KR101922915B1 - 평판표시장치용 어레이기판 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 평판표시장치에 관한 것으로, 특히 유기 반도체 물질을 이용한 유기반도체층을 갖는 박막트랜지스터를 포함하는 어레이기판에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 반도체층이 200℃ 이하의 저온 공정에서 제조되어도 소자 성능이 저하되지 않는 유기반도체 물질로 이루어짐에 따라, 값비싼 진공증착장비를 이용하지 않아도 됨으로써, 초기 설비투자비용이 매우 저렴한 효과를 갖는다.
특히, 유기반도체층을 패터닝하는 과정에서 게이트전극을 블록킹마스크로 사용함으로써, 유기반도체층이 현상액 또는 식각액에 노출되지 않으면서도 보다 손쉽게 패터닝할 수 있다.
그리고, 유기 게이트절연막과 게이트전극 사이에 플라즈마 보호층을 더욱 형성함으로써, 유기 게이트절연막과 유기반도체층에 플라즈마 데미지가 가해지는 것을 방지할 수 있다.
이를 통해, 유기 게이트절연막 상에 형성되는 게이트전극의 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 누설전류 저감 및 전류점멸비를 개선할 수 있다.
본 발명의 특징은 반도체층이 200℃ 이하의 저온 공정에서 제조되어도 소자 성능이 저하되지 않는 유기반도체 물질로 이루어짐에 따라, 값비싼 진공증착장비를 이용하지 않아도 됨으로써, 초기 설비투자비용이 매우 저렴한 효과를 갖는다.
특히, 유기반도체층을 패터닝하는 과정에서 게이트전극을 블록킹마스크로 사용함으로써, 유기반도체층이 현상액 또는 식각액에 노출되지 않으면서도 보다 손쉽게 패터닝할 수 있다.
그리고, 유기 게이트절연막과 게이트전극 사이에 플라즈마 보호층을 더욱 형성함으로써, 유기 게이트절연막과 유기반도체층에 플라즈마 데미지가 가해지는 것을 방지할 수 있다.
이를 통해, 유기 게이트절연막 상에 형성되는 게이트전극의 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 누설전류 저감 및 전류점멸비를 개선할 수 있다.
Description
본 발명은 평판표시장치에 관한 것으로, 특히 유기 반도체 물질을 이용한 유기반도체층을 갖는 박막트랜지스터를 포함하는 어레이기판에 관한 것이다.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 여러 가지 다양한 평판표시장치가 개발되어 각광받고 있다.
이 같은 평판표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device : LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device : PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device : FED), 전기발광표시장치(Electroluminescence Display device : ELD) 등을 들 수 있는데, 이들 평판표시장치는 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 보여 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
한편, 이러한 평판표시장치는 제조 공정 중 발생하는 높은 열을 견딜 수 있도록 유리기판을 사용하므로 경량 박형화 및 유연성을 부여하는데 한계가 있다.
따라서 최근 기존의 유연성이 없는 유리기판 대신에 플라스틱 기판과 같이 유연성 있는 재료를 사용하여 종이처럼 휘어져도 표시성능을 그대로 유지할 수 있게 제조된 플렉서블(flexible) 표시장치가 차세대 평판표시장치로 급부상중이다.
하지만, 플라스틱 기판을 이용한 플렉서블 표시장치는 제조 특성상 구성요소 형성공정의 최대 공정온도가 200℃ 이하로 제한된다.
이에 최근에는 180℃ 이하의 저온 공정에서 형성할 수 있는 유기반도체 박막트렌지스터를 플렉서블 표시장치의 스위칭소자로서 사용하기 위하여 개발히 활발히 진행되고 있는데,
이러한 저온 공정에 의한 박막트랜지스터의 제조는 주로 코팅 장치를 이용하므로 값비싼 진공증착장비를 이용하여 제조하는 것보다 초기 설비투자비용이 매우 저렴하여 결과적으로 제조 비용의 절감을 달성할 수 있는 장점이 있다.
한편, 200℃이하의 저온 공정으로 진행되는 유기반도체 물질은 패터닝을 위해 주로 사용되는 포토레지스트의 현상액이나 금속물질을 식각하기 위한 식각액에 매우 취약한 특성을 갖는다.
즉, 패터닝된 소정 형태를 갖는 유기반도체층을 형성할 경우, 유기반도체 물질은 감광성 특징을 갖지 않으므로, 이를 패터닝하기 위해서는 감광성물질을 이용하여 노광, 현상 및 식각공정을 진행해야 하는데, 일반적으로 패터닝공정에 주로 이용되는 포토레지스트의 현상액에 유기반도체 물질이 노출될 경우 내부 구조가 손상되어 반도체 특성이 저하되고, 열화속도가 증가되는 문제점이 있다.
따라서, 유기반도체층의 패터닝을 위하여 유기반도체층 상부로 유기 게이트절연막과 게이트 금속물질을 증착한 후, 게이트 금속물질을 마스크로 하여 패터닝하게 되는데, 게이트 금속물질을 유기 게이트절연막 상부에 형성하는 과정에서, 유기 게이트절연막과 유기반도체층에 직접적으로 플라즈마 데미지를 가하게 된다.
플라즈마 데미지는 게이트 금속물질을 형성하기 위한 플라즈마가 차지(charge) 형태로 유기 게이트절연막과 유기반도체층에 데미지(damage)를 주는 것으로, 이러한 플라즈마 데미지에 의해 유기 게이트절연막과 유기반도체층은 심각한 소자 특성 저하가 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 저온 공정에서 제조가능한 어레이기판을 제공하고자 하는 것을 제 1 목적으로 하며, 이를 통해, 제조비용을 절감하고자 하는 것을 제 2 목적으로 한다.
또한, 유기반도체 물질로 이루어지는 반도체층이 현상액 또는 식각액에 노출되지 않으면서도 보다 손쉽게 패터닝하고자 하는 것을 제 3 목적으로 하며, 유기 게이트절연막 및 유기반도체층에 플라즈마 데미지가 가해지는 것을 방지하고자 하는 것을 제 4 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 스위칭영역을 갖는 화소영역이 정의된 기판 상의 상기 화소영역의 경계에 일방향으로 형성되는 데이터배선과; 상기 기판 상의 상기 스위칭영역에 형성되며, 서로 이격하는 소스 및 드레인전극과; 상기 소스 및 드레인전극의 서로 마주보는 일끝단과, 상기 소스 및 드레인전극의 이격영역의 상부에 형성되는 유기반도체층과; 상기 유기반도체층 상부로 형성되는 유기 게이트절연막과; 상기 유기 게이트절연막 상부에 형성되는 플라즈마 보호층과; 상기 플라즈마 보호층 상부에 형성되는 게이트전극과; 상기 게이트전극 상부로 형성되며, 상기 게이트전극을 노출시키는 게이트콘택홀과 상기 드레인전극을 노출시키는 드레인콘택홀을 포함하는 제 1 보호층과; 상기 제 1 보호층 상부로 형성되며, 상기 게이트콘택홀을 통해 상기 게이트전극과 접촉하며, 상기 데이터배선과 교차하며 상기 화소영역의 경계에 형성되는 게이트배선과; 상기 제 1 보호층 상부로 형성되며, 상기 드레인콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 연결되는 화소전극을 포함하는 평판표시장치용 어레이기판을 제공한다.
이때, 상기 플라즈마 보호층은 Y2O3, Al2O3로 이루어지거나, 플루오르벤젠(fluorobenzene)을 백본(backbone)으로 하는 공중합 고분자 물질로 이루어지며, 상기 유기반도체층과 상기 유기 게이트절연막, 상기 플라즈마 보호층 그리고 게이트전극은 동일 형태 및 동일한 면적으로 이루어진다.
그리고, 상기 제 1 보호층 상부에는 상기 드레인콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 접촉하는 드레인접촉패드를 포함하며, 상기 제 1 보호층 상부로 상기 드레인접촉패드를 노출하는 드레인접촉패드콘택홀을 포함하는 제 2 보호층이 형성되며, 상기 화소전극은 상기 드레인접촉패드콘택홀을 통해 상기 드레인접촉패드와 접촉한다.
그리고, 상기 게이트배선은 상기 화소전극과 중첩하여, 상기 제 1 보호층을 사이에 두고 서로 중첩하는 스트로지 커패시터를 이룬다.
또한, 본 발명은 스위칭영역을 갖는 화소영역이 정의된 기판 상의 상기 화소영역의 경계에 일방향으로 연장하는 데이터배선을 형성하고, 동시에 상기 스위칭영역에 서로 이격하는 소스 및 드레인전극을 형성하는 단계와; 상기 소스 및 드레인전극과 상기 소스 및 드레인전극 사이의 이격영역에 동일한 형태 및 면적을 가지며 순차적으로 유기반도체층, 유기 게이트절연막, 플라즈마 보호층, 게이트전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트전극 상부로 상기 게이트전극과 상기 드레인전극을 노출하는 게이트콘택홀과 드레인콘택홀을 포함하는 제 1 보호층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 보호층 상부로 상기 게이트콘택홀을 통해 상기 게이트전극과 접촉하는 게이트배선과, 상기 드레인콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 연결되는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 평판표시장치용 어레이기판 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 게이트전극과, 상기 플라즈마 보호층, 상기 유기 게이트절연막, 상기 유기반도체층을 형성하는 단계는, 상기 소스 및 드레인전극을 포함하는 상기 기판의 전면에 유기반도체 물질층, 게이트 절연물질층, 플라즈마 보호물질층, 제 1 금속층을 연속 증착하는 단계와; 상기 제 1 금속층 상부로 상기 소스 및 드레인전극 및 상기 소스 및 드레인전극 사이의 이격영역에 대응하여 포토레지스트패턴을 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트패턴 외부로 노출된 상기 제 1 금속층에 대해 습식식각을 진행하여 게이트전극을 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트패턴을 제거하는 단계와; 상기 게이트전극 이부로 노출된 상기 플라즈마 보호층과, 상기 유기 게이트 절연물질층, 상기 유기반도체 물질층을 건식식각을 진행하여 상기 플라즈마 보호층과, 상기 유기 게이트절연막, 상기 유기반도체층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 보호층 상부로 상기 드레인콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 접촉하는 드레인접촉패드를 더욱 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제 1 보호층 상부로 상기 드레인접촉패드를 노출하는 드레인접촉패드콘택홀을 포함하는 제 2 보호층을 더욱 형성하며, 상기 화소전극은 상기 드레인접촉패드콘택홀을 통해 상기 드레인접촉패드와 접촉한다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 반도체층이 200℃ 이하의 저온 공정에서 제조되어도 소자 성능이 저하되지 않는 유기반도체 물질로 이루어짐에 따라, 값비싼 진공증착장비를 이용하지 않아도 됨으로써, 초기 설비투자비용이 매우 저렴한 효과를 갖는다.
특히, 유기반도체층을 패터닝하는 과정에서 게이트전극을 블록킹 마스크로 사용함으로써, 유기반도체층이 현상액 또는 식각액에 노출되지 않으면서도 보다 손쉽게 패터닝할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 유기 게이트절연막과 게이트전극 사이에 플라즈마 보호층을 형성함으로써, 유기 게이트절연막과 유기반도체층에 플라즈마 데미지가 가해지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이를 통해, 유기 게이트절연막 상에 형성되는 게이트전극의 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 누설전류 저감 및 전류점멸비를 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기반도체층을 갖는 박막트랜지스터를 포함하는 어레이기판의 하나의 화소영역을 개략적으로 도시한 평면도.
도 2는 도 1의 절단선 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 자른 단면도.
도 3a ~ 3b는 플라즈마 보호층의 유무에 따른 게이트전극의 표면을 주사전자현미경(scanning electron microscope : SEM)을 통해 촬영한 사진.
도 4a ~ 4b는 플라즈마 보호층의 유무에 따른 박막트랜지스터의 전기적 특성을 나타난 그래프.
도 5a ~ 5j는 본 발명의 실시예에 따른 유기반도체층을 갖는 박막트랜지스터를 포함하는 어레이기판의 제조 단계 별 공정 단면도.
도 2는 도 1의 절단선 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 자른 단면도.
도 3a ~ 3b는 플라즈마 보호층의 유무에 따른 게이트전극의 표면을 주사전자현미경(scanning electron microscope : SEM)을 통해 촬영한 사진.
도 4a ~ 4b는 플라즈마 보호층의 유무에 따른 박막트랜지스터의 전기적 특성을 나타난 그래프.
도 5a ~ 5j는 본 발명의 실시예에 따른 유기반도체층을 갖는 박막트랜지스터를 포함하는 어레이기판의 제조 단계 별 공정 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기반도체층을 갖는 박막트랜지스터를 포함하는 어레이기판의 하나의 화소영역을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 어레이기판(101)은 소정간격 이격되어 평행하게 구성된 다수의 게이트배선(121)과 게이트배선(121)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(110)을 포함한다.
이때, 각 화소영역(P)의 게이트배선(121)과 데이터배선(110)의 교차지점 근방의 스위칭영역(TrA)에는 박막트랜지스터(Tr)가 형성되며, 실질적으로 화상이 구현되는 영역에는 화소전극(131)이 형성되어 있다.
여기서, 박막트랜지스터(Tr)는 소스 및 드레인전극(115, 117)과, 반도체층(113) 그리고 게이트전극(111)으로 이루어지며, 이때, 소스전극(115)은 데이터배선(110)으로부터 분기된 형태로 이루어지며, 드레인전극(117)은 소스전극(115)과 이격하여 위치한다.
그리고, 게이트전극(111)이 소스 및 드레인전극(115, 117)을 포함하며 두 전극의 이격영역을 덮도록 형성되는데, 게이트전극(111)은 박막트랜지스터(Tr)를 포함하는 어레이기판(101)의 전면에 형성된 제 1 보호층(122a)의 게이트콘택홀(121)을 통해 게이트배선(121)과 연결된다.
또한, 반도체층(113)은 유기반도체 물질로 이루어지는데, 게이트전극(111) 하부에 위치하며, 반도체층(113)과 소스 및 드레인전극(115, 117) 사이에는 유기 게이트절연막(119)이 위치한다.
그리고, 드레인전극(117)은 제 1 보호층(122a)의 드레인콘택홀(127)을 통해 드레인접촉패드(125)와 연결되며, 게이트배선(121)과 드레인접촉패드(125)를 포함하는 어레이기판(101)의 전면에는 제 2 보호층(122b)이 형성되어 있으며, 화소전극(131)은 제 2 보호층(122b)의 드레인접촉패드콘택홀(129)을 통해 드레인접촉패드(125)와 전기적으로 연결된다.
이때, 화소전극(131)은 끝단 일부가 게이트배선(121) 일부와 중첩됨으로써, 중첩된 화소전극(131) 및 게이트배선(121)이 각각 제 1및 제 2 스토로지전극(123a, 131a, 도 2 참조)을 이루며, 이들 두 전극 사이에 형성된 제 2 보호층(122b)이 유전체 역할을 함으로써, 스토리지 커패시터(StgC)를 형성하게 된다.
여기서, 본 발명의 어레이기판(101)은 반도체층(113)이 200℃ 이하의 저온 공정에서 제조되어도 소자 성능이 저하되지 않는 유기반도체 물질로 이루어짐에 따라, 값비싼 진공증착장비를 이용하지 않아도 됨으로써, 초기 설비투자비용이 매우 저렴한 효과를 갖는다.
특히, 본 발명의 어레이기판(101)은 유기반도체 물질로 이루어지는 반도체층(113)이 현상액 또는 식각액에 노출되지 않으면서도 보다 손쉽게 패터닝할 수 있으며, 유기 게이트절연막(119)과 유기반도체층(113)에 플라즈마 데미지가 가해지는 것을 방지할 수 있다.
이러한 본 발명의 특징적인 구성은 단면 구조를 통해 더욱 잘 표현될 수 있으므로, 이하 본 발명의 실시예에 따른 어레이기판의 단면 구성을 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 2는 도 1의 절단선 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 자른 단면도이며, 도 3a ~ 3b는 플라즈마 보호층의 유무에 따른 게이트전극의 표면을 주사전자현미경(scanning electron microscope : SEM)을 통해 촬영한 사진이다.
그리고, 도 4a ~ 4b는 플라즈마 보호층의 유무에 따른 박막트랜지스터의 전기적 특성을 나타난 그래프이다.
이때, 설명의 편의를 위하여 각 화소영역(P) 내의 박막트랜지스터(Tr)가 형성될 부분을 스위칭영역(TrA)이라 정의하도록 하겠다.
도시한 바와 같이, 어레이기판(101)은 제 1 방향으로 연장되는 데이터배선(도 1의 110)이 형성되어 있으며, 스위칭영역(TrA)에는 데이터배선(도 1의 110)으로부터 분기한 형태로 소스전극(115)과, 이와 이격하는 드레인전극(117)이 형성되어 있다.
이때, 소스 및 드레인전극(115, 117)과 데이터배선(도 1의 110)의 하부에는 기판(101) 전면에 무질절연물질 예를 들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로써 버퍼층(미도시)이 더욱 형성될 수도 있다. 이는 기판(101)과 금속재질의 소스 및 드레인전극(115, 117)과 데이터배선(도 1의 110)의 접착력을 향상시키기 위함이다.
한편, 소스 및 드레인전극(115, 117)은 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 인듐-틴-옥사이드(ITO) 중 선택되는 하나로 이루어질 수 있는데, 이때, 비교적 높은 일함수 값을 갖는 도전성 물질인 금(Au)과 인듐-틴-옥사이드(ITO)는 p타입의 유기반도체 물질로 유기반도체층(113)이 구성될 경우에 사용되며, 은과 알루미늄(Al)은 주로 n타입의 유기반도체 물질로 유기반도체층(113)이 구성될 경우 각각 소스 및 드레인 전극(115, 117)을 이루게 된다.
그리고, 소스 및 드레인전극(115, 117)의 서로 마주한 일끝단과 접촉하며, 이들 두 전극(115, 117)의 이격한 영역에 대응하여 유기반도체 물질로 이루어지는 유기반도체층(113)이 형성되어 있다.
여기서, 유기반도체 물질은 펜타센(pentacene), 구리 프탈로시아닌(copper phthalocyanine), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylene vinylene) 또는 이들의 유도체 등으로 형성될 수 있고, 그 이외에 공지된 유기반도체 물질이라면 어떠한 것도 가능하다.
유기반도체층(113) 상부로는, 유기반도체층(113)과 동일한 형태 및 동일한 면적을 가지며 완전히 중첩하는 유기 게이트절연막(119)이 형성되는데, 유기 게이트절연막(119)은 유기절연물질 예를 들면 불소계 고분자 물질 또는 불소계 단량체를 이용한 공중합 고분자 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 유기 게이트절연막(119) 상부로는 유기 게이트절연막(119)과 동일한 형태 및 동일한 면적을 가지며 완전히 중첩하는 플라즈마 보호층(200)이 형성되어 있으며, 플라즈마 보호층(200) 상부로는 플라즈마 보호층(200)과 동일한 형태 및 동일한 면적을 갖는 게이트전극(111)이 형성되어 있다.
여기서, 플라즈마 보호층(200)은 게이트전극(111)을 형성하는 과정에서 유기 게이트절연막(119)과 그 하부의 유기반도체층(113)을 플라즈마의 데미지로부터 보호하는 역할을 하게 된다.
즉, 게이트전극(111)은 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 중 하나의 물질로 이루어지는데, 이러한 게이트전극(111)은 스퍼터링(sputtering)을 통해 형성하는데, 스퍼터링으로 게이트전극(111)을 형성하는 방법으로서는, 반응실(미도시) 내에 플라즈마 보호층(200)이 형성된 기판(101) 상에 게이트전극(111)을 형성하기 위한 스퍼터 타겟(미도시)을 일정 거리만큼 이격시킨 후 산소가스와 아르곤 가스를 주입하여 스퍼터 타겟의 이온을 플라즈마 여기 시키는 형태로 이루어진다.
이때, 플라즈마 보호층(200)이 없을 경우, 게이트전극(111)을 형성하는 과정에서 생성되는 산소이온과 플라즈마에 의한 고온으로 인하여 유기 게이트절연막(119) 및 유기반도체층(113)에 플라즈마 데미지를 가하게 된다.
따라서, 유기 게이트절연막(119)과 유기반도체층(113)은 소자 특성이 저하되는 문제점이 발생하게 되나, 본 발명은 유기 게이트절연막(119) 상부로 플라즈마 데미지로부터 유기 게이트절연막(119)과 유기반도체층(113)을 보호하기 위한 플라즈마 보호층(200)을 더욱 형성함으로써, 위와 같은 문제점의 발생을 방지할 수 있는 것이다.
이때, 플라즈마 보호층(200)은 플라즈마에 저항성을 가지며, 플루오르벤젠(fluorobenzene)을 백본(backbone)으로 하는 공중합 고분자 물질로 이루어질 수 있다.
그리고, 게이트전극(111) 상부로는 어레이기판(101)의 전면으로 유기절연물질 예를 들면 포토아크릴 또는 PVA(polyvinyl alcohol)로써 제 1 보호층(122b)이 형성되어 있다. 이때 제 1 보호층(122b)은 스위칭영역(TrA)에 있어서 게이트전극(111)을 노출시키는 게이트콘택홀(121)이 구비되고 있으며, 드레인전극(117)을 노출시키는 드레인콘택홀(127)이 구비되어 있다.
그리고, 제 1 보호층(122b) 상부로 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 몰리티타늄(MoTi), 알루미늄(Al), 알루미늄네오디뮴(AlNd), 니켈(Ni) 중 어느 하나의 물질로 게이트콘택홀(121)을 통해 게이트전극(111)과 접촉하며, 동시에 데이터배선(도 1의 110)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트배선(123)이 형성된다.
그리고, 게이트배선(123)의 일측으로는 드레인콘택홀(127)을 통해 드레인전극(117)과 접촉하는 드레인접촉패드(125)가 형성된다.
그리고, 게이트배선(123)과 드레인접촉패드(125) 상부로는 어레이기판(101)의 전면으로 유기절연물질 예를 들면 포토아크릴 또는 PVA(polyvinyl alcohol)로써 제 2 보호층(122b)이 형성되어 있다.
이때 제 2 보호층(122b)은 스위칭영역(TrA)에 있어서 드레인접촉패드(125)를 노출시키는 드레인접촉패드콘택홀(129)이 구비되어 있으며, 제 2 보호층(122b) 상부로는 드레인접촉패드콘택홀(129)을 통해 박막트랜지스터(Tr)의 드레인전극(117)과 전기적으로 연결되는 화소전극(131)이 형성됨으로써 본 발명에 따른 유기반도체층(113)을 갖는 박막트랜지스터(Tr)를 포함하는 어레이기판(101)이 완성된다.
한편, 각 화소영역(P) 내에서는 게이트배선(123)으로 이루어지는 제 1 스토리지전극(123a)의 상부로 제 2 보호층(122b)을 개재하여 화소전극(131)이 연장된 제 2 스토리지전극(131a)이 형성되고 있다.
이때, 제 2 보호층(122b)을 사이에 두고 서로 중첩하는 제 1 및 제 2 스토리지 전극(123a, 131a)은 스토리지 커패시터(StgC)를 이루고 있다.
이러한 본 발명은 유기반도체층(113)을 패터닝하는 과정에서 게이트전극(111)을 블록킹 마스크로 사용함으로써, 유기반도체층(113)이 현상액 또는 식각액에 노출되지 않으면서도 보다 손쉽게 패터닝할 수 있다.
그리고, 게이트전극(111)과 유기 게이트절연막(119) 사이에 플라즈마 보호층(200)을 더욱 형성함으로써, 유기 게이트절연막(119)과 유기반도체층(113)에 플라즈마 데미지가 가해지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 유기 게이트절연막(119)과 유기반도체층(113)에 플라즈마 데미지가 가해지는 것을 방지함으로써, 유기 게이트절연막(119) 상에 형성되는 게이트전극(111)의 크랙(crack)이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
즉, 도 3a는 유기 게이트절연막(119) 상부에 바로 형성된 게이트전극(111)의 표면을 주사전자현미경(scanning electron microscope : SEM)을 통해 촬영한 사진으로, 유기 게이트절연막(119) 상부에 게이트전극(111)을 스퍼터링 형성하는 과정에서, 유기 게이트절연막(119)에 플라즈마 데미지가 가해져, 이의 상부에 형성되는 게이트전극(111)에는 크랙 등이 발생하게 된다.
이에 반해, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따라 유기 게이트절연막(119) 상부에 플라즈마 보호층(200)을 형성한 후, 플라즈마 보호층(200) 상부의 게이트전극(111)의 표면을 주사전자현미경(scanning electron microscope : SEM)을 통해 촬영한 사진으로, 유기 게이트절연막(119)은 플라즈마 보호층(200)에 의해 플라즈마 데미지가 가해지지 않아, 유기 게이트절연막(119)의 플라즈마 데미지에 의한 게이트전극(111)의 크랙이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.
그리고, 이와 같이, 유기 게이트절연막(119)과 유기반도체층(113)에 플라즈마 데미지가 가해지지 않음으로써, 박막트랜지스터(Tr)의 누설전류(leakage current)를 감소시킬 수 있다.
즉, 유기반도체층(113)에 플라즈마 데미지가 가해질 경우, 유기반도체층(113)의 소자 특성의 저하에 의해, 오프 전류 즉 누설전류(off current) 또한 증가하는 문제점이 발생하게 된다.
이에 대해 도 4a와 4b를 참조하여 좀더 자세히 살펴보면, 도 4a는 플라즈마 보호층이 형성되지 않은 일반적인 유기반도체층을 포함하는 박막트랜지스터의 전기적 특성을 나타난 그래프이며, 도 4b는 본 발명의 실시예에 따라 유기반도체층(113) 상부에 플라즈마 보호층(200)이 형성된 박막트랜지스터(Tr)의 전기적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4a 와 도 4b를 참조하면, 플라즈마 보호층이 형성되지 않은 박막트랜지스터의 최대전류값은 ~ 1E-5 이며, 누설전류값은 1E-9 ~ 1E-10이며, 본 발명의 실시예에 따른 박막트랜지스터(Tr)의 최대전류값은 ~ 1E-5 이며, 누설전류값은 1E-12이다.
즉, 플라즈마 보호층(200)이 형성되지 않은 박막트랜지스터에 비해 플라즈마 보호층(200)이 형성된 박막트랜지스터(Tr)가 오프(off) 상태에서의 전류가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 누설전류가 감소함으로써, 전류점멸비(Ion/Ioff)가 개선된다.
결론적으로 본 발명의 박막트랜지스터(Tr)는 플라즈마 보호층(200)이 형성되지 않은 박막트랜지스터에 비해 전류점멸비 및 누설전류 등 모든 면에서 우수한 전기적 특성을 갖는다는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 박막트랜지스터(Tr)는 유기반도체층(113)이 현상액 또는 식각액에 노출되지 않으면서도 보다 손쉽게 패터닝할 수 있으며, 게이트전극(111)과 유기 게이트절연막(119) 사이에 플라즈마 보호층(200)을 더욱 형성함으로써, 유기 게이트절연막(119)과 유기반도체층(113)에 플라즈마 데미지가 가해지는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 유기 게이트절연막(119)과 유기반도체층(113)에 플라즈마 데미지가 가해지는 것을 방지함으로써, 유기 게이트절연막(119) 상에 형성되는 게이트전극(111)의 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 누설전류 저감 및 전류점멸비를 개선할 수 있다.
이하, 본 발명의 어레이기판(101)의 제조방법에 대해 설명하는 과정에서 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 5a ~ 5j는 본 발명의 실시예에 따른 유기반도체층을 갖는 박막트랜지스터를 포함하는 어레이기판의 제조 단계 별 공정 단면도로, 도 1의 절단선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절단한 부분에 대한 제조 단계별 공정 단면도이다.
이때, 설명의 편의를 위하여, 화소영역(P)내의 박막트랜지스터(Tr)가 형성되는 영역을 스위칭 영역(TrA)이라 정의한다.
우선, 도 5a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연기판(101) 상부로 저저항 금속물질 예를 들면 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금 중 하나를 증착함으로서 제 1 금속층(미도시)을 형성한다.
이후, 제 1 금속층(미도시) 상에 포토레지스트(미도시)의 도포, 포토 마스크(미도시)를 이용한 노광, 노광된 포토레지스트(미도시)의 현상, 제 1 금속층(미도시)의 식각 및 포토레지스트(미도시)의 스트립(strip) 등의 일련의 단위 공정을 포함하는 마스크 공정을 진행하여, 일방향으로 연장하는 데이터배선(도 1의 110)과, 화소영역(P)별로 데이터배선(도 1의 110)과 연결된 소스전극(115)과, 소스전극(115)에서 소정간격 이격하는 드레인전극(117)을 형성한다.
다음으로, 도 5b에 도시한 바와 같이, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(115, 117)과 데이터배선(도 1의 110) 상부로 액상의 유기반도체 물질 예를 들면 액상의 펜타신(pentacene) 또는 폴리사이오펜(polythiophene)을 잉크젯 장치, 노즐(nozzle) 코팅 장치, 바(bar) 코팅 장치, 슬릿(slit) 코팅장치, 스핀(spin) 코팅장치 또는 프린팅 장치 등을 이용하여 전면에 코팅함으로써 유기반도체 물질층(113a)을 형성한다.
이후, 연속하여 유기반도체 물질층(113a) 위로 유기 절연물질 예를 들면 불소계 고분자 물질 또는 불소계 단량체를 이용한 공중합 고분자 물질을 전술한 잉크젯 장치, 노즐(nozzle) 코팅 장치, 바(bar) 코팅 장치, 슬릿(slit) 코팅장치, 스핀(spin) 코팅장치 또는 프린팅 장치 등을 이용하여 전면에 코팅함으로써 그 표면이 평탄한 형태를 갖는 게이트 절연물질층(119a)을 형성한다.
다음으로, 게이트 절연물질층(119a) 상부로 플라즈마에 저항성을 가지며 유기 절연물질로 이루어지는 플루오르벤젠(fluorobenzene)을 백본(backbone)으로 하는 공중합 고분자 물질을 증착하여, 플라즈마 보호물질층(200a)을 형성한다.
다음, 플라즈마 보호물질층(200a) 상부로 금속물질 예를 들면 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 중 하나를 증착함으로써 제 2 금속층(111a)을 형성한다.
이때, 플라즈마 보호물질층(200a)은 제 2 금속층(111a)을 증착하는 과정에서, 스퍼터링에 의해 발생하는 플라즈마에 의해 게이트 절연물질층(119a)과 유기반도체 물질층(113a)으로 플라즈마 데미지가 가해지는 것을 방지하는 역할을 한다.
따라서, 게이트 절연물질층(119a)과 유기반도체 물질층(113a)의 소자 특성이 저하되는 문제점이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 제 2 금속층(111a)의 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 누설전류 저감 및 전류점멸비를 개선할 수 있다.
다음, 도 5c에 도시한 바와 같이, 제 2 금속층(111a) 위로 감광성 물질 예를 들면 일반적인 포토아크릴 재질의 포토레지스트 또는 PAC 재질의 포토레지스트를 기판(101) 전면에 도포하고 이를 노광, 현상함으로써, 스위칭영역(TrA)에 포토레지스트패턴(180)을 형성한다.
이때, 포토레지스트패턴(180)은 스위칭영역(TrA) 중, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(115, 117)과 이들 두 전극(115, 117) 사이에 이격 영역에 대응하도록 제 2 금속층(111a) 위로 형성되도록 한다.
다음, 도 5d에 도시한 바와 같이, 포토레지스트패턴(180) 외부로 노출된 제 2 금속층(도 5c의 111a)을 습식식각을 진행하여 제거함으로써 플라즈마 보호물질층(200a) 상부로 게이트전극(111)을 형성한다.
이후, 도 5e에 도시한 바와 같이, 게이트전극(111) 상부에 남아있는 포토레지스트패턴(도 5d의 180)을 스트립을 진행하여 제거한다.
다음, 도 5f에 도시한 바와 같이, 게이트전극(111)을 블록킹 마스크로 하여 건식식각을 진행함으로써, 게이트전극(111) 외부로 노출된 플라즈마 보호물질층(도 5d의 200a)과 그 하부의 게이트 절연물질층(도 5d의 119a) 및 유기반도체 물질층(도 5d의 113a)을 동시에 제거함으로써, 스위칭영역(TrA)에 게이트전극(111)과 동일한 형태 및 면적을 가지며 완전히 중첩하는 아일랜드 형상의 플라즈마 보호층(200)을 형성하고 동시에 플라즈마 보호층(200) 하부로 이와 동일한 크기 및 패턴 형태를 갖는 유기 게이트절연막(119)과 유기반도체층(113)을 형성한다.
이때 스위칭영역(TrA)에 적층 형성된 소스 및 드레인전극(115, 117)과 유기반도체층(113)과 유기 게이트절연막(119)과 게이트전극(111)은 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.
다음, 도 5g에 도시한 바와 같이, 게이트전극(111) 상부로 유기 절연물질을 도포하거나 또는 무기절연물질을 증착하고 이를 패터닝함으로써, 게이트전극(111)을 노출시키는 게이트콘택홀(121)과 드레인전극(117)을 노출하는 드레인콘택홀(127)을 갖는 제 1 보호층(122a)을 형성한다.
다음, 도 5h에 도시한 바와 같이, 게이트콘택홀(121)과 드레인콘택홀(127)을 갖는 제 1 보호층(122a) 상부로 저저항 금속물질 예를들면 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 몰리티타늄(MoTi), 알루미늄(Al), 알루미늄네오디뮴(AlNd), 니켈(Ni)을 증착하여 제 3 금속층(미도시)을 형성하고 이를 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써, 게이트콘택홀(121)을 통해 게이트전극(111)과 접촉하며 데이터배선(도 1의 110)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트배선(123)을 형성한다.
그리고, 드레인콘택홀(127)을 통해 드레인전극(117)과 접촉하는 드레인접촉패드(125)를 형성한다.
다음, 도 5i에 도시한 바와 같이, 게이트배선(123)과 드레인접촉패드(125) 상부로 유기 절연물질을 도포하거나 또는 무기절연물질을 증착하고 이를 패터닝함으로써, 드레인접촉패드(125)를 노출하는 드레인접촉패드콘택홀(129)을 갖는 제 2 보호층(122b)을 형성한다.
다음, 도 5j에 도시한 바와 같이, 드레인접촉패드콘택홀(129)을 구비한 제 2 보호층(122b) 위로 투명 도전성 물질 예를 들면 금속물질 ITO 또는 IZO를 전면에 증착하여 투명 도전성 물질층(미도시)을 형성한다.
이후, 투명 도전성 물질층(미도시)을 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 화소영역(P) 별로 드레인접촉패드콘택홀(129)을 통해 드레인접촉패드(125)와 접촉하는 화소전극(131)을 형성함으로써 본 발명의 실시예에 따른 유기반도체층(113)을 갖는 박막트랜지스터(Tr)를 포함하는 어레이기판(101)을 완성한다.
이때, 화소전극(131)은 끝단 일부가 게이트배선(121) 일부와 중첩하도록 형성함으로써, 중첩된 화소전극(131) 및 게이트배선(121)이 각각 제 1및 제 2 스토로지전극(123a, 131a)을 이루며, 이들 두 전극 사이에 형성된 제 2 보호층(122b)이 유전체 역할을 함으로써, 스토리지 커패시터(StgC)를 이루도록 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 어레이기판(101)은 반도체층(113)이 200℃ 이하의 저온 공정에서 제조되어도 소자 성능이 저하되지 않는 유기반도체 물질로 이루어짐에 따라, 값비싼 진공증착장비를 이용하지 않아도 됨으로써, 초기 설비투자비용이 매우 저렴한 효과를 갖는다.
특히, 유기반도체층(113)을 패터닝하는 과정에서 게이트전극(111)을 블록킹 마스크로 사용함으로써, 유기반도체층(113)이 현상액 또는 식각액에 노출되지 않으면서도 보다 손쉽게 패터닝할 수 있다.
그리고, 유기 게이트절연막(119)과 게이트전극(111) 사이에 플라즈마 보호층(200)을 더욱 형성함으로써, 유기 게이트절연막(119)과 유기반도체층(113)에 플라즈마 데미지가 가해지는 것을 방지할 수 있다.
이를 통해, 유기 게이트절연막(119) 상에 형성되는 게이트전극(111)의 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 누설전류 저감 및 전류점멸비를 개선할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
101 : 어레이기판, 111 : 게이트전극, 113 : 유기반도체층
115, 117 : 소스 및 드레인전극, 119 : 유기 게이트절연막
121 : 드레인콘택홀, 122a, 122b : 제 1 및 제 2 보호층
123 : 게이트배선(123a : 제 1 스토리지 전극), 125 : 드레인접촉패드
127 : 드레인콘택홀, 129 : 드레인접촉패드콘택홀
131 : 화소전극(131a : 제 2 스토리지 전극)
200 : 플라즈마 보호층
Tr : 박막트랜지스터, P : 화소영역, StgC : 스토리지 커패시터
115, 117 : 소스 및 드레인전극, 119 : 유기 게이트절연막
121 : 드레인콘택홀, 122a, 122b : 제 1 및 제 2 보호층
123 : 게이트배선(123a : 제 1 스토리지 전극), 125 : 드레인접촉패드
127 : 드레인콘택홀, 129 : 드레인접촉패드콘택홀
131 : 화소전극(131a : 제 2 스토리지 전극)
200 : 플라즈마 보호층
Tr : 박막트랜지스터, P : 화소영역, StgC : 스토리지 커패시터
Claims (10)
- 스위칭영역을 갖는 화소영역이 정의된 기판 상의 상기 화소영역의 경계에 일방향으로 형성되는 데이터배선과;
상기 기판 상의 상기 스위칭영역에 형성되며, 서로 이격하는 소스 및 드레인전극과;
상기 소스 및 드레인전극의 서로 마주보는 일끝단과, 상기 소스 및 드레인전극의 이격영역의 상부에 형성되는 유기반도체층과;
상기 유기반도체층 상부로 형성되는 유기 게이트절연막과;
상기 유기 게이트절연막 상부에 형성되는 유기절연물질로 이루어지는 플라즈마 보호층과;
상기 플라즈마 보호층 상부에 형성되는 게이트전극과;
상기 게이트전극 상부로 형성되며, 상기 게이트전극을 노출시키는 게이트콘택홀과 상기 드레인전극을 노출시키는 드레인콘택홀을 포함하는 제 1 보호층과;
상기 제 1 보호층 상부로 형성되며, 상기 게이트콘택홀을 통해 상기 게이트전극과 접촉하며, 상기 데이터배선과 교차하며 상기 화소영역의 경계에 형성되는 게이트배선과;
상기 제 1 보호층 상부로 형성되며, 상기 드레인콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 연결되는 화소전극
을 포함하며,
상기 플라즈마 보호층은 플루오르벤젠(fluorobenzene)을 백본(backbone)으로 하는 공중합 고분자 물질로 이루어지는 평판표시장치용 어레이기판.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 유기반도체층과 상기 유기 게이트절연막, 상기 플라즈마 보호층 그리고 게이트전극은 동일 형태 및 동일한 면적으로 이루어지는 평판표시장치용 어레이기판.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 보호층 상부에는 상기 드레인콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 접촉하며, 상기 게이트배선과 동일층 동일물질로 이루어지는 드레인접촉패드를 포함하는 평판표시장치용 어레이기판.
- 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 보호층 상부로 상기 드레인접촉패드를 노출하는 드레인접촉패드콘택홀을 포함하는 제 2 보호층이 형성되며, 상기 화소전극은 상기 드레인접촉패드콘택홀을 통해 상기 드레인접촉패드와 접촉하는 평판표시장치용 어레이기판.
- 제 1 항에 있어서,
상기 게이트배선은 상기 화소전극과 중첩하여, 상기 제 1 보호층을 사이에 두고 서로 중첩하는 스트로지 커패시터를 이루는 평판표시장치용 어레이기판.
- 스위칭영역을 갖는 화소영역이 정의된 기판 상의 상기 화소영역의 경계에 일방향으로 연장하는 데이터배선을 형성하고, 동시에 상기 스위칭영역에 서로 이격하는 소스 및 드레인전극을 형성하는 단계와;
상기 소스 및 드레인전극과 상기 소스 및 드레인전극 사이의 이격영역에 동일한 형태 및 면적을 가지며 순차적으로 유기반도체층, 유기 게이트절연막, 유기절연물질로 이루어지는 플라즈마 보호층, 게이트전극을 형성하는 단계와;
상기 게이트전극 상부로 상기 게이트전극과 상기 드레인전극을 노출하는 게이트콘택홀과 드레인콘택홀을 포함하는 제 1 보호층을 형성하는 단계와;
상기 제 1 보호층 상부로 상기 게이트콘택홀을 통해 상기 게이트전극과 접촉하는 게이트배선과, 상기 드레인콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 연결되는 화소전극을 형성하는 단계
를 포함하며,
상기 플라즈마 보호층은 플루오르벤젠(fluorobenzene)을 백본(backbone)으로 하는 공중합 고분자 물질로 이루어지는 평판표시장치용 어레이기판 제조방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 게이트전극과, 상기 플라즈마 보호층, 상기 유기 게이트절연막, 상기 유기반도체층을 형성하는 단계는,
상기 소스 및 드레인전극을 포함하는 상기 기판의 전면에 유기반도체 물질층, 게이트 절연물질층, 플라즈마 보호물질층, 제 1 금속층을 연속 증착하는 단계와;
상기 제 1 금속층 상부로 상기 소스 및 드레인전극 및 상기 소스 및 드레인전극 사이의 이격영역에 대응하여 포토레지스트패턴을 형성하는 단계와;
상기 포토레지스트패턴 외부로 노출된 상기 제 1 금속층에 대해 습식식각을 진행하여 게이트전극을 형성하는 단계와;
상기 포토레지스트패턴을 제거하는 단계와;
상기 게이트전극 외부로 노출된 상기 플라즈마 보호층과, 상기 유기 게이트 절연물질층, 상기 유기반도체 물질층을 건식식각을 진행하여 상기 플라즈마 보호층과, 상기 유기 게이트절연막, 상기 유기반도체층을 형성하는 단계를 포함하는 평판표시장치용 어레이기판 제조방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 보호층 상부로 상기 드레인콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 접촉하며, 상기 게이트배선과 동일층 동일물질로 이루어지는 드레인접촉패드를 더욱 형성하는 단계를 포함하는 평판표시장치용 어레이기판 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 보호층 상부로 상기 드레인접촉패드를 노출하는 드레인접촉패드콘택홀을 포함하는 제 2 보호층을 더욱 형성하며, 상기 화소전극은 상기 드레인접촉패드콘택홀을 통해 상기 드레인접촉패드와 접촉하는 평판표시장치용 어레이기판 제조방법.
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|---|---|---|---|---|
| JP2007294851A (ja) * | 2006-04-20 | 2007-11-08 | Lg Phillips Lcd Co Ltd | 有機半導体物質を利用した液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法 |
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