KR20080092663A - 박막트랜지스터 제조방법 및 이에 의해 제조된박막트랜지스터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, a) 기판에 게이트 전극을 형성하는 게이트 전극 형성단계; b) 상기 게이트 전극 위에 게이트 절연막을 형성하는 게이트 절연막 형성단계; c) 상기 게이트 절연막 위에 질소 도핑처리되고 산소 분위기 하에서 열처리된 아연산화막을 형성하는 아연산화막 형성단계로서, c1) 상기 게이트 절연막 위에 아연산화막을 형성하는 단계, c2) 상기 게이트 절연막 위의 아연산화막을 플라즈마를 이용하여 질소 도핑처리하는 단계, 및 c3) 상기 질소 도핑처리된 아연산화막을 산소분위기 하에서 열처리하는 단계를 포함하는 아연산화막 형성단계; d) 상기 산소분위기 하에서 열처리된 아연산화막을 패터닝하여 채널층으로 형성하는 채널층 형성단계; 및 e) 상기 채널층에 연결되도록 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 소스 및 드레인 전극 형성단계를 포함하는 박막트랜지스터 제조방법 및 이에 의해 제조된 박막트랜지스터를 제공한다.
박막트랜지스터, 아연산화막, 질소 도핑, 열처리
Description
도 1a 내지 도 1h는 본 발명에 따른 박막트랜지스터의 제조과정을 도시한 도면,
도 2는 급속 열처리된 채널층을 포함하는 박막트랜지스터와, 플라즈마를 이용하여 질소도핑처리되고 급속열처리된 채널층을 포함하는 박막트랜지스터의 트랜스퍼(transfer) 특성을 비교한 그래프이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 유리 기판
20 : 게이트 전극
30 : 게이트 절연막
40 : 인듐아연산화막
40a : 채널층
50 : 몰리브덴층
50a : 소스 전극
50b : 드레인 전극
본 발명은, 아연산화물로 형성된 채널층을 포함하는 박막트랜지스터 제조방법 및 이에 의해 제조된 박막트랜지스터에 관한 것이다.
최근 박막트랜지스터(TFT)의 채널층을 형성하는 물질로 아연산화물이 각광 받고 있다. 아연산화물을 증착하여 형성한 박막(아연산화물을 증착하여 박막을 형성한 후 별도의 후처리 하지 않은 상태의 박막을 의미함)의 경우, 산소 베이컨시(vacancy)에 의해 강한 n-type의 특성을 나타낸다. 여기서, 강한 n-type 특성을 나타낸다는 것은 전자농도가 높음(~1020 이상)을 의미한다.
인핸스먼트 모드(Enhancement mode)형 동작을 하는 박막트랜지스터를 제조함에 있어, 아연산화물을 증착하여 형성한 박막을 패터닝하여 박막트랜지스터의 채널층을 형성하는 경우 발생하는 문제인 아연산화물 증착 박막의 강한 n-type 특성을 줄이기 위해 즉, 높은 전자농도(1020 이상)를 낮추기 위해, 아연산화물을 증착하는 동안 산소를 첨가하여 산소 베이컨시(vacancy)를 줄이거나 산소 열처리를 하여 전자 농도를 ~1018 이하로 낮출 수 있다.
그러나, 전술한 방법에 의해 제조된 박막트랜지스터의 경우 박막트랜지스터 문턱전압의 변화가 매우 심하며, 동작 전압도 크게 상승하게 된다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 질소도핑처리되고 산소분위기 하에서 열처리된 아연산화물로 형성된 채널층을 포함하는 박막트랜지스터 제조방법 및 이에 의해 제조된 박막트랜지스터를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 하나의 실시 상태는 a) 기판에 게이트 전극을 형성하는 게이트 전극 형성단계; b) 상기 게이트 전극 위에 게이트 절연막을 형성하는 게이트 절연막 형성단계; c) 상기 게이트 절연막 위에 질소 도핑처리되고 산소 분위기 하에서 열처리된 아연산화막을 형성하는 아연산화막 형성단계로서, c1) 상기 게이트 절연막 위에 아연산화막을 형성하는 단계, c2) 상기 게이트 절연막 위의 아연산화막을 플라즈마를 이용하여 질소 도핑처리하는 단계, 및 c3) 상기 질소 도핑처리된 아연산화막을 산소분위기 하에서 열처리하는 단계를 포함하는 아연산화막 형성단계; d) 상기 산소분위기 하에서 열처리된 아연산화막을 패터닝하여 채널층으로 형성하는 채널층 형성단계; 및 e) 상기 채널층에 연결되도록 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 소스 및 드레인 전극 형성단계를 포함하는 박막트랜지스터 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 하나의 실시 상태는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 박막트랜지스터를 제공한다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 상태는 본 발명에 따른 박막트랜지스터를 포함하는 유기발광소자를 제공한다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 상태는 본 발명에 따른 박막트랜지스터를 포함하는 전자장치를 제공한다.
이하에서는 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 하나의 실시 상태로서, 박막트랜지스터 제조방법은 a) 기판에 게이트 전극을 형성하는 게이트 전극 형성단계; b) 상기 게이트 전극 위에 게이트 절연막을 형성하는 게이트 절연막 형성단계; c) 상기 게이트 절연막 위에 질소 도핑처리되고 산소 분위기 하에서 열처리된 아연산화막을 형성하는 아연산화막 형성단계로서, c1) 상기 게이트 절연막 위에 아연산화막을 형성하는 단계, c2) 상기 게이트 절연막 위의 아연산화막을 플라즈마를 이용하여 질소 도핑처리하는 단계, 및 c3) 상기 질소 도핑처리된 아연산화막을 산소분위기 하에서 열처리하는 단계를 포함하는 아연산화막 형성단계; d) 상기 산소분위기 하에서 열처리된 아연산화막을 패터닝하여 채널층으로 형성하는 채널층 형성단계; 및 e) 상기 채널층에 연결되도록 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 소스 및 드레인 전극 형성단계를 포함한다.
상기 a) 게이트 전극 형성단계에서 상기 기판으로 유리 기판 또는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상기 a) 게이트 전극 형성단계에서 상기 게이트 전극은 인듐주석산화물(ITO : Indium Tin Oxide), 인듐아연산화물(IZO : Indium Zinc Oxide), 구리, 알루미늄, 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨, 텅스텐 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
상기 a) 게이트 전극 형성단계는 a1) 상기 기판 상에 금속층을 형성하는 금 속층 형성단계; 및 a2) 상기 금속층을 패터닝하는 전극패턴 형성단계를 포함할 수 있다.
상기 a1) 금속층 형성단계에서는 화학 증착(CVD : Chemical Vapor Deposition)법, 플라즈마 화학 증착(PECVD : Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)법, 스퍼터링(Sputtering)법, 전자빔 증착(E-beam evaporation)법, 열증착(Thermal evaporation)법, 레이저 분자빔 증착(L-MBE : Laser Molecular Beam Epitaxy), 펄스 레이저 증착(PLD : Pulsed Laser Deposition)법, 및 원자층 증착(Atomic layer deposition)법 중에서 선택되는 방법을 이용할 수 있다. 금속층 형성방법은 이에 한정되는 것은 아니며, 당 기술 분야에 알려진 금속층 형성방법을 모두 적용할 수 있다.
상기 a2) 전극패턴 형성단계에서는 섀도우 마스크(shadow mask)법 또는 포토리소그래피법을 이용한 건식 또는 습식 식각 방법을 이용하여 상기 금속층을 패터닝할 수 있다. 한 예로 상기 a1) 단계에서 진공 증착(vacuum evaporation)법과 스퍼터링(sputtering)법과 같은 PVD(Physical Vapor Deposition)법을 이용하여 금속층을 형성한 경우, 상기 a2) 단계에서 포토리소그래피법을 이용한 건식 또는 습식 식각 방법으로 금속층을 패터닝할 수 있다. 전술한 포토리소그래피법, 섀도우 마스크방법 이외에, 오프셋인쇄법, 실크스크린인쇄법, 잉크젯인쇄법 등을 이용하여 전극패턴을 형성할 수도 있다.
상기 b) 게이트 절연막 형성단계에서 상기 게이트 절연막은 질화규소, 산화규소, 산화알루미늄, 산화타이타늄, 산화하프늄, 산화지르코늄, 산화탄탈륨, 및 산 화란탈륨 중에서 선택된 1종 이상으로 형성될 수 있다.
상기 b) 게이트 절연막 형성단계에서는 화학 증착(CVD : Chemical Vapor Deposition)법, 플라즈마 화학 증착(PECVD : Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)법, 스퍼터링(Sputtering)법, 전자빔 증착(E-beam evaporation)법, 열증착(Thermal evaporation)법, 레이저 분자빔 증착(L-MBE : Laser Molecular Beam Epitaxy), 펄스 레이저 증착(PLD : Pulsed Laser Deposition)법, 및 원자층 증착(Atomic layer deposition)법 중에서 선택되는 방법을 이용할 수 있다. 게이트 절연막 형성방법은 이에 한정되는 것은 아니며, 당 기술 분야에 알려진 게이트 절연막 형성방법을 모두 적용할 수 있다.
상기 c) 아연산화막 형성단계에 있어서, 상기 c1) 단계에서는 화학 증착(CVD : Chemical Vapor Deposition)법, 플라즈마 화학 증착(PECVD : Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)법, 스퍼터링(Sputtering)법, 전자빔 증착(E-beam evaporation)법, 열증착(Thermal evaporation)법, 레이저 분자빔 증착(L-MBE : Laser Molecular Beam Epitaxy), 펄스 레이저 증착(PLD : Pulsed Laser Deposition)법, 및 원자층 증착(Atomic layer deposition)법 중에서 선택되는 방법을 이용하여 상기 게이트 절연막 위에 아연산화막을 형성할 수 있다.
상기 c1) 단계에서 상기 게이트 절연막 위에 아연산화막은 인듐아연산화막(IZO)일 수 있다.
상기 인듐아연산화막(IZO)은 70중량%이상 100중량%미만의 아연 및 0초과 30중량%이하의 인듐을 함유할 수 있다.
또는 상기 c1) 단계에서 상기 게이트 절연막 위에 아연산화막은 ZTO(Zinc Tin Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZAO(Zinc Aluminum Oxide), ISZO(Indium Silicon Zinc Oxide), 및 ZnO(Zinc Oxide) 중에서 선택된 1종 이상의 물질과 IZO(Indium Zinc Oxide)을 포함하는 복합물질로 형성될 수 있다.
상기 c2) 단계에서는 NH3 가스, N2O 가스, N2 가스, NO 가스, 및 NF3 가스 중에서 선택된 1종 이상의 가스 분위기 하에서 플라즈마를 이용하여 상기 아연산화막을 질소 도핑처리할 수 있다.
상기 아연산화막의 질소 도핑처리 온도는 200℃ 내지 500℃일 수 있으며, 질소 도핑처리 시간은 60분 이하일 수 있다. 기판으로 유리 기판을 사용하는 경우 상기 아연산화막의 질소 도핑처리 온도는 500℃이하이면 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 아연산화막의 질소 도핑처리 온도 및 처리 시간은 전술한 수치로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
상기 c2) 단계에서는, 한 예로, 300W의 RF파워, 300℃의 온도에서 3분 동안 상기 아연산화막을 질소 도핑처리할 수 있다. 그러나 이 조건으로 한정되는 것은 아니다.
상기 c3) 질소 도핑처리된 아연산화막을 산소분위기 하에서 열처리하는단계에서는, 급속 산소 열처리(Rapid Thermal Oxygen Annealing)방법을 이용할 수 있다.
상기 질소 도핑처리된 아연산화막의 급속 산소 열처리 온도는 500℃이하일 수 있으며, 급속 산소 열처리 시간은 60분 이하일 수 있다.
상기 c3) 단계에서는, 한 예로, 상기 c2) 단계에서 질소 도핑처리된 아연산화막을 산소 분위기 하에서 400℃의 온도로 3분 동안 급속 산소 열처리할 수 있다. 기판으로 유리 기판을 사용하는 경우 상기 아연산화막의 급속 산소 열처리 온도는 500℃이하이면 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 아연산화막의 급속 산소 열처리온도 및 처리 시간은 전술한 수치로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
여기서, 급속 열처리(RTA : Rapid thermal Annealing)란 기판에 가해지는 온도변화, 즉 온도 램핑(ramping) 속도가 빠른 열처리 방식을 의미한다. 실제로 열처리되는 과정을 보면, 100℃에서 20초, 200℃에서 15초, 400℃에서 3초 정도 시간 만에 온도를 스텝 상승시켜 급속 열처리하는 것이다. 급속 열처리의 경우 시료가 공정진행 동안 받는 동일한 써멀 버지트(thermal budget)를 고려하였을 때 높은 온도에서 빨리 열처리를 하고 동시에 짧은 시간 내에 공정을 진행할 수 있으므로 공정진행 시간을 단축 시킬 수 있다.
상기 c1) 단계 내지 상기 c3) 단계를 거쳐 제조된 아연산화막은 전자농도가 1018 cm-3 이하일 수 있다. 바람직하게는 5 X 1018 cm-3 이하일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 c1) 단계 내지 상기 c3) 단계를 거쳐 제조된 아연산화막은 전자이동도가 10 내지 30cm2/Vsec일 수 있다. 즉, 상기 c1) 단계 내지 상기 c3) 단계를 거쳐 제조된 아연산화막은 10 내지 30cm2/Vsec의 홀(Hall) 전자이동도를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 박막트랜지스터 제작 후 더 높은 전자이동도를 가질 수 있으며, 최대 95cm2/Vsec까지 나올 수 있다.
상기 d) 채널층 형성단계에서는 섀도우 마스크(shadow mask)법 및 포토리소그래피법을 이용한 건식 또는 습식 식각 방법 중에서 선택되는 방법을 이용할 수 있다.
상기 e) 소스 및 드레인 전극 형성단계에서 상기 소스 전극 및 드레인 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), 몰리브덴, 구리, 알루미늄, 크롬, 텅스텐, 탄탈륨 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
상기 e) 소스 및 드레인 전극 형성단계는 e1) 상기 게이트 절연막과 상기 채널층이 함께 커버되도록 상기 게이트 절연막 및 상기 채널층 위에 금속층을 형성하는 금속층 형성단계; 및 e2) 상기 채널층의 일부가 노출되도록 상기 금속층을 패터닝하는 전극패턴 형성단계를 포함할 수 있다.
상기 e1) 금속층 형성단계에서는 화학 증착(CVD : Chemical Vapor Deposition)법, 플라즈마 화학 증착(PECVD : Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)법, 스퍼터링(Sputtering)법, 전자빔 증착(E-beam evaporation)법, 열증착(Thermal evaporation)법, 레이저 분자빔 증착(L-MBE : Laser Molecular Beam Epitaxy), 펄스 레이저 증착(PLD : Pulsed Laser Deposition)법, 및 원자층 증착(Atomic layer deposition)법 중에서 선택되는 방법을 이용할 수 있다 금속층 형성방법은 이에 한정되는 것은 아니며, 당 기술 분야에 알려진 금속층 형성방법을 모두 적용할 수 있다.
상기 e2) 전극패턴 형성단계에서는 섀도우 마스크(shadow mask)법 또는 포토리소그래피법을 이용한 건식 또는 습식 식각 방법을 이용할 수 있다. 한 예로 상기 e1) 단계에서 진공 증착(vacuum evaporation)법과 스퍼터링(sputtering)법과 같은 PVD(Physical Vapor Deposition)법을 이용하여 금속층을 형성한 경우, 상기 e2) 단계에서 포토리소그래피법을 이용한 건식 또는 습식 식각 방법으로 금속층을 패터닝할 수 있다. 전술한 포토리소그래피법, 섀도우 마스크방법 이외에, 오프셋인쇄법, 실크스크린인쇄법, 잉크젯인쇄법 등을 이용하여 전극패턴을 형성할 수도 있다.
본 발명에 따른 박막트랜지스터 제조방법에 있어서, 인듐아연산화막을 플라즈마를 이용하여 질소도핑처리하고 급속 산 열처리(RTO)하게 되면, 산소 베이컨시(vacancy)를 줄일 수 있게 되고, 이에 박막트랜지스터의 문턱전압 변화율이 상승되는 것을 줄일 수 있다. 또한 박막트랜지스터의 동작전압 상승을 감소시킬 수 있게 된다.
본 발명의 다른 하나의 실시 상태로서, 박막트랜지스터는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 상태로서, 유기발광소자는 본 발명에 따른 박막트랜지스터를 포함한다.
여기서, 유기발광소자는 전극 및 유기물층을 포함한다. 여기서, 유기물층은 정공주입층, 정공전달층, 발광층 및 전자전달층을 포함할 수 있다. 그러나 이 구성으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유기발광소자는 구동방식에 따라 PMOLED(Passive Matrix Organic Light Emitting Device)과 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Device)로 구별할 수 있다. 본 발명에 따른 박막트랜지스터는 PMOLED와 AMOLED 모두에 적용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 상태로서, 전자장치는 본 발명에 따른 박막트랜지스터를 포함한다.
본 발명에 따른 박막트랜지스터가 적용될 수 있는 전자장치는 다양할 수 있으며, 예로 본 발명에 따른 박막트랜지스터는 액정표시소자 및 유기발광소자에 모두 적용될 수 있다.
여기서, 액정표시소자는 박막트랜지스터 어레이기판; 상기 박막트랜지스터 어레이기판과 대향되도록 배치되는 컬러필터 어레이기판; 및 상기 박막트랜지스터 어레이기판과 상기 컬러필터 어레이기판 사이에 주입되는 액정을 포함한다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1a 내지 도 1h에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 박막트랜지스터 제조방법은 a) 기판(10)에 게이트 전극(20)을 형성하는 게이트 전극 형성단계; b) 게이트 전극(20) 위에 게이트 절연막(30)을 형성하는 게이트 절연막 형성단계; c) 게이트 절연막(30) 위에 질소 도핑처리되고 산소 분위기 하에서 열처리된 아연산화막(40)을 형성하는 아연산화막 형성단계로서, c1) 게이트 절연막(30) 위에 아연산화막(40)을 형성하는 단계, c2) 게이트 절연막(30) 위의 아연산화막(40)을 플라즈마를 이용하여 질소 도핑처리하는 단계, 및 c3) 질소 도핑처리된 아연산화막 (40)을 산소분위기 하에서 열처리하는 단계를 포함하는 아연산화막 형성단계; d) 산소분위기 하에서 열처리된 아연산화막(40)을 패터닝하여 채널층(40a)으로 형성하는 채널층 형성단계; 및 e) 채널층(40a)에 연결되도록 소스 전극(50a) 및 드레인 전극(50b)을 형성하는 소스 및 드레인 전극 형성단계를 포함한다.
a) 단계에서는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 유리 기판(10) 상에 인듐주석산화막(ITO)을 스퍼터링법을 이용하여 증착한 후, 포토리소그래피법을 사용하여 패터닝함으로써, 복수의 게이트 배선(미도시)과 게이트전극(20)을 형성한다.
스퍼터링법으로 게이트전극(20)과 게이트 배선을 형성한 후, b) 단계에서는 도 1b에 도시된 바와 같이 게이트 배선과 게이트전극(20)이 형성된 유리기판(10)의 상부면에 PECVD법을 이용하여 게이트 절연막(30)을 형성한다. 여기서, 게이트 절연막(30)은 질화규소(SiNx)로 형성될 수 있다.
c) 단계로서 게이트 절연막(30) 위에 질소 도핑처리되고 산소 분위기 하에서 열처리된 아연산화막(40)을 형성하는 아연산화막 형성단계는, c1) 단계 내지 c3) 단계를 포함한다.
c1) 단계에서는, 도 1c에 도시된 바와 같이, 스퍼터링법으로 게이트 절연막(30) 위에 아연산화막으로서 인듐아연산화막(IZO)(40)을 형성한다.
c2) 단계에서는, 도 1d에 도시된 바와 같이, 인듐아연산화막(40)을 NH3 가스 분위기 하에서 플라즈마로 질소 도핑처리한다.
c2) 단계에서 질소 도핑처리된 인듐아연산화막(40)을, c3) 단계에서는 도 1e 에 도시된 바와 같이, 급속 산소 열처리(RTO)한다.
d) 단계에서는 c1) 단계 내지 c3) 단계를 통해 질소 도핑처리되고 급속 산소열처리된 인듐아연산화막(40)을 포토리소그래피법으로 패터닝하여, 도 1f에 도시된 바와 같이, 채널층(40a)으로 형성한다.
e) 단계에서는 스퍼터링법으로 채널층(40a)의 상부와 게이트 절연막(30)의 상부에 몰리브덴층(50)을 증착한 후, 포토리소그래피법으로 패터닝하여 게이트 배선과 교차하는 방향으로 데이터 배선(미도시)과 도 1h에 도시된 바와 같이 소스 전극(50a) 및 드레인 전극(50b)을 형성한다.
본 발명에 따른 박막트랜지스터 제조방법에 있어서, 인듐아연산화막을 플라즈마를 이용하여 질소도핑처리하고 급속 산 열처리(RTO)하게 되면, 산소 베이컨시(vacancy)를 줄일 수 있게 되고, 이에 도 2에 도시된 바와 같이, 박막트랜지스터의 문턱전압 변화를 줄일 수 있다. 또한 박막트랜지스터의 동작전압 상승을 크게 감소시킬 수 있게 된다.
일반적으로 박막트랜지스터의 특성평가는 온전류(On-current, Ion)/오프전류(Off-current, Ioff current), 문턱전압(Vth), 전자이동도(μ), 히스테리시스(hysteresis, ΔV), 및 누설전류(leakage current, Ig) 등으로 나타낼 수 있다.
도 2의 그래프를 통해, 인듐아연산화막을 RTO(Rapid Thermal Oxygen Annealing) 처리만 한 경우(도 2의 RTO), 박막트랜지스터의 문턱전압의 변화가 심함을 확인할 수 있다. 즉, 트랜지스터로 동작하는 전압의 변화가 심함을 확인할 수 있다.
그러나, 본 발명에 따라, 인듐아연산화막을 플라즈마를 이용하여 질소도핑처리하고 급속 산 열처리(RTO)한 경우(도 2의 NH3 plasma + RTO), 박막트랜지스터의 문턱전압이 비교적 안정하고 전자의 이동도 또한 높으며 히스테리시스(hysteresis,ΔV)도 작게 나타남을 알 수 있다.
여기서, 전자의 이동도는 도 2 그래프의 기울기에 해당하고, 히스테리시스(hysteresis)(ΔV)는 Vg(게이트전압)변화를 -15V에서 5V, 5V에서 -15V로 극성을 반대로 바꾸어 측정하여 디펙(defect)이나 차지 트랩(charge trap)에 의한 문턱전압 변화율에 해당한다. 이에, 문턱전압 변화가 심해 히스테리시스가 클수록 트랜지스터 소자의 신뢰성이 매우 떨어진다는 것을 의미한다.
도 2를 통해, 인듐아연산화막을 RTO(Rapid Thermal Oxygen Annealing) 처리만 한 경우 박막트랜지스터는 -10V 근처에서 온전류(On-current, Ion)가 증가하여 동작하나, 본 발명에 따라, 인듐아연산화막을 플라즈마를 이용하여 질소도핑처리하고 급속 산 열처리(RTO)한 경우(도 2의 NH3 plasma + RTO), 박막트랜지스터는 -5V 근처에서 동작함을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따라, 인듐아연산화막을 플라즈마를 이용하여 질소도핑처리하고 급속 산 열처리(RTO)한 경우(도 2의 NH3 plasma + RTO), 박막트랜지스터를 낮은 전압에서 동작시킬 수 있는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 산소 베이컨시(vacancy)를 줄일 수 있게 되고, 이에 박막트랜지스터의 문턱전압 변화율을 감소시킬 수 있어 박막트랜지스터 소자 신뢰성을 확보할 수 있게 된다. 그리고, 산소 베이컨시(vacancy)에 의한 박막트랜지스터 소자의 열화를 방지할 수 있게 된다.
또한, 박막트랜지스터의 동작전압 상승을 크게 감소시키고, 낮은 전압에서 동작시킬 수 있게 된다.
Claims (29)
- a) 기판에 게이트 전극을 형성하는 게이트 전극 형성단계;b) 상기 게이트 전극 위에 게이트 절연막을 형성하는 게이트 절연막 형성단계;c) 상기 게이트 절연막 위에 질소 도핑처리되고 산소 분위기 하에서 열처리된 아연산화막을 형성하는 아연산화막 형성단계로서, c1) 상기 게이트 절연막 위에 아연산화막을 형성하는 단계, c2) 상기 게이트 절연막 위의 아연산화막을 플라즈마를 이용하여 질소 도핑처리하는 단계, 및 c3) 상기 질소 도핑처리된 아연산화막을 산소분위기 하에서 열처리하는 단계를 포함하는 아연산화막 형성단계;d) 상기 산소분위기 하에서 열처리된 아연산화막을 패터닝하여 채널층으로 형성하는 채널층 형성단계; 및e) 상기 채널층에 연결되도록 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 소스 및 드레인 전극 형성단계를 포함하는 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 a) 게이트 전극 단계에서 상기 기판은 유리 기판 또는 플라스틱 기판인 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 a) 게이트 전극 형성단계에서 상기 게이트 전극은 인듐주석산화물(ITO), 인듐아연산화물(IZO), 구리, 알루미늄, 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨, 텅스텐 또는 이들의 합금으로 형성된 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 a) 게이트 전극 형성단계는 a1) 상기 기판 상에 금속층을 형성하는 금속층 형성단계; 및 a2) 상기 금속층을 패터닝하는 전극패턴 형성단계를 포함하는 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 4에 있어서, 상기 a1) 금속층 형성단계에서는 화학 증착(CVD : Chemical Vapor Deposition)법, 플라즈마 화학 증착(PECVD : Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)법, 스퍼터링(Sputtering)법, 전자빔 증착(E-beam evaporation)법, 열증착(Thermal evaporation)법, 레이저 분자빔 증착(L-MBE : Laser Molecular Beam Epitaxy), 펄스 레이저 증착(PLD : Pulsed Laser Deposition)법, 및 원자층 증착(Atomic layer deposition)법 중에서 선택되는 방법을 이용하는 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 4에 있어서, 상기 a2) 전극패턴 형성단계에서는 섀도우 마스크(shadow mask)법 및 포토리소그래피법을 이용한 건식 또는 습식 식각 방법 중에서 선택되는 방법을 이용하는 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 b) 게이트 절연막 형성단계에서 상기 게이트 절연 막은 질화규소, 산화규소, 산화알루미늄, 산화타이타늄, 산화하프늄, 산화지르코늄, 산화탄탈륨, 및 산화란탈륨 중에서 선택된 1종 이상으로 형성된 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 b) 게이트 절연막 형성단계에서는 화학 증착(CVD : Chemical Vapor Deposition)법, 플라즈마 화학 증착(PECVD : Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)법, 스퍼터링(Sputtering)법, 전자빔 증착(E-beam evaporation)법, 열증착(Thermal evaporation)법, 레이저 분자빔 증착(L-MBE : Laser Molecular Beam Epitaxy), 펄스 레이저 증착(PLD : Pulsed Laser Deposition)법, 및 원자층 증착(Atomic layer deposition)법 중에서 선택되는 방법을 이용하는 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 c1) 단계에서는 화학 증착(CVD : Chemical Vapor Deposition)법, 플라즈마 화학 증착(PECVD : Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)법, 스퍼터링(Sputtering)법, 전자빔 증착(E-beam evaporation)법, 열증착(Thermal evaporation)법, 레이저 분자빔 증착(L-MBE : Laser Molecular Beam Epitaxy), 펄스 레이저 증착(PLD : Pulsed Laser Deposition)법, 및 원자층 증착(Atomic layer deposition)법 중에서 선택되는 방법을 이용하여 상기 게이트 절연막 위에 아연산화막을 형성하는 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 c1) 단계에서 상기 게이트 절연막 위에 아연산화막은 인듐아연산화막(IZO)인 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 10에 있어서, 상기 인듐아연산화막(IZO)은 70중량%이상 100중량%미만의 아연 및 0초과 30중량%이하의 인듐을 함유하는 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 c1) 단계에서 상기 게이트 절연막 위에 아연산화막은 ZTO(Zinc Tin Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZAO(Zinc Aluminum Oxide), ISZO(Indium Silicon Zinc Oxide), 및 ZnO(Zinc Oxide) 중에서 선택된 1종 이상의 물질과 IZO(Indium Zinc Oxide)을 포함하는 복합물질로 형성된 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 c2) 단계에서는 NH3 가스, N2O 가스, N2 가스, NO 가스, 및 NF3 가스 중에서 중에서 선택된 1종 이상의 가스 분위기 하에서 플라즈마를 이용하여 상기 아연산화막을 질소 도핑처리하는 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 c2) 단계에서는 200℃ 내지 500℃의 온도에서 상기 아연산화막을 질소 도핑처리하는 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 14에 있어서, 상기 c2) 단계에서 상기 질소 도핑처리 시간은 60분 이하인 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 c3) 질소 도핑처리된 아연산화막을 산소분위기 하에서 열처리하는단계에서는, 급속 산소 열처리(Rapid Thermal Oxygen Annealing)방법을 이용하는 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 16에 있어서, 상기 c3) 단계에서는 상기 질소 도핑처리된 아연산화막을 500℃이하의 온도에서 상기 급속 산소 열처리(Rapid Thermal Oxygen Annealing)하는 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 17에 있어서, 상기 c3) 단계에서 상기 급속 산소 열처리 시간은 60분 이하인 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 c1) 단계 내지 상기 c3) 단계를 거쳐 제조된 아연산화막은 전자농도가 1018 cm-3 이하인 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 c1) 단계 내지 상기 c3) 단계를 거쳐 제조된 아연산화막은 전자이동도가 10 내지 30cm2/Vsec인 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 d) 채널층 형성단계에서는 섀도우 마스크(shadow mask)법 및 포토리소그래피법을 이용한 건식 또는 습식 식각 방법 중에서 선택되는 방법을 이용하는 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 e) 소스 및 드레인 전극 형성단계에서 상기 소스 전극 및 드레인 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), 몰리브덴, 구리, 알루미늄, 크롬, 텅스텐, 탄탈륨 또는 이들의 합금으로 형성된 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 e) 소스 및 드레인 전극 형성단계는 e1) 상기 게이트 절연막과 상기 채널층이 함께 커버되도록 상기 게이트 절연막 및 상기 채널층 위에 금속층을 형성하는 금속층 형성단계; 및 e2) 상기 채널층의 일부가 노출되도록 상기 금속층을 패터닝하는 전극패턴 형성단계를 포함하는 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 23에 있어서, 상기 e1) 금속층 형성단계에서는 화학 증착(CVD : Chemical Vapor Deposition)법, 플라즈마 화학 증착(PECVD : Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)법, 스퍼터링(Sputtering)법, 전자빔 증착(E-beam evaporation)법, 열증착(Thermal evaporation)법, 레이저 분자빔 증착(L-MBE : Laser Molecular Beam Epitaxy), 펄스 레이저 증착(PLD : Pulsed Laser Deposition)법, 및 원자층 증착(Atomic layer deposition)법 중에서 선택되는 방법을 이용하는 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 23에 있어서, 상기 e2) 전극패턴 형성단계에서는 섀도우 마스크(shadow mask)법 및 포토리소그래피법을 이용한 건식 또는 습식 식각 방법 중에서 선택되는 방법을 이용하는 것인 박막트랜지스터 제조방법.
- 청구항 1 내지 청구항 25 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조된 박막트랜지스터.
- 청구항 26에 따른 박막트랜지스터를 포함하는 유기발광소자.
- 청구항 27에 따른 유기발광소자는 PMOLED(Passive Matrix Organic Light Emitting Device) 또는 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Device)인 것인 유기발광소자.
- 청구항 26에 따른 박막트랜지스터를 포함하는 전자장치.
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