[发明专利]柔性基板的阻挡层及其制造方法

说明书

本发明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。本发明还公开了一种制造上述设备的方法。

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-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IDR2020-03-PR）的优先权，在此通过引用将其全部内容并入本文。

发明领域

本发明总体上涉及薄膜电子领域。更具体地，本发明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。

背景技术

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。

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。

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。

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。

本“背景技术”部分仅提供背景信息。本“背景技术”中的陈述并不承认本“背景技术”中所公开的技术构成本申请的现有技术，本“背景技术”中的任何部分均不可用于认可本申请的任何部分包括本“背景技术”构成本申请的现有技术。

发明内容

本发明的实施例涉及一种用于薄膜器件基板的多层阻挡层，其解决了以上背景技术所述的挑战。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）。

因此，一方面，本发明涉及一种设备，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。

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。

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。