(57)【要約】  電子デバイス（１０）を形成する方法として、プラスチック素材を含みその片面上に金属被覆を備える基板（２０）を準備し、その金属被覆の一部をエッチングして金属被覆パターンを形成し、その基板の少なくとも片面に微粒子状素材（１６）を埋め込み、その基板（２０）上に薄膜半導体素材の層を成長させる方法を提供する。
2010506400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）プラスチック素材を一種類又は複数種類含みその片面上に金属被覆を備える基板を準備するステップと、
ｂ）その金属被覆の一部をエッチングして金属被覆パターンを形成するステップと、
ｃ）基板の他面に微粒子状素材を埋め込むステップと、
ｄ）その微粒子状素材埋込面上に薄膜電子デバイスを形成するステップと、
を有する電子デバイス形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の電子デバイス形成方法であって、その微粒子状素材として繊維を使用する電子デバイス形成方法。
【請求項３】
請求項１記載の電子デバイス形成方法であって、その薄膜電子デバイスとして薄膜トランジスタを１個又は複数個形成する電子デバイス形成方法。
【請求項４】
請求項１記載の電子デバイス形成方法であって、更に、その薄膜電子デバイスと金属被覆パターンを結ぶビアを形成するステップを有する電子デバイス形成方法。
【請求項５】
ａ）プラスチック素材を一種類又は複数種類含みその片面上に金属被覆を備える基板を準備するステップと、
ｂ）金属被覆面から見て裏側にある未被覆面に微粒子状素材を埋め込むステップと、
ｃ）その金属被覆に対するエッチングによりトレースパターンを形成するステップと、
ｄ）基板の微粒子状素材埋込面にプラナリゼーション素材を被着させることによりプラナリゼーション層を形成するステップと、
ｅ）その面上に更に薄膜電子デバイスを形成するステップと、
ｆ）その薄膜電子デバイスとトレースパターンの一部を接続するビアを形成するステップと、
を有する電子デバイス形成方法。
【請求項６】
ａ）ベース基板となるプラスチック素材を一種類又は複数種類含みその片面上に金属被覆を備える基板を準備するステップと、
ｂ）その金属被覆内に導電性のトレースパターンを形成するステップと、
ｃ）一種類又は複数種類のバインド用プラスチック素材と一種類又は複数種類の微粒子状素材とを含む複合素材でベース基板の他面を被覆することにより複合素材被覆面を１個又は複数個形成するステップと、
ｄ）少なくとも１個の複合素材被覆面上に薄膜電子デバイスを形成するステップと、
を有する電子デバイス形成方法。
【請求項７】
請求項６記載の電子デバイス形成方法であって、更に、そのトレースパターンと薄膜電子デバイスを結ぶビアを形成するステップを有する電子デバイス形成方法。
【請求項８】
ａ）一種類又は複数種類のプラスチック素材及び一種類又は複数種類の微粒子状素材を含みその片面が金属被覆パターン具備面であり他面が金属被覆パターン不具備面である基板を準備するステップと、
ｂ）その金属被覆パターン不具備面を処理することでその面における対プラスチック素材微粒子状素材比率を高めるステップと、
ｃ）その処理が済んだ面上に薄膜電子デバイスを形成するステップと、
ｄ）その薄膜電子デバイスと金属被覆パターンを接続するステップと、
を有する電子デバイス形成方法。
【請求項９】
請求項８記載の電子デバイス形成方法であって、上記表面処理ステップが、その面上のプラスチック素材を化学物質で除去するステップを含む電子デバイス形成方法。
【請求項１０】
請求項８記載の電子デバイス形成方法であって、上記表面処理ステップが、その面上のプラスチック素材をプラズマエッチングで除去するステップを含む電子デバイス形成方法。
【請求項１１】
請求項８記載の電子デバイス形成方法であって、上記表面処理ステップが、その面上のプラスチック素材を熱で除去するステップを含む電子デバイス形成方法。
【請求項１２】
請求項８記載の電子デバイス形成方法であって、上記表面処理ステップが、その面上のプラスチック素材を超臨界ＣＯ2への露出で除去するステップを含む電子デバイス形成方法。
【請求項１３】
請求項８記載の電子デバイス形成方法であって、上記表面処理ステップが、その面上のプラスチック素材をレーザアブレーションで除去するステップを含む電子デバイス形成方法。
【請求項１４】
請求項８記載の電子デバイス形成方法であって、上記表面処理ステップが、その面上のプラスチック素材を真空中熱分解で除去するステップを含む電子デバイス形成方法。
【請求項１５】
請求項８記載の電子デバイス形成方法であって、上記表面処理ステップが、その面上のプラスチック素材をコロナ放電処理で除去するステップを含む電子デバイス形成方法。
【請求項１６】
ａ）ＰＴＦＥ(polytetrafluoroethylene)及び一種類又は複数種類の微粒子状素材を含む基板を準備するステップと、
ｂ）その基板の片面又は両面上に薄膜電子デバイスを形成するステップと、
ｃ）その基板の他面上に電子回路用のトレースパターンを形成するステップと、
ｄ）そのトレースパターンと薄膜電子デバイスを接続するビアを形成するステップと、
を有する電子デバイス形成方法。
【請求項１７】
ａ）ＰＴＦＥ(polytetrafluoroethylene)、一種類又は複数種類の他種プラスチック素材及び一種類又は複数種類の微粒子状素材を含む基板を準備するステップと、
ｂ）その基板の片面又は両面上に薄膜電子デバイスを形成するステップと、
ｃ）その基板の他面上に金属パターン層を形成するステップと、
ｄ）その金属パターン層と薄膜電子デバイスを接続するビアを形成するステップと、
を有する電子デバイス形成方法。
【請求項１８】
ａ）ＰＴＦＥ(polytetrafluoroethylene)及び一種類又は複数種類の微粒子状素材を含む基板を準備するステップと、
ｂ）その基板の片面上に金属パターン層を形成するステップと、
ｃ）その基板をキャリアに積載するステップと、
ｄ）その基板上に電子デバイスを形成するステップと、
ｅ）その電子デバイスと金属パターン層を接続するビアを形成するステップと、
を有する電子デバイス形成方法。
【請求項１９】
ａ）複数種類のプラスチック素材及び一種類又は複数種類の微粒子状素材を含みその片面上に金属被覆パターンがある１枚又は複数枚の基板を準備するステップと、
ｂ）少なくとも１枚の基板をキャリアに積載するステップと、
ｃ）金属被覆パターンと基板の他面を結ぶビアを形成するステップと、
ｄ）当該他面上に電子デバイスを形成するステップと、
を有する電子デバイス形成方法。
【請求項２０】
請求項１７記載の電子デバイス形成方法であって、その他種プラスチック素材としてＰＩ(polyimide)を使用する電子デバイス形成方法。
【請求項２１】
請求項１９記載の電子デバイス形成方法であって、更に、キャリアから基板を取り外すステップを有する電子デバイス形成方法。
【請求項２２】
請求項１記載の電子デバイス形成方法であって、その微粒子状素材として繊維、ロッド又はプレートレットを使用する電子デバイス形成方法。
【請求項２３】
請求項１記載の電子デバイス形成方法であって、更に、その基板を他のデバイス上に積載するステップを有する電子デバイス形成方法。
【請求項２４】
ａ）プラスチック素材及び一種類又は複数種類の微粒子状素材を含む基板を準備するステップと、
ｂ）その基板の片面上に金属トレースパターン層を形成するステップと、
ｃ）その基板をキャリア層上に実装するステップと、
ｄ）半導体薄膜成長に備えその基板の裏面を処理するステップと、
ｅ）その処理が済んだ面上に薄膜半導体素材の層を成長させるステップと、
ｆ）その層の半導体素材を部位選択的に除去してパターンを形成するステップと、
を有する電子デバイス形成方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の電子デバイス形成方法であって、更に、
ｇ）加熱によりキャリア層から基板を取り外すステップを有する電子デバイス形成方法。
【請求項２６】
請求項１記載の電子デバイス形成方法であって、そのプラスチック素材がほぼ透明である電子デバイス形成方法。
【請求項２７】
請求項２６記載の電子デバイス形成方法であって、そのプラスチック素材の屈折率がその微粒子状素材の屈折率とほぼ等しい電子デバイス形成方法。
【請求項２８】
請求項２６記載の電子デバイス形成方法であって、そのプラスチック素材の屈折率と微粒子状素材の屈折率との差が０．１超である電子デバイス形成方法。
【請求項２９】
請求項１記載の電子デバイス形成方法であって、そのプラスチック素材がほぼ不透明である電子デバイス形成方法。
【請求項３０】
請求項１記載の電子デバイス形成方法であって、そのプラスチック素材が吸光性着色剤を含む電子デバイス形成方法。
【請求項３１】
請求項１記載の電子デバイス形成方法であって、その微粒子状素材として吸光性着色剤を使用する電子デバイス形成方法。
【請求項３２】
請求項５記載の電子デバイス形成方法であって、そのプラナリゼーション素材が吸光性着色剤を含む電子デバイス形成方法。
【請求項３３】
ａ）プラスチック素材を一種類又は複数種類含む基板を準備するステップと、
ｂ）その基板の少なくとも片面上にパターンを形成するステップと、
ｃ）その面に微粒子状素材を埋め込むステップと、
ｄ）その微粒子状素材埋込面にプラナリゼーション素材を被着させることでプラナリゼーション層を形成するステップと、
ｅ）その面上に更に薄膜電子デバイスを形成するステップと、
ｆ）その微粒子状素材埋込面から見て裏側の面上にトレースパターン層を形成するステップと、
を有する電子デバイス形成方法。
【請求項３４】
請求項３３記載の電子デバイス形成方法であって、上記パターンをエンボス加工で形成する電子デバイス形成方法。
【請求項３５】
請求項３３記載の電子デバイス形成方法であって、上記パターンでレンズ素子を１個又は複数個形成する電子デバイス形成方法。
【請求項３６】
請求項３３記載の電子デバイス形成方法であって、そのレンズ素子と基板上に形成される薄膜電子デバイスの空間的位置を揃える電子デバイス形成方法。
【請求項３７】
請求項１記載の電子デバイス形成方法であって、上記基板準備ステップが、ロールに巻かれている基板を引き出すステップを含む電子デバイス形成方法。
【請求項３８】
請求項３７記載の電子デバイス形成方法であって、更に、その上への薄膜電子デバイス形成が済んだ基板をロール上に巻き取るステップを有する電子デバイス形成方法。
【請求項３９】
請求項１記載の電子デバイス形成方法であって、更に、その基板上の薄膜電子デバイスを液晶画素と結合させるステップを有する電子デバイス形成方法。
【請求項４０】
請求項１記載の電子デバイス形成方法であって、更に、その基板上の薄膜電子デバイスを発光ダイオード画素と結合させるステップを有する電子デバイス形成方法。
【請求項４１】
請求項１記載の電子デバイス形成方法であって、更に、その基板上の薄膜電子デバイスを有機発光ダイオード画素と結合させるステップを有する電子デバイス形成方法。
【請求項４２】
請求項１記載の電子デバイス形成方法であって、更に、その基板上の薄膜電子デバイスを誘導性蛍光体画素と結合させるステップを有する電子デバイス形成方法。
【請求項４３】
請求項１記載の電子デバイス形成方法であって、更に、その基板上の薄膜電子デバイスをセンサ画素と結合させるステップを有する電子デバイス形成方法。
【請求項４４】
ａ）プラスチック素材を一種類又は複数種類含みその片面が金属で被覆されている第１の基板を準備するステップと、
ｂ）その金属被覆の少なくとも一部をエッチングして金属被覆パターンを形成するステップと、
ｃ）その片面上に金属被覆パターンが形成されている第２の基板を第１の基板に取り付けるステップと、
ｄ）第１の基板の金属被覆パターン不具備面と第１、第２又はその双方の基板上の金属被覆パターンとを結ぶビアを１個又は複数個形成するステップと、
ｅ）第１の基板の金属被覆パターン不具備面上に薄膜電子デバイスを形成するステップと、
を有する電子デバイス形成方法。
【請求項４５】
請求項４４記載の電子デバイス形成方法であって、第１の基板の金属被覆パターン不具備面に微粒子状素材を埋め込む電子デバイス形成方法。
【請求項４６】
請求項４４記載の電子デバイス形成方法であって、第２の基板に第３の基板を取り付ける電子デバイス形成方法。
【請求項４７】
ａ）プラスチック素材を一種類又は複数種類含みその片面上に金属被覆を備える基板を準備するステップと、
ｂ）その金属被覆をエッチングすることでトレースパターンを形成するステップと、
ｃ）基板の他面にプラナリゼーション素材を被着させることでプラナリゼーション層を形成するステップと、
ｄ）基板のプラナリゼーション層形成面上に薄膜電子デバイスを形成するステップと、
ｅ）その薄膜電子デバイスとトレースパターンの一部を接続するビアを形成するステップと、
を有する電子デバイス形成方法。
【請求項４８】
ａ）複数枚の基板を準備するステップと、
ｂ）そのうち何枚かの基板上に金属層を形成するステップと、
ｃ）そのうち何個かの金属層をパターニングするステップと、
ｄ）準備した複数枚の基板を互いに接合するステップと、
ｅ）パターニングが済んだ金属層間を結ぶビアを形成するステップと、
ｆ）基板のうち少なくとも１枚の上に電子デバイスを形成するステップと、
を有する電子デバイス形成方法。
【請求項４９】
請求項４８記載の電子デバイス形成方法であって、基板のうち１枚をキャリアに取り付ける電子デバイス形成方法。
【請求項５０】
請求項４９記載の電子デバイス形成方法であって、
ｇ）電子デバイス形成後に基板をキャリアから取り外すステップを有する電子デバイス形成方法。
【請求項５１】
請求項４８記載の電子デバイス形成方法であって、基板のうち少なくとも１枚に少なくとも一種類の微粒子状素材を埋め込む電子デバイス形成方法。
【請求項５２】
ａ）そのうち何枚かが金属層を有する複数枚のプラスチック基板を準備するステップと、
ｂ）基板のうち１枚についてその金属層をパターニングするステップと、
ｃ）その基板を他の基板に接合するステップと、
ｄ）当該他の基板の金属層をパターニングするステップと、
ｅ）パターニングが済んだ金属層間を結ぶビアを形成するステップと、
ｆ）プラスチック基板のうち少なくとも１枚の上に電子デバイスを形成するステップと、
を有する電子デバイス形成方法。
【請求項５３】
請求項５２記載の電子デバイス形成方法であって、更に少なくとも１枚の基板についてステップｃ）及びｄ）を繰り返す電子デバイス形成方法。
【請求項５４】
請求項５２記載の電子デバイス形成方法であって、更に少なくとも１枚の基板についてステップｃ）〜ｅ）を繰り返す電子デバイス形成方法。
【請求項５５】
請求項５２記載の電子デバイス形成方法であって、第１の基板をキャリアに取り付ける電子デバイス形成方法。
【請求項５６】
請求項５５記載の電子デバイス形成方法であって、電子デバイス形成後に基板をキャリアから取り外すステップを有する電子デバイス形成方法。
【請求項５７】
請求項５２記載の電子デバイス形成方法であって、その基板のうち少なくとも１枚に少なくとも一種類の微粒子状素材を埋め込む電子デバイス形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子デバイスに関し、より詳細にはその相互接続用トレースと共にフレキシブル基板上に形成された電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の薄膜デバイスは電気光学アレイ用及び表示パネル用のスイッチング回路及びドライバ回路で広く用いられている。その形成にはガラス、シリコン等からなるリジッド基板が従来から用いられている。手順としては、成長（堆積）、パターニング及びエッチングの諸工程からなる周知手順を使用するのが一般的である。例えばアモルファスシリコン型ＴＦＴを形成するには、その基板上で、アルミニウム、クロム、モリブデン等の金属や、半導体たるアモルファスシリコンや、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4等の絶縁体を成長させ、パターニングし且つエッチングしなければならない。通常は、数μｍオーダ厚の媒介層を挟みそれぞれ数〜数百ｎｍ厚の半導体薄膜を複数層形成する。形成場所はリジッド基板の頂部絶縁面上である。
【０００３】
このときリジッド基板が必要になる原因は主として形成プロセスそのものにある。ことに、ＴＦＴデバイス形成は比較的高温で行われるので熱特性が重視される。そのため、基板として好適に使用できる素材は限られており、一般にはガラス、水晶その他のシリコンベースリジッド素材が使用されている。
【０００４】
こうした薄膜デバイスは、その素材を選びさえすれば、金属箔やプラスチック基板の上に形成することもできる。それによって、その製造工程もより柔軟なものとなろう。しかしながら、基板形成素材・薄膜デバイス形成素材間の化学的不適合性、基板形成層・デバイス形成層間の熱膨張不一致、平坦度（プラナリティ）及び表面組織（モルフォロジ）、容量性結合乃至不測の短絡等といった問題があるため、金属箔基板は多くの用途であまり望ましくないとされている。
【０００５】
明らかな通り、基板形成素材の質を高め電子デバイス例えばＴＦＴ用の基板として使用可能な素材を増やすこと、とりわけプラスチック素材の質を高めてより多様なプラスチック素材を使用できるようにすることは、有益なことである。これは、フレキシブル基板上への薄膜デバイス形成を可能にすることにつながり、ひいては表示パネルその他の電気光学デバイスの総重量削減につながる。装置の薄型化にも都合がよい。加えて、従来から基板として用いられている結晶性シリコンや各種ガラスでは、大判シート化の形成及び取扱が際だって難しいが、良質プラスチック素材を使用できるのであれば、大型装置例えば大型ディスプレイを製造することが可能になる。
【０００６】
このように、プラスチックその他のフレキシブル基板には明白な長所があるが、
・  薄膜デバイス形成に必要な高温に対する適合性に欠ける
・  高温下での寸法安定性が劣る
・  プラスチック素材・半導体薄膜素材間で熱膨張係数（ＣＴＥ）が一致しない
・  プラスチック素材は吸湿性が高い
・  プラスチック素材はあまり透明でないものが多い
・  プラスチック基板をキャリアに着脱する必要がある
等、その採用に水を差す大きな短所もある。
【０００７】
それらの短所のなかで最も重大なのは温度上の限界である。即ち、薄膜デバイス形成プロセスでは２００〜３００℃以上の温度を加えざるを得ず、その温度域では多くの種類のプラスチック基板がだめになってしまう。そのため、一般には、プラスチック基板上へのＴＦＴデバイス直接形成は不可能であると考えられている。特許文献１（発明者：Ｍａｒｕｙａｍａ  ｅｔ  ａｌ．）では、その点に触れた上で、プラスチック基板上に薄膜デバイスを搭載する方法を提案している。即ち、キャリア基板上にリリース層を形成し、その上にＴＦＴ回路を形成し、そのリリース層を境にＴＦＴ回路をキャリア基板から分離させ、そしてそのＴＦＴ回路をより軽量且つ可撓なプラスチック素材上に積み直す、という方法を提案している。
【０００８】
他の策として、特許文献２（発明者：Ｇｒａｆｆ  ｅｔ  ａｌ．）では、そのガラス転移温度Ｔｇが例えば１２０℃超と高く且つ可撓なプラスチック基板の使用を提案している。ただ、従来の薄膜デバイス形成温度はその温度よりかなり高いので、この種の基板がそれに耐えられるかどうかは疑問である。更に、この種の素材のプラスチック基板を使用するには、スクラッチング及び吸湿に対し基板及びその上のデバイスを保護するのにかなりの工夫及び労力、例えば複数の障壁層を形成することが必要になろう。
【０００９】
更に他の策として、特許文献３（発明者：Ｃａｒｅｙ  ｅｔ  ａｌ．）では、パルス式レーザ光源の出射エネルギを利用し低融点プラスチック基板上にアモルファスシリコン型ＴＦＴや多結晶チャネルシリコン型ＴＦＴを形成する、という方法を提案している。この文献によれば、ＰＥＴ(polyethylene terephthalate)、ＰＥＳ(polyethersulfone)、ＨＤＰＥ(high density polyethylene)等、既存の低融点プラスチック基板を使用することができる。
【００１０】
同様に、特許文献４（発明者：Ｋｉａｎ  ｅｔ  ａｌ．）でも、マスク越しにエキシマレーザを照射し素材を切開（アブレーション）するプロセスを提案している。アブレーションで形成される導体乃至半導体パターンは、その基板上でＴＦＴの一部を形成する。また、この文献では、“ガラス置換”性の複合素材、例えばフレキシブル又はリジッドなプラスチック素材に１個又は複数個の障壁層及び保護層を付加したものの使用を、提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第７０４５４４２号明細書
【特許文献２】米国特許第６４９２０２６号明細書
【特許文献３】米国特許第６６８０４８５号明細書
【特許文献４】米国特許第６７６２１２４号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００５／０１６３９６８号明細書
【特許文献６】米国特許第６８１２９４９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このように、フレキシブル基板上に薄膜デバイスを形成するための策が種々提案されているが、それらにはなお問題が残っている。まず、特許文献１に記載の如く薄膜デバイス毎にリリース層を設けるのでは、形成工程数及び使用素材数が増してしまい、また位置決めという難しい作業も必要になる。また、特許文献２に記載の如く高融点プラスチック素材を使用しても、ＣＴＥ上の問題が残るし、プラスチック素材保護層やその形成プロセスが新たに必要になる。更に、特許文献３及び４で提案されているエキシマレーザ利用型の策では、従前の薄膜デバイス形成技術を存分に活用できずその用途が限られる。そして、これらの文献で使用されているフレキシブル基板は、真の意味ではガラスその他のシリコンベース基板の代替とはいえない。即ち、薄膜デバイスの形成先が、フレキシブル基板の頂部上ではなく、リリース層その他の中間層上である。
【００１３】
また、フレキシブル素材のなかでもＰＩ(polyimide)系の素材は、その寸法安定性、耐熱性、耐薬品性等が優れているので、基板形成素材として考慮するに値する。しかしながら、ＰＩ系素材は、そうした長所を有する一方で、薄膜デバイスの直接成長を阻む大きな短所も抱えている。例えば、ＰＩは、そのリフロー性が劣るのでリリース層及び転写層を使用せざるを得ない。ＰＩは、そのＣＴＥが半導体薄膜のそれと異なるので、形成時に高温に曝した後破損や電気的断線が生じうる。そのため、ＰＩ系素材の特性向上策として、特許文献５（発明者：Ｈａｎｋｅｔ）では、ＰＩ膜中にマイクロフィラを入れてＣＴＥや耐久性を高める策を提案している。確かにマイクロフィラ添加でＣＴＥ一致度は高まるが、積層に関わるもう一つの問題が残ってしまう。この他、注目に値するプラスチック素材としては、フレキシブル基板形成素材向けの特性を有するテフロン（登録商標；以下注記を省略）等があるが、この素材にもそれなりの難点があるので従来の形成プロセスで使用することはできない。
【００１４】
更に、基板上に薄膜電子デバイスを形成するプロセスでは、デバイス間接続のため金属でトレースを形成することや、そのトレースに各デバイスを接続するビアを層間に形成することが必要になる。この種のプロセスは印刷回路基板（ＰＣＢ）製造の分野に習熟した方々（いわゆる当業者）には既知のものである。即ち、ＰＣＢ製造では、誘電体層、金属パターン層、ベタ金属層等を次々に積層することにより、２０層以上もの層を有する基板を形成する。個々の層は、ガラス入りテフロン、フェノール、ＰＩ等からなる誘電体の上に、５〜２０μｍ厚程度の銅、アルミニウム、金、銀等の金属メッキを施したものである。各層の金属化部は、通常、フォトレジストで被覆し、フォトマスクを形成し、フォトレジストを現像し、金属部をエッチングしてトレースパターンを残す、という手順でパターニングする。ビアは、層と層の間が接続されるよう、基板のレーザドリル穿孔又はフォトリソグラフィで形成できる。
【００１５】
そして、ＰＣＢ上に半導体回路乃至デバイスを取り付けるに当たっては、従来から、
・  加工した半導体ダイを基板上に直に固定し（チップオンボード）、ＰＣＢの表部金属トレース層にワイヤボンディング又はフリップチップボールボンディングでダイを接続する
・  半田ボール付のプラスチック又はセラミクス製パッケージ内に半導体ダイを入れ、そのパッケージを基板に固定する
・  金属リード付のプラスチック又はセラミクス製パッケージ内に半導体ダイを入れ、そのリードをＰＣＢ側の孔に差し込むかその基板にタブ接合する
等の手法が用いられている。これらの手法は、多層ＰＣＢ向けの手法としては周知であるが、既存素材のＰＣＢ状にではなくフレキシブル基板上に半導体デバイスを取り付けるには更なる工程が必要になる。
【００１６】
以上のことから理解できるように、今求められているのは、フレキシブル基板上に薄膜デバイスを直接形成する形成方法、特に基板自体の下準備乃至処理、相互接続用トレースの形成、基板上へのビア形成等のための付加工程数乃至手順数が少ない方法を、提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る電子デバイス形成方法は、
ａ）一種類又は複数種類のプラスチック素材を含む基板を準備するステップと、
ｂ）その基板の少なくとも片面に微粒子状素材(particulate material)を埋め込むステップと、
ｃ）微粒子状素材埋込面上に薄膜電子デバイスを形成するステップと、
を有する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、フレキシブル基板上に電子デバイスを形成することができる。また、そのフレキシブル基板としては、ＰＴＦＥ(polytetrafluoroethylene)例えばテフロンを含む基板を使用することができる。この素材にはリフロー性があるので、層間に別素材を差し挟む必要がなくなり又は少なくなる。本発明によれば、更に、より薄い基板上に電子デバイスを形成することができる。
【００１９】
そして、本発明によれば、キャリアへの自動積載等、その積層性に優れたプラスチック基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る方法を用い金属トレース付フレキシブル基板上に形成された電子回路を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る方法を用いフレキシブル基板上に形成された電子回路及びその基板上に搭載された半導体部品を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る方法を用い多層金属トレース付フレキシブル基板上に形成された電子回路を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態における複合素材基板の部分拡大断面図である。
【図５】本発明の一実施形態における表面処理後複合素材基板の部分拡大断面図である。
【図６】本発明の一実施形態における複合素材層及びその下のベース層の部分拡大断面図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態に係る電子デバイス形成方法の一工程を示す図である。
【図７Ｂ】その後工程を示す図である。
【図７Ｃ】その後工程を示す図である。
【図７Ｄ】その後工程を示す図である。
【図７Ｅ】その後工程を示す図である。
【図７Ｆ】その後工程を示す図である。
【図７Ｇ】その後工程を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る方法によりＰＣＢ上に形成された薄膜デバイスによる回路構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、上記以外のものも含め本発明の目的、構成及び効果をいわゆる当業者が理解できるよう、その実施形態を示す別紙図面を参照しつつ本発明について説明する。本発明の構成要件については、別紙特許請求の範囲に具体的且つ明白に記載されているが、本発明についてより好適に理解するには、下記説明を別紙図面と併せ参照されたい。
【００２２】
また、本明細書では、本発明に係る装置を構成し又はそれと直に連携する部材に主眼をおいて説明している。本明細書中に具体的な記述や説明がない部材については、いわゆる当業者にとり周知の諸形態を採りうるものと理解されたい。本明細書中で参照している図面は、基板上に形成される層間の空間的関係及び配置についてそのあらましを示すためのものであるので、実物の寸法比を正確に反映していない個所もある。
【００２３】
図１に、本発明の一実施形態に係る方法により形成された電子デバイス１０を示す。図中の薄膜部品１２は導体、ＴＦＴ、ダイオード等の部品であり、フレキシブルな基板２０の片面２８上に形成されている。その基板２８は例えばプラスチック複合素材で形成されている。その複合素材としては、一種類又は複数種類の接合用微粒子状素材及び一種類又は複数種類のバインド用プラスチック素材（プラスチックバインダ；後述）を含む素材を使用している。基板２０は、その形成プロセスの大半ではキャリア例えばガラスシートに付着させておき、製品完成時にはこの図の如き状態にする。面２８上に形成されている層１４は、面２８を絶縁化すると共に平坦化（プラナリゼーション）即ち平滑化することによって、部品１２の形成に適した面にする層である。この層１４は複数層設けることもできる。また、層１４を例えば窒化シリコンで形成すれば、それ一層で面２８を封止及び絶縁し薄膜成長に適した面にすることができる。或いは、ＢＣＢ(benzocyclobutene)又はＳＯＧ(spun-on glass)からなる補助層をプラナリゼーションに用いてもよい。このようにプラナリゼーションに使用した場合、層１４のことを、従来に倣いプラナリゼーション層と呼ぶことができる。
【００２４】
基板２０の他面（符号省略）にはトレース層３０が形成されている。この層３０は、その面に被着又は成長させた金属被覆を、あるパターンに従ってエッチングすることによって形成したものである。必要なら、フレキシブルなプラスチック素材からなるベース層３４を設けることもできる。ビア３６は、層３０のパターン即ちトレースパターンと共に、薄膜部品１２を他の部品と接続するのに１個又は複数個使用される。図２にその断面を示す搭載部品３８は、例えばシリコンその他の半導体ベース素材で形成された従来型の半導体部品である。部品３８は複数個搭載することもでき、電子回路の一部を構成している。また、同図に示すように、トレースパターンの隙間を埋めるよう層３０にフィラ４０を入れることもできる（入れないでおくこともできる）。そして、主として絶縁及びプラナリゼーションのため、保護層４４を設けることもできる。
【００２５】
図３に、他の実施形態として複数個のトレース層３０及び３１を有する構成を示す。それら２個の層３０，３１間には絶縁体４２がある。層３０，３１のうち一方は電源又は接地との接続に使用されており、他方は薄膜部品１２と他の部品との間の信号伝送に使用されている。必要ならば、ＥＭＩ（電磁干渉）遮蔽用に更なるトレースパターンの層を設けることもできる。
【００２６】
本発明では、更に、プラスチックバインダ中に微粒子状素材を適切に同居(co-optimization)させたものを基板の少なくとも片面に被着させる。また、適当なキャリア素材及びプロセスを用い、薄膜デバイス形成層をフレキシブル基板に接合することにより、その基板内に生じるストレスを抑える。
【００２７】
ここでいう「プラスチック」とは高重合成分を含む素材のことである。通常は、合成樹脂ポリマに他の成分、例えば硬化剤、フィラ、補強剤、着色剤、可塑剤等を入れて生成する。「樹脂」とは合成又は天然ポリマのことである。プラスチック素材を用い固体電子デバイスを形成するプロセスでは、そのプラスチック素材を流動、変形させる工程や、溶剤を適切な速度で蒸散させることでプラスチック素材を整形、硬化させる工程を実施する。使用するプラスチック素材は熱可塑性でも熱硬化性でもよい。「フレキシブル」とは、概略、そのプラスチック素材のシート厚が約１ｍｍ未満、弾性率Ｅが約１０００００〜５０００００ｐｓｉであることをいう（１ｐｓｉ＝約７１２２Ｐａ）。
【００２８】
図１〜図３に示した電子デバイス１０を形成するに当たっては、その基板２０を特徴的な手法で構造調整する。即ち、相応のプラスチック素材で形成した基板２０を微粒子状素材で表面処理し、面２８又はその近傍に微粒子状素材をしみこませる。図４に、こうして複合素材化された基板２０の一例構造を一部拡大して示す。この例では、基板２０の下地となるプラスチック素材に微粒子状素材１６が添加されており、当該下地プラスチック素材がプラスチックバインダとして働き素材１６の微粒子をつなぎ止めている。素材１６としては、絶縁、パッシベーション、平滑化等のための層１４を基板２０に接合させることができ、且つプラスチック基板２０のＣＴＥを修正することができるよう、適当な種類の固体微粒子を使用する。基板２０の表面付近に素材１６が添加されていると、従来は薄膜を成長させにくかったＰＴＦＥ等の基板上に、ＴＦＴその他の薄膜部品１２を形成することができる。即ち、基板２０の表面をこのように処理することで、電子デバイスやそれに付随する接続導体（トレース）等の部品をフレキシブルな基板２０上に形成することが可能になる。また、こうして複合素材化された基板２０は、薄膜部品形成時の高温に耐えることや、種々の薄膜デバイス形成プロセス及びエッチング剤に耐えることができる。そして、この種の処理はフレキシブルな基板２０の片面だけでなく両面にも施すことができる。両面に施すことで、薄膜部品形成に適した面だけでなく、トレースパターン形成に適した面も作り出すことができる。
【００２９】
［プラスチックバインダ］
本発明の実施形態に係る方法では、プラスチック素材中に相応の微粒子状素材１６を添加することで、フレキシブル基板１２の素材として使用可能なプラスチック素材を次の通り多様化している。即ち、使用できるプラスチック素材は多く、ＨＳ−ＰＥＴ（熱安定化ＰＥＴ）、ＰＥＮ(polyethylenenapthalate)、ＰＣ(polycarbonate)、ＰＡＲ(polyarylate)、ＰＥＩ(polyetherimide)、ＰＥＳ、ＰＩ、テフロン、ＰＦＡ(poly(perfluoro-alboxy) fluoropolymer)、ＰＥＥＫ(poly(ether ether ketone))、ＰＥＫ(poly(ether ketone))、ＰＥＴＦＥ(poly(ethylene tetrafluoroethylene)fluoropolymer)、ＰＭＭＡ(poly(methyl methacrylate))、各種アクリラート／メタクリラートコポリマ等も使用できる。なかでもバインダに適するプラスチック素材としては、種々の環状ポリオレフィン、ＪＳＲ株式会社製のＡＲＴＯＮ（登録商標）、Ｚｅｏｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  Ｌ．Ｐ．製のＺｅｏｎｏｒ（登録商標）、Ｃｅｌａｎｅｓｅ  ＡＧ．製のＴｏｐａｓ（登録商標）等がある。他種低融点プラスチック素材、例えばＡｕｓｉｍｏｎｔ  Ｕ．Ｓ．Ａ．，Ｉｎｃ．がＨＡＬＡＲ（登録商標）なる名称で市販しているＥ−ＣＴＦＥ(ethylene-chlorotrifluoro ethylene)、Ｄｕｐｏｎｔ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎがＴＥＦＺＥＬ（登録商標）なる名称で市販しているＥ−ＴＦＥ(ethylene-tetra- fluoroethylene)、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ（ガラス繊維強化プラスチック）、ＨＤＰＥ等も使用できる。透明なプラスチック素材が重宝される用途もある。
【００３０】
これらのプラスチック素材のなかには、微粒子状素材１６の添加でより高温、例えば約２００℃以上の最高温度での処理に耐えうるようになるものもある。なかには、３００℃以上に達する高温での処理でも、損傷が生じないものもある。
【００３１】
プラスチックバインダとして特に注目に値する素材としては、前掲のＰＩの他に、ＤｕＰｏｎｔ，Ｉｎｃ．がテフロンなる名称で市販しているＰＴＦＥやＰＦＡがある。先に触れた通り、従来の手法で形成されたＰＩやＰＴＦＥは、様々な表面処理手法で限定的に成功を見ているとはいえ、薄膜成長用基板としての適性が十分に備わっているとはいえなかった。しかし、本発明に従い処理すれば、これらの素材によって、ＴＦＴ回路形成に非常に相応しい性質を有するフレキシブル基板を実現することが可能になる。
【００３２】
更に、複数種類のプラスチック素材を含有する複合素材も好適に使用することができる。例えば、ＰＩとＰＴＦＥ又はＰＦＡを併用することで、両プラスチック素材の利点をより強めることができる。
【００３３】
［微粒子状素材の性質］
微粒子状素材１６としては、ガラス（例えばＳＯＧ）、炭素、金属、プラスチック等の繊維や、グラスファイバ織布等の織物を使用するのが望ましい。素材１６が採りうるその構造的性質及び形状は多様であり、例えば略球状粒子やプレートレット（円盤状粒子）にすることができる。その寸法は基板厚より小さくても大きくてもよい。また、素材１６は、ワイヤ、ロッド、繊維等の長尺体にすることもできる。セラミクスフィラその他の誘電体素材を素材１６として用いることもできる。
【００３４】
プラスチックバインダ中で微粒子状素材１６が採りうる向きも多岐に亘っている。例えばその素材１６が長尺体である場合の並び方は、一軸に沿って並ぶ、層毎に異なる軸に沿って並ぶ、平面内の複数軸に沿って並ぶ等様々である。また、基板表面に対する素材１６の向き又はそのパターン次第で、その複合素材基板２０の光学的、電気的、熱的、磁気的化学的乃至物理的異方性が変化する。例えば素材１６として繊維状のものを用いた場合、それをバインダ内に鉛直配置することで、光や熱を鉛直方向沿いに案内可能となる。また、素材１６として導光性のある繊維状のものを用いた場合、それを沿面配置することで、基板２０を通る光を他方向に案内可能となる。
【００３５】
微粒子状素材１６として無機素材を導入すれば、
・  任意の光学特性、例えば色特性や散光特性の調整
・  任意の電気特性、例えば炭素フィラによる導電性や電気遮蔽性の提供
・  任意の熱特性、例えば金属粒子フィラによる熱伝導率の向上
・  任意の磁気特性、例えば強磁性粒子等の磁性粒子を用いた磁気吸着性又はデータ記録能力の付与
・  化学特性例えば薬剤処理耐性や、物理特性例えばＣＴＥ、引張強度、圧縮強度、弾性強度、可撓性等の調整
・  輻射特性、例えば放射線遮蔽性や波長選択的Ｘ線透過性／吸収性の付与
等、様々に特性調整を施すことができる。
【００３６】
重要なことに、本発明に従い微粒子状素材１６をプラスチックバインダに入れることで、ＣＴＥ不一致を抑えることが可能になる。これは、薄膜部品形成層・プラスチックバインダ間のＣＴＥ差に比べ、薄膜部品形成層・複合素材基板２０間のＣＴＥ差を小さくすることができるためである。即ち、基板２０のＣＴＥを、従来からデバイス形成に使用されているガラス又はシリコン製のキャリア１８のＣＴＥに、より近づけることができる。その結果、薄膜部品形成層内での薄膜形成時応力発生が抑えられ、デバイスとしての性能、寸法安定性及び信頼性が向上する一方、薄膜部品１２が基板２０から分離する剥離が生じにくくなる。
【００３７】
ガラスやセラミクス等の微粒子状無機素材を微粒子状素材１６として添加した場合は、更に
・  プラスチックバインダのみの面に比べ微粒子含有面の方が接着性がよいため、薄膜部品形成層がより強固に固着する
・  デバイス形成上限温度の向上：寸法安定性が損なわれる温度が素材１６の使用で上昇するため、より高温でのデバイス形成が可能になる
・  素材の組合せによっては、素材１６の使用で基板２０の比誘電率が低下し静電容量が小さくなる
といった諸効果も生じる。
【００３８】
そして、微粒子状素材１６として透明素材を使用することは、多くの用途で有益なことである。光学的挙動が重視される場合は、素材１６の屈折率ｎ1とプラスチックバインダの屈折率ｎ2とが所望の関係になるよう素材１６を選定すればよい。例えば、屈折率ｎ1，ｎ2を互いに一致又は極力接近させることで光の散乱を抑えることができる。屈折率ｎ1，ｎ2が互いに近ければ近いほど、光の散乱は少なくなる。また、光を散乱させたい場合は、屈折率ｎ1，ｎ2間の差を広げること、例えば約０．１超の差にすることで、光の散乱を相応に強めることができる。更に、不透明素材や反射性素材も使用することができる。そして、プラスチックバインダに素材１６に加え吸光性着色剤を添加することで、漏洩光を吸収させ、色を付け、或いは入出射光を濾波することができる。同様に、プラナリゼーション層１４にも着色剤を添加できる。
【００３９】
［例１］
この例では、複合素材基板２０の素材としてＰＴＦＥとガラスファイバ織布の積層体を使用する。例えば米国カリフォルニア州ランチョクーカモンガ所在のＡｒｌｏｎ，Ｉｎｃ．から入手できるＤｉＣｌａｄ５２２，５２７シリーズの素材である。この積層体は、温度ストレス下でもその寸法があまり変化しないため、従来からＰＣＢ用に用いられている。そうした用途では、その上に電着等で銅の層を形成するのが普通である。フレキシブル基板２０として用いるのであれば、ＰＴＦＥガラスファイバ織布積層体の厚みは、約２５〜３０００μｍの範囲内にするのが望ましい。
【００４０】
この例では、その種の基板２０を使用し次の手順で電子デバイス１０を形成する：
１．キャリア１８上への実装。本工程では、まずガラス製のキャリア１８上にフレキシブル基板２０を積載する。その際には、キャリア１８上に基板２０を配置し、それらを一体に加熱及び加圧してＰＴＦＥ素材の流動化温度Ｔｇ即ち約３００℃まで昇温させる。すると、基板２０内のＰＴＦＥ素材が軟化及び流動化（リフロー）してキャリア１８の表面と結合する；
２．表面処理。本工程では、基板２０の表面を処理することによって、層１４を固着させるための下地を形成する。層１４は例えばプラナリゼーション層であるが、その他の副次素材や薄膜電子デバイス形成素材の層でもよい。いずれにせよ、この処理によって、微粒子状素材１６が基板２０の表面下に埋め込まれることとなる。素材１６の埋込先は、図４に示した通り、基板２０の表面に近い部位が望ましい。基板表面下に素材１６を埋め込む手法としては、ローリング、ダスティング等の諸手法の他、インクジェット成長、印刷、中間媒体からの転写、ドクターブレードスカイビング法による（例えば溶剤内での）被着、スプリンクリング等の被着手法も使用できる。また、素材１６の埋込が進むようプラスチックバインダを加熱してもよいし、硬化処理中のプラスチックバインダに素材１６を添加してもよい。使用できる他の表面処理手法については後述する；
３．プラナリゼーション。薄膜部品形成面に求められる表面粗さは、その用途にもよるが、例えばピークトゥピーク値で０．２〜０．３μｍ未満のオーダである。これを達成するため、本工程ではＳＯＧを堆積させる。ＳＯＧを被着させるには、コロイダルシリカ粒子ゾル入り溶剤を基板２０の表面に付着させればよい。３００〜４００℃の温度でそのゾル素材を硬化させると溶剤が蒸散してゲルが残留し、そのゲルが熱せられて約３〜５の比誘電率εを有するＳｉＯ2膜に変化する。薄膜成長に必要な絶縁性及び平坦度はこの膜で実現される。使用できる他のプラナリゼーション素材については後述する。
【００４１】
本発明の実施形態に係る方法では、ＣＴＥ一致度の向上と共に又はその結果として、基板２０の表面に対する薄膜部品１２の結合強度が高まる。これは、微粒子状素材１６が複合素材基板２０の表面付近から外向きにやや出っ張って層１４との結合面が形成されているためである。層１４を窒化シリコン、酸化シリコン等の絶縁性酸化物で形成する場合、この素材１６無しではその層１４を基板表面にうまく結合させ得ず、面２８上に薄膜デバイス等の電子デバイスを形成して動作させることも覚束ない。
【００４２】
４．電気絶縁層の形成。下処理用の基板表面処理工程のうちの最後の工程として、プラナリゼーション層１４の頂面上に電気絶縁層を成長させる工程を実施することができる。本工程で成長させる電気絶縁層は、例えばＳｉＯ2、ＳｉＮx、ＳｉＯＮ或いはその任意の組合せからなる層であり、その厚みは例えば約０．５〜１．５μｍの範囲内である；
５．薄膜部品１２の形成。フレキシブル基板２０表面の下処理が済んだら部品１２の諸構成要素の形成を開始する。本工程では、通常、基板２０上に半導体薄膜層を成長させ、その半導体素材の部位選択的除去によりパターンを形成する。その際に使用するプロセスは、ゲート、ソース及びドレイン部分並びに関連する諸層の形成手法としてデバイス形成分野で周知のプロセスを使用する；
６．キャリア１８からの剥離。本工程では、基板２０内プラスチック素材の流動化温度Ｔｇに迫る温度まで加熱することで、キャリア１８から基板２０を分離させる。分離した基板２０は他の面に積載してもよいし、その熱を冷ましてもよい；
７．トレース層３０のパターニングによる相互接続用トレース形成。本工程では、フォトレジストその他のマスキング法を用い従来型のエッチングプロセスを実行する。即ち、露光後にエッチング剤を被着させて未露光部から金属を除去することで、所要パターンの相互接続用トレースを形成する；
８．ビア３６の形成。本工程では、従来からＰＣＢで層間接続に使用されてきた手法を応用し、メッキによってビア３６を形成する；
これらの基本工程が済んだ後に、保護層を形成する処理、電子デバイス１０にコネクタ等の構造を設ける処理等を、実行することもできる。例えば、デバイス１０の表裏両面に保護用のＳＯＧ被覆を形成するとよい；
また、以上の手順は、使用する基板及び形成するデバイスの種類に応じて変形することができる。例えば、誘電体層をスピンコーティングで形成する処理を代わりに実行してもよい。
【００４３】
［例２］
次に示す例は、複合素材基板２０の構造調整用に有用な諸工程を追加した例である。その基本工程は次の通りである：
１．プラスチックバインダをその融点Ｔｇまで加熱；
２．熔融したプラスチックバインダに微粒子状素材１６をフィラとして添加。接合強度を高めるには素材１６を基板２０の表面又はその付近に集めるべきだが、ＣＴＥ差を抑えるにはプラスチックバインダ内にくまなく分散させるべきである。これを折衷するには、素材１６の高濃度にするか、基板２０の表面近傍に素材１６を露出させればよい。そのため、本工程では、熔融させたバインダ内に素材１６を十分混ぜ込む必要がある；
３．キャリア１８上への実装。本工程では、こうして形成したフレキシブル基板２０を、図７Ａに示すようにガラス製のキャリア１８上に積載する。その際には、キャリア１８上に基板２０を配置し、それらを一体に加熱及び加圧してプラスチックバインダ例えばＰＴＦＥ素材の流動化温度Ｔｇ即ち約３００℃まで昇温させる。すると、基板２０内のバインダが軟化及び流動（リフロー）してキャリア１８の表面と結合する；
４．プラナリゼーション。薄膜部品形成面に求められる表面粗さは、その用途にもよるが、例えばピークトゥピーク値で０．２〜０．３μｍ未満のオーダである。これを達成するため、本工程では、図７Ｂに示すように、プラナリゼーション層１４となるＳＯＧを堆積させる。ＳＯＧを堆積させるには、例えばコロイダルシリカ粒子ゾル入り溶剤を基板２０の表面に付着させればよい。３００〜４００℃の温度でそのゾル素材を硬化させると溶剤が蒸散してゲルが残留し、そのゲルが熱せられて約３〜５の比誘電率εを有するＳｉＯ2膜に変化する。薄膜成長に必要な絶縁性及び平坦度はこの膜で実現される。使用できる他のプラナリゼーション素材については後述する；
５．電気絶縁層の形成。下処理用の基板表面処理工程のうちの最後の工程として、層１４の頂面上に電気絶縁層を成長させる工程を実施することができる。本工程で成長させる電気絶縁層は、例えばＳｉＯ2、ＳｉＮx、ＳｉＯＮ或いはその任意の組合せからなる層であり、その厚みは例えば約０．５〜１．５μｍの範囲内である；
６．薄膜部品１２の形成。基板２０表面の下処理が済んだら部品１２の諸構成要素の形成を開始する。本工程では、ゲート、ソース及びドレイン部分並びに関連する諸層の形成プロセスとしてデバイス形成分野で周知のプロセスを使用する。そのプロセスでは、半導体素材を堆積させて部位選択的に除去することでパターンを形成する。すると、図７Ｃに示す如き部品１２が形成される；
７．保護層４４の付加。図７Ｄに示すように、部品１２を護る層４４を形成することもできる；
８．キャリア１８からの剥離。本工程では、基板２０を形成しているプラスチック素材の流動化温度Ｔｇに迫る温度まで加熱することでキャリア１８から基板２０を分離させる。分離した基板２０は他の面に積載することができる。その熱を冷ますようにしてもよい。これ以外の剥離法を用いることもできる；
９．トレース層３０のパターニング。本工程では、層３０をエッチングすることにより、図７Ｅに示すように、所望のパターンとなるよう部品間接続用トレースを形成する。その際フィラ４０を入れてもよい；
１０．ベース層３４の付加。図７Ｆに示すように、層３０に層３４を被せる工程を実施してもよい。この層３４をＳＯＧにすれば保護兼絶縁被覆となる；
１１．ビア３６の形成。本工程では、図７Ｇに示すように、層３０内の相互接続用トレースに薄膜部品１２を接続するため、１個又は複数個のビア３６を形成する。ビア３６は、在来手法による穿孔やレーザの利用で形成することができる。
【００４４】
［例３］
この例では、ＰＩ系バインダ乃至複合素材を用いた基板形成を含む次の手順を実行する；
１．相応のキャリア１８を未硬化プラスチックバインダで被覆。本工程では、硬化途中のバインダ例えばＰＩでキャリア１８を被覆する。その未硬化ＰＩを付着させる手法としては、ディップスカイビング、スパンオン塗布、押出等、種々の手法を用いることができる；
２．プラスチックバインダ硬化プロセスの大半を実施；
３．硬化プロセスの約８０%が済んだら、フレキシブル基板２０の表面に微粒子状素材１６を添加。被覆厚を均等にするには、素材１６を基板表面にスプリンクリングすればよい；
４．硬化プロセス完遂による残存溶剤の灼き飛ばし；
５．プラナリゼーション。薄膜部品形成面に求められる表面粗さは、その用途にもよるが、例えばピークトゥピーク値で０．２〜０．３μｍ未満のオーダである。これを達成するため、本工程ではＳＯＧを堆積させる。ＳＯＧを堆積させるには、コロイダルシリカ粒子ゾル入り溶剤を基板２０の表面に付着させればよい。３００〜４００℃の温度でそのゾル素材を硬化させると溶剤が蒸散してゲルが残留し、そのゲルが熱せられて約３〜５の比誘電率εを有するＳｉＯ2膜に変化する。薄膜成長に必要な絶縁化及びプラナリゼーションはこの膜で実現される。使用できる他のプラナリゼーション素材については後述する。必要なら、プラナリゼーション素材を金属トレースパターン上に被着させることもできる；
６．電気絶縁層の形成。下処理用の基板表面処理工程のうちの最後の工程として、プラナリゼーション層１４の頂面上に電気絶縁層を成長させる工程を実施することができる。本工程で成長させる電気絶縁層は、例えばＳｉＯ2、ＳｉＮx、ＳｉＯＮ或いはその任意の組合せからなる層であり、その厚みは例えば約０．５〜１．５μｍの範囲内である；
７．薄膜部品１２の形成。基板２０の表面の下処理が済んだら部品１２の諸構成要素の形成を開始する。本工程では、ゲート、ソース及びドレイン部分並びに関連する諸層の形成プロセスとしてデバイス形成分野で周知のプロセスを使用する。このプロセスでは、半導体素材を堆積させて部位選択的に除去することでパターンを形成する；
８．キャリア１８からの剥離。本工程では、基板２０内プラスチック素材の流動化温度Ｔｇに迫る温度まで加熱することでキャリア１８から基板２０を分離させる。分離した基板２０は他の面に積載することができる。その熱を冷ますようにしてもよい。これ以外の剥離法を用いることもできる；
９．トレース層３０のパターニング。本工程では、図７Ｅに示すように、層３０をエッチングすることにより所望パターンの部品間接続用トレースを形成する。前述の通り、その際にフィラ４０を入れてもよい；
１０．ベース層３４の付加。図７Ｆに示すように、層３０に層３４を被せる工程を実施してもよい。この層３４をＳＯＧにすれば保護兼絶縁被覆となる；
１１．ビアの形成。本工程では、図７Ｇに示すように、層３０内の相互接続用トレースに部品１２を接続するため、１個又は複数個のビア３６を形成する。ビア３６は、在来手法により穿孔し電解メッキ又はリベット挿入を施して形成するか、或いはレーザを利用して形成すればよい。
【００４５】
なお、未硬化プラスチックバインダに微粒子状素材１６を添加するようにしてもよい。例２で説明したＣＴＥ上の利点はその手法でも享受できる。
【００４６】
［ＰＣＢ上での薄膜成長］
この例では、図８にその断面を示す通り、ＰＣＢ４６上に薄膜部品１２を直接形成する。即ち、ＰＣＢ４６の表面上に複数個の部品１２を直に形成する。通例に倣い、このＰＣＢ４６は、それぞれその導電性が高い導体層を担持する絶縁基板５０を複数枚、その基板５０で導体層間が絶縁分離されるよう熱及び接着剤を用いて積層化した構成を採っている。また、この例では、その絶縁基板５０としてＦＲ−４を用いたＰＣＢ４６上に、複数個のＴＦＴデバイスを直接形成する。ＦＲ−４は、グラスファイバ織布のマットにエポキシ樹脂を含ませた素材である。
【００４７】
この例に係るＴＦＴ形成手順では、ＰＣＢ４６上に次の手順で薄膜を成長させる；
１．プラナリゼーション。本工程は、図８に示すように、所要トレースパターン層３０，３１等をＰＣＢ４６上に形成した後に実施する。薄膜部品形成面に求められる表面粗さは、その用途にもよるが、例えばピークトゥピーク値で０．２〜０．３μｍ未満のオーダである。これを達成するため、本工程では、同図に示すようにプラナリゼーション層１４となるＳＯＧを基板５０上に堆積させる。ＳＯＧを堆積させるには、コロイダルシリカ粒子ゾル入り溶剤を基板５０の表面に付着させればよい。３００〜４００℃の温度でそのゾル素材を硬化させると溶剤が蒸散してゲルが残留し、そのゲルが熱せられて約３〜５の比誘電率εを有するＳｉＯ2膜に変化する。薄膜成長に必要な絶縁性及び平坦度はこの膜で実現される。なお、プラナリゼーション素材として使用できる素材は他にもある；
２．電気絶縁層の形成。下処理用に基板５０の表面を処理する工程のうちの最後の工程として、層１４の頂面上に電気絶縁層を成長させる工程を実施することができる。その電気絶縁層は例えばＳｉＯ2、ＳｉＮx、ＳｉＯＮ或いはその任意の組合せからなる層であり、その厚みは例えば約０．５〜１．５μｍの範囲内である；
３．薄膜部品１２の形成。基板５０の表面の下処理が済んだら部品１２の諸構成要素の形成を開始する。本工程では、ゲート、ソース及びドレイン部分並びに関連する諸層の形成プロセスとしてデバイス形成分野で周知のプロセスを使用する。このプロセスでは、半導体素材を堆積させて部位選択的に除去することでパターンを形成する；
４．保護層４４の付加。図８に示すように、部品１２を護る層４４を形成することもできる；
５．ビア３６の形成。本工程では、図８に示すように、トレース層３０内の相互接続用トレースに部品１２を接続するためのビア３６を１個又は複数個形成する。ビア３６は在来手法による穿孔やレーザの利用で形成することができる。本工程では、ビア３６としてビアホール（貫通孔）、ブラインドビア（盲孔）及びベリードビア（埋め孔）のいずれも形成することができる；
６．他の部品３８の搭載。トレース層３０，３１との接続用のビア３６が形成されたら、図８に例示するように、他の半導体部品３８を部品１２の周囲等に配置する。
【００４８】
なお、上掲の諸工程のうち幾つかは適宜入れ替えることができる。例えば高温加熱処理を実施する場合は、第５工程たるビア形成を第３工程たる薄膜部品形成より先に実行する方がよい。
【００４９】
このように、ＰＣＢ４６を形成する層と薄膜部品１２を形成する層とを積層させることで、金属トレース又はその一部を低抵抗且つ小静電容量なＰＣＢ４６内に形成することができ、また１個又は複数個の薄膜部品形成層内に半導体デバイスを形成することができる。それらの薄膜部品形成層とＰＣＢ形成層との間の電気的接続は、部品１２を形成する半導体層又は金属層と、ＰＣＢ４６の頂面にある金属層との間の接続により行うことができる。こうした構成には
・  ＰＣＢ４６の金属層は大断面でありその抵抗値が低いので、より多くの電流を流すことができ、立ち上がり時間が短くなり、電力損失（Ｉ2Ｒ）が少なくなる
・  ＰＣＢ４６の金属層が幅広である分層間静電容量が小さくなるので、立ち上がり時間が短くなり、静電容量充放電に伴う電力損失が少なくなり、層間の容量性結合による漏話が少なくなる
・  ＰＣＢ４６は多数の層から形成されるので、信号伝送や電源及び接地との接続に使用できる層が多くより複雑な回路を形成できる
・  ＰＣＢ４６側の厚い金属層を利用できるので、従来の薄膜デバイスに比べて熱損失が少なくなる
・  複数の電源プレーン及び接地プレーンに形成した幅広の金属層を利用できるので、大面積に亘り好適に、電源を配分することができる
・  ＰＣＢ４６を形成するためのプロセスは低コストであるので、金属層やビアを低コストで形成することができ、ひいては薄膜型の電子デバイス１０を低コストで形成することができる
といった利点がある。
【００５０】
また、この例に係る電子デバイス１０は、表示装置用バックプレーンとして形成することができる。その場合、ローアドレッシング、カラムアドレッシング、各画素へのデータ伝送、電源や接地との接続、各種タイミング信号及びクロック信号の供給等といった機能のうち一種類又は複数種類をＰＣＢ形成層で、またスイッチング機能や表示画素駆動機能は薄膜部品形成層で、それぞれ実現することができる。縦横に走るタイミング信号線、クロック信号線及びデータ信号線は例えばＰＣＢ形成層内に設ける。それらの層をＰＣＢ４６の頂面にある層に接続するビア３６は、例えば画素毎に或いは画素群毎に設ける。各薄膜部品１２との接続は、その部品１２上の金属層を介して、或いはその部品１２の実装先ＰＣＢ４６の頂面上にある金属層を介して行う。
【００５１】
この例に係る電子デバイス１０は、更に、イメージセンサ用バックプレーンとしても形成することができる。その場合、ローアドレッシング、カラムアドレッシング、各画素へのデータ伝送、電源や接地との接続、各種タイミング信号及びクロック信号の供給等といった機能のうち一種類又は複数種類をＰＣＢ形成層で、またスイッチング機能やセンシング画素駆動機能は薄膜部品形成層で、それぞれ実現することができる。縦横に走るタイミング信号線、クロック信号線及び検知信号線は例えばＰＣＢ形成層内に設ける。それらの層をＰＣＢ４６の頂面にある層に接続するビア３６は、例えば画素毎に或いは画素群毎に設ける。各薄膜部品１２との接続は、その部品１２上の金属層を介して、或いはその部品１２の実装先ＰＣＢ４６の頂面上にある金属層を介して行う。
【００５２】
ＰＣＢ４６の基板５０は、ＦＲ−４以外にも様々な素材で形成することができる。なかでも低誘電率且つ低損失な素材としては、例えば米国コネチカット州ロジャース所在のＲｏｇｅｒｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＲｏｇｅｒｓ４０００及びＲｏｇｅｒｓＤｕｒｏｉｄ（登録商標）がある。テフロンのタイプＧＴ及びタイプＧＸ、ＰＩ、ポリスチレン、架橋ポリスチレン等も、基板５０の形成素材として使用することができる。
【００５３】
［表面処理手法］
基板２０，５０に対する処理、即ち層１４等の薄膜部品構成要素の固着強度を高めるための処理は、多々ある様々な手法で行うことができる。前述の通り、本発明に係る方法が最も奏功するのは微粒子状素材１６の表面が基板２０の表面から露出し、それによって層１４との結合面が形成されているときである。しかし、基板２０内でバインダとして使用されているプラスチック素材の性質上、素材１６をフィラとして用いたときでも基板２０の表面のうちかなりの部分をそのプラスチック素材が占めるのが普通である。そのため、素材１６の存在比率ひいては層１４の結合強度を高めるには、基板表面沿いから幾ばくかのプラスチック素材を取り除くため、何らかの手だてを採る必要がある。
【００５４】
図５に、微粒子状素材１６の露出度を高めたときの基板表面２２の形状を示す。このような面２２を形成でき処理手法としては、例えば
・  エッチング剤（例えば各種の酸）等の化学物質による除去
・  プラズマエッチング
・  コロナ放電処理
・  加熱
・  超臨界二酸化炭素（ＣＯ2）への露出
・  レーザアブレーション
・  真空中熱分解
等の手法がある。
【００５５】
こうした表面処理手法の適用によるプラスチックバインダの除去は、表面処理分野での習熟者（いわゆる当業者）なら容易に行えることである。図４及び図５に例示した手法、即ち基板２０の表面下又はその付近に多数集まるようフィラーたる微粒子状素材１６を添加即ち埋入する手法と異なり、これらの表面処理手法は、プラスチックバインダに対するフィラー素材１６の混ざり方がより均一であっても或いはあまり均一でなくても適用することができる。このように処理した素材を使用することの基本的な利点は、前掲の通りＣＴＥ一致度が高まる点にある。
【００５６】
また、ＰＴＦＥのリフロー性を利用し表面処理の効果を強めることもできる。即ち、ＰＴＦＥ又はＰＴＦＥと他の適当な物質との複合素材の表面をそのガラス転移温度Ｔｇより少し高い温度まで昇温させ、その面上に微粒子状素材１６をダスティング又はスプリンクリングした後、そのＰＴＦＥ乃至複合素材を冷ますと、プラナリゼーション層１４等の層を好適に成長させうる表面状態になる。素材１６を堆積させた後に、上掲の諸手法を用いて表面処理を施せば、その基板２０の表面はより好適な状態になる。
【００５７】
更に、図６に示す通り、ベース基板２４たる第１のプラスチック素材を準備し、その上を複合素材２６で被覆するようにしてもよい。素材２６としては、あるプラスチックバインダ中に一種類又は複数種類の微粒子状素材１６を混入させたものを使用する。従って、この手法で形成される面上には、１個又は複数個の層を成長させることができる。例えば、図中のプラナリゼーション層１４や、絶縁層や、薄膜部品１０の一部を構成する電子的に活性な半導体層等を、成長させることができる。
【００５８】
［プラナリゼーション素材］
ＳＯＧ以外にプラナリゼーション素材として使用できる素材としては
・  ＢＣＢ、特に可動イオンを含まない半導体グレードのもの
・  アクリル
・  ＴＥＯＳ(Tetraethoxysilane)
等がある。
【００５９】
プラスチック基板を使用する試みはこれまでもなされてきたが、本発明に係る方法では、それらに比べて薄膜部品形成層の固着強度が高まる。それは、ガラス、セラミクス等の相応な微粒子性素材１６が添加されているため、プラスチックバインダ単体での場合に比べて強度に固着するからである。素材１６を使用することで、寸法安定性が失われる温度限界が高まるので、より高温でのデバイス形成も可能になる。
【００６０】
また、本発明に係る方法は、薄膜部品１２をフレキシブル基板２０上に直に形成することができ、従って積層等の中間工程が不要になる点でも有益である。特に、ウェブを利用したロールトゥロールのデバイス形成に適している。即ち、第１のロールからシート状の基板２０を引き出し、前述の通り表面処理して微粒子状素材１６を埋め込んだ後、更なる処理を施すか或いは第２のロールに巻き取って後日使用する、といったことが可能になる。
【００６１】
微粒子状素材１６として使用できる微粒子状物質の種類は多く、そうした微粒子状物質を併用乃至混合して各物質の望ましい性質を発現させることもできる。それには、電子デバイス１０を形成するプロセス中の様々な段階で、例えば前掲のプラズマエッチング等のツールを使用してまた別の種類の表面処理を施すとよい。本発明に係る方法では、そうした処理をシート状基板２０の片面又は両面に施すことができる。例えば、プラナリゼーション層１４の被着や薄膜部品１２の形成に先立ち、エンボス加工等の手法を用い基板２０を表面処理してパターンを形成し、そのパターンに沿い基板２０上又は層１４上の部品１２に例えば光学部品を付設する。例えば、レンズやレンズレットのような屈折性光学部品を１個又は複数個形成する。それらのレンズ素子は、画素入出射に使用できるよう、部品１２に対し所定の位置関係を採るよう形成する。また、こうした手順を使用する場合には、プロセス上の条件やデバイスの性質に応じて諸製造工程を調整乃至変形する。例えば、部品１２の形成に先立ちビア３６やトレースを形成するようにする。
【００６２】
こうして基板２０，５０上に形成した薄膜部品１２は信号の入出力に使用できる。即ち、その部品１２の諸構成部分から信号を出力することや、諸構成部分に信号を取り込むことができるので、例えば画像表示装置やイメージセンサの画素と組み合わせることができる。例えば、基板２０の表面上に形成した部品１２を対応する液晶画素、発光ダイオード画素又は有機発光ダイオード画素と結合させて表示に使用することや、誘導性蛍光体画素等のセンサ画素（生体検知器等の画素）と結合させてイメージセンシングに使用することができる。
【００６３】
更に、本発明で形成するビア３６には、基板上の薄膜部品１２がその動作中に発生させる熱を逃がす役割もある。ビア利用放熱については、本願出願人を譲受人とする特許文献６（発明者：Ｓｗｉｔｚｅｒ  ｅｔ  ａｌ．）に、より詳細な説明がある。
【００６４】
また、基板２０の片面上に形成した金属被覆パターンは、電子回路を形成する信号伝送路として用いることも、接地プレーン或いはＥＭＩシールドとして用いることもできる。
【００６５】
更に、本発明を多層基板に適用することもできる。その場合、一番下の層にはキャリアがらみの特性（対キャリア接着性等）を付与し、一番上の層には電子デバイスがらみの特性（対薄膜部品形成層接着性等）を付与し、そしてその中間にある層には指定された特性（光学特性、電気特性、熱特性、磁気特性乃至化学特性）を付与するようにするとよい。
【００６６】
このように、本発明によれば、基板上に電子でバイス及び相互接続用トレースを形成するための装置及び方法を得ることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１０  電子デバイス、１２  薄膜部品、１４  プラナリゼーション層、１６  微粒子状素材、１８  キャリア、２０  基板、２２，２８  基板表面、２４  ベース基板、２６  複合素材、３０，３１  トレース層、３４  ベース層、３６  ビア、３８  搭載部品、４０  フィラ、４２  絶縁体、４４  保護層、４６  印刷回路基板、５０  絶縁基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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