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(한국항공대학교, 한국항공대학교 일반대학원)

지도교수
서종현
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한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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산화물 반도체는 a-Si에 비해서 높은 이동도, 상온 공정이 가능하다는 점 등 다양한 장점을 가지고 있어 차세대 디스플레이의 구동 소자로 각광받고 있다. 현재 양산되고 있는 산화물 반도체 TFT(Thin film transistors)는 기존의 a-Si TFT에 비해서 Mask공정이 추가로 필요한데 이는 source/drain patterning공정 중 산화물 반도체 물질의 damage를 막기 위한 etch-stopper역할을 한다. Mask공정이 늘어날수록 생산비용이 높아 지는 문제점을 가지고 있다. Mask공정을 줄일 수 있다면 생산비용의 절감이 가능해지기 때문에 현재 Mask공정을 줄이기 위한 연구가 활발히 진행 중이다.
본 논문에서는 etch-stopper를 사용하지 않는 4Mask공정의 박막 트랜지스터의 제작을 목적으로 실험을 진행하였다. 채널 층은 산화물 반도체중 좋은 특성을 보이는 indium gallium zinc oxide(IGZO)를 사용하였다. Source/Drain 전극은 Cu/Mo를 사용하였다. Cu/Mo는 현재 양산중인 TFT에 주로 사용되는 물질이며 buffer layer로 사용된 Mo는 Cu와 기판간의 접착력을 높이기 위한 목적과 Cu와 채널 층이 반응하지 않게 하기 위한 목적으로 사용하였다. Source/Drain patterning공정은 etch-stopper를 사용하지 않고 인산을 기본조성으로 하는 식각액에서 공정을 진행하였다. 인산계 식각액은 과수계 식각액등 다른 식각액에 비해서 매우 긴 life time을 장점으로 가진다.
기존에 연구된 TFT의 특성을 향상시키기 위한 후처리 공정으로는 크게 Dry annealing과 Wet annealing이 있는데 공정시간이 길어서 실제 공정에 적용하기에는 어려움이 있다. 따라서 후처리 공정의 시간을 줄이기 위한 방법으로 광활성 반응을 이용했다. UV를 비춰준 상태에서 Wet annealing공정을 5분~20분 동안 50℃의 H2O에서 진행하였다. 그 결과 UV wet annealing공정을 한 TFT의 특성이 같이 시간 동안 진행한 Dry annealing처리한 TFT보다 더 많이 향상된 것을 확인하였다. TFT의 특성이 향상된 메커니즘을 분석하기 위해서 표면분석장비(XPS)를 사용하여 UV wet annealing전후의 IGZO표면의 변화를 관찰하였다.
#IGZO #GIZO #4Mask #TFT #Wet annealing #Dry annealing

목차

  1. 목 차
    요 약 i
    목 차 ⅲ
    그 림 목 록 ⅵ
    표 목 록 ⅹ
    제 1 장 서 론 1
    제 2 장 이론적 배경 4
    2.1 InGaZnO Thin Film Transistors 4
    2.2 산화물 반도체 시장 조사 8
    2.3 TFT의 S/D으로 사용되는 물질 10
    2.3.1 구리 배선 10
    2.3.2 구리배선의 문제점 10
    2.3.3 Buffer layer 11
    2.4 구리 배선의 식각액 13
    2.5 산화물 반도체 TFT의 후처리 공정 15
    2.5.1 Dry annealing 공정 15
    2.5.2 Wet annealing 공정 17
    3장 실험 방법 19
    3.1 IGZO TFT샘플 제작 방법 19
    3.1.1 4Mask공정 TFT 제작 방법 19
    3.1.2 Lift-off공정 TFT 제작 방법 21
    3.2 IGZO TFT공정 비교 23
    3.3 Dry annealing, Wet annealing 후처리 공정 방법 25
    3.4 TFT특성 측정과 전기적 특성 변수 추출 27
    4장 결과 및 고찰 29
    4.1 Dry annealing과 UV wet annealing으로 후처리 한 IGZO TFT의 특성 분석 29
    4.2 UV wet annealing 후처리 시간에 따른 IGZO TFT의 특성 분석 32
    4.3 인산계 식각액에서 빛의 유무에 따른 IGZO의 분극곡선 변화 34
    4.4 H2O안에서 빛의 유무에 따른 IGZO의 분극곡선 변화 36
    4.5 XPS를 이용한 후처리 공정 후 IGZO의 표면 변화 분석 38
    4.5.1 Ga3d, In3d, Zn2p peak 38
    4.5.2 XPS intensity변화에 따른 In, Ga, Zn상태도 40
    4.5.3 O1s peak 42
    4.5.4 XPS를 이용한 산화물 반도체 표면의 정량 분석 44
    4.6 UV wet annealing에 의한 산화물 반도체 TFT의 특성 향상 메커니즘 46
    4장 결 론 49
    참 고 문 헌 51
    SUMMARY 55

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