JP6080167B2 - 薄膜トランジスタ用途に用いられる砒化ガリウムに基づく材料 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は一般に、薄膜トランジスタデバイスの製造方法に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、薄膜トランジスタデバイスで利用されるＩＩＩ−Ｖ族に基づく材料に関する。
プラズマディスプレイパネル及び液晶ディスプレイは、フラットパネルディスプレイで頻繁に用いられる。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、共に連結し、間に液晶材料の層を挟み込んだ２枚のガラス基板を一般的に備える。ガラス基板は、半導体基板であり得、又は透明な基板、例えばガラス、石英、サファイア、又は透明なプラスチック膜であり得る。ＬＣＤは、背面照明用の発光ダイオードも備え得る。
液晶ディスプレイに対して解像度の要求が高まるにつれて、ピクセルと呼ばれる液晶セルの分離区域を多数制御することが望ましいこととなった。近代的なディスプレイパネルでは、１，０００，０００個を超えるピクセルが存在し得る。各ピクセルが、基板上に配置されるその他のピクセルと比較して、励磁状態及び無励磁状態の間で切替え可能であるように、少なくとも同数のトランジスタが、ガラス基板上に形成される。
近年、高速動作スピードを提供する低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）ＴＦＴ、及び微結晶性シリコンＴＦＴが開発された。ＴＦＴデバイスは、上部に配置された任意選択的な誘電体層を有する又は有さない光学的に透明な基板上に形成されるソース領域、半導体（又は、例えばチャンネル領域と呼ばれる）、及びドレイン領域と共に構築されるＭＯＳデバイスを一般的に含む。その後、ゲート誘電体層が、ソース領域の上部に堆積し、半導体領域（又は、例えばチャンネル領域と呼ばれる）及びドレイン領域は、ゲート電極を半導体（又は、例えばチャンネル領域と呼ばれる）、ソース及びドレイン領域と分離する。ゲート電極は、ゲート誘電体層の上部に形成される。ＴＦＴデバイスの性能は、ＭＯＳ構造を形成する堆積膜の質に依存する。ＭＯＳデバイスの重要な性能要素は、半導体層（又は、例えばチャンネル層と呼ばれる）、ゲート誘電体層、及び半導体層（又は、例えばチャンネル層と呼ばれる）の質、並びにゲート誘電体層インターフェイスである。半導体層（又は、例えばチャンネル領域と呼ばれる）の質は、近年多くの注目を浴びるようになった。
したがって、安定で、信頼性のあるデバイス性能を提供するために、膜質が改善した半導体層を形成する必要性が存在する。
本発明の実施形態は、薄膜トランジスタデバイスで利用されるＩＩＩ−Ｖ族に基づく材料を形成する方法を提供する。１つの実施形態では、溶液に基づく前駆体から形成されたドーパントを含む、又は含まない砒化ガリウムに基づく（ＧａＡｓ）層は、薄膜トランジスタデバイスで利用可能である。溶液に基づく前駆体から形成された砒化ガリウムに基づく（ＧａＡｓ）層は、デバイス性能及びデバイススピードを改善するために、薄膜トランジスタデバイスに組み込まれ得る。１つの実施形態では、薄膜トランジスタ構造は、基板上に配置されるゲート絶縁体層、前記ゲート絶縁体層上部に配置されるＧａＡｓに基づく層、及び前記ＧａＡｓに基づく層に隣接して配置されるソース−ドレイン金属電極層を備える。
別の実施形態では、薄膜トランジスタ構造を形成する方法は、その上に配置された誘電体層を有する基板を処理チャンバに提供することと、溶媒中に配置されたＧａＡｓ含有前駆体を処理チャンバに供給することと、基板上にＧａＡｓに基づく層を形成するために、処理チャンバ内でＧａＡｓ含有前駆体の溶媒を蒸発させることと、及び薄膜トランジスタ構造を形成するために、ＧａＡｓに基づく層に隣接してソース−ドレイン金属電極層を形成することとを含む。
なおも別の実施形態では、薄膜トランジスタデバイスを形成する方法は、薄膜トランジスタ構造内にＧａＡｓに基づく材料を形成する方法を含み、その上に形成された誘電体層を有する基板を提供することと、前記誘電体層上に配置される半導体層を形成することであって、前記半導体層が、溶液に基づくＧａＡｓに基づく層から作製されることと、前記半導体層に隣接してソース−ドレイン金属電極層を形成することとをさらに含む。
なおも別の実施形態では、ＧａＡｓに基づく材料を基板上に形成する方法は、電気流体力学ジェットシステム内に基板を提供することと、複数のＧａＡｓ液滴を前記基板上に印刷することであって、前記ＧａＡｓ液滴が、システム内に配置された溶液に基づくＧａＡｓ前駆体から供給されることとを含む。
列挙された本発明の上記特性が実現するように、また詳細に理解可能となるように、上記を簡潔にまとめた本発明について、添付の図面で説明される本発明の実施形態を参照することによりさらに具体的に説明する。
薄膜トランジスタデバイス構造の一実施形態の断面図である。 薄膜トランジスタデバイス構造の一実施形態の断面図である。 薄膜トランジスタデバイス構造の一実施形態の断面図である。 薄膜トランジスタデバイス構造の一実施形態の断面図である。 薄膜トランジスタデバイス構造の一実施形態の断面図である。 薄膜トランジスタデバイス構造の一実施形態の断面図である。 本発明の１つの実施形態による、ＧａＡｓに基づく太陽電池を製造する方法のフロー図である。 エアゾール支援化学気相堆積法（ＡＡＣＶＤ）に関する１つの実施形態の単純化した断面斜視図である。 高速熱処理チャンバに関する１つの実施形態の単純化した断面斜視図である。 電気流体力学ジェット（Ｅ−ジェット）印刷システムの１つの実施形態に関する単純化された断面斜視図である。
理解しやすくするために、可能な場合には、上記図で共通する同一元素を指定するのに同一参照番号を用いた。１つの実施形態のいくつかの元素及び特性は、さらに詳述しなくてもその他の実施形態にも有利に組み込み可能であるものと考えられる。
ただし、添付の図面は、本発明の代表的な実施形態を説明するに過ぎず、また本発明はその他の同じように有効な実施形態を認め得るので、したがって本発明の範囲を制限するものとはみなされないことに留意されたい。
本開示の実施形態は、薄膜トランジスタデバイスで利用可能なＩＩＩ−Ｖ族に基づく材料を形成する方法を提供する。１つの実施形態では、薄膜トランジスタデバイスを形成するのに利用可能なＩＩＩ−Ｖ族の材料として、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料が挙げられる。砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料は、ＧａＡｓの事前設計された溶液から作製可能である。砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料は、フォトダイオード、半導体ダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）、又は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、又はその他の適するディスプレイ用途でも利用可能である。砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料は、膜移動度及び安定性が高く、また膜漏損が低い特性をもたらし、こうしてトランジスタデバイスの電気的性能を効果的に増強する。砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料は、上記用途以外のその他の適するデバイスでも利用可能であることに留意されたい。
図１は、本開示の１つの実施形態による、底部ゲート構造薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）デバイス１００を表す。デバイス１００は、ゲート絶縁体層１０４で覆われ、基板１０２上に配置されたゲート電極層１０６を備える。半導体層１０８（又は、例えば半導体活性層、活性層、又はチャンネル層と呼ばれる）は、従来、アモルファスシリコン層又は低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）層から多くの場合作製され、ゲート絶縁体層１０４上部に配置される。ｎ−型又はｐ−型の層１１０ａ、１１０ｂからなる、薄いドープされた半導体層は、半導体層１０８上部に配置される。ドープされた半導体層１１０ａ、１１０ｂを形成した後、ソース−ドレイン金属電極層１１２ａ、１１２ｂが、次にその上に配置され、次にパッシベーション層１１４が、その後その上に形成されて、薄膜トランジスタデバイス１００が形成される。半導体層１０８を製造する際には、従来型のシリコン含有層を用いる代わりに、ＩＩＩ−Ｖ族の材料が、薄膜トランジスタ１００内に半導体層１０８及び薄いドープされた半導体層１１０ａ、１１０ｂとして形成するのに利用可能であるように、形成するのに利用可能である。ＩＩＩ−Ｖ族の材料の例として、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料が挙げられる。砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料は、トランジスタデバイス性能及びスピードが改善するように、電子移動度が高く、バンドギャップが幅広い特性を提供し得ると考えられている。したがって、半導体層１０８、及び薄いドープされた半導体層１１０ａ、１１０ｂとして砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料を用いれば、薄膜トランジスタ１００に良好なデバイス性能をもたらすと考えられている。砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料又はドープされた砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料の製造に関する詳細は、図７〜９を参照しながら以下で議論される。
１つの実施形態では、基板１０２は、薄膜トランジスタをその上部に形成するのに適するガラス基板、プラスチック基板、ポリマー基板、金属基板、単一の基板、ロールツーロール基板、又はその他の適する透明基板のうちの任意の１つであり得る。ゲート電極層１０６は、任意の適する金属材料、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化インジウムスズ亜鉛（ＩＴＺＯ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）の合金、タンタル（Ｔａ）及び金（Ａｕ）の合金、ゲルマニウム（Ｇｅ）及び金（Ａｕ）の合金、モリブデン（Ｍｏ）、ＩｎＧａＺｎＯ、ＩｎＧａＺｎＯＮ、ＺｎＯ、ＺｎＯＮ、ＺｎＳｎＯ、ＣｄＳｎＯ、ＧａＳｎＯ、ＴｉＳｎＯ、ＣｕＡｌＯ、ＳｒＣｕＯ、ＬａＣｕＯＳ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、若しくはＩｎＧａＡｌＮ、又はこれらを組み合わせたもの等から作製可能性である。ゲート絶縁体層１０４用の適する材料として、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、又は窒化ケイ素（ＳｉＮ）、高−ｋ材料、例えばＨｆＯ２、又はその他の適する材料等を挙げることができる。ソース−ドレイン金属電極層１１２ａ、１１２ｂは、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）の合金、タンタル（Ｔａ）及び金（Ａｕ）の合金、ゲルマニウム（Ｇｅ）及び金（Ａｕ）の合金、アルミニウム（Ａｌ）及びコバルト（Ｃｏ）の合金からなる群より選択される金属材料、モリブデン（Ｍｏ）の間に挟み込まれたアルミニウム層（Ａｌ）を有する膜スタックを含む複合層、これらの合金、及びこれらを組み合わせたものより作製され得る。パッシベーション層１１４は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、又は窒化ケイ素（ＳｉＮ）、適するポリマー材料、例えばポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等を含む誘電性の材料より作製され得る。
図２は、本開示の１つの実施形態による上部金属ゲート構造薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）デバイス２００を表す。デバイス２００には、基板２０２背部側上部に配置される金属ゲート電極２０４が含まれる。絶縁体層２０３は、金属ゲート電極２０４が形成される基板２０２の側とは反対側（例えば、前側）に形成され得る。半導体層２０６（又は、例えば半導体活性層、活性層、又はチャンネル層と呼ばれる）は、従来、アモルファスシリコン層又は低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）層から多くの場合作製され、絶縁体層２０３上部に配置される。その後、ソース−ドレイン金属電極層２０８ａ、２０８ｂが、半導体層２０６上部に配置されて、薄膜トランジスタデバイス２００が形成される。半導体層２０６を製造する際には、従来型のシリコン含有層を用いる代わりにＩＩＩ−Ｖ族の材料が、薄膜トランジスタ２００内に半導体層２０６として形成するのに利用可能であるように、形成するのに利用可能である。ＩＩＩ−Ｖ族の材料の例として、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料が挙げられる。砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料は、トランジスタデバイス性能及びスピードが改善するように、電子移動度が高く、バンドギャップが幅広い特性を提供することができると考えられている。したがって、半導体層２０６として砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料を用いることは、００に良好なデバイス性能をもたらすと考えられている。砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料、又はドープされた砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料の製造に関する詳細は、図７〜９を参照しながら以下で議論される。
金属ゲート電極２０４、絶縁体層２０３、及びソース−ドレイン金属電極層２０８ａ、２０８ｂを形成するのに利用可能である材料は、図１を参照しながら上記で議論した、金属ゲート電極１０６、ゲート絶縁体層１０４、及びソース−ドレイン金属電極層１１２ａ、１１２ｂを形成するのに利用される材料と類似し得る。
図３は、本開示の１つの実施形態による薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）デバイス３００を表す。デバイス３００は、基板３０２上部に配置される半導体層３０４（又は、半導体活性層、活性層、若しくはチャンネル層と呼ばれる）を備える。絶縁体層３０８は、半導体層３０４上部、パターン化されたソース−ドレイン金属電極層３０６ａ、３０６ｂの間に形成され得る。ゲート電極層３１０は、次に絶縁体層３０８上部に配置されて、薄膜トランジスタデバイス３００を形成する。半導体層３０４を製造する際には、従来型のシリコン含有層を用いる代わりに、ＩＩＩ−Ｖ族の材料が、薄膜トランジスタ３００内に半導体層３０４として形成するのに利用可能であるように、形成するのに利用可能である。ＩＩＩ−Ｖ族の材料の例として、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料が挙げられる。砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料は、トランジスタデバイス性能及びスピードが改善するように、電子移動度が高く、バンドギャップが幅広い特性を提供することができると考えられている。したがって、半導体層３０４として砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料を用いれば、薄膜トランジスタ３００に良好なデバイス性能をもたらすと考えられている。砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料、又はドープされた砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料の製造に関する詳細は、図７〜９を参照しながら以下で議論される。
金属ゲート電極層３１０、絶縁体層３０８、及びソース−ドレイン金属電極層３０６ａ、３０６ｂを形成するのに利用可能である材料は、図１を参照しながら上記した金属ゲート電極１０６、ゲート絶縁体層１０４、及びソース−ドレイン金属電極層１１２ａ、１１２ｂを形成するために利用される材料と類似し得る。
図４は、本開示の１つの実施形態による薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）デバイス４００を表す。デバイス４００は、基板４０２上に配置されたバッファー酸化物層４０４を備える。半導体層４１２（又は、例えば半導体活性層、活性層、又はチャンネル層と呼ばれる）は、パターン化されソース−ドレイン金属電極層４０６ａ、４０６ｂの間に配置される。ゲート絶縁体層４０８が、次に半導体層４１２上部に配置され、金属ゲート電極層４１０がこれに続く。半導体層４１２を製造する際には、従来型のシリコン含有層を用いる代わりに、ＩＩＩ−Ｖ族の材料が、薄膜トランジスタ４００内に半導体層４１２として形成するのに利用可能であるように、形成するのに利用可能である。ＩＩＩ−Ｖ族の材料の例として、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料が挙げられる。砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料は、トランジスタデバイス性能及びスピードが改善するように、電子移動度が高く、バンドギャップが幅広い特性を提供することができると考えられている。したがって、半導体層４１２として砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料を用いれば、薄膜トランジスタデバイス４００に良好なデバイス性能をもたらすと考えられている。砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料又はドープされた砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料の製造に関する詳細は、図７〜９を参照しながら以下で議論される。
金属ゲート電極４１０、ゲート絶縁体層４０８、及びソース−ドレイン金属電極層４０６ａ、４０６ｂを形成するのに利用可能な材料は、図１を参照しながら上記した、金属ゲート電極１０６、ゲート絶縁体層１０４、及びソース−ドレイン金属電極層１１２ａ、１１２ｂを形成するのに利用される材料と類似し得る。
図５は、本開示の１つの実施形態による薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）デバイス５００を表す。デバイス５００は、基板５０２上部に配置される金属ゲート電極層５０４を含む。ゲート絶縁体層５０６は、金属ゲート電極５０４上部に配置される。半導体層５０８（又は、例えば半導体活性層、活性層、又はチャンネル層と呼ばれる）は、ゲート絶縁体層５０６上部に配置される。その後、パッシベーション層５１２が、半導体層５０８上部、パターン化されたソース−ドレイン金属電極層５１０ａ、５１０ｂの間に配置される。半導体層５０８を製造する際には、従来型のシリコン含有層を用いる代わりに、ＩＩＩ−Ｖ族の材料が、薄膜トランジスタ５００内に半導体層５０８として形成するのに利用可能であるように、形成するのに利用可能である。ＩＩＩ−Ｖ族の材料の例として、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料が挙げられる。砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料は、トランジスタデバイス性能及びスピードが改善するように、電子移動度が高く、バンドギャップが幅広い特性をもたらすことができると考えられている。したがって、半導体層５０８として砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料を用いれば、薄膜トランジスタデバイス５００に良好なデバイス性能をもたらすと考えられている。砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料、又はドープされた砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料の製造に関する詳細は、図７〜９を参照しながら以下で議論される。
パッシベーション層５１２、金属ゲート電極層５０４、ゲート絶縁体層５０６、及びソース−ドレイン金属電極層５１０ａ、５１０ｂを形成するのに利用可能である材料は、図１を参照しながら上記したパッシベーション層１１４、金属ゲート電極層１０６、ゲート絶縁体層１０４、及びソース−ドレイン金属電極層１１２ａ、１１２ｂを形成するのに利用される材料と類似し得る。
図６は、本開示の１つの実施形態による薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）デバイス６００を表す。デバイス６００は、基板６０２上部に配置されるゲート絶縁体層６０４を備える。半導体層６０６（又は、例えば半導体活性層、活性層、又はチャンネル層と呼ばれる）が、ゲート絶縁体層６０４上に配置される。パターン化されたソース−ドレイン電極層６０８ａ、６０８ｂが、次に半導体層６０６上に配置される。その後、パッシベーション層６１０が、パターン化されたソース−ドレイン電極層６０８ａ、６０８ｂ上に配置される。半導体層６０６を製造する際には、従来型のシリコン含有層を用いる代わりに、ＩＩＩ−Ｖ族の材料が、薄膜トランジスタ６００内に半導体層６０６として形成するのに利用可能であるように、形成するのに利用可能である。ＩＩＩ−Ｖ族の材料の例として、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料が挙げられる。砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料は、トランジスタデバイス性能及びスピードが改善するように、電子移動度が高く、バンドギャップが幅広い特性をもたらすことができると考えられている。したがって、半導体層６０６として砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料を用いれば、薄膜トランジスタデバイス６００に、より高い電子移動度がもたらされ、そして良好なデバイス性能が取得可能であると考えられている。砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料、又はドープされた砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料の製造に関する詳細は、図７〜９を参照しながら以下で議論される。
パッシベーション層６１０、ゲート絶縁体層６０４、及びソース−ドレイン金属電極層６０８ａ、６０８ｂを形成するのに利用可能である材料は、図１を参照しながら上記したパッシベーション層１１４、金属ゲート電極層１０６、ゲート絶縁体層１０４、及びソース−ドレイン金属電極層１１２ａ、１１２ｂを形成するのに利用される材料と類似し得る。
図１〜６は、ＩＩＩ−Ｖ族の材料、例えば砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料、又はドープされた砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に基づく材料から形成され得る半導体層を有する薄膜トランジスタの代表的な実施形態を示すに過ぎないことことに留意されたい。半導体層、ドープされた半導体層、又は内部に形成されたその他の適する活性又は非活性な層を有する、本明細書では説明されなかったその他の薄膜デバイスも、図７〜９を参照しながら以下に記載する方法により、ＩＩＩ−Ｖ族の材料として形成されるのに適する可能性がある。
図７は、溶液に基づくＩＩＩ−Ｖ族の材料、例えば薄膜トランジスタデバイスで利用される溶液に基づくＧａＡｓ層等、例えば図１〜６に示す薄膜トランジスタデバイス１００、２００、３００、４００、５００、６００内に形成される半導体層１０８、２０６、３０４、４１２、５０８、６０６、又はドープされた半導体層１１０ａ、１１０ｂ等を形成するための処理順序７００の１つの実施形態に関するフロー図を表す。半導体層１０８、２０６、３０４、４１２、５０８、６０６、又はドープされた半導体層１１０ａ、１１０ｂが、ＧａＡｓに基づく材料として構成される実施形態では、これらの層も、やはり図７に示すような処理順序７００により製造され得る。図７は、ＧａＡｓに基づく層を製造するプロセスのみを説明目的で示していること、及び本発明の範囲を制限し、又は製造可能な特定の型の層に限定するように意図されていないことに留意されたい。本明細書に記載する本発明の基本的な範囲から逸脱せずに、しかるべき場合には、１つ又は複数のステップの追加、削除、及び／又は再配列が可能であるため、図７に説明するステップの番号及び順序は、本明細書に記載する本発明の範囲に対して制限を加えるようには意図されていないことに留意すべきである。
処理順序７００は、図１〜６に示すように、基板上で薄膜トランジスタデバイスが形成されるように構成された基板、例えば基板１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２を提供することにより、ステップ７０２にて開始する。１つの実施形態では、基板１０２は、ガラス基板、プラスチック基板、ポリマー基板、金属基板、単一基板、ロールツーロール基板、透明な基板、シリコン含有基板、例えば単結晶シリコン基板、多結晶性シリコン基板等、ガラス基板、石英基板、又はその他の適する材料、又は薄膜トランジスタを上部に形成するのに適するその他の適する透明基板のうちの任意の１つであり得る。基板は、ＧａＡｓに基づく層として、半導体層１０８、２０６、３０４、４１２、５０８、６０６、又はドープされた半導体層１１０ａ、１１０ｂが容易に形成されるように、予めその上に形成された層を有し得る。
ステップ７０４では、基板上にＧａＡｓ層を堆積させるためにＧａＡｓ堆積プロセスが実施される。ＧａＡｓ堆積プロセスは、半導体層１０８、２０６、３０４、４１２、５０８、６０６、又はドープされた半導体層１１０ａ、１１０ｂとして、ＧａＡｓ層を基板１０２上に配置するのに役立つように、事前設計された溶液に基づくＧａＡｓ前駆体を、原料前駆体として処理チャンバに提供することにより実施される。
事前設計された溶液に基づくＧａＡｓ前駆体は、溶液状態のガリウム複合体及び砒素複合体からなる混合物を含み、溶液状態のガリウム−砒素複合体を形成する。１つの実施形態では、事前設計された溶液に基づくＧａＡｓ前駆体内に形成されるガリウム−砒素複合体は、以下に示すようなＧａＡｓ二量体（−ＧａＡｓ−）、ＧａＡｓ四量体（−Ｇａ２Ａｓ２−）、又はＧａＡｓ六量体（−Ｇａ３Ａｓ３−）構造を一般的に有する。
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ＧａＡｓ二量体（−ＧａＡｓ−）、ＧａＡｓ四量体（−Ｇａ２Ａｓ２−）、又はＧａＡｓ六量体（−Ｇａ３Ａｓ３−）構造は、比較的安定な複合体であり、したがってこれらは比較的安定な状態で液体溶液中に配置又は保管される優良な候補として位置づけられると考えられている。この比較的安定な溶液に基づくＧａＡｓ前駆体を利用することにより、ＧａＡｓ溶液は、高い均一性及び良好な膜品質を伴いつつ、基板上に送達、注入、スプレイ、及びコーティング可能となり、こうして所望の膜特性及び高い膜特性を有する信頼性及び再現性のあるＧａＡｓ層を提供する。
事前設計された溶液内で安定な複合体としてＧａＡｓ原料前駆体を形成するために、ＧａＡｓ二量体、ＧａＡｓ四量体、又はＧａＡｓ六量体は、これに連結した異なる官能基を有し得る。ＧａＡｓ複合体は、式Ｒｘ（ＧａＡｓ）ｙＲ’ｚを有し得るが、式中ｘ、ｙ、及びｚは１〜１５の整数であり、Ｒ及びＲ’は同一の官能基等であってもなくてもよい。ＧａＡｓ二量体、ＧａＡｓ四量体、又はＧａＡｓ六量体中のＧａ及びＡｓ元素に連結し得る官能基として、アルキル基、例えばメチル（ＣＨ３−）、エチル（Ｃ２Ｈ５−）、プロピル（Ｃ３Ｈ７−）、ブチル（Ｃ４Ｈ９−）、ペンチル（Ｃ５Ｈ１１）等、イソプロピル、及びその他の類似異性体、芳香族基、例えばベンザル、スチレン、トルエン、キシレン、ピリジン、エチルベンゼン、アセトフェノン、メチルベンゾエート、酢酸フェニル、フェノール、クレゾール、フラン等、脂環基、例えばシクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロペンタジエン、トルエン等、アミノ基、例えばＮＲ２（Ｒはアルキル基）、−ＳｉＲ３、−Ｏ−Ｒ、−Ｓ−Ｒ、−ＰＲ３、−ＰＯＲ３、ハロゲン、２，３，５，６−テトラメチル−１，４−ベンゾキノン、又はテトラメチル−ｐ−ベンゾキノン、二座配位子、エクスペディアス配位子、アミンピラニン、立体障害配位子等が挙げられる。１つの代表的な実施形態では、アミノ基、例えばＮＲ２（Ｒはアルキル基）及び立体障害配位子が、ＧａＡｓ二量体、ＧａＡｓ四量体、又はＧａＡｓ六量体に連結した官能基として選択される。
ＧａＡｓ複合体は、溶液中で高い溶解度及び安定性を有することが必要である。したがって、ＧａＡｓ複合体内で形成するように選択される官能基は、クラスター内において１：１の化学量論がプレアクティブとなる、又は形成されるのが望ましい。さらに、官能基は、低温でＧａＡｓに分解可能であることも望まれる。さらに、官能基とＧａ元素との間、及び／又は官能基とＡｓ元素との間の結合エネルギーは、Ｇａ−Ａｓ結合をなす結合エネルギーより弱くなるように構成される。この構成により、堆積反応期間中、官能基とＧａ及び／又はＡｓ元素との間の結合は、ＧａＡｓ溶液前駆体から容易に切断可能となり、こうして基板表面上にＧａＡｓ層が形成されるのを促進し、また複合体中にＧａＡｓ結合が保持される。連結する官能基は、堆積期間中又は後続する焼成又は硬化プロセスにおいて容易に除去、蒸発される、又は熱分解するように選択されるので、不純物又は汚染が最低レベルのＧａＡｓ層が、基板表面上に取得、形成され得る。
上記要求事項に従うＧａＡｓ前駆体の適する例として、（ＮＭｅ２）２Ｇａ２Ａｓ２（ｔＢｕＨ）２、Ｍｅ２ＧａＡｓ（ＮＭｅ２）２、Ｍｅ２ＧａＡｓ（ＳｉＭｅＰｈ２）２、Ｍｅ２ＧａＡｓ（ＳｉＰｈ３）２、Ｅｔ２ＧａＡｓ（ＳｉＭｅ２Ｃｙ）２、Ｍｅ２ＧａＡｓ（ＳｉＭｅ２Ｃｙ）２、（Ｍｅ）３ＧａＡｓ（ＮＭｅ２）３、（Ｅｔ）３ＧａＡｓ（ＮＭｅ２）３、（Ｍｅ）４Ｇａ２Ａｓ２（ｔＢｕＨ）２、（Ｅｔ）４Ｇａ２Ａｓ２（ｔＢｕＨ）２、Ｇａ：Ａｓが１：３の化学量論、例えばＧａＡｓ３ ｔＢｕ６等が挙げられる。ＧａＡｓ前駆体の構造として下記のものが挙げられる：
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１つの実施形態では、ＧａＡｓ層を基板上に形成するのに用いられるＧａＡｓ前駆体は、図１及び２に示すように（ＮＭｅ２）２ＧａＡｓｔＢｕＨである。（ＮＭｅ２）２ＧａＡｓｔＢｕＨ前駆体は、ヘキサン若しくはトルエン溶媒、又はその他の適する有機若しくは無機溶媒中で、ガリウムアミド（Ｇａ（ＮＭｅ２））３を過剰のｔｅｒｔ−ブチルアルシン（ｔＢｕＡｓＨ２）と混合し、オーバーナイトで撹拌、例えば１６時間に渡り撹拌することにより合成可能である。プロセス温度は、約−４０℃〜約−９０℃の間に制御され得る。混合プロセス後、（ΝΜｅ２）２ＧａＡｓｔＢｕＨが得られ、またＣＨ２Ｃｌ２溶媒又はトルエン溶媒中に保管可能性である。
別の実施形態では、ＧａＡｓ原料前駆体を合成及び事前設計するために、ＧａＡｓ層が、トリス（ジメチルアミノ）アルシン（Ｍｅ６Ｎ３Ａｓ）及びトリメチルガリウム（ＧａＭｅｓ）を原料前駆体として用いて形成され得る。所望の溶液に基づくＧａＡｓ含有前駆体を形成するために、トリス（ジメチルアミノ）アルシン（Ｍｅ６Ｎ３Ａｓ）及びトリメチルガリウム（ＧａＭｅｓ）を、トルエン又はヘキサン溶媒中で反応させる。プロセス温度は、約−４０℃〜約−９０℃の間に制御され得る。
なおも別の実施形態では、ＧａＡｓ層は、［｛Ｌ｝ＨＧａＡｓＲ］ｎ又は［｛Ｌ｝２ＧａＡｓｔＢｕＨ］を前駆体として用いて形成可能であり、式中Ｌは、窒素に基づくドナーリガンド、ΝΜｅ２、又はヒドラジン官能基である。［｛Ｌ｝ＨＧａＡｓＲ］ｎ又は［｛Ｌ｝２ＧａＡｓｔＢｕＨ］の前駆体は、２４時間に渡り室温で撹拌しながら、Ａｓ（ＳｉＲ３）３、Ｒ３ＳｉＡｓＨ３、又はＨ２ＡｓｔＢｕを、ＧａＨ３｛Ｌ｝又はＧａ｛Ｌ｝３と共にヘキサン溶液中で反応させることにより合成可能である。反応完了後、［｛Ｌ｝ＨＧａＡｓＲ］ｎ又は［｛Ｌ｝２ＧａＡｓｔＢｕＨ］の前駆体が、ＧａＡｓの原料として取得可能及び利用可能であり、分解したときに基板上にＧａＡｓ層を形成する。
（ＮＭｅ２）２ＧａＡｓｔＢｕＨ、［｛Ｌ｝ＨＧａＡｓＲ］ｎ、又は［｛Ｌ｝２ＧａＡｓｔＢｕＨ］等のＧａＡｓ含有前駆体、又は上記のようなその他の適する前駆体は、次に基板上にＧａＡｓ層を堆積させるためにＣＶＤチャンバに供給される。１つの実施形態では、溶液に基づくＧａＡｓ含有前駆体は、エアゾール支援化学気相堆積（ＡＡＣＶＤ）プロセスを実施するために、ＣＶＤチャンバ内に供給される。本発明を実践するのに利用可能なＡＡＣＶＤチャンバの例は、図８を参照しながら以下でさらに議論される。前駆体溶液は、エアゾールジェネレータを用いて微粒子化される。キャリアガスが、エアゾール形成を促進するのに用いられる。その後、ＧａＡｓ含有溶媒前駆体を担持するエアゾールは、キャリアガスによりＣＶＤチャンバ内に輸送され、チャンバ内で蒸発される。ＣＶＤチャンバ内に入室後、前駆体は、液相から気相に移り、ＣＶＤプロセスを可能にする。その後、気相のＧａＡｓ含有前駆体は、次に基板上で分解及び吸収されて、所望のＧａＡｓ層を基板上に形成する。前駆体が完全に気化した状態にならない場合には、前駆体がエアゾール液滴となって基板上で吸収され、そして基板表面上でＧａＡｓ層が形成するように、スプレイ熱分解プロセスが行なわれる。１つの実施形態では、チャンバ内に進入した前駆体が効率的に蒸発するように、ＡＡＣＶＤ堆積プロセス期間中、基板温度は約５５０℃に制御される。
別の実施形態では、ＧａＡｓ層は、必要に応じて、アロジェット法、フラッシュ蒸発法、レーザー支援ＣＶＤ、ＵＶ支援ＣＶＤ、レーザー反応堆積法、溶液からのナノ粒子スプレイ、スプレイＣＶＤ、有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）、水素化物気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）、又はその他の適する技法を用いて基板上に形成することもできる。いくつかのその他の湿式堆積プロセス、例えばインクジェット、スピンコーティング、メニスカスコーティング、ディップコーティング、電気めっき、スプレイコーティング、電子スプレイング、スクリーン印刷又はその他の適する技法等も、基板表面上にＧａＡｓ層を形成するのに利用可能である。さらに、いくつかの真空技法、例えば分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）、有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）、パルスレーザー堆積法（ＰＬＤ）、プラズマ化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）、スパッター、蒸発、マグネトロンスパッター、化学ビーム堆積法、原子層堆積（ＡＬＤ）、ハードウェア化学気相堆積法（ＨＷＣＶＤ）、マイクロ波プラズマ法、及びいくつかのその他の技法が、必要に応じて利用可能である。
堆積後、ＧａＡｓ層が、基板上に配置された薄膜トランジスタデバイス内に、半導体層として形成される。基板上に形成されたＧａＡｓ層のＡｓ元素に対するＧａ元素の比は、実質的に約１：０．８〜約１：１．２である。ＸＲＤ分析では、形成されたＧａＡｓ層は、（１１１）面に強いピークを有することが示唆される。＜１１１＞、＜２２０＞、及び＜３１１＞面におけるＸＲＤピーク位置は、立方ＧａＡｓに関する標準ピーク位置と一致する。１つの実施形態では、ＧａＡｓ層は、約０．２μｍ〜約３μｍの厚さを有し得る。
１つの実施形態では、異なるドーパントが、ＧａＡｓ層にドープされ得る。ドーパントは、粒子、粉末、ゲル、液体、溶液の形態、又はあらゆるその他の適する形態であり得、ブレンド及び混合して溶液に基づくＧａＡｓ事前設計された前駆体となる。ＧａＡｓ層内に形成されるドーパントが異なれば、膜の電気伝導度及び移動性も異なる可能性があり、こうすることによりデバイスの電気性能が向上する。１つの実施形態では、ＧａＡｓ層内にドープ可能なドーパントとして、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｉｎ、Ｐ、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｓ、Ｃ、Ｎ等が挙げられる。ｐ−型及びｎ−型ドーパントの適する例は、ドープされたＧａＡｓ溶液に基づく前駆体、例えばｐ−型又はｎ−型がドープされたＧａＡｓ層等を形成するために、ＧａＡｓ前駆体に混合又はブレンドされ得る。ＧａＡｓ前駆体に添加され得るｐ−型ドーパントの適する例として、金属亜鉛ドーパント、ジメチル亜鉛（ＤＭＺ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺ）、金属マグネシウムドーパント、シクロペンタジエニルマグネシウム、炭素塩化物（ＣＣｌ４）、炭素臭化物（ＣＢｒ４）等が挙げられる。ｎ−型ドーパントの適する例として、Ｈ２Ｓ、イオウ、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、Ｈ２Ｓｅ、Ｓｅ等が挙げられる。
１つの実施形態では、ドープされたＧａＡｓ層内のドーパント濃度は、約１×１０１６原子／ｃｍ３〜約１×１０２０原子／ｃｍ３に制御可能である。例えば、ｐ−型がドープされたＧａＡｓ層では、ｐ−型ドーパントは、約１×１０１７原子／ｃｍ３〜約１×１０１９原子／ｃｍ３のドーパント濃度で、ＧａＡｓ層内にドープされ得る。別の例の場合、ｎ−型ドープされたＧａＡｓ層では、ｎ−型ドーパントは、約１×１０１８原子／ｃｍ３〜約１×１０２０原子／ｃｍ３のドーパント濃度で、ＧａＡｓ層内にドープされ得る。
ステップ７０６では、ＧａＡｓ層が、基板上に形成された後、アニールプロセスが、ＧａＡｓ層を熱処理するために実施される。異なる種類の処理後プロセス、例えばクエンチング、焼成、レーザー処理等も、必要に応じてＧａＡｓ層上に実施され得ることに留意されたい。ＧａＡｓ層を形成するのに利用される前駆体は、Ｇａ及びＡｓ以外の元素、例えば炭素、窒素、酸化物、又は前駆体中に含まれるその他の元素を含有する。堆積した層上に実施される熱アニーリングプロセス及び／又は処理後プロセスは、堆積したままのＧａＡｓ層に含まれる不純物を析出させるのに役立ち得る。熱処理は、堆積プロセス期間中に、堆積したままの膜内に形成され得る欠陥を修復するのにも役立ち得る。
１つの実施形態では、アニーリングプロセスは、任意の適するアニーリングツール、例えばファーネス、高速熱処理（ＲＴＰ）チャンバ、スパイクアニール、又はレーザーアニーリングチャンバ等により実施可能である。アニーリングプロセスは、基板上に形成されたＧａＡｓ層の焼締及び／又は結晶化に役立つように、約４００℃〜約６００℃の温度で実施可能である。
図８は、エアゾール支援化学気相堆積（ＡＡＣＶＤ）チャンバ８００に関する１つの実施形態の単純化した断面斜視図を表し、同チャンバは、基板８０１、例えば図１〜６を参照しながら上記する基板１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２上に溶液に基づくＧａＡｓ層を堆積するのに利用可能である。ＡＡＣＶＤチャンバ８００は、ＡＡＣＶＤ堆積プロセス、例えば図３を参照しながら上記する堆積プロセス等を実施するのに利用可能である。その他の種類の堆積プロセス、例えばＭＯＣＶＤ、エアロジェット、フラッシュ蒸発法、レーザー支援ＣＶＤ、ＵＶ支援ＣＶＤ、レーザー反応堆積法、溶液からのナノ粒子スプレイ、スプレイＣＶＤ、ＭＯＶＰＥ、ＨＶＰＥ、又はその他の適する技法が、必要に応じてＧａＡｓ層を形成するのに利用可能であることに留意されたい。いくつかのその他の湿式堆積プロセス、例えばインクジェット、スピンコーティング、メニスカスコーティング、ディップコーティング、電気めっき、スプレイコーティング、電子スプレイング、スクリーン印刷、又はその他の適する技法も、基板表面上にＧａＡｓに基づく層を形成するのに利用可能である。さらに、いくつかの真空技法、例えばＭＢＥ、ＭＯＶＰＥ、ＰＬＤ、ＰＥＣＶＤ、スパッター、蒸発（ｅｖａｐｏｒａｔｅ）、マグネトロンスパッター、化学ビーム堆積法、ＡＬＤ、ＨＷＣＶＤ、マイクロ波プラズマ法、及びいくつかのその他の技法も、必要に応じて利用可能性である。
チャンバ８００には、第１の壁８２６、第２の壁８２８、及び第１の壁８２６と第２の壁８２８の間を連結するリアクタ本体８２４を有する反応チューブ８２２が含まれる。反応チューブ８２２内に形成された第１の壁８２６、第２の壁８２８、及びリアクタ本体８２４は、内部処理領域８１８を規定する。グラファイトヒーティングブロック８２０は、反応チューブ８２２内に配置され、処理用として基板をその上に受け入れる。基板の温度は、必要に応じて、反応チューブ８２２内に配置された温度センサー（図示せず）によりモニター可能である。
排気口８３２が、基板が反応チューブ８２２の内外部に移動するのを促進するように、第２の壁８２８に形成される。吸気口８３０は、プロセス期間中に反応ガス及び前駆体を混合チャンバ８１６から内部処理領域８１８に送達するのを促進するように、第１の壁８２６に形成される。液体アンプル容器８３４は、気体送達通路８３６を通じて混合チャンバ８１６に連結している。液体アンプル容器８３４は、内部処理領域８１８に原料物質を提供して、基板に基づきＧａＡｓに基づく層を堆積させるために、前駆体８０８を保管することができる。混合チャンバ８１６は、液体アンプル容器８３４から供給されるＧａＡｓ前駆体８０８に対して、流路を延長することができる蛇行した経路を提供して、徹底的した混合を保証する。液体アンプル容器８３４内に保管可能であるＧａＡｓ前駆体の例として、（ＮＭｅ２）２ＧａＡｓｔＢｕＨ、Ｍｅ２ＧａＡｓ（ＮＭｅ２）２、Ｍｅ２ＧａＡｓ（ＳｉＭｅＰｈ２）２、Ｍｅ２ＧａＡｓ（ＳｉＰｈ３）２、Ｅｔ２ＧａＡｓ（ＳｉＭｅ２Ｃｙ）２、Ｍｅ２ＧａＡｓ（ＳｉＭｅ２Ｃｙ）２、（Ｍｅ）３ＧａＡｓ（ＮＭｅ２）３、（Ｅｔ）３ＧａＡｓ（ＮＭｅ２）３、（Ｍｅ）４Ｇａ２Ａｓ２（ｔＢｕＨ）２、（Ｅｔ）４Ｇａ２Ａｓ２（ｔＢｕＨ）２等が挙げられる。
ドープされたＧａＡｓに基づく層、例えばｐ−型がドープされたＧａＡｓに基づく層、又はｎ−型がドープされたＧａＡｓに基づく層等が基板１０２上に形成されて、ドープされた半導体層、例えば図１に示すようなドープされた半導体層１１０ａ、１１０ｂが形成するのが望ましい実施形態では、ドーパント含有材料が、液体アンプル容器８３４中でＧａＡｓ前駆体にブレンド、添加可能、又はこれと混合可能であり、処理用として内部処理領域８１８に容易に供給可能なドーパント含有ＧａＡｓ前駆体を形成する。上記で議論したように、ＧａＡｓ前駆体に添加可能である、適するｐ−型ドーパント材料として、亜鉛含有材料、例えば金属亜鉛ドーパント、ジメチル亜鉛（ＤＭＺ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺ）等、マグネシウム含有材料、例えば金属マグネシウムドーパント、シクロペンタジエニルマグネシウム等、及び炭素含有材料、例えば炭素塩化物（ＣＣｌ４）、炭素臭化物（ＣＢｒ４）等が挙げられる。ＧａＡｓ前駆体に添加可能である、適するｎ−型ドーパント材料として、イオウ含有材料、例えばＨ２Ｓ、イオウ等、シリコン含有材料、例えばシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等、及びセレニウム含有材料、例えばＨ２Ｓｅ、Ｓｅ等が挙げられる。１つの実施形態では、ＧａＡｓ前駆体に添加するのに利用されるｐ−型ドーパント材料は、ＤＭＺ又はＤＥＺ、及びＧａＡｓ前駆体に添加するのに利用されるｎ−型ドーパント材料は、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）である。
ガスパネル８１０は、送達通路８１２を通じて液体アンプル容器８３４にキャリアガスを供給するために、液体アンプル容器８３４に連結されている。ガスパネル８１０は、キャリアガスを液体アンプル容器８３４に導入して、液体アンプル容器８３４内に収納されたＧａＡｓ前駆体８０２を、ガス送達通路８３６を通じて混合チャンバ８１６に、そして最終的には内部処理領域８１８に注入及び押し出す。ガスパネル８１０から供給され得るガスの例として、窒素含有ガス、とりわけ窒素（Ｎ２）、Ｎ２Ｏ、及びＮＯ等、又は酸素含有ガス、例えば酸素（Ｏ２）若しくは（Ｏ３）等が挙げられる。不活性ガス、例えばＡｒ又はＨｅ等も、ＧａＡｓ前駆体８０２を内部処理領域８１８に搬送するのに利用可能である。本明細書に記載する１つの代表的実施形態では、ＧａＡｓ前駆体８０８を内部処理領域８１８に注入及び押し出すのに用いられるキャリアガスは、窒素（Ｎ２）ガスである。
液体アンプル容器８３４に収納された、所望のドーパントを含む／含まない溶液に基づくＧａＡｓ前駆体８０２は、加湿器８０４により加熱及び気化される。加湿器８０４は、これに収納された溶液に基づくＧａＡｓ前駆体８０２に超音波エネルギー及び／又は熱エネルギーを提供することができる圧電素子８０６を有することができ、こうしてＧａＡｓ前駆体８０２を加熱及びエバポレーションするのを支援して、矢印８１４で示すように、キャリアガスにより内部処理領域８１８内に注入されるように、気相状態又は小型の液滴状態にする。いくつかの液体８０８、例えば水又はその他の適する液体は、溶液に基づくＧａＡｓ前駆体８０２を所望の温度範囲内に維持するために、液体アンプル容器８３４と加湿器との間に配置され得る。１つの実施形態では、加湿器８０４は、温度約１００℃〜約２５０℃でＧａＡｓ前駆体を気化させることができる。
図９は、基板９０１、例えば図１〜６を参照して上記する基板１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２をアニールするのに利用可能である、高速熱処理チャンバ９００に関する１つの実施形態の単純化した断面斜視図を表す。処理チャンバ９００は、内部容積９２８を規定するチャンバ壁９３０、底部９３２、及び最上部９３４を有するチャンバ本体９５０を備える。壁９３０は、基板１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２の入退出に役立つように少なくとも１つの基板アクセスポート（図示せず）を一般的に備える。
輻射熱アセンブリ９２４が、チャンバ本体９５０の最上部９３４に取り付けられる。輻射熱アセンブリ９２４は、基板周辺部に配置されたエッジリング９１０により懸架された基板を加熱するのに利用される。輻射熱アセンブリ９２４は、ウォータージャケットアセンブリ９０４内に複数のランプチューブ９０２を備える。チューブ９０２それぞれは、リフレクタ及びタングステンハロゲンランプアセンブリを備える。ランプチューブ９０２は、緊密ハニカムパイプ配置でネスト化される。この最密六方配置のランプチューブ９０２は、放射エネルギー、例えば約４００ｎｍ〜約４０００ｎｍの波長を有する、ＩＲ照射及び／又は長波長側のＵＶ照射等を高電力密度で提供する。１つの実施形態では、輻射熱アセンブリ９２４は、基板を熱処理する、例えば基板上に配置されたシリコン層をアニールするため、放射エネルギーを提供する。本発明から利益を得るように構成され得る１つの輻射熱アセンブリ９２４は、Ｇｒｏｎｅｔらに１９９６年１月２３日に発行された米国特許第５，４８７，１２７号に記載されており、これをそのまま本明細書により参考として援用する。
基板を支持するエッジリング９１０は、ステンレスベース９１８上に取り付けられた回転可能な石英シリンダ９１２により、ステンレスベース９１８の上方に間隔を置いて配置される。エッジリング９１０は、熱処理期間中に生ずる過剰の膨張、収縮を防止するために、シリコンカーバイド等の熱膨張係数が小さい硬化材料から作製可能である。石英シリンダ９１２は、基板処理期間中、約５０ｒｐｍ〜約３００ｒｐｍで回転して、チャンバ９００内及び基板上の熱的な非対称効果を最低限に抑えることにより、基板の温度均一性を最大化する。１つの実施形態では、シリンダを所望の波長に対して不透過性にせしめるために、シリンダ９１２は、シリコンでコーティングされ得る。ステンレスベース９１８は、水等の冷却剤が循環する循環回路９４６を有する。冷却剤の循環により、処理後のチャンバ温度が効果的に冷却される。
リフレクタプレート９１４は、基板下部に配置され、ステンレスベース９１８上部に取り付けられる。配列した温度プローブ９４４は、リフレクタプレート９１４内に、同プレート中に規定される開口部９４２を通じて埋め込まれる。温度プローブ９４４は、ステンレスベース９１８の底部側からリフレクタプレート９１４内の開口部９４２まで延在する導管９３６を通じてパイロメータ９１６と連結する。温度プローブ９４４及びパイロメータ９１６は、基板の温度勾配が測定可能となるように、各プローブ９４４近傍にある基板の領域の温度を表すメトリックを得るのに用いられる。
基板の底部側９２０及びリフレクタプレート９１４の上部側９３８の間に、リフレクティングキャビティ９４０が規定される。リフレクティングキャビティ９４０は、基板の効果的な放射性能を増強し、こうして温度測定の正確性を改善する。コントローラ９１７は、パイロメータ９１６から測定値を受け取り、また処理チャンバ９００内に生み出される照射量をリアルタイムに修正するように、コントロールシグナルを輻射熱アセンブリ９２４にアウトプットすることができ、こうして基板温度を所望の処理範囲内に維持する。
リフレクタプレート９１４の上部側９３８は反射性がきわめて高く、目標波長範囲内の熱照射を反射するが、目標波長範囲以外の熱照射を吸収する。選択的反射性能を提供するために、１つ又は複数のコーティング物又は層が、ステンレスベース９１８上のリフレクタプレート９１４をコーティングするのに利用可能である。例えば、リフレクタプレート９１４が、熱照射を所望の波長で基板の背部に反射し、そして所望の波長以外の熱照射を吸収する（又はより反射しない）ことが可能となるように、異なる反射性能及び吸収能を有するコーティング物の異なる組み合わせが利用可能である。１つの実施形態では、リフレクタプレート９１４は、約７００ｎｍ〜約１０００ｎｍの熱波長を反射し、また７００ｎｍ未満及び１０００ｎｍを超える熱波長を吸収する。本発明から利益を受けるように構成され得る１つのリフレクタプレート９１４は、２００５年１月４日に、Ａｄａｍｓらに発行された米国特許第６，８３９，５０７号に記載されており、これをそのまま本明細書により参考として援用する。
基板の背部に反射されない熱エネルギーは、リフレクタプレート９１４により吸収される。吸収された熱エネルギーは、リフレクタプレート９１４の下部に配置されたステンレスベース９１８を経由して循環する冷却剤により効果的かつ迅速に除去される。さらに、リフレクタプレート９１４内の孔（図示せず）を通じて提供されるガスは、リフレクタプレート９１４及びその上に位置する基板の冷却速度を高めるのに利用可能である。リフレクタプレート９１４により迅速な冷却速度が実現すると、基板の温度制御が促進され、こうして所望の温度処理プロファイルが効果的にもたらされる。１つの実施形態では、リフレクタプレート９１４は、約２００℃／秒を上回る基板冷却速度を実現し得る。別の実施形態では、リフレクタプレート６１４は、約２２０／秒の基板冷却速度を実現し得る。
図１０は、電気流体力学ジェット（Ｅ−ジェット）印刷システム１０００の１つの実施形態に関する単純化された断面斜視図を表す。電気流体力学ジェット（Ｅ−ジェット）印刷法は、高解像度（＜３０μｍ）でインク及び／又は液滴を基板に送達するのに必要な流体の流れを生み出すために、電場を使用する技術である。１つの実施形態では、電気流体力学ジェット（Ｅ−ジェット）印刷法は、ＩＩＩ−Ｖ族の材料、例えばＧａＡｓに基づく液滴を、高性能薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ディスプレイのバックプレーン上に印刷するために、本発明で用いられる。ＧａＡｓに基づく液滴を印刷するのに利用される電気流体力学ジェット（Ｅ−ジェット）印刷法は、ＯＬＥＤディスプレイ及び高解像度、高周波数（３Ｄ）ＬＣＤ ＴＶのバックプレーンを作成するのにも利用可能である。図７を参照しながら上記で議論したように、ＧａＡｓに基づく液滴は、原料物質としてＧａＡｓの溶液に基づく前駆体を、比較的低い温度で使用し得る。ＧａＡｓに基づく液滴の高解像度電気流体力学ジェット（Ｅ−ジェット）印刷法は、ノズルサイズ及び液滴配置法の組み合わせに起因して取得可能である。ノズルサイズは、基板上に印刷される液滴サイズを制御するために変更可能である。
１つの実施形態では、電気流体力学ジェット（Ｅ−ジェット）印刷システム１０００は、インクチャンバ１００２と、移動及び傾斜ステージ１０１８上に配置される基板１０１６上の所望の位置で、インクチャンバ１００２を保持及び制御するのに利用されるインクチャンバホルダ１００４とを備える。ステージヒータ１０２０は、基板１０１６を所望の温度範囲に制御するために、移動及び傾斜ステージ１０１８に取り付け可能である。マイクロピペット１０１０は、インクチャンバ１００２からマイクロピペット１０１０とノズル１０２２との間を連結するヒータ１０１２端部に取り付けられたノズル１０２２にインクを送達するために、インクチャンバ１００２の端部と連結されている。ヒータ１０１２は、送達経路を閉塞させないように、このヒータを経由して送達されるインクを所望の温度範囲で維持するように構成されたＮｉＣｒヒータであり得る。ステージ１０１８は、ノズル１０２２の先端に対して移動可能である。ステージ１０１８は、所望の範囲のスキャンスピードを有するように制御可能である。さらに、ステージ１０１８は、基板表面上に規定された所望の場所にインクを注入するために、ノズル１０２２に対して、基板１０１６の周辺領域に沿って又は中央領域に移動するように制御可能である。１つの実施形態では、ステージ１０１８は、要望に応じて一定のスピード、加速したスピードで移動可能又はその他の経路を移動可能である。ステージ１０１８を正確に移動させるために、任意の適する移動機構、例えばコンベヤシステム、ラック・ピニオンシステム、又はｘ／ｙアクチュエータ、ロボット、又はその他の適する機構等が利用可能である。
背圧供給源１００６が、ノズル１０２２に背圧を加えるように構成されたインクチャンバ１００２に取り付けられた導管１００８に連結されている。必要に応じて、加える圧力を変えれば、基板表面上に注入されるインクの量も変えることができる。さらに、ノズル１０２２に加えられる背圧及び電圧が変化すると、インクの液滴サイズ及び周波数にも影響を及ぼし得る。１つの実施形態では、図７を参照しながら上記で議論したように、ＧａＡｓ溶液に基づく前駆体は、必要に応じて、基板上に印刷又は注入されるように構成されたインクチャンバ１００２内に貯蔵可能である。操作する際には、一定の噴出条件を維持及び制御するように電場を生成するために、電圧力が、ノズル１０２２及び基板の間に加えられ得る。１つの実施形態では、印刷されたＧａＡｓ液滴は、直径約１μｍ〜約１０μｍの平均測定値を有し得る。
上記は、本発明の実施形態と関連するが、本発明のその他の及びさらなる実施形態も、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに考案可能であり、また本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲により規定される。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
薄膜トランジスタ構造であって、
基板上に配置されたゲート絶縁体層と、
前記ゲート絶縁体層上に配置されたＧａＡｓに基づく層と、
前記ＧａＡｓに基づく層に隣接して配置されたソース−ドレイン金属電極層と
を含む薄膜トランジスタ構造。
（態様２）
前記ＧａＡｓに基づく層と前記ソース−ドレイン金属電極層との間に配置された、ドープされたＧａＡｓ層
をさらに含む、態様１に記載の構造。
（態様３）
前記ドープされたＧａＡｓ層が、その内部に形成されたｐ−型ドーパント又はｎ−型ドーパントを含む、態様２に記載の構造。
（態様４）
前記ｐ−型ドーパントが、金属亜鉛ドーパント、ジメチル亜鉛（ＤＭＺ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺ）、金属マグネシウムドーパント、シクロペンタジエニルマグネシウム、炭素塩化物（ＣＣｌ ４ ）、又は炭素臭化物（ＣＢｒ ４ ）からなる群より選択され、前記ｎ−型ドーパントが、Ｈ ２ Ｓ、イオウ、シラン（ＳｉＨ ４ ）、ジシラン（Ｓｉ ２ Ｈ ６ ）、Ｈ ２ Ｓｅ、及びＳｅからなる群より選択される、態様３に記載の構造。
（態様５）
前記ＧａＡｓに基づく層が、溶液に基づくＧａＡｓ含有前駆体から作製される、態様１に記載の構造。
（態様６）
前記溶液に基づくＧａＡｓ含有前駆体が、（ＮＭｅ ２ ） ２ ＧａＡｓ ｔ ＢｕＨ、Ｍｅ ２ ＧａＡｓ（ＮＭｅ ２ ） ２ 、Ｍｅ ２ ＧａＡｓ（ＳｉＭｅＰｈ ２ ） ２ 、Ｍｅ ２ ＧａＡｓ（ＳｉＰｈ ３ ） ２ 、Ｅｔ ２ ＧａＡｓ（ＳｉＭｅ ２ Ｃｙ） ２ 、及びＭｅ ２ ＧａＡｓ（ＳｉＭｅ ２ Ｃｙ） ２ からなる群より選択されるＧａＡｓ含有前駆体を含む、態様５に記載の構造。
（態様７）
前記ソース−ドレイン金属電極層上部に配置されるパッシベーション層
をさらに含む、態様１に記載の構造。
（態様８）
前記ゲート絶縁体層が、酸化ケイ素（ＳｉＯ ２ ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、若しくは窒化ケイ素（ＳｉＮ）、高−ｋ材料、又はＨｆＯ ２ からなる群より選択される誘電体層から作製される、態様１に記載の構造。
（態様９）
薄膜トランジスタ構造を形成する方法であって、
その上に配置された誘電体層を有する基板を処理チャンバ内に提供することと、
溶媒中に配置されたＧａＡｓ含有前駆体を前記処理チャンバに供給することと、
ＧａＡｓに基づく層を前記基板上に形成するために、前記ＧａＡｓ含有前駆体の溶媒を前記処理チャンバ内で蒸発させることと、
薄膜トランジスタ構造を形成するために、前記ＧａＡｓに基づく層に隣接してソース−ドレイン金属電極層を形成することと
を含む方法。
（態様１０）
前記ＧａＡｓ含有前駆体が、（ＮＭｅ ２ ） ２ ＧａＡｓ ｔ ＢｕＨ、Ｍｅ ２ ＧａＡｓ（ＮＭｅ ２ ） ２ 、Ｍｅ ２ ＧａＡｓ（ＳｉＭｅＰｈ ２ ） ２ 、Ｍｅ ２ ＧａＡｓ（ＳｉＰｈ ３ ） ２ 、Ｅｔ ２ ＧａＡｓ（ＳｉＭｅ ２ Ｃｙ） ２ 、及びＭｅ ２ ＧａＡｓ（ＳｉＭｅ ２ Ｃｙ） ２ からなる群より選択される、態様９に記載の方法。
（態様１１）
前記ＧａＡｓ含有前駆体の溶媒を蒸発させることが、前記基板上に形成されたＧａＡｓに基づく層をアニールすることをさらに含む、態様９に記載の方法。
（態様１２）
前記ソース−ドレイン金属電極層を形成する前に、ドープされたＧａＡｓ層を前記ＧａＡｓに基づく層上に形成すること
をさらに含む、態様９に記載の方法。
（態様１３）
前記ドープされたＧａＡｓ層が、同層中に形成されるｐ−型ドーパント又はｎ−型ドーパントを含む、態様１２に記載の方法。
（態様１４）
前記ｐ−型のドーパントが、金属亜鉛ドーパント、ジメチル亜鉛（ＤＭＺ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺ）、金属マグネシウムドーパント、シクロペンタジエニルマグネシウム、炭素塩化物（ＣＣｌ ４ ）、又は炭素臭化物（ＣＢｒ ４ ）からなる群より選択され、前記ｎ−型のドーパントが、Ｈ ２ Ｓ、イオウ、シラン（ＳｉＨ ４ ）、ジシラン（Ｓｉ ２ Ｈ ６ ）、Ｈ ２ Ｓｅ及びＳｅからなる群より選択される、態様１３に記載の方法。
（態様１５）
電気流体力学ジェットシステム内に基板を提供することと、
前記基板上に複数のＧａＡｓ液滴を印刷することであって、前記ＧａＡｓ液滴が、前記システム内に配置された溶液に基づくＧａＡｓ前駆体から供給されることと
を含む、ＧａＡｓに基づく材料を基板上に形成する方法。

Claims (12)

  1. 薄膜トランジスタ構造であって、
    基板上に配置されたゲート絶縁体層と、
    前記ゲート絶縁体層上に配置された多結晶ＧａＡｓに基づく層であって、該ＧａＡｓに基づく層は、ＧａＡｓ含有前駆体を含む溶液から作成された、ＧａＡｓに基づく層であって、該多結晶ＧａＡｓに基づく層はＧａ元素とＡｓ元素との比率が１．０：０．８と１：１．２の間にあるＧａＡｓに基づく層と、
    前記ＧａＡｓに基づく層に隣接して配置されたソース−ドレイン金属電極層と、
    を含み、
    前記ＧａＡｓ含有前駆体が、（ＮＭｅ ２ ） ２ ＧａＡｓ ｔ ＢｕＨ、Ｍｅ ２ ＧａＡｓ（ＮＭｅ ２ ） ２ 、Ｍｅ ２ ＧａＡｓ（ＳｉＭｅＰｈ ２ ） ２ 、Ｍｅ ２ ＧａＡｓ（ＳｉＰｈ ３ ） ２ 、Ｅｔ ２ ＧａＡｓ（ＳｉＭｅ ２ Ｃｙ） ２ 、及びＭｅ ２ ＧａＡｓ（ＳｉＭｅ ２ Ｃｙ） ２ からなる群より選択されるＧａＡｓ含有前駆体を含む、薄膜トランジスタ構造。
  2. 前記ＧａＡｓに基づく層と前記ソース−ドレイン金属電極層との間に配置された、ドープされたＧａＡｓ層
    をさらに含む、請求項１に記載の薄膜トランジスタ構造。
  3. 前記ドープされたＧａＡｓ層が、その内部に形成されたｐ−型ドーパント又はｎ−型ドーパントを含む、請求項２に記載の薄膜トランジスタ構造。
  4. 前記ｐ−型ドーパントが、金属亜鉛ドーパント、ジメチル亜鉛（ＤＭＺ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺ）、金属マグネシウムドーパント、シクロペンタジエニルマグネシウム、炭素塩化物（ＣＣｌ４）、又は炭素臭化物（ＣＢｒ４）からなる群より選択され、前記ｎ−型ドーパントが、Ｈ２Ｓ、イオウ、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、Ｈ２Ｓｅ、及びＳｅからなる群より選択される、請求項３に記載の薄膜トランジスタ構造。
  5. 前記ソース−ドレイン金属電極層上部に配置されるパッシベーション層
    をさらに含む、請求項１に記載の薄膜トランジスタ構造。
  6. 前記ゲート絶縁体層が、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、若しくは窒化ケイ素（ＳｉＮ）、高−ｋ材料、又はＨｆＯ２からなる群より選択される誘電体層から作製される、請求項１に記載の薄膜トランジスタ構造。
  7. 薄膜トランジスタ構造を形成する方法であって、
    その上に配置された誘電体層を有する基板を処理チャンバ内に提供することと、
    溶媒中に配置されたＧａＡｓ含有前駆体を前記処理チャンバに供給することと、
    ＧａＡｓに基づく層を前記基板上に形成するために、前記ＧａＡｓ含有前駆体の溶媒を前記処理チャンバ内で蒸発させることと、
    薄膜トランジスタ構造を形成するために、前記ＧａＡｓに基づく層に隣接してソース−ドレイン金属電極層を形成することと
    を含み、
    前記ＧａＡｓ含有前駆体が、（ＮＭｅ２）２ＧａＡｓｔＢｕＨ、Ｍｅ２ＧａＡｓ（ＮＭｅ２）２、Ｍｅ２ＧａＡｓ（ＳｉＭｅＰｈ２）２、Ｍｅ２ＧａＡｓ（ＳｉＰｈ３）２、Ｅｔ２ＧａＡｓ（ＳｉＭｅ２Ｃｙ）２、及びＭｅ２ＧａＡｓ（ＳｉＭｅ２Ｃｙ）２からなる群より選択される、方法。
  8. 前記ＧａＡｓ含有前駆体の溶媒を蒸発させることが、前記基板上に形成されたＧａＡｓに基づく層をアニールすることをさらに含む、請求項７に記載の方法。
  9. 前記ソース−ドレイン金属電極層を形成する前に、ドープされたＧａＡｓ層を前記ＧａＡｓに基づく層上に形成すること
    をさらに含む、請求項７に記載の方法。
  10. 前記ドープされたＧａＡｓ層が、同層中に形成されるｐ−型ドーパント又はｎ−型ドーパントを含む、請求項９に記載の方法。
  11. 前記ｐ−型ドーパントが、金属亜鉛ドーパント、ジメチル亜鉛（ＤＭＺ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺ）、金属マグネシウムドーパント、シクロペンタジエニルマグネシウム、炭素塩化物（ＣＣｌ４）、又は炭素臭化物（ＣＢｒ４）からなる群より選択され、前記ｎ−型ドーパントが、Ｈ２Ｓ、イオウ、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、Ｈ２Ｓｅ及びＳｅからなる群より選択される、請求項１０に記載の方法。
  12. 電気流体力学ジェットシステム内に基板を提供することと、
    前記基板上に複数のＧａＡｓ液滴を印刷することであって、前記ＧａＡｓ液滴が、前記システム内に配置された溶液に基づくＧａＡｓ前駆体から供給されることと
    を含む、ＧａＡｓに基づく材料を基板上に形成する方法であって、前記溶液に基づくＧａＡｓに基づく前駆体が（ＮＭｅ２）２ＧａＡｓｔＢｕＨ、Ｍｅ２ＧａＡｓ（ＮＭｅ２）２、Ｍｅ２ＧａＡｓ（ＳｉＭｅＰｈ２）２、Ｍｅ２ＧａＡｓ（ＳｉＰｈ３）２、Ｅｔ２ＧａＡｓ（ＳｉＭｅ２Ｃｙ）２、及びＭｅ２ＧａＡｓ（ＳｉＭｅ２Ｃｙ）２からなる群より選択される、方法。
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