[논문]유연 반도체/메모리 소자 기술

안종현; 이혁; 좌성훈

doi:10.6117/kmeps.2013.20.2.001

유연 반도체/메모리 소자 기술
Technology of Flexible Semiconductor/Memory Device 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.20 no.2, 2013년, pp.1 - 9

안종현 (연세대학교) , 이혁 ((주)하나마이크론사) , 좌성훈 (서울과학기술대학교 NID 융합기술대학원)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently flexible electronic devices have attracted a great deal of attention because of new application possibilities including flexible display, flexible memory, flexible solar cell and flexible sensor. In particular, development of flexible memory is essential to complete the flexible integrated systems such as flexible smart phone and wearable computer. Research of flexible memory has primarily focused on organic-based materials. However, organic flexible memory has still several disadvantages, including lower electrical performance and long-term reliability. Therefore, emerging research in flexible electronics seeks to develop flexible and stretchable technologies that offer the high performance of conventional wafer-based devices as well as superior flexibility. Development of flexible memory with inorganic silicon materials is based on the design principle that any material, in sufficiently thin form, is flexible and bendable since the bending strain is directly proportional to thickness. This article reviews progress in recent technologies for flexible memory and flexible electronics with inorganic silicon materials, including transfer printing technology, wavy or serpentine interconnection structure for reducing strain, and wafer thinning technology.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

유기 반도체는 저분자 및 고분자 유기 재료를 사용하여 진공 증착 및 프린팅 기술을 이용하여 제작하는 것으로 OTFT (organic thin film transistor) 소자가 대표적이다.^1,2) 본 논문에서는 주로 실리콘 기반의 무기 반도체 기술 동향에 대해서 소개하고자 한다.

제안 방법

2는 단결정 실리콘 리본을 추출하는 공정을 나타낸다. 먼저, Si (110) 면에 수직하게 포토레지스트 라인을 포토리소그래피 또는 소프트 리소그래피를 이용하여 패터닝하고 RIE(reactive ion etching)로 노출 부위의 실리콘을 건식 에칭하여 일정 두께의 홈을 판다. 이후 웨이퍼의 표면과 홈 주위를 실리콘 에천트로부터의 에칭을 막을 수 있는 SiO₂, Si₃N₄ 등의 보호막을 증착한다.
박막의 두께는 현재 업체에서 웨이퍼의 손상을 최소화하면서 thinning 공정이 가능한 두께인 20 µm 까지하였으며, 20, 30, 50, 70 µm 두께의 실리콘 박막을 각각 제조하였다.
전형적인 단결정 소재들은 부서지기 쉽지만, 와이어, 리본, 판 및 박막의 형태로 그 지름 또는 두께를 마이크로/나노 크기로 감소시키면 기계적인 유연성을 확보할 수 있게 되어 플라스틱 기판에 인쇄 가능한 형태의 박막 소재로 제작될 수 있다. 제작 방법으로는화학기상성장법(chemical vapor deposition)에 의해 원자, 분자들의 자발적 성장을 이용한 bottom-up 방식과 포토 리소그래피와 에칭과정을 거쳐 웨이퍼로부터 마이크로/ 나노 크기의 반도체 구조체를 추출하는 top-down 방식으로 나눌 수 있다.^6-10) 특히 후자의 방법은 발전된 기존의 웨이퍼 기술을 이용할 수 있고, ohmic contact과 같은 고온 공정을 플라스틱 기판과 분리하여 초기 웨이퍼 위에직접 실시할 수 있다는 장점이 있다.
11은 하나마이크론사에 개발 중인 유연 반도체 메모리의 사진이다. 한편 thinning된 실리콘 웨이퍼의 유연성을 파악하기 위하여, 본연구실에서는 실리콘 웨이퍼를 CMP(chemical mechanical polishing) 공정을 이용하여 마이크로 두께로 얇게 thinning 한 후 FPCB(flexible PCB)에 접착하여 굽힘 시험을 수행하였다. 박막의 두께는 현재 업체에서 웨이퍼의 손상을 최소화하면서 thinning 공정이 가능한 두께인 20 µm 까지하였으며, 20, 30, 50, 70 µm 두께의 실리콘 박막을 각각 제조하였다.

대상 데이터

또한 나노 스케일에서부터 매크로 스케일까지의 다양한 구조물을 계층적으로 조립할 수 있는 기술로 발전하여, 나노기술과 기존 생산기술 간의 유기적인 결합을 가능케 하는 원천 기술로 성장할 가능성이 크다. 전술한 바와 같이 전사기술은 다양하게 응용될 수 있는데 가령 LED 웨이퍼로부터 수백 nm의 active LED 층만을 박리하여 플라스틱, 고무 기판에 대면적으로 전사하여 유연하고 신축이 가능한 LED 디스플레이를 제작할 수 있음을 미국 일리노이대학을 통해 시연되었다(Fig. 5).²²⁾ 또한 LED와 유사한 구조의 태양전지용 III-V 족 반도체를 웨이퍼로부터 대면적 기판으로 전사하고, 그 위에 집광용 마이크로 렌즈를 부착시켜 40% 이상의 고효율이 가능한 화합물 반도체 기반 태양전지 양산화 기술이 개발되고 있다.

성능/효과

또한 박막이 얇게 되면 크랙이 발생할 가능성도 적어진다는 보고가 있다.¹²⁾ 이러한 특성은 반도체 소자를 얇게 thinning 하여 유연성이 있는 플라스틱이나 폴리머 기판에 옮길 경우, 매우 유연한 flexible 및 stretchable 전자소자로의 발전이 가능하다는 것을 의미한다.
²²⁾ 또한 LED와 유사한 구조의 태양전지용 III-V 족 반도체를 웨이퍼로부터 대면적 기판으로 전사하고, 그 위에 집광용 마이크로 렌즈를 부착시켜 40% 이상의 고효율이 가능한 화합물 반도체 기반 태양전지 양산화 기술이 개발되고 있다. 본 기술의 장점은 고비용 화합물반도체 웨이퍼를 박리, 전사함으로서 소재의 활용도를 높여 소재와 공정비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.^23,24)

후속연구

따라서 핵심 재료분야 원천기술 확보를 통해 국가 경쟁력을 증대 시키는 것이 필요하다. 또한 유연 반도체/메모리의 시험 방법, 성능 평가 방법, 설계 방법 등 표준화되지 않은 부분이 많으며, 이에 대한 연구도 병행되어야 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유기물 반도체 소재의 장점은?	유연 전자소자는 기존의 웨이퍼 기반의 단단하고 부서 지기 쉬운 무기 단결정 반도체 소재를 그대로 사용할 수가 없으며, 새로운 소재 및 기술들을 필요로 한다. 대표 적으로 유기물 반도체 소재는 우수한 유연성 이외에 플라스틱 기판과의 접합성, 상온 공정 등의 장점으로 인해 현재 전자종이의 구동소자로 널리 사용되고 있다. 3,4) 그러나, 유기 반도체의 낮은 이동도(mobility)와 취약한 내구성 및 장기 안정성은 고성능 플렉시블 반도체로의 적용을 어렵게 하고 있다.
	유연 전자소자의 장점은?	유연 전자소자의 중요성이 크게 대두되고 있는 이유는 유연 전자소자가 지닌 많은 장점들 때문이다. 유연 전자소자의 장점으로는 초경량화, unbreakable, 자유로운 디자인, 공간적 제약 탈피, 초대형 디스플레이 가능, 다양한 응용(wearable, 바이오 분야), roll-to-roll 공정 가능 및 저가격 등 매우 다양한 장점이 있다. 그러나 무엇보다도 유연 전자소자 및 반도체, 디스플레이 분야에 신 시장을 창출할 수 있는 가능성이 매우 높다.
	다결정 실리콘(poly-Si) 기술을 대면적 플렉시블 시스템으로 적용하기 어려운 것은 어떤 문제 때문인가?	최근 이러한 단점을 개선하고자 디스플레이 업체를 중심으로 비정질 실리 콘을 ELA(excimer laser annealing)를 이용, 재결정화 시켜 캐리어 이동도를 증가시킨 다결정 실리콘(poly-Si) 기술이 연구 개발되고 있다. 5) 이 기술은 높은 이동도를 달성 하는데 에는 어느 정도 성공적이었으나, 레이저 조사의 정밀한 조절, 플라스틱 기판의 열화 현상을 막기 위한 두 꺼운 열차단막의 사용, 넓은 면적에 대한 불균일한 결정화 등의 문제는 대면적 플렉시블 시스템으로의 적용에 걸림돌로 작용하고 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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