JP2009004787A - Zn酸化物系薄膜トランジスタとその製造方法、及びZn酸化物のエッチング溶液とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】Zn酸化物系薄膜トランジスタとその製造方法、及びZn酸化物のエッチング溶液とその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のZn酸化物系薄膜トランジスタは、ゲート、ゲートに対応する位置にZn酸化物で形成されたチャンネル、ゲートとチャンネルとの間に形成されたゲート絶縁層、及びチャンネルの両側部とそれぞれ接触して形成されたソース及びドレインを備える薄膜トランジスタにおいて、ソースとドレインとの間のチャンネルにZn酸化物のエッチング溶液によってエッチングされて形成された陥入部を備える。
【選択図】図4
【解決手段】本発明のZn酸化物系薄膜トランジスタは、ゲート、ゲートに対応する位置にZn酸化物で形成されたチャンネル、ゲートとチャンネルとの間に形成されたゲート絶縁層、及びチャンネルの両側部とそれぞれ接触して形成されたソース及びドレインを備える薄膜トランジスタにおいて、ソースとドレインとの間のチャンネルにZn酸化物のエッチング溶液によってエッチングされて形成された陥入部を備える。
【選択図】図4
Description
本発明は、Zn酸化物系薄膜トランジスタとその製造方法、及びZn酸化物のエッチング溶液とその製造方法に係り、より詳細には、Zn酸化物系薄膜トランジスタの形成時、チャンネル領域に存在するダメージ領域を除去した薄膜トランジスタとその製造方法、及びZn酸化物系エッチング溶液とその製造方法に関する。
現在、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT)は、多様な応用分野で利用されており、特に、ディスプレイ分野でスイッチング及び駆動素子として利用されている。また、クロスポイント型メモリ素子の選択スイッチとして使われている。薄膜トランジスタの移動度又は漏れ電流は、チャンネル層の材質及び状態に大きく左右される。
最近、酸化物半導体素子として注目されるものは、ZnO系薄膜トランジスタである。ZnO系物質としてZn酸化物、InZn酸化物又はGaInZn酸化物を薄膜トランジスタのチャンネル領域に使用したものであって、ZnO系半導体素子は、低温工程で製作可能であり、非晶質相であるため、大面積化が容易であるという長所を有する。
図1は、従来の技術による薄膜トランジスタを示す断面図である。図1を参照すれば、表面に絶縁層11が形成された基板10上の一領域にゲート12が形成されている。基板10及びゲート12上には、ゲート絶縁層13が形成されており、ゲート12に対応するゲート絶縁層13上には、Zn酸化物系物質で形成されたチャンネル14が形成されている。チャンネル14の両側部には、ソース15a及びドレイン15bが形成されている。
従来の技術による薄膜トランジスタの製造時、チャンネル14及びゲート絶縁層13上に電極物質を積層した後、乾式又は湿式エッチング工程によって、ソース15a及びドレイン15bを形成した。このとき、エッチング工程によってチャンネル14にダメージ領域16が形成される恐れがある。これをさらに詳細に説明すれば、乾式エッチング工程は、通常プラズマエッチング工程を利用するが、エッチング工程中にZn酸化物系物質で形成されたチャンネル14がプラズマダメージを受け、湿式エッチング工程を利用する場合は、電極物質がチャンネル14の表面又は側面に残留して、薄膜トランジスタの電気的特性を劣化させるという問題点がある。
図2は、従来の技術による薄膜トランジスタのソース及びドレインを形成する際に、プラズマ工程による場合に、アクティブ領域にダメージを生じたときのゲート電圧に対するドレイン電流値を示すグラフである。図2を参照すれば、プラズマによるエッチング工程を経た場合に、ゲート電圧を印加した場合、薄膜トランジスタの特性が現れず、ほぼ一直線状に10−6Aのオフ電流値を表し、10−4Aのオン電流値を表すということが分かる。
図3は、従来の技術による薄膜トランジスタのソース及びドレインを形成する際に、湿式エッチング工程による場合に、アクティブ領域にダメージを生じたときのゲート電圧に対するドレイン電流値を示すグラフである。図3を参照すれば、約10−13Aのオフ電流値と10−3Aのオン電流値とを表しているが、グラフが二段曲線形態に現れるということが分かる。これは、ソース15a又はドレイン15bの形成物質がエッチング工程を経た後、チャンネル14の表面に残留して薄膜トランジスタの電気的特性に悪影響を及ぼすためである。
そこで、本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ダメージ領域が存在せず、安定した電気的特性を有するZn酸化物系薄膜トランジスタとその製造方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、Zn酸化物系物質のエッチング工程を容易に制御し得るZn酸化物のエッチング溶液とその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明のZn酸化物のエッチング溶液は、Zn酸化物のエッチング溶液であって、塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つと酢酸との水溶液で形成されることを特徴とする。
また、上記目的を達成するためになされた本発明のZn酸化物系薄膜トランジスタは、ゲートと、前記ゲート上に形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上の一領域に形成され、両側部にソース及びドレインとそれぞれ接触するZn酸化物系物質で形成されたチャンネルと、を備える薄膜トランジスタにおいて、前記チャンネルの前記ソースとドレインとの間の領域にZn酸化物のエッチング溶液によってエッチングされて形成された陥入部を備えることを特徴とする。
本発明において、前記陥入部は、前記ソース及び前記ドレインと接触するチャンネル領域と段差になるように形成されることを特徴とする。
本発明において、前記陥入部は、塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つと酢酸との水溶液で形成されたZn酸化物のエッチング溶液によってエッチングされて形成されることを特徴とする。
本発明において、前記Zn酸化物は、ZnO、InZnO、又はGaInZnOであることを特徴とする。
本発明において、前記陥入部は、前記ソース及び前記ドレインと接触するチャンネル領域と段差になるように形成されることを特徴とする。
本発明において、前記陥入部は、塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つと酢酸との水溶液で形成されたZn酸化物のエッチング溶液によってエッチングされて形成されることを特徴とする。
本発明において、前記Zn酸化物は、ZnO、InZnO、又はGaInZnOであることを特徴とする。
また、上記目的を達成するためになされた本発明のZn酸化物系薄膜トランジスタの製造方法は、薄膜トランジスタの製造方法において、ゲートを形成するステップと、前記ゲート上にゲート絶縁層を形成するステップと、前記ゲート絶縁層上の一領域にZn酸化物系物質でチャンネルを形成するステップと、前記ゲート絶縁層及び前記チャンネル上に伝導性物質を塗布し、前記チャンネル上の伝導性物質をエッチングしてソース及びドレインを形成するステップと、前記ソースとドレインとの間に露出された前記チャンネルの表面をZn酸化物のエッチング溶液によって一部エッチングして陥入部を形成するステップと、を有することを特徴とする。
本発明において、前記陥入部は、塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つと酢酸との水溶液で形成されたZn酸化物エッチング溶液で湿式エッチングされて形成されることを特徴とする。
本発明において、前記陥入部は、塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つと酢酸との水溶液で形成されたZn酸化物エッチング溶液で湿式エッチングされて形成されることを特徴とする。
また、上記目的を達成するためになされた本発明のZn酸化物のエッチング溶液の製造方法は、Zn酸化物のエッチング溶液の製造方法であって、塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つとDIウォータとを混合するステップと、塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つとDIウォータとの混合溶液を酢酸と混合するステップと、を有することを特徴とする。
本発明において、前記塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つの1mlとDIウォータ99mlとを混合することを特徴とする。
本発明において、前記酢酸の少なくとも10mlを前記塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つとDIウォータとの混合溶液と混合することを特徴とする。
本発明において、前記塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つが、0.1〜1vol%含まれることを特徴とする。
本発明において、前記酢酸が、5〜50vol%含まれることを特徴とする。
本発明において、前記塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つの1mlとDIウォータ99mlとを混合することを特徴とする。
本発明において、前記酢酸の少なくとも10mlを前記塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つとDIウォータとの混合溶液と混合することを特徴とする。
本発明において、前記塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つが、0.1〜1vol%含まれることを特徴とする。
本発明において、前記酢酸が、5〜50vol%含まれることを特徴とする。
本発明によれば、次のような効果がある。
第一に、チャンネル表面を一部除去して陥入部を形成することによって、従来のソース及びドレインの形成工程時、チャンネルに形成されるダメージ領域を除去して、優秀な電気的特性を有する薄膜トランジスタを提供し得る。
第一に、チャンネル表面を一部除去して陥入部を形成することによって、従来のソース及びドレインの形成工程時、チャンネルに形成されるダメージ領域を除去して、優秀な電気的特性を有する薄膜トランジスタを提供し得る。
第二に、薄膜トランジスタのチャンネルに使われるZn酸化物系物質のエッチング速度を容易に制御し得る新たなエッチング溶液を提供し得る。
以下、本発明のZn酸化物系薄膜トランジスタとその製造方法、及びZn酸化物のエッチング溶液とその製造方法を実施するための最良の形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。図面に示した各層や厚さ及び幅は、説明のために多少誇張されて表現される。
図4は、本発明の一実施形態によるZn酸化物系薄膜トランジスタの構造を示す上面図及びその断面図である。図4の実施形態では、ボトムゲート型薄膜トランジスタを示したが、本発明による薄膜トランジスタは、トップゲート型及びボトムゲート型薄膜トランジスタの何れにも適用される。
図4を参照すれば、本発明の一実施形態によるZn酸化物系薄膜トランジスタは、基板31の一領域上に形成されたゲート32、基板31及びゲート32上に形成されたゲート絶縁層33、ゲート32に対応するゲート絶縁層33上に形成されたチャンネル34、及びチャンネル34の両端部と接触してゲート絶縁層33上に形成されたソース35a及びドレイン35bを備える。本実施形態によるZn酸化物系薄膜トランジスタでは、ソース35aとドレイン35bとの間のチャンネル34に陥入部(Recession:R)が形成されることを特徴とする。詳細に説明すれば、陥入部Rは、ソース35a及びドレイン35bと接触しないチャンネル34の表面がエッチングされて除去された領域である。従って、陥入部Rは、ソース35a及びドレイン35bと接触するチャンネル34領域と段差になるように形成されていることが分かる。陥入部Rは、図1に示した従来の技術による薄膜トランジスタのチャンネル14に形成されたダメージ領域16が除去されることによって、薄膜トランジスタの電気的特性の安定化を図るために形成された。
図5乃至図9を参照して、本発明の一実施形態による薄膜トランジスタの製造方法について詳細に説明する。
図5を参照すると、基板31上の一領域に伝導性物質を塗布及びエッチングして、ゲート32を形成する。基板31は、シリコン、ガラス、プラスチック又は有機物質を使用し、例えば、シリコンを使用する場合、基板31の表面を熱酸化処理して、シリコン酸化層を形成させて使用する。ゲート32は、伝導性物質の金属又は金属酸化物を利用して形成し得る。
図6を参照すると、基板31及びゲート32上に絶縁物質を塗布して、ゲート絶縁層33を形成する。ゲート絶縁層33は、一般的な半導体工程時に使用する絶縁物質を利用し得る。例えば、SiO2、又はSiO2より誘電率が高いHigh−K物質であるHfO2、Al2O3、Si3N4又はこれらの混合物を使用し得る。
図7を参照すると、ゲート32に対応するゲート絶縁層33上に、チャンネル34を形成する。チャンネル34は、一般的な薄膜トランジスタのチャンネルに使用される物質で形成し、例えば、Zn酸化物系列のZn酸化物、InZn酸化物又はGaInZn酸化物で形成し得る。
図8を参照すると、ゲート絶縁層33及びチャンネル34上に伝導性物質を塗布し、チャンネル34の上部の伝導性物質をエッチングして、ソース35a及びドレイン35bを形成する。ソース35a及びドレイン35bは、金属又は伝導性金属酸化物で形成し、例えば、Pt、Ru、Au、Ag、Mo、Al、W又はCuのような金属又はIZO(InZnO)又はAZO(AlZnO)のような金属又は伝導性酸化物を使用し得る。
図9を参照すると、チャンネル34の表面をエッチングして、陥入部Rを形成する。陥入部Rは、チャンネル34の表面のうち、ソース35a及びドレイン35bと接触しない領域をエッチングして形成したものである。
陥入部Rを形成するために、チャンネル34を形成するZn酸化物系物質をエッチングせねばならない。一般的に、Zn酸化物系物質をエッチングする場合、塩酸(HCl)、フッ酸(HF)又はリン酸(H3PO4)の水溶液によってエッチング工程を進める。塩酸(HCl)、フッ酸(HF)又はリン酸(H3PO4)の水溶液でZn酸化物系物質をエッチングする場合、酸の濃度を制御してZn酸化物系物質のエッチング速度を調節し得る。しかし、エッチング速度が通常20nm/min以上と非常に速くて薄膜の厚さ調節が難しいので、精密なエッチング工程に限界がある。Zn酸化物系物質のエッチング速度を容易に調節するために、本発明では、酢酸が添加されたエッチング溶液を提供する。
本発明の一実施形態によるZn酸化物のエッチング溶液は、塩酸、フッ酸又はリン酸のうち少なくとも何れか一つと酢酸(CH3COOH)とを混合した水溶液である。このとき、塩酸、フッ酸又はリン酸は、0.1〜1vol%であり、酢酸は、5〜50vol%の範囲であることが望ましい。具体的なエッチング溶液の製造方法を例として説明すれば、まず、塩酸、フッ酸又はリン酸1mlにDIウォータ99mlを混合して薄い酸を製造する。そして、酢酸10mlを添加した後に攪拌する。本実施形態によるZn酸化物のエッチング溶液でZn酸化物をエッチングする場合、エッチング速度は、1〜8nm/minであるので、Zn酸化物を精密な厚さ範囲にエッチングすることが可能である。従って、Zn酸化物で形成されたチャンネル34を本実施形態によるZn酸化物エッチング溶液でエッチングすることによって、陥入部Rを容易に形成し得る。
図10は、本発明の一実施形態によるZn酸化物系薄膜トランジスタのゲート電圧に対するドレイン電流値を示すグラフである。ここで使われた試片は、Si基板の表面に100nm厚のSiO2が形成され、ゲートは、200nm厚のMo、ゲート絶縁層は、200nm厚のSi3N4、チャンネルは、陥入部を含んで70nm厚のGaInZn酸化で形成されたものであって、ソース及びドレインは、Ti/Ptで形成されたものである。
図10を参照すれば、オフ電流が10−12A以下であり、オン電流が約10−4Aである。オン/オフ電流比は、108以上であるので、高いオン/オフ電流比及び低いオフ電流特性を表し、薄膜トランジスタとしての特性が優秀であるということが分かる。
図11及び図12は、本発明の一実施形態によるZn酸化物エッチング溶液でZnO表面を湿式エッチングする前後のAFM(Atomic Force Microscope)画像である。図11は、湿式エッチング前のZnOの表面を表したものであって、表面粗度が約0.286nm(rms)であった。図12は、湿式エッチング後のZnO表面を表したものであって、表面粗度が約0.829nm(rms)であるので、薄膜トランジスタとしての使用に問題がないということが確認できる。
図13は、本発明の一実施形態によるZn酸化物のエッチング溶液で薄膜トランジスタをエッチングした場合の湿度テスト結果を示す図面である。Aは、薄膜トランジスタ試片の形成直後の特性を示すグラフである。Bは、薄膜トランジスタ試片を約95%の湿度条件で14時間放置した後の特性を示すグラフである。Cは、湿度条件に放置した薄膜トランジスタ試片のZn酸化物チャンネルを、本発明の実施例によるZn酸化物エッチング溶液によって湿式エッチングした後の電気的特性を示すグラフである。
図13を参照すれば、Zn酸化物は、湿度に敏感であるので、95%の湿度条件で14時間放置した後には、Vthが(−)電圧方向に移動することが分かる(A→B)。これは、薄膜トランジスタのチャンネル表面にOH−基が非常に薄く吸着されて現れる現象である。しかし、本実施形態によるZn酸化物エッチング溶液で薄膜トランジスタのチャンネル表面をエッチングした場合、初期特性に回復することを確認し得る(B→C)。結果的に、本実施形態によるZn酸化物エッチング溶液の場合、Zn酸化物のエッチング速度を非常に遅く調節し得るので、薄膜トランジスタチャンネルにダメージを与えずにOH−吸着層を容易に除去し得るということが分かる。
上記のような実施形態を通じて、当業者ならば、本発明の技術的思想によって陥入部が形成された薄膜トランジスタを形成し得るであろう。本発明の実施形態による酸化物薄膜トランジスタは、ボトムゲート型又はトップゲート型として使われる。よって、本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
本発明のZn酸化物系薄膜トランジスタとその製造方法、及びZn酸化物のエッチング溶液とその製造方法は、メモリ素子関連の技術分野に適用可能である。
10、31 基板
11 絶縁層
12、32 ゲート
13、33 ゲート絶縁層
14、34 チャンネル
15a、35a ソース
15b、35b ドレイン
16 ダメージ領域
R 陥入部
11 絶縁層
12、32 ゲート
13、33 ゲート絶縁層
14、34 チャンネル
15a、35a ソース
15b、35b ドレイン
16 ダメージ領域
R 陥入部
Claims (20)
- Zn酸化物のエッチング溶液であって、
塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つと酢酸との水溶液で形成されることを特徴とするZn酸化物のエッチング溶液。 - 前記塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つが、0.1〜1vol%含まれることを特徴とする請求項1に記載のZn酸化物のエッチング溶液。
- 前記酢酸が、5〜50vol%含まれることを特徴とする請求項1に記載のZn酸化物のエッチング溶液。
- ゲートと、
前記ゲート上に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上の一領域に形成され、両側部にソース及びドレインとそれぞれ接触するZn酸化物系物質で形成されたチャンネルと、を備える薄膜トランジスタにおいて、
前記チャンネルの前記ソースとドレインとの間の領域にZn酸化物のエッチング溶液によってエッチングされて形成された陥入部を備えることを特徴とするZn酸化物系薄膜トランジスタ。 - 前記陥入部は、前記ソース及び前記ドレインと接触するチャンネル領域と段差になるように形成されることを特徴とする請求項4に記載のZn酸化物系薄膜トランジスタ。
- 前記陥入部は、塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つと酢酸との水溶液で形成されたZn酸化物のエッチング溶液によってエッチングされて形成されることを特徴とする請求項4に記載のZn酸化物系薄膜トランジスタ。
- 前記塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つが、0.1〜1vol%含まれることを特徴とする請求項6に記載のZn酸化物系薄膜トランジスタ。
- 前記酢酸が、5〜50vol%含まれることを特徴とする請求項6に記載のZn酸化物系薄膜トランジスタ。
- 前記Zn酸化物は、ZnO、InZnO、又はGaInZnOであることを特徴とする請求項4に記載のZn酸化物系薄膜トランジスタ。
- 薄膜トランジスタの製造方法において、
ゲートを形成するステップと、
前記ゲート上にゲート絶縁層を形成するステップと、
前記ゲート絶縁層上の一領域にZn酸化物系物質でチャンネルを形成するステップと、
前記ゲート絶縁層及び前記チャンネル上に伝導性物質を塗布し、前記チャンネル上の伝導性物質をエッチングして、ソース及びドレインを形成するステップと、
前記ソースとドレインとの間に露出された前記チャンネルの表面をZn酸化物のエッチング溶液によって一部エッチングして、陥入部を形成するステップと、を有することを特徴とするZn酸化物系薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記陥入部は、前記ソース及び前記ドレインと接触するチャンネル領域と段差になるように形成されることを特徴とする請求項10に記載のZn酸化物系薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記Zn酸化物は、ZnO、InZnO、又はGaInZnOであることを特徴とする請求項10に記載のZn酸化物系薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記陥入部は、塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つと酢酸との水溶液で形成されたZn酸化物エッチング溶液で湿式エッチングされて形成されることを特徴とする請求項12に記載のZn酸化物系薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記Zn酸化物エッチング溶液には、塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つが0.1〜1vol%含まれることを特徴とする請求項13に記載のZn酸化物系薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記Zn酸化物エッチング溶液には、酢酸が5〜50vol%含まれることを特徴とする請求項13に記載のZn酸化物系薄膜トランジスタの製造方法。
- Zn酸化物のエッチング溶液の製造方法であって、
塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つとDIウォータとを混合するステップと、
塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つとDIウォータとの混合溶液を酢酸と混合するステップと、を有することを特徴とするZn酸化物のエッチング溶液の製造方法。 - 前記塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つの1mlとDIウォータ99mlとを混合することを特徴とする請求項16に記載のZn酸化物のエッチング溶液の製造方法。
- 前記酢酸の少なくとも10mlを、前記塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つとDIウォータとの混合溶液と混合することを特徴とする請求項16に記載のZn酸化物のエッチング溶液の製造方法。
- 前記塩酸、フッ酸、又はリン酸のうち少なくとも何れか一つが、0.1〜1vol%含まれることを特徴とする請求項16に記載のZn酸化物のエッチング溶液の製造方法。
- 前記酢酸が、5〜50vol%含まれることを特徴とする請求項16に記載のZn酸化物のエッチング溶液の製造方法。
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