KR20100112522A - Solution composition for forming oxide thin film and electronic device including the oxide thin film - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A solution composition for forming a metal oxide thin film, and an electronic device including the metal oxide thin film are provided to improve the threshold voltage and the current property of the electronic device. CONSTITUTION: A solution composition for forming a metal oxide thin film contains a first compound including zinc, a second compound including indium, and a third compound including magnesium. The atom number ratio of the zinc and the magnesium is 1:0.01~1:4. The third compound includes an element selected from the group consisting of magnesium acetate, magnesium chloride, magnesium nitrate, magnesium sulfate, and their hydrate.

Description

산화물 박막 형성용 용액 조성물 및 상기 산화물 박막을 포함하는 전자 소자{SOLUTION COMPOSITION FOR FORMING OXIDE THIN FILM AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE OXIDE THIN FILM}SOLUTION COMPOSITION FOR FORMING OXIDE THIN FILM AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE OXIDE THIN FILM}

본 기재는 산화물 박막 형성용 용액 조성물 및 상기 산화물 박막을 포함하는 전자 소자에 관한 것이다.
The present disclosure relates to a solution composition for forming an oxide thin film and an electronic device including the oxide thin film.

저항, 캐패시터, 다이오드 및 박막 트랜지스터 등과 같은 전자 소자는 다양한 분야에서 응용되고 있으며, 이 중에서 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)는 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD), 유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode display, OLED display) 및 전기 영동 표시 장치(electrophoretic display) 등의 평판 표시 장치에서 스위칭 및 구동 소자로 이용되고 있다. Electronic devices such as resistors, capacitors, diodes, and thin film transistors have been applied in various fields, among which thin film transistors (TFTs) are liquid crystal displays (LCDs) and organic light emitting diodes (organic light). BACKGROUND ART It is used as a switching and driving element in flat panel displays such as emitting diode displays, OLED displays, and electrophoretic displays.

이러한 전자 소자에서 반도체는 소자 특성을 결정하는 중요한 요소이다. 현재 전자 소자에서 반도체로는 규소(Si)가 가장 많이 사용되고 있다. 규소는 결정 형태에 따라 비정질 규소 및 다결정 규소로 나누어지는데, 비정질 규소는 제조 공정이 단순한 반면 전하 이동도가 낮아 고성능 소자를 제조하는데 한계가 있고 다결정 규소는 전하 이동도가 높은 반면 규소를 결정화하는 단계가 요구되어 제조 비용 및 공정이 복잡하다.
In such electronic devices, semiconductors are an important factor in determining device characteristics. Currently, silicon (Si) is the most used semiconductor in electronic devices. Silicon is divided into amorphous silicon and polycrystalline silicon according to the crystalline form.Amorphous silicon has a simple manufacturing process, but has low charge mobility, thus limiting the manufacture of high-performance devices, and polycrystalline silicon has a high charge mobility while crystallizing silicon. The manufacturing cost and the process are complicated.

이러한 비정질 규소와 다결정 규소를 보완하기 위하여 산화물 반도체가 사용될 수 있다. 그러나 산화물 반도체는 전기적 특성을 제어하기 곤란하여 이를 적용한 전자 소자의 안정성 및 신뢰성이 떨어질 수 있다.Oxide semiconductors may be used to compensate for such amorphous silicon and polycrystalline silicon. However, since the oxide semiconductor is difficult to control the electrical characteristics, the stability and reliability of the electronic device to which it is applied may be deteriorated.

따라서 본 발명의 일 구현예에 따르면 전자 소자의 전기적 특성을 개선할 수 있는 산화물 박막 형성용 용액 조성물을 제공한다. Therefore, according to one embodiment of the present invention provides a solution composition for forming an oxide thin film that can improve the electrical characteristics of the electronic device.

또한 본 발명의 다른 구현예에 따르면 상기 산화물 박막을 포함하는 전자 소자를 제공한다.
In addition, according to another embodiment of the present invention provides an electronic device including the oxide thin film.

일 구현예에 따른 산화물 박막 형성용 용액 조성물은 아연을 함유하는 제1 화합물, 인듐을 함유하는 제2 화합물, 그리고 마그네슘을 함유하는 제3 화합물을 포함한다.The solution composition for forming an oxide thin film according to one embodiment includes a first compound containing zinc, a second compound containing indium, and a third compound containing magnesium.

상기 아연과 상기 마그네슘의 원자수 비율은 약 1:0.01 내지 1:4일 수 있다.The atomic number ratio of the zinc and the magnesium may be about 1: 0.01 to 1: 4.

상기 아연과 상기 인듐의 원자수 비율은 약 1:10 내지 10:1일 수 있다.The atomic number ratio of the zinc and the indium may be about 1:10 to 10: 1.

상기 아연과 상기 인듐의 원자수 비율은 약 1:5 내지 5:1일 수 있다.The atomic number ratio of the zinc and the indium may be about 1: 5 to 5: 1.

상기 아연과 상기 인듐의 원자수 비율은 약 1:10 내지 1:1일 수 있다.The atomic number ratio of the zinc and the indium may be about 1:10 to 1: 1.

상기 아연과 상기 인듐의 원자수 비율은 약 1:5 내지 1:1일 수 있다.An atomic ratio of the zinc and the indium may be about 1: 5 to 1: 1.

상기 제3 화합물은 마그네슘 아세테이트(magnesium acetate), 마그네슘 클로라이드(magnesium chloride), 마그네슘 나이트레이트(magnesium nitrate), 마그네슘 설페이트(magnesium sulfate) 및 이들의 수화물에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The third compound may include at least one selected from magnesium acetate, magnesium chloride, magnesium nitrate, magnesium sulfate, and hydrates thereof.

상기 제1 화합물은 아연 히드록사이드(zinc hydroxide), 아연 알콕사이드(zinc alkoxide), 아연 시트레이트(zinc citrate), 아연 아세테이트(zinc acetate), 아연 카보네이트(zinc carbonate), 아연 (메타)아크릴레이트(zinc (meth)acrylate), 아연 나이트레이트(zinc nitrate), 아연 아세틸아세토네이트(zinc acetylacetonate), 아연 할라이드(zinc halide), 아연 티오카바메이트(zinc thiocarbamate), 아연 설포네이트(zinc sulfonate), 아연 운데실레이트(zinc undecylate), 아연 포스페이트(zinc phosphate), 아연 보레이트(zinc borate) 및 이들의 수화물에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 제2 화합물은 인듐 히드록사이드(indium hydroxide), 인듐 알콕시드(indium alkoxide), 인듐 시트레이트(indium citrate), 인듐 아세테이트(indium acetate), 인듐 카보네이트(indium carbonate), 인듐 (메타)아크릴레이트(indium (meth)acrylate), 인듐 나이트레이트(indium nitrate), 인듐 아세틸아세토네이트(indium acetylacetonate), 인듐 할라이드(indium halide), 인듐 티오카바메이트(indium thiocarbamate), 인듐 설포네이트(indium sulfonate), 인듐 운데실레이트(indium undecylate), 인듐 보레이트(indium borate) 및 이들의 수화물에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The first compound is zinc hydroxide, zinc alkoxide, zinc citrate, zinc acetate, zinc carbonate, zinc (meth) acrylate ( zinc (meth) acrylate, zinc nitrate, zinc acetylacetonate, zinc halide, zinc thiocarbamate, zinc sulfonate, zinc undecylenate It may include at least one selected from the group consisting of silica undecylate, zinc phosphate, zinc borate, and hydrates thereof, and the second compound may be indium hydroxide, indium alkoxy. Indium alkoxide, indium citrate, indium acetate, indium carbonate, indium (meth) acrylate, indium na Indium nitrate, indium acetylacetonate, indium halide, indium thiocarbamate, indium sulfonate, indium undecylate, indium At least one selected from borate (indium borate) and hydrates thereof.

상기 제1 화합물은 아연 아세테이트 수화물을 포함하고, 상기 제2 화합물은 인듐 나이트레이트 수화물을 포함할 수 있다. The first compound may comprise zinc acetate hydrate, and the second compound may comprise indium nitrate hydrate.

상기 산화물 박막 형성용 용액 조성물은 알코올 아민 화합물, 알킬 암모늄 하이드록시 화합물, 알킬 아민 화합물, 케톤 화합물, 산 화합물, 염기 화합물 및 탈이온수에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.The solution composition for forming an oxide thin film may further include at least one selected from an alcohol amine compound, an alkyl ammonium hydroxy compound, an alkyl amine compound, a ketone compound, an acid compound, a base compound, and deionized water.

다른 구현예에 따른 전자 소자는 아연, 인듐 및 마그네슘을 포함하는 산화물 반도체를 포함한다.According to another embodiment, an electronic device includes an oxide semiconductor including zinc, indium, and magnesium.

상기 산화물 반도체는 상기 아연과 상기 마그네슘의 원자수 비율이 약 1:0.01 내지 1:4로 포함될 수 있다. The oxide semiconductor may include an atomic ratio of about 1: 0.01 to 1: 4 of the zinc and the magnesium.

상기 산화물 반도체는 상기 아연과 상기 인듐의 원자수 비율이 약 1:10 내지 10:1일 수 있다.The oxide semiconductor may have an atomic ratio of about 1:10 to about 10: 1 between the zinc and the indium.

상기 산화물 반도체는 상기 아연과 상기 인듐의 원자수 비율이 약 1:5 내지 5:1일 수 있다.The oxide semiconductor may have an atomic number ratio of the zinc and the indium of about 1: 5 to 5: 1.

상기 산화물 반도체는 상기 아연과 상기 인듐의 원자수 비율이 약 1:10 내지 1:1일 수 있다.The oxide semiconductor may have an atomic ratio of about 1:10 to about 1: 1 between the zinc and the indium.

상기 산화물 반도체는 아연과 상기 인듐의 원자수 비율이 약 1:5 내지 1:1일 수 있다.The oxide semiconductor may have an atomic number ratio of zinc to indium of about 1: 5 to about 1: 1.

상기 전자 소자는 박막 트랜지스터일 수 있고, 상기 박막 트랜지스터는 상기 산화물 반도체와 중첩하는 게이트 전극, 상기 산화물 반도체와 전기적으로 연결되어 있는 소스 전극, 그리고 상기 산화물 반도체와 전기적으로 연결되어 있으며 상기 소스 전극과 마주하는 드레인 전극을 더 포함할 수 있다.The electronic device may be a thin film transistor, wherein the thin film transistor is a gate electrode overlapping the oxide semiconductor, a source electrode electrically connected to the oxide semiconductor, and electrically connected to the oxide semiconductor and facing the source electrode. A drain electrode may be further included.

또 다른 구현예에 따른 산화물 박막 형성용 용액 조성물은 아연을 함유하는 제1 화합물, 인듐을 함유하는 제2 화합물, 그리고 하프늄을 함유하는 제3 화합물을 포함하고, 상기 아연과 상기 하프늄의 원자수 비율은 약 1:0.05 내지 1:0.3일 수 있다.Solution composition for forming an oxide thin film according to another embodiment comprises a first compound containing zinc, a second compound containing indium, and a third compound containing hafnium, the atomic number ratio of the zinc and the hafnium May be about 1: 0.05 to 1: 0.3.

상기 제1 화합물은 아연 아세테이트 수화물이고, 상기 제2 화합물은 인듐 나이트레이트 수화물이고, 상기 제3 화합물은 하프늄 클로라이드일 수 있다.The first compound may be zinc acetate hydrate, the second compound may be indium nitrate hydrate, and the third compound may be hafnium chloride.

상기 산화물 박막 형성용 용액 조성물은 알코올 아민 화합물, 알킬 암모늄 하이드록시 화합물, 알킬 아민 화합물, 케톤 화합물, 산 화합물, 염기 화합물 및 탈이온수에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
The solution composition for forming an oxide thin film may further include at least one selected from an alcohol amine compound, an alkyl ammonium hydroxy compound, an alkyl amine compound, a ketone compound, an acid compound, a base compound, and deionized water.

본 발명의 구현예에 따른 산화물 반도체는 용액 형태로 형성할 수 있어서 제조 공정을 단순화하고 제조 비용을 낮출 수 있다. 또한 본 발명의 구현예에 따른 산화물 반도체를 적용한 전자 소자는 양호한 문턱 전압 및 전류 특성을 나타낼 수 있다.
The oxide semiconductor according to the embodiment of the present invention can be formed in the form of a solution to simplify the manufacturing process and lower the manufacturing cost. In addition, the electronic device using the oxide semiconductor according to the embodiment of the present invention may exhibit good threshold voltage and current characteristics.

도 1은 실시예 I-1 내지 I-4와 비교예 1에 따른 박막 트랜지스터의 전류 특성을 보여주는 그래프이고,
도 2a 및 도 2b는 실시예 I-1 내지 I-4에 따른 전구체 용액을 사용하여 제조된 박막 트랜지스터의 히스테리시스 특성을 보여주는 그래프이고,
도 3은 실시예 II-1 내지 II-3에서 제조된 전구체 용액을 사용한 박막 트랜지스터의 전류 특성을 보여주는 그래프이고,
도 4는 실시예 III-1 내지 III-3에서 제조된 전구체 용액을 사용한 박막 트랜지스터의 전류 특성을 보여주는 그래프이고,
도 5는 실시예 IV-1 내지 IV-4와 비교예 2에 따라 제조된 전구체 용액을 사용한 박막 트랜지스터의 전류 특성을 보여주는 그래프이고,
도 6a 및 도 6b는 실시예 IV-2, 실시예 IV-3과 비교예 2에 따른 박막 트랜지스터의 히스테리시스 특성을 보여주는 그래프이고,
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 박막 트랜지스터를 도시한 단면도이고,
도 8 내지 도 10은 도 7의 박막 트랜지스터를 제조하는 방법을 차례로 보여주는 단면도이다.1 is a graph showing the current characteristics of the thin film transistor according to Examples I-1 to I-4 and Comparative Example 1,
2A and 2B are graphs showing hysteresis characteristics of thin film transistors manufactured using the precursor solutions according to Examples I-1 to I-4,
3 is a graph showing the current characteristics of the thin film transistor using the precursor solutions prepared in Examples II-1 to II-3,
4 is a graph showing current characteristics of thin film transistors using the precursor solutions prepared in Examples III-1 to III-3,
5 is a graph showing the current characteristics of the thin film transistor using the precursor solution prepared according to Examples IV-1 to IV-4 and Comparative Example 2,
6A and 6B are graphs showing hysteresis characteristics of thin film transistors according to Example IV-2, Example IV-3, and Comparative Example 2.
7 is a cross-sectional view illustrating a thin film transistor according to an embodiment of the present invention;
8 through 10 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing the thin film transistor of FIG. 7.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

이하 본 발명의 일 구현예에 따른 용액 조성물에 대하여 설명한다.Hereinafter, a solution composition according to an embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 일 구현예에 따른 용액 조성물은 산화물 반도체 박막을 형성하는데 사용되는 전구체 용액이다.Solution composition according to an embodiment of the present invention is a precursor solution used to form the oxide semiconductor thin film.

본 발명의 일 구현예에 따른 전구체 용액은 아연(Zn)을 함유하는 화합물(이하 '아연 함유 화합물'이라 한다), 인듐(In)을 함유하는 화합물(이하 '인듐 함유 화합물'이라 한다) 및 마그네슘(Mg)을 함유하는 화합물(이하 '마그네슘 함유 화합물'이라 한다)을 포함한다. Precursor solution according to an embodiment of the present invention is a compound containing zinc (Zn) (hereinafter referred to as 'zinc-containing compound'), a compound containing indium (In) (hereinafter referred to as 'indium-containing compound') and magnesium And a compound containing (Mg) (hereinafter referred to as 'magnesium-containing compound').

아연 함유 화합물은 아연 히드록사이드(zinc hydroxide); 아연 알콕사이드(zinc alkoxide); 아연 시트레이트(zinc citrate); 아연 트리플루오로아세테이트와 같은 아연 아세테이트(zinc acetate); 아연 카보닐레이트(zinc carbonylate); 아연 카보네이트(zinc carbonate); 아연 (메타)아크릴레이트(zinc (meth)acrylate); 아연 나이트레이트(zinc nitrate); 아연 헥사플루오로아세틸아세토네이트와 같은 아연 아세틸아세토네이트(zinc acetylacetonate); 아연 플루오라이드, 아연 클로라이드, 아연 퍼클로레이트 등과 같은 아연 할라이드(zinc halide); 아연 디메틸디티오카바메이트와 같은 아연 티오카바메이트(zinc thiocarbamate); 아연 트리플루오로메탄설포네이트와 같은 아연 설포네이트(zinc sulfonate); 아연 운데실레이트(zinc undecylate); 아연 포스페이트; 아연 테트라플루오로보레이트와 같은 아연 보레이트(zinc borate); 및 이들의 수화물에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.        Zinc containing compounds include zinc hydroxide; Zinc alkoxides; Zinc citrate; Zinc acetates such as zinc trifluoroacetate; Zinc carbonylate; Zinc carbonate; Zinc (meth) acrylate; Zinc nitrate; Zinc acetylacetonate such as zinc hexafluoroacetylacetonate; Zinc halides such as zinc fluoride, zinc chloride, zinc perchlorate and the like; Zinc thiocarbamate such as zinc dimethyldithiocarbamate; Zinc sulfonate such as zinc trifluoromethanesulfonate; Zinc undecylate; Zinc phosphate; Zinc borate such as zinc tetrafluoroborate; And at least one selected from their hydrates, but is not limited thereto.

인듐 함유 화합물은 인듐 히드록사이드(indium hydroxide); 인듐 알콕시드(indium alkoxide); 인듐 시트레이트(indium citrate); 인듐 아세테이트(indium acetate); 인듐 카보네이트(indium carbonate); 인듐 (메타)아크릴레이트(indium (meth)acrylate); 인듐 나이트레이트(indium nitrate); 인듐 아세틸아세토네이트(indium acetylacetonate); 인듐 클로라이드, 인듐 플루오라이드 등과 같은 인듐 할라이드(indium halide); 인듐 티오카바메이트(indium thiocarbamate); 인듐 설포네이트(indium sulfonate); 인듐 운데실레이트(indium undecylate); 인듐 보레이트(indium borate); 및 이들의 수화물에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Indium-containing compounds include indium hydroxide; Indium alkoxide; Indium citrate; Indium acetate; Indium carbonate; Indium (meth) acrylate; Indium nitrate; Indium acetylacetonate; Indium halides such as indium chloride, indium fluoride and the like; Indium thiocarbamate; Indium sulfonate; Indium undecylate; Indium borate; And at least one selected from their hydrates, but is not limited thereto.

마그네슘 함유 화합물은 마그네슘 클로라이드, 마그네슘 플루오라이드 등과 같은 할로겐화물; 아세테이트 화합물; 카르보닐 화합물; 카보네이트 화합물; 나이트레이트 화합물; 알콕시드 화합물; 설페이트 화합물; 및 이들의 수화물에서 선택될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 마그네슘 함유 화합물의 구체적인 예로는 마그네슘 아세테이트(magnesium acetate), 마그네슘 클로라이드(magnesium chloride), 마그네슘 나이트레이트(magnesium nitrate), 마그네슘 설페이트(magnesium sulfate) 및 이들의 수화물 등을 들 수 있으며, 이들 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. Magnesium containing compounds include halides such as magnesium chloride, magnesium fluoride and the like; Acetate compounds; Carbonyl compounds; Carbonate compounds; Nitrate compounds; Alkoxide compounds; Sulfate compounds; And hydrates thereof, but is not limited thereto. Specific examples of magnesium-containing compounds include magnesium acetate, magnesium chloride, magnesium nitrate, magnesium sulfate and hydrates thereof, and at least one selected from these. It may include.

아연 함유 화합물, 인듐 함유 화합물 및 마그네슘 함유 화합물은 상술한 화합물들을 다양하게 조합하여 사용할 수 있으나, 그 중에서도 아연 함유 화합물로 아연 아세테이트 수화물을 사용하고 인듐 함유 화합물로 인듐 나이트레이트 수화물을 사용하고 마그네슘 함유 화합물로 마그네슘 나이트레이트 수화물을 사용한 경우 용해도가 높은 용액 조성물을 제조할 수 있으며 이에 따라 균일한 박막을 확보할 수 있다.Zinc-containing compounds, indium-containing compounds, and magnesium-containing compounds may be used in various combinations of the above-mentioned compounds. Among them, zinc acetate hydrates are used as zinc-containing compounds, indium nitrate hydrates are used as indium-containing compounds, and magnesium-containing compounds. When the low magnesium nitrate hydrate is used, a high solubility solution composition may be prepared, thereby ensuring a uniform thin film.

상기 전구체 용액에서 아연과 인듐은 약 1:10 내지 약 10:1의 원자수 비율로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 약 1:10 내지 1:1의 원자수 비율로 포함될 수 있고, 약 1:5 내지 5:1의 원자수 비율로 포함될 수 있고, 약 1:5 내지 1:1의 원자수 비율로 포함될 수 있다. 상기 비율은 산화물 반도체 박막 형성 후에도 거의 그대로 유지되며, 아연과 인듐이 상기 비율로 포함되는 경우 전구체 용액으로부터 형성된 산화물 박막이 반도체 특성을 가질 수 있다.In the precursor solution, zinc and indium may be included in an atomic ratio of about 1:10 to about 10: 1, and may be included in an atomic ratio of about 1:10 to 1: 1 within the above range, and about 1: It may be included in an atomic ratio of 5 to 5: 1, and may be included in an atomic ratio of about 1: 5 to 1: 1. The ratio is almost maintained even after the oxide semiconductor thin film is formed, and when the zinc and indium are included in the ratio, the oxide thin film formed from the precursor solution may have semiconductor characteristics.

또한 상기 전구체 용액에서 아연과 마그네슘은 약 1:0.01 내지 약 1:4의 원자수 비율로 포함될 수 있다. 또한 상기 전구체 용액에서 인듐과 아연의 총 원자수에 대하여 마그네슘은 약 1:0.004 내지 1:0.4의 비율로 포함될 수 있다. 상기 비율은 산화물 반도체 박막 형성 후에도 거의 그대로 유지될 수 있다. 마그네슘은 전구체 용액으로부터 형성된 산화물 반도체가 박막 트랜지스터와 같은 전자 소자에 적용될 때 전자 소자의 문턱 전압 및 전류 특성을 조절하는 인자로 작용할 수 있다. 이 때 마그네슘이 상기 비율로 포함되는 경우 양호한 문턱 전압 및 전류 특성을 나타내면서도 인듐과 아연의 함량이 크게 줄지 않아 충분한 온 전류를 확보할 수 있다. 이에 대하여 후술한다. In addition, zinc and magnesium in the precursor solution may be included in an atomic ratio of about 1: 0.01 to about 1: 4. In addition, magnesium may be included in a ratio of about 1: 0.004 to 1: 0.4 based on the total number of atoms of indium and zinc in the precursor solution. The ratio can be maintained almost intact even after forming the oxide semiconductor thin film. Magnesium may act as a factor for controlling the threshold voltage and current characteristics of the electronic device when the oxide semiconductor formed from the precursor solution is applied to the electronic device such as a thin film transistor. In this case, when magnesium is included in the ratio, sufficient on-current can be obtained because the content of indium and zinc is not greatly reduced while showing good threshold voltage and current characteristics. This will be described later.

아연 함유 화합물, 인듐 함유 화합물 및 마그네슘 함유 화합물은 전구체 용액의 총 함량에 대하여 각각 약 0.01 내지 30 중량%로 함유될 수 있다. 각 성분이 상기 범위로 함유되는 경우 용해도를 확보할 수 있다.The zinc containing compound, the indium containing compound and the magnesium containing compound may be contained in about 0.01 to 30% by weight, respectively, relative to the total content of the precursor solution. Solubility can be ensured when each component is contained in the said range.

상기 전구체 용액은 용액 안정화제를 더 포함할 수 있다. 용액 안정화제는 알코올 아민 화합물, 알킬 암모늄 하이드록시 화합물, 알킬 아민 화합물, 케톤 화합물, 산 화합물, 염기 화합물 및 탈이온수(deionized water) 등에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으며, 예컨대 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 모노이소프로필아민, N,N-메틸에탄올아민, 아미노에틸 에탄올아민, 디에틸렌글리콜아민, 2-(아미노에톡시)에탄올, N-t-부틸에탄올아민, N-t-부틸디에탄올아민, 테트라메틸암모늄하이드록시드, 메틸아민, 에틸아민, 아세틸아세톤, 염산, 질산, 황산, 초산, 수산화암모늄, 수산화칼륨 및 수산화나트륨에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. The precursor solution may further comprise a solution stabilizer. Solution stabilizers may include one or more selected from alcohol amine compounds, alkyl ammonium hydroxy compounds, alkyl amine compounds, ketone compounds, acid compounds, base compounds and deionized water, and the like, for example monoethanolamine, diethanol Amine, triethanolamine, monoisopropylamine, N, N-methylethanolamine, aminoethyl ethanolamine, diethyleneglycolamine, 2- (aminoethoxy) ethanol, Nt-butylethanolamine, Nt-butyldiethanolamine, Tetramethylammonium hydroxide, methylamine, ethylamine, acetylacetone, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, acetic acid, ammonium hydroxide, potassium hydroxide and sodium hydroxide.

용액 안정화제는 전구체 용액에 포함되어 다른 성분의 용해도를 높일 수 있다. 따라서 전구체 용액으로부터 얻는 산화물 반도체 박막은 균일하게 형성될 수 있다. 용액 안정화제는 상술한 다른 성분의 종류 및 함량에 따라 함유량이 달라질 수 있으나, 전구체 용액의 총 함량에 대하여 약 0.01 내지 30 중량%로 함유될 수 있다. 용액 안정화제가 상기 범위로 함유되는 경우 용해도 및 박막 코팅성을 높일 수 있다. Solution stabilizers can be included in the precursor solution to increase the solubility of other components. Therefore, the oxide semiconductor thin film obtained from the precursor solution can be formed uniformly. The solution stabilizer may vary in content depending on the type and content of the other components described above, but may be contained in an amount of about 0.01 to 30 wt% based on the total content of the precursor solution. When the solution stabilizer is contained in the above range, solubility and thin film coating property can be improved.

아연 함유 화합물, 인듐 함유 화합물, 마그네슘 함유 화합물 및 용액 안정화제는 용매에 혼합되어 전구체 용액으로 제조된다. 이 때 아연 함유 화합물 및 인듐 함유 화합물은 각각 용매에 혼합된 용액으로 제조된 후 이들을 혼합하고 여기에 마그네슘 함유 화합물 또는 마그네슘 함유 화합물이 포함되어 있는 용액을 혼합할 수 있다. 용액 안정화제는 각 성분의 용액에 각각 첨가될 수도 있고 각 용액을 혼합한 후에 첨가될 수도 있다. 또는 아연 함유 화합물, 인듐 함유 화합물, 마그네슘 함유 화합물 및 용액 안정화제를 용매에 함께 혼합하여 전구체 용액을 제조할 수도 있다.Zinc-containing compounds, indium-containing compounds, magnesium-containing compounds and solution stabilizers are mixed into a solvent to prepare a precursor solution. At this time, the zinc-containing compound and the indium-containing compound may be prepared in a solution mixed in a solvent, respectively, and then mixed, and a magnesium-containing compound or a solution containing a magnesium-containing compound may be mixed therein. Solution stabilizers may be added to the solutions of each component, respectively, or may be added after mixing of each solution. Alternatively, the zinc-containing compound, the indium-containing compound, the magnesium-containing compound and the solution stabilizer may be mixed together in a solvent to prepare a precursor solution.

이 때 용매는 상술한 성분을 용해할 수 있으면 특히 한정되지 않으며, 예컨대 탈이온수, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-프로폭시에탄올 2-부톡시에탄올, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 디에틸렌글리콜메틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 톨루엔, 크실렌, 헥산, 헵탄, 옥탄, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에틸에테르, 메틸메톡시프로피온산, 에틸에톡시프로피온산, 에틸락트산, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜메틸에테르, 프로필렌글리콜프로필에테르, 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 디에틸렌글리콜메틸아세테이트, 디에틸렌글리콜에틸아세테이트, 아세톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논, 디메틸포름아미드(DMF), N,N-디메틸아세트아미드(DMAc), N-메틸-2-피롤리돈, γ-부틸로락톤, 디에틸에테르, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 디글라임, 테트라히드로퓨란, 아세틸아세톤 및 아세토니트릴에서 선택될 수 있으며, 이들 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. At this time, the solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the above-mentioned components. For example, deionized water, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2-propoxyethanol 2-butoxy Ethanol, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, diethylene glycol methyl ether, diethylene glycol ethyl ether, dipropylene glycol methyl ether, toluene, xylene, hexane, heptane, octane, ethyl acetate, butyl acetate, diethylene glycol dimethyl Ether, diethylene glycol dimethyl ethyl ether, methyl methoxy propionic acid, ethyl ethoxy propionic acid, ethyl lactic acid, propylene glycol methyl ether acetate, propylene glycol methyl ether, propylene glycol propyl ether, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, Diethylene glycol methyl acetate, diethylene glycol ethyl acetate, acetone, methyl isobutyl Ketones, cyclohexanone, dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide (DMAc), N-methyl-2-pyrrolidone, γ-butyrolactone, diethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, diggle Lime, tetrahydrofuran, acetylacetone and acetonitrile may be selected, and may include one or more selected from these.

용매는 전구체 용액의 총 함량에 대하여 상술한 성분을 제외한 잔량으로 포함될 수 있다.The solvent may be included in the remaining amount except for the above-described components with respect to the total content of the precursor solution.

상술한 아연 함유 화합물, 인듐 함유 화합물 및 마그네슘 함유 화합물은 산화물 반도체 박막의 전구체이며, 후술하는 바와 같이 열처리 등을 통해서 인듐, 아연 및 마그네슘을 포함하는 마그네슘 인듐 아연 산화물(MgIZO) 박막으로 성장한다. The zinc-containing compound, the indium-containing compound, and the magnesium-containing compound described above are precursors of an oxide semiconductor thin film, and grow into a magnesium indium zinc oxide (MgIZO) thin film containing indium, zinc, and magnesium through heat treatment, as described later.

이와 같이 용액 형태로부터 산화물 반도체 박막을 형성함으로써 진공 증착 등의 복잡하고 고가의 공정을 수행할 필요없이 제조 공정을 단순화할 수 있다.Thus, by forming the oxide semiconductor thin film from the solution form, it is possible to simplify the manufacturing process without having to perform a complicated and expensive process such as vacuum deposition.

본 발명의 다른 구현예에 따른 전구체 용액은 아연 함유 화합물, 인듐 함유 화합물 및 하프늄(Hf)을 함유하는 화합물(이하 '하프늄 함유 화합물'이라 한다)을 포함한다. Precursor solution according to another embodiment of the present invention includes a compound containing a zinc-containing compound, an indium-containing compound and hafnium (Hf) (hereinafter referred to as 'hafnium-containing compound').

아연 함유 화합물 및 인듐 함유 화합물은 전술한 바와 같으며, 전구체 용액에서 아연과 인듐의 원자수 비율은 약 1:10 내지 10:1로 조절될 수 있다.The zinc containing compound and the indium containing compound are as described above, and the atomic number ratio of zinc and indium in the precursor solution may be adjusted to about 1:10 to 10: 1.

하프늄 함유 화합물은 할로겐화물, 아세테이트 화합물, 카르보닐 화합물, 카보네이트 화합물, 나이트레이트 화합물, 알콕시드 화합물 및 이들의 수화물에서 선택될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 하프늄 함유 화합물의 구체적인 예로는 하프늄 클로라이드(hafnium chloride), 하프늄 플루오라이드(hafnium fluoride) 및 이들의 수화물 등을 들 수 있으며, 이들 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.The hafnium-containing compound may be selected from halides, acetate compounds, carbonyl compounds, carbonate compounds, nitrate compounds, alkoxide compounds, and hydrates thereof, but is not limited thereto. Specific examples of the hafnium-containing compound include hafnium chloride, hafnium fluoride, hydrates thereof, and the like, and may include one or more selected from these.

전구체 용액에서 아연과 하프늄은 약 1:0.01 내지 1:1의 원자수 비율로 포함될 수 있으며, 그 중에서 약 1:0.05 내지 1:0.3의 원자수 비율로 포함될 수 있다. 하프늄은 전구체 용액으로부터 형성된 산화물 반도체가 박막 트랜지스터와 같은 전기 소자에 적용될 때 전기 소자의 문턱 전압 및 전류 특성을 조절하는 인자로 작용할 수 있다. 하프늄이 상기 비율로 포함되는 경우 양호한 문턱 전압 및 전류 특성을 나타내면서도 아연 및 인듐의 함량이 크게 줄지 않아 충분한 온 전류를 확보할 수 있다. 이에 대하여 후술한다. Zinc and hafnium in the precursor solution may be included in an atomic ratio of about 1: 0.01 to 1: 1, and among them, it may be included in an atomic ratio of about 1: 0.05 to 1: 0.3. Hafnium may act as a factor for controlling the threshold voltage and current characteristics of the electric element when the oxide semiconductor formed from the precursor solution is applied to an electric element such as a thin film transistor. When hafnium is included in the above ratio, it is possible to secure sufficient on-current because the content of zinc and indium is not greatly reduced while showing good threshold voltage and current characteristics. This will be described later.

아연 함유 화합물, 인듐 함유 화합물 및 하프늄 함유 화합물은 전구체 용액의 총 함량에 대하여 각각 약 0.01 내지 30 중량%로 함유될 수 있다. 각 성분이 상기 범위로 함유되는 경우 용해도를 확보할 수 있다.The zinc containing compound, the indium containing compound and the hafnium containing compound may be contained in about 0.01 to 30% by weight, respectively, relative to the total content of the precursor solution. Solubility can be ensured when each component is contained in the said range.

상기 전구체 용액은 전술한 용액 안정화제를 더 포함할 수 있다.The precursor solution may further include the above-described solution stabilizer.

여기서 아연 함유 화합물, 인듐 함유 화합물 및 하프늄 함유 화합물은 산화물 반도체 박막의 전구체이며, 후술하는 바와 같이 열처리 등을 통해서 인듐, 아연 및 하프늄을 포함하는 하프늄 인듐 아연 산화물(HfIZO) 박막으로 성장한다.The zinc-containing compound, the indium-containing compound, and the hafnium-containing compound are precursors of the oxide semiconductor thin film, and grow into a hafnium indium zinc oxide (HfIZO) thin film containing indium, zinc, and hafnium through heat treatment and the like as described later.

이와 같이 용액 형태로부터 산화물 반도체 박막을 형성함으로써 진공 증착 등의 복잡하고 고가의 공정을 수행할 필요없이 제조 공정을 단순화할 수 있다.Thus, by forming the oxide semiconductor thin film from the solution form, it is possible to simplify the manufacturing process without having to perform a complicated and expensive process such as vacuum deposition.

상술한 마그네슘 인듐 아연 산화물(MgIZO) 또는 하프늄 인듐 아연 산화물(HfIZO)은 박막 트랜지스터와 같은 전자 소자에서 반도체로 사용될 수 있다.The aforementioned magnesium indium zinc oxide (MgIZO) or hafnium indium zinc oxide (HfIZO) may be used as a semiconductor in an electronic device such as a thin film transistor.

이하 상술한 마그네슘 인듐 아연 산화물(MgIZO) 또는 하프늄 인듐 아연 산화물(HfIZO)을 박막 트랜지스터에 적용한 구현예를 도면을 참고하여 설명한다.Hereinafter, an embodiment in which the above-described magnesium indium zinc oxide (MgIZO) or hafnium indium zinc oxide (HfIZO) is applied to a thin film transistor will be described with reference to the drawings.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. Like parts are designated by like reference numerals throughout the specification. Whenever a portion of a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it includes not only the case where it is "directly on" another portion, but also the case where there is another portion in between. On the contrary, when a part is "just above" another part, there is no other part in the middle.

도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 박막 트랜지스터를 도시한 단면도이다.7 is a cross-sectional view illustrating a thin film transistor according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 7을 참고하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 박막 트랜지스터는 기판(110) 위에 게이트 전극(124)이 형성되어 있고 게이트 전극(124) 위에 기판 전면을 덮는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. Referring to FIG. 7, in the thin film transistor according to the exemplary embodiment, the gate electrode 124 is formed on the substrate 110, and the gate insulating layer 140 covering the entire surface of the substrate is formed on the gate electrode 124. .

게이트 절연막(140) 위에는 게이트 전극(124)과 중첩하는 산화물 반도체(154)가 형성되어 있다. 산화물 반도체(154)는 인듐(In), 아연(Zn) 및 마그네슘(Mg)을 포함하는 상술한 마그네슘 인듐 아연 산화물(MgIZO) 또는 인듐(In), 아연(Zn) 및 하프늄(Hf)을 포함하는 하프늄 인듐 아연 산화물(HfIZO)로 만들어진다.An oxide semiconductor 154 overlapping the gate electrode 124 is formed on the gate insulating layer 140. The oxide semiconductor 154 includes the above-described magnesium indium zinc oxide (MgIZO) or indium (In), zinc (Zn) and hafnium (Hf) including indium (In), zinc (Zn) and magnesium (Mg). Made of hafnium indium zinc oxide (HfIZO).

산화물 반도체(154)는 산소 결함(oxygen vacancy)의 개수로 캐리어(carrier) 농도를 조절할 수 있는데, 마그네슘(Mg) 및 하프늄(Hf)은 이온 상태에서 산화력이 강하여 산화시 산소 결함을 감소시킬 수 있으므로 캐리어(carrier)의 농도를 용이하게 조절할 수 있다. 또한 마그네슘(Mg) 및 하프늄(Hf)은 산화되었을 때 대역폭(band gap)이 크므로 오프 상태에서 전도성(conductivity)이 크게 낮아져 누설 전류를 낮출 수 있다. 따라서 마그네슘 인듐 아연 산화물(MgIZO) 또는 하프늄 인듐 아연 산화물(HfIZO)이 박막 트랜지스터와 같은 전자 소자에서 반도체로 적용될 때 문턱 전압 및 전류 특성을 개선할 수 있다.The oxide semiconductor 154 may adjust the carrier concentration by the number of oxygen vacancy. Since magnesium (Mg) and hafnium (Hf) have strong oxidizing power in an ionic state, oxygen oxide may be reduced during oxidation. The concentration of the carrier can be easily adjusted. In addition, since magnesium (Mg) and hafnium (Hf) have a large bandwidth when oxidized, conductivity in the off state may be significantly lowered, thereby reducing leakage current. Therefore, when magnesium indium zinc oxide (MgIZO) or hafnium indium zinc oxide (HfIZO) is applied to a semiconductor in an electronic device such as a thin film transistor, the threshold voltage and current characteristics may be improved.

산화물 반도체(154) 위에는 서로 마주하는 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)이 형성되어 있다. 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 턴온시 산화물 반도체(154)와 전기적으로 연결되어 있다. 이 때 박막 트랜지스터의 채널(channel)(Q)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 산화물 반도체(154)에 형성된다.The source electrode 173 and the drain electrode 175 facing each other are formed on the oxide semiconductor 154. The source electrode 173 and the drain electrode 175 are electrically connected to the oxide semiconductor 154 when turned on. At this time, a channel Q of the thin film transistor is formed in the oxide semiconductor 154 between the source electrode 173 and the drain electrode 175.

이하 도 7의 박막 트랜지스터를 제조하는 방법에 대하여 도 8 내지 도 10을 도 7과 함께 참고하여 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the thin film transistor of FIG. 7 will be described with reference to FIGS. 8 to 10 along with FIG. 7.

도 8 내지 도 10은 도 7의 박막 트랜지스터를 제조하는 방법을 차례로 보여주는 단면도이다.8 through 10 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing the thin film transistor of FIG. 7.

박막 트랜지스터를 제조하기에 앞서, 먼저 상술한 아연 함유 화합물, 인듐 함유 화합물, 마그네슘 함유 화합물 및 용액 안정화제를 용매에서 혼합한 산화물 반도체용 전구체 용액을 준비한다. 이 때 각 성분을 용매에서 혼합한 후에 전구체 용액을 예컨대 상온(약 25℃) 내지 약 100℃의 온도에서 약 1 내지 100시간 동안 교반할 수 있으며, 이 때 교반기를 사용하거나 초음파를 사용할 수 있다. 이와 같이 교반 단계를 수행함으로써 용해성 및 박막 코팅성을 개선할 수 있다. 이어서 약 1 내지 240시간 동안 에이징(aging) 단계를 더 수행할 수 있다. 이와 같이 제조된 전구체 용액은 졸(sol) 형태일 수 있다.Prior to manufacturing the thin film transistor, first, a precursor solution for an oxide semiconductor in which a zinc-containing compound, an indium-containing compound, a magnesium-containing compound, and a solution stabilizer are mixed in a solvent is prepared. At this time, after mixing each component in a solvent, the precursor solution may be stirred for about 1 to 100 hours at a temperature of, for example, room temperature (about 25 ° C) to about 100 ° C, and at this time, an agitator or ultrasonic waves may be used. By performing the stirring step as described above, solubility and thin film coating property can be improved. The aging step can then be further performed for about 1 to 240 hours. The precursor solution prepared as described above may be in sol form.

도 8을 참고하면, 유리, 규소 또는 플라스틱 따위로 만들어진 기판(110) 위에 도전층을 적층한 후 이를 사진 식각하여 게이트 전극(124)을 형성한다.Referring to FIG. 8, a gate electrode 124 is formed by stacking a conductive layer on a substrate 110 made of glass, silicon, or plastic and then etching the photo.

다음 도 9를 참고하면, 게이트 전극(124) 위에 산화규소(SiO2), 질화규소(SiNx) 또는 유기 절연막 따위를 적층하여 게이트 절연막(140)을 형성한다.Next, referring to FIG. 9, a gate insulating layer 140 is formed by stacking silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN x ), or an organic insulating layer on the gate electrode 124.

다음 도 10을 참고하면, 게이트 절연막(140) 위에 산화물 반도체(154)를 형성한다. 산화물 반도체(154)는 인듐 함유 화합물, 아연 함유 화합물 및 마그네슘 함유 화합물을 포함한 마그네슘 인듐 아연 산화물의 전구체 용액 또는 인듐 함유 화합물, 아연 함유 화합물 및 하프늄 함유 화합물을 포함한 하프늄 인듐 아연 산화물의 전구체 용액을 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 잉크젯 인쇄, 분사(spray), 침지(dipping), 롤-투-롤(roll-to-roll) 또는 나노 임프린트(nano imprint) 등의 방법으로 형성한다. Next, referring to FIG. 10, an oxide semiconductor 154 is formed on the gate insulating layer 140. The oxide semiconductor 154 is spin coated with a precursor solution of magnesium indium zinc oxide including an indium containing compound, a zinc containing compound and a magnesium containing compound or a precursor solution of hafnium indium zinc oxide including an indium containing compound, a zinc containing compound and a hafnium containing compound. , Slit coating, inkjet printing, spraying, dipping, roll-to-roll or nano imprint.

이어서, 상기 전구체 용액을 열처리하여 마그네슘 인듐 아연 산화물(MgIZO)박막 또는 하프늄 인듐 아연 산화물(HfIZO) 박막으로 성장시킨다. 이 때 열처리는 비교적 낮은 온도에서 선경화(prebake)하여 졸(sol) 상태의 용액을 겔(gel) 상태로 만든 후 고온에서 수행할 수 있다. Subsequently, the precursor solution is heat-treated to grow a magnesium indium zinc oxide (MgIZO) thin film or a hafnium indium zinc oxide (HfIZO) thin film. In this case, the heat treatment may be performed at a high temperature after prebake at a relatively low temperature to prepare a sol solution in a gel state.

다음 도 7을 참고하면, 산화물 반도체(154) 위에 도전층을 적층한 후 이를 사진 식각하여 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)을 형성한다.
Next, referring to FIG. 7, the conductive layer is stacked on the oxide semiconductor 154 and then photo-etched to form the source electrode 173 and the drain electrode 175.

이하 실시예를 통해서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples. However, the following examples are merely for illustrative purposes and do not limit the scope of the present invention.

실시예Example I-1 I-1

용액 조성물의 제조Preparation of Solution Composition

아연 아세테이트 이수화물(zinc acetate dihydrate), 인듐 나이트레이트 수화물(indium nitrate hydrate) 및 마그네슘 나이트레이트 수화물(magnesium nitrate hydrate)을 준비한다. 용매에 상기 아연 아세테이트 이수화물, 인듐 나이트레이트 수화물, 마그네슘 나이트레이트 수화물 및 용액 안정제를 넣고 혼합하여 0.5M의 혼합 용액을 제조한다. 이 때 용매는 2-메톡시에탄올을 사용하며 마그네슘 함량에 따라 25 내지 28㎖을 준비한다. 용액 안정제는 모노에탄올아민 및 아세트산을 사용하며, 모노에탄올아민 및 아세트산은 1:1의 비율로 용매에 4g씩 넣는다. 이 때 인듐과 아연의 원자수 비(몰비)는 3:2로 고정하고 아연과 마그네슘의 원자수 비는 1:0.1로 포함한다. Zinc acetate dihydrate, indium nitrate hydrate and magnesium nitrate hydrate are prepared. The zinc acetate dihydrate, indium nitrate hydrate, magnesium nitrate hydrate and a solution stabilizer were added to the solvent and mixed to prepare a 0.5 M mixed solution. At this time, the solvent uses 2-methoxyethanol and prepares 25 to 28 ml depending on the magnesium content. The solution stabilizer uses monoethanolamine and acetic acid, and monoethanolamine and acetic acid are added 4 g in a solvent at a ratio of 1: 1. At this time, the atomic number ratio (molar ratio) of indium and zinc is fixed at 3: 2, and the atomic number ratio of zinc and magnesium is 1: 0.1.

이어서 핫 플레이트에서 70℃에서 1시간 동안 교반한 후 24시간 동안 에이징하여 졸(sol) 형태의 마그네슘 인듐 아연 산화물의 전구체 용액을 제조한다.
Subsequently, the mixture was stirred at 70 ° C. for 1 hour on a hot plate and then aged for 24 hours to prepare a precursor solution of magnesium indium zinc oxide in sol form.

박막 트랜지스터의 제조Fabrication of Thin Film Transistors

유리 기판 위에 몰리브덴텅스텐(MoW)을 약 2000Å 적층하고 사진 식각하여 소정 모양의 게이트 전극을 형성한다. 이어서 질화규소(silicon nitride)를 화학 기상 증착 방법으로 약 2000Å 적층하여 게이트 절연막을 형성한다. 게이트 절연막 위에 상기에서 제조된 전구체 용액을 스핀 코팅한 후 선경화한다. 이 때 스핀 코팅은 3000rpm의 속도로 30초 동안 수행하고 선경화는 핫 플레이트에서 300℃에서 5분 동안 수행한다. 이어서 기판을 퍼니스(furnace)에 두고 550℃에서 2시간 열처리하여 마그네슘 인듐 아연 산화물(MgIZO) 반도체 박막을 성장시킨다. 이어서 탄탈륨 1000Å을 적층하고 사진 식각하여 소스 전극 및 드레인 전극을 형성한다.
Molybdenum tungsten (MoW) is laminated on the glass substrate and photoetched to form a gate electrode having a predetermined shape. Subsequently, silicon nitride is deposited by a chemical vapor deposition method to form a gate insulating film. The precursor solution prepared above is spin coated on the gate insulating film and then precured. At this time, spin coating is performed for 30 seconds at a speed of 3000rpm and precuring is carried out for 5 minutes at 300 ℃ on a hot plate. Subsequently, the substrate is placed in a furnace and heat treated at 550 ° C. for 2 hours to grow a magnesium indium zinc oxide (MgIZO) semiconductor thin film. Subsequently, 1000 Å of tantalum is laminated and photo-etched to form a source electrode and a drain electrode.

실시예Example I-2 I-2

아연과 마그네슘의 원자수 비가 1:0.2 인 것을 제외하고는 실시예 I-1과 동일한 방법으로 마그네슘 인듐 아연 산화물의 전구체 용액을 제조하고 박막 트랜지스터를 제조한다.
A precursor solution of magnesium indium zinc oxide was prepared in the same manner as in Example I-1 except that the atomic ratio of zinc and magnesium was 1: 0.2, and a thin film transistor was prepared.

실시예Example I-3 I-3

아연과 마그네슘의 원자수 비가 1:0.3 인 것을 제외하고는 실시예 I-1과 동일한 방법으로 마그네슘 인듐 아연 산화물의 전구체 용액을 제조하고 박막 트랜지스터를 제조한다.
A precursor solution of magnesium indium zinc oxide was prepared in the same manner as in Example I-1 except that the atomic ratio of zinc and magnesium was 1: 0.3, and a thin film transistor was prepared.

실시예Example I-4 I-4

아연과 마그네슘의 원자수 비가 1:0.4 인 것을 제외하고는 실시예 I-1과 동일한 방법으로 마그네슘 인듐 아연 산화물의 전구체 용액을 제조하고 박막 트랜지스터를 제조한다.
A precursor solution of magnesium indium zinc oxide was prepared in the same manner as in Example I-1 except that the atomic ratio of zinc and magnesium was 1: 0.4, and a thin film transistor was prepared.

실시예Example IIII -1-One

용액 조성물의 제조Preparation of Solution Composition

아연 아세테이트 이수화물, 인듐 나이트레이트 수화물 및 마그네슘 나이트레이트 수화물을 준비한다. 용매에 상기 아연 아세테이트 이수화물, 인듐 나이트레이트 수화물, 마그네슘 나이트레이트 수화물 및 용액 안정제를 넣고 혼합하여 0.2M의 혼합 용액을 제조한다. 이 때 용매는 2-메톡시에탄올을 사용하며 용액 안정제는 모노에탄올아민 및 아세트산을 사용한다.Zinc acetate dihydrate, indium nitrate hydrate and magnesium nitrate hydrate are prepared. The zinc acetate dihydrate, indium nitrate hydrate, magnesium nitrate hydrate and the solution stabilizer were added to the solvent and mixed to prepare a mixed solution of 0.2 M. At this time, the solvent is 2-methoxyethanol, and the solution stabilizer is monoethanolamine and acetic acid.

이 때 인듐과 아연의 원자수 비(몰비)는 3:1로 고정하고 아연과 마그네슘의 원자수 비는 1:0.1로 포함한다. At this time, the atomic number ratio (molar ratio) of indium and zinc is fixed at 3: 1, and the atomic number ratio of zinc and magnesium is 1: 0.1.

이어서 핫 플레이트에서 70℃에서 1시간 동안 교반한 후 24시간 동안 에이징하여 졸(sol) 형태의 마그네슘 인듐 아연 산화물의 전구체 용액을 제조한다.
Subsequently, the mixture was stirred at 70 ° C. for 1 hour on a hot plate and then aged for 24 hours to prepare a precursor solution of magnesium indium zinc oxide in sol form.

박막 트랜지스터의 제조Fabrication of Thin Film Transistors

유리 기판 위에 스퍼터링으로 몰리브덴(Mo)을 약 2000Å 적층하여 게이트 전극을 형성한다. 이어서 질화규소를 화학 기상 증착 방법으로 약 4000Å 적층하여 게이트 절연막을 형성한다. 게이트 절연막 위에 상기에서 제조된 전구체 용액을 스핀 코팅한 후 선경화한다. 이 때 스핀 코팅은 1000rpm의 속도로 30초 동안 수행하고 선경화는 핫 플레이트에서 250℃에서 1분 동안 수행한다. 이어서 기판을 핫 플레이트에 두고 450℃에서 1시간 열처리하여 마그네슘 인듐 아연 산화물(MgIZO) 반도체 박막을 성장시킨다. 이어서 알루미늄 1000Å을 적층하고 사진 식각하여 소스 전극 및 드레인 전극을 형성한다.
Molybdenum (Mo) is deposited on the glass substrate by sputtering at about 2000 mm 3 to form a gate electrode. Subsequently, about 4000 GPa of silicon nitride is deposited by chemical vapor deposition to form a gate insulating film. The precursor solution prepared above is spin coated on the gate insulating film and then precured. At this time, spin coating is performed for 30 seconds at a speed of 1000rpm and precuring is performed for 1 minute at 250 ℃ on a hot plate. Subsequently, the substrate is placed on a hot plate and heat-treated at 450 ° C. for 1 hour to grow a magnesium indium zinc oxide (MgIZO) semiconductor thin film. Subsequently, 1000 알루미늄 aluminum is laminated and photo-etched to form a source electrode and a drain electrode.

실시예Example IIII -2-2

아연과 마그네슘의 원자수 비가 1:0.3 인 것을 제외하고는 실시예 II-1과 동일한 방법으로 마그네슘 인듐 아연 산화물의 전구체 용액을 제조하고 박막 트랜지스터를 제조한다.
A precursor solution of magnesium indium zinc oxide was prepared in the same manner as in Example II-1 except that the atomic ratio of zinc and magnesium was 1: 0.3, and a thin film transistor was prepared.

실시예Example IIII -3-3

아연과 마그네슘의 원자수 비가 1:0.5 인 것을 제외하고는 실시예 II-1과 동일한 방법으로 마그네슘 인듐 아연 산화물의 전구체 용액을 제조하고 박막 트랜지스터를 제조한다.
A precursor solution of magnesium indium zinc oxide was prepared in the same manner as in Example II-1 except that the atomic ratio of zinc and magnesium was 1: 0.5, and a thin film transistor was prepared.

실시예Example IIIIII -1-One

용액 조성물의 제조Preparation of Solution Composition

아연 아세테이트 이수화물, 인듐 나이트레이트 수화물 및 마그네슘 나이트레이트 수화물을 준비한다. 용매에 상기 아연 아세테이트 이수화물, 인듐 나이트레이트 수화물, 마그네슘 나이트레이트 수화물 및 용액 안정제를 넣고 혼합하여 0.5M의 혼합 용액을 제조한다. 이 때 용매는 2-메톡시에탄올을 사용하며 용액 안정제는 모노에탄올아민 및 아세트산을 사용한다.Zinc acetate dihydrate, indium nitrate hydrate and magnesium nitrate hydrate are prepared. The zinc acetate dihydrate, indium nitrate hydrate, magnesium nitrate hydrate and a solution stabilizer were added to the solvent and mixed to prepare a 0.5 M mixed solution. At this time, the solvent is 2-methoxyethanol, and the solution stabilizer is monoethanolamine and acetic acid.

이 때 인듐과 아연의 원자수 비(몰비)는 9:1로 고정하고 아연과 마그네슘의 원자수 비는 1:1로 포함한다. At this time, the atomic number ratio (molar ratio) of indium and zinc is fixed at 9: 1, and the atomic number ratio of zinc and magnesium is 1: 1.

이어서 핫 플레이트에서 70℃에서 1시간 동안 교반한 후 24시간 동안 에이징하여 졸(sol) 형태의 마그네슘 인듐 아연 산화물의 전구체 용액을 제조한다.
Subsequently, the mixture was stirred at 70 ° C. for 1 hour on a hot plate and then aged for 24 hours to prepare a precursor solution of magnesium indium zinc oxide in sol form.

박막 트랜지스터의 제조Fabrication of Thin Film Transistors

유리 기판 위에 스퍼터링으로 몰리브덴(Mo)을 약 2000Å 적층하고 사진 식각하여 소정 모양의 게이트 전극을 형성한다. 이어서 질화규소를 화학 기상 증착 방법으로 약 4000Å 적층하여 게이트 절연막을 형성한다. 게이트 절연막 위에 상기에서 제조된 전구체 용액을 스핀 코팅한 후 선경화한다. 이 때 스핀 코팅은 3000rpm의 속도로 30초 동안 수행하고 선경화는 핫 플레이트에서 350℃에서 5분 동안 수행한다. 이어서 기판을 핫 플레이트에 두고 450℃에서 3시간 열처리하여 마그네슘 인듐 아연 산화물(MgIZO) 반도체 박막을 성장시킨다. 이어서 반도체 박막 위에 채널을 보호하기 위한 에치스토퍼 층을 형성한다. 이어서 몰리브덴 2000Å을 적층하고 사진 식각하여 소스 전극 및 드레인 전극을 형성한다.
About 2000 링 of molybdenum (Mo) is laminated on the glass substrate by sputtering and photo-etched to form a gate electrode having a predetermined shape. Subsequently, about 4000 GPa of silicon nitride is deposited by chemical vapor deposition to form a gate insulating film. The precursor solution prepared above is spin coated on the gate insulating film and then precured. At this time, spin coating is performed for 30 seconds at a speed of 3000rpm and precuring is performed for 5 minutes at 350 ℃ on a hot plate. Subsequently, the substrate is placed on a hot plate and heat-treated at 450 ° C. for 3 hours to grow a magnesium indium zinc oxide (MgIZO) semiconductor thin film. An etch stopper layer is then formed over the semiconductor thin film to protect the channel. Subsequently, 2000 Å of molybdenum is laminated and photo-etched to form a source electrode and a drain electrode.

실시예Example IIIIII -2-2

아연과 마그네슘의 원자수 비가 1:2 인 것을 제외하고는 실시예 III-1과 동일한 방법으로 마그네슘 인듐 아연 산화물의 전구체 용액을 제조하고 박막 트랜지스터를 제조한다.
A precursor solution of magnesium indium zinc oxide was prepared in the same manner as in Example III-1 except that the atomic ratio of zinc and magnesium was 1: 2, and a thin film transistor was prepared.

실시예Example IIIIII -3-3

아연과 마그네슘의 원자수 비가 1:4 인 것을 제외하고는 실시예 III-1과 동일한 방법으로 마그네슘 인듐 아연 산화물의 전구체 용액을 제조하고 박막 트랜지스터를 제조한다.
A precursor solution of magnesium indium zinc oxide was prepared in the same manner as in Example III-1 except that the atomic ratio of zinc and magnesium was 1: 4, and a thin film transistor was prepared.

실시예Example IVIV -1-One

용액 조성물의 제조Preparation of Solution Composition

아연 아세테이트 이수화물, 인듐 나이트레이트 수화물 및 하프늄 클로라이드(hafnium chloride)를 준비한다. 용매에 상기 아연 아세테이트 이수화물, 인듐 나이트레이트 수화물, 하프늄 클로라이드 및 용액 안정제를 넣고 혼합하여 0.5M의 혼합 용액을 제조한다. 이 때 용매는 2-메톡시에탄올을 사용하며 마그네슘 함량에 따라 25 내지 28㎖을 준비한다. 용액 안정제는 모노에탄올아민 및 아세트산을 사용하며, 모노에탄올아민 및 아세트산은 1:1의 비율로 용매에 4g씩 넣는다. Zinc acetate dihydrate, indium nitrate hydrate and hafnium chloride are prepared. The zinc acetate dihydrate, indium nitrate hydrate, hafnium chloride and a solution stabilizer were added to the solvent and mixed to prepare a 0.5 M mixed solution. At this time, the solvent uses 2-methoxyethanol and prepares 25 to 28 ml depending on the magnesium content. The solution stabilizer uses monoethanolamine and acetic acid, and monoethanolamine and acetic acid are added 4 g in a solvent at a ratio of 1: 1.

이 때 인듐과 아연의 몰비(원자수 비)는 3:2로 고정하고 아연과 하프늄의 원자수 비는 1:0.05로 포함한다. In this case, the molar ratio (atomic number ratio) of indium and zinc is fixed at 3: 2 and the atomic number ratio of zinc and hafnium is 1: 0.05.

이어서 핫 플레이트에서 70℃에서 1시간 동안 교반한 후 24시간 동안 에이징하여 졸(sol) 형태의 하프늄 인듐 아연 산화물의 전구체 용액을 제조한다.
Subsequently, the mixture was stirred at 70 ° C. for 1 hour on a hot plate and then aged for 24 hours to prepare a precursor solution of hafnium indium zinc oxide in sol form.

박막 트랜지스터의 제조Fabrication of Thin Film Transistors

유리 기판 위에 몰리브덴텅스텐(MoW)을 약 2000Å 적층하고 사진 식각하여 소정 모양의 게이트 전극을 형성한다. 이어서 질화규소(silicon nitride)를 화학 기상 증착 방법으로 약 2000Å 적층하여 게이트 절연막을 형성한다. 게이트 절연막 위에 상기에서 제조된 전구체 용액을 스핀 코팅한 후 선경화한다. 이 때 스핀 코팅은 3000rpm의 속도로 30초 동안 수행하고 선경화는 핫 플레이트에서 300℃에서 5분 동안 수행한다. 이어서 기판을 퍼니스(furnace)에 두고 550℃에서 2시간 열처리하여 하프늄 인듐 아연 산화물(HfIZO) 반도체 박막을 성장시킨다. 이어서 탄탈륨 1000Å을 적층하고 사진 식각하여 소스 전극 및 드레인 전극을 형성한다.
Molybdenum tungsten (MoW) is laminated on the glass substrate and photoetched to form a gate electrode having a predetermined shape. Subsequently, silicon nitride is deposited by a chemical vapor deposition method to form a gate insulating film. The precursor solution prepared above is spin coated on the gate insulating film and then precured. At this time, spin coating is performed for 30 seconds at a speed of 3000rpm and precuring is carried out for 5 minutes at 300 ℃ on a hot plate. Subsequently, the substrate is placed in a furnace and heat treated at 550 ° C. for 2 hours to grow a hafnium indium zinc oxide (HfIZO) semiconductor thin film. Subsequently, 1000 Å of tantalum is laminated and photo-etched to form a source electrode and a drain electrode.

실시예Example IVIV -2-2

아연과 하프늄의 원자수 비가 1:0.1 인 것을 제외하고는 실시예 IV-1과 동일한 방법으로 하프늄 인듐 아연 산화물의 전구체 용액을 제조하고 박막 트랜지스터를 제조한다.
A precursor solution of hafnium indium zinc oxide was prepared in the same manner as in Example IV-1 except that the atomic ratio of zinc and hafnium was 1: 0.1, and a thin film transistor was prepared.

실시예Example IVIV -3-3

아연과 하프늄의 원자수 비가 1:0.2 인 것을 제외하고는 실시예 IV-1과 동일한 방법으로 하프늄 인듐 아연 산화물의 전구체 용액을 제조하고 박막 트랜지스터를 제조한다.
A precursor solution of hafnium indium zinc oxide was prepared in the same manner as in Example IV-1 except that the atomic ratio of zinc and hafnium was 1: 0.2, and a thin film transistor was prepared.

실시예Example IVIV -4-4

아연과 하프늄의 원자수 비가 1:0.3 인 것을 제외하고는 실시예 IV-1과 동일한 방법으로 하프늄 인듐 아연 산화물의 전구체 용액을 제조하고 박막 트랜지스터를 제조한다.
A precursor solution of hafnium indium zinc oxide was prepared in the same manner as in Example IV-1 except that the atomic ratio of zinc and hafnium was 1: 0.3, and a thin film transistor was prepared.

비교예Comparative example 1 One

마그네슘 나이트레이트 수화물을 포함하지 않은 것을 제외하고는 실시예 I-1과 동일한 방법으로 전구체 용액을 제조하고 박막 트랜지스터를 제조한다.
A precursor solution was prepared and a thin film transistor was prepared in the same manner as in Example I-1, except that magnesium nitrate hydrate was not included.

비교예Comparative example 2 2

하프늄 클로라이드를 포함하지 않은 것을 제외하고는 실시예 IV-1과 동일한 방법으로 전구체 용액을 제조하고 박막 트랜지스터를 제조한다.
A precursor solution was prepared in the same manner as in Example IV-1 except that hafnium chloride was not included, and a thin film transistor was prepared.

성능 평가 1Performance evaluation 1

실시예 I-1 내지 I-4 및 비교예 1에 따른 전구체 용액을 사용하여 제조된 박막 트랜지스터를 사용하여 마그네슘 함량에 따른 문턱 전압, 전류 비 및 전하 이동도를 평가한다.Using the thin film transistors prepared using the precursor solutions according to Examples I-1 to I-4 and Comparative Example 1, the threshold voltage, current ratio and charge mobility according to magnesium content were evaluated.

평가 결과는 하기 표 1 및 도 1을 참고하여 설명한다.Evaluation results will be described with reference to Table 1 and FIG. 1.

도 1은 실시예 I-1 내지 I-4와 비교예 1에 따른 박막 트랜지스터의 전류 특성을 보여주는 그래프이다.1 is a graph showing the current characteristics of the thin film transistor according to Examples I-1 to I-4 and Comparative Example 1.

[표 1] TABLE 1

Figure pat00001
Figure pat00001

표 1 및 도 1을 참고하면, 실시예 I-1 내지 I-4에 따른 박막 트랜지스터는 양호한 문턱 전압 및 전류 비를 나타내면서도 약 0.5㎠/Vs 이상의 안정된 전하 이동도를 가짐을 알 수 있다. 이에 반해, 비교예 1에 따른 박막 트랜지스터는 높은 문턱 전압을 가질 뿐만 아니라 높은 오프 전류(Ioff)로 인해 전류 비가 크게 낮은 것을 알 수 있다. 따라서 마그네슘 인듐 아연 산화물(MgIZO)을 반도체 박막으로 사용한 경우 박막 트랜지스터의 특성이 개선됨을 알 수 있다.
Referring to Table 1 and FIG. 1, it can be seen that the thin film transistors according to Examples I-1 to I-4 have stable charge mobility of about 0.5 cm 2 / Vs while showing good threshold voltage and current ratios. On the contrary, it can be seen that the thin film transistor according to Comparative Example 1 not only has a high threshold voltage but also has a low current ratio due to the high off current I off . Therefore, it can be seen that the characteristics of the thin film transistor are improved when magnesium indium zinc oxide (MgIZO) is used as the semiconductor thin film.

성능 평가 2Performance evaluation 2

실시예 I-1 내지 I-4 및 비교예 1에 따른 전구체 용액을 사용하여 제조된 박막 트랜지스터의 히스테리시스(hysteresis) 특성을 평가한다. 히스테리시스 특성은 박막 트랜지스터에 순 바이어스(forward bias) 및 역 바이어스(backward bias)를 각각 걸어주고 소정 전류 범위에서의 순 바이어스 인가시 전압값과 역 바이어스 인가시 전압값의 변화량을 확인함으로써 평가할 수 있다.The hysteresis characteristics of the thin film transistors prepared using the precursor solutions according to Examples I-1 to I-4 and Comparative Example 1 were evaluated. The hysteresis characteristics can be evaluated by applying forward bias and backward bias to the thin film transistor, respectively, and confirming the change in voltage value when the forward bias is applied and the reverse value when the reverse bias is applied in the predetermined current range.

평가 결과는 도 2a 및 도 2b를 참고하여 설명한다.The evaluation result will be described with reference to FIGS. 2A and 2B.

도 2a 및 도 2b는 실시예 I-1 내지 I-4에 따른 전구체 용액을 사용하여 제조된 박막 트랜지스터의 히스테리시스 특성을 보여주는 그래프이다.2A and 2B are graphs showing hysteresis characteristics of thin film transistors manufactured using the precursor solutions according to Examples I-1 to I-4.

구체적으로, 도 2a는 실시예 I-2에서 제조된 전구체 조성물을 사용한 박막 트랜지스터의 그래프이고, 도 2b는 실시예 I-3에서 제조된 전구체 조성물을 사용한 박막 트랜지스터의 그래프이다.Specifically, FIG. 2A is a graph of a thin film transistor using the precursor composition prepared in Example I-2, and FIG. 2B is a graph of a thin film transistor using the precursor composition prepared in Example I-3.

도 2a에서, 순 바이어스 곡선(FB) 및 역 바이어스 곡선(BB)이 'A' 부분에서 전압값의 변화가 크지 않은 경우 히스테리시스 특성이 양호한 것으로 평가할 수 있는데, 도면에서 보는 바와 같이 'A' 부분에서 두 곡선(FB, BB)이 거의 일치함으로써 양호한 히스테리시스 특성을 가짐을 알 수 있다.In FIG. 2A, the hysteresis characteristic is good when the forward bias curve FB and the reverse bias curve BB are not largely changed in the 'A' portion, as shown in the 'A' portion. It can be seen that the two curves FB and BB almost coincide with good hysteresis characteristics.

마찬가지로, 도 2b에서 순 바이어스 곡선(FB) 및 역 바이어스 곡선(BB)이 'A' 부분에서 거의 일치함으로써 양호한 히스테리시스 특성을 가짐을 알 수 있다.
Similarly, it can be seen that the forward bias curve FB and the reverse bias curve BB in FIG. 2B almost coincide in the 'A' portion, thereby having good hysteresis characteristics.

성능 평가 3Performance rating 3

실시예 II-1 내지 II-3에서 제조된 전구체 용액을 사용한 박막 트랜지스터의 이동도 및 턴온 전압을 평가한다. The mobility and turn-on voltage of the thin film transistors using the precursor solutions prepared in Examples II-1 to II-3 were evaluated.

평가 결과에 대하여 표 2 및 도 3을 참조한다.See Table 2 and FIG. 3 for evaluation results.

도 3은 실시예 II-1 내지 II-3에서 제조된 전구체 용액을 사용한 박막 트랜지스터의 전류 특성을 보여주는 그래프이다. 도 3에서, 'A', 'B' 및 'C'는 각각 실시예 II-1, 실시예 II-2 및 실시예 II-3에 따라 제조된 전구체 용액을 사용한 박막 트랜지스터의 전류 특성을 보여준다.3 is a graph showing current characteristics of thin film transistors using the precursor solutions prepared in Examples II-1 to II-3. In FIG. 3, 'A', 'B' and 'C' show current characteristics of the thin film transistor using the precursor solution prepared according to Example II-1, Example II-2, and Example II-3, respectively.

[표 2]TABLE 2

Figure pat00002
Figure pat00002

표 2 및 도 3을 참고하면, 실시예 II-1 내지 II-3에 따른 박막 트랜지스터는 턴온 전압 및 이동도가 양호한 범위로 나타나는 것을 알 수 있다.
Referring to Table 2 and FIG. 3, it can be seen that the thin film transistors according to Examples II-1 to II-3 appear in a good range of turn-on voltage and mobility.

성능 평가 4Performance rating 4

실시예 III-1 내지 III-3에서 제조된 전구체 용액을 사용한 박막 트랜지스터의 이동도 및 턴온 전압을 평가한다.The mobility and turn-on voltage of the thin film transistors using the precursor solutions prepared in Examples III-1 to III-3 were evaluated.

평가 결과에 대하여 표 3 및 도 4를 참조한다.See Table 3 and FIG. 4 for evaluation results.

도 4는 실시예 III-1 내지 III-3에서 제조된 전구체 용액을 사용한 박막 트랜지스터의 전류 특성을 보여주는 그래프이다.4 is a graph showing current characteristics of thin film transistors using the precursor solutions prepared in Examples III-1 to III-3.

[표 3]  [Table 3]

Figure pat00003
Figure pat00003

표 3 및 도 4를 참고하면, 실시예 III-1 내지 III-3에 따른 박막 트랜지스터는 양호한 문턱 전압 및 전류 비를 나타내는 것을 알 수 있다.
Referring to Table 3 and FIG. 4, it can be seen that the thin film transistors according to Examples III-1 to III-3 exhibit good threshold voltage and current ratios.

성능 평가 5Performance rating 5

실시예 IV-1 내지 IV-4와 비교예 2에 따라 제조된 전구체 용액을 사용한 박막 트랜지스터의 전하 이동도, 문턱 전압 및 전류 비를 평가한다.The charge mobility, threshold voltage and current ratio of the thin film transistors using the precursor solutions prepared according to Examples IV-1 to IV-4 and Comparative Example 2 were evaluated.

평가 결과는 하기 표 4 및 도 5를 참고하여 설명한다.Evaluation results will be described with reference to Table 4 and FIG. 5.

도 5는 실시예 IV-1 내지 IV-4와 비교예 2에 따라 제조된 전구체 용액을 사용한 박막 트랜지스터의 전류 특성을 보여주는 그래프이다.5 is a graph showing the current characteristics of the thin film transistor using the precursor solution prepared according to Examples IV-1 to IV-4 and Comparative Example 2.

[표 4][Table 4]

Figure pat00004
Figure pat00004

표 4 및 도 5를 참고하면, 실시예 IV-1 내지 IV-4에 따라 제조된 전구체 용액을 사용한 박막 트랜지스터는 낮은 문턱 전압 및 높은 전류 비를 나타내면서도 약 0.5㎠/Vs 이상의 안정된 전하 이동도를 가짐을 알 수 있다. 이에 반해 비교예 2에 따른 박막 트랜지스터는 높은 문턱 전압을 가질 뿐만 아니라 높은 최소 전류 값(오프 전류)으로 인해 전류 비가 크게 낮은 것을 알 수 있다. 따라서 하프늄 인듐 아연 산화물(HfIZO)을 반도체 박막으로 사용한 경우 박막 트랜지스터의 특성이 개선됨을 알 수 있다.
Referring to Table 4 and FIG. 5, the thin film transistors using the precursor solutions prepared according to Examples IV-1 to IV-4 exhibit stable charge mobility of about 0.5 cm 2 / Vs or more while exhibiting low threshold voltage and high current ratio. It can be seen that. On the contrary, it can be seen that the thin film transistor according to Comparative Example 2 not only has a high threshold voltage but also a very low current ratio due to a high minimum current value (off current). Therefore, when hafnium indium zinc oxide (HfIZO) is used as the semiconductor thin film, it can be seen that the characteristics of the thin film transistor are improved.

성능 평가 6Performance Evaluation 6

실시예 IV-2, 실시예 IV-3 및 비교예 2에 따른 전구체 용액을 사용하여 제조된 박막 트랜지스터의 히스테리시스 특성을 평가한다. The hysteresis characteristics of the thin film transistors prepared using the precursor solutions according to Example IV-2, Example IV-3, and Comparative Example 2 were evaluated.

평가 결과는 도 6a 및 도 6b를 참고하여 설명한다.The evaluation result will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.

도 6a 및 도 6b는 실시예 IV-2, 실시예 IV-3과 비교예 2에 따른 박막 트랜지스터의 히스테리시스 특성을 보여주는 그래프이다.6A and 6B are graphs showing hysteresis characteristics of thin film transistors according to Example IV-2, Example IV-3, and Comparative Example 2. FIG.

구체적으로, 도 6a는 실시예 IV-2에 따라 제조된 전구체 용액을 사용한 박막 트랜지스터의 그래프이고, 도 6b는 실시예 IV-3에 따라 제조된 전구체 용액을 사용한 박막 트랜지스터의 그래프이다.Specifically, FIG. 6A is a graph of a thin film transistor using a precursor solution prepared according to Example IV-2, and FIG. 6B is a graph of a thin film transistor using a precursor solution prepared according to Example IV-3.

도 6a에서 보는 바와 같이, 순 바이어스 곡선(FB) 및 역 바이어스 곡선(BB)이 'A' 부분에서 거의 일치함으로써 양호한 히스테리시스 특성을 가짐을 알 수 있다. 마찬가지로, 도 6b에서 순 바이어스 곡선(FB) 및 역 바이어스 곡선(BB)이 'A' 부분에서 거의 일치함으로써 양호한 히스테리시스 특성을 가짐을 알 수 있다. As shown in FIG. 6A, it can be seen that the forward bias curve FB and the reverse bias curve BB almost coincide in the portion 'A' and thus have good hysteresis characteristics. Similarly, it can be seen that the forward bias curve FB and the reverse bias curve BB in FIG. 6B almost coincide in the portion 'A' and thus have good hysteresis characteristics.

상술한 실시예에서는 바텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터에 대해서만 예시적으로 설명하였지만 이에 한정되지 않고 탑 게이트 구조의 박막 트랜지스터 등 어떠한 구조의 박막 트랜지스터에도 동일하게 적용할 수 있다. 또한 상술한 실시예에서는 산화물 반도체를 박막 트랜지스터에 적용하는 것을 예시적으로 설명하였지만 이에 한정되지 않고 반도체 박막이 필요한 어떠한 전자 소자에도 동일하게 적용할 수 있다.In the above-described embodiment, only a thin film transistor having a bottom gate structure has been exemplarily described. In addition, in the above-described embodiment, the application of the oxide semiconductor to the thin film transistor has been exemplarily described, but the present invention is not limited thereto.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of the invention.

110: 기판 124: 게이트 전극
140: 게이트 절연막 154: 반도체
173: 소스 전극 175: 드레인 전극
Q: 박막 트랜지스터의 채널110: substrate 124: gate electrode
140: gate insulating film 154: semiconductor
173: source electrode 175: drain electrode
Q: channel of thin film transistor

Claims (21)

아연을 함유하는 제1 화합물,
인듐을 함유하는 제2 화합물, 그리고
마그네슘을 함유하는 제3 화합물
을 포함하는 산화물 박막 형성용 용액 조성물.
A first compound containing zinc,
A second compound containing indium, and
Third compound containing magnesium
Solution composition for forming an oxide thin film comprising a.
제1항에서,
상기 아연과 상기 마그네슘의 원자수 비율은 1:0.01 내지 1:4인 산화물 박막 형성용 용액 조성물.
In claim 1,
The atomic number ratio of the zinc and the magnesium is 1: 0.01 to 1: 4 solution composition for forming an oxide thin film.
제2항에서,
상기 아연과 상기 인듐의 원자수 비율은 1:10 내지 10:1인 산화물 박막 형성용 용액 조성물.
In claim 2,
The atomic number ratio of the zinc and the indium is 1:10 to 10: 1 solution composition for forming an oxide thin film.
제2항에서,
상기 아연과 상기 인듐의 원자수 비율은 1:5 내지 5:1인 산화물 박막 형성용 용액 조성물.
In claim 2,
The atomic number ratio of the zinc and the indium is 1: 5 to 5: 1 solution composition for forming an oxide thin film.
제2항에서,
상기 아연과 상기 인듐의 원자수 비율은 1:10 내지 1:1인 산화물 박막 형성용 용액 조성물.
In claim 2,
The atomic number ratio of the zinc and the indium is 1:10 to 1: 1 solution composition for forming an oxide thin film.
제2항에서,
상기 아연과 상기 인듐의 원자수 비율은 1:5 내지 1:1인 산화물 박막 형성용 용액 조성물.
In claim 2,
The atomic number ratio of the zinc and the indium is 1: 5 to 1: 1 solution composition for forming an oxide thin film.
제1항에서,
상기 제3 화합물은 마그네슘 아세테이트(magnesium acetate), 마그네슘 클로라이드(magnesium chloride), 마그네슘 나이트레이트(magnesium nitrate), 마그네슘 설페이트(magnesium sulfate) 및 이들의 수화물에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 산화물 박막 형성용 용액 조성물.
In claim 1,
The third compound is a solution composition for forming an oxide thin film comprising at least one selected from magnesium acetate, magnesium chloride, magnesium nitrate, magnesium sulfate, and hydrates thereof .
제7항에서,
상기 제1 화합물은 아연 히드록사이드, 아연 알콕사이드, 아연 시트레이트, 아연 아세테이트, 아연 카보네이트, 아연 (메타)아크릴레이트, 아연 나이트레이트, 아연 아세틸아세토네이트, 아연 할라이드, 아연 티오카바메이트, 아연 설포네이트, 아연 운데실레이트, 아연 포스페이트, 아연 보레이트 및 이들의 수화물에서 선택된 적어도 하나를 포함하고,
상기 제2 화합물은 인듐 히드록사이드, 인듐 알콕시드, 인듐 시트레이트, 인듐 아세테이트, 인듐 카보네이트, 인듐 (메타)아크릴레이트, 인듐 나이트레이트, 인듐 아세틸아세토네이트, 인듐 할라이드, 인듐 티오카바메이트, 인듐 설포네이트, 인듐 운데실레이트, 인듐 보레이트 및 이들의 수화물에서 선택된 적어도 하나를 포함하는
산화물 박막 형성용 용액 조성물.
In claim 7,
The first compound is zinc hydroxide, zinc alkoxide, zinc citrate, zinc acetate, zinc carbonate, zinc (meth) acrylate, zinc nitrate, zinc acetylacetonate, zinc halide, zinc thiocarbamate, zinc sulfonate At least one selected from zinc undecylate, zinc phosphate, zinc borate and hydrates thereof,
The second compound is indium hydroxide, indium alkoxide, indium citrate, indium acetate, indium carbonate, indium (meth) acrylate, indium nitrate, indium acetylacetonate, indium halide, indium thiocarbamate, indium sulfo At least one selected from nate, indium undecylate, indium borate, and hydrates thereof
Solution composition for forming an oxide thin film.
제8항에서,
상기 제1 화합물은 아연 아세테이트 수화물을 포함하고, 상기 제2 화합물은 인듐 나이트레이트 수화물을 포함하는 산화물 박막 형성용 용액 조성물.
9. The method of claim 8,
The first compound comprises a zinc acetate hydrate, the second compound is an indium nitrate hydrate solution composition for forming a thin film.
제1항에서,
알코올 아민 화합물, 알킬 암모늄 하이드록시 화합물, 알킬 아민 화합물, 케톤 화합물, 산 화합물, 염기 화합물 및 탈이온수에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 산화물 박막 형성용 용액 조성물.
In claim 1,
Solution composition for forming an oxide thin film further comprising at least one selected from an alcohol amine compound, an alkyl ammonium hydroxy compound, an alkyl amine compound, a ketone compound, an acid compound, a base compound, and deionized water.
아연, 인듐 및 마그네슘을 포함하는 산화물 반도체를 포함하는 전기 소자.
An electrical device comprising an oxide semiconductor comprising zinc, indium and magnesium.
제11항에서,
상기 산화물 반도체는 상기 아연과 상기 마그네슘의 원자수 비율이 1:0.01 내지 1:4로 포함되어 있는 전기 소자.
In claim 11,
The oxide semiconductor is an electrical device containing the atomic number ratio of the zinc and the magnesium in 1: 0.01 to 1: 4.
제12항에서,
상기 산화물 반도체는 상기 아연과 상기 인듐의 원자수 비율이 1:10 내지 10:1인 전자 소자.
In claim 12,
The oxide semiconductor is an electronic device of the atomic number ratio of the zinc and the indium is 1:10 to 10: 1.
제12항에서,
상기 산화물 반도체는 상기 아연과 상기 인듐의 원자수 비율이 1:5 내지 5:1인 전기 소자.
In claim 12,
The oxide semiconductor is an electrical device in which the atomic number ratio of the zinc and the indium is 1: 5 to 5: 1.
제12항에서,
상기 산화물 반도체는 상기 아연과 상기 인듐의 원자수 비율은 1:10 내지 1:1인 전자 소자.
In claim 12,
In the oxide semiconductor, the atomic number ratio of the zinc and the indium is 1:10 to 1: 1.
제12항에서,
상기 산화물 반도체는 상기 아연과 상기 인듐의 원자수 비율은 1:5 내지 1:1인 전자 소자.
In claim 12,
The oxide semiconductor is an electronic device ratio of the atomic number of the zinc and the indium is 1: 5 to 1: 1.
제11항에서,
상기 전자 소자는 박막 트랜지스터이고,
상기 박막 트랜지스터는
상기 산화물 반도체와 중첩하는 게이트 전극,
상기 산화물 반도체와 전기적으로 연결되어 있는 소스 전극, 그리고
상기 산화물 반도체와 전기적으로 연결되어 있으며 상기 소스 전극과 마주하는 드레인 전극을 더 포함하는
전기 소자.
In claim 11,
The electronic device is a thin film transistor,
The thin film transistor is
A gate electrode overlapping the oxide semiconductor,
A source electrode electrically connected to the oxide semiconductor, and
And a drain electrode electrically connected to the oxide semiconductor and facing the source electrode.
Electrical elements.
아연을 함유하는 제1 화합물,
인듐을 함유하는 제2 화합물, 그리고
하프늄을 함유하는 제3 화합물
을 포함하고,
상기 아연과 상기 하프늄의 원자수 비율은 1:0.01 내지 1:1인 산화물 박막 형성용 용액 조성물.
A first compound containing zinc,
A second compound containing indium, and
Third compound containing hafnium
Including,
The atomic number ratio of the zinc and the hafnium is 1: 0.01 to 1: 1 solution composition for forming an oxide thin film.
제18항에서,
상기 아연과 상기 하프늄의 원자수 비율은 1:0.05 내지 1:0.3인 산화물 박막 형성용 용액 조성물.
The method of claim 18,
The atomic number ratio of the zinc and the hafnium is 1: 0.05 to 1: 0.3 solution composition for forming an oxide thin film.
제18항에서,
상기 제1 화합물은 아연 아세테이트 수화물이고, 상기 제2 화합물은 인듐 나이트레이트 수화물이고, 상기 제3 화합물은 하프늄 클로라이드인
산화물 박막 형성용 용액 조성물.
The method of claim 18,
The first compound is zinc acetate hydrate, the second compound is indium nitrate hydrate, and the third compound is hafnium chloride
Solution composition for forming an oxide thin film.
제18항에서,
알코올 아민 화합물, 알킬 암모늄 하이드록시 화합물, 알킬 아민 화합물, 케톤 화합물, 산 화합물, 염기 화합물 및 탈이온수에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 산화물 박막 형성용 용액 조성물.


The method of claim 18,
Solution composition for forming an oxide thin film further comprising at least one selected from an alcohol amine compound, an alkyl ammonium hydroxy compound, an alkyl amine compound, a ketone compound, an acid compound, a base compound, and deionized water.


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