KR20140006575A - 산화물반도체 조성물 및 그 제조방법, 산화물반도체 박막 형성 방법, 전자소자 제조 방법 및 그에 따라 제조된 전자 부품 - Google Patents
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Abstract
산화물반도체 조성물, 그 제조 방법, 이를 이용한 산화물반도체 박막 및 전자 소자 형성 방법이 제공된다. 산화물반도체 조성물은 감광제 그리고 산화물반도체 전구체를 포함한다.
Description
본 명세서에 개시된 실시 예들은 액상기반 산화물 박막을 형성하는 방법에 관련된 것으로서, 더 상세하게는 여기에 한정되는 것은 아니며, 액상기반 산화물 반도체 박막을 형성하는 데 사용되는 조성물, 그 조성물의 제조 방법, 산화물 반도체 박막 형성 방법 및 그에 따라 제조되는 전자 소자에 관련된 것이다.
최근, 규소 기반 반도체 소자를 대신할 산화물 반도체에 대한 연구가 널리 진행되고 있다. 재료적인 측면에서는 인듐 산화물 (In2O3), 아연 산화물 (ZnO), 갈륨 산화물 (Ga2O3), 주석 산화물(Sn2O3) 기반의 단일, 이성분계, 삼성분계 화합물에 대한 연구 결과가 보고되고 있다. 한편, 공정적인 측면에서 기존의 진공증착을 대신한 액상기반 공정에 대한 연구가 진행되고 있다.
산화물 반도체는 수소화된 비정질 규소에 비하여 똑같이 비정질 상을 보이지만, 매우 우수한 이동도(mobility)를 보이기 때문에 고화질 액정표시장치(LCD)와 능동유기발광다이오드(AMOLED)에 적합하다. 또한, 액상기반 공정을 이용한 산화물 반도체 제조 기술은 고비용의 진공 증착 방법에 비해서 저비용이라는 이점이 있다.
일반적으로 전자소자 제조 공정에서 박막은 형성된 후에 포토리소그라피 (photolithography)으로 원하는 형태로 패턴화된다. 통상적인 포토리소그라피 공정은 패턴화 대상 박막 위에 포토레지스트 같은 감광성 물질을 코팅한 후 광노출 및 현상을 진행하여 포토레지스트 패턴을 형성하고 이을 식각 마스크로 사용하여 패턴화 대상 박막을 식각하는 일련의 단계들을 포함한다. 광에 의해 노출된 포토레지스트 물질이 광화학적으로(photochemically) 변하게 되고 이에 따라 광에 의해 노출된 부분과 그렇지 않은 부분이 화학적으로 다른 구성을 나타내게 된다. 따라서, 적절한 현상 용액에 의해서 두 부분들 중 어느 한 부분이 선택적으로 제거되고 현상액(developing solution)에 의해서 제거되지 않은 부분이 포토레지스트 패턴으로 된다.
패턴화 대상의 시각에 사용된 포토레지스트 패턴은 애싱(ashing), 스트리핑(stripping) 등의 공정을 통해서 제거되어야 한다. 애싱은 플라즈마 식각 장비 내에서 산소 플라스마를 이용하여 포토레지스트 패턴을 제거하는 것이고, 스트리핑은 황산 및 산화제의 혼합 용액을 사용하여 섭씨 약 125도 정도에서 포토레지스트 패턴을 제거하는 것이다. 포토레지스트 패턴을 제거함에 있어서 그 하부에 형성된 패턴 특성에 영향을 미치지 않으면서 가능한 빨리 제거되는 것이 요구된다.
그런데, 액티브(active) 또는 채널층으로 사용되는 산화물 박막은 포토리소그라피 공정의 고온의 산화공정, 플라즈마 입자 에너지 및 반응성 라디칼(reactive radical), 그리고 스트리핑 공정에서의 화학 용액 등과 같은 환경으로부터 특성이 나빠질 수 있다.
또, 포토리소그라피 공정은 전체 소자 제조 공정의 비용을 높이는 동시에 공정을 복잡하게 한다.
본 발명의 일 실시 예는 산화물 반도체 박막용 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 실시 예는 산화물 반도체 박막용 조성물을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는 산화물 반도체 박막을 형성하는 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는 산화물 반도체 박막을 포함하는 전자 소자를 형성하는 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는 산화물 반도체 박막을 포함하는 전자 소자를 제공한다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면 저온 공정이 가능한 산화물 반도체 형성 방법, 이를 위한 조성물, 저온 공정으로 제작된 산화물 반도체 소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 산화물반도체 조성물은: 산화물반도체 전구체; 감광성 물질; 및 점도 조절제를 포함한다.
본 발명의 일실시 예에 따른 산화물반도체 박막 형성 방법은: 감광성 물질, 점도 조절제 그리고 산화물반도체 전구체를 포함하는 산화물반도체 조성물을 기판에 도포하여 산화물반도체 박막을 형성하는 단계; 그리고, 상기 산화물반도체 박막을 패터닝하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전자소자는: 감광성 물질, 점도 조절제 그리고 산화물반도체 전구체를 포함하는 산화물반도체 조성물을 기판에 도포하여 산화물반도체 박막을 형성하는 단계 그리고, 상기 산화물반도체 박막을 패터닝하는 단계를 포함하는 방법으로 형성된 형성된 산화물반도체 박막; 상기 산화물 반도체 박막과 이격되어 중첩하는 게이트 전극; 그리고, 상기 산화물 반도체 박막과 전기적으로 연결되며 상기 게이트 전극 양측에 위치하는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자는 플렉시블 기판 또는 유리 기판상에 형성된 산화물반도체 박막을 포함하며, 상기 산화물반도체 박막은 감광성 물질, 점도 조절제 그리고 산화물반도체 전구체를 포함하는 산화물반도체 조성물을 기판에 도포하여 산화물반도체 박막을 형성하는 단계 그리고, 상기 산화물반도체 박막을 패터닝하는 단계를 포함하는 방법으로 형성된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 산화물반도체 조성물 제조 방법은: 산화물반도체 전구체 용액을 준비하는 단계; 점도 조절제를 준비하는 단계; 감광성 물질 용액을 준비하는 단계; 그리고, 상기 산화물반도체 전구체 용액, 상기 점도 조절제 그리고 상기 감광성 물질 용액을 혼합하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 산화물반도체 조성물은: 끓는 점이 400℃이하이며 광흡수가 200 내지 450 nm 자외선 파장영역에서 일어나는 감광성 물질; 점도 조절제; 그리고, 산화물 전구체를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 감광성 산화물반도체 조성물 액상을 사용하여 대략 350℃ 이하의 저온에서 산화물 반도체를 선택적으로 원하는 패턴으로 형성할 수 있어, 기존 포토리소그래피 공정을 이용한 박막의 전기적 특성 저하의 개선 및 공정 단계의 간소화, 광 감응성 용매인 포토레지스트를 사용하지 않음으로써 비용 절감을 가져올 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 산화물반도체 박막 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 산화물 박막 제조 방법을 개략적으로 도시하는 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 산화물 박막 및 대조군의 산화물 박막에 대한 자외선-가시광선 분광학 (UV-visible spectroscopy) 측정을 통해 얻어진 광흡수율 변화를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 산화물 박막 및 대조군의 산화물 박막을 사용하여 형성된 박막 트랜지스터의 전달곡선을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 형성한 주석아연 산화물 박막 트랜지스터에 대한 현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 박막을 이용한 상부 게이트형 박막 트랜지스터를 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 박막을 이용한 바닥 게이트형 박막 트랜지스터를 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터를 적용한 OLED 디스플레이 패널을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 산화물 박막 제조 방법을 개략적으로 도시하는 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 산화물 박막 및 대조군의 산화물 박막에 대한 자외선-가시광선 분광학 (UV-visible spectroscopy) 측정을 통해 얻어진 광흡수율 변화를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 산화물 박막 및 대조군의 산화물 박막을 사용하여 형성된 박막 트랜지스터의 전달곡선을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 형성한 주석아연 산화물 박막 트랜지스터에 대한 현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 박막을 이용한 상부 게이트형 박막 트랜지스터를 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 박막을 이용한 바닥 게이트형 박막 트랜지스터를 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터를 적용한 OLED 디스플레이 패널을 개략적으로 도시한다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어 (기술 혹은 과학 용어들을 포함)는 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.
본 명세서에서, 층(막), 패턴 또는 구조물이 기판, 각 층(막) 또는 패턴들의 "위에", "상에", "위쪽에", "상부에" 형성되는, 위치하는 또는 배치되는 것으로 언급되는 경우에, 각 층(막), 패턴, 영역 또는 구조물이 기판, 층(막), 패턴, 영역 또는 구조물 위에 직접 형성되거나 위치하거나 배치되는 것을 의미하는 것뿐만 아니라, 제3의 다른 층(막), 패턴, 영역 또는 구조물을 매개로 하여 형성되거나 위치하거나 배치되는 것도 의미한다. 마찬가지로 "아래에", "하에", "아래쪽에", "하부에" 등에도 동일하게 적용된다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리키며 나열된 구성들에 한정되는 것은 아니다.
또한, "제1", "제2" 와 같이 어떤 구성, 요소 앞에 붙인 서수사는 설명의 편의 및 이해 목적을 위한 것일 뿐, 구성, 요소 등의 형성 순서, 적층 순서 또는 연결 순서, 동작 순서 등을 한정하려는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 "기판"은 반도체 소자, 장치 및/또는 그 구성이 형성되는 기재를 가리키는 것으로서, 각종 반도체 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판, 폴리머 기판, 세라믹 기판, 금속 기판의 표면에 절연막을 형성한 기판 등을 포함할 수 있다. 또, 기판은 그 위에 반도체 장치의 일부 구성이 형성되어 있는 상태의 기판을 가리킬 수 있다.
또한 본 명세서에서 "연결된다", "결합된다" 또는 그 문법적 변형 등의 용어는 구성들이 광학적으로, 전자기적으로, 자기적으로, 전기적으로 및/또는 무선 방식으로, 직접적으로 또는 간접적으로 연결되는 또는 결합되는 것을 의미한다.
본 발명의 실시 예는 광 조사에 의해서 패터닝 가능한 주석화합물을 포함하는 산화물 전구체 용액 및 그 응용에 대한 것이다. 이를 위해 본 발명의 일 실시 예는 감광성 물질 및 점도 조절제를 포함한다. 점도 조절제는 감광성 물질과 함께 내화학성이 강한 주석계 산화물의 패턴 형성 능력을 향상시키는 기능을 한다.
산화물반도체 조성물
본 발명의 실시 예들은 산화물박막용 조성물 및 그 제조 방법, 이를 이용한 산화물박막 형성 방법, 반도체 소자 형성 방법, 그리고 이 방법을 통해 제조된 전자소자, 산화물반도체 소자 등에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 특히 산화물반도체 조성물을 제공하는바, 이는 박막 트랜지스터의 채널층을 비롯하여, 저항, 축전기, 인덕터, 다이오드 등의 재료로 사용되며, 이들 소자를 포함하는 LCD, AMOLED 등의 디스플레이 또는 태양전지 등에 적용될 수 있으며 여기에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 산화물반도체 조성물은 산화물반도체용 전구체 용액, 감광성 물질 및 점도 조절제를 포함한다.
전구체 용액은 산화물 박막 구성 원소를 제공한다. 예를 들어 목적하는 산화물 박막이 주석 및 아연을 포함하는 ZTO 박막일 경우, 산화물 전구체 용액은 주석화합물, 아연화합물을 포함한다.
산화물 박막 특성 향상을 위해서 각종 첨가제, 예를 들어 분산제, 결합제(binding agent), 상용화제(compatiblizing agent), 안정제, pH 조절제, 캐리어 조절제, 소포제(antiforming agent), 세정제(detergent), 경화제(curing agent) 등에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 산화물반도체 전구체 용액은 주석화합물(이하에서 설명의 편의를 위해서 '제1 화합물'로 언급될 수 있음), 아연화합물(이하 설명의 편의를 위해서 '제2 화합물'로 언급될 수 있음)을 포함한다. 또, 인듐화합물, 갈륨화합물, 하프늄화합물, 마그네슘화합물, 알루미늄화합물, 이트륨화합물, 탄탈륨화합물, 타이타늄화합물, 지르코늄화합물, 바륨화합물, 란사늄화합물, 망간화합물, 텅스텐화합물, 몰리브덴화합물, 세륨화화합물, 크롬화합물, 스칸디움화합물, 실리콘화합물, 네오디뮴화합물, 스트론튬화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물(이하 설명의 편의를 위해서 '제3 화합물'로 언급될 수 있음)을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 화합물과 제2 화합물 대 제3 화합물의 몰 비는 1: 0.1 내지 0.1:1일 수 있다.
일 실시 예에서, 산화물 전구체 용액 구성 성분들 간의 몰 비는 1:0.1 내지 0.1: 1일 수 있다.
주석화합물은 주석염들 및 이들의 수화물에서 선택될 수 있으나 이것에 한정되는 것은 아니다. 주석화합물의 구체적인 예로는 틴(II) 클로라이드(Tin(II) chloride), 틴(II) 이오다이드(Tin(II) iodide), 틴(II) 클로라이드 디하이드레이트(Tin(II) chloride dihydrate), 틴(II) 브로마이드(Tin(II) bromide), 틴(II) 플루라이드(Tin(II) fluoride), 틴(II) 옥살레이트(Tin(II) oxalate), 틴(II) 설파이드(Tin(II) sulfide), 틴(II) 아세테이트 (Tin(II) acetate), 틴(IV) 클로라이드(Tin(IV) chloride), 틴(IV) 클로라이드 펜타하이드레이트(Tin(IV) chloride pentahydrate), 틴(IV) 플루라이드(Tin(IV) fluoride), 틴(IV) 이오다이드(Tin(IV) iodide), 틴(IV) 설파이드(Tin(IV) sulfide), 틴(IV) 터트-부톡사이드(Tin(IV) tert-butoxide), 및 이들의 수화물을 들 수 있으며, 이들 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
아연화합물은 아연염들 및 이들의 수화물에서 선택될 수 있으나 이것에 한정되는 것은 아니다. 아연화합물의 구체적인 예로는 아연 시트레이트 디하이드레이트(Zinc citrate dihydrate), 아연 아세테이트(Zinc acetate), 아연 아세테이트 디하이드레이트(Zinc acetate dihydrate), 아연 아세틸아세토네이트 하이드레이트(Zinc acetylacetonate hydrate), 아연 아크릴레이트(Zinc acrylate), 아연 클로라이드(Zinc chloride), 아연 디에틸디씨오카바메이트(Zinc diethyldithiocarbamate), 아연 디메틸디씨오카바메이트(Zinc dimethyldithiocarbamate), 아연 플루라이드(Zinc fluoride), 아연 플루라이드 하이드레이트(Zinc fluoride hydrate), 아연 헥사플루로아세틸아세토네이트 디하이드레이트(Zinc hexafluoroacetylacetonate dihydrate), 아연 메타아크릴레이트(Zinc methacrylate), 아연 니트레이트 헥사하이드레이트(Zinc nitrate hexahydrate), 아연 니트레이트 하이드레이트(Zinc nitrate hydrate), 아연 트리플루로메탄술포네이트(Zinc trifluoromethanesulfonate), 아연 운데실레네이트(Zinc undecylenate), 아연 트리플루로아세테이트 하이드레이트(Zinc trifluoroacetate hydrate), 아연 테트라플루로보레이트 하이드레이트(Zinc tetrafluoroborate hydrate), 아연 퍼클로레이트 헥사하이드레이트(Zinc perchlorate hexahydrate) 및 이들의 수화물을 들 수 있으며, 이들 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
인듐화합물은 인듐 염들 및 이들의 수화물에서 선택될 수 있으나 이것에 한정되는 것은 아니다. 인듐화합물의 구체적 예로는,인듐 클로라이드 (Indium Cholride), 인듐 클로라이드 테트라하이드레이트 (Indium chloride tetrahydrate), 인듐 플루라이드 (Indium fluoride), 인듐 플루라이드 트리하이드레이트 (Indium fluoride trihydrate), 인듐 하이드록사이드 (Indium hydroxide), 인듐 니트레이트 하이드레이트 (Indium nitrate hydrate), 인듐 아세테이트 하이드레이트 (Indium acetate hydrate), 인듐 아세틸아세토네이트 (Indium acetylacetonate) 또는 인듐 아세테이트 (Indium acetate)일 수 있다.
갈륨화합물은 갈륨염 및 이들의 수화물에서 선택될 수 있으나 이것에 한정되는 것은 아니다. 갈륨화합물의 구체적인 예로는 갈륨 나이트레이트(Gallium nitride), 갈륨 포스파이드(Gallium phosphide), 갈륨(II) 클로라이드(Gallium(II) chloride), 갈륨(III) 아세틸아세토네이트(Gallium(III) acetylacetonate), 갈륨(III) 브로마이드(Gallium(III) bromide), 갈륨(III) 클로라이드(Gallium(III) chloride), 갈륨(III) 플로라이드(Gallium(III) fluoride), 갈륨(III) 이오다이드(Gallium(III) iodide), 갈륨(III) 나이트레이트 하이드레이트(Gallium(III) nitrate hydrate), 갈륨(III) 설페이트(Gallium(III) sulfate), 갈륨(III) 설페이트 하이드레이트(Gallium(III) sulfate hydrate), 이들의 수화물을 들 수 있으며 이들 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
지르코늄화합물은 지르코늄염들 및 이들의 수화물에서 선택될 수 있으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 지르코늄화합물의 구체적인 예로는 지르코늄 아세테이트(Zirconium acetate), 지르코늄 나이트레이트(Zirconium nitrate), 지르코늄(II) 하이드라이드(Zirconium(II) hydride), 지르코늄(IV) 아세테이트 하이드록사이드(Zirconium(IV) acetate hydroxide), 지르코늄(IV) 아세틸아세토네이트(Zirconium(IV) acetylacetonate), 지르코늄(IV) 브톡사이드 솔루션(Zirconium(IV) butoxide solution), 지르코늄(IV) 카바이드(Zirconium(IV) carbide), 지르코늄(IV) 클로라이드(Zirconium(IV) chloride), 지르코늄(IV) 에톡사이드(Zirconium(IV) ethoxide), (지르코늄 플루라이드(Zirconium(IV) fluride), 지르코늄 플루라이드 하이드레이트(Zirconium(IV) fluride hydrate), 지르코늄(IV) 하이드록사이드(Zirconium(IV) hydroxide), 지르코늄(IV) 이오다이드(Zirconium(IV) iodide), 지르코늄(IV) 설페이트 하이드레이트(Zirconium(IV) sulfate hydrate), 지르코늄(IV) 터트-부톡사이드(Zirconium(IV) tert-butoxide) 및 이들의 수화물을 들 수 있으며 이들 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
알루미늄화합물은 알루미늄염들 및 이들의 수화물에서 선택될 수 있으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 알루미늄화합물의 구체적인 예로는 알루미늄 아세테이트(Aluminum acetate), 알루미늄 아세틸아세톤(Aluminum acetylacetonate), 알루미늄 보레이트(Aluminum borate), 알루미늄 브로마이드(Aluminum bromide), 알루미늄 카바이드(Aluminum carbide), 알루미늄 클로라이드(Aluminum chloride), 알루미늄 클로라이드 헥사하이드레이트(Aluminum chloride hexahydrate), 알루미늄 클로라이드 하이드레이트(Aluminum chloride hydrate), 알루미늄 에톡사이드(Aluminum ethoxide), 알루미늄 플로라이드(Aluminum fluoride), 알루미늄 하이드록사이드 하이드레이트(Aluminum hydroxide hydrate), 알루미늄 이오다이드(Aluminum iodide), 알루미늄 이소프로포사이드(Aluminum isopropoxide), 알루미늄 나이트레이트 넌어하이드레이트(Aluminum nitrate nonahydrate), 알루미늄 나이트레이트(Aluminum nitride), 알루미늄 포스포헤이트(Aluminum phosphate), 알루미늄 설페이트(Aluminum sulfate), 알루미늄 설페이트 헥사데카하이드레이트(Aluminum sulfate hexadecahydrate), 알루미늄 설페이트 하이드레이트((Aluminum sulfate hydrate), 알루미늄 터트-브톡사이드(Aluminum tert-butoxide) , 이들의 수화물을 들 수 있으며 이들 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
네오디뮴화합물은 네오디뮴염들 및 이들의 수화물에서 선택될 수 있으나 이것에 한정되는 것은 아니다. 네오디뮴화합물의 구체적인 예로는 네오디뮴(II) 이오다이드(Neodymium(II) iodide), 네오디뮴(III) 아세테이트 하이드레이트(Neodymium(III) acetate hydrate), 네오디뮴(III) 아세틸아세토네이트 하이드레이트(Neodymium(III) acetylacetonate hydrate), 네오디뮴(III) 브로마이드(Neodymium(III) bromide), 네오디뮴(III) 브로마이드 하이드레이트(Neodymium(III) bromide hydrate), 네오디뮴(III) 카보네이트 하이드레이트(Neodymium(III) carbonate hydrate), 네오디뮴(III) 클로라이드(Neodymium(III) chloride), 네오디뮴(III) 클로라이드 헥사하이드레이트(Neodymium(III) chloride hexahydrate), 네오디뮴(III) 플로라이드(Neodymium(III) fluoride), 네오디뮴(III) 하이드록사이드 하이드레이트(Neodymium(III) hydroxide hydrate), 네오디뮴(III) 이오다이드(Neodymium(III) iodide), 네오디뮴(III) 이소프로포사이드(Neodymium(III) isopropoxide), 네오디뮴(III) 나이트레이트 헥사하이드레이트(Neodymium(III) nitrate hexahydrate), 네오디뮴(III) 나이트레이트 하이드레이트(Neodymium(III) nitrate hydrate), 네오디뮴(III) 옥살레이트 하이드레이트(Neodymium(III) oxalate hydrate), 네오디뮴(III) 포스포헤이트 하이드레이트(Neodymium(III) phosphate hydrate), 네오디뮴(III) 설페이트(Neodymium(III) sulfate), 네오디뮴(III) 설페이트 하이드레이트(Neodymium(III) sulfate hydrate), 이들의 수화물을 들 수 있으며, 이들 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
스칸디움화합물은 스칸디움염들 및 이들의 수화물에서 선택될 수 있으나 이것에 한정되는 것은 아니다.스칸디움 함유 화합물의 구체적 예로는, 스칸디움 아세테이트 하이드레이트 (Scandium acetate hydrate), 스칸디움 아세토네이트 하이드레이트 (Scandium acetylacetonate hydrate), 스칸디움 클로라이드 (Scandium chloride), 스칸디움 클로라이드 헥사하이드레이트 (Scandium chloride hexahydrate), 스칸디움 클로라이드 하이드레이트 (Scandium chloride hydrate), 스칸디움 플루라이드 (Scandium fluoride), 스칸디움 니트레이트 하이드레이트 ( Scandium nitrate hydrate), 이들의 수화물을 들 수 있으며 이들 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
탄탈륨화합물은 탄탈륨염들 및 이들의 수화물에서 선택될 수 있으나 이것에 한정되는 것은 아니다. 탄탈륨화합물의 구체적인 예로는 탄탈륨 브로마이드(Tantalium bromide), 탄탈륨 클로라이드 (Tantalium chloride), 탄탈륨 플루라이드(Tantalium fluoride), 이들의 수화물을 들 수 있으며 이들 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
타이타늄화합물은 타이타늄염들 및 이들의 수화물에서 선택될 수 있으나 이것에 한정되는 것은 아니다. 타이타늄화합물의 구체적인 예로는 타이타늄 브로마이드(Titanium bromide), 타이타늄 클로라이드 (Titanium chloride), 타이타늄 플루라이드(Titanium fluoride), 이들의 수화물을 들 수 있으며 이들 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
바륨화합물은 바륨염들 및 그 수화물들에서 선택될 수 있으나 이것에 한정되는 것은 아니다. 바륨화합물의 구체적인 예로는 바륨 아세테이트(Barium acetate), 바륨 아세틸아세토네이트(Barium acetylacetonate), 바륨 브로마이드(Barium bromide), 바륨 클로라이드(Barium chloride), 바륨 플루라이드(Zirconium fluoride), 바륨 헥사프루오로아세틸아세토네이트(Barium hexafluoacetylacetonate), 바륨 하드록사이드 (Barium hydroxide), 바륨 나이트레이트(Barium nitrate), 이들의 수화물을 들 수 있으며, 이들 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
란타늄화합물은 란타늄염들 및 그 수화물들 중에서 선택될 수 있으나 이것에 한정되는 것은 아니다. 란타늄화합물의 구체적인 예로는 란타늄 아세테이트(Lanthanum acetate), 란타늄 아세틸아세토네이트(Lanthanum acetylacetonate), 란타늄 브로마이드(Lanthanum bromide), 란타늄 클로라이드 (Lanthanum chloride), 란타늄 하드록사이드 (Lanthanum hydroxide), 란타늄 플루라이드(Lanthanum fluoride), 란타늄 나이트레이트(Lanthanum nitrate), 이들의 수화물을 들 수 있으며 이들 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
망간화합물은 망간염들 및 그 수화물들에서 선택될 수 있으나 이것에 한정되는 것은 아니다. 망간화합물의 구체적인 예로는 망간 아세테이트(Manganese acetate), 망간 아세틸아세토네이트(Manganese acetylacetonate), 망간 브로마이드(Manganese bromide), 망간 클로라이드 (Manganese chloride), 망간 플루라이드(Manganese fluoride), 망간 나이트레이트(Manganese nitrate), 이들의 수화물을 들 수 있으며 이들 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
크롬화합물은 크롬염들 및 그 수화물들에서 선택될 수 있으며 이것에 한정되는 것은 아니다. 크롬화합물의 구체적인 예로는 크롬 아세테이트(Chromium acetate), 크롬 아세틸아세토네이트(Chromium acetylacetonate), 크롬 브로마이드(Chromium bromide), 크롬 클로라이드(Chromium chloride), 크롬 플루라이드(Chromium fluoride), 크롬 나이트레이트(Chromium nitrate), 이들의 수화물을 들 수 있으며 이들 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
스트론튬화합물은 스트론튬염들 및 그 수화물들에서 선택될 수 있으며 이것에 한정되는 것은 아니다. 스트론튬화합물의 구체적인 예로는 스트론튬 아세테이트(Strontium acetate), 스트론튬 아세틸아세토네이트(Strontium acetylacetonate), 스트론튬 브로마이드(Strontium bromide), 스트론튬 클로라이드(Strontium chloride), 스트론튬 플루라이드(Strontium fluoride), 스트론튬 하드록사이드 (Strontium Hydroxide), 스트론튬 나이트레이트(Strontium nitrate), 이들의 수화물을 들 수 있으며, 이들 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
이트륨화합물은 이트륨염들 및 그 수화물들에서 선택될 수 있으며 이것에 한정되는 것은 아니다. 이트륨화합물의 구체적인 예로는 이트륨 아세테이트(Yttrium acetate), 이트륨 아세틸아세토네이트(Yttrium acetylacetonate), 이트륨 클로라이드(Yttrium chloride), 이트륨 프루라이드(Yttrium fluride), 이트륨 나이트레이트(Yttrium nitrate), 이들의 수화물을 들 수 있으며 이들 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
세륨화합물은 세륨염들 및 그 수화물들에서 선택될 수 있으며 이것에 한정되는 것은 아니다. 세륨화합물의 구체적인 예로는 세륨(III) 아세테이트 하이드레이트(Cerium(III) acetate hydrate), 세륨(III) 아세틸아세토네이트 하이드레이트(Cerium(III) acetylacetonate hydrate), 세륨(III) 브로마이드(Cerium(III) bromide), 세륨(III) 카보네이트 하이드레이트(Cerium(III) carbonate hydrate), 세륨(III) 클로라이드(Cerium(III) chloride), 세륨(III) 클로라이드 헵타하이드레이트(Cerium(III) chloride heptahydrate), 세륨(III) 플로라이드(Cerium(III) fluoride), 세륨(III) 이오다이드(Cerium(III) iodide), 세륨(III) 나이트레이트 헥사하이드레이트(Cerium(III) nitrate hexahydrate), 세륨(III) 옥살레이트 하이드레이트(Cerium(III) oxalate hydrate), 세륨(III) 설페이트(Cerium(III) sulfate), 세륨(III) 설페이트 하이드레이트(Cerium(III) sulfate hydrate), 세륨(III) 설페이트 옥타하이드레이트(Cerium(III) sulfate octahydrate), 세륨(IV) 플로라이드(Cerium(IV) fluoride), 세륨(IV) 하이드록사이드(Cerium(IV) hydroxide), 세륨(IV) 설페이트(Cerium(IV) sulfate), 세륨(IV) 설페이트 하이드레이트(Cerium(IV) sulfate hydrate), 세륨(IV) 설페이트 테트라하이드레이트(Cerium(IV) sulfate tetrahydrate), 이들의 수화물을 들 수 있으며 이들 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
하프늄화합물은 하프늄염들 및 이들의 수화물에서 선택될 수 있으며 이것에 한정되는 것은 아니다. 하프늄화합물은 하프늄 클로라이드 (Hafnium chloride), 하프늄 플루라이드(Hafnium fluoride)를 포함한다.
실리콘화합물은 실리콘 테트라아세테이트 (Silicon tetraacetate), 실리콘 테트라브로마이드 (Silicon tetrabromice), 실리콘 테트라클로라이드 (Silicon tetrachloride) 및 실리콘 테트라플루라이드로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상을 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 산화물반도체 조성물에 포함되는 감광성 물질은 광 조사, 예를 들어 자외선 조사에 의해 조성물 중의 산화물반도체 전구체와 강한 결합을 하여, 후술할 침출 용액(식각 용액)이 선택적으로 광이 조사되지 않은 산화물반도체 전구체만을 선택적으로 제거할 수 있도록 한다.
주석화합물 대비 아연화합물의 몰비는 1:0.1에서 0.1:1일 수 있다.
산화물 전구체 용액 대비 감광성 물질의 몰 비가 1:0.1 내지 1:1의 범위가 되도록 감광성 물질이 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 도포된 산화물반도체 조성물에서 용매를 제거하면 겔 상태의 산화물반도체 박막이 형성될 것이다. 이 산화물반도체 겔에 광이 조사되면, 감광성 물질은 예를 들어 조성물 중의 산화물반도체 전구체와 착화물(chelating complex)을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에서, 감광성 물질은 예를 들어 아세틸아세톤 (Acetylacetone, C5H8O2), 벤조일아세톤 (Benzoylacetone, C10H10O2), 벤조일아세토닐라이드 (Benzoylacetoanilide, C15H13NO2), 1-하이드록시사이클로헥실페닐케톤 (1-Hydroxycyclohexyl phenyl ketone, C13H16O2), 포스파인옥사이드페닐비즈 (2,4,6-트리메틸 벤조일, C26H27O3P), 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-1-프로파논 (2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanone, C10H12O2), 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 감광성 물질은 광흡수가 200 내지 450 nm 자외선 파장영역에서 일어날 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에서 감광성 물질은 그 끓는점이 350℃ 이하일 수 있다. 이 경우, 조성물 도포 후 열처리 공정을 예를 들어 약 350℃에서 진행하게 되면, 산화물반도체 박막이 형성되는 동시에 감광성 물질이 휘발하여 제거될 수 있는 이점이 있다. 또한 낮은 온도인 350℃에서의 열처리를 진행할 수 있어 대면적 유리기판에의 적용이 가능하고 또한 플렉시블 기판에의 적용도 가능하다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 산화물반도체 조성물에 포함되는 점도 조절제는 에틸렌 글리콜 (ethylene glycol, C2H6O2), 글리세롤 (glycerol, C3H8O3), 모노-에탄올아민 (mono-ethanolamine, C2H7NO) 또는 이들의 조합을 포함한다. 점도 조절제는 감광성 물질과 함께 내화학성이 강한 주석화합물을 포함하는 산화물전구체 용액의 광 반응성을 향상시키는 기능을 한다.
산화물 전구체 용액 및 감광성 물질 대비 점도 조절제의 몰 비가 1:0.1 내지 1:1이 되도록 점도 조절제가 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 산화물반도체 전구체 구성 성분의 농도는 각각 0.1M 내지 10M일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 산화물반도체 조성물은 상술한 화합물들을 용해시킬 수 있는 용매를 더 포함할 수 있다. 용매로는 예를 들어, 탈이온수, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-프로폭시에탄올 2-부톡시에탄올, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 디에틸렌글리콜메틸에테르, 에틸렌글리콜에틸에테르, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 톨루엔, 크실렌, 헥산, 헵탄, 옥탄, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에틸에테르, 메틸메톡시프로피온산, 에틸에톡시프로피온산, 에틸락트산, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜메틸에테르, 프로필렌글리콜프로필에테르, 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 디에틸렌글리콜메틸아세테이트, 디에틸렌글리콜에틸아세테이트, 아세톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논, 디메틸포름아미드(DMF), N,N-디메틸아세트아미드(DMAc), N-메틸-2-피롤리돈, γ-부틸로락톤, 디에틸에테르, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 디글라임, 테트라히드로퓨란, 아세틸아세톤 및 아세토니트릴에서 선택될 수 있으며, 이들 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
도포 및 열처리 방법
산화물 박막용 조성물을 기판에 도포하는 방법으로 스크린 프린팅 (Screen Printing), 스핀 코팅(Spin Coating), 딥 코팅(Dip Coating), 스프레이 법, 롤-투-롤 공정(Roll-to-Roll), 잉크젯(Ink-Jet) 방법 등을 사용할 수 있다.
산화물 박막용 조성물을 기판에 도포한 후 산화물 박막 형성을 위한 열처리는 퍼니스(furnace), 핫 플레이트(hot plate), 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing) 등을 사용할 수 있다. 열처리 분위기로서, 일반적인 공기분위기, 진공 분위기, 수분 분위기, 질소 분위기, 수소 분위기, 산소 분위기, 환원 분위기, 가압 분위기 등이 적용될 수 있다. 또한, 열처리로서, 레이저 처리, UV 처리, 플라즈마 처리가 사용될 수 있다.
광 조사
전술한 감 반응성 산화물 박막용 조성물을 패터닝 하기 위한 광 조사로서 자외선 조사를 적용할 수 있다. 패턴형성에 필요한 마스크로서, 메탈마스크, 석영마스크, 필름 마스크를 포함할 수 있으며, 하프톤 마스크를 이용한 자외선의 부분 투과 형태의 마스크를 포함할 수 있다.
침출 용액(
식각
용액)
본 발명의 일 실시 예에 따른 침출 용액(식각 용액)은 에탄올, 메탄올, 이소프로필알콜, 프로판올, 2-메톡시에탄올, 아세토니트릴, 아세톤, 부탄올, 증류수 또는 이들의 조합일 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 침출 용액(leaching solution) 또는 식각 용액은 광이 조사되지 않은 산화물반도체 조성물 박막(예를 들어 겔 상태)을 제거하고 광이 조사된 산화물반도체 조성물 박막(예를 들어 산화물반도체 조성물 겔)은 그대로 남겨둔다.
산화물반도체 박막 제조
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 산화물반도체 박막 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저 산화물박막용 조성물을 준비한다(블록 1000). 산화물반도체 조성물은 전술한 바와 같이 산화물반도체 전구체, 감광성 물질 및 점도 조절제를 포함한다. 준비된 산화물반도체 전구체, 감광성 물질 및 점도 조절제를 혼합한다. 예를 들어 자외선을 차단할 수 있는 옐로 룸(yellow room)에서 전술한 몰 비로 혼합을 한다.
다음 준비된 산화물 박막용 조성물을 기판위에 도포한다(블록 1100). 기판에 도포하는 방법으로 스크린 프린팅 (Screen Printing), 스핀 코팅(Spin Coating), 딥 코팅(Dip Coating), 스프레이 법, 롤-투-롤 공정(Roll-to-Roll), 잉크젯(Ink-Jet) 방법 등을 사용할 수 있다.
다음, 도포된 용액에서 용매를 제거하여 겔 상태로 전환하기 위해서 전열처리를 진행한다(블록 1200). 예를 들어 전열처리는 약 90℃에서 약 2분간 진행될 수 있다. 전열처리는 핫플레이트를 사용하여 진행될 수 있다. 핫플레이트를 대신해서 퍼니스 또는 급속열처리가 사용될 수 있다.
다음, 패턴이 형성될 영역을 노출하는 마스크를 사용하여 광 조사를 진행한다(블록 1300). 광 조사는 예를 들어 365nm 의 파장의 자외선을 조사할 수 있는 장비(UV irradiation 365nm, 출력 350W, 25mW/cm2)를 이용하여 10분간 노광을 할 수 있다.
광 조사 후 약 100℃에서 1분간 열처리를 진행한다.
다음, 광이 조사되지 않는 부분을 침출 용액을 사용하여 제거한다(블록 1400). 침출 방식은 예를 들어 분사 방식, 초음파 세척 방식, 침지 방식, 또는 버블 방식을 사용할 수 있다. 예를 들어 광 조사가 끝난 후에 에탄올 같은 침출 용액에 기판을 약 2분간 담가 광이 조사되지 않는 부분을 제거할 수 있다.
다음, 후열처리를 진행한다(블록 1500). 후열처리는 예를 들어 약 500℃에서 약 3시간 동안 진행될 수 있다. 후열처리는 패턴화된 산화물반도체 박막에 잔존하는 유기물 등을 제거하고 막을 치밀화하고 단단하게 할 수 있다. 예를 들어 감광성 물질인 벤조일아세톤의 끓는점은 약 260℃ 내외로써 본 후열처리 과정이 끝나면 산화물반도체 박막 내부에서 모두 휘발하여 사라짐으로 박막의 전기적 특성에 대한 이력은 남지 않게 된다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 감광성 물질을 제거하기 위한 별도의 열처리 공정이 필요치 않게 된다.
도 2는 전술한 산화물 박막 제조 방법을 개략적으로 도시하는 모식도이다.
실시 예
제1 실시 예:
ZTO
(주석아연산화물) 박막 트랜지스터 제조
주석 전구체로서 주석 클로라이드 (tin (II) chloride)를, 아연 전구체로서 아연아세테이트 디하이드레이트 (zinc acetate dihydrate)를 사용하였고, 용매로서 2-methoxyethanol을 사용하였다. 용매 대비 0.3 몰로 주석 클로라이드 및 아연아세테이트 디하이드레이트를 용매에 첨가하였고, 주석 및 아연의 비율을 1:1로 하였다.
다음, 핫 플레이트 (hot plate) 온도 70℃, 마그네틱 바 (magnetic bar)를 이용하여 300rpm의 속도로 30분간 주석 전구체 및 아연 전구체를 교반시켰다. 충분히 교반시킨 용액은 24시간 동안 안정화를 위한 에이징(aging)을 실시하였다. 제작된 용액은 자외선을 차단할 수 있는 옐로 룸 시설에서 주석, 아연 총 몰수 대비 1몰로 감광성 물질인 벤조일아세톤 (benzoylacetone, C10H10O2)을 첨가하였고 30분 간 교반 시킨 후 자외선 차단 효과가 큰 갈색 병에 담았다. 이후 점도 조절제로서 에틸렌 글리콜 (ethylene glycol, C2H6O2)을 전체 용액 부피의 15퍼센트 비율로 첨가하고 상온에서 교반 시켰다.
제작된 산화물박막용 조성물 용액을 스핀코팅방법으로 기판위에 도포하였다. 도포는 500rpm 10초, 1500rpm 10초, 3000rpm 30초, 1500rpm 10초 500rpm 5초로 5단계로 진행하였다. 산화물박막용 조성물 용액 코팅된 기판을 핫플레이트 온도 90℃에서 2분 간 전열처리를 진행하여 용매를 제거하여 겔화 상태로 전환하였다. 다음, 365nm의 파장의 자외선을 조사할 수 있는 일반적인 얼라이너 장비(UV irradiation 365nm, 출력 350W, 25mW/cm2)를 이용하여 10분간 노광을 실시하였다. 이때, 패턴이 남아 있어야할 부분이 뚫려 있는 쉐도우 마스크를 산화물박막용 조성물 용액 코팅된 기판에 하드 컨택(hard contact)을 한 후 노광을 하였으며, 노광이 끝난 후에는 조심스럽게 마스크를 제거하였다.
노광을 실시한 후 기판을 에탄올에 담가 2분간 침출을 실시하였다. 침출이 끝난 후 자외선에 조사된 부분은 남고 조사되지 않은 부분은 기판에서 제거되었다.
다음으로 500℃의 핫플레이트 위에서 3시간 열처리를 실시하여, 패턴화된 산화물반도체 박막을 형성하였다.
다음으로, 소스 전극 및 드레인 전극을 알루미늄 타겟을 사용하여 스퍼터링 방법으로 약 2000Å 증착하여 형성하였다.
제2 실시 예:
ZTO
(주석아연산화물) 박막 트랜지스터 제조
점도 조절제를 첨가하지 않고 제1 실시 예와 동일한 방법으로 박막 트랜지스터를 제조하였다.
대조군 트랜지스터 제조
감광성 물질 및 점도 조절제로서 에틸렌 글리콜이 첨가된 주석아연 산화물 박막의 특성에 대한 비교 군을 형성하기 위하여, 점도 조절제와 감광성 물질이 모두 첨가되지 않은 산화물박막용 조성물 용액을 사용한 산화물 박막 트랜지스터(대조군)를 상기 과정과 동일하게 제작하였다.
평가
도 3은 본 발명에 따른 산화물 박막 및 대조군의 산화물 박막에 대한 자외선-가시광선 분광학 (UV-visible spectroscopy) 측정을 통해 얻어진 광흡수율 변화를 도시하고 도 4는 각 박막 트랜지스터의 전달곡선을 도시한다. 도 4에서 드레인에는 10.1V의 전압을 인가하였다.
먼저, 도 3을 참조하면, 감광성 물질인 벤조일아세톤이 첨가된 후 주석아연 산화물 박막의 광 흡수성이 첨가되지 않았을 때보다 ~335nm 부근에서의 광 흡수성이 크게 증가된 것을 확인할 수 있다. 점도 조절제인 에틸렌 글리콜이 첨가된 후에는 광 흡수성이 벤조일아세톤만 첨가되었을 때보다는 다소 감소하지만, 감광성 물질 및 점도 조절제가 첨가되지 않은 박막보다 더 큰 광 흡수성을 보이는 것을 확인할 수 있다.
도 4를 참조하면, 켜짐 전류와 이동도, 문턱 전압 이하에서의 기울기(subtreshold slope) 측면에서 감광성 물질과 점도 조절제가 첨가된 본 발명의 박막 트랜지스터가 스위칭 소자로써는 충분한 특성을 보이는 것을 확인할 수 있다. 즉, 감광성 물질 및 점도 조절제가 광 반응성을 향상시키는 기능을 하지만 박막 트랜지스터의 특성을 나쁘게 하지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
아래 표 1은 각 트랜지스터의 전기적 특성을 보여준다.
| 점멸비 (Ion/Ioff) |
문턱전압하 스윙(V/decade) |
문턱전압 | |
| 제1 실시 예에 따른 트랜지스터 | 8.21x106 | 0.80 | 7.46 |
| 제2 실시 예에 따른 트랜지스터 | 4.92x106 | 1.30 | 4.49 |
| 대조군 트랜지스터 | 1.02x106 | 0.54 | 0.45 |
표 1로부터 본 발명의 제1 실시 예 및 제2 실시 예에 따른 트랜지스터가 대조군 트랜지스터에 비해서 우수한 점멸비, 높은 문턱전압을 나타내고 있는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 형성한 주석아연 산화물 박막 트랜지스터에 대한 현미경 사진이다. 도 5의 (a)는 점도 조절제와 감광성 물질 모두를 사용하여 제작한 소자를 (b)는 점도 조절제는 첨가하지 않고 감광성 물질만을 사용하여 제작한 소자를 나타낸다. 도 5의 (a)를 참조하면, 선폭 5μm에서도 선명한 산화물 박막 패턴이 형성된 것을 확인할 수 있다. 반면, 점도 조절제가 첨가되지 않은 (b)를 보면, 선폭 5μm 이하에서는 패턴이 형성되지 않았다. 이를 통해 점도 조절제가 패턴 형성에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 박막을 이용한 상부 게이트형 박막 트랜지스터를 개략적으로 도시한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터는 기판(100)에 형성되고 서로 떨어진 소스 전극(110) 및 드레인 전극(120), 채널층으로 작용하는 산화물 반도체 박막(130), 게이트 절연막(140) 및 게이트 전극(150)을 포함한다.
본 실시예에서 산화물 반도체 박막(130)은 인듐, 갈륨 및 산소를 포함하는 3원계 결정질 금속산화물 박막이다. 산화물 반도체 박막(130)은 소스 전극(110) 및 드레인 전극(120) 사이에 형성되고 연장하여 소스 전극(110) 및 드레인 전극(120)의 일부분을 덮는다. 한편 게이트 전극(150)은 산화물 반도체 박막(130) 위에 형성되고 그 사이에 게이트 절연막(140)이 위치한다. 즉, 기판(100)과 게이트 전극(150) 사이에 산화물 반도체 박막(130)이 위치한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 박막을 이용한 바닥 게이트형 박막 트랜지스터를 개략적으로 도시한다. 본 실시예의 트랜지스터는 도 6의 트랜지스터와 비교해서 소스/드레인 전극, 산화물 반도체 박막 및 게이트 전극의 적층 순서가 상이하다. 본 실시 예에서 게이트 전극(250) 위에 게이트 절연막(240), 산화물 반도체 박막(230), 소스 전극(210) 및 드레인 전극(220)이 차례로 적층되어 있다. 즉, 기판(200)과 산화물 반도체 박막(230) 사이에 게이트 전극(250)이 위치한다.
도 6 및 도 7의 박막 트랜지스터는 각종 디스플레이, 예를 들어 LCD, OLED, LED, 투명 디스플레이, 플렉시블 디스플레이 등의 각종 디스플레이의 픽셀을 구동 및/또는 선택하는 데 적용될 수 있고, 로직회로, 메모리, 기타 각종 전자소자를 구성하는 트랜지스터에 적용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터를 적용한 OLED 디스플레이 패널을 개략적으로 도시한다. 도 8의 OLED 패널은 TV, 광고용 간판, 각종 정보 제공 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 스마트폰 등의 휴대용 단말기 등에 적용될 수 있으며 여기에 한정되는 것은 아니다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 OLED 패널은 TFT 기판(300)과 유기 발광층(400)을 포함한다. TFT 기판(300)은 본 발명의 일 실시예에 따라 형성되는 산화물 박막 트랜지스터가 형성되는 기판으로서, 유리, 플라스틱 등의 기판(310)과 여기에 형성된 산화물 박막 트랜지스터(320)을 포함한다. 유기 발광층(400)은 빛을 발광하는 부분으로서 양극(410), 유기층(420) 및 음극(430)을 포함한다. 유기층(420)은 양극(410) 및 음극(430) 사이에 위치한다. 양극(410)으로서 ITO 같은 투명 도전막이 사용될 수 있고, 음극(430)으로서 Al 같은 금속이 사용될 수 있으나 여기에 한정되는 것은 아니다.
이상의 설명은 단지 본 발명의 구체적인 실시 예의 상세한 설명 및 도면에 지나지 않고, 본 발명의 특허청구의 범위를 국한하는 것이 아니다. 따라서, 여기에 기술된 실시 예에 대해서 적당히 변경이나 변형 등을 실시할 수 있으며, 그 같은 변경이나 변형 등은 본 발명의 청구 범위 내에 포함되어야 할 것은 말할 필요도 없는 것이다.
Claims (16)
- 산화물반도체 전구체;
감광성 물질; 및
점도 조절제
를 포함하는 산화물반도체 조성물. - 제1 항에 있어서,
상기 감광성 물질은 상기 산화물반도체 전구체 1몰 대비 0.1에서 1몰로 포함되는 산화물반도체 조성물. - 제1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 점도 조절제는 상기 산화물반도체 전구체 및 상기 감광성 물질의 총 1몰 대비 0.1에서 1몰로 포함되는 산화물반도체 조성물. - 제3 항에 있어서,
상기 감광성 물질은 광흡수가 200 내지 450 nm 자외선 파장영역에서 일어나는 산화물반도체 조성물. - 제3 항에 있어서,
상기 감광성 물질은 아세틸아세톤 (Acetylacetone, C5H8O2), 벤조일아세톤 (Benzoylacetone, C10H10O2), 벤조일아세토닐라이드 (Benzoylacetoanilide, C15H13NO2), 1-하이드록시사이클로헥실페닐케톤 (1-Hydroxycyclohexyl phenyl ketone, C13H16O2), 포스파인옥사이드페닐비즈 (2,4,6-트리메틸 벤조일, C26H27O3P), 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-1-프로파논 (2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanone, C10H12O2), 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택되는 산화물반도체 조성물. - 제3 항에 있어서,
상기 점도 조절제는 에틸렌 글리콜 (ethylene glycol, C2H6O2), 글리세롤 (glycerol, C3H8O3), 모노-에탄올아민 (mono-ethanolamine, C2H7NO) 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택되는 산화물반도체 조성물. - 제3 항에 있어서,
상기 산화물반도체 전구체는 주석화합물 및 아연화합물을 포함하고,
상기 주석화합물 대비 아연화합물의 몰비는 1:0.1에서 0.1:1인 산화물반도체 조성물. - 제7 항에 있어서,
상기 산화물반도체 전구체는 인듐화합물, 갈륨화합물, 하프늄화합물, 마그네슘화합물, 알루미늄화합물, 이트륨화합물, 탄탈륨화합물, 타이타늄화합물, 지르코늄화합물, 바륨화합물, 란사늄화합물, 망간화합물, 텅스텐화합물, 몰리브덴화합물, 세륨화화합물, 크롬화합물, 스칸디움화합물, 실리콘화합물, 네오디뮴화합물, 스트론튬화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물을 더 포함하는 산화물반도체 조성물. - 감광성 물질, 점도 조절제 그리고 산화물반도체 전구체를 포함하는 산화물반도체 조성물을 기판에 도포하여 산화물반도체 박막을 형성하는 단계; 그리고,
상기 산화물반도체 박막을 패터닝하는 단계를 포함하는 산화물반도체 박막 형성 방법. - 제9 항에 있어서,
상기 산화물반도체 박막을 패터닝하는 단계는:
상기 산화물반도체 박막에 광을 조사하는 단계; 그리고,
상기 광이 조사되지 않은 산화물반도체 박막을 제거하는 단계를 포함하는 산화물반도체 박막 형성 방법. - 제9 항 또는 제10 항에 있어서,
상기 광이 조사되지 않은 산화물반도체 박막을 제거하는 단계는, 식각 용액으로 에탄올, 메탄올, 이소프로필알콜, 프로판올, 2-메톡시에탄올, 아세토니트릴, 아세톤, 부탄올, 증류수 또는 이들의 조합을 상기 광이 조사되지 않은 산화물반도체 박막에 제공하는 것을 포함하는 산화물반도체 박막 형성 방법. - 제9 항 또는 제10 항에 있어서,
상기 산화물반도체 조성물을 기판에 도포하여 산화물반도체 박막을 형성하는 단계는 상기 산화물반도체 조성물을 플렉시블 기판, 유리기판, 또는 실리콘 기판에 도포하는 것을 포함하는 산화물반도체 박막 형성 방법. - 제9 항 또는 제10 항의 산화물반도체 박막 형성 방법으로 형성된 산화물반도체 박막;
상기 산화물 반도체 박막과 이격되어 중첩하는 게이트 전극; 그리고,
상기 산화물 반도체 박막과 전기적으로 연결되며 상기 게이트 전극 양측에 위치하는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 전자소자. - 플렉시블 기판 또는 유리 기판상에 형성된 산화물반도체 박막을 포함하며,
상기 산화물반도체 박막은 제9 항 또는 제10 항의 산화물반도체 박막 형성 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자. - 산화물반도체 전구체 용액을 준비하는 단계;
점도 조절제를 준비하는 단계;
감광성 물질 용액을 준비하는 단계; 그리고,
상기 산화물반도체 전구체 용액, 상기 점도 조절제 그리고 상기 감광성 물질 용액을 혼합하는 단계를 포함하는 산화물반도체 조성물 제조 방법. - 끓는 점이 400℃이하이며 광흡수가 200 내지 450 nm 자외선 파장영역에서 일어나는 감광성 물질;
점도 조절제; 그리고,
산화물 전구체;
를 포함하는 산화물반도체 조성물.
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