KR20040093949A - 가요성 단결정 필름 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 단결정 웨이퍼로부터 제조된 단결정 가요성 필름 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.  즉, 베이스 웨이퍼, 매몰 절연막 및 단결정층으로 구성된 SOI 웨이퍼를 여러 가지 웨이퍼 박형화 기술로 박형화하여 원하는 두께의 단결정 가요성 필름으로 제조한다.  본 발명은 베이스 웨이퍼 위에 매몰 절연막 및 단결정층이 형성된 SOI 웨이퍼를 준비하는 단계, 단결정층 위에 보호 절연막을 형성하는 단계, 베이스 웨이퍼를 제거하여 가요성 필름으로 제조하는 단계, 절연막을 제거하는 단계를 포함한다.

Description

가요성 단결정 필름 및 그 제조 방법 {FLEXIBLE FILM WITH SINGLE CRYSTAL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 반도체 단결정 웨이퍼로부터 가요성을 갖는 재료를 제조하는 단결정 가요성 필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다.  즉, 본 발명은 베이스 웨이퍼, 절연막 및 단결정층으로 구성된 SOI 웨이퍼를 여러 가지 웨이퍼 박형화 기술(thinning)로 박형화하여 원하는 두께의 단결정 가요성 필름으로 제조한다. 
또한 본 발명은 반도체 단결정 웨이퍼로부터 각종 전자 소자가 형성된 가요성 필름을 제조하는 것에 관한 것이다.  즉, 본 발명은 베이스 웨이퍼, 절연막 및 단결정층으로 구성된 SOI 웨이퍼 위에 원하는 특성의 각종 소자를 형성한 후, 여러 가지 웨이퍼 박형화 기술로 웨이퍼를 박형화하여 원하는 전자 소자가 형성된 원하는 두께의 단결정 가요성 필름으로 제조한다. 
현재 각종 전자 장치는 경량화 및 소형화를 넘어서 가요성을 갖는 장치로 개발되고 있다.  특히 디스플레이 분야를 예로 들면 무선 인터넷/전자 상거래의 성장과 함께 새로운 개념의 가요성 디스플레이에 대한 요구가 커지고 있다.  구체적인 상품의 형태로는 절첩형 휴대폰, PDA 등을 포함하여, 가요성 전자 도서, 전자 신문 등이 예상되며 전자 칠판과 같은 교육/업무용 및 CAD/CAM 화면 등 장시간 작업을 하는 산업용 디스플레이, 네트워크식 매장 전광판, 광고판 등 그 활용 범위가 실로 방대하다. 
그러나 이러한 가요성을 갖는 전자 장치의 필요성에도 불구하고 개발이 지연되고 있는 가장 큰 이유 중의 하나는 원하는 특성의 전자 소자가 안정적으로 제조될 수 있는 기판 재료가 없다는 점이다.  예를 들어 가요성 LCD 디스플레이를 제작하는 경우, TFT(thin film transistor) 어레이를 안정적으로 제조할 수 있는 가요성기판이 필요하게 된다.  종래기술로는 가요성 플라스틱 투명 기판에 저온에서 소자 형성을 위한 비정질 실리콘이나 폴리 실리콘을 형성하고 이로부터 저온 공정을 이용하여 TFT 어레이를 제조하거나, 유리 기판 위에 폴리 실리콘 TFT 어레이를 제조하고 이를 가요성 플라스틱 기판에 전이하거나, 부드러운 유기물 반도체를 이용하여 유기물 TFT를 제조하는 방법 등이 있다. 
그러나 플라스틱 기판을 이용하여 소자를 제조하거나, 유리 기판에 소자를 제조한 후 플라스틱 기판으로 제조하는 경우는 유기물인 기판과 무기물인 소자가 형성된 층 사이에 열팽창계수 차이에 따라 변형이 일어나는 문제점이 있고, 유기물 반도체를 이용하는 경우는 원하는 소자 특성을 얻을 수 없는 문제점이 있다. 
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하고, 원하는 특성의 소자를 용이하게 제조할 수 있으면서 가요성을 확보할 수 있는 단결정 가요성 필름을 제조하는 데 있다.  특히, 본 발명의 목적은 단결정 웨이퍼를 이용하여 단결정 가요성 필름을 용이하게 제조하는 데 있다. 
또한 본 발명의 다른 목적은 원하는 단결정 층에 각종 전자 소자가 형성된 가요성 필름을 단순한 방법으로 안정적으로 제조하며, 원하는 소자 특성을 구현하는 데 있다. 
또한 본 발명의 또 다른 목적은 단결정 가요성 필름을 제조하는 제조 공정을 단순화시켜 생산성을 향상시키고 제조 단가를 저감시키는 데 있다.
도1은 실시예1에 의해 제조되는 가요성 필름의 제조 순서도.
도2a 및 도2b는 실시예1에 의해 제조되는 가요성 필름의 제조 공정도.
도3은 본 발명에 의해 제조된 가요성 필름.
도4는 본 발명에 의해 제조된 가요성 필름의 가요성 측정 개념도.
도5는 실시예2에 의해 제조되는 가요성 필름의 제조 순서도.
도6a 및 도6b는 실시예2에 의해 제조되는 가요성 필름의 제조 공정도.
도7은 본 발명의 지그 구조도.
도8은 실시예3의 전면 식각에 의한 가요성 필름의 제조 공정도.
도9a 및 도9b는 실시예3의 일부 식각에 의한 가요성 필름의 제조 공정도.
도10은 실시예4에 의해 제조되는 가요성 필름의 제조 공정도.
도11은 실시예4에 의해 제조된 가요성 필름.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100, 600, 800, 1000: 베이스 웨이퍼
101, 300, 604 : 질화막
102, 301, 603: 산화막
200 : 결합 웨이퍼
201 : 이온 주입부
202, 602, 802, 1002 : 단결정층
601, 801, 1001 : 절연막
605 : 왁스
606 : 보조 지지 웨이퍼
700 : 하부 플레이트
701 : 상부 플레이트
702 : 화학 약품 용기
703 : 고정 수단
704 : 히터
705 : 온도계
900 : KOH 용액
901 : HF 용액
1003 : 소자형성층
1004 : 소자
1005 : 소자 보호막
본 발명에 따른 가요성 필름은 단결정 웨이퍼로부터 제조된 단결정 가요성 필름이며 또한, 단결정 웨이퍼로부터 제조된 가요성 단결정층의 하부 또는 상하부에 가요성 절연층을 포함하는 가요성 필름이다. 
본 발명에 따른 단결정 가요성 필름은 베이스 웨이퍼 위에 절연층 및 단결정층이 형성되는 SOI(silicon on insulator) 웨이퍼를 다양한 박형화 기술을 이용함으로써 베이스 웨이퍼를 제거하여 순수한 무결함 단결정 필름으로 제조한 것이며, 본 발명에 따른 단결정 필름은 SOI 공정에 의해 SOI 웨이퍼를 제조할 때 단결정층의 두께를 원하는 대로 조절할 수 있다.  예를 들면 수십 나노 미터 내지 수십 마이크로 미터의 범위에서 자유롭게 조절할 수 있다.  또한 본 발명의 단결정층은 실리콘 단결정이거나 갈륨 아세나이드 등의 화합물 반도체의 단결정이다. 
본 발명에 따른 가요성 필름은 상기의 가요성 필름의 단결정층에 각종 전자 소자를 구성하여 제조한 각종 전자 소자가 형성된 가요성 필름으로 즉, 단결정 웨이퍼로부터 제조된 가요성 단결정층과, 단결정층의 일면에 형성된 소자형성층을 포함하는 가요성 필름이다. 
본 발명에 따른 소자가 형성된 단결정 가요성 필름은 SOI 웨이퍼 상태에서 SOI 단결정층 위에 일반적인 반도체 제조 공정을 이용하여 원하는 특성의 소자를 용이하게 제조할 수 있으며, 단결정층 위에 소자 제조 공정이 완료된 후에 베이스 웨이퍼를 제거하여 제조한 가요성 필름이다. 
본 발명에 따른 가요성 필름의 제조 방법은 베이스 웨이퍼 위에 절연막 및 단결정층이 형성된 SOI 웨이퍼를 준비하는 단계, 단결정층 위에 보호 절연막을 형성하는 단계, 베이스 웨이퍼를 제거하여 가요성을 부여하는 단계 및 절연막을 제거하는 단계를 포함하여 구성되며, 베이스 웨이퍼를 제거하여 가요성을 부여하는 단계는 베이스 웨이퍼 전체를 KOH 용액에서 습식 식각 방법으로 제거할 수 있으며, 또한 베이스 웨이퍼를 일정 두께까지 그라인딩 한 후 남은 베이스 웨이퍼를 KOH 용액에서 습식 식각 방법으로 제거할 수 있다.  또한 단결정층 위에 보호 절연막을 형성하는 단계는 질화막을 형성한 후 산화막을 형성하는 단계로 이루어지며, 절연막을 제거하는 단계는 HF 용액에서 절연막을 습식 식각하는 방법으로 제거한다. 
또한 본 발명에 따른 가요성 필름의 제조 방법은 지그를 이용하는 것으로, 베이스 웨이퍼 상면에 절연막 및 단결정층이 형성된 SOI 웨이퍼를 준비하는 단계, 베이스 웨이퍼의 하부면이 노출되도록 지그로 SOI 웨이퍼를 고정하는 단계 및 베이스 웨이퍼를 제거하여 가요성 필름으로 제조하는 단계를 포함하여 구성되며, 지그로 SOI 웨이퍼를 고정할 때, SOI 웨이퍼의 에지를 지그로 잡아서 베이스 웨이퍼의 하부면 전체가 노출되도록 하여 베이스 웨이퍼를 식각하거나, SOI 웨이퍼의 주변부를 지그로 잡아서 베이스 웨이퍼의 하부면 일부가 노출되도록 하여 베이스 웨이퍼를 식각할 수 있다.  상기 베이스 웨이퍼의 하부면을 식각하는 단계는 KOH 용액으로 베이스 웨이퍼를 습식 식각하고, HF 용액으로 절연막을 습식 식각한다
또한 본 발명에 따른 소자가 형성된 가요성 필름의 제조 방법은 베이스 웨이퍼 위에 절연막 및 단결정층이 형성된 SOI 웨이퍼를 준비하는 단계, 단결정층 위에 전자 소자들을 구성하여 소자형성층을 형성하는 단계, 소자형성층 위에 소자 보호막을 형성하는 단계 및 베이스 웨이퍼를 제거하여 가요성 필름으로 제조하는 단계를포함하여 구성되며, 베이스 웨이퍼는 상기 다양한 방법으로 제거될 수 있다. 
또한 본 발명에서는 상업적으로 판매되는 SOI 웨이퍼를 그대로 사용할 수 있으며, 다른 다양한 방법으로 SOI 웨이퍼를 제조하여 사용할 수도 있다.  SOI 웨이퍼를 제조하는 단계는 베이스 웨이퍼 및 결합 웨이퍼를 준비하는 단계, 베이스 웨이퍼에 절연막을 형성하는 단계, 결합 웨이퍼에 수소이온을 주입하는 단계, 베이스 웨이퍼와 결합 웨이퍼를 접합하는 단계, 결합웨이퍼를 벽개하는 단계, 벽개면을 식각하여 베이스 웨이퍼 위의 절연막 위에 단결정층이 형성되도록 하는 단계를 포함하여 구성되며, 결합 웨이퍼를 벽개하는 단계에서 벽개하는 깊이를 조절하고 남아있는 있는 벽개면을 식각하는 단계에서 식각 두께를 조절하여 단결정층의 두께를 원하는 대로 조절할 수 있다. 이러한 본딩식 SOI 웨이퍼를 제조하는 방법은 본 발명 참여자의 출원 특허인 특허 출원 제2002-47351호를 참조할 수 있다.
본 발명에 따른 가요성 필름의 제조를 실리콘 단결정을 예를 들어 상세히 살펴본다. 
(실시예1)
본 발명에 따른 단결정 가요성 필름의 제조에 관하여 도1 및 도2a 및 도2b를 참조하여 하기에서 보다 상세하게 설명한다.
실리콘 베어 웨이퍼를 베이스 웨이퍼(100) 및 결합 웨이퍼(200)로 준비한다.  도2a의 a에 도시된 바와 같이, 베이스 웨이퍼의 한쪽 면에 절연막(101, 102)을 일정한 두께로 형성한다.  이때 절연막은 실리콘 질화막(Si3N4, 101)으로 형성하고 그위에 실리콘 산화막(102)을 일정 두께로 형성한다.  실리콘 산화막은 화학기상증착 방법으로 제조될 수 있다.  또한 베이스 웨이퍼(100)는 후속 공정에서 식각 속도를 높이기 위해 불순물이 고농도로 도핑된 저저항 웨이퍼를 사용할 수도 있다.  도2a의 b에 도시된 바와 같이, 결합 웨이퍼(200)는 표면으로부터 소정의 깊이에 불순물 이온을 주입하여 불순물 이온 주입부(201)를 형성한다.  이때 불순물로 수소 이온을 저전압 이온 주입 방법으로 주입하며, 주입된 수소이온의 투영비정거리(Rp)가 결합 웨이퍼의 표면으로부터 가까운, 예를 들어 100 내지 500 nm 범위 내에서 형성되도록 한다. 
상기와 같이 제조된 절연막이 형성된 베이스 웨이퍼(100)와 수소이온이 주입된 결합 웨이퍼(200)를 세정하고 도2a의 c와 같이 본딩한다.  이때 세정은 본딩 강도를 좋게 하기 위해 친수성(hydrophilic) 세정을 실시하며, 세정 후 가능한 빠른 시간 내에 도2a의 c와 같이 수직 본딩을 행한다.  수직 본딩 시에는 베이스 웨이퍼(100)와 결합 웨이퍼(200)를 서로 마주 보게 한 후 웨이퍼의 한쪽 끝단에서부터 서서히 접착시킨다.  이렇게 본딩하여 도2a의 d와 같이 두 장의 웨이퍼가 상하로 포개진 상태로 제조한다. 
상기와 같이 본딩된 두 장의 웨이퍼를 저온에서 열처리하여 상기의 결합 웨이퍼의 불순물 이온 주입부를 도2a의 e와 같이 벽개시키고, 벽개된 표면을 식각 및 CMP(chemical mechanical polishing) 등의 방법으로 처리하여 원하는 두께만큼 가공하여 실리콘 단결정층(202)을 제조한다.(도2b의 f).  이때 실리콘 단결정층은 응용 분야를 고려하여 두께를 적절하게 조절할 수 있다. 
상기와 같이 베이스 웨이퍼(100) 상에 제조된 단결정층(202) 위에 도2b의 g와 같이 보호 절연막(300, 301)을 형성한다.  이 보호 절연막은 베이스 웨이퍼를 식각 방법으로 제거할 때 식각용액으로부터 실리콘 단결정층을 보호하기 위한 막으로 우선 산화막(300)을 형성하고 그 위에 질화막(301)을 형성한다. 
상기와 같이 실리콘 단결정층 위에 보호 절연막(300, 301)을 형성한 후 이를 KOH 용액에 디핑하여 습식 식각하면 베이스 웨이퍼가 제거된다.  이때 불순물이 고농도로 도핑된 베이스 웨이퍼를 사용한 경우는 식각 속도가 빨라 베이스 웨이퍼를 빨리 제거할 수 있다. 또한, 식각 온도, 식각 용액의 농도 등을 조절하여 식각 조건을 제어 할 수 있다.   
상기와 같이 베이스 웨이퍼가 제거되면 도2b의 h와 같이 실리콘 단결정층의 상하부에 절연막이 남아 있게 되며, 이 상태에서 단결정층과 절연막의 두께가 충분히 얇게 되어 가요성이 어느 정도 확보된다.  이러한 필름을 HF 용액에서 습식 식각하여 상하부의 절연막을 질화막 및 산화막의 순서로 전부 제거하면 실리콘 단결정층만 남아 도2b의 j와 같이 순수한 단결정 가요성 필름으로 제조된다.  또한 상부나 하부의 일면의 절연막만 식각에 의해 제거하면 절연막과 실리콘 단결정층으로 이루어진 가요성 필름으로 제조할 수 있다. 
상기와 같이 제조된 가요성 필름은 두께가 수십 마이크로 미터에서 수십 나노 미터까지 조절이 가능하므로 도3의 a의 가요성이 우수한 순수한 실리콘 단결정 필름(202) 및 도3의 b의 절연막(102)과 실리콘 단결정층(202)으로 이루어진 가요성 필름(203)으로 제조되어 여러 가지 응용 분야에 이용될 수 있고, 절연막과 실리콘단결정층으로 이루어진 가요성 필름의 절연막(102)은 핸들링시에 실리콘 단결정층을 보호하게 된다. 
특히 제조된 실리콘 단결정 필름의 가요성 정도가 어느 정도 인지 알아보기 위해 재료 파괴 시점까지의 곡률 반경을 계산해 보았다.  즉, 도4의 a와 같이 두께 d인 실리콘 웨이퍼를 곡률 반경 R로 절곡시킨다면 이때 가해지는 응력은 다음의 식으로 나타낼 수 있다. 
σ = (d/2R)E  (< σy  및 < σf)
여기에서, σ 는 응력, d는 두께, R은 곡률 반경, E는 탄성 계수, σy 는 항복 응력, σf는 파괴 응력을 나타낸다. 
통상 E는 190 GPa이고, σy는 6.9 GPa이며, σf는 2.8 GPa이다. 따라서, 두께가 0.725 ㎜인 실리콘 웨이퍼를 최대한 절곡되어서 파괴되는 시점에서의 곡률 반경을 계산하면 약 5 미터이다.(도4의 a)  이에 비하여 본 발명에서 제조한 실리콘 단결정 가요성 필름의 두께를 1 ㎛로 박형화할 경우 달성 가능한 곡률 반경은 6 mm로 계산되었다.(도4의 b)  그러므로 본 발명에서 제조한 실리콘 단결정 가요성 필름은 원하는 만큼 충분한 유연성을 가짐을 알 수 있다.
(실시예2)
본 발명에 따른 그라인딩에 의한 단결정 가요성 필름의 제조에 관하여 도5 및도6a 및 도6b를 참조하여 하기에서 보다 상세하게 살펴본다.
도6a의 a와 같이 베이스 웨이퍼(600), 그 위에 형성된 절연막(601), 그 절연막 위에 형성된 실리콘 단결정층(602)으로 형성된 SOI 웨이퍼를 준비한다.  이러한 SOI 웨이퍼는 SIMOX(separation by implanted oxygen) 웨이퍼 혹은 본딩(bonding)에 의한 SOI 웨이퍼로 제조될 수 있으며, 상업적으로 판매되는 웨이퍼를 사용할 수도 있다.  이때 절연막의 두께는 가능한 두꺼운 것을 사용하며, 단결정층의 두께는 응용분야에 따라 조절한다. 
상기와 같이 준비된 SOI 웨이퍼 위에 보호용 절연막(603, 604)을 형성한다.  이 보호용 절연막은 베이스 웨이퍼를 제거할 때 실리콘 단결정층을 보호하기 위한 막으로 우선 산화막(603)을 형성하고 그 위에 질화막(604)을 형성한다(도6a의 c).
상기와 같이 형성된 절연막 위에 접착제로서 왁스(605)를 코팅한 후(도6a의 d), 그 위에 보조 지지 웨이퍼(606)를 부착한다(도6a의 e).  이때 왁스는 물에도 잘 녹은 수용성을 선택할 수 있으며, 보조 지지 웨이퍼의 부착은 수직 혹은 수평 본딩에 의해 이루어진다.  보조 지지 웨이퍼(606)는 후속의 그라인딩 공정에서 SOI 웨이퍼를 보호하고 공정을 용이하게 하기 위한 것이다.  즉, SOI 웨이퍼를 그라인딩할 때 웨이퍼가 그라인딩되면서 두께가 얇아져서 웨이퍼가 그라인딩용 척 내에서 깨지는 문제점이 발생하는 데, 보조 지지 웨이퍼를 부착한 후 SOI 웨이퍼를 그라인딩하게 되면 SOI 웨이퍼의 두께가 얇게 그라인딩 되어도 깨지지 않고 웨이퍼가 척 내에 안전하게 유지될 수 있다. 
상기와 같이 보조 지지 웨이퍼가 부착된 상태에서 도6b의 f와 같이 베이스 웨이퍼를 소정 두께까지 그라인딩한다.  이때 그라인딩 두께는 자유롭게 조절할 수 있다.
상기와 같이 그라인딩한 후, 수용액 혹은 화학 약품을 이용하여 왁스를 녹임으로써 보조 지지 웨이퍼(606)를 분리시킨다(도6b의 g).
상기와 같이 보조지지 웨이퍼(606)를 제거한 후 이를 KOH 용액에서 습식 식각하여 그라인딩되고 남아 있는 베이스 웨이퍼의 잔여물(600a)을 제거한다.(도5의 h) 
상기와 같이 베이스 웨이퍼가 제거되면 도5의 h와 같이 실리콘 단결정층(602)의 상하부에 절연막(604, 603, 601)이 남아 있게 되며, 이 상태에서 단결정층과 절연막의 두께가 충분히 얇게 되어 가요성이 어느 정도 확보된다.  이러한 필름을 HF 용액에서 습식 식각하여 상하부의 절연막을 질화막 및 산화막의 순서로 전부 제거하면 도6b의 i와 같이 실리콘 단결정층만 남아 순수한 단결정 가요성 필름으로 제조된다.  또한 상부나 하부의 일면의 절연막만 식각에 의해 제거하면 절연막과 실리콘 단결정층으로 이루어진 가요성 필름이 제조될 수 있다. 
이러한 방법에 의해 가요성 필름을 제조하면, KOH 용액에서의 식각 시간을 현저하게 단축시킬 수 있으며, 소정 두께까지 기계적으로 연마하므로 식각 편평도가 양호하다. 또한, 본 실시예의 박형화 방법에 의해 상업적으로 시판되는 SOI 웨이퍼로부터 단결정 가요성 필름을 용이하게 제조할 수 있다.
(실시예3)
본 발명에 따른 지그를 이용한 단결정 가요성 필름의 제조에 관하여 도7 및도9a 및 도9b를 참조하여 하기에서 보다 상세하게 살펴본다.
우선, 본 발명에서 사용된 지그를 설명한다.  도7에 표시한 바와 같이 지그는 상부 플레이트(701)와 하부 플레이트(700)로 구성되며 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 웨이퍼(706)가 설치되도록 한다.  이러한 각 플레이트는 화학약품에 안정한 물질 예를 들면 테프론(Teflon)으로 제조된다.  상부 플레이트는 상부 플레이트와 하부 플레이트가 합착된 경우 화학 물질 용액이 담길 수 있는 화학약품 용기(bath, 702)를 상부에 구비하고 있다.  이러한 화학약품 용기는 관통형으로 제조되며 사각통형, 원통형 등 필요에 따라 여러 가지 형태로 제작된다.  또한 상부 플레이트와 하부 플레이트에는 두 플레이트가 합착될 경우 두 플레이트를 고정시키기 위한 고정수단(703)이 구비된다. 
이러한 지그를 이용하면 웨이퍼의 한쪽 면만을 습식 식각(single-side etching)할 수 있다.  즉 식각하고자 하는 웨이퍼(706)의 면이 상부 플레이트(701)를 향하도록 하부 플레이트(700) 위에 설치하고, 상부 플레이트와 하부 플레이트를 합착하고 고정한 후 화학 약품 용기(702)에 식각액을 공급하여 노출된 웨이퍼의 한쪽 면을 식각한다.  이때 식각 조건에 따라 테프론으로 코팅된 히터(704)와 온도계(705)를 화학약품 용기 내에 설치하고 식각 온도를 조절하게 된다. 
지그를 이용하여 베이스 웨이퍼의 한쪽 전체면을 식각하여 제조하는 과정을 도8을 참조하여 하기에서 보다 상세하게 살펴본다.
도8의 a와 같이 식각할 면이 위로 오게 하여, 베이스 웨이퍼(800), 그 위에 형성된 절연막(801), 절연막 위에 형성된 실리콘 단결정층(802)으로 형성된 SOI 웨이퍼를 준비한다.  준비된 웨이퍼를 상기에서 설명한 지그를 이용하여 베이스 웨이퍼 후면(단결정이 없는 면) 전체가 노출되도록 웨이퍼 에지를 잡아서 고정한다(도8의 b).
상기과 같이 고정되어 노출된 베이스 웨이퍼의 후면에 KOH 용액(900)을 공급하여 베이스 웨이퍼를 식각하고(도8의 c), KOH 용액을 배출한 후, HF 용액(901)을 공급하여 절연막(801)을 식각하여(도8의 d) 순수한 실리콘 단결정 가요성 필름을 제조한다(도8의 e).  이때 HF 용액에 의한 절연막의 제거는 지그를 고정한 상태에서 행할 수도 있고, 지그를 풀고 피처리체 전체를 HF 용액에 담가서 행할 수도 있다. 
또한 상기의 단계에서 KOH 식각만을 행한 후 지그를 풀면 절연막과 실리콘 단결정층으로 이루어진 가요성 필름으로 제조할 수 있다. 
지그를 이용하여 베이스 웨이퍼의 한쪽면의 일부를 식각하여 제조하는 과정을 도9a 및 도9b를 참조하여 하기에서 보다 상세하게 살펴본다.
도9a의 a와 같이 베이스 웨이퍼(800), 그 위에 형성된 절연막(801), 절연막 위에 형성된 실리콘 단결정층(802)으로 형성된 SOI 웨이퍼를 준비한다.  준비된 웨이퍼를 상기에서 설명한 지그를 이용하여 베이스 웨이퍼 후면의 일부가 노출되도록 웨이퍼 주변부를 상부 플레이트로 눌러 고정한다(도9a의 b). 
상기과 같이 고정되어 노출된 베이스 웨이퍼의 후면에 KOH 용액을 공급하여 베이스 웨이퍼를 식각하고(도9a의 c), KOH 용액을 배출한 후, HF 용액을 공급하여 절연막을 식각한다.(도9a의 d-1)  즉, KOH 용액에 의해 베이스 웨이퍼가 식각되며 절연막이 식각 저지층의 역할을 하게 된다.  이후 KOH 용액을 배출 한 후, HF 용액을공급하면 HF에 의해 절연막이 식각된다.  이때 HF 용액에 의한 절연막의 제거는 지그를 고정한 상태에서 행할 수도 있고(도9a의 d-1), 지그를 풀고 피처리체 전체를 HF 용액에 담가서 행할 수도 있다(도9b의 d-2). 
상기과 같이 식각된 피처리체의 주변부를 커팅하여 순수한 실리콘 단결정 가요성 필름을 제조한다(도9b의 e). 
또한 상기의 단계에서 KOH 식각만을 행한 후 피처리체의 주변부를 커팅하면  절연막과 실리콘 단결정층으로 이루어진 가요성 필름으로 제조할 수 있다. 
상기의 지그를 이용하여 웨이퍼의 한 면만을 식각하는 방법은 단순한 과정을 거쳐 용이하게 단결정 가요성 필름을 제조할 수 있다.  즉, 별도의 공정없이 베이스 웨이퍼의 후면을 지그를 이용하여 식각하므로 공정단계를 감소시킨다. 또한, 필요 없는 웨이퍼 주변부를 용이하게 제거할 수 있으며 상부 플레이트의 화학약품 용기의 형상을 변화시켜 원하는 형상의 가요성 필름으로 제조할 수 있다.  즉, 원형의 웨이퍼를 사각통형 화학약품 용기를 가진 지그를 이용하여 주변부를 잡아서 식각하고 주변부를 커팅하면 사각 형상의 단결정 가요성 필름을 얻을 수 있다. 
(실시예4)
본 발명에 따른 소자가 형성된 단결정 가요성 필름의 제조에 관하여 도10 및 도11을 참조하여 하기에서 보다 상세하게 살펴본다.
도10의 a와 같이 베이스 웨이퍼(1000), 그 위에 형성된 절연막(1001), 절연막 위에 형성된 실리콘 단결정층(1002)으로 형성된 SOI 웨이퍼(1006)를 준비한다. 
상기와 같이 준비된 SOI 웨이퍼의 단결정층에 일반적인 반도체 제조 공정을 이용하여 각종 전자 소자를 형성한다(도10의 b).  이러한 전자 소자(1004)는 원하는 목적에 따라 다양하게 제조될 수 있다.  즉, 각종 트랜지스터 및 TFT 어레이, 로직 회로 등 원하는 특성에 따라 설계되고 반도체 제조 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 
상기와 같이 각종 소자가 형성된 소자형성층 위에 소자를 보호하기 위한 보호막(1005)(도10의 c)을 형성한다.  이러한 보호막은 일반적인 패시베이션 막 및 유기물 절연막 등을 사용할 수 있다. 
상기와 같이 소자층의 제조된 SOI 웨이퍼에서 베이스 웨이퍼(100)를 제거하여 가요성 필름을 제조한다(도10의 d).  이때 베이스 웨이퍼의 제조는 상기 실시예1 내지 실시예3과 동일한 방법으로 제거할 수 있다. 
상기와 같이 제조된 가요성 필름은 도11에 나타낸 바와 같이 단결정 실리콘 위에 원하는 소자가 형성된 유연성이 충분한 가요성 필름 상태이다.  도11의 a는 가요성이 풍부한 순수한 실리콘 단결정층 위에 소자가 형성된 가요성 필름이며 도11의 b는 절연막과 실리콘 단결정층으로 이루어진 가요성 필름 위에 소자가 형성된 형태로 절연막이 핸들링시에 실리콘 단결정층 및 소자를 보호하게 된다. 
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상적 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능하다.
전술된 구성에 의한 본 발명의 단결정 가요성 필름은 원하는 특성을 소자를 용이하게 제조할 수 있으면서 가요성을 확보할 수 있는 효과가 있다.  특히,  단결정 웨이퍼를 이용하여 단결정 가요성 필름을 용이하게 제조할 수 있다. 
또한 본 발명은 원하는 단결정 층에 각종 전자 소자가 형성된 가요성 필름을 단순한 방법으로 안정적으로 제조하며, 원하는 소자 특성을 구현할 수 있다.  즉, 단결정층 위에 각종 소자를 제조하므로 단결정층으로 소자용 액티브층을 형성하고, 반도체공정을 적용하기 때문에 전자 모빌리티(mobility)값이 1000cm2/Vsec로 탁월하게 높아서, 매우 우수한 소자특성을 얻을 수 있으며 누설전류(leakage current)도 다른 가요성 재료에 비해 현저하게 감소시킬 수 있다.  또한 각종 전자 소자의 크기를 일반적인 반도체 소자크기 수준으로 줄이는 것이 가능하고, 실리콘 웨이퍼를 통한 반도체 공정을 적용하므로 안정된 고온 공정과 우수한 정렬 정확도(align accuracy)를 확보한 반도체 포토 및 식각 공정으로 현재의 반도체공정에서 가능한 30 ㎚까지의 미세한 디자인 룰(design rule)로 회로 설계가 가능하다.
그리고 본 발명은 단결정의 안정된 채널소자를 사용할 수 있으므로 모든 구동회로를 일체화 시킨 SOP(system on panel) 및 기타 메모리, 시스템 IC, 프로세서 등을 비롯한 특정 용도의 반도체 회로를 일체화할 수 있으며, 상기와 같은 소자들을 가요성 필름에 실현시키는 것을 가능하게 한다.
또한 본 발명은 상황에 따라 적절한 박형화 기술을 이용하여 단결정 가요성 필름을 제조할 수 있으며, 단결정 가요성 필름을 제조하는 제조 공정을 단순화시켜 생산성을 향상시키고 제조 단가를 저감시킬 수 있다.

Claims (34)

  1. 단결정 웨이퍼로부터 제조된 것을 특징으로 하는 단결정 가요성 필름. 
  2. 단결정 웨이퍼로부터 제조된 가요성 단결정층과 가요성 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름. 
  3. 단결정 웨이퍼로부터 제조된 가요성 단결정층과 상기 단결정층의 일면에 형성된 소자형성층을 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기의 단결정은 실리콘 또는 화합물 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름. 
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 단결정은 두께가 수십 나노 미터 내지 수십 마이크로 미터인 것을 특징으로 하는 가요성 필름. 
  6. 제2항에 있어서, 상기 절연층이 단결정층의 일면에 형성된 것을 특징으로 하는 가요성 필름. 
  7. 제3항에 있어서, 상기 단결정층의 다른 일면에 가요성 절연층을 더 포함하는것을 특징으로 하는 가요성 필름. 
  8. 제3항 또는 제7항에 있어서, 상기 소자형성층 위에 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름. 
  9. 베이스 웨이퍼 위에 절연막 및 단결정층이 형성된 SOI 웨이퍼를 준비하는 단계와,
    상기의 단결정층 위에 보호 절연막을 형성하는 단계와,
    상기의 베이스 웨이퍼를 제거하여 가요성을 부여하는 단계와,
    상기의 절연막을 제거하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기의 SOI 웨이퍼를 준비하는 단계는,
    베이스 웨이퍼 및 결합 웨이퍼를 준비하는 단계와,
    상기의 베이스 웨이퍼에 절연막을 형성하는 단계와,
    상기의 결합 웨이퍼에 수소이온을 주입하는 단계와,
    상기의 베이스 웨이퍼와 결합 웨이퍼를 접합하는 단계와,
    상기의 결합 웨이퍼를 벽개하는 단계와,
    벽개면을 식각하여 베이스 웨이퍼의 절연막 위에 단결정층이 형성된 SOI 웨이퍼를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 베이스 웨이퍼 위에 절연막을 형성하는 단계는
    상기의 베이스 웨이퍼 위에 질화막을 형성하는 단계와,
    질화막 위에 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 베이스 웨이퍼와 결합 웨이퍼를 결합하기 전에 세정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  13. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 웨이퍼를 제거하여 가요성 필름으로 제조하는 단계는 KOH로 습식 식각하여 베이스 웨이퍼를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  14. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기의 단결정층 위에 보호 절연막을 형성하는 단계는 산화막을 형성하는 단계와,
    산화막 위에 질화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  15. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기의 절연막을 제거하는 단계는 HF 습식 식각 방법으로 절연막을 모두 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  16. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기의 절연막을 제거하는 단계는 HF 습식 식각 방법으로 상기 단결정층의 일면의 절연막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 베이스 웨이퍼를 제거하여 가요성 필름으로 제조하는 단계는 KOH로 습식 식각하여 베이스 웨이퍼를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 절연막을 제거하는 단계는 HF 습식 식각 방법으로 절연막을 모두 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  19. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 웨이퍼를 제거하여 가요성 필름으로 제조하는 단계는
    상기의 보호 절연막 위에 왁스를 코팅하는 단계와,
    상기의 SOI 웨이퍼와 보조 지지 웨이퍼를 결합하는 단계와,
    상기의 베이스 웨이퍼를 일정 두께 이하로 그라인딩하는 단계와,
    상기의 보조 지지 웨이퍼를 분리 제거하는 단계와,
    상기의 그라인딩 후의 남은 베이스 웨이퍼의 잔여물을 KOH로 습식 식각하여 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 보호 절연막을 제거하는 단계는 HF 습식 식각 방법으로 절연막을 모두 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 보호 절연막을 제거하는 단계는 HF 습식 식각 방법으로 상기 단결정층의 일면의 절연막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  22. 베이스 웨이퍼 상면에 절연막 및 단결정층이 형성된 SOI 웨이퍼를 준비하는 단계와,
    상기 베이스 웨이퍼의 하부면이 노출되도록 지그로 SOI 웨이퍼를 고정하는 단계와,
    상기의 베이스 웨이퍼를 제거하여 가요성을 부여하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기의 SOI 웨이퍼를 고정하는 단계는 SOI 웨이퍼의 에지를 지그로 잡아서 베이스 웨이퍼 하부면 전체가 노출되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  24. 제22항에 있어서, 상기의 SOI 웨이퍼를 고정하는 단계는 SOI 웨이퍼의 주변부를 지그로 잡아서 베이스 웨이퍼 하부면 일부가 노출되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 베이스 웨이퍼를 제거하여 가요성을 부여하는 단계는 지그로 잡았던 주변부를 커팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  26. 제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 웨이퍼를 제거하여 가요성을 부여하는 단계는 KOH로 습식 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  27. 제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 웨이퍼를 제거하여 가요성을 부여하는 단계는 KOH로 습식 식각하는 단계와,
    HF로 습식 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 HF로 습식 식각하는 단계는 지그를 풀고 식각액에 디핑하여 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  29. 베이스 웨이퍼 위에 절연막 및 단결정층이 형성된 SOI 웨이퍼를 준비하는 단계와,
    상기의 단결정층 위에 전자 소자들을 구성하여 소자형성층을 형성하는 단계와,
    상기의 소자형성층 위에 소자 보호막을 형성하는 단계와,
    상기의 베이스 웨이퍼를 제거하여 가요성을 부여하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 베이스 웨이퍼를 제거하여 가요성을 부여하는 단계는 KOH로 베이스 웨이퍼를 습식 식각하여 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  31. 제29항에 있어서, 상기 베이스 웨이퍼를 제거하여 가요성을 부여하는 단계는 상기의 베이스 웨이퍼를 일정 두께 이하로 그라인딩하는 단계와,
    상기의 그라인인 후의 남은 베이스 웨이퍼의 잔여물을 KOH로 습식 식각하여 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  32. 제29항에 있어서, 상기 베이스 웨이퍼를 제거하여 가요성을 부여하는 단계는
    상기 베이스 웨이퍼의 하부면이 노출되도록 지그로 SOI 웨이퍼를 고정하는 단계와,
    KOH로 베이스 웨이퍼를 습식 식각하여 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  33. 제30항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 웨이퍼를 제거하여 가요성 필름으로 제조하는 단계는 KOH로 베이스 웨이퍼를 습식 식각한 후 HF로 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
  34. 제29항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기의 단결정층 위에 전자 소자를 구성하여 소자형성층을 형성하는 단계는 반도체 제조 공정을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 필름 제조 방법.
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