TWI536517B - 基板片 - Google Patents

Description

基板片

本發明係關於一種用於製造半導體器件之基板片之生產的方法，及亦係關於該方法所使用或從該方法所得之層結構。

薄膜電子器件之生產已開發多年，其日益朝向成本效益大規模生產。對於諸如有機發光二極體(OLED)、電致變色器件及光伏打器件之半導體器件的大量生產，一很有趣技術係捲輪式薄膜輸送處理(roll-to-roll processing)，其中該器件建立於諸如一塑膠片之一撓性(可能透明)之基板材料上。

欲用於例如OLED之大量生產之一基板片可形成於一犧牲金屬基板上，在該基板片上施加一金屬分流結構及一障壁層，且視情況用一有機塗層貼合或覆蓋以生產一片。接著，該犧牲金屬基板經蝕刻去除以留下具有障壁性質及一分流結構之一自支撐撓性基板片。然後，可於該犧牲金屬基板移除前面對該犧牲金屬基板之該薄片之表面上建立一半導體器件。

然而，上述所描述之方法遭受若干缺點。首先，鋁片(其普遍用作為犧牲金屬基板)具有當在所得之基板片上生產一半導體器件時使該所得之基板片具有不良障壁品質之一表面粗糙度，因此限制該鋁片之使用於不要求一高品質障壁之器件的製作。此外，蝕刻該金屬基板係耗時的，因此妨礙達成更具時間及成本效益之製作製程。

因此，依舊存在對於薄膜半導體器件之低成本大量生產之經改善方法的技術之一需求。

本發明之一目標係克服此問題且提供生產用於捲輪式薄膜輸送製造之一基板片的一更有效方法。本發明之一目標係亦提供用於捲輪式薄膜輸送製造之一基板片，該基板片具有已改善障壁性質。

根據本發明之一第一態樣，藉由用於生產包括一障壁層及金屬元件之一撓性片的一方法而達成此目標及其他目標，該撓性片欲意作為一薄膜半導體器件之製造的一基板片，該方法包括：

a)　提供施加於一聚合物支撐層上之一金屬層，該金屬層具有面對該聚合物支撐層之一第一表面及背對該聚合物支撐層之一第二表面；

b)　在該金屬層之第二表面上提供金屬元件；

c)　提供覆蓋該金屬層之第二表面及該等金屬元件的一障壁層，該障壁層具有面對該金屬層之一第一表面及背對該金屬層之一第二表面；

d)　自該金屬層釋放該聚合物支撐層；及

e)　自該等金屬元件及該障壁層移除該金屬層。

本發明者發現藉由使用用一相對薄的金屬層塗覆之一自支撐聚合物層作為一支撐物以形成撓性片可獲得具有經改善之障壁品質的一撓性片。與一習知滾軋金屬箔之表面相比，既然聚合物支撐層係很光滑，則金屬層亦變得很光滑。由於該光滑金屬層，障壁層之第一表面亦變得很光滑(比施加於一習知滾軋金屬箔上之一障壁層更光滑)，因此提供一較佳的障壁。

此外，既然在一第一步驟移除聚合物支撐層，及與一習知滾軋金屬箔相比，金屬層可係很薄，則僅需少許蝕刻來移除金屬層。因此，蝕刻步驟與習知方法相比較不耗時且亦使用較少蝕刻劑，此從一環境及一經濟的觀點係具優勢的。

在本發明之實施例中，藉由加熱金屬層而達成自金屬層釋放聚合物支撐層。因此，熱可傳遞至可分離之聚合物支撐層。通常，金屬層具有高於聚合物支撐層之蒸發溫度的一熔化溫度，且金屬層加熱至等於或高於聚合物支撐層之蒸發溫度但低於金屬層之熔化溫度的一溫度。較佳地使用一雷射履行自金屬層釋放聚合物支撐層。該鐳射通常加熱該金屬層。

在本發明之實施例中，可藉由蝕刻移除金屬層。

根據本發明之實施例，方法可進一步包括以下步驟：f)　在障壁層之第一表面及該等金屬元件上提供一半導體器件或材料。

一般在一捲輪式薄膜輸送製造製程中履行此步驟，此係大量生產薄膜器件之一很方便且具成本效益的方式。

在另一態樣中，本發明提供一層結構，其包括：一金屬層，其夾於一聚合物支撐層與包括金屬元件之一基板片之間，其中金屬層之一第一表面面對聚合物支撐層，及金屬層之一第二表面面對基板片之一第一表面，基板片之金屬元件與金屬層之該第二表面接觸。通常基板片包括一障壁層。藉由使用一聚合物層及塗覆其上的一金屬層以代替一習知滾軋金屬箔而作為一支撐物以形成金屬元件與障壁層(欲意形成一撓性障壁片)，改善障壁層的障壁品質，因此使得薄膜器件(諸如OLED)之捲輪式薄膜輸送製作能夠要求一高品質障壁片。

在本發明之實施例中，聚合物支撐層包括聚亞醯氨。再者，通常金屬層可包括鋁。與聚合物支撐層相比，該金屬層係薄的且可具有在0.02微米至100微米之範圍中的一厚度。相反，聚合物支撐層可具有從5微米至500微米的一厚度。

通常，基板片之金屬元件可能欲意提供用於最終薄膜(例如OLED)器件之一分流結構。

在一進一步態樣中，本發明提供一種用於製作一薄膜器件的方法，其包括：提供藉由根據本發明之第一態樣之方法所獲得的一撓性基板片；及在一捲輪式薄膜輸送製作製程中使用該撓性基板片。因此，藉由根據本發明之一進一步態樣，根據本發明之第一態樣之方法所獲得的一撓性基板片可用於製作一薄膜器件之一製程中。

請注意本發明係關於技術方案中所列之特徵的所有可能組合。

參考展示本發明之實施例的附圖，現在將對本發明之此態樣及其他態樣進行更詳細地描述。

本發明者發現用一犧牲層堆疊取代用於捲輪式薄膜輸送處理之障壁片之習知製作的厚金屬片導致若干優點，該犧牲層堆疊包括用一薄金屬層塗覆的一聚合物支撐層，該等優點包含改善之最終薄膜器件之障壁品質及一更有效生產製程。

圖1中示意地描繪根據本發明之方法。首先，提供包括一聚合物支撐層101及一金屬層102之一層結構或堆疊100(步驟a；圖1a)。接著，欲意形成最終器件中之一分流結構之金屬元件104形成於金屬層上(步驟b；圖1b)。然後，藉由已知技術施加一障壁層103(通常一聚合物障壁層)以接觸於並覆蓋金屬元件104及曝露於金屬元件之間之金屬層的表面106(步驟c；圖1c)。接著，為生產一自支撐撓性障壁片，使用雷射協助分離以自金屬層102釋放聚合物支撐層101(步驟d；圖1d)，且隨後藉由習知蝕刻從障壁層103及金屬元件104移除金屬層102(步驟e；圖1e)。所得障壁片200(包括障壁層及金屬元件但不包括聚合物支撐層101及金屬層102)可用於諸如OLED之薄膜半導體器件之製作的捲輪式薄膜輸送處理中。以下將更詳細地描述發明性方法之各自步驟a至e。

藉由熟知技術可生產聚合物支撐層及金屬層。例如藉由濺鍍金屬層可將其作為一塗層沈積於聚合物支撐層上。視情況在沈積之後，藉由電鍍(例如在一鋁層之情況下之離子液體電鍍)金屬層可製成更厚。為保護金屬層下(背對犧牲聚合物層)之層免受熱，可期望一加厚的金屬層。

根據本發明用於取代習知、厚鋁片之部分的聚合物支撐層101可由易自一金屬層雷射協助分離之任意合適聚合物材料形成，實例包含聚亞醯氨、溫度穩定之聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)及聚醚醚酮(PEEK)。聚合物支撐層包括聚亞醯氨，及更佳的係一聚亞醯氨層。由於聚亞醯氨之高溫穩定性，所以聚亞醯氨係較佳。

金屬層102可為一金屬或合金，較佳地為具有一相對低熔點之一軟金屬或合金，諸如鋁。

相對於聚合物支撐層101，金屬層102係薄的。例如，金屬層的厚度可在從0.02微米至100微米之範圍，例如約1微米。另一方面，聚合物支撐層通常具有在5微米至500微米之範圍中的一厚度，例如約100微米。

如圖式中所圖解說明，金屬層102具有面對且直接接觸於聚合物支撐層101的一第一表面105。金屬層亦直接熱接觸於聚合物支撐層使得熱可經由金屬層的表面105從金屬層傳遞至聚合物支撐層。

此外，金屬層102亦具有背對聚合物支撐層及可將金屬元件104施加於其上之一第二表面106。使用一習知技術，例如藉由沈積經固化之導電油墨，元件104可形成於金屬層上。所得片200中之金屬元件104的功能係在最終器件中提供一導電及分流結構，此提供跨欲配置於片200上之一透明電極的電流及良好電壓分佈。金屬元件104可包含具有約0.5微米至100微米之範圍中之寬度及高度尺寸的薄分流金屬線及視情況亦包含較大匯電條。分流線及視情況匯電條可在金屬層上形成任意圖案，例如一柵格圖案。

在形成金屬元件之後，金屬層及金屬元件由一障壁層103覆蓋，該障壁層103通常係一聚合物障壁層。障壁層103具有面對且直接接觸於金屬元件104及金屬層102的第二表面106的一第一表面107。因此，獲得圖1c中所圖解說明之層結構。將背對犧牲層及金屬元件之障壁層的表面標示為108。

聚合物支撐層101及金屬層102係犧牲層，意指僅提供該等層以協助其他層或結構的形成且在實現此目標之後被消除。聚合物支撐層及金屬層的目的係提供用於形成具有包括金屬元件104之一光滑表面之一障壁層103的一支撐表面。然後作為生產欲用於捲輪式薄膜輸送處理之撓性片之製程之部分，移除聚合物支撐層及金屬層。

聚合物支撐層101可牢固地黏附至金屬層。然而，本發明者已發現藉由使用一雷射光束以加熱金屬層因此將聚合物層間接加熱至高於聚合物層之蒸發溫度的一分離溫度，可藉由雷射協助分離從金屬層移除聚合物支撐層而不損壞層總成之其他層或結構。隨著聚合物支撐層之材料的部分在其面對金屬層之表面109處蒸發，聚合物支撐層從金屬層分離。藉由沿層總成連續移動雷射光束，創建一分離線(在圖2a中之截面中展示)。可製成複數個基本上平行之分離線，此可達成全體聚合物支撐層的完全分離。圖2b圖解說明聚合物支撐層之一連續部分的完全分離。

較佳地所使用之分離溫度低於形成金屬層之金屬或合金的熔化溫度。分離溫度可在從100℃至1000℃之範圍中，但分別取決於聚合物支撐層之材料的蒸發溫度及金屬層的熔化溫度。例如，為從一鋁層釋放一聚亞醯氨層，鋁較佳地加熱至在從300℃至700℃範圍中的一溫度，例如約500℃。然而涵蓋聚合物支撐層可包括一聚合物，其在可能低於100℃之一分離溫度的低溫下蒸發。例如，為達成分離，可使用具有在從1050奈米至1100奈米之範圍中的一發射波長之一紅外線光纖雷射。

繼移除聚合物支撐層之後，使用習知化學蝕刻可移除曝露的金屬層。既然與習知所使用之支撐金屬片相比，該金屬層係薄的，則所需用以移除金屬層之蝕刻週期將較短，且將需要較少蝕刻劑。蝕刻時間可為約1分鐘。一短蝕刻時間具優勢，不但因為其在生產製程中省時，而且因為減少障壁層對蝕刻劑的曝露，此可不利地影響障壁層。對於一鋁層之蝕刻，可使用氫氧化鉀(KOH)。然而，既然氫氧化鉀亦可以一低速率蝕刻一障壁層之氮化物障壁，則藉由長蝕刻週期可危及該障壁之功能。此外，藉由使用一短蝕刻週期可減少或避免介於金屬層與蝕刻劑之間的非所需反應。

基板片200可隨後用於薄膜器件之捲輪式薄膜輸送生產。一半導體器件可建立於障壁層之表面107上，因此接觸於金屬元件104，或於障壁層之表面108上。

熟習此項技術者認識到本發明絕不係限制於上述所描述之較佳的實施例。相反，許多修改及變更可能係在隨附申請專利範圍的範疇內。例如，在形成金屬元件104之前，一透明導體(諸如一薄金屬層、ITO、AlZnO、TiF等)可施加於金屬層102之表面106上，使得障壁層103可經施加以接觸於並覆蓋金屬元件及曝露於金屬元件之間之導體的部分。在此等實施例中，蝕刻步驟經調整使得當移除金屬層102時該導體實質上不被蝕刻。在另一實施例中，在犧牲層之雷射協助釋放及隨後蝕刻之前，一結構或器件(諸如一微電機器件)可建立於背對犧牲層之障壁層的表面108上。

請注意上述提及實施例圖解說明而不是限制本發明，及熟習此項技術者將能夠設計許多替代實施例而不脫離隨附申請專利範圍的範疇。在申請專利範圍內，放置於括號內之任意參考符號不應理解為限制申請專利範圍。動詞「包括」及其詞形變化的使用不排除除了一請求項中所陳述外之元件或步驟的存在。一元件前之冠詞「一」("a"或"an")不排除存在複數個此等元件。在列舉若干構件之器件請求項中，若干此等構件可由硬體之一個且相同項目體現。在互相不同之附屬請求項中所列之某些措施的純粹事實不指示此等措施之一組合不被用於取得優勢。

100．．．層結構或堆疊

101．．．聚合物支撐層

102．．．金屬層

103．．．障壁層

104．．．金屬元件

105．．．金屬層的第一表面

106．．．金屬層的第二表面

107．．．障壁層的第一表面

108．．．障壁層的第二表面

109．．．聚合物支撐層之表面

200．．．基板片

圖1a至圖1e示意地圖解說明根據本發明之實施例的方法。

圖2a及圖2b分別示意地圖解說明自金屬層釋放聚合物支撐層。

101．．．聚合物支撐層

102．．．金屬層

103．．．障壁層

104．．．金屬元件

105．．．金屬層的第一表面

109．．．聚合物支撐層之表面

Claims (12)

1. 一種用於生產一撓性片的方法，該撓性片包括一障壁層及金屬元件、欲意作為用於一薄膜半導體器件之製造的一基板片，該方法包括：a)提供施加於一聚合物支撐層(101)上之一金屬層(102)，該金屬層具有面對該聚合物支撐層之一第一表面(105)及背對該聚合物支撐層之一第二表面(106)；b)在該金屬層之該第二表面上提供金屬元件(104)；c)提供覆蓋該金屬層之該第二表面及該等金屬元件的一障壁層(103)，該障壁層具有面對該金屬層之一第一表面(107)及背對該金屬層之一第二表面(108)；d)自該金屬層釋放該聚合物支撐層；及e)自該等金屬元件及該障壁層移除該金屬層，其中該金屬層具有高於該聚合物支撐層之蒸發溫度的一熔化溫度，且該金屬層加熱至等於或高於該聚合物支撐層之蒸發溫度但低於該金屬層之該熔化溫度的一溫度。
2. 如請求項1之方法，其中使用一雷射履行自該金屬層釋放該聚合物支撐層。
3. 如請求項1之方法，其中使用蝕刻移除該金屬層。
4. 如請求項1之方法，其進一步包括以下步驟：f)在該障壁層之該第一表面(107)及該等金屬元件上提供一半導體器件或材料。
5. 如請求項1之方法，其中該聚合物層(101)包括聚亞醯 氨。
6. 如請求項1之方法，其中該金屬層包括鋁。
7. 如請求項1之方法，其中該等金屬元件欲意提供一分流結構。
8. 如請求項1之方法，其中該金屬層(102)具有在0.02微米至100微米之該範圍中的一厚度。
9. 一種用於製作一薄膜器件的方法，其包括：a)提供以如請求項1之方法所獲得之一撓性基板片；及b)將該撓性基板片用於一捲輪式薄膜輸送製作製程中。
10. 如請求項9之方法，其中該薄膜器件係一有機發光二極體。
11. 一種於製作一薄膜器件之一製程中對以如請求項1之方法所獲得之一撓性基板片之使用。
12. 如請求項11之使用，其中該薄膜器件係一有機發光二極體。