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特許7379370ディスプレイデバイス内の銅相互接続を接着させるためのシステムおよび方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-06
(45)【発行日】2023-11-14
(54)【発明の名称】ディスプレイデバイス内の銅相互接続を接着させるためのシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
C03C 17/40 20060101AFI20231107BHJP
C03C 15/00 20060101ALI20231107BHJP
H01L 21/3205 20060101ALI20231107BHJP
H01L 21/768 20060101ALI20231107BHJP
H01L 23/532 20060101ALI20231107BHJP
G09F 9/00 20060101ALI20231107BHJP
【ＦＩ】
C03C17/40
C03C15/00 Z
H01L21/88 R
G09F9/00 346A
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020556801
(86)(22)【出願日】2019-04-18
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-08-26
(86)【国際出願番号】 US2019028032
(87)【国際公開番号】W WO2019204551
(87)【国際公開日】2019-10-24
【審査請求日】2022-04-13
(31)【優先権主張番号】62/660,677
(32)【優先日】2018-04-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/809,963
(32)【優先日】2019-02-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】397068274
【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100073184
【弁理士】
【氏名又は名称】柳田 征史
(74)【代理人】
【識別番号】100123652
【弁理士】
【氏名又は名称】坂野 博行
(74)【代理人】
【識別番号】100175042
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 秀明
(72)【発明者】
【氏名】ホアン，ミン－ホアン
(72)【発明者】
【氏名】キム，フン
(72)【発明者】
【氏名】マンレイ，ロバート ジョージ
(72)【発明者】
【氏名】ヴァディ，ラジェッシュ
(72)【発明者】
【氏名】ジュー，ビン
【審査官】和瀬田 芳正
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２００６／０２５３４７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－０２１５２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２６１８９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１８０３０９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１０－０１０２５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－０６６４２８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０３Ｃ １７／３４ － １７／４２
Ｈ０１Ｌ ２１／７６８
Ｇ０９Ｆ ９／００
Ｇ０９Ｆ ９／３０
Ｇ０２Ｆ １／１３４３ － １／１３４５
Ｈ０５Ｂ ３３／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上に金属相互接続を形成するための方法であって、ガラス、セラミック、およびガラスとセラミックとの組合せからなる群から選択される材料で形成されている基板の表面全体にわたってマンガン－銅層を形成するステップと、
前記マンガン－銅層の表面を酸化性環境に曝露して、酸化された層を形成するステップと、
前記酸化された層全体にわたって配置された銅層を形成して、中間ディスプレイデバイスを得るステップと、
前記中間ディスプレイデバイスをアニールして、
前記基板の前記表面に隣接するケイ酸マンガンを含む界面層と、
前記界面層と前記銅層との間の酸化マンガンを含む層と
を得るステップと
を含み、
前記基板が１０パーセント以上のＳｉＯｘを含む、方法。
【請求項2】
モルパーセントとして測定された前記マンガン－銅層中のマンガン濃度が５パーセント未満である、請求項１記載の方法。
【請求項3】
前記銅層が、前記銅層の上面と前記界面層の上面との間の中間点を中心とし、かつ前記中間点から、前記銅層の上面と前記界面層の上面との間の距離の±２０パーセント延在する帯域内で測定した場合に、モルパーセントで９９パーセント（９９％）銅よりも高い純度を示す、請求項１記載の方法。
【請求項4】
前記アニールするステップが、前記中間ディスプレイデバイスを摂氏２８０度よりも高い温度に２００秒よりも長い期間曝露するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項5】
前記基板の前記表面全体にわたって前記マンガン－銅層を形成するステップの前に、前記基板の表面を荒化して荒面を得るステップであって、同じ寸法の平坦な表面の曝露された表面積と比べたとき、曝露された表面積を増加させるステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項6】
前記基板の前記表面を荒化するステップが、前記基板の前記表面をリーチするステップを含む、請求項５記載の方法。
【請求項7】
前記基板がＳｉＯ２を含み、前記基板の前記表面を荒化するステップが、前記基板のバルクよりも、前記基板と前記マンガン－銅層との界面の近くでＳｉＯ２濃度が高くなるように、前記基板の前記表面をエッチするステップを含む、請求項５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【0001】
本願は、米国特許法第１１９条のもと、２０１８年４月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／６６０６７７号明細書および２０１９年２月２５日に出願された米国仮特許出願第６２／８０９９６３号明細書の優先権の利益を主張し、そのそれぞれの内容が依拠され、そのそれぞれの内容全体を参照により本明細書に援用するものとする。
【技術分野】
【0002】
本説明は、銅への接着が改善されたガラス表面および／またはセラミック表面ならびに物品に関する。
【背景技術】
【0003】
ガラス基板、セラミック基板、およびガラス－セラミック基板は、ディスプレイタイル、電気的インターフェースとして使用されるインターポーザ、ＲＦフィルタ、および／またはＲＦスイッチとしての使用を含む多くの用途に望ましい。ガラス基板は、こうした用途向けのシリコンおよび繊維強化ポリマーの魅力的な代替となった。それでもやはり、相互接続を形成するために使用される典型的な金属はガラス基板にあまり良く接着しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
したがって、少なくとも前述の理由により、銅をガラス材料、セラミック材料、およびガラス－セラミック材料に接着させるための先進のシステムおよび方法が当技術分野において必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態は概して、基板および導電性相互接続に関し、とりわけ、その上に配置された銅相互接続を有するガラス基板、セラミック基板、またはガラス－セラミック基板に関する。
【0006】
本概要は、いくつかの実施形態の一般的な概略のみを提供する。「１つの実施形態において」、「１つの実施形態によれば」、「様々な実施形態において」、「１つ以上の実施形態において」、「特定の実施形態において」などの語句は一般に、語句に続く特定の特徴、構造、または特性が少なくとも１つの実施形態に含まれ、１つを超える実施形態に含まれてよいことを意味する。重要なことに、こうした語句は必ずしも同じ実施形態を指すわけではない。多くの他の実施形態は、以下の詳細な説明、添付の特許請求の範囲および添付図面から、より十分に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0007】
本明細書の残りの部分に記載されている図を参照することにより、本発明の様々な実施形態のさらなる理解が実現され得る。図中、同様の構成要素を参照するために、同様の参照番号がいくつかの図にわたって使用される。いくつかの例では、複数の同様の構成要素のうちの１つを表すために、小文字からなるサブラベルが参照番号に付けられる。既存のサブラベルを指定せずに参照番号を参照する場合、すべてのこうした複数の同様の構成要素を参照することが意図される。
【図1】先行技術のディスプレイの概略上面透視図である。
【図2a】いくつかの実施形態にしたがってガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するためのそれぞれのプロセスを適用した後の中間ディスプレイデバイスを示す図である。
【図2b】いくつかの実施形態にしたがってガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するためのそれぞれのプロセスを適用した後の中間ディスプレイデバイスを示す図である。
【図2c】いくつかの実施形態にしたがってガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するためのそれぞれのプロセスを適用した後の中間ディスプレイデバイスを示す図である。
【図3】様々な実施形態にしたがってガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するための方法を示すフロー図である。
【図4a】他の実施形態にしたがって基板の表面上の酸素領域を拡張するステップを含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するためのそれぞれのプロセスを適用した後の中間ディスプレイデバイスを示す図である。
【図4b】他の実施形態にしたがって基板の表面上の酸素領域を拡張するステップを含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するためのそれぞれのプロセスを適用した後の中間ディスプレイデバイスを示す図である。
【図4c】他の実施形態にしたがって基板の表面上の酸素領域を拡張するステップを含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するためのそれぞれのプロセスを適用した後の中間ディスプレイデバイスを示す図である。
【図4d】他の実施形態にしたがって基板の表面上の酸素領域を拡張するステップを含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するためのそれぞれのプロセスを適用した後の中間ディスプレイデバイスを示す図である。
【図5】様々な実施形態にしたがってリーチングプロセスを使用して基板の表面上の酸素領域を拡張するステップを含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するための方法を示すフロー図である。
【図6】いくつかの実施形態にしたがってエッチングプロセスを使用して基板の表面上の酸素領域を拡張するステップを含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するための別の方法を示すフロー図である。
【図7a】いくつかの実施形態にしたがって基板の表面全体にわたって配置されたストップ層を含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するためのそれぞれのプロセスを適用した後の中間ディスプレイデバイスを示す図である。
【図7b】いくつかの実施形態にしたがって基板の表面全体にわたって配置されたストップ層を含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するためのそれぞれのプロセスを適用した後の中間ディスプレイデバイスを示す図である。
【図7c】いくつかの実施形態にしたがって基板の表面全体にわたって配置されたストップ層を含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するためのそれぞれのプロセスを適用した後の中間ディスプレイデバイスを示す図である。
【図7d】いくつかの実施形態にしたがって基板の表面全体にわたって配置されたストップ層を含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するためのそれぞれのプロセスを適用した後の中間ディスプレイデバイスを示す図である。
【図8】１つ以上の実施形態にしたがって基板の表面全体にわたってストップ層を形成するステップを含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するための方法を示すフロー図である。
【図9a】様々な実施形態にしたがって基板の表面上の酸素領域を拡張するステップと、基板の表面全体にわたって配置されたシール層を形成するステップとを含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するためのそれぞれのプロセスを適用した後の中間ディスプレイデバイスを示す図である。
【図9b】様々な実施形態にしたがって基板の表面上の酸素領域を拡張するステップと、基板の表面全体にわたって配置されたシール層を形成するステップとを含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するためのそれぞれのプロセスを適用した後の中間ディスプレイデバイスを示す図である。
【図9c】様々な実施形態にしたがって基板の表面上の酸素領域を拡張するステップと、基板の表面全体にわたって配置されたシール層を形成するステップとを含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するためのそれぞれのプロセスを適用した後の中間ディスプレイデバイスを示す図である。
【図9d】様々な実施形態にしたがって基板の表面上の酸素領域を拡張するステップと、基板の表面全体にわたって配置されたシール層を形成するステップとを含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するためのそれぞれのプロセスを適用した後の中間ディスプレイデバイスを示す図である。
【図9e】様々な実施形態にしたがって基板の表面上の酸素領域を拡張するステップと、基板の表面全体にわたって配置されたシール層を形成するステップとを含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するためのそれぞれのプロセスを適用した後の中間ディスプレイデバイスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
実施形態は概して、基板上に形成された導電性相互接続に関し、とりわけ、その上に配置された銅相互接続を有するガラス基板、セラミック基板、またはガラス－セラミック基板に関する。
【0009】
図１を参照すると、先行技術のディスプレイタイル５０が示されている。ディスプレイタイル５０は、第１の表面５５と外周囲５６とを有する第１の基板５２を含む。ディスプレイタイル５０は、画素素子の行６０と画素素子５８の列７０とを含む。画素素子５８の各行６０は、行電極６２と画素素子５８の複数の列７０とにより接続されており、画素素子５８の各列７０は列電極７２により接続されている。ディスプレイタイル５０は、画素素子５８の行６０を駆動する少なくとも１つの行ドライバ６５と、画素素子５８の列７０を駆動する少なくとも１つの列ドライバ７５とをさらに含む。先行技術のディスプレイタイル５０において、行ドライバ６５および列ドライバ７５は、画素素子の同じ側の第１の表面５５上に位置し、ベゼル（図示せず）で行ドライバ６５および列ドライバ７５を覆う必要がある。
【0010】
本明細書で論じる様々な実施形態は、ガラス基板上、セラミック基板上、またはガラス－セラミック基板上に形成された銅相互接続を含むシステム、デバイスおよび方法を提供する。いくつかのこうした実施形態は結果として、代替プロセスを使用して形成された同様の形状およびサイズの銅相互接続と比べて抵抗率がより低い銅相互接続をもたらし、かつ／またはより薄く、より機能的な相互接続を可能にする。本明細書に記載の開示に基づいて、開示される実施形態のプロセスおよびデバイスを使用することにより実現され得る様々な他の利点は、当業者に理解される。
【0011】
様々な実施形態は、基板上に金属相互接続を形成するための方法を提供する。こうした方法は、基板の表面を荒化して、荒面を得るステップと、荒面全体にわたって銅合金層を形成するステップと、銅合金層の上方に配置された銅層を形成して、中間ディスプレイデバイスを得るステップと、中間ディスプレイデバイスをアニールするステップとを含む。「銅合金」という語句は、任意の銅含有金属を意味するその最も広い意味で使用される。したがって、銅合金は、純粋な銅、または銅と１種以上の他の金属の組合せでよい。前述の荒化は、同じ寸法の平坦な表面上の曝露された表面積と比べたとき、曝露された表面積を増加させる。銅合金層は、銅と、マンガン、ニッケル、チタン、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、またはタングステンから選択される少なくとも１種の他の金属とを含む。中間ディスプレイをアニールするステップによって他の金属のサブセットが得られ、これを基板のガラスと合することにより、基板と銅合金層との間の界面層が得られる。
【0012】
前述の実施形態のいくつかの例において、ガラスとセラミックとの組合せは、ガラスのみ、またはガラスの部分およびセラミックの部分である。前述の実施形態の様々な例において、銅層は、ほぼ純粋な銅層である。いくつかの場合において、ほぼ純粋な銅層は、このほぼ純粋な金属層の上面と界面層の上面との間の中間点を中心とし、かつこの中間点から、このほぼ純粋な金属層の上面と界面層の上面との間の距離の±２０パーセント延在する帯域内で測定した場合に、モルパーセントで９９．５パーセント（９９．５％）銅よりも高い純度を示す。
【0013】
前述の実施形態の様々な例において、他の金属はマンガンであり、銅合金層はマンガン－銅合金層である。いくつかのこうした例において、モルパーセントとして測定されたマンガン－銅合金層中のマンガン濃度は５パーセント未満である。他のこうした例において、モルパーセントとして測定されたマンガン－銅合金層中のマンガン濃度は２パーセント未満である。さらなる他のこうした例において、モルパーセントとして測定されたマンガン－銅合金層中のマンガン濃度は１／２（０．５）パーセント未満である。様々なこうした例において、界面層はケイ酸マンガン（ＭｎＳｉＯｘ）を含む。１つ以上のこうした例において、銅合金層全体にわたって配置された銅層を形成するステップは、銅合金層の酸化を回避するためにイン・サイチュで行われる。いくつかのこうした例において、本方法は、銅層を形成するステップの前に、銅合金層の曝露された表面を酸化させるステップをさらに含む。中間ディスプレイデバイスをアニールするステップによって、基板の表面に隣接するケイ酸マンガンを含む界面層と、この界面層と銅層との間の酸化マンガンを含む層とが得られる。
【0014】
前述の実施形態のいくつかの例において、アニールするステップは、中間ディスプレイデバイスを摂氏２８０度よりも高い温度に１０００秒よりも長い期間曝露するステップを含む。様々なこうした例において、アニールするステップは、中間ディスプレイデバイスを摂氏３２０度よりも高い温度に１０００秒よりも長い期間曝露するステップを含む。前述の実施形態の様々な例において、基板の表面を荒化するステップは、基板の表面をリーチするステップを含む。前述の実施形態の他の例において、基板の表面を荒化するステップは、基板の表面をエッチするステップを含む。
【0015】
他の実施形態は、ガラスとセラミックとの組合せで形成された基板と、基板の表面の上方に配置された金属合金層と、基板と金属合金層との間に配置されたケイ酸マンガン（ＭｎＳｉＯｘ）の界面層とを含むディスプレイタイルを提供する。前述の実施形態のいくつかの例において、ガラスとセラミックとの組合せは、ガラスのみ、またはガラスの部分およびセラミックの部分であってよい。前述の実施形態のいくつかの例において、金属合金層は、ほぼ純粋な銅層である。いくつかのこうした例において、ほぼ純粋な銅層は、このほぼ純粋な金属層の上面と界面層の上面との間の中間点を中心とし、かつこの中間点から、このほぼ純粋な金属層の上面と界面層の上面との間の距離の±２０パーセント延在する帯域内で測定した場合に、モルパーセントで９９パーセント（９９％）銅よりも高い純度を示す。様々なこうした例において、ディスプレイタイルは、ほぼ純粋な銅層と界面層との間に挟まれた酸化マンガンをさらに含む。前述の実施形態の様々な例において、金属合金層の厚さは、界面層の厚さよりも少なくとも３倍大きい。前述の実施形態のいくつかの例において、基板の表面は、基板の表面の下方に延在する開口を示し、界面層の材料は、開口内に少なくとも部分的に延在する。
【0016】
さらなる他の実施形態は、基板上に金属相互接続を形成するための他の方法を提供する。こうした他の方法は、ガラスとセラミックとの組合せで形成されている基板の表面全体にわたってマンガン－銅層を形成するステップと、マンガン－銅層の表面を酸化性環境に曝露して、酸化された層を形成するステップと、酸化された層全体にわたって配置された銅層を形成して、中間ディスプレイデバイスを得るステップと、中間ディスプレイデバイスをアニールして、基板の表面に隣接するケイ酸マンガンを含む界面層と、界面層と銅層との間の酸化マンガンを含む層とを得るステップとを含む。
【0017】
図２ａ～図２ｃを参照すると、いくつかの実施形態にしたがってガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するためのそれぞれのプロセスを適用した後の中間ディスプレイデバイス２００～２０２が示されている。図２ａを考慮すると、中間ディスプレイデバイス２００は、基板２１０の表面上に形成された金属合金層２１５を含む。いくつかの実施形態において、金属合金層２１５は、マンガン（Ｍｎ）と銅（Ｃｕ）の合金で形成されている。いくつかの場合において、合金中のマンガン濃度は１０パーセント未満である。他の場合において、合金中のマンガン濃度は５パーセント未満である。さらなる他の場合において、合金中のマンガン濃度は２パーセント未満である。さらなる他のこうした例において、モルパーセントとして測定されたマンガン－銅合金層中のマンガン濃度は１／２（０．５）パーセント未満である。金属合金の百分率はモルパーセント（モル％）として記載されている。
【0018】
様々な実施形態において、基板２１０は、１０パーセント以上のＳｉＯｘを有する任意のガラス組成物またはガラス－セラミック組成物であってよい。いくつかの実施形態において、基板２１０は、３０パーセント以上のＳｉＯｘを有する任意のガラス組成物またはガラス－セラミック組成物であってよい。１つ以上の実施形態において、基板は、５１パーセント～９０パーセントのＳｉＯｘおよび４９パーセント～１０パーセントのＲＯｘを有する任意のガラス－セラミック組成物であってよい。前述の基板組成物の百分率は、基板２１０の中心線からｄｓ１の＋／－２０パーセント延在する帯域内で測定されたモルパーセント（モル％）として記載されている。様々な実施形態において、基板２１０の厚さｄｓ１は、１０μｍよりも大きい。いくつかの実施形態において、基板２１０は、１／４ｍｍ～１／２ｍｍの厚さｄｓ１を有するＣｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｅａｇｌｅ ＸＧ（登録商標）Ｓｌｉｍ Ｇｌａｓｓ基板である。本明細書に記載の開示に基づいて、異なる実施形態に対して使用され得る様々なガラス基板またはガラス－セラミック基板および基板厚さは、当業者に理解される。
【0019】
いくつかの実施形態において、金属合金層２１５の厚さｄａ１は１５０ｎｍ未満である。様々な実施形態において、金属合金層２１５の厚さｄａ１は１００ｎｍ未満である。いくつかの実施形態において、金属合金層２１５の厚さｄａ１は５０ｎｍ未満である。様々な実施形態において、金属合金層２１５の厚さｄａ１は３０ｎｍ未満である。１つ以上の実施形態において、金属合金層２１５の厚さｄａ１は２０ｎｍ未満である。いくつかの実施形態において、金属合金層２１５の厚さｄａ１は、８～１３ｎｍである。基板２１０上の金属合金層２１５の形成は、基板上に厚さ５０ｎｍ未満の合金層を形成するための任意のプロセスを使用して行われてよい。このようなプロセスには、これに限定されないが、金属合金層２１５の酸化を回避するイン・サイチュ化学蒸着が含まれ得る。
【0020】
図２ｂを参照すると、中間ディスプレイデバイス２０１は、中間ディスプレイデバイス２００の金属合金層２１５上に形成された材料層２２０を含む。いくつかの実施形態において、材料層２２０は、ほぼ純粋な銅である。材料層２２０は、厚さｄａ１よりも大きい厚さｄｃ１を示す。いくつかの実施形態において、材料層２２０の厚さｄｃ１は、金属合金層２１５の厚さｄａ１の４０倍よりも大きい。いくつかの実施形態において、材料層２２０の厚さｄｃ１は、金属合金層２１５の厚さｄａ１の２０倍よりも大きい。様々な実施形態において、材料層２２０の厚さｄｃ１は、金属合金層２１５の厚さｄａ１の５倍よりも大きい。いくつかの実施形態において、材料層２２０の厚さｄｃ１は、金属合金層２１５の厚さｄａ１の３倍よりも大きい。１つ以上の実施形態において、材料層２２０の厚さｄｃ１は、金属合金層２１５の厚さｄａ１の２倍よりも大きい。金属合金層２１５上の材料層２２０の形成は、合金層上に金属層を形成するための任意のプロセスを使用して行われてよい。このようなプロセスには、これらに限定されないが、スパッタリングまたは化学蒸着が含まれ得る。
【0021】
図２ｃを参照すると、中間ディスプレイデバイス２０２は、中間ディスプレイデバイス２０１をアニールすることにより形成される。いくつかの実施形態において、アニールは、中間ディスプレイデバイス２０１を摂氏２８０（２００）度よりも高い温度に１０００秒超の間曝露することにより実施される。様々な実施形態において、アニールは、中間ディスプレイデバイス２０１を摂氏約３００度の温度に１５００秒超の間曝露することにより実施される。いくつかの実施形態において、アニールは、中間ディスプレイデバイス２０１を摂氏約３５０度の温度に１５００秒超の間曝露することにより実施される。アニール中、金属合金層２１５の合金中の１種の金属が基板２１０の表面に向かって拡散して、基板２１０と材料層２２０との間に薄い界面層２２５を形成し、（１種以上の）他の金属は金属合金層２１５の合金中に残される。界面層２２５は、厚さｄａ１、金属合金層２１５の合金中の外方拡散金属の百分率、およびアニール中に達成された外方拡散の百分率の関数である厚さｄｍ１を示す。本明細書において使用する場合に、「アニール」または「アニーリング」という語句は、構造物を高熱にある期間曝露する任意のプロセスを意味するそれらの最も広い意味で使用される。したがって、アニーリングは、例えば、低温で材料層を形成した後に中間ディスプレイデバイスを高温に曝露することにより行われてよい。別の例として、中間ディスプレイデバイスのアニーリングは、高温堆積を用いて中間ディスプレイデバイスの材料層を形成することにより行われてよい。本明細書に記載の開示に基づいて、異なる実施形態に対して使用され得る様々なアニーリング法が、当業者に理解される。
【0022】
したがって、基板２１０がＳｉＯｘ系基板である実施形態において、金属合金層２１５はマンガン－銅合金で形成されており、材料層２２０は、ほぼ純粋な銅で形成されており、アニールにより、金属合金層２１５のマンガンが基板２１０の表面に向かって拡散して、ＭｎＳｉｘＯｙの薄層（すなわち、金属系酸化物層）が形成される。金属合金層２１５からマンガンを拡散させると、銅（例えば、ほぼ純粋な銅）に比べて大幅に少ない量のマンガンを含む合金が残り、材料層２２０の一部になる。この結果、材料層２２０の厚さは、当初の厚さｄｃ１からポストアニール厚さｄｃ１’に増す。ｄｍ１の厚さと同様、厚さｄｃ１からｄｃ１’への増加は、厚さｄａ１、金属合金層２１５の合金中のマンガンの百分率、およびアニール中に達成されたマンガンの外方拡散の百分率の関数である。界面層２２５（この場合、ＭｎＳｉｘＯｙの薄層）は、材料層２２０中のほぼ純粋な銅と基板２１０の表面との間の接着層として働く。このような銅材料層およびマンガン－銅合金層の使用は、銅層の実質的な純度に起因する低抵抗率を与える銅相互接続の使用を可能にし、しかも、ガラス基板またはガラス－セラミック基板への良好な接着を示す。銅材料層およびマンガン－銅合金層の前述の使用は結果として、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｅａｇｌｅ ＸＧ（登録商標）Ｓｌｉｍ Ｇｌａｓｓ基板への良好な銅相互接続接着をもたらし、かつ基板と銅相互接続層との間に形成されたチタンまたは他の金属接着層を使用することにより実現可能なものよりも低い抵抗率を示す銅相互接続をもたらした。さらに、前述のより低い抵抗率は、低濃度のマンガンと、１００ｎｍ未満の金属合金層２１５とにより実現可能であった。
【0023】
金属合金層２１５の厚さの関数として抵抗率が減少することが実験を通じて明らかになった。例えば、マンガン－銅合金のモル％で２パーセント未満のマンガン濃度、５００ｎｍの厚さｄｃ１を有する材料層２２０、および１５０ｎｍの厚さｄａ１を有する金属合金層２１５の場合、約１５００秒超の間の摂氏３００度のアニールに対して最低抵抗率となる温度および期間のアニールが適用されたか否かによって１ｃｍ当たり２．６～２．８μΩ（μΩｃｍ）の抵抗率が実現した。マンガン－銅合金のモル％で１／２（０．５）パーセント未満のマンガン濃度、５００ｎｍの厚さｄｃ１を有する材料層２２０、および１００ｎｍの厚さｄａ１を有する金属合金層２１５の場合、約１５００秒超の間の摂氏３００度のアニールに対して最低抵抗率となる温度および期間のアニールが適用されたか否かによって１ｃｍ当たり２．４～２．６μΩ（μΩｃｍ）の抵抗率が実現した。マンガン－銅合金のモル％で１／２（０．５）パーセント未満のマンガン濃度、５００ｎｍの厚さｄｃ１を有する材料層２２０、および５０ｎｍの厚さｄａ１を有する金属合金層２１５の場合、約１５００秒超の間の摂氏３００度のアニールに対して最低抵抗率となる温度および期間のアニールが適用されたか否かによって１ｃｍ当たり２．２～２．４μΩ（μΩｃｍ）の抵抗率が実現した。マンガン－銅合金の２質量パーセント未満のマンガン濃度、５００ｎｍの厚さｄｃ１を有する材料層２２０、および１０ｎｍの厚さｄａ１を有する金属合金層２１５の場合、約１５００秒超の間の摂氏３５０度のアニールに対して最低抵抗率となる温度および期間のアニールが適用されたか否かによって１ｃｍ当たり２．０～２．３μΩ（μΩｃｍ）の抵抗率が実現した。１０ｎｍの厚さｄａ１を有する金属合金層２１５の抵抗率は、ガスアニーリング（４パーセントＨ２）のポストアニーリングプロセスが実施される場合、１ｃｍ当たり１．９μΩ（μΩｃｍ）未満までさらに減少させることができる。
【0024】
図３を参照すると、フロー図３００は、様々な実施形態にしたがってガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するための方法を示す。フロー図３００にしたがって、マンガンと銅の合金が、基板の表面に適用される（ブロック３１０）。いくつかの場合において、基板の表面は、マンガン（Ｍｎ）と銅（Ｃｕ）の合金を適用する前に、酸化性環境中に置かれている。いくつかの場合において、合金中のマンガン濃度は２パーセント未満である。ここでも、金属合金の百分率はモルパーセント（モル％）として記載されている。いくつかの実施形態において、マンガンと銅の合金の層は約１０ｎｍ厚である。マンガンと銅の合金の適用は、基板上に厚さ約１０ｎｍの合金層を形成するための任意のプロセスを使用して行われてよい。このようなプロセスには、これに限定されないが、金属合金層２１５の酸化を回避するイン・サイチュ化学蒸着が含まれ得る。
【0025】
ほぼ純粋な銅（Ｃｕ）の層が、マンガンと銅の合金全体にわたって適用されて、予備接触層を有する基板が得られる（ブロック３１５）。このような予備接触層は、図２ｂの材料層２２０と類似している。いくつかの場合において、純粋な銅の層は、約５００ｎｍの厚さを示す。ほぼ純粋な銅層の適用は、マンガン－銅合金全体にわたって厚さ約５００ｎｍの銅層を形成するための任意のプロセスを使用して行われてよい。このようなプロセスには、これらに限定されないが、スパッタリングまたは化学蒸着が含まれ得る。
【0026】
予備接触層を有する基板がアニールされて、ほぼ純粋な銅接触層と基板との間に配置されたケイ酸マンガン（ＭｎＳｉｘＯｙ）が得られる（ブロック３２０）。いくつかの場合において、アニールは、摂氏３００度～摂氏３５０度の温度で１５００秒超の間実施される。アニール中、マンガンは、マンガン－銅合金から基板に向かって拡散し、マンガン－銅合金に由来する銅は残り、上記の図２ｃに示されたものと類似のほぼ純粋な銅層の一部になる。ＭｎＳｉｘＯｙの界面層は、材料層中のほぼ純粋な銅と基板の表面との間の接着層として働く。このような銅材料層およびマンガン－銅合金層の使用は、銅層の実質的な純度に起因する低抵抗率を与える銅相互接続の使用を可能にし、しかも、ガラス基板またはガラス－セラミック基板への良好な接着を示す。銅材料層およびマンガン－銅合金層の前述の使用は結果として、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｅａｇｌｅ ＸＧ（登録商標）Ｓｌｉｍ Ｇｌａｓｓ基板への良好な銅相互接続接着をもたらし、かつ基板と銅相互接続層との間に形成されたチタンまたは他の金属接着層を使用することにより実現可能なものよりも低い抵抗率を示す銅相互接続をもたらした。
【0027】
図４ａ～図４ｄを参照すると、いくつかの実施形態にしたがって基板の表面上の酸素領域を拡張するステップを含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するためのそれぞれのプロセスを適用した後の中間ディスプレイデバイス４００～４０３が示されている。図４ａを考慮すると、中間ディスプレイデバイス４００は、厚さｄｓ２を有する基板４１０を含む。示す通り、基板４１０の表面４０５の下方に延在する小開口４８０が形成される。これらの小開口は、当技術分野において既知の任意の化学的または機械的プロセスにより形成されてよい。いくつかの実施形態において、小開口４８０は、表面４０５をリーチすることにより形成されたナノポーラス開口である。他の実施形態において、小開口４８０は、表面４０５をエッチすることにより形成されたエッチされた開口である。本明細書に記載の開示に基づいて、表面４０５の領域を拡大するために表面４０５に適用され得る様々な粗化プロセスは、当業者に理解される。様々な実施形態において、基板４１０の厚さｄｓ２は、１０μｍよりも大きい。いくつかの実施形態において、基板４１０は、１／４ｍｍ～１／２ｍｍの厚さｄｓ２を有するＣｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｅａｇｌｅ ＸＧ（登録商標）Ｓｌｉｍ Ｇｌａｓｓ基板である。本明細書に記載の開示に基づいて、異なる実施形態に対して使用され得る様々なガラス基板またはガラス－セラミック基板および基板厚さは、当業者に理解される。
【0028】
様々な実施形態において、基板４１０は、１０パーセント以上のＳｉＯｘを有する任意のガラス組成物またはガラス－セラミック組成物であってよい。いくつかの実施形態において、基板４１０は、３０パーセント以上のＳｉＯｘを有する任意のガラス組成物またはガラス－セラミック組成物であってよい。１つ以上の実施形態において、基板４１０は、５１パーセント～９０パーセントのＳｉＯｘおよび４９パーセント～１０パーセントのＲＯｘを有する任意のガラス－セラミック組成物であってよい。前述の基板組成物の百分率は、基板４１０の中心線からｄｓ２の＋／－２０パーセント延在する帯域内で測定された、酸化物ベースでのモルパーセント（モル％）として記載されている。いくつかの実施形態において、副次的成分ＲＯｘをリーチした後に残っており、一方で、リーチされたときに堅牢なナノポーラスネットワークを生成するのに十分な量のＲＯｘをも有する主要成分材料の骨格の構造的完全性を向上させるために、当初のバルクＳｉＯ２含有量は５５％～８０％であり、副次的成分ＲＯｘは２０％～４５％を占め、または当初のバルクＳｉＯ２含有量は６４％～７１％であり、副次的成分ＲＯｘは、バルク組成の２９％～３６％を占める。いくつかの実施形態において、Ａｌ２Ｏ３は、副次的成分ＲＯｘのうちの１つであり、Ａｌ２Ｏ３は、ＳｉＯ２に次いで最も高い酸化物ベースでのモルパーセント（モル％）を有する成分である。
【0029】
いくつかの実施形態において、副次的成分ＲＯｘは、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびそれらの組合せから選択される。本明細書に記載のリーチャントは、ＳｉＯ２を除去する速度よりも大幅に高い速度でこれらの成分のそれぞれを除去する。いくつかの実施形態において、基板４１０の中心線からｄｓ２の＋／－２０パーセントで、基板４１０は、酸化物ベースでのモルパーセントで以下の組成を有する：
ＳｉＯ２：６４．０～７１．０
Ａｌ２Ｏ３：９．０～１２．０
Ｂ２Ｏ３：７．０～１２．０
ＭｇＯ：１．０～３．０
ＣａＯ：６．０～１１．５
ＳｒＯ：０～２．０
ＢａＯ：０～０．１
（以下、「組成１」）
上述の組成の場合、本明細書に記載のエッチャントは、他の成分を除去する速度よりも高い速度でＳｉＯ２を除去する。さらに、本明細書に記載のリーチャントは、ほぼ同じ速度でＲＯｘ成分（ＳｉＯ２以外の成分）のそれぞれを除去し、この速度は、リーチャントがＳｉＯ２を除去する速度よりも大幅に高い。他の成分がリーチされた後に残っているＳｉＯ２の量は、堅牢な骨格を形成するのに十分である。さらに、ＲＯｘ成分の量は、リーチされたときにナノポーラス層を形成するのに十分である。
ＳｉＯ２：６４．０～７１．０
Ａｌ２Ｏ３：９．０～１２．０
Ｂ２Ｏ３：７．０～１２．０
ＭｇＯ：１．０～３．０
ＣａＯ：６．０～１１．５
ＳｒＯ：０～２．０
ＢａＯ：０～０．１
（以下、「組成１」）
上述の組成の場合、本明細書に記載のエッチャントは、他の成分を除去する速度よりも高い速度でＳｉＯ２を除去する。さらに、本明細書に記載のリーチャントは、ほぼ同じ速度でＲＯｘ成分（ＳｉＯ２以外の成分）のそれぞれを除去し、この速度は、リーチャントがＳｉＯ２を除去する速度よりも大幅に高い。他の成分がリーチされた後に残っているＳｉＯ２の量は、堅牢な骨格を形成するのに十分である。さらに、ＲＯｘ成分の量は、リーチされたときにナノポーラス層を形成するのに十分である。
【0030】
本明細書において使用する場合に、「リーチ」または「リーチング」という語句は、ＳｉＯ２の除去に優先して副次的成分ＲＯｘを基板４１０から選択的に除去する任意のプロセスを意味するそれらの最も広い意味で使用される。酸などのリーチング剤がＳｉＯ２よりも高い速度で副次的成分ＲＯｘを除去するときリーチングが起こる。その結果、ＳｉＯ２の量と比べて除去されるＲＯｘの百分率は、組成物中の成分の量に比例する速度ですべての成分が除去された場合に予想される百分率よりも高い。
【0031】
本明細書において使用する場合に、「リーチされた層」とは、ＳｉＯ２の除去と比べてリーチされた層からＲＯｘ成分がリーチング剤によって優先的に除去されるためにＲＯｘ濃度が組成物のＲＯｘ濃度の５０パーセント（５０％）以下である層を指す。形成される方法に起因して、リーチされた層は、例えばリーチされた層と同じ組成を有するが異なる方法により形成された層と比べたときに、特有の構造特性を有する。リーチされていない組成物と比べて、リーチされた層からＲＯｘが除去されている。残っているＳｉＯ２および量が減少したＲＯｘ成分は、リーチされたＲＯｘが除去された空間または細孔と共に、リーチされていない組成物に由来するミクロ構造を保持する。組成１など、本明細書に記載の組成の場合、リーチングは一般に結果として、凹角のジオメトリを有するナノポーラス構造を有するリーチされた層をもたらす。
【0032】
リーチされていない組成物のＲＯｘ濃度の５０％以下であるか否かを確認するためのＳＩＭＳ分析によるＲＯｘ濃度の直接測定では、ＳＩＭＳにより各ＲＯｘ成分を測定する必要がある。特に指定のない限り、これがＲＯｘ濃度の測定方法である。本明細書において使用する場合に、「凹角のジオメトリ」とは、材料の表面を１回を超えて横切る、主面に対して垂直な少なくとも１本の線が存在する表面ジオメトリ（例えば、表面４０５のジオメトリ）を指す。材料の「主面」とは、巨視的スケールでの表面であり、この表面は、材料の上にあるが材料とは交差しない平面により画定する。凹角のジオメトリの場合、材料に入り、材料を出て（例えば、開いたナノ細孔に入り）、材料に再び入る少なくとも１本の線が存在する。この凹角のジオメトリが、例えばマンガン－銅合金で充填されている場合、たとえマンガン－銅合金が材料に結合されていなくても、機械的なかみ合わせによって、マンガン－銅合金が真っ直ぐに引き出されるのを防ぎ、マンガン－銅合金または表面４０５が変形することはない。粗い面は、凹角状であってもよいし凹角状でなくてもよい。ナノポーラス表面はほとんど常に凹角状であるが、相互接続しておらず表面に対してすべて垂直に整列した円筒状の細孔という、実現可能性の低いケースでは、凹角状ではない。
【0033】
本明細書において使用する場合に、「エッチ」または「エッチング」という語句は、副次的成分Ｂの除去に優先してガラス基板の主要成分Ａを選択的に除去する任意のプロセスを意味するそれらの最も広い意味で使用される。主要成分Ａを優先して除去するために使用されるエッチャントは、副次的成分Ｂを除去することができ、多くの場合、副次的成分Ｂも除去するが、主要成分Ａを除去する速度よりも低い速度で除去する。副次的成分Ｂは、エッチャントにかなり曝露され、主要成分Ａが除去されると構造的完全性が限られるため、副次的成分Ｂは、エッチング中に主要成分Ａと共に一般に除去される。本明細書に示されていないいくつかの実施形態では、基板４１０のすべての表面がエッチャントに曝露される。しかし、他の実施形態では、基板４１０の選択された表面（例えば、基板４１０の表面４０５）が、例えばフォトレジストまたは他の保護層により、エッチャントへの曝露から保護されてよく、この場合、選択された表面はエッチされないであろう。
【0034】
エッチされたガラス表面は特徴的な構造特性を有し、当業者には、ガラス表面を検査することにより表面がエッチされたか否かが分かる。エッチングはしばしば、ガラスの表面粗さを変化させる。したがって、ガラスの供給源およびその供給源の粗さが既知の場合、表面粗さの測定を用いて、ガラスがエッチされたか否かを判断することができる。加えて、エッチングでは一般に、ガラス中の異なる材料が特異的に除去される。この特異的除去は、電子プローブマイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）などの技法により検出することができる。さらに、あらかじめリーチされた表面の場合、エッチングにより、本明細書に記載の通り、リーチされた層の一部を除去することができ、これは、エッチされた層とエッチされていない層とのもう１つの構造的な違いである。
【0035】
図４ｂを参照すると、中間ディスプレイデバイス４０１は、部分的に充填された開口４８１として示されている小開口４８０内に少なくとも部分的に入る、表面４０５上に形成された金属合金層４１５を含む。いくつかの実施形態において、金属合金層４１５は、マンガン（Ｍｎ）と銅（Ｃｕ）の合金で形成されている。いくつかの場合において、合金中のマンガン濃度は、モルパーセント（モル％）で１０パーセント未満である。他の場合において、合金中のマンガン濃度は、モルパーセント（モル％）で５パーセント未満である。さらなる他の場合において、合金中のマンガン濃度は、モルパーセント（モル％）で２パーセント未満である。
【0036】
いくつかの実施形態において、金属合金層４１５の厚さｄａ２は１５０ｎｍ未満である。様々な実施形態において、金属合金層４１５の厚さｄａ２は１００ｎｍ未満である。いくつかの実施形態において、金属合金層４１５の厚さｄａ２は５０ｎｍ未満である。様々な実施形態において、金属合金層４１５の厚さｄａ２は３０ｎｍ未満である。１つ以上の実施形態において、金属合金層４１５の厚さｄａ２は２０ｎｍ未満である。いくつかの実施形態において、金属合金層４１５の厚さｄａ２は、８～１３ｎｍである。基板４１０上の金属合金層４１５の形成は、基板上に厚さ５０ｎｍ未満の合金層を形成するための任意のプロセスを使用して行われてよい。このようなプロセスには、これに限定されないが、金属合金層４１５の酸化を回避するイン・サイチュ化学蒸着が含まれ得る。
【0037】
図４ｃを参照すると、中間ディスプレイデバイス４０２は、中間ディスプレイデバイス４０１の金属合金層４１５上に形成された材料層４２０を含む。いくつかの実施形態において、材料層４２０は、ほぼ純粋な銅である。材料層４２０は、厚さｄａ２よりも大きい厚さｄｃ２を示す。いくつかの実施形態において、材料層４２０の厚さｄｃ２は、金属合金層４１５の厚さｄａ２の４０倍よりも大きい。いくつかの実施形態において、材料層４２０の厚さｄｃ２は、金属合金層４１５の厚さｄａ２の２０倍よりも大きい。様々な実施形態において、材料層４２０の厚さｄｃ２は、金属合金層４１５の厚さｄａ２の５倍よりも大きい。いくつかの実施形態において、材料層４２０の厚さｄｃ２は、金属合金層４１５の厚さｄａ２の３倍よりも大きい。１つ以上の実施形態において、材料層４２０の厚さｄｃ２は、金属合金層４１５の厚さｄａ２の２倍よりも大きい。金属合金層４１５上の材料層４２０の形成は、合金層上に金属層を形成するための任意のプロセスを使用して行われてよい。このようなプロセスには、これらに限定されないが、スパッタリングまたは化学蒸着が含まれ得る。
【0038】
図４ｄを参照すると、中間ディスプレイデバイス４０３は、中間ディスプレイデバイス４０２をアニールすることにより形成される。いくつかの実施形態において、アニールは、中間ディスプレイデバイス４０２を摂氏２８０（２００）度よりも高い温度に１０００秒超の間曝露することにより実施される。様々な実施形態において、アニールは、中間ディスプレイデバイス４０２を摂氏約３００度の温度に１５００秒超の間曝露することにより実施される。いくつかの実施形態において、アニールは、中間ディスプレイデバイス４０２を摂氏約３５０度の温度に１５００秒超の間曝露することにより実施される。アニール中、金属合金層４１５の合金中の１種の金属が基板４１０の表面に向かって拡散して、基板４１０と材料層４２０との間に薄い界面層４２５を形成し、（１種以上の）他の金属は金属合金層４１５の合金中に残される。界面層４２５は、厚さｄａ２、金属合金層４１５の合金中の外方拡散金属の百分率、およびアニール中に達成された外方拡散の百分率の関数である厚さｄｍ２を示す。示す通り、アニール中、マンガンの一部が、部分的に充填された開口４８２として示されている小開口４８０内にさらに拡散し得る。
【0039】
したがって、基板４１０がＳｉＯｘ系基板である実施形態において、金属合金層４１５はマンガン－銅合金で形成されており、材料層４２０は、ほぼ純粋な銅で形成されており、アニールにより、金属合金層４１５のマンガンが基板４１０の表面に向かって拡散して、ＭｎＳｉｘＯｙの薄層（すなわち、金属系酸化物層）が形成される。金属合金層４１５からマンガンを拡散させると銅が残り、材料層４２０の一部になる。この結果、材料層４２０の厚さは、当初の厚さｄｃ２からポストアニール厚さｄｃ２’に増す。ｄｍ２の厚さと同様、厚さｄｃ２からｄｃ２’への増加は、厚さｄａ２、金属合金層４１５の合金中のマンガンの百分率、およびアニール中に達成されたマンガンの外方拡散の百分率の関数である。界面層４２５（この場合、ＭｎＳｉｘＯｙの薄層）は、材料層４２０中のほぼ純粋な銅と基板４１０の表面との間の接着層として働く。このような銅材料層およびマンガン－銅合金層の使用は、銅層の実質的な純度に起因する低抵抗率を与える銅相互接続の使用を可能にし、しかも、ガラス基板またはガラス－セラミック基板への良好な接着を示す。銅材料層およびマンガン－銅合金層の前述の使用は結果として、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｅａｇｌｅ ＸＧ（登録商標）Ｓｌｉｍ Ｇｌａｓｓ基板への良好な銅相互接続接着をもたらし、かつ基板と銅相互接続層との間に形成されたチタンまたは他の金属接着層を使用することにより実現可能なものよりも低い抵抗率を示す銅相互接続をもたらした。さらに、前述のより低い抵抗率は、低濃度のマンガンと、１００ｎｍ未満の金属合金層４１５とにより実現可能であった。
【0040】
図５を参照すると、フロー図５００は、様々な実施形態にしたがってリーチングプロセスを使用して基板の表面上の酸素領域を拡張するステップを含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するための方法を示す。フロー図５００にしたがって、リーチングプロセスが基板の表面に適用されて、表面を粗化し、それにより表面の酸化された領域を拡大させる（ブロック５０５）。これは、基板の表面内に小開口が形成されるような、基板の表面への１種以上のリーチャントの適用を含む。基板の所望の組成に応じて、１種以上のどのようなリーチャントが適切であるか、および基板の表面内に小孔を開けるのに必要な曝露時間の量は、当業者に理解されるであろう。いくつかの実施形態において、小孔を開けると、基板の曝露された表面積が、非粗面の１．２倍を超えて増加する。様々な実施形態において、小孔を開けると、基板の曝露された表面積が、非粗面の１．８倍を超えて増加する。
【0041】
マンガンと銅の合金が、基板の表面に適用される（ブロック５１０）。いくつかの場合において、基板の表面は、マンガン（Ｍｎ）と銅（Ｃｕ）の合金を適用する前に、酸化性環境中に置かれている。いくつかの場合において、合金中のマンガン濃度は２パーセント未満である。ここでも、金属合金の百分率はモルパーセント（モル％）として記載されている。いくつかの実施形態において、マンガンと銅の合金の層は約１０ｎｍ厚である。マンガンと銅の合金の適用は、基板上に厚さ約１０ｎｍの合金層を形成するための任意のプロセスを使用して行われてよい。このようなプロセスには、これに限定されないが、化学蒸着が含まれ得る。
【0042】
ほぼ純粋な銅（Ｃｕ）の層が、マンガンと銅の合金全体にわたって適用されて、予備接触層を有する基板が得られる（ブロック５１５）。このような予備接触層は、図２ｂの材料層２２０と類似している。いくつかの場合において、純粋な銅の層は、約５００ｎｍの厚さを示す。ほぼ純粋な銅層の適用は、マンガン－銅合金全体にわたって厚さ約５００ｎｍの銅層を形成するための任意のプロセスを使用して行われてよい。このようなプロセスには、これらに限定されないが、スパッタリングまたは化学蒸着が含まれ得る。
【0043】
予備接触層を有する基板がアニールされて、ほぼ純粋な銅接触層と基板との間に挟まれたケイ酸マンガン（ＭｎＳｉｘＯｙ）が得られる（ブロック５２０）。いくつかの場合において、アニールは、摂氏３００度～摂氏３５０度の温度で１５００秒超の間実施される。アニール中、マンガンは、マンガン－銅合金から基板に向かって拡散し、マンガン－銅合金に由来する銅は残り、上記の図２ｃに示されたものと類似のほぼ純粋な銅層の一部になる。ＭｎＳｉｘＯｙの界面層は、材料層中のほぼ純粋な銅と基板の表面との間の接着層として働く。このような銅材料層およびマンガン－銅合金層の使用は、銅層の実質的な純度に起因する低抵抗率を与える銅相互接続の使用を可能にし、しかも、ガラス基板またはガラス－セラミック基板への良好な接着を示す。銅材料層およびマンガン－銅合金層の前述の使用は結果として、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｅａｇｌｅ ＸＧ（登録商標）Ｓｌｉｍ Ｇｌａｓｓ基板への良好な銅相互接続接着をもたらし、かつ基板と銅相互接続層との間に形成されたチタンまたは他の金属接着層を使用することにより実現可能なものよりも低い抵抗率を示す銅相互接続をもたらした。
【0044】
図６は、様々な実施形態にしたがってエッチングプロセスを使用して基板の表面上の酸素領域を拡張するステップを含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するための別の方法を示すフロー図である。フロー図６００にしたがい、エッチングプロセスが基板の表面に適用されて、表面を粗化し、それにより表面の酸化された領域を拡大させる（ブロック６０５）。これは、基板の表面内に小開口が形成されるような、基板の表面への１種以上のエッチャントの適用を含む。基板の所望の組成に応じて、１種以上のどのようなエッチャントが適切であるか、および基板の表面内に小孔を開けるのに必要な曝露時間の量は、当業者に理解されるであろう。いくつかの実施形態において、小孔を開けると、基板の曝露された表面積が、非粗面の１．２倍を超えて増加する。様々な実施形態において、小孔を開けると、基板の曝露された表面積が、非粗面の１．８倍を超えて増加する。
【0045】
マンガンと銅の合金が、基板の表面に適用される（ブロック６１０）。いくつかの場合において、基板の表面は、マンガン（Ｍｎ）と銅（Ｃｕ）の合金を適用する前に、酸化性環境中に置かれている。いくつかの場合において、合金中のマンガン濃度は２パーセント未満である。ここでも、金属合金の百分率はモルパーセント（モル％）として記載されている。いくつかの実施形態において、マンガンと銅の合金の層は約１０ｎｍ厚である。マンガンと銅の合金の適用は、基板上に厚さ約１０ｎｍの合金層を形成するための任意のプロセスを使用して行われてよい。このようなプロセスには、これに限定されないが、化学蒸着が含まれ得る。
【0046】
ほぼ純粋な銅（Ｃｕ）の層が、マンガンと銅の合金全体にわたって適用されて、予備接触層を有する基板が得られる（ブロック６１５）。このような予備接触層は、図２ｂの材料層２２０と類似している。いくつかの場合において、純粋な銅の層は、約５００ｎｍの厚さを示す。ほぼ純粋な銅層の適用は、マンガン－銅合金全体にわたって厚さ約５００ｎｍの銅層を形成するための任意のプロセスを使用して行われてよい。このようなプロセスには、これらに限定されないが、スパッタリングまたは化学蒸着が含まれ得る。
【0047】
予備接触層を有する基板がアニールされて、ほぼ純粋な銅接触層と基板との間に挟まれたケイ酸マンガン（ＭｎＳｉｘＯｙ）が得られる（ブロック６２０）。いくつかの場合において、アニールは、摂氏３００度～摂氏３５０度の温度で１５００秒超の間実施される。アニール中、マンガンは、マンガン－銅合金から基板に向かって拡散し、マンガン－銅合金に由来する銅は残り、上記の図２ｃに示されたものと類似のほぼ純粋な銅層の一部になる。ＭｎＳｉｘＯｙの界面層は、材料層中のほぼ純粋な銅と基板の表面との間の接着層として働く。このような銅材料層およびマンガン－銅合金層の使用は、銅層の実質的な純度に起因する低抵抗率を与える銅相互接続の使用を可能にし、しかも、ガラス基板またはガラス－セラミック基板への良好な接着を示す。銅材料層およびマンガン－銅合金層の前述の使用は結果として、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｅａｇｌｅ ＸＧ（登録商標）Ｓｌｉｍ Ｇｌａｓｓ基板への良好な銅相互接続接着をもたらし、かつ基板と銅相互接続層との間に形成されたチタンまたは他の金属接着層を使用することにより実現可能なものよりも低い抵抗率を示す銅相互接続をもたらした。
【0048】
図５のフロー図５００または図６のフロー図６００のいずれにも示していないが、表面４０５を荒化するステップは、リーチングとエッチングとの組合せを使用して行われてよい。これには、例えば、基板４１０の表面４０５へのリーチングプロセスの適用と、その後の同じ表面へのエッチングプロセスの適用とが含まれ得る。あるいは、これには、例えば、基板４１０の表面４０５へのエッチングプロセスの適用と、その後の同じ表面へのリーチングプロセスの適用とが含まれ得る。
【0049】
図７ａ～図７ｄを参照すると、いくつかの実施形態にしたがって基板の表面全体にわたって配置されたストップ層７２０を含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するためのそれぞれのプロセスを適用した後の中間ディスプレイデバイス７００～７０３が示されている。図７ａを考慮すると、中間ディスプレイデバイス７００は、基板７１０の表面上に形成された金属合金層７１５を含む。いくつかの実施形態において、金属合金層７１５は、マンガン（Ｍｎ）と銅（Ｃｕ）の合金で形成されている。いくつかの場合において、合金中のマンガン濃度は１０パーセント未満である。他の場合において、合金中のマンガン濃度は５パーセント未満である。さらなる他の場合において、合金中のマンガン濃度は２パーセント未満である。ここでも、金属合金の百分率はモルパーセント（モル％）として記載されている。
【0050】
様々な実施形態において、基板７１０は、１０パーセント以上のＳｉＯｘを有する任意のガラス組成物またはガラス－セラミック組成物であってよい。いくつかの実施形態において、基板７１０は、３０パーセント以上のＳｉＯｘを有する任意のガラス組成物またはガラス－セラミック組成物であってよい。１つ以上の実施形態において、基板は、５１パーセント～９０パーセントのＳｉＯｘおよび４９パーセント～１０パーセントのＲＯｘを有する任意のガラス－セラミック組成物であってよい。前述の基板組成物の百分率は、基板７１０の中心線からｄｓ３の＋／－２０パーセント延在する帯域内で測定されたモルパーセント（モル％）として記載されている。様々な実施形態において、基板７１０の厚さｄｓ３は、１０μｍよりも大きい。いくつかの実施形態において、基板７１０は、１／４ｍｍ～１／２ｍｍの厚さｄｓ３を有するＣｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｅａｇｌｅ ＸＧ（登録商標）Ｓｌｉｍ Ｇｌａｓｓ基板である。本明細書に記載の開示に基づいて、異なる実施形態に対して使用され得る様々なガラス基板またはガラス－セラミック基板および基板厚さは、当業者に理解される。
【0051】
いくつかの実施形態において、金属合金層７１５の厚さｄａ３は１５０ｎｍ未満である。様々な実施形態において、金属合金層７１５の厚さｄａ３は１００ｎｍ未満である。いくつかの実施形態において、金属合金層７１５の厚さｄａ３は５０ｎｍ未満である。様々な実施形態において、金属合金層７１５の厚さｄａ３は３０ｎｍ未満である。１つ以上の実施形態において、金属合金層７１５の厚さｄａ３は２０ｎｍ未満である。いくつかの実施形態において、金属合金層７１５の厚さｄａ３は、８～１３ｎｍである。基板７１０上の金属合金層７１５の形成は、基板上に厚さ５０ｎｍ未満の合金層を形成するための任意のプロセスを使用して行われてよい。このようなプロセスには、これに限定されないが、化学蒸着が含まれ得る。
【0052】
図７ｂを参照すると、中間ディスプレイデバイス７０１は、金属合金層７１５全体にわたって形成されたストップ層７２０を含む。ストップ層７２０は、金属合金層７１５の酸化を促進することにより形成される。金属合金層７１５がマンガンと銅の合金である場合、ストップ層７２０はマンガン－酸化銅（ＭｎＣｕＯｘ）層である。ストップ層７２０の厚さは、金属合金層７１５の厚さのごく一部である。いくつかの実施形態において、真空破壊を受けることによる金属合金層７１５の酸化は、金属合金層７１５の表面の曝露された表面に酸素を結合させる。いくつかの場合において、中間ディスプレイデバイス７０１は、純酸素の環境または単なる酸素含有環境に曝露されてよい。
【0053】
図７ｃを参照すると、中間ディスプレイデバイス７０２は、中間ディスプレイデバイス７０１のストップ層７２０上に形成された材料層７２５を含む。いくつかの実施形態において、材料層７２５は、ほぼ純粋な銅である。材料層７２５は、厚さｄａ３よりも大きい厚さｄｃ３を示す。いくつかの実施形態において、材料層７２５の厚さｄｃ３は、金属合金層７１５の厚さｄａ３の４０倍よりも大きい。いくつかの実施形態において、材料層７２５の厚さｄｃ３は、金属合金層７１５の厚さｄａ３の２０倍よりも大きい。様々な実施形態において、材料層７２５の厚さｄｃ３は、金属合金層７１５の厚さｄａ３の５倍よりも大きい。いくつかの実施形態において、材料層７２５の厚さｄｃ３は、金属合金層７１５の厚さｄａ３の３倍よりも大きい。１つ以上の実施形態において、材料層７２５の厚さｄｃ３は、金属合金層７１５の厚さｄａ３の２倍よりも大きい。金属合金層７１５上の材料層７２５の形成は、合金層上に金属層を形成するための任意のプロセスを使用して行われてよい。このようなプロセスには、これらに限定されないが、スパッタリングまたは化学蒸着が含まれ得る。
【0054】
図７ｄを参照すると、中間ディスプレイデバイス７０３は、中間ディスプレイデバイス７０２をアニールすることにより形成される。いくつかの実施形態において、アニールは、中間ディスプレイデバイス７０２を摂氏２８０（２００）度よりも高い温度に１０００秒超の間曝露することにより実施される。様々な実施形態において、アニールは、中間ディスプレイデバイス７０２を摂氏約３００度の温度に１５００秒超の間曝露することにより実施される。いくつかの実施形態において、アニールは、中間ディスプレイデバイス７０２を摂氏約３５０度の温度に１５００秒超の間曝露することにより実施される。アニール中、金属合金層７１５の合金中の１種の金属が基板７１０の表面に向かって拡散して、基板７１０と材料層７２５との間に薄い界面層７３５を形成し、（１種以上の）他の金属は金属合金層７１５の合金中に残される。界面層７３５は、厚さｄａ３、金属合金層７１５の合金中の外方拡散金属の百分率、およびアニール中に達成された外方拡散の百分率の関数である厚さｄｍ３を示す。
【0055】
したがって、基板７１０がＳｉＯｘ系基板である実施形態において、金属合金層７１５はマンガン－銅合金で形成されており、材料層７２５は、ほぼ純粋な銅で形成されており、アニールにより、金属合金層７１５のマンガンが基板７１０の表面に向かって拡散して、ＭｎＳｉｘＯｙの薄層（すなわち、金属系酸化物層）が形成される。金属合金層７１５からマンガンを拡散させると銅が残り、材料層７２５の一部になる。ストップ層７２０中の酸素は、金属合金層７１５に由来するマンガンが材料層７２５内に外方拡散する能力を低下させる。ストップ層７２０内の酸化銅（ＣｕＯｘ）は、金属合金層７１５から材料層７２５に向かうマンガン拡散により銅に還元される。これは結果として、アニール中に達成された拡散および再結合に応じて酸化マンガン（ＭｎＯｘ）、銅（Ｃｕ）、および酸化銅（ＣｕＯｘ）の組合せを含む介在層７３０をもたらす。いくつかの実施形態において、酸化マンガンは、原子百分率として測定した場合に介在層７３０中で最大材料濃度を生じる。金属合金層７１５の厚さｄａ３は、介在層７３０の厚さｄｍ４を界面層７３５の厚さｄｍ３に加えたものにほぼ等しい。このような銅材料層およびマンガン－銅合金層の使用は、銅層の実質的な純度に起因する低抵抗率を与える銅相互接続の使用を可能にし、しかも、ガラス基板またはガラス－セラミック基板への良好な接着を示す。銅材料層およびマンガン－銅合金層の前述の使用は結果として、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｅａｇｌｅ ＸＧ（登録商標）Ｓｌｉｍ Ｇｌａｓｓ基板への良好な銅相互接続接着をもたらし、かつ基板と銅相互接続層との間に形成されたチタンまたは他の金属接着層を使用することにより実現可能なものよりも低い抵抗率を示す銅相互接続をもたらした。さらに、前述のより低い抵抗率は、低濃度のマンガンと、１００ｎｍ未満の金属合金層７１５とにより実現可能であった。ストップ層７２０の追加は結果として、材料層７２５と界面層７３５との間の良好な接着層を提供する介在層７３０をもたらす。
【0056】
図８を参照すると、フロー図８００は、１つ以上の実施形態にしたがって基板の表面全体にわたってストップ層を形成するステップを含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するための方法を示す。フロー図８００にしたがって、マンガンと銅の合金が、基板の表面に適用される（ブロック８１０）。いくつかの場合において、基板の表面は、マンガン（Ｍｎ）と銅（Ｃｕ）の合金を適用する前に、酸化性環境中に置かれている。いくつかの場合において、合金中のマンガン濃度は２パーセント未満である。ここでも、金属合金の百分率はモルパーセント（モル％）として記載されている。いくつかの実施形態において、マンガンと銅の合金の層は約１０ｎｍ厚である。マンガンと銅の合金の適用は、基板上に厚さ約１０ｎｍの合金層を形成するための任意のプロセスを使用して行われてよい。このようなプロセスには、これに限定されないが、化学蒸着が含まれ得る。
【0057】
酸化された層（ＭｎＣｕＯｘ）の形成を促進するために、マンガン－銅合金層が酸化性環境に曝露される（ブロック８１５）。酸化性環境は、純酸素環境、または単なる酸素含有環境でよい。ほぼ純粋な銅（Ｃｕ）の層が、マンガン－銅合金層上の酸化された層全体にわたって適用されて、予備接触層を有する基板が得られる（ブロック８１５）。このような予備接触層は、図７ｃの材料層７２５と類似している。いくつかの場合において、純粋な銅の層は、約５００ｎｍの厚さを示す。ほぼ純粋な銅層の適用は、マンガン－銅合金全体にわたって厚さ約５００ｎｍの銅層を形成するための任意のプロセスを使用して行われてよい。このようなプロセスには、これらに限定されないが、スパッタリングまたは化学蒸着が含まれ得る。
【0058】
予備接触層を有する基板がアニールされて、基板全体にわたるケイ酸マンガン（ＭｎＳｉｘＯｙ）層と、ケイ酸マンガン層全体にわたる、純粋な銅層の下方のマンガンが減少したマンガン－銅層とが得られる（ブロック８２０）。いくつかの場合において、アニールは、摂氏３００度～摂氏３５０度の温度で１５００秒超の間実施される。アニール中、マンガンは、マンガン－銅合金から基板に向かって拡散し、マンガン－銅合金に由来する銅は残り、上記の図７ｄに示されたものと類似のほぼ純粋な銅層の一部になる。ＭｎＳｉｘＯｙの界面層は、マンガンが減少したマンガン－銅層と基板の表面との間の接着層として働き、マンガンが減少したマンガン－銅層は、界面層と純粋な銅の層との間の接着層として働く。
【0059】
図９ａ～図９ｅを参照すると、いくつかの実施形態にしたがって基板の表面上の酸素領域を拡張するステップと、基板の表面全体にわたってストップ層を形成するステップとを含む、ガラスまたはガラス－セラミックディスプレイ基板上に銅相互接続を形成するためのそれぞれのプロセスを適用した後の中間ディスプレイデバイス９００～９０４が示されている。図９ａを考慮すると、中間ディスプレイデバイス９００は、厚さｄｓ４を有する基板９１０を含む。示す通り、基板９１０の表面９０５の下方に延在する小開口９８０が形成される。これらの小開口は、当技術分野において既知の任意の化学的または機械的プロセスにより形成されてよい。いくつかの実施形態において、小開口９８０は、表面９０５をリーチすることにより形成されたナノポーラス開口である。他の実施形態において、小開口９８０は、表面９０５をエッチすることにより形成されたエッチされた開口である。本明細書に記載の開示に基づいて、表面９０５の領域を拡大するために表面９０５に適用され得る様々な粗化プロセスは、当業者に理解される。様々な実施形態において、基板９１０の厚さｄｓ４は、１０μｍよりも大きい。いくつかの実施形態において、基板９１０は、１／４ｍｍ～１／２ｍｍの厚さｄｓ４を有するＣｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｅａｇｌｅ ＸＧ（登録商標）Ｓｌｉｍ Ｇｌａｓｓ基板である。本明細書に記載の開示に基づいて、異なる実施形態に対して使用され得る様々なガラス基板またはガラス－セラミック基板および基板厚さは、当業者に理解される。
【0060】
様々な実施形態において、基板９１０は、１０パーセント以上のＳｉＯｘを有する任意のガラス組成物またはガラス－セラミック組成物であってよい。いくつかの実施形態において、基板９１０は、３０パーセント以上のＳｉＯｘを有する任意のガラス組成物またはガラス－セラミック組成物であってよい。１つ以上の実施形態において、基板９１０は、５１パーセント～９０パーセントのＳｉＯｘおよび４９パーセント～１０パーセントのＲＯｘを有する任意のガラス－セラミック組成物であってよい。前述の基板組成物の百分率は、基板９１０の中心線からｄｓ４の＋／－２０パーセント延在する帯域内で測定された、酸化物ベースでのモルパーセント（モル％）として記載されている。いくつかの実施形態において、副次的成分ＲＯｘをリーチした後に残っており、一方で、リーチされたときに堅牢なナノポーラスネットワークを生成するのに十分な量のＲＯｘをも有する主要成分材料の骨格の構造的完全性を向上させるために、当初のバルクＳｉＯ２含有量は５５％～８０％であり、副次的成分ＲＯｘは２０％～９５％を占め、または当初のバルクＳｉＯ２含有量は６４％～７１％であり、副次的成分ＲＯｘは、バルク組成の２９％～３６％を占める。いくつかの実施形態において、Ａｌ２Ｏ３は、副次的成分ＲＯｘのうちの１つであり、Ａｌ２Ｏ３は、ＳｉＯ２に次いで最も高い酸化物ベースでのモルパーセント（モル％）を有する成分である。
【0061】
図９ｂを参照すると、中間ディスプレイデバイス９０１は、部分的に充填された開口９８１として示されている小開口９８０内に少なくとも部分的に入る、表面９０５上に形成された金属合金層９１５を含む。いくつかの実施形態において、金属合金層９１５は、マンガン（Ｍｎ）と銅（Ｃｕ）の合金で形成されている。いくつかの場合において、合金中のマンガン濃度は、モルパーセント（モル％）で１０パーセント未満である。他の場合において、合金中のマンガン濃度は、モルパーセント（モル％）で５パーセント未満である。さらなる他の場合において、合金中のマンガン濃度は、モルパーセント（モル％）で２パーセント未満である。
【0062】
いくつかの実施形態において、金属合金層９１５の厚さｄａ４は１５０ｎｍ未満である。様々な実施形態において、金属合金層９１５の厚さｄａ４は１００ｎｍ未満である。いくつかの実施形態において、金属合金層９１５の厚さｄａ４は５０ｎｍ未満である。様々な実施形態において、金属合金層９１５の厚さｄａ４は３０ｎｍ未満である。１つ以上の実施形態において、金属合金層９１５の厚さｄａ４は２０ｎｍ未満である。いくつかの実施形態において、金属合金層９１５の厚さｄａ４は、８～１３ｎｍである。基板９１０上の金属合金層９１５の形成は、基板上に厚さ５０ｎｍ未満の合金層を形成するための任意のプロセスを使用して行われてよい。このようなプロセスには、これに限定されないが、化学蒸着が含まれ得る。
【0063】
図９ｃを参照すると、中間ディスプレイデバイス９０２は、金属合金層９１５全体にわたって形成されたストップ層９２０を含む。ストップ層９２０は、金属合金層９１５の酸化を促進することにより形成される。金属合金層９１５がマンガンと銅の合金である場合、ストップ層９２０はマンガン－酸化銅（ＭｎＣｕＯｘ）層である。ストップ層９２０の厚さは、金属合金層９１５の厚さのごく一部である。いくつかの実施形態において、真空破壊を受けることによる金属合金層９１５の酸化は、金属合金層９１５の表面の曝露された表面に酸素を結合させる。いくつかの場合において、中間ディスプレイデバイス９０１は、純酸素の環境または単なる酸素含有環境に曝露されてよい。
【0064】
図９ｄを参照すると、中間ディスプレイデバイス９０３は、中間ディスプレイデバイス９０２のストップ層９２０上に形成された材料層９２５を含む。いくつかの実施形態において、材料層９２５は、ほぼ純粋な銅である。材料層９２５は、厚さｄａ４よりも大きい厚さｄｃ４を示す。いくつかの実施形態において、材料層９２５の厚さｄｃ４は、金属合金層９１５の厚さｄａ４の４０倍よりも大きい。いくつかの実施形態において、材料層９２５の厚さｄｃ４は、金属合金層９１５の厚さｄａ４の２０倍よりも大きい。様々な実施形態において、材料層９２５の厚さｄｃ４は、金属合金層９１５の厚さｄａ４の５倍よりも大きい。いくつかの実施形態において、材料層９２５の厚さｄｃ４は、金属合金層９１５の厚さｄａ４の３倍よりも大きい。１つ以上の実施形態において、材料層９２５の厚さｄｃ４は、金属合金層９１５の厚さｄａ４の２倍よりも大きい。金属合金層９１５上の材料層９２５の形成は、合金層上に金属層を形成するための任意のプロセスを使用して行われてよい。このようなプロセスには、これらに限定されないが、スパッタリングまたは化学蒸着が含まれ得る。
【0065】
図９ｅを参照すると、中間ディスプレイデバイス９０４は、中間ディスプレイデバイス９０３をアニールすることにより形成される。いくつかの実施形態において、アニールは、中間ディスプレイデバイス９０３を摂氏２８０（２００）度よりも高い温度に１０００秒超の間曝露することにより実施される。様々な実施形態において、アニールは、中間ディスプレイデバイス９０３を摂氏約３００度の温度に１５００秒超の間曝露することにより実施される。いくつかの実施形態において、アニールは、中間ディスプレイデバイス９０３を摂氏約３５０度の温度に１５００秒超の間曝露することにより実施される。アニール中、金属合金層９１５の合金中の１種の金属が基板９１０の表面に向かって拡散して、基板９１０と材料層９２５との間に薄い界面層９３５を形成し、（１種以上の）他の金属は金属合金層９１５の合金中に残される。界面層９３５は、厚さｄａ３、金属合金層９１５の合金中の外方拡散金属の百分率、およびアニール中に達成された外方拡散の百分率の関数である厚さｄｍ３を示す。
【0066】
したがって、基板９１０がＳｉＯｘ系基板である実施形態において、金属合金層９１５はマンガン－銅合金で形成されており、材料層９２５は、ほぼ純粋な銅で形成されており、アニールにより、金属合金層９１５のマンガンが基板９１０の表面に向かって拡散して、ＭｎＳｉｘＯｙの薄層（すなわち、金属系酸化物層）が形成される。金属合金層９１５からマンガンを拡散させると銅が残り、材料層９２５の一部になる。ストップ層９２０中の酸素は、金属合金層９１５に由来するマンガンが材料層９２５内に外方拡散する能力を低下させる。ストップ層９２０内の酸化銅（ＣｕＯｘ）は、金属合金層９１５から材料層９２５に向かうマンガン拡散により銅に還元される。これは結果として、アニール中に達成された拡散および再結合に応じて酸化マンガン（ＭｎＯｘ）、銅（Ｃｕ）、および酸化銅（ＣｕＯｘ）の組合せを含む介在層９３０をもたらす。金属合金層９１５の厚さｄａ４は、介在層９３０の厚さｄｍ６を界面層９３５の厚さｄｍ５に加えたものにほぼ等しい。このような銅材料層およびマンガン－銅合金層の使用は、銅層の実質的な純度に起因する低抵抗率を与える銅相互接続の使用を可能にし、しかも、ガラス基板またはガラス－セラミック基板への良好な接着を示す。銅材料層およびマンガン－銅合金層の前述の使用は結果として、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｅａｇｌｅ ＸＧ（登録商標）Ｓｌｉｍ Ｇｌａｓｓ基板への良好な銅相互接続接着をもたらし、かつ基板と銅相互接続層との間に形成されたチタンまたは他の金属接着層を使用することにより実現可能なものよりも低い抵抗率を示す銅相互接続をもたらした。さらに、前述のより低い抵抗率は、低濃度のマンガンと、１００ｎｍ未満の金属合金層９１５とにより実現可能であった。ストップ層９２０の追加は結果として、材料層９２５と界面層９３５との間の良好な接着層を提供する介在層９３０をもたらす。
【0067】
結論として、様々な新規のシステム、デバイス、方法およびエッジ電極の構成体。１つ以上の実施形態の詳細な説明を上述したが、本発明の趣旨から逸脱することなく様々な代替、修正、および均等物が当業者には明らかになるであろう。したがって、上記の説明は、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の範囲を限定するものと見なされるべきではない。
【0068】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【0069】
実施形態１
基板上に金属相互接続を形成するための方法であって、
ガラス、セラミック、およびガラスとセラミックとの組合せからなる群から選択される材料で形成されている基板の表面全体にわたってマンガン－銅層を形成するステップと、
前記マンガン－銅層の表面を酸化性環境に曝露して、酸化された層を形成するステップと、
前記酸化された層全体にわたって配置された銅層を形成して、中間ディスプレイデバイスを得るステップと、
前記中間ディスプレイデバイスをアニールして、
前記基板の前記表面に隣接するケイ酸マンガンを含む界面層と、
前記界面層と前記銅層との間の酸化マンガンを含む層と
を得るステップと
を含む、方法。
基板上に金属相互接続を形成するための方法であって、
ガラス、セラミック、およびガラスとセラミックとの組合せからなる群から選択される材料で形成されている基板の表面全体にわたってマンガン－銅層を形成するステップと、
前記マンガン－銅層の表面を酸化性環境に曝露して、酸化された層を形成するステップと、
前記酸化された層全体にわたって配置された銅層を形成して、中間ディスプレイデバイスを得るステップと、
前記中間ディスプレイデバイスをアニールして、
前記基板の前記表面に隣接するケイ酸マンガンを含む界面層と、
前記界面層と前記銅層との間の酸化マンガンを含む層と
を得るステップと
を含む、方法。
【0070】
実施形態２
モルパーセントとして測定された前記マンガン－銅層中のマンガン濃度が５パーセント未満である、実施形態１記載の方法。
モルパーセントとして測定された前記マンガン－銅層中のマンガン濃度が５パーセント未満である、実施形態１記載の方法。
【0071】
実施形態３
モルパーセントとして測定された前記マンガン－銅層中のマンガン濃度が２パーセント未満である、実施形態１記載の方法。
モルパーセントとして測定された前記マンガン－銅層中のマンガン濃度が２パーセント未満である、実施形態１記載の方法。
【0072】
実施形態４
モルパーセントとして測定された前記マンガン－銅層中のマンガン濃度が１／２（０．５）パーセント未満である、実施形態１記載の方法。
モルパーセントとして測定された前記マンガン－銅層中のマンガン濃度が１／２（０．５）パーセント未満である、実施形態１記載の方法。
【0073】
実施形態５
前記銅層が、ほぼ純粋な銅層である、実施形態１記載の方法。
前記銅層が、ほぼ純粋な銅層である、実施形態１記載の方法。
【0074】
実施形態６
前記ほぼ純粋な銅層が、前記ほぼ純粋な金属層と前記界面層との間の少なくとも１つの位置において測定した場合に、モルパーセントで９９パーセント（９９％）銅よりも高い純度を示す、実施形態５記載の方法。
前記ほぼ純粋な銅層が、前記ほぼ純粋な金属層と前記界面層との間の少なくとも１つの位置において測定した場合に、モルパーセントで９９パーセント（９９％）銅よりも高い純度を示す、実施形態５記載の方法。
【0075】
実施形態７
前記アニールするステップが、前記中間ディスプレイデバイスを摂氏２８０度よりも高い温度に２００秒よりも長い期間曝露するステップを含む、実施形態１記載の方法。
前記アニールするステップが、前記中間ディスプレイデバイスを摂氏２８０度よりも高い温度に２００秒よりも長い期間曝露するステップを含む、実施形態１記載の方法。
【0076】
実施形態８
前記アニールするステップが、前記中間ディスプレイデバイスを摂氏３２０度よりも高い温度に１０００秒よりも長い期間曝露するステップを含む、実施形態７記載の方法。
前記アニールするステップが、前記中間ディスプレイデバイスを摂氏３２０度よりも高い温度に１０００秒よりも長い期間曝露するステップを含む、実施形態７記載の方法。
【0077】
実施形態９
前記基板の前記表面全体にわたって前記第１の銅層を形成するステップの前に、前記基板の表面を荒化して荒面を得るステップであって、同じ寸法の平坦な表面の曝露された表面積と比べたとき、曝露された表面積を増加させるステップをさらに含む、実施形態１記載の方法。
前記基板の前記表面全体にわたって前記第１の銅層を形成するステップの前に、前記基板の表面を荒化して荒面を得るステップであって、同じ寸法の平坦な表面の曝露された表面積と比べたとき、曝露された表面積を増加させるステップをさらに含む、実施形態１記載の方法。
【0078】
実施形態１０
前記基板の前記表面を荒化するステップが、前記基板の前記表面をリーチするステップを含む、実施形態９記載の方法。
前記基板の前記表面を荒化するステップが、前記基板の前記表面をリーチするステップを含む、実施形態９記載の方法。
【0079】
実施形態１１
前記基板がＳｉＯ２を含み、前記基板の前記表面を荒化するステップが、前記基板のバルクよりも、前記基板と前記マンガン－銅層との界面の近くでＳｉＯ２濃度が高くなるように、前記基板の前記表面をエッチするステップを含む、実施形態９記載の方法。
前記基板がＳｉＯ２を含み、前記基板の前記表面を荒化するステップが、前記基板のバルクよりも、前記基板と前記マンガン－銅層との界面の近くでＳｉＯ２濃度が高くなるように、前記基板の前記表面をエッチするステップを含む、実施形態９記載の方法。
【0080】
実施形態１２
ガラス、セラミック、およびガラスとセラミックとの組合せからなる材料で形成されている基板と、
前記基板の表面の上方に配置された金属合金層と、
前記基板と前記金属合金層との間に配置されたケイ酸マンガンの界面層と
を含む、ディスプレイタイル。
ガラス、セラミック、およびガラスとセラミックとの組合せからなる材料で形成されている基板と、
前記基板の表面の上方に配置された金属合金層と、
前記基板と前記金属合金層との間に配置されたケイ酸マンガンの界面層と
を含む、ディスプレイタイル。
【0081】
実施形態１３
前記金属合金層が、ほぼ純粋な銅層である、実施形態１２記載のディスプレイタイル。
前記金属合金層が、ほぼ純粋な銅層である、実施形態１２記載のディスプレイタイル。
【0082】
実施形態１４
前記ほぼ純粋な銅層が、前記ほぼ純粋な金属層の上面と前記界面層の上面との間の距離の±２０パーセント延在する帯域内で測定した場合に、モルパーセントで９９パーセント（９９％）銅よりも高い純度を示す、実施形態１３記載のディスプレイタイル。
前記ほぼ純粋な銅層が、前記ほぼ純粋な金属層の上面と前記界面層の上面との間の距離の±２０パーセント延在する帯域内で測定した場合に、モルパーセントで９９パーセント（９９％）銅よりも高い純度を示す、実施形態１３記載のディスプレイタイル。
【0083】
実施形態１５
前記ほぼ純粋な銅層と前記界面層との間に挟まれた酸化マンガンを含む介在層をさらに含む、実施形態１３記載のディスプレイタイル。
前記ほぼ純粋な銅層と前記界面層との間に挟まれた酸化マンガンを含む介在層をさらに含む、実施形態１３記載のディスプレイタイル。
【0084】
実施形態１６
前記金属合金層の厚さが、前記界面層の少なくとも同じ厚さである、実施形態１２記載のディスプレイタイル。
前記金属合金層の厚さが、前記界面層の少なくとも同じ厚さである、実施形態１２記載のディスプレイタイル。
【0085】
実施形態１７
前記金属合金層の厚さが、５ｎｍ～５０ｎｍである、実施形態１６記載のディスプレイタイル。
前記金属合金層の厚さが、５ｎｍ～５０ｎｍである、実施形態１６記載のディスプレイタイル。
【0086】
実施形態１８
前記基板の前記表面が、前記基板の前記表面の下方に延在する開口を示し、前記界面層の材料が、前記開口内に少なくとも部分的に延在する、実施形態１２記載のディスプレイタイル。
前記基板の前記表面が、前記基板の前記表面の下方に延在する開口を示し、前記界面層の材料が、前記開口内に少なくとも部分的に延在する、実施形態１２記載のディスプレイタイル。
【0087】
実施形態１９
基板上に金属相互接続を形成するための方法であって、
ガラス、セラミック、およびガラスとセラミックとの組合せからなる群から選択される材料で形成されている基板の表面を荒化して、荒面を得るステップであって、同じ寸法の平坦な表面の曝露された表面積と比べたとき、曝露された表面積を増加させるステップと、
前記荒面全体にわたって銅合金層を形成するステップであって、前記銅合金層は、銅と、マンガン、ニッケル、チタン、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、およびタングステンからなる群から選択される少なくとも１種の他の金属とを含むステップと、
前記銅合金層の上方に配置された銅層を形成して、中間ディスプレイデバイスを得るステップと、
前記中間ディスプレイデバイスをアニールし、前記他の金属の少なくともサブセットを前記基板のガラスと合することにより、前記基板と前記銅層との間の界面層を得るステップと
を含む、方法。
基板上に金属相互接続を形成するための方法であって、
ガラス、セラミック、およびガラスとセラミックとの組合せからなる群から選択される材料で形成されている基板の表面を荒化して、荒面を得るステップであって、同じ寸法の平坦な表面の曝露された表面積と比べたとき、曝露された表面積を増加させるステップと、
前記荒面全体にわたって銅合金層を形成するステップであって、前記銅合金層は、銅と、マンガン、ニッケル、チタン、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、およびタングステンからなる群から選択される少なくとも１種の他の金属とを含むステップと、
前記銅合金層の上方に配置された銅層を形成して、中間ディスプレイデバイスを得るステップと、
前記中間ディスプレイデバイスをアニールし、前記他の金属の少なくともサブセットを前記基板のガラスと合することにより、前記基板と前記銅層との間の界面層を得るステップと
を含む、方法。
【0088】
実施形態２０
ガラスとセラミックの前記組合せが、ガラスおよびセラミックなし、ならびにガラスの部分およびセラミックの部分からなる群から選択される、実施形態１９記載の方法。
ガラスとセラミックの前記組合せが、ガラスおよびセラミックなし、ならびにガラスの部分およびセラミックの部分からなる群から選択される、実施形態１９記載の方法。
【0089】
実施形態２１
前記他の金属がマンガンであり、前記銅合金層がマンガン－銅合金層である、実施形態１９記載の方法。
前記他の金属がマンガンであり、前記銅合金層がマンガン－銅合金層である、実施形態１９記載の方法。
【0090】
実施形態２２
モルパーセントとして測定された前記マンガン－銅合金層中のマンガン濃度が５パーセント未満である、実施形態２１記載の方法。
モルパーセントとして測定された前記マンガン－銅合金層中のマンガン濃度が５パーセント未満である、実施形態２１記載の方法。
【0091】
実施形態２３
モルパーセントとして測定された前記マンガン－銅合金層中のマンガン濃度が２パーセント未満である、実施形態２１記載の方法。
モルパーセントとして測定された前記マンガン－銅合金層中のマンガン濃度が２パーセント未満である、実施形態２１記載の方法。
【0092】
実施形態２４
モルパーセントとして測定された前記マンガン－銅合金層中のマンガン濃度が１／２（０．５）パーセント未満である、実施形態２１記載の方法。
モルパーセントとして測定された前記マンガン－銅合金層中のマンガン濃度が１／２（０．５）パーセント未満である、実施形態２１記載の方法。
【0093】
実施形態２５
前記界面層がケイ酸マンガン（ＭｎＳｉＯｘ）を含む、実施形態２１記載の方法。
前記界面層がケイ酸マンガン（ＭｎＳｉＯｘ）を含む、実施形態２１記載の方法。
【0094】
実施形態２６
前記銅合金層の上方に配置された前記銅層を形成するステップが、前記銅合金層の酸化を回避するためにイン・サイチュで行われる、実施形態２１記載の方法。
前記銅合金層の上方に配置された前記銅層を形成するステップが、前記銅合金層の酸化を回避するためにイン・サイチュで行われる、実施形態２１記載の方法。
【0095】
実施形態２７
前記銅層を形成するステップの前に、前記銅合金層の曝露された表面を酸化させるステップをさらに含み、前記中間ディスプレイデバイスをアニールするステップによって、前記基板の前記表面に隣接するケイ酸マンガンを含む前記界面層と、前記界面層と前記銅層との間の酸化マンガンを含む層とが得られる、実施形態２１記載の方法。
前記銅層を形成するステップの前に、前記銅合金層の曝露された表面を酸化させるステップをさらに含み、前記中間ディスプレイデバイスをアニールするステップによって、前記基板の前記表面に隣接するケイ酸マンガンを含む前記界面層と、前記界面層と前記銅層との間の酸化マンガンを含む層とが得られる、実施形態２１記載の方法。
【0096】
実施形態２８
前記銅層が、ほぼ純粋な銅層である、実施形態１９記載の方法。
前記銅層が、ほぼ純粋な銅層である、実施形態１９記載の方法。
【0097】
実施形態２９
前記ほぼ純粋な銅層が、前記ほぼ純粋な金属層と前記界面層との間の少なくとも１つの位置において測定した場合に、モルパーセントで９９パーセント（９９％）銅よりも高い純度を示す、実施形態２８記載の方法。
前記ほぼ純粋な銅層が、前記ほぼ純粋な金属層と前記界面層との間の少なくとも１つの位置において測定した場合に、モルパーセントで９９パーセント（９９％）銅よりも高い純度を示す、実施形態２８記載の方法。
【0098】
実施形態３０
前記アニールするステップが、前記中間ディスプレイデバイスを摂氏２８０度よりも高い温度に２００秒よりも長い期間曝露するステップを含む、実施形態１９記載の方法。
前記アニールするステップが、前記中間ディスプレイデバイスを摂氏２８０度よりも高い温度に２００秒よりも長い期間曝露するステップを含む、実施形態１９記載の方法。
【0099】
実施形態３１
前記アニールするステップが、前記中間ディスプレイデバイスを摂氏３２０度よりも高い温度に２００秒よりも長い期間曝露するステップを含む、実施形態３０記載の方法。
前記アニールするステップが、前記中間ディスプレイデバイスを摂氏３２０度よりも高い温度に２００秒よりも長い期間曝露するステップを含む、実施形態３０記載の方法。
【0100】
実施形態３２
前記基板の前記表面を荒化するステップが、前記基板の前記表面をリーチするステップを含む、実施形態１９記載の方法。
前記基板の前記表面を荒化するステップが、前記基板の前記表面をリーチするステップを含む、実施形態１９記載の方法。
【0101】
実施形態３３
前記基板の前記表面を荒化するステップが、前記基板の前記表面をエッチするステップを含む、実施形態１９記載の方法。
前記基板の前記表面を荒化するステップが、前記基板の前記表面をエッチするステップを含む、実施形態１９記載の方法。
【図1】
【図2a】
【図2b】
【図2c】
【図3】
【図4a】
【図4b】
【図4c】
【図4d】
【図5】
【図6】
【図7a】
【図7b】
【図7c】
【図7d】
【図8】
【図9a】
【図9b】
【図9c】
【図9d】
【図9e】