KR20110063052A - 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 산화물 반도체를 액티브층으로 사용한 박막 트랜지스터에 있어서, 기판의 소정영역에 자외선(ultraviolet; UV) 또는 자기조립단분자막(Self-Assembled Monolayer; SAM) 처리를 하여 액티브층이 형성될 영역을 친수성(hydrophilic)으로 한정함으로써 포토리소그래피(photolithography)공정의 추가 없이 잉크젯(inkjet) 프린팅방식으로 고 해상도(resolution)의 소자를 구현하기 위한 것으로, 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 위에 소오스/드레인전극을 형성하는 단계; 상기 소오스/드레인전극이 형성된 기판 위에 액티브층이 형성될 영역을 친수성으로 처리하는 단계; 토출장치를 이용하여 상기 액티브층이 형성될 영역에 산화물 반도체로 이루어진 액티브층을 형성하는 단계; 상기 액티브층이 형성된 기판 위에 게이트절연막을 형성하는 단계; 및 상기 게이트절연막 위에 게이트전극을 형성하는 단계를 포함한다.
산화물 박막 트랜지스터, 자외선, 자기조립단분자막, 친수성, 잉크젯 프린팅

Description

산화물 박막 트랜지스터의 제조방법{METHOD OF FABRICATING OXIDE THIN FILM TRANSISTOR}
본 발명은 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산화물 반도체를 액티브층으로 사용한 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.
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.
상기 액정표시장치는 크게 컬러필터(color filter) 기판과 어레이(array) 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.
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.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 액정표시장치의 구조에 대해서 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
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.
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.
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.
상기의 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)은 화상표시 영역의 외곽에 형성 된 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.
한편, 전술한 액정표시장치는 가볍고 전력소모가 작아 지금가지 가장 주목받는 디스플레이 소자이지만, 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.
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.
최근 유기전계발광 디스플레이의 대면적화에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 이를 달성하기 위하여 유기전계발광소자의 구동 트랜지스터로서 정전류 특성을 확보하여 안정된 작동 및 내구성이 확보된 트랜지스터 개발이 요구되고 있다.
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 확보 가 어려워 대면적화가 어렵고 고온 공정이 필요하다.
이에 산화물 반도체로 액티브층을 형성한 산화물 박막 트랜지스터를 개발하고 있는데, 상기 액티브층을 잉크젯(inkjet) 프린팅방식으로 형성하는 경우에는 해상도(resolution) 향상을 위해 뱅크(bank)를 추가로 형성하여야 한다.
도 2는 일반적인 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 상부 게이트(top gate) 구조의 산화물 박막 트랜지스터를 예를 들어 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 산화물 박막 트랜지스터는 기판(10) 위에 형성된 소오스/드레인전극(22, 23), 잉크젯 프린팅을 위해 상기 소오스/드레인전극(22, 23) 상부에 형성된 뱅크(50), 상기 뱅크(50)로 한정된 영역에 산화물 반도체로 형성된 액티브층(24), 상기 액티브층(24)과 뱅크(50) 위에 형성된 게이트절연막(15) 및 상기 게이트절연막(15) 위에 형성된 게이트전극(21)으로 이루어져 있다.
이때, 전술한 바와 같이 산화물 박막 트랜지스터의 액티브층을 잉크젯 프린팅방식으로 형성하는 경우에는 해상도 향상을 위하여, 추가적인 포토리소그래피(photolithography)공정을 통해 뱅크를 형성하는 것이 요구된다. 따라서, 잉크젯 프린팅방식을 통한 실질적인 포토리소그래피공정의 절감이 실현되지 않게 되며, 상기 뱅크를 형성하지 않는 경우에는 잉크젯 프린팅을 통해 도팅(dotting)된 잉크가 퍼져서 고 해상도의 패턴을 형성하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 산화물 반도체를 액티브층으로 사용한 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 포토리소그래피공정의 추가 없이 잉크젯 프린팅방식으로 고 해상도의 소자를 구현하도록 한 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 위에 소오스/드레인전극을 형성하는 단계; 상기 소오스/드레인전극이 형성된 기판 위에 액티브층이 형성될 영역을 친수성으로 처리하는 단계; 토출장치를 이용하여 상기 액티브층이 형성될 영역에 산화물 반도체로 이루어진 액티브층을 형성하는 단계; 상기 액티브층이 형성된 기판 위에 게이트절연막을 형성하는 단계; 및 상기 게이트절연막 위에 게이트전극을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 산화물 박막 트랜지스터의 다른 제조방법은 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 위에 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 게이트전극이 형성된 기판 위에 게이트절연막을 형성하는 단계; 상기 게이트절연막이 형성된 기판 위에 액티 브층이 형성될 영역을 친수성으로 처리하는 단계; 토출장치를 이용하여 상기 액티브층이 형성될 영역에 산화물 반도체로 이루어진 액티브층을 형성하는 단계; 및 상기 액티브층이 형성된 기판 위에 상기 액티브층과 전기적으로 접속하는 소오스/드레인전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 비정질 산화물 반도체를 액티브층으로 사용함에 따라 균일도가 우수하여 대면적 디스플레이에 적용 가능한 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 기판의 소정영역에 자외선 또는 자기조립단분자막 처리를 하여 액티브층이 형성될 영역을 친수성으로 한정함으로써 포토리소그래피공정의 추가 없이 잉크젯 프린팅방식으로 고 해상도의 소자를 구현할 수 있게 된다. 그 결과 산화물 박막 트랜지스터의 제조공정이 단순화되어 제조비용을 절감할 수 있는 효과를 제공한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 상부 게이트 구조의 산화물 박막 트랜지스터를 예를 들어 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜 지스터는 기판(110) 위에 형성된 소오스/드레인전극(122, 123), 상기 소오스/드레인전극(122, 123)과 전기적으로 접속하며 산화물 반도체로 형성된 액티브층(124), 상기 액티브층(124) 위에 형성된 게이트절연막(115) 및 상기 게이트절연막(115) 위에 형성된 게이트전극(121)으로 이루어져 있다.
그리고, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 게이트전극(121)은 소정의 게이트라인에 연결되고 상기 소오스전극(122)의 일부는 일방향으로 연장되어 데이터라인에 연결되며, 상기 게이트라인과 데이터라인은 기판(110) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하게 된다.
이때, 상기 액티브층(124)은 예를 들어, AOx, ABOx, ABCOx, ABCDOx 또는 ABCDEOx 형태의 산화물 반도체로 형성될 수 있으며, 이때 상기 산화물 반도체는 A=Zn으로 이루어지고, 상기 A, B, C, D 및 E는 서로 다른 원소로 이루어질 수 있다.
이와 같이 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 비정질 아연 산화물계 반도체를 이용하여 액티브층(124)을 형성함에 따라 높은 이동도와 정전류 테스트 조건을 만족하는 한편 균일한 특성이 확보되어 대면적 디스플레이에 적용 가능한 장점을 가지고 있다.
상기 아연 산화물은 산소 함량에 따라 전도성, 반도체성 및 저항성의 3가지 성질을 모두 구현할 수 있는 물질로, 비정질 아연 산화물계 반도체 물질을 액티브층(124)으로 적용한 산화물 박막 트랜지스터는 액정표시장치와 유기전계발광 디스플레이를 포함하는 대면적 디스플레이에 적용될 수 있다.
또한, 최근 투명 전자회로에 엄청난 관심과 활동이 집중되고 있는데, 상기 비정질 아연 산화물계 반도체 물질을 액티브층(124)으로 적용한 산화물 박막 트랜지스터는 높은 이동도를 가지는 한편 저온에서 제작이 가능함에 따라 상기 투명 전자회로에 사용될 수 있는 장점이 있다.
이와 같은 특징을 가진 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 기판(110)의 소정영역, 즉 액티브층(124)이 형성될 영역에 자외선, 자외선 오존(Ultra Violet Ozone; UVO) 또는 자기조립단분자막 처리를 하여 상기 액티브층이 형성(124)될 영역만을 친수성으로 한정(define)함으로써 포토리소그래피공정의 추가 없이 잉크젯 프린팅방식으로 고 해상도의 액티브층(124)을 형성할 수 있게 되는데, 이를 다음의 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조공정을 통해 상세히 설명한다.
도 4a 내지 도 4e는 상기 도 3에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도로써, 자외선 또는 자외선 오존 조사를 이용하는 경우를 예를 들어 나타내고 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 투명한 절연물질로 이루어진 기판(110) 위에 소정의 소오스/드레인전극(122, 123)을 형성한다.
이때, 본 발명의 산화물 박막 트랜지스터에 적용되는 비정질 산화물 반도체는 저온 증착이 가능하여, 플라스틱 기판, 플라스틱 필름, 소다라임 글라스 등의 저온 공정에 적용이 가능한 기판(110)을 사용할 수 있다. 또한, 비정질 특성을 나타냄으로 인해 대면적 디스플레이용 기판(110)의 사용이 가능하다.
또한, 상기 소오스/드레인전극(122, 123)은 제 1 도전막을 상기 기판(110) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정(제 1 마스크공정)을 통해 선택적으로 패터닝하여 형성하게 된다.
여기서, 상기 제 1 도전막은 알루미늄(aluminium; Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(tungsten; W), 구리(copper; Cu), 니켈(nickel; Ni), 크롬(chromium; Cr), 몰리브덴(molybdenum; Mo), 티타늄(titanium; Ti), 백금(platinum; Pt), 탄탈(tantalum; Ta) 등의 불투명 도전물질 중 적어도 하나를 이용하여 단일층 또는 다중층으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 제 1 도전막은 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO), 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO), 인듐-틴-징크-옥사이드(Indium Tin Zinc Oxide; ITZO) 등의 투명 도전물질 중 적어도 하나를 이용하여 단일층 또는 다중층으로 형성하거나 상기 불투명 도전물질과 투명 도전물질을 각각 증착한 이중층으로 형성할 수도 있다.
다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 소오스/드레인전극(122, 123)이 형성된 기판(110) 위에 소정의 마스크(160)를 위치시킨 후, 상기 마스크(160)를 통해 상기 기판(110) 표면에 소정의 자외선 또는 자외선 오존을 조사한다.
이때, 상기 자외선 또는 자외선 오존 조사는 잉크젯 프린팅방식으로 액티브층을 형성하기 전에 미리 액티브층이 형성될 영역을 친수성으로 만들어 상기 액티브층이 형성될 영역을 그 외 영역으로부터 한정하기 위한 것이다.
다음으로, 도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이, 잉크젯 프린팅 장치와 같은 토출장치(140)를 통해 소정의 산화물 반도체 용액(145)을 토출하여 상기 친수성의 액티브층이 형성될 영역에 소정의 액티브층(124)을 형성한다.
이때, 참고로 도 5a는 표면처리 없이 잉크젯 프린팅방식으로 액티브층을 형성한 경우의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 사진을 나타내고 도 5b는 자외선 오존 처리 후에 잉크젯 프린팅방식으로 액티브층을 형성한 경우의 주사전자현미경 사진을 나타내고 있다.
상기 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 본 발명에 따른 표면처리를 통해 뱅크와 같은 구조물 없이도 액티브층의 고 해상도 구현이 가능한 것을 알 수 있다.
그리고, 상기 액티브층(124)은 포토리소그래피공정이 필요 없는 잉크젯 프린팅방식에 의해 형성됨에 따라 공정이 단순화되는 동시에 패턴 위치, 즉 상기 친수성의 액티브층이 형성될 영역에 원재료를 직접 토출하여 형성할 수 있기 때문에 산화물 반도체의 사용량도 절감할 수 있게 된다.
상기 산화물 반도체 용액(145)은 수용액이나 유기 용매에 산화물 반도체 물질이 용해된 것으로 상기 토출장치(140)를 통해 산화물 반도체 용액(145)이 토출된 후에는 가열을 통해 상기 산화물 반도체 용액(145) 내의 용매 성분이 제거되게 된다.
이때, 상기 산화물 반도체는 예를 들어, AOx, ABOx, ABCOx, ABCDOx 또는 ABCDEOx 형태의 산화물 반도체로 형성될 수 있으며, 이때 상기 산화물 반도체는 A=Zn으로 이루어지고, 상기 A, B, C, D 및 E는 서로 다른 원소로 이루어질 수 있다.
이후, 상기 액티브층(124)이 형성된 기판(110) 전면에 실리콘질화막(SiNx), 실리콘산화막(SiO2)과 같은 무기절연막 또는 하프늄(hafnium; Hf) 옥사이드, 알루미늄 옥사이드와 같은 고유전성 산화막으로 게이트절연막(115)을 형성한다. 또한, 유기절연막으로 파릴렌(parylene) 또는 폴리아크릴레이트(polyacrilate)를 사용할 수도 있다.
이때, 상기 게이트절연막(115)은 화학기상증착(Chemical Vapour Deposition; CVD) 또는 플라즈마 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition; PECVD)과 같은 화학기상증착방식, 스퍼터링(sputtering)과 같은 물리기상증착(Physical Vapour Deposition; PVD)방식, 스핀 코팅(spin coating)방식 또는 상기의 잉크젯 프린팅 방식으로 형성할 수 있다.
다음으로, 도 4e에 도시된 바와 같이, 상기 게이트절연막(115)이 형성된 기판(110) 전면에 제 2 도전막을 형성한다.
이때, 상기 제 2 도전막은 게이트전극을 형성하기 위해 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 구리, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 티타늄, 백금, 탄탈 등의 불투명 도전물질 중 적어도 하나를 이용하여 단일층 또는 다중층으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 제 2 도전막은 인듐-틴-옥사이드, 인듐-징크-옥사이드, 인듐-틴-징크-옥사이드 등의 투명 도전물질 중 적어도 하나를 이용하여 단일층 또는 다중층으로 형성하거나 상기 불투명 도전물질과 투명 도전물질을 각각 증착한 이중층으로 형성할 수도 있다.
그리고, 포토리소그래피공정(제 2 마스크공정)을 통해 상기 제 2 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 게이트절연막(115) 위에 상기 제 2 도전막으로 이루어진 게이트전극(121)을 형성하게 된다.
도 6a 내지 도 6e는 상기 도 3에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 다른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도로써, 자기조립단분자막 처리를 이용하는 경우를 예를 들어 나타내고 있다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 투명한 절연물질로 이루어진 기판(110) 위에 소정의 소오스/드레인전극(122, 123)을 형성한다.
이때, 본 발명의 산화물 박막 트랜지스터에 적용되는 비정질 산화물 반도체는 저온 증착이 가능하여, 플라스틱 기판, 플라스틱 필름, 소다라임 글라스 등의 저온 공정에 적용이 가능한 기판(110)을 사용할 수 있다. 또한, 비정질 특성을 나타냄으로 인해 대면적 디스플레이용 기판(110)의 사용이 가능하다.
또한, 상기 소오스/드레인전극(122, 123)은 제 1 도전막을 상기 기판(110) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정(제 1 마스크공정)을 통해 선택적으로 패터닝하여 형성하게 된다.
다음으로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110)의 일부와 상기 소오스/드레인전극(122, 123)의 일부, 즉 액티브층이 형성되지 않을 영역 표면에 소정의 자기조립단분자막(170)을 형성한다.
이때, 상기 자기조립단분자막(170)은 소수성을 가지는 유기막으로 상기 액티브층이 형성되지 않을 영역에 형성됨에 따라 그 외 영역인 액티브층이 형성될 영역을 친수성으로 만들게 하는 역할을 한다.
다음으로, 도 6c 및 도 6d에 도시된 바와 같이, 잉크젯 프린팅 장치와 같은 토출장치(140)를 통해 소정의 산화물 반도체 용액(145)을 토출하여 상기 친수성의 액티브층이 형성될 영역에 소정의 액티브층(124)을 형성한다.
이때, 전술한 바와 같이 상기 액티브층(124)은 포토리소그래피공정이 필요 없는 잉크젯 프린팅방식에 의해 형성됨에 따라 공정이 단순화되는 동시에 패턴 위치, 즉 상기 친수성의 액티브층이 형성될 영역에 원재료를 직접 토출하여 형성할 수 있기 때문에 산화물 반도체의 사용량도 절감할 수 있게 된다.
상기 산화물 반도체 용액(145)은 수용액이나 유기 용매에 산화물 반도체 물질이 용해된 것으로 상기 토출장치(140)를 통해 산화물 반도체 용액(145)이 토출된 후에는 가열을 통해 상기 산화물 반도체 용액(145) 내의 용매 성분이 제거되게 된다.
이때, 상기 산화물 반도체는 예를 들어, AOx, ABOx, ABCOx, ABCDOx 또는 ABCDEOx 형태의 산화물 반도체로 형성될 수 있으며, 이때 상기 산화물 반도체는 A=Zn으로 이루어지고, 상기 A, B, C, D 및 E는 서로 다른 원소로 이루어질 수 있다.
이후, 상기 액티브층(124)이 형성된 기판(110) 전면에 실리콘질화막, 실리콘산화막과 같은 무기절연막 또는 하프늄 옥사이드, 알루미늄 옥사이드와 같은 고유전성 산화막으로 게이트절연막(115)을 형성한다. 또한, 유기절연막으로 파릴렌 또는 폴리아크릴레이트를 사용할 수도 있다.
다음으로, 도 6e에 도시된 바와 같이, 상기 게이트절연막(115)이 형성된 기 판(110) 전면에 제 2 도전막을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 2 마스크공정)을 통해 상기 제 2 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 게이트절연막(115) 위에 상기 제 2 도전막으로 이루어진 게이트전극(121)을 형성하게 된다.
이와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 기존의 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법과 비교하여 포토리소그래피공정을 줄일 수 있는 동시에 경쟁력이 뛰어난 프린팅방식을 사용할 수 있어 전체적인 공정 수를 단축시킬 수 있고 획기적인 원가절감을 달성할 수 있게 된다.
한편, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 게이트전극이 기판의 최상층에 위치한 상부 게이트 구조의 산화물 박막 트랜지스터를 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 상기 게이트전극이 기판의 최하층에 위치한 하부 게이트(bottom gate) 구조의 산화물 박막 트랜지스터에도 적용 가능하며, 이를 다음의 본 발명의 제 2 실시예를 통해 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 하부 게이트 구조의 산화물 박막 트랜지스터를 예를 들어 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 기판(210) 위에 형성된 게이트전극(221), 상기 게이트전극(221) 위에 형성된 게이트절연막(215), 상기 게이트절연막(215) 위에 산화물 반도체로 형성된 액티브층(224) 및 상기 액티브층(224)의 소정영역과 전기적으로 접속하는 소오스/드 레인전극(222, 223)으로 이루어져 있다.
그리고, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 게이트전극(221)은 소정의 게이트라인에 연결되고 상기 소오스전극(222)의 일부는 일방향으로 연장되어 데이터라인에 연결되며, 상기 게이트라인과 데이터라인은 기판(210) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하게 된다.
이때, 상기 액티브층(224)은 예를 들어, AOx, ABOx, ABCOx, ABCDOx 또는 ABCDEOx 형태의 산화물 반도체로 형성될 수 있으며, 이때 상기 산화물 반도체는 A=Zn으로 이루어지고, 상기 A, B, C, D 및 E는 서로 다른 원소로 이루어질 수 있다.
이와 같이 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 전술한 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터와 동일하게 비정질 아연 산화물계 반도체를 이용하여 액티브층(224)을 형성함에 따라 높은 이동도와 정전류 테스트 조건을 만족하는 한편 균일한 특성이 확보되어 대면적 디스플레이에 적용 가능한 장점을 가지고 있다.
상기 아연 산화물은 산소 함량에 따라 전도성, 반도체성 및 저항성의 3가지 성질을 모두 구현할 수 있는 물질로, 비정질 아연 산화물계 반도체 물질을 액티브층(224)으로 적용한 산화물 박막 트랜지스터는 액정표시장치와 유기전계발광 디스플레이를 포함하는 대면적 디스플레이에 적용될 수 있다.
또한, 최근 투명 전자회로에 엄청난 관심과 활동이 집중되고 있는데, 상기 비정질 아연 산화물계 반도체 물질을 액티브층(224)으로 적용한 산화물 박막 트랜 지스터는 높은 이동도를 가지는 한편 저온에서 제작이 가능함에 따라 상기 투명 전자회로에 사용될 수 있는 장점이 있다.
이와 같은 특징을 가진 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 기판(210)의 소정영역, 즉 액티브층(224)이 형성될 영역에 자외선, 자외선 오존 또는 자기조립단분자막 처리를 하여 상기 액티브층이 형성(224)될 영역만을 친수성으로 한정함으로써 포토리소그래피공정의 추가 없이 잉크젯 프린팅방식으로 고 해상도의 액티브층(224)을 형성할 수 있게 되는데, 이를 다음의 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조공정을 통해 상세히 설명한다.
도 8a 내지 도 8e는 상기 도 7에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도로써, 자외선 또는 자외선 오존 조사를 이용하는 경우를 예를 들어 나타내고 있다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 투명한 절연물질로 이루어진 기판(210) 위에 소정의 게이트전극(221)을 형성한다.
이때, 본 발명의 산화물 박막 트랜지스터에 적용되는 비정질 산화물 반도체는 저온 증착이 가능하여, 플라스틱 기판, 플라스틱 필름, 소다라임 글라스 등의 저온 공정에 적용이 가능한 기판(210)을 사용할 수 있다. 또한, 비정질 특성을 나타냄으로 인해 대면적 디스플레이용 기판(210)의 사용이 가능하다.
또한, 상기 게이트전극(221)은 제 1 도전막을 상기 기판(210) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정(제 1 마스크공정)을 통해 선택적으로 패터닝하여 형성하게 된다.
다음으로, 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(221)이 형성된 기판(210) 전면에 실리콘질화막, 실리콘산화막과 같은 무기절연막 또는 하프늄 옥사이드, 알루미늄 옥사이드와 같은 고유전성 산화막으로 게이트절연막(215)을 형성한다. 또한, 유기절연막으로 파릴렌 또는 폴리아크릴레이트를 사용할 수도 있다.
그리고, 상기 게이트절연막(215)이 형성된 기판(210) 위에 소정의 마스크(260)를 위치시킨 후, 상기 마스크(260)를 통해 상기 게이트절연막(215) 표면에 소정의 자외선 또는 자외선 오존을 조사한다.
이때, 상기 자외선 또는 자외선 오존 조사는 잉크젯 프린팅방식으로 액티브층을 형성하기 전에 미리 액티브층이 형성될 영역을 친수성으로 만들어 상기 액티브층이 형성될 영역을 그 외 영역으로부터 한정하기 위한 것이다.
다음으로, 도 8c 및 도 8d에 도시된 바와 같이, 잉크젯 프린팅 장치와 같은 토출장치(240)를 통해 소정의 산화물 반도체 용액(245)을 토출하여 상기 친수성의 액티브층이 형성될 영역에 소정의 액티브층(224)을 형성한다.
이때, 상기 액티브층(224)은 포토리소그래피공정이 필요 없는 잉크젯 프린팅방식에 의해 형성됨에 따라 공정이 단순화되는 동시에 패턴 위치, 즉 상기 친수성의 액티브층이 형성될 영역에 원재료를 직접 토출하여 형성할 수 있기 때문에 산화물 반도체의 사용량도 절감할 수 있게 된다.
상기 산화물 반도체 용액(245)은 수용액이나 유기 용매에 산화물 반도체 물질이 용해된 것으로 상기 토출장치(240)를 통해 산화물 반도체 용액(245)이 토출된 후에는 가열을 통해 상기 산화물 반도체 용액(245) 내의 용매 성분이 제거되게 된 다.
이때, 상기 산화물 반도체는 예를 들어, AOx, ABOx, ABCOx, ABCDOx 또는 ABCDEOx 형태의 산화물 반도체로 형성될 수 있으며, 이때 상기 산화물 반도체는 A=Zn으로 이루어지고, 상기 A, B, C, D 및 E는 서로 다른 원소로 이루어질 수 있다.
이후, 도 8e에 도시된 바와 같이, 상기 액티브층(224)이 형성된 기판(210) 전면에 제 2 도전막을 형성한다.
이때, 상기 제 2 도전막은 소오스전극과 드레인전극을 형성하기 위해 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 구리, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 티타늄, 백금, 탄탈 등의 불투명 도전물질 중 적어도 하나를 이용하여 단일층 또는 다중층으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 제 2 도전막은 인듐-틴-옥사이드, 인듐-징크-옥사이드, 인듐-틴-징크-옥사이드 등의 투명 도전물질 중 적어도 하나를 이용하여 단일층 또는 다중층으로 형성하거나 상기 불투명 도전물질과 투명 도전물질을 각각 증착한 이중층으로 형성할 수도 있다.
그리고, 포토리소그래피공정(제 2 마스크공정)을 통해 상기 제 2 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 액티브층(224) 위에 상기 액티브층(224)의 소오스/드레인영역과 전기적으로 접속하며 상기 제 2 도전막으로 이루어진 소오스/드레인전극(222, 223)을 형성하게 된다.
도 9a 내지 도 9e는 상기 도 7에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 다른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도로써, 자기조립 단분자막 처리를 이용하는 경우를 예를 들어 나타내고 있다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 투명한 절연물질로 이루어진 기판(210) 위에 소정의 게이트전극(221)을 형성한다.
이때, 본 발명의 산화물 박막 트랜지스터에 적용되는 비정질 산화물 반도체는 저온 증착이 가능하여, 플라스틱 기판, 플라스틱 필름, 소다라임 글라스 등의 저온 공정에 적용이 가능한 기판(210)을 사용할 수 있다. 또한, 비정질 특성을 나타냄으로 인해 대면적 디스플레이용 기판(210)의 사용이 가능하다.
또한, 상기 게이트전극(221)은 제 1 도전막을 상기 기판(210) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정(제 1 마스크공정)을 통해 선택적으로 패터닝하여 형성하게 된다.
다음으로, 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(221)이 형성된 기판(210) 전면에 실리콘질화막, 실리콘산화막과 같은 무기절연막 또는 하프늄 옥사이드, 알루미늄 옥사이드와 같은 고유전성 산화막으로 게이트절연막(215)을 형성한다. 또한, 유기절연막으로 파릴렌 또는 폴리아크릴레이트를 사용할 수도 있다.
이후, 상기 게이트절연막(215)의 일부, 즉 액티브층이 형성되지 않을 영역 표면에 소정의 자기조립단분자막(270)을 형성한다.
이때, 상기 자기조립단분자막(270)은 소수성을 가지는 유기막으로 상기 액티브층이 형성되지 않을 영역에 형성됨에 따라 그 외 영역인 액티브층이 형성될 영역을 친수성으로 만들게 하는 역할을 한다.
다음으로, 도 9c 및 도 9d에 도시된 바와 같이, 잉크젯 프린팅 장치와 같은 토출장치(240)를 통해 소정의 산화물 반도체 용액(245)을 토출하여 상기 친수성의 액티브층이 형성될 영역에 소정의 액티브층(224)을 형성한다.
이때, 전술한 바와 같이 상기 액티브층(224)은 포토리소그래피공정이 필요 없는 잉크젯 프린팅방식에 의해 형성됨에 따라 공정이 단순화되는 동시에 패턴 위치, 즉 상기 친수성의 액티브층이 형성될 영역에 원재료를 직접 토출하여 형성할 수 있기 때문에 산화물 반도체의 사용량도 절감할 수 있게 된다.
상기 산화물 반도체 용액(245)은 수용액이나 유기 용매에 산화물 반도체 물질이 용해된 것으로 상기 토출장치(240)를 통해 산화물 반도체 용액(245)이 토출된 후에는 가열을 통해 상기 산화물 반도체 용액(245) 내의 용매 성분이 제거되게 된다.
이때, 상기 산화물 반도체는 예를 들어, AOx, ABOx, ABCOx, ABCDOx 또는 ABCDEOx 형태의 산화물 반도체로 형성될 수 있으며, 이때 상기 산화물 반도체는 A=Zn으로 이루어지고, 상기 A, B, C, D 및 E는 서로 다른 원소로 이루어질 수 있다.
이후, 도 9e에 도시된 바와 같이, 상기 액티브층(224)이 형성된 기판(210) 전면에 제 2 도전막을 형성한다.
이때, 상기 제 2 도전막은 소오스전극과 드레인전극을 형성하기 위해 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 구리, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 티타늄, 백금, 탄탈 등의 불투명 도전물질 중 적어도 하나를 이용하여 단일층 또는 다중층으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 제 2 도전막은 인듐-틴-옥사이드, 인듐-징크-옥사이드, 인듐-틴- 징크-옥사이드 등의 투명 도전물질 중 적어도 하나를 이용하여 단일층 또는 다중층으로 형성하거나 상기 불투명 도전물질과 투명 도전물질을 각각 증착한 이중층으로 형성할 수도 있다.
그리고, 포토리소그래피공정(제 2 마스크공정)을 통해 상기 제 2 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 액티브층(224) 위에 상기 액티브층(224)의 소오스/드레인영역과 전기적으로 접속하며 상기 제 2 도전막으로 이루어진 소오스/드레인전극(222, 223)을 형성하게 된다.
이와 같이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 기존의 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법과 비교하여 포토리소그래피공정을 줄일 수 있는 동시에 경쟁력이 뛰어난 프린팅방식을 사용할 수 있어 전체적인 공정 수를 단축시킬 수 있고 획기적인 원가절감을 달성할 수 있게 된다.
또한, 전술한 바와 같이 본 발명은 액정표시장치뿐만 아니라 박막 트랜지스터를 이용하여 제작하는 다른 표시장치, 예를 들면 구동 트랜지스터에 유기전계발광소자가 연결된 유기전계발광 디스플레이장치에도 이용될 수 있다.
또한, 본 발명은 높은 이동도를 가지는 한편 저온에서 공정이 가능한 비정질 산화물 반도체 물질을 액티브층으로 적용함에 따라 투명 전자회로나 플렉서블(flexible) 디스플레이에 사용될 수 있는 장점이 있다.
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.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도.
도 2는 일반적인 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 4a 내지 도 4e는 상기 도 3에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.
도 5a 및 도 5b는 잉크젯 프린팅방식으로 형성된 박막 트랜지스터의 액티브층을 개략적으로 나타내는 주사전자현미경 사진.
도 6a 내지 도 6e는 상기 도 3에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 다른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 8a 내지 도 8e는 상기 도 7에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.
도 9a 내지 도 9e는 상기 도 7에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 다른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
110,210 : 기판 115,215 : 게이트절연막
121,221 : 게이트전극 122,222 : 소오스전극
123,223 : 드레인전극 124,224 : 액티브층
140,240 : 토출장치 160,260 : 마스크
170,270 : 자기조립단분자막

Claims (14)

  1. 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판 위에 소오스/드레인전극을 형성하는 단계;
    상기 소오스/드레인전극이 형성된 기판 위에 액티브층이 형성될 영역을 친수성으로 처리하는 단계;
    토출장치를 이용하여 상기 액티브층이 형성될 영역에 산화물 반도체로 이루어진 액티브층을 형성하는 단계;
    상기 액티브층이 형성된 기판 위에 게이트절연막을 형성하는 단계; 및
    상기 게이트절연막 위에 게이트전극을 형성하는 단계를 포함하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 유리기판 또는 플라스틱 기판으로 형성하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 소오스/드레인전극이 형성된 기판 위에 소정의 마스크를 위치시킨 후, 상기 마스크를 통해 상기 기판의 액티브층이 형성될 영역 표면에 소정의 자외선 또는 자외선 오존을 조사하여 상기 액티브층이 형성될 영역을 친수성으로 만드는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 기판의 일부와 상기 소오스/드레인전극의 일부, 즉 액티브층이 형성되지 않을 영역 표면에 소정의 자기조립단분자막을 형성하여 그 외 영역인 액티브층이 형성될 영역을 친수성으로 만드는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 토출장치는 잉크젯 프린팅 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 산화물 반도체는 AOx, ABOx, ABCOx, ABCDOx 또는 ABCDEOx 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 산화물 반도체는 A=Zn으로 이루어지고, 상기 A, B, C, D 및 E는 서로 다른 원소로 이루어진 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.
  8. 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판 위에 게이트전극을 형성하는 단계;
    상기 게이트전극이 형성된 기판 위에 게이트절연막을 형성하는 단계;
    상기 게이트절연막이 형성된 기판 위에 액티브층이 형성될 영역을 친수성으로 처리하는 단계;
    토출장치를 이용하여 상기 액티브층이 형성될 영역에 산화물 반도체로 이루어진 액티브층을 형성하는 단계; 및
    상기 액티브층이 형성된 기판 위에 상기 액티브층과 전기적으로 접속하는 소오스/드레인전극을 형성하는 단계를 포함하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 기판은 유리기판 또는 플라스틱 기판으로 형성하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 게이트절연막이 형성된 기판 위에 소정의 마스크를 위치시킨 후, 상기 마스크를 통해 상기 기판의 액티브층이 형성될 영역 표면에 소정의 자외선 또는 자외선 오존을 조사하여 상기 액티브층이 형성될 영역을 친수성으로 만드는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 게이트절연막의 일부, 즉 액티브층이 형성되지 않을 영역 표면에 소정의 자기조립단분자막을 형성하여 그 외 영역인 액티브층이 형성될 영역을 친수성으로 만드는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 토출장치는 잉크젯 프린팅 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 산화물 반도체는 AOx, ABOx, ABCOx, ABCDOx 또는 ABCDEOx 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 산화물 반도체는 A=Zn으로 이루어지고, 상기 A, B, C, D 및 E는 서로 다른 원소로 이루어진 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법.
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