KR102436345B1 - Tft having the indium oxide layer as channel laeyr, and manufacturing method for the tft - Google Patents
Tft having the indium oxide layer as channel laeyr, and manufacturing method for the tft Download PDFInfo
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Abstract
인듐산화물층, 이를 채널층으로 포함하는 박막트랜지스터, 및 박막트랜지스터의 제조방법을 제공한다. 상기 박막트랜지스터는 박막트랜지스터를 제공한다. 상기 박막트랜지스터는 게이트 전극을 구비한다. 상기 게이트 전극에 중첩하여, 비정질 매트릭스와 상기 비정질 매트릭스 내에 분산된 다수의 결정립들을 구비하는 인듐 산화물 채널층이 배치된다. 상기 게이트 전극과 상기 채널층 사이에 게이트 절연막이 배치된다. 상기 채널층의 양측 단부들에 소오스 및 드레인 전극들이 각각 전기적으로 접속한다.An indium oxide layer, a thin film transistor including the same as a channel layer, and a method of manufacturing the thin film transistor are provided. The thin film transistor provides a thin film transistor. The thin film transistor has a gate electrode. An indium oxide channel layer having an amorphous matrix and a plurality of crystal grains dispersed in the amorphous matrix is disposed to overlap the gate electrode. A gate insulating layer is disposed between the gate electrode and the channel layer. Source and drain electrodes are electrically connected to both ends of the channel layer, respectively.
Description
본 발명은 반도체층 및 이를 구비하는 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박막트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor layer and a semiconductor device having the same, and more particularly, to a thin film transistor.
트랜지스터의 반도체막으로서 사용되는 실리콘막으로는, 목적에 따라 비정질 실리콘막 또는 다결정 실리콘막이 사용된다. 최근 실리콘 외의 물질 일 예로서, 산화물 반도체를 트랜지스터의 채널층으로 사용하는 연구가 진행되고 있다. 산화물 반도체는 투명도가 뛰어나 디스플레이 소자 등에서 주로 사용되고 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. Recently, as an example of a material other than silicon, research using an oxide semiconductor as a channel layer of a transistor is being conducted. Oxide semiconductors have excellent transparency and are mainly used in display devices and the like.
최근 산화물 반도체를 트랜지스터의 채널층으로 사용하는 연구가 진행되고 있다(JP공개 2006-165528). 그러나, 산화물 반도체층은 대부분 비정질층으로, 전기적 그리고 화학적 안정하지 못한 것으로 알려져 있으며 충분한 전계-효과 이동도를 나타내기 어려운 것으로 알려져 있다.Recently, research using an oxide semiconductor as a channel layer of a transistor is being conducted (JP 2006-165528). However, the oxide semiconductor layer is mostly an amorphous layer, and it is known that it is not electrically and chemically stable, and it is known that it is difficult to exhibit sufficient field-effect mobility.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 저온 성장 가능한 인듐 산화물층 제조방법을 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an indium oxide layer capable of growing at a low temperature.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 전하이동도가 개선된 인듐 산화물층을 제공함에 있다.Another problem to be solved by the present invention is to provide an indium oxide layer having improved charge mobility.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 전하이동도가 개선된 인듐 산화물층 채널층으로 포함하는 박막트랜지스터를 제공함에 있다.Another object to be solved by the present invention is to provide a thin film transistor including an indium oxide layer having improved charge mobility as a channel layer.
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 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 박막트랜지스터를 제공한다. 상기 박막트랜지스터는 게이트 전극을 구비한다. 상기 게이트 전극에 중첩하여, 비정질 매트릭스와 상기 비정질 매트릭스 내에 분산된 다수의 결정립들을 구비하는 인듐 산화물 채널층이 배치된다. 상기 게이트 전극과 상기 채널층 사이에 게이트 절연막이 배치된다. 상기 채널층의 양측 단부들에 소오스 및 드레인 전극들이 각각 전기적으로 접속한다.In order to achieve the above technical problem, an aspect of the present invention provides a thin film transistor. The thin film transistor has a gate electrode. An indium oxide channel layer having an amorphous matrix and a plurality of crystal grains dispersed in the amorphous matrix is disposed to overlap the gate electrode. A gate insulating layer is disposed between the gate electrode and the channel layer. Source and drain electrodes are electrically connected to both ends of the channel layer, respectively.
상기 다수의 결정립들은 서로 다른 방향으로 결정화된 것들일 수 있다. 상기 결정립들은 수 nm의 직경을 가질 수 있다. 상기 인듐 산화물 채널층은 수 내지 수십 nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 인듐 산화물 채널층은 3 내지 10nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 인듐 산화물 채널층은 6 내지 8 nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 인듐 산화물 채널층은 In2O3층일 수 있다.The plurality of grains may be crystallized in different directions. The crystal grains may have a diameter of several nm. The indium oxide channel layer may have a thickness of several to several tens of nm. The indium oxide channel layer may have a thickness of 3 to 10 nm. The indium oxide channel layer may have a thickness of 6 to 8 nm. The indium oxide channel layer may be an In 2 O 3 layer.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 박막트랜지스터 제조방법을 제공한다. 상기 박막트랜지스터는 게이트 전극, 게이트 절연막, 채널층, 및 소오스 및 드레인 전극들을 구비하고, 상기 채널층은 인듐 산화물 채널층이다. 상기 인듐 산화물 채널층은, 챔버 내에 상기 채널층이 형성될 기판을 투입하고 상기 챔버의 유출구를 닫은 상태에서 인듐 전구체를 공급하여 상기 챔버 내 반응압력을 증가시켜 상기 인듐 전구체를 상기 기판 표면 상에 흡착시키는 인듐 전구체 가압 도징 단계; 인듐 전구체 가압 도징 단계 후, 상기 챔버를 퍼지하는 인듐 전구체 퍼지 단계; 상기 인듐 전구체 퍼지 단계 후, 산화제를 상기 챔버 내로 공급하여 상기 기판 상에 흡착된 인듐 전구체를 산화시켜 인듐 산화물을 형성하는 산화제 공급 단계; 및 상기 산화제 공급 단계 후, 상기 챔버를 퍼지하는 산화제 퍼지 단계를 포함하는 단위 사이클을 다수회 진행하여 형성한다.In order to achieve the above technical problem, an aspect of the present invention provides a method for manufacturing a thin film transistor. The thin film transistor includes a gate electrode, a gate insulating layer, a channel layer, and source and drain electrodes, and the channel layer is an indium oxide channel layer. The indium oxide channel layer increases the reaction pressure in the chamber by supplying the indium precursor in a state in which the substrate on which the channel layer is to be formed is put into the chamber and the outlet of the chamber is closed to adsorb the indium precursor onto the substrate surface. Indium precursor pressure dosing step; an indium precursor purging step of purging the chamber after the indium precursor pressure dosing step; after the indium precursor purge step, an oxidizing agent supply step of supplying an oxidizing agent into the chamber to oxidize the indium precursor adsorbed on the substrate to form indium oxide; and after the oxidizing agent supplying step, a unit cycle including a oxidizing agent purge step of purging the chamber is performed a plurality of times.
상기 인듐 산화물 채널층은 비정질 매트릭스와 상기 비정질 매트릭스 내에 분산된 다수의 결정립들을 구비할 수 있다. 상기 인듐 산화물 채널층은 In2O3층일 수 있다. The indium oxide channel layer may include an amorphous matrix and a plurality of crystal grains dispersed in the amorphous matrix. The indium oxide channel layer may be an In 2 O 3 layer.
상기 인듐 전구체 가압 도징 단계와 상기 인듐 전구체 퍼지 단계는 인듐 전구체 서브 사이클을 구성하고, 상기 산화제 공급 단계 전에, 상기 인듐 전구체 서브 사이클을 다수회 수행할 수 있다. 상기 산화제 공급단계는 상기 챔버의 유출구를 닫은 상태에서 상기 산화제를 공급하여 상기 챔버 내 반응압력을 증가시킨 상태에서 진행하는 산화제 가압 도징 단계로 진행할 수 있다. 상기 산화제 가압 도징 단계와 상기 산화제 퍼지 단계는 산화제 서브 사이클을 구성하고, 상기 단위 사이클은 상기 산화제 서브 사이클을 연속하여 다수회 수행하는 것을 포함할 수 있다. The indium precursor pressurized dosing step and the indium precursor purge step constitute an indium precursor subcycle, and the indium precursor subcycle may be performed multiple times before the oxidizing agent supply step. The oxidizing agent supply step may proceed to the oxidizing agent pressurized dosing step in which the reaction pressure in the chamber is increased by supplying the oxidizing agent in a state in which the outlet of the chamber is closed. The oxidant pressurized dosing step and the oxidant purge step may constitute an oxidizer subcycle, and the unit cycle may include continuously performing the oxidizer subcycle a plurality of times.
상기 챔버의 온도는 80 내지 150 ℃의 범위 내에 있을 수 있다. The temperature of the chamber may be in the range of 80 to 150 °C.
상기 인듐 전구체는 인듐과 [((C1-C5)알킬)n실릴]m아미노기(n은 1, 2, 또는 3이고 m은 1 또는 2)인 리간드를 구비하는 인듐-유기화합물일 수 있다. 상기 리간드는 [((C1-C5)알킬)n실릴]m아미노기(n은 3이고 m은 2)일 수 있다. 상기 인듐 전구체는 InCA-1 ([1,1,1-trimethyl-N-(trimethylsilyl)silanaminato]indium)일 수 있다.The indium precursor may be an indium-organic compound having indium and a ligand that is [((C 1 -C 5 )alkyl) n silyl] m amino group (n is 1, 2, or 3 and m is 1 or 2). . The ligand may be a [((C 1 -C 5 )alkyl) n silyl] m amino group (n is 3 and m is 2). The indium precursor may be InCA-1 ([1,1,1-trimethyl-N-(trimethylsilyl)silanaminato]indium).
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 인듐 산화물층을 제공한다. 상기 인듐 산화물층은 비정질 매트릭스와 상기 비정질 매트릭스 내에 분산된 다수의 결정립들을 구비한다. 상기 다수의 결정립들은 서로 다른 방향으로 결정화된 것들일 수 있다. 상기 결정립들은 수 nm의 직경을 가질 수 있다.In order to achieve the above technical problem, an aspect of the present invention provides an indium oxide layer. The indium oxide layer includes an amorphous matrix and a plurality of crystal grains dispersed in the amorphous matrix. The plurality of grains may be crystallized in different directions. The crystal grains may have a diameter of several nm.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 낮은 온도에서도 전하이동도가 개선된 인듐 산화물층을 제공할 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, it is possible to provide an indium oxide layer having improved charge mobility even at a low temperature.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전하이동도가 개선된 인듐 산화물층을 구비하는 박막트랜지스터를 제공할 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a thin film transistor including an indium oxide layer having improved charge 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 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인듐 산화물층의 제조를 위한 금속 전구체 가스 주입, 퍼지 가스 주입, 및 산화제 가스 주입 타이밍도이다.
도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인듐 산화물층의 제조를 위한 금속 전구체 가스 주입, 퍼지 가스 주입, 및 산화제 가스 주입 타이밍도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조장치를 나타낸 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 인듐 산화물층을 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막트랜지스터를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 제조예에 따른 인듐 산화물 박막 제조를 위한 단위 사이클의 파라미터들을 정리하여 나타낸 표이다.
도 6은 인듐 산화물 박막 제조예에 따른 인듐 산화물 박막의 단면을 촬영한 TEM(Transmission electron microscopy) 이미지이다.
도 7은 본 비교예에 따른 인듐 산화물 채널층 제조를 위한 단위 사이클의 파라미터들을 정리하여 나타낸 표이다.
도 8은 TFT 제조예들 1 내지 6에 따른 TFT들의 전달특성을 나타낸 Id-Vg 커브를 보여준다.
도 9는 TFT 비교예들 1 내지 3에 따른 TFT들의 전달특성을 나타낸 Id-Vg 커브를 보여준다.1A is a timing diagram of injection of a metal precursor gas, injection of a purge gas, and injection of an oxidizer gas for manufacturing an indium oxide layer according to an embodiment of the present invention.
1B is a timing diagram of injection of a metal precursor gas, injection of a purge gas, and injection of an oxidizer gas for manufacturing an indium oxide layer according to another embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram showing an apparatus for manufacturing a thin film according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view of an indium oxide layer according to an embodiment of the present invention, respectively.
4 is a cross-sectional view showing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
5 is a table summarizing parameters of a unit cycle for manufacturing an indium oxide thin film according to the present preparation example.
6 is a transmission electron microscopy (TEM) image of a cross-section of an indium oxide thin film according to Preparation Example of an indium oxide thin film.
7 is a table summarizing parameters of a unit cycle for manufacturing an indium oxide channel layer according to this comparative example.
8 shows Id-Vg curves showing the transfer characteristics of TFTs according to TFT Preparation Examples 1 to 6;
9 shows Id-Vg curves showing the transfer characteristics of TFTs according to TFT Comparative Examples 1 to 3;
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 describe 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.
본 명세서에서 "Cx-Cy"라고 기재한 경우에는, 탄소수 x와 탄소수 y 사이의 모든 정수에 해당하는 수의 탄소수를 갖는 경우도 함께 기재된 것으로 해석되어야 한다.When described as "Cx-Cy" in the present specification, it should be construed as also described as having a number of carbons corresponding to all integers between carbon number x and carbon number y.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인듐 산화물층의 제조를 위한 금속 전구체 가스 주입, 퍼지 가스 주입, 및 산화제 가스 주입 타이밍도이다. 도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인듐 산화물층의 제조를 위한 금속 전구체 가스 주입, 퍼지 가스 주입, 및 산화제 가스 주입 타이밍도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조장치를 나타낸 개략도이다.1A is a timing diagram of injection of a metal precursor gas, injection of a purge gas, and injection of an oxidizer gas for manufacturing an indium oxide layer according to an embodiment of the present invention. 1B is a timing diagram of injection of a metal precursor gas, injection of a purge gas, and injection of an oxidizer gas for manufacturing an indium oxide layer according to another embodiment of the present invention. 2 is a schematic diagram showing an apparatus for manufacturing a thin film according to an embodiment of the present invention.
도 1a, 도 1b, 및 도 2를 참조하면, 가스 유입구(120) 및 가스 유출구(140)을 구비하는 챔버 (100) 내의 스테이지(102) 상에 기판(S)을 로딩할 수 있다. 상기 기판(S)를 로딩하기 전에, 상기 챔버(100)는 제어부(150)에 의해 증착 온도로 가열되고 유지될 수 있다. 증착 온도는 20 내지 250 ℃, 50 내지 200 ℃, 80 내지 150 ℃, 90 내지 100 ℃, 또는 95 내지 105 ℃일 수 있다. 가스 유출구(140)은 진공펌프에 연결되어 있을 수 있다. 1A, 1B, and 2 , the substrate S may be loaded on the
먼저, 가스 유입구(120)에 연결된 모든 가스 유입 밸브들(130, 132, 134)를 닫고 상기 가스 유출구(140)에 연결된 가스 유출 밸브(142)를 열어 챔버(100) 내부를 진공상태로 만들 수 있다.First, by closing all the
이 후, 인듐 전구체 가스 제어 밸브(130)을 열고 가스 유출 밸브(142)를 닫은 상태에서, 상기 인듐 전구체 저장부(110)으로부터 인듐 전구체 가스를 챔버(100) 내로 공급할 수 있다. 인듐 전구체는 인듐-유기 화합물로, 일 예로서, 중심금속 이온으로 인듐을 포함하고 리간드로 C1-C5 알킬, ((C1-C5)알킬)m아미노기(m은 1 또는 2), ((C1-C5)알킬)m아미노(C1-C5)알킬기(m은 1 또는 2), 사이클로펜다다이에닐(cyclopentadienyl), [((C1-C5)알킬)n실릴]m아미노기(n은 1, 2, 또는 3이고 m은 1 또는 2), (실릴(C1-C5)알킬)m아미노기(m은 1 또는 2), (C1-C5)알킬알콕시기, 및 ((C1-C5)알킬)m아미노(C1-C5)알콕시기(m은 1 또는 2)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 리간드를 가질 수 있다. 상기 리간드는 일 예로서, [((C1-C5)알킬)n실릴]m아미노기(n은 3이고 m은 2)일 수 있다. 상기 인듐 전구체는 일 예로서, TMIn (trimethyl Indium, In(CH3)3), InCA-1 ([1,1,1-trimethyl-N-(trimethylsilyl)silanaminato]indium), DADI ([3-(dimethylamino)propyl] dimethyl indium), 및 InCp (cyclopentadienyl indium)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 일 구체예에서, 상기 인듐 전구체는 리간드로 [((C1-C5)알킬)n실릴]m아미노기(n은 1, 2, 또는 3이고 m은 1 또는 2)를 하나 구비하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 인듐 전구체는 InCA-1일 수 있다.Thereafter, in a state in which the indium precursor
인듐 전구체 저장부(110) 내에 인듐 전구체는 고체 혹은 액체 상태로 저장될 수 있다. 상기 인듐 전구체 저장부(110)는 인듐 전구체의 열분해 온도 미만으로 가열되고 이에 따라 인듐 전구체는 소정의 증기압으로 챔버(100) 내로 공급될 수 있다. 이 때, 공급되는 인듐 전구체는 캐리어 가스 없이 공급될 수 있다. 상기 인듐 전구체는 가스 유출 밸브(142)가 닫긴 상태에서 공급되므로, 상기 챔버(100) 내에 축적되면서 상기 챔버(100) 내의 압력을 증가시킬 수 있다. 상기 인듐 전구체는 상기 챔버(100)의 압력이 반응압력(PM)에 이를 때까지 공급될 수 있다(인듐 전구체 공급 단계, MD1). 반응압력 즉, 인듐 전구체 가스의 압력은 수십 내지 수백 mTorr의 범위, 구체적으로 20 내지 700 mTorr, 100 내지 600 mTorr, 200 내지 500 mTorr, 300 내지 400 mTorr, 또는 320 내지 380 mTorr일 수 있다.The indium precursor may be stored in the indium
반응압력에 이르면 인듐 전구체 가스 제어 밸브(130)를 닫고, 소정 시간 챔버를 밀폐시킬 수 있다(인듐 전구체 노출 단계, ME1). 상기 인듐 전구체 공급 단계(MD1)와 상기 인듐 전구체 노출 단계(ME1)는 인듐 전구체 가압 도징 단계로 불리울 수 있다. 다만, 인듐 전구체 노출 단계(ME1)는 경우에 따라 생략될 수도 있다.When the reaction pressure is reached, the indium precursor
인듐 전구체 가압 도징 단계 즉, 상기 인듐 전구체 공급 단계(MD1)와 상기 인듐 전구체 노출 단계(ME1)에서 인듐 전구체 가스는 기판 혹은 기판 상에 기 형성된 층의 표면에 화학흡착(chemisorption) 및 자기포화반응(self-saturated reaction)에 의해 증착될 수 있다. 상기 인듐 전구체 가스의 화학 흡착과 자기포화반응은 가압된 환경 구체적으로, 라미나 플로우 환경이 아닌 가압된 정체 환경(stagnant environment)에서 진행되므로, 상기 인듐 전구체 가스의 기판 혹은 기판 상에 기 형성된 층의 표면에의 화학 흡착률 혹은 표면 커버리지가 크게 향상될 수 있다.In the indium precursor pressurized dosing step, that is, the indium precursor supply step (MD 1 ) and the indium precursor exposure step (ME 1 ), the indium precursor gas is subjected to chemisorption and self-saturation on the surface of the substrate or a layer previously formed on the substrate. It may be deposited by a self-saturated reaction. Since the chemical adsorption and self-saturation reaction of the indium precursor gas proceeds in a pressurized environment, specifically, in a pressurized stagnant environment rather than a lamina flow environment, the substrate of the indium precursor gas or the layer formed on the substrate The chemisorption rate or surface coverage on the surface can be greatly improved.
이 후, 챔버를 퍼지시킬 수 있다(인듐 전구체 퍼지 단계, MP1). 구체적으로, 퍼지 가스 제어 밸브(132)와 가스 유출 밸브(142)를 열어, 퍼지 가스 저장부(112) 내의 퍼지 가스를 챔버 내의 기판 표면 상으로 흘려보내 기판의 표면에 흡착되지 못한 과잉 인듐 전구체 가스 및 인듐 전구체 가스와 기판 표면 사이의 반응에 의해 생성된 반응 산물을 제거할 수 있다. 이 때, 퍼지 가스는 불활성 가스로 불활성 가스는 예를 들어, 아르곤(Ar), 질소(N2) 또는 이들의 조합인 가스를 구비할 수 있다.Thereafter, the chamber may be purged (indium precursor purge step, MP 1 ). Specifically, by opening the purge
상기 인듐 전구체 가압 도징 단계 (MD1, ME1)와 인듐 전구체 퍼지 단계(MP1)는 인듐 전구체 서브 사이클(M-SC1)을 구성할 수 있고, 인듐 전구체 서브 사이클(M-SCn)은 1회 내지 다수회, 구체적으로 1 내지 10회(n=1 ~ 10), 예를 들어 2 내지 7회(n=2~7), 또는 3 내지 5회 (n=3~5) 실시할 수 있다. 상기 다수의 인듐 전구체 서브 사이클들(M-SCn)은 인듐 전구체 단위 사이클(M-UC)을 구성할 수 있다. 상기 인듐 전구체 서브 사이클들을 다수회 수행할 때(M-SC1, M-SC2, … M-SCn, n≥2), 도 1a에 도시된 것과 같은 실시예에서는 인듐 전구체 가압 도징 단계들(MD1, MD2, … MDn, ME1, ME2, … MEn, n≥2)에서의 반응압력(PM)은 실질적으로 동일할 수 있고, 도 1b에 도시된 것과 같은 실시예에서는 인듐 전구체 가압 도징 단계들(MD1, MD2, … MDn, ME1, ME2, … MEn, n≥2)에서의 반응압력(PM1, PM2, PM3)은 서로 다를 수 있다. 도 1b에서는 인듐 전구체 가압 도징 단계들(MD1, MD2, … MDn, ME1, ME2, … MEn, n≥2)의 횟수가 증가할수록 반응압력(PM1, PM2, PM3)을 점차 증가시키는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 반응압력은 점차 감소할 수도 있다.The indium precursor pressurized dosing step (MD 1 , ME 1 ) and the indium precursor purge step (MP 1 ) may constitute an indium precursor sub-cycle (M-SC 1 ), and the indium precursor sub-cycle (M-SC n ) is 1 to many times, specifically 1 to 10 times (n = 1 to 10), for example, 2 to 7 times (n = 2 to 7), or 3 to 5 times (n = 3 to 5) have. The plurality of indium precursor subcycles M-SC n may constitute an indium precursor unit cycle M-UC. When performing the indium precursor sub-cycles multiple times (M-SC 1 , M-SC 2 , ... M-SC n , n≥2), in an embodiment such as that shown in FIG. 1A, the indium precursor pressurized dosing steps ( The reaction pressure (P M ) at MD 1 , MD 2 , ... MD n , ME1 , ME2 , ... MEn, n≥2) may be substantially the same, and in an embodiment such as that shown in FIG. 1B , the indium precursor pressurization The reaction pressures P M1 , P M2 , P M3 in the dosing steps MD 1 , MD 2 , ... MD n , ME1 , ME2 , ... MEn, n≥2 may be different from each other. In Figure 1b, as the number of indium precursor pressurized dosing steps (MD 1 , MD 2 , ... MD n , ME1, ME2, ... MEn, n≥2) increases, the reaction pressure (P M1 , P M2 , P M3 ) is gradually increased. Although illustrated as increasing, the reaction pressure is not limited thereto and the reaction pressure may be gradually decreased.
인듐 전구체 단위 사이클(M-UC) 수행후 후, 산화제를 상기 챔버 내로 공급하여 상기 기판 상에 흡착된 인듐 전구체를 산화시켜 인듐 산화물 단위층을 형성하는 산화제 공급 단계(산화제 공급 단계, OD1)를 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 산화제 가스 제어 밸브(134)을 열고 가스 유출 밸브(142)를 닫은 상태에서, 상기 산화제 저장부(114)로부터 산화제 가스를 챔버(100) 내로 공급할 수 있다. 상기 산화제는 가스 유출 밸브(142)가 닫긴 상태에서 공급되므로, 상기 챔버(100) 내에 축적되면서 상기 챔버(100) 내의 압력을 증가시킬 수 있다. 상기 산화제는 상기 챔버(100)의 압력이 반응압력(POX)에 이를 때까지 공급될 수 있다. 반응압력 즉, 산화제 가스의 압력은 백 mTorr 내지 십 Torr의 범위, 구체적으로 100 mTorr 내지 10 Torr, 1 내지 8 Torr, 3 내지 7 Torr, 또는 4 내지 6 Torr 일 수 있다.After performing the indium precursor unit cycle (M-UC), an oxidizing agent supply step of supplying an oxidizing agent into the chamber to oxidize the indium precursor adsorbed on the substrate to form an indium oxide unit layer (oxidizing agent supply step, OD 1 ) can be done In one embodiment, in a state in which the oxidizer
산화제는 H2O, H2O2, O2, 또는 O3일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 일 구체예에서, 상기 산화제는 H2O2일 수 있다. 상기 산화제가 H2O 또는 H2O2 인 경우, 산화제 저장부(114) 내에 산화제는 액체 상태로 저장될 수 있다. 상기 산화제 저장부(114)는 가열되고 상기 산화제는 소정의 증기압으로 챔버(100) 내로 공급될 수 있다. 일 실시예에서, 공급되는 산화제는 캐리어 가스없이 공급될 수 있다. The oxidizing agent may be H 2 O, H 2 O 2 , O 2 , or O 3 , but is not limited thereto. In one embodiment, the oxidizing agent may be H 2 O 2 . When the oxidizing agent is H 2 O or H 2 O 2 , the oxidizing agent may be stored in a liquid state in the oxidizing
반응압력(POX)에 이르면 산화제 가스 제어 밸브(134)를 닫고, 소정 시간 챔버를 밀폐시킬 수 있다(산화제 노출 단계, OE1). 상기 산화제 공급 단계(OD1)와 상기 산화제 노출 단계(OE1)는 산화제 가압 도징 단계로 불리울 수 있다. 다만, 상기 산화제 노출 단계(OE1)는 경우에 따라 생략될 수도 있다.When the reaction pressure P OX is reached, the oxidant
상기 산화제 가압 도징 단계 즉, 상기 산화제 공급 단계(OD1)와 상기 산화제 노출 단계(OE1)에서 산화제 가스는 기판 상에 형성된 인듐 전구체층과 반응하여 상기 인듐 전구체층을 인듐 산화물 단위층으로 산화시킬 수 있다. 이와 같이, 상기 산화제 가스의 상기 인듐 전구체층과의 반응은 가압된 환경 구체적으로, 라미나 플로우 환경이 아닌 가압된 정체 환경(stagnant environment)에서 진행될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 산화제 가스는 가스 유출 밸브(142)를 연 상태에서 공급되어 챔버 내에서 라미나 플로우를 형성한 상태에서 상기 인듐 전구체층과 반응할 수도 있다. In the oxidant pressurized dosing step, that is, the oxidant supply step (OD 1 ) and the oxidizer exposure step (OE 1 ), the oxidizer gas reacts with the indium precursor layer formed on the substrate to oxidize the indium precursor layer to an indium oxide unit layer. can As such, the reaction of the oxidizer gas with the indium precursor layer may be performed in a pressurized environment, specifically, in a pressurized stagnant environment rather than a lamina flow environment. However, the present invention is not limited thereto, and the oxidizing gas may be supplied with the
이 후, 챔버를 퍼지시킬 수 있다(산화제 퍼지 단계, OP1). 구체적으로, 퍼지 가스 제어 밸브(132)와 가스 유출 밸브(142)를 열어, 퍼지 가스 저장부(112) 내의 퍼지 가스를 기판 표면 상으로 흘려보내 인듐 전구체층과 반응하지 못한 과잉 산화제 가스 및 산화제와 금속 전구체 사이의 반응에 의해 생성된 반응 산물을 제거할 수 있다. 이 때, 퍼지 가스는 불활성 가스로 불활성 가스는 예를 들어, 아르곤(Ar), 질소(N2) 또는 이들의 조합인 가스를 구비할 수 있다.The chamber may then be purged (oxidizer purge step, OP 1 ). Specifically, the purge
상기 산화제 가압 도징 단계 (OD1, OE1), 및 산화제 퍼지 단계(OP1)는 산화제 서브 사이클(O-SC1)을 구성할 수 있고, 산화제 서브 사이클(O-SCn)은 1회 내지 다수회, 구체적으로 1 내지 10회(n=1 ~ 10), 예를 들어 2 내지 7회(n=2~7), 또는 3 내지 5회 (n=3~5) 실시할 수 있다. 상기 다수의 산화제 서브 사이클들(O-SCn)은 산화제 단위 사이클(O-UC)을 구성할 수 있다. 상기 산화제 서브 사이클들을 다수회 수행할 때(O-SC1, O-SC2, … O-SCn, n≥2), 도 1a에 도시된 것과 같은 실시예에서는 산화제 가압 도징 단계들(OD1, OD2, … ODn, OE1, OE2, … OEn, n≥2)에서의 반응압력(POX)은 실질적으로 동일할 수 있고, 도 1b에 도시된 것과 같은 실시예에서는 산화제 가압 도징 단계들(OD1, OD2, … ODn, OE1, OE2, … OEn, n≥2)에서의 반응압력(POX1, POX2, POX3)은 서로 다를 수 있다. 도 1b에서는 산화제 가압 도징 단계들(OD1, OD2, … ODn, OE1, OE2, … OEn, n≥2)의 횟수가 증가할수록 반응압력(POX1, POX2, POX3)을 점차 증가시키는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 반응압력은 점차 감소할 수도 있다.The oxidant pressurized dosing step (OD 1 , OE 1 ), and the oxidant purge step (OP 1 ) may constitute an oxidant sub-cycle (O-SC 1 ), and the oxidant sub-cycle (O-SC n ) is performed from once to It can be carried out multiple times, specifically 1 to 10 times (n=1 to 10), for example, 2 to 7 times (n=2 to 7), or 3 to 5 times (n=3 to 5). The plurality of oxidizer sub-cycles (O-SC n ) may constitute an oxidizer unit cycle (O-UC). When performing the oxidizer sub-cycles multiple times (O-SC 1 , O-SC 2 , ... O-SC n , n≥2), in an embodiment such as that shown in FIG. 1A , the oxidant pressurized dosing steps (OD 1 ) , OD 2 , … OD n , OE 1 , OE 2 , … OE n , n ≥ 2), the reaction pressure ( PO OX ) may be substantially the same, and in an embodiment such as that shown in FIG. The reaction pressures (P OX1 , P OX2 , P OX3 ) in the dosing steps (OD 1 , OD 2 , ... OD n , OE 1 , OE 2 , ... OE n , n≥2) may be different from each other. In FIG. 1b, as the number of oxidizing agent pressurized dosing steps (OD 1 , OD 2 , ... OD n , OE 1 , OE 2 , ... OE n , n≥2) increases, the reaction pressure (P OX1 , P OX2 , P OX3 ) Although shown as gradually increasing, the reaction pressure is not limited thereto, and the reaction pressure may be gradually decreased.
상기 인듐 전구체 단위 사이클(M-UC) 1회와 상기 산화제 단위 사이클(O-UC) 1회를 수행하였을 때, 상기 인듐 산화물층의 두께는 약 2 내지 5 Å 구체적으로 2.5 내지 3.5 Å 의 두께로 형성될 수 있다. 이 후, 상기 금속 전구체 단위 사이클(M-UC)과 상기 산화제 단위 사이클(O-UC)을 교호적으로 반복 수행할 수 있다. 반복 수행의 횟수는 상기 인듐 산화물층의 최종 두께를 결정할 수 있다. 이와 같이 형성된 인듐 산화물층은 적어도 반응압력을 높힌 가압된 정체 환경(stagnant environment)에서 금속 전구체 가스의 흡착이 진행되었기 때문에, 이는 일반 ALD법 즉, 가압된 환경이 아닌 라미나 플로우 환경에서 인듐 전구체를 도징할 경우 얻어지는 약 1Å의 두께 대비 매우 큰 단위 사이클당 두께를 얻을 수 있고 나아가, 표면 거칠기가 수 Å (RMS, Root Mean Square)로 매우 낮은 값을 나타내는 등 우수한 표면 몰폴러지를 나타낼 수 있다.When the indium precursor unit cycle (M-UC) and the oxidizer unit cycle (O-UC) are performed once, the thickness of the indium oxide layer is about 2 to 5 Å, specifically 2.5 to 3.5 Å. can be formed. Thereafter, the metal precursor unit cycle (M-UC) and the oxidizer unit cycle (O-UC) may be alternately repeated. The number of repetitions may determine the final thickness of the indium oxide layer. In the indium oxide layer formed as described above, since the metal precursor gas was adsorbed in at least a pressurized stagnant environment in which the reaction pressure was increased, this is a general ALD method, that is, in a lamina flow environment rather than a pressurized environment. In the case of dosing, a very large thickness per unit cycle can be obtained compared to the obtained thickness of about 1 Å, and excellent surface morphology can be exhibited, such as a very low value of surface roughness of several Å (RMS, Root Mean Square).
또한, 상기 인듐 산화물층은 InOx일 수 있고, 일 예로서, In2O3일 수 있다.In addition, the indium oxide layer may be InO x , for example, In 2 O 3 .
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 인듐 산화물층을 나타낸 평면도 및 단면도이다. 3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view of an indium oxide layer according to an embodiment of the present invention, respectively.
도 3a 및 도 3b을 참조하면, 도 1a 또는 도 1b를 참조하여 설명한 방법으로 형성한 인듐 산화물층(40)은 비정질 매트릭스(40a)와 상기 비정질 매트릭스(40a) 내에 분산된 다수의 결정립들(40b)을 구비할 수 있다. 다른 관점에서, 인듐 산화물층(40)은 비정질 영역(40a) 내에 결정질 영역(40b)이 아일랜드 형상(island shape)으로 불규칙하게 분산되어 배치될 수 있다. 상기 결정질 영역 혹은 결정립 (40a)은 대략 구의 형태를 나타낼 수 있고, 복수의 상기 결정질 영역 혹은 결정립들(40b)은 서로 다른 방향으로 결정화된 것들일 수 있다.Referring to FIGS. 3A and 3B , the
상기 결정질 영역 혹은 결정립 (40a)은 수 nm의 크기 예를 들어, 10 nm 이하의 직경 일 예로서, 0.5 내지 8nm, 0.8 내지 5nm, 2 내지 4 nm의 평균 직경을 가질 수 있다. 또한, 결정질 영역 혹은 결정립들(40a) 사이의 평균 거리 또한 수 nm일 수 있다. 이러한 결정질 영역 혹은 결정립(40a)은 나노 결정(nanocrystal)으로 불리워질 수도 있다. The crystalline region or
도 3b에서 상기 인듐 산화물층(40) 내에 상기 결정질 영역 혹은 결정립들(40a)은 상기 인듐 산화물층(40)의 두께 방향으로 1층 적층된 것을 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 인듐 산화물층(40)의 두께에 따라, 상기 결정질 영역 혹은 결정립들(40a)은 상기 인듐 산화물층(40)의 두께 방향으로 다수층 적층될 수도 있다. In FIG. 3B , the crystalline region or
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막트랜지스터를 나타낸 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
*도 4를 참조하면, 기판(10)이 제공될 수 있다. 상기 기판은 반도체 기판, 금속 기판, 유리 기판, 또는 플렉시블 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 플렉시블 기판은 고분자 기판, 일 예로서 PET(polyethylene terephthalate) 또는 PI (polyimide) 기판일 수 있다. 상기 기판(10) 상에는 동작회로 등을 위한 소자들이 형성되어 있거나, 상기 기판을 덮는 절연막 등의 보호층(미도시)이 형성되어 있거나, 혹은 상기 소자와 상기 소자를 덮는 보호층이 형성된 것일 수 있다.* Referring to FIG. 4 , a
상기 기판(10) 표면을 세척 및 필요에 따라 표면처리할 수 있다.The surface of the
상기 기판(10) 상에 일방향으로 연장되는 게이트 전극(20)을 형성할 수 있다. 상기 게이트 전극(20)은 Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, W, 또는 이들의 합금을 사용하여 형성할 수 있다. 상기 게이트 전극(20) 상에 게이트 절연막(30)을 형성할 수 있다. 상기 게이트 절연막(30)은 실리콘 산화막, 실리콘 산질화막, 알루미늄 산화막, 알루미늄 산질화막, 또는 이들의 복합막일 수 있다. 상기 게이트 절연막(30)은 원자층 증착법을 사용하여 형성할 수 있으며, 일 예로서 알루미늄 산화막일 수 있다.A
상기 게이트 절연막(30) 상에 상기 게이트 전극(20)과 중첩되는 구체적으로는 상기 게이트 전극(20)의 상부를 가로지르도록 패터닝된 인듐 산화물 채널층(40)을 형성할 수 있다. 다만, 박막트랜지스터의 형태에 따라 상기 인듐 산화물 채널층(40)이 형성되는 하부의 층은 달라질 수 있다. 상기 인듐 산화물 채널층(40)은 상기 게이트 절연막(30)을 포함하는 기판 상에 도 1a 또는 도 1b를 참조하여 설명한 바와 같은 가압식 ALD를 수행하여 인듐 산화물층을 형성한 후 패터닝하여 형성할 수 있다.Specifically, an indium
상기 가압식 ALD에 따른 증착된 인듐 산화물층은 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 바와 같이 비정질 매트릭스(40a)와 상기 비정질 매트릭스(40a) 내에 분산된 서로 다른 방향으로 결정화된 결정립들(40b)을 구비하는 층일 수 있다. 상기 인듐 산화물 채널층(40)은 수 내지 수십 nm 일 예로서, 1 내지 20 nm, 2 내지 15nm, 3 내지 10nm, 5.5 nm 내지 9.5 nm, 또는 6 내지 8 nm의 두께를 가질 수 있다.The indium oxide layer deposited according to the pressurized ALD has an
상기 인듐 산화물 채널층(40)의 양측 단부들 상에 소오스 전극(50S)과 드레인 전극(50D)을 형성할 수 있다. 상기 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
도 4에서 박막트랜지스터의 일 예로서, 바텀게이트-탑컨택형 즉, 바텀게이트 스태거드(staggered) 박막트랜지스터를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않고 바텀게이트-바텀컨택형 (바텀게이트 코플라나), 탑게이트-바텀컨택형(탑게이트 스태거드), 혹은 탑게이트-탑컨택형(탑게이트 코플라나) 형태의 박막트랜지스터에도 적용가능하다. 탑게이트형인 경우 인듐 산화물 채널층(40)은 게이트 전극(G) 하부를 가로지르도록 배치될 수 있다. 나아가, 상기 박막트랜지스터는 수직형 박막트랜지스터 등의 다양한 형태로도 변형될 수 있다.As an example of the thin film transistor in FIG. 4, a bottom gate-top contact type, that is, a bottom gate staggered thin film transistor, is shown, but is not limited thereto, but a bottom gate-bottom contact type (bottom gate coplanar), It is also applicable to thin film transistors of the top gate-bottom contact type (top gate staggered) or top gate-top contact type (top gate coplanar) type. In the case of the top gate type, the indium
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.
인듐 산화물 박막 제조예Indium oxide thin film preparation example
도 5는 본 제조예에 따른 인듐 산화물 박막 제조를 위한 단위 사이클의 파라미터들을 정리하여 나타낸 표이다.5 is a table summarizing parameters of a unit cycle for manufacturing an indium oxide thin film according to the present preparation example.
가스 유입구와 가스 유출구를 구비하는 챔버 내에 기판을 로딩하고, 챔버를 125 ℃로 가열하였다. 가스 유출구를 닫은 상태에서, 상기 가스 유입구를 통해 상기 기판 상에 인듐 전구체인 [1,1,1-trimethyl-N-(trimethylsilyl)silanaminato]indium (InCA-1)를 공급하였다(인듐 전구체 공급 단계). 이 때, 상기 인듐 전구체는 캐리어 가스 없이 공급되고, 챔버 내의 압력이 0.35 Torr에 이를 때까지 공급하였다. 이 후, 챔버 유입구도 닫아 챔버 압력을 0.35 Torr로 유지한 상태에서 상기 기판 표면 상에 상기 인듐 전구체를 5초간 반응시켰다(인듐 전구체 노출 단계). 이 후, 가스 유입구와 가스 유출구를 모두 연 상태에서 가스 유입구로 퍼지 가스인 아르곤을 100초간 공급하여 반응부산물 및 잔여반응가스를 퍼지하였다(인듐 전구체 퍼지 단계). 상기 인듐 전구체 공급 단계, 상기 인듐 전구체 노출 단계, 및 상기 인듐 전구체 퍼지 단계는 인듐 전구체 서브 사이클을 구성하고, 상기 인듐 전구체 서브 사이클을 4회 반복 수행하여 인듐 원자층을 형성하였다.The substrate was loaded into a chamber having a gas inlet and a gas outlet, and the chamber was heated to 125°C. In a state in which the gas outlet was closed, [1,1,1-trimethyl-N-(trimethylsilyl)silanaminato]indium (InCA-1), an indium precursor, was supplied onto the substrate through the gas inlet (indium precursor supply step) . At this time, the indium precursor was supplied without a carrier gas, and was supplied until the pressure in the chamber reached 0.35 Torr. After that, the indium precursor was reacted on the substrate surface for 5 seconds while the chamber inlet was also closed and the chamber pressure was maintained at 0.35 Torr (indium precursor exposure step). Thereafter, argon as a purge gas was supplied to the gas inlet for 100 seconds while both the gas inlet and the gas outlet were opened to purify the reaction by-products and the residual reaction gas (indium precursor purging step). The indium precursor supply step, the indium precursor exposure step, and the indium precursor purge step constitute an indium precursor subcycle, and the indium precursor subcycle was repeated four times to form an indium atomic layer.
이 후, 가스 유출구를 닫은 상태에서, 상기 가스 유입구를 통해 상기 인듐 원자층 상에 산화제인 H2O2를 공급하였다. 이 때, 상기 산화제는 캐리어 가스 없이 공급되고, 챔버 내의 압력이 5 Torr에 이를 때까지 공급하였다(산화제 공급 단계). 이 후, 챔버 유입구도 닫아 챔버 압력을 5 Torr로 유지한 상태에서 상기 인듐 원자층 표면 상에 H2O2를 5초간 반응시켰다(산화제 노출 단계). 이 후, 가스 유입구와 가스 유출구를 모두 연 상태에서 가스 유입구로 퍼지 가스인 아르곤을 50초간 공급하여 반응부산물 및 잔여반응가스를 퍼지하였다(산화제 퍼지 단계). 상기 산화제 공급 단계, 상기 산화제 노출 단계, 및 상기 산화제 퍼지 단계는 산화제 서브 사이클을 구성하고, 상기 산화제 서브 사이클을 4회 반복 수행하여 상기 인듐 원자층 상에 산소 원자층을 형성하였다. 이에 따라 인듐 산화물 단위층이 형성되었다.Thereafter, in a state in which the gas outlet was closed, an oxidizing agent H 2 O 2 was supplied on the indium atomic layer through the gas inlet. At this time, the oxidizing agent was supplied without a carrier gas, and was supplied until the pressure in the chamber reached 5 Torr (oxidizing agent supply step). Thereafter, H 2 O 2 was reacted on the surface of the indium atomic layer for 5 seconds while maintaining the chamber pressure at 5 Torr by closing the chamber inlet (oxidizing agent exposure step). Thereafter, argon as a purge gas was supplied to the gas inlet for 50 seconds while both the gas inlet and the gas outlet were opened to purify the reaction by-products and the residual reaction gas (oxidizer purge step). The oxidizer supply step, the oxidizer exposure step, and the oxidizer purge step constitute an oxidizer subcycle, and the oxidizer subcycle was repeated four times to form an oxygen atomic layer on the indium atomic layer. Accordingly, an indium oxide unit layer was formed.
상기 4회의 인듐 전구체 서브 사이클들과 상기 4회의 산화제 서브 사이클들은 인듐 산화물 박막 제조를 위한 단위 사이클을 구성한다. 단위 사이클당 생성된 인듐 산화물 박막의 두께는 약 2.9 Å이었다.The four sub-cycles of the indium precursor and the four sub-cycles of the oxidizer constitute a unit cycle for manufacturing the indium oxide thin film. The thickness of the indium oxide thin film produced per unit cycle was about 2.9 Å.
도 6은 인듐 산화물 박막 제조예에 따른 인듐 산화물 박막의 단면을 촬영한 TEM(Transmission electron microscopy) 이미지이다. 이 때, 인듐 산화물 박막은 인듐 산화물 박막 제조예서 기술된 단위 사이클을 12회 수행하여 얻은 약 3.5nm의 두께를 갖는 박막이다.6 is a transmission electron microscopy (TEM) image of a cross-section of an indium oxide thin film according to a manufacturing example of an indium oxide thin film. At this time, the indium oxide thin film is a thin film having a thickness of about 3.5 nm obtained by performing the unit cycle described in the indium oxide thin film production example 12 times.
도 6을 참조하면, 인듐 산화물 박막은 수nm 일 예로서, 약 1 내지 3nm의 직경을 갖는 결정 방향이 서로 다른 결정입자들이 비정질 매트릭스 내에 분산되어 배치된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6 , the indium oxide thin film is an example of several nm, and it can be seen that crystal grains having different crystal directions and having a diameter of about 1 to 3 nm are dispersed in an amorphous matrix.
TFT 제조예들 1 내지 6TFT Manufacturing Examples 1 to 6
유리 기판을 제공한 후, 상기 유리기판을 용매 초음파 세척(solvent ultrasonic cleaing)과 UV 오존 처리하였다. 상기 처리된 유리기판을 고진공 (1 × 10-6 Torr 미만) 분위기에 두고, 섀도우 마스크를 사용한 열증발법을 사용하여 상기 유리 기판 상에 70 ㎚ 두께의 알루미늄 패턴을 증착하여 게이트 전극을 형성하였다. 상기 게이트 전극 상에 ALD 법을 사용하여 게이트 절연막인 10 nm 두께의 Al2O3층을 형성하였다. Al2O3층은 구체적으로, 알루미늄 전구체인 트리에틸알루미늄 (trimethylaluminum (TMA), Aldrich, 97%)과 캐리어 가스인 아르곤의 혼합가스를 2초간 공급하고, 퍼지 가스인 아르곤을 20초간 공급하여 반응부산물 및 잔여반응가스를 퍼지하고, 산화제인 H2O와 캐리어 가스인 아르곤의 혼합가스를 2초간 공급하고, 퍼지 가스인 아르곤을 40초간 공급하여 반응부산물 및 잔여반응가스를 퍼지하는 원자층 증착(ALD) 단위 사이클을 27회 반복하여 형성하였다. 상기 ALD 단위 사이클 1회당 Al2O3 무기 나노층은 약 0.1nm의 두께로 성장되었다. After providing the glass substrate, the glass substrate was subjected to solvent ultrasonic cleaning and UV ozone treatment. The treated glass substrate was placed in a high vacuum (less than 1 × 10 -6 Torr) atmosphere, and an aluminum pattern having a thickness of 70 nm was deposited on the glass substrate by thermal evaporation using a shadow mask to form a gate electrode. An Al 2 O 3 layer having a thickness of 10 nm as a gate insulating film was formed on the gate electrode by using an ALD method. Specifically, the Al 2 O 3 layer is reacted by supplying a mixed gas of triethylaluminum (trimethylaluminum (TMA), Aldrich, 97%), an aluminum precursor, and argon, a carrier gas, for 2 seconds, and argon, a purge gas, for 20 seconds. Atomic layer deposition to purify by-products and residual reaction gas, supply a mixed gas of oxidizing agent H 2 O and carrier gas argon for 2 seconds, and supply argon, a purge gas, for 40 seconds to purge reaction by-products and residual reaction gas ( ALD) unit cycle was formed by repeating 27 times. The Al 2 O 3 inorganic nanolayer was grown to a thickness of about 0.1 nm per ALD unit cycle.
상기 게이트 절연막인 Al2O3층 상에 인듐 산화물 박막 제조예 에서 기술된 단위 사이클을 복수회 수행하여 하기 표 1에 표시된 두께의 인듐 산화물 채널층을 형성하였다. 마지막으로, 상기 채널층 상에 열증발법을 사용하여 70 nm 두께의 Al 소오스/드레인 전극들을 형성하였다.The indium oxide channel layer having the thickness shown in Table 1 was formed on the Al 2 O 3 layer, which is the gate insulating film, by performing the unit cycle described in Preparation Example of Indium Oxide Thin Film a plurality of times. Finally, Al source/drain electrodes having a thickness of 70 nm were formed on the channel layer by thermal evaporation.
TFT 비교예들 1 내지 3TFT Comparative Examples 1 to 3
인듐 산화물 박막 제조예에서 기술된 단위 사이클을 복수회 수행하여 인듐 산화물 채널층을 형성하는 대신에, 하기 기재된 일반 ALD 단위 사이클을 복수회 수행하여 하기 표 1에 표시된 두께의 인듐 산화물 채널층을 형성한 것을 제외하고는 TFT 제조예 1과 실질적으로 동일한 방법을 사용하여 TFT를 제조하였다. Instead of performing the unit cycle described in Indium Oxide Thin Film Preparation Example multiple times to form the indium oxide channel layer, the general ALD unit cycle described below was performed multiple times to form an indium oxide channel layer having the thickness shown in Table 1 below. A TFT was manufactured in substantially the same manner as in TFT Preparation Example 1, except that.
도 7은 본 비교예에 따른 인듐 산화물 채널층 제조를 위한 단위 사이클의 파라미터들을 정리하여 나타낸 표이다.7 is a table summarizing parameters of a unit cycle for manufacturing an indium oxide channel layer according to this comparative example.
도 7을 참고하면, 인듐 산화물 채널층을 형성하는 일반 ALD 단위 사이클은 다음과 같은 단계들을 포함하여 수행되었다. 인듐 전구체인 InCA-1과 캐리어 가스인 아르곤의 혼합가스를 라미나 플로우 상태를 유지하면서 5초간 공급하되 이 때 InCA-1의 분압은 10 mTorr였다. 그 후, 퍼지 가스인 아르곤을 30초간 공급하여 반응부산물 및 잔여반응가스를 퍼지하고, 산화제인 H2O2와 캐리어 가스인 아르곤의 혼합가스를 5초간 공급하되 이 때, H2O2의 분압은 3 Torr였다. 그 후, 퍼지 가스인 아르곤을 50초간 공급하여 반응부산물 및 잔여반응가스를 퍼지하였다.Referring to FIG. 7 , a general ALD unit cycle for forming an indium oxide channel layer was performed including the following steps. A mixed gas of InCA-1, an indium precursor, and argon, a carrier gas, was supplied for 5 seconds while maintaining the laminar flow state, but the partial pressure of InCA-1 was 10 mTorr. Thereafter, argon as a purge gas is supplied for 30 seconds to purge the reaction by-products and residual reaction gas, and a mixed gas of H 2 O 2 as an oxidizer and argon as a carrier gas is supplied for 5 seconds, but at this time, the partial pressure of H 2 O 2 was 3 Torr. Thereafter, argon, which is a purge gas, was supplied for 50 seconds to purify the reaction by-products and the remaining reaction gas.
(cm2/V·s)Mobility
(cm 2 /V s)
Swing
(V/Dec)Subthreshold
Swing
(V/Dec)
도 8은 TFT 제조예들 1 내지 6에 따른 TFT들의 전달특성을 나타낸 Id-Vg 커브를 보여준다. 도 9는 TFT 비교예들 1 내지 3에 따른 TFT들의 전달특성을 나타낸 Id-Vg 커브를 보여준다.8 shows Id-Vg curves showing the transfer characteristics of TFTs according to TFT Preparation Examples 1 to 6; 9 shows Id-Vg curves showing the transfer characteristics of TFTs according to TFT Comparative Examples 1 to 3;
도 8 및 표 1을 참조하면, TFT 제조예들에 따른 TFT들은 인듐 산화물 채널층의 두께가 3 nm인 TFT에서도 전계 효과가 나타났고, 7 nm인 TFT에서는 전계 효과 이동도가 62.3 cm2/V·s으로 매우 높게 나타났으며, 문턱전압 이하 기울기(Subthreshold Swing) 역시 인듐 산화물 채널층의 두께가 10 nm이하에서 0.58 이하의 값을 가짐을 확인할 수 있다. 전계 효과 이동도 측면에서 바람직한 인듐 산화물 채널층의 두께는 5 nm 초과 10 nm 미만의 값 구체적으로는 6 내지 8 nm의 값을 가질 수 있다.Referring to FIG. 8 and Table 1, the TFTs according to the TFT manufacturing examples showed a field effect even in a TFT having an indium oxide channel layer of 3 nm, and a field effect mobility of 62.3 cm 2 /V in a 7 nm TFT. s, and the subthreshold swing also has a value of 0.58 or less when the thickness of the indium oxide channel layer is 10 nm or less. A preferred thickness of the indium oxide channel layer in terms of field effect mobility may have a value of more than 5 nm and less than 10 nm, specifically, a value of 6 to 8 nm.
그러나, 도 9 및 표 1을 참조하면, TFT 비교예들에 따른 TFT들은 인듐 산화물 채널층의 두께가 3 nm일 때 전계 효과가 나타나지 않는 등 TFT로서 동작하지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 이동도가 순차적 기상증착법을 이용해서 만든 TFT 제조예들에 따른 TFT들에 비해 현격히 떨어짐을 알 수 있다.However, referring to FIG. 9 and Table 1, it can be seen that the TFTs according to the TFT Comparative Examples do not operate as TFTs, such as no electric field effect when the thickness of the indium oxide channel layer is 3 nm. In addition, it can be seen that the mobility is significantly lower than the TFTs according to the TFT manufacturing examples made using the sequential vapor deposition method.
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 (17)
상기 게이트 전극에 중첩하여 배치된 인듐 산화물 채널층, 상기 인듐 산화물 채널층은 비정질 매트릭스와 상기 비정질 매트릭스 내에 분산된 다수의 결정립들을 구비하되, 상기 인듐 산화물 채널층 내에서 상기 결정립들을 제외한 모든 영역은 상기 비정질 매트릭스이고;
상기 게이트 전극과 상기 채널층 사이에 배치된 게이트 절연막; 및
상기 채널층의 양측 단부들에 각각 전기적으로 접속하는 소오스 및 드레인 전극들을 포함하는 박막트랜지스터.gate electrode;
The indium oxide channel layer and the indium oxide channel layer disposed overlapping the gate electrode have an amorphous matrix and a plurality of crystal grains dispersed in the amorphous matrix, wherein all regions except for the crystal grains in the indium oxide channel layer are the an amorphous matrix;
a gate insulating layer disposed between the gate electrode and the channel layer; and
A thin film transistor comprising source and drain electrodes electrically connected to both ends of the channel layer, respectively.
상기 다수의 결정립들은 서로 다른 방향으로 결정화된 것들인 박막트랜지스터.The method according to claim 1,
A thin film transistor in which the plurality of crystal grains are crystallized in different directions.
상기 결정립들은 수 nm의 직경을 갖는 박막트랜지스터.The method according to claim 1,
The crystal grains are thin film transistors having a diameter of several nm.
상기 인듐 산화물 채널층은 수 내지 수십 nm의 두께를 갖는 박막트랜지스터.The method according to claim 1,
The indium oxide channel layer is a thin film transistor having a thickness of several to several tens of nm.
상기 인듐 산화물 채널층은 3 내지 10nm의 두께를 갖는 박막트랜지스터.5. The method according to claim 4,
The indium oxide channel layer is a thin film transistor having a thickness of 3 to 10 nm.
상기 인듐 산화물 채널층은 6 내지 8 nm의 두께를 갖는 박막트랜지스터.6. The method of claim 5,
The indium oxide channel layer is a thin film transistor having a thickness of 6 to 8 nm.
상기 인듐 산화물 채널층은 In2O3층인 박막트랜지스터.The method according to claim 1,
The indium oxide channel layer is an In 2 O 3 thin film transistor.
상기 채널층은 인듐 산화물 채널층이고, 상기 인듐 산화물 채널층은,
챔버 내에 상기 채널층이 형성될 기판을 투입하고 상기 챔버의 유출구를 닫은 상태에서 인듐 전구체를 공급하여 상기 챔버 내 반응압력을 증가시켜 상기 인듐 전구체를 상기 기판 표면 상에 흡착시키는 인듐 전구체 가압 도징 단계; 인듐 전구체 가압 도징 단계 후, 상기 챔버를 퍼지하는 인듐 전구체 퍼지 단계; 상기 인듐 전구체 퍼지 단계 후, 산화제를 상기 챔버 내로 공급하여 상기 기판 상에 흡착된 인듐 전구체를 산화시켜 인듐 산화물을 형성하는 산화제 공급 단계; 및 상기 산화제 공급 단계 후, 상기 챔버를 퍼지하는 산화제 퍼지 단계를 포함하는 단위 사이클을 다수회 진행하여 형성하는,
박막트랜지스터 제조방법.A method for manufacturing a thin film transistor having a gate electrode, a gate insulating film, a channel layer, and source and drain electrodes, the method comprising:
The channel layer is an indium oxide channel layer, the indium oxide channel layer,
an indium precursor pressurized dosing step of inserting the substrate on which the channel layer is to be formed into the chamber and supplying an indium precursor while closing the outlet of the chamber to increase the reaction pressure in the chamber to adsorb the indium precursor onto the substrate surface; an indium precursor purging step of purging the chamber after the indium precursor pressure dosing step; after the indium precursor purge step, an oxidizing agent supply step of supplying an oxidizing agent into the chamber to oxidize the indium precursor adsorbed on the substrate to form indium oxide; And after the oxidizing agent supply step, formed by performing a unit cycle comprising a oxidizing agent purge step of purging the chamber a plurality of times,
A method for manufacturing a thin film transistor.
상기 인듐 산화물 채널층은 비정질 매트릭스와 상기 비정질 매트릭스 내에 분산된 다수의 결정립들을 구비하는, 박막트랜지스터 제조방법.9. The method of claim 8,
The indium oxide channel layer has an amorphous matrix and a plurality of crystal grains dispersed in the amorphous matrix, the thin film transistor manufacturing method.
상기 인듐 산화물 채널층은 In2O3층인, 박막트랜지스터 제조방법.9. The method of claim 8,
The indium oxide channel layer is an In 2 O 3 layer, the thin film transistor manufacturing method.
상기 인듐 전구체 가압 도징 단계와 상기 인듐 전구체 퍼지 단계는 인듐 전구체 서브 사이클을 구성하고,
상기 산화제 공급 단계 전에, 상기 인듐 전구체 서브 사이클을 다수회 수행하는 박막트랜지스터 제조방법.9. The method of claim 8,
The indium precursor pressurized dosing step and the indium precursor purge step constitute an indium precursor subcycle,
Before the oxidizing agent supply step, the thin film transistor manufacturing method for performing the indium precursor sub-cycle a plurality of times.
상기 산화제 공급단계는
상기 챔버의 유출구를 닫은 상태에서 상기 산화제를 공급하여 상기 챔버 내 반응압력을 증가시킨 상태에서 진행하는 산화제 가압 도징 단계로 진행하는 박막트랜지스터 제조방법.9. The method of claim 8,
The oxidizing agent supply step is
A thin film transistor manufacturing method proceeding to the oxidizing agent pressurized dosing step in which the reaction pressure in the chamber is increased by supplying the oxidizing agent in a state in which the outlet of the chamber is closed.
상기 산화제 가압 도징 단계와 상기 산화제 퍼지 단계는 산화제 서브 사이클을 구성하고,
상기 단위 사이클은 상기 산화제 서브 사이클을 연속하여 다수회 수행하는 것을 포함하는 박막트랜지스터 제조방법.13. The method of claim 12,
The oxidant pressurized dosing step and the oxidant purge step constitute an oxidant subcycle,
wherein the unit cycle includes continuously performing the oxidizer sub-cycle a plurality of times.
상기 챔버의 온도는 80 내지 150 ℃의 범위 내에 있는 박막트랜지스터 제조방법.9. The method of claim 8,
The temperature of the chamber is in the range of 80 to 150 ℃ thin film transistor manufacturing method.
상기 인듐 전구체는 인듐과 [((C1-C5)알킬)n실릴]m아미노기(n은 1, 2, 또는 3이고 m은 1 또는 2)인 리간드를 구비하는 인듐-유기화합물인 박막트랜지스터 제조방법.9. The method of claim 8,
The indium precursor is an indium-organic compound thin film transistor having indium and a ligand that is [((C 1 -C 5 )alkyl) n silyl] m amino group (n is 1, 2, or 3 and m is 1 or 2) manufacturing method.
상기 리간드는 [((C1-C5)알킬)n실릴]m아미노기(n은 3이고 m은 2)인 박막트랜지스터 제조방법.16. The method of claim 15,
The ligand is [((C 1 -C 5 )alkyl) n silyl] m amino group (n is 3 and m is 2).
상기 인듐 전구체는 InCA-1 ([1,1,1-trimethyl-N-(trimethylsilyl)silanaminato]indium)인 박막트랜지스터 제조방법.17. The method of claim 16,
The thin film transistor manufacturing method wherein the indium precursor is InCA-1 ([1,1,1-trimethyl-N-(trimethylsilyl)silanaminato]indium).
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