KR102483067B1 - Organic-inorganic hybrid semiconductor film, a method of manufacturing the same, and a semiconductor device including the same - Google Patents

Organic-inorganic hybrid semiconductor film, a method of manufacturing the same, and a semiconductor device including the same Download PDF

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Abstract

유무기 하이브리드 반도체막의 제조 방법이 제공된다. 상기 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 방법은, 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에, 금속을 포함하는 제1 전구체 및 벤젠 고리를 포함하는 제1 반응물질을 제공하여, 상기 제1 전구체 및 상기 제1 반응물질이 반응된 제1 물질막을 형성하는 단계, 및 상기 제1 물질막 상에, 금속을 포함하는 제2 전구체 및 산소(O)를 포함하는 제2 반응물질을 제공하여, 상기 제2 전구체 및 상기 제2 반응물질이 반응된 제2 물질막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. A method for manufacturing an organic-inorganic hybrid semiconductor film is provided. The method of manufacturing the organic-inorganic hybrid semiconductor film may include preparing a substrate, providing a first precursor containing a metal and a first reactant containing a benzene ring on the substrate, the first precursor and the first reactant. Forming a first material film in which a reactant is reacted, and providing a second precursor containing a metal and a second reactant containing oxygen (O) on the first material film to form the second precursor and The method may include forming a second material layer in which the second reactant is reacted.

Description

유무기 하이브리드 반도체막 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 반도체 소자. {Organic-inorganic hybrid semiconductor film, a method of manufacturing the same, and a semiconductor device including the same}Organic-inorganic hybrid semiconductor film, manufacturing method thereof, and semiconductor device including the same. {Organic-inorganic hybrid semiconductor film, a method of manufacturing the same, and a semiconductor device including the same}

본 발명은 유무기 하이브리드 반도체막 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 반도체 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 금속 알콕사이드를 포함하는 제1 물질막 및 금속 산화물을 포함하는 제2 물질막이 적층된 유무기 하이브리드 반도체막 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 반도체 소자에 관련된 것이다. The present invention relates to an organic-inorganic hybrid semiconductor film, a manufacturing method thereof, and a semiconductor device including the same, and more particularly, to an organic-inorganic hybrid semiconductor film in which a first material film containing a metal alkoxide and a second material film containing a metal oxide are stacked. It relates to a hybrid semiconductor film, a manufacturing method thereof, and a semiconductor device including the same.

최근 전자소자 기술동향은 기존의 특정한 형태를 지닌 고정형 전자소자에 국한되지 않고 기존 전자소자의 특성을 유지하며 매우 가볍고 휴대가 가능하며, 투명하며 형태변형이 가능한 방향으로 발전하여 다양한 응용분야에 접목시킬 수 있게 진화하고 있다. 대표적 응용분야인 wearable 전자소자는 향후 매우 큰 성장률을 보일 것이라고 예상되고 있으며 후각, 청각, 미각, 촉각 등 인체가 감지할 수 있는 감각을 이용하여 다양한 contents를 갖는 신규 전자소자들이 등장할 것이라 예상된다. The recent electronic device technology trend is not limited to the existing fixed electronic device with a specific shape, but maintains the characteristics of the existing electronic device. evolving to be able to Wearable electronic devices, a representative application field, are expected to show a very large growth rate in the future, and new electronic devices with various contents are expected to appear by using the senses that the human body can detect, such as smell, hearing, taste, and touch.

wearable 전자소자 구현을 위해서는 기존 고정형 전자소자가 아닌 입을 수 있거나 쉽게 휴대할 수 있도록 휘어지거나 굽혀질 수 있는 형태변형이 가능한 전자소자가 먼저 구현되어야 한다. 하지만 현재 사용되고 있는 전자소재는 많은 부분이 세라믹 소재로 구성되어져 있고, 세라믹 소재는 기계적 스트레스에 굉장히 취약한 특성이 있어 구부리거나 휘어졌을 때 crack 이 발생하며 기존의 물성을 잃어버리는 한계가 있다. 따라서 휘어지거나 굽혀졌을 때 물리적 손상이 없는 소재 개발이 요구되고 있어, 이와 관련된 다양한 연구들이 진행되고 있다. In order to implement a wearable electronic device, a shape-deformable electronic device that can be bent or bent so that it can be worn or easily carried, rather than a conventional fixed electronic device, must be implemented first. However, many of the currently used electronic materials are composed of ceramic materials, and ceramic materials are very vulnerable to mechanical stress, so cracks occur when bent or bent, and there is a limit to losing existing physical properties. Therefore, there is a need to develop a material that does not cause physical damage when bent or bent, and various studies related to this are being conducted.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 유연성이 향상된 유무기 하이브리드 반도체막 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 반도체 소자를 제공하는 데 있다. One technical problem to be solved by the present invention is to provide an organic-inorganic hybrid semiconductor film with improved flexibility, a manufacturing method thereof, and a semiconductor device including the same.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 플렉시블 소자에 적용이 용이한 유무기 하이브리드 반도체막 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 반도체 소자를 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide an organic-inorganic hybrid semiconductor film that can be easily applied to a flexible device, a manufacturing method thereof, and a semiconductor device including the same.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 반복된 굽힘 테스트에서도 반도체막으로서의 전기적 특성이 유지되는 유무기 하이브리드 반도체막 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 반도체 소자를 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide an organic-inorganic hybrid semiconductor film that maintains electrical properties as a semiconductor film even in repeated bending tests, a manufacturing method thereof, and a semiconductor device including the same.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 방법을 제공한다. In order to solve the above-described technical problems, the present invention provides a method for manufacturing an organic-inorganic hybrid semiconductor film.

일 실시 예에 따르면, 상기 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 방법은 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에, 금속을 포함하는 제1 전구체 및 벤젠 고리를 포함하는 제1 반응물질을 제공하여, 상기 제1 전구체 및 상기 제1 반응물질이 반응된 제1 물질막을 형성하는 단계, 및 상기 제1 물질막 상에, 금속을 포함하는 제2 전구체 및 산소(O)를 포함하는 제2 반응물질을 제공하여, 상기 제2 전구체 및 상기 제2 반응물질이 반응된 제2 물질막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the method of manufacturing the organic-inorganic hybrid semiconductor film may include preparing a substrate, providing a first precursor including a metal and a first reactant including a benzene ring on the substrate, and Forming a first material film in which a precursor and the first reactant are reacted, and providing a second precursor containing metal and a second reactant containing oxygen (O) on the first material film, The method may include forming a second material film in which the second precursor and the second reactant are reacted.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 물질막을 형성하는 단계는, 제1 유닛 공정(first unit process)으로 정의되는, 상기 기판 상에 상기 제1 전구체를 제공하는 단계, 및 상기 제1 전구체가 제공된 상기 기판 상에 상기 제1 반응물질을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 제2 물질막을 형성하는 단계는, 제2 유닛 공정(second unit process)으로 정의되는, 상기 제1 물질막 상에 상기 제2 전구체를 제공하는 단계, 및 상기 제2 전구체가 제공된 상기 제1 물질막 상에 상기 제2 반응물질을 제공하는 단계를 포함하되, 상기 제1 유닛 공정의 반복 횟수 대비 상기 제2 유닛 공정의 반복 횟수가 제어되어, 금속 산화물을 포함하는 무기 반도체막 보다 유연성(flexibility)이 향상되는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the forming of the first material layer may include providing the first precursor on the substrate, which is defined as a first unit process, and the step of providing the first precursor on the substrate. The step of providing the first reactant on a substrate, and the step of forming the second material film is defined as a second unit process, and the second precursor is formed on the first material film. and providing the second reactant on the first material film provided with the second precursor, wherein the number of repetitions of the second unit process compared to the number of repetitions of the first unit process is Controlled, it may include improving flexibility compared to the inorganic semiconductor film including a metal oxide.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 유닛 공정의 반복 횟수 대비 상기 제2 유닛 공정의 반복 횟수는, 1:49 이상 1:99 이하인 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the number of repetitions of the second unit process compared to the number of repetitions of the first unit process may include 1:49 or more and 1:99 or less.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 반응물질은 하이드로퀴논(Hydroquinone, HQ)을 포함하고, 상기 제2 반응물질은 과산화수소(H2O2)를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the first reactant may include hydroquinone (Hydroquinone, HQ), and the second reactant may include hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전구체 및 상기 제2 전구체는, INCA-1(Bis(trimethylsily)amidodiethyl Indium), DADI [3-(dimethylamino)propyl] dimethyl indium, TMI(Triethylindium), TEI(Triethylindium), CpIn(cyclopentadienyl indium), In(TMHD)3(Tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato)indium(III)), 또는 In(acac)3(Indium acetylacetonate) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the first precursor and the second precursor, INCA-1 (Bis (trimethylsily) amidodiethyl Indium), DADI [3- (dimethylamino) propyl] dimethyl indium, TMI (Triethylindium), TEI (Triethylindium) , CpIn (cyclopentadienyl indium), In (TMHD) 3 (Tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato) indium (III)), or In (acac) 3 (Indium acetylacetonate) can include

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 유무기 하이브리드 반도체막을 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides an organic-inorganic hybrid semiconductor film.

일 실시 예에 따르면, 금속 알콕사이드(Metal alkoxide)을 포함하는 제1 물질막, 및 상기 제1 물질막 상에 배치되고, 금속 산화물을 포함하는 제2 물질막을 포함하는 유무기 하이브리드 반도체막에 있어서, 상기 유무기 하이브리드 반도체막 내의 탄소의 함량이 제어되어, 상기 금속 산화물을 포함하는 무기 반도체막 보다 유연성(flexibility)이 향상되는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, in an organic-inorganic hybrid semiconductor film including a first material film including a metal alkoxide, and a second material film disposed on the first material film and including a metal oxide, The content of carbon in the organic-inorganic hybrid semiconductor film may be controlled to improve flexibility compared to the inorganic semiconductor film including the metal oxide.

일 실시 예에 따르면, 상기 유무기 하이브리드 반도체막 내의 탄소의 함량은, 1.7 at% 이상 3.3 at% 이하인 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the content of carbon in the organic-inorganic hybrid semiconductor film may be 1.7 at% or more and 3.3 at% or less.

일 실시 예에 따르면, 상기 유무기 하이브리드 반도체막의 두께는, 30 nm 미만인 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the organic-inorganic hybrid semiconductor film may have a thickness of less than 30 nm.

일 실시 예에 따르면, 상기 유무기 하이브리드 반도체막은, 탄소간 이중결합(C=C)을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the organic-inorganic hybrid semiconductor film may include a carbon-to-carbon double bond (C=C).

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 반도체 소자를 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a semiconductor device.

일 실시 예에 따르면, 기판, 및 상기 기판 상에 배치되는 상기 실시 예에 따른 유무기 하이브리드 반도체막을 포함하는 반도체 소자에 있어서, 상기 반도체 소자는 상기 제1 물질막 및 상기 제2 물질막 중, 상기 제1 물질막이 상기 기판과 인접하도록 배치되는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, in a semiconductor device including a substrate and an organic-inorganic hybrid semiconductor film according to the embodiment disposed on the substrate, the semiconductor device includes at least one of the first material film and the second material film. A first material layer may be disposed adjacent to the substrate.

본 발명의 실시 예에 따른 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 방법은, 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에, 금속을 포함하는 제1 전구체 및 벤젠 고리를 포함하는 제1 반응물질을 제공하여, 상기 제1 전구체 및 상기 제1 반응물질이 반응된 제1 물질막을 형성하는 단계, 및 상기 제1 물질막 상에, 금속을 포함하는 제2 전구체 및 산소(O)를 포함하는 제2 반응물질을 제공하여, 상기 제2 전구체 및 상기 제2 반응물질이 반응된 제2 물질막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 종래의 인듐 산화물을 포함하는 무기 반도체막과 비교하여 유연성이 향상되며, 반복된 굽힘 테스트에서도 반도체막으로서의 전기적 특성이 유지되는 유무기 하이브리드 박막이 제공될 수 있다. A method of manufacturing an organic-inorganic hybrid semiconductor film according to an embodiment of the present invention includes preparing a substrate, providing a first precursor containing a metal and a first reactant containing a benzene ring on the substrate, Forming a first material film in which a first precursor and the first reactant are reacted, and providing a second precursor containing metal and a second reactant containing oxygen (O) on the first material film, , forming a second material film in which the second precursor and the second reactant are reacted. Accordingly, an organic-inorganic hybrid thin film having improved flexibility compared to a conventional inorganic semiconductor film containing indium oxide and maintaining electrical characteristics as a semiconductor film even in repeated bending tests can be provided.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 공정을 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 공정 중 제1 물질막 형성 단계를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 에에 따른 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 공정 중 제2 물질막 형성 단계를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유무기 하이브리드 반도체막을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 유무기 하이브리드 반도체막이 적용된 반도체 소자의 구조를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실험 예에 따른 유무기 하이브리드 반도체막이 포함하는 인듐 산화물막의 제조 공정에 사용되는 다양한 전구체 및 반응물질을 나타내는 표이다.
도 8은 본 발명의 실험 예 1에 따른 유무기 하이브리드 반도체막의 FT-IR 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실험 예에 따른 반도체 소자의 구조를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실험 예 및 비교 예에 따른 반도체 소자의 전기적 특성을 비교하는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실험 예 1에 따른 반도체 소자의 전기적 특성을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실험 예 1에 따른 반도체 소자의 기계적 특성을 나타내는 그래프이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an organic-inorganic hybrid semiconductor film according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing in detail a manufacturing process of an organic-inorganic hybrid semiconductor film according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a first material film forming step in a manufacturing process of an organic-inorganic hybrid semiconductor film according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a step of forming a second material film in a manufacturing process of an organic-inorganic hybrid semiconductor film according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing an organic-inorganic hybrid semiconductor film according to another embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing the structure of a semiconductor device to which an organic-inorganic hybrid semiconductor film according to an embodiment of the present invention is applied.
7 is a table showing various precursors and reactants used in a manufacturing process of an indium oxide film included in an organic-inorganic hybrid semiconductor film according to an experimental example of the present invention.
8 is a graph showing the results of FT-IR analysis of the organic-inorganic hybrid semiconductor film according to Experimental Example 1 of the present invention.
9 is a diagram showing the structure of a semiconductor device according to an experimental example of the present invention.
10 is a graph comparing electrical characteristics of semiconductor devices according to an experimental example and a comparative example of the present invention.
11 is a graph showing electrical characteristics of a semiconductor device according to Experimental Example 1 of the present invention.
12 is a graph showing mechanical characteristics of a semiconductor device according to Experimental Example 1 of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete, and the spirit of the present invention will be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when an element is referred to as being on another element, it means that it may be directly formed on the other element or a third element may be interposed therebetween. Also, in the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In addition, although terms such as first, second, and third are used to describe various elements in various embodiments of the present specification, these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Therefore, what is referred to as a first element in one embodiment may be referred to as a second element in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiments. In addition, in this specification, 'and/or' is used to mean including at least one of the elements listed before and after.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.In the specification, expressions in the singular number include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In addition, the terms "comprise" or "having" are intended to designate that the features, numbers, steps, components, or combinations thereof described in the specification exist, but one or more other features, numbers, steps, or components. It should not be construed as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof. In addition, in this specification, "connection" is used to mean both indirectly and directly connecting a plurality of components.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 방법을 설명하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 공정을 구체적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 공정 중 제1 물질막 형성 단계를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 에에 따른 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 공정 중 제2 물질막 형성 단계를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유무기 하이브리드 반도체막을 나타내는 도면이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an organic-inorganic hybrid semiconductor film according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view showing a manufacturing process of an organic-inorganic hybrid semiconductor film according to an embodiment of the present invention in detail, and FIG. A diagram showing a first material film forming step in a manufacturing process of an organic-inorganic hybrid semiconductor film according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 illustrates a second material film forming step in the organic-inorganic hybrid semiconductor film manufacturing process according to an embodiment of the present invention 5 is a view showing an organic-inorganic hybrid semiconductor film according to another embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 기판(100)이 준비된다(S100). 일 실시 예에 따르면, 상기 기판(100)은 실리콘 반도체 기판일 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 기판(100)은 화합물 반도체 기판, 유리 기판, 또는 플라스틱 기판 중 어느 하나일 수 있다. 상기 기판(100)의 종류는 제한되지 않는다. 1 to 4, the substrate 100 is prepared (S100). According to one embodiment, the substrate 100 may be a silicon semiconductor substrate. Alternatively, according to another embodiment, the substrate 100 may be any one of a compound semiconductor substrate, a glass substrate, or a plastic substrate. The type of the substrate 100 is not limited.

상기 기판(100) 상에 금속을 포함하는 제1 전구체 및 벤젠 고리를 포함하는 제1 반응물질을 제공하여, 상기 제1 전구체 및 상기 제1 반응물질이 반응된 제1 물질막(210)이 형성될 수 있다(S200). 일 실시 예에 따르면, 상기 금속은 인듐(In)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전구체는 INCA-1(Bis(trimethylsily)amidodiethyl Indium), DADI [3-(dimethylamino)propyl] dimethyl indium, TMI(Triethylindium), TEI(Triethylindium), CpIn(cyclopentadienyl indium), In(TMHD)3(Tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato)indium(III)), 또는 In(acac)3(Indium acetylacetonate) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 반응물질은 하이드로퀴논(Hydroquinone, HQ)을 포함할 수 있다. A first material film 210 formed by reacting the first precursor and the first reactant is formed by providing a first precursor containing a metal and a first reactant containing a benzene ring on the substrate 100 . It can be (S200). According to one embodiment, the metal may include indium (In). For example, the first precursor is INCA-1 (Bis(trimethylsily)amidodiethyl Indium), DADI [3-(dimethylamino)propyl] dimethyl indium, TMI (Triethylindium), TEI (Triethylindium), CpIn (cyclopentadienyl indium), In (TMHD) 3 (Tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato)indium(III)), or In(acac) 3 (Indium acetylacetonate). For example, the first reactant may include hydroquinone (HQ).

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 물질막(210)을 형성하는 단계는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100) 상에 상기 제1 전구체를 제공하는 단계(INCA-1 dose), 퍼지(purge) 단계, 상기 제1 전구체가 제공된 상기 기판(100) 상에 상기 제1 반응물질을 제공하는 단계(HQ dose), 및 퍼지(purge) 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the forming of the first material film 210 includes, as shown in FIG. 2 , providing the first precursor on the substrate 100 (INCA-1 dose); A purge step, a step of providing the first reactant on the substrate 100 provided with the first precursor (HQ dose), and a purge step may be included.

보다 구체적으로, 상기 기판(100) 상에 INCA-1을 1초 동안 제공한 후 30초 동안 퍼지(purge)하고, INCA-1이 제공된 상기 기판(100) 상에 하이드로퀴논(HQ)을 1초 동한 제공한 후 120초 동안 퍼지(purge)하여, 상기 제1 물질막(210)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 물질막(210)은 인듐 알콕사이드(Indium alkoxide, Indicone)을 포함할 수 있다. More specifically, after providing INCA-1 on the substrate 100 for 1 second, purging for 30 seconds, and applying hydroquinone (HQ) on the substrate 100 provided with INCA-1 for 1 second. The first material film 210 may be formed by purging for 120 seconds after providing the same. Accordingly, the first material layer 210 may include indium alkoxide (Indicone).

상술된 바와 같이, 상기 제1 물질막(210)을 형성하는 과정에서 벤젠 고리를 포함하는 상기 제1 반응물질(예를 들어, 하이드로퀴논)이 사용됨에 따라, 후술되는 유무기 하이브리드 반도체막(200)은, 탄소간 이중결합(C=C)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 후술되는 유무기 하이브리드 반도체막(200)을 FT-IR(Fourier-transform infrared spectroscopy) 분석하는 경우, 유무기 하이브리드 반도체막(200) 내에서 (C=C)ring stretch가 관측될 수 있다. As described above, as the first reactant (eg, hydroquinone) containing a benzene ring is used in the process of forming the first material film 210, the organic-inorganic hybrid semiconductor film 200 described later ) may include a carbon-to-carbon double bond (C=C). More specifically, in the case of FT-IR (Fourier-transform infrared spectroscopy) analysis of the organic-inorganic hybrid semiconductor film 200 described later, (C = C) ring stretch can be observed in the organic-inorganic hybrid semiconductor film 200 there is.

상기 제1 전구체 제공 단계-퍼지 단계-상기 제1 반응물질 제공 단계-퍼지 단계는 제1 유닛 공정(First Unit Process)으로 정의될 수 있다. 상기 제1 유닛 공정은 복수회 반복될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 물질막(210)의 두께가 제어될 수 있다. The providing of the first precursor-purging step-providing the first reactant-purging step may be defined as a first unit process. The first unit process may be repeated a plurality of times. Accordingly, the thickness of the first material layer 210 may be controlled.

상기 제1 물질막(210) 상에 금속을 포함하는 제2 전구체 및 산소(O)를 포함하는 제2 반응물질을 제공하여, 상기 제2 전구체 및 상기 제2 반응물질이 반응된 제2 물질막(220)이 형성될 수 있다(S300). 이에 따라, 상기 제1 물질막(210) 및 상기 제2 물질막(220)을 포함하는 유무기 하이브리드 반도체막(200)이 형성될 수 있다. A second precursor containing a metal and a second reactant containing oxygen (O) are provided on the first material film 210 to react the second precursor and the second reactant. 220 may be formed (S300). Accordingly, an organic/inorganic hybrid semiconductor film 200 including the first material film 210 and the second material film 220 may be formed.

일 실시 예에 따르면, 상기 금속은 인듐(In)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전구체는 INCA-1(Bis(trimethylsily)amidodiethyl Indium), DADI [3-(dimethylamino)propyl] dimethyl indium, TMI(Triethylindium), TEI(Triethylindium), CpIn(cyclopentadienyl indium), In(TMHD)3(Tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato)indium(III)), 또는 In(acac)3(Indium acetylacetonate) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 반응물질은 과산화수소(H2O2)를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the metal may include indium (In). For example, the second precursor is INCA-1 (Bis(trimethylsily)amidodiethyl Indium), DADI [3-(dimethylamino)propyl] dimethyl indium, TMI (Triethylindium), TEI (Triethylindium), CpIn (cyclopentadienyl indium), In (TMHD) 3 (Tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato)indium(III)), or In(acac) 3 (Indium acetylacetonate). For example, the second reactant may include hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 물질막(220)을 형성하는 단계는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 물질막(210) 상에 상기 제2 전구체를 제공하는 단계(INCA-1 dose), 퍼지(purge) 단계, 상기 제2 전구체가 제공된 상기 제1 물질막(210) 상에 상기 제2 반응물질을 제공하는 단계(H2O2 dose), 및 퍼지(purge) 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the forming of the second material layer 220 may include, as shown in FIG. 2 , providing the second precursor on the first material layer 210 (INCA-1 dose), a purge step, a step of providing the second reactant on the first material film 210 provided with the second precursor (H 2 O 2 dose), and a purge step. can do.

보다 구체적으로, 상기 제1 물질막(210) 상에 INCA-1을 1초 동안 제공한 후 10초 동안 퍼지(purge)하고, INCA-1이 제공된 상기 제1 물질막(210) 상에 과산화수소(H2O2)를 1초 동안 제공한 후 10초 동안 퍼지(purge)하여, 상기 제2 물질막(220)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 물질막(220)은 인듐 산화물(In2O3)을 포함할 수 있다. More specifically, INCA-1 is provided on the first material film 210 for 1 second, then purged for 10 seconds, and hydrogen peroxide is applied on the first material film 210 provided with INCA-1. H 2 O 2 ) may be provided for 1 second and then purged for 10 seconds to form the second material layer 220 . Accordingly, the second material layer 220 may include indium oxide (In 2 O 3 ).

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전구체 및 상기 제2 전구체는 서로 동일한 것일 수 있다. 예를 들어, 상술된 바와 같이, 상기 제1 전구체 및 상기 제2 전구체는 INCA-1일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 전구체는 CpIn(cyclopentadienyl indium)이고, 상기 제2 전구체는 INCA-1(Bis(trimethylsily)amidodiethyl Indium)일 수 있다. 이 경우, 증착 속도를 향상시켜 생산성이 향상될 수 있다. According to one embodiment, the first precursor and the second precursor may be the same as each other. For example, as described above, the first precursor and the second precursor may be INCA-1. Alternatively, according to another embodiment, the first precursor may be cyclopentadienyl indium (CpIn), and the second precursor may be Bis(trimethylsily)amidodiethyl indium (INCA-1). In this case, productivity may be improved by increasing the deposition rate.

상기 제2 전구체 제공 단계-퍼지 단계-상기 제2 반응물질 제공 단계-퍼지 단계는 제2 유닛 공정(Second Unit Process)으로 정의될 수 있다. 상기 제2 유닛 공정은 복수회 반복될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 물질막(220)의 두께가 제어될 수 있다. The second precursor providing step - purge step - the second reactant providing step - purge step may be defined as a second unit process. The second unit process may be repeated a plurality of times. Accordingly, the thickness of the second material layer 220 may be controlled.

일 실시 예에 따르면, 상기 유무기 하이브리드 반도체막(200)의 두께는, 30 nm 미만으로 제어될 수 있다. 이와 달리, 상기 유무기 하이브리드 반도체막(200)의 두께가 30 nm 이상으로 제어되는 경우, 상기 유무기 하이브리드 반도체막(200)이 도전성을 가지게 됨으로, 반도체 소자의 활성층(active layer)으로 사용되지 못하는 문제점이 발생될 수 있다. According to an embodiment, the thickness of the organic-inorganic hybrid semiconductor film 200 may be controlled to be less than 30 nm. In contrast, when the thickness of the organic-inorganic hybrid semiconductor film 200 is controlled to be 30 nm or more, the organic-inorganic hybrid semiconductor film 200 has conductivity and cannot be used as an active layer of a semiconductor device. Problems may arise.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 유닛 공정 및 상기 제2 유닛 공정을 교대로 반복 수행하여, 상기 유무기 하이브리드 반도체막(200)이 형성될 수 있다.According to an embodiment, the organic-inorganic hybrid semiconductor film 200 may be formed by alternately and repeatedly performing the first unit process and the second unit process.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 유닛 공정 반복 횟수 대비 상기 제2 유닛 공정의 반복 횟수가 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 유닛 공정 반복 횟수 대비 상기 제2 유닛 공정의 반복 회수는 1:49(제1 유닛 공정: 제2 유닛 공정) 이상 1:99(제1 유닛 공정: 제2 유닛 공정) 이하일 수 있다. 이 경우, 상기 유무기 하이브리드 반도체막(200) 내의 탄소의 함량은 1.7 at% 이상 3.3 at% 이하일 수 있다. According to an embodiment, the number of repetitions of the second unit process compared to the number of repetitions of the first unit process may be controlled. For example, the number of repetitions of the second unit process compared to the number of repetitions of the first unit process is 1:49 (first unit process: second unit process) or more 1:99 (first unit process: second unit process) may be below. In this case, the content of carbon in the organic-inorganic hybrid semiconductor film 200 may be 1.7 at% or more and 3.3 at% or less.

상술된 바와 같이, 상기 제1 유닛 공정 반복 횟수 대비 상기 제2 유닛 공정의 반복 횟수가 제어되어 형성된 상기 유무기 하이브리드 반도체막(200)은, 반도체막으로서의 전기적 특성을 유지하며, 인듐 산화물(In2O3)을 포함하는 종래의 무기 반도체막과 비교하여 유연성(flexibility)이 향상될 수 있다. As described above, the organic-inorganic hybrid semiconductor film 200 formed by controlling the number of repetitions of the second unit process compared to the number of repetitions of the first unit process maintains electrical characteristics as a semiconductor film, and indium oxide (In 2 Flexibility may be improved compared to a conventional inorganic semiconductor film including O 3 ).

인듐 산화물(In2O3)을 포함하는 종래의 무기 반도체막의 경우, 전기적 특성이 뛰어난 장점이 있지만 기계적 특성이 낮아 굽힘 테스트가 반복적으로 수행됨에 따라 급격한 열화 현상이 발생되는 문제점이 있었다. 이로 인해, 인듐 산화물(In2O3)을 포함하는 종래의 무기 반도체막은 wearable 전자 소자와 같이 형태변형이 빈번하게 발생되는 전자 소자에 적용되기 힘든 문제점이 있었다. In the case of a conventional inorganic semiconductor film containing indium oxide (In 2 O 3 ), it has excellent electrical properties, but has low mechanical properties, so there is a problem in that rapid deterioration occurs as bending tests are repeatedly performed. For this reason, a conventional inorganic semiconductor film containing indium oxide (In 2 O 3 ) has a problem in that it is difficult to apply to an electronic device in which shape deformation frequently occurs, such as a wearable electronic device.

하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 유무기 하이브리드 반도체막(200)은, 전기적 특성이 높은 인듐 산화물(In2O3)막에 기계적 특성 및 유연성이 높은 인듐 알콕사이드(Indium alkoxide, Indicone)막이 혼합됨으로써, 유연성이 향상되어 wearable 전자 소자와 같이 형태변형이 빈번하게 발생되는 전자 소자에 용이하게 적용될 수 있다. 또한, 상기 인듐 알콕사이드막(Indicone)을 형성하는 상기 제1 유닛 공정의 반복 횟수 대비 상기 인듐 산화물막(In2O3)을 형성하는 상기 제2 유닛 공정의 반복 횟수가 1:49 이상 1:99 이하로 제어됨으로써, 반도체막으로서의 전기적 특성을 유지할 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 유닛 공정의 반복 횟수 대비 상기 제2 유닛 공정의 반복 횟수가 1:49 미만인 경우, 전기적 특성이 현저하게 감소되는 문제점이 발생될 수 있고, 1:99 초과인 경우, 기계적 특성이 현저하게 감소되는 문제점이 발생될 수 있다.. However, in the organic-inorganic hybrid semiconductor film 200 according to an embodiment of the present invention, an indium alkoxide (Indicone) film having high mechanical properties and flexibility is mixed with an indium oxide (In 2 O 3 ) film having high electrical properties. , it can be easily applied to electronic devices in which shape deformation frequently occurs, such as wearable electronic devices, due to improved flexibility. In addition, the number of repetitions of the second unit process of forming the indium oxide film (In 2 O 3 ) compared to the number of repetitions of the first unit process of forming the indium alkoxide film (Indicone) is 1:49 or more 1:99 By controlling to the following, the electrical characteristics as a semiconductor film can be maintained. On the other hand, if the number of iterations of the second unit process compared to the number of repetitions of the first unit process is less than 1:49, electrical properties may be significantly reduced, and if it exceeds 1:99, mechanical properties This significantly reduced problem may occur.

상기 제1 물질막(210) 및 상기 제2 물질막(220)의 배치 순서는, 상기 기판(100)의 종류에 따라 제어될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 기판(100)이 수분 및 산소에 대한 침투력이 상대적으로 낮은 경우(예를 들어, 유리 기판), 상기 기판(100) 상에 상기 제1 유닛 공정이 반복 수행된 후 상기 제2 유닛 공정이 반복 수행되어 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 물질막(210) 및 상기 제2 물질막(220) 중 상기 제1 물질막(210)이 상기 기판(100)과 인접하도록 배치될 수 있다. 상기 제1 유닛 공정의 반복 횟수 대비 상기 제2 유닛 공정의 반복 횟수는 1:49 이상 1:99 이하일 수 있다.The arrangement order of the first material layer 210 and the second material layer 220 may be controlled according to the type of the substrate 100 . According to an embodiment, when the substrate 100 has relatively low permeability to moisture and oxygen (eg, a glass substrate), after the first unit process is repeatedly performed on the substrate 100, the As the second unit process is repeatedly performed, as shown in FIG. 4 , the first material layer 210 among the first material layer 210 and the second material layer 220 is adjacent to the substrate 100 . can be arranged to do so. The number of repetitions of the second unit process compared to the number of repetitions of the first unit process may be 1:49 or more and 1:99 or less.

즉, 상기 기판(100)이 수분 및 산소에 대한 침투력이 상대적으로 낮은 경우(예를 들어, 유리 기판), 유기막인 상기 제1 물질막(210)을 상기 기판(100) 및 무기막인 상기 제2 물질막(220) 사이에 배치할 수 있다. 이에 따라, 유기막인 상기 제1 물질막(210)에 대한 외기의 영향을 최소화함으로써, 상기 유무기 하이브리드 반도체막(200)의 특성 열화 문제를 감소시킬 수 있다. That is, when the substrate 100 has relatively low permeability to moisture and oxygen (for example, a glass substrate), the first material layer 210, which is an organic layer, is combined with the substrate 100 and the organic layer, which is an inorganic layer. It may be disposed between the second material layers 220 . Accordingly, by minimizing the effect of external air on the first material layer 210, which is an organic layer, a problem of deterioration of characteristics of the organic-inorganic hybrid semiconductor layer 200 may be reduced.

이와 달리, 상기 기판(100)이 수분 및 산소에 대한 침투력이 상대적으로 높은 경우(예를 들어, 플라스틱 기판), 상기 기판(100) 상에 상기 제2 유닛 공정이 반복 수행된 후 상기 제1 유닛 공정이 반복 수행되고 다시 상기 제2 유닛 공정이 반복 수행되어 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 물질막(210)이 상기 제2 물질막(220) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1 유닛 공정의 반복 횟수 대비 상기 제2 유닛 공정의 전체 반복 횟수는 1:49 이상 1:99 이하일 수 있다.In contrast, when the substrate 100 has a relatively high permeability to moisture and oxygen (eg, a plastic substrate), the first unit process is repeatedly performed on the substrate 100 and then the second unit process is performed. The process is repeatedly performed and the second unit process is repeatedly performed, and as shown in FIG. 5 , the first material layer 210 may be disposed between the second material layers 220 . The total number of iterations of the second unit process compared to the number of repetitions of the first unit process may be 1:49 or more and 1:99 or less.

즉, 상기 기판(100)이 수분 및 산소에 대한 침투력이 상대적으로 높은 경우(예를 들어, 플라스틱 기판), 무기막인 상기 제2 물질막(220)을 상기 기판(100) 및 유기막인 상기 제1 물질막(210) 사이에 배치할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(100)을 통해 침투되는 수분 및 산소로부터 유기막인 상기 제1 물질막(210)이 보호됨으로써, 상기 유무기 하이브리드 반도체막(200)의 특성 열화 문제를 감소시킬 수 있다. That is, when the substrate 100 has relatively high permeability to moisture and oxygen (for example, a plastic substrate), the second material layer 220, which is an inorganic layer, is combined with the substrate 100 and the second material layer 220, which is an organic layer. It may be disposed between the first material layers 210 . Accordingly, the first material layer 210 , which is an organic layer, is protected from moisture and oxygen penetrating through the substrate 100 , thereby reducing a problem of deterioration of characteristics of the organic/inorganic hybrid semiconductor layer 200 .

또한, 상기 기판(100) 상에 상기 제2 물질막(220)-상기 제1 물질막(210)-상기 제1 물질막(210)-상기 제2 물질막(220)이 순차적으로 적층될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 물질막(210)이 상기 기판(100)을 통해 침투되는 수분 및 산소로부터 보호될 뿐만 아니라, 외기에 대한 영향 또한 최소화될 수 있다. In addition, the second material layer 220 - the first material layer 210 - the first material layer 210 - the second material layer 220 may be sequentially stacked on the substrate 100 . there is. Accordingly, the first material layer 210 is not only protected from moisture and oxygen penetrating through the substrate 100 , but also the influence of external air can be minimized.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 달리, 상기 유무기 하이브리드 반도체막(200) 내에서, 상기 제1 물질막(210) 및 상기 제2 물질막(220)은 시각적으로 구분되지 않을 수 있다.Unlike those shown in FIGS. 4 and 5 , the first material layer 210 and the second material layer 220 may not be visually distinguished in the organic-inorganic hybrid semiconductor layer 200 .

이상, 본 발명의 실시 예에 따른 유무기 하이브리드 반도체막 및 그 제조 방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 유무기 하이브리드 반도체막이 적용된 반도체 소자가 설명된다. In the above, the organic-inorganic hybrid semiconductor film and method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention have been described. Hereinafter, a semiconductor device to which an organic-inorganic hybrid semiconductor film according to an embodiment of the present invention is applied will be described.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 유무기 하이브리드 반도체막이 적용된 반도체 소자의 구조를 나타내는 도면이다. 6 is a diagram showing the structure of a semiconductor device to which an organic-inorganic hybrid semiconductor film according to an embodiment of the present invention is applied.

도 6을 참조하면, 상기 반도체 소자는, 기판(100), 상기 기판(100) 상에 배치되는 게이트(300), 상기 기판(100) 상에 배치되고 상기 게이트를 덮는 게이트 절연막(400), 상기 게이트 절연막(400) 상에 배치되는 활성층(200), 상기 게이트 절연막 상에 배치되고 상기 활성층(200)의 일측과 접촉되는 소스(S), 및 상기 게이트 절연막(400) 상에 배치되고 상기 활성층(200)의 타측과 접촉되는 드레인(D)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 6 , the semiconductor device includes a substrate 100, a gate 300 disposed on the substrate 100, a gate insulating film 400 disposed on the substrate 100 and covering the gate, An active layer 200 disposed on the gate insulating film 400, a source S disposed on the gate insulating film and in contact with one side of the active layer 200, and disposed on the gate insulating film 400 and the active layer ( 200) may include a drain (D) contacting the other side.

일 실시 예에 따르면, 상기 활성층(200)은 도 4를 참조하여 설명된 상기 유무기 하이브리드 반도체막(200), 또는 도 5를 참조하여 설명된 상기 유무기 하이브리드 반도체막(200)과 같을 수 있다. 즉, 상기 활성층(200)이 상기 제1 물질막(210) 및 상기 제2 물질막(220)을 포함하되, 상기 반도체 소자가 포함하는 상기 기판(100)의 종류에 따라, 상기 제1 물질막(210) 및 상기 제2 물질막(220)의 배치가 달라질 수 있다. According to an embodiment, the active layer 200 may be the same as the organic-inorganic hybrid semiconductor film 200 described with reference to FIG. 4 or the organic-inorganic hybrid semiconductor film 200 described with reference to FIG. . That is, the active layer 200 includes the first material layer 210 and the second material layer 220, and according to the type of the substrate 100 included in the semiconductor device, the first material layer 210 and the arrangement of the second material layer 220 may be different.

보다 구체적으로, 상기 반도체 소자가 포함하는 상기 기판(100)이 수분 및 산소에 대한 침투력이 상대적으로 낮은 경우(예를 들어, 유리 기판), 상기 제1 물질막(210) 및 상기 제2 물질막(220) 중 상기 제1 물질막(210)이 상기 게이트 절연막(400)과 접촉되도록 배치된 후, 상기 제2 물질막(220) 상에 상기 제1 물질막(210) 및 상기 제2 물질막(220)이 교대로, 그리고 반복적으로 적층될 수 있다. 즉, 상기 게이트 절연막(400) 상에 배치되는 상기 활성층(200)은 상기 제1 물질막(210)-상기 제2 물질막(220)-상기 제1 물질막(210)-상기 제2 물질막(220)이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 물질막(210)에 대한 외기의 영향이 최소화될 수 있다. More specifically, when the substrate 100 included in the semiconductor device has relatively low permeability to moisture and oxygen (eg, a glass substrate), the first material layer 210 and the second material layer After the first material layer 210 is disposed in contact with the gate insulating layer 400 in 220 , the first material layer 210 and the second material layer are formed on the second material layer 220 . 220 may be alternately and repeatedly stacked. That is, the active layer 200 disposed on the gate insulating layer 400 includes the first material layer 210 - the second material layer 220 - the first material layer 210 - the second material layer 220 may have a sequentially stacked structure. Accordingly, the influence of external air on the first material layer 210 can be minimized.

이와 달리, 상기 반도체 소자가 포함하는 상기 기판(100)이 수분 및 산소에 대한 침투력이 상대적으로 높은 경우(예를 들어, 플라스틱 기판), 상기 제1 물질막(210) 및 상기 제2 물질막(220) 중 상기 제2 물질막(220)이 상기 게이트 절연막(400)과 접촉되도록 배치된 후, 상기 제1 물질막(210) 상에 상기 제1 물질막(210)이 다시 배치되고, 상기 제2 물질막(220)이 순차적으로 적층될 수 있다. 즉, 상기 게이트 절연막(400) 상에 배치되는 상기 활성층(200)은 상기 제2 물질막(220)-상기 제1 물질막(210)-상기 제1 물질막(210)-상기 제2 물질막(220)이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(100)을 통해 침투되는 수분 및 산소로부터 상기 제1 물질막(210)이 보호될 뿐만 아니라, 외기에 대한 영향 또한 최소화될 수 있다. In contrast, when the substrate 100 included in the semiconductor device has relatively high permeability to moisture and oxygen (eg, a plastic substrate), the first material layer 210 and the second material layer ( 220), after the second material layer 220 is disposed to contact the gate insulating layer 400, the first material layer 210 is disposed again on the first material layer 210, and Two material layers 220 may be sequentially stacked. That is, the active layer 200 disposed on the gate insulating layer 400 includes the second material layer 220 - the first material layer 210 - the first material layer 210 - the second material layer 220 may have a sequentially stacked structure. Accordingly, the first material layer 210 is not only protected from moisture and oxygen penetrating through the substrate 100 , but also the influence of external air can be minimized.

이상, 본 발명의 실시 예에 따른 유무기 하이브리드 반도체막이 적용된 반도체 소자가 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 유무기 하이브리드 반도체막의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다. In the above, the semiconductor device to which the organic-inorganic hybrid semiconductor film according to the embodiment of the present invention is applied has been described. Hereinafter, specific experimental examples and characteristic evaluation results of organic-inorganic hybrid semiconductor films according to embodiments of the present invention will be described.

실험 예 1에 따른 유무기 하이브리드 반도체막 제조Production of organic-inorganic hybrid semiconductor film according to Experimental Example 1

기판 상에 INCA-1을 1초 동안 제공한 후 30초 동안 퍼지(purge)하고, INCA-1이 제공된 상기 기판(100) 상에 하이드로퀴논(HQ)을 1초 동한 제공한 후 120초 동안 퍼지(purge)하여 인듐 알콕사이드(Indium alkoxide, Indicone)막을 형성하였다. 이후, 인듐 알콕사이드막 상에 INCA-1을 1초 동안 제공한 후 10초 동안 퍼지(purge)하고, INCA-1이 제공된 상기 인듐 알콕사이드막 상에 과산화수소(H2O2)를 1초 동안 제공한 후 10초 동안 퍼지(purge)하여, 인듐 산화물막(In2O3)을 형성하였다. After providing INCA-1 on the substrate for 1 second, purging for 30 seconds, and providing hydroquinone (HQ) on the substrate 100 provided with INCA-1 for 1 second, followed by purging for 120 seconds. (purge) to form an indium alkoxide (Indicone) film. Thereafter, INCA-1 was provided on the indium alkoxide film for 1 second, then purged for 10 seconds, and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) was provided on the indium alkoxide film provided with INCA-1 for 1 second. After purging for 10 seconds, an indium oxide film (In 2 O 3 ) was formed.

상기 인듐 알콕사이드막을 형성하기 위한 INCA-1 제공-퍼지-하이드로퀴논 제공-퍼지는 제1 유닛 공정으로 정의되고, 상기 인듐 산화물막을 형성하기 위한 INCA-1 제공-퍼지-과산화수소 제공-퍼지는 제2 유닛 공정으로 정의된다. Providing INCA-1 for forming the indium alkoxide film-purging-providing hydroquinone-purging is defined as a first unit process, and providing INCA-1 for forming the indium oxide film-purging-providing hydrogen peroxide-purging is a second unit process. is defined

실험 예 1에 따른 유무기 하이브리드 반도체막은, 제1 유닛 공정: 제2 유닛 공정의 반복 수행 비율을 1:99로 제어하여 제조하였다. The organic-inorganic hybrid semiconductor film according to Experimental Example 1 was manufactured by controlling the repeating ratio of the first unit process to the second unit process to 1:99.

실험 예 2에 따른 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 Preparation of organic-inorganic hybrid semiconductor film according to Experimental Example 2

상술된 실험 예 1에 따른 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 방법에 따라 제조하되, 제1 유닛 공정: 제2 유닛 공정의 반복 수행 비율을 1:49로 제어하였다. It was manufactured according to the manufacturing method of the organic-inorganic hybrid semiconductor film according to Experimental Example 1 described above, but the repeating ratio of the first unit process: the second unit process was controlled to 1:49.

실험 예 3에 따른 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 Preparation of organic-inorganic hybrid semiconductor film according to Experimental Example 3

상술된 실험 예 1에 따른 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 방법에 따라 제조하되, 제1 유닛 공정: 제2 유닛 공정의 반복 수행 비율을 1:39로 제어하였다. It was manufactured according to the manufacturing method of the organic-inorganic hybrid semiconductor film according to Experimental Example 1 described above, but the repeating ratio of the first unit process: the second unit process was controlled to 1:39.

비교 예 1에 따른 무기 반도체막 준비Inorganic semiconductor film preparation according to Comparative Example 1

In2O3 무기 반도체막을 준비하였다. An In 2 O 3 inorganic semiconductor film was prepared.

비교 예 2에 따른 유기 반도체막 준비Preparing an organic semiconductor film according to Comparative Example 2

인듐 알콕사이드(Indium alkoxide, Indicone) 유기 반도체막을 준비하였다. An indium alkoxide (Indicone) organic semiconductor film was prepared.

도 7은 본 발명의 실험 예에 따른 유무기 하이브리드 반도체막이 포함하는 인듐 산화물막의 제조 공정에 사용되는 다양한 전구체 및 반응물질을 나타내는 표이다. 7 is a table showing various precursors and reactants used in a manufacturing process of an indium oxide film included in an organic-inorganic hybrid semiconductor film according to an experimental example of the present invention.

도 7을 참조하면, 상기 실험 예 1에 따른 유무기 하이브리드 반도체막을 준비하되, 인듐 산화물(In2O3)막의 제조 공정에 사용되는 전구체 및 반응물질을 서로 달리하여 제조하였다. 도 7에서 확인할 수 있듯이, INCA-1의 경우 다양한 반응물질을 이용하여 인듐 산화물막을 제조할 수 있는 것을 확인할 수 있고, H2O, H2O2 등의 상대적으로 에너지가 낮은 산화제(oxidant) 또한 반응물질로 사용될 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 특히, INCA-1은 다른 전구체들과 비교하여 낮은 온도에서 H2O2를 이용하여 상대적으로 높은 성장률(GPC)를 가지며 인듐 산화물막을 형성할 수 있음을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 7 , an organic-inorganic hybrid semiconductor film according to Experimental Example 1 was prepared, but the precursor and reactant used in the manufacturing process of the indium oxide (In 2 O 3 ) film were prepared by using different materials. As can be seen in FIG. 7, in the case of INCA-1, it can be confirmed that an indium oxide film can be prepared using various reactants, and oxidants with relatively low energy such as H 2 O and H 2 O 2 can also be used. It was confirmed that it can be used as a reactant. In particular, it was confirmed that INCA-1 can form an indium oxide film with a relatively high growth rate (GPC) using H 2 O 2 at a low temperature compared to other precursors.

도 8은 본 발명의 실험 예 1에 따른 유무기 하이브리드 반도체막의 FT-IR 분석 결과를 나타내는 그래프이다. 8 is a graph showing the results of FT-IR analysis of the organic-inorganic hybrid semiconductor film according to Experimental Example 1 of the present invention.

도 8을 참조하면, 상기 실험 예 1에 따른 유무기 하이브리드 반도체막이 포함하는 인듐 알콕사이드(Indicone)막에 대해 FT-IR(Fourier-transform infrared spectroscopy) 분석하여 나타내었다. 도 8에서 확인할 수 있듯이, 상기 인듐 알콕사이드(Indicone)막은, In-O 결합과 벤젠링에서 보이는 C-H, C-C, C-O, 및 (C=C)ring 결합 등이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 8 , an FT-IR (Fourier-transform infrared spectroscopy) analysis was performed on an indium alkoxide (Indicone) film included in the organic-inorganic hybrid semiconductor film according to Experimental Example 1. As can be seen in FIG. 8 , it was confirmed that the indium alkoxide (Indicone) film showed In—O bonds and CH, CC, CO, and (C=C) ring bonds seen in the benzene ring.

실험 예에 따른 반도체 소자 제조Manufacture of semiconductor devices according to experimental examples

도 9를 참조하면, P++-Si 게이트(Gate), SiO2 게이트 절연막(Gate insulator), 및 활성층(Active)을 순차적으로 적층시킨 후, 활성층 상에 FMM(Fine metal mask)를 이용하여 소스(S) 전극, 및 드레인(D)을 형성하여 실험 예에 따른 반도체 소자를 제조하였다. 보다 구체적으로, 활성층으로서 상술된 실험 예 1 내지 3에 따른 유무기 하이브리드 반도체막을 적용하였고, 소스 전극 및 드레인 전극으로서 ITO(Indium Tin Oxide)를 사용하였다. 상술된 실험 예 1 내지 3에 따른 유무기 하이브리드 반도체막이 적용된 반도체 소자는 실험 예 1 내지 실험 예 3에 따른 반도체 소자로 정의된다. Referring to FIG. 9, after sequentially stacking a P ++ -Si gate, a SiO 2 gate insulator, and an active layer, using a fine metal mask (FMM) on the active layer, the source (S) An electrode and a drain (D) were formed to manufacture a semiconductor device according to the experimental example. More specifically, organic-inorganic hybrid semiconductor films according to Experimental Examples 1 to 3 described above were applied as an active layer, and indium tin oxide (ITO) was used as a source electrode and a drain electrode. The semiconductor device to which the organic-inorganic hybrid semiconductor film according to Experimental Examples 1 to 3 is applied is defined as the semiconductor device according to Experimental Examples 1 to 3.

비교 예에 따른 반도체 소자 제조Manufacture of a semiconductor device according to a comparative example

상술된 실험 예에 따른 반도체 소자를 제조하되, 활성층으로서 상기 비교 예 1에 따른 In2O3 무기 반도체막을 사용하였다. A semiconductor device according to the above-described experimental example was manufactured, but the In 2 O 3 inorganic semiconductor film according to Comparative Example 1 was used as an active layer.

도 10은 본 발명의 실험 예 및 비교 예에 따른 반도체 소자의 전기적 특성을 비교하는 그래프이다. 10 is a graph comparing electrical characteristics of semiconductor devices according to an experimental example and a comparative example of the present invention.

도 10의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 상기 실험 1 내지 실험 예 3, 및 비교 예에 따른 반도체 소자를 준비하였다. 보다 구체적으로 도 10의 (a)는 비교 예에 따른 반도체 소자(In2O3)를 나타내고, 도 10의 (b)는 실험 예 1에 따른 반도체 소자를 나타내고, 도 10의 (c)는 실험 예 2에 따른 반도체 소자를 나타내고, 도 10의 (d)는 실험 예 3에 따른 반도체 소자를 나타낸다. Referring to (a) to (d) of FIG. 10 , semiconductor devices according to Experiments 1 to 3 and Comparative Example were prepared. More specifically, FIG. 10 (a) shows a semiconductor device (In 2 O 3 ) according to Comparative Example, FIG. 10 (b) shows a semiconductor device according to Experimental Example 1, and FIG. 10 (c) shows an experiment. A semiconductor device according to Example 2 is shown, and FIG. 10(d) shows a semiconductor device according to Experimental Example 3.

도 10의 (a) 내지 (d)에서 확인할 수 있듯이, 인듐 알콕사이드(Indicone)막의 비율이 증가함에 따라, 소자의 current level이 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 39:1의 비율로 형성된 활성층을 포함하는 실험 예에 따른 반도체 소자의 경우, on/off ratio가 102 이하로 낮아져 소자 performance가 현저하게 하락하는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in (a) to (d) of FIG. 10 , as the ratio of the indium alkoxide (Indicone) film increases, it can be seen that the current level of the device decreases. In particular, in the case of the semiconductor device according to the experimental example including the active layer formed at a ratio of 39:1, the on/off ratio was lowered to 10 2 or less, and it was confirmed that the device performance was significantly deteriorated.

이에 따라, 제1 유닛 공정: 제2 유닛 공정의 비율을 1:49 이상 1:99 이하로 제어됨에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 유무기 하이브리드 반도체막은 반도체막으로서의 전기적 특성을 유지할 수 있음을 알 수 있다. Accordingly, as the ratio of the first unit process: the second unit process is controlled to 1:49 or more and 1:99 or less, the organic-inorganic hybrid semiconductor film according to the embodiment of the present invention can maintain the electrical characteristics as a semiconductor film. Able to know.

또한, 상기 실험 예 1 내지 3에 따른 유무기 하이브리드 반도체막, 비교 예 1에 따른 In2O3 무기 반도체막, 및 비교 예 2에 따른 Indicone 유기 반도체막의 조성에 대해 분석하였다. 분석 결과는 아래의 <표 1>로 정리된다. In addition, compositions of the organic-inorganic hybrid semiconductor film according to Experimental Examples 1 to 3, the In 2 O 3 inorganic semiconductor film according to Comparative Example 1, and the indicone organic semiconductor film according to Comparative Example 2 were analyzed. The analysis results are summarized in <Table 1> below.

구분division Indium (at%)Indium (at%) Oxygen (at%)Oxygen (at%) Carbon (at%)Carbon (at%) 비교 예 1(In2O3)Comparative Example 1 (In 2 O 3 ) 40.140.1 59.959.9 N/DN/D 실험 예 1(1:99)Experimental Example 1 (1:99) 39.139.1 59.259.2 1.71.7 실험 예 2(1:49)Experimental Example 2 (1:49) 37.837.8 58.958.9 3.33.3 실험 예 3(1:39)Experimental Example 3 (1:39) 37.137.1 58.558.5 4.44.4 비교 예 2(Indicone)Comparative Example 2 (Indicone) 8.88.8 26.826.8 64.464.4

<표 1>을 통해 제1 유닛 공정: 제2 유닛 공정의 비율이 1:99로 제어되어 형성된 실험 예 1에 따른 유무기 하이브리드 반도체막은 탄소의 함유량이 1.7 at%이고, 1:49로 제어되어 형성된 실험 예 2에 따른 유무기 하이브리드 반도체막은 탄소의 함유량이 3.3 at%인 것을 알 수 있다. Through <Table 1>, the organic-inorganic hybrid semiconductor film according to Experimental Example 1 formed by controlling the ratio of the first unit process to the second unit process at 1:99 had a carbon content of 1.7 at% and was controlled at 1:49. It can be seen that the formed organic-inorganic hybrid semiconductor film according to Experimental Example 2 has a carbon content of 3.3 at%.

도 11은 본 발명의 실험 예 1에 따른 반도체 소자의 전기적 특성을 나타내는 그래프이다. 11 is a graph showing electrical characteristics of a semiconductor device according to Experimental Example 1 of the present invention.

도 11의 (a)를 참조하면, 상기 실험 예 1에 따른 반도체 소자의 out curve를 측정하여 나타내었고, 도 11의 (b)를 참조하면, 상기 실험 예 1에 따른 반도체 소자의 transfer curve를 측정하여 나타내었다. 도 11의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 게이트 전압을 0V~20V까지 조절하여 out curve를 측정한 결과 활성층과 소스 및 드레인 전극의 접촉이 용이하게 이루어진 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 11의 (b)에서 확인할 수 있듯이, 드레인 전압을 0.1V로 고정하고 transfer curve를 측정한 결과 전계 이동도 2.05 cm2/Vs, 문턱전압 2.22V, 문턱전압 이하스윙 0.53 V/dec, on/off ratio 105 이상의 소자성능을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 11(a), the out curve of the semiconductor device according to Experimental Example 1 was measured and shown, and referring to FIG. 11(b), the transfer curve of the semiconductor device according to Experimental Example 1 was measured. and showed. As can be seen in (a) of FIG. 11, as a result of measuring the out curve by adjusting the gate voltage from 0V to 20V, it was confirmed that the active layer and the source and drain electrodes were easily contacted. In addition, as can be seen in (b) of FIG. 11, as a result of measuring the transfer curve with the drain voltage fixed at 0.1V, the electric field mobility was 2.05 cm 2 /Vs, the threshold voltage was 2.22V, the swing below the threshold voltage was 0.53 V/dec, It was confirmed that the on/off ratio 10 5 or higher device performance was exhibited.

도 12는 본 발명의 실험 예 1에 따른 반도체 소자의 기계적 특성을 나타내는 그래프이다. 12 is a graph showing mechanical characteristics of a semiconductor device according to Experimental Example 1 of the present invention.

도 12의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 실험 예 1에 따른 반도체 소자를 준비한 후, 굽힘 반지름을 2.0mm로 고정하고 굽힘 반복 횟수를 120,000회 진행하며 전기적 특성을 관찰하였다. Referring to (a) and (b) of FIG. 12 , after preparing the semiconductor device according to Experimental Example 1, the bending radius was fixed to 2.0 mm and the number of bending repetitions was 120,000 times, and electrical characteristics were observed.

도 12의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 총 120,000회의 굽힘 테스트가 진행되었음에도 전계이동도는 변하지 않았고, 문턱전압 0.73V, 문턱전압 이하스윙 0.06 V/dec 이 변화된 것을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 실험 예 1에 따른 반도체 소자는 100,000회가 넘는 극한의 스트레스 환경에서도 전기적 특성을 실질적으로 일정하게 유지함으로, 우수한 유연성(flexibility)을 갖는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in (a) and (b) of FIG. 12, even though a total of 120,000 bending tests were conducted, the electric field mobility did not change, and the threshold voltage of 0.73 V and the swing below the threshold voltage of 0.06 V / dec were changed. It was confirmed. That is, it was confirmed that the semiconductor device according to Experimental Example 1 has excellent flexibility by maintaining substantially constant electrical characteristics even in an extreme stress environment exceeding 100,000 cycles.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.In the above, the present invention has been described in detail using preferred embodiments, but the scope of the present invention is not limited to specific embodiments, and should be interpreted according to the appended claims. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.

100: 기판
200: 유무기 하이브리드 반도체막
210: 제1 물질막
220: 제2 물질막
300: 게이트
400: 게이트 절연막100: substrate
200: organic-inorganic hybrid semiconductor film
210: first material layer
220: second material film
300: gate
400: gate insulating film

Claims (10)

기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에, 금속을 포함하는 CpIn을 포함하는 제1 전구체 및 벤젠 고리를 포함하는 제1 반응물질을 제공하여, 상기 제1 전구체 및 상기 제1 반응물질이 반응된 제1 물질막을 형성하는 단계; 및
상기 기판 상에, 상기 제1 물질막 상에, 금속을 포함하는 INCA-1을 포함하는 제2 전구체 및 산소(O)를 포함하는 제2 반응물질을 제공하여, 상기 제2 전구체 및 상기 제2 반응물질이 반응된 제2 물질막을 형성하는 단계를 포함하여,
상기 제1 물질막 및 상기 제2 물질막이 적층된 것을 포함하는 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 방법.
preparing a substrate;
forming a first material film in which the first precursor and the first reactant are reacted by providing a first precursor including CpIn including a metal and a first reactant including a benzene ring on the substrate; ; and
A second precursor including INCA-1 including metal and a second reactant including oxygen (O) are provided on the substrate and on the first material film, so that the second precursor and the second precursor are provided. Including forming a second material film in which the reactant is reacted,
A method of manufacturing an organic-inorganic hybrid semiconductor film comprising stacking the first material film and the second material film.
 제1 항에 있어서,
상기 기판은 유리 기판이고,
상기 기판과 접촉하도록 상기 기판 상에 상기 제1 물질막이 형성되고,
상기 제2 물질막은 상기 제1 물질막 상에 형성되는 것을 포함하는 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 방법.
According to claim 1,
The substrate is a glass substrate,
The first material film is formed on the substrate to contact the substrate,
The method of manufacturing an organic-inorganic hybrid semiconductor film comprising forming the second material film on the first material film.
 제1 항에 있어서,
상기 기판은 플라스틱 기판이고,
상기 기판과 접촉하도록 상기 기판 상에 상기 제2 물질막이 형성되고,
상기 제1 물질막은 상기 제2 물질막 상에 형성되는 것을 포함하는 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 방법.
According to claim 1,
The substrate is a plastic substrate,
The second material film is formed on the substrate to contact the substrate,
The method of manufacturing an organic-inorganic hybrid semiconductor film comprising forming the first material film on the second material film.
 제1 항에 있어서,
상기 제1 반응물질은 하이드로퀴논(Hydroquinone, HQ)을 포함하고, 상기 제2 반응물질은 과산화수소(H2O2)를 포함하는 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 방법.
According to claim 1,
Wherein the first reactant includes hydroquinone (Hydroquinone, HQ), and the second reactant includes hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).
 제1 항에 있어서,
상기 제1 물질막을 형성하는 단계는, 상기 제1 전구체를 제공하는 단계, 퍼지하는 단계, 및 상기 제1 반응물질을 제공하는 단계를 포함하고,
상기 제2 물질막을 형성하는 단계는, 상기 제2 전구체를 제공하는 단계, 퍼지하는 단계, 및 상기 제2 반응물질을 제공하는 단계를 포함하고,
상기 제1 물질막을 형성하는 단계에서 퍼지 시간은 상기 제2 물질막을 형성하는 단계에서 퍼지 시간보다, 긴 것을 포함하는 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 방법.
According to claim 1,
The forming of the first material layer includes providing the first precursor, purging, and providing the first reactant,
The forming of the second material film includes providing the second precursor, purging, and providing the second reactant,
A method of manufacturing an organic-inorganic hybrid semiconductor film, wherein a purge time in the step of forming the first material film is longer than a purge time in the step of forming the second material film.
 제5 항에 있어서,
상기 제1 물질막을 형성한 후, 상기 제2 물질막을 형성하는 단계를 더 포함하되,
상기 제1 물질막을 형성하고 상기 제2 물질막을 형성하기 전에 수행되는 퍼지 시간은, 상기 제1 물질막을 형성하는 단계에서 퍼지 시간, 및 상기 제2 물질막을 형성하는 단계에서 퍼지 시간보다, 더 긴 것을 포함하는 유무기 하이브리드 반도체막의 제조 방법.
According to claim 5,
Further comprising forming the second material layer after forming the first material layer;
A purge time performed after forming the first material film and before forming the second material film is longer than the purge time in the forming of the first material film and the purge time in the forming of the second material film. Method for manufacturing an organic-inorganic hybrid semiconductor film comprising:
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