薄膜トランジスター、及びその形成方法
【課題】薄膜トランジスター、及びその形成方法が提供される。
【解決手段】本発明の薄膜トランジスターは、基板、基板上のソース電極、及びドレーン電極、ソース電極、及びドレーン電極間の酸化物活性層、酸化物活性層の一面の上のゲート電極、ゲート電極と酸化物活性層との間のゲート絶縁膜、及びゲート絶縁膜と酸化物活性層との間の緩衝層を含む。
【解決手段】本発明の薄膜トランジスターは、基板、基板上のソース電極、及びドレーン電極、ソース電極、及びドレーン電極間の酸化物活性層、酸化物活性層の一面の上のゲート電極、ゲート電極と酸化物活性層との間のゲート絶縁膜、及びゲート絶縁膜と酸化物活性層との間の緩衝層を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスター、及びその形成方法に関し、より詳細には酸化膜を適用した薄膜トランジスター、及びその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の形態が多様化され、小型化されることによって、このような電子機器を動作させるためのトランジスターの形態もやはり多様化されている。例えば、前記電子機器に適用されることができる薄膜型トランジスターに対する研究が活発に進行されている。しかし、既に開発された薄膜トランジスターの場合、素子の均一性、又は工程の安全性が保障できない場合があるので、これらを素子に適用するための後続の研究が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許公開第２００５／００１７２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、信頼性が向上された薄膜トランジスター、及びその形成方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した技術的課題を解決するための薄膜トランジスター、及びその形成方法が提供される。
【０００６】
本発明の実施形態による薄膜トランジスターは、基板と、前記基板上のソース電極、及びドレーン電極と、前記ソース電極、及びドレーン電極との間の酸化物活性層と、前記酸化物活性層の一面の上のゲート電極と、前記ゲート電極と前記酸化物活性層との間のゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜と前記酸化物活性層との間の緩衝層とを含む。
【０００７】
一実施形態において、前記緩衝層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、又はこれらの組み合わせを含むことができる。
【０００８】
一実施形態において、前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との間の他の緩衝層をさらに含むことができる。
【０００９】
一実施形態において、前記ソース／ドレーン電極は、前記基板と隣接するように配置され、前記酸化物活性層は、前記ソース／ドレーン電極との間の前記基板の上に配置され、前記ゲート絶縁膜は、前記酸化物活性層の上に配置され、前記緩衝層は、前記酸化物活性層と前記ゲート絶縁膜との間に配置されることができる。
【００１０】
一実施形態において、前記ゲート電極は、前記基板と隣接するように配置され、前記ゲート絶縁膜、及び前記緩衝層は、前記ゲート電極を含む前記基板の上に順に積層され、前記酸化物活性層は、前記ゲート電極上の前記緩衝層の上に配置され、前記ソース／ドレーン電極は、前記活性層の隣の前記緩衝層の上に配置されることができる。
【００１１】
一実施形態において、前記酸化物活性層は、３Ａ、４Ａ、５Ａ族、及び２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ族金属の中で選択された少なくとも１つの酸化物を含むことができる。
【００１２】
一実施形態において、前記酸化物活性層は、ＺｎＯ、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｇａ−ＺｎＯ、Ｚｎ−Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ、及びＳｎＯ2の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。
【００１３】
一実施形態において、前記ゲート絶縁膜は、アルミナを含むことができる。
【００１４】
本発明の実施形態による薄膜トランジスターの形成方法は、基板の上に、ソース／ドレーン電極、ゲート絶縁膜、前記ゲート絶縁膜と接する緩衝層、酸化物活性層、及びゲート電極を形成することと、前記ゲート絶縁膜と前記緩衝層とを熱処理することと、を含み、前記酸化物活性層は、前記ソース／ドレーン電極との間の前記基板の上に形成され、前記ゲート絶縁膜は、前記酸化物活性層の一面の上に形成され、前記緩衝層は、前記ゲート絶縁膜のどの一面の上に形成され、前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜により前記酸化物活性層と離隔され得る。
【００１５】
一実施形態において、前記ゲート絶縁膜、及び前記緩衝層は、前記ゲート電極が形成された前記基板を覆うことができる。前記ゲート電極の両側の前記緩衝層の上にソース／ドレーン電極が形成されることができる。前記ソース／ドレーン電極間の前記ゲート絶縁膜の上に酸化物活性層が形成されることができる。
【００１６】
一実施形態において、前記基板の上にソース／ドレーン電極、及び前記酸化物層が形成された後、前記酸化物活性層を覆う緩衝層、及びゲート絶縁膜が形成されることができる。前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上の前記ソース／ドレーン電極間に形成されることができる。
【００１７】
一実施形態において、前記熱処理は、１００℃乃至３００℃で実行され得る。
【００１８】
一実施形態において、前記ゲート絶縁膜は、アルミナを含むことができる。
【００１９】
一実施形態において、前記緩衝層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、又はこれらの組み合わせを含み、前記緩衝層は、常温乃至５００℃の温度で形成されることができる。
【００２０】
本発明の一実施形態による形成方法は、前記ゲート絶縁膜の一面と対向する他の面の上に緩衝層を形成することをさらに含むことができる。
【００２１】
一実施形態において、前記酸化物活性層は、３Ａ、４Ａ、５Ａ族、及び２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ族金属の中で選択された少なくとも１つの酸化物を含むことができる。
【００２２】
一実施形態において、前記ゲート電極、及び前記ソース／ドレーン電極は、金属、及び金属酸化物の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の実施形態によると、緩衝層によって、ゲート絶縁膜と活性層との間の界面の欠陥が除去され得る。これによって、前記界面特性が向上されて信頼性が向上される薄膜トランジスターが提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態による薄膜トランジスターを説明するための図である。
【図２】本発明の一実施形態の変形実施形態を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態の変形実施形態を説明するための図である。
【図４】本発明の他の実施形態による薄膜トランジスターを説明するための図である。
【図５】本発明の他の実施形態の変形実施形態を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、参照された図面を参照して本発明の実施形態による薄膜トランジスター、及びその形成方法が説明される。説明される実施形態は、本発明の思想を当業者が容易に理解できるように提供されることであり、これによって本発明が限定されない。本発明の実施形態は、本発明の技術的思想、及び範囲の内で他の形態に変形され得る。本明細書で「及び／又は」は、前後に羅列された構成要素の中に、少なくとも１つを含む意味で使われる。本明細書で、１つの構成要素が他の構成要素の「上に」位置するということは、１つの構成要素の上に他の構成要素が直接位置するという意味は、もちろん、前記１つの構成要素の上に第３の構成要素がさらに位置することができる意味も含む。本明細書の各構成要素、又は部分等を第１、第２等の表現を使用して示したが、これは明確な説明のために使われた表現であり、これによって限定されない。図面に表現された構成要素の厚さ、及び相対的である厚さは、本発明の実施形態を明確に表現するために誇張されることができる。
【００２６】
図１を参照して、本発明の一実施形態による薄膜トランジスターについて説明する。図１は、本発明の一実施形態による薄膜トランジスターの模式図である。基板１１０が用意される。前記基板１１０は、半導体基板、ガラス基板、又はプラスチック基板であるが、これに限定されない。
【００２７】
前記基板１１０の上にソース／ドレーン電極１２２が配置される。前記ソース／ドレーン電極１２２は、金属、及び金属酸化物を含む導電物質の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。一実施形態において、前記ソース／ドレーン電極１２２は、透明導電膜であり得る。例えば、前記ソース／ドレーン電極１２２は、インジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、又はインジウム亜鉛酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ：ＩＺＯ）を含むことができる。これと異なり、前記ソース／ドレーン電極１２２は、不透明導電膜であり得る。例えば、前記ソース／ドレーン電極１２２は、モリブデンＭｏ、及び金／チタニウムＡｕ／Ｔｉを含む金属の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。
【００２８】
前記基板１１０上の前記ソース／ドレーン電極１２２との間に活性層１３１が配置されることができる。前記活性層１３１は、薄膜トランジスターの動作の時にチャンネルが形成される領域を含む層であり得る。前記活性層１３１は、酸化物を含むことができる。一実施形態において、前記活性層１３１は、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇａ、及びＳｎの中で選択された少なくとも１つの酸化物を含むことができる。例えば、前記活性層１３１は、ＺｎＯ−ＳｎＯ2、ＺｎＯ−Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2、Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ、又はＩｎ2Ｏ3−ＺｎＯであり得る。
【００２９】
前記活性層１３１、及び前記ソース／ドレーン電極１２２を覆うゲート絶縁膜１４１が配置されることができる。前記ゲート絶縁膜１４１は、金属酸化物、金属窒化物、金属酸化物、非金属酸化物、非金属窒化物、及び非金属酸化物を含む多様な絶縁物質の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。例えば、前記ゲート絶縁膜１４１は、アルミナＡｌ2Ｏ3を含むことができる。
【００３０】
前記活性層１３１と前記ゲート絶縁膜１４１との間に緩衝層１３６が介在され得る。示したことと異なり、前記緩衝層１３６は、複数の層を含むことができる。前記緩衝層１３６は、１乃至２０ｎｍの厚さを有することができる。前記緩衝層１３６は、シリコン窒化物ＳｉＮｘ、シリコン酸化物ＳｉＯｘ、又はこれらの組み合わせを含むことができる。一実施形態において、前記緩衝層１３６は、熱処理された絶縁膜であり得る。
【００３１】
前記緩衝層１３６によって、前記緩衝層１３６を含む薄膜トランジスターの素子特性が向上することができる。例えば、前記緩衝層１３６は、前記ゲート絶縁膜１４１と前記活性層１３１との間の電気的ストレスを減少させられる。具体的に、前記緩衝層１３６は、前記ゲート絶縁膜１４１の界面内のトラップサイト（ｔｒａｐ ｓｉｔｅ）の発生を防ぐことができる。前記トラップサイトの減少は、前記界面の界面特性を向上させることができ、これによって、前記薄膜トランジスター内の電子移動度が向上することができる。したがって、前記緩衝層１３６を含む薄膜トランジスターの閾値電圧以下の傾斜値（Ｓｕｂｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｓｌｏｐｅ ｖａｌｕｅ：ＳＳ ｖａｌｕｅ）特性が向上される。すなわち、薄膜トランジスターの信頼性が向上されることができる。
【００３２】
前記ゲート絶縁膜１４１の上にゲート電極１５２が形成される。前記ゲート電極１５２は、導電膜であり得る。一実施形態において、前記ゲート電極１５２は、透明導電膜であり得る。例えば、前記ゲート電極１５２は、インジウム錫酸化物ＩＴＯ、又はインジウム亜鉛酸化物ＩＺＯを含むことができる。これと異なり、前記ゲート電極１５２は、不透明導電膜であり得る。例えば、前記ゲート電極１５２は、モリブデンＭｏ、白金Ｐｔ、及び金／チタニウムＡｕ／Ｔｉを含む金属の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。
【００３３】
前記薄膜トランジスター内の構成要素の配置は、本発明の思想の内で多様に変形され得る。
【００３４】
図２を参照すると、緩衝層１３７は、活性層１３１の上部面、及び側壁をすべて覆うことができる。示したことと異なり、前記緩衝層１３７、及び前記ゲート絶縁膜１４２は、ソース／ドレーン電極１２２、及び活性層１３１の上部面の上にコンフォーマルに形成されることができる。前記緩衝層１３７、及び前記ゲート絶縁膜１４２の形態は、使われる物質の特性、及び／又は形成方法によって、多様に変形され得る。
【００３５】
図３を参照すると、活性層１３２のエッジの上にソース／ドレーン電極１２３の一部が配置されることができる。即ち、前記ソース／ドレーン電極１２３は、平らではなく形成されることができる。この場合、緩衝層１３７は、前記活性層１３２の上部面の全面を覆い、前記ソース／ドレーン電極の一部前記活性層１３２の上部面とゲート絶縁膜１４１とを離隔させられる。この他にも、前記ソース／ドレーン電極１２３、及び活性層１３２の形態は、使われる物質の特性、及び／又は形成方法によって多様に変形され得る。
【００３６】
再び、図１を参照して本発明の一実施形態による薄膜トランジスターの形成方法が説明される。先に説明された構成要素に対する説明は、省略され得る。
【００３７】
図１を参照すると、基板１１０の上にソース／ドレーン電極１２２が形成される。前記ソース／ドレーン電極１２２は、前記基板１１０の上に導電性薄膜をコーティングした後、前記導電性薄膜をエッチングすることによって形成されることができる。前記導電性薄膜は、透明導電膜、又は不透明導電膜であり得る。例えば、前記導電性薄膜は、インジウム錫酸化物ＩＴＯを含むことができる。
【００３８】
前記ソース／ドレーン電極１２２の上に活性層１３１が形成されることができる。前記活性層１３１は、半導体の特性を有する酸化物の中で選択されることができる。例えば、前記活性層１３１は、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇａ、及びＳｎの中で選択された少なくとも１つの酸化物を含むことができる。前記活性層１３１は、物理的蒸着方法、又は化学的蒸着方法によって蒸着され得る。一実施形態において、前記活性層１３１は、物理的蒸着方法によって形成されることができる。例えば、前記活性層１３１は、物理的蒸気蒸着法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、又はイオンビーム蒸着法（Ｉｏｎ−ｂｅａｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって形成されることができる。
【００３９】
前記活性層１３１の上に緩衝層１３６、及びゲート絶縁膜１４１が形成されることができる。前記緩衝層１３６は、前記活性層１３１の上にコンフォーマルに形成されることができる。
【００４０】
前記緩衝層１３６は、シリコン酸化物ＳｉＯｘ、シリコン窒化物ＳｉＮｘ、又はこれらの組み合わせを含むことができる。前記緩衝層１３６は、原子層蒸着法（Ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、及びプラズマ強化化学気相蒸着法（ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を含む多様な膜形成方法の中で選択された少なくとも１つの方法によって形成されることができる。
【００４１】
前記活性層１３１、及び緩衝層１３６は、一緒にパターニングされることができる。これによって、前記ソース／ドレーン電極１２２の上部面が露出され得る。前記パターニングは、前記緩衝層１３６の上にフォトレジスト膜を形成、及びパターニングすること、前記パターニングされたフォトレジスト膜を蝕刻マスクとして使用して前記緩衝層１３６、及び活性層１３１を蝕刻することを含むことができる。前記蝕刻は、湿式蝕刻、乾式蝕刻、又はイオンミーリング（ｉｏｎ−ｍｉｌｌｉｎｇ）であり得る。これと異なり、前記活性層１３１のパターニングは、前記緩衝層１３６の形成の以前に実行され得る。図２を参照すると、前記活性層１３１が形成、及びパターニングされた以後に前記パターニングされた活性層１３１の上に緩衝層１３７が形成されることができる。この場合、前記緩衝層１３７に対するパターニング工程は、省略され得る。
【００４２】
前記ゲート絶縁膜１４１は、モバイル電荷（ｍｏｂｉｌｅ ｃｈａｒｇｅ）がない酸化膜、窒化膜、及びこれらの組み合わせで選択された少なくとも１つを含むことができる。前記ゲート絶縁膜１４１は、断層、又は複層を形成されることができる。例えば、前記ゲート絶縁膜１４１は、アルミナＡｌ2Ｏ3を含むことができる。前記ゲート絶縁膜１４１は、原子層蒸着法、プラズマ強化化学気相蒸着法、及び有機金属化学気相蒸着法（ｍｅｔａｌｏｒｇｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を含む膜形成法の中で選択された少なくとも１つによって形成されることができる。
【００４３】
前記ゲート絶縁膜１４１が形成された以後に熱処理工程が実行され得る。前記熱処理工程は、前記ゲート絶縁膜１４１、及び前記緩衝層１３６に対して１００℃乃至３００℃の熱を提供することを含むことができる。前記熱処理工程によって、前記ゲート絶縁膜１４１、及び前記活性層１３１との間の界面特性が向上することができる。例えば、前記緩衝層１３６の形成、及び熱処理工程によって前記ゲート絶縁膜１４１の表面の欠陥、例えば、ダングリングボンディング（ｄａｎｇｌｉｎｇ ｂｏｎｄｉｎｇ）等が除去され得る。これによって、前記ゲート絶縁膜１４１と前記活性層１３１との間の界面のトラップサイトが減少されて電子の移動度が向上することができる。したがって、前記緩衝層１３６を含む薄膜トランジスターの素子特性が向上することができる。
【００４４】
前記ゲート絶縁膜１４１の上にゲート電極１５２が形成されることができる。前記ゲート電極１５２は、前記ゲート絶縁膜１４１の上に導電性薄膜を形成した後、パターニングして形成されることができる。これと異なり、前記ゲート電極１５２は、パターニング工程が必要でないパターン形成工程、例えば、プリンティング法（ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）によって形成されることができる。
【００４５】
前記ソース／ドレーン電極１２２、前記活性層１３１、及び前記緩衝層１３６は、他の順序に形成されることができる。図３を参照すると、基板１１０の上に活性層１３２、及び緩衝層１３７が形成された後、前記基板１１０の前記活性層１３２、及び緩衝層１３７の上にソース／ドレーン電極１２３が形成されることができる。以後、前記緩衝層１３７、及び前記ソース／ドレーン電極１２３の上にゲート絶縁膜１４１が形成されて熱処理工程が実行され得る。
【００４６】
図４を参照して、本発明の他の実施形態による薄膜トランジスターが説明される。基板２１０の上にゲート電極２５２が配置される。前記ゲート電極２５２は、金属、及び金属酸化物を含む導電物質の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。一実施形態において、前記ゲート電極２５２は、透明導電膜であり得る。例えば、前記ゲート電極２５２は、インジウム錫酸化物ＩＴＯ、又はインジウム亜鉛酸化物ＩＺＯを含むことができる。これと異なり、前記ゲート電極２５２は、不透明導電膜であり得る。例えば、前記ゲート電極２５２は、モリブデンＭｏ、白金Ｐｔ、及び金／チタニウムＡｕ／Ｔｉを含む金属の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。
【００４７】
前記ゲート電極２５２の上にゲート絶縁膜２４１が配置される。前記ゲート絶縁膜２４１は、前記ゲート電極２５２の上部面、及び側面を覆うことができる。前記ゲート絶縁膜２４１は、金属酸化物、金属窒化物、金属酸化物、非金属酸化物、非金属窒化物、及び非金属酸化物を含む多様な絶縁物質の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。例えば、前記ゲート絶縁膜２４１は、アルミナＡｌ2Ｏ3を含むことができる。
【００４８】
前記ゲート絶縁膜２４１の上に緩衝層２３７が配置される。前記緩衝層２３７は、１乃至２０ｎｍの厚さを有することができる。前記緩衝層２３７は、前記ゲート絶縁膜２４１の全面を覆うことができる。前記緩衝層２３７は、シリコン窒化物ＳｉＮｘ、シリコン酸化物ＳｉＯｘ、又はこれらの組み合わせを含むことができる。一実施形態において、前記緩衝層２３７は、熱処理された絶縁膜であり得る。
【００４９】
前記緩衝層２３７の上にソース／ドレーン電極２２２が配置されることができる。前記ソース／ドレーン電極２２２は、透明導電膜であり得る。例えば、前記ソース／ドレーン電極２２２は、インジウム錫酸化物ＩＴＯ、又はインジウム亜鉛酸化物ＩＺＯを含むことができる。これと異なり、前記ソース／ドレーン電極２２２は、不透明導電膜であり得る。例えば、前記ソース／ドレーン電極２２２は、モリブデンＭｏ、及び金／チタニウムＡｕ／Ｔｉを含む金属の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。
【００５０】
前記緩衝層２３７上の前記ソース／ドレーン電極２２２の上に活性層２３１が配置されることができる。前記活性層２３１は、前記ソース／ドレーン電極２２２のエッジと重なるエッジを有することができる。すなわち、前記活性層２３１の両側エッジは、前記ソース／ドレーン電極２２２のエッジの上に配置され、前記活性層２３１の中心部分は、前記ゲート電極２５２の上の前記ゲート絶縁膜２４１、及び緩衝層２３７の上に配置されることができる。前記活性層２３１は、薄膜トランジスターの動作の時にチャンネルが形成される領域を含むことができる。前記活性層２３１は、酸化物を含むことができる。一実施形態において、前記活性層２３１は、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇａ、及びＳｎの中で選択された少なくとも１つの酸化物を含むことができる。例えば、前記活性層２３１は、ＺｎＯ−ＳｎＯ2、ＺｎＯ−Ｉｎ２Ｏ3−ＳｎＯ2、Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ２Ｏ3−ＺｎＯ、又はＩｎ２Ｏ3−ＺｎＯであり得る。
【００５１】
これと異なり、ソース／ドレーン電極、及びゲート電極は、他の形態にも配置されることができる。図５を参照すると、緩衝層２３７の上に活性層２３２が配置され、前記活性層２３２の両側エッジの上にソース／ドレーン電極２２３が配置されることができる。前記ソース／ドレーン電極２２３は、前記活性層２３２の両側エッジから前記ゲート絶縁膜２４１、及び緩衝層２３７の上に延長され得る。
【００５２】
再び、図４を参照して、本発明の他の実施形態による薄膜トランジスターの形成方法が説明される。
【００５３】
基板２１０の上にゲート電極２５２が形成される。前記ゲート電極２５２は、前記基板２１０の上に導電性薄膜を形成した後、パターニング工程を実行することによって形成されることができる。
【００５４】
前記ゲート電極２５２の上にゲート絶縁膜２４１が形成されることができる。前記ゲート絶縁膜２４１は、断層、又は複層に形成されることができる。前記ゲート絶縁膜２４１は、金属酸化物、金属窒化物、金属酸化物、非金属酸化物、非金属窒化物、及び非金属酸化物を含む多様な絶縁物質の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。例えば、前記ゲート絶縁膜２４１は、アルミナＡｌ2Ｏ3を含むことができる。
【００５５】
前記ゲート絶縁膜２４１の上に緩衝層２３７が形成されることができる。前記緩衝層２３７は、シリコン窒化物ＳｉＮｘ、シリコン酸化物ＳｉＯｘ、又はこれらの組み合わせを含むことができる。示したことと異なり前記緩衝層２３７は、複数の層を含むことができる。前記緩衝層２３７が形成された以後に熱処理工程が実行され得る。前記熱処理工程は、１００℃乃至３００℃の温度で実行され得る。前記熱処理工程は、前記ゲート絶縁膜２４１、及び前記緩衝層２３７が形成された後、後述する活性層が形成される以前に実行されるか、前記ゲート絶縁膜２４１、前記緩衝層２３７、及び活性層が形成された以後に実行され得る。
【００５６】
前記緩衝層２３７の形成、及び前記熱処理工程によって前記ゲート絶縁膜２４１の界面特性が向上することができる。具体的に、前記緩衝層２３７、及び前記熱処理工程によって前記緩衝層２３７と接する前記ゲート絶縁膜２４１表面の欠陥が除去され得る。これによって、前記ゲート絶縁膜２４１内のトラップサイトの発生が最小化され得る。したがって、前記緩衝層２３７、及びゲート絶縁膜２４１を含む薄膜トランジスターの信頼性が向上することができる。
【００５７】
前記緩衝層２３７の上にソース／ドレーン電極２２２が形成されることができる。前記ソース／ドレーン電極２２２との間の前記緩衝層２３７の上に活性層２３１が形成されることができる。前記活性層２３１は、酸化物を含むことができる。前記活性層２３１は、図４に示した通り前記ソース／ドレーン電極２２２のエッジの上に延長され得る。前記活性層２３１は、前記ゲート電極２５２と重なることができる。前記活性層２３１の中心部分は、前記ゲート電極２５２と重なり、前記活性層２３１のエッジ部分は、前記ソース／ドレーン電極２２２と重なることができる。この場合、前記ソース／ドレーン電極２２２が前記緩衝層２３７の上に形成された後、前記活性層２３１が形成されることができる。
前記ソース／ドレーン電極２２２、及び活性層２３１は、他の形態に形成されることができる。図５を参照すると、緩衝層２３７の上に活性層２３２が形成された後、ソース／ドレーン電極２２３が形成されることができる。この場合、前記ソース／ドレーン電極２２３のエッジが前記活性層２３２のエッジの上に延長されるように形成されることができる。
【００５８】
図６を参照して、本発明の実施形態による効果が説明される。図６は、本発明の実施形態によって形成された薄膜トランジスターの定電流で時間による閾値電圧変化量を示すグラフィックである。
【００５９】
３つのタイプの薄膜トランジスターが本実験例に使われた。共通的に、ガラス基板が基板として使われ、インジウム錫酸化膜がソース／ドレーン電極、及びゲート電極として使われる。前記ソース／ドレーン電極、及びゲート電極の厚さは、約１５０ｎｍである。活性層は、インジウムガリウム亜鉛酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）で形成された。アルミナ膜がゲート絶縁膜として使われ、前記ゲート絶縁膜は、１８０ｎｍの厚さに形成された。３μｍの定電流でストレス時間による閾値電圧の変化量を測定した。閾値電圧値は、室温、及び６０℃の温度条件の下で測定された。
【００６０】
Ａ−タイプ薄膜トランジスター（Ａ−ｔｙｐｅ ＴＦＴ）は、比較例として、図１に示した薄膜トランジスターで緩衝層１３６が省略された薄膜トランジスターである。すなわち、図１のゲート電極１３１とゲート絶縁膜１４１が直接接触する。
【００６１】
Ｂ−タイプ薄膜トランジスター（Ｂ−ｔｙｐｅ ＴＦＴ）は、図１に示した薄膜トランジスターの形態に形成された。緩衝層１３６としてシリコン窒化物（ＳｉＮｘ）が使われた。
【００６２】
Ｃ−タイプ薄膜トランジスター（Ｃ−ｔｙｐｅ ＴＦＴ）は、図１に示した薄膜トランジスターでゲート絶縁膜１４１を複層に形成し、前記複層のゲート絶縁膜との間にシリコン窒化物膜を挿入して形成した。
【００６３】
図６に示した通り、Ａ−タイプの薄膜トランジスターの場合、６０℃で不安定な閾値電圧特性を示し、Ｃ−タイプの薄膜トランジスターの場合、室温で不安定な閾値電圧特性を示す。反面に、本発明の実施形態による薄膜トランジスターであるＢ−タイプ薄膜トランジスターは、室温、及び６０℃の全てで比較例であるＡタイプ、及びＣタイプトランジスターに比べて安定された閾値電圧特性を有することが明確になった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスター、及びその形成方法に関し、より詳細には酸化膜を適用した薄膜トランジスター、及びその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の形態が多様化され、小型化されることによって、このような電子機器を動作させるためのトランジスターの形態もやはり多様化されている。例えば、前記電子機器に適用されることができる薄膜型トランジスターに対する研究が活発に進行されている。しかし、既に開発された薄膜トランジスターの場合、素子の均一性、又は工程の安全性が保障できない場合があるので、これらを素子に適用するための後続の研究が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許公開第２００５／００１７２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、信頼性が向上された薄膜トランジスター、及びその形成方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した技術的課題を解決するための薄膜トランジスター、及びその形成方法が提供される。
【０００６】
本発明の実施形態による薄膜トランジスターは、基板と、前記基板上のソース電極、及びドレーン電極と、前記ソース電極、及びドレーン電極との間の酸化物活性層と、前記酸化物活性層の一面の上のゲート電極と、前記ゲート電極と前記酸化物活性層との間のゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜と前記酸化物活性層との間の緩衝層とを含む。
【０００７】
一実施形態において、前記緩衝層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、又はこれらの組み合わせを含むことができる。
【０００８】
一実施形態において、前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との間の他の緩衝層をさらに含むことができる。
【０００９】
一実施形態において、前記ソース／ドレーン電極は、前記基板と隣接するように配置され、前記酸化物活性層は、前記ソース／ドレーン電極との間の前記基板の上に配置され、前記ゲート絶縁膜は、前記酸化物活性層の上に配置され、前記緩衝層は、前記酸化物活性層と前記ゲート絶縁膜との間に配置されることができる。
【００１０】
一実施形態において、前記ゲート電極は、前記基板と隣接するように配置され、前記ゲート絶縁膜、及び前記緩衝層は、前記ゲート電極を含む前記基板の上に順に積層され、前記酸化物活性層は、前記ゲート電極上の前記緩衝層の上に配置され、前記ソース／ドレーン電極は、前記活性層の隣の前記緩衝層の上に配置されることができる。
【００１１】
一実施形態において、前記酸化物活性層は、３Ａ、４Ａ、５Ａ族、及び２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ族金属の中で選択された少なくとも１つの酸化物を含むことができる。
【００１２】
一実施形態において、前記酸化物活性層は、ＺｎＯ、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｇａ−ＺｎＯ、Ｚｎ−Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ、及びＳｎＯ2の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。
【００１３】
一実施形態において、前記ゲート絶縁膜は、アルミナを含むことができる。
【００１４】
本発明の実施形態による薄膜トランジスターの形成方法は、基板の上に、ソース／ドレーン電極、ゲート絶縁膜、前記ゲート絶縁膜と接する緩衝層、酸化物活性層、及びゲート電極を形成することと、前記ゲート絶縁膜と前記緩衝層とを熱処理することと、を含み、前記酸化物活性層は、前記ソース／ドレーン電極との間の前記基板の上に形成され、前記ゲート絶縁膜は、前記酸化物活性層の一面の上に形成され、前記緩衝層は、前記ゲート絶縁膜のどの一面の上に形成され、前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜により前記酸化物活性層と離隔され得る。
【００１５】
一実施形態において、前記ゲート絶縁膜、及び前記緩衝層は、前記ゲート電極が形成された前記基板を覆うことができる。前記ゲート電極の両側の前記緩衝層の上にソース／ドレーン電極が形成されることができる。前記ソース／ドレーン電極間の前記ゲート絶縁膜の上に酸化物活性層が形成されることができる。
【００１６】
一実施形態において、前記基板の上にソース／ドレーン電極、及び前記酸化物層が形成された後、前記酸化物活性層を覆う緩衝層、及びゲート絶縁膜が形成されることができる。前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上の前記ソース／ドレーン電極間に形成されることができる。
【００１７】
一実施形態において、前記熱処理は、１００℃乃至３００℃で実行され得る。
【００１８】
一実施形態において、前記ゲート絶縁膜は、アルミナを含むことができる。
【００１９】
一実施形態において、前記緩衝層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、又はこれらの組み合わせを含み、前記緩衝層は、常温乃至５００℃の温度で形成されることができる。
【００２０】
本発明の一実施形態による形成方法は、前記ゲート絶縁膜の一面と対向する他の面の上に緩衝層を形成することをさらに含むことができる。
【００２１】
一実施形態において、前記酸化物活性層は、３Ａ、４Ａ、５Ａ族、及び２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ族金属の中で選択された少なくとも１つの酸化物を含むことができる。
【００２２】
一実施形態において、前記ゲート電極、及び前記ソース／ドレーン電極は、金属、及び金属酸化物の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の実施形態によると、緩衝層によって、ゲート絶縁膜と活性層との間の界面の欠陥が除去され得る。これによって、前記界面特性が向上されて信頼性が向上される薄膜トランジスターが提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態による薄膜トランジスターを説明するための図である。
【図２】本発明の一実施形態の変形実施形態を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態の変形実施形態を説明するための図である。
【図４】本発明の他の実施形態による薄膜トランジスターを説明するための図である。
【図５】本発明の他の実施形態の変形実施形態を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、参照された図面を参照して本発明の実施形態による薄膜トランジスター、及びその形成方法が説明される。説明される実施形態は、本発明の思想を当業者が容易に理解できるように提供されることであり、これによって本発明が限定されない。本発明の実施形態は、本発明の技術的思想、及び範囲の内で他の形態に変形され得る。本明細書で「及び／又は」は、前後に羅列された構成要素の中に、少なくとも１つを含む意味で使われる。本明細書で、１つの構成要素が他の構成要素の「上に」位置するということは、１つの構成要素の上に他の構成要素が直接位置するという意味は、もちろん、前記１つの構成要素の上に第３の構成要素がさらに位置することができる意味も含む。本明細書の各構成要素、又は部分等を第１、第２等の表現を使用して示したが、これは明確な説明のために使われた表現であり、これによって限定されない。図面に表現された構成要素の厚さ、及び相対的である厚さは、本発明の実施形態を明確に表現するために誇張されることができる。
【００２６】
図１を参照して、本発明の一実施形態による薄膜トランジスターについて説明する。図１は、本発明の一実施形態による薄膜トランジスターの模式図である。基板１１０が用意される。前記基板１１０は、半導体基板、ガラス基板、又はプラスチック基板であるが、これに限定されない。
【００２７】
前記基板１１０の上にソース／ドレーン電極１２２が配置される。前記ソース／ドレーン電極１２２は、金属、及び金属酸化物を含む導電物質の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。一実施形態において、前記ソース／ドレーン電極１２２は、透明導電膜であり得る。例えば、前記ソース／ドレーン電極１２２は、インジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、又はインジウム亜鉛酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ：ＩＺＯ）を含むことができる。これと異なり、前記ソース／ドレーン電極１２２は、不透明導電膜であり得る。例えば、前記ソース／ドレーン電極１２２は、モリブデンＭｏ、及び金／チタニウムＡｕ／Ｔｉを含む金属の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。
【００２８】
前記基板１１０上の前記ソース／ドレーン電極１２２との間に活性層１３１が配置されることができる。前記活性層１３１は、薄膜トランジスターの動作の時にチャンネルが形成される領域を含む層であり得る。前記活性層１３１は、酸化物を含むことができる。一実施形態において、前記活性層１３１は、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇａ、及びＳｎの中で選択された少なくとも１つの酸化物を含むことができる。例えば、前記活性層１３１は、ＺｎＯ−ＳｎＯ2、ＺｎＯ−Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2、Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ、又はＩｎ2Ｏ3−ＺｎＯであり得る。
【００２９】
前記活性層１３１、及び前記ソース／ドレーン電極１２２を覆うゲート絶縁膜１４１が配置されることができる。前記ゲート絶縁膜１４１は、金属酸化物、金属窒化物、金属酸化物、非金属酸化物、非金属窒化物、及び非金属酸化物を含む多様な絶縁物質の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。例えば、前記ゲート絶縁膜１４１は、アルミナＡｌ2Ｏ3を含むことができる。
【００３０】
前記活性層１３１と前記ゲート絶縁膜１４１との間に緩衝層１３６が介在され得る。示したことと異なり、前記緩衝層１３６は、複数の層を含むことができる。前記緩衝層１３６は、１乃至２０ｎｍの厚さを有することができる。前記緩衝層１３６は、シリコン窒化物ＳｉＮｘ、シリコン酸化物ＳｉＯｘ、又はこれらの組み合わせを含むことができる。一実施形態において、前記緩衝層１３６は、熱処理された絶縁膜であり得る。
【００３１】
前記緩衝層１３６によって、前記緩衝層１３６を含む薄膜トランジスターの素子特性が向上することができる。例えば、前記緩衝層１３６は、前記ゲート絶縁膜１４１と前記活性層１３１との間の電気的ストレスを減少させられる。具体的に、前記緩衝層１３６は、前記ゲート絶縁膜１４１の界面内のトラップサイト（ｔｒａｐ ｓｉｔｅ）の発生を防ぐことができる。前記トラップサイトの減少は、前記界面の界面特性を向上させることができ、これによって、前記薄膜トランジスター内の電子移動度が向上することができる。したがって、前記緩衝層１３６を含む薄膜トランジスターの閾値電圧以下の傾斜値（Ｓｕｂｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｓｌｏｐｅ ｖａｌｕｅ：ＳＳ ｖａｌｕｅ）特性が向上される。すなわち、薄膜トランジスターの信頼性が向上されることができる。
【００３２】
前記ゲート絶縁膜１４１の上にゲート電極１５２が形成される。前記ゲート電極１５２は、導電膜であり得る。一実施形態において、前記ゲート電極１５２は、透明導電膜であり得る。例えば、前記ゲート電極１５２は、インジウム錫酸化物ＩＴＯ、又はインジウム亜鉛酸化物ＩＺＯを含むことができる。これと異なり、前記ゲート電極１５２は、不透明導電膜であり得る。例えば、前記ゲート電極１５２は、モリブデンＭｏ、白金Ｐｔ、及び金／チタニウムＡｕ／Ｔｉを含む金属の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。
【００３３】
前記薄膜トランジスター内の構成要素の配置は、本発明の思想の内で多様に変形され得る。
【００３４】
図２を参照すると、緩衝層１３７は、活性層１３１の上部面、及び側壁をすべて覆うことができる。示したことと異なり、前記緩衝層１３７、及び前記ゲート絶縁膜１４２は、ソース／ドレーン電極１２２、及び活性層１３１の上部面の上にコンフォーマルに形成されることができる。前記緩衝層１３７、及び前記ゲート絶縁膜１４２の形態は、使われる物質の特性、及び／又は形成方法によって、多様に変形され得る。
【００３５】
図３を参照すると、活性層１３２のエッジの上にソース／ドレーン電極１２３の一部が配置されることができる。即ち、前記ソース／ドレーン電極１２３は、平らではなく形成されることができる。この場合、緩衝層１３７は、前記活性層１３２の上部面の全面を覆い、前記ソース／ドレーン電極の一部前記活性層１３２の上部面とゲート絶縁膜１４１とを離隔させられる。この他にも、前記ソース／ドレーン電極１２３、及び活性層１３２の形態は、使われる物質の特性、及び／又は形成方法によって多様に変形され得る。
【００３６】
再び、図１を参照して本発明の一実施形態による薄膜トランジスターの形成方法が説明される。先に説明された構成要素に対する説明は、省略され得る。
【００３７】
図１を参照すると、基板１１０の上にソース／ドレーン電極１２２が形成される。前記ソース／ドレーン電極１２２は、前記基板１１０の上に導電性薄膜をコーティングした後、前記導電性薄膜をエッチングすることによって形成されることができる。前記導電性薄膜は、透明導電膜、又は不透明導電膜であり得る。例えば、前記導電性薄膜は、インジウム錫酸化物ＩＴＯを含むことができる。
【００３８】
前記ソース／ドレーン電極１２２の上に活性層１３１が形成されることができる。前記活性層１３１は、半導体の特性を有する酸化物の中で選択されることができる。例えば、前記活性層１３１は、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇａ、及びＳｎの中で選択された少なくとも１つの酸化物を含むことができる。前記活性層１３１は、物理的蒸着方法、又は化学的蒸着方法によって蒸着され得る。一実施形態において、前記活性層１３１は、物理的蒸着方法によって形成されることができる。例えば、前記活性層１３１は、物理的蒸気蒸着法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、又はイオンビーム蒸着法（Ｉｏｎ−ｂｅａｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって形成されることができる。
【００３９】
前記活性層１３１の上に緩衝層１３６、及びゲート絶縁膜１４１が形成されることができる。前記緩衝層１３６は、前記活性層１３１の上にコンフォーマルに形成されることができる。
【００４０】
前記緩衝層１３６は、シリコン酸化物ＳｉＯｘ、シリコン窒化物ＳｉＮｘ、又はこれらの組み合わせを含むことができる。前記緩衝層１３６は、原子層蒸着法（Ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、及びプラズマ強化化学気相蒸着法（ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を含む多様な膜形成方法の中で選択された少なくとも１つの方法によって形成されることができる。
【００４１】
前記活性層１３１、及び緩衝層１３６は、一緒にパターニングされることができる。これによって、前記ソース／ドレーン電極１２２の上部面が露出され得る。前記パターニングは、前記緩衝層１３６の上にフォトレジスト膜を形成、及びパターニングすること、前記パターニングされたフォトレジスト膜を蝕刻マスクとして使用して前記緩衝層１３６、及び活性層１３１を蝕刻することを含むことができる。前記蝕刻は、湿式蝕刻、乾式蝕刻、又はイオンミーリング（ｉｏｎ−ｍｉｌｌｉｎｇ）であり得る。これと異なり、前記活性層１３１のパターニングは、前記緩衝層１３６の形成の以前に実行され得る。図２を参照すると、前記活性層１３１が形成、及びパターニングされた以後に前記パターニングされた活性層１３１の上に緩衝層１３７が形成されることができる。この場合、前記緩衝層１３７に対するパターニング工程は、省略され得る。
【００４２】
前記ゲート絶縁膜１４１は、モバイル電荷（ｍｏｂｉｌｅ ｃｈａｒｇｅ）がない酸化膜、窒化膜、及びこれらの組み合わせで選択された少なくとも１つを含むことができる。前記ゲート絶縁膜１４１は、断層、又は複層を形成されることができる。例えば、前記ゲート絶縁膜１４１は、アルミナＡｌ2Ｏ3を含むことができる。前記ゲート絶縁膜１４１は、原子層蒸着法、プラズマ強化化学気相蒸着法、及び有機金属化学気相蒸着法（ｍｅｔａｌｏｒｇｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を含む膜形成法の中で選択された少なくとも１つによって形成されることができる。
【００４３】
前記ゲート絶縁膜１４１が形成された以後に熱処理工程が実行され得る。前記熱処理工程は、前記ゲート絶縁膜１４１、及び前記緩衝層１３６に対して１００℃乃至３００℃の熱を提供することを含むことができる。前記熱処理工程によって、前記ゲート絶縁膜１４１、及び前記活性層１３１との間の界面特性が向上することができる。例えば、前記緩衝層１３６の形成、及び熱処理工程によって前記ゲート絶縁膜１４１の表面の欠陥、例えば、ダングリングボンディング（ｄａｎｇｌｉｎｇ ｂｏｎｄｉｎｇ）等が除去され得る。これによって、前記ゲート絶縁膜１４１と前記活性層１３１との間の界面のトラップサイトが減少されて電子の移動度が向上することができる。したがって、前記緩衝層１３６を含む薄膜トランジスターの素子特性が向上することができる。
【００４４】
前記ゲート絶縁膜１４１の上にゲート電極１５２が形成されることができる。前記ゲート電極１５２は、前記ゲート絶縁膜１４１の上に導電性薄膜を形成した後、パターニングして形成されることができる。これと異なり、前記ゲート電極１５２は、パターニング工程が必要でないパターン形成工程、例えば、プリンティング法（ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）によって形成されることができる。
【００４５】
前記ソース／ドレーン電極１２２、前記活性層１３１、及び前記緩衝層１３６は、他の順序に形成されることができる。図３を参照すると、基板１１０の上に活性層１３２、及び緩衝層１３７が形成された後、前記基板１１０の前記活性層１３２、及び緩衝層１３７の上にソース／ドレーン電極１２３が形成されることができる。以後、前記緩衝層１３７、及び前記ソース／ドレーン電極１２３の上にゲート絶縁膜１４１が形成されて熱処理工程が実行され得る。
【００４６】
図４を参照して、本発明の他の実施形態による薄膜トランジスターが説明される。基板２１０の上にゲート電極２５２が配置される。前記ゲート電極２５２は、金属、及び金属酸化物を含む導電物質の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。一実施形態において、前記ゲート電極２５２は、透明導電膜であり得る。例えば、前記ゲート電極２５２は、インジウム錫酸化物ＩＴＯ、又はインジウム亜鉛酸化物ＩＺＯを含むことができる。これと異なり、前記ゲート電極２５２は、不透明導電膜であり得る。例えば、前記ゲート電極２５２は、モリブデンＭｏ、白金Ｐｔ、及び金／チタニウムＡｕ／Ｔｉを含む金属の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。
【００４７】
前記ゲート電極２５２の上にゲート絶縁膜２４１が配置される。前記ゲート絶縁膜２４１は、前記ゲート電極２５２の上部面、及び側面を覆うことができる。前記ゲート絶縁膜２４１は、金属酸化物、金属窒化物、金属酸化物、非金属酸化物、非金属窒化物、及び非金属酸化物を含む多様な絶縁物質の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。例えば、前記ゲート絶縁膜２４１は、アルミナＡｌ2Ｏ3を含むことができる。
【００４８】
前記ゲート絶縁膜２４１の上に緩衝層２３７が配置される。前記緩衝層２３７は、１乃至２０ｎｍの厚さを有することができる。前記緩衝層２３７は、前記ゲート絶縁膜２４１の全面を覆うことができる。前記緩衝層２３７は、シリコン窒化物ＳｉＮｘ、シリコン酸化物ＳｉＯｘ、又はこれらの組み合わせを含むことができる。一実施形態において、前記緩衝層２３７は、熱処理された絶縁膜であり得る。
【００４９】
前記緩衝層２３７の上にソース／ドレーン電極２２２が配置されることができる。前記ソース／ドレーン電極２２２は、透明導電膜であり得る。例えば、前記ソース／ドレーン電極２２２は、インジウム錫酸化物ＩＴＯ、又はインジウム亜鉛酸化物ＩＺＯを含むことができる。これと異なり、前記ソース／ドレーン電極２２２は、不透明導電膜であり得る。例えば、前記ソース／ドレーン電極２２２は、モリブデンＭｏ、及び金／チタニウムＡｕ／Ｔｉを含む金属の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。
【００５０】
前記緩衝層２３７上の前記ソース／ドレーン電極２２２の上に活性層２３１が配置されることができる。前記活性層２３１は、前記ソース／ドレーン電極２２２のエッジと重なるエッジを有することができる。すなわち、前記活性層２３１の両側エッジは、前記ソース／ドレーン電極２２２のエッジの上に配置され、前記活性層２３１の中心部分は、前記ゲート電極２５２の上の前記ゲート絶縁膜２４１、及び緩衝層２３７の上に配置されることができる。前記活性層２３１は、薄膜トランジスターの動作の時にチャンネルが形成される領域を含むことができる。前記活性層２３１は、酸化物を含むことができる。一実施形態において、前記活性層２３１は、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇａ、及びＳｎの中で選択された少なくとも１つの酸化物を含むことができる。例えば、前記活性層２３１は、ＺｎＯ−ＳｎＯ2、ＺｎＯ−Ｉｎ２Ｏ3−ＳｎＯ2、Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ２Ｏ3−ＺｎＯ、又はＩｎ２Ｏ3−ＺｎＯであり得る。
【００５１】
これと異なり、ソース／ドレーン電極、及びゲート電極は、他の形態にも配置されることができる。図５を参照すると、緩衝層２３７の上に活性層２３２が配置され、前記活性層２３２の両側エッジの上にソース／ドレーン電極２２３が配置されることができる。前記ソース／ドレーン電極２２３は、前記活性層２３２の両側エッジから前記ゲート絶縁膜２４１、及び緩衝層２３７の上に延長され得る。
【００５２】
再び、図４を参照して、本発明の他の実施形態による薄膜トランジスターの形成方法が説明される。
【００５３】
基板２１０の上にゲート電極２５２が形成される。前記ゲート電極２５２は、前記基板２１０の上に導電性薄膜を形成した後、パターニング工程を実行することによって形成されることができる。
【００５４】
前記ゲート電極２５２の上にゲート絶縁膜２４１が形成されることができる。前記ゲート絶縁膜２４１は、断層、又は複層に形成されることができる。前記ゲート絶縁膜２４１は、金属酸化物、金属窒化物、金属酸化物、非金属酸化物、非金属窒化物、及び非金属酸化物を含む多様な絶縁物質の中で選択された少なくとも１つを含むことができる。例えば、前記ゲート絶縁膜２４１は、アルミナＡｌ2Ｏ3を含むことができる。
【００５５】
前記ゲート絶縁膜２４１の上に緩衝層２３７が形成されることができる。前記緩衝層２３７は、シリコン窒化物ＳｉＮｘ、シリコン酸化物ＳｉＯｘ、又はこれらの組み合わせを含むことができる。示したことと異なり前記緩衝層２３７は、複数の層を含むことができる。前記緩衝層２３７が形成された以後に熱処理工程が実行され得る。前記熱処理工程は、１００℃乃至３００℃の温度で実行され得る。前記熱処理工程は、前記ゲート絶縁膜２４１、及び前記緩衝層２３７が形成された後、後述する活性層が形成される以前に実行されるか、前記ゲート絶縁膜２４１、前記緩衝層２３７、及び活性層が形成された以後に実行され得る。
【００５６】
前記緩衝層２３７の形成、及び前記熱処理工程によって前記ゲート絶縁膜２４１の界面特性が向上することができる。具体的に、前記緩衝層２３７、及び前記熱処理工程によって前記緩衝層２３７と接する前記ゲート絶縁膜２４１表面の欠陥が除去され得る。これによって、前記ゲート絶縁膜２４１内のトラップサイトの発生が最小化され得る。したがって、前記緩衝層２３７、及びゲート絶縁膜２４１を含む薄膜トランジスターの信頼性が向上することができる。
【００５７】
前記緩衝層２３７の上にソース／ドレーン電極２２２が形成されることができる。前記ソース／ドレーン電極２２２との間の前記緩衝層２３７の上に活性層２３１が形成されることができる。前記活性層２３１は、酸化物を含むことができる。前記活性層２３１は、図４に示した通り前記ソース／ドレーン電極２２２のエッジの上に延長され得る。前記活性層２３１は、前記ゲート電極２５２と重なることができる。前記活性層２３１の中心部分は、前記ゲート電極２５２と重なり、前記活性層２３１のエッジ部分は、前記ソース／ドレーン電極２２２と重なることができる。この場合、前記ソース／ドレーン電極２２２が前記緩衝層２３７の上に形成された後、前記活性層２３１が形成されることができる。
前記ソース／ドレーン電極２２２、及び活性層２３１は、他の形態に形成されることができる。図５を参照すると、緩衝層２３７の上に活性層２３２が形成された後、ソース／ドレーン電極２２３が形成されることができる。この場合、前記ソース／ドレーン電極２２３のエッジが前記活性層２３２のエッジの上に延長されるように形成されることができる。
【００５８】
図６を参照して、本発明の実施形態による効果が説明される。図６は、本発明の実施形態によって形成された薄膜トランジスターの定電流で時間による閾値電圧変化量を示すグラフィックである。
【００５９】
３つのタイプの薄膜トランジスターが本実験例に使われた。共通的に、ガラス基板が基板として使われ、インジウム錫酸化膜がソース／ドレーン電極、及びゲート電極として使われる。前記ソース／ドレーン電極、及びゲート電極の厚さは、約１５０ｎｍである。活性層は、インジウムガリウム亜鉛酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）で形成された。アルミナ膜がゲート絶縁膜として使われ、前記ゲート絶縁膜は、１８０ｎｍの厚さに形成された。３μｍの定電流でストレス時間による閾値電圧の変化量を測定した。閾値電圧値は、室温、及び６０℃の温度条件の下で測定された。
【００６０】
Ａ−タイプ薄膜トランジスター（Ａ−ｔｙｐｅ ＴＦＴ）は、比較例として、図１に示した薄膜トランジスターで緩衝層１３６が省略された薄膜トランジスターである。すなわち、図１のゲート電極１３１とゲート絶縁膜１４１が直接接触する。
【００６１】
Ｂ−タイプ薄膜トランジスター（Ｂ−ｔｙｐｅ ＴＦＴ）は、図１に示した薄膜トランジスターの形態に形成された。緩衝層１３６としてシリコン窒化物（ＳｉＮｘ）が使われた。
【００６２】
Ｃ−タイプ薄膜トランジスター（Ｃ−ｔｙｐｅ ＴＦＴ）は、図１に示した薄膜トランジスターでゲート絶縁膜１４１を複層に形成し、前記複層のゲート絶縁膜との間にシリコン窒化物膜を挿入して形成した。
【００６３】
図６に示した通り、Ａ−タイプの薄膜トランジスターの場合、６０℃で不安定な閾値電圧特性を示し、Ｃ−タイプの薄膜トランジスターの場合、室温で不安定な閾値電圧特性を示す。反面に、本発明の実施形態による薄膜トランジスターであるＢ−タイプ薄膜トランジスターは、室温、及び６０℃の全てで比較例であるＡタイプ、及びＣタイプトランジスターに比べて安定された閾値電圧特性を有することが明確になった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜トランジスターであって、
基板と、
前記基板上のソース電極、及びドレーン電極と、
前記ソース電極、及びドレーン電極との間の酸化物活性層と、
前記酸化物活性層の一面の上のゲート電極と、
前記ゲート電極と前記酸化物活性層との間のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜と前記酸化物活性層との間の緩衝層と
を含むことを特徴とする薄膜トランジスター。
【請求項２】
前記緩衝層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、又はこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスター。
【請求項３】
前記緩衝層は、１乃至２０ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項２に記載の薄膜トランジスター。
【請求項４】
前記ソース／ドレーン電極は、前記基板と隣接するように配置され、前記酸化物活性層は、前記ソース／ドレーン電極との間の前記基板の上に配置され、前記ゲート絶縁膜は、前記酸化物活性層の上に配置され、前記緩衝層は、前記酸化物活性層と前記ゲート絶縁膜との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスター。
【請求項５】
前記ゲート電極は、前記基板と隣接するように配置され、前記ゲート絶縁膜、及び前記緩衝層は、前記ゲート電極を含む前記基板の上に順に積層され、前記酸化物活性層は、前記ゲート電極上の前記緩衝層の上に配置され、前記ソース／ドレーン電極は、前記活性層の隣の前記緩衝層の上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスター。
【請求項６】
前記酸化物活性層は、３Ａ、４Ａ、５Ａ族、及び２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ族金属の中で選択された少なくとも１つの酸化物を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスター。
【請求項７】
前記酸化物活性層は、ＺｎＯ、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｇａ−ＺｎＯ、Ｚｎ−Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ、及びＳｎＯ2の中で選択された少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項６に記載の薄膜トランジスター。
【請求項８】
前記ゲート絶縁膜は、アルミナを含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスター。
【請求項９】
薄膜トランジスターの形成方法であって、
基板の上に、ソース／ドレーン電極、ゲート絶縁膜、前記ゲート絶縁膜と接する緩衝層、酸化物活性層、及びゲート電極を形成することと、
前記ゲート絶縁膜と前記緩衝層とを熱処理することと
を含み、前記酸化物活性層は、前記ソース／ドレーン電極との間の前記基板の上に形成され、前記ゲート絶縁膜は、前記酸化物活性層の一面の上に形成され、前記緩衝層は、前記ゲート絶縁膜のどの一面の上に形成され、前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜により前記酸化物活性層と離隔されることを特徴とする薄膜トランジスターの形成方法。
【請求項１０】
前記ソース／ドレーン電極、前記ゲート絶縁膜、前記緩衝層、前記酸化物活性層、及び前記ゲート電極を形成することは、
前記基板の上に前記ゲート電極を形成すること、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜、及び前記緩衝層を形成すること、前記ゲート電極の両側の前記緩衝層の上にソース／ドレーン電極、及び前記酸化物活性層を形成することを含むことを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスターの形成方法。
【請求項１１】
前記ソース／ドレーン電極、前記ゲート絶縁膜、前記緩衝層、前記酸化物活性層、及び前記ゲート電極を形成することは、
前記基板の上に前記ソース／ドレーン電極、及び前記酸化物活性層を形成すること、前記酸化物活性層を覆う緩衝層、及びゲート絶縁膜を形成すること、前記ゲート絶縁膜の上にゲート電極を形成することを含むことを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスターの形成方法。
【請求項１２】
前記熱処理は、１００℃乃至３００℃で実行されることを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスターの形成方法。
【請求項１３】
前記ゲート絶縁膜は、アルミナを含むことを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスターの形成方法。
【請求項１４】
前記緩衝層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、又はこれらの組み合わせを含み、前記緩衝層は、常温乃至５００℃の温度で形成されることを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスターの形成方法。
【請求項１５】
前記緩衝層は、プラズマ強化化学気相蒸着法によって形成されることを特徴とする請求項１４に記載の薄膜トランジスターの形成方法。
【請求項１６】
前記酸化物活性層は、３Ａ、４Ａ、５Ａ族、及び２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ族金属の中で選択された少なくとも１つの酸化物を含むことを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスターの形成方法。
【請求項１７】
前記ゲート電極、及び前記ソース／ドレーン電極は、金属、及び金属酸化物の中で選択された少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスターの形成方法。
【請求項１】
薄膜トランジスターであって、
基板と、
前記基板上のソース電極、及びドレーン電極と、
前記ソース電極、及びドレーン電極との間の酸化物活性層と、
前記酸化物活性層の一面の上のゲート電極と、
前記ゲート電極と前記酸化物活性層との間のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜と前記酸化物活性層との間の緩衝層と
を含むことを特徴とする薄膜トランジスター。
【請求項２】
前記緩衝層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、又はこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスター。
【請求項３】
前記緩衝層は、１乃至２０ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項２に記載の薄膜トランジスター。
【請求項４】
前記ソース／ドレーン電極は、前記基板と隣接するように配置され、前記酸化物活性層は、前記ソース／ドレーン電極との間の前記基板の上に配置され、前記ゲート絶縁膜は、前記酸化物活性層の上に配置され、前記緩衝層は、前記酸化物活性層と前記ゲート絶縁膜との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスター。
【請求項５】
前記ゲート電極は、前記基板と隣接するように配置され、前記ゲート絶縁膜、及び前記緩衝層は、前記ゲート電極を含む前記基板の上に順に積層され、前記酸化物活性層は、前記ゲート電極上の前記緩衝層の上に配置され、前記ソース／ドレーン電極は、前記活性層の隣の前記緩衝層の上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスター。
【請求項６】
前記酸化物活性層は、３Ａ、４Ａ、５Ａ族、及び２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ族金属の中で選択された少なくとも１つの酸化物を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスター。
【請求項７】
前記酸化物活性層は、ＺｎＯ、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｇａ−ＺｎＯ、Ｚｎ−Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ、及びＳｎＯ2の中で選択された少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項６に記載の薄膜トランジスター。
【請求項８】
前記ゲート絶縁膜は、アルミナを含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスター。
【請求項９】
薄膜トランジスターの形成方法であって、
基板の上に、ソース／ドレーン電極、ゲート絶縁膜、前記ゲート絶縁膜と接する緩衝層、酸化物活性層、及びゲート電極を形成することと、
前記ゲート絶縁膜と前記緩衝層とを熱処理することと
を含み、前記酸化物活性層は、前記ソース／ドレーン電極との間の前記基板の上に形成され、前記ゲート絶縁膜は、前記酸化物活性層の一面の上に形成され、前記緩衝層は、前記ゲート絶縁膜のどの一面の上に形成され、前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜により前記酸化物活性層と離隔されることを特徴とする薄膜トランジスターの形成方法。
【請求項１０】
前記ソース／ドレーン電極、前記ゲート絶縁膜、前記緩衝層、前記酸化物活性層、及び前記ゲート電極を形成することは、
前記基板の上に前記ゲート電極を形成すること、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜、及び前記緩衝層を形成すること、前記ゲート電極の両側の前記緩衝層の上にソース／ドレーン電極、及び前記酸化物活性層を形成することを含むことを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスターの形成方法。
【請求項１１】
前記ソース／ドレーン電極、前記ゲート絶縁膜、前記緩衝層、前記酸化物活性層、及び前記ゲート電極を形成することは、
前記基板の上に前記ソース／ドレーン電極、及び前記酸化物活性層を形成すること、前記酸化物活性層を覆う緩衝層、及びゲート絶縁膜を形成すること、前記ゲート絶縁膜の上にゲート電極を形成することを含むことを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスターの形成方法。
【請求項１２】
前記熱処理は、１００℃乃至３００℃で実行されることを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスターの形成方法。
【請求項１３】
前記ゲート絶縁膜は、アルミナを含むことを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスターの形成方法。
【請求項１４】
前記緩衝層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、又はこれらの組み合わせを含み、前記緩衝層は、常温乃至５００℃の温度で形成されることを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスターの形成方法。
【請求項１５】
前記緩衝層は、プラズマ強化化学気相蒸着法によって形成されることを特徴とする請求項１４に記載の薄膜トランジスターの形成方法。
【請求項１６】
前記酸化物活性層は、３Ａ、４Ａ、５Ａ族、及び２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ族金属の中で選択された少なくとも１つの酸化物を含むことを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスターの形成方法。
【請求項１７】
前記ゲート電極、及び前記ソース／ドレーン電極は、金属、及び金属酸化物の中で選択された少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスターの形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１２９８６５（Ｐ２０１１−１２９８６５Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２４０８０（Ｐ２０１０−１２４０８０）
【出願日】平成２２年５月３１日（２０１０．５．３１）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発行者 韓國電子通信研究院 刊行物等 ＥＴＲＩ Ｊｏｕｒｎａｌ，Ｖｏｌｕｍｅ ３１，Ｎｕｍｂｅｒ ６，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００９ 発行日 ２００９年１２月１日
【出願人】（５９６１８００７６）韓國電子通信研究院 (733)
【氏名又は名称原語表記】Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
【住所又は居所原語表記】１６１ Ｋａｊｏｎｇ−ｄｏｎｇ， Ｙｕｓｏｎｇ−ｇｕ， Ｔａｅｊｏｎ ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月３１日（２０１０．５．３１）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発行者 韓國電子通信研究院 刊行物等 ＥＴＲＩ Ｊｏｕｒｎａｌ，Ｖｏｌｕｍｅ ３１，Ｎｕｍｂｅｒ ６，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００９ 発行日 ２００９年１２月１日
【出願人】（５９６１８００７６）韓國電子通信研究院 (733)
【氏名又は名称原語表記】Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
【住所又は居所原語表記】１６１ Ｋａｊｏｎｇ−ｄｏｎｇ， Ｙｕｓｏｎｇ−ｇｕ， Ｔａｅｊｏｎ ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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