KR20110027488A - 용액 조성물, 이를 이용한 금속 산화물 반도체 제조 방법, 상기 제조 방법에 의해 형성된 금속 산화물 반도체 및 이를 포함하는 박막 트랜지스터 - Google Patents

용액 조성물, 이를 이용한 금속 산화물 반도체 제조 방법, 상기 제조 방법에 의해 형성된 금속 산화물 반도체 및 이를 포함하는 박막 트랜지스터 Download PDF

Info

Publication number
KR20110027488A
KR20110027488A KR1020090085595A KR20090085595A KR20110027488A KR 20110027488 A KR20110027488 A KR 20110027488A KR 1020090085595 A KR1020090085595 A KR 1020090085595A KR 20090085595 A KR20090085595 A KR 20090085595A KR 20110027488 A KR20110027488 A KR 20110027488A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal oxide
oxide semiconductor
solution composition
thin film
manufacturing
Prior art date
Application number
KR1020090085595A
Other languages
English (en)
Inventor
김영민
김보성
장선필
정연택
최태영
조승환
배병수
서석준
황영환
Original Assignee
삼성전자주식회사
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사, 한국과학기술원 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020090085595A priority Critical patent/KR20110027488A/ko
Publication of KR20110027488A publication Critical patent/KR20110027488A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02565—Oxide semiconducting materials not being Group 12/16 materials, e.g. ternary compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/26—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, elements provided for in two or more of the groups H01L29/16, H01L29/18, H01L29/20, H01L29/22, H01L29/24, e.g. alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/7869—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

본 발명은 용액 조성물, 이를 이용한 금속 산화물 반도체 제조 방법, 상기 제조 방법에 의해 형성된 금속 산화물 반도체 및 이를 포함하는 박막 트랜지스터에 관한 것이다. 본 발명의 한 실시예에 따른 금속 산화물 반도체 제조 방법은 상기 박막 트랜지스터용 금속 산화물 반도체 제조용 용액 조성물을 준비하는 단계, 기판 위에 상기 용액 조성물을 코팅하는 단계, 그리고 상기 기판에 코팅된 용액 조성물을 열처리하여 알루미늄 금속 산화물을 포함하는 금속 산화물 반도체를 형성하는 단계를 포함하며, 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터용 금속 산화물 반도체 제조용 용액 조성물은 알루미늄 염 및 금속 무기염을 포함한다.
금속 산화물 반도체, soluble semiconductor, oxide semiconductor, printable, solution process, 저온 용액 공정

Description

용액 조성물, 이를 이용한 금속 산화물 반도체 제조 방법, 상기 제조 방법에 의해 형성된 금속 산화물 반도체 및 이를 포함하는 박막 트랜지스터{SOLUTION COMPOSITION, METHOD OF MANUFACTURING METAL OXIDE SEMICONDUCTOR USING THE SAME, METAL OXIDE SEMICONDUCTOR AND THIN FILM TRANSISTOR INCLUDING THE SAME MANUFACTURED BY THE METHOD OF MANUFACTURING METAL OXIDE SEMICONDUCTOR}
본 발명은 용액 조성물, 이를 이용한 금속 산화물 반도체 제조 방법, 상기 제조 방법에 의해 형성된 금속 산화물 반도체 및 이를 포함하는 박막 트랜지스터에 관한 것이다.
박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)는 다양한 분야에 이용되고 있으며, 특히 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD), 유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode display, OLED display) 및 전기 영동 표시 장치(electrophoretic display) 등의 평판 표시 장치에서 스위칭 및 구동 소자로 이용되고 있다.
박막 트랜지스터는 주사 신호를 전달하는 게이트선에 연결되어 있는 게이트 전극, 화소 전극에 인가될 신호를 전달하는 데이터선에 연결되어 있는 소스 전극, 소스 전극과 마주하는 드레인 전극, 그리고 소스 전극 및 드레인 전극에 전기적으로 연결되어 있는 반도체를 포함한다.
이 중 반도체는 박막 트랜지스터의 특성을 결정하는 중요한 요소이다. 이러한 반도체로는 규소(Si)가 가장 많이 사용되고 있다. 규소는 결정 형태에 따라 비정질 규소 및 다결정 규소로 나누어지는데, 비정질 규소는 제조 공정이 단순한 반면 전하 이동도가 낮아 고성능 박막 트랜지스터를 제조하는데 한계가 있고 다결정 규소는 전하 이동도가 높은 반면 규소를 결정화하는 단계가 요구되어 제조 비용 및 공정이 복잡하다. 이러한 비정질 규소와 다결정 규소를 보완하기 위하여 금속 산화물 반도체가 사용될 수 있다. 금속 산화물 반도체는 반도체를 결정화하기 위한 별도 공정이 필요 없을 뿐만 아니라 제조 공정에 따라 전하 이동도를 높일 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 금속 산화물 반도체 형성용 용액 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 용액 조성물을 이용한 금속 산화물 반도체 박막 형성 방법, 그리고 상기 금속 산화물 반도체 박막과 이를 포함하는 박막 트랜지스터를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터용 금속 산화물 반도체 제조용 용액 조성물은 알루미늄 염 및 금속 무기염을 포함한다.
상기 금속 무기염은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 망간(Mn), 테크네튬(Tc), 레늄(Re), 철(Fe), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi)에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 금속 무기염의 음이온은 아세테이트(acetate)를 포함할 수 있다.
상기 알루미늄 염의 음이온은 수산화물(hydroxide), 아세테이트(acetate), 프로피오네이트(propionate), 아세틸아세토네이트(acetylacetonate), 2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate), 메톡사이드(methoxide), 2차-부톡사이드(sec-butoxide), 3차-부톡사이드(t-butoxide), n-프로폭사이드(n-propoxide), i-프로폭사이드(i-propoxide), 에톡사이드(ethoxide), 포스페이트(phosphate), 알킬포스페이트(alkylphosphonate), 질산염(nitrate), 과염소산염(perchlorate), 황산염(sulfate), 알킬설포네이트(alkylsulfonate), 페녹사이드(phenoxide), 브로마이드(bromide), 요오드염(iodide), 그리고 클로라이드(chloride)에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 알루미늄 염의 음이온은 용매와의 착물인 상태를 포함하고, 상기 용매 는 물(H2O), 테트라히드로푸란(THF), 알코올(alcohol), 그리고 에테르(ether)에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터용 금속 산화물 반도체 제조용 용액 조성물은 용액 안정제를 더 포함하며, 상기 용액 안정제는 다이케톤(diketone), 아미노 알코올(amino alcohol), 그리고 폴리아민(polyamine)에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
알코올류를 포함하는 용매를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 금속 산화물 반도체 제조 방법은 상기 박막 트랜지스터용 금속 산화물 반도체 제조용 용액 조성물을 준비하는 단계, 기판 위에 상기 용액 조성물을 코팅하는 단계, 그리고 상기 기판에 코팅된 용액 조성물을 열처리하여 알루미늄 금속 산화물을 포함하는 금속 산화물 반도체를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 기판 위에 상기 용액 조성물을 코팅하는 단계 전에 상기 용액 조성물을 교반하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기판 위에 상기 용액 조성물을 코팅하는 단계는 스핀 코팅, 딥 코팅, 바 코팅, 스크린 프린팅, 슬라이드 코팅, 롤 코팅, 슬릿 코팅, 스프레이 코팅, 침지(dipping), 딥 펜(dip-pen), 잉크젯 인쇄, 나노 디스펜싱, 그리고 잉크젯 인쇄 방법 중 적어도 하나를 이용하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기판에 코팅된 용액 조성물을 열처리하는 단계에서 온도는 100℃ 이상 500 ℃ 이하일 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 금속 산화물 반도체는 상기의 금속 산화물 반도체 제조 방법에 의해 제조된다.
본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터는 게이트 기판, 상기 게이트 기판과 중첩하는 금속 산화물 반도체, 상기 금속 산화물 반도체와 전기적으로 연결되어 있는 소스 전극, 그리고 상기 금속 산화물 반도체와 전기적으로 연결되어 있으며 상기 소스 전극과 마주하는 드레인 전극을 포함하고, 상기 금속 산화물 반도체는 상기한 금속 산화물 반도체 제조 방법에 의해 제조된다.
본 발명의 한 실시예에 따른 금속 산화물 반도체는 용액 형태로 형성할 수 있어서 제조 공정을 단순화하고 제조 비용을 낮출 수 있으며, 우수한 반도체 특성을 나타낼 수 있다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
먼저 본 발명의 한 실시예에 따른 금속 산화물 반도체 제조용 용액 조성물에 대하여 설명한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 용액 조성물은 금속 산화물 반도체 박막을 제조하는데 사용되는 전구체 용액이다.
전구체 용액은 알루미늄 염(aluminum salt) 및 적어도 하나의 금속 무기염(metal inorganic salt)을 포함한다.
알루미늄 염의 음이온은 수산화물(hydroxide), 아세테이트(acetate), 프로피오네이트(propionate), 아세틸아세토네이트(acetylacetonate), 2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate), 메톡사이드(methoxide), 2차-부톡사이드(sec-butoxide), 3차-부톡사이드(t-butoxide), n-프로폭사이드(n-propoxide), i-프로폭사이드(i-propoxide), 에톡사이드(ethoxide), 포스페이트(phosphate), 알킬포스페이트(alkylphosphonate), 질산염(nitrate), 과염소산염(perchlorate), 황산염(sulfate), 알킬설포네이트(alkylsulfonate), 페녹사이드(phenoxide), 브로마이드(bromide), 요오드염(iodide), 그리고 클로라이드(chloride) 중 적어도 하나일 수 있으며, 상기한 음이온 두 개 이상이 혼합 치환되어 있을 수도 있다.
알루미늄 염의 음이온은 용매와의 착물(solvent complex)인 상태일 수 있다. 이 경우 용매의 예로는 물(H2O), 테트라히드로푸란(THF), 알코올(alcohol), 그리고 에테르(ether) 등을 들 수 있다.
금속 무기염의 금속의 예로는 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 망간(Mn), 테크네튬(Tc), 레늄(Re), 철(Fe), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi) 등을 들 수 있다.
금속 무기염의 음이온은 아세테이트(acetate) 등이 사용될 수 있다.
한편 본 발명의 한 실시예에 따른 전구체 용액은 용액 안정제(stabilizer)를 더 포함할 수 있다. 용액 안정제는 다이케톤(diketone), 아미노 알코올(amino alcohol), 그리고 폴리아민(polyamine) 중 적어도 하나를 포함한다. 다이케톤은 디아세틸(diacetyl), 헥산-2,5-디온(hexane-2,5-dione), 그리고 아세틸아세톤(acetylacetone) 등을 포함한다. 아미노 알코올은 에탄올아민(ethanolamine), 헵타미놀(heptamino), 이소에타린(Isoetharine), 노레핀에프린(Norepinephrine), 프로판올아민(propanolamines), 스핑고신(sphingosine), 디에탄올아민(diethanolamine), 그리고 트리에탄올아민(triethanolamine) 등을 포함한다. 폴리아민은 에틸렌디아민(ethylenediamine), 그리고 1,4-디아미노부탄(1,4-Diaminobutane) 등을 포함한다. 이 밖에도 전구체 용액이 포함할 수 있는 용액 안정제는 알코올 아민 화합물, 알킬 암모늄 히드록시 화합물, 알킬 아민 화합물, 케톤 화합물, 산 화합물 및 염기 화합물 따위에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 모노에탄올아민, 모노이소프로필아민, N,N-메틸에탄올아민, 아미노에틸 에탄올아민, 디에틸렌글리콜아민, 2-(아미노에톡시)에탄올, N-t-부틸에탄올아민, N-t-부틸디에탄올아민, 테트라메틸암모늄하이드록시드, 메틸아민, 에틸아민, 염산, 질산, 황산, 초산, 수산화암모늄, 수산화칼륨 및 수산화나트륨에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
용액 안정제는 전구체 용액에 포함되어 다른 성분의 용해도를 높일 수 있고 이에 따라 균일한 박막을 형성할 수 있다. 용액 안정제는 상술한 다른 성분의 종류 및 함량에 따라 함유량이 달라질 수 있으나, 전구체 용액의 총 함량에 대하여 약 0.01 내지 30 중량%로 함유될 수 있다. 용액 안정제가 상기 범위로 함유되는 경우 용해도 및 박막 코팅성을 높일 수 있다.
알루미늄 염 및 적어도 하나의 금속 무기염 및 용액 안정제는 용매에 혼합되어 전구체 용액으로 제조된다. 예를 들어 알루미늄 아세틸아세토네이트 0.001mo과 인듐 아세테이트 0.002mol을 용매 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol) 20ml에 용액 안정제인 에틸렌디아민 0.008mol과 함께 첨가하여 본 발명의 실시예에 따른 전구체 용액을 제조할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 전구체 용액의 용매는 상술한 성분을 용해할 수 있으면 특히 한정되지 않으며 알코올류 등을 포함한다. 예컨대 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-프로폭시에탄올 2-부톡시에탄올, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 디에틸렌글리콜메틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 톨루엔, 크실렌, 헥산, 헵탄, 옥탄, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에틸에테르, 메틸메톡시프로피온산, 에틸에톡시프로피온산, 에틸락트산, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜메틸에테르, 프로필렌글리콜프로필에테르, 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 디에틸렌글리콜메틸 아세테이트, 디에틸렌글리콜에틸아세테이트, 아세톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논, 디메틸포름아미드(DMF), N,N-디메틸아세트아미드(DMAc), N-메틸-2-피롤리돈, γ-부틸로락톤, 디에틸에테르, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 디글라임, 테트라히드로퓨란, 아세틸아세톤 및 아세토니트릴에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상술한 전구체 용액은 기판 위에 적용되기 전에 교반(stirring) 단계가 수행될 수 있다. 교반 단계는 상기 전구체 용액을 상온 내지 약 100℃ 이하의 온도에서 1 내지 100시간 동안 교반하는 단계로, 교반기를 사용하거나 초음파를 사용할 수 있다. 교반 단계를 수행함으로써 용해성 및 박막 코팅성을 개선할 수 있다.
상술한 전구체 용액은 스핀 코팅, 딥 코팅, 바 코팅, 스크린 프린팅, 슬라이드 코팅, 롤 코팅, 슬릿 코팅, 스프레이 코팅, 침지(dipping), 딥 펜(dip-pen), 잉크젯 인쇄, 나노 디스펜싱, 그리고 잉크젯 인쇄 따위의 방법으로 기판 위에 코팅될 수 있다.
이어서 기판에 코팅된 전구체 용액을 열처리하여 알루미늄을 포함하는 금속 산화물로 성장시킨다. 열처리는 온도가 약 100℃ 이상 500 ℃ 이하인 비교적 낮은 온도에서 이루어진다.
이와 같은 과정을 통해 금속 산화물 반도체로서 알루미늄 금속 산화물(aluminum metal oxide, AXO) 박막이 성장된다. 여기서 금속(X)은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 망간(Mn), 테크네 튬(Tc), 레늄(Re), 철(Fe), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi) 등일 수 있다. 또한 금속 산화물 반도체로서 알루미늄 금속 산화물은 비정질(amorphous)일 수 있다.
그러면, 위의 과정을 통해 형성된 금속 산화물 반도체를 박막 트랜지스터에 적용한 실시예를 도면을 참고하여 설명한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 도시한 단면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터는 게이트 기판(120) 위에 게이트 기판(120) 전면을 덮는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 기판(120)은 p형 또는 n형 불순물로 고농도로 도핑된 실리콘(Si)을 포함할 수 있으며, 도전성을 가진다.
게이트 절연막(140)은 산화 규소(SiOx) 또는 질화 규소(SiNx) 등을 포함할 수 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 본 발명의 한 실시예에 따른 용액 조성물로 형성된 금속 산화물 반도체층(150)이 형성되어 있다.
금속 산화물 반도체층(150)은 알루미늄(Al)과 함께 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 망간(Mn), 테크네튬(Tc), 레늄(Re), 철(Fe), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi) 등에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하는 산화물로 만들어질 수 있다.
금속 산화물 반도체층(150) 위에는 서로 마주하는 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)이 형성되어 있다. 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 금속 산화물 반도체층(150)과 전기적으로 연결되어 있다. 박막 트랜지스터의 채널(channel)(Q)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 금속 산화물 반도체층(150)에 형성된다.
도 2 및 도 3은 도 1의 박막 트랜지스터를 제조하는 방법을 차례로 보여주는 단면도이다.
도 2를 참고하면, p형 또는 n형 불순물로 고농도로 도핑된 실리콘(Si)으로 이루어진 게이트 기판(120) 위를 고온에서 산화시켜 산화규소(SiOx)로 이루어진 게이트 절연막(140)을 형성한다. 이와 다르게, 게이트 기판(120) 위에 산화규소(SiOx), 질화규소(SiNx) 또는 유기 절연막 따위를 적층하여 게이트 절연막(140)을 형성할 수도 있다.
다음 도 3을 참고하면, 게이트 절연막(140) 위에 앞에서 설명한 본 발명의 한 실시예에 따른 용액 조성물을 이용하여 알루미늄 금속 산화물로 이루어진 금속 산화물 반도체층(150)을 형성한다. 금속 산화물 반도체층(150)는 알루미늄 염과 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 망간(Mn), 테크네튬(Tc), 레늄(Re), 철(Fe), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi) 등에서 선택된 적어도 하나의 금속의 아세테이트(acetate) 염을 포함하는 용액 조성물을 제조하고 게이트 절연막(140) 위에 상기 용액 조성물을 코팅한 후 열처리하여 제조한다.
다음 도 1을 참고하면, 금속 산화물 반도체층(150) 위에 도전층을 스퍼터링 등의 방법으로 적층한 후 이를 사진 식각하여 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)을 형성한다.
다음, 도 4 및 도 5를 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터에 대해 설명한다. 앞에서 설명한 실시예와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고, 동일한 설명은 생략한다.
도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 박막 트랜지스터는 절연 기판(110) 위에 게이트 전극(124)을 포함하는 게이트선(121)이 형성되어 있다. 게이트선(121)은 p형 또는 n형 불순물로 고농도로 도핑된 실리콘(Si)으로 이루어지거나, 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속, 구리 계열 금속, 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있으며, 서로 다른 두 개의 도전막을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다.
게이트선(121) 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 본 발명의 한 실시예에 따른 용액 조성물로 형성된 금속 산화물 반도체(154)가 형성되어 있다.
금속 산화물 반도체(154) 위에는 서로 마주하는 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)이 형성되어 있다. 박막 트랜지스터의 채널(Q)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 금속 산화물 반도체(154)에 형성된다.
도 4 및 도 5에 도시한 박막 트랜지스터를 제조하는 방법에 대해 설명하면, 우선 절연 기판(110) 위에 p형 또는 n형 불순물로 고농도로 도핑된 실리콘(Si), 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속, 구리 계열 금속, 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 게이트 도전층을 적층하고 패터닝하여 게이트 전극(124)을 포함하는 게이트선(121)을 형성한다.
다음, 게이트선(121)이 실리콘으로 이루어진 경우 게이트선(121)을 고온에서 산화시켜 산화규소(SiOx)로 이루어진 게이트 절연막(140)을 형성하거나, 게이트선(121) 위에 산화규소(SiOx), 질화규소(SiNx) 또는 유기 절연막 따위를 적층하여 게이트 절연막(140)을 형성한다.
다음, 게이트 절연막(140) 위에 앞에서 설명한 본 발명의 한 실시예에 따른 용액 조성물 및 금속 산화물 반도체 제조 방법을 이용하여 알루미늄 금속 산화물로 이루어진 금속 산화물 반도체층을 형성하고 패터닝하여 금속 산화물 반도체(154)를 형성한다.
다음, 금속 산화물 반도체(154) 위에 도전층을 스퍼터링 등의 방법으로 적층한 후 이를 패터닝하여 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)을 형성한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 금속 산화물 반도체를 포함하는 박막 트랜지스터의 전압-전류 특성을 보여주는 그래프이다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 용액 조성물로부터 제조된 금속 산화물 반도체를 포함하는 박막 트랜지스터는 충분히 높은 온 전류(on current)(ID) 및 포화 이동도(saturation mobility), 그리고 107 이상의 높은 온 오프(on-off) 전류 비를 나타냄을 알 수 있다. 또한 박막 트랜지스터의 문턱 전압이 10V로 인핸스먼트 모드(enhancement mode)에서 동작함을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 한 실시예에 따른 전구체 용액으로부터 형성된 금속 산화물 반도체가 반도체 특성을 가짐을 확인할 수 있다.
상술한 실시예에서는 금속 산화물 반도체를 박막 트랜지스터에 적용하는 것을 예시적으로 설명하였지만 이에 한정되지 않고 반도체 박막이 필요한 어떠한 소자에도 동일하게 적용할 수 있다. 또한 상술한 실시예에서는 바텀(bottom) 게이트 구조의 박막 트랜지스터에 대해서만 예시적으로 설명하였지만 이에 한정되지 않고 탑 게이트 구조의 박막 트랜지스터 등 어떠한 구조의 박막 트랜지스터에도 동일하게 적용할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 도시한 단면도이고,
도 2 및 도 3은 도 1의 박막 트랜지스터를 제조하는 방법을 차례로 보여주는 단면도이고,
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 배치도이고,
도 5는 도 4의 박막 트랜지스터를 V-V 선을 따라 자른 단면도이고,
도 6 및 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 금속 산화물 반도체를 포함하는 박막 트랜지스터의 전압-전류 특성을 보여주는 그래프이다.
<주요 구성 요소의 도면 부호>
120: 게이트 기판 124: 게이트 전극
140: 게이트 절연막 150: 금속 산화물 반도체층
154: 금속 산화물 반도체 173: 소스 전극
175: 드레인 전극 Q: 박막 트랜지스터의 채널

Claims (13)

  1. 알루미늄 염 및 금속 무기염을 포함하는 박막 트랜지스터용 금속 산화물 반도체 제조용 용액 조성물.
  2. 제1항에서,
    상기 금속 무기염은
    리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 망간(Mn), 테크네튬(Tc), 레늄(Re), 철(Fe), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi)에서 선택된 적어도 하나를 포함하는
    박막 트랜지스터용 금속 산화물 반도체 제조용 용액 조성물.
  3. 제1항에서,
    상기 금속 무기염의 음이온은 아세테이트(acetate)를 포함하는 박막 트랜지스터용 금속 산화물 반도체 제조용 용액 조성물.
  4. 제1항에서,
    상기 알루미늄 염의 음이온은 수산화물(hydroxide), 아세테이트(acetate), 프로피오네이트(propionate), 아세틸아세토네이트(acetylacetonate), 2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate), 메톡사이드(methoxide), 2차-부톡사이드(sec-butoxide), 3차-부톡사이드(t-butoxide), n-프로폭사이드(n-propoxide), i-프로폭사이드(i-propoxide), 에톡사이드(ethoxide), 포스페이트(phosphate), 알킬포스페이트(alkylphosphonate), 질산염(nitrate), 과염소산염(perchlorate), 황산염(sulfate), 알킬설포네이트(alkylsulfonate), 페녹사이드(phenoxide), 브로마이드(bromide), 요오드염(iodide), 그리고 클로라이드(chloride)에서 선택된 적어도 하나를 포함하는
    박막 트랜지스터용 금속 산화물 반도체 제조용 용액 조성물.
  5. 제4항에서,
    상기 알루미늄 염의 음이온은 용매와의 착물인 상태를 포함하고,
    상기 용매는 물(H2O), 테트라히드로푸란(THF), 알코올(alcohol), 그리고 에테르(ether)에서 선택된 적어도 하나를 포함하는
    박막 트랜지스터용 금속 산화물 반도체 제조용 용액 조성물.
  6. 제1항에서,
    용액 안정제를 더 포함하며,
    상기 용액 안정제는 다이케톤(diketone), 아미노 알코올(amino alcohol), 그리고 폴리아민(polyamine)에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 박막 트랜지스터용 금속 산화물 반도체 제조용 용액 조성물.
  7. 제1항에서,
    알코올류를 포함하는 용매를 더 포함하는 박막 트랜지스터용 금속 산화물 반도체 제조용 용액 조성물.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나의 박막 트랜지스터용 금속 산화물 반도체 제조용 용액 조성물을 준비하는 단계,
    기판 위에 상기 용액 조성물을 코팅하는 단계, 그리고
    상기 기판에 코팅된 용액 조성물을 열처리하여 알루미늄 금속 산화물을 포함하는 금속 산화물 반도체를 형성하는 단계
    를 포함하는 금속 산화물 반도체 제조 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 기판 위에 상기 용액 조성물을 코팅하는 단계 전에 상기 용액 조성물을 교반하는 단계를 더 포함하는 금속 산화물 반도체 제조 방법.
  10. 제8항에서,
    상기 기판 위에 상기 용액 조성물을 코팅하는 단계는 스핀 코팅, 딥 코팅, 바 코팅, 스크린 프린팅, 슬라이드 코팅, 롤 코팅, 슬릿 코팅, 스프레이 코팅, 침지(dipping), 딥 펜(dip-pen), 잉크젯 인쇄, 나노 디스펜싱, 그리고 잉크젯 인쇄 방법 중 적어도 하나를 이용하는 단계를 포함하는 금속 산화물 반도체 제조 방법.
  11. 제8항에서,
    상기 기판에 코팅된 용액 조성물을 열처리하는 단계에서 온도는 100℃ 이상 500 ℃ 이하인 금속 산화물 반도체 제조 방법.
  12. 청구항 8의 금속 산화물 반도체 제조 방법에 의해 제조된 금속 산화물 반도체.
  13. 게이트 기판,
    상기 게이트 기판과 중첩하는 금속 산화물 반도체,
    상기 금속 산화물 반도체와 전기적으로 연결되어 있는 소스 전극, 그리고
    상기 금속 산화물 반도체와 전기적으로 연결되어 있으며 상기 소스 전극과 마주하는 드레인 전극
    을 포함하고,
    상기 금속 산화물 반도체는 청구항 8의 금속 산화물 반도체 제조 방법에 의 해 제조되는
    박막 트랜지스터.
KR1020090085595A 2009-09-10 2009-09-10 용액 조성물, 이를 이용한 금속 산화물 반도체 제조 방법, 상기 제조 방법에 의해 형성된 금속 산화물 반도체 및 이를 포함하는 박막 트랜지스터 KR20110027488A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090085595A KR20110027488A (ko) 2009-09-10 2009-09-10 용액 조성물, 이를 이용한 금속 산화물 반도체 제조 방법, 상기 제조 방법에 의해 형성된 금속 산화물 반도체 및 이를 포함하는 박막 트랜지스터

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090085595A KR20110027488A (ko) 2009-09-10 2009-09-10 용액 조성물, 이를 이용한 금속 산화물 반도체 제조 방법, 상기 제조 방법에 의해 형성된 금속 산화물 반도체 및 이를 포함하는 박막 트랜지스터

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20110027488A true KR20110027488A (ko) 2011-03-16

Family

ID=43934297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090085595A KR20110027488A (ko) 2009-09-10 2009-09-10 용액 조성물, 이를 이용한 금속 산화물 반도체 제조 방법, 상기 제조 방법에 의해 형성된 금속 산화물 반도체 및 이를 포함하는 박막 트랜지스터

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20110027488A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101499510B1 (ko) * 2012-11-08 2015-03-06 연세대학교 산학협력단 저온 용액공정용 투명 유전체 박막 형성용 코팅액 및 상기 코팅액에 의해 형성한 박막을 구비한 투명 무기 박막 트랜지스터
KR20210014856A (ko) * 2019-07-31 2021-02-10 성균관대학교산학협력단 산화물 반도체의 제조 방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101499510B1 (ko) * 2012-11-08 2015-03-06 연세대학교 산학협력단 저온 용액공정용 투명 유전체 박막 형성용 코팅액 및 상기 코팅액에 의해 형성한 박막을 구비한 투명 무기 박막 트랜지스터
KR20210014856A (ko) * 2019-07-31 2021-02-10 성균관대학교산학협력단 산화물 반도체의 제조 방법
US11430955B2 (en) 2019-07-31 2022-08-30 Research & Business Foundation Sungkyunkwan University Method of manufacturing oxide semiconductor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101265227B1 (ko) 박막트랜지스터용 금속 산화물 반도체 제조용 용액 조성물
JP5864875B2 (ja) 薄膜トランジスタ及びその製造方法並びにそれを含む表示装置
JP2011205054A (ja) 薄膜トランジスタ基板およびその製造方法
US8765028B2 (en) Composition for oxide thin film, method of preparing the composition, method of forming the oxide thin film, and electronic device using the composition
US8536570B2 (en) Composition for oxide thin film, preparation method of the composition, methods for forming the oxide thin film using the composition, and electronic device using the composition
US8529802B2 (en) Solution composition and method of forming thin film and method of manufacturing thin film transistor using the solution composition
KR101850510B1 (ko) 산화물 반도체의 전구체 조성물 및 이를 이용한 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법
KR101910969B1 (ko) 산화물 반도체용 조성물 및 이를 이용한 박막 트랜지스터 기판의 제조방법
TWI500165B (zh) 薄膜電晶體、其製造方法及電子設備
US20100308326A1 (en) Thin-film transistor array panel and method of fabricating the same
EP2786405A1 (en) Coating liquid for forming metal oxide thin film, metal oxide thin film, field-effect transistor, and method for manufacturing field-effect transistor
KR101375846B1 (ko) 박막트랜지스터 및 그 제조방법
US8460985B2 (en) Method of manufacturing semiconductor for transistor and method of manufacturing the transistor
US9082795B2 (en) Precursor composition of oxide semiconductor and thin film transistor substrate including oxide semiconductor
KR20110027488A (ko) 용액 조성물, 이를 이용한 금속 산화물 반도체 제조 방법, 상기 제조 방법에 의해 형성된 금속 산화물 반도체 및 이를 포함하는 박막 트랜지스터
KR101406838B1 (ko) 산화물 반도체 장치 및 그 형성 방법
KR101582942B1 (ko) 산화물 반도체 제조용 용액
US20150064839A1 (en) Method of forming tin oxide semiconductor thin film
US20130237011A1 (en) Composition for oxide semiconductor and method of manufacturing a thin film transistor substrate using the same
US8895977B2 (en) Thin film transistor and method of forming the same
KR20150080947A (ko) 산화물 반도체 제조용 용액 조성물 및 이를 이용하여 제조된 박막 트랜지스터
KR20100092878A (ko) 용액 조성물, 상기 용액 조성물을 사용한 박막 형성 방법 및 박막 트랜지스터의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
E90F Notification of reason for final refusal