KR102227413B1 - Logic device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention discloses a logic element as a plurality of transistors in which a passivation layer is formed of a material having a work function that is different from a work function of an amorphous oxide semiconductor channel layer to cover at least a portion of a top surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer between a source electrode and a drain electrode. In particular, according to the invention, the passivation layer is formed of a material having a work function that is larger or smaller than the work function of the amorphous oxide semiconductor channel layer, and a relative difference in a contact area between the passivation layer of the transistors and the top surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer is adjusted based on the above configuration, so that a level of movement of electrons between the passivation layer and the amorphous oxide semiconductor channel layer is adjusted, and thus the transistors are designed to operate as one of a relative depletion-type transistor and a relative enhancement-type transistor. Therefore, according to the related art, it is difficult to implement an enhancement-type transistor or a p-type channel layer when oxide is applied as a material for a channel layer, so that it is difficult to manufacture a complementary logic element. However, according to the present invention, the relative depletion-type transistor and the relative enhancement-type transistor in which oxide is applied to the channel layer as described above are applied, so that the complementary logic element is implemented and manufactured simply and advantageously.

Description

논리소자 및 그의 제조방법 {LOGIC DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Logic device and its manufacturing method {LOGIC DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 논리소자에 관한 것으로, 특히 채널층 물질에 비정질 산화물을 적용한 트랜지스터들로 구현가능한 논리소자에 관한 것이다.The present invention relates to a logic device, and more particularly, to a logic device that can be implemented with transistors in which an amorphous oxide is applied to a channel layer material.

또한, 본 발명은 상기 논리소자의 제조방법에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a method of manufacturing the logic device.

최근들어 비정질 산화물 반도체가 차세대 전기 및 전자 제품에 본격적으로 적용되고 있으며, 예컨대 박막 트랜지스터(TFT)의 능동채널층으로서 유기발광 다이오드(OLED)나 능동 매트릭스 LCD에 사용된다. Recently, amorphous oxide semiconductors are being applied in earnest to next-generation electric and electronic products, and are used, for example, in organic light-emitting diodes (OLEDs) or active matrix LCDs as active channel layers of thin-film transistors (TFTs).

이러한 비정질 산화물 반도체는 금속-산화물 기지상으로 구성되고 전도대가 구형의 ns 오비탈로 구성되므로, 비정질임에도 불구하고 높은 캐리어 이동성을 나타내므로 유리하다.Since such amorphous oxide semiconductor is composed of a metal-oxide matrix and a conduction band is composed of a spherical ns orbital, it is advantageous because it exhibits high carrier mobility despite being amorphous.

그럼에도, 일반적으로 비정질 산화물의 특성상 비정질 산화물 반도체로 p형 채널층을 구현하기가 어려우며 대부분이 n형 채널층이다. 따라서, 비정질 산화물 반도체로는 n형 채널 트랜지스터와 p형 채널 트랜지스터 모두를 포함하는 상보성(complimentary)의 논리소자를 구현하기가 어려워 비정질 산화물 반도체를 논리소자의 제조에 효과적으로 적용할 수 있는 기술의 개발이 요청된다.Nevertheless, it is generally difficult to implement a p-type channel layer with an amorphous oxide semiconductor due to the characteristics of an amorphous oxide, and most are n-type channel layers. Therefore, it is difficult to implement a complementary logic device including both an n-type channel transistor and a p-type channel transistor with an amorphous oxide semiconductor, making it difficult to develop a technology that can effectively apply an amorphous oxide semiconductor to the manufacture of a logic device. Is requested.

1. 공개특허공보 10-2017-0123860호(2017. 11. 9)1. Unexamined Patent Publication No. 10-2017-0123860 (November 9, 2017)

2. 등록특허공보 제10-1413657호(2014. 6. 24)2. Registered Patent Publication No. 10-1413657 (2014. 6. 24)

따라서, 본 발명은 채널층 물질에 비정질 산화물을 적용한 트랜지스터들로 구현가능한 논리소자와 그 제조방법을 제공하기위한 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a logic device and a method of manufacturing the same, which can be implemented with transistors in which an amorphous oxide is applied to a channel layer material.

위 과제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 관점에 의한 논리소자는 서로 전기적으로 연결된 복수의 트랜지스터를 포함하고, 상기 복수의 트랜지스터는 각각 기판상에 차례로 형성된 게이트 전극, 게이트 절연층 및 비정질 산화물 반도체 채널층과, 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면에 서로 이격되도록 형성된 소스 전극 및 드레인 전극과, 상기 소스 전극 및 드레인 전극 간의 영역에서 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면의 적어도 일부를 덮도록 형성되되 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 작은 일함수를 갖는 패시베이션층을 포함하고, 상기 복수의 트랜지스터는 상기 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면 간의 제1접촉면적을 갖는 하나 이상의 제1트랜지스터와, 상기 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면 간의 제2접촉면적을 갖고 상기 하나 이상의 제1트랜지스터와 연결된 하나 이상의 제2트랜지스터의 조합으로 구성되되, 상기 제1접촉면적은 상기 제2접촉면적보다 더 크고, 상기 제1트랜지스터는 상기 제2트랜지스터보다 상대적으로 문턱전압이 더 낮고 구동 트랜지스터로서 작동하고, 상기 제2트랜지스터는 상기 제1트랜지스터보다 상대적으로 문턱전압이 더 높고 부하 트랜지스터로서 작동한다.In order to solve the above problem, a logic device according to an aspect of the present invention includes a plurality of transistors electrically connected to each other, and the plurality of transistors are each formed in turn on a substrate, a gate electrode, a gate insulating layer, and an amorphous oxide semiconductor. A channel layer, a source electrode and a drain electrode formed to be spaced apart from each other on an upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer, and formed to cover at least a part of an upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer in a region between the source electrode and the drain electrode. And a passivation layer having a work function smaller than that of the amorphous oxide semiconductor channel layer, wherein the plurality of transistors include at least one first transistor having a first contact area between the passivation layer and an upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer. , Consisting of a combination of one or more second transistors having a second contact area between the passivation layer and an upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer and connected to the one or more first transistors, wherein the first contact area is greater than the second contact area. It is larger, and the first transistor has a relatively lower threshold voltage than the second transistor and operates as a driving transistor, and the second transistor has a relatively higher threshold voltage than the first transistor and operates as a load transistor.

또한, 본 발명의 다른 일 관점에 의한 논리소자는 서로 전기적으로 연결된 복수의 트랜지스터를 포함하고, 상기 복수의 트랜지스터는 각각 기판상에 차례로 형성된 게이트 전극, 게이트 절연층 및 비정질 산화물 반도체 채널층과, 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면에 서로 이격되도록 형성된 소스 전극 및 드레인 전극과, 상기 소스 전극 및 드레인 전극 간의 영역에서 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면의 적어도 일부를 덮도록 형성되되 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 큰 일함수를 갖는 패시베이션층을 포함하고, 상기 복수의 트랜지스터는 상기 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면 간의 제1접촉면적을 갖는 하나 이상의 제1트랜지스터와, 상기 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면 간의 제2접촉면적을 갖고 상기 하나 이상의 제1트랜지스터와 연결된 하나 이상의 제2트랜지스터의 조합으로 구성되되, 상기 제1접촉면적은 상기 제2접촉면적보다 더 크고, 상기 제2트랜지스터는 상기 제1트랜지스터보다 상대적으로 문턱전압이 더 낮고 구동 트랜지스터로서 작동하고, 상기 제1트랜지스터는 상기 제2트랜지스터보다 상대적으로 문턱전압이 더 높고 부하 트랜지스터로서 작동한다.In addition, a logic device according to another aspect of the present invention includes a plurality of transistors electrically connected to each other, wherein each of the plurality of transistors includes a gate electrode, a gate insulating layer, and an amorphous oxide semiconductor channel layer sequentially formed on a substrate, and the A source electrode and a drain electrode formed to be spaced apart from each other on an upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer, and the amorphous oxide semiconductor channel layer formed to cover at least a portion of the upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer in a region between the source electrode and the drain electrode And a passivation layer having a work function greater than a work function of, wherein the plurality of transistors include at least one first transistor having a first contact area between the passivation layer and an upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer, the passivation layer, and Consisting of a combination of one or more second transistors having a second contact area between upper surfaces of the amorphous oxide semiconductor channel layer and connected to the one or more first transistors, the first contact area is larger than the second contact area, and the second contact area is larger than the second contact area. The second transistor has a relatively lower threshold voltage than the first transistor and operates as a driving transistor, and the first transistor has a relatively higher threshold voltage than the second transistor and operates as a load transistor.

또한, 선택적으로, 상기 제1트랜지스터 및 제2트랜지스터 각각의 패시베이션층은 서로 동일한 폭을 가질 수 있고, 상기 제1트랜지스터의 패시베이션층은 상기 제2트랜지스터의 패시베이션층보다 더 큰 길이를 가질 수 있다.In addition, optionally, the passivation layer of each of the first and second transistors may have the same width, and the passivation layer of the first transistor may have a length greater than that of the passivation layer of the second transistor.

또한, 선택적으로, 상기 제1트랜지스터 및 상기 제2트랜지스터 각각의 패시베이션층은 상기 비정질 산화물 반도체 채널층보다 더 짧은 길이를 가질 수 있고 상기 소스 전극 및 드레인 전극으로부터 이격될 수 있다.In addition, optionally, the passivation layer of each of the first and second transistors may have a length shorter than that of the amorphous oxide semiconductor channel layer and may be spaced apart from the source electrode and the drain electrode.

또한, 선택적으로, 상기 패시베이션층이 상기 소스 전극 및 드레인 전극으로부터 이격되는 거리는 1㎛ 이상일 수 있다.Also, optionally, a distance between the passivation layer and the source electrode and the drain electrode may be 1 μm or more.

또한, 선택적으로, 상기 논리소자는 인버터, NAND 논리소자, NOR 논리소자, 인코더, 디코더, MUX, DEMUX 및 센스 앰프 중의 하나일 수 있다.Also, optionally, the logic device may be one of an inverter, a NAND logic device, a NOR logic device, an encoder, a decoder, a MUX, a DEMUX, and a sense amplifier.

또한, 선택적으로, 상기 제1트랜지스터는 상기 제2트랜지스터에 비해 상대적으로 더 공핍형(depletion mode)이고 상기 제2트랜지스터는 상기 제1트랜지스터에 비해 상대적으로 더 증가형(enhancement mode)일 수 있다.In addition, optionally, the first transistor may be a more depletion mode than the second transistor, and the second transistor may be a relatively more enhancement mode than the first transistor.

또한, 선택적으로, 상기 제1트랜지스터는 상기 제2트랜지스터에 비해 상대적으로 더 증가형이고 상기 제2트랜지스터는 상기 제1트랜지스터에 비해 상대적으로 더 공핍형일 수 있다.In addition, optionally, the first transistor may be a relatively increased type compared to the second transistor, and the second transistor may be a relatively more depleted type than the first transistor.

또한, 선택적으로, 상기 패시베이션층은 산화아연인듐(In-ZnO), 산화주석(SnO2), 산화아연주석(Zn-SnO), 산화주석인듐(In-SnO), 실리콘산화인듐(ISO), 산화인듐주석(ITO), 니켈(Ni), 구리(Cu), 인듐(In), 마그네슘(Mg), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 금(Au), 은(Ag) 및 알루미늄(Al)으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 구성될 수 있다.In addition, optionally, the passivation layer is indium zinc oxide (In-ZnO), tin oxide (SnO 2 ), tin oxide (Zn-SnO), indium tin oxide (In-SnO), indium silicon oxide (ISO), Indium tin oxide (ITO), nickel (Ni), copper (Cu), indium (In), magnesium (Mg), tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti), gold (Au), silver (Ag) ) And aluminum (Al).

또한, 선택적으로, 상기 패시베이션층은 I족 원소, II족 원소, III족 원소, IV족 원소, V족 원소 및 란탄 계열 원소로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 더 포함할 수 있다.In addition, optionally, the passivation layer may further include at least one material selected from the group consisting of a group I element, a group II element, a group III element, a group IV element, a group V element, and a lanthanum element.

또한, 선택적으로, 상기 비정질 산화물 반도체 채널층은 실리콘(Si), 인듐(In), 아연(Zn), 주석(Sn), 질소(N), 마그네슘(Mg), 니오븀(Nb), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 게르마늄(Ge), 티타늄(Ti), 리튬(Li), 칼륨(K), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 안티모니(Sb), 이트륨(Y), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 탄탈럼(Ta) 및 갈륨(Ga)으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 비정질 산화물로 구성될 수 있다. 또한, 바람직하게는, 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 조성은 SiZnSnO 또는 SiInZnO일 수 있다. 또한, 더 바람직하게는, 상기 SiZnSnO는 각각 총량에 대비하여 0.01wt% 내지 40wt% 범위의 실리콘(Si), 20wt% 내지 80wt% 범위의 아연(Zn), 및 0.01wt% 내지 70wt% 범위의 주석(Sn)일 수 있고, 상기 SiInZnO는 각각 총량에 대비하여 10wt% 이하의 실리콘(Si), 10wt% 내지 95wt% 범위의 인듐(In), 및 80wt% 이하의 아연(Zn)일 수 있다. In addition, optionally, the amorphous oxide semiconductor channel layer is silicon (Si), indium (In), zinc (Zn), tin (Sn), nitrogen (N), magnesium (Mg), niobium (Nb), aluminum (Al ), gold (Au), copper (Cu), germanium (Ge), titanium (Ti), lithium (Li), potassium (K), tungsten (W), molybdenum (Mo), antimony (Sb), yttrium ( It may be composed of an amorphous oxide including at least one selected from the group consisting of Y), hafnium (Hf), zirconium (Zr), aluminum (Al), tantalum (Ta), and gallium (Ga). In addition, preferably, the composition of the amorphous oxide semiconductor channel layer may be SiZnSnO or SiInZnO. In addition, more preferably, the SiZnSnO is a silicon (Si) in the range of 0.01wt% to 40wt%, zinc (Zn) in the range of 20wt% to 80wt%, and tin in the range of 0.01wt% to 70wt%, respectively, relative to the total amount (Sn), and the SiInZnO may be 10 wt% or less of silicon (Si), 10 wt% to 95 wt% of indium (In), and 80 wt% or less of zinc (Zn) based on the total amount.

또한, 선택적으로, 상기 기판의 조성은 고농도로 도핑된 실리콘 기판, 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리아미드-이미드(polyamide-imide), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 폴리우레탄아크릴레이트(polyurethaneacrylate, PUA), 폴리아크릴아미드(polyacrylamide, PA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET), 폴리에테르 설폰(Polyether sulfone, PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI), 폴리다이메틸실록세인(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA), 폴리스틸렌(Polystyrene, PS), 이축연신폴리스틸렌(biaxially oriented PS, BOPS), 아크릴수지, 실리콘수지, 불소수지, 변성에폭시수지, 실리콘, 유리 및 강화유리로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.In addition, optionally, the composition of the substrate is a silicon substrate doped with a high concentration, polyimide (PI), polyamide (PA), polyamide-imide, polyurethane (polyurethane, PU). ), polyurethane acrylate (PUA), polyacrylamide (PA), polyethylene terephthalate (PET), polyether sulfone (PES), polyethylene naphthalate (PEN), Polycarbonate (PC), polymethylmethacrylate (PMMA), polyetherimide (PEI), polydimethylsiloxane (PDMS), polyethylene (PE), polyvinyl alcohol ( At least one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, PVA), polystyrene (PS), biaxially oriented PS (BOPS), acrylic resin, silicone resin, fluorine resin, modified epoxy resin, silicone, glass and tempered glass It may include.

또한, 선택적으로, 상기 게이트 전극의 조성은 고농도로 도핑된 실리콘 기판, 산화인듐주석(Indium Tin Oxide; ITO), 산화갈륨아연(Gallium Zinc Oxide; GZO), 산화인듐갈륨아연(Indium Gallium Zinc Oxide; IGZO), 산화인듐갈륨(Indium Gallium Oxide; IGO), 산화인듐아연(Indium Zinc Oxide; IZO), 산화인듐(In2O3), Si, Mo, Al, Ag, Au, Cu 및 Ta으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.In addition, optionally, the composition of the gate electrode is a silicon substrate doped with a high concentration, indium tin oxide (ITO), gallium zinc oxide (GZO), indium gallium zinc oxide (Indium Gallium Zinc Oxide); IGZO), Indium Gallium Oxide (IGO), Indium Zinc Oxide (IZO), Indium Oxide (In 2 O 3 ), Si, Mo, Al, Ag, Au, Cu and Ta It may include one or more selected from.

또한, 선택적으로, 상기 게이트 절연층의 조성은 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiNx), 산화지르코늄(ZrO2), 산화하프늄(HfO2), 산화티타늄(TiO2), 산화탄탈륨(Ta2O5), 바륨-스트론튬-티타늄-산소 화합물(Ba-Sr-Ti-O) 및 비스머스-아연-니오븀-산소 화합물(Bi-Zn-Nb-O)로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.In addition, optionally, the composition of the gate insulating layer is silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN x ), zirconium oxide (ZrO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), and tantalum oxide ( Ta 2 O 5 ), barium-strontium-titanium-oxygen compound (Ba-Sr-Ti-O) and bismuth-zinc-niobium-oxygen compound (Bi-Zn-Nb-O) at least one selected from the group consisting of Can include.

또한, 선택적으로, 상기 기판, 상기 게이트 전극 및 상기 게이트 절연층으로 형성된 구조물은 상면에 산화실리콘(SiO2)막이 형성된 p++-Si 기판 또는 N++-Si 기판을 이룰 수 있다.In addition, optionally, the substrate, the gate electrode, and the structure formed of the gate insulating layer may form a p ++ -Si substrate or an N ++ -Si substrate having a silicon oxide (SiO 2 ) film formed on an upper surface thereof.

또한, 선택적으로, 상기 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층의 각 조성은 각각 상기 복수의 트랜지스터 간에 동일할 수 있다.In addition, optionally, each composition of the passivation layer and the amorphous oxide semiconductor channel layer may be the same between the plurality of transistors, respectively.

또한, 본 발명의 또 다른 일 관점에 의한 논리소자의 제조방법은, 기판상에 차례로 게이트 전극, 게이트 절연층 및 비정질 산화물 반도체 채널층을 형성하고, 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면에 서로 이격되도록 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하고, 상기 소스 전극 및 드레인 전극 간의 영역에서 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면의 적어도 일부를 덮도록 패시베이션층을 형성하여 복수의 트랜지스터를 제조한 후, 상기 복수의 트랜지스터를 전기적으로 연결하는 것을 포함하는 논리소자의 제조방법이고, 상기 패시베이션층을 형성하는 단계는, 상기 패시베이션층의 구성 물질을 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 구성 물질보다 더 작은 일함수를 갖도록 선택하는 단계와, 상기 복수의 트랜지스터 중의 일부는 상대적으로 문턱전압이 더 낮은 상대적 공핍형 트랜지스터로서 작동하고 나머지 다른 일부는 상대적으로 문턱전압이 더 높은 상대적 증가형 트랜지스터로서 작동하도록 상기 나머지 다른 일부와 대비하여 상기 일부에서의 상기 패시베이션층과 상기 비정질 산화물 반도체 채널층 간의 접촉면적의 크기를 상대적으로 더 크게 조절하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 트랜지스터를 전기적으로 연결하는 단계는 상기 복수의 트랜지스터 중의 상기 일부는 구동 트랜지스터로서 작동하고 상기 나머지 다른 일부는 부하 트랜지스터로서 작동하도록 서로 연결하여 전기회로를 구성하는 단계를 포함한다.In addition, the method of manufacturing a logic device according to another aspect of the present invention is to sequentially form a gate electrode, a gate insulating layer, and an amorphous oxide semiconductor channel layer on a substrate, and spaced apart from each other on the upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer. After forming a source electrode and a drain electrode, forming a passivation layer to cover at least a part of an upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer in a region between the source electrode and the drain electrode to manufacture a plurality of transistors, the plurality of transistors A method of manufacturing a logic device comprising electrically connecting, wherein the forming of the passivation layer comprises: selecting a material of the passivation layer to have a work function smaller than that of the amorphous oxide semiconductor channel layer; and Some of the plurality of transistors operate as a relative depletion-type transistor having a relatively lower threshold voltage, and the other part operates as a relative increase-type transistor having a relatively higher threshold voltage. And adjusting the size of the contact area between the passivation layer and the amorphous oxide semiconductor channel layer to be relatively larger, and electrically connecting the plurality of transistors includes the part of the plurality of transistors as a driving transistor. And connecting the other parts to each other to form an electrical circuit to operate as a load transistor.

또한, 본 발명의 또 다른 일 관점에 의한 논리소자의 제조방법은, 기판상에 차례로 게이트 전극, 게이트 절연층 및 비정질 산화물 반도체 채널층을 형성하고, 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면에 서로 이격되도록 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하고, 상기 소스 전극 및 드레인 전극 간의 영역에서 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면의 적어도 일부를 덮도록 패시베이션층을 형성하여 복수의 트랜지스터를 제조한 후, 상기 복수의 트랜지스터를 전기적으로 연결하는 것을 포함하는 논리소자의 제조방법이고, 상기 패시베이션층을 형성하는 단계는, 상기 패시베이션층의 구성 물질을 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 구성 물질보다 더 큰 일함수를 갖도록 선택하는 단계와, 상기 복수의 트랜지스터의 일부는 상대적으로 문턱전압이 더 낮은 상대적 공핍형 트랜지스터로서 작동하고 나머지 다른 일부는 상대적으로 문턱전압이 더 높은 상대적 증가형 트랜지스터로서 작동하도록 상기 나머지 다른 일부와 대비하여 상기 일부에서의 상기 패시베이션층과 상기 비정질 산화물 반도체 채널층 간의 접촉면적의 크기를 상대적으로 더 작게 조절하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 트랜지스터를 전기적으로 연결하는 단계는 상기 복수의 트랜지스터 중의 상기 일부는 구동 트랜지스터로서 작동하고 상기 나머지 다른 일부는 부하 트랜지스터로서 작동하도록 서로 연결하여 전기회로를 구성하는 단계를 포함한다.In addition, the method of manufacturing a logic device according to another aspect of the present invention is to sequentially form a gate electrode, a gate insulating layer, and an amorphous oxide semiconductor channel layer on a substrate, and spaced apart from each other on the upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer. After forming a source electrode and a drain electrode, forming a passivation layer to cover at least a part of an upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer in a region between the source electrode and the drain electrode to manufacture a plurality of transistors, the plurality of transistors A method of manufacturing a logic device comprising electrically connecting, wherein the forming of the passivation layer includes selecting a material of the passivation layer to have a work function greater than that of the amorphous oxide semiconductor channel layer; and Some of the plurality of transistors operate as a relative depletion type transistor having a relatively lower threshold voltage, and the other part operates as a relative increase type transistor having a relatively higher threshold voltage. And adjusting the size of the contact area between the passivation layer and the amorphous oxide semiconductor channel layer to be relatively smaller, wherein the step of electrically connecting the plurality of transistors includes the part of the plurality of transistors as a driving transistor. And connecting the other parts to each other to form an electrical circuit to operate as a load transistor.

또한, 선택적으로, 상기 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층의 각 조성은 각각 상기 복수의 트랜지스터 간에 동일하게 선택할 수 있다.Also, optionally, each composition of the passivation layer and the amorphous oxide semiconductor channel layer may be selected equally among the plurality of transistors, respectively.

본 발명에 따르면, 상기 패시베이션층을 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 크거나 아니면 더 작은 일함수를 갖는 물질로 구성하고, 이에 기반하여 상기 복수의 트랜지스터의 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층 상면 간의 접촉면적의 서로 상대적인 차이를 조절함으로써 전자가 상기 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층 간에 이동하는 수준을 조절할 수 있고, 이에 따라 상기 복수의 트랜지스터는 상대적 공핍형 트랜지스터와 상대적 증가형 트랜지스터 중의 하나로서 작동하도록 설계될 수 있다.According to the present invention, the passivation layer is made of a material having a work function greater than or less than that of the amorphous oxide semiconductor channel layer, and based on this, the passivation layer and the top surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer of the plurality of transistors By controlling the relative difference between the contact areas between each other, the level at which electrons move between the passivation layer and the amorphous oxide semiconductor channel layer can be controlled, and accordingly, the plurality of transistors operate as one of a relative depletion type transistor and a relative increase type transistor. Can be designed to

이로써, 본 발명에 따르면, 채널층에 산화물을 적용하면서도 본 발명에 따른 상대적 공핍형 트랜지스터 및 상대적 증가형 트랜지스터를 적용하여 상보성 논리소자를 간단하고 유리하게 구현 및 제조할 수 있다.Accordingly, according to the present invention, while applying the oxide to the channel layer, it is possible to implement and manufacture a complementary logic device simply and advantageously by applying the relative depletion transistor and the relative increase transistor according to the present invention.

도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 일 실시양태에 따른 트랜지스터를 도시한다.
도 2a~2b는 본 발명에 따라 전자가 패시베이션층(P1, P2)과 비정질 산화물 반도체 채널층(C1, C2) 물질의 전도대 간에 이동하는 현상을 설명하기위한 에너지 밴드 다이어그램으로서,
도 2a는 패시베이션층으로부터 비정질 산화물 반도체 채널층으로의 전자 이동을 나타내고;
도 2b는 반대로 비정질 산화물 반도체 채널층으로부터 패시베이션층으로의 전자 이동을 나타낸다.
도 3은 도 2a와 같이 패시베이션층이 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 작은 일함수를 갖고 각각의 패시베이션층의 길이가 다르게 설계된 도 1a~1b의 제1 및 제2 트랜지스터의 전기적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4a~4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 인버터(NOT 논리소자)를 도시하는 것으로서, 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따라 상대적 공핍형 트랜지스터("D-mode")와 상대적 증가형 트랜지스터("E-mode")로 제조된 인버터(NOT 논리소자)의 구조를 도시하되, 사용되는 트랜지스터들에서 패시베이션층이 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 작은 일함수를 가질 경우이고;
도 4b는 도 4a에 도시된 인버터의 등가회로도를 도시한다.
그리고, 도 4c는 본 발명의 다른 일 실시예에 따라, 도 4a에 도시한 실시예의 한 변형으로서, 도 4a의 실시예와는 반대로 인버터 회로에서 사용되는 트랜지스터들에서 패시베이션층이 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 큰 일함수를 갖도록 구성된 상대적 공핍형 트랜지스터("D-mode")와 상대적 증가형 트랜지스터("E-mode")로 제조된 인버터(NOT 논리소자)의 구조를 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 도 4a의 인버터의 NOT 논리회로 특성을 보인 그래프로서,
도 5a는 입력전압(Vin)-출력전압(Vout) 특성을 보이고;
도 5b는 입력전압(Vin)-전압이득(Gain) 특성을 보인다.
도 6a~6b는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라 제조된 NAND 논리소자를 도시하는 것으로,
도 6a는 1개의 상대적 공핍형 트랜지스터("D-mode")와 2개의 상대적 증가형 트랜지스터("E-mode")로 구현된 NAND 논리소자의 구조를 도시하되, 도 4a와 마찬가지로 사용되는 트랜지스터들에서 패시베이션층이 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 작은 일함수를 가질 경우이고;
도 6b는 도 6a의 NAND 논리소자의 등가회로도(좌측)와 연산동작(우측)을 도시한다.
그리고, 도 6c는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라, 도 6a에 도시한 실시예의 한 변형으로서, 도 6a의 실시예와는 반대로 NAND 논리회로에서 사용되는 트랜지스터들에서 패시베이션층이 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 큰 일함수를 갖도록 구성된 상대적 공핍형 트랜지스터("D-mode")와 상대적 증가형 트랜지스터("E-mode")로 제조된 NAND 논리소자의 구조를 도시한다.
도 7a~7b는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라 제조된 NOR 논리소자를 도시하는 것으로,
도 7a는 1개의 상대적 공핍형 트랜지스터("D-mode")와 2개의 상대적 증가형 트랜지스터("E-mode")로 구현된 NOR 논리소자의 구조를 도시하되, 도 4a와 마찬가지로 사용되는 트랜지스터들에서 패시베이션층이 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 작은 일함수를 가질 경우이고;
도 7b는 도 7a의 NOR 논리소자의 등가회로도(좌측)와 연산동작(우측)을 도시한다.
그리고, 도 7c는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라, 도 7a에 도시한 실시예의 한 변형으로서, 도 7a의 실시예와는 반대로 NOR 논리회로에서 사용되는 트랜지스터들에서 패시베이션층이 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 큰 일함수를 갖도록 구성된 상대적 공핍형 트랜지스터("D-mode")와 상대적 증가형 트랜지스터("E-mode")로 제조된 NOR 논리소자의 구조를 도시한다.
1A and 1B each show a transistor according to an embodiment of the present invention.
2A to 2B are energy band diagrams for explaining a phenomenon in which electrons move between the conduction bands of the material of the passivation layers P1 and P2 and the amorphous oxide semiconductor channel layers C1 and C2 according to the present invention,
2A shows electron transfer from the passivation layer to the amorphous oxide semiconductor channel layer;
Figure 2b, on the contrary, shows electron transfer from the amorphous oxide semiconductor channel layer to the passivation layer.
3 shows the electrical characteristics of the first and second transistors of FIGS. 1A to 1B in which the passivation layer has a work function smaller than that of the amorphous oxide semiconductor channel layer and the length of each passivation layer is different, as shown in FIG. 2A. It is a graph.
4A to 4B illustrate an inverter (NOT logic device) manufactured according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4A is a relative depletion transistor (“D-mode”) and a relative depletion transistor (“D-mode”) according to an embodiment of the present invention. It shows the structure of an inverter (NOT logic device) manufactured with an incremental transistor ("E-mode"), but in the transistors used, the passivation layer has a work function smaller than the work function of the amorphous oxide semiconductor channel layer. ;
4B shows an equivalent circuit diagram of the inverter shown in FIG. 4A.
4C is a variation of the embodiment shown in FIG. 4A, according to another embodiment of the present invention. In contrast to the embodiment of FIG. 4A, the passivation layer is an amorphous oxide semiconductor channel layer in transistors used in the inverter circuit. A structure of an inverter (NOT logic device) made of a relative depletion transistor ("D-mode") and a relative increase transistor ("E-mode") configured to have a work function greater than the work function of is shown.
5A and 5B are graphs showing the characteristics of the NOT logic circuit of the inverter of FIG. 4A,
5A shows input voltage (V in )-output voltage (V out ) characteristics;
Figure 5b shows the input voltage (V in )-voltage gain (Gain) characteristics.
6A-6B illustrate a NAND logic device manufactured according to another embodiment of the present invention,
6A shows a structure of a NAND logic device implemented with one relative depletion transistor ("D-mode") and two relative increase transistors ("E-mode"), but transistors used in the same manner as in FIG. 4A In the case where the passivation layer has a work function smaller than that of the amorphous oxide semiconductor channel layer;
6B is an equivalent circuit diagram (left) and operation operation (right) of the NAND logic element of FIG. 6A.
In addition, FIG. 6C is a variation of the embodiment shown in FIG. 6A according to another embodiment of the present invention. In contrast to the embodiment of FIG. 6A, the passivation layer is an amorphous oxide semiconductor in transistors used in the NAND logic circuit. A structure of a NAND logic device made of a relative depletion transistor ("D-mode") and a relative increase transistor ("E-mode") configured to have a work function greater than the work function of the channel layer is shown.
7A-7B illustrate a NOR logic device manufactured according to another embodiment of the present invention,
7A shows a structure of a NOR logic device implemented with one relative depletion transistor ("D-mode") and two relative increase transistors ("E-mode"), but transistors used in the same manner as in FIG. 4A In the case where the passivation layer has a work function smaller than that of the amorphous oxide semiconductor channel layer;
Fig. 7B shows an equivalent circuit diagram (left) and operation operation (right) of the NOR logic element of Fig. 7A.
In addition, FIG. 7C is a variation of the embodiment shown in FIG. 7A according to another embodiment of the present invention. In contrast to the embodiment of FIG. 7A, the passivation layer is an amorphous oxide semiconductor in transistors used in the NOR logic circuit. A structure of a NOR logic device made of a relative depletion transistor ("D-mode") and a relative increase transistor ("E-mode") configured to have a work function greater than that of the channel layer is shown.

본 발명은 반도체 채널층 물질로서 비정질 산화물이 적용된 복수의 트랜지스터로써 구성가능한 논리소자를 개시한다.The present invention discloses a logic device configurable as a plurality of transistors to which an amorphous oxide is applied as a semiconductor channel layer material.

먼저, 하술하겠지만, 본 발명의 논리소자는 본 명세서에서 사용하는 용어인 "상대적 공핍형 트랜지스터(relative depletion mode transistor)" 및 "상대적 증가형 트랜지스터(relative enhancement mode transistor)"으로 지칭되는 2가지 유형의 복수의 트랜지스터들로 구성된다.First, as will be described below, the logic device of the present invention is of two types referred to as "relative depletion mode transistor" and "relative enhancement mode transistor", which are terms used herein. It is composed of a plurality of transistors.

특히, 여기서 상기 "상대적"이란 용어는 단순히 상기 두 유형의 트랜지스터 간에 어느 것이 더 문턱전압이 상대적으로 높은지 낮은지를 나타낸다. 즉, 본 명세서에서 사용하는 용어인 "상대적 공핍형 트랜지스터"는 "상대적 증가형 트랜지스터"에 비하여 문턱전압이 상대적으로 더 낮은, 즉 상대적으로 더 공핍형인 트랜지스터를 지칭한다. 또한, 반대되는 개념으로서, 본 명세서에서 사용하는 용어인 "상대적 증가형 트랜지스터"는 상기 "상대적 공핍형 트랜지스터"에 비하여 문턱전압이 상대적으로 더 높은, 즉 상대적으로 더 증가형인 트랜지스터를 지칭한다.In particular, the term "relative" here simply refers to which one has a relatively higher or lower threshold voltage between the two types of transistors. That is, the term "relative depletion transistor" as used herein refers to a transistor having a relatively lower threshold voltage, that is, a relatively more depletion-type transistor than that of a "relative increase transistor". In addition, as an opposite concept, the term "relatively increasing transistor" as used herein refers to a transistor having a relatively higher threshold voltage, that is, a relatively higher increasing type compared to the "relative depletion transistor".

그럼, 본 발명을 해당 도면을 참조하며 상세히 설명한다.Then, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 일 실시양태에 따른 트랜지스터를 도시한다. First, FIGS. 1A and 1B each show a transistor according to an embodiment of the present invention.

도 1a~1b를 참조하면, 도 1a의 제1트랜지스터 및 도 1b의 제2트랜지스터는 공히 기판(SUB) 상에 차례로 게이트 전극(G1, G2), 게이트 절연층(GI1, GI2) 및 비정질 산화물 반도체 채널층(C1, C2)이 형성되고, 상기 비정질 산화물 반도체 채널층(C1, C2) 상에 소스 전극(S1, S2) 및 드레인 전극(D1, D2)이 서로 이격되어 형성된다.1A-1B, the first transistor of FIG. 1A and the second transistor of FIG. 1B are sequentially gate electrodes G1 and G2, gate insulating layers GI1 and GI2, and an amorphous oxide semiconductor on a substrate SUB. Channel layers C1 and C2 are formed, and source electrodes S1 and S2 and drain electrodes D1 and D2 are formed on the amorphous oxide semiconductor channel layers C1 and C2 to be spaced apart from each other.

본 발명에서, 상기 비정질 산화물 반도체 채널층(C1, C2)은 예컨대 실리콘 (Si), 인듐 (In), 아연 (Zn), 주석 (Sn), 질소(N), 마그네슘(Mg), 니오븀(Nb), 알루미늄(Al), 금 (Au), 구리(Cu), 게르마늄(Ge), 티타늄(Ti), 리튬(Li), 칼륨(K), 텅스텐(W) 몰리브덴 (Mo), 안티모니(Sb), 이트륨(Y), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 탄탈럼(Ta), 갈륨(Ga) 등을 포함한 공지된 물질들 중에서 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함하는 비정질 산화물로 구성될 수 있고, 실시예들로서 SiZnSnO 또는 SiInZnO로 구성될 수 있다. 상기 비정질 산화물 반도체 채널층(C1, C2)은 PVD나 CVD 등을 포함한 통상의 공정으로 형성될 수 있다.In the present invention, the amorphous oxide semiconductor channel layer (C1, C2) is, for example, silicon (Si), indium (In), zinc (Zn), tin (Sn), nitrogen (N), magnesium (Mg), niobium (Nb) ), aluminum (Al), gold (Au), copper (Cu), germanium (Ge), titanium (Ti), lithium (Li), potassium (K), tungsten (W) molybdenum (Mo), antimony (Sb) ), yttrium (Y), hafnium (Hf), zirconium (Zr), aluminum (Al), tantalum (Ta), gallium (Ga), etc. It may be composed of, as examples, may be composed of SiZnSnO or SiInZnO. The amorphous oxide semiconductor channel layers C1 and C2 may be formed by a conventional process including PVD or CVD.

특히, 제1 및 제2 트랜지스터들은 상기 소스 전극(S1, S2) 및 드레인 전극(D1, D2) 간의 영역에서 상기 비정질 산화물 반도체 채널층(C1, C2) 상면의 적어도 일부를 덮도록 형성되되 상기 비정질 산화물 반도체 채널층(C1, C2)과 다른 물질로 구성된 패시베이션층(passivation layer: P1, P2)을 더 포함한다. In particular, the first and second transistors are formed to cover at least a portion of the upper surfaces of the amorphous oxide semiconductor channel layers C1 and C2 in the region between the source electrodes S1 and S2 and the drain electrodes D1 and D2, It further includes passivation layers P1 and P2 made of a material different from the oxide semiconductor channel layers C1 and C2.

본 발명에서, 이러한 패시베이션층(P1, P2)은 상기 비정질 산화물 반도체 채널층(C1, C2)과 상이한(즉, 상대적으로 더 크거나 작은) 일함수를 갖는 물질로 구성된다.In the present invention, these passivation layers P1 and P2 are made of a material having a work function different from (ie, relatively larger or smaller) from the amorphous oxide semiconductor channel layers C1 and C2.

이에 따른 기본 메커니즘은 도 2a~2b를 참조하여 설명되며, 도 2a~2b는 본 발명에 따라 전자가 패시베이션층(P1, P2)과 비정질 산화물 반도체 채널층(C1, C2) 물질의 전도대 간에 이동하는 현상을 설명하기위한 에너지 밴드 다이어그램이다.The basic mechanism according to this will be described with reference to Figs. 2a to 2b, and Figs. 2a to 2b show that electrons move between the conduction bands of the passivation layers P1 and P2 and the amorphous oxide semiconductor channel layers C1 and C2 materials according to the present invention. It is an energy band diagram to explain the phenomenon.

먼저, 도 2a에 도시하듯이, 도 1a~1b의 제1 및 제2 트랜지스터 구조에서 패시베이션층(P1, P2) 물질의 일함수가 상기 비정질 산화물 반도체 채널층(C1, C2) 물질의 일함수보다 더 작을수록, 패시베이션층(P1, P2) 물질의 전자가 비정질 산화물 반도체 채널층(C1, C2) 물질의 전도대로 이동하는 전자주입이 원활하게 발생한다. First, as shown in FIG. 2A, in the first and second transistor structures of FIGS. 1A to 1B, the work function of the materials of the passivation layers P1 and P2 is greater than the work function of the materials of the amorphous oxide semiconductor channel layers C1 and C2. As the value is smaller, electron injection in which electrons of the material of the passivation layers P1 and P2 move to the conduction band of the material of the amorphous oxide semiconductor channel layers C1 and C2 smoothly occurs.

즉, 패시베이션층(P1, P2)을 비정질 산화물 반도체 채널층(C1, C2) 물질보다 더 작은 일함수를 갖는 물질로 구성하면, 상기 패시베이션층(P1, P2)이 형성되지않은 트랜지스터보다 문턱전압이 낮아지는 이른바 공핍형(depletion mode) 메커니즘이 되므로 전기적 특성이 개선된다. That is, when the passivation layers P1 and P2 are made of a material having a smaller work function than the material of the amorphous oxide semiconductor channel layers C1 and C2, the threshold voltage is higher than that of the transistors in which the passivation layers P1 and P2 are not formed. Electrical characteristics are improved because it becomes a so-called depletion mode mechanism that decreases.

예컨대, 이러한 공핍형 메커니즘은 상기 비정질 산화물 반도체 채널층(C1, C2)이 Si-Zn-SnO(대략 4.53eV의 일함수) 조성이고 패시베이션층(P1, P2)이 실리콘산화인듐(ISO)(대략 4.49eV), 산화인듐주석(ITO)(대략 4.51eV), Ti/Al(대략 3.92eV) 또는 Al(대략 3.79eV) 조성인 조합의 경우 구현될 수 있다.For example, such a depletion mechanism is that the amorphous oxide semiconductor channel layers (C1, C2) have a Si-Zn-SnO (work function of approximately 4.53 eV) composition, and the passivation layers (P1, P2) are indium silicon oxide (ISO) (approximately 4.49 eV), indium tin oxide (ITO) (approximately 4.51 eV), Ti/Al (approximately 3.92 eV) or Al (approximately 3.79 eV) composition.

반대로, 도 2b에 도시하듯이, 패시베이션층(P1, P2)을 비정질 산화물 반도체 채널층(C1, C2) 물질보다 더 큰 일함수를 갖는 물질로 구성하면, 역으로 전자들은 비정질 산화물 반도체 채널층(C1, C2)으로부터 패시베이션층(P1, P2)으로 이동함으로써 문턱전압이 높아지는 이른바 증가형(enhancement mode) 메커니즘이 되므로 전기적 특성이 저하된다. Conversely, as shown in FIG. 2B, when the passivation layers P1 and P2 are made of a material having a larger work function than the material of the amorphous oxide semiconductor channel layers C1 and C2, conversely, electrons are transferred to the amorphous oxide semiconductor channel layer ( As the threshold voltage moves from C1 and C2 to the passivation layers P1 and P2, it becomes a so-called enhancement mode mechanism in which the threshold voltage increases, so electrical characteristics are degraded.

예컨대, 이러한 증가형 메커니즘은 상기 비정질 산화물 반도체 채널층(C1, C2)의 조성이 Si-Zn-SnO(대략 4.53eV)이고 패시베이션층(P1, P2)의 조성이 Ag(대략 4.64eV)인 조합의 경우 구현될 수 있다.For example, this incremental mechanism is a combination in which the composition of the amorphous oxide semiconductor channel layers (C1, C2) is Si-Zn-SnO (approximately 4.53 eV) and the composition of the passivation layers (P1, P2) is Ag (approximately 4.64 eV). Can be implemented in the case of.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 패시베이션층(P1, P2)은 산화아연인듐(In-ZnO), 산화주석(SnO2), 산화아연주석(Zn-SnO), 산화주석인듐(In-SnO), 실리콘산화인듐(ISO), 산화인듐주석(ITO), 니켈(Ni), 구리(Cu), 인듐(In), 마그네슘(Mg), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 금(Au), 은(Ag) 및 알루미늄(Al)으로 구성된 군에서 비정질 산화물 반도체 채널층(C)의 일함수보다 더 낮은 하나 이상의 물질로 선택될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the passivation layers P1 and P2 are indium zinc oxide (In-ZnO), tin oxide (SnO 2 ), tin zinc oxide (Zn-SnO), and indium tin oxide (In-SnO). , Silicon oxide (ISO), indium tin oxide (ITO), nickel (Ni), copper (Cu), indium (In), magnesium (Mg), tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti), From the group consisting of gold (Au), silver (Ag), and aluminum (Al), one or more materials lower than the work function of the amorphous oxide semiconductor channel layer C may be selected.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 패시베이션층(P1, P2)은 상기 물질 외에, 리튬(Li) 또는 칼륨(K)과 같은 I족 원소, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 또는 스트론튬(Sr)과 같은 II족 원소, 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 인듐(In) 또는 이트륨(Y)과 같은 III족 원소, 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 실리콘(Si), 주석(Sn) 또는 게르마늄(Ge)과 같은 IV족 원소, 탄탈륨(Ta), 바나듐(V), 니오븀(Nb) 또는 안티몬(Sb)과 같은 V족 원소, 또는 란타늄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리듐(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb) 또는 루테듐(Lu)과 같은 란탄(Ln) 계열 원소 등이 더 포함될 수도 있다.In addition, in another embodiment of the present invention, the passivation layer (P1, P2) is a group I element such as lithium (Li) or potassium (K), magnesium (Mg), calcium (Ca), or strontium in addition to the material. Group II elements such as (Sr), group III elements such as gallium (Ga), aluminum (Al), indium (In) or yttrium (Y), titanium (Ti), zirconium (Zr), silicon (Si), tin Group IV elements such as (Sn) or germanium (Ge), group V elements such as tantalum (Ta), vanadium (V), niobium (Nb) or antimony (Sb), or lanthanum (La), cerium (Ce), Praseodymium (Pr), Neodymium (Nd), Promethium (Pm), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolithium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er) , A lanthanum (Ln)-based element such as thulium (Tm), ytterbium (Yb), or rutedium (Lu) may be further included.

이하, 본 명세서에서는 본 발명이 기반하는 기본 원리의 반복 기재를 피하고자, 기본적으로 도 2a와 같이 패시베이션층(P1, P2)을 비정질 산화물 반도체 채널층(C1, C2) 물질보다 더 작은 일함수를 갖는 물질로 구성한 공핍형 메커니즘의 트랜지스터들에 의해 논리소자를 구성함을 위주로 하여 본 발명을 설명한다. Hereinafter, in the present specification, in order to avoid repetitive description of the basic principle on which the present invention is based, the passivation layers P1 and P2 are basically used as a work function smaller than that of the amorphous oxide semiconductor channel layers C1 and C2 materials, as shown in FIG. 2A. The present invention will be described with a focus on configuring a logic device by transistors of a depletion mechanism made of a material having a material.

따라서, 본 발명은 이에 한정되지않고, 하술하는 본 발명의 기본 원리에 의하여 도 2a가 아닌 도 2b와 같이 패시베이션층(P1, P2)을 비정질 산화물 반도체 채널층(C1, C2) 물질보다 더 큰 일함수를 갖는 물질로 구성한 증가형 메커니즘의 트랜지스터들에 의해서도 논리소자를 당연히 구성할 수 있으며 이 역시 본 발명의 범주에 포함된다.Accordingly, the present invention is not limited thereto, and the passivation layers P1 and P2 are larger than those of the amorphous oxide semiconductor channel layers C1 and C2 as shown in FIG. 2B instead of FIG. 2A according to the basic principle of the present invention to be described below. A logic device can naturally be configured by transistors of an incremental mechanism made of a material having a function, and this is also included in the scope of the present invention.

도 3은 도 2a와 같이 패시베이션층이 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 작은 일함수를 갖고 제1트랜지스터(도 1a)가 제2트랜지스터(도 1b)보다 더 긴 패시베이션층(P1)을 갖는 구조에서의 전기적 특성을 나타낸 그래프이다.3 shows that the passivation layer has a work function smaller than that of the amorphous oxide semiconductor channel layer, and the first transistor (Fig. 1a) has a longer passivation layer (P1) than the second transistor (Fig. 1b), as shown in Fig. 2a. It is a graph showing the electrical characteristics of the structure.

도 3을 참조하면, 패시베이션층(P1, P2)이 비정질 산화물 반도체 채널층(C1, C2)의 상면 일부를 덮도록 형성된 제1 및 제2 트랜지스터 모두 문턱전압이 음(-)의 방향으로 낮아진 공핍형임을 알 수 있으나, 특히 제1 및 제2 트랜지스터의 패시베이션층(P1, P2)의 상대적인 길이를 조절함으로써, 제1트랜지스터(도 1a)가 제2트랜지스터(도 1b)보다 문턱전압이 상대적으로 음(-)의 방향으로 약간 더 낮은, 즉 상대적으로 더 공핍형인 상대적 공핍형 트랜지스터로 구현되고, 제2트랜지스터(도 1b)는 제1트랜지스터(도 1a)보다 문턱전압이 상대적으로 양(+)의 방향으로 약간 더 높은, 즉 상대적으로 더 증가형인 상대적 증가형 트랜지스터로 구현됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, both the first and second transistors formed so that the passivation layers P1 and P2 cover portions of the upper surfaces of the amorphous oxide semiconductor channel layers C1 and C2 have a lower threshold voltage in the negative (-) direction. Type, but in particular, by adjusting the relative lengths of the passivation layers P1 and P2 of the first and second transistors, the first transistor (FIG. 1A) has a relatively negative threshold voltage than the second transistor (FIG. 1B). It is implemented as a relatively depletion transistor that is slightly lower in the (-) direction, that is, a relatively more depletion type, and the second transistor (FIG. 1B) has a relatively positive threshold voltage than the first transistor (FIG. 1A). It can be seen that it is implemented with a relatively incremental transistor that is slightly higher in the direction, that is, a relatively incremental type.

본 발명에 의한 논리소자는 이러한 상대적 공핍형 트랜지스터(예컨대 도 1a의 제1트랜지스터) 및 상대적 증가형 트랜지스터(예컨대 도 1b의 제2트랜지스터)의 2가지 유형 중에서 어느 하나로 되는 복수의 트랜지스터로 구성된다.The logic device according to the present invention is composed of a plurality of transistors of any one of two types: such a relative depletion transistor (eg, the first transistor in FIG. 1A) and a relative increase transistor (eg, the second transistor in FIG. 1B).

이를 위하여, 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 먼저 패시베이션층을 비정질 산화물 반도체 채널층 물질보다 더 작은 일함수를 갖는 물질로 구성할 경우, 상기 상대적 공핍형 트랜지스터의 패시베이션층은 상기 상대적 증가형 트랜지스터의 패시베이션층보다 비정질 산화물 반도체 채널층 표면과의 접촉면적이 더 넓도록 설계된다. To this end, in one embodiment of the present invention, first, when the passivation layer is made of a material having a work function smaller than that of the amorphous oxide semiconductor channel layer material, the passivation layer of the relative depletion transistor is It is designed to have a wider contact area with the surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer than the passivation layer.

즉, 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층 표면과의 접촉면적이 넓을수록, 전술했듯이 전자가 패시베이션층으로부터 비정질 산화물 반도체 채널층으로 이동하는 전자주입 메커니즘이 발생하는 영역이 더 확대됨으로써 트랜지스터의 문턱전압은 더 낮아지는 더욱 공핍형으로 형성된다. That is, the larger the contact area between the passivation layer and the surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer, the larger the region where the electron injection mechanism for moving electrons from the passivation layer to the amorphous oxide semiconductor channel layer occurs, thereby increasing the threshold voltage of the transistor. It is formed in a more depletion type that becomes lower.

일 실시예로서, 도 1a~1b를 참조하면, 제1트랜지스터의 패시베이션층(P1)은 제2트랜지스터의 패시베이션층(P2)보다 길이가 더 길고 이에 따라 비정질 산화물 반도체 채널층(C1)으로의 전자주입 영역이 상대적으로 더 크므로, 이들 도 1a~1b의 제1 및 제2 트랜지스터를 전기적 연결하여 조합한 경우, 제1트랜지스터는 상대적 공핍형 트랜지스터로서, 제2트랜지스터는 상대적 증가형 트랜지스터로서 각각 작동할 수 있다. 이러한 각각의 전기적 특성은 도 3에서 확인된다.As an embodiment, referring to FIGS. 1A to 1B, the passivation layer P1 of the first transistor is longer than the passivation layer P2 of the second transistor, and thus electrons to the amorphous oxide semiconductor channel layer C1 Since the implantation region is relatively larger, when the first and second transistors of FIGS. 1A to 1B are electrically connected and combined, the first transistor operates as a relative depletion transistor and the second transistor operates as a relative increase transistor. can do. Each of these electrical characteristics is confirmed in FIG. 3.

또한, 반대로, 본 발명의 다른 일 실시양태에 있어서, 패시베이션층을 비정질 산화물 반도체 채널층 물질보다 더 큰 일함수를 갖는 물질로 구성할 경우, 위와는 반대로, 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층 표면과의 접촉면적이 넓을수록, 전자가 비정질 산화물 반도체 채널층으로부터 패시베이션층으로 이동하는 영역이 더 확대되므로, 트랜지스터의 문턱전압은 더 높아진다. In addition, on the contrary, in another embodiment of the present invention, when the passivation layer is made of a material having a work function greater than that of the amorphous oxide semiconductor channel layer material, contrary to the above, the passivation layer and the amorphous oxide semiconductor channel layer surface The wider the contact area of, the greater the area in which electrons move from the amorphous oxide semiconductor channel layer to the passivation layer, and thus the threshold voltage of the transistor becomes higher.

따라서, 위와는 반대로, 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층 표면의 접촉면적이 더 넓은 제1트랜지스터(도 1a)는 상대적 증가형 트랜지스터로서, 상기 접촉면적이 더 작은 제2트랜지스터(도 1b)는 상대적 공핍형 트랜지스터로 작동할 수 있다.Therefore, contrary to the above, the first transistor (FIG. 1A) having a larger contact area between the passivation layer and the amorphous oxide semiconductor channel layer surface is a relative increase-type transistor, and the second transistor (FIG. 1B) having a smaller contact area is relatively It can operate as a depletion transistor.

위와 같이, 본 발명에 따르면, 상대적 공핍형 트랜지스터(들)을 구동 트랜지스터로서, 그리고 상대적 증가형 트랜지스터(들)을 부하 트랜지스터로 구성함으로써 NAND 및 NOR 등을 포함한 공지된 다양한 논리소자를 구성할 수 있다. As described above, according to the present invention, by configuring the relative depletion type transistor(s) as a driving transistor and the relative increasing type transistor(s) as a load transistor, various known logic devices including NAND and NOR can be configured. .

그리고, 바람직하게는, 정밀하면서도 간편한 제어를 위하여, 상대적 공핍형 및 상대적 증가형의 트랜지스터는 각 트랜지스터의 비정질 산화물 반도체 채널층을 동일한 재료로 구성하고 각 트랜지스터의 비정질 산화물 반도체 채널층과 그 상부의 패시베이션층 간의 접촉면적을 임의로 조절함으로써 설계될 수 있다. And, preferably, for precise and simple control, the relative depletion type and relative increase type transistors consist of the amorphous oxide semiconductor channel layer of each transistor made of the same material, and the amorphous oxide semiconductor channel layer of each transistor and the passivation thereon It can be designed by arbitrarily adjusting the contact area between layers.

본 발명의 일 실시예에서, 이러한 접촉면적의 조절은 도 1a~1b와 같이 패시베이션층(P1, P2)의 폭은 비정질 산화물 반도체 채널층(C1, C2)의 폭과 동일하나 다만 패시베이션층(P1, P2) 각각의 길이는 서로 다르게 설계함으로써 달성될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the width of the passivation layers P1 and P2 is the same as the width of the amorphous oxide semiconductor channel layers C1 and C2 as shown in FIGS. 1A to 1B, but the passivation layer P1 , P2) Each length can be achieved by designing differently.

또한, 패시베이션층(P1, P2)은 주위의 소스 전극(S1, S2) 및 드레인 전극(D1, D2)과의 양호한 전기적 격리를 위하여 이들 소스 전극(S1, S2) 및 드레인 전극(D1, D2)과의 최소 이격거리는 대략 1㎛임으로 설계됨이 바람직하다.In addition, the passivation layers (P1, P2) are source electrodes (S1, S2) and drain electrodes (D1, D2) for good electrical isolation from the surrounding source electrodes (S1, S2) and drain electrodes (D1, D2). It is preferable to design the minimum separation distance between the and approximately 1㎛.

또한, 다른 일 실시예에서, 상기 접촉면적의 조절은 패시베이션층(P1, P2) 각각의 폭 및/또는 길이를 서로 다르게 설계함으로써 달성될 수 있다. In addition, in another embodiment, the control of the contact area may be achieved by designing different widths and/or lengths of each of the passivation layers P1 and P2.

뿐만 아니라, 이러한 패시베이션층은 비정질 산화물 반도체 채널층에 대한 외부로부터의 빛, 산소, 수분, 및/또는 불순물 등의 투과를 차단할 수 있으므로 트랜지스터의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. 일 실시예에서, 상기 투과의 효과적인 차단을 위하여 본 발명의 패시배이션층의 두께는 대략 4㎚ 이상일 수 있다.In addition, since the passivation layer can block transmission of light, oxygen, moisture, and/or impurities from the outside to the amorphous oxide semiconductor channel layer, the electrical characteristics of the transistor can be improved. In one embodiment, in order to effectively block the transmission, the thickness of the passivation layer of the present invention may be approximately 4 nm or more.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 기판(SUB)은 고농도로 도핑된 실리콘 기판, 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리아미드-이미드(polyamide-imide), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 폴리우레탄아크릴레이트(polyurethaneacrylate, PUA), 폴리아크릴아미드(polyacrylamide, PA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET), 폴리에테르 설폰(Polyether sulfone, PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI), 폴리다이메틸실록세인(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA), 폴리스틸렌(Polystyrene, PS), 이축연신폴리스틸렌(biaxially oriented PS, BOPS), 아크릴수지, 실리콘수지, 불소수지, 변성에폭시수지, 실리콘, 유리 및 강화유리로 구성된 군에서 선택된 하나 이상으로 될 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention, the substrate (SUB) is a silicon substrate doped with a high concentration, polyimide (PI), polyamide (PA), polyamide-imide, Polyurethane (PU), polyurethane acrylate (PUA), polyacrylamide (PA), polyethylene terephthalate (PET), polyether sulfone (PES), polyethylene naphthalate ( polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polymethylmethacrylate (PMMA), polyetherimide (PEI), polydimethylsiloxane (PDMS), polyethylene (PE) ), polyvinyl alcohol (PVA), polystyrene (PS), biaxially oriented PS (BOPS), acrylic resin, silicone resin, fluorine resin, modified epoxy resin, silicone, glass and tempered glass. It may be one or more selected from the group consisting of.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 게이트 전극(G1, G2)은 고농도로 도핑된 실리콘 기판, 투명 전도성 산화물들인 산화인듐주석(Indium Tin Oxide; ITO), 산화갈륨아연(Gallium Zinc Oxide; GZO), 산화인듐갈륨아연(Indium Gallium Zinc Oxide; IGZO), 산화인듐갈륨(Indium Gallium Oxide; IGO), 산화인듐아연(Indium Zinc Oxide; IZO), 산화인듐(In2O3), Si, Mo, Al, Ag, Au, Cu, 및 Ta으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상으로 될 수 있다.In addition, in an embodiment of the present invention, the gate electrodes G1 and G2 are a silicon substrate doped with a high concentration, indium tin oxide (ITO), which are transparent conductive oxides, and gallium zinc oxide (GZO). ), Indium Gallium Zinc Oxide (IGZO), Indium Gallium Oxide (IGO), Indium Zinc Oxide (IZO), Indium Oxide (In 2 O 3 ), Si, Mo, It may be one or more selected from the group consisting of Al, Ag, Au, Cu, and Ta.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 게이트 절연막(GI1, GI2)은 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiNx), 산화지르코늄(ZrO2), 산화하프늄(HfO2), 산화티타늄(TiO2), 산화탄탈륨(Ta2O5), 바륨-스트론튬-티타늄-산소 화합물(Ba-Sr-Ti-O), 및 비스머스-아연-니오븀-산소 화합물(Bi-Zn-Nb-O)로 구성된 군에서 선택된 하나 이상으로 될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 게이트 절연막(GI)으로서 산화실리콘(SiO2)이 사용되고 이것이 증착된 p++-Si 기판 또는 N++-Si 기판이 일체의 상기 기판(SUB)-게이트 전극(G)-게이트 절연막(GI)으로서 사용될 수 있다.In addition, in an embodiment of the present invention, the gate insulating layers GI1 and GI2 are silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN x ), zirconium oxide (ZrO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ), and titanium oxide ( TiO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), barium-strontium-titanium-oxygen compound (Ba-Sr-Ti-O), and bismuth-zinc-niobium-oxygen compound (Bi-Zn-Nb-O) It may be one or more selected from the group consisting of. In one embodiment, silicon oxide (SiO 2 ) is used as the gate insulating film (GI), and the p ++ -Si substrate or N ++ -Si substrate on which it is deposited is the integrated substrate (SUB)-gate electrode (G) -Can be used as a gate insulating film (GI).

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 소스 전극(S1, S2) 및 드레인 전극(D1, D2)의 조성은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), ITO 및 ISO가 이루는 군에서 선택된 하나 이상으로 될 수 있다.In addition, in an embodiment of the present invention, the composition of the source electrode (S1, S2) and the drain electrode (D1, D2) is gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), titanium It may be one or more selected from the group consisting of (Ti), tungsten (W), molybdenum (Mo), ITO, and ISO.

위와 같은 본 발명의 바람직한 실시예들을 아래에서 더 설명한다. 다만, 본 발명이 하술하는 실시예들은 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공되는 것이며, 본 발명은 하기 실시예들로만 한정되는 것은 아니다.Preferred embodiments of the present invention as described above will be further described below. However, the embodiments described below by the present invention are provided to aid in an overall understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예: 상대적 공핍형 트랜지스터와 상대적 증가형 트랜지스터의 제조Example: Fabrication of Relative Depletion Transistors and Relative Incremental Transistors

P++-Si 또는 N++-Si기판을 사용하여 그 상단부에 50~200㎚ 두께의 산화막(SiO2)으로 게이트 절연층을 형성하였다. 그리고, RF 스퍼터링 기법을 활용하여 SiZnSnO 또는 SiInZnO 조성의 비정질 산화물 반도체 박막층을 증착 및 사진식각하고 채널의 활성화 및 밀도 증대와 불순물 제거를 위하여 열처리하였다. 바람직한 상기 SiZnSnO의 일 조성예는 각각 총량에 대비하여 0.01wt% 내지 40wt% 범위의 실리콘(Si), 20wt% 내지 80wt% 범위의 아연(Zn), 그리고 0.01wt% 내지 70wt% 범위의 주석(Sn)이고, 바람직한 상기 SiInZnO의 일 조성예는 각각 총량에 대비하여 10wt% 이하의 실리콘(Si), 10wt% 내지 95wt% 범위의 인듐(In), 그리고 80wt% 이하의 아연(Zn)이다. 그리고, 포토리소그래피 방식을 활용하여 소스/드레인 전극층을 증착 및 형성하였고, 패시베이션층을 증착 및 형성하였다.A gate insulating layer was formed with an oxide film (SiO 2 ) having a thickness of 50 to 200 nm on the upper end of the P ++ -Si or N ++ -Si substrate. In addition, an amorphous oxide semiconductor thin film layer composed of SiZnSnO or SiInZnO was deposited and photographed using the RF sputtering technique, and heat treatment was performed to activate the channel, increase the density, and remove impurities. Preferred examples of the composition of SiZnSnO are silicon (Si) in the range of 0.01wt% to 40wt%, zinc (Zn) in the range of 20wt% to 80wt%, and tin (Sn) in the range of 0.01wt% to 70wt%, respectively, based on the total amount. ), and preferred examples of the composition of SiInZnO are 10 wt% or less of silicon (Si), 10 wt% to 95 wt% of indium (In), and 80 wt% or less of zinc (Zn) based on the total amount. In addition, a source/drain electrode layer was deposited and formed using a photolithography method, and a passivation layer was deposited and formed.

패시베이션층은 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 작거나(예컨대, ISO, ITO, Ti/Al 또는 Al 등) 아니면 더 큰 일함수를 갖는 물질(예컨대, Ag)로 형성하고, 패시베이션층의 폭은 비정질 산화물 반도체 채널층의 폭과 동일하나, 그의 길이는 비정질 산화물 반도체 채널층의 길이보다 짧게 형성하였다. The passivation layer is formed of a material (eg, Ag) that is smaller than the work function of the amorphous oxide semiconductor channel layer (eg, ISO, ITO, Ti/Al, or Al, etc.) or has a larger work function. The width was the same as the width of the amorphous oxide semiconductor channel layer, but the length was formed to be shorter than the length of the amorphous oxide semiconductor channel layer.

그리고, 하술하는 실시예들에서 사용되는 2가지 타입의 트랜지스터, 즉 상대적 공핍형 트랜지스터("D-mode")와 상대적 증가형 트랜지스터("E-mode")를 구현하기 위하여, 함께 사용되는 다른 트랜지스터의 패시베이션층의 길이와 대비하여, 패시베이션층이 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 작은 일함수를 가질 경우, 상대적 공핍형 트랜지스터(예컨대, 도 1a)는 패시베이션층의 길이가 상대적으로 더 길게, 상대적 증가형 트랜지스터(예컨대, 도 1b)는 패시베이션층의 길이가 상대적으로 더 짧게 형성하였다. 예컨대, 비정질 산화물 반도체 박막층의 길이가 약 50㎛인 경우, 상대적 공핍형 트랜지스터의 패시베이션층의 길이는 약 40㎛로, 상대적 공핍형 트랜지스터의 패시베이션층의 길이는 약 20㎛로 형성될 수 있다.And, in order to implement two types of transistors used in the embodiments described below, that is, a relative depletion transistor ("D-mode") and a relative increase transistor ("E-mode"), another transistor used together Compared with the length of the passivation layer of, when the passivation layer has a work function smaller than the work function of the amorphous oxide semiconductor channel layer, the relative depletion transistor (eg, FIG. 1A) has a relatively longer length of the passivation layer, In the relative increase transistor (eg, FIG. 1B), the length of the passivation layer is relatively shorter. For example, when the length of the amorphous oxide semiconductor thin film layer is about 50 μm, the length of the passivation layer of the relative depletion transistor may be about 40 μm, and the length of the passivation layer of the relative depletion transistor may be about 20 μm.

반대로, 사용되는 트랜지스터들에서 패시베이션층 물질이 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 큰 일함수를 가질 경우에는, 위와 반대로, 상대적 공핍형 트랜지스터("D-mode")는 패시베이션층의 길이가 상대적으로 더 짧게(예컨대, 도 1b), 상대적 증가형 트랜지스터의 경우에는 패시베이션층의 길이가 상대적으로 더 길게 형성된다(예컨대, 도 1a).Conversely, when the passivation layer material in the transistors used has a work function greater than the work function of the amorphous oxide semiconductor channel layer, the relative depletion transistor ("D-mode") has a relative length of the passivation layer. The length of the passivation layer is formed to be shorter (eg, FIG. 1B), and in the case of the relative increase-type transistor, the length of the passivation layer is relatively longer (eg, FIG.

실시예: 인버터(NOT 논리소자)의 제조Example: Manufacturing Inverter (NOT Logic Device)

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따라 상대적 공핍형 트랜지스터("D-mode")와 상대적 증가형 트랜지스터("E-mode")로 제조된 인버터(NOT 논리소자)의 구조를 도시하되, 사용되는 트랜지스터들에서 패시베이션층이 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 작은 일함수를 가질 경우이다. 그리고, 도 4b는 도 4a에 도시된 인버터의 등가회로도를 도시한다.4A is a diagram illustrating a structure of an inverter (NOT logic device) made of a relative depletion transistor ("D-mode") and a relative increase transistor ("E-mode") according to an embodiment of the present invention. This is the case in which the passivation layer has a work function smaller than that of the amorphous oxide semiconductor channel layer in the transistors. And, Fig. 4B shows an equivalent circuit diagram of the inverter shown in Fig. 4A.

도 4a의 인버터는 도 1a 및 도 1b의 각 트랜지스터를 조합하여 직렬연결한 것으로, 각각 상대적 공핍형 트랜지스터(D-mode)와 상대적 증가형 트랜지스터(E-mode)로서 작동하되, 상기 상대적 공핍형 트랜지스터(D-mode)는 구동 트랜지스터로서, 상기 상대적 증가형 트랜지스터(E-mode)는 부하 트랜지스터로서 기능한다.The inverter of FIG. 4A is a serial connection by combining the transistors of FIGS. 1A and 1B and operates as a relative depletion transistor (D-mode) and a relative increase transistor (E-mode), respectively, and the relative depletion transistor (D-mode) is a driving transistor, and the relative increase-type transistor (E-mode) functions as a load transistor.

따라서, 상기 트랜지스터(D-mode)의 드레인 전극(D1)에 전원(VDD)이 연결되고, 상기 트랜지스터(E-mode)의 게이트 전극(G2)에 연결된 게이트 전극 단자(GT2)에 입력전압(Vin)이 인가될 수 있다. Accordingly, a power source V DD is connected to the drain electrode D1 of the transistor D-mode, and an input voltage (V DD) is connected to the gate electrode terminal GT2 connected to the gate electrode G2 of the transistor E-mode. V in ) can be applied.

또한, 상기 트랜지스터(D-mode)의 소스 전극(S1)과 상기 트랜지스터(E-mode)의 드레인 전극(D2) 및 상기 트랜지스터(D-mode)의 게이트 전극(G1)에 연결된 게이트 전극 단자(GT1)는 출력단자(Vout)에 공통으로 연결될 수 있고, 상기 트랜지스터(E-mode)의 소스 전극(S2)는 접지될 수 있다. In addition, a gate electrode terminal GT1 connected to the source electrode S1 of the transistor D-mode, the drain electrode D2 of the transistor E-mode, and the gate electrode G1 of the transistor D-mode. ) May be commonly connected to the output terminal V out , and the source electrode S2 of the transistor E-mode may be grounded.

그리고, 각 트랜지스터(D-mode 및 E-mode)에서의 기판(SUB), 게이트 전극(G1, G2), 게이트 절연층(GI1, GI2), 비정질 산화물 반도체 채널층(C1, C2), 패시베이션층(P1, P2), 소스 전극(S1, S2) 및 드레인 전극(D1, D2)은 두 트랜지스터(D-mode 및 E-mode) 공히 동일한 물질로 형성될 수 있다. In addition, the substrate (SUB), gate electrodes (G1, G2), gate insulating layers (GI1, GI2), amorphous oxide semiconductor channel layers (C1, C2), and passivation layers in each transistor (D-mode and E-mode). The (P1, P2), the source electrodes (S1, S2), and the drain electrodes (D1, D2) may be formed of the same material both of the two transistors (D-mode and E-mode).

다만, 앞선 실시예에서 기술하였듯이, 각 패시베이션층(P1, P2)의 폭은 각 비정질 산화물 반도체 채널층(C)의 폭과 동일하나, 패시베이션층(P1)의 길이는 패시베이션층(P2)의 길이보다 크게 형성되도록 설계됨으로써, 좌측의 상대적 공핍형 트랜지스터(D-mode)는 우측의 상대적 증가형 트랜지스터(E-mode)보다 더 낮은 문턱전압을 갖는다. However, as described in the previous embodiment, the width of each passivation layer (P1, P2) is the same as the width of each amorphous oxide semiconductor channel layer (C), but the length of the passivation layer (P1) is the length of the passivation layer (P2). By designing to be formed to be larger, the relative depletion transistor D-mode on the left has a lower threshold voltage than the relative increase transistor E-mode on the right.

하기 표 1은 도 4a의 인버터를 구성하는 상대적 공핍형 트랜지스터(D-mode)와 상대적 증가형 트랜지스터(E-mode) 각각의 전기적 특성을 정리한 것이다. Table 1 below summarizes the electrical characteristics of each of the relative depletion transistor (D-mode) and the relative increase transistor (E-mode) constituting the inverter of FIG. 4A.

Vth
(V)
V th
(V)
Ion
(A)
I on
(A)
Ioff
(A)
I off
(A)
IOn/Off I On/Off μFE
(cm2/Vs)
μ FE
(cm 2 /V s )
S.S
(V/decade)
SS
(V/decade)
Vhy
(V)
V hy
(V)
상대적 공핍형
트랜지스터 (D-mode)
Relative depletion
Transistor (D-mode)
0.270.27 6.22.E-046.22.E-04 4.27.E-124.27.E-12 1.46.E+081.46.E+08 45.45 45.45 0.56 0.56 1.311.31
상대적 증가형
트랜지스터 (E-mode)
Relative increase
Transistor (E-mode)
0.830.83 3.11.E-043.11.E-04 5.75.E-125.75.E-12 5.42.E+075.42.E+07 24.31 24.31 0.57 0.57 1.741.74

또한, 도 5a 및 도 5b는 도 4a의 인버터의 NOT 논리회로 특성을 보인 그래프로서, 도 5a는 입력전압(Vin)-출력전압(Vout) 특성을, 도 5b는 입력전압(Vin)-전압이득(Gain) 특성을 각각 보인다. In addition, FIGS. 5A and 5B are graphs showing the characteristics of the NOT logic circuit of the inverter of FIG. 4A, in which FIG. 5A is an input voltage (V in )-output voltage (V out ), and FIG. 5B is an input voltage (V in ). -It shows the characteristics of voltage gain, respectively.

도 5a를 참조하면, 도 4a의 인버터 논리 회로의 동작은 다음과 같이 크게 세 영역으로 설명된다:Referring to FIG. 5A, the operation of the inverter logic circuit of FIG. 4A is largely described in three areas as follows:

(i) 먼저, 제1영역으로서 입력전압(Vin)이 상대적 증가형 트랜지스터(E-mode)의 구동 전압보다 낮을 경우, 전원(VDD)는 출력전압(Vout)으로서 출력된다. (i) First, when the input voltage V in as the first region is lower than the driving voltage of the relative incremental transistor E-mode, the power V DD is output as an output voltage V out.

(ii) 그리고, 제2영역으로서, 입력전압(Vin)이 상대적 증가형 트랜지스터(E-mode)의 구동 전압 이상인 경우, 도 4a의 인버터 회로는 풀-스윙(full-swing) 특성을 가지며 출력전압(Vout)은 거의 0V로 떨어진다. (ii) And, as the second region, when the input voltage (V in ) is greater than or equal to the driving voltage of the relative increasing transistor (E-mode), the inverter circuit of FIG. 4A has a full-swing characteristic and an output The voltage (V out ) drops to almost 0V.

(iii) 그리고, 제3영역으로서, 상대적 증가형 트랜지스터(E-mode)는 완전 개방시 출력전압(Vout)이 0V로 유지되는 동작 특성을 나타낸다. (iii) And, as a third region, the relative increase-type transistor E-mode exhibits an operating characteristic in which the output voltage V out is maintained at 0V when fully opened.

(iv) 단, 상대적 공핍형 트랜지스터(D-mode)는 게이트 전극(G1)과 소스 전극(S1)이 서로 연결되어있으므로, 회로의 구동시 항상 온(ON) 상태를 유지한다.(iv) However, in the relative depletion transistor D-mode, since the gate electrode G1 and the source electrode S1 are connected to each other, the circuit is always in an ON state when the circuit is driven.

또한, 도 5b를 보면, 도 4a의 인버터 회로에서 전원(VDD)이 5V일 때 최대 전압이득을 나타냄을 알 수 있다. 하기 표 2는 도 4a의 인버터 회로에서 전원(VDD)의 변화에 따른 최대 전압이득값을 정리한 것이다.In addition, referring to FIG. 5B, it can be seen that in the inverter circuit of FIG. 4A, when the power supply V DD is 5V, the maximum voltage gain is displayed. Table 2 below summarizes the maximum voltage gain value according to the change of the power source (V DD ) in the inverter circuit of FIG. 4A.

VDD=1VV DD =1V VDD=2VV DD =2V VDD=3VV DD =3V VDD=4VV DD =4V VDD=5VV DD =5V 전압이득
(Gain)
Voltage gain
(Gain)
0.62250.6225 2.7552.755 6.45956.4595 11.969511.9695 15.891515.8915

한편, 앞서 도 4a와는 반대로, 인버터 회로에서 사용되는 트랜지스터들에서 패시베이션층이 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 큰 일함수를 가질 경우에는 전술했듯이 도 4a의 트랜지스터 배치가 역전되어 구성될 수 있다.On the other hand, contrary to FIG. 4A, when the passivation layer has a work function greater than the work function of the amorphous oxide semiconductor channel layer in the transistors used in the inverter circuit, as described above, the transistor arrangement of FIG. 4A may be reversed. .

즉, 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층 상면 간의 접촉면적이 상대적으로 더 큰 트랜지스터(즉, 도 4a의 패시베이션층(P1)을 갖는 좌측 트랜지스터)는 상대적 증가형 트랜지스터(E-mode)로 되고, 상기 접촉면적이 상대적으로 더 작은 트랜지스터(즉, 도 4a의 패시베이션층(P2)을 갖는 우측 트랜지스터)는 상대적 공핍형 트랜지스터(D-mode)로 된다.That is, a transistor having a relatively larger contact area between the passivation layer and the upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer (i.e., the left transistor having the passivation layer P1 of FIG. 4A) becomes a relative increase-type transistor (E-mode), and the A transistor having a relatively smaller contact area (that is, a transistor on the right side having a passivation layer P2 in FIG. 4A) becomes a relative depletion transistor (D-mode).

따라서, 이 경우, 도 4c에 도시하듯이, 패시베이션층(P1)을 갖는 상대적 증가형 트랜지스터(E-mode)는 부하 트랜지스터로서, 패시베이션층(P2)를 갖는 상대적 공핍형 트랜지스터(D-mode)는 구동 트랜지스터로서, 도 4a의 배치와는 역전되게 배치됨으로써 인버터 소자를 구성할 수 있다.Therefore, in this case, as shown in FIG. 4C, the relative increase transistor E-mode having the passivation layer P1 is a load transistor, and the relative depletion transistor D-mode having the passivation layer P2 is As the driving transistor, the inverter element can be configured by being disposed to be reversed from that of FIG. 4A.

실시예들: NAND 논리소자 및 NOR 논리소자의 제조Examples: Manufacturing of a NAND logic device and a NOR logic device

도 6a는 본 발명의 다른 일 실시예에 따라, 1개의 상대적 공핍형 트랜지스터("D-mode")와 2개의 상대적 증가형 트랜지스터("E-mode")를 연결하여 제조된 NAND 논리소자의 구조를 도시하되, 도 4a와 마찬가지로 사용되는 트랜지스터들에서 패시베이션층이 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 작은 일함수를 가질 경우이다. 그리고, 도 6b는 도 6a의 NAND 논리소자의 등가회로도와 연산동작을 도시한다.6A is a structure of a NAND logic device manufactured by connecting one relative depletion type transistor (“D-mode”) and two relative increase type transistors (“E-mode”) according to another embodiment of the present invention. However, as shown in FIG. 4A, in the transistors used, the passivation layer has a work function smaller than that of the amorphous oxide semiconductor channel layer. Further, FIG. 6B shows an equivalent circuit diagram and operation operation of the NAND logic device of FIG. 6A.

또한, 도 7a는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라, 1개의 상대적 공핍형 트랜지스터("D-mode")와 2개의 상대적 증가형 트랜지스터("E-mode")를 연결하여 제조된 NOR 논리소자의 구조를 도시하되, 도 4a와 마찬가지로 사용되는 트랜지스터들에서 패시베이션층이 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 작은 일함수를 가질 경우이다. 그리고, 도 7b는 도 7a의 NOR 논리소자의 등가회로도와 연산동작을 도시한다.7A is a NOR logic manufactured by connecting one relative depletion transistor ("D-mode") and two relative increase transistors ("E-mode") according to another embodiment of the present invention. The structure of the device is shown, but in the transistors used as in FIG. 4A, the passivation layer has a work function smaller than that of the amorphous oxide semiconductor channel layer. And, Fig. 7B shows an equivalent circuit diagram and operation operation of the NOR logic element of Fig. 7A.

본 발명 실시예에서의 NAND 논리소자 및 NOR 논리소자는 도 6a~6b 및 도 7a~7b에 도시된 바와 같이 널리 공지된 NAND 논리회로 및 NOR 논리회로의 기본 회로구성에 따라 구성된다. 또한, 상기 NAND 논리소자 및 NOR 논리소자는 도 4a의 인버터 회로에서 사용된 상대적 공핍형 트랜지스터("D-mode")와 상대적 증가형 트랜지스터("E-mode")가 마찬가지로 사용될 수 있다.The NAND logic device and the NOR logic device in the embodiment of the present invention are constructed according to the basic circuit configurations of well-known NAND logic circuits and NOR logic circuits, as shown in Figs. 6A to 6B and 7A to 7B. In addition, for the NAND logic device and the NOR logic device, a relative depletion transistor ("D-mode") and a relative increase transistor ("E-mode") used in the inverter circuit of FIG. 4A may be similarly used.

본 실시예(도 6a~6b)에서, NAND 논리회로의 경우, 와이어 본딩을 사용하여 구동 트랜지스터로서 상대적 공핍형 트랜지스터(D-mode)와 부하 트랜지스터로서 2개의 상대적 증가형 트랜지스터(E-mode)가 직렬로 연결된다. In the present embodiment (Figs. 6A to 6B), in the case of a NAND logic circuit, a relative depletion type transistor (D-mode) as a driving transistor and two relative increase type transistors (E-mode) as a load transistor are formed using wire bonding. It is connected in series.

또한, 본 실시예(도 7a~7b)에서, NOR 논리회로의 경우, 와이어 본딩을 사용하여 구동 트랜지스터로서 상대적 공핍형 트랜지스터(D-mode)와, 부하 트랜지스터로서 서로 병렬연결된 2개의 상대적 증가형 트랜지스터(E-mode)가 직렬로 연결된다.In addition, in the present embodiment (Figs. 7A to 7B), in the case of a NOR logic circuit, a relative depletion type transistor (D-mode) as a driving transistor using wire bonding, and two relative increase type transistors connected in parallel with each other as a load transistor. (E-mode) is connected in series.

본 실시예들에서, 상기 NAND 논리소자 및 NOR 논리소자는, 예컨대 VDD를 5V로 고정한 후 VIN1 및 VIN2 각각에 -10V 및 10V의 전압을 인가하면 충분한 작동 특성을 나타낸다. 즉, VOUT은 VDD 설정값 5V에 가깝게 출력되고(디지털 신호 "1 (High)"), 상대적 증가형 트랜지스터(E-mode)의 작동시 VOUT은 0V로 강하됨(디지털 신호 "0 (Low)")이 관찰된다. 결과적으로 본 실시예들에 따른 상기 NAND 논리소자 및 NOR 논리소자는 도 6b 및 도 7b의 각 우측에 보인 진리표와 동일한 동작을 수행함이 관찰된다.In the present embodiments, the NAND logic device and the NOR logic device exhibit sufficient operating characteristics when voltages of -10V and 10V are applied to each of V IN1 and V IN2 after fixing V DD to 5V, for example. In other words, V OUT is output close to the V DD set value 5V (digital signal "1 (High)"), and when the relative incremental transistor (E-mode) is operated, V OUT drops to 0V (digital signal "0 ( Low)") is observed. As a result, it is observed that the NAND logic device and the NOR logic device according to the present embodiments perform the same operation as the truth table shown on the right side of FIGS. 6B and 7B.

한편, NAND 논리소자 및 NOR 논리소자에서 사용되는 트랜지스터들에서 패시베이션층이 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 큰 일함수를 가질 경우에는, 도 6a 및 도 7a의 트랜지스터 배치가 역전되어 구성된다.Meanwhile, in transistors used in NAND and NOR logic devices, when the passivation layer has a work function greater than the work function of the amorphous oxide semiconductor channel layer, the transistor arrangements of FIGS. 6A and 7A are reversed.

즉, 앞서 도 4c와 유사하게, 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층 상면 간의 접촉면적이 상대적으로 더 큰 트랜지스터(즉, 도 6a의 패시베이션층(P1)을 갖는 좌측 트랜지스터; 도 7a의 패시베이션층(P1)을 갖는 좌측 트랜지스터)는 상대적 증가형 트랜지스터(E-mode)로 되고, 상기 접촉면적이 상대적으로 더 작은 트랜지스터(즉, 도 6a의 패시베이션층(P2, P2')을 갖는 우측 트랜지스터; 도 7a의 패시베이션층(P2, P2')을 갖는 우측 트랜지스터)는 상대적 공핍형 트랜지스터(D-mode)로 된다.That is, similar to FIG. 4C above, a transistor having a relatively larger contact area between the passivation layer and the upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer (i.e., the left transistor having the passivation layer P1 of FIG. 6A; the passivation layer P1 of FIG. 7A) ) Is a relatively incremental transistor (E-mode), and a transistor having a relatively smaller contact area (i.e., a right transistor having passivation layers P2 and P2' of FIG. 6A; The right transistor having passivation layers P2 and P2') becomes a relative depletion transistor D-mode.

따라서, 이 경우, 각각 도 6c 및 도 7c에 도시하듯이, 패시베이션층(P1, P1')을 갖는 상대적 증가형 트랜지스터(E-mode)는 우측의 부하 트랜지스터로서, 패시베이션층(P2)를 갖는 상대적 공핍형 트랜지스터(D-mode)는 좌측의 구동 트랜지스터로서, 서로의 배치가 뒤바뀌도록 배치됨으로써 NAND 논리소자 및 NOR 논리소자를 구성할 수 있다.Therefore, in this case, as shown in FIGS. 6C and 7C, respectively, the relative increase transistor E-mode having the passivation layers P1 and P1' is the load transistor on the right, and the relative increase-type transistor E-mode has the passivation layer P2. The depletion transistor (D-mode) is a driving transistor on the left, and is disposed so that the arrangement of each other is reversed, thereby constituting a NAND logic device and a NOR logic device.

위와 같이, 본 발명에 따르면, 소스 전극 및 드레인 전극 간에 비정질 산화물 반도체 채널층 상면의 적어도 일부를 덮도록 패시베이션층을 상기 비정질 산화물 반도체 채널층과 다른 일함수를 갖는 물질로 형성한 복수의 트랜지스터로써 논리소자를 구성할 수 있다.As described above, according to the present invention, the passivation layer is formed of a material having a work function different from that of the amorphous oxide semiconductor channel layer so as to cover at least a part of the upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer between the source electrode and the drain electrode. The device can be configured.

특히 본 발명에 따르면, 상기 패시베이션층을 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 크거나 아니면 더 작은 일함수를 갖는 물질로 구성하고, 이에 기반하여 상기 복수의 트랜지스터의 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층 상면 간의 접촉면적의 서로 상대적인 차이를 조절함으로써 전자가 상기 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층 간에 이동하는 수준을 조절할 수 있고, 이에 따라 상기 복수의 트랜지스터는 상대적 공핍형 트랜지스터와 상대적 증가형 트랜지스터 중의 하나로서 작동하도록 설계될 수 있다.In particular, according to the present invention, the passivation layer is made of a material having a work function greater or less than the work function of the amorphous oxide semiconductor channel layer, and based on this, the passivation layer and the amorphous oxide semiconductor channel layer of the plurality of transistors By controlling the relative difference between the contact areas between the upper surfaces, the level at which electrons move between the passivation layer and the amorphous oxide semiconductor channel layer can be controlled, and accordingly, the plurality of transistors are one of a relative depletion type transistor and a relative increase type transistor. It can be designed to work.

따라서, 종래에는 채널층 물질로서 산화물을 적용할 경우 증가형 트랜지스터 또는 p형 채널층을 구현하기 어려워 상보성 논리소자를 제조하기가 어려웠으나, 본 발명에서는 위와 같이 채널층에 산화물을 적용한 상대적 공핍형 트랜지스터 및 상대적 증가형 트랜지스터를 적용하여 상보성 논리소자를 간단하고 유리하게 구현 및 제조할 수 있다.Therefore, conventionally, when an oxide is applied as a channel layer material, it has been difficult to implement an incremental transistor or a p-type channel layer, making it difficult to manufacture a complementary logic device, but in the present invention, a relative depletion transistor in which an oxide is applied to the channel layer as described above. And it is possible to implement and manufacture a complementary logic device simply and advantageously by applying a relative increase-type transistor.

이상, 상술된 본 발명의 바람직한 실시양태들 및 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다. Above, the above-described preferred embodiments and examples of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, and anyone of ordinary skill in the relevant field can make various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention. And, such modifications, changes, additions, etc. should be regarded as belonging to the scope of the claims.

일 예로서, 본 발명에 따른 상기 상대적 공핍형 트랜지스터(D-mode)와 상대적 증가형 트랜지스터(E-mode)는 논리소자의 예로서 전술한 인버터(NOT 논리소자), NAND 논리소자 및 NOR 논리소자 외에도 널리 공지된 인코더, 디코더, MUX, DEMUX 및 센스 앰프 등의 논리소자에도 적용될 수 있다.As an example, the relative depletion transistor (D-mode) and the relative increase transistor (E-mode) according to the present invention are examples of logic devices, such as the inverter (NOT logic device), NAND logic device, and NOR logic device. In addition, it can be applied to well-known logic devices such as encoders, decoders, MUX, DEMUX, and sense amplifiers.

SUB: 기판
G1, G2, G1', G2': 게이트 전극
GI1, GI2, GI1', GI2': 게이트 절연층
C1, C2, C1', C2': 비정질 산화물 반도체 채널층
S1, S2, S1', S2': 소스 전극
D1, D2, D1', D2': 드레인 전극
P1, P2, P1', P2': 패시베이션층
GT1, GT2, GT1', GT2': 게이트 전극단자
D-mode: 상대적 공핍형 트랜지스터
E-mode: 상대적 증가형 트랜지스터
SUB: Substrate
G1, G2, G1', G2': gate electrode
GI1, GI2, GI1', GI2': gate insulating layer
C1, C2, C1', C2': amorphous oxide semiconductor channel layer
S1, S2, S1', S2': source electrode
D1, D2, D1', D2': drain electrode
P1, P2, P1', P2': passivation layer
GT1, GT2, GT1', GT2': Gate electrode terminal
D-mode: relative depletion transistor
E-mode: relative incremental transistor

Claims (22)

서로 전기적으로 연결된 복수의 트랜지스터를 포함하는 논리소자에 있어서,
상기 복수의 트랜지스터는 각각
기판상에 차례로 형성된 게이트 전극, 게이트 절연층 및 비정질 산화물 반도체 채널층과;
상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면에 서로 이격되도록 형성된 소스 전극 및 드레인 전극과;
상기 소스 전극 및 드레인 전극 간의 영역에서 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면의 적어도 일부를 덮도록 형성되되 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 작은 일함수를 갖는 패시베이션층을 포함하고,
상기 복수의 트랜지스터는 상기 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면 간의 제1접촉면적을 갖는 하나 이상의 제1트랜지스터와, 상기 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면 간의 제2접촉면적을 갖고 상기 하나 이상의 제1트랜지스터와 연결된 하나 이상의 제2트랜지스터의 조합으로 구성되되, 상기 제1접촉면적은 상기 제2접촉면적보다 더 크고,
상기 제1트랜지스터는 상기 제2트랜지스터보다 상대적으로 문턱전압이 더 낮고 구동 트랜지스터로서 작동하고, 상기 제2트랜지스터는 상기 제1트랜지스터보다 상대적으로 문턱전압이 더 높고 부하 트랜지스터로서 작동하는 것을 특징으로 하는 논리소자.
In the logic device comprising a plurality of transistors electrically connected to each other,
Each of the plurality of transistors
A gate electrode, a gate insulating layer, and an amorphous oxide semiconductor channel layer sequentially formed on the substrate;
A source electrode and a drain electrode formed to be spaced apart from each other on an upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer;
A passivation layer formed to cover at least a part of an upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer in a region between the source electrode and the drain electrode, and having a work function smaller than that of the amorphous oxide semiconductor channel layer,
The plurality of transistors have at least one first transistor having a first contact area between the passivation layer and an upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer, and a second contact area between the passivation layer and an upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer. It is composed of a combination of one or more second transistors connected to the first transistor, wherein the first contact area is larger than the second contact area,
The first transistor has a relatively lower threshold voltage than the second transistor and operates as a driving transistor, and the second transistor has a relatively higher threshold voltage than the first transistor and operates as a load transistor. device.
서로 전기적으로 연결된 복수의 트랜지스터를 포함하는 논리소자에 있어서,
상기 복수의 트랜지스터는 각각
기판상에 차례로 형성된 게이트 전극, 게이트 절연층 및 비정질 산화물 반도체 채널층과;
상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면에 서로 이격되도록 형성된 소스 전극 및 드레인 전극과;
상기 소스 전극 및 드레인 전극 간의 영역에서 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면의 적어도 일부를 덮도록 형성되되 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 일함수보다 더 큰 일함수를 갖는 패시베이션층을 포함하고,
상기 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층의 각 조성은 각각 상기 복수의 트랜지스터 간에 동일하며,
상기 복수의 트랜지스터는 상기 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면 간의 제1접촉면적을 갖는 하나 이상의 제1트랜지스터와, 상기 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면 간의 제2접촉면적을 갖고 상기 하나 이상의 제1트랜지스터와 연결된 하나 이상의 제2트랜지스터의 조합으로 구성되되, 상기 제1접촉면적은 상기 제2접촉면적보다 더 크고,
상기 제2트랜지스터는 상기 제1트랜지스터보다 상대적으로 문턱전압이 더 낮고 구동 트랜지스터로서 작동하고, 상기 제1트랜지스터는 상기 제2트랜지스터보다 상대적으로 문턱전압이 더 높고 부하 트랜지스터로서 작동하는 것을 특징으로 하는 논리소자.
In the logic device comprising a plurality of transistors electrically connected to each other,
Each of the plurality of transistors
A gate electrode, a gate insulating layer, and an amorphous oxide semiconductor channel layer sequentially formed on the substrate;
A source electrode and a drain electrode formed to be spaced apart from each other on an upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer;
A passivation layer formed to cover at least a portion of an upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer in a region between the source electrode and the drain electrode, and having a work function greater than that of the amorphous oxide semiconductor channel layer,
Each composition of the passivation layer and the amorphous oxide semiconductor channel layer is the same between the plurality of transistors,
The plurality of transistors have at least one first transistor having a first contact area between the passivation layer and an upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer, and a second contact area between the passivation layer and an upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer. It is composed of a combination of one or more second transistors connected to the first transistor, wherein the first contact area is larger than the second contact area,
The second transistor has a relatively lower threshold voltage than the first transistor and operates as a driving transistor, and the first transistor has a relatively higher threshold voltage than the second transistor and operates as a load transistor. device.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1트랜지스터 및 제2트랜지스터 각각의 패시베이션층은 서로 동일한 폭을 갖고, 상기 제1트랜지스터의 패시베이션층은 상기 제2트랜지스터의 패시베이션층보다 더 큰 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 논리소자.
The method according to claim 1 or 2,
The passivation layer of each of the first and second transistors has the same width, and the passivation layer of the first transistor has a length greater than that of the passivation layer of the second transistor.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1트랜지스터 및 상기 제2트랜지스터 각각의 패시베이션층은 상기 비정질 산화물 반도체 채널층보다 더 짧은 길이를 갖고 상기 소스 전극 및 드레인 전극으로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 논리소자.
The method according to claim 1 or 2,
The passivation layer of each of the first and second transistors has a length shorter than that of the amorphous oxide semiconductor channel layer and is spaced apart from the source electrode and the drain electrode.
제4항에 있어서,
상기 패시베이션층이 상기 소스 전극 및 드레인 전극으로부터 이격되는 거리는 1㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 논리소자.
The method of claim 4,
A logic device, wherein the passivation layer is spaced apart from the source electrode and the drain electrode of 1 μm or more.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 논리소자는 인버터, NAND 논리소자, NOR 논리소자, 인코더, 디코더, MUX, DEMUX 및 센스 앰프 중의 하나인 것을 특징으로 하는 논리소자.
The method according to claim 1 or 2,
The logic device is one of an inverter, a NAND logic device, a NOR logic device, an encoder, a decoder, a MUX, a DEMUX, and a sense amplifier.
제1항에 있어서
상기 제1트랜지스터는 상기 제2트랜지스터에 비해 상대적으로 더 공핍형(depletion mode)이고 상기 제2트랜지스터는 상기 제1트랜지스터에 비해 상대적으로 더 증가형(enhancement mode)인 것을 특징으로 하는 논리소자.
The method of claim 1
The first transistor is a relatively more depletion mode compared to the second transistor, and the second transistor is a relatively more enhancement mode than the first transistor.
제2항에 있어서
상기 제1트랜지스터는 상기 제2트랜지스터에 비해 상대적으로 더 증가형이고 상기 제2트랜지스터는 상기 제1트랜지스터에 비해 상대적으로 더 공핍형인 것을 특징으로 하는 논리소자.
According to claim 2
The first transistor is a logic device, characterized in that a relatively more incremental type than the second transistor, and the second transistor is a relatively more depletion type than the first transistor.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 패시베이션층은 산화아연인듐(In-ZnO), 산화주석(SnO2), 산화아연주석(Zn-SnO), 산화주석인듐(In-SnO), 실리콘산화인듐(ISO), 산화인듐주석(ITO), 니켈(Ni), 구리(Cu), 인듐(In), 마그네슘(Mg), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 금(Au), 은(Ag) 및 알루미늄(Al)으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 논리소자.
The method according to claim 1 or 2,
The passivation layer is indium zinc oxide (In-ZnO), tin oxide (SnO 2 ), tin zinc oxide (Zn-SnO), indium tin oxide (In-SnO), indium silicon oxide (ISO), indium tin oxide (ITO). ), nickel (Ni), copper (Cu), indium (In), magnesium (Mg), tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti), gold (Au), silver (Ag) and aluminum (Al Logical device, characterized in that consisting of at least one material selected from the group consisting of ).
제9항에 있어서,
상기 패시베이션층은 I족 원소, II족 원소, III족 원소, IV족 원소, V족 원소 및 란탄 계열 원소로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 논리소자.
The method of claim 9,
The passivation layer further comprises at least one material selected from the group consisting of a group I element, a group II element, a group III element, a group IV element, a group V element, and a lanthanum element.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 비정질 산화물 반도체 채널층은 실리콘(Si), 인듐(In), 아연(Zn), 주석(Sn), 질소(N), 마그네슘(Mg), 니오븀(Nb), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 게르마늄(Ge), 티타늄(Ti), 리튬(Li), 칼륨(K), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 안티모니(Sb), 이트륨(Y), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 탄탈럼(Ta) 및 갈륨(Ga)으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 비정질 산화물로 구성된 것을 특징으로 하는 논리소자.
The method according to claim 1 or 2,
The amorphous oxide semiconductor channel layer includes silicon (Si), indium (In), zinc (Zn), tin (Sn), nitrogen (N), magnesium (Mg), niobium (Nb), aluminum (Al), gold (Au). ), copper (Cu), germanium (Ge), titanium (Ti), lithium (Li), potassium (K), tungsten (W), molybdenum (Mo), antimony (Sb), yttrium (Y), hafnium ( Hf), zirconium (Zr), aluminum (Al), tantalum (Ta), and a logic device comprising an amorphous oxide containing at least one selected from the group consisting of gallium (Ga).
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 조성은 SiZnSnO 또는 SiInZnO인 것을 특징으로 하는 논리소자.
The method according to claim 1 or 2,
The composition of the amorphous oxide semiconductor channel layer is a logic device, characterized in that SiZnSnO or SiInZnO.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 조성은 총량대비 하기 함량 범위를 갖는 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 논리소자.
실리콘(Si) 10wt% 이하;
인듐(In) 10wt% 내지 95wt%; 및
아연(Zn) 80wt% 이하.
The method according to claim 1 or 2,
The composition of the amorphous oxide semiconductor channel layer is a logic device, characterized in that it comprises a component having the following content range relative to the total amount.
10 wt% or less of silicon (Si);
Indium (In) 10 wt% to 95 wt%; And
Zinc (Zn) 80wt% or less.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 조성은 총량대비 하기 함량 범위를 갖는 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 논리소자.
실리콘(Si) 0.01wt% 내지 40wt%;
아연(Zn) 20wt% 내지 80wt%; 및
주석(Sn) 0.01wt% 내지 70wt%.
The method according to claim 1 or 2,
The composition of the amorphous oxide semiconductor channel layer is a logic device, characterized in that it comprises a component having the following content range relative to the total amount.
0.01 wt% to 40 wt% silicon (Si);
Zinc (Zn) 20wt% to 80wt%; And
Tin (Sn) 0.01wt% to 70wt%.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 기판의 조성은 고농도로 도핑된 실리콘 기판, 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리아미드-이미드(polyamide-imide), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 폴리우레탄아크릴레이트(polyurethaneacrylate, PUA), 폴리아크릴아미드(polyacrylamide, PA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET), 폴리에테르 설폰(Polyether sulfone, PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI), 폴리다이메틸실록세인(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA), 폴리스틸렌(Polystyrene, PS), 이축연신폴리스틸렌(biaxially oriented PS, BOPS), 아크릴수지, 실리콘수지, 불소수지, 변성에폭시수지, 실리콘, 유리 및 강화유리로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 논리소자.
The method according to claim 1 or 2,
The composition of the substrate is a highly doped silicon substrate, polyimide (PI), polyamide (PA), polyamide-imide, polyurethane (polyurethane, PU), polyurethane acrylic Polyurethaneacrylate (PUA), polyacrylamide (PA), polyethylene terephthalate (PET), polyether sulfone (PES), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate, PC), polymethylmethacrylate (PMMA), polyetherimide (PEI), polydimethylsiloxane (PDMS), polyethylene (PE), polyvinyl alcohol (PVA) , Polystyrene (PS), biaxially oriented polystyrene (biaxially oriented PS, BOPS), acrylic resin, silicone resin, fluorine resin, modified epoxy resin, silicon, glass, and tempered glass. Logic device.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 게이트 전극의 조성은 고농도로 도핑된 실리콘 기판, 산화인듐주석(Indium Tin Oxide; ITO), 산화갈륨아연(Gallium Zinc Oxide; GZO), 산화인듐갈륨아연(Indium Gallium Zinc Oxide; IGZO), 산화인듐갈륨(Indium Gallium Oxide; IGO), 산화인듐아연(Indium Zinc Oxide; IZO), 산화인듐(In2O3), Si, Mo, Al, Ag, Au, Cu 및 Ta으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 논리소자.
The method according to claim 1 or 2,
The composition of the gate electrode is a silicon substrate doped with a high concentration, indium tin oxide (ITO), gallium zinc oxide (GZO), indium gallium zinc oxide (IGZO), and indium oxide. Gallium (Indium Gallium Oxide; IGO), indium zinc oxide (Indium Zinc Oxide; IZO), indium oxide (In 2 O 3 ), Si, Mo, Al, Ag, Au, one or more selected from the group consisting of Cu and Ta Logic device comprising a.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 게이트 절연층의 조성은 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiNx), 산화지르코늄(ZrO2), 산화하프늄(HfO2), 산화티타늄(TiO2), 산화탄탈륨(Ta2O5), 바륨-스트론튬-티타늄-산소 화합물(Ba-Sr-Ti-O) 및 비스머스-아연-니오븀-산소 화합물(Bi-Zn-Nb-O)로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 논리소자.
The method according to claim 1 or 2,
The composition of the gate insulating layer is silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN x ), zirconium oxide (ZrO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), and tantalum oxide (Ta 2 O 5 ). , Barium-strontium-titanium-oxygen compound (Ba-Sr-Ti-O) and bismuth-zinc-niobium-oxygen compound (Bi-Zn-Nb-O) characterized by comprising at least one selected from the group consisting of Logic device.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 기판, 상기 게이트 전극 및 상기 게이트 절연층으로 형성된 구조물은 상면에 산화실리콘(SiO2)막이 형성된 p++-Si 기판 또는 N++-Si 기판을 이루는 것을 특징으로 하는 논리소자.
The method according to claim 1 or 2,
The substrate, the gate electrode, and the structure formed of the gate insulating layer constitute a p ++ -Si substrate or an N ++ -Si substrate having a silicon oxide (SiO 2) film formed on an upper surface thereof.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층의 각 조성은 각각 상기 복수의 트랜지스터 간에 동일한 것을 특징으로 하는 논리소자.
The method according to claim 1 or 2,
Each composition of the passivation layer and the amorphous oxide semiconductor channel layer is the same between the plurality of transistors, respectively.
기판상에 차례로 게이트 전극, 게이트 절연층 및 비정질 산화물 반도체 채널층을 형성하고, 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면에 서로 이격되도록 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하고, 상기 소스 전극 및 드레인 전극 간의 영역에서 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면의 적어도 일부를 덮도록 패시베이션층을 형성하여 복수의 트랜지스터를 제조한 후, 상기 복수의 트랜지스터를 전기적으로 연결하는 것을 포함하는 논리소자의 제조방법에 있어서,
상기 패시베이션층을 형성하는 단계는
상기 패시베이션층의 구성 물질을 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 구성 물질보다 더 작은 일함수를 갖도록 선택하는 단계와;
상기 복수의 트랜지스터 중의 일부는 상대적으로 문턱전압이 더 낮은 상대적 공핍형 트랜지스터로서 작동하고 나머지 다른 일부는 상대적으로 문턱전압이 더 높은 상대적 증가형 트랜지스터로서 작동하도록, 상기 나머지 다른 일부와 대비하여 상기 일부에서의 상기 패시베이션층과 상기 비정질 산화물 반도체 채널층 간의 접촉면적의 크기를 상대적으로 더 크게 조절하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 트랜지스터를 전기적으로 연결하는 단계는 상기 복수의 트랜지스터 중의 상기 일부는 구동 트랜지스터로서 작동하고 상기 나머지 다른 일부는 부하 트랜지스터로서 작동하도록 서로 연결하여 전기회로를 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 논리소자의 제조방법.
A gate electrode, a gate insulating layer, and an amorphous oxide semiconductor channel layer are sequentially formed on a substrate, a source electrode and a drain electrode are formed to be spaced apart from each other on an upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer, and in a region between the source electrode and the drain electrode A method of manufacturing a logic device comprising forming a passivation layer to cover at least a part of an upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer to fabricate a plurality of transistors, and then electrically connecting the plurality of transistors,
The step of forming the passivation layer
Selecting a constituent material of the passivation layer to have a smaller work function than a constituent material of the amorphous oxide semiconductor channel layer;
Some of the plurality of transistors operate as a relative depletion type transistor having a relatively lower threshold voltage, and the other part operates as a relative increase type transistor having a relatively higher threshold voltage. Including the step of relatively larger the size of the contact area between the passivation layer and the amorphous oxide semiconductor channel layer of,
The step of electrically connecting the plurality of transistors comprises forming an electric circuit by connecting one part of the plurality of transistors to operate as a driving transistor and the other part to operate as a load transistor. Method of manufacturing a logic device.
기판상에 차례로 게이트 전극, 게이트 절연층 및 비정질 산화물 반도체 채널층을 형성하고, 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면에 서로 이격되도록 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하고, 상기 소스 전극 및 드레인 전극 간의 영역에서 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 상면의 적어도 일부를 덮도록 패시베이션층을 형성하여 복수의 트랜지스터를 제조한 후, 상기 복수의 트랜지스터를 전기적으로 연결하는 것을 포함하는 논리소자의 제조방법에 있어서,
상기 패시베이션층을 형성하는 단계는
상기 패시베이션층의 구성 물질을 상기 비정질 산화물 반도체 채널층의 구성 물질보다 더 큰 일함수를 갖도록 선택하는 단계와;
상기 복수의 트랜지스터의 일부는 상대적으로 문턱전압이 더 낮은 상대적 공핍형 트랜지스터로서 작동하고 나머지 다른 일부는 상대적으로 문턱전압이 더 높은 상대적 증가형 트랜지스터로서 작동하도록, 상기 나머지 다른 일부와 대비하여 상기 일부에서의 상기 패시베이션층과 상기 비정질 산화물 반도체 채널층 간의 접촉면적의 크기를 상대적으로 더 작게 조절하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 트랜지스터를 전기적으로 연결하는 단계는 상기 복수의 트랜지스터 중의 상기 일부는 구동 트랜지스터로서 작동하고 상기 나머지 다른 일부는 부하 트랜지스터로서 작동하도록 서로 연결하여 전기회로를 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 논리소자의 제조방법.
A gate electrode, a gate insulating layer, and an amorphous oxide semiconductor channel layer are sequentially formed on a substrate, a source electrode and a drain electrode are formed to be spaced apart from each other on an upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer, and in a region between the source electrode and the drain electrode A method of manufacturing a logic device comprising forming a passivation layer to cover at least a part of an upper surface of the amorphous oxide semiconductor channel layer to fabricate a plurality of transistors, and then electrically connecting the plurality of transistors,
The step of forming the passivation layer
Selecting a constituent material of the passivation layer to have a larger work function than a constituent material of the amorphous oxide semiconductor channel layer;
Some of the plurality of transistors operate as a relative depletion type transistor having a relatively lower threshold voltage, and the other part operates as a relative increase type transistor having a relatively higher threshold voltage. Including the step of relatively smaller the size of the contact area between the passivation layer and the amorphous oxide semiconductor channel layer,
The step of electrically connecting the plurality of transistors comprises forming an electric circuit by connecting one part of the plurality of transistors to operate as a driving transistor and the other part to operate as a load transistor. Method of manufacturing a logic device.
제20항 또는 제21항에 있어서,
상기 패시베이션층과 비정질 산화물 반도체 채널층의 각 조성은 각각 상기 복수의 트랜지스터 간에 동일하게 선택하는 것을 특징으로 하는 논리소자의 제조방법.
The method of claim 20 or 21,
Each composition of the passivation layer and the amorphous oxide semiconductor channel layer is selected equally among the plurality of transistors, respectively.
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