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

本发明专利技术公开了通过层转移制备柔性结构的方法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10

【技术实现步骤摘要】
通过层转移制备柔性结构的方法及中间结构和柔性结构
本专利技术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。本专利技术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
、微
、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。
技术介绍
柔性
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SmartCutTM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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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，fracturethermalbudget)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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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)，从而限定第二薄膜(4)，‑提供柔性基底(9)，其硬度R小于或等于10

【技术特征摘要】
2011.12.20 FR 11/620861.一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，其特征在于所述第一薄膜(3)由单晶材料组成。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述第二薄膜(4)由单晶材料组成。4.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。5.根据权利要求4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)，所述粘合材料选自DVS-bis-BCB、聚酰亚胺以及感光性聚合物。6.根据权利要求4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。7.根据权利要求1至6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。8.根据权利要求1至6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。9.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。10.根据权利要求2至6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。11.根据权利要求2至6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微米之间的厚度，以及大于或等于10GPa的杨氏模量。12.根据权利要求11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0.5微米至20微米之间的厚度，并且包括由SiOxNy或由AlxOy...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡贝特·莫里索，马克西姆·阿古德，弗兰克·富尔内尔，弗雷德里克·马泽恩，克里斯托弗·莫拉勒斯，
申请(专利权)人：法国原子能及替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：法国,FR