KR20130102576A - 스태거드 박막 트랜지스터 및 그 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
스태거드 박막 트랜지스터 및 스태거드 박막 트랜지스터를 형성하는 방법이 제공된다. 박막 트랜지스터는 산화물 함유 층, 전도성 산화물 층 상에 증착되는 구리 합금 층, 구리 함유 산화물 층, 및 구리 함유 층을 포함하는 어닐링된 층 스택을 포함한다.
Description
본 발명은 박막 트랜지스터 및 박막 트랜지스터를 형성하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 스태거드(staggered), 특히 역 스태거드(inverted staggered) 박막 트랜지스터, 예를 들면, 역 스태거드 투명 산화물 박막 트랜지스터, 및 그것의 제조 방법들에 관한 것이다.
박막 트랜지스터(TFT)들은 액정 표시장치 애플리케이션들 및 다른 산업들에서 중요한 역할을 한다. 종래의 역 스태거드 투명 산화물 TFT들에서, 소스 및 드레인 전극들은 활성 채널 섬(island) 상에 직접 증착된다.
그러나, 디바이스 성능은 소스와 활성 채널 사이 또는 드레인과 활성 채널 사이의 접촉 저항으로 나빠질 수 있다.
그 결과, 개선된 박막 트랜지스터를 개발하는 것이 바람직하다.
상기를 고려하여, 본 명세서에서 설명된 실시예들에 따르면, 스태거드 박막 트랜지스터가 제공된다. 상기 박막 트랜지스터는 산화물 함유 층, 상기 산화물 함유 층 상에 증착된 구리 합금 층, 구리 함유 산화물 층, 및 구리 함유 층을 포함하는 어닐링된 층 스택을 포함한다.
추가 실시예들에 따르면, 스태거드 박막 트랜지스터를 형성하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 박막 트랜지스터의 산화물 함유 층을 제공하는 단계, 상기 산화물 함유 층 상에 구리 합금 층을 증착하는 단계, 상기 구리 합금 층 상에 구리 함유 산화물 층을 증착하는 단계, 및 상기 구리 함유 산화물 층 상에 구리 함유 층을 증착하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 산화물 함유 층, 상기 구리 합금 층, 상기 구리 함유 산화물 층 및 상기 구리 함유 층을 어닐링하는 단계를 더 포함한다.
실시예들은 또한 스태거드 박막 트랜지스터를 이용 및 동작시키는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법 단계들은 수동으로 수행되거나 자동화될 수 있고, 예를 들면, 상기 둘의 임의의 조합에 의해 또는 임의의 다른 방식으로 알맞은 소프트웨어로 프로그래밍된 컴퓨터에 의해 제어될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 실시예들과 결합될 수 있는 추가 이점들, 특징들, 양상들 및 세부사항들은 종속적인 청구항들, 상세한 설명 및 도면들로부터 명백하다.
상술한 본 발명의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록 하기 위하여, 위에서 간략히 요약한 본 발명의 더욱 구체적인 설명이 실시예를 참조하여 이루어진다. 첨부된 도면들은 본 발명의 실시예에 관한 것이고 다음에서 설명된다:
도 1은 역 스태거드 박막 트랜지스터 구조를 도시하고;
도 2 및 도 3은 본 명세서에서 설명된 실시예들에 따른 어닐링된 층 스택을 도시하며;
도 4는 본 명세서에서 설명된 실시예들에 따른 박막 트랜지스터를 제조하는 방법을 도시한다.
도 1은 역 스태거드 박막 트랜지스터 구조를 도시하고;
도 2 및 도 3은 본 명세서에서 설명된 실시예들에 따른 어닐링된 층 스택을 도시하며;
도 4는 본 명세서에서 설명된 실시예들에 따른 박막 트랜지스터를 제조하는 방법을 도시한다.
참조는 다양한 실시예들에 대해 상세하게 이루어질 것이며, 이들의 하나 또는 둘 이상의 예시들은 상기 도면들에 도시된다. 각 예시는 본 발명의 설명으로 제공되며, 본 발명의 제한으로서 의미하지 않는다. 예를 들면, 일 실시예의 일부로서 도시되거나 설명된 특징들은 추가 실시예를 추가로 산출하도록 다른 실시예들에 또는 그와 함께 사용될 수 있다. 본 발명이 이러한 수정들 및 변형들을 포함하는 것이 의도된다.
"역 스태거드 TFT"가 하부-게이트 TFT를 지칭하더라도, 표현 "스태거드 TFT"는 TFT의 하부-게이트 및 상부-게이트 버전들 모두를 포함할 것이다. 다음에서, 역 스태거드 구조가 설명될 것이다. 본 발명의 실시예들은 스태거드 및 코우플레이너(coplanar) TFT과 같은 다른 TFT 구조들에 적용가능하다. TFT의 층은 물질(들)로 구성된 TFT의 영역이다. 그 점에서, 층의 적어도 하나의 물리적 또는 화학적 속성은 TFT의 근처의 층과 비교하면 상이하다.
도면들의 다음 설명 내에서, 동일 참조 부호들은 동일 컴포넌트들을 지칭한다. 단지 개별 실시예들에 대한 차이점들만이 설명된다. 도면들은 실체 축적될 필요가 없고, 피쳐들은 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 역 스태거드 박막 트랜지스터(100)의 구조를 도시한다. TFT(100)는 기판(110)을 포함한다. 기판은 글라스 기판일 수 있다. 대안적으로, 기판은 플라스틱 기판, 세라믹 기판 또는 가능한 실리콘 산화물과 같은 절연막과 제공되는 금속 기판일 수 있다. 기판은 실리콘 산화물, 바륨 붕규산 글라스(borosilicate glass), 알루미노붕규산 글라스(aluminoborosilicate glass), 알루미늄 규산 글라스(aluminosilicate glass), 및 이들의 조합들 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
게이트(120)는 기판(110) 상에 형성된다. 게이트(120)는 구리, 티타늄, 몰리브덴, 크롬, 탄탈, 텅스텐, 알루미늄, 은, 금, ITO, 이들의 합금 물질, 예를 들면, 알루미늄-네오디뮴 합금 또는 알루미늄-셀레늄 합금, 및 이들의 조합들 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 게이트는, 예를 들면, 마그네트론 스퍼터링과 같은 스퍼터링에 의해 기판 상에 증착될 수 있다. TFT(100)는 게이트(120) 및 기판(110) 상에 형성된 게이트 유전체(130)를 포함한다. 게이트 유전체는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 및 이들의 조합들 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
게다가, TFT(100)는 활성 채널 영역(140), 예를 들면, 투명 산화물을 포함하는 활성 채널 섬을 포함한다. 활성 채널 영역(140)은 게이트 유전체(130) 상에 형성된다. 활성 채널 영역은 투명 산화물, 아연 산화물, 아연 주석 산화물, 아연 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 인듐 갈륨 아연 산화물, 하프늄 인듐 아연 산화물, 알루미늄 아연 주석 산화물, 구리 산화물, 및 이들의 조합들 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 식각 정지층(150)은 활성 채널(140) 상에 형성될 수 있다. 식각 정지층은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 및 이들의 조합들 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
소스(160) 및 드레인(170)은 활성 채널(140) 상에 형성된다. 소스 및 드레인은 구리, 티타늄, 몰리브덴, 크롬, 탄탈, 텅스텐, 알루미늄, 은, 금, ITO, 이들의 합금들, 및 이들의 조합들 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 식각 정지층(150)은 소스(160)와 드레인(170) 사이일 수 있다. 게다가, 패시베이션층(180)은 전체 구조 상에 형성될 수 있고, 또한 소스(160) 및 드레인(170)을 분리시킬 수 있다. 패시베이션층은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 및 이들의 조합들 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
접촉 저항은 소스(160)와 활성 채널 영역(140) 사이 및/또는 드레인(170)과 활성 채널 영역(140) 사이에 존재할 수 있다. 예를 들면, 전극들(160, 170)의 금속박막(metallization)이 구리-기반인 경우, 예를 들면, 구리 선들로의 연결이고, 활성 채널이 아연 산화물과 같은 투명 산화물로 이루어진 경우, 접촉 저항이 존재한다. 접촉 저항은 TFT의 성능을 감소시킬 수 있다.
본 명세서에서 설명된 실시예들에 따르면, 박막 트랜지스터가 제공된다. 박막 트랜지스터는 역 스태거드 TFT일 수 있다. 박막 트랜지스터는 어닐링된 층 스택을 포함한다. 어닐링된 층 스택은 전도성 산화물 층, 구리 합금 층, 구리 함유 산화물 층, 및 구리 함유 층을 포함한다. 전도성 산화물 층은 활성 채널 영역일 수 있다.
구리 합금 층, 구리 함유 산화물 층 및 구리 함유 층은 소스 또는 드레인 전극의 서브-층들(sub-layer)일 수 있다. 구리 합금 층은 전도성 산화물 층 상에 증착될 수 있다. 구리 함유 산화물 층은 대안적으로 없을 수 있다. 그것이 존재하는 경우, 그것은 구리 합금 층 상에 증착될 수 있다. 구리 함유 층은 구리 함유 산화물 층 상에, 또는 구리 함유 산화물 층이 존재하지 않는 경우, 구리 합금 층 상에 증착될 수 있다.
도 2는 이러한 유형의 층 스택(200)을 도시한다. 층 스택(200)은, 예를 들면, 활성 채널(140)과 동일할 수 있는 전도성 산화물 층(210)을 포함한다. 층 스택(200)은 구리 합금 층(220), 구리 함유 산화물 층(230), 및 구리 함유 층(240)을 더 포함한다. 층들(220, 230, 240)은, 예를 들면, 소스 전극(160) 또는 드레인 전극(170)의 서브-층들일 수 있다.
도 2에 도시된 층 스택(200)은, 예를 들면, 도 1에 도시된 TFT 구조의 일부일 수 있고, 도 1에서 대시 박스들에 의해 표시된 영역들(1 또는 2)에 대응할 수 있다. TFT 구조는 본 명세서에서 설명된 실시예들에 따른 하나보다 많은 층 스택, 예를 들면, 도 1에서 대시 박스들(1 및 2)에 의해 표시되고, 소스/활성 채널 층 스택 및 드레인/활성 채널 층 스택에 대응하는 바와 같이, 적어도 2개의 독립된 층 스택들을 포함할 수 있다.
도 2에서, 구리 합금 층(220)은 전도성 산화물 층(210) 상에 형성되고 그에 접촉한다. 구리 함유 산화물 층(230)은 구리 합금 층(220) 상에 형성되고 그에 접촉한다. 구리 함유 층(240)은 구리 함유 산화물 층(230) 상에 형성되고 그에 접촉한다.
전도성 산화물 층은 투명 산화물 층, 특히, ZnO-함유 층, ZTO-함유 층, ZTIO-함유 층, IZO-함유 층, IGZO-함유 층, HIZO-함유 층, AZTO-함유 층, Cu2O-함유 층, 및 이들의 조합들일 수 있다. 전도성 산화물 층은, 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 게이트 유전체 상에 형성될 수 있다.
구리 합금 층은, 예를 들면, 식각 정지층의 형성 후, 전도성 산화물 층 상에 형성될 수 있다. 구리 합금 층은 제 1 버퍼 막을 증착함으로써, 예를 들면, Cu 합금을 스퍼터링함으로써, 형성될 수 있는데, 여기서, 합금 물질은 Mn, Mg, Cr, Mo, Ca 및 이들의 조합들일 수 있다. 스퍼터링은 마그네트론 스퍼터링, 예를 들면, 정적 마그네트론 스퍼터링, 반응성 마그네트론 스퍼터링 또는 정적 반응성 마그네트론 스퍼터링일 수 있다. 구리 타겟은, 예를 들면, Cu4N일 수 있다.
적어도 전도성 산화물 층 및 제 1 버퍼 막은 어닐링될 수 있다. 적어도 전도성 산화물 층 및 제 1 버퍼 막을 어닐링함으로써, 제 1 버퍼 막은 적어도 부분적으로 산화된다. 특히, 합금 부재는 산화될 수 있다. 그 점에서, 전도성 산화물 층에 함유된 산소는 금속 부재를 산화시킬 수 있다. 이러한 공정은 구리 합금 자기-형성 배리어 공정이라 불릴 수 있다.
구리 합금 층은 적어도 부분적으로 산화되는 합금 물질, Cu, Mn, Mg, Cr, Mo, Ca, Cu, Mn, Mg, Cr, Mo, Ca의 산화물들, 및 이들의 조합들로 구성되는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 구리 합금 층은 스퍼터링e되고 어닐링된 구리 합금 층일 수 있다. 어닐링은 진공 어닐링일 수 있다. 구리 합금 층은 산화되거나 부분적으로 산화된 구리 합금 층, 예를 들면, 합금 물질(들)이 산화되는 부분적으로 산화된 구리 합금 층일 수 있다. 구리 합금 층은 중량으로 적어도 80% 구리, 또는 중량으로 적어도 90% 구리, 또는 중량으로 적어도 95% 구리, 또는 심지어 중량으로 적어도 99.5% 구리를 포함할 수 있다. 구리 합금 층은, 예를 들면, 중량으로 최대 20% 구리 이외의 물질, 또는 중량으로 최대 10% 또는 중량으로 최대 5%, 또는 심지어 중량으로 최대 0.5% 구리 이외의 물질, 예를 들면, 합금 물질을 포함한다.
어닐링은, 예를 들면, 본 명세서에서 설명된 실시예들에 따른 전체 층 스택을 형성한 후 또는 적어도 일부 추가 층들을 형성한 후, 수행될 수 있다. "어닐링된 층 스택"은 층 스택, 구리 합금 층이 어닐링되는 것 이외의 적어도 하나의 층, 보다 구체적으로, 제 1 버퍼 층 이외의 적어도 하나의 층으로 지칭될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 구리 함유 산화물 층은 전도성 산화물 층 상의 제 1 버퍼 막 상에 각각 형성된다. 구리 함유 산화물 층은 제 2 버퍼 막일 수 있다. 그것은, 예를 들면, 반응성 마그네트론 스퍼터링과 같은 스퍼터링에 의해 증착될 수 있다. 예를 들면, Cu4N과 같은 실질적으로 순수 구리는 아르곤 및 산소를 포함하는 가스 분위에서 스퍼터링될 수 있다. 구리 함유 산화물 층은 CuO, Cu2O, 및 이들의 조합들 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 구리 함유 산화물 층은 중량으로 적어도 79% 구리, 또는 중량으로 적어도 90% 구리, 또는 심지어 중량으로 적어도 99.9% 구리를 포함할 수 있다. 구리 함유 산화물 층은, 예를 들면, 중량으로 최대 20% 구리 또는 중량으로 최대 10%, 또는 심지어 중량으로 최대 0.1% 이외의 물질, 예를 들면, 산소를 포함할 수 있다.
층 스택을 어닐링하는 경우, 구리 함유 산화물 층으로부터의 산소는 구리 합금 층을 산화시킬 수 있다. 이러한 공정은 전도성 산화물 층으로부터의 산소에 의한 산화에 추가로 또는 대안적으로 발생할 수 있다. 전도성 산화물 층 및 구리 함유 산화물 층 중에서 선택된 적어도 하나의 층은 구리 합금 층 근처에서 산소 공핍 구역을 가질 수 있다. 특히, 산소 공핍 구역은 전도성 산화물 층 및/또는 구리 함유 산화물 층과의 인터페이스에서 Cu 합금 자기-형성 배리어 공정에 기인할 수 있다. Cu 합금 층의 두께는 Cu 합금 층이 자기-형성 배리어 공정 이후 온전히 산화되도록 하는 것일 수 있다. 두께는 이를 달성하도록 매우 얇을 수 있다.
구리 함유 층은, 예를 들면, 스퍼터링에 의해 구리 함유 산화물 층 상에 형성될 수 있다. 특히, 스퍼터링은, 예를 들면, 순수 아르곤 분위기에서 구리 함유 산화물 층 상에 직접 스퍼터링함으로써 수행될 수 있다. 동일 스퍼터 타겟, 예를 들면, 로터리 스퍼터 타겟은 구리 함유 산화물 층을 스퍼터링하는 경우로서 사용될 수 있다. 스퍼터 타겟은 구리 함유 산화물 층과 구리 함유 층의 형성 사이에 스퍼터 세정 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, Cu4N이 스퍼터 타겟으로 사용될 수 있다. 구리 함유 층은 중량으로 적어도 90% 구리, 또는 중량으로 적어도 95% 구리, 또는 심지어 중량으로 99.99% 구리를 포함할 수 있다. 구리 함유 산화물 층은, 예를 들면, 중량으로 최대 10%, 또는 중량으로 최대 5%, 또는 심지어 중량으로 최대 0.01% 구리 이외의 물질을 포함할 수 있다. 구리 함유 층은 실질적으로 구리로 구성될 수 있다. 이 점에서, "실질적으로 구리로 구성됨"은 불순물 이외에는 구리로 구성됨을 의미한다.
스퍼터링 가스 분위기에 대한 산소 공급을 중단하는 것이 충분할 수 있다. 형성 공정은 그에 의해 단순화된다. 구리 함유 층은 구리 함유 산화물 층 및/또는 구리 합금 층보다 두꺼울 수 있다. 그것은 소스 또는 드레인 전극의 주요부, 또는 구리 선들과 같은 회로를 위한 단자를 형성할 수 있다.
도 3은 전도성 산화물 층(210)을 포함하는 어닐링된 층 스택(200)을 도시한다. 전도성 산화물 층(210)은 구리 합금 층(220)과의 접촉 영역 근처에서 산소 결핍 구역(215)을 포함한다. 산소 결핍은 구역(214)에서 개방 원(open circle)으로 개략적으로 도시되고, 구리 합금 층(220)의 적어도 부분적인 산화는 수직 선들의 패턴으로 나타낸다. 구리 함유 산화물 층(230)은 또한 구리 합금 층 근처에서 산소 결핍 구역을 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 층 스택(200)은 그들의 층들(210~240)의 형성 후에 어닐링된다.
층들은 일부 실시예들에 따른 다음 범위들의 두께를 가질 수 있다. 전도성 산화물 층은 20 ㎚ 내지 150 ㎚의 두께를 가질 수 있다. 구리 합금 층은 2 ㎚ 내지 30 ㎚의 두께를 가질 수 있다. 구리 함유 산화물 층은 2 ㎚ 내지 50 ㎚, 예를 들면, 2 ㎚ 내지 30 ㎚의 두께를 가질 수 있다. 구리 함유 층은 50 ㎚ 내지 500 ㎚, 예를 들면, 100 ㎚ 내지 400 ㎚의 두께를 가질 수 있다. 산소 결핍 구역의 두께는 0.1 ㎚ 내지 3 ㎚의 범위일 수 있다.
접촉 저항은 접촉하는 층들의 물질 특성들에 의존한다. 예를 들면, 전도성 산화물 층, 예를 들면, ZnO와 같은 투명 산화물 층의 전도성은 물질에서 산소 원자 결함(oxygen vacancy)들의 농도에 의존한다. 전도성은 원자 결함들의 농도에 비례될 수 있다. 구리 합금 층에 대한 접촉 영역에서 전도성 산화물 층에 산소-결함 층(산소 공핍 구역)을 생성함으로써, 그것의 전도성은 Cu 합금 자기-형성 배리어 공정을 통해 제어될 수 있다. 다른 층들의 경계들에서의 전도성이 대안적으로 또는 추가적으로 제어될 수 있다. 이런 식으로, 접촉 저항은 감소될 수 있고 TFT의 성능은 증가될 수 있다.
특히, 전도성 산화물 층 및/또는 구리 함유 산화물 층의 산소 함유량은 구리 합금 층의 원하는 산화가 달성되도록 적응될 수 있다. 특히, 합금 부재 또는 합금 부재들의 구리 합금 층의 속성들은 구리 합금의 원하는 산화가 달성되도록 적응될 수 있다. 층들의 산소 공여(donation) 또는 수용(reception) 속성들은 각 층들의 산소 결핍 구역들에서 산소 원자 결함들의 원하는 농도가 달성되도록 적응될 수 있다.
추가 제어는 층들의 증착 파라미터들 및 어닐링 파라미터들을 제어함으로써 제공된다. 예를 들면, 스퍼터링 캐소드들에서의 전력, 스퍼터링 가스의 압력 또는 스퍼터링 가스들의 분압들, 아르곤/산소 혼합물과 같은 스퍼터링 가스들의 조성물, 및 증착 시간이 변경될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 어닐링 시간 및/또는 어닐링 온도가 제어될 수 있다. 이런 방식으로, 접촉 저항의 감소의 정도 및 접착/배리어 층의 속성들은 TFT 제품에 대한 공정 요건들에 대해 제어 및 적응될 수 있다.
층 스택의 임의의 쌍의 층들 사이의 비저항 속성들은 접촉 저항이 낮도록 정합될 수 있다. 이는 접촉 저항의 접합 또는 RC-정합으로서 지칭될 것이다. 특히, 접촉 저항은 어닐링에 의해 정합될 수 있다. RC-정합된 층들 사이의 접촉 저항, 또는 실제 값들(Rc·W)은, 예를 들면, 1 내지 10000 Ω㎝일 수 있다. 특히, 전도성 산화물 층 및 구리 합금 층은 RC-정합될 수 있다.
선택적으로, 전도성 산화물 층의 산소 결핍 구역은 구리 합금 층에 대한 RC-정합을 제공한다. 전도성 산화물 층의 산소 결핍 구역으로부터의 산소에 의한 구리 합금 층의 산화는 RC-정합에 더 기여할 수 있다. 일부 실시예들에서, 구리 합금 층 및 구리 함유 산화물 층은 RC-정합된다. 여기서, 구리 함유 산화물 층의 산소 결핍 구역은 구리 합금 층에 대한 RC-정합을 제공할 수 있다. 구리 함유 산화물 층의 구역으로부터의 산소에 의한 구리 합금 층의 산화는 RC-정합에 더 기여할 수 있다.
임의의 산소 결핍 구역은 대응하는 근처의 층들의 비저항 속성들을 정합하도록 적응될 수 있고, 즉, 그것은 RC-정합에 적응될 수 있다. 어닐링된 층 스택은 어닐링된 RC-정합된 층 스택일 수 있다. 이 점에서, 층 스택은, 전도성 산화물 층/구리 합금 층의 쌍 및 구리 합금 층/구리 함유 산화물 층의 쌍 중에서 선택된 적어도 하나의 층 쌍이 RC-정합되는 경우, RC-정합으로 지칭된다.
추가 실시예들에 따르면, 스태거드 박막 트랜지스터를 형성하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 박막 트랜지스터의 전도성 산화물 층을 제공하는 단계, 전도성 산화물 층 상에 구리 합금 층을 증착하는 단계, 구리 합금 층 상에 구리 함유 산화물 층을 증착하는 단계, 및 구리 함유 산화물 층 상에 구리 함유 층을 증착하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 구리 합금 층 및 전도성 산화물 층, 구리 함유 산화물 층, 및 구리 함유 층 중에서 선택된 층들의 적어도 하나를 어닐링하는 단계를 포함한다. 어닐링은 전도성 산화물 층, 구리 합금 층, 구리 함유 산화물 층 및 구리 함유 층을 어닐링하는 단계를 포함할 수 있다.
어닐링은 전도성 산화물 층 및 구리 함유 산화물 층 중에서 선택된 적어도 하나의 층으로부터의 산소로 구리 합금 층의 적어도 하나의 합금 물질을 산화시키는 단계를 포함할 수 있다. 구리 합금 층, 특히 구리 합금 층의 합금 부재 또는 합금 부재들은 전도성 산화물 층 및/또는 구리 함유 산화물 층으로부터의 산소로 배타적으로 산화될 수 있다. 어닐링은 전도성 산화물 층 및/또는 구리 함유 산화물 층에 적어도 하나의 산소 결핍 구역을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이 점에서, 산소 결핍 구역은 전도성 산화물 층과 구리 합금 층을 RC-정합하도록 및/또는 구리 합금 층과 구리 함유 산화물 층을 RC-정합하도록 적응될 수 있다. 어닐링은 RC-정합된 층 스택을 형성하는 단계를 포함할 수 있는데, 여기서, RC-정합된 층 스택은 본 명세서에서 설명된 실시예들에 따른 임의의 층 스택일 수 있다.
구리 합금 층의 증착은 구리 합금의 스퍼터링을 포함할 수 있다. 스퍼터링은 구리 합금의 정적 및/또는 반응성 마그네트론 스퍼터링과 같은 마그네트론 스퍼터링일 수 있다. 이 점에서, 구리 합금은, 예를 들면, Mn, Mg, Cr 또는 이들의 혼합물들 중에서 선택될 수 있다.
구리 함유 산화물 층의 증착은 산소-함유 가스 환경에서 구리의 스퍼터링을 포함할 수 있다. 가스 환경은 Ar 및 O2를 포함할 수 있다. 스퍼터링은 구리의 마그네트론 스퍼터링, 예를 들면, 로터리 타겟들을 갖는 반응성 마그네트론과 같은 반응성 마그네트론 스퍼터링을 포함할 수 있다.
구리 함유 층의 증착은 불활성 가스 환경에서 구리의 스퍼터링을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 불활성 가스 환경은 Ar을 포함할 수 있다. 스퍼터링은 구리의 마그네트론 스퍼터링, 예를 들면, 로터리 타겟들을 갖는 반응성 마그네트론과 같은 반응성 마그네트론 스퍼터링을 포함할 수 있다. 이 점에서, 구리 함유 층의 스퍼터링은 구리 함유 산화물 층의 스퍼터링에서와 동일한 타겟들을 갖는 스퍼터링을 포함할 수 있다. 타겟들은 구리 함유 산화물 층을 스퍼터링하는 단계와 구리 함유 층을 스퍼터링하는 단계 사이에 미처리(특히, 세정되지 않음)될 수 있다.
구리 합금 층, 구리 함유 산화물 층, 및 구리 함유 층은 박막 트랜지스터의 활성 채널 영역을 형성하는 전도성 산화물 층과 접촉하여 박막 트랜지스터의 전극을 형성할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 이에 제한되지 않는다. 배리어 층 및/또는 적어도 하나의 산소 결핍 구역의 자기-형성은 TFT 구조의 다른 층들에도 역시 적용될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 추가 실시예들에 따르면, 게이트 금속박막을 형성하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 박막 트랜지스터의 기판 상에 게이트 전극 금속박막을 증착하는 단계를 포함한다. 박막 트랜지스터는 본 명세서에서 설명된 실시예들에 따른 박막 트랜지스터, 특히, 본 명세서에서 설명된 층 스택을 갖는 스태거드/역 스태거드 TFT일 수 있다.
게이트 금속박막을 형성하는 방법은 기판으로부터의 산소에 의해 게이트 전극 금속박막을 적어도 부분적으로 산화시키도록 게이트 전극 금속박막을 어닐링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 게이트 전극 금속박막의 어닐링은 층 스택의 어닐링과 동일할 수 있거나, 그것은 독립된 어닐링일 수 있다.
상기 설명된 실시예들에 따른 어닐링된 층 스택은 또한 기판과 박막 트랜지스터의 게이트 전극 사이의 인터페이스일 수 있다. 이러한 경우, 전도성 산화물 층은 기판으로 대체된다. 기판은 앞에서 설명된 기판 물질들로 이루어질 수 있고 산소를 함유한다. 특히, 기판은 실리콘 산화물과 같은 산화물의 형태로 산소를 함유할 수 있다. 구리 합금 층은 그 다음 기판으로부터 및/또는 구리 함유 산화물 층으로부터의 산소에 의해 산화될 수 있다. RC-정합은 단지 구리 합금 층, 구리 함유 산화물 층 및 구리 함유 층 사이에서만 발생한다. 이러한 3개의 층들은 게이트 전극을 형성하거나 그의 일부를 형성한다. 게이트 전극은 다중-층 전극일 수 있다.
도 2 및 도 3은 또한 3개의 실시예들을 도시하는데, 여기서, 참조 부호(210)를 갖는 층은 이제 기판 또는 기판의 산소-함유 코팅, 예를 들면, 도 1의 기판(110)이다. 구리 합금 층(220), 구리 함유 산화물 층(230), 및 구리 함유 층(240)은, 예를 들면, 도 1의 게이트 전극(120)에 포함될 수 있다.
추가 실시예에 따르면, 어닐링된 층 스택은 산소 함유 층, 특히, 산화물 함유 층을 포함한다. 산화물 함유 층은 상기 설명된 바와 같은 전도성 산화물 층일 수 있다. 산화물 함유 층은 기판, 또는 기판의 코팅과 같은 그의 일부일 수 있다. 어닐링된 층 스택은 구리 합금 층, 구리 함유 산화물 층 및 구리 함유 층을 포함하는데, 이는 상기 설명된 속성들을 가질 수 있다. 산화물 함유 층이 전도성 산화물 층인 경우, 이들 3개의 층들은 박막의 소스 및/또는 드레인 전극의 일부일 수 있다. 산화물 함유 층이 기판 또는 이의 일부인 경우, 이들 3개의 층들은 게이트 전극, 또는 그 일부를 형성할 수 있다.
추가 실시예들에 따르면, 박막 트랜지스터는 본 명세서에서 설명된 실시예들에 따른 적어도 2개의 어닐링된 층 스택들을 포함할 수 있다. 특히, 박막 트랜지스터는 기판과 게이트 전극의 인터페이스에서 제 1 어닐링된 층 스택, 및 활성 채널과 소스/드레인 전극(들)의 인터페이스에서 제 2 어닐링된 층 스택을 포함할 수 있다. 게다가, 제 1 및 제 2 어닐링된 층 스택들을 형성하는 방법은 실질적으로 동일할 수 있다(산화물 함유 층은 제 1 어닐링된 층 스택에서 기판이고, 제 2 어닐링된 층 스택에서 활성 채널의 전도성 산화물 층임).
어닐링된 층 스택들 및 이를 형성하는 방법이 드레인/소스 전극들 및 게이트 전극들 모두에 대해 채용될 수 있다는 사실은 장점을 이룬다. 이런 방식으로, 생산 공정의 복잡성은 감소될 수 있다. 예를 들면, 동일한 장치들이 박막 트랜지스터들의 이러한 부분들의 형성에 사용될 수 있다. 생산 비용뿐만 아니라 생산지의 장비의 비용은 낮아질 수 있고, 수율은 증가될 수 있다.
도 4는 박막 트랜지스터를 형성하는 방법을 개략적으로 도시한다. 상기 방법은 기판을 제공하는 단계(410) 및 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계(420)를 포함한다. 게이트 전극을 형성하는 단계는 기판 상에 구리 합금 층을 증착하는 단계(422), 구리 합금 층 상에 구리 함유 산화물 층을 증착하는 단계(424), 구리 함유 산화물 층 상에 구리 함유 층을 증착하는 단계(426)를 포함할 수 있다. 상기 방법은 기판, 구리 합금 층, 구리 함유 산화물 층 및 구리 함유 층을 어닐링하는 단계(428)를 포함할 수 있다.
상기 방법은 기판 및 게이트 전극 상에 게이트 유전체를 형성하는 단계(430), 및 게이트 유전체 상에 활성 채널 영역을 형성하는 단계(440)를 더 포함할 수 있다. 이 점에서, 게이트 유전체는 그것이 게이트 전극과 활성 채널 영역 사이에 전기적 절연을 제공하도록 형성된다. 활성 채널 영역은 전도성 산화물 층을 포함하거나 이것으로 구성된다. 상기 방법은 활성 채널 영역 상에 식각 정지층을 형성하는 단계(450)를 포함할 수 있다.
상기 방법은 활성 채널 영역의 전도성 산화물 층 상에 소스 전극을 형성하는 단계 및 드레인 전극을 형성하는 단계(460)를 더 포함할 수 있다. 소스 및 드레인 전극의 형성은 전극 층을 형성하는 단계 및 식각 정지층에 대한 식각과 같은 식각에 의해 전극 층을 소스 전극 및 드레인 전극으로 분리하는 단계를 포함할 수 있다. 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계, 전극 층을 각각 형성하는 단계는 전도성 산화물 층 상에 제 2 구리 합금 층을 증착하는 단계(462), 제 2 구리 합금 층 상에 제 2 구리 함유 산화물 층을 증착하는 단계(464), 및 제 2 구리 함유 산화물 층 상에 제 2 구리 함유 층을 증착하는 단계(466)를 포함할 수 있다. 상기 방법은 전도성 산화물 층, 제 2 구리 합금 층, 제 2 구리 함유 산화물 층 및 제 2 구리 함유 층을 어닐링하는 단계(468)를 포함할 수 있다.
상기 방법은 소스 전극, 드레인 전극, 및/또는 소스 및 드레인 전극을 분리하는 식각 정지층 상에 패시베이션 층을 형성하는 단계(480)를 포함할 수 있다.
상기 방법은 게이트 전극의 형성 단계들(420-426) 또는 드레인/소스 전극들의 형성 단계들(460-466)의 어느 하나를 포함하거나, 형성 단계들(420-426 및 460-466) 모두를 포함한다. 방법은 적어도 하나의 어닐링 단계, 예를 들면, 단계(428) 또는 단계(468) 또는 둘 모두를 포함한다.
상술한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가 실시예들은 이들의 기본 범위를 벗어남 없이 안출될 수 있으며, 이들의 범위는 이하의 청구범위에 의해 결정된다.
Claims (15)
- 스태거드(staggered) 박막 트랜지스터로서,
어닐링된 층 스택(200)을 포함하며,
상기 어닐링된 층 스택(200)은,
산화물 함유 층(210);
상기 산화물 함유 층 상에 증착된 구리 합금 층(220);
구리 함유 산화물 층(230); 및
구리 함유 층(240)을 포함하는, 스태거드 박막 트랜지스터. - 제 1 항에 있어서,
상기 스태거드 박막 트랜지스터는 역 스태거드(inverted staggered) 박막 트랜지스터인, 스태거드 박막 트랜지스터. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 산화물 함유 층은 전도성 산화물 층인, 스태거드 박막 트랜지스터. - 제 3 항에 있어서,
상기 전도성 산화물 층은 투명 산화물 층, 특히, ZnO-함유 또는 IGZO-함유 층인, 스태거드 박막 트랜지스터. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구리 합금 층, 상기 구리 함유 산화물 층, 및 상기 구리 함유 층은 상기 박막 트랜지스터의 활성 채널 영역을 형성하는, 상기 산화물 함유 층과 접촉하는 상기 박막 트랜지스터의 전극을 형성하는, 스태거드 박막 트랜지스터. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 구리 합금 층, 상기 구리 함유 산화물 층, 및 상기 구리 함유 층은 상기 박막 트랜지스터의 기판의 적어도 일부를 형성하는, 상기 산화물 함유 층과 접촉하는 상기 박막 트랜지스터의 게이트 전극을 형성하는, 스태거드 박막 트랜지스터. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산화물 함유 층 및 상기 구리 함유 산화물 층으로부터 선택된 적어도 하나의 층은 상기 구리 합금 층 근처에서 산소 공핍 구역(215)을 갖는, 스태거드 박막 트랜지스터. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구리 합금 층은 적어도 부분적으로 산화된 Cu, Mn, Mg, Cr, Mo, Ca, Cu, Mn, Mg, Cr, Mo, Ca의 산화물들, 및 이들의 조합들인 합금 물질로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는, 스태거드 박막 트랜지스터. - 스태거드 박막 트랜지스터를 형성하는 방법으로서,
상기 박막 트랜지스터의 산화물 함유 층(210)을 제공하는 단계;
상기 산화물 함유 층 상에 구리 합금 층(220)을 증착하는 단계;
상기 구리 합금 층 상에 구리 함유 산화물 층(230)을 증착하는 단계;
상기 구리 함유 산화물 층 상에 구리 함유 층(240)을 증착하는 단계; 및
상기 산화물 함유 층, 상기 구리 합금 층, 상기 구리 함유 산화물 층 및 상기 구리 함유 층을 어닐링하는 단계를 포함하는, 스태거드 박막 트랜지스터를 형성하는 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 어닐링 단계는 상기 산화물 함유 층 및 상기 구리 함유 산화물 층으로부터 선택된 적어도 하나의 층으로부터의 산소에 의해 상기 구리 합금 층의 적어도 하나의 합금 물질을 산화시키는 단계를 포함하는, 스태거드 박막 트랜지스터를 형성하는 방법. - 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 구리 합금 층의 증착 단계는 구리 합금의 스퍼터링 단계, 선택적으로 상기 구리 합금의 마그네트론 스퍼터링 단계를 포함하고, 상기 구리 합금의 상기 합금 물질은 Mn, Mg, Cr, Mo, Ca 또는 이들의 혼합물들로부터 선택적으로 선택되는, 스태거드 박막 트랜지스터를 형성하는 방법. - 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구리 함유 산화물 층의 증착 단계는 산소 함유 가스 환경에서, 선택적으로 Ar 및 O2를 포함하는 가스 환경에서, 구리의 스퍼터링 단계, 선택적으로 구리의 마그네트론 스퍼터링 단계를 포함하는, 스태거드 박막 트랜지스터를 형성하는 방법. - 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구리 함유 층의 증착 단계는 불활성 가스 환경에서, 선택적으로 Ar을 포함하는 불활성 가스 환경에서, 구리의 스퍼터링 단계, 선택적으로 구리의 마그네트론 스퍼터링 단계를 포함하는, 스태거드 박막 트랜지스터를 형성하는 방법. - 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산화물 함유 층은 전도성 산화물 층이고, 상기 구리 합금 층, 상기 구리 함유 산화물 층, 및 상기 구리 함유 층은 상기 박막 트랜지스터의 활성 채널 영역을 형성하는, 상기 전도성 산화물 층과 접촉하는 상기 박막 트랜지스터의 전극을 형성하는, 스태거드 박막 트랜지스터를 형성하는 방법. - 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스태거드 박막 트랜지스터의 기판 상에 게이트 전극 금속박막(metallization)을 증착하는 단계; 및
상기 기판으로부터 산소에 의해 상기 게이트 전극 금속박막을 적어도 부분적으로 산화시키도록 상기 게이트 전극 금속박막을 어닐링하는 단계를 더 포함하는, 스태거드 박막 트랜지스터를 형성하는 방법.
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