KR101238823B1 - The thin film transistor and the manufacuring method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 트랜지스터의 제조 방법에 대한 것으로서, 본 발명은 기판 상에 보론 도핑된 산화아연-주석의 화합물로 반도체 박막을 형성하는 단계, 및 상기 반도체 박막을 패터닝하여 채널을 형성하는 단계를 포함한다. 따라서, 300 도 이하의 저온 공정으로 비정질 상태의 보론 도핑된 ZTO 박막을 제조할 수 있어, 저온 기판 사용 및 저가의 유리 기판에 대한 사용할 수 있으며, 보론 도핑된 ZTO 채널을 사용함으로 소자의 균일도를 크게 높일 수 있다. 또한, 기존의 ZTO 채널에 비해 50% 가량의 이동도 증가 등 전기적 특성이 획기적으로 개선된다. The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor, the present invention includes forming a semiconductor thin film with a boron doped zinc oxide-tin compound on a substrate, and patterning the semiconductor thin film to form a channel . Therefore, the boron-doped ZTO thin film can be manufactured in a low temperature process of less than 300 degrees, can be used for low-temperature substrates and low-cost glass substrates, and the uniformity of the device can be greatly increased by using boron-doped ZTO channels. It can increase. In addition, the electrical characteristics are dramatically improved compared to the existing ZTO channel by increasing mobility by about 50%.
산화물 박막 트랜지스터, ZTO, 투명 전자 소자 Oxide thin film transistor, ZTO, transparent electronic device
Description
본 발명은 박막 트랜지스터에 관한 것이다. 특히 본 발명은 투명 전자 조사에서의 산화물 박막 트랜지스터 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film transistor. In particular, the present invention relates to an oxide thin film transistor in transparent electron irradiation and a method of manufacturing the same.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-079-03, 과제명: 투명전자 소자를 이용한 스마트 창].The present invention is derived from the research conducted as part of the IT source technology development project of the Ministry of Knowledge Economy and the Ministry of Information and Communication Research and Development. [Task management number: 2006-S-079-03, Task name: Smart window using transparent electronic device] .
현재, 집적 회로 및 디스플레이 회로에서 사용되는 박막 트랜지스터의 경우, 다양한 물질의 반도체가 채널로 사용된다.Currently, for thin film transistors used in integrated circuits and display circuits, semiconductors of various materials are used as channels.
그러나, 대표적인 산화막 박막 트랜지스터에서 채널로 사용되는 산화 아연막은 대기 습도, 열처리, 제조과정 등에 박막의 특성이 민감하게 변할 수 있어 안정성에서 문제가 있고, 결정질 채널로 소자 균일성에서 문제를 야기시킬 수 있으며, 전류 및 빛에 대한 소자 변형이 심각할 수 있다.However, the zinc oxide film used as a channel in a typical oxide thin film transistor has a problem in stability because the characteristics of the thin film can be sensitively changed in air humidity, heat treatment, manufacturing process, etc., and it may cause a problem in device uniformity as a crystalline channel. In addition, device deformation with respect to current and light can be serious.
따라서, 산화 아연에 인듐 및 갈륨 산화물을 적용한 IGZO 물질을 이용할 경우에는 특성은 향상되나 인듐 및 갈륨이 고갈자원이고, 가격이 높아 더욱 경쟁력이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 산화물 박막 트랜지스터는 채널 박막 내부적으로 또는 게이트 절연막과의 계면으로 인해 전류에 대한 안정성이 떨어지는 단점 또한 존재한다. Therefore, when IGZO material in which indium and gallium oxide are applied to zinc oxide is used, the properties are improved, but indium and gallium are depleted resources, and the price is high, which leads to a problem of lower competitiveness. In addition, the oxide thin film transistor also has a disadvantage in that the stability against the current is poor due to the interface between the channel thin film or the gate insulating film.
그리고 실리콘 기반 박막 트랜지스터에서 비정질 실리콘은 낮은 이동도가 문제되며, 다결정 실리콘에서는 균일도 문제가 패널의 대형화에 대해 큰 단점이 된다. 특히, 비정질 실리콘 트랜지스터는 전류에 따른 안정성에 취약하다.In silicon-based thin film transistors, amorphous silicon has a low mobility problem, and in polycrystalline silicon, the uniformity problem is a major disadvantage for the large size of the panel. In particular, amorphous silicon transistors are vulnerable to stability with current.
한편, 투명 전자 소자에서의 박막 트랜지스터는 절연막 및 반도체가 투명할 것을 요구받고 있으나, 실리콘 기반 박막 트랜지스터뿐만 아니라, ZnS, ZnSe, CdS 등은 불투명하여 투명 전자 소자 응용이 제한될 수 있다. Meanwhile, although the insulating film and the semiconductor are required to be transparent in the thin film transistor in the transparent electronic device, not only the silicon-based thin film transistor but also ZnS, ZnSe, CdS, and the like may be opaque, thereby limiting the application of the transparent electronic device.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 박막 트랜지스터의 채널층을 형성함에 있어, 저온 공정이 가능하면서, 게이트 절연막과의 계면 특성이 좋으며, 경제적인 투명 전자 소자의 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a thin film transistor of a transparent electronic device and a method for manufacturing the transparent electronic device having a low temperature process, good interface characteristics with a gate insulating film, and a method for forming a channel layer of a thin film transistor.
본 발명에 다른 박막 트랜지스터의 제조 방법은 기판 상에 보론 도핑된 산화아연-주석의 화합물로 반도체 박막을 형성하는 단계 및 상기 반도체 박막을 패터닝하여 채널을 형성하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a method of manufacturing a thin film transistor includes forming a semiconductor thin film with a boron doped zinc oxide-tin compound on a substrate, and patterning the semiconductor thin film to form a channel.
상기 보론 도핑된 산화아연-주석의 화합물에서 상기 아연 대비 주석의 원자비 함유량은 공정온도가 300도 이하에서는 4:1에서 2:1이며, 300도 이상에서는 4:1 에서 1:4를 충족할 수 있다.The atomic ratio content of tin to zinc in the boron-doped zinc oxide-tin compound may satisfy 4: 1 to 2: 1 at a process temperature of 300 ° C. or lower and 4: 1 to 1: 4 at 300 ° C. or higher. Can be.
상기 보론은 상기 산화아연-주석의 화합물에서 아연과 주석의 합의 0.001% 내지 10%를 충족할 수 있다. The boron may satisfy 0.001% to 10% of the sum of zinc and tin in the zinc oxide-tin compound.
상기 반도체 박막을 형성한 후, 상기 반도체 박막 상에 채널 보호층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.After forming the semiconductor thin film, the method may further include forming a channel protective layer on the semiconductor thin film.
상기 채널 보호층은 1~20nm의 두께를 갖도록 형성하며, 상기 반도체 박막과 함께 패터닝할 수 있다.The channel protective layer may be formed to have a thickness of 1 to 20 nm, and may be patterned together with the semiconductor thin film.
상기 채널 보호층은 알루미늄산화물, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 스퍼터링, 화학기상증착법 또는 원자층 증착법으로 적층하여 형성할 수 있다.The channel protective layer may be formed by stacking aluminum oxide, silicon oxide, or silicon nitride by sputtering, chemical vapor deposition, or atomic layer deposition.
상기 채널 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계, 그리고 상기 게이트 절연막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming a gate insulating film on the channel, and forming a gate electrode on the gate insulating film.
상기 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계, 그리고 상기 게이트 전극과 상기 채널 사이에 게이트 절연막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming a gate electrode on the substrate, and forming a gate insulating layer between the gate electrode and the channel.
상기 채널층, 채널 보호층 및 게이트 절연막은 투명 소자로 형성할 수 있다.The channel layer, the channel protection layer, and the gate insulating layer may be formed of a transparent element.
또한, 본 발명에 따른 기판 상에 소스/드레인 전극, 반도체 채널, 게이트 절연막 및 게이트 전극을 포함하는 박막 트랜지스터에 있어서, 상기 반도체 채널은 상기 소스/드레인 전극 사이를 연결하며, 보론이 도핑된 산화아연-주석의 화합물로 형성된다.In addition, in a thin film transistor including a source / drain electrode, a semiconductor channel, a gate insulating film, and a gate electrode on a substrate according to the present invention, the semiconductor channel connects the source / drain electrodes and is boron-doped zinc oxide. It is formed of a compound of tin.
상기 산화아연-주석의 화합물에서 상기 아연 대비 주석의 함유량은 공정 온도가 300도 이하에서는 4:1에서 2:1이며, 300도 이상에서는 4:1에서 1:4를 충족할 수 있다.In the zinc oxide-tin compound, the content of tin to zinc may satisfy 4: 1 to 2: 1 at a process temperature of 300 ° C. or less, and 4: 1 to 1: 4 at 300 ° C. or more.
도핑되는 보론의 양은 상기 산화아연-주석의 화합물에서 아연과 주석의 합의 0.001% 내지 10%를 충족할 수 있다.The amount of boron doped may satisfy 0.001% to 10% of the sum of zinc and tin in the zinc oxide-tin compound.
상기 반도체 채널 상에 채널 보호층을 더 포함할 수 있다.A channel protection layer may be further included on the semiconductor channel.
상기 채널 보호층은 1~20nm의 두께를 가지며, 상기 채널층과 동일한 패턴을가질 수 있다.The channel protective layer has a thickness of 1 to 20 nm, and may have the same pattern as the channel layer.
상기 채널 보호층은 알루미늄산화물, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 형성될 수 있다.The channel protective layer may be formed of aluminum oxide, silicon oxide, or silicon nitride.
상기 박막 트랜지스터는 상기 채널 상에 상기 게이트 절연막 및 상기 게이트전극이 차례로 적층될 수 있다.In the thin film transistor, the gate insulating film and the gate electrode may be sequentially stacked on the channel.
상기 박막 트랜지스터는 상기 기판과 상기 채널 사이에 상기 게이트 전극과상기 게이트 절연막이 차례로 적층될 수 있다. In the thin film transistor, the gate electrode and the gate insulating layer may be sequentially stacked between the substrate and the channel.
본 발명에 따르면, 300 도 이하의 저온 공정으로 비정질 상태의 보론 도핑된ZTO 박막을 제조할 수 있어, 저온 기판 사용 및 저가의 유리 기판에 대한 사용할 수 있으며, 보론 도핑된 ZTO 채널을 사용함으로 소자의 균일도를 크게 높일 수 있다. 또한, 기존의 ZTO 채널에 비해 50% 가량의 이동도 증가 등 전기적 특성이 획기적으로 개선되어, 소자의 활용가능성이 매우 높아지며, 고가인 In, Ga 등의 사용을 억제하면서, 투명 전자 소자의 특성을 확보할 수 있다. According to the present invention, the boron-doped ZTO thin film in the amorphous state can be manufactured by using a low temperature process of 300 degrees or less, and can be used for low temperature substrates and low-cost glass substrates. Uniformity can be greatly increased. In addition, the electrical characteristics such as increased mobility of about 50% compared to the existing ZTO channel is dramatically improved, so that the utilization of the device is greatly increased, while suppressing the use of expensive In and Ga, the characteristics of the transparent electronic device are improved. It can be secured.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise.
이하에서는 본 발명에 따른 박막 트랜지스터에 대하여 설명한다.Hereinafter, a thin film transistor according to the present invention will be described.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 단면도이고, 도 2는본 발명의 제2 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막 트랜지스터이며, 도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 박막 트랜지스터이다.1 is a cross-sectional view of a thin film transistor according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a thin film transistor according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a thin film transistor according to a third embodiment of the present invention. 4 is a thin film transistor according to a fourth embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막 트랜지스터는 스태거(stagger) 형의 트랜지스터로서, 기판(100) 상에 분리되어 있는 소스/드레인 전극(110a, 110b)이 형성되어 있으며, 소스/드레인 전극(110a, 110b)을 연결하며, 소스/드레인 전극(110a, 110b) 사이의 노출된 기판(100)을 덮으며 반도체 채널(120)이 형성되어 있다. 이러한 반도체 채널(120)은 ZnO 계열의 3 성분계 단일층 채널에서 주석 산화물과의 혼합에 있어, 아연조성비 대비 주석 원자비가 4:1 에서 2:1을 충족하며, 보론(Boron)으로 도핑되어 있다. Referring to FIG. 1, the thin film transistor according to the first exemplary embodiment of the present invention is a staggered transistor in which source /
이러한 소스/드레인 전극(110a, 110b) 및 채널(120)을 덮으며 게이트 절연막(130)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(130) 상에 게이트 전극(140)이 채널(120)과 마주보며 형성되어 있다.The
이러한 박막 트랜지스터는 채널(120) 상에 채널 보호층(125)을 더 포함할 수 있으며, 게이트 절연막(130), 채널 보호층(125) 및 채널(120)은 모두 투명한 물질로 형성되어 투명 전자 소자의 박막 트랜지스터로서 동작한다.The thin film transistor may further include a
도 2의 박막 트랜지스터의 경우, 코플래너(coplanar) 형의 박막 트랜지스터로서, 도 1과 달리 기판(200) 상에 반도체 채널(220) 및 채널 보호층(225)이 먼저 형성되며, 서로 분리되어 채널(220)과 각각 접촉하고 있는 소스/드레인 전극(210a, 210b) 및 소스/드레인 전극(210a, 210b)과 채널(220)을 덮는 게이트 절연막(230) 및 게이트 전극(240)이 차례로 적층되어 있다.In the case of the thin film transistor of FIG. 2, a coplanar thin film transistor, unlike FIG. 1, a
도 3의 박막 트랜지스터는 역스태거(inverted stagger)형으로서, 기판(300) 상에 게이트 전극(310), 게이트 절연막(320)이 차례로 적층되어 있으며, 소스/드레인 전극(330a, 330b)이 분리되어 있으며, 소스 /드레인 전극(330a, 330b)을 덮으며 채널(340) 및 채널 보호층(350)이 형성되어 있다.The thin film transistor of FIG. 3 is an inverted stagger type, in which a
도 4의 박막 트랜지스터는 역코플래너(inverted coplanar)형으로서, 기판(400) 상에 게이트 전극(410), 게이트 절연막(420)이 형성되고, 그 위에 채널(430) 및 채널 보호층(435)이 형성되어 있으며, 채널(430)의 양 옆으로 소스/드레인 전극(440a, 440b)이 형성된다.The thin film transistor of FIG. 4 is an inverted coplanar type in which a
이와 같은 본 발명의 제1 내지 제4 실시예의 박막 트랜지스터의 채널(120, 220, 340, 440)은 ZnO 계열의 3 성분계 단일층 채널로서, 주석 산화물과의 혼합 시 아연 조성비 대비 주석 원자비가 4:1 에서 2:1 사이를 충족하며, 공정 온도 300도 이하의 온도에서 게이트 절연막(130, 230, 320, 420)과의 계면에서 최적화된다. 이때, 게이트 절연막(130, 230, 320, 420)은 알루미나일 수 있으며, 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막을 게이트 절연막(130, 230, 320, 420)으로 사용 가능하다.The
또한, 본 발명의 박막 트랜지스터는 산화물 채널과 게이트 절연막(130, 230, 320, 420) 사이의 계면 특성을 최적화하기 위해 ZTO(Zinc-Tin-Oxide)에 보론(Boron)을 도핑하여, 이동도의 증가와 SS(sub-threshold swing)값을 크게 감소한다. 즉, 보론은 ZTO 채널(120, 220, 340, 440)의 캐리어 농도를 증가시키고, 표면 특성을 향상시켜, 이동도와 SS 값에 긍정적으로 영향을 미친다. In addition, the thin film transistor of the present invention is doped with boron in the zinc-tin-oxide (ZTO) to optimize the interface characteristics between the oxide channel and the gate insulating layer (130, 230, 320, 420), Increases and decreases the value of the sub-threshold swing significantly. That is, boron increases the carrier concentration of the
이로 인해 산화물 채널을 적용한 박막 트랜지스터의 저온 제작으로 기존의 LCD, OLED 구동소자뿐만 아니라, 의료용에서부터 자동차 HUD(HEAD UP DISPLAY) 제품에 이르기까지, 투명하고 안정한 소자의 응용 가능성을 높일 수 있다. As a result, the low-temperature fabrication of thin film transistors using oxide channels can enhance the application possibilities of transparent and stable devices, from medical LCDs to automotive HUD (HEAD UP DISPLAY) products, as well as conventional LCD and OLED driving devices.
이하에서는 도 5a 내지 도 5f를 참고하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a thin film transistor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5A to 5F.
도 5a 내지 도 5f는 도 1의 박막 트랜지스터의 제조 방법을 나타내는 단면도이다.5A through 5F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the thin film transistor of FIG. 1.
먼저, 도 5a와 같이 기판(100) 상에 소스/드레인 전극 형성을 위한 전도성 물질(110)을 적층하고, 채널 영역만큼 이격되도록 패터닝하여 소스/드레인 전극(110a, 110b)을 형성한다.First, as illustrated in FIG. 5A, the
다음으로, 도 5b와 같이, 소스/드레인 전극(110a, 110b) 및 소스/드레인 전극(110a, 110b) 사이의 노출된 기판(100) 상을 덮도록 채널 물질층(120a)을 적층한다. 채널 물질층(120a)은 스퍼터링, PLD(Pulsed Laser Deposition), 이온 빔 증착법 등을 통하여 적층 될 수 있다. Next, as shown in FIG. 5B, the
이때 채널 물질층(120a)은 아연 대비 주석의 원자비 함유량이 4:1 에서 2:1의 범위를 충족하는 아연-주석 산화물에 보론이 첨가된 것으로서, 이를 타겟으로 스퍼터링하여 형성할 수 있다. 이후 300도 이하의 저온에서 열처리하여 비정질 산화막의 보론 도핑된 ZTO을 형성한다. 또는 300도 이상의 고온에서 형성 시 아연 대비 주석 함량을 4:1 ~ 1:4 로 확대할 수 있으며, 비정질 상태가 유지되는 온도인 약 450도 미만까지 공정이 가능하다. In this case, the
이때, 보론의 농도는 아연과 주석의 합에 대해 원자량으로 0.001% 에서 10%을 충족한다. At this time, the concentration of boron satisfies 0.001% to 10% in atomic weight with respect to the sum of zinc and tin.
한편, 도 5c와 같이, 채널 물질층(120a)인 ZTO을 형성한 후, 보론을 도핑할수도 있으며, 도핑 농도는 아연과 주석의 합에 대해 원자량으로 0.001% 에서 10%을 충족한다.Meanwhile, as shown in FIG. 5C, after forming ZTO, the
다음으로 도 5d와 같이, 채널 물질층(120a) 상에 채널 보호층(125)을 적층한다.Next, as shown in FIG. 5D, the
채널 보호층(125)의 두께는 1~20 nm 를 충족하며, AlOx, SiNx, SiOx 등 절연막으로 형성될 수 있다. 이와 같은 채널 물질층(120a) 및 채널 보호층(125)은 포 토 레지스트를 적층 후 패터닝하고, 습식각 및 건식식각, 그리고 이온 밀링(ion milling)을 수행하여 도 5e와 같이 소스/드레인 전극(110a, 110b)과 접촉하며, 소스/드레인 전극(110a, 110b) 사이의 기판(100) 상에 채널이 형성되도록 패터닝한다.The channel
이때, 포토 레지스트로 리프트 오프 패턴을 형성할 수도 있으나, 포토 레지스트는 ZTO 증착 온도에 취약하므로 150 도 미만에서 적용한다.At this time, the lift-off pattern may be formed of the photoresist, but the photoresist is vulnerable to the ZTO deposition temperature, so it is applied at less than 150 degrees.
다음으로, 도 5f와 같이 소스/드레인 전극(110a, 110b) 및 채널을 덮으며 게이트 절연막(130)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 5F, the
게이트 절연막(130)은 원자층 증착 방법(atomic layer deposition, ALD)에 의해 절연막을 증착하고, 이를 이용해 MIS(metal-insulator-semiconductor) 커패시터를 형성한다. The
이때, 게이트 절연막(130)으로 알루미나를 사용하는 경우, 증착은 100 도 ~ 250 도에서 수행하고, 소자 열처리 공정은 300 도 이내, 바람직하게는 200 도 ~ 300 도에서 수행한다.In this case, in the case of using alumina as the
알루미나 게이트 절연막(130)은 원자층 증착 방법 이외에도 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 나 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)에 의해 성장시킬 수 있으며, 게이트 절연막(130)을 PECVD를 통하여 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막으로 형성하는 경우에는 100 도에서 300 도 사이에서 성장시킨다. The alumina
이와 같은 최적의 온도는 열처리 온도에 따른 MIS(metal-insulator-semiconductor) 커패시턴스의 변화를 실험적으로 측정하여 얻은 값이다. The optimal temperature is obtained by experimentally measuring the change of MIS capacitance with the heat treatment temperature.
보론이 도핑된 ZTO 채널의 경우, 기판 온도가 상온에서 200도 까지 열처리 가능하며, 후열처리 온도도 300도 이내에서 조절할 수 있다. In the case of the boron-doped ZTO channel, the substrate temperature can be heat treated up to 200 degrees at room temperature, and the post-heat treatment temperature can be adjusted within 300 degrees.
이하에서는 도 6 및 도 7을 참고하여, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터의 효과를 설명한다.Hereinafter, the effects of the thin film transistor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
도 6은 ZTO 채널을 가지는 박막 트랜지스터의 특성 곡선이며, 도 7은 본 발명에 따른 보론 도핑된 ZTO 채널을 가지는 박막 트랜지스터의 특성 곡선이다.6 is a characteristic curve of a thin film transistor having a ZTO channel, Figure 7 is a characteristic curve of a thin film transistor having a boron doped ZTO channel according to the present invention.
도 6 및 도 7의 박막 트랜지스터는 모두 스태거 형으로서, 채널을 상온에서 증착하고, 300도에서 후열처리한 후 특성을 평가한 것이다.The thin film transistors of FIGS. 6 and 7 are all staggered types, and the channels are deposited at room temperature, and after heat treatment at 300 ° C., the characteristics are evaluated.
박막 트랜지스터를 이루는 모든 물질은 투명한 소재로 만들었으며, 소스/드레인 및 게이트 전극은 ITO(indium-tin-oxide)와 같은 투명한 물질 또는 Mo, Au/Ti 같은 금속 물질로 이루어져 있으며, 절연체는 알루미나를 활용하였으며, 자외선 ~적외선 영역에서 평균 투과율이 80% 이상 나올 수 있도록 소자를 최적화시킨 것이다. 또한, 각 채널의 Zn : Sn 비율은 원자량 비로 3:1 을 충족한다. All the materials of the thin film transistor are made of transparent materials.The source / drain and gate electrodes are made of transparent materials such as indium-tin-oxide (ITO) or metal materials such as Mo and Au / Ti, and the insulator is made of alumina. The device is optimized to have an average transmittance of 80% or more in the ultraviolet-infrared region. In addition, the Zn: Sn ratio of each channel satisfy | fills 3: 1 by atomic weight ratio.
채널의 두께는 20nm 이며, 알루미나 채널 보호층의 두께는 10nm이고, 알루미나 게이트 절연막의 두께는 190nm, ITO 전극은 150nm 이다. The thickness of the channel is 20 nm, the thickness of the alumina channel protective layer is 10 nm, the thickness of the alumina gate insulating film is 190 nm, and the ITO electrode is 150 nm.
채널층 및 채널 보호층은 묽은 HF 기반 용액에 습식식각을 진행하여 패터닝하고, ITO 및 알루미나 등은 습식각 방법으로 수행하였다. The channel layer and the channel protective layer were patterned by wet etching the diluted HF-based solution, and ITO and alumina were performed by the wet etching method.
또한, 스퍼터링에 의해 증착된 ITO는 인산과 질산의 혼합액을 사용하여 50 도에서 식각을 진행하였고, 알루미나는 원자층 박막 증착법 또는 PECVD, MOCVD 등으로 성막하였으며, 식각은 인산용액을 120 도까지 가열한 후에 실시하였다. In addition, ITO deposited by sputtering was etched at 50 degrees using a mixture of phosphoric acid and nitric acid, and alumina was formed by atomic layer thin film deposition, PECVD, MOCVD, etc., and etching was performed by heating the phosphoric acid solution to 120 degrees. It was performed later.
도 6 및 도 7을 참고하면, 보론이 도핑된 도 7의 박막 트랜지스터의 이동도가 보론 도핑이 없는 도 6의 박막 트랜지스터의 이동도에 대하여 약 50% 가량 높으며, SS 값은 1/2 정도임을 알 수 있어 특성이 획기적으로 개선되었음을 알 수 있다.6 and 7, the mobility of the thin film transistor of FIG. 7 doped with boron is about 50% higher than that of the thin film transistor of FIG. 6 without boron doping, and the SS value is about 1/2. It can be seen that the properties have been significantly improved.
이하에서는 도 8 내지 도 18을 참고하여 본 발명의 박막 트랜지스터의 응용방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, an application method of the thin film transistor of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 to 18.
본 발명의 ZTO 채널을 적용한 투명 박막 트랜지스터는 디스플레이뿐만 아니라 각종 투명 전기 소자의 회로 설계에 응용된다.The transparent thin film transistor to which the ZTO channel of the present invention is applied is applied to the circuit design of various transparent electric elements as well as a display.
특히, 도 8의 의료용 투명 디스플레이 패널, 도 9와 같이 전자 회로에 적용되거나, 도 10과 같은 UV PD, 도 11의 투명 LED, 도 12의 양방향 투명 모니터 도 13의 LCD, OLED 의 구동소자로서 패널에 적용할 수 있다.In particular, the medical transparent display panel of FIG. 8, applied to an electronic circuit as shown in FIG. 9, or a UV PD as shown in FIG. 10, a transparent LED of FIG. 11, a bidirectional transparent monitor of FIG. 12, and a panel as a driving element of the LCD and OLED of FIG. 13. Applicable to
또한, 도 14의 투명 RFID 에 비정질 ZTO 박막 트랜지스터가 사용 가능하고,도 15의 투명 유리창과 디스플레이 기능을 동시에 할 수 있는 스마트창, 및 도 16의 자동차 및 항공기 등의 HUD, 도 17의 Head Mounted Display (HMD) 및 도 18의 범용 투명 디스플레이 또는 투명하고 유연한 디스플레이에 비정질 ZTO채널을 가지는 박막 트랜지스터가 사용 가능하다. In addition, an amorphous ZTO thin film transistor may be used for the transparent RFID of FIG. 14, a smart window capable of simultaneously performing the transparent glass window of FIG. 15 and a display function, and a HUD of an automobile and an aircraft of FIG. 16, and a head mounted display of FIG. 17. Thin film transistors having amorphous ZTO channels can be used for (HMD) and the general purpose transparent display or transparent flexible display of FIG. 18.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. The embodiments of the present invention described above are not implemented only through the apparatus and the method, but may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded. Implementation may be easily implemented by those skilled in the art from the description of the above-described embodiments.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a thin film transistor according to a first exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 단면도이다. 2 is a cross-sectional view of a thin film transistor according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막 트랜지스터이다. 3 is a thin film transistor according to a third embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 박막 트랜지스터이다.4 is a thin film transistor according to a fourth embodiment of the present invention.
도 5a 내지 도 5f는 도 1의 박막 트랜지스터의 제조 방법을 나타내는 단면도이다.5A through 5F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the thin film transistor of FIG. 1.
도 6은 ZTO 채널을 가지는 박막 트랜지스터의 특성 곡선이다.6 is a characteristic curve of a thin film transistor having a ZTO channel.
도 7은 본 발명에 따른 보론 도핑된 ZTO 채널을 가지는 박막 트랜지스터의 특성 곡선이다.7 is a characteristic curve of a thin film transistor having a boron doped ZTO channel according to the present invention.
도 8 내지 도 18은 본 발명에 따른 박막 트랜지스터의 응용 분야를 나타내는 사진이다. 8 to 18 are photographs showing an application field of the thin film transistor according to the present invention.
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