스퍼터링을 이용한 텔루륨 옥사이드 박막 및 박막 트랜지스터의 제조방법
METHOD OF MANUFACTURING TELLURIUM OXIDE THIN FILM AND THIN FILM TRANSITOR USING SPUTTERING
특허 요약
스퍼터링을 이용한 텔루륨 옥사이드 박막의 제조방법 및 박막 트랜지스터 제조방법이 개시된다. 본 발명은 (a) 황 원자(S) 및 셀레늄 원자(Se)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 칼코겐 원자 및 텔루륨 원자(Te)를 포함하는 타겟을 제공하는 단계, (b) 아르곤 가스 및 산소 가스를 포함하는 혼합 기체의 분위기 하에서 상기 타겟을 사용하여 스퍼터링 방법으로 기판 상에 공증착(co-deposition)하여 비정질 p형 반도체를 포함하는 반도체 박막을 제조하는 단계를 포함하는 반도체 박막의 제조방법에 관한 것으로, 높은 정공 이동도와 우수한 드레인 전류의 on/off 비를 동시에 갖는 반도체 박막 및 그를 포함하는 박막 트랜지스터를 제공할 수 있다.
청구항
번호청구항
1

(a) 황 원자(S) 및 셀레늄 원자(Se)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 칼코겐 원자 및 텔루륨 원자(Te)를 포함하는 타겟을 제공하는 단계; 및(b) 아르곤 가스 및 산소 가스를 포함하는 혼합 기체의 분위기 하에서 상기 타겟을 사용하여 스퍼터링 방법으로 기판 상에 공증착(co-deposition)하여 비정질(amourphous) p형 반도체를 포함하는 반도체 박막을 제조하는 단계;를 포함하는 반도체 박막의 제조방법.

2

제1항에 있어서,상기 단계(a)가 (a-1) 텔루륨 원자(Te)를 포함하는 제1 타겟을 제공하는 단계; 및(a-2) 황 원자(S) 및 셀레늄 원자(Se)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 칼코겐 원자를 포함하는 제2 타겟을 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 제조방법.

3

제1항에 있어서,상기 단계(a)가 (a') 황 원자(S) 및 셀레늄 원자(Se)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 칼코겐 원자 및 텔루륨 원자(Te)가 혼합된 혼합물을 포함하는 타겟을 제공하는 단계; 인 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 제조방법.

4

제2항에 있어서,상기 단계(b)가 (b-1) 아르곤 가스 분위기 하에서 아르곤 플라즈마를 방전시키는 단계; 및(b-2) 상기 아르곤 가스 및 산소 가스를 포함하는 혼합기체의 분위기 하에서 상기 아르곤 플라즈마를 상기 제1 타겟 및 상기 제2 타겟과 충돌시켜 상기 제1 타겟의 원자, 상기 제2 타겟의 원자 및 그들의 산화물 중 1종 이상을 상기 기판 상에 공증착하여 텔루륨 복합체를 포함하는 반도체 박막을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 제조방법.

5

제4항에 있어서,상기 단계(b-1)의 플라즈마 방전 압력이 1 내지 15 Pa인 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 제조방법.

6

제4항에 있어서,상기 단계(b-1) 또는 단계(b-2)에서 아르곤 가스와 산소 가스의 총 압력인 공정 작업 압력이 1 Pa 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 제조방법.

7

제4항에 있어서,상기 단계(b-1) 또는 단계(b-2)에서 아르곤 가스와 산소 가스의 총 유량이 5 내지 50 sccm인 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 제조방법.

8

제4항에 있어서,상기 단계(b)에서 상기 아르곤 가스와 상기 산소 가스의 전체 압력(PAr + PO2)에 대한 산소 가스 분압(PO2)의 비(PO2/(PAr+PO2))가 0 내지 50 %인 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 제조방법.

9

제4항에 있어서,상기 단계(b)에서 상기 아르곤 가스와 상기 산소 가스의 전체 압력(PAr + PO2)에 대한 산소 가스 분압(PO2)의 비(PO2/(PAr+PO2))를 조절하여 상기 비정질 p형 반도체의 산소 함량을 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 제조방법.

10

제1항에 있어서,상기 단계(b)가 상온에서 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 제조방법.

11

제1항에 있어서,상기 반도체 박막의 제조방법이 단계(b) 후에(c) 상기 반도체 박막을 공기 중에서 200 내지 300 ℃의 온도로 어닐링(annealing)하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 제조방법.

12

제1항에 있어서,상기 비정질 p형 반도체가셀레늄 원자(Se) 및 황 원자(S)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 칼코겐 원자; 및텔루륨(Te) 원자 및 텔루륨 옥사이드를 포함하는 텔루륨 복합체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 제조방법.

13

제12항에 있어서,상기 칼코겐 원자가 상기 텔루륨 복합체와 합금된(alloyed) 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 제조방법.

14

제12항에 있어서,상기 p형 반도체가 아래 화학식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 제조방법.[화학식 1]TeOx:M상기 화학식 2에서,M은 황 원자(S) 또는 셀레늄 원자(Se)이고,x는 0.8≤x≤1.7이다.

15

제12항에 있어서,상기 반도체의 텔루륨 원자가 Te4+의 이온화 상태, Te2+ 의 이온화 상태 및 Te0의 비이온화 상태를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 제조방법.

16

제12항에 있어서,상기 텔루륨 옥사이드가 일산화 텔루륨(TeO) 및 이산화 텔루륨(TeO2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 제조방법.

17

제1항에 있어서,상기 반도체가 산소 결핍 상태인 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 제조방법.

18

(1) 게이트 전극 및 상기 게이트 전극 상에 위치하는 절연층을 포함하는 적층체를 준비하는 단계;(2) 상기 적층체의 절연층 상에 제1항에 따른 방법으로 제조되고, 반도체를 포함하는 반도체 박막을 형성하는 단계; 및(3) 상기 반도체 박막 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것인 박막트랜지스터의 제조방법.

19

제1항에 따른 반도체 박막의 제조방법에 의해 제조된 반도체 박막이고,상기 반도체 박막이 비정질 p형 반도체를 포함하고, 상기 비정질 p형 반도체가셀레늄 원자(Se) 및 황 원자(S)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 칼코겐 원자; 및텔루륨(Te) 원자 및 텔루륨 옥사이드를 포함하는 텔루륨 복합체;를 포함하는 것인, 반도체 박막.