專利名稱：其上形成了電子器件的金屬襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及電子器件，更特別涉及在金屬襯底上制成的電子器件。
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^^口次序在剛性村底，通常玻璃或硅 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晶沉積、圖案化和蝕刻到襯底上。半導(dǎo)體薄 膜以典型厚度為幾納米至幾百納米的多層形式形成，中間層厚度大約幾樣丈 米，且半導(dǎo)體薄膜可以在位于剛性襯底上的絕緣表面上形成。
對(duì)剛性襯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 為TFF器件在相對(duì)高溫下制造。由此，已成功使用的襯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。與其它問(wèn)題相比，這些村 底固有的限制尤其阻礙了制造更大顯示器和器件的努力，因?yàn)閭鹘y(tǒng)用作襯底 的結(jié)晶硅和許多類型的玻璃在大、薄、重量輕的片材中越來(lái)越難成型和控制。
擴(kuò)大適用于電子器件形成的襯底材料的范圍明顯有利。作為擴(kuò)展可能的 襯底范圍的努力的一部分，已經(jīng)在一些類型的金屬箔襯底上形成TFT器件。 金屬襯底的優(yōu)點(diǎn)在于降低的重量、有效的熱耗散和承受積械應(yīng)力、彎曲或沖 擊時(shí)的M穩(wěn)定性。已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，它們的整體的熱、尺寸和化學(xué)穩(wěn)定性使金 屬箔襯底成為傳統(tǒng)上在玻璃或硅上形成的電子器件，如有源矩陣有機(jī)發(fā)光二 極管(AMOLED)晶體管底板的合意襯底。但是，由提高的電容耦合、邊緣效 應(yīng)和在其上形成的成層部件之間的可能短路引起的與表面形態(tài)有關(guān)的問(wèn)題 導(dǎo)致難以制造與AMOLED或其它薄膜器件一起使用的金屬箔襯底。因此，盡 管它們表現(xiàn)出許多合意的性質(zhì)并提供用于輕型部件設(shè)計(jì)的顯著潛力，但金屬 襯底尚M現(xiàn)為是玻璃或硅片材料的實(shí)用替代品。
與提供和制備適合在其上制造薄膜器件的金屬襯底的傳統(tǒng)方法有關(guān)的 一個(gè)主要障礙涉及使用現(xiàn)有表面處理技術(shù)時(shí)的表面特征。例如，高品質(zhì)不銹鋼可以輥軋成形以提供平滑至在大約1. 4至2微米峰間距內(nèi)的表面。但是， 對(duì)于薄膜器件，峰間距至少不大于400納米，更優(yōu)選不大于大約200-300納 米的平滑y!A合意的。任何更扭隨的表面都需要過(guò)厚的平面化層，其更可能 發(fā)生裂化和其它缺陷。盡管存在用于使表面平滑的可調(diào)適晶片表面處理技 術(shù)，如化學(xué)-才;U戒拋光(CMP)，但這類技術(shù)非常昂貴且處理表面積有限。與 傳統(tǒng)技;^關(guān)的另 一 困難是相對(duì)較高的缺陷率。
因此，尚未實(shí)現(xiàn)金屬襯底能為薄膜器件形成提供的潛在優(yōu)點(diǎn)。因此，可 以認(rèn)識(shí)到，需要形成具有允許在其上制造TFT電子器件的表面平滑度的金屬 襯底的經(jīng)濟(jì)方法。
發(fā)明概述
本發(fā)明提供了在金屬襯底上形成電子器件的方法，包括 在至少一個(gè)粗糙度小于400納米的母片表面上沉積第一金屬的第一晶種
層；
將支承金屬層粘合到第一晶種層上以形成金屬襯底； 從母片表面上移除所述金屬襯底；和 在金屬襯底的晶種層上形成至少一個(gè)電子器件。 本發(fā)明的特征在于，其形成和使用已形成到極平滑母片表面上的晶種層。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于其無(wú)需大量表面處理即提供具有高平滑度的薄金屬 襯底。
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。
附圖簡(jiǎn)述
盡管本說(shuō)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，才艮據(jù)與附圖結(jié)^f卡出的下列說(shuō)明，可以更好地理解本發(fā) 明，其中
圖l是顯示母片的截面圖2是顯示晶種層沉積到母片上的截面圖3是顯示金屬支承層沉積到晶種層上的截面圖4是顯示從母片上移除晶種層的截面圖5是顯示在晶種層上形成TFT電子器件的截面圖；圖6是顯示具有多個(gè)晶種層的實(shí)施方案的截面圖7是顯示粘貼到第二晶種層上的金屬支承層的截面圖8是顯示在一個(gè)實(shí)施方案中從母片表面上分離襯底的截面圖9是顯示在帶有多個(gè)晶種層的實(shí)施方案中在第一晶種層上形成TFT電
子器件的截面

圖10是層壓到載體上的本發(fā)明的襯底的實(shí)施方案的截面圖11是顯示在具有多個(gè)耦合到載體上的晶種層的實(shí)施方案中在第一晶
種層上形成的電子器件的截面圖12顯示了從載體上分離具有電子器件的襯底；
圖13是顯示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案在襯底上形成的平面化層的截面圖14是顯示在平面化層上形成的電子器件的截面圖15是顯示在一個(gè)實(shí)施方案中帶有背板的本發(fā)明的襯底的截面圖。
發(fā)明詳述
本發(fā)明的方法能夠通過(guò)首先形成晶種層來(lái)在金屬襯底上形成薄膜電子 器件，該晶種層通過(guò)將金屬沉積到極平滑的母片表面上來(lái)形成。隨后將一個(gè) 或多個(gè)連續(xù)金屬層作為支承結(jié)構(gòu)粘合到該晶種層上。由此形成的多層金屬襯 底可以隨后從母片上分離以提供TFT制造所必需的平滑表面。
顯示本發(fā)明所用的各種層和結(jié)構(gòu)的附圖不4要比例，而是放大各種部件的 相對(duì)厚度以便清楚描繪。
圖1至5的截面圖依次顯示了用于形成具有電子器件100的襯底的一系 列方法。圖1是顯示帶有母片表面30的母片20的截面圖。母片20是具有 高拋光表面30的如玻璃、石英或金屬的材料，該表面30具有峰間距小于400 納米的表面粗糙度。母片20可以是平板或可以是圓筒或具有一些其它合適 的表面形狀。
圖2是顯示晶種層40沉積到母片表面30上的截面圖?？梢允褂迷S多沉 積法形成晶種層40，如原子層沉積(ALD)、'賊射或用于形成;f及薄晶種層40 的其它方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，晶種層40是大約400埃厚的鉻層。鉻的 優(yōu)點(diǎn)在于，其適合粘合到其它金屬上以及提供適合制造薄膜電子器件的表 面?？梢允褂闷渌饘?，如鋁、銅、銦或鎳。
一旦形成晶種層30,就進(jìn)行圖3中所示的MI丈法以形成金屬襯底10。 在此，使支承金屬層60粘合到母片表面30上。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)電 鍍粘合支承金屬層60?；蛘?，可以使用其它鍍敷或沉積法，如使用電子粒子和離子云運(yùn)行的等離子體基^l欠沉積。另 一些可用的^l丈法包括例如熱噴
涂、氣相沉積、離子鍍和化學(xué)氣相沉積(CVD)。支承金屬層60的厚度取決 于用途。
各種金屬可用于形成支承金屬層60。在一個(gè)實(shí)施方案中，將tt磺酸鎳 作為金屬層60鍍到母片表面30上。在例如美國(guó)專利No. 2, 318, 592(C卯ery) 中描述了沉積泰J^黃酸鎳的電沉積法。用于金屬層60的其它合適的金屬可 以包括例如銅、鎳、不銹鋼或鋁。
顯示在圖4的截面圖中的下一步驟是從母片20上分離襯底10。可以例 如使用熱進(jìn)行分離。
從圖1至5中,所示的步驟中可以觀察到，必須形成母片表面30以使其 相對(duì)不含缺陷，因?yàn)樵谄渖闲纬傻慕饘倬ХN層40以類似用才莫具實(shí)施時(shí)的方 式復(fù)制母片表面30。母片表面30中的最細(xì)微缺陷也會(huì)被晶種層40復(fù)制或放 大。
圖5是顯示在晶種層40上形成TFT電子器件70的截面圖。在此，TFT 電子器件70按需要包括其自己的平面化層和絕緣層。但是，在使用本發(fā)明 的晶種層方法時(shí)，由于可以獲得極平滑表面，平面化和絕緣層可以非常薄， 從而使短路、邊緣效應(yīng)或與不合意的表面結(jié)構(gòu)有關(guān)的其它異常的可能性最小 化。在一個(gè)實(shí)施方案中，使用氮化珪作為TFT電子器件70的一部分，從而 密封或隔絕該表面以允許沉積薄膜。在另一實(shí)施方案中，苯并環(huán)丁烯(BCB) 或旋涂玻璃(SOG)的追加薄層用于TFT結(jié)構(gòu)下方的平面化?？梢酝ㄟ^(guò)將薄 膜半導(dǎo)體材料旋涂到襯底10表面上來(lái)形成電子器件70。在形成電子器件70 后，可以將任選圖案化層添加到電子器件70上?？梢允褂眠M(jìn)一步加工在該 任選圖案化層上形成圖案，如折光結(jié)構(gòu)。由此形成的透《竟元件可以在空間上 與薄膜電子器件對(duì)齊。玻璃或塑料可用于該任選圖案化層。
盡管可以如參照?qǐng)Dl-5所述使用單晶種層，但使用多個(gè)晶種層可能是有 利的。圖6-9的截面圖依次顯示了在另一實(shí)施方案中用于形成具有電子器件 IOO的襯底的一系列方法，其中襯底10具有多個(gè)晶種層40和50。圖6是顯 示沉積在帶有母片表面30的母片20的母片表面30上的第一晶種層40的截 面圖。此外，隨后將第二晶種層50沉積到第一晶種層40上。第二晶種層50 可以是，例如，氨基磺酸鎳、鎳、銅、鋁或其它金屬的涂層。第二晶種層50 的總用途可以是作為粘合用的中間層，以更有效地粘合到第一晶種層40和 支承金屬層60上。或者，第二晶種層50可以是玻璃或一些其它合適的介電絕緣材料。第二晶種層50可以提供例如屏蔽或接地用的平面的功能。
圖7是顯示粘貼到第二晶種層上以形成襯底10的金屬支承層的截面圖。 可以使用上文參照?qǐng)D3描述的相同粘合法，包括例如電鍍。
顯示在圖8的截面圖中的下一步驟是從母片20上分離襯底10。分離可 以使用例如剝離或熱進(jìn)行。也可以使用化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)分離。
圖9是顯示在晶種層40上形成TFT電子器件70的截面圖。在圖9的實(shí) 施方案中，TFT電子器件70按需要包括其自己的平面化層和絕緣層。但是， 如參照?qǐng)D5所述，當(dāng)使用本發(fā)明的晶種層方法時(shí)，由于可以獲得極平滑表面， 平面化和絕緣層可以極薄，從而使短路、邊緣效應(yīng)或與不合意的表面結(jié)構(gòu)有
關(guān)的其它異常的可能性最小化。
圖10至12詳述在一個(gè)實(shí)施方案中用于形成TFT電子器件70的勤出步 驟。在此，使用載體90作為在TFT制造過(guò)程中負(fù)載襯底10用的臨時(shí)結(jié)構(gòu)。 層壓材料80提供了載體90與襯底10之間所需的臨時(shí)粘合。然后，如圖ll 中所示，可以在被載體90負(fù)載的襯底10上形成電子器件70。載體90通常 是玻璃、金屬或其它極平整的剛性材料。
如圖12中所示，TFT制造中的最終步驟是隨后從載體90上移除帶有電 子器件70的襯底10，由此形成具有電子器件的村底IOO。通常，使用積4成 剝離、熱或化學(xué)試劑從載體90上分離襯底10。
作為另一實(shí)施方案，圖13和14顯示了在形成TFT電子器件70之前在 襯底10上^^供單獨(dú)平面化層110的一系列步驟。在一個(gè)實(shí)施方案中，平面 化層110是用于密封和隔絕該表面以允許沉積薄膜的氮化硅。在另一實(shí)施方 案中，苯并環(huán)丁烯(BCB)或旋涂玻璃(SOG )的iii口層用于形成平面化層110。 或者，四乙氧1^圭烷(TEOS)或丙烯酸材料可用于平面化。平面化層110可 任選包括著色劑、光吸收劑、濾光劑或^Jt體。圖14是顯示在平面化層110 上形成的電子器件70的截面圖。
或者，可以使用絕緣層代替或補(bǔ)充如圖13中所示的平面化層IIO。合適 的絕緣層材料可以是Si02、 SiNx、 SiON或這些材料的一些組合。該層的厚 度通常為大約0. 5至1. 5微米。
圖15顯示了另一實(shí)施方案，其中將背板120作為硬襯粘貼到支承金屬 層60上。在一個(gè)實(shí)施方案中，背板120是塑料；但是，其它材料，如金屬、 復(fù)合材料，包括玻璃纖維復(fù)合材料，或其它合適的硬襯可以粘貼到支承金屬 層60上。背板120的厚度可以根據(jù)預(yù)期用途為例如大約0. 5毫米至大約3毫米。這能使支承金屬層60盡可能薄，同時(shí)仍為制成的襯底10提供充足的 支承。在制造中，在一個(gè)實(shí)施方案中，在與母片20分離之前粘貼背板120。 在4于底10上形成的電子器件70可用于向或/人許多不同類型的部件4是供 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，在襯底 IO表面上形成的電子器件可以與例如顯示器用的相應(yīng)液晶像素、發(fā)光^^^及管 像素或有機(jī)發(fā)光二極管像素耦合。對(duì)于圖像傳感，在襯底10表面上形成的 電子器件可以與可亂義熒光體像素或與另 一類型的傳感器像素，包括生物檢 測(cè)器耦合。
本發(fā)明的方法特別好地適用于輥到輥制造，或網(wǎng)式制造、加工。母片20 可以由巻軸、輥、或帶，如環(huán)帶提供?；蛘撸r底10可以在其制造后圍繞 巻軸巻繞。
部件單
10襯底 20母片 30母片表面 40第一晶種層 50第二晶種層 60支承金屬層 70電子器件 80層壓材泮牛 90載體
100具有電子器件的襯底 110平面化層 120背板
權(quán)利要求
1.在金屬襯底上形成電子器件的方法，包括在至少一個(gè)粗糙度小于400納米的母片表面上沉積第一金屬的第一晶種層；將支承金屬層粘合到所述第一晶種層上以形成金屬襯底；從所述母片表面上移除所述金屬襯底；和在所述金屬襯底的所述晶種層上形成至少一個(gè)電子器件。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，包括附加步驟在沉積所述金屬支承層之前在所述第一晶種層上沉積第二金屬的第二晶 種層。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中第一金屬晶種層是鉻。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中第二金屬晶種層是鎳。
5. 權(quán)利要求l的方法，其中所述電子器件包含一個(gè)或多個(gè)薄膜晶體管。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述支承金屬層是硫酸鎳或鎳化合物。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述支承金屬層通過(guò)電鍍沉積。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述支承金屬層通過(guò)等離子體沉積法 沉積。
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述支承金屬層是不銹鋼。
10. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中移除所述金屬襯底包括施加熱。
11. 權(quán)利要求l的方法，其中形成薄膜電子器件的步驟進(jìn)一步包括將薄 膜半導(dǎo)體材料旋涂到所述表面上。
12. 權(quán)利要求l的方法，進(jìn)一步包括在形成所述至少一個(gè)電子器件之前 將介電材津牛沉積到所述晶種層上。
13. 權(quán)利要求12的方法，其中介電材料包括旋涂的玻璃。
14. 權(quán)利要求l的方法，進(jìn)一步包括將帶有所述至少一個(gè)電子器件的襯 底粘貼到另一器件上。
15. 權(quán)利要求l的方法，進(jìn)一步包括將帶有所述至少一個(gè)電子器件的襯 底粘貼到剛性載體上。
16. 在金屬襯底上形成電子器件的方法，包括在至少一個(gè)粗糙度小于400納米的母片表面上沉積第一金屬的第一晶種層；將支承金屬層粘合到所述第 一 晶種層上以形成金屬襯底； 從所ii母片表面上移除所ii金屬碎于底；將所述金屬襯底層壓到載體上，其中所述支承金屬層靠著所述載體； 在所述金屬襯底的所述第一晶種層上形成至少一個(gè)電子器件；和 從所述載體上移除具有至少 一個(gè)電子器件的所述金屬襯底。
17. 權(quán)利要求16的方法，其中移除所述金屬襯底包括施力口熱。
18. 在金屬襯底上形成電子器件的方法，包括在至少一個(gè)相4造度小于400納米的母片表面上沉積第一金屬的第一晶種層；將支承金屬層粘合到所述第一晶種層上以形成金屬襯底； 從所述母片表面上移除所述金屬襯底； 將薄膜半導(dǎo)體材料層沉積到金屬襯底的晶種層上；和通iti^4奪性除去一部分半導(dǎo)體材料來(lái)形成圖案。
19. 在金屬襯底上形成電子器件的方法，包括在至少一個(gè)津j^造度小于400納米的母片表面上沉積第一金屬的第一晶種層；將支承金屬層粘合到所述第一晶種層上以形成金屬襯底； 從所述母片表面上移除所述金屬襯底； 將平面化層施加到所述晶種層上；和 在所述平面化層上形成至少一個(gè)電子器件。
20. 權(quán)利要求19的方法，其中平面化材料包含光吸收著色劑。
21. 在金屬襯底上形成電子器件的方法，包括在至少一個(gè)粗糙度小于400納米的母片表面上沉積第一金屬的第一晶種層；將支承金屬層粘合到所述第一晶種層上以形成金屬襯底； 從所述母片表面上移除所述金屬襯底； 在所述晶種層上形成至少一個(gè)電子器件； 將圖案化層施加到所述電子器件上；和 在所述圖案化層中形成圖案。
22. 權(quán)利要求21的方法，其中形成圖案包括壓花。
23. 權(quán)利要求21的方法，其中該圖案包含一個(gè)或多個(gè)透鏡元件。
24. 權(quán)利要求23的方法，其中該一個(gè)或多個(gè)透鏡元件在空間上與在所述 表面上形成的薄膜電子器件對(duì)齊。
25. 權(quán)利要求l的方法，包括由片材4"t是供母片。
26. 權(quán)利要求25的方法，進(jìn)一步包括在移除母片后將村底巻繞到巻軸上。
27. 權(quán)利要求l的方法，進(jìn)一步包括將在所述晶種層上形成的電子器件 與液晶像素耦合。
28. 權(quán)利要求l的方法，進(jìn)一步包括將在所述晶種層上形成的電子器件 與發(fā)光二極管像素耦合。
29. 權(quán)利要求l的方法，進(jìn)一步包括將在所述晶種層上形成的電子器件 與有機(jī)發(fā)光二極管像素耦合。
30. 權(quán)利要求l的方法，進(jìn)一步包括將在所述晶種層上形成的電子器件 與可激發(fā)熒光體像素耦合。
31. 權(quán)利要求l的方法，進(jìn)一步包括將在所述晶種層上形成的電子器件 與傳感器像素耦合。
32. 權(quán)利要求l的方法，進(jìn)一步包括在從所述母片表面上移除所述金屬 襯底之前粘貼背板。
33. 權(quán)利要求32的方法，其中背板包含塑料材料。
34. 權(quán)利要求32的方法，其中背板是金屬。
35. 權(quán)利要求32的方法，其中背板是復(fù)合材料。
全文摘要
在金屬襯底(10)上形成電子器件(70)的方法在至少一個(gè)粗糙度小于400納米的母片表面(30)上形成第一金屬的第一晶種層(40)。將支承金屬層(60)粘合到第一晶種層(40)上以形成金屬襯底(10)。從母片表面(30)上移除金屬襯底(10)，并在金屬襯底(10)的晶種層(40)上形成至少一個(gè)電子器件(70)。
文檔編號(hào)H01L21/84GK101542716SQ200780039522
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2007年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月26日
發(fā)明者M·A·哈蘭, R·克爾, T·J·特雷威爾 申請(qǐng)人:卡爾斯特里姆保健公司