專利名稱：在載體負(fù)載的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，更特別涉及將柔性(flexible) 基底裝配到載體上并在該基底上形成電子器件的方法。
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ShN4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箔和塑料基底上形成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TFT材料之間的化學(xué)不 相容性、基底與器件層之間的熱膨脹失配、平面性與表面形態(tài)、以及 電容耦合或可能的短路之類的問題使金屬箔基底更難以用在許多用 途中。
TFT的制造方法需要200-30(TC或更高的溫度，包括會(huì)使許多類 型的塑料基底不可用的溫度。因此，公認(rèn)的是，如美國專利No. 7,045,442 (Maruyama等人)中所述，TFT不能直接在塑料基底上形 成。為了提供安裝在塑料基底上的TFT器件的益處，Maruyama等人，， 442的公開內(nèi)容描述了在起初粘附到載體基底上的剝離層(release layer )上形成TFT的方法。 一旦制成TFT電路，隨即將剝離層與其 載體基底分離，并可以層壓到更輕和更柔軟的塑料上。盡管已經(jīng)提出一些在柔性基底上形成TFT元件的解決方案，仍存 在大量顯著的技術(shù)障礙。如Maruyama等人，，442中所述的為TFT器 件提供的剝離層的層壓需要額外的制造步驟和材料，并表現(xiàn)出固有的 對(duì)齊困難。使用更高性能的塑料仍會(huì)留下熱膨脹(用熱膨脹系數(shù)，CTE 表示)方面的困難，并需要額外的層和工藝以保護(hù)該塑料。使用脈動(dòng) 準(zhǔn)分子激光器的解決方案不能提供更傳統(tǒng)的TFT制造技術(shù)的全部能 力，并由此具有有限的效用。因?yàn)門FT必須在剝離層上或在某些必須 在柔性基底上形成的中間層上形成，剛剛所述的已知方法無 一 提供確 實(shí)足以取代玻璃或其它硅基基底的柔性基底。
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。此類載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)上提供剛性玻璃載體。如日本專 利公開號(hào)JP 7-325297 A2 ( Ichikawa )中所述，TFT器件可以形成到 借助粘合層臨時(shí)固定到玻璃載體上的塑料基底上。
但是，玻璃載體的使用對(duì)可用的柔性基底材料的類型施加了 一些 限制。某些類型的塑料與玻璃基底的使用相容，但由于它們表現(xiàn)出與 用于沉積的溫度區(qū)接近的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg，它們是不實(shí)用的。因此， 塑料基底在制造周期中往往稍微軟化以造成不想要的膨脹。金屬?zèng)]有 這種缺點(diǎn)。但是，金屬材料沒有隨溫度改變而表現(xiàn)出尺寸"寬容性"。 金屬與玻璃之間熱膨脹系數(shù)(CTE)的顯著差異造成過度應(yīng)力，這會(huì) 損壞玻璃或?qū)е陆饘倩走^早從玻璃載體上脫離，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)展塑料和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)玻璃載體的相容性仍對(duì)基底材料類型 施加了一些限制。
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，包括下列步 驟修整載體表面以形成用于保持柔性基底的保持區(qū)域(holding area);用涂施在載體的至少保持區(qū)域與接觸表面的相應(yīng)區(qū)域之間的 粘合中間材料將柔性基底的接觸表面施加到載體上；除去柔性基底與 載體之間的夾留氣體；加工該基底以便在其上形成電子器件；和將柔 性基底從保持區(qū)域上移除。本發(fā)明的另一目的在于提供制造到柔性基底上的電子器件。采用 本發(fā)明的實(shí)施方案，可用柔性基底的范圍可以包括各種類型的金屬， 包括某些類型的金屬箔，以及其它非常薄的基底。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，其使玻璃或其它類似載體適合在高溫下加工 柔性基底。
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，根據(jù)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是在負(fù)載在載體上的柔性基底上形成的電子器件的側(cè)視圖。
圖2是在一個(gè)實(shí)施方案中基底載體的修整表面的透視圖。
圖3是部分施加到基底載體的修整表面上的柔性基底的透視圖。
圖4是完全施加到基底載體的修整表面上的柔性基底的透視圖，
該載體的修整區(qū)域相對(duì)于基底處于中心。
圖5是沿圖4的線段5-5截取的剖面?zhèn)纫晥D，顯示了在一個(gè)實(shí)施
方案中的基底裝配。
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。
作為本說明書中所用的術(shù)語，"塑料"是指具有高聚合物含量的 材料，其通常由聚合的合成樹脂制成，該樹脂可以與其它成分如固化 劑、填料、增強(qiáng)劑、著色劑和增塑劑結(jié)合。"樹脂"是合成或天然存 在的聚合物。塑料在其成品狀態(tài)下是固體，并且在其制造或加工成最 終制品的過程中的某些階段，可以通過流動(dòng)成型。塑料通常使用以合 適速率蒸發(fā)溶劑的固化法成型。塑料包括熱塑性材料和熱固性材料。 術(shù)語"柔性，，通常是指比大約1. 5毫米更薄的片材。
參照圖1，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、二極管或其它元件或器件形成到柔性基底20如金屬箔上。可以在元件12與基底20之間提供例如亞 硝酸硅層14以提供防止雜質(zhì)從基底20擴(kuò)散到電子器件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)到載體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。根據(jù)本發(fā)明公 開了將基底20粘附到載體18上的各種技術(shù)。
本發(fā)明的裝置和方法提供了使用載體18在柔性基底20上制造電 子器件10的方式。使用本發(fā)明的裝置和方法，可以使用一系列柔性 基底20，其負(fù)載在載體18上而不要求基底與載體的CTE之間的匹配。 因此，例如，可以將金屬基底，如CTE為大約17ppm/。C的不銹鋼負(fù)載 在CTE為2-3ppm/。C的玻璃載體上。與需要嚴(yán)密匹配的CTE值的基底 裝配法不同，本發(fā)明允許載體18與基底20各自的CTE值彼此相差超 過2 ppm/。C 。
圖2的透視圖顯示了已經(jīng)根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案處理或修整以負(fù)載柔 性基底的載體22。通過修整載體22表面的某一部分以例如有效地使 這部分上的表面變粗糙來形成載體22上的保持區(qū)域24。例如，可以 使用噴砂或其它研磨處理、腐蝕性蝕刻、或使用材料沉積法進(jìn)行修整。 出于下面更詳細(xì)描述的原因，保持區(qū)域24可以是如圖2中所示朝該 表面的中心形成的載體22表面的一小部分。
或者，未顯示地，可以通過圍繞其周邊修整載體22表面來形成 這種保持區(qū)域，留下未修整的中心區(qū)域，在該區(qū)域相反面上，可以在 該載體負(fù)載的柔性基底上形成電子器件。同樣，通過在柔性基底周邊 上沉積增粘材料由此在周邊上形成比中心處更強(qiáng)的基底與載體之間 的粘合，可以在柔性基底的接觸表面上形成周邊保持區(qū)域?；蛘撸?以在基底和/或載體的中心區(qū)域中涂施減粘材料，由此也可以在周邊 上形成比中心區(qū)域中更強(qiáng)的基底與載體之間的粘性結(jié)合。
圖3以部分完成的狀態(tài)顯示施加到載體22上的柔性基底26。將 柔性基底26的接觸表面30對(duì)著如圖2所示在載體22的修整表面上 形成的保持區(qū)域24安裝或施加?；蛘撸缜八?，可以提供圍繞載 體22周邊的保持區(qū)域。圖4顯示了對(duì)著載體22盡可能平整地完全施 加到載體22表面上的柔性基底26,其中除去柔性基底26與載體22 的接觸表面30之間的夾留氣體。在各構(gòu)造中，至少相當(dāng)大部分保持區(qū)域24位于基底26下方?；?6居中在中心保持區(qū)域24上對(duì)許多 用途是有利的，因?yàn)檫@種布置允許從基底26的穩(wěn)定的固定中心區(qū)域 向外熱膨脹。但是，可能在另一些用途中，基底26不以保持區(qū)域24 為中心。例如，如在圍繞載體22周邊的所述保持區(qū)域中，可以設(shè)置 用于固定基底26的一條或多條邊的保持區(qū)域24。
圖5的剖面?zhèn)纫晥D顯示了裝配在載體22上的基底26。借助在基 底26中心附近的保持區(qū)域24,基底26可以發(fā)生熱膨脹或收縮而不會(huì) 造成載體22翹曲或破損。為了在兩個(gè)表面的界面處提供足量的固著
(grip)或粘合，將一定類型的中間粘合材料28涂施到此界面處、 特別是保持區(qū)域24處的接觸表面30上。粘合材料28可以是粘合劑， 如環(huán)氧樹脂，或可以是一些其它材料或復(fù)合材料，其以足夠的粘合力 將基底在載體22上臨時(shí)固定就位以便在加工過程中至少一部分基底 26沒有在接觸界面平面中表現(xiàn)出相對(duì)于載體22的任何可察覺的移動(dòng)。 粘合材料28可以是可重熔的塑料粘合劑，選自熱穩(wěn)定的聚對(duì)苯二 曱酸乙二醇酯(HS-PET)、聚萘二曱酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯
(PC)、聚丙烯酸酯(PAR)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚醚砜(PES)、 聚酰亞胺(PI ) 、 Teflon聚(全氟-alboxy)含氟聚合物(PFA ) 、 Kapton、 聚(醚醚酮)(PEEK)、聚(醚酮)(PEK)、聚(乙烯四氟乙烯)含氟聚 合物(PETFE)、聚(曱基丙烯酸曱酯)、丙烯酸酯/曱基丙烯酸酯共聚 物(PMMA)、環(huán)狀聚烯烴、乙烯-氯代三氟乙烯(E-CTFE)、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)。 實(shí)施例
在一個(gè)實(shí)施方案中，粘合材料28是可重熔的塑料粘合劑材料， 如Teflon涂料。柔性基底26是304級(jí)不銹鋼片。采用下列基本次序。
1. 表面制備。在此步驟中，將薄Teflon ( PTFE)涂層作為粘合 材料28涂施到柔性基底26的接觸表面30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26,大約0. 0005-0. 002英寸的厚 度是足夠的；該厚度可以隨基底26的硬度和面積而變。
2. 定位。將基底26定位，以使其以載體22上的保持區(qū)域24為 中心。
3. 層壓。通過施加熱和壓力以達(dá)到大約30(TC的PTFE粘合材料28的流動(dòng)溫度(TJ ，將基底26層壓到載體22上。該P(yáng)TFE材料軟 化、重熔、并粘合位于保持區(qū)域24上的那部分基底26。在施加熱和 壓力時(shí)，擠出載體與基底的接觸表面30之間的夾留氣體。
4. 加工。隨后加工基底26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30(TC下重熔。 隨后可以將基底26提離載體22表面。如果已經(jīng)圍繞載體22表面的 周邊提供、或在基底接觸表面上以環(huán)形提供保持區(qū)域，可以通過在周 邊或環(huán)形保持區(qū)域內(nèi)將基底26切穿至載體的未修整中心區(qū)域來移除 電子器件，由此能夠容易地移除電子器件?？梢酝ㄟ^例如激光、鋸切 割或化學(xué)蝕刻進(jìn)行該切割。
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 26和載體22的條件適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)粘合材料28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4吏用包括Teflon以及孩i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。
當(dāng)載體22是具有蝕刻的、噴砂的或沉積的保持區(qū)域24的玻璃時(shí)， Teflon或其它可重熔塑料提供與粗糙化的玻璃保持區(qū)域相對(duì)較強(qiáng)的 粘合。在保持區(qū)域24外，該可重熔塑料充當(dāng)阻擋層以使基底26與載 體22的交界表面之間的空氣或其它氣體的夾留最小化。再加熱Teflon 中間粘合材料隨后允許從載體22上移除基底26。在一些實(shí)施方案中， 中間粘合材料28在基底26從載體22表面上移除后仍沉積在基底26 上，充當(dāng)例如制成的器件或電路的介電層。
熱和壓力提供一種類型的層壓。其它層壓法可以單獨(dú)使用熱、單 獨(dú)使用壓力、或使用溶劑或其它材料作為中間粘合材料28。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環(huán)氧粘合力 以便在元件制造后移除基底26。例如，許多類型的環(huán)氧樹脂在更高溫 度下喪失粘合強(qiáng)度。例如，可獲自Epoxy Technology, Inc., Billerica， MA的Epo-Tek 353ND環(huán)氧樹脂和類似環(huán)氧樹脂可以在延長的施熱期內(nèi) 具有相對(duì)較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，和使粘合強(qiáng)度顯著降低的分解溫 度。
層離(De-lamination)可以以許多方式進(jìn)行，例如使用熱或化學(xué) 品?；蛘?，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?？梢允褂靡欢úㄩL頻段內(nèi)的輻射凝固或軟化載體22與基底 26之間的中間粘合材料28。可以選擇輻射波長以使基底26或載體22 對(duì)輻射能基本透明。
層壓還包括輻照基底和載體以使中間粘合材料固化。還可以輻照 基底和載體以便移除基底。
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 所述并如所附權(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，可以以許多方式在載體22的表面上形成保持區(qū)域24。修整該表 面以形成保持區(qū)域24的方法可以包括例如使用磨料，如噴砂，或使 用化學(xué)品，如蝕刻劑。這些方法往往通過除去材料來使該表面粗糙化。 或者，也可以使用將材料沉積到載體22表面上的方法?？梢允褂萌?賊射之類的方法增加一定面積的與載體22中已用的相同的材料；或 者，可以將不同的材料沉積到載體22表面上以形成保持區(qū)域24?？?以在載體22的表面中嵌入微粒材料以形成保持區(qū)域24。可以將各種 材料粘合到載體22表面上以形成保持區(qū)域24。當(dāng)最好施加壓力(沒 有熱)以將基底26裝配到載體22上時(shí)，沉積法特別有利。本發(fā)明還 包括在基底26的接觸面或底面上而不是如已描述的那樣在載體22的 上表面上提供修整的保持區(qū)域。例如，可以化學(xué)處理基底26的接觸 表面以促進(jìn)塑料粘合材料的粘合。載體22或基底26的表面也可以化 學(xué)預(yù)處理以促進(jìn)在層離過程中與粘合材料28的分離。
由此，提供了將基底裝配到載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.層 18.載體 20.柔性基底 22.載體 24.保持區(qū)域26.柔性基底
28.中間粘合材料 30. 4妻觸表面
權(quán)利要求
1.在柔性基底上形成電子器件的方法，包括修整載體表面以形成用于保持柔性基底的保持區(qū)域；用涂施在載體的至少保持區(qū)域與接觸表面的相應(yīng)區(qū)域之間的中間粘合材料將柔性基底的接觸表面施加到載體上；除去柔性基底與載體之間的夾留氣體；加工該基底以便在其上形成電子器件；和將柔性基底從保持區(qū)域上移除。
2. 權(quán)利要求i的方法，其中中間粘合材料是可重熔的塑料粘合劑 材料。
3. 權(quán)利要求l的方法，其中施加包括將柔性基底的一部分接觸表 面層壓到保持區(qū)域上。
4. 權(quán)利要求l的方法，其中載體吸收一定波長頻段內(nèi)的輻射，且 基底對(duì)所述波長頻段基本透明。
5. 在柔性基底上形成電子器件的方法，包括 修整載體表面上的區(qū)域作為粘合到柔性基底上的保持區(qū)域；用可重熔的塑料粘合劑材料涂布該柔性基底的至少 一部分接觸表面；將柔性基底的接觸表面施加到載體上，并除去柔性基底與載體之 間的夾留氣體；將柔性基底的接觸表面的至少涂布部分粘附到保持區(qū)域上； 加工該基底以便在其上形成電子器件；和 從保持區(qū)域上分離該基底材料。
6. 權(quán)利要求5的方法，其中通過層壓進(jìn)行粘附，并通過分層進(jìn)行 分離。
7. 權(quán)利要求5的方法，其中可重熔的塑料粘合劑材料是聚-四氟-乙烯(PTFE)。
8. 權(quán)利要求5的方法，其中在將基底從載體上移除時(shí)，可重熔的 塑料粘合劑材料留在柔性基底的接觸表面上。
9. 權(quán)利要求5的方法，進(jìn)一步包括從柔性基底的接觸表面上除去可重熔的塑料粘合劑材料的步驟。
10.在柔性基底上形成電子器件的方法，包括 提供柔性基底； 提供載體；修整基底的接觸表面以形成用于接觸載體的保持區(qū)域； 用涂施-合材料將柔性基底的接觸表面施加到載體上； 除去柔性基底與載體之間的夾留氣體； 加工該基底以便在其上形成電子器件；和 將柔性基底從保持區(qū)域上移除。
全文摘要
本發(fā)明涉及在載體負(fù)載的基底上形成電子器件的方法和所得器件。具體地涉及在柔性基底上形成電子器件的方法修整載體表面以形成用于保持柔性基底的保持區(qū)域。用涂施在載體的至少保持區(qū)域與接觸表面的相應(yīng)區(qū)域之間的中間粘合材料將柔性基底的接觸表面施加到載體上。除去柔性基底與載體之間的夾留氣體，并加工該基底以便在其上形成電子器件。隨后可以將基底從保持區(qū)域上移除以產(chǎn)生所得電子器件。
文檔編號(hào)H01L21/78GK101552227SQ20091000705
公開日2009年10月7日 申請日期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 申請人:卡爾斯特里姆保健公司