KR101530460B1 - 박막 트랜지스터와 이를 제조하기 위한 마스크, 어레이 기판 및 디스플레이 장치 - Google Patents

박막 트랜지스터와 이를 제조하기 위한 마스크, 어레이 기판 및 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예들은 TFT, TFT 제조용 마스크, 어레이 기판 및 디스플레이 장치에 관한 것이다. 단일 슬릿 마스크를 이용하여 TFT의 채널을 형성한다. TFT의 채널은 굴곡부 및 굴곡부의 양측에 구비된 연장부들을 포함하고, 굴곡부의 채널 폭은 연장부의 채널 폭보다 넓다.

Description

박막 트랜지스터와 이를 제조하기 위한 마스크, 어레이 기판 및 디스플레이 장치{THIN FILM TRANSISTOR, MASK PLATE FOR MANUFACTURING THEREOF, ARRAY SUBSTRATE AND DISPLAY DEVICE}
본 발명의 실시예들은 박막트랜지스터(TFT, thin film transistor), TFT 제조용 마스크, 어레이 기판 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.
평판 패널 디스플레이 분야에서, TFT는 디스플레이 장치를 제조하기 위한 핵심 요소이다. TFT의 특성을 지속적으로 향상시켜 더 나은 디스플레이 품질을 달성할 필요가 있다. 연구 경향 중 하나는 TFT의 채널 폭을 줄여 더 나은 특성을 달성하는 것이다. 현재, 4㎛ 미만의 폭을 가진 TFT 채널을 제조하기 위해 때때로 단일 슬릿 마스크(SSM, single silt mask)를 사용한다. 도 1은 SSM에 의해 제조된 종래의 TFT 채널을 도시한 개략적인 구조도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 소스 전극(1) 및 드레인 전극(2) 사이에 “Ｕ”자 형상의 구조를 가진 TFT 채널을 구비한다. “Ｕ”자 형상의 구조는 굴곡부(bent portion)(B) 및 굴곡부(B)의 양측에 구비된 연장부들(extension portions)(A)을 포함한다. 각각의 굴곡부(B) 및 연장부(A)에서 TFT 채널 폭은 L이다. 3 ~ 3.5㎛의 폭(L)을 가진 TFT 채널을 형성할 때, 굴곡부(B)에서의 투과율은 연장부(A)에서와 비교하여 약간 줄어들 것이고, 투과율의 감소는 노광 공정의 수행 하에 채널의 굴곡부(B)에서 쉽게 발생할 것이고, 따라서 이 부분의 포토레지스트는 후속하는 현상 공정에서 완전하게 제거되지 않을 수 있다. 이 경우, 패터닝 공정이 완료된 후에, 굴곡부(B)의 소스 전극 및 드레인 전극 사이에서 회로 단락(short circuit)이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 박막트랜지스터(TFT)를 제공한다. 단일 슬릿 마스크(SSM)를 이용하여 TFT의 채널을 형성한다. TFT의 채널은 굴곡부 및 굴곡부 양측에 구비된 연장부들을 포함하고, 굴곡부의 채널 폭은 연장부의 채널 폭 보다 넓다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, TFT 제조용 마스크를 제공한다. 마스크는 TFT의 채널에 대응하는 단일 슬릿을 포함한다. 단일 슬릿은 굴곡진 영역 및 굴곡진 영역의 양측에 구비된 연장부들을 포함하고, 굴곡진 영역의 슬릿 폭은 연장부의 슬릿 폭보다 넓다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 어레이 기판을 제공한다. 어레이 기판은 전술한 TFT를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 디스플레이 장치를 제공한다. 디스플레이 장치는 전술한 TFT를 포함한다.
본 발명의 실시예들의 기술적 해결책을 명료하게 설명하기 위해, 하기에 실시예들의 도면을 간략히 설명할 것이다. 설명하는 도면은 단지 본 발명의 일부 실시예들에만 관련되어 있고, 본 발명을 한정하는 것이 아님이 자명하다.
도 1은 SSM에 의해 제조된 종래 TFT의 채널을 도시한 개략적인 구조도이다.
도 2 내지 4는 본 발명의 실시예들에 따라 TFT 제조용 마스크를 도시한 개략적인 구조도이다.
본 발명의 실시예들의 목적, 기술적 세부사항, 및 이점들을 명백하게 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관련된 도면과 연계하여 명료하게 완전히 이해가능한 방식으로 실시예들의 기술적 해결책들을 설명할 것이다. 설명되는 실시예들은 본 발명의 실시예들의 일부일 뿐이며 전부가 아니라는 것은 자명하다. 여기서 설명되는 실시예들에 기초하여, 당업자라면, 어떠한 발명적 노력 없이도, 본 발명의 범위 내에 속하는 다른 실시예(들)을 얻을 수 있다.
이 실시예는 박막트랜지스터(TFT) 제조용 마스크를 제공한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 마스크는 TFT의 채널에 대응하는 단일 슬릿을 포함한다. 단일 슬릿은 굴곡부(B) 및 굴곡부(B)의 양측에 구비된 연장부들(A)을 포함하고, 굴곡부(B)의 슬릿 폭은 연장부(A)의 슬릿 폭보다 넓다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, “Ｕ”자 형상으로 슬릿을 형성한다.
예를 들어, 슬릿의 폭은 1㎛ 내지 5㎛이다.
마스크는 TFT의 소스 전극에 대응하는 제1 영역(1) 및 TFT의 드레인 전극에 대응하는 제2 영역(2)을 포함한다. 제1 영역(1) 및 제2 영역(2) 사이에 TFT의 채널에 대응하는 슬릿을 구비한다. 제1 영역(1) 및 제2 영역(2)은 불투명 영역이다. 굴곡부(B)의 슬릿 폭을 연장부(A)의 슬릿 폭보다 넓게 하기 위해, 슬릿의 굴곡부(B)에서 제2 영역(2)을 향한 방향에 반대되는 방향을 따른 제1 영역(1)은 오목한 형상이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 오목부의 형상은 사각형이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 오목부의 형상은 반원이다. 더욱이, 오목부의 형상은 반타원형(semi-elliptical)일 수 있다. 그러나, 오목부의 형상은 사각형, 반원형 또는 반타원형에 한정되는 것은 아니다.
바람직하게, 굴곡부(B)의 슬릿 폭은 2.5㎛ 내지 5㎛이고, 이것은 종래에서 채용된 크기보다 크다. 이 경우, 굴곡부(B)의 투과율을 증가시킬 수 있고, 따라서 굴곡부(B)에서 쉽게 야기되는 채널 결함을 피할 수 있다. 더욱 바람직하게, 굴곡부(B)의 슬릿 폭은 4㎛ 미만이고, 이는 TFT의 채널 폭이 4㎛ 미만일 경우, TFT의 특성을 더 향상시킬 수 있기 때문이다.
바람직하게, 연장부(A)의 슬릿 폭은 1㎛ 내지 4㎛이다. 제품 성능 상의 실제 요건들에 따라 이 부분의 슬릿 폭을 선택할 수 있다.
전술한 마스크를 사용하여, TFT의 채널이 가장 짧게 유지되는 경우에 채널 결함을 방지할 수 있다. 따라서, TFT의 성능을 향상시키고 제품 수율을 향상시킬 수 있다.
이 실시예는 박막트랜지스터(TFT) 제조용 마스크를 제공한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 마스크는 TFT의 채널에 대응하는 단일 슬릿을 포함한다. 단일 슬릿은 굴곡부(B) 및 굴곡부(B)의 양측에 구비된 연장부들(A)을 포함하고, 굴곡부(B)의 슬릿 폭은 연장부(A)의 슬릿 폭보다 넓다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, “Ｕ”자 형상으로 슬릿을 형성한다.
예를 들어, 슬릿의 폭은 1㎛ 내지 5㎛이다.
마스크는 TFT의 소스 전극에 대응하는 제1 영역(1) 및 TFT의 드레인 전극에 대응하는 제2 영역(2)을 포함한다. 제1 영역(1) 및 제2 영역(2) 사이에 TFT의 채널에 대응하는 슬릿을 구비한다. 제1 영역(1) 및 제2 영역(2)은 불투명 영역이다. 굴곡부(B)의 슬릿 폭을 연장부(A)의 슬릿 폭보다 넓게 하기 위해, 슬릿의 굴곡부(B)에서 제1 영역(1)을 향한 방향에 반대되는 방향을 따른 제2 영역(2)은 오목한 형상이다. 오목부의 형상은 사각형, 반원형 또는 반타원형일 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 굴곡부(B)의 슬릿폭은 연장부(A)의 슬릿 폭보다 넓고, 이것은 굴곡부(B)에서 투과율을 향상시킬 수 있다.
바람직하게, 굴곡부(B)의 슬릿 폭은 2.5㎛ 내지 5㎛이고, 이것은 종래에서 채용된 크기보다 크다. 이 경우, 굴곡부(B)의 투과율을 증가시킬 수 있고, 따라서 굴곡부(B)에서 쉽게 야기되는 채널 결함을 피할 수 있다. 더욱 바람직하게, 굴곡부(B)의 슬릿 폭은 4㎛ 미만이고, 이는 TFT의 채널 폭이 4㎛ 미만일 경우, TFT의 특성을 더 향상시킬 수 있기 때문이다.
바람직하게, 연장부(A)의 슬릿 폭은 1㎛ 내지 4㎛이다. 제품 성능 상의 실제 요건들에 따라 이 부분의 슬릿 폭을 선택할 수 있다.
전술한 마스크를 사용하여, TFT의 채널이 가장 짧게 유지되는 경우에 채널 결함을 방지할 수 있다. 따라서, TFT의 성능을 향상시키고 제품 수율을 향상시킬 수 있다.
이 실시예는 TFT를 제공한다. 단일 슬릿 마스크를 이용하여 TFT의 채널을 형성한다. 단일 슬릿 마스크는 그레이톤 마스크(gray-tone mask)이다. 채널 폭은 2㎛ 내지 6㎛이다.
본 실시예에 따른 TFT의 채널은 굴곡부(B) 및 굴곡부(B)의 양측에 구비된 연장부들(A)을 포함하고, 굴곡부(B)의 채널 폭은 연장부(A)의 채널 폭보다 넓다.
예를 들어, TFT의 채널은 “Ｕ”자 형상이다.
본 실시예에 따른 TFT는 소스 전극 및 드레인 전극을 더 포함하고, 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 채널을 구비한다. 채널의 굴곡부(B)에서, 드레인 전극을 향한 방향에 반대되는 방향을 따라 소스 전극은 오목한 형상이고, 따라서 굴곡부(B)의 채널 폭이 넓어진다. 오목부의 형상은 사각형, 반원형, 반타원형 등이지만 이에 한정되지 않는다. 오목부가 사각형인 채널은 도 2에 도시된 마스크로 형성할 수 있고, 반면 오목부가 반원인 채널은 도 3에 도시된 마스크로 형성할 수 있다.
바람직하게, 굴곡부(B)의 채널 폭은 3㎛ 내지 6㎛이다.
바람직하게, 연장부(A)의 채널 폭은 2㎛ 내지 2.5㎛이다. 제품 성능 상의 실제 요건들에 따라 연장부(A)의 채널 폭을 선택할 수 있다.
본 실시예에 따른 TFT에서, 채널이 가장 짧게 유지되는 경우에 채널 결함을 방지할 수 있다. 따라서, TFT의 성능을 향상시키고 제품 수율을 향상시킬 수 있다.
본 실시예는 TFT를 제공한다. 단일 슬릿 마스크를 이용하여 TFT의 채널을 형성한다. 단일 슬릿 마스크는 그레이톤 마스크이다. 채널 폭은 2㎛ 내지 6㎛이다.
본 실시예에 따른 TFT의 채널은 굴곡부(B) 및 굴곡부(B)의 양측에 구비된 연장부들(A)을 포함하고, 굴곡부(B)의 채널 폭은 연장부(A)의 채널 폭보다 넓다.
예를 들어, TFT의 채널은 “Ｕ”자 형상이다.
본 실시예에 따른 TFT는 소스 전극 및 드레인 전극을 더 포함하고, 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 채널을 구비한다. 채널의 굴곡부(B)에서, 소스 전극을 향한 방향에 반대되는 방향을 따라 드레인 전극은 오목한 형상이고, 따라서 굴곡부(B)의 채널 폭이 넓어진다. 오목부의 형상은 사각형, 반원형, 반타원형 등이지만 이에 한정되지 않는다. 오목부가 반원형인 채널은 도 4에 도시된 마스크로 형성할 수 있다.
바람직하게, 굴곡부(B)의 채널 폭은 3㎛ 내지 6㎛이다.
바람직하게, 연장부(A)의 채널 폭은 2㎛ 내지 2.5㎛이다. 제품 성능 상의 실제 요건들에 따라 연장부(A)의 채널 폭을 선택할 수 있다.
본 실시예에 따른 TFT에서, 채널이 가장 짧게 유지되는 경우에 채널 결함을 방지할 수 있다. 따라서, TFT의 성능을 향상시키고 제품 수율을 향상시킬 수 있다.
본 실시예는 실시예 1의 마스크를 이용하여 실시예 3의 TFT를 제조하기 위한 방법을 제공하고, 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
S1 단계 : 기판 상에 도전성 게이트 금속층을 형성하고, 제1 패터닝 공정으로 기판 상에 게이트 전극을 형성하며, 게이트 전극 상에 게이트 절연층을 형성하고 나서, 게이트 절연층 상에 반도체층 및 소스/드레인 금속층을 형성한다.
S2 단계 : 전술한 실시예 1에서 제공된 단일 슬릿 마스크를 이용하여 제2 패터닝 공정을 수행하여 소스/드레인 금속층 및 반도체층을 패터닝함으로써 활성층, 소스 전극, 드레인 전극 및 채널을 형성한다.
S2 단계에서, 소스/드레인 금속층 상에 포토레지스트층을 코팅하고 나서, 실시예 1에서 제공된 단일 슬릿 마스크를 이용하여 포토레지스트를 노광함으로써, 소스 전극 및 드레인 전극의 영역에 대응하는 포토레지스트 완전 잔존 영역(photoresist-completely-remained region), 채널의 영역에 대응하는 포토레지스트 부분 잔존 영역(photoresist-partially-remained region) 및 기타 영역들에 대응하는 포토레지스트 완전 제거 영역(photoresist-completely-removed region)을 형성한다. 포토레지스트 완전 제거 영역의 소스/드레인 금속층 및 반도체층을 식각 제거하여 활성층을 형성한다. 에싱 공정(ashing process)으로 채널 영역의 포토레지스트층을 제거한다. 채널 영역의 소스/드레인 금속층을 식각 제거하여 소스 전극, 드레인 전극 및 채널을 형성한다. 포토레지스트층의 남은 부분을 제거하여 TFT를 얻는다.
이 단계에서, 노광, 현상 및 식각 공정에서 공정 마진(process margins)의 영향으로 인해, 얻어진 TFT의 채널 폭이 마스크의 슬릿 폭과 정확하게 일치하지 않을 수 있고, 이는 타당하고 수용가능한 공정 에러에 속한다. 예를 들어, 마스크의 슬릿 폭이 1㎛ 내지 5㎛인 반면, TFT의 채널 폭은 2㎛ 내지 6㎛이다.
이 실시예에서, 각각의 층들을 스핀-코팅법(spin-coating method), 증착법(depositing method), 스퍼터링법(sputtering method) 등으로 형성하고, 포토리소그래피 공정(photolithography process), 프린팅 공정(printing process) 등과 같은 종래의 공정을 이용하여 패터닝할 수 있다.
본 실시예는 실시예 2의 마스크를 이용하여 실시예 4의 TFT를 제조하기 위한 방법을 제공하고, 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
S1 단계 : 기판 상에 도전성 게이트 금속층을 형성하고, 제1 패터닝 공정으로 기판 상에 게이트 전극을 형성하며, 게이트 전극 상에 게이트 절연층을 형성하고 나서, 게이트 절연층 상에 반도체층 및 소스/드레인 금속층을 형성한다.
S2 단계 : 전술한 실시예 2에서 제공된 단일 슬릿 마스크를 이용하여 제2 패터닝 공정을 수행하여 소스/드레인 금속층 및 반도체층을 패터닝함으로써 활성층, 소스 전극, 드레인 전극 및 채널을 형성한다.
S2 단계에서, 소스/드레인 금속층 상에 포토레지스트층을 코팅하고 나서, 실시예 2에서 제공된 단일 슬릿 마스크를 이용하여 포토레지스트를 노광함으로써, 소스 전극 및 드레인 전극의 영역에 대응하는 포토레지스트 완전 잔존 영역, 채널의 영역에 대응하는 포토레지스트 부분 잔존 영역 및 기타 영역들에 대응하는 포토레지스트 완전 제거 영역을 형성한다. 포토레지스트 완전 제거 영역의 소스/드레인 금속층 및 반도체층을 식각 제거하여 활성층을 형성한다. 에싱 공정으로 채널 영역의 포토레지스트층을 제거한다. 채널 영역의 소스/드레인 금속층을 식각 제거하여 소스 전극, 드레인 전극 및 채널을 형성한다. 포토레지스트층의 남은 부분을 제거하여 TFT를 얻는다.
이 단계에서, 노광, 현상 및 식각 공정에서 공정 마진의 영향으로 인해, 얻어진 TFT의 채널 폭이 마스크의 슬릿 폭과 정확하게 일치하지 않을 수 있고, 이는 타당하고 수용가능한 공정 에러에 속한다. 예를 들어, 마스크의 슬릿 폭이 1㎛ 내지 5㎛인 반면, TFT의 채널 폭은 2㎛ 내지 6㎛이다.
이 실시예에서, 각각의 층들을 스핀-코팅법, 증착법, 스퍼터링법 등으로 형성하고, 포토리소그래피 공정, 프린팅 공정 등과 같은 종래의 공정을 이용하여 패터닝할 수 있다.
반면에, 본 발명의 실시예들은 어레이 기판도 제공한다. 어레이 기판은 전술한 실시예들에서 설명된 TFT 중 임의의 하나를 포함한다.
더욱이, 본 발명의 실시예들은 디스플레이 장치도 제공한다. 디스플레이 장치는 전술한 실시예들에서 설명된 TFT 중 임의의 하나를 포함한다. 디스플레이 장치는 액정 패널, 전자 종이, OLED 패널, 액정 TV, 액정 디스플레이, 디지털 사진 액자, 핸드폰, 태블릿 PC 등과 같은 디스플레이 기능을 가진 임의의 제품 또는 부품일 수 있다.
전술한 실시예들은 단지 본 발명의 예시적인 실시이고, 본 발명을 한정하도록 사용한 것이 아니다. 본 발명의 보호 범위는 첨부된 청구항으로 정의되어야 한다.

Claims (17)

  1. 박막트랜지스터(TFT)로서,
    단일 슬릿 마스크를 이용하여 형성된 채널을 포함하며, 상기 TFT의 상기 채널은 굴곡부(bent portion) 및 상기 굴곡부의 양측에 구비된 연장부들(extension portions)을 포함하고, 상기 굴곡부의 채널 폭이 상기 연장부의 채널 폭보다 넓고, 상기 채널의 폭은 2㎛ 내지 6㎛이고, 상기 굴곡부의 채널 폭은 3㎛ 내지 6㎛이고, 상기 연장부의 채널 폭은 2㎛ 내지 2.5㎛인, TFT.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 TFT는 소스 전극 및 드레인 전극을 더 포함하고, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 사이에 상기 채널을 구비하며, 상기 소스 전극은 상기 드레인 전극을 향한 방향에 반대되는 방향을 따라 오목한 형상으로 상기 굴곡부에서 오목부(concave portion)를 형성하는, TFT.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 TFT는 소스 전극 및 드레인 전극을 더 포함하고, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 사이에 상기 채널을 구비하며, 상기 드레인 전극은 상기 소스 전극을 향한 방향에 반대되는 방향을 따라 오목한 형상으로 상기 굴곡부에 오목부를 형성하는, TFT.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 오목부는 사각형, 반원형 또는 반타원형인, TFT.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 박막트랜지스터(TFT) 제조용 마스크에 있어서,
    상기 마스크는 상기 TFT의 채널에 대응하는 단일 슬릿(single slit)을 포함하고, 상기 단일 슬릿은 굴곡부 및 상기 굴곡부의 양측에 구비된 연장부들을 포함하며, 상기 굴곡부의 슬릿 폭은 상기 연장부의 슬릿 폭보다 넓고, 상기 슬릿의 폭은 1㎛ 내지 5㎛이고, 상기 굴곡부의 상기 슬릿 폭은 2.5㎛ 내지 5㎛이고, 상기 연장부의 상기 슬릿 폭은 1㎛ 내지 4㎛인, TFT 제조용 마스크.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 마스크는 상기 TFT의 소스 전극에 대응하는 제1 영역 및 상기 TFT의 드레인 전극에 대응하는 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 사이에 상기 TFT의 상기 채널에 대응하는 상기 단일 슬릿을 구비하고, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역을 향한 방향에 반대되는 방향을 따른 오목한 형상으로 상기 굴곡부에 오목부를 형성하는, TFT 제조용 마스크.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 마스크는 상기 TFT의 소스 전극에 대응하는 제1 영역 및 상기 TFT의 드레인 전극에 대응하는 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 사이에 상기 TFT의 상기 채널에 대응하는 상기 단일 슬릿을 구비하고, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역을 향한 방향에 반대되는 방향을 따른 오목한 형상으로 상기 굴곡부에서 오목부를 형성하는, TFT 제조용 마스크.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 오목부는 사각형, 반원형 또는 반타원형인, TFT 제조용 마스크.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제1 영역 및 제2 영역은 불투명 영역인, TFT 제조용 마스크.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제1항에 따른 상기 TFT를 포함하는 어레이 기판.
  16. 제1항에 따른 상기 TFT를 포함하는 디스플레이 장치.
  17. 삭제
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