JP2014522325A - 半導体デバイス用積層構造 - Google Patents
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Abstract
可撓性ガラスまたはポリマー及びアルカリマイグレーションに敏感であり得る半導体デバイスと積層されたガラス基板、例えばイオン強化ガラス、を用いる物品が、その物品を作製するための方法とともに、説明される。
Description
本出願は、２０１１年５月６日に出願された米国仮特許出願第６１/４８３１７５号の米国特許法第１１９条の下の優先権の恩典を主張し、２０１２年５月２日に出願された米国特許出願第１３/４６１９３１号の米国特許法第１２０条の下の優先権の恩典を主張する。本明細書は上記特許出願第１３/４６１９３１号の明細書の内容に依存し、その明細書の内容は全体が本明細書に参照として含められる。
実施形態は全般には積層構造を用いる物品に関し、さらに詳しくは、可撓性ガラス層またはポリマー層を有する強化ガラスをバックプレーン基板として用いる半導体デバイス及びその作製方法に関する。
電子書籍リーダー、ディスプレイデバイス、光電変換デバイス、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）及びその他の電子装置のような半導体デバイスは世界中で益々受け入れられるようになっているから、さらに高い機械的耐久性への要求が高まり続けている。バックプレーン基板としてガラスを用いるこれらの現行製品に対し、床への落下衝撃、苛酷な環境条件、または同様の事象はデバイス故障を生じさせ得るであろう。例えば、ガラスバックプレーン基板の破損は現行電子書籍リーダーにおける主要な故障モードである。
ガラスはデバイス製造業者にデバイス耐久性の制限要因と見なされており、ガラスの金属（例えば、アルミニウムまたはステンレス鋼）シートまたはポリマー（ポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレート）フィルムのような他の材料での置き換えが試みられている。金属及びポリマーのフィルムは脆くはないが、これらの材料にも限界がある。金属フィルムは粗すぎることが多く、平坦化層が必要である。ポリマーフィルムは溶剤不耐の傾向があり、熱−寸法限界がある。
理想的な基板は、高温に耐えることができ、粗さが小さい表面を提供することができ、処理溶液に影響されないでいることができ、最終製品タイプの日々の酷使に耐えることができるであろう。一般的に組み込まれているバックプレーンガラス基板より高い耐久性を有していれば、ガラスは理想的基板選択になるであろう。
積層構造、例えばアルカリ金属イオン汚染の欠点がない強化ガラス基板を用いる積層構造、を用いる機械的耐久性が高い半導体デバイスバックプレーンをつくることは有益であろう。
１つの可能性は、Ｇｏｒｉｌｌａ（コーニング社(Corning Incorporated)の登録商標）ガラスのような、強化ガラスをバックプレーン基板として用いることである。しかし、イオン交換Ｇｏｒｉｌｌａガラスは表面にナトリウム及びカリウムを豊富に含み、アルカリ金属は半導体デバイスの動作及び作製、例えばＴＦＴ製造、において不利となる。自由アルカリ金属イオンは代表的なシリコン（Ｓｉ）ＴＦＴデバイスを汚染することができ、アルカリ含有ガラスはＳｉＴＦＴの作製に用いられる代表的な高温真空処理において避けられるべきである。無アルカリガラスの使用はＳｉＴＦＴ作製において受容されるが、無アルカリガラスは現在のところ強化ガラス、例えばイオン交換ガラス、の機械的信頼性を有していない。他方で、有機ＴＦＴには高温処理が必要とされない。適するアルカリイオンバリアが存在すれば、半導体デバイス、例えば有機ＴＦＴ、を機械的耐久性がある強化ガラス、例えばイオン交換ガラス、の上に作製することができるであろう。
一実施形態は、
第１の表面及び第２の表面を有する、アルカリ含有ガラスであるガラス基板、及び
３０ｃｍ以上の半径まで曲がることができる能力を有し、第１の表面及び第２の表面を有する、無アルカリガラスである可撓性ガラス層であって、第１の表面はガラス基板の第２の表面に隣接する可撓性ガラス層、
を有する物品である。
第１の表面及び第２の表面を有する、アルカリ含有ガラスであるガラス基板、及び
３０ｃｍ以上の半径まで曲がることができる能力を有し、第１の表面及び第２の表面を有する、無アルカリガラスである可撓性ガラス層であって、第１の表面はガラス基板の第２の表面に隣接する可撓性ガラス層、
を有する物品である。
別の実施形態は、
第１の表面及び第２の表面を有するガラス基板、
３ｃｍ以上の半径まで曲がることができる能力を有し、第１の表面及び第２の表面を有する可撓性ガラス層であって、第１の表面はガラス基板の第２の表面に隣接する可撓性ガラス層、及び
可撓性ガラス層の第２の表面に接する半導体膜を有するデバイス、
を有する物品である。
第１の表面及び第２の表面を有するガラス基板、
３ｃｍ以上の半径まで曲がることができる能力を有し、第１の表面及び第２の表面を有する可撓性ガラス層であって、第１の表面はガラス基板の第２の表面に隣接する可撓性ガラス層、及び
可撓性ガラス層の第２の表面に接する半導体膜を有するデバイス、
を有する物品である。
別の実施形態は、
第１の表面及び第２の表面を有し、少なくとも２０キログラム重（ｋｇｆ）（１９.２ＭＰａ・ｃｍ２）のビッカースクラック発生閾を有する、強化ガラス基板、
第１の表面及び第２の表面を有するポリマー層であって、第１の表面は強化ガラス基板の第２の表面に隣接するポリマー層、及び
ポリマー層の第２の表面に隣接する半導体膜を有するデバイス、
を有する物品である。
第１の表面及び第２の表面を有し、少なくとも２０キログラム重（ｋｇｆ）（１９.２ＭＰａ・ｃｍ２）のビッカースクラック発生閾を有する、強化ガラス基板、
第１の表面及び第２の表面を有するポリマー層であって、第１の表面は強化ガラス基板の第２の表面に隣接するポリマー層、及び
ポリマー層の第２の表面に隣接する半導体膜を有するデバイス、
を有する物品である。
別の実施形態は、
第１の表面及び第２の表面を有するガラス基板を提供する工程、
３ｃｍ以上の半径まで曲がることができる能力を有し、第１の表面及び第２の表面を有する可撓性ガラス層であって、第１の表面はガラス基板の第２の表面に隣接する可撓性ガラス層を付ける工程、及び
可撓性ガラス層の第２の表面に隣接する半導体膜を有するデバイスを形成する工程、
を含む方法である。
第１の表面及び第２の表面を有するガラス基板を提供する工程、
３ｃｍ以上の半径まで曲がることができる能力を有し、第１の表面及び第２の表面を有する可撓性ガラス層であって、第１の表面はガラス基板の第２の表面に隣接する可撓性ガラス層を付ける工程、及び
可撓性ガラス層の第２の表面に隣接する半導体膜を有するデバイスを形成する工程、
を含む方法である。
別の実施形態は、
第１の表面及び第２の表面を有し、少なくとも２０ｋｇｆ（１９.２ＭＰａ・ｃｍ２）のビッカースクラック発生閾を有する、強化ガラス基板を提供する工程、
第１の表面及び第２の表面を有するポリマー層であって、第１の表面は強化ガラス基板の第２の表面に隣接するポリマー層を付ける工程、及び
ポリマー層の第２の表面に隣接する半導体膜を有するデバイスを形成する工程、
を含む方法である。
第１の表面及び第２の表面を有し、少なくとも２０ｋｇｆ（１９.２ＭＰａ・ｃｍ２）のビッカースクラック発生閾を有する、強化ガラス基板を提供する工程、
第１の表面及び第２の表面を有するポリマー層であって、第１の表面は強化ガラス基板の第２の表面に隣接するポリマー層を付ける工程、及び
ポリマー層の第２の表面に隣接する半導体膜を有するデバイスを形成する工程、
を含む方法である。
本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者には、その説明から容易に明らかであろうし、記述及び特許請求の範囲に、また添付図面にも、説明されるように本発明を実施することによって認められるであろう。
上述の全般的説明及び以下の詳細な説明が本発明の例示に過ぎず、特許請求されるような本発明の本質及び特質を理解するための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。
添付図面は本発明のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられた、本明細書の一部をなす。図面は本発明の１つ以上の実施形態を示し、記述とともに本発明の原理及び動作の説明に役立つ。
本発明は以下の詳細な説明だけから、または添付図面と合わせて、理解され得る。
様々な実施形態をここで詳細に参照する。
本明細書に用いられるように、用語「基板」はデバイスの構成に依存して下層基板または上層基板のいずれも表すために用いられ得る。例えば、太陽電池に集成されたときに、基板が太陽電池の光入射側にあれば、基板は上層基板である。上層基板は衝撃及び環境劣化からの光電変換材料の保護を提供することができ、同時に、太陽光スペクトルの適切な波長の透過を可能にすることができる。さらに、複数の太陽電池を太陽電池モジュールに配列することができる。太陽電池は、電池またはモジュールを、あるいはいずれも、表すことができる。
本明細書に用いられるように、用語「隣接する」は極めて近接していると定義することができる。隣接する構造は相互に接触していてもいなくても差し支えない。隣接する構造はそれらの間に配された他の層及び／または構造を有することができる。
一実施形態は、図１に示されるように、
第１の表面１２及び第２の表面１４を有する、アルカリ含有ガラスであるガラス基板１０、及び
３０ｃｍ以上の半径まで曲がることができる能力を有し、第１の表面及び第２の表面を有する、無アルカリガラスである可撓性ガラス層１６であって、第１の表面はガラス基板の第２の表面に隣接する可撓性ガラス層、
を有する物品１００である。半導体膜は可撓性ガラス層に隣接することができ、あるいは可撓性ガラス層上に半導体膜を配することができる。いくつかの実施形態において、半導体膜は、半導体膜を有するデバイス内にある。一実施形態において、物品は、例えば、電子書籍リーダー、ディスプレイデバイス、光電変換デバイスまたはＴＦＴデバイスの、バックプレーンである。
第１の表面１２及び第２の表面１４を有する、アルカリ含有ガラスであるガラス基板１０、及び
３０ｃｍ以上の半径まで曲がることができる能力を有し、第１の表面及び第２の表面を有する、無アルカリガラスである可撓性ガラス層１６であって、第１の表面はガラス基板の第２の表面に隣接する可撓性ガラス層、
を有する物品１００である。半導体膜は可撓性ガラス層に隣接することができ、あるいは可撓性ガラス層上に半導体膜を配することができる。いくつかの実施形態において、半導体膜は、半導体膜を有するデバイス内にある。一実施形態において、物品は、例えば、電子書籍リーダー、ディスプレイデバイス、光電変換デバイスまたはＴＦＴデバイスの、バックプレーンである。
一実施形態は、図１に示されるように、
第１の表面１２及び第２の表面１４を有するガラス基板１０、
３０ｃｍ以上の半径まで曲がることができる能力を有し、第１の表面１８及び第２の表面２０を有する可撓性ガラス層１６であって、第１の表面１８はガラス基板１０の第２の表面１４に隣接する可撓性ガラス層１６、及び
可撓性ガラス層１６の第２の表面２０に隣接する半導体膜を有するデバイス２２、
を有する物品１００である。
第１の表面１２及び第２の表面１４を有するガラス基板１０、
３０ｃｍ以上の半径まで曲がることができる能力を有し、第１の表面１８及び第２の表面２０を有する可撓性ガラス層１６であって、第１の表面１８はガラス基板１０の第２の表面１４に隣接する可撓性ガラス層１６、及び
可撓性ガラス層１６の第２の表面２０に隣接する半導体膜を有するデバイス２２、
を有する物品１００である。
一実施形態において、可撓性ガラス層はガラス基板上に配される、例えば、可撓性ガラス層はガラス基板に物理的に接している。可撓性ガラス層は、一実施形態において、無アルカリガラスである。無アルカリガラスは（例えば、バッチ形成されたガラス組成に）意図的に添加されたアルカリを含んでいないかまたは、例えば、０.０５重量％以下のアルカリ含有量、例えば０重量％アルカリ、を有することができる。一実施形態において、可撓性ガラス層またはシートは透明である。
可撓性ガラス層は、無アルカリガラス組成から作製して、＜３００ミクロン（μｍ）の厚さまでシート引きすることができる。例えば、可撓性ガラス層は３００μｍ以下、例えば２００μｍ以下、例えば１００μｍ以下、例えば５０μｍ以下、の平均厚を有する。一実施形態において、可撓性ガラス層は１５０μｍ以下の平均厚を有する。可撓性ガラス層は、その表面上での高性能ＴＦＴの作製を可能にするような、代表的なフュージョンドロー液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）基板の寸法許容差及び表面品質を有することができよう。いくつかの実施形態において、可撓性ガラス層では、３０ｃｍ以上、２５ｃｍ以上、２０ｃｍ以上、１５ｃｍ以上、１０ｃｍ以上、５ｃｍ以上、３ｃｍ以上、または１ｃｍ以上、の最小曲げ半径が可能である。可撓性ガラス層では、クラック発生、破砕及び／または破断をおこさずに、この最小曲げ半径が可能である。
一実施形態において、デバイスは可撓性ガラス層上に配される。例えば、デバイスは可撓性ガラス層と物理的に接触している。
一実施形態にしたがい、図１に示される、物品はさらに可撓性ガラス層１６とガラス基板１０の間に必要に応じて配される接合層２４を有する。接合層が存在する場合、一実施形態において、接合層はラミネート層であり、可撓性ガラス層はガラス基板に積層される。このラミネート層は有機または無機の接着フィルムとすることができよう。別の例として、接合層２４は光硬化性または熱硬化性の接着層とすることができよう。感圧接着剤、光硬化性有機接着剤、シリコーンフィルム及び熱硬化性接着剤、フリットのような無機層が、接合層２４の例である。
一実施形態において、ガラス基板はガラスシートの形態にある。ガラス基板は、一実施形態において、少なくとも２０ｋｇｆ（１９.２ＭＰａ・ｃｍ２）のビッカースクラック発生閾を有する、強化ガラス基板を含む。ガラス基板はイオン交換ガラスとすることができる。ガラス基板は平坦または非平坦であり得る。
いくつかの実施形態にしたがえば、ガラス基板は４ｍｍ以下、例えば３.５ｍｍ以下、例えば３.２ｍｍ以下、例えば３.０ｍｍ以下、例えば例えば２.５ｍｍ以下、例えば２.０ｍｍ以下、例えば１.９ｍｍ以下、例えば１.８ｍｍ以下、例えば１.５ｍｍ以下、例えば１.１ｍｍ以下、例えば０.５ｍｍ〜２.０ｍｍ、例えば０.５ｍｍ〜１.１ｍｍ、例えば０.７ｍｍ〜１.１ｍｍ、の厚さを有する。これらは厚さの例であるが、ガラス基板は、０.１ｍｍから、４.０ｍｍを含めて、４.０ｍｍまでの範囲にある、いずれの桁数の小数部も含む、いかなる数値の厚さも有することができる。
一実施形態において、ガラス基板の第１の表面上に機能層が配される。機能層は、防眩層、汚れ防止層、自浄層、反射防止層、防指紋層、光散乱層及びこれらの組合せから選ぶことができる。
別の実施形態は、図３に示されるように、
第１の表面１２及び第２の表面１４を有し、少なくとも２０ｋｇｆのビッカースクラック発生閾を有する、強化ガラス基板１０，
第１の表面２８及び第２の表面３０を有するポリマー層２６であって、第１の表面２８は強化ガラス基板１０の第２の表面１４に隣接するポリマー層２６、及び
ポリマー層２６の第２の表面３０に隣接する半導体膜を有するデバイス２２、
を有する物品３００である。
第１の表面１２及び第２の表面１４を有し、少なくとも２０ｋｇｆのビッカースクラック発生閾を有する、強化ガラス基板１０，
第１の表面２８及び第２の表面３０を有するポリマー層２６であって、第１の表面２８は強化ガラス基板１０の第２の表面１４に隣接するポリマー層２６、及び
ポリマー層２６の第２の表面３０に隣接する半導体膜を有するデバイス２２、
を有する物品３００である。
一実施形態において、強化ガラス基板はガラスシートの形態にある。強化ガラス基板はイオン交換ガラスとすることができる。強化ガラス基板は平坦または非平坦であり得る。例えば、強化ガラス基板は単一の半径または可変の半径をもって湾曲することができる。図２に示されるように、可撓性ガラス層１６は湾曲した強化ガラス基板１０の凹面に接合させることができる。図示されていない別の実施形態は、湾曲した強化ガラス基板１０の凸面にも可撓性ガラス層１６を接合させることができる実施形態である。
民生エレクトロニクス及び高レベルの耐損傷性が望ましいその他の分野におけるような用途に用いるために設計されたガラスは、熱的手段（例えば風冷強化）または化学的手段によって強化されることが多い。イオン交換はそのような用途に対してガラス品を化学的に強化するために広く用いられている。このプロセスにおいては、第１の金属イオン（例えば、Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，等におけるアルカリ陽イオン）を含有するガラス品の少なくとも一部が、ガラス内に存在する第１の金属イオンより大きいかまたは小さい第２の金属イオンを含有するイオン交換浴または媒質内に浸漬されるか、別の手段で接触させられる。第１の金属イオンはガラス表面からイオン交換浴／媒質に拡散し、同時にイオン交換浴／媒質からの第２の金属イオンが、ガラスの表面下の層深さまで、第１の金属イオンと置き換わる。ガラス内の小さいイオンに対する大きなイオンの置換はガラス表面に圧縮応力を発生させ、ガラス内の大きなイオンに対する小さなイオンの置換は一般にガラスの表面に引張応力を発生させる。いくつかの実施形態において、第１の金属イオン及び第２の金属イオンは一価のアルカリ金属イオンである。しかし、Ａｇ＋，Ｔｌ＋，Ｃｕ＋等のような他の一価金属イオンもイオン交換プロセスに用いることができる。
一実施形態において、ガラス基板はアルカリ含有ガラスである。例えば、ガラス基板は少なくとも１つの意図的に添加された、Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ，ＣｓまたはＲｂのような、アルカリ金属を有する。一実施形態において、ガラス基板はＫ，Ｎａまたはこれらの組合せを有する。ガラス基板は、重量％で、ゼロより多く、例えば５より多く、例えば１０より多く、例えば１２より多く、例えば１５より多く、例えば２０より多く、例えばゼロより多くて２５までの、アルカリを含む。一実施形態において、ガラス基板は、ソーダ石灰ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、アルカリアルミノホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラスまたはアルカリアルミノケイ酸ガラスである。一実施形態において、強化ガラス基板はイオン交換ガラス基板である。
一実施形態において、ガラス基板は、ガラスがガラスの表面から少なくとも２０μｍの層深さまでイオン交換された、強化ガラスを含む。
一実施形態において、本明細書に説明される強化ガラス基板は、イオン交換により化学的に強化されている場合、少なくとも約５ｋｇｆ（キログラム重）（４.８ＭＰａ・ｃｍ２）、いくつかの実施形態においては少なくとも約１０ｋｇｆ（９.６ＭＰａ・ｃｍ２）、いくつかの実施形態であって別の実施形態においては少なくとも約２０ｋｇｆ（１９.２ＭＰａ・ｃｍ２）、例えば約３０ｋｇｆ（２８.８ＭＰａ・ｃｍ２）、のビッカースクラック発生閾を示す。図９はイオン交換ガラス基板の例、例えばＧｏｒｉｌｌａガラス、の様々な厚さにおけるリングオンリング破壊荷重を示すグラフである。
一実施形態において、強化ガラス基板の第１の表面上に機能層が配される。機能層は、防眩層、汚れ防止層、自浄層、反射防止層、防指紋層、防破砕層、光散乱層及びこれらの組合せから選ぶことができる。
別の実施形態は、
第１の表面及び第２の表面を有するガラス基板を提供する工程、
３ｃｍ以上の半径まで曲がることができる能力を有し、第１の表面及び第２の表面を有する可撓性ガラス層であって、第１の表面はガラス基板の第２の表面に隣接する可撓性ガラス層を付ける工程、及び
可撓性ガラス層の第２の表面に隣接する半導体膜を有するデバイスを形成する工程、
を含む方法である。
第１の表面及び第２の表面を有するガラス基板を提供する工程、
３ｃｍ以上の半径まで曲がることができる能力を有し、第１の表面及び第２の表面を有する可撓性ガラス層であって、第１の表面はガラス基板の第２の表面に隣接する可撓性ガラス層を付ける工程、及び
可撓性ガラス層の第２の表面に隣接する半導体膜を有するデバイスを形成する工程、
を含む方法である。
一実施形態において、方法はイオン交換ガラスシート上に極薄可撓性ガラスシート層を付ける工程を含む。無アルカリ可撓性ガラスシートを有機接着剤またはガラス−ガラス接合プロセス、例えばロールツウロール法、によって接合することができる。実質的無アルカリ可撓性ガラスはイオン交換ガラスシートからのアルカリイオンのマイグレーションを有効に遮断することができる。一実施形態にしたがえば、可撓性ガラスシートをイオン交換ガラスシートに接合した後、可撓性ガラスシート上にＴＦＴを作製することができる。
別の実施形態は、
第１の表面及び第２の表面を有し、少なくとも２０ｋｇｆのビッカースクラック発生閾を有する、強化ガラス基板を提供する工程、
第１の表面及び第２の表面を有するポリマー層であって、第１の表面は強化ガラス基板の第２の表面に隣接するポリマー層を付ける工程、及び
ポリマー層の第２の表面に隣接する半導体膜を有するデバイスを形成する工程、
を含む方法である。
第１の表面及び第２の表面を有し、少なくとも２０ｋｇｆのビッカースクラック発生閾を有する、強化ガラス基板を提供する工程、
第１の表面及び第２の表面を有するポリマー層であって、第１の表面は強化ガラス基板の第２の表面に隣接するポリマー層を付ける工程、及び
ポリマー層の第２の表面に隣接する半導体膜を有するデバイスを形成する工程、
を含む方法である。
ポリマー層は溶液処理法によって被着することができる。ポリマーは熱硬化（架橋）型または光硬化（架橋）型とすることができよう。ポリマー層は、以降の＜２００℃におけるバックプレーン作製のための絶縁層及び誘電体層のいずれとすることもできよう。本方法は有機半導体材料を用いて作製されるようなＴＦＴに適している。
可撓性ガラス層またはポリマー層がガラス基板に付けられた後、可撓性ガラス層またはポリマー層の第２の表面上に半導体膜を有するデバイスを作製することができる。例えば、有機ＴＦＴは、可撓性ガラス層またはポリマー層を有するイオン交換ガラス基板を有することができる。可撓性ガラス層上またはポリマー層上にゲート電極、誘電体層、ドレイン電極、ソース電極及び有機半導電性チャネル層を形成することができる。これらの層は、縦型または横型のトランジスタデバイスを形成するため、様々な順序で積み重ねることができる。有機半導電性チャネル層は、半導電性の小分子、オリゴマー及び／またはポリマーを含む。誘電体層は、２００℃以下において膜として施すことができるいずれかの有機または無機の材料からなることができる。このようにすれば、機械的に耐久性があるパックプレーンが作製される。
別の手法において、Ｓｉ、酸化物またはその他のＴＦＴを無アルカリ可撓性ガラス層上に、可撓性ガラス層をイオン交換ガラス基板に積層する前に、作製することができる。これにより、バックプレーン作成中にプロセス互換の可撓性ガラスを用いることが可能になる。次いでこれをイオン交換ガラス基板に接合することで、機械的に耐久性がある積層が作製される。
図４〜７はＴＦＴデバイスを有する物品の実施形態を示す。本明細書に用いられるように、用語「底面ゲート／上面コンタクト型トランジスタ」は図４に示されるような構造例を有するＴＦＴデバイスを指す。（先に説明した実施形態のいずれであるかによって）ガラス基板、強化ガラス基板またはイオン交換ガラス基板１０上の、（先に説明した実施形態のいずれであるかによって）可撓性ガラス層１６またはポリマー層２６上に、ゲート電極３２が被着され、続いて誘電体層３４，次に半導電性層３６が被着される。さらに、半導電性層３６の上面にドレイン電極３８及びソース電極４０が被着される。
用語「底面ゲート／底面コンタクト型トランジスタ」は図５に示されるような構造例を有するＴＦＴデバイスを指す。（先に説明した実施形態のいずれであるかによって）ガラス基板、強化ガラス基板またはイオン交換ガラス基板１０上の、（先に説明した実施形態のいずれであるかによって）可撓性ガラス層１６またはポリマー層２６上に、ゲート電極３２が被着され、続いて誘電体層３４，次にドレイン電極３８及びソース電極４０が被着される。さらに。これらの下位層の上面に半導電性層３６が被着される。
用語「上面ゲート／底面コンタクト型トランジスタ」は図６に示されるような構造例を有するＴＦＴデバイスを指す。（先に説明した実施形態のいずれであるかによって）ガラス基板、強化ガラス基板またはイオン交換ガラス基板１０上の、（先に説明した実施形態のいずれであるかによって）可撓性ガラス層１６またはポリマー層２６上に、ドレイン電極３８及びソース電極４０が被着される。次いで半導電性層３６が上面に被着され、続いて誘電体層３４，次いでゲート電極３２が被着される。
用語「上面ゲート／上面コンタクト型トランジスタ」は図７に示されるような構造例を有するＴＦＴデバイスを指す。（先に説明した実施形態のいずれであるかによって）ガラス基板、強化ガラス基板またはイオン交換ガラス基板１０上の、（先に説明した実施形態のいずれであるかによって）可撓性ガラス層１６またはポリマー層２６上に、半導電性層３６が被着され、続いてドレイン電極３８及びソース電極４０が被着される。さらに誘電体層３４が上面に被着され、続いてゲート電極３２が被着される。
実施例１：イオン交換ガラス上の底面ゲート／上面コンタクト型有機ＴＦＴ
ポリマー誘電体層上にチオフェンコポリマーのような有機半導電性材料の薄層を溶液流延することでＴＦＴデバイスを作製することができる。
ポリマー誘電体層上にチオフェンコポリマーのような有機半導電性材料の薄層を溶液流延することでＴＦＴデバイスを作製することができる。
この方法例は、アセトン内、次いでイソプロパノール内での音波処理によってイオン交換ガラス基板を洗浄する工程、２オングストローム毎秒（Å/秒）で３０ｎｍ厚のパターン化金（Ａｕ）ゲート電極を被着する工程、１０００回転毎分（ｒｐｍ）で３０秒、プロピレングリコールメチルエーテルアセトン（ＰＧＭＥＡ）及びメラミン内約１１重量パーセント（重量％）（膜厚：〜８００ナノメートル（ｎｍ）から１μｍ）ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）混合溶液をスピン流延する工程、及びこの層を３分以内に紫外（ＵＶ）光で硬化させる工程を含む。この方法はさらに、Ｐ２ＴＤＣ１７ＦＴ４（有機半導電性ポリマー）を１,２-ジクロロベンゼンに、１ミリリットル当たり３ミリグラム（ｍｇ/ｍＬ）溶解させる工程、デバイス全体をホットプレート上１００℃で３０分間アニールする工程及び３０ｎｍ厚のＡｕのソース電極及びドレイン電極を２Å/秒で被着する工程を含む。
実施例２：可撓性ガラス層のイオン交換ガラスへの接合及び可撓性ガラス層上のトランジスタの作製
既述したように、可撓性ガラス層を機械的な耐久性があるイオン交換ガラス基板に接合して複合構造を作製することができる。この複合構造は高品質ＴＦＴの作製及び性能のための無アルカリ可撓性ガラス表面を提供する。複合構造はイオン交換ガラスの高い機械的耐久性も提供する。
既述したように、可撓性ガラス層を機械的な耐久性があるイオン交換ガラス基板に接合して複合構造を作製することができる。この複合構造は高品質ＴＦＴの作製及び性能のための無アルカリ可撓性ガラス表面を提供する。複合構造はイオン交換ガラスの高い機械的耐久性も提供する。
可撓性ガラス層は無アルカリガラス組成から作製して、＜３００μｍの厚さまでシート引きすることができる。例えば、可撓性ガラス層は３００μｍ以下、例えば２００μｍ以下、例えば１００μｍ以下、例えば５０μｍ以下、の厚さを有することができる。可撓性ガラス層は、その表面上での高性能ＴＦＴの作製を可能にするような、代表的なフュージョンドローＬＣＤ基板の寸法許容差及び表面品質を有することができよう。
イオン交換ガラス基板は、＜１.５ｍｍの厚さを有することができ、Ｇｏｒｉｌｌａガラス及び、完全に統合化されたタッチ（ＦＩＴ）製品基板に一般的な機械的耐久特性と同様の、機械的耐久特性を有することができる。例えば、最終寸法に前もって切断されたデバイス基板上へのバックプレーン作製を可能にする圧縮層を有することができるであろうし、あるいは、ほぼ１ｍ×１ｍ大ないしさらに大きい基板上の、あるいは後に仕上り形状に切断される同様の基板上の、バックプレーン作成を可能に得ることができるであろう。
可撓性ガラスは貼合せまたはその他の接合方法によってイオン交換ガラスの表面に接合させることができる。可撓性ガラスはイオン交換ガラスと同じ寸法を有することができ、あるいは可撓性ガラスはかなり小さくすることができて、イオン交換ガラス表面内にいくつかの個別可撓性ガラス片を接合することが可能になり得る。有機半導体デバイスの低温処理要件に適合するように、可撓性ガラスは、例えばシリコーンでつくられた感圧接着剤（ＰＳＡ）またはアクリル系接着剤を用いて接合することができる。代表的なＰＳＡフィルムの厚さは１２.５〜５０μｍの範囲にある。可撓性ガラスは可撓性ガラスまたはイオン交換ガラスに塗布された硬化性接着剤の使用によって接合することもできる。この接着剤も熱またはＵＶ（光）で硬化させることができる。
既述したように、可撓性ガラス層がイオン交換ガラス基板に接合される前または後に、可撓性ガラス表面上に半導体デバイスを作製することができる。接合前に半導体デバイスが作製される場合、デバイスは、バッチ法、連続シート供給法またはロールツウロール法のような技術上既知の方法によって作成することができる。これらの方法は可撓性ガラスの、ポリマーフィルムに比較して、高い寸法安定性を利用する。
デバイスが完全にまたはある程度作製された後、必要であれば、個別のデバイス基板に分離するため、レーザ切断のような大強度切断法を用いることができる。これにより、表面及び縁端の強度が大きい、機械的耐久性が高いバックプレーンが可能になる。
実施例３：可撓性ガラス層上に構成した有機ＴＦＴデバイス
可撓性ガラス上に有機半導体デバイスを作製できる能力を実際に示すため、１００μｍ厚可撓性ガラス基板上に有機ＴＦＴバックプレーンを作製した。接着促進剤として可撓性ガラス上にスピンコートした有機ハードコーティングでＯＴＦＴの作製を開始した。有機ハードコーティング上に金を真空蒸着することでソース電極及びドレイン電極を形成した。次いで。空気中で極めて安定なポリマー半導体をスピンコートし、フォトリソグラフィでパターニングした。５１０μｍ厚ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）誘電体層を被着し、続いて５０ｎｍ厚の金でつくられた電極を形成した。最後に、３０ｎｍ厚有機中間層フィルムをスピンコートし、このフィルムのパターニングはやはりフォトリソグラフィで行った。中間層及び誘電体層を貫通してドレイン電極に達するバイアホールの形成は誘導結合プラズマリアクティブエッチング装置によってなされていることに注意されたい。可撓性ガラス上の４.７インチ（１１９.４ｍｍ）バックプレーンの作製時に、以前のポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）基板上に構成されるデバイスに比較して、低熱膨張により個々のフォトリソグラフィプロセス間の一層良い位置合せが可能になったことに気付いた。
可撓性ガラス上に有機半導体デバイスを作製できる能力を実際に示すため、１００μｍ厚可撓性ガラス基板上に有機ＴＦＴバックプレーンを作製した。接着促進剤として可撓性ガラス上にスピンコートした有機ハードコーティングでＯＴＦＴの作製を開始した。有機ハードコーティング上に金を真空蒸着することでソース電極及びドレイン電極を形成した。次いで。空気中で極めて安定なポリマー半導体をスピンコートし、フォトリソグラフィでパターニングした。５１０μｍ厚ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）誘電体層を被着し、続いて５０ｎｍ厚の金でつくられた電極を形成した。最後に、３０ｎｍ厚有機中間層フィルムをスピンコートし、このフィルムのパターニングはやはりフォトリソグラフィで行った。中間層及び誘電体層を貫通してドレイン電極に達するバイアホールの形成は誘導結合プラズマリアクティブエッチング装置によってなされていることに注意されたい。可撓性ガラス上の４.７インチ（１１９.４ｍｍ）バックプレーンの作製時に、以前のポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）基板上に構成されるデバイスに比較して、低熱膨張により個々のフォトリソグラフィプロセス間の一層良い位置合せが可能になったことに気付いた。
バックプレーンを作製した後、スピックスイメージング社(Spix Imaging Inc.)から供給されたＥＰＤフィルムを積層してＡＭ-ＥＰＤデバイスを作製した。ＯＴＦＴ前面へのＥＰＤの積層には、積層形成温度が１００℃の、熱積層プロセスを用いた。
図８は有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）デバイスを有する薄い可撓性ガラス層上に積層した電気泳動型ディスプレイ（ＥＰＤ）の写真である。
本明細書に説明される実施形態は以下の利点、
強化ガラス、例えばイオン交換ガラス基板、の上にＴＦＴ及び回路を作製するための実用的手段を提供し、ディスプレイバックプレーンに適する基板としての強化ガラス、例えばイオン交換ガラス、の使用を促進する、
強化ガラス、例えばイオン交換ガラス、の上の電子デバイスの作製を、ガラスの優れた圧縮強度を変えずに、可能にする、及び／または
イオン交換ガラス上のイオンの電子デバイスの活性層内へのマイグレーションを最小限に抑えるための容易な手段を提供する、
のうちの１つ以上を提供することができる。
強化ガラス、例えばイオン交換ガラス基板、の上にＴＦＴ及び回路を作製するための実用的手段を提供し、ディスプレイバックプレーンに適する基板としての強化ガラス、例えばイオン交換ガラス、の使用を促進する、
強化ガラス、例えばイオン交換ガラス、の上の電子デバイスの作製を、ガラスの優れた圧縮強度を変えずに、可能にする、及び／または
イオン交換ガラス上のイオンの電子デバイスの活性層内へのマイグレーションを最小限に抑えるための容易な手段を提供する、
のうちの１つ以上を提供することができる。
本発明の精神または範囲を逸脱することなく本発明に様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本発明の改変及び変形が添付される特許請求項及びそれらの等価形態の範囲内に入れば、本発明はそのような改変及び変形を包含するとされる。
１０ ガラス基板
１２，１４ 基板の表面
１６ 可撓性ガラス層
１８，２０ 可撓性ガラス層の表面
２２ デバイス
２４ 接合層
２６ ポリマー層
２８，３０ ポリマー層の表面
３２ ゲート電極
３４ 誘電体層
３６ 半導電性層
３８ ドレイン電極
４０ ソース電極
１００，２００，３００ 物品
１２，１４ 基板の表面
１６ 可撓性ガラス層
１８，２０ 可撓性ガラス層の表面
２２ デバイス
２４ 接合層
２６ ポリマー層
２８，３０ ポリマー層の表面
３２ ゲート電極
３４ 誘電体層
３６ 半導電性層
３８ ドレイン電極
４０ ソース電極
１００，２００，３００ 物品
Claims (5)
- 物品において、
第１の表面及び第２の表面を有する、アルカリ含有ガラスであるガラス基板、及び
３０ｃｍ以上の半径まで曲がることができる能力を有し、第１の表面及び第２の表面を有する、無アルカリガラスである可撓性ガラス層であって、前記第１の表面は前記ガラス基板の前記第２の表面に隣接する可撓性ガラス層、
を有することを特徴とする物品。 - 物品において、
第１の表面及び第２の表面を有するガラス基板、
３０ｃｍ以上の半径まで曲がることができる能力を有し、第１の表面及び第２の表面を有する可撓性ガラス層であって、前記第１の表面は前記ガラス基板の前記第２の表面に隣接する可撓性ガラス層、及び
前記可撓性ガラス層の前記第２の表面に隣接する半導体膜を有するデバイス、
を有することを特徴とする物品。 - 物品において、
第１の表面及び第２の表面を有し、少なくとも２０ｋｇｆ（１９.２ＭＰａ・ｃｍ２）のビッカースクラック発生閾を有する、強化ガラス基板、
第１の表面及び第２の表面を有するポリマー層であって、前記第１の表面は前記強化ガラス基板の前記第２の表面に隣接するポリマー層、及び
前記ポリマー層の前記第２の表面に隣接する半導体膜を有するデバイス、
を有することを特徴とする物品。 - 方法において、
第１の表面及び第２の表面を有する、ガラス基板を提供する工程、
３０ｃｍ以上の半径まで曲がることができる能力を有し、第１の表面及び第２の表面を有する、可撓性ガラス層であって、前記第１の表面は前記ガラス基板の前記第２の表面に隣接する可撓性ガラス層を付ける工程、及び
前記可撓性ガラス層の前記第２の表面に隣接する半導体膜を有するデバイスを形成する工程、
を含むことを特徴とする方法。 - 方法において、
第１の表面及び第２の表面を有し、少なくとも２０ｋｇｆ（１９.２ＭＰａ・ｃｍ２）のビッカースクラック発生閾を有する、強化ガラス基板を提供する工程、
第１の表面及び第２の表面を有するポリマー層であって、前記第１の表面は前記強化ガラス基板の前記第２の表面に隣接するポリマー層を付ける工程、及び
前記ポリマー層の前記第２の表面に隣接する半導体膜を有するデバイスを形成する工程、
を含むことを特徴とする方法。
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