KR20140060822A - 신축성 박막트랜지스터의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신축성 박막트랜지스터의 제조방법을 개시한다. 그의 제조방법은, 몰드 기판을 형성하는 단계와, 상기 몰드 기판 상에 신축성 절연체를 형성하는 단계와, 상기 신축성 절연체 상에 평판 기판을 형성하는 단계와, 상기 몰드 기판을 제거하는 단계와, 상기 신축성 절연체 상에 불연속적이고 주름진 배선들을 형성하는 단계와, 상기 배선들 사이에 연결되는 박막트랜지스터를 형성하는 단계와, 상기 평판 기판을 제거하는 단계를 포함한다.

Description

신축성 박막트랜지스터의 제조방법{method for manufacturing stretchable thin film transistor}
본 발명은 박막트랜지스터의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 신축성 박막트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.
신축성 전자 디바이스는 외부에서 작용하는 응력에 의해 기판이 확장(expended)되더라도 전기적인 기능을 그대로 유지할 수 있다. 신축성 전자 디바이스는 단순한 휨 (bendable) 및/또는 유연(flexible) 소자의 한계를 뛰어넘어 로봇용 센서 피부, wearable 통신 소자, 인체내장/부착형 바이오 소자, 차세대 디스플레이 등 다양한 분야의 응용 가능성을 가지고 있다.
신축성 전자 디바이스는 금속 배선의 확장이 가능한 구조를 가질 수 있다. 금속 배선은 미리 당겨진(pre-strained) 신축성 기판 표면에 전사된 뒤에 상기 신축성 기판의 수축에 의해 물결 모양으로 형성될 수 있다. 금속 배선은 전자 디바이스의 확장능력(stretchability)을 부여할 수 있다. 그러나, 신축 전자 디바이스는 초기에 기판에 가해진 pre-strain의 양에 의해 금속 배선의 확장능력이 제한될 수 있다. 또한, 물결 모양의 금속 배선은 일반적인 반도체 소자 제작공정에 비해 과정이 복잡하여 대면적 적용 및 신뢰성 확보가 어렵다는 단점을 갖는다.
다른 신축성 전자 디바이스는 금속 대신 전도성을 갖는 신축성 소재의 배선을 포함할 수 있다. 전도성 신축 소재는 주로 전도성 고분자, 탄소나노튜브, 그래핀 등의 전도성 물질을 포함한다. 그러나, 전도성 신축 소재는 확장능력이 높은 반면 금속에 비해 전기저항이 높고 마이크로미터 수준의 미세 패터닝이 어렵다는 단점을 가질 수 있다
또 다른 신축성 전자 디바이스는 2차원 평면 스프링 모양의 배선을 포함할 수 있다. 스프링 모양의 배선은 배선제작 공정이 일반적인 반도체 소자 공정과 호환되어 비용 절감 및 신뢰성 확보가 용이하고, 높은 전도성을 가질 수 있다. 그러나, 스프링 모양의 배선은 신축될 때, 배선의 특정 부위에만 국부적으로 변형량이 집중되어 파손을 유발하므로 확장율을 높이는 데에 한계가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 배선의 주름을 용이하게 형성할 수 있는 신축성 박막트랜지스터의 제조방법을 제공하는 데 있다.
다른 기술적 과제는, 생상성을 향상시킬 수 있는 신축성 박막트랜지스터의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 신축성 박막트랜지스터의 제조방법은, 몰드 기판을 형성하는 단계; 상기 몰드 기판 상에 신축성 절연체를 형성하는 단계; 상기 신축성 절연체 상에 평판 기판을 형성하는 단계; 상기 몰드 기판을 제거하는 단계; 상기 신축성 절연체 상에 불연속적이고 주름진 배선들을 형성하는 단계; 상기 배선들 사이에 연결되는 박막트랜지스터를 형성하는 단계; 및 상기 평판 기판을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 몰드 기판은 바닥 기판과, 상기 바닥 기판 상의 포토레지스트 패턴들을 포함할 수 있다. 상기 바닥 기판은 상기 신축성 절연체 상의 소자 영역에 접촉되고, 상기 포토레지스트 패턴은 상기 신축성 절연체 상의 배선 영역에 접촉될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 신축성 절연체의 상기 소자 영역은 상기 배선 영역보다 두꺼울 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 배선들의 형성 단계는, 상기 신축성 절연체 상에 불연속적으로 상기 배선을 형성하는 단계; 상기 배선 및 상기 신축성 절연체를 열처리하는 단계; 및 상기 배선 및 상기 신축성 절연체를 급속 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 열처리 단계는 100도 내지 300도에서 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 박막트랜지스터와 상기 배선들 사이를 연결하는 인터커넥션 배선을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 인터커넥션 배선은 인쇄 방법으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 신축성 절연체는 피디엠에스(PDMS)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 신축성 박막트랜지스터의 제조방법은, 기판 상에 신축성 절연체를 형성하는 단계; 상기 신축성 절연체 상에 불연속적이고 주름진 배선들을 형성하는 단계; 상기 배선들에 연결되는 박막트랜지스터를 형성하는 단계; 및 상기 기판을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 배선들의 형성 단계는, 상기 신축성 절연체 상에 불연속적으로 배선들을 형성하는 단계; 상기 배선들 및 상기 신축성 절연체를 열처리하는 단계; 및 상기 신축성 절연체 및 상기 배선을 급속 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 박막트랜지스터와 상기 배선들을 연결하는 인터커넥션 배선을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 인터커넥션 배선은 인쇄 방법으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 신축성 박막트랜지스터의 제조방법은, 배선 영역보다 두꺼운 소자 영역을 갖는 신축성 절연체를 제공한다. 배선 영역 상에 불연속적인 배선들을 형성하고, 상기 배선들과 신축성 절연체를 가열한 후 급속 냉각하여 상기 배선들을 주름지게 형성한다. 배선들의 주름은 열처리 온도 및 급속 냉각 속도에 의해 조절될 수 있다. 배선들은 열처리 및 급속 냉각 이외에 별도의 부가적인 공정이 없이도 주름지게 형성될 수 있다. 소자 영역에 박막트랜지스터들을 형성하고, 상기 박막트랜지스터와 배선들 사이에 인터커넥션 배선을 형성할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 신축성 박막트랜지스터의 제조방법은 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 신축성 박막트랜지스터의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정 단면도들이다.
도 10 내지 도 15는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 신축성 박막트랜지스터의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정단면도들이다.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명들은 모두 청구된 발명의 부가적인 설명을 제공하기 위한 예시적인 것이다. 그러므로 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해 질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 언급되는 경우에, 이는 그 외의 다른 구성요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 여기에서 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 신축성 박막트랜지스터의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 바닥 기판(12) 상에 포토레지스트 패턴들(14)을 형성한다. 바닥 기판(12)과 포토레지스트 패턴들(14)은 몰드 기판(10)이 될 수 있다. 바닥 기판(12)은 글래스 또는 웨이퍼를 포함할 수 있다. 포토레지스트 패턴들(14)은 포토리소그래피 공정으로 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 몰드 기판(10) 상에 신축성 절연체(20)를 형성한다. 신축성 절연체(20)는 PDMS(Poly-Dimethyllesiloxane) 또는 폴리 우레탄(polyurethane)와 같은 탄성 중합체를 포함할 수 있다. 몰드 기판(10)은 신축성 절연체(20)의 소자 영역(22)과 배선 영역(24)을 만들 수 있다. 신축성 절연체(20)의 소자 영역(22)과 배선 영역(24)은 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 소자 영역(22)은 배선 영역(24)보다 두꺼울 수 있다. 배선 영역(24)은 포토레지스트 패턴들(14)에 접촉되고, 소자 영역(22)은 바닥 기판(12)에 접촉될 수 있다.
도 3을 참조하면, 신축성 절연체(20) 상에 평판 기판(30)을 접합한다. 평판 기판(30)은 글래스, 웨이퍼를 포함할 수 있다. 신축성 절연체(20)와 평판 기판(30)은 접착제가 없이도 접합될 수 있다.
도 4를 참조하면, 몰드 기판(10)을 제거한다. 몰드 기판(10)의 포토레지스트 패턴(14)은 알코올과 같은 유기 용매에 의해 제거될 수 있다. 바닥 기판(12)은 외력에 의해 신축성 절연체(20)으로부터 박리될 수 있다.
도 5를 참조하면, 신축성 절연체(20) 상에 불연속적인 배선들(40)을 형성한다. 배선들(40)은 금속 박막의 증착 공정과, 포토리소그래피 공정 및 식각 공정에 의해 형성될 수 있다. 금속 박막은 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 금(Au), 또는 은(Ag)을 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 배선들(40)과 신축성 절연체(20)을 가열 후 급속 냉각(quenching)하여 상기 배선들(40)을 주름지게 형성한다. 배선들(40)과 신축성 절연체(20)은 약 100℃ 내지 300℃정도로 가열될 수 있다. 배선들(40)과 신축성 절연체(20)은 급속 냉각되면, 열팽창 계수의 차이에 의해 주름이 형성될 수 있다. 배선들의 주름은 열처리 온도 및 급속 냉각 속도에 의해 조절될 수 있다. PDMS는 금속에 비해 약 20배 이상 큰 열팽창 계수를 갖는다. 배선들(40)은 열처리 공정 이외에 별도의 부가적인 처리 공정 없이 신축성 절연체(20) 상에 주름지게 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 신축성 박막트랜지스터의 제조방법은 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 7을 참조하면, 배선들(40) 사이에 박막트랜지스터들(50)을 형성한다. 박막트랜지스터들(50)은 소자 영역(22) 상에 형성될 수 있다. 박막트랜지스터들(50)은 다수의 증착 공정, 포토리소그래피 공정, 및 식각 공정에 의해 형성될 수 있다. 박막트랜지스터들(50)은 활성 층(51), 소스/드레인 전극(52, 53)과, 게이트 절연막(54) 및 게이트 상부 절연막(55)과, 금속의 게이트 전극(56)을 포함할 수 있다. 활성 층(51)은 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 게이트 절연막(54)은 실리콘 산화막의 유전체를 포함할 수 있다. 폴리 실리콘 및 유전체는 화학기상증착방법의 증착 공정을 통해 형성된다. 폴리 실리콘은 포토리소그래피 공정 및 식각 공정에 의해 패터닝된다. 소스/드레인 전극(52, 53) 및 게이트 전극(56)은 ITO와 같은 투명 금속을 포함할 수 있다. 금속은 스퍼터링 방법과 같은 증착 공정으로 형성될 수 있다. 또한, 금속은 포토리소그래피 공정 및 식각 공정에 의해 패터닝된다.
도 8을 참조하면, 배선들(40)과 박막트랜지스터들(50)을 연결하는 인터커넥션 배선들(60)을 형성한다. 인터커넥션 배선들(60)은 소자 영역(22)과 배선 영역(24) 사이에 형성될 수 있다. 인터커넥션 배선들(60)은 잉크젯 인쇄(ink-jet printing)방법으로 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 평판 기판(30)을 제거한다. 평판 기판(30)은 에천트에 의해 식각될 수 있다. 또한, 평판 기판(30)은 외력에 의해 신축성 절연체(20)로부터 박리될 수 있다.
도 10 내지 도 15는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 신축성 박막트랜지스터의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정단면도들이다.
도 10을 참조하면, 평판 기판(30) 상에 신축성 절연체(20)을 형성한다. 신축성 절연체(20)는 평판 기판(30) 상에 도포될 수 있다. 신축성 절연체(20)는 PDMS 또는 폴리 우레탄의 탄성 중합체를 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 신축성 절연체(20) 상에 불연속적인 배선들(40)을 형성한다. 배선들(40)은 금속 박막의 증착 공정, 포토리소그래피 공정, 및 식각 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 12를 참조하면, 배선들(40) 및 신축성 절연체(20)을 가열한 후에 급속 냉각하여 상기 배선들(40)을 주름지게 형성한다. 배선들(40)과 신축성 절연체(20)은 약 100℃ 내지 300℃정도로 가열될 수 있다. 배선들(40)과 신축성 절연체(20)은 급속 냉각되면, 열팽창 계수의 차이에 의해 주름이 형성될 수 있다. PDMS는 금속에 비해 약 20배 이상 큰 열팽창 계수를 갖는다. 배선들(40)은 열처리 공정 이외에 별도의 부가적인 처리 공정 없이 신축성 절연체(20) 상에 주름지게 형성될 수 있다. 신축성 절연체(20)는 배선들(40)과의 접촉면에서 요철을 가질 수 있다. 배선들(40)로부터 노출된 신축성 절연체(20)는 평탄면을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 신축성 박막트랜지스터의 제조방법은 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 13을 참조하면, 배선들(40) 사이의 신축성 절연체(20) 상에 박막트랜지스터들(50)을 형성한다. 상술한 바와 같이, 박막트랜지스터들(50)은 다수의 증착 공정, 포토리소그래피 공정, 및 식각 공정에 의해 형성될 수 있다. 박막트랜지스터들(50)은 활성 층(51), 소스/드레인 전극(52, 53)과, 게이트 절연막(54) 및 게이트 상부 절연막(55)과, 금속의 게이트 전극(56)을 포함할 수 있다.
도 14를 참조하면, 박막트랜지스터들(50)과 배선들(40)을 연결하는 인터커넥션 배선들(60)을 형성한다. 인터커넥션 배선들(60)은 잉크젯 인쇄방법에 의해 형성될 수 있다.
도 15를 참조하면, 평판 기판(30)을 제거한다. 평판 기판(30)은 에천트에 의해 식각되거나, 외력에 의해 신축성 절연체(20)로부터 박리되어 제거될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 몰드 기판 20: 신축성 절연체
30: 평판 기판 40: 배선들
50: 박막트랜지스터 60: 인터커넥션 배선

Claims (13)

  1. 몰드 기판을 형성하는 단계;
    상기 몰드 기판 상에 신축성 절연체를 형성하는 단계;
    상기 신축성 절연체 상에 평판 기판을 형성하는 단계;
    상기 몰드 기판을 제거하는 단계;
    상기 신축성 절연체 상에 불연속적이고 주름진 배선들을 형성하는 단계;
    상기 배선들 사이에 연결되는 박막트랜지스터를 형성하는 단계; 및
    상기 평판 기판을 제거하는 단계를 포함하는 신축성 박막트랜지스터의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰드 기판은 바닥 기판과, 상기 바닥 기판 상의 포토레지스트 패턴들을 포함하는 신축성 박막트랜지스터의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 바닥 기판은 상기 신축성 절연체 상의 소자 영역에 접촉되고, 상기 포토레지스트 패턴은 상기 신축성 절연체 상의 배선 영역에 접촉되는 신축성 박막트랜지스터의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 신축성 절연체의 상기 소자 영역은 상기 배선 영역보다 두꺼운 신축성 박막트랜지스터의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 배선들의 형성 단계는,
    상기 신축성 절연체 상에 불연속적으로 상기 배선을 형성하는 단계;
    상기 배선 및 상기 신축성 절연체를 열처리하는 단계; 및
    상기 배선 및 상기 신축성 절연체를 급속 냉각하는 단계를 더 포함하는 신축성 박막트랜지스터의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 열처리 단계는 100도 내지 300도에서 수행되는 신축성 박막트랜지스터의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터와 상기 배선들 사이를 연결하는 인터커넥션 배선을 형성하는 단계를 더 포함하는 신축성 박막트랜지스터의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 인터커넥션 배선은 인쇄 방법으로 형성되는 신축성 박막트랜지스터의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 신축성 절연체는 피디엠에스(PDMS)를 포함하는 신축성 박막트랜지스터의 제조방법.
  10. 기판 상에 신축성 절연체를 형성하는 단계;
    상기 신축성 절연체 상에 불연속적이고 주름진 배선들을 형성하는 단계;
    상기 배선들에 연결되는 박막트랜지스터를 형성하는 단계; 및
    상기 기판을 제거하는 단계를 포함하는 신축성 박막트랜지스터의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 배선들의 형성 단계는,
    상기 신축성 절연체 상에 불연속적으로 배선들을 형성하는 단계;
    상기 배선들 및 상기 신축성 절연체를 열처리하는 단계; 및
    상기 신축성 절연체 및 상기 배선을 급속 냉각하는 단계를 포함하는 신축성 박막 트랜지스터의 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터와 상기 배선들을 연결하는 인터커넥션 배선을 형성하는 단계를 더 포함하는 신축성 박막트랜지스터의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 인터커넥션 배선은 인쇄 방법으로 형성되는 박막트랜지스터의 제조방법.
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