KR101298611B1 - Oxide thin film transistor and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 산화물 박막 트랜지스터 및 그 제조방법은 비정질 아연 산화물(ZnO)계 반도체를 액티브층으로 사용한 바텀 게이트(bottom gate) 구조의 박막 트랜지스터에 있어서, 소오스/드레인전극을 형성한 후 그 위에 산화물 반도체로 이루어진 액티브층을 형성함으로써 상기 소오스/드레인전극 식각 시 발생하는 산화물 반도체의 변성을 방지하기 위한 것으로, 기판 위에 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 게이트전극이 형성된 기판 위에 게이트절연막을 형성하는 단계; 상기 게이트절연막 위에 제 1 소오스/드레인전극과 제 2 소오스/드레인전극으로 이루어진 소오스/드레인전극을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 소오스/드레인전극 상부에 갈륨, 인듐 및 아연의 원자비가 각각 1:1:1, 2:2:1, 3:2:1 또는 4:2:1이 되는 갈륨산화물(Ga2O3), 인듐산화물(In2O3) 및 아연산화물(ZnO)의 복합 산화물 타겟을 이용하여 스퍼터링 방법으로 a-IGZO 반도체로 이루어진 액티브층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 소오스/드레인전극은 상기 제 1 소오스/드레인전극 위에 산소와의 결합력이 우수한 티타늄, 티타늄 합금 또는 상기 액티브층과 오믹접촉 특성이 우수한 인듐-틴-옥사이드, 몰리브덴의 금속으로 형성되어 상부의 상기 액티브층과 전기적으로 접속하는 한편, 상기 액티브층은 상기 스퍼터링 중의 반응 가스 내의 산소 농도를 1 ~ 4%로 조절하여 500 ~ 1000Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.An oxide thin film transistor of the present invention and a method of manufacturing the same are a bottom gate thin film transistor using an amorphous zinc oxide (ZnO) -based semiconductor as an active layer, and after forming a source / drain electrode, Forming a gate electrode on the substrate to prevent denaturation of an oxide semiconductor generated during the source / drain electrode etching by forming an active layer; Forming a gate insulating film on the substrate on which the gate electrode is formed; Forming a source / drain electrode including a first source / drain electrode and a second source / drain electrode on the gate insulating layer; And a gallium oxide (Ga 2 O) having an atomic ratio of gallium, indium, and zinc on the second source / drain electrode of 1: 1: 1, 2: 2: 1, 3: 2: 1, or 4: 2: 1, respectively. 3 ) forming an active layer made of a-IGZO semiconductor by sputtering using a complex oxide target of indium oxide (In 2 O 3 ) and zinc oxide (ZnO), wherein the second source / drain electrode Is formed of titanium, a titanium alloy having excellent bonding force with oxygen, or an indium-tin oxide, molybdenum having excellent ohmic contact property with the active layer on the first source / drain electrode, and is electrically connected to the upper active layer. On the other hand, the active layer is characterized in that to form a thickness of 500 ~ 1000 스 by adjusting the oxygen concentration in the reaction gas during the sputtering to 1 to 4%.
또한, 이와 같이 상기 본 발명의 산화물 박막 트랜지스터는 소오스/드레인전극으로 이중층을 적용할 수 있으며, 이때 액티브층과 접촉하는 제 2 소오스/드레인전극은 산소와의 결합력이 우수하거나 상기 비정질 아연 산화물계 반도체와 오믹접촉이 우수한 금속을 사용할 수 있는 이점을 가진다.As described above, the oxide thin film transistor of the present invention may use a double layer as a source / drain electrode, wherein the second source / drain electrode in contact with the active layer has an excellent bonding force with oxygen or the amorphous zinc oxide semiconductor. It has the advantage of using a metal with excellent ohmic contact.
산화물 박막 트랜지스터, 비정질 아연 산화물계 반도체, 액티브층, 이중층 Oxide thin film transistor, amorphous zinc oxide semiconductor, active layer, double layer
Description
본 발명은 산화물 박막 트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비정질 아연 산화물계 반도체를 액티브층으로 사용한 바텀 게이트 구조의 산화물 박막 트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxide thin film transistor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an oxide thin film transistor having a bottom gate structure using an amorphous zinc oxide semiconductor as an active layer and a method of manufacturing the same.
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.Recently, interest in information display has increased, and a demand for using portable information media has increased, and a light-weight flat panel display (FPD) that replaces a cathode ray tube (CRT) And research and commercialization are being carried out. Particularly, among such flat panel display devices, a liquid crystal display (LCD) is an apparatus for displaying an image using the optical anisotropy of a liquid crystal, and is excellent in resolution, color display and picture quality and is actively applied to a notebook or a desktop monitor have.
상기 액정표시장치는 크게 컬러필터(color filter) 기판과 어레이(array) 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.The liquid crystal display comprises a color filter substrate, an array substrate, and a liquid crystal layer formed between the color filter substrate and the array substrate.
상기 액정표시장치에 주로 사용되는 구동 방식인 능동 매트릭스(Active Matrix; AM) 방식은 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(Amorphous Silicon Thin Film Transistor; a-Si TFT)를 스위칭소자로 사용하여 화소부의 액정을 구동하는 방식이다.An active matrix (AM) method, which is a driving method mainly used in the liquid crystal display, is a method of driving a liquid crystal of a pixel portion by using an amorphous silicon thin film transistor (a-Si TFT) to be.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 액정표시장치의 구조에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, the structure of a typical liquid crystal display device will be described in detail with reference to FIG.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.1 is an exploded perspective view schematically showing a general liquid crystal display device.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 액정표시장치는 크게 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 및 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)(30)으로 구성된다.As shown in the figure, the liquid crystal display comprises a
상기 컬러필터 기판(5)은 적(Red; R), 녹(Green; G) 및 청(Blue; B)의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터(7)로 구성된 컬러필터(C)와 상기 서브-컬러필터(7) 사이를 구분하고 액정층(30)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix)(6), 그리고 상기 액정층(30)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극(8)으로 이루어져 있다.The
또한, 상기 어레이 기판(10)은 종횡으로 배열되어 복수개의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터(T) 및 상기 화소영역(P) 위에 형성된 화소전극(18)으로 이루어져 있다.The
상기의 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)은 화상표시 영역의 외곽에 형성 된 실런트(sealant)(미도시)에 의해 대향하도록 합착되어 액정표시패널을 구성하며, 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)의 합착은 상기 컬러필터 기판(5) 또는 어레이 기판(10)에 형성된 합착키(미도시)를 통해 이루어진다.The
한편, 전술한 액정표시장치는 가볍고 전력소모가 작아 지금가지 가장 주목받는 디스플레이 소자이지만, 상기 액정표시장치는 발광소자가 아니라 수광소자이며 밝기, 명암비(contrast ratio) 및 시야각 등에 기술적 한계가 있기 때문에 이러한 단점을 극복할 수 있는 새로운 디스플레이 소자에 대한 개발이 활발하게 전개되고 있다.On the other hand, the above-mentioned liquid crystal display device is the most attracting display element until now because of the light weight and low power consumption, but the liquid crystal display device is not a light emitting device but a light receiving device and because of the technical limitations such as brightness, contrast ratio and viewing angle, Development of new display devices that can overcome the disadvantages is actively being developed.
새로운 평판표시장치 중 하나인 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Diode; OLED)는 자체발광형이기 때문에 액정표시장치에 비해 시야각과 명암비 등이 우수하며 백라이트(backlight)가 필요하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하고, 소비전력 측면에서도 유리하다. 그리고, 직류 저전압 구동이 가능하고 응답속도가 빠르다는 장점이 있으며, 특히 제조비용 측면에서도 유리한 장점을 가지고 있다.OLED (Organic Light Emitting Diode), which is one of the new flat panel display devices, has excellent viewing angle and contrast ratio compared to liquid crystal displays because it is a self-luminous type. Lightweight thin type can be used because it does not need backlight And is also advantageous in terms of power consumption. In addition, it has the advantage of being able to drive a DC low voltage and has a high response speed, and is particularly advantageous in terms of manufacturing cost.
최근 유기전계발광 디스플레이의 대면적화에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 이를 달성하기 위하여 유기전계발광소자의 구동 트랜지스터로서 정전류 특성을 확보하여 안정된 작동 및 내구성이 확보된 트랜지스터 개발이 요구되고 있다.Recently, studies on the large area of the organic light emitting display have been actively conducted, and in order to achieve this, there is a demand for developing a transistor having stable operation and durability by securing a constant current characteristic as a driving transistor of the organic light emitting display.
전술한 액정표시장치에 사용되는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터는 저온 공정에서 제작할 수 있지만 이동도(mobility)가 매우 작고 정전류 테스트(constant current bias) 조건을 만족하지 않는다. 반면에 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 높은 이동도와 만족스러운 정전류 테스트 조건을 가지는 반면에 균일한 특성 확보 가 어려워 대면적화가 어렵고 고온 공정이 필요하다.Amorphous silicon thin film transistors used in the above-described liquid crystal display device can be fabricated in a low temperature process, but have very low mobility and do not satisfy the constant current bias condition. Polycrystalline silicon thin film transistors, on the other hand, have high mobility and satisfactory constant current test conditions, but are difficult to obtain uniform characteristics, making it difficult to achieve large area and high temperature processes.
이에 산화물 반도체로 액티브층을 형성한 산화물 반도체 박막 트랜지스터를 개발하고 있는데, 이때 산화물 반도체를 기존의 바텀 게이트(bottom gate) 구조의 박막 트랜지스터에 적용하는 경우 소오스/드레인전극의 식각공정 중에 산화물 반도체의 변성을 일으키는 문제가 있다.Accordingly, an oxide semiconductor thin film transistor having an active layer formed of an oxide semiconductor is being developed. In this case, when the oxide semiconductor is applied to a thin film transistor having a bottom gate structure, the oxide semiconductor is modified during the etching process of the source / drain electrodes. There is a problem that causes.
도 2는 일반적인 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a general oxide thin film transistor.
도면에 도시된 바와 같이, 바텀 게이트 구조의 산화물 박막 트랜지스터는 기판(10) 위에 게이트전극(21)과 게이트절연막(15)이 형성되고, 상기 게이트절연막(15) 위에 산화물 반도체로 이루어진 액티브층(24)이 형성되게 된다.As shown in the figure, in the oxide thin film transistor having a bottom gate structure, a
이후, 상기 액티브층(24) 위에 소오스/드레인전극(22, 23)이 형성되게 되는데, 이때 상기 소오스/드레인전극(22, 23)을 증착하고 식각하는 과정에서 그 하부의 액티브층(24)(특히, A부분)이 손상을 받아 변성이 되는 경우가 있다. 이에 따라 소자의 신뢰성에 문제점을 가지게 된다.Subsequently, source /
즉, 소오스/드레인전극을 습식식각으로 형성하는 경우에는 에천트(etchant)에 취약한 산화물 반도체의 물성(物性)으로 인해 액티브층의 유실 혹은 손상을 초래하며, 상기 소오스/드레인전극을 건식식각으로 형성하는 경우에도 산화물 반도체의 백-스퍼터링(back-sputtering) 및 산소 결핍(oxygen deficiency)으로 인해 액티브층이 변성되게 된다.In other words, when the source / drain electrodes are wet-etched, the active layer is lost or damaged due to the physical properties of the oxide semiconductor, which is vulnerable to etchant, and the source / drain electrodes are formed by dry etching. Even in this case, the active layer is denatured due to back-sputtering and oxygen deficiency of the oxide semiconductor.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 비정질 아연 산화물계 반도체를 액티브층으로 사용한 산화물 박막 트랜지스터 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an oxide thin film transistor using an amorphous zinc oxide semiconductor as an active layer and a method of manufacturing the same.
본 발명의 다른 목적은 소오스/드레인전극 식각시 발생하는 상기 비정질 아연 산화물계 반도체의 변성을 방지하도록 한 산화물 박막 트랜지스터 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide an oxide thin film transistor and a method of manufacturing the same to prevent modification of the amorphous zinc oxide semiconductor generated during source / drain electrode etching.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.Other objects and features of the present invention will be described in the following description of the invention and claims.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 산화물 박막 트랜지스터는 기판 위에 형성된 게이트전극; 상기 게이트전극 위에 형성된 게이트절연막; 상기 게이트절연막 위에 형성되며, 이중층 이상의 다층구조로 이루어진 소오스/드레인전극; 및 상기 소오스/드레인전극 상부에 형성되며, 비정질 아연 산화물계 반도체로 이루어진 액티브층을 포함하며, 상기 소오스/드레인전극은 최상층에 산소와의 결합력이 우수한 티타늄, 티타늄 합금 또는 상기 산화물계 반도체와 오믹접촉 특성이 우수한 인듐-틴-옥사이드, 몰리브덴 등의 금속층이 형성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the oxide thin film transistor of the present invention comprises a gate electrode formed on a substrate; A gate insulating film formed on the gate electrode; A source / drain electrode formed on the gate insulating layer and having a multilayer structure of at least two layers; And an active layer formed on the source / drain electrode and formed of an amorphous zinc oxide-based semiconductor, wherein the source / drain electrode has an ohmic contact with titanium, a titanium alloy, or the oxide-based semiconductor, which has an excellent bonding force with oxygen on an uppermost layer. It is characterized in that a metal layer such as indium-tin-oxide, molybdenum and the like having excellent properties is formed.
본 발명의 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 기판 위에 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 게이트전극이 형성된 기판 위에 게이트절연막을 형성하는 단계; 상기 게이트절연막 위에 제 1 소오스/드레인전극과 제 2 소오스/드레인전극으로 이루어진 소오스/드레인전극을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 소오스/드레인전극 상부에 갈륨, 인듐 및 아연의 원자비가 각각 1:1:1, 2:2:1, 3:2:1 또는 4:2:1이 되는 갈륨산화물(Ga2O3), 인듐산화물(In2O3) 및 아연산화물(ZnO)의 복합 산화물 타겟을 이용하여 스퍼터링 방법으로 a-IGZO 반도체로 이루어진 액티브층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 소오스/드레인전극은 상기 제 1 소오스/드레인전극 위에 산소와의 결합력이 우수한 티타늄, 티타늄 합금 또는 상기 액티브층과 오믹접촉 특성이 우수한 인듐-틴-옥사이드, 몰리브덴의 금속으로 형성되어 상부의 상기 액티브층과 전기적으로 접속하는 한편, 상기 액티브층은 상기 스퍼터링 중의 반응 가스 내의 산소 농도를 1 ~ 4%로 조절하여 500 ~ 1000Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.Method of manufacturing an oxide thin film transistor of the present invention comprises the steps of forming a gate electrode on the substrate; Forming a gate insulating film on the substrate on which the gate electrode is formed; Forming a source / drain electrode including a first source / drain electrode and a second source / drain electrode on the gate insulating layer; And a gallium oxide (Ga 2 O) having an atomic ratio of gallium, indium, and zinc on the second source / drain electrode of 1: 1: 1, 2: 2: 1, 3: 2: 1, or 4: 2: 1, respectively. 3 ) forming an active layer made of a-IGZO semiconductor by sputtering using a complex oxide target of indium oxide (In 2 O 3 ) and zinc oxide (ZnO), wherein the second source / drain electrode Is formed of titanium, a titanium alloy having excellent bonding force with oxygen, or an indium-tin oxide, molybdenum having excellent ohmic contact property with the active layer on the first source / drain electrode, and is electrically connected to the upper active layer. On the other hand, the active layer is characterized in that to form a thickness of 500 ~ 1000 스 by adjusting the oxygen concentration in the reaction gas during the sputtering to 1 to 4%.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터 및 그 제조방법은 비정질 아연 산화물계 반도체를 액티브층으로 사용함에 따라 균일도가 우수하여 대면적 디스플레이에 적용 가능한 효과를 제공한다.As described above, the oxide thin film transistor and the method of manufacturing the same according to the present invention have an excellent uniformity by using an amorphous zinc oxide based semiconductor as an active layer, thereby providing an effect applicable to a large area display.
또한, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터 및 그 제조방법은 소오스/드레인전극 식각시 산화물 반도체에 손상을 주지 않는 한편 이중층의 소오스/드레인전극의 사용으로 오믹접촉 특성을 향상시킬 수 있어 우수한 소자특성을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.In addition, the oxide thin film transistor and the method of manufacturing the same according to the present invention do not damage the oxide semiconductor during the source / drain electrode etching and improve the ohmic contact characteristics by using the source / drain electrode of the double layer, thereby securing excellent device characteristics. It provides an effect that can be done.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of an oxide thin film transistor and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 비정질 아연 산화물계 반도체를 액티브층으로 사용한 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내고 있다.3 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of an oxide thin film transistor according to a first exemplary embodiment of the present invention, and schematically illustrates a structure of an oxide thin film transistor using an amorphous zinc oxide semiconductor as an active layer.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 소정의 기판(110) 위에 형성된 게이트전극(121), 상기 게이트전극(121) 위에 형성된 게이트절연막(115), 상기 게이트절연막(115) 위에 형성된 소오스/드레 인전극(122, 123) 및 비정질 아연 산화물계 반도체로 형성되어 상기 소오스/드레인전극(122, 123)과 전기적으로 접속하는 액티브층(124)으로 이루어져 있다.As shown in the figure, the oxide thin film transistor according to the first embodiment of the present invention is a
이때, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 비정질 아연 산화물계 반도체를 이용하여 액티브층(124)을 형성함에 따라 높은 이동도와 정전류 테스트 조건을 만족하는 한편 균일한 특성이 확보되어 대면적 디스플레이에 적용 가능한 장점을 가지고 있다.In this case, the oxide thin film transistor according to the first embodiment of the present invention satisfies high mobility and constant current test conditions while ensuring uniform characteristics as the
상기 아연 산화물(ZnO)은 산소 함량에 따라 전도성, 반도체성 및 저항성의 3가지 성질을 모두 구현할 수 있는 물질로, 비정질 아연 산화물계 반도체 물질을 액티브층(124)으로 적용한 산화물 박막 트랜지스터는 액정표시장치와 유기전계발광 디스플레이를 포함하는 대면적 디스플레이에 적용될 수 있다.The zinc oxide (ZnO) is a material capable of realizing all three properties of conductivity, semiconductivity, and resistance according to oxygen content. An oxide thin film transistor using an amorphous zinc oxide semiconductor material as the
또한, 최근 투명 전자회로에 엄청난 관심과 활동이 집중되고 있는데, 상기 비정질 아연 산화물계 반도체 물질을 액티브층(124)으로 적용한 산화물 박막 트랜지스터는 높은 이동도를 가지는 한편 저온에서 제작이 가능함에 따라 상기 투명 전자회로에 사용될 수 있는 장점이 있다.In addition, a tremendous interest and activity has recently been focused on transparent electronic circuits, and the oxide thin film transistor including the amorphous zinc oxide-based semiconductor material as the
특히, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 상기 ZnO에 인듐(indium; In)과 갈륨(gallium; Ga)과 같은 중금속이 함유된 a-IGZO 반도체로 액티브층(124)을 형성하는 것을 특징으로 한다.In particular, the oxide thin film transistor according to the first embodiment of the present invention forms an
상기 a-IGZO 반도체는 가시광선을 통과시킬 수 있어 투명하며, 또한 상기 a-IGZO 반도체로 제작된 산화물 박막 트랜지스터는 1~100cm2/Vs의 이동도를 가져 비정 질 실리콘 박막 트랜지스터에 비해 높은 이동도 특성을 나타낸다.The a-IGZO semiconductor is transparent because it can pass visible light, and the oxide thin film transistor made of the a-IGZO semiconductor has a mobility of 1 to 100 cm 2 / Vs, which is higher than that of an amorphous silicon thin film transistor. Characteristics.
또한, 상기 a-IGZO 반도체는 넓은 밴드 갭을 가져 높은 색 순도를 갖는 UV 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED), 백색 LED와 그밖에 다른 부품들을 제작할 수 있으며, 저온에서 공정이 가능하여 가볍고 유연한 제품을 생산할 수 있는 특징을 가지고 있다.In addition, the a-IGZO semiconductor has a wide band gap and can manufacture UV light emitting diodes (LEDs), white LEDs and other components having high color purity, and can be processed at low temperatures to provide a light and flexible product. It has the features to produce.
더욱이 상기 a-IGZO 반도체로 제작된 산화물 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터와 비슷한 균일한 특성을 나타냄에 따라 부품 구조도 비정질 실리콘 박막 트랜지스터처럼 간단하며, 대면적 디스플레이에 적용할 수 있는 장점을 가지고 있다.Furthermore, since the oxide thin film transistor made of the a-IGZO semiconductor exhibits uniform characteristics similar to that of the amorphous silicon thin film transistor, the component structure is as simple as that of the amorphous silicon thin film transistor and has an advantage that it can be applied to a large area display.
이와 같은 특징을 가진 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 스퍼터링 중의 반응 가스 내의 산소 농도를 조절함으로써 액티브층(124)의 캐리어 농도를 조절할 수 있어 박막 트랜지스터의 소자특성을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.In the oxide thin film transistor according to the first exemplary embodiment of the present invention having the above characteristics, the carrier concentration of the
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 소오스/드레인전극(122, 123)을 형성한 후에 최종적으로 a-IGZO 산화물 반도체를 증착하여 액티브층(124)을 형성함으로써 전술한 소오스/드레인전극 식각시 발생하는 산화물 반도체의 변성문제를 근본적으로 해결할 수 있게 된다.In addition, in the oxide thin film transistor according to the first embodiment of the present invention, the source /
또한, 소오스/드레인전극의 식각공정을 제한 없이 자유롭게 적용할 수 있어 산화물 반도체와 소오스/드레인전극 사이의 오믹접촉 특성을 향상시키기 위해 상기 소오스/드레인전극을 이중층으로 형성할 수 있는데, 이를 다음의 본 발명의 제 2 실시예를 통해 상세히 설명한다.In addition, since the etching process of the source / drain electrodes can be freely applied without limitation, the source / drain electrodes may be formed as a double layer to improve the ohmic contact characteristics between the oxide semiconductor and the source / drain electrodes. The second embodiment of the invention will be described in detail.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 소오스/드레인전극을 이중층으로 구성한 것을 제외하고는 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터와 동일한 구성요소로 이루어져 있다.4 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of an oxide thin film transistor according to a second exemplary embodiment of the present invention, except that a source / drain electrode is formed of a double layer and an oxide thin film transistor according to the first exemplary embodiment of the present invention; It consists of the same components.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 소정의 기판(210) 위에 형성된 게이트전극(221), 상기 게이트전극(221) 위에 형성된 게이트절연막(215), 상기 게이트절연막(215) 위에 형성된 소오스/드레인전극(222, 223) 및 비정질 아연 산화물계 반도체로 형성되어 상기 소오스/드레인전극(222, 223)과 전기적으로 접속하는 액티브층(224)으로 이루어져 있다.As shown in the figure, the oxide thin film transistor according to the second embodiment of the present invention is a
이때, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 전술한 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터와 동일하게 비정질 아연 산화물계 반도체를 이용하여 액티브층(224)을 형성함에 따라 높은 이동도와 정전류 테스트 조건을 만족하는 한편 균일한 특성이 확보되어 대면적 디스플레이에 적용 가능한 장점을 가지고 있다.In this case, the oxide thin film transistor according to the second embodiment of the present invention has a high mobility as the
특히, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 상기 ZnO에 인듐과 갈륨과 같은 중금속이 함유된 a-IGZO 반도체로 액티브층(224)을 형성하는 것을 특징으로 한다.In particular, the oxide thin film transistor according to the second embodiment of the present invention is characterized in that the
또한, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 스퍼터링 중의 반응 가스 내의 산소 농도를 조절함으로써 액티브층(224)의 캐리어 농도를 조절할 수 있어 박막 트랜지스터의 소자특성을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the oxide thin film transistor according to the second embodiment of the present invention can adjust the carrier concentration of the
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 소오스/드레인전극(222, 223)을 형성한 후에 최종적으로 a-IGZO 산화물 반도체를 증착하여 액티브층(224)을 형성함으로써 상기 소오스/드레인전극(222, 223) 식각시 발생하는 산화물 반도체의 변성문제를 근본적으로 해결할 수 있게 된다.In addition, in the oxide thin film transistor according to the second embodiment of the present invention, after forming the source /
특히, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 산화물 반도체, 즉 액티브층(224)과 소오스/드레인전극(222, 223) 사이의 오믹접촉 특성을 향상시키기 위해 상기 소오스/드레인전극(222, 223)을 이중층으로 형성하는데, 상기 소오스/드레인전극(222, 223)은 게이트절연막(215)과 접촉하는 제 1 소오스/드레인전극(222a, 223a) 및 상기 제 1 소오스/드레인전극(222a, 223a) 위에 형성되어 상기 액티브층(224)과 접촉하는 제 2 소오스/드레인전극(222b, 223b)으로 이루어진다.In particular, the oxide thin film transistor according to the second embodiment of the present invention is an oxide semiconductor, that is, the source /
이때, 상기 액티브층(224)과 직접 접촉하는 제 2 소오스/드레인전극(222b, 223b)은 산소와의 결합력이 우수한 티타늄(titanium; Ti), 티타늄 합금(Ti alloy) 또는 상기 a-IGZO 산화물 반도체와 오믹접촉 특성이 우수한 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO), 몰리브덴(molybdenum; Mo) 등의 금속으로 이루어질 수 있는데, 이를 다음의 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법을 통해 상세히 설명한다.In this case, the second source /
도 5a 내지 도 5c는 도 4에 도시된 산화물 박막 트랜지스터의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도이다.5A through 5C are cross-sectional views sequentially illustrating a process of manufacturing the oxide thin film transistor illustrated in FIG. 4.
도 5a에 도시된 바와 같이, 투명한 절연물질로 이루어진 기판(210) 위에 소정의 게이트전극(221)을 형성한다.As shown in FIG. 5A, a
이때, 본 발명의 산화물 박막 트랜지스터에 적용되는 비정질 아연 산화물계 복합 반도체는 저온 증착이 가능하여, 플라스틱 기판, 소다라임 글라스 등의 저온 공정에 적용이 가능한 기판(210)을 사용할 수 있다. 또한, 비정질 특성을 나타냄으로 인해 대면적 디스플레이용 기판(210)의 사용이 가능하다.At this time, the amorphous zinc oxide-based composite semiconductor applied to the oxide thin film transistor of the present invention can be deposited at a low temperature, it is possible to use a
또한, 상기 게이트전극(221)은 제 1 도전막을 상기 기판(210) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정(제 1 마스크공정)을 통해 선택적으로 패터닝하여 형성하게 된다.In addition, the
여기서, 상기 제 1 도전막으로 알루미늄(aluminium; Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(tungsten; W), 구리(copper; Cu), 니켈(nickel; Ni), 크롬(chromium; Cr), 몰리브덴(molybdenum; Mo), 티타늄(titanium; Ti), 백금(platinum; Pt), 탄탈(tantalum; Ta) 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제 1 도전막은 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO), 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)와 같은 불투명한 도전물질을 사용할 수 있으며, 상기 도전물질이 두 가지 이상 적층된 다층구조로 형성할 수도 있다.The first conductive layer may include aluminum (Al), aluminum alloy (Al alloy), tungsten (W), copper (Cu), nickel (Ni), chromium (Cr), Low resistance opaque conductive materials such as molybdenum (Mo), titanium (Ti), platinum (platinum; Pt), tantalum (Ta), and the like may be used. In addition, the first conductive layer may be an opaque conductive material such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO), and the conductive material may include two or more conductive materials. It may be formed in a stacked multilayer structure.
다음으로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(121)이 형성된 기판(210) 전면에 실리콘질화막(SiNx), 실리콘산화막(SiO2)과 같은 무기절연막 또는 하프늄(hafnium; Hf) 옥사이드, 알루미늄 옥사이드와 같은 고유전성 산화막으로 이 루어진 게이트절연막(215)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 5B, an inorganic insulating film or hafnium oxide (Hf) oxide, such as a silicon nitride film (SiNx) or a silicon oxide film (SiO 2 ), is formed on the entire surface of the
이때, 상기 게이트절연막(215)은 화학기상증착(Chemical Vapour Deposition; CVD) 또는 플라즈마 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition; PECVD)으로 형성할 수 있다.In this case, the
그리고, 상기 게이트절연막(215)이 형성된 기판(210) 전면에 제 2 도전막과 제 3 도전막을 형성한 후 포토리소그래피공정(제 2 마스크공정)을 통해 상기 제 2 도전막과 제 3 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 게이트절연막(215) 위에 제 1 소오스/드레인전극(222a, 223a)과 제 2 소오스/드레인전극(222b, 223b)으로 이루어진 이중층의 소오스/드레인전극(222, 223)을 형성하게 된다.After the second conductive film and the third conductive film are formed on the entire surface of the
이때, 상기 제 2 도전막은 상기 게이트절연막(215) 위에 제 1 소오스/드레인전극(222a, 223a)을 형성하기 위해 금속 종류에 관계없이 사용할 수 있으며, 상기 제 3 도전막은 산소와의 결합력이 우수한 티타늄, 티타늄 합금 또는 상기 a-IGZO 산화물 반도체와 오믹접촉 특성이 우수한 인듐-틴-옥사이드, 몰리브덴 등의 금속으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 소오스/드레인전극(222, 223)은 이중층 이상의 다층구조로 형성할 수도 있다.In this case, the second conductive layer may be used regardless of the type of metal to form the first source /
그리고, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 이중층의 소오스/드레인전극(222, 223)이 형성된 기판(210) 전면에 비정질 아연 산화물계 반도체를 증착하여 소정의 비정질 아연 산화물계 반도체층을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 3 마스크공정)을 통해 선택적으로 패터닝함으로써 상기 제 2 소오스/드레인전극(222b, 223b)과 전기적으로 접속하는 액티브층(224)을 형성한다.As shown in FIG. 5C, after the amorphous zinc oxide semiconductor layer is deposited on the entire surface of the
이때, 상기 비정질 아연 산화물계 복합 반도체, 특히 a-IGZO 반도체는 갈륨산화물(Ga2O3), 인듐산화물(In2O3) 및 아연산화물(ZnO)의 복합체 타겟을 이용하여 스퍼터링(sputtering) 방법에 의해 형성될 수 있으며, 이 이외에도 화학기상증착이나 원자증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 등의 화학적 증착방법을 이용하는 것도 가능하다.At this time, the amorphous zinc oxide-based composite semiconductor, in particular a-IGZO semiconductor sputtering method using a composite target of gallium oxide (Ga 2 O 3 ), indium oxide (In 2 O 3 ) and zinc oxide (ZnO) It may be formed by, and in addition to this, it is also possible to use a chemical vapor deposition method such as chemical vapor deposition or atomic layer deposition (ALD).
또한, 상기 a-IGZO 반도체는 갈륨, 인듐 및 아연의 원자비가 각각 1:1:1, 2:2:1, 3:2:1, 4:2:1 등의 복합 산화물 타겟을 사용하여 비정질 아연 산화물계 반도체층을 형성할 수 있다.In addition, the a-IGZO semiconductor has an atomic ratio of gallium, indium, and zinc in the form of amorphous zinc using a complex oxide target such as 1: 1: 1, 2: 2: 1, 3: 2: 1, 4: 2: 1, etc., respectively. An oxide semiconductor layer can be formed.
여기서, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 상기 비정질 아연 산화물계 반도체층을 형성하기 위한 스퍼터링 중의 반응 가스 내의 산소 농도를 조절함으로써 액티브층(224)의 캐리어 농도를 조절할 수 있는데, 이때 산소 농도 1 ~ 4% 및 두께 500 ~ 1000Å 조건에서 균일한 소자특성의 확보가 가능하다.Here, the oxide thin film transistor according to the present invention can adjust the carrier concentration of the
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터에 있어서, 채널영역을 확대하여 나타내는 주사(走査)전자 현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 사진으로써, a-IGZO 반도체 박막 트랜지스터의 채널영역을 50,000배로 확대하여 나타내는 SEM 사진이다.FIG. 6 is a scanning electron microscope (SEM) image showing an enlarged channel region in an oxide thin film transistor according to a second exemplary embodiment of the present invention, and shows a channel region of an a-IGZO semiconductor thin film transistor. It is the SEM photograph which magnified 50,000 times.
도 6을 참조하면, 소오스/드레인전극이 대략 90도의 테이퍼(taper)를 가지도록 형성되어있으며, 그 위와 게이트절연막의 노출영역에 a-IGZO 반도체로 이루어진 액티브층이 균일하게 형성되어 있는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the source / drain electrodes are formed to have a taper of approximately 90 degrees, and an active layer made of a-IGZO semiconductor is formed uniformly thereon and in the exposed region of the gate insulating film. have.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 트랜스퍼(transfer) 특성을 나타내는 그래프로써, 채널영역의 폭(width)과 길이(length)가 각각 100㎛와 6㎛인 a-IGZO 반도체 박막 트랜지스터의 트랜스퍼 특성을 예를 들어 나타내고 있다.FIG. 7 is a graph illustrating a transfer characteristic of an oxide thin film transistor according to a second exemplary embodiment of the present invention, wherein a-IGZO semiconductor having a width and a length of a channel region of 100 μm and 6 μm, respectively, FIG. Transfer characteristics of the thin film transistor are shown as an example.
이때, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 트랜스퍼 그래프는 드레인 전압을 0.1V와 10V로 유지한 상태에서 게이트 전압의 변화(-15V ~ 30V)에 따른 드레인 전류를 나타내고 있다.In this case, the transfer graph of the oxide thin film transistor according to the second embodiment of the present invention shows the drain current according to the change of the gate voltage (-15V to 30V) while maintaining the drain voltage at 0.1V and 10V.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터에 비해 온 커런트(on current)가 높고 기울기(slop)가 가팔라 높은 이동도 특성을 가짐을 알 수 있다.As shown in FIG. 7, the oxide thin film transistor according to the second exemplary embodiment of the present invention has a high on-current and a steep slope in mobility compared to an amorphous silicon thin film transistor. Can be.
특히, 본 발명의 제 1, 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 소오스/드레인전극 형성시 산화물 반도체로 이루어진 액티브층의 손상이 방지됨에 따라 온 커런트와 기울기 특성이 더욱 향상되는 한편, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 상기 소오스/드레인전극을 이중층으로 구성하여 액티브층과 소오스/드레인전극 사이의 오믹접촉 특성을 향상시킴으로써 우수한 소자특성을 확보할 수 있게 된다.In particular, in the oxide thin film transistors according to the first and second embodiments of the present invention, the damage of the active layer made of the oxide semiconductor is prevented when the source / drain electrodes are formed, thereby further improving on current and slope characteristics. In the oxide thin film transistor according to the second embodiment, the source / drain electrodes are formed as a double layer to improve ohmic contact characteristics between the active layer and the source / drain electrodes, thereby ensuring excellent device characteristics.
전술한 바와 같이 본 발명은 액정표시장치뿐만 아니라 박막 트랜지스터를 이용하여 제작하는 다른 표시장치, 예를 들면 구동 트랜지스터에 유기전계발광소자가 연결된 유기전계발광 디스플레이장치에도 이용될 수 있다.As described above, the present invention can be applied not only to liquid crystal display devices but also to other display devices manufactured using thin film transistors, for example, organic electroluminescent display devices in which organic electroluminescent devices are connected to driving transistors.
또한, 본 발명은 높은 이동도를 가지는 한편 저온에서 공정이 가능한 비정질 아연 산화물계 반도체 물질을 액티브층으로 적용함에 따라 투명 전자회로나 플렉서블(flexible) 디스플레이에 사용될 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention has an advantage that it can be used in a transparent electronic circuit or a flexible display by applying an amorphous zinc oxide-based semiconductor material capable of processing at low temperatures while having a high mobility as an active layer.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.While a great many are described in the foregoing description, it should be construed as an example of preferred embodiments rather than limiting the scope of the invention. Therefore, the invention should not be construed as limited to the embodiments described, but should be determined by equivalents to the appended claims and the claims.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도.1 is an exploded perspective view schematically showing a general liquid crystal display device.
도 2는 일반적인 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a typical oxide thin film transistor.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.3 is a cross-sectional view schematically showing a structure of an oxide thin film transistor according to a first embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.4 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an oxide thin film transistor according to a second embodiment of the present invention.
도 5a 내지 도 5c는 도 4에 도시된 산화물 박막 트랜지스터의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.5A through 5C are cross-sectional views sequentially illustrating a process of manufacturing the oxide thin film transistor illustrated in FIG. 4.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터에 있어서, 채널영역을 확대하여 나타내는 SEM 사진.FIG. 6 is an enlarged SEM photograph of an oxide thin film transistor according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 트랜스퍼 특성을 나타내는 그래프.7 is a graph showing transfer characteristics of an oxide thin film transistor according to a second exemplary embodiment of the present invention.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS
110,210 : 기판 121,221 : 게이트전극110,210: substrate 121,221: gate electrode
122,222 : 소오스전극 123,223 : 드레인전극122,222 source electrode 123,223 drain electrode
124,224 : 액티브층124,224 active layer
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