[发明专利]含稀土元素的玻璃材料和基板以及包括这种基板的器件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年5月13日提交的题为“含稀土元素的玻璃材料和基板以及包括这种基板的器件(RARE-EARTH-CONTAINING GLASS MATERIAL AND SUB STRATE AND DEVICE COMPRISING SUCH SUBSTRATE)”的美国临时专利申请序列第61/052772号的优先权，以该文献的内容为基础并通过参考全文结合于本文。

技术领域

本发明涉及玻璃材料，包含这种玻璃材料的玻璃基板，包括这种玻璃基板的器件。具体地，本发明涉及含稀土元素的玻璃材料，高精度玻璃基板，以及包括具有半导体材料层如多晶硅层的玻璃基板的器件。本发明能用于例如制造用于LCD显示器的玻璃基板，尤其是基于多晶硅技术的那些玻璃基板。

背景技术

液晶显示器例如有源矩阵液晶显示器(AMLCD)的制造非常复杂，基板玻璃的性质极为重要。首要的是，制造AMLCD器件需使用的玻璃基板必须严格控制其物理尺寸。在美国专利3,338,696和3,682,609(Dockerty)中所述的下拉板的拉制法，特别是熔合法能够在不需要高成本的后成形精制操作例如精研(1apping)和抛光条件下制造可用作基板的玻璃板。不幸的是，熔合法对玻璃性质设置了相当苛刻的限制，要求相对高的液相线粘度。

在液晶显示器领域，在某些应用中优选基于多晶硅的薄膜晶体管(TFT)，原因是这种晶体管能够更有效地传输电子。基于多晶硅(p-Si)的硅晶体管的特征是其迁移率高于基于无定形硅(a-Si)的晶体管。这样能够制造更小和更快的晶体管，最终制造更亮和更快速的显示器。在一些其他应用中，在玻璃基板的表面上形成单晶半导体材料层如硅层甚至是更有利的，因为由单晶硅可制得更高性能的半导体器件部件。

基于p-Si和单晶硅的晶体管与a-Si晶体管相比在制造过程中需要更高的工艺温度。与制造a-Si晶体管时采用的400℃峰值温度相比，对p-Si晶体管，制造工艺中有多个步骤需要450-750℃温度，对单晶硅需要的温度甚至更高。在这些温度，大多数AMLCD玻璃基板发生被称作“压缩”的过程。压缩也指热稳定性或尺寸变化，是因玻璃材料的假想温度变化导致的玻璃基板不可逆的尺寸变化(收缩)。“假想温度”是一个用来表示玻璃结构状态的概念。据说从高温快速冷却的玻璃具有较高的假想温度，原因是较高“凝固”温度降低了密度结构。缓慢冷却或者在其退火点附近保持一定时间的玻璃据说具有较低的假想温度和较高的密度结构。

压缩的程度取决于玻璃的制造工艺以及玻璃的粘弹性性质。在由玻璃制造玻璃板产品的浮法工艺中，玻璃板从熔体相对缓慢冷却，因此，将相对低温结构凝固到玻璃中。熔合法与此不同，导致玻璃板从熔体非常快速地骤冷，凝固相对高温结构。结果，采用浮法制造的玻璃与采用熔合法制造的玻璃相比发生压缩程度较低，因为供压缩的驱动力是假想温度和玻璃在压缩过程中经历的工艺温度的差值。因此，希望能够最大程度地减小下拉法制造的玻璃基板中的压缩程度。

有两种方法可以尽可能减小玻璃中的压缩程度。第一种方法是对玻璃进行热预处理，产生类似于经历p-Si TFT制造工艺的玻璃的假想温度。但是，这种方法存在一些困难。首先，在p-Si TFT制造过程中采用的多个加热步骤在玻璃中产生略不同的假想温度，使得通过这种预处理也不能完全补偿。其次，玻璃的热稳定性与p-Si TFT制造厂的详细工艺密切相关，这可能意味着对不同的终端用户有不同的预处理。最后，预处理增加了处理的成本和复杂性。

另一种方法是减慢压缩响应的动力学。这可以通过升高玻璃的粘度来实现。因此，如果玻璃的应变点比将经历的工艺温度高得多(例如，如果在应变点比工艺温度高约50-100℃下保持较短接触时间)，压缩程度最小。但是，这种方法面临的挑战是如何以成本有效的方式制造高应变点玻璃，因为高应变点玻璃通常需要较高的熔化温度。

因此，仍需要一种具有高应变点，并因此具有良好的尺寸稳定性(即，低压缩)和合理的熔化温度的玻璃材料。期望该玻璃组合物还具有下拉法包括但不限于熔合下拉法所要求的所有性质，这对制造用于液晶显示器的基板非常重要。本发明解决了这种和其它需求。

发明概述

这里揭示本发明的若干方面。应当理解，这些方面可以彼此重叠，也可以不重叠。因此，一个方面的某个部分可以落入另一个方面的范围，反之亦然。除非在上下文中有相反指示，否则，有差异的各个方面应当视作在范围上彼此重叠。