KR102693443B1 - 인듐 질산화물 박막 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 트랜지스터 - Google Patents
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Abstract
인듐 질산화물 박막의 제조 방법이 제공된다. 상기 인듐 질산화물 박막의 제조 방법은, 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에, 인듐(In)을 포함하는 전구체와 질소(N)를 포함하는 제1 반응물질 및 산소(O)를 포함하는 제2 반응물질을 반응시켜, 인듐 질산화물(InON) 박막을 형성하는 단계, 및 상기 인듐 질산화물 박막에 자외선(UV)과 오존(O3)을 제공하며 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 인듐 질산화물 박막 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 트랜지스터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 원자층 증착 방법(ALD)으로 형성된 인듐 질산화물 박막 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.
Thin film transistor (TFT, 박막 트랜지스터)는 디스플레이 back-plane, 메모리/시스템 반도체 및 광소자 등 다양한 전자/광학 소자 분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 특히 디스플레이 분야에서는 기존에 사용되던 amorphous hydrogenated silicon (a-Si:H) TFT가 낮은 이동도 및 높은 누설 전류의 문제가 존재하여 차세대 고해상도 디스플레이에 대한 활용이 제한적이다.
이를 위해 높은 이동도와 매우 낮은 누설 전류 특성을 가진 산화물 반도체 기반 TFT가 주목받고 있으며, 더 나아가 산화물 반도체보다 더 높은 이동도를 위하여 Zinc oxynitride (ZnON, 아연 질산화물)과 같은 금속 질산화물 반도체가 활발히 연구 중이다.
기존의 산화물 및 질산화물 반도체들의 경우 스퍼터링, 용액 공정과 같은 증착 방법을 통하여 제작되었다. 위의 방식의 증착 방법은 정밀한 두께와 조성의 조절을 통한 전기적/광학적 특성제어가 힘든 단점이 있다.
또한 높은 전기적 특성으로 주목받고 있는 ZnON와 같은 소재는 Zn-N 결합이 준안정상이기 때문에 산화물 반도체 대비 외기에 대한 안정성이 떨어지고 리소그래피와 같은 공정에 쉽게 적용하기 힘들다는 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 표면에서의 인듐-산소 결합(In-O) 비율이 인듐-질소 결합(In-N)의 비율보다 높은 인듐 질산화물 박막 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 트랜지스터를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 표면에서의 산소(O) 함량이 중심부에서의 산소(O) 함량보다 높은 인듐 질산화물 박막 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 트랜지스터를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 박막 내 질소(N)및 산소(O)의 함량 제어가 용이한 인듐 질산화물 박막 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 트랜지스터를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 박막 내 질소(N) 및 산소(O)의 함량에 따라 광학적 특성, 전기적 특성, 및 결정성이 제어된 인듐 질산화물 박막 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 트랜지스터를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 높은 전기적 특성을 가질 뿐만 아니라 외기에 대한 안정성이 높은 인듐 질산화물 박막 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 트랜지스터를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 인듐 질산화물 박막의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 인듐 질산화물 박막의 제조 방법은 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에, 인듐(In)을 포함하는 전구체와 질소(N)를 포함하는 제1 반응물질 및 산소(O)를 포함하는 제2 반응물질을 반응시켜, 인듐 질산화물(InON) 박막을 형성하는 단계, 및 상기 인듐 질산화물 박막에 자외선(UV)과 오존(O3)을 제공하며 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 인듐 질산화물 박막을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 인듐(In)을 포함하는 제1 전구체를 제공하는 단계, 상기 기판 상에 질소(N)를 포함하는 상기 제1 반응물질을 제공하여, 상기 제1 전구체와 상기 제1 반응물질을 반응시키는 단계, 상기 제1 전구체와 상기 제1 반응물질이 반응된 상기 기판 상에 인듐(In)을 포함하는 제2 전구체를 제공하는 단계, 및 상기 기판 상에 산소(O)를 포함하는 상기 제2 반응물질을 제공하여, 상기 제2 전구체와 상기 제2 반응물질을 반응시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기판 상에 상기 제1 전구체를 제공하는 단계, 및 상기 제1 전구체와 상기 제1 반응물질을 반응시키는 단계는 제1 유닛 공정으로 정의되고, 상기 기판 상에 상기 제2 전구체를 제공하는 단계, 및 상기 제2 전구체와 상기 제2 반응물질을 반응시키는 단계는 제2 유닛 공정으로 정의되되, 상기 제1 유닛 공정 및 상기 제2 유닛 공정은 각각 복수회 반복 수행되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 유닛 공정 및 상기 제2 유닛 공정의 반복 수행 횟수를 제어함에 따라, 상기 인듐 질산화물 박막 내 질소(N) 및 산소(O)의 함량이 제어되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 유닛 공정 및 상기 제2 유닛 공정의 반복 수행 횟수를 제어함에 따라, 상기 인듐 질산화물 박막의 광학적 특성, 전기적 특성, 및 결정성이 제어되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 유닛 공정의 반복 수행 횟수가 상기 제2 유닛 공정의 반복 수행 횟수보다 더 많은 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전구체 및 상기 제2 전구체는 같은 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 반응물질은, 질소(N2) 플라즈마 또는 암모니아(NH3) 플라즈마를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 인듐 질산화물 박막에 자외선(UV)과 오존(O3)을 제공하며 열처리하는 단계에서, 상기 인듐 질산화물 박막은 350℃ 미만의 온도에서 열처리되는 것을 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 인듐 질산화물 박막의 제조 방법은 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에, 인듐(In)을 포함하는 전구체와 암모니아(NH3)를 포함하는 반응물질을 반응시켜, 인듐 질산화물(InON) 박막을 형성하는 단계, 및 상기 인듐 질산화물 박막에 자외선(UV)과 오존(O3)을 제공하며 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 인듐 질산화물 박막을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 인듐(In)을 포함하는 상기 전구체를 제공하는 단계, 및 상기 기판 상에 암모니아(NH3)를 포함하는 상기 반응물질을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 전구체를 제공하는 단계, 및 상기 반응물질을 제공하는 단계는 유닛 공정으로 정의되되, 상기 유닛 공정은 복수회 반복 수행되는 것을 포함할 수 있다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 인듐 질산화물 박막을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 인듐(In), 산소(O), 및 질소(N)를 포함하는 인듐 질산화물(InON) 박막에 있어서, 상기 인듐 질산화물 박막의 표면에는 인듐-질소 결합(In-N)의 비율보다 인듐-산소 결합(In-O)의 비율이 높고, 인듐(In)의 함량보다 산소(O)의 함량이 높은 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 인듐 질산화물 박막의 표면에 함유된 산소(O)의 함량은, 상기 인듐 질산화물 박막의 중심부에 함유된 산소(O)의 함량보다 높은 것을 포함할 수 있다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 트랜지스터를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 트랜지스터는 기판, 상기 기판 상에 배치된 절연막, 상기 절연막 상에 배치되는 상기 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막, 및 상기 인듐 질산화물 박막 상에 배치되는 소스 전극과 드레인 전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막의 제조 방법은, 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에, 인듐(In)을 포함하는 전구체와 질소(N)를 포함하는 제1 반응물질 및 산소(O)를 포함하는 제2 반응물질을 반응시켜, 인듐 질산화물(InON) 박막을 형성하는 단계, 및 상기 인듐 질산화물 박막에 자외선(UV)과 오존(O3)을 제공하며 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 트랜지스터의 활성막으로 사용될 수 있는 인듐 질산화물 박막이 제공될 수 있다.
또한, 상기 인듐 질산화물 박막을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 인듐(In)을 포함하는 제1 전구체를 제공하는 단계, 상기 기판 상에 질소(N)를 포함하는 상기 제1 반응물질(예를 들어, N2 plasma 또는 NH3 plasma)을 제공하여, 상기 제1 전구체와 상기 제1 반응물질을 반응시키는 단계, 상기 제1 전구체와 상기 제1 반응물질이 반응된 상기 기판 상에 인듐(In)을 포함하는 제2 전구체를 제공하는 단계, 및 상기 기판 상에 산소(O)를 포함하는 상기 제2 반응물질(예를 들어, N2 plasma 또는 NH3 plasma)을 제공하여, 상기 제2 전구체와 상기 제2 반응물질을 반응시키는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 박막 내 산소(O) 및 질소(N)의 함량이 용이하게 제어될 수 있고, 박막 내 산소(O) 및 질소(N)의 함량에 따라 광학적 특성, 전기적 특성, 및 결정성이 제어될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막의 제조 방법 중 S120 단계를 구체적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막의 제조 방법 중 S120 단계의 공정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막이 적용된 트랜지스터를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막의 제조 방법 중 S220 단계를 구체적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막의 제조 방법 중 S220 단계의 공정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 비교 예 및 실험 예에 따른 박막의 결정성을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 비교 예 및 실험 예에 따른 박막의 조성을 비교하는 그래프이다.
도 11은 열처리 여부 따른 본 발명의 실험 예 1에 따른 박막의 조성 변화를 나타내는 도면이다.
도 12는 열처리 온도에 따른 본 발명의 실험 예 1에 따른 박막의 조성 변화를 나타내는 도면이다.
도 13은 증착 온도에 따른 본 발명의 실험 예 1에 따른 박막의 전기적 특성 변화를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실험 예들 및 비교 예들에 따른 박막의 전기적 특성을 비교하는 도면이다.
도 15는 열처리 온도에 따른 본 발명의 실험 예 1에 따른 박막의 전기적 특성 변화를 나타내는 도면이다.
도 16은 열처리 온도에 따른 본 발명의 실험 예 1에 따른 박막의 결정성 변화를 나타내는 도면이다.
도 17은 열처리에 따른 본 발명의 비교 예 1 및 실험 예 1에 따른 박막의 전기적 특성 변화를 나타내는 그래프이다.
도 18은 본 발명의 실험 예 1 및 비교 예 1에 따른 트랜지스터의 transfer 특성을 비교한 도면이다.
도 19는 본 발명의 비교 예 및 실험 예들에 따른 트랜지스터의 전기적 특성을 비교한 도면이다.
도 20은 본 발명의 비교 예들 및 실시 예들에 따른 박막의 광학적 특성을 비교한 도면이다.
도 21은 본 발명의 실험 예들 및 비교 예들에 따른 박막이 활성층으로 적용된 포토-트랜지스터의 특성을 비교한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막의 제조 방법 중 S120 단계를 구체적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막의 제조 방법 중 S120 단계의 공정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막이 적용된 트랜지스터를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막의 제조 방법 중 S220 단계를 구체적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막의 제조 방법 중 S220 단계의 공정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 비교 예 및 실험 예에 따른 박막의 결정성을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 비교 예 및 실험 예에 따른 박막의 조성을 비교하는 그래프이다.
도 11은 열처리 여부 따른 본 발명의 실험 예 1에 따른 박막의 조성 변화를 나타내는 도면이다.
도 12는 열처리 온도에 따른 본 발명의 실험 예 1에 따른 박막의 조성 변화를 나타내는 도면이다.
도 13은 증착 온도에 따른 본 발명의 실험 예 1에 따른 박막의 전기적 특성 변화를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실험 예들 및 비교 예들에 따른 박막의 전기적 특성을 비교하는 도면이다.
도 15는 열처리 온도에 따른 본 발명의 실험 예 1에 따른 박막의 전기적 특성 변화를 나타내는 도면이다.
도 16은 열처리 온도에 따른 본 발명의 실험 예 1에 따른 박막의 결정성 변화를 나타내는 도면이다.
도 17은 열처리에 따른 본 발명의 비교 예 1 및 실험 예 1에 따른 박막의 전기적 특성 변화를 나타내는 그래프이다.
도 18은 본 발명의 실험 예 1 및 비교 예 1에 따른 트랜지스터의 transfer 특성을 비교한 도면이다.
도 19는 본 발명의 비교 예 및 실험 예들에 따른 트랜지스터의 전기적 특성을 비교한 도면이다.
도 20은 본 발명의 비교 예들 및 실시 예들에 따른 박막의 광학적 특성을 비교한 도면이다.
도 21은 본 발명의 실험 예들 및 비교 예들에 따른 박막이 활성층으로 적용된 포토-트랜지스터의 특성을 비교한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막의 제조 방법 중 S120 단계를 구체적으로 설명하기 위한 순서도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막의 제조 방법 중 S120 단계의 공정 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막이 적용된 트랜지스터를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 기판이 준비될 수 있다(S110). 일 실시 예에 따르면, 상기 기판은 실리콘 반도체 기판, 화합물 반도체 기판, 유리 기판, 및 플라스틱 기판 중 어느 하나일 수 있다. 상기 기판의 종류는 제한되지 않는다.
상기 기판 상에 인듐 질산화물(InON) 박막이 형성될 수 있다(S120). 구체적으로, 상기 인듐 질산화물(InON) 박막을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 인듐(In)을 포함하는 제1 전구체(1st precursor)를 제공하는 단계(S121), 상기 기판 상에 질소(N)를 포함하는 상기 제1 반응물질(1st reactant)을 제공하여 상기 제1 전구체와 상기 제1 반응물질을 반응시키는 단계(S123), 상기 제1 전구체와 상기 제1 반응물질이 반응된 상기 기판 상에 인듐(In)을 포함하는 제2 전구체(2nd precursor)를 제공하는 단계(S125), 및 상기 기판 상에 산소(O)를 포함하는 제2 반응물질(2nd reactant)을 제공하여 상기 제2 전구체와 상기 제2 반응물질을 반응시키는 단계(S127)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 제1 전구체와 상기 제1 반응물질이 반응되고, 상기 제2 전구체와 상기 제2 반응물질이 반응됨으로써, 상기 인듐 질산화물(InON) 박막이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전구체와 상기 제2 전구체는 서로 같은 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전구체와 상기 제2 전구체는 TMI(trimethylindium)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 반응물질은 질소(N2) 플라즈마 또는 암모니아(NH3) 플라즈마를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 반응물질은 산소(O2) 플라즈마를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 S121 단계와 상기 S123 단계 사이 및 상기 S123 단계와 상기 S125 단계 사이에는 퍼지(purge) 단계를 포함할 수 있다. 상기 S121 단계와 상기 S123 단계 사이에 포함되는 퍼지 단계는 S122 단계로 정의되고, 상기 S123 단계와 상기 S125 단계 사이에 포함되는 퍼지 단계는 S124 단계로 정의될 수 있다.
또한, 상기 S125 단계와 상기 S127 단계 사이 및 상기 S127 단계 이후에도 퍼지(purge) 단계를 포함할 수 있다. 상기 S125 단계와 상기 S127 단계 사이에 포함되는 퍼지 단계는 S126 단계로 정의되고, 상기 S127 단계 이후 포함되는 퍼지 단계는 S128 단계로 정의될 수 있다.
상기 기판 상에 상기 제1 전구체를 제공하는 단계(S121), 퍼지 단계(S122), 상기 제1 전구체와 상기 제1 반응물질을 반응시키는 단계(S122), 및 퍼지 단계(S124)는 제1 유닛 공정(1st Unit process)으로 정의될 수 있다. 이와 달리, 상기 기판 상에 상기 제2 전구체를 제공하는 단계(S125), 퍼지 단계(S126), 상기 제2 전구체와 상기 제2 반응물질을 반응시키는 단계(S127), 및 퍼지 단계(S128)는 제2 유닛 공정(2nd Unit process)로 정의될 수 있다.
상기 제1 유닛 공정 및 상기 제2 유닛 공정은 각각, 복수회 반복 수행될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 유닛 공정 및 상기 제2 유닛 공정의 반복 수행 횟수를 제어함에 따라 상기 인듐 질산화물 박막 내 질소(N) 및 산소(O)의 함량이 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 유닛 공정의 반복 횟수가 상기 제2 유닛 공정의 반복 횟수보다 상대적으로 많아지는 경우, 상기 인듐 질산화물 박막 내 인듐-질소(In-N) 결합의 비율이 증가할 수 있다. 이에 따라, 상기 인듐 질산화물 박막 내 질소(N)의 함량이 상대적으로 많아질 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 유닛 공정의 반복 횟수가 상기 제1 유닛 공정의 반복 횟수보다 상대적으로 많아지는 경우, 상기 인듐 질산화물 박막 내 인듐-산소(O) 결합의 비율이 증가할 수 있다. 이에 따라, 상기 인듐 질산화물 박막 내 산소(O)의 함량이 상대적으로 많아질 수 있다.
상기 인듐 질산화물 박막 내 질소(N) 및 산소(O)의 함량이 제어됨에 따라, 상기 인듐 질산화물 박막의 광학적 특성, 전기적 특성, 및 결정성이 제어될 수 있다. 즉, 상기 제1 유닛 공정 및 상기 제2 유닛 공정의 반복 수행 횟수를 제어하는 간단한 방법으로 통해, 상기 인듐 질산화물 박막의 광학적 특성, 전기적 특성, 및 결정성이 제어될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 유닛 공정 및 제2 유닛 공정의 반복 수행 횟수가 제어됨에 따라, 상기 인듐 질산화물 박막의 광학적 밴드갭이 2.18eV에서 1.84eV까지 제어될 수 있다. 또한, 상기 인듐 질산화물 박막은, 상기 제2 유닛 공정에 의하여 결정성이 감소되어 나노-결정화(nano-crystalline)될 수 있다.
상기 인듐 질산화물 박막이 형성된 후, 상기 인듐 질산화물 박막에 자외선(UV)과 오존(O3)이 제공되며 열처리될 수 있다(S130). 이에 따라, 상기 인듐 질산화물 박막내 원소들 간의 결합이 안정화되어 상기 인듐 질산화물 박막의 결함이 감소될 수 있다. 또한, 상기 인듐 질산화물 박막에 자외선(UV)과 오존(O3)이 제공되며 열처리됨에 따라, 상기 인듐 질산화물 박막내 인듐-질소(In-N) 결합과 인듐-산소(In-O) 결합의 비율이 변화될 수 있다.
구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 인듐 질산화물 박막(100)의 표면(100a)에는 인듐-질소 결합(In-N)의 비율보다 인듐-산소 결합(In-O)의 비율이 높아질 수 있다. 또한, 상기 인듐 질산화물 박막(100)의 표면(100a)에는 인듐(In)의 함량보다 산소(O)의 함량이 높을 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 인듐 질산화물 박막(100)에 자외선(UV)과 오존(O3)이 제공되며 열처리된 경우, 상기 인듐 질산화물 박막(100)의 표면(100a)에 함유된 산소(O)의 함량이 중심부(100b)에 함유된 산소(O)의 함량보다 높을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 인듐 질산화물 박막(100)에 자외선(UV)과 오존(O3)이 제공되며 열처리되는 온도는 350℃미만일 수 있다. 이와 달리, 상기 인듐 질산화물 박막(100)에 자외선(UV)과 오존(O3)이 제공되는 열처리 온도가 350℃ 이상인 경우, 인듐-질소 결합(In-N)이 모두 인듐-산소(In-O) 결합으로 바뀌게 되어 인듐 질산화물 박막(InON)이 인듐 산화물(In2O3) 박막으로 변하는 문제점이 발생될 수 있다.
상기 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막은 트랜지스터의 활성층으로 사용될 수 있다. 이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막이 적용된 트랜지스터가 설명된다.
도 5를 참조하면, 트랜지스터는 기판(10), 상기 기판(10) 상에 배치된 절연막(20), 상기 절연막(20) 상에 배치된 활성층(100), 및 상기 활성층(100) 상에 배치된 소스 전극(S)과 드레인 전극(D)을 포함할 수 있다. 상기 활성층(100)은 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막(100)일 수 있다. 상술된 트랜지스터의 구조는 예시적인 구조일 뿐, 상기 인듐 질산화물 박막은 다양한 구조의 트랜지스터의 활성층으로 사용될 수 있다. 즉, 상기 인듐 질산화물 박막이 적용될 수 있는 트랜지스터의 종류는 제한되지 않는다.
상기 트랜지스터의 활성층(100)이 과도하게 낮은 저항 값을 갖는 경우, 전류가 흐르면 안되는 depletion 영역에서도 전류가 흐르게 되어, 트랜지스터 고유의 특성(on/off 특성)이 나타나지 않는 문제점이 발생될 수 있다.
상기 인듐 질산화물 박막(100)의 경우, 인듐-질소 결합(In-N)의 비율이 인듐-산소 결합(In-O)이 비율보다 높아짐에 따라 저항 값이 감소될 수 있다. 특히, 상기 트랜지스터의 활성층(100) 표면에서의 저항 값은 트랜지스터 고유의 특성 발현에 많은 영향을 끼칠 수 있다. 따라서, 상기 인듐 질산화물 박막(100)을 트랜지스터의 활성층으로 사용하되, 표면에서 인듐-질소 결합(In-N)의 비율이 인듐-산소 결합(In-O)의 비율보다 높은 상태로 사용하게 되는 경우, 트랜지스터 고유의 특성이 나타나지 않는 문제점이 발생될 수 있다.
하지만, 상술된 바와 같이, 상기 인듐 질산화물 박막(100)에 자외선(UV)과 오존(O3)을 제공하며 열처리하는 경우, 표면에서 인듐-산소 결합(In-O)의 비율이 인듐-질소 결합(In-N)의 비율보다 높아질 수 있다. 이에 따라, 상기 인듐 질산화물 박막(100)이 활성층으로 사용된 트랜지스터는, 트랜지스터 고유의 특성이 나타날 수 있다.
즉, 자외선(UV)과 오존(O3)이 제공되며 열처리되는 공정이 수행되지 않은 인듐 질산화물 박막(100)은 트랜지스터의 활성층으로 사용되기 어려운 반면, 자외선(UV)과 오존(O3)이 제공되며 열처리되는 공정이 수행된 인듐 질산화물 박막(100)은 트랜지스터의 활성층으로 사용될 수 있다.
이상, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막 및 그 제조 방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막의 제조 방법이 설명된다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막의 제조 방법 중 S220 단계를 구체적으로 설명하기 위한 순서도이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 인듐 질산화물 박막의 제조 방법 중 S220 단계의 공정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 기판이 준비될 수 있다(S210). 일 실시 예에 따르면, 상기 기판은 실리콘 반도체 기판, 화합물 반도체 기판, 유리 기판, 및 플라스틱 기판 중 어느 하나일 수 있다. 상기 기판의 종류는 제한되지 않는다.
상기 기판 상에 인듐 질산화물(InON) 박막이 형성될 수 있다(S220). 구체적으로, 상기 인듐 질산화물 박막을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 인듐(In)을 포함하는 전구체를 제공하는 단계(S221), 및 상기 기판 상에 암모니아(NH3)를 포함하는 반응물질을 제공하는 단계(S223)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 인듐 질산화물 박막(InON)은 상기 전구체와 상기 반응물질이 반응되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전구체는 TMI(trimethylindium)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응물질은 암모니아(NH3) 플라즈마를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 S221 단계와 상기 S223 단계 사이 및 상기 S223 단계 이후 퍼지(purge) 단계를 포함할 수 있다. 상기 S221 단계와 상기 S223 단계 사이에 포함되는 퍼지 단계는 S222 단계로 정의되고, 상기 S223 단계 이후 포함되는 퍼지 단계는 S224 단계로 정의될 수 있다.
상기 기판 상에 상기 전구체를 제공하는 단계(S221), 퍼지 단계(S222), 상기 기판 상에 상기 반응물질을 제공하는 단계(S223), 및 퍼지 단계(S224)는 유닛 공정(Unit process)으로 정의될 수 있다. 상기 유닛 공정은 복수회 반복될 수 있다.
인듐(In)을 포함하는 전구체와 암모니아(NH3) 플라즈마가 반응되어 형성된 상기 제2 실시 예에 따른 인듐 질산화물(InON) 박막은, 인듐(In)을 포함하는 전구체와 질소(N2) 플라즈마가 반응되어 형성된 인듐 질산화물(InON) 박막 보다 전기적 특성이 현저하게 향상될 수 있다. 이에 따라, 인듐(In)을 포함하는 전구체와 암모니아(NH3) 플라즈마가 반응되어 형성된 상기 제2 실시 예에 따른 인듐 질산화물(InON) 박막이 적용된 트랜지스터는, 인듐(In)을 포함하는 전구체와 질소(N2) 플라즈마가 반응되어 형성된 인듐 질산화물(InON) 박막이 적용된 트랜지스터와 비교하여 이동도(μsat, cm2/Vs)가 현저하게 향상될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예들에 따른 인듐 질산화물 박막 및 그 제조 방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예들에 따른 인듐 질산화물 박막 및 그 제조 방법의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.
실험 예 1에 따른 박막 제조
기판 상에 TMI 제공(1s)-퍼지(10s)- Ar/N2 플라즈마 제공(30s)-퍼지(5s)-TMI 제공(1s)-퍼지(10s)-Ar/O2 플라즈마 제공(2s)-퍼지(5s) 공정을 순차적으로 수행하여, 인듐 질산화물(InON) 박막을 증착하였다. TMI는 trimethylindium을 의미한다. TMI 제공(1s)-퍼지(10s)- Ar/N2 플라즈마 제공(30s)-퍼지(5s) 공정은 제1 유닛 공정의로 정의되고, TMI 제공(1s)-퍼지(10s)-Ar/O2 플라즈마 제공(2s)-퍼지(5s)는 제2 유닛 공정으로 정의된다. 인듐 질산화물 박막의 증착 온도는 150℃ 내지 350℃로 제어되었고, 플라즈마 파워는 100W로 제어되었다. 최종적으로, 인듐 질산화물 박막에 자외선(UV)과 오존(O3)을 제공하며 열처리하여 실험 예 1에 따른 박막을 제조하였다.
실험 예 2에 따른 박막 제조
기판 상에 TMI 제공(1s)-퍼지(10s)-Ar/NH3 플라즈마 제공(10s)-퍼지(5s) 공정을 순차적으로 수행하여, 인듐 질산화물(InON) 박막을 증착하였다. 인듐 질산화물 박막의 증착 온도는 150℃ 내지 350℃로 제어되었고, 플라즈마 파워는 50W로 제어되었다. 최종적으로, 인듐 질산화물 박막에 자외선(UV)과 오존(O3)을 제공하며 열처리하여 실험 예 2에 따른 박막을 제조하였다.
비교 예 1에 따른 박막 제조
기판 상에 TMI 제공(1s)-퍼지(10s)-Ar/N2 플라즈마 제공(30s)-퍼지(5s) 공정을 순차적으로 수행하여, 인듐 질산화물(InON) 박막을 증착하였다. 인듐 질산화물 박막의 증착 온도는 150℃ 내지 350℃로 제어되었고, 플라즈마 파워는 200W로 제어되었다. 최종적으로, 인듐 질산화물 박막에 자외선(UV)과 오존(O3)을 제공하며 열처리하여 비교 예 1에 따른 박막을 제조하였다.
비교 예 2에 따른 박막 제조
기판 상에 TMI 제공(1s)-퍼지(10s)-Ar/O2 플라즈마 제공(30s)-퍼지(5s) 공정을 순차적으로 수행하여, 인듐 산화물(In2O3) 박막을 제조하였다. 최종적으로, 인듐 산화물 박막에 자외선(UV)과 오존(O3)을 제공하며 열처리하여 비교 예 2에 따른 박막을 제조하였다.
상기 실험 예 들 및 비교 예들에 따른 박막의 구조, 및 박막 제조에 사용된 반응물질이 아래의 <표 1>을 통해 정리된다.
| 구분 | 반응물질 | 박막 구조 |
| 실험 예 1 | Ar/N2 plasma + Ar/O2 plasma | InON |
| 실험 예 2 | NH3 plasma | InON |
| 비교 예 1 | N2 plasma | InON |
| 비교 예 2 | O2 plasma | In2O3 |
도 9는 본 발명의 비교 예 및 실험 예에 따른 박막의 결정성을 나타내는 그래프이다.
도 9의 (a)를 참조하면, 150℃의 온도에서 증착된 상기 실험 예 1에 따른 박막(InON, 150℃), 350℃의 온도에서 증착된 상기 실험 예 1에 따른 박막(InON, 350℃), 및 상기 비교 예 2에 따른 박막(In2O3)을 준비한 후 각각에 대한 결정성을 측정하였다. 도 9의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 상기 실험 예 1에 따른 박막의 경우 증착 온도가 증가함에 따라 결정성이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 인듐-질소(In-N) 결합과 인듐-산소(In-O) 결합의 결정성을 모두 보이며, 증착 온도가 낮을수록 나노 결정성(nano-crystalline)을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
도 9의 (b)를 참조하면, 제1 유닛 공정과 제2 유닛 공정의 반복 횟수가 30:1의 비율로 제조된 상기 실험 예 1에 따른 박막(Ar/N2/O2, 30:1)과 상기 비교 예 1에 따른 박막(Ar/N2)을 준비한 후 각각에 대한 결정성을 측정하였다. 도 9의 (b)에서 확인할 수 있듯이, 제2 유닛 공정(O2 plasma) 공정이 추가됨에 따라 상기 실험 예 1에 따른 박막은 비교 예 1에 따른 박막 보다 결정성이 감소되어, 나노 결정성(nano-crystalline)을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
도 10은 본 발명의 비교 예 및 실험 예에 따른 박막의 조성을 비교하는 그래프이다.
도 10의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 상기 비교 예 1에 따른 박막(InON, Ar/N2 Plasma), 상기 실험 예 2에 따른 박막(InON, Ar/NH3 Plasma), 및 상기 실험 예 1에 따른 박막(InON, N2-30cy+O2-1cy)을 준비한 후 각각에 대해 AES(Auger Electron Spectroscopy) 분석과 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석을 수행하였다. 분석 결과는 아래의 <표 2>를 통해 정리된다.
| 구분 | AES Analysis | XPS Analysis | ||||
| Sample | N% | O% | In% | N% | O% | In% |
| 비교 예 1 | 20.1 | 32.7 | 47.2 | 19.7 | 30.4 | 49.9 |
| 실험 예 2 | 18.3 | 21.0 | 60.7 | 26.0 | 21.8 | 52.2 |
| 실험 예 1 | 8.1 | 43.2 | 48.7 | 7.9 | 41.9 | 50.2 |
도 10의 (a) 내지 (c) 및 <표 2>에서 확인할 수 있듯이, 인듐 질산화물(InON) 박막을 제조하는 과정에서 사용되는 반응물질의 종류 및 공정 방법에 따라, 제조된 인듐 질산화물(InON)의 조성이 서로 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
도 11은 열처리 여부 따른 본 발명의 실험 예 1에 따른 박막의 조성 변화를 나타내는 도면이다.
도 11의 (a) 및 (b)를 참조하면, 자외선(UV)과 오존(O3)의 제공하에 열처리되기 전 상태의 상기 실험 예 1에 따른 박막(InON 250℃-As)과 자외선(UV)과 오존(O3)의 제공하에 250℃의 온도에서 열처리된 상기 실험 예 1에 따른 박막(InON 250℃-UVO250℃)을 준비한 후, 각각에 대한 조성을 분석하였다.
도 11의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 열처리되기 전 상태의 상기 실험 예 1에 따른 박막의 표면(0~0.3min sputtering time)에는 산소(O)보다 인듐(In)의 함량이 현저하게 높은 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 열처리된 상태의 상기 실험 예 1에 따른 박막의 표면(0~0.3min sputtering time)에는 인듐(In)보다 산소(O)의 함량이 높은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 열처리된 상태의 상기 실험 예 1에 따른 박막의 표면(0~0.3min sputtering time)에 분포된 산소(O)의 함량은, 중심부(1~2min sputtering time) 분포된 산소(O)의 함량보다 높은 것을 확인할 수 있었다.
도 12는 열처리 온도에 따른 본 발명의 실험 예 1에 따른 박막의 조성 변화를 나타내는 도면이다.
도 12의 (a) 및 (b)를 참조하면, 자외선(UV)과 오존(O3)의 제공하에 250℃의 온도에서 열처리된 상기 실험 예 1에 따른 박막(InON 250℃-UVO250℃)과 자외선(UV)과 오존(O3)의 제공하에 350℃의 온도에서 열처리된 상기 실험 예 1에 따른 박막(InON 250℃-UVO350℃)을 준비한 후, 각각에 대한 조성을 분석하였다.
도 12의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 250℃의 온도에서 열처리된 상기 실험 예 1에 따른 박막의 경우, 박막 내 인듐(In), 산소(O), 및 질소(N)가 모두 관찰되는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 350℃의 온도에서 열처리된 상기 실험 예 1에 따른 박막의 경우, 박막 내 질소(N)가 관찰되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 인듐 질산화물(InON)이 자외선(UV)과 오존(O3)의 제공하에 350℃ 이상의 온도에서 열처리되는 경우 인듐 산화물(In2O3)로 변화되는 것을 알 수 있었다. 이에 따라, 인듐 질산화물(InON) 박막을 유지하기 위해 자외선(UV)과 오존(O3)의 제공하에 열처리되는 온도가 350℃ 미만으로 제어되야 함을 알 수 있었다.
도 13은 증착 온도에 따른 본 발명의 실험 예 1에 따른 박막의 전기적 특성 변화를 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 서로 다른 온도(150℃~350℃)에서 증착된 상기 실험 예 1에 따른 박막을 준비한 후, 각각에 대해 Carrier Concentration(#/cm3)과 Sheet resistance(Ω/□)를 측정하였다. 도 13에서 확인할 수 있듯이, 상기 실험 예 1에 따른 박막의 경우, 증착 온도가 증가함에 따라 Carrier Concentration은 증가하는 반면, Sheet resistance는 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
도 14는 본 발명의 실험 예들 및 비교 예들에 따른 박막의 전기적 특성을 비교하는 도면이다.
도 14를 참조하면, 상기 비교 예 1(Ar/N2), 실험 예 2(Ar/NH3), 실험 예 1(N230:O21), 및 비교 예 2(Ar/O2)에 따른 박막을 준비한 후, 각각에 대해 Carrier Concentration(#/cm3)과 Sheet resistance(Ω/□)를 측정하였다.
도 14에서 확인할 수 있듯이, 상기 비교 예 1, 및 실험 예 2에 따른 박막의 경우 Carrier Concentration이 상대적으로 높고 Sheet resistance가 상대적으로 낮은 반면, 상기 비교 예 2, 및 실험 예 1에 따른 박막의 경우 Carrier Concentration이 상대적으로 낮고 Sheet resistance가 상대적으로 높은 것을 확인할 수 있었다.
도 15는 열처리 온도에 따른 본 발명의 실험 예 1에 따른 박막의 전기적 특성 변화를 나타내는 도면이다.
도 15를 참조하면, 자외선(UV)과 오존(O3)의 제공하에 열처리되지 않은 상기 실험 예 1에 따른 박막(As), 자외선(UV)과 오존(O3)의 제공하에 250℃의 온도에서 열처리된 상기 실험 예 1에 따른 박막(250℃), 및 자외선(UV)과 오존(O3)의 제공하에 350℃의 온도에서 열처리된 상기 실험 예 2에 따른 박막(350℃)을 준비한 후, 각각에 대한 Carrier Concentration(#/cm3)과 Sheet resistance(Ω/□)를 측정하였다.
도 15에서 확인할 수 있듯이, 열처리되기 전(As)과 비교하여 열처리된 박막(250℃, 350℃)은 Carrier Concentration이 감소하고 Sheet resistance가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 350℃의 온도에서 열처리된 박막의 경우 Sheet resistance가 측정되지 않는 것을 확인할 수 있었다.
도 16은 열처리 온도에 따른 본 발명의 실험 예 1에 따른 박막의 결정성 변화를 나타내는 도면이다.
도 16을 참조하면, 자외선(UV)과 오존(O3)의 제공하에 열처리되지 않은 상기 실험 예 1에 따른 박막(InON 250℃-As)과 자외선(UV)과 오존(O3)의 제공하에 열처리된 상기 실험 예 1에 따른 박막(InON 250℃-UVO)를 준비한 후, 각각에 대해 결정성을 측정하였다.
도 16에서 확인할 수 있듯이, 상기 실험 예 1에 따른 박막은 열처리 여부와 상관없이 모두 인듐-질소(In-N) 및 인듐-산소(In-O) 결정성을 보이되, 자외선(UV)과 오존(O3)의 제공하에 열처리됨에 따라 인듐-질소(In-N) 결합의 피크가 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 상기 비교 예 1 및 실험 예 1에 따른 박막을 준비한 후 열처리 여부에 따라 표면에서 발생되는 산소(O)의 함량 변화를 측정하였고, 측정된 결과는 아래의 <표 3>을 통해 정리된다.
| 구분 | 표면 산소 함량(Atomic %) |
| 비교 예 1 (열처리 전) | 32.9 |
| 비교 예 1 (열처리 후) | 39.6 |
| 실험 예 1 (열처리 전) | 40.5 |
| 실험 예 1 (열처리 후) | 43.6 |
<표 3>에서 확인할 수 있듯이, 자외선(UV)과 오존(O3)의 제공하에 열처리됨에 따라 표면에서의 산소(O) 함량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
도 17은 열처리에 따른 본 발명의 비교 예 1 및 실험 예 1에 따른 박막의 전기적 특성 변화를 나타내는 그래프이다.
도 17의 (a)를 참조하면, 자외선(UV)과 오존(O3)의 제공하에 열처리되기 전 상태의 상기 비교 예 1에 따른 박막(As), 250℃의 온도에서 열처리된 상기 비교 예 1에 따른 박막(250℃), 300℃의 온도에서 열처리된 상기 비교 예 1에 따른 박막(300℃), 및 350℃의 온도에서 열처리된 상기 비교 예 1에 따른 박막을 준비한 후, 각각에 대한 Carrier Concentration(#/cm3)과 Sheet resistance(Ω/□)를 측정하였다.
도 17의 (b)를 참조하면, 자외선(UV)과 오존(O3)의 제공하에 열처리되기 전 상태의 상기 실험 예 1에 따른 박막(N230:O21), 및 250℃의 온도에서 열처리된 상기 실험 예 1에 따른 박막(N230:O21, UVO 250℃)을 준비한 후 각각에 대한 Carrier Concentration(#/cm3)과 Sheet resistance(Ω/□)를 측정하였다.
도 17의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 열처리되기 전 상태의 상기 비교 예 1에 따른 박막은 약 1022의 Carrier Concentration을 갖지만, 열처리되기 전 상태의 상기 실험 예 1에 따른 박막은 약 1021의 Carrier Concentration을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 250℃의 온도에서 열처리된 상기 비교 예 1에 따른 박막은 약 1020의 Carrier Concentration을 갖지만, 250℃의 온도에서 열처리된 상기 실험 예 1에 따른 박막은 약 1019의 Carrier Concentration을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 즉, N2 plasma 공정 한번으로 형성된 인듐 질산화물 박막(비교 예1)보다 N2 plasma 공정 이후 O2 plasma 공정이 한번 더 수행되어 형성된 인듐 질산화물 박막(실험 예 1)의 Carrier Concentration이 더 낮은 것을 알 수 있었다.
실험 예 1에 따른 트랜지스터 준비
P++Si 기판, 상기 기판 상에 배치된 100nm 두께의 Al2O3 절연막, 상기 절연막 상에 배치된 5nm 두께의 활성층, 및 상기 활성층 상에 배치된 100nm 두께의 ITO 소스 전극과 드레인 전극을 포함하는 트랜지스터를 준비하되, 활성층으로서 상기 실험 예 1에 따른 박막을 사용하였다.
실험 예 2에 따른 트랜지스터 준비
상술된 실험 예 1에 따른 트랜지스터와 같은 구조의 트랜지스터를 준비하되, 활성층으로서 상기 실험 예 2에 따른 박막을 사용하였다.
비교 예 1에 따른 트랜지스터 준비
상술된 실험 예 1에 따른 트랜지스터와 같은 구조의 트랜지스터를 준비하되, 활성층으로서 상기 비교 예 1에 따른 박막을 사용하였다.
비교 예 2에 따른 트랜지스터 준비
상술된 실험 예 1에 따른 트랜지스터와 같은 구조의 트랜지스터를 준비하되, 활성층으로서 상기 비교 예 2에 따른 박막을 사용하였다.
도 18은 본 발명의 실험 예 1 및 비교 예 1에 따른 트랜지스터의 transfer 특성을 비교한 도면이다.
도 18의 (a)를 참조하면, 활성막이 150℃의 온도에서 증착된 상기 비교 예 1에 따른 트랜지스터(150℃), 활성막이 250℃의 온도에서 증착된 상기 비교 예 1에 따른 트랜지스터(250℃), 제1 유닛 공정: 제2 유닛 공정의 반복 수행 비율이 30:1의 조건에서 형성된 활성막이 사용된 상기 실험 예 1에 따른 트랜지스터(30:1), 및 제1 유닛 공정: 제2 유닛 공정의 반복 수행 비율이 10:1의 조건에서 형성된 활성막이 사용된 상기 실험 예 1에 따른 트랜지스터(10:1)를 준비하되, 각각의 활성막이 자외선(UV)과 오존(O3)의 제공하에 열처리되기 전 상태로 준비하였다. 이후, 준비된 각각의 트랜지스터에 대해 transfer 특성을 측정하였다.
도 18의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 자외선(UV)과 오존(O3)의 제공하에 열처리되지 않은 활성막이 사용된 트랜지스터의 경우, 제1 유닛 공정: 제2 유닛 공정의 반복 수행 비율이 10:1의 조건에서 형성된 활성막이 사용된 상기 실험 예 1에 따른 트랜지스터(10:1)를 제외하고, 모두 transfer 특성이 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었다.
도 18의 (b)를 참조하면, 활성막이 150℃의 온도에서 증착된 상기 비교 예 1에 따른 트랜지스터(150℃), 활성막이 200℃의 온도에서 증착된 상기 비교 예 1에 따른 트랜지스터(200℃), 활성막이 250℃의 온도에서 증착된 상기 비교 예 1에 따른 트랜지스터(250℃), 제1 유닛 공정: 제2 유닛 공정의 반복 수행 비율이 30:1의 조건에서 형성된 활성막이 사용된 상기 실험 예 1에 따른 트랜지스터(Ar/N2/O2, 30:1), 및 제1 유닛 공정: 제2 유닛 공정의 반복 수행 비율이 10:1의 조건에서 형성된 활성막이 사용된 상기 실험 예 1에 따른 트랜지스터(Ar/N2/O2, 10:1)를 준비하되, 각각의 활성막이 자외선(UV)과 오존(O3)의 제공하에 250℃의 온도에서 1시간동안 열처리된 상태로 준비하였다. 이후, 준비된 각각의 트랜지스터에 대해 transfer 특성을 측정하였다.
도 18의 (b)에서 확인할 수 있듯이, 자외선(UV)과 오존(O3)의 제공하에 열처리된 활성막을 포함하는 트랜지스터들은, 모두 transfer 특성이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 상기 실험 예 1에 따른 트랜지스터의 경우 상기 비교 예 1에 따른 트랜지스터 보다 명확한 transfer 특성이 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
도 19는 본 발명의 비교 예 및 실험 예들에 따른 트랜지스터의 전기적 특성을 비교한 도면이다.
도 19의 (a)를 참조하면, 상기 비교 예 1에 따른 트랜지스터(Ar/N2), 상기 실험 예 2에 따른 트랜지스터(Ar/NH3), 및 상기 실험 예 1에 따른 트랜지스터(Ar/N2/O2, 10:1)를 준비하되, 각각의 활성막이 자외선(UV)과 오존(O3)의 제공하에 열처리되기 전 상태로 준비하였다. 이후, 준비된 각각의 트랜지스터에 대해 전기적 특성을 측정하였다. 도 19의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 활성막이 열처리되지 않은 트랜지스터의 경우, transfer 특성이 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었다.
도 19의 (b)를 참조하면, 상기 비교 예 1에 따른 트랜지스터(Ar/N2), 상기 실험 예 2에 따른 트랜지스터(Ar/NH3), 및 상기 실험 예 1에 따른 트랜지스터(Ar/N2/O2, 10:1)를 준비하되, 각각의 활성막이 자외선(UV)과 오존(O3)의 제공하에 250℃의 온도에서 열처리된 상태로 준비하였다. 이후, 준비된 각각의 트랜지스터에 대해 전기적 특성을 측정하였다. 도 19의 (b)에서 측정된 특성들은 아래의 <표 4>를 통해 정리된다.
| UVO 열처리 온도 (℃) |
구분 | Vth (V) | μsat (cm2/Vs) |
S.S (V/dec) |
Hysteresis (V) |
| 250 | 비교 예 1 | -5.26 | 0.23 | 0.90 | 10.50 |
| 실험 예 2 | -1.20 | 13.40 | 0.38 | 3.58 | |
| 실험 예 1 | 3.03 | 3.55 | 0.62 | 2.11 |
도 19의 (b) 및 <표 4>에서 확인할 수 있듯이, NH3 plasma를 이용하여 제조된 활성막이 사용된 상기 실험 예 2에 따른 트랜지스터의 이동도(μsat, cm2/Vs)가 가장 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
도 20은 본 발명의 비교 예들 및 실시 예들에 따른 박막의 광학적 특성을 비교한 도면이다.
도 20의 (a)를 참조하면, 서로 다른 증착 온도(150℃, 250℃, 350℃)에서 형성된 상기 비교 예 1에 따른 박막(InON)에 대해 광학적 밴드갭(Optical bandgap, eV)을 측정하였다. 도 20의 (b)를 참조하면, 상기 비교 예 1에 따른 박막(Ar/N2), 실험 예 2에 따른 박막(Ar/NH3), 실험 예 1에 따른 박막(Ar/N2/O2), 및 비교 예 2에 따른 박막(Ar/O2)에 대해 광학적 밴드갭(Optical bandgap, eV)을 측정하였다. 도 20의 (a) 및 (b)에서 측정된 결과는 아래의 <표 5>를 통해 정리된다.
| 구분 | Optical bandgap (eV) |
| 비교 예 1 (Ar/N2, 150℃) | 2.05 |
| 비교 예 1 (Ar/N2,250℃) | 1.97 |
| 비교 예 1 (Ar/N2,350℃) | 1.84 |
| 실험 예 2 (Ar/NH3) | 1.86 |
| 실험 예 1 (Ar/N2/O2) | 2.18 |
| 비교 예 2 (Ar/O2) | 3.02 |
도 20 및 <표 5>에서 확인할 수 있듯이, 인듐 질산화물(InON) 박막의 제조 과정에서 사용되는 반응물질의 종류 및 공정 방법에 따라, 인듐 질산화물(InON) 박막의 Optical bandgap이 1.84 eV 부터 2.18 eV까지 다양하게 제어될 수 있음을 확인할 수 있었다.
도 21은 본 발명의 실험 예들 및 비교 예들에 따른 박막이 활성층으로 적용된 포토-트랜지스터의 특성을 비교한 그래프이다.
도 21의 (a)를 참조하면, 상기 실험 예 2에 따른 박막(InON, Ar/NH3)이 적용된 포토-트랜지스터의 특성을 나타내고, 도 21의 (b)를 참조하면, 상기 비교 예 1에 따른 박막(InON, Ar/N2)이 적용된 포토-트랜지스터, 상기 비교 예 2에 따른 박막(In2O3)이 적용된 포토-트랜지스터, 및 상기 실험 예 2에 따른 박막(InON, Ar/NH3)이 적용된 포토-트랜지스터의 Photocurrent(A)를 비교하여 나타내고, 도 21의 (c)를 참조하면, 상기 비교 예 1에 따른 박막(InON, Ar/N2)이 적용된 포토-트랜지스터, 상기 비교 예 2에 따른 박막(In2O3)이 적용된 포토-트랜지스터의 Photoresponsivity(A/W)를 비교하여 나타낸다. 도 21의 (a) 내지 (c)에서 확인할 수 있듯이, 상기 실험 예 2에 따른 박막(InON, Ar/NH3)이 적용된 포토-트랜지스터의 경우 565nm 파장 영역대의 빛과 700nm 파장 영역대의 빛에 대하여 photocurrent를 발생시켜 반응함으로써, 포토-트랜지스터로서 활용될 수 있음을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 인듐 질산화물 박막, 활성층
100a: 표면
100b: 중심부
10: 기판
20: 절연막
S, D: 소스 및 드레인 전극
100a: 표면
100b: 중심부
10: 기판
20: 절연막
S, D: 소스 및 드레인 전극
Claims (14)
- 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에, 인듐(In)을 포함하는 전구체와 암모니아(NH3)를 포함하는 제1 반응물질 및 산소(O)를 포함하는 제2 반응물질을 반응시키는 원자층 증착법(ALD)으로, 인듐 질산화물(InON) 박막을 형성하는 단계; 및
상기 인듐 질산화물 박막에 자외선(UV)과 오존(O3)을 제공하며 열처리하는 단계를 포함하되,
자외선과 오존이 제공되며 열처리된 상기 인듐 질산화물 박막의 표면에는 인듐-질소 결합(In-N)의 비율보다 인듐-산소 결합(In-O)의 비율이 높은 것을 포함하는 인듐 질산화물 박막의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 인듐 질산화물 박막을 형성하는 단계는,
상기 기판 상에 인듐(In)을 포함하는 제1 전구체를 제공하는 단계;
상기 기판 상에 암모니아(NH3)를 포함하는 상기 제1 반응물질을 제공하여, 상기 제1 전구체와 상기 제1 반응물질을 반응시키는 단계;
상기 제1 전구체와 상기 제1 반응물질이 반응된 상기 기판 상에 인듐(In)을 포함하는 제2 전구체를 제공하는 단계; 및
상기 기판 상에 산소(O)를 포함하는 상기 제2 반응물질을 제공하여, 상기 제2 전구체와 상기 제2 반응물질을 반응시키는 단계를 포함하는 인듐 질산화물 박막의 제조 방법.
- 제2 항에 있어서,
상기 기판 상에 상기 제1 전구체를 제공하는 단계, 및 상기 제1 전구체와 상기 제1 반응물질을 반응시키는 단계는 제1 유닛 공정으로 정의되고,
상기 기판 상에 상기 제2 전구체를 제공하는 단계, 및 상기 제2 전구체와 상기 제2 반응물질을 반응시키는 단계는 제2 유닛 공정으로 정의되되,
상기 제1 유닛 공정 및 상기 제2 유닛 공정은 각각 복수회 반복 수행되는 것을 포함하는 인듐 질산화물 박막의 제조 방법.
- 제3 항에 있어서,
상기 제1 유닛 공정 및 상기 제2 유닛 공정의 반복 수행 횟수를 제어함에 따라, 상기 인듐 질산화물 박막 내 질소(N) 및 산소(O)의 함량이 제어되는 것을 포함하는 인듐 질산화물 박막의 제조 방법.
- 제3 항에 있어서,
상기 제1 유닛 공정 및 상기 제2 유닛 공정의 반복 수행 횟수를 제어함에 따라, 상기 인듐 질산화물 박막의 광학적 특성, 전기적 특성, 및 결정성이 제어되는 것을 포함하는 인듐 질산화물 박막의 제조 방법.
- 제3 항에 있어서,
상기 제1 유닛 공정의 반복 수행 횟수가 상기 제2 유닛 공정의 반복 수행 횟수보다 더 많은 것을 포함하는 인듐 질산화물 박막의 제조 방법.
- 제2 항에 있어서,
상기 제1 전구체 및 상기 제2 전구체는 같은 것을 포함하는 인듐 질산화물 박막의 제조 방법.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 인듐 질산화물 박막에 자외선(UV)과 오존(O3)을 제공하며 열처리하는 단계에서, 상기 인듐 질산화물 박막은 350℃ 미만의 온도에서 열처리되는 것을 포함하는 인듐 질산화물 박막의 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
자외선과 오존이 제공되며 열처리된 상기 인듐 질산화물 박막의 표면에는 인듐(In)의 함량보다 산소(O)의 함량이 높은 것을 포함하는 인듐 질산화물 박막의 제조 방법.
- 제12 항에 있어서,
상기 인듐 질산화물 박막의 표면에 함유된 산소(O)의 함량은, 상기 인듐 질산화물 박막의 중심부에 함유된 산소(O)의 함량보다 높은 것을 포함하는 인듐 질산화물 박막의 제조 방법.
- 기판;
상기 기판 상에 배치된 절연막;
상기 절연막 상에 배치되는 제12 항에 따른 인듐 질산화물 박막; 및
상기 인듐 질산화물 박막 상에 배치되는 소스 전극과 드레인 전극을 포함하는 트랜지스터.
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Citations (1)
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| KR102071768B1 (ko) * | 2016-05-09 | 2020-01-31 | 한양대학교 산학협력단 | 아연 및 질소의 화합물을 포함하는 박막, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 박막 트랜지스터 |
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| KR20110116354A (ko) * | 2010-04-19 | 2011-10-26 | 주식회사 메카로닉스 | Ｃｉｇｔ 박막 및 그 제조방법 |
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2021
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| KR102071768B1 (ko) * | 2016-05-09 | 2020-01-31 | 한양대학교 산학협력단 | 아연 및 질소의 화합물을 포함하는 박막, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 박막 트랜지스터 |
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