Low temperature processed IGTO thin-film and transistor for high performance

Abstract

본 연구에서는 현재 디스플레이 개발 방향에 맞춰 저온 공정이 가능한 고성능 Metal oxide Thin film transistors (TFTs) 개발을 목표로 하고 있다. 이를 달성하기 위해 저온 공정이 가능한 IGTO 박막 및 TFT의 연구를 선행으로 진행하였고, 전체 저온 공정의 Hybrid Gate dielectric이 적용된 IGTO Top gate TFT의 특성을 확인하였다. 먼저, IGTO 연구에서는 Sputtering 공정 압력에 따른 박막 및 TFT 특성 변화를 관찰하였다. 200℃의 공정 온도에서 제작된 비정질 IGTO TFT는 공정 압력이 7mtorr에서 3mtorr로 감소함에 따라 전계 이동도 (μFE) 26.2 → 32.4 cm2/Vs, 부문턱 기울기 (Subthreshold Swing, SS) 0.41 → 0.11 V/decade 의 전기적 특성 향상을 보였다. 추가로 공정 압력이 감소함에 따라 향상되는 PBS, NBS의 신뢰성 특성을 확보하였다. 이는 공정 압력 감소에 따라 Sputter Chamber 내부에서 발생하는 스퍼터링된 입자들의 충돌 정도가 감소하게 되고, 이 때문에 기판에 도달하였을 때 박막을 형성할 수 있는 운동 에너지가 더 증가하는 것으로 설명할 수 있다. 이 같은 현상으로 인해 IGTO 채널과 ITO 전극 간 접촉 저항이 개선되며 표면 및 밀도 특성의 개선, 내부 화학적 결합 변화가 발생하여 전기적 특성이 향상되는 것으로 판단할 수 있다. 150℃의 공정 온도 조건에서 또한 공정 압력 감소에 따른 같은 경향을 확인 할 수 있었고 가장 낮은 공정 압력의 3mtorr 조건에서 IGTO TFT는 전계 이동도 (μFE) 35.0 cm2/Vs, 부문턱 기울기 (Subthreshold Swing, SS) 0.17 V/decade, 문턱 전압 (VTH) -0.45 V, 전류 점멸 비 (ION/OFF) ~108 의 고성능 전기적 특성을 보임을 확인하였다. 최종적으로 이처럼 저온 공정이 가능한 IGTO 채널을 활용하여, 전체 공정 온도 150℃에서 Hybrid 절연막을 적층한 IGTO Top gate TFT를 제작하였다.