KR102127235B1 - 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판과 이의 제조방법 - Google Patents
디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판과 이의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 게이트 전극의 표면의 산화로 인한 불량을 방지할 수 있는 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor) 기판과 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판은 베이스 기판 상에 형성된 게이트 전극; 상기 게이트 전극을 덮도록 형성된 제1 게이트 절연막; 상기 제1 게이트 절연막 상에 형성된 제2 게이트 절연막; 상기 제2 게이트 절연막 상에서 상기 게이트 전극과 중첩되도록 형성된 반도체층; 상기 반도체층의 상부 일부 영역에 형성된 식각 방지층; 상기 반도체층 상의 일측에 형성된 소스 전극; 및 상기 반도체층 상의 타측에 형성된 드레인 전극;을 포함하고, 상기 제1 게이트 절연막과 상기 제2 게이트 절연막은 동일 물질로 형성된다.
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Description
본 발명은 디스플레이 장치와 이의 제조방법에 관한 것으로, 게이트 전극의 표면의 산화로 인한 불량을 방지할 수 있는 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor) 기판과 이의 제조방법에 관한 것이다.
이동통신 단말기, 노트북 컴퓨터와 같은 각종 휴대용 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용할 수 있는 평판 디스플레이 장치(Flat Panel Display Device)에 대한 요구가 증대되고 있다.
평판 디스플레이 장치로는 액정 디스플레이 장치(Liquid Crystal Display Device), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel), 전계 방출 디스플레이 장치(Field Emission Display Device), 발광 다이오드 디스플레이 장치(Light Emitting Diode Display Device), 유기 발광장치(Organic Light Emitting Device) 등이 연구되고 있다.
이러한, 평판 디스플레이 장치들은 화소들이 액티브 매트릭스 형태로 배열되어 있는데, 각 화소를 구동시키기 위한 소자로 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)를 적용하고 있다.
박막 트랜지스터는 반도체층의 물질에 따라서 동작 특성 및 속도에 차이가 있으며, 비정질 실리콘(a-Si: amorphous silicon), 다결정 실리콘(polycrystalline silicon), 저온 다결정 실리콘(LTPS: Low Temperature Poly Silicon), 금속 산화물(metal oxide)로 반도체층을 형성할 수 있다.
최근에는 비정질 실리콘보다 전자 이동도 및 전류의 On/Off 특성이 우수하고, 저온 다결정 실리콘에 비해 제조공정이 간단하고 저렴함 비용으로 제조가 가능한 산화물 박막 트랜지스터의 개발이 이루어지고 있다. 이러한, 산화물 박막 트랜지스터는 기존의 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 장비를 활용할 수 있는 장점 및 고해상도, 고속 구동의 장점이 있다. 이하에서는, 산화물 박막 트랜지스터를 박막 트랜지스터라 칭한다.
박막 트랜지스터(TFT)가 형성된 박막 트랜지스터 기판은 게이트 신호가 공급되는 복수의 게이트 라인과 데이터 신호가 공급되는 복수의 데이터 라인을 포함한다. 상기 게이트 라인들 및 데이터 라인들에 의해 복수의 화소들이 정의되고, 각 화소 마다 박막 트랜지스터가 형성되어 있다. 또한, 박막 트랜지스터 기판은 스토리지 커패시터 및 박막 트랜지스터와 연결되는 화소 전극(OLED 디스플레이 패널인 경우 애노드 전극)을 포함한다.
도 1은 종래 기술에 따른 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 베이스 기판(10) 상에 형성된 박막 트랜지스터는 구리(Cu)로 형성된 게이트 전극(20), 게이트 전극(20) 상에 형성된 게이트 절연막(30, GI: gate insulator), 게이트 절연막(30) 상에 GIZO(Gallium Indium Zinc Oxide)로 형성된 산화물 반도체층(40), 산화물 반도체층 상의 일부에 형성된 식각 방지층(50, ESL: etch stop layer) 및 소스/드레인 전극(60)을 포함한다. 도 1에서는 소스 전극과 드레인 전극 중에서 드레인 전극(60)만을 도시하고 있다.
여기서, 게이트 절연막(30)은 산화 규소(SiO2)로 형성되는데, 구리(Cu)로 형성된 게이트 전극(20)이 산화되어 게이트 전극(20)과 게이트 절연막(30) 사이에 산화막(25)이 형성된다.
도면에 도시하지 않았지만, 보호층의 상부에는 화상이 표시되는 표시 영역 즉, 개구부를 정의하는 뱅크가 형성되고, 보호층의 상면 중에서 표시 영역 상에 인듐틴옥사이드(ITO)와 같은 투명 전도성 물질로 애노드(anode) 전극이 형성된다. 애노드 전극은 상기 데이터 컨택을 통해 드레인 전극과 접속된다. 애노드 전극 상에는 인가된 전류에 의해 발광하는 유기 발광층이 형성되고, 상기 유기 발광층 상에 캐소드(cathode) 전극이 형성되어 하나의 화소가 구성된다.
도 2는 종래 기술에 따른 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판에서 게이트 전극의 표면의 산화로 인한 불량이 발생되는 것을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 박막 트랜지스터의 게이트 절연막(30)을 산화 규소(SiO2)로 형성하면, 게이트 절연막(30)의 증착 공정 시 산소 소스(oxygen source)에 의해 게이트 전극(20)의 계면이 산화(SiH4/N2O)되어 산화막(25)이 형성됨으로 인해 게이트 전극(20)의 계면에서 막 들뜸 불량이 발생된다. 게이트 전극(20)의 계면에 막 들뜸 불량이 발생되면 박막 트랜지스터의 동작 특성이 변화되고 구동 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.
이러한, 문제점을 개선하기 위해서, 게이트 전극(20) 위에 질화 규소(SiNx)로 첫 번째 게이트 절연막을 형성하고, 그 위에 산화 규소(SiO2)로 두 번째 게이트 절연막을 형성할 수 있다.
그러나, 게이트 절연막을 2중 구조로 형성하더라도, 첫 번째 게이트 절연막에 포함된 질소(nitrogen)가 GIZO(Gallium Indium Zinc Oxide)로 형성된 반도체층(40)에 침투하여 박막 트랜지스터의 특성이 변화되는 다른 문제점이 발생된다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 게이트 전극의 표면의 산화로 인한 불량을 방지할 수 있는 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판과 이의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 산화 규소(SiO2)로 박막 트랜지스터의 게이트 절연막을 형성함으로 인해 발생되는 박막 트랜지스터의 동작 특성의 변화를 방지할 수 있는 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판과 이의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 게이트 절연막을 질화 규소(SiNx)과 산화 규소(SiO2)의 2중 막으로 형성함으로 인해 산화물 박막 트랜지스터의 동작 특성이 변화되는 것을 방지할 수 있는 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판과 이의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판은 베이스 기판 상에 형성된 게이트 전극; 상기 게이트 전극을 덮도록 형성된 제1 게이트 절연막; 상기 제1 게이트 절연막 상에 형성된 제2 게이트 절연막; 상기 제2 게이트 절연막 상에서 상기 게이트 전극과 중첩되도록 형성된 반도체층; 상기 반도체층의 상부 일부 영역에 형성된 식각 방지층; 상기 반도체층 상의 일측에 형성된 소스 전극; 및 상기 반도체층 상의 타측에 형성된 드레인 전극;을 포함하고, 상기 제1 게이트 절연막과 상기 제2 게이트 절연막은 동일 물질로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 제조방법은 베이스 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극을 덮도록 제1 게이트 절연막을 형성하는 단계; 상기 제1 게이트 절연막 상에 제2 게이트 절연막을 형성하는 단계; 상기 제2 게이트 절연막 상에 상기 게이트 전극과 중첩되도록 반도체층을 형성하는 단계; 상기 반도체층의 상부 일부 영역에 식각 방지층을 형성하는 단계; 및 상기 반도체층 상의 일측에 소스 전극을 형성하고, 상기 반도체층 상의 타측에 드레인 전극을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 게이트 절연막과 상기 제2 게이트 절연막을 동일 물질로 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판과 이의 제조방법은 게이트 전극의 표면의 산화로 인한 박막 트랜지스터의 동작 불량을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판과 이의 제조방법은 산화 규소(SiO2)로 박막 트랜지스터의 게이트 절연막을 형성함으로 인해 발생되는 박막 트랜지스터의 동작 특성의 변화를 방지할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판과 이의 제조방법은 게이트 절연막을 2중 막으로 형성하면서도 산화물 박막 트랜지스터의 동작 특성이 변화되는 것을 방지할 수 있다.
위에서 언급된 본 발명의 특징 및 효과들 이외에도 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 효과들이 새롭게 파악될 수도 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판에서 게이트 전극의 표면의 산화로 인한 불량이 발생되는 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판을 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판에서 게이트 전극의 표면의 산화로 인한 불량이 발생되는 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판을 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 제조방법을 나타내는 도면이다.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 어떤 구조물(전극, 라인, 배선, 레이어, 컨택)이 다른 구조물 "상부에 또는 상에" 및 "하부에 또는 아래에" 형성된다고 기재된 경우, 이러한 기재는 이 구조물들이 서로 접촉되어 있는 경우는 물론이고 이들 구조물들 사이에 제3의 구조물이 개재되어 있는 경우까지 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판과 이의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판을 나타내는 도면이다. 도 3에서는 유기 발광장치의 전체 픽셀 중에서 하나의 픽셀에 형성된 박막 트랜지스터의 구조를 예로서 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판(100)은 베이스 기판(110), 게이트 전극(120), 제1 게이트 절연막(130), 제2 게이트 절연막(140), 반도체층(150), 식각 방지층(160), 소스/드레인 전극(170)을 포함한다. 상기 베이스 기판(110)은 유기 기판 또는 플라스틱 기판이 적용될 수 있다.
도면에 도시되지 않았지만, 베이스 기판(110)에는 버퍼층이 형성되어 있고, 게이트 신호가 공급되는 복수의 게이트 라인과 데이터 신호가 공급되는 복수의 데이터 라인이 상호 교차하도록 형성되어 있다. 상기 게이트 라인들 및 데이터 라인들에 의해 복수의 화소들이 정의되고, 각 화소 마다 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터가 형성되고, 데이터 라인을 통해 인가된 데이터 신호를 일정 시간 동안 저장하는 스토리지 커패시터가 형성된다.
베이스 기판(110) 상에 형성된 게이트 라인에서 돌출되어 게이트 전극(120)이 형성된다. 이때, 게이트 전극(120)은 구리(Cu) 또는 구리 합금(Cu alloy), 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy), 은(Ag) 또는 은 합금(Ag alloy), 금(Au) 또는 금 합금(Au alloy), 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴 합금(Mo alloy), 티타늄(Ti) 또는 티타늄 합금(Ti alloy)의 금속 물질로 형성될 수 있다.
상기 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 몰리브덴(Mo) 또는 티타늄(Ti)의 합금 물질로 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 망간(Mn), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 카드뮴(Cd), 은(Ag), 금(Au), 코발트(Co), 인듐(In), 탄탈룸(Ta), 하프늄(Hf), 텅스텐(W) 또는 크롬(Cr)이 이용될 수 있다.
다시, 도 3을 참조하면, 게이트 전극(120)을 덮도록 게이트 절연막이 형성되어 있는데, 단일 재료의 2중 막으로 게이트 절연막이 형성된다. 구체적으로, 게이트 전극(120)의 바로 위에 제1 게이트 절연막(130)이 형성된다. 제1 게이트 절연막(130) 상에 제2 게이트 절연막(140)이 형성된다.
여기서, 제1 게이트 절연막(130)과 제2 게이트 절연막(140)은 산화 규소(SiO2)로 형성되며, 규소(SiO2)의 조성비를 상이하게 형성한다.
제1 게이트 절연막(130)과 제2 게이트 절연막(140)은 산소(oxygen) 종 가스(예로서, N2O 가스)와 실리콘(silicon) 종 가스(예로서, SiH4 가스)의 유량비를 상이하게 챔버에 주입하여 증착막을 형성한다.
예로서, 챔버에 주입되는 성막 가스 중에서 산소(oxygen) 종 가스(예로서, N2O 가스)의 유량비를 10%~50%로 설정하여 제1 게이트 절연막(130)이 형성된다. 그리고, 성막 가스 중에서 산소(oxygen) 종 가스(예로서, N2O 가스)의 유량비를 51%~95%로 설정하여 제2 게이트 절연막(140)이 형성된다.
여기서, 제1 게이트 절연막(130)과 제2 게이트 절연막(140)은 동일 물질로 형성되므로, 하나의 챔버를 이용하여 성막 가스의 유량비를 조절함으로써 제1 게이트 절연막(130)과 제2 게이트 절연막(140)을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 금속 물질로 형성된 게이트 전극 위에 산화 규소(SiO2) 물질로 게이트 절연막(GI)를 형성하면, 금속 계면이 산소(Oxygen)에 의해 산화되어 게이트 전극의 계면에서 막 들뜸 불량이 발생될 수 있다.
본 발명과 같이, 게이트 전극(120)과 접촉되는 제1 게이트 절연막(130)은 성막 가스 중에서 산소(oxygen) 종 가스(예로서, N2O 가스)의 유량비를 10%~50%로 설정하여 형성함으로써 게이트 전극(120)의 계면이 산화되는 것을 방지 또는 줄일 수 있다.
한편, 제1 게이트 절연막(130) 상에 형성되는 제2 게이트 절연막(140)은 성막 가스 중에서 산소(oxygen) 종 가스(예로서, N2O 가스)의 유량비를 51%~95%로 설정하여 형성한다.
즉, 게이트 전극(120)과 접하는 제1 게이트 절연막(130)은 산소(Oxygen)의 비율을 제2 게이트 절연막(140)에 비해 상대적으로 낮게 형성하여 금속으로 형성되는 게이트 전극(120)의 계면이 산화되는 것을 방지 또는 줄일 수 있다. 그리고, 제1 게이트 절연막(130) 상에 형성되는 제2 게이트 절연막(140)은 산소(Oxygen)의 비율을 제1 게이트 절연막(130)에 비해 상대적으로 높게 형성하여 게이트 전극(120)의 절연성을 높일 수 있다.
여기서, 제1 게이트 절연막(130)과 제2 게이트 절연막(140)을 형성할 때 서로 다른 챔버를 사용할 수도 있다.
도 3에서는, 게이트 절연막을 동일 물질의 제1 게이트 절연막(130)과 제2 게이트 절연막(140)의 2중 막으로 형성되는 것으로 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 3중 막 또는 4중 막으로도 게이트 절연막을 형성할 수 있다. 이때, 제1 게이트 전극(120)과 접하는 제1 게이트 절연막은 성막 가스 중에서 산소(oxygen) 종 가스(예로서, N2O 가스)의 유량비를 50% 이하로 설정하여 형성할 수 있다.
한편, 상기 제1 게이트 절연막 이외의 게이트 절연막들은 성막 가스 중에서 산소(oxygen) 종 가스(예로서, N2O 가스)의 유량비를 제1 게이트 절연막을 형성할 때의 조건보다 높게 설정하여 형성할 수 있다.
다시, 도 3을 참조하면, 제2 게이트 절연막(140) 상에 반도체층(150)이 형성된다.
여기서, GIZO(Gallium Indium Zinc Oxide)의 산화물로 반도체층(150)이 형성될 수 있다. 또한, 비정질 실리콘(a-Si: amorphous silicon), 다결정 실리콘(polycrystalline silicon), 저온 다결정 실리콘(LTPS: Low Temperature Poly Silicon)으로 반도체층(150)이 형성될 수도 있다. 또한, 그라핀(Graphene) 또는 유기 물질로 반도체층(150)이 형성될 수도 있다.
반도체층(150) 상의 일부 영역에 식각 방지층(160, ESL: etch stop layer)이 형성되고, 식각 방지층(160)을 제외한 나머지 영역에 소스/드레인 전극(170)이 형성된다.
도면에 도시하지 않았지만, 소스/드레인 전극(170)을 덮도록 보호층이 형성되고, 보호층의 상부에는 화상이 표시되는 표시 영역 즉, 개구부를 정의하는 뱅크가 형성된다.
뱅크는 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene, BCB)계 수지, 아크릴계 수지 또는 폴리이미드 수지로 형성될 수 있다. 뱅크에 의해 정의된 표시 영역 내에는 박막 트랜지스터를 통해 인가된 구동 전류에 의해 발광하는 유기발광 다이오드(OLED)가 형성된다.
보호층의 상면 중에서 뱅크에 의해 정의된 표시 영역 상에 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide) 또는 ITZO(indium tin zinc oxide)와 같은 투명 전도성 물질로 애노드 전극(LCD 패널인 경우에는 화소 전극)이 형성된다. 보호층은 포토 아크릴(photo acryl)로 3um 내외의 두께를 가지도록 형성되어 베이스 기판(110) 상에 형성된 박막 트랜지스터의 상부 전면을 평탄화 시킨다.
소스 전극(170a)은 데이터 라인과 연결되고, 드레인 전극(170b)은 컨택을 통해 애노드 전극(LCD 패널인 경우, 화소 전극)과 연결된다. 애노드 전극 상에는 인가된 전류에 의해 발광하는 유기 발광층이 형성되고, 상기 유기 발광층 상에 캐소드(cathode) 전극이 형성되어 하나의 화소가 구성된다. 상기 컨택은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)와 같은 금속 물질로 형성될 수 있다.
애노드 전극, 유기 발광층 및 캐소드 전극이 순차적으로 형성되어 유기발광 다이오드(OLED)를 구성하게 된다. 풀 컬러 화상을 표시하기 위해, 유기발광 다이오드(OLED)는 레드(red), 그린(green) 또는 블루(blue)의 색광을 발광할 수 있다.
다른 예로서, 유기발광 다이오드(OLED)는 자외선(UV) 또는 백색광을 발광하고, 그 위에 레드(red), 그린(green) 및 블루(blue)의 컬러필터가 형성되어 풀 컬러 화상을 표시할 수도 있다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판은 게이트 절연막을 산화 규소(SiO2)로 형성함으로 인해 박막 트랜지스터의 게이트 전극의 표면이 산화되어 발생되는 계면 불량을 방지할 수 있다. 또한, 게이트 절연막을 2중 막으로 형성하면서도 산화물 박막 트랜지스터의 동작 특성이 변화되는 것을 방지할 수 있다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 베이스 기판(110) 상에 게이트 라인을 형성할 때, 상기 형성된 게이트 라인에서 돌출되도록 게이트 전극(120)을 형성한다. 상기 베이스 기판(110)은 유기 기판 또는 플라스틱 기판이 적용될 수 있으며, 베이스 기판(110) 상에는 버퍼층이 형성될 수 있다.
이때, 게이트 전극(120)은 구리(Cu) 또는 구리 합금(Cu alloy), 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy), 은(Ag) 또는 은 합금(Ag alloy), 금(Au) 또는 금 합금(Au alloy), 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴 합금(Mo alloy), 티타늄(Ti) 또는 티타늄 합금(Ti alloy)의 금속 물질을 베이스 기판(110) 전면에 증착시킨 후, 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정, 식각 공정 및 세정 공정을 수행하여 게이트 라인과 함께 게이트 전극(120)을 형성한다.
상기 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 몰리브덴(Mo) 또는 티타늄(Ti)의 합금 물질로 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 망간(Mn), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 카드뮴(Cd), 은(Ag), 금(Au), 코발트(Co), 인듐(In), 탄탈룸(Ta), 하프늄(Hf), 텅스텐(W) 또는 크롬(Cr)이 이용될 수 있다.
이어서, 도 5를 참조하면, 챔버 내부에 베이스 기판(110)을 입고시킨 후, 성막 가스를 주입하여 게이트 전극(120)을 덮도록 제1 게이트 절연막(130)을 형성한다.
이어서, 도 6을 참조하면, 챔버 내부에 성막 가스를 주입하여 제1 게이트 절연막(130) 상에 제2 게이트 절연막(140)을 형성한다.
여기서, 제1 게이트 절연막(130)과 제2 게이트 절연막(140)은 산화 규소(SiO2)로 형성되며, 산소(oxygen) 종 가스(예로서, N2O 가스)와 실리콘(silicon) 종 가스(예로서, SiH4 가스)의 유량비를 상이하게 챔버에 주입하여 증착막을 형성한다.
예로서, 챔버에 주입되는 성막 가스 중에서 산소(oxygen) 종 가스(예로서, N2O 가스)의 유량비를 10%~50%로 설정하여 제1 게이트 절연막(130)을 형성한다.
그리고, 성막 가스 중에서 산소(oxygen) 종 가스(예로서, N2O 가스)의 유량비를 51%~95%로 설정하여 제2 게이트 절연막(140)을 형성한다.
여기서, 제1 게이트 절연막(130)과 제2 게이트 절연막(140)은 동일 물질로 형성되므로, 하나의 챔버를 이용하여 성막 가스의 유량비를 조절함으로써 제1 게이트 절연막(130)과 제2 게이트 절연막(140)을 형성할 수 있다. 한편, 제1 게이트 절연막(130)과 제2 게이트 절연막(140)을 형성할 때 서로 다른 챔버를 사용할 수도 있다.
이와 같이, 게이트 전극(120)과 접촉되는 제1 게이트 절연막(130)은 성막 가스 중에서 산소(oxygen) 종 가스(예로서, N2O 가스)의 유량비를 10%~50%로 설정하여 형성함으로써 게이트 전극(120)의 계면이 산화되는 것을 방지 또는 줄일 수 있다.
한편, 제1 게이트 절연막(130) 상에 형성되는 제2 게이트 절연막(140)은 성막 가스 중에서 산소(oxygen) 종 가스(예로서, N2O 가스)의 유량비를 51%~95%로 설정하여 형성한다.
즉, 게이트 전극(120)과 접하는 제1 게이트 절연막(130)은 산소(Oxygen)의 비율을 제2 게이트 절연막(140)에 비해 상대적으로 낮게 형성하여 금속으로 형성되는 게이트 전극(120)의 계면이 산화되는 것을 방지 또는 줄일 수 있다.
그리고, 제1 게이트 절연막(130) 상에 형성되는 제2 게이트 절연막(140)은 산소(Oxygen)의 비율을 제1 게이트 절연막(130)에 비해 상대적으로 높게 형성하여 게이트 전극(120)의 절연성을 높일 수 있다.
도 5 및 도 6에서는 제1 게이트 절연막(130)과 제2 게이트 절연막(140)의 2중 막으로 형성하는 것으로 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 3중 막 또는 4중 막으로도 게이트 절연막을 형성할 수 있다. 이때, 제1 게이트 전극(120)과 접하는 제1 게이트 절연막은 성막 가스 중에서 산소(oxygen) 종 가스(예로서, N2O 가스)의 유량비를 50% 이하로 설정하여 형성할 수 있다.
한편, 상기 제1 게이트 절연막 이외의 게이트 절연막들은 성막 가스 중에서 산소(oxygen) 종 가스(예로서, N2O 가스)의 유량비를 제1 게이트 절연막을 형성할 때의 조건보다 높게 설정하여 형성할 수 있다.
이어서, 도 7을 참조하면, 제2 게이트 절연막(140) 상에 반도체 물질을 증착시킨 후, 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정, 식각 공정 및 세정 공정을 수행하여 게이트 전극(120)과 중첩되도록 반도체층(150)을 형성한다.
여기서, GIZO(Gallium Indium Zinc Oxide)의 산화물로 반도체층(150)을 형성할 수 있다. 또한, 비정질 실리콘(a-Si: amorphous silicon), 다결정 실리콘(polycrystalline silicon), 저온 다결정 실리콘(LTPS: Low Temperature Poly Silicon)으로 반도체층(150)을 형성할 수도 있다. 또한, 그라핀(Graphene) 또는 유기 물질로 반도체층(150)을 형성할 수도 있다.
이어서, 도 8을 참조하면, 반도체층(150) 상의 일부 영역에 식각 방지층(160, ESL: etch stop layer)을 형성한다.
이후, 상기 식각 방지층(160) 상에 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)와 같은 금속 물질 또는 상기 물질들을 포함하는 합금을 증착한 후, 패터닝하여 반도체층(150)과 연결되는 소스/드레인 전극(170)을 형성한다.
반도체층(150)의 일측 상에는 데이터 라인과 연결되는 소스 전극이 형성되고, 반도체층(150)의 타측 상에는 애노드 전극(또는 화소 전극)과 접속되는 드레인 전극이 형성된다. 도 8에서는 소스 전극과 드레인 전극 중에서 일부만을 도시하고 있다. 소스/드레인 전극(170)을 형성할 때, 구리 합금 산화막(Cu alloy oxide layer) 또는 구리 합금 질화막(Cu alloy nitride layer)을 베리어(barrier)로 적용할 수 있다.
이어서, 도면에 도시하지 않았지만 소스/드레인 전극(170)을 덮도록 보호층을 형성하고, 보호층의 상부에는 화상이 표시되는 표시 영역 즉, 개구부를 정의하는 뱅크를 형성한다.
뱅크는 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene, BCB)계 수지, 아크릴계 수지 또는 폴리이미드 수지로 형성할 수 있다. 뱅크에 의해 정의된 표시 영역 내에는 박막 트랜지스터를 통해 인가된 구동 전류에 의해 발광하는 유기발광 다이오드(OLED)를 형성한다.
보호층의 상면 중에서 뱅크에 의해 정의된 표시 영역 상에 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide) 또는 ITZO(indium tin zinc oxide)와 같은 투명 전도성 물질로 애노드 전극(LCD 패널인 경우에는 화소 전극)을 형성한다. 보호층은 포토 아크릴(photo acryl)로 3um 내외의 두께를 가지도록 형성되어 베이스 기판(110) 상에 형성된 박막 트랜지스터의 상부 전면을 평탄화 시킨다.
애노드 전극 상에는 인가된 전류에 의해 발광하는 유기 발광층이 형성하고, 상기 유기 발광층 상에 캐소드(cathode) 전극을 형성하여 하나의 화소를 구성한다. 상기 컨택은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)와 같은 금속 물질로 형성할 수 있다.
애노드 전극, 유기 발광층 및 캐소드 전극이 순차적으로 형성되어 유기발광 다이오드(OLED)를 구성하게 된다. 풀 컬러 화상을 표시하기 위해, 유기발광 다이오드(OLED)는 레드(red), 그린(green) 또는 블루(blue)의 색광을 발광할 수 있다.
다른 예로서, 유기발광 다이오드(OLED)는 자외선(UV) 또는 백색광을 발광하고, 그 위에 레드(red), 그린(green) 및 블루(blue)의 컬러필터가 형성되어 풀 컬러 화상을 표시할 수도 있다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 제조방법은 게이트 절연막을 산화 규소(SiO2)로 형성함으로 인해 박막 트랜지스터의 게이트 전극의 표면이 산화되어 발생되는 계면 불량을 방지할 수 있다. 또한, 게이트 절연막을 산화 규소(SiO2) 물질의 2중 막으로 형성하면서도 산화물 박막 트랜지스터의 동작 특성이 변화되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당 업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 박막 트랜지스터 기판 110: 베이스 기판
120: 게이트 전극 130: 제1 게이트 절연막
140: 제2 게이트 절연막 150: 반도체층
160: 식각 방지층 170a: 소스 전극
170b: 드레인 전극
120: 게이트 전극 130: 제1 게이트 절연막
140: 제2 게이트 절연막 150: 반도체층
160: 식각 방지층 170a: 소스 전극
170b: 드레인 전극
Claims (10)
- 베이스 기판 상에 형성된 게이트 전극;
상기 게이트 전극을 덮도록 형성된 제1 게이트 절연막;
상기 제1 게이트 절연막 상에 형성된 제2 게이트 절연막;
상기 제2 게이트 절연막 상에서 상기 게이트 전극과 중첩되도록 형성된 반도체층;
상기 반도체층의 상부 일부 영역에 형성된 식각 방지층;
상기 반도체층 상의 일측에 형성된 소스 전극; 및
상기 반도체층 상의 타측에 형성된 드레인 전극;을 포함하고,
상기 제1 게이트 절연막과 상기 제2 게이트 절연막은 산화규소(SiO2)로 형성되며, 상기 제1 게이트 절연막의 산소의 비율이 상기 제2 게이트 절연막의 산소의 비율에 비해 낮은, 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판. - 삭제
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 게이트 절연막과 상기 제2 게이트 절연막은 산소(oxygen) 종 가스와 실리콘(silicon) 종 가스의 유량비를 상이하게 설정하여 형성된, 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판. - 제1 항에 있어서,
상기 게이트 전극은 구리(Cu) 또는 구리 합금(Cu alloy), 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy), 은(Ag) 또는 은 합금(Ag alloy), 금(Au) 또는 금 합금(Au alloy), 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴 합금(Mo alloy), 티타늄(Ti) 또는 티타늄 합금(Ti alloy)의 금속 물질로 형성되고,
상기 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 몰리브덴(Mo) 또는 티타늄(Ti)의 합금 물질은 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 망간(Mn), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 카드뮴(Cd), 은(Ag), 금(Au), 코발트(Co), 인듐(In), 탄탈룸(Ta), 하프늄(Hf), 텅스텐(W) 또는 크롬(Cr)인, 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판. - 제1 항에 있어서,
상기 반도체층은 GIZO (Gallium Indium Zinc Oxide), 비정질 실리콘(amorphous silicon), 다결정 실리콘(polycrystalline silicon), 저온 다결정 실리콘(Low Temperature Poly Silicon), 그라핀(Graphene) 또는 유기 물질로 형성된, 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판. - 베이스 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;
상기 게이트 전극을 덮도록 제1 게이트 절연막을 형성하는 단계;
상기 제1 게이트 절연막 상에 제2 게이트 절연막을 형성하는 단계;
상기 제2 게이트 절연막 상에 상기 게이트 전극과 중첩되도록 반도체층을 형성하는 단계;
상기 반도체층의 상부 일부 영역에 식각 방지층을 형성하는 단계; 및
상기 반도체층 상의 일측에 소스 전극을 형성하고, 상기 반도체층 상의 타측에 드레인 전극을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 게이트 절연막과 상기 제2 게이트 절연막을 산화규소(SiO2)로 형성하며, 상기 제1 게이트 절연막의 산소의 비율이 상기 제2 게이트 절연막의 산소의 비율에 비해 낮은, 박막 트랜지스터 기판의 제조방법. - 삭제
- 제7 항에 있어서,
상기 제1 게이트 절연막과 상기 제2 게이트 절연막은 산소 종 가스와 실리콘 종 가스의 유량비를 상이하게 설정하되,
성막 가스 중에서 산소 종 가스의 유량비를 10%~50%로 설정하여 상기 제1 게이트 절연막을 형성하고,
성막 가스 중에서 산소 종 가스의 유량비를 51%~95%로 설정하여 상기 제2 게이트 절연막을 형성하는, 박막 트랜지스터 기판의 제조방법. - 제7 항에 있어서,
GIZO(Gallium Indium Zinc Oxide), 비정질 실리콘(amorphous silicon), 다결정 실리콘(polycrystalline silicon), 저온 다결정 실리콘(Low Temperature Poly Silicon), 그라핀(Graphene) 또는 유기 물질로 상기 반도체층을 형성하는, 박막 트랜지스터 기판의 제조방법.
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| KR1020130035801A KR102127235B1 (ko) | 2013-04-02 | 2013-04-02 | 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판과 이의 제조방법 |
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| KR1020130035801A KR102127235B1 (ko) | 2013-04-02 | 2013-04-02 | 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판과 이의 제조방법 |
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| KR20140120415A KR20140120415A (ko) | 2014-10-14 |
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| KR1020130035801A KR102127235B1 (ko) | 2013-04-02 | 2013-04-02 | 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 기판과 이의 제조방법 |
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| WO2012067030A1 (ja) * | 2010-11-16 | 2012-05-24 | 株式会社アルバック | 電極膜、スパッタリングターゲット、薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタ製造方法 |
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