KR101622183B1 - Method of fabricating sputtering target for oxide thin film transistor and method of fabricating active layer for oxide thin film transistor using thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명의 산화물 박막 트랜지스터용 스퍼터링 타겟(sputtering target)의 제조방법 및 산화물 박막 트랜지스터용 액티브층의 제조방법은 산화물 반도체를 액티브층으로 사용한 산화물 박막 트랜지스터의 제조에 있어, 징크-틴-옥사이드(Zinc Tin Oxide; ZTO) 분말에 소량의 투명 전도성 산화물(Transparent Conductive Oxide; TCO)계열의 도펀트(dopant)를 추가하여 DC(direct current) 스퍼터링이 가능한 ZTO 타겟을 제작하는 것을 특징으로 한다. 그 결과 우수한 특성의 산화물 반도체를 양산공정에 적용시킬 수 있다.A method of manufacturing a sputtering target for an oxide thin film transistor and a method of manufacturing an active layer for an oxide thin film transistor according to the present invention is characterized in that in the manufacture of an oxide thin film transistor using an oxide semiconductor as an active layer, The present invention is characterized in that a ZTO target capable of DC (direct current) sputtering is manufactured by adding a small amount of a transparent conductive oxide (TCO) -based dopant to an oxide (ZTO) powder. As a result, oxide semiconductors having excellent characteristics can be applied to the mass production process.
산화물 박막 트랜지스터, ZTO, TCO, 도펀트, DC 스퍼터링 Oxide thin film transistor, ZTO, TCO, dopant, DC sputtering
Description
본 발명은 산화물 박막 트랜지스터용 스퍼터링 타겟의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산화물 반도체를 액티브층으로 사용한 산화물 박막 트랜지스터의 제조에 사용되는 산화물 박막 트랜지스터용 스퍼터링 타겟의 제조방법 및 산화물 박막 트랜지스터용 액티브층의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a sputtering target for an oxide thin film transistor, and more particularly to a method for manufacturing a sputtering target for an oxide thin film transistor used for manufacturing an oxide thin film transistor using an oxide semiconductor as an active layer, Layer. ≪ / RTI >
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.Recently, interest in information display has increased, and a demand for using portable information media has increased, and a light-weight flat panel display (FPD) that replaces a cathode ray tube (CRT) And research and commercialization are being carried out. Particularly, among such flat panel display devices, a liquid crystal display (LCD) is an apparatus for displaying an image using the optical anisotropy of a liquid crystal, and is excellent in resolution, color display and picture quality and is actively applied to a notebook or a desktop monitor have.
상기 액정표시장치는 크게 컬러필터(color filter) 기판과 어레이(array) 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.The liquid crystal display comprises a color filter substrate, an array substrate, and a liquid crystal layer formed between the color filter substrate and the array substrate.
상기 액정표시장치에 주로 사용되는 구동 방식인 능동 매트릭스(Active Matrix; AM) 방식은 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(Amorphous Silicon Thin Film Transistor; a-Si TFT)를 스위칭소자로 사용하여 화소부의 액정을 구동하는 방식이다.An active matrix (AM) method, which is a driving method mainly used in the liquid crystal display, is a method of driving a liquid crystal of a pixel portion by using an amorphous silicon thin film transistor (a-Si TFT) to be.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 액정표시장치의 구조에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, the structure of a typical liquid crystal display device will be described in detail with reference to FIG.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.1 is an exploded perspective view schematically showing a general liquid crystal display device.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 액정표시장치는 크게 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 및 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)(30)으로 구성된다.As shown in the figure, the liquid crystal display comprises a color filter substrate 5, an
상기 컬러필터 기판(5)은 적(Red; R), 녹(Green; G) 및 청(Blue; B)의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터(7)로 구성된 컬러필터(C)와 상기 서브-컬러필터(7) 사이를 구분하고 액정층(30)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix)(6), 그리고 상기 액정층(30)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극(8)으로 이루어져 있다.The color filter substrate 5 includes a color filter C composed of a plurality of
또한, 상기 어레이 기판(10)은 종횡으로 배열되어 복수개의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터(T) 및 상기 화소영역(P) 위에 형성된 화소전극(18)으로 이루어져 있다.The
상기의 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)(미도시)에 의해 대향하도록 합착되어 액정표시패널을 구성하며, 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)의 합착은 상기 컬러필터 기판(5) 또는 어레이 기판(10)에 형성된 합착키(미도시)를 통해 이루어진다.The color filter substrate 5 and the
한편, 전술한 액정표시장치는 가볍고 전력소모가 작아 지금가지 가장 주목받는 디스플레이 소자이지만, 상기 액정표시장치는 발광소자가 아니라 수광소자이며 밝기, 명암비(contrast ratio) 및 시야각 등에 기술적 한계가 있기 때문에 이러한 단점을 극복할 수 있는 새로운 디스플레이 소자에 대한 개발이 활발하게 전개되고 있다.Meanwhile, since the liquid crystal display device described above is a light-emitting device rather than a light emitting device and has technical limitations such as brightness, contrast ratio, and viewing angle, the liquid crystal display device is a light- Development of a new display device capable of overcoming the disadvantages has been actively developed.
새로운 평판표시장치 중 하나인 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Diode; OLED)는 자체발광형이기 때문에 액정표시장치에 비해 시야각과 명암비 등이 우수하며 백라이트(backlight)가 필요하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하고, 소비전력 측면에서도 유리하다. 그리고, 직류 저전압 구동이 가능하고 응답속도가 빠르다는 장점이 있으며, 특히 제조비용 측면에서도 유리한 장점을 가지고 있다.OLED (Organic Light Emitting Diode), which is one of the new flat panel display devices, has excellent viewing angle and contrast ratio compared to liquid crystal displays because it is a self-luminous type. Lightweight thin type can be used because it does not need backlight And is also advantageous in terms of power consumption. In addition, it has the advantage of being able to drive a DC low voltage and has a high response speed, and is particularly advantageous in terms of manufacturing cost.
최근 유기전계발광 디스플레이의 대면적화에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 이를 달성하기 위하여 유기전계발광소자의 구동 트랜지스터로서 정전류 특성을 확보하여 안정된 작동 및 내구성이 확보된 트랜지스터 개발이 요구되고 있다.In recent years, studies have been actively made on the enlargement of an organic electroluminescent display. In order to achieve this, development of a transistor ensuring stable operation and durability by securing a constant current characteristic as a driving transistor of an organic electroluminescent device is required.
전술한 액정표시장치에 사용되는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터는 저온 공정에서 제작할 수 있지만 이동도(mobility)가 매우 작고 정전류 테스트(constant current bias) 조건을 만족하지 않는다. 반면에 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 높은 이동도와 만족스러운 정전류 테스트 조건을 가지는 반면에 균일한 특성 확보가 어려워 대면적화가 어렵고 고온 공정이 필요하다.The amorphous silicon thin film transistor used in the above-described liquid crystal display device can be manufactured in a low temperature process, but has a very small mobility and does not satisfy a constant current bias condition. On the other hand, the polycrystalline silicon thin film transistor has a high mobility and a satisfactory constant current test condition, but it is difficult to obtain a uniform characteristic, so it is difficult to make a large area and a high temperature process is required.
이에 산화물 반도체로 액티브층을 형성한 산화물 박막 트랜지스터를 개발하고 있는데, 이 중 징크-틴-옥사이드(Zinc Tin Oxide; ZTO)계 산화물 반도체는 ZTO 타겟의 높은 저항으로 인해 DC 스퍼터링이 불가능하고 RF(radio frequency) 스퍼터링만 가능하여 양산에는 아직 적용할 수 없는 상태이다.Among them, zinc-tin-oxide (ZTO) oxide semiconductors are difficult to perform DC sputtering because of the high resistance of ZTO target, and RF (radio frequency sputtering only, which is not yet applicable to mass production.
기술적으로 DC 스퍼터링이 가능하기 위해서는 타겟의 저항이 300mΩ이하이어야 하나, 상기 ZTO 타겟의 경우 저항이 이 수치를 초과하기 때문에 연구목적의 소자제작은 활발히 이루어지고 있으나 양산을 목적으로 하는 타겟 제작은 이루어지지 못하고 있다.In order to enable DC sputtering technically, the resistance of the target should be 300 m? Or less. However, since the resistance of the ZTO target exceeds this value, devices for research purposes are actively manufactured, I can not.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, ZTO계 산화물 반도체를 액티브층으로 사용한 산화물 박막 트랜지스터의 제조에 사용되는 산화물 박막 트랜지스터용 스퍼터링 타겟의 제조방법 및 산화물 박막 트랜지스터용 액티브층의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention provides a method for manufacturing a sputtering target for an oxide thin film transistor and a method for manufacturing an active layer for an oxide thin film transistor used for manufacturing an oxide thin film transistor in which a ZTO system oxide semiconductor is used as an active layer .
본 발명의 다른 목적은 DC 스퍼터링이 가능한 ZTO 타겟을 제작하도록 한 산화물 박막 트랜지스터용 스퍼터링 타겟의 제조방법 및 산화물 박막 트랜지스터용 액티브층의 제조방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a sputtering target for an oxide thin film transistor and a method of manufacturing an active layer for an oxide thin film transistor, in which a ZTO target capable of DC sputtering is manufactured.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.Other objects and features of the present invention will be described in the following description of the invention and claims.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 산화물 박막 트랜지스터용 스퍼터링 타겟의 제조방법은 ZTO(zinc tin oxide)계 산화물 반도체 분말에 TCO(transparent conductive oxide)계열의 도펀트 분말을 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 산화물 반도체 분말과 도펀트 분말을 하소한 후에 다시 혼합하는 단계 및 고온에서 소성 후 표면을 연마하여 액티브층용 ZTO 타겟을 형성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 산화물 박막 트랜지스터용 액티브층의 제조방법은 상기의 ZTO 타겟을 이용하여 DC 스퍼터링을 통해 소정의 기판 위에 상기 ZTO계 산화물 반도체로 이루어진 액티브층을 형성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing a sputtering target for an oxide thin film transistor according to the present invention comprises mixing zinc oxide (ZnO) based oxide semiconductor powder with a dopant powder of TCO (transparent conductive oxide) And then mixing the oxide semiconductor powder and the dopant powder after calcination, and polishing the surface after firing at a high temperature to form a ZTO target for the active layer.
The method for manufacturing an active layer for an oxide thin film transistor of the present invention may include forming an active layer made of the ZTO-based oxide semiconductor on a predetermined substrate through DC sputtering using the ZTO target .
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터용 스퍼터링 타겟의 제조방법 및 산화물 박막 트랜지스터용 액티브층의 제조방법은 ZTO계 산화물 반도체를 액티브층으로 사용함에 따라 균일도가 우수하여 대면적 디스플레이에 적용 가능한 효과를 제공한다.As described above, the method of manufacturing a sputtering target for an oxide thin film transistor and the method of manufacturing an active layer for an oxide thin film transistor according to the present invention are excellent in uniformity due to the use of a ZTO-based oxide semiconductor as an active layer, Effect.
또한, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터용 스퍼터링 타겟의 제조방법 및 산화물 박막 트랜지스터용 액티브층의 제조방법은 DC 스퍼터링이 가능한 ZTO 타겟을 제작함으로써 우수한 특성의 산화물 반도체를 양산공정에 적용할 수 있는 효과를 제공한다.In addition, the method of manufacturing a sputtering target for an oxide thin film transistor and the method of manufacturing an active layer for an oxide thin film transistor according to the present invention can produce a ZTO target capable of DC sputtering, so that an excellent oxide semiconductor can be applied to a mass production process to provide.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터용 스퍼터링 타겟의 제조방법 및 산화물 박막 트랜지스터용 액티브층의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of a method of manufacturing a sputtering target for an oxide thin film transistor and a method of manufacturing an active layer for an oxide thin film transistor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, ZTO계 산화물 반도체를 액티브층으로 사용한 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 예를 들어 나타내고 있다.FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention, and shows a structure of an oxide thin film transistor using a ZTO-based oxide semiconductor as an active layer.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 기판(110) 위에 형성된 게이트전극(121), 상기 게이트전극(121) 위에 형성된 게이트절연막(115), 상기 게이트절연막(115) 위에 ZTO계 산화물 반도체로 형성된 액티브층(124) 및 상기 액티브층(124)의 소정영역과 전기적으로 접속하는 소오스/드레인전극(122, 123)으로 이루어져 있다.As shown in the drawing, an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention includes a
그리고, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 게이트전극(121)은 소정의 게이트라인에 연결되고 상기 소오스전극(122)의 일부는 일방향으로 연장되어 데이터라인에 연결되며, 상기 게이트라인과 데이터라인은 기판(110) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하게 된다.Although not shown in the figure, the
이와 같은 상기 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 높은 이동도와 정전류 테스트 조건을 만족하는 한편 균일한 특성이 확보되어 액정표시장치와 유기전계발광 디스플레이를 포함하는 대면적 디스플레이에 적용 가능한 장점을 가지고 있다.The oxide thin film transistor according to the embodiment of the present invention satisfies high mobility and constant current test conditions and ensures uniform characteristics and is applicable to a large area display including a liquid crystal display and an organic electroluminescence display have.
또한, 최근 투명 전자회로에 엄청난 관심과 활동이 집중되고 있는데, 상기 산화물 반도체를 액티브층으로 적용한 산화물 박막 트랜지스터는 높은 이동도를 가지는 한편 저온에서 제작이 가능함에 따라 상기 투명 전자회로에 사용될 수 있는 장점이 있다.In recent years, a great deal of attention and activity have been concentrated on transparent electronic circuits. Since the oxide thin film transistor in which the oxide semiconductor is used as an active layer has high mobility and can be manufactured at a low temperature, .
또한, 상기 산화물 반도체는 넓은 밴드 갭을 가질 수 있어 높은 색순도를 갖는 UV 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED), 백색 LED와 그밖에 다른 부품들을 제작할 수 있으며, 저온에서 공정이 가능하여 가볍고 유연한 제품을 생산할 수 있는 특징을 가지고 있다.In addition, the oxide semiconductor can have a wide bandgap and can produce a UV light emitting diode (LED), a white LED and other components with high color purity, and can produce a light and flexible product by being processable at a low temperature .
이때, 상기 본 발명의 실시예에 따른 액티브층(124)은 ZTO계 산화물 반도체를 DC 스퍼터링을 통해 증착하여 형성하게 되는데, 특히 본 발명은 ZTO 분말에 소량의 투명 전도성 산화물(Transparent Conductive Oxide; TCO)계열의 도펀트를 추가하여 DC 스퍼터링이 가능한 ZTO 타겟을 제작함으로써 우수한 특성의 산화물 반도체를 양산공정에 적용할 수 있는 이점이 있다.The
상기 TCO계열의 도펀트는 알루미늄, 갈륨 및 인듐 등 타겟의 저항을 낮출 수 있는 물질로 각각 알루미늄-징크-옥사이드(Aluminum Zinc Oxide; AZO), 갈륨-징크-옥사이드(Gallium Zinc Oxide; GZO) 및 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 분말로부터 얻을 수 있다.The TCO-based dopant is a material that can lower the resistance of a target such as aluminum, gallium, and indium. Aluminum-zinc-oxide (AZO), gallium-zinc- oxide (GZO) Can be obtained from indium tin oxide (ITO) powder.
이때, 상기 도펀트는 약 0.01 ~ 10원자%(atomic percent)로 도핑(doping)되는 것을 특징으로 한다.At this time, the dopant is doped at about 0.01 to 10 atomic percent.
이하, 본 발명에서 사용되고 있는 스퍼터링 기술의 원리와 스퍼터링 장치에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the principle of the sputtering technique used in the present invention and the sputtering apparatus will be described in detail with reference to the drawings.
도 3은 스퍼터링 기술의 원리를 나타내는 개략도이다.3 is a schematic view showing the principle of the sputtering technique.
도면에 도시된 바와 같이, 스퍼터링 기술에서는 진공 챔버(chamber)에서 증착할 산화물 반도체 물질로 만들어진 타겟(100)과 양극(anode) 사이에 플라즈마(plasma) 방전으로 아르곤 이온(Ar+)(200)을 여기시켜 높은 전압으로 가속하여 큰 운동 에너지로 상기 타겟(100)에 충돌하게 한다. 이때, 가해지는 아르곤 이온(200)의 운동에너지가 타겟(100)을 구성하는 원자(300)간의 결합 에너지보다 클 경우 타겟(100) 표면에서 원자(300)가 떨어져 나오는 스퍼터링이 일어나며, 상기 타겟(100)에서 떨어져 나온 상기 원자(300)가 유리기판 표면에서 상호 결합하여 박막형태로 성장하게 된다.As shown in the figure, in the sputtering technique, argon ions (Ar +) 200 are excited by a plasma discharge between a
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.4 is a cross-sectional view schematically showing a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치는 크게 아르곤 가스가 채워지는 진공 챔버(156)와 상기 챔버(156) 내에 설치되는 서셉터(susceptor)(150), 타겟(100), 그라운드 쉴드(ground shield)(155) 및 마그네트(magnet)(153)로 이루어진다.As shown in the figure, the sputtering apparatus according to the embodiment of the present invention includes a
이때, 상기 서셉터(150)는 진공 챔버(156) 내로 로딩되는 기판(110)을 고정시키고 온도를 일정하게 유지시키는 역할을 하며, 상기 타겟(100)은 상기 기판(110) 위에 증착되는 박막의 소스(source)가 되는 산화물 반도체 물질로 이루어지며 상기 서셉터(150)에 대응하여 전압이 인가되는 백킹 플레이트(baking plate)(154)에 고정되어 플라즈마 방전시 음극(cathode) 역할을 한다.The
그리고, 상기 그라운드 쉴드(155)는 알루미늄과 같은 전기 전도성이 있는 재질로 이루어져 음의 전하가 걸려있는 타겟(100)의 상대전극으로 작용하여 플라즈마 방전시 양극(anode) 역학을 하며, 상기 타겟(100)과 일정 거리를 유지하여 방전(discharge)이 발생되게 유도한다.The
상기 마그네트(153)는 박막 증착을 촉진시키기 위해 전자를 포집하는 역할을 하는 부분으로 상기 타겟(100)의 상부에 설치되어 박막 증착 공정의 진행시 회전하며 자기장을 형성한다.The
또한, 상기 챔버(156) 내의 서셉터(150)와 타겟(100) 사이에 설치된 로드 애노드(rod anode)(152)는 박막의 증착 균일도를 향상시키는 역할을 하며, 상기 기판(110)의 가장자리 상부에 마스크(157)가 설치되어 증착시 타겟(100)으로부터 떨어져 나오는 파티클(particle)이 서셉터(150)를 포함하여 챔버(156)에 달라붙지 못하도록 하는 역할을 하게 된다.A
전술한 바와 같이 상기 스퍼터링 장치를 통해 액티브층의 증착에 이용되는 ZTO 타겟은 ZTO 분말에 소량의 TCO계열의 도펀트를 추가하여 제작하게 되며, 이때 상기 TCO계열의 도펀트는 알루미늄, 갈륨 및 인듐 등 타겟의 저항을 낮출 수 있는 물질로 각각 AZO, GZO 및 ITO 분말로부터 얻을 수 있는데, 추가되는 상기 TCO계열 도펀트의 함량이 증가함에 따라 타겟의 저항도 감소하게 된다.As described above, the ZTO target used for deposition of the active layer through the sputtering apparatus is produced by adding a small amount of TCO dopant to the ZTO powder. In this case, the dopant of the TCO series may be doped with a dopant such as aluminum, gallium, As a material capable of lowering the resistance, AZO, GZO and ITO powder can be obtained, respectively. As the content of the added TCO-based dopant increases, the resistance of the target decreases.
도 5는 TCO계열의 도펀트 함량에 따른 ZTO 타겟의 저항을 측정한 결과를 나타내는 그래프로써, 도시된 사각형 및 원은 각각 상기 TCO계열의 도펀트로 GZO 및 AZO 분말을 사용한 경우를 나타내고 있다.FIG. 5 is a graph showing the results of measuring the resistance of the ZTO target according to the dopant content of the TCO series. The squares and circles show the case where GZO and AZO powder are used as dopants of the TCO series, respectively.
도면에 도시된 바와 같이, ZTO 분말에 소량의 TCO계열의 도펀트를 추가함에 따라 DC 스퍼터링이 가능한 300mΩ이하의 저항이 측정되는 한편, 추가되는 상기 TCO계열 도펀트의 함량이 증가함에 따라 타겟의 저항도 감소함을 알 수 있다.As shown in the figure, by adding a small amount of TCO series dopant to the ZTO powder, a resistance of 300 m? Or less capable of DC sputtering is measured, while the resistance of the target is decreased as the content of the added TCO type dopant is increased .
이때, 상기 ZTO 분말에 AZO 분말을 50wt%이상 추가하는 경우에 타겟 저항이 300mΩ이하로 측정되는 반면, 상기 ZTO 분말에 GZO 분말을 추가하는 경우에는 30wt%이상 추가하기만 하면 타겟 저항이 300mΩ이하로 측정됨을 알 수 있다.In this case, when the AZO powder is added to the ZTO powder by 50 wt% or more, the target resistance is measured to be 300 mΩ or less. On the other hand, when the GTO powder is added to the ZTO powder, the target resistance is 300 mΩ or less It can be seen that it is measured.
이때, 상기 도펀트는 약 0.01 ~ 10atomic%로 도핑되는 것을 특징으로 한다.At this time, the dopant is doped at about 0.01 to 10 atomic%.
도 6은 ZTO 분말에 GZO 분말을 혼합하여 제작한 산화물 박막 트랜지스터용 스퍼터링 타겟의 저항을 나타내는 표로써, ZTO 분말에 GZO 분말을 혼합하여 타겟의 저항을 낮추는 실험을 진행한 결과를 나타내고 있다.FIG. 6 is a table showing the resistance of a sputtering target for an oxide thin film transistor manufactured by mixing GTO powder with ZTO powder, and shows a result of an experiment in which resistance of a target is lowered by mixing GTO powder with ZTO powder.
도면에 도시된 바와 같이, ZTO 분말에 GZO 분말을 20:80, 30:70, 50:50 및 70wt%:30wt%로 혼합하여 타겟을 제작한 경우 상기 타겟의 저항은 20:80을 제외하고 각각 200, 20 및 2mΩ으로 측정되고 있다.As shown in the figure, when a target is prepared by mixing GZO powder with 20: 80, 30: 70, 50: 50 and 70% by weight: 30% by weight of ZTO powder, the resistance of the target is 20:80 200, 20 and 2 m ?.
이때, 상기 ZTO 분말에 GZO 분말을 20:80, 30:70, 50:50 및 70wt%:30wt%로 혼합한 경우 아연(Zn)과 틴(Sn)의 구성비는 각각 4.2:1, 5.0:1, 6.6:1 및 8.0:1이다.When the ZTO powder was mixed with GZO powder at 20:80, 30:70, 50:50 and 70 wt%: 30 wt%, the composition ratios of zinc (Zn) and tin (Sn) were 4.2: 1 and 5.0: , 6.6: 1 and 8.0: 1.
이와 같이 상기 ZTO 분말에 GZO 분말을 추가하는 경우 타겟의 저항을 감소시킬 수 있으며, 특히 GZO가 30wt%이상인 경우부터 DC 스퍼터링이 가능함을 알 수 있고, 이때 갈륨(Ga)의 도핑함량은 약 0.1atomic%에 해당한다.When the GZO powder is added to the ZTO powder, the resistance of the target can be reduced. In particular, DC sputtering can be performed when the GZO is 30 wt% or more. At this time, the doping amount of gallium (Ga) %.
도 7은 ZTO 분말에 AZO 분말을 혼합하여 제작한 산화물 박막 트랜지스터용 스퍼터링 타겟의 저항을 나타내는 표로써, ZTO 분말에 AZO 분말을 혼합하여 타겟의 저항을 낮추는 실험을 진행한 결과를 나타내고 있다.FIG. 7 is a table showing the resistance of a sputtering target for an oxide thin film transistor manufactured by mixing AZO powder with ZTO powder, and shows an experiment in which AZO powder is mixed with ZTO powder to lower the resistance of the target.
도면에 도시된 바와 같이, ZTO 분말에 AZO 분말을 20:80, 30:70, 50:50 및 70wt%:30wt%로 혼합하여 타겟을 제작한 경우 상기 타겟의 저항은 70:30을 제외하고 각각 1.5, 1.2 및 300mΩ으로 측정되고 있다.As shown in the figure, when AZO powder was mixed with ZTO powder at 20:80, 30:70, 50:50 and 70 wt%: 30 wt%, the resistance of the target was 70:30 1.5, 1.2, and 300 m?.
이때, 상기 ZTO 분말에 AZO 분말을 20:80, 30:70, 50:50 및 70wt%:30wt%로 혼합한 경우 아연(Zn)과 틴(Sn)의 구성비는 각각 4.2:1, 5.0:1, 6.6:1 및 8.0:1이다.When the AZO powder was mixed with the ZTO powder at 20:80, 30:70, 50:50 and 70 wt%: 30 wt%, the composition ratios of zinc (Zn) and tin (Sn) were 4.2: 1 and 5.0: , 6.6: 1 and 8.0: 1.
이와 같이 상기 ZTO 분말에 AZO 분말을 추가하는 경우 타겟의 저항을 감소시킬 수 있으며, 특히 AZO가 50wt%이상인 경우부터 DC 스퍼터링이 가능함을 알 수 있다.When the AZO powder is added to the ZTO powder, the resistance of the target can be reduced. In particular, it can be seen that DC sputtering is possible when AZO is 50 wt% or more.
이하, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터용 스퍼터링 타겟의 제조방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a sputtering target for an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터용 스퍼터링 타겟의 제조방법을 나타내는 순서도이다.8 is a flowchart showing a method of manufacturing a sputtering target for an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
ZTO 타겟 제작을 위해 ZTO 분말에 TCO계열의 AZO, GZO 및 ITO 등의 분말을 화학양론 조성이 되도록 볼밀(ball mill)로 혼합한다(S110).For making the ZTO target, powders of AZO, GZO and ITO of TCO series are mixed with a ZTO powder by a ball mill so as to have a stoichiometric composition (S110).
이때, 상기 AZO, GZO 및 ITO 등의 분말은 도핑되는 재료의 형태로 소량 첨가되는 수준으로 유지되며, 각각 Al, Ga 및 In 등 타겟의 저항을 낮출 수 있는 물질 이 도핑 되게 되는데, 이때 도핑의 함량은 0.01 ~ 10atomic%를 갖는 것을 특징으로 한다.At this time, the powders such as AZO, GZO and ITO are kept at a level to be added in a small amount in the form of a doped material, and a material capable of lowering resistance of the target such as Al, Ga and In is doped, Is in the range of 0.01 to 10 atomic%.
참고로, 상기 볼밀은 고체입자를 작게 부수거나 가루를 내는 일 또는 가루를 내기 위한 분쇄기를 의미한다.For reference, the ball mill refers to a crusher for crushing or crushing solid particles or for discharging flour.
이후, 질소/산소의 혼합가스 기류(air current)에서 하소(calcination)한 다음, 여기서 얻어진 분체(pulverulent body)로 다시 볼밀을 하여 혼합한다(S120, S130). 이때, 상기 분체는 고체 입자가 많이 모여 있는 상태의 물체를 의미하며, 하소공정은 어떤 물질을 고온으로 가열하여 그 휘발성분의 일부 또는 전부를 제거하는 조작을 의미한다.Thereafter, calcination is performed in a nitrogen / oxygen mixed gas flow, and then ball milling is performed on the obtained pulverulent body (S120, S130). In this case, the powder means an object in which solid particles are concentrated, and the calcining process refers to an operation of heating a material to a high temperature to remove a part or all of the volatile components.
그리고, 일축가압 성형을 하여 고온에서 소성(firing) 후 표면 연마를 통하여 ZTO 타겟을 제작하게 된다(S140, S150). 이때, 상기 소성공정은 조합된 원료를 가열하여 경화성물질을 만드는 조작을 말한다.Then, uniaxial pressing is performed, and the ZTO target is formed through surface polishing after firing at a high temperature (S140, S150). At this time, the firing process refers to an operation for making a curable material by heating the combined raw materials.
본 발명은 이와 같이 ZTO 분말에 소량의 TCO계열의 도펀트를 첨가하는 것에 의해 타겟의 도전성을 보유시키는 것이 가능하며, 이것에 의해 DC 스퍼터링이 가능한 ZTO 타겟을 제작함으로써 우수한 특성의 산화물 반도체를 양산공정에 적용시킬 수 있게 된다.In the present invention, it is possible to retain the conductivity of the target by adding a small amount of TCO-based dopant to the ZTO powder. Thus, by producing a ZTO target capable of DC sputtering, excellent oxide semiconductors can be produced in a mass production process .
특히, 상기 DC 스퍼터링은 RF 스퍼터링에 비해 증착속도가 빠르며 스퍼터링 효율이 좋다고 하는 점에서 우수하며, 또한 상기 DC 스퍼터링 장치는 가격이 저렴하며 제어가 용이하고 전력의 소비량도 적다는 이점이 있다.In particular, the DC sputtering is advantageous in that the deposition rate is faster and the sputtering efficiency is better than that of RF sputtering, and the DC sputtering apparatus is advantageous in that it is inexpensive, easy to control, and consumes less power.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위 를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.While a great many are described in the foregoing description, it should be construed as an example of preferred embodiments rather than limiting the scope of the invention. Therefore, the invention should not be construed as limited to the embodiments described, but should be determined by equivalents to the appended claims and the claims.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도.1 is an exploded perspective view schematically showing a general liquid crystal display device.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
도 3은 스퍼터링 기술의 원리를 나타내는 개략도.3 is a schematic view showing the principle of a sputtering technique;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 개략적으로 나타내는 단면도.4 is a cross-sectional view schematically showing a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 5는 TCO계열의 도펀트 함량에 따른 ZTO 타겟의 저항을 측정한 결과를 나타내는 그래프.5 is a graph showing the results of measuring the resistance of the ZTO target according to the dopant content of the TCO series.
도 6은 ZTO 분말에 GZO 분말을 혼합하여 제작한 산화물 박막 트랜지스터용 스퍼터링 타겟의 저항을 나타내는 표.6 is a table showing resistance of a sputtering target for an oxide thin film transistor produced by mixing GZO powder with ZTO powder.
도 7은 ZTO 분말에 AZO 분말을 혼합하여 제작한 산화물 박막 트랜지스터용 스퍼터링 타겟의 저항을 나타내는 표.7 is a table showing resistance of a sputtering target for an oxide thin film transistor produced by mixing AZO powder with ZTO powder.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터용 스퍼터링 타겟의 제조방법을 나타내는 순서도.8 is a flowchart showing a method of manufacturing a sputtering target for an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS
110 : 기판 115 : 게이트절연막110: substrate 115: gate insulating film
121 : 게이트전극 122 : 소오스전극121: gate electrode 122: source electrode
123 : 드레인전극 124 : 액티브층123: drain electrode 124: active layer
151 : 타겟151: Target
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