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비정질 In-Ga-Zn-O(IGZO)는 뛰어난 균일성, 높은 On/Off 전류비 및 다른 비정질 산화물 반도체 보다 높은 캐리어 Mobility 등의 우수한 특성으로 평판 디스플레이(FPD)의 백플레인 TFT용 채널 물질로 주로 사용되어왔으며, 최근 이러한 우수한 특성을 이용하여 IGZO 박막은 대표적인 반도체 메모리인 DRAM과 NAND의 TFT 소자와 투명 플렉서블 디스플레이, 센서 및 로직 아키텍처 등의 첨단 미래 전자 응용 분야에 적용을 위하여 활발히 연구되고 있습니다. 특히, 고성능 인공지능 반도체에 필수적인 메모리 소자의 3차원 아키텍처를 고려하면 저전력 및 저온 동작이 매우 요구되기 때문에 그 특성 조건에 부합하는 IGZO TFT의 적용에 대한 관심이 급격히 늘어나고 있습니다.
원자층 증착(ALD) 방법은 낮은 증착 온도에서도 뛰어난 박막 품질을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 우수한 단차피복성 및 박막 밀도를 가지며 막 두께 및 조성을 원자층 단위로 정밀하게 제어할 수 있습니다. 그러나 기존의 다원자 물질인 IGZO를 증착하기 위한 ALD 공정은 금속 전구체와 산화제의 제어가 어려워 정확하고 균일하게 조성비를 맞추기 힘들다는 문제가 있습니다.
 
<Variations in transfer curves with the lapse of stress time for 104 s under PB(T)S conditions for Dev. (a) A(1:1:1) and B(1:1:3) at RT and for Dev. (c) A and (d) B at 60℃. (VGS= +20V, VDS= 10.5 V)>*

이러한 난제를 해결하기 위하여 독창적인 ALD 방법을 사용하여 ALD-IGZO 필름의 원자 조성(In:Ga:Zn)을 ALD 사이클 비율을 제어 함으로써 정확히 목표로 한 조성의 막을 얻을 수 있습니다. 여러 조성 중에서 조성비 1:1:3의 소자가 바이어스 안정성 관점에서 가장 우수한 특성을 나타내었으며, 이는 종래의 스퍼터 방식으로 증착된 IGZO TFT에 의한 것보다 훨씬 우수한 결과입니다. 따라서 이 독창적인 ALD 공정방법에 의한 IGZO 박막의 조성 제어 기술은 다양한 미래 ALD-IGZO 박막의 응용 분야를 위한 필수적인 고성능 및 뛰어난 안정성을 확보할 수 있는 핵심기술로 판단됩니다.
 
<Si wafer based batch ALD cluster system>

㈜엔씨디는 다원계 산화물인 IGZO의 조성비를 개별 응용분야의 소자가 원하는 정확한 조성비로 제어할 수 있는 독창적인 기술을 적용한 IGZO 공정용 고생산성 배치 ALD 시스템을 개발하여 왔습니다. 특히 이 장치의 적용으로 향후 IGZO 박막의 적용이 예상되는 Logic, DRAM 및 NAND 메모리 반도체와 같은 복잡한 3D 아키텍처 소자 생산에서 뛰어난 품질 경쟁력과 성능 신뢰성 및 고생산성을 확보할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

* Journal of Materials Chemistry C, 2019, 7, 6059, Cationic compositional effects on the bias-stress stabilities of thin film transistors using In-Ga-Zn-O channels prepared by atomic layer deposition, Seung-Bo Ko, Nak-Jin Seong, Kyujeong Choi, So-Jung Yoon, Se-Na Choi, and Sung-Min Yoon. DOI: 10.1039/c9tc01164a