KR20150059681A - 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터 - Google Patents
이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20150059681A KR20150059681A KR1020130143061A KR20130143061A KR20150059681A KR 20150059681 A KR20150059681 A KR 20150059681A KR 1020130143061 A KR1020130143061 A KR 1020130143061A KR 20130143061 A KR20130143061 A KR 20130143061A KR 20150059681 A KR20150059681 A KR 20150059681A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- channel layer
- layer
- channel
- thin film
- film transistor
- Prior art date
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title abstract description 43
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 150000004706 metal oxides Chemical group 0.000 claims abstract description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 14
- -1 HfOx Inorganic materials 0.000 claims description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 8
- 229910017109 AlON Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910005535 GaOx Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910004143 HfON Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910017947 MgOx Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910006854 SnOx Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910003087 TiOx Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910006252 ZrON Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910003134 ZrOx Inorganic materials 0.000 claims description 4
- HLLICFJUWSZHRJ-UHFFFAOYSA-N tioxidazole Chemical compound CCCOC1=CC=C2N=C(NC(=O)OC)SC2=C1 HLLICFJUWSZHRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910005265 GaInZnO Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 2
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 38
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 20
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 11
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 5
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- DYCJFJRCWPVDHY-LSCFUAHRSA-N NBMPR Chemical compound O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1N1C2=NC=NC(SCC=3C=CC(=CC=3)[N+]([O-])=O)=C2N=C1 DYCJFJRCWPVDHY-LSCFUAHRSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(iv) oxide Chemical compound O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
-
- 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
- H01L29/78696—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film characterised by the structure of the channel, e.g. multichannel, transverse or longitudinal shape, length or width, doping structure, or the overlap or alignment between the channel and the gate, the source or the drain, or the contacting structure of the channel
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터가 개시된다. 개시된 박막 트랜지스터는 게이트 전극 상의 게이트 절연층과, 상기 게이트 절연층 상에 순차적으로 형성된 제1 채널층 및 제2 채널층을 포함하는 복수의 채널층과, 상기 복수의 채널층 각각의 양단과 접촉하게 형성된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함한다. 상기 제1 채널층은 메탈 옥사이드층이며, 상기 제2 채널층은 메탈 옥시나이트라이드층이다.
Description
문턱전압의 이동을 줄여 신뢰성을 향상시킨 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터에 관한 것이다.
박막 트랜지스터는 전자 기기 분야에서 스위칭소자(switching devie)나 구동 소자(driving device)로 널리 사용된다. 예를 들어, 박막 트랜지스터는 디스플레이의 화소에 스위칭 소자로 사용될 수 있다.
스위칭 소자는 전류의 온/오프를 게이트 전압으로 조절하는 장치다. 스위칭 소자를 사용하는 디스플레이 장치의 해상도는 Full HD(high definition)에서 UD(ultra definition)급 이상으로 증가하고 있으며, 구동 주파수도 종래의 60Hz에서 120Hz, 240Hz, 480Hz로 점차 증가하고 있다. 이러한 해상도와 구동 주파수의 증가로 인해, 스위칭 소자가 신호를 전달하기 위한 충전 시간은 점차 감소하고 있다.
뿐만 아니라, 디스플레이 장치가 점차 대형화 되면서, RC Delay에 의한 신호 왜곡을 포함하면, 실질적인 충전시간(effective charging time)은 더욱 더 감소한다.
따라서, 짧은 충전시간 동안 데이터 전압을 인가하여 스토리지 캐패시터를 충전하기 위해서는 높은 이동도를 갖는 박막트랜지스터가 필요하다. 스위칭 소자의 고이동도 반도체 물질로 IGZO(Indium gallium zinc oxide) 산화물 반도체와 징크 옥시나이트라이드(ZnON) 반도체가 주목 받고 있다. 징크 옥시나이트라이드 반도체 박막트랜지스터의 경우 30cm2/Vs 이상의 높은 이동도를 보이는 장점이 있으나, 반복 사용으로 문턱전압이 네거티브 방향으로 이동하는 특성을 보일 수 있다. 이에 따라 박막 트랜지스터의 신뢰성이 저하될 수 있다.
금속 옥시나이트라이드 채널과 게이트 절연층 사이에 금속 옥사이드 채널을 형성하여 문턱전압의 이동을 최소화한 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터를 제공한다.
일 실시예에 따른 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터는:
게이트 전극과, 상기 게이트 전극 상의 게이트 절연층과, 상기 게이트 절연층 상에 순차적으로 형성된 제1 채널층 및 제2 채널층을 포함하는 복수의 채널층과, 상기 복수의 채널층 각각의 양단과 접촉하게 형성된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하며, 상기 제1 채널층은 메탈 옥사이드층이며, 상기 제2 채널층은 메탈 옥시나이트라이드층이다.
상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 연결하는 방향에서, 상기 제1 채널층 및 상기 제2 채널층의 길이는 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 제2 채널층은 상기 제1 채널층 보다 두꺼울 수 있다.
상기 제2 채널층은 10nm~100nm 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 채널층은 1nm~10nm 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 채널층은 ZnO, InOx, GaOx, SnOx, HfOx, ZrOx, MgOx, TiOx, SiOx 중 적어도 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 채널층은 ZnON, GaON, AlON, SiON, HfON, ZrON, MgON, TiO 적어도 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 채널층은 ZnON계 층이며, 불소가 불순물로 1-5 원자% 포함될 수 있다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 제2 채널층 상에 형성된 식각정지층을 더 포함할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트 전극 하부의 기판을 더 구비하며, 상기 게이트 절연층은 상기 기판 상의 상기 게이트 전극을 덮을 수 있다.
일 실시예에 따른 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터는 고이동도 (10~70 cm2/Vs) 특성을 유지하면서도, 트랜스 커브 반복 측정시 문턱전압의 이동을 최소화할 수 있다. 이는 디스플레이 등의 스위칭 소자 제작시 반복된 신호를 인가함에 따라 스위칭 소자의 초기 문턱전압이 안정된 값을 유지하게 해주며, 이는 소자의 신뢰성 (NBTI: negative bias temperature instability) 향상을 가져온다.
또한, 디스플레이 등으로부터 발생하는 빛이 박막 트랜지스터에 침투할 경우, 종래 금속 산화물 반도체 채널층의 PPC 효과(persistent conductivity effect)로 인해 박막 트랜지스터의 신뢰성이 저하되는 문제가 발생하였으나, 금속 질산화물 채널을 함께 채용함으로써 빛에 의한 박막 트랜지스터의 신뢰성 저하를 최소화 할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도다.
도 2는 금속 질산화물 반도체로만으로 이루어진 채널을 포함하는 박막 트랜지스터에서 트랜스퍼 커브(transfer curve)를 반복하여 측정시 I-V 특성을 보여주는 그래프다.
도 3은 금속 산화물 반도체로만으로 이루어진 채널을 포함하는 박막 트랜지스터에서 트랜스퍼 커브(transfer curve)를 반복하여 측정시 I-V 특성을 보여주는 그래프다.
도 4는 일 실시예에 따른 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터의 I-V 특성 곡선이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도다.
도 2는 금속 질산화물 반도체로만으로 이루어진 채널을 포함하는 박막 트랜지스터에서 트랜스퍼 커브(transfer curve)를 반복하여 측정시 I-V 특성을 보여주는 그래프다.
도 3은 금속 산화물 반도체로만으로 이루어진 채널을 포함하는 박막 트랜지스터에서 트랜스퍼 커브(transfer curve)를 반복하여 측정시 I-V 특성을 보여주는 그래프다.
도 4는 일 실시예에 따른 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터의 I-V 특성 곡선이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다. 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 명세서를 통하여 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 일 실시예에 따른 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터(100)의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도다.
도 1을 참조하면, 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터(100)는 기판(110) 상의 게이트 전극(120)과, 기판(110) 상에서 게이트 전극(120)을 덮는 게이트 절연층(130)을 포함한다. 게이트 절연층(130) 상에는 게이트 전극(120)과 대응되게 이중 채널층이 형성된다. 이중 채널층은 게이트 절연층(130) 상으로 순차적으로 형성된 제1 채널층(141)과 제2 채널층(142)을 포함한다. 제2 채널층(142) 상에는 식각 정지층(150)이 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 식각 정지층(150)은 생략될 수도 있다.
게이트 절연층(130) 상에는 제1 채널층(141) 및 제2 채널층(142)의 양단과 각각 연결되게 소스 전극(161)과 드레인 전극(162)이 형성된다.
도 1에는 도시되지 않았지만, 기판(110) 상으로 소스 전극(161) 및 드레인 전극(162)을 덮는 패시베이션층이 더 형성될 수도 있다.
기판(110)은 일반적인 반도체 소자에 사용되는 기판(110)을 사용할 수 있으며, 예를 들어 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
게이트 전극(120)은 도전성 물질을 사용하여 형성된 것일 수 있으며, 예를 들어 Ti, Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Al, W 또는 Cu와 같은 금속 또는 IZO(InZnO), AZO(AlZnO), ITO(indium tin oxide)와 같은 도전성 산화물일 수 있다.
게이트 절연층(130)은 일반적인 반도체 소자에 사용되는 절연 물질을 사용하여 형성된 것일 수 있다. 구체적으로, 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 옥사이드 보다 유전율이 높은 High-K 물질인 하프늄 옥사이드(HfO2), 알루미나(Al2O3 ), 실리콘 나이드라이드 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
제1 채널층(141)은 ZnO, InOx, GaOx, SnOx, HfOx, ZrOx, MgOx, TiOx, SiOx 중 적어도 하나를 포함하는 금속 산화물 반도체로 이루어지거나, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 제1 채널층(141)은 예컨대 GaInZnO 또는 HfInZnO 로 이루어질 수 있다. 제1 채널층(141)은 이하에서는 하부 채널층이라고도 칭한다.
제2 채널층(142)은 ZnON, GaON, AlON, SiON, HfON, ZrON, MgON, TiO 중 적어도 하나를 포함하는 금속 질산화물 반도체로 이루어지거나, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 제2 채널층(142)을 ZnON 로 형성되는 경우, Zn 은 45~55 원자%, O(산소)는 0.1~10 원자%, N(질소)은 45~55 원자%일 수 있다. 또한, 불소를 더 포함하는 경우, 불소는 대략 1~5 원자% 포함될 수 있다. 제2 채널층(142)은 이하에서는 상부 채널층이라고도 칭한다.
제1 채널층(141)은 금속 질산화물 반도체로만으로 이루어진 채널을 포함하는 박막 트랜지스터에서 트랜스퍼 커브(transfer curve)를 반복하여 측정시 문턱전압이 네거티브 방향으로 이동하는 특성을 보이는 것을 보완한다. 금속 질산화물 반도체로만 이루어진 채널을 포함하는 박막 트랜지스터에서는 금속 질산화물 반도체가 게이트 절연층으로 이루어진 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 나이트라이드와의 계면에 전하 트랩이 많이 형성되며, 이에 따라 문턱전압의 이동 특성이 발생되며, 따라서, 박막 트랜지스터의 신뢰성이 저하된다.
도 2는 금속 질산화물 반도체로만으로 이루어진 채널을 포함하는 박막 트랜지스터에서 트랜스퍼 커브(transfer curve)를 반복하여 측정시 I-V 특성을 보여주는 그래프다. 금속 질산화물 반도체로는 불소가 포함된 ZnON 반도체를 사용하였다. Zn 는 45 원자%, 산소(O) 5원자%, N 45원자%, F 5원자%인 반도체를 사용하였다.
도 2를 참조하면, 문턱전압이 스윕(sweep)을 반복하게 됨에 따라 네거티브 방향으로 이동하며, 5회 반복시 문턱전압이 2.43V 이동하였다.
한편, 금속 산화물 반도체만으로 이루어진 박막 트랜지스터는 광을 조사하기 전후에 트랜스퍼 커브의 위치가 변할 수 있다. 이는 광 조사에 의해서 생성된 정공 캐리어(hole carrier)가 광 조사후에도 소멸되지 않아 금속 산화물 반도체가 전도성을 가지게 된다. 이러한 효과를 PPC 효과(persistent conductivity effect)라고 칭한다.
도 3은 금속 산화물 반도체로만으로 이루어진 채널을 포함하는 박막 트랜지스터에서 트랜스퍼 커브(transfer curve)를 반복하여 측정시 I-V 특성을 보여주는 그래프다. 금속 산화물 반도체로는 HfInZnO 반도체를 사용하였다. Hf 5 원자%, In 20 원자%, Zn 25 원자%, 산소(O) 50원자%인 반도체를 사용하였다.
도 3을 참조하면, 문턱전압이 스윕을 반복하게 됨에 따라 네거티브 방향으로 이동하며, 5회 반복시 문턱전압이 0.28V 이동하였다. 이와 같이 금속 산화물 반도체 채널을 가진 박막 트랜지스터에서 문턱전압의 이동이 억제되는 것은 금속 산화물 반도체 채널과 게이트 절연층 사이에서의 전하 트랩 수가 감소하기 때문이다.
일 실시예에서는, 금속 산화물 반도체로 이루어진 제1 채널층(141)과 금속 질산화물 반도체로 이루어진 제2 채널층(142)를 적층하여 채널층으로 사용함으로써, 제1 채널층(141)이 게이트 절연층(130)과의 경계면에 형성되는 전하 트랩 수를 감소시키며, 제2 채널층(142)이 광조사에 의한 PPC 효과를 감소시키게 하는 것이다.
제1 채널층(141)과 제2 채널층(142)은 도 1에서 보듯이 동일한 길이로 이루어질 수 있다. 즉, 제1 채널층(141) 보다 제2 채널층(142)이 긴 경우, 제조공정에서 제2 채널층(142)이 게이트 절연층(130)과 접촉될 수 있으므로 이를 회피하여야 한다. 또한, 제1 채널층(141)이 제2 채널층(142) 보다 긴 경우, 제2 채널층(142)에 노출된 제1 채널층(141)로 전하가 이동될 수 있으므로, 이를 방지하기 위해서 제1 채널층(141)은 제2 채널층(142) 보다 길지 않게 형성된다. 따라서, 제1 채널층(141)과 제2 채널층(142)은 동일한 길이로 이루어져야 위에서 언급한 현상을 방지할 수 있다.
제1 채널층(141)은 게이트 절연층(130)과 제2 채널층(142) 사이의 표면 특성을 양호하게 하기 위한 것일 수 있으며, 대략 1nm~10nm 두께로 형성될 수 있다. 제1 채널층(141)은 스퍼터링 방법으로 게이트 절연층(130) 상에 증착될 수 있다.
제2 채널층(142)은 실질적으로 전하가 이동하는 통로이며, 대략 10nm~100nm 두께로 형성될 수 있다. 제2 채널층(142)는 제1 채널층(141) 상에 반응성 스퍼터링 방법으로 형성될 수 있다.
식각 정지층(150)은 제1 채널층(141) 및 제2 채널층(142) 상의 소스 전극(161) 및 드레인 전극(162)의 패터닝 과정에서 제2 채널층(142) 및 제1 채널층(141)을 보호하기 위한 것이다. 식각 정지층(150)은 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 나이트라이드로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서는 식각 정지층(150)이 생략될 수도 있다.
소스 전극(161) 및 드레인 전극(162)은 도전성 물질을 사용하여 형성된 것일 수 있으며, 예를 들어 Ti, Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Al, W 또는 Cu와 같은 금속 또는 IZO(InZnO), AZO(AlZnO), ITO(indium tin oxide)와 같은 도전성 산화물 등을 사용할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터의 I-V 특성 곡선이다. 이중 채널층으로 게이트 절연층과 접촉하는 제1 채널층은 HfInZnO 반도체를 사용하였으며, 그 조성은 Hf 5 원자%, In 20 원자%, Zn 25 원자%, 산소(O) 50원자%이였다. 제2 채널층은 불소가 포함된 ZnON 반도체를 사용하였으며, 그 조성은 Zn 45 원자%, 산소(O) 5원자%, N 45원자%, F 5원자%이였다.
도 4를 참조하면, 문턱전압이 스윕을 반복하게 됨에 따라 네거티브 방향으로 이동하나, 5회 반복시 문턱전압의 이동은 0.66V 이동하는 데 불과하였다.
이와 같이, 징크 옥시나이트라이드계 채널을 사용하면서도 문턱전압의 이동이 적게 나타난 것은 징크 옥시나이트라이드계 채널과 게이트 절연층 사이에 징크 산화물 반도체 채널을 사용하여 채널층과 게이트 절연층 사이에 전하 트랩이 많이 생성되는 것을 방지한 때문이다. 한편, 징크 옥시나이트라이계 채널의 사용으로 광조사에 의한 PPC 효과를 줄일 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 실시예에 따른 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터(200)의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도다. 도 1의 구조와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터(200)는 기판(210) 상의 이중 채널층과, 이중 채널층 상에 순차적으로 형성된 게이트 절연층(230)과 게이트 전극(220)을 포함한다. 기판(210) 상에서 이중 채널층의 양단과 각각 연결되게 소스 전극(261)과 드레인 전극(262)이 형성된다. 이중 채널층은 게이트 절연층(230) 상으로 순차적으로 형성된 제1 채널층(241)과 제2 채널층(242)을 포함한다.
기판(210)은 일반적인 반도체 소자에 사용되는 기판(210)을 사용할 수 있으며, 예를 들어 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
게이트 전극(220)은 도전성 물질을 사용하여 형성된 것일 수 있으며, 예를 들어 Ti, Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Al, W 또는 Cu와 같은 금속 또는 IZO(InZnO), AZO(AlZnO), ITO(indium tin oxide)와 같은 도전성 산화물일 수 있다.
게이트 절연층(230)은 일반적인 반도체 소자에 사용되는 절연 물질을 사용하여 형성된 것일 수 있다. 구체적으로, 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 옥사이드 보다 유전율이 높은 High-K 물질인 하프늄 옥사이드(HfO2), 알루미나(Al2O3 ), 실리콘 나이드라이드 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
제1 채널층(241)은 ZnO, InOx, GaOx, SnOx, HfOx, ZrOx, MgOx, TiOx, SiOx 중 적어도 하나를 포함하는 금속 산화물 반도체로 이루어지거나, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 제1 채널층(241)은 예컨대 GaInZnO 또는 HfInZnO 로 이루어질 수 있다.
제2 채널층(242)은 ZnON, GaON, AlON, SiON, HfON, ZrON, MgON, TiO 중 적어도 하나를 포함하는 금속 질산화물 반도체로 이루어지거나, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 제2 채널층(242)을 ZnON 로 형성되는 경우, Zn 은 45~55 원자%, O(산소)는 0.1~10 원자%, N(질소)은 45~55 원자%일 수 있다. 또한, 불소를 더 포함하는 경우, 불소는 대략 1~5 원자% 포함될 수 있다.
제1 채널층(241)은 금속 질산화물 반도체로만으로 이루어진 채널을 포함하는 박막 트랜지스터에서 트랜스퍼 커브(transfer curve)를 반복하여 측정시 문턱전압이 네거티브 방향으로 이동하는 특성을 보이는 것을 보완한다. 금속 질산화물 반도체로만 이루어진 채널을 포함하는 박막 트랜지스터에서는 금속 질산화물 반도체가 게이트 절연층으로 이루어진 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 나이트라이드와의 계면에 전하 트랩이 많이 형성되며, 이에 따라 문턱전압의 이동 특성이 발생되며, 따라서, 박막 트랜지스터의 신뢰성이 저하된다.
실시예에 따른 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터에 따르면, 고이동도 (10~70 cm2/Vs) 특성을 유지하면서도, 트랜스 커브 반복 측정시 문턱전압의 이동을 최소화할 수 있다. 이는 디스플레이 등의 스위칭 소자 제작시 반복된 신호를 인가함에 따라 스위칭 소자의 초기 문턱전압이 안정된 값을 유지하게 해주며, 이는 소자의 신뢰성 (NBTI: negative bias temperature instability) 향상을 가져온다.
또한, 디스플레이 등으로부터 발생하는 빛이 박막 트랜지스터에 침투할 경우, 종래 금속 산화물 반도체 채널층의 PPC 효과(persistent conductivity effect)로 인해 박막 트랜지스터의 신뢰성이 저하되는 문제가 발생하였으나, 금속 질산화물 채널을 함께 채용함으로써 빛에 의한 박막 트랜지스터의 신뢰성 저하를 최소화 할 수 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터
110: 기판 120: 게이트 전극
130: 게이트 절연층 141: 제1 채널층(하부 채널층)
142: 제2 채널층(상부 채널층) 150: 식각 정지층
161: 소스 전극 162: 드레인 전극
110: 기판 120: 게이트 전극
130: 게이트 절연층 141: 제1 채널층(하부 채널층)
142: 제2 채널층(상부 채널층) 150: 식각 정지층
161: 소스 전극 162: 드레인 전극
Claims (13)
- 제1 채널층 및 제2 채널층을 포함하는 복수의 채널층;
상기 복수의 채널층 각각의 양단과 접촉하게 형성된 소스 전극 및 드레인 전극; 및
상기 복수의 채널층에 전계를 인가하는 게이트 전극을 포함하며,
상기 제1 채널층은 메탈 옥사이드층이며, 상기 제2 채널층은 메탈 옥시나이트라이드층인 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 채널층이 상기 제2 채널층보다 상기 게이트 전극에 인접하게 형성된 박막 트랜지스터. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 채널층과 상기 게이트 전극 사이에 형성된 게이트 절연층을 더 포함하는 박막 트랜지스터. - 제 1 항에 있어서,
상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 연결하는 방향에서, 상기 제1 채널층 및 상기 제2 채널층의 길이는 실질적으로 동일한 박막 트랜지스터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2 채널층은 상기 제1 채널층 보다 두꺼운 박막 트랜지스터. - 제 5 항에 있어서,
상기 제2 채널층은 10nm~100nm 두께를 가진 박막 트랜지스터. - 제 5 항에 있어서,
상기 제1 채널층은 1nm~10nm 두께를 가진 박막 트랜지스터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 채널층은 ZnO, InOx, GaOx, SnOx, HfOx, ZrOx, MgOx, TiOx, SiOx 중 적어도 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 박막 트랜지스터. - 제 8 항에 있어서,
상기 제1 채널층은 GaInZnO 또는 HfInZnO 로 이루어진 박막 트랜지스터. - 제 8 항에 있어서,
상기 제2 채널층은 ZnON, GaON, AlON, SiON, HfON, ZrON, MgON, TiO 적어도 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 박막 트랜지스터. - 제 10 항에 있어서,
상기 제2 채널층은 ZnON계 층이며, 불소가 불순물로 1-5 원자% 포함된 박막 트랜지스터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2 채널층 상에 형성된 식각정지층을 더 구비하는 박막 트랜지스터. - 제 1 항에 있어서,
상기 게이트 전극 하부의 기판을 더 구비하며,
상기 게이트 절연층은 상기 기판 상의 상기 게이트 전극을 덮는 박막 트랜지스터.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130143061A KR20150059681A (ko) | 2013-11-22 | 2013-11-22 | 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130143061A KR20150059681A (ko) | 2013-11-22 | 2013-11-22 | 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150059681A true KR20150059681A (ko) | 2015-06-02 |
Family
ID=53490806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130143061A KR20150059681A (ko) | 2013-11-22 | 2013-11-22 | 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20150059681A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200093215A (ko) | 2019-01-28 | 2020-08-05 | 연세대학교 산학협력단 | 이중 채널층을 구비한 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법 |
| KR20210060352A (ko) | 2019-11-18 | 2021-05-26 | 고려대학교 산학협력단 | 다층 채널 박막 트랜지스터 및 이의 제조방법 |
-
2013
- 2013-11-22 KR KR1020130143061A patent/KR20150059681A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200093215A (ko) | 2019-01-28 | 2020-08-05 | 연세대학교 산학협력단 | 이중 채널층을 구비한 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법 |
| KR20210060352A (ko) | 2019-11-18 | 2021-05-26 | 고려대학교 산학협력단 | 다층 채널 박막 트랜지스터 및 이의 제조방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| USRE48290E1 (en) | Thin film transistor array panel | |
| JP6615965B2 (ja) | トランジスタの作製方法 | |
| US8466462B2 (en) | Thin film transistor and method of fabricating the same | |
| KR101963226B1 (ko) | 트랜지스터와 그 제조방법 및 트랜지스터를 포함하는 전자소자 | |
| KR101832361B1 (ko) | 박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법 | |
| EP2348531B1 (en) | Thin film transistor and method of manufacturing the same | |
| KR102100927B1 (ko) | 트랜지스터와 그 제조방법 및 트랜지스터를 포함하는 전자소자 | |
| KR20110010323A (ko) | 박막 트랜지스터 및 그 제조방법 | |
| KR20150025621A (ko) | 트랜지스터와 그 제조방법 및 트랜지스터를 포함하는 전자소자 | |
| KR101694270B1 (ko) | 고속전자센서용 기판 및 그 제조방법 | |
| KR101587129B1 (ko) | 양방향성 트랜지스터 및 그 제조방법 | |
| KR101625207B1 (ko) | 박막 트랜지스터 및 그 제조방법 | |
| KR20110080118A (ko) | 다층의 식각 정지층을 구비한 박막 트랜지스터 및 그 제조방법 | |
| KR20150059681A (ko) | 이중 채널층을 가진 박막 트랜지스터 | |
| KR20150016034A (ko) | 징크 옥시나이트라이드 계의 다중 채널층을 가진 박막 트랜지스터 | |
| KR20150060034A (ko) | 이중 게이트 전극을 가진 박막 트랜지스터 | |
| KR101040137B1 (ko) | 비대칭 전극 구조를 적용한 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법 | |
| KR20150055475A (ko) | 높은 온/오프 전류비를 가진 박막 트랜지스터 | |
| KR101450841B1 (ko) | 박막 트랜지스터 및 그 제조방법 | |
| KR20150058643A (ko) | 징크 옥시나이트라이드 박막 트랜지스터 | |
| US20180061865A1 (en) | Thin film transistor array panel | |
| Choi | Effect of channel scaling on zinc oxide thin-film transistor prepared by atomic layer deposition | |
| Kim et al. | 22‐1: Invited Paper: About a Trench Oxide TFT | |
| Wong et al. | Elevated‐Metal Metal‐Oxide Thin‐Film Transistors: A Back‐Gate Transistor Architecture with Annealing‐Induced Source/Drain Regions | |
| KR20150018917A (ko) | 금속 질산화물 채널층을 구비한 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법, 이를 포함하는 디스플레이 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |