우선배향성 결정질을 갖는 인듐계 복합 산화물 반도체층 제조방법 및 인듐계 복합 산화물 반도체층을 포함하는 박막트랜지스터
Method for fabricating indium-based composite oxide semiconductor layer with crystallographic preferred orientation and thin film transistor inclduing the indium-based composite oxide semiconductor layer
특허 요약
우선배향성 결정질을 갖는 In계 복합 산화물 반도체층 제조방법 및 In계 복합 산화물 반도체층을 포함하는 박막트랜지스터를 제공한다. In계 복합 산화물 반도체층을 결정화하는 방법은 먼저, 기판 상에 In계 복합 산화물 반도체층(Indium-based composite oxide semiconductor layer)을 형성하고, 상기 기판을 제1 열처리하는 것을 포함한다. 제1 열처리는 상기 In계 복합 산화물 반도체층 내의 금속-산소 결합을 파괴하지만, 제1 열처리 후 상기 In계 복합 산화물 반도체층의 비정질 상태는 유지되도록 한다. 상기 In계 복합 산화물 반도체층의 양측 단부들에 In계 산화물 도전체 패턴들을 형성하고, 상기 기판을 제2 열처리하여 상기 In계 산화물 도전체 패턴들을 빅스비아이트(Bixbyite) 결정을 갖도록 결정화한다. 상기 기판을 제3 열처리하여 상기 결정화된 In계 산화물 도전체 패턴들에 의해 상기 In계 복합 산화물 반도체층을 유도결정화하여, 상기 In계 복합 산화물 반도체층을 [222] 방향으로 우선 배향되도록 결정화한다.
청구항
번호청구항
12

제11항에 있어서,상기 패시베이션막은 실리콘 산화막인, In계 복합 산화물 반도체층 결정화 방법.

1

기판 상에 In계 복합 산화물 반도체층(Indium-based composite oxide semiconductor layer)을 형성하고, 상기 기판을 제1 열처리하여 상기 In계 복합 산화물 반도체층 내의 금속-산소 결합을 파괴하되, 비정질 상태는 유지하도록 하는 단계;상기 In계 복합 산화물 반도체층의 양측 단부들에 In계 산화물 도전체 패턴들을 형성하고, 상기 기판을 제2 열처리하여 상기 In계 산화물 도전체 패턴들을 빅스비아이트(Bixbyite) 결정을 갖도록 결정화하는 단계; 및 상기 기판을 제3 열처리하여 상기 결정화된 In계 산화물 도전체 패턴들에 의해 상기 In계 복합 산화물 반도체층을 유도결정화하여, 상기 In계 복합 산화물 반도체층을 [222] 방향으로 우선 배향되도록 결정화하는 단계를 포함하는, In계 복합 산화물 반도체층 결정화 방법.

2

제1항에 있어서,상기 In계 복합 산화물 반도체층은 인듐에 더하여 다른 금속 원소를 포함하는 삼성분계 산화물(ternary oxide) 또는 사성분계 산화물(quaternary oxide)인, In계 복합 산화물 반도체층 결정화 방법.

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제2항에 있어서,상기 삼성분계 산화물은 In-Ga-O(IGO) 또는 In-Zn-O(IZO)인, In계 복합 산화물 반도체층 결정화 방법.

4

제2항에 있어서,상기 사성분계 산화물은 In-Ga-Zn-O(IGZO) 또는 In-Zn-Sn-O(IZTO)인, In계 복합 산화물 반도체층 결정화 방법.

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제1항에 있어서,상기 제1 열처리는 300 초과 500℃ 미만의 온도로 수행되는, In계 복합 산화물 반도체층 결정화 방법.

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제5항에 있어서,상기 제1 열처리는 350 내지 450℃의 온도로 수행되는, In계 복합 산화물 반도체층 결정화 방법.

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제1항에 있어서,상기 제1 열처리는 산소 분위기에서 0.5 내지 2 시간 동안 수행되는, In계 복합 산화물 반도체층 결정화 방법.

8

제1항에 있어서,상기 In계 산화물 도전체 패턴들은 In-Sn-O(ITO) 또는 In-Zn-O(IZO)인, In계 복합 산화물 반도체층 결정화 방법.

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제1항에 있어서,상기 제2 열처리는 180 내지 220℃의 온도로 수행되는, In계 복합 산화물 반도체층 결정화 방법.

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제1항에 있어서,상기 제2 열처리 후에도 상기 In계 복합 산화물 반도체층은 비정질 상태를 유지하는, In계 복합 산화물 반도체층 결정화 방법.

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제1항에 있어서,상기 기판을 제3 열처리하기 전에, 상기 결정화된 In계 산화물 도전체 패턴들을 덮는 패시베이션막을 형성하는 단계를 더 포함하는, In계 복합 산화물 반도체층 결정화 방법.

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제1항에 있어서,상기 결정화된 In계 복합 산화물 반도체층은 XRD (X-ray diffraction) 스펙트럼에서 (400) 피크 강도에 대한 (222) 피크 강도의 비가 6 내지 8인, In계 복합 산화물 반도체층 결정화 방법.

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제1항에 있어서,상기 결정화된 In계 산화물 도전체 패턴과 이에 의해 유도결정화된 상기 In계 복합 산화물 반도체층은 격자 부정합도(lattice mismatch degree)가 2.5% 미만인, In계 복합 산화물 반도체층 결정화 방법.

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제1항에 있어서,상기 결정화된 In계 복합 산화물 반도체층은 상기 In계 산화물 도전체 패턴들에 접하는 양측단부로부터 중심부 방향으로 결정화도가 낮아지는, In계 복합 산화물 반도체층 결정화 방법.

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제1항에 있어서,상기 결정화된 In계 복합 산화물 반도체층은 상기 In계 산화물 도전체 패턴들 사이에 노출된 영역의 외곽부분이 먼저 결정화되고 중심부는 비정질 상태로 남아 있는, In계 복합 산화물 반도체층 결정화 방법.

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기판 상에 게이트 전극을 형성하고, 상기 게이트 전극 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계;상기 게이트 절연막 상에 In계 복합 산화물 반도체층(Indium-based composite oxide semiconductor layer)을 형성하고, 상기 기판을 제1 열처리하여 상기 In계 복합 산화물 반도체층 내의 금속-산소 결합을 파괴하되, 비정질 상태는 유지하도록 하는 단계;상기 In계 복합 산화물 반도체층의 양측 단부들에 In계 산화물 도전체 패턴들을 형성하고, 상기 기판을 제2 열처리하여 상기 In계 산화물 도전체 패턴들을 빅스비아이트(Bixbyite) 결정을 갖도록 결정화하는 단계; 및상기 기판을 제3 열처리하여 상기 결정화된 In계 산화물 도전체 패턴들에 의해 상기 In계 복합 산화물 반도체층을 유도결정화하여, 상기 In계 복합 산화물 반도체층을 [222] 방향으로 우선 배향되도록 결정화하는 단계를 포함하는, 박막트랜지스터 제조방법.

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제17항에 있어서,상기 결정화된 In계 산화물 도전체 패턴들은 소오스/드레인 전극들인, 박막트랜지스터 제조방법.

19

삭제

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게이트 전극;상기 게이트 전극과 중첩되고 빅스비아이트(Bixbyite) 결정을 구비하고 (222)면으로 우선 배향된 In계 복합 산화물 반도체층;상기 게이트 전극과 상기 In계 복합 산화물 반도체층 사이에 배치된 게이트 절연막; 및상기 In계 복합 산화물 반도체층의 양측 단부들에 각각 전기적으로 접속하는 소오스 및 드레인 전극들을 포함하고,상기 In계 복합 산화물 반도체층은 양측 단부로부터 중심부 방향으로 결정화도가 낮아지는, 박막트랜지스터.

21

게이트 전극;상기 게이트 전극과 중첩되고 빅스비아이트(Bixbyite) 결정을 구비하고 (222)면으로 우선 배향된 In계 복합 산화물 반도체층;상기 게이트 전극과 상기 In계 복합 산화물 반도체층 사이에 배치된 게이트 절연막; 및상기 In계 복합 산화물 반도체층의 양측 단부들에 각각 전기적으로 접속하는 소오스 및 드레인 전극들을 포함하고,상기 In계 복합 산화물 반도체층은 상기 소오스 및 드레인 전극들 사이의 채널 영역의 외곽부분이 결정화되고 중심부는 비정질 상태로 남아 있는, 박막트랜지스터.

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게이트 전극;상기 게이트 전극과 중첩되고 빅스비아이트(Bixbyite) 결정을 구비하고 (222)면으로 우선 배향된 In계 복합 산화물 반도체층;상기 게이트 전극과 상기 In계 복합 산화물 반도체층 사이에 배치된 게이트 절연막; 및상기 In계 복합 산화물 반도체층의 양측 단부들에 각각 전기적으로 접속하는 소오스 및 드레인 전극들을 포함하고,상기 In계 복합 산화물 반도체층은 XRD (X-ray diffraction) 스펙트럼에서 (400) 피크 강도에 대한 (222) 피크 강도의 비가 6 내지 8인, 박막트랜지스터.

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게이트 전극;상기 게이트 전극과 중첩되고 빅스비아이트(Bixbyite) 결정을 구비하고 (222)면으로 우선 배향된 In계 복합 산화물 반도체층;상기 게이트 전극과 상기 In계 복합 산화물 반도체층 사이에 배치된 게이트 절연막; 및상기 In계 복합 산화물 반도체층의 양측 단부들에 각각 전기적으로 접속하는 소오스 및 드레인 전극들을 포함하고,상기 소오스/드레인 전극들은 빅스비아이트(Bixbyite) 결정을 갖도록 결정화된 In계 산화물 도전체 패턴들인, 박막트랜지스터.

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제23항에 있어서,상기 결정화된 In계 산화물 도전체 패턴들에 의해 상기 In계 복합 산화물 반도체층은 유도결정화된, 박막트랜지스터.

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제24항에 있어서,상기 결정화된 In계 산화물 도전체 패턴과 이에 의해 유도결정화된 상기 In계 복합 산화물 반도체층은 격자 부정합도(lattice mismatch degree)가 2.5% 미만인, 박막트랜지스터.