KR102389220B1 - Thin film transistor including crystalline izto oxide semiconductor and fabrication method for the same - Google Patents

Thin film transistor including crystalline izto oxide semiconductor and fabrication method for the same Download PDF

Info

Publication number
KR102389220B1
KR102389220B1 KR1020200077837A KR20200077837A KR102389220B1 KR 102389220 B1 KR102389220 B1 KR 102389220B1 KR 1020200077837 A KR1020200077837 A KR 1020200077837A KR 20200077837 A KR20200077837 A KR 20200077837A KR 102389220 B1 KR102389220 B1 KR 102389220B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
izto
layer
crystalline
thin film
channel layer
Prior art date
Application number
KR1020200077837A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20220000187A (en
Inventor
정재경
온누리
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020200077837A priority Critical patent/KR102389220B1/en
Publication of KR20220000187A publication Critical patent/KR20220000187A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102389220B1 publication Critical patent/KR102389220B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/7869Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02565Oxide semiconducting materials not being Group 12/16 materials, e.g. ternary compounds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02587Structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656Special treatments
    • H01L21/02664Aftertreatments
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/24Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only semiconductor materials not provided for in groups H01L29/16, H01L29/18, H01L29/20, H01L29/22
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66969Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies not comprising group 14 or group 13/15 materials

Abstract

결정성 IZTO 산화물 반도체 및 이를 구비하는 박막트랜지스터를 제공한다. 상기 박막트랜지스터는 게이트 전극, 상기 게이트 전극의 상부 또는 하부와 중첩하는 결정성 IZTO 채널층, 상기 게이트 전극과 상기 IZTO 채널층 사이에 배치된 게이트 절연막, 및 상기 IZTO 채널층 의 양측 단부들에 각각 접속하는 소오스 및 드레인 전극들을 포함한다.A crystalline IZTO oxide semiconductor and a thin film transistor having the same are provided. The thin film transistor is connected to both ends of a gate electrode, a crystalline IZTO channel layer overlapping the upper or lower portions of the gate electrode, a gate insulating film disposed between the gate electrode and the IZTO channel layer, and the IZTO channel layer, respectively and source and drain electrodes.

Description

결정성 IZTO 산화물 반도체를 구비하는 박막트랜지스터 및 이의 제조방법 {THIN FILM TRANSISTOR INCLUDING CRYSTALLINE IZTO OXIDE SEMICONDUCTOR AND FABRICATION METHOD FOR THE SAME}Thin film transistor having crystalline IZTO oxide semiconductor and manufacturing method thereof

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 구체적으로는 산화물 반도체막을 구비하는 트랜지스터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a transistor including an oxide semiconductor film.

트랜지스터의 반도체막으로서 사용되는 실리콘막으로는, 목적에 따라 비정질 실리콘막 또는 다결정 실리콘막이 사용된다. 예컨대, 대형 표시 장치에 포함된 트랜지스터의 경우, 대면적으로 형성되더라도 비교적 특성이 균일하게 형성될 수 있는 비정질 실리콘막을 사용하는 것이 바람직하다. 다른 한 편으로, 구동 회로 등을 포함하는 소자의 경우, 높은 전계-효과 이동도를 나타낼 수 있는 다결정 실리콘막을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 다결정 실리콘막을 형성하기 위한 방법으로, 비정질 실리콘막을 고온 가열 처리하거나 또는 레이저광으로 처리하는 방법이 알려져 있다.As the silicon film used as the semiconductor film of the transistor, an amorphous silicon film or a polycrystalline silicon film is used depending on the purpose. For example, in the case of a transistor included in a large-sized display device, it is preferable to use an amorphous silicon film that can have relatively uniform characteristics even though it is formed in a large area. On the other hand, in the case of an element including a driving circuit or the like, it is preferable to use a polycrystalline silicon film capable of exhibiting high field-effect mobility. As a method for forming the polycrystalline silicon film, a method of heat-treating the amorphous silicon film at a high temperature or using a laser beam is known.

최근 산화물 반도체를 트랜지스터의 채널층으로 사용하는 연구가 진행되고 있다(JP공개 2006-165528). 그러나, 산화물 반도체층은 대부분 비정질층으로, 전기적 그리고 화학적 안정하지 못한 것으로 알려져 있다.Recently, research using an oxide semiconductor as a channel layer of a transistor is being conducted (JP 2006-165528). However, it is known that the oxide semiconductor layer is mostly an amorphous layer and is not electrically and chemically stable.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 높은 전계-효과 이동도를 나타내는 다결정질 산화물 반도체 박막을 구비하는 박막트랜지스터를 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a thin film transistor having a polycrystalline oxide semiconductor thin film exhibiting high field-effect mobility.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 박막트랜지스터를 제공한다. 상기 박막트랜지스터는 게이트 전극, 상기 게이트 전극의 상부 또는 하부와 중첩하는 결정성 IZTO 채널층, 상기 게이트 전극과 상기 IZTO 채널층 사이에 배치된 게이트 절연막, 및 상기 IZTO 채널층의 양측 단부들에 각각 접속하는 소오스 및 드레인 전극들을 포함한다. In order to achieve the above object, an aspect of the present invention provides a thin film transistor. The thin film transistor is connected to a gate electrode, a crystalline IZTO channel layer overlapping an upper or lower portion of the gate electrode, a gate insulating film disposed between the gate electrode and the IZTO channel layer, and both ends of the IZTO channel layer, respectively. and source and drain electrodes.

상기 IZTO 채널층은 다결정성을 가질 수 있다. 상기 IZTO 채널층은 구정상의 결정립들(spherulitic crystallites)을 가질 수 있다. 상기 결정립들은 퍼콜레이션된 형태를 가질 수 있다. The IZTO channel layer may have polycrystalline properties. The IZTO channel layer may have spherulitic crystallites. The crystal grains may have a percolated shape.

상기 IZTO 채널층은 빅스바이트, 스피넬, 그리고 SnO2의 3개의 결정상을 모두 가질 수 있다. 구체적으로 상기 IZTO 채널층은 In2-2xZnxSnxO3 (0≤x≤0.4), Zn2-xSn1-xIn2xO4 (0≤x≤0.45), 및 SnO2의 3개의 결정상을 모두 가질 수 있다. 일 예로서, 상기 IZTO 채널층은 In2-2xZnxSnxO3 (0≤x≤0.4), Zn2-xSn1-xIn2xO4 (0≤x≤0.45), 및 SnO2를 각각 0.15 내지 0.25, 0.55 내지 0.65, 그리고 0.15 내지 0.25의 몰비로 함유할 수 있다.The IZTO channel layer may have all three crystal phases of bixbite, spinel, and SnO 2 . Specifically, the IZTO channel layer is In 2-2x Zn x Sn x O 3 (0≤x≤0.4), Zn 2-x Sn 1-x In 2x O 4 (0≤x≤0.45), and SnO 2 3 of It can have all of the crystal phases. As an example, the IZTO channel layer is In 2-2x Zn x Sn x O 3 (0≤x≤0.4), Zn 2-x Sn 1-x In 2x O 4 (0≤x≤0.45), and SnO 2 may be contained in a molar ratio of 0.15 to 0.25, 0.55 to 0.65, and 0.15 to 0.25, respectively.

상기 IZTO 채널층은 10nm 초과의 두께를 가질 수 있다. 상기 IZTO 채널층은 17 내지 35nm의 두께를 가질 수 있다. The IZTO channel layer may have a thickness of more than 10 nm. The IZTO channel layer may have a thickness of 17 to 35 nm.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 결정질 IZTO 제조방법을 제공한다. 먼저, 기판 상에 비정질 IZTO층을 형성한다. 상기 비정질 IZTO층을 600℃ 초과 그리고 1000 ℃이하의 열처리 온도로 열처리하여 상기 비정질 IZTO층을 결정질 IZTO층으로 변화시킨다. In order to achieve the above object, an aspect of the present invention provides a crystalline IZTO manufacturing method. First, an amorphous IZTO layer is formed on a substrate. The amorphous IZTO layer is heat-treated at a heat treatment temperature of more than 600° C. and less than or equal to 1000° C. to change the amorphous IZTO layer into a crystalline IZTO layer.

상기 열처리 온도는 650 내지 900 ℃일 수 있다. 상기 열처리는 상기 비정질 IZTO층이 대기, 산소, 또는 진공 분위기에 노출된 상태에서 수행할 수 있다. The heat treatment temperature may be 650 to 900 ℃. The heat treatment may be performed in a state in which the amorphous IZTO layer is exposed to atmosphere, oxygen, or vacuum atmosphere.

상기 결정질 IZTO층은 구정상의 결정립들(spherulitic crystallites)이 퍼콜레이션된 형태를 가질 수 있다. 상기 결정질 IZTO층은 In2-2xZnxSnxO3 (0≤x≤0.4), Zn2-xSn1-xIn2xO4 (0≤x≤0.45), 및 SnO2를 각각 0.15 내지 0.25, 0.55 내지 0.65, 그리고 0.15 내지 0.25의 몰비로 함유할 수 있다. 상기 결정질 IZTO층은 17 내지 35nm의 두께를 가질 수 있다.The crystalline IZTO layer may have a form in which spherulitic crystallites are percolated. The crystalline IZTO layer is In 2-2x Zn x Sn x O 3 (0≤x≤0.4), Zn 2-x Sn 1-x In 2x O 4 (0≤x≤0.45), and SnO 2 Each of 0.15 to It may be contained in a molar ratio of 0.25, 0.55 to 0.65, and 0.15 to 0.25. The crystalline IZTO layer may have a thickness of 17 to 35 nm.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 박막트랜지스터 제조방법 을 제공한다. 상기 박막트랜지스터는 기판 상에 게이트 전극; 상기 게이트 전극의 상부 또는 하부와 중첩하는 채널층; 상기 게이트 전극과 상기 채널층 사이에 배치된 게이트 절연막; 및 상기 채널층의 양측 단부들에 각각 접속하는 소오스 및 드레인 전극들을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 채널층은 결정질 IZTO층으로, 상기 결정질 IZTO층은 비정질 IZTO층을 형성한 후, 상기 비정질 IZTO층을 600℃ 초과 그리고 1000 ℃이하의 열처리 온도로 열처리하여 상기 비정질 IZTO층을 결정화시켜 얻을 수 있다. In order to achieve the above object, an aspect of the present invention provides a method for manufacturing a thin film transistor. The thin film transistor may include a gate electrode on a substrate; a channel layer overlapping an upper portion or a lower portion of the gate electrode; a gate insulating layer disposed between the gate electrode and the channel layer; and source and drain electrodes respectively connected to both ends of the channel layer. At this time, the channel layer is a crystalline IZTO layer, and the crystalline IZTO layer forms an amorphous IZTO layer, and then heat-treats the amorphous IZTO layer at a heat treatment temperature of more than 600 ° C. and less than 1000 ° C. to crystallize the amorphous IZTO layer. can be obtained

상기 열처리 온도는 650 내지 900 ℃일 수 있다. 상기 결정질 IZTO층은 구정상의 결정립들(spherulitic crystallites)이 퍼콜레이션된 형태를 가질 수 있다. 상기 결정질 IZTO층은 In2-2xZnxSnxO3 (0≤x≤0.4), Zn2-xSn1-xIn2xO4 (0≤x≤0.45), 및 SnO2를 각각 0.15 내지 0.25, 0.55 내지 0.65, 그리고 0.15 내지 0.25의 몰비로 함유할 수 있다. 상기 결정질 IZTO층은 17 내지 35nm의 두께를 가질 수 있다.The heat treatment temperature may be 650 to 900 ℃. The crystalline IZTO layer may have a form in which spherulitic crystallites are percolated. The crystalline IZTO layer is In 2-2x Zn x Sn x O 3 (0≤x≤0.4), Zn 2-x Sn 1-x In 2x O 4 (0≤x≤0.45), and SnO 2 Each of 0.15 to It may be contained in a molar ratio of 0.25, 0.55 to 0.65, and 0.15 to 0.25. The crystalline IZTO layer may have a thickness of 17 to 35 nm.

본 발명의 실시예들에 따르면, 높은 전계-효과 이동도를 나타내는 결정질 산화물 반도체 박막을 구비하는 박막트랜지스터를 제공할 수 있다.According to embodiments of the present invention, it is possible to provide a thin film transistor having a crystalline oxide semiconductor thin film exhibiting high field-effect mobility.

그러나, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막트랜지스터를 나타낸 단면도이다.
도 2는 TFT 제조예들 1, 2, 및 4에 따른 TFT들의 전달특성을 보여주는 그래프들이다.
도 3은 TFT 제조예들 1 내지 5에 따른 IZTO 필름들의 XRD 패턴들을 보여준다.
도 4는 TFT 제조예들 4, 6 내지 9, 및 10 내지 14에 따른 IZTO 필름들의 전계 방출 주사 전자 현미경 (FE-SEM) 이미지들을 보여준다.
도 5는 TFT 제조예 14에 따른 IZTO 필름의 기울기각에 따른 1D GIXD (grazing-incidence X-ray diffraction) 패턴을 나타낸다.
도 6a는 TFT 제조예 7에 따른 IZTO 필름의 단면 TEM 이미지 및 전자 회절 패턴을 보여주고, 도 6b는 TFT 제조예 4에 따른 IZTO 필름의 평면 TEM 이미지(a), 단면 TEM 이미지(b) 및 전자 회절 패턴을 보여주고, 도 6c는 TFT 제조예 4에 따른 IZTO 필름의 요소 매핑 이미지(element mapping image)를 보여주고, 도 6d는 TFT 제조예 9에 따른 IZTO 필름의 단면 TEM 이미지 및 전자 회절 패턴을 보여준다.
도 7은 TFT 제조예들 4, 6 내지 14에 따른 TFT들의 전달특성을 보여준다.
도 8은 TFT 제조예들 1, 4, 6 내지 9에 따른 TFT들에 양의 게이트 바이어스 스트레스 조건에서의 전달특성을 나타낸다.
도 9는 TFT 제조예들 1, 4, 6 내지 9에 따른 TFT들에 음의 게이트 바이어스 스트레스 조건에서의 전달특성을 나타낸다.
1 is a cross-sectional view showing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing transfer characteristics of TFTs according to TFT Preparation Examples 1, 2, and 4. Referring to FIG.
3 shows XRD patterns of IZTO films according to TFT Preparation Examples 1 to 5.
4 shows field emission scanning electron microscope (FE-SEM) images of IZTO films according to TFT Preparation Examples 4, 6 to 9, and 10 to 14;
5 shows a 1D GIXD (grazing-incidence X-ray diffraction) pattern according to the inclination angle of the IZTO film according to TFT Preparation Example 14.
6a shows a cross-sectional TEM image and electron diffraction pattern of the IZTO film according to TFT Preparation Example 7, and FIG. 6b is a planar TEM image (a), cross-sectional TEM image (b) and electrons of the IZTO film according to TFT Preparation Example 4 shows a diffraction pattern, Figure 6c shows an element mapping image of the IZTO film according to TFT Preparation Example 4, and Figure 6d is a cross-sectional TEM image and electron diffraction pattern of the IZTO film according to TFT Preparation Example 9 show
7 shows the transfer characteristics of TFTs according to TFT Preparation Examples 4 and 6 to 14 .
8 shows the transfer characteristics of TFTs according to TFT Preparation Examples 1, 4, 6 to 9 under a positive gate bias stress condition.
9 shows the transfer characteristics of TFTs according to TFT Manufacturing Examples 1, 4, 6 to 9 under a negative gate bias stress condition.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면들에 있어서, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 본 실시예들에서 "제1", "제2", 또는 "제3"는 구성요소들에 어떠한 한정을 가하려는 것은 아니며, 다만 구성요소들을 구별하기 위한 용어로서 이해되어야 할 것이다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings in order to explain the present invention in more detail. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. In the drawings, when it is said that a layer is “on” another layer or substrate, it may be formed directly on the other layer or substrate, or a third layer may be interposed therebetween. In the present embodiments, "first", "second", or "third" is not intended to impose any limitation on the components, but should be understood as terms for distinguishing the components.

박막트랜스터thin film transformer

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막트랜지스터를 나타낸 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 기판(10)이 제공될 수 있다. 기판(10)은 반도체, 금속, 유리 또는 폴리머 기판일 수 있다. 일 예에서, 상기 기판(10) 반도체 또는 금속 기판일 수 있다. 상기 기판(10) 상에 절연성 배리어층(11)이 형성될 수 있다. 일 예에서, 상기 기판(10)은 실리콘 기판이고, 상기 절연성 배리어층(11)은 실리콘 산화물일 수 있다.Referring to FIG. 1 , a substrate 10 may be provided. The substrate 10 may be a semiconductor, metal, glass or polymer substrate. In one example, the substrate 10 may be a semiconductor or a metal substrate. An insulating barrier layer 11 may be formed on the substrate 10 . In one example, the substrate 10 may be a silicon substrate, and the insulating barrier layer 11 may be silicon oxide.

상기 기판(10) 상에 일방향으로 연장되는 게이트 전극(G)을 형성할 수 있다. 상기 게이트 전극(G)은 Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, W, 또는 이들의 합금을 사용하여 형성할 수 있다. 상기 게이트 전극(G) 상에 게이트 절연막(30)을 형성할 수 있다. 상기 게이트 절연막(30)은 실리콘 산화막 일 예로서, SiO2; 실리콘 산질화막(SiON); 알루미늄 산질화막; 실리콘 산화막 대비 유전율이 큰 high-k 절연막; 또는 이들의 복합막일 수 있다. 실리콘 산화막 대비 유전율이 큰 high-k 절연막 일 예로서, Al2O3, HfO2, 또는 ZrO2일 수 있다. A gate electrode G extending in one direction may be formed on the substrate 10 . The gate electrode G may be formed using Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, W, or an alloy thereof. A gate insulating layer 30 may be formed on the gate electrode G. The gate insulating film 30 may include, for example, a silicon oxide film, SiO 2 ; silicon oxynitride film (SiON); aluminum oxynitride film; a high-k insulating film having a higher dielectric constant compared to a silicon oxide film; Or it may be a composite film thereof. As an example of a high-k insulating film having a higher dielectric constant compared to a silicon oxide film, Al 2 O 3 , HfO 2 , or ZrO 2 may be used.

상기 게이트 절연막(30) 상에 상기 게이트 전극(20)과 중첩하도록 배치된 인듐-아연-주석 산화물층(In-Zn-Sn oxide, 이하 IZTO라고 함)을 채널층(CH)으로 형성할 수 있다. An indium-zinc-tin oxide layer (In-Zn-Sn oxide, hereinafter referred to as IZTO) disposed to overlap the gate electrode 20 on the gate insulating layer 30 may be formed as a channel layer CH .

상기 IZTO 채널층(CH)은 인듐, 아연, 주석을 포함하는 금속 산화물층으로 전자 전도성 즉, N형 반도체층일 수 있다. 상기 IZTO 반도체는 다결정질로서, 구정상의 결정립들(spherulitic crystallites)을 구비할 수 있다. 나아가, 상기 구정상의 결정립들은 2D 형태를 가질 수 있다. 상기 결정립들은 퍼콜레이션된 형태 즉, 결정립들이 서로 맞닿아 그레인 바운더리를 형성할 수 있다. 또한, 상기 IZTO 반도체는 빅스바이트, 스피넬, 그리고 SnO2의 3개의 결정상을 모두 가질 수 있다. 구체적으로, IZTO 반도체는 In2-2xZnxSnxO3 (0≤x≤0.4), Zn2-xSn1-xIn2xO4 (0≤x≤0.45), 및 SnO2의 3개의 결정상을 모두 가질 수 있다. 일 예에서, IZTO는 In2-2xZnxSnxO3 (0≤x≤0.4), Zn2-xSn1-xIn2xO4 (0≤x≤0.45), 및 SnO2를 각각 0.15 내지 0.25, 0.55 내지 0.65, 그리고 0.15 내지 0.25의 몰비로 함유할 수 있다. 상기 IZTO 채널층(CH)은 10nm 초과의 두께인 수십 nm의 두께 일 예로서, 15 내지 70nm 구체적으로는 17 내지 35nm의 두께로 형성될 수 있다. 이 경우 앞서 설명한 구정상의 결정립들(spherulitic crystallites)이 주로 채널층 표면에서 2D로 성장될 수 있고, 채널층 두께 방향 내부에서 결정입계가 생성되는 것을 줄여 전하이동도를 향상시킬 수 있고 또한 낮은 SS (subthreshold swing)값을 나타낼 수 있다.The IZTO channel layer (CH) is a metal oxide layer containing indium, zinc, and tin, and may be an electron conductivity, that is, an N-type semiconductor layer. The IZTO semiconductor is polycrystalline, and may include spherulitic crystallites. Furthermore, the spherical crystal grains may have a 2D shape. The grains may be in a percolated form, that is, grain boundaries may be in contact with each other. In addition, the IZTO semiconductor may have all three crystal phases of bixbite, spinel, and SnO 2 . Specifically, the IZTO semiconductor has three components: In 2-2x Zn x Sn x O 3 (0≤x≤0.4), Zn 2-x Sn 1-x In 2x O 4 (0≤x≤0.45), and SnO 2 . It may have all crystalline phases. In one example, IZTO contains 0.15 each of In 2-2x Zn x Sn x O 3 (0≤x≤0.4), Zn 2-x Sn 1-x In 2x O 4 (0≤x≤0.45), and SnO 2 , respectively. to 0.25, 0.55 to 0.65, and 0.15 to 0.25 in molar ratios. The IZTO channel layer (CH) may be formed to a thickness of several tens of nm, which is a thickness of more than 10 nm, for example, 15 to 70 nm, specifically, 17 to 35 nm. In this case, the spherulitic crystallites described above can be mainly grown on the surface of the channel layer in 2D, reducing the generation of grain boundaries in the thickness direction of the channel layer, improving the charge mobility, and also having low SS ( subthreshold swing) value.

이러한 IZTO 채널층(CH)은 증착된 상태에서(as deposited) 비정질 상태에 있을 수 있다. 상기 IZTO 채널층(CH)은 본 기술분야에서 사용되는 다양한 방법을 사용하여 형성될 수 있으며, 구체적으로 스퍼터링 등의 물리적 증착법 또는 화학기상증착법, 원자층증착법 등의 화학적 증착법을 사용하여 형성될 수 있다. 일 구체예에서, 상기 IZTO 채널층(CH)은 불활성 기체 분위기에서 IZTO 타겟을 사용한 스퍼터링법을 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 상기 IZTO 채널층(CH)은 본 기술분야에서 사용되는 다양한 방법을 사용하여 패터닝될 수 있다. 상기 IZTO 채널층(CH)은 후술하는 열처리에서 충분히 결정화되면서도 결정입계의 생성을 줄일 수 있는 수십 nm의 두께, 예를 들어, 15 내지 70nm 구체적으로는 17 내지 35nm의 두께로 형성될 수 있다.The IZTO channel layer CH may be in an amorphous state in an as-deposited state. The IZTO channel layer (CH) may be formed using various methods used in the art, and specifically, a physical vapor deposition method such as sputtering or a chemical vapor deposition method such as a chemical vapor deposition method, an atomic layer deposition method It can be formed using . In one embodiment, the IZTO channel layer (CH) may be formed using a sputtering method using an IZTO target in an inert gas atmosphere. In addition, the IZTO channel layer (CH) may be patterned using various methods used in the art. The IZTO channel layer (CH) may be formed to a thickness of several tens of nm, for example, 15 to 70 nm, specifically 17 to 35 nm, which can reduce the generation of grain boundaries while sufficiently crystallizing in a heat treatment to be described later.

상기 IZTO 채널층(CH)의 양측 단부들 상에 소오스 전극(S)과 드레인 전극(D)을 형성하여, 상기 소오스 전극(S)과 드레인 전극(D) 사이에 상기 IZTO 채널층(CH)의 일부 표면을 노출시킬 수 있다. 소오스 전극(S)과 드레인 전극(D)은 알루미늄(Al), 네오디뮴(Nd), 은(Ag), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 어느 하나의 금속 또는 이들을 포함하는 합금, 또는 금속산화물 전도성막 일 예로서, ITO(Indium Tin Oxide)을 사용하여 형성할 수 있다.A source electrode (S) and a drain electrode (D) are formed on both ends of the IZTO channel layer (CH), and the IZTO channel layer (CH) is formed between the source electrode (S) and the drain electrode (D). Some surfaces may be exposed. The source electrode S and the drain electrode D may include at least one of aluminum (Al), neodymium (Nd), silver (Ag), chromium (Cr), titanium (Ti), tantalum (Ta), and molybdenum (Mo). As an example of a metal of or an alloy containing them, or a metal oxide conductive film, it may be formed using Indium Tin Oxide (ITO).

상기 소오스/드레인 전극들(S, D)이 형성된 기판을 열처리할 수 있다. 상기 열처리는 상기 IZTO 채널층(CH)이 대기, 산소, 또는 진공 분위기에 노출된 상태에서 600℃ 초과의 온도, 약 630 ℃ 내지 1000 ℃의 온도, 일 예로서 약 650 내지 900 ℃ 구체적으로는 670 내지 730 ℃에서 수행될 수 있다. 상기 열처리과정에서 IZTO 채널층(CH)은 결정화될 수 있다. 또한 상기 열처리 과정에서 상기 소오스/드레인 전극들(S, D)과 상기 IZTO 채널층(CH) 사이에 오믹 접합이 향상될 수 있다.The substrate on which the source/drain electrodes S and D are formed may be heat-treated. In the heat treatment, the IZTO channel layer (CH) is exposed to the atmosphere, oxygen, or vacuum at a temperature of more than 600 ° C, a temperature of about 630 ° C to 1000 ° C, for example, about 650 to 900 ° C, specifically 670 to 730 °C. In the heat treatment process, the IZTO channel layer (CH) may be crystallized. Also, an ohmic junction between the source/drain electrodes S and D and the IZTO channel layer CH may be improved during the heat treatment process.

도 1에서 도시된 박막트랜지스터는 바텀게이트/탑컨택 구조를 가지나, 이에 한정되지 않고 바텀게이트/바텀컨택 구조, 탑게이트/탑컨택 구조, 또는 탑게이트/바텀컨택 구조의 박막트랜지스터 또한 구현 가능하다. 상기 탑게이트 구조에서는 게이트 전극의 하부에서 IZTO 채널층이 상기 게이트 전극와 중첩되어 배치되고, 상기 바텀컨택 구조에서는 소오스/드레인 전극들이 IZTO 채널층의 하부에서 위치하여 상기 IZTO 채널층과 전기적으로 접속할 수 있다.The thin film transistor illustrated in FIG. 1 has a bottom gate/top contact structure, but is not limited thereto, and a thin film transistor having a bottom gate/bottom contact structure, a top gate/top contact structure, or a top gate/bottom contact structure may also be implemented. In the top gate structure, the IZTO channel layer is disposed to overlap the gate electrode under the gate electrode, and in the bottom contact structure, the source/drain electrodes are located under the IZTO channel layer to be electrically connected to the IZTO channel layer. .

이러한 n형 박막트랜지스터는 p형 박막트랜지스터와 함께 상보성 박막트랜지스터(complementary TFT) 회로 일 예로서 인버터를 구성할 수 있다. 이 때, p형 박막트랜지스터는 p형 산화물 반도체를 채널층으로 구비할 수 있고, p형 산화물 반도체는 SnO, Cu2O, NiO일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The n-type thin film transistor may constitute an inverter as an example of a complementary TFT circuit together with the p-type thin film transistor. In this case, the p-type thin film transistor may include a p-type oxide semiconductor as a channel layer, and the p-type oxide semiconductor may be SnO, Cu 2 O, or NiO, but is not limited thereto.

또한, 상기 p형 박막트랜지스터는 유기발광다이오드(OLED) 혹은 액정디스플레이의 화소전극에 전기적으로 연결된 스위칭 소자로서 사용할 수 있고, 또는 메모리 소자 일 예로서, 저항변화메모리(RRAM), PRAM(phase change RAM), 또는 MRAM(magnetic RAM)의 일측 전극에 전기적으로 연결된 스위칭 소자로서도 사용될 수도 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다. In addition, the p-type thin film transistor may be used as a switching device electrically connected to a pixel electrode of an organic light emitting diode (OLED) or liquid crystal display, or as an example of a memory device, a resistance change memory (RRAM), a phase change RAM (PRAM) ), or may be used as a switching element electrically connected to one electrode of a magnetic RAM (MRAM). However, the present invention is not limited thereto.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred experimental example (example) is presented to help the understanding of the present invention. However, the following experimental examples are only for helping understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following experimental examples.

TFT 제조예들 1TFT Manufacturing Examples 1

게이트 전극인 p형 Si 웨이퍼(< 0.005Ω·cm)를 열산화하여 p형 Si 웨이퍼 상에 게이트 절연막인 100nm의 SiO2층을 성장시켰다. 상기 SiO2층 상에 새도우 마스크를 배치하고, 실온에서 RF 마그네트론 스퍼터링을 사용하여 하기 표 1에 표시된 두께를 갖는 비정질 IZTO 반도체 패턴을 증착하였다. 스퍼터링 IZTO 타겟은 인듐 산화물 (In2O3), 산화 아연 (ZnO) 및 산화 주석 (SnO2)이 1 : 4 : 4의 몰비 (In : Zn : Sn의 양이온 원자 백분율은 20:40:40)로 구성된 화합물이었다. 스퍼터링 동안의 RF 전력 및 작동 압력은 Ar 분위기 하에서 각각 50 W 및 3 mtorr로 고정되었다. 상기 비정질 IZTO 반도체 패턴 상에 새도우 마스크를 배치하고 Ar 분위기 하에서 스퍼터링을 사용하여 ITO 패턴을 증착하여, 상기 IZTO 반도체 패턴의 양측 단부들 상에 소오스/드레인 전극들을 형성하여 박막트랜지스터를 형성하였다. 이 후, 박막트랜지스터를 대기 분위기의 하기 표 1에 표시된 온도에서 하기 표 1에 표시된 시간동안 열처리하였다. 상기 박막트랜지스터의 채널폭과 채널길이는 각각 1,000 ㎛과 300 ㎛였다.A 100 nm SiO 2 layer as a gate insulating film was grown on the p-type Si wafer by thermal oxidation of a p-type Si wafer (<0.005 Ω·cm) as a gate electrode. A shadow mask was placed on the SiO 2 layer, and an amorphous IZTO semiconductor pattern having the thickness indicated in Table 1 below was deposited using RF magnetron sputtering at room temperature. The sputtering IZTO target contains indium oxide (In 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO) and tin oxide (SnO 2 ) in a molar ratio of 1:4:4 (the cation atom percentage of In:Zn:Sn is 20:40:40). It was a compound composed of The RF power and operating pressure during sputtering were fixed at 50 W and 3 mtorr, respectively, under Ar atmosphere. A thin film transistor was formed by disposing a shadow mask on the amorphous IZTO semiconductor pattern and depositing the ITO pattern using sputtering in an Ar atmosphere to form source/drain electrodes on both ends of the IZTO semiconductor pattern. Thereafter, the thin film transistor was heat-treated at the temperature indicated in Table 1 below in an atmospheric atmosphere for the time indicated in Table 1 below. The channel width and channel length of the thin film transistor were 1,000 μm and 300 μm, respectively.

IZTO 반도체 패턴 두께IZTO semiconductor pattern thickness 결정화 열처리 온도crystallization heat treatment temperature 결정화 열처리 시간crystallization heat treatment time TFT 제조예 1TFT Preparation Example 1 19 nm19 nm 350 ℃350 ℃ 1 시간1 hours TFT 제조예 2TFT Preparation Example 2 19 nm19 nm 600 ℃600 ℃ 1 시간1 hours TFT 제조예 3TFT Preparation Example 3 19 nm19 nm 650 ℃650 ℃ 1 시간1 hours TFT 제조예 4TFT Preparation Example 4 19 nm19 nm 700 ℃700 ℃ 1 시간1 hours TFT 제조예 5TFT Preparation Example 5 19 nm19 nm 800 ℃800℃ 1 시간1 hours TFT 제조예 6TFT Preparation Example 6 5 nm5 nm 700 ℃700 ℃ 1 시간1 hours TFT 제조예 7TFT Preparation Example 7 10 nm10 nm 700 ℃700 ℃ 1 시간1 hours TFT 제조예 8TFT Preparation Example 8 30 nm30 nm 700 ℃700 ℃ 1 시간1 hours TFT 제조예 9TFT Preparation Example 9 50 nm50 nm 700 ℃700 ℃ 1 시간1 hours TFT 제조예 10TFT Preparation Example 10 5 nm5 nm 700 ℃700 ℃ 4 시간4 hours TFT 제조예 11TFT Preparation Example 11 10 nm10 nm 700 ℃700 ℃ 4 시간4 hours TFT 제조예 12TFT Preparation Example 12 19 nm19 nm 700 ℃700 ℃ 4 시간4 hours TFT 제조예 13TFT Preparation Example 13 30 nm30 nm 700 ℃700 ℃ 4 시간4 hours TFT 제조예 14TFT Preparation Example 14 50 nm50 nm 700 ℃700 ℃ 4 시간4 hours

도 2는 TFT 제조예들 1, 2, 및 4에 따른 TFT들의 전달특성을 보여주는 그래프들이다. 2 is a graph showing transfer characteristics of TFTs according to TFT Preparation Examples 1, 2, and 4. Referring to FIG.

도 2를 참조하면, TFT 제조예 1에 따른 350 ℃에서 1시간동안 어닐링한 19nm의 IZTO 필름을 반도체층으로 구비하는 TFT(a)는 평균 μFE 값이 35.9 cm2V-1s-1, SS는 0.24 V/decade, VTH는 -0.41V, ION/OFF는 9.8 × 108을 나타냈다. 그러나 TFT 제조예 2에 따른 600 ℃에서 1시간동안 어닐링한 19nm의 IZTO 필름을 반도체층으로 구비하는 TFT(b)는 TFT 제조예 1에 따른 TFT와 유사한 μFE 값을 나타낸 반면, ION/OFF가 크게 감소하였다. 이와 같이 600 ℃에서 어닐링한 경우의 열화는 주로 IZTO 구조가 의도치 않게 도핑된 상으로 상전이하는 것과 관련이 있는 것으로 보여졌다. 한편, TFT 제조예 4에 따른 700 ℃에서 1시간동안 어닐링한 19nm의 IZTO 필름을 반도체층으로 구비하는 TFT(c)는 평균 μFE 값이 39.7 cm2V-1s-1, SS는 0.26 V/decade, VTH는 -0.21V, ION/OFF는 9.9 × 108을 나타내는 등 최적화된 전달특성을 나타내는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 2 , a TFT (a) having an IZTO film of 19 nm annealed at 350° C. for 1 hour according to TFT Preparation Example 1 as a semiconductor layer had an average μFE value of 35.9 cm 2 V −1 s −1 , SS is 0.24 V/decade, V TH is -0.41V, and I ON/OFF is 9.8 × 10 8 . However, the TFT (b) having an IZTO film of 19 nm annealed at 600° C. for 1 hour according to TFT Preparation Example 2 as a semiconductor layer showed a μFE value similar to that of the TFT according to TFT Preparation Example 1, whereas I ON/OFF was decreased significantly. As such, it was shown that the deterioration in the case of annealing at 600 °C is mainly related to the phase transition of the IZTO structure to the unintentionally doped phase. On the other hand, the TFT (c) having an IZTO film of 19 nm annealed at 700 ° C for 1 hour according to TFT Preparation Example 4 as a semiconductor layer had an average μFE value of 39.7 cm 2 V -1 s -1 , and SS 0.26 V/ For a decade, V TH shows -0.21V and I ON/OFF shows 9.9 × 10 8 , and it can be seen that the optimized transmission characteristics are shown.

도 3은 TFT 제조예들 1 내지 5에 따른 IZTO 필름들의 XRD 패턴들을 보여준다.3 shows XRD patterns of IZTO films according to TFT Preparation Examples 1 to 5.

도 3을 참조하면, 19 nm 두께의 IZTO 필름은 600 ℃에 이르기까지 X-선 회절 피크들을 보여주지 않는 것으로 미루어 결정화되지 않은 비정질 필름임을 알 수 있다. 650 ℃ 이상 나아가 700 ℃ 이상의 온도로 어닐링된 IZTO 필름들은 X-선 회절 피크들을 명확하게 나타냄에 따라 결정화된 것을 알 수 있다. 또한, 결정화된 IZTO 필름들은 결정입자들로부터 유래된 빅스비아이트 (Bixbyite) 구조의 In2-2xZnxSnxO3 (0≤x≤0.4)에 해당되는 X-선 회절 피크들과 스피넬 구조의 Zn2-xSn1-xIn2xO4 (0≤x≤0.45)에 해당되는 X-선 회절 피크들을 나타내었다.Referring to FIG. 3 , it can be seen that the 19 nm thick IZTO film does not show X-ray diffraction peaks up to 600° C., indicating that it is an amorphous film that is not crystallized. It can be seen that the IZTO films annealed at a temperature of more than 650 °C and more than 700 °C were crystallized as they clearly showed X-ray diffraction peaks. In addition, the crystallized IZTO films had X-ray diffraction peaks corresponding to In 2-2x Zn x Sn x O 3 (0≤x≤0.4) of Bixbyite structure derived from crystal grains and spinel X-ray diffraction peaks corresponding to the structure of Zn 2-x Sn 1-x In 2x O 4 (0≤x≤0.45) were shown.

도 4는 TFT 제조예들 4, 6 내지 9, 및 10 내지 14에 따른 IZTO 필름들의 전계 방출 주사 전자 현미경 (FE-SEM) 이미지들을 보여준다.4 shows field emission scanning electron microscope (FE-SEM) images of IZTO films according to TFT Preparation Examples 4, 6 to 9, and 10 to 14;

도 4를 참조하면, TFT 제조예들 6 및 10에 따른 5nm 두께의 IZTO 필름(a, f)은 매우 얇은 두께로 인해 결정들이 성장하기 어렵기 때문에 직경이 10 내지 20nm 인 작은 나노 입자만을 나타내었다. 필름이 두꺼워짐에 따라 주요 도메인이 서로 연결되고 측면 성장한 것을 알 수 있다. TFT 제조예들 7 및 11에 따른 10nm 두께의 IZTO 필름(b, g)은 내장된 뭉치형(embedded sheaf-like) 결정입자들을 나타내며, 부분적으로 결정질 구조를 나타내었다. TFT 제조예들 4 및 12에 따른 19nm 두께의 IZTO 필름(c, h)을 비롯한 TFT 제조예들 8 및 13에 따른 30 nm 두께의 IZTO 필름들(d, i) 그리고 TFT 제조예들 9 및 14에 따른 50nm 두께의 IZTO 필름들(e, j)은 상호 연결된 2D 구정상의 결정립들(2D spherulitic crystallites)을 나타내었다. 한편, 어닐링 시간이 길수록 결정입계가 명확해지며 또한 결정입계 전위(disloctoin) 결함이 증가하는 것으로 보였다. Referring to FIG. 4 , the 5 nm thick IZTO films (a, f) according to TFT Preparation Examples 6 and 10 showed only small nanoparticles with a diameter of 10 to 20 nm because crystals were difficult to grow due to their very thin thickness. . As the film thickened, it can be seen that the major domains are connected to each other and grow laterally. The IZTO films (b, g) with a thickness of 10 nm according to TFT Preparation Examples 7 and 11 showed embedded sheaf-like crystal grains, and partially exhibited a crystalline structure. 30 nm thick IZTO films (d, i) according to TFT Preparation Examples 8 and 13, including a 19 nm thick IZTO film (c, h) according to TFT Preparation Examples 4 and 12, and TFT Preparation Examples 9 and 14 The 50 nm-thick IZTO films (e, j) according to Fig. 1 showed interconnected 2D spherulitic crystallites. On the other hand, as the annealing time was longer, the grain boundaries became clear and the grain boundary disloctoin defects appeared to increase.

도 5는 TFT 제조예 14에 따른 IZTO 필름의 기울기각에 따른 1D GIXD (grazing-incidence X-ray diffraction) 패턴을 나타낸다.5 shows a 1D GIXD (grazing-incidence X-ray diffraction) pattern according to the inclination angle of the IZTO film according to TFT Preparation Example 14.

도 5를 참조하면, 결정화된 IZTO 필름은 3개의 결정상 즉, SnO2, In2O3 및 Zn2SnO4 결정을 나타내는 것을 알 수 있다. 구체적으로, Q가 1.540, 2.060, 2.372 및 2.475 Å-1에서 이방성 (등방성 또는 Debye가 아닌) X- 선 반사 피크를 나타냈다. 또한 Q가 0.879 및 1.263 Å-1 일 때와 2 Å-1 이상의 높은 Q 값에서도 X- 선 반사 피크를 나타냈다. 이러한 1D GIXD은 19 nm 이상의 높이를 갖고 700도 이상에서 1시간 이상 열처리된 IZTO 필름들에서 거의 유사하게 나타났다.Referring to FIG. 5 , it can be seen that the crystallized IZTO film exhibits three crystal phases, that is, SnO 2 , In 2 O 3 and Zn 2 SnO 4 crystals. Specifically, Q exhibited anisotropic (not isotropic or Debye) X-ray reflection peaks at 1.540, 2.060, 2.372 and 2.475 Å −1 . It also showed X-ray reflection peaks when Q was 0.879 and 1.263 Å −1 and at high Q values of 2 Å −1 or higher. Such 1D GIXD appeared almost similarly in IZTO films having a height of 19 nm or more and heat-treated at 700 degrees or more for 1 hour or more.

도 6a는 TFT 제조예 7에 따른 IZTO 필름의 단면 TEM 이미지 및 전자 회절 패턴을 보여주고, 도 6b는 TFT 제조예 4에 따른 IZTO 필름의 평면 TEM 이미지(a), 단면 TEM 이미지(b) 및 전자 회절 패턴을 보여주고, 도 6c는 TFT 제조예 4에 따른 IZTO 필름의 요소 매핑 이미지(element mapping image)를 보여주고, 도 6d는 TFT 제조예 9에 따른 IZTO 필름의 단면 TEM 이미지 및 전자 회절 패턴을 보여준다.6a shows a cross-sectional TEM image and electron diffraction pattern of the IZTO film according to TFT Preparation Example 7, and FIG. 6b is a planar TEM image (a), cross-sectional TEM image (b) and electrons of the IZTO film according to TFT Preparation Example 4 shows a diffraction pattern, Figure 6c shows an element mapping image of the IZTO film according to TFT Preparation Example 4, and Figure 6d is a cross-sectional TEM image and electron diffraction pattern of the IZTO film according to TFT Preparation Example 9 show

도 6a를 참조하면, TFT 제조예 7에 따른 700 ℃에서 1 시간 동안 어닐링된 10nm 두께의 IZTO 필름은 그의 단면에서 확산된 ED 링 패턴(diffused electron diffraction ring pattern)이 나타나는 것으로 보아 부분적으로 결정질인 것으로 나타났다. 그러나, 결정 영역에서는 약 2.9 Å 의 도메인-간격(d- 간격)을 갖는 정렬된 평면을 명백하게 나타내었고, 이는 빅스바이트 In2O3 결정에서 d222의 그것과 상응한다.Referring to FIG. 6a, the IZTO film with a thickness of 10 nm annealed at 700 ° C. for 1 hour according to TFT Preparation Example 7 is partially crystalline as a diffused electron diffraction ring pattern appears in its cross section. appear. However, the crystal region clearly showed an aligned plane with a domain-spacing (d-spacing) of about 2.9 Å, which corresponds to that of d 222 in the bixbite In 2 O 3 crystal.

도 6b를 참조하면, TFT 제조예 4에 따른 700 ℃에서 1 시간 동안 어닐링된 19nm 두께의 IZTO 필름은 결정입자들로 완전히 점유된 것을 확인할 수 있다. 일부 결정입자에서 고도로 배향된 결정 면들은 2.9 Å의 d-간격을 가졌으며, 이는 빅스바이트 In2O3 결정에서 d222에 기인한 것이이다. 다른 일부 결정입자에서 2.6 Å의 d-간격을 갖는 추가 결정 구조가 나타났고, 이는 스피넬 Zn2SnO4 결정의 (311)으로 색인될 수 있다. 또 다른 일부 결정입자에서 3.4 Å의 d-간격을 갖는 추가 결정 구조가 나타났고, 이는 SnO2 결정의 (110)으로 색인될 수 있다. Referring to FIG. 6b , it can be seen that the IZTO film having a thickness of 19 nm annealed at 700° C. for 1 hour according to TFT Preparation Example 4 is completely occupied by crystal grains. The highly oriented crystal planes in some grains had a d-spacing of 2.9 Å, which is attributed to d 222 in the bixbite In 2 O 3 crystal. In some other grains, an additional crystal structure with a d-spacing of 2.6 Å appeared, which can be indexed as (311) of the spinel Zn 2 SnO 4 crystal. In some other grains, an additional crystal structure with a d-spacing of 3.4 Å appeared, which can be indexed as (110) of the SnO 2 crystal.

도 6c를 참조하면, 스캐닝 TEM 분석을 통한 요소 매핑 이미지는 In, Zn 및 Sn 양이온들이 식별가능하게 분리되지 않고 골고루 분산되는 분포를 명확하게 보여준다. 이 것은 유한 결정 크기를 갖는 SnO2, In2O3 및 Zn2Sn1O4의 상이 공존할 경우에는 In, Zn 및 Sn 양이온들은 공간적으로 불균일성을 갖는 것을 고려할 때, 예상치 못한 결과이다. 따라서, 이러한 결과는 고온에서 열역학적으로 안정적인 빅스바이트 및 스피넬 상의 화학식이 순수한 In2O3 및 Zn2SnO4가 아니라 각각 In2-2xZnxSnxO3 (0≤x≤0.4)와 Zn2-xSn1-xIn2xO4 (0≤x≤0.45)일 수 있음을 나타내는 것으로 추정할 수 있다. 이는 InO1.5-ZnO-SnO2 시스템에서 서브 솔리드 상(sub-solid phase) 관계이다. In2-2xZnxSnxO3 (0≤x≤0.4)는 bixbyite In2O3 상에 Zn과 Sn이 공용해된 것으로, 두개의 3가 In 양이온 (In3+)이 한개의 2가 양이온인 Zn2+과 한개의 4가 Sn4+ 양이온으로 치환된 것이고, Zn2-xSn1-xIn2xO4 (0≤x≤0.45)은 스피넬 상에 In이 용해된 것으로, 한개의 2가 양이온인 Zn2+과 한개의 4가 Sn4+ 양이온은 두개의 3가 In 양이온 (In3+)으로 치환된 것이다.Referring to FIG. 6c , the element mapping image through scanning TEM analysis clearly shows the distribution in which In, Zn, and Sn cations are evenly dispersed without being discernably separated. This is an unexpected result considering that In, Zn, and Sn cations have spatial non-uniformity when SnO 2 , In 2 O 3 and Zn 2 Sn 1 O 4 phases with finite crystal sizes coexist. Therefore, these results show that the chemical formulas of the bixbite and spinel phases, which are thermodynamically stable at high temperature, are not pure In 2 O 3 and Zn 2 SnO 4 but In 2-2x Zn x Sn x O 3 (0≤x≤0.4) and Zn 2 , respectively. It can be estimated to indicate that -x Sn 1-x In 2x O 4 (0≤x≤0.45). This is a sub-solid phase relationship in the InO 1.5 -ZnO-SnO 2 system. In 2-2x Zn x Sn x O 3 (0≤x≤0.4) is Zn and Sn co-dissolved on bixbyite In 2 O 3 , and two trivalent In cations (In 3+ ) are one divalent The cations Zn 2+ and one 4 are substituted with Sn 4+ cations, and Zn 2-x Sn 1-x In 2x O 4 (0≤x≤0.45) is In dissolved on the spinel, and one The divalent cation Zn 2+ and one tetravalent Sn 4+ cation are substituted with two trivalent In cations (In 3+ ).

도 6d를 참조하면, TFT 제조예 9에 따른 700 ℃에서 1 시간 동안 어닐링된 50nm 두께의 IZTO 필름의 일부 결정입자에서 고도로 배향된 결정 면들은 4.12 Å의 d-간격을 가졌으며, 이는 빅스바이트 In2-2xZnxSnxO3 결정에서 (211)에 기인한 것이다. 다른 일부 결정입자에서 4.3 Å의 d-간격을 갖는 추가 결정 구조가 나타났고, 이는 스피넬 Zn2-xSn1-xIn2xO4 결정의 (200)으로 색인될 수 있다. 또 다른 일부 결정입자에서 6.6 Å의 d-간격을 갖는 추가 결정 구조가 나타났고, 이는 SnO2 결정의 (110)으로 색인될 수 있다. Referring to FIG. 6d , highly oriented crystal planes in some crystal grains of a 50 nm thick IZTO film annealed at 700° C. for 1 hour according to TFT Preparation Example 9 had a d-spacing of 4.12 Å, which was It is due to (211) in the 2-2x Zn x Sn x O 3 crystal. In some other grains, additional crystal structures with a d-spacing of 4.3 Å appeared, which can be indexed as (200) of spinel Zn 2-x Sn 1-x In 2x O 4 crystals. In some other grains, an additional crystal structure with a d-spacing of 6.6 Å appeared, which can be indexed as (110) of the SnO 2 crystal.

700 ℃에서 어닐링된 IZTO 필름에서, SnO2, Bixbyite 고용체 In2-2xZnxSnxO3 (0≤x≤0.4) 및 스피넬 고용체 Zn2-xSn1-xIn2xO4 (0≤x≤0.45)의 3 상 식별을 기준으로, 이들의 몰 분율은 서브 솔리드 3 원 위상 다이어그램(sub-solid ternary phase diagram)의 레버 규칙 원리를 사용하여 각각 0.20, 0.20 및 0.60인 것으로 추정되었다. 결정성 IZTO 필름에 대한 수직 방향의 평균 입자 크기는 Scherrer의 공식 (D = kλ/βcosθ)을 사용하여 FWHM (full-width-at-half-maximum)로부터 계산되었으며, 수직 방향의 평균 입자 크기(average grain size)는 하기 표 2로 나타내어진다.In the IZTO film annealed at 700 °C, SnO 2 , Bixbyite solid solution In 2-2x Zn x Sn x O 3 (0≤x≤0.4) and spinel solid solution Zn 2-x Sn 1-x In 2x O 4 (0≤x Based on the three-phase identification of ≤0.45), their mole fractions were estimated to be 0.20, 0.20 and 0.60, respectively, using the lever rule principle of the sub-solid ternary phase diagram. The average grain size in the vertical direction for the crystalline IZTO film was calculated from full-width-at-half-maximum (FWHM) using Scherrer's formula (D = kλ/βcosθ), and the average grain size in the vertical direction (average grain size) is shown in Table 2 below.

700도 열처리 시간 (h)700 degree heat treatment time (h) 19 nm 두께의 IZTO19 nm thick IZTO 50 nm 두께의 IZTO50 nm thick IZTO 1One [제조예 4]
11.9 nm
[Production Example 4]
11.9 nm
[제조예 9]
18.2 nm
[Production Example 9]
18.2 nm
44 [제조예 12]
10.1 nm
[Production Example 12]
10.1 nm
[제조예 14]
16.8 nm
[Production Example 14]
16.8 nm

도 7은 TFT 제조예들 4, 6 내지 14에 따른 TFT들의 전달특성을 보여준다.7 shows the transfer characteristics of TFTs according to TFT Preparation Examples 4 and 6 to 14 .

또한, 하기 표 3은 TFT 제조예들 4, 6 내지 14에 따른 TFT들의 전기적 특성을 정리하여 나타낸 것이다.In addition, Table 3 below summarizes the electrical characteristics of TFTs according to TFT Preparation Examples 4 and 6 to 14.

IZTO
두께
IZTO
thickness
열처리
시간
heat treatment
time
μFE
(cm2V-1s-1)
μFE
(cm 2 V -1 s -1 )
SS
(Vdecade-1)
SS
(Vdecade -1 )
VTH
(V)
V TH
(V)
ION/OFF I ON/OFF NT, max
(cm-3 eV-1)
NT, max
(cm -3 eV -1 )
제조예 6Preparation 6 5 nm5 nm 1 h1 h 16.616.6 0.500.50 0.30.3 9.75 × 107 9.75 × 10 7 3.7 × 1018 3.7 × 10 18 제조예 10Preparation 10 5 nm5 nm 4 h4 h 15.815.8 0.530.53 0.10.1 9.34 × 107 9.34 × 10 7 3.9 × 1018 3.9 × 10 18 제조예 7Preparation 7 10 nm10 nm 1 h1 h 24.224.2 0.590.59 1.01.0 4.00 × 108 4.00 × 10 8 2.2 × 1018 2.2 × 10 18 제조예 11Preparation 11 10 nm10 nm 4 h4 h 22.422.4 0.550.55 0.60.6 4.04 × 108 4.04 × 10 8 2.0 × 1018 2.0 × 10 18 제조예 4Preparation 4 19 nm19 nm 1 h1 h 39.739.7 0.260.26 -0.2-0.2 9.70 × 108 9.70 × 10 8 5.0 × 1017 5.0 × 10 17 제조예 12Preparation 12 19 nm19 nm 4 h4 h 39.739.7 0.270.27 -0.7-0.7 9.32 × 108 9.32 × 10 8 5.2 × 1017 5.2 × 10 17 제조예 8Preparation 8 30 nm30 nm 1 h1 h 39.739.7 0.460.46 -1.3-1.3 9.24 × 108 9.24 × 10 8 5.6 × 1017 5.6 × 10 17 제조예 13Preparation 13 30 nm30 nm 4 h4 h 39.939.9 0.420.42 -2.1-2.1 9.43 × 109 9.43 × 10 9 5.1 × 1017 5.1 × 10 17 제조예 9Preparation 9 50 nm50 nm 1 h1 h 34.934.9 0.970.97 -4.0-4.0 9.75 × 108 9.75 × 10 8 7.1 × 1017 7.1 × 10 17 제조예 14Preparation 14 50 nm50 nm 4 h4 h 36.536.5 0.970.97 -4.2-4.2 9.86 × 108 9.86 × 10 8 7.1 × 1017 7.1 × 10 17

도 7 및 표 3을 참조하면, 각 두께에서 어닐링 시간에 따른 전기적 성능 변화는 크지 않음을 알 수 있다. 부분 결정화된 10 nm 두께의 IZTO 막을 갖는 TFT(제조예들 7 및 11)는 비정질 상태의 5 nm 두께의 IZTO 막을 갖는 TFT (제조예들 6 및 10) 대비 전기적 특성이 다소 향상된 것을 알 수 있다. 퍼콜레이션된 구정상(percolated spherulites)이 있는 다결정질 IZTO 막 중에서 가장 얇은 19nm 두께의 IZTO 막을 갖는 TFT(제조예들 4 및 12)는 약 39.7 cm2V-1s-1의 μFE 값을 보였으며 이는 a-IZTO막을 갖는 TFT(TFT 제조예 6)보다 2.4 배 더 높다. 또한, 19nm 이상의 두께를 갖는 IZTO 막을 채널층으로 갖는 TFT(제조예들 4, 8-9, 및 12-14)는 고속 벌크 트랩 (NT)이 1018 미만의 값을 나타내고, 그에 따라 19-30nm의 두께를 갖는 IZTO 막을 채널층으로 갖는 TFT(제조예들 4, 8, 및 12-13)는 0.5 미만의 SS 값을 나타낼 수 있다. 또한, 19nm 이상의 두께를 갖는 IZTO 막을 채널층으로 갖는 TFT는 9 × 108 이상의 ION/OFF 값을 나타내고, 이는 5 nm의 두께를 갖는 IZTO 막 또는 부분적으로 결정화된 10 nm의 두께를 갖는 IZTO 막을 채널층으로 구비하는 TFT 대비 크다. 이는 다결정질 IZTO 막에서 다결정질 Si막에 비해 결정입계 결함이 누설 전류를 크게 유발하지는 않는 것을 의미할 수 있다. 이는 다결정질 IZTO 막의 밴드갭이 3 eV 보다 크기 때문으로 이해되었다. Referring to FIG. 7 and Table 3, it can be seen that the change in electrical performance according to the annealing time at each thickness is not large. It can be seen that the partially crystallized TFT having a 10 nm thick IZTO film (Preparation Examples 7 and 11) has somewhat improved electrical properties compared to TFTs having an amorphous 5 nm thick IZTO film (Preparation Examples 6 and 10). Among the polycrystalline IZTO films with percolated spherulites, the TFTs having an IZTO film with a thickness of 19 nm (Preparation Examples 4 and 12) showed a μFE value of about 39.7 cm 2 V -1 s -1 . This is 2.4 times higher than that of a TFT having an a-IZTO film (TFT Preparation Example 6). In addition, in the TFT having an IZTO film having a thickness of 19 nm or more as a channel layer (Preparation Examples 4, 8-9, and 12-14), the high-speed bulk trap (N T ) exhibits a value of less than 10 18 , and thus 19- A TFT having an IZTO film having a thickness of 30 nm as a channel layer (Preparation Examples 4, 8, and 12-13) may exhibit an SS value of less than 0.5. In addition, a TFT having an IZTO film having a thickness of 19 nm or more as a channel layer shows an I ON/OFF value of 9 × 10 8 or more, which is an IZTO film having a thickness of 5 nm or a partially crystallized IZTO film having a thickness of 10 nm It is larger than TFT provided as a channel layer. This may mean that grain boundary defects do not significantly cause leakage current in the polycrystalline IZTO film compared to the polycrystalline Si film. This was understood because the band gap of the polycrystalline IZTO film was greater than 3 eV.

한편, 30 nm 및 50 nm 두께의 IZTO FET의 NT 값은 19 nm 두께의 IZTO FET의 NT 값 대비 약간 높은데 이는 두께의 증가에 따른 방사상으로 성장한 3D 결정에 기인하여 결정입계 트랩이 증가된 것으로 이해할 수 있다. 반면, 19 nm 두께의 IZTO는 주로 2D 모양의 구정상이 성장되었다. On the other hand, the NT value of the 30 nm and 50 nm thick IZTO FETs is slightly higher than the NT value of the 19 nm thick IZTO FET. I can understand. On the other hand, in the 19 nm thick IZTO, mainly 2D-shaped spherical phases were grown.

도 8은 TFT 제조예들 1, 4, 6 내지 9에 따른 TFT들에 양의 게이트 바이어스 스트레스 조건에서의 전달특성을 나타낸다. 양의 게이트 바이어스 스트레스(PBS)는 VTH + 20V의 게이트 바이어스 및 5.1 V의 드레인 바이어스 조건에서 표시된 시간만큼 가해졌다.8 shows the transfer characteristics of TFTs according to TFT Preparation Examples 1, 4, 6 to 9 under a positive gate bias stress condition. A positive gate bias stress (PBS) was applied for the indicated time at a gate bias of V TH + 20 V and a drain bias of 5.1 V.

도 8을 참조하면, 350 ℃에서 1시간 동안 어닐링된 19 nm 두께의 IZTO 필름을 구비하는 제조예 1에 따른 TFT (a), 700 ℃에서 1시간 동안 어닐링된 5 nm 두께의 IZTO 필름을 구비하는 제조예 6에 따른 TFT (b), 및 700 ℃에서 1시간 동안 어닐링된 10 nm 두께의 IZTO 필름을 구비하는 제조예 7에 따른 TFT (c) 대비, 700 ℃에서 1시간 동안 어닐링된 19 nm 두께의 IZTO 필름을 구비하는 제조예 4에 따른 TFT (d), 700 ℃에서 1시간 동안 어닐링된 30 nm 두께의 IZTO 필름을 구비하는 제조예 8에 따른 TFT (e), 및 700 ℃에서 1시간 동안 어닐링된 50 nm 두께의 IZTO 필름을 구비하는 제조예 9에 따른 TFT (f)는 양의 게이트 바이어스 스트레스에도 VTH 변화가 적은 것을 알 수 있다. 이와 같이 우수한 PBS 안정성은 결정화 효과에 기인하는 것으로 이해되었다.Referring to Figure 8, TFT (a) according to Preparation Example 1 having an IZTO film of 19 nm thickness annealed at 350 ° C. for 1 hour, having an IZTO film of 5 nm thickness annealed at 700 ° C. for 1 hour Compared to the TFT (c) according to Preparation Example 7 having a TFT (b) according to Preparation Example 6, and a 10 nm thick IZTO film annealed at 700° C. for 1 hour, 19 nm thick annealed at 700° C. for 1 hour TFT according to Preparation Example 4 having an IZTO film of (d), a TFT according to Preparation Example 8 having a 30 nm thick IZTO film annealed at 700° C. for 1 hour (e), and at 700° C. for 1 hour It can be seen that the TFT (f) according to Preparation Example 9 having an annealed 50 nm-thick IZTO film has little V TH change even with a positive gate bias stress. It was understood that this excellent PBS stability was due to the crystallization effect.

도 9는 TFT 제조예들 1, 4, 6 내지 9에 따른 TFT들에 음의 게이트 바이어스 스트레스 조건에서의 전달특성을 나타낸다. 음의 게이트 바이어스 스트레스(NBS)는 VTH - 20V의 게이트 바이어스 및 5.1 V의 드레인 바이어스 조건에서 표시된 시간만큼 가해졌다.9 shows the transfer characteristics of TFTs according to TFT Manufacturing Examples 1, 4, 6 to 9 under a negative gate bias stress condition. A negative gate bias stress (NBS) was applied for the indicated time at a gate bias of V TH - 20 V and a drain bias of 5.1 V.

도 9를 참조하면, 350 ℃에서 1시간 동안 어닐링된 19 nm 두께의 IZTO 필름을 구비하는 제조예 1에 따른 TFT (a), 700 ℃에서 1시간 동안 어닐링된 5 nm 두께의 IZTO 필름을 구비하는 제조예 6에 따른 TFT (b), 및 700 ℃에서 1시간 동안 어닐링된 10 nm 두께의 IZTO 필름을 구비하는 제조예 7에 따른 TFT (c) 대비, 700 ℃에서 1시간 동안 어닐링된 19 nm 두께의 IZTO 필름을 구비하는 제조예 4에 따른 TFT (d), 700 ℃에서 1시간 동안 어닐링된 30 nm 두께의 IZTO 필름을 구비하는 제조예 8에 따른 TFT (e), 및 700 ℃에서 1시간 동안 어닐링된 50 nm 두께의 IZTO 필름을 구비하는 제조예 9에 따른 TFT (f)는 음의 게이트 바이어스 스트레스에도 VTH 변화가 적은 것을 알 수 있다. 이와 같이 우수한 NBS 안정성은 결정화 효과에 기인하는 것으로 이해되었다.Referring to FIG. 9, TFT (a) according to Preparation Example 1 having an IZTO film of 19 nm thickness annealed at 350 ° C. for 1 hour (a), an IZTO film of 5 nm thickness annealed at 700 ° C. for 1 hour Compared to the TFT (c) according to Preparation Example 7 having a TFT (b) according to Preparation Example 6, and a 10 nm thick IZTO film annealed at 700° C. for 1 hour, 19 nm thick annealed at 700° C. for 1 hour TFT according to Preparation Example 4 having an IZTO film of (d), a TFT according to Preparation Example 8 having a 30 nm thick IZTO film annealed at 700° C. for 1 hour (e), and at 700° C. for 1 hour It can be seen that the TFT (f) according to Preparation Example 9 having an annealed 50 nm-thick IZTO film has little V TH change even under negative gate bias stress. It was understood that this excellent NBS stability was due to the crystallization effect.

한편, 700 ℃에서의 결정화로 인해, 광학 밴드 갭 (EG)이 2.84eV (a-IZTO 필름)에서 3.22eV로 증가했는데, 이는 ECBM 또는 EVBM이 0.35eV만큼 변경되었음을 의미한다. On the other hand, due to crystallization at 700 °C, the optical bandgap (EG) increased from 2.84 eV (a-IZTO film) to 3.22 eV, meaning that the ECBM or EVBM was changed by 0.35 eV.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.In the above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes are made by those skilled in the art within the technical spirit and scope of the present invention. This is possible.

Claims (22)

게이트 전극;
상기 게이트 전극의 상부 또는 하부와 중첩하는 결정성 IZTO 채널층;
상기 게이트 전극과 상기 IZTO 채널층 사이에 배치된 게이트 절연막; 및
상기 IZTO 채널층의 양측 단부들에 각각 접속하는 소오스 및 드레인 전극들을 포함하되,
상기 IZTO 채널층은 빅스바이트, 스피넬, 그리고 SnO2의 3개의 결정상을 모두 갖는 박막트랜지스터.
gate electrode;
a crystalline IZTO channel layer overlapping the upper or lower portions of the gate electrode;
a gate insulating film disposed between the gate electrode and the IZTO channel layer; and
Including source and drain electrodes respectively connected to both ends of the IZTO channel layer,
The IZTO channel layer is a thin film transistor having all three crystal phases of bixbite, spinel, and SnO 2 .
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 IZTO 채널층은 2D 형태의 구정상의 결정립들(spherulitic crystallites)을 갖는 박막트랜지스터.
According to claim 1,
The IZTO channel layer is a thin film transistor having 2D-shaped spherulitic crystallites.
제3항에 있어서,
상기 결정립들은 퍼콜레이션된 형태를 갖는 박막트랜지스터.
4. The method of claim 3,
The crystal grains are thin film transistors having a percolation shape.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 빅스바이트 결정상은 In2-2xZnxSnxO3 (0≤x≤0.4)이고,
상기 스피넬 결정상은 Zn2-xSn1-xIn2xO4 (0≤x≤0.45)인 박막트랜지스터.
According to claim 1,
The bixbite crystal phase is In 2-2x Zn x Sn x O 3 (0≤x≤0.4),
The spinel crystal phase is Zn 2-x Sn 1-x In 2x O 4 (0≤x≤0.45) thin film transistor.
제6항에 있어서,
상기 IZTO 채널층은 In2-2xZnxSnxO3 (0≤x≤0.4), Zn2-xSn1-xIn2xO4 (0≤x≤0.45), 및 SnO2를 각각 0.15 내지 0.25, 0.55 내지 0.65, 그리고 0.15 내지 0.25의 몰비로 함유하는 박막트랜지스터.
7. The method of claim 6,
The IZTO channel layer is In 2-2x Zn x Sn x O 3 (0≤x≤0.4), Zn 2-x Sn 1-x In 2x O 4 (0≤x≤0.45), and SnO 2 Each of 0.15 to A thin film transistor containing a molar ratio of 0.25, 0.55 to 0.65, and 0.15 to 0.25.
제1항에 있어서,
상기 IZTO 채널층은 10nm 초과의 두께를 갖는 박막트랜지스터.
According to claim 1,
The IZTO channel layer is a thin film transistor having a thickness of more than 10nm.
제1항에 있어서,
상기 IZTO 채널층은 17 내지 35nm의 두께를 갖는 박막트랜지스터.
According to claim 1,
The IZTO channel layer is a thin film transistor having a thickness of 17 to 35nm.
기판 상에 비정질 IZTO층을 형성하는 단계;
상기 비정질 IZTO층을 680℃ 내지 800℃의 열처리 온도로 열처리하여 상기 비정질 IZTO층을 빅스바이트, 스피넬, 그리고 SnO2의 3개의 결정상을 모두 갖는 결정질 IZTO층으로 변화시키는 단계를 포함하는 결정질 IZTO 제조방법.
forming an amorphous IZTO layer on a substrate;
Heat treatment of the amorphous IZTO layer at a heat treatment temperature of 680° C. to 800° C. to convert the amorphous IZTO layer into a crystalline IZTO layer having all three crystalline phases of bixbite, spinel, and SnO 2 A crystalline IZTO manufacturing method comprising the steps of: .
삭제delete 제10항에 있어서,
상기 열처리는 상기 비정질 IZTO층이 대기, 산소, 또는 진공 분위기에 노출된 상태에서 수행하는 결정질 IZTO 제조방법.
11. The method of claim 10,
The heat treatment is a crystalline IZTO manufacturing method in which the amorphous IZTO layer is exposed to the atmosphere, oxygen, or vacuum atmosphere.
제10항에 있어서,
상기 결정질 IZTO층은 2D 형태의 구정상의 결정립들(spherulitic crystallites)이 퍼콜레이션된 형태를 갖는 결정질 IZTO 제조방법.
11. The method of claim 10,
The crystalline IZTO layer is a crystalline IZTO manufacturing method having a form in which 2D spherulitic crystallites are percolated.
제10항에 있어서,
상기 결정질 IZTO층은 상기 빅스바이트 결정상인 In2-2xZnxSnxO3 (0≤x≤0.4), 상기 스피넬 결정상인 Zn2-xSn1-xIn2xO4 (0≤x≤0.45), 및 SnO2를 각각 0.15 내지 0.25, 0.55 내지 0.65, 그리고 0.15 내지 0.25의 몰비로 함유하는 결정질 IZTO 제조방법.
11. The method of claim 10,
The crystalline IZTO layer is the bixbite crystal phase of In 2-2x Zn x Sn x O 3 (0≤x≤0.4), the spinel crystal phase of Zn 2-x Sn 1-x In 2x O 4 (0≤x≤0.45) ), and SnO 2 A method for producing crystalline IZTO containing 0.15 to 0.25, 0.55 to 0.65, and 0.15 to 0.25 molar ratio, respectively.
제10항에 있어서,
상기 결정질 IZTO층은 17 내지 35nm의 두께를 갖는 결정질 IZTO 제조방법.
11. The method of claim 10,
The crystalline IZTO layer is a crystalline IZTO manufacturing method having a thickness of 17 to 35nm.
기판 상에 게이트 전극; 상기 게이트 전극의 상부 또는 하부와 중첩하는 채널층; 상기 게이트 전극과 상기 채널층 사이에 배치된 게이트 절연막; 및 상기 채널층의 양측 단부들에 각각 접속하는 소오스 및 드레인 전극들을 포함하는 박막트랜지스터를 형성함에 있어서,
상기 채널층은 결정질 IZTO층이고,
상기 결정질 IZTO층은
비정질 IZTO층을 형성하는 단계; 및
상기 비정질 IZTO층을 650℃ 내지 800 ℃의 열처리 온도로 열처리하여 상기 비정질 IZTO층을 빅스바이트, 스피넬, 그리고 SnO2의 3개의 결정상을 모두 갖는 결정질 IZTO층으로 변화시키는 결정화 단계를 포함하여 형성하는 박막트랜지스터 제조방법.
a gate electrode on the substrate; a channel layer overlapping an upper portion or a lower portion of the gate electrode; a gate insulating layer disposed between the gate electrode and the channel layer; And in forming a thin film transistor comprising source and drain electrodes respectively connected to both ends of the channel layer,
The channel layer is a crystalline IZTO layer,
The crystalline IZTO layer is
forming an amorphous IZTO layer; and
The amorphous IZTO layer is heat treated at a heat treatment temperature of 650° C. to 800° C. to transform the amorphous IZTO layer into a crystalline IZTO layer having all three crystal phases of bixbite, spinel, and SnO 2 A thin film formed including a crystallization step Transistor manufacturing method.
삭제delete 제16항에 있어서,
상기 결정질 IZTO층은 2D 형태의 구정상의 결정립들(spherulitic crystallites)이 퍼콜레이션된 형태를 갖는 박막트랜지스터 제조방법.
17. The method of claim 16,
The crystalline IZTO layer is a thin film transistor manufacturing method having a form in which 2D spherulitic crystallites are percolated.
제16항에 있어서,
상기 결정질 IZTO층은 상기 빅스바이트 결정상인 In2-2xZnxSnxO3 (0≤x≤0.4), 상기 스피넬 결정상인 Zn2-xSn1-xIn2xO4 (0≤x≤0.45), 및 SnO2를 각각 0.15 내지 0.25, 0.55 내지 0.65, 그리고 0.15 내지 0.25의 몰비로 함유하는 박막트랜지스터 제조방법.
17. The method of claim 16,
The crystalline IZTO layer is the bixbite crystal phase of In 2-2x Zn x Sn x O 3 (0≤x≤0.4), the spinel crystal phase of Zn 2-x Sn 1-x In 2x O 4 (0≤x≤0.45) ), and SnO 2 A thin film transistor manufacturing method containing 0.15 to 0.25, 0.55 to 0.65, and 0.15 to 0.25, respectively, in molar ratios.
제16항에 있어서,
상기 결정질 IZTO층은 17 내지 35nm의 두께를 갖는 박막트랜지스터 제조방법.
17. The method of claim 16,
The crystalline IZTO layer is a thin film transistor manufacturing method having a thickness of 17 to 35 nm.
게이트 전극;
상기 게이트 전극의 상부 또는 하부와 중첩하는 결정성 IZTO 채널층;
상기 게이트 전극과 상기 IZTO 채널층 사이에 배치된 게이트 절연막; 및
상기 IZTO 채널층의 양측 단부들에 각각 접속하는 소오스 및 드레인 전극들을 포함하되,
상기 IZTO 채널층은 In2-2xZnxSnxO3 (0<x≤0.4) 및/또는 Zn2-xSn1-xIn2xO4 (0<x≤0.45)의 결정상을 갖는 박막트랜지스터.
gate electrode;
a crystalline IZTO channel layer overlapping the upper or lower portions of the gate electrode;
a gate insulating film disposed between the gate electrode and the IZTO channel layer; and
Including source and drain electrodes respectively connected to both ends of the IZTO channel layer,
The IZTO channel layer is a thin film transistor having a crystal phase of In 2-2x Zn x Sn x O 3 (0<x≤0.4) and/or Zn 2-x Sn 1-x In 2x O 4 (0<x≤0.45). .
제21항에 있어서,
상기 IZTO 채널층은 2D 형태의 구정상의 결정립들(spherulitic crystallites)이 퍼콜레이션된 형태를 갖는 박막트랜지스터.
22. The method of claim 21,
The IZTO channel layer is a thin film transistor having a form in which 2D-shaped spherulitic crystallites are percolated.
KR1020200077837A 2020-06-25 2020-06-25 Thin film transistor including crystalline izto oxide semiconductor and fabrication method for the same KR102389220B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200077837A KR102389220B1 (en) 2020-06-25 2020-06-25 Thin film transistor including crystalline izto oxide semiconductor and fabrication method for the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200077837A KR102389220B1 (en) 2020-06-25 2020-06-25 Thin film transistor including crystalline izto oxide semiconductor and fabrication method for the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220000187A KR20220000187A (en) 2022-01-03
KR102389220B1 true KR102389220B1 (en) 2022-04-21

Family

ID=79348438

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200077837A KR102389220B1 (en) 2020-06-25 2020-06-25 Thin film transistor including crystalline izto oxide semiconductor and fabrication method for the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102389220B1 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5722293B2 (en) * 2012-10-19 2015-05-20 株式会社神戸製鋼所 Thin film transistor
KR102166272B1 (en) * 2013-05-23 2020-10-16 삼성디스플레이 주식회사 Thin film transistor, display substrate having the same and method of manufacturing a thin film transistor
KR20150045761A (en) * 2013-10-21 2015-04-29 삼성디스플레이 주식회사 Thin film transistor and method of manufacturing the same
KR102142268B1 (en) * 2018-06-25 2020-08-12 삼성전자 주식회사 Thin film transistor and vertical non-volatile memory device including transition metal-induced polycrystalline metal oxide channel layer

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220000187A (en) 2022-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shin et al. The mobility enhancement of indium gallium zinc oxide transistors via low-temperature crystallization using a tantalum catalytic layer
JP4164562B2 (en) Transparent thin film field effect transistor using homologous thin film as active layer
JP5640478B2 (en) Method for manufacturing field effect transistor and field effect transistor
JP5116225B2 (en) Manufacturing method of oxide semiconductor device
JP5966840B2 (en) Oxide semiconductor thin film and thin film transistor
KR20090128561A (en) Amorphous oxide semiconductor, semiconductor device, and thin film transistor
JP5499529B2 (en) Thin film transistor mounting substrate, manufacturing method thereof, and image display device
WO2013122084A1 (en) Oxide semiconductor and semiconductor junction element including same
US9806097B2 (en) Metal oxide semiconductor thin film, thin film transistor, and their fabricating methods, and display apparatus
KR102308784B1 (en) Tellurium oxide and thin film transistor including the same as channel layer
TW201428980A (en) Semiconductor materials, transistors including the same, and electronic devices including transistors
JP6036984B2 (en) Oxynitride semiconductor thin film
KR102389220B1 (en) Thin film transistor including crystalline izto oxide semiconductor and fabrication method for the same
KR102524882B1 (en) Thin film transistor including crystalline izto oxide semiconductor and fabrication method for the same
KR102436433B1 (en) Thin film transistor and vertical non-volatile memory device including metal oxide channel layer having bixbyite crystal
JP2022077434A (en) Thin film transistor, manufacturing method thereof and display device
KR102000829B1 (en) Thin Film Transistor Including a High-k Insulating Thin Film and Method for Manufacturing The Same
KR102628292B1 (en) Method for Manufacturing Tellurium-based Semiconductor Device, Tellurium-based Semiconductor Device Manufactured by Same and Thin Film Transistor
US20230108600A1 (en) Thin film transistor comprising crystalline izto oxide semiconductor, and method for producing same
KR20230085291A (en) Thin film transistor including spinel single-phase crystalline izto oxide semiconductor
CN110660865A (en) Reliable bipolar SnO thin film transistor and preparation method thereof
KR102509588B1 (en) Thin film transistor including heterojunction igzo channel layer
US20240047584A1 (en) Thin-film transistor and method for manufacturing the same
TWI689096B (en) Metal oxide crystalline structure, and display panel circuit structure and thin film transistor having the same
KR102214812B1 (en) Amorphous thin film transistor and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant