Oxide semiconductors have been actively studied owing to their remarkable characteristics such as high mobility, low leakage current, large-area uniformity, and transparency for active matrix flat-panel displays, power devices, sensing devices and computing devices. Atomic layer deposition (ALD) has attracted much attention, particularly for applications in nanoelectronics because of its atomic-level controllability and high-quality product. This study deal with indium-based oxide semiconductor process engineering using atomic layer deposition and application to high resolution display which is 3-D structure thin film transistor. Firstly, ALD processing design was conducted the plasma-enhanced atomic layer deposition (PEALD) process was controlled to deposit a homogeneous indium aluminum oxide semiconductor film. Trimethylaluminum (TMA) and dimethyl aluminum isopropoxide (DMAI) were the two precursors used to form aluminum oxide. The TMA- and DMAI-based indium aluminum oxide films exhibited quite different composition characteristics. Thus, the surface reactions between indium and aluminum precursors during the multi-step (A→B→O) PEALD process were scrutinized by density functional theory (DFT) simulation. DMAI was utilized as the precursor of AlOx in the PEALD process, a carrier suppressor of an indium oxide (In$_2$O$_3$) semiconductor, to fabricate indium aluminum oxide thin-film transistors. The demand for ultra-high resolution displays for next-generation VR/AR display applications is increasing. Accordingly, scale-down of transistors is in progress, and research on vertical transistors and channel layers deposited by atomic layer deposition is required. This study presents a vertical channel oxide thin film transistor fabricated by PEALD with line width of 1 um and showing stable electrical properties under bending radius of 0.5mm without degradation. Our device serves as a suitable candidate for a transistor in next generation 2000 ppi foldable and rollable display.
산화물 반도체는 낮은 오프 전류, 높은 이동도와 공정의 용이성으로 디스플레이 패널뿐만 아니라, 여러 전자 소자에서 주목 받고 있다. 이에 균일하고 좋은 품질의 박막 증착이 가능한 원자층 증착법을 이용한 산화물 반도체에 대한 연구가 늘고 있다. 본 연구는 원자층 증착법을 이용한 인듐 기반 산화물 반도체 공정 개발 연구와 함께 응용분야인 삼차원 구조를 가진 유연 수직 채널 트랜지스터에 대해 다룬다. 먼저 인듐 기반 산화물 반도체인 플라즈마 강화 원자층 증착 인듐-알루미늄-산화물 반도체 공정을 진행하였다. 트리메틸알루미늄과 디메틸알루미늄이소프로폭사이드를 두 알루미늄 프리커서 사용하여 다단계 (A → B → O) 증착 공정에서 인듐-알루미늄-산화물 형성시 다른 조성비를 보이는 것을 확인 하였다. 이를 밀도 함수 이론 (DFT) 시뮬레이션을 통해 인듐- 알루미늄 전구체 간의 표면 반응을 조사하고 호모 지니어스하게 증착된 인듐-알루미늄 산화물 반도체를 소자에 적용하여 전기적 특성을 확인하였다. 원자층 증착법 산화물 반도체의 응용분야인 차세대 초고해상도 유연 디스플레이에 대한 연구를 진행하였다. 인듐 산화물 반도체 수직채널 트랜지스터 소자를 유연기판에 구현하여 전기적 특성을 확인하였다. 또한 2000ppi 초고해상도 올레드 디스플레이 위한 어레이 연구를 진행하여 유연기판에서 선폭 1um의 수직채널 트랜지스터를 성공적으로 제작하여 벤딩하에서도 우수한 전기적 특성을 확인하였으며, 원차증 증착법을 이용한 산화물 반도체의 유연, 롤러블 디스플레이 적용 가능성을 보인다.
