專利名稱：在柔性金屬基底上形成電子器件的方法和所得器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及電子器件制造，更特別涉及將金屬栽體固定到 金屬基底上，在基底上形成電子器件，然后將基底從栽體上移除以獲 得完成的電子器件的方法。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管(TFT)器件廣泛用于電光陣列和顯示板的開關(guān)或驅(qū)動(dòng) 電路。傳統(tǒng)上采用沉積、圖案化和蝕刻步驟的公知次序在剛性基底(通 常為玻璃或硅)上制造TFT器件。例如，非晶硅TFT器件要求將金屬， 如鋁、鉻或鉬；非晶硅半導(dǎo)體；和絕緣體如Si02或Si^沉積到基底 上、圖案化和蝕刻。半導(dǎo)體薄膜以典型厚度為幾納米至幾百納米的層 形式形成，中間層厚度大約幾微米，且半導(dǎo)體薄膜可以在位于剛性基 底上的絕緣表面上形成。
對(duì)剛性基底的要求主要基于制造方法本身的要求。熱特性特別重 要，因?yàn)門FF器件在相對(duì)高溫下制造。由此，已成功使用的基底材料 的范圍略微有限，通常限于玻璃、石英或其它剛性的硅基材料。
可以在某些類型的金屬基底上形成TFT器件，從而在其制造中實(shí) 現(xiàn)一定程度的柔性。但是，如基底與在制造過程中負(fù)栽該基底的栽體 材料之間的熱膨脹失配之類的問題使金屬基底更難以用在許多用途 中。
在柔性基底上制造TFT通常要求在層沉積的各階段過程中將基底 固定在一定類型的載體上。此類栽體更重要的功能之一是為柔性基底 提供尺寸穩(wěn)定性。因此，例如，傳統(tǒng)上提供剛性玻璃栽體。但是，金 屬基底與玻璃表現(xiàn)出顯著的熱膨脹系數(shù)(CTE)差異。加熱或冷卻周
從而損失其尺寸穩(wěn)定性。
由此可以看出，盡管開發(fā)和擴(kuò)展金屬作為柔性基底的應(yīng)用已經(jīng)受到極大的關(guān)注，但與傳統(tǒng)玻璃栽體的相容性仍對(duì)基底材料類型施加了
一些限制。因此，需要可用于在柔性金屬基底上制造TFT的替代栽體 材料和技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供形成電子器件的方法，包括提供具有 保留表面(retaining surface)的金屬栽體；提供具有接觸表面的 金屬基底；將接觸表面固定到保留表面上；加工該基底以便在其上生 成電子器件；和將金屬基底從金屬栽體上剝離。
本發(fā)明的特征在于提供了制造到柔性(flexible)金屬基底上的 電子器件。本發(fā)明能夠在例如不銹鋼薄片上制造。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于其提供了適用于在高溫下加工柔性基底的栽 體，其中該栽體也可以以調(diào)節(jié)其CTE特征的方式制造。
結(jié)合附圖閱讀下列詳述后，本發(fā)明的這些和其它目的、特征和優(yōu) 點(diǎn)是本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的，在附圖中顯示和描述了本發(fā)明的示 例性實(shí)施方案。


盡管本說明書最后附有特別指出并清楚要求保護(hù)本發(fā)明主題的 權(quán)利要求書，但我們相信，根椐與附圖結(jié)合的下列說明書，可以更好 地理解本發(fā)明。
圖1是在柔性基底上形成的電子器件的側(cè)視圖。 圖2是顯示裝配在栽體上的柔性金屬基底的透視圖。 圖3是顯示用中間粘合劑材料裝配在栽體上的柔性金屬基底的截 面?zhèn)纫晥D。
圖4是顯示部分固定在栽體上的柔性基底的透視圖。
具體實(shí)施例方式
要理解的是，下列詳述中沒有具體顯示或描述的元件可以呈現(xiàn)本 領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種形式。本申請(qǐng)中給出的圖是沉積到基底上的 層的總體空間關(guān)系和排列的代表，并非按比例繪制。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中，借助熱、壓力和真空或這些條件的一些 組合將柔性金屬基底如不銹鋼箔層壓到金屬栽體上。在基底與栽體之 間使用可重熔的塑料粘合劑材料。該塑料粘合劑材料可以是在加熱至 接近或高于用于制造器件的溫度時(shí)會(huì)重熔的Teflon或類似材料。術(shù)語(yǔ)"柔性"通常是指比大約1. 5毫米更薄的金屬片材。
參照?qǐng)Dl,顯示了根據(jù)本發(fā)明形成的電子器件10。將薄膜電子元 件或器件12如導(dǎo)體、薄膜晶體管、二極管或其它元件形成到柔性金 屬基底20如金屬箔上。可以在器件12與基底20之間施加例如亞賄 酸硅層14以提供防止雜質(zhì)從基底20擴(kuò)散到器件10中的阻擋層。在 器件制造過程中，將基底20提供到、沉積到、層壓到或以其它方式 粘附(attach)到栽體18上，栽體18在薄膜器件制造所需的整個(gè)加工 溫度和條件范圍內(nèi)為基底20提供尺寸穩(wěn)定性。
本發(fā)明的裝置和方法提供了具有有利于將TFT制造到不銹鋼或其 它金屬的柔性基底上的性質(zhì)的栽體18。通過匹配或基本匹配柔性基底 的熱膨脹系數(shù)(CTE),本發(fā)明的裝置和方法提供了適合該基底并在 制造加工過程中將該基底固定就位而沒有由變化的溫度范圍引起的 負(fù)面作用的栽體。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，栽體18可以由不銹鋼材料制成。 在另一些實(shí)施方案中，可以對(duì)栽體18使用不同的金屬，只要其嚴(yán)密 匹配基底20的CTE。如果栽體與基底的CTE在彼此的大約25%內(nèi)，更 優(yōu)選在彼此的大約10°/ 內(nèi)，它們可以被枧為基本相等。
采用本發(fā)明的各種實(shí)施方案，可以獲得高結(jié)構(gòu)剛性的栽體材料， 以及有利的CTE特性，和在成本與性能方面的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的栽體18 可重復(fù)使用由所用各種材料和遇到的制造條件決定的任意次數(shù)。在一 些實(shí)施方案中，首先通過沉積到栽體18上來(lái)形成基底20本身，隨后 制造TFT器件。
圖2的透視圖顯示在電子器件制造之前固定到栽體18的保留表 面24上的基底20。在圖3的截面圖顯示的實(shí)施方案中，基底20通過 使用施加在它們之間的可重熔塑料粘合劑材料30層壓到栽體18的保 留表面24上來(lái)固定。粘合劑材料可以基于所需性能選自一系列塑料 物質(zhì)。特別有意義的一些塑料粘合劑材料包括如前所述的聚酰亞胺， 以及DuPont， Inc出售的商品名為Tef 1or^的聚四氟乙烯(PTFE )或 聚(全氟-alboxy)含氟聚合物(PFA)。
可用于層壓的另 一 些示例性粘合劑塑料包括但不限于熱穩(wěn)定的 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(HS-PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、 聚碳酸酯(PC)、聚丙烯酸酯(PAR)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚醚砜(PES)、包括Kaptor^的聚酰亞胺(PI) 、 Teflon⑧聚(全氟-a lboxy) 含氟聚合物(PFA)、聚(醚醚酮)(PEEK)、聚(醚酮)(PEK)、聚(乙 烯四氟乙烯)含氟聚合物(PETFE)和聚(甲基丙烯酸甲酯)和各種丙烯 酸酯/曱基丙烯酸酯共聚物(PMMA)。適合用作粘合劑的塑料也包括 各種環(huán)狀聚烯烴、JSR Corporation制造的ART0N、 Zeon Chemicals L. P. 制造的Zeonor和Celanese AG制造的Topas。也可以4吏用其它更j氐溫 塑料基底，包括以HALAR為名購(gòu)自Ausimont U. S. A. ， Inc.的乙烯-氯代三氟乙烯(E-CTFE) 、 Dupont Corporation以商標(biāo)TEFZEL出售 的乙烯-四氟乙烯(E-TFE)、聚四氟乙烯(PTFE)、纖維玻璃增強(qiáng)塑 料(FEP)和高密度聚乙烯(HDPE)。因其"自層壓"能力，能在高 溫下熔融并經(jīng)受重熔的塑料特別有利。
許多沉積方法可用于將粘合劑材料涂施到保留表面24和/或接觸 表面32上。這些包括各種類型的涂布技術(shù)，如噴涂和噴墨印刷應(yīng)用。 在一個(gè)實(shí)施方案中，可以在基底20和栽體18之間放置Teflon材料 薄片，且施熱導(dǎo)致充分重熔以將基底固定就位。來(lái)自剝離層的可重熔 材料，如可重熔塑料的層壓也可用于粘合劑材料沉積。
熱和壓力提供一種類型的層壓能。其它層壓法可以單獨(dú)使用熱、 單獨(dú)使用壓力、或與粘合劑材料30 —起使用溶劑或其它材料。另一 些層壓方法可能包括溶劑軟化技術(shù)?；蛘?，輻射可用于層壓和層離。
將接觸表面32固定到保留表面24上的層壓法的其它替代方案包 括使用粘合劑和如擴(kuò)散粘結(jié)的方法。擴(kuò)散粘結(jié)可以單獨(dú)使用熱和壓 力，或可以與熱和壓力一起使用其它中間粘合材料，如焊料。
層離(delaminaUon)可以以許多方式進(jìn)行，例如使用熱或化學(xué) 品。在許多實(shí)施方案中，從栽體上剝離基底的方法使用與用于將基底 固定到栽體上的方法相同類型的能量。例如，當(dāng)使用可重熔塑料時(shí)， 熱可用于層壓以及用于隨后的層離。在一些實(shí)施方案中，可以利用基 底或栽體的局部冷卻用作剝離方法。冷卻利用金屬栽體和基底的熱收 縮/膨脹特性。
在使用環(huán)氧樹脂或其它粘合劑時(shí)，可以施加熱或電磁能以充分弱 化粘合劑粘合力以便在元件制造后從栽體18上移除基底20。例如， 可獲自Epoxy Technology, Inc., Billerica， MA的Epo-Tek 353ND 環(huán)氧樹脂和類似環(huán)氧樹脂可以在延長(zhǎng)的施熱期下具有相對(duì)較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，并可以具有使粘合強(qiáng)度顯著降低的降解溫度?；蛘撸?剝離法可用于層離，例如包括使用金屬或金屬線切片剝離的方法?？梢允褂幂椛淠袒蜍浕泽w18與基底20之間的粘合劑材料30。 實(shí)施例1在一個(gè)實(shí)施方案中，用于栽體18的材料是厚度大約50. 8毫米的 不銹鋼片?；?0是厚度大約0. 762毫米的不銹鋼箔。采用這些材料，采用柔性基底20的TFT制造加工如下1. 表面制備。在圖4的透視圖中所示的此步驟中，將薄Teflon (PTFE)涂層作為粘合劑材料30涂施到柔性基底20的接觸表面32上。這可以使用任何合適的沉積技術(shù)涂施。對(duì)于較小的基底20，大約 0. 127至1. 27毫米的厚度是足夠的；該厚度可以隨柔性基底20的所需石更度和面積而變。2. 定位。將基底20定位，以使其以栽體18上的保留表面24為中心。3. 層壓。通過施加熱和壓力以達(dá)到大約300'C的PTFE粘合劑材 料30的流動(dòng)溫度(Tg)，將基底20層壓到栽體18上。該P(yáng)TFE材料 軟化、重熔、并將接觸表面32粘合到保留表面24上。在施加熱和壓 力時(shí)，擠出栽體18與基底的接觸表面32之間的夾留空氣。4. 加工。隨后加工基底20以形成一種或多種電子器件IO(圖1)。 5，層離。隨后再使用熱以使該P(yáng)TFE材料在大約300'C下重熔。隨后可以從栽體18表面上剝離基底20。對(duì)該實(shí)施例給出的步驟允許作出許多變動(dòng)。例如，可以針對(duì)基底 20和栽體18的條件適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)所用粘合劑材料30的厚度以及組成。 可以使用相對(duì)純凈的Teflon材料；但是也可以使用包括Teflon以及 微粒狀、纖維狀或其它填料的組合物，其中該微粒狀添加劑提供改進(jìn) 的性能、溫度范圍或其它條件。在保留表面24外，該可重熔塑料充當(dāng)阻擋層以防止基底20與栽 體18的交界表面之間的空氣或其它氣體的夾留。再加熱Teflon粘合 劑中，材并牛隨后允許從栽體18上剝離基底2;。在一些實(shí)施方案中，充當(dāng)例如介電層。 實(shí)施例2在另一實(shí)施方案中，粘合劑將基底20臨時(shí)固定到載體18上。隨 之，TFT制造步驟如下1, 將基底20固定到栽體18上。將柔性基底20粘結(jié)到栽體18 上。這通過將具有合適厚度或剝離強(qiáng)度的粘合劑涂布到基底20和/或 栽體18上來(lái)進(jìn)行?？梢允褂脡毫驘崤c壓力的結(jié)合以便將基底20粘 結(jié)就位。從載體和基底之間擠出夾留空氣。2. 平面化。在一些用途中，用于TFT沉積的所需表面粗糙度可 以為大約低于0. 2至0. 3微米峰間值或更好。可以將平面化材料添加 到暴露的基底表面上以實(shí)現(xiàn)這種平滑度水平。4. 形成電絕緣層。作為用于修整基底表面的最后表面制備步驟 (其可以是任選的)，在該平面化層上沉積電絕緣層。合適的絕緣層材料可以是Si02、 SiNx、 SiON或這些材料的某些組合。其厚度通常為 大約0. 5至1. 5微米。5. 形成TFT元件。在制備柔性基底20表面后，可以開始鋪設(shè)TFT 元件。這通常要求將薄膜半導(dǎo)體材料層沉積到基底上，隨后通過選擇 性除去部分半導(dǎo)體材料來(lái)形成圖案。該程序采用元件制造領(lǐng)域中公知 的方法鋪設(shè)柵極、源極和漏極元件及其它負(fù)栽層。6. 從栽體18上剝離。熱、冷卻、輻射或溶劑可用于使基底20 不再粘結(jié)到栽體18的表面上，以便從基底20上剝離栽體18?；蛘?， 在一些用途中，可以例如通過激光切割法圍繞生成的TFT元件切穿基 底20以利于移除具有TFT元件的一部分基底20。該基底的其余部分 保持粘結(jié)到栽體上。 一旦通過任何方法分離，基底20可以層壓或施 加到一些其它表面上或使其冷卻。本發(fā)明的方法和裝置能夠使用許多柔性材料作為電子器件的基 底，例如包括金屬，如不銹鋼和鎳。在基底20與栽體18的匹配方面，觀察兩種材料之間的熱膨脹系 數(shù)是有用的。采用本發(fā)明的裝置和方法，可以設(shè)計(jì)和制造相同金屬或 具有相容CTE特性的金屬的栽體18和基底20。當(dāng)CTE值嚴(yán)密匹配時(shí)， 僅需少量粘合劑材料或粘合劑就能將基底固定到栽體上。這簡(jiǎn)化了將 基底固定到栽體上的步驟和剝離基底的步驟。可以使用各種金屬和合金作為基底20或作為栽體18。這包括例 如不銹鋼、鋁、銅和其它金屬。通常非磁性的300系列不銹鋼特別有已經(jīng)特別參照其某些優(yōu)選實(shí)施方案詳細(xì)描述了本發(fā)明，但要理解的是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以在不背離本發(fā)明范圍的情況下在如上所迷并如所附權(quán)利要求中所示的本發(fā)明范圍內(nèi)進(jìn)行變動(dòng)和修改。例
如，當(dāng)最好施加壓力(沒有熱)以將基底20裝配到栽體18上時(shí)，沉積法特別有利。
在基底20上形成的電子器件可用于提供傳給或來(lái)自多種不同類型元件的信號(hào)，并具有用于圖像顯示像素或圖像傳感像素的特定用途。例如，在基底20表面上形成的電子器件可以與例如用于顯示器的相應(yīng)液晶像素、發(fā)光二極管像素或有機(jī)發(fā)光二極管像素耦合。對(duì)于圖像傳感，在基底20表面上生成的電子器件可以與可激發(fā)磷光體像素耦合，或與另一類型的傳感器像素，包括生物檢測(cè)器耦合。
由此，提供了將基底裝配到栽體上以便在柔性基底上形成電子器件的方法。
部件單
10電子器件
12薄膜電子元件或器件
14阻擋層
18金屬栽體
20柔性金屬基底
24栽體18上的保留表面
30粘合劑材料
32基底20上的接觸表面
權(quán)利要求
1. 形成電子器件的方法，包括提供具有保留表面的金屬載體；提供具有接觸表面的金屬基底；將接觸表面固定到保留表面上；加工該基底以便在其上形成電子器件；和將金屬基底材料從金屬載體上剝離。
2. 權(quán)利要求l的方法，其中將接觸表面固定到保留表面上包括 將塑料粘合劑材料涂施到栽體的保留表面或基底的接觸表面或兩者上；和通過層壓將基底粘附到栽體上。
3. 權(quán)利要求l的方法，其中將金屬基底從栽體上剝離包括加熱栽 體表面、加熱基底，或加熱二者。
4. 權(quán)利要求1的方法，其中固定接觸表面包括在一定波長(zhǎng)頻段內(nèi) 輻射基底和栽體。
5. 權(quán)利要求l的方法，其中固定接觸表面包括使用擴(kuò)散粘結(jié)。
6. 權(quán)利要求l的方法，其中剝離包括冷卻栽體表面、冷卻基底、 或冷卻二者。
7. 權(quán)利要求l的方法，其中剝離包括冷卻栽體表面、冷卻基底、 或冷卻二者。
8. 形成電子器件的方法，包括 提供具有保留表面的金屬栽體； 提供具有接觸表面的金屬基底；將粘合劑涂施到保留表面上、或涂施到接觸表面上、或涂施到這 兩個(gè)表面上；將金屬基底粘附到金屬栽體上； 加工該金屬基底以便在其上形成電子器件；和 將金屬基底從金屬栽體上剝離。
9. 權(quán)利要求8的方法，其中將金屬基底從金屬栽體上剝離包括加 熱基底、加熱栽體、或加熱二者。
10. 權(quán)利要求8的方法，其中涂施粘合刑包括涂施環(huán)氧樹脂。
全文摘要
本發(fā)明涉及在柔性金屬基底上形成電子器件的方法和所得器件。形成電子器件的方法提供具有保留表面的金屬載體，并將金屬基底材料的接觸表面固定到金屬載體的保留表面上。加工該基底以便在其上形成電子器件；并將金屬基底材料從金屬載體上剝離以產(chǎn)生完成的電子器件。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101504920SQ20091000402
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月8日
發(fā)明者J·T·默里, M·A·哈蘭, R·S·克爾, T·J·特雷威爾 申請(qǐng)人:卡爾斯特里姆保健公司