KR20230129004A - 가요성 마이크로전자 디바이스들을 제작하고 이를 강성 기판들로부터 분리하기 위한 기법들 - Google Patents
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Abstract
가요성 마이크로전자 디바이스들의 제조에 사용되는 적층 구조체 및 방법이 제공된다. 적층 구조체는, 강성 기판, 가요성 마이크로전자 구조체, 및 강성 기판과 가요성 마이크로전자 구조체 사이에 제공되는 탈접합 구조체를 포함한다. 탈접합 구조체는 비금속성 무기 재료로 만들어진 적어도 하나의 탈접합 층을 포함한다. 적층 구조체는 제1 및 제2 박리 표면들을 포함하고, 여기서 박리 표면들 중 적어도 하나는 탈접합 구조체의 표면에 또는 탈접합 구조체 내의 표면에 대응한다. 제1 및 제2 박리 표면들은 기계적 탈층 및/또는 가압 유체 탈층으로부터 생성되는 탈접합 힘에 의해 박리가능하여, 가요성 마이크로전자 디바이스를 강성 기판으로부터 분리할 수 있게 한다.
Description
관련 출원
본 출원은 2020년 10월 6일자로 출원된 미국 출원 제63/088.133호 및 미국 출원 제63/088.150호 둘 모두에 대한 우선권을 주장하며, 이들의 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
기술분야
본 기술 분야는 대체적으로 가요성 전자장치 분야에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 가요성 마이크로전자 구조체들을 제조하기 위한 그리고/또는 가요성 마이크로전자 구조체들을 강성 기판들로부터 분리하기 위한 기법들에 관한 것이다.
가요성 전자장치들(예컨대, 트랜지스터들, 커패시터들, 다이오드들 등)의 분야에 사용되는 전자 컴포넌트들의 제조 공정은 대체적으로 가요성 기판 또는 중합체 기판(예컨대, PET, PEN, PI 등)을 강성 기판(예컨대, 유리, 실리콘 웨이퍼, SiO2/실리콘 웨이퍼 등)에 강하게 접합시키는 것을 포함한다. 제조 공정의 완료 시에, 가요성 기판 또는 중합체 기판은 전형적으로 강성 캐리어 기판으로부터 방출되거나 또는 탈접합(debond)될 필요가 있다. 기존의 방법들은 비용이 많이 들고 복잡한 것으로 알려져 있으며, 따라서 상대적으로 낮은 수율로 이어진다.
가요성 전자장치의 분야, 상이한 디바이스들에서의 가요성 층들 및/또는 기판들의 구현뿐만 아니라, 이들을 제조하기 위한 방법들에는 여전히 과제들이 존재한다.
일 태양에 따르면, 가요성 마이크로전자 디바이스들의 제조에 사용되는 적층 구조체가 제공된다. 적층 구조체는, 강성 기판; 가요성 마이크로전자 구조체 - 상기 가요성 마이크로전자 구조체는, 적어도 하나의 디바이스 층; 및 적어도 하나의 가요성 기판 디바이스 층을 포함함 -; 및 강성 기판과 가요성 마이크로전자 구조체 사이에 제공되는 탈접합 구조체를 포함한다. 탈접합 구조체는 비금속성 무기 재료로 만들어진 적어도 하나의 탈접합 층을 포함한다. 적층 구조체는 제1 및 제2 박리 표면들을 포함한다. 박리 표면들 중 적어도 하나는 탈접합 구조체의 표면에 또는 탈접합 구조체 내의 표면에 대응한다. 제1 및 제2 박리 표면들은 기계적 탈층(delamination) 및/또는 가압 유체 탈층으로부터 생성되는 탈접합 힘에 의해 박리가능하여, 가요성 마이크로전자 디바이스를 강성 기판으로부터 분리할 수 있게 한다.
가능한 실시 형태들에서, 강성 기판은 실리콘, 알루미나, 강철(steel), 사파이어 및 유리 중 적어도 하나를 포함한다.
가능한 실시 형태들에서, 탈접합 구조체의 적어도 하나의 탈접합 층은 산화물, 질화물, 탄화물 및 산질화물 중 하나를 포함하는 단일 탈접합 층이다. 단일 층은 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 탄화물 및 실리콘 산질화물 중 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 단일 층은 15 μm 이하의 두께를 갖는다.
가능한 실시 형태들에서, 제1 박리 표면은 탈접합 구조체의 상단면에 대응하고, 제2 박리 표면은 가요성 마이크로전자 구조체의 하단면에 대응한다. 다른 가능한 실시 형태들에서, 제1 박리 표면은 탈접합 구조체의 하단면에 대응하고, 제2 박리 표면은 강성 기판의 상단면에 대응한다.
가능한 실시 형태들에서, 탈접합 구조체는 적어도 제1 탈접합 층 및 제2 탈접합 층을 포함하고, 탈접합 구조체 내에는 박리 계면이 형성된다.
가능한 실시 형태들에서, 제1 및 제2 탈접합 층들 중 하나의 탈접합 층은 금속 또는 금속성 합금을 포함하고; 제1 및 제2 탈접합 층 중 다른 하나의 탈접합 층은 산화물, 질화물, 탄화물 및 산질화물 중 하나를 포함한다. 금속 또는 금속 합금은 Ni, Al, Cu 또는 Pd 또는 그들의 합금 중 하나를 포함할 수 있다. 다른 탈접합 층은 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 탄화물 및 실리콘 산질화물 중 하나를 포함할 수 있다. 제1 탈접합 층은 강성 기판 상에 형성될 수 있고, 제2 탈접합 층은 제1 탈접합 층의 상단 상에 형성된다. 바람직하게는, 제2 탈접합 층은 20 μm 이하의 두께를 갖는다.
가능한 실시 형태들에서, 적어도 하나의 탈접합 층은 복수의 패턴들을 포함하는 패턴화 층을 포함한다. 복수의 패턴들은 탈접합 구조체의 층들 중 하나의 층의 상단 및 하단 외부면들 상에 균일하게 분포될 수 있고, 제1 박리 표면은 패턴화 층의 상단면에 대응하고, 제2 박리 표면은 강성 기판의 상단면에 대응한다.
가능한 실시 형태들에서, 적층 구조체는 적어도 하나의 탈접합 층과 가요성 기판 디바이스 층 사이에서 연장되는 하나 이상의 추가적인 층들을 추가로 포함할 수 있다. 이들 추가적인 층(들)은, 예를 들어, 10-1g/m2 /day 이하의 수증기 투과율(water vapor transmission rate, WVTR)을 갖는, 습기 차단 특성들을 갖는다.
가능한 실시 형태들에서, 탈접합 구조체의 총 두께는 20 μm 이하이다.
다른 태양에 따르면, 가요성 마이크로전자 디바이스를 제조하는 방법이 제공된다. 본 방법은 전술된 바와 같은 적층 구조체를 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은, 강성 기판을 제공하는 단계, 강성 기판 위에 탈접합 구조체를 형성하는 단계; 탈접합 구조체 위에 가요성 마이크로전자 구조체를 형성하는 단계; 및 제1 및/또는 제2 박리 표면들 상에 탈접합 힘을 인가함으로써 박리 계면에서 강성 기판으로부터 가요성 마이크로전자 구조체를 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
가능한 구현예들에서, 본 방법은 가요성 마이크로전자 구조체를 가요성 호스트 기판 상으로 이송하는 단계를 추가로 포함한다.
구현예에 따르면, 박리 계면은, 탈접합 구조체의 탈접합 층들 중 2개의 탈접합 층 사이에; 탈접합 구조체와 가요성 마이크로전자 구조체 사이에; 또는 탈접합 구조체와 강성 기판 사이에 제공될 수 있다.
가능한 구현예들에서, 분리는, 강성 기판 상의 제2 박리 표면으로부터 탈접합 구조체의 제1 박리 표면을 탈층시킴으로써 강성 기판으로부터 가요성 마이크로전자 디바이스를 분리하기 위해, 적층 구조체 상의 하나 이상의 진공 가능 표면(vacuum-enabled surface)들에 탈접합 힘을 인가함으로써 달성될 수 있다. 하나의 가능한 옵션은, 제1 박리 표면과 제2 박리 표면 사이의 적층 구조체의 개방된 섹션에 가압 유체의 제어된 방출을 인가하는 것이다. 가능한 구현예들에서, 분리는, 개시 페이즈 동안 인가되는 탈접합 힘이 박리 페이즈 동안보다 더 클 때, 개시 페이즈 및 박리 페이즈를 포함한다. 하나의 가능한 옵션은, 층상 제트(laminar jet)를 사용하여 제1 박리 표면과 제2 박리 표면 사이에 가압 유체를 주입하는 것이다. 다른 옵션은, 하나 이상의 개별 제트(distinct jet)들을 사용하여 제1 박리 표면과 제2 박리 표면에 가압 유체를 주입하는 것이다. 구현예에 따르면, 분리는 25 mm/s 초과, 그리고 바람직하게는 35 mm/s 초과, 그리고 더 바람직하게는 100 mm/s 초과의 탈층 속도로 수행된다.
가능한 구현예들에서, 분리는, 제1 박리 표면과 제2 박리 표면 사이의 중심 영역 내로부터 적층 구조체의 에지들을 향해 전파되는, 유체 포켓 또는 유체 축적물 빌드업(fluid accumulation build-up)을 생성하는 하나 이상의 농축형 제트(concentrated jet)를 주입함으로써 수행된다. 가능한 구현예들에서, 제1 박리 표면과 제2 박리 표면 사이에 촉매가 주입될 수 있다. 촉매는, 수계 유체(water-based fluid), 아세톤, 아이소프로필 알코올, 메탄올 또는 플루오로카본계 유체(fluorocarbon-based fluid) 중 하나를 포함할 수 있다. 제트는, 노즐을 빠져나갈 때 에어 나이프(air knife)를 생성하는, 유체 주입 노즐의 전방단부(frontend)에 제공된 길이방향 슬릿을 통해 방출될 수 있거나, 또는 하나 이상의 개별 제트들이 유체 주입 노즐의 전방단부에 제공된 2개 이상의 유출구들을 통해 방출될 수 있고, 유출구들은 미리결정된 거리만큼 이격된다.
가능한 구현예에서, 가요성 디바이스 구조체는 가요성 호스트 기판에 부착될 수 있고, 가요성 호스트 기판은 중합체, 플라스틱, 또는 유기 또는 무기 박막을 포함한다.
첨부된 도면들을 참조하여 그의 실시 형태들을 읽을 때, 다른 특징들이 더 잘 이해될 것이다.
도 1a는 가능한 실시 형태들에 따른, 가요성 마이크로전자 디바이스를 제조하기 위한 방법의 흐름도이다. 도 1b는 도 1a의 방법의 단계들의 개략적 표현이다.
도 2a는 단일 층 탈접합 구조체가 사용되는, 일 실시 형태에 따른, 가요성 마이크로전자 디바이스를 제조하기 위한 방법의 흐름도이다. 도 2b 및 도 2c는 도 2a의 방법의 단계들의 개략적 표현들이다.
도 3a 내지 도 3j는 가능한 실시 형태들에 따른, 탈접합 층의 상이한 종횡비들을 갖는 가능한 패턴들의 개략적 표현이다.
도 4는 a) 유리 기판으로부터 폴리이미드를 그리고 b) 유리 기판으로부터 제안된 탈접합 구조체를 탈층시키는 데 필요한 부하(gF 단위)를 탈층 이동거리(delamination travel)(mm 단위)의 함수로서 나타내는 그래프이다.
도 5a는 2-층 탈접합 구조체가 사용되는, 다른 가능한 실시 형태에 따른, 가요성 마이크로전자 디바이스를 제조하기 위한 방법의 흐름도이다. 도 5b는 도 5a의 방법의 단계들의 개략적 표현이다.
도 6a 내지 도 6c는 다양한 실시 형태들에 따른, 다층 탈접합 구조체를 포함하는 상이한 적층 구조체의 개략적 표현들이다. 도 6d는 가능한 다층 탈접합 구조체들의 개략적 표현이고, 여기서 탈층은 상이한 탈접합 계면들에서 발생한다.
도 7a는 상이한 재료들로 만들어진 탈접합 층들 내부의 응력 레벨들의 그래프이다. 도 7b는 탈층이 탈접합 구조체에서 발생할 수 있는 위치를 제어하기 위해 층 내에서 응력을 조정하는 가능한 방법을 도시한다.
도 8a는 기계적 탈층의 개략적 표현이다. 도 8b는 가압 유체 탈층의 개략적 표현이다.
도 9는 가압 유체 탈층 공정의 개략적 표현이고, 여기서 가요성 마이크로전자 구조체와 강성 기판 사이에 유체 축적물이 형성된다.
도 10a는 2개의 유출구들을 갖는 노즐에 의해 적층 구조체의 박리 계면들 사이에 방출된 제트들을 사용하여 탈층되고 있는 동안, 가요성 마이크로전자 디바이스들의 제조에 사용되는 적층 구조체의 개략적 표현이다. 도 10b는 다른 구현예에 따른, 박리 표면들 사이에 층상 제트를 방출하기 위한 슬릿을 갖는 노즐을 도시한다.
도 11은 기계적 대 가압 유체 탈층에 수반되는 개시 및 탈층 힘들을 시간의 함수로서 보여주는 그래프이다.
도 12는 일 실시 형태에 따른, 강성 기판으로부터 가요성 마이크로전자 구조체를 박리하기 위한 장치의 예시이다.
도 13은 진공 롤러에 더하여 유체 노즐이 사용되는 다른 실시 형태에 따른, 강성 기판으로부터 가요성 마이크로전자 구조체를 박리하기 위한 장치의 예시이다.
도 14는 다른 실시 형태에 따른, 박리 모드에서 동작되는, 강성 기판으로부터 가요성 마이크로전자 구조체를 박리하기 위한 장치의 예시이다.
도 15는 이송 모드에서 동작되는, 도 14의 장치의 예시이다.
도 16은 일 실시 형태에 따른, 강성 기판 상의 가요성 마이크로전자 구조체를 도시한다.
도 17a 및 도 17b 각각은 커팅 메커니즘(cutting mechanism)의 일 실시 형태를 예시한다. 도 17a는 나이프 또는 블레이드(blade)를 도시하고, 도 17b는 레이저를 도시한다.
도 18은 적층 구조체의 에지에서 개방된 또는 노출된 섹션을 생성함으로써, 박리 단계를 초기화하기 위한 메커니즘의 일례를 예시한다.
도 19는 도 18의 메커니즘으로 초기화된 박리 단계가 진공 스테이지로 달성될 수 있는 것을 도시하며, 여기서 롤러는 균일한 박리 라인을 유지하기 위해 강성 기판을 홀딩(holding)하는 스테이지 아래에 존재한다.
도 20은 도 18의 메커니즘으로 초기화된 박리 단계가 진공 스테이지 및 유체 노즐로 달성될 수 있음을 도시한다.
도 21은 도 18의 메커니즘으로 초기화된 박리 단계가 진공 스테이지, 유체 노즐 및 촉매 유체들을 수집하기 위한 싱크(sink)로 달성될 수 있음을 도시한다.
도 22a 및 도 22b는 가요성 마이크로전자 구조체가 가요성 호스트 기판 상으로 이송되는 2개의 가능한 실시 형태들을 예시하는데: 하나는 평평한 진공 스테이지에 의한 것이고(도 22a), 하나는 롤러에 의한 것이다(도 22b).
도 2a는 단일 층 탈접합 구조체가 사용되는, 일 실시 형태에 따른, 가요성 마이크로전자 디바이스를 제조하기 위한 방법의 흐름도이다. 도 2b 및 도 2c는 도 2a의 방법의 단계들의 개략적 표현들이다.
도 3a 내지 도 3j는 가능한 실시 형태들에 따른, 탈접합 층의 상이한 종횡비들을 갖는 가능한 패턴들의 개략적 표현이다.
도 4는 a) 유리 기판으로부터 폴리이미드를 그리고 b) 유리 기판으로부터 제안된 탈접합 구조체를 탈층시키는 데 필요한 부하(gF 단위)를 탈층 이동거리(delamination travel)(mm 단위)의 함수로서 나타내는 그래프이다.
도 5a는 2-층 탈접합 구조체가 사용되는, 다른 가능한 실시 형태에 따른, 가요성 마이크로전자 디바이스를 제조하기 위한 방법의 흐름도이다. 도 5b는 도 5a의 방법의 단계들의 개략적 표현이다.
도 6a 내지 도 6c는 다양한 실시 형태들에 따른, 다층 탈접합 구조체를 포함하는 상이한 적층 구조체의 개략적 표현들이다. 도 6d는 가능한 다층 탈접합 구조체들의 개략적 표현이고, 여기서 탈층은 상이한 탈접합 계면들에서 발생한다.
도 7a는 상이한 재료들로 만들어진 탈접합 층들 내부의 응력 레벨들의 그래프이다. 도 7b는 탈층이 탈접합 구조체에서 발생할 수 있는 위치를 제어하기 위해 층 내에서 응력을 조정하는 가능한 방법을 도시한다.
도 8a는 기계적 탈층의 개략적 표현이다. 도 8b는 가압 유체 탈층의 개략적 표현이다.
도 9는 가압 유체 탈층 공정의 개략적 표현이고, 여기서 가요성 마이크로전자 구조체와 강성 기판 사이에 유체 축적물이 형성된다.
도 10a는 2개의 유출구들을 갖는 노즐에 의해 적층 구조체의 박리 계면들 사이에 방출된 제트들을 사용하여 탈층되고 있는 동안, 가요성 마이크로전자 디바이스들의 제조에 사용되는 적층 구조체의 개략적 표현이다. 도 10b는 다른 구현예에 따른, 박리 표면들 사이에 층상 제트를 방출하기 위한 슬릿을 갖는 노즐을 도시한다.
도 11은 기계적 대 가압 유체 탈층에 수반되는 개시 및 탈층 힘들을 시간의 함수로서 보여주는 그래프이다.
도 12는 일 실시 형태에 따른, 강성 기판으로부터 가요성 마이크로전자 구조체를 박리하기 위한 장치의 예시이다.
도 13은 진공 롤러에 더하여 유체 노즐이 사용되는 다른 실시 형태에 따른, 강성 기판으로부터 가요성 마이크로전자 구조체를 박리하기 위한 장치의 예시이다.
도 14는 다른 실시 형태에 따른, 박리 모드에서 동작되는, 강성 기판으로부터 가요성 마이크로전자 구조체를 박리하기 위한 장치의 예시이다.
도 15는 이송 모드에서 동작되는, 도 14의 장치의 예시이다.
도 16은 일 실시 형태에 따른, 강성 기판 상의 가요성 마이크로전자 구조체를 도시한다.
도 17a 및 도 17b 각각은 커팅 메커니즘(cutting mechanism)의 일 실시 형태를 예시한다. 도 17a는 나이프 또는 블레이드(blade)를 도시하고, 도 17b는 레이저를 도시한다.
도 18은 적층 구조체의 에지에서 개방된 또는 노출된 섹션을 생성함으로써, 박리 단계를 초기화하기 위한 메커니즘의 일례를 예시한다.
도 19는 도 18의 메커니즘으로 초기화된 박리 단계가 진공 스테이지로 달성될 수 있는 것을 도시하며, 여기서 롤러는 균일한 박리 라인을 유지하기 위해 강성 기판을 홀딩(holding)하는 스테이지 아래에 존재한다.
도 20은 도 18의 메커니즘으로 초기화된 박리 단계가 진공 스테이지 및 유체 노즐로 달성될 수 있음을 도시한다.
도 21은 도 18의 메커니즘으로 초기화된 박리 단계가 진공 스테이지, 유체 노즐 및 촉매 유체들을 수집하기 위한 싱크(sink)로 달성될 수 있음을 도시한다.
도 22a 및 도 22b는 가요성 마이크로전자 구조체가 가요성 호스트 기판 상으로 이송되는 2개의 가능한 실시 형태들을 예시하는데: 하나는 평평한 진공 스테이지에 의한 것이고(도 22a), 하나는 롤러에 의한 것이다(도 22b).
하기의 설명에서, 도면에서 유사한 특징부들에는 유사한 참조 부호들이 제공되었다. 도면들을 과도하게 모호하게 하지 않기 위해, 일부 요소들은, 그들이 선행 도면들에서 이미 언급되었다면 일부 도면들에 표시되지 않을 수 있다. 또한, 도면의 요소들이 반드시 축척대로 도시된 것은 아니며, 대신에 본 실시 형태들의 요소들 및 구조들을 명확하게 예시하는 데 중점을 두고 있다는 것이 본 명세서에서 이해되어야 한다.
단수 형태의 용어들("a", "an" 및 "one")은 "적어도 하나"를 의미하는 것으로 본 명세서에 정의되며, 즉, 이들 용어들은 달리 언급되지 않는 한 복수의 항목들을 배제하지는 않는다. 예시적인 실시 형태의 특징부의 값, 조건 또는 특성을 변경하는 "실질적으로", "대체적으로" 및 "약"과 같은 용어들은, 값, 조건 또는 특성이 그의 의도된 응용에 대한 이러한 예시적인 실시 형태의 적절한 동작에 대해 허용가능한 허용 오차들 내에서 정의됨을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
달리 언급되지 않는 한, 용어들 "연결된" 및 "결합된", 및 그의 유도물들 및 변형물들은 본 명세서에서, 직접적이든 간접적이든, 2개 이상의 요소들 사이의 임의의 구조적 및/또는 기능적 연결 또는 결합을 지칭한다. 예를 들어, 요소들 사이의 연결 또는 결합은 기계적이거나, 광학적이거나, 전기적이거나, 논리적이거나, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
표현 "디바이스"는 적어도 하나의 기능과 연관된 컴포넌트 또는 어셈블리를 지칭한다. 디바이스들의 예들은 전자 디바이스들, 광전자 디바이스들, 자기 디바이스들, 전극 어레이들, 패시브 구조체(passive structure)들, 마이크로-전자기계 시스템들, 또는 이들의 임의의 조합들이다.
표현 "가요성 전자장치", 이의 변형체들 및 유도체들은 변형가능, 순응가능, 및/또는 연신가능 층들을 포함하는 컴포넌트들, 디바이스들, 회로들, 어셈블리 등의 부류를 지칭하는 데 사용된다. 변형가능, 순응가능, 및/또는 연신가능 층들은 디바이스 층, 기판 층, 또는 둘 모두일 수 있다. 그러한 층들은, 예를 들어, 그리고 제한하지 않고서, 플라스틱, 금속 포일, 종이, 플렉스 유리, 또는 유사한 특성들을 갖는 임의의 다른 재료들로부터 만들어지거나 또는 이들을 포함할 수 있다.
용어 "합금"은 적어도 2개의 상이한 요소들을 포함하는 재료 또는 재료들의 조성물을 지칭한다. 예를 들어, 그리고 제한하지 않고서, 합금은 2개, 3개 또는 4개의 상이한 요소들을 포함할 수 있다. 본 개시내용의 맥락에서, 표현 "금속 합금"은 적어도 하나의 금속을 포함하는 합금을 지칭한다.
용어 "p형 도핑(p-type doping)"은 홀(hole)들로 알려진 과량의 양전하들을 생성하기 위해 성장 층에 불순물을 포함하는 것을 지칭한다. 용어 "n형 도핑(n-type doping)"은 전자들로 알려진 과량의 음전하들을 생성하기 위해 성장 층에 불순물을 포함하는 것을 지칭한다. 용어 "진성 도핑(intrinsic doping) (i)"은, 반도체 층이 어떠한 과량의 음전하 또는 양전하도 갖지 않는 경우를 지칭한다. 용어들 "p-n 접합" 또는 "n-p 접합"은 2개의 연속적인 층들을 지칭하며, 여기서 하나의 층은 p형 도핑되고 다른 하나의 층은 n형 도핑된다. 용어들 "p-i-n 접합" 또는 "n-i-p 접합"은 3개의 연속적인 층들을 지칭하며, 여기서 하나의 층은 p형 도핑되고, 하나의 층은 진성이고, 하나의 층은 n형 도핑된다.
본 설명은 대체적으로 가요성 마이크로전자 구조체(또는 필름)와 강성 기판("강성 캐리어"로도 지칭됨) 사이에 제공된 탈접합 구조체의 제작 및 방출에 대한 기법들, 더 구체적으로는 그를 위한 방법들에 관한 것이다. 탈접합 구조체는, 하기에 더 상세히 설명될 바와 같이, 단일 탈접합 층, 2개의 층들 또는 여러 개의 층들을 포함할 수 있다. 유사하게, 가요성 마이크로전자 구조체 또는 필름은 하나 이상의 디바이스 층(들) 및 하나 이상의 디바이스 기판 층(들)을 포함할 수 있다. 탈접합 구조체는 강성 기판으로부터 가요성 마이크로전자 구조체의 탈접합을 용이하게 할 수 있고, 이는, 예를 들어, 그리고 제한하지 않고서, 가요성 마이크로전자 구조체를 가요성 호스트 기판 상으로 이송하기 위해 유용할 수 있다. 본 개시내용에 제시된 거의 모든 구현예들에서, 본 명세서에 제시된 탈층 기법들은 기판에 열을 가할 것을 요구하지 않는다.
본 기술 및 그의 이점들은, 본 기술의 다양한 실시 형태들을 설명하는, 뒤따르는 상세한 설명 및 실시예들로부터 더 명백해질 것이다. 더 구체적으로, 설명의 하기 섹션은 탈접합 구조체를 포함하는 적층 구조체 및 이를 형성하기 위한 방법을 제시할 것이다. 촉매가 사용되거나 또는 사용되지 않을 수 있는, 상이한 구현예들에 따른, 강성 기판으로부터 가요성 마이크로전자 구조체를 분리하기 위한 방법이 또한 설명될 것이다. 가요성 마이크로전자 디바이스들을 제조하는 방법이 또한 설명될 것이다.
도 1 내지 도 22b를 참조하면, 상이한 가능한 실시 형태들에 따라, 가요성 마이크로전자 디바이스를 제조하기 위한 방법이 설명될 것이다. 하기에 더 상세히 설명될 바와 같이, 이러한 방법은, 강성 기판으로부터의 가요성 마이크로전자 구조체의 분리(또는 박리)를 용이하게 하기 위해, 탈접합 구조체를 포함하는 적층 구조체를 제조하는 단계, 및 선택적으로 가요성 마이크로전자 구조체를 가요성 호스트 기판 상으로 이송하여 가요성 마이크로전자 구조체를 형성하는 단계를 포함한다. 적층 구조체는 상이한 실시 형태들에 따라 제조될 수 있고, 분리(또는 탈층) 공정이 또한 상이한 구현예들에 따라 수행될 수 있다.
광범위하게 설명된, 그리고 도 1a 및 도 1b에 예시된 바와 같이, 방법(100)은 적층 구조체(10)를 형성하기 위한 단계들을 포함한다. 적층 구조체(10)는 강성 캐리어, 탈접합 구조체 및 가요성 마이크로전자 구조체를 포함한다. 방법(100)은 또한, 탈접합 구조체의 박리 계면에서, 강성 기판(또는 캐리어)으로부터 가요성 마이크로전자 구조체를 분리하거나 또는 박리하기 위한 단계들을 포함한다. 단계(102)로 시작하여, 강성 기판(20)이 제공된다. 강성 기판(또는 강성 캐리어)은 실리콘, 알루미나, 강철, 사파이어, 및 유리를 포함하는 여러 재료들로 만들어질 수 있다. 유리로 만들어진 강성 기판은 바륨 붕규산염, 소다 석회 규산염 또는 알칼리 규산염을 포함할 수 있다.
단계(104)에서, 강성 기판(20) 위에 탈접합 구조체(40)가 형성된다. 탈접합 구조체(40)는 1개, 2개 또는 복수의 층들을 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 탈접합 구조체(40)는 단일 탈접합 층을 포함하고, 이는 바람직하게는 산화물, 질화물, 탄화물 또는 산질화물로 만들어진다. 그러한 재료들의 예들은 실리콘 이산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 탄화물(SiC) 및 실리콘 산질화물(SiOxNy)을 포함한다. 다른 실시 형태들에서, 탈접합 구조체(40)는 "탈접합 층들"로 지칭되는 2개의 층들을 포함한다. 예를 들어, 제1 탈접합 층이 강성 기판(20) 상에 형성될 수 있고, 제1 탈접합 층의 상단에 제2 탈접합 층이 침착되어, 2-층 탈접합 구조체를 형성할 수 있다. 바람직하게는, 제1 및 제2 탈접합 층들 중 적어도 하나는 산화물, 질화물, 탄화물 또는 산질화물로 만들어진다. 다른 탈접합 층은 바람직하게는 금속 또는 금속성 합금으로 만들어진다. 또 다른 실시 형태들에서, 탈접합 구조체는 습기 차단 특성들과 같은 특정 특성들을 갖는 추가적인 층들을 포함할 수 있다. 가능한 구현예에서, 강성 기판 위에 연장되는 제1 층은 5 μm 미만의 비금속성 무기 층이고, 제1 층 위의 제2 층은 0.1 μm 이하의 두께를 갖는 금속성(금속 또는 금속 합금) 층이다.
단계(106)에서, 탈접합 구조체(40) 위에 가요성 마이크로전자 구조체(60)가 형성된다. 가요성 마이크로전자 구조체(60)는 적어도 하나의 가요성 기판 디바이스 층(70)(즉, 하나 이상의 기판 층들) 및 적어도 하나의 디바이스 층(80)(즉, 하나 이상의 디바이스 층들)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스 층은 매우 얇은 웨이퍼일 수 있다. 바람직하게는, 가요성 마이크로전자 구조체(60)는 또한 하나 이상의 캡슐화 층을 포함한다. 가요성 기판 층(70) 및/또는 디바이스 층(80)은 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리다이메틸실록산(PDMS), 및/또는 열경화성 플라스틱 재료로 만들어지거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 그리고 제한하지 않고서, 가요성 마이크로전자 구조체(60)는 공동연장(coextending) 층들의 스택일 수 있다. 가요성 기판 층(70) 및 가요성 디바이스 층(80)은, 제조되고 있는 가요성 마이크로전자 구조체들의 유형에 따라, 교번하는 구성(가요성 디바이스 기판 층(70) 및 가요성 디바이스 층(80)의 교번)으로 또는 연속적인 구성(복수의 디바이스 기판 층들(70), 그 위에는 복수의 디바이스 층들(80)이 제공됨)으로 형성될 수 있다. 디바이스 층(80)은 전자 기능성들을 제공하기 위해 하나 이상의 p-n 접합(들), n-p 접합(들), p-i-n 접합(들) 및/또는 n-i-p 접합(들)을 포함할 수 있다
따라서, 탈접합 구조체(40)는 비금속성 및 무기 재료로 만들어진 적어도 하나의 층을 포함한다. 비금속성 및 무기 재료라는 것은, 이러한 층이 어떠한 금속 또는 금속 합금도 포함하지 않고, 어떠한 탄소도 포함하지 않음을 의미한다. 그러한 재료를 사용하는 이점은, 탈접합 계면에서 금속성 층만이 사용될 때보다 탈층이 더 쉽다는 것이다. 기계적 탈층 및 가압 유체 탈층 둘 모두에 필요한 평균 탈접합 압력은, 하기에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 금속 층이 사용될 때와 비교하여, 탈접합 계면들 중 적어도 하나가 비금속성 및 무기 재료일 때 더 적다. 가능한 구현예들에서, 탈접합 구조체는 하나 초과의 박리 계면들을 포함할 수 있다.
도 1b에 예시된 바와 같이, 적층 구조체(10)는 제1 및 제2 박리 표면들(12, 14)을 포함하며, 여기서 적어도 하나는 탈접합 구조체(40)의 외부 표면 상에 제공된다. 탈층 전에, 제1 및 제2 박리 표면들(12, 14)은 공통 박리 계면(16)에서 결합한다. 도 1a의 예에서, 제1 탈접합 표면(14)은 탈접합 구조체(40)의 상단면에 대응하는 한편, 제2 탈접합 표면(12)은 가요성 마이크로전자 구조체(60)의 하단면에 대응한다. 대안적인 실시 형태들에서, 탈접합 구조체가 하나 초과의 탈접합 층을 포함하는 경우, 제1 및 제2 표면들은 계면을 이루는 탈접합 층들의 상단면 및 하단면에 대응할 수 있다. 다시 말해서, 탈층은 탈접합 구조체(40)의 2개의 인접한 층들 사이에서 발생할 수 있다. 또 다른 구현예들에서, 제1 탈접합 표면은 강성 기판의 상단면에 대응할 수 있고, 제2 탈접합 표면은 탈접합 구조체(40)의 하단면에 대응할 수 있다. 탈접합 층들을 형성할 때, 공정은, 탈접합 스택에서 탈층이 발생하는 위치를 제어하기 위해, 층들 내의 내부 인장 응력 및/또는 압축 응력을 변경하도록 적응될 수 있다.
도 1a 및 도 1b를 여전히 참조하면, 단계(108)에서, 제1 및 제2 박리 표면들은 기계적 탈층 및/또는 가압 유체 탈층으로부터 생성되는 탈접합 힘을 인가함으로써 분리되어, 가요성 마이크로전자 구조체를 강성 기판으로부터 분리할 수 있게 한다. 분리 단계는 기계적 탈층(예컨대, 진공 가능 표면들을 사용함)을 통해, 또는 가압 유체 탈층(예컨대, 기체 제트들의 제어된 방출을 사용함)을 통해 수행될 수 있다. 분리 단계는 또한 전형적으로, 2개의 페이즈들 또는 하위 단계들로: 하기에 더 상세히 설명될 바와 같이, 먼저 개시 페이즈를 이용하여, 그리고 이어서 탈층(또는 박리) 페이즈를 이용하여 수행된다. 분리 단계 동안, 촉매(16)가 제1 박리 표면과 제2 박리 표면 사이에 주입되어, 탈층 공정을 추가로 용이하게 하거나 또는 가속화할 수 있다. 촉매는, 수계 유체, 아세톤, 아이소프로필 알코올, 메탄올 또는 플루오로카본계 유체 중 하나를 포함할 수 있다.
여전히 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 방법은, 가요성 마이크로전자 어셈블리를 형성하기 위해, 가요성 마이크로전자 구조체를 가요성 호스트 기판 상으로 이송하는 단계(110)를 포함할 수 있다. 이러한 단계는, 탈접합 구조체에 따라, 그리고 탈층이 어디에서(즉, 상이한 층 계면들 중 어느 것에서) 발생하는지에 따라, 가요성 마이크로전자 구조체가, 일단 강성 캐리어로부터 분리되면, 완성될 수 있기 때문에 선택적이다. 탈층 공정 후, 가요성 마이크로전자 구조체 아래에 보호 층 및/또는 캡슐화 층이 제공되는 경우, 디바이스를 다른 가요성 호스트 기판 상으로 이송할 필요가 없을 수 있다.
단일 탈접합 층 구조체
도 2a, 도 2b 및 도 2c를 참조하면, 하나의 가능한 구현예에 따라, 가요성 마이크로전자 디바이스를 제조하기 위한 방법이 설명될 것이다. 이러한 구현예는 단일 탈접합 층을 탈접합 구조체로서 형성하는 단계를 포함하며, 이러한 단일 층은 산화물, 질화물, 탄화물 및 산질화물로 만들어진다. 선택적으로, 이러한 단일 탈접합 층은 그로부터 가요성 마이크로전자 구조체의 박리를 추가로 용이하게 하도록 패턴화될 수 있다.
이러한 예에서, 단계(104)는 강성 기판(예컨대, 유리 웨이퍼) 상에 탈접합 층(예를 들어, 실리콘 이산화물(SiO2) 층)을 형성하는 것으로 구성된다. 단계(106)에서, 단일 탈접합 층, 이러한 경우에 실리콘 이산화물 층(42) 상에 가요성 마이크로전자 구조체("가요성 디바이스 구조체"로 표시됨)가 형성된다. 이전에 언급된 바와 같이, 가요성 디바이스 구조체(60)는 적어도 하나의 디바이스 기판 층 및 디바이스 기판 층 상의 적어도 하나의 디바이스 층을 포함한다. 일단 가요성 마이크로전자 디바이스(60)가 강성 기판 상에 형성되면, 탈접합 층(42) 위에서 단계(108)가 수행되는데, 즉 가요성 마이크로전자 구조체가 강성 기판으로부터 박리된다. 이어서, 필요한 경우, 가요성 마이크로전자 구조체(60)가 가요성 호스트 기판 상으로 이송될 수 있다.
이러한 실시 형태로부터 생성되는 적층 구조체의 일례가 도 2b 및 도 2c에 도시되어 있다. 예시된 바와 같이, 탈접합 구조체는 단일 산화물 층(42)에 대응하고, 제1 및 제2 박리 표면들(12, 14)은 가요성 디바이스 기판 층의 하단면에 그리고 탈접합 층의 상단면에 대응할 수 있다(도 2b). 대안적으로, 제1 및 제2 박리 표면들은 탈접합 층의 하단면에 그리고 강성 캐리어의 상단면에 대응할 수 있다(도 2c).
바람직하게는, 탈접합 층(42)은 약 10 μm 이하의 두께를 갖는다. 박리를 용이하게 하고/하거나 패턴화된 표면에서 박리가 발생하도록 "강제하기" 위해, 패턴들을 갖는 탈접합 층을 형성하는 것이 또한 가능하다. 하나의 가능한 구현예에서, 패턴화된 층을 형성하는 것은 먼저, 강성 기판(20) 상에 실리콘 이산화물 층을 형성하는 것, 및 이어서 실리콘 이산화물 층을 패턴화하여 그 안에 패턴들을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 실리콘 이산화물 층(42)을 형성하는 것은 증착 공정에 의해, 예를 들어, 스퍼터링에 의해, 또는 화학적 증착에 의해 수행될 수 있다. 실리콘 이산화물 층을 패턴화하는 것은 종래의 그리고/또는 표준 포토리소그래피 공정(들)을 사용하여 달성될 수 있다.
가능한 패턴들의 예들이 도 3a 내지 도 3j에 예시되어 있으며, 여기서 투명 영역들은 강성 기판(20)(또는 그의 일부분(들))을 나타내고, 어두운 영역들은 산화물 층(예컨대, SiO2)을 나타낸다. 예시된 바와 같이, 패턴들은 강성 기판(20)의 상단면 상에 균일하게 분포될 수 있는데, 즉, 각각의 패턴은 실질적으로 일정한 거리 또는 치수만큼 서로 이격될 수 있다. 도시된 실시 형태들에서, 각각의 패턴은 정사각형 또는 원형(round)이지만, 패턴들은 임의의 다른 형상들을 가질 수 있다. 강성 기판(20)의 총 면적에 대한 패턴들의 면적비를 바꾸는 것은, 가요성 마이크로전자 구조체(60)를 강성 기판(20)으로부터 분리하는 데 필요한 탈접합 힘을 바꾸거나 또는 제어할 수 있게 한다. 예를 들어, 제1 제한 사례와 연관된 탈접합 힘이 F1이고 제2 제한 사례와 연관된 박리 힘이 F2인 경우, 0% 내지 100%(불포함)의 범위의 주어진 비와 연관된 박리 힘은 F1과 F2 사이에 포함될 것이다. 도 3c 내지 도 3j에 예시된 예들에서, 상이한 패턴들이 예시된다. 도 3a 내지 도 3j에 예시된 각각의 패턴은 패턴화된 면적비(0%, 100%, -50%, -50%, 25%, 75%, 19.6%, 58.9%, 41.1% 및 80.37%) 및 탈접합 힘(또는 박리 힘)(F1 내지 F10)과 연관된다. 일부 실시 형태들에서, F2 < {F3, F4, ..., F9, F10} < F1이다.
다시 도 2b 및 도 2c를 참조하면, 방법은 탈접합 층(42)과 가요성 마이크로전자 구조체(60) 사이에 하나 이상의 추가적인 층들(예시되지 않음)을 형성하는 선택적 단계(105)를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 추가적인 층들 중 하나 이상은 습기 차단 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 추가적인 층들(이는, "배리어 층들"로도 지칭될 수 있음) 중 하나 이상은 약 10-1g/m2/day 이하의 수증기 투과율 특성들을 가질 수 있다. 배리어 구조체를 형성하는 단계는 증착 방법으로 수행될 수 있다. 하나 이상의 추가적인 층들은, 단지 예들로서, 실리콘 질화물, 알루미늄 산화물 또는 폴리이미드로 만들어질 수 있다.
박리 단계(108) 동안, 방법은, 가요성 디바이스 구조체(60)를 강성 기판(20)으로부터 박리하면서, 강성 기판(20)과 가요성 디바이스 기판 층 사이에 촉매를 도입하는 단계를 포함할 수 있다. 예시된 예에서, 촉매(24)는 구조화된 실리콘 이산화물 층(42)과, 가요성 디바이스 구조체(60)의 하단면 또는 강성 캐리어(20)의 상단면 중 어느 하나 사이의 계면에 도입될 수 있다. 가요성 마이크로전자 구조체(60)가 강성 기판(20)으로부터 박리된 후에, 그것은 가요성 호스트 기판(도시되지 않음) 상으로 이송되고 그에 부착될 수 있다.
단일 탈접합 층 구조체를 위한 탈층 메커니즘은, 도 2b 및 도 2c에 의해 개략적으로 나타낸 바와 같이, 박리 계면에서의 표면 특성들에 의해 제어된다. 약한, 탈접합 계면은 가요성 디바이스 기판 바로 아래에(도 2b) 또는 강성 기판과 탈접합 층 사이에(도 2c) 위치될 수 있다. 탈접합 층의 매끄러운, 결정질의 그리고 화학적으로 불활성인 표면은 어떠한 화학적 결합도 제공하지 않을 것이고, 예를 들어, 가요성 디바이스 기판 층과 탈접합 층 계면 사이에 약한 계면을 생성한다. 이러한 경우에, 접합부(bond)들은 본질적으로 물리적이고, 정전기적이며, 충분한 힘 또는 극성 촉매를 사용하여 쉽게 끊어질 수 있다. 반대로, 표면이 화학적 접합을 제공, 예를 들어, 가요성 디바이스 기판 층을 유기 기판의 상단에 제공하는 경우, 필름을 분리하는 데 필요한 힘은 훨씬 더 크고, 필름의 찢어짐 및 다른 결함들로 이어질 수 있다. 유리 강성 기판 표면은 수소가 풍부할 수 있으며, 이는 유기 층들에 대한 접합을 향상시킨다. 따라서, 유리 상에 직접 침착된 가요성 디바이스 구조체는, 도 4의 그래프에 의해 예시된 바와 같이, 가장 구체적으로는 가요성 디바이스 기판 층과의 계면에서 강한 접착을 초래하며, 여기서 유리 기판 상의 폴리이미드(PI)(전형적으로, 가요성 디바이스 기판으로서 사용됨)의 접착은 본 설명에서 제안된 바와 같은 탈접합 층의 접착과 비교된다. 이러한 상황에서 탈층을 위한 바람직한 방법은 레이저 리프트 오프(laser lift-off, LLO)인데, 이는 에너지 집약적이고, 낮은 수율의, 열 절제(thermally ablative) 공정이다. 낮은 수소 농도의 SiO2 진공 처리된 결정 층은 가요성의 유기 층, 즉, 가요성 디바이스 기판 층 및 더 나아가 전체 가요성 디바이스 구조체를 탈접합하는 더 쉬운 방법을 제공한다. 가압 유체 탈층 공정과 조합하여, 그것은 LLO에 대한 더 저렴하고 잠재적으로 더 높은 수율의 대안을 제시한다.
이들 필름들에 의해 제공되는 계면이 가요성 기판 중합체에 대해 화학적으로 불활성인 경우, 동일한 원리가 산화물들, 질화물들, 및 탄화물들과 같은 다른 진공 처리된 층들에 적용될 수 있다. 중합체 필름과 불활성 계면 사이의 접합 힘은 중합체와 화학적으로 접합된 계면 사이의 접합 힘보다 30배 더 낮을 수 있다. 가요성 기판 계면에서의 탈층의 경우에, 탈접합 층과 가요성 기판 사이의 접합부들은 탈접합 층과 강성 캐리어 사이의 접합부들보다 훨씬 더 약하다(도 2b). 강성 캐리어 계면에서의 탈층의 경우에, 탈접합 층과 강성 캐리어들 사이의 접합부들은 탈접합 층과 가요성 기판 사이의 접합부들보다 훨씬 더 약하다(도 2c).
2개의 탈접합 층 구조체
이제 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 탈접합 구조체(40)는 2개의 층들: 금속 또는 금속성 합금을 포함하는 제1 탈접합 층(440); 및 산화물, 질화물, 탄화물 및 산질화물 중 하나를 포함하는 제2 탈접합 층(442)을 포함할 수 있다. 이러한 실시 형태에 따르면, 방법은, 강성 기판 상에 금속으로 만들어진 층을 침착시킴으로써, 강성 기판(20)과 산화물 층(440)(이는, 패턴화될 수 있거나 또는 패턴화되지 않을 수 있음) 사이에 금속성 층을 형성하는 단계(104')를 포함한다. 현재 설명의 맥락에서, 표현 "금속성"은 금속들, 준금속(metalloid)들, 및 금속 합금들을 포괄한다. 용어 "금속"은 전형적으로 전기 전도성인 화학 원소, 조성물, 또는 재료를 지칭한다. 용어 "준금속"은 전형적으로 금속-유사 화학 원소, 조성물, 또는 재료, 즉, 금속(들)과 비금속(들) 사이의 또는 그들의 혼합물인 특성들을 갖는 물질을 지칭한다. 금속은, 예를 들어, 그리고 제한하지 않고서, Ni, Al, Cu 또는 Pd일 수 있다. 대안적으로, 층(440)은 금속 합금, 즉, 적어도 하나의 금속 및 적어도 다른 비금속 재료를 포함하는 물질로 만들어질 수 있다. 도 5b에서, 강성 기판 상에 제공된 금속성 층(440)은 금속(들) 또는 금속 합금(들)으로부터 만들어질 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 금속성 층(440)은 8%의 파단점 신장 백분율을 갖는 재료로 만들어진다는 것에 유의할 것이다. 현재 설명의 맥락에서, 표현 "파단 신장 백분율"은, 주어진 온도에 대해, 파단 후 재료의 초기 길이와 증가된 길이 사이의 비를 지칭한다. 재료의 이러한 특성은 대체적으로 균열의 형성 없이 형상의 변화들에 저항하는 재료의 능력과 연관된다. 일부 실시 형태들에서, 금속성 층(440)은 5 μm 이하의 두께를 갖는다. 금속성 층을 형성하는 단계는, 예를 들어, 그리고 제한하지 않고서, 스퍼터링, 전자 빔 증발 또는 열 증발과 같은 물리적 증착 공정에 의해 또는 더 두꺼운 금속 필름의 경우, "전기도금"과 같은 전기화학적 공정에 의해 수행될 수 있다.
강성 기판(20) 상에 금속성 층(440)을 형성하는 단계 이후에, 금속성 층 상에 산화물 층(또는 질화물, 탄화물 또는 산질화물), 예를 들어, SiO2를 형성하는 단계(단계 104")가 이어진다. 방법은 또한, 실리콘 이산화물 층(442) 상에 가요성 마이크로전자 디바이스(60)를 형성하는 단계(106)를 포함한다. 가요성 마이크로전자 구조체(이는, 일부 실시 형태들에서, 가요성 마이크로전자 필름으로 지칭될 수 있음)는 디바이스 기판 층(70) 및 디바이스 기판 층 상에 형성된 디바이스 층(80)을 포함한다. 일단 가요성 마이크로전자 구조체(60)가 형성되면, 강성 기판으로부터 가요성 마이크로전자 구조체를 박리하는 단계(108)가 수행된다. 이어서, 가요성 마이크로전자 구조체가 가요성 호스트 기판 상으로 이송될 수 있다. 단계(104')는 물리적 증착 공정에 의해 수행될 수 있다. 물리적 증착 공정들의 비제한적인 예들은 스퍼터링, 전자 빔 증발, 또는 열 증발을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 물리적 증착 공정들의 비제한적인 예들은 전기주조(electroforming)를 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 층(442)은 당업계에 이미 알려져 있는 임의의 기법들을 사용하여, 15 μm 이하의 두께로 침착될 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 알루미나 산화물(Al2O3 또는"알루미나")이 SiO2 대신에 사용될 수 있다. 다른 금속 산화물(들) 또는 산화물(들)이 대안적으로 사용될 수 있다는 것에 유의할 것이다. 선택적으로, 2-탈접합 층 적층 구조체는 실리콘 이산화물 층(442)과 가요성 마이크로전자 구조체(60) 사이에 하나 이상의 추가적인 배리어 층들(예시되지 않음), 예컨대 습기 차단 층(들)을 포함할 수 있다.
여전히 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 이러한 예시적인 실시 형태에서, 강성 기판(20)으로부터 가요성 마이크로전자 구조체(60)를 박리하는 단계가 층들(440, 442) 사이에서 발생하여, 제1 및 제2 탈접합 박리 표면들이 2-층 탈접합 구조체(44) 내에 있도록, 즉 박리 계면이 탈접합 구조체 내에 있도록 한다. 도시된 실시 형태에서, 금속성 층(440)은 강성 기판(20)에 접착되어 유지되고, 비금속성 무기 층(442)은 가요성 디바이스 구조체(60)에 접착되어 유지된다. 가능한 실시 형태들에서, 가요성 마이크로전자 구조체(60)를 다른 가요성 호스트 기판으로 이송하는 것이 필요하지 않을 수 있다.
더 높은 박리율들은 더 강한 탈접합 힘과 연관될 수 있다. 높은 박리율이 고려될 때, 탈접합 구조체의 2개의 박리 표면들 사이에 촉매를 도입하거나 또는 주입하는 것이 유용할 수 있다. 기체 촉매의 인가 또는 도입은 가요성 마이크로전자 디바이스들의 제조 동안 액체들로 작업하는 것과 연관된 과제들을 제거하거나 또는 완화시킬 수 있으며, 이는 액체들의 존재 시에 영향을 받거나 또는 저하될 수 있는 전자, 유기 및/또는 광전자 재료들의 맥락에서 유용할 수 있다. 다른 실시 형태들에서, 촉매는 액체일 수 있다. 액체는 실시예들의 하기 비제한적인 목록으로부터 선택될 수 있다: 수계 유체, 아세톤, 아이소프로필 알코올, 메탄올 및 플루오로카본계 유체.
다층 탈접합 구조체
이제 도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 가능한 구현예에 따른, 다층 탈접합 구조체(48)가 또한 제조될 수 있다. 이러한 구성은 탈층 계면 위치에 대한 완전한 제어를 제공하는데, 예컨대, 전술된 단일 층 실시 형태에 더하여, 도 6d에 가장 잘 도시된 바와 같이, 강성 기판 및 가요성 디바이스 구조체 둘 모두가 하나 이상의 탈접합 층들과 접촉할 수 있다.
이들 실시 형태들에 따르면, 중합체계 가요성 기판 캐리어(60)가 그의 인접한 계면으로부터 반드시 탈층되지는 않는다. 대신에, 하위층들이, 그들이 강성 캐리어(20)로부터 탈층되고 가요성 기판 층(전형적으로 중합체 필름)에 고착되는 방식으로 적층 구조체(10, 10' 또는 10") 내부에 포함된다. 가요성 기판(60)의 하단면에서 탈층하는 대신에, 적층 구조체는, 탈접합 층 자체가, 가요성 기판(60)이 여전히 접착되어 있는 상태로, 강성 캐리어(전형적으로 유리)로부터 탈층되도록 설계될 수 있다. 그렇게 함으로써, 가요성 기판(60)을 여전히 지지하면서 탈접합 층과 함께 상승할 수 있는 다층 스택(10)이 설계될 수 있다.
탈접합 구조체 내부의 층들의 두께를 제어로서 사용하여, 탈접합 구조체로부터 가요성 디바이스 기판 층을 완전히 상승시키는 다층 스택들이 또한 가능하다.
다층 탈접합 구조체는, "단일 층 탈접합 구조체"와 관련된 섹션에서 기술된 바와 같은, 하나 이상의 패턴화된 층들을 포함할 수 있다는 것에 유의할 것이다.
응력-보조 탈접합
여전히 도 6a 내지 도 6c, 및 또한 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 하나 또는 다수의 층들이 가요성 기판(60)과 탈층되는 경우에, 탈접합 층들 내측의 내부 응력은 탈접합 공정을 용이하게 할 수 있다. 가능한 구현예들에서, 하나 이상의 층들의 내부 응력은, 적층 스택 내 어디에서(즉, 어느 층 계면들 사이에서) 탈층이 발생할 것인지를 제어하도록 조정되거나 또는 수정될 수 있다. 일부 구현예들의 경우, 높은 압축 응력을 갖는 탈접합 구조체는 강성 캐리어(20) 상에 남아 있는 경향이 있을 것인 한편, 높은 인장 응력을 갖는 층(또는 필름)은 가요성 기판(60)으로부터 탈층되는 경향이 있다는 것이 관찰되었다.
따라서, 도 6a에 예시된 바와 같이, 강성 캐리어 계면에 탈접합 힘이 인가될 때, 충분히 높은 인장 응력을 갖는 다층 탈접합 구조체 또는 스택(48)이 더 쉽게 탈층될 수 있다. 도 2c에 예시된, 단일 탈접합 층의 경우에 동일하게 적용될 수 있다. 탈접합 구조체 내부의 재료의 선택은 다른 금속성 필름들, 금속성 합금들, 산화물, 질화물들, 및 탄화물들로 확장될 수 있다. 다층 스택 내의 응력이 인장인 경우, 강성 캐리어로부터 가요성 캐리어(60)가 탈층될 수 있다. 가요성 디바이스 기판 층 아래의 층들의 응력을 제어함으로써, 산화물 층으로 만들어진 단일 탈접합 층이 충분하지 않은 시나리오에서 탈층이 달성될 수 있다. 층들에서의 응력을 제어하는 것이, 가요성 디바이스 기판 층 아래의 다수의 층들로 확장될 수 있다.
가능한 구현예들에서, 층들 내의 또는 층들 사이의 응력 레벨들은 층들/필름들의 사후 처리에 의해 제어될 수 있다. 도 7b는 응력이, 필름의 가열 또는 냉각의 함수로서 어떻게 제어되거나 또는 조정될 수 있는지를 예시하는 그래프를 도시한다. 따라서, 가능한 구현예들에 따라, 탈접합 메커니즘에 대한 응력 관리에 대한 제어가 수행될 수 있다.
탈층
다음의 단락들은, 강성 기판(20)으로부터 가요성 마이크로전자 구조체(60)를 분리하기 위해 고려될 수 있는 상이한 옵션들을 더 상세히 설명할 것이다.
기계적 탈층
도 8a를 참조하면, 기계적 탈층은, 강성 캐리어(20)로부터 가요성 마이크로전자 구조체(60)(전형적으로, 박막 스택)를 박리하기 위한 기계적 힘의 사용을 지칭한다. 이러한 예에서, 탈접합 구조체(40)와 가요성 마이크로전자 구조체(60) 사이에 박리 계면이 제공된다. 도 8a에 제시된 바와 같이, 박리 힘(FP)이, 강성 기판(20)과 소정 각도(θP)로, 가요성 마이크로전자 구조체 스택(또는 필름)을 따라 인가되고, 필름은 분리 지점에서 기판으로부터 완전히 분리된다. 각도(θP)는, 예를 들어, 거의 0°와 90° 사이의 어딘가일 수 있다. 예를 들어, 롤러가 사용될 때, 각도(θP)는 5° 미만과 같이 매우 작을 수 있다. 이러한 탈층 방법에 따라 튜닝될 수 있는 공정 파라미터들은 탈층의 속도(박리율) 및 박리 각도이다. 상이한 기계적 탈층 기법들이 하기에 더 상세히 설명될 것이다.
효과적이지만, 기계적 탈층이 항상 적절하지는 않을 수 있는데, 이는 적층 구조체의 가능한 실시 형태들로, 탈접합 힘(또는 박리 힘)이 가능하게는 가요성 마이크로전자 필름(60)을 연신할 수 있기 때문이다. 따라서, 응용예들에 따라 가압 유체 탈층이 바람직할 수 있는데, 이는, 이러한 방법이 박리 계면에만 힘을 인가하는 것을 수반하기 때문이다.
가압 유체 탈층
도 8b를 참조하면, 에어 제트들로 방출된, 가압 유체를 사용하는 탈층이 개략적으로 표현된다. 이러한 공정에서, 가압 유체는 가요성 디바이스 구조체(60)(또는 필름 스택) 아래에 압력을 발휘하는 데 사용되고, 박리 계면을 향해 지향되어 그것을 박리한다. 이러한 방법에서, 노즐(200)이 사용되고, 분리 지점(DF)으로부터 일정 거리에 배치되고 강성 기판과 소정 각도(θF)로 기울어진다. 노즐은 박막 스택(60)과 강성 기판(20) 사이에서 직접적인 유체의 유동(FF)을 분출하며, 이는 2개의 박리 표면들 사이의 계면에 탈접합 힘(또는 박리 힘)(FP)을 발휘한다. 유체의 일부는 강성 기판(20) 및 가요성 필름(60) 표면들(FF2) 상에서 바운싱하며, 이는 총 탈접합 힘(FP)에 기여한다. 유체의 직접적인 그리고 2차 유동 둘 모두는, θF에 비례하는 θP에서 그리고 분리 지점에 가까운 그의 피크 강도로, 도 9에 도시된 바와 같이, 필름 상에 압력을 발휘하는 유체 축적물 또는 포켓(50)을 생성한다. 강성 기판(20)으로부터 가요성 마이크로전자 구조체(60)를 분리하는 것은, 적층 구조체의 에지들을 향해, 제1 박리 표면과 제2 박리 표면 사이의 적층 구조체의 중심 영역 내로부터 전파된 에어 포켓 또는 버블(50)을 생성하는, 하나 이상의 농축된 에어 제트들을 주입함으로써 수행될 수 있다. 상이한 노즐 구성들이 가압 유체(전형적으로 에어, 그러나 다른 기체들이 고려될 수 있음)를 주입하는 데 사용될 수 있다. 하나 이상의 개별/분리된 에어 유체 제트들이 주입될 수 있거나, 또는 대안적으로, 층상 제트가 또한 사용될 수 있다. 추가적으로, 가압 유체 제트는, 탈접합을 위해 탈층 계면에 전달되는 힘의 크기 및 방향 둘 모두의 더 큰 제어를 달성하기 위해, 단독으로 또는 노즐 경사각과 함께 작용하여, 펄싱(pulsing)될 수 있다.
도 10a를 참조하면, 유체의 압력, 노즐의 치수들, 유출구들의 치수들, 유출구들 사이의 거리, 강성 기판(20)에 대한 노즐의 각도 및 분리 지점으로부터의 유출구의 거리 모두는, 이러한 방법으로 수행되는 탈층 공정을 제어하기 위해, 조정되고 튜닝될 수 있는 파라미터들이다. 가요성 마이크로전자 구조체(60)(또는"박막 스택")가 신장 및 굽힘에 민감할 수 있다는 것을 고려하면, 탈접합 힘(FP) 및 탈접합 각도(θP)는 디바이스 층을 손상시키는 것을 회피하도록 조정될 수 있다. 유체 탈층을 이용하면, 탈접합 힘(FP)이 인가되는 방식 때문에 필름(60)의 연신이 제한된다. 또한, 각도(θF) 및 거리(DP)는 유체 포켓 압력을 최적화하도록 조정될 수 있으며, 이는 기계적 탈층보다 더 높은 박리율을 생성한다.
가압 유체의 제어된 방출을 위해, 상이한 노즐 구성들이 사용될 수 있다. 가능한 구현예에 따르면, 도 10b에 예시된 바와 같이, 강성 기판에 평행하게 배향된 연속적인 길이방향 슬릿(222)을 갖는 노즐(200')이 사용되어, 박리 계면들 사이에 층상 제트를 생성할 수 있다. 슬릿은 노즐(200')의 전방단부에 제공되며, 이는, 노즐의 말단(backend)으로부터 그의 전방단부를 향해 좁아지는, 테이퍼진 몸체를 갖는다. 따라서, 가압 유체는, 노즐로부터 빠져나갈 때, 에어 나이프를 생성할 수 있다. 또 다른 가능한 구현예에 따르면, 도 10a에 예시된 바와 같이, 2개 이상의 유출구들(220)을 갖는 노즐(200)은 노즐의 테이퍼진 전방단부에 제공될 수 있고, 노즐은, 탈층할 때, 그를 통해 연장되고 강성 캐리어에 실질적으로 평행하게 배향되는 유체 채널들을 포함한다. 가압 유체는, 실질적으로 강성 캐리어의 평면을 따라 방출된, 에어 제트들과 같은 개별 제트들을 사용하여 제1 계면과 제2 계면 사이에 주입된다. 에어 제트들과 같은 상이한 유체들이 사용될 수 있다. 이전에 설명된 바와 같이, 박리 계면들 사이에서 가압 유체의 침투를 용이하게 하기 위해, 적층 구조체의 에지에 있는 작은 섹션이 먼저 개방될 수 있다. 유체 유출구들의 수 및 그들 사이의 거리는 적층 구조체를 탈층시키는 데 필요한 탈접합 힘에 기초하여 선택될 수 있다. 예시된 실시 형태에서, 유체 유출구들은 노즐의 테이퍼진 전방 에지를 따라 약 12 mm만큼 이격되지만, 다른 구성들이 가능하다. 도 10은 그러한 노즐 구성에 의한 계산적 유체 역학 시뮬레이션을 도시한다. 노즐 설계의 결과로서, 배출되는 가압 유체의 속도는 탈층 필요성에 따라 조정될 수 있다. 더 가까운 노즐 유출구들은 가압 유체로부터의 더 많은 힘을 허용할 수 있고, 따라서 가요성 마이크로전자 구조체(또는 필름)에 대한 영향은 더 집중된 방식으로 생성될 수 있다. 도 8b 및 도 9에 가장 잘 도시된 바와 같이, 필름 아래의 국소적인 에어 압력이 상승하고, 필름(60)의 크기 및 특성들에 따라, 이동형 버블 또는 포켓(50)이 형성되며, 그의 선행 에지(52)가 박리 계면을 구성한다. 버블 또는 포켓은 2개의 박리 표면들 사이의 과도한 유체 빌드업에 대응한다. 박리 계면은, 계면으로부터 완전히 분리될 때까지 탈접합 구조체의 표면을 따라 버블보다 앞서 전진한다. 가압 유체가 사용될 때와 같은 구현예에 따라, 적층 구조체 내에 개방된 섹션을 생성하는 것이 필요하지 않을 수 있으며, 가압 유체는, 적절한 압력으로 주입될 때, 제1 및 제2 박리 표면들을 분리하여 탈층 공정을 초기화하기에 충분할 수 있다.
대체적으로, 탈층을 수행하는 데 필요한 힘은 디바이스 제작 공정을 견디기에 충분히 강해야 하지만, 가압 유체 제트로 탈층이 수행될 정도로 충분히 약해야 한다. 제안된 탈접합 구조체의 존재는 이를 가능하게 한다. 제안된 구조체는 또한 유리하게는, 게터(getter)로서 작용하여, 확산되는 오염물들 및 이온들이 가요성 디바이스 구조체 내의 민감한 컴포넌트들로부터 멀리 유지되는 것을 가능하게 할 수 있다. 제안된 구조체는 또한, 그의 제조 동안 또는 정기적 사용 시에 어떠한 유독성 용액들을 필요로 하지 않는다.
개시 페이즈, 탈층/박리 페이즈 및 탈층 속도
이제 도 11을 참조하면, 공정들(기계적 및 가압 유체 탈층) 둘 모두에 대해, 분리는 개시 페이즈 및 박리 페이즈를 포함한다. 탈층 공정을 시작하기 위해, 박리 계면은 위치에 관계없이 개방될 필요가 있다. 이러한 개방은 개시로서 알려져 있다. 개시 동안, 가요성 마이크로전자 구조체(또는 필름)를 접착된 영역의 에지에서 제자리에 홀딩하는 정적 접착 힘들이 극복되어야 한다.
가능한 구현예들에서, 개시는 접착된 영역의 주변에서 가요성 디바이스 구조체(및 적용가능한 경우, 탈접합 구조체)의 일부를 제거하는 메커니즘으로 수행될 수 있다. 이러한 메커니즘은, 물리적 또는 열적인 것을 포함하지만 이로 제한되지 않는 커팅 메커니즘을 구성할 수 있지만, 또한 적절한 압력의 가압 유체 자체일 수 있다.
극복해야 할 초기 정적 힘들의 결과로서, 도 11에 도시된 바와 같이, 개시를 달성하는 데, 일단 그것이 시작되었으면 탈층을 계속하는 데 필요한 것보다 더 큰 힘이 필요하다.
개시 페이즈 동안 인가되는 탈접합 힘은 박리 페이즈 동안보다 더 크다. 도 11의 그래프는, 기계적 탈층 및 가압 유체 탈층의 경우, 분리하는 공정 동안 가요성 마이크로전자 필름(60)에 접착된 센서에 의해 감지된 힘을 도시한다. 그래프는, 기계적 탈층에 필요한 개시 힘이 가압 유체 탈층에 대해서보다 약간 더 크다는 것을 보여주며, 따라서 탈층 공정의 선택은 개시 힘을 견디도록 가요성 디바이스 필름(60)의 용량에 따라 선택될 수 있다. 그래프는 또한, 방법들 둘 모두가 비슷한 개시 피크들을 갖지만, 나머지 탈층 페이즈에 필요한 박리 힘이, 진공 롤러/스테이지가 사용될 때(즉, 기계적 공정)와 비교하여, 가압 에어를 이용하면 상당히 더 적다는 것을 보여준다. 그래프에 도시된 바와 같이, 비금속성 무기 재료로 만들어진 적어도 하나의 탈접합 층을 갖는 제안된 적층 구조체를 사용하여, 강성 캐리어로부터 가요성 마이크로전자 필름을 분리하는 데 필요한 가요성 디바이스 기판에 의해 경험되는 힘은, 개시 페이즈 동안 40 gF 초과이지만, 박리 페이즈 동안 30 gF 미만이다. 이러한 힘은 탈접합에만 소비되는 것이 아니라 유체 충전 포켓(fluid-filled pocket)을 유지하기 위해 필름을 상승시키는 데에도 소비되고, 일부 경우들에서, 이러한 힘의 일부는 가요성 마이크로전자 필름을 연신할 수 있다. 가능한 구현예들에서, 초기화 동안 인가되는 힘은 탈층 페이즈 동안 10 gF 이상, 그리고 4 gF 미만이다. 가능한 구현예들에서, 개시 페이즈 동안 탈접합 힘은 박리 페이즈 동안 30 gF 초과이고 25 gF 미만이다.
기계적 공정에 비해 가압 유체 탈층 공정의 다른 이점은, 주어진 길이의 적층 샘플에 대해 탈층을 달성하는 데 필요한 시간이다. 실험들은, 가압 탈층 방법의 평균 탈층 속도가 기계적 공정의 경우보다 훨씬 더 크다는 것을 보여주었다. 가압 유체 탈층 시간은 1 인치(수 인치 또는 101.6 mm의 원형 샘플)의 길이에 대해 약 0.75 초일 수 있으며, 이는 5.33 in/s(또는 135.40 mm/s)의 탈층 속도에 대응한다. 비교하면, 기계적 탈층 방법의 평균 탈층 속도는 3 인치(76.2 mm)의 길이에 대해 약 12.5초였고(1 인치 x 33 인치 직사각형 샘플의 경우), 이는 0.24 in/s(또는 6 mm/s)의 탈층 속도로 변환한다.
실험들은 또한, 탈접합 구조체가, 단일 층의 금속이 사용될 때에 비해, 산화물, 질화물, 또는 탄화물로 만들어진 탈접합 층을 포함할 때, 탈층이 더 쉽다(더 적은 탈접합 압력 또는 힘을 필요로 함)는 것을 입증하였다. 이것은, 가압 유체를 사용하여, 금속성의 제1 층들을 갖는 샘플들에 필요한 압력과 산화물, 질화물, 또는 탄화물의 제1 층들을 갖는 샘플들을 탈층시키는 데 필요한 압력을 비교할 때 알 수 있다. 하기 표로부터 나타낸 바와 같이, 실리콘 이산화물 층을 갖는 샘플을 탈층시키는 데 필요한 평균 압력은 50 PSI인 한편, 금속성 층을 갖는 샘플을 탈층시키는 데 필요한 평균 압력은 75 PSI이다. 표는 또한, 적층 구조체가 비금속성 무기 탈접합 층을 포함할 때의 탈층 속도가 단일 금속성 탈접합 층이 사용될 때보다 더 크다는 것을 보여준다. 표시된 압력은 동일한 샘플 크기, 노즐 기하구조 및 노즐 포지션의 함수이다. 가압 유체 탈층 공정과 비금속성 무기 탈접합 층의 조합된 사용은, 50 PSI 미만의 탈접합 압력들에 대해 100 mm/s를 초과하는 탈층 속도들을 달성할 수 있게 한다. 50 PSI의 압력에서, 135 mm/s의 탈층 속도들이 달성된 한편, 75 PSI에서는, 260 mm/s의 탈층 속도에 도달하였다. 구현예에 따르면, 탈층 속도는 25 mm/s 초과, 그리고 바람직하게는 35 mm/s 초과, 그리고 더 바람직하게는 100 mm/s 초과일 수 있다.
[표 1]
실시예들
하기 섹션은 전술되었던 방법들의 비제한적인 실시예들을 제공한다. 이들 실시예들은 각각 "제1 디바이스 제작 방법" 및 "제2 디바이스 제작 방법"으로 지칭될 것이다. 하기 섹션은 제한적인 것으로 해석되어서는 안 되고, 단지 예시적인 목적의 역할을 한다.
제1 디바이스 제작 방법은 변형된 성장 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 변형된 성장 기판은 초기 강성 기판을 포함하며, 이는 마이크로전자장치 제작에 적합한 기판을 포함할 수 있지만 이로 제한되지 않는다. 그러한 기판들의 일반적인 예들은 알루미나, 강철, 사파이어, 바륨 붕규산염, 소다 석회 규산염 및 알칼리 규산염이다. 변형된 성장 기판은 또한 금속 또는 금속 합금 층을 포함한다. 이러한 층의 두께는 500 nm 이하일 수 있고, 초기 강성 기판 상에 제공된다. 변형된 성장 기판은 또한 실리콘 이산화물 층을 포함하며, 이는 10 μm 이하의 두께를 가질 수 있다. 이러한 층은 금속 또는 금속 합금 층 상에 제공된다. 변형된 성장 기판은 추가적인 층을 포함할 수 있으며, 이는 낮은 수증기 투과율(WVTR) 특성들을 갖는 재료(들)로부터 만들어질 수 있다. 추가적인 층은 증착 기법들을 사용하여 침착될 수 있다. 제1 디바이스 제작 방법은 또한, 수정된 성장 기판 위에 디바이스 기판 층을 형성하는 단계 및 디바이스 기판 층 위에 디바이스 층들의 스택을 형성하는 단계를 포함한다. 디바이스 층들의 스택은 폴리이미드를 포함할 수 있다. 일단 이들 단계들이 완료되면, 제1 디바이스 제작 방법은 변형된 성장 강성 기판으로부터 디바이스 층들 및 디바이스 기판 층의 스택의 계면성 탈접합을 수행하여, 변형된 성장 강성 기판으로부터 디바이스 층들 및 디바이스 기판 층(즉, 가요성 마이크로전자 디바이스)의 스택을 분리하는 단계를 포함한다. 제1 디바이스 제작 방법은 또한, 디바이스 층들 및 디바이스 기판 층의 스택을 타깃 기판에 부착하는 단계를 포함한다.
제1 디바이스 제작 방법의 일부 변형예들에서, 금속 층은 스퍼터링에 의해 침착될 수 있는 비교적 얇은 니켈 층이다. 실리콘 이산화물 층은 플라즈마 강화된 화학적 증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD)을 사용하여 침착될 수 있다. 실리콘 이산화물 및 Ni의 조합된 사용은 전체 제조 비용을 감소시킬 수 있는데, 이는 Ni가 전형적으로 실리콘 이산화물보다 더 비용이 많이 들기 때문이다. 이러한 실시예에 따른 제1 디바이스 제작 방법은, 디바이스 기판 층의 후방에 투명 층을 갖는 가요성 마이크로전자 디바이스들의 생산을 허용한다. 예를 들어, 제1 디바이스 제작 방법은 금속 층으로서 약 25 nm의 두께를 갖는 Ni의 층 및 약 1 μm의 두께를 갖는 실리콘 이산화물로 만들어진 층을 사용하는 단계를 포함한다. 낮은 WVTR 재료들의 비제한적인 예들은 SiNx 및 AI2O3이다. 제1 디바이스 제작 방법의 일부 변형예들에서, 탈접합은 촉매로서 물의 존재 시 또는 부재 시에 수행될 수 있다. 일부 변형예들에서, 촉매는 가요성 마이크로전자 디바이스와 변형된 성장 강성 기판 사이에 침투할 수 있다. 탈접합 공정을 용이하게 할 수 있는 촉매의 비제한적인 예들은 물, 아세톤, 아이소프로필 알코올, Fluorinert®, 분무 페인트 노즐 헤드에 의해 생성된 물 분무, 및 고속 에어 제트들이다.
일부 변형예들에서, SiO2, Ni, SiN 또는 비교적 낮은 WVTR 특성들을 갖는 임의의 다른 재료들로 만들어진 층(들)이 디바이스 층들의 스택의 후면(back side)에 제공되어, 추가적인 배리어 보호 층으로서 작용할 수 있다. 상이한 배리어 재료들로부터 만들어질 수 있는 배리어 보호 층은 습기에 대한 보호를 제공할 수 있다.
이러한 실시예에 따른 제2 디바이스 제작 방법은 변형된 성장 강성 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 변형된 성장 강성 기판은 초기 강성 기판을 포함하며, 이는 마이크로전자장치 제작에 적합한 기판들을 포함할 수 있지만 이로 제한되지 않는다. 그러한 기판들의 일반적인 예들은 알루미나, 강철, 사파이어, 바륨 붕규산염, 소다 석회 규산염 및 알칼리 규산염이다. 변형된 성장 기판은 또한 금속 또는 금속 합금 층을 포함한다. 이러한 층의 두께는 500 nm 이하일 수 있고, 초기 강성 기판 상에 제공된다. 변형된 성장 기판은 또한, 초기 강성 기판 상에 패턴화된 실리콘 이산화물 층을 포함한다. 패턴화된 실리콘 이산화물 층은 약 10 μm 이하의 두께를 갖고, 0% 내지 100%(불포함)의 구간에서 패턴화된 면적비를 갖는다. 변형된 성장 기판은 추가적인 층을 포함할 수 있으며, 이는 낮은 수증기 투과율(WVTR) 특성들을 갖는 재료(들)로부터 만들어질 수 있다. 추가적인 층은 증착 기법들을 사용하여 침착될 수 있다. 제2 디바이스 제작 방법은 또한, 수정된 성장 기판 위에 디바이스 기판 층을 형성하는 단계, 및 디바이스 기판 층 위에 디바이스 층들의 스택을 형성하는 단계를 포함한다. 디바이스 층들의 스택은 폴리이미드를 포함할 수 있다. 일단 이들 단계들이 완료되면, 제2 디바이스 제작 방법은 변형된 성장 강성 기판으로부터 디바이스 층들 및 디바이스 기판 층의 스택의 계면성 탈접합을 수행하여, 변형된 성장 기판으로부터 디바이스 층들 및 디바이스 기판 층의 스택을 분리하는 단계를 포함한다. 제2 디바이스 제작 방법은 또한, 디바이스 층들 및 디바이스 기판 층의 스택을 타깃 기판에 부착하는 단계를 포함한다.
제2 디바이스 제작 방법의 일부 변형예들에서, SiO2 층은 130 nm 내지 1125 nm의 범위인 두께를 갖고, 10 nm 내지 25 nm의 범위에서의 두께 변동량들을 갖는데, 이때 SiO2 층은 기판의 중심에서 더 두껍고 그의 에지들 근처에서 더 얇다. 디바이스 층들의 스택의 탈접합은 에어 중에서 그리고 촉매로서의 제트 스트림(jet stream)의 도움으로 행해질 수 있다.
제2 디바이스 제작 방법의 일부 변형예들에서, 탈접합은 촉매로서 물의 존재 시 또는 부재 시에 수행될 수 있다. 일부 변형예들에서, 촉매는 디바이스 기판 층과 변형된 성장 기판 사이에 침투할 수 있다. 탈접합 공정을 용이하게 할 수 있는 촉매의 비제한적인 예들은 물, 아세톤, 아이소프로필 알코올, Fluorinert®, 분무 페인트 노즐 헤드에 의해 생성된 물 분무, 및 고속 에어 제트들이다.
일부 변형예들에서, SiO2, Ni, SiN 또는 비교적 낮은 WVTR 특성들을 갖는 임의의 다른 재료들로 만들어진 층(들)이 디바이스 층들의 스택의 후면에 제공되어, 추가적인 배리어 보호 층으로서 작용할 수 있다. 상이한 배리어 재료들로부터 만들어질 수 있는 배리어 보호 층은 습기에 대한 보호를 제공할 수 있다.
이러한 실시예에 따른 제2 디바이스 제작 방법은 전자 디바이스들, 광전자 디바이스들, 자기 디바이스들, 전극 어레이들, 패시브 구조체들 또는 마이크로-전자기계 시스템들, 또는 이들의 임의의 조합들을 제조하는 데 사용될 수 있다.
제1 또는 제2 방법들에 따라 제조된 적층 구조체들의 예들은 강성 기판을 포함하고, 그 위에는 니켈 층이 형성되고, 그 위에는 SiO2 층이 형성되고, 그 위에는 가요성 기판 층이 형성된다. 다른 예는 강성 기판을 포함하고, 그 위에는 SiO2 층이 형성되고, 그 위에는, SiN 층으로 토핑된 가요성 디바이스 기판이 형성된다. 가능한 구현예들에서, SiO2 층은 니켈 층으로 대체되었다.
가요성 마이크로전자 구조체를 강성 기판으로부터 분리하기 위한 기법들
도 12 내지 도 14를 참조하면, 강성 기판(20)으로부터 가요성 마이크로전자 구조체(60)를 박리하기 위한 장치(300)가 이제 설명될 것이다.
도 12에 도시된 실시 형태에서, 장치(300)는 강성 기판(20)과 맞물릴 수 있는 홀더(332)를 포함한다. 홀더(332)는 샘플 홀더 또는 샘플 스테이지에 의해 구현될 수 있고, 가요성 디바이스 구조체(16)의 탈층 동안 강성 기판(20)을 수용 및 홀딩하기 위해 크기설정된다. 홀더(332)는 진공 홀더일 수 있다. 이러한 방법에 따르면, 강성 기판으로부터 가요성 마이크로전자 구조체를 분리하는 것은, 제1 및 제2 박리 계면들에서 적층 구조체 상의 하나 이상의 진공 가능 표면들에 탈접합 힘을 인가함으로써 달성된다. 진공 가능 표면은, 속도가 제어되고 조정될 수 있는 평면 진공 스테이지 및/또는 진공 롤러를 포함할 수 있다.
장치(300)는 또한 진공 홀딩 롤러(vacuum-holding roller)(334)를 포함한다. 진공 홀딩 롤러(334)는, 맞물림 영역에서 가요성 마이크로전자 구조체(60)의 외부 표면에 기계적으로 접촉하고 그 위에 끌어당기는 힘을 인가하도록 박리 모드에서 동작가능하다. 일부 실시 형태들에서, 끌어당기는 힘은 흡인력이다. 진공 홀딩 롤러(334)는 가요성 마이크로전자 구조체(60)의 표면을 따라 회전하도록 구동가능하여, 가요성 마이크로전자 구조체(60)가 맞물림 영역에서 끌어당기는 힘에 의해 강성 기판(20)으로부터 박리되고 진공 홀딩 롤러(334)의 외측면 주연부 상에 보유되거나 또는 유지되게 한다. 일부 실시 형태들에서, 진공 홀딩 롤러(334)는 약 50 mm 내지 약 500 mm 범위의 직경을 갖는다. 장치(300)는 진공 홀딩 롤러(334)의 회전 속도를 조정하기 위한 제어기(예시되지 않음)를 추가로 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 회전 속도는 약 16 mm/s 내지 약 25 mm/s의 범위이다.
일부 실시 형태들에서, 장치(300)는 부분 진공을 생성하기 위한 펌프(예시되지 않음)를 추가로 포함한다. 이들 실시 형태들에서, 진공 홀딩 롤러(334)의 외측면 주연부는 복수의 개구들을 포함한다. 개구들은 펌프와 유체 연통하여, 끌어당기는 힘 또는 흡인력이 가요성 마이크로전자 구조체(60)에 인가될 수 있게 한다.
이제 도 15로 돌아가면, 일단 가요성 마이크로전자 구조체(60)가 강성 기판(20)으로부터 박리되면, 진공 홀딩 롤러(334)는 이송 모드에서 동작될 수 있다. 이송 모드에서, 홀더(332)는 가요성 호스트 기판(90)과 맞물림가능하고, 진공 홀딩 롤러(334)는 가요성 호스트 기판(90)의 표면을 따라 롤링하도록 동작가능하여, 진공 홀딩 롤러(334)의 외측면 주연부 상에 유지된 가요성 디바이스 구조체(60)가 가요성 호스트 기판(90) 상으로 이송되도록 한다. 따라서, 진공 홀딩 롤러는 적층 구조체에 대해 감거나 또는 펼치도록, 탈층 동안 그 위에 가요성 마이크로전자 디바이스 구조체를 흡인하도록, 그리고 그 위에 구조체를 펼쳐지게 함으로써 가요성 마이크로전자 디바이스 구조체를 호스트 기판 상으로 방출하도록 동작될 수 있다.
도 13 내지 도 15를 참조하면, 장치(300)는 진공 홀딩 롤러(334)의 상류에 포지셔닝된 유체 디스펜서(200)를 포함할 수 있다. 유체 디스펜서(200)는, 가요성 마이크로전자 구조체(60)가 강성 기판(20)으로부터 박리됨에 따라, 강성 기판(20)과 가요성 마이크로전자 구조체(60) 사이에 유체를 도입하거나, 주입하거나, 또는 분무하도록 구성된다. 유체는, 에어, 수계 유체, 아세톤, 아이소프로필 알코올, 메탄올 또는 플루오로카본계 유체일 수 있다. 유체가 도 14 및 도 15에 예시된 것과 같은 액체인 실시 형태들에서, 장치(300)는 액체를 수집하기 위한 싱크(338)를 포함할 수 있으며, 이는 액체 촉매를 재사용하는 것을 고려할 때 유용할 수 있다. 액체 촉매를 수집하는 것은 또한, 제조되고 있는 샘플 또는 디바이스 주위의 그리고/또는 그 상의 액체 잔류물(들)을 감소시키거나 또는 제거할 수 있다.
일부 실시 형태들에서, 장치(300)는 이온 디스펜서(예시되지 않음)를 추가로 포함할 수 있다. 이온 디스펜서는, 촉매가 기체일 때, 유체 디스펜서(200)에 의해 분배되는 유체 또는 촉매 내에 이온들을 주입하도록 구성된다.
다른 실시 형태들에서, 가요성 마이크로전자 구조체(60) 및 강성 기판(20)은, 장치(300)를 박리 모드에서 동작시키기 전에 조(bath) 내에 침지될 수 있다. 전해조는 물, 아세톤, 아이소프로필 알코올, 및 Fluorinert®, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
이제 도 16 내지 도 22로 돌아가면, 장치(300)의 다른 특징들이 이제 설명될 것이다.
도 16은 탈층 전에, 강성 기판(20) 상의 가요성 마이크로전자 구조체(60)를 도시한다. 일부 실시 형태들에서, 장치는 커팅 메커니즘을 포함할 수 있다. 도 17a에서, 커팅 메커니즘은 나이프 또는 블레이드(400)에 의해 구현된다. 다른 예가 도 17b에 예시되어 있으며, 여기서 커팅 메커니즘은 레이저(402)에 의해 구현된다. 커팅 메커니즘은 또한, 장치로부터 물리적으로 분리될 수 있고, 추가 모듈로서 또는 다른 디바이스와 함께 제공될 수 있다는 점에 유의할 것이다. 동작 시에, 커팅 메커니즘은 강성 기판(20)에 대하여 가요성 마이크로전자 구조체(60)의 일부분을 커팅하도록 동작될 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 커팅 메커니즘은 가요성 마이크로전자 구조체(60)로부터 슬라이버(sliver)를 커팅하도록 그리고 강성 기판으로부터 그것을 제거하도록 동작될 수 있다.
일단 슬라이버가 제거되었으면, 강성 기판(20)으로부터 가요성 마이크로전자 구조체(60)의 박리 또는 탈층이 수행될 수 있다. 박리 초기화 단계의 비제한적인 예가 도 18에 예시되어 있으며, 여기서 박리는 나이프 또는 블레이드(400)로 초기화된다. 나이프는 블레이드를 가질 수 있거나 또는 고압/고속으로 에어 제트를 방출하는, "에어 나이프"일 수 있다. 이러한 박리 초기화 단계는, 슬라이버의 제거 후에 강성 기판의 일부분이 노출되게 한다. 물론, 박리 초기화 단계는 다른 메커니즘들로 수행될 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 슬라이버는 약 5 mm 이하의 폭을 갖는다. 일부 실시 형태들에서, 박리는, 최대 5 mm의 길이를 언더컷(undercut)하여 가요성 디바이스 구조체의 작은 얇은 섹션을 강성 기판으로부터 분리하고, 진공 홀딩 롤러 또는 유사한 홀더가 박리된 슬라이버를 밀접한 접촉상태로 유지할 수 있게 하도록 동작가능한 나이프 에지(knife edge)로 개시된다.
도 19 내지 도 21은 장치(300) 또는 그의 컴포넌트에 의해 달성될 수 있는 박리 또는 탈층 단계의 상이한 실시 형태들을 도시한다. 도 19는 도 18의 메커니즘으로 초기화된 박리 단계가 진공 스테이지(340)로 달성될 수 있음을 예시한다. 도 20은 도 18의 메커니즘으로 초기화된 박리 단계가 진공 스테이지 및 유체 노즐(200)의 조합으로 달성될 수 있음을 도시한다. 도 21은 도 18의 메커니즘으로 초기화된 박리 단계가 진공 스테이지(340), 유체 노즐(200) 및 싱크(380)의 조합으로 달성될 수 있음을 예시한다. 롤러(340)는, 진공 가능 계면이 스테이지일 때 제어된 탈층을 용이하게 하기 위한 진공 스테이지 상의 압력 라인을 정의하고, "탈층 라인 정의 베어링 및 롤러" 또는 "박리 라인 베어링 및 롤러"로 지칭될 수 있다. 베어러/롤러(340)의 기능은, 탈층/박리 라인을 정의하기 위해 회전/롤링하는 동안 진공 스테이지의 무게 또는 스테이지 상의 힘의 압력을 견디는 것이다.
도 22a 및 도 22b는 가요성 디바이스 구조체가 가요성 호스트 기판 상에 이송되는 가능한 실시 형태를 예시한다. 도 22a에서, 평면 스테이지가 이송을 위해 사용되는 한편, 도 22b에서, 호스트 기판(90) 상에 가요성 디바이스 구조체를 펼치는 데 롤러(342)가 사용될 수 있다.
이제, 강성 기판으로부터 가요성 디바이스 구조체를 박리하기 위한 장치의 하나의 가능한 변형을 설명할 것이다. 장치는 강성 기판과 맞물릴 수 있는 홀더(332) 및 진공 홀딩 스테이지(340)를 포함할 수 있다. 진공 홀딩 스테이지(340)는 평면적이거나 또는 비교적 평평할 수 있다. 가능한 구현예에서, 진공 홀딩 스테이지의 크기는 약 300 mm x 약 400 mm 내지 약 1500 mm x 약 1850 mm의 범위일 수 있다. 진공 홀딩 스테이지(340)는, 맞물림 영역에서 가요성 디바이스 구조체의 표면에 기계적으로 접촉하고 그 위에 끌어당기는 힘을 인가하도록 박리 모드에서 동작가능하다. 이러한 변형예에서, 끌어당기는 힘은 진공 홀딩 스테이지(340)와 홀더(332) 사이의 상대적 운동으로부터 유래되어, 가요성 마이크로전자 구조체(60)가 맞물림 영역에서 끌어당기는 힘에 의해 강성 기판(20)으로부터 박리되고 진공 홀딩 스테이지의 외측 주연부 상에 보유되게 한다. 중요하게는, 박리 계면은 강성 기판을 홀딩하는 스테이지 아래의 롤러(342)의 존재에 의해 지속적으로 유지될 수 있다. 롤러(342)는 롤러의 회전 속도를 결정하는 제어기에 의해 제어될 수 있다. 회전 속도는 약 16 mm/s 내지 약 25 mm/s의 범위일 수 있지만, 다른 속도들이 가능하다
실시예
하기 섹션은 강성 기판으로부터 가요성 디바이스 구조체를 박리하고 가요성 디바이스 구조체를 가요성 호스트 기판 상으로 이송하기 위한 장치의 일례를 제공한다. 하기 섹션은 제한적인 것으로 해석되어서는 안 되고, 단지 예시적인 목적의 역할을 한다.
이러한 예에서, 장치는 만곡된 표면을 갖는 컴포넌트를 포함한다. 만곡된 표면을 갖는 컴포넌트는 원통, 달걀, 공(ball), 원뿔의 형상, 또는 만곡된 외측 주연부 또는 프로파일을 갖는 임의의 다른 형상들을 가질 수 있다. 중요하게는, 컴포넌트의 외측 주연부 또는 프로파일의 일부분만이 만곡될 수 있고, 컴포넌트의 다른 부분(들)은 평평하거나 또는 만곡된 것과는 상이한 프로파일을 나타낼 수 있다. 컴포넌트가 롤러일 때, 롤러의 직경은 약 50 mm 내지 약 500 mm의 범위일 수 있다. 만곡된 표면을 갖는 컴포넌트는 홀들을 가질 수 있으며, 이를 통해 진공이 인출될 수 있다.
장치는 또한, 예를 들어, 샘플 홀더에 형성된 홀들을 통해, 진공으로 기판을 홀딩하도록 구성된 홀더를 포함한다. 동작 시에, 진공이 가능하게 되고, 곡선 표면을 갖는 컴포넌트는, 가요성 디바이스 구조체가 제공되는 강성 기판과 접촉하여 배치된다. 이어서, 만곡된 표면을 갖는 컴포넌트는, 디바이스 스택(즉, 가요성 마이크로전자 구조체)을 강성 기판으로부터 완전히 탈층시키기 위해, 예를 들어, 그리고 제한하지 않고서, 약 45° 내지 약 180°의 범위일 수 있는 박리 각도에서 기판에 대해 이동된다. 일부 구현예들에서, 박리율은, 단지 일례로서, 약 16 mm/s 내지 약 25 mm/s의 범위일 수 있다. 일단 디바이스 스택이 강성 기판으로부터 탈층되고 만곡된 표면을 갖는 컴포넌트에 의해 홀딩되면, 수용 기판(예컨대, 가요성 호스트 기판)이, 진공 가능상태로, 홀더에 배치될 수 있다. 이어서, 만곡된 표면을 갖는 컴포넌트는, 디바이스 스택을 홀딩하는 동안, 수용 기판과 기계적 접촉하여 배치될 수 있다. 디바이스 스택이 수용 기판 상으로 펼쳐짐에 따라, 컴포넌트의 진공이 제어되는데, 예컨대 만곡된 기판을 갖는 컴포넌트로부터 디바이스 스택을 방출하기 위해, 점진적으로 디스에이블된다. 곡선 표면을 갖는 컴포넌트가 수용 기판에 대해 이동함에 따라, 디바이스 스택은 수용 기판으로 이송되고/되거나 그에 부착된다.
유리하게는, 전술된 기법들 및 장치들은, 가요성 디바이스 구조체의 박리 탈층 및 가요성 호스트 기판 상으로의 그의 이송 후, 강성 기판을 재사용하는 것을 허용할 수 있다. 강성 기판의 재사용성은 감소된 비용들과 연관될 수 있다. 이온들과 조합될 수 있는 기체 촉매(들)의 선택적인 사용은 박리 공정을 향상시킬 뿐만 아니라, 전형적으로 이송 공정 동안 생성되는 정전하들을 소산시키는 것으로 밝혀졌다. 장비의 관점에서, 본 명세서에 기술된 장치는 제조 관점에서 확장가능하다. 박리 공정 동안 촉매를 도입하기 위한, 장치 내의 유체 디스펜서의 통합이 또한 제조 관점에서 확장가능하다. 장치는 또한, 액체 촉매와 호환가능하고, 액체 촉매의 사용 후 액체 잔류물(들)의 제거를 허용한다.
본 명세서에 기술된 기법들은 환경 친화적이고, 표준의 기존 마이크로- 또는 나노-제작 공정들과 호환가능하고, 대면적 투명 디스플레이들, 통합 센서들 및 미적 웨어러블들, 다이오드들, 조명, 트랜지스터들 등을 위한 디스플레이 시스템들의 제작을 허용할 수 있다.
여러 대안적인 실시 형태들 및 실시예들이 본 명세서에 설명되고 예시되어 있다. 전술된 실시 형태들은 단지 예시적인 것으로 의도된다. 당업자는, 개별 실시 형태들의 특징들, 및 컴포넌트들의 가능한 조합들 및 변형들을 이해할 것이다. 당업자는, 실시 형태들 중 임의의 것이 본 명세서에 개시된 다른 실시 형태들과 임의의 조합으로 제공될 수 있다는 것을 추가로 이해할 것이다. 따라서, 본 실시예들 및 실시 형태들은 모든 면들에 있어서 예시적이고 비제한적인 것으로 간주되어야 한다. 따라서, 특정 실시 형태들이 예시되고 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 정의된 범주로부터 유의하게 벗어나지 않고서 많은 수정들이 고려된다.
유리하게는, 전술된 기법들 및 방법들은, 가요성 디바이스 구조체의 박리 탈층 및 가요성 호스트 기판 상으로의 그의 이송 후, 강성 기판을 재사용하는 것을 허용할 수 있다. 강성 기판의 재사용성은 감소된 비용들과 연관될 수 있다. 이온들과 조합될 수 있는 기체 촉매(들)의 선택적인 사용은 박리 공정을 향상시킬 뿐만 아니라, 전형적으로 이송 공정 동안 생성되는 정전하들을 소산시키는 것으로 밝혀졌다.
본 명세서에 기술된 기법들은 환경 친화적이고, 표준의 기존 마이크로- 또는 나노-제작 공정들과 호환가능하고, 대면적 투명 디스플레이들, 통합 센서들 및 미적 웨어러블들, 다이오드들, 조명, 트랜지스터들 등을 위한 디스플레이 시스템들의 제작을 또한 허용할 수 있다.
하기 단락들은 전술된 방법들 및 그 방법들을 수행하는 데 사용될 수 있는 장치들의 가능한 구현예들을 열거한다.
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가능한 구현예들에서, 강성 기판으로부터 가요성 디바이스 구조체를 탈접합하기 위한 탈접합 구조체가 제공되며, 탈접합 구조체는 강성 기판의 적어도 일부와 접촉하기 위한 제1 층; 및 제1 층 위에 연장되는 제2 층을 포함한다.
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가능한 구현예들에서, 제1 층은, Ni, Al, Cu 또는 Pd 중 하나를 포함하는, 금속 또는 금속 합금으로 만들어진다.
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가능한 구현예들에서, 제1 층은 물리적 증착 공정 또는 물리적 침착 공정에 의해 형성된다. 물리적 증착 공정은 스퍼터링, 전자 빔 증발 또는 열 증발을 포함할 수 있다.
- 가능한 구현예들에서, 제1 층은 Ni로 만들어지고, 물리적 침착 공정은 전기주조를 포함한다.
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가능한 구현예들에서, 제1 층은 500 nm 이하의 두께를 갖는다.
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가능한 구현예들에서, 제2 층은, 실리콘 이산화물과 같은 산화물 재료, 또는 실리콘 질화물과 같은 질화물 재료로부터 만들어진 박막 층이다.
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가능한 구현예들에서, 탈접합 구조체의 층들 중 적어도 하나의 층은, 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 탄화물 및/또는 실리콘 산질화물을 포함하는 단일 층을 포함한다.
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가능한 구현예들에서, 제2 층은 복수의 패턴들을 포함하고, 상기 복수의 패턴들은 금속성 층 또는 강성 기판의 표면에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있다.
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가능한 구현예들에서, 제2 층은 5 μm 이하의 두께를 갖는다.
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가능한 구현예들에서, 탈접합 구조체는, 제1 층 및/또는 제2 층 위에 연장되는 추가적인 층 또는 복수의 추가적인 층들을 추가로 포함한다. 추가적인 층은 습기 차단 특성들을 가질 수 있고, 예를 들어, 10-1g/m2/day 미만, 그리고 바람직하게는 10-2g/m2/day 미만, 그리고 더 바람직하게는 10-5g/m2/day 미만의 수증기 투과율을 갖는, 박막으로 만들어질 수 있다.
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가능한 구현예들에서, 탈접합 구조체의 총 두께는 15 μm 이하, 그리고 바람직하게는 5 μm 이하이다.
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가능한 구현예들에서, 적어도 하나의 층은 무기 재료로부터 만들어진다.
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가능한 구현예들에서, 가요성 마이크로전자 디바이스를 제조하는 방법이 제공된다. 본 방법은 본 명세서에 기술된 탈접합 구조체 상에 가요성 마이크로전자 디바이스 구조체를 형성하는 단계 - 가요성 디바이스 구조체는 하나 이상의 기판 층들, 하나 이상의 디바이스 층들 및 하나 이상의 박막 캡슐화 층들을 포함함 -; 가요성 디바이스 구조체를 강성 기판 또는 제2 층으로부터 박리하는 단계; 및 가요성 디바이스 구조체를 가요성 호스트 기판 상으로 이송하는 단계를 포함한다.
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가능한 구현예들에서, 가요성 디바이스 구조체를 박리하는 단계는, 탈접합 구조체의 제2 층과 가요성 디바이스 구조체 사이, 또는 탈접합 구조체의 제1 층과 강성 기판 사이의 계면을 분리하는 단계, 및 가요성 디바이스 구조체와 함께 박리된 부분을 제거하는 단계를 포함한다.
-가능한 구현예들에서, 분리는 기계적으로 변위된 진공 가능 롤러의 사용에 의해 달성된다. 다른 실시 형태들에서, 분리는 기계적으로 연접된(articulated) 진공 가능 스테이지의 사용에 의해 달성된다.
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가능한 구현예들에서, 제2 층과 가요성 디바이스 구조체 사이 또는 제1 층과 강성 기판 사이의 계면의 작은, 기계적으로 개방된 섹션에서, 가압 유체의 제어된 방출을 사용.
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가능한 구현예들에서, 방법은, 가요성 디바이스의 상기 박리 동안, 탈접합 구조체의 제1 층과 강성 기판 사이에, 또는 탈접합 구조체의 제2 층과 가요성 디바이스 구조체 사이에 에어 제트를 도입하는 단계를 포함한다.
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다른 태양에 따르면, 강성 기판으로부터 가요성 디바이스 구조체를 박리하기 위한 장치가 제공되며, 가요성 마이크로전자 디바이스는 위에서 정의된 바와 같다. 장치는, 강성 기판과 맞물릴 수 있는 홀더; 맞물림 영역에서 기판 층의 표면에 기계적으로 접촉하고 그 위에 끌어당기는 힘을 인가하도록 박리 모드에서 동작가능한 진공 홀딩 메커니즘 - 진공 홀딩 메커니즘은 가요성 디바이스 구조체의 표면을 따라 또는 그로부터 멀리 떨어져 회전하도록 구동가능하여, 가요성 디바이스 구조체가 맞물림 영역에서 끌어당기는 힘에 의해 강성 기판으로부터 박리되고 진공 홀딩 메커니즘의 외측면 주연부 상에 보유되게 함 -; 및 촉매를 주입함으로써 탈층을 보조하기 위해 박리 계면에 직접 유체를 도입하거나, 또는 에어 제트들로 탈층을 수행하기 위한 노즐을 포함한다.
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가능한 구현예들에서, 진공 홀딩 메커니즘은 롤러이다.
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가능한 구현예들에서, 진공 홀딩 메커니즘은 평면 스테이지를 포함하고, 스테이지는 박리 계면을 한정하는 롤러에 의해 지지된다.
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가능한 구현예들에서, 장치는 진공 홀딩 메커니즘의 속도를 조정하기 위한 제어기를 추가로 포함한다.
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가능한 구현예들에서, 속도들은 약 16 mm/s 내지 약 25 mm/s의 범위이다.
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가능한 구현예들에서, 장치는 부분 진공을 생성하기 위한 펌프를 추가로 포함하고, 외측면 주연부는 복수의 개구들을 포함하고, 상기 복수의 개구들은 펌프와 유체 연통한다.
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가능한 구현예들에서, 장치는 가요성 캐리어 기판과 맞물리기 위한 제2 홀더를 추가로 포함하고, 진공 홀딩 메커니즘은 제2 홀더의 가요성 캐리어 기판 상으로 그의 외측면 주연부 상에 보유된 가요성 디바이스 구조체를 적층하기 위해 이송 모드에서 동작가능하다.
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가능한 구현예들에서, 장치는 유체 촉매를 수집하기 위한 싱크를 추가로 포함한다.
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가능한 구현예들에서, 장치는 노즐에 의해 분배된 유체 촉매 내에 이온을 주입하도록 구성된 이온 디스펜서를 포함한다.
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가능한 구현예들에서, 블레이드 또는 나이프와 같은 커팅 메커니즘은 가요성 디바이스 구조체로부터 슬라이버를 커팅하고, 강성 기판으로부터 그것을 제거하도록 동작가능하다.
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가능한 구현예들에서, 메커니즘은, 하나 이상의 유출구들을 통해 제1 박리 계면과 제2 박리 계면 사이에 가압 유체를 도입하고, 유출구 또는 복수의 유출구를 갖고, 유체 제트들은 강성 기판의 표면에 대해 0 내지 30도의 각도로 지향된다.
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가능한 구현예들에서, 가압 유체를 인가하는 메커니즘은, 가압 유체가 강성 기판과 제1 층 사이 또는 제2 층과 가요성 디바이스 구조체 사이에 분배되도록 변위될 수 있고, 메커니즘은 분리 계면으로부터 0.01 mm 내지 20 mm에서 유지된다.
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가능한 구현예들에서, 장치는 가요성 캐리어 기판과 맞물리기 위한 제2 홀더를 포함할 수 있고, 진공 홀딩 메커니즘은 제2 홀더의 가요성 캐리어 기판 상으로 그의 외측면 주연부 상에 보유된 가요성 디바이스 구조체를 적층하기 위해 이송 모드에서 동작가능하다.
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가능한 구현예들에서, 장치는 탈층을 달성하기 위해 유체의 유량을 선택하거나 또는 조절하도록 구성된 유동 조절기를 포함할 수 있다.
여러 대안적인 실시 형태들 및 실시예들이 본 명세서에 설명되고 예시되었다. 전술된 실시 형태들은 단지 예시적인 것으로 의도된다. 당업자는, 개별 실시 형태의 특징들, 및 컴포넌트의 가능한 조합들 및 변형들을 이해할 것이다. 당업자는, 실시 형태들 중 임의의 것이 본 명세서에 개시된 다른 실시 형태들과 임의의 조합으로 제공될 수 있다는 것을 추가로 이해할 것이다. 따라서, 본 실시예들 및 실시 형태들은 모든 면들에 있어서 예시적이고 비제한적인 것으로 간주되어야 한다. 따라서, 특정 실시 형태들이 예시되고 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 정의된 범주로부터 유의하게 벗어나지 않고서 많은 수정들이 고려된다.
Claims (39)
- 가요성 마이크로전자 디바이스들의 제조에 사용되는 적층 구조체로서,
강성 기판;
가요성 마이크로전자 구조체 - 상기 가요성 마이크로전자 구조체는,
적어도 하나의 디바이스 층; 및
적어도 하나의 가요성 기판 디바이스 층을 포함함 -; 및
상기 강성 기판과 상기 가요성 마이크로전자 구조체 사이에 제공되는 탈접합(debonding) 구조체 - 상기 탈접합 구조체는,
비금속성 무기 재료로 만들어진 적어도 하나의 탈접합 층을 포함함 - 를 포함하고,
상기 적층 구조체는 제1 및 제2 박리 표면들을 포함하고, 상기 박리 표면들 중 적어도 하나는 상기 탈접합 구조체의 표면에 또는 상기 탈접합 구조체 내의 표면에 대응하고,
상기 제1 및 제2 박리 표면들은 기계적 탈층(delamination) 및/또는 가압 유체 탈층으로부터 생성되는 탈접합 힘에 의해 박리가능하여, 상기 가요성 마이크로전자 디바이스를 상기 강성 기판으로부터 분리할 수 있게 하는, 적층 구조체. - 제1항에 있어서, 상기 강성 기판은 실리콘, 알루미나, 강철(steel), 사파이어 및 유리 중 적어도 하나를 포함하는, 적층 구조체.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탈접합 구조체의 적어도 하나의 탈접합 층은 산화물, 질화물, 탄화물 및 산질화물 중 하나를 포함하는 단일 탈접합 층인, 적층 구조체.
- 제3항에 있어서, 상기 단일 층은 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 탄화물 및 실리콘 산질화물 중 하나를 포함하는, 적층 구조체.
- 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 단일 층은 15 μm 이하의 두께를 갖는, 적층 구조체.
- 제1항 내지 제5항에 있어서, 상기 제1 박리 표면은 상기 탈접합 구조체의 상단면에 대응하고, 상기 제2 박리 표면은 상기 가요성 마이크로전자 구조체의 하단면에 대응하는, 적층 구조체.
- 제1항 내지 제5항에 있어서, 상기 제1 박리 표면은 상기 탈접합 구조체의 하단면에 대응하고, 상기 제2 박리 표면은 상기 강성 기판의 상단면에 대응하는, 적층 구조체.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 탈접합 층은 적어도 제1 탈접합 층 및 제2 탈접합 층을 포함하고, 상기 탈접합 구조체 내에는 박리 계면이 형성되는, 적층 구조체.
- 제8항에 있어서,
상기 제1 및 제2 탈접합 층들 중 하나의 탈접합 층은 금속 또는 금속성 합금을 포함하고;
상기 제1 및 제2 탈접합 층 중 다른 하나의 탈접합 층은 산화물, 질화물, 탄화물 및 산질화물 중 하나를 포함하는, 적층 구조체. - 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 탈접합 층들 중 상기 하나의 탈접합 층은 Ni, Al, Cu 또는 Pd 또는 그들의 합금 중 하나를 포함하는, 적층 구조체.
- 제8항, 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 제1 및 제2 탈접합 층들 중 상기 다른 하나의 탈접합 층은 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 탄화물 및 실리콘 산질화물 중 하나를 포함하는, 적층 구조체.
- 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 탈접합 층은 상기 강성 기판 상에 형성되고 상기 제2 탈접합 층은 상기 제1 탈접합 층의 상단 상에 형성되는, 적층 구조체.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 탈접합 층은 복수의 패턴들을 포함하는 패턴화 층을 포함하는, 적층 구조체.
- 제13항에 있어서, 상기 복수의 패턴들은 상기 탈접합 구조체의 층들 중 하나의 층의 상단 및 하단 외부면들 상에 균일하게 분포되고, 상기 제1 박리 표면은 상기 패턴화 층의 상단면에 대응하고, 상기 제2 박리 표면은 상기 강성 기판의 상단면에 대응하는, 적층 구조체.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 탈접합 층은 20 μm 이하의 두께를 갖는, 적층 구조체.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 탈접합 층과 상기 가요성 기판 디바이스 층 사이에서 연장되는 하나 이상의 추가적인 층들을 추가로 포함하는, 적층 구조체.
- 제16항에 있어서, 상기 하나 이상의 추가적인 층들은 습기 차단 특성들을 갖는, 적층 구조체.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탈접합 구조체의 총 두께는 20 μm 이하인, 적층 구조체.
- 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 추가적인 층들은 10-1g/m2/day 이하의 수증기 투과율(water vapor transmission rate)을 갖는, 적층 구조체.
- 가요성 마이크로전자 디바이스들을 제조하는 방법으로서,
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 적층 구조체를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 적층 구조체를 형성하는 단계는:
강성 기판을 제공하는 단계,
상기 강성 기판 위에 탈접합 구조체를 형성하는 단계;
상기 탈접합 구조체 위에 상기 가요성 마이크로전자 구조체를 형성하는 단계; 및
제1 및/또는 제2 박리 표면들 상에 탈접합 힘을 인가함으로써 박리 계면에서 상기 강성 기판으로부터 상기 가요성 마이크로전자 구조체를 분리하는 단계에 의한 것인, 방법. - 제20항에 있어서, 상기 가요성 마이크로전자 구조체를 가요성 호스트 기판 상으로 이송하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
- 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 박리 계면은:
a. 상기 탈접합 구조체의 탈접합 층들 중 2개의 탈접합 층들 사이에;
b. 탈접합 구조체와 상기 가요성 마이크로전자 구조체 사이에; 또는
c. 상기 탈접합 구조체와 상기 강성 기판 사이에 제공될 수 있는, 방법. - 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리하는 단계는, 상기 강성 기판 상의 상기 제2 박리 표면으로부터 상기 탈접합 구조체의 상기 제1 박리 표면을 탈층시킴으로써 상기 강성 기판으로부터 상기 가요성 마이크로전자 디바이스를 분리하기 위해, 상기 적층 구조체 상의 하나 이상의 진공 가능 표면(vacuum-enabled surface)들에 상기 탈접합 힘을 인가함으로써 달성되는, 방법.
- 제19항 또는 제23항에 있어서, 상기 분리하는 단계는, 상기 제1 박리 표면과 상기 제2 박리 표면 사이의 상기 적층 구조체의 개방된 섹션에서 가압 유체의 제어된 방출에 의해 달성되는, 방법.
- 제19항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리하는 단계는, 개시 페이즈 및 박리 페이즈를 포함하고, 상기 개시 페이즈 동안 인가되는 상기 탈접합 힘은 상기 박리 페이즈 동안보다 더 큰, 방법.
- 제25항에 있어서, 상기 개시 페이즈 동안 상기 탈접합 힘은 상기 박리 페이즈 동안 30 gF 초과이고 25 gF 미만인, 방법.
- 제23항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가압 유체는 층상 제트(laminar jet)를 사용하여 상기 제1 박리 표면과 상기 제2 박리 표면 사이에 주입되는, 방법.
- 제23항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가압 유체는 하나 이상의 개별 제트(distinct jet)들을 사용하여 상기 제1 박리 표면과 상기 제2 박리 표면 사이에 주입되는, 방법.
- 제23항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리하는 단계는 25 mm/s 초과, 그리고 바람직하게는 35 mm/s 초과, 그리고 더 바람직하게는 100 mm/s 초과의 탈층 속도로 수행되는, 방법.
- 제23항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리하는 단계는, 상기 제1 박리 표면과 상기 제2 박리 표면 사이의 중심 영역 내로부터 상기 적층 구조체의 에지들을 향해 전파되는 유체 포켓을 생성하는 하나 이상의 농축형 제트(concentrated jet)들을 주입함으로써 수행되는, 방법.
- 제19항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 박리 표면과 상기 제2 박리 표면 사이에 촉매를 도입하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 촉매는 수계 유체(water-based fluid), 아세톤, 아이소프로필 알코올, 메탄올 또는 플루오로카본계 유체(fluorocarbon-based fluid) 중 하나를 포함하는, 방법.
- 제21항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가요성 마이크로전자 구조체를 상기 가요성 호스트 기판 상으로 이송하는 단계는, 상기 가요성 디바이스 구조체를 상기 가요성 호스트 기판에 부착하는 단계를 포함하고, 상기 가요성 호스트 기판은 중합체, 플라스틱, 또는 유기 또는 무기 박막을 포함하는, 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 하나 이상의 진공 가능 표면들은 진공 평면 스테이지를 포함하는 진공 가능 메커니즘으로서 제공되는, 방법.
- 제23항에 있어서, 진공 가능한 상기 하나 이상의 진공 가능 표면들은 진공 롤러를 포함하는, 방법.
- 제23항에 있어서, 진공 가능 메커니즘의 속도를 조정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
- 제20항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탈접합 구조체의 적어도 하나의 탈접합 층은, 증착 공정에 의해, 물리적 침착 공정에 의해, 전기주조(electroforming)에 의해 또는 화학적 공정에 의해 형성되는, 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 적어도 하나의 탈접합 층을 형성하는 단계는, 스퍼터링, 전자 빔 증발 및 열 증발 중 하나를 포함하는 물리적 증착 공정을 사용하여 이루어지는, 방법.
- 제27항에 있어서, 상기 제트는 유체 주입 노즐의 전방단부(frontend)에 제공된 길이방향 슬릿을 통해 방출되고, 상기 가압 유체는 상기 노즐을 빠져나갈 때 에어 나이프(air knife)를 생성하는, 방법.
- 제28항에 있어서, 상기 하나 이상의 개별 제트들은 유체 주입 노즐의 전방단부에 제공된 2개 이상의 유출구들을 통해 방출되고, 상기 유출구들은 미리결정된 거리만큼 이격되는, 방법.
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