KR20180118958A - Thin film transistor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 게이트 절연막에 의한 전기적 특성 저하를 방지할 수 있는 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film transistor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a thin film transistor capable of preventing deterioration of electrical characteristics due to a gate insulating film and a manufacturing method thereof.
박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD)나 유기 EL(Electro Luminescence) 표시 장치 등에서 각 화소를 독립적으로 구동하기 위한 회로로 사용된다. 이러한 박막 트랜지스터는 표시 장치의 하부 기판에 게이트 라인 및 데이터 라인과 함께 형성된다. 즉, 박막 트랜지스터는 게이트 라인의 일부인 게이트 전극, 채널로 이용되는 활성층, 데이터 라인의 일부인 소오스 전극과 드레인 전극, 그리고 게이트 절연막 등으로 이루어진다. 이러한 박막 트랜지스터의 예가 한국공개특허 제2011-0131120호 등에 제시되어 있다.A thin film transistor (TFT) is used as a circuit for independently driving each pixel in a liquid crystal display (LCD) or an organic EL (Electro Luminescence) display device. Such a thin film transistor is formed with a gate line and a data line on a lower substrate of a display device. That is, the thin film transistor includes a gate electrode which is a part of a gate line, an active layer which is used as a channel, a source electrode and a drain electrode which are a part of the data line, and a gate insulating film. An example of such a thin film transistor is disclosed in Korean Patent Publication No. 2011-0131120.
박막 트랜지스터는 게이트 절연막으로 실리콘 옥사이드를 주로 이용하고, 실리콘 옥사이드는 실란(silane, SiH4)를 이용하여 형성한다. 그런데, 실란을 이용하여 게이트 절연막을 형성하면 증착 시 SiH4의 분해에 따른 H가 게이트 절연막 내에 존재하게 된다. 게이트 절연막 내에 존재하는 H는 누설 전류를 발생시키고 캐리어의 라이프 타임(life time)을 감소시키는 등의 원인이 되어 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 저하시키게 된다.The thin film transistor mainly uses silicon oxide as a gate insulating film and the silicon oxide is formed using silane (SiH 4 ). However, when a gate insulating film is formed using silane, H due to the decomposition of SiH 4 is present in the gate insulating film during deposition. H existing in the gate insulating film causes a leakage current and reduces the lifetime of the carrier, and the like, which causes the electrical characteristics of the thin film transistor to deteriorate.
또한, 실란을 이용하는 경우 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 방법으로만 증착이 가능하여 플렉시블 디스플레이의 구현을 위한 수십 Å 두께의 박막을 형성하기 어렵고, 박막의 물성을 제어하기 어려운 문제가 있다.In addition, when silane is used, deposition is possible only by a chemical vapor deposition (CVD) method, so that it is difficult to form a thin film having a thickness of several tens of angstroms for implementation of a flexible display, and it is difficult to control physical properties of a thin film.
본 발명은 게이트 절연막 내에 잔류하는 수소의 양을 최소화할 수 있는 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a thin film transistor capable of minimizing the amount of hydrogen remaining in a gate insulating film and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명은 게이트 절연막에 의한 전기적 특성 저하를 방지할 수 있는 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a thin film transistor capable of preventing deterioration of electrical characteristics due to a gate insulating film and a method of manufacturing the same.
본 발명의 실시 예에 따른 박막 트랜지스터는 게이트 전극, 상기 게이트 전극 상에 구비되는 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막 상에 구비되는 활성층과, 상기 활성층 상에 구비되고 수평 방향으로 이격 배치되는 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터로서, 상기 게이트 절연막은 SiCH4 성분을 포함하며, 상기 게이트 전극에 인접하고, CVD 공정에 의하여 형성되는 제1 절연 박막; 및 상기 활성층에 인접하고, ALD 공정에 의하여 형성되는 제2 절연 박막;을 포함한다.A thin film transistor according to an embodiment of the present invention includes a gate electrode, a gate insulating film provided on the gate electrode, an active layer provided on the gate insulating film, a source electrode and a drain electrode provided on the active layer, Wherein the gate insulating film includes a SiCH 4 component and is adjacent to the gate electrode and is formed by a CVD process; And a second insulating thin film formed adjacent to the active layer and formed by an ALD process.
상기 게이트 절연막은, 상기 게이트 전극과 제1 절연 박막 사이에, ALD 공정에 의하여 형성되는 제3 절연 박막;을 더 포함할 수 있다.The gate insulating layer may further include a third insulating thin film formed between the gate electrode and the first insulating thin film by an ALD process.
상기 게이트 절연막은 실리콘 함유 유기 소오스와 반응 소오스를 이용하여 형성될 수 있다.The gate insulating film may be formed using a silicon containing organic source and a reactive source.
상기 활성층은 3족 또는 4족 원소가 도핑된 산화아연 박막으로 형성될 수 있다.The active layer may be formed of a zinc oxide thin film doped with
상기 활성층과 소오스 전극 및 드레인 전극 사이에 구비되는 보호막을 더 포함하고, 상기 보호막은 실리콘 함유 유기 소오스와 반응 소오스를 이용하여 형성될 수 있다.And a protective layer provided between the active layer and the source electrode and the drain electrode. The protective layer may be formed using a silicon containing organic source and a reactive source.
상기 보호막은, 상기 활성층에 인접하고, ALD 공정에 의하여 형성되는 제1 보호 박막; 및 상기 소오스 전극 및 드레인 전극에 인접하고, CVD 공정에 의하여 형성되는 제2 보호 박막;을 포함할 수 있다.The protective film may include a first protective thin film adjacent to the active layer and formed by an ALD process; And a second protective thin film adjacent to the source and drain electrodes and formed by a CVD process.
상기 제1 보호 박막은 상기 제2 보호 박막보다 산소 함량이 높을 수 있다.The first protective film may have a higher oxygen content than the second protective film.
상기 박막 트랜지스터의 전하 이동도는 3% 이하의 범위 내에서 변화할 수 있다.The charge mobility of the thin film transistor may vary within a range of 3% or less.
상기 박막 트랜지스터의 임계 전압은 10% 이하의 범위 내에서 변화할 수 있다.The threshold voltage of the thin film transistor may vary within a range of 10% or less.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법은 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 과정; 상기 게이트 전극 상에 게이트 절연막을 형성하는 과정; 상기 게이트 절연막 상에 활성층을 형성하는 과정; 및 상기 활성층 상에 소오스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 과정을 포함하고, 상기 게이트 절연막을 형성하는 과정은, 실리콘 함유 유기 소오스와 반응 소오스를 이용하여 상기 게이트 절연막 상에 CVD 공정에 의하여 제1 절연 박막을 형성하는 과정; 및 실리콘 함유 유기 소오스와 반응 소오스를 이용하여 상기 제1 절연 박막 상에 ALD 공정에 의하여 제2 절연 박막을 형성하는 과정;을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film transistor including: forming a gate electrode on a substrate; Forming a gate insulating film on the gate electrode; Forming an active layer on the gate insulating layer; And forming a source electrode and a drain electrode on the active layer, wherein the process of forming the gate insulating layer includes forming a first insulating thin film on the gate insulating film by using a silicon containing organic source and a reactive source, ; And forming a second insulating thin film on the first insulating thin film by an ALD process using a silicon containing organic source and a reaction source.
상기 게이트 절연막을 형성하는 과정은, 상기 실리콘 함유 유기 소오스에 함유되는 유기 성분이 수소 원자와 반응하여 SiCH4 성분을 형성할 수 있다.In the process of forming the gate insulating film, an organic component contained in the silicon-containing organic source may react with hydrogen atoms to form a SiCH 4 component.
상기 게이트 절연막은 증착 방법을 제어하여 온 전류, 오프 전류, 문턱 전압 및 전하 이동도를 조절할 수 있다.The gate insulating film can control the on current, the off current, the threshold voltage, and the charge mobility by controlling the deposition method.
상기 게이트 절연막 상에 활성층을 형성하는 과정 이후에 상기 활성층 상에 보호막을 형성하는 과정;을 더 포함하고, 상기 보호막을 형성하는 과정은, 실리콘 함유 유기 소오스와 반응 소오스를 이용하여 상기 활성층 상에 ALD 공정에 의하여 제1 보호 박막을 형성하는 과정; 및 실리콘 함유 유기 소오스와 반응 소오스를 이용하여 상기 제1 보호 박막 상에 CVD 공정에 의하여 제2 보호 박막을 형성하는 과정;을 포함할 수 있다.And forming a protective layer on the active layer after forming the active layer on the gate insulating layer. The process for forming the protective layer may include forming a protective layer on the active layer using a silicon containing organic source and a reactive source, A process of forming a first protective film by a process; And forming a second protective thin film on the first protective thin film by a CVD process using a silicon containing organic source and a reactive source.
본 발명의 실시 예에 따른 박막 트랜지스터에 의하면, 게이트 절연막을 실리콘 함유 유기 소오스와 산소, 질소 등의 반응 소오스를 이용하여 형성함으로써 게이트 절연막 내에 H가 CH3와 결합하여 CH4 성분으로 존재하게 되어 독립적인 H의 생성을 억제할 수 있다. 따라서, 게이트 절연막 내에 잔류하는 H의 양을 최소화할 수 있기 때문에 H에 의한 전기적 특성 저하를 방지할 수 있다.In the thin film transistor according to the embodiment of the present invention, the gate insulating film is formed by using a silicon-containing organic source and reaction sources such as oxygen and nitrogen, H is combined with CH 3 in the gate insulating film to exist as a CH 4 component, The generation of phosphorus H can be suppressed. Therefore, since the amount of H remaining in the gate insulating film can be minimized, deterioration in electrical characteristics due to H can be prevented.
또한, 게이트 절연막 및 보호막 중 적어도 하나를 ALD 공정 및 CVD 공정에 의하여 형성함으로써 생산성을 향상시킬 수 있고, 동작 신뢰성을 보장할 수 있다. 즉, ALD 공정만을 이용하면 공정 속도가 느려 생산성이 저하되고, CVD 공정만을 이용하면 막질이 치밀하지 못해 정상 동작이 불가능하지만, ALD 공정 및 CVD 공정을 함께 이용함으로써 생산성 향상 및 동작 신뢰성 보장이 가능하다.Further, by forming at least one of the gate insulating film and the protective film by the ALD process and the CVD process, the productivity can be improved and the operation reliability can be ensured. That is, if only the ALD process is used, the productivity is lowered due to the slow process speed. If the CVD process alone is used, the film quality is not precise and normal operation is impossible. However, productivity and reliability can be guaranteed by using ALD process and CVD process together .
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 트랜지스터를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터를 나타내는 도면.
도 4은 게이트 절연막 및 보호층의 형성 공정에 따른 박막 트랜지스터의 특성 그래프.
도 5는 박막 트랜지스터의 시간에 따른 이동도의 변화를 나타내는 그래프.
도 6은 박막 트랜지스터의 시간에 따른 임계 전압의 변화를 나타내는 그래프.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.1 illustrates a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
2 illustrates a thin film transistor according to another embodiment of the present invention.
3 illustrates a thin film transistor according to another embodiment of the present invention.
4 is a characteristic graph of a thin film transistor according to a process of forming a gate insulating film and a protective layer.
5 is a graph showing a change in mobility of a thin film transistor over time.
6 is a graph showing a change in a threshold voltage with time of a thin film transistor.
7-11 are views for explaining a method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, Is provided to fully inform the user.
명세서 전체에 걸쳐서 막, 영역, 또는 기판 등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다.It is to be understood that when an element, such as a film, a region, or a substrate, is referred to as being "on" another element throughout the specification, the element may be directly "on" It is to be understood that there may be other components intervening in the system.
또한, "상부" 또는 "하부"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도시되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 상대적인 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 여기서, 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Further, relative terms such as "upper" or "lower" may be used herein to describe the relative relationship of certain elements to other elements as shown in the Figures. Relative terms are intended to include different orientations of the device in addition to those depicted in the Figures. Wherein like numerals refer to like elements.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 트랜지스터를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터를 나타내는 도면이다. 또한, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터를 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a view showing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing a thin film transistor according to another embodiment of the present invention. 3 is a view illustrating a thin film transistor according to another embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 트랜지스터는 게이트 전극(110), 상기 게이트 전극(110) 상에 구비되는 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막 상에 구비되는 활성층(130)과, 상기 활성층(130) 상에 구비되고 수평 방향으로 이격 배치되는 소오스 전극(150a) 및 드레인 전극(150b)을 포함하는 박막 트랜지스터로서, 상기 게이트 절연막은 SiCH4 성분을 포함하며, 막질이 상이한 적어도 이층 구조의 박막으로 형성된다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 트랜지스터는 활성층(130)과 소오스 전극(150a) 및 드레인 전극(150b) 사이에 구비되는 보호막을 더 포함할 수 있다.1, a thin film transistor according to an exemplary embodiment of the present invention includes a
게이트 전극(110)은 기판(100) 상의 소정 영역에 형성된다.The
기판(100)은 투명 기판을 이용할 수 있는데, 예를 들어 실리콘 기판, 글래스 기판을 이용할 수 있고, 플렉서블 디스플레이를 구현하는 경우에는 플라스틱 기판(PE, PES, PET, PEN 등)이 이용될 수 있다.For example, a silicon substrate or a glass substrate can be used as the
게이트 전극(110)은 도전 물질을 이용하여 형성할 수 있는데, 금속, 금속 합금, 금속 산화물, 투명 도전막 또는 이들의 화합물 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 예를 들어 게이트 전극(110)은 알루미늄(Al), 네오디뮴(Nd), 은(Ag), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo) 및 구리(Cu) 중 적어도 어느 하나의 금속 또는 이들을 포함하는 합금으로 형성할 수 있다.The
또한, 게이트 전극(110)은 단일층 뿐 아니라 복수 금속층의 다중층으로 형성할 수 있다. 즉, 물리 화학적 특성이 우수한 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo) 등의 금속층과 비저항이 작은 알루미늄(Al) 계열, 은(Ag) 계열 또는 구리(Cu) 계열의 금속층을 포함하는 이중층으로 형성할 수도 있다.In addition, the
한편, 게이트 전극(110)은, 예를 들어 액정 표시 장치의 게이트 라인과 동시에 형성될 수 있다. 즉, 기판(100) 상에 일 방향으로 소정 간격 이격되어 복수의 게이트 라인이 형성될 때 게이트 라인의 소정 영역으로부터 소정 간격 이격되어 게이트 전극(110)이 형성될 수 있다.On the other hand, the
게이트 절연막은 게이트 전극(110)의 상부 및 측부를 포함한 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 즉, 게이트 절연막은 게이트 전극(110)을 포함한 기판(100)의 전체 상부에 형성될 수 있고, 게이트 전극(110)을 덮도록 기판(100) 상의 일 영역에 형성될 수 있다.A gate insulating film may be formed on the
게이트 절연막은 SiCH4 성분을 포함하며, SiCH4 성분을 포함하는 게이트 절연막은 실리콘을 함유하는 유기 소오스와 반응 소오스를 이용하여 형성할 수 있다. 실리콘 함유 유기 소오스는 헥사메틸디실록산(hexamethyldisiloxane; HMDSO), 테트라메틸디실라잔(tetramethyldisilazane; TMDS), 헥사메틸디실라잔(Hexamethyldisilazane; HMDSN), 비스디메틸아미노실란(Bis(diethylamino) Silane; BEDEAS) 등을 이용할 수 있다.The gate insulating film includes a SiCH 4 component, and the gate insulating film containing a SiCH 4 component can be formed using an organic source containing silicon and a reactive source. The silicon containing organic source may be selected from the group consisting of hexamethyldisiloxane (HMDSO), tetramethyldisilazane (TMDS), hexamethyldisilazane (HMDSN), bis (diethylamino) silane (BEDEAS) .
또한, 반응 소오스는 산소 함유 가스, 질소 함유 가스 등을 포함할 수 있다. 따라서, 게이트 절연막은 실리콘 성분과 산소 및 질소의 적어도 어느 하나의 성분이 함유되며, 유기 성분이 포함된 하이브리드막으로 형성될 수 있다. 이러한 게이트 절연막은 반응 가스와 유기 소오스의 비율에 따라 4 내지 6 정도의 유전 상수를 가지게 되고, 그에 따라 절연막으로서 기능하게 된다.Further, the reaction source may include an oxygen-containing gas, a nitrogen-containing gas, or the like. Therefore, the gate insulating film contains a silicon component, at least one of oxygen and nitrogen, and may be formed of a hybrid film containing an organic component. Such a gate insulating film has a dielectric constant of about 4 to 6 depending on the ratio of the reactive gas and the organic source, and thus functions as an insulating film.
이렇게 형성된 게이트 절연막은 막 내의 수소 원소 즉, H가 유기 소오스의 CH3와 결합하여 CH4 형태로 존재하게 된다. 즉, 게이트 절연막은 실리콘 함유 유기 소오스와 산소 함유 가스를 이용하여 형성하는 경우, 예를 들어 헥사메틸디실록산과 산소 가스를 이용하여 형성하는 경우 SiO, SiCH3, CH2 및 CH3 등의 성분이 존재하게 되는데, SiCH3의 일부가 H와 반응하여 SiCH4 성분을 형성하고, Si-CH4 본딩(bonding)을 통해 독립적인 H의 생성을 억제할 수 있다. 따라서, 게이트 절연막은 SiCH4 성분을 포함하게 되며, 게이트 절연막 내에 잔류하는 H의 양을 최소화할 수 있게 되어 H에 의한 누설 전류 등의 전기적 특성 저하를 방지할 수 있다. 또한, 게이트 절연막은 유기 소오스와 O2의 비율을 제어하여 SiCH3 등의 유기 성분의 함량 등을 조절할 수 있고, 그에 따라 전하 이동도(mobility) 등의 특성을 향상시킬 수 있다.In the gate insulating film thus formed, the hydrogen element in the film, that is, H bonds with the CH 3 of the organic source and exists in the form of CH 4 . That is, when the gate insulating film is formed using a silicon-containing organic source and an oxygen-containing gas, for example, when forming using a hexamethyldisiloxane and an oxygen gas, components such as SiO, SiCH 3 , CH 2 and CH 3 A part of SiCH 3 reacts with H to form a SiCH 4 component and can inhibit the production of independent H through Si-CH 4 bonding. Therefore, the gate insulating film contains the SiCH 4 component, and the amount of H remaining in the gate insulating film can be minimized, so that deterioration in electrical characteristics such as leakage current caused by H can be prevented. In addition, the gate insulating film can control the content of organic components such as SiCH 3 by controlling the ratio of organic source and O 2 , thereby improving characteristics such as charge mobility.
게이트 절연막은 막질이 상이한 적어도 이층 구조의 박막으로 형성되며, 이러한 게이트 절연막은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; 이하 ALD라 함), 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; 이하 CVD라 함) 등의 화학적 증착 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 여기서, 게이트 절연막을 ALD 공정에 의하여만 형성하는 경우 우수한 막질을 가지는 얇은 두께의 박막을 형성할 수 있으나, 막의 형성 속도가 매우 느려 생산성이 저하된다. 또한, 게이트 절연막을 CVD 공정에 의하여만 형성하는 경우 생산성은 향상되나, 막질이 저하되며 얇은 두께의 박막을 형성할 수 없다. 따라서, 게이트 절연막을, ALD 공정에 의하여 형성되는 치밀한 막질을 가지는 박막과 CVD 공정에 의하여 형성되는 상대적으로 저하된 막질을 가지는 박막을 포함하는, 막질이 서로 상이한 적어도 이층 구조의 박막으로 형성함으로써 생산성의 향상 및 동작의 신뢰성을 보장할 수 있게 되고, 플렉시블 디스플레이의 구현을 위한 수십 Å 두께의 얇은 박막을 형성할 수 있게 된다.The gate insulating film is formed of a thin film of at least two layers having different film qualities and the gate insulating film is formed by chemical vapor deposition such as atomic layer deposition (ALD) or chemical vapor deposition Process. ≪ / RTI > Here, when the gate insulating film is formed only by the ALD process, a thin film having a good film quality can be formed, but the film formation rate is very slow and the productivity is lowered. In addition, when the gate insulating film is formed only by the CVD process, the productivity is improved but the film quality is lowered and a thin film having a thin thickness can not be formed. Therefore, by forming the gate insulating film into a thin film having at least two layers having different film qualities, including a thin film having a dense film quality formed by an ALD process and a film having a relatively degraded film quality formed by a CVD process, And reliability of operation can be ensured, and a thin film of tens of angstroms thick can be formed for the implementation of a flexible display.
이와 같이, 게이트 절연막은 막질이 서로 상이한 적어도 이층 구조의 박막으로 형성될 수 있는데, 여기서 적어도 이층 구조의 박막은 도 1에 일 실시 예로서 도시된 바와 같이 게이트 전극(110)에 인접하고, CVD 공정에 의하여 형성되는 제1 절연 박막(124) 및 활성층(130)에 인접하고, ALD 공정에 의하여 형성되는 제2 절연 박막(126)을 포함할 수 있다. 여기서, CVD 공정은 소오스 가스, 예를 들어 실리콘 함유 유기 소오스와 반응 가스, 예를 들어 반응 소오스를 함께 유입하여 박막을 형성하며, ALD 공정은 소오스 가스 유입, 퍼지 가스 유입, 반응 가스 유입 및 퍼지 가스 유입을 반복하여 박막을 형성한다. 따라서, 게이트(110) 상에 제1 절연 박막(124)을 고속 증착하여 생산성을 향상시키고, 제1 절연 박막(124) 상의 제2 절연 박막(126)은 막질 및 계면 특성이 우수하기 때문에 게이트 절연막 내에서 활성층(130)에 인접 배치되도록 형성된다.As such, the gate insulating film may be formed of a thin film of at least two layers having different film qualities, wherein the thin film of at least two layers is adjacent to the
또한, 게이트 절연막은 게이트 전극(110)과 제1 절연 박막(124) 사이에 ALD 공정에 의하여 형성되는 제3 절연 박막(122)을 더 포함할 수 있다. 즉, 도 2에 다른 실시 예로서 도시된 바와 같이 게이트(110) 상에 막질 및 계면 특성이 우수한 제3 절연 박막(122)을 ALD 공정에 의하여 형성하고, 제3 절연 박막(122) 상의 제1 절연 박막은 CVD 공정에 의하여 형성한다. CVD 공정을 이용하면 고속 증착이 가능하므로 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 절연 박막(124) 상의 제2 절연 박막(126)은 ALD 공정에 의하여 형성하여 우수한 막질 및 계면 특성을 갖도록 할 수 있다.The gate insulating film may further include a third insulating
이와 같이, 게이트 절연막을 실리콘을 함유 유기 소오스를 이용하여 형성함으로써 CVD 뿐만 아니라 ALD로 형성할 수 있고, 증착 방법의 변화를 통해 게이트 절연막의 전기적 특성을 조절할 수 있다.As described above, the gate insulating film can be formed not only by CVD but also by ALD by using an organic source containing silicon, and the electrical characteristics of the gate insulating film can be controlled by changing the deposition method.
활성층(130)은 게이트 절연막 상에 형성되며, 적어도 일부가 게이트 전극(110)과 중첩되도록 형성된다. 활성층(130)은 금속 산화물을 이용하여 형성할 수 있는데, 예를 들어 징크옥사이드(Zinc Oxide; ZnO)로 형성될 수 있다.The
또한, 활성층(130)은 ZnO 박막의 막질을 개선하기 위해 ZnO 박막에 3족 또는 4족 원소, 예를 들어 인듐(In), 갈륨(Ga), 주석(Sn) 원소의 적어도 하나를 도핑함으로써 비정질 ZnO 박막을 유도하여 박막 트랜지스터의 안정성을 개선할 수 있다. 예를 들어, 활성층(130)은 ZnO 박막에 인듐 및 갈륨을 도핑한 인듐갈륨징크옥사이드(IGZO) 박막으로 형성될 수 있으며, ZnO 박막에 인듐 및 틴(Tin)을 도핑한 인듐틴징크옥사이드(ITZO) 박막으로 형성될 수 있다.In order to improve the film quality of the ZnO thin film, the
또한, 도핑된 ZnO 박막, 예를 들어 IGZO 박막을 이용한 활성층(130)은 ALD, CVD 등의 화학적 증착 방식으로 형성할 수 있고, 그에 따라 필요에 따라 조성이 다른 복수의 층으로 형성할 수 있다. 한편, IGZO 박막은 인듐 소오스, 갈륨 소오스 및 징크 소오스와 산소 소오스를 이용하여 형성할 수 있다.In addition, the
한편, 활성층(130)은 적어도 이중층으로 형성될 수 있는데, 예를 들어 게이트 절연막에 인접하는 제 1 IGZO 박막은 그 상측의 제 2 IGZO 박막에 비해 막질 및 계면 특성이 우수하고 전도성이 높도록 형성될 수 있다. 여기서, 제 1 IGZO 박막은 막질 및 계면 특성이 우수하기 때문에 채널 형성에 중요한 프론트 채널(front channel)로 이용할 수 있다. 즉, 게이트 전극(110)에 (+) 전압이 인가되면 게이트 절연막 상부의 활성층(130) 일부에 (-) 전하가 쌓여 프론트 채널을 형성하게 되고, 프론트 채널을 통해 전류가 잘 흐를수록 이동도가 우수하게 된다. 또한, 제 2 IGZO 박막은 제 1 IGZO 박막과 조성비를 다르게 형성하여 백 채널(back channel)로 이용할 수 있다.For example, the first IGZO thin film adjacent to the gate insulating film may have a higher film quality and higher interfacial property and a higher conductivity than the second IGZO thin film on the upper side thereof. . Here, since the first IGZO thin film has excellent film quality and interfacial characteristics, it can be used as a front channel which is important for channel formation. That is, when a positive (+) voltage is applied to the
즉, 게이트 전극(110)에 (-) 전압이 인가되면 (-) 전하는 소오스 전극(150a) 및 드레인 전극(150b) 하부의 활성층(130) 일부에 쌓이게 된다. 따라서, 백 채널은 전하 이동을 방지할 수 있는 조성, 즉 전도성이 프론트 채널로 작용하는 제 1 IGZO 박막보다 낮도록 제 2 IGZO 박막을 형성한다. 이를 위해 인듐 소오스, 갈륨 소오스 및 징크 소오스의 적어도 어느 하나의 유입량을 제 1 IGZO 박막과 다르게 조절하여 유입할 수 있고, 산소 소오스의 유입량 또한 조절하여 유입할 수 있다. 예를 들어, 제 2 IGZO 박막의 인듐을 제 1 IGZO 박막보다 적게 할 수도 있고, 제 2 IGZO 박막의 갈륨을 제 1 IGZO 박막보다 많게 할 수도 있다. 이렇게 하면 제 1 IGZO 박막과 제 2 IGZO 박막의 특성, 예를 들어 모빌러티, 전기 전도도 등을 조절할 수 있다.That is, when a negative (-) voltage is applied to the
보호막은 활성층(130) 형성 후 소오스 전극(150a) 및 드레인 전극(150b)을 형성하기 위한 식각 공정에서 활성층(130)이 노출되어 손상되는 것을 방지하기 위해 식각 정지막으로 작용한다. 또한, 보호막은 소오스 전극(150a) 및 드레인 전극(150b)의 제조가 완료된 후 활성층(130)이 대기중에 노출되는 것을 방지할 수 있다.The protective layer acts as an etch stop layer in order to prevent the
즉, IGZO 박막으로 형성된 활성층(130)은 대기중에 노출되면 산소 등이 침투하여 특성이 저하될 수 있는데, 보호막이 형성되어 이를 방지할 수 있다. 이러한 보호막은 산소의 침투를 방지할 수 있고, 식각 공정시 활성층(130)과 식각 선택비가 차이나는 물질로 형성할 수 있는데, 예를 들어 실리콘 옥사이드(SiO2), 실리콘 나이트라이드(SiN), 실리콘 옥시나이트라이드(SiON), 알루미늄 옥사이드(Al2O3) 등의 절연 물질을 이용하여 단일층 또는 다층으로 형성할 수 있다. 또한, 보호막은 일부를 플라즈마를 이용하지 않는 화학적 증착 방법으로 형성하고 나머지 일부를 플라즈마를 이용한 화학적 증착 방법으로 형성할 수 있다.That is, when the
즉, 플라즈마를 이용하여 보호막을 형성하는 경우 활성층(130)이 플라즈마에 의해 손상되므로 활성층(130)에 접하는 적어도 일부 두께는 플라즈마를 이용하지 않는 ALD 방법 또는 CVD 방식으로 형성하고, 나머지 두께는 PECVD 공정으로 형성하여 막질을 향상시킬 수 있다.That is, when the protective layer is formed using plasma, since the
한편, 보호막은 게이트 절연막과 마찬가지로 실리콘 함유 유기 소오스와 반응 소오스를 이용하여 형성할 수 있다. 즉, 실란 가스를 이용하여 실리콘 옥사이드 등으로 보호막을 형성하면 막내에 H가 존재할 수 있고, H가 전기적 특성 저하의 원인이 될 수 있다. 따라서, HMDSO, TMDS, HMDSN, BEDEAS 등의 실리콘 함유 유기 소오스와 산소 함유 가스 및 질소 함유 가스의 적어도 어느 하나의 반응 소오스를 이용하여 보호막을 형성함으로써 유기 성분이 포함된 하이브리드막으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 보호막을 HMDSO와 산소를 이용하여 형성할 경우 막 내에 SiO, SiCH3, SiCH4 등의 성분이 존재하게 되고, Si-CH4의 본딩을 통해 독립적인 H의 생성을 억제할 수 있다.On the other hand, the protective film can be formed by using a silicon-containing organic source and a reactive source similarly to the gate insulating film. That is, when silane gas is used to form a protective film with silicon oxide or the like, H may exist in the film, and H may cause deterioration of electrical characteristics. Accordingly, a protective film may be formed using a reaction source of at least one of silicon-containing organic sources such as HMDSO, TMDS, HMDSN, and BEDEAS, and an oxygen-containing gas and a nitrogen-containing gas to form a hybrid film containing an organic component. For example, when a protective film is formed using HMDSO and oxygen, components such as SiO, SiCH3, and SiCH4 are present in the film, and independent H formation can be suppressed through Si-CH4 bonding.
보호막 역시 막질이 서로 상이한 적어도 이층 구조의 박막으로 형성될 수 있는데, 여기서 적어도 이층 구조의 박막은 활성층(130)에 인접하고, ALD 공정에 의하여 형성되는 제1 보호 박막(142) 및 소오스 전극(150a) 및 드레인 전극(150b)에 인접하고, CVD 공정에 의하여 형성되는 제2 보호 박막(144)을 포함할 수 있다. 또한, 도 3에 또 다른 실시 예로서 도시된 바와 같이, 제2 보호 박막(144) 상에 ALD 공정에 의하여 형성되는 제3 보호 박막(146)을 더 포함할 수도 있다. 즉, 활성층(130) 상에 막질 및 계면 특성이 우수한 제1 보호 박막(142)을 ALD 공정에 의하여 형성하고, 제1 보호 박막(144) 상의 제2 보호 박막(144)은 CVD 공정에 의하여 형성한다. CVD 공정을 이용하면 고속 증착이 가능하므로 생산성을 향상시킬 수 있음은 전술한 바와 같다. 또한, 제2 보호 박막(144) 상의 제3 보호 박막(146)은 ALD 공정에 의하여 형성하여 우수한 막질 및 계면 특성을 갖도록 할 수 있다.The protective film may also be formed of a thin film having at least two layers which are different from each other in film quality. The thin film of at least two layers is adjacent to the
뿐만 아니라, 보호막은 적어도 일부가 산소 함량이 높은 산소 리치 상태로 형성될 수 있다. 즉, 보호막을 단일층으로 형성하는 경우 하측의 일부 두께를 산소 리치 상태로 형성하고, 보호막을 다층, 예를 들어 제1 보호 박막(142)와 제2 보호 박막(144)을 포함하도록 형성하는 경우 제1 보호 박막을 제2 보호 박막(144)보다 산소 함량이 높은 산소 리치 상태로 형성할 수 있다.In addition, the protective film may be formed in an oxygen-rich state, at least a part of which has a high oxygen content. That is, when the protection film is formed as a single layer, a part of the lower side is formed in an oxygen rich state and the protective film is formed to include multiple layers, for example, the first
보호막의 적어도 일부를 산소 리치 상태로 형성하기 위해 보호막의 적어도 일부를 형성한 후 산소 또는 오존 트리트먼트(treatment)를 실시할 수 있다. 예를 들어, 보호막은 단일 물질로 형성될 수 있는데, 활성층(130)에 접하는 일부 두께가 나머지 두께에 비해 더 많은 산소 함량으로 형성될 수 있다.Oxygen or an ozone treatment may be performed after forming at least a part of the protective film to form at least a part of the protective film in the oxygen rich state. For example, the protective film may be formed of a single material, and a part of the thickness in contact with the
또한, 보호막은 이종의 물질로 형성될 수 있는데, 예를 들어 활성층(130)에 접하여 소정 두께의 알루미늄 옥사이드가 형성되고 그 상에 소정 두께의 실리콘 옥사이드가 형성될 수 있다. 이때, 알루미늄 옥사이드는 산소 리치(oxygen rich)로 형성될 수 있다. 이렇게 활성층(130)에 접하는 보호막의 적어도 일부 두께를 산소 리치로 형성함으로써 활성층(130)으로 이용되는 IGZO 박막의 산소가 보호막으로 확산하는 것을 방지할 수 있고, 그에 따라 IGZO 박막의 도체화를 방지하여 박막 트랜지스터의 스위칭 특성을 유지할 수 있다.In addition, the passivation layer may be formed of different materials. For example, aluminum oxide having a predetermined thickness may be formed in contact with the
소오스 전극(150a) 및 드레인 전극(150b)은 활성층(130) 상부에 형성되며, 게이트 전극(110)과 일부 중첩되어 게이트 전극(110)을 사이에 두고 상호 이격되어 형성된다. 즉, 소오스 전극(150a)과 드레인 전극(150b)은 보호막 상에서 서로 이격되어 형성된다. 소오스 전극(150a) 및 드레인 전극(150b)은 동일 물질을 이용한 동일 공정에 의해 형성할 수 있으며, 도전성 물질을 이용하여 형성할 수 있는데, 예를 들어 알루미늄(Al), 네오디뮴(Nd), 은(Ag), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 어느 하나의 금속 또는 이들을 포함하는 합금으로 형성할 수 있다. 즉, 게이트 전극(110)과 동일 물질로 형성할 수 있으나, 다른 물질로 형성할 수도 있다. 또한, 소오스 전극(150a) 및 드레인 전극(150b)은 단일층 뿐 아니라 복수 금속층의 다층으로 형성할 수 있다.The
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 트랜지스터는 게이트 절연막을 HMDSO, TMDS, HMDSN, BEDEAS 등의 실리콘 함유 유기 소오스와 산소, 질소 등의 반응 가스를 이용하여 형성할 수 있다. 본 발명에 따른 게이트 절연막은 막 내의 H가 CH3와 결합하여 CH4로 존재하게 되어 독립적인 H의 생성을 억제할 수 있다.As described above, the thin film transistor according to one embodiment of the present invention can be formed by using a silicon-containing organic source such as HMDSO, TMDS, HMDSN, BEDEAS, and a reactive gas such as oxygen or nitrogen. A gate insulating film according to the present invention is to combine the H and CH 3 to CH 4 present in the film it is possible to suppress the generation of independent H.
따라서, 게이트 절연막 내에 에 잔류하는 H의 양을 최소화할 수 있기 때문에 실란을 이용하여 게이트 절연막을 형성하는 종래에 비해 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.Therefore, since the amount of H remaining in the gate insulating film can be minimized, the electrical characteristics of the thin film transistor can be improved compared with the conventional method of forming the gate insulating film using silane.
박막 구조Thin film structure
열적 성장Thermal growth
SiH4SiH4
소오스Source
(CVD)(CVD)
유기물 Organic matter
소오스Source
(CVD)(CVD)
유기물 Organic matter
소오스Source
((
ALDALD
/CVD)/ CVD)
유기물 Organic matter
소오스Source
((
ALDALD
/CVD// CVD /
ALDALD
))
IndexIndex
1.471.47
1.46~1.501.46 to 1.50
1.4811.481
1.4791.479
1.4791.479
(Å/min)Wet Etch Rate
(Å / min)
384
384
637
637
450
450
390
390
331
331
(F/cm2)Cox
(F / cm2)
3.49E-08
3.49E-08
3.90E-08
3.90E-08
3.21E-08
3.21E-08
3.21E-08
3.21E-08
3.21E-08
3.21E-08
(K)permittivity
(K)
3.90
3.90
4.3
4.3
4.3
4.3
4.2
4.2
4.10
4.10
Voltage
(MV/cm2)Breakdown
Voltage
(MV / cm2)
8.5
8.5
7.2
7.2
7.6
7.6
8.3
8.3
8.8
8.8
표 1은 박막 구조에 따른 물성을 비교한 표이다.Table 1 is a table comparing the physical properties according to the thin film structure.
표 1을 참조하면, 비교 예 1은 열적 성장(thermally growth) 공정에 의하여 절연 박막을 형성한 경우의 물성을 나타내고, 비교 예 2는 실란(SiH4)을 이용한 CVD 공정에 의하여 절연 박막을 형성한 경우의 물성을 나타내며, 비교 예 3은 실리콘 함유 유기 소오스를 이용하여 CVD 공정에 의하여 단일층의 절연 박막을 형성한 경우의 물성을 나타낸다. 또한, 실시 예 1은 실리콘 함유 유기 소오스를 이용하여 CVD 공정에 의한 제1 절연 박막을 형성하고, 제1 절연 박막 상에 ALD 공정에 의한 제2 절연 박막을 형성한 경우의 물성을 나타내고, 실시 예 2는 실리콘 함유 유기 소오스를 이용하여 ALD 공정에 의한 제1 절연 박막을 형성하고, 제1 절연 박막 상에 CVD 공정에 의한 제2 절연 박막을 형성하고, 제2 절연 박막 상에 ALD 공정에 의한 제3 절연 박막을 형성한 경우의 물성을 나타낸다.Referring to Table 1, Comparative Example 1 shows the physical properties when an insulating thin film is formed by a thermally grown process, and Comparative Example 2 shows an insulating thin film formed by a CVD process using silane (SiH 4 ) And Comparative Example 3 shows the physical properties when a single-layer insulating thin film is formed by a CVD process using a silicon-containing organic source. Example 1 shows the physical properties when a first insulating thin film was formed by a CVD process using a silicon containing organic source and a second insulating thin film was formed by an ALD process on the first insulating thin film, 2, a first insulating thin film is formed by an ALD process using a silicon-containing organic source, a second insulating thin film is formed by a CVD process on the first insulating thin film, and a second insulating thin film is formed on the second insulating thin film by an
굴절율(Refractive Index)의 경우 가장 우수한 막질을 얻을 수 있는 비교 예 1의 경우 1.47의 값을 가지고, 비교 예 2의 경우 1.46 내지 1.50의 값을 가지며, 비교 예 3의 경우 1.481의 값을 가진다. 또한, 굴절율은 실시 예 1의 경우 및 실시 예 2의 경우에 1.479의 값을 가진다. 결국, 비교 예 2를 제외한 각 경우에 우수한 굴절율을 나타내는 것을 알 수 있다.In the case of the refractive index, a value of 1.47 in the case of the comparative example 1 which can obtain the best film quality, a value of 1.46 to 1.50 in the case of the comparative example 2, and a value of 1.481 in the case of the comparative example 3. Further, the refractive index has a value of 1.479 in the case of
또한, 식각율(Wet Etch Rate)의 경우 비교 예 1의 경우 384의 값을 가지고, 비교 예 2의 경우 637의 값을 가지며, 비교 예 3의 경우 450의 값을 가진다. 또한, 식각율은 실시 예 1의 경우 390의 값을 가지며, 실시 예 2의 경우에 331의 값을 가진다. 결국, 실시 예 1 및 실시 예 2의 경우 낮은 식각율을 가져 식각 정지막으로 사용되는 경우 우수한 특성을 가지며, 이 중 실시 예 2의 경우 가장 낮은 식각율을 나타냄을 알 수 있다.In the case of the etch rate, the value of 384 in the case of the comparative example 1, the value of 637 in the case of the comparative example 2, and the value of 450 in the case of the comparative example 3. In addition, the etching rate has a value of 390 in the case of
커패시턴스(Cox)는 비교 예 1의 경우 3.49E-08의 값을 가지고, 비교 예 2의 경우 3.90E-08의 값을 가진다. 또한, 커패시턴스는 비교 예 3, 실시 예 1 및 실시 예 2의 경우 모두 3.21E-08의 값을 가진다. 따라서, 실리콘 함유 유기 소스를 이용하는 경우 모두 우수한 커패시턴스 값을 가짐을 알 수 있다.The capacitance C ox has a value of 3.49E-08 in the case of the comparative example 1, and 3.90E-08 in the case of the comparative example 2. Also, the capacitance has a value of 3.21E-08 in the case of each of the comparative example 3, the example 1 and the example 2. Therefore, it can be seen that all of the silicon-containing organic sources have an excellent capacitance value.
유전율은 비교 예 1의 경우 3.90의 값을 가지고, 비교 예 2 및 비교 예 3의 경우 4.3의 값을 가진다. 또한, 유전율은 실시 예 1의 경우 4.2의 값을 가지고, 실시 예 2의 경우 4.10의 값을 가진다. 결국, 실시 예 1 및 실시 예 2의 경우 가장 우수한 막질을 얻을 수 있는 비교 예 1과 가장 근접한 유전율을 가짐을 알 수 있다.The dielectric constant has a value of 3.90 in the case of the comparative example 1 and 4.3 in the case of the comparative example 2 and the comparative example 3. [ In addition, the dielectric constant has a value of 4.2 in the case of the first embodiment, and a value of 4.10 in the case of the second embodiment. As a result, it can be seen that the films of Examples 1 and 2 have the closest dielectric constant to that of Comparative Example 1 in which the best film quality can be obtained.
또한, 항복 전압(Breakdown Voltage)은 비교 예 1의 경우 8.5의 값을 가지고, 비교 예 2의 경우 7.2의 값을 가지며, 비교 예 3의 경우 7.6의 값을 가진다. 또한, 항복 전압은 실시 예 1의 경우 8.3의 값을 가지고, 실시 예 2의 경우 8.8의 값을 가진다. 결국, 실시 예 1 및 실시 예 2의 경우 가장 우수한 막질을 얻을 수 있는 비교 예 1과 가장 근접한 항복 전압을 가짐을 알 수 있다.In addition, the breakdown voltage has a value of 8.5 in Comparative Example 1, 7.2 in Comparative Example 2, and 7.6 in Comparative Example 3. In addition, the breakdown voltage has a value of 8.3 in the case of
도 4은 게이트 절연막 및 보호층의 형성 공정에 따른 박막 트랜지스터의 특성 그래프이다. 도 4 (a)는 게이트 절연막 및 보호막을 실란(SiH4)을 이용한 CVD 공정에 의하여 형성한 경우의 특성 그래프이며, 도 4 (b)는 실리콘 함유 유기 소오스를 이용하여 ALD 공정, CVD 공정 및 ALD 공정에 의하여 하부로부터 순차적으로 적층되는 게이트 절연막을 형성하고, 보호막을 실란(SiH4)을 이용한 CVD 공정에 의하여 형성한 경우의 특성 그래프이다. 또한, 도 4 (c)는 실리콘 함유 유기 소오스를 이용하여 ALD 공정, CVD 공정 및 ALD 공정에 의하여 하부로부터 순차적으로 적층되는 게이트 절연막을 형성하고, 실리콘 함유 유기 소오스를 이용하여 ALD 공정, CVD 공정 및 ALD 공정에 의하여 하부로부터 순차적으로 적층되는 보호막을 형성한 경우의 특성 그래프이다.4 is a characteristic graph of a thin film transistor according to a process of forming a gate insulating film and a protective layer. FIG. 4A is a characteristic graph when the gate insulating film and the protective film are formed by a CVD process using silane (SiH 4 ), FIG. 4B is a characteristic graph showing an ALD process, a CVD process, and an ALD And a protective film is formed by a CVD process using silane (SiH 4 ). 4 (c) shows a method of forming a gate insulating film sequentially stacked from the bottom by an ALD process, a CVD process, and an ALD process using a silicon-containing organic source, and performing an ALD process, a CVD process, And a protective film which is sequentially stacked from the bottom by an ALD process is formed.
도 4를 참조하면, 서브쓰레스홀드 스윙(Subthreshold Swing)은 도 4 (a)의 경우 0.34이고, 도 4 (b)의 경우 0.33이며, 도 4 (c)의 경우 0.25의 값을 가진다. 또한, 평균 임계 전압(Avg. Vth)은 도 4 (a)의 경우 -3.56이고, 도 4 (b)의 경우 -3.42이며, 도 4 (c)의 경우 -2.33의 값을 가진다. 뿐만 아니라, 평균 이동도(Avg. Mobility)는 도 4 (a)의 경우 34.14이고, 도 4 (b)의 경우 43.60이며, 도 4 (c)의 경우 45.06의 값을 가진다. 즉, 모든 특성에 대하여 도 4 (a)의 경우보다 도 4(b)가 우수한 결과를 나타내고, 도 4 (b) 보다 도 4 (c)가 더욱 우수한 결과를 보임을 알 수 있다. 결국, 게이트 절연막 또는 보호막의 증착 방법을 제어하여 온 전류, 오프 전류, 문턱 전압 및 전하 이동도를 조절할 수 있으며, 도 4 (c)의 경우 가장 우수한 특성을 가짐을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, the subthreshold swing is 0.34 in FIG. 4 (a), 0.33 in FIG. 4 (b), and 0.25 in FIG. 4 (c). The average threshold voltage (Avg. Vth) is -3.56 in FIG. 4A, -3.42 in FIG. 4B, and -2.33 in FIG. 4C. In addition, the average mobility is 34.14 in FIG. 4 (a), 43.60 in FIG. 4 (b), and 45.06 in FIG. 4 (c). That is, FIG. 4 (b) shows superior results to all the characteristics in FIG. 4 (a), and FIG. 4 (c) shows better results than FIG. 4 (b). As a result, the on-state current, the off-state current, the threshold voltage, and the charge mobility can be controlled by controlling the method of depositing the gate insulating film or the passivation film, and it can be understood that FIG. 4 (c) has the best characteristics.
도 5 및 도 6은 내구성 테스트를 위하여 가혹 조건이 설정된 평가 장비 내에 박막 트랜지스터를 넣어 시간의 경과에 따른 이동도 및 임계 전압의 변화를 각각 측정하여 그래프로 나타낸 결과이다. 여기서, 박막 트랜지스터는 게이트 절연막 및 보호막을 실란(SiH4)을 이용한 CVD 공정에 의하여 형성한 경우와 실리콘 함유 유기 소오스를 이용하여 ALD 공정, CVD 공정 및 ALD 공정에 의하여 하부로부터 순차적으로 적층되는 게이트 절연막을 형성하고, 실리콘 함유 유기 소오스를 이용하여 ALD 공정, CVD 공정 및 ALD 공정에 의하여 하부로부터 순차적으로 적층되는 보호막을 형성한 경우의 박막 트랜지스터를 사용하였다.FIGS. 5 and 6 are graphs showing the results of measuring the mobility and the change in the threshold voltage with time, respectively, by inserting the thin film transistor in the evaluation equipment having the severe condition for the durability test. Here, the thin film transistor is formed by a CVD process using a silane (SiH 4 ) or a gate insulating film and a protective film using a silicon containing organic source, a gate insulating film And a thin film transistor in which a protective film which is sequentially stacked from the bottom by an ALD process, a CVD process and an ALD process is formed by using a silicon containing organic source is used.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 트랜지스터는 게이트 절연막 및 보호막을 실란(SiH4)을 이용한 CVD 공정에 의하여 형성한 경우에 비해 전하 이동도(Mobility)가 초기 값이 43.6에서부터 최대 44.1로 변화하는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 트랜지스터의 전하 이동도는 초기 값에 대하여 약 1.47%의 변화량을 가져 0% 이상, 3% 이하의 범위 내에서 변화하는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 5, the thin film transistor according to the embodiment of the present invention has an initial value of 43.6 (mobility) as compared with the case where the gate insulating film and the protective film are formed by a CVD process using silane (SiH 4 ) To 44.1 at the maximum. That is, it can be seen that the charge mobility of the thin film transistor according to the embodiment of the present invention varies by about 1.47% with respect to the initial value, and varies within the range of 0% to 3%.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 트랜지스터는 게이트 절연막 및 보호막을 실란(SiH4)을 이용한 CVD 공정에 의하여 형성한 경우에 비해 임계 전압(Vth)이 초기 값이 -2.33에서부터 최대 -2.53으로 변화하는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 트랜지스터의 임계 전압은 초기 값에 대하여 약 8.58%의 변화량을 가져 0% 이상, 10% 이하의 범위 내에서 변화하는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 6, the thin film transistor according to the embodiment of the present invention has a threshold voltage (Vth) which is lower than an initial value when a gate insulating film and a protective film are formed by a CVD process using silane (SiH 4 ) -2.33 to -2.53 at the maximum. That is, it can be seen that the threshold voltage of the thin film transistor according to the embodiment of the present invention changes by about 8.58% with respect to the initial value, and varies within a range of 0% to 10%.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위하여 순서적으로 도시한 단면도이다.7 to 11 are sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법은 기판(100) 상에 게이트 전극(110)을 형성하는 과정; 상기 게이트 전극(110) 상에 게이트 절연막을 형성하는 과정; 상기 게이트 절연막 상에 활성층(130)을 형성하는 과정; 및 상기 활성층(130) 상에 소오스 전극(150a) 및 드레인 전극(150b)을 형성하는 과정을 포함하고, 상기 게이트 절연막을 형성하는 과정은, 실리콘 함유 유기 소오스와 반응 소오스를 이용하여 상기 게이트 절연막 상에 CVD 공정에 의하여 제1 절연 박막(124)을 형성하는 과정; 및 실리콘 함유 유기 소오스와 반응 소오스를 이용하여 상기 제1 절연 박막 상에 ALD 공정에 의하여 제2 절연 박막(126)을 형성하는 과정;을 포함한다.A method of fabricating a thin film transistor according to an embodiment of the present invention includes forming a
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법은 상기 게이트 절연막 상에 활성층(130)을 형성하는 과정 이후에 상기 활성층(130) 상에 보호막을 형성하는 과정;을 더 포함할 수 있다.The method of fabricating a thin film transistor according to an embodiment of the present invention may further include forming a protective layer on the
도 7을 참조하면, 기판(100) 상의 소정 영역에 게이트 전극(110)을 형성한 후 게이트 전극(110)을 포함한 전체 상부에 게이트 절연막을 형성한다. 게이트 전극(110)을 형성하기 위해 예를 들어 CVD를 이용하여 기판(100) 상에 제 1 도전층을 형성한 후 소정의 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 제 1 도전층을 패터닝한다. 또한, 게이트 절연막은 게이트 전극(110)을 포함한 전체 상부에 형성될 수 있으며, 유기 소오스와 산소 및 질소의 적어도 어느 하나의 반응 가스를 이용하여 형성할 수 있다. 따라서, 게이트 절연막은 SiO, SiCH4 등의 성분을 포함하는 하이브리드막으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 7, a
또한, 게이트 절연막은 게이트 전극(110) 상에 CVD 공정에 의하여 제1 절연 박막(124)을 형성하고, 제1 절연 박막(124) 상에 ALD 공정에 의하여 제2 절연 박막(126)을 형성할 수 있다. 뿐만 아니라, 게이트 절연막은 게이트 전극(110) 상에 ALD 공정에 의하여 제3 절연 박막(122)을 형성하고, 제3 절연 박막(122) 상에 CVD 공정에 의하여 제1 절연 박막(124)을 형성하고, 제1 절연 박막(124) 상에 ALD 공정에 의하여 제2 절연 박막(126)을 형성할 수도 있다.The first insulating
또한, 게이트 절연막의 형성 중에 적어도 1회 이상, 바람직하게는 2회 내지 4회의 트리트먼트를 실시할 수 있다. 트리트먼트는 예를 들어 산소 분위기에서 실시할 수 있으며, 게이트 절연막의 증착 온도보다 낮은 온도에서 실시할 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연막은 300℃ 내지 400℃의 온도에서 형성하고 트리트먼트는 200℃ 내지 300℃의 온도에서 실시할 수 있다.Further, during the formation of the gate insulating film, at least one treatment, preferably two to four treatments can be performed. The treatment can be performed, for example, in an oxygen atmosphere, and can be performed at a temperature lower than the deposition temperature of the gate insulating film. For example, the gate insulating film may be formed at a temperature of 300 ° C to 400 ° C, and the treatment may be performed at a temperature of 200 ° C to 300 ° C.
또한, 트리트먼트는 1회 실시할 때마다 10초 내지 60초 동안 실시할 수 있다. 이렇게 게이트 절연막의 증착 방법과 트리트먼트를 조절함으로써 게이트 절연막의 조성을 조절할 수 있고, 그에 따라 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 조절할 수 있다.In addition, the treatment can be performed for 10 seconds to 60 seconds for each treatment. By controlling the deposition method and treatment of the gate insulating film, the composition of the gate insulating film can be controlled and the electrical characteristics of the thin film transistor can be controlled accordingly.
도 8을 참조하면, 기판(100) 상에 활성층(130), 예를 들어 금속 산화물 박막을 형성한다. 활성층(130)을 형성하기 위해 기판(100)이 약 300℃ 이하, 예를 들어 100 내지 300℃의 온도를 유지하도록 한 후 게이트 절연막을 포함한 전체 상부에 활성층(130)을 형성한다.Referring to FIG. 8, an
여기서, 활성층(130)은 ALD 공정, CVD 공정 등을 이용하여 IGZO 박막, ITZO 박막 등으로 형성할 수 있다. 예를 들어, IGZO 박막을 ALD 공정으로 형성하는 경우 인듐 소오스, 갈륨 소오스 및 징크 소오스를 동시에 반응 챔버 내에 공급하여 기판(100) 상에 흡착시킨 후 퍼지 가스를 이용하여 미흡착 원료 가스를 퍼지하고, 산화 소오스를 반응 챔버 내에 공급하여 기판(100) 상에서 반응시켜 단일 원자층의 IGZO 박막을 형성한 후 퍼지 가스를 이용하여 미반응 반응 가스를 퍼지할 수 있다.Here, the
여기서, 예를 들어 인듐 소오스로는 트리메틸인듐(Trimethyl Indium; In(CH3)3)(TMIn) 등을 이용할 수 있고, 갈륨 소오스로는 트리메틸갈륨(Trimethyl Gallium; Ga(CH3)3)(TMGa) 등을 이용할 수 있으며, 징크 소오스로는 디에틸징크(Diethyl Zinc; Zn(C2H5)2)(DEZ), 디메틸징크(Dimethyl Zinc; Zn(CH3)2)(DMZ) 등을 이용할 수 있다. 또한, 산소 소오스로는 산소가 포함된 물질, 예를 들어 산소(O2), 오존(O3), 수증기(H2O), N2O, CO2 등의 적어도 어느 하나를 이용할 수 있고, 오존(O3)을 이용하는 것이 바람직하고, 산소(O2), N2O, CO2를 플라즈마 상태로 여기시켜 이용할 수 있다.Here, for example, the indium source and trimethyl indium (Trimethyl Indium; In (CH 3 ) 3) (TMIn) into the can be used, the gallium source, such as trimethyl gallium (Trimethyl Gallium; Ga (CH 3 ) 3) (TMGa ) And the like can be used. As the zinc source, diethyl zinc (Zn (C 2 H 5 ) 2 ) (DEZ), dimethyl zinc (Zn (CH 3 ) 2 ) . At least one of oxygen-containing materials such as oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), water vapor (H 2 O), N 2 O and CO 2 can be used as the oxygen source, Ozone (O 3 ) is preferably used, and oxygen (O 2 ), N 2 O, and CO 2 can be excited into a plasma state.
또한, 활성층(130)의 일부는 ALD 공정으로 형성하고, 나머지는 CVD 공정으로 형성할 수도 있다. 이를 위해 예를 들어 IGZO 박막을 CVD 공정으로 형성하는 경우 인듐 소오스, 갈륨 소오스, 징크 소오스 및 산화 소오스를 반응 챔버 내에 동시에 유입한다. 한편, 활성층(130)을 서로 다른 증착 방식으로 이층 구조로 형성하는 경우 조성비를 다르게 하여 형성할 수 있는데, 소오스 물질의 적어도 어느 하나의 유입량을 일층의 금속 산화물 박막보다 많거나 적게 조절하여 유입할 수 있고, 산화 소오스의 유입량 또한 조절하여 유입할 수 있다. 이렇게 하면 일층의 금속 산화물 박막에 비하여 타층의 금속 산화물 박막의 특성, 예를 들어 이동도, 전기 전도도 등을 조절할 수 있다.A part of the
도 9를 참조하면, 활성층(130) 상에 보호막을 형성한다. 보호막은 산소의 침투를 방지하고 활성층(130)과 식각 선택비가 차이나는 물질로 형성할 수 있는데, 실리콘 옥사이드, 실리콘 옥시나이트라이드, 알루미늄 옥사이드 등의 절연막을 이용할 수 있다. 또한, 보호막은 유기 소오스와 반응 가스를 이용하여 형성할 수 있다. 즉, 보호막은 게이트 절연막과 동일 물질로 형성할 수 있고, 그에 따라 막 내에 H가 잔류하지 않을 수 있다. Referring to FIG. 9, a protective film is formed on the
또한, 보호막은 활성층(130) 상에 ALD 공정에 의하여 제1 보호 박막(142)을 형성하고, 제1 보호 박막(142) 상에 CVD 공정에 의하여 제2 보호 박막(144)을 형성할 수 있다. 뿐만 아니라, 보호막은 활성층(130) 상에 상에 ALD 공정에 의하여 제1 보호 박막(142)을 형성하고, 제1 보호 박막(142) 상에 CVD 공정에 의하여 제2 보호 박막(144)을 형성하고, 제2 보호 박막(144) 상에 ALD 공정에 의하여 제3 보호 박막(146)을 형성할 수도 있다.The protective layer can be formed by forming the first
도 10을 참조하면, 이어서, 보호막의 소정 영역을 식각하여 패터닝하는데, 보호막은 이후 소오스 전극(150a) 및 드레인 전극(150b)이 이격되는 영역에 잔류하도록 패터닝한다. 즉, 보호막이 소오스 전극(150a) 및 드레인 전극(150b)과 일부 중첩되도록 패터닝한다.Referring to FIG. 10, a predetermined region of the protective film is then etched and patterned. The protective film is then patterned so as to remain in a region where the
한편, 보호막을 패터닝하기 이전에 어닐링 공정을 실시할 수도 있다. 어닐링 공정은 보호막 증착 후 오프 전류가 변화될 수 있는데, 이를 보상하기 위해 실시할 수 있다. 여기서, 어닐링 공정은 산소 또는 오존을 이용하여 진공 상태에서 실시할 수 있다. 즉, 어닐링 공정은 대기압(760Torr) 보다 낮은 압력에서 실시할 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.1Torr 내지 10Torr에서 실시할 수 있다. 이때, 공정 온도는 200∼450℃로 유지하고, 공정 시간은 요구되는 소자 특성에 따라 1분 내지 30분까지 다양하게 처리할 수 있다.On the other hand, the annealing process may be performed before the protective film is patterned. The annealing process may be carried out to compensate for the off current after the deposition of the protective film, which may be changed. Here, the annealing process can be performed in a vacuum state using oxygen or ozone. That is, the annealing process can be performed at a pressure lower than the atmospheric pressure (760 Torr), more preferably 0.1 Torr to 10 Torr. At this time, the process temperature is maintained at 200 to 450 占 폚, and the process time can be variously varied from 1 minute to 30 minutes depending on the required device characteristics.
도 11을 참조하면, 활성층(130)을 게이트 전극(110)을 덮도록 패터닝한다. 이어서, 활성층(130) 상부에 제 2 도전층을 형성한 후 소정의 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 패터닝하여 소오스 전극(150a) 및 드레인 전극(150b)을 형성한다. 소오스 전극(150a) 및 드레인 전극(150b)은 게이트 전극(110)의 상부와 일부 중첩되고, 게이트 전극(110)의 상부에서 이격되도록 형성된다. 이때, 식각 공정은 보호막이 노출되도록 식각한다. 여기서, 제 2 도전층은 금속, 금속 합금, 금속 산화물, 투명 도전막 또는 이들의 화합물 중 어느 하나를 CVD를 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 제 2 도전층은 도전 특성과 저항 특성을 고려하여 복수의 층으로 형성할 수도 있다.Referring to FIG. 11, the
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.While the preferred embodiments of the present invention have been described and illustrated above using specific terms, such terms are used only for the purpose of clarifying the invention, and the embodiments of the present invention and the described terminology are intended to be illustrative, It will be obvious that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention. Such modified embodiments should not be individually understood from the spirit and scope of the present invention, but should be regarded as being within the scope of the claims of the present invention.
100 : 기판
110 : 게이트 전극
122, 124, 126 : 게이트 절연막
130 : 활성층
142, 144, 146 : 보호막
150a 및 150b : 소오스 및 드레인 전극100: substrate 110: gate electrode
122, 124, 126: Gate insulating film 130:
142, 144, 146:
150a and 150b: source and drain electrodes
Claims (13)
상기 게이트 절연막은 SiCH4 성분을 포함하며, 상기 게이트 전극에 인접하고, CVD 공정에 의하여 형성되는 제1 절연 박막; 및 상기 활성층에 인접하고, ALD 공정에 의하여 형성되는 제2 절연 박막;을 포함하는 박막 트랜지스터.
1. A thin film transistor comprising a gate electrode, a gate insulating film provided on the gate electrode, an active layer provided on the gate insulating film, and source and drain electrodes provided on the active layer and horizontally spaced apart,
Wherein the gate insulating layer includes a SiCH 4 component and is adjacent to the gate electrode and is formed by a CVD process; And a second insulating thin film adjacent to the active layer and formed by an ALD process.
상기 게이트 절연막은,
상기 게이트 전극과 제1 절연 박막 사이에, ALD 공정에 의하여 형성되는 제3 절연 박막;을 더 포함하는 박막 트랜지스터.
The method according to claim 1,
Wherein the gate insulating film
And a third insulating thin film formed between the gate electrode and the first insulating thin film by an ALD process.
상기 게이트 절연막은 실리콘 함유 유기 소오스와 반응 소오스를 이용하여 형성되는 박막 트랜지스터.
The method according to claim 1,
Wherein the gate insulating film is formed using a silicon containing organic source and a reaction source.
상기 활성층은 3족 또는 4족 원소가 도핑된 산화아연 박막으로 형성되는 박막 트랜지스터.
The method according to claim 1,
Wherein the active layer is formed of a zinc oxide thin film doped with Group 3 or Group 4 elements.
상기 활성층과 소오스 전극 및 드레인 전극 사이에 구비되는 보호막을 더 포함하고,
상기 보호막은 실리콘 함유 유기 소오스와 반응 소오스를 이용하여 형성되는 박막 트랜지스터.
The method according to claim 1,
And a protective film provided between the active layer and the source electrode and the drain electrode,
Wherein the protective film is formed using a silicon containing organic source and a reactive source.
상기 보호막은,
상기 활성층에 인접하고, ALD 공정에 의하여 형성되는 제1 보호 박막; 및
상기 소오스 전극 및 드레인 전극에 인접하고, CVD 공정에 의하여 형성되는 제2 보호 박막;을 포함하는 박막 트랜지스터.
The method of claim 5,
The protective film may be formed,
A first protective film adjacent to the active layer and formed by an ALD process; And
And a second protective thin film adjacent to the source and drain electrodes and formed by a CVD process.
상기 제1 보호 박막은 상기 제2 보호 박막보다 산소 함량이 높은 박막 트랜지스터.
The method of claim 6,
Wherein the first protective thin film has a higher oxygen content than the second protective thin film.
상기 박막 트랜지스터의 전하 이동도는 3% 이하의 범위 내에서 변화하는 박막 트랜지스터.
The method of claim 6,
Wherein the charge mobility of the thin film transistor varies within a range of 3% or less.
상기 박막 트랜지스터의 임계 전압은 10% 이하의 범위 내에서 변화하는 박막 트랜지스터.
The method of claim 6,
Wherein a threshold voltage of the thin film transistor varies within a range of 10% or less.
상기 게이트 전극 상에 게이트 절연막을 형성하는 과정;
상기 게이트 절연막 상에 활성층을 형성하는 과정; 및
상기 활성층 상에 소오스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 과정을 포함하고,
상기 게이트 절연막을 형성하는 과정은,
실리콘 함유 유기 소오스와 반응 소오스를 이용하여 상기 게이트 절연막 상에 CVD 공정에 의하여 제1 절연 박막을 형성하는 과정; 및
실리콘 함유 유기 소오스와 반응 소오스를 이용하여 상기 제1 절연 박막 상에 ALD 공정에 의하여 제2 절연 박막을 형성하는 과정;을 포함하는 박막 트랜지스터의 제조 방법.
Forming a gate electrode on a substrate;
Forming a gate insulating film on the gate electrode;
Forming an active layer on the gate insulating layer; And
And forming a source electrode and a drain electrode on the active layer,
The process of forming the gate insulating film includes:
Forming a first insulating thin film on the gate insulating film by a CVD process using a silicon-containing organic source and a reactive source; And
And forming a second insulating thin film on the first insulating thin film by an ALD process using a silicon containing organic source and a reactive source.
상기 게이트 절연막을 형성하는 과정은,
상기 실리콘 함유 유기 소오스에 함유되는 유기 성분이 수소 원자와 반응하여 SiCH4 성분을 형성하는 박막 트랜지스터의 제조 방법.
The method of claim 10,
The process of forming the gate insulating film includes:
Wherein an organic component contained in the silicon-containing organic source reacts with hydrogen atoms to form a SiCH 4 component.
상기 게이트 절연막은 증착 방법을 제어하여 온 전류, 오프 전류, 문턱 전압 및 전하 이동도를 조절하는 박막 트랜지스터의 제조 방법.
The method of claim 10,
Wherein the gate insulating film controls the ON current, the OFF current, the threshold voltage, and the charge mobility by controlling the deposition method.
상기 게이트 절연막 상에 활성층을 형성하는 과정 이후에 상기 활성층 상에 보호막을 형성하는 과정;을 더 포함하고,
상기 보호막을 형성하는 과정은,
실리콘 함유 유기 소오스와 반응 소오스를 이용하여 상기 활성층 상에 ALD 공정에 의하여 제1 보호 박막을 형성하는 과정; 및
실리콘 함유 유기 소오스와 반응 소오스를 이용하여 상기 제1 보호 박막 상에 CVD 공정에 의하여 제2 보호 박막을 형성하는 과정;을 포함하는 박막 트랜지스터의 제조 방법.
The method of claim 10,
And forming a protective layer on the active layer after forming the active layer on the gate insulating layer,
The process of forming the protective film may include:
Forming a first protective thin film on the active layer by an ALD process using a silicon-containing organic source and a reactive source; And
And forming a second protective thin film on the first protective thin film by a CVD process using a silicon containing organic source and a reactive source.
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