JP4980959B2 - Method for manufacturing oxide thin film transistor element - Google Patents

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Description

本発明は、乾式エッチング工程を利用した酸化物薄膜トランジスタ素子の製造方法に関し、より詳細には、亜鉛酸化物(ZnO)を使用して形成された半導体薄膜又はアルミニウム酸化物(Al)を使用して形成されたゲート絶縁膜を、特定エッチングガスを使用するヘリコンプラズマ工程を通じてパターン化する酸化物薄膜トランジスタ素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an oxide thin film transistor device using a dry etching process, and more particularly, a semiconductor thin film or aluminum oxide (Al 2 O 3 ) formed using zinc oxide (ZnO). The present invention relates to a method of manufacturing an oxide thin film transistor device, in which a gate insulating film formed by using a pattern is patterned through a helicon plasma process using a specific etching gas.

最近、平板ディスプレイ産業は、最先端デジタル家電器機及び高機能性個人情報端末器機の発展とともに情報産業の核心技術として位置づけている。この分野は、現在LCDとPDPで代表される二つの技術が市場を先点している状況であり、有機ELも最近の飛躍的な技術発展とともに商用化及び核心市場創出に拍車をかけている状況である。有機ELは、LCDとは相異にバックライトユニットを必要とせず、応答速度が速くて画質が優秀なだけではなく、曲げることが可能なフレキシブル基板上にも容易に形成することができるという特徴を有しているので、次世代平板ディスプレイ技術として注目されている。   Recently, the flat panel display industry is positioned as the core technology of the information industry along with the development of cutting-edge digital home appliances and high-performance personal information terminal devices. In this field, two technologies represented by LCD and PDP are currently leading the market, and organic EL has spurred commercialization and the creation of a core market with the recent dramatic technological development. Is the situation. Unlike the LCD, the organic EL does not require a backlight unit, has a high response speed and excellent image quality, and can be easily formed on a flexible substrate that can be bent. Has attracted attention as a next-generation flat panel display technology.

一方、有機ELの駆動のための薄膜トランジスタは、移動度、電流駆動能力、ドレイン電流のON/OFFマージンなどのような駆動用トランジスタの基本的な特性とともに長時間の信頼性及び耐久性などの特性が要求されるだけではなく、低温工程を通じても優秀な性能を確保するべきである。今まで開発されて来た平板ディスプレイ駆動用バックプレーン薄膜トランジスタ技術は大きく4種類に分けられる。   On the other hand, a thin film transistor for driving an organic EL has characteristics such as long-term reliability and durability as well as basic characteristics of a driving transistor such as mobility, current driving capability, and drain current ON / OFF margin. Not only is required, but also excellent performance should be ensured through low-temperature processes. The flat-plane driving backplane thin film transistor technology that has been developed so far can be broadly divided into four types.

1.ポリシリコンを半導体層として利用する薄膜トランジスタ技術である。現在まで報告されているポリシリコン薄膜トランジスタの特性は、移動度と動作安全性の側面で非常に良好であり、実際にLCDのバックプレーン用薄膜トランジスタでも使用されている。LCDとは相違に電流駆動型である有機ELの場合には各素子の動作均一性が非常に重要である。しかし、ポリシリコン薄膜トランジスタはシリコンの結晶化方式や工程温度の側面で多くの変数を有しており、特に、低温結晶化ポリシリコンを利用する場合、素子特性の均一性を保障できない状況である。   1. This is a thin film transistor technology that uses polysilicon as a semiconductor layer. The characteristics of polysilicon thin film transistors reported to date are very good in terms of mobility and operational safety, and are actually used in backplane thin film transistors for LCDs. Unlike the LCD, in the case of a current-driven organic EL, the operation uniformity of each element is very important. However, polysilicon thin film transistors have many variables in terms of silicon crystallization methods and process temperatures. In particular, when low-temperature crystallized polysilicon is used, uniformity of device characteristics cannot be guaranteed.

2.非晶質シリコンを半導体層として利用する薄膜トランジスタ技術である。非晶質シリコンは結晶化過程が不必要なので、成膜工程が単純で大面積工程に容易であり、生産費用が低い長所があるが、ポリシリコン薄膜トランジスタに比べて移動度が非常に低いので電流駆動能力が大きく低下される短所がある。さらに、有機ELバックプレーン用薄膜トランジスタとして使用するためには動作の安全性が非常に重要であるが、非晶質シリコン薄膜トランジスタの場合、経時的に特性が徐々に変化するなど、動作安全性と電気的信頼性が大きく低下されるので現在の技術水準では有機EL駆動用薄膜トランジスタとして使用が不可能である。勿論、このような電気的信頼性を補償するための付加回路を追加して問題を解決することも可能であるが、回路構成が煩雑になり、開口率減少などの付加的な問題が発生するようになる。   2. This is a thin film transistor technology using amorphous silicon as a semiconductor layer. Since amorphous silicon does not require a crystallization process, the film formation process is simple and easy for large-area processes, and has the advantage of low production costs. However, the mobility is very low compared to polysilicon thin film transistors, so the current is low. There is a disadvantage that the driving ability is greatly reduced. Furthermore, safety of operation is very important for use as a thin film transistor for an organic EL backplane, but in the case of an amorphous silicon thin film transistor, the operational safety and electrical Therefore, it cannot be used as an organic EL driving thin film transistor with the current technical level. Of course, it is possible to solve the problem by adding an additional circuit for compensating for such electrical reliability, but the circuit configuration becomes complicated and an additional problem such as a decrease in aperture ratio occurs. It becomes like this.

3.有機薄膜層を半導体層として利用する薄膜トランジスタ技術である。この薄膜トランジスタにはペンタセン(pentacene)などの代表的な有機半導体を使用しているが、最近の技術進歩にもかかわらず電気的な動作信頼性及び素子特性の均一性側面でバックプレーン用薄膜トランジスタとして利用するには素子の特性が非常に不足な実情である。   3. This is a thin film transistor technology that uses an organic thin film layer as a semiconductor layer. This thin film transistor uses a typical organic semiconductor such as pentacene, but it is used as a backplane thin film transistor in terms of electrical operation reliability and uniformity of device characteristics despite recent technological advances. To achieve this, the characteristics of the device are very insufficient.

4.酸化物半導体を半導体層として利用する薄膜トランジスタ技術である。酸化物半導体薄膜トランジスタは、比較的良好な移動度特性及び電流駆動能力の確保ができるだけではなく、低温工程が可能で大面積製作にも有利である長所を有している。また、使用する酸化物半導体材料の選択によって透明度の維持ができる長所がある。最近報告されている酸化物トランジスタの性能は、有機EL駆動のためのバックプレーン用薄膜トランジスタとして充分に活用可能な水準である。酸化物薄膜トランジスタは最近数年間飛躍的な技術進歩が行われた分野であり、今後の素子特性の長期信頼性及び安全性の確保が酸化物トランジスタ技術の解決課題であると言える。   4). This is a thin film transistor technology that uses an oxide semiconductor as a semiconductor layer. An oxide semiconductor thin film transistor not only can ensure relatively good mobility characteristics and current driving capability, but also has an advantage that a low temperature process is possible and it is advantageous for large-area manufacturing. Further, there is an advantage that transparency can be maintained by selecting an oxide semiconductor material to be used. The recently reported performance of oxide transistors is at a level that can be fully utilized as a thin film transistor for a backplane for driving an organic EL. Oxide thin-film transistors are a field in which technological progress has been made in recent years. Ensuring long-term reliability and safety of device characteristics in the future is a solution to oxide transistor technology.

酸化物薄膜トランジスタの大きい長所は、透明バックプレーンの形成が可能な点である。現在まで一番多く研究されて来たZnO系酸化物薄膜トランジスタは、比較的低温で成膜工程を実行しても高い移動度を得ることができるだけではなく、可視光に対して透明な性質を有するので、有機ELなどのようなディスプレーパネルとともに使用してスマート窓などの多様な応用分野を新たに創出できることで期待される。特に、有機ELのバックプレーン薄膜トランジスタで使用する場合、透明な長所をいかしてチャンネルの幅を最大限広げて開口率を確保しながらも大電流で有機ELを駆動することができるので、有機EL本然の色再現性を具現することができる。   A great advantage of an oxide thin film transistor is that a transparent backplane can be formed. The ZnO-based oxide thin film transistor, which has been studied the most so far, has not only a high mobility even when a film forming process is performed at a relatively low temperature, but also has a property transparent to visible light. Therefore, it is expected that it can be used together with a display panel such as organic EL to newly create various application fields such as smart windows. In particular, when used in organic EL backplane thin film transistors, the organic EL book can be driven with a large current while ensuring the aperture ratio by maximizing the channel width by taking advantage of its transparent advantages. Natural color reproducibility can be realized.

しかし、酸化物薄膜トランジスタの製造のためには、ZnOのような酸化物半導体薄膜層を形成する時、やっぱり透明な酸化物ゲート絶縁膜及び透明電極薄膜層と共に適切に配置して、トランジスタの製作のために最適化された所定の製造工程を適用しなければならない。   However, in order to manufacture an oxide thin film transistor, when an oxide semiconductor thin film layer such as ZnO is formed, the oxide thin film layer is appropriately disposed together with a transparent oxide gate insulating film and a transparent electrode thin film layer. For this purpose, a predetermined manufacturing process that is optimized must be applied.

特に、酸化物薄膜トランジスタの製造のためには、酸化物半導体薄膜層、酸化物ゲート絶縁膜薄膜層及び透明電極薄膜層のエッチング特性の確立が非常に重要である。その理由は、薄膜トランジスタの良好な動作特性を確保するためには各材料の薄膜層を所定の位置に正確にパターニングしなければならないからである。現在まで酸化物薄膜トランジスタの製作において各薄膜層のエッチング工程には3種類の技術が主に使用されて来た。1番目は、メタルシャドーマスクを使用して各薄膜層の蒸着を所定の位置にだけ実行してパターニングする技術であり、2番目は、一般的なフォトリソグラフィ工程とリフトオフ工程とを竝行して、薄膜層が存在する所定の位置をフォトレジストのパターンで用意しておいた後、酸化物薄膜層を蒸着して、パターン以外の部分をレジストとともに除去するパターニング技術であり、3番目は、湿式エッチング液を準備して各薄膜層を湿式エッチング工程によりパターニングする技術である。これらパターニング工程は、酸化物薄膜トランジスタを構成する各薄膜層を比較的手軽い方法でパターニングできる長所があるが、次のような技術的な問題を有している。   In particular, for manufacturing an oxide thin film transistor, it is very important to establish etching characteristics of an oxide semiconductor thin film layer, an oxide gate insulating film thin film layer, and a transparent electrode thin film layer. This is because the thin film layer of each material must be accurately patterned at a predetermined position in order to ensure good operating characteristics of the thin film transistor. To date, three types of techniques have been mainly used for the etching process of each thin film layer in the fabrication of oxide thin film transistors. The first is a technique of performing patterning by performing deposition of each thin film layer only at a predetermined position using a metal shadow mask, and the second is a general photolithography process and a lift-off process. A patterning technique in which a predetermined position where a thin film layer is present is prepared in a photoresist pattern, and then an oxide thin film layer is deposited and a portion other than the pattern is removed together with the resist. In this technique, an etching solution is prepared and each thin film layer is patterned by a wet etching process. These patterning steps have the following technical problems, although there is an advantage that each thin film layer constituting the oxide thin film transistor can be patterned by a relatively easy method.

まず、メタルシャドーマスクを使用して各薄膜層のパターニングを実行する場合、素子の微細化が進行されるほどメタルマスクを使用して各工程間のレイヤー整合を実行することは非常に難しくなる。一般的に、数十マイクロメーター程度の素子設計規則を適用する場合にも、メタルマスクを使用して正確なレイヤー整合を実行することは非常に難しく、今後、数マイクロメーター以下に素子が微細化される場合、メタルシャドーマスクを使用するパターニング工程は適用が不可能になる。   First, when patterning each thin film layer using a metal shadow mask, it becomes very difficult to perform layer alignment between each process using a metal mask as the device becomes finer. In general, even when applying element design rules of about several tens of micrometers, it is very difficult to perform accurate layer alignment using a metal mask. In this case, a patterning process using a metal shadow mask is not applicable.

一方、通常のフォトリソグラフィ工程とリフトオフ工程とを並行して酸化物薄膜トランジスタを構成する各薄膜層のパターニングを実行する場合、酸化物薄膜層を形成するスパッタリング方法や原子層蒸着法又は化学的気相蒸着法によりフォトレジストでパターンされた下地部分にだけ正確に酸化物薄膜層を形成することはとても難しくて、蒸着後に実行されるリフトオフ工程で正確なパターンを形成することは困難である。一般的に、数十マイクロメーター以上のパターンを形成する場合、スパッタリング方法で酸化物薄膜層を蒸着してリフトオフ工程で薄膜層のパターニングを実行することはできるが、この場合にもフォトレジストパターンのプラズマ劣化などの問題のため、工程の安全性を確保することはできない。さらに、蒸着薄膜のステップカバレッジ特性が非常に良好な原子層蒸着法や化学的気相蒸着法で酸化物薄膜層を形成する場合には、原理的にリフトオフ工程によるパターニング作業は不可能になる。   On the other hand, when patterning each thin film layer constituting an oxide thin film transistor in parallel with a normal photolithography process and a lift-off process, a sputtering method, an atomic layer deposition method, or a chemical vapor phase for forming the oxide thin film layer is performed. It is very difficult to accurately form an oxide thin film layer only on a base portion patterned with a photoresist by vapor deposition, and it is difficult to form an accurate pattern in a lift-off process performed after vapor deposition. In general, when a pattern of several tens of micrometers or more is formed, an oxide thin film layer can be deposited by a sputtering method and patterning of the thin film layer can be performed by a lift-off process. Due to problems such as plasma degradation, process safety cannot be ensured. Further, when an oxide thin film layer is formed by an atomic layer deposition method or a chemical vapor deposition method in which the step coverage characteristic of the deposited thin film is very good, a patterning operation by a lift-off process becomes impossible in principle.

また、所定の湿式エッチング液を利用して酸化物薄膜トランジスタを構成する各薄膜層のパターニング工程を実行する場合、各酸化物薄膜層のエッチング率及び各薄膜層間のエッチング選択性を調節して酸化物薄膜トランジスタの製作工程安全性をはかることはとても難しい。その理由は、一般的に使用される前記湿式エッチング液は窒酸水溶液、塩酸水溶液、フッ酸水溶液などの強酸で構成され、このような湿式エッチング液を利用して同一な酸化物の一種である酸化物半導体層、酸化物ゲート絶縁膜、酸化物透明電極層を選択的にパターニングすることは非常に難しいからである。さらに、湿式エッチング液の内部で酸化物薄膜トランジスタを構成する各酸化物薄膜層がエッチングされる速度は非常に速くて、薄膜層の厚さによる正確な工程条件を導出しにくい。また、湿式エッチング工程はその自体の等方性エッチング特性のため、素子の設計規則が微細化されるほど過渡エッチングによるアンダーカット発生などの影響を排除できない。   In addition, when performing a patterning process of each thin film layer constituting the oxide thin film transistor by using a predetermined wet etching solution, the etching rate of each oxide thin film layer and the etching selectivity between each thin film layer are adjusted to form an oxide. It is very difficult to ensure the safety of thin film transistor manufacturing processes. The reason is that the commonly used wet etching solution is composed of strong acid such as aqueous nitric acid solution, aqueous hydrochloric acid solution or aqueous hydrofluoric acid solution, and is one kind of the same oxide using such wet etching solution. This is because it is very difficult to selectively pattern the oxide semiconductor layer, the oxide gate insulating film, and the oxide transparent electrode layer. Furthermore, the rate at which each oxide thin film layer constituting the oxide thin film transistor is etched inside the wet etching solution is very high, and it is difficult to derive accurate process conditions depending on the thickness of the thin film layer. Further, since the wet etching process has its own isotropic etching characteristics, the influence of undercut due to transient etching cannot be excluded as the design rule of the element is made finer.

上述したように、既存のパターニング工程は次世代酸化物薄膜トランジスタを利用する各種応用素子分野において汎用工程で使いにくいし、今後素子のサイズが小さくなるほど一層その使用が困難になることが分かる。したがって、良好な特性を有する酸化物薄膜トランジスタの安定的で再現性のある工程条件導出のためには、制御性がすぐれた乾式エッチング工程を利用することがより望ましい。   As described above, it can be seen that the existing patterning process is difficult to use in a general-purpose process in various application element fields using next-generation oxide thin film transistors, and the use of the patterning process becomes more difficult as the size of the element decreases in the future. Therefore, it is more desirable to use a dry etching process with excellent controllability in order to derive stable and reproducible process conditions for an oxide thin film transistor having good characteristics.

さらに、酸化物薄膜トランジスタの製造工程においては、酸化物半導体の上層又は下層に酸化物ゲート絶縁膜又は電極材料が隣接するようになる。これによって、酸化物薄膜トランジスタ素子の製造工程の信頼性を確保するためには、酸化物半導体薄膜層のエッチング工程時に隣接材料との高いエッチング選択比を確保しなければならない。   Further, in the manufacturing process of the oxide thin film transistor, the oxide gate insulating film or the electrode material comes to be adjacent to the upper layer or the lower layer of the oxide semiconductor. Accordingly, in order to ensure the reliability of the manufacturing process of the oxide thin film transistor element, it is necessary to ensure a high etching selectivity with the adjacent material during the etching process of the oxide semiconductor thin film layer.

一方、現在まで報告された代表的な酸化物半導体であるZnOの乾式エッチング工程方法では、ZnOの高いエッチング率の確保のために水素が添加されたエッチングガス雰囲気を使用する場合が多い。しかし、このような先行研究結果はZnOを酸化物半導体で利用する酸化物薄膜トランジスタの製作のために最適化された乾式エッチング工程とは言えなくて、一般的に酸化物薄膜トランジスタに使用されるZnOの膜厚さが充分に薄いという点と水素がZnOの電気的な特性に深刻な影響を及ぼすという点を考慮すれば、むしろ使用が不可能な工程条件であることが分かる。   On the other hand, in the dry etching process method of ZnO which is a representative oxide semiconductor reported up to now, an etching gas atmosphere to which hydrogen is added is often used in order to ensure a high etching rate of ZnO. However, these previous research results are not dry etching processes optimized for the fabrication of oxide thin film transistors using ZnO as an oxide semiconductor. Considering the fact that the film thickness is sufficiently thin and the fact that hydrogen seriously affects the electrical characteristics of ZnO, it can be seen that the process conditions are rather impossible to use.

したがって、酸化物薄膜トランジスタの製造のために酸化物半導体薄膜層をエッチングする場合、全体素子構造の健全性や素子の良好な電気的特性は酸化物薄膜トランジスタの素子構造を考慮して一番適切に設計された特定条件のエッチング工程を通じて達成される。   Therefore, when etching an oxide semiconductor thin film layer for manufacturing an oxide thin film transistor, the soundness of the entire device structure and the good electrical characteristics of the device are most appropriately designed in consideration of the device structure of the oxide thin film transistor. This is achieved through a specific etching process.

これによって、本発明者は、酸化物薄膜トランジスタの製造において、酸化物半導体薄膜層をエッチングする時、エッチングガスの種類を特定化してヘリコンプラズマ工程を適用する場合、エッチング選択性を向上させて酸化物薄膜トランジスタを容易に発明できることを見つけて発明を完成した。   Accordingly, the present inventor has improved the etching selectivity when the oxide semiconductor thin film layer is etched and the helicon plasma process is applied when the oxide semiconductor thin film layer is etched. The present invention was completed by finding that a thin film transistor can be easily invented.

大韓民国特許登録第10−0693080号Korean Patent Registration No. 10-0693080 大韓民国特許登録第10−0484502号Korean Patent Registration No. 10-0484502 特開2003−68155号公報JP 2003-68155 A Applied Surface Sience, February 28, 2006, Wantae Lim et al., “Dry etching of bulk single−crystal ZnO in CH4/H2−based plasma chemistries”Applied Surface Science, February 28, 2006, Wantae Lim et al. , “Dry etching of bulk single-crystal ZnO in CH4 / H2-based plasma chemistry” Journal of The Electrochemical Society, February 24, 2000, Ji−Myon Lee et al., “Dry Etching of ZnO Using an Inductively Coupled Plasma”Journal of The Electrochemical Society, February 24, 2000, Ji-Myon Lee et al. , “Dry Etching of ZnO Using an Inductively Coupled Plasma”

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、特定エッチングガスを使用してヘリコンプラズマ乾式エッチング工程を通じてエッチング工程条件を最適化し、エッチング選択性を向上させた酸化物薄膜トランジスタ素子の製造方法を提供ことにある。   The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to optimize etching process conditions through a helicon plasma dry etching process using a specific etching gas and improve etching selectivity. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an oxide thin film transistor element.

前記課題を解決するために、本発明は、基板とゲート電極とゲート絶縁膜とソース及びドレイン電極と半導体薄膜とを含む酸化物薄膜トランジスタ素子の製造方法において、前記ゲート絶縁膜又は半導体薄膜はアルゴンと塩素を含む混合ガスをエッチングガスとして使用するヘリコンプラズマ乾式工程を通じてパターン化されるステップを含む酸化物薄膜トランジスタ素子の製造方法を提供する。   In order to solve the above problems, the present invention provides a method of manufacturing an oxide thin film transistor element including a substrate, a gate electrode, a gate insulating film, a source and drain electrode, and a semiconductor thin film, wherein the gate insulating film or the semiconductor thin film is formed of argon. A method of manufacturing an oxide thin film transistor device including a step of patterning through a helicon plasma dry process using a mixed gas containing chlorine as an etching gas is provided.

好ましくは、本発明による酸化物薄膜トランジスタ素子の製造方法において、エッチングガスはアルゴンと塩素の以外にフッ化メタン又はフッ化メタン及び酸素ガスをさらに含んでいる。   Preferably, in the method of manufacturing an oxide thin film transistor device according to the present invention, the etching gas further contains fluorinated methane or fluorinated methane and oxygen gas in addition to argon and chlorine.

好ましくは、前記エッチングガスにおいて、アルゴン/塩素の混合ガスの場合、塩素ガスは全体混合ガス(Ar+Cl)に対して20%〜80%の範囲内で含まれ、アルゴン/塩素/フッ化メタンの混合ガスの場合、アルゴンガスは全体混合ガス(Ar+Cl+CHF)に対して30%で固定され、塩素ガスは全体混合ガスに対して10%以上70%未満で含まれ、アルゴン/塩素/フッ化メタン/酸素の混合ガスの場合、アルゴンガスは混合ガス(Ar+Cl+CHF)に対して30%で固定され、塩素ガスは前記混合ガスに対して10%以上70%未満で含まれ、酸素ガスはアルゴン/塩素/フッ化メタンの混合ガス100sccmに対して8〜10sccmの範囲で含まれる。 Preferably, in the etching gas, in the case of an argon / chlorine mixed gas, the chlorine gas is included in the range of 20% to 80% with respect to the total mixed gas (Ar + Cl 2 ), and the argon / chlorine / fluorinated methane In the case of a mixed gas, the argon gas is fixed at 30% with respect to the total mixed gas (Ar + Cl 2 + CHF 3 ), and the chlorine gas is contained at 10% or more and less than 70% with respect to the total mixed gas. In the case of a mixed gas of methane / oxygen, argon gas is fixed at 30% with respect to the mixed gas (Ar + Cl 2 + CHF 3 ), chlorine gas is contained at 10% or more and less than 70% with respect to the mixed gas, oxygen gas The gas is contained in a range of 8 to 10 sccm with respect to 100 sccm of a mixed gas of argon / chlorine / fluoromethane.

好ましくは、前記へリコンプラズマ乾式工程は、RF電力が600ワット(W)〜1200ワット(W)であり、RFバイアス電力が400ワット(W)〜1000ワット(W)であり、工程圧力が3mTorr〜5mTorrである条件下で実行される。   Preferably, the helicon plasma dry process has an RF power of 600 watts (W) to 1200 watts (W), an RF bias power of 400 watts (W) to 1000 watts (W), and a process pressure of 3 mTorr. Run under conditions that are ~ 5 mTorr.

好ましくは、本発明による酸化物薄膜トランジスタの製造方法において、前記ゲート絶縁膜はAlで形成され、半導体薄膜はZnOで形成される。 Preferably, in the method of manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention, the gate insulating film is formed of Al 2 O 3 and the semiconductor thin film is formed of ZnO.

好ましくは、本発明による酸化物薄膜トランジスタ素子は、基板/ゲート電極/ゲート絶縁膜/ソース及びドレイン電極/半導体薄膜構造と、基板/ゲート電極/ゲート絶縁膜/半導体薄膜/ソース及びドレイン電極の構造と、基板/ソース及びドレイン電極/半導体薄膜/ゲート絶縁膜/ゲート電極構造からなった群より選択される。   Preferably, the oxide thin film transistor device according to the present invention includes a substrate / gate electrode / gate insulating film / source and drain electrode / semiconductor thin film structure, and a substrate / gate electrode / gate insulating film / semiconductor thin film / source and drain electrode structure. , Selected from the group consisting of substrate / source and drain electrodes / semiconductor thin film / gate insulating film / gate electrode structure.

したがって、本発明の一実施形態による基板/ゲート電極/ゲート絶縁膜/ソース及びドレイン電極/半導体薄膜の構造を有する酸化物薄膜トランジスタ素子は、次のようなステップを通じて製造できる。   Accordingly, an oxide thin film transistor device having a structure of substrate / gate electrode / gate insulating film / source and drain electrode / semiconductor thin film according to an embodiment of the present invention can be manufactured through the following steps.

(1)基板の上部にゲート電極層用第1の伝導性薄膜層を形成してパターニングするステップ、
(2)前記ゲート電極層の上部にゲート絶縁膜層用酸化物絶縁体薄膜層を形成するステップ、
(3)前記ゲート絶縁膜層の上部にソース及びドレイン電極層用第2の伝導性薄膜層を形成してパターニングするステップ、
(4)前記パターニングされたソース及びドレイン電極層を覆う形態で前記ゲート絶縁膜層の上部に半導体層用酸化物半導体薄膜層を形成してパターニングするステップ。
(1) forming and patterning a first conductive thin film layer for a gate electrode layer on the substrate;
(2) forming an oxide insulator thin film layer for a gate insulating film layer on the gate electrode layer;
(3) forming and patterning a second conductive thin film layer for source and drain electrode layers on the gate insulating film layer;
(4) A step of forming and patterning an oxide semiconductor thin film layer for a semiconductor layer on the gate insulating film layer so as to cover the patterned source and drain electrode layers.

本発明の一実施形態による酸化物薄膜トランジスタ素子において、好ましくは、半導体層用酸化物半導体薄膜層は亜鉛酸化物(ZnO)で形成し、へリコンプラズマ乾式エッチング工程を通じてパターン化され、エッチングガスとしてアルゴン/塩素の混合ガス、アルゴン/塩素/フッ化メタンの混合ガス又はアルゴン/塩素/フッ化メタン/酸素の混合ガスを利用することができるが、好ましくは、アルゴン/塩素の混合ガスを利用する。   In the oxide thin film transistor device according to an embodiment of the present invention, preferably, the oxide semiconductor thin film layer for the semiconductor layer is formed of zinc oxide (ZnO), patterned through a helicon plasma dry etching process, and argon as an etching gas. A mixed gas of / chlorine, a mixed gas of argon / chlorine / fluorinated methane, or a mixed gas of argon / chlorine / fluorinated methane / oxygen can be used, but preferably a mixed gas of argon / chlorine is used.

好ましくは、前記ZnO酸化物半導体薄膜層の乾式エッチング時、アルゴンと塩素の混合ガスの場合、全体混合ガスに対する塩素ガスの混合比は20%〜80%の条件で実行し、アルゴンと塩素の以外にフッ化メタンが含まれる混合ガスの場合、全体混合ガスに対するアルゴンガスの混合比を30%で固定し、塩素ガスの混合比は10%以上70%未満の条件で実行し、ここに酸素ガスがさらに含まれる場合、酸素ガスはアルゴン/塩素/フッ化メタンの混合ガス100sccmに対して8〜10sccmの範囲内で添加される。   Preferably, during dry etching of the ZnO oxide semiconductor thin film layer, in the case of a mixed gas of argon and chlorine, the mixture ratio of chlorine gas to the total mixed gas is 20% to 80%, except for argon and chlorine. In the case of a mixed gas containing fluorinated methane, the mixture ratio of argon gas to the total mixed gas is fixed at 30%, and the chlorine gas mixture ratio is 10% or more and less than 70%. Is further added, oxygen gas is added within a range of 8 to 10 sccm with respect to 100 sccm of a mixed gas of argon / chlorine / fluoromethane.

また、本発明の他の実施形態による基板/ゲート電極/ゲート絶縁膜/半導体薄膜/ソース及びドレイン電極の構造を有する酸化物薄膜トランジスタ素子の場合、次のようなステップを通じて製造できる。   In addition, an oxide thin film transistor device having a structure of a substrate / gate electrode / gate insulating film / semiconductor thin film / source and drain electrodes according to another embodiment of the present invention can be manufactured through the following steps.

(1)基板の上部にゲート電極層用第1の伝導性薄膜層を形成してパターニングするステップ、
(2)前記ゲート電極層の上部にゲート絶縁膜層用酸化物絶縁体薄膜層を形成するステップ、
(3)前記ゲート絶縁膜層の上部に半導体層用酸化物半導体薄膜層を形成してパターニングするステップ、
(4)前記半導体層の上部にソース及びドレイン電極用第2の伝導性薄膜層を形成してパターニングするステップ。
(1) forming and patterning a first conductive thin film layer for a gate electrode layer on the substrate;
(2) forming an oxide insulator thin film layer for a gate insulating film layer on the gate electrode layer;
(3) forming and patterning an oxide semiconductor thin film layer for a semiconductor layer on the gate insulating film layer;
(4) forming and patterning a second conductive thin film layer for source and drain electrodes on the semiconductor layer;

本発明の他の実施形態による酸化物薄膜トランジスタ素子において、好ましくは、半導体層用酸化物半導体薄膜層は亜鉛酸化物(ZnO)で形成し、へリコンプラズマ乾式エッチング工程を通じてパターン化され、エッチングガスではアルゴン/塩素の混合ガス、アルゴン/塩素/フッ化メタンの混合ガス又はアルゴン/塩素/フッ化メタン/酸素の混合ガスを利用することができるが、好ましくは、アルゴン/塩素/フッ化メタン/酸素の混合ガスを利用する。   In an oxide thin film transistor device according to another embodiment of the present invention, preferably, the oxide semiconductor thin film layer for a semiconductor layer is formed of zinc oxide (ZnO) and patterned through a helicon plasma dry etching process. A mixed gas of argon / chlorine, a mixed gas of argon / chlorine / fluorinated methane or a mixed gas of argon / chlorine / fluorinated methane / oxygen can be used, but preferably argon / chlorine / fluorinated methane / oxygen. The mixed gas of is used.

好ましくは、前記ZnO酸化物半導体薄膜層を乾式エッチングする時、アルゴンと塩素の混合ガスの場合、全体混合ガスに対する塩素ガスの混合比は20%〜80%の条件で実行し、アルゴンと塩素以外にフッ化メタンが含まれる混合ガスの場合、全体混合ガスに対するアルゴンガスの混合比を30%で固定し、塩素ガスの混合比は10%以上70%未満の条件で、好ましくは、45%〜60%の範囲内で実行し、ここに酸素ガスがさらに含まれる場合、酸素ガスはアルゴン/塩素/フッ化メタンの混合ガス100sccmに対して8〜10sccmの範囲内で添加される。   Preferably, when dry etching the ZnO oxide semiconductor thin film layer, in the case of a mixed gas of argon and chlorine, the mixture ratio of chlorine gas to the total mixed gas is 20% to 80%, and other than argon and chlorine In the case of a mixed gas containing fluorinated methane, the mixing ratio of argon gas to the entire mixed gas is fixed at 30%, and the mixing ratio of chlorine gas is 10% or more and less than 70%, preferably 45% to When the oxygen gas is further contained within the range of 60%, the oxygen gas is added within a range of 8 to 10 sccm with respect to 100 sccm of the argon / chlorine / fluorinated methane mixed gas.

本発明の他の実施形態よる酸化物薄膜トランジスタ素子において、アルゴンと塩素ガスの以外にフッ化メタンを添加する場合、ZnO酸化物半導体薄膜層とその下部に位置したゲート絶縁膜層との間のエッチング選択比を高めることができ、酸素をさらに添加する場合、エッチング選択比を一層高めることができる。   In an oxide thin film transistor device according to another embodiment of the present invention, when fluorinated methane is added in addition to argon and chlorine gas, etching between a ZnO oxide semiconductor thin film layer and a gate insulating film layer located therebelow is performed. The selectivity can be increased, and when oxygen is further added, the etching selectivity can be further increased.

また、本発明のまた他の実施形態による基板/ソース及びドレイン電極/半導体薄膜/ゲート絶縁膜/ゲート電極構造を有する酸化物薄膜トランジスタは、次のようなステップを通じて製造できる。   In addition, an oxide thin film transistor having a substrate / source and drain electrode / semiconductor thin film / gate insulating film / gate electrode structure according to another embodiment of the present invention may be manufactured through the following steps.

(1)基板の上部にソース及びドレイン電極層用第2の伝導性薄膜層を形成してパターニングするステップ、
(2)前記ソース及びドレイン電極層の上部に半導体層として利用される酸化物半導体薄膜層を形成するステップ、
(3)前記半導体層の上部にゲート絶縁膜用酸化物絶縁体薄膜層を形成するステップ、
(4)前記酸化物半導体薄膜層と酸化物絶縁体薄膜層を一括的にパターニングするステップ、
(5)前記ゲート絶縁膜層の上部にゲート電極層用第1の伝導性薄膜層を形成するステップ。
(1) forming and patterning a second conductive thin film layer for source and drain electrode layers on an upper portion of a substrate;
(2) forming an oxide semiconductor thin film layer used as a semiconductor layer on the source and drain electrode layers;
(3) forming an oxide insulator thin film layer for a gate insulating film on the semiconductor layer;
(4) patterning the oxide semiconductor thin film layer and the oxide insulator thin film layer collectively,
(5) A step of forming a first conductive thin film layer for the gate electrode layer on the gate insulating film layer.

本発明のまた他の実施形態による酸化物薄膜トランジスタ素子では、酸化物半導体薄膜層と酸化物絶縁体薄膜層を一括的にエッチングしてパターン化することができる。好ましくは、パターン化される半導体層用酸化物半導体薄膜層は亜鉛酸化物(ZnO)で形成され、ゲート絶縁膜用酸化物絶縁体薄膜層はアルミニウム酸化物(Al)で形成される。したがって、Al/ZnO構造のゲート絶縁膜薄膜層と酸化物半導体薄膜層のスタック構造のパターンを形成する。 In the oxide thin film transistor device according to another embodiment of the present invention, the oxide semiconductor thin film layer and the oxide insulator thin film layer can be patterned by batch etching. Preferably, the oxide semiconductor thin film layer for a semiconductor layer to be patterned is formed of zinc oxide (ZnO), and the oxide insulator thin film layer for a gate insulating film is formed of aluminum oxide (Al 2 O 3 ). . Therefore, a pattern of a stack structure of a gate insulating film thin film layer and an oxide semiconductor thin film layer having an Al 2 O 3 / ZnO structure is formed.

また、酸化物半導体薄膜層と酸化物絶縁体薄膜層が一括的にエッチングされる場合、エッチングガスではアルゴン/塩素の混合ガス、アルゴン/塩素/フッ化メタンの混合ガス又はアルゴン/塩素/フッ化メタン/酸素の混合ガスを利用するヘリコンプラズマ乾式エッチング工程を通じてパターンを形成する。   In addition, when the oxide semiconductor thin film layer and the oxide insulator thin film layer are etched together, the etching gas is a mixed gas of argon / chlorine, a mixed gas of argon / chlorine / fluorinated methane, or argon / chlorine / fluorinated. A pattern is formed through a helicon plasma dry etching process using a mixed gas of methane / oxygen.

ZnO酸化物半導体薄膜層/Al酸化物絶縁体薄膜層を乾式エッチングする時、好ましくは、アルゴンと塩素の混合ガスの場合、全体混合ガスに対する塩素ガスの混合比は20%〜80%の条件で実行し、アルゴンと塩素の以外にフッ化メタンが含まれる混合ガスの場合、全体混合ガスに対するアルゴンガスの混合比を30%で固定し、塩素ガスの混合比は10%以上70%未満の条件で、好ましくは、10%〜60%の範囲内で実行し、このましくは、ここに酸素ガスがさらに含まれる場合、アルゴン/塩素/フッ化メタンの混合ガス100sccmに対して8〜10sccmの範囲内で添加する。 When dry etching the ZnO oxide semiconductor thin film layer / Al 2 O 3 oxide insulator thin film layer, preferably, in the case of a mixed gas of argon and chlorine, the mixing ratio of chlorine gas to the total mixed gas is 20% to 80%. In the case of a mixed gas containing fluorinated methane in addition to argon and chlorine, the mixing ratio of argon gas to the total mixed gas is fixed at 30%, and the mixing ratio of chlorine gas is 10% or more and 70% Under the condition of less than 10% to 60%, preferably 8% to 100 sccm of argon / chlorine / fluorinated methane mixed gas when oxygen gas is further included. Add within the range of -10 sccm.

一方、Alゲート絶縁膜薄膜層とZnO酸化物半導体薄膜層の膜厚さを考慮して、エッチングガスの種類及び混合比を適切に選択することが望ましい。 On the other hand, it is desirable to appropriately select the type and mixing ratio of the etching gas in consideration of the thicknesses of the Al 2 O 3 gate insulating film thin film layer and the ZnO oxide semiconductor thin film layer.

本発明によれば、エッチングガスとしてアルゴンと塩素の混合ガス又はアルゴンと塩素とフッ化メタンの混合ガス又はアルゴンと塩素とフッ化メタンと酸素の混合ガスを利用するヘリコンプラズマ乾式エッチング工程を通じて、ZnO酸化物半導体薄膜層及びAl酸化物絶縁体薄膜層を容易に乾式エッチングすることができる。 According to the present invention, through an helicon plasma dry etching process using a mixed gas of argon and chlorine or a mixed gas of argon, chlorine and fluorinated methane or a mixed gas of argon, chlorine, fluorinated methane and oxygen as an etching gas. The oxide semiconductor thin film layer and the Al 2 O 3 oxide insulator thin film layer can be easily dry-etched.

また、本発明は、既存の湿式エッチング工程ではない乾式エッチング工程を利用してZnO酸化物半導体薄膜層とAl酸化物絶縁体薄膜層を容易に乾式エッチングする条件を提供することにより、多様な構造を有する酸化物薄膜トランジスタの製造において工程の便宜性及び再現性のある工程条件を提供することができる。 Further, the present invention provides a condition for easily dry etching the ZnO oxide semiconductor thin film layer and the Al 2 O 3 oxide insulator thin film layer using a dry etching process that is not an existing wet etching process, In manufacturing oxide thin film transistors having various structures, it is possible to provide process conditions with process convenience and reproducibility.

また、本発明は、全酸化物で構成される酸化物薄膜トランジスタの製造において、半導体の役目をするZnO酸化物半導体薄膜層とゲート絶縁膜の役目をするAl酸化物絶縁体薄膜層のエッチング選択性を改善して、酸化物薄膜トランジスタの製造に対する信頼性を高めることができる。 In addition, the present invention provides a ZnO oxide semiconductor thin film layer serving as a semiconductor and an Al 2 O 3 oxide insulator thin film layer serving as a gate insulating film in the manufacture of an oxide thin film transistor including all oxides. The etching selectivity can be improved to increase the reliability for manufacturing the oxide thin film transistor.

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。図面において、膜又は領域のサイズ又は厚さは、明細書の明確性のために誇張されたことである。一方、本明細書で全般的に使用されている%は、相異に表示されない以上、体積を基準とした百分率である。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the size or thickness of films or regions are exaggerated for clarity in the specification. On the other hand, “%” generally used in the present specification is a percentage based on volume as long as it is not displayed differently.

図1は、本発明の一実施形態によって製造された酸化物薄膜トランジスタ素子の断面図で、図2は、本発明の他の実施形態によって製造された酸化物薄膜トランジスタ素子の断面図で、図3は、本発明のさらに他の実施形態によって製造された酸化物薄膜トランジスタ素子の断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view of an oxide thin film transistor device manufactured according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of an oxide thin film transistor device manufactured according to another embodiment of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view of an oxide thin film transistor device manufactured according to still another embodiment of the present invention.

図1乃至図3を参照すれば、本発明による酸化物薄膜トランジスタ素子は、基板200/ゲート電極202/ゲート絶縁膜204/ソース及びドレイン電極206/半導体薄膜208からなった構造、基板200/ゲート電極202/ゲート絶縁膜204/半導体薄膜208/ソース及びドレイン電極206からなった構造、又は基板200/ソース及びドレイン電極206/半導体薄膜208/ゲート絶縁膜204/ゲート電極202からなった構造を有する。   1 to 3, an oxide thin film transistor device according to the present invention includes a substrate 200 / a gate electrode 202 / a gate insulating film 204 / a source and drain electrode 206 / a semiconductor thin film 208, a substrate 200 / a gate electrode. 202 / gate insulating film 204 / semiconductor thin film 208 / source and drain electrode 206 or substrate 200 / source and drain electrode 206 / semiconductor thin film 208 / gate insulating film 204 / gate electrode 202.

一方、図1乃至図3による酸化物薄膜トランジスタの素子構造は、トランジスタの特性を向上させるために一定部分を変更することができ、本発明によるエッチング工程を利用して製造可能な酸化物薄膜トランジスタが提示した3種類の素子構造だけに限定されることではない。図1乃至図3で参照した酸化物薄膜トランジスタの構造は、本発明によるエッチング工程の詳細な内容を効果的に説明するために提示する素子構造の代表図面として理解されなければならない。   Meanwhile, the device structure of the oxide thin film transistor according to FIGS. 1 to 3 can be changed in order to improve the characteristics of the transistor, and an oxide thin film transistor that can be manufactured using the etching process according to the present invention is presented. It is not limited to the three types of element structures. The structure of the oxide thin film transistor referred to in FIGS. 1 to 3 should be understood as a representative drawing of the device structure presented to effectively explain the detailed contents of the etching process according to the present invention.

以下、図1による酸化物薄膜トランジスタの構造を、例をあげて各層について説明する。各層に付加する説明は、図2及び図3による酸化物薄膜トランジスタにも適用される。   In the following, the structure of the oxide thin film transistor according to FIG. The description added to each layer also applies to the oxide thin film transistor according to FIGS.

本発明による酸化物薄膜トランジスタにおいて、基板200は、この分野で一般的に使用される基板を採用することができ、好ましくは、シリコンウェハ、ガラス基板又はプラスチック基板である。   In the oxide thin film transistor according to the present invention, the substrate 200 may be a substrate generally used in this field, and is preferably a silicon wafer, a glass substrate, or a plastic substrate.

基板200の上部のゲート電極の役目をする第1の伝導性薄膜層202は、金属薄膜層又は高い伝導性を有する酸化物伝導性薄膜層を利用して500Å〜1500Åの厚さで形成される。特に、ガラス基板の上に製作されて透明な性質を有する酸化物薄膜トランジスタを製作するためには、インジウムスズ酸化物(ITO)のような透明性酸化物伝導性薄膜層を利用することが望ましい。   The first conductive thin film layer 202 serving as a gate electrode on the substrate 200 is formed with a thickness of 500 to 1500 mm using a metal thin film layer or an oxide conductive thin film layer having high conductivity. . In particular, it is desirable to use a transparent oxide conductive thin film layer such as indium tin oxide (ITO) to manufacture an oxide thin film transistor manufactured on a glass substrate and having a transparent property.

形成された第1の伝導性薄膜層202は、この分野で一般的に使用される適切なパターニング方法、例えば、エッチング工程のような方法を適用して、本発明による酸化物薄膜トランジスタのゲート電極の位置に該当する所定の位置にパターニングする。   The formed first conductive thin film layer 202 is applied to a gate electrode of the oxide thin film transistor according to the present invention by applying a suitable patterning method generally used in this field, for example, a method such as an etching process. Patterning is performed at a predetermined position corresponding to the position.

第1の伝導性薄膜層202の上部にゲート絶縁膜の役目をする酸化物絶縁体薄膜層204を1000Å〜2000Åの厚さで形成する。酸化物絶縁体薄膜層204は電気的な絶縁膜として、ゲート電極の役目をする前記伝導性薄膜層パターン202と後続工程で形成される酸化物半導体薄膜層パターン208との間に位置して、ゲート絶縁膜の役目をする。酸化物絶縁体薄膜層204を構成する代表的な材料には、シリコン酸化膜(SiO)、シリコン窒化膜(SiN)、シリコン酸窒化膜(SiON)などのシリコン系列絶縁膜と、アルミニウム酸化膜(Al)、ハフニウム酸化膜(HfO)、ジルコニウム酸化膜(ZrO)などの金属酸化物絶縁膜と、良好な絶縁膜特性を有する各種有機系絶縁膜材料などがある。好ましくは、アルミニウム酸化膜(Al)を使用する。 An oxide insulator thin film layer 204 serving as a gate insulating film is formed on the first conductive thin film layer 202 to a thickness of 1000 to 2000 mm. The oxide insulator thin film layer 204 is located between the conductive thin film layer pattern 202 serving as a gate electrode as an electrical insulating film and the oxide semiconductor thin film layer pattern 208 formed in a subsequent process. Acts as a gate insulating film. Typical materials constituting the oxide insulator thin film layer 204 include a silicon series insulating film such as a silicon oxide film (SiO 2 ), a silicon nitride film (SiN), a silicon oxynitride film (SiON), and an aluminum oxide film. There are metal oxide insulating films such as (Al 2 O 3 ), hafnium oxide film (HfO 2 ), zirconium oxide film (ZrO 2 ), and various organic insulating film materials having good insulating film characteristics. Preferably, an aluminum oxide film (Al 2 O 3 ) is used.

一方、酸化物絶縁体薄膜層204の形成方法は、通常の半導体素子製作工程で使用される多様な薄膜形成工程方法が使用できる。その代表的な例では、原子層蒸着法(ALD)、化学的気相蒸着法(CVD)、反応性スパッタリング法(Reactive Sputtering)などをあげることができ、これら方法を併用又は変形した多様な方法を使用することができる。   On the other hand, as a method for forming the oxide insulator thin film layer 204, various thin film forming process methods used in a normal semiconductor element manufacturing process can be used. Typical examples thereof include atomic layer deposition (ALD), chemical vapor deposition (CVD), and reactive sputtering (reactive sputtering), and various methods using or combining these methods. Can be used.

酸化物絶縁体薄膜層204の上部にはソースとドレイン電極の役目をする第2の伝導性薄膜層206が1500Å〜2500Åの厚さで形成される。第2の伝導性薄膜層206は、第1の伝導性薄膜層202と同様に金属薄膜層又は高い伝導性を有する酸化物伝導性薄膜層を利用することができる。特に、ガラス基板の上に製作されて透明な性質を有する酸化物薄膜トランジスタを製作するために、好ましくは、第2の伝導性薄膜層206も透明性酸化物伝導性薄膜層を利用する。   A second conductive thin film layer 206 serving as source and drain electrodes is formed on the oxide insulator thin film layer 204 to a thickness of 1500 to 2500 mm. As the second conductive thin film layer 206, a metal thin film layer or an oxide conductive thin film layer having high conductivity can be used in the same manner as the first conductive thin film layer 202. In particular, in order to fabricate an oxide thin film transistor fabricated on a glass substrate and having a transparent property, the second conductive thin film layer 206 preferably also uses a transparent oxide conductive thin film layer.

また、第2の伝導性薄膜層206は、前記第1の伝導性薄膜層202とは相違に半導体部分と電気的に直接接触するので、半導体層とのコンタクト部分でオミックコンタクトを形成してコンタクト抵抗を最小化しやすい材料を選択することが望ましい。例えば、ZnOにAlが適切な濃度でドーピングされたアルミニウム亜鉛酸化物(ZnO:Al)を使用することができる。形成された第2の伝導性薄膜層206は、適切なパターニング方法、例えば、エッチング工程のような方法を適用して、本発明による酸化物薄膜トランジスタのソースとドレインの位置に該当する所定位置にパターニングされる。   Further, unlike the first conductive thin film layer 202, the second conductive thin film layer 206 is in direct electrical contact with the semiconductor portion, so that an ohmic contact is formed at the contact portion with the semiconductor layer. It is desirable to select a material that facilitates minimizing contact resistance. For example, aluminum zinc oxide (ZnO: Al) in which Al is doped at an appropriate concentration in ZnO can be used. The formed second conductive thin film layer 206 is patterned at a predetermined position corresponding to the position of the source and drain of the oxide thin film transistor according to the present invention by applying an appropriate patterning method, for example, a method such as an etching process. Is done.

第2の伝導性薄膜層パターン206の上部に半導体の役目をする酸化物半導体薄膜層208を100Å〜300Åの厚さで形成する。酸化物半導体薄膜層208は、以前工程でパターニングされた第2の伝導性薄膜層パターン206の間と酸化物絶縁体薄膜層202の上部に形成することを特徴とする。酸化物半導体薄膜層208は、酸化物であり電気的に半導体の性質を有する多様な酸化物材料を使用することができる。特に、ガラス基板の上に製作されて透明な性質を有する酸化物薄膜トランジスタを製作するためには、透明性酸化物半導体層、例えば、ZnOを利用することが望ましい。   An oxide semiconductor thin film layer 208 serving as a semiconductor is formed on the second conductive thin film layer pattern 206 to a thickness of 100 to 300 mm. The oxide semiconductor thin film layer 208 is formed between the second conductive thin film layer pattern 206 patterned in the previous step and on the oxide insulator thin film layer 202. The oxide semiconductor thin film layer 208 can be formed using various oxide materials that are oxides and electrically have semiconductor properties. In particular, in order to manufacture an oxide thin film transistor manufactured on a glass substrate and having a transparent property, it is preferable to use a transparent oxide semiconductor layer, for example, ZnO.

酸化物半導体薄膜層208の形成方法では、通常の半導体素子製作工程で使用される多様な薄膜形成工程方法が適用できる。その代表的な例には、原子層蒸着法(ALD)、化学的気相蒸着法(CVD)、反応性スパッタリング法(Reactive Sputtering)などがある。   In the method for forming the oxide semiconductor thin film layer 208, various thin film forming process methods used in a normal semiconductor element manufacturing process can be applied. Typical examples include atomic layer deposition (ALD), chemical vapor deposition (CVD), and reactive sputtering (Reactive Sputtering).

酸化物半導体薄膜層208を形成した後、酸化物半導体薄膜層208のパターニングは、乾式エッチング工程、特に、へリコンプラズマ乾式エッチング工程を通じて実行する。   After the oxide semiconductor thin film layer 208 is formed, the patterning of the oxide semiconductor thin film layer 208 is performed through a dry etching process, particularly, a helicon plasma dry etching process.

本発明による酸化物薄膜トランジスタの製造において、ZnO酸化物半導体薄膜層208の乾式エッチングは、へリコンプラズマ乾式エッチング装置を利用する。特に、RIE(Reactive−Ion Etching)又はICP(Inductively Coupled Plasma)エッチング装置を使用しないで、特別にヘリコンプラズマ乾式エッチング装置とそれによる適切な混合ガスを利用してエッチングする。   In the manufacture of the oxide thin film transistor according to the present invention, the dry etching of the ZnO oxide semiconductor thin film layer 208 uses a helicon plasma dry etching apparatus. In particular, without using an RIE (Reactive-Ion Etching) or ICP (Inductively Coupled Plasma) etching apparatus, etching is performed using a special helicon plasma dry etching apparatus and an appropriate mixed gas.

図4は、本発明の相変化メモリー素子の製造時に利用されるヘリコンプラズマ乾式エッチング装置の概念図であり、図5は、図4のへリコンプラズマ乾式エッチング装置のアンテナを利用してヘリコンプラズマを発生させるための構造を模式的に示した図である。   FIG. 4 is a conceptual diagram of a helicon plasma dry etching apparatus used when manufacturing the phase change memory device of the present invention. FIG. 5 is a schematic diagram of helicon plasma using the antenna of the helicon plasma dry etching apparatus shown in FIG. It is the figure which showed typically the structure for making it generate | occur | produce.

図4及び図5を参照すれば、本発明に利用されるヘリコンプラズマ乾式エッチング装置は、基体90の上部に半導体基板100が置かれる両極チャック102を含むチャンバ104を具備する。チャンバ104は腐食性が強いエッチングガスを使用するので、チャンバ内部の腐食を防止するためにアルミニウム(Al)を酸化処理(Anodizing)する。チャンバ104の壁内にはチャンバ104を加熱することができるヒーター106が設置されている。両極チャック102には13.56MHzの周波数の0〜1.0kW電力を印加できるバイアス電源108が接続される。チャンバの壁はカソードの役目を実行する。図4ではチャンバ104の圧力を低下させるための真空手段(図示せず)、例えば、真空ポンプやバルブなどは便宜上略して示す。   4 and 5, the helicon plasma dry etching apparatus used in the present invention includes a chamber 104 including a bipolar chuck 102 on which a semiconductor substrate 100 is placed on a substrate 90. Since the chamber 104 uses a highly corrosive etching gas, aluminum (Al) is oxidized (anodized) to prevent corrosion inside the chamber. A heater 106 that can heat the chamber 104 is installed in the wall of the chamber 104. A bias power source 108 capable of applying 0 to 1.0 kW power having a frequency of 13.56 MHz is connected to the bipolar chuck 102. The chamber wall performs the role of a cathode. In FIG. 4, vacuum means (not shown) for reducing the pressure in the chamber 104, such as a vacuum pump and a valve, are omitted for convenience.

チャンバ100の上部にはヘリコンプラズマソース部112が設置される。へリコンプラズマソース部112は、放電チューブ113内にエッチングガス注入口114を通じて注入されたエッチングガスをソース電源116、磁石(永久磁石や電磁石)118及びアンテナ120を利用してヘリコンウエーブ122を起こして高密度のプラズマを発生させる。   A helicon plasma source unit 112 is installed in the upper part of the chamber 100. The helicon plasma source unit 112 raises the helicon wave 122 by using the source power source 116, the magnet (permanent magnet or electromagnet) 118 and the antenna 120 by using the etching gas injected into the discharge tube 113 through the etching gas inlet 114. A high density plasma is generated.

特に、プラズマソース部112では、アンテナ120により電子の速度と一致するへリコンウエーブ122を加えて波動のエネルギーが特定電子のエネルギーを高めることにより、全体電子のエネルギーを高めて衝突回数を増加させて高密度プラズマを発生させる。図5に示したように、ソース電源116はマッチングネットワーク117を通じてアンテナ120に接続され、ソース電源116は60MHzの周波数の0〜2.0kWの電力を印加することができる。   In particular, in the plasma source unit 112, the energy of the wave increases the energy of specific electrons by adding a recon wave 122 that matches the velocity of electrons by the antenna 120, thereby increasing the energy of the whole electrons and increasing the number of collisions. A high density plasma is generated. As shown in FIG. 5, the source power source 116 is connected to the antenna 120 through the matching network 117, and the source power source 116 can apply 0 to 2.0 kW of power at a frequency of 60 MHz.

以下、実施例を通じて本発明をより詳しく説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples.

[実施例1]
本実施例は、酸化物薄膜トランジスタの半導体材料であるZnO薄膜層及びゲート絶縁膜材料であるAl薄膜層に対するエッチングガスの種類によるエッチング率を調査するために実施した。
[Example 1]
This example was carried out in order to investigate the etching rate depending on the type of etching gas on the ZnO thin film layer that is a semiconductor material of an oxide thin film transistor and the Al 2 O 3 thin film layer that is a gate insulating film material.

2個のガラス基板を準備した後、各々のガラス基板上にZnO及びAlを使用して原子層蒸着法(Atomic Layer Deposition)を通じて各々3000Åの厚さでZnO薄膜層及びAl薄膜層を形成した。本実施例では、ZnO及びAl薄膜層のエッチング率を調査するために実際酸化物薄膜トランジスタで使われる各薄膜層より厚い厚さの薄膜を蒸着して使用した。 After preparing the two glass substrates, using the ZnO and Al 2 O 3 in each of the glass substrate atomic layer deposition ZnO thin layer to a thickness of each 3000Å through (Atomic Layer Deposition) and Al 2 O 3 A thin film layer was formed. In this example, in order to investigate the etching rate of the ZnO and Al 2 O 3 thin film layers, a thin film having a thickness thicker than each thin film layer actually used in the oxide thin film transistor was deposited and used.

次に、図4及び図5に示したヘリコンプラズマ乾式エッチング装置を使用して、アルゴンと塩素の混合ガスをエッチングガスとして利用して、酸化物薄膜トランジスタの半導体材料であるZnO薄膜層及びゲート絶縁膜材料であるAl薄膜層をエッチングしてエッチング率を調査して、その結果を図6に示した。 Next, using the helicon plasma dry etching apparatus shown in FIG. 4 and FIG. 5, using a mixed gas of argon and chlorine as an etching gas, a ZnO thin film layer and a gate insulating film which are semiconductor materials of an oxide thin film transistor The etching rate was investigated by etching the material Al 2 O 3 thin film layer, and the result is shown in FIG.

一方、エッチング工程時のソース電源とバイアス電源の動作周波数は各々60MHzと13.56MHzにした。そして、ソース電源の電力は800Wを印加し、バイアス電源の電力は600Wを印加した。また、工程チャンバ圧力は5mTorrにした。   On the other hand, the operating frequencies of the source power supply and the bias power supply during the etching process were 60 MHz and 13.56 MHz, respectively. Then, 800 W was applied as the power source power and 600 W was applied as the bias power source. The process chamber pressure was 5 mTorr.

図6において、X軸及びY軸は各々アルゴンと塩素の混合ガス(Ar+Cl)に対する塩素ガスの混合比(Cl/Ar+Cl)とエッチング率を示す。図6によれば、ZnO薄膜層は、塩素ガス混合比(Cl/(Ar+Cl))の増加によってエッチング率が高くなる傾向を示してから、ガス混合比(Cl/(Ar+Cl))が60%以上になれば、その以上はエッチング率が増加しないで飽和する傾向を示すことが分かる。ガス混合比(Cl/(Ar+Cl))が20%である場合のZnO薄膜層のエッチング率は約82nm/minであり、ガス混合比(Cl/(Ar+Cl))が60%である場合のZnO薄膜層のエッチング率は約113nm/minである。また、Al薄膜層はガス混合比(Cl/(Ar+Cl))の増加によってエッチング率が大きく高くなる傾向は確認できなかった。特に、ガス混合比(Cl/(Ar+Cl))が40%以上になれば、エッチング率の増加はほとんどなかった。ガス混合比(Cl/(Ar+Cl))が20%である場合のAl薄膜層のエッチング率は約69nm/minであり、ガス混合比(Cl/(Ar+Cl))が60%である場合のZnO薄膜層のエッチング率は約79nm/minである。 6 shows the mixing ratio of the chlorine gas with respect to the X-axis and Y-axis are each mixed gas of argon and chlorine (Ar + Cl 2) and (Cl 2 / Ar + Cl 2 ) the etch rate. According to FIG. 6, the ZnO thin film layer shows a tendency for the etching rate to increase with an increase in the chlorine gas mixture ratio (Cl 2 / (Ar + Cl 2 )), and then the gas mixture ratio (Cl 2 / (Ar + Cl 2 )). It can be seen that when the ratio is 60% or more, the etching rate does not increase and the tendency to saturate is increased. When the gas mixing ratio (Cl 2 / (Ar + Cl 2 )) is 20%, the etching rate of the ZnO thin film layer is about 82 nm / min, and the gas mixing ratio (Cl 2 / (Ar + Cl 2 )) is 60%. In this case, the etching rate of the ZnO thin film layer is about 113 nm / min. Moreover, the tendency for the etching rate of the Al 2 O 3 thin film layer to increase greatly with an increase in the gas mixture ratio (Cl 2 / (Ar + Cl 2 )) could not be confirmed. In particular, when the gas mixture ratio (Cl 2 / (Ar + Cl 2 )) was 40% or more, there was almost no increase in the etching rate. When the gas mixing ratio (Cl 2 / (Ar + Cl 2 )) is 20%, the etching rate of the Al 2 O 3 thin film layer is about 69 nm / min, and the gas mixing ratio (Cl 2 / (Ar + Cl 2 )) is 60. %, The etching rate of the ZnO thin film layer is about 79 nm / min.

したがって、エッチングガスとしてアルゴンと塩素の混合ガスを使用する場合、ZnO薄膜層はAl薄膜層より多少高いエッチング率を示すことが分かる。しかし、二つの薄膜層のエッチング率差が最大の条件であるガス混合比(Cl/(Ar+Cl))が60%である場合にも、Al薄膜層に対するZnO薄膜層のエッチング選択性は1.44程度として、本発明による酸化物薄膜トランジスタの製造において二つの薄膜層間の高いエッチング選択性を要求する構造を有するトランジスタ素子の製造工程で前記エッチング条件を安定的に使用することは難しいかも知れないが、水素ガスを使わない乾式エッチング工程条件で半導体層の役目をするZnO薄膜層及びゲート絶縁膜の役目をするAl薄膜層を容易にエッチングすることができる条件である。結果的に、エッチングガスとして使われるアルゴンと塩素の混合ガスでZnO薄膜層又はAl薄膜層をエッチングする時、前記塩素ガス混合比を20%〜80%にすることができる。 Therefore, it can be seen that when a mixed gas of argon and chlorine is used as the etching gas, the ZnO thin film layer exhibits a slightly higher etching rate than the Al 2 O 3 thin film layer. However, even when the gas mixture ratio (Cl 2 / (Ar + Cl 2 )), which is the maximum condition of the etching rate difference between the two thin film layers, is 60%, the etching selection of the ZnO thin film layer with respect to the Al 2 O 3 thin film layer Therefore, it is difficult to stably use the etching conditions in the manufacturing process of a transistor device having a structure requiring high etching selectivity between two thin film layers in manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention. However, it is a condition that the ZnO thin film layer serving as a semiconductor layer and the Al 2 O 3 thin film layer serving as a gate insulating film can be easily etched under dry etching process conditions that do not use hydrogen gas. As a result, when the ZnO thin film layer or the Al 2 O 3 thin film layer is etched with a mixed gas of argon and chlorine used as an etching gas, the chlorine gas mixing ratio can be 20% to 80%.

[実施例2]
本実施例は、酸化物薄膜トランジスタの半導体材料であるZnO薄膜層及びゲート絶縁膜材料であるAl薄膜層に対する各薄膜層のエッチング率と二つの薄膜層間のエッチング選択比をエッチングガスとしてアルゴン/塩素/フッ化メタンを使用する場合に対して調査するために実施した。
[Example 2]
In this embodiment, the etching rate of each thin film layer and the etching selectivity between the two thin film layers with respect to the ZnO thin film layer, which is a semiconductor material of an oxide thin film transistor, and the Al 2 O 3 thin film layer, which is a gate insulating film material, are used as an etching gas. It was conducted to investigate the case of using / chlorine / fluoromethane.

2個のガラス基板を準備した後、各々のガラス基板上にZnO及びAlを使用して原子層蒸着法(Atomic Layer Deposition)を通じて各々3000Åの厚さでZnO薄膜層及びAl薄膜層を形成した。 After preparing the two glass substrates, using the ZnO and Al 2 O 3 in each of the glass substrate atomic layer deposition ZnO thin layer to a thickness of each 3000Å through (Atomic Layer Deposition) and Al 2 O 3 A thin film layer was formed.

次に、図4及び図5に示したヘリコンプラズマ乾式エッチング装置を使用して、アルゴン/塩素/フッ化メタンの混合ガスをエッチングガスとして利用して、酸化物薄膜トランジスタの半導体材料であるZnO薄膜層及びゲート絶縁膜材料であるAl薄膜層をエッチングしてエッチング率及びエッチング選択比を調査して、その結果を図7に示した。 Next, using the helicon plasma dry etching apparatus shown in FIG. 4 and FIG. 5, using a mixed gas of argon / chlorine / fluorinated methane as an etching gas, a ZnO thin film layer which is a semiconductor material of an oxide thin film transistor The Al 2 O 3 thin film layer, which is the gate insulating film material, was etched to investigate the etching rate and the etching selectivity, and the results are shown in FIG.

一方、エッチング工程時のソース電源とバイアス電源の動作周波数は各々60MHzと13.56MHzにした。そして、ソース電源の電力は800Wを印加し、バイアス電源の電力は600Wを印加した。また、工程チャンバ圧力は5mTorrにした。   On the other hand, the operating frequencies of the source power supply and the bias power supply during the etching process were 60 MHz and 13.56 MHz, respectively. Then, 800 W was applied as the power source power and 600 W was applied as the bias power source. The process chamber pressure was 5 mTorr.

図7において、X軸及びY軸は各々エッチングガスとして使われるアルゴン/塩素/フッ化メタンの混合ガス(Ar+Cl+CHF)に対する塩素ガスの混合比(Cl/(Ar+Cl+CHF))とエッチング率及びエッチング選択性を示す。すなわち、図7では、アルゴンガスの混合比(Ar/(Ar+Cl+CHF))を30%で固定し、塩素ガス混合比(Cl/(Ar+Cl+CHF))が10%〜70%である条件で、ZnO薄膜層及びAl薄膜層のエッチング率及びAl薄膜層に対するZnO薄膜層のエッチング選択性を示した。 In FIG. 7, the X-axis and the Y-axis represent the chlorine gas mixture ratio (Cl 2 / (Ar + Cl 2 + CHF 3 )) to the argon / chlorine / fluorinated methane mixed gas (Ar + Cl 2 + CHF 3 ) used as the etching gas, respectively. The etching rate and etching selectivity are shown. That is, in FIG. 7, the argon gas mixing ratio (Ar / (Ar + Cl 2 + CHF 3 )) is fixed at 30%, and the chlorine gas mixing ratio (Cl 2 / (Ar + Cl 2 + CHF 3 )) is 10% to 70%. Under certain conditions, the etching rate of the ZnO thin film layer and the Al 2 O 3 thin film layer and the etching selectivity of the ZnO thin film layer with respect to the Al 2 O 3 thin film layer were shown.

図7に示したように、ZnO薄膜層は、全体エッチングガスに対する塩素ガス混合比(Cl/(Ar+Cl+CHF))の増加によってエッチング率が高くなる傾向を示してから、塩素ガス混合比(Cl/(Ar+Cl+CHF))が45%以上になれば、その以上はエッチング率が増加しないで反対に減少する傾向を示すことが分かる。塩素ガス混合比(Cl/(Ar+Cl+CHF))が10%である場合のZnO薄膜層のエッチング率は約52nm/minであり、ガス混合比(Cl/(Ar+Cl+CHF))が45%である場合のZnO薄膜層のエッチング率は約144nm/minである。 As shown in FIG. 7, the ZnO thin film layer has a tendency to increase the etching rate due to an increase in the chlorine gas mixture ratio (Cl 2 / (Ar + Cl 2 + CHF 3 )) with respect to the entire etching gas, and then the chlorine gas mixture ratio is increased. It can be seen that when (Cl 2 / (Ar + Cl 2 + CHF 3 )) is 45% or more, the etching rate does not increase and the tendency tends to decrease on the contrary. When the chlorine gas mixture ratio (Cl 2 / (Ar + Cl 2 + CHF 3 )) is 10%, the etching rate of the ZnO thin film layer is about 52 nm / min, and the gas mixture ratio (Cl 2 / (Ar + Cl 2 + CHF 3 )) When the ratio is 45%, the etching rate of the ZnO thin film layer is about 144 nm / min.

一方、Al薄膜層は塩素ガス混合比(Cl/(Ar+Cl+CHF))が45%であるの場合、一番高いエッチング率を示すが、塩素ガス混合比の変化によってエッチング率が著しく変化することではない。塩素ガス混合比(Cl/(Ar+Cl+CHF))が45%である場合のAl薄膜層のエッチング率は約101nm/minである。すなわち、ZnO薄膜層は塩素ガス混合比(Cl/(Ar+Cl+CHF))が25%以下ではAl薄膜層より多少低いエッチング率を示してから、塩素ガス混合比(Cl/(Ar+Cl+CHF))が25%以上になれば、Al薄膜層より高いエッチング率を示すことが分かる。 On the other hand, the Al 2 O 3 thin film layer shows the highest etching rate when the chlorine gas mixing ratio (Cl 2 / (Ar + Cl 2 + CHF 3 )) is 45%, but the etching rate is changed by changing the chlorine gas mixing ratio. Is not a significant change. When the chlorine gas mixing ratio (Cl 2 / (Ar + Cl 2 + CHF 3 )) is 45%, the etching rate of the Al 2 O 3 thin film layer is about 101 nm / min. That is, the ZnO thin film layer shows a slightly lower etching rate than the Al 2 O 3 thin film layer when the chlorine gas mixing ratio (Cl 2 / (Ar + Cl 2 + CHF 3 )) is 25% or less, and then the chlorine gas mixing ratio (Cl 2 / When (Ar + Cl 2 + CHF 3 )) is 25% or more, it can be seen that the etching rate is higher than that of the Al 2 O 3 thin film layer.

図7に示したエッチング条件で、二つの薄膜層のエッチング選択性を右側のY軸に表示した。塩素ガスの混合比(Cl/(Ar+Cl+CHF))を10%から70%まで変化させることによって、二つの薄膜層のエッチング選択性を0.67〜1.43まで比較的広い範囲で調節できることが分かる。エッチング条件で達成された二つの薄膜層間のエッチング選択性が本発明による酸化物薄膜トランジスタの製造において充分に良好な値とは言えないが、全体ガスに対する塩素ガスの混合比(Cl/(Ar+Cl+CHF))を調節する方法を通じて意味のある範囲で二つの薄膜層のエッチング選択性を選択できるので、本発明による酸化物薄膜トランジスタの製造において製造工程の容易性を向上させることができる。 Under the etching conditions shown in FIG. 7, the etching selectivity of the two thin film layers is shown on the right Y-axis. By changing the mixing ratio of chlorine gas (Cl 2 / (Ar + Cl 2 + CHF 3 )) from 10% to 70%, the etching selectivity of the two thin film layers is relatively wide from 0.67 to 1.43. You can adjust it. Although the etching selectivity between the two thin film layers achieved under the etching conditions is not sufficiently good in the manufacture of the oxide thin film transistor according to the present invention, the mixture ratio of chlorine gas to the total gas (Cl 2 / (Ar + Cl 2) Since the etching selectivity of the two thin film layers can be selected within a meaningful range through the method of adjusting + CHF 3 )), it is possible to improve the ease of the manufacturing process in manufacturing the oxide thin film transistor according to the present invention.

結果的に、エッチングガスとして使われるアルゴンと塩素とフッ化メタンの混合ガスでZnO薄膜層及びAl薄膜層をエッチングする時、アルゴンガスの混合比を30%で固定して、全体ガスに対する塩素ガスの混合比を10%以上70%未満にすることが望ましい。 As a result, when etching a ZnO thin film layer and an Al 2 O 3 thin film layer with a mixed gas of argon, chlorine and fluorinated methane used as an etching gas, the argon gas mixture ratio is fixed at 30%, and the total gas It is desirable to set the mixing ratio of chlorine gas to 10% or more and less than 70%.

[実施例3]
本実施例は、酸化物薄膜トランジスタの半導体材料であるZnO薄膜層及びゲート絶縁膜材料であるAl薄膜層に対する各薄膜層のエッチング率と二つの薄膜層間のエッチング選択比をエッチングガスとしてアルゴン/塩素/塩化メタン/酸素の混合ガスを使用した場合に対して調査するために実施した。
[Example 3]
In this embodiment, the etching rate of each thin film layer and the etching selectivity between the two thin film layers with respect to the ZnO thin film layer, which is a semiconductor material of an oxide thin film transistor, and the Al 2 O 3 thin film layer, which is a gate insulating film material, are used as an etching gas. This was carried out to investigate the case where a mixed gas of / chlorine / chloromethane / oxygen was used.

2個のガラス基板を準備した後、各々のガラス基板上にZnO及びAlを使用して原子層蒸着法(Atomic Layer Deposition)を通じて各々3000Åの厚さでZnO薄膜層及びAl薄膜層を形成した。 After preparing the two glass substrates, using the ZnO and Al 2 O 3 in each of the glass substrate atomic layer deposition ZnO thin layer to a thickness of each 3000Å through (Atomic Layer Deposition) and Al 2 O 3 A thin film layer was formed.

次に、図4及び図5に示したヘリコンプラズマ乾式エッチング装置を使用して、アルゴン/塩素/フッ化メタン/酸素の混合ガスをエッチングガスとして利用して、酸化物薄膜トランジスタの半導体材料であるZnO薄膜層及びゲート絶縁膜材料であるAl薄膜層をエッチングしてエッチング率及びエッチング選択比を調査して、その結果を図8に示した。 Next, using the helicon plasma dry etching apparatus shown in FIGS. 4 and 5, using a mixed gas of argon / chlorine / fluorinated methane / oxygen as an etching gas, ZnO which is a semiconductor material of an oxide thin film transistor The thin film layer and the Al 2 O 3 thin film layer as the gate insulating film material were etched to investigate the etching rate and the etching selectivity, and the results are shown in FIG.

一方、エッチング工程時のソース電源とバイアス電源の動作周波数は各々60MHzと13.56MHzにした。そして、ソース電源の電力は800Wを印加し、バイアス電源の電力は600Wを印加した。また、工程チャンバ圧力は5mTorrにした。   On the other hand, the operating frequencies of the source power supply and the bias power supply during the etching process were 60 MHz and 13.56 MHz, respectively. Then, 800 W was applied as the power source power and 600 W was applied as the bias power source. The process chamber pressure was 5 mTorr.

図8において、X軸及びY軸は各々へリコンプラズマ乾式エッチング装置を利用してZnO薄膜層及びAl薄膜層を乾式エッチングする時、エッチングガスとして使われるアルゴンと塩素とフッ化メタンの混合ガス(Ar+Cl+CHF)に対する塩素ガスの混合比(Cl/Ar+Cl+CHF)とエッチング率及びエッチング選択性を示す。この時、酸素は極めて少量が添加されるので、エッチング条件の単純化のために酸素の添加量は各ガスの混合比算定のための全体エッチングガスの範囲には算定しなかった。 In FIG. 8, the X-axis and Y-axis represent argon, chlorine, and fluorinated methane that are used as etching gases when the ZnO thin film layer and the Al 2 O 3 thin film layer are dry-etched using a helicon plasma dry etching apparatus. The mixing ratio (Cl 2 / Ar + Cl 2 + CHF 3 ) of chlorine gas to the mixed gas (Ar + Cl 2 + CHF 3 ), the etching rate and the etching selectivity are shown. At this time, since a very small amount of oxygen was added, the amount of oxygen added was not calculated within the range of the total etching gas for calculating the mixing ratio of each gas in order to simplify the etching conditions.

図8のエッチング条件が図7に示したエッチング条件と異なっている点は、エッチングガスとして使われるアルゴンと塩素とフッ化メタンの混合ガス(Ar+Cl+CHF)に少量の酸素ガスを添加する点である。この時、添加される酸素ガスの量はアルゴン/塩素/フッ化メタンの混合ガスの量を100sccmにした時、8sccm〜10sccm程度である。すなわち、図8は、アルゴンガスの混合比(Ar/Ar+Cl+CHF)を30%で固定して、酸素ガスの添加量を8sccmで固定して、混合ガス(Ar+Cl+CHF)に対する塩素ガス混合比(Cl/Ar+Cl+CHF)が10%〜60%である条件で、ZnO薄膜層及びAl薄膜層のエッチング率及びAl薄膜層に対するZnO薄膜層のエッチング選択性を示した。 8 is different from the etching condition shown in FIG. 7 in that a small amount of oxygen gas is added to a mixed gas (Ar + Cl 2 + CHF 3 ) of argon, chlorine and fluorinated methane used as an etching gas. It is. At this time, the amount of oxygen gas to be added is about 8 sccm to 10 sccm when the amount of mixed gas of argon / chlorine / fluorinated methane is 100 sccm. That is, FIG. 8 shows that the argon gas mixing ratio (Ar / Ar + Cl 2 + CHF 3 ) is fixed at 30%, the oxygen gas addition amount is fixed at 8 sccm, and the chlorine gas relative to the mixed gas (Ar + Cl 2 + CHF 3 ). mixing ratio condition is (Cl 2 / Ar + Cl 2 + CHF 3) 10% to 60%, the etching selectivity of the ZnO thin film layer to the etching rate and Al 2 O 3 thin film layer of ZnO thin film layer and Al 2 O 3 thin film layer showed that.

図8に示したように、ZnO薄膜層は、全体エッチングガスに対する塩素ガス混合比(Cl/(Ar+Cl+CHF))の増加によってエッチング率が高くなる傾向を示してから、塩素ガス混合比(Cl/(Ar+Cl+CHF))が45%以上になれば、その以上はエッチング率が増加しないで反対に減少する傾向を示すことが分かる。塩素ガス混合比(Cl/Ar+Cl+CHF))が10%である場合のZnO薄膜層のエッチング率は約69nm/minであり、塩素ガス混合比(Cl/Ar+Cl+CHF))が45%である場合のZnO薄膜層のエッチング率は約123nm/minである。 As shown in FIG. 8, the ZnO thin film layer has a tendency to increase the etching rate due to an increase in the chlorine gas mixture ratio (Cl 2 / (Ar + Cl 2 + CHF 3 )) with respect to the entire etching gas, and then the chlorine gas mixture ratio is increased. It can be seen that when (Cl 2 / (Ar + Cl 2 + CHF 3 )) is 45% or more, the etching rate does not increase and the tendency tends to decrease on the contrary. When the chlorine gas mixture ratio (Cl 2 / Ar + Cl 2 + CHF 3 )) is 10%, the etching rate of the ZnO thin film layer is about 69 nm / min, and the chlorine gas mixture ratio (Cl 2 / Ar + Cl 2 + CHF 3 )) is In the case of 45%, the etching rate of the ZnO thin film layer is about 123 nm / min.

一方、Al薄膜層は、塩素ガス混合比(Cl/(Ar+Cl+CHF))が25%以下である場合には、エッチング率が変化しないで、塩素ガス混合比(Cl/(Ar+Cl+CHF))が25%以上になれば、エッチング率が大きく低下される傾向を示すことが分かる。塩素ガス混合比(Cl/Ar+Cl+CHF))が60%である場合、Al薄膜層のエッチング率は約56nm/minである。 On the other hand, in the Al 2 O 3 thin film layer, when the chlorine gas mixture ratio (Cl 2 / (Ar + Cl 2 + CHF 3 )) is 25% or less, the etching rate does not change and the chlorine gas mixture ratio (Cl 2 / Cl It can be seen that when (Ar + Cl 2 + CHF 3 )) is 25% or more, the etching rate tends to be greatly reduced. When the chlorine gas mixing ratio (Cl 2 / Ar + Cl 2 + CHF 3 ) is 60%, the etching rate of the Al 2 O 3 thin film layer is about 56 nm / min.

図8に示したように、図7に示したエッチングガスとしてアルゴンと塩素とフッ化メタンの混合ガスを使用する場合に比して、アルゴンと塩素とフッ化メタンの混合ガスに酸素を添加することによって、ZnO薄膜層とAl薄膜層のエッチング率が減少することが分かる。一方、ZnO薄膜層のエッチング率は、塩素ガス混合比(Cl/Ar+Cl+CHF))が25%以上で大きく増加することに比べて、Al薄膜層のエッチング率は反対に減少するので、塩素ガス混合比(Cl/Ar+Cl+CHF))が25%以上で二つの薄膜層間のエッチング選択性が改善されることが分かる。 As shown in FIG. 8, oxygen is added to the mixed gas of argon, chlorine and fluorinated methane as compared with the case where the mixed gas of argon, chlorine and fluorinated methane is used as the etching gas shown in FIG. This shows that the etching rate of the ZnO thin film layer and the Al 2 O 3 thin film layer decreases. On the other hand, the etching rate of the ZnO thin film layer is significantly decreased when the chlorine gas mixture ratio (Cl 2 / Ar + Cl 2 + CHF 3 ) is greatly increased by 25% or more, whereas the etching rate of the Al 2 O 3 thin film layer is decreased. Therefore, it can be seen that the etching selectivity between the two thin film layers is improved when the chlorine gas mixing ratio (Cl 2 / Ar + Cl 2 + CHF 3 ) is 25% or more.

図8のエッチング条件で、二つの薄膜層のエッチング選択性を右側のY軸に表示した。塩素ガスの混合比(Cl/Ar+Cl+CHF))を10%から60%まで変化させることによって二つの薄膜層のエッチング選択性を0.85〜1.94まで調節できることが分かる。特に、Al薄膜層に対するZnO薄膜層のエッチング選択性を、図6及び図7で適用したエッチング条件に比べて大きく向上させることができる。このような現状は混合ガスを適用しながら添加した少量の酸素が特定のガス混合比条件で二つの薄膜層のエッチング工程に相異である影響を及ぼしているからであると考えられる。エッチング条件で達成された二つの薄膜層間のエッチング選択性が本発明による酸化物薄膜トランジスタの製造において充分に良好な値とは言えないが、エッチング混合ガスに少量の酸素を添加する作用によって工程マージンを大きく向上させることができることを確認した。 Under the etching conditions of FIG. 8, the etching selectivity of the two thin film layers is shown on the right Y-axis. It can be seen that the etching selectivity of the two thin film layers can be adjusted from 0.85 to 1.94 by changing the mixing ratio of chlorine gas (Cl 2 / Ar + Cl 2 + CHF 3 ) from 10% to 60%. In particular, the etching selectivity of the ZnO thin film layer with respect to the Al 2 O 3 thin film layer can be greatly improved as compared with the etching conditions applied in FIGS. Such a current state is considered to be because a small amount of oxygen added while applying the mixed gas has a different influence on the etching process of the two thin film layers under a specific gas mixing ratio condition. Although the etching selectivity between the two thin film layers achieved under the etching conditions is not sufficiently good in the manufacture of the oxide thin film transistor according to the present invention, the process margin is increased by adding a small amount of oxygen to the etching gas mixture. It was confirmed that it can be greatly improved.

結果的に、エッチングガスとして使われるアルゴン/塩素/フッ化メタン/酸素の混合ガスでZnO薄膜層及びAl薄膜層をエッチングする時、アルゴンガスの混合比を30%で固定して、酸素ガスの添加量を8sccmで固定して、混合ガス(Ar+Cl+CHF)に対する塩素ガス混合比(Cl/Ar+Cl+CHF)が10%〜60%である条件で、好ましくエッチングすることができる。 As a result, when etching a ZnO thin film layer and an Al 2 O 3 thin film layer with a mixed gas of argon / chlorine / fluorinated methane / oxygen used as an etching gas, the mixing ratio of argon gas is fixed at 30%, and the amount of oxygen gas was fixed at 8 sccm, under the condition chlorine gas mixing ratio mixed gas (Ar + Cl 2 + CHF 3 ) (Cl 2 / Ar + Cl 2 + CHF 3) is 10% to 60%, preferably be etched it can.

図9は、図7及び図8に示した二つの薄膜層間のエッチング選択比を比較して示したグラフである。   FIG. 9 is a graph showing a comparison of the etching selectivity between the two thin film layers shown in FIGS.

図9を参照すれば、エッチングガスとしてアルゴン/塩素/フッ化メタンの混合ガスを使用する場合、少量の酸素を添加することにより、Al薄膜層に対するZnO薄膜層のエッチング選択性を同一条件で最大1.4倍向上させることができることが分かる。 Referring to FIG. 9, when a mixed gas of argon / chlorine / fluorinated methane is used as an etching gas, the etching selectivity of the ZnO thin film layer with respect to the Al 2 O 3 thin film layer is the same by adding a small amount of oxygen. It can be seen that it can be improved up to 1.4 times under the conditions.

したがって、本発明による酸化物薄膜トランジスタの製造において、半導体層の役目をするZnO薄膜層をエッチングする場合、その下層にゲート絶縁膜の役目をするAl薄膜層が存在する所定の素子構造を製作する場合にもAl薄膜層に無理な損傷が発生しない範囲でZnO薄膜層のエッチング条件をより広い工程マージンを有して導出できることが分かる。 Therefore, in the manufacture of an oxide thin film transistor according to the present invention, when a ZnO thin film layer serving as a semiconductor layer is etched, a predetermined element structure in which an Al 2 O 3 thin film layer serving as a gate insulating film is present in the lower layer is formed. It can be seen that the etching conditions of the ZnO thin film layer can be derived with a wider process margin as long as the Al 2 O 3 thin film layer is not damaged excessively in the case of manufacturing.

[実施例4]
本実施例では、図1に提示した本発明による酸化物薄膜トランジスタ素子を製造した。
[Example 4]
In this example, the oxide thin film transistor device according to the present invention shown in FIG. 1 was manufactured.

ガラス基板200の上部にインジウムスズ酸化物(ITO)を使用してゲート電極の役目をする第1の伝導性薄膜層202を1000Åの厚さでスパッタリング蒸着法を通じて形成した後、パターニングした。次に、第1の伝導性薄膜層パターン202の上部にAlを使用して原子層蒸着法を利用してゲート絶縁膜の役目をする酸化物絶縁体薄膜層204を1700Åの厚さで形成した。 A first conductive thin film layer 202 serving as a gate electrode using indium tin oxide (ITO) is formed on the glass substrate 200 to a thickness of 1000 mm by sputtering deposition, and then patterned. Next, an oxide insulator thin film layer 204 serving as a gate insulating film is formed using Al 2 O 3 on the first conductive thin film layer pattern 202 using an atomic layer deposition method to a thickness of 1700 mm. Formed with.

酸化物絶縁耐薄膜層204の上部には、ZnOにAlが2重量%の濃度でドーピングされたアルミニウム亜鉛酸化物を使用してソースとドレインの役目をする第2の伝導性薄膜層206を2000Åの厚さで原子層蒸着法を通じて形成した後、パターニングした。   A second conductive thin film layer 206 serving as a source and a drain is formed on the top of the oxide insulating thin film layer 204 by using aluminum zinc oxide doped with 2% by weight of Al in ZnO. The film was formed through an atomic layer deposition method at a thickness of 5 mm and then patterned.

第2の伝導性薄膜層パターン206の上部に、ZnOを利用して原子層蒸着法を通じて半導体の役目をする酸化物半導体薄膜層208を180Åの厚さで形成した。酸化物半導体薄膜層208は先行工程でパターニングされた前記第2の伝導性薄膜層パターン206の間と酸化物絶縁体薄膜層204の上部に形成されることを特徴とする。   Over the second conductive thin film layer pattern 206, an oxide semiconductor thin film layer 208 serving as a semiconductor was formed to a thickness of 180 mm by atomic layer deposition using ZnO. The oxide semiconductor thin film layer 208 is formed between the second conductive thin film layer pattern 206 patterned in the preceding process and on the oxide insulator thin film layer 204.

酸化物半導体薄膜層208を形成した後には、図4及び図5に提示したへリコンプラズマ乾式エッチング装置で酸化物半導体薄膜層208をパターニングする工程を実行した。エッチング工程時のソース電源とバイアス電源の動作周波数は各々60MHzと13.56MHzにした。そして、ソース電源は、電力は800Wを印加し、バイアス電源の電力は600Wを印加した。また、工程チャンバ圧力は5mTorrにした。この時、エッチングガスとしてアルゴンと塩素の混合ガスを利用して実行した。   After the oxide semiconductor thin film layer 208 was formed, a process of patterning the oxide semiconductor thin film layer 208 was performed using the helicon plasma dry etching apparatus shown in FIGS. The operating frequencies of the source power supply and the bias power supply during the etching process were 60 MHz and 13.56 MHz, respectively. The source power source applied 800 W, and the bias power source applied 600 W. The process chamber pressure was 5 mTorr. At this time, the etching was performed using a mixed gas of argon and chlorine as an etching gas.

また、アルゴンと塩素の混合ガス(Ar+Cl)に対する塩素ガスの混合比(Cl/Ar+Cl)が20%である条件で実行した。本実施例で前記条件を選択した理由は、本発明による酸化物薄膜トランジスタを構成するZnO酸化物半導体層208の厚さが180Å程度に薄いので、エッチング率を適切に調節してとても早い時間にエッチング工程が終了しないようにして、とても速いエッチング率を示す工程を使用してZnO酸化物半導体層208の下部に位置してソース及びドレインの役目をする第2の伝導性薄膜層206に深刻な工程劣化を伴わないようにするためである。 Was also performed under the condition the mixing ratio of chlorine gas to a mixed gas of argon and chlorine (Ar + Cl 2) (Cl 2 / Ar + Cl 2) is 20%. The reason why the conditions are selected in this embodiment is that the thickness of the ZnO oxide semiconductor layer 208 constituting the oxide thin film transistor according to the present invention is as thin as about 180 mm. Using a process that exhibits a very fast etching rate, the process is not terminated, and the second conductive thin film layer 206 serving as a source and a drain located under the ZnO oxide semiconductor layer 208 is seriously processed. This is to prevent deterioration.

一方、本実施例で製作した酸化物薄膜トランジスタのチャンネル幅と長さは、各々40μmと10μmである。   On the other hand, the channel width and length of the oxide thin film transistor manufactured in this example are 40 μm and 10 μm, respectively.

実施例4で製作した酸化物薄膜トランジスタのドレイン電圧−ドレイン電流特性及びゲート電圧−ドレイン電流特性を調査して、その結果を図10及び図11に示した。   The drain voltage-drain current characteristic and the gate voltage-drain current characteristic of the oxide thin film transistor manufactured in Example 4 were investigated, and the results are shown in FIGS.

図10及び図11を参照すれば、本発明による酸化物薄膜トランジスタのドレイン電圧−ドレイン電流特性及びゲート電圧−ドレイン電流特性を測定した結果、良好なトランジスタの出力及び伝達特性を示していることが確認できる。これは、本発明によるZnO酸化物半導体薄膜層の乾式エッチング工程条件が酸化物薄膜トランジスタの製作と良好な特性確保のためによく反映された結果であると言える。   Referring to FIGS. 10 and 11, the drain voltage-drain current characteristic and the gate voltage-drain current characteristic of the oxide thin film transistor according to the present invention are measured, and as a result, it is confirmed that the transistor has good output and transfer characteristics. it can. This can be said to be a result that the dry etching process conditions of the ZnO oxide semiconductor thin film layer according to the present invention are well reflected for the fabrication of the oxide thin film transistor and the securing of good characteristics.

以上、添付の図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範囲内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.

本発明の一実施形態による酸化物薄膜トランジスタ素子の断面図である。1 is a cross-sectional view of an oxide thin film transistor device according to an embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態による酸化物薄膜トランジスタ素子の断面図である。4 is a cross-sectional view of an oxide thin film transistor device according to another embodiment of the present invention. FIG. 本発明のまた他の実施形態による酸化物薄膜トランジスタ素子の断面図である。4 is a cross-sectional view of an oxide thin film transistor device according to another embodiment of the present invention. FIG. 本発明の酸化物薄膜トランジスタ素子の製造時に利用されるヘリコンプラズマ乾式エッチング装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the helicon plasma dry etching apparatus utilized at the time of manufacture of the oxide thin-film transistor element of this invention. 図4のへリコンプラズマ乾式エッチング装置のアンテナを利用してヘリコンプラズマを発生させるための構造を模式的に示した図である。FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a structure for generating helicon plasma using an antenna of the helicon plasma dry etching apparatus of FIG. 4. 本発明に採用されたヘリコンプラズマ乾式エッチング工程を通じて、アルゴンと塩素の混合ガスを利用して、酸化物薄膜トランジスタの半導体材料である亜鉛酸化物薄膜層(ZnO)及びゲート絶縁膜材料であるアルミニウム酸化物薄膜層(Al)のエッチング時の各薄膜層のエッチング率をグラフに示した図である。Through a helicon plasma dry etching process employed in the present invention, using a mixed gas of argon and chlorine, a zinc oxide thin film layer (ZnO) as a semiconductor material of an oxide thin film transistor and an aluminum oxide as a gate insulating film material It illustrates in a graph the etching rate of each thin film layer during the etching of the thin film layer (Al 2 O 3). 本発明に採用されたヘリコンプラズマ乾式エッチング工程を通じて、アルゴン/塩素/フッ化メタンの混合ガスを利用して、酸化物薄膜トランジスタの半導体材料である亜鉛酸化物薄膜層(ZnO)及びゲート絶縁膜材料であるアルミニウム酸化物薄膜層(Al)のエッチング時、各薄膜層のエッチング率と二つの薄膜層の間のエッチング選択比をグラフに示した図である。Through a helicon plasma dry etching process employed in the present invention, a mixed gas of argon / chlorine / fluorinated methane is used to form a zinc oxide thin film layer (ZnO) and a gate insulating film material which are semiconductor materials of an oxide thin film transistor etching of certain aluminum oxide thin film layer (Al 2 O 3), a diagram showing the etching selectivity in the graph between the etching rate and two thin film layers of the thin film layers. 本発明に採用されたヘリコンプラズマ乾式エッチング工程を通じて、アルゴン/塩素/フッ化メタン/酸素の混合ガスを利用して、酸化物薄膜トランジスタの半導体材料である亜鉛酸化物薄膜層(ZnO)及びゲート絶縁膜材料であるアルミニウム酸化物薄膜層(Al)のエッチング時、各薄膜層のエッチング率と二つの薄膜層の間のエッチング選択比をグラフに示した図である。Through a helicon plasma dry etching process employed in the present invention, a mixed gas of argon / chlorine / fluoromethane / oxygen is used to form a zinc oxide thin film layer (ZnO) and a gate insulating film, which are semiconductor materials of an oxide thin film transistor etching of the material aluminum oxide thin layer is (Al 2 O 3), a diagram showing the etching selectivity in the graph between the etching rate and two thin film layers of the thin film layers. 本発明に採用されたヘリコンプラズマ乾式エッチング工程を通じて、アルゴン/塩素/フッ化メタンの混合ガスを利用する場合とアルゴン/塩素/フッ化メタン/酸素の混合ガスを利用する場合、酸化物薄膜トランジスタの半導体材料である亜鉛酸化物薄膜層(ZnO)及びゲート絶縁膜材料であるアルミニウム酸化物薄膜層(Al)のエッチング時、二つの薄膜層の間のエッチング選択比を比較してグラフに示した図である。When a mixed gas of argon / chlorine / fluorinated methane and a mixed gas of argon / chlorine / fluorinated methane / oxygen are used through the helicon plasma dry etching process employed in the present invention, the semiconductor of the oxide thin film transistor When etching the zinc oxide thin film layer (ZnO) as the material and the aluminum oxide thin film layer (Al 2 O 3 ) as the gate insulating film material, the etching selectivity between the two thin film layers is compared and shown in the graph. It is a figure. 本発明によって製作された酸化物薄膜トランジスタ素子のドレイン電圧−ドレイン電流特性をグラフに示した図である。FIG. 5 is a graph showing drain voltage-drain current characteristics of an oxide thin film transistor device fabricated according to the present invention. 本発明によって製作された酸化物薄膜トランジスタ素子のゲート電圧−ドレイン電流特性をグラフに示した図である。FIG. 4 is a graph showing gate voltage-drain current characteristics of an oxide thin film transistor device fabricated according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

200 基板
202 ゲート電極用第1の伝導性薄膜層
204 ゲート絶縁膜用酸化物絶縁体薄膜層
206 ソース及びドレイン電極用第2の伝導性薄膜層
208 半導体層用酸化物半導体薄膜層
200 substrate 202 first conductive thin film layer 204 for gate electrode oxide insulator thin film layer 206 for gate insulating film second conductive thin film layer 208 for source and drain electrodes oxide semiconductor thin film layer for semiconductor layer

Claims (2)

基板とゲート電極とゲート絶縁膜とソース及びドレイン電極と半導体薄膜とを含む酸化物薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜又は半導体薄膜は、アルゴンと塩素を含む混合ガスと、前記基板と前記ゲート電極と前記ゲート絶縁膜と前記ソース及びドレイン電極と前記半導体薄膜とが形成された順番によっては、さらにフッ化メタンと酸素とを、エッチングガスで使用するヘリコンプラズマ乾式工程を通じてパターン化されるステップを含み、
前記ゲート絶縁膜はAl 2 3 で形成され、前記半導体薄膜はZnOで形成され、
前記酸化物薄膜トランジスタは、基板/ゲート電極/ゲート絶縁膜/ソース及びドレイン電極/半導体薄膜構造と、
基板/ゲート電極/ゲート絶縁膜/半導体薄膜/ソース及びドレイン電極構造と、
基板/ソース及びドレイン電極/半導体薄膜/ゲート絶縁膜/ゲート電極構造からなった群より選択される構造と
を有し、
前記酸化物薄膜トランジスタの構造が、基板/ゲート電極/ゲート絶縁膜 /ソース及びドレイン電極/半導体薄膜の構造からなった場合、
前記半導体薄膜をエッチングする時、エッチングガスとして混合ガス全体に対して塩素ガスの混合比は、20%〜80%の範囲内で選択されるアルゴン/塩素の混合ガスを使用し、
前記酸化物薄膜トランジスタが、基板/ゲート電極/ゲート絶縁膜 /半導体薄膜/ソース及びドレイン電極の構造からなった場合、
前記半導体薄膜とその下部に位置したゲート絶縁膜との間のエッチング選択性を高めるため、半導体薄膜のエッチング時、エッチングガスとしてアルゴン/塩素/フッ化メタン/酸素の混合ガスが使用され、アルゴン/塩素/フッ化メタンの混合ガスに対するアルゴンガスの混合比を30%で固定し、前記混合ガスに対する塩素の混合比は45%〜60%の範囲内で選択され、前記酸素ガスはアルゴン/塩素/フッ化メタンの混合ガスの100sccmに対して8〜10sccmの範囲内で選択され、
前記酸化物薄膜トランジスタが、基板/ソース及びドレイン電極/半導体薄膜/ゲート絶縁膜/ゲート電極の構造からなる場合、
前記半導体薄膜とゲート絶縁膜は、一括的にエッチングされて半導体薄膜とゲート絶縁膜のスタック構造を形成する
ことを特徴とする酸化物薄膜トランジスタ素子の製造方法。
A method of manufacturing an oxide thin film transistor including a substrate, a gate electrode, a gate insulating film, a source and drain electrode, and a semiconductor thin film,
The gate insulating film or the semiconductor thin film may be further mixed depending on the order in which the mixed gas containing argon and chlorine , the substrate, the gate electrode, the gate insulating film, the source and drain electrodes, and the semiconductor thin film are formed. the reduction of methane and oxygen, viewed including the steps to be patterned through helicon plasma dry process used in etching gas,
The gate insulating film is formed of Al 2 O 3 , the semiconductor thin film is formed of ZnO,
The oxide thin film transistor includes a substrate / gate electrode / gate insulating film / source and drain electrode / semiconductor thin film structure,
Substrate / gate electrode / gate insulating film / semiconductor thin film / source and drain electrode structure;
A structure selected from the group consisting of substrate / source and drain electrodes / semiconductor thin film / gate insulating film / gate electrode structure;
Have
When the oxide thin film transistor has a structure of substrate / gate electrode / gate insulating film / source and drain electrode / semiconductor thin film,
When etching the semiconductor thin film, an argon / chlorine mixed gas selected within a range of 20% to 80% is used as a mixing ratio of chlorine gas to the entire mixed gas as an etching gas,
When the oxide thin film transistor has a structure of substrate / gate electrode / gate insulating film / semiconductor thin film / source and drain electrode,
In order to increase the etching selectivity between the semiconductor thin film and the gate insulating film located under the semiconductor thin film, a mixed gas of argon / chlorine / fluoromethane / oxygen is used as an etching gas when etching the semiconductor thin film. The mixing ratio of argon gas to chlorine / fluorinated methane gas mixture is fixed at 30%, the mixing ratio of chlorine to the mixed gas is selected in the range of 45% -60%, and the oxygen gas is argon / chlorine / Selected within the range of 8-10 sccm with respect to 100 sccm of the mixed gas of fluorinated methane,
When the oxide thin film transistor has a structure of substrate / source and drain electrode / semiconductor thin film / gate insulating film / gate electrode,
The method of manufacturing an oxide thin film transistor element, wherein the semiconductor thin film and the gate insulating film are collectively etched to form a stack structure of the semiconductor thin film and the gate insulating film .
前記ヘリコンプラズマ乾式工程は、RF電力が600ワット(W)〜1200ワット(W)であり、RFバイアス電力が400ワット(W)〜1000ワット(W)であり、工程圧力が3mTorr〜5mTorrである条件下で実行されることを特徴とする請求項1に記載の酸化物薄膜トランジスタ素子の製造方法。   The helicon plasma dry process has an RF power of 600 watts (W) to 1200 watts (W), an RF bias power of 400 watts (W) to 1000 watts (W), and a process pressure of 3 mTorr to 5 mTorr. The method according to claim 1, wherein the method is performed under conditions.
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