KR101820167B1 - Method of fabricating oxide thin film transistor - Google Patents

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Abstract

본 발명의 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 산화물 반도체를 액티브층으로 이용한 산화물 박막 트랜지스터에 있어, 금속 함유 산화물의 용액 조성물에 아세트산(acetic acid)을 활성제(activator)로 첨가하여 수화반응(hydrolysis) 및 축합반응(condensation)을 활성화함으로써 분산 안정성을 향상시키기 동시에 빠른 박막 형성을 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention is characterized in that in an oxide thin film transistor using an oxide semiconductor as an active layer, acetic acid is added as an activator to a solution composition of a metal- And by activating the condensation, the dispersion stability is improved and at the same time, rapid film formation is enabled.

Description

산화물 박막 트랜지스터의 제조방법{METHOD OF FABRICATING OXIDE THIN FILM TRANSISTOR}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an oxide thin film transistor,

본 발명은 산화물 반도체를 액티브층으로 사용한 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an oxide thin film transistor using an oxide semiconductor as an active layer.

최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.Recently, interest in information display has increased, and a demand for using portable information media has increased, and a light-weight flat panel display (FPD) that replaces a cathode ray tube (CRT) And research and commercialization are being carried out. Particularly, among such flat panel display devices, a liquid crystal display (LCD) is an apparatus for displaying an image using the optical anisotropy of a liquid crystal, and is excellent in resolution, color display and picture quality and is actively applied to a notebook or a desktop monitor have.

상기 액정표시장치는 크게 컬러필터(color filter) 기판과 어레이(array) 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.The liquid crystal display comprises a color filter substrate, an array substrate, and a liquid crystal layer formed between the color filter substrate and the array substrate.

상기 액정표시장치에 주로 사용되는 구동 방식인 능동 매트릭스(Active Matrix; AM) 방식은 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(Amorphous Silicon Thin Film Transistor; a-Si TFT)를 스위칭소자로 사용하여 화소부의 액정을 구동하는 방식이다.An active matrix (AM) method, which is a driving method mainly used in the liquid crystal display, is a method of driving a liquid crystal of a pixel portion by using an amorphous silicon thin film transistor (a-Si TFT) to be.

이하, 도 1을 참조하여 일반적인 액정표시장치의 구조에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, the structure of a typical liquid crystal display device will be described in detail with reference to FIG.

도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.1 is an exploded perspective view schematically showing a general liquid crystal display device.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 액정표시장치는 크게 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 및 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)(30)으로 구성된다.As shown in the figure, the liquid crystal display comprises a color filter substrate 5, an array substrate 10, and a liquid crystal layer (not shown) formed between the color filter substrate 5 and the array substrate 10 30).

상기 컬러필터 기판(5)은 적(Red; R), 녹(Green; G) 및 청(Blue; B)의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터(7)로 구성된 컬러필터(C)와 상기 서브-컬러필터(7) 사이를 구분하고 액정층(30)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix)(6), 그리고 상기 액정층(30)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극(8)으로 이루어져 있다.The color filter substrate 5 includes a color filter C composed of a plurality of sub-color filters 7 implementing colors of red (R), green (G) and blue (B) A black matrix 6 for separating the sub-color filters 7 from each other and shielding light transmitted through the liquid crystal layer 30 and a transparent common electrode for applying a voltage to the liquid crystal layer 30 8).

또한, 상기 어레이 기판(10)은 종횡으로 배열되어 복수개의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터(T) 및 상기 화소영역(P) 위에 형성된 화소전극(18)으로 이루어져 있다.The array substrate 10 includes a plurality of gate lines 16 and data lines 17 arranged vertically and horizontally to define a plurality of pixel regions P and a plurality of gate lines 16 and data lines 17 A thin film transistor T which is a switching element formed in the intersection region and a pixel electrode 18 formed on the pixel region P. [

상기의 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)(미도시)에 의해 대향하도록 합착되어 액정표시패널을 구성하며, 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)의 합착은 상기 컬러필터 기판(5) 또는 어레이 기판(10)에 형성된 합착키(미도시)를 통해 이루어진다.The color filter substrate 5 and the array substrate 10 are bonded together to face each other by a sealant (not shown) formed at the periphery of the image display area to constitute a liquid crystal display panel. (Not shown) formed on the color filter substrate 5 or the array substrate 10.

한편, 전술한 액정표시장치는 가볍고 전력소모가 작아 지금가지 가장 주목받는 디스플레이 소자지만, 상기 액정표시장치는 발광소자가 아니라 수광소자이며 밝기, 명암비(contrast ratio) 및 시야각 등에 기술적 한계가 있기 때문에 이러한 단점을 극복할 수 있는 새로운 디스플레이 소자에 대한 개발이 활발하게 전개되고 있다.However, the liquid crystal display device is not a light emitting device but a light receiving device and has technical limitations on brightness, contrast ratio, viewing angle, etc. Therefore, Development of a new display device capable of overcoming the disadvantages has been actively developed.

새로운 평판표시장치 중 하나인 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Diode; OLED)는 자체발광형이기 때문에 액정표시장치에 비해 시야각과 명암비 등이 우수하며 백라이트(backlight)가 필요하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하고, 소비전력 측면에서도 유리하다. 그리고, 직류 저전압 구동이 가능하고 응답속도가 빠르다는 장점이 있으며, 특히 제조비용 측면에서도 유리한 장점을 가지고 있다.OLED (Organic Light Emitting Diode), which is one of the new flat panel display devices, has excellent viewing angle and contrast ratio compared to liquid crystal displays because it is a self-luminous type. Lightweight thin type can be used because it does not need backlight And is also advantageous in terms of power consumption. In addition, it has the advantage of being able to drive a DC low voltage and has a high response speed, and is particularly advantageous in terms of manufacturing cost.

최근 유기전계발광 디스플레이의 대면적화에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 이를 달성하기 위하여 유기전계발광소자의 구동 트랜지스터로서 정전류 특성을 확보하여 안정된 작동 및 내구성이 확보된 박막 트랜지스터 개발이 요구되고 있다.In recent years, studies have been actively made on the large-sized organic electroluminescent display. In order to achieve this, it is required to develop a thin film transistor having stable operation and durability by securing a constant current characteristic as a driving transistor of an organic electroluminescent device.

전술한 액정표시장치에 사용되는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터는 저온 공정에서 제작할 수 있지만 이동도(mobility)가 매우 작고 정전류 테스트(constant current bias) 조건을 만족하지 않는다. 반면에 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 높은 이동도와 만족스러운 정전류 테스트 조건을 가지는 반면에 균일한 특성 확보가 어려워 대면적화가 어렵고 고온 공정이 필요하다.The amorphous silicon thin film transistor used in the above-described liquid crystal display device can be manufactured in a low temperature process, but has a very small mobility and does not satisfy a constant current bias condition. On the other hand, the polycrystalline silicon thin film transistor has a high mobility and a satisfactory constant current test condition, but it is difficult to obtain a uniform characteristic, so it is difficult to make a large area and a high temperature process is required.

이에 산화물 반도체로 액티브층을 형성한 산화물 박막 트랜지스터가 개발되고 있는데, 대표적인 산화물 반도체는 2-6족 화합물에 해당하는 산화아연(ZnO)이 있다. 산화아연은 오랫동안 연구되어 왔으며 중요한 반도체 물성 중 하나인 전계 효과 이동도가 비정질 실리콘에 비해 높고 우수한 특성을 나타내고 있다.An oxide thin film transistor in which an active layer is formed of an oxide semiconductor is being developed. A representative oxide semiconductor is zinc oxide (ZnO) corresponding to a group 2-6 compound. Zinc oxide has been studied for a long time, and field effect mobility, one of important semiconductor properties, is higher and better than amorphous silicon.

이때, 상기 산화물 반도체를 산화물 박막 트랜지스터의 액티브층으로 이용하기 위해서는 기판 위에 산화물 반도체를 박막 형태로 형성하여야 하는데, 상기 산화물 반도체 박막의 제조방법으로는 기존의 RF(radio frequency) 또는 DC(direct current) 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering), 이온 빔 스퍼터링(ion beam sputtering), 반응성 공-증발법(reactive co-evaporation), 펄스 레이저 증착, 열증착 방법 및 화학증착 방법 등이 있다.In order to use the oxide semiconductor as an active layer of the oxide thin film transistor, an oxide semiconductor should be formed on the substrate in the form of a thin film. The conventional method of manufacturing the oxide semiconductor thin film may be RF (radio frequency) There are magnetron sputtering, ion beam sputtering, reactive co-evaporation, pulsed laser deposition, thermal deposition, and chemical vapor deposition.

그러나, 대량 생산이 가능하고 제조 비용을 낮추기 위해서는 저비용의 대면적화가 가능한 용액기반 기술로 박막 트랜지스터를 제조하는 방법이 요구되고 있다. 이때, 용액 공정에 사용되는 물질은 저온에서 형성할 수 있어야 하며, 형성된 박막 트랜지스터는 높은 이동도 및 높은 Ion/Ioff를 갖추어야 한다.However, in order to mass-produce and lower the manufacturing cost, a method of manufacturing a thin film transistor with a solution-based technology capable of achieving a large area at a low cost is required. At this time, the material used in the solution process should be able to be formed at a low temperature, and the formed thin film transistor must have high mobility and high Ion / Ioff.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 용액기반 기술로 산화물 반도체 박막을 형성하도록 한 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a method for fabricating an oxide thin film transistor in which an oxide semiconductor thin film is formed by a solution-based technique.

본 발명의 다른 목적은 상기 용액기반 기술로 산화물 반도체 박막을 형성하는데 있어, 분산 안정성을 향상시키기 동시에 빠른 박막 형성이 가능하도록 한 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing an oxide thin film transistor in which an oxide semiconductor thin film is formed by the solution-based technique, whereby the dispersion stability can be improved and a thin film can be formed rapidly.

기타, 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.Other objects and features of the present invention will be described in the following description of the invention and the claims.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 금속 함유 산화물로 구성된 전구체(precursor)를 용매에 용해시켜 용액 조성물을 제조하는 단계, 상기 용액 조성물에 활성제(activator)로 아세트산을 첨가하여 수화반응 및 축합반응(condensation)을 활성화하고, 상기 용액 조성물의 pH(수소이온 지수)를 0에서 4로 변화시키는 단계, 상기 수화반응 및 축합반응이 활성화된 용액 조성물을 도포공정을 통해 기판 위에 도포하여 산화물 반도체 박막을 형성하는 단계 및 열처리를 진행하여 상기 산화물 반도체 박막 내에 함유된 상기 아세트산을 포함하는 상기 용매를 제거하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.In order to accomplish the above object, a method of manufacturing an oxide thin film transistor of the present invention includes the steps of preparing a solution composition by dissolving a precursor composed of a metal-containing oxide in a solvent, adding acetic acid to the solution composition as an activator Activating a hydration reaction and a condensation and changing the pH (hydrogen ion index) of the solution composition from 0 to 4, the solution composition in which the hydration reaction and the condensation reaction are activated, To form an oxide semiconductor thin film, and proceeding a heat treatment to remove the solvent containing the acetic acid contained in the oxide semiconductor thin film.

본 발명의 산화물 박막 트랜지스터의 다른 제조방법은 금속 함유 산화물로 구성된 전구체를 제조하는 단계, 용매에 활성제로 아세트산을 첨가하는 단계, 상기 아세트산이 첨가된 상기 용매에 상기 금속 함유 산화물로 구성된 전구체를 용해시켜 용액 조성물을 제조하되, 상기 아세트산에 의해 수화반응 및 축합반응이 활성화되고, pH가 5에서 4로 변화하는 단계, 상기 수화반응 및 축합반응이 활성화된 용액 조성물을 도포공정을 통해 기판 위에 도포하여 산화물 반도체 박막을 형성하는 단계 및 열처리를 진행하여 상기 산화물 반도체 박막 내에 함유된 상기 아세트산을 포함하는 상기 용매를 제거하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.Another method of manufacturing an oxide thin film transistor of the present invention comprises the steps of preparing a precursor composed of a metal-containing oxide, adding acetic acid to the solvent as an activator, dissolving the precursor composed of the metal-containing oxide in the solvent to which the acetic acid has been added Preparing a solution composition, wherein the hydration reaction and the condensation reaction are activated by the acetic acid and the pH is changed from 5 to 4, the solution composition in which the hydration reaction and the condensation reaction are activated is applied onto the substrate through a coating process, Forming a semiconductor thin film; and performing a heat treatment to remove the solvent containing the acetic acid contained in the oxide semiconductor thin film.

이때, 상기 기판은 유리기판 또는 플라스틱 기판으로 형성하는 것을 특징으로 한다.In this case, the substrate is formed of a glass substrate or a plastic substrate.

이때, 상기 금속 함유 산화물은 졸-겔(sol-gel) 공정을 이용하여 제조하는 것을 특징으로 한다.At this time, the metal-containing oxide is produced using a sol-gel process.

상기 금속 함유 산화물은 갈륨과 인듐 함유 산화물로 이루어지며, 상기 갈륨과 인듐 함유 산화물로 구성된 전구체를 2-methoxyethanol에 용해시켜 용액 조성물을 제조하는 것을 특징으로 한다. 또는, 상기 아세트산이 첨가된 2-methoxyethanol에 갈륨과 인듐 함유 화합물로 구성된 전구체를 용해시켜 용액 조성물을 제조하는 것을 특징으로 한다.The metal-containing oxide is composed of gallium and an indium-containing oxide, and the precursor composed of the gallium and the indium-containing oxide is dissolved in 2-methoxyethanol to prepare a solution composition. Alternatively, a solution composition is prepared by dissolving a precursor composed of gallium and an indium-containing compound in 2-methoxyethanol to which acetic acid is added.

상기 금속 함유 산화물은 알루미늄 함유 산화물, 아연 함유 산화물, 주석 함유 산화물 및 이들의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.The metal-containing oxide includes an aluminum-containing oxide, a zinc-containing oxide, a tin-containing oxide, and a compound thereof.

상기 도포공정에는 딥 코팅(dip coating), 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating), 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 그라비아 프린팅(gravure printing) 또는 오프셋 프린팅(offset printing) 등의 방법을 이용하는 것을 특징으로 한다.The coating process may be performed by a method such as dip coating, spin coating, spray coating, inkjet printing, gravure printing, or offset printing. .

상기 산화물 반도체 박막을 형성한 후, 소정의 열처리를 진행하여 상기 산화물 반도체 박막 내에 함유된 아세트산을 포함하는 용매를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.Further comprising the step of removing the solvent containing acetic acid contained in the oxide semiconductor thin film by performing a predetermined heat treatment after forming the oxide semiconductor thin film.

이때, 상기의 열처리는 한번만 진행할 수 있으며, 또는 1차 열처리 후 2차 열처리를 진행하는 것을 특징으로 한다.At this time, the heat treatment can be performed only once, or the second heat treatment is performed after the first heat treatment.

상기 열처리는 산소 분위기 열처리 또는 수분 함유 열처리 중의 어느 하나일 수 있으며, 100℃ ~ 600℃의 온도에서 1min ~ 60min동안, 바람직하게는 400℃ ~ 600℃의 온도에서 10min ~ 60min동안 진행하는 것을 특징으로 한다.The heat treatment may be any one of an oxygen atmosphere heat treatment and a water-containing heat treatment. The heat treatment is performed at a temperature of 100 ° C. to 600 ° C. for 1 minute to 60 minutes, preferably 400 ° C. to 600 ° C. for 10 minutes to 60 minutes do.

소정의 패터닝공정을 통해 상기 산화물 반도체 박막을 패터닝하여 상기 기판 위에 액티브층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.And patterning the oxide semiconductor thin film through a predetermined patterning process to form an active layer on the substrate.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 비정질 산화물 반도체를 액티브층으로 사용함에 따라 균일도가 우수하여 대면적 디스플레이에 적용 가능한 효과를 제공한다.As described above, the method of manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention provides an effect of being applicable to a large-area display by using an amorphous oxide semiconductor as an active layer.

또한, 상기 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 고가의 진공 장비를 이용하지 않아도 되는 용액기반 기술로 산화물 반도체 박막을 형성함에 따라 대량 생산이 가능하고 제조 비용을 절감할 수 있는 효과를 제공한다.In addition, the oxide thin film transistor according to the present invention can be mass-produced by forming an oxide semiconductor thin film using a solution-based technique which does not require expensive vacuum equipment, and can reduce manufacturing cost .

특히, 상기 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 금속 함유 산화물의 용액 조성물에 아세트산을 활성제로 첨가하여 수화반응 및 축합반응을 활성화함으로써 분산 안정성을 향상시키기 동시에 빠른 박막 형성을 가능하게 할 수 있다.Particularly, in the method for manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention, acetic acid is added as an activator to a solution composition of a metal-containing oxide to activate a hydration reaction and a condensation reaction, thereby making it possible to improve dispersion stability and enable rapid film formation .

도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 반도체 박막의 형성방법을 개략적으로 나타내는 흐름도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 반도체 박막의 형성방법을 개략적으로 나타내는 흐름도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 산화물 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 예를 들어 나타내는 표.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 6a 내지 도 6g는 상기 도 5에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.1 is an exploded perspective view schematically showing a general liquid crystal display device.
2 is a flow chart schematically showing a method of forming an oxide semiconductor thin film according to a first embodiment of the present invention.
3 is a flow chart schematically showing a method of forming an oxide semiconductor thin film according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a table illustrating electrical characteristics of an oxide thin film transistor manufactured according to an embodiment of the present invention. FIG.
5 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
6A to 6G are cross-sectional views sequentially illustrating the manufacturing process of the oxide thin film transistor according to the embodiment of the present invention shown in FIG.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of a method of manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 반도체 박막의 형성방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.2 is a flowchart schematically showing a method of forming an oxide semiconductor thin film according to the first embodiment of the present invention.

먼저, 졸-겔(sol-gel) 공정을 이용하여 소정의 금속 함유 산화물을 제조한다(S110).First, a predetermined metal-containing oxide is prepared using a sol-gel process (S110).

이때, 일 예로 상기 금속 함유 산화물은 갈륨과 인듐 함유 산화물(GIO)로 이루어질 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 알루미늄 함유 산화물(Al2O3), 아연 함유 산화물(ZnO), 주석 함유 산화물(SnO2) 및 이들의 화합물을 포함한다.For example, the metal-containing oxide may be composed of gallium and an indium-containing oxide (GIO), but the present invention is not limited thereto. The aluminum-containing oxide (Al 2 O 3 ), the zinc-containing oxide (ZnO) Oxides (SnO 2 ) and compounds thereof.

참고로, 상기 졸-겔이라 함은 유동성을 띤 졸로부터 반고체와 같은 점성 특성을 나타내는 겔로의 전이를 포함하는 일련의 과정을 일컫는다. 이때, 상기 졸은 일반적으로 1nm ~ 1000nm 정도의 입자들로 이루어져 있어서 반데르발스 인력(van der Waals forces)이나 표면전하의 작용이 주된 원인이 되어 침전 없이 균일하게 분산된 콜로이드입자를 의미하며, 상기 겔은 하나의 분자가 고분자화 되거나 입자 졸의 응집 등에 의해 분산되어 있는 액상 전체로 확산된 거대분자를 의미한다.For reference, the sol-gel refers to a series of processes including a transition from a sol which is fluid to a gel exhibiting a viscous characteristic such as a semi-solid. In this case, the sol refers to colloidal particles uniformly dispersed without precipitation due to the action of van der Waals forces or surface charge due to particles having a particle size of about 1 nm to 1000 nm. A gel is a macromolecule that has been diffused into the entire liquid phase where one molecule is polymerized or dispersed by agglomeration of the particle sol.

상기 졸-겔 공정의 장점으로는 저온에서 생성가능하며, 보통의 방법으로 제조할 수 없는 새로운 조성의 화합물의 제조가 가능하고, 스퍼터링이나 화학증착 공정에 비하여 생산 효율이 높다는 것이다. 다만, 이러한 졸-겔 공정으로 용액을 제조하여 박막을 형성할 경우에는 분산 안정성과 박막형성 속도가 떨어지는 단점을 가지고 있다.An advantage of the sol-gel process is that it is possible to produce a new composition which can be produced at a low temperature and which can not be produced by an ordinary method, and has a higher production efficiency than a sputtering or chemical vapor deposition process. However, when the solution is prepared by the sol-gel process to form a thin film, the dispersion stability and the thin film formation rate are inferior.

이에 본 발명에서는 용액기반 기술에서 최종 박막 구조에 큰 영향을 주는 수화반응(hydrolysis)의 속도를 향상시키고 열적으로 안정성을 유지하기 위해 금속 함유 산화물 전구체(precursor)에 아세트산(acetic acid)을 첨가하여 활성화시키는 것을 특징으로 한다. Accordingly, in the present invention, acetic acid is added to a metal-containing oxide precursor in order to improve the rate of hydrolysis which greatly affects the final thin film structure in the solution-based technique and to maintain thermal stability, .

이를 위해 상기 금속 함유 산화물로 구성된 전구체를 소정 용매에 용해시켜 용액 조성물을 제조한 후, 상기 용액 조성물에 활성제(activator)로 아세트산을 소량 첨가한다(S120, S130).For this, a precursor composed of the metal-containing oxide is dissolved in a predetermined solvent to prepare a solution composition, and a small amount of acetic acid is added as an activator to the solution composition (S120, S130).

일 예로 상기 갈륨과 인듐 함유 산화물로 구성된 전구체를 2-methoxyethanol에 용해시켜 용액 조성물을 제조하고, 상기 용액 조성물에 활성제로 아세트산을 첨가한다. 이 경우 pH(수소이온 지수)는 0에서 4로 변화하게 된다.For example, a precursor composed of the gallium and indium-containing oxides is dissolved in 2-methoxyethanol to prepare a solution composition, and acetic acid is added to the solution composition as an active agent. In this case, the pH (hydrogen ion index) changes from 0 to 4.

이때, 상기 아세트산은 H+(hydrogen ion) 소스로써 박막을 형성할 때 수화반응 및 축합반응(condensation)을 활성화하는 역할을 한다.At this time, the acetic acid acts as a hydrogen ion source to activate hydration and condensation when forming a thin film.

상기 아세트산을 첨가하는 순서에 관계없이 상기 수화반응 및 축합반응을 촉진하며, 비슷한 전기적 물성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 순서에 관계없이 비슷한 물성을 나타내는 것으로 보아 분산 안정성 또한 향상되는 것을 알 수 있다.The hydration reaction and the condensation reaction were accelerated irrespective of the order of addition of the acetic acid, and the similar electrical properties were exhibited. It can be seen that dispersion stability is improved as well, since similar physical properties are exhibited regardless of the order.

이후, 상기와 같이 제조된 용액 조성물을 소정의 도포공정을 통해 기판 위에 도포하여 산화물 반도체 박막을 형성하게 되는데(S140), 이때 상기 도포공정에는 딥 코팅(dip coating), 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating), 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 그라비아 프린팅(gravure printing) 또는 오프셋 프린팅(offset printing) 등의 방법을 이용할 수 있다.Then, the solution composition prepared as described above is coated on the substrate through a predetermined coating process to form an oxide semiconductor thin film (S140). At this time, dip coating, spin coating, A method such as spray coating, inkjet printing, gravure printing, or offset printing may be used.

이때, 일 예로 상기 스핀 코팅의 방법에 의하면, 아세트산이 첨가된 용액 조성물을 기판 위에 도포한 후, 기판의 회전(spin-up)에 따른 원심력으로 상기 용액 조성물을 방사상으로 퍼져 나가게 한다. 이후, 스핀-오프(spin-off)를 통해 기판 위에 도포된 용액 조성물을 기판 주변으로 흐르게 하여 막의 두께를 얇게, 균일하게 한다.At this time, for example, according to the spin coating method, acetic acid-added solution composition is coated on a substrate, and then the solution composition is radially spread by centrifugal force according to spin-up of the substrate. Thereafter, the solution composition applied on the substrate through spin-off is caused to flow around the substrate to make the thickness of the film thin and uniform.

이와 같이 기판 위에 용액 조성물로 이루어진 산화물 반도체 박막을 형성한 후에는 1차, 2차 열처리를 진행하여 상기 산화물 반도체 박막 내에 함유된 아세트산을 포함하는 용매를 제거하게 된다(S150).After the oxide semiconductor thin film composed of the solution composition is formed on the substrate, the first and second heat treatments are performed to remove the solvent containing acetic acid contained in the oxide semiconductor thin film (S150).

이때, 용매의 증발에 의해서 상기 산화물 반도체 박막의 두께는 더 얇아지게 된다.At this time, the thickness of the oxide semiconductor thin film becomes thinner by evaporation of the solvent.

상기의 열처리는 한번만 진행할 수 있으며, 또는 1차 열처리 후 2차 열처리를 진행할 수도 있다.The heat treatment may be performed only once, or the first heat treatment may be followed by the second heat treatment.

또한, 상기 1차, 2차 열처리는 산소 분위기 열처리 또는 수분 함유 열처리 중의 어느 하나일 수 있으며, 100℃ ~ 600℃의 온도에서 1min ~ 60min동안, 바람직하게는 400℃ ~ 600℃의 온도에서 10min ~ 60min동안 진행할 수 있다.The primary and secondary heat treatments may be any one of an oxygen atmosphere heat treatment and a water-containing heat treatment, and may be performed at a temperature of 100 ° C to 600 ° C for 1min to 60min, preferably at a temperature of 400 ° C to 600 ° C, You can proceed for 60min.

이후, 포토리소그래피(photolithography)공정과 같은 소정의 패터닝공정을 통해 상기 산화물 반도체 박막을 패터닝하여 액티브층과 같은 패턴을 형성하게 된다(S160).Thereafter, the oxide semiconductor thin film is patterned through a predetermined patterning process such as a photolithography process to form a pattern like an active layer (S160).

이하, 아세트산이 첨가된 용매에 금속 함유 산화물로 구성된 전구체를 용해시켜 용액 조성물을 제조한 본 발명의 제 2 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a second embodiment of the present invention, in which a solution composition is prepared by dissolving a precursor composed of a metal-containing oxide in a solvent to which acetic acid is added, is described in detail with reference to the drawings.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 반도체 박막의 형성방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.3 is a flowchart schematically showing a method of forming an oxide semiconductor thin film according to a second embodiment of the present invention.

상기 졸-겔 공정을 이용하여 소정의 금속 함유 산화물을 제조한다(S210).A predetermined metal-containing oxide is prepared using the sol-gel process (S210).

이때, 일 예로 상기 금속 함유 산화물은 갈륨과 인듐 함유 산화물로 이루어질 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 알루미늄 함유 산화물, 아연 함유 산화물, 주석 함유 산화물 및 이들의 화합물을 포함한다.At this time, for example, the metal-containing oxide may be composed of gallium and indium-containing oxides, but the present invention is not limited thereto and includes aluminum-containing oxides, zinc-containing oxides, tin-containing oxides, and compounds thereof.

전술한 바와 같이 본 발명에서는 용액기반 기술에서 최종 박막 구조에 큰 영향을 주는 수화반응의 속도를 향상시키고 열적으로 안정성을 유지하기 위해 금속 함유 산화물 전구체에 아세트산을 첨가하여 활성화시키는 것을 특징으로 한다.As described above, the present invention is characterized in that acetic acid is added to a metal-containing oxide precursor in order to improve the rate of hydration reaction and to maintain thermal stability in a solution-based technology.

이를 위해 소정 용매에 활성제로 아세트산을 소량 첨가한다(S220).To this end, a small amount of acetic acid is added to a predetermined solvent as an activator (S220).

이때, 일 예로 2-methoxyethanol에 아세트산을 첨가할 수 있다. For example, acetic acid may be added to 2-methoxyethanol.

이후, 상기 아세트산이 첨가된 상기 용매에 금속 함유 산화물로 구성된 전구체를 용해시켜 용액 조성물을 제조한다(S230).Then, a solution composition is prepared by dissolving a precursor composed of a metal-containing oxide in the solvent to which the acetic acid is added (S230).

이때, 일 예로 상기 아세트산이 첨가된 2-methoxyethanol에 갈륨과 인듐 함유 산화물로 구성된 전구체를 용해시켜 용액 조성물을 제조할 수 있는데, 이 경우 pH는 5에서 4로 변화하게 된다.In this case, for example, a solution composition may be prepared by dissolving a precursor composed of gallium and indium-containing oxides in 2-methoxyethanol in which acetic acid is added, in which case the pH is changed from 5 to 4.

이와 같이 상기 아세트산을 첨가하는 순서에 관계없이 상기 수화반응 및 축합반응을 촉진하고 비슷한 전기적 물성을 나타내는 것을 알 수 있으며, 순서에 관계없이 비슷한 물성을 나타내는 것으로 보아 분산 안정성 또한 향상되는 것을 알 수 있다.As described above, regardless of the order of addition of the acetic acid, the hydration reaction and the condensation reaction are promoted and similar electrical properties are shown. It can be seen that the dispersion stability is improved by showing similar physical properties regardless of the order.

이후, 상기와 같이 제조된 용액 조성물을 소정의 도포공정을 통해 기판 위에 도포하여 산화물 반도체 박막을 형성하게 되는데(S240), 이때 상기 도포공정에는 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅 또는 오프셋 프린팅 등의 방법을 이용할 수 있다.Then, the solution composition prepared as described above is coated on the substrate through a predetermined coating process to form an oxide semiconductor thin film (S240). In this case, the coating process may be performed by dip coating, spin coating, spray coating, inkjet printing, gravure printing Or offset printing may be used.

이때, 일 예로 상기 스핀 코팅의 방법에 의하면, 아세트산이 첨가된 용액 조성물을 기판 위에 도포한 후, 기판의 회전에 따른 원심력으로 상기 용액 조성물을 방사상으로 퍼져 나가게 한다. 이후, 스핀-오프를 통해 기판 위에 도포된 용액 조성물을 기판 주변으로 흐르게 하여 막의 두께를 얇게, 균일하게 한다.At this time, for example, according to the spin coating method, acetic acid-added solution composition is coated on a substrate, and then the solution composition is radially spread by centrifugal force as the substrate rotates. Thereafter, the solution composition applied on the substrate through the spin-off is caused to flow around the substrate to make the thickness of the film thin and uniform.

이와 같이 기판 위에 용액 조성물로 이루어진 산화물 반도체 박막을 형성한 후에는 1차, 2차 열처리를 진행하여 상기 산화물 반도체 박막 내에 함유된 아세트산을 포함하는 용매를 제거하게 된다(S250).After the oxide semiconductor thin film composed of the solution composition is formed on the substrate, the first and second heat treatments are performed to remove the solvent containing acetic acid contained in the oxide semiconductor thin film (S250).

이때, 용매의 증발에 의해서 상기 산화물 반도체 박막의 두께는 더 얇아지게 된다.At this time, the thickness of the oxide semiconductor thin film becomes thinner by evaporation of the solvent.

상기의 열처리는 한번만 진행할 수 있으며, 또는 1차 열처리 후 2차 열처리를 진행할 수도 있다.The heat treatment may be performed only once, or the first heat treatment may be followed by the second heat treatment.

또한, 상기 1차, 2차 열처리는 산소 분위기 열처리 또는 수분 함유 열처리 중의 어느 하나일 수 있으며, 100℃ ~ 600℃의 온도에서 1min ~ 60min동안, 바람직하게는 400℃ ~ 600℃의 온도에서 10min ~ 60min동안 진행할 수 있다.The primary and secondary heat treatments may be any one of an oxygen atmosphere heat treatment and a water-containing heat treatment, and may be performed at a temperature of 100 ° C to 600 ° C for 1min to 60min, preferably at a temperature of 400 ° C to 600 ° C, You can proceed for 60min.

이후, 포토리소그래피공정과 같은 소정의 패터닝공정을 통해 상기 산화물 반도체 박막을 패터닝하여 액티브층과 같은 패턴을 형성하게 된다(S260).Thereafter, the oxide semiconductor thin film is patterned through a predetermined patterning process such as a photolithography process to form a pattern like the active layer (S260).

이와 같이 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따르면, 박막 형성시 고가의 진공 장비를 이용하지 않아도 되는 용액기반 기술을 이용함으로써 제조 비용을 낮출 수 있으며, 산화물 반도체 박막의 대면적 생산이 가능하게 된다. 또한, 빠른 박막형성 속도로 인해 저온에서 공정이 가능하며, 소자 성능이 향상되는 효과가 있다.According to the first and second embodiments of the present invention, the manufacturing cost can be reduced by using the solution-based technology which does not require the use of expensive vacuum equipment when forming the thin film, and the large area production of the oxide semiconductor thin film . In addition, the process can be performed at a low temperature due to the rapid film formation rate, and the device performance is improved.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 산화물 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 예를 들어 나타내는 표로써, 본 발명의 용액기반 기술을 이용한 GIO 박막으로 액티브층을 형성한 산화물 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 진공증착의 방법으로 액티브층을 형성한 기존의 산화물 박막 트랜지스터의 전기적 특성과 비교하여 나타내고 있다.FIG. 4 is a table showing electrical characteristics of an oxide thin film transistor manufactured according to an embodiment of the present invention. The electrical characteristic of an oxide thin film transistor in which an active layer is formed of a GIO thin film using the solution- And is compared with the electrical characteristics of the conventional oxide thin film transistor in which the active layer is formed by the deposition method.

이때, 상기 진공증착 GIO는 600℃에서 열처리를 진행하였고, 상기 액상 GIO는 500℃에서 열처리를 진행하였다.At this time, the vacuum deposition GIO was heat-treated at 600 ° C and the liquid GIO was annealed at 500 ° C.

상기 도 4를 참조하면, 본 발명의 용액기반 기술을 이용한 GIO 박막으로 액티브층을 형성한 산화물 박막 트랜지스터는 기존의 산화물 박막 트랜지스터에 비해 이동도 및 Ion/Ioff가 뒤쳐지지 않으면서도 제조 비용이 절감되고 대면적 생산이 가능한 이점이 있다.Referring to FIG. 4, the oxide thin film transistor having the active layer formed of the GIO thin film using the solution-based technique of the present invention has a lower mobility and lon / Ioff than the conventional oxide thin film transistor, There is an advantage of large area production.

이하, 상기의 산화물 반도체 박막을 이용한 산화물 박막 트랜지스터 및 그 제조방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an oxide thin film transistor using the oxide semiconductor thin film and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to the drawings.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.5 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 어레이 기판에는 상기 어레이 기판 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인과 데이터라인이 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 상기 화소영역 내에는 상기 박막 트랜지스터에 연결되어 컬러필터 기판의 공통전극과 함께 액정층을 구동시키는 화소전극이 형성되어 있다.In the array substrate according to the embodiment of the present invention, a gate line and a data line, which are vertically and horizontally arranged on the array substrate, define a pixel region. A thin film transistor, which is a switching element, is formed in the intersection region of the gate line and the data line, and a pixel electrode connected to the thin film transistor and driving the liquid crystal layer together with the common electrode of the color filter substrate is formed .

이때, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 상기 어레이 기판(110) 위에 형성된 게이트전극(121), 상기 게이트전극(121) 위에 형성된 게이트절연막(115a), 상기 게이트전극(121) 상부에 산화물 반도체 박막으로 이루어진 액티브층(124)과 소정의 절연물질로 형성된 에치-스타퍼(etch stopper)(125) 및 상기 액티브층(124)의 소오스/드레인영역과 전기적으로 접속하는 소오스/드레인전극(122, 123)으로 이루어져 있다.As shown in the drawing, the oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention includes a gate electrode 121 formed on the array substrate 110, a gate insulating film 115a formed on the gate electrode 121, An active layer 124 made of an oxide semiconductor thin film and an etch stopper 125 formed of a predetermined insulating material are formed on the gate electrode 121 and an etch stopper 125 electrically connected to the source / And source / drain electrodes 122 and 123 for connection.

그리고, 상기 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 상기 소오스/드레인전극(122, 123)이 형성된 어레이 기판(110) 위에 형성된 보호층(115b) 및 상기 보호층(115b)에 형성된 콘택홀을 통해 상기 액티브층(124)의 드레인전극(123)과 전기적으로 접속하는 화소전극(118)을 포함한다.The oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention includes a protective layer 115b formed on the array substrate 110 on which the source and drain electrodes 122 and 123 are formed and a contact hole formed in the protective layer 115b. And a pixel electrode 118 electrically connected to the drain electrode 123 of the active layer 124 through the pixel electrode 118.

이때, 상기 게이트전극(121)은 상기 게이트라인에 연결되고 상기 소오스전극(122)의 일부는 일 방향으로 연장되어 데이터라인에 연결되며, 전술한 바와 같이 상기 게이트라인과 데이터라인은 상기 어레이 기판(110) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하게 된다.At this time, the gate electrode 121 is connected to the gate line and a part of the source electrode 122 extends in one direction to connect to the data line. As described above, the gate line and the data line are connected to the array substrate 110 to define pixel regions.

여기서, 상기 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 산화물 반도체를 이용하여 액티브층(124)을 형성함에 따라 높은 이동도와 정전류 테스트 조건을 만족하는 한편 균일한 특성이 확보되어 액정표시장치와 유기전계발광 디스플레이를 포함하는 대면적 디스플레이에 적용 가능한 장점을 가지고 있다.The oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention satisfies high mobility and constant current test conditions by forming an active layer 124 using oxide semiconductors and ensures uniform characteristics, And has the advantage of being applicable to a large area display including a light emitting display.

또한, 최근 투명 전자회로에 엄청난 관심과 활동이 집중되고 있는데, 상기 산화물 반도체를 액티브층(124)으로 적용한 산화물 박막 트랜지스터는 높은 이동도를 가지는 한편 저온에서 제작이 가능함에 따라 상기 투명 전자회로에 사용될 수 있는 장점이 있다.In recent years, a great deal of attention and activity have been concentrated on transparent electronic circuits. Since the oxide thin film transistor in which the oxide semiconductor is used as the active layer 124 has high mobility and can be manufactured at a low temperature, There are advantages to be able to.

또한, 상기 산화물 반도체는 넓은 밴드 갭을 가질 수 있어 높은 색순도를 갖는 UV 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED), 백색 LED와 그밖에 다른 부품들을 제작할 수 있으며, 저온에서 공정이 가능하여 가볍고 유연한 제품을 생산할 수 있는 특징을 가지고 있다.In addition, the oxide semiconductor can have a wide bandgap and can produce a UV light emitting diode (LED), a white LED and other components with high color purity, and can produce a light and flexible product by being processable at a low temperature .

특히, 상기 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 상기 액티브층(124)의 박막 형성시 고가의 진공 장비를 이용하지 않아도 되는 용액기반 기술을 이용함으로써 제조 비용을 낮출 수 있으며, 산화물 반도체 박막의 대면적 생산이 가능하게 된다. 또한, 빠른 박막형성 속도로 인해 저온에서 공정이 가능하며, 소자 성능이 향상되는 효과가 있다.In particular, the oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention can reduce the manufacturing cost by using a solution-based technique in which expensive vacuum equipment is not used when forming the thin film of the active layer 124, Large-area production becomes possible. In addition, the process can be performed at a low temperature due to the rapid film formation rate, and the device performance is improved.

도 6a 내지 도 6g는 상기 도 5에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도이다.6A to 6G are cross-sectional views sequentially illustrating the manufacturing process of the oxide thin film transistor according to the embodiment of the present invention shown in FIG.

도 6a에 도시된 바와 같이, 투명한 절연물질로 이루어진 어레이 기판(110) 위에 소정의 게이트전극(121)과 게이트라인(미도시)을 형성한다.As shown in FIG. 6A, a predetermined gate electrode 121 and a gate line (not shown) are formed on an array substrate 110 made of a transparent insulating material.

이때, 본 발명의 산화물 박막 트랜지스터에 적용되는 산화물 반도체는 저온 증착이 가능하여, 플라스틱 기판, 소다라임 글라스 등의 저온 공정에 적용이 가능한 기판을 사용할 수 있다. 또한, 비정질 특성을 나타냄으로 인해 대면적 디스플레이용 기판의 사용이 가능하다.At this time, the oxide semiconductor to be applied to the oxide thin film transistor of the present invention can be used for a low-temperature process such as a plastic substrate and a soda lime glass, which can be deposited at a low temperature. In addition, since it exhibits amorphous characteristics, it is possible to use a substrate for a large-area display.

또한, 상기 게이트전극(121)과 게이트라인은 제 1 도전막을 상기 어레이 기판(110) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정(이하, 포토공정이라 한다)을 통해 선택적으로 패터닝하여 형성하게 된다.The gate electrode 121 and the gate line are formed by selectively depositing a first conductive film on the entire surface of the array substrate 110 and then patterning the conductive film through a photolithography process (hereinafter referred to as a photo process).

여기서, 상기 제 1 도전막으로 알루미늄(aluminium; Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(tungsten; W), 구리(copper; Cu), 니켈(nickel; Ni), 크롬(chromium; Cr), 몰리브덴(molybdenum; Mo), 몰리브덴 합금(Mo alloy), 티타늄(titanium; Ti), 백금(platinum; Pt), 탄탈(tantalum; Ta) 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제 1 도전막은 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO), 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)와 같은 투명한 도전물질 또는 전도성 고분자를 사용할 수 있으며, 상기 도전물질이 2가지 이상 적층된 다층구조로 형성할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Here, the first conductive layer may be formed of one selected from the group consisting of aluminum (Al), aluminum alloy (Al alloy), tungsten (W), copper (Cu), nickel (Ni), chromium A low resistance opaque conductive material such as molybdenum (Mo), molybdenum alloy (Mo), titanium (Ti), platinum (Pt), tantalum (Ta) The first conductive layer may be formed of a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), or a conductive polymer. Layer structure in which a plurality of branches are stacked. However, the present invention is not limited thereto.

다음으로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(121)이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 실리콘질화막(SiNx), 실리콘산화막(SiO2)과 같은 무기절연막 또는 하프늄(hafnium; Hf) 옥사이드, 알루미늄 옥사이드와 같은 고유전성 산화막으로 이루어진 게이트절연막(115a)을 형성한다.6B, an inorganic insulating film such as a silicon nitride film (SiNx), a silicon oxide film (SiO 2 ), or hafnium (Hf) oxide is formed on the entire surface of the array substrate 110 on which the gate electrode 121 is formed. , And a gate insulating film 115a made of a high dielectric oxide film such as aluminum oxide is formed.

이때, 상기 게이트절연막(115a)으로 고분자를 이용한 박막이 적용될 수 있다.At this time, a thin film using a polymer may be applied to the gate insulating film 115a.

그리고, 상기 게이트절연막(115a)이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 소정의 산화물 반도체로 이루어진 산화물 반도체 박막(120)을 형성한다.An oxide semiconductor thin film 120 made of a predetermined oxide semiconductor is formed on the entire surface of the array substrate 110 on which the gate insulating film 115a is formed.

이때, 상기 산화물 반도체 박막은 전술한 본 발명의 실시예에 따른 박막 형성방법을 통해 형성할 수 있는데, 용액기반 기술을 이용함에 따라 산화물 반도체 박막의 대면적 대량생산이 가능하게 된다. 또한, 빠른 박막형성 속도로 인해 저온에서 공정이 가능한 이점이 있다.At this time, the oxide semiconductor thin film can be formed through the thin film forming method according to the embodiment of the present invention, and mass production of the oxide semiconductor thin film can be achieved by using the solution-based technique. In addition, there is an advantage that a process can be performed at a low temperature due to a rapid film forming speed.

이를 위해 먼저, 졸-겔 공정을 이용하여 소정의 금속 함유 산화물을 제조한다.For this purpose, first, a predetermined metal-containing oxide is prepared using a sol-gel process.

이때, 일 예로 상기 금속 함유 산화물은 갈륨과 인듐 함유 산화물로 이루어질 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 알루미늄 함유 산화물, 아연 함유 산화물, 주석 함유 산화물 및 이들의 화합물을 포함한다.At this time, for example, the metal-containing oxide may be composed of gallium and indium-containing oxides, but the present invention is not limited thereto and includes aluminum-containing oxides, zinc-containing oxides, tin-containing oxides, and compounds thereof.

이후, 상기 금속 함유 산화물로 구성된 전구체를 소정 용매에 용해시켜 용액 조성물을 제조한 후, 상기 용액 조성물에 활성제로 아세트산을 소량 첨가한다. 일 예로 상기 갈륨과 인듐 함유 산화물로 구성된 전구체를 2-methoxyethanol에 용해시켜 용액 조성물을 제조하고, 상기 용액 조성물에 활성제로 아세트산을 첨가한다. 이 경우 pH는 0에서 4로 변화하게 된다.Thereafter, a precursor composed of the metal-containing oxide is dissolved in a predetermined solvent to prepare a solution composition, followed by adding a small amount of acetic acid as an activator to the solution composition. For example, a precursor composed of the gallium and indium-containing oxides is dissolved in 2-methoxyethanol to prepare a solution composition, and acetic acid is added to the solution composition as an active agent. In this case, the pH changes from 0 to 4.

또한, 다른 방법으로 소정 용매에 활성제로 아세트산을 소량 첨가한 후, 상기 아세트산이 첨가된 상기 용매에 금속 함유 산화물로 구성된 전구체를 용해시켜 용액 조성물을 제조할 수 있다. 일 예로 상기 아세트산이 첨가된 2-methoxyethanol에 갈륨과 인듐 함유 산화물로 구성된 전구체를 용해시켜 용액 조성물을 제조할 수 있는데, 이 경우 pH는 5에서 4로 변화하게 된다.Alternatively, a solution composition may be prepared by adding a small amount of acetic acid as an activator to a predetermined solvent, and then dissolving a precursor composed of a metal-containing oxide in the solvent to which the acetic acid is added. For example, a solution composition may be prepared by dissolving a precursor composed of gallium and an indium-containing oxide in 2-methoxyethanol to which acetic acid has been added. In this case, the pH is changed from 5 to 4.

이와 같이 상기 아세트산을 첨가하는 순서에 관계없이 상기 수화반응 및 축합반응을 촉진하고 비슷한 전기적 물성을 나타내는 것을 알 수 있으며, 순서에 관계없이 비슷한 물성을 나타내는 것으로 보아 분산 안정성 또한 향상되는 것을 알 수 있다.As described above, regardless of the order of addition of the acetic acid, the hydration reaction and the condensation reaction are promoted and similar electrical properties are shown. It can be seen that the dispersion stability is improved by showing similar physical properties regardless of the order.

이후, 상기와 같이 제조된 용액 조성물을 소정의 도포공정을 통해 게이트절연막(115a)이 형성된 어레이 기판(110) 위에 도포하여 산화물 반도체 박막(120)을 형성하게 되는데, 이때 상기 도포공정에는 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅 또는 오프셋 프린팅 등의 방법을 이용할 수 있다.Thereafter, the solution composition prepared as described above is coated on the array substrate 110 on which the gate insulating layer 115a is formed through a predetermined coating process to form the oxide semiconductor thin film 120. In this case, Spin coating, spray coating, inkjet printing, gravure printing, or offset printing.

이때, 일 예로 상기 스핀 코팅의 방법에 의하면, 아세트산이 첨가된 용액 조성물을 어레이 기판(110) 위에 도포한 후, 어레이 기판(110)의 회전에 따른 원심력으로 상기 용액 조성물을 방사상으로 퍼져 나가게 한다. 이후, 스핀-오프를 통해 어레이 기판(110) 위에 도포된 용액 조성물을 기판 주변으로 흐르게 하여 막의 두께를 얇게, 균일하게 한다.In this case, for example, according to the spin coating method, acetic acid-added solution composition is coated on the array substrate 110, and then the solution composition is radially spread by centrifugal force as the array substrate 110 rotates. Thereafter, the solution composition applied on the array substrate 110 through the spin-off is caused to flow around the substrate to make the thickness of the film thin and uniform.

이와 같이 어레이 기판(110) 위에 용액 조성물로 이루어진 산화물 반도체 박막(120)을 형성한 후에는 도 6c에 도시된 바와 같이, 1차, 2차 열처리를 진행하여 산화물 반도체 박막(120') 내에 함유된 아세트산을 포함하는 용매를 제거하게 된다.After the oxide semiconductor thin film 120 made of the solution composition is formed on the array substrate 110 as described above, the first and second heat treatments are performed as shown in FIG. 6C to form the oxide semiconductor thin film 120 ' The solvent containing acetic acid is removed.

이때, 용매의 증발에 의해서 상기 산화물 반도체 박막(120')의 두께는 더 얇아지게 된다.At this time, the thickness of the oxide semiconductor thin film 120 'becomes thinner due to the evaporation of the solvent.

상기의 열처리는 한번만 진행할 수 있으며, 또는 1차 열처리 후 2차 열처리를 진행할 수도 있다.The heat treatment may be performed only once, or the first heat treatment may be followed by the second heat treatment.

또한, 상기 1차, 2차 열처리는 산소 분위기 열처리 또는 수분 함유 열처리 중의 어느 하나일 수 있으며, 100℃ ~ 600℃의 온도에서 1min ~ 60min동안, 바람직하게는 400℃ ~ 600℃의 온도에서 10min ~ 60min동안 진행할 수 있다.The primary and secondary heat treatments may be any one of an oxygen atmosphere heat treatment and a water-containing heat treatment, and may be performed at a temperature of 100 ° C to 600 ° C for 1min to 60min, preferably at a temperature of 400 ° C to 600 ° C, You can proceed for 60min.

이후, 도 6d에 도시된 바와 같이, 포토공정과 같은 소정의 패터닝공정을 통해 상기 산화물 반도체 박막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 게이트전극(121) 상부에 상기 산화물 반도체로 이루어진 액티브층(124)을 형성한다.6D, an active layer 124 made of the oxide semiconductor is formed on the gate electrode 121 by selectively patterning the oxide semiconductor thin film through a predetermined patterning process such as a photolithography process .

그리고, 상기 어레이 기판(110) 전면에 소정의 절연물질로 이루어진 절연층을 증착한 후, 포토공정을 이용하여 선택적으로 패터닝함으로써 상기 액티브층(124) 상부에 상기 절연물질로 이루어진 에치-스타퍼(125)를 형성한다.An insulating layer made of a predetermined insulating material is deposited on the entire surface of the array substrate 110 and selectively patterned using a photolithography process to form an etch stopper 125 are formed.

이때, 하프-톤 마스크 또는 회절마스크를 이용하여 상기 액티브층(124)과 상기 에치-스타퍼(125)를 동시에 패터닝할 수도 있으며, 상기 에치-스타퍼(125)를 형성하지 않을 수도 있다.At this time, the active layer 124 and the etch-stopper 125 may be simultaneously patterned using a half-tone mask or a diffraction mask, and the etch-stopper 125 may not be formed.

다음으로, 도 6e에 도시된 바와 같이, 상기 액티브층(124)과 에치-스타퍼(125)가 형성된 어레이 기판(110) 전면에 제 2 도전막을 형성한다.Next, as shown in FIG. 6E, a second conductive layer is formed on the entire surface of the array substrate 110 on which the active layer 124 and the etch-stopper 125 are formed.

이때, 상기 제 2 도전막은 소오스전극과 드레인전극 및 데이터라인을 형성하기 위해 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 구리, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 티타늄, 백금, 탄탈 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제 2 도전막은 인듐-틴-옥사이드, 인듐-징크-옥사이드와 같은 투명한 도전물질 또는 전도성 고분자를 사용할 수 있으며, 상기 도전물질이 2가지 이상 적층된 다층구조로 형성할 수 있다.The second conductive layer may be formed of a low resistance opaque conductive material such as aluminum, aluminum alloy, tungsten, copper, nickel, chromium, molybdenum, molybdenum alloy, titanium, platinum, tantalum or the like to form a source electrode, a drain electrode, Can be used. The second conductive layer may be formed of a transparent conductive material such as indium-tin-oxide or indium-zinc-oxide, or a conductive polymer. The conductive layer may have a multilayer structure in which two or more conductive materials are stacked.

그리고, 포토공정을 통해 상기 제 2 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 액티브층(124)의 소오스/드레인영역에 전기적으로 접속하는 소오스/드레인전극(122, 123) 및 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인(미도시)을 형성하게 된다.Source / drain electrodes 122 and 123 electrically connected to a source / drain region of the active layer 124 by selectively patterning the second conductive layer through a photolithography process, and pixel / Thereby forming a data line (not shown) defining the data line.

다음으로, 도 6f에 도시된 바와 같이, 상기 소오스전극(122)과 드레인전극(123) 및 데이터라인이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 보호막(115b)을 형성한 후, 포토공정을 통해 선택적으로 제거함으로써 상기 어레이 기판(110)에 상기 액티브층(124)의 드레인전극(123)의 일부를 노출시키는 콘택홀(140)을 형성한다.6F, a protective layer 115b is formed on the entire surface of the array substrate 110 on which the source electrode 122, the drain electrode 123 and the data lines are formed, A contact hole 140 is formed in the array substrate 110 to expose a part of the drain electrode 123 of the active layer 124.

이후, 도 6g에 도시된 바와 같이, 상기 보호막(115b)이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 제 3 도전막을 형성한 후, 포토공정을 통해 선택적으로 제거함으로써 상기 어레이 기판(110)에 상기 제 3 도전막으로 이루어지며, 상기 콘택홀(140)을 통해 상기 드레인전극(123)과 전기적으로 접속하는 화소전극(118)을 형성한다.6G, a third conductive layer is formed on the entire surface of the array substrate 110 on which the protective layer 115b is formed, and then selectively removed through a photolithography process to form a third conductive layer on the array substrate 110, And a pixel electrode 118 electrically connected to the drain electrode 123 through the contact hole 140 is formed.

이때, 상기 제 3 도전막은 상기 화소전극(118)을 구성하기 위해 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)와 같은 투과율이 뛰어난 투명한 도전물질을 포함한다.The third conductive layer may be formed of a transparent conductive material having a high transmittance such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO) .

본 발명은 용액기반 기술을 이용하여 산화물 반도체 박막을 형성하는데 특징이 있는 것이므로 박막 트랜지스터의 특정 구조에 한정되는 것은 아니며, 전술한 하부 게이트(bottom gate) 구조뿐만 아니라 상부 게이트(top gate) 구조 및 코플라나(coplanar) 구조 등 박막 트랜지스터의 구조에 상관없이 적용 가능하다.The present invention is not limited to the specific structure of the thin film transistor because it is characterized in forming an oxide semiconductor thin film by using a solution-based technique, and is not limited to the above-described bottom gate structure, It can be applied regardless of the structure of the thin film transistor such as a planar (coplanar) structure.

전술한 바와 같이 본 발명은 액정표시장치뿐만 아니라 박막 트랜지스터를 이용하여 제작하는 다른 표시장치, 예를 들면 구동 트랜지스터에 유기전계발광소자가 연결된 유기전계발광 디스플레이장치에도 이용될 수 있다.As described above, the present invention can be applied not only to liquid crystal display devices but also to other display devices manufactured using thin film transistors, for example, organic electroluminescent display devices in which organic electroluminescent devices are connected to driving transistors.

또한, 본 발명은 높은 이동도를 가지는 한편 저온에서 공정이 가능한 비정질 산화물 반도체를 액티브층으로 적용함에 따라 투명 전자회로나 플렉서블(flexible) 디스플레이에 사용될 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention has an advantage that it can be used in a transparent electronic circuit or a flexible display by applying an amorphous oxide semiconductor, which has a high mobility and can be processed at a low temperature, as an active layer.

상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.While a great many are described in the foregoing description, it should be construed as an example of preferred embodiments rather than limiting the scope of the invention. Therefore, the invention should not be construed as limited to the embodiments described, but should be determined by equivalents to the appended claims and the claims.

110 : 어레이 기판 118 : 화소전극
121 : 게이트전극 122 : 소오스전극
123 : 드레인전극 124 : 액티브층110: array substrate 118: pixel electrode
121: gate electrode 122: source electrode
123: drain electrode 124: active layer

Claims (13)

금속 함유 산화물로 구성된 전구체(precursor)를 용매에 용해시켜 용액 조성물을 제조하는 단계;
상기 용액 조성물에 활성제(activator)로 아세트산을 첨가하여 수화반응 및 축합반응(condensation)을 활성화하고, 상기 용액 조성물의 pH(수소이온 지수)를 0에서 4로 변화시키는 단계;
상기 수화반응 및 축합반응이 활성화된 용액 조성물을 도포공정을 통해 기판 위에 도포하여 산화물 반도체 박막을 형성하는 단계; 및
열처리를 진행하여 상기 산화물 반도체 박막 내에 함유된 상기 아세트산을 포함하는 용매를 제거하는 단계를 포함하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.Dissolving a precursor composed of a metal-containing oxide in a solvent to prepare a solution composition;
Adding acetic acid to the solution composition as an activator to activate a hydration reaction and condensation, and changing the pH (hydrogen ion index) of the solution composition from 0 to 4;
Applying the solution composition in which the hydration reaction and the condensation reaction are activated on a substrate through a coating process to form an oxide semiconductor thin film; And
And performing a heat treatment to remove the solvent containing the acetic acid contained in the oxide semiconductor thin film. 금속 함유 산화물로 구성된 전구체를 제조하는 단계;
용매에 활성제로 아세트산을 첨가하는 단계;
상기 아세트산이 첨가된 상기 용매에 상기 금속 함유 산화물로 구성된 전구체를 용해시켜 용액 조성물을 제조하되, 상기 아세트산에 의해 수화반응 및 축합반응이 활성화되고, pH가 5에서 4로 변화하는 단계;
상기 수화반응 및 축합반응이 활성화된 용액 조성물을 도포공정을 통해 기판 위에 도포하여 산화물 반도체 박막을 형성하는 단계; 및
열처리를 진행하여 상기 산화물 반도체 박막 내에 함유된 상기 아세트산을 포함하는 용매를 제거하는 단계를 포함하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.Preparing a precursor composed of a metal-containing oxide;
Adding acetic acid to the solvent as an active agent;
Dissolving a precursor composed of the metal-containing oxide in the solvent to which the acetic acid is added to prepare a solution composition, the hydration reaction and the condensation reaction being activated by the acetic acid and changing the pH from 5 to 4;
Applying the solution composition in which the hydration reaction and the condensation reaction are activated on a substrate through a coating process to form an oxide semiconductor thin film; And
And performing a heat treatment to remove the solvent containing the acetic acid contained in the oxide semiconductor thin film. 제 1 항 및 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 유리기판 또는 플라스틱 기판으로 형성하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.The method of manufacturing an oxide thin film transistor according to any one of claims 1 and 2, wherein the substrate is formed of a glass substrate or a plastic substrate. 제 3 항에 있어서, 상기 금속 함유 산화물은 졸-겔(sol-gel) 공정을 이용하여 제조하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.4. The method of claim 3, wherein the metal-containing oxide is produced using a sol-gel process. 제 3 항에 있어서, 상기 금속 함유 산화물은 갈륨과 인듐 함유 산화물, 알루미늄 함유 산화물, 아연 함유 산화물, 주석 함유 산화물 또는 이들의 화합물을 포함하며, 상기 용매는 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol)을 포함하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.4. The method according to claim 3, wherein the metal-containing oxide comprises gallium and an indium-containing oxide, an aluminum-containing oxide, a zinc-containing oxide, a tin-containing oxide or a compound thereof and the solvent is 2-methoxyethanol Wherein the oxide thin film transistor is formed on the oxide thin film transistor. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 3 항에 있어서, 상기 도포공정에는 딥 코팅(dip coating), 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating), 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 그라비아 프린팅(gravure printing) 또는 오프셋 프린팅(offset printing)의 방법을 이용하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.[5] The method of claim 3, wherein the coating step is performed by a method selected from the group consisting of dip coating, spin coating, spray coating, inkjet printing, gravure printing, or offset printing ). ≪ / RTI > 삭제delete 제 3 항에 있어서, 상기 열처리는 한번만 진행하거나, 1차 열처리 후 2차 열처리의 2회를 진행하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.The method of manufacturing an oxide thin film transistor according to claim 3, wherein the heat treatment is performed only once, or the second heat treatment is performed twice after the first heat treatment. 제 3 항에 있어서, 상기 열처리는 산소 분위기 열처리 또는 수분 함유 열처리 중의 어느 하나이며, 400℃ ~ 600℃의 온도에서 10min ~ 60min동안 진행하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.4. The method for manufacturing an oxide thin film transistor according to claim 3, wherein the heat treatment is any one of an oxygen atmosphere heat treatment and a moisture-containing heat treatment, and is performed at a temperature of 400 to 600 DEG C for 10 to 60 minutes. 제 3 항에 있어서, 상기 아세트산을 포함하는 용매가 제거된 상기 산화물 반도체 박막을 소정의 패터닝공정을 통해 패터닝하여, 상기 기판 위에 액티브층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.The method of claim 3, further comprising: patterning the oxide semiconductor thin film, from which the solvent containing acetic acid has been removed, through a predetermined patterning process to form an active layer on the substrate.
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