(57)【要約】  高い歪み点、透明度、および低い熱膨張係数を示す、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−Ｐ2Ｏ5三成分系からのガラスの一群が開示されている。これらのガラスは、酸化物基準のガラスバッチから計算して、モルパーセントで表して、以下の組成：５５〜８０％のＳｉＯ2、１２〜３０％のＡｌ2Ｏ3、および２〜１５％のＰ2Ｏ5を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物基準のバッチから、モルパーセントで計算したときに、以下の組成：５５〜８０％のＳｉＯ2、１２〜３０％のＡｌ2Ｏ3、および２〜１５％のＰ2Ｏ5を有するガラス組成物。
【請求項２】
酸化物基準のバッチから、モルパーセントで計算したときに、以下の組成：６０〜７０％のＳｉＯ2、１５〜２５％のＡｌ2Ｏ3、および５〜１０％のＰ2Ｏ5を有する請求項１記載のガラス組成物。
【請求項３】
０から３００℃の温度範囲に亘り５〜４０×１０-7／℃の線熱膨張係数を有することを特徴とする請求項１記載のガラス組成物。
【請求項４】
約１６５０℃未満の溶融温度を有することを特徴とする請求項１記載のガラス組成物。
【請求項５】
８００℃より高い歪み点を有することを特徴とする請求項１記載のガラス組成物。
【請求項６】
改質酸化物をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のガラス組成物。
【請求項７】
約２．５ｇ／ｃｍ3未満の密度および約８００℃より高い歪み点を示すアルミノホスホケイ酸塩ガラスであって、酸化物基準のモルパーセントで計算して、以下の組成：：５５〜８０％のＳｉＯ2、１２〜３０％のＡｌ2Ｏ3、および２〜１５％のＰ2Ｏ5を有するガラス。
【請求項８】
約１６５０℃以下の溶融温度、透明無色の透明度、および８〜４０×１０-7／℃の線熱膨張係数を示すことを特徴とする請求項７記載のガラス。
【請求項９】
酸化物基準のモルパーセントで計算して、以下の組成：：５５〜８０％のＳｉＯ2、１２〜３０％のＡｌ2Ｏ3、および２〜１５％のＰ2Ｏ5を有する、電子ディスプレイ装置のためのガラス基板。
【請求項１０】
酸化物基準のバッチから、モルパーセントで計算したときに、以下の組成：６０〜７０％のＳｉＯ2、１５〜２５％のＡｌ2Ｏ3、および５〜１０％のＰ2Ｏ5を有する請求項９記載のガラス基板。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００３年１２月３０日に出願された米国仮特許出願第６０／５３３７６５号からの優先権の恩恵を主張する。その内容をここに引用する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、高い歪み点、低い熱膨張係数、および比較的低い密度により特徴付けられる、Ａｌ2Ｏ3−Ｐ2Ｏ5−ＳｉＯ2ガラスに関する。
【背景技術】
【０００３】
本発明の材料が電子素子のための基板の候補であることが最も重要である。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、太陽電池、電子部品、マイクロエレクトロニクス製品などの電子デバイスの製造におけるいくつかのプロセスは、非常に高い温度で行われる工程を含む。例えば、アクティブ・マトリクスＬＣＤでは、各ピクセルでダイオードまたは薄膜トランジスタなどのアクティブ・デバイスを用い、それによって、高いコントラストおよび速い応答速度が可能になる。多くのディスプレイ装置では現在、その加工が４５０℃未満の温度で行われている非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）を用いているが、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）加工が好ましい。ｐｏｌｙ−Ｓｉはずっと高い駆動電流および電子移動度を有し、それによって、ピクセルの応答時間が増す。さらに、ｐｏｌｙ−Ｓｉを用いると、ディスプレイの駆動回路をガラス基板上に直接構築することが可能である。これとは反対に、ａ−Ｓｉは、集積回路実装技法を用いて、ディスプレイの周囲に取り付けなければならない別個のドライバ・チップが必要である。最も効率的なｐｏｌｙ−Ｓｉ加工方法は、少なくとも８００℃の温度で動作する。そのようなプロセスでは、非常に高い電子移動度（迅速な切換えのため）および大面積に亘る優れたＴＦＴ均一性を有するｐｏｌｙ−Ｓｉフイルムを形成することができる。この製造プロセスは一般に、基板が８００℃の範囲の温度に加熱されることとなる高温プロセスを用いた薄膜の連続成膜およびパターン形成からなる。溶融シリカは、９９０〜１０００℃の十分に高い歪み点を有するが、その熱膨張係数（ＣＴＥ）は、シリコンの熱膨張係数よりも著しく低い（ＣＴＥ  ５×１０-7／℃対ＣＴＥ  ３７×１０-7／℃）。
【０００４】
他の電子デバイスに関しては、一般的な加工工程も、加工に耐えるために高温基板が必要である。最も高いレベルの電子製造では、ゲート酸化膜およびドーパントの活性化のアニーリングが必要である。これらのプロセスは、８００℃を超える温度で行われる。
【０００５】
基板に結合した単結晶シリコンの薄層を用いる単結晶シリコン（ｘ−Ｓｉ）製造技法の場合でさえも、高温基板が必要とされる。単結晶シリコンは、ｐｏｌｙ−Ｓｉにより達成されたものよりもさらに大きい電子移動度が可能になる。結合工程は、前述したように、高温並びにゲート酸化膜およびドーパントの活性化工程を必要とすることが多い。
【０００６】
よって、（１）高い歪み点（＞８００℃）を有し、（２）製造後の費用のかかる熱処理を必要とせず、（３）シリコンのＣＴＥに緊密に一致したＣＴＥを有し、（４）従来の溶融装置内で溶融できる、ガラスが必要とされている。さらに、ガラスが、可視光に対して透明であり、化学的耐久性であることが好ましい。これらのいくつかの品質は、フラット・パネル・ディスプレイ、光電池、フォトマスク、光磁気ディスク、並びに高温での安定性を必要とするチューブおよびファイバ用途などの様々な製品を製造するためのガラスに要求される。
【０００７】
フラット・パネル・ディスプレイでは、可視波長並びに紫外波長で必ず透明であるガラスシートが用いられる。そのガラスシートは、ガラス表面にシリコン層を製造するのに適合される必要がある。最初に、施されるシリコン層は非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）であった。そのようなデバイスの製造には、３５０℃以下の温度しか必要とされなかった。適切なガラスは、これらの条件下で使用するのに容易に入手可能であった。
【０００８】
コーティング材料としてａ−Ｓｉからｐｏｌｙ−Ｓｉおよびｘ−Ｓｉへの発展は、ガラス基板の使用に重大な課題をもたらした。ｐｏｌｙ−Ｓｉおよびｘ−Ｓｉのコーティングには、６００〜１０００℃の範囲にある、ずっと高い加工温度が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の主要な目的は、表面へのｐｏｌｙ−Ｓｉおよびｘ−Ｓｉコーティングの製造に適した性質を有するガラスを提供することにある。
【００１０】
別の目的は、８００〜９００℃での加工を可能にするために十分に高い歪み点を有するガラスを製造することにある。
【００１１】
さらに別の目的は、従来の工程により溶融でき、高品質のｐｏｌｙ−Ｓｉまたはｘ−Ｓｉ膜を施すための基板を提供できるガラスを提供することにある。
【００１２】
さらに別の目的は、その表面に高品質のｐｏｌｙ−Ｓｉまたはｘ−Ｓｉ薄膜を有する電子デバイス、特に、フラット・パネル・ディスプレイを提供することにある。
【００１３】
また別の目的は、Ａｌ2Ｏ3−Ｐ2Ｏ5−ＳｉＯ2から実質的になり、必要に応じて、アルカリ、アルカリ土類、遷移金属の酸化物、並びにランタニド系列の酸化物などの選択された酸化物を含有する、新規のガラス群を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、一部には、１より大きいＡｌ2Ｏ3／Ｐ2Ｏ5モル比、８００℃を超える歪み点、１６５０℃以下の溶融温度、無色透明の透明度、および５〜４０×１０-7／℃の熱膨張係数を有する、三成分アルミノホスホケイ酸塩(aluminophoshposilicate)ガラスの一群にある。
【００１５】
本発明はさらに、１より大きいＡｌ2Ｏ3／Ｐ2Ｏ5モル比、８００℃を超える歪み点、および５〜４０×１０-7／℃の熱膨張係数を有する透明なガラス基板上にｐｏｌｙ−シリコン膜を有する電子デバイスにある。
【００１６】
本発明のガラスは、広く、酸化物基準のガラスバッチから計算して、モル％で表して、以下の範囲：５５〜８０％のＳｉＯ2、１２〜３０％のＡｌ2Ｏ3、２〜１５％のＰ2Ｏ5、および０〜１５％のＲＯの範囲に入る組成を有する。
【００１７】
所望の特徴を与えるために、バッチに、いくつの融剤（改質酸化物）を加えてもよい。これらの融剤は元のガラスの歪み点を一般に低下させるが、それら融剤は、以下の目的のいくつかまたは全てにとって必要であることが多い：ＣＴＥを上昇させる、液相線温度を低下させる、圧密に好ましい歪み点を得る、特定の波長での吸収、溶融を容易にする、密度を変える、または耐久性を変える。特定の酸化物がガラスの物理的および化学的特性に対して持つ作用が一般に知られている。融剤は、１５％までの量で、または溶解度により限られるように、加えてよい。改質酸化物は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属の酸化物、並びにランタニド系列の酸化物から選択してよい。特定の例としては、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ａｓ2Ｏ3、ＳｎＯ2、Ｌｉ2Ｏ、Ｌａ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｇａ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｒｂ2Ｏ、Ｃｓ2Ｏ、ＢｅＯ、Ｓｃ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＰｂＯ、Ｂｉ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3および／またはＢ2Ｏ3が挙げられる。したがって、本発明の目的のために、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｓ、Ｓｎ、Ｌｉ、Ｌａ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｓｂまたは上述した適切な改質剤の定義に適合する任意の他の元素である。
【００１８】
これらのガラスは以下の特徴を有する：
歪み点              ＞８００℃
ＣＴＥ              ＞８×１０-7／℃
溶融                ＜１６５０℃
密度                ＞２．２ｇ／ｃｍ2
【００１９】
好ましい実施の形態は、ガラスバッチから計算した、酸化物基準のモル％で表して、以下に指定した範囲に含まれる組成を有する：６０〜７０％のＳｉＯ2、１５〜２５％のＡｌ2Ｏ3、５〜１０％のＰ2Ｏ5、および７％未満のＲＯ。
【実施例】
【００２０】
以下の表ＩおよびIIは、本発明の組成範囲を例証する、酸化物基準のモル％で表したいくつかの組成を示している。実際にバッチ成分は、他のバッチ成分と一緒に溶融されたときに、適切な比率で所望の酸化物に転化される、酸化物または他の化合物いずれかの任意の材料を含んでいてよい。
【００２１】
バッチ成分を配合し、均質な溶融物を生成するのに役立つように完全に一緒にタンブル混合し、白金坩堝中に装填した。その上に蓋を配置した後、坩堝を、１６００〜１６５０℃の温度で動作している炉内に移した。次いで、約１６時間後に坩堝を取り出し、そのように形成された溶融物を鋼製金型中に注型した。次いで、金型からガラス・パテを取り出し、ガラスのアニール点の温度（約９００℃）のアニール炉内に配置した。次いで、ガラスをアニール炉から取り出し、冷却させた。
【００２２】
表ＩおよびIIは、ガラス業界における従来の技法にしたがってガラスに測定したいくつかの物理的および化学的性質の測定値を列記している。それゆえ、０〜３００℃の温度範囲に亘る線熱膨張係数（ＣＴＥ）は、×１０-7／℃で表され、膨脹計により測定され；軟化点は、平行板粘度計により測定されて℃で表され；歪み点およびアニール温度は、ビーム・ベンディング式粘度計により測定されて℃で表されている。ＨＣｌ中の耐久性は、２４時間に亘り９５℃で５質量％ＨＣｌ水溶液の浴中に浸漬した後に損失質量（ｍｇ／ｃｍ2）を測定することにより決定した。液相線温度は、標準的な勾配炉試験を用いて測定した。溶融温度は、ガラス溶融物が３００ポアズの粘度を示す温度である。
【００２３】
必ずしも全ての組成について全試験が行われた訳ではないことが表から分かる。
【表１】
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【表２】
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【００２４】
歪み点は、溶融シリカよりもいくぶん低い。しかしながら、それらは、入手できる従来のように溶融したガラスよりも明らかに高く、意図する目的にとって極めて適している。三成分酸化物に関するガラス転移温度は全て９００℃より高く、このことは転じて、全て、８５０℃を超える歪み点を示すことに留意されたい。
【００２５】
いくつかの組成について、液相線温度は１５００℃未満である。好ましい組成は、１４５０℃の液相線温度を有する（８９１ＨＺＣ）。
【００２６】
図１は、幅広い温度範囲に亘る好ましい組成（８９１ＨＴＳ）の粘度を示す曲線である。
【００２７】
これらのガラスの低い熱膨張特性のために、耐火性および耐熱衝撃性を必要とする技術的状況の優れた候補となるのがさらに認識されよう。
【００２８】
本発明のガラスを、シリコンの薄層を支持する基板として使用すべき状況において、シリコンがガラスにより汚染されるのを保護するバリア層で表面を被覆することが必要であろう。そのようなバリア層は、一般的であり、当業者に公知である。適切なバリア層の例としては、シリカ並びに窒化ケイ素が挙げられる。
【００２９】
他の用途において、ガラスを着色することが有益であろう。遷移金属酸化物を添加すると、ガラスに色が与えられることが知られている。例えば、少量のコバルトは、ガラスにブルーまたはグレーの色を与えることが知られている。
【００３０】
本発明を限られた数の実施の形態に関して説明してきたが、この開示の恩恵を受けた当業者には、ここに開示した本発明の範囲から逸脱しない他の実施の形態も考え出せることが認識されよう。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により定義されている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の好ましい組成物に関する粘度曲線を示すグラフ
【図１】
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【国際調査報告】
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