KR101586674B1 - 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 사용한 박막 트랜지스터에 있어서, 보호층을 증착하기 전에 산소를 이용하여 백 채널(back channel) 영역에 표면처리를 진행함으로써 백 채널 표면의 산소를 보충하여 산화물 박막 트랜지스터의 소자특성을 조절하는 것을 특징으로 한다.The method for fabricating an oxide thin film transistor according to the present invention is a thin film transistor using an amorphous zinc oxide (ZnO) based semiconductor as an active layer, wherein a surface treatment is performed on a back channel region using oxygen before depositing a protective layer Thereby adjusting the device characteristics of the oxide thin film transistor by supplementing oxygen on the back channel surface.
산화물 박막 트랜지스터, 백 채널 영역, 표면처리, 산소농도 Oxide thin film transistor, back channel region, surface treatment, oxygen 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 지금까지 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 is a light-receiving device rather than a light-emitting device and has technical limitations such as brightness, contrast ratio, and viewing angle, the liquid crystal display device is a light- 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.
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 반도체가 손상을 받아 변성을 일으키는 문제가 있다.An oxide semiconductor thin film transistor in which an active layer is formed of an oxide semiconductor is developed. In this case, when an oxide semiconductor is applied to a conventional thin film transistor having a bottom gate structure, the oxide semiconductor is damaged during the etching process of the source / There is a problem of causing degeneration.
도 2는 일반적인 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a general oxide thin film transistor.
도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 산화물 박막 트랜지스터는 기판(10) 위에 게이트전극(21)과 게이트절연층(15a)이 형성되고, 상기 게이트절연층(15) 위에 산화물 반도체로 이루어진 액티브층(24)이 형성되게 된다.As shown in the figure, a general oxide thin film transistor has a
이후, 상기 액티브층(24) 위에 소오스/드레인전극(22, 23)이 형성되고, 그 위에 보호층(15b)이 형성되게 된다.Thereafter, the source /
그런데, 상기 액티브층을 구성하는 산화물 반도체는 보호층의 증착 중에 수소(H2) 가스와의 반응에 의해서 수소 원자가 반도체 박막내에서 캐리어(carrier)로 역할을 하게되어 산화물 반도체가 도전체로 변하는 문제점이 존재한다. 또한, 산화물 반도체를 이용하여 소자를 제작할 때 산화물 반도체의 이온결합에 의한 산소공공(oxygen vacancy) 생성의 용이성은 원하지 않는 전자 밀도의 증가를 초래하고 있다.However, the oxide semiconductor constituting the active layer has a problem that hydrogen atoms act as carriers in the semiconductor thin film by reaction with hydrogen (H 2 ) gas during the deposition of the protective layer, and the oxide semiconductor turns into a conductor exist. Further, when an element is manufactured using an oxide semiconductor, the ease of oxygen vacancy formation due to the ionic bond of the oxide semiconductor leads to an increase in undesired electron density.
특히, 소오스/드레인전극을 형성하는 과정에서 건식식각 또는 습식식각 후의 백 채널(back channel) 영역의 산소농도는 현저하게 저하되어 산화물 반도체의 특성이 도전체로 변하게 됨에 따라 누설(leakage) 특성 등이 열화되는 문제가 있다.Particularly, in the process of forming the source / drain electrode, the oxygen concentration in the back channel region after the dry etching or the wet etching is remarkably lowered, and as the characteristics of the oxide semiconductor are changed into the conductor, There is a problem.
이에 단일 보호층 대신에 H2 가스와의 반응을 저지하는 에치 스타퍼(etch stopper)층을 액티브층 상부에 추가로 형성한 이중 구조를 적용하기도 하는데, 공정이 복잡해지고 가격이 상승하게 되는 단점이 있다. 그리고, 반응 가스 내의 H2 가스의 유량 비율의 조절을 통해 이중 구조의 보호층을 형성하는 경우에는 실리콘 원자의 석출에 의한 파티클(particle)이 발생하기도 해 공정마진(process margin)이 좁은 단점이 존재한다.In this case, instead of a single protective layer, a double structure in which an etch stopper layer for preventing reaction with H 2 gas is additionally formed on the active layer may be applied. have. Further, in the case of forming a protective layer having a double structure by controlling the flow rate ratio of the H 2 gas in the reaction gas, there is a disadvantage that particles due to deposition of silicon atoms are generated and the process margin is narrow do.
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 마스크공정의 추가 없이 산화물 반도체의 열화를 방지하여 산화물 반도체의 소자특성을 조절하도록 한 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing an oxide thin film transistor in which deterioration of an oxide semiconductor is prevented without addition of a mask process so that device characteristics of the oxide semiconductor can be controlled.
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 액티브층이 형성된 기판 위에 상기 액티브층의 소정영역과 전기적으로 접속하는 소오스/드레인전극을 형성하는 단계와 상기 소오스/드레인전극 형성 후 노출된 상기 액티브층의 백 채널 영역에 산소 플라즈마를 처리하여 상기 액티브층 표면에 산소를 보충하는 단계 및 상기 산소 플라즈마 처리된 액티브층 및 상기 소오스/드레인전극 위에 보호층을 형성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating an oxide thin film transistor including forming a source / drain electrode electrically connected to a predetermined region of the active layer on a substrate having an active layer formed thereon, Treating the back channel region of the later exposed active layer with oxygen plasma to replenish oxygen on the surface of the active layer and forming a protective layer on the oxygen plasma treated active layer and the source / Lt; / RTI >
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 비정질 아연 산화물계 반도체를 액티브층으로 사용함에 따라 균일도가 우수하여 대면적 디스플레이에 적용 가능한 효과를 제공한다.As described above, the method for manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention provides an effect of being applicable to a large-area display by using an amorphous zinc oxide-based semiconductor as an active layer.
또한, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 산화물 반도체 표면의 산소농도를 산소를 이용한 표면처리에 의해서 조절함으로써, 원하는 조건의 소자특성을 손쉽게 확보할 수 있는 이점을 제공한다.In addition, the method of manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention provides an advantage of easily securing device characteristics under desired conditions by controlling the oxygen concentration on the oxide semiconductor surface by surface treatment using oxygen.
또한, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 보호층 증착 전에 백 채널 영역의 산소농도를 과잉(過剩)시킴으로써 아무런 문제없이 보호층 공정을 진행할 수 있게 한다.In addition, the method of manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention allows the oxygen concentration in the back channel region to be excessive before the deposition of the protective layer, so that the protective layer process can proceed without any problem.
또한, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 산화물 반도체 표면의 산소농도의 변화에 의한 글라스 내 불균일도 및 글라스 간 또는 로트(lot) 간 변화를 최소화할 수 있어 불량감소에 의한 공정비용을 절감시키는 효과를 제공한다.Further, the method of manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention can minimize variations in the glass and variation between glasses or lots due to changes in oxygen concentration on the surface of an oxide semiconductor, thereby reducing processing costs due to defect reduction .
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of a method of manufacturing an oxide thin film transistor 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 트랜지스터 는 소정의 기판(110) 위에 형성된 게이트전극(121), 상기 게이트전극(121) 위에 형성된 게이트절연층(115a), 상기 게이트절연층(115a) 위에 비정질 아연 산화물계 반도체로 형성된 액티브층(124), 상기 액티브층(124)의 소정영역과 전기적으로 접속하는 소오스/드레인전극(122, 123) 및 상기 소오스/드레인전극(122, 123) 위에 형성된 보호층(115b)으로 이루어져 있다.As shown in the figure, an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention includes a
이때, 상기 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 상기 보호층(115b)을 증착하기 전에 산소를 이용하여 액티브층(124)의 백 채널(back channel) 영역에 표면처리를 진행함으로써 백 채널 표면의 산소를 보충하여 산화물 박막 트랜지스터의 소자특성을 조절하는 한편 전술한 산화물 반도체의 열화 문제없이 보호층(115b)을 형성할 수 있는 것을 특징으로 한다.At this time, the oxide thin film transistor according to the embodiment of the present invention performs surface treatment on the back channel region of the
이때, 상기 표면처리는 산소(O2) 플라즈마, 오존(ozone; O3)처리 또는 산소분위기에서의 열처리 등을 적용할 수 있다.At this time, the surface treatment can be performed by an oxygen (O 2 ) plasma, an ozone (O 3 ) treatment, or a heat treatment in an oxygen atmosphere.
여기서, 상기 본 발명의 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.The oxide thin film transistor according to the embodiment of 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 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 oxide thin film transistor in which an amorphous zinc oxide based semiconductor material is applied to 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 recent years, a great deal of attention and activity have been focused on transparent electronic circuits. Since the oxide thin film transistor in which the amorphous zinc oxide based semiconductor material is applied to the
특히, 본 발명의 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.Particularly, the oxide thin film transistor according to the embodiment of the present invention is characterized in that an
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 실리콘 박막 트랜지스터처럼 간단하며, 대면적 디스플레이에 적용할 수 있는 장점을 가지고 있다.Moreover, 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 액티브층(124)의 캐리어 농도를 조절할 수 있어 박막 트랜지스터의 소자특성을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.The oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention having such characteristics can control the carrier concentration of the
또한, 전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 전술한 보호층(115b)의 증착 중에 H2 가스에 의해 산화물 반도체가 열화되는 문제를 해결하기 위해 상기 보호층(115b)의 증착 전에 산소를 이용하여 백 채널 영역의 표면처리를 진행하게 되는데, 이를 다음의 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법을 통해 상세히 설명한다.As described above, in order to solve the problem that the oxide semiconductor is deteriorated by the H 2 gas during the deposition of the
도 4a 내지 도 4e는 도 3에 도시된 산화물 박막 트랜지스터의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도이다.4A to 4E 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), 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.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 게이트절연층(115a)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
그리고, 상기 게이트절연층(115a)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 스 퍼터링(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 sputtered using a composite target of gallium oxide (Ga 2 O 3 ), indium oxide (In 2 O 3 ) and zinc oxide (ZnO) ) Method. 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 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 있는데, 이때 산소 농도 1 ~ 20% 조건에서 균일한 소자특성의 확보가 가능하다.Here, the oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention can control the carrier concentration of the
그리고, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 액티브층(124)이 형성된 기판(110) 전면에 제 2 도전막을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 3 마스크공정)을 통해 상기 제 2 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 액티브층(124) 위에 상기 제 2 도전막으로 이루어지며 상기 액티브층(124)의 소오스/드레인영역과 전기적으로 접속하는 소오스/드레인전극(122, 123)을 형성하게 된다.4C, a second conductive layer is formed on the entire surface of the
이때, 상기 제 2 도전막은 상기 소오스/드레인전극(122, 123)을 형성하기 위해 구리, 알루미늄, 몰리브덴 등의 낮은 비저항을 가지는 도전물질을 사용할 수 있다.At this time, the second conductive layer may use a conductive material having a low resistivity such as copper, aluminum, or molybdenum to form the source /
그리고, 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 제 3 마스크공정을 통해 노출된 액티브층(124)의 백 채널 영역에 소정의 산소 플라즈마나 오존처리 또는 산소분위기 에서의 열처리 등의 표면처리를 진행하게 된다.4D, surface treatment such as oxygen plasma treatment, ozone treatment, or heat treatment in an oxygen atmosphere is performed on the back channel region of the exposed
산화물 반도체의 결함특성에 기인한 산소공공 생성의 용이성은 박막 내에 전자를 공급하여 n-타입 반도체를 형성하는 중요한 요소가 된다. 다만, 요구되는 적정량의 전자농도를 얻기 위하여 산화물 반도체의 증착 중의 산소를 포함하는 가스유량을 조절하고 있지만 소자를 제작하는 각 공정 중의 박막 내 산소농도의 조절 또한 중요한 문제로 고려하여야 한다.The ease of oxygen pore generation due to the defective characteristics of the oxide semiconductor is an important factor for forming n-type semiconductor by supplying electrons into the thin film. However, to control the gas flow rate including oxygen during the deposition of the oxide semiconductor in order to obtain the desired electron concentration, it is also important to consider the control of the oxygen concentration in the thin film in each step of fabricating the device.
특히, 산화물 반도체는 보호층의 증착 중에 수소 가스와의 반응에 의해서 수소 원자가 반도체 박막내에서 캐리어로 역할을 하게되어 산화물 반도체가 도전체로 변하는 문제점이 존재하며, 또한 전술한 소오스/드레인전극(122, 123)을 형성하는 과정에서 건식식각 또는 습식식각 후의 백 채널 영역의 산소농도는 현저하게 저하되어 산화물 반도체의 특성이 도전체로 변하게 됨에 따라 누설 특성 등이 열화되는 문제가 있다.Particularly, the oxide semiconductor has a problem that hydrogen atoms act as carriers in the semiconductor thin film by reaction with hydrogen gas during deposition of the protective layer, and the oxide semiconductor is changed into a conductor, and also the source /
도 5는 백 채널 표면에서의 산소농도의 변화 및 산소 표면처리에 따른 산소보충을 보여주는 도면이다.5 is a view showing changes in oxygen concentration at the back channel surface and oxygen supplementation according to the oxygen surface treatment.
이때, 상기 도 5에 도시된 A'은 산소 표면처리를 진행하지 않은 경우의 액티브층 표면으로부터의 거리에 따른 산소농도를 나타내고 있으며, A는 본 발명의 실시예에 따른 산소 표면처리를 진행한 경우의 액티브층 표면으로부터의 거리에 따른 산소농도를 나타내고 있다.5, A 'represents the oxygen concentration according to the distance from the surface of the active layer when the oxygen surface treatment is not performed, and A represents the oxygen concentration in the case of performing the oxygen surface treatment according to the embodiment of the present invention The oxygen concentration according to the distance from the surface of the active layer.
도면에 도시된 바와 같이, 산소 표면처리를 진행하지 않은 경우(A')는 소오스/드레인전극을 형성하는 과정에서 건식식각 또는 습식식각 후의 액티브 표면에서 의 산소농도는 액티브층 내부의 산소농도에 비해 현저하게 감소하는 것을 알 수 있다. 이와 같이 백 채널 영역의 산소농도의 저하에 따라 산화물 반도체의 특성이 도전체로 변하게 됨에 따라 누설 특성 등이 열화(熱火)되게 된다.As shown in the figure, when the oxygen surface treatment is not performed (A '), the oxygen concentration at the active surface after the dry etching or the wet etching in the process of forming the source / drain electrode is less than the oxygen concentration inside the active layer It can be seen that it is remarkably reduced. As the characteristics of the oxide semiconductor are changed to conductors in accordance with the decrease of the oxygen concentration in the back channel region, the leakage characteristics and the like are deteriorated.
이에 비해 보호층의 증착 전에 산소를 이용하여 백 채널 영역의 표면처리를 진행한 경우(A)는 이전 공정들에 의한 감소된 산소를 보충함과 동시에 액티브층 표면에서의 산소과잉에 의한 절연성 물질로의 전환은 백 채널 영역의 누설을 최소화 할 수 있게 된다.In contrast, in the case where the surface treatment of the back channel region is performed using oxygen before the deposition of the protective layer, (A) supplemented with the reduced oxygen by the previous processes and at the same time, The leakage of the back channel region can be minimized.
이와 같은 산소 표면처리는 챔버 내에 산소 플라즈마를 발생시켜 진행하는 산소 플라즈마 처리가 있으며, 상기 산소 플라즈마 처리는 다른 공정조건에 따라 변동이 가능하지만 100~2000W의 파워에서 산소를 10~100sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute) 정도 주입하여 진행할 수 있다.In the oxygen surface treatment, there is an oxygen plasma treatment in which oxygen plasma is generated in the chamber, and the oxygen plasma treatment may vary according to other process conditions. However, oxygen is supplied at a power of 100 to 2000 W at 10 to 100 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute.
그리고, 상기 오존처리는 오존 분위기의 자외선(Ultra Violet; UV) 조사를 통해 진행되며, 산소분위기에서의 열처리는 100~300℃ 정도의 온도로 대기압 상태에서 진행할 수 있다.The ozone treatment is carried out through ultraviolet (UV) irradiation in an ozone atmosphere, and the heat treatment in an oxygen atmosphere can proceed at a temperature of about 100 to 300 ° C at atmospheric pressure.
그리고, 도 4e에 도시된 바와 같이, 상기 산소 표면처리가 된 액티브층(124) 및 소오스/드레인전극(122, 123) 위에 보호층(115b)을 형성한다.4E, a
이때, 상기 보호층(115b)은 실리콘질화막이나 실리콘산화막과 같은 무기절연막 이외에 유기절연막 또는 하프늄 옥사이드, 알루미늄 옥사이드와 같은 고유전성 산화막으로 형성할 수도 있다.At this time, the
도 6은 산소 표면처리의 유무에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 트랜스 퍼(transfer) 특성을 비교하여 나타내는 도면으로써, 드레인 전압을 0.1V와 10V로 유지한 상태에서 게이트 전압의 변화(-15V ~ 20V)에 따른 드레인 전류를 나타내고 있다.FIG. 6 is a graph showing transfer characteristics of an oxide thin film transistor according to presence or absence of an oxygen surface treatment. FIG. 6 is a graph showing changes in gate voltage (-15 V to 20 V) with the drain voltage maintained at 0.1 V and 10 V Respectively.
이때, 상기 도 6에 도시된 A'은 산소 표면처리를 진행하지 않은 경우의 산화물 박막 트랜지스터의 트랜스퍼 특성을 나타내고 있으며, A는 본 발명의 실시예에 따른 산소 표면처리를 진행한 경우의 산화물 박막 트랜지스터의 트랜스퍼 특성을 나타내고 있다.6, A 'represents the transfer characteristic of the oxide thin film transistor when the oxygen surface treatment is not performed, and A represents the transfer characteristic of the oxide thin film transistor in the case of performing the oxygen surface treatment according to the embodiment of the present invention. And the transfer characteristics of the second embodiment.
도면에 도시된 바와 같이, 산소 표면처리를 진행하지 않은 경우(A')는 전류의 누설로 트랜스퍼 그래프의 기울기가 완만하여 스위칭소자로서의 기능을 하지 못함을 알 수 있다.As shown in the figure, when the oxygen surface treatment is not carried out (A '), it can be seen that the slope of the transfer graph is gentle due to leakage of the current, failing to function as a switching element.
이에 비해 본 발명의 실시예에 따라 보호층의 증착 전에 산소 플라즈마를 이용하여 백 채널 영역의 표면처리를 진행한 경우(A)는 액티브층 표면에 산소가 보충됨에 따라 백 채널 영역의 누설이 방지되어 온 커런트(on current)의 저하 없이 가파른 기울기를 가짐을 알 수 있다.In contrast, according to the embodiment of the present invention, when the surface treatment of the back channel region is performed using oxygen plasma before the deposition of the protective layer, leakage of the back channel region is prevented as oxygen is replenished on the surface of the active layer It can be seen that it has a steep slope without degradation of on current.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 트랜스퍼 특성을 나타내는 그래프로써, 드레인 전압을 0.1V와 10V로 유지한 상태에서 게이트 전압의 변화(-15V ~ 20V)에 따른 드레인 전류를 나타내고 있다.FIG. 7 is a graph showing transfer characteristics of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention, showing a drain current according to a change (-15 V to 20 V) of a gate voltage in a state where the drain voltage is maintained at 0.1 V and 10 V .
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터에 비해 온 커런트가 높고 기울기가 가팔라 높은 이동도 특성을 가짐을 알 수 있다.As shown in the figure, the oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention has higher mobility and higher slope than the amorphous silicon thin film transistor.
특히, 상기 도 7에 도시된 트랜스퍼 그래프는 전술한 산소 플라즈마를 이용하여 표면처리가 된 산화물 박막 트랜지스터(도 6참조)에 소정의 어닐링공정을 진행한 후의 산화물 박막 트랜지스터의 트랜스퍼 특성을 나타내고 있으며, 백 채널 영역의 누설이 방지되어 오프 커런트(off current)가 충분히 감소한 것을 알 수 있다.In particular, the transfer graph shown in FIG. 7 shows the transfer characteristics of the oxide thin film transistor after the predetermined annealing process is performed on the oxide thin film transistor (see FIG. 6) surface-treated using the oxygen plasma described above, Leakage of the channel region is prevented and the off current is sufficiently reduced.
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.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 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a general oxide 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 4e는 도 3에 도시된 산화물 박막 트랜지스터의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.4A to 4E are cross-sectional views sequentially showing the manufacturing process of the oxide thin film transistor shown in FIG.
도 5는 백 채널 표면에서의 산소농도의 변화 및 산소 표면처리에 따른 산소 보충을 보여주는 도면.5 is a view showing changes in oxygen concentration at the back channel surface and oxygen supplementation according to the oxygen surface treatment.
도 6은 산소 표면처리의 유무에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 트랜스퍼 특성을 비교하여 나타내는 그래프.6 is a graph showing a comparison of transfer characteristics of oxide thin film transistors with and without an oxygen surface treatment.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 트랜스퍼 특성을 나타내는 그래프.7 is a graph showing transfer characteristics of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
** 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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