KR100777109B1 - Manufacture method of Thin Film Transistor Comprising ZnO Semiconductor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막을 구성하는 원소를 포함하는 전구체들 간의 표면화학반응을 이용하여 저온에서 형성한 투명한 ZnO 박막을 포함하는 박막 트랜지스터에 관한 것으로, (a) 기판 상에 게이트 금속막을 증착하고, 포토리소그래피와 선택적 식각을 통해 게이트 전극을 형성하는 단계와, (b) 상기 게이트 전극이 형성된 기판 상에 게이트 인슐레이터를 증착하는 단계와, (c) 상기 게이트 인슐레이터 상에 소오스/드레인용 금속막을 증착하고, 포토리소그래피와 선택적 식각을 통해 소오스/드레인 전극을 형성하는 단계와, (d) 상기 소오스/드레인 전극 상에 원자층 증착법을 이용하여 ZnO 박막을 증착하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다. The present invention relates to a thin film transistor comprising a transparent ZnO thin film formed at a low temperature by using a surface chemical reaction between precursors containing elements constituting the thin film, (a) depositing a gate metal film on a substrate, photolithography And forming a gate electrode through selective etching, (b) depositing a gate insulator on the substrate on which the gate electrode is formed, (c) depositing a source / drain metal film on the gate insulator, and Forming a source / drain electrode through lithography and selective etching; and (d) depositing a ZnO thin film on the source / drain electrode using atomic layer deposition.
투명 트랜지스터, 휘어지는 트랜지스터, ZnO 반도체막, 원자층 증착법 Transparent transistor, bent transistor, ZnO semiconductor film, atomic layer deposition method
Description
도 1a 내지 도 1d 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원자층 증착법을 이용하여 성장한 ZnO 박막을 포함하는 트랜지스터의 제조방법을 나타낸 도면1A to 1D illustrate a method of manufacturing a transistor including a ZnO thin film grown using atomic layer deposition according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2 는 본 발명에 따른 트랜지스터에 포함하는 원자층 증착법을 이용하여 ZnO 박막을 성장하는 방법을 나타낸 흐름도2 is a flowchart illustrating a method of growing a ZnO thin film using an atomic layer deposition method included in a transistor according to the present invention.
도 3a 내지 도 3b 는 본 발명에 따른 원자층 증착법을 이용하여 성장한 ZnO 박막을 포함하는 트랜지스터 구조의 다른 실시예를 나타낸 도면3A to 3B illustrate another embodiment of a transistor structure including a ZnO thin film grown using atomic layer deposition according to the present invention.
도 4 는 본 발명에 따른 원자층 증착법을 이용하여 성장한 ZnO 박막을 포함하는 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 나타낸 도면4 is a view showing the electrical characteristics of a thin film transistor including a ZnO thin film grown by using the atomic layer deposition method according to the present invention
도 5a 는 본 발명에 따른 QCIF 어레이의 광학 사진의 일 실시예를 나타낸 도면5A illustrates an embodiment of an optical photograph of a QCIF array in accordance with the present invention.
도 5b 는 본 발명에 따른 QCIF 어레이 상에 OLED를 형성하여 만든 AM-OLED의 구동 사진의 일 실시예를 나타낸 도면5B is a view showing an embodiment of a driving picture of AM-OLED formed by forming an OLED on a QCIF array according to the present invention.
*도면의 주용 부분에 대한 부호의 설명** Description of the code for the main part of the drawing
10 : 절연 기판 20 : 게이트 전극10: insulated substrate 20: gate electrode
30 : 게이트 인슐레이터 40 : 소오스/게이트 전극30: gate insulator 40: source / gate electrode
50 : ZnO 박막50: ZnO thin film
본 발명은 ZnO 박막을 포함하는 박막 트랜지스터에 관한 것으로, 특히 박막을 구성하는 원소를 포함하는 전구체들 간의 표면화학반응을 이용하여 형성한 투명한 ZnO 박막을 포함하는 박막 트랜지스터 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film transistor including a ZnO thin film, and more particularly, to a method for manufacturing a thin film transistor including a transparent ZnO thin film formed by using a surface chemical reaction between precursors including elements constituting the thin film.
유비쿼터스(ubiquitous) 시대에서는 언제 어디서든지 사용 가능한 전자 소자의 요구가 날로 증가하고 있으며, 그 중에서도 박막 트랜지스터는 반도체뿐만 아니라 디스플레이, RFID, 센서 등 그 사용 범위가 크게 넓어지고 있다. In the ubiquitous era, the demand for electronic devices that can be used anytime and anywhere is increasing. Among them, thin film transistors are widely used not only for semiconductors but also for displays, RFID, and sensors.
가장 많이 사용되어지는 박막 트랜지스터는 a-Si 트랜지스터이며 그 외에 폴리 실리콘을 이용한 것과 근래에는 유기반도체를 이용한 트랜지스터의 개발이 한창이다. 그 외에 밴드갭이 넓은 II-VI 족의 투명한 반도체를 이용한 트랜지스터의 개발이 관심을 끌고 있다. The most commonly used thin film transistors are a-Si transistors. In addition, development of transistors using polysilicon and organic semiconductors is in full swing. In addition, the development of transistors using a transparent semiconductor of the II-VI group having a wide band gap is drawing attention.
현재까지 알려진 투명한 트랜지스터 중에서 모빌리티(mobility) 특성이 가장 우수한 것은 일본의 Hosono 그룹에서 발표한 InGaO3(ZnO)5를 반도체로 사용한 것이다(Science, vol. 300, p.1269, 2003). 그 외에 Wager 등은 ZnO 박막을 반도체로 사용한 트랜지스터를 발표하였고(Appl. Phys. Lett, vol 82, p.733, 2003), 일본의 M. Kawasaki 등은 미국특허 US 6563174 B2 에서 ZnO, MgZnO, CadZnO 등의 반도체를 포함하고 무기물 이중 절연막 구조를 갖는 투명 트랜지스터 기술에 대해 개시하였다. Among the transparent transistors known so far, the best mobility characteristics are InGaO 3 (ZnO) 5 published by Hosono Group of Japan as a semiconductor (Science, vol. 300, p. 1269, 2003). In addition, Wager et al. Published transistors using ZnO thin films as semiconductors (Appl. Phys. Lett, vol 82, p.733, 2003), and M. Kawasaki et al., In Japan, US Pat. Disclosed is a transparent transistor technology including a semiconductor such as semiconductor and having an inorganic double insulating film structure.
이와 같이, 현재 알려진 투명한 트랜지스터용의 투명한 반도체는 거의 대부분 PLD, RSPE, 스퍼터링(sputtering), 이온-빔(ion- beam) 스퍼터링 등의 방법으로 증착하거나, 혹은 증착 이후 고온에서 열처리를 하는 과정을 거쳐서 형성되고 있다. 따라서 대면적화가 어려울 뿐만 아니라 트랜지스터의 성능 또한 기존의 a-Si 트랜지스터에 비해 우수하지 못한 문제를 안고 있다. 또한 단가가 비싼 공정으로 진행되기 때문에 유비쿼터스 시대에 요구하는 저가의 트랜지스터 요구를 만족하지 못한다.As described above, transparent semiconductors for transparent transistors currently known are mostly deposited by a method such as PLD, RSPE, sputtering, ion-beam sputtering, or heat treatment at high temperature after deposition. It is being formed. Therefore, not only is it difficult to make a large area, but also the performance of the transistor is not as good as the conventional a-Si transistor. In addition, because the process is expensive, it does not meet the demand for low-cost transistors required in the ubiquitous era.
이런 것을 만족하기 위해서 최근에는 유기 반도체를 이용하여 플라스틱 기판을 기반으로 하는 유기박막트랜지스터(Organic Thin Film Transistor : OTFT)의 제조 연구가 한창이지만, OTFT 자체의 성능이 너무 떨어져서 아직 소자 적용이 어려울 뿐만 아니라, 유기반도체의 산소, 물, 열등 환경에 의한 열화로 인하여 수명의 제한을 받고 있다. 또한 플라스틱 기판을 기반으로 하는 다른 무기 트랜지스터의 경우 아직 저온 공정으로 인한 소자 특성의 열화로 인해 소자 적용이 또한 어려운 상태이다. In order to satisfy this, recently, research on the manufacture of organic thin film transistors (OTFTs) based on plastic substrates using organic semiconductors is in full swing, but the application of OTFTs is so poor that application of the device is still difficult. The lifetime of organic semiconductors is limited due to deterioration caused by oxygen, water and inferior environment. In addition, in the case of other inorganic transistors based on plastic substrates, device application is also difficult due to deterioration of device characteristics due to low temperature process.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 요구를 해결하기 위해 안출된 것으로, 저온에서 저가의 간단한 공정방법으로 우수한 특성의 ZnO 박막을 포함하는 박막 트랜지스터 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a thin film transistor including a ZnO thin film having excellent characteristics by a simple and low-cost simple processing method at a low temperature.
본 발명의 다른 목적은 플라스틱 기판에 적용 가능한 저온 공정으로 반도체 막을 형성하되, 그 특성이 OTFT나 a-Si TFT 에 비해 우수하고 또한 외부 환경에도 열화되지 않는 트랜지스터를 제조함으로써 휘어지는 트랜지스터 어레이를 형성하는 데에 있다.Another object of the present invention is to form a transistor array that is bent by forming a semiconductor film by a low temperature process applicable to a plastic substrate, but having excellent characteristics compared to OTFT or a-Si TFT and not deteriorating in the external environment. Is in.
본 발명의 또 다른 목적은 형성된 어레이 상에 OLED와 같은 투명 발광 소자를 제조함으로써, 투명한 디스플레이를 제조함은 물론이고 휘어지는 디스플레이를 구현하는 데 있다.Still another object of the present invention is to manufacture a transparent display as well as to realize a curved display by manufacturing a transparent light emitting device such as an OLED on the formed array.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 ZnO 박막을 포함하는 트랜지스터 제조방법의 특징은 기판 상에 게이트 금속막을 증착하고, 포토리소그래피와 선택적 식각을 통해 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극이 형성된 기판 상에 게이트 인슐레이터를 증착하는 단계와, 상기 게이트 인슐레이터 상에 박막을 구성하는 원소를 포함하는 전구체들 간의 표면 화학 반응을 이용하여 ZnO 박막을 증착하는 단계를 포함하는데 있다.A transistor manufacturing method comprising a ZnO thin film according to the present invention for achieving the above object is a step of depositing a gate metal film on a substrate, forming a gate electrode through photolithography and selective etching, and the gate electrode Depositing a gate insulator on the formed substrate, and depositing a ZnO thin film by using a surface chemical reaction between precursors including elements constituting the thin film on the gate insulator.
바람직하게 상기 게이트 인슐레이터 및 상기 ZnO 박막 사이에 소오스/드레인용 금속막을 증착하고 포토그래피와 선택적 식각을 통해 소오스/드레인 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The method may further include depositing a source / drain metal layer between the gate insulator and the ZnO thin film, and forming a source / drain electrode through photography and selective etching.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 ZnO 박막을 포함하는 트랜지스터 제조방법의 다른 특징은 기판 상에 박막을 구성하는 원소를 포함하는 전구체들 간의 표면화학반응을 이용하여 ZnO 박막을 증착하는 단계와, 상기 ZnO 박막 이 형성된 기판 상에 게이트 인슐레이터를 증착하는 단계와, 상기 게이트 인슐레이터 상에 게이트 금속막을 증착하고 포토리소그래피와 선택적 식각을 통해 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Another feature of the transistor manufacturing method including a ZnO thin film according to the present invention for achieving the above object is the step of depositing a ZnO thin film using a surface chemical reaction between precursors containing elements constituting the thin film on a substrate And depositing a gate insulator on the substrate on which the ZnO thin film is formed, and depositing a gate metal layer on the gate insulator, and forming a gate electrode through photolithography and selective etching.
바람직하게 상기 기판 및 상기 ZnO 박막 사이에 소오스/드레인 금속막을 증착하고, 포토그래피와 선택적 식각을 통해 소오스/드레인 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the method may further include depositing a source / drain metal layer between the substrate and the ZnO thin film, and forming a source / drain electrode through photography and selective etching.
바람직하게 상기 ZnO 박막 상부에 소오스/드레인 금속막을 증착하고, 포토리소그래피와 선택적 식각을 통해 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And depositing a source / drain metal layer on the ZnO thin film and forming a gate electrode through photolithography and selective etching.
바람직하게 상기 기판은 유리, 금속 포일, Si, 혹은 유기물 플라스틱 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 트랜지스터의 제조방법.Preferably, the substrate is a method of manufacturing a transistor made of at least one of glass, metal foil, Si, or organic plastic.
바람직하게 상기 게이트 전극 및 소오스/드레인 전극은 투명 산화물 전극, 금속 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Preferably, the gate electrode and the source / drain electrode are formed of at least one of a transparent oxide electrode and a metal.
바람직하게 상기 투명 산화물 전극은 ITO, IZO, ZnO:Al(Ga) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.Preferably, the transparent oxide electrode is characterized in that any one of ITO, IZO, ZnO: Al (Ga).
바람직하게 상기 금속은 Ag, Au, Al, Cr, Al/Cr/Al, Ni 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.Preferably the metal is characterized in that at least one of Ag, Au, Al, Cr, Al / Cr / Al, Ni.
바람직하게 상기 기판과 게이트 전극 사이에 기판 상의 불순물이 소자에 침투되는 것을 차단하는 버퍼 절연막을 형성하여 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the method may further include forming a buffer insulating layer between the substrate and the gate electrode to prevent impurities on the substrate from penetrating into the device.
바람직하게 상기 게이트 인슐레이터는 무기 절연막, 무기 절연막의 이중 구조 절연막, 유기 절연막 및 유/무기 하이브라이드 이중 구조 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Preferably, the gate insulator is formed of any one of an inorganic insulating film, a dual structure insulating film of an inorganic insulating film, an organic insulating film, and an organic / inorganic hybrid hybrid structure.
바람직하게 상기 무기 절연막은 SiNx, AlON, TiO2, AlOx, TaOx, HfOx, SiON, SiOx 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably the inorganic insulating film is characterized in that it comprises any one or more of SiNx, AlON, TiO 2 , AlOx, TaOx, HfOx, SiON, SiOx.
바람직하게 상기 게이트 인슐레이터는 원자층 증착법, PECVD 중 어느 하나 이상으로 형성된 것을 특징으로 한다.Preferably, the gate insulator is formed by at least one of atomic layer deposition and PECVD.
바람직하게 상기 ZnO 박막의 증착은 Zn 및 산소를 포함하는 전구체들 간의 표면화학반응을 통하여 징크옥사이드로 형성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the deposition of the ZnO thin film is characterized in that it is formed of zinc oxide through a surface chemical reaction between the precursors including Zn and oxygen.
바람직하게 상기 전구체들은 Zn 전구체와 산소 전구체 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.Preferably the precursors are any one of a Zn precursor and an oxygen precursor.
바람직하게 상기 Zn 전구체는 다이에틸징크, 다이메틸징크 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.Preferably, the Zn precursor is characterized in that any one of diethyl zinc, dimethyl zinc.
바람직하게 상기 산소 전구체는 물(H2O), 오존, 산소, 물 플라즈마, 산소 플라즈마 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.Preferably, the oxygen precursor is any one of water (H 2 O), ozone, oxygen, water plasma, oxygen plasma.
바람직하게 상기 산소 전구체가 물(H2O) 전구체인 경우, 상기 원자층 증착 장비의 반응기의 온도는 70℃에서 150℃ 공정 온도를 유지하는 것을 특징으로 한다.Preferably, when the oxygen precursor is a water (H 2 O) precursor, the temperature of the reactor of the atomic layer deposition equipment is characterized in that the process temperature is maintained at 70 ℃ 150 ℃.
바람직하게 상기 산소 전구체가 오존 전구체인 경우, 상기 원자층 증착 장비 의 반응기의 온도는 100℃ 에서 300℃ 공정 온도를 유지하는 것을 특징으로 한다.Preferably, when the oxygen precursor is an ozone precursor, the temperature of the reactor of the atomic layer deposition equipment is characterized by maintaining a process temperature from 100 ℃ to 300 ℃.
바람직하게 상기 산소 전구체가 산소 플라즈마 전구체인 경우, 상기 원자층 증착 장비의 반응기의 온도는 40℃ 에서 300℃ 공정 온도를 유지하는 것을 특징으로 한다.Preferably, when the oxygen precursor is an oxygen plasma precursor, the temperature of the reactor of the atomic layer deposition equipment is characterized by maintaining a process temperature from 40 ℃ to 300 ℃.
바람직하게 상기 ZnO 박막의 증착은 (a) 게이트 전극, 게이트 인슐레이터, 및 소오스/드레인 전극이 형성된 기판을 소정 온도를 유지하는 원자층 증착 장비의 챔버 내로 배치하는 단계와, (b) 상기 챔버 안으로 Zn 전구체 단독으로 혹은 운반 기체(Carrier Gas)와 함께 챔버 내로 주입하여 상기 Zn 전구체 반응물을 상기 기판의 표면에 흡착하는 단계와, (c) 상기 챔버 안으로 질소 또는 불활성 기체를 주입하여 상기 전구체 반응물 중 기판 표면에 흡착되지 않은 분자들을 제거하는 단계와, (d) 상기 챔버 안으로 산소 전구체를 주입, 혹은 주입된 전구체로부터 플라즈마를 직접 챔버에서 발생시켜 기판에 흡착되어 있는 Zn 전구체와 화학적으로 반응시키는 단계와, (e) 상기 챔버 안으로 질소 또는 불활성 기체를 주입하여 상기 반응 후에 생성된 부산물과 상기 주입된 여분의 산소 전구체를 제거하여 ZnO 박막을 얻는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Preferably, the deposition of the ZnO thin film comprises (a) disposing a substrate on which a gate electrode, a gate insulator, and a source / drain electrode are formed into a chamber of an atomic layer deposition apparatus maintaining a predetermined temperature, and (b) Zn into the chamber. Adsorbing the Zn precursor reactant to the surface of the substrate by injecting the precursor alone or with a carrier gas into the chamber; (c) injecting nitrogen or an inert gas into the chamber to surface the substrate in the precursor reactant. (D) injecting an oxygen precursor into the chamber, or generating a plasma directly from the injected precursor in a chamber to chemically react with the Zn precursor adsorbed on the substrate; e) injecting nitrogen or an inert gas into the chamber to inject the byproduct produced after the reaction And removing the excess oxygen precursor to obtain a ZnO thin film.
바람직하게 상기 (b) 단계에서의 Zn 전구체는 다이에틸징크 또는 다이메틸징크 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.Preferably, the Zn precursor in step (b) is characterized in that either one of diethyl zinc or dimethyl zinc.
바람직하게 상기 (a) ~ (e) 단계를 원하는 두께의 ZnO 박막을 얻을 때 까지 반복하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Preferably, the step (a) to (e) is characterized in that it further comprises the step of repeating until a ZnO thin film of the desired thickness is obtained.
바람직하게 상기 ZnO 박막의 두께는 70 nm 이하이고, 상기 원자층 증착 장비 의 소정 온도는 40℃ ~ 300℃인 것을 특징으로 한다. Preferably the thickness of the ZnO thin film is 70 nm or less, the predetermined temperature of the atomic layer deposition equipment is characterized in that 40 ℃ ~ 300 ℃.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 원자층 증착법을 이용하여 성장한 ZnO 박막을 포함하는 트랜지스터 제조방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A preferred embodiment of a transistor manufacturing method including a ZnO thin film grown by using the atomic layer deposition method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
이해를 돕기 위해 먼저, 상기 원자층 증착법에 대해 설명한다.First, the atomic layer deposition method will be described for better understanding.
원자층 증착법은 크게 트레블링 웨이브 리액터형 증착법(Traveling wave reactor type)과 플라즈마 인핸스드 원자층 증착법(Plasma-enhanced atomic layer deposition)으로 나뉘어진다.Atomic layer deposition is largely divided into traveling wave reactor type and plasma-enhanced atomic layer deposition.
이때, 상기 플라즈마 인핸스드 원자층 증착법의 경우는 플라즈마 발생장치에 따라 리모트 플라즈마 원자층 증착법(Remote plasma atomic layer deposition-down stream plasma ALD)과, 다이렉트 플라즈마 원자층 증착법(Direct plasma atomic layer deposition)으로 다시 나뉘어진다. In this case, in the case of the plasma enhanced atomic layer deposition method, a remote plasma atomic layer deposition method (Remote plasma atomic layer deposition-down stream plasma ALD) and a direct plasma atomic layer deposition method (Direct plasma atomic layer deposition) according to the plasma generator Divided.
본 발명은 특별히 한정된 원자층 증착법에만 해당하지 않고 모든 원자층 증착법에 해당한다. 다만 설명의 간략화를 위해 본 명세서 내의 실시예에서는 트레블링 웨이브 리액터형 증착법에 의해 ZnO 박막을 증착하는 것만을 설명한다. This invention is not only limited to the atomic layer deposition method specifically defined, but corresponds to all atomic layer deposition methods. However, for the sake of simplicity, the embodiments herein will only describe depositing a ZnO thin film by a traveling wave reactor deposition method.
도 1a 내지 도 1d 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원자층 증착법을 이용하여 성장한 ZnO 박막을 포함하는 트랜지스터의 제조방법을 나타낸 도면이다.1A to 1D illustrate a method of manufacturing a transistor including a ZnO thin film grown by using an atomic layer deposition method according to a preferred embodiment of the present invention.
먼저, 도 1a와 같이 절연 기판(10)상에 게이트 금속막을 증착하고, 포토리소 그래피와 선택적 식각을 통해 원하는 모양으로 게이트 전극(20)을 형성한다. First, as shown in FIG. 1A, a gate metal film is deposited on the insulating
이때, 상기 절연 기판(10)은 유리, 금속 포일, Si, 혹은 유기물 플라스틱 중 적어도 한 개 이상으로 구성된다.In this case, the insulating
그리고 상기 게이트 전극(20)으로는 ITO, IZO, ZnO:Al(Ga) 등과 같은 투명 산화물 전극을 사용할 수도 있고, Ag, Au, Al, Cr, Al/Cr/Al, Ni 등등 여러 종류의 저항이 낮은 금속을 하나 이상 사용할 수도 있다. As the
추가로 상기 절연 기판(10) 상의 불순물이 소자에 침투되는 것을 막기 위해 상기 절연 기판(10)과 게이트 전극(20)사이에 버퍼 절연막(도시하지 않음)을 형성하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to form a buffer insulating film (not shown) between the insulating
이어, 도 1b와 같이 게이트 전극(20)이 형성된 절연 기판(10) 상에 원자층 증착법 혹은 PECVD 법 혹은 다른 물리적 증착법을 이용하여 게이트 인슐레이터(30)를 증착한다.Next, as illustrated in FIG. 1B, the
이때, 상기 게이트 인슐레이터(30)로는 SiNx, AlON, TiO2, AlOx, TaOx, HfOx, SiON, SiOx 등을 포함하는 무기 절연막 혹은 이들 무기 절연막의 이중 구조 절연막으로 구성되거나, 또는 유기 절연막 혹은 유/무기 하이브라이드 이중 구조로 구성될 수 있다. 또한, 상기 유/무기 이중구조로 절연막을 형성시에는 휘어지는 트랜지스터 어레이 형성시 구부러짐으로 인해 야기되는 스트레스를 해소할 수 있는 장점도 있고, 절연막의 공정 온도를 낮춤으로써 플라스틱 기판 사용을 용이하게 하는 장점도 있다.In this case, the
아울러, 상기 게이트 인슐레이터(30)가 무기 절연막 혹은 유/무기 하이브라 이드 절연막을 사용시에는 절연막 에칭 공정에 적합하도록 상기 게이트 전극(20)은 절연막과 에칭 선택비를 갖는 금속을 사용하는 것이 바람직하다.In addition, when the
다음으로 도 1c와 같이, 게이트 전극 패드를 열기 위한 공정을 한 후에, 상기 게이트 인슐레이터(30)상에 소오스/드레인용 금속막을 증착한다. 이어 포토리소그래피와 선택적 식각을 통해 소오스/드레인 전극(40)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1C, after the process of opening the gate electrode pad, a source / drain metal film is deposited on the
이때, 상기 소오스/드레인 금속막의 경우는 ITO, IZO, ZnO:Al(Ga) 등의 투명 산화물 전극을 사용하거나, Al, Cr, Au, Ag 등의 금속을 사용할 수 있다. 또한, 상기 소오스/드레인 전극(40) 형성시 이들 금속과 산화물 전극간의 이층구조를 형성할 수도 있다.In this case, in the case of the source / drain metal film, a transparent oxide electrode such as ITO, IZO, ZnO: Al (Ga), or a metal such as Al, Cr, Au, or Ag may be used. In addition, when forming the source /
이어 도 1d와 같이, 상기 소오스/드레인 전극(40) 상에 원자층 증착법을 이용하여 ZnO 박막을 증착한다. 즉, 상기 ZnO 박막은 상기 ZnO을 구성하는 원소(Zn, 산소)를 포함하는 전구체들 간의 표면화학반응을 통하여 징크옥사이드로 형성한다. 따라서, 상기 전구체들은 Zn 전구체와 산소 전구체를 포함하며, 상기 Zn 전구체는 다이에틸징크 또는 다이메틸징크를 포함하며, 상기 산소 전구체는 물(H2O), 오존, 산소, 물 플라즈마 또는 산소 플라즈마를 포함한다.1D, a ZnO thin film is deposited on the source /
상기 ZnO 박막을 증착하는 일 실시예에 대해 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.An embodiment of depositing the ZnO thin film will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 2 는 본 발명에 따른 트랜지스터에 포함하는 원자층 증착법을 이용하여 ZnO 박막을 성장하는 방법을 나타낸 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method of growing a ZnO thin film using an atomic layer deposition method included in a transistor according to the present invention.
도 2를 참조하여 설명하면, 먼저 도 1a 내지 도 1c의 공정을 통해 게이트 전극(20)과 게이트 인슐레이터(30), 그리고 소오스/드레인 전극(40)이 형성된 기판(10)을 온도가 70 내지 150℃로 유지되는 원자층 증착 장비의 챔버 내로 배치시킨다(S10).Referring to FIG. 2, first, the
이어, 챔버 안으로 전구체 단독으로 또는 질소 또는 아르곤 등과 같은 운반 기체(Carrier Gas)와 함께 다이에틸징크(diethylzinc) 혹은 다이메칠징크(dimethylzinc) 증기를 챔버 내로 주입한다(S20). 이로써, Zn 전구체 반응물이 상기 기판(10)의 표면에 흡착된다.Subsequently, diethylzinc or dimethylzinc vapor is injected into the chamber alone or with a carrier gas such as nitrogen or argon into the chamber (S20). As a result, a Zn precursor reactant is adsorbed onto the surface of the
다음으로, 질소 또는 비활성 기체를 주입한다(S30). 이와 같은 공정에 의해, Zn 전구체 반응물 중 기판 표면에 흡착되지 않은 분자들은 펌핑이나 비활성 기체로 퍼지(purge) 하면서 펌핑하여 모두 제거된다.Next, nitrogen or inert gas is injected (S30). By such a process, molecules that are not adsorbed on the substrate surface of the Zn precursor reactant are all removed by pumping or purging with an inert gas.
계속하여, 산소 전구체 즉, 물(H2O), 오존, 산소, 산소 플라즈마, 혹은 물 플라즈마를 Zn 전구체가 흡착되어 있는 기판위에 노출하여 물, 오존, 산소, 산호 플라즈마 혹은 물 플라즈마 중 한 종류의 산소 전구체를 기판에 흡착되어 있는 Zn 전구체와 화학적으로 반응시킨다(S40). 이때 플라즈마 전구체의 경우 챔버 외부에서 발생시켜 챔버에 주입할 수도 있고 챔버에서 직접 주입된 물 혹은 산소로부터 전압을 가하여 플라즈마를 발생할 수도 있다.Subsequently, an oxygen precursor, i.e., water (H 2 O), ozone, oxygen, oxygen plasma, or water plasma is exposed on the substrate on which the Zn precursor is adsorbed, thereby selecting one of water, ozone, oxygen, coral plasma or water plasma. The oxygen precursor is chemically reacted with the Zn precursor adsorbed on the substrate (S40). In this case, the plasma precursor may be generated outside the chamber and injected into the chamber, or plasma may be generated by applying a voltage from water or oxygen directly injected from the chamber.
다음으로 질소 또는 비활성 기체를 주입한다(S50). 그러면 반응후에 생성된 부산물과 상기 주입된 여분의 산소 전구체는 펌핑이나 비활성 기체로 퍼지시켜 펌 핑하면서 제거된다. Next, nitrogen or an inert gas is injected (S50). The by-products produced after the reaction and the extra oxygen precursor injected are then removed by pumping or purging with inert gas.
바람직하게는, 상술한 일련의 공정(S20 내지 S50)을 수회 반복하여 실시함으로써 원하는 ZnO 박막(50)의 두께를 얻게 된다(S60).Preferably, by repeatedly performing the above-described series of steps (S20 to S50) several times, the desired thickness of the ZnO
이와 같은 원자층 증착법에 의해 형성된 상기 ZnO 박막(50)은 상기 공정 S20 내지 S50의 한 사이클을 몇 번 실시하는가에 따라서 증착두께가 달라진다. 이때, 한 사이클에 따른 증착 시간은 전구체들의 주입량이 얼마인지에 따라서 다르다. 또한, 전구체들의 주입량은 기판(10)의 크기에 좌우되는 양이므로 이에 따른 한정된 수치는 큰 의미가 없다. The deposition thickness of the ZnO
바람직한 실시예로서, 상기 전구체로 물(H2O) 전구체를 사용하여 ZnO 박막(50)을 형성시에는 ZnO 박막(50)의 두께는 70 nm 이하로 하는 것이 좋다. 즉, 물을 사용시 원자층 증착 장비의 반응기의 온도는 70℃에서 150℃ 공정 온도를 유지함으로써 ZnO 박막(50)내의 캐리어양을 적당히 조절하게 됨으로써 가장 우수한 특성의 트랜지스터를 만들 수 있다. As a preferred embodiment, when the ZnO
즉, 150℃ 이상의 온도에서 공정시에는 ZnO 박막(50)내의 캐리어양이 너무 많아 트랜지스터는 오프(off) 상태에서도 자연적으로(normally) 온(on)이 되어 누설 전류가 증가하게 되는 문제를 보이다. 또한, ZnO 박막(50)의 두께를 70 nm 이상 증착 시에는 공정 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 ZnO 박막 내의 캐리어 양이 또한 증가함으로써 트랜지스터 특성이 열화되는 경향을 보인다.That is, when the process at a temperature of 150 ℃ or more, the amount of carriers in the ZnO
다른 바람직한 실시예로서, 상기 전구체로 오존 전구체를 사용하여 ZnO 박 막(50)을 형성시에는 원자층 증착 장비의 반응기의 온도는 100℃ 에서 300℃ 공정 온도로 유지하는 것이 바람직하다.In another preferred embodiment, when the ZnO
또한 또 다른 바람직한 실시예로서, 상기 전구체로 산소 플라즈마 전구체를 사용하여 ZnO 박막(50)을 형성시에는 원자층 증착 장비의 반응기의 온도는 40℃ 에서 300℃ 공정 온도로 유지하는 것이 바람직하다.In another preferred embodiment, when the ZnO
이처럼, 상기 전구체로 사용되는 물질에 따라 원자층 증착법 반응기의 온도를 조절할 수 있으며, 아울러 사용하는 기판의 종류에 따라서도 온도를 조절할 수 있다.As such, the temperature of the atomic layer deposition reactor may be adjusted according to the material used as the precursor, and the temperature may also be adjusted according to the type of substrate used.
도 3a 내지 도 3d 는 본 발명에 따른 원자층 증착법을 이용하여 성정한 ZnO 박막을 포함하는 트랜지스터 구조의 다른 실시예를 나타낸 도면으로서, 도 3a는 inverted planar 타입, 도 3b는 staggered 타입, 도 3c는 planar 타입, 도 3d는 inverted staggered 타입을 갖는 트랜지스터의 구조이다.3A to 3D illustrate another embodiment of a transistor structure including a ZnO thin film formed by using an atomic layer deposition method according to the present invention, in which FIG. 3A is an inverted planar type, FIG. 3B is a staggered type, and FIG. 3C is 3D is a structure of a transistor having an inverted staggered type.
본원발명에 따른 원자층 증착법을 이용하여 성장한 ZnO 박막을 포함하는 박막 트랜지스터는 도 3a인 inverted planar 타입을 실시예로서 나타내어 설명하고 있으나, 도 3b 내지 도 3d의 타입을 갖는 모든 구조의 소자로서 구현이 가능하다. Although a thin film transistor including a ZnO thin film grown by using the atomic layer deposition method according to the present invention has been described with reference to the inverted planar type of FIG. 3A as an embodiment, it is possible to implement as a device of any structure having the type of FIGS. 3B to 3D. It is possible.
도 4 는 본 발명에 따른 원자층 증착법을 이용하여 성장한 ZnO 박막을 포함하는 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 나타낸 도면이다. 4 is a view showing the electrical characteristics of a thin film transistor including a ZnO thin film grown by using the atomic layer deposition method according to the present invention.
도 4에서 나타내고 있는 것과 같이, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터가 QCIF(Quater Common Intermedicate Format)의 해상도를 갖도록 어레이를 제조한 후의 전기적 특성이 이동도(mobility) 1 이상의 값을 갖고 있다. 이에 따라, 본원발 명에 따른 박막 트랜지스터는 ZnO 공정시 하층 박막(게이트 인슐레이터)에 손상을 가하지 않으면서 박막을 증착할 수 있어 매우 우수한 특성을 나타낼 수 있게 된다.As shown in FIG. 4, the electrical properties after fabrication of the array such that the thin film transistor according to the present invention has a resolution of a QCIF (Quater Common Intermedicate Format) has a mobility of 1 or more. Accordingly, the thin film transistor according to the present invention can deposit a thin film without damaging the lower layer thin film (gate insulator) during the ZnO process, thereby exhibiting excellent characteristics.
이처럼 본 발명에 따른 원자층 증착법에 의한 ZnO 박막의 형성은 40 ~ 300℃ 이하에서 가능하므로 본 발명에 의하여 제조되는 ZnO 박막을 포함하는 트랜지스터를 대면적의 유리 기판, 플라스틱 기판에 제조시 고온 후처리 등의 공정이 없이도 낮은 온도에서 우수한 특성의 반도체 박막을 형성 할 수 있게 된다.As described above, since the formation of the ZnO thin film by the atomic layer deposition method according to the present invention can be performed at 40 to 300 ° C. or less, a high temperature post-treatment is performed when manufacturing a transistor including the ZnO thin film manufactured by the present invention on a large-area glass substrate or a plastic substrate. It is possible to form a semiconductor thin film having excellent characteristics at low temperature without the process of such.
그리고 이렇게 제조된 ZnO 박막은 다양한 구조의 트랜지스터 어레이로 제조되어 투명 디스플레이, 휘어지는 디스플레이, RFID, 센서 등의 다양한 소자에 적용이 가능하다. In addition, the ZnO thin film manufactured as described above is manufactured with a transistor array having various structures, and thus may be applied to various devices such as a transparent display, a curved display, an RFID, and a sensor.
일 실시예로서, 본 발명에 따른 QCIF 어레이의 광학 사진을 도 5a에서 나타내고 있으며, 또한 본 발명에 따른 QCIF 어레이 상에 OLED를 형성하여 만든 AM-OLED의 구동 사진을 도 5b에서 나타내고 있다.As an example, an optical photograph of a QCIF array according to the present invention is shown in FIG. 5A, and a driving photograph of AM-OLED formed by forming an OLED on the QCIF array according to the present invention is shown in FIG. 5B.
결론적으로, 본 발명의 기술적 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 상기 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.In conclusion, although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above-described preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the spirit of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 ZnO 박막을 포함하는 트랜지스터의 제조방법은 다음과 같은 효과를 나타낸다.The method of manufacturing a transistor including a ZnO thin film according to the present invention as described above has the following effects.
첫째, 원자층 증착법에 의한 ZnO 박막의 형성이 40 ~ 300℃ 이하에서 가능하 므로 ZnO 박막을 포함하는 트랜지스터를 대면적의 유리 기판, 플라스틱 기판에 제조시 고온 후처리 등의 공정이 없이도 낮은 온도에서 우수한 특성의 반도체 박막을 형성 할 수 있다.First, since ZnO thin film can be formed by the atomic layer deposition method below 40 ~ 300 ℃, transistors containing ZnO thin film are manufactured at low temperature without high temperature post-treatment when manufacturing them on large-area glass substrate and plastic substrate. It is possible to form a semiconductor thin film of excellent characteristics.
둘째, 유리, 투명 플라스틱 등의 투명한 기판과 투명한 산화물 전극으로 사용하여 트랜지스터를 형성함으로써 전체 트랜지스터가 투명한 소자를 형성할 수 있으며, 그럼으로써 LCD를 구동 시에는 픽셀의 개구율을 높임으로써 휘도를 증가시킴은 물론이고 전력 소모를 줄일 수 있다.Second, by forming a transistor using a transparent substrate such as glass, transparent plastic, and a transparent oxide electrode, the entire transistor can form a transparent element, thereby increasing luminance by increasing the aperture ratio of the pixel when driving the LCD. Of course, power consumption can be reduced.
셋째, 본 발명에 따라 제조된 ZnO 박막은 다양한 구조의 트랜지스터 어레이로 제조되어 투명 디스플레이, 휘어지는 디스플레이, RFID, 센서등의 다양한 소자에 적용이 가능하다. Third, the ZnO thin film manufactured according to the present invention is manufactured by transistor arrays having various structures, and thus may be applied to various devices such as transparent displays, curved displays, RFIDs, and sensors.
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