KR101524930B1 - 질화갈륨 기판의 n 표면용 세정용액 및 이를 이용한 질화갈륨 기판의 n 표면 세정방법 - Google Patents
질화갈륨 기판의 n 표면용 세정용액 및 이를 이용한 질화갈륨 기판의 n 표면 세정방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 질화갈륨 기판용 세정용액 및 이를 이용한 질화갈륨 기판 세정방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 질화갈륨 기판의 양측 표면 중 층 전이 공정을 위해 다른 기판과 접합되는 접합면인 N 표면의 표면조도 증가를 최소화함과 동시에 표면에 흡착되어 있는 파티클을 용이하게 제거할 수 있는 질화갈륨 기판의 N 표면용 세정용액 및 이를 이용한 질화갈륨 기판의 N 표면 세정방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 다른 기판과의 접합면이 되는 질화갈륨 기판의 N 표면을 세정하는 세정용액에 있어서, 염기성 수용액 및 유기 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판의 N 표면 세정용액 및 이를 이용한 질화갈륨 기판의 N 표면 세정방법을 제공한다.
이를 위해, 본 발명은, 다른 기판과의 접합면이 되는 질화갈륨 기판의 N 표면을 세정하는 세정용액에 있어서, 염기성 수용액 및 유기 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판의 N 표면 세정용액 및 이를 이용한 질화갈륨 기판의 N 표면 세정방법을 제공한다.
Description
본 발명은 질화갈륨 기판의 N 표면용 세정용액 및 이를 이용한 질화갈륨 기판의 N 표면 세정방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 질화갈륨 기판의 양측 표면 중 층 전이 공정을 위해 다른 기판과 접합되는 접합면인 N 표면의 표면조도 증가를 최소화함과 동시에 표면에 흡착되어 있는 파티클을 용이하게 제거할 수 있는 질화갈륨 기판의 N 표면용 세정용액 및 이를 이용한 질화갈륨 기판의 N 표면 세정방법에 관한 것이다.
레이저 다이오드나 발광다이오드 등과 같은 반도체 소자의 성능 및 수명은 해당 소자를 구성하는 여러 요소들에 의해 결정되는데, 특히, 소자들이 적층되는 베이스 기판에 의해 많은 영향을 받는다. 이에 따라, 양질의 반도체 기판 제조를 위한 여러 방법이 제시되고 있다. 그리고 최근에는 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 기판에 대한 관심이 높아지고 있다.
여기서, 대표적인 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 기판으로 질화갈륨 기판을 들 수 있는데, 질화갈륨 기판은 GaAs 기판, InP 기판 등과 함께, 반도체 소자에 적합하게 이용되고 있지만, GaAs 기판 및 InP 기판에 비해 제조 비용이 매우 비싸다. 이에 따라, 질화갈륨 기판이 이용되고 있는 반도체 소자의 제조 비용이 매우 비싸지는데, 이는, 질화갈륨 기판과, GaAs 기판 및 InP 기판의 제조 방법의 차이에 유래한다.
즉, GaAs 기판 및 InP 기판에 대해서는, 브릿지만법, 초크랄스키법 등의 액상법에 의해 결정 성장을 행하기 때문에 결정 성장 속도가 빠르고, 예컨대 100 시간 정도의 결정 성장 시간으로 두께 200㎜ 이상의 큰 GaAs 결정질 벌크 및 InP 결정질 벌크를 용이하게 얻을 수 있기 때문에, 이러한 두께의 큰 결정질 벌크로부터 각각 두께 200㎛ 내지 400㎛ 정도의 GaAs 및 InP 기판을 대량으로, 예컨대, 100개 이상 절취할 수 있다.
이에 반해, 질화갈륨 기판에 대해서는 HVPE(hydride vapor phase epitaxy)법, MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)법 등의 기상법에 의해 결정 성장을 행하기 때문에 결정 성장 속도가 느리고, 예컨대, 100 시간 정도의 결정 성장 시간 동안 두께 10㎜ 정도의 질화갈륨 결정질 벌크 밖에 얻을 수 없다. 이러한 두께의 결정으로부터는 두께 200㎛ 내지 400㎛ 정도의 질화갈륨 기판을 소량, 예컨대, 10개 정도밖에 절취할 수 없다. 또한, 기판의 직경이 클 경우, 휨이 커지면서 기판이 파손될 확률이 높아지므로, 두꺼운 결정을 얻기 어렵다. 예를 들어, 직경이 4인치인 기판의 경우 두께가 1㎜ 이내인 기판 1장 정도 밖에 얻을 수 없는 경우가 대부분이다.
한편, 질화갈륨 기판은 성장 후 레이저 분리 또는 화학적 분리 방법을 통해 성장 지지기판에서 분리된 후 폴리싱(polishing) 공정을 거쳐 매끄러운 표면으로 연마된 후 형상 가공을 통해 원하는 기판 형태로 만들어진다. 이와 같이 가공된 질화갈륨 기판은 층 전이(layer transfer) 공정을 위해 예컨대, 사파이어 기판과 접합된다. 여기서, 사파이어 기판은 현재 LED 등 질화갈륨을 사용한 소자를 만들기 위한 MOCVD 등의 에피텍셜(epitaxial) 성장을 위한 기판 또는 질화갈륨 결정질 벌크 성장을 위한 HVPE 공정의 성장 지지기판으로 많이 사용되고 있다. 하지만, 사파이어 기판은 질화갈륨과의 결정 격자 불일치(약 16%) 등의 문제로 인해 질화갈륨 성장 시 질화갈륨에 전위(dislocation) 등과 같은 높은 결함밀도를 유발하게 되고, 질화갈륨의 결정 품질을 저하시켜, 결국, 질화갈륨 기반 소자의 본래 성능을 저하시키게 된다.
이러한 문제로 인해, 고성능의 질화갈륨 소자를 만들기 위해서는 단결정 질화갈륨 기판 상에 질화갈륨을 성장시키는 것이 바람직하나 단결정 질화갈륨 기판의 경우 성장이 어렵고 지나치게 고가인 문제가 있다.
이를 해결하기 위해, 이온 주입을 통한 박막 분리 방법이 제안되었다. 이 방법은 단결정 질화갈륨 기판에 이온을 주입하고, 이를 가격이 비교적 저렴한 실리콘 혹은 사파이어 등의 이종 기판에 접합한 후, 이온 주입을 통해 단결정 질화갈륨 기판 내부에 형성된 손상층을 경계로 질화갈륨 기판을 얇게 떼어내는 층 전이(layer transfer) 기술을 활용하여 하나의 단결정 질화갈륨 기판에서 여러 개의 층 전이 질화갈륨 박막을 얻어내는 방법이 이 문제를 해결하는 하나의 방법으로 떠오르고 있다.
여기서, 이종 기판과 접합되는 질화갈륨 기판의 접합면은 질화갈륨 기판의 N 표면이 된다. 이때, 질화갈륨과 같은 질화물 반도체 기판의 경우 증착 기술에 의한 성장법을 사용하기 때문에 N 표면이 Ga 표면보다 전위(dislocation), 밀도(density) 등의 결함(defect)이 많이 분포되어 있다. 그럼에도 불구하고 많은 결함을 포함하는 N 표면이 접합면으로 사용되는 이유는 Ga 표면이 상부로 드러나게 전이를 해야 하기 때문인데, 이는 소자에 사용되는 표면이 Ga 표면이기 때문이다.
이와 같이, 다른 기판과의 접합면이 되는 질화갈륨 기판의 N 표면은 원활한 접합 공정을 위해, 표면 거칠기가 아주 작고 표면에 파티클이 없어야 한다.
질화갈륨 기판과 다른 기판 간의 접합에 있어서, 다른 기판, 즉, 이종 기판의 경우에는 대부분 RCA 세정 등 기존의 표준 반도체 세정법으로 대부분 표면 세정이 가능하다. 하지만, 질화갈륨 기판의 N 표면의 경우에는 그 특성 상 기존의 반도체 세정법을 사용할 경우 파티클을 충분히 제거하지 못하거나 심한 표면 식각으로 인해 표면 조도가 급격히 증가하는 문제가 있다.
따라서, 이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 질화갈륨 기판 세정을 위한 전용 혹은 별도의 세정용액이 절실히 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 고신뢰성의 기판 세정 용액 및 세정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 표면 조도 증가를 최소화하는 기판 세정 용액 및 세정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 표면에 흡착된 파티클(particle)을 용이하게 제거하는 기판 세정 용액 및 세정 방법을 제공하는 것이다.
상술된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 질화갈륨 기판의 N표면 세정용액을 제공한다.
상기 세정 용액은, 다른 기판과 접합면이 되는 질화갈륨 기판의 N 표면을 세정하는 세정용액에 있어서, 염기성 수용액 및 유기 첨가제를 포함한다.
상기 염기성 수용액은, 초순수에 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화암모늄(NH4OH) 및 콜린(choline) 중 적어도 어느 하나를 첨가한 것을 포함할 수 있다.
상기 유기 첨가제는 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA) 또는 계면 활성제를 포함할 수 있다.
상기 이소프로필 알코올 농도는 1~20vol.%인 것을 포함할 수 있다.
상기 계면 활성제는 음이온계 계면 활성제를 포함할 수 있다.
상기 계면 활성제 농도는 0.1~10mM인 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 질화갈륨 기판의 N 표면 세정방법을 제공한다.
상기 세정 방법은, 다른 기판과의 접합면이 되는 질화갈륨 기판의 N 표면을 린싱하여 유기 오염물을 제거하는 유기 오염물 제거단계, 상기 질화갈륨 기판의 N 표면을 린싱(rinsing)하는 제1 린싱단계, 상기 질화갈륨 기판의 N 표면을 염기성 수용액 및 유기 첨가제를 포함하는 세정용액에 담근 후 세정하는 세정단계, 상기 질화갈륨 기판의 N 표면을 린싱하는 제2 린싱단계, 및 상기 질화갈륨 기판의 N 표면을 건조하는 건조단계를 포함한다.
상기 염기성 수용액은, 초순수에 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화암모늄(NH4OH) 및 콜린(choline) 중 적어도 어느 하나를 첨가한 것을 포함하고, 상기 유기 첨가제는 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol) 또는 계면 활성제를 포함할 수 있다.
상기 세정단계에서는 상기 질화갈륨 기판의 N 표면을 5~10분간 세정하는 것을 포함할 수 있다.
상기 세정단계에서는 메가소닉(megasonic) 또는 울트라소닉(ultrasonic)을 통해 상기 질화갈륨 기판의 N 표면을 세정하는 것 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 기판 세정 용액을 제공한다.
상기 기판 세정 용액은, 반도체 구성요소(semiconductor element)가 적층되는 제1 표면, 및 상기 제1 표면에 대향(face)하고 다른 기판과 접합면이 되는 제2 표면을 포함하는 기판에 있어서, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 중에서 상기 제2 표면을 선택적으로 식각 하는 식각 용액, 및 상기 제1 용액에 대한 상기 제2 표면의 식각 레벨(level)을 조절하는 보완 첨가제를 포함한다.
상기 보완 첨가제는, 상기 식각 용액에 대한 상기 제2 표면의 식각 레벨을 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 기판은 질화갈륨 기판이고, 상기 제2 표면은 상기 질화갈륨 기판의 N 표면인 것을 포함할 수 있다.
상기 식각 용액은 염기성 수용액이고, 상기 보완 첨가제는 유기 첨가제인 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 염기성 수용액과 유기 첨가제를 포함하는 세정용액으로 질화갈륨 기판의 양측 표면 중 층 전이 공정을 위해 다른 기판과 접합되는 접합면인 N 표면을 세정함으로써, 질화갈륨 기판의 N 표면의 표면조도 증가를 최소화함과 동시에 표면에 흡착되어 있는 파티클을 용이하게 제거할 수 있고, 이를 통해, 이종 기판과의 접합 시 접합 품질을 향상시킬 수 있으며, 원활한 층 전이(layer transfer) 공정 진행이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 질화갈륨 기판의 N 표면 세정방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 질화갈륨 기판의 N 표면 세정방법에서, 제1 린싱단계 전, 후 질화갈륨 기판의 N 표면의 표면 상태를 보여주는 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시 예 및 비교 예 별 세정 효율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예 및 비교 예 별 표면 조도 측정 결과이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 질화갈륨 기판의 N 표면 세정방법에서, 제1 린싱단계 전, 후 질화갈륨 기판의 N 표면의 표면 상태를 보여주는 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시 예 및 비교 예 별 세정 효율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예 및 비교 예 별 표면 조도 측정 결과이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정영역 또는 막을 다른 영역 또는 막과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제 2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 질화갈륨 기판의 N 표면용 세정용액은, 층 전이(layer transfer) 공정을 위해, 다른 기판, 예컨대, 실리콘 기판이나 사파이어 기판과의 접합 시 상기 기판과의 접합면이 되는 질화갈륨 기판의 N 표면을 세정하는 용액이다.
상기 질화갈륨 기판은 서로 대향하는 제1 표면 및 제2 표면을 포함할 수 있다. 상기 제1 표면 상에 반도체 구성요소(semiconductor element)가 적층될 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 구성요소는 트랜지스터, 커패시터, 다이오드, 발광소자 등을 포함할 수 있다. 상기 질화 갈륨 기판의 상기 제2 표면은 다른 기판과 접합되는 상기 N표면일 수 있다. 예를 들어, 상기 다른 기판은, 질화알루미늄 기판, 실리콘 기판, 사파이어 기판, 질화갈륨알루미늄 기판 등을 포함할 수 있다.
상기 질화갈륨 기판의 상기 제2 표면(N 표면) 세정용액은 식각 용액 및 보완 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 식각 용액은, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면(N 표면) 중에서 상기 제2 표면(N 표면)을 선택적으로 식각할 수 있다. 상기 보완 첨가제는, 상기 식각 용액에 대한 상기 제2 표면(N 표면)의 식각 레벨(level)을 조절할 수 있다. 상기 식각 용액은 염기성 수용액을 포함할 수 있고, 상기 보완 첨가제는 유기 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 염기성 수용액은 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면을 식각하여 상기 N 표면에 흡착되어 있는 파티클을 제거할 수 있다. 대부분의 파티클들은 음(-_의 전하를 띌 수 있다. 상기 염기성 수용액에 의해, 상기 N 표면이 음(-)의 전위로 대전되어, 상기 파티클이 상기 N 표면에 다시 흡착되는 것이 최소화될 수 있다.
상기 염기성 수용액은, 초순수에 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화암모늄(NH4OH), 또는 콜린(choline) 중 적어도 어느 하나를 첨가한 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 상기 염기성 수용액은 pH 10으로 제어될 수 있다.
상기 유기 첨가제는, 상기 염기성 수용액에 대한 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면의 식각 레벨을 감소시킬 수 있다. 상기 유기 첨가제의 농도 조절을 통해, 상기 N 표면의 식각 속도와 형상이 제어될 수 있고, 세정에 필요한 최소한의 식각만 이루어져 표면 평탄도 및 거칠기가 유지될 수 있다.
상기 유기 첨가제는 유기용매인 이소프로필 알코올(IPA, isopropyl alcohol) 또는 계면 활성제를 포함할 수 있다. 상기 세정 용액의 상기 이소프로필 알코올 농도는 1~20vol.%일 수 있다. 또한, 상기 계면 활성제는 도데실황산나트륨(SDS, sodium dodecyl sulfate)과 같은 음이온계 계면 활성제를 포함할 수 있다. 상기 세정 용액의 상기 계면 활성제 농도는 0.1~10mM일 수 있다.
이와 같이, 상기 염기성 수용액과 상기 유기 첨가제를 포함하는 상기 세정용액은, 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면의 표면조도(Rq) 증가를 최소화함과 동시에 표면에 흡착되어 있는 파티클을 용이하게 제거할 수 있다.
다시 말하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 세정용액을 사용하여 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면을 세정하면, 세정 전과 비교하여 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면의 표면조도(Rq) 증가를 0~0.2㎚ 범위 내로 억제하면서도 상기 N 표면에 흡착되어 있는 파티클들을 효율적으로 제거할 수 있다.
그리고 이와 같이, 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면의 표면 상태가 우수해지면, 상기 질화갈륨 기판과 화학 조성이 다른 물질로 이루어진 이종 기판과의 접합 시 접합 품질을 향상시킬 수 있고, 원활한 층 전이(layer transfer) 공정 진행이 가능해진다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 질화갈륨 기판의 N 표면 세정방법에 대하여 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 질화갈륨 기판의 N 표면 세정방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 질화갈륨 기판의 N 표면 세정방법은 유기 오염물 제거단계(S1), 제1 린싱단계(S2), 세정단계(S3), 제2 린싱단계(S4) 및 건조단계(S5)를 포함한다.
상기 유기 오염물 제거단계(S1)는 층 전이 공정을 위해 접합되는 기판, 예컨대, 실리콘 기판 혹은 사파이어 기판과의 접합 시 접합면이 되는 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면을 세정하여 유기 오염물을 제거하는 단계이다. 상기 유기 오염물 제거단계(S1)에서는 황산과 과산화수소가 3:1~7:1의 비율로 혼합된 혼합액을 사용하여 80~120℃에서 5 내지 10분간 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면을 세정할 수 있다.
또한, 상기 유기 오염물 제거단계(S1)에서는 상기 질화갈륨 기판을 오존수에 넣거나 자외선을 사용하여 오존을 발생시켜 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면의 유기 오염물을 산화시켜 제거할 수도 있다.
도 2는 상기 유기 오염물 제거단계(S1) 전(a), 후(b) 질화갈륨 기판의 N 표면의 표면 상태를 보여주는 사진이다.
도 2를 참조하면, 상기 유기 오염물 제거단계(S1)를 통해 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면의 유기 오염물이 제거되었다. 하지만, 상기 유기 오염물 제거단계(S1) 진행 후(b)에도 질화갈륨 입자 등의 파티클이 상기 N 표면에 잔류하고 있음을 확인할 수 있다.
계속해서, 도 1을 참조하면, 상기 제1 린싱단계(S2)는 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면을 린싱하는 단계이다. 상기 제1 린싱단계(S2)에서는, 초순수를 사용하여, QDR(quick dump rinse)나 오버플로우(overflow) 방식으로 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면이 린싱될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면에 대한 세정 효율을 보다 높이기 위해, 상기 제1 린싱단계(S2) 전, 후에 브러시 세정단계가 추가될 수 있다. 상기 브러시 세정 단계에서, 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면을 브러시를 이용하여 물리적으로 세정될 수 있다. 이와는 달리, 상기 브러시 세정 단계는, 공정의 단순화를 위해 생략될 수 있다.
다음으로, 상기 세정단계(S3)는 상기 유기 오염물 제거단계(S1)를 통해 표면의 유기 오염물이 제거된 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면을 상기 염기성 수용액 및 상기 유기 첨가제를 포함하는 세정용액에 담근 후 세정하는 단계이다.
상기 염기성 수용액은 초순수에 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화암모늄(NH4OH), 또는 콜린(choline) 중 적어도 어느 하나가 첨가된 것을 포함할 수 있다. 상기 염기성 수용액의 pH는 10으로 제어될 수 있다.
또한, 상기 세정단계(S3)에서 상기 유기 첨가제는 이소프로필 알코올 또는 계면 활성제를 포함할 수 있다. 이때, 상기 유기 첨가제로 유기용매인 상기 이소프로필 알코올을 사용하는 경우, 상기 이소프로필 알코올의 농도는 1~20vol.% 일 수 있다. 이와는 달리, 상기 유기 첨가제로 상기 계면 활성제를 사용하는 경우, 도데실황산나트륨(SDS, sodium dodecyl sulfate)와 같은 음이온계 계면 활성제가 사용될 수 있다. 이때, 도데실황산나트륨(SDS, sodium dodecyl sulfate)의 농도는 0.1~10mM일 수 있다.
상기 세정단계(S3)에서는 상기 염기성 수용액 및 상기 유기 첨가제을 포함하는 상기 세정용액에 상기 질화갈륨 기판을 담근 후, 예컨대, 메가소닉이나 울트라소닉을 사용하여 5~10분간 세정 공정을 진행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예 및 비교 예 별 세정 효율을 나타낸 그래프이고, 도 4는 본 발명의 실시 예 및 비교 예 별 표면 조도 측정 결과이다.
도 3을 참조하면, 상기 염기성 수용액 및 상기 유기 첨가제를 포함하는 상기 세정용액의 세정 효율을 확인하기 위해, 질화갈륨 파티클을 사용하여 질화갈륨 기판의 N 표면을 인위적으로 오염시킨 후, 염기성 수용액만으로 세정한 경우(pH10), 염기성 수용액에 도데실황산나트륨(SDS, sodium dodecyl sulfate)을 5mM 첨가한 세정용액으로 세정한 경우(SDS 5mM) 및 염기성 용액에 이소프로필알코올을 5vol.% 첨가한 세정용액으로 세정한 경우(IPA 5vol.%)에 대한 세정 효율을 나타낸 그래프이다. 이때, 각 샘플들은 메가소닉을 이용하여 5분 및 10분 세정하였다. 도 3을 보면, 모든 샘플들이 90~95% 이상의 세정 효율을 나타내는 것으로 확인되었다.
하지만, 도 4를 참조하면, 염기성 수용액만으로 세정한 경우(pH10)에는 표면조도(Rq)가 상대적으로 많이 증가되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 세정 전 질화갈륨 기판의 N 표면의 표면조도(Rq)는 0.34㎚인데, 염기성 수용액만으로 5분간 세정한 경우, 표면조도(Rq)는 0.487㎚로 측정되었고, 염기성 수용액만으로 10분간 세정한 경우에는 표면조도(Rq)가 0.508㎚로 측정되었다.
이에 반해, 염기성 수용액과 농도가 5mM의 도델실황상나트륨을 포함하는 세정용액으로 5분간 세정한 경우, N 표면의 표면조도(Rq)는 0.365㎚로 측정되었고, 10분간 세정한 경우에는 표면조도(Rq)가 0.397㎚로 측정되었다. 또한, 염기성 용액과 5vol.%의 이소프로필 알코올을 포함하는 세정용액으로 5분간 세정한 경우, N 표면의 표면조도(Rq)는 0.398㎚로 측정되었고, 10분간 세정한 경우에는 표면조도(Rq)가 0.428㎚로 측정되었다. 즉, 염기성 수용액 및 유기 첨가제를 포함하는 세정용액을 사용하여 질화갈륨 기판의 N 표면을 세정하면, 질화갈륨 기판의 N 표면의 표면조도(Rq) 증가는 세정 전 질화갈륨 기판의 N 표면의 표면조도(Rq) 대비 0~0.2㎚ 이내로 억제되는 것으로 확인되었다.
상기의 표면조도(Rq) 측정 결과를 비교해 보면, 질화갈륨 기판의 N 표면의 파티클 제거는 물론, 표면조도(Rq) 증가를 최대한 억제하기 위해서는, 염기성 수용액을 단독으로 사용하는 것보다, 염기성 수용액 및 유기 첨가제를 포함하는 세정용액으로 질화갈륨 기판의 N 표면을 세정하는 것이 보다 바람직한 것으로 확인되었다. 특히, 유기 첨가제로 도데실황산나트륨(SDS, sodium dodecyl sulfate)와 같은 음이온계 계면 활성제를 첨가하는 것이 질화갈륨 기판의 N 표면의 표면조도(Rq) 증가를 억제하는데 보다 바람직한 것으로 확인되었다.
계속해서 도 1을 참조하면, 상기 제2 린싱단계(S4)는 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면을 린싱하는 단계이다. 상기 제2 린싱단계(S4)에서는 상기 제1 린싱단계(S2)와 마찬가지로, 예컨대, 용기에 상기 질화갈륨 기판을 넣은 후 물을 계속적으로 넘치게 흘려주는 오버플로우 방식이나 QDR 방식을 통해 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면에 잔존하는 상기 세정용액을 제거할 수 있다.
상기 건조단계(S5)는 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면을 건조하는 단계이다. 상기 건조단계(S5)에서는 열을 가하거나 자연 건조를 통해 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면을 건조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면 세정방법을 통해, 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면을 세정하면, 상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면의 표면조도(Rq) 증가를 최소화함과 동시에 상기 N 표면에 흡착되어 있는 파티클이 효율적으로 제거될 수 있다. 이를 통해, 이종 기판과의 접합 시 우수한 접합 품질을 구현할 수 있으며, 상기 N 표면이 세정된 상기 질화갈륨 기판을 이용한 층 전이(layer transfer) 공정이 원활하게 진행될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
Claims (14)
- 반도체 구성요소가 적층되는 제1 표면, 및 상기 제1 표면에 대향하고 다른 기판과 접합면이 되는 N표면을 갖는 질화 갈륨 기판에 있어서,
상기 제1 표면 및 상기 N 표면 중에서 상기 N 표면을 선택적으로 식각하는 염기성 수용액; 및
상기 염기성 수용액의 상기 N 표면에 대한 식각 레벨(level)을 감소시키고, 도데실황산나트륨을 포함하는 보완 첨가제를 포함하는 질화갈륨 기판의 N 표면 세정 용액. - 제1항에 있어서,
상기 염기성 수용액은, 초순수에 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화암모늄(NH4OH) 및 콜린(choline) 중 적어도 어느 하나를 첨가한 것을 포함하는 질화갈륨 기판의 N 표면 세정용액. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 보완 첨가제는, 이소프로필 알코올을 더 포함하는 질화갈륨 기판의 N 표면 세정용액. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 도데실황산나트륨의 농도는 0.1~10mM인 것을 포함하는 질화갈륨 기판의 N 표면 세정용액. - 반도체 구성요소가 적층되는 제1 표면, 및 상기 제1 표면에 대향하고 다른 기판과 접합면이 되는 N표면을 갖는 질화 갈륨 기판을 준비하는 단계;
상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면을 린싱하여 유기 오염물을 제거하는 유기 오염물 제거단계;
상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면을 린싱(rinsing)하는 제1 린싱단계;
상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면을 세정용액에 담근 후 세정하는 세정단계;
상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면을 린싱하는 제2 린싱단계; 및
상기 질화갈륨 기판의 상기 N 표면을 건조하는 건조단계를 포함하되,
상기 세정용액은,
상기 제1 표면 및 상기 N 표면 중에서 상기 N 표면을 선택적으로 식각하는 염기성 수용액; 및
상기 염기성 수용액의 상기 N 표면에 대한 식각 레벨(level)을 조절하고, 도데실황산나트륨을 포함하는 보완 첨가제를 포함하는 질화갈륨 기판의 N 표면 세정방법. - 삭제
- 제7항에 있어서,
상기 세정단계에서는 상기 질화갈륨 기판의 N 표면을 5~10분간 세정하는 것을 포함하는 질화갈륨 기판의 N 표면 세정방법. - 제7항에 있어서,
상기 세정단계에서는 메가소닉(megasonic) 또는 울트라소닉(ultrasonic)을 통해 상기 질화갈륨 기판의 N 표면을 세정하는 것 포함하는 질화갈륨 기판의 N 표면 세정방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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