CN112048698A - 用于真空处理设在基板上的薄膜晶体管沟道的方法、薄膜晶体管和用于真空处理基板的设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于真空处理基板(10)的方法。所述方法包括：使用设在处理区域(110)中的注入源(130)用粒子来辐照基板(10)或基板(10)上的第一材料层；和在用粒子辐照基板(10)或第一材料层时，使基板(10)沿着运输路径(20)移动而通过处理区域(110)。

Description

用于真空处理设在基板上的薄膜晶体管沟道的方法、薄膜晶 体管和用于真空处理基板的设备
本申请是申请日为2017年02月09日、申请号为201780012379.X、发明名称为“用于真空处理设在基板上的薄膜晶体管(TFT)沟道的方法、薄膜晶体管和用于真空处理基板的设备”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开内容的实施方式涉及一种用于真空处理基板的方法、一种薄膜晶体管和一种用于真空处理基板的设备。本公开内容的实施方式特别涉及用于在显示装置的制造中使用的物理气相沉积(例如溅射沉积)的方法和设备。
背景技术
用于在基板上进行层沉积的技术包括例如溅射沉积、热蒸发和化学气相沉积(CVD)。溅射沉积工艺可用于在基板上沉积材料层，诸如导电材料层。设在基板载体上的基板可被运输通过处理系统。为了在基板上执行多个处理措施，可使用处理模块的直列(in-line)布置。直列处理系统包括多个连续处理模块，其中处理措施相继在各个处理模块中进行。多种材料(诸如金属，还包括金属的氧化物、氮化物或碳化物)可用于沉积在基板上。涂覆材料可在若干应用和若干技术领域中使用。例如，用于显示器的基板通常通过物理气相沉积(PVD)工艺(诸如溅射工艺)涂覆例如以在基板上形成薄膜晶体管(TFT)。
随着新的显示技术发展并且鉴于朝更大的显示器尺寸的趋势，对显示器中使用的提供改进的性能(例如关于电学特性的性能)的层或层系统存在持续需求。作为示例，具有迁移率更高的沟道且/或具有改进的阈值电压(Vth)的薄膜晶体管可为有益的。
鉴于上文，克服本领域的至少一些问题的用于真空处理基板的新的方法、薄膜晶体管和用于真空处理基板的设备是有益的。特定地，允许更高的载流子迁移率和/或改进的阈值电压(Vth)的方法和设备是有益的。
发明内容
鉴于上文，提供一种用于真空处理基板的方法、一种薄膜晶体管和一种用于真空处理基板的设备。本公开内容的另外方面、益处和特征从权利要求书、说明书和附图显而易见。
根据本公开内容的一方面，提供一种用于真空处理基板的方法。所述方法包括：使用设在处理区域中的注入源用粒子来辐照基板或基板上的第一材料层，和在用粒子辐照基板或第一材料层时，使基板沿着运输路径移动而通过处理区域。
根据本公开内容的另一方面，提供一种用于真空处理基板的方法。所述方法包括：相对于设在运输路径上的基板来移动设在处理区域中的注入源，和在移动注入源时，用由注入源提供的粒子来辐照基板或基板上的第一材料层。
根据本公开内容的又另一方面，提供一种薄膜晶体管。薄膜晶体管包括使用本文描述的实施方式制造的沟道。
根据本公开内容的一方面，提供一种用于真空处理基板的设备。所述设备包括：至少一个处理区域，具有至少一个注入源；至少一个沉积区域，具有一个或多个沉积源；和运输路径，延伸通过至少一个处理区域和至少一个沉积区域。所述设备被配置为用由至少一个注入源提供的粒子来辐照基板或基板上的第一材料层。所述设备进一步被配置为在用粒子辐照基板或第一材料层时，使基板沿着运输路径移动而通过处理区域。
根据本公开内容的又另一方面，提供一种用于真空处理基板的设备。所述设备包括：至少一个处理区域，具有至少一个注入源；至少一个沉积区域，具有一个或多个沉积源；和运输路径，延伸通过至少一个处理区域和至少一个沉积区域。所述设备被配置为用由至少一个注入源提供的粒子来辐照基板或基板上的第一材料层。所述设备进一步被配置为在用粒子辐照基板或第一材料层时，相对于运输路径来移动至少一个注入源。
实施方式还针对用于进行所公开的方法的设备并且包括用于执行每个所描述的方法方面的设备零件。这些方法方面可通过硬件部件、由适当的软件编程的计算机、这两者的任何组合或以任何其他方式执行。此外，根据本公开内容的实施方式还针对用于操作所描述的设备的方法。用于操作所描述的设备的方法包括用于进行设备的每一功能的方法方面。
附图说明
为了能详细地理解本公开内容的上述特征，可通过参考实施方式获得上文简要地概述的本公开内容的更特定的描述。附图涉及本公开内容的实施方式，并且描述于下：
图1示出了根据本文描述的实施方式的用于真空处理基板的方法的流程图；
图2示出了根据本文描述的实施方式的用于真空处理基板的设备的示意图；
图3示出了根据本文描述的另外实施方式的用于真空处理基板的设备的示意图；
图4示出了根据本文描述的实施方式的用于真空处理基板的设备的截面示意图；
图5示出了根据本文描述的实施方式的用于真空处理基板的设备的示意图；
图6示出了根据本文描述的另外实施方式的用于真空处理基板的设备的示意图；和
图7示出了根据本文描述的实施方式的显示器的具有薄膜晶体管的部分的截面示意图。
具体实施方式
现在将详细地参考本公开内容的各种实施方式，这些实施方式的一个或多个示例示于图中。在以下对附图的描述中，相同标号表示相同部件。通常，仅描述关于各别实施方式的差异。每个示例以解释本公开内容的方式提供，而不表示对本公开内容的限制。另外，被示出或描述为一个实施方式的部分的特征可用于其他实施方式或结合其他实施方式使用以产生又进一步实施方式。本说明书旨在包括这样的修改和变化。
随着新显示技术的发展并且鉴于朝更大的显示器尺寸的趋势，对显示器中使用的提供改进的性能(例如关于电学特性的性能)的层或层系统存在持续需求。作为示例，具有载流子迁移率更高的沟道且/或具有改进的阈值电压(Vth)的薄膜晶体管可为有益的。
根据本公开内容，提供用于将粒子注入基板或基板上的第一材料层中以改变基板或第一材料层的一个或多个材料性质的注入源。粒子可以是离子或电中性原子。作为示例，可将粒子注入第一材料层中以提供具有迁移率更高的沟道和/或改变的阈值电压Vth的薄膜晶体管。然而，本公开内容不限于此，并且注入可用来改变其他性质，诸如基板或第一材料层的折射率，例如，以用于折射率匹配。
本公开内容的全文中使用的术语“注入”应理解为粒子被冲击到固体(诸如基板和/或第一材料层)中以改变固体的一个或多个材料性质(诸如固体的元素组成)。特别地，粒子被冲击到固体中，从而停止并保留在固体中并停留在那里。
图1示出了根据本文描述的实施方式的用于真空处理基板的方法的流程图。
根据本公开内容的一方面，所述方法包括：在方框1100中，使用设在处理区域中的注入源用粒子来辐照基板或基板上的第一材料层；和在方框1200中，在用粒子辐照基板或第一材料层时，使基板沿着运输路径移动而通过处理区域。在用粒子辐照基板或第一材料层时，注入源(也可被称为“粒子注入源”)可以移动或静止。通过辐照基板或第一材料层，进行注入工艺。特别地，用粒子辐照基板或基板上的第一材料层以将粒子注入其中，以便分别改变基板或第一材料层的一个或多个材料性质。粒子可以是离子或电中性原子。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，一个或多个材料性质选自由以下项组成的组：物理性质、电学性质、化学性质和光学性质。物理性质可例如包括固体(诸如基板或第一材料层)的晶体结构。电学性质可例如包括载流子迁移率。化学性质可例如包括固体的元素组成。光学性质可例如包括固体的折射率。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，离子注入在固体内以形成埋在固体内的区域或层(“埋层”)。在另外实现方式中，离子注入在固体的表面或表面区域中(或处)。注入深度可通过调整冲击在固体上的离子的能量来选择。作为示例，小于10keV的离子能量可用于在固体的表面处的注入，而大于10keV的离子能量可用于在固体内的注入以形成埋层。在一些实现方式中，具有10keV或更小的粒子可不仅仅在表面上，而且还略微扩展到基板或第一材料层的前几nm。然而，这被视为“在固体的表面处的注入”。穿透深度可取决于注入的中性或离子元素。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，粒子是离子或电中性原子。作为示例，离子可选自包括氮离子、氧离子、氢离子、铟离子和镓离子的组。同样，电中性原子可选自包括氮原子、氧原子、氢原子、铟和镓原子的组。然而，本公开内容不限于此，并且可使用适合于改变相应材料的一个或多个材料性质的其他粒子。作为示例，可使用其他离子或电中性原子例如以用于注入LTPS(p-Si)和ZnO中。在薄膜晶体管的示例中，粒子注入可用于制造薄膜晶体管的沟道。通过将例如氢注入沟道层(诸如IGZO(铟镓锌氧化物)层)中，可提供薄膜晶体管的更高的迁移率和改变的阈值电压Vth。使用本公开内容的粒子注入制造的薄膜晶体管的示例进一步参考图7进行描述。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，所述方法进一步包括在基板之上沉积第一材料层和/或在基板或第一材料层已经被离子辐照之后在基板之上或第一材料层之上沉积至少一个第二材料层。作为示例，第一材料层可在进行使用离子注入源的离子注入工艺之前沉积。第一材料层的一个或多个材料性质可在第一材料层已经沉积在基板上之后改变。第一材料层和第二材料层可由相同的材料制成或可由不同的材料制成。作为示例，第一材料层和/或第二材料层可以是IGZO层。IGZO层可用于制造薄膜晶体管的沟道。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，第一材料层和/或第二材料层的厚度可在
Figure BDA0002614830340000052
(埃)与
Figure BDA0002614830340000051
之间的范围内，特定地在
Figure BDA0002614830340000053
与
Figure BDA0002614830340000054
之间的范围内，并且更特定地在
Figure BDA0002614830340000055
与
Figure BDA0002614830340000056
之间的范围内。在一些实现方式中，第一材料层和第二材料层的组合厚度可在
Figure BDA0002614830340000057
(埃)与
Figure BDA0002614830340000058
之间的范围内，特定地在
Figure BDA0002614830340000059
与
Figure BDA00026148303400000510
之间的范围内，并且更特定地在
Figure BDA00026148303400000512
与
Figure BDA00026148303400000513
之间的范围内。
作为示例，第一材料层包括由注入第一材料层中的粒子产生的埋层(“单层”)。单个第一材料层的厚度可在
Figure BDA00026148303400000514
(埃)与
Figure BDA00026148303400000515
之间的范围内，特定地在
Figure BDA00026148303400000516
与
Figure BDA00026148303400000517
之间的范围内，并且更特定地在
Figure BDA00026148303400000519
与
Figure BDA00026148303400000518
之间的范围内。在另一示例中，第一材料层具有注入第一材料层的表面区域中的粒子，并且第二材料层设在第一材料层上(“双层”)。第一材料层和第二材料层中的每一个的厚度可在
Figure BDA0002614830340000061
(埃)与
Figure BDA0002614830340000062
之间的范围内，特定地在
Figure BDA0002614830340000063
与
Figure BDA0002614830340000064
之间的范围内，并且更特定地在
Figure BDA0002614830340000065
与
Figure BDA0002614830340000066
之间的范围内。
在一些实现方式中，所述方法进一步包括：将基板沿着运输路径移动到沉积区域中；和在已经用粒子辐照基板或第一材料层之后将至少一个第二材料层沉积在基板表面之上或第一材料层之上。在一些实现方式中，至少一个第二材料层包括两个或更多个第二材料层。两个或更多个第二材料层可由相同或不同的材料制成。第一材料层和第二材料层中的至少一个可在基板例如在运输路径上静止时沉积。或者，第一材料层和第二材料层中的至少一个可在基板沿着运输路径移动时沉积。
处理区域和沉积区域可以是真空处理系统的真空腔室内的区域。在其他实现方式中，处理区域和沉积区域可由彼此连接的不同真空腔室提供。处理区域和沉积区域可例如使用锁、阀和分隔装置(诸如气体分隔屏蔽件)中的至少一者彼此分隔。将参考图2至图6进一步说明处理区域和沉积区域。
根据一些实施方式，所述方法提供动态注入工艺和静止或静态沉积工艺的结合。本公开内容的全文所使用的术语“静止”和“静态”可被理解为基板相对于真空腔室和/或设在沉积区域中的沉积源实质上不移动。
特定地，沉积工艺可以是静态沉积工艺，例如用于显示器处理。应注意，与动态沉积工艺不同的“静态沉积工艺”不排除基板的任何移动，如技术人员将了解的。静态沉积工艺可包括例如以下中的至少一种：在沉积期间的静态基板位置；在沉积期间的振荡基板位置；在沉积期间基本上恒定的平均基板位置；在沉积期间的抖动基板位置；在沉积期间的摆动基板位置；阴极设于一个真空腔室中(即一组预定阴极设于真空腔室中)的沉积工艺；基板位置，其中真空腔室例如通过关闭在层的沉积期间将真空腔室与相邻腔室分隔开的阀单元而相对于相邻腔室具有密封的气氛；或上述项的组合。静态沉积工艺可理解为具有静态位置的沉积工艺、具有基本上静态的位置的沉积工艺、或具有部分静态的基板位置的沉积工艺。鉴于此，其中基板位置可能在某些情况下在沉积期间不完全没有任何移动的静态沉积工艺仍然可与动态沉积工艺区分开。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，例如在用粒子辐照基板和/或第一材料层时，注入源(诸如离子注入源)可移动或静止。在一些实现方式中，在沿着运输路径运输基板时，注入源可相对于运输路径移动。作为示例，所述方法可进一步包括在移动注入源时，用粒子辐照基板或第一材料层。特定地，在用由注入源提供的粒子辐照基板或第一材料层时，基板和注入源两者可都移动。移动基板和注入源两者允许快速注入工艺。
在其它实现方式中，在基板通过注入源时，注入源可静止。作为示例，在用来自注入源的粒子辐照基板或第一材料层时，注入源可静止。静止注入源允许设备的简单配置。
根据本公开内容的另一方面，用于真空处理基板的方法包括：相对于设在运输路径上的基板来移动设在处理区域中的注入源；和在移动注入源时，用由注入源提供的粒子来辐照基板或基板上的第一材料层。在一些实现方式中，所述方法进一步包括在基板之上沉积第一材料层和/或在已经用粒子辐照基板或第一材料层之后在基板之上或第一材料层之上沉积至少一个第二材料层，如之前本文所描述的。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，移动注入源包括在平行于运输路径的第一方向和垂直于运输路径的第二方向中的至少一者上移动。作为示例，第一方向可以是水平方向并且/或者第二方向可以是竖直方向。注入源(诸如离子注入源或线性离子注入源)可在基板表面上竖直地和/或水平地扫描以将粒子注入基板或第一材料层中。注入源在第一方向和第二方向上的移动可提高注入工艺的效率。
术语“竖直方向”被理解为区分于“水平方向”。也就是说，“竖直方向”涉及注入源的实质上竖直的移动，其中与精确的竖直方向或竖直移动的几度(例如高达10°或甚至高达30°)偏差仍被视为是“实质上竖直的方向”或“实质上竖直的移动”。竖直方向可实质上平行于重力。同样，“水平方向”涉及离子注入源的实质上水平的移动，其中与精确的水平方向或水平移动的几度(例如高达10°或甚至高达30°)偏差仍被视为是“实质上水平的方向”或“实质上水平的移动”。
在一些实施方式中，注入源在第一方向和第二方向上顺序地或同时地移动。注入源可在由第一方向和第二方向跨越的平面中沿着连续或不连续移动路径移动。作为示例，当注入源在第一方向和第二方向上同时移动时，注入源可沿着连续移动路径移动。当注入源在第一方向和第二方向上顺序移动时，注入源可沿着不连续移动路径移动。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，注入源的操作是基于基板在运输路径上的位置。特定地，可通过基板的移动和/或位置来触发注入源的开/关模式。作为示例，当基板进入处理区域时，可接通注入源。当基板离开处理区域并且例如进入沉积区域时，可断开注入源。在一些实现方式中，在基板移动通过处理区域时可重复地接通和断开注入源。
在一些实现方式中，在用粒子辐照基板或第一材料层时，基板是移动或静止的。作为示例，所述方法进一步包括在用粒子辐照基板或第一材料层时，沿着运输路径移动基板。特定地，注入源和基板两者在粒子注入工艺期间可都移动。移动注入源和基板两者可缩短粒子注入工艺的处理时间。设备的吞吐量可被提高。
在其他示例中，基板固定地定位在运输路径上，而注入源相对于运输路径移动以用粒子来辐照基板或第一材料层。保持基板静止允许灵活地选择粒子注入工艺的工艺时间。特定地，工艺时间可被选择，使得预定量的粒子被注入基板或第一材料层(例如每单位体积的固体)中。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，基板沿着运输路径的移动速度和/或注入源的移动速度在用粒子进行辐照和沉积第一材料层和/或至少一个第二材料层中的至少一个期间是实质上恒定的。根据可与本文描述的其他实施方式结合的另外实施方式，基板沿着运输路径的移动速度和/或注入源的移动速度在用粒子进行辐照和沉积第一材料层和/或至少一个第二材料层中的至少一个期间可变化或改变(即可提供不均匀的移动速度)。作为示例，基板沿着运输路径的移动速度和/或注入源的移动速度在用粒子进行辐照期间可变化或改变以在固体中提供局部注入浓度变化。
在一些实施方式中，在基板静止时，第二材料层沉积在基板之上或第一材料层之上。特定地，沉积工艺可以是静止或静态沉积工艺。在另外实施方式中，在基板沿着运输路径移动通过沉积区域时，第二材料层沉积在基板之上或第一材料层之上。特定地，沉积工艺可以是动态沉积工艺。
当提及术语“在……之上”，即一个层在另一个之上时，应理解，从基板开始，第一材料层沉积在基板之上，并且第二材料层在第一材料层之后沉积，因此第二材料层在第一层之上和基板之上。换句话说，术语“在……之上”用于限定层、层堆叠和/或膜的顺序，其中起点是基板。这与是否上下颠倒地看层堆叠无关。
术语“在……之上”应涵盖其中在基板与第一材料层和/或第一材料层与第二材料层之间提供一个或多个另外的材料层的实施方式。换句话说，第一材料层不直接地设置在基板上且/或第二材料层不直接地设置在第一材料层上。然而，本公开内容不限于此，术语“在……之上”应涵盖其中在基板与第一材料层和/或第一材料层与第二材料层之间不提供另外层的实施方式。换句话说，第一材料层可直接地设置在基板上并且可与基板直接接触。第二材料层可直接地设置在第一材料层上并且可与第一材料层直接接触。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，第一材料层和第二材料层中的至少一者可以是导电层。作为示例，第一材料层可以是第一导电层，并且第二材料层可以是第二导电层。作为示例，第一材料层和/或第二材料层的材料选自由以下项组成的组：IGZO、金属、金属合金、钛、铝、氧化铟锡(ITO)和上述项的任何组合。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，在实质上竖直的取向上沿着运输路径运输基板。作为示例，在基板在实质上竖直的取向上时，用粒子辐照基板或第一材料层。如本公开内容的全文所用，“实质上竖直的”特别地在涉及基板取向时理解为允许与竖直方向或取向有±20°或更小(例如±10°或更小)的偏差。此偏差可例如因与竖直取向有一定偏差的基板支撑件可能产生更稳定的基板位置而提供。然而，例如在注入工艺和/或沉积工艺期间的基板取向被认为是实质上竖直的，这被视为不同于水平基板取向。
本文所用的术语“基板”应涵盖典型地用于显示器制造的基板。基板可以是大面积基板。例如，本文所述的基板应涵盖典型地用于LCD(液晶显示器)、PDP(等离子体显示面板)和类似物的基板。例如，大面积基板可以是第4.5代(其对应于约0.67m2基板(0.73m×0.92m))、第5代(其对应于约1.4m2基板(1.1m×1.3m))、第6代(其对应于约2.8m2基板(1.85m×1.5m))、第7.5代(其对应于约4.29m2基板(1.95m×2.2m))、第8.5代(其对应于约5.7m2基板(2.2m×2.5m))、或甚至第10代(其对应于约8.7m2基板(2.85m×3.05m))。可类似地实现甚至更高的代(诸如第11代和第12代)和对应的基板面积。
本文所用的术语“基板”应特别地涵盖实质上非柔性的基板，例如晶片、透明晶体(诸如蓝宝石或类似物)的切片、或玻璃板。特别地，基板可以是玻璃基板和/或透明基板。然而，本公开内容不限于此，并且术语“基板”也可涵盖柔性基板，诸如幅材或箔。术语“实质上非柔性”应理解为区分于“柔性”。特定地，实质上非柔性的基板可以具有一定程度的柔性，例如具有0.5mm或更小的厚度的玻璃板，其中相较于柔性基板来说，实质上非柔性的基板的柔性小。
根据本文描述的实施方式，用于真空处理基板的方法可使用计算机程序、软件、计算机软件产品、和可具有CPU、存储器、用户界面和与设备的对应部件通信的输入和输出装置的相关的控制器来进行。
图2示出了根据本文描述的实施方式的用于真空处理基板10的设备100的示意图。
根据本公开内容的一方面，设备100包括：至少一个处理区域110，至少一个处理区域110具有至少一个注入源，诸如至少一个线性离子注入源130；至少一个沉积区域120，至少一个沉积区域120具有一个或多个沉积源140；和运输路径20，运输路径20延伸通过至少一个处理区域110和至少一个沉积区域120。设备100可被配置为执行根据本文描述的实施方式的用于真空处理基板的方法。在下文中，示例性地描述至少一个线性离子注入源130。然而，应理解，本公开内容不限于此，并且可以使用其他几何形状或类型的注入源。
设备100可包括基板载体30，基板载体30被配置为支撑基板10。具有基板10定位在其上的基板载体30可沿着运输路径20进行运输。基板载体30可包括板或框架，板或框架经构造以用于例如使用由板或框架提供的支撑表面支撑基板10。可选地，基板载体30可包括一个或多个保持装置(未示出)，一个或多个保持装置经构造以用于将基板10保持在板或框架上。一个或多个保持装置可包括机械和/或磁性夹具中的至少一个。
在一些实现方式中，基板载体30包括或是静电吸盘(E-吸盘)。E-吸盘可具有支撑表面以用于将基板支撑在其上。在一个实施方式中，E-吸盘包括介电主体，介电主体具有嵌入在其中的电极。介电主体可由介电材料制成，介电材料优选地是高热导率介电材料，诸如热解氮化硼、氮化铝、氮化硅、氧化铝或等效材料；或者介电主体可由非常薄但热导较低的材料制成，诸如聚酰亚胺。电极可耦接到电源，电源向电极提供电力以控制卡紧力。卡紧力是作用在基板上以将基板固定在支撑表面上的静电力。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，注入源可被配置为发射高能粒子束(例如离子或电中性粒子)，如标号134所示。注入源可被配置为提供离子或电中性原子。离子可选自包括氮离子、氧离子、氢离子、铟离子和镓离子的组。同样，电中性原子可选自包括氮原子、氧原子、氢原子、铟原子和镓原子的组。粒子(诸如离子)被注入基板10、基板的表面11、或基板10上的第一材料层中，以改变被注入粒子的材料的一个或多个材料性质。
注入源可包括被配置为产生离子的离子源和被配置为加速由离子源提供的离子的加速器。离子源可被配置为提供电感耦合等离子体(ICP)。作为示例，离子源可包括电连接到电源(诸如射频(RF)电源)的线圈。电流可施加到线圈，并且可通过激发离子源内的工艺气体来产生等离子体。在另外实现方式中，离子源可被配置为使用板来提供带电耦合等离子体(CCP)。
根据一些实施方式，注入源可被配置为将由离子源产生的离子注入到基板或第一材料层中。在其他实施方式中，注入源被配置为电中和所产生的离子(例如在离子加速之后)，以用于将电中性粒子注入基板或第一材料层中。作为示例，注入源进一步包括中和装置，中和装置用于电中和加速的离子。特别地，材料可被电离成能够被加速，其中PFG(淹没式等离子体枪(plasma flood gun))可设在离子源与基板之间以中和“离子”束。
加速器可被配置为将由离子源提供的离子加速到预定能量，以使离子或中和粒子冲击固体，诸如基板或第一材料层。作为示例，注入源且特别是加速器可被配置为向粒子和/或离子提供至少1keV、特定地至少10keV、并且更特定地至少100keV的能量以冲击在基板或第一材料层上。在一些实施方式中，注入源且特别是加速器可被配置为向粒子和/或离子提供在1keV与1000keV之间、特定地在1keV与500keV之间、且更特定地在3keV与300keV之间的能量。
在一些实现方式中，加速器包括一个或多个透镜。一个或多个透镜可选自由以下项组成的组：静电透镜、磁性透镜和电磁透镜。一个或多个透镜可被配置为用于以下至少一者：使离子朝向基板/第一材料层加速和将离子束聚焦到基板/第一材料层上。可选地，离子可在加速和可选的聚焦之后中和以用于在基板或第一材料层中注入电中性粒子。
在一些实现方式中，注入源是线性注入源，诸如竖直线性注入源。术语“线性”可被理解为线性注入源130具有限定粒子或离子的发射区域(例如实质上矩形的区域)的大尺寸和小尺寸，其中小尺寸小于大尺寸。例如，小尺寸可小于大尺寸的10％，特定地小于大尺寸的5％，并且更特定地小于大尺寸的1％。大尺寸可实质上竖直地延伸。换句话说，至少一个线性离子注入源130可以是竖直线性注入源。根据一些实施方式，由至少一个线性离子注入源130(例如发射区域)提供的粒子或离子的束宽可在1mm至3000mm之间的范围内，特定地在30mm至2100mm之间的范围内，并且更特定地小于50mm。束宽可垂直于至少一个线性注入源的线性延伸来限定。
在一些实现方式中，线性注入源可具有沿着竖直线(例如在大尺寸中)布置的一个或多个出口或粒子源(例如离子源)，一个或多个出口或粒子源被配置为提供粒子和/或发射区域。作为示例，可提供一个连续出口或粒子源。在其他示例中，多个出口或粒子源可沿着线布置。例如，线性注入源可由沿着线彼此紧密并排排列的多个点源组成。
在一些实现方式中，设备100被配置为在用粒子辐照基板10或第一材料层时，使基板10沿着运输路径20移动而通过至少一个处理区域110。作为示例，设备100被配置为提供动态注入工艺和静态沉积工艺的结合。设备100可被配置为在基板10通过至少一个线性注入源时用由至少一个线性注入源提供的粒子(由标号134表示)辐照基板10或基板10上的第一材料层。作为示例，在沿着运输路径20(例如在朝向至少一个沉积区域120的方向(运输方向1)上)运输基板10或基板载体30期间，辐照基板10或第一材料层。根据一些实施方式，设备100被配置为在基板10在至少一个沉积区域120中静止时在基板之上或在第一材料层之上沉积至少一个第二材料层。
术语“处理区域”可理解为其中可设有或定位基板10以使得可用由线性注入源提供的粒子来辐照基板10的空间或区域。术语“沉积区域”可理解为其中可设有或定位基板10以使得可用由一个或多个沉积源140提供的材料来涂覆基板10的空间或区域。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，设备100可包括一个或多个真空腔室。至少一个处理区域110和至少一个沉积区域120可由同一(单个)真空腔室提供。真空腔室可划分成两个或更多个部分或区域，从而提供至少一个处理区域110和至少一个沉积区域120。真空腔室可使用一个或多个分隔装置115(例如气体分隔屏蔽件)来划分。在其他实现方式中，在至少一个处理区域110与至少一个沉积区域120之间不提供分隔装置。至少一个处理区域110和至少一个沉积区域120可在两者之间无任何分隔的情况下设在真空腔室中。在又另外实现方式中，至少一个处理区域110和至少一个沉积区域120可例如使用闸和/或阀由彼此连接的不同真空腔室提供。根据本文描述的实施方式，至少一个处理区域110和至少一个沉积区域120在真空上彼此连接，使得基板10在从至少一个处理区域110传送到至少一个沉积区域120(或反之亦然)期间保持处于真空环境内。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，至少一个处理区域110包括两个或更多个处理区域，每个处理区域具有一个或多个注入源。替代地或另外地，至少一个沉积区域120包括两个或更多个沉积区域，每个沉积区域具有一个或多个沉积源。特定地，设备可具有多个处理区域和/或多个沉积区域以分别用于进行多个注入工艺和多个沉积工艺。
本公开内容的全文所用的术语“真空”可理解为实质上无物质的空间，例如，除用于沉积工艺(诸如溅射沉积工艺)的工艺气体之外已去除了所有或大部分空气或气体的空间。作为示例，术语“真空”可被理解为具有小于例如10毫巴的真空压力的技术真空。一个或多个真空泵(诸如涡轮泵和/或低温泵)可连接到提供至少一个处理区域110和至少一个沉积区域120的一个或多个真空腔室以用于产生真空。
本公开内容的全文所用的术语“运输路径”可被理解为可沿其移动或传送基板10或其上定位有基板10的基板载体30例如通过至少一个处理区域110和至少一个沉积区域120的路径。作为示例，运输路径可以是线性运输路径。运输路径20可限定基板10或基板载体30通过至少一个处理区域110和至少一个沉积区域120的运输方向1。运输路径20可以是单向运输路径或可以是双向运输路径。
设备100可具有至少两个运输路径，诸如运输路径20和另一运输路径(未示出)。可提供至少两个运输路径以使得其上定位有第一基板的第一基板载体可超过第二基板载体上的第二基板，例如当涂覆第二基板时。至少两个运输路径可实质上彼此平行地延伸，例如在基板10或基板载体30的运输方向1上实质上彼此平行地延伸。在一些实现方式中，至少两个运输路径可在垂直于基板载体的运输方向1的方向上相对于彼此移位。术语“实质上平行”涉及例如方向和/或路径的实质上平行的取向，其中与精确平行取向有几度(例如多达10°或甚至多达15°)的偏差仍被认为“实质上平行”。
运输路径可由相应轨道提供。作为示例，运输路径20可由一轨道提供，而另一运输路径可由另一轨道提供。如本公开内容的全文所用，术语“轨道”可定义为容纳或支撑可以是E吸盘的基板载体的空间或装置。作为示例，轨道可机械地(使用例如辊)、非接触地(使用例如磁场和相应的磁力)或使用它们的结合来容纳或支撑基板载体。
图3示出了根据本文描述的另外实施方式的用于真空处理基板10的设备200的示意图。设备200可被配置为执行根据本文描述的一些实施方式的用于真空处理基板的方法。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，设备200被配置为在用粒子辐照基板10或第一材料层时，相对于运输路径移动至少一个注入源。作为示例，设备200包括驱动器，驱动器被配置为相对于运输路径20移动至少一个注入源，诸如至少一个线性离子注入源130。在一些实现方式中，驱动器可被配置为实质上平行于和/或实质上垂直于运输路径20来移动至少一个注入源，诸如至少一个线性离子注入源130。作为示例，驱动器可被配置为在平行于运输路径20的第一方向(用标号2表示)和垂直于运输路径的第二方向中的至少一个方向上移动至少一个注入源。作为示例，第一方向可以是水平方向且/或第二方向可以是竖直方向。术语“竖直方向”应理解为区分于“水平方向”。也就是说，“竖直方向”涉及注入源的实质上竖直的移动，其中与精确的竖直方向或竖直移动的几度(例如高达10°或甚至高达30°)的偏差仍被视为是“实质上竖直的方向”或“实质上竖直的移动”。竖直方向可实质上平行于重力。
设备200可包括在至少一个处理区域110中的轨道132。轨道132可被配置为可移动地支撑至少一个注入源。轨道132可实质上平行于运输路径20。驱动器可被配置为在第一方向上沿着轨道132移动至少一个注入源。作为示例，驱动器可被配置为沿着轨道132来回移动至少一个注入源。在一些实施方式中，驱动器被配置为使至少一个注入源例如在可以是竖直方向的第二方向上实质上垂直于轨道132而移动。在第一方向和第二方向上的移动可包括在第一方向和第二方向上的双向移动。作为示例，注入源的移动可包括在第一方向上的来回移动(如图3中的双端箭头所示)和/或在第二方向上的来回移动。
在一些实施方式中，驱动器被配置为在第一方向和第二方向上顺序地或同时地移动至少一个注入源。至少一个注入源可在由第一方向和第二方向跨越的平面中沿着连续或不连续的移动路径移动。所述平面可以是实质上竖直地取向的平面。作为示例，当至少一个注入源在第一方向和第二方向上同时移动时，至少一个注入源可沿着连续移动路径移动。当至少一个注入源在第一方向和第二方向上顺序移动时，至少一个注入源可沿着不连续移动路径移动。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，设备200可被配置为在基板10静止或移动的情况下进行注入工艺。作为示例，设备200可被配置为在基板10通过至少一个注入源时或在基板10在运输路径20上静止时用由至少一个注入源提供的粒子来辐照基板10或基板10上的第一材料层。特定地，至少一个注入源和基板两者在注入工艺期间可都移动。在其他示例中，基板10固定地定位在运输路径20上，而至少一个注入源相对于运输路径20移动以用离子辐照基板10或第一材料层。
图4示出了根据本文描述的实施方式的用于真空处理基板10的设备的截面示意图。至少一个注入源(诸如至少一个线性离子注入源130)设在轨道132上。至少一个注入源提供粒子，诸如离子(用标号134表示)，以用于辐照支撑在基板载体30上的基板10。设备可包括驱动器，驱动器被配置为在第一方向上沿着轨道132移动至少一个注入源。另外地或替代地，驱动器被配置为在第二方向上移动至少一个注入源，其中第二方向可以是竖直方向3。
根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，用于真空处理的设备可包括磁悬浮系统(未示出)，磁悬浮系统被配置为使基板载体30在例如竖直取向上非接触式悬浮。基板载体30可以是E吸盘。本公开内容的全文所用的术语“非接触式悬浮”可被理解为基板载体30的重量不通过机械接触或机械力承载或保持，而是通过磁力承载或保持。特定地，使用磁力而不是机械力将基板载体30保持在悬浮或浮置状态。作为示例，磁悬浮系统不具有支撑基板载体30的重量的机械装置，诸如辊。在一些实现方式中，基板载体30与用于真空处理的设备之间可完全不存在机械接触。非接触式悬浮是有益的，因为不会因基板载体30与用于真空处理的设备的部件(诸如辊)之间的机械接触而产生颗粒。因此，特别地因为最小化或甚至避免了颗粒产生，沉积在基板10上的层的纯度可得到提高。
由磁悬浮系统提供的磁力足以将其上定位有基板10的基板载体30保持在浮置状态。特定地，磁力可等于基板载体30的总重量。基板载体30的总重量可包括至少(空的)基板载体30的重量和基板10的重量。作为示例，由磁悬浮系统产生的磁场经选择以使得磁力等于基板载体30的总重量，以便将基板载体30保持在悬起或悬浮状态。
图5示出了根据本文描述的实施方式的用于真空处理基板10的设备500的示意图。
设备500包括多个区域，诸如第一沉积区域508、至少一个处理区域510和第二沉积区域520。多个区域可设在一个真空腔室中。替代地，多个区域可设在彼此连接的不同真空腔室中。作为示例，每个真空腔室可提供一个区域。特定地，第一真空腔室可提供第一沉积区域508，第二真空腔室可提供至少一个处理区域510，并且第三真空腔室可提供第二沉积区域520。在一些实现方式中，第一真空腔室和第三真空腔室可被称为“沉积腔室”。第二真空腔室可被称为“处理腔室”或“注入腔室”。另外的真空腔室或区域，诸如装载室和卸载室，可与图5的示例中所示的区域相邻地设置。
真空腔室或区域可通过具有阀壳体504和阀单元505的阀与相邻区域分开。在其上具有基板10的基板载体30如箭头1所示插入区域(诸如至少一个处理区域510)之后，阀单元505可被关闭。区域中的气氛可通过例如用连接到区域的真空泵产生技术真空和/或通过加入一种或多种工艺气体(例如在第一沉积区域508和/或第二沉积区域520中)来单独地控制。可提供运输路径20，诸如线性运输路径，以便将其上具有基板10的基板载体30运输到区域中、运输通过区域和运输出区域。运输路径20可至少部分地延伸穿过第一沉积区域508、至少一个处理区域510和第二沉积区域520。
设备500包括在至少一个处理区域510中的至少一个注入源，诸如至少一个线性离子注入源130。至少一个注入源可根据本文描述的实施方式来配置。在诸如第一沉积区域508和第二沉积区域520的沉积区域内，设有一个或多个沉积源。作为示例，第一沉积源540可设在第一沉积区域508中。第二沉积源550可设在第二沉积区域520中。一个或多个沉积源中的沉积源可包括一个或多个阴极和一个或多个阳极。作为示例，第一沉积源540可包括第一阴极542和第一阳极544。第二沉积源550可包括第二阴极552和第二阳极554。例如，一个或多个阴极可以是可旋转阴极，其具有待沉积在基板10上的材料的溅射靶。一个或多个阴极中可具有磁体组件，并且可进行磁控溅射以用于沉积层。
一个或多个阴极和一个或多个阳极可电连接到DC电源。一个或多个阴极与一个或多个阳极一起连接到DC电源以用于在溅射期间收集电子。根据可与本文描述的其他实施方式结合的又另外实施方式，一个或多个阴极中的至少一个可具有对应的单独DC电源。特定地，第一沉积源540可具有第一DC电源546，并且第二沉积源550可具有第二DC电源556。
如本文所用的，“磁控溅射”是指使用磁控管或磁体组件(例如能够产生磁场的单元)执行的溅射。这种磁体组件由一个或多个永久磁体组成。这些永久磁体可以一方式布置在可旋转溅射靶内或耦接到平面溅射靶，使得自由电子被捕获在可产生于旋转靶表面下的产生的磁场内。此磁体组件还可布置成耦接到平面阴极。根据本文描述的一些实施方式，溅射可进行为DC(直流)溅射。然而，也可应用其他溅射方法，诸如MF(中频)溅射、RF(射频)溅射或脉冲溅射。
图5示出了具有包括一个阴极和一个阳极的一个沉积源的沉积区域。特别地，对于用于大面积沉积的应用，沉积源阵列可设在至少一个区域(诸如第一沉积区域508和第二沉积区域520)内。
在一些实现方式中，使用第一沉积源540将第一材料层(诸如第一IGZO层)沉积在第一沉积区域508中的基板10上。其上沉积有第一材料层的基板10被从第一沉积区域508运输到具有至少一个注入源(诸如至少一个线性离子注入源130)的至少一个处理区域510中。至少一个注入源可以是静止的。特定地，在基板载体30上的基板10通过注入源时，至少一个注入源可提供粒子。作为示例，在基板载体30沿着运输路径20被运输通过至少一个处理区域510时，基板10上的第一材料层可用粒子辐照以用于将粒子注入第一材料层中。注入工艺可改变第一材料层的一个或多个材料性质，诸如电学性质和/或光学性质。在完成注入工艺之后，基板10可被传送到第二沉积区域520中，以在基板10之上沉积第二材料层，例如第二IGZO层。
图6示出了根据本文描述的实施方式的用于真空处理基板的设备600的示意图。设备600类似于上面参考图5描述的设备500，不同之处在于至少一个注入源(诸如至少一个线性离子注入源130)可相对于运输路径20移动(用标号“2”表示)。可移动注入源可如参考例如图1、图3和图4所述的那样进行配置。
图7示出了根据本文描述的另外实施方式的显示器的具有薄膜晶体管400的部分的截面示意图。根据本文描述的实施方式的TFT可例如用于显示装置(诸如液晶显示器(LCD)和/或有机发光二极管(OLED)显示器)中。
显示器包括基板410，例如玻璃基板。栅极电极420形成在基板410上或之上。栅极电极420可使用PVD工艺沉积。作为示例，栅极电极420可包括金属。所述金属可选自包括Cr、Cu、Mo、Ti和上述项的任何组合的组。所述金属也可以是金属堆叠，包括选自包括Cr、Cu、Mo、Ti和上述项的任何组合的组中的两种或更多种金属。栅极绝缘体430例如通过PECVD工艺至少形成在栅极电极420之上。作为示例，栅极绝缘体430可包括SiNx和SiOy中的至少一种。栅极绝缘体可具有至少两个子层，例如至少一个SiNx层和至少一个SiOy层。
沟道层440形成在栅极绝缘体430上或之上。沟道层是有源(半导)层。沟道层440的材料可选自由以下项组成的组：ZnON、LTPS(p-Si)、IGZO和a-Si。沟道层440(也被称为“沟道”)可使用本公开内容的实施方式来制造。作为示例，沟道层440可由IGZO制成。IGZO电性质对氢、氧和其他原子作出强烈反应。通过将例如氢注入IGZO层(例如第一材料层)中，形成具有增加的注入离子含量的注入区域442。可产生双层有源沟道，从而产生更高的迁移率和改变的Vth。取决于束能量，此层可以是厚IGZO膜(即厚第一材料层)内的埋层，或可提供为对在粒子处理(诸如离子束处理)之后涂覆有第二IGZO层(第二材料层)的第一IGZO层(第一材料层)的表面改性。
根据一些实施方式，沟道包括第一材料层，第一材料层具有由注入第一材料层中的粒子产生的埋层。在另外实施方式中，沟道包括第一材料层和在第一材料层上的第二材料层，第一材料层具有在第一材料层的表面区域中注入的粒子。具有注入的离子的埋层和/或表面区域的厚度可以是
Figure BDA0002614830340000181
或更大，特别是
Figure BDA0002614830340000183
或更大，并且特别是
Figure BDA0002614830340000182
或更大。作为示例，埋层和/或表面区域的厚度可以在
Figure BDA0002614830340000191
与
Figure BDA0002614830340000192
之间的范围内，并更具特定地在
Figure BDA0002614830340000193
与
Figure BDA0002614830340000194
之间的范围内。THK分布可以是宽的。作为示例，在将氧注入IGZO中的情况中，可提供
Figure BDA0002614830340000195
的中值穿透深度，伴随+/-
Figure BDA0002614830340000196
的扩展范围(注入层从表面向下到
Figure BDA0002614830340000197
在约
Figure BDA0002614830340000198
处氧含量最大)。
例如SiOx的蚀刻阻止层470例如通过PECVD工艺形成在沟道层440上。源极电极450和漏极电极460例如通过PVD工艺形成在沟道层440上。源极电极450和漏极电极460可由金属制成。所述金属可选自包括Cr、Cu、Mo、Ti和上述项的任何组合的组。所述金属也可以是金属堆叠，包括选自包括Al、Ti、Cr、Cu、Mo和上述项的任何组合的组中的两种或更多种金属。钝化层480至少形成在源极电极450和漏极电极460之上。钝化层480可例如通过PECVD工艺形成。像素电极(未示出)可被提供为与漏极电极460接触。像素电极可由氧化铟锡(ITO)制成。
本公开内容使用用于将离子注入基板或基板上的第一材料层中以改变基板或第一材料层的一个或多个材料性质的离子注入源。作为示例，可将离子注入第一材料层中以提供薄膜晶体管的具有更高的迁移率和/或改变的阈值电压Vth的沟道。通过离子束处理将IGZO沟道改性以提高迁移率和/或其他TFT性质，可实现显示器TFT性能的改进。
虽然前述内容针对本公开内容的实施方式，但在不脱离本公开内容的基本范围的情况下可设计本公开内容的其他和进一步实施方式，并且本公开内容的范围由随附权利要求书确定。

Claims (16)

1.用于真空处理设在基板上的薄膜晶体管(TFT)沟道的方法，包括：
使用设在处理区域中的注入源用粒子来辐照所述TFT沟道的第一材料层，所述第一材料层选自由以下项组成的组：ZnON、LTPS(p-Si)、IGZO和a-Si；
在用所述粒子辐照所述第一材料层时，使所述基板和/或所述注入源沿着运输路径移动而通过所述处理区域；和
在已经用所述粒子辐照所述第一材料层之后，在所述第一材料层之上沉积至少一个第二材料层，
其中在所述基板沿着所述运输路径移动通过与所述处理区域分隔的沉积区域时，沉积第二材料层。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一材料层是IGZO。
3.如权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述粒子选自由以下项组成的组：离子、电中性原子、氮、氧、氢、镓、铟和上述项的任何组合。
4.如权利要求1或2中任一项所述的方法，所述粒子具有至少1keV的能量。
5.如权利要求4所述的方法，所述粒子具有从1keV至1000keV范围的能量。
6.如权利要求1或2中任一项所述的方法，在被辐照后，所述第一材料层的厚度在从
Figure FDA0002614830330000011
至
Figure FDA0002614830330000012
的范围内。
7.如权利要求6所述的方法，在被辐照后，所述第一材料层的厚度在从
Figure FDA0002614830330000014
至
Figure FDA0002614830330000013
的范围内。
8.如权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述沟道是双层有源沟道。
9.一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括使用权利要求1或2中任一项所述的方法制造的沟道。
10.一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括使用权利要求8所述的方法制造的沟道。
11.如权利要求9所述的薄膜晶体管，其中所述沟道包括：
所述第一材料层，所述第一材料层包括由注入所述第一材料层中的所述粒子产生的埋层；或
所述第一材料层和在所述第一材料层上的所述第二材料层，所述第一材料层具有注入所述第一材料层的表面区域中的所述粒子。
12.如权利要求11所述的薄膜晶体管，其中所述第一材料层的所述埋层或所述表面区域的厚度是
Figure FDA0002614830330000021
或更大。
13.一种用于真空处理基板的设备，包括：
至少一个处理区域，具有至少一个注入源；
至少一个沉积区域，具有一个或多个沉积源；和
运输路径，延伸通过所述至少一个处理区域和所述至少一个沉积区域，
其中所述设备被配置为用由所述至少一个注入源提供的粒子来辐照所述基板上的第一材料层，所述粒子选自由以下项组成的组：离子、电中性原子、氮、氧、氢、镓、铟和上述项的任何组合，
其中所述设备被配置为：
在用所述粒子辐照所述第一材料层时，使所述至少一个注入源和所述基板的至少一者沿着所述运输路径移动而通过所述处理区域；并且
在已经用所述粒子辐照所述第一材料层之后在所述第一材料层之上沉积至少一个第二材料层时，使所述基板沿着所述运输路径移动通过所述沉积区域。
14.如权利要求13所述的设备，
其中所述注入源是离子注入源或线性离子注入源，被配置为产生离子以用于在所述第一材料层中注入所述离子，或
其中所述注入源被配置为产生离子，并且进一步被配置为电中和所产生的离子以用于在所述第一材料层中注入电中性粒子。
15.如权利要求13或14所述的设备，其中所述注入源包括：
离子源，被配置为提供离子；和
加速器，被配置为用于加速由所述离子源提供的所述离子。
16.如权利要求15所述的设备，其中所述注入源进一步包括中和装置，所述中和装置用于电中和被加速的所述离子。
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