In doped ZTO 기반 산화물 반도체 TFT 소자의 CuCa 전극 적용에 따른 특성 변화 및 신뢰성 향상

  • Kim, Sin (Korea Institute for Super Material, ULVAC Korea, Ltd.) ;
  • O, Dong-Ju (Korea Institute for Super Material, ULVAC Korea, Ltd.) ;
  • Jeong, Jae-Gyeong (Department of Materials Science and Engineering, Inha University) ;
  • Lee, Sang-Ho (Korea Institute for Super Material, ULVAC Korea, Ltd.)
  • Published : 2015.08.24

Abstract

고 이동도(~10 cm/Vs), 낮은 공정온도 및 높은 투과율 등의 특성을 갖는 산화물 반도체는 저 소비전력, 대면적화 및 고해상도 LCD Panel에 적합한 재료로서 현재 일부 Mobile Panel 및 TFT-LCD Panel의 양산에 적용되고 있으나, 향후 UHD급(4 K, 8 K)의 대형, 고해상도 Panel에의 적용을 위해서는 30 cm2/Vs 이상의 고 이동도 재료의 개발 및 저 저항 배선의 적용에 따른 소자 신뢰성의 개선이 필요하다. Cu는 대표적인 저 저항 배선 재료로 일부 양산에 적용되고 있으나, Cu 전극과 산화물 반도체의 계면에서 Cu원자의 확산 및 Cu-O 층의 형성에 의한 소자 특성 저하의 문제가 있다. 본 연구에서는 고 이동도의 In doped-ZTO계 산화물 반도체를 기반으로 채널 층과 Cu source-Drain layer의 계면에서의 Cu element의 거동 및 TFT 소자 특성과의 상관관계를 고찰하고, 계면에 형성된 Cu-O layer에 대해 높은 전자 친화도를 갖는 Ca element를 첨가에 의한 TFT 소자 특성의 변화를 관찰하였다. 본 연구에서는 이러한 효과로 인한 소자 신뢰성의 향상을 기대하였으며, 우선 In doped-ZTO 채널 층에 Cu와 CuCa 2at% source-drain을 적용한 TFT 특성을 확인하였다. 그 결과, Cu는 Field-effect mobility: ~17.67 cm2/Vs, Sub-threshold swing: 0.76 mV/decade 및 Vth:, 4.40 V의 결과가 얻어졌으며 CuCa 2at%의 경우 Field-effect mobility: ~17.84 cm2/Vs, Sub-threshold swing: 0.86 mV/decade 및 Vth:, 5.74 V의 결과가 얻어졌다. 소자신뢰성 측면에서도 Bias Stress의 변화량 ${\delta}Vth$의 경우 Cu : 4.48 V에 대해 CuCa 2at% : 2.81 V로 ${\delta}Vth$:1.67 V의 개선된 결과를 얻었다.