KR101934978B1 - 박막 트랜지스터 및 박막 트랜지스터 표시판 - Google Patents
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Abstract
박막 트랜지스터를 제공한다. 본 발명의 한 실시예에 따른 기판, 상기 기판 위에 위치하는 게이트 전극, 상기 기판 위에 위치하며, 상기 게이트 전극과 중첩하는 반도체층, 상기 반도체층의 채널 영역을 기준으로 서로 이격되어 위치하는 소스 전극 및 드레인 전극, 상기 게이트 전극과 상기 반도체층 사이에 위치하는 절연막 그리고 상기 반도체층과 상기 소스 전극 사이 및 상기 반도체층과 상기 드레인 전극 사이에 위치하는 배리어층을 포함하고, 상기 배리어층은 그라핀(Graphene)으로 형성된다.
Description
본 발명은 박막 트랜지스터 및 박막 트랜지스터 표시판에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치나 유기 발광 표시 장치 등의 평판 표시 장치는 복수 쌍의 전기장 생성 전극과 그 사이에 들어 있는 전기광학(electro-optical) 활성층을 포함한다. 액정 표시 장치의 경우, 전기 광학 활성층으로 액정층을 포함하고, 유기 발광 표시 장치의 경우 전기 광학 활성층으로 유기 발광층을 포함한다.
한 쌍을 이루는 전기장 생성 전극 중 하나는 통상 스위칭 소자에 연결되어 전기 신호를 인가 받고, 전기 광학 활성층은 이 전기 신호를 광학 신호를 변환함으로써 영상이 표시된다.
평판 표시 장치에서는 스위칭 소자로서 삼단자 소자인 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 사용하며, 이 박막 트랜지스터를 제어하기 위한 주사 신호를 전달하는 게이트선(gate line)과 화소 전극에 인가될 신호를 전달하는 데이터선(data line) 등의 신호선이 평판 표시 장치에 구비된다.
한편, 표시 장치의 면적이 커짐에 따라, 고속 구동을 실현하기 위해 산화물 반도체 기술이 연구되고 있고, 신호선의 저항을 감소시키기 방법이 연구되고 있다.
이에 따라 최근에는 기존의 금속배선 물질보다 우수한 비저항 특성 및 전자 이동(electromigration) 특성을 가지는 구리로 대체하는 방법이 적극적으로 제안되고 있다.
그러나, 구리는 유리기판과의 접착력이 약하고, 비교적 저온(~ 200℃)에서도 절연층이나 반도체층으로의 확산이 강하게 작용하여 단일 금속배선 물질로 적용하기에는 실질적으로 어렵다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여, 유리기판과 게이트 배선 사이 및 반도체층과 데이터 배선 사이에 배리어 금속층(barrier metal layer)을 추가로 형성함으로써 접착특성을 향상시키는 동시에 반도체층으로 확산을 방지할 수 있는 구리 배선구조가 제안되었다.
하지만, 망간, 티타늄 등을 포함하는 배리어층은 주배선층의 금속 물질의 확산을 방지하는데 부족함이 있다. 특히, 산화물 반도체를 사용하는 경우 산소와 결합하려는 금속의 성질 때문에 산화물 반도체의 구성 성분 중 일부가 석출되어 산화물 반도체와 배리어층 사이의 계면에서 돌기가 형성되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 주배선층의 금속 물질의 확산을 방지하고 돌기와 같은 이물성 결함을 줄일 수 있는 배리어층을 포함하는 박막 트랜지스터 및 박막 트랜지스터 표시판을 제공하는데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터는 기판, 상기 기판 위에 위치하는 게이트 전극, 상기 기판 위에 위치하며, 상기 게이트 전극과 중첩하는 반도체층, 상기 반도체층의 채널 영역을 기준으로 서로 이격되어 위치하는 소스 전극 및 드레인 전극, 상기 게이트 전극과 상기 반도체층 사이에 위치하는 절연막 그리고 상기 반도체층과 상기 소스 전극 사이 및 상기 반도체층과 상기 드레인 전극 사이에 위치하는 배리어층을 포함하고, 상기 배리어층은 그라핀(Graphene)으로 형성된다.
상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 덮는 캐핑막(capping layer)을 더 포함할 수 있다.
상기 캐핑막은 그라핀(Graphene)으로 형성될 수 있다.
상기 배리어층은 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 직접 접촉할 수 있다.
상기 캐핑막 위에 위치하는 보호막을 더 포함할 수 있다.
상기 보호막은 상기 채널 영역에 대응하는 상기 반도체층 상부면과 직접 접촉할 수 있다.
상기 반도체층은 산화물 반도체로 형성될 수 있다.
상기 반도체층은 아연(Zn), 인듐(In), 주석(Sn), 갈륨(Ga), 및 하프늄(Hf) 중에서 적어도 하나를 포함하는 산화물 반도체로 형성될 수 있다.
상기 반도체층은 비정질 실리콘으로 형성될 수 있다.
상기 반도체층과 상기 배리어층 사이에 위치하는 저항성 접촉층을 더 포함할 수 있다.
상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 구리, 망간, 티타늄 중 적어도 하나를 포함하는 하부막 그리고 상기 하부막 위에 위치하고 구리를 포함하는 상부막을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판은 기판, 상기 기판 위에 위치하고 게이트 전극을 포함하는 게이트선, 상기 게이트선을 덮는 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막 위에 위치하는 반도체층, 상기 반도체층 위에 위치하는 데이터선, 상기 데이터선에 연결된 소스 전극, 및 드레인 전극, 상기 데이터선, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극을 덮고, 접촉 구멍을 갖는 보호막, 상기 보호막 위에 위치하고, 상기 접촉 구멍을 통해 상기 드레인 전극과 연결되는 화소 전극 그리고 상기 반도체층과 상기 소스 전극 사이 및 상기 반도체층과 상기 드레인 전극 사이에 위치하는 배리어층을 포함하고, 상기 배리어층은 그라핀(Graphene)으로 형성된다.
상기 소스 전극과 상기 보호막 사이 및 상기 드레인 전극과 상기 보호막 사이에 위치하는 캐핑막(capping layer)을 더 포함할 수 있다.
상기 캐핑막은 그라핀(Graphene)으로 형성될 수 있다.
상기 배리어층은 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 직접 접촉할 수 있다.
상기 보호막은 상기 게이트 전극과 중첩하는 상기 반도체층의 상부면과 직접 접촉할 수 있다.
상기 반도체층은 산화물 반도체로 형성될 수 있다.
상기 반도체층은 아연(Zn), 인듐(In), 주석(Sn), 갈륨(Ga), 및 하프늄(Hf) 중에서 적어도 하나를 포함하는 산화물 반도체로 형성될 수 있다.
상기 반도체층은 비정질 실리콘으로 형성될 수 있다.
상기 반도체층과 상기 배리어층 사이에 위치하는 저항성 접촉층을 더 포함할 수 있다.
상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 구리, 망간, 티타늄 중 적어도 하나를 포함하는 하부막 그리고 상기 하부막 위에 위치하고 구리를 포함하는 상부막을 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 한 실시예에 따르면, 그라핀(Graphene)으로 형성된 배리어층이 배선 물질의 확산을 방지하고, 반도체층으로 산화물 반도체를 사용시 돌기의 발생을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 한 화소를 도시한 배치도이다.
도 5는 도 4의 V-V' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 6은 그라핀을 배리어층으로 사용한 박막 트랜지스터 구조의 전자 현미경 사진이다.
도 7은 도 6의 A, B, C 위치에 따라 열처리 전 박막 트랜지스터 구성 물질의 상대적인 분포도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 6의 박막 트랜지스터의 열처리 이후의 전자 현미경 사진이다.
도 9는 도 8의 A, B, C 위치에 따라 열처리 이후 박막 트랜지스터 구성 물질의 상대적인 분포도를 나타내는 그래프이다.
도 10은 그라핀을 캐핑막으로 사용한 박막 트랜지스터 구조의 전자 현미경 사진이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 한 화소를 도시한 배치도이다.
도 5는 도 4의 V-V' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 6은 그라핀을 배리어층으로 사용한 박막 트랜지스터 구조의 전자 현미경 사진이다.
도 7은 도 6의 A, B, C 위치에 따라 열처리 전 박막 트랜지스터 구성 물질의 상대적인 분포도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 6의 박막 트랜지스터의 열처리 이후의 전자 현미경 사진이다.
도 9는 도 8의 A, B, C 위치에 따라 열처리 이후 박막 트랜지스터 구성 물질의 상대적인 분포도를 나타내는 그래프이다.
도 10은 그라핀을 캐핑막으로 사용한 박막 트랜지스터 구조의 전자 현미경 사진이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참고하면, 투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 게이트 전극(124)이 위치한다. 게이트 전극(124)은 제1층(124p) 및 제2층(124q)으로 이루어진 이중막 구조를 가질 수 있다. 제1층(124p) 및 제2층(124q)은 각각 알루미늄(Al)과 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)과 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)와 구리 합금 등 구리 계열의 금속, 몰리브덴(Mo)과 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈늄(Ta), 망간(Mn) 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 제1층(124p) 및 제2층(124q)은 서로 물리적 성질이 다른 막들이 조합되어 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 게이트 전극(124)이 이중막으로 형성되는 것으로 설명하였으나, 여기에 한정되지 않고 단일막 또는 삼중막 형태로 형성될 수 있다.
게이트 전극(124) 위에는 산화 규소 또는 질화 규소 따위의 절연 물질로 만들어진 게이트 절연막(140)이 위치한다.
게이트 절연막(140) 위에는 반도체층(151)이 위치한다. 반도체층(151)은 비정질 규소 또는 산화물 반도체로 형성된다. 반도체층(151)이 산화물 반도체로 형성되는 경우, 반도체층(151)은 아연(Zn), 인듐(In), 주석(Sn), 갈륨(Ga), 및 하프늄(Hf) 중에서 적어도 하나를 포함한다.
반도체층(151) 위에 배리어층(160)이 위치하고, 배리어층(160) 위에 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)이 위치한다.
배리어층(160)은 그라핀(Graphene)으로 형성된다. 그라핀으로 형성된 배리어층(160)은 오믹 콘택(ohmic contact)의 특성을 갖는다.
소스 전극(173)과 드레인 전극(175)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열 금속, 구리(Cu)나 구리망간(CuMn)과 같은 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 또는 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 인듐-주석 산화물(Indium tin oxide; ITO), 인듐-주석 산화물(Indium Zinc oxide; IZO) 등의 투명성 도전 물질로 만들어질 수도 있다. 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 두 개 이상의 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다.
소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 위에 보호막(180)이 위치한다. 보호막(180)은 반도체층(151)의 채널 영역에 대응하는 반도체층(151)의 상부면과 직접 접촉할 수 있다. 보호막(180)은 질화 규소나 산화 규소 따위의 무기 절연물, 유기 절연물, 저유전율을 갖는 절연물 따위로 만들어진다.
본 실시예에 따른 박막 트랜지스터는 반도체층(151)과 소스 전극(173) 사이 및 반도체층(151)과 드레인 전극(175) 사이에 배리어층(160)이 위치함으로써 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)의 금속 성분이 반도체층(151)으로 확산(diffusion)되어 박막 트랜지스터의 특성이 나빠지는 것을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 나타내는 단면도이다.
도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 박막 트랜지스터는 도 1에서 설명한 박막 트랜지스터와 대체로 구성이 같다. 다만, 소스 전극(173)과 반도체층(151) 사이 및 드레인 전극(175)과 반도체층(151) 사이에 저항성 접촉층(163, 165)이 위치하는 점에서 도 1에서 설명한 박막 트랜지스터와 차이가 있다. 이 때, 반도체층(151)은 비정질 실리콘으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 차이점을 제외하고 도 1에서 설명한 내용은 도 2에서 설명하는 실시예에 따른 박막 트랜지스터에 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 나타내는 단면도이다.
도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 박막 트랜지스터는 도 1에서 설명한 박막 트랜지스터와 대체로 구성이 같다. 다만, 보호막(180)과 소스 전극(173) 사이 및 보호막(180)과 드레인 전극(175) 사이에 캐핑막(185)이 위치하는 점에서 도 1에서 설명한 박막 트랜지스터와 차이가 있다. 캐핑막(185)은 그라핀(Graphene)으로 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 박막 트랜지스터는 캐핑막(185)을 포함하기 때문에 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)의 금속 성분이 확산(diffusion)되는 것을 차단하고, 보호막(180)을 형성하는 과정에서 발생하는 산소와 같은 물질로 인해 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)이 산화되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 상기 차이점을 제외하고 도 1에서 설명한 내용은 도 3에서 설명하는 실시예에 따른 박막 트랜지스터에 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 한 화소를 도시한 배치도이다. 도 5는 도 4의 V-V' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(121)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 게이트선(121)으로부터 돌출한 복수의 게이트 전극(124)을 포함한다.
게이트선(121) 및 게이트 전극(124)은 제1층(121p, 124p) 및 제2층(121q, 124q)으로 이루어진 이중막 구조를 가질 수 있다. 제1층(121p, 124p) 및 제2층(121q, 124q)은 각각 알루미늄(Al)과 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)과 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)와 구리 합금 등 구리 계열의 금속, 몰리브덴(Mo)과 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈늄(Ta), 망간(Mn) 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 제1층(121p, 124p) 및 제2층(121q, 124q)은 서로 물리적 성질이 다른 막들이 조합되어 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 게이트선(121) 및 게이트 전극(124)이 이중막으로 형성되는 것으로 설명하였으나, 여기에 한정되지 않고 단일막 또는 삼중막 형태로 형성될 수 있다.
게이트선(121) 위에는 산화 규소 또는 질화 규소 따위의 절연 물질로 만들어진 게이트 절연막(140)이 위치한다.
게이트 절연막(140) 위에는 반도체층(151)이 형성되어 있다. 반도체층(151)은 주로 세로 방향으로 뻗으며, 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 나온 돌출부(projection; 154)를 포함한다.
반도체층(151)과 그 돌출부(154)는 비정질 규소 또는 산화물 반도체로 형성된다. 반도체층(151)과 그 돌출부(154)가 산화물 반도체로 형성되는 경우, 반도체층(151)과 그 돌출부(154)는 아연(Zn), 인듐(In), 주석(Sn), 갈륨(Ga), 및 하프늄(Hf) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
반도체층(151) 위에 배리어층(160)이 위치하고, 배리어층(160) 위에 데이터선(171), 데이터선(171)에 연결된 소스 전극(173), 및 반도체층의 돌출부(154)에 대응하는 채널 영역을 기준으로 소스 전극(173)과 이격된 드레인 전극(175)이 위치한다.
배리어층(160)은 그라핀(Graphene)으로 형성된다. 그라핀으로 형성된 배리어층은 기존에 티타늄 등으로 형성된 배리어층을 대신할 수 있다. 본 실시예에 따라 그라핀으로 배리어층을 형성함으로써 기존에 배리어층으로 티타늄 등을 사용하여 발생되는 이물성 결함을 줄일 수 있다.
여기서, 이물성 결함이란 반도체층으로 산화물 반도체를 사용할 경우에 산소와 결합하려는 티타늄의 성질 때문에 산화물 반도체의 금속 성분 중 일부가 석출되어 산화물 반도체와 배리어층 사이의 계면에서 돌기가 형성되는 것을 말한다. 이로 인해 박막 트랜지스터의 특성이 나빠질 수 있다.
반도체층(151)이 비정질 실리콘으로 형성되는 경우에는 소스 전극(173)과 반도체층(151) 사이 및 드레인 전극(175)과 반도체층(151) 사이에 저항성 접촉층(미도시)이 위치할 수 있다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다. 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 U자 형상을 가지는 복수의 소스 전극(173)이 데이터선(171)에 연결될 수 있다.
드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있고 소스 전극(173)의 U자 형상의 가운데에서 상부를 향하여 연장될 수 있다.
데이터선(171), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열 금속, 구리(Cu)나 구리망간(CuMn)과 같은 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 또는 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 인듐-주석 산화물(Indium tin oxide; ITO), 인듐-주석 산화물(Indium Zinc oxide; IZO) 등의 투명성 도전 물질로 만들어질 수도 있다. 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 두 개 이상의 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다.
데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175) 위에 캐핑막(185)이 위치한다. 캐핑막(185)은 그라핀(Graphene)으로 형성될 수 있다.
반도체층(151)의 돌출부(154)에는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이에 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)으로 가리지 않고 노출된 부분이 있다. 반도체층(151)은 돌출부(154)의 노출된 부분을 제외하고 데이터선(171), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)과 실질적으로 동일한 평면 패턴을 가질 수 있다.
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체층(151)의 돌출부(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널 영역은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 돌출부(154)에 형성된다.
데이터선(171), 소스 전극(173), 드레인 전극(175) 및 노출된 반도체층의 돌출부(154) 부분 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 질화 규소나 산화 규소 따위의 무기 절연물, 유기 절연물, 저유전율 절연물 따위로 만들어진다.
보호막 증착시 금속 물질 특히 구리로 형성된 데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)이 보호막(180)과 직접 접촉하여 생성되는 구리 산화물(CuOx)로 인해 리프팅(lifting)이 발생하거나, 보호막(180)에 하기 설명하는 접촉 구멍(183)을 형성할 때 부식이 일어날 수 있다. 하지만, 본 실시예에 따르면, 보호막(180) 하부에 그라핀으로 형성된 캐핑층(185)이 위치함으로써 데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)의 리프팅(lifting) 및 부식을 방지할 수 있다.
본 실시예와 달리, 캐핑층(185)은 생략되어 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 바로 위에 보호막(180)이 위치할 수 있다.
보호막(180)에는 드레인 전극(175)의 일단을 드러내는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(183)이 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 화소 전극(pixel electrode)(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 접촉 구멍(183)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(191)은 공통 전압을 인가 받는 공통 전극(도시하지 않으며, 대향 표시판에 형성되거나 박막 트랜지스터 표시판에 형성될 수 있음)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극 사이의 액정층(도시하지 않음)의 액정 분자의 방향을 결정한다. 화소 전극(191)과 공통 전극은 축전기[이하 “액정 축전기(liquid crystal capacitor)”라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프(turn-off)된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
화소 전극(191)은 유지 전극선(도시하지 않음)과 중첩하여 유지 축전기(storage capacitor)를 이룰 수 있고, 이를 통해 액정 축전기의 전압 유지 능력을 강화할 수 있다.
화소 전극(191)은 ITO 또는 IZO 따위의 투명 도전체로 만들어질 수 있다.
앞에서 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 표시판을 예를 들어 설명하였으나, 본 실시예는 유기 발광 표시 장치에도 적용될 수 있다.
도 6은 그라핀을 배리어층으로 사용한 박막 트랜지스터 구조의 전자 현미경 사진이다. 도 7은 도 6의 A, B, C 위치에 따라 열처리 전 박막 트랜지스터 구성 물질의 상대적인 분포도를 나타내는 그래프이다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 열처리 전에 그라핀으로 형성된 배리어층을 포함하는 박막 트랜지스터의 각 층을 형성하는 물질들의 분포도(counts)를 나타낸다.
도 8은 도 6의 박막 트랜지스터의 열처리 이후의 전자 현미경 사진이다. 도 9는 도 8의 A, B, C 위치에 따라 열처리 이후 박막 트랜지스터 구성 물질의 상대적인 분포도를 나타내는 그래프이다.
도 8 및 도 9를 참고하면, 열처리 이후에도 구리의 상대적인 분포도(counts)가 열처리 전과 비교하여 큰 차이가 없다. 특히, 제1 위치(A), 제2 위치(B), 제3 위치(C)로 갈수록 급격히 구리의 분포가 감소하는 것을 볼 때, 그라핀이 배리어층의 역할을 충분히 수행하는 것을 확인할 수 있다.
도 10은 그라핀을 캐핑막으로 사용한 박막 트랜지스터 구조의 전자 현미경 사진이다.
도 10을 참고하면, 티타늄/구리로 형성된 층 위에 그라핀으로 캐핑막을 형성하고 그 위에 산화 규소(SiOx)를 형성한 구조를 나타낸다. 도 10에 나타난 바와 같이 층 간에 접착(adhesion)의 문제가 없고, 특별한 계면 반응이 관찰되지 않았다. 따라서, 그라핀으로 형성된 캐핑막이 금속 물질의 확산을 차단하고, 배선층의 리프팅(lifting) 및 부식을 방지하는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
110 절연 기판 124 게이트 전극
151 반도체층 160 배리어층
173 소스 전극 175 드레인 전극
180 보호막 185 캐핑막
151 반도체층 160 배리어층
173 소스 전극 175 드레인 전극
180 보호막 185 캐핑막
Claims (21)
- 기판,
상기 기판 위에 위치하는 게이트 전극,
상기 기판 위에 위치하며, 상기 게이트 전극과 중첩하는 반도체층,
상기 반도체층의 채널 영역을 기준으로 서로 이격되어 위치하는 소스 전극 및 드레인 전극,
상기 게이트 전극과 상기 반도체층 사이에 위치하는 절연막, 그리고
상기 반도체층과 상기 소스 전극 사이 및 상기 반도체층과 상기 드레인 전극 사이에 위치하는 배리어층을 포함하고,
상기 배리어층은 그라핀(Graphene)으로 형성되고,
상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은
구리, 망간, 티타늄 중 적어도 하나를 포함하는 하부막, 그리고
상기 하부막 위에 위치하고 구리를 포함하는 상부막을 포함하고,
상기 배리어층은 상기 하부막과 직접 접촉하고,
상기 반도체층은 산화물 반도체로 형성되는 박막 트랜지스터.
- 제1항에서,
상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 덮는 캐핑막(capping layer)을 더 포함하는 박막 트랜지스터.
- 제2항에서,
상기 캐핑막은 그라핀(Graphene)으로 형성된 박막 트랜지스터.
- 삭제
- 제3항에서,
상기 캐핑막 위에 위치하는 보호막을 더 포함하는 박막 트랜지스터.
- 제5항에서,
상기 보호막은 상기 채널 영역에 대응하는 상기 반도체층 상부면과 직접 접촉하는 박막 트랜지스터.
- 삭제
- 제1항에서,
상기 반도체층은 아연(Zn), 인듐(In), 주석(Sn), 갈륨(Ga), 및 하프늄(Hf) 중에서 적어도 하나를 포함하는 산화물 반도체로 형성된 박막 트랜지스터.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 기판,
상기 기판 위에 위치하고 게이트 전극을 포함하는 게이트선,
상기 게이트선을 덮는 게이트 절연막,
상기 게이트 절연막 위에 위치하는 반도체층,
상기 반도체층 위에 위치하는 데이터선, 상기 데이터선에 연결된 소스 전극, 및 드레인 전극,
상기 데이터선, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극을 덮고, 접촉 구멍을 갖는 보호막,
상기 보호막 위에 위치하고, 상기 접촉 구멍을 통해 상기 드레인 전극과 연결되는 화소 전극, 그리고
상기 반도체층과 상기 소스 전극 사이 및 상기 반도체층과 상기 드레인 전극 사이에 위치하는 배리어층을 포함하고,
상기 배리어층은 그라핀(Graphene)으로 형성되고,
상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은
구리, 망간, 티타늄 중 적어도 하나를 포함하는 하부막, 그리고
상기 하부막 위에 위치하고 구리를 포함하는 상부막을 포함하고,
상기 배리어층은 상기 하부막과 직접 접촉하고,
상기 반도체층은 산화물 반도체로 형성되는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제12항에서,
상기 소스 전극과 상기 보호막 사이 및 상기 드레인 전극과 상기 보호막 사이에 위치하는 캐핑막(capping layer)을 더 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제13항에서,
상기 캐핑막은 그라핀(Graphene)으로 형성된 박막 트랜지스터 표시판.
- 삭제
- 제14항에서,
상기 보호막은 상기 게이트 전극과 중첩하는 상기 반도체층의 상부면과 직접 접촉하는 박막 트랜지스터 표시판.
- 삭제
- 제12항에서,
상기 반도체층은 아연(Zn), 인듐(In), 주석(Sn), 갈륨(Ga), 및 하프늄(Hf) 중에서 적어도 하나를 포함하는 산화물 반도체로 형성된 박막 트랜지스터 표시판.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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