IGTO, IGZO 산화물 반도체의 접촉 저항에 대한 Ti, TiN 중간층의 영향

Abstract

본 연구는 산화물 반도체의 접촉 저항 개선을 통해 기존 실리콘 기반 반도체를 대체할 물질로써 적용 가능성 확보를 위해 진행되었다. 산화물 반도체의 접촉 저항을 낮추기 위해 티타늄, 티타늄 질화물 (Ti, TiN) 중간층이 적용된 인듐 갈륨 주석 산화물 (IGTO), 인듐 갈륨 아연 산화물 (IGZO) 박막 트랜지스터 (Thin Film Transistors, TFTs)의 제조에 대한 연구를 제안하였다. 이는 티타늄의 산화물 생성 에너지가 높음을 통해, 산화물 반도체 층의 산소 공공 형성을 유발시켜 전자 농도를 향상 시킬 것으로 판단하였기 때문이다. 전자 농도가 높은 IGTO 박막의 경우, 공정 시 가스 유량, Ti 중간층의 두께를 조절하여 우수한 접촉 저항을 확보하기 위한 실험을 진행하였다. 이때 가스 유량 Ar:O2 = 20:0 sccm, Ti 중간층의 두께 3 nm 조건에서 TLM 분석을 통해 ρC = 2.98 x 10-6 Ω∙cm2 의 낮은 접촉 저항을 확인하였다. 이후 확보한 접촉 저항을 기반으로 반도체 소자 성능 확보를 위해 IGZO 박막을 이용하여 실험을 진행하였으며, 500도 이상의 고온 열처리에도 안정적인 특성을 보이는 TiN 중간층을 적용하였다. IGZO 트랜지스터에 TiN 중간층 적용 결과, 비접촉 저항 (ρC = 4.81 x 10-5 Ω∙cm2), 전계 효과 이동도 (μFE = 27.35 cm2/Vs), Subthreshold Swing (SS = 0.120V/decade)의 결과를 얻었다. 이를 통해 기존 ITO 단일 전극 TFT에 비하여 22.3%의 이동도 개선 효과를 보이는 우수한 소자 성능을 확보하였다.