JP2014502038A - 薄膜電極および薄膜スタックを堆積させる方法 - Google Patents

Abstract

透明導電酸化膜（４０５）上へ少なくとも１つの薄膜電極（４０２、４０３）を堆積させる方法が提供される。最初に、処理すべき基板（１０１）上へ透明導電酸化膜（４０５）を堆積させる。次いで、透明導電酸化膜（４０５）に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用する処理ガス（２０７）を含有する処理環境に、基板（１０１）および透明導電酸化膜（４０５）をさらす。透明導電酸化膜（４０５）の少なくとも部分上へ、少なくとも１つの薄膜電極（４０２、４０３）を堆積させる。透明導電酸化膜（４０５）の少なくとも部分上へ少なくとも１つの薄膜電極（４０２、４０３）を堆積させながら、透明導電酸化膜（４０５）に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用する処理ガス（２０７）の分圧を変動させる。このように、界面抵抗（４０８）および体抵抗（４０９’）が低減されて改質された透明導電酸化膜（４１０）を得ることができる。

Description

本発明の実施形態は、透明酸化物薄膜トランジスタを製造する処理ステップを実施するスパッタ堆積システムに関する。詳細には、本発明の実施形態は、薄膜トランジスタに適した透明導電酸化膜上へ薄膜電極を堆積させるように適合された堆積装置に関する。さらに、本発明の実施形態は、薄膜トランジスタでの使用に適合された薄膜スタックに関する。さらに、本発明の実施形態は、透明導電酸化膜上へ薄膜電極を堆積させる方法に関する。

薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、たとえば表示デバイス内でスイッチング要素として広く使用されている。したがって薄膜トランジスタは、表示技術において濃度値を制御することができ、様々な表示デバイスを駆動することができる。従来の表示デバイスでは、各ピクセルを駆動する半導体要素は、少なくとも１つの活性層を有する薄膜トランジスタから形成される。ＴＦＴで使用するための薄膜スタックは、基板上へ堆積した透明導電酸化物（ＴＣＯ）膜を含むことができる。ＴＣＯ膜は広い用途を有し、これらのＴＣＯ膜は、液晶ディスプレイ、タッチパネルデバイス、光起電セル、および透明薄膜トランジスタなどの電子デバイスに使用することができる。多くの電子デバイスでは薄膜トランジスタがますます重要になっているため、電気特性およびデバイス性能を改善することが問題である。

上記に照らして、透明導電酸化膜上へ薄膜電極を堆積させる独立請求項１に記載の方法が提供される。さらに、透明導電酸化膜上へ薄膜電極を堆積させるように適合された独立請求項７に記載の堆積装置が提供される。上記に加えて、薄膜トランジスタでの使用に適合された独立請求項１０に記載の薄膜スタックが提供される。

一実施形態によれば、透明導電酸化膜上へ薄膜電極を堆積させる方法が提供され、この方法は、基板上へ透明導電酸化膜を堆積させることと、透明導電酸化膜に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用する処理ガスを含有する処理環境に、基板および透明導電酸化膜をさらすことと、透明導電酸化膜の少なくとも部分上へ薄膜電極を堆積させることとを含み、透明導電酸化膜の少なくとも部分上へ薄膜電極を堆積させながら、透明導電酸化膜に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用する処理ガスの分圧を変動させる。

さらなる実施形態によれば、透明導電酸化膜上へ薄膜電極を堆積させるように適合された堆積装置が提供され、堆積装置は、処理すべき基板を保持するように適合された基板キャリアと、基板上へ透明導電酸化膜をスパッタリングし、透明導電酸化膜の少なくとも部分上へ少なくとも１つの薄膜電極をスパッタリングするように適合されたスパッタリングデバイスと、基板および透明導電酸化膜の処理環境の組成を制御するように適合されたガス流コントローラであって、処理環境が透明導電酸化膜に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用する処理ガスを含有する、ガス流コントローラとを含み、透明導電酸化膜の少なくとも部分上へ薄膜電極を堆積させながら、透明導電酸化膜に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用する処理ガスの分圧を変動させる。

さらなる実施形態によれば、薄膜トランジスタでの使用に適合された薄膜スタックが提供され、薄膜スタックは、基板と、基板上へ堆積した透明導電酸化膜と、透明導電酸化膜上へ堆積した前駆体層と、透明導電酸化膜の少なくとも部分上へ堆積した薄膜電極とを含む。

本発明の上記の特徴を詳細に理解できるように、実施形態を参照することによって、上記で簡単に要約した本発明のより詳細な説明を得ることができる。添付の図面は本発明の実施形態に関するものであり、それについて以下に説明する。

典型的な実施形態によるスパッタ堆積システムの概略ブロック図である。 別の典型的な実施形態による薄膜トランジスタでの使用に適合された薄膜スタックの側面断面図である。 界面抵抗および体抵抗の発生を示す、図２に示す薄膜スタックの側面断面図である さらに別の典型的な実施形態による、透明導電酸化膜内へのガスの取込みを示す薄膜スタックの側面断面図である。 薄膜トランジスタで使用するための薄膜電極を透明導電膜上へ堆積させる方法を示す流れ図である。

本発明の様々な実施形態を詳細に参照し、図にはこれらの実施形態の１つまたは複数の例を示す。以下の図面の説明の範囲内では、同じ参照番号は同じ構成要素を指す。全体として、個々の実施形態に関する違いのみについて説明する。各例は、本発明を説明するために提供されるものであり、本発明を限定するものではない。たとえば、一実施形態の一部として例示または記載する特徴を、他の実施形態で、または他の実施形態とともに使用して、さらなる実施形態を得ることができる。本発明は、そのような修正形態および変形形態を含むものとする。

本明細書に記載の実施形態は、とりわけ、透明導電膜上へ薄膜電極を堆積させる方法を参照する。透明導電酸化膜は、ガラス基板などの透明基板上に堆積され、次いで透明導電酸化膜に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用する処理ガスを含有する処理環境にさらされる。透明導電酸化膜の少なくとも部分上へ薄膜電極が堆積されるとき、透明導電酸化膜に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用する処理ガスの分圧を変動させることができる。このように、薄膜トランジスタで使用できる薄膜スタックが得られる。

薄膜スタックは、基板と、基板上へ堆積した透明導電酸化膜と、透明導電酸化膜上へ堆積した前駆体層と、透明導電酸化膜の少なくとも部分上へ堆積した薄膜電極とを含むことができる。薄膜トランジスタで使用するための薄膜スタックを製造するために、透明導電酸化膜上へ薄膜電極を堆積させるように適合された堆積装置を提供することができる。堆積装置は、処理すべき基板を保持するように適合された基板キャリアを含む。

スパッタリングデバイスは、基板上に透明導電酸化膜をスパッタリングし、透明導電酸化膜の少なくとも部分上へ少なくとも１つの薄膜電極をスパッタリングするように適合される。ガス流コントローラは、基板および透明導電酸化膜の処理環境の組成を制御するように適合される。処理環境は、透明導電酸化膜に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用する処理ガスを含有することができる。

透明導電酸化膜に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用する処理ガスの分圧は、透明導電酸化膜の少なくとも部分上へ薄膜電極を堆積させながら変動させることができる。したがって、電子薄膜デバイスの良好な電気特性を提供するために、透明導電酸化膜と少なくとも１つの薄膜電極との間の接触抵抗を低減させることを考慮しなければならない。具体的には、薄膜抵抗の半導体層と半導体層上へ被覆されたそれぞれのソース／ドレイン層との間の接触抵抗を低減させることができる。したがって、薄膜トランジスタデバイスは、改善された効率を提示することができる。

図１は、典型的な実施形態によるスパッタ堆積システム２００の概略ブロック図である。図１に示すように、スパッタ堆積システム２００は、様々な薄膜を基板１０１上に堆積させることができるスパッタリングリアクタ２０５と、ガス流コントローラ３００とを含む。スパッタリングリアクタ２０５では、処理すべき基板１０１を保持するように適合された基板キャリア１０２が構成される。

スパッタリングリアクタ２０５は、基板キャリア１０２および基板１０１を所望の温度まで加熱するように基板キャリア１０２に隣接して構成された加熱デバイス１０３をさらに含むことができる。スパッタリングリアクタ２０５の内部には、基板１０１上へ薄膜を形成する堆積材料２０４を提供するスパッタリングターゲット２０１が構成される。スパッタリングガス入り口２０６を介してスパッタリングリアクタ２０５内へ導入されるスパッタリングガス２０２が、スパッタリングターゲット２０１から堆積材料２０４をスパッタリングする。

スパッタリングリアクタ２０５内に含まれるスパッタリングシステムは、それだけに限定されるものではないが、ＤＣスパッタリングシステム、ＲＦスパッタリングシステム、またはマグネトロンスパッタリングシステムから形成することができる。スパッタリングリアクタ２０５は真空ポンプ２０３に接続され、真空ポンプ２０３は、スパッタリングリアクタ２０５内に所望の内圧を提供することができる。スパッタリングガス２０２およびドナーガスまたはアクセプタガス２０７は、スパッタリングガス入り口２０６を介してスパッタリングリアクタ２０５内へ導入される。

スパッタリングガス２０２およびドナーガスまたはアクセプタガス２０７は、ガス流コントローラ３００によって提供される。ガス流コントローラ３００は、とりわけ、スパッタリングガス源３０３と、ドナーガスまたはアクセプタガス２０７を提供するガス源３０４とを含む。スパッタリングガス源３０３とガス源３０４はそれぞれ、パイプを介してガスミキサ３０２へ接続され、ガスミキサ３０２は、スパッタリングガス２０２とドナーまたはアクセプタガス２０７の混合物を提供する。ここでは、スパッタリングガス２０２内のドナーガスまたはアクセプタガス２０７の含有量を変動させることができることに留意されたい。

ガス流コントローラ３００内には、スパッタリングガス２０２およびドナーガスまたはアクセプタガス２０７の所望のガス流をスパッタリングリアクタ２０５内へ提供するために、ガスバルブ３０１が含まれる。スパッタリングデバイスは、基板１０１の上に少なくとも１つの透明導電酸化膜（ＴＣＯ膜）をスパッタリングし、透明導電酸化膜の少なくとも部分上へ少なくとも１つの薄膜電極（図２および図３に関して本明細書に後述）をスパッタリングするように適合される。

ガス流コントローラ３００は、スパッタリングリアクタ２０５の内部で基板１０１および透明導電酸化膜を取り囲む処理環境の組成の制御を提供する。処理環境は、透明導電酸化膜に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用するドナーガスまたはアクセプタガス２０７を含有する。

透明導電酸化膜に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用する処理ガス、すなわちドナーガスまたはアクセプタガス２０７の分圧は、透明導電酸化膜の少なくとも部分上へ薄膜電極を堆積させながら、スパッタリングガス２０２の圧力に対して変動させることができる（図２、図３、および図４も参照）。ここでは、透明導電酸化膜に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用する処理ガス、すなわちドナーガスまたはアクセプタガス２０７の分圧は、スパッタリングリアクタ２０５内へ導入されるガスの流量比によって表すことができることに留意されたい。スパッタリングガス２０２に対するドナーガスまたはアクセプタガス２０７の流量比は、０．５％〜６０％の範囲内で変動させることができ、通常は約１０％である。

ここでは、詳細には説明しないが、薄膜堆積処理中に少なくとも１つの堆積パラメータを制御することができるに留意されたい。少なくとも１つの堆積パラメータは、スパッタリングカソード（スパッタリングターゲット２０１）で印加される電力、スパッタリングガス２０２の圧力、堆積混合ガスの組成、基板温度、堆積時間、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択することができる。

処理環境は、Ａｒ、Ｈ_２、Ａｒ／Ｈ_２、ＮＨ_３、Ａｒ／ＮＨ_３、Ｎ_２、Ａｒ／Ｎ_２およびこれらの任意の組合せからなる群から選択されるガス組成物を含むことができる。スパッタリング処理は、マグネトロンスパッタリング、ＲＦスパッタリング、またはＤＣスパッタリング、および反応性スパッタリングまたは非反応性スパッタリングによって提供することができる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる典型的な実施形態によれば、スパッタリング堆積システム２０５は、Ｍｏ、Ｔｉ、ＭｏＴｉ、Ａｌ、Ｃｕ、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択される金属をスパッタリングするように適合されたマグネトロンスパッタリングユニットとして提供することができる。

図２は、処理すべき基板１０１上に複数の層を含む薄膜スタック１００の側面断面図である。図２に示すような薄膜スタック１００は、上下逆さで互い違いに配置した構造における薄膜トランジスタの一部とすることができる。基板１０１は、ガラス基板として提供することができる。基板１０１上へ、ゲート接点４０１が堆積される。ゲート接点４０１および基板表面の残り部分は、ゲート誘電体層４０４によって被覆される。ゲート誘電体層４０４の少なくとも部分上へ、透明導電酸化膜４０５（ＴＣＯ膜、ＴＣＯ層）が堆積される。透明導電酸化膜４０５は、ＺｎＯ、ＩＧＺＯ、ＩＴＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＣｄＯ、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択されるｎ型材料、またはＣｕ_２Ｏ、ＣｕＡｌＯ_２、Ｃｕ_２ＳｒＯ_２、ＣｕＧａＯ_２、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択されるｐ型材料を含むことができる。

これらの材料における導電性と透光性の共存は、結晶またはアモルファス酸化物構造内の金属カチオンの性質、数、および原子配列、常駐形態、ならびに固有の欠陥または意図的に導入された欠陥の存在にさらに依存することがある。

透明導電酸化膜４０５の少なくとも部分上へ、ドレイン接点４０２およびソース接点４０３などの薄膜電極が堆積される。ソース接点４０３とドレイン接点４０２との間には、エッチング停止層４０６が位置する。薄膜構造全体を保護するために、薄膜構造全体上へパッシベーション層４０７が堆積される。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の典型的な実施形態によれば、薄膜電極４０３、４０２を堆積させる前に、透明導電酸化膜上へ前駆体層を堆積させることができる。前駆体層は、Ｍｏ、Ｔｉ、ＭｏＴｉ、Ａｌ、Ｃｕ、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択されるスパッタリングされた金属を含むことができる。薄膜電極、たとえばドレイン接点４０２およびソース接点４０３は、Ｍｏ、Ｔｉ、ＭｏＴｉ、Ａｌ、Ｃｕ、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択されるスパッタリングされた金属の形で提供される材料を含むことができる。

図３は、典型的な実施形態による薄膜スタック１００の別の側面断面図であり、図３は、体抵抗４０９／４０９’と界面抵抗４０８の組合せの存在を示す。ここでは、図示しないが、薄膜電極４０３、４０２、すなわちソース接点４０３およびドレイン接点４０２を堆積させる前に、前駆体層が堆積されることに留意されたい。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる典型的な実施形態によれば、前駆体層は、１つの原子層から１００ｎｍまでの範囲内の厚さを有することができ、通常は約１０ｎｍの厚さを有する。

図３に２つの矢印で示すドレイン／ソース電極の下の体抵抗４０９’は、水素を含有する前駆体層を提供することによって低減させることができる。水素の含有量により、ｎ型透明導電酸化膜４０５のキャリア濃度を約１０^１９原子／ｃｍ^３にすることができる。さらに、図３に２つの矢印で示すドレイン／ソース電極の下の体抵抗４０９’は、窒素を含有する前駆体層を提供することによって低減させることができる。窒素の含有量により、ｐ型透明導電酸化膜４０５のキャリア濃度を約１０^１９原子／ｃｍ^３にすることができる。抵抗全体、たとえば界面抵抗４０８と体抵抗４０９／４０９’の和は、以下の等式によって得られる。
Ｒ_Ｃ＝Ｒ_{ｉｎｔｅｒｆａｃｅ}＋Ｒ_ｂｕｌｋ＝Ｒ_４０８＋Ｒ_４０９＋Ｒ_４０９’ （１）

図４は、本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるさらなる実施形態による薄膜スタック１００の別の側面断面図である。図４は、透明導電酸化膜４０５上へ薄膜電極、たとえばドレイン接点４０２および／またはソース接点４０３を堆積させる前の状況を示す。図１に関して本明細書に上述したように、ドナーガスまたはアクセプタガス２０７とスパッタリングガス２０２を組み合わせるため、薄膜電極を堆積させる前に、ドナーガスまたはアクセプタガス２０７の少なくとも一部分を前駆体層内に取り込むことができる。

図４には、処理すべき基板１０１を示し、基板１０１は、ゲート接点４０１と、ゲート接点４０１の上のゲート誘電体層４０４と、処理すべき基板１０１の表面の残り部分と、ゲート誘電体層４０４の少なくとも部分上へドナーガスまたはアクセプタガス４１１を取り込むことによって改質された透明導電酸化膜４１０と、改質された透明導電酸化膜４１０の上のエッチング停止層４０６とを含む層を有する。ここでは、透明導電酸化膜４０５のうち、エッチング停止層４０６の下に位置する部分は、ドナーガスまたはアクセプタガス２０７によって改質されないことに留意されたい。

ここでは、「改質された透明導電酸化膜」という用語は、透明導電酸化膜内へドナーガスまたはアクセプタガス２０７が拡散して体抵抗４０９’を低減させたことを示すことに留意されたい。スパッタリングリアクタ２０５（図１参照）内の処理環境内に含有されるドナーガスまたはアクセプタガス２０７は、透明導電酸化膜４１０に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用することができる。

ドナー材料として、水素を提供することができる。スパッタリングガス入り口２０６によってスパッタリングリアクタ２０５内へ導入されるスパッタリングガス２０２内にドナーガス２０７として含まれる水素ガスは、体抵抗４０９’を低減させることに加えて、透明導電酸化膜４１０と薄膜電極４０３、４０４（図４には図示せず）との間の界面の界面抵抗４０８も低減させる。このように、水素ガスはスパッタリング処理に添加され、水素含有量を有するソース／ドレイン材料から最初のいくつかの原子層を生成し、残りの薄膜電極は、層厚さに対する設定点値に到達するまで、スパッタプロセスガス内に水素がない状態で堆積される。

上記のように、透明導電酸化膜４０５は、ＺｎＯ、ＩＧＺＯ、ＩＴＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＣｄＯ、Ｃｕ_２Ｏ、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択されるｎ型材料を含むことができる。代替形態として、透明導電酸化膜４０５は、Ｃｕ_２Ｏ、ＣｕＡｌＯ_２、Ｃｕ_２ＳｒＯ_２、ＣｕＧａＯ_２、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択されるｐ型材料を含むことができる。具体的には、ＴＦＴ活性層材料として求めることができるｐ型ＴＣＯとしてＣｕ_２Ｏが使用される例として、前述の処理は、Ｎ_２、Ｎ_２Ｏ、またはこれらの組合せなどの窒素含有処理ガスをアクセプタガスとして利用することによって適用することができる。窒素は、Ｃｕ_２Ｏに対して有効なｐ型ドーパントである。このように、前駆体層を提供して、窒素含有ガスのためにドープされていないＣｕ_２Ｏ内にアクセプタ状態をもたらすことで、接触抵抗を改善することもできる。

このように、ソース／ドレイン電極は、活性チャネルアイランド上へ直接堆積されるのではなく、透明導電酸化膜４１０と薄膜電極との間に前駆体層が設けられる。したがって、水素は、たとえばＺｎＯ、ＩＧＺＯ、ＩＴＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＣｄＯ、およびこれらの任意の組合せから作られた透明導電酸化膜４１０内でドナーとして作用することができ、スパッタリング処理中の水素の取込みは、本明細書で上述した等式（１）によって得られる全体的な抵抗に影響を与える。さらに、窒素は、たとえばＣｕ_２Ｏ、ＣｕＡｌＯ_２、Ｃｕ_２ＳｒＯ_２、ＣｕＧａＯ_２、およびこれらの任意の組合せから作られた透明導電酸化膜４１０内でアクセプタとして作用することができ、スパッタリング処理中の窒素の取込みは、本明細書で上述した等式（１）によって得られる全体的な抵抗に影響を与える。

このようにして、全体的な抵抗、すなわち界面抵抗４０８と体抵抗４０９／４０９’の和を低減させることができる。界面抵抗４０８と体抵抗４０９’はどちらも、水素含有雰囲気または窒素含有雰囲気内の金属化材料をスパッタリングすることによって低減させることができる。薄い前駆体層は、Ｍｏ、Ｔｉ、ＭｏＴｉ、Ａｌ、Ｃｕ、またはこれらの任意の組合せなどの純粋なソース／ドレイン金属の静的反応性マグネトロンスパッタリングによって堆積させることができ、薄い前駆体層の堆積は、エッチング停止層４０６の画定後に実行される。この処理に適当な雰囲気は、ｎ型ＴＣＯ膜に対するドナー材料を提供するＡｒ／Ｈ_２もしくはＡｒ／ＮＨ_３雰囲気、またはｐ型ＴＣＯ膜に対するアクセプタ材料を提供するＮ_２、Ａｒ／Ｎ_２、Ａｒ／Ｎ_２Ｏ雰囲気とすることができる。したがって、スパッタリング雰囲気内に存在する水素または窒素は、透明導電酸化膜４１０と、たとえば純粋なアルゴン雰囲気内で前駆体膜上に直接スパッタリングされたソース／ドレイン金属化との間の界面抵抗４０８を低減させることができる。

上記に加えて、インシトゥＨ_２拡散により、体抵抗４０９’を低減させることができる。上記の等式（１）によって得られる全体的な抵抗Ｒ_Ｃを低減させる範囲は、スパッタリングカソードの電力、スパッタリングガスの圧力、アルゴン／水素またはアルゴン／窒素混合物の組成、堆積時間、基板温度など、前駆体膜の異なる堆積パラメータを制御することによって提供することができる。

図５は、透明導電酸化膜上へ薄膜電極を堆積させる方法を示す流れ図である。この処理は、ブロック５０１から開始する。次いで、基板１０１上へ透明導電酸化膜４０５、４１０を堆積させる（ブロック５０２）。ブロック５０３で、透明導電酸化膜４０５に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用する処理ガスを含有する処理環境に、基板および基板１０１上へ堆積した透明導電酸化膜をさらす。

次いで、透明導電酸化膜４０５の少なくとも部分上へ、薄膜電極、たとえばソース接点４０３およびドレイン接点４０２を堆積させる。薄膜電極の堆積中、ブロック５０５に示すように、透明導電酸化膜に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用する処理ガスの分圧を変動させることができる。ドナーガス２０７の分圧のこの変動は、透明導電酸化膜４０５の少なくとも部分上へ薄膜電極４０２、４０３を堆積させながら実行される。このように、ドナー材料、たとえば水素、またはアクセプタ材料、たとえば窒素を取り込んで改質された透明導電酸化膜４１０（図４参照）が得られる。この手順は、ブロック５０６で終了する。

上記に照らして、複数の実施形態について説明した。たとえば、一実施形態によれば、透明導電酸化膜上へ薄膜電極を堆積させる方法が提供され、この方法は、基板上へ透明導電酸化膜を堆積させることと、透明導電酸化膜に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用する処理ガスを含有する処理環境に、基板および透明導電酸化膜をさらすことと、透明導電酸化膜の少なくとも部分上へ薄膜電極を堆積させることとを含み、透明導電酸化膜の少なくとも部分上へ薄膜電極を堆積させながら、透明導電酸化膜に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用する処理ガスの分圧を変動させる。処理環境は、Ａｒ、Ｈ_２、Ａｒ／Ｈ_２、ＮＨ_３、Ａｒ／ＮＨ_３、およびこれらの任意の組合せからなる群、またはＡｒ、Ｎ_２、Ａｒ／Ｎ_２、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択されるガス組成物を含むことができる。上記の他の実施形態および修正形態のいずれかと組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、この方法は、薄膜電極を堆積させる前に、透明導電酸化膜上へ前駆体層を堆積させることをさらに含むことができる。上記に加えて、前駆体層は、Ｍｏ、Ｔｉ、ＭｏＴｉ、Ａｌ、Ｃｕ、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択される金属をスパッタリングすることによって堆積させることができる。さらなる追加または代替の修正形態によれば、薄膜堆積処理中に少なくとも１つの堆積パラメータが制御され、少なくとも１つの堆積パラメータは、スパッタリングカソードで印加される電力、スパッタリングガスの圧力、堆積混合ガスの組成、基板温度、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択される。本発明の任意選択の修正形態によれば、透明導電膜に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用する処理ガスの分圧が変動される。スパッタリングガスに対するドナーガスの流量比は、０．５％〜６０％の範囲内で変動させることができ、通常は約１０％である。別の実施形態によれば、透明導電酸化膜上へ薄膜電極を堆積させるように適合された堆積装置が提供され、堆積装置は、処理すべき基板を保持するように適合された基板キャリアと、基板上へ透明導電酸化膜をスパッタリングし、透明導電酸化膜の少なくとも部分上へ少なくとも１つの薄膜電極をスパッタリングするように適合されたスパッタリングデバイスと、基板および透明導電酸化膜の処理環境の組成を制御するように適合されたガス流コントローラであって、処理環境が透明導電酸化膜に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用する処理ガスを含有する、ガス流コントローラとを含み、透明導電酸化膜の少なくとも部分上へ薄膜電極を堆積させながら、透明導電酸化膜に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用する処理ガスの分圧を変動させる。さらなる追加または代替の修正形態によれば、堆積装置は、処理すべき基板を加熱するように適合された加熱デバイスを含むことができる。上記の他の実施形態および修正形態のいずれかと組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、スパッタリングデバイスは、Ｍｏ、Ｔｉ、ＭｏＴｉ、Ａｌ、Ｃｕ、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択される金属をスパッタリングするように適合されたマグネトロンスパッタリングユニットとして提供される。さらに別の実施形態によれば、薄膜トランジスタでの使用に適合された薄膜スタックが提供され、薄膜スタックは、基板と、基板上へ堆積した透明導電酸化膜と、透明導電酸化膜上へ堆積した前駆体層と、透明導電酸化膜の少なくとも部分上へ堆積した薄膜電極とを含む。上記の他の実施形態および修正形態のいずれかと組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、透明導電酸化膜は、ＺｎＯ、ＩＧＺＯ、ＩＴＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＣｄＯ、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択されるｎ型材料、およびＣｕ_２Ｏ、ＣｕＡｌＯ_２、Ｃｕ_２ＳｒＯ_２、ＣｕＧａＯ_２、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択されるｐ型材料を含むことができる。本発明の任意選択の修正形態によれば、前駆体層は、Ｍｏ、Ｔｉ、ＭｏＴｉ、Ａｌ、Ｃｕ、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択されるスパッタリングされた金属を含む。さらに、前駆体層は、１つの原子層から１００ｎｍまでの範囲内の厚さを有することができ、通常は約１０ｎｍの厚さを有する。上記の他の実施形態および修正形態のいずれかと組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、透明導電酸化膜の一部分のキャリア濃度は、１０^１７原子／ｃｍ^３〜１０^２０原子／ｃｍ^３の範囲内であり、通常は約１０^１９原子／ｃｍ^３である。透明導電酸化膜の別の部分のキャリア濃度は、１０^１６原子／ｃｍ^３〜１０^１９原子／ｃｍ^３の範囲内とすることができ、通常は約１０^１８原子／ｃｍ^３である。さらに追加または代替の修正形態によれば、薄膜電極は、Ｍｏ、Ｔｉ、ＭｏＴｉ、Ａｌ、Ｃｕ、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択されるスパッタリングされた金属を含むことができる。

上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

1. 透明導電酸化膜上へ薄膜電極を堆積させる方法であって、前記方法は、
   基板上へ前記透明導電酸化膜を堆積させることと、
   スパッタリングガスおよび処理ガスを含有する処理環境に、前記基板および前記透明導電酸化膜をさらすことと、前記処理ガスが前記透明導電酸化膜に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用し、
   前記透明導電酸化膜の少なくとも部分上へ前記薄膜電極を堆積させることとを含み、
   前記透明導電酸化膜の少なくとも部分上へ前記薄膜電極を堆積させながら、前記透明導電酸化膜に対する前記ドナー材料または前記アクセプタ材料として作用する前記処理ガスの分圧を前記スパッタリングガスの圧力に対して変動させる、方法。
2. 前記処理環境が、Ａｒ、Ｈ_２、Ａｒ／Ｈ_２、ＮＨ_３、Ａｒ／ＮＨ_３、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択されるガス組成物を含み、または前記処理環境が、Ａｒ、Ｎ_２、Ａｒ／Ｎ_２、Ａｒ／Ｎ_２Ｏ、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択されるガス組成物を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記薄膜電極を堆積させる前に、前記透明導電酸化膜上へ前駆体層を堆積させることをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記前駆体層が、Ｍｏ、Ｔｉ、ＭｏＴｉ、Ａｌ、Ｃｕ、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択される金属をスパッタリングすることによって堆積される、請求項３に記載の方法。
5. 前記薄膜堆積処理中に少なくとも１つの堆積パラメータが制御され、前記少なくとも１つの堆積パラメータが、スパッタリングカソードに印加される電力、スパッタリングガスの圧力、堆積混合ガスの組成、基板温度、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択される、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記スパッタリングガスに対する前記ドナー材料または前記アクセプタ材料として作用する前記処理ガスの流量比が、０．５％〜６０％の範囲内で変動され、通常は約１０％である、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法。
7. 透明導電酸化膜上へ薄膜電極を堆積させるように適合された堆積装置であって、前記堆積装置は、
   処理すべき基板を保持するように適合された基板キャリアと、
   前記基板上へ前記透明導電酸化膜をスパッタリングし、前記透明導電酸化膜の少なくとも部分上へ少なくとも１つの薄膜電極をスパッタリングするように適合されたスパッタリングデバイスと、
   ガスミキサを有し、スパッタリングガスおよびドナーガスまたはアクセプタガスの所望のガス流を前記スパッタリングデバイス内へ提供し、前記基板および前記透明導電酸化膜の処理環境の組成を制御するように適合されたガス流コントローラであって、前記処理環境が前記スパッタリングガスおよび処理ガスを含有し、前記処理ガスが前記透明導電酸化膜に対するドナー材料またはアクセプタ材料として作用する、ガス流コントローラとを備え、
   前記ガス流コントローラが、前記透明導電酸化膜の少なくとも部分上へ前記薄膜電極を堆積させながら、前記透明導電酸化膜に対する前記ドナー材料またはアクセプタ材料として作用する前記処理ガスの分圧を前記スパッタリングガスの圧力に対して変動させるようにさらに適合される、堆積装置。
8. 処理すべき前記基板を加熱するように適合された加熱デバイスをさらに備える、請求項７に記載の堆積装置。
9. 前記スパッタリングデバイスが、Ｍｏ、Ｔｉ、ＭｏＴｉ、Ａｌ、Ｃｕ、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択される金属をスパッタリングするように適合されたマグネトロンスパッタリングユニットとして提供される、請求項７または８に記載の堆積装置。
10. 薄膜トランジスタでの使用に適合された薄膜スタックであって、前記薄膜スタックは、
    基板と、
    前記基板上へ堆積した透明導電酸化膜と、
    前記透明導電酸化膜に対するドナー材料またはアクセプタ材料を含有し、前記透明導電酸化膜上へ堆積した前駆体層と、
    前記透明導電酸化膜の少なくとも部分上へ堆積した薄膜電極とを備える薄膜スタック。
11. 前記透明導電酸化膜が、ＺｎＯ、ＩＧＺＯ、ＩＴＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＣｄＯ、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択されるｎ型材料、またはＣｕ_２Ｏ、ＣｕＡｌＯ_２、Ｃｕ_２ＳｒＯ_２、ＣｕＧａＯ_２、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択されるｐ型材料を含む、請求項１０に記載の薄膜スタック。
12. 前記前駆体層が、Ｍｏ、Ｔｉ、ＭｏＴｉ、Ａｌ、Ｃｕ、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択されるスパッタリングされた金属を含む、請求項１０または１１に記載の薄膜スタック。
13. 前記前駆体層が、１つの原子層から１００ｎｍまでの範囲内の厚さを有し、通常は約１０ｎｍの厚さを有する、請求項１０ないし１２のいずれか一項に記載の薄膜スタック。
14. 前記透明導電酸化膜の一部分のキャリア濃度が、１０^１８原子／ｃｍ^３〜１０^２０原子／ｃｍ^３の範囲内であり、通常は約１０^１９原子／ｃｍ^３である、請求項１０ないし１３のいずれか一項に記載の薄膜スタック。
15. 前記薄膜電極が、Ｍｏ、Ｔｉ、ＭｏＴｉ、Ａｌ、Ｃｕ、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択されるスパッタリングされた金属を含む、請求項１０ないし１４のいずれか一項に記載の薄膜スタック。

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