CN103098255B - 衬底片 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于制作包括阻挡层和金属元件的柔性阻挡片，所述方法包括：a）设置施加到聚合物支撑层上的金属层，金属层具有面向聚合物支撑层的第一表面以及背向所述聚合物支撑层的第二表面；b）在金属层的第二表面上设置金属元件；c）设置覆盖金属层的所述第二表面和所述金属元件的阻挡层，阻挡层具有面向金属层的第一表面以及背向金属层的第二表面；d）从金属层释放聚合物支撑层；以及e）从金属元件和阻挡层除去金属层。柔性阻挡片可以用在卷对卷制作要求高质量阻挡衬底片的薄膜半导体器件中，例如，OLED。

Description

衬底片

技术领域

本发明涉及一种用于制作制造半导体器件的衬底片的方法，以及还涉及在所述方法中使用或者由所述方法所产生的层结构。

背景技术

制作薄膜电子器件已经朝向增加成本效率的大规模制作发展了多年。对于大量制作例如有机发光二极管（OLED）、电致变色器件和光伏器件的半导体器件，非常令人感兴趣的技术是卷对卷工艺，其中，器件建立在柔性的、可能透明的衬底材料上，例如，塑料片。

将在大量制作例如OLED中使用的衬底片可以在牺牲金属衬底上形成，在所述牺牲金属衬底上，金属分流结构和阻挡层被施加并且可选地层压或者涂覆有有机涂层，从而制作片。接下来，牺牲金属衬底被蚀刻掉，以留下具有阻挡属性和分流结构的自支撑柔性衬底片。半导体器件可以然后建立在片表面上，所述片在其除去前是面向牺牲金属衬底的。

然而，以上所述的方法遭受若干个缺点。首先，通常用作牺牲金属衬底的铝片具有使得得到的衬底片在半导体器件在其上制作时具有差阻挡质量的表面粗糙度，因而限制其用来制作不要求高质量阻挡的器件。而且，蚀刻金属衬底是耗时的，因而提供一种障碍来获取更加时间和成本效率高的制作过程。

因而，在本领域中仍然对用于低成本大量制作薄膜半导体器件的改进方法存在需求。

发明内容

本发明的目的是克服该问题，并且提供一种制作衬底片的更加有效的方法，用于卷对卷制造。本发明的还有一个目的是提供一种具有改进的阻挡属性的衬底片，用于卷对卷制造。

根据本发明的第一方面，这个和其它目的是通过用于制作包括阻挡层和金属元件的柔性片的方法来实现，所述柔性片计划作为用于制造薄膜半导体器件的衬底片，所述方法包括：

a）设置施加到聚合物支撑层上的金属层，金属层具有面向聚合物支撑层的第一表面和背向所述聚合物支撑层的第二表面；

b）在金属层的第二表面上设置金属元件；

c）设置覆盖金属层的所述第二表面和所述金属元件的阻挡层，阻挡层具有面向金属层的第一表面和背向金属层的第二表面；

d）从金属层释放聚合物支撑层；以及

e）从金属元件和阻挡层除去金属层。

本发明人发现：通过使用涂覆有比较薄的金属层的自支撑聚合物层作为形成柔性片的支撑，可以获得具有改进的阻挡质量的柔性片。因为聚合物支撑层非常光滑，所以与传统的成卷金属箔的表面相比，金属层也变得非常光滑。由于光滑的金属层，阻挡层的第一表面也变得非常光滑（比施加到传统成卷的金属箔上的阻挡层更光滑），由此提供更好的阻挡。

而且，因为聚合物支撑层在第一步骤中被除去，以及与传统的成卷金属箔相比，金属层可以非常薄，所以仅仅需要少许蚀刻来除去金属层。因此，蚀刻步骤比传统的方法耗时更少，并且还使用更少的蚀刻剂，其从环境以及经济观点看是有益的。

在本发明的实施例中，从金属层释放聚合物支撑层通过加热金属层来达到。因此，热量可以被传送到可以分层的聚合物支撑层。典型地，金属层具有高于聚合物支撑层的蒸发温度的熔化温度，并且金属层被加热到等于或者高于聚合物支撑层的蒸发温度、但是低于金属层的熔化温度的温度。优选地，从金属层释放聚合物支撑层通过使用激光来执行。激光典型地加热金属层。

在本发明的实施例中，金属层可以通过蚀刻来除去。

根据本发明的实施例，方法可以进一步地包括以下步骤：

f）在阻挡层的第一表面和金属元件上设置半导体器件或者材料。

该步骤通常在卷对卷制造过程中执行，其是大量制作薄膜器件非常便利且节约成本的方法。

在另一方面，本发明提供一种层结构，包括：夹在聚合物支撑层和包括金属元件的衬底片之间的金属层，其中，金属层的第一表面面向聚合物支撑层，并且金属层的第二表面面向衬底片的第一表面，衬底片的金属元件与金属层的所述第二表面接触。典型地，衬底片包括阻挡层。通过使用在其上所涂覆的聚合物层和金属层来代替传统的成卷金属箔作为形成金属元件和阻挡层的支撑（计划用于形成柔性阻挡片），改进了阻挡层的阻挡质量，由此，实现需要高质量阻挡片的薄膜器件（例如，OLED）的卷对卷制作。

在本发明的实施例中，聚合物支撑层包括聚酰亚胺。同时，典型地，金属层可以包括铝。与聚合物支撑层相比，金属层是薄的，并且可以具有0.02到100μm的范围中的厚度。相反，聚合物支撑层可以具有从5到500μm的厚度。

典型地，衬底片的金属元件可以计划用于提供一种用于最终薄膜（例如,OLED）器件的分流结构。

在另一方面，本发明提供一种用于制作薄膜器件的方法，包括：设置由根据本发明第一方面的方法所获得的柔性衬底片；以及在卷对卷制作过程中使用所述柔性衬底片。因此，根据本发明的另一方面，由根据本发明的第一方面的方法所获得的柔性衬底片可以用在制作薄膜器件的过程中。

要指出的是，本发明涉及在权利要求中所列举的特征的所有可能结合。

附图说明

现在将参考示出了本发明实施例的附图来详细描述本发明的这个和其它方面。

图1a-e示意性图示了根据本发明实施例的方法。

图2a和2b的每一个示意性地图示了从金属层释放聚合物支撑层。

具体实施方式

本发明人发现：利用包括涂覆有薄金属层的聚合物支撑层的牺牲层堆叠来代替用于传统制作卷对卷工艺的阻挡片的厚金属片导致了若干优点，包括：最终薄膜器件的改进的阻挡质量，以及更加高效的制作过程。

根据本发明的方法在图1中示意性地描绘。首先，设置包括聚合物支撑层101和金属层102的层结构或者堆叠100（步骤a；图1a）。接下来，计划用于在最终器件中形成分流结构的金属元件104在金属层上形成（步骤b;图1b）。阻挡层103（典型地，为聚合物阻挡层）然后由已知技术来施加，以接触并覆盖金属元件104和暴露于金属元件之间的金属层的表面106（步骤c；图1c）。接下来，为了制作自支撑的、柔性的阻挡片，激光辅助分层用来从金属层102释放聚合物支撑层101（步骤d；图1d），以及随后金属层102通过传统蚀刻从阻挡层103和金属元件104除去（步骤e；图1e）。因而得到的、包括阻挡层和金属元件但不包括聚合物支撑层101和金属层102的阻挡片200可以用在制作薄膜半导体器件（例如，OLED）的卷对卷处理中。本发明方法的各个步骤a-e以下将更加详细地来描述。

聚合物支撑层和金属层可以由众所周知的技术来制作。金属层可以（例如，通过溅射）沉积作为聚合物支撑层上的涂层。可选地，在沉积之后，金属层可以通过电镀制得更厚，例如，在铝层情况下的离子液体电镀。增厚的金属层可以是理想的，以便于保护金属层下面的（背向牺牲聚合物层的）层免受热。

根据本发明用于代替传统的、厚铝片部分的聚合物支撑层101可以由容许从金属层激光辅助分层的任何合适的聚合物材料形成，示例包括：聚酰亚胺、温度稳定的聚(对苯二甲酸乙二醇酯)（PET），聚（萘二甲酸乙二酯(PEN)和聚醚醚酮（PEEK）。优选地，聚合物支撑层包括聚酰亚胺，并且更优选地是聚酰亚胺层。聚酰亚胺由于其高温稳定性而是优选的。

金属层102可以是金属或者合金，优选的是具有比较低熔点的软金属或者合金，例如，铝。

金属层102相对于聚合物支撑层101是薄的。例如，金属层的厚度可以在从0.02到100μm的范围中，例如，大约1μm。另一方面，聚合物支撑层典型地具有在5到500μm的范围中的厚度，例如，大约100μm。

正如图中所图示的，金属层102具有面向聚合物支撑层101并且与所述聚合物支撑层101直接接触的第一表面105。金属层还与聚合物支撑层直接热接触，以使得热量可以经由金属层的表面105从金属层传递到聚合物支撑层。

此外，金属层102还具有第二表面106，其背向聚合物支撑层并且在其上可以施加金属元件104。元件104可以通过使用传统的技术（例如，通过沉积固化的导电墨水）来在金属层上形成。在得到的片200中的金属元件104的功能是将在最终的器件中提供导电的和分流的结构，其提供横过将布置在片200上的透明电极的电流和好的电压分布。金属元件104可以包括具有在大约0.5μm到100μm的范围中的宽度和高度尺寸的金属的薄分流线路，以及可选地还有较大的汇流排。分流线路和可选地汇流排可以在金属层上形成任何图案，例如，栅格图案。

在形成金属元件之后，金属层和金属元件由阻挡层103来覆盖，其典型地是聚合物阻挡层。阻挡层103具有第一表面107，所述第一表面107面向金属元件104和金属层103的第二表面106并且与它们直接接触。因而，获得图1c中所图示的层结构。108指示背向牺牲层和金属元件的阻挡层表面。

聚合物支撑层101和金属层102是牺牲层，这意味着设置它们仅仅辅助形成其它层或者结构以及完成该目的后被处理。聚合物支撑层和金属层的目的是提供一种支撑表面，用于形成具有包括金属元件104的光滑表面的阻挡层103。聚合物支撑层和金属层然后被除去作为制作将要用于卷对卷处理的柔性片的过程的一部分。

聚合物支撑层101可以牢固地附着到金属层。然而，本发明人已经发现：聚合物支撑层可以由激光辅助分层从金属层上除去，而不损坏层组合（layerassembly）的其它层或者结构，通过使用激光束来加热金属层，因而间接加热聚合物层到聚合物层的蒸发温度以上的分层温度。当聚合物支撑层的部分材料在其面向金属层的表面109处蒸发时，聚合物支撑层从金属层分层。通过沿着层组合连续地移动激光束，创建分层线路（图2a中的横截面所示出的）。可以形成多个基本平行的分层线路，其可以获得整个聚合物支撑层的完整分层。图2b图示了聚合物支撑层的连续部分的完整分层。

优选地，所使用的分层温度在形成金属层的金属或者合金的熔化温度以下。分层温度可以在从100到1000℃的范围中，但是分别取决于聚合物支撑层的材料的蒸发温度和金属层的熔化温度。例如，为了从铝层释放聚酰亚胺层，铝优选地被加热到从300到700℃范围中的温度，例如，大约500℃。然而，预期的是，聚合物支撑层可以包括一种在这种低温蒸发的聚合物：低于100℃的分层温度是可能的。例如，为了获得分层，可以使用具有从1050到1100nm的范围中的发射波长的红外光纤激光器。

以下除去聚合物支撑层、所暴露的金属层可以通过使用传统的化学蚀刻来除去。因为与传统使用的支撑金属片相比，金属层是薄的，除去金属层要求的蚀刻期将更短，并且将需要更少的蚀刻剂。蚀刻时间可以是大约1分钟。短的蚀刻时间是有益的，不仅仅因为它节省制作过程中的时间，而且因为减少了阻挡层暴露到蚀刻剂中，这可能不利地影响阻挡层。为了蚀刻铝层，可以使用氢氧化钾（KOH）。然而，因为氢氧化钾也可以以低速率蚀刻阻挡层的氮阻挡，所以阻挡的功能可以由长蚀刻期来危及。而且，通过使用短的蚀刻期，可以减少或者避免金属层和蚀刻剂之间的多余反应。

衬底片200可以随后用在薄膜器件的卷对卷制作中。半导体器件可以建立在阻挡层的表面107上因而与金属元件104接触，或者在阻挡层的表面108上。

本领域普通技术人员认识到：本发明绝不限制于以上所述的优选实施例。相反，许多修改和变化可能在所附权利要求的范围内。例如，比如薄的金属层、ITO、AlZnO、TiF等的透明导体可以在形成金属元件104之前施加到金属层103的表面106上，以使得阻挡层103可以被施加以与金属元件和暴露到金属元件之间的部分导体接触并且覆盖它们。在这些实施例中，调整蚀刻步骤以使得当金属层102被除去时导体基本上不被蚀刻。在又一个其它实施例中，在激光辅助的释放和随后的牺牲层蚀刻之前，器件（例如，微机电器件）的结构可以建立在背向牺牲层的阻挡层的表面108上。

要指出的是，以上所提及的实施例示例而不是限制本发明，并且本领域普通技术人员将能够设计许多可替代实施例，而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求中，放在括号之间的任何附图标记不应解释为限制权利要求。使用动词“包括”及其词形变化不排除存在不同于权利要求中所陈述的元件或者步骤的元件或者步骤。元件之前的不定冠词“一”不排除存在多个这样的元件。在列举了若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干个可以由硬件的一个和相同项来包括。在互相不同的从属权利要求中陈述的某些方法的仅有事实不指示这些方法的结合不能被使用而获益。

Claims (11)

1.一种用于制作包括阻挡层和金属元件的柔性片的方法，所述柔性片计划作为用于制造薄膜半导体器件的衬底片，所述方法包括：

a）设置施加到聚合物支撑层（101）上的金属层（102），金属层具有面向聚合物支撑层的第一表面（105）和背向所述聚合物支撑层的第二表面（106）；

b）在金属层的第二表面上设置金属元件（104）；

c）设置覆盖金属层的所述第二表面和所述金属元件的阻挡层（103），阻挡层具有面向金属层的第一表面（107）和背向金属层的第二表面（108）；

d）从金属层释放聚合物支撑层；其中，金属层具有高于聚合物支撑层的蒸发温度的熔化温度，并且其中金属层被加热到等于或者高于聚合物支撑层的蒸发温度、但是低于金属层的熔化温度的温度；以及

e）从金属元件和阻挡层除去金属层。

2.根据权利要求1的方法，其中，从金属层释放聚合物支撑层通过使用激光来执行。

3.根据权利要求1的方法，其中，金属层通过使用蚀刻来除去。

4.根据权利要求1的方法，进一步包括以下步骤：

f）在阻挡层的第一表面（107）和金属元件上设置半导体器件。

5.根据权利要求1的方法，其中，聚合物支撑层（101）包括聚酰亚胺。

6.根据权利要求1的方法，其中，金属层包括铝。

7.根据权利要求1的方法，其中，所述金属元件计划用于提供分流结构。

8.根据权利要求1的方法，其中，所述金属层（102）具有在0.02到100μm的范围中的厚度。

9.一种用于制作薄膜器件的方法，包括：

a）设置由根据权利要求1的方法所得到的柔性衬底片；以及

b）在卷对卷制作过程中使用所述柔性衬底片。

10.由根据权利要求1的方法所得到的柔性衬底片在用于制作薄膜器件的过程中的用途。

11.根据权利要求9的方法或者根据权利要求10的用途，其中，所述薄膜器件是有机发光二极管。