Channel-shortening-effect (CSE) in oxide thin film transistors (TFTs) is a crucial issue that must be resolved for applications in ultra-high-resolution displays. One of the origins of the CSE is the diffusion of a shallow donor such as hydrogen (H) from other layers into the channel. In this study, we investigated for the first time the CSE of self-aligned Al-doped In-Sn-Zn-O (Al-ITZO) TFTs with planar and trench structures. The TFTs with planar structures exhibited severe negative V$_{on}$ shifts after an annealing process, whereas the TFTs with trench structures were barely affected, thereby exhibiting excellent on/off characteristics. The vertical channel in the trench TFT had higher resistance than the horizontal channel because of a back-sidewall roughness and thin channel. The high resistance of vertical channels played a significant role in determining the on/off characteristics of Al-ITZO TFT, where V$_{on}$ remained constant until the diffused shallow donors made the resistive vertical channels become conductive. Based on these unique operation characteristics, the suppression of CSE in a trench TFT was demonstrated even under a high annealing temperature, resulting in a high mobility and high stability.
산화물 박막 트랜지스터의 채널 쇼트닝 효과는 초고해상도 디스플레이 어플리케이션에서 해결해야 하는 중요한 이슈이다. 채널 쇼트닝 효과의 원인 중 하나는 수소와 같은 얕은 도너가 다른 층에서 채널로 확산되는 것이다. 본 연구에서는 평면 및 트렌치 구조를 가진 자기 정렬 인듐-주석-아연 박막 트랜지스터의 채널 쇼트닝 효과를 처음으로 조사했다. 평면 구조 박막 트랜지스터는 후열처리 공정 후에 동작 전압이 음의 방향으로 크게 이동한 반면, 트렌치 구조 박막 트랜지스터는 열처리에 영향을 받지 않고 안정적인 스위칭 특성을 나타냈다. 트렌치 구조 박막 트랜지스터의 수직 채널은 거칠기와 얇은 채널로 인해 수평 채널보다 저항이 높다. 높은 저항의 수직 채널은 박막 트랜지스터의 스위칭 특성을 결정하는데 결정적인 역할을 한다. 따라서 트렌치 구조 박막 트랜지스터의 동작 전압은 확산된 얕은 도너가 수직 채널을 도체화하기 전까지는 일정하게 유지된다. 이러한 고유한 동작 특성을 기반으로 높은 후열처리 온도에서도 트렌치 구조 박막 트랜지스터의 채널 쇼트닝 효과의 억제가 가능하여 높은 이동도와 높은 신뢰성을 얻을 수 있다.
