KR20190044159A - Thin film trnasistor comprising oxide semiconductor layer, method for manufacturing the same and display device comprising the same - Google Patents

Thin film trnasistor comprising oxide semiconductor layer, method for manufacturing the same and display device comprising the same Download PDF

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Abstract

According to an embodiment of the present invention, a thin-film transistor comprises: a gate electrode disposed on a substrate; an oxide semiconductor layer disposed so as to overlap at least a portion of the gate electrode while being isolated from the gate electrode; a gate insulation film disposed between the gate electrode and the oxide semiconductor layer; a source electrode connected to the oxide semiconductor layer; and a drain electrode connected to the oxide semiconductor layer while being spaced apart from the source electrode. The oxide semiconductor layer includes indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn), tin (Sn), and oxygen (O), wherein the content of indium (In) in the oxide semiconductor layer is greater than the content of gallium (Ga), the content of indium (In) is substantially equal to the content of zinc (Zn), and the content ratio (Sn/In) of tin (Sn) to indium (In) is 0.1 to 0.25. Thus, excellent mobility and drive characteristics can be achieved.

Description

산화물 반도체층을 포함하는 박막 트랜지스터, 그 제조방법 및 이를 포함하는 표시장치{THIN FILM TRNASISTOR COMPRISING OXIDE SEMICONDUCTOR LAYER, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a thin film transistor including an oxide semiconductor layer, a method of manufacturing the same, and a display device including the same. BACKGROUND OF THE INVENTION [0002]

본 발명은 산화물 반도체층을 포함하는 박막 트랜지스터, 이러한 박막 트랜지스터의 제조방법 및 이러한 박막 트랜지스터를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film transistor including an oxide semiconductor layer, a method of manufacturing such a thin film transistor, and a display apparatus including such a thin film transistor.

트랜지스터는 전자 기기 분야에서 스위칭 소자(switching device)나 구동 소자(driving device)로 널리 사용되고 있다. 특히, 박막 트랜지스터(thin film transistor)는 유리 기판이나 플라스틱 기판 상에 제조될 수 있기 때문에, 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device) 또는 유기 발광장치(Organic Light Emitting Device) 등과 같은 표시장치의 스위칭 소자로서 널리 이용되고 있다.Transistors are widely used as switching devices or driving devices in the field of electronic devices. In particular, since a thin film transistor can be manufactured on a glass substrate or a plastic substrate, it can be used as a switching element of a display device such as a liquid crystal display device or an organic light emitting device It is widely used.

박막 트랜지스터는, 액티브층을 구성하는 물질을 기준으로 하여, 비정질 실리콘이 액티브층으로 사용되는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터, 다결정 실리콘이 액티브층으로 사용되는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터, 및 산화물 반도체가 액티브층으로 사용되는 산화물 반도체 박막 트랜지스터로 구분될 수 있다.The thin film transistor includes an amorphous silicon thin film transistor in which amorphous silicon is used as an active layer, a polycrystalline silicon thin film transistor in which polycrystalline silicon is used as an active layer, and a polycrystalline silicon thin film transistor in which an oxide semiconductor is used as an active layer Oxide semiconductor thin film transistor.

비정질 실리콘 박막 트랜지스터(a-Si TFT)의 경우, 짧은 시간 내에 비정질 실리콘이 증착되어 액티브층이 형성될 수 있으므로, 제조 공정 시간이 짧고 생산 비용이 적게 드는 장점이 있는 반면, 이동도(mobility)가 낮아 전류 구동 능력이 좋지 않고, 문턱전압의 변화가 발생하기 때문에 능동 매트릭스 유기 발광 소자(AMOLED) 등에는 사용이 제한되는 단점이 있다.In the case of an amorphous silicon thin film transistor (a-Si TFT), since amorphous silicon is deposited in a short time to form an active layer, the manufacturing process time is short and the production cost is low. On the other hand, The current driving capability is low and the threshold voltage is changed. Therefore, the organic EL device has a disadvantage that its use is limited to the active matrix organic light emitting device (AMOLED) and the like.

다결정 실리콘 박막 트랜지스터(poly-Si TFT)는, 비정질 실리콘이 증착된 후 비정질 실리콘이 결정화되어 만들어진다. 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 과정에서 비정질 실리콘이 결정화되는 공정이 필요하기 때문에, 공정 수가 증가하여 제조비용이 상승하며, 높은 공정 온도에서 결정화 공정이 수행되기 때문에 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 대면적 장치에 적용되는 데에 어려움이 있다. 또한, 다결정 특성으로 인해, 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 균일도(Uniformity)를 확보하는 데 어려움이 있다.A polycrystalline silicon thin film transistor (poly-Si TFT) is formed by crystallizing amorphous silicon after the amorphous silicon is deposited. Since a process for crystallizing amorphous silicon is required in the process of manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor, the manufacturing cost is increased due to an increase in the number of processes, and a crystallization process is performed at a high process temperature. Therefore, the polycrystalline silicon thin film transistor is applied to a large- There is a difficulty in having. Further, due to the polycrystalline characteristics, it is difficult to secure the uniformity of the polycrystalline silicon thin film transistor.

산화물 반도체 박막 트랜지스터(Oxide semiconductor TFT)의 경우, 비교적 낮은 온도에서 액티브층을 구성하는 산화물이 성막될 수 있고, 이동도(mobility)가 높고, 산소의 함량에 따라 산화물의 저항의 변화가 크기 때문에 원하는 물성이 용이하게 얻어질 수 있다. 또한, 산화물의 특성상, 산화물 반도체는 투명하기 때문에, 투명 디스플레이를 구현하는 데도 유리하다. 이러한 산화물 반도체의 재료로, 아연 산화물(ZnO), 인듐 아연 산화물(InZnO) 또는 인듐 갈륨 아연 산화물(InGaZnO4) 등이 있다.In the case of an oxide semiconductor thin film transistor (TFT), since the oxide forming the active layer can be formed at a relatively low temperature, the mobility is high, and the resistance of the oxide varies with the content of oxygen, The physical properties can be easily obtained. Further, due to the nature of the oxide, the oxide semiconductor is transparent, which is also advantageous for realizing a transparent display. As a material of such an oxide semiconductor, there is zinc oxide (ZnO), indium zinc oxide (InZnO), indium gallium zinc oxide (InGaZnO 4 ) and the like.

1. [박막 트랜지스터] 한국공개특허 10-2015-0027164호1. [Thin Film Transistor] Korean Unexamined Patent Application Publication No. 10-2015-0027164 2. [박막 트랜지스터] 한국공개특허 10-2016-0098360호2. [Thin Film Transistor] Korean Unexamined Patent Application Publication No. 10-2016-0098360

본 발명의 일 실시예는, 주석(Sn)을 포함하며 우수한 이동도 및 신뢰성을 갖는 산화물 반도체층을 포함하는 박막 트랜지스터를 제공하고자 한다.One embodiment of the present invention is to provide a thin film transistor including an oxide semiconductor layer containing tin (Sn) and having excellent mobility and reliability.

본 발명의 다른 일 실시예는, 소정의 두께를 가지며 소정의 온도에서 증착 및 열처리되어 형성된 산화물 반도체층을 포함하여, 열 및 광에 대한 신뢰성이 우수한 박막 트랜지스터를 제공하고자 한다.Another embodiment of the present invention is to provide a thin film transistor including an oxide semiconductor layer formed by evaporation and heat treatment at a predetermined temperature and having a predetermined thickness, and having excellent reliability against heat and light.

본 발명의 또 다른 일 실시예는 이러한 박막 트랜지스터의 제조방법 및 이러한 박막 트랜지스터 포함하는 표시장치를 제공하고자 한다.Another embodiment of the present invention is to provide a method of manufacturing such a thin film transistor and a display device including such a thin film transistor.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 기판 상에 배치된 게이트 전극, 상기 게이트 전극과 절연되어 상기 게이트 전극과 적어도 일부 중첩하는 산화물 반도체층, 상기 게이트 전극과 상기 산화물 반도체층 사이에 배치된 게이트 절연막, 상기 산화물 반도체층과 연결된 소스 전극 및 상기 소스 전극과 이격되어 상기 산화물 반도체층과 연결된 드레인 전극을 포함하며, 상기 산화물 반도체층은 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 주석(Sn) 및 산소(O)를 포함하고, 상기 산화물 반도체층에서, 상기 인듐(In)의 함량은 상기 갈륨(Ga)의 함량보다 많으며, 상기 인듐(In)과 상기 아연(Zn)의 함량은 실질적으로 동일하며, 상기 인듐(In)에 대한 상기 주석(Sn)의 비율(Sn/In)은 0.1 내지 0.25인, 박막 트랜지스터를 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a gate electrode disposed on a substrate; an oxide semiconductor layer insulated from the gate electrode to overlap at least a part of the gate electrode; A source electrode connected to the oxide semiconductor layer, and a drain electrode spaced apart from the source electrode and connected to the oxide semiconductor layer, wherein the oxide semiconductor layer is formed of a material selected from the group consisting of indium (In), gallium (Ga), zinc (In) and zinc (Zn), tin (Sn), and oxygen (O), wherein the content of indium (In) is larger than the content of gallium (Ga) Zn) is substantially the same and the ratio (Sn / In) of the tin (Sn) to the indium (In) is 0.1 to 0.25.

상기 산화물 반도체층은 20nm 이상의 두께를 갖는다. The oxide semiconductor layer has a thickness of 20 nm or more.

상기 산화물 반도체층은 C축 방향의 결정성을 갖는다. The oxide semiconductor layer has crystallinity in the C-axis direction.

상기 산화물 반도체층은 18 cm2/V·s 이상의 홀 이동도를 갖는다.The oxide semiconductor layer has a hole mobility of 18 cm 2 / V · s or more.

상기 산화물 반도체층은 5 x 1017개/cm3 이상의 캐리어 농도를 갖는다. The oxide semiconductor layer has a carrier concentration of 5 x 10 17 / cm 3 or more.

상기 산화물 반도체층은 6.5 g/cm3 이상의 밀도를 갖는다. The oxide semiconductor layer has a density of 6.5 g / cm < 3 > or more.

상기 산화물 반도체층은 2.0 x 1017 spins/cm3 이하의 스핀 밀도(spin density)를 갖는다.The oxide semiconductor layer has a spin density of 2.0 x 10 17 spins / cm 3 or less.

산화물 반도체층은 1.5 x 1017 spins/cm3 이상의 스핀 밀도를 갖는다. The oxide semiconductor layer has a spin density of 1.5 x 10 17 spins / cm 3 or more.

상기 산화물 반도체층은 순차적으로 적층된 제1 층 및 제2 층을 가지며, 상기 제2 층의 산소(O) 함량은 상기 제1 층의 산소(O) 함량보다 많다. The oxide semiconductor layer has a first layer and a second layer which are sequentially stacked, and the oxygen (O) content of the second layer is larger than the oxygen (O) content of the first layer.

상기 제2 층은 상기 산화물 반도체층 두께의 5 내지 20%의 두께를 갖는다. The second layer has a thickness of 5 to 20% of the thickness of the oxide semiconductor layer.

상기 제2 층은 상기 제1 층 대비 1.2 내지 2.5 배의 산소 함량을 갖는다.The second layer has an oxygen content of 1.2 to 2.5 times the first layer.

본 발명의 다른 일 실시예는, 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극과 절연되어 상기 게이트 전극과 적어도 일부 중첩하는 산화물 반도체층을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극과 상기 산화물 반도체층을 상호 절연시키는 게이트 절연막을 형성하는 단계, 및 상기 산화물 반도체층과 각각 연결되며, 서로 이격되어 배치되는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 산화물 반도체층은 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 주석(Sn) 및 산소(O)를 포함하고, 상기 산화물 반도체층에서, 상기 인듐(In)의 함량은 상기 갈륨(Ga)의 함량보다 많으며, 상기 인듐(In)과 상기 아연(Zn)의 함량은 실질적으로 동일하며, 상기 인듐(In)에 대한 상기 주석(Sn)의 비율(Sn/In)은 0.1 내지 0.25인, 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a gate electrode on a substrate; forming an oxide semiconductor layer insulated from the gate electrode to overlap at least a part of the gate electrode; And forming a source electrode and a drain electrode spaced apart from each other, the oxide semiconductor layer being formed of indium (In), gallium (GaIn) Wherein the indium (In) content is greater than the gallium (Ga) content, and the indium (In) And the zinc (Zn) content is substantially the same, and the ratio (Sn / In) of the tin (Sn) to the indium (In) is 0.1 to 0.25.

상기 산화물 반도체층은 증착에 의해 형성되며, 상기 증착은 150℃ 이상의 온도에서 이루어진다. The oxide semiconductor layer is formed by deposition, and the deposition is performed at a temperature of 150 캜 or higher.

상기 산화물 반도체층은 20nm 이상의 두께를 갖는다. The oxide semiconductor layer has a thickness of 20 nm or more.

상기 산화물 반도체층을 플라즈마 처리하는 단계를 더 포함한다. And plasma processing the oxide semiconductor layer.

상기 플라즈마 처리하는 단계에서 N2O 기체가 사용된다. N 2 O gas is used in the plasma treatment step.

상기 플라즈마 처리하는 단계에서, 2.0 내지 2.5 kW/m2의 에너지가 인가된다. In the plasma treatment step, an energy of 2.0 to 2.5 kW / m 2 is applied.

상기 박막 트랜지스터의 제조방법은 상기 산화물 반도체층을 형성하는 단계 후, 350℃ 이상의 온도에서 상기 산화물 반도체층을 열처리하는 단계를 더 포함한다. The method of fabricating the thin film transistor further includes a step of annealing the oxide semiconductor layer at a temperature of 350 ° C or higher after the step of forming the oxide semiconductor layer.

상기 박막 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 상기 기판 상에, 상기 게이트 전극, 상기 게이트 절연막 및 상기 산화물 반도체층이 순차적으로 형성될 수 있다. In the method of manufacturing the thin film transistor, the gate electrode, the gate insulating film, and the oxide semiconductor layer may be sequentially formed on the substrate.

상기 박막 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 상기 기판 상에, 상기 산화물 반도체층, 상기 게이트 절연막 및 상기 게이트 전극이 순차적으로 형성될 수 있다.In the method of manufacturing the thin film transistor, the oxide semiconductor layer, the gate insulating film, and the gate electrode may be sequentially formed on the substrate.

본 발명의 또 다른 일 실시예는, 기판, 상기 기판 상에 배치된 박막 트랜지스터 및 상기 박막 트랜지스터와 연결된 제1 전극을 포함하며, 상기 박막 트랜지스터는, 상기 기판 상에 배치된 게이트 전극, 상기 게이트 전극과 절연되어 상기 게이트 전극과 적어도 일부 중첩하는 산화물 반도체층, 상기 게이트 전극과 상기 산화물 반도체층 사이에 배치된 게이트 절연막, 상기 산화물 반도체층과 연결된 소스 전극 및 상기 소스 전극과 이격되어 상기 산화물 반도체층과 연결된 드레인 전극을 포함하며, 상기 산화물 반도체층은 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 주석(Sn) 및 산소(O)를 포함하고, 상기 산화물 반도체층에서, 상기 인듐(In)의 함량은 상기 갈륨(Ga)의 함량보다 많으며, 상기 인듐(In)과 상기 아연(Zn)의 함량은 실질적으로 동일하며, 상기 인듐(In)에 대한 상기 주석(Sn)의 비율(Sn/In)은 0.1 내지 0.25인, 표시장치를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a thin film transistor including a substrate, a thin film transistor disposed on the substrate, and a first electrode connected to the thin film transistor, wherein the thin film transistor includes: a gate electrode disposed on the substrate; A source electrode connected to the oxide semiconductor layer, and a source electrode connected to the oxide semiconductor layer, the source electrode connected to the source electrode, and the gate electrode, Wherein the oxide semiconductor layer includes indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn), tin (Sn), and oxygen (O) ) Is greater than the content of gallium (Ga), the content of indium (In) and zinc (Zn) is substantially the same, and the content of indium (In) Ratio (Sn / In) of the seat (Sn) provides a range of 0.1 to 0.25, a display device.

상기 표시장치는 상기 제1 전극 상에 배치되며 유기 발광층을 포함하는 유기층 및 상기 유기층 상에 배치된 제2 전극을 더 포함한다.The display device further includes an organic layer disposed on the first electrode and including an organic light emitting layer, and a second electrode disposed on the organic layer.

상기 표시장치는 상기 제1 전극 상에 배치된 액정층 및 상기 액정층 상에 배치된 제2 전극을 더 포함한다.The display device further includes a liquid crystal layer disposed on the first electrode and a second electrode disposed on the liquid crystal layer.

본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터는, 소정의 비로 혼합된 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn) 및 주석(Sn)을 포함하며 소정의 두께를 갖는 산화물 반도체층을 포함하기 때문에, 우수한 이동도 및 구동 특성을 가지며, 열 또는 광에 대하여 우수한 신뢰성을 갖는다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 산화물 반도체층은 소정 온도에서의 증착 및 열처리에 의해 형성되어, 우수한 이동도 및 결정성을 가지며, 신뢰성 저하가 방지된다. A thin film transistor according to an embodiment of the present invention includes an oxide semiconductor layer including indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn), and tin (Sn) mixed at a predetermined ratio and having a predetermined thickness Therefore, it has excellent mobility and driving characteristics, and has excellent reliability against heat or light. In addition, according to an embodiment of the present invention, the oxide semiconductor layer is formed by deposition and heat treatment at a predetermined temperature, and has excellent mobility and crystallinity, and reliability is prevented from deteriorating.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 표시장치는 이러한 박막 트랜지스터를 포함하여, 우수한 구동 특성을 갖는다.The display device according to another embodiment of the present invention includes such a thin film transistor and has excellent driving characteristics.

위에서 언급된 효과 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.In addition to the effects noted above, other features and advantages of the invention will be set forth hereinafter, or may be apparent to those skilled in the art to which the invention pertains from such teachings and descriptions.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 단면도이다.
도 7a 내지 7f는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 공정도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 10, 11 및 12는 각각 비교예 1, 2 및 3의 박막 트랜지스터에 대한 문턱전압(Vth) 측정 결과를 나타낸다.
도 13, 14 및 15는 각각 비교예 4 및 실시예 1, 2의 박막 트랜지스터에 대한 문턱전압(Vth) 측정 결과를 나타낸다.
도 16은 산화물 반도체층 시료들에 대한 스핀 밀도 측정 결과를 나타낸다.
도 17은 산화물 반도체층 시료들에 대한 밀도(packing density) 측정 결과를 나타낸다.
도 18a 내지 18e는 각각 산화물 반도체층의 시료들에 대한 투과형 전자 현미경(TEM) 사진이다.
도 19는 산화물 반도체층에 대한 X선 회절(XRD) 분석 결과이다.
도 20 및 21은 각각 산화물 반도체층의 시료를 이용하여 제조된 박막 트랜지스터의 문턱전압(Vth) 측정 결과이다.
도 22는 산화물 반도체층의 시료에 대한 홀 이동도 및 캐리어 농도 측정 결과이다.
도 23은 산화물 반도체층의 시료에 대한 밀도(packing density) 및 스핀 밀도(spin density) 측정 결과이다.
도 24는 박막 트랜지스터의 홀 이동도(Hall Mobility) 및 문턱전압(Vth) 측정 결과이다.
도 25는 박막 트랜지스터의 PBTS 및 및 NBTIS 측정 결과이다.
도 26, 27, 28, 29 및 30은 각각 표 4의 조성에 따라 제조된 산화물 반도체층을 포함하는 박막 트랜지스터의 문턱전압(Vth) 측정 결과이다.
도 31, 32 및 33은 각각 박막 트랜지스터 S31, S32, 및 S33에 대한 문턱전압(Vth) 측정 결과이다.
1 is a cross-sectional view of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a thin film transistor according to another embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a thin film transistor according to another embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a thin film transistor according to another embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a thin film transistor according to another embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view of a thin film transistor according to another embodiment of the present invention.
7A to 7F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a thin film transistor according to another embodiment of the present invention.
8 is a schematic cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
9 is a schematic cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
10, 11 and 12 show the results of measuring the threshold voltage (Vth) for the thin film transistors of Comparative Examples 1, 2 and 3, respectively.
13, 14 and 15 show the results of the threshold voltage (Vth) measurement for the thin film transistors of Comparative Example 4 and Embodiments 1 and 2, respectively.
16 shows the result of measuring the spin density of the oxide semiconductor layer samples.
17 shows the results of measurement of packing density for samples of oxide semiconductor layers.
18A to 18E are transmission electron microscope (TEM) photographs of the samples of the oxide semiconductor layer, respectively.
FIG. 19 shows X-ray diffraction (XRD) analysis results for the oxide semiconductor layer.
20 and 21 are the results of measuring the threshold voltage (Vth) of the thin film transistor manufactured using the sample of the oxide semiconductor layer.
22 shows the measurement results of the hole mobility and the carrier concentration for the sample of the oxide semiconductor layer.
23 shows the results of measurement of the packing density and the spin density of the oxide semiconductor layer with respect to the sample.
FIG. 24 shows Hall mobility and threshold voltage (Vth) measurement results of the thin film transistor.
25 shows the results of PBTS and NBTIS measurements of the thin film transistor.
26, 27, 28, 29, and 30 are the results of measuring the threshold voltage (Vth) of the thin film transistor including the oxide semiconductor layer manufactured according to the composition of Table 4, respectively.
31, 32, and 33 are the results of measuring the threshold voltage (Vth) for the thin film transistors S31, S32, and S33, respectively.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below 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, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. And the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.

본 발명의 실시예들을 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로, 본 발명이 도면에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 구성 요소는 동일 참조 부호로 지칭될 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명은 생략된다. The shapes, sizes, ratios, angles, numbers and the like disclosed in the drawings for describing the embodiments of the present invention are illustrative, and thus the present invention is not limited to those shown in the drawings. Like elements throughout the specification may be referred to by like reference numerals. In the following description of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily obscured.

본 명세서에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소가 단수로 표현된 경우, 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함한다. Where the terms "comprises", "having", "comprising", and the like are used herein, other portions may be added unless the expression "only" is used. Where an element is referred to in the singular, it includes the plural unless specifically stated otherwise.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.In interpreting the constituent elements, it is construed to include the error range even if there is no separate description.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수 있다.In the case of a description of the positional relationship, for example, if the positional relationship between two parts is described as 'on', 'on top', 'under', and 'next to' Or " direct " is used, one or more other portions may be located between the two portions.

시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.In the case of a description of a temporal relationship, for example, if the temporal relationship is described by 'after', 'after', 'after', 'before', etc., May not be continuous unless they are not used.

제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.The first, second, etc. are used to describe various components, but these components are not limited by these terms. These terms are used only to distinguish one component from another. Therefore, the first component mentioned below may be the second component within the technical spirit of the present invention.

"제1 수평 축 방향", "제2 수평 축 방향" 및 "수직 축 방향"은 서로 간의 관계가 수직으로 이루어진 기하학적인 관계만으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 구성이 기능적으로 작용할 수 있는 범위 내에서 보다 넓은 방향성을 가지는 것을 의미할 수 있다. The terms " first horizontal axis direction ", " second horizontal axis direction ", and " vertical axis direction " should not be interpreted solely by the geometric relationship in which the relationship between them is vertical, It may mean having a wider directionality in the inside.

"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미할 수 있다. It should be understood that the term " at least one " includes all possible combinations from one or more related items. For example, the meaning of " at least one of the first item, the second item and the third item " means not only the first item, the second item or the third item, but also the second item and the second item among the first item, May refer to any combination of items that may be presented from more than one.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시될 수도 있다.It is to be understood that each of the features of the various embodiments of the present invention may be combined or combined with each other, partially or wholly, technically various interlocking and driving, and that the embodiments may be practiced independently of each other, It is possible.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터, 그 제조방법 및 표시장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다Hereinafter, a thin film transistor, a method of manufacturing the same, and a display device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements may have the same sign as possible even if they are displayed on different drawings

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터(100)의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a thin film transistor 100 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터(100)는 기판(101) 상에 배치된 게이트 전극(110), 게이트 전극(110)과 절연되어 게이트 전극(110)의 전극의 적어도 일부와 중첩하는 산화물 반도체층(120), 게이트 전극(110)과 산화물 반도체층(120) 사이에 배치된 게이트 절연막(150), 산화물 반도체층(120)과 연결된 소스 전극(130) 및 소스 전극(130)과 이격되어 산화물 반도체층(120)과 연결된 드레인 전극(140)을 포함한다. The thin film transistor 100 according to an embodiment of the present invention includes a gate electrode 110 disposed on a substrate 101 and an oxide 110 which is insulated from the gate electrode 110 to overlap at least a part of the electrode of the gate electrode 110, A gate insulating layer 150 disposed between the gate electrode 110 and the oxide semiconductor layer 120, a source electrode 130 connected to the oxide semiconductor layer 120, and a source electrode 130, And a drain electrode 140 connected to the oxide semiconductor layer 120.

기판(101)으로 유리 또는 플라스틱이 이용될 수 있다. 플라스틱으로 플렉서블 특성을 갖는 투명 플라스틱, 예를 들어, 폴리이미드가 이용될 수 있다. As the substrate 101, glass or plastic may be used. Transparent plastic having a flexible property as plastic, for example, polyimide, may be used.

폴리이미드가 기판(101)으로 사용되는 경우, 기판(101) 상에서 고온 증착 공정이 이루어짐을 고려할 때, 고온에서 견딜 수 있는 내열성 폴리이미드가 사용될 수 있다. 이 경우, 박막 트랜지스터 형성을 위해, 폴리이미드 기판이 유리와 같은 고 내구성 재료로 이루어진 캐리어 기판상에 배치된 상태에서, 증착, 식각 등의 공정이 진행될 수 있다.When polyimide is used as the substrate 101, a heat-resistant polyimide that can withstand high temperatures can be used, considering that a high-temperature deposition process is performed on the substrate 101. In this case, in order to form a thin film transistor, a process such as vapor deposition, etching, etc. may be performed in a state where the polyimide substrate is disposed on a carrier substrate made of a highly durable material such as glass.

기판(101) 상에 버퍼층(buffer layer)이 배치될 수 있다(미도시). 버퍼층은 단일층으로 이루어질 수도 있고, 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층이 적층되어 이루어질 수도 있다. 기판(101) 상에 배치된 버퍼층을 보호막이라고 한다. 버퍼층은 생략될 수 있다.A buffer layer may be disposed on the substrate 101 (not shown). The buffer layer may be a single layer or may be formed by stacking a plurality of layers made of different materials. The buffer layer disposed on the substrate 101 is referred to as a protective film. The buffer layer may be omitted.

게이트 전극(110)은 기판(101) 상에 배치된다. 게이트 전극(110)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금과 같은 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)이나 은 합금과 같은 은 계열의 금속, 구리(Cu)나 구리 합금과 같은 구리 계열의 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금과 같은 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 네오듐(Nd) 및 티타늄(Ti) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 게이트 전극(110)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 도전막을 포함하는 다층막 구조를 가질 수도 있다.The gate electrode 110 is disposed on the substrate 101. The gate electrode 110 may be formed of an aluminum-based metal such as aluminum or aluminum alloy, a silver-based metal such as silver or silver alloy, a copper-based metal such as copper or copper alloy, a molybdenum (Cr), tantalum (Ta), neodymium (Nd), and titanium (Ti), for example, molybdenum series metals such as molybdenum (Mo) or molybdenum alloy. The gate electrode 110 may have a multilayer structure including at least two conductive films having different physical properties.

게이트 전극(110) 상에 게이트 절연막(150)이 배치된다. 게이트 절연막(150)은 산화물 반도체층(120)과 게이트 전극(110) 사이에서 절연막 역할을 한다. A gate insulating film 150 is disposed on the gate electrode 110. The gate insulating layer 150 serves as an insulating layer between the oxide semiconductor layer 120 and the gate electrode 110.

게이트 절연막(150)은 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 게이트 절연막(150)은 산화 알루미늄(Al2O3)을 포함할 수도 있다The gate insulating layer 150 may include at least one of silicon oxide and silicon nitride. The gate insulating film 150 may include aluminum oxide (Al 2 O 3 )

게이트 절연막(150)은 단일막 구조를 가질 수도 있고, 다층막 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, 산화 알루미늄 층, 실리콘 산화물 층 및 실리콘 질화물 층이 각각 단독으로 게이트 절연막(150)을 형성할 수도 있고, 이들이 적층되어 게이트 절연막(150)을 형성할 수도 있다.The gate insulating film 150 may have a single film structure or may have a multi-film structure. For example, the gate insulating film 150 may be formed independently of the aluminum oxide layer, the silicon oxide layer, and the silicon nitride layer, and they may be stacked to form the gate insulating film 150.

도 1을 참조하면, 게이트 절연막(150)은 두 개의 절연막(151, 152)을 포함한다. 두 개의 절연막(151, 152)을 각각 제1 게이트 절연막(151) 및 제2 게이트 절연막(152)라고 할 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예 따른 게이트 절연막(150)의 구조가 이에 한정되는 것은 아니며, 게이트 절연막(150)은 단일막으로 이루어질 수도 있고, 3층 이상의 막으로 이루어질 수도 있다.Referring to FIG. 1, the gate insulating layer 150 includes two insulating layers 151 and 152. The two insulating films 151 and 152 may be referred to as a first gate insulating film 151 and a second gate insulating film 152, respectively. However, the structure of the gate insulating layer 150 is not limited thereto, and the gate insulating layer 150 may be a single layer or a three or more layer.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 산화물 반도체층(120)은 게이트 절연막(120) 상에 배치된다. 산화물 반도체층(120)은 게이트 전극(110)과 절연되며, 게이트 전극(110)과 적어도 일부 중첩한다. According to an embodiment of the present invention, the oxide semiconductor layer 120 is disposed on the gate insulating layer 120. The oxide semiconductor layer 120 is insulated from the gate electrode 110 and at least partially overlaps with the gate electrode 110.

산화물 반도체층(120)은 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 주석(Sn) 및 산소(O)를 포함한다. 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn) 및 주석(Sn)은 4s 오비탈(4s-orbital) 기반의 금속으로, 산소와 결합되어 반도체 특성을 가질 수 있다.The oxide semiconductor layer 120 includes indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn), tin (Sn), and oxygen (O). Indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn) and tin (Sn) are metals based on 4s orbital and can have oxygen and semiconductor properties.

인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn) 및 주석(Sn)을 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체층(120)을 IGZTO 반도체층 이라고도 한다.The oxide semiconductor layer 120 according to an embodiment of the present invention including indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn), and tin (Sn) is also referred to as an IGZTO semiconductor layer.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 산화물 반도체층(120)에서, 인듐(In)의 함량은 갈륨(Ga)의 함량보다 많고, 인듐(In)의 함량과 아연(Zn)의 함량은 실질적으로 동일하다. 여기서, 각 성분의 함량은 원자수를 기준으로 결정되는 것으로, 원자%(at%)로 표현될 수 있다. 이하 동일하다. According to an embodiment of the present invention, the content of indium (In) in the oxide semiconductor layer 120 is larger than the content of gallium (Ga), the content of indium (In) and the content of zinc (Zn) Do. Here, the content of each component is determined on the basis of the number of atoms and can be expressed as atom% (at%). The same is applied hereinafter.

인듐(In)은 갈륨(Ga)과 비교하여 1.5 내지 5배의 함량을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 인듐(In)은 갈륨(Ga) 대비 2 내지 4배의 함량을 가질 수 있다.Indium (In) may have a content of 1.5 to 5 times as much as gallium (Ga). More specifically, indium (In) may have an amount of 2 to 4 times as much as gallium (Ga).

원자수 기준으로 인듐(In)과 아연(Zn)은 실질적으로 동일한 함량을 갖는다. 여기서, "실질적으로 동일한 함량"은 오차 범위 내에서 동일한 함량을 의미한다. 예를 들어, 인듐(In)과 아연(Zn)은 ±10%의 오차 범위 내에서 실질적으로 동일한 함량을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 인듐(In)은 아연(Zn)과 비교하여 0.9 내지 1.1 배의 함량을 가질 수 있다.On the atomic number basis, indium (In) and zinc (Zn) have substantially the same content. Here, " substantially the same amount " means the same amount within an error range. For example, indium (In) and zinc (Zn) may have substantially the same content within an error range of ± 10%. More specifically, indium (In) may have a content of 0.9 to 1.1 times as much as zinc (Zn).

본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체층(120)은 비교적 적은 량의 주석(Sn)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 인듐(In)에 대한 주석(Sn)의 함량 비율(Sn/In)은 0.1 내지 0.25이다. 원자수 기준으로, 인듐(In)은 주석(Sn)의 4배 내지 10배의 함량을 가질 수 있다.The oxide semiconductor layer 120 according to an embodiment of the present invention includes a relatively small amount of tin (Sn). According to one embodiment of the present invention, the content ratio (Sn / In) of tin (Sn) to indium (In) is 0.1 to 0.25. On the atomic number basis, indium (In) may have an amount of 4 to 10 times the amount of tin (Sn).

예를 들어, 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn) 및 주석(Sn)의 전체 원자수 대비, 인듐(In)은 30 내지 50%, 갈륨(Ga)은 10 내지 20%, 아연(Zn)은 20 내지 50%, 주석(Sn)은 5 내지 20%의 함량을 가질 수 있다.For example, indium (In) is 30 to 50%, gallium (Ga) is 10 to 20%, zinc (Zn) and tin (Sn) (Zn) of 20 to 50%, and tin (Sn) of 5 to 20%.

인듐(In)에 대한 주석(Sn)의 함량 비율(Sn/In)이 0.1 미만인 경우, 산화물 반도체층(120)의 홀 이동도(Hall Mobility), 캐리어 농도, 밀도(packing density) 및 NBTIS(Negative Bias Temperature Illuminance Stress)가 감소할 수 있으며, 스핀 밀도(spin density)가 증가하여 결함이 증가되고, 문턱전압 변화(ΔVth) 및 PBTS (Positive Bias Temperature Stress)가 증가할 수 있다. The hole density, the carrier density, the packing density, and the NBTIS (Negative) of the oxide semiconductor layer 120, when the content ratio Sn / In of indium (In) Bias Temperature Illuminance Stress may be decreased, spin density may be increased, defects may be increased, and threshold voltage change (Vth) and positive bias temperature stress (PBTS) may be increased.

여기서, NBTIS는 부극성(-)의 바이어스 전압, 일정 온도 및 일정 조도의 광 조사 조건에 따른 스트레스를 의미하며, 일반적으로 음(-)의 값을 가진다. NBTIS가 작아지는 경우는 NBTIS의 음(-)의 절대값이 커지는 경우에 해당된다. NBTIS가 작아지는 경우(또는, NBTIS 절대값이 커지는 경우), 온도 및 광에 대한 산화물 반도체층(120) 또는 박막 트랜지스터(100)의 스트레스가 증가하여 신뢰성이 감소될 수 있다. Herein, NBTIS refers to a stress due to a negative bias voltage, a constant temperature and a constant illumination condition, and generally has a negative value. When NBTIS becomes small, it corresponds to the case where the absolute value of negative (-) of NBTIS becomes large. When the NBTIS becomes small (or the NBTIS absolute value becomes large), the stress of the oxide semiconductor layer 120 or the thin film transistor 100 with respect to temperature and light increases, and the reliability can be reduced.

PBTS는 정극성(+)의 바이어스 전압 및 일정 온도가 인가되는 조건에서의 스트레스를 의미하며, 일반적으로 양(+)의 값을 가진다. PBTS가 커지는 경우 산화물 반도체층(120) 또는 박막 트랜지스터(100)의 스트레스가 증가하며, 문턱전압의 변화(ΔVth)이 커질 수 있다.The PBTS is a positive (+) bias voltage and a stress under the condition that a constant temperature is applied, and generally has a positive value. When the PBTS is increased, the stress of the oxide semiconductor layer 120 or the thin film transistor 100 is increased, and the change (? Vth) of the threshold voltage can be increased.

반면, 인듐(In)에 대한 주석(Sn)의 함량 비율(Sn/In)이 0.25를 초과하더라도, 산화물 반도체층(120)의 홀 이동도(Hall Mobility) 및 캐리어 농도(carrier concentration)는 더 이상 증가하지 않고 포화 상태를 유지되어, 주석(Sn) 함량 증가에 따른 효과가 나타나지 않는다. 오히려, 인듐(In)에 대한 주석(Sn)의 함량 비율(Sn/In)이 0.25를 초과하는 경우, 산화물 반도체층(120)의 밀도가 감소되며, 스핀 밀도가 증가하여 결함이 증가되고, NBTIS가 감소(NBTIS의 절대값 증가) 및 PBTS 증가로 인해 산화물 반도체층(120)과 박막 트랜지스터(100)의 스트레스가 증가하고, 문턱전압의 변화(ΔVth)가 커지고 s-팩터(s-factor)가 증가한다. On the other hand, even if the content ratio (Sn / In) of tin (Sn) to indium (In) exceeds 0.25, the hole mobility and carrier concentration of the oxide semiconductor layer 120 are no longer And the saturation state is maintained without the effect of increasing the tin (Sn) content. On the other hand, when the content ratio (Sn / In) of tin (Sn) to indium (In) exceeds 0.25, the density of the oxide semiconductor layer 120 is decreased, the spin density is increased and defects are increased, Stress increases in the oxide semiconductor layer 120 and the thin film transistor 100 due to increase in the absolute value of the NBTIS and increase in the PBTS and the change in the threshold voltage DELTA Vth becomes larger and the s- .

s-팩터(sub-threshold swing: s-factor)는 게이트 전압에 대한 드레인 전류 특성의 그래프에서, 스위칭 소자로서 작동하는 구간에서의 기울기의 역수값을 나타낸다. S-팩터가 증가되면, 게이트 전압에 대한 드레인 전류 특성 그래프의 기울기가 감소되어, 박막 트랜지스터(100)의 스위칭 특성이 저하된다.A sub-threshold swing (s-factor) is a graph of the drain current characteristics with respect to the gate voltage, which represents the reciprocal of the slope in the section operating as the switching element. When the S-factor is increased, the slope of the drain current characteristic graph with respect to the gate voltage is reduced, and the switching characteristic of the thin film transistor 100 is lowered.

본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체층(120)은 인듐(In) 대비 10 내지 25%의 주석(Sn)을 포함함으로써(0.1≤Sn/In≤0.25), 우수한 이동도, 문턱전압(Vth) 특성 및 신뢰성을 가질 수 있다. 또한, 이러한 산화물 반도체층(120)을 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터(100)는 우수한 이동도와 문턱전압 특성을 가지며, 낮은 PBTS 및 NBTIS 크기(절대값)를 가져 우수한 신뢰성을 갖는다.The oxide semiconductor layer 120 according to an embodiment of the present invention includes 10 to 25% of tin (Sn) (0.1? Sn / In? 0.25) relative to indium (In) ) Characteristics and reliability. In addition, the thin film transistor 100 according to an embodiment of the present invention including the oxide semiconductor layer 120 has excellent mobility and threshold voltage characteristics, has low PBTS and NBTIS size (absolute value), and has excellent reliability .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 산화물 반도체층(120)은 20nm 이상의 두께를 갖는다. 산화물 반도체층(120)의 두께가 20nm 미만인 경우 문턱전압(Vth)이 증가하고, PBTS가 증가하고, NBTIS가 감소되고, s-팩터(s-factor)가 증가, 문턱전압(Vth)의 산포가 증가한다. 문턱전압(Vth)의 산포는 문턱전압(Vth)의 변화 정도로서, 드레인 전류가 10-9 A인 지점에서 평가될 수 있다. 문턱전압(Vth)의 산포가 크면 문턱전압(Vth)의 균일도가 낮아져, 박막 트랜지스터의 문턱전압(Vth)이 특정의 값을 가지지 못하고 변하기 때문에, 박막 트랜지스터(100)의 스위칭 특성이 저하되고, 신뢰성이 저하된다.According to one embodiment of the present invention, the oxide semiconductor layer 120 has a thickness of 20 nm or more. When the thickness of the oxide semiconductor layer 120 is less than 20 nm, the threshold voltage Vth increases, the PBTS increases, the NBTIS decreases, the s-factor increases, and the dispersion of the threshold voltage Vth becomes . The dispersion of the threshold voltage Vth can be evaluated at a point where the drain current is 10 < -9 > A, which is the degree of change in the threshold voltage Vth. If the scattering of the threshold voltage Vth is large, the uniformity of the threshold voltage Vth is lowered and the threshold voltage Vth of the thin film transistor does not have a specific value, and thus the switching characteristic of the thin film transistor 100 is lowered, .

산화물 반도체층(120)의 두께가 과도하게 두꺼워지면, 박막 트랜지스터(100)의 박형화에 불리하다. 따라서, 산화물 반도체층(120)의 두께는 50nm 이하로 조정될 수 있다. 보다 구체적으로, 산화물 반도체층(120)의 두께는 40nm 이하, 또는 30nm 이하로 조정될 수도 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 산화물 반도체층(120)의 두께는 필요에 따라 달라질 수 있다. If the thickness of the oxide semiconductor layer 120 is excessively increased, it is disadvantageous for thinning the thin film transistor 100. Therefore, the thickness of the oxide semiconductor layer 120 can be adjusted to 50 nm or less. More specifically, the thickness of the oxide semiconductor layer 120 may be adjusted to 40 nm or less, or 30 nm or less. However, the embodiment of the present invention is not limited thereto, and the thickness of the oxide semiconductor layer 120 may be varied as needed.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 산화물 반도체층(120)은 C축 방향의 결정성을 갖는다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체층(120)은 복수의 결정부(crystalline part)을 가질 수 있다. 결정부는 결정성을 갖는 영역을 의미한다. C축은 산화물 반도체층(120)의 표면에 대략 수직인 방향(법선)을 향한다. According to one embodiment of the present invention, the oxide semiconductor layer 120 has crystallinity in the C-axis direction. More specifically, the oxide semiconductor layer 120 according to an embodiment of the present invention may have a plurality of crystalline parts. The crystal part means a region having crystallinity. The C axis is oriented in a direction (normal line) substantially perpendicular to the surface of the oxide semiconductor layer 120. [

산화물 반도체층(120)의 결정성은, 산화물 반도체층(120)의 성막 과정에서 이루어지는 열 처리 등에 의해 형성될 수 있다. 이와 같이, 결정성을 갖는 산화물 반도체층(120)을 포함하는 박막 트랜지스터(100)는 가시광선이나 자외광의 조사에 의한 특성의 변동이 작다. 결정성을 갖는 산화물 반도체층(120)은 미결정 산화물 반도체층보다 낮은 결함 밀도(defect density)를 가지며, 산화물 반도체층(120)에서 이동도의 저하가 억제된다. 결정성은 투과형 전자 현미경(TEM, Transmission Electron Microscope)에 의해 관찰될 수 있다.The crystallinity of the oxide semiconductor layer 120 can be formed by heat treatment or the like performed during the film formation of the oxide semiconductor layer 120. As described above, the thin film transistor 100 including the oxide semiconductor layer 120 having crystallinity has a small variation in characteristics due to irradiation of visible light or ultraviolet light. The crystalline oxide semiconductor layer 120 has a defect density lower than that of the microcrystalline oxide semiconductor layer and the degradation of mobility in the oxide semiconductor layer 120 is suppressed. Crystallinity can be observed by a transmission electron microscope (TEM).

본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체층(120)에 대하여, X선 회절(XRD:X-Ray Diffraction) 분석을 실시하는 경우, 회절각(2θ) 32°근처에서 피크가 나타난다(도 19 참조). 회절각(2θ) 32°에서의 피크는 C축 방향의 결정성에 대응된다.When an X-ray diffraction (XRD) analysis is performed on the oxide semiconductor layer 120 according to an embodiment of the present invention, a peak appears near the diffraction angle 2? ). The peak at a diffraction angle (2?) Of 32 corresponds to the crystallinity in the C-axis direction.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 산화물 반도체층(120)은 18 cm2/V·s 이상의 홀 이동도(Hall Mobility)를 갖는다. 산화물 반도체층(120)이 18 cm2/V·s 이상의 홀 이동도를 가지는 경우 박막 트랜지스터(100)가 우수한 전류 특성을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn) 및 주석(Sn)의 함량을 조절하고, 제조 공정 조건을 조절함으로써, 산화물 반도체층(120)이 18 cm2/V·s 이상의 우수한 홀 이동도를 가지도록 할 수 있다. 보다 구체적으로, 산화물 반도체층(120)은 20 cm2/V·s 이상의 홀 이동도(Hall Mobility)를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the oxide semiconductor layer 120 has a Hall mobility of 18 cm 2 / V · s or more. When the oxide semiconductor layer 120 has a hole mobility of 18 cm 2 / V · s or more, the thin film transistor 100 can have excellent current characteristics. According to an embodiment of the present invention, the content of indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn), and tin (Sn) It is possible to have an excellent hole mobility of 2 / V · s or more. More specifically, the oxide semiconductor layer 120 may have a Hall mobility of 20 cm 2 / V · s or more.

본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체층(120)이 우수한 홀 이동도를 가지기 때문에, 박막 트랜지스터(100)가 우수한 전류 특성을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터(100)는 대면적 표시장치 또는 고해상도 표시장치에 적용되어, 표시장치가 우수한 표시 특성을 가지도록 할 수 있다. Since the oxide semiconductor layer 120 according to an embodiment of the present invention has excellent hole mobility, the thin film transistor 100 can have excellent current characteristics. Accordingly, the thin film transistor 100 according to one embodiment of the present invention can be applied to a large-area display device or a high-resolution display device, so that the display device can have excellent display characteristics.

또한, 산화물 반도체층(120)은 5 x 1017개/cm3 이상의 캐리어 농도를 갖는다. 보다 구체적으로, 산화물 반도체층(120)은 5 x 1017개/cm3 내지 1 x 1019개/cm3 의 캐리어 농도를 가질 수 있다. 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn) 및 주석(Sn)의 함량, 증착 온도 및 열처리 온도를 조절함으로써 캐리어 농도를 조절할 수 있다.Further, the oxide semiconductor layer 120 has a carrier concentration of 5 x 10 < 17 > / cm < 3 > or more. More specifically, the oxide semiconductor layer 120 may have a carrier concentration of 5 x 10 17 / cm 3 to 1 x 10 19 / cm 3 . The carrier concentration can be controlled by controlling the content of indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn) and tin (Sn), the deposition temperature and the heat treatment temperature.

본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체층(120)은 6.5 g/cm3 이상의 밀도(packing density)를 갖는다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체층(120)은 6.5 내지 7.0 g/cm3의 밀도를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 산화물 반도체층(120)은 6.5 내지 6.8 g/cm3 범위의 밀도를 가질 수 있다. The oxide semiconductor layer 120 according to an embodiment of the present invention has a packing density of 6.5 g / cm < 3 > or more. In particular, the oxide semiconductor layer 120 according to an embodiment of the present invention may have a density of 6.5 to 7.0 g / cm < 3 >. More specifically, the oxide semiconductor layer 120 may have a density ranging from 6.5 to 6.8 g / cm < 3 >.

산화물 반도체 재료로 일반적으로 사용되는 IGZO계 산화물 반도체는 약 6.3 g/cm3 정도의 밀도를 가진다. 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체층(120)은 6.5 g/cm3 이상의 밀도를 가질 수 있다. 그에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체층(120)이 결정성을 가질 수 있으며, 산화물 반도체층(120)을 포함하는 박막 트랜지스터(100)가 가시광선이나 자외광의 조사에 대한 내성을 가질 수 있다. 그 결과, 가시광선이나 자외광 조사에 의한 박막 트랜지스터(100)의 특성의 변동이 감소되어 신뢰성이 향상된다.An IGZO-based oxide semiconductor generally used as an oxide semiconductor material has a density of about 6.3 g / cm < 3 & gt ;. On the other hand, the oxide semiconductor layer 120 according to an embodiment of the present invention may have a density of 6.5 g / cm 3 or more. Accordingly, the oxide semiconductor layer 120 according to an embodiment of the present invention may have crystallinity, and the thin film transistor 100 including the oxide semiconductor layer 120 may be resistant to irradiation of visible light or ultraviolet light Lt; / RTI > As a result, fluctuations in the characteristics of the thin film transistor 100 due to irradiation of visible light and ultraviolet light are reduced and reliability is improved.

본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체층(120)은 2.0 x 1017 spins/cm3 이하의 스핀 밀도(spin density)를 갖는다. 스핀 밀도는 산화물 반도체층(120)의 결함 밀도(defect density)를 판단하는 척도가 될 수 있다. 여기서, 결함 밀도는 산화물 반도체층(120)에서 원자의 결함 정도를 의미한다. 보다 구체적으로, 결함 밀도는 산소(O) 원자의 결함 정도에 대응될 수 있다. 산화물 반도체층(120)의 스핀 밀도가 2.0 x 1017 spins/cm3 이하인 경우, 산소의 결함, 예를 들어, 산소 부족(C-vacancy)이 방지되어, 산화물 반도체층(120)이 도체화되는 것이 방지된다. The oxide semiconductor layer 120 according to an embodiment of the present invention has a spin density of 2.0 x 10 17 spins / cm 3 or less. The spin density can be a measure for determining the defect density of the oxide semiconductor layer 120. Here, the defect density means the degree of defects of the atoms in the oxide semiconductor layer 120. More specifically, the defect density may correspond to the degree of defect of the oxygen (O) atoms. When the spin density of the oxide semiconductor layer 120 is 2.0 x 10 17 spins / cm 3 or less, oxygen defects such as C-vacancy are prevented and the oxide semiconductor layer 120 is made conductive Is prevented.

보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체층(120)은 1.5 x 1017 spins/cm3 이상의 스핀 밀도(spin density)를 가질 수 있다. 즉, 산화물 반도체층(120)은 1.5 x 1017 내지 2.0 x 1017 spins/cm3 의 스핀 밀도(spin density)를 가질 수 있다.More specifically, the oxide semiconductor layer 120 according to an embodiment of the present invention may have a spin density of 1.5 x 10 17 spins / cm 3 or more. That is, the oxide semiconductor layer 120 may have a spin density of 1.5 x 10 17 to 2.0 x 10 17 spins / cm 3 .

이상의 특성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체층(120)은 4㎛ 이하의 채널 길이를 갖는 쇼트 채널(short channel)을 형성할 수 있다. 여기서, 채널 길이는 소스 전극(130)과 드레인 전극(140) 사이의 거리로 정의될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체층(120)가 사용되는 경우, 박막 트랜지스터(100)의 면적이 감소될 수 있으며, 초고밀도 또는 초고해상도의 표시장치가 제조될 수 있다.The oxide semiconductor layer 120 according to an embodiment of the present invention having the above characteristics can form a short channel having a channel length of 4 μm or less. Here, the channel length may be defined as a distance between the source electrode 130 and the drain electrode 140. Therefore, when the oxide semiconductor layer 120 according to an embodiment of the present invention is used, the area of the thin film transistor 100 can be reduced, and a display device with an ultra-high density or an ultra-high resolution can be manufactured.

소스 전극(130)은 산화물 반도체층(120)과 연결되어 배치되며, 드레인 전극(140)은 소스 전극(130)과 이격되어 산화물 반도체층(120)과 연결된다. 도 1을 참조하면, 소스 전극(130)과 드레인 전극(140)은 게이트 절연막(150) 상에 배치되며, 각각 산화물 반도체층(120)과 적어도 일부 중첩한다.The source electrode 130 is connected to the oxide semiconductor layer 120 and the drain electrode 140 is separated from the source electrode 130 and connected to the oxide semiconductor layer 120. Referring to FIG. 1, a source electrode 130 and a drain electrode 140 are disposed on a gate insulating layer 150, and at least partially overlap with the oxide semiconductor layer 120, respectively.

소스 전극(130) 및 드레인 전극(140)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오듐(Nd), 구리(Cu), 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 소스 전극(130) 및 드레인 전극(140)은 각각 금속 또는 금속의 합금으로 만들어진 단일층으로 이루어질 수도 있고, 2층 이상의 다중층으로 이루어질 수도 있다.The source electrode 130 and the drain electrode 140 may be formed of at least one selected from the group consisting of Mo, Al, Cr, Au, Ti, Cu), and alloys thereof. The source electrode 130 and the drain electrode 140 may be formed of a single layer made of a metal or a metal alloy, respectively, or may be formed of multiple layers of two or more layers.

도 1에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(110)이 산화물 반도체층(120)의 아래에 배치된 구조를 바텀 게이트(bottom gate) 구조라고도 한다. 여기서, 산화물 반도체층(120), 게이트 전극(110), 소스 전극(130) 및 드레인 전극(140)이 박막 트랜지스터(100)를 형성한다.As shown in FIG. 1, a structure in which the gate electrode 110 is disposed under the oxide semiconductor layer 120 is also referred to as a bottom gate structure. Here, the oxide semiconductor layer 120, the gate electrode 110, the source electrode 130, and the drain electrode 140 form the thin film transistor 100.

도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터(200)의 단면도이다. 이하, 중복을 피하기 위하여, 이미 설명된 구성요소에 대한 설명은 생략된다. 2 is a cross-sectional view of a thin film transistor 200 according to another embodiment of the present invention. Hereinafter, in order to avoid duplication, descriptions of the components already described are omitted.

본 발명의 다른 일 실시예 따른 산화물 반도체층(120)은 복층의 적층 구조를 가진다. 도 2를 참조하면, 산화물 반도체층(120)은 순차적으로 적층된 제1 층(121) 및 제2 층(122)을 갖는다. 제2 층(122)의 산소(O) 함량은 제1 층(121)의 산소(O) 함량보다 많다. 예를 들어, 제2 층(122)은 제1 층(121) 대비 1.2 내지 2.5 배의 산소 함량을 가질 수 있다. 따라서, 제2 층(122)에서 산소 손실이 발생되더라도, 제2 층(122)은 반도체 특성을 발현하기에 충분한 정도의 삼소 함량을 유지할 수 있다. The oxide semiconductor layer 120 according to another embodiment of the present invention has a multi-layer stacked structure. Referring to FIG. 2, the oxide semiconductor layer 120 has a first layer 121 and a second layer 122 which are sequentially stacked. The oxygen (O) content of the second layer (122) is greater than the oxygen (O) content of the first layer (121). For example, the second layer 122 may have an oxygen content of 1.2 to 2.5 times the first layer 121. Therefore, even if oxygen loss is generated in the second layer 122, the second layer 122 can maintain the three-dimensional content enough to exhibit semiconductor characteristics.

도 2를 참조하면, 제2 층(122)의 상부는 소스 전극(130) 및 드레인 전극(140)으로부터 노출되며, 추가로 형성되는 절연층 등과 접촉할 수 있다. 이 때, 제2 층(122)에서 산소의 손실이 발생될 수 있다. 그러나, 제2 층(122)의 산소(O) 함량이 제1 층(121)의 산소(O) 함량보다 많기 때문에, 제2 층(122)에서 산소 손실이 발생되더라도, 제2 층(122)은 우수한 반도체 특성을 유지할 수 있다. Referring to FIG. 2, an upper portion of the second layer 122 is exposed from the source electrode 130 and the drain electrode 140, and may be in contact with a further formed insulating layer or the like. At this time, oxygen loss may occur in the second layer 122. However, since oxygen (O) content in the second layer 122 is greater than oxygen (O) content in the first layer 121, even if oxygen loss occurs in the second layer 122, Can maintain excellent semiconductor characteristics.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 채널 영역은 산화물 반도체층(120)의 제2 층(122)에 형성될 수 있다. 채널 영역은 산화물 반도체층(120)의 제1 층(121)에 형성될 수도 있다.According to another embodiment of the present invention, a channel region may be formed in the second layer 122 of the oxide semiconductor layer 120. The channel region may be formed in the first layer 121 of the oxide semiconductor layer 120.

제2 층(122)의 두께에 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 제조 공정의 특성 및 채널 영역의 안정성을 고려하여, 제2 층(122)은 산화물 반도체층(120) 두께의 5 내지 20%의 두께를 가질 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 층(122)의 두께는 산화물 반도체층(120) 두께의 5% 미만이거나, 산화물 반도체층(120) 두께의 20%를 초과할 수도 있다.The thickness of the second layer 122 is not particularly limited. The second layer 122 may have a thickness of 5 to 20% of the thickness of the oxide semiconductor layer 120 in consideration of characteristics of the manufacturing process and stability of the channel region. However, the thickness of the second layer 122 may be less than 5% of the thickness of the oxide semiconductor layer 120, or more than 20% of the thickness of the oxide semiconductor layer 120 It is possible.

도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터(300)의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a thin film transistor 300 according to another embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 박막 트랜지스터(300)는, 기판(101) 상에 배치된 버퍼층(160), 버퍼층(160) 상에 배치된 산화물 반도체층(120), 산화물 반도체층(120)과 절연되어 산화물 반도체층(120)과 적어도 일부 중첩하는 게이트 전극(110), 게이트 전극(110)과 산화물 반도체층(120) 사이에 배치된 게이트 절연막(150), 게이트 전극(110) 상에 배치된 층간 절연막(170), 산화물 반도체층(120)과 연결된 소스 전극(130) 및 소스 전극(130)과 이격되어 산화물 반도체층(120)과 연결된 드레인 전극(140)을 포함한다. The thin film transistor 300 shown in FIG. 3 includes a buffer layer 160 disposed on a substrate 101, an oxide semiconductor layer 120 disposed on the buffer layer 160, and an oxide semiconductor layer 120, A gate insulating layer 150 disposed between the gate electrode 110 and the oxide semiconductor layer 120 and an interlayer insulating layer 150 disposed on the gate electrode 110 A source electrode 130 connected to the oxide semiconductor layer 120 and a drain electrode 140 separated from the source electrode 130 and connected to the oxide semiconductor layer 120.

버퍼층(160)은 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 버퍼층(160)은 우수한 절연성, 우수한 수분 및 산소 차단 특성 및 평탄화 특성을 가지며, 산화물 반도체층(120)을 보호한다. The buffer layer 160 may include at least one of silicon oxide and silicon nitride. The buffer layer 160 has excellent insulating properties, excellent moisture and oxygen barrier properties and planarization characteristics and protects the oxide semiconductor layer 120.

버퍼층(160)은 단일막으로 이루어질 수도 있고, 2개 이상의 막이 적층된 적층 구조를 가질 수도 있다. 기판(101)과 버퍼층(160) 사이 또는 버퍼층(160)에는 광차단층(미도시)이 배치될 수도 있다. 광차단층은 광으로부터 산화물 반도체층(120)을 보호한다The buffer layer 160 may be formed of a single film or may have a laminated structure in which two or more films are stacked. A light blocking layer (not shown) may be disposed between the substrate 101 and the buffer layer 160 or the buffer layer 160. The light blocking layer protects the oxide semiconductor layer 120 from light

산화물 반도체층(120)은 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 주석(Sn) 및 산소(O)를 포함하며, 인듐(In)의 함량은 갈륨(Ga)의 함량보다 많고, 인듐(In)의 함량과 아연(Zn)의 함량은 실질적으로 동일하며, 인듐(In)에 대한 주석(Sn)의 함량 비율(Sn/In)은 0.1 내지 0.25이다.The oxide semiconductor layer 120 includes indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn), tin (Sn) and oxygen (O). The content of indium (In) , The content of indium (In) and the content of zinc (Zn) are substantially the same and the content ratio (Sn / In) of tin (Sn) to indium (In) is 0.1 to 0.25.

산화물 반도체층(120) 상에 게이트 절연막(150)이 배치되고, 게이트 절연막(150) 상에 게이트 전극(110)이 배치된다. 게이트 전극(110)은 게이트 절연막(150)에 의하여 산화물 반도체층(120)과 절연된다. 도 3에 단일층으로 이루어지 게이트 절연막(150)이 도시되어 있다.A gate insulating film 150 is disposed on the oxide semiconductor layer 120 and a gate electrode 110 is disposed on the gate insulating film 150. The gate electrode 110 is insulated from the oxide semiconductor layer 120 by the gate insulating layer 150. In FIG. 3, a gate insulating film 150 made of a single layer is shown.

층간 절연막(170)은 게이트 전극(110) 상에 배치된다. 층간 절연막(170)은 절연물질로 이루어진다. 구체적으로, 층간 절연막(170)은 유기물로 이루어질 수도 있고, 무기물로 이루어질 수도 있으며, 유기물층과 무기물층의 적층체로 이루어질 수도 있다.An interlayer insulating film 170 is disposed on the gate electrode 110. The interlayer insulating film 170 is made of an insulating material. Specifically, the interlayer insulating layer 170 may be formed of an organic material, an inorganic material, or a laminate of an organic material layer and an inorganic material layer.

층간 절연막(170) 상에 소스 전극(130) 및 드레인 전극(140)이 배치된다. 소스 전극(130)과 드레인 전극(140)은 서로 이격되어 각각 산화물 반도체층(120)과 연결된다. 도 3을 참조하면, 층간 절연막(170)에 형성된 콘택홀을 통하여 소스 전극(130)과 드레인 전극(140)이 각각 산화물 반도체층(120)과 연결된다.A source electrode 130 and a drain electrode 140 are disposed on the interlayer insulating film 170. The source electrode 130 and the drain electrode 140 are separated from each other and connected to the oxide semiconductor layer 120, respectively. Referring to FIG. 3, the source electrode 130 and the drain electrode 140 are connected to the oxide semiconductor layer 120 through a contact hole formed in the interlayer insulating layer 170, respectively.

도 3에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(110)이 산화물 반도체층(120) 위에 배치된 구조를 탑 게이트(top gate) 구조라고도 한다. 산화물 반도체층(120), 게이트 전극(110), 소스 전극(130) 및 드레인 전극(140)은 박막 트랜지스터(200)를 형성한다.As shown in FIG. 3, the structure in which the gate electrode 110 is disposed on the oxide semiconductor layer 120 is also referred to as a top gate structure. The oxide semiconductor layer 120, the gate electrode 110, the source electrode 130, and the drain electrode 140 form the thin film transistor 200.

도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터(400)의 단면도이다. 도 4에 도시된 박막 트랜지스터(400)는 도 3에 도시된 박막 트랜지스터(300)와 비교하여, 복층의 적층 구조로 이루어진 산화물 반도체층(120)을 갖는다.4 is a cross-sectional view of a thin film transistor 400 according to another embodiment of the present invention. The thin film transistor 400 shown in FIG. 4 has an oxide semiconductor layer 120 made of a multilayer structure, as compared with the thin film transistor 300 shown in FIG.

도 4를 참조하면, 산화물 반도체층(120)은 순차적으로 적층된 제1 층(121) 및 제2 층(122)을 포함한다. 여기서, 제2 층(122)의 산소(O) 함량은 제1 층(121)의 산소(O) 함량보다 많다. 제2 층(122)의 상부는 층간 절연막(170)과 접촉한다. 제2 층(122)은 비교적 많은 양의 산소(O)를 포함하고 있기 때문에, 층간 절연막(170)과의 접촉에 의해 제2 층(122)에서 산소 손실이 발생되더라도, 제2 층(122)은 우수한 반도체 특성을 유지할 수 있다. Referring to FIG. 4, the oxide semiconductor layer 120 includes a first layer 121 and a second layer 122 which are sequentially stacked. Here, the oxygen (O) content of the second layer 122 is greater than the oxygen (O) content of the first layer 121. The upper portion of the second layer 122 is in contact with the interlayer insulating film 170. Even if oxygen loss is generated in the second layer 122 due to contact with the interlayer insulating film 170 because the second layer 122 contains a relatively large amount of oxygen O, Can maintain excellent semiconductor characteristics.

도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터(500)의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a thin film transistor 500 according to another embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 박막 트랜지스터(500)는 도 1에 도시된 박막 트랜지스터(100)와 비교하여, 산화물 반도체층(120) 상에 배치된 에치 스토퍼(180)를 더 포함한다. 에치 스토퍼(180)는 절연 물질, 예를 들어, 실리콘 산화물로 만들어질 수 있다. 에치 스토퍼(180)는 산화물 반도체층(120)의 채널 영역을 보호할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체층(120)은 에치 스토퍼 구조의 박막 트랜지스터(500)에 적용될 수 있다.The thin film transistor 500 shown in FIG. 5 further includes an etch stopper 180 disposed on the oxide semiconductor layer 120, as compared with the thin film transistor 100 shown in FIG. The etch stopper 180 may be made of an insulating material, for example, silicon oxide. The etch stopper 180 may protect the channel region of the oxide semiconductor layer 120. As described above, the oxide semiconductor layer 120 according to an embodiment of the present invention can be applied to the thin film transistor 500 of the etch stopper structure.

도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터(600)의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of a thin film transistor 600 according to another embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 박막 트랜지스터(500)는 도 2에 도시된 박막 트랜지스터(200)와 비교하여, 산화물 반도체층(120) 상에 배치된 에치 스토퍼(180)를 더 포함한다. 보다 구체적으로 에치 스토퍼(180)는 산화물 반도체층(120)의 제2 층(122) 상에 배치된다. 에치 스토퍼(180)는 절연 물질, 예를 들어, 실리콘 산화물로 만들어질 수 있으며, 산화물 반도체층(120)의 채널 영역을 보호할 수 있다. The thin film transistor 500 shown in FIG. 6 further includes an etch stopper 180 disposed on the oxide semiconductor layer 120, as compared with the thin film transistor 200 shown in FIG. More specifically, the etch stopper 180 is disposed on the second layer 122 of the oxide semiconductor layer 120. The etch stopper 180 may be made of an insulating material, for example, silicon oxide, and may protect the channel region of the oxide semiconductor layer 120.

이하, 도 7a 내지 7f를 참조하여, 박막 트랜지스터(200)의 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the thin film transistor 200 will be described with reference to FIGS. 7A to 7F.

도 7a 내지 7f는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터(200)의 제조 공정도이다.7A to 7F are a manufacturing process diagram of the thin film transistor 200 according to an embodiment of the present invention.

도 7a를 참조하면, 기판(101) 상에 게이트 전극(110)이 형성된다. Referring to FIG. 7A, a gate electrode 110 is formed on a substrate 101.

도시되지 않았지만, 게이트 전극(110)의 형성 전에, 기판(101) 상에 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있으며, 게이트 전극(110)은 버퍼층 상에 형성될 수 있다.Although not shown, a buffer layer (not shown) may be formed on the substrate 101 before the formation of the gate electrode 110, and the gate electrode 110 may be formed on the buffer layer.

기판(101)으로 유리가 사용될 수 있고, 구부리거나 휠 수 있는 투명한 플라스틱이 사용될 수도 있다. 기판(101)으로 사용되는 플라스틱의 예로서, 폴리이미드가 있다. 플라스틱이 기판(101)으로 사용되는 경우, 기판(101)이 고 내구성 재료로 이루어진 캐리어 기판상에 배치된 상태에서 제조 공정이 이루어질 수 있다.Glass can be used as the substrate 101, and transparent plastic that can be bent or rolled can be used. An example of the plastic used as the substrate 101 is polyimide. When plastic is used as the substrate 101, the manufacturing process can be performed with the substrate 101 disposed on a carrier substrate made of a highly durable material.

게이트 전극(110)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금과 같은 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)이나 은 합금과 같은 은 계열의 금속, 구리(Cu)나 구리 합금과 같은 구리 계열의 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금과 같은 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 네오듐(Nd) 및 티타늄(Ti) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The gate electrode 110 may be formed of an aluminum-based metal such as aluminum or aluminum alloy, a silver-based metal such as silver or silver alloy, a copper-based metal such as copper or copper alloy, a molybdenum (Cr), tantalum (Ta), neodymium (Nd), and titanium (Ti), for example, molybdenum series metals such as molybdenum (Mo) or molybdenum alloy.

도 7b를 참조하면, 게이트 전극(110) 상에 게이트 절연막(150)이 형성된다.Referring to FIG. 7B, a gate insulating layer 150 is formed on the gate electrode 110.

도 7b에 도시된 게이트 절연막(150)은 두 개의 절연막(151, 152)을 포함한다. 두 개의 절연막(151, 152)을 각각 제1 게이트 절연막(151) 및 제2 게이트 절연막(152)라고 할 수 있다. 그러나, 게이트 절연막(150)의 구조가 이에 한정되는 것은 아니며, 게이트 절연막(150)은 단일막으로 이루어질 수도 있고, 3층 이상의 막으로 이루어질 수도 있다.The gate insulating film 150 shown in FIG. 7B includes two insulating films 151 and 152. The two insulating films 151 and 152 may be referred to as a first gate insulating film 151 and a second gate insulating film 152, respectively. However, the structure of the gate insulating film 150 is not limited thereto, and the gate insulating film 150 may be formed of a single film or a film of three or more layers.

게이트 절연막(150)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및 산화 알루미늄(Al2O3) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및 산화 알루미늄(Al2O3) 중 적어도 하나에 의하여 제1 게이트 절연막(151)이 형성되고, 그 위에 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및 산화 알루미늄(Al2O3) 중 적어도 하나에 의하여 제2 게이트 절연막(152)이 형성될 수 있다.The gate insulating film 150 may include at least one of silicon oxide, silicon nitride, and aluminum oxide (Al 2 O 3 ). For example, silicon oxide, silicon nitride and aluminum oxide (Al 2 O 3) of the first gate insulating film 151 by at least one is formed, the above silicon oxide, silicon nitride and aluminum oxide (Al 2 O 3) The second gate insulating film 152 may be formed.

도 7c를 참조하면, 게이트 절연막(150) 상에 산화물 반도체층(120)이 형성된다. 산화물 반도체층(120)은 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 주석(Sn) 및 산소(O)를 포함한다.Referring to FIG. 7C, an oxide semiconductor layer 120 is formed on the gate insulating layer 150. The oxide semiconductor layer 120 includes indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn), tin (Sn), and oxygen (O).

산화물 반도체층(120)은 증착에 의하여 형성될 수 있다. 증착을 위해 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn) 및 주석(Sn)을 포함하는 증착원이 사용될 수 있다. 예를 들어, 인듐 산화물, 갈륨 산화물, 아연 산화물 및 주석 산화물이 증착에 사용될 수 있다. 또는, 인듐-아연 산화물, 인듐-주석 산화물, 인듐-갈륨 산화물, 갈륨-아연 산화물 등이 증착에 사용될 수도 있다.The oxide semiconductor layer 120 may be formed by vapor deposition. An evaporation source including indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn), and tin (Sn) may be used for the deposition. For example, indium oxide, gallium oxide, zinc oxide and tin oxide may be used for the deposition. Alternatively, indium-zinc oxide, indium-tin oxide, indium-gallium oxide, gallium-zinc oxide and the like may be used for the deposition.

증착원의 조성을 조정함으로써, 인듐(In)의 함량이 갈륨(Ga)의 함량보다 많고, 인듐(In)의 함량과 아연(Zn)의 함량은 실질적으로 동일하며, 인듐(In)에 대한 주석(Sn)의 함량 비율(Sn/In)이 0.1 내지 0.25인 산화물 반도체층(120)이 만들어질 수 있다.The content of indium (In) is greater than that of gallium (Ga), the content of indium (In) is substantially equal to the content of zinc (Zn), and the content of indium (In) (Sn / In) of 0.1 to 0.25 can be made.

증착은 150℃ 이상의 온도에서 이루어진다. 보다 구체적으로, 증착은 150 내지 250℃의 온도에서 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 150℃ 이상의 고온에서 이루어지는 고온 증착에 의해 산화물 반도체층(120)이 형성되기 때문에, 산화물 반도체층(120)은 6.5 g/cm3 이상의 밀도(packing density)를 가질 수 있으며, C 축 방향의 결정성을 가질 수 있으며, 2.0 x 1017 spins/cm3 이하의 스핀 밀도(spin density)를 가져 낮은 결함 밀도(defect density)를 가질 수 있다.Deposition occurs at temperatures above 150 ° C. More specifically, the deposition may be performed at a temperature of 150 to 250 ° C. According to an embodiment of the present invention, since the oxide semiconductor layer 120 is formed by high-temperature deposition at a high temperature of 150 ° C or higher, the oxide semiconductor layer 120 has a packing density of 6.5 g / cm 3 or more And can have crystallinity in the C-axis direction and have a spin density of 2.0 x 10 17 spins / cm 3 or less, thereby having a low defect density.

증착이 150℃ 미만의 온도에서 이루어지는 경우, 산화물 반도체층(120)이 6.5 g/cm3 미만의 밀도(packing density)를 가지거나, C 축 방향의 결정성을 가지지 못하거나, 2.0 x 1017 spins/cm3를 초과하는 스핀 밀도(spin density)를 가져 높은 결함 밀도(defect density)를 가질 수 있다. 그에 따라, 산화물 반도체층(120)의 PBTS 특성 및 NBTIS 특성이 저하될 수 있다.When the deposition is performed at a temperature lower than 150 캜, the oxide semiconductor layer 120 may have a packing density of less than 6.5 g / cm 3 , have no crystallinity in the C-axis direction, or have a packing density of 2.0 x 10 17 spins / cm < 3 > and can have a high defect density. Accordingly, the PBTS characteristic and the NBTIS characteristic of the oxide semiconductor layer 120 may be degraded.

산화물 반도체층(120)은 20nm 이상의 두께로 형성된다. 산화물 반도체층(120)의 두께가 20nm 미만인 경우, 문턱전압(Vth), PBTS, s-팩터(s-factor) 및 문턱전압(Vth)의 산포가 증가할 수 있다. 산화물 반도체층(120)은 20 내지 50nm의 두께로 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로 20 내지 40nm의 두께, 또는 20 내지 30nm의 두께로 형성될 수 있다.The oxide semiconductor layer 120 is formed to a thickness of 20 nm or more. When the thickness of the oxide semiconductor layer 120 is less than 20 nm, the scattering of the threshold voltage Vth, PBTS, s-factor and threshold voltage Vth may increase. The oxide semiconductor layer 120 may be formed to a thickness of 20 to 50 nm, more specifically, a thickness of 20 to 40 nm, or a thickness of 20 to 30 nm.

도 7d를 참조하면, 산화물 반도체(120) 상에 소스 전극(130)과 드레인 전극(140)이 형성된다. 소스 전극(130)과 드레인 전극(140)은 서로 이격되어 각각 산화물 반도체층(120)과 연결된다. Referring to FIG. 7D, a source electrode 130 and a drain electrode 140 are formed on the oxide semiconductor 120. The source electrode 130 and the drain electrode 140 are separated from each other and connected to the oxide semiconductor layer 120, respectively.

도 7e를 참조하면, 산화물 반도체층(120)이 플라즈마 처리된다. 플라즈마 처리는 N2O 기체를 이용하여 이루어질 수 있다. 플라즈마 처리 단계에서 2.0 내지 2.5 kW/m2의 에너지가 인가될 수 있다. 보다 구체적으로, 2.0 내지 2.5 kW/m2의 에너지가 N2O 기체에 인가되어, 산화물 반도체층(120)이 플라즈마 처리된다. 이와 같이 플라즈마 처리된 산화물 반도체층(120)을 갖는 박막 트랜지스터(200)는 산소 결핍과 같은 악조건 하에서도 우수한 구동 특성을 가질 수 있다.Referring to FIG. 7E, the oxide semiconductor layer 120 is subjected to plasma treatment. The plasma treatment may be performed using N 2 O gas. An energy of 2.0 to 2.5 kW / m < 2 > may be applied in the plasma treatment step. More specifically, an energy of 2.0 to 2.5 kW / m 2 is applied to the N 2 O gas, and the oxide semiconductor layer 120 is subjected to plasma treatment. The thin film transistor 200 having the oxide semiconductor layer 120 plasma-treated in this way can have excellent driving characteristics even under adverse conditions such as oxygen deficiency.

플라즈마 처리 에너지가 2.0 kW/m2 미만인 경우. 악조건 하에서 박막 트랜지스터의 구동 특성이 저하될 수 있다. 반면, 2.5 kW/m2 를 초과하는 에너지로 플라즈마 처리되는 경우, PBTS가 상승하여 박막 트랜지스터의 신뢰성이 저하될 수 있다. When the plasma processing energy is less than 2.0 kW / m 2 . The driving characteristics of the thin film transistor may be degraded under the bad conditions. On the other hand, when plasma treatment is performed at an energy exceeding 2.5 kW / m 2 , the reliability of the thin film transistor may be lowered due to the rise of the PBTS.

도 7f를 참조하면, 플라즈마 처리에 의하여 산화물 반도체층(120)에 제2 층(122)이 형성된다. 구체적으로, 플라즈마 처리에 의하여 산화물 반도체층(120)의 상부에 산소가 주입되어 산화물 반도체층(120)의 일부가 제2 층(122)이 된다. 이 때, 플라즈마 처리의 영향을 받지 않거나 적게 받은 산화물 반도체층(120)의 영역은 제1 층(121)이 된다. 제1층(121)은 플라즈마 처리 전의 산화물 반도체층(120)과 동일 또는 유사한 조성을 갖는다. Referring to FIG. 7F, a second layer 122 is formed on the oxide semiconductor layer 120 by plasma treatment. Specifically, oxygen is injected into the upper portion of the oxide semiconductor layer 120 by the plasma treatment, and a part of the oxide semiconductor layer 120 becomes the second layer 122. At this time, the region of the oxide semiconductor layer 120, which is not affected by the plasma treatment or becomes less, becomes the first layer 121. The first layer 121 has the same or similar composition as the oxide semiconductor layer 120 before the plasma treatment.

제2 층(122)은 제1 층(121)보다 많은 양의 산소(O)를 포함한다. 예를 들어, 제2 층(122)은 제1 층(121) 대비 1.2 내지 2.5 배의 산소 함량을 가질 수 있다.The second layer 122 contains a greater amount of oxygen (O) than the first layer 121. For example, the second layer 122 may have an oxygen content of 1.2 to 2.5 times the first layer 121.

플라즈마 처리에 의하여 형성된 제2 층(122)은 산화물 반도체층(120) 전체 두께의 5 내지 20%의 두께를 가질 수 있다.The second layer 122 formed by the plasma treatment may have a thickness of 5 to 20% of the entire thickness of the oxide semiconductor layer 120.

플라즈마 처리 공정은 생략될 수 있다. 플라즈마 처리 공정이 생략되는 경우, 도 1에 도시된 바와 같은 박막 트랜지스터(100)가 만들어질 수 있다.The plasma treatment process may be omitted. When the plasma processing process is omitted, the thin film transistor 100 as shown in FIG. 1 may be formed.

다음, 산화물 반도체층(120)에 대하여 열처리가 이루어질 수 있다. 산화물 반도체층(120)에 대한 플라즈마 처리가 이루어지지 않는 경우, 산화물 반도체층(120) 형성에 이어 열처리 공정이 진행될 수 있다. Next, the oxide semiconductor layer 120 may be heat-treated. In the case where the plasma treatment for the oxide semiconductor layer 120 is not performed, a heat treatment process may be performed subsequent to the formation of the oxide semiconductor layer 120.

열처리는 350℃ 이상의 온도에서 이루어진다. 보다 구체적으로, 열처리는 350 내지 450℃의 온도에서 이루어질 수 있다. The heat treatment is carried out at a temperature of 350 ° C or higher. More specifically, the heat treatment can be performed at a temperature of 350 to 450 캜.

350℃ 이상의 온도에서 이루어진 열처리에 의하여 산화물 반도체층(120)은 6.5 g/cm3 이상의 밀도(packing density), C축 방향의 결정성 및 2.0 x 1017 spins/cm3 이하의 스핀 밀도(spin density)를 가지며, 낮은 결함 밀도(defect density)를 가질 수 있다.The oxide semiconductor layer 120 has a packing density of at least 6.5 g / cm 3 , a crystallinity in the C-axis direction, and a spin density of less than 2.0 x 10 17 spins / cm 3 by heat treatment at a temperature of 350 ° C or higher. ), And can have a low defect density.

열처리 온도가 350℃ 미만인 경우, 산화물 반도체층(120)이 6.5 g/cm3 미만의 밀도(packing density)를 가지거나, C 축 방향의 결정성을 가지지 못하거나, 2.0 x 1017 spins/cm3를 초과하는 스핀 밀도(spin density)를 가져 높은 결함 밀도(defect density)를 가질 수 있다. 그에 따라, 산화물 반도체층(120)의 PBTS 특성 및 NBTIS 특성이 저하될 수 있다.If the heat treatment temperature is lower than 350 ℃, the oxide semiconductor layer 120 is 6.5 g / cm density of less than 3 (packing density) branches, or not have the crystalline properties of the C-axis direction, or, 2.0 x 10 17 spins / cm 3 Spin density < / RTI > and can have a high defect density. Accordingly, the PBTS characteristic and the NBTIS characteristic of the oxide semiconductor layer 120 may be degraded.

열처리 온도가 450℃를 초과하는 경우, 열에 의하여 산화물 반도체층(120) 또는 박막 트랜지스터(200)가 손상될 수 있으며, 열처리에 과도한 비용이 소요될 수 있다. 예를 들어 열처리 온도는 400℃의 온도에서 이루어질 수 있다. If the heat treatment temperature exceeds 450 ° C, the oxide semiconductor layer 120 or the thin film transistor 200 may be damaged by heat, and excessive heat treatment may be required. For example, the heat treatment temperature may be 400 ° C.

이러한 열처이에 의하여, 도 2에 도시된 박막 트랜지스터(200)가 완성될 수 있다. 도시되지 않았지만, 산화물 반도체층(120) 상에 에치 스토퍼(180)가 형성될 수도 있다(도 5 및 도 6 참조).By this heat treatment, the thin film transistor 200 shown in Fig. 2 can be completed. Although not shown, an etch stopper 180 may be formed on the oxide semiconductor layer 120 (see FIGS. 5 and 6).

도 7a 내지 7f에는, 기판(101) 상에 게이트 전극(110), 게이트 절연막(150) 및 산화물 반도체층(120)이 순차적으로 형성되는 바텀 게이트 구조를 갖는 박막 트랜지스터(200)의 제조 공정이 도시되어 있으나, 박막 트랜지스터의 제조방법이 이에 한정되는 것은 아니다. 7A to 7F show a manufacturing process of a thin film transistor 200 having a bottom gate structure in which a gate electrode 110, a gate insulating film 150 and an oxide semiconductor layer 120 are sequentially formed on a substrate 101, However, the manufacturing method of the thin film transistor is not limited thereto.

기판(101) 상에, 산화물 반도체층(120), 게이트 절연막(150) 및 게이트 전극(110)이 순차적으로 형성될 수도 있다. 이 경우, 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같은 탑 게이트 구조의 박막 트랜지스터(300, 400)가 제조될 수 있다.The oxide semiconductor layer 120, the gate insulating film 150, and the gate electrode 110 may be sequentially formed on the substrate 101. [ In this case, the thin film transistors 300 and 400 of the top gate structure as shown in FIG. 3 or 4 can be manufactured.

도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 표시장치(700)의 개략적인 단면도이다.8 is a schematic cross-sectional view of a display device 700 according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 표시장치(700)는 기판(101), 박막 트랜지스터(100) 및 박막 트랜지스터(100)와 연결된 유기 발광 소자(270)를 포함한다. A display device 700 according to another embodiment of the present invention includes a substrate 101, a thin film transistor 100, and an organic light emitting diode 270 connected to the thin film transistor 100.

도 8에는 도 1의 박막 트랜지스터(100)를 포함하는 표시장치(700)가 도시되어 있지만, 도 1의 박막 트랜지스터(100) 외에, 도 2 내지 6에 개시된 박막 트랜지스터들(200, 300, 400, 500, 600)이 도 8의 표시장치(700)에 적용될 수도 있다. Although the display device 700 including the thin film transistor 100 of FIG. 1 is shown in FIG. 8, in addition to the thin film transistor 100 of FIG. 1, the thin film transistors 200, 300, 400, 500, and 600 may be applied to the display device 700 of FIG.

도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 표시장치(700)는 기판(101), 기판(101) 상에 배치된 박막 트랜지스터(100), 박막 트랜지스터(100)와 연결된 제1 전극(271)을 포함한다. 또한, 표시장치(700)는 제1 전극(271) 상에 배치된 유기층(272) 및 유기층(272) 상에 배치된 제2 전극(273)을 포함한다.8, a display device 700 according to another embodiment of the present invention includes a substrate 101, a thin film transistor 100 disposed on the substrate 101, a first thin film transistor 100 connected to the thin film transistor 100, And an electrode 271. The display device 700 also includes an organic layer 272 disposed on the first electrode 271 and a second electrode 273 disposed on the organic layer 272. [

구체적으로, 기판(101)은 유리 또는 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 기판(101) 상에는 버퍼층(191)이 배치된다. 버퍼층(191)은 생략될 수 있다.Specifically, the substrate 101 may be made of glass or plastic. A buffer layer 191 is disposed on the substrate 101. The buffer layer 191 may be omitted.

박막 트랜지스터(100)는 기판(101) 상의 버퍼층(191) 상에 배치된다. 박막 트랜지스터(100)는 기판(101) 상에 배치된 게이트 전극(110), 게이트 전극(110)과 절연되어 게이트 전극(110)의 전극의 적어도 일부와 중첩하는 산화물 반도체층(120), 게이트 전극(110)과 산화물 반도체층(120) 사이에 배치된 게이트 절연막(150), 산화물 반도체층(120)과 연결된 소스 전극(130) 및 소스 전극(130)과 이격되어 산화물 반도체층(120)과 연결된 드레인 전극(140)을 포함한다.The thin film transistor 100 is disposed on the buffer layer 191 on the substrate 101. The thin film transistor 100 includes a gate electrode 110 disposed on a substrate 101, an oxide semiconductor layer 120 which is insulated from the gate electrode 110 to overlap at least a part of the electrode of the gate electrode 110, A gate insulating layer 150 disposed between the gate insulating layer 110 and the oxide semiconductor layer 120, a source electrode 130 connected to the oxide semiconductor layer 120, and a source electrode 130 and is connected to the oxide semiconductor layer 120 Drain electrodes 140 are formed.

평탄화막(190)은 박막 트랜지스터(100) 상에 배치되어 기판(101)의 상부를 평탄화시킨다. 평탄화막(190)은 감광성을 갖는 아크릴 수지와 같은 유기 절연 물질로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. The planarizing film 190 is disposed on the thin film transistor 100 to planarize the upper portion of the substrate 101. The planarizing film 190 may be formed of an organic insulating material such as acrylic resin having photosensitivity, but is not limited thereto.

제1 전극(271)은 평탄화막(190) 상에 배치된다. 제1 전극(271)은 평탄화막(190)에 구비된 콘택홀을 통해 박막 트랜지스터층(100)의 드레인 전극(140)과 연결된다. The first electrode 271 is disposed on the planarization film 190. The first electrode 271 is connected to the drain electrode 140 of the thin film transistor layer 100 through a contact hole provided in the planarization layer 190.

뱅크층(250)은 제1 전극(271) 및 평탄화막(190) 상에 배치되어 화소 영역 또는 발광 영역을 정의한다. 예를 들어, 뱅크층(250)이 복수의 화소들 사이의 경계 영역에 매트릭스 구조로 배치됨으로써, 뱅크층(250)에 의해 화소 영역이 정의될 수 있다.The bank layer 250 is disposed on the first electrode 271 and the planarizing film 190 to define a pixel region or a light emitting region. For example, the bank layer 250 can be defined by the bank layer 250 by arranging the bank layer 250 in a matrix structure in a boundary region between a plurality of pixels.

유기층(272)은 제1 전극(271) 상에 배치된다. 유기층(272)은 뱅크층(250) 상에도 배치될 수 있다. 즉, 유기층(272)은 화소 별로 분리되지 않고 인접하는 화소 사이에 서로 연결될 수 있다. The organic layer 272 is disposed on the first electrode 271. The organic layer 272 may also be disposed on the bank layer 250. That is, the organic layer 272 may not be separated for each pixel but may be connected to each other between adjacent pixels.

유기층(272)은 유기 발광층을 포함한다. 유기층(272)은 하나의 유기 발광층을 포함할 수도 있고, 상하로 적층된 2개의 유기 발광층 또는 그 이상의 유기 발광층을 포함할 수도 있다. 이러한 유기층(272)에서는 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 색을 갖는 광이 방출될 수 있으며, 백색(White) 광이 방출될 수도 있다. The organic layer 272 includes an organic light emitting layer. The organic layer 272 may include one organic light emitting layer, and may include two organic light emitting layers stacked one above the other or an organic light emitting layer. In this organic layer 272, light having any one of red, green, and blue colors may be emitted, and white light may be emitted.

제2 전극(273)은 유기층(272) 상에 배치된다.The second electrode 273 is disposed on the organic layer 272.

제1 전극(271), 유기층(272) 및 제2 전극(273)이 적층되어 유기 발광 소자(270)가 이루어질 수 있다. 유기 발광 소자(270)는 표시장치(700)에서 광량 조절층 역할을 할 수 있다.The first electrode 271, the organic layer 272, and the second electrode 273 may be laminated to form the organic light emitting diode 270. [ The organic light emitting diode 270 may serve as a light amount adjusting layer in the display device 700.

도시되지 않았지만, 유기층(272)이 백색(White) 광을 발광하는 경우, 개별 화소는 유기층(272)에서 방출되는 백색(White) 광을 파장 별로 필터링하기 위한 컬러 필터를 포함할 수 있다. 컬러 필터는 광의 이동경로 상에 형성된다. 유기층(272)에서 방출된 광이 하부의 기판(101) 방향으로 진행하는 소위 바텀 에미션(Bottom Emission) 방식인 경우에는 컬러 필터가 유기층(272)의 아래에 배치되고, 유기층(272)에서 방출된 광이 상부의 제2 전극(273) 방향으로 진행하는 소위 탑 에미션(Top Emission) 방식인 경우에는 컬러 필터가 유기층(272)의 위에 배치된다. Although not shown, when the organic layer 272 emits white light, the individual pixels may include a color filter for filtering the white light emitted from the organic layer 272 by wavelength. A color filter is formed on the movement path of the light. A color filter is disposed below the organic layer 272 and a light emission from the organic layer 272 is emitted when the light emitted from the organic layer 272 travels toward the lower substrate 101 in a so- A color filter is disposed on the organic layer 272 in the case of the so-called top emission method in which the light is emitted toward the upper second electrode 273.

도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 표시장치(800)의 개략적인 단면도이다.9 is a schematic cross-sectional view of a display device 800 according to another embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 표시장치(800)는 기판(101), 기판(101) 상에 배치된 박막 트랜지스터(100), 박막 트랜지스터(100)와 연결된 제1 전극(381)을 포함한다. 또한, 표시장치(800)는 제1 전극(381) 상의 액정층(382) 및 액정층(382) 상의 제2 전극(383)을 포함한다.9, a display device 800 according to another embodiment of the present invention includes a substrate 101, a thin film transistor 100 disposed on the substrate 101, a first thin film transistor 100 connected to the thin film transistor 100, Electrode 381 as shown in FIG. The display device 800 also includes a liquid crystal layer 382 on the first electrode 381 and a second electrode 383 on the liquid crystal layer 382.

액정층(382)은 광량 조절층으로 작용한다. 이와 같이, 도 9에 도시된 표시장치(800)는 액정층(382)을 포함하는 액정 표시장치다. The liquid crystal layer 382 serves as a light amount adjusting layer. Thus, the display device 800 shown in Fig. 9 is a liquid crystal display device including a liquid crystal layer 382. Fig.

구체적으로, 도 9의 표시장치(800)는, 기판(101), 박막 트랜지스터(100), 평탄화막(190), 제1 전극(381), 액정층(382), 제2 전극(383), 배리어층(320), 컬러필터(341, 342), 차광부(350) 및 대향 기판(102)을 포함한다. 9 includes a substrate 101, a thin film transistor 100, a planarization film 190, a first electrode 381, a liquid crystal layer 382, a second electrode 383, A barrier layer 320, color filters 341 and 342, a light shielding portion 350, and an opposing substrate 102.

기판(101)은 유리 또는 플라스틱으로 만들어질 수 있다.The substrate 101 may be made of glass or plastic.

박막 트랜지스터(100)는 기판(101) 상에서 배치된다. The thin film transistor 100 is disposed on the substrate 101. [

도 9를 참조하면, 기판(101) 상에 버퍼층(191)이 배치되고, 버퍼층(191) 상에 게이트 전극(110)이 배치되고, 게이트 전극(110) 상에 제1 게이트 절연막(151) 및 제2 게이트 절연막(152)으로 이루어진 게이트 절연막(150)이 배치되고, 게이트 절연막(150) 상에 산화물 반도체층(120)이 배치되고, 산화물 반도체층(120)상에 소스 전극(130)과 드레인 전극(140)이 배치되고, 소스 전극(130)과 드레인 전극(140) 상에 평탄화막(190)이 배치된다.9, a buffer layer 191 is disposed on a substrate 101, a gate electrode 110 is disposed on a buffer layer 191, a first gate insulating film 151 and a second gate insulating film A gate insulating film 150 made of a second gate insulating film 152 is disposed and an oxide semiconductor layer 120 is disposed on the gate insulating film 150. A source electrode 130 and a drain An electrode 140 is disposed and a planarization film 190 is disposed on the source electrode 130 and the drain electrode 140.

게이트 전극(110)이 산화물 반도체층(120) 아래에 배치되는 바텀 게이트(bottom gate) 구조의 박막 트랜지스터(100)가 도 9에 도시되어 있지만, 본 발명의 또 다른 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 게이트 전극(110)이 산화물 반도체층(120) 위에 배치되는 탑 게이트(top gate) 구조의 박막 트랜지스터가 사용될 수도 있다. 보다 구체적으로, 도 1에 도시된 박막 트랜지스터(100)외에, 도 2 내지 6에 개시된 박막 트랜지스터들(200, 300, 400, 500, 600)이 도 9의 표시장치(800)에 적용될 수 있다.A bottom gate structure thin film transistor 100 in which a gate electrode 110 is disposed under an oxide semiconductor layer 120 is shown in FIG. 9, but the present invention is not limited thereto . A thin film transistor having a top gate structure in which the gate electrode 110 is disposed on the oxide semiconductor layer 120 may be used. More specifically, in addition to the thin film transistor 100 shown in FIG. 1, the thin film transistors 200, 300, 400, 500, and 600 disclosed in FIGS. 2 to 6 may be applied to the display device 800 of FIG.

평탄화막(190)은 박막 트랜지스터(100) 상에 배치되어 기판(101)의 상부를 평탄화시킨다. 평탄화막(190)은 감광성을 갖는 아크릴 수지와 같은 유기 절연 물질로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. The planarizing film 190 is disposed on the thin film transistor 100 to planarize the upper portion of the substrate 101. The planarizing film 190 may be formed of an organic insulating material such as acrylic resin having photosensitivity, but is not limited thereto.

제1 전극(381)은 평탄화막(190) 상에 배치된다. 제1 전극(381)은 평탄화막(190)에 구비된 콘택홀(CH)을 통해 박막 트랜지스터층(100)의 드레인 전극(140)과 연결된다. The first electrode 381 is disposed on the planarization film 190. The first electrode 381 is connected to the drain electrode 140 of the thin film transistor layer 100 through the contact hole CH provided in the planarization layer 190.

대향 기판(102)은 기판(101)에 대향되어 배치된다.The counter substrate 102 is disposed opposite to the substrate 101. [

대향 기판(102) 상에 차광부(350)가 배치된다. 차광부(350)는 복수의 개구부들을 갖는다. 복수의 개구부들은 화소 전극인 제1 전극(381)에 대응하여 배치된다. 차광부(350)는 개구부들을 제외한 부분에서의 광을 차단한다. 차광부(350)는 반드시 필요한 것은 아니며, 생략될 수도 있다.The light shielding portion 350 is disposed on the counter substrate 102. The light shielding portion 350 has a plurality of openings. The plurality of openings are arranged corresponding to the first electrode 381 which is a pixel electrode. The light shielding portion 350 shields light from the portions excluding the openings. The light shielding portion 350 is not necessarily required, and may be omitted.

컬러필터(341, 342)는 대향 기판(102) 상에 배치되며, 백라이트부(미도시)로부터 입사된 광의 파장을 선택적으로 차단한다. 구체적으로, 컬러필터(341, 342)는 차광부(350)에 의해 정의되는 복수의 개구부에 배치될 수 있다.The color filters 341 and 342 are disposed on the counter substrate 102 and selectively block the wavelength of the light incident from the backlight unit (not shown). Specifically, the color filters 341 and 342 may be disposed in a plurality of openings defined by the light shielding portion 350. [

각각의 컬러필터(341, 342)는 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나의 색을 표현할 수 있다. 각각의 컬러필터(341, 342)는 적색, 녹색, 청색 이외의 다른 색을 표현할 수도 있다.Each of the color filters 341 and 342 can represent any one of red, green, and blue colors. Each of the color filters 341 and 342 may represent a color other than red, green, and blue.

컬러필터(341, 342)와 차광부(350) 상에 배리어층(320)이 배치될 수 있다. 배리어층(320)은 생략될 수 있다.The barrier layer 320 may be disposed on the color filters 341 and 342 and the light-shielding portion 350. The barrier layer 320 may be omitted.

제2 전극(383)은 배리어층(320) 상에 배치된다. 예를 들어, 제2 전극(383)은 대향 기판(102)의 전면에 위치할 수 있다. 제2 전극(383)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다. The second electrode 383 is disposed on the barrier layer 320. For example, the second electrode 383 may be located on the front surface of the counter substrate 102. The second electrode 383 may be formed of a transparent conductive material such as ITO or IZO.

제1 전극(381)과 제2 전극(383)은 대향되어 배치되며, 그 사이에 액정층(382)이 배치된다. 제2 전극(383)은 제1 전극(381)과 함께 액정층(382)에 전계를 인가한다. The first electrode 381 and the second electrode 383 are opposed to each other and a liquid crystal layer 382 is disposed therebetween. The second electrode 383 applies an electric field to the liquid crystal layer 382 together with the first electrode 381.

기판(101)과 대향 기판(102) 사이의 마주보는 면들을 각각 해당 기판의 상부면으로 정의하고, 그 상부면들의 반대편에 위치한 면들을 각각 해당 기판의 하부면으로 정의할 때, 기판(101)의 하부면과 대향 기판(102)의 하부면에 각각 편광판이 배치될 수 있다.When the opposing surfaces between the substrate 101 and the opposing substrate 102 are defined as the upper surface of the substrate and the surfaces located on opposite sides of the upper surface are respectively defined as the lower surface of the substrate, And the polarizing plate may be disposed on the lower surface of the counter substrate 102, respectively.

이하, 실시예, 비교예 및 시험예를 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, Comparative Examples and Test Examples.

[비교예 1-3][Comparative Example 1-3]

도 1에 도시된 구조를 갖는 비교예 1-3의 박막 트랜지스터를 제조하였다.A thin film transistor of Comparative Example 1-3 having the structure shown in Fig. 1 was fabricated.

구체적으로, 유리로 된 기판(101) 상에 Mo/Ti의 합금으로 이루어진 100nm 두께의 게이트 전극(150)을 형성하고, 그 위에 실리콘 산화물로 된 제1 게이트 절연막(151) 및 실리콘 질화물로 된 제2 게이트 절연막(152)를 형성하고, 표 1의 조성비에 따라 30nm 두께의 산화물 반도체층(120)을 형성하였다. 다음, Mo/Ti 합금을 이용하여 100nm 두께의 소스 전극(130)과 드레인 전극(140)을 형성하였다.Specifically, a 100 nm thick gate electrode 150 made of an alloy of Mo / Ti is formed on a glass substrate 101, and a first gate insulating film 151 made of silicon oxide and a silicon nitride 2 gate insulating film 152 was formed and an oxide semiconductor layer 120 having a thickness of 30 nm was formed according to the composition ratio shown in Table 1. [ Next, a source electrode 130 and a drain electrode 140 having a thickness of 100 nm were formed using a Mo / Ti alloy.

이와 같이 제조된 비교예 1-3의 박막 트랜지스터에 대하여 문턱전압(Vth), 이동도(Hall Mobility) 및 NBTIS를 측정하였다.The threshold voltage (Vth), mobility (Hall Mobility) and NBTIS of the thin film transistor of Comparative Example 1-3 thus prepared were measured.

문턱전압(Vth) 측정을 위해, -20V 에서 +20V 범위의 게이트 전압(Vgs)을 인가하면서 드레인 전류(Ids)를 측정하였다. 소스 전극(130)과 드레인 전극(140) 사이에는 10V의 전압이 인가되었다. 도 10, 11 및 12는 각각 비교예 1, 2 및 3의 박막 트랜지스터에 대한 문턱전압(Vth) 측정 결과를 나타낸다.For measuring the threshold voltage (Vth), the drain current (Ids) was measured while applying a gate voltage (Vgs) in the range of -20V to + 20V. A voltage of 10 V was applied between the source electrode 130 and the drain electrode 140. 10, 11 and 12 show the results of measuring the threshold voltage (Vth) for the thin film transistors of Comparative Examples 1, 2 and 3, respectively.

또한, 홀 측정방법(Hall measurement)에 따라 홀 이동도(Hall Mobility)를 측정하였다. 또한, 60℃의 온도에서 비교예 1, 2 및 3의 박막 트랜지스터에 4500 nit의 가시광(백색광)을 조사하면서, 음(-)의 바이어스 전압을 인가하여 NBTIS를 측정하였다. 그 결과는 아래 표 1과 같다.Also, Hall mobility was measured according to the Hall measurement method. NBTIS was measured by applying a negative bias voltage while irradiating a thin film transistor of Comparative Examples 1, 2, and 3 at a temperature of 60 占 폚 with a visible light of 4500 nits (white light). The results are shown in Table 1 below.

비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 산화물 반도체의
조성비
Oxide semiconductor
Composition ratio
In:Ga:Zn
(1 : 1 : 1)
In: Ga: Zn
(1: 1: 1)
In:Ga
(9 : 1)
In: Ga
(9: 1)
In:Sn:Zn
(2.6: 1 : 3)
In: Sn: Zn
(2.6: 1: 3)
홀 이동도(cm2/V·s)Hole mobility (cm 2 / V · s) 1010 1616 1919 NBTIS (V)NBTIS (V) -0.4-0.4 -12-12 -9-9

도 10, 11, 12에서 "Initial"은 초기의 전류 변화를 나타내고, "Before Stress"는 온도 및 광이 인가되지 전의 전류 변화를 나타내고, "After Stress"는 박막 트랜지스터에 60℃의 온도 및 4500 nit의 가시광(백색광)이 인가된 후의 전류 변화를 나타낸다. 10, 11, and 12, "Initial" represents an initial current change, "Before Stress" represents a current change before temperature and light are applied, "After Stress" represents a temperature of 60 ° C. and 4500 nit (White light) of the light-receiving layer.

도 10, 11, 12 및 표 1을 참조하면, 비교예 1의 박막 트랜지스터는 NBTIS 특성은 양호하지만 홀 이동도 특성이 좋지 않으며, 비교예 2 및 3의 박막 트랜지스터는 NBTIS 특성이 좋지 않아 신뢰성이 부족하다는 것을 확인할 수 있다.10, 11, 12 and Table 1, the thin film transistor of Comparative Example 1 has good NBTIS characteristics, but has poor hole mobility characteristics, and the thin film transistors of Comparative Examples 2 and 3 have poor NBTIS characteristics .

[비교예 4 및 실시예 1-2][Comparative Example 4 and Example 1-2]

산화물 반도체층(120)의 두께에 따른 박막 트랜지스터의 특성을 확인하기 위해, 도 1에 도시된 구조를 갖는 박막 트랜지스터를 제조하였다(비교예 4, 실시예 1 및 2). 비교예 1의 박막 트랜지스터와 동일한 방법으로 박막 트랜지스터를 제조하되, 다만 산화물 반도체층(120)의 조성을 달리하였다. 이하, 다른 설명이 없는 한, 박막 트랜지스터는 도 1의 구조를 가지며, 비교예 1의 박막 트랜지스터와 동일한 방법으로 제조될 수 있다.In order to confirm the characteristics of the thin film transistor according to the thickness of the oxide semiconductor layer 120, a thin film transistor having the structure shown in FIG. 1 was manufactured (Comparative Example 4, Examples 1 and 2). A thin film transistor was fabricated in the same manner as the thin film transistor of Comparative Example 1 except that the composition of the oxide semiconductor layer 120 was varied. Hereinafter, unless otherwise stated, the thin film transistor has the structure of FIG. 1 and can be manufactured in the same manner as the thin film transistor of Comparative Example 1. [

구체적으로, 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn) 및 주석(Sn)이 4:1:4:1의 비(원자수 비율)로 혼합되어 이루어진 산화물 반도체층(120)을 갖는 비교예 4 및 실시예 1-2의 박막 트랜지스터를 제조하였다. 이 때, 비교예 4, 실시예 1 및 실시예 2에서 산화물 반도체층(120) 두께는 각각 10nm, 20nm 및 30nm가 되도록 하였다. Specifically, a comparison with an oxide semiconductor layer 120 in which indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn) and tin (Sn) are mixed in a ratio of 4: 1: 4: Thin film transistors of Example 4 and Example 1-2 were fabricated. At this time, the thicknesses of the oxide semiconductor layer 120 in Comparative Example 4, Example 1, and Example 2 were set to 10 nm, 20 nm, and 30 nm, respectively.

문턱전압(Vth) 측정을 위해, -20V 에서 +20V 범위의 게이트 전압(Vgs) 인가하면서, 비교예 4 및 실시예 1-2에 따른 박막 트랜지스터의 드레인 전류(Ids)를 측정하였다. 소스 전극(130)과 드레인 전극(140) 사이에는 10V의 전압이 인가되었다. 문턱전압(Vth)은 9회 측정되었다. 도 13, 14 및 15는 비교예 4 및 실시예 1, 2의 박막 트랜지스터에 대한 문턱전압(Vth) 측정 결과를 나타낸다. For measuring the threshold voltage (Vth), the drain current (Ids) of the thin film transistor according to Comparative Example 4 and Example 1-2 was measured while applying a gate voltage (Vgs) in the range of -20V to + 20V. A voltage of 10 V was applied between the source electrode 130 and the drain electrode 140. The threshold voltage (Vth) was measured nine times. 13, 14 and 15 show the results of measuring the threshold voltage (Vth) for the thin film transistor of Comparative Example 4 and Embodiments 1 and 2.

문턱전압(Vth) 산포 측정을 위해, 드레인 전류(Ids)가 10-9A인 지점에서 게이트 전압(Vgs)을 측정하였다. 즉, 드레인 전류(Ids)가 10-9A인 지점에서 측정된 게이트 전압(Vgs)의 최대값과 최소값의 차이를 "문턱전압(Vth)의 산포"로 정의하였다. 또한, 60℃의 온도 스트레스 하에서 비교예 4 및 실시예 1-2의 박막 트랜지스터에 양(+)의 바이어스 전압을 인가하면서 PBTS 측정하였다. 그 결과는 표 2와 같다.For measurement of the threshold voltage (Vth) scattering, the gate voltage (Vgs) was measured at a point where the drain current (Ids) was 10 -9 A. That is, the difference between the maximum value and the minimum value of the gate voltage (Vgs) measured at the point where the drain current Ids is 10 -9 A is defined as "dispersion of the threshold voltage (Vth)". PBTS was also measured while applying a positive bias voltage to the thin film transistors of Comparative Example 4 and Example 1-2 under a temperature stress of 60 占 폚. The results are shown in Table 2.

비교예 4Comparative Example 4 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 산화물 반도체층의 두께 (nm)The thickness (nm) of the oxide semiconductor layer 1010 2020 3030 평균 문턱전압(V)The average threshold voltage (V) 3.763.76 1.761.76 1.451.45 문턱전압의 산포 (V)The scattering of the threshold voltage (V) 3.843.84 1.391.39 0.740.74 PBTS (V)PBTS (V) 4.174.17 2.102.10 1.751.75

도 13, 14, 15 및 표 2을 참조하면, 비교예 4의 박막 트랜지스터는 문턱전압(Vth)의 산포가 크기 때문에 문턱전압(Vth)의 균일도가 낮아, 구동 특성이 좋지 않고, PBTS가 크기 때문에 신뢰성이 좋지 않다. 13, 14, 15 and Table 2, since the thin film transistor of Comparative Example 4 has a large dispersion of the threshold voltage Vth, the uniformity of the threshold voltage Vth is low, the driving characteristics are poor, Reliability is poor.

반면, 실시예 1 및 2에 따른 박막 트랜지스터는 문턱전압(Vth)의 산포가 작아 우수한 구동 특성을 가지며, PBTS가 작아 우수한 신뢰성을 갖는다. On the other hand, the thin film transistors according to Embodiments 1 and 2 have small drift of the threshold voltage (Vth), have excellent driving characteristics, and have small reliability of PBTS.

[증착 온도 및 열처리 온도 평가][Evaluation of deposition temperature and heat treatment temperature]

증착 온도 및 열처리 온도에 따른 산화물 반도체층(120)의 특성을 확인하기 위해, 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn) 및 주석(Sn)이 4:1:4:1의 비(원자수 비율)로 혼합되어 이루어지며 30nm 두께를 갖는 산화물 반도체층(120) 시료들을 제조하였다. 이 때, 산화물 반도체층(120) 형성을 위한 증착 온도 및 증착 후 열처리 온도를 표 3과 같이 조정하여 산화물 반도체층(120)의 시료인 S11, S12, S13, S14, S15 및 S16을 제조하였다. Gallium (Ga), zinc (Zn) and tin (Sn) in a ratio of 4: 1: 4: 1 in order to confirm the characteristics of the oxide semiconductor layer 120 according to the deposition temperature and the heat treatment temperature. Atoms / cm < 2 >) to produce samples of the oxide semiconductor layer 120 having a thickness of 30 nm. S11, S12, S13, S14, S15 and S16 of the oxide semiconductor layer 120 were prepared by adjusting the deposition temperature for forming the oxide semiconductor layer 120 and the post-deposition heat treatment temperature as shown in Table 3.

S11S11 S12S12 S13S13 S14S14 S15S15 S16S16 증착 온도 (℃)Deposition temperature (캜) 상온Room temperature 상온Room temperature 100100 150150 200200 250250 열처리 온도 (℃)Heat treatment temperature (캜) 350350 400400 400400 400400 400400 400400

산화물 반도체층(120)의 시료인 S11, S12, S13, S14 및 S15 대하여 스핀 밀도(spin density)를 측정하고, S11, S12, S13, S14, S15 및 S16에 대하여 밀도(packing density, 또는 체적 밀도)를 측정하였다. 도 16은 산화물 반도체층(120) 시료들에 대한 스핀 밀도 측정 결과를 나타내고, 도 17은 산화물 반도체층(120) 시료들에 대한 밀도(packing density) 측정 결과를 나타낸다. 도 16 및 도 17에서 "증착(℃)"는 증착 온도를 나타내고, "후 열처리(℃)"는 증착 후의 열처리 온도를 나타낸다,The spin density of the samples S11, S12, S13, S14 and S15 of the oxide semiconductor layer 120 was measured and the packing density or the volume density was measured for S11, S12, S13, S14, S15 and S16 ) Were measured. 16 shows a result of measurement of the spin density for the samples of the oxide semiconductor layer 120, and FIG. 17 shows the results of measurement of the packing density of the samples of the oxide semiconductor layer 120. 16 and 17, "deposition (° C)" represents the deposition temperature, and "post-heat treatment (° C)" represents the post-deposition heat treatment temperature,

도 16을 참조하면, 350℃의 온도에서 열처리되더라도, 상온(30℃±20℃)에서의 증착에 의해 형성된 산화물 반도체층(120)의 시료 S11은 2.0 x 1017 spins/cm3 를 초과하는 스핀 밀도를 가진다. 스핀 밀도는 산화물 반도체층(120)의 결함 밀도(defect density)를 판단하는 척도가 될 수 있다. 결함 밀도는 산화물 반도체층(120)에서 원자의 결함 정도를 나타내는 것으로, 예를 들어, 산소(O) 원자의 결함 정도에 대응될 수 있다. 2.0 x 1017 spins/cm3 를 초과하는 스핀 밀도를 갖는 S11의 경우 산소의 결함으로 인한 도체화가 유발될 수 있다.16, the spin that even if heat treatment at a temperature of 350 ℃, a sample S11 of the oxide semiconductor layer 120 is formed by vapor deposition at room temperature (30 ℃ ± 20 ℃) is greater than the 2.0 x 10 17 spins / cm 3 Density. The spin density can be a measure for determining the defect density of the oxide semiconductor layer 120. The defect density indicates the degree of defect of an atom in the oxide semiconductor layer 120, and may correspond to a degree of defect of an oxygen (O) atom, for example. S11 with a spin density exceeding 2.0 x 10 < 17 > spins / cm < 3 > may cause conductivization due to oxygen defects.

도 17을 참조하면, 150℃ 미만의 온도에서 증착되어 이루어진 산화물 반도체층(120)의 시료 S11, S12 및 S13는 6.5 g/cm3 미만의 밀도를 갖는다. 산화물 반도체층(120)이 6.5 g/cm3 미만의 밀도를 가지는 경우, 원자 결함이 유발될 수 있으며, 그에 따라 산화물 반도체층(120)의 채널 영역에서 도체화가 진행될 수 있다.Referring to Figure 17, it is deposited at a temperature less than 150 ℃ samples S11, S12 and S13 formed in the oxide semiconductor layer 120 has a density of less than 6.5 g / cm 3. When the oxide semiconductor layer 120 has a density of less than 6.5 g / cm 3 , atomic defects may be induced, and conducive to the channel region of the oxide semiconductor layer 120.

반면, 150℃ 이상의 온도에서 증착되어 형성되고, 350℃ 이상의 온도, 예를 들어 400℃에서 열처리된 산화물 반도체층(120)의 시료 S14, S15 및 S16는 2.0 x 1017 spins/cm3 이하의 스핀 밀도 및 6.5 g/cm3 이상의 밀도(packing density)를 가진다는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, is formed by deposition from at least 150 ℃ temperature, over 350 ℃ temperature, for example, a sample of the oxide semiconductor layer 120 is heat-treated at 400 ℃ S14, S15 and S16 is 2.0 x 10 17 spins / cm 3 spins in the following Density and a packing density of 6.5 g / cm < 3 > or more.

도 18a 내지 18e는 각각 산화물 반도체층(120)의 시료들에 대한 투과형 전자 현미경(TEM, Transmission Electron Microscope) 사진이다. 보다 구체적으로, 도 18a, 18b, 18c, 18d 및 18e는 각각 산화물 반도체층(120)의 시료 S12, S13, S14, S15 및 S16에 대한 투과형 전자 현미경(TEM, Transmission Electron Microscope) 사진이다. 투과형 전자 현미경(TEM) 사진에 의하여 시료들의 결정성을 확인할 수 있다.18A to 18E are transmission electron microscope (TEM) photographs of the samples of the oxide semiconductor layer 120, respectively. More specifically, FIGS. 18A, 18B, 18C, 18D and 18E are transmission electron microscope (TEM) images of the samples S12, S13, S14, S15 and S16 of the oxide semiconductor layer 120, respectively. The crystallinity of the samples can be confirmed by transmission electron microscopy (TEM) photographs.

도 18d 및 18e를 참조하면, 시료 S15 및 S16은 C축 방향을 결정성을 가진다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 18c를 참조하면, 시료 S14에서 C축 방향을 따라 결정성이 생기기 시작한다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 150℃ 이상의 온도에서 증착되어 형성되고, 350℃ 이상의 온도(400℃)에서 열처리된 산화물 반도체층(120)은 C축 방향의 결정성을 가진다고 할 수 있다. 반면, 시료 S12 및 S13은 C축 방향을 결정성을 가지지 못하는 것을 확인할 수 있다.Referring to Figs. 18D and 18E, it is confirmed that the samples S15 and S16 have crystallinity in the C-axis direction. Referring to FIG. 18C, it can be seen that crystallinity begins to occur along the C-axis direction in the sample S14. That is, the oxide semiconductor layer 120 formed by being deposited at a temperature of 150 ° C or higher and heat-treated at a temperature of 350 ° C or higher (400 ° C) has crystallinity in the C axis direction. On the other hand, it can be confirmed that the samples S12 and S13 have no crystallinity in the C axis direction.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체층(120)의 시료인 S14, S15, S16은 C축 방향의 결정성을 가진다. 여기서, C축은 산화물 반도체층(120)의 표면에 대략 수직인 방향(법선)을 향한다. 결정성을 갖는 산화물 반도체층(120)은 미결정 산화물 반도체층에 비해 낮은 결함 밀도(defect density)를 가지며, 산화물 반도체층(120)에서의 이동도 저하가 억제된다. Specifically, the samples S14, S15 and S16 of the oxide semiconductor layer 120 according to an embodiment of the present invention have crystallinity in the C-axis direction. Here, the C axis is oriented in a direction (normal line) substantially perpendicular to the surface of the oxide semiconductor layer 120. The oxide semiconductor layer 120 having crystallinity has a defect density lower than that of the microcrystalline oxide semiconductor layer and the lowering of the mobility in the oxide semiconductor layer 120 is suppressed.

도 19는 산화물 반도체층(120)에 대한 X선 회절(XRD) 분석 결과이다. 19 is an X-ray diffraction (XRD) analysis result of the oxide semiconductor layer 120. FIG.

보다 구체적으로, 도 19는 산화물 반도체층(120)의 시료 S15에 대한 X선 회절(XRD:X-Ray Diffraction) 분석 결과이다. 도 19를 참조하면, 회절각(2θ) 32°근처에서 피크가 나타난다. 회절각(2θ) 32°근처에서의 피크는 C축 결정성에 대응된다. 이러한 결정성을 갖는 산화물 반도체층(120)을 포함하는 박막 트랜지스터(100)는 가시광선이나 자외광의 조사에 의한 구동 특성의 변동이 방지 또는 억제된다More specifically, FIG. 19 shows X-ray diffraction (XRD) analysis results of the sample S15 of the oxide semiconductor layer 120. FIG. Referring to Fig. 19, a peak appears near the diffraction angle 2 &thetas; 32 DEG. The peak near the diffraction angle (2 [Theta]) 32 [deg.] Corresponds to the C-axis crystallinity. The thin film transistor 100 including the oxide semiconductor layer 120 having such crystallinity is prevented or suppressed from fluctuation in driving characteristics due to irradiation of visible light or ultraviolet light

도 20 및 21은 각각 산화물 반도체층의 시료를 이용하여 제조된 박막 트랜지스터의 문턱전압(Vth) 측정 결과이다. 구체적으로, 도 20은 산화물 반도체층(120)의 시료 S12를 이용하여 제조된 박막 트랜지스터의 문턱전압(Vth) 그래프이고, 도 21은 산화물 반도체층(120)의 시료 S15를 이용하여 제조된 박막 트랜지스터의 문턱전압(Vth) 그래프이다.20 and 21 are the results of measuring the threshold voltage (Vth) of the thin film transistor manufactured using the sample of the oxide semiconductor layer. 20 is a graph showing a threshold voltage (Vth) of a thin film transistor fabricated using the sample S12 of the oxide semiconductor layer 120, and FIG. 21 is a graph showing a threshold voltage (Vth) of the thin film transistor fabricated using the sample S15 of the oxide semiconductor layer 120. FIG. (Vth) of FIG.

산화물 반도체층(120)의 시료 S12 및 S15를 이용하여 각각 비교예 1에 개시된 방법으로 도 1의 구조를 갖는 박막 트랜지스터를 제조한 후, 문턱전압(Vth) 측정을 위해, -20V 에서 +20V 범위의 게이트 전압(Vgs) 인가하면서 드레인 전류(Ids)를 측정하였다. 이때, 소스 전극(130)과 드레인 전극(140) 사이의 전압을 10V로 유지하였다. 문턱전압(Vth)은 9회 측정되었다. The samples S12 and S15 of the oxide semiconductor layer 120 were used to fabricate thin film transistors having the structure of FIG. 1 by the method described in Comparative Example 1, respectively. Then, for the threshold voltage (Vth) measurement, The drain current Ids was measured while applying the gate voltage Vgs of the gate electrode. At this time, the voltage between the source electrode 130 and the drain electrode 140 was maintained at 10V. The threshold voltage (Vth) was measured nine times.

도 20을 참조하면, 산화물 반도체층(120)의 시료 S12를 이용하여 제조된 박막 트랜지스터는 문턱전압(Vth)의 산포가 크기 때문에, 소자로서 사용되기 어렵다. 반면, 도 21을 참조하면, 산화물 반도체층(120)의 시료 S15를 이용하여 제조된 박막 트랜지스터는 양호한 트랜지스터 특성을 가진다는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 20, a thin film transistor manufactured using the sample S12 of the oxide semiconductor layer 120 is difficult to be used as an element because the scattering of the threshold voltage (Vth) is large. On the other hand, referring to FIG. 21, it can be seen that the thin film transistor fabricated using the sample S15 of the oxide semiconductor layer 120 has good transistor characteristics.

[주석(Sn) 함량에 따른 산화물 반도체층의 특성 평가][Characteristic evaluation of oxide semiconductor layer according to tin (Sn) content]

주석(Sn)의 함량에 따른 산화물 반도체층(120)의 특성을 확인하기 위해, 4:1:4의 비(원자수 비율)의 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn)을 포함하고, 인듐(In)에 대한 주석(Sn)의 비율(Sn/In)이 표 4와 같은 산화물 반도체층(120) 및 박막 트랜지스터를 제조하였다(S21, S22, S23, S24 및 S25). 표 4에서 인듐(In)에 대한 주석(Sn)의 비율(Sn/In)을 %로 표시하였다. %로 표시된 비율은 다음 식 1로 구해질 수 있다.(In), gallium (Ga), and zinc (Zn) in a ratio of 4: 1: 4 (atomic number ratio) in order to confirm the characteristics of the oxide semiconductor layer 120 according to the content of Sn. And an oxide semiconductor layer 120 and a thin film transistor as shown in Table 4 were manufactured (S21, S22, S23, S24, and S25), and the ratio (Sn / In) of tin (Sn) to indium (In) In Table 4, the ratio (Sn / In) of tin (Sn) to indium (In) is expressed in%. The percentages expressed in% can be obtained from the following equation (1).

[식 1][Formula 1]

Sn/In 비율(%) = [(Sn의 원자수)/(In의 원자수)] x 100Sn / In ratio (%) = [(number of atoms of Sn) / (number of atoms of In)] x 100

S21S21 S22S22 S23S23 S24S24 S25S25 Sn/In 비율(%)Sn / In ratio (%) 00 10.810.8 23.123.1 56.856.8 100100 In:Ga:ZnIn: Ga: Zn 4:1:44: 1: 4 4:1:44: 1: 4 4:1:44: 1: 4 4:1:44: 1: 4 4:1:44: 1: 4

도 22는 산화물 반도체층(120)의 시료에 대한 홀 이동도 및 캐리어 농도 측정 결과이다. 구체적으로, 산화물 반도체층(120)의 시료 S21, S22, S23, S24 및 S25에 대하여 홀 이동도(Hall Mobility) 및 캐리어 농도(Carrier Concentration)을 측정하고 그 결과를 도 22에 도시하였다.FIG. 22 shows the hole mobility and carrier concentration measurement results for the sample of the oxide semiconductor layer 120. Specifically, the Hall mobility and the carrier concentration of the samples S21, S22, S23, S24, and S25 of the oxide semiconductor layer 120 were measured and the results are shown in FIG.

도 22를 참조하면, 인듐(In)에 대한 주석(Sn)의 비율(Sn/In)이 10% 미만인 경우 산화물 반도체층(120)의 홀 이동도가 18 cm2/V·s 미만이고, 캐리어 농도가 5 x 1017개/cm3 미만이다. 또한, 인듐(In)에 대한 주석(Sn)의 비율(Sn/In)이 25%를 초과하더라도 홀 이동도와 캐리어 농도가 더 이상 증가하지 않는다는 것을 확인할 수 있다.22, when the ratio (Sn / In) of tin (Sn) to indium (In) is less than 10%, the hole mobility of the oxide semiconductor layer 120 is less than 18 cm 2 / V · s, And the concentration is less than 5 x 10 17 / cm 3 . It can also be seen that the hole mobility and carrier concentration do not further increase even when the ratio (Sn / In) of tin (Sn) to indium (In) exceeds 25%.

도 23은 산화물 반도체층(120)의 시료에 대한 밀도(packing density) 및 스핀 밀도(spin density) 측정 결과이다. 구체적으로, 산화물 반도체층(120)의 시료 S21, S22, S23, S24 및 S25에 대하여 밀도와 스핀 밀도를 측정하고 그 결과를 도 23에 도시하였다. 23 shows the results of measurement of the packing density and the spin density of the oxide semiconductor layer 120 with respect to the sample. Specifically, the density and the spin density of the samples S21, S22, S23, S24 and S25 of the oxide semiconductor layer 120 were measured, and the results are shown in Fig.

도 23을 참조하면, 인듐(In)에 대한 주석(Sn)의 비율(Sn/In)이 10 내지 25%인 산화물 반도체층(120)의 시료(S22, S23)의 경우, 밀도가 6.5 g/cm3 이상이다. 인듐(In)에 대한 주석(Sn)의 비율(Sn/In)이 10% 미만으로 감소하는 경우(S21), 산화물 반도체층(120)의 밀도와 스핀 밀도가 감소한다. 또한, 인듐(In)에 대한 주석(Sn)의 비율(Sn/In)이 25%를 초과하여 증가하는 경우(S24, S25)에도, 산화물 반도체층(120)의 밀도와 스핀 밀도가 감소하는 것을 확인할 수 있다.23, in the case of the samples S22 and S23 of the oxide semiconductor layer 120 having a ratio (Sn / In) of tin (Sn) to indium (In / Sn) of 10 to 25% cm < 3 & gt ;. When the ratio (Sn / In) of tin (Sn) to indium (In) is reduced to less than 10% (S21), the density and spin density of the oxide semiconductor layer 120 decrease. In addition, when the ratio (Sn / In) of tin (Sn) to indium (In) increases by more than 25% (S24 and S25), the density and spin density of the oxide semiconductor layer 120 decrease Can be confirmed.

도 24는 박막 트랜지스터의 홀 이동도(Hall Mobility) 및 문턱전압(Vth) 측정 결과이다. 구체적으로, 도 24는 표 4의 조성에 따라 제조된 산화물 반도체층(120) 시료들을 각각 포함하는 박막 트랜지스터의 홀 이동도(Hall Mobility) 및 문턱전압(Vth) 측정 결과이다.FIG. 24 shows Hall mobility and threshold voltage (Vth) measurement results of the thin film transistor. Specifically, FIG. 24 shows Hall mobility and threshold voltage (Vth) measurement results of thin film transistors each including samples of the oxide semiconductor layer 120 manufactured according to the composition of Table 4.

도 24를 참조하면, 인듐(In)에 대한 주석(Sn)의 비율(Sn/In)이 10% 미만인 경우 산화물 반도체층(120)의 홀 이동도가 18 cm2/V·s 미만으로 저하되고, 문턱전압(Vth)이 상승한다. 또한, 인듐(In)에 대한 주석(Sn)의 비율(Sn/In)이 25%를 초과하더라도 홀 이동도는 증가하지 않으며, 반면, 문턱전압(Vth)이 음(-)의 값으로 감소한다.Referring to FIG. 24, when the ratio (Sn / In) of tin (Sn) to indium (In) is less than 10%, the hole mobility of the oxide semiconductor layer 120 is lowered to less than 18 cm 2 / V · s , The threshold voltage (Vth) rises. In addition, even if the ratio (Sn / In) of tin (Sn) to indium (In) exceeds 25%, the hole mobility does not increase, while the threshold voltage Vth decreases to a negative value .

도 25는 박막 트랜지스터의 PBTS 및 및 NBTIS 측정 결과이다.25 shows the results of PBTS and NBTIS measurements of the thin film transistor.

도 25를 참조하면, 인듐(In)에 대한 주석(Sn)의 비율(Sn/In)이 10% 미만인 산화물 반도체층을 포함하는 박막 트랜지스터의 PBTS가 증가하고, NBTIS의 절대값 역시 증가한다. 또한, 인듐(In)에 대한 주석(Sn)의 비율(Sn/In)이 25%를 초과하는 산화물 반도체층을 포함하는 경우, 박막 트랜지스터의 PBTS가 증가하고, NBTIS의 절대값 역시 다시 증가한다. S24에 대응되는 인듐(In)에 대한 주석(Sn)의 비율(Sn/In)이 56.8%인 산화물 반도체층을 포함하는 경우, 박막 트랜지스터의 NBTIS가 이상 역행하는 거동을 보여, NBTIS의 측정이 불가능하였다(X 영역).Referring to FIG. 25, the PBTS of the thin film transistor including the oxide semiconductor layer in which the ratio (Sn / In) of tin (Sn) to indium (In / Sn) is less than 10% increases and the absolute value of NBTIS also increases. In addition, when the oxide semiconductor layer contains a tin (Sn) ratio (Sn / In) of more than 25% to indium (In), the PBTS of the thin film transistor increases and the absolute value of NBTIS increases again. (Sn / In) of indium (In) corresponding to S24 is 56.8%, the behavior of the NBTIS of the thin film transistor is abnormally reversed, and the measurement of NBTIS is impossible (X region).

도 26, 27, 28, 29 및 30은 각각 표 4의 조성에 따라 제조된 산화물 반도체층(120)을 포함하는 박막 트랜지스터의 문턱전압(Vth) 측정 결과를 나타낸다. FIGS. 26, 27, 28, 29 and 30 show threshold voltage (Vth) measurement results of the thin film transistor including the oxide semiconductor layer 120 manufactured according to the composition of Table 4, respectively.

한편, 표 4의 조성에 따라 제조된 산화물 반도체층(120)을 포함하는 박막 트랜지스터의 문턱전압(Vth), 홀 이동도, s-팩터, PBTS 및 NBTIS 측정 결과는 표 5와 같다.Table 5 shows the results of measurement of threshold voltage (Vth), hole mobility, s-factor, PBTS and NBTIS of the thin film transistor including the oxide semiconductor layer 120 manufactured according to the composition of Table 4. [

S21S21 S22S22 S23S23 S24S24 S25S25 문턱전압(Vth)(V)The threshold voltage Vth (V) 1.421.42 0.640.64 1.111.11 -4.01-4.01 -0.65-0.65 홀 이동도(cm2/V·s)Hole mobility (cm 2 / V · s) 16.916.9 18.018.0 21.021.0 21.621.6 23.823.8 s-팩터s-factor 0.1380.138 0.1340.134 0.1550.155 0.2790.279 0.3100.310 PBTS (V)PBTS (V) 5.635.63 4.684.68 2.012.01 1.211.21 3.933.93 NBTIS (V)NBTIS (V) -2.81-2.81 -2.9-2.9 -1.87-1.87 이상역행Abnormal backwardness -5.12-5.12

s-팩터(s-factor)는 게이트 전압에 대한 드레인 전류 특성의 그래프에서 스위칭 소자로서 작동하는 구간에서의 기울기의 역수값을 나타낸다. 도 26, 27, 28, 29 및 30을 이용하여 측정된 S-팩터는 표 5에 개시된 바와 같다. 표 5를 참조하면, 인듐(In)에 대한 주석(Sn)의 비율(Sn/In)이 25%를 초과하는 경우, s-팩터가 증가하여 박막 트랜지스터의 스위칭 특성이 저하된다는 것을 확인할 수 있다.The s-factor represents the reciprocal of the slope in the section operating as the switching element in the graph of the drain current characteristic versus the gate voltage. The S-factors measured using Figures 26, 27, 28, 29 and 30 are as described in Table 5. < tb > < TABLE > Referring to Table 5, when the ratio (Sn / In) of tin (Sn) to indium (In) exceeds 25%, it can be seen that the s-factor increases and the switching characteristics of the thin film transistor are deteriorated.

플라즈마 처리에 의한 산화물 반도체층(120)의 안정성 향상을 시험하기 위해, 표 4의 S23 조성에 따른 산화물 반도체층(120)을 갖는 박막 트랜지스터를 3개 제조한 후(S31, S32, S33), N2O 기체를 이용하여 산화물 반도체층(120)을 플라즈마 처리하였다. 플라즈마 처리의 강도는 아래 표 6과 같다. 또한, 악조건 하에서의 박막 트랜지터의 구동 특성을 확인하기 위해, 플라즈마 처리된 산화물 반도체층(120) 상에 과도한 산소 결핍을 갖는 실리콘 산화물(SiO2-xHx, 여기서 x는 0.5 이상)로 된 절연층을 형성하였다.In order to test the stability improvement of the oxide semiconductor layer 120 by the plasma treatment, three thin film transistors having the oxide semiconductor layer 120 according to the composition of S23 in Table 4 are manufactured (S31, S32, S33) The oxide semiconductor layer 120 was subjected to plasma treatment using 2 O gas. The intensity of the plasma treatment is shown in Table 6 below. In addition, insulated in order to determine the driving characteristics of the thin film transient jitter, silicon oxide having an excessive lack of oxygen to the plasma treated oxide semiconductor layer (120), (SiO 2-x H x, where x is 0.5 or more) under the bad condition Layer.

다음, 박막 트랜지스터 S31, S32 및 S33에 대해 문턱전압(Vth)의 산포, 홀 이동도, s-팩터, PBTS 및 NBTIS 측정하여 그 결과는 표 6과 같다.Then, the scattering of the threshold voltage (Vth), the hole mobility, the s-factor, the PBTS and the NBTIS were measured for the thin film transistors S31, S32 and S33.

S31S31 S32S32 S33S33 플라즈마 강도(kW/m2)Plasma intensity (kW / m 2 ) 1.151.15 2.012.01 2.882.88 문턱전압(Vth)의 산포(V)(V) of the threshold voltage (Vth) 9.439.43 0.880.88 1.321.32 홀 이동도(cm2/V·s) Hole mobility (cm 2 / V · s) 측정 불가Not measurable 30.3 30.3 25.3 25.3 s-팩터s-factor 1.42 1.42 0.580.58 0.62 0.62 PBTS (V)PBTS (V) 측정 불가Not measurable 1.861.86 3.233.23 NBTIS (V)NBTIS (V) 측정 불가Not measurable -4.09-4.09 -4.08-4.08

도 31, 32 및 33은 각각 박막 트랜지스터 S31, S32, 및 S33에 대한 문턱전압(Vth) 측정 결과를 나타낸다. FIGS. 31, 32 and 33 show the results of the threshold voltage (Vth) measurement for the thin film transistors S31, S32, and S33, respectively.

산화물 반도체층(120) 상에 과도한 산소 결핍을 갖는 실리콘 산화물이 형성된 악조건 시험 결과, 산화물 반도체층(120)에 2.0 kW/m2 미만의 에너지로 N2O 플라즈마 처리를 하는 경우, 박막 트랜지스터의 문턱전압 산포가 커지며, s-팩터가 증가하고, 박막 트랜지스터의 거동이 불안정하여, 홀 이동도, PBTS 및 NBTIS의 측정이 불가능함을 확인할 수 있다.When the oxide semiconductor layer 120 is subjected to the N 2 O plasma treatment at an energy of less than 2.0 kW / m 2 , the threshold voltage of the thin film transistor The voltage scattering is increased, the s-factor is increased, the behavior of the thin film transistor is unstable, and the hole mobility, PBTS and NBTIS can not be measured.

반면, 산화물 반도체층(120)에 2.0 kW/m2 이상의 에너지로 N2O 플라즈마 처리를 하는 경우, 과도한 산소 결핍을 갖는 악조건의 실리콘 산화물이 산화물 반도체층(120) 상에 형성되더라도, 박막 트랜지스터의 구동 특성이 양호하게 유지됨을 확인할 수 있다. 일반적으로, N2O 플라즈마 처리시 박막 트랜지스터의 s-팩터가 저하되는 것으로 알려져 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 경우 N2O 플라즈마 처리시 박막 트랜지스터의 s-팩터가 양호한 수준으로 유지될 수 있음을 확인할 수 있다.On the other hand, when the N 2 O plasma treatment is performed on the oxide semiconductor layer 120 at an energy of 2.0 kW / m 2 or more, even if a bad silicon oxide having an excessive oxygen deficiency is formed on the oxide semiconductor layer 120, It can be confirmed that the driving characteristics are maintained well. Generally, it is known that the s-factor of a thin film transistor is lowered in N 2 O plasma processing. However, in the case of the thin film transistor according to an embodiment of the present invention, it can be seen that the s-factor of the thin film transistor can be maintained at a satisfactory level in the N 2 O plasma process.

다만, 2.5 kW/m2 를 초과하는 에너지로 N2O 플라즈마 처리되는 경우, PBTS가 상승하여 박막 트랜지스터의 신뢰성이 저하된다. However, when the N 2 O plasma treatment is performed at an energy exceeding 2.5 kW / m 2 , PBTS rises and the reliability of the thin film transistor is lowered.

따라서, 플라즈마 처리 에너지는 2.0 내지 2.5 kW/m2의 범위로 조정될 수 있다.Thus, the plasma processing energy can be adjusted to a range of 2.0 to 2.5 kW / m < 2 >.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Will be apparent to those of ordinary skill in the art. Accordingly, the scope of the present invention is defined by the appended claims, and all changes or modifications derived from the meaning, scope, and equivalence of the claims are to be construed as being included within the scope of the present invention.

100, 200, 300, 400, 500, 600: 박막 트랜지스터
101: 기판 102: 대향 기판
110: 게이트 전극 120: 산화물 반도체층
130: 소스 전극 140: 드레인 전극
150: 게이트 절연막 151: 제1 게이트 절연막
152: 제2 게이트 절연막 180: 에치 스토퍼
190: 평탄화층 191: 버퍼층
250: 뱅크층 270: 유기 발광 소자
271, 381: 제1 전극 272: 유기층
273, 383: 제2 전극 341, 342: 컬러 필터
350: 차광부 382: 액정층
700, 800: 표시장치
100, 200, 300, 400, 500, 600: Thin film transistor
101: substrate 102: opposing substrate
110: gate electrode 120: oxide semiconductor layer
130: source electrode 140: drain electrode
150: gate insulating film 151: first gate insulating film
152: second gate insulating film 180: etch stopper
190: planarization layer 191: buffer layer
250: bank layer 270: organic light emitting element
271, 381: first electrode 272: organic layer
273, 383: second electrode 341, 342: color filter
350: shielding part 382: liquid crystal layer
700, 800: Display device

Claims (17)

기판 상에 배치된 게이트 전극;
상기 게이트 전극과 절연되어, 상기 게이트 전극과 적어도 일부 중첩하는 산화물 반도체층;
상기 게이트 전극과 상기 산화물 반도체층 사이에 배치된 게이트 절연막;
상기 산화물 반도체층과 연결된 소스 전극; 및
상기 소스 전극과 이격되어 상기 산화물 반도체층과 연결된 드레인 전극;을 포함하며,
상기 산화물 반도체층은 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 주석(Sn) 및 산소(O)를 포함하고,
상기 산화물 반도체층에서, 상기 인듐(In)의 함량은 상기 갈륨(Ga)의 함량보다 많으며,
상기 인듐(In)과 상기 아연(Zn)의 함량은 실질적으로 동일하며,
상기 인듐(In)에 대한 상기 주석(Sn)의 비율(Sn/In)은 0.1 내지 0.25인,
박막 트랜지스터.
A gate electrode disposed on the substrate;
An oxide semiconductor layer which is insulated from the gate electrode and overlaps at least part of the gate electrode;
A gate insulating film disposed between the gate electrode and the oxide semiconductor layer;
A source electrode connected to the oxide semiconductor layer; And
And a drain electrode spaced apart from the source electrode and connected to the oxide semiconductor layer,
Wherein the oxide semiconductor layer includes indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn), tin (Sn), and oxygen (O)
In the oxide semiconductor layer, the content of indium (In) is greater than the content of gallium (Ga)
The content of indium (In) and zinc (Zn) is substantially the same,
Wherein a ratio (Sn / In) of the tin (Sn) to the indium (In) is 0.1 to 0.25,
Thin film transistor.
제1항에 있어서,
상기 산화물 반도체층은 20nm 이상의 두께를 갖는 박막 트랜지스터.
The method according to claim 1,
Wherein the oxide semiconductor layer has a thickness of 20 nm or more.
제1항에 있어서,
상기 산화물 반도체층은 18 cm2/V·s 이상의 홀 이동도(Hall Mobility)를 갖는, 박막 트랜지스터.
The method according to claim 1,
Wherein the oxide semiconductor layer has a Hall mobility of 18 cm 2 / V · s or more.
제1항에 있어서,
상기 산화물 반도체층은 5 x 1017개/cm3 이상의 캐리어 농도를 갖는, 박막 트랜지스터.
The method according to claim 1,
Wherein the oxide semiconductor layer has a carrier concentration of 5 x 10 < 17 > / cm < 3 > or more.
제1항에 있어서,
상기 산화물 반도체층은 6.5 g/cm3 이상의 밀도를 갖는, 박막 트랜지스터.
The method according to claim 1,
Wherein the oxide semiconductor layer has a density of 6.5 g / cm < 3 > or more.
제1항에 있어서,
상기 산화물 반도체층은 2.0 x 1017 spins/cm3 이하의 스핀 밀도(spin density)를 갖는, 박막 트랜지스터.
The method according to claim 1,
Wherein the oxide semiconductor layer has a spin density of 2.0 x 10 17 spins / cm 3 or less.
제1항에 있어서,
상기 산화물 반도체층은 순차적으로 적층된 제1 층 및 제2 층을 가지며,
상기 제2 층의 산소(O) 함량은 상기 제1 층의 산소(O) 함량보다 많은 박막 트랜지스터.
The method according to claim 1,
Wherein the oxide semiconductor layer has a first layer and a second layer which are sequentially stacked,
Wherein the oxygen (O) content of the second layer is greater than the oxygen (O) content of the first layer.
제7항에 있어서,
상기 제2 층은 상기 산화물 반도체층 두께의 5 내지 20%의 두께를 갖는 박막 트랜지스터.
8. The method of claim 7,
And the second layer has a thickness of 5 to 20% of the thickness of the oxide semiconductor layer.
기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;
상기 게이트 전극과 절연되어 상기 게이트 전극과 적어도 일부 중첩하는 산화물 반도체층을 형성하는 단계;
상기 게이트 전극과 상기 산화물 반도체층을 상호 절연시키는 게이트 절연막을 형성하는 단계; 및
상기 산화물 반도체층과 각각 연결되며, 서로 이격되어 배치되는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 산화물 반도체층은 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 주석(Sn) 및 산소(O)를 포함하고,
상기 산화물 반도체층에서, 상기 인듐(In)의 함량은 상기 갈륨(Ga)의 함량보다 많으며,
상기 인듐(In)과 상기 아연(Zn)의 함량은 실질적으로 동일하며,
상기 인듐(In)에 대한 상기 주석(Sn)의 비율(Sn/In)은 0.1 내지 0.25인,
박막 트랜지스터의 제조방법.
Forming a gate electrode on the substrate;
Forming an oxide semiconductor layer that is insulated from the gate electrode and overlaps at least a part of the gate electrode;
Forming a gate insulating layer between the gate electrode and the oxide semiconductor layer; And
And forming a source electrode and a drain electrode that are connected to the oxide semiconductor layer and are spaced apart from each other,
Wherein the oxide semiconductor layer includes indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn), tin (Sn), and oxygen (O)
In the oxide semiconductor layer, the content of indium (In) is greater than the content of gallium (Ga)
The content of indium (In) and zinc (Zn) is substantially the same,
Wherein a ratio (Sn / In) of the tin (Sn) to the indium (In) is 0.1 to 0.25,
A method of manufacturing a thin film transistor.
제9항에 있어서,
상기 산화물 반도체층은 증착에 의해 형성되며,
상기 증착은 150℃ 이상의 온도에서 이루어지는,
박막 트랜지스터의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The oxide semiconductor layer is formed by vapor deposition,
The deposition may be performed at a temperature of 150 < 0 &
A method of manufacturing a thin film transistor.
제9항에 있어서,
상기 산화물 반도체층은 20nm 이상의 두께를 갖는,
박막 트랜지스터의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the oxide semiconductor layer has a thickness of 20 nm or more,
A method of manufacturing a thin film transistor.
제9항에 있어서,
상기 산화물 반도체층을 플라즈마 처리하는 단계를 더 포함하는,
박막 트랜지스터의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Further comprising plasma processing the oxide semiconductor layer.
A method of manufacturing a thin film transistor.
제12항에 있어서,
상기 플라즈마 처리하는 단계에서, 2.0 내지 2.5 kW/m2의 에너지가 인가되는,
박막 트랜지스터의 제조방법.
13. The method of claim 12,
In the plasma treatment step, an energy of 2.0 to 2.5 kW / m < 2 >
A method of manufacturing a thin film transistor.
제9항에 있어서,
상기 산화물 반도체층을 형성하는 단계 후, 350℃ 이상의 온도에서 상기 산화물 반도체층을 열처리하는 단계를 더 포함하는, 박막 트랜지스터의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Further comprising the step of heat-treating the oxide semiconductor layer at a temperature of 350 DEG C or higher after the step of forming the oxide semiconductor layer.
제9항에 있어서,
상기 기판 상에, 상기 게이트 전극, 상기 게이트 절연막 및 상기 산화물 반도체층이 순차적으로 형성되는,
박막 트랜지스터의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the gate electrode, the gate insulating film, and the oxide semiconductor layer are sequentially formed on the substrate,
A method of manufacturing a thin film transistor.
제9항에 있어서,
상기 기판 상에, 상기 산화물 반도체층, 상기 게이트 절연막 및 상기 게이트 전극이 순차적으로 형성되는,
박막 트랜지스터의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the oxide semiconductor layer, the gate insulating film, and the gate electrode are sequentially formed on the substrate,
A method of manufacturing a thin film transistor.
기판;
상기 기판 상에 배치된 박막 트랜지스터; 및
상기 박막 트랜지스터와 연결된 제1 전극;을 포함하며,
상기 박막 트랜지스터는,
상기 기판 상에 배치된 게이트 전극;
상기 게이트 전극과 절연되어, 상기 게이트 전극과 적어도 일부 중첩하는 산화물 반도체층;
상기 게이트 전극과 상기 산화물 반도체층 사이에 배치된 게이트 절연막;
상기 산화물 반도체층과 연결된 소스 전극; 및
상기 소스 전극과 이격되어 상기 산화물 반도체층과 연결된 드레인 전극;을 포함하며,
상기 산화물 반도체층은 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 주석(Sn) 및 산소(O)를 포함하고,
상기 산화물 반도체층에서, 상기 인듐(In)의 함량은 상기 갈륨(Ga)의 함량보다 많으며,
상기 인듐(In)과 상기 아연(Zn)의 함량은 실질적으로 동일하며,
상기 인듐(In)에 대한 상기 주석(Sn)의 비율(Sn/In)은 0.1 내지 0.25인,
표시장치.
Board;
A thin film transistor disposed on the substrate; And
And a first electrode connected to the thin film transistor,
The thin-
A gate electrode disposed on the substrate;
An oxide semiconductor layer which is insulated from the gate electrode and overlaps at least part of the gate electrode;
A gate insulating film disposed between the gate electrode and the oxide semiconductor layer;
A source electrode connected to the oxide semiconductor layer; And
And a drain electrode spaced apart from the source electrode and connected to the oxide semiconductor layer,
Wherein the oxide semiconductor layer includes indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn), tin (Sn), and oxygen (O)
In the oxide semiconductor layer, the content of indium (In) is greater than the content of gallium (Ga)
The content of indium (In) and zinc (Zn) is substantially the same,
Wherein a ratio (Sn / In) of the tin (Sn) to the indium (In) is 0.1 to 0.25,
Display device.
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