고이동도 산화물 박막 트랜지스터 소자 개발에 대한 연구

Abstract

본 연구는 고이동도를 갖는 Metal oxide Thin film transistors (TFTs) 개발을 위해 두 가지 다른 공정을 제안하였다. 첫 번째 공정방식은 금속 유도를 이용한 산화물 반도체의 저온 결정화 연구이다. Tantalum 금속을 이용하여 300°C의 저온 열처리에서 비정질 ZnSnO (ZTO) 의 결정화가 발견되었다. 비정질 ZTO TFT는 전계이동도 12.4cm2/Vs, subthreshold swing (SS) 0.39 V/decade, VTH 1.5 V, Ion/off ~107 의 특성을 나타냈다. 결정화가 된 ZTO TFT는 전계이동도 33.5cm2/Vs 로 상당한 향상을 보였다. 결정화는 비정질 ZTO 박막 전체에서 발생하였다. 또한 TaOx/ZTO 계면으로부터 ZTO/SiO2 계면으로 깊이 방향으로 격자의 규칙성이 증가하였다. 이는 TaOx/ZTO 계면 부근에서 핵 생성과 성장이 시작되었다는 것을 의미한다. 이러한 ZTO/SiO2 계면 부근의 격자 규칙성의 증가가 ZTO TFT의 높은 이동도에 기여할 것으로 기대된다. 두 번째 공정방식은 atomic layer deposition (ALD)를 이용한 산화물 반도체 박막 성장과 특성 연구이다. [3-(dimethylamino)propyl]dimethyl-Indium (DADI), Trimethylgallium (TMGa), Diethylzinc (DEZ)의 precursor를 사용하여 InGaZnO (IGZO) TFT를 제작하였다. 기판온도 250°C 에서 전형적인 ALD 성장을 확인하였다. ALD IGZO TFT는 전계이동도 21.1 cm2/Vs, SS 0.70 V/decade, VTH 0.8 V 의 특성을 나타내었다. 이는 기존 sputtering으로 만든 IGZO 소자와 유사한 특성을 나타내었다. 하지만 PBS 분석에서 ALD IGZO TFT의 신뢰성의 향상을 확인하였다. 이는 Soft한 증착 방식인 ALD 증착 방식으로 인한 계면 charge trapping의 효과적인 감소로 예상할 수 있다.