KR101627354B1 - Method of non-volatile memory thin film transistor fabrication using neutral particle beam generating apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중성입자빔 발생 장치를 이용하여 비휘발성 메모리 박막 트랜지스터를 제조하는 방법에 관한 것으로, 기판 위에 게이트 전극과 상기 게이트 전극 위에 제1 게이트 절연막을 형성하는 단계; 챔버 내에, 상기 제1 게이트 절연막이 형성된 기판을 배치하는 단계; 상기 챔버 내에, 가스 공급구를 통해 플라즈마 생성을 위한 불활성 가스 및 수소 플라즈마 발생을 위한 수소 가스를 공급하는 단계; 상기 챔버에서 생성된 수소 플라즈마 이온이 리플렉터와 충돌하여 수소 중성입자로 변환되는 단계; 상기 수소 중성입자가 상기 제1 게이트 절연막에 조사되어 모바일 프로톤이 형성되는 단계; 및 상기 모바일 프로톤이 형성된 상기 제1 게이트 절연막 위에 제2 게이트 절연막을 증착하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 기존의 장시간(수십분 이상) 및 고온(600℃ 이상)의 수소 열처리 공정 대신, 중성입자빔 발생 장치를 이용하여 비교적 저온(20℃ 이상 300℃ 이하)에서 단시간(10분) 내에 모바일 프로톤을 형성하여 비휘발성 메모리 박막 트랜지스터를 제조하기 때문에, 유리 기판이나 플라스틱 필름과 같은 기판을 박막형 트랜지스터 제조에 이용할 수 없어 제품적용에 제약이 존재하였던 문제를 해결해 준다.The present invention relates to a method of fabricating a nonvolatile memory thin film transistor using a neutral particle beam generating apparatus, comprising: forming a gate electrode on a substrate and a first gate insulating film on the gate electrode; Disposing a substrate on which the first gate insulating film is formed in a chamber; Supplying an inert gas for generating a plasma and a hydrogen gas for generating a hydrogen plasma into the chamber through a gas supply port; The hydrogen plasma ions generated in the chamber collide with the reflector and are converted into hydrogen neutral particles; The hydrogen neutral particles are irradiated to the first gate insulating layer to form a mobile proton; And depositing a second gate insulating film on the first gate insulating film on which the mobile protons are formed.
According to the present invention, in place of the existing long-time (several tens of minutes) and high-temperature (600 ° C. or more) hydrogen heat treatment processes, it is possible to use a neutral particle beam generator Since a nonvolatile memory thin film transistor is manufactured by forming a mobile proton, a substrate such as a glass substrate or a plastic film can not be used for manufacturing a thin film transistor, thereby solving the problem that there is a restriction in application of a product.
Description
본 발명은 중성입자빔 발생 장치로 모바일 프로톤(Mobile Proton)을 형성하여 비휘발성 메모리 박막 트랜지스터를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a nonvolatile memory thin film transistor by forming a mobile proton with a neutral particle beam generating apparatus.
특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 기존의 모바일 프로톤 형성 및 모바일 프로톤 기반의 메모리 소자 제조 방법은 장시간(수십분 이상) 및 고온(600℃ 이상)의 수소 열처리 공정을 필요로 한다.As disclosed in Patent Document 1, conventional mobile proton formation and mobile proton-based memory device manufacturing methods require a hydrogen heat treatment process for a long time (several tens of minutes) and a high temperature (600 ° C. or more).
이에 따라, 기존의 메모리 소자 제조 방법은 공정이 복잡하고, 장시간의 고온 열처리 공정이 포함되어 있기 때문에, 유리 기판이나 플라스틱 필름과 같은 기판을 박막형 트랜지스터 제조에 이용할 수 없어 제품적용에 제약이 존재하였다. 또한, 반도체 층을 형성한 후 수소 열처리 공정을 수행하기 때문에 반도체 층 재료의 선택 및 열 공정에 대한 제약 역시 존재한다는 문제점이 있었다.Accordingly, the conventional method of manufacturing a memory device has a complicated process and includes a high-temperature heat treatment process for a long time, so that a substrate such as a glass substrate or a plastic film can not be used for manufacturing a thin film transistor, so that there is a restriction in application of the product. Further, since the hydrogen annealing process is performed after the semiconductor layer is formed, there is also a problem that there are restrictions on the selection of the semiconductor layer material and the thermal process.
그러므로 이러한 수소 열처리 공정 없이 모바일 프로톤을 형성하고, 상기 모바일 프로톤을 기반으로 메모리 소자를 제조할 수 있는 새로운 방법이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for a new method for forming a mobile proton without the hydrogen annealing process and manufacturing a memory device based on the mobile proton.
본 발명은 중성입자빔 발생 장치를 이용하여 비교적 저온에서 단시간 내에 모바일 프로톤을 형성함으로써 비휘발성 메모리 박막 트랜지스터를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a nonvolatile memory thin film transistor by forming a mobile proton in a short time at a relatively low temperature using a neutral particle beam generating apparatus.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 플라즈마 방전 공간인 소정 크기의 챔버, 상기 챔버 내에 가스를 공급하는 가스 공급구, 및 상기 챔버에서 생성된 플라즈마 이온과 충돌하여 상기 플라즈마 이온을 중성입자로 변환시키는 리플렉터를 포함하는 중성입자빔 발생 장치를 이용하여 비휘발성 메모리 박막 트랜지스터를 제조하는 방법으로서, 기판 위에 게이트 전극과 상기 게이트 전극 위에 제1 게이트 절연막을 형성하는 단계; 상기 챔버 내에, 상기 제1 게이트 절연막이 형성된 기판을 배치하는 단계; 상기 챔버 내에, 상기 가스 공급구를 통해 플라즈마 생성을 위한 불활성 가스 및 수소 플라즈마 발생을 위한 수소 가스를 공급하는 단계; 상기 챔버에서 생성된 수소 플라즈마 이온이 상기 리플렉터와 충돌하여 수소 중성입자로 변환되는 단계; 상기 수소 중성입자가 상기 제1 게이트 절연막에 조사되어 모바일 프로톤이 형성되는 단계; 및 상기 모바일 프로톤이 형성된 상기 제1 게이트 절연막 위에 제2 게이트 절연막을 증착하는 단계를 포함한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a plasma processing apparatus comprising: a chamber having a predetermined size as a plasma discharge space; a gas supply port for supplying a gas into the chamber; The method comprising the steps of: forming a gate electrode on a substrate and a first gate insulating film on the gate electrode; Disposing a substrate on which the first gate insulating film is formed in the chamber; Supplying an inert gas for generating a plasma and hydrogen gas for generating a hydrogen plasma in the chamber through the gas supply port; The hydrogen plasma ions generated in the chamber collide with the reflector and are converted into hydrogen neutral particles; The hydrogen neutral particles are irradiated to the first gate insulating layer to form a mobile proton; And depositing a second gate insulating film on the first gate insulating film on which the mobile protons are formed.
여기서, 상기 중성입자빔 발생 장치의 상기 리플렉터는, 상기 수소 가스의 수소 입자보다는 무겁고 상기 불활성 가스의 불활성 입자보다는 가벼운 입자로 구성된 고체판인 것을 특징으로 한다.Here, the reflector of the neutral particle beam generator is a solid plate composed of particles larger than the hydrogen particles of the hydrogen gas and lighter than the inert particles of the inert gas.
본 발명에서는 기존의 장시간(수십분 이상) 및 고온(600℃ 이상)의 수소 열처리 공정 대신, 중성입자빔 발생 장치를 이용하여 비교적 저온(20℃ 이상 300℃ 이하)에서 단시간(10분) 내에 모바일 프로톤을 형성하여 비휘발성 메모리 박막 트랜지스터를 제조하는 방법을 제공한다. In the present invention, in place of the existing long-time (several tens of minutes) and high temperature (600 ° C. or more) hydrogen heat treatment processes, a mobile proton Thereby forming a nonvolatile memory thin film transistor.
이와 같은 본 발명에 의하면, 기존 박막 트랜지스터 생산 라인의 공정 순서를 그대로 활용하면서, 게이트 절연막 증착 공정 동안, 비교적 저온에서 단시간 내에 수행될 수 있는 모바일 프로톤 형성 공정만 추가함으로써 비휘발성 메모리 박막 트랜지스터의 제조를 가능하게 한다.According to the present invention, the manufacturing process of a nonvolatile memory thin film transistor can be performed by adding only a mobile proton formation process which can be performed in a short time at a relatively low temperature during a gate insulating film deposition process, .
또한, 본 발명에 의하면, 기존에 모바일 프로톤을 형성하여 비휘발성 메모리 기능을 가지는 메모리 소자를 제조함에 있어서, 장시간 및 고온의 열처리 공정으로 인해 유리 기판이나 플라스틱 필름과 같은 기판을 박막형 트랜지스터 제조에 이용할 수 없어 제품적용에 제약이 존재하였던 문제를 해결해 준다.In addition, according to the present invention, a substrate such as a glass substrate or a plastic film can be used for manufacturing a thin film transistor due to a heat treatment process for a long time and a high temperature in manufacturing a memory device having a nonvolatile memory function by forming a mobile proton There is no restriction on the application of the product.
그에 따라, 본 발명은 고특성의 비휘발성 메모리 박막형 트랜지스터를 유리 기판 또는 플라스틱 기판에 제작할 수 있도록 해주어, 차세대 ITC제품인 플렉서블 기기나 웨어러블 기기에 바로 적용이 가능하고, 현재 기술적인 한계로 실현이 불가능했던 새로운 개념의 제품들(초 저소비 전력 플렉서블/웨어러블 디스플레이 및 센서 등)의 제작 역시 가능하게 해준다.Accordingly, the present invention makes it possible to fabricate a high-performance nonvolatile memory thin-film transistor on a glass substrate or a plastic substrate, so that it can be directly applied to a flexible device or a wearable device, which is a next-generation ITC product, It also enables the creation of new concepts (ultra-low power, flexible / wearable displays and sensors).
도 1은 중성입자빔 발생 장치의 일 예를 보여주는 개략도이다.
도 2는 단결정 실리콘 웨이퍼 기판 위에 모바일 프로톤을 형성한 후, 수소 밀도를 측정한 결과를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 박막 트랜지스터 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 모바일 프로톤이 형성된 nano-crystalline Si 박막 트랜지스터(nc-Si TFT)의 특성을 나타내는 도면들이다.1 is a schematic view showing an example of a neutral particle beam generating apparatus.
2 is a graph showing the results of measurement of hydrogen density after forming a mobile proton on a single crystal silicon wafer substrate.
3 is a view illustrating a method of fabricating a nonvolatile memory thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 4A to 4D are views showing the characteristics of a nano-crystalline Si thin film transistor (nc-Si TFT) in which a mobile proton is formed.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Detailed descriptions of well-known functions and constructions that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.
도 1은 중성입자빔 발생 장치의 일 예를 보여주는 개략도이다. 1 is a schematic view showing an example of a neutral particle beam generating apparatus.
살펴보면, 중성입자빔 발생 장치는 플라즈마 방전 공간인 소정 크기의 챔버(101)를 포함한다.In other words, the neutral particle beam generating apparatus includes a
챔버(101)의 한 측면에는 가스 공급구(102)가 배치되어 있고, 가스 공급구(102)에는 플라즈마 생성을 위한 가스 또는 기체 원소 공급을 위한 소스 기체 따위가 공급될 수 있다. 이 가스 공급구(102)는 플라즈마 생성 균일도를 위해 위치를 바꿀 수 있다.A
챔버(101)의 상단에는 리플렉터(103)인 고체판이 배치되어 있다. 리플렉터(103)는 소정의 바이어스가 인가되어 플라즈마 입자로부터 중성입자를 생성한다.At the upper end of the
챔버(101)의 하단에는 기판을 지지하기 위한 지지대(105)가 배치되어 있다.At the lower end of the
그리고 챔버(101) 내에는 복수의 자석 어레이 리미터(magnetic array limiter)(104)가 배치되어 있다. 자석 어레이 리미터(104)는 플라즈마 방전 공간에 존재하는 전자 및 다른 이온들이 기판 측으로 접근하는 것을 차단하고 중성입자만 선택적으로 기판 쪽으로 보내는 역할을 한다. 이 자석 어레이 리미터(104)는 챔버(101) 내에 설치될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.A plurality of
본 발명에 따른 비휘발성 메모리 박막 트랜지스터 제조 방법은, 도 1에 도시된 바와 같은 중성입자빔 발생 장치를 이용하여 모바일 프로톤을 형성하는 방법을 포함한다. 즉, 고온(600℃ 이상)의 열처리 공정을 통해 게이트 절연막에 수소를 주입하여 모바일 프로톤을 형성하는 기존 방식과는 달리, 비교적 저온인 20℃ 이상 300℃ 이하의 온도에서 단시간(10분) 내에 모바일 프로톤을 형성할 수 있도록 해 준다.The method for fabricating a nonvolatile memory thin film transistor according to the present invention includes a method of forming a mobile proton using a neutral particle beam generating apparatus as shown in FIG. That is, unlike the conventional method of forming mobile protons by injecting hydrogen into the gate insulating film through a heat treatment process at a high temperature (600 ° C. or more), in a relatively low temperature range of 20 ° C. to 300 ° C. in a short time (10 minutes) Allowing the formation of protons.
본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 프로톤 형성 방법을 살펴보면, 우선 중성입자빔 발생 장치의 지지대(105) 위에 모바일 프로톤을 형성하고자 하는 소자 기판을 배치한다.A method of forming a mobile proton according to an embodiment of the present invention will be described. First, an element substrate on which a mobile proton is to be formed is disposed on a
일 예로, 게이트 전극에 인가된 전압에 따라 게이트 절연막 내에서 모바일 프로톤들이 이동하는 특성을 활용한 메모리 소자를 구현하고자 하는 경우에는, 상부에 게이트 절연막이 형성된 소자 기판을 지지대(105) 위에 배치하게 된다.For example, in order to realize a memory device utilizing the property of moving mobile protons in a gate insulating film according to a voltage applied to a gate electrode, an element substrate having a gate insulating film formed thereon is disposed on a
그리고 가스 공급구(102)를 통해 플라즈마 생성을 위한 불활성 가스 및 수소 플라즈마 발생을 위한 수소 가스를 플라즈마 방전 공간에 공급한다. 여기서, 불활성 가스는 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 등의 가스이다. 이 불활성 가스는 수소 가스만으로 충분히 플라즈마 방전이 가능하면 사용하지 않을 수도 있다.An inert gas for generating plasma and hydrogen gas for generating hydrogen plasma are supplied to the plasma discharge space through the
가스 공급구(102)에 공급된 불활성 가스는 플라즈마 방전되어 플라즈마 입자를 생성하고, 수소 가스는 챔버 내에서 플라즈마 입자와 충돌하여 수소 플라즈마 이온(또는 양이온)이 된다.The inert gas supplied to the
이 때, 리플렉터(103)에는 약 10 내지 수백 볼트의 음의 바이어스가 인가될 수 있으며, 이에 따라 수소 플라즈마 이온은 리플렉터(103)로 유도될 수 있다.At this time, a negative bias of about 10 to several hundreds of volts may be applied to the
수소 플라즈마 이온은 리플렉터(103)에 충돌하여 리플렉터(103)로부터 전자를 받아 수소 중성입자로 됨과 동시에 인가된 바이어스에 따라 에너지를 받아 반사되어 나온다. The hydrogen plasma ion impinges on the
그리고 수소 중성입자는 복수의 자석 어레이 리미터(104) 사이를 통과하여 지지대(105)에 배치된 소자 기판 상부의 게이트 절연막에 모바일 프로톤으로 형성된다. 이 때, 수소 중성입자 이외에 수소 플라즈마 이온 역시 소자 기판 상부의 게이트 절연막에 상기 모바일 프로톤으로 형성될 수 있다.The hydrogen neutral particles pass through between the plurality of
본 명세서에서 수소 입자빔(H-PB : Hydrogen-Particle Beam)은 상기 수소 중성입자 및 수소 플라즈마 이온 둘 중 어느 하나 이상을 포함하는 것으로 지칭된다.In the present specification, a hydrogen particle beam (H-PB) is referred to as including at least one of the hydrogen neutral particle and the hydrogen plasma ion.
한편, 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 박막 트랜지스터 제조 방법은, 중성입자빔 발생 장치의 리플렉터(103)가 가스 공급구(102)를 통해 유입되는 수소 가스의 수소 입자보다는 무겁고 불활성 가스의 불활성 입자보다는 가벼운 입자로 구성된 고체판으로 구성된 중성입자빔 발생 장치를 이용하는 것을 특징으로 한다.The method of manufacturing a nonvolatile memory thin film transistor according to the present invention is characterized in that the
이는 순도가 높은 수소 입자빔의 생성을 위한 것으로, 입자의 충돌을 Binary Collision으로 해석할 때에 충돌하는 입자가 타겟(여기서는, 리플렉터(103)) 입자보다 가벼우면 효율적으로 반사되지만, 반대로 무거우면 반사 효율이 급격히 떨어지기 때문에, 수소 입자보다 무겁지만 불활성 가스 입자보다는 가벼운 재질의 리플렉터(103)를 사용하는 중성입자빔 발생 장치에서 보다 많은 수소 입자빔을 발생시킬 수 있기 때문이다.This is for the generation of a high purity hydrogen particle beam. When a particle collision is interpreted as binary collision, the colliding particle is efficiently reflected when it is lighter than the target (here, the reflector 103) particle. Conversely, This is because the neutral particle beam generator using the
일 예로, 수소 가스와 아르곤 가스를 사용하여 실리콘산화막이나 실로콘질화막에 수소 입자빔을 조사하고자 하는 경우, 이용하는 중성입자빔 발생 장치의 리플렉터는 실리콘판인 것이 바람직할 것이다.For example, when a hydrogen particle beam is to be irradiated to a silicon oxide film or a silicon conoxide film by using hydrogen gas and argon gas, it is preferable that the reflector of the neutral particle beam generator is a silicon plate.
이상 살펴본 본 발명에 따른 중성입자빔 발생 장치를 이용한 비휘발성 메모리 박막 트랜지스터 제조 방법은, 기존의 고온 열처리 공정을 요구하지 않으며, 비교적 저온인 20℃ 이상 300℃ 이하의 온도에서 단시간(10분) 내에 모바일 프로톤을 소자 기판 상부의 게이트 절연막에 형성시킨다.The method for fabricating a nonvolatile memory thin film transistor using the neutral particle beam generator according to the present invention does not require a conventional high temperature heat treatment process and is performed at a relatively low temperature of 20 ° C or more and 300 ° C or less for a short time (10 minutes) A mobile proton is formed on the gate insulating film on the element substrate.
도 2는 단결정 실리콘 웨이퍼 기판 위에 모바일 프로톤을 형성한 후, 수소 밀도를 측정한 결과를 도시한 도면이다.2 is a graph showing the results of measurement of hydrogen density after forming a mobile proton on a single crystal silicon wafer substrate.
도 2를 살펴보면, 본 발명에 따라 모바일 프로톤을 형성하는 경우에, 중성입자빔 발생 장치의 리플렉터 전압(Vref)을 높일수록 기판 표면에서 수소 밀도가 높아진다는 것을 알 수 있다. 이는 수소가 기판 표면의 ~수 Å 영역에서 보다 많은 양이 흡착되어 있는 것을 말해주고 있는데, 리플렉터 전압이 높을수록 chemical potential이 높은 수소 입자들이 표면 확산(Surface Diffusion) 및 표면에서의 흡착이 늘어나고 있음을 보여준다.Referring to FIG. 2, it can be seen that, in the case of forming a mobile proton according to the present invention, as the reflector voltage Vref of the neutral particle beam generator is increased, the density of hydrogen on the surface of the substrate is increased. This indicates that hydrogen is adsorbed more in the ~ Å region of the surface of the substrate. The higher the reflector voltage, the higher the surface potential (surface diffusion) and adsorption on the surface. Show.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 박막 트랜지스터 제조 방법을 도시한 도면으로, 보다 구체적으로는 본 발명이 Inverted Staggered 박막 트랜지스터 제조 공정에 적용된 형태를 도시하고 있다.FIG. 3 illustrates a method of fabricating a nonvolatile memory thin film transistor according to an embodiment of the present invention. More specifically, the present invention is applied to an Inverted Staggered thin film transistor manufacturing process.
본 발명에 따른 비휘발성 메모리 박막 트랜지스터 제조 방법은 게이트 절연막 내에 모바일 프로톤을 형성하여, 게이트 전극에 인가된 전압에 따라 게이트 절연막 내에서 모바일 프로톤들이 이동하는 특성을 통해 비휘발성 메모리 기능을 가지는 박막 트랜지스터를 제조하고자 한다.A method of manufacturing a nonvolatile memory thin film transistor according to the present invention includes forming a mobile proton in a gate insulating film and forming a thin film transistor having a nonvolatile memory function through a characteristic that mobile protons move in a gate insulating film according to a voltage applied to the gate electrode .
도 3을 살펴보면, (a) 단계는 기판 위에 게이트 전극과 상기 게이트 전극 위에 제1 게이트 절연막을 형성한 후, 앞서 살펴본 모바일 프로톤 형성 방법에 따라 중성입자빔 발생 장치의 플라즈마 방전 공간인 챔버 내에 상기 기판을 배치시키고, 수소 가스 및 불활성 가스를 유입 및 플라즈마 방전을 통해 수소 플라즈마 이온 또는 수소 중성입자를 포함하는 수소 입자빔을 발생시키어 상온인 20 ℃ 이상 300 ℃ 이하의 저온에서 단시간(10분) 내에 상기 수소 입자빔으로 상기 제1 게이트 절연막에 밀도가 높은 모바일 프로톤을 형성시키는 단계이다.Referring to FIG. 3, in step (a), a gate electrode and a first gate insulating film are formed on the substrate, and then the gate electrode is formed in the chamber, which is a plasma discharge space of the neutral particle beam generator, And a hydrogen particle beam containing hydrogen plasma ions or hydrogen neutral particles is generated by introducing a hydrogen gas and an inert gas and through a plasma discharge, and the hydrogen particle beam is irradiated in a short time (10 minutes) at a low temperature of 20 캜 to 300 캜, And forming a mobile proton having a high density in the first gate insulating layer with a hydrogen particle beam.
(b) 단계는 (a) 단계 이후에, PECVD와 같은 공정으로 상기 모바일 프로톤이 형성된 제1 게이트 절연막 위에 제2 게이트 절연막을 증착하는 단계로서, 이에 따라 제1 게이트 절연막 및 제2 게이트 절연막 사이에 모바일 프로톤이 존재하게 한다.(b) is a step of depositing a second gate insulating film on the first gate insulating film on which the mobile proton is formed by a process such as PECVD after step (a), thereby forming a second gate insulating film between the first gate insulating film and the second gate insulating film Mobile protons are present.
그리고 (b) 단계 이후에, 일반적인 Inverted Staggered 박막 트랜지스터 공정인 (c) 단계 및 (d) 단계를 순차적으로 진행함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 기능을 가지는 Inverted Staggered 박막 트랜지스터를 제조할 수 있다.Then, after the step (b), the step (c) and the step (d), which are general Inverted Staggered thin film transistor processes, are sequentially performed to form an Inverted Staggered thin film transistor having a nonvolatile memory function according to an embodiment of the present invention. can do.
이러한 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 박막 트랜지스터 제조 방법은 기존의 박막 트랜지스터 제조 공정 중에서 절연막 형성 과정에 모바일 프로톤 형성 공정만 추가한 형태이기 때문에, 앞서 도 3에 도시된 Inverted Staggered 구조의 박막 트랜지스터 제조 공정 이외에도 Staggered 구조, Coplanar 구조, Inverted Coplanar 구조 등 모든 구조의 박막 트랜지스터 제조 공정에 적용될 수 있다.Since the method for fabricating a nonvolatile memory thin film transistor according to the present invention is a process for forming a mobile proton only in the process of forming an insulating film in a conventional thin film transistor manufacturing process, in addition to the process for manufacturing a thin film transistor having an inverted staggered structure Staggered structure, Coplanar structure, Inverted Coplanar structure, etc. can be applied to the manufacturing process of thin film transistors.
그리고 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 박막 트랜지스터 제조 방법은 기존의 비정질 실리콘 박막 트랜지스터, 저온폴리실리콘(LTPS) 박막 트랜지스터, 또는 산화물반도체 박막 트랜지스터 제조 공정에서 게이트 절연막 증착 공정 동안, 중간에 중성입자빔 발생 장치를 이용한 모바일 프로톤 형성 공정만 추가하면 된다.The method for fabricating a nonvolatile memory thin film transistor according to the present invention is a method for fabricating a nonvolatile memory thin film transistor in an intermediate amorphous silicon thin film transistor, a low temperature polysilicon (LTPS) thin film transistor, or an oxide semiconductor thin film transistor, Only the mobile proton-forming process using the above-described method is required.
이는 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 박막 트랜지스터 제조 방법이 기존 박막 트랜지스터 생산 라인의 공정 순서를 그대로 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 추가된 모바일 프로톤 형성 공정 또한 상온인 20 ℃ 이상 300 ℃ 이하의 저온에서 단시간(10분) 내에 실행할 수 있게 해 준다는 점에서 매우 큰 의미가 있다.This is because the manufacturing method of the nonvolatile memory thin film transistor according to the present invention can utilize the process sequence of the existing thin film transistor production line as it is, and the added mobile proton formation process can be performed at a low temperature of 20 ° C or more and 300 ° C or less Minute), which is very important.
도 4a 내지 도 4d는 모바일 프로톤이 형성된 nano-crystalline Si 박막 트랜지스터(nc-Si TFT)의 특성을 나타내는 도면들이다.FIGS. 4A to 4D are views showing the characteristics of a nano-crystalline Si thin film transistor (nc-Si TFT) in which a mobile proton is formed.
살펴보면, 도 4a는 모바일 프로톤이 형성되지 않은 nc-Si TFT(도 4a에서 NonMemory로 표시됨)와, 본 발명에 따른 모바일 프로톤 형성 방법에 따라 2분 동안 게이트 절연막 내에 모바일 프로톤을 형성한 비휘발성 메모리 기능을 가지는 nc-Si TFT(도 4a에서 Memory로 표시됨) 간의 특성 차이를 나타내고 있다. 4A shows a non-volatile memory function in which a mobile proton is formed in a gate insulating film for 2 minutes according to a method of forming a mobile proton according to the present invention and an nc-Si TFT (Shown as " Memory " in Fig. 4A) having an nc-Si TFT having a gate insulating film.
비휘발성 메모리 기능을 가지는 nc-Si TFT는 게이트 전압의 스윕(sweep)에 따라 히스테리시스(Hysteresis)를 보여주는데 이는 게이트 절연막 내부의 모바일 프로톤이 게이트 전압에 따라 액티브/절연막 또는 절연막/게이트 계면으로 이동하기 때문에 발생되는 현상이다.An nc-Si TFT having a nonvolatile memory function shows hysteresis according to the sweep of the gate voltage because the mobile protons in the gate insulating film move to the active / insulating film or the insulating film / gate interface depending on the gate voltage Is a phenomenon that occurs.
그리고 도 4b 및 도 4d는 게이트 전압(Vg) 스윕(sweep) 폭에 따라 히스테리시스 크기가 선형적으로 반응하는 것을 보여준다. 이는 절연막 내부의 모바일 프로톤이 게이트 전압에 따라 정량적으로 제어되고 있는 것을 보여준다.And FIGS. 4B and 4D show that the hysteresis magnitude linearly responds to the gate voltage (Vg) sweep width. This shows that the mobile protons inside the insulating film are controlled quantitatively according to the gate voltage.
도 4c는 비휘발성 메모리 기능을 가지는 nc-Si TFT에 대하여, 메모리 기능의 재현성을 확인하기 위하여 Write & Erase 조건을 반복적으로 인가하면서 측정한 결과로, 도 4c에 도시된 드레인 전류값(Drian Current)은 Write 조건인 게이트 전압(Vg)을 1초 동안 +100V 인가 후, Vg=0V 인 상태에서 드레인 전압(Vd)이 5V 일 때의 드레인 전류값, 그리고 Erase 조건인 게이트 전압을 1초 동안 -100V 인가 후, Vg=0V인 상태에서 Vd=5V일 때의 드레인 전류값을 나타낸다.4C is a result of repeatedly applying the Write & Erase condition to the nc-Si TFT having the nonvolatile memory function to confirm the reproducibility of the memory function. The drain current value (Drian Current) shown in FIG. The drain current value when the drain voltage (Vd) is 5 V in the state of Vg = 0 V and the drain current value when the gate voltage (Vg) as the erase condition is maintained at -100 V Shows the drain current value when Vd = 5 V in the state of Vg = 0 V after application.
도 4c는 100회 동안 Write & Erase 상태가 정상적으로 작동함을 보여주고 있으며, 본 발명에 따라 제작된 비휘발성 메모리 기능을 가지는 nc-Si TFT는 Write 또는 Erase 상태에서 수일을 방치해도 그 정보가 저장되어 있어, 메모리 소자의 핵심 특성인 안정적인 Retention Time이 확보됨을 확인할 수 있다.4C shows that the Write & Erase state is normally operated 100 times. The nc-Si TFT having the nonvolatile memory function manufactured according to the present invention stores the information even if the nc-Si TFT is left in the Write or Erase state for several days Thus, it can be confirmed that stable retention time, which is a core characteristic of the memory device, is secured.
도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같은 특성을 가지는 본 발명에 따라 제작된 비휘발성 메모리 기능을 가지는 박막 트랜지스터는 일 예로 저전력 웨어러블 OLED 구현에 있어서 매우 유용하게 사용될 수 있다.The thin film transistor having the nonvolatile memory function fabricated according to the present invention having characteristics as shown in FIGS. 4A to 4D can be very usefully used in a low power wearable OLED, for example.
비휘발성 메모리 기능을 가지는 박막 트랜지스터가 저전력 웨어러블 OLED 구현에 이용되는 경우, 기존 구동 회로에서 화소 유지 기능을 위한 Storage Capacitor를 사용할 필요가 없고, 구동 방식 또한 달라져서 Switching 박막 트랜지스터의 Off State를 유지하기 위한 전력 소모도 완전히 제거할 수 있다. 그래서 Storage Capacitor가 필요 없고 Switching 박막 트랜지스터의 Off 상태를 유지하는 전력도 필요 없기 때문에 저전력 구동이 가능해진다. 또한 박막 트랜지스터에 메모리 기능이 있어 화소 유지(정지화면) 및 저속 프레임 구동 시에도 기존에 가지고 있던 문제점들을 해결할 수 있다. 추가적으로, Storage Capacitor가 필요 없기 때문에 이에 따른 면적과 Contact용 면적이 줄어들어 보다 높은 해상도 구현을 가능하게 해준다.When a thin film transistor having a nonvolatile memory function is used to implement a low-power wearable OLED, it is not necessary to use a storage capacitor for holding a pixel in a conventional driving circuit, and the driving method also changes, Consumption can also be completely eliminated. Therefore, it is possible to operate low power because no storage capacitor is required and no power is required to maintain the off state of the switching thin film transistor. In addition, since the thin film transistor has a memory function, it can solve the existing problems even when the pixel holding (still picture) and the low-speed frame driving are performed. In addition, the need for a storage capacitor eliminates the need for an area and contact area, enabling higher resolution implementations.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 장시간(수십분 이상) 및 고온(600℃ 이상)의 수소 열처리 공정 대신, 중성입자빔 발생 장치를 이용하여 비교적 저온(20℃ 이상 300℃ 이하)에서 단시간(10분) 내에 모바일 프로톤을 형성하여 비휘발성 메모리 박막 트랜지스터의 제조를 가능하게 한다.As described above, according to the present invention, in place of the hydrogen heat treatment process for a long time (several tens of minutes) and a high temperature (600 ° C. or more) Minute), thereby making it possible to manufacture a nonvolatile memory thin film transistor.
이와 같은 본 발명에 의하면, 기존 박막 트랜지스터 생산 라인의 공정 순서를 그대로 활용하면서, 게이트 절연막 증착 공정 동안, 비교적 저온에서 단시간 내에 수행될 수 있는 모바일 프로톤 형성 공정만 추가함으로써 비휘발성 메모리 박막 트랜지스터의 제조를 가능하게 한다.According to the present invention, the manufacturing process of a nonvolatile memory thin film transistor can be performed by adding only a mobile proton formation process which can be performed in a short time at a relatively low temperature during a gate insulating film deposition process, .
또한, 본 발명에 의하면, 기존에 모바일 프로톤을 형성하여 비휘발성 메모리 기능을 가지는 메모리 소자를 제조함에 있어서, 장시간 및 고온의 열처리 공정으로 인해 유리 기판이나 플라스틱 필름과 같은 기판을 박막형 트랜지스터 제조에 이용할 수 없어 제품적용에 제약이 존재하였던 문제를 해결해 준다.In addition, according to the present invention, a substrate such as a glass substrate or a plastic film can be used for manufacturing a thin film transistor due to a heat treatment process for a long time and a high temperature in manufacturing a memory device having a nonvolatile memory function by forming a mobile proton There is no restriction on the application of the product.
그에 따라, 본 발명은 고특성의 비휘발성 메모리 박막형 트랜지스터를 유리 기판 또는 플라스틱 기판에 제작할 수 있도록 해주어, 차세대 ITC제품인 플렉서블 기기나 웨어러블 기기에 바로 적용이 가능하고, 현재 기술적인 한계로 실현이 불가능했던 새로운 개념의 제품들(초 저소비 전력 플렉서블/웨어러블 디스플레이 및 센서 등)의 제작 역시 가능하게 해준다.Accordingly, the present invention makes it possible to fabricate a high-performance nonvolatile memory thin-film transistor on a glass substrate or a plastic substrate, so that it can be directly applied to a flexible device or a wearable device, which is a next-generation ITC product, It also enables the creation of new concepts (ultra-low power, flexible / wearable displays and sensors).
본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Do. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only in accordance with the following claims, and all equivalents or equivalent variations thereof are included in the scope of the present invention.
101 : 챔버
102 : 가스 공급구
103 : 리플렉터
104: 자석 어레이 리미터
105 : 지지대101: chamber
102: gas supply port
103: Reflector
104: Magnet array limiter
105: Support
Claims (2)
기판 위에 게이트 전극과 상기 게이트 전극 위에 제1 게이트 절연막을 형성하는 단계;
상기 챔버 내에, 상기 제1 게이트 절연막이 형성된 기판을 배치하는 단계;
상기 챔버 내에, 상기 가스 공급구를 통해 플라즈마 생성을 위한 불활성 가스 및 수소 플라즈마 발생을 위한 수소 가스를 공급하는 단계;
상기 챔버에서 생성된 수소 플라즈마 이온이 상기 리플렉터와 충돌하여 수소 중성입자로 변환되는 단계;
상기 수소 중성입자가 상기 제1 게이트 절연막에 조사되어 모바일 프로톤이 형성되는 단계; 및
상기 모바일 프로톤이 형성된 상기 제1 게이트 절연막 위에 제2 게이트 절연막을 증착하는 단계
를 포함하는 중성입자빔 발생 장치를 이용한 비휘발성 메모리 박막 트랜지스터 제조 방법.A neutral particle beam generator comprising a chamber having a predetermined size as a plasma discharge space, a gas supply port for supplying gas into the chamber, and a reflector for colliding with the plasma ions generated in the chamber to convert the plasma ions into neutral particles, A method for manufacturing a nonvolatile memory thin film transistor using the method of claim 1,
Forming a gate electrode on the substrate and a first gate insulating film over the gate electrode;
Disposing a substrate on which the first gate insulating film is formed in the chamber;
Supplying an inert gas for generating a plasma and hydrogen gas for generating a hydrogen plasma in the chamber through the gas supply port;
The hydrogen plasma ions generated in the chamber collide with the reflector and are converted into hydrogen neutral particles;
The hydrogen neutral particles are irradiated to the first gate insulating layer to form a mobile proton; And
Depositing a second gate insulating film on the first gate insulating film on which the mobile protons are formed,
Wherein the non-volatile memory thin film transistor is fabricated using a neutral particle beam generator.
상기 중성입자빔 발생 장치의 상기 리플렉터는,
상기 수소 가스의 수소 입자보다는 무겁고 상기 불활성 가스의 불활성 입자보다는 가벼운 입자로 구성된 고체판인 것을 특징으로 하는 중성입자빔 발생 장치를 이용한 비휘발성 메모리 박막 트랜지스터 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein said reflector of said neutral particle beam generator comprises:
Wherein the inert gas is a solid plate composed of particles larger than hydrogen particles of the hydrogen gas and lighter than inert particles of the inert gas.
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |