專利名稱：透明導(dǎo)電氧化物的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)本發(fā)明申請(qǐng)要求R.Ernest Demaray和Mukundan Narasimhan于2003年5月23日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)60/473,379，“Transparent ConductiveOxides from a Metallic Target”的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)通過(guò)引用以其全文形式結(jié)合在此。
背景技術(shù)：
1、發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及氧化物在襯底上的沉積，具體而言，透明導(dǎo)電氧化物的沉積。
2、相關(guān)技術(shù)討論透明導(dǎo)電氧化物具有各種各樣的應(yīng)用，包括在太陽(yáng)能電池、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、電場(chǎng)裝置、現(xiàn)行裝置(即，觸摸屏)、能效窗(energy efficientwindows)、導(dǎo)電抗反射裝置、電磁干擾屏蔽、加熱器、透明電極，陰極射線管(CRT)顯示器用涂料的應(yīng)用，僅舉幾個(gè)例子。另一重要的應(yīng)用是用于觸敏MEMS裝置，如在例如指紋傳感器等中使用的那些裝置。在許多情況下，導(dǎo)電膜的電性能很重要。
特別是，對(duì)于OLED應(yīng)用，用目前的技術(shù)沉積的膜通常粗糙，導(dǎo)致應(yīng)力梯級(jí)和場(chǎng)集中的問(wèn)題，這可以引起泄漏。此外，在得到膜中的粗糙可以在最相鄰的膜中誘導(dǎo)壽命相關(guān)的缺陷，這可以縮短裝置壽命。此外，可以降低來(lái)自O(shè)LED出射光的亮度。
已經(jīng)由陶瓷靶通過(guò)RF磁控管濺射來(lái)沉積透明導(dǎo)電氧化物。但是，得到膜的表面性質(zhì)通常包括瘤狀體或粗糙，這在得到的膜中可以引起電弧、缺陷、表面粗糙度和其它的有害缺陷。此外，制造陶瓷靶傾向于比制造金屬靶更昂貴。
在用金屬靶沉積透明導(dǎo)電氧化物例如銦錫氧化物(ITO)的在先嘗試出現(xiàn)了大量的問(wèn)題，包括小的工藝窗口、工藝控制性的問(wèn)題、消失的陽(yáng)極效應(yīng)和在膜上的粒子沉積。已經(jīng)放棄了這種嘗試。用陶瓷靶沉積也是困難的，包括粒子、瘤狀物形成和沉積過(guò)程中搭橋的問(wèn)題。在這兩種情況下，膜光滑度成為主要的困難。此外，難以控制膜參數(shù)，如電阻率和透明度。
因此，需要節(jié)省成本的透明導(dǎo)電氧化物更光滑層的沉積，其中對(duì)層性質(zhì)如電阻率和透明度進(jìn)行更大程度的控制。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，提出一種由金屬靶沉積透明導(dǎo)電膜的方法。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的一種形成透明導(dǎo)電氧化物膜的方法包括用襯底偏壓，由脈沖DC反應(yīng)離子工藝沉積透明導(dǎo)電氧化物膜，并且控制至少一個(gè)工藝參數(shù)以提供導(dǎo)電氧化物膜的至少一種特性在一個(gè)特定值下。
于是，根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方案的一種在襯底上沉積透明導(dǎo)電氧化物膜的方法包括將襯底放置于反應(yīng)室中，將功率調(diào)節(jié)至與至反應(yīng)室中的靶耦聯(lián)的脈沖DC電源，調(diào)節(jié)與襯底耦聯(lián)的RF偏壓功率，調(diào)節(jié)進(jìn)入反應(yīng)室中的氣流，和在靶處提供磁場(chǎng)，以在脈沖-dc偏壓反應(yīng)離子沉積工藝中引導(dǎo)透明導(dǎo)電氧化物膜在襯底上的沉積，其中所述的透明導(dǎo)電氧化物膜顯示至少一種特定的性質(zhì)。
得到的透明氧化物膜，其可以是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方案沉積的，可以是銦錫氧化物(ITO)膜。ITO膜可以根據(jù)工藝參數(shù)的改變而顯示各種各樣的材料性質(zhì)。例如，根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方案改變工藝參數(shù)可以導(dǎo)致膜的各種各樣抵抗性質(zhì)和表面光滑度。
下面參考如下附圖對(duì)本發(fā)明的這些以及其它實(shí)施方案進(jìn)行進(jìn)一步討論。
附圖簡(jiǎn)述
圖1A和圖1B圖示了根據(jù)本發(fā)明可以在沉積方法中利用的脈沖DC偏壓反應(yīng)離子沉積裝置。
圖2所示為可以在圖1A和1B所圖示的反應(yīng)器中利用的靶的一個(gè)實(shí)例。
圖3A所示為根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方案的一種銦錫氧化物(ITO)工藝的原子力顯微術(shù)(AFM)圖像。
圖3B所示為使用根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方案的工藝沉積的另一種ITO工藝的原子力顯微術(shù)(AFM)圖像。
圖4所示為根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方案的ITO層在真空中250℃退火前后的體積電阻率作為用于兩種不同的靶功率的氧流量函數(shù)的變化。
圖5所示為根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方案的ITO層在真空中250℃退火前后的薄膜積電阻作為用于兩種不同的靶功率的氧流量函數(shù)的變化。
圖6所示為作為氧流量函數(shù)的靶電流和電壓(最小和最大)。
圖7所示為作為氧流量函數(shù)的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的ITO層的厚度改變。
圖8圖示了用于金屬靶的氧流量和氧分壓之間的關(guān)系。
圖9A-9D圖示了根據(jù)本發(fā)明用陶瓷靶沉積的透明導(dǎo)電氧化物的光滑度。
附圖中，具有相同名稱的元件具有相同或類似的功能。
發(fā)明詳述采用脈沖DC偏壓反應(yīng)離子沉積的材料沉積方法描述于張紅梅等2002年3月16日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)10/101863中，標(biāo)題為“Biased PulseDC Reactive Sputtering of Oxide Films”。靶的制備方法描述于VassilikiMilonopoulou等2002年3月16日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)10/101,341中，標(biāo)題為“Rare-Earth Pre-Alloyed PVD Targets for Dielectric PlanarApplications”。美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)10/101863和美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)10/101,341各自轉(zhuǎn)讓給和本發(fā)明公開相同的受讓人，并且分別以全文形式結(jié)合在此。氧化物材料的沉積方法還描述于美國(guó)專利6,506,289中，該專利也通過(guò)引用以全文形式結(jié)合在此。透明氧化物膜是使用與具體描述于美國(guó)專利6,506,289和美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)10/101863中的方法相類似的方法沉積的。
圖1A顯示了本發(fā)明用于濺射來(lái)自靶12的材料的反應(yīng)器裝置10的示意圖。在一些實(shí)施方案中，裝置10可以從，例如Applied Komatsu，Santa Clara，CA.的AKT-1600PVD(400×500mm襯底大小)體系或者從Applied Komatsu的AKT-4300PVD(600×720mm襯底大小)體系改造。例如，AKT-1600反應(yīng)器含有通過(guò)真空運(yùn)送室連接的三個(gè)沉積室。可以改裝這些Komatsu反應(yīng)器，使得在材料膜沉積過(guò)程中將脈沖DC功率施加在靶上而RF功率施加在襯底上。
裝置10包括通過(guò)濾波器15電耦合到脈沖DC電源14的靶12。在一些實(shí)施方案中，靶12是提供將要沉積在襯底16上的材料的寬區(qū)域?yàn)R射源靶。襯底16平行于靶12并與其相對(duì)。當(dāng)功率施加到靶12時(shí)，靶12起到陰極作用，并且等價(jià)地稱作陰極。向靶12施加功率，產(chǎn)生等離子體53。襯底16通過(guò)絕緣體54電容性地耦合到電極17上。電極17可以耦合到RF電源18。磁鐵20在靶12上方掃描。
對(duì)于脈沖反應(yīng)dc磁控管濺射，如用裝置10進(jìn)行的，由電源14施加在靶12上的功率極性在負(fù)電勢(shì)和正電勢(shì)之間振蕩。在正相期間，靶12表面上的絕緣層被放電而防止形成電弧。為了獲得不產(chǎn)生電弧的沉積，脈沖頻率要超過(guò)臨界頻率，所述的臨界頻率可能取決于靶材料、陰極電流和反轉(zhuǎn)時(shí)間。使用如裝置10中所示的反應(yīng)脈沖DC磁控管濺射可以制造高質(zhì)量的氧化膜。
脈沖DC電源14可以是任何脈沖DC電源，例如Advanced Energy，Inc.的AE Pinnacle plus 10K。使用這種DC電源，可以以在0和350KHz之間的頻率提供最高為10kW的脈沖DC功率。反向電壓可以是負(fù)靶電壓的10％。利用其它電源將導(dǎo)致不同的功率特性、頻率特性和反向電壓百分比?？梢栽?和5μs之間調(diào)節(jié)該電源14實(shí)施方案的反轉(zhuǎn)時(shí)間。
濾波器15防止來(lái)自電源18的偏壓功率耦合到脈沖DC電源14中。在一些實(shí)施方案中，電源18可以是2MHz RF電源，例如ENI，Colorado Springs，Co.制造的Nova-25電源。
在一些實(shí)施方案中，濾波器15可以是2MHz正弦?guī)ё铻V波器。在一些實(shí)施方案中，濾波器的帶寬可以接近100kHz。因此，濾波器15防止了來(lái)自對(duì)襯底16的偏壓的2MHz功率損害電源18。
但是，RF和脈沖DC沉積的膜都不是完全致密的，并且可以含有柱狀結(jié)構(gòu)體。柱狀結(jié)構(gòu)體對(duì)于薄膜應(yīng)用是有害的。通過(guò)在沉積過(guò)程中在晶片16上施加RF偏壓，可以通過(guò)高能離子轟擊將沉積膜致密化，并且可以基本上消除柱狀結(jié)構(gòu)體。
例如，在AKT-1600基體系中，為了在約400×500mm大小的襯底16上沉積膜，靶12可以具有約675.70×582.48×4mm的有效尺寸?？梢詫⒁r底16的溫度保持在-50℃和500℃之間。靶12和襯底16之間的距離可以在約3和約9cm之間?？梢詫⒐に嚉怏w以最高約200sccm的速度插入到裝置10的室中，同時(shí)可以將裝置10室中的壓力保持在約0.7和6毫托之間。磁鐵20提供定向在靶12平面中的強(qiáng)度在約400和約600高斯之間的磁場(chǎng)，并且以小于約20-30秒/掃描的速度移動(dòng)越過(guò)靶12。在一些使用AKT 1600反應(yīng)器的實(shí)施方案中，磁鐵20可以是尺寸約150mm×600mm的環(huán)型磁鐵。
圖2圖示了靶12的一個(gè)實(shí)例。襯底位于載體板17上，直接和靶12的區(qū)域52相對(duì)，在這樣的襯底上沉積的膜具有良好的厚度均勻性。區(qū)域52，如圖1B所示，是暴露于均勻等離子體狀態(tài)下的區(qū)域。在一些實(shí)施中，載體17可以和區(qū)域52共同延伸。圖2顯示的區(qū)域24表示在以下能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)物理和化學(xué)均勻沉積的面積，例如其中物理和化學(xué)均勻性提供折射率的均勻性。圖2顯示提供厚度均勻性的靶12區(qū)域52通常比提供厚度和化學(xué)均勻性的靶12區(qū)域24大。然而，在最佳方法中，區(qū)域52和24是共同延伸的。
在一些實(shí)施方案中，磁鐵20在一個(gè)方向上，例如圖2的Y方向，延伸超出區(qū)域52，使只在一個(gè)方向上，例如X方向上，必需進(jìn)行掃描，以提供時(shí)間平均均勻的磁場(chǎng)。如圖1A和1B所示，可以將磁鐵20在大于均勻?yàn)R射腐蝕區(qū)域52的靶12整個(gè)范圍上掃描。磁鐵20在平行于靶12的平面中移動(dòng)。
均勻的靶12和大于襯底16面積的靶區(qū)域52的組合可以提供厚度高度均勻的膜。而且，沉積的膜的材料性能可以是高度均勻的。靶表面處的濺射條件，如腐蝕的均勻性，靶表面處的等離子體平均溫度以及靶表面和工藝氣相環(huán)境的平衡，是均勻的，其均勻區(qū)域大于或等于涂覆有均勻膜厚度的區(qū)域。另外，具有均勻膜厚度的區(qū)域大于或等于具有高度均勻的光學(xué)性能的膜區(qū)域，所述光學(xué)性能如折射率、密度、透光率或吸收率。
靶12可以由任何材料形成。典型地，金屬材料例如包括In和Sn的組合。因此，在一些實(shí)施方案中，靶12包括由光學(xué)元素的金屬間化合物形成的金屬靶材料，所述的光學(xué)元素如Si、Al、Er和Yb。另外，可以由例如諸如La、Yt、Ag、Au和Eu的材料形成靶12。為了在襯底16上形成光學(xué)活性膜，靶12可以包含稀土離子。在含有稀土離子的靶12的一些實(shí)施方案中，可以將稀土離子預(yù)先和金屬主組分合金化，形成金屬互化物。參見美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)10/101,341。典型的陶瓷靶材料包括氧化鋁、二氧化硅、硅酸鋁和其它這類材料。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，形成材料瓦。將這些瓦安裝在背板上，以形成裝置10的靶?？梢杂删o密堆積的小瓦陣列形成寬區(qū)域?yàn)R射陰極靶。因此，靶12可以包含任意數(shù)量的瓦，例如2到20之間的單獨(dú)的瓦。將瓦最后加工這樣的大小，其中瓦和瓦的非接觸空白小于約0.010″到約0.020″，或者小于0.5毫米，以消除可能出現(xiàn)在瓦30的相鄰?fù)咧g的等離子體過(guò)程。圖1B中，靶12的瓦和暗區(qū)陽(yáng)極或者接地罩19之間的距離可以稍微大一些，以提供非接觸組裝或者為在加工室調(diào)節(jié)或操作過(guò)程中的熱膨脹容限作準(zhǔn)備。
如圖1B所示，可以在覆蓋于襯底16之上的區(qū)域中、靶12和襯底16之間的區(qū)域中創(chuàng)造均勻的等離子體條件?？梢栽谡麄€(gè)靶12下延伸的區(qū)域51中產(chǎn)生等離子體53。靶12的中心區(qū)域52可以經(jīng)歷均勻?yàn)R射腐蝕條件。如下面所要進(jìn)一步討論的，于是在位于中心區(qū)域52下面任何位置的襯底上沉積的層可以具有均勻的厚度和其它性能(即，介電性、光學(xué)指數(shù)或材料濃度)。另外，其中沉積提供沉積膜均勻性的區(qū)域52可以大于沉積提供具有均勻物理或光學(xué)性能的膜的面積，所述的物理或光學(xué)性能如化學(xué)組成或折射系數(shù)。在一些實(shí)施方案中，靶12基本上是平面的，以提供沉積在襯底16上的膜的均勻性。實(shí)際中，靶12的平面性可以是指區(qū)域52中靶表面的所有部分都在平面表面的幾毫米之內(nèi)，并且可以典型地在平面表面的0.5mm之內(nèi)。
可以提供反應(yīng)氣體以擴(kuò)大工藝窗口，所述的反應(yīng)氣體提供離子氧的恒定供給以保持氧化的靶表面?？梢杂糜诳刂票砻嫜趸臍怏w的一些實(shí)例是CO2、水蒸汽、氫、N2O、氟、氦和銫。此外，可以結(jié)合反饋控制系統(tǒng)，以控制在反應(yīng)室中的氧分壓。因此，可以控制寬范圍的氧流量，以在得到的等離子體中保持穩(wěn)定的氧分壓?？梢詫⑵渌愋偷目刂葡到y(tǒng)如靶電壓控制和光學(xué)等離子體發(fā)射控制系統(tǒng)用于控制靶的表面氧化。如圖1A所示，可以在電源14的反饋回路中控制給靶12的功率。此外，氧分壓控制器20可以控制等離子體53中的氧或氬分壓。
在一些實(shí)施方案中，可以利用銦-錫(In/Sn)金屬靶在各種襯底上沉積透明導(dǎo)電氧化物。根據(jù)本發(fā)明的一系列在玻璃上的沉積列于表I中。表I工藝欄中的參數(shù)的格式為(脈沖DC功率/RF偏差功率/脈沖頻率/反轉(zhuǎn)時(shí)間/沉積時(shí)間/Ar流量(sccms/O2流量(sccms)。利用的是銦-錫(In/Sn重量比90％/10％)靶，該靶使用反應(yīng)-脈沖DC(RPDC)工藝，如在美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)10/101,863中所述的工藝。在該工藝中使用向襯底16施加2MHz RF偏壓的電源。與用于每個(gè)分開的沉積的工藝參數(shù)在一起，每種工藝參數(shù)在第一欄中由″槽″號(hào)限定，還列出了對(duì)于每種沉積的靶電壓和靶電壓范圍。
表2所示為通過(guò)使用表1中的工藝參數(shù)而得到的結(jié)果。該結(jié)果包括得到膜的薄膜電阻、厚度、體積電阻率和折射率。再次，第一欄是指沉積的槽號(hào)。每個(gè)槽號(hào)的工藝重復(fù)于表2的第2欄中。由沉積得到的膜所選擇的膜的薄膜電阻列于第3欄中，并且薄膜電阻的均勻度列于第4欄中。通過(guò)所列的工藝沉積的每種膜的膜厚度及其均勻度列于第5和第6欄中。也列出了所選擇的膜的體積電阻ρ。此外。還將在632nm處得到的折射指數(shù)與該指數(shù)的膜均勻性一起列出。表2的評(píng)論部分是指得到的膜的特性是否為透明的、半透明的或金屬的。
圖3A是由表1和2中的槽#5所標(biāo)明的工藝制備的ITO膜的原子力顯微術(shù)(AFM)圖像。該工藝，具有特別低的氧流速(24sccm)，制造出Ra為約70且Rms為約90的粗糙膜。在此特定的氧流量下該膜還看來(lái)似乎是金屬的，并且該膜的粗糙度高。這種膜可以應(yīng)用于大表面積要求，例如太陽(yáng)能電池應(yīng)用。雖然不受任何特定的理論束縛，認(rèn)為該膜的粗糙度反映由在等離子體中的不足的氧流量導(dǎo)致的膜的亞化學(xué)計(jì)量性質(zhì)。如由圖3B可見，在沉積的過(guò)程中將氧流量顯著增加至約36sccm的情況下，該膜光滑。
圖3B是使用由表1和2中的槽#19所述的工藝沉積的ITO膜的原子力顯微術(shù)(AFM)圖像。在該工藝中，將氧流速增加至36sccm。該膜看來(lái)是透明和導(dǎo)電的，并且表面粗糙度是～6Ra和約13的Rms，其對(duì)于OLED要求是可以接受的。如圖3A和3B可見，氧分壓的變化(如由增加的流速所示)對(duì)得到的沉積膜的特性的影響大。
膜層的電阻度和膜層的光滑度可以是相關(guān)的。通常，膜層的電阻率越高，膜層越光滑。圖4所示為ITO在真空中250℃退火前后的體積電阻率作為用于兩種不同的靶功率的氧流量函數(shù)的變化。該膜的體積電阻率隨著氧流速下降而顯示突然向下轉(zhuǎn)變。當(dāng)靶表面由于被氧中毒而成為金屬的時(shí)，發(fā)生這種轉(zhuǎn)變。用于形成圖4中的曲線的數(shù)據(jù)取自表1和2中。
圖5所示為ITO在真空中250℃退火前后的薄膜電阻作為用于兩種不同的靶功率的O2流量函數(shù)的變化。如圖5所示，薄膜電阻跟隨與該膜的體積電阻率類似的走向。
圖6所示為作為氧流速函數(shù)的靶電流和電壓(最小和最大)。靶電壓隨著氧流速降低而增加。由此可見，在40sccm氧流速下，通過(guò)重復(fù)沉積，靶電壓不是恒定的。這說(shuō)明調(diào)節(jié)施加給靶12的功率的靶電壓反饋控制系統(tǒng)對(duì)保持靶電壓恒定的效用。因此，如圖1A所示，PDC電源14可以包括反饋回路，以控制在靶12上的電壓。
圖7所示為作為以sccm表示的氧流速函數(shù)的得到的膜的厚度改變。該膜的厚度隨著氧流量降低而增加，但是可以制備不透明的金屬膜，因此，選擇正確的氧流量和利用氧流量反饋控制系統(tǒng)以控制材料的特性如透明度和導(dǎo)電性可能是所期望的。
在一些實(shí)施方案中，代替氧流速的是，可以用反饋系統(tǒng)20(參見圖1A)控制氧分壓?？刂蒲醴謮嚎梢詫?duì)等離子體的氧含量提供更好的控制，因此可以對(duì)得到的膜的氧含量提供更好的控制，并且可以更好地控制膜特性。圖8圖示了流速和分壓之間的關(guān)系。如從圖8可見，為了達(dá)到飽和區(qū)域(例如，當(dāng)靶12完全被氧中毒時(shí))，要求流速不增加。在一些實(shí)施方案中，反應(yīng)器10可以包括控制氧流量的分壓反饋回路控制器20，以保持在等離子體中的所期望的氧分壓。這種控制器可以是IRESS系統(tǒng)，可以購(gòu)自Advanced Energy，Inc.，F(xiàn)t.Collins，Colorado。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)膜參數(shù)，如電阻率、光滑度和透明度高度取決于氧分壓，因此，可以通過(guò)調(diào)節(jié)氧分壓來(lái)控制得到的沉積層的這些特性。
本發(fā)明的一些實(shí)施方案可以用陶瓷靶沉積?？梢岳玫囊环N示例靶是ITO(In/Sn 90/10)陶瓷靶。表3說(shuō)明了一些根據(jù)本發(fā)明利用陶瓷靶沉積ITO的示例工藝。將得到膜的體積電阻率、薄膜電阻、電阻、厚度、沉積速率和折射指數(shù)與沉積中利用的工藝參數(shù)一起示出。圖9A顯示對(duì)應(yīng)于表3中批號(hào)#10的透明導(dǎo)電氧化物膜的AFM繪圖。圖9B顯示對(duì)應(yīng)于表3中批號(hào)#14的透明導(dǎo)電氧化物膜的AFM繪圖。圖9C顯示對(duì)應(yīng)于表3中批號(hào)#16的透明導(dǎo)電氧化物膜的AFM繪圖。圖9D顯示對(duì)應(yīng)于表3中批號(hào)#6的透明導(dǎo)電氧化物膜的AFM繪圖。
圖9A至9D圖示了利用陶瓷靶沉積的ITO選擇性沉積的粗糙度。在圖9A中，所示最粗糙表面的膜是使用3kW RF功率，100W偏壓，3sccm O2和60sccm Ar在280℃下沉積的。在100秒的沉積時(shí)間，該層生長(zhǎng)至1200的厚度，并且顯示的薄膜電阻為51歐姆/sq。圖9A中所示的粗糙度由Ra＝2.3nm且RMS為21nm來(lái)表征。
圖9B中所示的ITO膜是使用3kW RF功率，300W偏壓，3sccm O2和60sccm Ar在280℃下沉積的。圖9B中所示的層在100秒生長(zhǎng)至1199的厚度。圖9B中的層顯示的薄膜電阻為39歐姆/sq。圖9B中所示的粗糙度由Ra＝1.1nm且Rmax為13nm表征。
圖9C中所示的ITO膜是使用3kW RF功率，300W偏壓，3sccm O2，30sccm Ar在280℃下沉積的。該層在100秒的沉積時(shí)間下生長(zhǎng)至1227的厚度，并且顯示的薄膜電阻為57歐姆/sq。圖9C中所示的粗糙度可以由Ra＝0.88nm且Rmax為19.8nm來(lái)表征。
圖9D中所示的ITO膜是使用1.5kW RF功率，300W偏壓，0sccm O2，30sccm Ar在280C下沉積的。該層在100秒的沉積時(shí)間下生長(zhǎng)至580的厚度，并且顯示的薄膜電阻為106歐姆/sq。圖9C中所示的粗糙度可以由Ra＝0.45nm且Rmax為4.6nm來(lái)表征。
利用此處所述的示例性沉積，可以將透明氧化物膜的粗糙度和電阻率調(diào)節(jié)至特定的應(yīng)用。一般而言，可以獲得特別高的電阻率，這對(duì)于觸敏裝置是有用的。如表3所示，薄膜電阻的范圍從試驗(yàn)#14的約39Ω/sq至試驗(yàn)#1的約12,284Ω/sq。因此，工藝參數(shù)的謹(jǐn)慎改變可以在特別寬的范圍內(nèi)控制薄膜電阻?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)得到低的電阻率，用于諸如OLEDS和MEMS顯示裝置之類的裝置。如表3中所說(shuō)明的，可以將體積電阻率控制在約2E-4微歐姆-cm至約0.1微歐姆-cm。此外，可以控制其它參數(shù)，如膜的折射指數(shù)和透明度。
此外，透明導(dǎo)電氧化物層的沉積，例如可以用稀土離子如鉺或鈰離子摻雜的ITO的沉積，可以用來(lái)形成顏色變換層和發(fā)光源。在一些實(shí)施方案中，可以將稀土摻雜的靶制成單片，以確保摻雜的均勻性。在靶中可以完成共摻雜。
還可以開發(fā)用于其它金屬導(dǎo)電氧化物的類似工藝。例如，氧化鋅膜的沉積。此外，如表3中的實(shí)例中所見，可以進(jìn)行低溫沉積。例如，可以在低至約100℃的溫度下沉積根據(jù)本發(fā)明的透明導(dǎo)電氧化物。這么低溫度的沉積對(duì)于在溫度敏感的材料如塑料上沉積可能是重要的。
根據(jù)本發(fā)明的其它薄膜層包括沉積其它金屬氧化物以形成導(dǎo)電和半導(dǎo)電的膜?？梢詫⒏鶕?jù)本發(fā)明形成的薄膜用于許多裝置，包括但不限于，顯示器、光電裝置(photovoltaics)、光傳感器、觸摸屏和EMI屏蔽。
此處公開的本發(fā)明實(shí)施方案僅是實(shí)例，而不是用于限制。而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到在此處公開的本發(fā)明實(shí)施方案中的變體，這將包括在本發(fā)明內(nèi)容的范圍和精神之內(nèi)。同樣，本發(fā)明僅受后附權(quán)利要求的限制。
表I
表II
表III
表III(續(xù))
權(quán)利要求
1.一種形成透明導(dǎo)電氧化物膜的方法，該方法包括用襯底偏壓，由脈沖DC反應(yīng)離子工藝沉積透明導(dǎo)電氧化物膜；和控制至少一個(gè)工藝參數(shù)以提供導(dǎo)電氧化物膜的至少一種在一個(gè)特定值下的特性。
2.權(quán)利要求1的方法，其中控制至少一個(gè)工藝參數(shù)包括控制氧分壓。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述透明導(dǎo)電氧化物膜包括銦-錫氧化物。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一種特性包括薄膜電阻。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一種特性包括膜粗糙度。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述透明導(dǎo)電氧化物膜包括銦-錫氧化物膜，并且膜粗糙度的特征在于，Ra小于約10nm，其中Rms小于約20nm。
7.權(quán)利要求4的方法，其中可以在約2×10-4微歐姆-cm至約0.1微歐姆-cm之間改變體積電阻。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一個(gè)工藝參數(shù)包括向靶供給的功率。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一個(gè)工藝參數(shù)包括氧分壓。
10.權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一個(gè)工藝參數(shù)包括偏壓功率。
11.權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一個(gè)工藝參數(shù)包括沉積溫度。
12.權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一個(gè)工藝參數(shù)包括氬分壓。
13.權(quán)利要求1的方法，該方法還包括供給金屬靶。
14.權(quán)利要求1的方法，該方法還包括供給陶瓷靶。
15.權(quán)利要求1的方法，其中所述透明導(dǎo)電氧化物膜摻雜有至少一種稀土離子。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述至少一種稀土離子包括鉺。
17.權(quán)利要求15的方法，其中所述至少一種稀土離子包括鈰。
18.一種在襯底上沉積透明導(dǎo)電氧化物膜的方法，該方法包括將襯底放置于反應(yīng)室中；將功率調(diào)節(jié)至與反應(yīng)室中的靶耦聯(lián)的脈沖DC電源；調(diào)節(jié)與襯底耦聯(lián)的RF偏壓功率；調(diào)節(jié)進(jìn)入反應(yīng)室中的氣流；和在靶處提供磁場(chǎng)，以在脈沖-dc偏壓反應(yīng)離子沉積工藝中引導(dǎo)透明導(dǎo)電氧化物膜在襯底上的沉積，其中所述的透明導(dǎo)電氧化物膜顯示至少一種特定的性質(zhì)。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述的透明導(dǎo)電氧化物膜的至少一種特定的性質(zhì)是由所述脈沖-dc偏壓反應(yīng)離子沉積工藝的參數(shù)確定的。
20.權(quán)利要求19的方法，其中所述至少一種特定的性質(zhì)包括所述的透明導(dǎo)電氧化物膜的電阻率。
21.權(quán)利要求19的方法，其中所述的透明導(dǎo)電氧化物膜包括銦-錫氧化物膜。
22.權(quán)利要求19的方法，其中所述的參數(shù)包括氧分壓。
23.權(quán)利要求19的方法，其中所述的參數(shù)包括偏壓功率。
24.權(quán)利要求18的方法，其中所述的靶可以包括至少一種稀土離子。
25.權(quán)利要求24的方法，其中所述至少一種稀土離子包括鉺。
26.權(quán)利要求24的方法，其中所述至少一種稀土離子包括鈰。
全文摘要
提出了一種由金屬靶沉積透明導(dǎo)電膜的方法。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案形成透明導(dǎo)電氧化物膜的方法包括用襯底偏壓，由脈沖DC反應(yīng)離子工藝沉積透明導(dǎo)電氧化物膜，并且控制至少一個(gè)工藝參數(shù)以影響導(dǎo)電氧化物膜的至少一種特性。得到的透明氧化物膜，其在某些實(shí)施方案中可以是銦－錫氧化物膜，可以根據(jù)工藝參數(shù)的改變而顯示各種各樣的材料性質(zhì)。例如，改變工藝參數(shù)可以導(dǎo)致膜具有各種各樣抵抗性質(zhì)和膜的表面光滑度。
文檔編號(hào)C23C14/00GK1826423SQ200480020874
公開日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2004年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月23日
發(fā)明者理查德·歐內(nèi)斯特·德馬雷, 穆昆丹·納拉辛漢 申請(qǐng)人:希莫菲克斯公司