柔性基板的阻挡层及其制造方法技术

本发明专利技术的实施例涉及用于支撑电子和/或微机电系统(MEMS)设备的柔性基板的多层阻挡层。设备包括：基板、第一金属氮化物层、在第一金属氮化物层之上的第一氧化物层、在第一氧化物层之上的第二金属氮化物层和第二氧化物层、以及在第一氧化物层之上或在第一和第二氧化物层之上的器件层。当器件层在第一氧化物层之上时，第二金属氮化物层在器件层之上，而第二氧化物层在第二金属氮化物层之上。当器件层在第一和第二氧化物层之上时，第二金属氮化物层在第二氧化物层之上。本发明专利技术还公开了一种制造上述设备的方法。述设备的方法。述设备的方法。

【技术实现步骤摘要】
柔性基板的阻挡层及其制造方法
[0001]相关申请本申请要求于2019年9月9日提交的美国临时专利申请第62/897,866号（代理人卷号IDR5320
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PR）和于2020年4月13日提交的美国临时专利申请第63/009,357号（代理人案卷号IDR2020
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PR）的优先权，在此通过引用将其全部内容并入本文。
专利

[0002]本专利技术总体上涉及薄膜电子领域。更具体地，本专利技术的实施例涉及用于薄膜电路（例如：包括晶体管、电容器、电感器、电阻器、电池和电池单元等）的柔性基板上的阻挡层及其制造方法。

技术介绍

[0003]在电子制造行业中，柔性基板的使用日益普及，并且与柔性基板应用相关的许多挑战已经得到了解决。但是，某些挑战仍然存在。
[0004]一个挑战是防止或抑制会影响电子设备性能的有害物质从基板迁移到电子器件上。例如：使用柔性聚合物基板时，一个已知的问题是水蒸气穿透基板。这些有害物质可能会影响在基板上形成的电子器件。结果，器件的特性随时间发生变化，并且器件寿命也会缩短。对于其它类型的基板，例如金属基板，必须有效地防止其它污染物（例如：存在金属基板本身内）到达器件层，因为这些污染物也可能改变器件特性。
[0005]第二个挑战涉及来自基板处理、清洁和/或其它工艺过程中累积在基板表面的电荷。来自基板的电荷会导致器件性能的不可控制的变化，例如晶体管阈值电压的变化或太阳能电池中电荷载流子的寿命。
[0006]第三个挑战是由颗粒、灰尘、划痕、针孔等引起的基板表面缺陷。基板表面的这些缺陷会转化为构建在基板上的器件缺陷。基板越大，挑战就越大。
[0007]本“
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”部分仅提供背景信息。本“
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”中的陈述并不承认本“
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”中所公开的技术构成本申请的现有技术，本“
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”中的任何部分均不可用于认可本申请的任何部分包括本“
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”构成本申请的现有技术。

技术实现思路

[0008]本专利技术的实施例涉及一种用于薄膜器件基板的多层阻挡层，其解决了以上
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所述的挑战。为了解决第一个挑战，所述阻挡层可包含能够阻止污染物穿透基板以及其它污染物从基板扩散并提供无针孔表面的材料。为了解决第二个挑战，所述阻挡层可以控制基板上的电荷水平（并因此控制向此类器件的电荷注入量）。为了解决第三个挑战，基板和多层阻挡层可进一步包括平整层（例如：以提供预定的最大表面粗糙度并确保符合表面粗糙度标准）。
[0009]因此，一方面，本专利技术涉及一种设备，其包括基板、第一金属氮化物层、在第一金属氮化物层之上的第一氧化物层、第一氧化物层之上的第二金属氮化物层和第二氧化物层、
以及在第一氧化物层或第一和第二氧化物层两者之上的器件层。当器件层在第一氧化物层之上时，第二金属氮化物层在器件层之上，而第二氧化物层在第二金属氮化物层之上。当器件层在第一和第二氧化物层之上时，第二金属氮化物层在第二氧化物层之上。
[0010]在各种实施例中，所述基板是柔性的。例如：基板的构成材料选自：聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、铜、钢、铝、玻璃、硅树脂或柔性陶瓷。
[0011]在其它或进一步的实施例中，第一和第二金属氮化物层中可分别包含SiN、TiN、AlN或其组合。替代地，第一和第二氧化物层可分别由以下材料制成：SiO2、富硅氧化物、铝硅酸盐、氧氮化硅、氧化铝或TiO2。
[0012]在各个实施例中，器件层包括有机发光二极管（OLED）、太阳能电池、一个或多个微机电系统（MEMS）器件或无线通信电路。当器件层包括无线通信电路时，无线通信电路可以包括射频识别（RFID）或近场通信（NFC）设备。
[0013]在其它或进一步的实施例中，器件层可由以下器件构成：集成电路（IC）、天线、电池、电池单元、显示器或传感器。当器件层含传感器时，传感器可以是温度传感器、湿度传感器或连续性传感器。当器件层含电池或电池单元时，电池或电池单元可以是固态电池或电池单元，例如固态锂电池或电池单元（SSLB）。合适的电池和电池单元在于2020年4月13日提交的美国临时专利申请第63 / 009,357号（代理人案卷号IDR2020
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PR）中已经披露，其相关部分在此引入作为参考。
[0014]另一方面 ，本专利技术的涉及一种制造设备的方法，该方法包括：在基板上形成第一金属氮化物层；在第一金属氮化物层之上形成第一氧化物层；在第一氧化物层之上形成第二金属氮化物层和第二氧化物层，并在第一氧化物层或第一和第二氧化物层之上形成器件层。当在第一氧化物层之上形成器件层时，在器件层之上形成第二金属氮化物层，并且在第二金属氮化物层之上形成第二氧化物层。当器件层形成在第一和第二氧化物层之上时，第二金属氮化物层形成在第二氧化物层之上。
[0015]在该方法的各种实施例中，第一和第二金属氮化物层中以及第一和第二氧化物层可分别通过以下工艺形成：原子层沉积（ALD）、等离子体增强化学气相沉积（PECVD）、低压化学气相沉积（LPCVD）、液体气相沉积（LVD）、物理气相沉积（PVD）、喷墨印刷、凹版印刷、胶版印刷、苯胺印刷、纳米压印、微接触印刷、丝网印刷、模版印刷、喷涂、毯式印刷、浸涂、刮涂或挤压涂层。在其它或进一步的实施方式中，第一和第二金属氮化物层以及第一和第二氧化物层可通过卷对卷沉积形成。因此，在一些示例中，基板是具有200cm至100m的长度和5至100cm（或其中的任何长度和宽度，或长度和宽度范围）的宽度的卷。
[0016]关于该设备，在该方法的一些实施例中，基板材料可选用热塑性聚合物、金属箔、聚合物或金属涂覆的纸、硅氧烷聚合物或陶瓷，上述基板材料都是柔性的。在其它或进一步的实施方式中，基板可由长度为20至100cm且宽度为10至60cm（或其中的任何长度和宽度，或长度和宽度范围）的长条构成。
[0017]本专利技术的另一方面涉及一种设备，其包括基板、第一金属氮化物层、在第一金属氮化物层之上的第一氧化物层，（i）有机平整层或（ii） 吸附层、以及器件层（位于第一金属氮化物层、第一氧化物层和有机平整层或吸附层之上）。
[0018]当设备包括有机平整层时，有机平整层由可涂覆的热塑性聚合物制成。例如：有机平整层可包括聚酰亚胺层。在一些实施例中，有机平整层的厚度大于第一金属氮化物层和
第一氧化物层的组合厚度。
[0019]当设备包括吸附层时，吸附层可以保护器件层不受污染物、离子、悬空键和/或过量电荷的影响。例如：吸附层可包括多个陷阱状态。在一实施例中，吸附层包括非晶硅。在其它或进一步的实施例中，吸附层与基板或第一金属氮化物层和第一氧化物层中的最上层相邻并接触。
[0020]受益于该阻挡层的典型器件包括：薄膜三极管[用低温多晶硅（LTPS）制成]、有机半导体和金属氧化物半导体（例如：铟镓锌氧化物[ IGZO]）、氧化锡（例如掺杂或未掺杂的SnO2，铟锌氧化物[IZO]等）、电容器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种设备，其基本特征在于，包括:基板；第一金属氮化物层；在所述第一金属氮化物层之上的第一氧化物层；在所述第一氧化物层之上第二金属氮化物层和第二氧化物层； 和在所述第一氧化物层或所述第一和第二氧化物层上或之上的器件层，其中当所述器件层在所述第一氧化物层之上时，所述第二金属氮化物层在所述器件层之上，所述第二氧化物层在所述第二金属氮化物层之上；当所述器件层在所述第一和第二氧化物层之上时，所述第二金属氮化物层在所述第二氧化物层之上。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述基板是柔性的。3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述基板包含以下材料：聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、铜、钢、铝、玻璃、硅树脂或柔性陶瓷。4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一和第二金属氮化物层中都分别包含SiN、TiN、AlN或其组合。5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一氧化物层和第二氧化物层中都分别包含SiO2、富硅氧化物、铝硅酸盐、氮氧化硅、氧化铝或TiO2。6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述器件层包含有机发光二极管、太阳能电池、一个或多个微机电系统器件或无线通信电路。7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述器件层包含集成电路、天线、电池、电池单元、显示器或传感器。8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述器件层包含所述电池或电池单元。9.一种制造设备的方法，其特征在于，包括：在基板上形成第一金属氮化物层；在所述第一金属氮化物层之上形成第一氧化物层；在所述第一氧化物层之上形成第二金属氮化物层和第二氧化物层； 和在所述第一氧化物层或所述第一和第二氧化物层之上形成器件层，其中：当在所述第一氧化物层之上形成所述器件层时，在所述器件层之上形成所述第二金属氮化物层，并且在所述第二金属氮化物层...

【专利技术属性】
技术研发人员：米奇，
申请(专利权)人：薄膜电子有限公司，
类型：发明
国别省市：