專利名稱：柔性單晶膜及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柔性單晶膜和一種由單晶片制造柔性單晶膜的方法。即，通過利用各種晶片薄化技術(shù)，本發(fā)明可將包括基底晶片、一個或一個以上埋入絕緣體層以及單晶層的絕緣體上硅(silicon-on-insulator，SOI)晶片制造成具有所需厚度的柔性單晶膜。
本發(fā)明還涉及由單晶半導(dǎo)體晶片制造上面制造有各種電子器件的柔性膜。即，一旦在包含基底晶片、埋入絕緣體層和單晶層的SOI晶片上建構(gòu)了具有所需特征的電子器件，本發(fā)明就可通過利用多種晶片薄化技術(shù)來制造具有多種電子器件且具有所需厚度的柔性單晶膜。
背景技術(shù)：
目前，電子設(shè)備在設(shè)計上已經(jīng)徹底改進，從輕重量且緊湊設(shè)計轉(zhuǎn)變成全面且增強的柔性。隨著移動無線因特網(wǎng)和電子商務(wù)交易的發(fā)展，對新的柔性顯示器的要求尤其增加。由此，商業(yè)上可將本發(fā)明應(yīng)用于可折疊無線電話、PDA、柔性電子書、電子報紙和類似物。還可將本發(fā)明應(yīng)用于電子黑板、CAD/CAM的顯示器、電光標(biāo)志和電廣告牌(electric billboard)。
雖然存在對此類柔性電子設(shè)備的需求，但柔性電子設(shè)備的開發(fā)仍受到延滯，主要原因是不存在可穩(wěn)定地從中制造具有所要特征的電子器件的襯底材料。舉例來說，在柔性LCD顯示器的情況下，需要柔性襯底以便穩(wěn)定地制造薄膜晶體管(TFT，thin film transistor)陣列。迄今為止，已存在通過在低溫下將用于制造電子器件的非晶硅或多晶硅形成在柔性透明塑料襯底上，或者通過將在玻璃襯底上制造的多晶硅TFT陣列轉(zhuǎn)移到柔性塑料襯底中的制造TFT陣列的方法，以及通過使用平滑且有機的半導(dǎo)體來制造有機TFT的方法。
然而，在將電子器件制造在玻璃襯底上后使用塑料襯底的電子器件的情況下，可能會由于有機襯底與無機電子器件之間的不同熱膨脹系數(shù)的緣故而發(fā)生變形。事實上，有機半導(dǎo)體可能導(dǎo)致電子器件缺乏所需特征。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是制造一種柔性單晶膜，其使具有所需特征的電子器件能夠被制造并具有足夠柔性，具體地說，通過使用單晶片來解決上文所提及的問題。
本發(fā)明的另一目的是穩(wěn)定地制造柔性膜，其中通過簡單的技術(shù)將各種所需電子器件制造在單晶層上以便實施所需特征。
本發(fā)明的另一目的是通過簡化柔性單晶膜的制造工藝來改進生產(chǎn)率并降低產(chǎn)品的成本。
可通過提供一種包括由單晶片制造的單晶層的柔性膜來實現(xiàn)上述目的。所述柔性膜可包括由單晶片制造的一柔性單晶層以及在所述單晶片的下和/或上表面上的一個或一個以上柔性絕緣體層。
技術(shù)解決方案根據(jù)本發(fā)明的柔性單晶膜可為由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個或一個以上絕緣體層以及在所述一個或一個以上絕緣體層上的單晶層)且通過借助多種薄化技術(shù)去除基底晶片而制造的純的無缺陷的柔性單晶膜，其中當(dāng)通過SOI制造工藝來制造SOI晶片時，根據(jù)本發(fā)明的柔性單晶膜使單晶層的厚度能夠被控制，例如控制在幾十納米到幾十微米的范圍內(nèi)。本發(fā)明的單晶層可為硅的單晶層或化合物半導(dǎo)體(例如砷化鎵)的單晶層。
根據(jù)本發(fā)明的柔性單晶膜包括由單晶片制造的柔性單晶層和形成于單晶層表面上的一個或一個以上器件層，其中各種電子器件制造在柔性單晶層上。
可通過去除SOI晶片的基底晶片來制造根據(jù)本發(fā)明的上面制造各種電子器件的柔性單晶膜。可通過使用一般半導(dǎo)體制造工藝在SOI晶片的單晶層上制造具有所需特征的電子器件來達到此目的。
用于制造柔性膜的方法包括以下步驟(i)提供SOI晶片，其包括基底晶片、在所述基底晶片上的一個或一個以上埋入絕緣體層以及在所述一個或一個以上埋入絕緣體層上的單晶層，(ii)在所述單晶層上形成一個或一個以上保護絕緣體層，(iii)去除所述基底晶片，以及(iv)去除所述絕緣體層中的一者或一者以上。去除基底晶片的步驟可包括通過用KOH來濕式蝕刻整個基底晶片而將其去除的步驟。可通過將基底晶片研磨成所需厚度來去除基底晶片，且可通過用KOH來對研磨后的剩余基底晶片進行濕式蝕刻以將其去除。另外，在單晶層上形成一個或一個以上保護絕緣體層的步驟可包括在單晶層上形成氧化物膜的步驟和在氧化物膜上形成氮化物膜的步驟。去除一個或一個以上絕緣體層的步驟可包括通過用HF來對所有絕緣體層進行濕式蝕刻而去除所有絕緣體層的步驟。
根據(jù)本發(fā)明用于通過使用夾具來制造柔性膜的方法包括以下步驟(i)提供SOI晶片，其包括基底晶片、在所述基底晶片上的一個或一個以上埋入絕緣體層以及在所述一個或一個以上埋入絕緣體層上的單晶層，(ii)用夾具來固持SOI晶片以暴露基底晶片的下表面，以及(iii)通過蝕刻基底晶片來將其去除。當(dāng)用夾具來固持SOI晶片(具體說是固持其邊緣)時，會暴露并蝕刻基底晶片的整個下表面?？稍谟脢A具固持SOI晶片的周邊部分以便暴露基底晶片的下表面的一部分后蝕刻基底晶片?？赏ㄟ^切割由夾具固持的外圍部分來去除基底晶片?？赏ㄟ^用KOH來濕式蝕刻基底晶片而將其去除，且可通過用HF來濕式蝕刻而去除絕緣體層中的一者或一者以上。
根據(jù)本發(fā)明用于通過研磨并使用夾具來制造柔性膜的方法包括以下步驟(i)提供SOI晶片，其包括基底晶片、在所述基底晶片上的一個或一個以上埋入絕緣體層以及在所述一個或一個以上埋入絕緣體層上的單晶層；(ii)將支撐晶片接合到SOI晶片的單晶層；以及(iii)去除基底晶片和支撐晶片?？赏ㄟ^研磨并蝕刻基底晶片來將其去除?？稍趯⒅尉雍系剿鯯OI晶片的所述單晶層之前，在單晶層上形成一個或一個以上保護絕緣體層。同樣，根據(jù)本發(fā)明用于通過研磨并使用夾具來制造柔性膜的方法包括以下步驟(i)提供SOI晶片，其包括基底晶片、在所述基底晶片上的一個或一個以上埋入絕緣體層以及在所述一個或一個以上埋入絕緣體層上的單晶層；(ii)將基底晶片研磨成預(yù)定厚度；(iii)用夾具來固持SOI晶片以暴露研磨后的剩余基底晶片的下表面；(iv)以及通過濕式蝕刻剩余基底晶片來將其去除?？稍谘心セ拙?，在單晶層上形成一個或一個以上保護絕緣體層?？稍谌コ拙笕コ粋€或一個以上埋入絕緣體層和/或一個或一個以上保護絕緣體層。
根據(jù)本發(fā)明用于制造上面制造有電子器件的柔性膜的方法包括以下步驟(i)提供SOI晶片，其包括基底晶片、在基底晶片上的一個或一個以上埋入絕緣體層以及在一個或一個以上埋入絕緣體層上的單晶層，(ii)通過在單晶層上制造電子器件來形成一個或一個以上電器層，(iii)在器件層上形成用于器件的保護層，以及(iv)去除基底晶片?？赏ㄟ^上述各種方法來去除基底晶片。
本發(fā)明中所使用的SOI晶片可在商業(yè)上購得，或可通過各種方法由SOI晶片制造。提供SOI晶片的步驟可包括以下步驟(i)提供基底晶片和接合晶片，(ii)在基底晶片上形成一個或一個以上埋入絕緣體層，(iii)將氫離子注入接合晶片中，(iv)將基底晶片與接合晶片接合，(v)分裂接合晶片，以及(vi)蝕刻接合晶片的經(jīng)分裂的表面以制造SOI晶片，其中在基底晶片的埋入絕緣體層上形成單晶層?？赏ㄟ^控制分裂和蝕刻接合晶片的經(jīng)分裂的表面的深度來控制單晶層的厚度。對于制造經(jīng)接合的SOI晶片的方法，請查閱序列號為US10/391,297的美國專利申請案。
在蝕刻晶片的過程中所使用的夾具包括下板；具有一個或一個以上通孔的上板；以及用于將下板與上板結(jié)合在一起的固定物，其中將晶片定位在下板與上板之間，晶片的待蝕刻的部分通過一個或一個通孔來暴露，晶片與一個或一個以上通孔密封，且通過一個或一個以上通孔來供應(yīng)蝕刻溶液。上板具備用于容納蝕刻溶液的槽，且所述槽與一個或一個以上通孔形成連通。在槽中提供加熱器和溫度計。


圖1是繪示根據(jù)本發(fā)明實施例1的用于制造柔性膜的流程圖。
圖2是繪示根據(jù)本發(fā)明實施例1的柔性膜的制造工藝的圖。
圖3是繪示根據(jù)本發(fā)明實施例1所制造的柔性膜的圖。
圖4是繪示說明測量根據(jù)本發(fā)明所制造的柔性膜的柔性的方法的圖。
圖5是繪示根據(jù)本發(fā)明實施例2的用于制造柔性膜的流程圖。
圖6是繪示根據(jù)本發(fā)明實施例2的柔性膜的制造工藝的圖。
圖7是繪示本發(fā)明中所使用的夾具的透視圖。
圖8是繪示說明根據(jù)本發(fā)明實施例3的通過蝕刻基底晶片的整個表面來制造柔性膜的工藝的圖。
圖9是繪示說明根據(jù)本發(fā)明實施例3的通過蝕刻基底晶片的表面的一部分來制造柔性膜的工藝的圖。
圖10是繪示根據(jù)本發(fā)明實施例4的用于制造柔性膜的流程圖。
圖11是到13繪示根據(jù)本發(fā)明實施例4的柔性膜的制造工藝的圖。
圖14是繪示根據(jù)本發(fā)明實施例5的用于制造柔性膜的流程圖。
圖15和16是繪示根據(jù)本發(fā)明實施例5的柔性膜的制造工藝的圖。
圖17是繪示根據(jù)本發(fā)明實施例6的柔性膜的制造工藝的圖。
圖18是繪示根據(jù)本發(fā)明實施例6所制造的柔性膜的圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將詳細闡釋根據(jù)本發(fā)明的用于由單晶制造柔性膜的工藝。
(實施例1)參閱圖1和2，根據(jù)本發(fā)明的柔性單晶膜的制造工藝如下。
將基底晶片100和接合晶片200提供為裸硅晶片(bare siliconwafer)。如圖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的埋入絕緣體層。氧化硅膜102形成于氮化硅膜101上?？赏ㄟ^使用化學(xué)氣相沉積來形成氧化硅膜102。如圖2(b)中所示，通過將雜質(zhì)離子注入接合晶片200的表面的預(yù)定深度中，在接合晶片200中形成雜質(zhì)離子注入部分201。此時，通過低電壓離子注入法將例如氫離子的雜質(zhì)注入晶片表面中，使得形成于接合晶片表面附近的注入的氫離子的射程距離(Projection range distance，Rp)例如在100nm到1000nm的范圍中。
清洗基底晶片100(其上如上文所述形成有埋入絕緣體層)和接合晶片200(氫離子注入其表面中)，且接著如圖2(c)中所示將這些晶片100、200彼此接合。此時，在親水條件下清洗晶片100、200以便改進接合力。如圖2(c)中所示，晶片100、200在清洗后立即垂直接合。為了垂直接合，基底晶片100與接合晶片200放置在彼此前面并在一端處相連。如圖2(d)中所示，將兩個晶片制造成一個晶片重疊另一晶片。
如上文所述，通過在低溫下對經(jīng)接合的晶片進行熱處理，如圖2(e)中所示分裂接合晶片的雜質(zhì)離子注入部分。通過借助蝕刻、化學(xué)機械拋光(chemical mechanical polishing，CMP)等(見圖2(f))將經(jīng)分裂的表面處理成所需厚度來制造單晶硅層202?？筛鶕?jù)需要來控制單晶硅層的厚度。
如圖2(g)中所示，如上文所述，將保護絕緣體層300、301形成于制造在基底晶片100上的單晶層202上。保護絕緣體層上包含氧化物膜300和氮化物膜301，當(dāng)通過濕式蝕刻來去除基底晶片時，保護絕緣體層保護單晶硅層不受蝕刻。
在將保護絕緣體層300、301形成于單晶硅層上后，通過用氫氧化鉀(KOH)溶液來對基底晶片100進行濕式蝕刻而將其去除?？赏ㄟ^控制蝕刻溫度、蝕刻溶液的濃度等來調(diào)節(jié)蝕刻條件。
一旦如上文所述去除了基底晶片，如圖2(h)中所示，絕緣體層就留在單晶硅層的上和下表面上，使得單晶層和絕緣體層變薄且具有柔性。如圖2(j)中所示，通過借助用氟化氫(HF)溶液對膜進行濕式蝕刻來去除所有埋入和保護絕緣體層而單獨留下單晶硅層。還通過蝕刻并去除單晶硅層上的埋入絕緣體層或保護絕緣體層來獲得柔性膜，其包含埋入或保護絕緣體層和單晶硅層。
由于有可能將柔性膜的厚度控制在幾十納米到幾十微米的范圍內(nèi)，如圖3(a)中的具有極好柔性和透明特性的純單晶硅膜202和圖3(b)中的包含埋入絕緣體層102和單晶層202的柔性膜203適用于多種領(lǐng)域。同樣，柔性膜203的埋入絕緣體層102在處理期間保護單晶硅層202。
可計算單晶硅膜的理論柔性、當(dāng)單晶硅膜彎曲時會在其處斷裂的曲率半徑。如圖4(a)中所示，當(dāng)將厚度為d的硅晶片彎曲到曲率半徑R時的應(yīng)力可如下計算σ＝(d/2R)E(＜σy且＜σf)其中，σ為應(yīng)力，d為厚度，R為曲率半徑，E為楊氏模量(Young′smodulus)，σy為屈服應(yīng)力，且σf為斷裂應(yīng)力。
一般來說，E為190GPa，σy為6.9GPa且σf為2.8GPa。因此，厚度為例如5μμm的單晶硅膜的理論斷裂曲率半徑估計為0.17mm。實際證實根據(jù)本發(fā)明的厚度為5μm的硅膜可至少以小于3mm的曲率半徑彎曲而不發(fā)生斷裂(見圖4(b))。因此，應(yīng)注意，根據(jù)本發(fā)明的柔性單晶硅膜可擁有所需柔性。根據(jù)本發(fā)明以下實施例的柔性單晶膜也滿足相同結(jié)果。
(實施例2)參閱圖5和6，根據(jù)本發(fā)明的通過研磨來制造柔性單晶膜的工藝如下。
如圖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上的埋入絕緣體層601以及形成于埋入絕緣體層601上的單晶硅層602?？赏ㄟ^接合由SOI晶片或由注氧隔離(separation by implantedoxygen，SIMOX)晶片制造SOI晶片，或可從商業(yè)上購得SOI晶片。使用厚絕緣體層。根據(jù)應(yīng)用來調(diào)節(jié)單晶層的厚度。
例如氧化物膜603和氮化物膜604的保護絕緣體層形成于如上文所制備的SOI晶片上，在去除基底晶片時，保護絕緣體層保護單晶硅層。形成氧化物膜603，且接著將氮化物膜604形成于氧化物膜603上(圖6(c))。
在將例如蠟605的接合劑涂施在如上文所形成的保護絕緣體層上后(圖6(d))，將支撐晶片606接合在其上(圖6(e))?？蛇x擇可溶于水的蠟。通過垂直或水平接合來接合支撐晶片。在后研磨過程中，支撐晶片保護SOI晶片并促進所述過程。由于SOI晶片隨著被研磨而變薄，其可能在研磨機的卡盤中斷裂。因此，如果研磨接合有支撐晶片的SOI晶片，那么盡管使SOI晶片變薄，但晶片仍安全地固持在卡盤中。
如圖6(f)中所示，在接合了支撐晶片606后，將基底晶片600研磨成所需厚度。在研磨過程中可按照期望調(diào)節(jié)厚度，例如從50μm到200μm。如果研磨后剩余基底晶片的厚度較厚，那么可不使用支撐晶片606。
在研磨基底晶片600后，通過用水溶液或化學(xué)試劑溶解所述蠟來去除支撐晶片606(圖6(g))。
在去除支撐晶片606后，通過用KOH溶液對研磨后的剩余基底晶片600a進行濕式蝕刻來將其去除(圖6(h))。
如圖6(h)中所示，在去除基底晶片后，絕緣體層604、603、601留在單晶硅層602的上和下表面上，單晶層和絕緣體層的厚度變得足夠薄，以便可獲得所需柔性。如圖6(i)中所示，通過借助用HF溶液對膜進行濕式蝕刻來去除單晶硅層的上和下表面上的所有絕緣體層，借此來獲得純?nèi)嵝詥尉?。同樣，如果通過蝕刻來去除單晶硅層上的埋入絕緣體層或保護絕緣體層，就會獲得包含絕緣體層和單晶硅層的柔性膜。
如果通過這種根據(jù)本發(fā)明的方法來制造柔性膜，那么可顯著減少蝕刻時間。由于基底晶片被研磨成所需厚度，所以需要蝕刻平整度。同樣，根據(jù)本發(fā)明，可通過使用薄化方法來從商業(yè)上可購得的SOI晶片容易地制造柔性單晶膜。
(實施例3)參閱圖8和9，下文陳述根據(jù)本發(fā)明使用夾具來制造柔性單晶膜的工藝。
首先，將闡釋本發(fā)明中所使用的夾具。如圖7中所示，夾具包括下板700和上板701，其中晶片706安裝在二者之間。這些板700、701由對化學(xué)試劑穩(wěn)定的材料(例如聚四氟乙烯)制成。上板701具備用于在上板與下板結(jié)合在一起時容納化學(xué)溶液的槽702。槽702的底部包含通孔，晶片的待蝕刻的部分通過通孔來暴露。晶片與通孔密封。可將槽702的通孔制造成管狀或其它各種形狀，例如矩形和圓柱形。提供固定物703以用于將下板與上板結(jié)合在一起。
通過使用這樣的夾具，可通過濕式蝕刻來去除晶片的單側(cè)。晶片706位于下板700上，其中待通過蝕刻而去除的晶片表面面向上板701。在下板與上板彼此結(jié)合并固定后，通過將蝕刻溶液供應(yīng)到槽702中而去除晶片表面。根據(jù)蝕刻條件，可在槽702中提供涂施有聚四氟乙烯的加熱器704和溫度計705以控制蝕刻溫度。
參閱圖8，使用夾具通過蝕刻基底晶片的整個表面的去除過程如下。
制備SOI晶片，其包括基底晶片800、形成于基底晶片上的絕緣體層801以及形成于絕緣體層上的單晶硅層802，其中待通過蝕刻而去除的SOI晶片的表面面朝上。如圖8(b)中所示，用夾具來固持SOI晶片的邊緣，使得待通過蝕刻而去除的基底晶片的整個表面向上板的槽暴露。
如圖8(c)中所示，將KOH溶液900供應(yīng)到基底晶片的暴露表面上，從而通過蝕刻而去除基底晶片。通過將KOH溶液900從暴露表面排出并將HF溶液901供應(yīng)到暴露表面上，可通過蝕刻而去除絕緣體層801，以便獲得純的柔性單晶硅膜(圖8(e))。用HF溶液來去除絕緣體層可通過將不具有夾具的整個SOI晶片浸在HF溶液中來執(zhí)行。
通過在上文所述的步驟中僅用KOH溶液來蝕刻，可獲得包含絕緣體層和單晶硅層的柔性膜。
參閱圖9，下文將更詳細地闡釋使用夾具通過蝕刻基底晶片的一部分的去除過程。
如圖9(a)中所示，制備SOI晶片，其包括基底晶片800、形成于基底晶片800上的絕緣體層801以及形成于絕緣體層上的單晶硅層802。將夾具定位并按壓在SOI晶片的后側(cè)的周邊部分上，使得待通過蝕刻而去除的表面的一部分暴露(見圖9(b))。
如圖9(c)中所示，將KOH溶液900供應(yīng)到基底晶片的暴露表面上，以便通過蝕刻而去除基底晶片。通過將KOH溶液從暴露表面排出并將HF溶液供應(yīng)到暴露表面上，通過蝕刻而去除絕緣體層(見圖9(d-1))。即，通過蝕刻去除基底晶片的暴露表面，且絕緣體層起蝕刻保護層的作用。用HF溶液去除絕緣體層可通過將不具有夾具的整個SOI晶片浸在HF溶液中來執(zhí)行(見圖9(d-2))。
通過切割未通過蝕刻去除的基底晶片的周邊部分來獲得純的柔性單晶硅膜(圖9(e))。
同樣，通過在上文所述的步驟中僅用KOH溶液來蝕刻并切割基底晶片的周邊部分，可獲得包含絕緣體層和單晶硅層的柔性膜。
可通過使用夾具而僅蝕刻并去除晶片的一個表面來容易地制造柔性單晶膜。即，可通過使用夾具蝕刻基底晶片而無附加處理來減少處理步驟。還可容易地去除晶片的多余周邊?？赏ㄟ^改變上板的槽的形狀來制造所需形狀的柔性膜。即，通過蝕刻圓形晶片且通過切割周邊部分可獲得矩形的柔性單晶膜，其中圓形晶片的周邊部分用具有用于容納化學(xué)試劑的矩形柱狀槽的夾具固持。
(實施例4)參閱圖10到13，下文陳述根據(jù)本發(fā)明通過研磨且使用夾具來制造柔性單晶膜的工藝。
如圖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上的埋入絕緣體層1001以及形成于埋入絕緣體層1001上的單晶硅層1002。根據(jù)應(yīng)用來調(diào)節(jié)單晶層的厚度。
在結(jié)合后，將蠟1005涂施在如上文所提供的SOI晶片上(圖11(b))，將支撐晶片1006接合在其上(圖11(c))?？蛇x擇可溶于水的蠟。通過垂直或水平接合來接合支撐晶片1006。在后研磨過程中，支撐晶片保護SOI晶片并促進所述過程。優(yōu)選地，可在如上文所制備的SOI晶片上形成保護絕緣體層。
如圖11(d)中所示，結(jié)合有支撐晶片1006后，基底晶片1000被研磨成所需厚度。在研磨過程中，可按照期望調(diào)節(jié)厚度，例如從50μm到200μm。
如圖12和13中所示，在研磨基底晶片1000后，可通過使用圖7中所示的夾具對研磨后的剩余基底晶片1000b進行濕式蝕刻來將其去除。在去除剩余基底晶片1000b之后或之前，通過用水溶液或化學(xué)試劑溶解所述蠟來去除支撐晶片1006。
參閱圖12，使用夾具通過蝕刻基底晶片的整個表面而進行的去除過程如下。
如圖12(a)中所示，用夾具來固持SOI晶片的邊緣，使得待通過蝕刻而去除的剩余基底晶片1000b的整個表面向上板701的槽702暴露。
如圖12(b)中所示，將KOH溶液900供應(yīng)到剩余基底晶片1000b的暴露表面上，以便通過蝕刻而去除基底晶片。通過將KOH溶液900從暴露表面排出并將HF溶液901供應(yīng)到暴露表面上，通過蝕刻絕緣體層1001來將其去除(圖12(c))。在排出HF溶液901后，可通過去除蠟1005和支撐晶片1006來獲得純的柔性單晶硅膜(圖12(d)(e))?？稍谌コＳ嗷拙?000b之前去除支撐晶片1006。
通過在上文所述的步驟中僅用KOH來蝕刻，可獲得包含絕緣體層和單晶硅層的柔性膜。
參閱圖13，下文將更詳細地闡釋使用夾具通過蝕刻基底晶片的一部分而進行的去除過程。如果通過這種根據(jù)本發(fā)明的方法來制造柔性膜，那么沒有必要對晶片的周邊進行濕式蝕刻。即，可通過使用夾具而蝕刻晶片的必要部分(其中將槽的通孔的形狀改變成所需部分的形狀)，且通過切割晶片的未蝕刻的多余周邊，來制造所需形狀的柔性膜?？稍谖g刻過程之前去除蠟1005和支撐晶片1006，以便避免支撐晶片1006的切割過程。另外，在蝕刻過程后，可在切割晶片的多余周邊之前去除支撐晶片1006。
在如上文所述將基底晶片1000研磨成所需厚度后，通過用水溶液或化學(xué)試劑溶解所述蠟來去除支撐晶片1006。在去除支撐晶片1006后，將夾具定位并按壓在晶片的周邊部分上，使得基底晶片的待通過蝕刻而去除的一部分暴露(圖13(a))。
如圖13(b)中所示，將KOH溶液900供應(yīng)到剩余基底晶片1000b的暴露表面上，以便通過蝕刻而去除基底晶片。通過將KOH溶液從暴露表面排出并將HF溶液供應(yīng)到暴露表面上，通過蝕刻而去除絕緣體層(見圖13(c))。切割未通過蝕刻而去除的基底晶片的周邊部分1000c(圖13(e))，以便獲得純的柔性單晶硅膜(圖13(f))。
同樣，通過在上文所述的步驟中僅用KOH來蝕刻，且切割基底晶片的周邊部分1000c，可獲得包含絕緣體層和單晶硅層的柔性膜。
(實施例5)參看14到16，下文將更詳細地闡釋根據(jù)本發(fā)明的柔性單晶膜的制造工藝的另一實施例。除支撐晶片并非接合在SOI晶片上以外，本實施例類似于實施例4。
如圖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上的埋入絕緣體層1201以及形成于埋入絕緣體層1201上的單晶硅層1202。根據(jù)應(yīng)用來調(diào)節(jié)單晶層的厚度。
在如上文所提供的SOI晶片上形成保護絕緣體層。保護絕緣體層上包含氧化物膜1203(圖15(b))和氮化物膜1204(圖15(c))，當(dāng)通過濕式蝕刻而去除基底晶片時，保護絕緣體層保護單晶硅層不受蝕刻。
在將保護絕緣體層形成于SOI晶片上后，將基底晶片1200研磨成所需厚度(圖15(d))。由于在本實施例中支撐晶片并未接合在SOI晶片上，所以SOI晶片可能在研磨機的卡盤中斷裂。因此，研磨后的剩余基底晶片的厚度應(yīng)較厚。即，在研磨過程中，可按照期望將厚度調(diào)節(jié)成大于150μm。
如圖16中所示，在研磨基底晶片1200后，可通過使用圖7中所示的夾具對剩余基底晶片1200b進行濕式蝕刻來將其去除。
圖16繪示通過使用夾具對基底晶片的一部分進行蝕刻的去除過程。如果通過這種根據(jù)本發(fā)明的方法來制造柔性膜，那么沒有必要對晶片的周邊進行濕式蝕刻。即，可通過使用夾具而蝕刻晶片的必要部分(其中將槽的通孔的形狀改變成所需部分的形狀)，且通過切割晶片的未蝕刻的多余周邊，來制造所需形狀的柔性膜。
如圖15(g)中所示，在將基底晶片1200研磨成所需厚度后，將夾具定位并按壓在晶片的周邊部分上，使得基底晶片的待通過蝕刻來去除的一部分暴露(見圖16(a))。
如圖16(b)中所示，將KOH溶液900供應(yīng)到基底晶片的暴露表面上，以便通過蝕刻而去除基底晶片。通過將KOH溶液從暴露表面排出并將HF溶液供應(yīng)到暴露表面上，通過蝕刻而去除絕緣體層1201(見圖16(c)(d))。通過在上文所述的步驟中僅用KOH來蝕刻，可獲得包含絕緣體層和單晶硅層的柔性膜。
在去除絕緣體層1201后，通過切割晶片的未通過蝕刻而去除的周邊部分來獲得包含保護絕緣體層和單晶硅層的晶片(見圖16(e)。為了去除保護絕緣體層1203、1204，用夾具將晶片翻轉(zhuǎn)并固持，使得保護絕緣體層1204的整個表面暴露。接著，通過用HF 901對保護絕緣體層1203、1204進行蝕刻來獲得純的柔性單晶硅膜。
用HF溶液去除埋入絕緣體層1201和保護絕緣體層1203、1204可通過將不具有夾具的整個晶片浸在HF溶液中來執(zhí)行。
盡管本發(fā)明描述了通過用夾具固持晶片的周邊部分、蝕刻基底晶片的一部分且切割周邊部分而去除研磨后的剩余基底晶片的方法，但可通過用夾具固持晶片的邊緣以暴露剩余基底晶片的整個表面并對其進行蝕刻而去除研磨后的剩余基底晶片。
(實施例6)參看17和18，下文將更詳細地闡釋根據(jù)本發(fā)明的柔性單晶膜的制造工藝。
如圖17(a)中所示，制備SOI晶片1406，其包括基底晶片1400、形成于基底晶片上的絕緣體層1401以及形成于絕緣體層上的單晶硅層1402。
通過使用一般半導(dǎo)體制造工藝在如上文所制備的SOI晶片的單晶層上制造各種電子器件(見圖17(b))。根據(jù)所需目的來制造這些電子器件1404。即，這些電子器件可根據(jù)各種晶體管、TFT陣列、邏輯電路等的特征來設(shè)計，且通過半導(dǎo)體制造工藝來制造。
在上面制造有各種電子器件的器件層上形成用于器件的保護膜1405(見圖17(c))。保護膜1405可為一般鈍化膜、有機物絕緣體層等。
通過從上面制造有器件的SOI晶片中去除基底晶片1400來獲得柔性膜(見圖17(d))?；拙娜コ赏ㄟ^根據(jù)實施例1到5的方法來執(zhí)行。
如圖18中所示，如上文所制造的柔性膜具有足夠的柔性，其中將所需電子器件制造在單晶硅上。在圖18(a)繪示的柔性膜中器件制造在純單晶硅上，而在圖18(b)繪示的柔性膜中，器件形成于包含絕緣體層和單晶硅層的柔性膜上，且絕緣體層在處理期間保護單晶硅層和器件。
如至此所述的本發(fā)明的柔性單晶膜使具有所需特征的器件能夠制造在柔性單晶膜上且允許整體柔性。明確地說，可通過使用單晶片來容易地制造柔性單晶膜。
工業(yè)應(yīng)用性根據(jù)本發(fā)明，可簡單且穩(wěn)定地制造其中所需的各種電子器件制造在單晶層上的柔性膜。本發(fā)明可實現(xiàn)電子器件的所需特征。通過將各種電子器件制造在單晶層上，由單晶層形成用于器件的有源層。通過使用半導(dǎo)體制造工藝，可達到1000cm2/Vsec的非常高的電子遷移率。由此，電子器件擁有優(yōu)越的特征，且還顯著減少泄漏電流。有可能將各種電子器件的尺寸減小到一般半導(dǎo)體器件的程度。由于向硅晶片應(yīng)用半導(dǎo)體制造工藝，所以還有可能通過穩(wěn)定高溫工藝和具有良好對準精度的半導(dǎo)體光刻和蝕刻工藝，用目前可實行的約30nm的設(shè)計規(guī)則來設(shè)計電路。
由于本發(fā)明可使用穩(wěn)定的單晶溝道器件，所以本發(fā)明允許面板上系統(tǒng)(system on panel，SOP)(其中所有驅(qū)動電路均嵌入面板中)和嵌入的器件(其中各種存儲器、系統(tǒng)IC、處理器、專用半導(dǎo)體電路等根據(jù)器件用途而嵌入芯片中)具有柔性。
通過使用適當(dāng)?shù)谋』椒?，有可能制造柔性單晶膜并通過簡化柔性單晶膜的制造工藝來改進生產(chǎn)率且降低產(chǎn)品的成本。
盡管用實施例詳細描述了本發(fā)明，但本發(fā)明并非限于此且所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)對本發(fā)明作出改變或修改。
權(quán)利要求
1.一種柔性膜，其特征在于其包括由單晶片制造的單晶層。
2.一種柔性膜，其特征在于其包括由單晶片制造的柔性單晶層；以及一個或一個以上柔性絕緣體層。
3.一種柔性膜，其特征在于其包括由單晶片制造的柔性單晶層；以及形成于所述單晶層的表面上的器件層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的柔性膜，其特征在于其中所述的單晶層包括硅或化合物半導(dǎo)體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的柔性膜，其特征在于其中所述的單晶層的厚度在幾十納米到幾十微米的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性膜，其特征在于其中所述的一個或一個以上柔性絕緣體層形成于所述單晶層的表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柔性膜，其特征在于其進一步包括在所述單晶層的另一表面上的一個或一個以上柔性絕緣體層。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或7所述的柔性膜，其特征在于其進一步包括在所述器件層上的一個或一個以上保護層。
9.一種用于制造柔性膜的方法，其特征在于其包括以下步驟提供SOI晶片，其包括基底晶片、在所述基底晶片上的一個或一個以上埋入絕緣體層以及在所述一個或一個以上埋入絕緣體層上的單晶層；在所述單晶層上形成一個或一個以上保護絕緣體層；去除所述基底晶片；以及去除所述絕緣體層中的一者或一者以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于提供所述SOI晶片的步驟包括以下步驟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個或一個以上埋入絕緣體層；將氫離子注入所述接合晶片；接合所述基底晶片與所述接合晶片；分裂所述接合晶片；以及蝕刻所述接合晶片的經(jīng)分裂的表面以制造所述SOI晶片，其中所述單晶層形成在所述基底晶片的所述埋入絕緣體層上。
11.根據(jù)權(quán)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個或一個以上埋入絕緣體層的步驟包括以下步驟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.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于其進一步包括在接合所述基底晶片與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驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求9到11中任一權(quán)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驟包括通過對所述基底晶片進行濕式蝕刻來將其去除的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于其中所述的在對所述基底晶片進行濕式蝕刻的過程中使用氫氧化鉀。
15.根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于其中所述的在所述單晶層上形成所述一個或一個以上保護絕緣體層的步驟包括以下步驟在所述單晶層上形成氧化物膜；以及在所述氧化物膜上形成氮化物膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述絕緣體層中的一者或一者以上的步驟包括通過用氟化氫對所有所述絕緣體層進行濕式蝕刻來將其去除的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述絕緣體中的一者或一者以上的步驟包括通過用氟化氫對所述單晶層上的所述一個或一個以上埋入絕緣體層或者所述一個或一個以上保護絕緣體層進行濕式蝕刻來將其去除的步驟。
18.根據(jù)權(quán)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驟包括通過對所述基底晶片進行濕式蝕刻來將其去除的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于其中所述的在對所述基底晶片進行濕式蝕刻的過程中使用氫氧化鉀。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述絕緣體層中的一者或一者以上的步驟包括通過用氟化氫對所有所述絕緣體層進行濕式蝕刻來將其去除的步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一權(quán)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驟包括以下步驟將所述基底晶片研磨成所需厚度；通過對研磨后的剩余基底晶片進行濕式蝕刻來將其去除。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于其中所述的在對所述基底晶片進行濕式蝕刻的過程中使用氫氧化鉀。
23.根據(jù)權(quán)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驟進一步包括以下步驟在研磨所述基底晶片之前，將蠟涂施在所述保護絕緣體層上并接合所述SOI晶片與支撐晶片；以及在研磨所述基底晶片之后，去除所述支撐晶片。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述絕緣體層中的一者或一者以上的步驟包括通過用氟化氫對所有所述保護和埋入絕緣體層進行濕式蝕刻來將其去除的步驟。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于其中所述的去除所述絕緣體中的一者或一者以上的步驟包括通過用氟化氫對所述單晶層上的所述一個或一個以上埋入絕緣體層或所述一個或一個以上保護絕緣體層進行濕式蝕刻來將其去除的步驟。
26.一種用于制造柔性膜的方法，其特征在于其包括以下步驟提供SOI晶片，其包括基底晶片、在所述基底晶片上的一個或一個以上絕緣體層以及在所述一個或一個以上絕緣體層上的單晶層；用夾具固持所述SOI晶片以暴露所述基底晶片的下表面；以及通過蝕刻所述基底晶片來將其去除。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于其中所述的固持所述SOI晶片的步驟包括用所述夾具來固持所述SOI晶片的邊緣以暴露所述基底晶片的整個下表面的步驟。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于其中所述的固持所述SOI晶片的步驟包括用所述夾具來固持所述SOI晶片的周邊部分以暴露所述基底晶片的所述下表面的一部分的步驟。
29.根據(jù)權(quán)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驟包括切割由所述夾具固持的所述周邊部分的步驟。
30.根據(jù)權(quán)利要求26-29中任一權(quán)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驟包括對所述基底晶片進行濕式蝕刻的步驟。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于其中所述的在對所述基底晶片進行濕式蝕刻的過程中使用氫氧化鉀。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于其進一步包括通過用氟化氫對所述絕緣體層中的一者或一者以上進行濕式蝕刻來將其去除的步驟。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于其中所述的通過用氟化氫對所述絕緣體層中的一者或一者以上進行濕式蝕刻來將其去除的步驟包括將卸下所述夾具后的所述SOI晶片浸在蝕刻溶液中的步驟。
34.一種用于制造柔性膜的方法，其特征在于其包括以下步驟提供SOI晶片，其包括基底晶片、在所述基底晶片上的一個或一個以上埋入絕緣體層以及在所述一個或一個以上埋入絕緣體層上的單晶層；將支撐晶片接合到所述SOI晶片的所述單晶層；以及去除所述基底晶片和所述支撐晶片。
35.根據(jù)權(quán)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驟包括將所述基底晶片研磨成預(yù)定厚度的步驟、去除所述支撐晶片的步驟、用夾具固持所述SOI晶片以暴露研磨后的剩余基底晶片的下表面的步驟以及通過對所述剩余基底晶片進行濕式蝕刻來將其去除的步驟。
36.根據(jù)權(quán)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驟包括將所述基底晶片研磨成預(yù)定厚度的步驟、用夾具固持所述SOI晶片以暴露研磨后的剩余基底晶片的下表面的步驟、通過對所述剩余基底晶片進行濕式蝕刻來將其去除的步驟以及去除所述支撐晶片的步驟。
37.一種用于制造柔性膜的方法，其特征在于其包括以下步驟提供SOI晶片，其包括基底晶片、在所述基底晶片上的一個或一個以上埋入絕緣體層以及在所述一個或一個以上埋入絕緣體層上的單晶層；將所述基底晶片研磨成預(yù)定厚度；用夾具固持所述SOI晶片以暴露研磨后的剩余基底晶片的下表面；以及通過對所述剩余基底晶片進行濕式蝕刻來將其去除。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于其進一步包括在研磨所述基底晶片之前在所述單晶層上形成一個或一個以上保護絕緣體層的步驟，其中所述剩余基底晶片的厚度大于150μm。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于其進一步包括在去除所述基底晶片之后去除所述一個或一個以上埋入絕緣體層和/或所述一個或一個以上保護絕緣體層的步驟。
40.根據(jù)權(quán)利要求35-39中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于其中所述的用所述夾具來固持所述SOI晶片的步驟包括用所述夾具來固持所述SOI晶片的邊緣以暴露所述基底晶片的所述整個下表面的步驟。
41.根據(jù)權(quán)利要求35-39中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于其中所述的用所述夾具來固持所述SOI晶片的步驟包括用所述夾具來固持所述SOI晶片的周邊部分以暴露所述基底晶片的所述下表面的一部分的步驟，且進一步包括在對研磨后的所述基底晶片的所述部分進行濕式蝕刻之后切割由所述夾具固持的所述周邊部分的步驟。
42.根據(jù)權(quán)利要求34-39中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于其進一步包括在去除所述基底晶片之后去除所述一個或一個以上埋入絕緣體層的步驟。
43.根據(jù)權(quán)利要求34-36中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于其進一步包括在將支撐晶片接合到所述SOI晶片的所述單晶層之前在所述單晶層上形成一個或一個以上保護絕緣體層的步驟。
44.根據(jù)權(quán)利要求34-36中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于其中所述的將支撐晶片接合到所述SOI晶片的所述單晶層的步驟包括將蠟涂施在所述SOI晶片的所述單晶層上的步驟和將支撐晶片接合到所述SOI晶片的所述單晶層的步驟。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于其中所述的將所述支撐晶片接合到所述SOI晶片的所述單晶層的步驟包括在研磨所述基底晶片之前將蠟涂施在所述保護絕緣體層上的步驟和接合所述SOI晶片與支撐晶片的步驟；且進一步包括在去除所述基底晶片和所述支撐晶片之后去除所述一個或一個以上埋入絕緣體層和/或所述一個或一個以上保護絕緣體層的步驟。
46.根據(jù)權(quán)利要求35-39中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于其中所述的在對所述基底晶片進行濕式蝕刻的過程中使用氫氧化鉀。
47.一種用于制造柔性膜的方法，其特征在于其包括以下步驟提供SOI晶片，其包括基底晶片、在所述基底晶片上的一個或一個以上絕緣體層以及在所述一個或一個以上絕緣體層上的單晶層；通過在所述單晶層上制造電子器件來形成一個或一個以上器件層；在所述器件層上形成用于所述器件的保護膜；以及去除所述基底晶片。
48.根據(jù)權(quán)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驟包括對所述基底晶片進行濕式蝕刻的步驟。
49.根據(jù)權(quán)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驟包括以下步驟將所述基底晶片研磨成所需厚度；以及通過對研磨后的剩余基底晶片進行濕式蝕刻來將其去除。
50.根據(jù)權(quán)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驟包括以下步驟用夾具固持所述SOI晶片以暴露所述基底晶片的下表面；以及通過對所述基底晶片進行濕式蝕刻來將其去除。
51.根據(jù)權(quán)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驟包括以下步驟將所述基底晶片研磨成所需厚度；用夾具固持所述SOI晶片以暴露所述基底晶片的所述下表面；以及通過對所述基底晶片進行濕式蝕刻來將其去除。
52.根據(jù)權(quán)利要求48-51中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于其中所述的在對所述基底晶片進行濕式蝕刻的過程中使用氫氧化鉀。
53.根據(jù)權(quán)利要求47-51中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于其進一步包括通過用氟化氫對所述一個或一個以上絕緣體層進行濕式蝕刻來將其去除的步驟。
54.根據(jù)權(quán)利要求47-51中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于其中所述的通過在所述單晶層制造所述電子器件來形成所述器件層的步驟包括使用半導(dǎo)體制造工藝的步驟。
55.一種由根據(jù)權(quán)利要求9-11、26-29、34-39以及47-51中任一權(quán)利要求所述的方法制造的柔性膜。
56.一種在蝕刻晶片的過程中使用的夾具，其特征在于其包括下板；上板，其具有一個或一個以上通孔；以及固定物，其用于將所述下板與上板結(jié)合在一起，其中所述晶片定位在所述下板與所述上板之間，所述晶片的待蝕刻的部分通過所述一個或一個以上通孔來暴露，所述晶片與所述一個或一個以上通孔密封，且通過所述一個或一個以上通孔來供應(yīng)蝕刻溶液。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的夾具，其特征在于其中所述的上板具備用于容納所述蝕刻溶液的槽，且所述槽與所述一個或一個以上通孔形成連通。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的夾具，其特征在于其中所述的槽中提供有加熱器和溫度計。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種柔性單晶膜和一種由單晶片制造所述柔性單晶膜的方法。即，通過利用各種晶片薄化技術(shù)，本發(fā)明可將包括基底晶片、一個或一個以上埋入絕緣體層以及單晶層的絕緣體上硅(silicon－on－insulator，SOI)晶片制造成具有所需厚度的柔性單晶膜。用于制造柔性膜的方法包括以下步驟(i)提供SOI晶片，其包括基底晶片、在所述基底晶片上的一個或一個以上埋入絕緣體層以及在所述一個或一個以上埋入絕緣體層上的單晶層，(ii)在所述單晶層上形成一個或一個以上保護絕緣體層，(iii)去除所述基底晶片，以及(iv)去除所述一者或一者以上的絕緣體層。
文檔編號H01L21/762GK1957445SQ200480043169
公開日2007年5月2日 申請日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月28日
發(fā)明者樸鐘完, 樸在勤 申請人:漢陽大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團