KR101047762B1 - Method for separating substrate from gallium nitride thin film - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질화갈륨 박막으로부터 기판을 분리하는 방법에 관한 것으로, 합금(Alloy) 입자와 플럭스(Flux)를 혼합하여 만들어진 본딩용 페이스트를 발광소자용 질화갈륨 적층 박막에 코팅하고, 지지기판을 올려 놓은 다음, 열처리 공정을 수행하여 지지기판을 발광소자용 질화갈륨 적층 박막에 본딩함으로써, 공정을 단순화시킬 수 있고 대량생산을 할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a method of separating a substrate from a gallium nitride thin film, the bonding paste made by mixing the alloy (Alloy) particles and flux (Flux) is coated on the gallium nitride nitride thin film for a light emitting device, and a support substrate Next, by performing a heat treatment process to bond the support substrate to the gallium nitride layered thin film for the light emitting device, it is possible to simplify the process and effect mass production.
질화갈륨, 기판, 이탈, 페이스트, 합금, 플럭스 Gallium Nitride, Substrate, Breakaway, Paste, Alloy, Flux
Description
도 1a 내지 1e는 종래 기술에 따른 발광소자용 질화갈륨 적층 박막과 사파이어 기판을 분리하는 방법을 설명하기 위한 단면도1A to 1E are cross-sectional views illustrating a method of separating a gallium nitride layered thin film and a sapphire substrate for a light emitting device according to the prior art.
도 2는 종래 기술에 따른 발광소자용 질화갈륨 적층 박막과 사파이어 기판을 분리하는 다른 방법을 설명하기 위한 단면도2 is a cross-sectional view for explaining another method of separating the gallium nitride layered thin film and the sapphire substrate for a light emitting device according to the prior art
도 3a 내지 3c는 종래 기술에 따른 질화갈륨층과 사파이어 기판을 분리하는 다른 방법을 설명하기 위한 단면도3A to 3C are cross-sectional views illustrating another method of separating a gallium nitride layer and a sapphire substrate according to the prior art.
도 4는 본 발명에 따른 질화갈륨 박막으로부터 기판을 분리하는 방법을 설명하기 위한 흐름도4 is a flowchart illustrating a method of separating a substrate from a gallium nitride thin film according to the present invention.
도 5a 내지 5c는 본 발명에 따라 질화갈륨 박막 상부에 본딩용 페이스트가 코팅된 상태를 도시한 단면도5A to 5C are cross-sectional views showing a state in which a bonding paste is coated on a gallium nitride thin film according to the present invention.
도 6a 내지 6c는 본 발명에 따라 다른 질화갈륨 박막 상부에 본딩용 페이스트가 코팅된 상태를 도시한 단면도6A through 6C are cross-sectional views illustrating a state in which a bonding paste is coated on another gallium nitride thin film according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 기판 121 : 발광 소자용 질화갈륨 박막 패턴100
123 : 선택 식각용 물질 125 : 본딩용 페이스트123 material for
130 : 지지 기판130: support substrate
본 발명은 질화갈륨 박막으로부터 기판을 분리하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합금(Alloy) 입자와 플럭스(Flux)를 혼합하여 만들어진 본딩용 페이스트를 발광소자용 질화갈륨 적층 박막에 코팅하고, 지지기판을 올려 놓은 다음, 열처리 공정을 수행하여 지지기판을 발광소자용 질화갈륨 적층 박막에 본딩함으로써, 공정을 단순화시킬 수 있고 대량생산을 할 수 있는 질화갈륨 박막으로부터 기판을 분리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for separating a substrate from a gallium nitride thin film, and more particularly, a bonding paste made of a mixture of alloy particles and flux is coated on a gallium nitride laminated thin film for a light emitting element, and supported. The present invention relates to a method for separating a substrate from a gallium nitride thin film that can simplify the process and mass-produce by bonding a support substrate to a gallium nitride laminated thin film for a light emitting device by carrying out a heat treatment process.
일반적으로, 질화갈륨(GaN)을 성장시키기 위해서 가장 좋은 것은 질화갈륨기판이다. In general, the best thing for growing gallium nitride (GaN) is a gallium nitride substrate.
그러나, 질화갈륨기판은 질화갈륨의 성장이 어려움으로 인해 가격이 매우 비싸다. However, gallium nitride substrates are very expensive due to the difficulty in growing gallium nitride.
그러므로, 대부분의 질화갈륨은 사파이어(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC), 갈륨비소(GaAs) 기판 등과 같은 이종기판에서 성장시킨다. Therefore, most gallium nitride is grown on heterogeneous substrates, such as sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), gallium arsenide (GaAs) substrate and the like.
이런, 이종기판들 중에 현재 가장 폭넓게 사용되고 있는 기판은 사파이어 기판이다. Of these, the most widely used substrates among heterogeneous substrates are sapphire substrates.
그러나, 사파이어(Al2O3) 기판은 질화갈륨을 이용한 소자 제작에 있어 사파이어 자체의 비전도성과 낮은 열전도도로 인해 소자 제작 및 소자 구동에 있어 많은 문제를 야기시키게 된다. However, sapphire (Al 2 O 3 ) substrate causes many problems in device fabrication and device driving due to the non-conductivity and low thermal conductivity of sapphire itself in the device fabrication using gallium nitride.
즉, 질화갈륨은 900 ~ 1000℃의 고온에서 성장되기 때문에, 열팽창 계수에 의한 스트레스가 발생된다.That is, gallium nitride is grown at a high temperature of 900 ~ 1000 ℃, stress due to the thermal expansion coefficient is generated.
이러한, 스트레스의 원인으로 기판의 휘어짐 현상이 발생된다.As a cause of stress, a warpage phenomenon of the substrate occurs.
한편, 최근, 소자 제작한 후, LLO(Laser Lift-Off) 방법 등을 이용하여 사파이어 기판을 제거하는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 사파이어 기판을 제거하기 위해서는 우선 소자가 적층된 막을 우수한 전도성과 열전도도를 갖는 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs) 등의 기판이나 금속판에 접합하게 된다. On the other hand, after fabrication of the device, research on a method of removing the sapphire substrate using the laser lift-off (LLO) method has been actively conducted. In order to remove the sapphire substrate, first of all, the device on which the device is laminated has excellent conductivity. It is bonded to a substrate or a metal plate such as silicon (Si) and gallium arsenide (GaAs), which have excessive thermal conductivity.
도 1a 내지 1e는 종래 기술에 따른 발광소자용 질화갈륨 적층 박막과 사파이어 기판을 분리하는 방법을 설명하기 위한 단면도로서, 먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(10) 상부에 발광소자용 질화갈륨 적층 박막(20)을 형성하고, 도 1b와 같이, 상기 발광소자용 질화갈륨 적층 박막(20)의 일부를 선택적으로 식각하여 발광소자용 질화갈륨 박막 패턴(21)을 형성한다.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a method of separating a gallium nitride layered thin film and a sapphire substrate for a light emitting device according to the prior art. First, as shown in FIG. 1A, a light emitting device is disposed on an
여기서, 발광소자용 질화갈륨 적층 박막(20)은 복수개의 발광소자가 형성된 질화갈륨 적층 박막을 의미하고, 선택적으로 식각하는 것은 각각의 낱개의 발광소 자로 격리(Isolation)시키는 것이다.Here, the gallium nitride layered
이러한, 선택적으로 식각하는 공정은 후술되는 사파이어 이탈공정에서 스트레스를 줄이고, 크랙(Crack)의 전이를 줄이기 위해 사용된다.This selective etching process is used to reduce stress in the sapphire separation process to be described later, and to reduce the transition of cracks.
이 때, 상기 발광소자용 질화갈륨 박막 패턴(21) 내에는 개구(21a)가 형성되어 있다. At this time, an opening 21a is formed in the gallium nitride
그 다음, 상기 발광소자용 질화갈륨 박막 패턴(21) 상부에 P전극(22)을 형성하고, 상기 개구(21a)에 선택적 식각용 물질(23)을 채워 넣는다.(도 1c)Next, a
여기서, 상기 선택적 식각용 물질(23)은 질화갈륨 박막 패턴(21)으로부터 선택적으로 식각될 수 있는 물질로, 에폭시, 포토레지스트, 폴리이미드와 같은 물질 또는 Cu, Al, Au, Pt와 In과 같은 금속이다.Here, the selective etching material 23 is a material that can be selectively etched from the gallium nitride
연이어, 상기 P전극(22) 상부에 지지기판(25)을 접합용 물질(24)로 본딩한다.(도 1d)Subsequently, the
이 때, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 P전극(22)과 상기 선택적 식각용 물질(23) 상부에 지지기판(25)을 본딩할 접합용 물질(24)을 본딩하고 상기 지지기판(25)을 접합시킬 수도 있다.In this case, as shown in FIG. 2, the
마지막으로, 상기 사파이어 기판(10)을 이탈시킨다.(도 1f)Finally, the
이 제거공정은 통상적인 레이저 리프트 오프(Laser lift off)공정을 수행한다.This removal process performs a conventional laser lift off process.
도 3a 내지 3c는 종래 기술에 따른 질화갈륨층과 사파이어 기판을 분리하는 다른 방법을 설명하기 위한 단면도로서, 먼저, 사파이어 기판(10) 상부에 발광소자 용 질화갈륨 적층 박막(20)을 형성한다.(도 3a)3A to 3C are cross-sectional views illustrating another method of separating the gallium nitride layer and the sapphire substrate according to the prior art. First, a gallium nitride layered
그 후, 상기 발광소자용 질화갈륨 적층 박막(20) 상부에 P-전극용 및 접합용 물질(30)을 증착하고, 상기 P-전극용 및 접합용 물질(30) 상부에 두꺼운 금속막(31)을 증착한다.(도 3b)Subsequently, a P-electrode and a bonding
마지막으로, 상기 사파이어 기판(10)을 상기 발광소자용 질화갈륨 적층 박막(20)부터 이탈시킨다.(도 3c)Finally, the
전술된 공정과 같이, 질화갈륨 박막과 사파이어 기판을 분리공정을 수행하는데, 질화갈륨과 사파이어의 열팽창 계수 차이에 의하여 기판의 휘어짐은 이 분리공정에 치명적인 요소가 된다.As described above, the gallium nitride thin film and the sapphire substrate are separated, and the warpage of the substrate due to the difference in thermal expansion coefficient between gallium nitride and sapphire becomes a critical factor in this separation process.
즉, 휘어짐 현상이 그 대표적인 예라고 할 수 있는데, 접합과정에서 이러한 휘어짐 현상은 더욱더 가중되게 되며 이렇게 가중된 스트레스로 인해 분리된 질화갈륨 박막은 크랙(Crack) 등과 같은 많은 결함이 생성되는 문제점이 있다.In other words, the warpage phenomenon is a representative example, and the warpage phenomenon is further increased during the bonding process, and the gallium nitride thin film separated by the weighted stress has a problem in that many defects such as cracks are generated. .
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 합금(Alloy) 입자와 플럭스(Flux)를 혼합하여 만들어진 본딩용 페이스트로 발광소자용 질화갈륨 적층 박막에 코팅하고, 지지기판을 올려 놓은 다음, 열처리 공정을 수행하여 지지기판을 발광소자용 질화갈륨 적층 박막에 본딩함으로써, 공정을 단순화시킬 수 있고 대량생산을 할 수 있는 질화갈륨 박막으로부터 기판을 분리하는 방법을 제공하는 데 목적이 있다.In order to solve the problems described above, the present invention is a coating paste made of a mixture of alloy particles and flux and coated on a gallium nitride layer thin film for a light emitting device, and a supporting substrate is placed thereon. It is an object of the present invention to provide a method for separating a substrate from a gallium nitride thin film that can simplify the process and can be mass-produced by bonding the supporting substrate to the gallium nitride laminated thin film for a light emitting device by performing the process.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 합금(Alloy) 입자와 플럭스(Flux)를 혼합하여 본딩용 페이스트를 만드는 단계와;A preferred aspect for achieving the above object of the present invention comprises the steps of mixing the alloy (Alloy) particles and flux (Flux) to make a bonding paste;
기판 상부에 형성된 발광소자용 질화갈륨 적층 박막 상부에 상기 본딩용 페이스트를 코팅하는 단계와;Coating the bonding paste on an upper layer of a gallium nitride layer thin film for a light emitting element formed on a substrate;
상기 코팅된 본딩용 페이스트 상부에 지지기판을 올려놓고, 열처리를 수행하여 발광소자용 질화갈륨 적층 박막과 지지기판을 본딩하는 단계와;Placing a support substrate on the coated bonding paste and performing heat treatment to bond the gallium nitride layered thin film for the light emitting device and the support substrate;
상기 기판을 상기 발광소자용 질화갈륨 적층 박막으로부터 이탈시키는 단계를 포함하여 이루어진 질화갈륨 박막으로부터 기판을 분리하는 방법이 제공된다.A method of separating a substrate from a gallium nitride thin film comprising the step of separating the substrate from the gallium nitride layered thin film for light emitting devices is provided.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 따른 질화갈륨 박막으로부터 기판을 분리하는 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 합금(Alloy) 입자와 플럭스(Flux)를 혼합하여 본딩용 페이스트를 만든다.(S10단계)FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of separating a substrate from a gallium nitride thin film according to the present invention, in which alloy paste and flux are mixed to form a bonding paste.
상기 합금 입자는 Sn, In, Ag, Cu, Au, Bi와 Zn 중 하나 이상이 포함된 합금입자이다.The alloy particles are alloy particles containing at least one of Sn, In, Ag, Cu, Au, Bi, and Zn.
그 후, 기판 상부에 형성된 발광소자용 질화갈륨 적층 박막 상부에 상기 본딩용 페이스트를 코팅한다.(S20단계)Thereafter, the bonding paste is coated on the gallium nitride layer thin film for the light emitting device formed on the substrate.
여기서, 상기 코팅하는 방법은, 스크린 프린팅(Screen printing) 또는 스핀 코팅(Spin coating) 방법이다.Here, the coating method is a screen printing or spin coating method.
연이어, 상기 코팅된 본딩용 페이스트 상부에 지지기판을 올려놓고, 열처리를 수행하여 발광소자용 질화갈륨 적층 박막과 지지기판을 본딩한다.(S30단계)Subsequently, the support substrate is placed on the coated bonding paste, and the heat treatment is performed to bond the gallium nitride layered thin film and the support substrate to the light emitting device.
상기 열처리 공정의 온도는 100 ~ 350℃에서 수행되는 것이 바람직하며, 사파이어 기판과 같은 이종기판에서 성장된 질화갈륨에 내재된 스트레스를 금속의 연성과 저온 열처리 방식을 통해 최소화시킬 수 있는 것이다.The temperature of the heat treatment process is preferably carried out at 100 ~ 350 ℃, it is possible to minimize the stress inherent in gallium nitride grown in a heterogeneous substrate, such as sapphire substrate through the ductility of the metal and low temperature heat treatment method.
마지막으로, 상기 기판을 상기 발광소자용 질화갈륨 적층 박막으로부터 이탈시킨다.(S40단계)Finally, the substrate is separated from the gallium nitride laminated thin film for the light emitting device.
여기서, 상기 기판은 사파이어 기판이 바람직하다.Here, the substrate is preferably a sapphire substrate.
도 5a 내지 5c는 본 발명에 따라 질화갈륨 박막 상부에 본딩용 페이스트가 코팅된 상태를 도시한 단면도로서, 먼저, 기판(100) 상부에 발광소자용 질화갈륨 적층 박막을 형성하고, 상기 발광소자용 질화갈륨 적층 박막의 일부를 선택적으로 식각하여 발광소자용 질화갈륨 박막 패턴(121)을 형성한다.5A to 5C are cross-sectional views showing a state in which a bonding paste is coated on a gallium nitride thin film according to the present invention. First, a gallium nitride laminated thin film for a light emitting device is formed on a
그 후, 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 발광소자용 질화갈륨 박막이 식각되어 제거된 영역에 선택적 식각용 물질(123)을 채워 넣고, 상기 발광소자용 질화갈륨 박막 패턴(121) 및 상기 선택적 식각용 물질로 이루어진 막 상부에 본딩용 페이스트(125)를 코팅한다.Thereafter, as shown in FIG. 5A, a
여기서, 선택적 식각용 물질로 이루어진 막은 SiO2, TiO2, SiN, Al2O3, Ta2O3 등과 물질로 구성되는 HR(High Reflection)막, 에폭시막과 포토레지스트막 중 어느 하나로 형성할 수 있다.Here, the film made of a selective etching material may be formed of any one of a HR (High Reflection) film, an epoxy film, and a photoresist film composed of SiO 2 , TiO 2 , SiN, Al 2 O 3 , Ta 2 O 3, or the like. have.
한편, 도 6a 내지 6c는 본 발명에 따라 다른 질화갈륨 박막 상부에 본딩용 페이스트가 코팅된 상태를 도시한 단면도로서, 도 6a와 같이, 기판(100) 상부에 발광소자용 질화갈륨 적층 박막(120)을 형성하고, 이 발광소자용 질화갈륨 적층 박막 상부에 본딩용 페이스트(125)를 코팅하는 것이다.6A to 6C are cross-sectional views illustrating a state in which a bonding paste is coated on another gallium nitride thin film according to the present invention, and as shown in FIG. 6A, the gallium nitride laminated
상기 도 5a와 도 6a 후에, 본딩용 페이스트(125) 상부에 지지기판(130)을 올려놓고, 열처리 공정을 수행하면, 상기 발광소자용 질화갈륨 적층 박막과 지지기판은 본딩된다.(도 5b 및 도 6b)5A and 6A, when the
즉, 본 발명은 간단한 코팅방법 및 열처리 공정을 수행하여 지지기판을 발광소자용 질화갈륨 적층 박막에 본딩함으로써, 공정이 단순화되고 대량생산을 할 수 있는 것이다.That is, according to the present invention, the support substrate is bonded to the gallium nitride laminated thin film for the light emitting device by performing a simple coating method and a heat treatment process, thereby simplifying the process and allowing mass production.
또한, 열처리 공정으로 상기 본딩용 페이스트에 의해 본딩된 발광 소자용 질화갈륨 적층 박막은 그 접합 밀도가 치밀하여, 기판의 이탈시키는 수율을 향상시킬 수 있다.In addition, the gallium nitride layered thin film for a light emitting device bonded by the bonding paste in the heat treatment process has a high bonding density, thereby improving the yield of leaving the substrate.
그 후, 상기 발광소자용 질화갈륨 적층 박막이 성장된 기판을 이탈시킨다.(도 5c 및 도 6c)After that, the substrate on which the gallium nitride layer thin film for light emitting device is grown is separated. (FIGS. 5C and 6C).
여기서, 상기 기판이 사파이어 기판인 경우, 레이저 리프트 오프 공정으로 제거한다.Here, when the substrate is a sapphire substrate, it is removed by a laser lift off process.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 합금(Alloy) 입자와 플럭스(Flux)를 혼합하여 만들어진 본딩용 페이스트로 발광소자용 질화갈륨 적층 박막에 코팅하고, 지지기판을 올려 놓은 다음, 열처리 공정을 수행하여 지지기판을 발광소자용 질화갈륨 적층 박막에 본딩함으로써, 공정을 단순화시킬 수 있고 대량생산을 할 수 있는 효과가 있다. As described above, the present invention is a coating paste made of a mixture of alloy particles and flux and coated on a gallium nitride layer thin film for a light emitting device, and a supporting substrate is placed thereon, followed by a heat treatment process. By bonding the support substrate to the gallium nitride laminated thin film for the light emitting device, the process can be simplified and mass production can be effected.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
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