JP2023509272A - 基板上に薄膜トランジスタの層を堆積する方法及びスパッタ堆積装置 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの第１の電極対及び少なくとも１つの第２の電極対を含むスパッタ堆積源を使用して基板上に薄膜トランジスタの層を堆積する方法（４８０，５８０）であって、基板を第１の真空チャンバへと移動させること（４８２，５８２）；少なくとも１つの第１の電極対に双極性パルスＤＣ電圧を供給することによって基板上に層のうちの第１の層を堆積させることであって、第１の層の第１の材料が第１の金属酸化物を含む、第１の層を堆積させること（４８４，５８４）；真空破壊することなく、基板を第１の真空チャンバから第２の真空チャンバへと移動させること（４８６，５８６）；並びに、少なくとも１つの第２の電極対に双極性パルスＤＣ電圧を供給することによって第１の層上に層のうちの第２の層を堆積させることであって、第２の層の第２の材料が第２の金属酸化物を含み、該第２の材料が第１の材料とは異なっている、第２の層を堆積させること（４８８，５８８）を含む。【選択図】図１

Description

本開示は、半導体デバイス、特に薄膜トランジスタの製造に関する。本開示は、基板上に薄膜トランジスタの層を堆積する方法に関する。本開示はさらに、スパッタ堆積装置に関する。

基板上に薄層を形成することは、特に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の分野に関連する問題である。薄膜トランジスタの製造において、基板上に層を形成する１つの方法は、スパッタリングである。スパッタリング中、原子は、プラズマのエネルギー粒子（例えば、不活性ガス又は反応性ガスの励起イオン）による衝撃によって、スパッタターゲットの材料から放出される。放出された原子は基板上に堆積させることができ、したがって、スパッタされた材料の層を基板上に形成することができる。

薄膜トランジスタの製造のために基板上に層を堆積する既知の方法は、基板が堆積源のスパッタ電極の前に配置される、静的堆積プロセスを利用する。堆積源は、少なくとも１つのスパッタ電極、例えばスパッタターゲットを運ぶスパッタカソード、又はＤＣスパッタリング用の直流（ＤＣ）で電力供給されるスパッタ電極のアレイを含みうる。

薄膜トランジスタの製造には、例えば、ゲート絶縁層、ソース電極とドレイン電極との間にチャネルを形成するためのチャネル層、又はソース電極とドレイン電極とを形成するためのソース・ドレイン層を含めた、さまざまな層の堆積が包含されうる。

例えば、ディスプレイ用途のために、均一かつ安定した性能を備えた薄膜トランジスタを提供することは、依然として困難である。例えば、薄膜トランジスタの性能は、薄膜トランジスタへの電圧の印加中、及び／又は高温などの応力下では、不安定になる可能性がある。特に、高いキャリア移動度を有する薄膜トランジスタの性能は、不安定になる可能性がある。例えば、キャリア移動度の高い薄膜トランジスタを高解像度のモバイルパネルに適用することは、困難な場合がある。

したがって、基板上に薄膜トランジスタの層を堆積させる改良された方法を提供すること、並びにスパッタ堆積装置が依然として必要とされている。より具体的には、特に応力下で、高いキャリア移動度及び高い安定性を有する薄膜トランジスタを提供することが望ましいであろう。

上記に照らして、独立請求項による、基板上に薄膜トランジスタの層を堆積する方法、並びにスパッタ堆積装置が提供される。本開示のさらなる態様、利点、及び特徴は、従属請求項、明細書、及び添付の図面から明らかである。

本開示の一態様は、少なくとも１つの第１の電極対と少なくとも１つの第２の電極対とを含むスパッタ堆積源を使用して、基板上に薄膜トランジスタの層を堆積する方法に関する。該方法は、基板を第１の真空チャンバへと移動させること；少なくとも１つの第１の電極対に双極性パルスＤＣ電圧を供給することによって基板上に層のうちの第１の層を堆積させることであって、第１の層の第１の材料が第１の金属酸化物を含む、第１の層を堆積させること；真空破壊することなく、基板を第１の真空チャンバから第２の真空チャンバへと移動させること；及び、少なくとも１つの第２の電極対に双極性パルスＤＣ電圧を供給することによって第１の層上に層の第２の層を堆積させることであって、第２の層の第２の材料が第２の金属酸化物を含み、該第２の材料が第１の材料とは異なっている、第２の層を堆積させることを含む。

さらなる態様は、スパッタ堆積装置、特に、基板上に薄膜トランジスタの層を堆積するためのスパッタ堆積装置に関する。スパッタ堆積装置は、真空破壊することなく基板が第１の真空チャンバと第２の真空チャンバとの間で移送可能になるように配置されている、第１の真空チャンバ及び第２の真空チャンバを含む。スパッタ堆積装置は、少なくとも１つの第１の電極対と少なくとも１つの第２の電極対とを含むスパッタ堆積源を含み、ここで、少なくとも１つの第１の電極対は第１の真空チャンバ内に配置され、少なくとも１つの第２の電極対は第２の真空チャンバ内に配置される。スパッタ堆積源は、少なくとも１つの第１の電極対及び少なくとも１つの第２の電極対に双極性パルスＤＣ電圧を供給するように構成された電源配置をさらに含む。少なくとも１つの第１の電極対は、第１のターゲット材料を有する第１のターゲットを含み、この第１のターゲット材料は第１の金属酸化物を含んでいる。少なくとも１つの第２の電極対は、第２のターゲット材料を有する第２のターゲットを含み、この第２のターゲット材料は第２の金属酸化物を含んでおり、かつ第２のターゲット材料は第１のターゲット材料とは異なっている。

実施形態はまた、開示された方法を実施するための装置も対象とし、記載された各方法の態様を実施するための装置部品を含む。これらの方法の態様は、ハードウェア構成要素によって、適切なソフトウェアによってプログラミングされたコンピュータによって、２つの任意の組合せによって、又は他の任意の方法によって実施することができる。さらには、本開示による実施形態は、記載された装置を動作させる方法も対象とする。記載された装置を動作させる方法は、装置のすべての機能を実施するための方法の態様を含む。

本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、実施形態を参照することによって、上で簡単に概説した本開示のより具体的な説明を得ることができる。添付の図面は、本開示の実施形態に関連しており、以下に説明される。図面には典型的な実施形態が示されており、以下の記載において詳述される。

本明細書に記載される幾つかの実施形態による、スパッタ堆積源の概略図 本明細書に記載される幾つかの実施形態による、スパッタ堆積源内の一対の電極に印加されうる双極性パルスＤＣ電圧及びそれぞれの電流のグラフ 本明細書に記載される実施形態による方法又はスパッタ堆積源によって堆積された層を含む、例示的な薄膜トランジスタの概略図 本明細書に記載される実施形態による方法を示すフロー図 本明細書に記載されるさらなる実施形態による方法を示すフロー図

これより、その例が図に示されている、さまざまな実施形態を詳細に参照する。各例は説明のために提供されており、制限を意味するものではない。例えば、一実施形態の一部として図示又は説明された特徴は、他の実施形態において使用、又は他の実施形態と組み合わせて使用して、さらに別の実施形態をもたらすことができる。本開示は、このような修正及び変形を含むことが意図されている。

以下の図面の説明内で、同じ参照番号は、同じ又は類似の構成要素を指す。概して、個々の実施形態に関する相違点のみが説明される。特に指定のない限り、一実施形態における部品又は態様の説明は、別の実施形態における対応する部品又は態様にも同様に当てはまる。

本明細書に記載される材料で基板をコーティングするプロセスは、通常、薄膜用途を指す。「コーティング」という用語と「堆積」という用語は、同義語として用いられる。幾つかの実施形態によれば、コーティング又は堆積は、スパッタリングによって実施される。

本明細書に記載される実施形態によるスパッタ堆積装置は、第１の真空チャンバ及び第２の真空チャンバを含む。第１の真空チャンバ及び第２の真空チャンバは、真空破壊することなく、基板を第１の真空チャンバと第２の真空チャンバとの間で移送することができるように配置される。特に、スパッタ堆積装置は、基板を非真空環境に曝露することなく、特に大気圧を伴った環境に曝露することなく、基板を第１の真空チャンバから第２の真空チャンバへと移動させることができるように構成される。第１の真空チャンバは、第１の真空チャンバ又は第２の真空チャンバのチャンバ壁によって、第２の真空チャンバから少なくとも部分的に分離させることができる。チャンバ壁は、スリット開口部を有しうる。スリット開口部は、基板、特に基板及び基板を保持する基板キャリアを、第１の真空チャンバからスリット開口部を通って第２の真空チャンバへと移動させることができるように構成することができる。幾つかの実施形態では、スリット開口部は、チャンババルブを使用して閉鎖可能又は密閉可能でありうる。

実施形態によれば、スパッタ堆積装置はスパッタ堆積源を含む。スパッタ堆積源は、電極対、特に少なくとも１つの第１の電極対と少なくとも１つの第２の電極対とを含む。電極対の各電極は、基板上に堆積されるターゲット材料を提供するように構成することができる。例えば、各電極は、基板上に堆積されるターゲット材料でできた、例えば円筒形のターゲットなどのターゲットを含みうる。さらには、各電極は、ターゲット材料と共にそれぞれの回転軸の周りで回転可能になるように構成することができる。一対の電極の電極は、隣接する電極でありうる。例えば、各電極対は、５０ｃｍ以下、特に３０ｃｍ以下の距離に配置された第１の電極及び第２の電極を含みうる。

概して、スパッタリングは、ダイオードスパッタリング又はマグネトロンスパッタリングとして実施することができる。マグネトロンスパッタリングは、堆積速度を速くすることができるという点で、特に有利である。磁石アセンブリは、回転可能な電極内に位置づけることができる。回転可能な電極内、すなわち円筒形のターゲット内に磁石アセンブリを配置することによって、ターゲット表面上の自由電子は、磁石アセンブリによって生成された磁場内で強制的に移動し、逃げることができない。磁石アセンブリは、電極内で回転可能でありうる。マグネトロンスパッタリングは、堆積速度を増加させることができる。

図１は、スパッタ堆積装置１００の例示的な実施形態を示している。スパッタ堆積装置１００は、第１の真空チャンバ１３０及び第２の真空チャンバ１４０を含む。基板１１０は、真空破壊することなく、第１の真空チャンバ１３０から第２の真空チャンバ１４０へと移動させることができる。特に、基板１１０は、基板キャリアによって保持することができる。基板１１０を保持する基板キャリアは、基板輸送トラックに沿って下流方向１１２に移動することができる。図１に示されるように、基板１１０は、第１の真空チャンバ１３０からチャンバ壁１１６のスリット開口部１１４を通って第２の真空チャンバ１４０へと下流方向１１２に移動させることができる。スパッタ堆積装置１００は、第１の真空チャンバ１３０での堆積中及び第２の真空チャンバ１４０での堆積中に基板１１０を連続的に移動させるように構成することができる。

幾つかの実施形態によれば、スパッタ堆積装置は、特に第１の真空チャンバ内及び／又は第２の真空チャンバ内で、基板を動的にコーティングするように構成される。例えば、スパッタ堆積装置は、層の堆積中に基板輸送トラックに沿って基板を連続的に移動させるように構成することができる。さらなる実施形態では、スパッタ堆積装置は、基板を静的に移動させるように構成することができる。基板は、堆積前にコーティング領域、特に、第１の真空チャンバ内又は第２の真空チャンバ内のコーティング領域に入れることができる。コーティング領域に入った後、スパッタ堆積装置は、基板上に層を堆積するように構成することができる。基板は、堆積中、コーティング領域内に留まる。スパッタ堆積装置は、堆積後にコーティング領域から基板を取り出すように構成することができる。特に、真空チャンバ、例えば第１の真空チャンバ又は第２の真空チャンバは、例えばチャンババルブを使用して、堆積中に環境又は隣接する真空チャンバに対して密閉可能又は閉鎖可能でありうる。

実施形態によれば、スパッタ堆積装置のスパッタ堆積源は、第１の真空チャンバ内に配置された少なくとも１つの第１の電極対と、第２の真空チャンバ内に配置された少なくとも１つの第２の電極対とを含む。少なくとも１つの第１の電極対及び／又は少なくとも１つの第２の電極対は、少なくとも２つ又は少なくとも３つの電極対、例えば、正確に２つ又は正確に３つの電極対を含みうる。スパッタ堆積源は、少なくとも１つの第１の電極対及び少なくとも１つの第２の電極対に双極性パルスＤＣ電圧を供給するように構成された電源配置を含む。図１に示される実施形態では、スパッタ堆積装置１００は、第１の真空チャンバ１３０内に配置された２つの第１の電極対１３２と第２の真空チャンバ１４０内に配置された２つの第２の電極対１４２とを備えたスパッタ堆積源を含む。第１の電極対１３２及び第２の電極対１４２には、電源配置１２０によって双極性パルスＤＣ電圧が供給される。電源配置１２０は、ＤＣ電源１２４及びパルスユニット１２２を含みうる。

図２は、時間（ｔ）の関数としての、本明細書に記載される幾つかの実施形態による、スパッタ堆積源内の一対の電極に印加されうる双極パルスＤＣ電圧を示すグラフである。第１のグラフ２５０は、一対の電極の第１の電極に印加される第１の電圧Ｕ１を示しており、第２のグラフ２５２は、一対の電極の第２の電極に印加される第２の電圧Ｕ２を示している。第２の電圧Ｕ２は、例えば第１の電圧Ｕ１が反転したものでありうる。例示的な実施形態では、双極方形波又は矩形波の電圧が一対の電極に印加される。実際には、第１の電圧と第２の電圧の正の部分と負の部分は、単にほぼ一定でありうる。対応する電圧は、少なくとも１つの第１の電極対及び少なくとも１つの第２の電極対の各対に同期的に印加されうる。

さらには、動作中に一対の電極の電極間を流れる電流（Ｉ）が、図２の第１のグラフ２５０に時間（ｔ）の関数として示されている。電流は、印加電圧波形の形状に従いうる。特に、電流の周波数は、印加される電圧の周波数に対応しうる。

実施形態によれば、少なくとも１つの第１の電極対は、第１のターゲット材料を有する第１のターゲットを含み、この第１のターゲット材料は第１の金属酸化物を含む。少なくとも１つの第２の電極対は、第２のターゲット材料を有する第２のターゲットを含み、この第２のターゲット材料は第２の金属酸化物を含む。特に、第２のターゲット材料は、第１のターゲット材料とは異なっている。実施形態では、第１のターゲット材料及び第２のターゲット材料の少なくとも一方は、半導体でありうる。

実施形態では、スパッタ堆積装置は、基板上に薄膜トランジスタの層を堆積するように構成することができる。特に、スパッタ堆積装置は、本明細書に記載される方法の実施形態による層を堆積するように構成することができる。特に、第１のターゲット材料は、層のうちの第１の層を堆積するように構成することができ、ここで、第１の層の第１の材料は、第１のターゲット材料の材料、特に、第１のターゲット材料の第１の金属酸化物を含む。第２のターゲット材料は、層のうちの第２の層を堆積するように構成することができ、ここで、第２の層の第２の材料は、第２のターゲット材料の材料、特に、第２のターゲット材料の第２の金属酸化物を含む。特に、第１のターゲット材料及び第２のターゲット材料は、薄膜トランジスタのチャネル層の堆積用に構成することができる。幾つかの実施形態では、第１のターゲット材料及び第２のターゲット材料は、少なくとも本質的に、それぞれ第１の層の第１の材料及び第２の層の第２の材料に対応することができ、第１の材料及び第２の材料は、本明細書に記載の実施形態に従って構成される。

幾つかの実施形態では、第１のターゲット及び第２のターゲットは回転式ターゲットである。図１に示されるように、第１の電極対１３２は第１のターゲット１３４を含み、第２の電極対は第２のターゲット１４４を含む。第１のターゲット１３４及び第２のターゲット１４４の各々は、回転式ターゲットである。特に、第１のターゲット１３４及び第２のターゲット１４４の各々は、それぞれの回転軸Ａの周りで回転可能である。

実施形態によれば、スパッタ堆積装置は、基板を輸送することができる基板輸送トラックを含みうる。特に、基板は、第１の真空チャンバへと、及び／又は第１の真空チャンバから第２の真空チャンバへと基板輸送トラックに沿って移動することができる。基板は、輸送中及び／又は基板処理中、特に層の堆積中に、基板キャリアによって基板輸送トラックに沿って運ぶことができる。

幾つかの実施形態では、スパッタ堆積装置は、スパッタ堆積源の少なくとも１つのさらなる電極対がその中に配置された、少なくとも１つのさらなる真空チャンバを含みうる。スパッタ堆積装置、特に、スパッタ堆積装置の基板輸送トラックは、真空破壊することなく、基板を第２の真空チャンバから少なくとも１つのさらなる真空チャンバへと移動させることができるように構成することができる。少なくとも１つのさらなる電極対は、少なくとも１つのさらなるターゲットを含むことができ、ここで、少なくとも１つのさらなるターゲットのさらなるターゲットは、さらなるターゲット材料を含む。さらなるターゲット材料は、第２のターゲット材料とは異なりうる、特に、第１のターゲット材料とは異なり、かつ第２のターゲット材料とも異なりうる。実施形態では、さらなるターゲット材料は、第２のターゲット材料に対して異なるキャリア移動度及び／又は異なるキャリア濃度を有しうる。

他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、基板上に薄膜トランジスタの層を堆積する方法が提供される。少なくとも１つの第１の電極対と少なくとも１つの第２の電極対とを含むスパッタ堆積源は、薄膜トランジスタの層を堆積するために用いられる。特に、本明細書に記載される実施形態によるスパッタ堆積装置のスパッタ堆積源は、薄膜トランジスタの層を堆積するために使用することができる。

図３には、薄膜トランジスタ３６０の例示的な図が示されている。薄膜トランジスタ３６０の製造は、本明細書に記載される実施形態による薄膜トランジスタ３６０の層を堆積する方法を含みうる。薄膜トランジスタ３６０は、支持基板３６２を含む。支持基板３６２上には、ゲート電極３６４が形成される。ゲート電極３６４上には、ゲート絶縁層３６６が堆積される。ゲート絶縁層３６６は、絶縁材料を含む。例えば、ゲート絶縁層３６６は、窒化ケイ素（ＳｉＮ_ｘ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ）、ＳｉＯ_ｘＮ_{（１－ｘ）}、誘電率が高い材料、特に、Ａｌ_ｘＯ_ｙ、ＺｒＯ_ｘ、ＨｆＯ_ｘ、又はＧｅＯ_ｘ、又はそれらの任意の組合せを含みうる。

ゲート絶縁層３６６上には、薄膜トランジスタ３６０のチャネルが形成されうる。チャネルは、半導体材料を含みうる。チャネルは、特に、薄膜トランジスタのオン状態では導電性となることができ、薄膜トランジスタのオフ状態では導電性でなくなりうる。特に、チャネルは、第１の層３６８を堆積することによって、特に、薄膜トランジスタ３６０のフロントチャネルを形成することによって、及び第２の層３７０を堆積することによって、特に、薄膜トランジスタ３６０のバックチャネルを形成することによって、形成することができる。第１の層３６８は第１の材料で形成されてよく、第２の層３７０は第２の材料で形成されてよく、第２の材料は第１の材料とは異なっている。第１の材料及び第２の材料の各々は、半導体材料でありうる。例えば、第１の層３６８は、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）を部分的に酸化された状態で含むことができ、第２の層３７０は、ＩＧＺＯを完全に酸化された状態で含むことができる。別の例によれば、第１の層３６８は、ＩＧＺＯと、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、又は酸化アルミニウム亜鉛（ＡＺＯ）などの透明な導電性酸化物との組成物で形成することができ、第２の層３７０は、例えば、透明な導電性酸化物なしにＩＧＺＯを含む。

薄膜トランジスタ３６０は、ソース・ドレイン層３７４をさらに含む。ソース・ドレイン層３７４は、導電性材料を含みうる。ソース・ドレイン層３７４は、金属を含みうる、又は金属からなりうる。例えば、ソース・ドレイン層３７４は、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｒ、（Ｔａ、Ｃｒ）、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、それらの合金、又はそれらの任意の組合せを含みうる。ソース・ドレイン層３７４は、例えば、フォトリソグラフィによって構造化されて、薄膜トランジスタ３６０のソース電極及びドレイン電極を形成することができる。薄膜トランジスタ３６０は、バックチャネルエッチングによってさらに処理されてもよい。特に、バックチャネル、例えば第２の層３７０は、部分的にエッチングすることができる。薄膜トランジスタ３６０は、ソース・ドレイン層３７４上に堆積されたパッシベーション層３７６をさらに含む。

図３は、例示の目的のための特定のタイプの薄膜トランジスタ、特に逆スタッガード型配置の薄膜トランジスタを示している。幾つかの実施形態では、本明細書に開示される方法及び装置は、逆スタッガード型配置の薄膜トランジスタの層を堆積するように、特に、バックチャネルエッチングを含む薄膜トランジスタの製造のために、構成することができる。本明細書に記載される方法及び装置の実施形態は、逆スタッガード型配置以外の薄膜トランジスタの層を堆積するために、追加的に又は代替的に使用することができる。

図４は、本明細書に記載される実施形態による薄膜トランジスタの層を堆積する方法４８０を例示するフロー図を示している。４８２では、方法４８０は、基板を第１の真空チャンバへと移動させることを含む。実施形態では、ロードロックチャンバから、又は先行する処理チャンバから第１の真空チャンバへと基板を移動させることができる。

４８４では、方法４８０は、少なくとも１つの第１の電極対に双極性パルスＤＣ電圧を供給することによって基板上に層のうちの第１の層を堆積させることを含み、ここで、第１の層の第１の材料は第１の金属酸化物を含む。幾つかの実施形態では、第１の層は、薄膜トランジスタのチャネル、特に薄膜トランジスタのフロントチャネルを形成する。実施形態では、第１の層は、薄膜トランジスタのゲート絶縁層上に堆積される。ゲート絶縁層は、絶縁材料を含むことができるか、又は絶縁材料からなる。

４８６では、真空破壊することなく、基板を第１の真空チャンバから第２の真空チャンバへと移動させる。真空破壊することなく基板を第１の真空チャンバから第２の真空チャンバへと移動させることにより、大気ガス、特に大気酸素と第１の層との相互作用を防ぐことができる。大気ガスの相互作用は、第１の層の材料特性を変化させる可能性があり、及び／又は薄膜トランジスタの動作に影響を与える可能性がある。

４８８では、方法４８０は、少なくとも１つの第２の電極対に双極性パルスＤＣ電圧を供給することによって、第１の層上に層の第２の層を堆積させることを含む。第２の層の第２の材料は第２の金属酸化物を含み、該第２の材料は第１の層の第１の材料とは異なっている。幾つかの実施形態では、第２の層は、薄膜トランジスタのバックチャネルを形成する。特に、チャネルは、二重チャネル層構造でありうる。さらなる実施形態では、第２の層は、薄膜トランジスタの中間チャネル層を形成しうる。異なる材料の２つ以上の層の堆積によって、特に実施形態による第１の層及び第２の層の堆積によって薄膜トランジスタのチャネルを形成することにより、応力下での薄膜トランジスタの安定性を高めることができる。

幾つかの実施形態によれば、第１の材料及び第２の材料の一方は、第１の材料及び第２の材料の他方に対して異なる金属を含む。特に、第１の金属酸化物及び第２の金属酸化物の一方は、第１の金属酸化物及び第２の金属酸化物の他方に対して異なる金属を含みうる。実施形態、特にスパッタ堆積装置の実施形態では、第１のターゲット材料及び第２のターゲット材料のうちの一方は、第１のターゲット材料及び第２のターゲット材料のうちの他方に対して異なる金属を含む。

他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、第１の材料又は第１のターゲット材料の第１の金属酸化物は、元素を第１の化学量論で含み、第２の材料又は第２のターゲット材料の第２の金属酸化物は、元素を第２の化学量論で含む。第２の化学量論は、第１の化学量論とは異なりうる。特に、元素は、インジウム、ガリウム、及び亜鉛からなる群より選択される少なくとも２つを含みうる。

実施形態では、第１の金属酸化物は第１の酸化状態の元素を含み、第２の金属酸化物は第２の酸化状態の元素を含み、第２の酸化状態は第１の酸化状態とは異なっている。例えば、第１の金属酸化物及び第２の金属酸化物は、インジウム、ガリウム、亜鉛、スズ、及びアルミニウムからなる群、特にインジウム、ガリウム、及び亜鉛からなる群より選択される少なくとも１つの元素を含みうる。第１の金属酸化物中の少なくとも１つの元素の第１の酸化状態は、第２の金属酸化物中の少なくとも１つの元素の第２の酸化状態とは異なりうる。

実施形態によれば、第１の材料又は第１のターゲット材料は、第２の材料又は第２のターゲット材料に対して異なるキャリア移動度を有する。特に、第１の金属酸化物は、第２の金属酸化物に対して異なるキャリア移動度を有しうる。本明細書で用いられる「キャリア移動度」という用語は、半導体材料などの材料における電荷キャリアの移動度を指す。特に、キャリア移動度は、孔の移動度及び／又は電子の移動度を指す。例えば、第１の材料及び第２の材料の一方は、高いキャリア移動度を有しうる。第１の材料及び第２の材料の他方は、低い又は中程度のキャリア移動度を有しうる。高いキャリア移動度は、３０ｃｍ^２／Ｖｓより高い、特に５０ｃｍ^２／Ｖｓより高い、キャリア移動度でありうる。低いキャリア移動度は、１０ｃｍ^２／Ｖｓより低い、特に７ｃｍ^２／Ｖｓより低い、又は５ｃｍ^２／Ｖｓより低い、キャリア移動度でありうる。中程度のキャリア移動度は、高いキャリア移動度と低いキャリア移動度との間の範囲にある移動度でありうる。さらなる実施形態では、第１の材料及び第２の材料の一方は、高い又は中程度のキャリア移動度を有しうる。第１の材料及び第２の材料の他方は、低いキャリア移動度を有しうる。

スパッタ堆積装置の例示的な実施形態では、第１のターゲット材料及び第２のターゲット材料のうちの一方は、高いキャリア移動度を有しうる。第１のターゲット材料及び第２のターゲット材料のうちの他方は、低い又は中程度のキャリア移動度を有しうる。さらなる実施形態では、第１のターゲット材料及び第２のターゲット材料のうちの一方は、高い又は中程度のキャリア移動度を有しうる。第１のターゲット材料及び第２のターゲット材料のうちの他方は、低いキャリア移動度を有しうる。

幾つかの実施形態では、第１の材料は、第２の材料に対して異なるキャリア濃度を有する。特に、第１の金属酸化物は、第２の金属酸化物に対して異なるキャリア濃度を有しうる。実施形態では、第１のターゲット材料は、第２のターゲット材料に対して異なるキャリア濃度を有しうる。本明細書で用いられる「キャリア濃度」という用語は、半導体材料などの材料における電荷キャリアの濃度を指す。特に、キャリア濃度は孔の濃度及び／又は電子の濃度を指す。

幾つかの実施形態では、第１の材料は、第２の材料より高いキャリア移動度及び／又は第２の材料より高いキャリア濃度を有しうる。スパッタ堆積装置の実施形態では、第１のターゲット材料は、第２のターゲット材料より高いキャリア移動度及び／又は第２のターゲット材料より高いキャリア濃度を有しうる。

さらなる実施形態では、第１の材料は、第２の材料より低いキャリア移動度及び／又は第２の材料より低いキャリア濃度を有しうる。スパッタ堆積装置のさらなる実施形態では、第１のターゲット材料は、第２のターゲット材料より低いキャリア移動度及び／又は第２のターゲット材料より低いキャリア濃度を有しうる。

実施形態によれば、第１の金属酸化物及び第２の金属酸化物の少なくとも一方は、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）、酸化インジウム亜鉛スズ（ＩＺＴＯ）、酸化インジウムガリウム亜鉛スズ（ＩＧＺＴＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、又は酸化アルミニウム亜鉛（ＡＺＯ）である。幾つかの実施形態では、第１の金属酸化物は、ＩＧＺＯ、ＩＺＴＯ、ＩＧＺＴＯ、ＩＴＯ、ＩＺＯ、又はＡＺＯのうちの１つであってよく、第２の金属酸化物は、ＩＧＺＯ、ＩＺＴＯ、ＩＧＺＴＯ、ＩＴＯ、ＩＺＯ、又はＡＺＯからなる群より選択される異なる１つでありうる。例えば、第１の金属酸化物及び第２の金属酸化物の一方は、透明な導電性酸化物、特に、ＩＴＯ、ＩＺＯ、又はＡＺＯであってよく、第１の金属酸化物及び第２の金属酸化物の他方は、ＩＧＺＯでありうる。

幾つかの実施形態では、第１の金属酸化物及び第２の金属酸化物は、ＩＧＺＯ、ＩＺＴＯ、ＩＧＺＴＯ、ＩＴＯ、ＩＺＯ、又はＡＺＯのうちの１つの異なる組成物を含みうる。例えば、第１の金属酸化物及び第２の金属酸化物の一方は、１：１：１（インジウム：ガリウム：亜鉛）の組成のＩＧＺＯを含んでよく、第１の金属酸化物及び第２の金属酸化物の他方は、例えば、１：ａ：ｂ（インジウム：ガリウム：亜鉛）などの異なる組成のＩＧＺＯを含むことができ、ここで、ａ及びｂの少なくとも一方は、例えば、１より高い、又は１より低いなど、１とは異なっている。

例示的な実施形態では、第１の金属酸化物は、インジウム、ガリウム、及び亜鉛を第１の酸化状態で含みうる。第２の金属酸化物は、インジウム、ガリウム、及び亜鉛を第２の酸化状態で含むことができ、ここで、第２の酸化状態は、第１の酸化状態より高い、又は低い。幾つかの実施形態では、第１の酸化状態及び第２の酸化状態の一方は、完全に酸化された状態でありうる。第１の材料の第１の層と第２の材料の第２の層との組合せ（第１の材料及び第２の材料は、異なるキャリア移動度及び／又は異なるキャリア濃度を有する）は、応力下でのより高い安定性、及び／又はより高い移動度を有する薄膜トランジスタのためのプロセスウィンドウを有利に拡大することができる。

幾つかの実施形態では、第１の材料及び第２の材料の少なくとも一方、特に、第１の材料及び第２の材料の一方は、特に、第１の金属酸化物及び／又は第２の金属酸化物に加えて、さらなる金属酸化物を含む。実施形態では、第１の材料中に含まれるさらなる金属酸化物は、第１の金属酸化物とは異なりうる。第２の材料中に含まれるさらなる金属酸化物は、第２の金属酸化物とは異なりうる。幾つかの実施形態では、さらなる金属酸化物は、第１の材料及び第２の材料の一方に含まれうる。さらなる実施形態では、第１の材料及び第２の材料はさらなる金属酸化物を含みうる。第１の材料及び第２の材料は、内容、例えば質量分率が異なる、さらなる金属酸化物を有しうる。

実施形態によれば、さらなる金属酸化物は、酸化アルミニウム、特にＡｌ_２Ｏ_３、及び／又は酸化スズ、特にＳｎＯ_２を含みうる。追加的に又は代替的に、さらなる金属酸化物は、少なくとも１つの透明な導電性酸化物、特に、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、及び／又は酸化アルミニウム亜鉛（ＡＺＯ）を含みうる。特に、第１の金属酸化物及び／又は第２の金属酸化物は、ＩＧＺＯ、ＩＺＴＯ、ＩＧＺＴＯ、ＩＴＯ、ＩＺＯ、又はＡＺＯでありうる。第１の材料又は第２の材料にさらなる金属酸化物、例えば透明な導電性酸化物を含めることにより、それぞれの材料のキャリア濃度及びキャリア移動度の少なくとも一方を増加させることができる。特に、薄膜トランジスタの移動度を向上させることができる。スパッタ堆積装置の実施形態によれば、第１のターゲット材料及び第２のターゲット材料の少なくとも一方、特に、第１のターゲット材料及び第２のターゲット材料のうちの一方は、さらなる金属酸化物を含む。

幾つかの実施形態によれば、第１の層及び第２の層は、層スタックとして、特に二重層として堆積させることができる。さらなる実施形態では、第１の層、第２の層、及び第３の層は、層スタックとして、特に三重層として堆積させることができる。実施形態では、層スタックは、薄膜トランジスタの層状のチャネルを形成することができる。

実施形態によれば、堆積中に処理ガスが提供されうる。処理ガスは、アルゴンなどの不活性ガス、及び／又は酸素、窒素、水素、及びアンモニアなどの反応性ガス、オゾン、活性化ガスなどを含みうる。

幾つかの実施形態によれば、基板は、第１の層の堆積中及び第２の層の堆積中に連続的に移動する（「動的コーティング」）。基板の動的コーティング、特に、第１の層及び第２の層の動的堆積は、特に、ターゲットのインプリントなしに、及び／又はターゲット寿命に沿ったプロセスドリフトなしに、均一な層の厚さを提供することができる。さらなる実施形態では、第１の層及び第２の層は、静的コーティングによって堆積させることができる。基板は、堆積前にコーティング領域に入れることができ、その後、基板上に層が堆積される。堆積中、基板はコーティング領域内に留まり、堆積後に基板はコーティング領域から取り出される。特に、真空チャンバ、例えば、第１の真空チャンバ又は第２の真空チャンバは、例えばチャンババルブを使用して、堆積中、環境又は隣接する真空チャンバに対して密閉又は閉鎖することができる。

本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、方法は、基板上に少なくとも１つのさらなる層、例えば第３の層を堆積させるための少なくとも１つのさらなる真空チャンバへと基板を移動させることを含みうる。基板は、真空破壊することなく移動させることができる。少なくとも１つのさらなる層は、少なくとも１つのさらなる電極対を使用して堆積させることができる。特に、少なくとも１つのさらなる電極対には、双極性パルスＤＣ電圧が供給されうる。第１の層、第２の層、及び少なくとも１つのさらなる層は、薄膜トランジスタの層状のチャネル、例えばマルチレイヤチャネルを形成することができる。第１の層は、特に、チャネルのフロントチャネルを形成することができる。幾つかの実施形態では、少なくとも１つのさらなる層は、さらなるチャネル層を含みうる。さらなるチャネル層は、さらなる材料を含みうる。特に、さらなる材料は、第２の材料に対して異なるキャリア移動度及び異なるキャリア濃度の少なくとも一方を有しうる。

例えば、図５は、本明細書に記載される実施形態による方法５８０の例示的なフロー図を示している。特に、方法５８０の５８２－５８８は、図４の方法４８０の４８２－４８８に対応しうる。５９０では、方法５８０は、真空破壊することなく、基板を第２の真空チャンバから第３の真空チャンバへと移動させることを含む。５９２では、少なくとも１つの第３の電極対を使用して、層の第３の層が第２の層の上に堆積される。第３の電極対には、双極性パルスＤＣ電圧が供給されうる。第３の層の第３の材料は第３の金属酸化物を含んでよく、該第３の材料は、第２の材料とは異なっている。第３の材料は、第２の材料に対して異なるキャリア移動度及び異なるキャリア濃度の少なくとも一方を有しうる。実施形態では、第３の金属酸化物は、ＩＧＺＯ、ＩＺＴＯ、ＩＧＺＴＯ、ＩＴＯ、ＩＺＯ、又はＡＺＯでありうる。第３の材料は、さらなる金属酸化物、例えば、酸化スズ、酸化アルミニウム、及び／又は少なくとも１つの透明な導電性酸化物、例えばＩＴＯ、ＩＺＯ、及び／又はＡＺＯをさらに含みうる。

本開示によれば、本明細書で用いられる「基板」という用語は、例えばガラス基板、ウエハ、サファイアなどの透明な結晶のスライス、又はガラスプレートなどの柔軟性のない基板、及びウェブ又は箔などの柔軟な基板の両方を包含する。幾つかの実装形態によれば、本明細書に記載される実施形態は、ディスプレイＰＶＤ、すなわち、ディスプレイ市場向けの大面積基板上へのスパッタ堆積に利用することができる。堆積装置は、半導体、金属、及びガラス基板のうちの少なくとも１つに層を堆積するように構成することができる。特に、堆積装置は、半導体デバイス及びディスプレイデバイスのうちの少なくとも１つを製造するように構成することができる。

幾つかの実施形態によれば、大面積基板又はそれぞれの基板キャリア（基板キャリアは１つの基板又は複数の基板を運ぶことができる）は、少なくとも１ｍ^２のサイズを有することができる。サイズは、約０．６７ｍ^２（０．７３ｍ×０．９２ｍ－ＧＥＮ４．５）から約８ｍ^２、より具体的には約２ｍ^２から約９ｍ^２、又はさらに最大で１２ｍ^２でありうる。本明細書に記載される実施形態による、構造、カソードアセンブリなどの装置、並びに方法に提供される基板又はキャリアは、本明細書に記載されるような大面積基板でありうる。例えば、大面積基板又は基板キャリアは、約０．６７ｍ^２の基板（０．７３ｍ×０．９２ｍ）に対応するＧＥＮ４．５、約１．４ｍ^２の基板（１．１ｍ×１．３ｍ）に対応するＧＥＮ５、約４．２９ｍ^２の基板（１．９５ｍ×２．２ｍ）に対応するＧＥＮ７．５、約５．７ｍ^２の基板（２．２ｍ×２．５ｍ）に対応するＧＥＮ８．５、又はさらには、約８．７ｍ^２の基板（２．９４ ｍ×３．３７ｍ）に対応するＧＥＮ１０でありうる。ＧＥＮ１１及びＧＥＮ１２などのより大きな世代、並びに対応する基板も同様に実装させることができる。

本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、基板は、基板輸送トラックに沿って、及び／又は処理中、特に堆積中に、実質的に垂直方向に運ぶことができる。本明細書で用いられる場合、「実質的に垂直」は、特に基板の向きを指す場合に、垂直の方向又は向きからの±２０°以下、例えば±１０°以下の逸脱を許容すると理解される。例えば、垂直方向から幾らか逸脱している基板支持体がより安定した基板位置をもたらす場合があることから、この逸脱が設けられうる。それでも、例えば、基板輸送トラックに沿った輸送中及び／又は基板処理中の基板の向きは、実質的に垂直であると見なされ、水平な基板の向きとは異なると見なされる。

本明細書で言及される双極性パルスＤＣ電圧は、一対の電極の電極に印加される交互の極性（「双極」）を有する電圧である。したがって、一対の電極の第１の電極は、交互にカソード及びアノードとして機能し、一対の電極の第２の電極は、交互にアノード及びカソードとして機能する。

双極性パルスＤＣスパッタリングは、例えばＭＦスパッタリング又はＲＦスパッタリングなどの通常のＡＣスパッタリングとは、電圧の波形が正弦波ではないという点で異なる。むしろ、電圧の波形は一時的に本質的に一定でありうる（直流、「ＤＣ」）。例えば、双極性パルスＤＣ電圧の波形は、矩形波又は方形波でありうる。特に、波形の正の部分は一時的に本質的に一定であってよく、及び／又は波形の負の部分は一時的に本質的に一定であってよく、特に正弦波電圧とは異なりうる。

幾つかの実施形態では、電極対の各電極は、アノード及びカソードとして交互に機能することができる。特に、アノードとして連続的に機能する別個の電極は提供されなくてよい。

幾つかの実施形態では、双極性パルスＤＣ電圧の周波数は、少なくとも１ｋＨｚ、特に、少なくとも１０ｋＨｚ又は少なくとも３０ｋＨｚ、及び／又は最大１００ｋＨｚ、特に、最大８０ｋＨｚ又は最大５０ｋＨｚでありうる。

特に、双極性パルスＤＣ電圧を用いたスパッタリングは、特に従来のＤＣスパッタリングと比較した場合、改善されたアーク放電の抑制を可能にし、プロセス安定性の問題を低減し、及び／又はより高い層均一性制御を提供することができる。さらには、ＤＣ双極性スパッタリングにおける矩形波電圧は、特に従来のＡＣ正弦波スパッタリング法と比較した場合、堆積速度の損失を低減可能にすることができる。

本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、電源配置は、電極対の各電極、特に、少なくとも１つの第１の電極対及び少なくとも１つの第２の電極対の各電極に、正の電圧、特に正のＤＣ電圧と、負の電圧、特に負のＤＣ電圧とを供給するように構成することができる。電極対の電極は、特に同じ対の電極の他の電極に関して、カソード及びアノードとして交互に機能することができる。

幾つかの実施形態では、少なくとも１つの第１の電極対及び少なくとも１つの第２の電極対の各々を、パルスユニットを介して電源配置のＤＣ電源に接続することができる。パルスユニットの数及び／又はＤＣ電源の数は、電極対の数に対応しうる。パルスユニットは、ＤＣ電源によって提供されるＤＣ電圧を双極性パルスＤＣ電圧に変換するように構成することができる。

ＤＣ電源の少なくとも１つ、特に各ＤＣ電源は、少なくとも１ｋＷ、特に、少なくとも１０ｋＷ、及び／又は最大２００ｋＷ、特に、最大１００ｋＷの電力を提供するように構成することができる。代替的に又は追加的に、電源の少なくとも１つ、特に各ＤＣ電源は、１００Ｖ以上１０００Ｖ以下の電圧を提供するように構成することができる。例えば、パルスユニットの出力端子において、電圧振幅は、＋５００Ｖの第１の値と－５００Ｖの第２の値との間で周期的に変化しうる。

本開示で用いられる「真空」という用語は、スパッタ堆積プロセスなどの堆積プロセスで用いられる処理ガスを除き、例えば空気又はガスのほとんど又はすべてが除去された空間など、実質的に物質がない空間として理解することができる。一例として、「真空」という用語は、例えば真空圧が１０ｍｂａｒ未満の技術的真空を意味すると理解することができる。ターボポンプ及び／又はクライオポンプなどの１つ以上の真空ポンプは、真空チャンバ、特に第１の真空チャンバ及び／又は第２の真空チャンバに接続して、層の堆積などの基板処理のために真空チャンバ内に真空を提供することができる。

本明細書に記載される実施形態は、薄膜トランジスタの安定性及び移動度の少なくとも一方を増加させることができるという利点を提供することができる。特に、高安定性及び高移動度の薄膜トランジスタのための層の堆積用のプロセスウィンドウを拡大させることができる。より具体的には、バイアス応力及び／又は熱応力下での薄膜トランジスタの安定性を増加させることができる。さらには、薄膜トランジスタのトランジスタ閾値電圧が、０Ｖ付近で制御可能でありうる。実施形態は、均一かつ安定した性能を備えた薄膜トランジスタの層の堆積を提供することができる。特に、ターゲットのインプリントなしに、プロセスドリフトなしに、及び／又はアーク放電なしに、堆積を実施することができる。

以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他の実施形態は及びさらなる実施形態は、その範囲から逸脱することなく考案することができ、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

1. 少なくとも１つの第１の電極対及び少なくとも１つの第２の電極対を含むスパッタ堆積源を使用して基板上に薄膜トランジスタの層を堆積する方法（４８０，５８０）であって、
   前記基板を第１の真空チャンバへと移動させること（４８２，５８２）；
   前記少なくとも１つの第１の電極対に双極性パルスＤＣ電圧を供給することによって前記基板上に前記層のうちの第１の層を堆積させることであって、前記第１の層の第１の材料が第１の金属酸化物を含む、第１の層を堆積させること（４８４，５８４）；
   真空破壊することなく、前記基板を前記第１の真空チャンバから第２の真空チャンバへと移動させること（４８６，５８６）；並びに
   前記少なくとも１つの第２の電極対に双極性パルスＤＣ電圧を供給することによって前記第１の層上に前記層のうちの第２の層を堆積させることであって、前記第２の層の第２の材料が第２の金属酸化物を含み、前記第２の材料が前記第１の材料とは異なっている、第２の層を堆積させること（４８８，５８８）
   を含む、方法。
2. 前記第１の層が、前記薄膜トランジスタのチャネル、特に前記薄膜トランジスタのフロントチャネルを形成する、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の層が前記薄膜トランジスタのバックチャネルを形成する、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記第１の金属酸化物及び前記第２の金属酸化物の一方が、前記第１の金属酸化物及び前記第２の金属酸化物の他方に対して異なる金属を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第１の金属酸化物が、元素を第１の化学量論で含み、前記第２の金属酸化物が、前記元素を第２の化学量論で含み、前記第２の化学量論が前記第１の化学量論とは異なっている、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記元素が、インジウム、ガリウム、及び亜鉛からなる群より選択される少なくとも２つを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記第１の材料が、前記第２の材料に対して異なるキャリア移動度を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記第１の材料が、前記第２の材料に対して異なるキャリア濃度を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記第１の材料及び前記第２の材料の一方が、さらなる金属酸化物をさらに含むか、あるいは、前記第１の材料及び前記第２の材料が、異なる内容のさらなる金属酸化物を含み、前記さらなる金属酸化物が、酸化スズ、酸化アルミニウム、及び透明な導電性酸化物（特に、ＩＴＯ、ＩＺＯ、又はＡＺＯ）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記第１の金属酸化物及び前記第２の金属酸化物の少なくとも一方が、ＩＧＺＯ、ＩＺＴＯ、ＩＧＺＴＯ、ＩＺＯ、ＩＴＯ、又はＡＺＯである、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記基板が、前記第１の層の堆積中及び前記第２の層の堆積中に連続的に移動する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記第１の層が、ゲート絶縁層上に堆積される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記方法が、
    真空破壊することなく、前記基板を前記第２の真空チャンバから第３の真空チャンバへと移動させること（５９０）；及び
    特に少なくとも１つの第３の電極対を使用して、前記第２の層上に前記層のうちの第３の層を堆積させること（５９２）
    をさらに含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. スパッタ堆積装置（１００）、特に、基板（１１０）上に薄膜トランジスタの層を堆積するためのスパッタ堆積装置であって、
    真空破壊することなく、前記基板が前記第１の真空チャンバ（１３０）と前記第２の真空チャンバ（１４０）との間で移送可能になるように配置されている、第１の真空チャンバ（１３０）及び第２の真空チャンバ（１４０）；並びに
    スパッタ堆積源であって、
    少なくとも１つの第１の電極対（１３２）及び少なくとも１つの第２の電極対（１４２）であって、前記少なくとも１つの第１の電極対（１３２）が前記第１の真空チャンバ（１３０）内に配置され、前記少なくとも１つの第２の電極対（１４２）が前記第２の真空チャンバ（１４０）内に配置される、少なくとも１つの第１の電極対（１３２）及び少なくとも１つの第２の電極対（１４２）；並びに
    前記少なくとも１つの第１の電極対（１３２）及び前記少なくとも１つの第２の電極対（１４２）に双極性パルスＤＣ電圧を供給するように構成された電源配置（１２０）；
    を含む、スパッタ堆積源
    を含み、
    前記少なくとも１つの第１の電極対（１３２）が第１のターゲット材料を有する第１のターゲット（１３４）を含み、前記第１のターゲット材料が第１の金属酸化物を含み；かつ
    前記少なくとも１つの第２の電極対（１４２）が第２のターゲット材料を有する第２のターゲット（１４４）を含み、前記第２のターゲット材料が第２の金属酸化物を含み、かつ前記第２のターゲット材料が前記第１のターゲット材料とは異なっている、
    スパッタ堆積源
    を含む、スパッタ堆積装置（１００）。
15. 前記第１のターゲット（１３４）及び前記第２のターゲット（１４４）が回転式ターゲットである、請求項１４に記載のスパッタ堆積装置（１００）。

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