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KR101230394B1 - Method of fabricating substrate having thin film of joined for semiconductor device - Google Patents

Method of fabricating substrate having thin film of joined for semiconductor device Download PDF

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KR101230394B1
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Abstract

본 발명은 반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 결정질 성장, 가공 및 이온 주입 공정 중에 발생되는 결정질 벌크의 손상으로 인한 휨을 방지하여 제조되는 박막 접합 기판의 접합 품질을 향상시킬 수 있는 반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 결정질 벌크 및 상기 결정질 벌크의 일면과 타면에 각각 접합되는 지지 기판 및 이종 기판을 준비하는 준비단계; 상기 결정질 벌크의 일면에 상기 지지 기판을 접합시키는 제1 접합단계; 상기 결정질 벌크의 타면으로부터 소정 깊이에 이온을 주입하여 이온 주입층을 형성하는 이온 주입단계; 상기 결정질 벌크의 타면에 상기 이종 기판을 접합시키는 제2 접합단계; 및 상기 이온 주입층을 경계로 상기 결정질 벌크를 분리시켜 상기 이종 기판에 상기 결정질 벌크로부터 분리된 결정질 박막을 형성하는 박막 분리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method for manufacturing a thin film bonded substrate for a semiconductor device, and more particularly, to improve the bonding quality of a thin film bonded substrate manufactured by preventing warpage due to damage of crystalline bulk generated during crystalline growth, processing, and ion implantation processes. The present invention relates to a method for manufacturing a thin film bonded substrate for a semiconductor device.
To this end, the present invention comprises the steps of preparing a crystalline bulk and a supporting substrate and a heterogeneous substrate bonded to each side and the other surface of the crystalline bulk; A first bonding step of bonding the support substrate to one surface of the crystalline bulk; An ion implantation step of forming an ion implantation layer by implanting ions at a predetermined depth from the other surface of the crystalline bulk; A second bonding step of bonding the heterogeneous substrate to the other surface of the crystalline bulk; And a thin film separation step of forming the crystalline thin film separated from the crystalline bulk on the heterogeneous substrate by separating the crystalline bulk at the boundary of the ion implantation layer. .

Description

반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법{METHOD OF FABRICATING SUBSTRATE HAVING THIN FILM OF JOINED FOR SEMICONDUCTOR DEVICE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of manufacturing a thin film bonded substrate for a semiconductor device,

본 발명은 반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 결정질 성장, 가공 및 이온 주입 공정 중에 발생되는 결정질 벌크의 손상으로 인한 휨을 방지하여 제조되는 박막 접합 기판의 접합 품질을 향상시킬 수 있는 반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a thin film bonded substrate for a semiconductor device, and more particularly, to improve the bonding quality of a thin film bonded substrate manufactured by preventing warpage due to damage of crystalline bulk generated during crystalline growth, processing, and ion implantation processes. The present invention relates to a method for manufacturing a thin film bonded substrate for a semiconductor device.

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 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 기판에 대한 관심이 높아지고 있다.The performance and lifetime of a semiconductor device such as a laser diode or a light emitting diode is determined by various factors constituting the device, in particular, by the base substrate on which the devices are stacked. Accordingly, various methods for manufacturing a high-quality semiconductor substrate have been proposed. There is a growing interest in III-V compound semiconductor substrates.

여기서, 대표적인 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 기판으로 GaN 기판을 들 수 있는데, GaN 기판은 GaAs 기판, InP 기판 등과 함께, 반도체 소자에 적합하게 이용되고 있지만, GaAs 기판 및 InP 기판에 비해 제조 비용이 매우 비싸다. 이에 따라, GaN 기판이 이용되고 있는 반도체 소자의 제조 비용이 매우 비싸지는데, 이는, GaN 기판과, GaAs 기판 및 InP 기판의 제조 방법의 차이에 유래한다.Here, a typical III-V compound semiconductor substrate is a GaN substrate. The GaN substrate is suitably used for a semiconductor device together with a GaAs substrate, an InP substrate, and the like, but is very expensive to manufacture compared to a GaAs substrate and an InP substrate . Thereby, the manufacturing cost of the semiconductor element in which the GaN substrate is used becomes very expensive, which originates in the difference of the manufacturing method of a GaN substrate, a GaAs substrate, and an InP substrate.

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.That is, since the GaAs substrate and the InP substrate are subjected to crystal growth by the liquid phase method such as the Bridgman method or the Czochralski method, the crystal growth rate is fast, and the crystal growth time of about 100 hours, for example, Crystalline bulk and InP crystalline bulk can be easily obtained. Therefore, a large amount of, for example, 100 or more GaAs and InP substrates each having a thickness of about 200 탆 to 400 탆 can be cut from a large crystalline bulk of such a thickness.

이에 반해, GaN 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 GaN 결정질 벌크 밖에 얻을 수 없다. 이러한 두께의 결정으로부터는 두께 200㎛ 내지 400㎛ 정도의 GaN 기판을 소량, 예컨대, 10개 정도밖에 절취할 수 없다.On the other hand, since the GaN substrate is subjected to crystal growth by a vapor phase method such as a hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method or a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, the crystal growth rate is slow, Only about 10 mm thick GaN crystalline bulk can be obtained for a period of time. From such crystals of a thickness, only a small amount, for example, about 10 GaN substrates having a thickness of about 200 to 400 mu m can be cut.

그러나 GaN 기판의 절취 개수를 증가시키기 위해, GaN 결정질 벌크로부터 절취하는 GaN막의 두께를 얇게 하면, 기계적 강도가 저하되어, 자립 기판이 될 수 없다. 따라서, GaN 결정질 벌크로부터 절취되는 GaN 박막의 강도를 보강하는 방법이 요구되었다.However, if the thickness of the GaN film cut out from the bulk of the GaN crystal is made thinner in order to increase the number of cut-outs of the GaN substrate, the mechanical strength is lowered and the substrate can not be a self-supporting substrate. Therefore, a method of reinforcing the strength of the GaN thin film cut out from the bulk of the GaN crystal was required.

종래의 GaN 박막의 보강 방법에는 GaN과는 화학 조성이 다른 이종 기판에 GaN 박막을 접합한 기판(이하, 접합 기판이라고 함)을 제조하는 방법이 있다. 그러나 종래의 접합 기판의 제조 방법으로 제조한 접합 기판은 GaN 박막 상에 반도체층을 적층시키는 공정 중 GaN 박막이 이종 기판으로부터 쉽게 박리되는 문제가 있었다.Conventional GaN thin film reinforcement methods include a method of manufacturing a substrate (hereinafter referred to as a bonded substrate) in which a GaN thin film is bonded to a heterogeneous substrate having a different chemical composition from GaN. However, the conventional bonded substrate manufactured by the method of manufacturing a bonded substrate has a problem that the GaN thin film is easily peeled off from the dissimilar substrate during the process of laminating the semiconductor layer on the GaN thin film.

이를 해결하기 위해, 이온 주입을 통한 박막 분리 방법이 제안되었다. 이 방법은 이종 기판과 접합될 GaN 결정질 벌크의 일면에 수소, 헬륨 또는 질소 이온을 조사를 통해 주입시켜 이온 주입층 즉, 손상층을 형성하고, 손상층이 형성된 GaN 결정질 벌크를 이종 기판에 직접 접합 및 열처리 후 손상층 상의 GaN 결정질 벌크를 분리시켜 GaN 박막 접합 기판을 제조하였다.To solve this problem, a thin film separation method through ion implantation has been proposed. In this method, hydrogen, helium or nitrogen ions are injected into one surface of a GaN crystalline bulk to be bonded to a heterogeneous substrate to form an ion implantation layer, that is, a damage layer, and a GaN crystalline bulk in which the damage layer is formed is directly bonded to the heterogeneous substrate. And GaN crystalline bulk on the damaged layer after heat treatment to prepare a GaN thin film bonded substrate.

하지만, 이와 같은 종래의 방법은 GaN 결정질 벌크 내부의 결정 손상을 유발시켜, 결국, 휨과 같은 외형 변형을 초래하였고, 이는, GaN 결정질 벌크의 재사용을 불가능하게 하여 제조원가 상승의 원인이 되었다.
However, such a conventional method caused crystal damage inside the GaN crystalline bulk, resulting in external deformation such as warping, which made it impossible to reuse the GaN crystalline bulk, resulting in an increase in manufacturing cost.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 결정질 성장, 가공 및 이온 주입 공정 중에 발생되는 결정질 벌크의 손상으로 인한 휨을 방지하여 제조되는 박막 접합 기판의 접합 품질을 향상시킬 수 있는 반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to prevent the warpage caused by damage to the crystalline bulk generated during the crystalline growth, processing and ion implantation process of the thin film bonded substrate It is to provide a method for manufacturing a thin film bonded substrate for a semiconductor device capable of improving the bonding quality.

이를 위해, 본 발명은 결정질 벌크 및 상기 결정질 벌크의 일면과 타면에 각각 접합되는 지지 기판 및 이종 기판을 준비하는 준비단계; 상기 결정질 벌크의 일면에 상기 지지 기판을 접합시키는 제1 접합단계; 상기 결정질 벌크의 타면으로부터 소정 깊이에 이온을 주입하여 이온 주입층을 형성하는 이온 주입단계; 상기 결정질 벌크의 타면에 상기 이종 기판을 접합시키는 제2 접합단계; 및 상기 이온 주입층을 경계로 상기 결정질 벌크를 분리시켜 상기 이종 기판에 상기 결정질 벌크로부터 분리된 결정질 박막을 형성하는 박막 분리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법을 제공한다.To this end, the present invention comprises the steps of preparing a crystalline bulk and a supporting substrate and a heterogeneous substrate bonded to each side and the other surface of the crystalline bulk; A first bonding step of bonding the support substrate to one surface of the crystalline bulk; An ion implantation step of forming an ion implantation layer by implanting ions at a predetermined depth from the other surface of the crystalline bulk; A second bonding step of bonding the heterogeneous substrate to the other surface of the crystalline bulk; And a thin film separation step of forming the crystalline thin film separated from the crystalline bulk on the heterogeneous substrate by separating the crystalline bulk at the boundary of the ion implantation layer. .

여기서, 상기 결정질 벌크는 질화물 반도체 물질로 이루어질 수 있다.Here, the crystalline bulk may be made of a nitride semiconductor material.

이때, 상기 지지 기판은 상기 결정질 벌크보다 영률(Young's modulus) 및 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion; CTE)가 상대적으로 작은 물질로 이루어질 수 있다.In this case, the support substrate may be formed of a material having a Young's modulus and a coefficient of thermal expansion (CTE) relatively smaller than the crystalline bulk.

그리고 상기 지지 기판은 상기 결정질 벌크의 두께와 동일하거나 더 두껍게 형성될 수 있다.The support substrate may be formed to be the same as or thicker than the thickness of the crystalline bulk.

또한, 상기 제1 접합단계에서는 상기 결정질 벌크와 상기 지지 기판을 접착제를 매개로 접합시킬 수 있다.In the first bonding step, the crystalline bulk and the support substrate may be bonded through an adhesive.

게다가, 상기 제1 접합단계에서는 상기 결정질 벌크와 상기 지지 기판을 가열 및 가압하여 직접 접합시킬 수 있다.In addition, in the first bonding step, the crystalline bulk and the support substrate may be directly bonded by heating and pressing.

그리고 상기 이온 주입단계에서는 상기 결정질 박막의 표면으로부터 0.1~100㎛ 깊이에 상기 이온 주입층을 형성할 수 있다.In the ion implantation step, the ion implantation layer may be formed at a depth of 0.1 to 100 μm from the surface of the crystalline thin film.

아울러, 상기 이온은 수소, 헬륨 및 질소로 이루어진 후보군 중 선택된 어느 하나일 수 있다.In addition, the ion may be any one selected from the group consisting of hydrogen, helium and nitrogen.

또한, 상기 제2 접합단계에서는 상기 결정질 벌크와 상기 이종 기판을 표면 활성화법 또는 퓨전 본딩법 중 선택된 어느 하나의 방법을 통해 접합시킬 수 있다.In addition, in the second bonding step, the crystalline bulk and the heterogeneous substrate may be bonded by any one selected from a surface activation method or a fusion bonding method.

그리고 상기 박막 분리단계에서는 상기 이온 주입층을 열처리하여 상기 결정질 벌크를 분리시킬 수 있다.In the thin film separation step, the ionic bulk may be separated by heat treatment of the ion implantation layer.

더불어, 상기 박막 분리단계에서는 상기 이온 주입층을 절단하여 상기 결정질 벌크를 분리시킬 수 있다.
In addition, in the thin film separation step, the ion implanted layer may be cut to separate the crystalline bulk.

본 발명에 따르면, 이온이 주입되는 쪽과 반대인 결정질 벌크의 다른 면에 결정질 벌크를 지지하는 지지 기판을 접합함으로써, 결정질 성장, 가공 및 이온 주입 공정 중에 발생되는 결정질 벌크의 손상으로 인한 휨을 방지할 수 있고, 이를 통해, 제조되는 박막 접합 기판의 접합 품질을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, by bonding the support substrate supporting the crystalline bulk to the other side of the crystalline bulk opposite to the side where ions are implanted, it is possible to prevent warpage due to damage of the crystalline bulk generated during the crystalline growth, processing and ion implantation processes. And, through this, it is possible to improve the bonding quality of the thin film bonded substrate to be manufactured.

또한, 본 발명에 따르면, 지지 기판을 통해 결정질 벌크의 휨을 방지함으로써, 결정질 벌크가 모두 사용될 때까지 다수의 박막 접합 기판 제조가 가능하고, 이를 통해, 결정질 벌크의 낭비를 방지하여 박막 접합 기판의 제조원가를 절감할 수 있다.
In addition, according to the present invention, by preventing the bending of the crystalline bulk through the support substrate, it is possible to manufacture a plurality of thin film bonded substrates until all the crystalline bulk is used, thereby preventing the waste of the crystalline bulk, thereby manufacturing costs of the thin film bonded substrate Can reduce the cost.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법을 공정 순으로 나타낸 공정 순서도.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법을 공정 순으로 나타낸 공정 모식도.1 is a process flowchart showing a method of manufacturing a thin film bonded substrate for a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
2 to 7 is a process schematic diagram showing a method for manufacturing a thin film bonded substrate for semiconductor devices according to an embodiment of the present invention in the order of process.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a thin film bonded substrate for a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법은, 결정질 박막(111)의 강도 보강을 위해 이와는 화학 조성이 다른 이종 기판(140)을 접합하여 반도체 소자용 박막 접합 기판(100)을 제조하기 위한 방법으로, 준비단계(S1), 제1 접합단계(S2), 이온 주입단계(S3), 제2 접합단계(S4) 및 박막 분리단계(S5)를 포함한다.
As shown in FIG. 1, in the method of manufacturing a thin film bonded substrate for a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present disclosure, a heterogeneous substrate 140 having a different chemical composition may be bonded to the semiconductor device to enhance strength of the crystalline thin film 111. As a method for manufacturing the thin film bonding substrate 100 for, the preparation step (S1), the first bonding step (S2), the ion implantation step (S3), the second bonding step (S4) and the thin film separation step (S5) Include.

먼저, 도 2에 도시한 바와 같이, 준비단계(S1)는 결정질 벌크(110) 및 이의 일면과 타면에 각각 접합되는 지지 기판(120)과 이종 기판(140)을 준비하는 단계이다. 여기서, 결정질 벌크(110)로는 질화물 반도체 물질이 사용될 수 있는데, 예컨대, Ⅲ-Ⅴ족 화합물인 GaN계 질화물 반도체 물질이 사용될 수 있다. 하지만, 본 발명에서는 결정질 벌크(110)로 GaN계 질화물 반도체 물질을 특별히 한정하는 것은 아니다. 즉, 결정질 벌크(110)로는 GaN계 질화물 반도체 물질 외에도 AlN과 같은 질화물 반도체 물질이 사용될 수 있다. 또한, 결정질 벌크(110)로는 질화물 반도체 물질 외에도 GaAs, InP, 및 Si로 이루어진 후보 물질 중 선택된 어느 하나의 물질이 사용될 수도 있다.First, as shown in FIG. 2, the preparing step (S1) is a step of preparing a crystalline bulk 110, a supporting substrate 120 and a heterogeneous substrate 140 bonded to one surface and the other surface thereof, respectively. Here, a nitride semiconductor material may be used as the crystalline bulk 110. For example, a GaN-based nitride semiconductor material, which is a group III-V compound, may be used. However, the present invention does not specifically limit the GaN-based nitride semiconductor material to the crystalline bulk 110. That is, a nitride semiconductor material such as AlN may be used as the crystalline bulk 110 in addition to the GaN-based nitride semiconductor material. In addition, in addition to the nitride semiconductor material, any one material selected from candidate materials including GaAs, InP, and Si may be used as the crystalline bulk 110.

이러한 결정질 벌크는 HVPE법, HDC법 등의 방법을 통해 성장시킬 수 있다.Such crystalline bulk can be grown through a method such as HVPE method, HDC method.

한편, 준비단계(S1)에서는 후속공정으로 진행되는 이종 기판(140)과의 접합을 위해 결정질 벌크(110)의 표면을 연마할 수 있다. 예를 들어, 결정질 벌크(110)가 GaN으로 이루어진 경우, 결정질 벌크(110)의 N 표면(질소 원자 표면)을 연마하여 경면으로 형성할 수 있다. 이때, 이 N 표면이 이종 기판(140)의 표면과 접합되는 접합면이 된다. 또한, 결정질 벌크(110)의 반대측에는 Ga 표면(갈륨 원자 표면)이 나타나는데, 이 Ga 표면은 지지 기판(120)과 접합되는 접합면이 된다.Meanwhile, in the preparation step S1, the surface of the crystalline bulk 110 may be polished for bonding to the heterogeneous substrate 140 which is performed in a subsequent process. For example, when the crystalline bulk 110 is made of GaN, the N surface (nitrogen atom surface) of the crystalline bulk 110 may be polished to form a mirror surface. At this time, this N surface becomes a bonding surface joined with the surface of the different substrate 140. In addition, a Ga surface (gallium atom surface) appears on the opposite side of the crystalline bulk 110, and this Ga surface becomes a bonding surface to be bonded to the support substrate 120.

또한, 준비단계(S1)에서는 결정질 벌크(110)와 이종 기판(140)과의 접합 강도를 높이기 위해, 접합면에 대한 연마를 통해 최대 표면 거칠기(Rmax)를 제어함과 더불어 접합면에 대한 연마 후 에칭 공정을 진행하여 접합면의 평균 표면 거칠기(Ra)를 제어할 수 있다. 이때, 접합면에 대한 최대 표면 거칠기(Rmax)는 10㎛ 이하로, 평균 표면 거칠기(Ra)는 1㎚ 이하로 제어하는 것이 바람직하다.In addition, in the preparation step (S1), in order to increase the bonding strength between the crystalline bulk 110 and the heterogeneous substrate 140, while controlling the maximum surface roughness (R max ) by polishing the bonding surface, after polishing with an etching process in progress it is possible to control the average surface roughness (R a) of the contact surface. At this time, it is preferable that the maximum surface roughness (R max ) with respect to the bonding surface is 10 μm or less and the average surface roughness (R a ) is controlled to 1 nm or less.

그리고 지지 기판(120)은 결정질 성장, 가공 및 이온 주입 과정에서 결정질 벌크(110) 내부의 결정 손상으로 인한 결정질 벌크(110)의 휨 발생을 방지하기 위해, 결정질 벌크(110)에 접합되어 이를 지지하는 기판이다. 이러한 지지 기판(120)으로는 결정질 벌크보다 영률(Young's modulus) 및 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion; CTE)가 상대적으로 작은 물질을 사용하여야 하며, 형성 물질에 따른 차이는 있을 수 있으나, 지지 기판(120)의 두께 또한, 결정질 벌크(110)의 휨을 방지할 수 있을 정도로 예컨대, 결정질 벌크(110)의 두께 이상으로 제어하는 것이 바람직하다.The support substrate 120 is bonded to and supports the crystalline bulk 110 to prevent warpage of the crystalline bulk 110 due to crystal damage in the crystalline bulk 110 during crystalline growth, processing, and ion implantation. It is a board | substrate. As the support substrate 120, a material having a relatively smaller Young's modulus and coefficient of thermal expansion (CTE) than the crystalline bulk should be used, and there may be a difference depending on the forming material. The thickness of the 120 is also preferably controlled to be greater than or equal to the thickness of the crystalline bulk 110 to the extent that the warpage of the crystalline bulk 110 can be prevented.

아울러, 이종 기판(140)은 후속공정을 통해 형성되는 결정질 박막(111)의 강도 보강을 위해, 이와 접합되는 결정질 벌크(110)와는 화학 조성이 다른 물질로 이루어질 수 있다.
In addition, the heterogeneous substrate 140 may be formed of a material having a different chemical composition from that of the crystalline bulk 110 bonded thereto to reinforce the strength of the crystalline thin film 111 formed through a subsequent process.

다음으로, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 접합단계(S2)는 결정질 벌크(110)의 일면에 지지 기판(120)을 접합시키는 단계이다. 즉, 제1 접합단계(S2)에서는 결정질 벌크(110)의 일면에 지지 기판(120)을 접합시킨다. 이와 같은 접합을 통해 결정질 벌크(110)가 지지 기판(120)에 의해 안정적으로 지지되면, 후속 공정으로 진행되는 이온 주입 공정 및 열처리 공정 중에 결정질 벌크(110)의 변형 즉, 휨을 방지할 수 있어, 결정질 벌크(110)를 모두 사용할 때까지 우수한 접합 품질을 나타내는 박막 접합 기판(100)을 제조할 수 있다. 다시 말해, 휨 발생으로 인한 결정질 벌크(110)의 낭비를 방지하여, 결국, 본 발명의 실시 예에 따라 제조되는 박막 접합 기판(100)의 제조원가를 절감할 수 있다.Next, as shown in FIG. 3, the first bonding step S2 is a step of bonding the support substrate 120 to one surface of the crystalline bulk 110. That is, in the first bonding step S2, the support substrate 120 is bonded to one surface of the crystalline bulk 110. When the crystalline bulk 110 is stably supported by the supporting substrate 120 through such bonding, deformation of the crystalline bulk 110, that is, warping, may be prevented during the ion implantation process and the heat treatment process that proceed to the subsequent process, Until the crystalline bulk 110 is used up, the thin film bonded substrate 100 exhibiting excellent bonding quality may be manufactured. In other words, it is possible to prevent the waste of the crystalline bulk 110 due to the warpage, it is possible to reduce the manufacturing cost of the thin film bonded substrate 100 manufactured according to the embodiment of the present invention.

이때, 제1 접합단계(S2)에서는 결정질 벌크(110)와 지지 기판(120)을 접착제를 매개로 접합시킬 수 있다. 또한, 제1 접합단계(S2)에서는 결정질 벌크(110)와 지지 기판(120)을 가열 및 가압하여 직접 접합시킬 수도 있고, 기타 다양한 방법을 통해 결정질 벌크(110)와 지지 기판(120)을 접합시킬 수 있는 바, 본 발명의 실시 예에서 이들의 접합 방법을 특정한 어느 한 방법으로 한정하지는 않는다.
In this case, in the first bonding step S2, the crystalline bulk 110 and the support substrate 120 may be bonded through an adhesive. In addition, in the first bonding step S2, the crystalline bulk 110 and the support substrate 120 may be directly bonded by heating and pressing. The crystalline bulk 110 and the support substrate 120 may be bonded by various other methods. In the embodiments of the present invention, the bonding method is not limited to any one method.

다음으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 이온 주입단계(S3)는 결정질 벌크(110)의 타면으로부터 소정 깊이에 이온을 주입하여 이온 주입층(130)을 형성하는 단계이다. 즉, 이온 주입단계(S3)에서는 지지 기판(120)이 접합되어 있는 결정질 벌크(110)의 면과 반대되는 결정질 벌크(110) 표면의 전방에서 결정질 벌크(110)의 내부로 이온을 주입한다. 이때, 주입되는 이온으로는 수소, 헬륨 또는 질소 중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다. 그리고 이 경우, 결정질 벌크(110)의 표면으로부터 내측으로 0.1~100㎛ 깊이에 이온을 주입시켜, 그 위치에 이온 주입층(130)을 형성시킬 수 있다. 이러한 이온 주입층(130)은 후속공정 시 0.1~100㎛의 두께를 갖는 결정질 박막(111) 형성을 위한 분리 공정의 경계면으로 작용하게 된다.Next, as shown in FIG. 4, the ion implantation step S3 is a step of implanting ions at a predetermined depth from the other surface of the crystalline bulk 110 to form the ion implantation layer 130. That is, in the ion implantation step S3, ions are implanted into the crystalline bulk 110 in front of the surface of the crystalline bulk 110 opposite to the surface of the crystalline bulk 110 to which the support substrate 120 is bonded. In this case, any one of hydrogen, helium or nitrogen may be selected and used as the ion to be implanted. In this case, the ion implantation layer 130 may be formed at the position by implanting ions at a depth of 0.1 to 100 μm from the surface of the crystalline bulk 110 inward. The ion implantation layer 130 serves as an interface of the separation process for forming the crystalline thin film 111 having a thickness of 0.1 ~ 100㎛ in a subsequent process.

이와 같은 이온 주입단계(S3)는 이온 주입장치(미도시)를 사용하여 진행할 수 있다.
This ion implantation step (S3) may be performed using an ion implanter (not shown).

다음으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 제2 접합단계(S4)는 결정질 벌크(110)의 타면에 이종 기판(140)을 접합시키는 단계이다. 여기서, 제2 접합단계(S4)를 진행하기 전에 서로 접합될 결정질 벌크(110)와 이종 기판(140) 간의 접합 강도 향상을 위해, 결정질 벌크(110)의 접합면을 예컨대, 염소 가스로 에칭하고, 이종 기판(140)의 접합면을 아르곤 가스로 에칭할 수 있다.Next, as shown in FIG. 5, the second bonding step S4 is a step of bonding the heterogeneous substrate 140 to the other surface of the crystalline bulk 110. Here, in order to improve the bonding strength between the crystalline bulk 110 and the heterogeneous substrate 140 to be bonded to each other before proceeding to the second bonding step S4, the bonding surface of the crystalline bulk 110 is etched with, for example, chlorine gas. The bonding surface of the dissimilar substrate 140 may be etched with argon gas.

이와 같이, 각각의 접합면에 대한 에칭을 통해 접합면을 청정면으로 만든 다음, 제2 접합단계(S4)에 따라 지지 기판(120)이 접합되어 있는 결정질 벌크(110)의 반대면에 이종 기판(140)을 접합시킨다. 이때, 결정질 벌크(110)와 이종 기판(140)을 접합하는 방법으로는 저온 균일 접합을 전제로 할 경우에는 표면 활성화법 또는 퓨전 본딩법을 사용할 수 있다. 여기서, 표면 활성화법은 접합면을 플라즈마에 노출시켜 그 표면을 활성화시킨 후 접합하는 방법이고, 퓨전 본딩법은 세정한 각각의 표면을 가압 가열하여 접합하는 방법이다. 하지만, 기타 다른 방법을 통해 결정질 벌크(110)와 이종 기판(140)을 접합할 수도 있는 바, 본 발명의 실시 예에서 결정질 벌크(110)와 이종 기판(140) 간의 접합을 특별히 어느 한 방법으로 한정하지는 않는다.
In this way, the bonding surface is made a clean surface by etching each bonding surface, and then, on the opposite surface of the crystalline bulk 110 to which the supporting substrate 120 is bonded according to the second bonding step S4. 140 is bonded. In this case, as a method of bonding the crystalline bulk 110 and the heterogeneous substrate 140, a surface activation method or a fusion bonding method may be used under the assumption of low temperature uniform bonding. Here, the surface activation method is a method in which the bonding surface is exposed to plasma to activate the surface and then bonded, and the fusion bonding method is a method in which each of the cleaned surfaces is bonded by pressing and heating. However, the crystalline bulk 110 and the heterogeneous substrate 140 may be bonded through other methods. In one embodiment of the present invention, the bonding between the crystalline bulk 110 and the heterogeneous substrate 140 may be performed in any one way. It is not limited.

다음으로, 도 6에 도시한 바와 같이, 박막 분리단계(S5)는 결정질 벌크(110)의 내부에 형성되어 있는 이온 주입층(130)을 경계면으로 하여 결정질 벌크(110)를 분리시키는 단계이고, 이를 통해, 이종 기판(140)에 결정질 벌크(110)로부터 분리된 결정질 박막(111)을 형성하는 단계이다. 박막 분리단계(S5)에서는 결정질 벌크(110)를 분리하기 위해 열처리 방법이나 절단 방법을 사용할 수 있다. 여기서, 열처리 방법은 이온 주입층(130)이 결정질 벌크(110) 내부 중 상대적으로 얕은 위치에 형성된 경우 유용할 수 있다. 이러한 열처리 방법은 정밀도가 우수하고, 실시가 용이하며, 확실하게 결정질 벌크(110)를 분리할 수 있는 방법으로, 서로 접합된 결정질 벌크(110)와 이종 기판(140)을 열처리하면, 이온 주입층(130)이 취화(embrittlement)되고, 그 부분에서 결정질 벌크(110)가 결정질 박막(111)을 남긴 채 분할된다. 이때, 열처리 온도는 주입되는 이온의 특성에 따라 300~600℃로 조절될 수 있다. 또한, 절단 방법은 이온 주입층(130)이 상대적으로 깊은 위치에 형성된 경우 유용할 수 있다. 이러한 절단 방법 또한 정밀도가 우수하고, 실시가 용이하며, 확실하게 결정질 벌크(110)를 분리할 수 있는 방법이다.Next, as shown in FIG. 6, the thin film separation step S5 is a step of separating the crystalline bulk 110 using the ion implantation layer 130 formed inside the crystalline bulk 110 as an interface. Through this, the crystalline thin film 111 separated from the crystalline bulk 110 is formed on the heterogeneous substrate 140. In the thin film separation step S5, a heat treatment method or a cutting method may be used to separate the crystalline bulk 110. Here, the heat treatment method may be useful when the ion implantation layer 130 is formed at a relatively shallow position inside the crystalline bulk 110. This heat treatment method is excellent in precision, easy to implement, and can reliably separate the crystalline bulk 110. When the crystalline bulk 110 and the heterogeneous substrate 140 bonded to each other are heat treated, an ion implantation layer 130 is embrittlement, and in that portion the crystalline bulk 110 is split leaving the crystalline thin film 111. At this time, the heat treatment temperature may be adjusted to 300 ~ 600 ℃ according to the characteristics of the implanted ions. In addition, the cutting method may be useful when the ion implantation layer 130 is formed at a relatively deep position. This cutting method is also a method that is excellent in precision, easy to implement, and can reliably separate the crystalline bulk 110.

여기서, 열처리 또는 절단 방법을 통해 결정질 벌크(110)를 분리하는 경우 결정질 벌크(110)는 이를 지지하기 위해 접합되어 있는 지지 기판(120)에 의해 휨과 같은 변형으로부터 보호된다.Here, when the crystalline bulk 110 is separated by a heat treatment or a cutting method, the crystalline bulk 110 is protected from deformation such as warping by the supporting substrate 120 bonded to support the crystalline bulk 110.

이와 같이, 열처리 또는 절단 중 어느 한 방법을 통해 결정질 벌크(110)를 분리시키면, 이종 기판(140)과 결정질 벌크(110)로부터 분리된 결정질 박막(111)으로 이루어진 박막 접합 기판(100)의 제조가 완료된다.As such, when the crystalline bulk 110 is separated through any one of heat treatment or cutting, the thin film bonded substrate 100 including the crystalline thin film 111 separated from the heterogeneous substrate 140 and the crystalline bulk 110 is manufactured. Is completed.

이때, 일부가 결정질 박막(111)으로 분리되고 남은 결정질 벌크(110)는 지지 기판(120)에 의해 최초 상태 그대로를 유지하고 있게 되므로, 도 7에 도시한 바와 같이, 남겨진 결정질 벌크(110)는 다른 박막 접합 기판(100)의 결정질 박막(111) 형성에 거의 100% 재사용이 가능하여 박막 접합 기판(100)의 제조원가를 절감할 수 있다. 이 경우, 변형되지 않아 거의 100% 재사용이 가능한 하나의 결정질 벌크(110)는 수십 내지 수백 개의 결정질 박막(111)으로 분리되어, 수십 내지 수백 개의 박막 접합 기판(100) 제조에 사용될 수 있다.
In this case, since the crystalline bulk 110 is partially separated into the crystalline thin film 111 and is maintained as it is by the support substrate 120, as shown in FIG. 7, the remaining crystalline bulk 110 is Almost 100% reuse is possible in the formation of the crystalline thin film 111 of the other thin film bonded substrate 100, thereby reducing the manufacturing cost of the thin film bonded substrate 100. In this case, one crystalline bulk 110 that is not deformed and is almost 100% reusable may be separated into tens to hundreds of crystalline thin films 111, and may be used to manufacture tens or hundreds of thin film bonded substrates 100.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill 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. This is possible.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims as well as the appended claims.

100: 박막 접합 기판 110: 결정질 벌크
111: 결정질 박막 120: 지지 기판
130: 이온 주입층 140: 이종 기판100: thin film bonded substrate 110: crystalline bulk
111: crystalline thin film 120: support substrate
130: ion implantation layer 140: heterogeneous substrate

Claims (11)

결정질 벌크 및 상기 결정질 벌크의 일면과 타면에 각각 접합되는 지지 기판 및 이종 기판을 준비하는 준비단계;
상기 결정질 벌크의 일면에 상기 지지 기판을 접합시키는 제1 접합단계;
상기 결정질 벌크의 타면으로부터 소정 깊이에 이온을 주입하여 이온 주입층을 형성하는 이온 주입단계;
상기 결정질 벌크의 타면에 상기 이종 기판을 접합시키는 제2 접합단계; 및
상기 이온 주입층을 경계로 상기 결정질 벌크를 분리시켜 상기 이종 기판에 상기 결정질 벌크로부터 분리된 결정질 박막을 형성하는 박막 분리단계;
를 포함하되,
상기 결정질 벌크는 질화물 반도체 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법.
Preparing a support substrate and a heterogeneous substrate bonded to one surface and the other surface of the crystalline bulk and the crystalline bulk, respectively;
A first bonding step of bonding the support substrate to one surface of the crystalline bulk;
An ion implantation step of forming an ion implantation layer by implanting ions at a predetermined depth from the other surface of the crystalline bulk;
A second bonding step of bonding the heterogeneous substrate to the other surface of the crystalline bulk; And
A thin film separation step of forming the crystalline thin film separated from the crystalline bulk on the heterogeneous substrate by separating the crystalline bulk at the boundary of the ion implantation layer;
Including but not limited to:
The crystalline bulk is a thin film bonded substrate manufacturing method for a semiconductor device, characterized in that made of a nitride semiconductor material.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 지지 기판은 상기 결정질 벌크보다 영률(Young's modulus) 및 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion; CTE)가 상대적으로 작은 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법.
The method of claim 1,
And the support substrate is made of a material having a Young's modulus and a coefficient of thermal expansion (CTE) relatively smaller than the crystalline bulk.
제1항에 있어서,
상기 지지 기판은 상기 결정질 벌크의 두께와 동일하거나 더 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법.
The method of claim 1,
The support substrate is a thin film bonded substrate manufacturing method for a semiconductor device, characterized in that formed with the same or thicker than the thickness of the crystalline bulk.
제1항에 있어서,
상기 제1 접합단계에서는 상기 결정질 벌크와 상기 지지 기판을 접착제를 매개로 접합시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법.
The method of claim 1,
In the first bonding step, the thin film bonded substrate manufacturing method for a semiconductor device, characterized in that for bonding the crystalline bulk and the support substrate via an adhesive.
제1항에 있어서,
상기 제1 접합단계에서는 상기 결정질 벌크와 상기 지지 기판을 가열 및 가압하여 직접 접합시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법.
The method of claim 1,
In the first bonding step, a thin film bonded substrate manufacturing method for a semiconductor device, characterized in that the crystalline bulk and the support substrate is directly bonded by heating and pressing.
제1항에 있어서,
상기 이온 주입단계에서는 상기 결정질 박막의 표면으로부터 0.1~100㎛ 깊이에 상기 이온 주입층을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법.
The method of claim 1,
In the ion implantation step, the ion implantation layer is formed in a depth of 0.1 ~ 100㎛ from the surface of the crystalline thin film manufacturing method for a thin film bonded substrate for a semiconductor device.
제1항 또는 제7항에 있어서,
상기 이온은 수소, 헬륨 및 질소로 이루어진 후보군 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법.
8. The method of claim 1 or 7,
The ion is a thin film bonded substrate manufacturing method for a semiconductor device, characterized in that any one selected from the group consisting of hydrogen, helium and nitrogen.
제1항에 있어서,
상기 제2 접합단계에서는 상기 결정질 벌크와 상기 이종 기판을 표면 활성화법 또는 퓨전 본딩법 중 선택된 어느 하나의 방법을 통해 접합시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법.
The method of claim 1,
In the second bonding step, the crystalline bulk and the hetero substrate are bonded by any one selected from a surface activation method or a fusion bonding method.
제1항에 있어서,
상기 박막 분리단계에서는 상기 이온 주입층을 열처리하여 상기 결정질 벌크를 분리시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법.
The method of claim 1,
In the thin film separation step, a thin film bonded substrate manufacturing method for a semiconductor device, characterized in that to separate the crystalline bulk by heat treatment the ion implantation layer.
제1항에 있어서,
상기 박막 분리단계에서는 상기 이온 주입층을 절단하여 상기 결정질 벌크를 분리시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자용 박막 접합 기판 제조방법.The method of claim 1,
In the thin film separation step, a thin film bonded substrate manufacturing method for a semiconductor device, characterized in that for cutting the ion implantation layer to separate the crystalline bulk.
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