KR100977229B1 - Organic Thin Film Transistor And Method For Fabricating The Same, And Liguid Crystal Display Device By The Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공정이 용이하고 저가인 도전성 물질을 이용하여 형성되고, 또한 유기 반도체층과의 접합특성이 우수한 소스/드레인 전극이 구성요소로 포함되는 유기 TFT 및 그 제조방법, 그리고 이를 적용한 액정표시소자에 관한 것으로서, 특히 본 발명에 의한 유기 TFT는 하부기판 상에 형성된 게이트 전극; 상기 게이트 전극을 포함한 상기 하부기판의 전면에, 유기 절연물질로 형성되는 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 상에, 상기 게이트 전극의 양 에지에 각각 오버랩되는 소스 전극과 드레인 전극; 및 상기 소스 전극과 드레인 전극을 포함한 상기 게이트 절연막의 일부에 형성된 유기 반도체층을 포함하여 구성되고, 상기 소스 전극과 드레인 전극 각각은, 상기 게이트 절연막 상에 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈늄(Ta), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 중 하나의 금속으로 형성되는 제1층과, 상기 유기 반도체층과 상기 제1층 사이에 불순물이 도핑된 도전물질로 형성되는 제2층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention provides an organic TFT comprising a source / drain electrode as a component, which is formed using an easy-to-process and inexpensive conductive material, and has excellent bonding characteristics with an organic semiconductor layer, and a manufacturing method thereof, and a liquid crystal display device using the same. In particular, the organic TFT according to the present invention comprises a gate electrode formed on the lower substrate; A gate insulating film formed on an entire surface of the lower substrate including the gate electrode and formed of an organic insulating material; Source and drain electrodes overlapping both edges of the gate electrode on the gate insulating layer; And an organic semiconductor layer formed on a portion of the gate insulating film including the source electrode and the drain electrode, wherein each of the source electrode and the drain electrode includes copper (Cu), molybdenum (Mo), and chromium on the gate insulating film. A first layer formed of one of (Cr), titanium (Ti), tantalum (Ta), and molybdenum-tungsten (MoW) metal, and a conductive material doped with impurities between the organic semiconductor layer and the first layer. It characterized in that it comprises a second layer formed of.
유기TFT, 오프-커런트 개선, 리프트 현상방지Organic TFT, off-current improvement, lift prevention
Description
도 1은 종래 기술에 의한 TFT의 단면도.1 is a cross-sectional view of a TFT according to the prior art.
도 2는 종래 기술에 의한 TFT를 포함한 액정표시소자의 단면도.2 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device including a TFT according to the prior art.
도 3은 종래 기술에 의한 유기 TFT의 단면도.3 is a cross-sectional view of an organic TFT according to the prior art.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 유기 TFT의 단면도.4A to 4C are cross-sectional views of an organic TFT according to a first embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 유기 TFT를 포함한 액정표시소자의 단면도.5 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device including an organic TFT according to a first embodiment of the present invention.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 유기 TFT의 단면도.6A to 6C are cross-sectional views of organic TFTs according to a second embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 유기 TFT를 포함한 액정표시소자의 단면도.7 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device including an organic TFT according to a second embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명* Explanation of symbols on the main parts of the drawings
111 : 하부기판 112a : 게이트 전극 111: lower substrate 112a: gate electrode
113 : 게이트 절연막 114 : p타입 유기 반도체층 113: gate insulating film 114: p-type organic semiconductor layer
115a : 소스 전극 115b : 드레인 전극 115a:
121, 521 : 금속층 122 : 투명도전층 121, 521: metal layer 122: transparent conductive layer
123 : p형 도핑층 522 : n+a-Si층123: p-type doping layer 522: n + a-Si layer
514 : n타입 유기 반도체층514 n-type organic semiconductor layer
본 발명은 박막트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)에 관한 것으로, 특히 저가이고 공정이 용이하며 접촉 특성이 우수한 소스/드레인 전극을 포함하는 유기 TFT 및 그 제조방법 그리고, 이를 적용한 액정표시소자(LCD ; Liquid Crystal Display Device)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film transistor (TFT), and more particularly, an organic TFT including a source / drain electrode having low cost, easy processing, and excellent contact characteristics, and a method of manufacturing the same; and a liquid crystal display device using the same; Liquid Crystal Display Device).
통상, 박막트랜지스터는 이미지 표시용 디스플레이에서 스위치 소자로 사용되는 것으로, 가장 일반적으로 응용되는 분야로는 랩탑 컴퓨터의 디스플레이인 액티브 매트릭스 액정 디스플레이(AMLCD)가 있다. In general, the thin film transistor is used as a switch element in an image display display, and the most common application field is an active matrix liquid crystal display (AMLCD) which is a display of a laptop computer.
액티브 매트릭스 디스플레이의 경우, 박막트랜지스터는 수직 교차되어 단위 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차 지점에 형성되어 상기 단위 화소영역에 대해 전류를 온(on) 또는 오프(off)로 스위칭하는 역할을 하는데, 보다 구체적으로, 온 상태인 경우에는 전류가 흘러 특정 단위 화소영역과 관련된 커패시터를 원하는 전압까지 충전(charge)시키고, 오프 상태인 경우에는 단위 화소영역이 다음에 어드레싱(addressing)될 때까지 충전 상태를 유지하도록 한다. In the case of an active matrix display, the thin film transistor is vertically intersected and formed at the intersection of the gate wiring and the data wiring defining the unit pixel region, and serves to switch current on or off for the unit pixel region. More specifically, in the on state, current flows to charge a capacitor associated with a specific unit pixel region to a desired voltage, and in the off state, until the unit pixel region is addressed next. Keep it charged.
이 때, 전압 레벨은 단위 화소영역에 상응하는 액정을 통하여 투과되는 광량을 결정하여 그레이 레벨(gray level)을 결정한다. At this time, the voltage level determines the gray level by determining the amount of light transmitted through the liquid crystal corresponding to the unit pixel region.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 유기 TFT 및 그 제조방법, 그리고 이를 적용한 액정표시소자를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an organic TFT according to the related art, a method of manufacturing the same, and a liquid crystal display device using the same will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래 기술에 의한 TFT의 단면도이고, 도 2는 종래 기술에 의한 TFT를 포함한 액정표시소자의 단면도이다.1 is a sectional view of a TFT according to the prior art, and FIG. 2 is a sectional view of a liquid crystal display device including a TFT according to the prior art.
그리고, 도 3은 종래 기술에 의한 유기 TFT의 단면도이다.3 is a sectional view of an organic TFT according to the prior art.
먼저, 비정질실리콘을 사용하여 형성되는 TFT를 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이, 하부기판(11) 상에 형성된 게이트 전극(12a)과, 상기 게이트 전극(12a)을 포함한 전면에 형성된 게이트 절연막(13)과, 상기 게이트 전극(12a) 상부의 게이트 절연막(13) 상에 형성된 비정질 실리콘(a-Si:H)의 반도체층(14)과, 상기 반도체층(14)의 양 에지에 각각 오버랩되는 소스전극(15a) 및 드레인 전극(15b)으로 구성된다. First, referring to a TFT formed using amorphous silicon, as shown in FIG. 1, a gate insulating film formed on the entire surface including the
이 때, 상기 반도체층(14)과 소스/드레인 전극(15a,15b) 사이에는 n+a-Si의 오믹콘택층(도시하지 않음)을 더 증착하여 접촉저항 특성을 개선시킨다. At this time, an n + a-Si ohmic contact layer (not shown) is further deposited between the
상기 TFT의 제작과정을 설명하면 다음과 같다. The manufacturing process of the TFT is as follows.
먼저, 포토식각기술을 이용하여 하부기판(11) 상에 게이트 전극(12a)을 형성한다. First, the
상기 포토식각기술은 다음과 같이 진행된다.The photo etching technique proceeds as follows.
즉, 내열성이 우수하고 투명한 유리기판 상에 저항이 낮은 금속을 고온에서 증착하고 그 위에 포토레지스트(photoresist)를 도포한 후, 상기 포토레지스트 상부에 포토마스크를 위치시켜 빛을 선택적으로 조사함으로써 포토마스크의 패턴과 동일한 패턴을 상기 포토레지스트 상에 각인시킨다. That is, by depositing a low-resistance metal at a high temperature on a transparent glass substrate with excellent heat resistance and applying a photoresist thereon, by placing a photomask on the photoresist and selectively irradiating light to the photomask The same pattern as that of is imprinted on the photoresist.
다음, 현상액을 이용하여 빛을 받은 부분의 포토레지스트를 제거하여 패터닝하고, 상기 포토레지스트가 없는 부분의 금속을 식각하여 원하는 패턴을 얻는 것이다. Next, the photoresist of the lighted portion is removed and patterned using a developer, and the metal of the portion without the photoresist is etched to obtain a desired pattern.
이어서, 상기 게이트 전극(12a)을 포함한 전면에 실리콘 질화물(SiNx) 또는 실리콘 산화물(SiOx) 등의 무기물질을 고온에서 증착하여 게이트 절연막(13)을 형성한다. Subsequently, an inorganic material such as silicon nitride (SiNx) or silicon oxide (SiOx) is deposited on the entire surface including the
이어서, 상기 게이트 절연막(13) 상에 비정질 실리콘(a-Si:H)을 고온에서 증착한후 패터닝하여 상기 게이트 전극(12a)에 오버랩되는 섬(island) 모양의 반도체층(14)을 형성한다.Subsequently, amorphous silicon (a-Si: H) is deposited on the
계속해서, 상기 반도체층(14)을 포함한 전면에 금속을 증착하고 포토식각기술로 패터닝하여 상기 반도체층(14)의 가장자리에 오버랩되는 소스 전극(15a) 및 드레인 전극(15b)을 형성하여 TFT를 완성한다. Subsequently, a metal is deposited on the entire surface including the
이 때, 상기 게이트 전극(12a), 소스/드레인 전극(15a, 15b)은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 등의 저저항 금속 물질을 사용하여 형성한다.In this case, the
한편, 상기와 같은 TFT가 포함되는 액정표시소자의 하부기판(11)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 게이트전극(12a), 게이트 절연막(13), 반도체층(14) 및 소스/드레인 전극(15a, 15b)으로 이루어진 박막트랜지스터(TFT)가 형성된 이외에, 상기 박막트랜지스터를 포함한 전면에 형성된 보호막(16)과, 상기 보호막(16)의 일 부를 제거하여 형성된 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극(15b)과 콘택되는 화소전극(17)이 더 구비된다.Meanwhile, as shown in FIG. 2, the
이 때, 상기 박막트랜지스터는 상기 게이트 전극(12a)과 동시에 형성된 게이트 배선과, 상기 소스/드레인 전극(15a, 15b)과 동시에 형성되어 상기 게이트 배선에 수직교차하는 데이터 배선의 교차지점에 형성된다.In this case, the thin film transistor is formed at the intersection of the gate line formed simultaneously with the
상기의 박막트랜지스터(TFT)가 형성된 하부기판(11)은 그 사이에 애정층(31)을 두고 상부기판(21)과 서로 대향합착되는데, 상기 상부기판(21)에는 색상 구현을 위해 각 화소영역에 형성된 R,G,B의 컬러필터층(23)과, 상기 화소영역을 정의한 부분에서 빛샘을 차단하는 블랙 매트릭스층(22)과, 상기 화소전극에 대향하는 공통전극(24)이 구비된다.The
그러나, 상기와 같은 TFT 및 액정표시소자를 형성하기 위해서는 약 250-400 ℃ 사이의 공정 처리 온도가 요구된다. However, in order to form such a TFT and liquid crystal display device, a process temperature between about 250-400 ° C. is required.
예를 들어, 게이트 절연막(13) 및 반도체층(14)은 통상 플라즈마 강화형 화학 증기 증착(PECVD:plasma enhanced chemical vapor depostion) 방법에 의해 증착되는데, 이 경우 증착 온도가 약 250 ℃를 초과한다. 이러한, 고온 공정을 견디기 위해 내열성이 우수한 유리를 기판으로 사용하고는 있는데, 무겁고 깨지기 쉬워 공정이 까다롭고 또한, 이동성(mobility)이 낮다는 단점이 있다.For example, the
이러한 문제점을 극복하고자 무게가 가볍고 충격에 잘 견디며 유연성을 큰 디스플레이를 만들기 위해 플렉시블(flexible)한 기판에 대한 연구가 활발한데, 최근 유리 기판 대신에 플라스틱 기판으로 대체하고 있는 추세이다. In order to overcome these problems, studies on flexible substrates to make a display that is light in weight, resistant to shock, and have a large flexibility are being actively conducted, and recently, plastic substrates are being replaced instead of glass substrates.
그러나, 플라스틱 기판은 통상 유리의 10 배에 해당하는 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion: CTE)를 가지기 때문에, 약 150℃ 이하의 저온에서만 공정이 이루어져야 한다.However, since plastic substrates usually have a coefficient of thermal expansion (CTE) that is 10 times that of glass, the process should only be performed at low temperatures of about 150 ° C or less.
그러기 위해서는 배선층, 반도체층, 각종 절연막이 저온 공정에 적합한 유기물질로 형성하여야 하는 것이 필수적인데, 이러한 TFT를 유기 TFT라 칭한다.For this purpose, it is essential that the wiring layer, the semiconductor layer, and various insulating films be formed of an organic material suitable for a low temperature process. Such a TFT is called an organic TFT.
유기 TFT는, 도 3에 도시된 바와 같이, 버텀-게이트(bottom gate) 구조로 많이 형성되는데, 하부기판(51) 상에 니켈(Ni) 등의 금속을 사용하여 형성된 게이트 전극(52a)과, 상기 게이트 전극(52a) 상부에서 상기 게이트 전극(52a)를 커버하는 SiO2 등의 게이트 절연막(53)과, 상기 게이트 전극(52a) 상부의 양 에지에 각각 형성된 소스전극(55a) 및 드레인 전극(55b)과, 상기 소스/드레인 전극(55a,55b) 상에 형성된 LCPBC(Liquid Crystalline Polyfluorene Block Copolymer), 펜타센(Pentacene), 폴리사이오핀(polythiophene) 등의 유기 반도체층(54)으로 구성된다. As shown in FIG. 3, the organic TFT is formed in a bottom gate structure, and includes a
이 때, 상기 소스/드레인 전극(55a,55b)은 일 함수(work function)가 상기 유기 반도체(54)와 비슷한 납(Pd), 은(Au) 등의 금속을 사용하여 형성한다.In this case, the source /
그러나, 상기의 종래기술에 의한 유기 TFT 및 그 제조방법, 그리고 이를 적용한 액정표시소자는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the organic TFT according to the related art, a manufacturing method thereof, and a liquid crystal display device using the same have the following problems.
즉, 유기 TFT에서는 소스/드레인 전극으로 Au, Pd 등의 고가의 금속을 주로 사용하는데, 그 공정성이 용이하지 않고 접착력이 떨어져 패턴이 들뜨는 패턴 리프트(pattern lift) 현상이 발생한다. 따라서, 공정이 용이하고 가격이 싼 전극이 필요하다.That is, in the organic TFT, an expensive metal such as Au or Pd is mainly used as a source / drain electrode, but the pattern lift phenomenon occurs because the processability is not easy and the adhesion is poor due to poor adhesion. Therefore, there is a need for an electrode that is easy to process and inexpensive.
그리고, 금속인 소스/드레인 전극과 유기 반도체가 직접 접합을 하므로 접촉 저항이 커져, TFT의 출력(output) 특성에서 저전압의 전류 집중(Current crowding) 현상이 발생하고, TFT 오프 상태에서 캐리어를 차단하지 못하는 문제가 발생한다 In addition, since the source / drain electrodes, which are metals, and the organic semiconductor are directly bonded to each other, the contact resistance increases, resulting in a current crowding phenomenon of low voltage in the output characteristics of the TFT, and blocking the carrier in the TFT-off state. I can't get the problem
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 공정이 용이하고 저가인 도전성 물질을 이용하여 소스/드레인 전극을 형성하고, 유기 반도체층과의 접합특성을 개선시킨 유기 TFT 및 그 제조방법, 그리고 이를 적용한 액정표시소자를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention provides an organic TFT and a method of manufacturing the same, forming a source / drain electrode using a conductive material which is easy and inexpensive, and improves bonding characteristics with an organic semiconductor layer. Its purpose is to provide an applied liquid crystal display device.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 유기 TFT는 하부기판 상에 형성된 게이트 전극; 상기 게이트 전극을 포함한 상기 하부기판의 전면에, 유기 절연물질로 형성되는 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 상에, 상기 게이트 전극의 양 에지에 각각 오버랩되는 소스 전극과 드레인 전극; 및 상기 소스 전극과 드레인 전극을 포함한 상기 게이트 절연막의 일부에 형성된 유기 반도체층을 포함하여 구성되고, 상기 소스 전극과 드레인 전극 각각은, 상기 게이트 절연막 상에 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈늄(Ta), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 중 하나의 금속으로 형성되는 제1층과, 상기 유기 반도체층과 상기 제1층 사이에 불순물이 도핑된 도전물질로 형성되는 제2층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 의한 유기 TFT의 제조방법은 하부기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극을 포함한 전면에, 유기 절연물질로 게이트 절연막을 형성하는 단계; 상기 게이트 절연막 상에 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈늄(Ta), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 중 어느 하나의 금속으로 제1층을 형성하는 단계; 상기 제1층 상에, 불순물이 도핑된 도전물질로 제2층을 형성하는 단계; 상기 제1층 및 제2층을 패터닝하여, 상기 게이트 전극의 양 에지에 각각 오버랩되는 소스 전극과 드레인 전극을 형성하는 단계; 및 상기 소스전극과 드레인 전극을 포함한 게이트 절연막의 일부에 유기 반도체층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 유기 TFT를 적용한 본 발명에 의한 액정표시소자는 하부 기판 상에 형성되는 게이트 배선과 게이트 전극; 상기 게이트 배선과 게이트 전극을 포함한 전면에 유기 절연물질로 형성되는 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 상에, 상기 게이트 배선에 수직교차하는 데이터 배선; 상기 게이트 절연막 상에 상기 데이터 배선에서 연장되어 상기 게이트 전극의 하나의 에지에 오버랩되는 소스전극; 상기 게이트 절연막 상에, 상기 게이트 전극의 다른 하나의 에지에 오버랩되는 드레인 전극; 상기 소스전극과 드레인 전극을 포함한 상기 게이트 절연막의 일부에 형성되는 유기 반도체층; 상기 유기 반도체층을 포함한 상기 게이트 절연막의 전면에 형성된 보호막; 상기 보호막 및 상기 유기 반도체층을 관통하여 상기 드레인 전극에 콘택되는 화소전극; 및 상기 하부기판에 대향하여 그 사이에 액정층이 구비되는 상부기판을 포함하여 구성되고, 상기 소스 전극과 드레인 전극 각각은, 상기 게이트 절연막 상에 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈늄(Ta), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 중 어느 하나로 형성되는 제1층과, 상기 유기 반도체층과 상기 제1층 사이에 불순물이 도핑된 도전물질로 마련되는 제2층을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 기존의 소스/드레인 전극으로 사용하던 Au, Pd 등의 고가의 금속 대신에, 액정표시소자에서 일반적으로 사용되는 ITO, n+a-Si, Cr 등을 이용함으로써, 소스/드레인 전극의 형성공정이 용이해질 수 있다.
즉, 소스/드레인 전극은 크롬 등의 금속과 불순물이 도핑되는 도전물질이 적층되는 구조로 형성되어, 유기 절연물질로 마련되는 게이트 절연막과의 접착력이 개선될 수 있어, 패턴이 뜯어지는 현상이 방지되고, 불순물이 도핑되는 도전물질과 유기 반도체층의 접합에 의한 접촉특성이 개선됨으로써 오프-커런트 특성이 개선된다. 이때, 불순물이 도핑되는 도전물질은 상기 도핑된 ITO 또는 n+a-Si을 사용할 수도 있다.The organic TFT according to the present invention for achieving the above object is a gate electrode formed on the lower substrate; A gate insulating film formed on an entire surface of the lower substrate including the gate electrode and formed of an organic insulating material; Source and drain electrodes overlapping both edges of the gate electrode on the gate insulating layer; And an organic semiconductor layer formed on a portion of the gate insulating film including the source electrode and the drain electrode, wherein each of the source electrode and the drain electrode includes copper (Cu), molybdenum (Mo), and chromium on the gate insulating film. A first layer formed of one of (Cr), titanium (Ti), tantalum (Ta), and molybdenum-tungsten (MoW) metal, and a conductive material doped with impurities between the organic semiconductor layer and the first layer. It characterized in that it comprises a second layer formed of.
In addition, the method of manufacturing an organic TFT according to the present invention includes forming a gate electrode on a lower substrate; Forming a gate insulating film on an entire surface including the gate electrode with an organic insulating material; Forming a first layer of any one of copper (Cu), molybdenum (Mo), chromium (Cr), titanium (Ti), tantalum (Ta), and molybdenum-tungsten (MoW) on the gate insulating layer ; Forming a second layer on the first layer of a conductive material doped with impurities; Patterning the first layer and the second layer to form source and drain electrodes overlapping both edges of the gate electrode; And forming an organic semiconductor layer on a portion of the gate insulating film including the source electrode and the drain electrode.
On the other hand, the liquid crystal display device according to the present invention to which the organic TFT is applied includes a gate wiring and a gate electrode formed on the lower substrate; A gate insulating film formed of an organic insulating material on the entire surface including the gate wiring and the gate electrode; A data line perpendicular to the gate line on the gate insulating film; A source electrode extending from the data line on the gate insulating layer and overlapping one edge of the gate electrode; A drain electrode overlapping the other edge of the gate electrode on the gate insulating film; An organic semiconductor layer formed on a portion of the gate insulating layer including the source electrode and the drain electrode; A protective film formed on an entire surface of the gate insulating film including the organic semiconductor layer; A pixel electrode penetrating the protective film and the organic semiconductor layer and contacting the drain electrode; And an upper substrate facing the lower substrate and having a liquid crystal layer interposed therebetween, wherein each of the source electrode and the drain electrode is formed of copper (Cu), molybdenum (Mo), and chromium (Cr) on the gate insulating layer. ), A first layer formed of any one of titanium (Ti), tantalum (Ta), and molybdenum-tungsten (MoW), and a first material formed of a conductive material doped with impurities between the organic semiconductor layer and the first layer. It is characterized by including two layers.
The present invention uses ITO, n + a-Si, Cr, and the like, which are generally used in liquid crystal display devices, instead of expensive metals such as Au and Pd, which are used as conventional source / drain electrodes. The forming process can be facilitated.
That is, the source / drain electrodes are formed in a structure in which a metal such as chromium and a conductive material doped with impurities are stacked to improve adhesion to a gate insulating film formed of an organic insulating material, thereby preventing a pattern from being broken. In addition, the off-current characteristics are improved by improving the contact characteristics of the organic semiconductor layer and the conductive material doped with impurities. In this case, the conductive material doped with impurities may use the doped ITO or n + a-Si.
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이하, 첨부된 도면 및 실시예를 통해 본 발명에 의한 유기 TFT 및 그 제조방법, 그리고 이를 적용한 액정표시소자를 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, an organic TFT according to the present invention, a method for manufacturing the same, and a liquid crystal display device to which the same is applied will be described with reference to the accompanying drawings and examples.
제 1 실시예First embodiment
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 유기 TFT의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 유기 TFT를 포함한 액정표시소자의 단면도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 의한 유기 TFT는 p타입 유기 TFT로서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 하부기판(111) 상에 형성된 게이트 전극(112), 상기 게이트 전극(112)을 커버하는 게이트 절연막(113), 상기 게이트 절연막(113) 상에 상기 게이트 전극(112)의 양 에지에 각각 오버랩되는 소스 전극(115a)과 드레인 전극(115b) 및 상기 소스 전극(115a)과 드레인 전극(115b)을 포함한 게이트 절연막(113)의 일부에 형성된 p타입 유기 반도체층(114)으로 구성된다.
소스 전극(115a)과 드레인 전극(115b) 각각은, 크롬(Cr) 등과 같은 금속으로 형성되는 제1층(121)과, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명도전물질로 형성되는 제2층(122)과, 상기 제2층(122)에 구비된 투명도전물질을 p-형 불순물로 도핑하여, p-형 도핑된 도전물질로 형성되는 제3층(123)을 포함하여 이루어진다. 이때, 제3층(123)은 상기 제2층(122)으로 구비된 투명도전물질에 붕소(B) 이온 또는 BF2 이온 등의 p+ 이온을 불순물 이온주입하여, p형 도핑층(123)으로 마련됨으로써, p타입 유기 반도체층(114)과의 접촉 특성이 개선된다.4A to 4C are cross-sectional views of an organic TFT according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device including an organic TFT according to a first embodiment of the present invention.
The organic TFT according to the first embodiment of the present invention is a p-type organic TFT, as shown in FIG. 4C, a
Each of the
그리고, 상기 제1층(121)은 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 중 선택되는 어느 하나의 금속으로 형성된다. 특히, 제1층(121)이 크롬(Cr)으로 형성되면, 저항이 낮아지고, 유기막과의 접착력이 증가되어, 게이트 절연막(113)이 유기물질로 형성되더라도 소스/드레인 전극(115a, 115b)이 상기 게이트 절연막(113)으로부터 리프트(lift)될 염려가 없다.The
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상기의 유기 TFT의 제작과정을 살펴보면 다음과 같다. Looking at the manufacturing process of the organic TFT as follows.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 유리 또는 투명한 플라스틱으로 이루어진 하부기판(111) 상에 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd : Aluminum Neodymium), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 등의 비저항이 낮은 금속을 고온의 스퍼터링 기술에 의해 증착한 후 포토식각기술로 패터닝하여 게이트 전극(112)을 형성한다. First, as shown in Figure 4a, on the
이 때, 상기 게이트 전극(112)은 비저항이 낮은 금속 외에, 도전성있는 유기 고분자계 물질인 PEDOT(Polyethylene-dioxythiophene)를 코팅방법으로 도포하거나 또는 인젝트-프린팅 방법으로 인쇄하여 형성할 수 있다. In this case, the
이후, 상기 게이트 전극(112)을 포함한 전면에 무기절연물질을 증착하거나 또는 유기절연물질을 도포하여 게이트 절연막(113)을 형성한다. Thereafter, an inorganic insulating material is deposited on the entire surface including the
즉, 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화물(SiNx)등의 무기 절연물질을 통상, 플라즈마 강화형 화학 증기 증착(PECVD:plasma enhanced chemical vapor depostion) 방법으로 증착하여 형성하거나 또는 BCB(Benzocyclobutene), 아크릴계 물질, 폴리이미드와 같은 유기절연물질을 저온에서 도포하여 형성한다. 다만, 유기 반도체층(114)과의 접촉특성을 위해 무기절연물질보다는 유기절연물질을 사용하여 게이트 절연막(113)을 형성하는 것이 바람직할 것이다.
계속하여, 상기 게이트 절연막(113) 상면에 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 중 어느 하나의 금속으로 제1층(121)을 형성하고, 제1층(121)의 상면에 ITO와 같은 투명도전물질로 제2층(122)을 형성한다. 이때, 제1층(121) 및 제2층(122)은 스퍼터링 기술에 의해 형성될 수 있다. 특히, 제1층(121)은 저항이 낮은 것은 물론, 유기물질과의 접착력도 우수한 크롬(Cr)으로 형성되는 것이 가장 바람직할 것이다. 다만, 알루미늄(Al)은 ITO 내의 산소에 의해 접촉 부분이 산화되어 전기 저항값이 상승하는 문제점이 있으므로 ITO와의 접촉특성이 나쁘지 않은 금속을 사용하는 것이 바람직할 것이다.
한편, 상기 제2층(122)은 ITO로 마련될 수 있는데, ITO는 유기 반도체와 일 함수가 유사하여 홀 주입이 용이하다. 따라서, p타입 유기 TFT를 제작할 경우에는, p형 불순물 주입이 용이한 ITO를 사용하는 것이 가장 바람직할 것이다.
이후, 상기 제2층(122) 상에 포토 레지스트(Photo resist)(도시하지 않음)를 도포하고, 상기 포토 레지스트 상부에 소정의 패턴이 형성된 포토마스크를 씌워서 광선, 일반적으로 UV 또는 x-선 파장에 노출시켜 노광시킨 뒤, 현상하여 포토레지스트를 패터닝한다.
이어, 패터닝된 포토 레지스트를 마스크로 이용하고 노출된 제2층(122)을 FeCl3계 또는 HNO3+HCl계 식각용액을 사용하여 선택적으로 식각함으로써 소스 전극(115a)과 드레인 전극(115b) 각각의 형상으로 패터닝한다.
다음, 상기 포토레지스트를 제거한 후, 상기 제2층(122)에 대해 붕소(B) 이온 또는 BF2 이온 등의 p+ 이온을 도핑하여 p형 도핑된 도전물질의 제3층(123)을 형성한다.
계속하여, 도 4b에 도시된 바와 같이, 패터닝된 제2층(122)을 마스크로 하여 노출된 제1층(121)을 중크롬산, 질산 등의 혼합용액으로 습식식각함으로써 소스전극(115a) 및 드레인 전극(115b)을 완성한다.
한편, 상기 제2층(122) 및 제1층(121)이 별도의 습식식각공정에서 각각 식각되는 이외에, 에천트의 적절한 사용에 의해 한번에 일괄적으로 식각될 수도 있을 것이다.
마지막으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 소스 전극(115a)과 드레인 전극(115b)을 포함한 게이트 절연막(113)의 일부에 펜타센(Pentacene)과 같은 유기 물질을 도포하여 p타입 유기 반도체층(114)을 형성함으로써 p타입의 유기 TFT를 완성한다.That is, an inorganic insulating material such as silicon oxide (SiOx) or silicon nitride (SiNx) is usually formed by depositing by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), or BCB (Benzocyclobutene), acrylic material It is formed by applying an organic insulating material such as polyimide at low temperature. However, it may be desirable to form the
Subsequently, on the upper surface of the
On the other hand, the
Then, a photoresist (not shown) is applied on the
Subsequently, the patterned photoresist is used as a mask and the exposed
Next, after removing the photoresist, the
Subsequently, as shown in FIG. 4B, the
On the other hand, the
Finally, as illustrated in FIG. 4C, an organic material such as pentacene is applied to a portion of the
이 때, 상기 유기 TFT의 게이트 전극(112), 게이트 절연막(113), 소스/드레인 전극(115a, 115b) 및 유기 반도체층(114)이 모두 유기물질로 형성되는 경우에는 저온 공정이 가능하므로 상기 상부기판(111)은 플렉서블한 특성의 플라스틱 기판 또는 필름으로 대체 가능하다. In this case, when the
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한편, 제 1 실시예에 의한 유기 TFT를 포함하는 액정표시소자는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기의 유기 TFT가 형성된 하부기판(111) 상에 BCB, 아크릴계 물질, 폴리이미드와 같은 유기절연물질을 저온에서 증착하여 형성된 보호막(116)과, ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zin Oxie)로 형성되어 상기 보호막(116) 및 유기 반도체층(114)을 관통하여 상기 드레인 전극(115b)에 콘택되는 화소전극(117)이 더 구비된다.
즉, 액정표시소자는 하부기판(111) 상에 형성되는 게이트 배선(미도시), 게이트 배선(미도시)을 포함한 하부기판(111)의 전면에 형성되는 게이트 절연막(113), 게이트 절연막(113) 상에 게이트 배선(미도시)과 수직교차하도록 형성되는 데이터 배선(미도시), 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)이 교차하는 영역에 배치되는 유기 TFT(TFT), 유기TFT(TFT)를 포함한 게이트 절연막(113)의 전면에 형성되는 보호막(116) 및 보호막(116) 상에 화소영역과 대응되어 형성되는 화소전극(117)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 유기 TFT(TFT)는, 도 4c에 나타낸 바와 같이, 하부기판(111) 상에 게이트 배선(미도시)으로부터 연장되어 형성되는 게이트 전극(112), 게이트 절연막(113) 상에 데이터 배선(미도시)으로부터 연장되어 형성되고, 게이트 전극(112)의 하나의 에지와 오버랩되는 소스 전극(115a), 게이트 절연막(113) 상에 게이트 전극(112)의 다른 하나의 에지와 오버랩되는 드레인 전극(115b) 및 소스 전극(115a)과 드레인 전극(115b)을 포함한 게이트 절연막(113)의 일부에 형성되는 유기 반도체층(114)을 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 소스 전극(115a)과 드레인 전극(115b) 각각은 금속으로 형성되는 제1층(121), 도전물질로 형성되는 제2층(122) 및 p-형 불순물이 도핑된 도전물질로 형성되는 제3층(123)을 포함하여 이루어진다. 그리고, 화소전극(117)은 보호막(116)과 유기 반도체층(114)을 관통하는 콘택홀을 통해 드레인 전극(115b)과 접촉된다.Meanwhile, in the liquid crystal display device including the organic TFT according to the first embodiment, as shown in FIG. 5, the organic insulation such as BCB, acrylic material, and polyimide is formed on the
That is, the liquid crystal display device may include the
또한, 제1 실시예에 따른 액정표시소자에 있어서, 액정층(131)을 사이에 두고 상기 하부기판(111)에 대향합착된 상부기판(141)에는 블랙 매트릭스(142), 컬러필터층(143), 공통전극(144)이 더 구비된다.Also, in the liquid crystal display device according to the first embodiment, the
제 2 실시예Second embodiment
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 유기 TFT의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 유기 TFT를 포함한 액정표시소자의 단면도이다.6A to 6C are cross-sectional views of an organic TFT according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device including an organic TFT according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제 2 실시예에 의한 유기 TFT는 n타입 유기 TFT로서, 소스전극(515a)과 드레인 전극(515b)이 크롬(Cr) 등과 같은 금속으로 형성되는 제1층(521)과 n+a-Si와 같은 n-형 도핑된 도전물질로 형성되는 제4층(523)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 다만, 이외의 구성요소는 전술된 제 1 실시예의 유기 TFT와 동일 또는 유사하므로, 동일한 설명은 생략 또는 간략한다.
즉, 도 6c에 도시된 바와 같이, 하부기판(511) 상에 형성된 게이트 전극(512a), 상기 게이트 전극(512a)을 커버하는 게이트 절연막(513), 상기 게이트 절연막(513) 상에 상기 게이트 전극(512a)의 양 에지에 각각 오버랩되는 소스전극(515a)과 드레인 전극(515b), 및 실리콘 등을 포함하고 상기 소스 전극(515a)과 드레인 전극(515b)을 포함한 게이트 절연막(513)의 일부에 형성되는 n타입 유기 반도체층(514)으로 구성된다. 이때, 소스 전극(515a)과 드레인 전극(515b) 각각은 크롬 등과 같은 금속으로 구비되는 제1층(521)과, n+a-Si와 같이 n-형 도핑된 도전물질로 형성되는 제4층(523)을 포함하여 이루어진다.
이 때, 상기 제4층(523)은 비정질 실리콘에 인(P) 이온 또는 비소(As) 이온 등의 n+ 이온에 의해 불순물 이온주입된 n+a-Si으로 구비됨으로써, n타입 유기 반도체층(514)과의 접촉 특성이 개선된다.The organic TFT according to the second embodiment of the present invention is an n-type organic TFT, in which the
That is, as shown in FIG. 6C, the
At this time, the
그리고, 상기 제1층(521)은 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 중 선택되는 어느 하나의 금속으로 형성된다. 특히, 제1층(521)이 크롬(Cr)으로 형성되는 경우, 저항이 낮아지고, 유기막과의 접착력이 증가되어, 게이트 절연막(513)이 유기물질로 형성되더라도 소스/드레인 전극(515a, 515b)이 상기 게이트 절연막(513)으로부터 리프트(lift)될 염려가 없다.The
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상기의 n타입 유기 TFT의 제작과정을 살펴보면 다음과 같다. Looking at the manufacturing process of the n-type organic TFT is as follows.
먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, 유리 또는 투명한 플라스틱으로 이루어진 하부기판(511) 상에 저저항 금속층을 증착하거나 또는 도전성있는 유기 고분자계 물질을 도포한 후 패터닝하여 게이트 전극(512a)을 형성한다. First, as shown in FIG. 6A, the
이후, 상기 게이트 전극(512a)을 포함한 전면에 무기절연물질을 증착하거나 또는 유기절연물질을 도포하여 게이트 절연막(513)을 형성한다.
계속하여, 상기 게이트 절연막(513) 상면에 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 중 어느 하나의 금속으로 제1층(521)을 형성하고, 제1층(521)의 상면에 SiH4, H2, n형 불순물 이온가스(ex, PH3)를 선택적으로 증착하여 n+a-Si의 제4층(523)을 형성한다. 이때, 제1층(521)은 저항이 낮은 것은 물론, 유기물질과의 접착력도 우수한 크롬(Cr)을 사용하는 것이 가장 바람직할 것이다.
이후, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 제4층(523)을 건식식각을 이용한 포토식각기술로 소스/드레인 전극의 형상으로 패터닝하고, 상기 패터닝된 제4층(523)을 마스크로 하여 하부의 제1층(521)을 습식식각하여 패터닝함으로써, n+a-Si의 제4층(523)과 금속의 제1층(521)으로 이루어진 소스 전극(515a)과 드레인 전극(515b)을 완성한다. Thereafter, an inorganic insulating material is deposited on the entire surface including the
Subsequently, on the upper surface of the
Thereafter, as shown in FIG. 6B, the
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마지막으로, 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 소스 전극(515a)과 드레인 전극(515b)을 포함한 게이트 절연막(513)의 일부에 실리콘 등을 포함하는 유기 물질을 도포하여 n타입 유기 반도체층(514)을 형성함으로써 n타입의 유기 TFT를 완성한다.Finally, as shown in FIG. 6C, an n-type
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한편, 제 2 실시예에 의한 유기 TFT를 포함하는 액정표시소자는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기의 유기 TFT가 형성된 하부기판(511) 상에 유기절연물질을 저온에서 증착하여 형성된 보호막(516)과, ITO 또는 IZO로 형성되어 상기 보호막(516) 및 n타입 유기 반도체층(514)을 관통하여 상기 드레인 전극(515b)에 콘택되는 화소전극(517)이 더 구비된다.
즉, 액정표시소자는 하부기판(511) 상에 형성되는 게이트 배선(미도시), 게이트 배선(미도시)을 포함한 하부기판(511)의 전면에 형성되는 게이트 절연막(513), 게이트 절연막(513) 상에 게이트 배선(미도시)과 수직교차하도록 형성되는 데이터 배선(미도시), 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)이 교차하는 영역에 배치되는 유기 TFT(TFT), 유기TFT(TFT)를 포함한 게이트 절연막(513)의 전면에 형성되는 보호막(516) 및 보호막(516) 상에 화소영역과 대응되어 형성되는 화소전극(517)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 유기 TFT(TFT)는, 도 6c에 나타낸 바와 같이, 하부기판(511) 상에 게이트 배선(미도시)으로부터 연장되어 형성되는 게이트 전극(512a), 게이트 절연막(513) 상에 데이터 배선(미도시)으로부터 연장되어 형성되고, 게이트 전극(512a)의 하나의 에지와 오버랩되는 소스 전극(515a), 게이트 절연막(513) 상에 게이트 전극(512a)의 다른 하나의 에지와 오버랩되는 드레인 전극(515b) 및 소스 전극(515a)과 드레인 전극(515b)을 포함한 게이트 절연막(513)의 일부에 형성되는 유기 반도체층(514)을 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 소스 전극(515a)과 드레인 전극(515b) 각각은 금속으로 형성되는 제1층(521) 및 n-형 불순물이 도핑된 도전물질로 형성되는 제4층(523)을 포함하여 이루어진다. 그리고, 상기 화소전극(517)은 보호막(516)과 유기 반도체층(514)을 관통하는 콘택홀을 통해 드레인 전극(515b)과 접촉된다. Meanwhile, in the liquid crystal display device including the organic TFT according to the second embodiment, as shown in FIG. 7, a protective film formed by depositing an organic insulating material at a low temperature on the
That is, the liquid crystal display device includes a
또한, 제2 실시예에 따른 액정표시장치에 있어서, 액정층(531)을 사이에 두고 상기 하부기판(511)에 대향합착된 상부기판(541)에는 블랙 매트릭스(542), 컬러필터층(543), 공통전극(544)이 더 구비된다. Further, in the liquid crystal display device according to the second embodiment, the
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.On the other hand, the present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, it is possible that various substitutions, modifications and changes within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in Esau.
상기와 같은 본 발명의 유기 TFT 및 그 제조방법, 그리고 이를 적용한 액정표시소자는 다음과 같은 효과가 있다.The organic TFT of the present invention as described above, a method of manufacturing the same, and a liquid crystal display device using the same have the following effects.
첫째, 기존의 소스/드레인 전극으로 사용하던 Au, Pd 등의 고가의 금속 대신에, 액정표시소자에서 일반적으로 사용되는 ITO, n+a-Si, Cr 등의 도전물질로 형성함으로써 공정단가를 낮추고 공정을 용이하게 수행할 수 있다. First, instead of the expensive metals such as Au and Pd, which are used as the source / drain electrodes, the process cost is reduced by forming conductive materials such as ITO, n + a-Si, and Cr, which are generally used in liquid crystal display devices. The process can be performed easily.
둘째, 소스/드레인 전극을 크롬층과 n+a-Si층의 이중층 또는 크롬층과 불순물이 도핑된 ITO의 이중층으로 형성함으로써 유기막과 접촉특성을 개선하여 패턴이 리프트되는 현상을 방지하고, 또한, 유기 반도체층과의 접합에 의한 접촉특성을 개선하여 오프-커런트 특성을 향상시킬 수 있다. Second, the source / drain electrodes are formed of a double layer of chromium layer and n + a-Si layer or a double layer of chromium layer and ITO doped with impurities, thereby improving contact characteristics with the organic layer, thereby preventing the pattern from being lifted. In addition, the off-current characteristics can be improved by improving the contact characteristics by bonding with the organic semiconductor layer.
따라서, 액정표시소자에 있어서, 소자의 신뢰성이 향상된다. Therefore, in the liquid crystal display device, the reliability of the device is improved.
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