KR20180067059A - Oxide thin film, method of manufacturing the same and oxide thin film transistor the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 산화물 박막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 산화물 박막 트랜지스터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선택적 자외선 조사, 과산화수소 처리 및 열처리된 산화물 박막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 산화물 박막 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to an oxide thin film, a method of manufacturing the same, and an oxide thin film transistor including the oxide thin film, and more particularly, to an oxide thin film, a method of manufacturing the same, and an oxide thin film transistor including the oxide thin film.
액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)와 같은 평판표시장치(Flat Panel Display, FPD)에서는 각각의 화소에 박막 트랜지스터와 같은 능동소자가 구비되어 표시소자를 구동한다. 이러한 방식의 표시소자의 구동방식을 흔히 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 구동방식이라 하는데, 상기 액티브 매트릭스 방식에서는 상기 박막 트랜지스터가 각각의 화소에 배치되어 해당 화소를 구동하게 된다.In a flat panel display (FPD) such as a liquid crystal display (LCD), each pixel is provided with an active element such as a thin film transistor to drive the display element. In this active matrix method, the thin film transistor is arranged in each pixel to drive the corresponding pixel. In the active matrix method, the driving method of the display device is generally referred to as an active matrix (AM) driving method.
한편, 일반적인 박막트랜지스터는 반도체층(활성층, 채널층)으로 비정질 실리콘을 이용하여 왔으나, 비정질 실리콘은 전자 이동 속도가 느려서 초대형 화면에서는 고해상도 및 고속구동 능력을 실현하기가 어려웠다. 그래서 비정질 실리콘보다 전자 이동 속도가 10배 이상 빠른 산화물 박막 트랜지스터가 등장하였고, 이것은 최근 UD(Ultra Definition) 이상의 고해상도 및 240 Hz 이상의 고속구동에 적합한 소자로 각광받고 있다.On the other hand, a general thin film transistor has used amorphous silicon as a semiconductor layer (active layer, channel layer), but amorphous silicon has a slow electron transfer speed, and it is difficult to realize a high resolution and a high driving ability in a very large screen. Therefore, an oxide thin film transistor having an
최근, 실리콘 기반 반도체 소자를 대신할 산화물 반도체에 대한 연구가 널리 진행되고 있다. 재료적인 측면에서는 인듐 산화물(In2O3), 아연 산화물(ZnO), 갈륨 산화물(Ga2O3) 기반의 단일, 이성분계, 삼성분계 화합물에 대한 연구 결과가 보고되고 있다. 한편, 공정적인 측면에서 기존의 진공 증착을 대신한 액상기반 공정에 대한 연구가 진행되고 있다.Recently, researches on oxide semiconductors to replace silicon-based semiconductor devices have been widely carried out. Studies on single, binary, and ternary compounds based on indium oxide (In 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO) and gallium oxide (Ga 2 O 3 ) have been reported. On the other hand, a liquid-based process instead of conventional vacuum deposition is being studied in terms of process.
산화물 반도체는 수소화된 비정질 실리콘에 비하여 똑같이 비정질 상을 보이지만 매우 우수한 이동도(mobility)를 보이기 때문에, 고화질 액정표시장치(LCD)와 능동유기발광다이오드(Active Matrix Organic Light Emitting Diode, AMOLED)에 적합하다. 또한, 액상기반 공정을 이용한 산화물 반도체 제조 기술은 고비용의 진공 증착 방법에 비해서 저비용이라는 이점이 있다.Since the oxide semiconductor exhibits an amorphous phase equally in comparison with the hydrogenated amorphous silicon, it exhibits excellent mobility and is therefore suitable for a high-definition liquid crystal display (LCD) and an active matrix organic light emitting diode (AMOLED) . In addition, the oxide semiconductor manufacturing technology using a liquid-based process has an advantage in that it is less expensive than a high-cost vacuum deposition method.
그러나 산화물 반도체는 저온 폴리 실리콘(Low-Temperature Poly Silicon, LTPS) 대비 부족한 전기적 특성과 비정질 산화물 기인으로 발생되는 산소 결함(Oxygen vacancy)으로 인한 신뢰성 문제로 인해 제한적으로 적용되고 있다.However, oxide semiconductors have been limited due to the lack of electrical properties compared to low-temperature polysilicon (LTPS) and reliability problems due to oxygen vacancies caused by amorphous oxides.
이러한 비정질 산화물 박막 내에 존재하는 산소 결함은 캐리어 공급자의 역할과 소자 구동시 신뢰성 문제를 야기시키는 원인으로 작용하는 이중적인 특성을 가지고 있다.The oxygen defects present in the amorphous oxide thin film have a dual characteristic that acts as a carrier supplier and causes reliability problems in device driving.
소자의 신뢰성 향상을 위해 산소 결함을 줄이는 목적으로 산화물 박막을 높은 산소 가스 분위기에서 형성시 산소 결함을 감소시킬 수 있으나, 그와 함께 캐리어 농도 감소로 인해 산화물 반도체의 전기적 특성이 저하되는 문제가 발생한다.In order to improve the reliability of the device, oxygen defects can be reduced when the oxide thin film is formed in a high oxygen gas atmosphere for the purpose of reducing oxygen defects. However, there is a problem that the electrical characteristics of the oxide semiconductor are deteriorated due to the decrease in carrier concentration .
이러한 문제를 해결하기 위해 산화물 박막 형성 후에 플라즈마, 열과 자외선(UV), 그리고 고압 산소 어닐링 등의 높은 에너지 상태에서 하에서 산소를 주입하여 산소 결함을 감소시키는 기술들이 개발되고 있으나, 소자 특성 향상 대비 대면적 디스플레이 공정에 적용을 위해서는 대형화 어닐링 장비 구축 및 그에 따른 추가적인 공정 비용 문제로 적용되지 못하는 문제가 있다.To solve this problem, there have been developed technologies for reducing oxygen defects by implanting oxygen under a high energy state such as plasma, heat, ultraviolet (UV), and high pressure oxygen annealing after oxide thin film formation, There is a problem in that it is not applicable to the construction of the large-scale annealing equipment and the additional process cost.
따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 대면적 비정질 산화물 반도체의 특성과 신뢰성을 효과적으로 향상시키고 이를 대면적 공정에 최소 공정 및 최소 비용으로 적용 가능한 기술이 필요한 상황이다.Therefore, to solve this problem, it is necessary to effectively improve the characteristics and reliability of large-area amorphous oxide semiconductors and to apply them to the large-area process at minimum process cost and minimum cost.
본 발명의 실시예는 비정질 산화물 박막 내에 산소 결함의 증가 없이 추가적인 캐리어 농도 증가 및 산소 결함 감소를 통해 전기적 특성 및 신뢰성을 동시에 향상시키는 산화물 박막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 산화물 박막 트랜지스터를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention provide an oxide thin film which simultaneously improves electrical characteristics and reliability through an increase in carrier concentration and decrease in oxygen defects without increasing oxygen defects in the amorphous oxide thin film, a method for manufacturing the oxide thin film, and an oxide thin film transistor including the oxide thin film .
또한, 본 발명의 실시예는 대면적 공정에 가능한 포토리소그래피 공정 및 에칭 공정과 같은 방식으로 기존 공정을 활용할 수 있고, 추가적인 장비가 필요 없어 대면적 산화물 반도체 특성을 최소 비용으로 가능하게 하는 산화물 박막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 산화물 박막 트랜지스터를 제공하고자 한다.In addition, embodiments of the present invention can be applied to oxide thin films, which can utilize existing processes in the same manner as the photolithography process and the etching process that are possible for a large-area process, and which do not require additional equipment, A method of manufacturing the same, and an oxide thin film transistor including the same.
본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막은 선택적으로 자외선 조사되고, 과산화수소(H202)로 처리된 후, 열처리되어 형성된 것을 특징으로 한다.The oxide thin film according to an embodiment of the present invention is characterized in that it is selectively irradiated with ultraviolet rays, treated with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and then heat-treated.
본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막은 상기 자외선 조사에 의해 초친수성의 표면을 가질 수 있다.The oxide thin film according to the embodiment of the present invention may have superhydrophilic surface by the ultraviolet ray irradiation.
본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막은 상기 자외선 조사에 의해 표면에 결함이 생성되어 촉매 표면으로서 작용될 수 있다.The oxide thin film according to the embodiment of the present invention may generate defects on the surface by the ultraviolet irradiation and act as a catalyst surface.
본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막에 있어서, 상기 자외선은 185 nm 및 254 nm의 파장을 가질 수 있다.In the oxide thin film according to the embodiment of the present invention, the ultraviolet ray may have a wavelength of 185 nm and 254 nm.
본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막에 있어서, 상기 자외선은 5분 내지 15분 동안 조사될 수 있다.In the oxide thin film according to the embodiment of the present invention, the ultraviolet ray may be irradiated for 5 to 15 minutes.
본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막에 있어서, 상기 자외선은 마스크를 통해 선택적으로 조사될 수 있다.In the oxide thin film according to the embodiment of the present invention, the ultraviolet ray may be selectively irradiated through a mask.
본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막은 상기 과산화수소 처리에 의해 상기 산화물 박막 내에 하이드록실 라디칼이 도핑될 수 있다.The oxide thin film according to an embodiment of the present invention may be doped with hydroxyl radicals in the oxide thin film by the hydrogen peroxide treatment.
본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막에 있어서, 상기 과산화수소 처리는 상기 산화물 박막에 상기 과산화수소가 도포되거나 상기 산화물 박막이 상기 과산화수소에 디핑(dipping)될 수 있다.In the oxide thin film according to the embodiment of the present invention, the hydrogen peroxide treatment may apply the hydrogen peroxide to the oxide thin film, or the oxide thin film may be dipped in the hydrogen peroxide.
상기 과산화수소의 디핑 처리는 10초 내지 20초 동안 수행될 수 있다.The dipping treatment of the hydrogen peroxide may be performed for 10 seconds to 20 seconds.
본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막은 상기 열처리에 의해 상기 산화물 박막의 도핑이 안정화될 수 있다.The oxide thin film according to the embodiment of the present invention can stabilize the doping of the oxide thin film by the heat treatment.
본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막에 있어서, 상기 열처리는 120 ℃ 내지 130 ℃의 온도에서 2분 내지 3분 동안 수행될 수 있다.In the oxide thin film according to an embodiment of the present invention, the heat treatment may be performed at a temperature of 120 ° C to 130 ° C for 2 minutes to 3 minutes.
본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 기판 상에 형성된 게이트 전극; 상기 게이트 전극 상에 형성된 게이트 절연층; 상기 게이트 절연층 상에 형성된 채널층; 및 상기 채널층 상에 서로 이격되도록 형성된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고, 상기 채널층은 선택적으로 자외선 조사되고, 과산화수소(H202)로 처리된 후, 열처리되어 형성된 산화물 박막을 포함하는 것을 특징으로 한다.An oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention includes: a gate electrode formed on a substrate; A gate insulating layer formed on the gate electrode; A channel layer formed on the gate insulating layer; And a source electrode and a drain electrode formed on the channel layer so as to be spaced apart from each other, wherein the channel layer is selectively etched by ultraviolet light, treated with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and then thermally treated to form an oxide thin film .
본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 상기 채널층 상에 형성된 패시베이션층을 더 포함할 수 있다.The oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention may further include a passivation layer formed on the channel layer.
본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막의 제조방법은 산화물 박막 상에 선택적으로 자외선을 조사하는 단계; 상기 산화물 박막을 과산화수소(H202)로 처리하는 단계; 및 상기 산화물 박막을 열처리하는 단계를 포함한다.A method of fabricating an oxide thin film according to an embodiment of the present invention includes: selectively irradiating ultraviolet light onto an oxide thin film; Treating the oxide thin film with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ); And heat treating the oxide thin film.
본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계; 상기 게이트 절연층 상에 채널층을 형성하는 단계; 상기 채널층 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 서로 이격되도록 형성하는 단계; 및 상기 채널층을 선택적으로 도핑하는 단계를 포함하고, 상기 채널층을 선택적으로 도핑하는 단계는, 상기 채널층을 상에 선택적으로 자외선을 조사하는 단계; 상기 채널층을 과산화수소로 처리하는 단계; 및 상기 채널층을 열처리하는 단계를 포함한다.A method of fabricating an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention includes: forming a gate electrode on a substrate; Forming a gate insulating layer on the gate electrode; Forming a channel layer on the gate insulating layer; Forming a source electrode and a drain electrode on the channel layer so as to be spaced apart from each other; And selectively doping the channel layer, wherein selectively doping the channel layer comprises: irradiating ultraviolet light selectively on the channel layer; Treating the channel layer with hydrogen peroxide; And heat treating the channel layer.
본 발명의 실시예에 따르면, 산화물 박막 내의 캐리어 농도를 증가시키고 산소 결함을 효과적으로 감소시켜 전기적 특성 및 신뢰성을 동시에 향상시킬 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the carrier concentration in the oxide thin film can be increased and the oxygen defects can be effectively reduced, so that the electrical characteristics and the reliability can be improved at the same time.
본 발명의 실시예에 따르면, 신규 공정 장비의 추가 없이 기존 공정을 활용할 수 있어 소자의 전기적 특성 및 신뢰성 향상을 위한 제조비 상승을 최소화할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to utilize the existing process without adding a new process equipment, thereby minimizing an increase in manufacturing cost for improving the electrical characteristics and reliability of the device.
본 발명의 실시예에 따르면, 포토리소그래피 공정 및 용액 공정을 기반으로 대면적 비정질 산화물 반도체 박막을 용이하게 제조할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to easily manufacture a large-area amorphous oxide semiconductor thin film based on a photolithography process and a solution process.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막의 자외선 조사 공정을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막의 마스크를 통한 자외선 조사 공정을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막의 과산화수소 처리 공정을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막의 열처리 공정을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 자외선 조사 공정을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 과산화수소 처리 공정을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 열처리 공정을 나타낸 것이다.
도 8은 과산화수소 처리되지 않은 산화물 박막 트랜지스터 및 과산화수소 처리된 산화물 박막 트랜지스터의 전달 및 출력 특성을 나타낸 그래프이다.
도 9는 과산화수소 처리되지 않은 산화물 박막 트랜지스터, 자외선 조사 후 과산화수소 처리된 산화물 박막 트랜지스터 및 자외선 조사되지 않고 과산화수소 처리된 산화물 박막 트랜지스터의 전달 특성을 나타낸 그래프이다.
도 10 및 도 11은 과산화수소 처리되지 않은 산화물 박막 트랜지스터의 NBTS(Negative Bias Temperature Stress) 테스트 및 PBS(Positive Bias Stress) 테스트에 의한 전달 특성을 나타낸 그래프이다.
도 12 및 도 13은 자외선 조사 후 과산화수소 처리된 산화물 박막 트랜지스터의 NBTS 테스트 및 PBS 테스트에 의한 전달 특성을 나타낸 그래프이다.FIG. 1 shows a UV ray irradiation process of an oxide thin film according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates a process of irradiating ultraviolet rays through a mask of an oxide thin film according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows a process for treating hydrogen peroxide with an oxide thin film according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 illustrates a heat treatment process of an oxide thin film according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 illustrates a UV irradiation process of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 6 illustrates a hydrogen peroxide treatment process of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
7 illustrates a heat treatment process of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing transmission and output characteristics of an oxide thin film transistor not treated with hydrogen peroxide and an oxide thin film transistor treated with hydrogen peroxide.
9 is a graph showing transfer characteristics of an oxide thin film transistor not treated with hydrogen peroxide, an oxide thin film transistor treated with hydrogen peroxide after ultraviolet irradiation, and an oxide thin film transistor treated with hydrogen peroxide without being irradiated with ultraviolet rays.
FIGS. 10 and 11 are graphs showing transmission characteristics of the oxide thin film transistor not subjected to hydrogen peroxide treatment by NBTS (Negative Bias Temperature Stress) test and PBS (Positive Bias Stress) test.
12 and 13 are graphs showing the transfer characteristics of an oxide thin film transistor treated with hydrogen peroxide after ultraviolet irradiation by NBTS test and PBS test.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and accompanying drawings, but the present invention is not limited to or limited by the embodiments.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, the terms "embodiment," "example," "side," "example," and the like should be construed as advantageous or advantageous over any other aspect or design It does not.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.Also, the term 'or' implies an inclusive or 'inclusive' rather than an exclusive or 'exclusive'. That is, unless expressly stated otherwise or clear from the context, the expression 'x uses a or b' means any of the natural inclusive permutations.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Also, the phrase "a" or "an ", as used in the specification and claims, unless the context clearly dictates otherwise, or to the singular form, .
또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.It will also be understood that when an element such as a film, layer, region, configuration request, etc. is referred to as being "on" or "on" another element, And the like are included.
본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막은 선택적으로 자외선 조사되고, 과산화수소(H202)로 처리된 후, 열처리되어 형성된다.The oxide thin film according to the embodiment of the present invention is selectively irradiated with ultraviolet rays, treated with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and then heat-treated.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 및 이의 제조방법을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an oxide thin film according to an embodiment of the present invention and a method of manufacturing the oxide thin film will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4. FIG.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막의 자외선 조사 공정을 나타낸 것이다.FIG. 1 shows a UV ray irradiation process of an oxide thin film according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막(10)은 선택적으로 자외선(Ultraviolet ray, UV)(100) 조사된다. 자외선(100) 조사된 산화물 박막(10)의 표면은 추후 처리될 과산화수소(H2O2)의 습윤 및 분해를 유도할 수 있다.Referring to FIG. 1, an oxide
산화물 박막(10)은 자외선(100) 조사에 의해 초친수성의 표면을 가질 수 있다. 구체적으로, 산화물 박막(10)은 자외선(100) 조사에 의해 산화물 박막(10)의 표면에 결함이 생성되어, 자외선(100) 조사된 산화물 박막(10)의 표면은 자발적인 하이드록실 라디칼(hydroxyl radical, OH*) 유도를 위한 촉매 표면(catalytic surface)으로서 작용될 수 있다.The oxide
자외선(100)은 제한되지는 않으나, 예를 들어, 185 nm 및 254 nm의 파장을 가질 수 있으며, 자외선의 파장에 따라 조사 시간이 변화 될수 있다.The
자외선(100)은 파장에 따라 5분 내지 15분 동안 산화물 박막(10)에 조사될 수 있다.The
자외선(100)은 예를 들어, 자외선 램프 또는 자외선 레이저 등을 통해 산화물 박막(10)에 조사될 수 있다.The
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막의 마스크를 통한 자외선 조사 공정을 나타낸 것이다.FIG. 2 illustrates a process of irradiating ultraviolet rays through a mask of an oxide thin film according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 자외선(100)은 마스크(120) 또는 증착된 소스/드레인 전극 이용한 자체 마스크 효과를 통해 산화물 박막(10)에 선택적으로 조사될 수 있다. 구체적으로, 산화물 박막(10)은 마스크(120)를 통해 조사하고자 하는 부분에만 선택적으로 자외선(100) 조사될 수 있다.As shown in FIG. 2, the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막의 과산화수소 처리 공정을 나타낸 것이다.FIG. 3 shows a process for treating hydrogen peroxide with an oxide thin film according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막(10)은 선택적으로 자외선(100)(도 1 또는 도 2 참조) 조사된 후, 과산화수소(H202)(200)로 처리된다.3, an oxide
산화물 박막(10)은 과산화수소(200) 처리에 의해 산화물 박막(10) 내에 하이드록실 라디칼이 생성될 수 있다. 즉, 산화물 박막(10)은 과산화수소(200) 처리에 의해 산화물 박막(10) 내에 하이드록실 라디칼이 도핑될 수 있다. 하이드록실 라디칼의 도핑은 과산화수소(200) 처리에 의한 산화물 박막(10) 내의 하이드록실 라디칼 생성 및 확산(흡착)을 통해 이루어질 수 있다.Hydroxide radicals may be generated in the oxide
도 3에 도시된 바와 같이, 과산화수소(200) 처리는 산화물 박막(10) 상에 과산화수소(200)를 도포하는 방법이 이용될 수 있다.As shown in Fig. 3, the hydrogen peroxide (200) treatment can be performed by applying the hydrogen peroxide (200) on the oxide thin film (10).
또한, 과산화수소(200) 처리는 특별히 도시되지는 않았으나, 과산화수소(200)가 담긴 조(bath) 내에 산화물 박막(10)을 디핑(dipping) 하는 방법이 이용될 수 있다. 즉, 산화물 박막(10)은 과산화수소(200)에 디핑될 수 있고, 과산화수소(200)의 디핑 처리는 자외선 처리에 의한 초친수성 표면과 반응성이 강한 라디칼 생성에 의한 반응으로 인해, 10초 내지 20초 동안의 짧은 시간 안에 수행될 수 있다.The
실시예에 따라, 산화물 박막(10)의 반응성이 강한 라디칼 및 이온 도핑을 위하여 과산화수소 이외에 다른 용액이 이용될 수 있다.According to the embodiment, a solution other than hydrogen peroxide may be used for doping the highly reactive radical and ions of the oxide
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막의 열처리 공정을 나타낸 것이다.FIG. 4 illustrates a heat treatment process of an oxide thin film according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막(10)은 과산화수소(200)(도 3 참조)로 처리된 후, 열처리(300)된다.Referring to FIG. 4, an oxide
산화물 박막(10)은 열처리(300)에 의해 과산화수소(200)로 인한 물(H2O)을 건조시킬 수 있고, 도핑 라디칼의 확산과 반응을 가속화시킴에 따라 도핑 특성을 안정화시킬 수 있다. 구체적으로, 과산화수소(200) 처리에 의해 하이드록실 라디칼이 도핑된 산화물 박막(10)은 열처리(300)를 통해 하이드록실 라디칼 도핑된 산화물 박막 특성의 안정성이 향상될 수 있다.The oxide
열처리(300)는 120 ℃ 내지 130 ℃의 온도에서 2분 내지 3분 동안 수행될 수 있다.The
본 발명의 실시예에 따르면, 산화물 박막(10)은 우선 자외선(100)(도 1 또는 도 2 참조) 조사에 의해 산화물 박막(10)의 표면에 결함이 형성되어 산화물 박막(10)의 표면은 촉매 표면으로서 작용하게 된다.According to the embodiment of the present invention, the oxide
이후 과산화수소(200)(도 3 참조) 처리를 통해, 과산화수소(200)는 산화물 박막(10)의 촉매 표면에 의해 화학적으로 분해되고 과산화수소(200)의 분해에 의해 하이드록실 라디칼이 생성된다. 상기 하이드록실 라디칼은 산화물 박막(10) 내로 확산되어 산화물 박막(10)은 하이드록실 라디칼로 도핑되게 된다.3), the
여기서, 과산화수소(200)의 분해는 아래의 화학식 1을 따를 수 있다.Here, the decomposition of the
[화학식 1][Chemical Formula 1]
H2O2 + 산화물 박막의 결함이 있는 표면 → OH* + OH*Defective surface of H 2 O 2 + oxide thin film → OH * + OH *
또한, 하이드록실 라디칼은 아래의 화학식 2와 같이, 과산화수소가 도핑되는 산화물 박막 표면에서는 과산화수소(200)와 히드록실 라디칼이 반응하여 산소(O2)를 생성할 수 있고, 상기 생성된 산소에 의해 산화물 박막(10)의 표면에서는 일반적인 산화물 박막 표면의 추가적인 산소 처리 효과와 같이 산화물 박막의 결함을 감소시킴에 따라 공기 중의 산소와 수분에 대한 박막의 자체 패시베이션(passivation) 효과를 얻을 수 있다.The hydroxyl radical may react with hydroxyl radicals to generate oxygen (O 2 ) on the surface of the oxide thin film doped with hydrogen peroxide, as shown in the following chemical formula ( 2 ) On the surface of the
[화학식 2](2)
H2O2 + OH* → HO2* + OH* + H2O → H2O +O2 … (1)H 2 O 2 + OH *? HO 2 * + OH * + H 2 O? H 2 O + O 2 ... (One)
M+(Metal) +산소결함+ OH* → M-OH … (2)M + (Metal) + Oxygen defect + OH * - M-OH ... (2)
M+(Metal) +산소결함+O2 → M-O-M … (3)M + (Metal) + Oxygen defect + O 2 → MOM ... (3)
본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막은 산화물 박막을 포함하는 모든 반도체 소자에 포함될 수 있다. 예를 들어, 산화물 박막 트랜지스터는 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막을 채널층으로서 포함할 수 있다.The oxide thin film according to an embodiment of the present invention may be included in all semiconductor devices including an oxide thin film. For example, an oxide thin film transistor may include an oxide thin film according to an embodiment of the present invention as a channel layer.
이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터 및 이의 제조방법을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an oxide thin film transistor and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 5 to 7. FIG.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 자외선 조사 공정을 나타낸 것이다.FIG. 5 illustrates a UV irradiation process of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 기판(미도시), 게이트 전극(20), 게이트 절연층(미도시), 채널층(10), 소스 전극 및 드레인 전극(30)을 포함하고, 채널층(10)은 선택적으로 자외선 조사되고, 과산화수소(H202)로 처리된 후, 열처리되어 형성된 산화물 박막을 포함한다.5, an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention includes a substrate (not shown), a
기판(미도시)은 특별한 제한 없이 사용될 수 있으나, 실리콘 기판, 유리 기판, 또는 플라스틱 기판일 수 있다.The substrate (not shown) may be used without particular limitation, but may be a silicon substrate, a glass substrate, or a plastic substrate.
게이트 전극(20)은 기판(미도시) 상에 형성된다.The
게이트 전극(20)은 산화물 박막 트랜지스터를 온/오프 하기 위한 전압을 인가하기 위한 구성으로서, 금속 또는 금속 산화물과 같은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 게이트 전극(20)은 Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Al, W, Cu 등과 같은 금속 또는 IZO(InZnO), AZO(AlZnO) 등과 같은 전도성 산화물로 형성될 수 있다.The
게이트 전극(20)의 형성방법은 공지의 기술이 제한 없이 적용될 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(20)은 금속 또는 전도성 산화물을 기판 상에 증착한 후 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다.The
게이트 절연층(미도시)은 게이트 전극(20) 상에 형성된다.A gate insulating layer (not shown) is formed on the
게이트 절연층(미도시)은 반도체 소자에 통상적으로 사용되는 절연 물질을 이용하여 게이트 전극을 덮도록 기판(미도시) 상부에 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연층(미도시)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 알루미늄 산화물, 하프늄 산화물 등으로 형성될 수 있다.The gate insulating layer (not shown) may be formed on the substrate (not shown) to cover the gate electrode using an insulating material conventionally used for semiconductor devices. For example, the gate insulating layer (not shown) may be formed of silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, or the like.
게이트 절연층(미도시)의 형성방법은 공지의 기술이 제한 없이 적용될 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연층(미도시)은 절연물질을 게이트 전극(20)이 형성된 기판(미도시) 상에 증착함으로써 형성될 수 있다.A known technique for forming the gate insulating layer (not shown) can be applied without limitation. For example, a gate insulating layer (not shown) may be formed by depositing an insulating material on a substrate (not shown) on which the
채널층(10)은 게이트 절연층(미도시) 상에 형성된다.The
채널층(10)은 인듐 갈륨 징크 옥사이드(IGZO; InGaZnO)와 같은 다중성분계 물질, 인듐 징크 옥사이드(IZO; InZnO)와 같은 이중성분계 물질 또는 징크 옥사이드(ZnO)와 같은 단일성분계 산화물 박막으로 형성될 수 있다.The
채널층(10)은 예를 들어, 인듐 옥사이드(InO), 징크 옥사이드(ZnO), 틴 옥사이드(SnO), 인듐 징크 옥사이드(InZnO), 인듐 갈륨 옥사이드(InGaO), 징크 틴 옥사이드(ZnSnO), 인듐 틴 징크 옥사이드(InSnZnO) 또는 인듐 갈륨 징크 옥사이드(InGaZnO) 등으로 형성될 수 있다.The
일례로, 채널층(10)이 인듐 갈륨 징크 옥사이드(InGaZnO)로 형성될 경우, 인듐, 갈륨 및 아연의 몰 비율은 1:1:1일 수 있다.For example, when the
채널층(10)의 형성방법은 공지의 기술이 제한 없이 적용될 수 있다. 예를 들어, 채널층(10)은 스퍼터링법(Sputtering), 화학기상증착법(CVD), 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition; ALD) 또는 스핀코팅법(Spin coating)에 의해 형성될 수 있다.The
소스 전극 및 드레인 전극(30)은 채널층(10) 상에 서로 이격되도록 형성된다. 즉, 소스 전극 및 드레인 전극(30)은 서로 이격되도록 위치하고 채널층(10)의 양쪽에 각각 접하도록 형성될 수 있다.The source electrode and the
소스 전극 및 드레인 전극(30)은 금속 또는 금속 산화물과 같은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 소스 전극 및 드레인 전극(30)은 Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Al, W, Cu 등과 같은 금속 또는 IZO(InZnO), AZO(AlZnO) 등과 같은 전도성 산화물로 형성될 수 있다.The source electrode and the
소스 전극 및 드레인 전극(30)의 형성방법은 공지의 기술이 제한 없이 적용될 수 있다. 예를 들어, 소스 전극 및 드레인 전극(30)은 채널층(10)이 형성된 기판(미도시) 상에 금속 또는 전도성 산화물을 증착한 후 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다.The source electrode and the
본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 도 5에 도시된 바와 같이, 선택적으로 자외선(100) 조사된다.As shown in FIG. 5, the oxide thin film transistor according to the embodiment of the present invention is selectively irradiated with an ultraviolet ray (100).
구체적으로, 기판(미도시), 게이트 전극(20), 게이트 절연층(미도시), 채널층(10), 소스 전극 및 드레인 전극(30)으로 구성된 산화물 박막 트랜지스터는 소스 전극 및 드레인 전극(30) 사이로 노출된 채널층(10)에 선택적으로 자외선(100) 조사될 수 있다.Specifically, an oxide thin film transistor composed of a substrate (not shown), a
자외선(100) 조사된 채널층(10)의 표면은 추후 처리될 과산화수소의 습윤 및 분해를 유도할 수 있다.The surface of the ultraviolet (100) irradiated
채널층(10)은 자외선(100) 조사에 의해 초친수성의 표면을 가질 수 있다. 구체적으로, 채널층(10)은 자외선(100) 조사에 의해 채널층(10)의 표면에 결함이 생성되어, 자외선(100) 조사된 채널층(10)의 표면은 자발적인 하이드록실 라디칼 유도를 위한 촉매 표면으로서 작용될 수 있다.The
자외선(100)은 185 nm 및 254 nm의 파장을 가질 수 있다.The
자외선(100)은 5분 내지 15분 동안 채널층(10)조사될 수 있다.The
자외선(100)은 예를 들어, 자외선 램프 또는 자외선 레이저 등을 통해 채널층(10)에 조사될 수 있다.The
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 과산화수소 처리 공정을 나타낸 것이다.FIG. 6 illustrates a hydrogen peroxide treatment process of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 선택적으로 자외선(100)(도 5 참조) 조사된 후, 과산화수소(200)로 처리된다.Referring to FIG. 6, an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention is selectively irradiated with ultraviolet ray 100 (see FIG. 5) and then treated with
채널층(10)은 과산화수소(200) 처리에 의해 채널층(10) 내에 하이드록실 라디칼이 생성될 수 있다. 즉, 채널층(10)은 과산화수소(200) 처리에 의해 채널층(10) 내에 하이드록실 라디칼이 도핑될 수 있다. 하이드록실 라디칼의 도핑은 과산화수소(200) 처리에 의한 채널층(10) 내의 하이드록실 라디칼 생성 및 확산(흡착)을 통해 이루어질 수 있다.The
도 6에 도시된 바와 같이, 과산화수소(200) 처리는 채널층(10) 상에 과산화수소(200)를 도포하는 방법이 이용될 수 있다.As shown in FIG. 6, the
또한, 과산화수소(200) 처리는 특별히 도시되지는 않았으나, 과산화수소(200)가 담긴 조(bath) 내에 산화물 박막 트랜지스터를 디핑하는 방법이 이용될 수 있다. 즉, 산화물 박막 트랜지스터의 채널층(10)은 과산화수소(200)에 디핑될 수 있고, 과산화수소(200)의 디핑 처리는 10초 내지 20초 동안 수행될 수 있다.In addition, although the
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 열처리 공정을 나타낸 것이다.7 illustrates a heat treatment process of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 과산화수소(200)(도 6 참조)로 처리된 후, 열처리(300)된다.Referring to FIG. 7, an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention is treated with hydrogen peroxide 200 (see FIG. 6) and then heat-treated (300).
채널층(10)은 열처리(300)에 의해 도핑이 안정화될 수 있다. 구체적으로, 과산화수소(200) 처리에 의해 하이드록실 라디칼이 도핑된 채널층(10)은 열처리(300)를 통해 하이드록실 라디칼 도핑의 안정성을 높일 수 있다.The
열처리(300)는 120 ℃ 내지 130 ℃의 온도에서 2분 내지 3분 동안 수행될 수 있다.The
본 발명의 실시예에 따르면, 산화물 박막 트랜지스터의 채널층(10)은 우선 자외선(100)(도 5 참조) 조사에 의해 채널층(10)의 표면에 결함이 형성되어 채널층(10)의 표면은 촉매 표면으로서 작용하게 된다.According to the embodiment of the present invention, the
이후 과산화수소(200)(도 6 참조) 처리를 통해, 과산화수소(200)는 채널층(10)의 촉매 표면에 의해 화학적으로 분해되고 과산화수소(200)의 분해에 의해 하이드록실 라디칼이 생성된다. 상기 하이드록실 라디칼은 채널층(10) 내로 확산되어 채널층(10)은 하이드록실 라디칼로 도핑되게 된다.6), the
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 산화물 박막 트랜지스터의 채널층(10) 내의 캐리어 농도를 증가시키고 산소 결함을 효과적으로 감소시켜 소자의 전기적 특성 및 신뢰성을 동시에 향상시킬 수 있다.Further, according to the embodiment of the present invention, the carrier concentration in the
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 신규 공정 장비의 추가 없이 대면적 공정에 가능한 포토리소그래피 공정 및 에칭 공정과 같은 방식의 기존 공정을 활용할 수 있어, 소자의 전기적 특성 및 신뢰성 향상을 위한 제조비 상승을 최소화할 수 있다.Further, according to the embodiment of the present invention, it is possible to utilize existing processes such as a photolithography process and an etching process, which are possible for a large-area process without adding new process equipment, and to increase the manufacturing cost for improving the electrical characteristics and reliability of the device Can be minimized.
본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 패시베이션층(미도시)을 더 포함할 수 있다.The oxide thin film transistor according to the embodiment of the present invention may further include a passivation layer (not shown).
패시베이션층(미도시)은 채널층(10) 상에 형성될 수 있다. 패시베이션층(미도시)은 채널층(10) 상에만 선택적으로 형성될 수 있고, 채널층(10)을 포함하는 기판(미도시) 상에 전체적으로 형성될 수도 있다.A passivation layer (not shown) may be formed on the
패시베이션층(미도시)은 공기 중의 수분 또는 산소로부터 채널층(10)을 보호할 수 있다.A passivation layer (not shown) may protect the
이하에서는 도 8 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 특성을 설명하기로 한다.Hereinafter, characteristics of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 to 13. FIG.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 다음과 같이 제조되었다.Here, the oxide thin film transistor according to the embodiment of the present invention was manufactured as follows.
우선 P+ Si 위에 게이트 절연층으로 SiO2 증착된 기판 상에 채널층을 형성하기 위해, In2O3, Ga2O3 및 ZnO가 1:1:1의 몰 비율이 되도록 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 40 nm 만큼 증착하였다. 이후, 채널층 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 Al으로 200nm 만큼 증착하였다.First, in order to form a channel layer on a substrate on which SiO 2 is deposited as a gate insulating layer on P + Si, RF magnetron sputtering is performed so that a molar ratio of In 2 O 3 , Ga 2 O 3 and ZnO is 1: 1: 1 40 nm. Then, a source electrode and a drain electrode were deposited on the channel layer by using RF magnetron sputtering with Al to a thickness of 200 nm.
이와 같이 제조된 소자에 대하여 자외선 조사를 진행할 경우, 자외선 처리 시 사용된 파장은 185 nm 및 254 nm이며, 5분 내지 15분 동안 자외선을 조사하였다. 또한, 이와 같이 제조된 소자에 대하여 과산화수소 처리를 진행할 경우, 과산화수소 디핑 처리는 10초 내지 20초로 수행하였다. 또한, 이와 같이 제조된 소자에 대하여 열처리를 진행할 경우, 열처리는 120 ℃ 내지 130 ℃의 온도에서 2분 내지 3분 동안 수행하였다.When the ultraviolet ray irradiation was performed on the thus fabricated device, the wavelengths used in ultraviolet ray treatment were 185 nm and 254 nm, and ultraviolet rays were irradiated for 5 to 15 minutes. When the hydrogen peroxide treatment was performed on the thus produced device, the hydrogen peroxide dipping treatment was performed for 10 seconds to 20 seconds. Further, when heat treatment is performed on the thus produced device, the heat treatment is performed at a temperature of 120 to 130 캜 for 2 to 3 minutes.
도 8은 과산화수소 처리되지 않은 산화물 박막 트랜지스터(No treatment) 및 과산화수소 처리된 산화물 박막 트랜지스터(Solution doping)의 전달 및 출력 특성을 나타낸 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing transfer and output characteristics of an oxide thin film transistor (No treatment) and a hydrogen peroxide-treated oxide thin film transistor (solution doping) without a hydrogen peroxide treatment.
도 8을 참조하면, 과산화수소 처리되지 않은 산화물 박막 트랜지스터(No treatment) 대비 과산화수소 처리된 산화물 박막 트랜지스터(Solution doping)의 전달 및 출력 특성(전류-전압)이 우수한 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8, it can be seen that the transfer and output characteristics (current-voltage) of the oxide doped oxide thin film transistor (solution-doped) compared to the oxide thin film transistor (No treatment) not treated with hydrogen peroxide are superior.
도 9는 과산화수소 처리되지 않은 산화물 박막 트랜지스터(No treatment), 자외선 조사 후 과산화수소 처리된 산화물 박막 트랜지스터(Solution doping) 및 자외선 조사되지 않고 과산화수소 처리된 산화물 박막 트랜지스터(Solution doping w/o UV)의 전달 특성을 나타낸 그래프이다.FIG. 9 is a graph showing the transmission characteristics of an oxide thin film transistor (No treatment), an oxide thin film transistor (solution doping) treated with hydrogen peroxide after ultraviolet irradiation, and an oxide thin film transistor (solution doping w / o UV) Fig.
도 9를 참조하면, 과산화수소 처리되지 않은 산화물 박막 트랜지스터(No treatment) 및 자외선 조사되지 않고 과산화수소 처리된 산화물 박막 트랜지스터(Solution doping w/o UV) 대비 자외선 조사 후 과산화수소 처리된 산화물 박막 트랜지스터(Solution doping)의 전달 특성(전류-전압)이 우수한 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9, an oxide thin film transistor (solution doping) treated with hydrogen peroxide after irradiating ultraviolet rays against an oxide thin film transistor (No treatment) not treated with hydrogen peroxide and an oxide thin film transistor (solution doping w / o UV) (Current-voltage).
도 10 및 도 11은 과산화수소 처리되지 않은 산화물 박막 트랜지스터의 NBTS(Negative Bias Temperature Stress) 테스트 및 PBS(Positive Bias Stress) 테스트에 의한 전달 특성을 나타낸 그래프이다.FIGS. 10 and 11 are graphs showing transmission characteristics of the oxide thin film transistor not subjected to hydrogen peroxide treatment by NBTS (Negative Bias Temperature Stress) test and PBS (Positive Bias Stress) test.
도 10 및 도 11을 참조하면, 과산화수소 처리되지 않은 산화물 박막 트랜지스터에 대하여 NBTS 테스트 및 PBS 테스트를 통해 임계전압의 변화량을 측정하여 소자의 안정성을 평가한 결과를 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 10 and 11, the stability of the device can be confirmed by measuring the amount of change in the threshold voltage through the NBTS test and the PBS test on the oxide thin film transistor not subjected to the hydrogen peroxide treatment.
도 10에 도시된 바와 같이, 과산화수소 처리되지 않은 산화물 박막 트랜지스터의 NBTS 테스트에서 VG = -20 V이고 VD = 10 V였으며, 시간 1s(초), 10s, 100s, 1000s 및 3600s에서 테스트가 수행되었다.10, V G = -20 V and V D = 10 V in an NBTS test of a non-hydrogen peroxide-treated oxide thin film transistor, and tests were performed at
도 11에 도시된 바와 같이, 과산화수소 처리되지 않은 산화물 박막 트랜지스터의 PBS 테스트에서 VG = 20 V이고 VD = 10 V였으며, 시간 1s(초), 10s, 100s, 1000s 및 3600s에서 테스트가 수행되었다.As shown in Fig. 11, in the PBS test of the non-hydrogen peroxide-treated oxide thin film transistor, V G = 20 V and V D = 10 V, and tests were performed at
도 12 및 도 13은 자외선 조사 후 과산화수소 처리된 산화물 박막 트랜지스터의 NBTS 테스트 및 PBS 테스트에 의한 전달 특성을 나타낸 그래프이다.12 and 13 are graphs showing the transfer characteristics of an oxide thin film transistor treated with hydrogen peroxide after ultraviolet irradiation by NBTS test and PBS test.
도 12 및 도 13을 참조하면, 자외선 조사 후 과산화수소 처리된 산화물 박막 트랜지스터에 대하여 NBTS 테스트 및 PBS 테스트를 통해 임계전압의 변화량을 측정하여 소자의 안정성을 평가한 결과를 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 12 and 13, the oxide thin film transistor treated with hydrogen peroxide after irradiation with ultraviolet rays can measure the stability of the device by measuring the amount of change in the threshold voltage through the NBTS test and the PBS test.
도 12에 도시된 바와 같이, 자외선 조사 후 과산화수소 처리된 산화물 박막 트랜지스터의 NBTS 테스트에서 VG = -20 V이고 VD = 10 V였으며, 시간 1s(초), 10s, 100s, 1000s 및 3600s에서 테스트가 수행되었다.As shown in FIG. 12, V G = -20 V and V D = 10 V in an NBTS test of a hydrogen peroxide-treated oxide thin film transistor after ultraviolet irradiation, and tests were performed at
도 13에 도시된 바와 같이, 자외선 조사 후 과산화수소 처리된 산화물 박막 트랜지스터의 PBS 테스트에서 VG = 20 V이고 VD = 10 V였으며, 시간 1s(초), 10s, 100s, 1000s 및 3600s에서 테스트가 수행되었다.As shown in FIG. 13, in the PBS test of the hydrogen peroxide-treated oxide thin film transistor after ultraviolet irradiation, V G = 20 V and V D = 10 V, and the test was performed at
과산화수소 처리되지 않은 산화물 박막 트랜지스터(No treatment) 및 자외선 조사 후 과산화수소 처리된 산화물 박막 트랜지스터(Solution doping)에 대한 전자 이동도(Saturation Mobility), 온/오프 비(On/Off ratio), 임계전압 이하 스윙(Subthreshold Swing), NBTS 테스트에 의한 임계전압 변화량(Vth shift by NBTS) 및 PBS 테스트에 의한 임계전압 변화량(Vth shift by PBS)을 하기 표 1에 나타내었다.On / off ratio, a threshold voltage lower than the threshold voltage, and an electron mobility for an oxide thin film transistor not treated with hydrogen peroxide (No treatment) and a solution doping treated with hydrogen peroxide after irradiation with ultraviolet rays, (V th shift by NBTS) by the NBTS test and the threshold voltage variation (V th shift by PBS by the PBS test) are shown in Table 1 below.
dopingSolution
doping
[화학식 3](3)
H2O2 + O2-(interstitial)→ H2O + O2 +2e- H 2 O 2 + O 2- (interstitial)? H 2 O + O 2 + 2e -
상기 화학식 3을 참조하면, 자외선조사에 의해 생성된 침입형(interstitial) 산소이온과 과산화수소가 결합하여 생성된 추가적인 캐리어 전자에 따른 이동도 상승과, 산화물 박막의 초친수성 표면으로부터 발생된 라디칼과 산소를 통해 산화물 박막 내에 산소결합을 감소시킴에 따라, NBTS 및 PBS 값이 모두 향상되는 것을 확인할 수 있다.Referring to Formula (3), mobility increases due to additional carrier electrons generated by bonding of interstitial oxygen ions and hydrogen peroxide generated by ultraviolet irradiation and radicals and oxygen generated from the superhydrophilic surface of the oxide thin film It can be confirmed that both the NBTS and the PBS values are improved by decreasing the oxygen bond in the oxide thin film.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.
10: 산화물 박막, 채널층
20: 게이트 전극
30: 소스 전극 및 드레인 전극
100: 자외선
200: 과산화수소
300: 열처리10: oxide thin film, channel layer
20: gate electrode
30: source electrode and drain electrode
100: ultraviolet ray
200: hydrogen peroxide
300: heat treatment
Claims (15)
Selectively irradiated with ultraviolet rays, treated with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and then heat-treated to form an oxide thin film.
상기 자외선 조사에 의해 초친수성의 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 산화물 박막.
The method according to claim 1,
And an ultra-hydrophilic surface by the ultraviolet irradiation.
상기 자외선 조사에 의해 표면에 결함이 생성되어 촉매 표면으로서 작용되는 것을 특징으로 하는 산화물 박막.
The method according to claim 1,
Wherein a defect is generated on the surface by the ultraviolet irradiation and acts as a catalyst surface.
상기 자외선은 185 nm 및 254 nm의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 산화물 박막.
The method according to claim 1,
Wherein the ultraviolet ray has a wavelength of 185 nm and a wavelength of 254 nm.
상기 자외선은 5분 내지 15분 동안 조사되는 것을 특징으로 하는 산화물 박막.
The method according to claim 1,
Wherein the ultraviolet ray is irradiated for 5 to 15 minutes.
상기 자외선은 마스크를 통해 선택적으로 조사되는 것을 특징으로 하는 산화물 박막.
The method according to claim 1,
Wherein the ultraviolet light is selectively irradiated through a mask.
상기 과산화수소 처리에 의해 상기 산화물 박막 내에 하이드록실 라디칼이 도핑되는 것을 특징으로 하는 산화물 박막.
The method according to claim 1,
Wherein the oxide thin film is doped with a hydroxyl radical by the hydrogen peroxide treatment.
상기 과산화수소 처리는 상기 산화물 박막에 상기 과산화수소가 도포되거나 상기 산화물 박막이 상기 과산화수소에 디핑(dipping)되는 것을 특징으로 하는 산화물 박막.
The method according to claim 1,
Wherein the hydrogen peroxide treatment comprises applying the hydrogen peroxide to the oxide thin film or dipping the oxide thin film into the hydrogen peroxide.
상기 과산화수소의 디핑 처리는 10초 내지 20초 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 산화물 박막.
9. The method of claim 8,
Wherein the dipping treatment of the hydrogen peroxide is performed for 10 seconds to 20 seconds.
상기 열처리에 의해 상기 산화물 박막의 도핑이 안정화되는 것을 특징으로 하는 산화물 박막.
The method according to claim 1,
And the doping of the oxide thin film is stabilized by the heat treatment.
상기 열처리는 120 ℃ 내지 130 ℃의 온도에서 2분 내지 3분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 산화물 박막.
The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment is performed at a temperature of 120 ° C to 130 ° C for 2 minutes to 3 minutes.
상기 게이트 전극 상에 형성된 게이트 절연층;
상기 게이트 절연층 상에 형성된 채널층; 및
상기 채널층 상에 서로 이격되도록 형성된 소스 전극 및 드레인 전극
을 포함하고,
상기 채널층은 선택적으로 자외선 조사되고, 과산화수소(H202)로 처리된 후, 열처리되어 형성된 산화물 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터.
A gate electrode formed on the substrate;
A gate insulating layer formed on the gate electrode;
A channel layer formed on the gate insulating layer; And
A source electrode and a drain electrode formed to be spaced apart from each other on the channel layer,
/ RTI >
Wherein the channel layer includes an oxide thin film formed by being selectively irradiated with ultraviolet light, treated with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and then heat-treated.
상기 채널층 상에 형성된 패시베이션층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터.
13. The method of claim 12,
And a passivation layer formed on the channel layer.
상기 산화물 박막을 과산화수소(H202)로 처리하는 단계; 및
상기 산화물 박막을 열처리하는 단계
를 포함하는 산화물 박막의 제조방법.
Selectively irradiating ultraviolet light onto the oxide thin film;
Treating the oxide thin film with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ); And
A step of heat-treating the oxide thin film
Wherein the oxide thin film is formed on the surface of the oxide thin film.
상기 게이트 전극 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;
상기 게이트 절연층 상에 채널층을 형성하는 단계;
상기 채널층 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 서로 이격되도록 형성하는 단계; 및
상기 채널층을 선택적으로 도핑하는 단계
를 포함하고,
상기 채널층을 선택적으로 도핑하는 단계는,
상기 채널층을 상에 선택적으로 자외선을 조사하는 단계;
상기 채널층을 과산화수소로 처리하는 단계; 및
상기 채널층을 열처리하는 단계
를 포함하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법.Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating layer on the gate electrode;
Forming a channel layer on the gate insulating layer;
Forming a source electrode and a drain electrode on the channel layer so as to be spaced apart from each other; And
Selectively doping the channel layer
Lt; / RTI >
Wherein selectively doping the channel layer comprises:
Selectively irradiating ultraviolet light onto the channel layer;
Treating the channel layer with hydrogen peroxide; And
Heat treating the channel layer
Wherein the oxide thin film transistor is formed on the substrate.
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