KR102099860B1 - A method for fabricating a thin film transistor - Google Patents

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만노즈 내그
소에렌 스튜에델
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아이엠이씨 브이제트더블유
네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오
카톨리에케 유니버시테이트 루벤
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Abstract

하부-게이트 상부-컨택 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 제작 방법으로서, 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극을 커버하는 게이트 유전체층을 제공하는 단계; 상기 게이트 유전체층 상에 금속 산화물 반도체층을 증착하는 단계; 상기 금속 산화물 반도체층 상부에 금속층을 증착하는 단계; 소스 및 드레인 컨택을 형성하기 위해 상기 금속층을 패터닝하는 단계 - 상기 금속층을 패터닝하는 단계는 상기 금속층의 드라이 에칭을 포함함 -; 및 이후, 상기 금속 산화물 반도체층을 패터닝하는 단계;를 포함하는, 방법.A method of fabricating a bottom-gate top-contact metal oxide semiconductor thin film transistor, comprising: forming a gate electrode on a substrate; Providing a gate dielectric layer covering the gate electrode; Depositing a metal oxide semiconductor layer on the gate dielectric layer; Depositing a metal layer over the metal oxide semiconductor layer; Patterning the metal layer to form source and drain contacts, wherein patterning the metal layer includes dry etching of the metal layer; And thereafter, patterning the metal oxide semiconductor layer.

Description

박막 트랜지스터의 제작 방법 {A METHOD FOR FABRICATING A THIN FILM TRANSISTOR}Manufacturing method of thin film transistor {A METHOD FOR FABRICATING A THIN FILM TRANSISTOR}

본 개시 기술은 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 제작 방법, 구체적으로 금속 산화물 반도체 하부-게이트 상부-컨택 박막 트랜지스터의 제작 방법, 및 이러한 방법으로 얻어진 박막 트랜지스터에 관한 것이다.The present disclosure relates to a method for fabricating a metal oxide semiconductor thin film transistor, specifically a method for fabricating a metal oxide semiconductor lower-gate upper-contact thin film transistor, and a thin film transistor obtained by such a method.

금속 산화물 반도체는, 낮은 처리 온도에서 우수한 전기적 특성을 달성할 수 있기 때문에 대면적 디스플레이 및 회로와 같은 박막 전자장치 내에서 잠재적으로 적용할 수 있다. 예를 들면, 활성층으로서 비결정질 갈륨-인듐-아연-산화물(a-GIZO)를 사용하는 박막 트랜지스터(TFT)는 이미 명시되어 있다. 구현된, 우수한 이동성(μ) 및 우수한 문턱 전압(VTH) 조절은, 디스플레이 내에서 종래의 비결정질 Si TFT 백플레인(backplane)을 비결정질 금속 산화물 반도체 TFT 백플레인으로 성공적으로 치환하는 데에 중요한 파라미터이다.Metal oxide semiconductors are potentially applicable in thin film electronics, such as large area displays and circuits, because they can achieve excellent electrical properties at low processing temperatures. For example, a thin film transistor (TFT) using amorphous gallium-indium-zinc-oxide (a-GIZO) as the active layer has already been specified. The implemented good mobility (μ) and good threshold voltage (V TH ) control are important parameters for successfully replacing a conventional amorphous Si TFT backplane with an amorphous metal oxide semiconductor TFT backplane in a display.

하부-게이트 상부-컨택(BGTC) 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 제작 방법에서, 추가 공정 중에 플라즈마 결함으로부터 금속 산화물 반도체층을 보호하기 위해 에칭 정지층이 종종 사용된다. 이러한 공정에서, 게이트 및 게이트 유전체 층을 기판 상에 제공한 후, 금속 산화물 반도체층을 게이트 유전체층 상에 증착하고 패터닝한다. 그 다음에, 에칭 정지층을 금속 산화물 반도체 층 상에 증착한 후, 에칭 정지층을 패터닝한다. 그 다음에, 금속층을 증착하고, 건식 플라즈마 에칭에 의해 패터닝해서 소스 및 드레인 컨택을 형성한다. 에칭 정지층은, 소스 및 드레인 컨택을 정의하는 패터닝 중에, 금속 에칭 공정에 의해 발생될 수 있는 결함으로부터 하부 금속 산화물 반도체층을 보호한다. In a method of fabricating a bottom-gate top-contact (BGTC) metal oxide semiconductor thin film transistor, an etch stop layer is often used to protect the metal oxide semiconductor layer from plasma defects during further processing. In this process, a gate and gate dielectric layer is provided on the substrate, and then a metal oxide semiconductor layer is deposited and patterned on the gate dielectric layer. Then, after the etch stop layer is deposited on the metal oxide semiconductor layer, the etch stop layer is patterned. The metal layer is then deposited and patterned by dry plasma etching to form source and drain contacts. The etch stop layer protects the underlying metal oxide semiconductor layer from defects that may be caused by the metal etch process during patterning defining source and drain contacts.

또 다른 공정 흐름에서, 금속 산화물 반도체층의 상부에 금속층을 패터닝하는 데에 웨트 에칭 공정을 사용함으로써, 에칭 정지층이 사용되지 않을 수 있다. 그러나, 금속층과 금속 산화물 반도체층 사이의 우수한 에칭 선택도를 제공하는 에첸트를 찾는 것은 어려운 일이고, 이는 사용될 수 있는 물질 조합을 한정한다. In another process flow, by using a wet etching process to pattern the metal layer on top of the metal oxide semiconductor layer, the etch stop layer may not be used. However, it is difficult to find an etchant that provides good etch selectivity between the metal layer and the metal oxide semiconductor layer, which limits the combination of materials that can be used.

발명의 일 측면은, 금속 산화물 반도체층의 상부에 소스 및 드레인 컨택의 패터닝이 드라이 에칭에 의해 수행되고, 에칭 정지층이 필요하지 않은, 우수한 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 제작 방법에 관한 것이다.One aspect of the invention relates to a method of fabricating an excellent metal oxide semiconductor thin film transistor in which patterning of source and drain contacts on the top of the metal oxide semiconductor layer is performed by dry etching, and an etch stop layer is not required.

발명의 일 측면은 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계, 게이트 전극을 커버하는 게이트 유전체층을 제공하는 단계, 및 게이트 유전체층 상에 금속 산화물 반도체층을 증착하는 단계를 포함하는, 하부-게이트 상부-컨택 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 제작 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은, 또한 금속 산화물 반도체층 상부에 금속층 또는 금속층 스택을 증착하는 단계, 및 박막 트랜지스터의 소스 및 드레인 컨택을 형성하기 위해 금속층 또는 금속층 스택을 패터닝하는 단계 - 금속층 또는 금속층 스택을 패터닝하는 단계는 금속층 또는 금속층 스택의 드라이 에칭 단계를 포함함 -; 그 다음에 예를 들면, 금속 산화물 반도체층을 패터닝하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 패시베시션층을 증착하는 단계 및/또는 어닐링 단계와 같은 추가의 처리 단계를 더 포함할 수 있다. 어닐링 단계는, 바람직하게 장치 제작 중에 플라즈마 공정에 의한 손상을 처리하고 및/또는 우수한 패시베이션을 얻는 데에 적합하다.One aspect of the invention includes forming a gate electrode on a substrate, providing a gate dielectric layer covering the gate electrode, and depositing a metal oxide semiconductor layer on the gate dielectric layer, the bottom-gate top-contact. It relates to a method of manufacturing a metal oxide semiconductor thin film transistor. The method also includes depositing a metal layer or metal layer stack over the metal oxide semiconductor layer, and patterning the metal layer or metal layer stack to form source and drain contacts of the thin film transistor-patterning the metal layer or metal layer stack is Dry etching of the metal layer or metal layer stack; And then, for example, patterning the metal oxide semiconductor layer. The method may further include additional processing steps, such as depositing a passivation layer and / or annealing. The annealing step is preferably suitable for handling damage by the plasma process and / or obtaining good passivation during device fabrication.

금속 산화물 반도체층은 비결정질 IGZO (인듐 갈륨 아연 산화물)층일 수 있다. 그러나, 본 개시 내용은 이들로 한정되지 않고, 그 외의 금속 산화물 반도체층은, 예를 들면, InZnO, HfInZnO, SiInZnO, ZnO, CuO 또는 SnO 층이 사용될 수 있다.The metal oxide semiconductor layer may be an amorphous IGZO (indium gallium zinc oxide) layer. However, the present disclosure is not limited to these, and other metal oxide semiconductor layers may be, for example, InZnO, HfInZnO, SiInZnO, ZnO, CuO or SnO layers.

발명의 일 측면에 따른 방법에서, 금속 산화물 반도체층을 패터닝하는 단계는 금속 산화물 반도체층 상부에 금속층 또는 금속층 스택을 패터닝한 후에, 즉 소스 및 드레인 컨택을 정의한 후에 수행된다. 금속의 드라이 에칭 중에, 예를 들면, 박막 트랜지스터의 채널 영역 내에서 금속 산화물 반도체층이 손상되는 위험은, 금속층 또는 금속층 스택을 드라이(플라즈마) 에칭에 의해 패터닝하기 전에 금속 산화물 반도체층을 패터닝하는 공정 절차에 비해, 상기의 일련의 공정 단계를 수행함으로써 상당히 감소될 수 있는 이점이 있다.In the method according to one aspect of the invention, the step of patterning the metal oxide semiconductor layer is performed after patterning the metal layer or the metal layer stack over the metal oxide semiconductor layer, that is, after defining the source and drain contacts. The risk of damaging the metal oxide semiconductor layer during the dry etching of the metal, for example, in the channel region of the thin film transistor, is a process of patterning the metal oxide semiconductor layer before patterning the metal layer or the metal layer stack by dry (plasma) etching Compared to the procedure, there is an advantage that can be significantly reduced by performing the above series of process steps.

발명의 일 측면에 따른 방법은, 에칭 정지층을 제공하고 패터닝을 수행할 필요가 없기 때문에, 필요한 마스크의 수가 감소하고, 그 결과 공정 단계의 수가 감소하며, 제조 비용이 감소하는 이점이 있다. The method according to one aspect of the invention has the advantage that the number of masks required is reduced, as a result the number of process steps is reduced, and manufacturing costs are reduced, since it is not necessary to provide an etch stop layer and perform patterning.

발명의 일 측면에 따른 방법에서, 트랜지스터 크기, 구체적으로 채널 길이는, 에칭 정지층을 사용하는 방법에 비해 감소할 수 있는 이점이 있다. 트랜지스터의 크기는, 예를 들면, 기판 크기 및 사용되는 리소그래피 툴에 따라 다르지만, 발명의 일 측면에 따른 방법에 의해서 제작된 트랜지스터의 채널 길이는 약 2 ㎛ 내지 5 ㎛의 정도인 반면, 에칭 정지층을 사용하는 종래의 방법에 의해서 제작된 채널 길이의 하한은 약 5 ㎛ 내지 20 ㎛이다. 일반적으로, 채널 길이는 에칭 정지층에 의해 제작된 박막 트랜지스터에 비해 약 3 배 정도 감소할 수 있다. 따라서, 디스플레이의 제작 공정에서 발명의 일 측면에 따른 방법을 사용하는 경우, 더욱 컴팩트한 화소가 형성될 수 있고, 개선된 해상도를 갖는 디스플레이가 제작될 수 있다.In the method according to one aspect of the invention, the transistor size, specifically the channel length, has an advantage that can be reduced compared to a method using an etch stop layer. The size of the transistor, for example, depends on the substrate size and the lithography tool used, but the channel length of the transistor produced by the method according to one aspect of the invention is on the order of about 2 μm to 5 μm, while the etch stop layer The lower limit of the channel length produced by the conventional method using is about 5 μm to 20 μm. In general, the channel length can be reduced by about 3 times compared to the thin film transistor manufactured by the etch stop layer. Therefore, when using the method according to an aspect of the invention in the manufacturing process of a display, a more compact pixel can be formed, and a display having an improved resolution can be manufactured.

발명의 일 측면에 따른 방법은, 우수한 전계효과 이동도(예를 들면, 약 2 cm2/Vs 내지 100 cm2/Vs), 낮은 IOFF 전류 (예를 들면, 약 10 pA 미만) 및 낮은 서브-쓰레스홀드 기울기 (예를 들면, 약 1 V/decade 미만)과 같은 우수한 특징을 갖는 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 제작을 가능하게 하는 이점이 있다.The method according to one aspect of the invention, excellent field effect mobility (eg, about 2 cm 2 / Vs to 100 cm 2 / Vs), low I OFF Advantages that enable the fabrication of metal oxide semiconductor thin film transistors with excellent characteristics such as current (eg, less than about 10 pA) and low sub-threshold slope (eg, less than about 1 V / decade) have.

발명의 측면에 따른 방법은, 비결정질 실리콘 박막 트랜지스터 및 회로의 대량 생산에 사용되는 기존의 제작 라인과 상용할 수 있는 이점이 있다. 구체적으로, 본 발명의 측면에 따라 사용되는 제작 단계는 비결정질 실리콘 TFT의 기존의 제작 라인에서 수행될 수 있다. 이는, 본 발명의 실시형태의 방법에 의해 기존의 비결정질 실리콘 TFT의 제작 라인에서 금속 산화물 TFT가 생성될 수 있는 것을 의미한다.The method according to the aspect of the invention has the advantage of being compatible with existing production lines used for mass production of amorphous silicon thin film transistors and circuits. Specifically, the manufacturing steps used in accordance with aspects of the present invention can be performed in an existing manufacturing line of amorphous silicon TFTs. This means that a metal oxide TFT can be produced in the production line of an existing amorphous silicon TFT by the method of the embodiment of the present invention.

발명의 일 측면에 따른 방법에서, 예를 들면, 디스플레이의 화소를 선택하거나 구동하는, 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 어레이를 제작하는 데에 사용될 수 있는 이점이 있다. In the method according to one aspect of the invention, there is an advantage that can be used to fabricate an array of metal oxide semiconductor thin film transistors, for example to select or drive pixels of a display.

일부 측면의 특정한 목적 및 이점이 상기에 기재되어 있다. 이들 중에서, 모든 이러한 목적 또는 이점은 본 개시 내용의 특정한 실시형태에 따라 달성되는 것으로 이해된다. 따라서, 예를 들면, 당업자는 본원에 교시되거나 시사된 바와 같이 그 외의 목적 또는 이점을 반드시 달성하는 것이 아니라, 본원에 교시된 하나의 이점 또는 그룹을 달성하거나 최적화하는 방법으로 구현되거나 수행되는 것을 인지할 것이다. 또한, 이러한 요약은 일례이며, 본 개시 내용의 범위를 한정하는 것으로 의도되지 않는 것으로 이해된다. 그 특징 및 이점과 함께 조작 방법 및 기구에 대한 개시 내용은 수반한 도면과 함께 상세한 설명을 참조해서 이해될 수 있다.The specific purpose and advantages of some aspects are described above. Among them, it is understood that all such objects or advantages are achieved in accordance with certain embodiments of the present disclosure. Thus, for example, one of ordinary skill in the art recognizes that, as taught or suggested herein, other objectives or advantages are not necessarily achieved, but implemented or performed in a way that achieves or optimizes one advantage or group taught herein. something to do. Also, it is understood that this summary is an example and is not intended to limit the scope of the present disclosure. The disclosure of the operating method and instrument along with its features and advantages can be understood with reference to the detailed description in conjunction with the accompanying drawings.

도 1은 본 개시 내용의 일 실시형태에 따라 공정 순서를 개략적으로 도시한다.
도 2(a) 내지 2(e)는 본 개시 내용의 일 실시형태에 따른 방법을 도시한다.
도 3은 GIZO가 패터닝된 후 소스 및 드레인 컨택이 증착되고, 드라이 에칭에 의해 패터닝된, 에칭 정지층이 사용되지 않는 GIZO 박막 트랜지스터(DE Mo)의 측정된 전이 특성, 금속 리프트 오프에 의해 소스 및 드레인 컨택이 형성되는 GIZO 박막 트랜지스터(LO Mo)의 측정된 전이 특성을 도시한다.
도 4는 본 발명의 방법의 일 실시형태에 따라 제작되는 GIZO 박막 트랜지스터의 측정된 전이 특성을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라 6 인치 기판 상에 제작되는 어레이의 상이한 위치에서 측정되는 GIZO 박막 트랜지스터의 전이 특성을 도시한다.
도 6은 표준 BCE(IGZO 에칭 후 S/D 에칭), 본 발명의 측면에 따른 BCE 공정(IGZO 에칭 전 S/D 에칭) 및 종래의 리프트 오프 공정에 의해 각각 처리된 3개의 a-IGZO TFT의 전이 특성(VGS-IDS)의 비교 결과를 도시한다.
도 7은 5% 미만의 차이를 나타내는 500 x 500 um2 의 영역의 MIS(a-IGZO 포함) 및 MIM(a-IGZO 없음)의 캐패시턴스 비교를 도시한다.
도 8은 (a) VGS = +12V 및 VDS = +12V, (b) VGS = -12 V 및 VDS = 0 V에서 응력 시간의 함수에 따른 a-IGZO TFT((W/L = 70/10 ㎛/㎛)의 전이 특성(VGS-IDS), (c) 포지티브 및 네거티브 양 방향으로의 응력 시간에 따른 a-IGZO TFTs의 VTH 시프트를 도시한다.
도 9는 W/L = 55/5 ㎛/㎛를 갖는 구동 TFT에 대한 (a) 전이 (VGS-IDS) 및 (b) 출력 (VDS-IDS) 특성, (c) 150 mm PEN 호일 기판에서 측정된 9 TFT의 전이 곡선(VDS = 10 V)를 도시한다.
상이한 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일한 또는 유사한 엘리먼트를 지칭한다.
1 schematically depicts a process sequence according to one embodiment of the present disclosure.
2 (a) -2 (e) show a method according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 3 shows the measured transition characteristics of a GIZO thin film transistor (DE Mo) without an etch stop layer, where the source and drain contacts are deposited after the GIZO is patterned, and patterned by dry etching, the source and by metal lift-off It shows the measured transition characteristics of the GIZO thin film transistor (LO Mo) in which the drain contact is formed.
4 shows measured transition characteristics of a GIZO thin film transistor fabricated in accordance with one embodiment of the method of the present invention.
5 shows the transition characteristics of a GIZO thin film transistor measured at different locations in an array fabricated on a 6 inch substrate according to one embodiment of the present invention.
Figure 6 is a standard BCE (S / D etching after IGZ etching), BCE process according to aspects of the present invention (S / D etching before IGZ etching) and three a-IGZO TFTs each processed by a conventional lift-off process The comparison result of the transition characteristic (V GS -I DS ) is shown.
7 shows the capacitance comparison of MIS (with a-IGZO) and MIM (without a-IGZO) in the region of 500 x 500 um 2 showing less than 5% difference.
Figure 8 (a) V GS = + 12V and V DS = + 12V, (b) V GS = -12 V and V DS = 0 V, the transition characteristics of a-IGZO TFT ((W / L = 70/10 μm / μm) as a function of stress time (V GS- I DS ), (c) V TH shift of a-IGZO TFTs with stress time in both positive and negative directions.
9 shows (a) transition (V GS -I DS ) and (b) output (V DS -I DS ) characteristics for a driving TFT having W / L = 55/5 μm / μm, (c) 150 mm PEN The transition curve (V DS = 10 V) of 9 TFTs measured on a foil substrate is shown.
In different drawings, the same reference numbers refer to the same or similar elements.

다음의 상세한 설명에서, 수많은 특정 세부사항은, 본 개시 내용의 완전한 이해, 및 구체적인 실시형태로 어떻게 수행되는지를 제공하기 위해서 기재되어 있다. 그러나, 본 개시 내용은 이러한 특정한 세부사항으로 없이도 수행될 수 있다. 다른 예에서, 공지된 방법, 절차, 및 기술은, 본 개시 내용을 모호하게 하지 않도록 상세하게 기재되지 않는다. 본 개시 내용은 특정 도면을 참조해서 구체적인 실시형태에 대해서 기재될 수 있지만, 본 개시 내용이 이들로 한정되는 것은 아니다. 포함되고 기재된 도면은 개략적인 것이며, 본 개시 내용의 범위를 한정하는 것은 아니다. 도면에서, 일부 엘리먼트의 크기는 과장될 수 있으며, 따라서 설명하기 위해서 정확한 스케일로 그려지는 것은 아닌 것을 유의한다.In the following detailed description, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present disclosure and how it is performed in specific embodiments. However, the present disclosure may be performed without these specific details. In other instances, well-known methods, procedures, and techniques are not described in detail so as not to obscure the present disclosure. The present disclosure may be described with respect to specific embodiments with reference to specific drawings, but the present disclosure is not limited thereto. The included and described drawings are schematic and do not limit the scope of the present disclosure. It should be noted that in the drawings, the size of some elements may be exaggerated and, therefore, not drawn to the exact scale for illustration purposes.

또한, 상세한 설명에서 "제1, 제2, 제3 " 등은 유사한 엘리먼트를 구별하기 위해서 사용되는 것이며, 반드시 시간적 순서, 공간적 순서, 차례, 또는 임의의 다른 방법의 순서를 설명하는 것은 아니다. 이와 같이 사용된 용어가 적당한 환경하에서 상호 교환될 수 있고, 본원에 기재된 본 개시 내용의 실시형태가 본원에 기재되거나 설명된 순서 외에 다른 순서로 작동할 수 있는 것을 알 수 있다.In addition, in the detailed description, "first, second, third", etc. are used to distinguish similar elements, and do not necessarily describe the order of temporal order, spatial order, order, or any other method. It is understood that the terms so used may be interchanged under appropriate circumstances, and embodiments of the present disclosure described herein may operate in a different order than the order described or described herein.

또한, 상세한 설명에서 "상부", "하부", "위", "아래" 등은 설명하기 위해서 사용된 것이며, 반드시 상대적인 위치를 설명하는 것은 아니다. 이와 같이 사용된 용어는 적당한 환경 하에서 상호 교환될 수 있고, 본원에 기재된 본 개시 내용의 실시형태는 본원에 기재되거나 설명되는 방향 외에 다른 방향에서 작동 가능한 것을 알 수 있다.In addition, in the detailed description, "upper", "lower", "upper", "lower", etc. are used to describe, and do not necessarily describe relative positions. It is to be understood that the terms so used are interchangeable under appropriate circumstances, and embodiments of the present disclosure described herein are operable in other directions than those described or described herein.

"포함하는"은, 그 다음에 열거되는 수단으로 제한하는 것으로 해석되지 않고, 그 외의 엘리먼트 또는 단계들을 배제하지 않는 것을 유의해야 한다. 상기 용어는 기재된 특징, 기호, 단계, 또는 성분의 존재를 명기하는 것으로 해석되지만, 그 외의 하나 이상의 특징, 기호, 단계, 또는 성분, 또는 그룹의 존재 또는 첨가를 제외하는 것은 아니다. 따라서, "수단 A 및 B를 포함하는 장치"의 범위는 성분 A 및 B만으로 이루어진 장치로 제한되는 것은 아니다.It should be noted that “comprising” is not to be construed as limiting to the means listed thereafter, and does not exclude other elements or steps. The term is interpreted to indicate the presence of the described feature, sign, step, or component, but does not exclude the presence or addition of one or more other features, sign, step, or component, or group. Thus, the scope of "apparatus comprising means A and B" is not limited to devices consisting solely of components A and B.

특정한 실시형태는 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계, 게이트 전극을 커버하는 게이트 유전체층을 제공하는 단계, 및 게이트 유전체층 상에 금속 산화물 반도체층을 증착하는 단계를 포함하는, 하부-게이트 상부-컨택 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 제작 방법을 제공한다. 일 실시형태에서, 이러한 방법은, 또한 금속 산화물 반도체층 상부에 금속층 또는 금속층 스택을 증착하는 단계; 및 소스 및 드레인 컨택을 형성하기 위해 금속층을 패터닝하는 단계 - 금속층을 패터닝하는 단계는 금속층의 드라이 에칭 단계를 포함함 -; 그 다음에 금속 산화물 반도체층을 패터닝하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 패시베시션층(예를 들면, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및/또는 알루미늄 산화물)을 증착하는 단계 및/또는 어닐링 단계와 같은 추가의 처리 단계를 더 포함할 수 있다. Certain embodiments include forming a gate electrode on a substrate, providing a gate dielectric layer covering the gate electrode, and depositing a metal oxide semiconductor layer on the gate dielectric layer, the bottom-gate top-contact metal. Provided is a method of manufacturing an oxide semiconductor thin film transistor. In one embodiment, the method further comprises depositing a metal layer or stack of metal layers over the metal oxide semiconductor layer; And patterning the metal layer to form source and drain contacts, wherein patterning the metal layer includes a dry etching step of the metal layer; And then patterning the metal oxide semiconductor layer. The method may further include additional processing steps, such as depositing a passivation layer (eg, silicon oxide, silicon nitride and / or aluminum oxide) and / or annealing.

일 실시형태에 따른 방법에서, 금속 산화물 반도체층 상부의 금속층을 드라이 에칭에 의해 패터닝한 후에, 즉 소스 및 드레인 컨택을 정의한 후에, 금속 산화물 반도체층을 패터닝하는 단계가 수행된다. In the method according to one embodiment, after the metal layer over the metal oxide semiconductor layer is patterned by dry etching, that is, after defining source and drain contacts, the step of patterning the metal oxide semiconductor layer is performed.

일 실시형태에 따른 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터를 제작하는 공정 흐름의 일례는 도 1에 개략적으로 도시되고, 도 2에 도시된다. 전기절연 기판(10) 상에 게이트 금속층 또는 금속 스택, 예를 들면, 약 30 nm 내지 300 nm 두께의 Mo, Ti, Cr 또는 Cu 층 또는 Ti/Mo 또는 Mo/Al/Mo 스택을 증착한 후(공정 1), 게이트 전극(11)을 형성하기 위해서 게이트 금속층 또는 금속 스택은 광리소그래피에 의해 또는 웨트 또는 드라이 에칭에 의해 패터닝된다(공정 2). 다음에, 게이트 유전체층(12)은, 예를 들면, 실리콘 산화물층, 실리콘 질화물층 또는 알루미늄 산화물층 또는 임의의 그 외의 적합한 유전체층 또는 당업자에게 공지된 층 스택이 증착된다(공정 3). 얻어진 구조는 도 2(a)에 도시된다. 기판은 단단한 기판, 유연한 기판 또는 연신 기판일 수 있다. 유연 또는 연신 기판 상에 처리되는 경우, 공정 중에 (일시적) 단단한 캐리어 상에 기판이 제공될 수 있다.An example of a process flow for fabricating a metal oxide semiconductor thin film transistor according to one embodiment is schematically illustrated in FIG. 1 and illustrated in FIG. 2. After depositing a gate metal layer or metal stack on the electrically insulating substrate 10, for example, a Mo, Ti, Cr or Cu layer of about 30 nm to 300 nm thickness or a Ti / Mo or Mo / Al / Mo stack ( Step 1), the gate metal layer or metal stack is patterned by photolithography or by wet or dry etching to form the gate electrode 11 (step 2). Next, the gate dielectric layer 12 is deposited with, for example, a silicon oxide layer, a silicon nitride layer or an aluminum oxide layer or any other suitable dielectric layer or layer stack known to those skilled in the art (step 3). The obtained structure is shown in Fig. 2 (a). The substrate can be a rigid substrate, a flexible substrate, or a stretched substrate. When processed on a flexible or stretched substrate, the substrate may be provided on a (temporary) rigid carrier during processing.

게이트 유전체층(미도시)에 비아가 형성되어 게이트에 결합할 수 있다. 다음에, 게이트 유전체층(12)의 상부에 금속 산화물 반도체층(13), 예를 들면, 비결정질 IGZO (인듐 갈륨 아연 산화물)이 증착된다(도 2(b))(공정 4). 그러나, 본 개시 내용은 이들로 한정되지 않으며, 그 외의 금속 산화물 반도체층이 사용될 수 있다. 바람직한 금속 산화물 반도체는, 예를 들면, InZnO, HfInZnO, SiInZnO, ZnO, CuO 또는 SnO일 수 있다. 금속 산화물 반도체층을 증착하는 단계, 예를 들면, DC 또는 RF 스퍼터링 또는 증발을 포함할 수 있다. 이러한 반도체층(13)의 두께는, 예를 들면, 약 10 nm 내지 80 nm의 범위일 수 있다.Vias may be formed in the gate dielectric layer (not shown) to be coupled to the gate. Next, a metal oxide semiconductor layer 13, for example, amorphous IGZO (indium gallium zinc oxide) is deposited on top of the gate dielectric layer 12 (Fig. 2 (b)) (step 4). However, the present disclosure is not limited to these, and other metal oxide semiconductor layers may be used. Preferred metal oxide semiconductors can be, for example, InZnO, HfInZnO, SiInZnO, ZnO, CuO or SnO. Depositing a metal oxide semiconductor layer may include, for example, DC or RF sputtering or evaporation. The thickness of the semiconductor layer 13 may be, for example, in the range of about 10 nm to 80 nm.

다음의 공정에서, 금속 산화물 반도체층(13) 상에 예를 들면, 증발 또는 스퍼터링에 의해 금속층(14) 또는 금속 스택이 증착된다(도 2(c))(공정 5). 금속층 또는 금속 스택은, 예를 들면, Mo를 포함하고, 예를 들면, 그 두께는 약 50 nm 내지 300 nm일 수 있다. 예를 들면, Mo/Al/Mo 스택, Mo/Au 스택, Mo/Ti 스택, Mo/Ti/Al/Mo 스택 또는 Mo/ITO 스택이 사용될 수 있지만, 본 개시 내용은 이들로 제한되지 않는다. 소스 컨택(141) 및 드레인 컨택(142)을 형성하기 위해, 금속층 또는 금속 스택은, 도 2(d)에 도시된 바와 같이, 리소그래피 및 드라이(플라즈마)에칭에 의해 패터닝된다(공정6). 채널 길이는, 예를 들면, 2 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다.In the following process, a metal layer 14 or a metal stack is deposited on the metal oxide semiconductor layer 13, for example, by evaporation or sputtering (Fig. 2 (c)) (process 5). The metal layer or metal stack includes, for example, Mo, and for example, the thickness may be about 50 nm to 300 nm. For example, a Mo / Al / Mo stack, a Mo / Au stack, a Mo / Ti stack, a Mo / Ti / Al / Mo stack or a Mo / ITO stack can be used, but the present disclosure is not limited to these. To form the source contact 141 and the drain contact 142, the metal layer or metal stack is patterned by lithography and dry (plasma) etching, as shown in Fig. 2 (d) (step 6). The channel length can be, for example, 2 μm to 100 μm.

금속층을 에칭하여 소스 및 드레인 컨택을 형성한 후, 트랜지스터의 활성층(131)을 형성하기 위해, 금속 산화물 반도체층(13)을 리소그래피 및 웨트 또는 드라이 에칭에 의해 패터닝한다(도 2(e))(공정 7).After forming the source and drain contacts by etching the metal layer, to form the active layer 131 of the transistor, the metal oxide semiconductor layer 13 is patterned by lithography and wet or dry etching (Fig. 2 (e)) ( Process 7).

다음에, 예를 들면, 약 50 nm 내지 300 nm 두께의 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 알루미늄 산화물층과 같은 페시베이션층을 스퍼터링, ALD 또는 CVD에 의해 증착하고(공정 8), 플라즈마 에칭 또는 웨트 에칭을 사용하여 패터닝한다(공정9). 최종적으로, 구조를, 예를 들면, 질소 분위기 또는 공기 중에서 약 50℃ 내지 약 175℃에서 어닐링한다(공정10).Next, a passivation layer such as, for example, a silicon oxide, silicon nitride or aluminum oxide layer of about 50 nm to 300 nm thickness is deposited by sputtering, ALD or CVD (step 8), and plasma etching or wet etching is performed. It is patterned using (Step 9). Finally, the structure is annealed, for example, in a nitrogen atmosphere or air at about 50 ° C to about 175 ° C (step 10).

일 실시형태에 따라 박막 트랜지스터 회로를 제조하는 경우, 이러한 회로에 형성된 캐패시터는 금속층 사이에 유전체층과 더불어 금속 산화물 반도체층을 포함한다.When manufacturing a thin film transistor circuit according to an embodiment, the capacitor formed in the circuit includes a metal oxide semiconductor layer in addition to a dielectric layer between the metal layers.

박막 트랜지스터는 도 1 및 도 2의 공정 흐름에 따라 제조되었다. 전기 절연 기판 상에, 패터닝된 Mo 게이트(두께 약 100 nm)가 제공되었다. 다음에, 약 100 nm 두께의 SiN 게이트 유전체층이 CVD에 의해 증착되었다. 다음의 공정에서, a-IGZO 층(In:Ga:Zn = 1:1:1 원자%, 두께 약 20 nm)는 O2 환경에서 RF/DC 스퍼터링에 의해 증착되었다. Mo 소스-드레인 컨택(두께 약 100 nm)은, 드라이 에칭 공정(SF6 + O2 플라즈마)을 사용하고 DC 스퍼터링 및 패터닝에 의해 a-IGZO 층 상부에 제공했다. 추후 공정에서, 활성 영역은 금속 산화물층의 광 리소그래피 및 웨트 에칭에 의해 정의되었다(a-IGZO층이 패터닝되었다). 최종적으로, 패시베이션층은 약 100 nm SiOx 가 스퍼터링된 후, 트랜지스터는 N2 환경에서 150℃에서 약 1시간 동안 어닐링되었다.Thin film transistors were fabricated according to the process flows of FIGS. On the electrically insulating substrate, a patterned Mo gate (about 100 nm thick) was provided. Next, a SiN gate dielectric layer about 100 nm thick was deposited by CVD. In the following process, a-IGZO layer (In: Ga: Zn = 1: 1: 1 atomic%, thickness about 20 nm) was deposited by RF / DC sputtering in an O 2 environment. The Mo source-drain contact (about 100 nm thick) was applied on top of the a-IGZO layer using a dry etching process (SF 6 + O 2 plasma) and by DC sputtering and patterning. In a later process, the active region was defined by photolithography and wet etching of the metal oxide layer (a-IGZO layer was patterned). Finally, the passivation layer was sputtered about 100 nm SiO x , and then the transistor was annealed at 150 ° C. for about 1 hour in an N 2 environment.

약 10 ㎛ 채널 길이를 갖는 트랜지스터의 측정된 트랜지스터 특징은 도 4에 도시된다. 트랜지스터는 높은 이동성(약 14.06 cm2/V.s), 낮은 서브 쓰레스홀드 기울기 (약 0.24 V/decade), 낮은 히스테리시스, 108을 초과 Ion/Ioff 및 0에 가까운 VTH(약 0.5 V)를 갖는다.The measured transistor characteristics of a transistor with a channel length of about 10 μm are shown in FIG. 4. Transistors have high mobility (approximately 14.06 cm 2 / Vs), low sub-threshold slope (approximately 0.24 V / decade), low hysteresis, greater than 10 8 I on / I off and V TH close to 0 (approximately 0.5 V) Have

참고로, GIZO 박막 트랜지스터는 에칭 정지층을 사용하지 않고 제작되지만, 다음의 상이한 공정 흐름을 따라, 금속 산화물 반도체 패터닝 및 에칭을, 소스 및 드레인 금속 패터닝 후에 하는 대신, 금속 증착 전에 수행했다. 참고로, 소스 및 드레인 컨택이 리프트-오프 공정에 의해 제조된 트랜지스터가 제작되었다(이는 수율 문제 때문에 스케일 확장에 적합하지 않다). 이러한 참조 트랜지스터의 트랜지스터 특징은 도 3에 도시된다. 금속 증착 전에 금속 산화물 반도체 에칭을 에칭 정지층 없이 수행하여 제작되는 트랜지스터(도 3에서 'DE Mo')는 분명히 낮은 ION/IOFF 율, 높은 서브 쓰레스홀드 기울기 및 큰 히스테레시스를 갖는다. 이는 소스 및 드레인 에칭에 사용되는 플라즈마의 GIZO층에 대한 부정적인 영향, 구체적으로 분포된 반도체 채널 영역 때문에 웨이퍼 표면 위에 플라즈마의 비균일 분포에 관한 것일 수 있다.For reference, GIZO thin film transistors are fabricated without using an etch stop layer, but metal oxide semiconductor patterning and etching were performed before metal deposition instead of after source and drain metal patterning, following the following different process flow. For reference, transistors in which source and drain contacts are manufactured by a lift-off process were fabricated (this is not suitable for scale expansion due to yield problems). The transistor characteristics of this reference transistor are shown in FIG. 3. A transistor fabricated by performing metal oxide semiconductor etching without an etch stop layer prior to metal deposition ('DE Mo' in FIG. 3) clearly has a low I ON / I OFF rate, a high sub-threshold slope, and a large hysteresis. This may be related to the negative effect of the plasma used for source and drain etching on the GIZO layer, specifically the non-uniform distribution of plasma over the wafer surface due to the distributed semiconductor channel region.

바람직한 실시형태에 따른 방법에서, 금속 산화물 반도체층은, 소스 및 드레인이 에칭될 때에 아직 패터닝되지 않았다. 따라서, 플라즈마는, 전체 기판 위에서 더 균일하게 분포되어 감소된 국부 플라즈마 비균일 및/또는 금속 산화물 반도체층에 대한 감소된 국부 플라즈마 주입 효과로 이어진다.In the method according to the preferred embodiment, the metal oxide semiconductor layer has not yet been patterned when the source and drain are etched. Thus, the plasma is distributed more uniformly over the entire substrate, leading to reduced local plasma non-uniformity and / or reduced local plasma implantation effect on the metal oxide semiconductor layer.

작동 디스플레이는 화소의 어레이를 선택 및 구동하기 위해 박막 GIZO 트랜지스터의 어레이를 포함하도록 제작되었다. GIZO 트랜지스터는 채널길이가 약 5 ㎛이고, 하나의 실시형태에 따른 방법에 의해 제작되었다. 트랜지스터의 어레이는 약 6 인치 기판 상에 제작되었다. 도 5는 이러한 어레이로부터 5개 트랜지스터의 측정된 전이 특성을 도시하고, 하나의 트랜지스터는 기판의 중심에 위치하고, 다른 4개의 트랜지스터는 기판의 대면하는 에지에 위치된다. 결과적으로는, 기판 위에 트랜지스터의 우수한 균일 특성을 나타낸다.The operational display was built to include an array of thin film GIZO transistors to select and drive an array of pixels. The GIZO transistor has a channel length of about 5 μm and was fabricated by a method according to one embodiment. The array of transistors was fabricated on about a 6 inch substrate. 5 shows the measured transition characteristics of five transistors from this array, one transistor located at the center of the substrate, and the other four transistors located at the facing edges of the substrate. As a result, it exhibits excellent uniformity characteristics of the transistor on the substrate.

또 다른 실험 결과가 하기에 기재된다. 시험 장치는 매우 도프된 Si (일반적인 게이트) 기판 상부에 열 성장 SiO2 (120 nm) 게이트 유전체 상에서 구현되었다. 활성층인, 15 nm 두께의 a-IGZO (In:Ga:Zn=1:1:1) 막은, 아르곤(Ar)하에서 6% O2 함유 DC 스퍼터링에 의해 증착되었다. 두께 및 O2/Ar 비율은 낮은 처리 온도에서 바람직한 TFT 성능을 달성하기 위해서 최적화되었다. 또한, 100 nm 두께의 Mo 소스 및 드레인(S/D) 컨택은 PVD에 의해 형성되고 SF6/O2 드라이 에칭 약품에 의해 패터닝되었다. S/D 형성 후, 활성층은 옥살산 용액에 의한 웨트-에칭 절차에 의해 패터닝되었다. 활성층 상부에, 100 nm SiO2 패시베이션층은 반응 펄스 DC PVD에 의해 증착되었다.Another experimental result is described below. The test setup was implemented on a thermally grown SiO 2 (120 nm) gate dielectric on top of a very doped Si (typical gate) substrate. The active layer, a 15 nm thick a-IGZO (In: Ga: Zn = 1: 1: 1) film, was deposited by DC sputtering with 6% O 2 under argon (Ar). The thickness and O 2 / Ar ratio were optimized to achieve desirable TFT performance at low processing temperatures. In addition, 100 nm thick Mo source and drain (S / D) contacts are formed by PVD and SF 6 / O 2 It was patterned by dry etching chemicals. After S / D formation, the active layer was patterned by wet-etching procedure with oxalic acid solution. On top of the active layer, a 100 nm SiO 2 passivation layer was deposited by reaction pulse DC PVD.

산업적 TFT의 전기적 특성은 비활성 N2 환경에서 파라미터 분석기를 사용해서 측정했다.The electrical properties of the industrial TFT were measured using a parameter analyzer in an inert N 2 environment.

종래 기술과 비교하면, a-IGZO 패터닝과 S/D 컨택 패터닝의 순서를 변경함으로써, 본 발명의 방법에서 a-IGZO 의 분리된 섬의 발생이 방지되고, 플라즈마 에칭 중에 전하의 국부 축적을 억제한다. 이러한 방법으로 표준 BCE 공정 흐름을 변경함으로써, 주요 TFT 파라미터, 예를 들면, 히스테레시스, 이동도, 및 전체 서브 쓰레스홀드 기울기의 상당한 개선을 나타낸다.Compared to the prior art, by changing the order of a-IGZO patterning and S / D contact patterning, the occurrence of isolated islands of a-IGZO in the method of the present invention is prevented, and local accumulation of charge during plasma etching is suppressed. . By changing the standard BCE process flow in this way, significant TFT parameters are exhibited, such as hysteresis, mobility, and overall sub-threshold slope.

종래의 리프트-오프 흐름, 표준 BCE 흐름(반도체 패터닝 후 S/D에칭), 및 본 발명의 측면에 따라 개질된 BCE 흐름(반도체 패터닝 전 S/D 에칭)에 의해 제작된 TFT의 3개의 일련의 시험의 I-V 특징은 도 6에 도시된다. 모든 시험 장치는 매우 도프된 Si(일반적인 게이트) 기판 상부에 열 성장 SiO2 (120nm) 게이트 유전체 상에서 구현되었다. 본 발명의 측면에 따라 개질된 BCE 흐름으로 제작된 a-IGZO 시험 장치는, 명확히 전방 게이트 전압 스위프와 후방 게이트 전압 스위프 사이의 전이 곡선에서, 무시할 수 있는 정도의 히스테레시스가 나타났다. 실제 결과에 따르면, 리프트-오프 S/D 기반 장치로 얻어진 결과와 매우 유사했다. 표 1은 3개의 상이한 흐름에 대한 주요 성능 파라미터의 결과를 제공한다.Three series of TFTs fabricated by conventional lift-off flow, standard BCE flow (S / D etching after semiconductor patterning), and BCE flow modified according to aspects of the present invention (S / D etching before semiconductor patterning) The IV characteristics of the test are shown in FIG. 6. All test devices were implemented on a thermally grown SiO 2 (120 nm) gate dielectric on top of a highly doped Si (typical gate) substrate. The a-IGZO test apparatus fabricated with a BCE flow modified in accordance with aspects of the present invention clearly exhibited negligible hysteresis in the transition curve between the front gate voltage sweep and the rear gate voltage sweep. The actual results were very similar to those obtained with a lift-off S / D based device. Table 1 gives the results of the main performance parameters for three different flows.

TFTTFT 파라미터 parameter 리프트-lift- 오프off 장치의 S/D  Device S / D
a-a- IGZOIGZO 에칭 장치 후 S/D  S / D after etching device
a-a- IGZOIGZO 에칭 장치 전 S/D  S / D before etching device
?? E 범위E range (cm (cm 22 /(V.s)/(V.s) 12-15 12-15 5-12 5-12 12-15 12-15 SSSS -1-One
(V/(V / decadedecade ))
0.3-04 0.3-04 0.3-0.8 0.3-0.8 0.3-04 0.3-04
히스테레시스Hysteresis (V) (V) < 0.5 <0.5 < 1.0 <1.0 < 0.5 <0.5

표준 BCE 처리된 TFT의 전이 특성은, 낮은 이동도 5 - 12 cm2/(V.s), 열화된 서브 쓰레스홀드 스윙 0.60V/decade, 네거티브 쓰레스홀드 전압 -0.5 V를 나타냈다. 또한, 전이 곡선에서 히스테리시스는 다른 2개의 흐름에 비해 상당히 증가했다. 후자는 a-IGZO의 작은 섬 상부에 S/D 금속층이 드라이 에칭되는 동안 많은 결함이 발생하는 것을 나타낸다. 이러한 손상은, 분리된 활성 영역에서 드라이 에칭 공정 중에 플라즈마 노출에 의해 국부적으로 전하가 축적하는 것에 기인한다. 전반적으로, 개질된 BCE 흐름은 장치 특징에서 상당한 개선으로 이어지는 것이 관찰되었다.The transition characteristics of the standard BCE-treated TFT exhibited low mobility 5-12 cm 2 / (Vs), degraded sub-threshold swing 0.60V / decade, and negative threshold voltage -0.5V. In addition, the hysteresis in the transition curve increased significantly compared to the other two flows. The latter indicates that many defects occur during the dry etching of the S / D metal layer on the top of the small island of a-IGZO. This damage is due to the local accumulation of charges by plasma exposure during the dry etch process in a separate active region. Overall, it has been observed that the modified BCE flow leads to significant improvements in device characteristics.

금속 라인 하에서 존재하는 a-IGZO 층이, 잠재적으로 신호 라인의 기생 캐패시턴스에 영향을 미칠 수 있는 지의 여부가 입증되었다. 이것은, 특히 (TFT) 디스플레이 및 회로 적용에 중요한 것이다. 이 효과를 입증하기 위해, 게이트 유전체에 해당하는 2개의 캐패시터가 a-IGZO 유무에 따라 비교되었다. 도 7에 도시된 바와 같이, 총 캐패시턴스의 단 5%만의 변화가 측정되었다. 또한, TFT의 전기적 성능에 대한 바이어스 응력의 영향을 조사했다. 포지티브 및 네거티브 방향으로 +/-1.0 MV/cm 에 대응하는 게이트 필드는 암실에서 실온에서 104초의 응력 시간 동안 적용했다. 풀리-온 조건(fully-on condiction)에 대응하는 포지티브 게이트 바이어스의 경우(VDS = 12V 및 VGS = 12V), 0.9 V의 쓰레스홀드 전압 시프트가 관찰되었다. 네거티브 바이어스의 경우(VDS = 0V 및 VGS = -12V), 1.0 V의 쓰레스홀드 전압 시프트가 관찰되었다. 도 8(a) 및 8(b)는 포지티브 및 네거티브 게이트 바이어스에 대한 바이어스 응력 시간의 함수로서 전이 특성의 변화를 도시한다. 도 8(c)는 포지티브 및 네거티브 양 방향으로, 응력 시간의 함수로서 VTH 시프트 비교를 제공한다.It has been demonstrated whether the a-IGZO layer present under the metal line could potentially affect the parasitic capacitance of the signal line. This is particularly important for (TFT) display and circuit applications. To demonstrate this effect, two capacitors corresponding to the gate dielectric were compared with or without a-IGZO. As shown in Figure 7, only 5% of the total capacitance change was measured. In addition, the effect of bias stress on the electrical performance of the TFT was investigated. A gate field corresponding to +/- 1.0 MV / cm in the positive and negative directions was applied in the dark at room temperature for a stress time of 10 4 seconds. In the case of a positive gate bias corresponding to a fully-on condiction (V DS = 12 V and V GS = 12 V), a threshold voltage shift of 0.9 V was observed. In the case of negative bias (V DS = 0 V and V GS = -12 V), a threshold voltage shift of 1.0 V was observed. 8 (a) and 8 (b) show the change in transition properties as a function of bias stress time for positive and negative gate bias. Figure 8 (c) provides a V TH shift comparison as a function of stress time, in both positive and negative directions.

최종적으로, 본 발명의 실시형태에 따라 개질된 BCE 공정 흐름은 게이트 유전체로서 200nm ICP-CVD SiN 및 게이트 금속화로서 100 nm MoCr을 갖는 PEN 호일 상에서 통합되었다.Finally, a BCE process flow modified according to an embodiment of the present invention was incorporated on a PEN foil with 200 nm ICP-CVD SiN as the gate dielectric and 100 nm MoCr as the gate metallization.

기판 호일은, 시판 공급업자로부터 25 ㎛ 두께 열 안정화 PEN 호일로서 구현되고, 기판 호일은 150 mm 단단한 유리 캐리어 상에 적층되었다. 캐리어는 디지털 회로 및 디스플레이의 전체 제작 공정 중에 지지체 역할을 한다. 제1단계에서, 200 nm SiN 배리어층은 PEN 호일 상부에 유도 결합 플라즈마 화학 기상 증착법(ICP-CVD)에 의해 150℃에서 증착되었다. 게이트 금속은 100 nm 두께의 MoCr 합금층을 물리적 증착(PVD)에 의해 형성한 후, 웨트 에칭 패턴화 절차를 수행한다. 다음에, 200 nm 두께의 SiN 게이트 유전체층은 ICP-CVD에 의해 150℃에서 증착되었다. 낮은 게이트 누설 전류 및 높은 파손 필드를 위해서는, 회로 및 디스플레이 백플레인 내에 장착 블록으로서 사용되는 TFT가 요구된다. PEN 호일 상에서 처리에 요구되는 낮은 온도(200℃ 미만)에서 종래의 CVD 증착에 의해서 우수한 유전체 특성을 달성하는 것은 어렵다. 따라서, 150℃에서 ICP-CVD에 의해 증착된 SiN 유전체층의 처리 조건은 최적화했다. 2 MV/cm에서 누설 전류가 1.3 e-6mA/cm2이고, ~8 MV/cm 의 파손 필드가 얻어졌다(유전율 ε=7.1).The substrate foil was implemented as a 25 μm thick heat stabilized PEN foil from a commercial supplier, and the substrate foil was laminated on a 150 mm rigid glass carrier. The carrier serves as a support during the entire manufacturing process of digital circuits and displays. In the first step, a 200 nm SiN barrier layer was deposited on the PEN foil at 150 ° C. by inductively coupled plasma chemical vapor deposition (ICP-CVD). The gate metal is formed by forming a 100 nm thick MoCr alloy layer by physical vapor deposition (PVD), and then performing a wet etching patterning procedure. Next, a 200 nm thick SiN gate dielectric layer was deposited at 150 ° C by ICP-CVD. For low gate leakage currents and high breakage fields, TFTs used as mounting blocks in circuit and display backplanes are required. It is difficult to achieve good dielectric properties by conventional CVD deposition at low temperatures (below 200 ° C.) required for processing on PEN foils. Therefore, the processing conditions of the SiN dielectric layer deposited by ICP-CVD at 150 ° C were optimized. At 2 MV / cm, the leakage current was 1.3 e- 6 mA / cm 2 , and a breakage field of ˜8 MV / cm was obtained (permittivity ε = 7.1).

다음에, 활성층인, 15 nm 두께의 a-IGZO(In:Ga:Zn=1:1:1)막은 아르곤에서 6% O2를 함유하는 DC-스퍼터링에 의해 증착되었다. 두께 및 O2/Ar 비율은, 낮은 처리 온도에서 바람직한 TFT 성능을 얻기 위해서 최적화되었다. 또한, 100 nm 두께 Mo 소스 및 드레인(S/D) 컨택은 PVD에 의해 형성되고 SF6/O2 드라이 에칭 약품에 의해 패터닝했다. S/D 형성 후, 활성층을 옥살산 용액을 이용하는 웨트 에칭 절차에 의해 패터닝했다. 활성층 상부에, 100 nm SiO2 패시베이션층은 반응성 펄스-DC PVD에 의해 증착되었다.Next, a 15 nm thick a-IGZO (In: Ga: Zn = 1: 1: 1) film, which is an active layer, was deposited by DC-sputtering containing 6% O 2 in argon. The thickness and O 2 / Ar ratio were optimized to obtain desirable TFT performance at low processing temperatures. In addition, 100 nm thick Mo source and drain (S / D) contacts are formed by PVD and SF 6 / O 2 It was patterned with a dry etching chemical. After S / D formation, the active layer was patterned by a wet etching procedure using an oxalic acid solution. On top of the active layer, a 100 nm SiO 2 passivation layer was deposited by reactive pulse-DC PVD.

얻어진 TFT (W/L=55/5 ㎛/㎛)의 전이 및 출력 특성은 도 9에 도시된다. TFT는 선형 이동도(μ) 12-15cm2/(V.s), - 1.0V의 VTH , 108의 ION / OFF 율 및 0.3V/decade의 서브 쓰레스홀드 스윙을 표시한다. 도 9(c)에서, 9개의 측정된 TFT의 확산된 VON 및 ION은 PEN 호일을 함유한 6인치 웨이퍼에 전체에 나타난다. VD =10V 및 VG = 20V 에서 VON 및 ION 의 확산은 5% 미만이다.The transition and output characteristics of the obtained TFT (W / L = 55/5 µm / µm) are shown in FIG. 9. The TFT displays linear mobility (μ) 12-15cm 2 / (Vs), -1.0V V TH , 10 8 I ON / OFF rate and 0.3V / decade sub-threshold swing. In Fig. 9 (c), the diffused V ON and I ON of the nine measured TFTs appear on the whole of a 6 inch wafer containing PEN foil. The diffusion of V ON and I ON at V D = 10V and V G = 20V is less than 5%.

상기 설명은 본 개시 내용의 특정한 실시형태에 대해서 기재한다. 그러나, 상기 개시 내용이 상세히 설명된다고 하더라도, 본 개시 내용은 다양한 방법으로 구현될 수 있는 것을 알 수 있다. 특정한 용어를 사용해서 본 개시 내용의 특정한 특징 또는 측면을 설명하는 경우, 용어가 본원에서 다시 정의되어 용어에 관련된 본 개시 내용의 특징 또는 측면의 임의의 특정한 특징을 포함하는 것으로 제한되도록 함축하지 않는 것을 유의한다.The above description describes specific embodiments of the present disclosure. However, even if the above disclosure is described in detail, it can be seen that the present disclosure can be implemented in various ways. When using certain terms to describe certain features or aspects of the present disclosure, it is not intended that the terms are redefined herein so as not to be limited to include any specific features of the features or aspects of the present disclosure related to the term. Be careful.

상기 상세한 설명이 다양한 실시형태에 적용되는 본 발명의 새로운 특징을 표시하고, 기재하고 및 설명하지만, 도시된 장치 및 공정의 세부사항 및 형태의 다양한 생략, 치환 및 변경은, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해서 가능하다.While the above detailed description marks, describes and describes new features of the present invention that apply to various embodiments, various omissions, substitutions and modifications of the details and forms of the illustrated devices and processes do not depart from the scope of the present invention. It is possible without a person skilled in the art.

Claims (11)

하부-게이트 상부-컨택 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 제작 방법으로서,
기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;
상기 게이트 전극을 커버하는 게이트 유전체층을 제공하는 단계;
상기 게이트 유전체층 상에 금속 산화물 반도체층을 증착하는 단계;
상기 금속 산화물 반도체층 상부 바로 위에 금속층 또는 금속층 스택을 증착하는 단계;
소스 및 드레인 컨택을 형성하도록 상기 금속층 또는 금속층 스택을 패터닝하는 단계 - 상기 금속층 또는 금속층 스택을 패터닝하는 단계는 기판 전체 상에 균일하게 분산되는 플라즈마를 이용하여 상기 금속층 또는 금속층 스택을 드라이 에칭하여, 국부 플라즈마 비균일 및 상기 금속 산화물 반도체층에 대한 국부 플라즈마 주입 효과를 감소시키는 것을 포함함 -; 및
이후, 상기 금속 산화물 반도체층을 패터닝하는 단계;
를 포함하는, 하부-게이트 상부-컨택 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 제작 방법.
A method of manufacturing a bottom-gate top-contact metal oxide semiconductor thin film transistor,
Forming a gate electrode on the substrate;
Providing a gate dielectric layer covering the gate electrode;
Depositing a metal oxide semiconductor layer on the gate dielectric layer;
Depositing a metal layer or a metal layer stack directly above the metal oxide semiconductor layer;
Patterning the metal layer or metal layer stack to form source and drain contacts-The patterning of the metal layer or metal layer stack is performed by dry etching the metal layer or metal layer stack using plasma uniformly distributed over the entire substrate, thereby localizing the metal layer or metal layer stack. Including reducing plasma non-uniformity and local plasma implantation effect on the metal oxide semiconductor layer; And
Then, patterning the metal oxide semiconductor layer;
A method of manufacturing a bottom-gate top-contact metal oxide semiconductor thin film transistor comprising a.
제1항에 있어서,
패시베이션층을 증착하는 단계 및 어닐링 공정을 수행하는 단계를 더 포함하는, 하부-게이트 상부-컨택 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 제작 방법.
According to claim 1,
A method of fabricating a bottom-gate top-contact metal oxide semiconductor thin film transistor further comprising depositing a passivation layer and performing an annealing process.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속 산화물 반도체층은 비결정질 IGZO (인듐 갈륨 아연 산화물)층을 포함하거나 이들로 이루어지는 것인, 하부-게이트 상부-컨택 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 제작 방법.
The method according to claim 1 or 2,
The metal oxide semiconductor layer comprises or consists of an amorphous IGZO (indium gallium zinc oxide) layer, a method of manufacturing a bottom-gate top-contact metal oxide semiconductor thin film transistor.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속 산화물 반도체층은 InZnO, HfInZnO, SiInZnO, ZnO, CuO 또는 SnO 층 중 임의의 하나 또는 임의의 조합을 포함하거나 이들로 이루어지는 것인, 하부-게이트 상부-컨택 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 제작 방법.
The method according to claim 1 or 2,
The metal oxide semiconductor layer comprises or consisting of any one or any combination of InZnO, HfInZnO, SiInZnO, ZnO, CuO or SnO layers, the method of manufacturing a bottom-gate top-contact metal oxide semiconductor thin film transistor.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속 산화물 반도체층은 두께가 10 nm 내지 80 nm인 것인, 하부-게이트 상부-컨택 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 제작 방법.
The method according to claim 1 or 2,
The metal oxide semiconductor layer has a thickness of 10 nm to 80 nm, a method of manufacturing a bottom-gate top-contact metal oxide semiconductor thin film transistor.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속층은 Mo를 포함하거나 이들로 이루어지고, 또는 상기 금속층 스택은 Mo/Al/Mo 스택, Mo/Au 스택, Mo/Ti 스택, Mo/Ti/Al/Mo 스택 또는 Mo/ITO 스택을 포함하거나 이들로 이루어지는 것인, 하부-게이트 상부-컨택 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 제작 방법.
The method according to claim 1 or 2,
The metal layer includes or consists of Mo, or the metal layer stack includes a Mo / Al / Mo stack, a Mo / Au stack, a Mo / Ti stack, a Mo / Ti / Al / Mo stack, or a Mo / ITO stack, or A method of manufacturing a bottom-gate top-contact metal oxide semiconductor thin film transistor made of these.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속층 또는 상기 금속층 스택은 두께가 50 nm 내지 300 nm의 범위인 것인, 하부-게이트 상부-컨택 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 제작 방법.
The method according to claim 1 or 2,
The metal layer or the metal layer stack, the thickness of which is in the range of 50 nm to 300 nm, a method of manufacturing a bottom-gate top-contact metal oxide semiconductor thin film transistor.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속 산화물 반도체층을 패터닝하는 단계는, 상기 소스 및 드레인 컨택을 정의하기 위해서, 상기 금속 산화물 반도체층의 상부 위에 금속층 또는 금속층 스택을 패터닝하는 단계 이후에 수행되는 것인, 하부-게이트 상부-컨택 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 제작 방법.
The method according to claim 1 or 2,
The step of patterning the metal oxide semiconductor layer is performed after the step of patterning a metal layer or a metal layer stack over the top of the metal oxide semiconductor layer, in order to define the source and drain contacts. Method for manufacturing a metal oxide semiconductor thin film transistor.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 기판은 폴리에틸렌 나프탈레이트 호일을 포함하는 것인, 하부-게이트 상부-컨택 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 제작 방법.
The method according to claim 1 or 2,
The substrate comprises a polyethylene naphthalate foil, a method of manufacturing a bottom-gate top-contact metal oxide semiconductor thin film transistor.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 게이트 유전체층에 접촉하기 위해서 상기 게이트 유전체층 내에 비아(via)를 형성하는 단계를 더 포함하는, 하부-게이트 상부-컨택 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 제작 방법.
The method according to claim 1 or 2,
And forming a via in the gate dielectric layer to contact the gate dielectric layer.
제1항 또는 제2항에 있어서,
채널 길이가 2 내지 5 마이크로미터인 트랜지스터를 제작하기 위한, 하부-게이트 상부-컨택 금속 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 제작 방법.
The method according to claim 1 or 2,
A method of fabricating a bottom-gate top-contact metal oxide semiconductor thin film transistor for fabricating a transistor having a channel length of 2 to 5 micrometers.
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