专利名称：柔性单晶膜及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种柔性单晶膜和一种由单晶片制造柔性单晶膜的方法。即，通过利用各种晶片薄化技术，本发明可将包括基底晶片、一个或一个以上埋入绝缘体层以及单晶层的绝缘体上硅(silicon-on-insulator，SOI)晶片制造成具有所需厚度的柔性单晶膜。
本发明还涉及由单晶半导体晶片制造上面制造有各种电子器件的柔性膜。即，一旦在包含基底晶片、埋入绝缘体层和单晶层的SOI晶片上建构了具有所需特征的电子器件，本发明就可通过利用多种晶片薄化技术来制造具有多种电子器件且具有所需厚度的柔性单晶膜。
背景技术：
目前，电子设备在设计上已经彻底改进，从轻重量且紧凑设计转变成全面且增强的柔性。随着移动无线因特网和电子商务交易的发展，对新的柔性显示器的要求尤其增加。由此，商业上可将本发明应用于可折叠无线电话、PDA、柔性电子书、电子报纸和类似物。还可将本发明应用于电子黑板、CAD/CAM的显示器、电光标志和电广告牌(electric billboard)。
虽然存在对此类柔性电子设备的需求，但柔性电子设备的开发仍受到延滞，主要原因是不存在可稳定地从中制造具有所要特征的电子器件的衬底材料。举例来说，在柔性LCD显示器的情况下，需要柔性衬底以便稳定地制造薄膜晶体管(TFT，thin film transistor)阵列。迄今为止，已存在通过在低温下将用于制造电子器件的非晶硅或多晶硅形成在柔性透明塑料衬底上，或者通过将在玻璃衬底上制造的多晶硅TFT阵列转移到柔性塑料衬底中的制造TFT阵列的方法，以及通过使用平滑且有机的半导体来制造有机TFT的方法。
然而，在将电子器件制造在玻璃衬底上后使用塑料衬底的电子器件的情况下，可能会由于有机衬底与无机电子器件之间的不同热膨胀系数的缘故而发生变形。事实上，有机半导体可能导致电子器件缺乏所需特征。
发明内容
技术问题本发明的目的是制造一种柔性单晶膜，其使具有所需特征的电子器件能够被制造并具有足够柔性，具体地说，通过使用单晶片来解决上文所提及的问题。
本发明的另一目的是稳定地制造柔性膜，其中通过简单的技术将各种所需电子器件制造在单晶层上以便实施所需特征。
本发明的另一目的是通过简化柔性单晶膜的制造工艺来改进生产率并降低产品的成本。
可通过提供一种包括由单晶片制造的单晶层的柔性膜来实现上述目的。所述柔性膜可包括由单晶片制造的一柔性单晶层以及在所述单晶片的下和/或上表面上的一个或一个以上柔性绝缘体层。
技术解决方案根据本发明的柔性单晶膜可为由SOI晶片制造(所述SOI晶片包括基底晶片、在所述基底晶片上的一个或一个以上绝缘体层以及在所述一个或一个以上绝缘体层上的单晶层)且通过借助多种薄化技术去除基底晶片而制造的纯的无缺陷的柔性单晶膜，其中当通过SOI制造工艺来制造SOI晶片时，根据本发明的柔性单晶膜使单晶层的厚度能够被控制，例如控制在几十纳米到几十微米的范围内。本发明的单晶层可为硅的单晶层或化合物半导体(例如砷化镓)的单晶层。
根据本发明的柔性单晶膜包括由单晶片制造的柔性单晶层和形成于单晶层表面上的一个或一个以上器件层，其中各种电子器件制造在柔性单晶层上。
可通过去除SOI晶片的基底晶片来制造根据本发明的上面制造各种电子器件的柔性单晶膜。可通过使用一般半导体制造工艺在SOI晶片的单晶层上制造具有所需特征的电子器件来达到此目的。
用于制造柔性膜的方法包括以下步骤(i)提供SOI晶片，其包括基底晶片、在所述基底晶片上的一个或一个以上埋入绝缘体层以及在所述一个或一个以上埋入绝缘体层上的单晶层，(ii)在所述单晶层上形成一个或一个以上保护绝缘体层，(iii)去除所述基底晶片，以及(iv)去除所述绝缘体层中的一者或一者以上。去除基底晶片的步骤可包括通过用KOH来湿式蚀刻整个基底晶片而将其去除的步骤。可通过将基底晶片研磨成所需厚度来去除基底晶片，且可通过用KOH来对研磨后的剩余基底晶片进行湿式蚀刻以将其去除。另外，在单晶层上形成一个或一个以上保护绝缘体层的步骤可包括在单晶层上形成氧化物膜的步骤和在氧化物膜上形成氮化物膜的步骤。去除一个或一个以上绝缘体层的步骤可包括通过用HF来对所有绝缘体层进行湿式蚀刻而去除所有绝缘体层的步骤。
根据本发明用于通过使用夹具来制造柔性膜的方法包括以下步骤(i)提供SOI晶片，其包括基底晶片、在所述基底晶片上的一个或一个以上埋入绝缘体层以及在所述一个或一个以上埋入绝缘体层上的单晶层，(ii)用夹具来固持SOI晶片以暴露基底晶片的下表面，以及(iii)通过蚀刻基底晶片来将其去除。当用夹具来固持SOI晶片(具体说是固持其边缘)时，会暴露并蚀刻基底晶片的整个下表面。可在用夹具固持SOI晶片的周边部分以便暴露基底晶片的下表面的一部分后蚀刻基底晶片。可通过切割由夹具固持的外围部分来去除基底晶片。可通过用KOH来湿式蚀刻基底晶片而将其去除，且可通过用HF来湿式蚀刻而去除绝缘体层中的一者或一者以上。
根据本发明用于通过研磨并使用夹具来制造柔性膜的方法包括以下步骤(i)提供SOI晶片，其包括基底晶片、在所述基底晶片上的一个或一个以上埋入绝缘体层以及在所述一个或一个以上埋入绝缘体层上的单晶层；(ii)将支撑晶片接合到SOI晶片的单晶层；以及(iii)去除基底晶片和支撑晶片。可通过研磨并蚀刻基底晶片来将其去除。可在将支撑晶片接合到所述SOI晶片的所述单晶层之前，在单晶层上形成一个或一个以上保护绝缘体层。同样，根据本发明用于通过研磨并使用夹具来制造柔性膜的方法包括以下步骤(i)提供SOI晶片，其包括基底晶片、在所述基底晶片上的一个或一个以上埋入绝缘体层以及在所述一个或一个以上埋入绝缘体层上的单晶层；(ii)将基底晶片研磨成预定厚度；(iii)用夹具来固持SOI晶片以暴露研磨后的剩余基底晶片的下表面；(iv)以及通过湿式蚀刻剩余基底晶片来将其去除。可在研磨基底晶片之前，在单晶层上形成一个或一个以上保护绝缘体层。可在去除基底晶片之后去除一个或一个以上埋入绝缘体层和/或一个或一个以上保护绝缘体层。
根据本发明用于制造上面制造有电子器件的柔性膜的方法包括以下步骤(i)提供SOI晶片，其包括基底晶片、在基底晶片上的一个或一个以上埋入绝缘体层以及在一个或一个以上埋入绝缘体层上的单晶层，(ii)通过在单晶层上制造电子器件来形成一个或一个以上电器层，(iii)在器件层上形成用于器件的保护层，以及(iv)去除基底晶片。可通过上述各种方法来去除基底晶片。
本发明中所使用的SOI晶片可在商业上购得，或可通过各种方法由SOI晶片制造。提供SOI晶片的步骤可包括以下步骤(i)提供基底晶片和接合晶片，(ii)在基底晶片上形成一个或一个以上埋入绝缘体层，(iii)将氢离子注入接合晶片中，(iv)将基底晶片与接合晶片接合，(v)分裂接合晶片，以及(vi)蚀刻接合晶片的经分裂的表面以制造SOI晶片，其中在基底晶片的埋入绝缘体层上形成单晶层。可通过控制分裂和蚀刻接合晶片的经分裂的表面的深度来控制单晶层的厚度。对于制造经接合的SOI晶片的方法，请查阅序列号为US10/391,297的美国专利申请案。
在蚀刻晶片的过程中所使用的夹具包括下板；具有一个或一个以上通孔的上板；以及用于将下板与上板结合在一起的固定物，其中将晶片定位在下板与上板之间，晶片的待蚀刻的部分通过一个或一个通孔来暴露，晶片与一个或一个以上通孔密封，且通过一个或一个以上通孔来供应蚀刻溶液。上板具备用于容纳蚀刻溶液的槽，且所述槽与一个或一个以上通孔形成连通。在槽中提供加热器和温度计。
图1是绘示根据本发明实施例1的用于制造柔性膜的流程图。
图2是绘示根据本发明实施例1的柔性膜的制造工艺的图。
图3是绘示根据本发明实施例1所制造的柔性膜的图。
图4是绘示说明测量根据本发明所制造的柔性膜的柔性的方法的图。
图5是绘示根据本发明实施例2的用于制造柔性膜的流程图。
图6是绘示根据本发明实施例2的柔性膜的制造工艺的图。
图7是绘示本发明中所使用的夹具的透视图。
图8是绘示说明根据本发明实施例3的通过蚀刻基底晶片的整个表面来制造柔性膜的工艺的图。
图9是绘示说明根据本发明实施例3的通过蚀刻基底晶片的表面的一部分来制造柔性膜的工艺的图。
图10是绘示根据本发明实施例4的用于制造柔性膜的流程图。
图11是到13绘示根据本发明实施例4的柔性膜的制造工艺的图。
图14是绘示根据本发明实施例5的用于制造柔性膜的流程图。
图15和16是绘示根据本发明实施例5的柔性膜的制造工艺的图。
图17是绘示根据本发明实施例6的柔性膜的制造工艺的图。
图18是绘示根据本发明实施例6所制造的柔性膜的图。
具体实施例方式
现将详细阐释根据本发明的用于由单晶制造柔性膜的工艺。
(实施例1)参阅图1和2，根据本发明的柔性单晶膜的制造工艺如下。
将基底晶片100和接合晶片200提供为裸硅晶片(bare siliconwafer)。如图2(a)中所示，以均一厚度在基底晶片的表面上形成例如氮化硅膜(Si3N4)101和氧化硅膜102的埋入绝缘体层。氧化硅膜102形成于氮化硅膜101上。可通过使用化学气相沉积来形成氧化硅膜102。如图2(b)中所示，通过将杂质离子注入接合晶片200的表面的预定深度中，在接合晶片200中形成杂质离子注入部分201。此时，通过低电压离子注入法将例如氢离子的杂质注入晶片表面中，使得形成于接合晶片表面附近的注入的氢离子的射程距离(Projection range distance，Rp)例如在100nm到1000nm的范围中。
清洗基底晶片100(其上如上文所述形成有埋入绝缘体层)和接合晶片200(氢离子注入其表面中)，且接着如图2(c)中所示将这些晶片100、200彼此接合。此时，在亲水条件下清洗晶片100、200以便改进接合力。如图2(c)中所示，晶片100、200在清洗后立即垂直接合。为了垂直接合，基底晶片100与接合晶片200放置在彼此前面并在一端处相连。如图2(d)中所示，将两个晶片制造成一个晶片重叠另一晶片。
如上文所述，通过在低温下对经接合的晶片进行热处理，如图2(e)中所示分裂接合晶片的杂质离子注入部分。通过借助蚀刻、化学机械抛光(chemical mechanical polishing，CMP)等(见图2(f))将经分裂的表面处理成所需厚度来制造单晶硅层202。可根据需要来控制单晶硅层的厚度。
如图2(g)中所示，如上文所述，将保护绝缘体层300、301形成于制造在基底晶片100上的单晶层202上。保护绝缘体层上包含氧化物膜300和氮化物膜301，当通过湿式蚀刻来去除基底晶片时，保护绝缘体层保护单晶硅层不受蚀刻。
在将保护绝缘体层300、301形成于单晶硅层上后，通过用氢氧化钾(KOH)溶液来对基底晶片100进行湿式蚀刻而将其去除。可通过控制蚀刻温度、蚀刻溶液的浓度等来调节蚀刻条件。
一旦如上文所述去除了基底晶片，如图2(h)中所示，绝缘体层就留在单晶硅层的上和下表面上，使得单晶层和绝缘体层变薄且具有柔性。如图2(j)中所示，通过借助用氟化氢(HF)溶液对膜进行湿式蚀刻来去除所有埋入和保护绝缘体层而单独留下单晶硅层。还通过蚀刻并去除单晶硅层上的埋入绝缘体层或保护绝缘体层来获得柔性膜，其包含埋入或保护绝缘体层和单晶硅层。
由于有可能将柔性膜的厚度控制在几十纳米到几十微米的范围内，如图3(a)中的具有极好柔性和透明特性的纯单晶硅膜202和图3(b)中的包含埋入绝缘体层102和单晶层202的柔性膜203适用于多种领域。同样，柔性膜203的埋入绝缘体层102在处理期间保护单晶硅层202。
可计算单晶硅膜的理论柔性、当单晶硅膜弯曲时会在其处断裂的曲率半径。如图4(a)中所示，当将厚度为d的硅晶片弯曲到曲率半径R时的应力可如下计算σ＝(d/2R)E(＜σy且＜σf)其中，σ为应力，d为厚度，R为曲率半径，E为杨氏模量(Young′smodulus)，σy为屈服应力，且σf为断裂应力。
一般来说，E为190GPa，σy为6.9GPa且σf为2.8GPa。因此，厚度为例如5μμm的单晶硅膜的理论断裂曲率半径估计为0.17mm。实际证实根据本发明的厚度为5μm的硅膜可至少以小于3mm的曲率半径弯曲而不发生断裂(见图4(b))。因此，应注意，根据本发明的柔性单晶硅膜可拥有所需柔性。根据本发明以下实施例的柔性单晶膜也满足相同结果。
(实施例2)参阅图5和6，根据本发明的通过研磨来制造柔性单晶膜的工艺如下。
如图6(a)中所示，提供SOI晶片，其包括基底晶片600、形成于基底晶片600上的埋入绝缘体层601以及形成于埋入绝缘体层601上的单晶硅层602。可通过接合由SOI晶片或由注氧隔离(separation by implantedoxygen，SIMOX)晶片制造SOI晶片，或可从商业上购得SOI晶片。使用厚绝缘体层。根据应用来调节单晶层的厚度。
例如氧化物膜603和氮化物膜604的保护绝缘体层形成于如上文所制备的SOI晶片上，在去除基底晶片时，保护绝缘体层保护单晶硅层。形成氧化物膜603，且接着将氮化物膜604形成于氧化物膜603上(图6(c))。
在将例如蜡605的接合剂涂施在如上文所形成的保护绝缘体层上后(图6(d))，将支撑晶片606接合在其上(图6(e))。可选择可溶于水的蜡。通过垂直或水平接合来接合支撑晶片。在后研磨过程中，支撑晶片保护SOI晶片并促进所述过程。由于SOI晶片随着被研磨而变薄，其可能在研磨机的卡盘中断裂。因此，如果研磨接合有支撑晶片的SOI晶片，那么尽管使SOI晶片变薄，但晶片仍安全地固持在卡盘中。
如图6(f)中所示，在接合了支撑晶片606后，将基底晶片600研磨成所需厚度。在研磨过程中可按照期望调节厚度，例如从50μm到200μm。如果研磨后剩余基底晶片的厚度较厚，那么可不使用支撑晶片606。
在研磨基底晶片600后，通过用水溶液或化学试剂溶解所述蜡来去除支撑晶片606(图6(g))。
在去除支撑晶片606后，通过用KOH溶液对研磨后的剩余基底晶片600a进行湿式蚀刻来将其去除(图6(h))。
如图6(h)中所示，在去除基底晶片后，绝缘体层604、603、601留在单晶硅层602的上和下表面上，单晶层和绝缘体层的厚度变得足够薄，以便可获得所需柔性。如图6(i)中所示，通过借助用HF溶液对膜进行湿式蚀刻来去除单晶硅层的上和下表面上的所有绝缘体层，借此来获得纯柔性单晶膜。同样，如果通过蚀刻来去除单晶硅层上的埋入绝缘体层或保护绝缘体层，就会获得包含绝缘体层和单晶硅层的柔性膜。
如果通过这种根据本发明的方法来制造柔性膜，那么可显著减少蚀刻时间。由于基底晶片被研磨成所需厚度，所以需要蚀刻平整度。同样，根据本发明，可通过使用薄化方法来从商业上可购得的SOI晶片容易地制造柔性单晶膜。
(实施例3)参阅图8和9，下文陈述根据本发明使用夹具来制造柔性单晶膜的工艺。
首先，将阐释本发明中所使用的夹具。如图7中所示，夹具包括下板700和上板701，其中晶片706安装在二者之间。这些板700、701由对化学试剂稳定的材料(例如聚四氟乙烯)制成。上板701具备用于在上板与下板结合在一起时容纳化学溶液的槽702。槽702的底部包含通孔，晶片的待蚀刻的部分通过通孔来暴露。晶片与通孔密封。可将槽702的通孔制造成管状或其它各种形状，例如矩形和圆柱形。提供固定物703以用于将下板与上板结合在一起。
通过使用这样的夹具，可通过湿式蚀刻来去除晶片的单侧。晶片706位于下板700上，其中待通过蚀刻而去除的晶片表面面向上板701。在下板与上板彼此结合并固定后，通过将蚀刻溶液供应到槽702中而去除晶片表面。根据蚀刻条件，可在槽702中提供涂施有聚四氟乙烯的加热器704和温度计705以控制蚀刻温度。
参阅图8，使用夹具通过蚀刻基底晶片的整个表面的去除过程如下。
制备SOI晶片，其包括基底晶片800、形成于基底晶片上的绝缘体层801以及形成于绝缘体层上的单晶硅层802，其中待通过蚀刻而去除的SOI晶片的表面面朝上。如图8(b)中所示，用夹具来固持SOI晶片的边缘，使得待通过蚀刻而去除的基底晶片的整个表面向上板的槽暴露。
如图8(c)中所示，将KOH溶液900供应到基底晶片的暴露表面上，从而通过蚀刻而去除基底晶片。通过将KOH溶液900从暴露表面排出并将HF溶液901供应到暴露表面上，可通过蚀刻而去除绝缘体层801，以便获得纯的柔性单晶硅膜(图8(e))。用HF溶液来去除绝缘体层可通过将不具有夹具的整个SOI晶片浸在HF溶液中来执行。
通过在上文所述的步骤中仅用KOH溶液来蚀刻，可获得包含绝缘体层和单晶硅层的柔性膜。
参阅图9，下文将更详细地阐释使用夹具通过蚀刻基底晶片的一部分的去除过程。
如图9(a)中所示，制备SOI晶片，其包括基底晶片800、形成于基底晶片800上的绝缘体层801以及形成于绝缘体层上的单晶硅层802。将夹具定位并按压在SOI晶片的后侧的周边部分上，使得待通过蚀刻而去除的表面的一部分暴露(见图9(b))。
如图9(c)中所示，将KOH溶液900供应到基底晶片的暴露表面上，以便通过蚀刻而去除基底晶片。通过将KOH溶液从暴露表面排出并将HF溶液供应到暴露表面上，通过蚀刻而去除绝缘体层(见图9(d-1))。即，通过蚀刻去除基底晶片的暴露表面，且绝缘体层起蚀刻保护层的作用。用HF溶液去除绝缘体层可通过将不具有夹具的整个SOI晶片浸在HF溶液中来执行(见图9(d-2))。
通过切割未通过蚀刻去除的基底晶片的周边部分来获得纯的柔性单晶硅膜(图9(e))。
同样，通过在上文所述的步骤中仅用KOH溶液来蚀刻并切割基底晶片的周边部分，可获得包含绝缘体层和单晶硅层的柔性膜。
可通过使用夹具而仅蚀刻并去除晶片的一个表面来容易地制造柔性单晶膜。即，可通过使用夹具蚀刻基底晶片而无附加处理来减少处理步骤。还可容易地去除晶片的多余周边。可通过改变上板的槽的形状来制造所需形状的柔性膜。即，通过蚀刻圆形晶片且通过切割周边部分可获得矩形的柔性单晶膜，其中圆形晶片的周边部分用具有用于容纳化学试剂的矩形柱状槽的夹具固持。
(实施例4)参阅图10到13，下文陈述根据本发明通过研磨且使用夹具来制造柔性单晶膜的工艺。
如图11(a)中所示，提供SOI晶片，其包括基底晶片1000、形成于基底晶片1000上的埋入绝缘体层1001以及形成于埋入绝缘体层1001上的单晶硅层1002。根据应用来调节单晶层的厚度。
在结合后，将蜡1005涂施在如上文所提供的SOI晶片上(图11(b))，将支撑晶片1006接合在其上(图11(c))。可选择可溶于水的蜡。通过垂直或水平接合来接合支撑晶片1006。在后研磨过程中，支撑晶片保护SOI晶片并促进所述过程。优选地，可在如上文所制备的SOI晶片上形成保护绝缘体层。
如图11(d)中所示，结合有支撑晶片1006后，基底晶片1000被研磨成所需厚度。在研磨过程中，可按照期望调节厚度，例如从50μm到200μm。
如图12和13中所示，在研磨基底晶片1000后，可通过使用图7中所示的夹具对研磨后的剩余基底晶片1000b进行湿式蚀刻来将其去除。在去除剩余基底晶片1000b之后或之前，通过用水溶液或化学试剂溶解所述蜡来去除支撑晶片1006。
参阅图12，使用夹具通过蚀刻基底晶片的整个表面而进行的去除过程如下。
如图12(a)中所示，用夹具来固持SOI晶片的边缘，使得待通过蚀刻而去除的剩余基底晶片1000b的整个表面向上板701的槽702暴露。
如图12(b)中所示，将KOH溶液900供应到剩余基底晶片1000b的暴露表面上，以便通过蚀刻而去除基底晶片。通过将KOH溶液900从暴露表面排出并将HF溶液901供应到暴露表面上，通过蚀刻绝缘体层1001来将其去除(图12(c))。在排出HF溶液901后，可通过去除蜡1005和支撑晶片1006来获得纯的柔性单晶硅膜(图12(d)(e))。可在去除剩余基底晶片1000b之前去除支撑晶片1006。
通过在上文所述的步骤中仅用KOH来蚀刻，可获得包含绝缘体层和单晶硅层的柔性膜。
参阅图13，下文将更详细地阐释使用夹具通过蚀刻基底晶片的一部分而进行的去除过程。如果通过这种根据本发明的方法来制造柔性膜，那么没有必要对晶片的周边进行湿式蚀刻。即，可通过使用夹具而蚀刻晶片的必要部分(其中将槽的通孔的形状改变成所需部分的形状)，且通过切割晶片的未蚀刻的多余周边，来制造所需形状的柔性膜。可在蚀刻过程之前去除蜡1005和支撑晶片1006，以便避免支撑晶片1006的切割过程。另外，在蚀刻过程后，可在切割晶片的多余周边之前去除支撑晶片1006。
在如上文所述将基底晶片1000研磨成所需厚度后，通过用水溶液或化学试剂溶解所述蜡来去除支撑晶片1006。在去除支撑晶片1006后，将夹具定位并按压在晶片的周边部分上，使得基底晶片的待通过蚀刻而去除的一部分暴露(图13(a))。
如图13(b)中所示，将KOH溶液900供应到剩余基底晶片1000b的暴露表面上，以便通过蚀刻而去除基底晶片。通过将KOH溶液从暴露表面排出并将HF溶液供应到暴露表面上，通过蚀刻而去除绝缘体层(见图13(c))。切割未通过蚀刻而去除的基底晶片的周边部分1000c(图13(e))，以便获得纯的柔性单晶硅膜(图13(f))。
同样，通过在上文所述的步骤中仅用KOH来蚀刻，且切割基底晶片的周边部分1000c，可获得包含绝缘体层和单晶硅层的柔性膜。
(实施例5)参看14到16，下文将更详细地阐释根据本发明的柔性单晶膜的制造工艺的另一实施例。除支撑晶片并非接合在SOI晶片上以外，本实施例类似于实施例4。
如图15(a)中所示，提供SOI晶片，其包括基底晶片1200、形成于基底晶片1200上的埋入绝缘体层1201以及形成于埋入绝缘体层1201上的单晶硅层1202。根据应用来调节单晶层的厚度。
在如上文所提供的SOI晶片上形成保护绝缘体层。保护绝缘体层上包含氧化物膜1203(图15(b))和氮化物膜1204(图15(c))，当通过湿式蚀刻而去除基底晶片时，保护绝缘体层保护单晶硅层不受蚀刻。
在将保护绝缘体层形成于SOI晶片上后，将基底晶片1200研磨成所需厚度(图15(d))。由于在本实施例中支撑晶片并未接合在SOI晶片上，所以SOI晶片可能在研磨机的卡盘中断裂。因此，研磨后的剩余基底晶片的厚度应较厚。即，在研磨过程中，可按照期望将厚度调节成大于150μm。
如图16中所示，在研磨基底晶片1200后，可通过使用图7中所示的夹具对剩余基底晶片1200b进行湿式蚀刻来将其去除。
图16绘示通过使用夹具对基底晶片的一部分进行蚀刻的去除过程。如果通过这种根据本发明的方法来制造柔性膜，那么没有必要对晶片的周边进行湿式蚀刻。即，可通过使用夹具而蚀刻晶片的必要部分(其中将槽的通孔的形状改变成所需部分的形状)，且通过切割晶片的未蚀刻的多余周边，来制造所需形状的柔性膜。
如图15(g)中所示，在将基底晶片1200研磨成所需厚度后，将夹具定位并按压在晶片的周边部分上，使得基底晶片的待通过蚀刻来去除的一部分暴露(见图16(a))。
如图16(b)中所示，将KOH溶液900供应到基底晶片的暴露表面上，以便通过蚀刻而去除基底晶片。通过将KOH溶液从暴露表面排出并将HF溶液供应到暴露表面上，通过蚀刻而去除绝缘体层1201(见图16(c)(d))。通过在上文所述的步骤中仅用KOH来蚀刻，可获得包含绝缘体层和单晶硅层的柔性膜。
在去除绝缘体层1201后，通过切割晶片的未通过蚀刻而去除的周边部分来获得包含保护绝缘体层和单晶硅层的晶片(见图16(e)。为了去除保护绝缘体层1203、1204，用夹具将晶片翻转并固持，使得保护绝缘体层1204的整个表面暴露。接着，通过用HF 901对保护绝缘体层1203、1204进行蚀刻来获得纯的柔性单晶硅膜。
用HF溶液去除埋入绝缘体层1201和保护绝缘体层1203、1204可通过将不具有夹具的整个晶片浸在HF溶液中来执行。
尽管本发明描述了通过用夹具固持晶片的周边部分、蚀刻基底晶片的一部分且切割周边部分而去除研磨后的剩余基底晶片的方法，但可通过用夹具固持晶片的边缘以暴露剩余基底晶片的整个表面并对其进行蚀刻而去除研磨后的剩余基底晶片。
(实施例6)参看17和18，下文将更详细地阐释根据本发明的柔性单晶膜的制造工艺。
如图17(a)中所示，制备SOI晶片1406，其包括基底晶片1400、形成于基底晶片上的绝缘体层1401以及形成于绝缘体层上的单晶硅层1402。
通过使用一般半导体制造工艺在如上文所制备的SOI晶片的单晶层上制造各种电子器件(见图17(b))。根据所需目的来制造这些电子器件1404。即，这些电子器件可根据各种晶体管、TFT阵列、逻辑电路等的特征来设计，且通过半导体制造工艺来制造。
在上面制造有各种电子器件的器件层上形成用于器件的保护膜1405(见图17(c))。保护膜1405可为一般钝化膜、有机物绝缘体层等。
通过从上面制造有器件的SOI晶片中去除基底晶片1400来获得柔性膜(见图17(d))。基底晶片的去除可通过根据实施例1到5的方法来执行。
如图18中所示，如上文所制造的柔性膜具有足够的柔性，其中将所需电子器件制造在单晶硅上。在图18(a)绘示的柔性膜中器件制造在纯单晶硅上，而在图18(b)绘示的柔性膜中，器件形成于包含绝缘体层和单晶硅层的柔性膜上，且绝缘体层在处理期间保护单晶硅层和器件。
如至此所述的本发明的柔性单晶膜使具有所需特征的器件能够制造在柔性单晶膜上且允许整体柔性。明确地说，可通过使用单晶片来容易地制造柔性单晶膜。
工业应用性根据本发明，可简单且稳定地制造其中所需的各种电子器件制造在单晶层上的柔性膜。本发明可实现电子器件的所需特征。通过将各种电子器件制造在单晶层上，由单晶层形成用于器件的有源层。通过使用半导体制造工艺，可达到1000cm2/Vsec的非常高的电子迁移率。由此，电子器件拥有优越的特征，且还显著减少泄漏电流。有可能将各种电子器件的尺寸减小到一般半导体器件的程度。由于向硅晶片应用半导体制造工艺，所以还有可能通过稳定高温工艺和具有良好对准精度的半导体光刻和蚀刻工艺，用目前可实行的约30nm的设计规则来设计电路。
由于本发明可使用稳定的单晶沟道器件，所以本发明允许面板上系统(system on panel，SOP)(其中所有驱动电路均嵌入面板中)和嵌入的器件(其中各种存储器、系统IC、处理器、专用半导体电路等根据器件用途而嵌入芯片中)具有柔性。
通过使用适当的薄化方法，有可能制造柔性单晶膜并通过简化柔性单晶膜的制造工艺来改进生产率且降低产品的成本。
尽管用实施例详细描述了本发明，但本发明并非限于此且所属领域的技术人员可在本发明的精神和范围内对本发明作出改变或修改。
权利要求
1.一种柔性膜，其特征在于其包括由单晶片制造的单晶层。
2.一种柔性膜，其特征在于其包括由单晶片制造的柔性单晶层；以及一个或一个以上柔性绝缘体层。
3.一种柔性膜，其特征在于其包括由单晶片制造的柔性单晶层；以及形成于所述单晶层的表面上的器件层。
4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的柔性膜，其特征在于其中所述的单晶层包括硅或化合物半导体。
5.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的柔性膜，其特征在于其中所述的单晶层的厚度在几十纳米到几十微米的范围内。
6.根据权利要求2所述的柔性膜，其特征在于其中所述的一个或一个以上柔性绝缘体层形成于所述单晶层的表面上。
7.根据权利要求3所述的柔性膜，其特征在于其进一步包括在所述单晶层的另一表面上的一个或一个以上柔性绝缘体层。
8.根据权利要求3或7所述的柔性膜，其特征在于其进一步包括在所述器件层上的一个或一个以上保护层。
9.一种用于制造柔性膜的方法，其特征在于其包括以下步骤提供SOI晶片，其包括基底晶片、在所述基底晶片上的一个或一个以上埋入绝缘体层以及在所述一个或一个以上埋入绝缘体层上的单晶层；在所述单晶层上形成一个或一个以上保护绝缘体层；去除所述基底晶片；以及去除所述绝缘体层中的一者或一者以上。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于提供所述SOI晶片的步骤包括以下步骤提供所述基底晶片和接合晶片；在所述基底晶片上形成所述一个或一个以上埋入绝缘体层；将氢离子注入所述接合晶片；接合所述基底晶片与所述接合晶片；分裂所述接合晶片；以及蚀刻所述接合晶片的经分裂的表面以制造所述SOI晶片，其中所述单晶层形成在所述基底晶片的所述埋入绝缘体层上。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于其中所述的在所述的基底晶片上形成所述一个或一个以上埋入绝缘体层的步骤包括以下步骤在所述基底晶片上形成氮化物膜；以及在所述氮化物膜上形成氧化物膜。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于其进一步包括在接合所述基底晶片与所述接合晶片之前清洗所述基底晶片和所述接合晶片的步骤。
13.根据权利要求9到11中任一权利要求所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述基底晶片的步骤包括通过对所述基底晶片进行湿式蚀刻来将其去除的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于其中所述的在对所述基底晶片进行湿式蚀刻的过程中使用氢氧化钾。
15.根据权利要求9-11中任一权利要求所述的方法，其特征在于其中所述的在所述单晶层上形成所述一个或一个以上保护绝缘体层的步骤包括以下步骤在所述单晶层上形成氧化物膜；以及在所述氧化物膜上形成氮化物膜。
16.根据权利要求9-11中任一权利要求所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述绝缘体层中的一者或一者以上的步骤包括通过用氟化氢对所有所述绝缘体层进行湿式蚀刻来将其去除的步骤。
17.根据权利要求9-11中任一权利要求所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述绝缘体中的一者或一者以上的步骤包括通过用氟化氢对所述单晶层上的所述一个或一个以上埋入绝缘体层或者所述一个或一个以上保护绝缘体层进行湿式蚀刻来将其去除的步骤。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述基底晶片的步骤包括通过对所述基底晶片进行湿式蚀刻来将其去除的步骤。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于其中所述的在对所述基底晶片进行湿式蚀刻的过程中使用氢氧化钾。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述绝缘体层中的一者或一者以上的步骤包括通过用氟化氢对所有所述绝缘体层进行湿式蚀刻来将其去除的步骤。
21.根据权利要求9-11中任一权利要求所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述基底晶片的步骤包括以下步骤将所述基底晶片研磨成所需厚度；通过对研磨后的剩余基底晶片进行湿式蚀刻来将其去除。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于其中所述的在对所述基底晶片进行湿式蚀刻的过程中使用氢氧化钾。
23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述基底晶片的步骤进一步包括以下步骤在研磨所述基底晶片之前，将蜡涂施在所述保护绝缘体层上并接合所述SOI晶片与支撑晶片；以及在研磨所述基底晶片之后，去除所述支撑晶片。
24.根据权利要求21所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述绝缘体层中的一者或一者以上的步骤包括通过用氟化氢对所有所述保护和埋入绝缘体层进行湿式蚀刻来将其去除的步骤。
25.根据权利要求21所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述绝缘体中的一者或一者以上的步骤包括通过用氟化氢对所述单晶层上的所述一个或一个以上埋入绝缘体层或所述一个或一个以上保护绝缘体层进行湿式蚀刻来将其去除的步骤。
26.一种用于制造柔性膜的方法，其特征在于其包括以下步骤提供SOI晶片，其包括基底晶片、在所述基底晶片上的一个或一个以上绝缘体层以及在所述一个或一个以上绝缘体层上的单晶层；用夹具固持所述SOI晶片以暴露所述基底晶片的下表面；以及通过蚀刻所述基底晶片来将其去除。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于其中所述的固持所述SOI晶片的步骤包括用所述夹具来固持所述SOI晶片的边缘以暴露所述基底晶片的整个下表面的步骤。
28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于其中所述的固持所述SOI晶片的步骤包括用所述夹具来固持所述SOI晶片的周边部分以暴露所述基底晶片的所述下表面的一部分的步骤。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述基底晶片的步骤包括切割由所述夹具固持的所述周边部分的步骤。
30.根据权利要求26-29中任一权利要求所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述基底晶片的步骤包括对所述基底晶片进行湿式蚀刻的步骤。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于其中所述的在对所述基底晶片进行湿式蚀刻的过程中使用氢氧化钾。
32.根据权利要求30所述的方法，其特征在于其进一步包括通过用氟化氢对所述绝缘体层中的一者或一者以上进行湿式蚀刻来将其去除的步骤。
33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于其中所述的通过用氟化氢对所述绝缘体层中的一者或一者以上进行湿式蚀刻来将其去除的步骤包括将卸下所述夹具后的所述SOI晶片浸在蚀刻溶液中的步骤。
34.一种用于制造柔性膜的方法，其特征在于其包括以下步骤提供SOI晶片，其包括基底晶片、在所述基底晶片上的一个或一个以上埋入绝缘体层以及在所述一个或一个以上埋入绝缘体层上的单晶层；将支撑晶片接合到所述SOI晶片的所述单晶层；以及去除所述基底晶片和所述支撑晶片。
35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述基底晶片的步骤包括将所述基底晶片研磨成预定厚度的步骤、去除所述支撑晶片的步骤、用夹具固持所述SOI晶片以暴露研磨后的剩余基底晶片的下表面的步骤以及通过对所述剩余基底晶片进行湿式蚀刻来将其去除的步骤。
36.根据权利要求34所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述基底晶片的步骤包括将所述基底晶片研磨成预定厚度的步骤、用夹具固持所述SOI晶片以暴露研磨后的剩余基底晶片的下表面的步骤、通过对所述剩余基底晶片进行湿式蚀刻来将其去除的步骤以及去除所述支撑晶片的步骤。
37.一种用于制造柔性膜的方法，其特征在于其包括以下步骤提供SOI晶片，其包括基底晶片、在所述基底晶片上的一个或一个以上埋入绝缘体层以及在所述一个或一个以上埋入绝缘体层上的单晶层；将所述基底晶片研磨成预定厚度；用夹具固持所述SOI晶片以暴露研磨后的剩余基底晶片的下表面；以及通过对所述剩余基底晶片进行湿式蚀刻来将其去除。
38.根据权利要求37所述的方法，其特征在于其进一步包括在研磨所述基底晶片之前在所述单晶层上形成一个或一个以上保护绝缘体层的步骤，其中所述剩余基底晶片的厚度大于150μm。
39.根据权利要求38所述的方法，其特征在于其进一步包括在去除所述基底晶片之后去除所述一个或一个以上埋入绝缘体层和/或所述一个或一个以上保护绝缘体层的步骤。
40.根据权利要求35-39中任一权利要求所述的方法，其特征在于其中所述的用所述夹具来固持所述SOI晶片的步骤包括用所述夹具来固持所述SOI晶片的边缘以暴露所述基底晶片的所述整个下表面的步骤。
41.根据权利要求35-39中任一权利要求所述的方法，其特征在于其中所述的用所述夹具来固持所述SOI晶片的步骤包括用所述夹具来固持所述SOI晶片的周边部分以暴露所述基底晶片的所述下表面的一部分的步骤，且进一步包括在对研磨后的所述基底晶片的所述部分进行湿式蚀刻之后切割由所述夹具固持的所述周边部分的步骤。
42.根据权利要求34-39中任一权利要求所述的方法，其特征在于其进一步包括在去除所述基底晶片之后去除所述一个或一个以上埋入绝缘体层的步骤。
43.根据权利要求34-36中任一权利要求所述的方法，其特征在于其进一步包括在将支撑晶片接合到所述SOI晶片的所述单晶层之前在所述单晶层上形成一个或一个以上保护绝缘体层的步骤。
44.根据权利要求34-36中任一权利要求所述的方法，其特征在于其中所述的将支撑晶片接合到所述SOI晶片的所述单晶层的步骤包括将蜡涂施在所述SOI晶片的所述单晶层上的步骤和将支撑晶片接合到所述SOI晶片的所述单晶层的步骤。
45.根据权利要求43所述的方法，其特征在于其中所述的将所述支撑晶片接合到所述SOI晶片的所述单晶层的步骤包括在研磨所述基底晶片之前将蜡涂施在所述保护绝缘体层上的步骤和接合所述SOI晶片与支撑晶片的步骤；且进一步包括在去除所述基底晶片和所述支撑晶片之后去除所述一个或一个以上埋入绝缘体层和/或所述一个或一个以上保护绝缘体层的步骤。
46.根据权利要求35-39中任一权利要求所述的方法，其特征在于其中所述的在对所述基底晶片进行湿式蚀刻的过程中使用氢氧化钾。
47.一种用于制造柔性膜的方法，其特征在于其包括以下步骤提供SOI晶片，其包括基底晶片、在所述基底晶片上的一个或一个以上绝缘体层以及在所述一个或一个以上绝缘体层上的单晶层；通过在所述单晶层上制造电子器件来形成一个或一个以上器件层；在所述器件层上形成用于所述器件的保护膜；以及去除所述基底晶片。
48.根据权利要求47所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述基底晶片的步骤包括对所述基底晶片进行湿式蚀刻的步骤。
49.根据权利要求47所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述基底晶片的步骤包括以下步骤将所述基底晶片研磨成所需厚度；以及通过对研磨后的剩余基底晶片进行湿式蚀刻来将其去除。
50.根据权利要求47所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述基底晶片的步骤包括以下步骤用夹具固持所述SOI晶片以暴露所述基底晶片的下表面；以及通过对所述基底晶片进行湿式蚀刻来将其去除。
51.根据权利要求47所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述基底晶片的步骤包括以下步骤将所述基底晶片研磨成所需厚度；用夹具固持所述SOI晶片以暴露所述基底晶片的所述下表面；以及通过对所述基底晶片进行湿式蚀刻来将其去除。
52.根据权利要求48-51中任一权利要求所述的方法，其特征在于其中所述的在对所述基底晶片进行湿式蚀刻的过程中使用氢氧化钾。
53.根据权利要求47-51中任一权利要求所述的方法，其特征在于其进一步包括通过用氟化氢对所述一个或一个以上绝缘体层进行湿式蚀刻来将其去除的步骤。
54.根据权利要求47-51中任一权利要求所述的方法，其特征在于其中所述的通过在所述单晶层制造所述电子器件来形成所述器件层的步骤包括使用半导体制造工艺的步骤。
55.一种由根据权利要求9-11、26-29、34-39以及47-51中任一权利要求所述的方法制造的柔性膜。
56.一种在蚀刻晶片的过程中使用的夹具，其特征在于其包括下板；上板，其具有一个或一个以上通孔；以及固定物，其用于将所述下板与上板结合在一起，其中所述晶片定位在所述下板与所述上板之间，所述晶片的待蚀刻的部分通过所述一个或一个以上通孔来暴露，所述晶片与所述一个或一个以上通孔密封，且通过所述一个或一个以上通孔来供应蚀刻溶液。
57.根据权利要求56所述的夹具，其特征在于其中所述的上板具备用于容纳所述蚀刻溶液的槽，且所述槽与所述一个或一个以上通孔形成连通。
58.根据权利要求57所述的夹具，其特征在于其中所述的槽中提供有加热器和温度计。
全文摘要
本发明是有关于一种柔性单晶膜和一种由单晶片制造所述柔性单晶膜的方法。即，通过利用各种晶片薄化技术，本发明可将包括基底晶片、一个或一个以上埋入绝缘体层以及单晶层的绝缘体上硅(silicon－on－insulator，SOI)晶片制造成具有所需厚度的柔性单晶膜。用于制造柔性膜的方法包括以下步骤(i)提供SOI晶片，其包括基底晶片、在所述基底晶片上的一个或一个以上埋入绝缘体层以及在所述一个或一个以上埋入绝缘体层上的单晶层，(ii)在所述单晶层上形成一个或一个以上保护绝缘体层，(iii)去除所述基底晶片，以及(iv)去除所述一者或一者以上的绝缘体层。
文档编号H01L21/762GK1957445SQ200480043169
公开日2007年5月2日 申请日期2004年9月9日 优先权日2004年4月28日
发明者朴钟完, 朴在勤 申请人:汉阳大学校产学协力团