KR100606551B1 - 발광소자 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광소자의 제조방법에 관한 것으로, 복수의 발광구조물 사이에 포토레지스트와 같이 선택적으로 식각 가능한 물질로 식각용 막을 형성하고, 발광구조물과 식각용 막을 감싸도록 금속막을 형성하면, 금속막이 식각용 막 상부에서 완전히 접합하지 않은 영역을 가지며 소자 단위 크기로 형성되고, 식각용 막은 유기용제를 이용한 식각으로 간단히 제거할 수 있으므로, 별도의 스크라이빙 공정이 필요없이 발광소자를 보다 용이하게 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 스크라이빙을 위해서 필요했던 소자간의 간격을 줄이므로써 소자의 집적도와 수율을 향상시킬 수 있는 발광소자의 제조방법을 제공한다.
질화갈륨, 발광소자, 사파이어, 레이저, 리프트오프, 포토레지스트
Description
도 1a 내지 도 1e는 종래기술에 따른 질화갈륨계 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 질화갈륨계 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
도 4은 발광구조물의 단면도.
도 5는 발광구조물 사이에 포토레지스트(Photoresist)로 식각용 막을 형성하고 구리(Cu)막을 형성하였을때, 식각용 막의 상부에 완전히 접합되지 않은 경계면(SEAM)영역의 사진.
도 6은 도 5의 사진에서 경계면영역을 더욱 확대한 사진.
<도면의 주요부분에 대한 설명>
100. 발광구조물 200. 이종기판 300. 금속막
400. 식각용 막 410. 경계면(SEAM)영역
110. 질화갈륨(GaN) 발광구조물
110a. n-반도체층 110b. 활성층 110c. p-반도체층
120. P-전극 130. 고반사(HR-High Relective)막
140. UBM(Under Bump Metallization)층 210. 이종기판
310. 구리(Cu) 금속막 450. 식각용 막 460. 경계면영역
본 발명은 발광소자 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 발광구조물 사이에 선택적으로 식각 가능한 물질로 식각용 막을 형성하고, 발광구조물과 식각용 막을 감싸도록 금속막(Metal Support)을 형성하여, 별도의 스크라이빙(Scribing) 공정이 필요없이 발광소자를 보다 용이하게 확보할 수 있는 발광소자 제조방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 스크라이빙을 위해서 필요했던 소자간의 간격을 줄이므로써 소자의 집적도와 수율을 향상시킬 수 있는 발광소자의 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로, 발광소자는 질화갈륨(GaN) 결정을 박막으로 성장시켜서 만들며, 질화갈륨결정을 성장시키기 위해서 가장 좋은 것이 질화갈륨 기판이다.
그러나, 질화갈륨 기판은 질화갈륨 결정 성장의 어려움등으로 인해 가격이 매우 비싸다.
그래서 이런 질화갈륨계 발광소자는 대부분 이종기판에 성장 되어지고, 그 이종기판은 사파이어(Al2O3)나 실리콘카바이드(SiC), 갈륨아세나이드(GaAs)등이 사 용 되어지고 있으며, 이러한 이종기판들 가운데 사파이어 기판이 현재 가장 폭넓게 사용되고 있는 실정이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래기술에 따른 사파이어 기판을 이용한 질화갈륨계 발광소자의 제조방법에 대해 설명한다.
도 1a 내지 도 1e는 종래기술에 따른 질화갈륨계 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1a는 사파이어 기판(20) 상부에 복수의 발광구조물(10)을 상호 이격되도록 형성하는 공정을 나타낸다.
상기 복수의 발광구조물 각각은 빛이 생성되도록 하는 활성층을 포함하는 구조를 가지며, 상기 복수의 발광구조물 각각의 측면에 발광구조물을 상호간에 격리시킬 수 있도록 절연막을 증착한다.
그리고 통상적으로 상기 복수의 발광구조물 상부에는 외부로부터의 전류를 발광구조물에 안정적으로 공급할 수 있도록 오믹 컨택트(Ohmic Contact)하는 P-전극을 증착한다.
도 1b는 상기 복수의 발광구조물(10) 상부에 도금(Plating)등의 방법을 이용해 금속막(30)을 형성하는 공정을 나타낸다.
상기 금속막을 발광구조물 상부에 형성하는 방법은 일회의 접합만으로도 간단히 수직형 질화갈륨계 발광소자를 제조할 수 있고, 금속의 특성상 높은 열과 전기 전도성을 가지고 있기 때문에 소자 제조 및 구동에 있어서 아주 유용하다는 장점이 있다.
도 1c는 상기 사파이어 기판(20)의 하부에 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off)방법을 통해 레이저를 조사하여 상기 금속막(30)이 씌워진 복수의 발광구조물(10)로부터 사파이어 기판을 분리 제거하는 공정을 나타낸다.
여기서 상술한 금속막을 형성하는 공정과 레이저 리프트 오프공정에서 발생하는 에너지는 금속막으로 그대로 전이되어서 금속막 내부에 응력이 발생하게 된다.
이는 곧 금속막의 균열이나 구부러짐과 같은 결함을 발생시키고, 소자 불량의 원인이 되어, 이에따라 소자의 수율이 떨어진다.
도 1d는 사파이어 기판이 분리된 후 상호 이격된 상기 복수의 발광구조물(10) 사이에 위치한 금속막 상부에 절단홈(40)을 형성하기 위한 스크라이빙(Scribing) 공정을 나타낸다.
이때 금속 자체의 강성 때문에 절단홈 하부에 균열(41)이 발생할 수 있고, 또한 그 균열이 발광구조물로 전이되어 발광소자의 품질이 저하될 수 있다.
도 1e는 상기 금속막(30)으로 씌워진 이웃한 상기 복수의 발광구조물에 물리적인 힘을 가해서 발광소자를 낱개로 분리시키는 익스펜딩 및 브레이킹(Expanding & Breaking)공정을 나타낸 것이다.
이 과정에 앞서서 발광소자를 분리하기 위해 금속막에 소정 깊이로 홈을 생성시켜 놓긴 하지만, 금속막의 일부분은 연결상태로 남아 있기 때문에, 발광소자의 분리가 수월하지 못하다.
특히, 구리(Cu)와 같은 연성이 큰 소재의 금속막일수록 잘 늘어나기 때문에 더욱 그러하다.
또한 상술한 바와 같이 스크라이빙 과정에서 발생한 금속막의 균열(41)이 발광소자의 분리시 발광구조물로 전이될 우려도 높다.
물론 발광구조물의 간격을 넓혀 상기 균열을 발광구조물로 전이하는 것을 최대한 감소시키는 방법도 있지만, 그러면 웨이퍼당 집적할 수 있는 소자의 개수가 줄어들어서, 수율이 감소할 수 밖에 없고, 더불어 기존의 스크라이빙 공정을 개선해야 하는 문제점도 발생하기 때문에 바람직한 해결책은 아니다.
본 발명의 목적은 상술한 종래기술의 문제점인 금속막이 씌워진 발광구조물의 분리를 수월하게 하고, 발광소자의 웨이퍼당 집적도와 수율을 높히며, 공정을 단순화하여 양산화에 적합한 발광소자 제조방법을 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 웨이퍼의 균열이나 구부러짐과 같은 결함이 발광 구조물로 전이되는 것을 최소화시켜 불량율을 감소시킨 고품질의 발광소자 제조방법을 제공하는 데 있다.
위와 같은 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 발광소자 제조방법은, 이종기판 상부에 복수의 발광구조물을 상호 이격되도록 형성하는 단계; 상기 상호 이격된 복수의 발광구조물 사이에 선택적으로 식각 가능한 물질로 식각용 막을 형성하는 단계; 상기 복수의 발광구조물과 상기 식각용 막을 감싸는 금속막을 형성하는 단계; 상기 금속막이 감싸진 상기 복수의 발광구조물과 상기 식각용 막으로부터 상기 이종기판을 분리하는 단계; 상기 식각용 막을 제거하는 단계;및 상기 금속막이 감싸진 상기 복수의 발광구조물을 각각 분리하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이종기판 상부에 n-반도체층, 활성층, p-반도체층으로 구성되는 복수의 질화갈륨(GaN) 발광구조물을 상호 이격되도록 형성하는 단계; 상기 복수의 질화갈륨 발광구조물의 상부에 P-전극을 형성하는 단계; 상기 복수의 질화갈륨 발광구조물과 상기 P-전극의 측면을 덮으며 상기 복수의 질화갈륨 발광구조물을 격리시키는 절연성의 고반사(HR)막을 형성하는 단계; 상기 P-전극의 상부와 상기 고반사막의 외측 전면을 감싸는 UBM(Under Bump Metallization)층을 증착하는 단계; 상기 상호 이격된 복수의 질화갈륨 발광구조물 사이의 UBM층 상부에 선택적으로 식각 가능한 물질로 식각용 막을 형성하는 단계; 상기 UBM층 상부와 상기 식각용 막을 감싸는 금속막을 형성하는 단계; 상기 이종기판을 분리하는 단계; 상기 식각용 막을 제거하는 단계;및 상기 금속막이 감싸진 상기 복수의 질화갈륨 발광구조물을 각각 분리하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 발광소자 제조방법과 바람직한 일 실시예로서 질화갈륨계 발광소자의 제조방법을 설명한다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a는 이종기판(200) 상부에 복수의 발광구조물(100)을 상호 이격되도록 형성하는 공정을 나타낸다.
상기 복수의 발광구조물 각각은 도 4에 도시된 바와 같이 n-반도체층(110a), 활성층(110b), p-반도체층(110c)으로 순차적으로 적층되어지고, 상기 n-반도체층, 활성층, p-반도체층의 측면은 절연성의 고반사막으로 형성되어 있는 구조로 이루어진다.
여기서 통상적으로 상기 복수의 발광구조물(100) 상부에는 오믹 컨택트(Ohmic Contact)하는 P-전극이 증착되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 복수의 발광구조물의 측부와 상부를 감싸는 UBM(Under Bump Metallization)층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편 상기 이종기판은 사파이어 기판인 것이 바람직하다.
도 2b는 상호 이격된 상기 복수의 발광구조물(100) 사이에 선택적으로 식각 가능한 물질로 식각용 막(400)을 형성하는 공정이다.
여기서 상기 선택적으로 식각 가능한 물질은 포토레지스트(Photoresist) 또는 폴리이미드(Polyimide)인 것이 바람직하다.
그리고 상기 식각용 막은 폭(w)은 5㎛ ~ 50㎛ 이고, 높이(h)는 5㎛ ~ 100㎛ 로 형성하는 것이 바람직하다.
도 2c는 상기 복수의 발광구조물(100)과 상기 식각용 막(400)의 전면을 모두 감싸도록 도금등의 방법을 이용해 금속막(300)을 형성한 공정을 나타낸 것이다.
이 과정에서 상기 식각용 막(400)의 상부에서 금속막 표면에 이르는 완전히 접합되지 않은 경계면영역(410)이 만들어진다.
도 2d는 상기 이종기판(200)을 상부의 형성물로부터 분리하는 공정을 나타낸 것이다.
여기서 상기 이종기판의 분리공정은 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off)방법을 통해 상기 이종기판(200)의 하부에 레이저를 조사하여 상부의 형성물로부터 분리 하는 것이 바람직하다.
한편 상기 식각용 막(400)을 아세톤과 같은 유기용제를 이용한 식각을 통하여 제거하거나, 또는 유기용제 스프레이를 이용하여 제거하는 것이 바람직하다.
도 2e는 상기 금속막(300)으로 씌워진 이웃한 상기 복수의 발광구조물(100)에서 상기 식각용 막(400) 부위에 물리적인 힘을 가해서 분리시키는 익스펜딩 및 브레이킹(Expanding & Breaking)공정을 나타낸 것이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 질화갈륨계 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3a는 이종기판(210) 상부에 다층구조물을 형성하는 공정이다.
여기서 상기 이종기판(210)은 사파이어 기판(Al2O3)인 것이 바람직하다.
한편 상기 다층구조물은 도 4에 도시된 바와 같이 n-반도체층(110a), 활성층(110b), p-반도체층(110c)으로 순차적으로 적층된 복수의 질화갈륨 발광구조물(110)이 상호 이격되도록 형성하고, 상기 복수의 질화갈륨 발광구조물(110)의 상부는 최상층인 p-반도체층(110c)과 오믹콘택트(Ohmic Contact)를 이루도록 P-전극(120)을 형성한다.
그리고 상기 복수의 질화갈륨 발광구조물(110)과 상기 P-전극(120)의 측면부 는 절연성이 있는 고반사(HR)막(130)으로 증착한다.
또한 상기 P-전극(120)과 고반사막(130) 상부에는 금속막(310)을 형성하기 전에 시드 레이어(Seed layer)로써 UBM층(140)을 감싸듯이 증착하므로써 도금(Plating)등을 이용한 금속막 형성이 가능하도록 한다.
도 3b는 상기 다층구조물에서 상호 이격된 상기 복수의 질화갈륨 발광구조물(110)사이에 위치한 상기 UBM층(140) 상부에 선택적으로 식각 가능한 물질로 식각용 막(450)을 형성하는 공정을 나타낸 것이다.
여기서 상기 선택적으로 식각 가능한 물질은 포토레지스트(Photoresist) 또는 폴리이미드(Polyimide)인 것이 바람직하다.
한편 상기 식각용 막(450)은 폭(w)은 5㎛ ~ 50㎛ 이고, 높이(h)는 5㎛ ~ 100㎛ 로 형성하는 것이 바람직하다.
도 3c는 상기 UBM층(140) 상부와 상기 식각용 막(450)을 감싸는 금속막(310)을 형성한 공정을 나타낸다.
이 과정에서 상기 식각용 막(450)의 상부에서 금속막 표면에 이르는 완전히 접합하지 않은 경계면영역(460)이 생성된다.
도 3d는 상기 이종기판(210)을 기판 상부의 형성물들로부터 분리하는 공정을 나타낸다.
여기서 레이저 리프트 오프방법을 통해 이종기판 하부에 레이저를 조사하여 기판을 분리하는 것이 바람직하다.
또한 상기 식각용 막(450)을 아세톤과 같은 유기용제를 이용한 식각을 통하 여 제거하거나, 또는 유기용제 스프레이를 이용하여 미리 제거하는 것이 바람직하다.
도 3e는 상기 금속막(310)으로 씌워진 상기 다층구조물에서 상기 식각용 막(450) 부위에 물리적인 힘을 가해서 분리시키는 익스펜딩 및 브레이킹(Expanding & Breaking)공정을 나타낸 것이다.
이때 상기 식각용 막(450) 하부에 위치한 상기 고반사막(130)과 UBM층(140)의 결합상태를 끊는 것은 쉽기 때문에 소자의 분리시 크게 장애가 되지 않는다..
도 5는 이격된 질화갈륨 발광구조물의 사이에 포토레지스트로 식각용 막(500)을 형성한 뒤 구리(Cu) 금속막(600)으로 도금한 모습을 전자 현미경으로 찍은 사진이다. 사진에서 알 수 있듯이 상기 식각용 막(500)의 상단에서부터 금속막(600) 표면에 이르는 완전히 접합되지 않은 경계면영역(510)의 생성 모습을 확인할 수 있다.
도 6는 도 5에서 경계면영역(510)을 더욱 확대한 사진이다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 발명의 구성을 상세히 설명하였지만, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 발광소자 제조방법에 따르면, 금속막의 형성시 금속막이 웨이퍼 전면에 일체로 형성되지 않고, 선택적으로 식각 가능한 물질의 상부에 완전히 접합되지 않는 영역을 가지며 낱개 소자크기로 형성되므로, 레이저 리 프트 오프시 발생하는 에너지의 금속막을 통한 발광구조물로의 전이가 감소되고, 금속막 내부의 응력도 작아지며, 따라서 웨이퍼상의 균열(Crack)이나 구부러짐(Bending)과 같은 결함의 발생을 예방하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 경계면영역의 형성과 식각용 막의 간단한 제거로 인해 스크라이빙 공정을 하지 않아도 발광소자의 분리를 보다 용이하게 할 수 있고, 스크라이빙에 필요했던 소자간의 간격을 줄이므로써, 웨이퍼당 소자의 집적도와 수율을 향상시키는 효과가 있다.
결론적으로, 본 발명은 고품질의 발광소자를 양산할 수 있는 발광소자 제조방법을 제공한다.
Claims (14)
- 이종기판 상부에 복수의 발광구조물을 상호 이격되도록 형성하는 단계;상기 상호 이격된 복수의 발광구조물 사이에 선택적으로 식각 가능한 물질로 식각용 막을 형성하는 단계;상기 복수의 발광구조물과 상기 식각용 막을 감싸는 금속막을 형성하는 단계;상기 금속막이 감싸진 상기 복수의 발광구조물과 상기 식각용 막으로부터 상기 이종기판을 분리하는 단계;상기 식각용 막을 제거하는 단계;및상기 금속막이 감싸진 상기 복수의 발광구조물을 각각 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 복수의 발광구조물 각각은,n-반도체층, 활성층, p-반도체층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 n-반도체층, 활성층, p-반도체층의 측면을 덮으며 상기 복수의 발광구조물 각각을 격리시키는 절연성의 고반사(HR-High Reflective)막;으로 증착되어진 발광구조물인 것을 특징으로 하는 발광소자 제조방법.
- 제 2항에 있어서,상기 복수의 발광구조물은,측부와 상부를 감싸는 UBM(Under Bump Metallization)층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 이종기판은,사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 발광소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 이종기판을 분리하는 단계는,레이저 리프트 오프(Laser Lift Off)방법으로 하는 것을 특징으로 하는 발광소자 제조방법.
- 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서,상기 선택적으로 식각 가능한 물질은,포토레지스트(Photoresist) 또는 폴리이미드(Polyimide)인 것을 특징으로 하는 발광소자 제조방법.
- 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서,상기 식각용 막은,폭은 5㎛ ~ 50㎛ 이고, 높이는 5㎛ ~ 100㎛ 인 것을 특징으로 하는 발광소자 제조방법.
- 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서,상기 식각용 막을 제거하는 단계는,유기용제로 식각하여 제거하는 것을 특징으로 하는 발광소자 제조방법.
- 이종기판 상부에 n-반도체층, 활성층, p-반도체층으로 구성되는 복수의 질화갈륨(GaN) 발광구조물을 상호 이격되도록 형성하는 단계;상기 복수의 질화갈륨 발광구조물의 상부에 P-전극을 형성하는 단계;상기 복수의 질화갈륨 발광구조물과 상기 P-전극의 측면을 덮으며 상기 복수의 질화갈륨 발광구조물을 격리시키는 절연성의 고반사(HR)막을 형성하는 단계;상기 P-전극의 상부와 상기 고반사막의 외측 전면을 감싸는 UBM(Under Bump Metallization)층을 증착하는 단계;상기 상호 이격된 복수의 질화갈륨 발광구조물 사이의 UBM층 상부에 선택적으로 식각 가능한 물질로 식각용 막을 형성하는 단계;상기 UBM층 상부와 상기 식각용 막을 감싸는 금속막을 형성하는 단계;상기 이종기판을 분리하는 단계;상기 식각용 막을 제거하는 단계;및상기 금속막이 감싸진 상기 복수의 질화갈륨 발광구조물을 각각 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 제조방법.
- 제 9항에 있어서,상기 이종기판은,사파이어(Al2O3) 기판인 것을 특징으로 하는 발광소자 제조방법.
- 제 9항에 있어서,상기 이종기판을 분리하는 단계는,레이저 리프트 오프(LLO-Laser Lift Off)방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 발광소자 제조방법.
- 제 9항에 있어서,상기 선택적으로 식각 가능한 물질은,포토레지스트(Photoresist) 또는 폴리이미드(Polyimide)인 것을 특징으로 하는 발광소자 제조방법.
- 제 9항에 있어서,상기 식각용 막은,폭이 5㎛ ~ 50㎛ 범위이고, 높이가 5㎛ ~ 100㎛ 범위로 형성하는 것을 특징으로 하는 발광소자 제조방법.
- 제 9항에 있어서,상기 식각용 막을 제거하는 단계는,유기용제로 식각하여 제거하는 것을 특징으로 하는 발광소자 제조방법.
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