JP2006508379A - 可塑性装置と可塑性装置の製造方法 - Google Patents

可塑性装置と可塑性装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

この発明のロール可能な装置は第一の側から第二の側へ延在する孔を有する絶縁材料の基板を備える。第一の側にスイッチング素子、相互接続線等が存在し、有機材料のコーティングにより覆われる。第二の側には機能層が存在する。そのような機能層の例としては、キャパシタ、アンテナ、そして、特に、電気光学層がある。従って、アンテナと駆動回路が含まれるロール可能な表示装置が得られる。

Description

この発明は、第一の側と対向する第二の側とを有する電気的絶縁材料より成り、前記第一の側から前記第二の側へ延在する第一の孔が設けられた絶縁層と、基板の前記第一の側上の半導体材料の活性層であって、該活性層内部及び上部に少なくとも一つのスイッチング素子が確定され、該素子には前記活性層内において第一の電極が設けられている活性層と、前記少なくとも一つのスイッチング素子の保護カバーとして機能する可塑性コーティングとを備えた可塑性モノリシック電子装置に関する。

この発明は、さらに、ある装置と、上記のような可塑性装置を備えたラベルとに関する。

この発明は、さらに、複数のスイッチング素子を備えた可塑性モノリシック電子装置を製造する方法であって、第一の側と対向する第二の側とを有し、前記第一の側の上に半導体材料の活性層が存在し、該活性層内部及び上部に複数のスイッチング素子が設けられ、該複数素子の複数の第一の電極が前記活性層内に存在している基板を設け、複数のスイッチング素子を備える機能的エンティティが少なくとも一つのアイランド上に存在するように前記活性層を部分的に除去し、前記基板の前記第一の側に可塑性コーティングを施して前記少なくとも一つのアイランドを覆い、前記基板の前記第一の側にキャリア基板を一時的に取り付け、エッチャントによる湿式化学エッチング工程を含んで前記第二の側から前記基板を除去する工程を備えた方法に関する。

そのような装置及び方法は未公開出願EP02100445.2に記載されている。ここに記載されている方法では、スイッチング素子は集積回路を構成する集積回路素子である。基板は半導体材料の基礎層と酸化層とシリコンの活性層とを有するシリコン・オン・インシュレータ基板である。コーティングを施した後、そして、接着剤を用いた適切な前処理の後、グルーによりガラスのキャリア基板が取り付けられる。濃縮KOHのようなアルカリエッチャントの漕で湿式化学エッチングにより基礎層を除去するために基板が薄くされる。酸化層は、ここでは、エッチング停止層として機能し、後で除去されてもよい。集積回路素子の露出した裏側にボンドパッドによりさらなる配線面が設けられてもよい。その後、装置が基板から、又はこの逆に剥がされてキャリア基板が除去される。

この発明の第一の目的は、冒頭に記載された種類の装置であって、機能がさらに高い装置を提供することである。

この発明の第二の目的は、冒頭に記載された種類の方法であって、この発明の装置が効果的に製造できる方法を提供することである。

機能層が、前記絶縁層の前記第二の側上に存在し、そして、前記絶縁層内の前記第一の孔を介して前記第一の電極に接続されることにより、上記第一の目的は達成される。文言「機能層」は、前記基板領域の実質的な部分上に延在し、前記装置内において、特定の態様で、単独又は前記少なくとも一つのスイッチング素子との組み合わせにより機能を果たす層を意味すると理解される。例としては、電気光学層、アンテナが確定されている導電層、キャパシタのための強誘電体層等のKが高い誘電体層、ペプチド、プロテイン又は他の生体物質を付着するための抗体を備えた付着層等のセンサに用いる層がある。

このような機能層を前記装置に一体化させることは、特に、可塑性がアセンブリにおいて負担となる、可塑性が高く且つ好ましくはロール可能な装置にとって重要である。可塑性フォイルを適切にボンドパッドに取り付けることができても、通常、そのような可塑性フォイルは電力分配のみに、そして、必要に応じて信号伝送に用いることが望ましい。しかし、さらなる素子が一体化されるべきである。

この装置の好ましい実施形態では、前記機能層は、スイッチング素子と共に、表示画素を構成する電気光学層である。前記基板の前記第二の側に前記電気光学層を設けることによりロール可能な表示装置が形成できる。そのようなロール可能な表示装置は携帯電話等の携帯装置と組み合わせて用いるものを意味する。この種類の表示カートリッジは、例えば、未公開出願EP020791315に記載されている。

この発明で用いるのに適した電気光学層は、液晶層、有機、重合体又は無機エレクトロルミネセンス層、並びに、電気泳動層を含む。特に、電気泳動層が好ましく、これはコントラストが良いからである。

可塑性表示装置を製造する技術自体はSUFTLA(R)として知られている。これはS.Utunomiya et al.によりEurodisplay 2002のConference reports,pp79−82に刊行された“Flexible TFT−LEPD transferred onto plastic substrate using surface free technology by laser ablation/annealing”に記載されている。この技術の可塑性表示装置は、犠牲アモルファスシリコン層を有するガラス基板上に薄膜トランジスタを設けることにより製造される。続いて、ガラス基板がプラスティック基板に置き換えられ、基板の第一の側に電気光学層が設けられる。上記引用文献の図4に見られるように、出来上がった表示装置は曲げられる程に可塑性がある。しかし、フォイルほどロール可能というわけではない。これは、この発明によれば、トランジスタのソース及びドレイン電極が金属化により設けられ、そのうちの一つが画素電極に接続される。絶縁材料の比較的厚い層が、ここで、トランジスタを覆うのに必要で、且つ、画素電極の基板として機能する。この発明の装置では、前記基板の前記第二の側が基本的に完全に平らである。従って、ソース及びドレイン電極のための金属化も、トランジスタを覆うのに十分な厚みの絶縁層も不要である。

例えば、液晶材料又はエレクトロルミネセンス材料の電気光学層にとって、さらなる電極層が対向電極として存在すると好ましい。有機エレクトロルミネセンス装置の場合にはポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)を備えるホール注入層等、ある表示装置タイプの当業者に知られている他の層も必要に応じて設けることができる。そしてまた、さらなる保護層を前記さらなる電極層近傍に設けてもよい。

さらなる実施形態では、前記活性層と前記機能層との間に導電層が存在し、該導電層内に画素電極が確定されている。画素電極は前記活性層内に確定されもよいが、これは、言うまでも無く、電極領域において導電性となるようにドーパント原子により既知の方法で適切に設けられ、それは別の層として設けられるのが好ましい。これにより活用できるスペースが最大限に広がり、且つ、基板に関して選択の自由度が広がる。そうでなければ、電気光学層の表面を実質的に平坦にするために絶縁層を比較的薄くする必要がでてくる。さらには、この場合、トランジスタのゲート電極を駆動するために相互接続層内に存在する画素電極と金属線間のキャパシタが大きくなりすぎてしまう。

さらなる実施形態では、前記表示画素が、第一及び第二の電極と誘電体とを有するキャパシタを備え、前記第一の電極は前記導電層内に存在し、そして、前記第二の電極は前記活性層内に存在し、前記基板が前記誘電体として機能する。アクティブマトリクス液晶表示装置等の電圧駆動の表示装置では、各画素がキャパシタを含むことが必要になる。このキャパシタは、前記第一の電極が前記導電層内に設けられる場合は、効果的に集積される。

そこで、前記基板にはKが高い領域とKが低い領域とが設けられ、前記Kが高い領域が前記キャパシタの前記誘電体として機能すると好ましい。この実施形態では、前記導電層と前記活性層との間の寄生容量が小さくなり、一方、同時に、容量密度が十分に高くなる。この実施形態では、例えば、ガラス又はシリコン・オン・インシュレータの仮基板が、前記活性層のみ残るように、最初に除去される。そして、各種層を設け、フォトリソグラフィによりパターンイング、そして、エッチングすることができる。Kが低い領域に適する材料としては、SiLk、ポリイミド、ベンゾチクロブチン、二酸化シリコン、有機改質シリカ及び水素、そして、メチルシルセスシオキサンがある。Kが高い領域に適する材料としては、窒化シリコン及びゾル・ゲル法により得られるペロブスカイト構造を有する強誘電体酸化物がある。

表示装置のさらなる実施形態では、前記スイッチング素子は前記活性層内部及び上部に存在する複数スイッチング素子のアレイの一部であり、前記活性層内部及び上部に存在する複数回路素子の集積回路を備える駆動回路により前記アレイが駆動される。前記可塑性装置が外部部品と接続されるのは望ましくないので、如何なる駆動回路も装置自体に含まれると非常に好ましい。これは、駆動用電極に非常に適する高品質の単結晶又は多結晶シリコンにより前記活性層を形成することにより可能となる。

この発明のさらなる実施形態では、前記機能層は、導電層であり、該導電層内にアンテナが確定され、そして、集積回路を構成するために複数の相互接続されたスイッチング素子が設けられている。この実施形態のアンテナにより前記集積回路と読取り器との間で非接触通信が可能となる。この通信には信号伝送が含まれるが、電力の伝送も含まれてもよい。この種のアンテナは低周波及び中間周波に適する。超短波且つ短距離、即ち、2GHzを越える場合、アンテナは前記回路に含まれてもよい。前記アンテナは、前記基板が種層を堆積するためのマスクとして機能し、そして、それに続く電気メッキにより適切に形成される。さらに、必要に応じてバリア層が設けられてもよい。

この発明の装置の絶縁層は酸化物を含んでもよく、又は、窒化物又は酸窒化物のようなその他の如何なる絶縁層でもよい。それは仮基板を除去した後に堆積されてもよい。例えば、単又は多結晶基板が用いられた場合は、これは、最初に研磨、そして所望のパターンによるエッチングにより大半が除去される。そして、前記活性層を構成する基板のメサ構造が残る。これがアイランド形状をなす。前記孔を有する絶縁層がその後適用される。熱酸化物が前記絶縁層として機能する場合は、請求項2にクレームされた状態が適用される。これとは別に、埋め込み酸化層を有する基板を用いることもでき、埋め込み酸化物は除去されずにパターンニングされる。特に、酸化層を有する基板の場合は、コーティングにも酸化層が設けられると好ましい。これは前記装置が抑制できないほどにカールしてしまうことを防ぐことが分かっている。

前記活性層は、特に、Si、GaAs、又は、その他のIII−V又はII−IV材料等の無機半導体材料を備える。この活性層の電極は、従来のように、n又はp型の電荷キャリアを備えるド−プ領域として形成される。

この発明の装置のコーティングは、典型的には、1乃至50μm、好ましくは、2乃至5μmのオーダの厚みを有する。このコーティングは、そのような材料の優れた可塑性に鑑みて自由に有機材料を備えることができる。適切な材料は、とりわけ、エポキシド、フェノール、メラミン、ポリエステル、シリコン樹脂、又は、これらのポリマー又はコポリマー、又は、その他のポリマーとのブレンドで、そして、繊維、色素、充填剤、ガラス又は金属により強化されてもよい。動作状態又は前記基板の前記第二の側を考慮して必要となる高温でも依然として安定であるグレードの高い製品は、例えば、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、フロロカーボン樹脂、又は、ポリサルフォン樹脂を基にしている。ポリマーの選択に関するさらなる情報は上記未公開出願EP02100445.2に見られる。

この発明の装置は、ラベルの一部として適切に販売することができ、前記アンテナが認証及び安全管理領域にある実施形態において適切に使用できる如何なる装置とも組み合わせて用いることができる。この表示装置の適切な使用は、そのような認証及び安全管理に関する使用を含むが、さらに、例えば、紙のドキュメントの一部として情報の目的に用いることもできる。この目的のために効果的なことは、駆動回路が存在することのみならず、電力及び信号の非接触通信のためのアンテナが存在することである。

冒頭に記載された種類の改良された方法を提供する目的は、有機材料の前記適用されたコーティングの側面に保護領域が設けられ、前記基板の除去にエッチャントによる湿式化学エッチング工程を含み、前記コーティングが前記保護領域により前記エッチャントから保護されることにより達成される。実験により、エッチャント、特に、KOH等の強い塩基エッチャントとの反応によりコーティングが膨張しやすいということが分かっている。この膨張は見かけが悪くなるだけではない。それは、前記基板の前記第二の後側上部に層を設けるときに問題となる。膨張により前記基板が平坦ではなくなり、そして、層を十分なリゾリューションを持って設けることが出来ない。この発明の方法では、前記コーティングを前記エッチャントの漕に浸して前記エッチャントと接触する前記コーティングの側面上に前記保護領域を確定することにより、上記問題はが解決される。

ある好ましい実施形態では、前記有機材料は、該有機材料が前記保護領域上には存在せず、装置領域に存在するように、所望のパターンにより施される。その後、前記保護領域は付着手段を用いた処理により与えられ、前記キャリア基板から前記電子装置を除去するのは実質的に前記装置領域内に限られる。前記保護領域にグルー層のパターンが存在し、それは、付着手段による処理により前記基板と良く付着する。そこで、グルー層は前記エッチャントに対して前記有機材料を適切に保護する。

カールしないようにするため、そして、前記保護領域での付着性を高めるために、酸化層が前記有機材料のコーティング上面に設けられてもよい。これは、シラン結合剤を前記付着手段として用いることができるというさらなる効果がある。例としては、3−メタクリロイルオキシプロピル・トリメトキシシランとグリシジルオキシプロピル・トリメトキシシランとがある。前記ガラスのキャリア基板を適用した後、ガラスのヒドロキシル基とシランのメトキシ基とが互いに反応してメタノールを放出する。従って、Si−O−Si結合を介してシランがガラス表面と共有結合する。

前記装置が用いられる前に前記キャリア基板が除去される。この除去工程は前記装置の製造直後に行うことができる。これは、前記キャリア基板が再利用できるという効果がある。しかし、前記キャリア基板の除去工程はユーザが行ってもよく、これは、特に、前記装置が安全管理又は認識目的の集積回路を含む場合に有用である。そのような除去の前に、認識コードを含むように個々の装置をプログラムすることができる。さらに、用いられることがない他のキャリア基板に前記装置が付着される前に前記除去工程が行われなくてもよい。そのような基板、例えば、紙の基板は線に沿って切断して一連の可塑性装置とすることが出来る。好ましくは、このキャリア基板除去は、例えば、レイザーブレードを用いた切断より行われる。

前記保護領域は各装置間に存在する必要は無い。基本的に、これらの領域が、ウエハとも呼ばれる複数の個々の装置を備える基板の外側端部にのみ存在すれば十分である。さらに、前記方法は、前記基板の前記第二の側に機能層を設ける工程無しに適用できる。

この発明の前記装置及び前記方法の、これら並びにその他のアスペクトが図面を参照して、さらに、説明され、解明される。

各図は実際のスケール通りには描かれてはおらず、同様な番号が同様な部分を示す。各図は例を示すのみであり、この発明の範囲を限定するものではない。

図1は第一の側1と第二の側2とを有する基板10を示している。基板10は活性層11と酸化層12と基礎層13とを備えている。基板は、この場合、シリコン又は絶縁基板で、基礎層13と活性層11とが共にシリコンを備えている。活性層11は、ここでは、単結晶シリコンである。しかし、活性層11は、酸化シリコンウエハ上で処理した多結晶又はアモルファスシリコン層でもよい。酸化層12が例えばPECVDにより設けられる。これとは別に、酸化層12は高濃度にドープされた埋め込み層であってもよい。ガラス基板が基礎層13として用いられてもよい。

スイッチング素子(図示されない)が活性層11内部及びその上部に確定される。スイッチング素子はCMOS又はTFT型のトランジスタであるが、微小電気機械システム(MEMS)スイッチやピンダイオードでもよい。さらに、ダイオード、ショットキーダイオード、バイポーラトランジスタ、キャパシタ、抵抗器、光電子素子、その他の素子でもよい。これらはそれ自体当業者に周知の所望の回路パターンにより相互接続される。半導体材料、好ましくは、シリコン、しかし、如何なるIII−V半導体材料でもよい、活性層11を用いることにより、従来の回路パターンを用いることができる。スイッチング及びその他の素子を製造するにあたっては、活性層11又はこの近傍において様々な処理が行われる。これらの処理には、例えば、酸化工程、フォトリソグラフィ工程、選択エッチング工程、そして、拡散やイオン注入等の中間ドーピング工程が含まれ、これらは自体はすべて周知である。薄膜又はCMOSトランジスタの場合は、ソース及びドレイン電極並び中間チャネルが活性層に設けられ、活性層はゲート酸化層及び多結晶シリコン、金属、シリサイドのゲート電極により覆われる。相互接続のためのさらなる金属層を設けることもできる。しかし、層数を制限するのが望ましい。これに続いて、又は、様々な中間工程の後、少なくとも一つのアイランド状構造を得るために、湿式化学又は乾式エッチングより活性層11及びこの上部の如何なる層の余剰領域が除去される。

図2はコーティング3を設けた後の状態を示している。アイランド状構造は、好ましくは、ポリマーの可塑性コーティングにより覆われる。この層は、好ましくは、スピンコーティング、吹きつけ、又は、膜形成により設けられ、その後、硬化される。活性層11へのコーティング3の付着及びその上部への積層は、発煙HNOによる洗浄工程を最初に行い、その後、適切なプライマ(primer)により処理される。ポリアミド樹脂コーティング3がポリアミドの先駆物質が適用されて形成される。この材料の溶液をウエハ上にスピンコーティングした後、溶剤が125°Cで蒸発される。その後、200°Cで加熱工程が行われてプライマを活性化させる。そして、HPR504等のフォトレジスト4が施され、そして、露光される。露光により、フォトレジスト4が装置領域21には存在し、保護領域22には存在しなくなる。

図3は幾つかのさらなる工程の後の状態を示す。最初に、フォトレジストマスク4を介してコーティングがパターンニングされる。コーティングのパターンニングはシクロペンタノン等の従来の現像液を用いて達成される。そして、アセトンとイソプロパノールとの混合物にてレジストが剥離される。続いて、コーティング3が300乃至400°Cで硬化される。最後に、0.5μm厚みのPECVD酸化物の層5が約300°Cで堆積される。

図4は、基板10が一時的にキャリア基板30に取り付けられ、そして、薄くされた後の状態を示している。ここで、保護領域22が、付着手段、この場合、シラン結合剤により処理される。この処理は、所謂、「エッジビート(edge beat)除去」のようにして行われる。異なる方法では、保護領域22がこのシランプライマ(silane primer)の溶液に浸けられる。次に、グルー31及びキャリア基板30が設けられる。基板を薄くするのは二工程で行われ、最初に、基礎層13が研磨され、その後、これがKOH溶液によりエッチングされる。ここで、酸化層12がエッチング停止層として機能する。

図5は孔14が酸化層12内に設けられた後の状態を示している。これは、フォトレジストが酸化層12上に堆積され、そして、パターンニングされることにより行われる。そこで、酸化層がパターンニングされる。その後、孔14内に金属が設けられる。この金属堆積はTi0.90.1のバリア層を堆積し、その上にAlが通常通りに堆積される第一の工程を含む。これとは別に、Cuを電気メッキで堆積してもよい。

図6はキャリア基板30から可塑性装置100が除去された後の状態を示している。これはレイザーブレードを用いて酸化層5でカットすることにより行われる。可塑性装置100は、ここでは、一つの装置として示されているが、複数の可塑性装置100も実現可能であることが理解されるところである。その後、これらの装置を分離することができる。この分離工程はユーザにより行われてもよい。

要約すると、この発明のロール(roll)可能な装置は第一の側から第二の側へ延在する複数の孔が備えられた絶縁材料の基板を備える。第一の側上部には、複数のスイッチング素子並びに相互接続線等が存在し、有機材料のコーティングにより覆われる。機能層が第二の側上部に存在する。そのような機能層の例としては、キャパシタ、アンテナ、そして、特に、電気光学層がある。そこで、アンテナ及び駆動回路を含むロール可能な表示装置が得られる。

方法の工程を概略的に示す横断面図である。 方法の工程を概略的に示す横断面図である。 方法の工程を概略的に示す横断面図である。 方法の工程を概略的に示す横断面図である。 方法の工程を概略的に示す横断面図である。 方法の工程を概略的に示す横断面図である。

Claims (13)

  1. 第一の側と対向する第二の側とを有する電気的絶縁材料より成り、前記第一の側から前記第二の側へ延在する第一の孔が備えられた絶縁層と、
    前記絶縁層の前記第一の側上の半導体材料の活性層であって、該活性層内部及び上部に少なくとも一つのスイッチング素子が確定され、該素子には前記活性層内において第一の電極が設けられている活性層と、
    前記少なくとも一つのスイッチング素子の保護カバーとして機能する可塑性コーティングと、
    前記絶縁層の前記第二の側上に存在し、そして、前記絶縁層内の前記第一の孔を介して前記第一の電極に接続されている機能層が備えられた可塑性モノリシック電子装置。
  2. 半導体材料より成り、内部及び外部に少なくとも一つのスイッチング素子が確定され、該素子には活性層内に第一の電極が設けられ、アイランド状構造となっている基板と、
    第一の側と上方の第二の側とを有する電気的絶縁材料より成り、前記第一の側から前記第二の側へ延在す第一の孔が備えられ、前記第一の側に前記基板が存在する絶縁層と、
    前記絶縁層の前記第二の側に存在する前記少なくとも一つのスイッチング素子のための保護カバーとして機能する可塑性コーティングと、
    前記絶縁層の前記第一の側上に存在し、そして、前記絶縁層内の前記第一の孔を介して前記第一の電極に接続されている機能層が備えられた可塑性モノリシック電子装置。
  3. 前記機能層は、スイッチング素子と共に、表示画素を構成する電気光学層であることを特徴とする請求項1又は2に記載の可塑性電子装置。
  4. 前記活性層と前記機能層との間に導電層が存在し、該導電層内に画素電極が確定されていることを特徴とする請求項3に記載の可塑性電子装置。
  5. 前記表示画素は、第一及び第二の電極と誘電体とを有するキャパシタを備え、前記第一の電極は前記導電層内に存在し、そして、前記第二の電極は前記活性層内に確定され、前記絶縁層が前記誘電体として機能することを特徴とする請求項4に記載の可塑性電子装置。
  6. 前記基板にはKが高い領域とKが低い領域とが設けられ、前記Kが高い領域が前記キャパシタの前記誘電体として機能することを特徴とする請求項5に記載の可塑性電子装置。
  7. 前記スイッチング素子は前記活性層内部及び上部に存在する複数スイッチング素子のアレイの一部であり、前記活性層内部及び上部に存在する複数回路素子の集積回路を備える駆動回路により前記アレイが駆動されることを特徴とする請求項3に記載の可塑性電子装置。
  8. 前記機能層は、導電層であり、該導電層内にアンテナが確定され、そして、集積回路を構成するために複数の相互接続されたスイッチング素子が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の可塑性電子装置。
  9. 請求項1乃至8いずれかに記載の可塑性装置を備えた装置。
  10. キャリアと請求項1乃至8いずれかに記載の可塑性装置とを備えたラベルであって、前記キャリアに可逆的に又は除去可能に取り付けられたグルーの層が設けられているラベル。
  11. 請求項3乃至7いずれかに記載の可塑性電子装置を備えたロール可能なカートリッジ。
  12. 複数のスイッチング素子を備えた可塑性モノリシック電子装置を製造する方法であって、
    第一の側と対向する第二の側とを有し、前記第一の側の上に半導体材料の活性層が存在し、該活性層内部及び上部に複数のスイッチング素子が設けられ、該複数スイッチング素子の複数の第一の電極が前記活性層内に存在している基板を設け、
    複数のスイッチング素子を備える機能的エンティティが少なくとも一つのアイランド上に存在するように前記活性層を部分的に除去し、
    前記基板の前記第一の側に可塑性材料のコーティングを施して前記少なくとも一つのアイランドを覆い、前記コーティングの側面上に保護領域が設けられ、
    前記基板の前記第一の側にキャリア基板を一時的に取り付け、
    エッチャントによる湿式化学エッチング工程を含んで前記第二の側から前記基板を除去し、前記コーティングは前記保護領域により保護され、
    絶縁層内の孔を介して前記少なくとも一つの第一の電極に接続された前記第二の側上に機能層を設ける工程を備えた方法。
  13. 前記有機材料は、該有機材料が前記保護領域上には存在せず、装置領域に存在するように、所望のパターンにより施され、
    前記保護領域は付着手段を用いた処理により与えられ、
    前記キャリア基板から前記電子装置を除去するのは実質的に前記装置領域内に限られることを特徴とする請求項12に記載の方法。
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