KR101593838B1 - 다층의 산화물 박막 제조방법 - Google Patents

다층의 산화물 박막 제조방법 Download PDF

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Abstract

다층의 산화물 박막 제조방법을 제공한다. 다층의 산화물 박막 제조방법은 다조성계 산화물 박막용 타겟을 준비하는 단계 및 상기 산화물 박막용 타겟을 스퍼터링하여 기판 상에 산소 조성비가 다른 다층의 산화물 박막을 형성하되, 각각의 산화물 박막의 형성시 각각 서로 다른 종류의 불활성 가스를 포함하는 스퍼터링 가스를 이용하여 산소 조성비를 조절하는 단계를 포함한다. 이 때, 상기 스퍼터링 가스 중 상대적으로 무거운 무게의 가스를 사용하는 경우, 형성되는 산화물 박막의 산소 조성비가 다른 산화물 박막의 산소 조성비보다 상대적으로 큰 것을 특징으로 한다. 따라서, 스퍼터링 가스의 종류를 바꿈으로써, 산소와 같은 가벼운 원소에 대한 증착율을 조절할 수 있는 다층 산화물 박막 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

다층의 산화물 박막 제조방법{Method of manufacturing oxide multi-layer}
본 발명은 다층의 산화물 박막 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 산화물 박막의 조성비율을 제어할 수 있는 다층의 산화물 박막 제조방법에 관한 것이다.
산화물 박막 트랜지스터의 가장 큰 장점 중에 하나는 실온에서 스퍼터링 방법 혹은 용액공정으로 형성된 박막이 반도체적인 특성을 나타내고 별도의 도핑 공정을 진행하지 않아도 1015 ~ 1018 cm-3 사이의 전하 농도를 갖는 n-type의 비의도적 도핑이 된다는 점이다.
따라서, 고가의 이온주입 장비 개발 및 도핑 공정을 생략할 수 있기 때문에 기존의 폴리(poly) 실리콘 박막 트랜지스터에 비해 가격 경쟁력이 우수하다.
인듐(Indium), 주석(Tin), 알루미늄(Aluminium) 또는 갈륨(Gallium) 등을 삽입하여 제작된 다 조성계 산화물 활성층은 이전보다 전기적으로 안정된 소자의 구동이 가능하다. 그러나, 증착 시 가스 분위기에 매우 민감한 바, 제조 방법이 까다로운 문제점이 있다.
예를 들어, InGaZnO(IGZO)와 같은 4조성계 물질을 1:1:1:1의 조성비를 가진 1 타겟으로 스퍼터링 할 때에 산소와 같은 가벼운 원자는 스퍼터링이 잘 되지 않는 문제점이 있다.
따라서, 인위적으로 산소를 추가 주입하며 소자를 증착해야 하며 그 공정 마진이 매우 작아 조건이 약간이라도 변할 시에는 소자의 불안정성에 관하여 다음과 같은 문제점들이 있다. 첫째, 구동할 때의 전기적 스트레스에 의해 전기적인 특성(온-오프비율, 전하 이동도)이 불안정할 수 있다. 둘째, 문턱전압이 시프트 되기 쉬워 소자 안정성에 문제가 자주 발생한다.
따라서, ZnO 기반의 산화물 박막에 대한 여러가지 공정 방법이 제시되고 진행되고 있으며 이를 기반으로 하는 전기적 특성 향상 및 안정성 향상에 관하여 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 산화물 박막의 조성비율을 제어할 수 있는 다층의 산화물 박막 제조방법을 제공함에 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 다층 산화물 박막 제조방법을 제공한다. 이러한 다층 산화물 박막 제조방법은 다조성계 산화물 박막용 타겟을 준비하는 단계 및 상기 산화물 박막용 타겟을 스퍼터링하여 기판 상에 산소 조성비가 다른 다층의 산화물 박막을 형성하는 단계를 포함한다. 이 때, 다층의 산화물 박막을 형성하는 단계는 각각의 산화물 박막의 형성시 서로 다른 종류의 불활성 가스를 포함하는 스퍼터링 가스를 이용함으로써, 형성되는 산화물 박막의 산소 조성비를 조절할 수 있다. 이때, 상기 스퍼터링 가스 중 상대적으로 무거운 무게의 가스를 사용하는 경우에 형성되는 산화물 박막의 산소 조성비가 다른 산화물 박막의 산소 조성비보다 상대적으로 큰 것을 특징으로 한다.
이때의 스퍼터링 가스는 아르곤, 제논, 네온, 크립톤 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
이때의 다조성계 산화물은 ZnO 기반의 산화물 반도체 물질일 수 있다.
이때의 ZnO 기반의 산화물 반도체 물질은 InGaZnO인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다층 산화물 박막을 형성하는 단계는, 제1 스퍼터링 가스를 이용하여 상기 다조성계 산화물 박막용 타겟을 스퍼터링하여 기판 상에 제1 산화물 박막을 형성하는 단계 및 제2 스퍼터링 가스를 이용하여 상기 다조성계 산화물 박막용 타겟을 스퍼터링하여 상기 제1 산화물 박막 상에 제2 산화물 박막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 제1 스퍼터링 가스와 제2 스퍼터링 가스는 서로 다른 무게의 불활성 가스를 이용함으로써, 상기 제1 산화물 박막과 제2 산화물 박막의 조성비율을 조절하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1 스퍼터링 가스 및 상기 제2 스퍼터링 가스 중 어느 하나는 크립톤 가스를 이용하고, 다른 하나는 아르곤 가스를 이용함으로써, 크립톤 가스를 이용하여 형성된 산화물 박막의 산소 조성비가 아르곤 가스를 이용한 산화물 박막의 산소 조성비보다 크게 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 다층 산화물 박막을 제공한다. 이러한 다층 산화물 박막은 상술한 다층 산화물 박막 제조방법에 의해 제조된 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 증착 과정시 추가적인 산소의 주입이 없더라도, 스퍼터링 가스의 종류를 바꿈으로써, 산소와 같은 가벼운 원소에 대한 증착율을 조절할 수 있는 다층 산화물 박막 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 스퍼터링 가스의 종류를 바꿈으로써, 타겟이 가지고 있는 본래의 조성비율과 유사한 조건의 박막을 성장 시킬 수 있는 다층 산화물 박막 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명 일 실시예에 따른 다층 산화물 박막 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 스퍼터링 장치의 개략 단면도이다.
도 3은 제조예 1에 따른 박막트랜지스터의 개략도이다.
도 4는 제조예 2에 따른 박막트랜지스터의 개략도이다.
도 5는 제조예 1 및 제조예 2에 따라 제조된 IGZO 박막을 X-선 반사율 측정법(X-ray reflect, XRR) 및 원자력 현미경(Atomic Force Microscope, AFM)을 이용하여 박막특성을 측정한 그래프이다.
도 6은 제조예 1에 따른 IZGO 박막의 결합에너지(Binding Energy) 대비 강도(Intensity) 특성을 측정한 그래프이다.
도 7은 제조예 2에 따른 IZGO 박막의 결합에너지(Binding Energy) 대비 강도(Intensity) 특성을 측정한 그래프이다.
도 8은 제조예 1 및 제조예 2에 따른 IGZO 박막의 산소 공공(oxygen vacancy) 비율을 비교한 그래프이다.
도 9는 제조예 1 및 제조예 2에 따른 박막트랜지스터의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 10은 제조예 1에 따른 박막트랜지스터의 안정성(stability)을 측정한 그래프이다.
도 11은 제조예 2에 따른 박막트랜지스터의 안정성(stability)을 측정한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 산화물 박막 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 다층 산화물 박막 제조방법은 다조성계 산화물 박막용 타겟을 준비하는 단계(S100) 및 산화물 박막용 타겟을 스퍼터링하여 산소 조성비가 다른 다층의 산화물 박막을 형성하는 단계(S200)를 포함한다.
보다 구체적으로 설명하면, 먼저, 다조성계 산화물 박막용 타겟을 준비(100)한다.
이때의 다조성계 산화물은 ZnO 기반의 산화물 반도체 물질일 수 있다. 예를 들어, ZnO 기반의 산화물 반도체 물질은 InGaZnO(IGZO), ZnSnO(ZTO), InZnO(IZO) 또는 InZnSnO(IZTO)일 수 있다.
따라서, 다조성계 산화물 박막용 타겟은 형성할 산화물 박막의 종류에 대응하여 설정될 수 있으며 예컨대, IGZO 스퍼터링 타겟, ZTO 스퍼터링 타겟, IZO 스퍼터링 타겟 또는 IZTO 타겟일 수 있다.
예를 들어 IGZO 박막용 타겟은 인듐, 갈륨, 아연 및 산소가 1:1:1:1의 조성비를 가진 타겟일 수 있다.
그 다음에, 산화물 박막용 타겟을 스퍼터링하여 산소 조성비가 다른 다층의 산화물 박막을 형성(S200)한다.
이때의 스퍼터링의 방법은 특별히 한정되지 않는다. 이러한 스퍼터링의 방법으로 DC 스퍼터링 또는 RF 스퍼터링일 수 있다.
이러한 산화물 박막용 타겟을 스퍼터링하여 기판 상에 산소 조성비가 다른 다층의 산화물 박막을 형성할 수 있다.
이 때, 각각의 산화물 박막의 형성시 서로 다른 종류의 불활성 가스를 포함하는 스퍼터링 가스를 이용하여 형성되는 산화물 박막의 산소 조성비를 조절할 수 있다.
즉, 스퍼터링 가스 중 상대적으로 무거운 무게의 가스를 사용하는 경우, 형성되는 산화물 박막의 산소 조성비가 다른 산화물 박막의 산소 조성비보다 상대적으로 크게 형성된다.
이때의 스퍼터링 가스는 아르곤, 제논, 네온, 크립톤 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
특히, 아르곤 가스에 대신에 크립톤 가스를 스퍼터링 가스로 이용할 경우, 타겟이 가지고 있는 본래의 조성비율과 유사한 조건의 박막을 성장시킬 수 있다.
따라서, 스퍼터링 가스의 선택을 통하여 타겟이 가지고 있는 본래의 조성비율과 유사한 조건의 박막을 선택 성장시킬 수 있다.
다층 산화물 박막을 형성하는 단계와 관련하여 2층의 산화물 박막을 형성하는 것을 일 예로 설명한다.
이러한 다층 산화물 박막을 형성하는 단계는 제1 산화물 박막을 형성하는 단계 및 제2 산화물 박막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
제1 산화물 박막을 형성하는 단계는 제1 스퍼터링 가스를 이용하여 상기 다조성계 산화물 박막용 타겟을 스퍼터링하여 기판 상에 제1 산화물 박막을 형성할 수 있다.
그리고, 제2 산화물 박막을 형성하는 단계는 제2 스퍼터링 가스를 이용하여 상기 다조성계 산화물 박막용 타겟을 스퍼터링하여 상기 제1 산화물 박막 상에 제2 산화물 박막을 형성할 수 있다.
이 때, 제1 스퍼터링 가스와 제2 스퍼터링 가스는 서로 다른 무게의 불활성 가스를 이용함으로써, 상기 제1 산화물 박막과 제2 산화물 박막의 조성비율을 조절할 수 있다.
예를 들어, 제1 스퍼터링 가스 및 제2 스퍼터링 가스 중 어느 하나는 크립톤 가스를 이용하고, 다른 하나는 아르곤 가스를 이용함으로써, 크립톤 가스를 이용하여 형성된 산화물 박막의 산소 조성비가 아르곤 가스를 이용한 산화물 박막의 산소 조성비보다 크게 조절할 수 있다.
예컨대, 아르곤 가스를 이용하여 스퍼터링할 경우, 타겟이 가지고 있는 본래의 조성비율에 비하여 형성되는 산화물 박막의 산소의 조성비율이 감소되는 문제점이 있었다. 따라서, 아르곤 가스보다 무거운 크립톤 가스를 이용하여 스퍼터링할 경우, 아르곤 가스를 이용한 경우에 비하여 타겟이 가지고 있는 본래의 조성비율과 유사한 산화물 박막을 형성할 수 있다.
즉, 타겟의 교체나 산소 가스의 추가 없이 불활성 가스의 종류를 교체함으로써, 산화물 박막의 조성비율을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다층 산화물 박막 형성방법에 대하여 스퍼터링 장치를 이용한 것을 예로 설명한다.
도 2는 스퍼터링 장치의 개략 단면도이다.
도 2를 참조하면, 이러한 스퍼터링 장치(100)는 스퍼터링 공정을 위한 공간을 제공하는 공정 챔버(110), 이러한 공정 챔버(110) 내측에 위치하는 다조성계 산화물 박막용 타겟(120), 이러한 다조성계 산화물 박막용 타겟(120)에 대향 되도록 위치하며, 기판(S)을 안착시키기 위한 기판 홀더(130) 및 이러한 공정 챔버(110)의 배기 배관(114)에 연결되는 진공 펌프(140)를 포함한다.
공정 챔버(110)는 DC 스퍼터용 챔버일 수 있다. 이러한 공정 챔버(110)는 싱글 마그네틱 캐소드, 멀티 마그네틱 캐소드 또는 멀티 캐소드 방식일 수 있다.
이러한 공정 챔버(110)는 스퍼터링 공정이 진행되는 공간을 제공하기 위한 것으로, 타겟(120)과 기판 홀더(130) 사이에 플라즈마를 생성하기 위한 반응 가스(스퍼터링 가스)를 공급하기 위한 유입 배관(112) 및 공정 챔버(110) 내부의 압력을 제어하고, 잔류 반응 가스를 배기시키기 위한 배기 배관(114)에 연결되는 진공 펌프(140)를 포함할 수 있다.
또한, 이러한 공정 챔버(110)는 타겟(120)과 기판 홀더(130) 사이에서 플라즈마를 생성하기 위하여 타겟(120)과 공정 챔버(110) 사이에 위치하는 제 1 전극(125) 및 기판 홀더(130)에 구비되는 제 2 전극(135)을 포함할 수 있다.
이 때의 제 1 전극(125)과 제 2 전극(135)에 서로 상이한 극성의 전압이 인가되도록 한다. 예를 들어, 제2 전극(135)을 기준 전압원에 연결하고, 제 1 전극(125)을 일정한 DC 전압이 공급되는 전력 공급부(150)에 연결할 수 있다.
또한, 이러한 공정 챔버(110)는 공정 챔버(110) 내측으로 기판(S)을 반입 및 반출시키기 위한 반출입구(116)을 포함할 수 있다.
이하, 이러한 도 2의 스퍼터링 장치를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다층의 산화물 박막의 형성방법을 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 다조성계 산화물 박막용 타겟(120)이 장착된 공정 챔버(110) 내에 기판(S)을 로딩한다.
이때의 기판(S)은 글래스(glass) 또는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 또한, 이러한 기판은 플렉서블 기판(flexible substrate)일 수 있다. 나아가, 이러한 기판 상에 소정의 구조물이 존재할 수도 있다.
다조성계 산화물 박막용 타겟(120)의 저항은 DC 스퍼터링이 가능하도록 1 ㏀ 이하일 수 있다.
이러한 다조성계 산화물 박막용 타겟(120)은 형성할 산화물 박막의 종류에 대응하여 설정될 수 있으며 예컨대, IGZO 스퍼터링 타겟, ZTO 스퍼터링 타겟, IZO 스퍼터링 타겟 또는 IZTO 타겟일 수 있다.
예를 들어 IGZO 박막용 타겟은 인듐, 갈륨, 아연 및 산소가 1:1:1:1의 조성비를 가진 타겟일 수 있다.
그 다음에, 상기 기판(S)이 로딩된 공정 챔버(110)의 압력을 산화물 박막의 증착에 적합한 압력으로 낮춘다. 이때의 공정 챔버(110)의 압력은 대기압보다 낮은 압력으로서 진공에 가까운 압력일 수 있다.
그 다음에, 압력이 대기압보다 낮게 조정된 공정 챔버(110) 내에 제1 스퍼터링 가스를 흘리면서 상기 타겟(120)에 직류 전력을 인가한다.
그 다음, 상기 타겟(120) 상에 플라즈마를 발생시켜 기판(S) 표면에 제1 산화물 박막을 형성한다.
구체적으로, 상기 타겟(120)에 인가되는 직류 전력에 의해 제1 스퍼터링 가스의 플라즈마 발생된다.
먼저, 제1 스퍼터링 가스를 공정 챔버(110) 내로 주입하여 플라즈마를 형성하고, 이러한 플라즈마에 포함된 제1 스퍼터링 이온이 타겟(120)에 충돌한다.
그 결과, 이러한 타겟(120)으로부터 기판(S)을 향해 제1 산화물 박막을 이루는 소스 물질이 방출된다. 이렇게 방출된 소스 물질은 기판(S) 상에 증착된다.
이때, 기판(S)의 증착 온도는 상온 또는 그 보다 높을 수 있다. 다만, 이러한 증착 온도는 기판(S)의 종류에 따라 다를 수 있다.
이와 같이 제1 산화물 박막이 형성된 후에, 제1 스퍼터링 가스 대신에 제2 스퍼터링 가스를 공정 챔버(110) 내로 주입하여 제1 산화물 박막 상에 제2 산화물 박막을 형성할 수 있다.
이 때, 제1 스퍼터링 가스와 제2 스퍼터링 가스는 서로 다른 무게의 불활성 가스를 이용함으로써, 형성되는 제1 산화물 박막과 제2 산화물 박막의 조성비율을 조절할 수 있다.
이는 불활성 가스의 무게의 증가에 따라 산소와 같은 가벼운 원소의 증착률이 상대적으로 증가하기 때문이다.
따라서, 산화물 박막의 산소 조성비를 증가시키고자 할 경우, 무거운 무게의 불활성 가스를 이용할 수 있다.
예를 들어, 제1 스퍼터링 가스 및 제2 스퍼터링 가스 중 어느 하나는 크립톤 가스를 이용하고, 다른 하나는 아르곤 가스를 이용함으로써, 크립톤 가스를 이용하여 형성된 산화물 박막의 산소 조성비가 아르곤 가스를 이용한 산화물 박막의 산소 조성비보다 크게 조절할 수 있다.
따라서, 별도의 산소 가스 추가 없이 동일한 타겟을 이용하여 스퍼터링 가스의 종류를 바꿈으로써, 증착되는 다층 산화물 박막의 각층의 조성비율을 용이하게 조절할 수 있다.
제조예 1
스퍼터링 가스의 종류에 따라 형성되는 산화물 박막의 특성을 관찰하기 위하여 본 발명에 따른 방법을 이용하여 박막트랜지스터(TFT)를 제조하였다.
도 3은 제조예 1에 따른 박막트랜지스터의 개략도이다.
도 3을 참조하면, Si 기판 상에 thermal oxidation(열산화) 방법을 이용하여 SiO2층을 형성한 후, SiO2층 상에 아르곤 가스 환경하에서 스퍼터링 공정을 진행하여 IGZO 활성층(Active layer)을 형성하였다.
그 다음에 IGZO 활성층 상에 스퍼터링 방법을 이용하여 알루미늄 물질의 소스전극(S)과 드레인전극(D)을 이격하여 형성하였다.
제조예 2
스퍼터링 가스의 종류에 따라 형성되는 산화물 박막의 특성을 관찰하기 위하여 본 발명에 따른 방법을 이용하여 박막트랜지스터(TFT)를 제조하였다.
도 4는 제조예 2에 따른 박막트랜지스터의 개략도이다.
도 4를 참조하면, Si 기판 상에 thermal oxidation(열산화) 방법을 이용하여 SiO2층을 형성한 후, SiO2층 상에 크립톤 가스 환경하에서 스퍼터링 공정을 진행하여 IGZO 활성층(Active layer)을 형성하였다.
그 다음에 IGZO 활성층 상에 스퍼터링 방법을 이용하여 알루미늄 물질의 소스전극(S)과 드레인전극(D)을 이격하여 형성하였다.
실험예
도 5는 제조예 1 및 제조예 2에 따라 제조된 IGZO 박막을 X-선 반사율 측정법(X-ray reflect, XRR) 및 원자력 현미경(Atomic Force Microscope, AFM)을 이용하여 박막특성을 측정한 그래프이다.
도 5(a)는 제조예 1 및 제조예 2에 따라 제조된 IGZO 박막을 XRR 분석을 이용한 특성 그래프이고, 도 5(b) 제조예 1에 따라 제조된 IGZO 박막을 AFM을 이용하여 측정한 그래프이다.
도 5(a)를 참조하면, Ar 가스를 이용한 제조예1의 IGZO 박막 대비 Kr 가스를 이용하여 형성한 제조예 2의 IGZO 박막의 경우 더 높은 밀도를 가지는 박막이 증착됨을 알 수 있다.
도 5(b) 및 도 5(c)를 참조하면, Ar 가스를 이용한 제조예1의 IGZO 박막의 표면과 Kr 가스를 이용하여 형성한 제조예 2의 IGZO 박막의 표면을 비교하였을 때에도 제조예 2의 IGZO 박막의 거칠기(roughness)가 더 낮은 것을 확인하였다.
도 6은 제조예 1에 따른 IZGO 박막의 결합에너지(Binding Energy) 대비 강도(Intensity) 특성을 측정한 그래프이다. 도 7은 제조예 2에 따른 IZGO 박막의 결합에너지(Binding Energy) 대비 강도(Intensity) 특성을 측정한 그래프이다.
도 6 및 도 7의 M-O는 금속이온과 산소 사이의 결합에너지이고, Ovac는 산소 공공(oxygen vacancy) 형태로 존재하는 산소이온의 결합에너지이고, OH는 수소이온과 산소 사이의 결합에너지이다.
또한, 도 8은 제조예 1 및 제조예 2에 따른 IGZO 박막의 산소 공공(oxygen vacancy) 비율을 비교한 그래프이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 제조예 1에 따른 IGZO 박막의 산소 공공의 비율은 0.287이고, 제조예 2에 따른 IGZO 박막의 산소 공공의 비율은 0.236이다.
따라서, 제조예 1 대비 고밀도 및 낮은 거칠기(roughness)를 가지는 제조예 2의 IGZO 박막은 낮은 산소 공공의 비율을 가지게 됨을 알 수 있다. 따라서, 이는 박막트랜지스터의 채널층(channel layer)으로 사용하는데 유리하게 작용한다.
도 9는 제조예 1 및 제조예 2에 따른 박막트랜지스터의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다. 즉, 박막 트랜지스터의 게이트 전압(Gate V) 대비 드레인 전류(Drain I) 특성을 측정하였다.
도 9를 참조하면, 제조예 1에 비하여 제조예 2에 따른 박막트랜지스터가 S.S value(Subthreshold swing value)는 감소하고, 온-오프 비(on-off ratio)는 증가하며, 이동도(mobility)가 향상됨을 알 수 있다.
도 10은 제조예 1에 따른 박막트랜지스터의 안정성(stability)을 측정한 그래프이다. 도 11은 제조예 2에 따른 박막트랜지스터의 안정성(stability)을 측정한 그래프이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 스트레스 바이어스(stress bias)를 주는 시간이 늘어남에 따라 TFT가 턴 온(turn on) 되는 지점이 positive 쪽으로 시프트(shift) 됨을 볼 수가 있다. 이는 제조예 1과 제조예 2 를 비교했을 때 제조예 2 의 박막트랜지스터가 더 shift 폭이 작음을 할 수 있다. 즉, 제조예 1에 비하여 제조예 2의 박막트랜지스터가 보다 안정성이 좋음을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 증착 과정시 추가적인 산소의 주입이 없더라도, 스퍼터링 가스의 종류를 바꿈으로써, 산소와 같은 가벼운 원소에 대한 증착율을 조절할 수 있는 다층 산화물 박막 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 스퍼터링 가스의 종류를 바꿈으로써, 타겟이 가지고 있는 본래의 조성비율과 유사한 조건의 박막을 성장 시킬 수 있는 다층 산화물 박막 제조방법을 제공할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 스퍼터링 장치 110: 공정 챔버
112: 유입 배관 114: 배기 배관
116: 반출입구 120: 타겟
125: 제1 전극 130: 기판 홀더
135: 제2 전극 140: 진공 펌프
150: 전력 공급부

Claims (7)

  1. 다조성계 산화물 박막용 타겟을 준비하는 단계; 및
    상기 산화물 박막용 타겟을 스퍼터링하여 기판 상에 산소 조성비가 다른 다층의 산화물 박막을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 다층의 산화물 박막을 형성하는 단계는, 각각의 산화물 박막의 형성시 서로 다른 종류의 불활성 가스를 포함하는 스퍼터링 가스를 이용하는 것을 특징으로 하고,
    상기 서로 다른 종류의 불활성 가스 중 상대적으로 무거운 무게의 불활성 가스를 사용하는 경우에 형성되는 산화물 박막의 산소 조성비는 다른 불활성 가스를 사용하는 경우에 형성되는 산화물 박막의 산소 조성비보다 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 다층 산화물 박막 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스퍼터링 가스는 아르곤, 제논, 네온, 크립톤 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 다층 산화물 박막 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다조성계 산화물은 ZnO 기반의 산화물 반도체 물질인 것을 특징으로 하는 다층 산화물 박막 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    ZnO 기반의 산화물 반도체 물질은 InGaZnO, ZnSnO, InZnO 또는 InZnSnO인 것을 특징으로 하는 다층 산화물 박막 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다층 산화물 박막을 형성하는 단계는,
    제1 스퍼터링 가스를 이용하여 상기 다조성계 산화물 박막용 타겟을 스퍼터링하여 기판 상에 제1 산화물 박막을 형성하는 단계; 및
    제2 스퍼터링 가스를 이용하여 상기 다조성계 산화물 박막용 타겟을 스퍼터링하여 상기 제1 산화물 박막 상에 제2 산화물 박막을 형성하는 단계를 포함하고,
    제1 스퍼터링 가스와 제2 스퍼터링 가스는 서로 다른 무게의 불활성 가스를 이용함으로써, 상기 제1 산화물 박막과 제2 산화물 박막의 조성비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 다층 산화물 박막 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 스퍼터링 가스 및 상기 제2 스퍼터링 가스 중 어느 하나는 크립톤 가스를 이용하고, 다른 하나는 아르곤 가스를 이용함으로써, 크립톤 가스를 이용하여 형성된 산화물 박막의 산소 조성비가 아르곤 가스를 이용한 산화물 박막의 산소 조성비보다 크게 조절하는 것을 특징으로 하는 다층 산화물 박막 제조방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 다층 산화물 박막 제조방법에 의해 제조된 다층 산화물 박막.
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