KR101487256B1 - Method of fabricating oxide thin film transistor - Google Patents
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Abstract
본 발명의 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 비정질 아연 산화물(ZnO)계 반도체를 액티브층으로 사용하여 박막 트랜지스터를 제작할 때, 스퍼터링 중의 산소 농도의 변화에 따른 캐리어(carrier) 농도의 조절을 통하여 산화물 박막 트랜지스터의 소자특성을 조절하기 위한 것으로, 기판 위에 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 게이트전극이 형성된 기판 위에 게이트 절연층을 형성하는 단계; 상기 게이트 절연층 위에 산소를 포함하는 반응 가스와 갈륨, 인듐 및 아연의 원자비가 2:2:1인 복합 산화물 타겟을 사용하여 스퍼터링을 통해 비정질 아연 산화물계 반도체를 증착하는 단계; 상기 비정질 아연 산화물계 반도체를 선택적으로 패터닝하여 상기 게이트전극 상부에 상기 비정질 아연 산화물계 반도체로 이루어진 액티브층을 형성하는 단계; 및 상기 액티브층 상부에 상기 액티브층의 소오스영역과 드레인영역에 각각 전기적으로 접속하는 소오스전극과 드레인전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 비정질 아연 산화물계 반도체는 상기 반응 가스 내의 산소 농도를 1 ~ 4%로 하여 증착하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention is a method of manufacturing a thin film transistor using an amorphous zinc oxide (ZnO) based semiconductor as an active layer by controlling the concentration of a carrier according to a change in oxygen concentration during sputtering, The method comprising: forming a gate electrode on a substrate; Forming a gate insulating layer on the substrate on which the gate electrode is formed; Depositing an amorphous zinc oxide based semiconductor on the gate insulating layer by sputtering using a mixed oxide target having a reactant gas containing oxygen and an atomic ratio of gallium, indium and zinc of 2: 2: 1; Selectively patterning the amorphous zinc oxide based semiconductor to form an active layer made of the amorphous zinc oxide based semiconductor on the gate electrode; And forming a source electrode and a drain electrode electrically connected to a source region and a drain region of the active layer, respectively, on the active layer, wherein the amorphous zinc oxide- 4%.
산화물 박막 트랜지스터, 비정질 아연 산화물계, 산소 농도, 캐리어 농도 Oxide thin film transistor, amorphous zinc oxide system, oxygen concentration, carrier concentration
Description
본 발명은 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비정질 아연 산화물계 반도체를 액티브층으로 사용한 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an oxide thin film transistor, and more particularly, to a method of manufacturing an oxide thin film transistor using an amorphous zinc oxide based semiconductor as an active layer.
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.Meanwhile, since the liquid crystal display device described above is a light-emitting device rather than a light emitting device and has technical limitations on brightness, contrast ratio, and viewing angle, Development of a new display device capable of overcoming the disadvantages has been actively 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.In recent years, studies have been actively made on the enlargement of an organic electroluminescent display. In order to achieve this, development of a transistor ensuring stable operation and durability by securing a constant current characteristic as a driving transistor of an organic electroluminescent device is required.
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.The amorphous silicon thin film transistor used in the above-described liquid crystal display device can be manufactured in a low temperature process, but has a very small mobility and does not satisfy a constant current bias condition. On the other hand, the polycrystalline silicon thin film transistor has a high mobility and a satisfactory constant current test condition, but it is difficult to obtain a uniform characteristic, so it is difficult to make a large area and a high temperature process is required.
또한, 일반적인 비정질 실리콘 박막 트랜지스터는 도 2를 참조하면, 액티브층(24)의 소오스/드레인영역과 소오스/드레인전극(22, 23) 사이에 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 오믹-콘택(ohmic contact)층(25)이 필요하며, 이때 상기 액티브층(24)에 채널을 형성하기 위해서는 상기 n+ 비정질 실리콘 박막을 건 식각(dry etch)하여야 한다. 이에 따라 소자의 신뢰성에 문제점을 가지게 된다.2, a conventional amorphous silicon thin film transistor includes an
참고로, 도면부호 10, 15 및 21은 상기 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 구성하는 기판, 게이트 절연층 및 게이트전극을 나타낸다.For reference,
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 비정질 아연 산화물계 반도체를 액티브층으로 사용한 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an oxide thin film transistor using an amorphous zinc oxide-based semiconductor as an active layer.
본 발명의 다른 목적은 캐리어 농도의 조절을 통하여 산화물 박막 트랜지스터의 소자특성을 조절하도록 한 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a method for fabricating an oxide thin film transistor in which device characteristics of an oxide thin film transistor are controlled through control of carrier concentration.
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 트랜지스터의 제조방법은 기판 위에 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 게이트전극이 형성된 기판 위에 게이트 절연층을 형성하는 단계; 상기 게이트 절연층 위에 산소를 포함하는 반응 가스와 갈륨, 인듐 및 아연의 원자비가 2:2:1인 복합 산화물 타겟을 사용하여 스퍼터링을 통해 비정질 아연 산화물계 반도체를 증착하는 단계; 상기 비정질 아연 산화물계 반도체를 선택적으로 패터닝하여 상기 게이트전극 상부에 상기 비정질 아연 산화물계 반도체로 이루어진 액티브층을 형성하는 단계; 및 상기 액티브층 상부에 상기 액티브층의 소오스영역과 드레인영역에 각각 전기적으로 접속하는 소오스전극과 드레인전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 비정질 아연 산화물계 반도체는 상기 반응 가스 내의 산소 농도를 1 ~ 4%로 하여 증착하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating an oxide thin film transistor including: forming a gate electrode on a substrate; Forming a gate insulating layer on the substrate on which the gate electrode is formed; Depositing an amorphous zinc oxide based semiconductor on the gate insulating layer by sputtering using a mixed oxide target having a reactant gas containing oxygen and an atomic ratio of gallium, indium and zinc of 2: 2: 1; Selectively patterning the amorphous zinc oxide based semiconductor to form an active layer made of the amorphous zinc oxide based semiconductor on the gate electrode; And forming a source electrode and a drain electrode electrically connected to a source region and a drain region of the active layer, respectively, on the active layer, wherein the amorphous zinc oxide- 4%.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 비정질 아연 산화물계 반도체를 액티브층으로 사용함에 따라 균일도가 우수하여 대면 적 디스플레이에 적용 가능한 효과를 제공한다.As described above, the method of manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention provides an effect of being applicable to a large-sized display because the amorphous zinc oxide-based semiconductor is used as an active layer.
또한, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 상기 액티브층의 산소 농도를 조절함으로써 원하는 조건의 소자특성을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.In addition, the method of manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention provides an effect of securing device characteristics under desired conditions by controlling the oxygen concentration of the active layer.
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 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 비정질 아연 산화물계 반도체를 액티브층으로 사용한 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내고 있다.FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention, and schematically shows the structure of an oxide thin film transistor using an amorphous zinc oxide-based semiconductor as an active layer.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 소정의 기판(110) 위에 형성된 게이트전극(121), 상기 게이트전극(121) 위에 형성된 게이트 절연층(115), 상기 게이트전극(121) 상부에 비정질 아연 산화물계 반도체로 형성된 액티브층(124) 및 상기 액티브층(124)의 소오스/드레인영역과 전기적으로 접속하는 소오스/드레인전극(122, 123)으로 이루어져 있다.The oxide thin film transistor according to the embodiment of the present invention includes a
이때, 상기 본 발명에 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.At this time, since the oxide thin film transistor according to the present invention is formed using the amorphous zinc oxide-based semiconductor to form the
상기 아연 산화물(ZnO)은 산소 함량에 따라 전도성, 반도체성 및 저항성의 3 가지 성질을 모두 구현할 수 있는 물질로, 비정질 아연 산화물계 반도체 물질을 액티브층으로 적용한 산화물 박막 트랜지스터는 액정표시장치와 유기전계발광 디스플레이를 포함하는 대면적 디스플레이에 적용될 수 있다.The zinc oxide (ZnO) is a material that can realize all three properties of conductivity, semiconductivity, and resistance according to oxygen content. An oxide thin film transistor in which an amorphous zinc oxide based semiconductor material is applied as an active layer is a liquid crystal display device, Can be applied to a large area display including a light emitting display.
또한, 최근 투명 전자회로에 엄청난 관심과 활동이 집중되고 있는데, 상기 비정질 아연 산화물계 반도체 물질을 액티브층으로 적용한 산화물 박막 트랜지스터는 높은 이동도를 가지는 한편 저온에서 제작이 가능함에 따라 상기 투명 전자회로에 사용될 수 있는 장점이 있다.In recent years, a great deal of attention and activity have been concentrated on transparent electronic circuits. Since an oxide thin film transistor using the amorphous zinc oxide based semiconductor material as an active layer has high mobility and can be manufactured at a low temperature, There is an advantage that can be used.
특히, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 상기 ZnO에 인듐(indium; In)과 갈륨(gallium; Ga)과 같은 중금속이 함유된 a-IGZO 반도체로 액티브층을 형성하는 것을 특징으로 한다.In particular, the oxide thin film transistor according to the present invention is characterized in that an active layer is formed of a-IGZO semiconductor containing heavy metals such as indium (In) and gallium (Ga) in the ZnO.
상기 a-IGZO 반도체는 가시광선을 통과시킬 수 있어 투명하며, 또한 상기 a-IGZO 반도체로 제작된 산화물 박막 트랜지스터는 1~100cm2/Vs의 이동도를 가져 비정질 실리콘 박막 트랜지스터에 비해 높은 이동도 특성을 나타낸다.The a-IGZO semiconductor is transparent because it can transmit visible light, and the oxide thin film transistor fabricated from the a-IGZO semiconductor has a mobility of 1 to 100 cm 2 / Vs, and has a higher mobility characteristic than the amorphous silicon thin film transistor .
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 can produce UV light emitting diode (LED), white LED and other components having a wide band gap and high color purity and can be processed at a low temperature, It has the characteristics to produce.
더욱이 상기 a-IGZO 반도체로 제작된 산화물 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터와 비슷한 균일한 특성을 나타냄에 따라 부품 구조도 비정질 실 리콘 박막 트랜지스터처럼 간단하며, 대면적 디스플레이에 적용할 수 있는 장점을 가지고 있다.Furthermore, since the oxide thin film transistor fabricated from the a-IGZO semiconductor exhibits a uniform characteristic similar to that of an amorphous silicon thin film transistor, the structure of the oxide thin film transistor is as simple as an amorphous silicon thin film transistor and has advantages of being applicable to a large area display .
이와 같은 특징을 가진 상기 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 스퍼터링 중의 반응 가스 내의 산소 농도를 조절함으로써 액티브층의 캐리어 농도를 조절할 수 있어 박막 트랜지스터의 소자특성을 조절할 수 있게 되는데, 이를 다음의 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법을 통해 상세히 설명한다.The oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention having such characteristics can control the carrier concentration of the active layer by controlling the oxygen concentration in the reactive gas during the sputtering, thereby controlling the device characteristics of the thin film transistor. The method of manufacturing the oxide thin film transistor will be described in detail.
도 4a 내지 도 4c는 도 3에 도시된 산화물 박막 트랜지스터의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도이다.4A to 4C are cross-sectional views sequentially illustrating the manufacturing process of the oxide thin film transistor shown in FIG.
도 4a에 도시된 바와 같이, 투명한 절연물질로 이루어진 기판(110) 위에 소정의 게이트전극(121)을 형성한다.As shown in FIG. 4A, a predetermined
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(110)을 사용할 수 있다. 또한, 비정질 특성을 나타냄으로 인해 대면적 디스플레이용 기판(110)의 사용이 가능하다.At this time, the amorphous zinc oxide-based composite semiconductor to be applied to the oxide thin film transistor of the present invention can be used for low-temperature deposition such as a plastic substrate and a soda lime glass. In addition, since the amorphous characteristics are exhibited, it is possible to use the
또한, 상기 게이트전극(121)은 제 1 도전막을 상기 기판(110) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정(제 1 마스크공정)을 통해 선택적으로 패터닝하여 형성하게 된다.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), 백 금(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.Here, the first conductive layer may be formed of one selected from the group consisting of aluminum (Al), aluminum alloy (Al alloy), tungsten (W), copper (Cu), nickel (Ni), chromium A low resistance opaque conductive material such as molybdenum (Mo), titanium (Ti), platinum (Pt), tantalum (Ta) The first conductive layer may be formed of an opaque conductive material such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), or the like. Or may be formed as a laminated multilayer structure.
다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(121)이 형성된 기판(110) 전면에 실리콘질화막(SiNx), 실리콘산화막(SiO2)과 같은 무기절연막 또는 하프늄(hafnium; Hf) 옥사이드, 알루미늄 옥사이드와 같은 고유전성 산화막으로 이루어진 게이트 절연층(115)을 형성한다.4B, an inorganic insulating film such as a silicon nitride film (SiNx), a silicon oxide film (SiO 2 ), or hafnium (Hf) oxide is formed on the entire surface of the
이때, 상기 게이트 절연층(115)은 화학기상증착(Chemical Vapour Deposition; CVD) 또는 플라즈마 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition; PECVD)으로 형성할 수 있다.At this time, the
그리고, 상기 게이트 절연층(115)이 형성된 기판(110) 전면에 비정질 아연 산화물계 반도체를 증착하여 소정의 비정질 아연 산화물계 반도체층을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 2 마스크공정)을 통해 선택적으로 패터닝함으로써 상기 게이트전극(121) 상부에 상기 비정질 아연 산화물계 반도체로 이루어진 액티브층(124)을 형성한다.Then, amorphous zinc oxide-based semiconductor 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, particularly a-IGZO semiconductor, is formed by a sputtering method using a composite target of gallium oxide (Ga 2 O 3 ), indium oxide (In 2 O 3 ) and zinc oxide (ZnO) Alternatively, a chemical vapor deposition method such as chemical vapor deposition or atomic layer deposition (ALD) may be used.
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.The a-IGZO semiconductor may be formed by using a complex oxide target of an atomic ratio of gallium, indium and zinc of 1: 1: 1, 2: 2: 1, 3: 2: 1, 4: An oxide-based semiconductor layer can be formed.
여기서, 본 발명의 실시예의 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 갈륨산화물, 인듐산화물 및 아연산화물의 성분비가 1:1:1, 즉 상기 갈륨, 인듐 및 아연의 원자비가 2:2:1인 복합 산화물 타겟을 사용하는 경우를 예를 들고 있으며, 이때 상기 갈륨, 인듐, 아연의 당량(equivalent weight)비는 대략 2.3~3.0:2.3~3.0:1을 가질 수 있다. 특히, 이때 상기 갈륨, 인듐, 아연의 당량비는 2.8:2.8:1을 가지는 것을 특징으로 한다.5, the composition ratio of the gallium oxide, the indium oxide and the zinc oxide is 1: 1: 1, that is, the atomic ratio of the gallium, indium and zinc is 2: 2: 1 And an equivalent weight ratio of gallium, indium, and zinc may be about 2.3 to 3.0: 2.3 to 3.0: 1. In particular, the equivalent ratio of gallium, indium and zinc is 2.8: 2.8: 1.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 상기 비정질 아연 산화물계 반도체층을 형성하기 위한 스퍼터링 중의 반응 가스 내의 산소 농도를 조절함으로써 액티브층(124)의 캐리어 농도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.Particularly, the oxide thin film transistor according to the embodiment of the present invention is characterized in that the carrier concentration of the
도 6은 산소 농도의 변화에 따른 액티브층의 캐리어 농도를 개략적으로 나타내는 그래프로써, 스퍼터링 중의 반응 가스 내의 산소 농도(%)에 대한 반도체 박막의 캐리어 농도(개/cm3)를 나타내고 있다.6 is a graph schematically showing the carrier concentration of the active layer with the change in oxygen concentration, and shows the carrier concentration (number / cm 3 ) of the semiconductor thin film with respect to the oxygen concentration (%) in the reaction gas during the sputtering.
도면에 도시된 바와 같이, a-IGZO 산화물 반도체는 스퍼터링 중의 반응 가스 내의 산소 농도를 조절함으로써, 반도체 박막의 캐리어 농도를 조절 할 수 있으며 이에 따라 소자특성의 확보가 가능하게 된다.As shown in the figure, the a-IGZO oxide semiconductor can control the carrier concentration of the semiconductor thin film by controlling the oxygen concentration in the reaction gas during the sputtering, thereby ensuring the device characteristics.
특히, 산소 농도 1 ~ 9.4% 조건에서 소자특성을 확보 할 수 있으며, 1 ~ 4% 조건에서 균일한 소자특성의 확보가 가능하다.Especially, the device characteristics can be ensured under the oxygen concentration of 1 to 9.4%, and uniform device characteristics can be ensured under the condition of 1 to 4%.
이때, 산소 농도의 변화에 따른 반도체 박막의 캐리어 농도를 보면, 산소 농도 1% 이상에서 약 1017개/cm3의 농도를 나타내며, 산소 농도가 3 ~ 4% 조건에서 약 1015 ~ 1016개/cm3의 캐리어 농도를 나타내고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 이러한 산소 농도의 변화 조건을 활용하여 소자를 제작하면 상기와 같은 소자특성의 확보가 가능하게 된다.At this time, the carrier concentration of the semiconductor thin film according to the change in oxygen concentration shows a concentration of about 10 17 ions / cm 3 at an oxygen concentration of 1% or more, and about 10 15 to 10 16 ions at an oxygen concentration of 3 to 4% / cm < 3 >. Therefore, when the device is fabricated by utilizing the conditions for changing the oxygen concentration, it is possible to secure the device characteristics as described above.
다음으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 액티브층(124)이 형성된 기판(110) 전면에 제 2 도전막을 형성한다.Next, as shown in FIG. 4C, a second conductive layer is formed on the entire surface of the
이때, 상기 제 2 도전막은 소오스전극과 드레인전극을 형성하기 위해 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 구리, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 티타늄, 백금, 탄탈 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제 2 도전막은 인듐-틴-옥사이드, 인듐-징크-옥사이드와 같은 불투명한 도전물질을 사용할 수 있으며, 상기 도전물질이 두 가지 이상 적층된 다층구조로 형성할 수도 있다.The second conductive layer may be formed of a low resistance opaque conductive material such as aluminum, aluminum alloy, tungsten, copper, nickel, chromium, molybdenum, titanium, platinum or tantalum to form a source electrode and a drain electrode. Also, the second conductive layer may be an opaque conductive material such as indium-tin-oxide or indium-zinc-oxide, or may have a multi-layer structure in which two or more conductive materials are stacked.
그리고, 포토리소그래피공정(제 3 마스크공정)을 통해 상기 제 2 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 액티브층(124)의 소오스영역 및 드레인영역과 각각 전기적으로 접속하는 소오스전극(122) 및 드레인전극(123)을 형성하게 된다.The
전술한 바와 같이 본 발명은 액정표시장치뿐만 아니라 박막 트랜지스터를 이 용하여 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.Further, 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 having high mobility and being processable at a low temperature 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 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a general amorphous silicon thin film transistor.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4c는 도 3에 도시된 산화물 박막 트랜지스터의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.4A to 4C are cross-sectional views sequentially showing the manufacturing process of the oxide thin film transistor shown in FIG. 3;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복합 산화물 타겟에서 갈륨산화물, 인듐산화물 및 아연산화물의 성분비를 예를 들어 나타내는 예시도.FIG. 5 is an exemplary view showing a composition ratio of gallium oxide, indium oxide and zinc oxide in a complex oxide target according to an embodiment of the present invention; FIG.
도 6은 산소 농도 변화에 따른 액티브층의 캐리어 농도를 개략적으로 나타내는 그래프.6 is a graph schematically showing the carrier concentration of the active layer in accordance with the oxygen concentration change.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS
110 : 기판 121 : 게이트전극110: substrate 121: gate electrode
122 : 소오스전극 123 : 드레인전극122: source electrode 123: drain electrode
124 : 액티브층124: active layer
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| AMND | Amendment | ||
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