專利名稱：柔性顯示基板的制作方法
柔性顯示基板有關申請的交叉參照本申請要求2005年4月25日提交的題為"Flexible Display Substrates"的 美國申請60/674,983的優(yōu)先權，該申請引用在此作為參考。發(fā)明背景本發(fā)明涉及薄膜半導休，尤其涉及具有聚合物基板的薄膜半導體以及具有 單晶硅膜和聚合物基板的結構的制造方法。對各種顯示器件的需求正在不斷增長，比如液晶顯示器(LCD)、有機發(fā) 光二極管(OLED)以及有源矩陣液晶顯示(AMLCD)器件。這些顯示器件都 基于使用薄膜半導體材料的技術。薄膜半導體材料可用于生產(chǎn)薄膜晶體管 (TFT)、利用輸入信號控制輸出電流的三端器件。TFT可歸類為使用多晶硅、 非品硅、或單晶硅(SCS)薄膜半導休材料的一些器件。TFT執(zhí)行開關和放大 功能并且可以用作分立器件或用作集成電路的內嵌單元。例如，LCD器件使用 TFT陣列來控制顯示處理。在OLED器件中，發(fā)光是由于薄膜有機半導體中的 電子-空穴相互作用所引起的。AMLCD器件是LCD的一種性能更高的版本并 且利用TFT陣列來控制各個像素。用非晶硅制成的TFT必須用標準集成電路來驅動。非晶硅是一種非結晶態(tài) 的硅，不具有任何長程晶序。結果，非晶硅膜具有較差的電學特征以及本來就 較.差的穩(wěn)定性。非晶硅膜適合于生產(chǎn)晶體管，可用于獨立地切換各個像素的導 通和截L匕但不能夠處理更高性能器件所需的邏輯和混合信號功能。用多晶硅技術生產(chǎn)的TFT優(yōu)于那些用非晶硅制成的TFT。多晶硅是一種結 晶態(tài)的硅，其中原子在有限的晶粒之內按特定圖形(長程有序)排列。盡管期 望該新興技術能消除對單獨的顯示驅動器的需求(非晶硅制成的TFT需要單獨 的顯示驅動器)、允許在多晶硅自身之上制造驅動器并且減小顯示器件的成本 和尺、t，但是多晶硅技術已經(jīng)開發(fā)了許多年且仍然需要解決均勻性較差和制造 成本較高等問題。與非晶硅和多晶硅膜相比，SCS膜的使用產(chǎn)生了優(yōu)良的電子和光子特性。 SCS是結晶固體，其中長程有序存在于整個材料片中，顯著提高了低電荷載流 子遷移率。此外，與非晶硅或多晶硅膜相比，該膜的單晶特性也提供了更佳的 均勻性。將scs膜轉移到氧化后的基板上的方法在本領域中是已知的。由氫離子注入方法所產(chǎn)生的剝落通常都涉及利用離子注入硅晶片以便在晶片中產(chǎn)生缺陷 結構。 一般來說，注入離子是氫離子。然后，使晶片的離子注入一側與氧化后的硅基板相互接觸。將晶片和氧化的硅基板加熱到高溫，通常大于1,000° c。這種熱處理形成了在硅晶片的離子注入一側與氧化后的硅基板之間的接合。該 熱能還使硅晶片的離子注入部分與硅晶片相分離。因為用于在基板上獲得scs膜的方法需要相對較高的溫度，所以它們不適合-了二聚合物基板。結果，顯示器件中所用的大多數(shù)TFT都是用玻璃基板制成的。 然而，玻璃基板因所用玻璃的密度很高從而使顯示器件很重。此外，玻璃基板 很硬并且對彎曲應力的耐受性很低。此外，玻璃易碎，如果跌落，則用玻璃基 板制成的TFT斷裂的風險很高。許多應用都需要重量輕的柔性顯示器。有許多種聚合物材料都比玻璃要柔 軟昨多并且其密度也比玻璃密度的一半還要小。結果，人們已經(jīng)進行了許多努 力來開發(fā)用聚合物基板替代玻璃基板的技術。這些技術使用已轉移到聚合物基 板上的非晶硅或多晶硅膜并且還會遇到上述缺點。相應地，本領域需耍那些使 用聚合物基板上的SCS膜的器件。發(fā)明內容本發(fā)明提供了用于在絕緣體結構上生產(chǎn)半導體的方法，該方法包括將半導 休膜轉移到聚合物基板上以制造柔性半導體材料。在 一 個實施方式中，這種方 法包括在半導體施主晶片上的預定深度區(qū)域中注入離子；在可有效地實現(xiàn)注 入離子區(qū)域中的缺陷形成的溫度下，對支撐基板上注入后的半導體施主晶片進 行熱處理且持續(xù) 一 段時間；以及將半導體薄膜從施主晶片上剝離到聚合物基板 上。
在一個實施方式中，離子注入和熱處理后的半導體施主晶片被粘結著聚合 物基板上并且從半導體施主晶片上分離出SCS膜。根據(jù)一個實施方式，硅施主晶片是SCS晶片o本發(fā)明的方法包括如下步驟將具有增強的低電荷載流子遷移率、基本上 均勻的膜轉移到聚合物基板上以形成柔軟、重量輕且更不易斷裂的半導體結 構。根據(jù)本發(fā)明的方法并不需要使用高溫或氧化后的硅層。根據(jù)一個實施方式，本發(fā)明提供了-一種用于生產(chǎn)"在絕緣體上的半導體" 結構的方法，具體來講，該"在絕緣體上的半導體"結構是指一種"在聚合物 上的半導體"結構，上述方法包括如下步驟提供第一和第二基板，其中第一 基板包括用于鍵合到第二基板的第一外表面(第一接合面)、用于向第一基板 施力的第二外表面(第一施力面)，以及用于將第一基板分成第一部分和第二 部分的內部區(qū)域(該內部區(qū)域在下文中被稱為"分離區(qū)域"，例如，它可以是 氫離子注入?yún)^(qū)域)；其中第-一接合面、第一施力面以及分離區(qū)域彼此基本上平 行。此外，第二部分介于該分離區(qū)域和第一接合面之間，并且第一基板包括半 導體材料。使第 一 基板經(jīng)受熱處理以促進隨后要進行的第二部分的剝離，然后使其冷 卻。熱處理可以在像玻璃基板這樣的基板上進行。第二基板包括兩個外表面， 一個用于接合到第一基板(第二接合面)，另 一個用于向第二基板施力(第二施力面)，其中第二接合面和第二施力面彼此 分開的距離為D2，并且第二基板包括聚合物。加熱第二基板。在向第一和第二施力面施力以將第一和第二接合面壓在一 起的情況下，使第一和第二接合面彼此接觸(一旦接觸'第一和第二接合面就 在第一和第二基板之間形成了本文所稱的"界面")并持續(xù)一段時間，這段時 間足以使第一和第二基板在第一和第二接合面處(即界面)彼此接合。在一段 合適的時間之后，斷幵對第二基板的加熱，并且使該組件冷卻到正常溫度(比 如，室溫)。去除上述壓力，并且在分離區(qū)域使第一和第二部分分離?？梢哉J 為，第-和第二基板經(jīng)歷不同的收縮，以促進分離區(qū)域處的分離。本發(fā)明還提供了改進的"絕緣體上的半導體"結構。在--個實施方式中， 本發(fā)叫包括彼此直接連接或通過一個或多個中間層而連接的SCS膜和聚合物 基板。應該理解，上面的描述僅是示例性的，旨在提供對權利要求書所定義的本 發(fā)明的本質和特征作總體理解。附圖用于進一步理解本發(fā)明并且構成本說明書 的一部分。這些圖示出了本發(fā)明的各種特點和實施方式，與其描述一起用于解 釋本發(fā)明的原理和操作。


圖1是暴露于離子轟擊以產(chǎn)生注入離子層的半導體基板的橫截面圖。 圖2是圖1所示離子注入后的基板被置于支撐物上的橫截面圖。 圖3是熱處理和離子注入后的基板以及第二基板的橫截面圖。 圖4是接觸第二基板的熱處理和離子注入后的基板的橫截面圖。圖5是用于描繪本發(fā)明的剝落過程的橫截面圖。
具體實施方式
結合附圖，更詳細地描述了本發(fā)明的各實施方式。在下面的描述中，出于解釋的目的，闡明了特定的數(shù)字、材料和配置以便于透徹理解本發(fā)明。然而， 對于本領域的普通技術人員而言，很明顯，本發(fā)明可以在沒有這些特定細節(jié)的情況下進行實施。在 一 些實例中，公知特點可能將省略或簡化了以便突出本發(fā) 明。此外，在本說明書中，"一個實施方式"這種提法是指結合該實施方式所 描述的特定特點、結構或特征被包括在本發(fā)明的至少一個實施方式中。本說明—卞S中各處所提到的"在一個實施方式中"并不必然全是指同一實施方式。 根據(jù)第一實施方式，圖l-4描繪了本發(fā)明的方法中所使用的結構。 現(xiàn)在參照圖1,揭示了第一基板10。基板IO可以包括半導體材料。基板 10的半導休材料可以是基于硅的半導體或任何其它類型的半導體(比如ni-v、 II-IV、 II-IV-V等類別的半導體)。可用于第一基板10的基于硅的材料的示例 包拈硅(Si)、摻鍺的硅(SiGe)以及碳化硅(SiC)材料?？捎糜诘谝换宓?其它半導體的示例包括Ge、 GaAs、 GaP和InP材料。在一個實施方式中，第 --基板IO的豐導體采用基本單晶("SCS")的材料。描述第一基板10時使用 了詞匯"基本"是考慮到如下事實半導體材料通常包含至少--些固有的或特
意添加的內部或表面缺陷，比如晶格缺陷或一些晶界。"基本"這一詞匯還反 映了如下事實某些摻雜劑會扭曲或以其它方式影響體狀半導體的晶體結構。 第一基板10具有含接合面的第一外表面12、含施力面的第二外表面14以及用于將第一基板分成第一部分18和第二部分20的分離區(qū)域16，第二部分 20的厚度為DS。第一基板10的總厚度通常將介于100-1000微米的范圍中， 在某些實施方式中，第一基板10的總厚度介于約300-700微米的范圍中。DS 通常將介于約0.05-100微米的范圍中，在某些實施方式中介于0.05-10微米的 范圍中。第二部分20可以薄0.05微米，盡管過薄的半導體層通常不能提供足 夠的材料用于生產(chǎn)半導體器件。通過氧化或本領域公知的其它方法，便可以產(chǎn) 生更薄的半導體層。在一個實施方式中，外表面12和14以及分離區(qū)域16彼此平行。然而， 為了考慮到一個或多個表面和/或區(qū)域之間可能有一小角(比如l-2度)，在本 文中表面12和14以及區(qū)域16被描述成"基本平行"，這既包括完全平行也 包括稍微有一定角度的情況。短語"基本平行"還包括這樣一種可能性，即表 面12或14或區(qū)域16中的一個或多個可能不完全是平的。可以使用本領域技術人員目前已知的或將來開發(fā)的注入技術來形成分離 區(qū)域16。目前，分離區(qū)域16是用上述氫離子注入技術形成的。其它目前已知 的技術(比如氫離子和氦離子的共同注入以及氫離子和硼離子的共同注入)也 可以用于形成分離區(qū)域16。無論選擇哪一種技術'第-一基板10都需要在分離 區(qū)域16處分成第一部分18和第二部分20。由此，分離區(qū)域16需要通過變得 更弱來響應丁-熱處理/冷卻過程，使得第一基板10可以分成第一部分18和第二 部分20。通過用氫、氦、或其它惰性氣休離子100來轟擊表面12，便實現(xiàn)了離子注 入?？梢允褂秒x子組合以促進薄膜分離或減少離子劑量。在一個實施方式中' 使用了氫離子注入。將氫離子注入到硅晶片10中便在該晶片中產(chǎn)生了缺陷形 成層30，該層30包含結晶結構缺陷并艮其深度受到注入劑量的控制。注入劑量被定義成穿過注入固體表面的一平方厘米的離子個數(shù)并且受離子束電流和 注入時間的控制。在一個實施方式中，離子束電流介于約10 KeV-200 KeV之 問，在另--個實施方式中介于約60 Ke V-15 0 Ke V之間，在另 一 個實施方式中
約為100KeV。在一個實施方式中，注入劑量介于約1 x 10"個離子/cm、3x 1017 個離子/cm2，在另一個實施方式中介于約3 x 10"個離子/cm2-12 x 1016個離子 /cm2，在另一個實施方式中介于約8 x 10"個離子/cm乙9 x 10"個離子/cm2?，F(xiàn)在參照圖2，離子注入后的基板10被置于支撐物60上?；錓O注入后 的那一面(第一外表面12)被置于支撐物60上，使得表面12接觸著支撐物 60。在一個實施方式中，支撐物60很硬并且能夠耐受500°C以上的溫度而不 變形(例如，平滑的高應變點玻璃)。在可有效地形成分離區(qū)域16中的缺陷 并擴大所注入的離子的溫度下，對離子注入后的基板10進行熱處理并持續(xù)一 段時間。在一個實施方式中，熱處理溫度介于約300。 C-500° C的范圍中，還 n—I以介于約400° C-500° C的范圍中，在另一個實施方式中該溫度約為450° C。 該熱處理可以持續(xù)約1-120分鐘，還可以持續(xù)約30-90分鐘，在另一個實施方 式中該熱處理持續(xù)約60分鐘。然后，允許熱處理后的基板IO冷卻到室溫。熱 處理不會使基板10的第一部分20與第二部分18相分離。現(xiàn)在參照圖3，對基 板IO進行熱處理會擴大分離區(qū)域16中所注入的離子缺陷16a。圖3示出了熱處理和離子注入后的基板10和第二基板70。第二基板70包 括接合面72和施力面74。接合面72和施力面74彼此間隔一段距離D2。表面 72和74可以彼此基本上平行。為了確保SOI結構在圓形品片徑向上具有均勻 特性(比如在第一和第二基板10和70的界面處接合強度均勻)，外表面12、 14、 72和74以及分離區(qū)域16與平行狀態(tài)的任何偏離都將最好保持最小。盡管 有上述內容，但是對于本領域的技術人員而言，很明顯，只要界面處的接合強 度均勻，則與平行的偏離是可以容忍的。如圖3所示，第二基板70具有厚度D2，在一個實施方式中它介于0.1-10 mm 的范圍中，在另一個實施方式中它介于0.5-1 mm的范圍中。應該理解，在某些 實施方式中第二基板70的厚度可以低至約1微米。總的來說，第二基板70應 該足夠厚以支撐著第一基板10經(jīng)歷本發(fā)明的諸多方法步驟以及可能在SOI結 構卯上執(zhí)行的任何后續(xù)處理，這種結構90會在下文中進行i寸論。關于第二基 板70，，沒有理論上限，但隨厚度的增大，整個基板的柔韌性可能減小。第二基板70可包括聚合物。熱塑性聚合物、玻璃-聚合物摻混物和涂敷有 玻璃1J《的聚合物最常用作所述聚合物基板7 0 ，但是也可使用具有高破壞應變的
熱固性聚合物。適用于本發(fā)明的聚合物的例子包括聚砜、聚對苯二甲酸乙二醇 酯(PET)、聚萘酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亞胺、聚烯烴、聚氯乙烯、聚偏 二氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酰胺-酰亞胺、聚碳酸酯、丙烯酸類樹脂、聚 甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS樹脂)、丙 烯腈-苯乙烯共聚物、丁二烯-苯乙烯共聚物、聚甲醛、聚乙烯醇(PVA)、聚 酯、聚醚、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA); 環(huán)狀聚烯烴；改性聚烯經(jīng)；聚-(4-甲基戊烯-l);離子聚合物；乙烯-乙烯醇共 聚物(EVOH);聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和聚環(huán)己烷對苯二甲酸酯(PCT); 聚醚-酮(PEK);聚醚-醚-酮(PEEK);聚醚-酰亞胺；聚縮醛(POM);聚苯 醚；改性聚苯醚；聚苯硫醚(PPS);聚醚砜(PES);聚丙烯酸酯；芳族聚酯(液 品聚合物)；聚四氟乙烯；聚偏二氟乙烯；其它氟樹脂；熱塑性高彈體，例如苯 乙烯-,聚烯烴-，聚氯乙烯-,聚氨酯-，聚酯-,聚酰胺-，聚丁二烯-，反式聚異戊 二烯-，氟橡膠-，和氯化聚乙烯-類；環(huán)氧樹脂；酚樹脂；脲樹脂；三聚氰胺樹脂; 不飽和聚酯；硅酮樹脂；和聚氨酯；以及主要由這些合成樹脂組成的共聚物、摻 混物和聚合物合金。所述聚合物基板可通過擠出法、壓制法或溶液澆鑄法制造。對于某些應用(例如，顯示應用)而言'在可見光、近紫外、禾卩/成IR波 長范圍中第二基板70是透明的(例如，在350 nm到2微米波長范圍中透明)。在另一個實施方式中，如果期望的話，可以使用層疊結構構成的結構70。 當使用層疊結構時，最接近基板10的第一部分20的那一層疊層應該具有上文 針對單組分聚合物構成的第二基板70所討論的特性。基板10的第一部分20 的那些層還可以具有那些特性，但是可以具有不那么嚴格的特性，因為它們并 不直接與基板IO的第一部分相接。在后一種情況下，當專用于第二基板70的 特性不能再得到滿足吋第二基板70就被視為終止。沿這些線，基板10和70可以在其部分或全部的外表面上包括表面層，比 如在半導體上的氧化層。當存在于基板10的表面12禾U/或第二基板70的表面 72上時，這種表面層不應該具有會防止在第一和第二基板10和70之間形成強 接合的組成和/或厚度。特別是，基板10表面12上的氧化層若比100納米還要 厚，則可能使其與聚合物基板的接合變得很弱或根本不能接合在 一 起。熱處理之后，第一基板10的第一外表面12被置于第二基板70的接合面
72上相接觸。在一個實施方式中，當把第一基板10從支撐物60轉移到基板 70時，需小心處理第一基板10以便不損壞可能易碎的熱處理后的基板10。在 一個實施方式中，在用所述第二基板70接觸所述第一基板IO之前，預先將第 二基板70加熱到并持續(xù)合適的溫度，該溫度可實現(xiàn)第二基板70的接合面72 粘結著第一基板10的第一外表面12?，F(xiàn)在參照圖4，在可有效地使熱處理和離子注入后的基板IO粘結著第二基 板70的溫度和壓力下，使第一基板10和第二基板70相互接觸一段時間從而 構成組件80。根據(jù)基板70的接合面72的組成，將基板10的第一外表面12粘 結著第二基板70的接合面72所需的溫度會有所不同。當接合面72是聚合物 時，通常，該溫度介于該聚合物的玻璃化轉變溫度加減約100。C的范圍內。在 一個實施方式中，此步驟中所提供的唯一的熱能是預加熱期間向第二基板70 提供的熱能。在一個實施方式中，向第二外表面14和施力面74施加一些力量以迫使第 一外表面12和接合面72在此步驟中接合到一起。本領域的技術人員根據(jù)本文 內容可以很容易地確定用于本發(fā)明任何特定應用的具體壓力值。通常，可施加 的壓力的量值介于約0-3磅/平方英寸之間，在一個實施方式中約為1磅/平方英 寸。在第一外表面12和接合面72之間形成接合所需的時間量可以介于1-60分 鐘之間，或者在另一個實施方式中介于約20-40分鐘，在另一個實施方式中約 為30分鐘。在一段合適的時間之后，斷開只用于加熱第二基板70所施加的熱 能并且將該組件冷卻到正常溫度(比如室溫)。也去除施加到組件80上的任 何壓力。在一替代實施方式中，使用粘合劑以將熱處理和離子注入后的基板10粘 結著第二基板70。本領域技術人員已知的適合于將半導體材料(比如SCS)粘 結著聚合物材料上的粘合劑(比如但不限于硅烷粘合劑)都可以使用。現(xiàn)在參照圖5，第一部分18和第二部分20在分離區(qū)域16處分離開，從而 產(chǎn)生由第一基板10的第二部分20以及第二基板70構成的結構90。我們相信， 在冷卻期間，第一和第二基板10和70之間的熱膨脹系數(shù)差異所引起的熱應力 允許第二部分20 (它最好包括薄半導體膜)與第一部分18分離并粘結著基板 70上。因為冷卻期間分離區(qū)域16變弱，所以在實現(xiàn)這種分離時不會干擾第二 部分20與第二基板70之間的接合，也不會破壞第二部分20或第二基板70。 在許多情況下，這種分離僅涉及使第一基板10的第一和第二部分18和20彼 此移開，因為在冷卻期間，這些部分將變得彼此完全自由。在一些情況下，在 冷卻結束時使用輕微的剝離動作(比如從平滑物體上去除家用塑料包時所用的 動作)以使這兩部分分離開，但是絕非因第一和第二基板收縮不同以及分離區(qū) 域16變得很弱而不需要該剝離動作。該分離過程通常將使分離區(qū)域16的一部分仍然與第一基板10的第一部分 20相關聯(lián)，而另一部分則與第二部分18相關聯(lián)。根據(jù)處理條件和最終用途， 通過該分離過程而產(chǎn)生的第一和第二部分18和20的這些表面(即剝落表面) 可以直接使用或者需要在使用之前經(jīng)后續(xù)處理(比如拋光、蝕刻、掾雜等)。 例如，在整個方法的另一次重復中重新用作第一基板IO之前，第一部分18的 剝離表面可以經(jīng)受常規(guī)的接觸拋光以提供足夠平滑的表面以便于接合到新的 第二基板70。在用于薄膜晶體管或其它電子器件的制造過程中之前，這種拋光 或其它表面處理也可以適合于第二部分20的剝落表面。上述本發(fā)明可以用單個第一基板10和單個第二基板70來實現(xiàn)?；蛘撸?發(fā)明的方法可以用于在單個第二基板70上形成不止一個SOI結構。例如，本 發(fā)明的方法可以用于將第一基板10置于第二基板70上同時并不覆蓋第二基板 70的整個區(qū)域。之后，本發(fā)明的方法可以按需要重復使用以便設置其它基板 10，其它基板IO覆蓋第一次設置的基板IO所沒有覆蓋的全部或部分區(qū)域。后 續(xù)基板10的添加可能與第一基板10相同或不同，比如所述基板10可以利用 由基本上單晶半導體材料構成的第一基板來制成，該材料與用于制造第一 SOI結構的第一基板10的半導體材料相同或不同。在另一個實施方式中，通過提供多個(即兩個或更多個)第一基板10、使所有這些第一基板10接觸單個第二基板70、再對所得到的多個第一基板/單個 第二基板組件進行本發(fā)明的方法的后續(xù)步驟，便可以在單個第二基板70上同 時形成多個SOI結構。所述多個第一基板IO可以全部相同、全部不同、或某 些相同某些不同。無論使用哪一種方法，所得到的單個聚合物基板上的多個SOI結構可以是 連續(xù)的或分離開的，只要適合本發(fā)明的特定應用即可。若期望的話，部分或所
有相鄰結構之間的間隙可以用半導體材料來填充，以便在任何期望尺寸的聚合物基板70上獲得一個或多個連續(xù)的半導體層。根據(jù)本發(fā)明，由聚合物基板上的SCS膜構成的器件90是柔軟的，比那些 使用玻璃基板的器件更耐破壞并且具有很低的密度，其性能優(yōu)于基于非晶硅或 多晶硅的TFT所提供的性能。我們相信，本發(fā)明的器件特別適用于基于OLED 的顯示器，因為基于SCS的器件能提供增大的穩(wěn)定性和高電流容量。示例1在本示例中，根據(jù)本發(fā)明，將SCS膜轉移到聚合物基板上。以100 KeV 和8 x 10"個離子/cn^劑量對電阻率為1-10 ohm-cm且厚度約為500微米的摻 硼的SCS晶片進行氫離子注入。在平滑的玻璃支撐物上，離子注入后的硅晶片 在450°C的大氣氛圍中進行大約1小時的熱處理，然后允許它冷卻到室溫。厚 度約為1毫米的聚砜膜被置于加熱到約225°C的表面上，并且允許將該膜加熱 到該溫度。小心地從平滑玻璃支撐物上去除冷卻后的硅晶片并將該硅晶片置于 加熱后的聚砜膜上，使得硅晶片的注入面接觸該聚砜膜。約l磅/平方英寸的負 荷被置于該硅晶片和聚砜膜上并保持約30分鐘。關閉熱源'并且允許該硅晶 片和聚砜膜冷卻到環(huán)境溫度，此時去除該負荷。硅晶片和聚砜膜可以很容易地分離開，從而使薄的SCS膜粘結著聚砜膜上。示例2為了比較，嘗試將SCS膜轉移到聚合物基板上，同時并不先對平滑玻璃支 撐物上的離子注入后的硅晶片迸行熱處理。在本示例中，硅晶片像示例l那樣 進行注入。厚度約1毫米的聚砜膜被置于已加熱到225。C的表面上并且允許將 其加熱到該溫度。將離子注入后的硅晶片置于聚砜膜上，同時使該硅晶片的注 入面接觸該聚砜膜。將約1磅/平方英寸的小負荷置于該硅晶片和聚砜膜上。溫 度保持在約225。 C并持續(xù)約30分鐘。允許硅晶片和聚砜膜冷卻到環(huán)境溫度并 且去除負荷。已發(fā)現(xiàn)，硅晶片和聚砜膜接合得非常強并且很難分離開。在使樣品分開的
過程中，硅晶片斷裂，只留下成塊的晶片接合在聚砜膜上。該結果顯示出，僅 僅使離子注入后的硅晶片與聚合物基板彼此接觸并增大溫度并不能使初始的scs膜轉移到聚合物基板上。對于本領域的技術人員而言，很明顯，在不背離所附權利要求書定義的本發(fā)明的精祌或范圍的情況下，可以對本發(fā)明的各較佳實施方式作出各種修改。
權利要求
1.一種半導體材料，包括粘合著至少一個聚合物基板的至少一個單晶硅膜。
2. 如權利要求1所述的半導體材料，其特征在于，所述至少一個聚合物基板包括選自下列的至少一種聚合物熱塑性聚合物，具有高破壞應變的熱固 性聚合物，玻璃-聚合物摻混物，以及涂敷有玻璃膜的聚合物。
3. 如權利要求2所述的半導體材料，其特征在于，所述至少一個聚合物基板包括選自下列的至少一種聚合物聚砜，聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚萘酸乙二醇酯(PEN)，以及聚酰亞胺。
4. 如權利要求1所述的半導體材料，還包括置于所述至少一個單晶硅膜 和所述至少 一 個聚合物之間的至少 一 個中間層。
5. —種川亍將半導體膜轉移到聚合物基板上以制造柔性半導休材料的方法，包括將離子注入到至少 - 個半導休基板中的預定深度；在有效地形成注入離子區(qū)域中的缺陷以產(chǎn)生分離區(qū)域的溫度下對所述至 少一個離子注入后的半導休基板進行熱處理且持續(xù)一段時間，所述分離區(qū)域定 義了所述至少 一 個半導體基板的第 一 部分和第二部分；將所述至少一個離子注入和熱處理后的半導體基板粘合著至少一個聚合物基板；以及使所述至少一個半導體基板的第一部分沿所述分離區(qū)域從所述至少一個 半導體基板上分離下來。
6. 如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述注入離子包括氫離子。
7. 如權利要求5所述的方法，其特征在于，在約10 KeV - 200 KeV的情 況下，所述注入劑量介于約1 x 10"個離子/cm2-3x 1(V7個離子/cm2。
8. 如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述離子注入后的半導體基 板的扭處理過程包括使所述半導體基板的離子注入后的面與支撐物相接觸。
9. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述支撐物包括剛性材料。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述支挖物包括平滑的玻璃。
11. 如權利要求5所述的方法，包括在約300。C- 500。C的溫度下，對所述離子注入后的半導體基板進行熱處理。
12. 如權利要求5所述的方法，包括在約400。C- 500。C的溫度下，對所 述離子注入后的半導體基板進行熱處理。
13. 如權利要求5所述的方法，包括在約450。C的溫度下，對所述離子 注入后的半導體基板進行熱處理。
14. 如權利要求5所述的方法，包括對所述離子注入后的半導體基板進 行約1-120分鐘的熱處理。
15. 如權利要求5所述的方法，包括對所述離子注入后的半導體基板進 行約30-90分鐘的熱處理。
16. 如權利要求5所述的方法，包括對所述離子注入后的半導體基板進 行約60分鐘的熱處理。
17. 如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述半導體膜主要由單晶硅 膜構成。
18. 如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述粘合步驟包括將預先 加熱的聚合物基板與所述加熱后的半導體基板的離子注入后的面相接觸。
19. 如權利要求18所述的方法，包括將聚合物基板預先加熱到所述聚 合物基板玻璃化轉變溫度加或減約100°C的溫度。
20. 如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述粘合步驟包括.'在所述 半導體基板和聚合物基板之間放置粘合劑。
21. 如權利要求20所述的方法，其特征在于，所述粘合步驟包括在所 述半導體基板的離子注入面與所述聚合物基板之間放置粘合劑。
22. 如權利要求20所述的方法，其特征在于，所述粘合劑包括硅烷粘合劑。
23. 如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述聚合物基板包括選自下 列的聚合物熱塑性聚合物，具有高破壞應變的熱固性聚合物，玻璃-聚合物 摻混物，以及涂敷有玻璃膜的聚合物。
24. 如權利要求20所述的方法，其特征在于，所述聚合物基板包括選自 下列的聚合物聚砜，聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚萘酸乙二醇酯(PEN)，以及聚酰亞胺。
25. 如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述聚合物基板包括被加熱 到約242°C - 442°C的溫度的聚對苯二甲酸乙二酯。
26. 如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述聚合物基板包括被加熱 到約85°C - 285°C的溫度的聚砜。
27. —種用于生產(chǎn)"聚合物上的半導體"結構的方法，包括如下步驟 提供由至少一種半導體材料構成的第一基板，該第一基板具有第一接合面和第一施力面以及用于將所述第一基板分成第一部分和第二部分的內部分離 區(qū)域，并且所述第二部分處于所述分離區(qū)域和所述第一接合面之間；使所述第一基板經(jīng)受熱處理，以促進第二部分的隨后剝落；冷卻所述第一基板；提供包括至少 一 種聚合物和兩個相對的外表面的第二基板，這兩個相對的 夕卜表而包括第二接合面和第二施力面； 加熱所述第二基板；在向所述第-一和第二施力面施力以迫使所述第一和第二接合面接合到一 起從而形成一組件的條件下，使所述第一和第二接合面彼此接觸一段時間，這 段時間足以使所述第一和第二基板在所述第一和第二接合面處彼此接合到一 起；斷開向所述第二基板提供的熱能； 冷卻所述組件； 去除所施加的壓力；以及在所述分離區(qū)域處使所述第一和第二部分分離開。
28. 如權利要求27所述的方法，其特征在于，所述第一接合面、所述第 一施力面以及所述分離區(qū)域彼此基本上平行。
29. 如權利要求27所述的方法，還包括對玻璃基板上的第一基板進行熱 處理。
30. 如權利要求27所述的方法，其特征在于，所述半導體材料包括至少 -種單晶硅肢。
全文摘要
用于將半導體材料轉移到聚合物基板上以提供柔性半導體材料的方法包括將離子注入到半導體基板中預定的深度；在有效地形成缺陷并擴大所注入的離子缺陷的溫度下，對離子注入后的半導體基板進行熱處理且持續(xù)一段時間；將離子注入和熱處理后的基板粘結著聚合物基板上；使像單晶硅膜這樣的半導體膜從半導體基板上分離下來；以及將具有單晶硅膜的器件直接或間接置于聚合物膜上。
文檔編號H01L21/762GK101164159SQ200680013402
公開日2008年4月16日 申請日期2006年4月10日 優(yōu)先權日2005年4月25日
發(fā)明者K·P·蓋德卡瑞 申請人:康寧股份有限公司