KR20140102025A - 박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법과 상기 박막 트랜지스터 표시판을 포함하는 전자 소자 - Google Patents
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Abstract
기판 위에 형성되어 있는 게이트 전극, 상기 게이트 전극과 중첩하는 유기 반도체, 상기 유기 반도체와 전기적으로 연결되어 있는 소스 전극 및 드레인 전극, 상기 유기 반도체를 덮고 있는 불소 함유 유기 절연막, 그리고 상기 불소 함유 유기 절연막을 덮고 있는 감광성 유기 절연막을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법과 상기 박막 트랜지스터 표시판을 포함하는 전자 소자에 관한 것이다.
Description
박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법과 상기 박막 트랜지스터 표시판을 포함하는 전자 소자에 관한 것이다.
액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD), 유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode display, OLED display), 전기 영동 표시 장치(electrophoretic display) 등의 평판 표시 장치는 복수 쌍의 전기장 생성 전극과 그 사이에 들어 있는 전기 광학 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 인가받고, 전기 광학 활성층은 이 전기 신호를 광학 신호로 변환함으로써 영상을 표시한다.
평판 표시 장치는 스위칭 소자로서 삼단자 소자인 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT), 상기 박막 트랜지스터를 제어하기 위한 주사 신호를 전달하는 게이트선(gate line) 및 화소 전극에 인가될 신호를 전달하는 데이터선(data line)이 구비된 박막 트랜지스터 표시판을 포함한다.
이러한 박막 트랜지스터 중에서, 규소(Si)와 같은 무기 반도체 대신 저분자 또는 고분자와 같은 유기 반도체(organic semiconductor)를 포함하는 유기 박막 트랜지스터(organic thin film transistor, OTFT)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
유기 박막 트랜지스터는 유기 물질의 특성상 섬유(fiber) 또는 필름(film)과 같은 형태로 만들 수 있어서 가요성 표시 장치(flexible display device)의 핵심 소자로 주목받고 있다.
그러나 유기 반도체는 유기 물질의 특성상 후속 공정에서 손상되기 쉽다.
일 구현예는 전기적 특성에 영향을 미치지 않으면서도 유기 반도체의 손상을 줄일 수 있는 구조를 가진 박막 트랜지스터 표시판을 제공한다.
다른 구현예는 상기 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법을 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 박막 트랜지스터 표시판을 포함하는 전자 소자를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 기판 위에 형성되어 있는 게이트 전극, 상기 게이트 전극과 중첩하는 유기 반도체, 상기 유기 반도체와 전기적으로 연결되어 있는 소스 전극 및 드레인 전극, 상기 유기 반도체를 덮고 있는 불소 함유 유기 절연막, 그리고 상기 불소 함유 유기 절연막을 덮고 있는 감광성 유기 절연막을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판을 제공한다.
상기 불소 함유 유기 절연막은 불소계 고분자 및 불소계 용매 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 불소 함유 유기 절연막은 퍼플루오르화된 고분자(perfluorinated polymer), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 플루오르화된 에틸렌프로필렌(fluorinated ethylenepropylene, FEP), 폴리플루오로알콕시(poly fluoro alkoxy), 에틸렌테트라플루오로에틸렌(ethylene tetrafluoroethylene, ETFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 퍼플로로(알케닐비닐 에테르)(perfluoro(alkenylvinyl ethers)) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 불소 함유 유기 절연막은 비감광성일 수 있다.
상기 불소 함유 유기 절연막은 약 0.1㎛ 내지 1.0㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 감광성 유기 절연막은 폴리아크릴, 폴리실록산, 폴리이미드 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 감광성 유기 절연막은 약 0.1㎛ 내지 1.0㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 불소 함유 유기 절연막과 상기 감광성 유기 절연막은 실질적으로 동일한 평면 모양을 가지는 접촉 구멍을 가질 수 있다.
상기 불소 함유 유기 절연막과 상기 감광성 유기 절연막은 상기 접촉 구멍을 제외하고 상기 기판의 전면에 형성될 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 기판 위에 게이트 전극을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극 위에 게이트 절연막을 형성하는 단계, 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 게이트 전극과 중첩하는 유기 반도체를 형성하는 단계, 상기 유기 반도체와 전기적으로 연결되어 있는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계, 상기 유기 반도체 위에 불소 함유 유기 절연막을 형성하는 단계, 상기 불소 함유 유기 절연막 위에 감광성 유기 절연막을 형성하는 단계, 상기 감광성 유기 절연막을 습식 식각으로 패터닝하는 단계, 그리고 상기 패터닝된 감광성 유기 절연막을 마스크로 하여 상기 불소 함유 유기 절연막을 건식 식각으로 패터닝하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법을 제공한다.
상기 불소 함유 유기 절연막을 형성하는 단계와 상기 감광성 유기 절연막을 형성하는 단계는 약 150℃ 이하의 온도에서 수행할 수 있다.
상기 제조 방법은 상기 불소 함유 유기 절연막을 형성하는 단계 후에 상기 불소 함유 유기 절연막을 표면 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 표면 처리하는 단계는 산소 플라즈마를 수행할 수 있다.
상기 제조 방법은 상기 감광성 유기 절연막을 패터닝하는 단계 후에 약 150℃ 이하에서 열경화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제조 방법은 상기 감광성 유기 절연막을 패터닝하는 단계 후에 약 70℃ 내지 150℃ 이하에서 열경화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 박막 트랜지스터 표시판을 포함하는 전자 소자를 제공한다.
상기 전자 소자는 액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치, 전기 영동 표시 장치 및 유기 센서를 포함할 수 있다.
박막 트랜지스터의 유기 반도체 층에 손상을 주지 않아 전기적 특성에 영향을 미치지 않으면서도 후속 공정 및 외부 환경으로부터 소자를 보호할 수 있으며, 보호막과 그 상부에 위치하는 전극 사이의 접착성을 개선하여 전극이 들뜨거나 박리되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 박막 트랜지스터 표시판을 도시한 단면도이고,
도 2 내지 도 8은 도 1의 박막 트랜지스터 표시판의 일 구현예에 따른 제조 방법을 차례로 도시한 단면도이고,
도 9는 실시예 1에 따른 박막 트랜지스터 소자의 평면 사진이고,
도 10은 비교예 1에 따른 박막 트랜지스터 소자의 평면 사진이다.
도 2 내지 도 8은 도 1의 박막 트랜지스터 표시판의 일 구현예에 따른 제조 방법을 차례로 도시한 단면도이고,
도 9는 실시예 1에 따른 박막 트랜지스터 소자의 평면 사진이고,
도 10은 비교예 1에 따른 박막 트랜지스터 소자의 평면 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하 일 구현예에 따른 박막 트랜지스터 표시판에 대하여 도면을 참고하여 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 박막 트랜지스터 표시판을 도시한 단면도이다.
투명한 유리, 실리콘 또는 플라스틱 따위로 만들어진 기판(110) 위에 게이트 전극(124)이 형성되어 있다. 게이트 전극(124)은 게이트 신호를 전달하는 게이트선(도시하지 않음)과 연결되어 있다. 게이트 전극(124)은 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 이들의 합금 및 이들의 조합으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
게이트 전극(124) 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140)은 유기 물질 또는 무기 물질로 만들어질 수 있으며, 유기 물질의 예로는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)계 화합물, 폴리이미드(polyimide)계 화합물, 폴리아크릴(polyacryl)계 화합물, 폴리스티렌(polystyrene)계 화합물, 벤조시클로부탄(benzocyclobutane, BCB) 따위의 용해성 고분자 화합물을 들 수 있고, 무기 물질의 예로는 질화규소(SiNx) 및 산화규소(SiO2)를 들 수 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)이 형성되어 있다. 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 게이트 전극(124)을 중심으로 마주하고 있다. 소스 전극(173)은 데이터 신호를 전달하는 데이터선(도시하지 않음)과 연결되어 있다. 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 이들의 합금 및 이들의 조합으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 위에는 유기 반도체(154)가 형성되어 있다.
유기 반도체(154)는 저분자 또는 고분자 화합물로 만들어질 수 있으며, 예컨대 펜타센(pentacene)과 그 전구체, 테트라벤조포피린(tetrabenzoporphyrin)과 그 유도체, 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene)과 그 유도체, 폴리플러렌(polyfluorene)과 그 유도체, 폴리티닐렌비닐렌(polythienylenevinylene)과 그 유도체, 폴리티오펜(polythiophene)과 그 유도체, 폴리티에노티오펜(polythienothiophene)과 그 유도체, 폴리아릴아민(polyarylamine)과 그 유도체, 프탈로시아닌(phthalocyanine)과 그 유도체, 금속화 프탈로시아닌(metallized phthalocyanine) 또는 그의 할로겐화 유도체, 페릴렌테트라카르복실산 이무수물(perylenetetracarboxylic dianhydride, PTCDA), 나프탈렌테트라카르복실산 이무수물(naphthalenetetracarboxylic dianhydride, NTCDA) 또는 이들의 이미드 유도체, 퍼릴렌(perylene) 또는 코로넨(coronene)과 그들의 치환기를 포함하는 유도체 중에서 선택된 적어도 하나로 만들어질 수 있다. 그 중에서 펜타센 또는 퍼릴렌과 같은 저분자로 만들어질 수 있다.
유기 반도체(154) 위에는 유기 반도체(154)를 덮고 있는 불소 함유 유기 절연막(160)이 형성되어 있다.
불소 함유 유기 절연막(160)은 불소계 고분자 및 불소계 용매 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 퍼플루오르화된 고분자(perfluorinated polymer), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 플루오르화된 에틸렌프로필렌(fluorinated ethylenepropylene, FEP), 폴리플루오로알콕시(poly fluoro alkoxy), 에틸렌테트라플루오로에틸렌(ethylene tetrafluoroethylene, ETFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 퍼플로로(알케닐비닐 에테르)(perfluoro(alkenylvinyl ethers)) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
불소 함유 유기 절연막(160)은 비감광성일 수 있다.
불소 함유 유기 절연막(160)은 유기 반도체(154) 상부에서 접촉하고 있으며 유기 반도체(154)를 완전히 덮고 있다. 불소 함유 유기 절연막(160)은 비교적 저온에서 용액 공정으로 형성할 수 있으므로 유기 반도체(154)가 열에 의해 열화되는 것을 방지할 수 있으며, 후속 공정에서 플라즈마 및/또는 공정 중 사용하는 식각액, 현상액 및/또는 박리액과 같은 화학액으로부터 유기 반도체(154)를 보호할 수 있다.
불소 함유 유기 절연막(160)은 예컨대 약 0.1㎛ 내지 1.0㎛의 두께를 가질 수 있다.
불소 함유 유기 절연막(160) 위에는 감광성 유기 절연막(180)이 형성되어 있다. 감광성 유기 절연막(180)은 빛에 반응할 수 있는 감광성 유기 물질로 만들어질 수 있으며, 예컨대 폴리아크릴, 폴리실록산, 폴리이미드 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있다.
감광성 유기 절연막(180)은 후속 공정에서 불소 함유 유기 절연막(160)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 감광성 유기 절연막(180)은 경도가 약하여 단단한 막질로 형성되기 어려운 불소 함유 유기 절연막(160)을 덮음으로써 후속 공정에서 불소 함유 유기 절연막(160)이 열화되거나 손상받는 것을 방지할 수 있다. 또한 감광성 유기 절연막(180)은 전극과 같은 무기물과의 접착력(adhesion)이 약한 불소 함유 유기 절연막(160)을 덮음으로써 후술하는 화소 전극(191)이 들뜨거나 분리되는 것을 방지할 수 있다.
감광성 유기 절연막(180)은 약 0.1 내지 1.0㎛의 두께를 가질 수 있다.
불소 함유 유기 절연막(160)과 감광성 유기 절연막(180)은 각각 드레인 전극(175)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(165, 185)을 가질 수 있다. 후술하는 바와 같이 불소 함유 유기 절연막(160)의 접촉 구멍(165)은 감광성 유기 절연막(180)의 접촉 구멍(185)을 마스크로 하여 식각되므로, 불소 함유 유기 절연막(160)의 접촉 구멍(165)과 감광성 유기 절연막(180)의 접촉 구멍(185)은 실질적으로 동일한 평면 모양을 가질 수 있다.
불소 함유 유기 절연막(160)과 감광성 유기 절연막(180)은 접촉 구멍(165, 185)과 패드부(도시하지 않음)를 드러내는 복수의 접촉 구멍(도시하지 않음)을 제외하고는 기판(110)의 전면에 형성될 수 있다.
감광성 유기 절연막(180) 위에는 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 예컨대 인듐 틴 옥사이드(ITO) 또는 인듐 주석 옥사이드(IZO)와 같은 투명 도전체 또는 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 은(Ag) 또는 이들의 합금과 같은 불투명 도전체로 만들어질 수 있다. 화소 전극(191)은 접촉 구멍(165, 185)을 통하여 드레인 전극(175)과 전기적으로 연결되어 있다.
상술한 박막 트랜지스터 표시판은 예컨대 액정 표시 장치, 유기 발광 장치, 태양 전지 및 유기 센서를 포함한 다양한 전자 소자에 포함될 수 있다.
이하 도 1의 박막 트랜지스터 표시판의 일 구현예에 따른 제조 방법에 대하여 도 2 내지 도 8을 도 1과 함께 참고하여 설명한다.
도 2 내지 도 8은 도 1의 박막 트랜지스터 표시판의 일 구현예에 따른 제조 방법을 차례로 도시한 단면도이다.
도 2를 참고하면, 기판(110) 위에 도전층을 스퍼터링 따위로 적층한 후 사진 식각하여 게이트 전극(124)을 형성한다.
다음 도 3을 참고하면, 게이트 전극(124) 위에 게이트 절연막(140)을 형성한다. 게이트 절연막(140)은 예컨대 화학기상증착과 같은 건식 공정 또는 스핀 코팅, 잉크젯 인쇄와 같은 용액 공정으로 형성할 수 있다. 이어서, 게이트 절연막(140) 위에 도전층을 스퍼터링 따위로 적층한 후 사진 식각하여 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)을 형성한다.
다음 도 4를 참고하면, 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 위에 유기 반도체(154)를 형성한다. 유기 반도체(154)는 화학기상증착과 같은 건식 공정 또는 스핀 코팅, 잉크젯 인쇄와 같은 용액 공정으로 형성할 수 있다.
다음 도 5를 참고하면, 유기 반도체(154) 위에 불소 함유 유기 절연막(160)을 형성한다. 불소 함유 유기 절연막(160)은 예컨대 불소계 고분자와 용매를 포함하는 용액, 절연성 고분자와 불소계 용매를 포함하는 용액 또는 불소계 고분자와 불소계 용매를 포함하는 용액을 예컨대 스핀 코팅, 슬릿 코팅 또는 잉크젯 인쇄와 같은 용액 공정으로 도포하여 형성할 수 있다.
도포된 불소 함유 유기 절연막(160)은 열경화될 수 있다.
불소 함유 유기 절연막(160)을 도포하는 단계 및 열경화하는 단계는 각각 약 150℃ 이하에서 수행할 수 있다. 예컨대 약 25℃ 내지 약 150℃, 그 중에서 약 50℃ 내지 150℃에서 수행할 수 있다. 이와 같이 비교적 저온에서 수행함으로써 유기 반도체(154)가 열화되는 것을 방지할 수 있다.
이어서 불소 함유 유기 절연막(160)을 표면 처리할 수 있다. 상기 표면 처리는 소수성을 가지는 불소 함유 유기 절연막(160)의 표면을 친수성으로 표면 개질하는 단계로, 예컨대 산소 플라즈마(O2 plasma)로 수행할 수 있다.
다음 도 6을 참고하면, 불소 함유 유기 절연막(160) 위에 감광성 유기 절연막(180)을 도포한다. 감광성 유기 절연막(180)은 예컨대 폴리아크릴, 폴리아미드 또는 폴리실록산과 같은 감광성 유기 고분자를 예컨대 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA)와 같은 용매에서 혼합한 용액을 예컨대 스핀 코팅, 슬릿 코팅 또는 잉크젯 인쇄와 같은 용액 공정으로 도포하여 형성할 수 있다. 이 때 후술하는 건식 식각을 고려하여, 도포되는 두께는 형성하고자 하는 감광성 유기 절연막(180)의 두께보다 두껍게 형성할 수 있다.
감광성 유기 절연막(180)을 도포하는 단계는 약 150℃ 이하에서 수행할 수 있다. 예컨대 약 25℃ 내지 약 150℃, 그 중에서 약 50℃ 내지 150℃에서 수행할 수 있다. 이와 같이 비교적 저온에서 수행함으로써 유기 반도체(154) 및 불소 함유 유기 절연막(160)이 열화되는 것을 방지할 수 있다.
다음 도 7을 참고하면, 감광성 유기 절연막(180) 위에 노광 마스크(도시하지 않음)을 배치하고 습식 식각(wet etching)으로 패터닝하여 복수의 접촉 구멍(185)을 형성한다. 감광성 유기 절연막(180)은 감광성 유기 물질을 포함하므로, 별도의 감광막(photoresist film)이 불필요하다.
이어서 패터닝된 감광성 유기 절연막(180)을 열경화할 수 있다. 열경화 또한 약 150℃ 이하에서 수행될 수 있다. 예컨대 약 70℃ 내지 150℃에서 수행할 수 있다. 열경화는 감광성 유기 절연막(180)을 단단하게 하여 후술하는 건식 식각에서 감광성 유기 절연막(180)이 물리적으로 손상받는 것을 줄일 수 있다. 또한 감광성 유기 절연막 (180) 바로 위에 화소 전극(191)을 형성하는 단계에서 노출될 수 있는 화학액에 대한 내화학성을 높일 수 있다.
다음 도 8을 참고하면, 패터닝된 감광성 유기 절연막(180)을 마스크로 하여 불소 함유 유기 절연막(160)을 건식 식각(dry etching)으로 패터닝하여 복수의 접촉 구멍(165)을 형성한다. 이 때 접촉 구멍(165)은 패터닝된 감광성 유기 절연막(180)을 마스크로 하여 형성되므로, 접촉 구멍(165, 185)은 실질적으로 동일한 평면 모양을 가질 수 있다.
다음 도 1을 참고하면, 감광성 유기 절연막(180) 위에 도전층을 스퍼터링 따위로 적층한 후 사진 식각하여 화소 전극(191)을 형성한다.
이하 실시예를 통하여 상술한 본 발명의 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
박막 트랜지스터의 제조
실시예
1
유리 기판 위에 스퍼터링 방법으로 몰리브덴을 적층한 후 사진 식각하여 게이트 전극을 형성한다. 이어서 화학기상증착(PECVD) 방법으로 산화규소를 증착하여 게이트 절연막을 형성한다. 이어서 스퍼터링 방법으로 금(Au)을 적층한 후 사진 식각하여 소스 전극 및 드레인 전극을 형성한다. 이어서 옥타데실트리클로로실란 (octadecyltrichlorosilane)을 사용하여 자기조립층을 형성한다. 이어서 소스 전극 및 드레인 전극 위에 헤테로아센계 p형 반도체를 진공 증착하여 유기 반도체 층을 형성한다. 이어서 유기 반도체 위에 CYTOP®(ASAHI GLASS사 제조)를 스핀코팅으로 도포한 후, 120℃에서 열경화하여 500 nm 두께의 불소 함유 유기 절연막을 형성한다. 이어서 불소 함유 유기 절연막의 표면을 O2 플라즈마 (100W, 10초)로 표면 처리한다. 이어서 불소 함유 유기 절연막 위에 포토아크릴(동진쎄미켐 사 제조)를 스핀코팅으로 도포한 후 100℃에서 열처리하여 1.5㎛ 두께의 감광성 유기 절연막을 형성한다. 이어서 감광성 유기 절연막 위에 노광 마스크를 배치하고 100 mJ/㎠ 조건으로 노광한 후 현상 및 탈이온수로 세정한다. 이어서 130℃에서 2시간 경화한다. 이어서 감광성 유기 절연막을 마스크로 하여 불소 함유 유기 절연막을 플라즈마 건식 식각 (400W, 120초)한다. 이어서 감광성 유기 절연막 위에 알루미늄(Al)을 증착하고 사진 식각하여 Al 전극을 형성하여 박막 트랜지스터 소자를 제조한다.
비교예
1
유리 기판 위에 스퍼터링 방법으로 몰리브덴을 적층한 후 사진 식각하여 게이트 전극을 형성한다. 이어서 화학기상증착(PECVD) 방법으로 산화규소를 증착하여 게이트 절연막을 형성한다. 이어서 스퍼터링 방법으로 금(Au)을 적층한 후 사진 식각하여 소스 전극 및 드레인 전극을 형성한다. 이어서 옥타데실트리클로로실란 (Octadecyltrichlorosilane) 을 사용하여 자기조립층을 형성한다. 이어서 소스 전극 및 드레인 전극 위에 헤테로아센계 p형 반도체를 진공 증착하여 유기 반도체 층을 형성한다. 이어서 유기 반도체 위에 CYTOP®(ASAHI GLASS사 제조)를 스핀코팅으로 도포한 후, 120℃에서 열경화하여 1.5㎛ 두께의 불소 함유 유기 절연막을 형성한다. 이어서 불소 함유 유기 절연막의 표면을 O2 플라즈마 (100W, 10초)로 표면 처리한다. 이어서 불소 함유 유기 절연막 위에 알루미늄(Al)을 증착하고 사진 식각하여 Al 전극을 형성하여 박막 트랜지스터 소자를 제조한다.
비교예
2
유리 기판 위에 스퍼터링 방법으로 몰리브덴을 적층한 후 사진 식각하여 게이트 전극을 형성한다. 이어서 화학기상증착(PECVD) 방법으로 산화규소를 증착하여 게이트 절연막을 형성한다. 이어서 스퍼터링 방법으로 금(Au)을 적층한 후 사진 식각하여 소스 전극 및 드레인 전극을 형성한다. 이어서 옥타데실트리클로로실란 (Octadecyltrichlorosilane) 을 사용하여 자기조립층을 형성한다. 이어서 소스 전극 및 드레인 전극 위에 헤테로아센계 p형 반도체를 진공 증착하여 유기 반도체 층을 형성한다. 이어서 포토아크릴 (동진쎄미켐 사 제조) 을 스핀 코팅 방법으로 도포한 후 100℃에서 열처리하여 1.5㎛ 두께의 감광성 유기 절연막을 형성한다. 이어서 감광성 유기 절연막 위에 노광 마스크를 배치하고 100 mJ/㎠ 조건으로 노광한 후 현상 및 탈이온수로 세정한다. 이어서 130℃에서 2시간 경화한다. 이어서 감광성 유기 절연막 위에 알루미늄(Al)을 증착하고 사진 식각하여 Al 전극을 형성하여 박막 트랜지스터 소자를 제조한다.
평가
평가 1: 접착성
실시예 1과 비교예 1에 따른 박막 트랜지스터 소자에서 ITO 전극과 하부막 사이의 접착성을 평가한다.
도 9는 실시예 1에 따른 박막 트랜지스터 소자의 평면 사진이고, 도 10은 비교예 1에 따른 박막 트랜지스터 소자의 평면 사진이다.
도 9 및 도 10을 참고하면, 실시예 1에 따른 박막 트랜지스터 소자는 감광성 유기 절연막과 Al 전극 사이의 접착성이 우수하여 Al 전극이 들뜨거나 벗겨지지 않고 양호한 패턴으로 형성되는 반면 비교예 1에 따른 박막 트랜지스터 소자는 Al 전극이 대부분 벗겨져 불량한 패턴으로 형성되는 것을 확인할 수 있다.
평가 2: 박막 트랜지스터 특성
실시예 1과 비교예 1, 2에 따른 박막 트랜지스터 소자의 박막 트랜지스터 특성을 평가한다.
표 1은 실시예 1과 비교예 1, 2에 따른 박막 트랜지스터 소자의 전하 이동도 및 문턱 전압을 보여준다.
| 전하이동도(㎠/Vㆍs) | 문턱전압(Vth, V) | |||
| VD=-5V | VD=-40V | VD=-5V | VD=-40V | |
| 실시예 1 | 3.0 | 5.0 | -9.3 | -7.7 |
| 비교예 1 | 2.8 | 4.5 | -7.6 | -7.0 |
| 비교예 2 | N/A | N/A | N/A | N/A |
*N/A: 작동하지 않음
표 1을 참고하면, 실시예 1에 따른 박막 트랜지스터 소자는 비교예 1에 따른 박막 트랜지스터 소자와 유사한 수준의 전하 이동도 및 문턱 전압을 가지는 것을 알 수 있다. 이로부터 불소 함유 유기 절연막 형성 후 후속 공정에 의해 박막 트랜지스터가 열화되지 않았음을 확인할 수 있다.
한편, 비교예 2에 따른 박막 트랜지스터 소자는 공정 중 유기 반도체가 심하게 손상되어 박막 트랜지스터로서 작동하지 않음을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
110: 기판 124: 게이트 전극
140: 게이트 절연막 154: 유기 반도체
160: 불소 함유 유기 절연막 173: 소스 전극
175: 드레인 전극 180: 감광성 유기 절연막
191: 화소 전극
140: 게이트 절연막 154: 유기 반도체
160: 불소 함유 유기 절연막 173: 소스 전극
175: 드레인 전극 180: 감광성 유기 절연막
191: 화소 전극
Claims (17)
- 기판 위에 형성되어 있는 게이트 전극,
상기 게이트 전극과 중첩하는 유기 반도체,
상기 유기 반도체와 전기적으로 연결되어 있는 소스 전극 및 드레인 전극,
상기 유기 반도체를 덮고 있는 불소 함유 유기 절연막, 그리고
상기 불소 함유 유기 절연막을 덮고 있는 감광성 유기 절연막
을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제1항에서,
상기 불소 함유 유기 절연막은 불소계 고분자 및 불소계 용매 중 적어도 하나를 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제2항에서,
상기 불소 함유 유기 절연막은 퍼플루오르화된 고분자(perfluorinated polymer), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 플루오르화된 에틸렌프로필렌(fluorinated ethylene propylene, FEP), 폴리플루오로알콕시(poly fluoro alkoxy), 에틸렌테트라플루오로에틸렌(ethylene tetra fluoro ethylene, ETFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 퍼플로로(알케닐비닐 에테르)(perfluoro(alkenylvinyl ethers)) 또는 이들의 조합을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제1항에서,
상기 불소 함유 유기 절연막은 비감광성인 박막 트랜지스터 표시판.
- 제1항에서,
상기 불소 함유 유기 절연막은 0.1㎛ 내지 1.0㎛의 두께를 가지는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제1항에서,
상기 감광성 유기 절연막은 폴리아크릴, 폴리실록산, 폴리이미드 또는 이들의 조합을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제1항에서,
상기 감광성 유기 절연막은 0.1㎛ 내지 1.0㎛의 두께를 가지는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제1항에서,
상기 불소 함유 유기 절연막과 상기 감광성 유기 절연막은 실질적으로 동일한 평면 모양을 가지는 접촉 구멍을 가지는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제8항에서,
상기 불소 함유 유기 절연막과 상기 감광성 유기 절연막은 상기 접촉 구멍을 제외하고 상기 기판의 전면에 형성되어 있는 박막 트랜지스터 표시판.
- 기판 위에 게이트 전극을 형성하는 단계,
상기 게이트 전극 위에 게이트 절연막을 형성하는 단계,
상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 게이트 전극과 중첩하는 유기 반도체를 형성하는 단계,
상기 유기 반도체와 전기적으로 연결되어 있는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계,
상기 유기 반도체 위에 불소 함유 유기 절연막을 형성하는 단계,
상기 불소 함유 유기 절연막 위에 감광성 유기 절연막을 형성하는 단계,
상기 감광성 유기 절연막을 습식 식각으로 패터닝하는 단계, 그리고
상기 패터닝된 감광성 유기 절연막을 마스크로 하여 상기 불소 함유 유기 절연막을 건식 식각으로 패터닝하는 단계
를 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
- 제10항에서,
상기 불소 함유 유기 절연막을 형성하는 단계와 상기 감광성 유기 절연막을 형성하는 단계는 150℃ 이하의 온도에서 수행하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
- 제10항에서,
상기 불소 함유 유기 절연막을 형성하는 단계 후에 상기 불소 함유 유기 절연막을 표면 처리하는 단계를 더 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
- 제12항에서,
상기 표면 처리하는 단계는 산소 플라즈마를 수행하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
- 제10항에서,
상기 감광성 유기 절연막을 패터닝하는 단계 후에 150℃ 이하에서 열경화하는 단계를 더 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
- 제14항에서,
상기 감광성 유기 절연막을 패터닝하는 단계 후에 70℃ 내지 150℃ 이하에서 열경화하는 단계를 더 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 박막 트랜지스터 표시판을 포함하는 전자 소자.
- 제16항에서,
액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치, 전기 영동 표시 장치 및 유기 센서를 포함하는 전자 소자.
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