는 결정박막의 결함을 감소시키는 동시에 상기 기판으로부터 상기 결정박막을 원활하게 분리하기 위해 사용되는 결정박막 성장용 기판에 있어서, 상기 기판은 웨이퍼형태의 기판으로부터 적어도 둘 이상의 다각형 칩으로 분할된 것이며, 상기 칩의 테두리 및/또는 외측면 중의 적어도 일부분 이상에는 마스크 및/또는 희생층이 형성된 구조를 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판이 제공된다.
실시예5; 본 발명의 결정박막 성장용 기판을 실현하기 위해 결정박막 성장용 기판으로부터 분할된 복수 개의 기판칩과 상기 칩들을 결합해주는 칩베이스를 포함하여 이루어지며, 상기 복수 개의 칩들의 상대적 위치를 고정한 상태에서 상기 칩들의 위치를 동시에 이동시킬 수 있도록 해주는 칩클러스터(CHIP CLUSTER)형 기판에 있어서, 상기 칩들은 기판 웨이퍼로부터 둘 이상의 다각형으로 분할된 작은 결정박막 성장용 기판칩이고, 상기 칩베이스는 유리점(GLASS POINT)온도가 적어도 섭씨500도 이상이며, 상기 유리점에서의 포화증기압은 100torr 이하이고, 상기 칩베이스 표면에서는 결정성장속도가 기판칩의 표면보다 상대적으로 낮은 것이며, 기판 칩클러스터(CHIP CLUSTER) 형태로 제작된 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판이 제공된다.
실시예6; 실시예3에서, 적어도 한 종류의 요철부는 결정박막의 영역을 분할하는 수단으로 이용되는 분할 구조용 요철부이고, 상기 분할 구조용 요철부는 적어도 다른 어느 한 종류의 요철부 깊이 및/또는 폭보다 큰 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판이 제공된다.
실시예7; 실시예3에서, 적어도 한 종류의 요철부는 결정박막의 외부 광추출율을 증가시키는 수단으로 이용되는 광추출 구조용 요철부이고, 상기 광추출 구조용 요철부는 적어도 다른 어느 한 종류의 요철부 깊이 및/또는 폭보다 작은 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판이 제공된다.
실시예8; 실시예 1 내지 실시예 5에서 상기 기판에는 지정된 형상으로 패터닝된 한 층 이상의 박막으로 구성된 2차 구조층이 구비된 것이며, 상기 2차 구조층은 상기 기판 위에 한 층 이상의 박막으로 구성된 1차 구조층을 형성하는 단계와 상기 1차 구조층의 두께를 증가시켜 주는 1회 이상의 증막단계를 포함하는 공정을 거쳐서 형성된 것이며, 상기 2차 구조층의 높이는 상기 증막단계 전의 1차 구조층의 높이보다 적어도 5% 이상 높아진 것이고, 상기 1차 구조층은 결정박막이 성장되기 전에 형성된 것이며, 상기 2차 구조층은 결정박막이 성장되기 전에 증막된 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판이 제공된다. 이와 같은 양태의 기판은 상기 천공홀 및/또는 요철부 없이 일반적인 평판형 기판에 적용하더라도 매우 유익한 결정박막 성장용 기판 형태가 될 수 있다. 상기에서 2차 구조층이 상기 박막결여부에 형성되는 경우에는 상기 명세와 같이 제거된 박막과는 상이한 물성을 갖는 또 다른 박막층이 박막결여부에 노출된 상태로 존재하는 구조의 기판을 사용할 수 있다. 또한 상기 2차 구조층은 상기 박막부 또는 박막결여부에 선택적으로 형성될 수 있다.
실시예9; 본 발명의 또 다른 결정박막 성장용 기판을 실현하기 위해 실시예8에서 상기 2차 구조층은 크기 및/또는 형상으로 구분할 때에 적어도 두 종류 이상으로 구분되는 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판이 제공된다.
실시예10; 실시예9에서 상기 두 종류 이상의 2차 구조층 중에서 적어도 한 종류의 2차구조층은 결정박막의 영역을 분할하는 수단으로 이용되는 분할 구조용 2차구조층이고, 상기 분할 구조용 2차구조층은 적어도 다른 어느 한 종류의 2차구조층 높이 및/또는 폭보다 큰 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판
실시예11; 실시예9에서 상기 두 종류 이상의 2차 구조층 중에서 적어도 한 종류의 2차구조층은 결정박막의 외부 광추출율을 증가시키는 수단으로 이용되는 광추출 구조용 2차구조층이고, 상기 광추출 구조용 2차구조층은 적어도 다른 어느 한 종류의 2차구조층 높이 및/또는 폭보다 작은 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판
실시예12; 실시예1 내지 실시예5에서 상기 기판에는 요철부 및 박막결여부가 구비된 것이며, 상기 박막결여부는 상기 요철부의 상부면 또는 하부면에 형성된 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판이 제공된다. 상기 박막결여부는 박막이 전혀 없는 상태로 기판 물질의 표면이 노출된 상태일 수 있으며, 그 외에도 기판 위에 형성된 후 제거된 박막(들)과는 상이한 물성을 갖으며 제거되지 않고 남아있는 또 다른 박막층(상기 제거된 박막 보다 먼저 기판 위에 형성된 박막)이 노출된 상태의 박막결여부일 수도 있다. 즉 박막결여부란 박막층이 전혀 없는 상태일 수 있으나, 그러한 상태만을 의미하는 것이 아닐 수 있는 것이다.
실시예13; 실시예1 내지 실시예5에서 상기 기판에는 적어도 한층 이상의 박막층이 구비된 것이며, 상기 박막층 중에서 적어도 일부분은 결정박막 분리 시에 상기 기판으로부터 상기 결정박막과 함께 박리되고 상기 결정박막으로 전이되어 고착되는 박막임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판이 제공된다. 상기 결정박막으로 전이되고 고착되는 박막층은 패터닝된 것일 수 있으며 반사층, 전극층, 광추출 구조층, 결정박막 분할용 구조층 중에서 한 가지 이상의 기능층으로 사용될 수 있다.
실시예14; 실시예1 내지 실시예5에서 상기 기판은 상기 천공홀 및/또는 요철부의 적어도 일부분 이상이 한 층 이상의 박막층과 접촉된 구조임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판이 제공된다.
실시예15; 실시예1 내지 실시예5에서 상기 기판에는 두께 방향으로 형성된 복수 개의 천공홀과 상기 요철부가 모두 구비된 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판이 제공된다. 이와 같이 천공홀과 요철부가 모두 구비된 기판에 있어서는 둘 중의 어느 하나 만 구비된 기판에서의 에칭속도보다 훨씬 더 빠르게 에칭용액이 침투되어 결정박막 분리공정 생산성이 증대된다.
실시예16; 실시예1 내지 실시예5에서 한 면 이상에 구비된 하나 이상의 함몰부와 상기 함몰부에 형성된 하나 이상의 천공홀을 포함하며, 상기 천공홀의 길이는 상기 기판의 두께 보다 작은 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판이 제공된다.
상기 함몰부는 상기 요철부를 겸하는 양태로 형성될 수 있으며, 함몰부와 요철부가 동시에 형성된 양태로 만들어질 수도 있다.
또한 상기 함몰부에는 복수 개의 천공홀이 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 양태로 천공홀을 짧게 형성하는 이유는 가늘고 길게 형성되는 천공홀의 길이를 최소화하여 각 천공홀의 컨덕턴스를 향상시킴으로써 에칭용액과 식각된 박막층 물질을 보다 용이하게 유통시키기 위함이다. 이와 같이 천공홀의 길이를 짧게 할 수 있는 방법은 쉽게 상상할 수 있듯이 기판의 두께를 최대한 얇게 제작하는 것이다. 그러나 이는 기술적인 한계가 있고 기판의 파손과 휨 발생확율이 높아지기 때문에 마냥 얇게 제조할 수도 없는 실정이다. 따라서 이와 같은 기술적 한계와 문제점들을 해소하는 방법으로서 본 발명에서와 같이 적당한 두께의 기판에 함몰부를 형성하고 상기 함몰부에 의하여 두께가 얇아진 기판 두께를 따라서 천공홀을 형성하는 방법을 사용하면 이와 같은 기술적 문제는 해결된다. 또한 상기 기판의 두께가 두꺼울수록 상기 천공홀(또는 기공)의 길이가 길어지고 이에 따라서 천공홀의 형성이 곤란해지거나 제조원가가 지나치게 높아지게 되는데 이러한 문제도 해결할 수 있는 방법이다.
실시예17; 실시예1 내지 실시예5에서 상기 기판의 적어도 일부분에는 한층 이상의 박막층이 구비된 것이며, 상기 박막층 중 일부분 이상은 결정박막 분리공정 시에 일시적 또는 영구적으로 식각되거나 상변이가 일어나는 것이고, 희생층, 마스크(MASK)층, 씨이드층 중에서 한 가지 이상의 기능을 갖는 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판이 제공된다.
상기 상변이는 에칭반응, 용해(MELTING), 분해, 증기화(VAPORIZING) 중의 한 가지 이상의 현상인 것을 특징으로 하는 것일 수 있으며, 또 다른 양태로서 상기 상변이는 에칭용액, 전자기파, 자외선, 전기장, 레이저(광선) 중에서 한 가지 이상을 사용하여 얻어지는 것임을 특징으로 하는 기판일 수 있다.
실시예18; 실시예1 내지 실시예5에서 상기 천공홀 및/또는 요철부의 일부분 이상에는 결정성장용 씨이드(seed) 박막층이 형성된 것이며, 상기 씨이드층은 희생층인 것을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판이 제공된다.
이와 같이 씨이드층이 희생층인 경우에는 미세다공층으로 구성하면 상기 천공홀 및/또는 요철부와 함깨 에칭용액의 통로가 더 잘 확보되기 때문에 에칭속도가 더욱 증가되어 결정박막 분리작업이 한층 더 용이하게 이루어진다. 상기에서 미세다공층은 에칭용액의 통로확보용으로도 유용하지만, 미세한 다공성으로 인해 측면성장법(ELO)에 의한 고품질의 결정박막을 얻을 수 있는 효과도 함께 제공해 주는 것이다.
상기 박막층(2차구조층) 117은 금속층일 수 있으나, 구성에 따라서 산화물, 질화물, 탄화물, 탄소물질 등 마스킹 및(또는) 분리층(희생층)의 기능을 제공할 수 있는 물질이면 제한하지 않고 사용할 수 있다. 또한 상기 결정박막이 형성되기 전에 먼저 추가의 에칭분리층(희생층)이 형성되고 상기 에칭분리층 위에 결정박막이나 결정박막 형성을 위한 버퍼층이 형성되도록 할 수도 있다. 상기 에칭분리층은 특정한 물질성분으로 제한되지는 않지만 목적하는 결정박막이나 결정박막 형성을 위한 버퍼층 박막 또는 씨이드층이 성장될 수 있는 표면을 제공하는 것일 수 있다. 에칭 용액의 침투를 용이하게 하고 에칭 속도를 빠르게 하기 위해서 상기 마스크층, 분리층, 에칭분리층(희생층- 버퍼층을 겸할 수 있음) 중의 적어도 한 층은 다공성박막층으로 형성되거나 박막형성 후에 양극산화법과 같은 처리를 통해 다공성박막층으로 개질하는 방법을 사용하여 다공성 구조로 만들 수도 있다. 다공성박막층은 형성방법에 따라 무정형이거나 규칙적인 배열을 갖을 수 있으며, 두께방향을 따라서 다수의 미세한 천공홀을 형성할 수도 있다. 상기 희생층과 접하는 박막층은 에칭스톱층일 수 있다. 에칭스톱층은 결정박막을 분리하기 위해 상기 희생층을 식각하는 과정에서 에칭 시간이 다소 길어지는 경우에라도 결정박막을 보호해주는 역할을 한다.
상기 기판의 재질은 얻고자 하는 결정박막 재질에 따라 선택되며, 질화갈륨 결정박막을 위해서는 주로 사파이어와 실리콘카바이드(SiC) 기판이 사용될 수 있으며, 이 또한 제한적인 것은 아니다. 본 발명의 목적은 결정박막의 결함과 전위를 저감하기 위한 수단으로서 선택될 수 있으며, 더욱 훌륭한 양태로서 상기 결정박막 또는 결정구조물을 상기 기판으로부터 추가의 결함발생 없이 완벽하게 분리하기 위하여 선택될 수 있다. 추가로 광추출효율이 향상되고 이를 위한 광결정구조 박막층 제조가 용이해지며, 전극형성 공정이 단순화될 뿐 아니라 신뢰성 높은 발광소자를 제공하기 위해 선택될 수 있다.
상기에서 한 층 이상의 박막층을 증막시키는 공정에 있어서 전기도금법을 사용할 경우에는 13과 113은 전기적으로 서로 연결될 수도 있으며, 전기적으로 분리되어 각각 전기도금에 의해 증막되는 박막의 두께를 다르게 조절할 수도 있어서 다양한 공정 디자인과 결정박막 디자인 및 광결정 박막 디자인을 창출할 수 있도록 도와 준다. 물론 이 분야에 통상적 지식을 갖은 사람이 쉽게 생각할 수 있는 바와 같이 상기 13과 113 및/또는 5와 103은 기판 상에 형성된 것들이지만 상기 한 층 이상의 박막층, 희생층, 결정박막층 중 한 곳 이상에 중복하여 마련할 수도 있으며, 이와 같은 복합구조에서는 보다 다양한 부가기능과 고품위, 고신뢰성을 갖는 결정박막 및 상기 결정박막을 이용한 다양한 기능의 제품들을 수득할 수 있음은 자명한 일이다.
실시예19; 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 결정박막 성장용 기판의 제조방법으로서, 기판을 준비하는 단계와/ 상기 기판에 (함몰-돌출된) 요철부를 형성하는 기판 패터닝 단계와/ 상기 기판 위에 한층 이상의 박막층을 형성하는 단계와/ 상기 박막층의 일부분을 제거하는 박막층 패터닝 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판 제조방법에 있어서, 상기 박막층의 적어도 한층은 상기 요철부 일부분 이상에 접촉된 상태로 형성된 것이고, 상기 박막층 패터닝 공정은 상기 기판의 요철부 높이차를 이용하는 것이고, 상기 박막층 패터닝 단계에서 상기 박막층 중에서 제거되는 부분은 상기 요철부의 상부면 또는 하부면에서 이루어짐을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판 제조방법이 제공된다.
실시예20; 실시예19에서 복수 개의 천공홀을 형성하는 단계를 추가로 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판 제조방법이 제공된다.
실시예21; 실시예19에서 상기 박막층의 적어도 일부분은 1차로 형성된 1차 구조층을 이용하여 두께를 증가시키는 증막공정을 거쳐서 형성된 2차 구조층인 것을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판 제조방법이 제공된다.
실시예22; 실시예 21에서 상기 증막공정은 상기 패터닝된 박막층의 패턴을 따라서 패턴의 형상대로 박막두께를 증가시키는 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판 제조방법이 제공된다.
상기에서 천공홀은 적어도 일부분에서 상기 패터닝된 박막층과 접촉되어 있는 구조이며 상기 박막층 중에서 한 층 이상은 희생층인 것이 바람직하다.
상기 증막공정은 1차 구조층 위에 추가로 박막을 더 형성하는 방법과 1차 구조층 자체를 이용하거나 화학반응시켜서 두께를 증가하는 방법 및 1차 구조층을 마스크로 이용하여 외부의 면적에 추가의 박막을 더 형성하는 방법이 이용될 수 있으며, 미리 지정한 부분의 박막두께를 증가시킬 수 있는 방법이면 제한할 필요는 없다.
상기 박막층 패터닝 공정은 광학적 리소그래피(lithography) 공정을 사용하지 않고 연마방법, 에칭방법, 플라즈마에칭, 반응성이온에칭, 리프트오프, 이온밀링 중에서 선택된 한 가지 이상의 방법을 실시함으로써 상기 기판의 요철부의 상부면에 형성된 박막층 또는 하부면에 형성된 박막층만을 자연스럽게 제거하는 방법임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판 제조방법이 제공될 수있으며, 광학적 리소그래피 방법 이외에 연마방법은 기계적, 화학적 또는 기계화학적 연마법이 선택적으로 사용가능하며, 에칭은 화학, 광, 전기에너지 중에 한 가지 이상을 사용할 수 있다. 상기와 같이 연마방법을 사용하여 박막층의 일부분 이상을 패터닝하는 경우에는 상기 요철부의 최상부면에 상기 박막결여부가 생성된다.
실시예23; 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위하여 박막이 형성될 기판을 준비하는 단계와 상기 기판 위에 박막을 형성하는 단계와 상기 박막이 형성된 기판을 습식 에칭용액에 접촉시키는 단계를 포함하는 박막분리 방법에 있어서, 상기 박막의 적어도 일부분은 건식도금방법에 의해 형성된 결정박막을 포함하는 것이며, 상기 기판은 어느 한 곳 이상에 천공홀(through hole)과(또는) 기공(이후 천공홀로 대표됨)이 형성된 것이고, 상기 천공홀은 에칭공정 중의 적어도 어느 한 시점 이상에서 상기 에칭용액의 일부분 이상을 상기 기판의 후면으로부터 상기 박막이 형성된 면 방향으로 투과시킬 수 있는 관통구조이며, 상기 에칭용액은 적어도 상기 기판의 후면을 적시는 상태로 접촉되고, 상기 기판 위에 형성된 박막 중의 적어도 일부분은 상기 기판의 천공홀을 통하여 식각되는 것이며, 상기 기판과 박막을 분리하기 전 단계에서 상기 박막의 표면 위에 적어도 한 층 이상의 보강층이 형성되는 단계를 포함하는 것으로서, 상기 보강층의 두께는 1미크론 이상임을 특징으로 하는 결정박막 분리방법이 제공된다.
상기에서 천공홀은 천공면적이 0.5mm2 이하이고 상기 기판면 위에 분포된 밀도는 적어도 1개/mm2 이상인 것을 특징으로 한다.
상기에서 쓰루홀과 기공을 형성하기 위해서는 기판에 대한 양극산화 방법과 전기화학에칭법, 광도움전기화학에칭법과 같이 에칭현상에 의해 자연스럽게 형성되는 관통채널을 이용할 수도 있으며, 반도체 산업현장에서 주로 사용되고 있는 통상의 패터닝 방법을 선택하여 관통채널 즉 쓰루홀이나 기공을 형성할 수 있다. 또한 작은 조각으로 분할된 기판 칩들을 모아서 큰 기판 형태로 형성하고,
이 때에 기판 칩과 기판 칩 사이에 생겨나는 틈새를 이용하는 방법도 사용될 수 있으며, 이에 제한되지 않고 당연히 기판의 두께를 따라 관통채널을 형성할 수 있는 방법이면 제한받지 않고 선택적으로 사용할 수 있다. 종래 습식에칭방법에서는 상기 에칭용액이 기판과 박막의 측면과 접촉하는 상태로 제공되었으나 본 발명의 장점을 제대로 이용하기 위해서는 기판에 형성된 쓰루홀을 통해 상기 에칭용액이 상기 박막의 일부분 이상을 에칭하도록 적어도 에칭용액의 일부분은 상기 기판의 후면과 접촉되는 상태로 제공되어야 한다. 상기에서 기판과 박막을 분리하기 전 단계에서 상기 박막의 표면 위에 적어도 한 층 이상의 보강층을 형성하는 이유는 상기 박막층과 기판이 서로 분리되었을 때에 상기 박막의 자체 스트레스로 인해 박막자체에 크랙이나 지나친 휨(curl)현상 등을 방지하고 이어지는 후속 공정의 용이성을 위함이다. 상기 보강층은 부도체로 형성할 수도 있고, 도전체로 형성하여 하나의 전극층을 겸하도록 이용할 수도 있다.
실시예24; 박막이 형성될 기판을 준비하는 단계와 상기 기판 위에 박막을 형성하는 단계와 상기 박막이 형성된 기판을 적어도 1회 이상 가열 및 냉각시키는 단계를 포함하는 박막분리 방법에 있어서, 상기 박막은 건식도금 방법에 의해 형성된 것으로서 적어도 일부분 이상이 결정구조를 구비한 결정박막이며, 상기 기판은 어느 한 곳 이상에 천공홀(through hole)과(또는) 기공(이후 천공홀로 대표됨)이 형성된 것이고, 상기 천공홀은 내부에 적어도 기판두께와 같거나 더 긴 길이를 갖으며 고팽창박막으로 이루어지는 박막층으로 채워져 있는 것이며, 상기 박막층의 열팽창율은 상기 기판과(또는) 결정박막의 열팽창율보다 적어도 1.1배 이상 더 큰 것이고, 상기 기판과 박막을 분리하기 전 단계에서 상기 박막의 표면 위에 적어도 한 층 이상의 보강층이 형성되는 단계를 포함하는 것임을 특징으로 하는 결정박막 분리방법이 제공된다.
상기 기판에 천공홀을 형성하는 방법은 패터닝방법과 전기화학 식각법 및 틈새형성법 중에서 선택된 것을 사용할 수 있으며, 상기에서 박막 분리단계 전에 적어도 결정박막과(또는) 상기 보강층에 분리선을 형성하여 기판으로부터 분리하는 단계에서 적어도 일부분 이상이 상기 분리선을 따라 분할된 상태로 분리되도록 할 수도 있다.
실시예25; 실시예1 내지 실시예5에서 제공되는 상기 결정박막 성장용 기판 위에 형성된 결정박막 분리방법에 있어서, 상기 희생층(분리용 박막)을 제거하거나 상변위시키는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 결정박막 분리방법이 제공된다.
실시예26; 실시예1 내지 실시예5에서 제공되는 상기 결정박막 성장용 기판 위에 형성된 결정박막 분리방법에 있어서, 상기 한층 이상의 박막층을 포함하는 기판을 가열과 냉각 순환공정을 1회 이상 실시함으로써 열팽창율의 차이를 이용해 분리하는 것임을 특징으로 하는 결정박막 분리방법이 제공된다.
실시예27; 실시예1 내지 실시예5에서 제공되는 상기 결정박막 성장용 기판 위에 형성된 결정박막 분리방법에 있어서, 상기 결정박막 분리력은 상변위에 의한 부피팽창력에 의한 것으로서, 상기 한 층 이상의 박막층을 가열하여 상변위시키는 단계를 포함하며, 상기 상변위 단계에서 발생되는 부피팽창 현상에 의해 상기 기판과 결정박막층 사이에 미는 힘이 발생하도록 함으로써 밀어내는 힘에 의해 분리되는 것임을 특징으로 하는 결정박막 분리방법이 제공된다.
실시예28; 실시예1 내지 실시예5에서 제공되는
상기 결정박막 성장용 기판 위에 형성된 결정박막 분리방법에 있어서, 상기 결정박막 분리력은 밀어내는 힘에 의한 것으로서, 상기 결정박막층과 기판 사이에는 미세한 공극이 존재하는 것이며, 상기 미세한 공극 사이로 액체를 주입한 후 어는 온도(FREEZING POINT) 이하로 냉동시킴으로써 상기 액체의 부피팽창을 유도하고 상기 부피팽창에 의한 밀어내는 힘에 의해 상기 결정박막층과 기판을 분리함을 특징으로 하는 결정박막 분리방법이 제공된다.
상기 박막층 17, 117은 결정박막분리 시에 결정박막과 함께 분리되도록 할 수도 있으며, 구성에 따라 상기 에칭공정 중에 상기 마스킹 및(또는) 분리층과 함께 에칭되도록 함으로써 제거해버릴 수도 있다. 상기 박막층은 에칭 분리 단계에서 충분히 에칭함으로써 자연스럽게 분리되도록 할 수 있으며, 일부분만 에칭 공정으로 분리한 후에 상기 분리층이 에칭용액에 의해 제거된 부분과 여분의 틈새를 이용하여 밀어내는 방법을 이용할 수도 있다. 기존에 공지의 기술로서는 모두 양쪽 표면에서 접착테이프나 접착제, 정전척, 진공패드 등을 이용하여 끌어 당기는 인장력을 이용하는 방법이었다. 본 발명을 실시함에 있어서 이러한 공지의 방법을 사용할 수도 있겠으나, 보다 확실하고 용이한 분리 방법을 제공하기 위하여 본 발명에서는 밀어내는 형태의 분리 방법을 제공한다.
상기 밀어내는 분리방식으로는 상기 한 층 이상의 박막층을 가열하여 팽창시키거나 상변위시킴으로써 기판과 결정박막층 사이에 미는 힘이 발생하도록 할 수 있다. 이러한 방식은 가열에 의한 방식이지만 냉각방식에 의해서도 가능하다. 즉, 결정박막층과 기판 사이에 존재하는 미세한 공극 사이로 물과 같은 액체를 주입한 후 어는 온도 이하로 냉동시킴으로써 상기 액체의 부피팽창을 이용하여 상기 결정박막층과 기판을 완벽하게 분리할 수 있는 방법도 가능하다. 물론 이러한 냉각분리 방식에 있어서 상기 액체는 냉각될 때에 부피가 팽창되는 성질의 액체를 이용하여야만 가능하다.
결정박막을 이용하는 전자소자, 광전자소자, 광학소자, 압전소자, 음향소자, 태양전지 또는 엘이디와 같은 용도에 사용하기 위해서는 상기 결정박막은 지정된 크기로 절단하는 단계를 거치게 된다. 상기 결정박막은 박막 자체의 스트레스가 상당한 크기로 존재하기 때문에 절단과정에서 결정박막의 크랙이나 결함이 발생될 가능성을 갖고 있다. 이러한 문제점에 대한 해결책으로서 도7, 도13, 도16, 도18, 도20과 같이 박막층 17에 의해 자연스럽게 지정된 크기로 분리되는 형태로 결정박막을 형성할 수도 있다.
상기 마스킹 및/또는 분리층의 패턴은 성장되는 결정박막의 결함밀도와 전위(dislocation)을 저감하도록 배려해 결정될 수 있으며, 다공성의 구조이거나 마스킹 및/또는 분리층의 두께방향으로 관통된 다수의 세공구조를 갖는 것일 수 있다. 상기 패턴은 광학격자 형상으로 구성할 수도 있다.
상기에서 사용되는 용액은 정제수를 사용할 수 있으며, 상기에서 가열 냉각 순환법이나 상변위 부피팽창에 의한 분리방법 모두에서는 분리단계 이전에 상기 결정박막과 기판과의 사이에 미세한 공극이 존재하는 것이 바람직하며, 기판 위에 미리 요철부를 패터닝하는 방법 및/또는 기판과 상기 결정박막 사이에 존재하는 희생층의 일부분을 제거함으로써 미세한 공극을 만들어내는 방법을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예29; 본 발명의 또 다른 목적인 고품질의 결정박막을 실현하기 위해서 기판을 준비하는 단계와/ 상기 기판 위에 한 층 이상의 박막층을 형성하는 단계와/ 상기 박막층의 일부분을 제거하는 박막층 패터닝 단계와/ 상기 단계를 마친 기판 위에 적어도 한 층 이상의 박막층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 결정박막 성장방법에 있어서, 상기 기판은 적어도 두 곳 이상에 형성된 복수 개의 천공홀 및/또는 요철부가 구비된 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장방법이 제공된다.
실시예30; 실시예13에서 제공되는 결정박막 성장용 기판 위에 성장된 결정박막에 있어서, 상기 희생층 이외에 한 층 이상의 박막층이 결정박막과 함께 분리된 것임을 특징으로 하는 결정박막이 제공된다.
실시예31; 실시예1 내지 실시예5에서 제공되는 상기 기판 위에 상기 요철부 및 박막층에 의해 분리 구획된 복수 개의 장소에 인접한 결정박막과 분리된 상태로 형성된 것임을 특징으로 하는 결정박막이 제공된다.
실시예32; 실시예4 내지 실시예5에서 제공된 결정박막 성장용 기판 위에 성장된 후 상기 기판으로부터 분리된 것으로서, 상기 기판은 단위칩 크기와 형상에 맞추어진 것이고, 상기 결정박막은 추가로 단위칩 형태로 분할하는 공정이 필요 없이 단위칩 크기로 형성된 것임을 특징으로 하는 결정박막이 제공된다.
실시예33; 실시예4 내지 실시예5에서 제공된 결정박막 성장용 기판 위에 성장된 후 상기 기판으로부터 분리된 것으로서, 상기 결정박막은 상기 기판 위에 3차원의 입체적 형태로 성장된 후에 상기 기판으로부터 상기 입체적 형태를 유지한 상태로 분리된 것임을 특징으로 하는 결정박막이 제공된다.
실시예34; 실시예30에서 상기 결정박막과 함께 분리된 박막층 중에서 적어도 일부분은 도전재로서 전극기능을 담당하는 것임을 특징으로 하는 발광다이오드(LED)가 제공된다.
실시예35; 실시예30에서 상기 결정박막과 함께 분리된 박막층 중에서 적어도 일부분은 (버퍼층박막 또는 결정박막과 광학 굴절율이 다른) 투명재이거나 제거됨으로써 자연스럽게 광결정박막을 형성하게됨을 특징으로 하는 발광다이오드(LED)가 제공된다.
실시예36; 실시예29에서 제공되는 결정박막 성장방법에 의해 성장된 후에 상기 기판으로부터 분리된 결정박막을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 발광다이오드(LED)가 제공된다.
실시예37; 실시예1 내지 실시예5에서 제공되는 결정박막 성장용 기판 위에서 제조된 후에 상기 기판으로부터 분리된 결정박막을 포함하여 만들어짐을 특징으로 하는 발광다이오드(LED-light emitting diode)가 제공된다.
실시예38; 실시예1 내지 실시예5에서 상기 천공홀 및/또는 요철부는 적어도 두 층 이상의 박막층과 접촉된 것이고, 상기 두 층 이상의 박막층 중에서 적어도 한 층은 희생층으로서 결정박막 분리단계에서 식각 또는 상변이가 이뤄지는 것이고, 적어도 또 다른 한 층은 재사용층으로서 상기 결정박막 분리단계 후에도 상기 기판과 함께 재사용이 가능한 재사용 박막층인 것을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판이 제공된다.
실시예39; 실시예38에서 상기 재사용층은 1차구조층이며, 상기 희생층은 2차구조층이고, 상기 2차구조층은 상기 1차구조층보다 섭씨 250도에서의 포화증기압이 2배 이상 그리고/또는 지정된 에칭용액에 대한 식각율이 2배 이상인 것을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판이 제공된다.
상기에서 한층 이상으로 형성 및/또는 패터닝되는 박막층은 본 발명의 결정박막 분리를 용이하게 하는 희생층, 마스크층, 1차구조층, 2차구조층, 광추출용 구조층, 결정박막 분할용구조층, 재사용층의 기능 중에서 한 가지 이상의 기능을 담당한다.
또한 상기에서 측면성장법(ELO)을 이용한 결정박막 성장방법은 본 발명에서 예로서 제시한 방법 외에도 측면성장 결정박막을 수득할 수 있는 방법이면 특별히 제한하지 않고 선택적으로 사용할 수 있다. 상기에서 1차구조층이라 함은 제일 첫번째로 형성되는 박막을 의미하는 것이 아니라 상기 2차구조층 보다 먼저 형성된 것임을 의미하는 것이며, 역시 상기 2차구조층이라 함은 1차구조층 다음에 바로 형성된 박막층을 의미하는 것이 아니라 1차구조층 보다 후에 형성된다는 것을 의미하는 것이다.
상기 마스크층은 상기 결정박막의 형성이 방해되는 화합물 또는 금속류로 사용되며 그 예로서 산화규소, 산화티타늄, 산화지르코튬 과 질화물 및 고융점금속들 중에서 선택된 물질을 포함하는 한 층 이상의 박막일 수 있다. 이와 같은 물질로 형성된 마스크층에는 상기 결정박막이 성장하지 않거나 매우 낮은 성장율을 나태내므로 마스크층이 형성되지 않은 기판표면으로부터 성장된 결정박막은
상기 보호층 박막의 표면을 덮는 형태로 기판표면과 나란한 방향으로 성장되는 수평성장 결정박막 (ELO)부분이 생기는데 이러한 성장현상을 이용하면 보다 고품질의 결정박막을 수득할 수 있는 것이다. 상기 마스크층은 결정박막 형태로 성막될 수도 있지만 분리 후에 제품으로 사용되는 결정박막과 구별하여 마스크층과 결정박막으로 표기하였다. 상기 수평성장 결정박막(ELO)의 생성은 상기 마스크층 이용방법 외에도 상기 천공홀과 요철부의 영향으로도 생성될 수도 있다.
본 발명에서 결정박막이라는 의미는 두께가 매우 얇다는 의미로 사용되는 것이 아니라, 박막공정에 의해 성장되는 결정체를 의미하는 것이다. 따라서 상기 결정박막공정에 의하여 제조되는 결정박막은 물론 결정기판까지를 포함하는 의미로 이해되어야 마땅하다.
최근들어 결정박막 성장용 기판 위에 결정결함이 적은 결정박막을 성장시키기 위한 방법으로서 많은 방법들이 개발되고 있으며, 그 중에서 결정박막이 성장하지 않는 부분을 기판의 복수 개의 장소에 마련하여 측면성장되는 결정박막에 의해 결정결함이 줄어든 결정박막을 수득하기 위해 측면성장법 (ELO-Epitaxial lateral overgrowth) 이 애용되고 있다. 본 발명은 결정박막의 분리가 용이한 동시에 분리 후에도 불량발생 우려가 없고 상기 측면성장법을 보다 유용하고 경제적으로 사용하기 위한 기판과 결정성장방법이 될 것이다.
상기에서 쓰루홀과 기공을 형성하기 위해서는 기판에 대한 양극산화 방법과 전기화학에칭법, 광도움전기화학에칭법과 같이 에칭현상에 의해 자연스럽게 형성되는 관통채널을 이용할 수도 있으며, 반도체 산업현장에서 주로 사용되고 있는 통상의 패터닝 방법을 선택하여 관통채널 즉 쓰루홀이나 기공을 형성할 수 있다. 또한 작은 조각으로 분할된 기판 칩들을 모아서 큰 기판 형태로 형성하고, 이 때에 기판 칩과 기판 칩 사이에 생겨나는 틈새(gap)를 이용하는 방법도 사용될 수 있으나 이해를 돕기 위해 웨이퍼 기판을 패터닝한 것을 들어서 주로 설명하기로 한다. 짐작하듯이 기판 재료와 박막층 사이에 천공홀이 개입되도록 조성하는 방법은 이에 제한되지 않고 애칭액이 기판의 후면으로부터 결정박막에 접근하기 용이하고 팽창율의 차이를 이용하기 용이한 천공홀을 형성할 수 있는 방법이라면 어떠한 천공홀이든 그 조성 방법에 제한받지 않고 선택적으로 사용할 수 있다.
상기 패터닝 방법은 공지기술에 의한 패터닝 방법이면 어느 것을 특정할 필요 없이 선택하여 사용할 수 있다. 즉 리소그래피, 임프린트, 프린팅, 인쇄법 등 공지기술 중에서 선택하여 사용할 수 있다. 그러나 본 발명의 장점으로는 광학적 리소그래피 공정을 생략하여 패터닝할 수 있다는 장점이 있으므로 이를 활용하는 것이 여러가지 면에서 바람직할 것이다.
한 면 이상에 요철부를 구비한 결정성장용 기판에 있어서, 상기 요철부는 폭 및/또는 깊이가 다른 두 종류 이상으로 구분되는 것이며, 상기 요철부 중에서 적어도 한 부분은 결정박막의 적어도 일부분을 분할하는 수단으로 이용되는 분할 구조용 요철부이고, 상기 분할용 요철부는 적어도 다른 어느 한 부분의 요철부 깊이 및/또는 폭보다 큰 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판과
상기 분할 구조용 요철부는 다각형 또는 원형 형태이고, 상기 분할 구조용 요철부 내부에는 상기 광추출 구조용 요철부가 형성된 구조임을 특징으로하는 결정박막 성장용 기판과
상기 2차 구조층은 상기 1차 구조층 자체의 부피변화를 유도하여 형성한 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판과
상기 2차 구조층은 상기 1차 구조층 위에 한 층 이상의 박막층을 추가로 부가하여 이루어진 것임을 특징으로 기판과
상기 2차 구조층 및 1차 구조층의 적어도 일부분은 희생층으로서 기판으로부터 상기 결정박막을 분리할 때에 분리수단으로 사용될 수 있다
상기 2차 구조층의 증막시간을 단축하기 위해 상기 2차 구조층은 상기 요철부의 함몰된 최하부면 보다 높은 곳에 형성된 1차 구조층을 이용하여 형성할 수 있으며, 결정박막의 적어도 일부분을 분할하거나 광추출 효율을 높여주는 구조용으로서 상기 기판의 윗면 보다 높게 형성할 수 있다.
상기 박막층들은 미세다공성 박막층일 수 있다. 미세다공성 박막층은 공지의 박막형성법을 사용하여 제작할 수 있으며, 박막층을 형성한 후에 양극산화법에 의해 다공성 구조로 개질하는 방법으로 제작할 수도 있다. 이와 같이 상기 박막층이 미세다공성 박막일 경우에는 에칭용액의 침투가 용이해지는 효과와 수평방향으로 성장되는 결정박막층을 기대할 수 있는 장점을 제공할 수 있기 때문에 구성과 양태에 따라 선택될 수 있는 박막구조이다.
상기 천공홀 및(또는) 기공이 형성된 면적은 상기 기판면적에 대하여 1/100 이상이고, 상기 천공홀 각각의 천공면적은 0.5mm2 이하이며, 상기 기판면 위에 분포된 밀도는 적어도 1개/mm2 이상이고, 상기 기판의 유리점(glass point)은 섭씨 500도 이상인 것을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판과
상기 기판은 복수 개의 천공홀과 제1면의 적어도 일부분에 형성된 한 층 이상의 박막층을 구비한 것이며, 상기 박막층의 적어도 한 층은 미세다공성 구조이고, 상기 박막층은 결정박막의 분리단계에서 지정된 에칭용액에 의해 상변화 및/또는 성분변화가 일어나는 한층 이상의 희생층을 포함하는 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판과
상기 미세다공성 박막층은 계면에 접하여 결정박막의 성장이 가능한 재료로서 갈륨(Ga)을 포함하는 질화물 결정박막과의 격자부정합도가 30% 이하인 것을 특징으로 하는 질화물 결정박막 분리용 기판과
상기 박막층은 3차원적으로 형성된 한 층 이상의 박막층으로 구성되며, 상기 박막패터닝 공정은 광학적 리소그래피 공정을 사용하지 않고 연마방법, 에칭방법, 플라즈마에칭, 반응성이온에칭, 리프트오프, 이온밀링 중에서 선택된 한 가지 이상의 방법을 실시함으로써 상기 기판의 요철부의 상부면에 형성된 박막층만 자연스럽게 제거하여 수득된 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판과
상기 박막층의 적어도 한 층은 1) 상기 기판의 표면경도 보다 약한 경도를 갖는 물성 2) 상기 기판의 표면 보다 이온화 경향이 큰 물성 중에서 한 가지 이상을 만족하는 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판이 추가로 제공될 수 있다.
추가로 상기 박막층의 적어도 한 층은 분리용 박막(희생층)으로서 상기 결정박막을 상기 기판으로부터 분리하는 단계에서 에칭방법에 의해 제거되는 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판과
상기 천공홀은 적어도 일부분 이상에 박막부와 접촉되어 있는 것이며, 상기 박막부 표면에서의 결정박막 성장속도는 상기 기판표면에서의 결정박막 성장속도 보다 작은 동시에 상기 박막부 희생층의 식각율은 상기 결정박막에 비해 상대적으로 큰 것임을 특징으로 하는 결정박막 분리용 기판과
상기에서 미리 지정된 소정의 에칭용액에 대한 상기 희생층의 식각율은 상기 기판의 식각율에 비하여 적어도 20% 이상 큰 것임을 특징으로 하는 결정박막 분리용 기판이 제공될 수 있으며, 상기 희생층은 미세다공성 구조일 수 있다.
상기에서 박막층은 본 발명의 결정박막 분리방법을 용이하게 하는 희생층, 마스킹층, (1차구조층/2차구조층으로서의) 광추출용 구조층 및/또는 결정박막 분할용 구조층 중에서 한 가지 이상의 기능을 제공한다. 상기에서 측면성장법(EL0)을 이용한 결정박막 성장방법은 본 발명에서 예로 제시한 방법 외에도 측명성장 결정박막을 수득할 수 있는 방법이면 특별히 제한하지 않고 선택적으로 사용할 수 있다. .상기에서 1차구조층이라 함은 제일 첫번째로 형성되는 박막을 의미하는 것이 아니라 상기 2차구조층 보다 먼저 형성된 것임을 의미하는 것이며, 역시 상기 2차구조층이라 함은 1차구조층 다음에 바로 이어서 형성된 박막층을 의미하는 것이 아니라 1차구조층 보다 후에 형성된다는 것을 의미하는 것이다.
본 발명은 전자산업, 전기산업, 광(LIGHT)산업, 음향산업 등에서 사용하는 고품질의 결정박막을 제조하거나 이를 분리하여 기판으로부터 분리된 결정박막을 제조할 때에 사용되는 기판과 기판제조방법, 결정박막의 제조방법, 결정박막의 분리방법, 엘이디(발광다이오드)를 제공하기 위해 사용되며, 고품질의 결정박막을 이용하는 다양한 기술분야에서 매우 유용하게 사용될 수 있는 발명이다.

Claims (21)

  1. 기판 위에 성장되는 결정박막의 결함을 감소시키는 동시에 상기 기판으로부터 상기 결정박막을 원활하게 분리하기 위해 사용되는 결정박막 성장용 기판에 있어서, 상기 기판은 적어도 일부 면적 이상에 두께 방향으로 관통된 복수 개의 천공홀 및/또는 미세기공(이하 천공홀로 일괄표기)이 구비되어 있는 것이며, 상기 천공홀 중에서 적어도 일부분은 홀의 한 끝단이 에칭용액의 통로로 사용되는 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판
  2. 기판 위에 성장되는 결정박막의 결함을 감소시키는 동시에 상기 기판으로부터 상기 결정박막을 원활하게 분리하기 위해 사용되는 결정박막 성장용 기판에 있어서, 상기 기판은 적어도 한 표면에 (함몰-돌출된) 요철부가 형성되어 있으며, 적어도 상기 요철부의 일부분에 접촉된 상태로 한 층 이상의 박막층이 형성되어 있으며, 상기 박막층은 지정된 형상으로 패터닝된 것이고, 상기 기판의 적어도 한 표면에는 상기 박막층 중에서 최다층으로 구성된 박막층보다 박막층수가 상대적으로 적거나 박막층이 없는 박막결여부가 구비된 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판
  3. 기판 위에 성장되는 결정박막의 결함을 감소시키는 동시에 상기 기판으로부터 상기 결정박막을 원활하게 분리하기 위해 사용되는 결정박막 성장용 기판에 있어서, 상기 기판에는 요철부가 형성된 것이며, 상기 요철부는 크기 및/또는 형상으로 구분할 때에 적어도 두 종류 이상으로 구분되는 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판
  4. 기판 위에 성장되는 결정박막의 결함을 감소시키는 동시에 상기 기판으로부터 상기 결정박막을 원활하게 분리하기 위해 사용되는 결정박막 성장용 기판에 있어서, 상기 기판은 웨이퍼형태의 기판으로부터 적어도 둘 이상의 다각형 칩으로 분할된 것이며, 상기 칩의 테두리 및/또는 외측면 중의 적어도 일부분 이상에는 마스크 및/또는 희생층이 형성된 구조를 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판
  5. 결정박막 성장용 기판으로부터 분할된 복수 개의 기판칩과 상기 칩들을 결합해주는 칩베이스를 포함하여 이루어지며, 상기 복수 개의 칩들의 상대적 위치를 고정한 상태에서 상기 칩들의 위치를 동시에 이동시킬 수 있도록 해주는 칩클러스터(CHIP CLUSTER)형 기판에 있어서, 상기 칩들은 기판 웨이퍼로부터 둘 이상의 다각형으로 분할된 작은 결정박막 성장용 기판칩이고, 상기 칩베이스는 유리점(GLASS POINT)온도가 적어도 섭씨500도 이상이며, 상기 유리점에서의 포화증기압은100torr 이하이고, 상기 칩베이스 표면에서는 결정성장속도가 기판칩의 표면보다 상대적으로 낮은 것이며, 기판 칩클러스터(CHIP CLUSTER) 형태로 제작된 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판
  6. 제1항 내지 제5항에서 상기 기판에는 요철부 및 박막결여부가 구비된 것이며, 상기 박막결여부는 상기 요철부의 상부면 또는 하부면에 형성된 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판
  7. 제1항 내지 제5항에서 상기 기판에는 적어도 한층 이상의 박막층이 구비된 것이며, 상기 박막층 중에서 적어도 일부분은 결정박막 분리 시에 상기 기판으로부터 상기 결정박막과 함께 박리되고 상기 결정박막으로 전이되어 고착되는 박막임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판
  8. 제1항 내지 제5항에서 상기 기판은 상기 천공홀 및/또는 요철부의 적어도 일부분 이상이 한 층 이상의 박막층과 접촉된 구조임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판
  9. 제1항 내지 제5항에서 상기 기판에는 두께 방향으로 형성된 복수 개의 천공홀과 상기 요철부가 모두 함께 구비된 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판
  10. 제1항 내지 제5항에서 한 면 이상에 구비된 하나 이상의 함몰부와 상기 함몰부에 형성된 하나 이상의 천공홀을 포함하며, 상기 천공홀의 길이는 상기 기판의 두께 보다 작은 것임을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판
  11. 기판을 준비하는 단계와/ 상기 기판에 (함몰-돌출된) 요철부를 형성하는 기판 패터닝 단계와/ 상기 기판 위에 한층 이상의 박막층을 형성하는 단계와/ 상기 박막층의 일부분을 제거하는 박막층 패터닝 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판 제조방법에 있어서, 상기 박막층의 적어도 한층은 상기 요철부 일부분 이상에 접촉된 상태로 형성된 것이고, 상기 박막층 패터닝 공정은 상기 기판의 요철부 높이차를 이용하는 것이고, 상기 박막층 패터닝 단계에서 상기 박막층 중에서 제거되는 부분은 상기 요철부의 상부면 또는 하부면에서 이루어짐을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판 제조방법
  12. 제11항에서 복수 개의 천공홀을 형성하는 단계를 추가로 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판 제조방법
  13. 박막이 형성될 기판을 준비하는 단계와 상기 기판 위에 박막을 형성하는 단계와 상기 박막이 형성된 기판을 습식 에칭용액에 접촉시키는 단계를 포함하는 박막분리 방법에 있어서, 상기 박막의 적어도 일부분은 건식도금방법에 의해 형성된 결정박막을 포함하는 것이며, 상기 기판은 어느 한 곳 이상에 천공홀(through hole)과(또는) 기공(이후 천공홀로 대표됨)이 형성된 것이고, 상기 천공홀은 에칭공정 중의 적어도 어느 한 시점 이상에서 상기 에칭용액의 일부분 이상을 상기 기판의 후면으로부터 상기 박막이 형성된 면 방향으로 투과시킬 수 있는 관통구조이며, 상기 에칭용액은 적어도 상기 기판의 후면을 적시는 상태로 접촉되고, 상기 기판 위에 형성된 박막 중의 적어도 일부분은 상기 기판의 천공홀을 통하여 식각되는 것이며, 상기 기판과 박막을 분리하기 전 단계에서 상기 박막의 표면 위에 적어도 한 층 이상의 보강층이 형성되는 단계를 포함하는 것으로서, 상기 보강층의 두께는 1미크론 이상임을 특징으로 하는 결정박막 분리방법
  14. 박막이 형성될 기판을 준비하는 단계와 상기 기판 위에 박막을 형성하는 단계와 상기 박막이 형성된 기판을 적어도 1회 이상 가열 및 냉각시키는 단계를 포함하는 박막분리 방법에 있어서, 상기 박막은 건식도금 방법에 의해 형성된 것으로서 적어도 일부분 이상이 결정구조를 구비한 결정박막이며, 상기 기판은 어느 한 곳 이상에 천공홀(through hole)과(또는) 기공(이후 천공홀로 대표됨)이 형성된 것이고, 상기 천공홀은 내부에 적어도 기판두께와 같거나 더 긴 길이를 갖으며 고팽창 박막으로 이루어지는 박막층으로 채워져 있는 것이며, 상기 박막층의 열팽창율은 상기 기판과(또는) 결정박막의 열팽창율보다 적어도 1.1배 이상 더 큰 것이고, 상기 기판과 박막을 분리하기 전 단계에서 상기 박막의 표면 위에 적어도 한 층 이상의 보강층이 형성되는 단계를 포함하는 것임을 특징으로 하는 결정박막 분리방법
  15. 제1항 내지 제5항에서 제공되는 상기 결정박막 성장용 기판 위에 형성된 결정박막 분리방법에 있어서, 상기 결정박막 분리력은 상변위에 의한 부피팽창력에 의한 것으로서, 상기 한 층 이상의 박막층을 가열하여 상변위시키는 단계를 포함하며, 상기 상변위 단계에서 발생되는 부피팽창 현상에 의해 상기 기판과 결정박막층 사이에 미는 힘이 발생하도록 함으로써 밀어내는 힘에 의해 분리되는 것임을 특징으로 하는 결정박막 분리방법
  16. 제1항 내지 제5항에서 제공되는 상기 결정박막 성장용 기판 위에 형성된 결정박막 분리방법에 있어서, 상기 결정박막 분리력은 밀어내는 힘에 의한 것으로서, 상기 결정박막층과 기판 사이에는 미세한 공극이 존재하는 것이며, 상기 미세한 공극 사이로 액체를 주입한 후 어는 온도(FREEZING POINT) 이하로 냉동시킴으로써 상기 액체의 부피팽창을 유도하고 상기 부피팽창에 의한 밀어내는 힘에 의해 상기 결정박막층과 기판을 분리함을 특징으로 하는 결정박막 분리방법
  17. 기판을 준비하는 단계와/ 상기 기판 위에 한 층 이상의 박막층을 형성하는 단계와/ 상기 박막층의 일부분을 제거하는 박막층 패터닝 단계와/ 상기 단계를 마친 기판 위에 적어도 한 층 이상의 박막층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 결정박막 제조방법에 있어서, 상기 기판은 적어도 두 곳 이상에 형성된 복수 개의 천공홀 및/또는 요철부가 구비된 것임을 특징으로 하는 결정박막 제조방법
  18. 제7항에서 제공되는 결정박막 성장용 기판 위에 성장된 후 분리된 결정박막에 있어서, 상기 희생층 이외에 한 층 이상의 박막층이 결정박막 분리 단계에서 상기 결정박막과 함께 분리된 것임을 특징으로 하는 결정박막
  19. 제17항에서 제공되는 결정박막 제조방법에 의해 성장된 후에 상기 기판으로부터 분리된 결정박막을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 엘이디(발광다이오드)
  20. 제1항 내지 제5항에서 상기 천공홀 및/또는 요철부는 적어도 두 층 이상의 박막층과 접촉된 것이고, 상기 두 층 이상의 박막층 중에서 적어도 한 층은 희생층으로서 결정박막 분리단계에서 식각 또는 상변이가 이뤄지는 것이고, 적어도 또 다른 한 층은 재사용층으로서 상기 결정박막 분리단계 후에도 상기 기판과 함께 재사용이 가능한 재사용 박막층인 것을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판
  21. 제20항에서 상기 재사용층은 1차구조층이며, 상기 희생층은 2차구조층이고,
    상기 2차구조층은 상기 1차구조층보다 섭씨 250도에서의 포화증기압이 2배 이상 그리고/또는 지정된 에칭용액에 대한 식각율이 2배 이상인 것을 특징으로 하는 결정박막 성장용 기판
PCT/KR2009/006369 2008-10-30 2009-10-30 결정박막과 엘이디와 기판 및 제조방법과 분리방법 WO2010050788A2 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20080107110 2008-10-30
KR10-2008-0107110 2008-10-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2010050788A2 true WO2010050788A2 (ko) 2010-05-06
WO2010050788A3 WO2010050788A3 (ko) 2010-08-19

Family

ID=42129495

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2009/006369 WO2010050788A2 (ko) 2008-10-30 2009-10-30 결정박막과 엘이디와 기판 및 제조방법과 분리방법

Country Status (2)

Country Link
KR (2) KR20100048922A (ko)
WO (1) WO2010050788A2 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103348444A (zh) * 2010-11-03 2013-10-09 李亨坤 基板和分割机构、生长薄膜及生长方法、分离方法、加热方法、外延晶片、发光二极管
CN115320271A (zh) * 2022-08-04 2022-11-11 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种半导体薄膜的转移印刷方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101670215B1 (ko) * 2010-07-27 2016-10-28 이형곤 박막분리용 기판과 그 제조방법과 분리방법 및 발광다이오드와 그래핀 및 에피웨이퍼
KR102029861B1 (ko) * 2013-07-24 2019-11-08 엘지이노텍 주식회사 발광 소자 제조 방법, 발광 소자 제조 장치 및 이에 의해 제조된 발광 소자
KR101637711B1 (ko) 2014-10-30 2016-07-07 현대자동차주식회사 연료전지의 고분자 전해질막-전극 접합체용 전극의 분리방법과 그 장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100622818B1 (ko) * 2005-09-27 2006-09-14 엘지전자 주식회사 수직형 발광소자의 제조방법
JP2007194450A (ja) * 2006-01-20 2007-08-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
KR20090092091A (ko) * 2008-02-26 2009-08-31 서울옵토디바이스주식회사 발광 소자 및 그 제조 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100622818B1 (ko) * 2005-09-27 2006-09-14 엘지전자 주식회사 수직형 발광소자의 제조방법
JP2007194450A (ja) * 2006-01-20 2007-08-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
KR20090092091A (ko) * 2008-02-26 2009-08-31 서울옵토디바이스주식회사 발광 소자 및 그 제조 방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103348444A (zh) * 2010-11-03 2013-10-09 李亨坤 基板和分割机构、生长薄膜及生长方法、分离方法、加热方法、外延晶片、发光二极管
CN115320271A (zh) * 2022-08-04 2022-11-11 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种半导体薄膜的转移印刷方法
CN115320271B (zh) * 2022-08-04 2023-06-16 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种半导体薄膜的转移印刷方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100048922A (ko) 2010-05-11
WO2010050788A3 (ko) 2010-08-19
KR20120042707A (ko) 2012-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2010050788A2 (ko) 결정박막과 엘이디와 기판 및 제조방법과 분리방법
US7404870B2 (en) Methods for forming an assembly for transfer of a useful layer
KR0120738B1 (ko) 대형 다이아몬드 단결정의 제조 방법
WO2012093757A1 (ko) 템플레이트, 그 제조방법 및 이를 이용한 수직형 질화물 반도체 발광소자의 제조방법
EP1061566A2 (en) Method for producing a semiconductor thin film by a separation step and solar cell production method
WO2014061906A1 (ko) 성장 기판 분리 방법, 발광 다이오드 제조 방법 및 그것에 의해 제조된 발광 다이오드
US20090227091A1 (en) Method of manufacturing a semiconductor device
KR102071034B1 (ko) 질화물 기판 제조 방법
JP2015503215A (ja) 炭化ケイ素エピタキシャル成長法
KR102654904B1 (ko) 다이아몬드 또는 이리듐 재질의 단결정 층을 제조하는 방법 및 다이아몬드 또는 이리듐 재질의 단결정 층의 에피택셜 성장을 위한 기판
WO2016010270A1 (ko) 기판 구조, 그 형성방법, 및 이를 이용한 질화물 반도체 제조방법
KR20140036412A (ko) 대면적 갈륨 나이트라이드 기판 제조방법
WO2014084500A1 (ko) 기판 분리 방법 및 이를 이용한 발광 다이오드 칩 제조 방법
US9515222B2 (en) Gallium nitride on 3C—SiC composite wafer
US9224904B1 (en) Composite substrates of silicon and ceramic
WO2017150848A1 (ko) 나노 로드 제조방법 및 이에 의해 제조된 나노 로드
EP1606839A2 (en) A method of producing substrates or components on substrates involving transfer of a useful layer, for microelectronics, optoelectronics, or optics
WO2012060600A2 (ko) 기판과 분할기구, 성장박막 및 성장, 분리, 가열방법, 에피웨이퍼, 발광다이오드
WO2012148039A1 (en) Semiconductor substrate and method of fabricating the same
KR20230138501A (ko) 반도체 기판 및 그 제조 방법 및 제조 장치, 템플릿 기판
KR100586609B1 (ko) 질화갈륨계 발광 소자의 제조 방법
WO2014104602A1 (ko) 마스크 패턴을 이용한 기판 분리 방법 및 반도체 소자 제조 방법
KR101169540B1 (ko) 기판과 분할기구, 성장박막 및 성장, 분리, 가열방법, 에피웨이퍼, 발광다이오드
WO2012177019A2 (ko) 기판 형성 방법 및 그 기판
KR101173985B1 (ko) 기판 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09823868

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

ENP Entry into the national phase in:

Ref document number: 20117003203

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase in:

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09823868

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2