KR101496150B1 - 산화물 반도체 및 이를 포함하는 박막 트랜지스터 - Google Patents
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Abstract
산화물 반도체 및 이를 포함하는 박막 트랜지스터에 대해서 개시된다. 상기 산화물 반도체는 Zn 산화물에 란탄 계열 물질이 포함된 것으로 이를 박막 트랜지스터의 채널 물질로 적용할 수 있다.
Description
산화물 반도체 및 이를 포함하는 박막 트랜지스터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Zn 산화물에 새로운 물질을 첨가한 반도체 물질 및 이를 포함하는 산화물 박막 트랜지스터에 관한 것이다.
박막 트랜지스터(Thin film transistor)는 다양한 응용 분야에 이용되고 있으며 특히, 디스플레이 분야에서 스위칭 및 구동 소자로 이용되고 있으며, 크로스 포인트형 메모리 소자의 선택 스위치로 사용되고 있다.
현재 TV용 패널로서 액정디스플레이(LCD)가 주축을 이루고 있는 가운데, 유기발광 디스플레이도 TV로의 응용을 위해 많은 연구가 진행되고 있다. TV용 디스플레이 기술 개발은 시장에서 요구하는 바를 충족시키는 방향으로 발전하고 있다. 시장에서 요구하는 사항으로는 대형화된 TV 또는 DID(Digital Information Display), 저가격, 고화질 (동영상표현력, 고해상도, 밝기, 명암비, 색재현력) 등이 있다. 이와 같은 요구 사항에 대응하기 위해서는 유리 등의 기판의 대형화와 함께, 우수한 성능을 갖는 디스플레이의 스위칭 및 구동소자로 적용될 박막 트랜지스터(TFT)가 요구된다.
디스플레이의 구동 및 스위칭 소자로서 사용되는 것으로, 비정질 실리콘 박막트랜지스터(a-Si TFT)가 있다. 이는 저가의 비용으로 2m가 넘는 대형 기판상에 균일하게 형성될 수 있는 소자로서 현재 가장 널리 쓰이는 소자이다. 그러나, 디스플레이의 대형화 및 고화질화 추세에 따라 소자 성능 역시 고성능이 요구되어, 이동도 0.5 cm2/Vs수준의 기존의 a-Si TFT는 한계에 다다를 것으로 판단된다. 따라서 a-Si TFT보다 높은 이동도를 갖는 고성능 TFT 및 제조 기술이 필요하다.
a-Si TFT 대비 월등히 높은 성능을 갖는 다결정 실리콘 박막트랜지스터(poly-Si TFT)는 수십에서 수백 cm2/Vs의 높은 이동도를 갖기 때문에, 기존 a-Si TFT에서 실현하기 힘들었던 고화질 디스플레이에 적용할 수 있는 성능을 갖는다. 또한, a-Si TFT에 비해 소자 특성 열화 문제가 매우 적다. 그러나, poly-Si TFT를 제작하기 위해서는 a-Si TFT에 비해 복잡한 공정이 필요하고 그에 따른 추가 비용도 증가한다. 따라서, p-Si TFT는 디스플레이의 고화질화나 OLED와 같은 제품에 응용되기 적합하지만, 비용 면에서는 기존 a-Si TFT에 비해 열세이므로 응용이 제한적인 단점이 있다. 그리고 p-Si TFT의 경우, 제조 장비의 한계나 균일도 불량과 같은 기술적인 문제로 현재까지는 1 m가 넘는 대형기판을 이용한 제조공정이 실현되고 있지 않기 때문에, TV 제품으로의 응용이 어렵다.
이에 따라 a-Si TFT의 장점과 poly-Si TFT의 장점을 모두 지닌 새로운 TFT기술에 대한 요구되었다. 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 그 대표적인 것 으로 산화물 반도체 소자가 있다.
산화물 반도체 소자로 최근 각광을 받는 것으로 ZnO계 박막 트랜지스터이다. 현재 ZnO 계열 물질로 Zn 산화물, In-Zn 산화물 및 여기에 Ga, Mg, Al, Fe 등이 도핑된 산화물 등이 소개되었다. ZnO계 반도체 소자는 저온 공정으로 제작이 가능하고 비정질 상이기 때문에 대면적화가 용이한 장점을 가진다. 또한, ZnO 계 반도체 필름은 고이동도의 물질로서 다결정 실리콘과 같은 매우 양호한 전기적 특성을 갖는다. 현재, 이동도(mobility)가 높은 산화물 반도체 물질층, 즉 ZnO 계열(based) 물질층을 박막 트랜지스터의 채널 영역에 사용하기 위한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 일측면은 Zn 산화물에 새로운 물질을 첨가한 산화물 반도체에 관련된다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 산화물 반도체를 채널 영역에 사용한 산화물 박막 트랜지스터에 관련된다.
본 발명의 일 측면에 따라 Zn 산화물 계열 물질에 란탄 계열 물질이 추가된 산화물 반도체를 제공한다.
상기 란탄 계열 물질은 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 이들 중 일종 이상의 원소를 포함하는 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 물질일 수 있다.
상기 산화물 반도체에서 란탄 계열 물질(Ln)의 조성비가 0 at% < Ln(at %) ≤ 15 at% 범위일 수 있다.
상기 Zn 산화물 계열 물질은 Zn 산화물, In-Zn 산화물 또는 Ga-In-Zn 산화물 중 어느 하나 일 수 있다.
상기 Zn 산화물 계열 물질은 In-Zn 산화물이며, 상기 란탄 계열 물질은 La 일 수 있다.
상기 산화물 반도체에서 In, Zn 및 La 원자의 전체 함량대비 상기 La의 조성비가 0 at% < La(at %) ≤ 11.4 at% 범위일 수 있다.
상기 In의 조성비가 53.5 at% < In(at%) ≤ 55.5 at% 범위 일 수 있다.
상기 Zn의 조성비가 34.2 at% ≤ Zn(at%) < 46.5 at% 범위일 수 있다.
상기 산화물은 비정질이거나, 혼합결정질이거나 혹은 결정질일 수 있다.
상기 산화물 반도체는 I족 원소, II족 원소, III족 원소, IV족 원소, V족 원소를 추가로 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라 산화물 박막 트랜지스터에 있어서,
게이트;
상기 게이트 전극에 대응되는 위치에 형성된 것으로 Zn 산화물 계열 물질에 란탄 계열 물질이 추가된 산화물 반도체를 포함하여 형성된 채널;
상기 게이트 및 채널 사이에 형성되는 게이트 절연체; 및
상기 채널의 양측부와 각각 접촉하며 형성된 소스 및 드레인을 포함하는 산화물 박막 트랜지스터가 제공된다.
상기 박막 트랜지스터에서, 상기 산화물은 비정질이거나, 혼합결정질이거나 혹은 결정질일 수 있다.
상기 박막 트랜지스터에서, 상기 산화물 반도체는 I족 원소, II족 원소, III족 원소, IV족 원소 또는 V족 원소를 추가로 더 포함할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 산화물 반도체, 이를 포함하는 산화물 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법에 대해 상세히 설명하고자 한다. 참고로, 도면에 도시된 각 층의 두께 및 폭은 설명을 위하여 다소 과장되게 표현되었 음을 명심하여야 한다.
본 발명의 실시예에 의한 산화물 반도체는 Zn 산화물 계열, 예를 들어 Zn 산화물, In-Zn 산화물 또는 Ga-In-Zn 산화물에 란탄 계열 물질(Lanthanoids, 이하 Ln)이 첨가된 물질이다.
In-Zn 산화물은 예를 들어 In, Zn 원소를 포함하며, In 및 Zn 각각의 원소가 산소와 결합한 형태(In2O3, ZnO)로 존재할 수 있으며, In 및 Zn 원소가 산소를 공유하는 형태로 존재할 수 있다. 그리고, Ga-In-Zn 산화물은 예를 들어 적어도 Ga, In, Zn 원소를 포함하는 산화물로서 Ga, In, Zn 각각의 원소가 산소와 결합한 형태(Ga2O3, In2O3, ZnO)로 존재할 수 있으며, Ga, In, Zn 원소 중 둘 또는 셋의 조합이 산소를 공유하는 형태로 존재할 수도 있다. 란탄 계열 물질은 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 이들 중 일종 이상의 원소를 포함하는 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 물질일 수 있다. 그리고, 란탄 계열 물질도 산소와 결합한 형태로 존재할 수 있고, Ga, In 또는 Zn 원소 중 하나, 둘 또는 셋의 조합과 산소를 공유하는 형태로 존재할 수도 있다.
상기 Zn 산화물 계열 물질에 란탄 계열 물질이 첨가된 산화물 반도체는 비정질이거나, 혼합결정질이거나 결정질일 수 있다.
란탄 계열 물질은 La(1.1), Ce(1.12), Pr(1.13), Nd(1.14), Pm(0.94), Sm(1.17), Eu(1.2), Gd(0.94), Tb(1.22), Dy(1.23), Ho(1.24), Er(1.25), Tm(0.96) 및 Yb(1.27)를 포함한다. 여기서 각 괄호 속의 숫자는 전기 음성도를 나타낸다. 전 기 음성도는 분자 내 원자가 그 원자의 결합에 관여하고 있는 전자를 끌어 당기는 정도를 나타내는 것이다. 이온 결합은 결합하고 있는 원자들 중 일부는 전기 음성도가 크고, 일부는 작은 경우이며, 하나의 원자에서 다른 원자로 전자가 이동하여 만들어진다.
상술한 바와 같이 란탄 계열 물질들의 전기 음성도는 모두 1.3보다 작으며, 전기 음성도가 3.5인 산소와의 전기 음성도 차이가 2.2 이상으므로 이온 결합이 상당히 강한 산화물을 형성한다. Zn의 경우 전기 음성도가 1.6으로써 산소와의 전기 음성도 차이가 1.9로써 공유 결합 및 이온 결합 특성을 모두 지니고 있다. 따라서, 란탄 계열 물질이 Zn 산화물 계열 물질에 추가됨으로써 이온 결합 특성이 강해진다.
a-Si:H의 경우는 공유결합을 하고 있는데, 이 결합은 방향성을 가지는 sp3 배위결합을 하여 비정질상으로 존재하게 되면 산소결합을 하고 있는 전자 구름이 뒤틀어지게 된다. 이로 인하여 약한 결합(weak bond)이 존재하게 된다. 이러한 결합구조를 가진 TFT를 장기간 구동하게 되면 결합 영역에 전자 또는 홀(Hole)이 축적되면서 결과적으로 결합이 끊어지게 되어 문턱 전압(Vth) 변화에 따른 신뢰성에 문제가 발생한다. 반면 이온결합의 경우는 양이온 전자구름의 크기가 커서 산소 음이온의 결합에 관계없이 overlab이 되어 결정상이든 비정질상이든 약한 결합이 존재하지 않음으로 인해 문턱 전압의 변화가 거의 없거나 작다. 따라서, 이온 결합은 신뢰성이 높은 박막 트랜지스터를 제조에 기여하는 것으로 판단된다. 본 발명의 실시예에서 Zn 산화물 계열에 란탄 계열 원소가 추가된 산화물 반도체는 이온 결합이 대부분의 결합을 형성하여 트랜지스터 특성 제어가 용이해 지는 것으로 판단된다. 다만, 모든 결합이 이온 결합일 필요는 없다.
본 발명의 실시예에 의한 산화물 반도체, 예를 들어 In-Zn 및 란탄 계열 물질의 조성비는 0 at% < Ln(at %) ≤ 15 at% 범위가 될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 산화물 반도체에는 Li, K과 같은 I족 원소, Mg, Ca, Sr과 같은 II족 원소, Ga, Al, In, Y과 같은 III족 원소, Ti, Zr, Si, Sn, Ge과 같은 IV족 원소, Ta, Vb, Nb, Sb와 같은 V족 원소 등이 추가적으로 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 산화물 반도체는 LCD, OLED에 사용되는 구동 트랜지스터의 채널 물질에 적용될 수 있으며, 메모리 소자의 주변 회로를 구성하는 트랜지스터 또는 선택 트랜지스터의 채널 물질이나 산화물 인버터(inverter)에 적용될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 산화물 반도체를 포함하는 박막 트랜지스터의 구조를 나타낸 단면도이다. 도 1에서는 바텀 게이트(bottom gate)형 박막 트랜지스터를 나타내었으며, 도 2에서는 탑 게이트(top gate)형 박막 트랜지스터를 나타내었다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 산화물 박막 트랜지스터는 기판(11)의 일영역 상에 게이트 전극(13)이 형성되어 있으며, 기판(11) 및 게이트 전극(13) 상에 게이트 절연층(14)이 형성되어 있다. 기판(11)이 실리콘로 형성된 경우 실리콘 기판 표면에 열산화 공정에 의해 형성된 산화층(12)을 더 포함할 수 있 다. 게이트 전극(13)에 대응되는 게이트 절연층(14) 상에는 채널(15)이 형성되어 있으며, 채널(15)의 양측부 및 게이트 절연층(14) 상에는 소스(16a) 및 드레인(16b)이 형성되어 있다.
도 2를 참조하면, 기판(101) 상에 소스(102a) 및 드레인(102b)이 형성되어 있으며, 소스(102a), 드레인(102b) 사이 영역에 채널(103)이 형성되어 있다. 채널(103) 및 기판(101) 상에는 게이트 절연층(104)이 형성되어 있으며, 채널(103)에 대응되는 게이트 절연층(104) 상에는 게이트 전극(105)이 형성되어 있다. 기판(101)이 실리콘으로 형성된 경우, 기판(101) 표면에는 열산화 공정에 의해 형성된 산화층을 더 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2에 나타낸 본 발명의 실시예에 의한 산화물 박막 트랜지스터를 형성하는 각 층의 형성 물질에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.
기판(11, 101)은 일반적인 반도체 소자에 사용되는 기판을 사용할 수 있으며, 예를 들어 실리콘, 글래스(glass) 또는 유기물 재료를 사용할 수 있다. 기판(11) 표면에 형성된 산화층(12)은 예를 들어 실리콘 기판을 열산화하여 형성된 실리콘 산화층(SiO2)일 수 있다. 게이트 전극(13, 105)은 전도성 물질을 사용할 수 있으며, 예를 들어 Ti, Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Al, W 또는 Cu와 같은 금속 또는 IZO(InZnO) 또는 AZO(AlZnO)와 같은 금속 또는 전도성 산화물일 수 있다. 게이트 절연층(14, 104)은 통상적인 반도체 소자에 사용되는 절연 물질을 사용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, SiO2 또는 SiO2보다 유전율이 높은 High-K 물질인 HfO2, Al2O3, Si3N4 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 소스(16a, 102a) 및 드레인(16b, 102b)은 전도성 물질을 사용하여 형성할 수 있으며, 예를 들어 Ti, Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Al, W 또는 Cu와 같은 금속 또는 IZO(InZnO) 또는 AZO(AlZnO)와 같은 금속 또는 전도성 산화물을 사용할 수 있다.
이하, 도 3a 내지 도 3e를 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법에 대해 설명하고자 한다.
도 3a를 참조하면, 먼저 기판(11)을 마련한다. 기판(11)은 실리콘, 글래스 또는 유기물 재료로 형성할 수 있다. 만일, 실리콘을 기판(11)으로 사용하는 경우, 열산화 공정에 의해 기판(11) 표면에 절연층(12)을 형성할 수 있다. 그리고, 기판(11) 상에 금속 또는 전도성 금속 산화물 등의 전도성 물질(13a)을 도포한다.
도 3b를 참조하면, 전도성 물질(13a)을 패터닝함으로써 게이트 전극(13)을 형성한다. 도 3c를 참조하면, 게이트 전극(13) 상에 절연 물질을 도포하고 패터닝하여 게이트 절연층(14)을 형성한다. 게이트 절연층(14)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄(Hf) 산화물, 알루미늄 산화물 또는 하프늄산화물 및 알루미늄산화물이 혼합물로 형성할 수 있다.
도 3d를 참조하면, 게이트 절연층(14) 상에 채널 물질을 PVD, CVD 또는 ALD 등의 공정으로 도포한 뒤, 게이트(13)에 대응되는 게이트 절연층(14) 상에 채널 물질들이 잔류하도록 패터닝함으로써 채널(15)을 형성한다. 본 발명의 실시예에서 채 널(15)은 Zn 산화물 계열 물질에 란탄 계열 물질을 첨가하여 형성할 수 있다. 구체적으로 스퍼터링(sputtering) 공정으로 채널(15)을 형성하는 경우, Zn 산화물, In-Zn 산화물 또는 Ga-In-Zn 산화물 중 적어도 어느 하나로 형성된 타겟(target)과 란탄 계열 물질로 형성된 타겟을 챔버 내에 장착하여 코스퍼터링(cosputtering) 공정으로 채널(15)을 형성할 수 있다. 선택적으로 Zn 산화물 계열 물질과 란탄 계열 물질이 모두 포함된 하나의 단일 타겟을 사용할 수 있다. 상기 Zn 산화물 계열 물질에 란탄 계열 물질이 첨가된 산화물 반도체는 비정질이거나, 혼합결정질이거나 결정질일 수 있다.
도 3e를 참조하면, 금속 또는 전도성 금속 산화물 등의 물질을 채널(15) 및 게이트 절연층(14) 상에 도포한 뒤, 채널(15)의 양측부에 연결되도록 패터닝함으로써 소스(16a) 및 드레인(16b)를 형성한다. 마지막으로, 섭씨 400도 이하의 온도에서 일반적인 퍼니스, RTA(rapid thermal annealing), 레이저 또는 핫플레이트에 등을 이용하여 열처리 공정을 실시한다.
제조예
먼저, 표면에 실리콘 산화물이 100nm 두께로 형성된 실리콘 기판을 마련한다. 기판 표면에 Mo로 200nm 두께의 게이트 전극을 형성한 뒤, 기판 및 게이트 전극 상에 약 200nm 두께의 실리콘 질화물을 도포하여 게이트 절연층을 형성한다. 그리고, 게이트 전극에 대응되는 게이트 절연층 상에 산화물 반도체를 도포하여 채널을 형성한다. 채널 형성의 구체적인 공정을 설명하면 다음과 같다. 타겟으로는 일 본의 Kojundo 사에 In2O3:ZnO=1:2mol비가 되도록 주문하여 얻어진 99.99% In-Zn 산화물 타겟 및 LTS 사의 99.9% La 타겟을 각각 사용하였다. 이들 타겟들을 스퍼터(Varian사, 모델명 MS100)의 챔버 내에 장착시켰다. 증착 조건은 상온에서 O2 및 Ar 가스를 O2:Ar = 5:95 sccm 비율로 공급하면서 전체 가스 압력을 5mTorr로 유지하였으며, In-Zn 산화물 타겟에 150watt를 인가하고, Hf 타겟에 0, 15, 20, 25 및 30watt로 변화시키면서 전류를 인가하면서 코스퍼터링을 실시하였다. 그리하여, 약 70nm 두께로 In-Zn 산화물에 La가 포함된 산화물 반도체 박막을 도포하여 채널을 형성하였다. 그리고, 채널의 양측에 소스 및 드레인으로 Ti/Pt를 10/100nm 두께로 형성하였다.
상술한 바와 같이 제조한 본 발명의 실시예에 의한 산화물 반도체에 대해 게이트 전압(Gate Voltage : Vg)에 대한 드레인 전류(Drain Current : Id) 값을 측정하였다.
도 4는 상술한 제조예에 의해 형성한 산화물 박막 트랜지스터에 대해 게이트 전압(Vg)에 대한 드레인 전류(Id) 값을 나타낸 도면이다. 여기서는, 산화물 박막 트랜지스터의 채널 형성을 위한 코스퍼터링 시 La의 첨가량을 조절하기 위해, In-Zn 산화물의 인가 전류를 고정시키고, La 타겟에 대한 증착 파워를 조절하기 위하여, 15W, 20W, 25W, 30W를 인가하여 형성한 시편 및 Hf를 포함하지 않고 형성한 시편(0W)에 대한 그래프를 나타내었다. 여기서, 트랜지스터의 게이트 폭 및 길이의 비(W/L)는 50/4㎛이며, 소스-드레인 전압(Vds)는 10.1V이다.
도 4를 참조하면, In-Zn 산화물 내에 La가 포함되지 않은 In-Zn 산화물 채널의 경우, Von이 약 -2V이며, La 타겟에 대한 증착 파워가 증가하면서 그래프가 오른쪽으로 이동하여 La 타겟에 15W, 20W, 25W 및 30W를 인가한 경우, Von이 각각 8V, 10V, 15V 및 20V로 증가함을 알 수 있다. 여기서, La 타겟에 15W를 인가한 경우, 채널 이동도 Mobility는 약 4.4cm2/V.s를 나타내며, 전 시편을 통해 off 전류(Ioff) 값은 10pA 이하의 값을 나타낸다.
도 4에 나타낸 각각의 시편의 산화물 반도체 물질에 대해 조성을 검사하기 위하여 ICP(Inductively coupled plasma)-AES(Auger Electron Spectroscopy) 분석을 실시하였다. 분석기는 Shimadzu 사의 모델명 Shimadzu ICPS-8100 sequential spectrometer이었다. 각각의 시편에 따른 In, Zn 및 La의 조성을 분석한 결과를 표 1에 나타내었다.
| 시편(sample) | In/(In+Zn+La) (at%) |
Zn/(In+Zn+La) (at%) |
La/(In+Zn+La) (at%) |
| IZO | 53.5 | 46.5 | 0 |
| IZO + La 15W | 55.4 | 39.3 | 5.3 |
| IZO + La 20W | 55.5 | 36.6 | 7.9 |
| IZO + La 25W | 55.3 | 34.4 | 10.3 |
| IZO + La 30W | 54.4 | 34.2 | 11.4 |
※ 오차값 범위 : ±1%
표 1을 참조하면, La 타겟의 인가 전류를 증가시킬 수록 In-Zn 산화물에 대한 La의 첨가량이 증가하는 것을 확인할 수 있다. La 타겟의 인가 전류를 0W에서 30W 범위까지 증가시키는 경우, La의 함유량은 0 at% < La(at%) ≤ 11.4 at%, In의 조성비는 53.5 at% < In(at%) ≤ 55.5 at%이며, Zn의 조성비는 34.2 at% ≤ Zn(at%) < 46.5 at% 인 것을 알 수 있다. La의 조성이 증가함에 따라 In의 조성은 거의 변화가 없으나, Zn의 조성이 감소하는 것은 La가 Zn을 치환하여 산화물 반도체를 형성하는 것을 확인할 수 있다.
한편 증착된 박막의 조성성분비, 특성 그래프, 이동도 특성 등은 사용되는 타겟의 종류, 증착시 타겟 인가전압, 증착장비, 증착압력, 산소분압 조건, 기판온도 등에 의해 변경가능하다. 예를 들어, Zn 산화물 계열 타겟인 Zn 산화물, In-Zn 산화물 또는 Ga-In-Zn 산화물 타겟과 La 타겟의 2종류를 사용하여 코스퍼터링하는 경우에 대비하여 Ln-Zn 산화물, Ln-In-Zn 산화물 또는 Ln-Ga-In-Zn 산화물의 단일 타겟을 사용하는 경우 증착된 박막 조성이 달라질 수 있다. 또한 증착된 박막 조성이 같은 경우라도 증착 조건에 따라 박막 특성의 변경이 가능하다. 예를 들어 스퍼터링 공정으로 산화물 반도체를 증착하는 경우, 산소 분압에 따라 산화물의 저항 범위는 크게 변할 수 있다. 산소 분압이 적정량 이하로 조절되는 경우 증착된 박막의 저항이 낮은 박막을 증착할 수 있으며, 산소 분압을 높게 조절하는 경우 저항이 높은 박막을 증착할 수 있다.
상술한 바와 같은 실시예를 통해서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상에 의해 산화물 반도체를 이용하여 LCD, OLED 등 평판 디스플레이의 구동 트랜지스터, 메모리 소자의 주변회로 구성을 위한 트랜지스터나 산화물 인버터 등의 다양한 전자 소자를 제조할 수 있을 것이다. 본 발명의 실시예에 의한 산화물 박막 트랜지스터는 바텀 게이트형 또는 탑 게이트형으로 사용될 수 있다. 결과적으로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 산화물 반도체를 포함하는 박막 트랜지스터의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 의한 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 채널 물질로 In-Zn 산화물에 La를 포함한 산화물 박막 트랜지스터에 대해 게이트 전압(Vg)에 대한 드레인 전류(Id) 값을 나타낸 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11, 101... 기판 12... 절연층
13, 105... 게이트 전극 14, 104... 게이트 절연층
15... 채널 16a, 102a... 소스
16b, 102b... 드레인
Claims (24)
- Zn 산화물 계열 물질에 란탄 계열 물질이 추가된 산화물 반도체이며,상기 Zn 산화물 계열 물질은 In-Zn 산화물이며, 상기 란탄 계열 물질은 La이며, 상기 In, Zn 및 La 원자의 전체 함량 대비 상기 La의 조성비가 0 at% < La의 at% ≤ 11.4 at% 범위이며, 상기 Zn의 조성비가 34.2 at% ≤ Zn의 at% < 46.5 at% 범위인 산화물 반도체.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 In의 조성비가 53.5 at% < In의 at% ≤ 55.5 at% 범위인 산화물 반도체.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 산화물 반도체는 I족 원소, II족 원소, III족 원소, IV족 원소 또는 V족 원소를 더 포함하는 산화물 반도체.
- 제 1항에 있어서,상기 산화물 반도체는 비정질인 산화물 반도체.
- 제 1항에 있어서,상기 산화물 반도체는 혼합결정질인 산화물 반도체.
- 제 1항에 있어서,상기 산화물 반도체는 결정질인 산화물 반도체.
- 산화물 박막 트랜지스터에 있어서,게이트;상기 게이트 전극에 대응되는 위치에 형성된 것으로 Zn 산화물 계열 물질에 란탄 계열 물질이 추가된 산화물 반도체를 포함하여 형성된 채널;상기 게이트 및 채널 사이에 형성되는 게이트 절연체; 및상기 채널의 양측부와 각각 접촉하며 형성된 소스 및 드레인을 포함하며,상기 Zn 산화물 계열 물질은 In-Zn 산화물이며, 상기 란탄 계열 물질은 La이며, 상기 채널의 In, Zn 및 La 원자의 전체 함량 대비 상기 La의 조성비가 0 at% < La의 at% ≤ 11.4 at% 범위이며, 상기 Zn의 조성비가 34.2 at% ≤ Zn의 at% < 46.5 at% 범위인 산화물 박막 트랜지스터.
- 삭제
- 삭제
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- 삭제
- 제 13항에 있어서,상기 In의 조성비가 53.5 at% < In의 at% ≤ 55.5 at% 범위인 산화물 박막 트랜지스터.
- 삭제
- 제 13항에 있어서,상기 채널은 I족 원소, II족 원소, III족 원소, IV족 원소 또는 V족 원소를 더 포함하는 산화물 박막 트랜지스터.
- 제 13항에 있어서,상기 채널은 비정질인 산화물 박막 트랜지스터.
- 제 13항에 있어서,상기 채널은 혼합결정질인 산화물 박막 트랜지스터.
- 제 13항에 있어서,상기 채널은 결정질인 산화물 박막 트랜지스터.
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