[go: up one dir, main page]

KR102686124B1 - Quasi-single axis aligned IGZO material layer having a hexagonal structure, fabricating method thereof, and semiconductor device using quasi-sing axis aligned IGZO material layer - Google Patents

Quasi-single axis aligned IGZO material layer having a hexagonal structure, fabricating method thereof, and semiconductor device using quasi-sing axis aligned IGZO material layer Download PDF

Info

Publication number
KR102686124B1
KR102686124B1 KR1020210118751A KR20210118751A KR102686124B1 KR 102686124 B1 KR102686124 B1 KR 102686124B1 KR 1020210118751 A KR1020210118751 A KR 1020210118751A KR 20210118751 A KR20210118751 A KR 20210118751A KR 102686124 B1 KR102686124 B1 KR 102686124B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
material film
igzo
igzo material
axis
peak
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020210118751A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20230036190A (en
Inventor
박진성
홍태현
정현준
김경록
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020210118751A priority Critical patent/KR102686124B1/en
Publication of KR20230036190A publication Critical patent/KR20230036190A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102686124B1 publication Critical patent/KR102686124B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02565—Oxide semiconducting materials not being Group 12/16 materials, e.g. ternary compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45531—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations specially adapted for making ternary or higher compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45536—Use of plasma, radiation or electromagnetic fields
    • C23C16/4554—Plasma being used non-continuously in between ALD reactions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/56—After-treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02609—Crystal orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

IGZO 물질막의 제조방법이 제공된다. 상기 IGZO 물질막의 제조방법은 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에, 인듐(In) 포함하는 제1 전구체와 산소(O)를 포함하는 반응물질을 반응시켜, 인듐 산화물을 포함하는 제1 물질막을 형성하는 단계, 상기 제1 물질막 상에, 갈륨(Ga)을 포함하는 제2 전구체와 상기 반응물질을 반응시켜, 갈륨 산화물을 포함하는 제2 물질막을 형성하는 단계, 및 상기 제2 물질막 상에, 아연(Zn)을 포함하는 제3 전구체와 상기 반응물질을 반응시켜, 아연 산화물을 포함하는 제3 물질막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. A method for manufacturing an IGZO material film is provided. The method of manufacturing the IGZO material film includes preparing a substrate, reacting a first precursor containing indium (In) with a reactant containing oxygen (O) on the substrate to form a first material film containing indium oxide. forming a second material film containing gallium oxide by reacting a second precursor containing gallium (Ga) with the reactant on the first material film, and forming a second material film containing gallium oxide on the first material film. It may include reacting a third precursor containing zinc (Zn) with the reactant to form a third material film containing zinc oxide.

Description

헥사고날 구조를 갖는 준-단배향 IGZO 물질막, 및 그 제조방법, 그리고 준-단배향 IGZO 물질막이 사용된 반도체 소자 {Quasi-single axis aligned IGZO material layer having a hexagonal structure, fabricating method thereof, and semiconductor device using quasi-sing axis aligned IGZO material layer}Quasi-single axis aligned IGZO material layer having a hexagonal structure, fabricating method thereof, and semiconductor device using the quasi-single axis aligned IGZO material layer, and semiconductor device using quasi-sing axis aligned IGZO material layer}

본 발명은 핵사고날 구조를 갖는 준-단배향 IGZO 물질막, 및 그 제조방법, 그리고 준-단배향 IGZO 물질막이 사용된 반도체 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 디스플레이 뿐만 아니라 다양한 반도체 소자에 적용될 수 있는 핵사고날 구조를 갖는 준-단배향 IGZO 물질막, 및 그 제조방법, 그리고 준-단배향 IGZO 물질막이 사용된 반도체 소자에 관련된 것이다. The present invention relates to a quasi-unidirectional IGZO material film having a nuclear incident blade structure, a method of manufacturing the same, and a semiconductor device using the quasi-unidirectional IGZO material film. More specifically, it relates to a semiconductor device that can be applied to various semiconductor devices as well as displays. It relates to a quasi-uni-oriented IGZO material film having a nuclear accident blade structure, a manufacturing method thereof, and a semiconductor device using the quasi-uni-oriented IGZO material film.

실리콘 기반의 반도체는 밴드갭이 작아 불투명하기 때문에 투명 소재 개발에 적용이 어려운 문제점이 있다. 또한, 비정질의 경우 저온에서 대면공정이 가능하지만 전하 이동도가 ~1cm2/Vs로 제한되는 문제점이 있고, 다결정을 띄는 경우 이동도는 높으나 고온 공정이 요구된다는 점과 대면공정에 불리한 균일도 문제로 인해 명확한 한계를 가지고 있다. Silicon-based semiconductors have a small band gap and are opaque, making it difficult to apply them to the development of transparent materials. In addition, in the case of amorphous materials, face-to-face processing is possible at low temperatures, but there is a problem in that the charge mobility is limited to ~1cm 2 /Vs. In the case of polycrystalline materials, mobility is high, but a high-temperature process is required, and uniformity issues are disadvantageous to face-to-face processes. Because of this, it has clear limitations.

이로 인해 산화물 반도체 기반의 트랜지스터에 대한 연구가 많이 진행되었으며, 디스플레이 분야에서는 백플레인 트랜지스터에 스퍼터링 기반 a-IGZO 물질이 적용되기 시작하였다. 현재는 디스플레이 분야에 국한되지 않고, 메모리 반도체 산업에서도 산화물 반도체의 우수한 off-current를 이용하기 위하여 연구가 진행되고 있으며, 종래 디스플레이 산업과 다르게 고온 열처리 조건이 공정에 활용되어야 한다. 이러한 연구 수요에 따라 다양한 IGZO 물질기반 연구가 진행되고 있다. As a result, much research has been conducted on oxide semiconductor-based transistors, and in the display field, sputtering-based a-IGZO materials have begun to be applied to backplane transistors. Currently, research is being conducted not only in the display field, but also in the memory semiconductor industry to utilize the excellent off-current of oxide semiconductors. Unlike the conventional display industry, high-temperature heat treatment conditions must be used in the process. In response to these research demands, various IGZO material-based research is being conducted.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, IGZO 물질막 내의 조성 제어가 용이한 핵사고날 구조를 갖는 준-단배향 IGZO 물질막, 및 그 제조방법, 그리고 준-단배향 IGZO 물질막이 사용된 반도체 소자를 제공하는 데 있다. One technical problem to be solved by the present invention is a quasi-unidirectional IGZO material film having a nuclear incident blade structure that facilitates composition control within the IGZO material film, a method of manufacturing the same, and a semiconductor using the quasi-unidirectional IGZO material film. The purpose is to provide devices.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, Thermal-ALD 공정으로 제조된 종래의 IGZO 물질막과 특성이 다른 핵사고날 구조를 갖는 준-단배향 IGZO 물질막, 및 그 제조방법, 그리고 준-단배향 IGZO 물질막이 사용된 반도체 소자를 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is a quasi-single-oriented IGZO material film having a nuclear incident blade structure with different characteristics from the conventional IGZO material film manufactured by the thermal-ALD process, a method of manufacturing the same, and a quasi-single oriented IGZO material film The goal is to provide a semiconductor device using an oriented IGZO material film.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 스퍼터링(sputtering) 공정으로 제조된 종래의 IGZO 물질막과 특성이 다른 핵사고날 구조를 갖는 준-단배향 IGZO 물질막, 및 그 제조방법, 그리고 준-단배향 IGZO 물질막이 사용된 반도체 소자를 제공하는 데 있다. Another technical problem that the present invention aims to solve is a quasi-unidirectional IGZO material film having a nuclear accident blade structure with different characteristics from the conventional IGZO material film manufactured by a sputtering process, and a method for manufacturing the same. -The purpose is to provide a semiconductor device using a uni-oriented IGZO material film.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 저온의 증착 온도에서도 결정의 성장이 이루어지는 핵사고날 구조를 갖는 준-단배향 IGZO 물질막, 및 그 제조방법, 그리고 준-단배향 IGZO 물질막이 사용된 반도체 소자를 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is a quasi-single-oriented IGZO material film having a nucleation blade structure in which crystal growth is achieved even at a low deposition temperature, a method of manufacturing the same, and the use of the quasi-single-oriented IGZO material film. The goal is to provide semiconductor devices that are

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 열적 내구성이 향상된 핵사고날 구조를 갖는 준-단배향 IGZO 물질막, 및 그 제조방법, 그리고 준-단배향 IGZO 물질막이 사용된 반도체 소자를 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a quasi-unidirectional IGZO material film having a nuclear accident blade structure with improved thermal durability, a method of manufacturing the same, and a semiconductor device using the quasi-unidirectional IGZO material film. It is there.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problems to be solved by the present invention are not limited to those described above.

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 IGZO 물질막의 제조방법을 제공한다. In order to solve the above-mentioned technical problems, the present invention provides a method for manufacturing an IGZO material film.

일 실시 예에 따르면, 상기 IGZO 물질막의 제조방법은 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에, 인듐(In) 포함하는 제1 전구체와 산소(O)를 포함하는 반응물질을 반응시켜, 인듐 산화물을 포함하는 제1 물질막을 형성하는 단계, 상기 제1 물질막 상에, 갈륨(Ga)을 포함하는 제2 전구체와 상기 반응물질을 반응시켜, 갈륨 산화물을 포함하는 제2 물질막을 형성하는 단계, 및 상기 제2 물질막 상에, 아연(Zn)을 포함하는 제3 전구체와 상기 반응물질을 반응시켜, 아연 산화물을 포함하는 제3 물질막을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 제1 내지 제3 물질막이 적층된 IGZO 물질막 내에서 상기 인듐(In), 상기 갈륨(Ga), 및 상기 아연(Zn)의 함량이 제어됨에 따라, 상기 IGZO 물질막의 결정 성장 배향 및 결정 구조가 제어되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the method of manufacturing the IGZO material film includes preparing a substrate, reacting a first precursor containing indium (In) with a reactant containing oxygen (O) on the substrate to produce indium oxide. forming a first material film comprising: forming a second material film comprising gallium oxide by reacting a second precursor containing gallium (Ga) with the reactant on the first material film; and reacting a third precursor containing zinc (Zn) with the reactant to form a third material film containing zinc oxide on the second material film, wherein the first to third material films As the content of indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn) in the stacked IGZO material film is controlled, the crystal growth orientation and crystal structure of the IGZO material film may be controlled. .

일 실시 예에 따르면, 상기 IGZO 물질막 내에서 상기 아연(Zn)의 함량이 증가함에 따라, 상기 IGZO 물질막의 결정 성장 배향 중 c-축(c-axis) 배향률이 증가하는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, as the content of zinc (Zn) increases in the IGZO material film, the c-axis orientation ratio of the crystal growth orientation of the IGZO material film may include increasing. .

일 실시 예에 따르면, 상기 IGZO 물질막 내에서 상기 인듐(In)의 함량이 증가함에 따라, XRD(X-ray diffraction) 결과에서 cubic-InOx (222)에 해당하는 2Θ = 30.5o XRD peak 가 나타나는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, as the content of indium (In) increases in the IGZO material film, 2Θ = 30.5 o XRD peak corresponding to cubic-InO x (222) in the XRD (X-ray diffraction) results. It may include what appears.

일 실시 예에 따르면, 상기 IGZO 물질막은 증착 온도가 증가함에 따라, XRD(X-ray diffraction) 결과에서 c축 방향의 (400) peak는 감소하고 (222) peak는 증가하는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, as the deposition temperature of the IGZO material film increases, the (400) peak in the c-axis direction may decrease and the (222) peak may increase in X-ray diffraction (XRD) results.

일 실시 예에 따르면, 상기 IGZO 물질막의 제조방법은 상기 제3 물질막을 형성하는 단계 이후, 상기 제1 내지 제3 물질막이 적층된 상기 IGZO 물질막을 열처리하는 단계를 더 포함하되, 열처리된 상기 IGZO 물질막은, XRD(X-ray diffraction) 결과에서 c축 배향 결정질(c-axis align crystalline, CAAC) (009) peak가 나타나는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the method of manufacturing the IGZO material film further includes, after forming the third material film, heat treating the IGZO material film on which the first to third material films are stacked, wherein the heat-treated IGZO material The film may include a c-axis align crystalline (CAAC) (009) peak in X-ray diffraction (XRD) results.

일 실시 예에 따르면, 상기 IGZO 물질막의 열처리 온도가 증가함에 따라, XRD(X-ray diffraction) 결과에서 c축 배향 결정질(c-axis align crystalline, CAAC) (009) peak의 강도(intensity)가 증가하는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, as the heat treatment temperature of the IGZO material film increases, the intensity of the c-axis align crystalline (CAAC) (009) peak increases in the X-ray diffraction (XRD) results. It may include:

일 실시 예에 따르면, 열처리된 상기 IGZO 물질막은, XRD(X-ray diffraction) 결과에서 c축 배향 결정질(c-axis align crystalline, CAAC) (009) peak의 강도(intensity)가 c축 배향 결정질(CAAC) (006) peak의 강도(intensity) 보다 높게 나타나는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the heat-treated IGZO material film has an intensity of c-axis align crystalline (CAAC) (009) peak in XRD (X-ray diffraction) results. It may include ones that appear higher than the intensity of the CAAC (006) peak.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전구체와 상기 반응물질을 반응시키는 단계는 제1 유닛 공정으로 정의되고, 상기 제2 전구체와 상기 반응물질을 반응시키는 단계는 제2 유닛 공정으로 정의되고, 상기 제3 전구체와 상기 반응물질을 반응시키는 단계는 제3 유닛 공정으로 정의되되, 상기 제1 내지 제3 유닛 공정은 각각 복수회 반복 수행되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the step of reacting the first precursor and the reactant is defined as a first unit process, the step of reacting the second precursor and the reactant is defined as a second unit process, and the step of reacting the first precursor and the reactant is defined as a second unit process. 3 The step of reacting the precursor and the reactant is defined as a third unit process, and the first to third unit processes may each be repeated multiple times.

일 실시 예에 따르면, 상기 반응물질은 산소 플라즈마(O2 plasma)를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the reactant may include oxygen plasma (O 2 plasma).

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 IGZO 물질막을 제공한다. In order to solve the above-mentioned technical problems, the present invention provides an IGZO material film.

일 실시 예에 따르면, 인듐 산화물을 포함하는 제1 물질막, 갈륨 산화물을 포함하는 제2 물질막, 및 아연 산화물을 포함하는 제3 물질막이 순차적으로 적층된 IGZO 물질막에서, 상기 IGZO 물질막의 결정 배향은, c-축(c-axis) 배향, 및 상기 c-축 배향과 다른 배향을 함께 갖는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, in an IGZO material film in which a first material film including indium oxide, a second material film including gallium oxide, and a third material film including zinc oxide are sequentially stacked, the crystal of the IGZO material film Orientation may include both a c-axis orientation and an orientation different from the c-axis orientation.

일 실시 예에 따르면, 상기 IGZO 물질막 내 아연(Zn)의 함량이 증가함에 따라, 상기 IGZO 물질막의 결정상 중 c-축(c-axis) 방향의 결정상 비율이 증가하는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, as the content of zinc (Zn) in the IGZO material film increases, the ratio of crystal phases in the c-axis direction among the crystal phases of the IGZO material film may increase.

일 실시 예에 따르면, 상기 IGZO 물질막은, c-축(c-axis) 방향의 결정상을 갖는 제1 영역, 및 c-축 방향의 결정상과 다른 결정상을 갖는 제2 영역을 포함하되, 상기 제1 영역의 화학적 조성과 상기 제2 영역의 화학적 조성은 서로 동일한 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the IGZO material film includes a first region having a crystal phase in a c-axis direction, and a second region having a crystal phase different from the crystal phase in the c-axis direction, wherein the first region The chemical composition of the region and the chemical composition of the second region may be the same.

일 실시 예에 따르면, 상기 IGZO 물질막은, c-축(c-axis) 방향의 결정상을 갖는 제1 영역, 및 c-축 방향의 결정상과 다른 결정상을 갖는 제2 영역을 포함하되, 상기 제1 영역의 결정 구조와 상기 제2 영역의 결정 구조는 서로 동일한 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the IGZO material film includes a first region having a crystal phase in a c-axis direction, and a second region having a crystal phase different from the crystal phase in the c-axis direction, wherein the first region The crystal structure of the region and the crystal structure of the second region may include the same crystal structure.

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 반도체 소자를 제공한다. In order to solve the above-mentioned technical problems, the present invention provides a semiconductor device.

일 실시 예에 따르면, 상기 반도체 소자는 상기 실시 예에 따른 IGZO 물질막이 활성막으로 사용될 수 있다. According to one embodiment, the semiconductor device may use the IGZO material layer according to the above embodiment as an active layer.

본 발명의 실시 예에 따른 IGZO 물질막의 제조방법은 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에, 인듐(In) 포함하는 제1 전구체와 산소 플라즈마(O2 plasma)를 포함하는 반응물질을 반응시켜, 인듐 산화물을 포함하는 제1 물질막을 형성하는 단계, 상기 제1 물질막 상에, 갈륨(Ga)을 포함하는 제2 전구체와 상기 반응물질을 반응시켜, 갈륨 산화물을 포함하는 제2 물질막을 형성하는 단계, 및 상기 제2 물질막 상에, 아연(Zn)을 포함하는 제3 전구체와 상기 반응물질을 반응시켜, 아연 산화물을 포함하는 제3 물질막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 IGZO 물질막은 PEALD(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition) 공정으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 실시 예에 따른 IGZO 물질막은, 상기 IGZO 물질막 내에서 상기 아연(Zn)의 함량을 증가시킴에 따라, 상기 IGZO 물질막의 결정 성장 배향 중 c-축 배향률을 증가시킬 수 있다. The method of manufacturing an IGZO material film according to an embodiment of the present invention includes preparing a substrate, reacting a first precursor containing indium (In) with a reactant containing oxygen plasma (O 2 plasma) on the substrate, Forming a first material film containing indium oxide, reacting a second precursor containing gallium (Ga) with the reactant on the first material film to form a second material film containing gallium oxide. and reacting a third precursor containing zinc (Zn) with the reactant to form a third material film containing zinc oxide on the second material film. That is, the IGZO material film according to an embodiment of the present invention may be formed through a PEALD (Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition) process. In addition, the IGZO material film according to the above embodiment can increase the c-axis orientation ratio of the crystal growth orientation of the IGZO material film by increasing the zinc (Zn) content in the IGZO material film.

PEALD 공정으로 형성된 상기 IGZO 물질막은 Thermal-ALD 및 스퍼터링(sputtering) 공정으로 형성된 종래의 IGZO 물질막과 달리 c-축(c-axis) 배향 및 c-축 배향과 다른 배향을 함께 갖는 준-단배향(quasi-single axis align) 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, PEALD 공정으로 형성된 상기 IGZO 물질막은 Thermal-ALD 및 스퍼터링(sputtering) 공정으로 형성된 종래의 IGZO 물질막과 다른 특성을 나타낼 수 있다. The IGZO material film formed through the PEALD process, unlike the conventional IGZO material film formed through the Thermal-ALD and sputtering processes, has a quasi-unidirectional orientation with both a c-axis orientation and an orientation different from the c-axis orientation. It may have a (quasi-single axis align) structure. Accordingly, the IGZO material film formed through the PEALD process may exhibit different characteristics from the conventional IGZO material film formed through the Thermal-ALD and sputtering processes.

구체적으로, Thermal-ALD 공정으로 형성된 IGZO 물질막과 비교하여 PEALD 공정으로 형성된 상기 IGZO 물질막의 경우, 상대적으로 낮은 온도(예를 들어, 150℃ 이하)에서도 결정의 성장이 이루어질 수 있다. 또한, 스퍼터링(sputtering) 공정으로 형성된 IGZO 물질막과 비교하여 PEALD 공정으로 형성된 상기 IGZO 물질막의 경우, 열적 내구성이 향상될 수 있다. Specifically, in the case of the IGZO material film formed through the PEALD process compared to the IGZO material film formed through the Thermal-ALD process, crystal growth can be achieved even at a relatively low temperature (for example, 150°C or lower). Additionally, compared to the IGZO material film formed through the sputtering process, the thermal durability of the IGZO material film formed through the PEALD process may be improved.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 IGZO 물질막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 IGZO 물질막의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 IGZO 물질막 내 조성에 따른 결정 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 비교 예 2 및 실험 예들에 따른 IGZO 물질막의 조성을 비교하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 비교 예 1에 따른 IGZO 물질막의 결정상을 확인하기 위한 XRD(X-ray diffraction) 결과이다.
도 7은 본 발명의 실험 예 1에 따른 IGZO 물질막의 결정상을 확인하기 위한 XRD(X-ray diffraction) 결과이다.
도 8은 본 발명의 비교 예 2에 따른 IGZO 물질막의 열처리 온도에 따른 결정상을 확인하기 위한 XRD(X-ray diffraction) 결과이다.
도 9는 본 발명의 실험 예 1에 따른 IGZO 물질막의 열처리 온도에 따른 결정상을 확인하기 위한 XRD(X-ray diffraction) 결과이다.
도 10은 본 발명의 실험 예 2에 따른 IGZO 물질막의 열처리 온도에 따른 결정상을 확인하기 위한 XRD(X-ray diffraction) 결과이다.
도 11은 본 발명의 비교 예 2에 따른 IGZO 물질막의 열처리 온도에 따른 결정상을 확인하기 위한 WAXS(Wide-Angle X-ray Diffraction)결과이다.
도 12는 본 발명의 실험 예 1에 따른 IGZO 물질막의 열처리 온도에 따른 결정상을 확인하기 위한 WAXS(Wide-Angle X-ray Diffraction) 결과이고,
도 13은 본 발명의 실험 예 2에 따른 IGZO 물질막의 열처리 온도에 따른 결정상을 확인하기 위한 WAXS(Wide-Angle X-ray Diffraction) 결과이다.
도 14는 본 발명의 비교 예 2 및 실험 예들에 따른 IGZO 물질막을 촬영한 사진이다.
도 15는 본 발명의 실험 예에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 비교 예 2에 따른 TFT의 Transfer-curve를 나타내는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실험 예 2에 따른 TFT의 Transfer-curve를 나타내는 그래프이다. 1 is a flowchart for explaining a method of manufacturing an IGZO material film according to an embodiment of the present invention.
Figures 2 and 3 are diagrams for explaining the manufacturing process of the IGZO material film according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram for explaining a crystal region according to composition within an IGZO material film according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram comparing the composition of IGZO material films according to Comparative Example 2 and Experimental Examples of the present invention.
Figure 6 shows the results of XRD (X-ray diffraction) to confirm the crystal phase of the IGZO material film according to Comparative Example 1 of the present invention.
Figure 7 shows the results of XRD (X-ray diffraction) to confirm the crystal phase of the IGZO material film according to Experimental Example 1 of the present invention.
Figure 8 shows the results of XRD (X-ray diffraction) to confirm the crystal phase according to the heat treatment temperature of the IGZO material film according to Comparative Example 2 of the present invention.
Figure 9 shows the results of XRD (X-ray diffraction) to confirm the crystal phase according to the heat treatment temperature of the IGZO material film according to Experimental Example 1 of the present invention.
Figure 10 shows the results of XRD (X-ray diffraction) to confirm the crystal phase according to the heat treatment temperature of the IGZO material film according to Experimental Example 2 of the present invention.
Figure 11 is a WAXS (Wide-Angle X-ray Diffraction) result to confirm the crystal phase according to the heat treatment temperature of the IGZO material film according to Comparative Example 2 of the present invention.
Figure 12 shows the results of WAXS (Wide-Angle X-ray Diffraction) to confirm the crystal phase according to the heat treatment temperature of the IGZO material film according to Experimental Example 1 of the present invention;
Figure 13 shows the results of WAXS (Wide-Angle X-ray Diffraction) to confirm the crystalline phase according to the heat treatment temperature of the IGZO material film according to Experimental Example 2 of the present invention.
Figure 14 is a photograph of the IGZO material film according to Comparative Example 2 and Experimental Examples of the present invention.
Figure 15 is a diagram for explaining a semiconductor device according to an experimental example of the present invention.
Figure 16 is a graph showing the transfer-curve of the TFT according to Comparative Example 2 of the present invention.
Figure 17 is a graph showing the transfer-curve of the TFT according to Experimental Example 2 of the present invention.

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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

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. In this specification, when an element is referred to as being on another element, it means that it may be formed directly on the other element or that a third element may be interposed between them. Additionally, in the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content.

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.Additionally, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one component from another. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. Additionally, in this specification, 'and/or' is used to mean including at least one of the components listed before and after.

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.In the specification, singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In addition, terms such as "include" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, components, or a combination thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features, numbers, steps, or components. It should not be understood as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof. In addition, in this specification, “connection” is used to include both indirectly connecting a plurality of components and directly connecting them.

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.In addition, in the following description of the present invention, if a detailed description of a related known function or configuration is judged to unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 IGZO 물질막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 IGZO 물질막의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 IGZO 물질막 내 조성에 따른 결정 영역을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a flowchart for explaining a method for manufacturing an IGZO material film according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are diagrams for explaining a manufacturing process for an IGZO material film according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is This is a diagram to explain the crystal region according to the composition within the IGZO material film according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 기판(100)이 준비된다(S100). 일 실시 예에 따르면, 상기 기판(100)은 실리콘 반도체 기판일 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 기판(100)은 화합물 반도체 기판, 유리 기판, 또는 플라스틱 기판 중 어느 하나일 수 있다. 상기 기판(100)의 종류는 제한되지 않는다. Referring to FIGS. 1 to 3, the substrate 100 is prepared (S100). According to one embodiment, the substrate 100 may be a silicon semiconductor substrate. Alternatively, according to another embodiment, the substrate 100 may be one of a compound semiconductor substrate, a glass substrate, or a plastic substrate. The type of the substrate 100 is not limited.

상기 기판(100) 상에 인듐(In)을 포함하는 제1 전구체, 및 산소(O)를 포함하는 반응물질을 제공하여, 상기 제1 전구체 및 상기 반응물질이 반응된 제1 물질막(210)이 형성될 수 있다(S200). 이에 따라, 상기 제1 물질막(210)은 인듐 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 물질막(210)은 In2O3를 포함할 수 있다. A first precursor containing indium (In) and a reactant containing oxygen (O) are provided on the substrate 100 to form a first material film 210 in which the first precursor and the reactant react. can be formed (S200). Accordingly, the first material layer 210 may include indium oxide. For example, the first material layer 210 may include In 2 O 3 .

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 물질막(210)은 PEALD(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition) 공정으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 물질막(210)을 형성하는 단계는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100) 상에 상기 제1 전구체를 제공하는 단계, 퍼지(purge) 단계, 상기 제1 전구체가 제공된 상기 기판(100) 상에 상기 반응물질을 제공하는 단계, 및 퍼지(purge) 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전구체는 DADI((3-Dimethylaminopropyl)dimethylindium)을 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 제1 전구체는 TMI(Trimethyl indium), TEI(Triethyl indium), InCA-1(Bis(trimethysilyl)amidodiethyl Indium), CpIn(Cyclopentadienylindium), In(tmhd)3((Tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato) indium (III)), In(acac)3((Indium (III) acetylacetonate), DATI((dimethylbutylamino) trimethylindium), Me2In(EDPA)(dimethyl(Nethoxy-2,2-dimethylpropanamido)indium), InEtCp(ethylcyclopentadienyl indium), TMION(Trimethyl[N-(2-methoxyethyl)-2-methylpropan-2-amine]indium), DMION(Dimethyl[N-(tert-butyl)-2-methoxy-2-methylpropan-1-amine]indium), DMITN(Dimethyl[N1-(tert-butyl)-N2,N2-dimethylethane-1,2-diamine]indium), [In[(i Pr)2CNEt2]3](tris-(N,N'ndium(III)), [In[(iPr)2CNMe2]3](tris-(N,N'), Et2InN(SiMe3)2(diethyl[bis(trimethylsilyl)amido]indium), In(dmamp)3(tris(1-dimethylamino-2-methyl-2-propoxy)indium), 및 tris((N,N'-diisopropylacetamidinato) indium(III)) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응물질은 산소 플라즈마(O2)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 반응물질은 아르곤(Ar)을 더 포함할 수 있다. According to one embodiment, the first material layer 210 may be formed through a plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD) process. More specifically, forming the first material film 210 includes providing the first precursor on the substrate 100, a purge step, and the first precursor, as shown in FIG. 2. 1 It may include providing the reactant on the substrate 100 provided with the precursor, and a purge step. For example, the first precursor may include DADI ((3-Dimethylaminopropyl)dimethylindium). For another example, the first precursor is Trimethyl indium (TMI), Triethyl indium (TEI), Bis(trimethysilyl)amidodiethyl Indium (InCA-1), Cyclopentadienylindium (CpIn), In(tmhd) 3 ((Tris(2, 2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato) indium (III)), In(acac) 3 ((Indium (III) acetylacetonate), DATI((dimethylbutylamino) trimethylindium), Me 2 In(EDPA)(dimethyl (Nethoxy-2,2-dimethylpropanamido)indium), InEtCp(ethylcyclopentadienyl indium), TMION(Trimethyl[N-(2-methoxyethyl)-2-methylpropan-2-amine]indium), DMION(Dimethyl[N-(tert- butyl)-2-methoxy-2-methylpropan-1-amine]indium), DMITN(Dimethyl[N1-(tert-butyl)-N2,N2-dimethylethane-1,2-diamine]indium), [In[(i Pr) 2 CNEt 2 ] 3 ](tris-(N,N'ndium(III)), [In[(iPr) 2 CNMe 2 ] 3 ](tris-(N,N'), Et 2 InN(SiMe 3 ) 2 (diethyl[bis(trimethylsilyl)amido]indium), In(dmamp) 3 (tris(1-dimethylamino-2-methyl-2-propoxy)indium), and tris((N,N'-diisopropylacetamidinato) indium( III)). For example, the reactant may include oxygen plasma (O 2 ). Additionally, the reactant may further include argon (Ar).

상기 제1 전구체 제공 단계-퍼지 단계-상기 반응물질 제공 단계-퍼지 단계는 제1 유닛 공정(first unit process)으로 정의될 수 있다. 상기 제1 유닛 공정은 복수회 반복될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 물질막(210)의 두께가 제어될 수 있다. The first precursor providing step-purge step-the reactant providing step-purge step may be defined as a first unit process. The first unit process may be repeated multiple times. Accordingly, the thickness of the first material film 210 can be controlled.

상기 제1 물질막(210) 상에 갈륨(Ga)을 포함하는 제2 전구체, 및 상기 반응물질을 제공하여, 상기 제1 전구체 및 상기 반응물질이 반응된 제2 물질막(220)이 형성될 수 있다(S300). 이에 따라, 상기 제2 물질막(220)은 갈륨 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 물질막(220)은 Ga2O3를 포함할 수 있다. A second precursor containing gallium (Ga) and the reactant are provided on the first material film 210, and a second material film 220 is formed by reacting the first precursor and the reactant. (S300). Accordingly, the second material layer 220 may include gallium oxide. For example, the second material layer 220 may include Ga 2 O 3 .

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 물질막(220)은 PEALD(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition) 공정으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 물질막(220)을 형성하는 단계는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 물질막(210) 상에 상기 제2 전구체를 제공하는 단계, 퍼지(purge) 단계, 상기 제2 전구체가 제공된 상기 제1 물질막(210) 상에 상기 반응물질을 제공하는 단계, 및 퍼지(purge) 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전구체는 TMGa(trimethylgallium)을 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 제2 전구체는 TEGa(Triethyl gallium), Ga(acac)3(Gallium acetylacetonate), [(CH3)2GaNH2]3(dimethylgallium amide), Ga2(NMe2)6(hexakis(dimethylamido)digallium), Me2GaOiPr(dimethylgallium isopropoxide), Ga(OiPr)3(gallium tri-isopropoxide), [Ga(TMHD)3]([tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato) gallium(III)]), GaCp (pentamethylcyclopentadienyl gallium), [Ga(thd)3](gallium 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate), TMGON (Trimethyl[N-(2-methoxyethyl)-2-methylpropan-2-amine]gallium), DMGON(Dimethyl[N-(tert-butyl)-2-methoxy-2-methylpropan-1-amine]gallium), 및 DMGTN(Dimethyl[N1-(tert-butyl)-N2,N2-dimethylethane-1,2-diamine]gallium) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응물질은 산소 플라즈마(O2)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 반응물질은 아르곤(Ar)을 더 포함할 수 있다. According to one embodiment, the second material layer 220 may be formed through a plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD) process. More specifically, forming the second material film 220 includes providing the second precursor on the first material film 210 and a purge step, as shown in FIG. 2. , providing the reactant on the first material film 210 provided with the second precursor, and a purge step. For example, the second precursor may include trimethylgallium (TMGa). For another example, the second precursor is TEGa (Triethyl gallium), Ga(acac) 3 (Gallium acetylacetonate), [(CH 3 ) 2 GaNH 2 ] 3 (dimethylgallium amide), Ga 2 (NMe 2 ) 6 (hexakis) (dimethylamido)digallium), Me 2 GaOiPr(dimethylgallium isopropoxide), Ga(OiPr) 3 (gallium tri-isopropoxide), [Ga(TMHD) 3 ]([tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5 -heptanedionato) gallium(III)]), GaCp (pentamethylcyclopentadienyl gallium), [Ga(thd) 3 ](gallium 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate), TMGON (Trimethyl[N-(2) -methoxyethyl)-2-methylpropan-2-amine]gallium), DMGON (Dimethyl[N-(tert-butyl)-2-methoxy-2-methylpropan-1-amine]gallium), and DMGTN (Dimethyl[N1-( It may include any one of tert-butyl)-N2,N2-dimethylethane-1,2-diamine]gallium). For example, the reactant may include oxygen plasma (O 2 ). Additionally, the reactant may further include argon (Ar).

상기 제2 전구체 제공 단계-퍼지 단계-상기 반응물질 제공 단계-퍼지 단계는 제2 유닛 공정(second unit process)으로 정의될 수 있다. 상기 제2 유닛 공정은 복수회 반복될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 물질막(220)의 두께가 제어될 수 있다. The second precursor providing step-purge step-the reactant providing step-purge step may be defined as a second unit process. The second unit process may be repeated multiple times. Accordingly, the thickness of the second material film 220 can be controlled.

상기 제2 물질막(220) 상에 아연(Zn)을 포함하는 제3 전구체, 및 상기 반응물질을 제공하여, 상기 제2 전구체 및 상기 반응물질이 반응된 제3 물질막(230)이 형성될 수 있다(S400). 이에 따라, 상기 제3 물질막(230)은 아연 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 물질막(230)은 ZnO를 포함할 수 있다. A third precursor containing zinc (Zn) and the reactant are provided on the second material film 220, and a third material film 230 is formed by reacting the second precursor and the reactant. (S400). Accordingly, the third material layer 230 may include zinc oxide. For example, the third material layer 230 may include ZnO.

일 실시 예에 따르면, 상기 제3 물질막(230)은 PEALD(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition) 공정으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제3 물질막(230)을 형성하는 단계는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제2 물질막(220) 상에 상기 제3 전구체를 제공하는 단계, 퍼지(purge) 단계, 상기 제3 전구체가 제공된 상기 제2 물질막(220) 상에 상기 반응물질을 제공하는 단계, 및 퍼지(purge) 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 전구체는 DEZ(diethylzinc)를 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 제3 전구체는 DMZ(dimethylzinc), ZnCl2(zinc chloride), Zn(CH3COO)2(zinc acetate), Zn(eeki)2 (bis[4-((2-ethoxyethyl)imino)-pent-2-en-2-olate]zinc), 및 BDMPZ(bis-3-(N,N-dimethylamino)propyl zinc) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응물질은 산소 플라즈마(O2)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 반응물질은 아르곤(Ar)을 더 포함할 수 있다. According to one embodiment, the third material layer 230 may be formed through a plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD) process. More specifically, forming the third material film 230 includes providing the third precursor on the second material film 220 and a purge step, as shown in FIG. 2. , providing the reactant on the second material film 220 provided with the third precursor, and a purge step. For example, the third precursor may include diethylzinc (DEZ). For another example, the third precursor is DMZ (dimethylzinc), ZnCl 2 (zinc chloride), Zn(CH 3 COO) 2 (zinc acetate), Zn(eeki) 2 (bis[4-((2-ethoxyethyl) imino)-pent-2-en-2-olate]zinc), and BDMPZ (bis-3-(N,N-dimethylamino)propyl zinc). For example, the reactant may include oxygen plasma (O 2 ). Additionally, the reactant may further include argon (Ar).

상기 제3 전구체 제공 단계-퍼지 단계-상기 반응물질 제공 단계-퍼지 단계는 제3 유닛 공정(third unit process)으로 정의될 수 있다. 상기 제3 유닛 공정은 복수회 반복될 수 있다. 이에 따라, 상기 제3 물질막(230)의 두께가 제어될 수 있다. The third precursor providing step-purge step-the reactant providing step-purge step may be defined as a third unit process. The third unit process may be repeated multiple times. Accordingly, the thickness of the third material film 230 can be controlled.

상기 제1 내지 제3 물질막(210, 220, 230)이 형성됨에 따라, 상기 제1 내지 제3 물질막(210, 220, 230)이 적층된 IGZO 물질막(200)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 기판(100) 상에 PEALD 공정으로 상기 IGZO 물질막(200)이 형성될 수 있다. As the first to third material films 210, 220, and 230 are formed, an IGZO material film 200 in which the first to third material films 210, 220, and 230 are stacked may be formed. That is, the IGZO material film 200 may be formed on the substrate 100 through the PEALD process.

일 실시 예에 따르면, 제1 유닛 공정-제2 유닛 공정-제3 유닛 공정은 전체 공정(Total process)으로 정의될 수 있다. 상기 전체 공정은 복수회 반복될 수 있다. 이에 따라, 상기 IGZO 물질막(200)의 두께가 제어될 수 있다. According to one embodiment, the first unit process - the second unit process - the third unit process may be defined as a total process. The entire process can be repeated multiple times. Accordingly, the thickness of the IGZO material film 200 can be controlled.

상술된 바와 같이, PEALD 공정으로 형성된 상기 IGZO 물질막(200)은 Thermal-ALD 및 스퍼터링(sputtering) 공정으로 형성된 종래의 IGZO 물질막(200)과 달리 준-단배향(quasi-single axis align) 구조를 가질 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어 '준-단배향'이란 용어는 '주된 일축 배향 외에 다른 배향을 더 포함'하는 의미로 정의될 수 있다. As described above, the IGZO material film 200 formed through the PEALD process has a quasi-single axis aligned structure, unlike the conventional IGZO material film 200 formed through the Thermal-ALD and sputtering processes. You can have In describing the present invention, the term 'quasi-uniaxial orientation' may be defined as 'further including other orientations in addition to the main uniaxial orientation.'

구체적으로, Thermal-ALD 및 스퍼터링(sputtering) 공정으로 형성된 종래의 IGZO 물질막(200)의 경우 비정질(amorphous), 단결정(single-crystal), 다결정(poly-crystal), c-축 배향(c-axis align crystalline) 구조를 갖는 반면, PEALD 공정으로 형성된 상기 IGZO 물질막(200)의 결정 배향은 c-축(c-axis) 배향, 및 c-축 배향과 다른 배향을 함께 가질 수 있다. Specifically, in the case of the conventional IGZO material film 200 formed through thermal-ALD and sputtering processes, it has amorphous, single-crystal, poly-crystal, and c-axis orientation (c- While it has an axis align crystalline structure, the crystal orientation of the IGZO material film 200 formed through the PEALD process may have both a c-axis orientation and an orientation different from the c-axis orientation.

이에 따라, PEALD 공정으로 형성된 상기 IGZO 물질막(200)은, Thermal-ALD 및 스퍼터링(sputtering) 공정으로 형성된 종래의 IGZO 물질막(200)과 다른 특성을 나타낼 수 있다. Accordingly, the IGZO material film 200 formed through the PEALD process may exhibit characteristics different from the conventional IGZO material film 200 formed through the thermal-ALD and sputtering processes.

예를 들어, PEALD 공정으로 형성된 상기 IGZO 물질막(200)은, Thermal-ALD 공정으로 형성된 종래의 IGZO 물질막(200)과 비교하여, 상대적으로 낮은 온도에서 결정 성장이 이루어질 수 있다. 구체적으로, PEALD 공정으로 형성된 상기 IGZO 물질막(200)의 경우 150℃ 이하의 낮은 증착 온도에서도 결정 성장이 이루어지는 반면, Thermal-ALD 공정으로 형성된 종래의 IGZO 물질막(200)의 경우 150℃ 이하의 낮은 증착 온도에서는 결정 성장이 이루어지지 않을 수 있다. For example, the IGZO material film 200 formed through the PEALD process may be crystal grown at a relatively low temperature compared to the conventional IGZO material film 200 formed through the Thermal-ALD process. Specifically, in the case of the IGZO material film 200 formed by the PEALD process, crystal growth occurs even at a low deposition temperature of 150°C or lower, while in the case of the conventional IGZO material film 200 formed by the Thermal-ALD process, the temperature is 150°C or lower. Crystal growth may not occur at low deposition temperatures.

또한, 스퍼터링 공정으로 형성된 종래의 IGZO 물질막(200)의 경우 열처리 온도가 증가함에 따라 주된 결정 성장 구조가 변경되는 반면, PEALD 공정으로 형성된 상기 IGZO 물질막(200)의 경우 열처리 온도가 증가함에도 불구하고 주된 결정 성장 구조가 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다. 구체적으로, 스퍼터링 공정으로 형성된 종래의 IGZO 물질막(200)의 경우 400℃의 열처리 온도에서는 비정질(amorphous) 위주의 성장이 이루어지지만, 800℃의 열처리 온도에서는 다결정(poly-crystal) 위주의 성장이 이루어질 수 있다. 반면, PEALD 공정으로 형성된 상기 IGZO 물질막(200)의 경우 400℃의 열처리 온도 및 800℃의 열처리 온도 모두에서 c-축 위주의 성장이 이루어질 수 있다. 이로 인해, 스퍼터링 공정으로 형성된 종래의 IGZO 물질막(200)이 적용된 반도체 소자(예를 들어, TFT)와 비교하여 PEALD 공정으로 형성된 상기 IGZO 물질막(200)이 적용된 반도체 소자(예를 들어, TFT)는, 열처리 온도 증가에 따른 소자 열화 문제(예를 들어, 이동도 저하 문제)가 현저하게 감소될 수 있다. 즉, PEALD 공정으로 형성된 상기 IGZO 물질막(200)은 스퍼터링 공정으로 형성된 종래의 IGZO 물질막과 비교하여 열적 내구성이 향상될 수 있다. In addition, in the case of the conventional IGZO material film 200 formed through a sputtering process, the main crystal growth structure changes as the heat treatment temperature increases, while in the case of the IGZO material film 200 formed through the PEALD process even as the heat treatment temperature increases, And the main crystal growth structure can be maintained substantially constant. Specifically, in the case of the conventional IGZO material film 200 formed through a sputtering process, amorphous-oriented growth occurs at a heat treatment temperature of 400°C, but poly-crystal-oriented growth occurs at a heat treatment temperature of 800°C. It can be done. On the other hand, in the case of the IGZO material film 200 formed through the PEALD process, c-axis-oriented growth can be achieved at both a heat treatment temperature of 400°C and a heat treatment temperature of 800°C. Due to this, compared to a semiconductor device (e.g., TFT) to which the conventional IGZO material film 200 formed through a sputtering process is applied, a semiconductor device (e.g., TFT) to which the IGZO material film 200 formed through a PEALD process is applied. ), device deterioration problems (e.g., mobility deterioration problems) due to an increase in heat treatment temperature can be significantly reduced. That is, the IGZO material film 200 formed through the PEALD process may have improved thermal durability compared to the conventional IGZO material film formed through the sputtering process.

일 실시 예에 따르면, PEALD 공정으로 형성된 상기 IGZO 물질막(200)은 c-축 방향의 결정상을 갖는 제1 영역, 및 c-축 방향의 결정상과 다른 결정상을 갖는 제2 영역을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 화학적 조성은 서로 동일할 수 있다. 또한, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 결정 구조는 서로 동일(예를 들어, 제1 영역 및 제2 영역 모두 헥사고날 구조)할 수 있다. According to one embodiment, the IGZO material film 200 formed through the PEALD process may include a first region having a crystal phase in the c-axis direction, and a second region having a crystal phase different from the crystal phase in the c-axis direction. . In this case, the chemical composition of the first region and the second region may be the same. Additionally, the crystal structures of the first region and the second region may be the same (for example, both the first region and the second region have a hexagonal structure).

또한, 일 실시 예에 따르면, PEALD 공정으로 형성된 상기 IGZO 물질막(200)은, 상기 IGZO 물질막(200) 내 상기 아연(Zn)의 함량을 제어함에 따라, 상기 IGZO 물질막(200)의 결정 성장 배향을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 IGZO 물질막(200) 내 상기 아연(Zn)의 함량이 증가함에 따라, 상기 IGZO 물질막의 결정 성장 배향 중 c-축(c-axis) 배향률이 증가할 수 있다. 즉, 상기 IGZO 물질막(200) 내 상기 아연(Zn)의 함량이 증가함에 따라, 상기 IGZO 물질막(200)의 결정상 중 c-축 방향의 결정상 비율이 증가할 수 있다. In addition, according to one embodiment, the IGZO material film 200 formed through the PEALD process is determined by controlling the content of zinc (Zn) in the IGZO material film 200. Growth orientation can be controlled. For example, as the content of zinc (Zn) in the IGZO material film 200 increases, the c-axis orientation ratio of the crystal growth orientation of the IGZO material film may increase. That is, as the content of zinc (Zn) in the IGZO material film 200 increases, the ratio of crystal phases in the c-axis direction among the crystal phases of the IGZO material film 200 may increase.

또한, 일 실시 예에 따르면, PEALD 공정으로 형성된 상기 IGZO 물질막(200)은, 상기 IGZO 물질막 내에서 상기 인듐(In), 상기 갈륨(Ga), 및 상기 아연(Zn)의 함량이 제어됨에 따라, 상기 IGZO 물질막의 결정 성장 배향 및 결정 구조가 제어될 수 있다. In addition, according to one embodiment, the IGZO material film 200 formed through the PEALD process is such that the contents of the indium (In), the gallium (Ga), and the zinc (Zn) in the IGZO material film are controlled. Accordingly, the crystal growth orientation and crystal structure of the IGZO material film can be controlled.

구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 인듐(In)의 함량이 상대적으로 증가하는 경우(초록색 영역), 큐빅 구조(cubic bixbyte structure)를 갖는 InOx 단일막의 영향에 따라 XRP 분석 결과에서 cubic-InOx (222)에 해당하는 2Θ = 30.5o XRD peak가 나타날 수 있다. 이와 달리, 아연(Zn)의 함량이 상대적으로 증가하는 경우(빨간색 영영), 헥사고날 구조(hexagonal wurtzie structure)를 갖는 ZnO 단일막의 영향을 받아 CAAC와 같은 Hexagonal-IGZO XRD peak((2Θ=31.5o)CAAC-IGZO(009))가 나타날 수 있다. 이와 달리, 갈륨(Ga)의 함량이 상대적으로 증가하는 경우(파란색 영역), 비정질(amorphous) 구조를 나타낼 수 있다. 이와 달리, 인듐(In):갈륨(Ga):아연(Zn)=1:1:1의 비율에 가까운 경우(보라색 영역), ALD 2nd 에 해당하는 position으로 nano-crystalline을 가질 수 있다. Specifically, as shown in Figure 4, when the content of indium (In) is relatively increased (green area), cubic-InOx is observed in the XRP analysis results according to the influence of the InOx single film having a cubic bixbyte structure. The 2Θ = 30.5 o XRD peak corresponding to (222) may appear. On the other hand, when the zinc (Zn) content is relatively increased (red color), a Hexagonal-IGZO XRD peak ((2Θ=31.5 o )CAAC-IGZO(009)) may appear. On the other hand, when the gallium (Ga) content is relatively increased (blue area), an amorphous structure may be displayed. On the other hand, if the ratio is close to indium (In): gallium (Ga): zinc (Zn) = 1:1:1 (purple area), a nano-crystalline can be placed in the position corresponding to ALD 2 nd .

이상, 본 발명의 실시 예에 따른 IGZO 물질막, 및 그 제조방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 IGZO 물질막, 및 그 제조방법의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다. Above, the IGZO material film and its manufacturing method according to an embodiment of the present invention have been described. Hereinafter, specific experimental examples and characteristic evaluation results of the IGZO material film and its manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described.

실험 예 1에 따른 IGZO 물질막 제조Preparation of IGZO material film according to Experimental Example 1

기판 상에, 인듐 전구체(DADI, (3-Dimethylaminopropyl)dimethylindium) 제공-퍼지-Ar/O2 plasma 제공-퍼지로 이루어지는 제1 유닛 공정을 수행하여 In2O3 물질막을 형성하고, In2O3 물질막 상에 갈륨 전구체(TMGa, trimethylgallium) 제공-퍼지-Ar/O2 plasma 제공-퍼지로 이루어지는 제2 유닛 공정을 수행하여 Ga2O3 물질막을 형성하고, Ga2O3 물질막 상에 아연 전구체(DEZ, diethylzinc) 제공-퍼지-Ar/O2 plasma 제공-퍼지로 이루어지는 제3 유닛 공정을 수행하여 ZnO 물질막을 형성하여, 실험 예 1에 따른 IGZO 물질막을 제조하였다. 즉, PEALD 공정을 이용하여 IGZO 물질막을 제조하였다. 보다 구체적인 실험 조건은 아래의 <표 1>과 같다. On the substrate, a first unit process consisting of providing an indium precursor (DADI, (3-Dimethylaminopropyl)dimethylindium) - purging - providing Ar/O 2 plasma - purging is performed to form an In 2 O 3 material film, and In 2 O 3 A second unit process consisting of providing a gallium precursor (TMGa, trimethylgallium) on the material film - purging - providing Ar/O 2 plasma - purging is performed to form a Ga 2 O 3 material film, and zinc is deposited on the Ga 2 O 3 material film. A third unit process consisting of providing a precursor (DEZ, diethylzinc) - purging - providing Ar/O 2 plasma - purging was performed to form a ZnO material film, thereby manufacturing an IGZO material film according to Experimental Example 1. That is, the IGZO material film was manufactured using the PEALD process. More specific experimental conditions are shown in <Table 1> below.

Growth temperatureGrowth temperature 200℃200℃ Plasma atmospherePlasma atmosphere Ar:O2=50:50Ar:O 2 =50:50 Plasma powerPlasma power 300W300W Plasma timePlasma time In(5s), Ga(15s), Zn(5s)In(5s), Ga(15s), Zn(5s) PressurePressure 1.2 Torr1.2 Torr ALD sequenceALD sequence 제1 유닛 공정(3 cycle)-제2 유닛 공정(1 cycle)-제3 유닛 공정(1 cycle)1st unit process (3 cycles) - 2nd unit process (1 cycle) - 3rd unit process (1 cycle)

실험 예 2에 따른 IGZO 물질막 제조Preparation of IGZO material film according to Experimental Example 2

상술된 실험에 1에 따른 IGZO 물질막의 제조 방법과 같이, PEALD 공정을 통해 IGZO 물질막을 제조하되, 구체적인 실험 조건을 변경하여 아연(Zn)의 함량이 감소된 실험 예 2에 따른 IGZO 물질막을 제조하였다. 보다 구체적인 실험 조건은 아래의 <표 2>와 같다.As in the manufacturing method of the IGZO material film according to Experiment 1 described above, the IGZO material film was manufactured through the PEALD process, but the specific experimental conditions were changed to produce the IGZO material film according to Experimental Example 2 with a reduced zinc (Zn) content. . More specific experimental conditions are shown in <Table 2> below.

Growth temperatureGrowth temperature 200℃200℃ Plasma atmospherePlasma atmosphere Ar:O2=50:50Ar:O 2 =50:50 Plasma powerPlasma power 300W300W Plasma timePlasma time In(5s), Ga(15s), Zn(5s)In(5s), Ga(15s), Zn(5s) PressurePressure 1.2 Torr1.2 Torr ALD sequenceALD sequence 제1 유닛 공정(6 cycle)-제2 유닛 공정(2 cycle)-제3 유닛 공정(1 cycle)1st unit process (6 cycles) - 2nd unit process (2 cycles) - 3rd unit process (1 cycle)

비교 예 1에 따른 IGZO 물질막 제조Preparation of IGZO material film according to Comparative Example 1

기판 상에, 인듐 전구체(DADI, (3-Dimethylaminopropyl)dimethylindium) 제공-퍼지-오존(O3) 제공-퍼지로 이루어지는 제1 유닛 공정을 수행하여 In2O3 물질막을 형성하고, In2O3 물질막 상에 갈륨 전구체(TMGa, trimethylgallium) 제공-퍼지- 오존(O3) 제공-퍼지로 이루어지는 제2 유닛 공정을 수행하여 Ga2O3 물질막을 형성하고, Ga2O3 물질막 상에 아연 전구체(DEZ, diethylzinc) 제공-퍼지- 오존(O3) 제공-퍼지로 이루어지는 제3 유닛 공정을 수행하여 ZnO 물질막을 형성하여, 비교 예 1에 따른 IGZO 물질막을 제조하였다. 즉, Thermal-ALD 공정을 이용하여 IGZO 물질막을 제조하였다.On the substrate, a first unit process consisting of providing an indium precursor (DADI, (3-Dimethylaminopropyl)dimethylindium) - purging - providing ozone (O 3 ) - purging is performed to form an In 2 O 3 material film, and In 2 O 3 A Ga 2 O 3 material film is formed by performing a second unit process consisting of providing a gallium precursor (TMGa, trimethylgallium) on the material film - purge - providing ozone (O 3 ) - purging, and zinc is deposited on the Ga 2 O 3 material film. A ZnO material film was formed by performing a third unit process consisting of providing a precursor (DEZ, diethylzinc) - purging - providing ozone (O 3 ) - purging, thereby manufacturing an IGZO material film according to Comparative Example 1. That is, the IGZO material film was manufactured using the Thermal-ALD process.

비교 예 2에 따른 IGZO 물질막 제조Preparation of IGZO material film according to Comparative Example 2

기판 상에, 스퍼터링(sputtering) 공정을 이용하여 IGZO 물질막을 제조하였다. 보다 구체적인 실험조건은 아래의 <표 3>과 같다. On the substrate, an IGZO material film was manufactured using a sputtering process. More specific experimental conditions are shown in <Table 3> below.

IGZO target compositionIGZO target composition In:Ga:Zn=1:1:1In:Ga:Zn=1:1:1 Growth temperatureGrowth temperature Room temperatureroom temperature Plasma powerPlasma power 100W100W Plasma atmospherePlasma atmosphere Ar:O2=9.7:0.3Ar:O 2 =9.7:0.3 PressurePressure 5m torr5m torr

상술된 실험 예들 및 비교 예들에 따라 제조된 IGZO 물질막의 특성이 아래의 <표 4>를 통해 정리된다. The characteristics of the IGZO material film manufactured according to the above-described experimental examples and comparative examples are summarized in <Table 4> below.

구분division 제조공정Manufacture process 실험 예 1 (IGZO)Experimental Example 1 (IGZO) PEALD PEALD 실험 예 2 (IGZO)Experimental Example 2 (IGZO) PEALDPEALD 비교 예 1 (IGZO)Comparative Example 1 (IGZO) Thermal-ALDThermal-ALD 비교 예 2 (IGZO)Comparative Example 2 (IGZO) SputteringSputtering

도 5는 본 발명의 비교 예 2 및 실험 예들에 따른 IGZO 물질막의 조성을 비교하는 도면이다. Figure 5 is a diagram comparing the composition of IGZO material films according to Comparative Example 2 and Experimental Examples of the present invention.

도 5를 참조하면, 상기 비교 예 2에 따른 IGZO 물질막(S), 상기 실험 예 1에 따른 IGZO 물질막(A1), 및 상기 실험 예 2에 따른 IGZO 물질막(A2)의 조성을 비교하여 나타내었다. 도 5에서 확인할 수 있듯이, IGZO 물질막의 제조 방법에 따라 서로 다른 조성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 5, the compositions of the IGZO material film (S) according to Comparative Example 2, the IGZO material film (A1) according to Experimental Example 1, and the IGZO material film (A2) according to Experimental Example 2 are compared and shown. It was. As can be seen in Figure 5, it was confirmed that the IGZO material film had different compositions depending on the manufacturing method.

도 6은 본 발명의 비교 예 1에 따른 IGZO 물질막의 결정상을 확인하기 위한 XRD(X-ray diffraction) 결과이고, 도 7은 본 발명의 실험 예 1에 따른 IGZO 물질막의 결정상을 확인하기 위한 XRD(X-ray diffraction) 결과이다. Figure 6 is an XRD (X-ray diffraction) result to confirm the crystal phase of the IGZO material film according to Comparative Example 1 of the present invention, and Figure 7 is an XRD ( This is the result of X-ray diffraction.

도 6을 참조하면, 상기 비교 예 1에 따라 Thermal-ALD 공정으로 제조된 IGZO 물질막의 결정상을 확인하기 위한 XRD 결과를 나타내고, 도 7을 참조하면, 상기 실험 예 1에 따라 PEALD 공정으로 제조된 IGZO 물질막의 결정상을 확인하기 위한 XRD 결과를 나타낸다. 또한, 상기 비교 예 1 및 실험 예 1에 따른 IGZO 물질막의 증착 온도를 150℃ 및 200℃로 다르게 제어한 후, 각각의 증착 온도에서 제조된 IGZO 물질막의 결정상 또한 나타낸다. Referring to FIG. 6, the XRD results for confirming the crystal phase of the IGZO material film manufactured by the thermal-ALD process according to Comparative Example 1 are shown. Referring to FIG. 7, the IGZO manufactured by the PEALD process according to Experimental Example 1 is shown. XRD results to confirm the crystalline phase of the material film are shown. In addition, after controlling the deposition temperature of the IGZO material film according to Comparative Example 1 and Experimental Example 1 to 150°C and 200°C, the crystal phase of the IGZO material film prepared at each deposition temperature is also shown.

도 6 및 도 7에서 확인할 수 있듯이, 상기 비교 예 1에 따른 IGZO 물질막의 경우, 150℃의 온도에서는 결정 성장이 일어나지 않은 것을 확인할 수 있었다. 반면, 상기 실험 예 1에 따른 IGZO 물질막의 경우, 150℃의 온도에서 결정 성장이 일어난 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in FIGS. 6 and 7, in the case of the IGZO material film according to Comparative Example 1, it was confirmed that crystal growth did not occur at a temperature of 150°C. On the other hand, in the case of the IGZO material film according to Experimental Example 1, it was confirmed that crystal growth occurred at a temperature of 150°C.

또한, 상기 실험 예 1에 따른 IGZO 물질막의 경우 증착 온도가 증가(150℃->200℃)함에 따라, c축 방향의 (400) peak는 감소하고 (222) peak는 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 상기 비교 예 1에 따른 IGZO 물질막의 경우 증착 온도가 증가(150℃->200℃)함에도 불구하고 c축 방향의 (400) peak가 감소되지 않는 것을 확인할 수 있었다. In addition, in the case of the IGZO material film according to Experimental Example 1, it was confirmed that as the deposition temperature increased (150°C -> 200°C), the (400) peak in the c-axis direction decreased and the (222) peak increased. On the other hand, in the case of the IGZO material film according to Comparative Example 1, it was confirmed that the (400) peak in the c-axis direction did not decrease even though the deposition temperature increased (150°C -> 200°C).

도 8은 본 발명의 비교 예 2에 따른 IGZO 물질막의 열처리 온도에 따른 결정상을 확인하기 위한 XRD(X-ray diffraction) 결과이고, 도 9는 본 발명의 실험 예 1에 따른 IGZO 물질막의 열처리 온도에 따른 결정상을 확인하기 위한 XRD(X-ray diffraction) 결과이고, 도 10은 본 발명의 실험 예 2에 따른 IGZO 물질막의 열처리 온도에 따른 결정상을 확인하기 위한 XRD(X-ray diffraction) 결과이다. Figure 8 shows the results of This is the result of XRD (X-ray diffraction) to confirm the crystal phase according to the heat treatment temperature of the IGZO material film according to Experimental Example 2 of the present invention.

도 8을 참조하면, 상기 비교 예 2에 따라 스퍼터링 공정으로 제조된 IGZO 물질막을 준비한 후, 열처리되기 전(As) 상태와 300℃, 400℃, 500℃, 600℃, 700℃, 및 800℃의 온도에서 열처리된 상태에 대해 XRD 결과를 나타내고, 도 9를 참조하면, 상기 실험 예 1에 따라 PEALD 공정으로 제조된 IGZO 물질막을 준비한 후, 열처리되기 전(As) 상태와 300℃, 400℃, 500℃, 600℃, 700℃, 및 800℃의 온도에서 열처리된 상태에 대해 XRD 결과를 나타내고, 도 10을 참조하면, 상기 실험 예 2에 따라 PEALD 공정으로 제조된 IGZO 물질막을 준비한 후, 열처리되기 전(As) 상태와 400℃, 500℃, 600℃, 700℃, 및 800℃의 온도에서 열처리된 상태에 대해 XRD 결과를 나타낸다. Referring to FIG. 8, after preparing the IGZO material film manufactured by the sputtering process according to Comparative Example 2, the state before heat treatment (As) and at 300°C, 400°C, 500°C, 600°C, 700°C, and 800°C. The XRD results are shown for the state heat-treated at the temperature, and referring to FIG. 9, after preparing the IGZO material film manufactured by the PEALD process according to Experimental Example 1, the state before heat treatment (As) and 300°C, 400°C, and 500°C. XRD results are shown for the state heat-treated at temperatures of ℃, 600℃, 700℃, and 800℃, and referring to FIG. 10, after preparing the IGZO material film manufactured by the PEALD process according to Experimental Example 2, before heat treatment XRD results are shown for the (As) state and the heat-treated state at temperatures of 400°C, 500°C, 600°C, 700°C, and 800°C.

도 8에서 확인할 수 있듯이, 상기 실험 예 1 및 실험 예 2에 따른 IGZO 물질막의 경우 상기 비교 예 2에 따른 IGZO 물질막과 비교하여, 열처리되기 전(As) 상태부터 브로드(broad)한 피크(peak)가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 실험 예 1 및 실험 예 2에 따른 IGZO 물질막의 경우 c축 배향 결정질(c-axis align crystalline, CAAC) (009) peak가 나타나고, 열처리 온도가 증가함에 따라 c축 배향 결정질(c-axis align crystalline, CAAC) (009) peak의 강도(intensity)가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라, 상기 실험 예 1 및 실험 예 2에 따른 IGZO 물질막의 경우 c축 배향 결정질(c-axis align crystalline, CAAC) (009) peak의 강도(intensity)가 c축 배향 결정질(CAAC) (006) peak의 강도(intensity) 보다 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in FIG. 8, in the case of the IGZO material film according to Experimental Example 1 and Experiment 2, compared to the IGZO material film according to Comparative Example 2, the peak was broad from the state before heat treatment (As). ) was confirmed to appear. In addition, in the case of the IGZO material film according to Experimental Example 1 and Experimental Example 2, a c-axis align crystalline (CAAC) (009) peak appears, and as the heat treatment temperature increases, the c-axis aligned crystalline (c-axis) peak appears. It was confirmed that the intensity of the align crystalline (CAAC) (009) peak increased. In addition, in the case of the IGZO material film according to Experimental Example 1 and Experimental Example 2, the intensity of the c-axis align crystalline (CAAC) (009) peak was c-axis aligned crystalline (CAAC) (006) It was confirmed that the intensity was higher than that of the peak.

특히, 상대적으로 아연(Zn)의 함량이 많은 상기 실험 예 1에 따른 IGZO 물질막의 경우 c축 배향 결정질(CAAC) (009) peak가 강하게 나타나는 반면, 상대적으로 아연(Zn)의 함량이 적은 상기 실험 예 2에 따른 IGZO 물질막의 경우 c축 배향 결정질(CAAC) (009) peak 뿐만 아니라 c축 배향 결정질(CAAC) (006) peak가 함께 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 즉, PEALD 공정으로 제조된 IGZO 물질막은, IGZO 물질막 내의 아연(Zn) 함량을 제어함으로써 결정 성장 배향이 제어될 수 있음을 알 수 있다. In particular, in the case of the IGZO material film according to Experimental Example 1, which has a relatively high zinc (Zn) content, the c-axis oriented crystalline (CAAC) (009) peak appears strongly, whereas the above experiment with a relatively low zinc (Zn) content shows a strong c-axis oriented crystalline (CAAC) (009) peak. In the case of the IGZO material film according to Example 2, it was confirmed that not only the c-axis oriented crystalline (CAAC) (009) peak but also the c-axis oriented crystalline (CAAC) (006) peak appeared together. That is, it can be seen that the crystal growth orientation of the IGZO material film manufactured through the PEALD process can be controlled by controlling the zinc (Zn) content in the IGZO material film.

도 11은 본 발명의 비교 예 2에 따른 IGZO 물질막의 열처리 온도에 따른 결정상을 확인하기 위한 WAXS(Wide-Angle X-ray Diffraction)결과이고, 도 12는 본 발명의 실험 예 1에 따른 IGZO 물질막의 열처리 온도에 따른 결정상을 확인하기 위한 WAXS(Wide-Angle X-ray Diffraction) 결과이고, 도 13은 본 발명의 실험 예 2에 따른 IGZO 물질막의 열처리 온도에 따른 결정상을 확인하기 위한 WAXS(Wide-Angle X-ray Diffraction) 결과이다. Figure 11 is a WAXS (Wide-Angle WAXS (Wide-Angle This is the result of X-ray Diffraction.

도 11을 참조하면, 상기 비교 예 2에 따라 스퍼터링 공정으로 제조된 IGZO 물질막을 준비한 후, 열처리되기 전(As) 상태와 400℃, 600℃, 및 800℃의 온도에서 열처리된 상태에 대해 WAXS 결과를 나타내고, 도 12를 참조하면, 상기 실험 예 1에 따라 PEALD 공정으로 제조된 IGZO 물질막을 준비한 후, 열처리되기 전(As) 상태와 400℃, 600℃, 및 800℃의 온도에서 열처리된 상태에 대해 WAXS 결과를 나타내고, 도 13을 참조하면, 상기 실험 예 2에 따라 PEALD 공정으로 제조된 IGZO 물질막을 준비한 후, 열처리되기 전(As) 상태와 400℃, 600℃, 및 800℃의 온도에서 열처리된 상태에 대해 WAXS 결과를 나타낸다. Referring to FIG. 11, after preparing the IGZO material film manufactured by the sputtering process according to Comparative Example 2, WAXS results for the state before heat treatment (As) and the state heat treated at temperatures of 400°C, 600°C, and 800°C. , and referring to FIG. 12, after preparing the IGZO material film manufactured by the PEALD process according to Experimental Example 1, the state before heat treatment (As) and the heat treatment state at temperatures of 400°C, 600°C, and 800°C. WAXS results are shown for the above, and referring to FIG. 13, after preparing the IGZO material film manufactured by the PEALD process according to Experimental Example 2, heat treatment was performed in the state before heat treatment (As) and at temperatures of 400°C, 600°C, and 800°C. WAXS results are shown for the current state.

도 11 내지 도 13에서 확인할 수 있듯이, 상기 비교 예 2에 따른 IGZO 물질막의 경우 ring-pattern의 다결정(polycrystalline) 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 상기 실험 예 1 및 실험 예 2에 따른 IGZO 물질막의 경우 c-축 배향 위주로 증착이 이루어 졌으며, 열처리 온도가 증가함에 따라 c-축 배향 외에 다른 배향의 결정상을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 즉, PEALD 공정으로 제조된 IGZO 물질막은 c-축 배향과 함께 다른 배향을 함께 갖는 준-단배향(quasi-single axis align) 구조를 갖는 것을 알 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 실험 예 2에 따른 IGZO 물질막의 경우 c-축 배향 외에 약한 ring-pattern 특성이 함께 나타나는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in FIGS. 11 to 13, it was confirmed that the IGZO material film according to Comparative Example 2 had a ring-pattern polycrystalline structure. On the other hand, in the case of the IGZO material films according to Experimental Examples 1 and 2, deposition was mainly performed in the c-axis orientation, and as the heat treatment temperature increased, it was confirmed that crystal phases had other orientations other than the c-axis orientation. In other words, it can be seen that the IGZO material film manufactured through the PEALD process has a quasi-single axis aligned structure with c-axis orientation and other orientations. More specifically, in the case of the IGZO material film according to Experimental Example 2, it was confirmed that a weak ring-pattern characteristic appeared in addition to the c-axis orientation.

도 14는 본 발명의 비교 예 2 및 실험 예들에 따른 IGZO 물질막을 촬영한 사진이다. Figure 14 is a photograph of the IGZO material film according to Comparative Example 2 and Experimental Examples of the present invention.

도 14를 참조하면, 상기 비교 예 2에 따라 스퍼터링 공정으로 제조된 IGZO 물질막, 및 상기 실험 예 1과 실험 예 2에 따라 PEALD 공정으로 제조된 IGZO 물질막 단면의 TEM(Transmission Electron Microscope) 이미지를 나타낸다. 구체적으로 도 14의 (a)는 상기 비교 예 2에 따른 IGZO 물질막을 800℃의 온도로 열처리한 상태의 단면 TEM 이미지를 나타내고, 도 14의 (b)는 상기 실험 예 1에 따른 IGZO 물질막을 800℃의 온도로 열처리한 상태의 단면 TEM 이미지를 나타내고, 도 14의 (c)는 상기 실험 예 2에 따른 IGZO 물질막을 800℃의 온도로 열처리한 상태의 단면 TEM 이미지를 나타낸다. Referring to FIG. 14, a TEM (Transmission Electron Microscope) image of the cross-section of the IGZO material film manufactured by the sputtering process according to Comparative Example 2, and the IGZO material film manufactured by the PEALD process according to Experimental Examples 1 and 2 above. indicates. Specifically, Figure 14(a) shows a cross-sectional TEM image of the IGZO material film according to Comparative Example 2 heat-treated at a temperature of 800°C, and Figure 14(b) shows the IGZO material film according to Experimental Example 1 at 800°C. It shows a cross-sectional TEM image of the IGZO material film heat-treated at a temperature of ℃, and Figure 14(c) shows a cross-sectional TEM image of the IGZO material film according to Experimental Example 2 after heat-treatment at a temperature of 800℃.

도 14의 (a)에서 확인할 수 있듯이 상기 비교 예 2에 따라 스퍼터링 공정으로 제조된 IGZO 물질막의 경우 c-축 위주의 성장이 이루어지지 않았지만, 도 14의 (b) 및 (c)에서 확인할 수 있듯이 상기 실험 예 1 및 실험 예 2에 따라 PEALD 공정으로 제조된 IGZO 물질막의 경우 c-축 위주의 성장이 이루어진 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 14의 (c)에서 확인할 수 있듯이 상기 실험 예 2에 따라 PEALD 공정으로 제조된 IGZO 물질막의 경우 c-축 배향 외에 columnar 형식의 결정 배향이 다소 랜덤하게 성장되어 있는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in (a) of FIG. 14, in the case of the IGZO material film manufactured by the sputtering process according to Comparative Example 2, growth centered on the c-axis was not achieved, but as can be seen in (b) and (c) of FIGS. In the case of the IGZO material film manufactured through the PEALD process according to Experimental Examples 1 and 2 above, it was confirmed that growth was centered on the c-axis. In addition, as can be seen in (c) of FIG. 14, in the case of the IGZO material film manufactured by the PEALD process according to Experimental Example 2, it was confirmed that the columnar crystal orientation was grown somewhat randomly in addition to the c-axis orientation.

실험 예 및 비교 예에 따른 반도체 소자 제조Semiconductor device manufacturing according to experimental examples and comparative examples

P++ Si 게이트, 100 nm 두께의 Thermal SiO2 게이트 절연막, 20 nm 두께의 IGZO 활성막, 100 nm 두께의 ITO 소스(source) 전극 및 드레인(drain) 전극을 포함하는 TFT(Thin Film Transistor)를 제조하였다. 보다 구체적으로, 활성막으로서 상기 실험 예들 및 비교 예들에 따른 IGZO 물질막이 사용되었고, 상기 실험 예 1 및 실험 예 2에 따른 IGZO 물질막이 사용된 TFT는 실험 예 1 및 실험 예 2에 따른 TFT로 정의되며, 상기 비교 예 1 및 비교 예 2에 따른 IGZO 물질막이 사용된 TFT는 비교 예 1 및 비교 예 2에 따른 TFT로 정의된다. A TFT (Thin Film Transistor) was manufactured including a P++ Si gate, a 100 nm thick Thermal SiO 2 gate insulating film, a 20 nm thick IGZO active film, and a 100 nm thick ITO source electrode and drain electrode. . More specifically, the IGZO material film according to the above Experimental Examples and Comparative Examples was used as an active film, and the TFT using the IGZO material film according to Experimental Example 1 and Experiment 2 was defined as the TFT according to Experimental Example 1 and Experimental Example 2. The TFT using the IGZO material film according to Comparative Example 1 and Comparative Example 2 is defined as the TFT according to Comparative Example 1 and Comparative Example 2.

도 15는 본 발명의 실험 예에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 도면이다. Figure 15 is a diagram for explaining a semiconductor device according to an experimental example of the present invention.

도 15를 참조하면, 상기 실험 예에 따른 반도체 소자는 바텀(bottom) 게이트 구조의 TFT일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 실험 예에 따른 반도체 소자는, 게이트(110), 상기 게이트 상에 배치되는 게이트 절연막(120), 상기 게이트 절연막 상에 배치되는 활성막(200), 상기 게이트 절연막 상에 배치되는 소스 전극(310) 및 드레인 전극(320)을 포함하되, 상기 소스 전극(310)의 일측은 상기 활성막(200)의 일측과 접촉되고, 상기 드레인 전극(310)의 일측은 상기 활성막(200)의 타측과 접촉할 수 있다. Referring to FIG. 15, the semiconductor device according to the above experimental example may be a TFT with a bottom gate structure. More specifically, the semiconductor device according to the experimental example includes a gate 110, a gate insulating film 120 disposed on the gate, an active film 200 disposed on the gate insulating film, and a gate insulating film 120 disposed on the gate insulating film. It includes a source electrode 310 and a drain electrode 320, wherein one side of the source electrode 310 is in contact with one side of the active film 200, and one side of the drain electrode 310 is in contact with the active film 200. ) can be contacted with the other side.

도 16은 본 발명의 비교 예 2에 따른 TFT의 Transfer-curve를 나타내는 그래프이고, 도 17은 본 발명의 실험 예 2에 따른 TFT의 Transfer-curve를 나타내는 그래프이다. FIG. 16 is a graph showing the transfer-curve of the TFT according to Comparative Example 2 of the present invention, and FIG. 17 is a graph showing the transfer-curve of the TFT according to Experimental Example 2 of the present invention.

도 16의 (a)를 참조하면, 400℃의 온도에서 열처리된 상기 비교 예 2에 따른 IGZO 물질막(스퍼터링 제조)이 활성막으로 사용된 TFT의 Transfer-curve를 나타내고, 도 16의 (b)를 참조하면, 800℃의 온도에서 열처리된 상기 비교 예 2에 따른 IGZO 물질막(스퍼터링 제조)이 활성막으로 사용된 TFT의 Transfer-curve를 나타낸다. Referring to (a) of FIG. 16, the transfer-curve of the TFT using the IGZO material film (manufactured by sputtering) according to Comparative Example 2 heat-treated at a temperature of 400 ° C. as an active film is shown, and (b) of FIG. 16 Referring to , the transfer-curve of a TFT in which the IGZO material film (manufactured by sputtering) according to Comparative Example 2 heat-treated at a temperature of 800° C. was used as an active film is shown.

도 17의 (a)를 참조하면, 400℃의 온도에서 열처리된 상기 실험 예 2에 따른 IGZO 물질막(PEALD 제조)이 활성막으로 사용된 TFT의 Transfer-curve를 나타내고, 도 17의 (b)를 참조하면, 800℃의 온도에서 열처리된 상기 실험 예 2에 따른 IGZO 물질막(PEALD 제조)이 활성막으로 사용된 TFT의 Transfer-curve를 나타낸다. Referring to (a) of FIG. 17, the transfer-curve of the TFT using the IGZO material film (manufactured by PEALD) according to Experimental Example 2 heat-treated at a temperature of 400 ° C. as an active film is shown, and (b) of FIG. 17 Referring to , the transfer-curve of a TFT in which the IGZO material film (manufactured by PEALD) according to Experimental Example 2 heat-treated at a temperature of 800°C was used as an active film is shown.

또한, 상기 비교 예 2에 따른 TFT와 상기 실험 예 2에 따른 TFT에 대해 다양한 특성들을 측정하였으며, 그 결과는 아래의 <표 5>를 통해 정리된다. In addition, various characteristics were measured for the TFT according to Comparative Example 2 and the TFT according to Experimental Example 2, and the results are summarized in <Table 5> below.

구분division 실험 예 2
(400℃)Experiment example 2
(400℃) 비교 예 2
(400℃)Comparison example 2
(400℃) 실험 예 2
(800℃)Experiment example 2
(800℃) 비교 예 2
(800℃)Comparison example 2
(800℃) Vth [V]V th [V] -0.42-0.42 0.160.16 1.61.6 3.33.3 μeff [cm2/Vs]μ eff [cm 2 /Vs] 2.62.6 7.27.2 0.60.6 0.20.2 μsat [cm2/Vs]μ sat [cm 2 /Vs] 3.33.3 15.315.3 0.50.5 0.20.2 S.S. [V/decade]S.S. [V/decade] 0.350.35 0.360.36 0.740.74 0.960.96 Hysteresis [V]Hysteresis [V] 0.270.27 0.390.39 0.110.11 0.160.16 ION/IOFF I ON /I OFF 9.5 x 106 9.5 x 10 6 3.7 x 107 3.7 x 10 7 5.5 x 107 5.5 x 10 7 7.2 x 107 7.2 x 10 7

<표 5>에서 확인할 수 있듯이, 상기 비교 예 2에 따른 TFT(스퍼터링 IGZO 적용)의 경우 활성막의 열처리 온도가 400℃에서 800℃로 증가함에 따라 이동도(μsat)가 15.3 cm2/Vs에서 0.2 cm2/Vs로 76배 이상 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 상기 실험 예 2에 따른 TFT(PEALD IGZO 적용)의 경우 활성막의 열처리 온도가 400℃에서 800℃로 증가함에 따라 이동도(μsat)가 3.3 cm2/Vs에서 0.5cm2/Vs로 6배가량 감소하는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in <Table 5>, in the case of the TFT (sputtering IGZO applied) according to Comparative Example 2 above, the mobility (μ sat ) increased from 15.3 cm 2 /Vs as the heat treatment temperature of the active film increased from 400 ℃ to 800 ℃. It was confirmed that it decreased by more than 76 times to 0.2 cm 2 /Vs. On the other hand, in the case of the TFT (applied with PEALD IGZO) according to Experimental Example 2, as the heat treatment temperature of the active film increased from 400 ℃ to 800 ℃, the mobility (μ sat ) increased from 3.3 cm 2 /Vs to 0.5 cm 2 /Vs 6 It was confirmed that the doubling amount decreased.

즉, PEALD 공정으로 제조된 IGZO 물질막이 활성막으로 사용된 반도체 소자(예를 들어, TFT)의 경우, 스퍼터링 공정으로 제조된 IGZO 물질막이 활성막으로 사용된 반도체 소자(예를 들어, TFT)와 비교하여 열적 내구성이 현저하게 높은 것을 확인할 수 있었다. That is, in the case of a semiconductor device (e.g., TFT) in which an IGZO material film manufactured by the PEALD process is used as an active film, a semiconductor device (e.g., TFT) in which an IGZO material film manufactured by the sputtering process is used as an active film By comparison, it was confirmed that thermal durability was significantly higher.

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.Above, the present invention has been described in detail using preferred embodiments, but the scope of the present invention is not limited to the specific embodiments and should be interpreted in accordance with the appended claims. Additionally, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.

100: 기판
200: IGZO 물질막
210: 제1 물질막
220: 제2 물질막
230: 제3 물질막100: substrate
200: IGZO material film
210: first material film
220: second material film
230: Third material film

Claims (14)

기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에, 인듐(In) 포함하는 제1 전구체와 산소(O)를 포함하는 반응물질을 반응시켜, 인듐 산화물을 포함하는 제1 물질막을 형성하는 단계;
상기 제1 물질막 상에, 갈륨(Ga)을 포함하는 제2 전구체와 상기 반응물질을 반응시켜, 갈륨 산화물을 포함하는 제2 물질막을 형성하는 단계;
상기 제2 물질막 상에, 아연(Zn)을 포함하는 제3 전구체와 상기 반응물질을 반응시켜, 아연 산화물을 포함하는 제3 물질막을 형성하는 단계; 및
상기 제1 내지 제3 물질막이 적층된 IGZO 물질막을 800℃ 미만의 온도에서 열처리하는 단계를 포함하고,
상기 제1 물질막 내지 상기 제3 물질막은 PEALD(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition) 공정으로 형성되고,
상기 제1 전구체와 상기 반응물질을 반응시키는 단계는 제1 유닛 공정으로 정의되고,
상기 제2 전구체와 상기 반응물질을 반응시키는 단계는 제2 유닛 공정으로 정의되고,
상기 제3 전구체와 상기 반응물질을 반응시키는 단계는 제3 유닛 공정으로 정의되고,
상기 제1 내지 제3 유닛 공정은 각각 복수회 반복 수행되되,
상기 제1 유닛 공정:상기 제2 유닛 공정:상기 제3 유닛 공정의 반복 수행 횟수는 3:1:1 내지 6:2:1의 비율로 제어되고,
상기 제1 내지 제3 물질막이 적층된 IGZO 물질막 내에서 상기 인듐(In), 상기 갈륨(Ga), 및 상기 아연(Zn)의 함량이 제어됨에 따라, 상기 IGZO 물질막의 결정성장 배향 및 결정 구조가 제어되는 것을 포함하되,
상기 아연(Zn)의 함량이 증가함에 따라, 상기 IGZO 물질막의 결정 성장 배향 중 c-축(c-axis) 배향률이 증가하는 것을 포함하고,
상기 IGZO 물질막은 200℃의 온도에서 증착되고,
상기 IGZO 물질막은 XRD(X-ray diffraction) 결과에서 c축 배향 결정질(c-axis align crystalline, CAAC) (009) peak 및 c축 배향 결정질 (006) peak 가 모두 나타나는 준-단배향(quasi-single axis align) 구조를 갖되,
c축 배향 결정질 (009) peak가 c축 배향 결정질 (006) peak 보다 크게 나타나는 것을 포함하는 IGZO 물질막의 제조방법.
Preparing a substrate;
forming a first material layer containing indium oxide on the substrate by reacting a first precursor containing indium (In) with a reactant containing oxygen (O);
reacting a second precursor containing gallium (Ga) with the reactant to form a second material layer containing gallium oxide on the first material layer;
reacting a third precursor containing zinc (Zn) with the reactant to form a third material film containing zinc oxide on the second material film; and
Comprising the step of heat treating the IGZO material film on which the first to third material films are stacked at a temperature of less than 800°C,
The first to third material layers are formed through a PEALD (Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition) process,
The step of reacting the first precursor and the reactant is defined as a first unit process,
The step of reacting the second precursor and the reactant is defined as a second unit process,
The step of reacting the third precursor and the reactant is defined as a third unit process,
The first to third unit processes are each repeated multiple times,
The number of repetitions of the first unit process: the second unit process: and the third unit process is controlled at a ratio of 3:1:1 to 6:2:1,
As the contents of the indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn) are controlled in the IGZO material film in which the first to third material films are stacked, the crystal growth orientation and crystal structure of the IGZO material film Including being controlled,
As the zinc (Zn) content increases, the c-axis orientation ratio of the crystal growth orientation of the IGZO material film increases,
The IGZO material film is deposited at a temperature of 200°C,
The IGZO material film has a quasi-single orientation in which both the c-axis align crystalline (CAAC) (009) peak and the c-axis aligned crystalline (006) peak appear in XRD (X-ray diffraction) results. axis align structure,
A method of manufacturing an IGZO material film including the c-axis oriented crystalline (009) peak appearing larger than the c-axis oriented crystalline (006) peak.
 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 IGZO 물질막 내에서 상기 인듐(In)의 함량이 증가함에 따라, XRD(X-ray diffraction) 결과에서 cubic-InOx (222)에 해당하는 2Θ = 30.5o XRD peak 가 나타나는 것을 포함하는 IGZO 물질막의 제조방법.
According to claim 1,
As the content of indium (In) increases in the IGZO material film, an IGZO material containing a 2Θ = 30.5 o XRD peak corresponding to cubic-InO x (222) appears in the XRD (X-ray diffraction) results. Membrane manufacturing method.
 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 IGZO 물질막의 열처리 온도가 증가함에 따라, XRD(X-ray diffraction) 결과에서 c축 배향 결정질(c-axis align crystalline, CAAC) (009) peak의 강도(intensity)가 증가하는 것을 포함하는 IGZO 물질막의 제조방법.
According to claim 1,
As the heat treatment temperature of the IGZO material film increases, the intensity of the c-axis align crystalline (CAAC) (009) peak increases in XRD (X-ray diffraction) results. Membrane manufacturing method.
 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 반응물질은, 산소 플라즈마(O2 plasma)를 포함하는 IGZO 물질막의 제조방법.
According to claim 1,
The reactant is a method of producing an IGZO material film containing oxygen plasma (O 2 plasma).
 인듐 산화물을 포함하는 제1 물질막, 갈륨 산화물을 포함하는 제2 물질막, 및 아연 산화물을 포함하는 제3 물질막이 순차적으로 적층된 IGZO 물질막에서,
상기 IGZO 물질막의 결정 배향은, c-축(c-axis) 배향, 및 상기 c-축 배향과 다른 배향을 함께 갖는 것을 포함하고,
상기 IGZO 물질막은 XRD(X-ray diffraction) 결과에서 c축 배향 결정질(c-axis align crystalline, CAAC) (009) peak 및 c축 배향 결정질 (006) peak 가 모두 나타나는 준-단배향(quasi-single axis align) 구조를 갖고,
c축 배향 결정질 (009) peak가 c축 배향 결정질 (006) peak 보다 크게 나타나며,
상기 IGZO 물질막 내 아연(Zn)의 함량이 증가함에 따라, 상기 IGZO 물질막의 결정상 중 c-축(c-axis) 방향의 결정상 비율이 증가하는 것을 포함하는 IGZO 물질막.
In an IGZO material film in which a first material film containing indium oxide, a second material film containing gallium oxide, and a third material film containing zinc oxide are sequentially stacked,
The crystal orientation of the IGZO material film includes a c-axis orientation and an orientation different from the c-axis orientation,
The IGZO material film has a quasi-single orientation in which both the c-axis align crystalline (CAAC) (009) peak and the c-axis aligned crystalline (006) peak appear in XRD (X-ray diffraction) results. axis align structure,
The c-axis oriented crystalline (009) peak appears larger than the c-axis oriented crystalline (006) peak,
As the content of zinc (Zn) in the IGZO material film increases, the ratio of crystal phases in the c-axis direction among the crystal phases of the IGZO material film increases.
 삭제delete 제10 항에 있어서,
상기 IGZO 물질막은, c-축(c-axis) 방향의 결정상을 갖는 제1 영역, 및 c-축 방향의 결정상과 다른 결정상을 갖는 제2 영역을 포함하되,
상기 제1 영역의 화학적 조성과 상기 제2 영역의 화학적 조성은 서로 동일한 것을 포함하는 IGZO 물질막.
According to claim 10,
The IGZO material film includes a first region having a crystal phase in the c-axis direction, and a second region having a crystal phase different from the crystal phase in the c-axis direction,
An IGZO material film wherein the chemical composition of the first region and the chemical composition of the second region are the same.
 제10 항에 있어서,
상기 IGZO 물질막은, c-축(c-axis) 방향의 결정상을 갖는 제1 영역, 및 c-축 방향의 결정상과 다른 결정상을 갖는 제2 영역을 포함하되,
상기 제1 영역의 결정 구조와 상기 제2 영역의 결정 구조는 서로 동일한 것을 포함하는 IGZO 물질막.
According to claim 10,
The IGZO material film includes a first region having a crystal phase in the c-axis direction, and a second region having a crystal phase different from the crystal phase in the c-axis direction,
An IGZO material film including a crystal structure of the first region and a crystal structure of the second region.
 제10 항에 따른 IGZO 물질막이 활성막으로 사용된 반도체 소자.
A semiconductor device using the IGZO material film according to claim 10 as an active film.
KR1020210118751A 2021-09-07 2021-09-07 Quasi-single axis aligned IGZO material layer having a hexagonal structure, fabricating method thereof, and semiconductor device using quasi-sing axis aligned IGZO material layer Active KR102686124B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210118751A KR102686124B1 (en) 2021-09-07 2021-09-07 Quasi-single axis aligned IGZO material layer having a hexagonal structure, fabricating method thereof, and semiconductor device using quasi-sing axis aligned IGZO material layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210118751A KR102686124B1 (en) 2021-09-07 2021-09-07 Quasi-single axis aligned IGZO material layer having a hexagonal structure, fabricating method thereof, and semiconductor device using quasi-sing axis aligned IGZO material layer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230036190A KR20230036190A (en) 2023-03-14
KR102686124B1 true KR102686124B1 (en) 2024-07-17

Family

ID=85502483

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210118751A Active KR102686124B1 (en) 2021-09-07 2021-09-07 Quasi-single axis aligned IGZO material layer having a hexagonal structure, fabricating method thereof, and semiconductor device using quasi-sing axis aligned IGZO material layer

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102686124B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140210835A1 (en) 2013-01-25 2014-07-31 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Metal oxide layer composition control by atomic layer deposition for thin film transistor
WO2021171136A1 (en) * 2020-02-28 2021-09-02 株式会社半導体エネルギー研究所 Metal oxide, method for forming metal oxide film, and device for forming metal oxide film

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11387343B2 (en) * 2018-03-06 2022-07-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Stack and semiconductor device
KR20210046566A (en) * 2019-10-17 2021-04-28 에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이. Atomic layer deposition of indium gallium zinc oxide

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140210835A1 (en) 2013-01-25 2014-07-31 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Metal oxide layer composition control by atomic layer deposition for thin film transistor
WO2021171136A1 (en) * 2020-02-28 2021-09-02 株式会社半導体エネルギー研究所 Metal oxide, method for forming metal oxide film, and device for forming metal oxide film

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230036190A (en) 2023-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI775386B (en) A method of manufacturing a semiconductor layer
US20090146200A1 (en) Magnesium-doped zinc oxide structures and methods
CN104584139B (en) Nesa coating and preparation method thereof
CN109873038B (en) Field-effect transistor and method of making the same
KR102241097B1 (en) Thin film comprising two-dimensional electron gas, method of fabricating of the same, and transistor comprising the same
KR102686124B1 (en) Quasi-single axis aligned IGZO material layer having a hexagonal structure, fabricating method thereof, and semiconductor device using quasi-sing axis aligned IGZO material layer
KR102706173B1 (en) Oxide semiconductor transistor and manufacturing method thereof
US8822312B2 (en) Method of forming high growth rate, low resistivity germanium film on silicon substrate
CN112251810B (en) A kind of preparation method of titanium dioxide single crystal epitaxial thin film
KR20240154164A (en) A stackable multi-channel structure and a method of fabricating the same, and a thin film transistor comprising the same
WO2020122516A1 (en) Method for manufacturing single-crystal semiconductor layer, structure comprising single-crystal semiconductor layer, and semiconductor device comprising structure
Zhang et al. Post-annealing optimization of the heteroepitaxial La-doped SrSnO 3 integrated on silicon via ALD
KR102635426B1 (en) C-axis aligned IZO material film, and manufacturing method thereof
KR20100055655A (en) Method for preparing n-type zno semiconductor thin film and thin film transistor
KR102434935B1 (en) Semiconductor oxide film and method for manufacturing same, and transistor including same
KR20230161351A (en) Methods and systems for forming memory devices and components thereof
KR102256554B1 (en) Tin oxide layer, tft having the same as channel laeyr, and manufacturing method for the tft
KR102308979B1 (en) Organic-inorganic hybrid thin layer and fabricating method of the same
KR102752619B1 (en) High stability oxide semiconductor thin film, a method for manufacturing the same, and an oxide semiconductor thin film transistor comprising the same
KR102871969B1 (en) Semiconductor device including a crystalline channel layer and method for manufacturing the same
KR102693443B1 (en) InON thin film and method for manufacturing same, and transistor comprising same
KR20250074161A (en) Transistor with improved electrical properties by controlling the properties of the insulating layer and its manufacturing method
KR102061501B1 (en) Method of fabricating tin sulfide thin film
KR20250074152A (en) Method for manufacturing IGO material layer based on thermal atomic layer deposition and IGO material layer manufactured using the same
KR20240069365A (en) IGZO thin film having high mobility and high reliability, a method for manufacturing the same, and an oxide semiconductor thin film transistor comprising the same

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109

PA0201 Request for examination

St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201

D13-X000 Search requested

St.27 status event code: A-1-2-D10-D13-srh-X000

D14-X000 Search report completed

St.27 status event code: A-1-2-D10-D14-srh-X000

PG1501 Laying open of application

St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902

AMND Amendment
E13-X000 Pre-grant limitation requested

St.27 status event code: A-2-3-E10-E13-lim-X000

P11-X000 Amendment of application requested

St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000

P13-X000 Application amended

St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000

E601 Decision to refuse application
PE0601 Decision on rejection of patent

St.27 status event code: N-2-6-B10-B15-exm-PE0601

T11-X000 Administrative time limit extension requested

St.27 status event code: U-3-3-T10-T11-oth-X000

T13-X000 Administrative time limit extension granted

St.27 status event code: U-3-3-T10-T13-oth-X000

AMND Amendment
E13-X000 Pre-grant limitation requested

St.27 status event code: A-2-3-E10-E13-lim-X000

P11-X000 Amendment of application requested

St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000

P13-X000 Application amended

St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000

PX0901 Re-examination

St.27 status event code: A-2-3-E10-E12-rex-PX0901

PX0701 Decision of registration after re-examination

St.27 status event code: A-3-4-F10-F13-rex-PX0701

X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701

PR1002 Payment of registration fee

St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002

Fee payment year number: 1

PG1601 Publication of registration

St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601