CN103177935A - 通过层转移制备柔性结构的方法及中间结构和柔性结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于制备柔性结构的方法以及中间结构和柔性结构。其中用于制备柔性结构（13）的方法包括以下步骤：在第一和第二有源基底（1、2）中注入离子物质以分别形成第一和第二脆化区（3.5、4.6），从而限定第一和第二薄膜（3、4），提供柔性基底（9），其硬度R小于或等于107GPa·μm3，分别将所述第一和第二薄膜（3、4）固定到所述柔性基底（9）的第一和第二面上从而形成包括由所述第一和第二脆化区（3.5、4.6）限定的柔性结构（13）的堆叠（12），所述柔性结构（13）具有适合允许转移所述第一和第二薄膜（3、4）的硬化作用，以及利用热平衡从而将所述第一和第二薄膜（3、4）转移到所述柔性基底（9）上。

Description

通过层转移制备柔性结构的方法及中间结构和柔性结构
技术领域
本发明涉及用于制造适合抓握，特别地适合使用至少一种微技术、微电子学或清洗步骤的柔性结构的方法。
本发明还涉及中间结构和柔性结构。所述制造方法和柔性结构可以特别地应用于柔性技术领域、微技术领域、微电子领域、柔性电子领域如芯片卡、智能纺织品，并且特别地用于制造应变计。
背景技术
柔性技术领域要求在由单晶材料组成的，具有例如小于5微米厚度的弹性可变形薄膜上或其中形成电子器件。目前，单晶材料的柔性膜不是如此非常地合适，并且柔性膜（如果它们存在或不使用任何支持物制造的话），对于能够容易地操作（特别地通过微电子学的标准方法）而言实在太薄了。实际上这些膜易于缠绕在自身上、易于变形或折叠，这使它们难以用于制造电子器件。
在现有柔性基底（如聚合物或金属薄板）上生长单晶材料的薄膜是不可能的，因为这些基底不具有适合生长所希望品质的单晶材料的表面种子。
此外，难以实现使用脆化的有源基底通过Smart CutTM技术将非常薄的膜转移到柔性基底上。有时，仅部分膜被转移。这可以解释为由于柔性基底不能为沿着通过注入有源基底中形成的空穴的脆化平面或区域发展提供所需要的硬度。然后这些空穴在所有方向上并且特别地沿着垂直于所述脆化平面或区域的轴线发展，这可以导致薄膜起泡。
另一方面，有可能通过在薄膜和柔性基底之间插入硬化膜将薄膜从单晶材料的有源基底转移到柔性基底（如聚合物）上。如果获得的结构实际上是柔性的，它可能难以用于随后的工艺过程中。由于在结构的制造期间应力存贮在不同薄膜中，在室温下所述结构通常具有强烈的（弯曲或扭转）变形。
发明内容
本发明的目的之一是克服这个缺点以及提供可以操作的包括单晶材料薄膜的柔性结构，并且对于所述薄膜而言自发弓度（自弯曲，spontaneousbow）（即，在不存在外部应力下以及在室温下）较小，从而能够在薄膜的表面内或其上进行微技术或微电子学的步骤。
为此目的并根据第一方面，本发明的目的是用于制造柔性结构的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
-将离子物质（离子物种）注入第一源基质中以形成第一脆化区，从而限定特别地由单晶材料组成的第一薄膜，
-将离子物质注入第二源基质中以形成第二脆化区，从而限定特别地由单晶材料组成的第二薄膜，
-提供柔性基底，其硬度R小于或等于107GPa·μm3，
-分别将第一和第二薄膜固定到柔性基底的第一面和第二面上，从而形成包括由第一和第二脆化区限定的柔性结构的堆叠，所述柔性结构具有适合允许转移第一和第二薄膜的硬化作用，以及
-利用断裂热平衡（施加断裂热预算，fracture thermal budget）从而将第一和第二薄膜转移到柔性基底上。
使用这种方法，由此有可能获得具有大于20cm，优选大于50cm，以及还优选大于1m的自发曲率半径的柔性结构。
这种结构（如果它另外具有足够的尺度（典型地大于几mm）），可以容易地操作。这是具有标准尺度的基底的情况，例如100或200mm直径。这种结构适合抓握，特别地有可能将它应用于至少一种微技术、微电子学或清洗步骤中。
通过使用公式R=EH3/12(1-ν2)可以计算硬度R。E表示柔性基底材料的杨氏模量值（以GPa计），H相应于基底的高度或厚度（以微米计）并且ν（nu）相应于材料的泊松系数（无量纲）。柔性基底的抗弯刚度和硬度较低，从而例如当施加外部应力时可以产生相当显著的弹性变形。作为比较，具有725微米商用厚度的刚性硅基底（其杨氏模量为约130GPa并且其弹性变形能力非常低）具有4·109GPa·mm3等级的硬度。
通过使用公式r2/2Δ获得柱状结构的‘曲率半径’ρ，其中r表示这个结构的半径并且Δ（delta）表示在这个结构的表面中心测量的，通过这个结构假定的弓度。例如，5mm的弓度相应于针对具有100mm（或8英寸）半径的结构，1m的曲率半径。
表述‘自发曲率半径’描述了当它未经受任何外部应力并且在室温下时柔性结构内在的曲率半径。
对于表述‘柔性结构’而言，在本文中是指可变形的、可顺应的结构，当施加随后的外部应力时，它可以弹性变形（特别地在微电子学或微技术操作的范围内提供或一旦设备形成，在其随后的使用期间）。例如结构的柔性确保它可以达到超过20cm，或甚至50cm以及甚至1m的曲率半径，同时保持结构的机械完整性和功能完整性。与塑料变形不同，柔性结构的弹性变形避免损害薄膜材料（例如通过在薄膜的厚度中形成裂缝或缺陷，收缩、起泡、分离或分层转移的薄膜），从而使得在制造期间或在使用期间这些材料保持它们的性质。
此外，应当指出的是第一和第二薄膜固定到其上的柔性结构的第一面和第二面是柔性结构的相对面。
对于表述‘分别地将第一和第二薄膜固定到柔性结构的第一面和第二面上’而言，在本文中是指，将第一和第二薄膜的暴露表面（即已经经历离子物质注入的表面）分别固定在柔性基底的第一面和第二面上的动作。
对于表述‘适合允许转移薄膜的硬化作用’而言，在本文中是指，通过薄膜硬度提供的硬化作用，与通过柔性基底的硬度带来的硬化作用累加足以平行于有源基底表面发展出脆化区的空穴。这种硬化作用特别地允许将整个薄膜转移到柔性基底上而不发生任何起泡。
对于表述‘热平衡’而言，在本文中是指在给定的时间期间内施加热处理。
因此，有可能将薄膜转移到柔性基底上以获得柔性的和弹性的可变形结构。此外，所述结构的基本上对称的配置确保它可以被操作、抓握，并且特别地它可以获得相对高的曲率半径，即在不存在外部应力下获得基本上平面的结构然后有可能在其上进行技术步骤。
根据一种实施方式，通过施加机械应力（如拉伸应力、剪切应力、弯曲应力或扭转应力）来协助使用断裂热平衡从而实现断裂热平衡的作用。因此有可能降低断裂热平衡的温度或持续时间以便不损害例如聚合物的柔性基底。
根据一种替代方式，在固定步骤之前，所述方法包括以下步骤：
-在第一薄膜上和/或在柔性基底的第一面上形成至少一个初级硬化膜，
-在第二薄膜和/或柔性基底的第二面上形成至少一个次级硬化膜，初级和次级硬化膜的累积硬度小于或等于硬度R。
‘硬化膜’一词是指具有大于相同厚度的柔性基底的硬度的薄膜。硬化膜定位在薄膜附近。因此，柔性结构包括柔性基底、第一和第二薄膜以及初级和次级硬化膜。后者（初级和次级硬化膜）实现了由薄膜和支撑基底带来的硬化作用，从而在利用断裂热平衡（施加断裂热预算）期间有助于脆化区内的断裂沿着基本上平行于有源基底的表面的平面进行蔓延。薄膜以及柔性基底一定程度地涉及这种硬化作用，这取决于它们自身的硬度并且取决于它们自身的厚度。仅在如果薄膜和柔性基底不可能通过它们自身获得足够的硬化作用时才需要另外的硬化膜。
‘初级硬化膜’和‘次级硬化膜’具有类似的功能。在某些实施方式中，这些初级和次级硬化膜也是类似的。
因此有可能将第一初级硬化膜沉积在第一薄膜上并且将第二初级硬化膜沉积在柔性基底的第一面上，从而实现在第一和第二初级硬化膜之间的直接粘结。然后，这些第一和第二硬化膜的粘结导致形成单个初级硬化膜。这种直接粘结给出获得有利于转移薄膜的更大的粘附能的可能性。当然，这些沉积物还可以用于将第二薄膜固定到柔性基底的第二面上，独立地或另外地，固定第一薄膜，设置成作为第一和第二初级硬化膜起作用。
硬化膜可以由数层不同材料组成。
相对于柔性基底的硬度，与初级和次级硬化膜的存在相关的结构硬度增加可以较小，从而获得具有希望的柔性的结构，有利地，这种增加不超过柔性基底硬度的50%，或甚至20%。
优选地，通过沉积作用进行第一和第二硬化膜的形成。
根据一种实施方式，所述方法包括以下步骤：
-在第一薄膜上形成初级硬化膜，
-在第二薄膜上形成次级硬化膜，
并且其中固定步骤包括以下步骤：
-在初级硬化膜与柔性基底的第一面之间形成粘合材料的第一层，以及
-在次级硬化膜与柔性基底的第二面之间形成粘合材料的第二层，粘合材料特别地选自DVS-bis-BCB（DVD-bis-BCB，二乙烯基硅氧烷-双苯并环丁烯树脂）、聚酰亚胺、以及感光性聚合物，从而获得硬化膜与柔性基底之间的粘性粘结。这种粘性粘结易于应用。在沉积粘合材料层之前，并非特别地需要非常精确地对表面进行平面化或清洁。
优选地通过使用由其可以获得粘性粘结的热压缩来提供断裂热平衡。施加的压力可以在10kPa附近。
根据一种可能性，在使薄膜彼此接触或薄膜与柔性基底接触之前，用初步热处理来交联粘合材料层。一旦使它们接触，然后获得的粘合能可以非常低。这有利于在粘合材料的第一或第二层处有可能分解所述结构。特别地在薄膜上制造希望的器件之后，这种分解可能是有用的。
根据另一种可能性，在使用断裂热平衡期间，粘合材料层是交联的。因此获得的粘合能更强。这种粘合能还允许使用在柔性结构中产生显著应力的技术操作。
可替代地，所述方法包括以下步骤：
-在柔性基底的第一面上形成初级硬化膜，
-在柔性基底的第二面上形成次级硬化膜，
并且固定步骤包括在初级硬化膜与第一薄膜之间的直接粘合以及在次级硬化膜与第二薄膜之间的直接粘合。
根据一种实施方式，第一和第二有源基底由相同材料组成并且在相同条件（物质、剂量、能量、…）下进行注入步骤，然后当使用断裂平衡（施加断裂预算）时，可以同时地或以时间移动方式转移第一和第二薄膜。
根据另一种实施方式，用于在第一和第二有源基底中注入离子物质的步骤包括用于在第一和第二有源基底中注入不同剂量离子物质的步骤。现在，用于获得有源基底的断裂的断裂热平衡特别地取决于注入的离子物质的剂量。因此，当在两个有源基底中注入的剂量不同时，使用在持续时间和/或温度方面不同的断裂热处理获得各自断裂（特别地当注入的材料具有相同性质时）。当使用不同材料的有源基底时（用不同剂量注入），还可以要求不同的断裂热平衡。
根据使用本发明的一种可能性，使用断裂热平衡的步骤包括：
-第一步骤，包括使用第一热平衡（施加第一热预算）从而将第一或第二薄膜之一转移到柔性基底上；以及
-第二步骤，包括使用第二另外的热平衡（施加第二另外的热预算）从而将第一或第二薄膜的另一个转移到柔性基底上。
有利地，在使用第一热平衡的第一步骤与使用第二另外的热平衡的第二步骤之间，所述方法包括在第一或第二转移的薄膜的自由面内或其上使用至少一种微技术或微电子学操作。也称为底片的支持物（它尚未与它未转移的薄膜分开）的存在赋予结构一些硬度。这种硬度特别地赋予使用在其两个薄膜被转移的柔性结构上难以进行的步骤的可能性，如表面修整步骤或抛光步骤。
根据一种可能性，使用至少一种微技术或微电子学操作至少部分地提供了第二附加热平衡。在这种配置中，第二附加热平衡可以显著地减少，这允许减少循环时间以及制造成本。
根据本发明的方法典型地包括在第一和/或第二转移的薄膜的自由面内或其上应用的微技术或微电子学步骤的应用。在以其间进行一个技术步骤的两个步骤获得膜转移的情况下，这允许在最后转移的膜上进行至少一个其他的技术步骤。在以单个步骤获得薄膜转移的情况下，得到的结构具有足够的曲率半径，从而能够功能化这些薄膜的两者或之一，或在其中执行这些方法或将它们用于目标应用中。
根据一种替代方案，所述方法包括由选择具有不同杨氏模量的材料组成的步骤从而形成初级和次级硬化膜。通过选择相同结构的单个硬化膜材料，这给出不受限制的可能性。
根据另一种替代方案，用于在第一和第二有源基底中注入离子物质的步骤包括以不同能量注入离子物质的步骤。以此方式，特别地当薄膜由相同材料组成时，有可能获得在结构的任一侧面上具有不同厚度的薄膜。当薄膜材料不同时还有可能通过这种方式获得具有不同厚度的薄膜。
优选地，第一和第二薄膜具有小于5微米以及优选小于2.5微米的厚度，从而适合用于所希望的应用。
根据替代实施方式，其中柔性结构不具有任何硬化膜，第一和第二薄膜具有小于18微米的厚度，从而具有适合转移薄膜的硬化作用。有利地，所述方法包括由选择初级和次级硬化膜的不同厚度组成的步骤，从而根据薄膜材料的性质、薄膜的厚度和/或硬化膜的材料，平衡所述结构中的应力，并且这用于在不存在任何外部应力下以及在室温下获得具有高曲率半径的（或基本上平面的）最终结构。
根据一种可能性，注入步骤由注入一种或数种选自氢、硼、氦或其他气体的离子物质组成。已知共注入（特别地氢和氦或氢和硼）可以允许降低断裂热平衡的温度并且由此避免损害柔性基底材料（特别地当它由聚合物组成时）。
优选地，初级和次级硬化膜具有包括在0.1微米至30微米之间以及优选在0.5微米至20微米之间的厚度，杨氏模量大于或等于10GPa，并且优选地包括SiOxNy（如SiO2、SiOx、SiON、SiN、Si3N4、SiN:H、SixNy或AlxOy（如Al2O3）组成的材料，从而不会将最终的柔性结构硬化过多。
通过公式0.2<(y/x)<1.4限定SixNy。
根据一种可能的实施方式，柔性基底选自金属薄板、橡胶聚合物、玻璃状聚合物（如
Figure BDA00002624148900091
），从而赋予柔性结构以希望的柔性。
例如，金属薄板可以具有包括在几微米至50微米之间的厚度，具有包括在约10GPa至100MPa之间的杨氏模量的玻璃状聚合物，作为举例，可以具有约50-200微米的厚度。具有包括在0.1MPa至20MPa之间的杨氏模量的橡胶聚合物，作为举例，可以具有包括在50至2,000微米之间的厚度。
优选地，第一和第二薄膜的材料是单晶材料，例如选自压电材料、磁性材料、半导体材料，如包含来自第IV主族元素的材料，如Si、SiGe，或包含来自第III和第V主族元素的材料，像例如GaN、AlGaN、InGaN、AsGa或InP。特别地这种材料可以是包含来自第III和第V主族元素（如Ga、N、Al、In、P或As）的二元、三元或四元合金。
根据这个实施方式，第一和第二薄膜的材料可以具有相同性质或不同性质。
根据一种可能性，第一和第二薄膜可以是单一材料或多材料的。
根据第二方面，本发明还涉及中间结构，其特征在于从其底部到其表面它包括：
-第一或第二薄膜之一，分别地固定到第一或第二脆化的有源基底的底片上，
-所述第一或第二薄膜上的初级或次级硬化膜之一，固定到底片上，
-柔性基底，其硬度R小于或等于107GPa·μm3的，
-初级或次级硬化膜中的另一个，初级和次级硬化膜的累积硬度小于或等于R，
-第一和第二薄膜中的另一个，转移到柔性基底上，转移的薄膜具有小于5微米以及有利地小于2.5微米的厚度。
对于术语‘转移’而言，在本文中是指在通过注入离子物质获得的脆化区域处断裂有源基底的动作，从而使有源基底的底片与薄膜不同，后者（薄膜）已经通过转移固定到柔性基底上。
对于表述‘转移的薄膜’而言，在本文中是指在通过注入离子物质获得的脆化区域处与有源基底的底片分开或断开的薄膜，并且它已经固定到柔性基底上。脆化区整体上是平面的并且平行于注入的有源基底的表面延伸。
由于存在柔性基底，这种中间结构可以抓握、操作并且是柔性的。这种中间结构仍然足够硬以便支持在转移的薄膜上的表面修整步骤。
根据一种可替代的实施方式，柔性基底的硬度R有利地是小于7·106GPa·μm3。
根据第三方面，本发明涉及如前面所述从中间结构获得的，适合抓握，特别地使用至少一个微技术、微电子学或清洁步骤的柔性结构，其特征在于从其表面到其底部它包括：
-第一薄膜，具有小于5微米的厚度，
-初级硬化膜，
-柔性基底，其硬度小于或等于107GPa·μm3，
-次级硬化膜，
-第二薄膜，具有小于5微米的厚度，在不存在外部应力下，所述柔性结构具有大于20cm，优选大于50cm以及还优选大于1m的曲率半径。
这种构象确保柔性结构可以操作，同时具有较低的自发变形。根据目标应用，柔性结构可以有利地弹性变形。
根据具体实施方式，柔性结构包括单晶材料的第一和第二薄膜，例如选自压电材料、磁性材料、半导体材料，如包含来自第IV主族元素的材料（如Si、SiGe）、或由来自第III和第V主族元素组成的材料，例如GaN、AlGaN、InGaN、AsGa或InP，薄膜具有包括在约10纳米至5微米之间的厚度。
-初级和次级硬化膜，由选自SiOxNy（如SiO2、SiOx、SiON、SiN、Si3N4、SiN:H、SixNy）或AlxOy（如Al2O3）的材料组成，并且具有包括在0.1微米至30微米之间以及优选在0.5微米至20微米间的厚度，
-柔性基底，选自金属薄板、橡胶聚合物和玻璃状聚合物。
特别地第一和第二薄膜的材料可以是包含来自第III和第V主族元素（如Ga、N、Al、In、P或As）的二元、三元或四元合金。
优选地，柔性结构包括：
-第一和第二薄膜，包含硅并具有包括在0.01微米至2.5微米之间，有利地在0.05至1.5微米之间以及还更有利地在0.1至1微米间的相同厚度，
-初级和次级硬化膜，包含氧化硅SiO2并具有包括在0.1微米至10微米之间，有利地在2至6微米之间的相同厚度，
-玻璃状聚合物（如
Figure BDA00002624148900121
）的柔性基底，具有包括在100至200微米之间的厚度。
通过阅读下面作为非限制性实例给出的并参考附图作出的它们的五个实施方式的说明，本发明的其他方面、目的和优点将变得清楚。这些附图不必遵守所有所示元件的比例以便提高它们的易读性。虚线代表有源基底中脆化的第一和第二区。脆化区整体上是平面的并且平行于注入的有源基底的表面延伸。在下面说明中，为了简单化的目的，不同实施方式的相同、类似或等效元件具有相同的数字引用。
附图说明
图1A至1E说明了用于制造根据本发明的第一实施方式的柔性结构的方法的步骤。
图2A至2E说明了用于制造根据本发明的第二实施方式的柔性结构的方法的步骤。
图3A至3F说明了用于制造根据本发明的第三实施方式的柔性结构的方法的步骤。
图4A至4E说明了用于制造根据本发明的第四实施方式的柔性结构的方法的步骤。
图5A至5D说明了用于制造根据本发的第五实施方式的柔性结构的方法的步骤。
具体实施方式
参考图1A，由具有约725微米厚度的单晶硅的两个本体有源基底1、2来使用所述方法。通过注入两种离子物质（硼和氢）来获得第一和第二有源基底1、2的脆化区3.5、4.6。在相同条件下在两个有源基底1、2中进行这种注入（通常称为共注入）。以1015B/cm2和4·1016H/cm2的剂量以各自80keV和27keV的能量进行注入从而在各自有源基底1、2中限定第一和第二薄膜3、4以及第一和第二底片5、6。对于降低用于转移薄硅膜的热平衡的温度而言，这种硼和氢的共注入是特别有效的。以此方式，温度有利地足够低以至于不会在柔性结构1、2中产生任何损害（特别地当后者（柔性结构1、2）包含聚合物时）。
参考图1B，通过化学气相淀积技术（如CVD）将由SiO2组成的初级和次级硬化膜7、8分别沉积到第一和第二薄膜3、4上，直至达到3微米等级的厚度。在约250℃温度下进行硬化膜7、8的沉积从而不使有源基底1、2断裂。然而，这个沉积步骤还提供了初步热平衡，这允许减少随后断裂热平衡的持续时间或温度。只要由其导致的热平衡不引起任何断裂，就可以使用用于沉积硬化膜7、8的任何其他方法。
参考图1C，提供了由具有125微米厚度的
Figure BDA00002624148900141
型聚合物组成的柔性基底9，以便用第一和第二薄膜3、4来固定。通过离心涂覆或旋转沉积法（在“旋涂”名称下本领域技术人员熟知的方法）将DVS-bis-BCB（二乙烯基硅氧烷-双苯并环丁烯树脂）的粘合材料11a、11b的第一和第二层分别沉积到柔性基底9的第一和第二面上。可替代地，还可以将粘结材料的第一和第二层11a、11b分别沉积到初级和次级硬化膜7、8的自由面上。粘结材料层11a、11b的厚度可以改变，例如从0.5微米至超过10微米。
参考图1D，然后使覆盖有硬化膜7、8的第一和第二薄膜3、4与柔性基底9的第一和第二面分别地接触。将由此获得的堆叠12放置到一台热压缩装置（未示出）中，以获得粘性粘结。然后施加10kPa等级的压力以及300℃的温度持续约1小时45分钟。热压缩还提供了断裂热平衡并且引起DVS-bis-BCB粘合材料层11a、11b交联。
参考图1E，将具有约0.35微米厚度的薄膜3、4转移到的柔性基底9上从而形成柔性结构13。具有125微米厚度的聚合物基底9提供了小于或等于1.5·106GPa·μm3的硬度R。硬化膜7、8的每一个的硬度都赋予确保空穴适当发展的可能性从而在脆化区获得了使用单个柔性基底9不能获得的非常平的断裂。然而，选择SiO2硬化膜7、8的厚度使得由这些膜带来的累积硬度仍然小于或等于柔性基底的硬度R。这赋予了给予柔性结构13以及硅单晶薄膜3、4以希望的柔性的可能性。获得的柔性结构13在外部应力的作用下实际上可以弹性变形，同时仍然能够被抓握和操作。此外，结构13的对称性赋予平衡在制造期间产生的应力的可能性，例如与用于沉积材料的条件相关，影响了在温度变化期间材料的TEC差异。在本发明的范围内，相对于柔性基底，获得的结构13具有基本上对称的应力，并且因此保持非常大的曲率半径或非常小的弓度（例如对于200mm的直径弓度小于3mm）。因此，柔性结构13可以被操作并且适合进行微技术或微电子学步骤。
根据未图示说明的可能性，有可能重复使用有源基底1、2的底片5、6并且有可能回收它们用于新的转移。
根据未图示说明的替代方式，如果柔性基底允许的话，还有可能用硬化膜与柔性基底之间的直接粘合来进行。在此情况下，在粘合之前，可以使有待组装的面经历充分的前处理以使它们与这样的粘合相容（特别地在粗糙度和亲水性/疏水性方面）。
根据第二实施方式，参考图2A，在两个硅的有源基底1、2中以相同方式分别进行用1015B/cm2和4·1016H/cm2的剂量以及250keV和70keV的能量的共注入。这些注入能量大于第一实施方式的能量，这还相应于更大的薄膜厚度3、4。
参考图2B，在250℃等级的温度下通过CVD将SiO2的硬化膜7、8沉积到与前面所用相同的
Figure BDA00002624148900151
型的柔性基底9的第一和第二面上。只要沉积温度不超过可能损害柔性基底9的温度，就可以使用适合形成薄膜的任何其他沉积方法。沉积的硬化膜7、8中每一个的厚度是相同的，例如它们可以在4至6微米之间改变。
根据图2C中描述的替代方案，将粘合材料的第一和第二层11a、11b沉积到硬化膜7、8的暴露面上，然后在交联之前使其与脆化的有源基底1、2接触。这些粘合材料层的厚度可以允许侧限（oedometric）压缩以便在使用断裂热平衡期间获得硬化作用。例如，可以选择0.1微米的厚度。特别地有可能提及在号码FR/54969下提交的法国申请的教导（其内容应当认为是本申请的一部分）以便使用所需要的硬化作用，从而获得在不同情况中的断裂。
参考图2D，将获得的堆叠12装载到一台热压缩设备上，其中在250℃温度下施加10KPa等级的压力持续约14h从而达到断裂热平衡。
参考图2E，将具有约0.68微米厚度的薄膜3、4转移到允许获得自发曲率半径大于1m的柔性结构13的
Figure BDA00002624148900161
的柔性基底9上。由于与前面说明的那些相同的原因，这种柔性结构13可以被操作、顺应以及适配以便进行微技术或微电子学步骤。
与在使表面接触之后进行交联相比较，在使有待粘性粘结的表面接触之前，粘合材料层11a、11b的交联导致获得更少的实质性粘性粘结能。例如如果需要分解柔性结构13以便在功能化之后分离或转移其他基底上的薄膜，这可以是有利的。
根据第三实施方式，参考图3A，在硅的第一基底1和第二基底2中使用不同剂量进行硼和氢的共注入。在第一有源基底1中使用1015B/cm2和4·1016H/cm2的剂量以及各自80keV和27keV的能量进行注入。第二有源基底2接受1015B/cm2和3·1016H/cm2的剂量，使用相应的80keV和27keV能量进行注入。注入剂量对断裂热平衡有直接影响，然后可以根据两种不同的热平衡将薄膜3、4断裂和转移。
参考图3B，通过CVD并且在约250℃温度下将SiO2的初级和次级硬化膜7、8分别沉积到第一和第二薄膜3、4上。将如DVS-bis-BCB的粘合材料的第一和第二层11a、11b沉积到硬化膜7、8的暴露面上。
参考图3C，在交联DVS-bis-BCB之前，使脆化的有源基底1、2与
Figure BDA00002624148900162
型的柔性基底9接触。
参考图3D，将获得的堆叠12放入一台热压缩设备中，其中在300℃温度下使用第一热平衡持续约1小时45分钟，压力为10kPa等级。
参考图3E，第一热平衡导致获得通过转移具有接近0.35微米厚度的单个第一薄膜3而得到的中间结构14。然后有可能，例如对第一单晶薄膜3使用表面修整或磨光操作，或将其他微电子学或微技术步骤更容易地应用到仍然固定到最终柔性结构13上的第二底片6上的中间结构14上。
参考图3F，在300℃温度下对中间结构14应用第二附加热平衡持续18h。其结果是转移了具有接近0.35微米厚度的第二薄膜4以及形成可以操作的并且自发曲率半径大于1m的柔性结构13。
根据第四实施方式，参考图4A至4E，通过使用第一和第二薄膜3、4与初级和次级硬化膜7、8之间的直接粘合来实施所述方法。
参考图4A，在两个硅有源基底1、2中以相同方式进行分别使用1015B/cm2和4·1016H/cm2的剂量以及250keV及70keV的能量的共注入。
参考图4B，在250℃等级的温度下通过CVD将SiO2的硬化膜7、8沉积到与前面所用相同的
Figure BDA00002624148900171
型的柔性基底9的第一和第二面上。
参考图4C，预处理薄膜3、4的表面以及硬化膜7、8的表面用于直接粘合（特别地在粗糙度和亲水性/疏水性方面）。
参考图4D，使预处理的表面接触从而固定后者。接着，在250℃温度下将断裂热平衡应用到得到的堆叠12上持续约14h。
参考图4E，将具有约0.68微米厚度的薄膜3、4转移到允许获得自发曲率半径大于1m的柔性结构13的的柔性基底9上。由于与前面说明的那些相同的原因，这种柔性结构13可以被操作、顺应并适配以便进行微技术或微电子学步骤。
根据第五实施方式，参考图5A至5D，制造的柔性结构13不具有任何硬化膜。然后通过选择柔性基底材料和薄膜材料并且因此通过适配后者的厚度来获得适合转移薄膜的柔性结构13的硬化作用。
参考图5A，由单晶硅的两个本体有源基底1、2来使用所述方法。以约15微米的深度制造第一和第二有源基底1、2的脆化区3.5、4.6。由此限定薄膜3、4，其硬度自身足以获得断裂所需的硬化作用。例如可以通过用超过500keV（例如1MeV等级）的能量注入氢来获得这类薄膜。
参考图5B，提供了由具有例如15微米厚度的柔性金属薄板组成的柔性基底9，用于使用第一和第二薄膜3、4进行固定。与大多数聚合物相比较，使用金属薄板具有耐受更高温度的优点，从而有可能使用温度更高的热平衡。
参考图5C，然后通过分别地用柔性基底9的第一和第二面的直接粘合来粘性粘合第一和第二薄膜3、4。然后，使堆叠12经受450℃或500℃等级的温度以获得断裂。
参考图5D，将薄膜3、4转移到柔性基底9上以便形成柔性结构13。薄膜3、4的每一个以及柔性基底9的硬度赋予确保空穴良好发展的可能性从而在脆化区3.5、5.6获得了使用单个柔性基底9不能获得的非常平的断裂。获得的柔性结构13基本上是平的并且在外部应力作用下可以弹性变形，同时仍然能够抓握和操作。
根据未图示说明的替代方式，在柔性基底的每一侧面上初级和次级硬化膜的材料性质可以不同。如果需要的话，在标准的机械教科书的帮助下，可以考虑多种应力（涉及沉积条件、组成柔性结构的材料的不同热膨胀系数）以及多种杨氏模量，以便易于适配硬化膜的厚度从而在柔性支持物的每个侧面上获得可比较的影响。以此，在室温下在不存在外部应力下有可能获得在平面中具有或非常小的形变的最终柔性结构。产生的结构是柔性的，因为柔性衬底可以被操作，用于随后的技术操作。根据未图示说明的实例，由单晶硅的两个本体有源基底来使用所述方法。通过分别地以1015B/cm2和4·1016H/cm2的剂量以及250keV及70keV的能量共注入硼和氢来获得第一和第二有源基底的脆化平面。
将分别由氧化硅SiO2和氮化硅SixNy组成的初级和次级硬化膜沉积到分别具有7微米等级厚度和2微米等级厚度的第一和第二薄膜上。氮化硅SixNy通常通过公式0.2<(y/x)<1.4限定。
进行硬化膜的沉积以便使它们在300℃温度下在有源基底上不具有任何应力。
提供了由具有125微米厚度的
Figure BDA00002624148900191
型的聚合物组成的柔性基底，用于使用第一和第二薄膜进行固定。通过旋转涂覆或旋转沉积法将DVS-bis-BCB（二乙烯基硅氧烷-双苯并环丁烯树脂）的粘合材料的第一和第二层分别沉积到每个硬化膜上。可替代地，还可以将粘结材料的第一和第二层分别沉积到柔性基底的至少一个表面上。粘结材料层的厚度可以例如从0.1微米至超过10微米改变。
然后使覆盖有初级和次级硬化膜的第一和第二薄膜分别与柔性基底的第一和第二面接触。
然后，例如通过在300℃温度下使用10kPa等级的压力持续约1小时45分钟来处理所述堆叠，从而获得粘性粘结。
将具有约0.65微米厚度的薄膜转移到
Figure BDA00002624148900192
的柔性基底上从而形成柔性结构，所述硬化膜位于薄膜与柔性基底之间的中间位置。
获得的柔性结构的弓度非常小，例如对于200mm的柔性结构直径，它小于约5mm。
根据另一个实例，其中保留前面说明的所有参数，除了初级硬化氧化物膜的厚度较小（约6.75μm）之外，获得的柔性结构的弓度具有数百微米等级。
此外，可以使用不同的能量注入第一和第二有源基底。特别地，注入能量可以更高或更低，这相应于产生具有不同厚度的第一和第二薄膜。考虑所使用材料的杨氏模量和薄膜厚度差异，有可能推出有待使用的硬化膜厚度的差异。例如，由单晶硅的两个本体有源基底来使用所述方法。分别使用250keV和70keV的能量通过1015B/cm2和4·1016H/cm2的共注入来实现在第一有源基底中的注入。通过1015B/cm2和4·1016H/cm2的共注入并且使用80keV和27keV的能量来实现在第二有源基底中的注入。
将初级和次级硬化膜沉积到分别由具有相应的6.5μm等级厚度和2μm等级厚度的氧化硅SiO2和氮化硅SixNy组成的第一和第二薄膜上。
在它们分别与柔性基底的第一和第二面接触之前，将DVS-bis-BCB的粘合材料的第一和第二层分别沉积到每个硬化膜上。
然后在300℃温度下对结构施加10kPa等级的压力持续约1小时45分钟。
将具有约0.65微米厚度的第一薄膜和具有约0.35微米厚度的第二薄膜转移到柔性基底上并形成具有非常小弓度的柔性结构。对于200mm的柔性结构结构，它小于约3mm。
根据一种替代方案，在硅的第一有源基底中实现了分别使用80keV和27keV的能量的1015B/cm2和4·1016H/cm2的共注入。在硅的第二有源基底中实现了分别使用250keV和70keV的能量的1015B/cm2和4·1016H/cm2的共注入。
在这个实例中，将具有7.25μm厚度的初级硅氧化物硬化膜沉积到第一薄膜上。将具有2μm厚度的次级氮化硅硬化膜沉积到第二薄膜上。柔性支持物是具有125μm厚度的Kapton制造的。保留在前面说明的所有其他参数。
第一转移的薄膜具有约0.35微米的较小厚度，而第二薄膜具有约0.65微米的厚度。获得的柔性结构的弓度具有数百微米的等级。
根据相同原理，在柔性基底的每一侧面上单晶薄膜的材料可以不同，并且因此具有不同硬度，在结构上它们可以包括不同的变形。通过考虑有待转移的薄膜材料的杨氏模量差异以及它们的硬度差异，有可能推出有待使用的硬化膜厚度的差异。例如，如果第一薄膜的材料具有低于第二薄膜材料的硬度，初级硬化膜的厚度将大于次级硬化膜的厚度以便平衡应力。
在未图示说明的替代方案中，在柔性基底的任一侧面上还有可能使用具有不同性质的粘合材料的第一和第二层。用橡胶聚合物形成的粘合剂实际上仍然对柔性结构的硬度没有任何影响。另一方面，如果柔性基底上引起的应力不再对称，这些粘合剂可以影响结构的平整度。本领域技术人员将必须对此进行考虑并且通过选择粘合剂和它们的厚度而采取特别必要的动作，从而保持对称性。
根据另一个未图示说明的替代方案，第一和第二有源基底可以包括由多种性质的单晶薄膜组成的组合结构，所述薄膜通过外延附生沉积在由其他材料组成的种子支持基底上。
当然，可以在两个连续步骤中进行第一和第二硬化膜的沉积。以相同方式，还可以两个连续步骤中进行通过直接粘性粘结或通过粘合膜将两个薄膜固定到柔性基底上的步骤。
根据另一个未图示说明的替代方案，还可以通过将初级硬化膜沉积在第一薄膜上以及将次级硬化膜沉积在柔性基底的第二面上（或反之亦然）来使用本发明的方法。
此外，可以通过粘性粘结来将第一薄膜固定到柔性基底的第一面上，同时可以通过直接粘结来将第二薄膜固定到柔性基底的第二面上，或反之亦然。
根据未图示说明的替代方案，在25keV下并且使用1017H/cm2的剂量将氢单一注入到硅中赋予在250℃下在15小时内获得断裂的可能性。根据另一个进一步未图示说明的替代方案，将氦（60keV，4·1016He/cm2）和氢（32keV，4·1016H/cm2）共注入硅中赋予300℃下在20小时内获得断裂的可能性。以与氢和硼的共注入的情况中相同的方式，这些条件赋予以低热平衡获得断裂的可能性，与柔性基底相容。
应当清楚的是本发明不限于前面作为实例说明的实施方式，但是它包括所述方法的所有技术等效物以及替换物以及它们的组合。

Claims (14)

1.一种用于制造柔性结构（13）的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
-在第一有源基底（1）中注入离子物质以形成第一脆化区（3.5），从而限定特别地由单晶材料组成的第一薄膜（3），
-在第二有源基底（2）中注入离子物质以形成第二脆化区（4.6），从而限定特别地由单晶材料组成的第二薄膜（4），
-提供柔性基底（9），其硬度R小于或等于107GPa·μm3，
-分别将所述第一和第二薄膜（3、4）固定到所述柔性基底（9）的第一面和第二面上从而形成包括由所述第一和第二脆化区（3.5、4.6）限定的柔性结构（13）的堆叠（12），所述柔性结构（13）具有适合允许转移所述第一和第二薄膜（3、4）的硬化作用，以及
-利用断裂热平衡，从而将所述第一和第二薄膜（3、4）转移到所述柔性基底（9）上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述固定步骤之前，所述方法包括以下步骤：
-在所述第一薄膜（3）上和/或在所述柔性基底（9）的第一面上形成至少一个初级硬化膜（7），以及
-在所述第二薄膜（4）上和/或在所述柔性基底（9）的第二面上形成至少一个次级硬化膜（8），所述初级和次级硬化膜（7、8）的累积硬度小于或等于硬度R。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
-在所述第一薄膜（3）上形成所述初级硬化膜（7），
-在所述第二薄膜（4）上形成所述次级硬化膜（8），
并且其中所述固定步骤包括以下步骤：
-在所述初级硬化膜（7）与所述柔性基底（9）的第一面之间形成粘合材料的第一层（11a），以及
-在所述次级硬化膜（8）与所述柔性基底（9）的第二面之间形成粘合材料的第二层（11b），所述粘合材料特别地选自DVD-bis-BCB、聚酰亚胺以及感光性聚合物。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
-在所述柔性基底（9）的第一面上形成所述初级硬化膜（7），
-在所述柔性基底（9）的第二面上形成所述次级硬化膜（8），
并且其中所述固定步骤包括在所述初级硬化膜（7）与所述第一薄膜（3）之间直接粘合，以及在所述次级硬化膜（8）与所述第二薄膜（4）之间直接粘合。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于用于将离子物质注入到所述第一和第二有源基底（1、2）中的步骤包括用于将不同剂量的离子物质注入到所述第一和第二有源基底（1、2）中的步骤。
6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于用于利用断裂热平衡的步骤包括：
-第一步骤，包括利用第一热平衡从而将所述第一或第二薄膜（3、4）之一转移到所述柔性基底（9）上；以及
-第二步骤，包括利用第二热平衡从而将所述第一或第二薄膜（3、4）的另一个转移到所述柔性基底（9）上。
7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于所述方法包括在所述第一和/或第二转移的薄膜（3、4）的自由面内或其上使用的至少一种微技术或微电子学步骤的应用。
8.根据权利要求2至7之一所述的方法，其特征在于所述方法包括由选择所述初级和次级硬化膜（7、8）的不同厚度组成的步骤。
9.根据权利要求2至8之一所述的方法，其特征在于所述初级和次级硬化膜（7、8）具有包括在0.1微米至30微米之间以及优选地在0.5微米至20微米之间的厚度，大于或等于10GPa的杨氏模量，并且优选地包括由SiOxNy，如SiO2、SiOx、SiON、SiN、Si3N4、SiN:H、SixNy；或由AlxOy，如Al2O3组成的材料。
10.根据权利要求1至9之一所述的方法，其特征在于所述柔性基底（9）选自金属薄板、橡胶聚合物、玻璃状聚合物如
Figure FDA00002624148800031
11.根据权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于所述第一和第二薄膜（3、4）的材料是单晶材料并且例如选自压电材料、磁性材料、半导体材料，如包含来自第IV主族元素的材料，如Si、SiGe，包含来自第III和第IV主族元素的材料，如GaN、AlGaN、InGaN、AsGa或InP。
12.一种中间结构（14），其特征在于所述中间结构（14）从其底部到其表面包括：
-所述第一或第二薄膜（3、4）之一，分别固定到第一或第二脆化的有源基底（1、2）的底片（5、6）上，
-在所述第一或第二薄膜（3、4）上的初级或次级硬化膜（7、8）之一，固定到底片（5、6）上，
-柔性基底（9），其硬度R小于或等于107GPa·μm3，
-所述初级或次级硬化膜（7、8）的另一个，所述初级和次级硬化膜（7、8）的累积硬度小于或等于R，
-所述第一或第二薄膜（3、4）的另一个，转移到所述柔性基底（9）上，所述转移的薄膜（3、4）具有小于5微米并且有利地小于2.5微米的厚度。
13.一种柔性结构（13），所述柔性结构（13）适合抓握，特别地适合使用至少一种微技术、微电子学或清洁步骤，由根据权利要求12所述的中间结构（14）获得，其特征在于所述柔性结构（13）从其表面到其底部包括：
-第一薄膜（3），具有至少5微米的厚度，
-初级硬化膜（7），
-柔性基底（9），其硬度R小于或等于107GPa·μm3，
-次级硬化膜（8），
-第二薄膜（4），具有小于5微米的厚度，在不存在外部应力的情况下，所述柔性结构（13）具有大于20cm，优选大于50cm并且更优选大于1m的曲率半径。
14.根据权利要求13所述的柔性结构（13），其特征在于所述第一和第二薄膜（3、4）包含硅并且具有包括在0.01微米至2.5微米之间，有利地在0.05至1.5微米之间并且还更有利地在0.1至1微米之间的相同厚度，
所述初级和次级硬化膜（7、8）包含氧化硅SiO2并且具有包括在0.1微米至10微米之间，并且有利地在2至6微米之间的相同厚度，并且
所述柔性基底（9）是玻璃状聚合物，如
Figure FDA00002624148800041
具有包括在100至200微米之间的厚度。
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