IGTO/TiN/ITO 전극 구조를 통한 비정질 IGZO 박막 트랜지스터의 접촉 저항 개선

Abstract

본 연구는 산화물 반도체의 접촉 저항 개선을 통해 메모리 소자의 집적화로 인한 접촉 저항 이슈를 개선하고 향후 Si을 대체할 차세대 소재로의 적용 가능성을 확인하고자 하였다. 채널 물질로는 두께와 조성비 조절이 용이한 PEALD (Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition)로 최적 조성비의 인듐 갈륨 아연 산화물 (IGZO)을 증착하였다. 전극 구조로는 Sputtering 방식을 통해 인듐 갈륨 주석 산화물 (IGTO), 티타늄 질화물 (TiN)을 적용하였고, 그 위에 Capping Layer로 인듐 주석 산화물 (ITO)를 증착하였다. 높은 전도성을 가지는 IGTO 중간층의 n+ layer 역할과 TiN 중간층의 Oxygen Scavenging을 통해 접촉 저항 개선 효과를 기대하였다. TLM (Transmisson Line Method) 분석을 통해 IGTO 중간층 두께 B조건에서 IGTO/TiN/ITO 전극 구조를 적용하였을 때, 접촉 비저항 (ρc) 수치를 7.65 × 10-6 Ω∙cm2까지 개선하였다. 이는 소자 제작 과정에서 500 ℃ 열처리를 진행하였음에도 안정적인 전기적 특성 및 접촉 저항을 확보하였다. IGTO 중간층의 특정 두께에서 접촉 저항이 개선된 원인으로는 IGTO 중간층의 특정 두께 이상에서 결정화로 보고 있다. 결정화가 진행되면서 결정 입계 (Grain Boundary)를 통한 층 간의 Intermixing이 발생하고, 그로 인해 접촉 저항이 열화된 것으로 예상하고 있다. 앞선 전극 구조가 적용된 IGZO 기반 박막 트랜지스터(TFT)를 제작하고 전기적 특성을 평가하였을 때, 접촉 저항이 가장 개선되었던 IGTO-B/TiN/ITO 전극 구조에서 이동도 (μFE) 48.02 cm2/Vs으로 ITO 단일 전극보다 약 20.7% 증가하였다. 108 mV/decade의 낮은 SS, -0.61 V의 VTH, 그리고 > 108 의 ION/OFF 점멸비를 보이며 우수한 소자 특성을 확보하였다.