KR20210084835A - 박막트랜지스터 및 이를 포함하는 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기판과; 상기 기판 상부에 배치되는 반도체층과; 상기 반도체층 상부에 배치되는 게이트절연층과; 상기 게이트절연층 상부에 배치되고, 양(+)의 수소 활성화 에너지를 갖는 제1상부 수소차단층과; 상기 반도체층의 중앙부에 대응되는 상기 제1상부 수소차단층 상부에 배치되고, 음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 제1상부 수소포집층과; 상기 제1상부 수소포집층 상부에 배치되는 게이트전극과; 상기 반도체층의 양 단부에 각각 연결되는 소스전극 및 드레인전극과; 상기 게이트전극, 상기 소스전극 및 상기 드레인전극 상부에 배치되는 보호층을 포함하는 표시장치를 제공한다.

Description

박막트랜지스터 및 이를 포함하는 표시장치 {Thin Film Transistor And Display Device Including The Same}
본 발명은 박막트랜지스터에 관한 것으로, 특히 수소에 의한 특성 저하가 방지되는 박막트랜지스터 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
최근, 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 액정표시장치(liquid crystal display device: LCD), 플라즈마표시장치(plasma display panel device: PDP), 유기발광다이오드 표시장치(organic light emitting diode display device: OLED), 전계방출표시장치(field emission display device: FED)와 같은 평판표시장치(flat panel display)가 널리 개발되어 다양한 분야에 적용되고 있다.
이러한 평판표시장치에서는, 다수의 부화소가 게이트신호 및 데이터신호를 이용하여 영상을 표시하는데, 각 부화소는 다수의 박막트랜지스터를 이용하여 게이트신호 및 데이터신호를 전달한다.
평판표시장치의 박막트랜지스터는 실리콘과 같은 반도체물질의 반도체층을 포함하는데, 최근에는 우수한 소자특성을 갖고 제조공정이 간소화 되어 제조비용이 절감되는 산화물반도체물질의 반도체층을 포함하는 박막트랜지스터가 연구 및 개발되고 있다.
그런데, 산화물반도체물질의 반도체층을 포함하는 박막트랜지스터는 수소(H)에 의하여 반도체층이 열화되어 박막트랜지스터의 전기적 특성이 저하되고 표시장치의 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.
특히, 상부에 금속 인캡(encapsulation)기판이 배치되는 하부발광(bottom emission)방식 유기발광다이오드 표시장치와 달리, 다수의 유기층 및 다수의 무기층의 인캡층이 배치되는 상부발광(top emission)방식 유기발광다이오드 표시장치에서는 인캡층의 수소가 반도체층으로 확산되어 반도체층이 열화되고 박막트랜지스터의 문턱전압(threshold voltage: Vth)이 변동(shift)되는 문제가 있다.
본 발명은, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제시된 것으로, 금속층과 반도체층 사이에 수소포집층을 배치함으로써, 수소포집층에 의하여 수소가 포획되어 수소 확산이 최소화 되고 반도체층의 열화가 방지되어 전기적 특성 저하 및 신뢰성 저하가 방지되는 박막트랜지스터 및 이를 포함하는 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은, 수소포집층과 반도체층 사이에 수소차단층을 배치함으로써, 수소차단층에 의하여 수소가 차단되어 수소 확산이 최소화 되고 반도체층의 열화가 방지되어 전기적 특성 저하 및 신뢰성 저하가 방지되는 박막트랜지스터 및 이를 포함하는 표시장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은, 기판과; 상기 기판 상부에 배치되는 반도체층과; 상기 반도체층 상부에 배치되는 게이트절연층과; 상기 게이트절연층 상부에 배치되고, 양(+)의 수소 활성화 에너지를 갖는 제1상부 수소차단층과; 상기 반도체층의 중앙부에 대응되는 상기 제1상부 수소차단층 상부에 배치되고, 음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 제1상부 수소포집층과; 상기 제1상부 수소포집층 상부에 배치되는 게이트전극과; 상기 반도체층의 양 단부에 각각 연결되는 소스전극 및 드레인전극과; 상기 게이트전극, 상기 소스전극 및 상기 드레인전극 상부에 배치되는 보호층을 포함하는 표시장치를 제공한다.
그리고, 상기 표시장치는, 상기 소스전극 및 상기 드레인전극 하부에 각각 배치되고, 음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 제2상부 수소포집층과; 상기 제2상부 수소포집층 하부에 배치되고, 양(+)의 수소 활성화 에너지를 갖는 제2상부 수소차단층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 표시장치는, 상기 소스전극에 연결되는 제1전극과; 상기 제1전극 하부에 배치되고, 음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 제3상부 수소포집층과; 상기 제3상부 수소포집층 하부에 배치되고, 양(+)의 수소 활성화 에너지를 갖는 제3상부 수소차단층을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 표시장치는, 상기 기판과 상기 반도체층 사이에 배치되는 차광층과; 상기 차광층과 상기 반도체층 사이에 배치되고, 음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 하부 수소포집층과; 상기 하부 수소포집층과 상기 반도체층 사이에 배치되고, 양(+)의 수소 활성화 에너지를 갖는 하부 수소차단층과; 상기 하부 수소차단층과 상기 반도체층 사이에 배치되는 버퍼층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 차광층 및 상기 하부 수소포집층은 동일한 형태를 가질 수 있다.
그리고, 상기 게이트절연층, 상기 제1상부 수소차단층, 상기 제1상부 수소포집층 및 상기 게이트전극은 동일한 형태를 가질 수 있다.
또한, 상기 표시장치는, 상기 게이트전극과 상기 보호층 사이에 배치되는 층간절연층을 더 포함하고, 상기 제2상부 수소차단층은 상기 층간절연층과 상기 보호층 사이에 배치되고, 상기 소스전극 및 상기 드레인전극은 상기 제2상부 수소차단층 및 상기 층간절연층의 제1 및 제2콘택홀을 통하여 상기 반도체층의 양 단부에 각각 연결될 수 있다.
그리고, 상기 제2상부 수소포집층은, 상기 제2상부 수소차단층의 상면, 상기 제1 및 제2콘택홀의 상기 제2상부 수소차단층의 측면, 상기 제1 및 제2콘택홀의 상기 층간절연층의 측면 및 상기 반도체층의 양 단부의 상면과 각각 접촉할 수 있다.
또한, 상기 소스전극은 상기 제2상부 수소차단층, 상기 층간절연층, 상기 버퍼층 및 상기 하부 수소차단층의 제3콘택홀을 통하여 상기 차광층의 일 단부에 연결되고, 상기 제2상부 수소포집층은, 상기 제2상부 수소차단층의 상면, 상기 제3콘택홀의 상기 제2상부 수소차단층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 층간절연층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 버퍼층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 하부 수소차단층의 측면 및 상기 하부 수소포집층의 일 단부의 상면과 각각 접촉할 수 있다.
그리고, 상기 표시장치는, 상기 게이트전극과 상기 보호층 사이에 배치되는 층간절연층을 더 포함하고, 상기 제1상부 수소차단층은 상기 게이트절연층과 상기 층간절연층 사이에 배치되고, 상기 제2상부 수소차단층은 상기 층간절연층과 상기 보호층 사이에 배치되고, 상기 소스전극 및 상기 드레인전극은 상기 제2상부 수소차단층, 상기 층간절연층, 상기 제1상부 수소차단층 및 상기 게이트절연층의 제1 및 제2콘택홀을 통하여 상기 반도체층의 양 단부에 각각 연결될 수 있다.
또한, 상기 제2상부 수소포집층은, 상기 제2상부 수소차단층의 상면, 상기 제1 및 제2콘택홀의 상기 제2상부 수소차단층의 측면, 상기 제1 및 제2콘택홀의 상기 층간절연층의 측면, 상기 제1 및 제2콘택홀의 상기 게이트절연층의 측면 및 상기 반도체층의 양 단부의 상면과 각각 접촉할 수 있다.
그리고, 상기 소스전극은 상기 제2상부 수소차단층, 상기 층간절연층, 상기 제1상부 수소차단층, 상기 게이트절연층, 상기 버퍼층 및 상기 하부 수소차단층의 제3콘택홀을 통하여 상기 차광층의 일 단부에 연결되고, 상기 제2상부 수소포집층은, 상기 제2상부 수소차단층의 상면, 상기 제3콘택홀의 상기 제2상부 수소차단층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 층간절연층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 제1상부 수소차단층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 게이트절연층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 버퍼층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 하부 수소차단층의 측면 및 상기 하부 수소포집층의 일 단부의 상면과 각각 접촉할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2상부 수소차단층은 동일층, 동일물질로 이루어지고, 상기 게이트전극, 상기 소스전극 및 상기 드레인전극은 동일층, 동일물질로 이루어지고, 상기 소스전극 및 상기 드레인전극은 상기 제1상부 수소차단층, 상기 제2상부 수소차단층 및 상기 게이트절연층의 제1 및 제2콘택홀을 통하여 상기 반도체층의 양 단부에 각각 연결될 수 있다.
그리고, 상기 제2상부 수소포집층은, 상기 제2상부 수소차단층의 상면, 상기 제1 및 제2콘택홀의 상기 제2상부 수소차단층의 측면, 상기 제1 및 제2콘택홀의 상기 게이트절연층의 측면 및 상기 반도체층의 양 단부의 상면과 각각 접촉할 수 있다.
또한, 상기 소스전극은 상기 제2상부 수소차단층, 상기 게이트절연층, 상기 버퍼층 및 상기 하부 수소차단층의 제3콘택홀을 통하여 상기 차광층의 일 단부에 연결되고, 상기 제2상부 수소포집층은, 상기 제2상부 수소차단층의 상면, 상기 제3콘택홀의 상기 제2상부 수소차단층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 게이트절연층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 버퍼층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 하부 수소차단층의 측면 및 상기 하부 수소포집층의 일 단부의 상면과 각각 접촉할 수 있다.
그리고, 상기 하부 수소포집층과 상기 제1 내지 제3상부 수소포집층은, 각각 바나듐(vanadium: V), 니오븀(niobium: Nb), 탄탈룸(tantalum: Ta), 하프늄(hafnium: Hf), 지르코늄(zirconium: Zr), 티타늄(titanium: Ti), 세륨(cerium: Ce), 란타늄(lanthanum: La), 이트륨(yttrium: Y), 스칸듐(scandium: Sc), 리튬(lithium: Li) 및 몰리브덴 티타늄(molybdenum titanium: MoTi) 중 하나 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
또한, 상기 하부 수소차단층과 상기 제1 내지 제3상부 수소차단층은, 각각 1.0eV 이상의 수소 활성화 에너지를 가질 수 있다.
그리고, 상기 하부 수소차단층과 상기 제1 내지 제3상부 수소차단층은, 각각 코퍼 옥사이드(copper oxide: CuOx), 니켈 옥사이드(nickel oxide: NiOx), 아이언 옥사이드(iron oxide: FeOx), 코발트 옥사이드(cobalt oxide: CoOx), 망가니즈 옥사이드(manganese oxide: MnOx), 인듐 옥사이드(indium oxide: InOx), 틴 옥사이드(tin oxide: SnOx), 징크 옥사이드(zinc oxide: ZnOx), 실버 옥사이드(silver oxide: AgOx), 갈륨 옥사이드(gallium oxide: GaOx), 텅스텐 옥사이드(tungsten oxide: WOx), 알루미늄 옥사이드(aluminum oxide: AlOx), 마그네슘 옥사이드(magnesium oxide: MgOx), 칼슘 옥사이드(calcium oxide: CaOx) 중 하나를 포함할 수 있다.
본 발명은, 금속층과 반도체층 사이에 수소포집층을 배치함으로써, 수소포집층에 의하여 수소가 포획되어 수소 확산이 최소화 되고 반도체층의 열화가 방지되어 박막트랜지스터의 전기적 특성 저하 및 신뢰성 저하가 방지되는 효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은, 수소포집층과 반도체층 사이에 수소차단층을 배치함으로써, 수소차단층에 의하여 수소가 차단되어 수소 확산이 최소화 되고 반도체층의 열화가 방지되어 박막트랜지스터의 전기적 특성 저하 및 신뢰성 저하가 방지되는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 하나의 부화소를 도시한 단면도.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 수소 활성화 에너지를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 제1 및 제2그룹의 물질의 수소 활성화 에너지를 도시한 그래프.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 제1 및 제2그룹의 물질의 제1 및 제2샘플의 적층구조를 도시한 단면도.
도 5는 도 4a 및 도 4b의 제1 및 제2샘플의 수소함량을 도시한 그래프.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 박막트랜지스터의 문턱전압 변동을 도시한 그래프.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 제3 및 제4그룹의 물질 내부에서의 수소의 위치에 따른 수소 활성화 에너지 변화를 도시한 그래프.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 표시장치의 하나의 부화소를 도시한 단면도.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 표시장치의 하나의 부화소를 도시한 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 박막트랜지스터 및 이를 포함하는 표시장치를 설명하되, 유기발광다이오드 표시장치를 예로 들어 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 하나의 부화소를 도시한 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치(110)는, 기판(120), 스위칭 박막트랜지스터(미도시), 구동 박막트랜지스터(Tdr), 센싱 박막트랜지스터(미도시), 스토리지 커패시터(미도시), 발광다이오드(Del)를 포함한다.
구체적으로, 기판(120)은 다수의 화소를 포함하고, 각 화소는 다수의 부화소(SP)를 포함하고, 각 부화소(SP)는 발광영역(EA)과 회로영역(CA)을 포함한다.
예를 들어, 기판(120)은 유리 또는 폴리이미드(polyimide)와 같은 가요성 물질을 포함하고, 다수의 부화소(SP)는 각각 청, 녹, 적, 백색에 대응되는 광을 방출할 수 있다.
기판(120) 상부의 각 부화소(SP)의 회로영역(CA)에는 차광층(122) 및 하부 수소포집층(124)이 순차적으로 배치되는데, 차광층(122) 및 하부 수소포집층(124)은 하나의 노광식각공정을 통하여 형성되어 동일한 형태를 가질 수 있다.
차광층(122)은, 스위칭 박막트랜지스터, 구동 박막트랜지스터(Tdr), 센싱 박막트랜지스터 각각의 반도체층(130)에 중첩되도록 배치되는데, 기판(120)을 통하여 입사되는 외부광이 반도체층(130)에 조사되어 반도체층이 열화 되는 것을 방지하는 역할을 한다.
예를 들어, 차광층(122)은 알루미늄(Al), 몰리브덴 티타늄(MoTi), 구리(Cu)와 같은 불투명 금속물질을 포함할 수 있다.
하부 수소포집층(124)은, 차광층(122)으로부터 하부 수소포집층(124)으로 확산되는 수소(H)를 포획하여 반도체층(130)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 하고, 음(-)의 수소 활성화 에너지(H formation energy)를 갖는 수소포집물질을 포함한다.
음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 수소포집물질의 내부로 유입된 수소는 안정한 상태를 유지하므로, 수소포집물질은 반도체층(130)으로 확산될 수 있는 주변의 수소를 포획하여 수소의 확산을 억제할 수 있다.
예를 들어, 하부 수소포집층(124)은, 바나듐(vanadium: V), 니오븀(niobium: Nb), 탄탈룸(tantalum: Ta), 하프늄(hafnium: Hf), 지르코늄(zirconium: Zr), 티타늄(titanium: Ti), 세륨(cerium: Ce), 란타늄(lanthanum: La), 이트륨(yttrium: Y), 스칸듐(scandium: Sc), 리튬(lithium: Li) 및 몰리브덴 티타늄(molybdenum titanium: MoTi) 중 하나 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
하부 수소포집층(124) 상부의 기판(120) 전면에는 하부 수소차단층(126)이 배치된다.
하부 수소차단층(126)은 하부 수소포집층(124)으로부터 하부 수소차단층(126)으로 확산되는 수소와, 기판(120) 또는 기판(120) 상부의 무기물질층으로부터 하부 수소차단층(126)으로 확산되는 수소를 차단하여 반도체층(130)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 한다.
즉, 하부 수소포집층(124) 내부의 수소량이 포화도를 초과할 경우, 하부 수소포집층(124)의 수소가 하부 수소차단층(126)으로 확산될 수 있는데, 하부 수소차단층(126)은 이러한 하부 수소포집층(124)의 초과 수소의 확산을 차단하여 반도체층(130)으로 수소가 확산되는 것을 방지할 수 있다.
이를 위하여, 하부 수소차단층(126)은 주변 절연층보다 큰 수소 활성화 에너지를 가질 수 있는데, 예를 들어, 하부 수소차단층(126)은 약 1.0eV 이상의 수소 활성화 에너지, 바람직하게는 실리콘 옥사이드(SiO2)의 수소 활성화 에너지인 약 3.5eV보다 큰 수소 활성화 에너지를 갖는 수소차단물질을 포함한다.
예를 들어, 하부 수소차단층(126)은, 코퍼 옥사이드(copper oxide: CuOx), 니켈 옥사이드(nickel oxide: NiOx), 아이언 옥사이드(iron oxide: FeOx), 코발트 옥사이드(cobalt oxide: CoOx), 망가니즈 옥사이드(manganese oxide: MnOx), 인듐 옥사이드(indium oxide: InOx), 틴 옥사이드(tin oxide: SnOx), 징크 옥사이드(zinc oxide: ZnOx), 실버 옥사이드(silver oxide: AgOx), 갈륨 옥사이드(gallium oxide: GaOx), 텅스텐 옥사이드(tungsten oxide: WOx) 중 하나를 포함하거나, 바람직하게는, 알루미늄 옥사이드(aluminum oxide: AlOx), 마그네슘 옥사이드(magnesium oxide: MgOx), 칼슘 옥사이드(calcium oxide: CaOx) 중 하나를 포함할 수 있다.
제1실시예에서는 하부 수소차단층(126)이 기판(120) 전면에 배치되는 것을 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 하부 수소차단층(126)이 차광층(122) 및 하부 수소포집층(124)과 동일한 노광식각공정을 통하여 형성되어 차광층(122) 및 하부 수소포집층(124)과 동일한 형태를 가질 수도 있다.
또 다른 실시예에서는, 하부 수소차단층(126)이 차광층(122) 및 하부 수소포집층(124)과 상이한 별도의 노광식각공정을 통하여 차광층(122) 및 하부 수소포집층(124) 상부에만 형성되어 차광층(122) 및 하부 수소포집층(124)과 상이한 형태를 가질 수도 있다.
또 다른 실시예에서는, 하부 수소차단층(126)이 차광층(122) 하부의 기판(120) 전면에 배치될 수도 있다.
하부 수소차단층(126) 상부의 기판(120) 전면에는 버퍼층(128)이 배치된다.
예를 들어, 버퍼층(128)은 하부의 실리콘 나이트라이드(SiNx)의 제1층과 상부의 실리콘 옥사이드(SiOx)의 제2층을 포함할 수 있다.
차광층(122)에 대응되는 버퍼층(128) 상부에는 반도체층(130)이 배치된다.
예를 들어, 반도체층(130)은 인듐-갈륨-징크 옥사이드(indium-gallium-zinc oxide: IGZO)와 같은 산화물반도체물질을 포함할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 층간절연층(140)의 제1 및 제2콘택홀(C1, C2)을 통하여 노출되는 반도체층(130)의 양 단부는 도체화 되어 소스영역 및 드레인영역으로 동작하고, 게이트전극(138)과 중첩되고 게이트절연층(132) 및 층간절연층(140)으로 덮이는 반도체층(130)의 중앙부는 채널영역(CH)으로 동작할 수 있다.
반도체층(130)의 중앙부 상부에는 게이트절연층(132), 제1상부 수소차단층(134), 제1상부 수소포집층(136) 및 게이트전극(138)이 순차적으로 배치되는데, 게이트절연층(132), 제1상부 수소차단층(134), 제1상부 수소포집층(136) 및 게이트전극(138)은 하나의 노광식각공정을 통하여 형성되어 동일한 형태를 가질 수 있다.
도시하지는 않았지만, 회로영역(CA)의 게이트절연층(132) 상부에는 제1방향(가로방향)을 따라 게이트배선 및 센싱배선이 배치될 수 있다.
예를 들어, 게이트절연층(132)은 실리콘 옥사이드(SiOx) 또는 실리콘 나이트라이드(SiNx)와 같은 무기절연물질을 포함할 수 있다.
제1상부 수소차단층(134)은, 제1상부 수소포집층(136)으로부터 제1상부 수소차단층(134)으로 확산되는 수소를 차단하여 반도체층(130)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 한다.
즉, 제1상부 수소포집층(136) 내부의 수소량이 포화도를 초과할 경우, 제1상부 수소포집층(136)의 수소가 제1상부 수소차단층(134)으로 확산될 수 있는데, 제1상부 수소차단층(134)은 이러한 제1상부 수소포집층(136)의 초과 수소의 확산을 차단하여 반도체층(130)으로 수소가 확산되는 것을 방지할 수 있다.
이를 위하여, 제1상부 수소차단층(134)은 주변 절연층보다 큰 수소 활성화 에너지를 가질 수 있는데, 예를 들어, 제1상부 수소차단층(134)은 약 1.0eV 이상의 수소 활성화 에너지, 바람직하게는 실리콘 옥사이드(SiO2)의 수소 활성화 에너지인 약 3.5eV보다 큰 수소 활성화 에너지를 갖는 수소차단물질을 포함한다.
예를 들어, 제1상부 수소차단층(134)은, 코퍼 옥사이드(copper oxide: CuOx), 니켈 옥사이드(nickel oxide: NiOx), 아이언 옥사이드(iron oxide: FeOx), 코발트 옥사이드(cobalt oxide: CoOx), 망가니즈 옥사이드(manganese oxide: MnOx), 인듐 옥사이드(indium oxide: InOx), 틴 옥사이드(tin oxide: SnOx), 징크 옥사이드(zinc oxide: ZnOx), 실버 옥사이드(silver oxide: AgOx), 갈륨 옥사이드(gallium oxide: GaOx), 텅스텐 옥사이드(tungsten oxide: WOx) 중 하나를 포함하거나, 바람직하게는, 알루미늄 옥사이드(aluminum oxide: AlOx), 마그네슘 옥사이드(magnesium oxide: MgOx), 칼슘 옥사이드(calcium oxide: CaOx) 중 하나를 포함할 수 있다.
제1상부 수소포집층(136)은, 게이트전극(138)으로부터 제1상부 수소포집층(136)으로 확산되는 수소를 포획하여 반도체층(130)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 하고, 음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 수소포집물질을 포함한다.
음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 수소포집물질의 내부로 유입된 수소는 안정한 상태를 유지하므로, 수소포집물질은 반도체층(130)으로 확산될 수 있는 주변의 수소를 포획하여 수소의 확산을 억제할 수 있다.
예를 들어, 제1상부 수소포집층(136)은, 바나듐(vanadium: V), 니오븀(niobium: Nb), 탄탈룸(tantalum: Ta), 하프늄(hafnium: Hf), 지르코늄(zirconium: Zr), 티타늄(titanium: Ti), 세륨(cerium: Ce), 란타늄(lanthanum: La), 이트륨(yttrium: Y), 스칸듐(scandium: Sc), 리튬(lithium: Li) 및 몰리브덴 티타늄(molybdenum titanium: MoTi) 중 하나 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
제1실시예에서는 게이트절연층(132), 제1상부 수소차단층(134), 제1상부 수소포집층(136) 및 게이트전극(138)이 동일한 노광식각공정을 통하여 형성되는 것을 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 게이트절연층(132)과, 제1상부 수소차단층(134)과, 제1상부 수소포집층(136) 및 게이트전극(138)이 상이한 별도의 노광식각공정을 통하여 상이한 형태로 형성될 수도 있다.
예를 들어, 게이트전극(138)은, 알루미늄(Al), 구리(Cu)와 같은 금속물질을 포함할 수 있다.
게이트전극(138) 상부의 기판(120) 전면에는 층간절연층(140) 및 제2상부 수소차단층(142)이 순차적으로 배치된다.
제2상부 수소차단층(142) 및 층간절연층(140)은 반도체층(130)의 양 단부를 노출하는 제1 및 제2콘택홀(C1, C2)을 갖고, 제2상부 수소차단층(142), 층간절연층(140), 버퍼층(128) 및 하부 수소차단층(126)은 하부 수소포집층(124)의 일 단부를 노출하는 제3콘택홀(C3)을 가질 수 있다.
예를 들어, 층간절연층(140)은 실리콘 옥사이드(SiOx) 또는 실리콘 나이트라이드(SiNx)와 같은 무기절연물질을 포함할 수 있다.
제2상부 수소차단층(142)은, 제2상부 수소포집층(144)으로부터 제2상부 수소차단층(142)으로 확산되는 수소와, 보호층(150)을 통하여 제2상부 수소차단층(142)으로 확산되는 수소를 차단하여 반도체층(130)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 한다.
즉, 제2상부 수소포집층(144) 내부의 수소량이 포화도를 초과할 경우, 제2상부 수소포집층(144)의 수소가 제2상부 수소차단층(142)으로 확산될 수 있는데, 제2상부 수소차단층(142)은 이러한 제2상부 수소포집층(144)의 초과 수소의 확산을 차단하여 반도체층(130)으로 수소가 확산되는 것을 방지할 수 있다.
이를 위하여, 제2상부 수소차단층(142)은 주변 절연층보다 큰 수소 활성화 에너지를 가질 수 있는데, 예를 들어, 제2상부 수소차단층(142)은 약 1.0eV 이상의 수소 활성화 에너지, 바람직하게는 실리콘 옥사이드(SiO2)의 수소 활성화 에너지인 약 3.5eV보다 큰 수소 활성화 에너지를 갖는 수소차단물질을 포함한다.
예를 들어, 제2상부 수소차단층(142)은, 코퍼 옥사이드(copper oxide: CuOx), 니켈 옥사이드(nickel oxide: NiOx), 아이언 옥사이드(iron oxide: FeOx), 코발트 옥사이드(cobalt oxide: CoOx), 망가니즈 옥사이드(manganese oxide: MnOx), 인듐 옥사이드(indium oxide: InOx), 틴 옥사이드(tin oxide: SnOx), 징크 옥사이드(zinc oxide: ZnOx), 실버 옥사이드(silver oxide: AgOx), 갈륨 옥사이드(gallium oxide: GaOx), 텅스텐 옥사이드(tungsten oxide: WOx) 중 하나를 포함하거나, 바람직하게는, 알루미늄 옥사이드(aluminum oxide: AlOx), 마그네슘 옥사이드(magnesium oxide: MgOx), 칼슘 옥사이드(calcium oxide: CaOx) 중 하나를 포함할 수 있다.
제1실시예에서는 동일한 노광식각공정을 통하여 제2상부 수소차단층(142), 층간절연층(140), 버퍼층(128) 및 하부 수소차단층(126)에 제1, 제2 및 제3콘택홀(C1, C2, C3)을 형성하는 것을 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 제2상부 수소차단층(142)과, 층간절연층(140) 및 버퍼층(128)과, 하부 수소차단층(126)의 제1, 제2 및 제3콘택홀(C1, C2, C3)이 상이한 별도의 노광식각공정을 통하여 상이한 형태로 형성될 수도 있다.
반도체층(130)의 일 단부에 대응되는 제2상부 수소차단층(142) 상부에는 제2상부 수소포집층(144) 및 소스전극(146)이 순차적으로 배치되고, 반도체층(130)의 타 단부에 대응되는 제2상부 수소차단층(142) 상부에는 제2상부 수소포집층(144) 및 드레인전극(148)이 순차적으로 배치되는데, 제2상부 수소포집층(144) 및 소스전극(146)과 제2상부 수소포집층(144) 및 드레인전극(148)은 각각 하나의 노광식각공정을 통하여 형성되어 동일한 형태를 가질 수 있다.
도시하지는 않았지만, 회로영역(CA)의 제2상부 수소차단층(142) 상부에는 제1방향과 교차하는 제2방향(세로방향)을 따라 데이터배선, 파워배선 및 기준배선이 배치될 수 있다.
제1실시예에서는 제2상부 수소포집층(144) 및 소스전극(146)과 제2상부 수소포집층(144) 및 드레인전극(148)이 하부의 게이트전극(138) 및 반도체층(130)을 덮지 않고 노출하는 것을 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 제2상부 수소포집층(144) 및 소스전극(146) 또는 제2상부 수소포집층(144) 및 드레인전극(148)이 하부의 게이트전극(138) 및 반도체층(130)을 덮도록 배치될 수도 있다.
제2상부 수소포집층(144)은, 소스전극(146) 및 드레인전극(148)으로부터 제2상부 수소포집층(144)으로 확산되는 수소를 포획하여 반도체층(130)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 하고, 음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 수소포집물질을 포함한다.
음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 수소포집물질의 내부로 유입된 수소는 안정한 상태를 유지하므로, 수소포집물질은 반도체층(130)으로 확산될 수 있는 주변의 수소를 포획하여 수소의 확산을 억제할 수 있다.
예를 들어, 제2상부 수소포집층(144)은, 바나듐(vanadium: V), 니오븀(niobium: Nb), 탄탈룸(tantalum: Ta), 하프늄(hafnium: Hf), 지르코늄(zirconium: Zr), 티타늄(titanium: Ti), 세륨(cerium: Ce), 란타늄(lanthanum: La), 이트륨(yttrium: Y), 스칸듐(scandium: Sc), 리튬(lithium: Li) 및 몰리브덴 티타늄(molybdenum titanium: MoTi) 중 하나 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
소스전극(146) 및 제2상부 수소포집층(144)은 제2상부 수소차단층(142) 및 층간절연층(140)의 제1콘택홀(C1)을 통하여 반도체층(130)의 일 단부에 연결되고 제2상부 수소차단층(142), 층간절연층(140), 버퍼층(128) 및 하부 수소차단층(126)의 제3콘택홀(C3)을 통하여 하부 수소포집층(124) 및 차광층(122)의 일 단부에 연결되고, 드레인전극(148) 및 제2상부 수소포집층(144)은 제2상부 수소차단층(142) 및 층간절연층(140)의 제2콘택홀(C2)을 통하여 반도체층(130)의 타 단부에 연결될 수 있다.
예를 들어, 소스전극(146) 및 드레인전극(148)은 알루미늄(Al), 몰리브덴 티타늄(MoTi), 구리(Cu)와 같은 금속물질을 포함할 수 있다.
반도체층(130), 게이트전극(138), 소스전극(146) 및 드레인전극(148)은 구동 박막트랜지스터(Tdr)를 구성한다.
도시하지는 않았지만, 스위칭 박막트랜지스터 및 센싱 박막트랜지스터는 구동 박막트랜지스터(Tdr)와 동일한 구조를 가질 수 있고, 스위칭 박막트랜지스터, 구동 박막트랜지스터(Tdr) 및 센싱 박막트랜지스터 중 적어도 하나가 하부 수소포집층(124) 및 하부 수소차단층(126)과, 제1상부 수소포집층(136) 및 제1상부 수소차단층(134)과, 제2상부 수소포집층(146) 및 제2상부 수소차단층(142)을 포함할 수 있다.
소스전극(146) 및 드레인전극(148) 상부의 기판(120) 전면에는 보호층(150)이 배치된다.
예를 들어, 보호층(150)은 실리콘 옥사이드(SiOx) 또는 실리콘 나이트라이드(SiNx)와 같은 무기절연물질 또는 포토아크릴(photoacryl)과 같은 유기절연물질을 포함할 수 있다.
보호층(150) 상부의 기판(120) 전면에는 제3상부 수소차단층(152)이 배치된다.
제3상부 수소차단층(152)은, 제3상부 수소포집층(156)으로부터 제3상부 수소차단층(152)으로 확산되는 수소와, 뱅크층(160)과 같은 평탄화층(154) 상부의 유기물질층 또는 무기물질층으로부터 평탄화층(154)을 통하여 제3상부 수소차단층(152)으로 확산되는 수소를 차단하여 반도체층(130)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 한다.
즉, 제3상부 수소포집층(156) 내부의 수소량이 포화도를 초과할 경우, 제3상부 수소포집층(156)의 수소가 제3상부 수소차단층(152)으로 확산될 수 있는데, 제3상부 수소차단층(152)은 이러한 제3상부 수소포집층(156)의 초과 수소의 확산을 차단하여 반도체층(130)으로 수소가 확산되는 것을 방지할 수 있다.
이를 위하여, 제3상부 수소차단층(152)은 주변 절연층보다 큰 수소 활성화 에너지를 가질 수 있는데, 예를 들어, 제3상부 수소차단층(152)은 약 1.0eV 이상의 수소 활성화 에너지, 바람직하게는 실리콘 옥사이드(SiO2)의 수소 활성화 에너지인 약 3.5eV보다 큰 수소 활성화 에너지를 갖는 수소차단물질을 포함한다.
예를 들어, 제3상부 수소차단층(152)은, 코퍼 옥사이드(copper oxide: CuOx), 니켈 옥사이드(nickel oxide: NiOx), 아이언 옥사이드(iron oxide: FeOx), 코발트 옥사이드(cobalt oxide: CoOx), 망가니즈 옥사이드(manganese oxide: MnOx), 인듐 옥사이드(indium oxide: InOx), 틴 옥사이드(tin oxide: SnOx), 징크 옥사이드(zinc oxide: ZnOx), 실버 옥사이드(silver oxide: AgOx), 갈륨 옥사이드(gallium oxide: GaOx), 텅스텐 옥사이드(tungsten oxide: WOx) 중 하나를 포함하거나, 바람직하게는, 알루미늄 옥사이드(aluminum oxide: AlOx), 마그네슘 옥사이드(magnesium oxide: MgOx), 칼슘 옥사이드(calcium oxide: CaOx) 중 하나를 포함할 수 있다.
제3상부 수소차단층(152) 상부의 기판(120) 전면에는 평탄화층(154)이 배치된다.
평탄화층(154)은 구동 박막트랜지스터(Tdr)를 갖는 기판(120)의 표면을 평탄화 하는 역할을 한다.
예를 들어, 평탄화층(154)은 포토아크릴(photoacryl)과 같은 유기절연물질을 포함할 수 있다.
평탄화층(154), 제3상부 수소차단층(152) 및 보호층(150)은 소스전극(146)을 노출하는 제4콘택홀(C4)을 갖는다.
제1실시예에서는 동일한 노광식각공정을 통하여 평탄화층(154), 제3상부 수소차단층(152) 및 보호층(150)에 제4콘택홀(C4)을 형성하는 것을 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 평탄화층(154)과, 제3상부 수소차단층(152)과, 보호층(150)의 제4콘택홀(C4)이 상이한 별도의 노광식각공정을 통하여 상이한 형태로 형성될 수도 있다.
평탄화층(154) 상부의 각 부화소(SP)의 발광영역(EA) 및 회로영역(CA)에는 제3상부 수소포집층(156) 및 제1전극(158)이 순차적으로 배치되는데, 제3상부 수소포집층(156) 및 제1전극(158)은 하나의 노광식각공정을 통하여 형성되어 동일한 형태를 가질 수 있다.
제3상부 수소포집층(156)은 제1전극(158)으로부터 제3상부 수소포집층(156)으로 확산되는 수소를 포획하여 반도체층(130)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 하고, 음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 수소포집물질을 포함한다.
음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 수소포집물질의 내부로 유입된 수소는 안정한 상태를 유지하므로, 수소포집물질은 반도체층(130)으로 확산될 수 있는 주변의 수소를 포획하여 수소의 확산을 억제할 수 있다.
예를 들어, 제3상부 수소포집층(156)은, 바나듐(vanadium: V), 니오븀(niobium: Nb), 탄탈룸(tantalum: Ta), 하프늄(hafnium: Hf), 지르코늄(zirconium: Zr), 티타늄(titanium: Ti), 세륨(cerium: Ce), 란타늄(lanthanum: La), 이트륨(yttrium: Y), 스칸듐(scandium: Sc), 리튬(lithium: Li) 및 몰리브덴 티타늄(molybdenum titanium: MoTi) 중 하나 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
제1전극(158)은, 발광층(162)에 홀(hole)을 공급하는 양극(anode) 또는 발광층(162)에 전자(electron)를 공급하는 음극(cathode) 일 수 있다.
제1전극(158) 및 제3상부 수소포집층(156)은 제4콘택홀(C4)을 통하여 소스전극(146)에 연결된다.
제1실시예에서는 제3상부 수소포집층(156) 및 제1전극(158)이 하부의 게이트전극(138) 및 반도체층(130)을 덮지 않고 노출하는 것을 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 제3상부 수소포집층(156) 및 제1전극(158)이 하부의 게이트전극(138) 및 반도체층(130)을 덮도록 배치될 수도 있다.
제1전극(158) 상부에는 뱅크층(160)이 배치되는데, 뱅크층(160)은 각 부화소(SP)의 발광영역(EA)에 대응되는 제1전극(158)을 노출하는 개구부를 갖는다.
뱅크층(160)의 개구부를 통하여 노출된 제1전극(158) 상부에는 발광층(162)이 배치된다.
발광층(162)은 홀주입층(hole injecting layer), 홀전달층(hole transporting layer), 발광물질층(emitting material layer), 전자전달층(electron transporting layer), 전자주입층(electron injecting layer)을 포함할 수 있다.
발광층(162) 상부의 기판(120) 전면에는 제2전극(164)이 배치된다.
제2전극(164)은 발광층(162)에 전자를 공급하는 음극 또는 발광층(162)에 홀을 공급하는 양극 일 수 있다.
예를 들어, 표시장치(110)가 상부발광방식 유기발광다이오드 표시장치인 경우, 제1전극(156) 하부에는 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-paladium-copper: APC)와 같은 상대적으로 높은 반사율을 갖는 물질을 포함하는 반사전극(미도시) 또는 반사판(미도시)이 배치되고, 제1전극(158)은 상대적으로 큰 일함수를 갖는 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(indium zinc oxide: IZO)를 포함하고, 제2전극(164)은 상대적으로 작은 일함수를 갖는 마그네슘과 은의 합금(MgAg)을 포함하거나, 인듐 틴 옥사이드 또는 인듐 징크 옥사이드와 같은 투명도전산화물(transparent conductive oxide: TCO)의 투명전극을 포함할 수 있다.
그리고, 표시장치(110)가 하부발광방식 유기발광다이오드 표시장치인 경우, 제1전극(158)은 상대적으로 큰 일함수를 갖는 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(indium zinc oxide: IZO)를 포함하고, 제2전극(164)은 상대적으로 작은 일함수를 갖는 알루미늄(Al) 또는 칼슘(Ca)을 포함할 수 있다.
제1전극(158), 발광층(162) 및 제2전극(164)은 발광다이오드(Del)를 구성한다.
도시하지는 않았지만, 표시장치(110)가 상부발광방식 유기발광다이오드 표시장치인 경우, 발광다이오드(Del) 상부에는 다수의 유기층 및 다수의 무기층을 포함하는 인캡층, 컬러필터층, 편광층이 순차적으로 배치될 수 있고, 표시장치(110)가 하부발광방식 유기발광다이오드 표시장치인 경우, 발광다이오드(Del) 상부에는 금속 인캡기판이 배치되고 발광다이오드(Del) 하부의 평탄화층(154) 및 제3상부 수소차단층(152) 사이, 제3상부 수소차단층(152) 및 보호층(150) 사이, 보호층(150) 및 제2상부 수소차단층(142) 사이, 제2상부 수소차단층(142) 및 층간절연층(140) 사이 중 하나에는 컬러필터층이 배치되고 기판(120) 하부에는 편광층이 배치될 수 있다.
이러한 표시장치(110)에서는, 게이트전극(138)과 반도체층(130) 사이에 제1상부 수소포집층(136)을 배치하고, 소스전극(146) 및 드레인전극(148)과 반도체층(130) 사이에 제2상부 수소포집층(144)을 배치하고, 제1전극(158)과 반도체층(130) 사이에 제3상부 수소포집층(156)을 배치하고, 차광층(122)과 반도체층(130) 사이에 하부 수소포집층(124)을 배치함으로써, 제1 내지 제3상부 수소포집층(136, 144, 156)과 하부 수소포집층(124)이 외부의 수소 또는 내부의 유기층 및 무기층의 수소를 포획하여 수소 확산을 최소화 하고 반도체층(130)의 열화를 방지하여 박막트랜지스터(Tdr)의 전기적 특성 저하를 방지하고 표시장치(110)의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.
그리고, 제1상부 수소포집층(136)과 반도체층(130) 사이에 제1상부 수소차단층(134)을 배치하고, 제2상부 수소포집층(144)과 반도체층(130) 사이에 제2상부 수소차단층(142)을 배치하고, 제3상부 수소포집층(156)과 반도체층(130) 사이에 제3상부 수소차단층(152)을 배치하고, 하부 수소포집층(124)과 반도체층(130) 사이에 하부 수소차단층(126)을 배치함으로써, 제1 내지 제3상부 수소차단층(134, 142, 126)과 하부 수소차단층(126)이 제1 내지 제3상부 수소포집층(136, 144, 156)과 하부 수소포집층(124)의 초과 수소의 확산을 차단하여 수소 확산을 최소화 하고 반도체층(130)의 열화를 방지하여 박막트랜지스터(Tdr)의 전기적 특성 저하를 방지하고 표시장치(110)의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.
이러한 수소포획물질 및 수소차단물질의 특성을 도면을 참조하여 설명한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 수소 활성화 에너지를 설명하기 위한 도면으로, 도 2a, 도 2b, 도 2c는 각각 수소 유입 전 제1안정상태, 수소 유입 직후 중간상태, 수소 유입 후 제2안정상태를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c에 도시한 바와 같이, 대상물질 내부에 수소(H)가 유입되기 전에는 원자(M)가 격자 위치에 규칙적으로 배치되어 대상물질이 제1안정상태를 갖고 있다가, 대상물질 내부에 수소(H)가 유입된 직후에는 수소(H)에 의하여 인접 원자(M)가 격자 위치로부터 벗어나서 대상물질이 중간상태를 갖게 되고, 이후 수소(H) 및 인접 원자(M)가 새로운 위치에 배치되어 대상물질이 제2안정상태를 갖게 된다.
이때, 수소(H) 유입 전에 제1안정상태의 대상물질은 제1에너지(E1(M without H))를 갖고, 수소(H) 유입 후 제2안정상태의 대상물질은 제1에너지(E1(M without H))와 상이한 제2에너지(E2(M with H))를 갖는다.
대상물질의 수소 활성화 에너지(H formation energy: ΔE(Hi))는 제1 및 제2에너지(E1, E2)와 수소의 제3에너지(E3(H2))로부터 아래의 식으로부터 산출될 수 있다.
ΔE(Hi) = E2(M with H) - E1(M without H) - E(H2)/2
여기서, 양(+)의 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))는 유입된 수소(H)에 의하여 대상물질의 에너지가 증가하여 상태가 더 불안정해진 것에 대응되고, 음(-)의 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))는 유입된 수소(H)에 의하여 대상물질의 에너지가 감소하여 상태가 더 안정해진 것에 대응될 수 있다.
대상물질 내에서의 수소의 거동은, 측정장비를 이용한 마크로 분석으로는 파악할 수 없으며, 마이크로 분석을 통하여 파악할 수 있다.
예를 들어, 직접적인 원자 거동을 확인할 수 있는 제1원리계산(first principle's calculation = ab initio)을 이용하여 수소의 거동을 파악할 수 있는데, 제1원리계산은 실험적 결과 없이 슈뢰딩거 방정식 등의 양자역학에 기반한 이론계산만으로 물질의 전자 구조적 특성을 밝혀내는 방법이다.
이러한 제1원리계산에서는, 계산량의 제한 때문에 슈뢰딩거 방정식을 직접 풀지 않고 밀도범함수이론(density functional theory: DFT)을 이용하여 대상물질의 에너지와 전기적 특성을 분석하고 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))를 산출할 수 있다.
제1원리계산에 의하여 산출된 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))를 이용하여 대상물질의 수소에 대한 포집특성을 파악할 수 있는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 제1 및 제2그룹의 물질의 수소 활성화 에너지를 도시한 그래프이고, 도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 제1 및 제2그룹의 물질의 제1 및 제2샘플의 적층구조를 도시한 단면도이고, 도 5는 도 4a 및 도 4b의 제1 및 제2샘플의 수소함량을 도시한 그래프이고, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 박막트랜지스터의 문턱전압 변동을 도시한 그래프이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 티타늄(titanium: Ti) 및 몰리브덴 티타늄(molybdenum titanium: MoTi)은 음(-)의 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))를 갖는 반면, 알루미늄(aluminum: Al), 구리(copper: Cu) 및 몰리브덴(molybdenum: Mo)은 상대적으로 작은 양(+)의 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))(예를 들어, 약 0eV ~ 약 1.0eV)를 갖는다.
티타늄(titanium: Ti) 및 몰리브덴 티타늄(molybdenum titanium: MoTi) 외에도 바나듐(vanadium: V), 니오븀(niobium: Nb), 탄탈룸(tantalum: Ta), 하프늄(hafnium: Hf), 지르코늄(zirconium: Zr), 세륨(cerium: Ce), 란타늄(lanthanum: La), 이트륨(yttrium: Y), 스칸듐(scandium: Sc) 및 리튬(lithium: Li)은 음(-)의 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))를 갖는다.
음(-)의 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))를 갖는 제1그룹(GR1)의 물질은, 유입된 수소(H)에 의하여 대상물질의 에너지가 감소하여 상태가 더 안정해지므로, 유입된 수소(H)를 포획하는 수소포집층에 사용되어 수소(H)의 확산을 최소화 할 수 있다.
알루미늄(aluminum: Al), 구리(copper: Cu) 및 몰리브덴(molybdenum: Mo) 외에도 크롬(chromium: Cr), 텅스텐(tungsten: W), 니켈(nickel: Ni), 백금(platinum: Pt), 은(silver: Ag), 금(gold: Au), 팔라듐(palladium: Pd), 이리듐(iridium: Ir), 로듐(rhodium: Rh), 코발트(cobalt: Co), 루테늄(ruthenium: Rh), 철(iron: Fe), 마그네슘(magnesium: Mg)은 상대적으로 작은 양(+)의 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))를 갖는다.
상대적으로 작은 양(+)의 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))(예를 들어, 약 1.0eV 미만의 수소 활성화 에너지)를 갖는 제2그룹(GR2)의 물질은, 유입된 수소(H)에 의하여 대상물질의 에너지가 증가하여 상태가 더 불안정해지므로, 유입된 수소(H)를 포획하는 수소포집층에 사용되기 어렵다.
그런데, 상대적으로 큰 양(+)의 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))(예를 들어, 약 1.0eV 이상의 수소 활성화 에너지)를 갖는 제3 및 제4그룹(GR3, GR4)의 물질은 수소차단층에 사용될 수 있는데, 이에 대해서는 뒤에서 상세히 설명한다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 제1샘플(SA1)에서는 기판 상부에 제2그룹(GR2)의 물질의 제1수소포집층, 실리콘 옥사이드(SiO2)의 절연층이 순차적으로 배치되는데, 최상면인 절연층으로부터 제1깊이(D1)에 절연층 및 제1수소포집층의 계면이 배치되고, 제3깊이(D3)에 제1수소포집층 및 기판의 계면이 배치된다.
도 4b에 도시한 바와 같이, 제2샘플(SA2)에서는 기판 상부에 제1그룹(GR1)의 물질의 제1수소포집층, 제2그룹(GR2)의 물질의 제2수소포집층, 실리콘 옥사이드(SiO2)의 절연층이 순차적으로 배치되는데, 최상면인 절연층으로부터 제1깊이(D1)에 절연층 및 제2수소포집층의 계면이 배치되고, 제2깊이(D2)에 제2수소포집층 및 제1수소포집층의 계면이 배치되고, 제3깊이(D3)에 제1수소포집층 및 기판의 계면이 배치된다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제1샘플(SA1)의 경우에, 제2절연층 내부에서는 수소함량이 0보다 큰 값으로 균일하고, 제2절연층 및 제1수소포집층의 계면인 제1깊이(D1)에서는 수소함량이 증가하고, 제2그룹(GR2)의 물질의 제1수소포집층 내부에서는 수소함량이 거의 0이고, 제1수소포집층 및 기판의 계면인 제3깊이(D3)에서는 수소함량이 증가하고, 기판 내부에서는 수소함량이 거의 0이다.
즉, 제1샘플(SA1)에서는 제2그룹(GR2)의 물질의 제1수소포집층이 제2절연층으로부터 확산되는 수소를 포획하지 못하며, 이로부터 상대적으로 작은 양(+)의 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))를 갖는 제2그룹(GR2)의 물질은 유입된 수소(H)를 포획하는 수소포집층에 사용되기 어렵다는 것을 알 수 있다.
제2샘플(SA2)의 경우에, 제2절연층 내부에서는 수소함량이 0보다 큰 값으로 균일하고, 제2절연층 및 제2수소포집층의 계면인 제1깊이(D1)에서는 수소함량이 증가하고, 제2그룹(GR2)의 물질의 제1수소포집층 내부에서는 수소함량이 거의 0이고, 제2수소포집층 및 제1수소포집층의 계면인 제2깊이(D2)에서는 수소함량이 거의 0이고, 제1수소포집층 내부에서는 수소함량이 급격히 증가하고, 제1수소포집층 및 기판의 계면인 제3깊이(D3)에서는 수소함량이 증가하고, 기판 내부에서는 수소함량이 거의 0이다.
즉, 제2샘플(SA2)에서는 제2그룹(GR2)의 물질의 제2수소포집층은 제2절연층으로부터 확산되는 수소를 포획하지 못하는 반면, 제1그룹(GR1)의 물질의 제1수소포집층은 제2절연층으로부터 확산되는 수소를 포획하며, 이로부터 상대적으로 작은 양(+)의 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))를 갖는 제2그룹(GR2)의 물질은 유입된 수소(H)를 포획하는 수소포집층에 사용되기 어렵지만, 음(-)의 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))를 갖는 제1그룹(GR1)의 물질은 유입된 수소(H)를 포획하는 수소포집층에 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 박막트랜지스터의 금속층 하부에 제2그룹(GR2)의 물질의 수소포집층을 형성한 경우, 박막트랜지스터의 문턱전압(Vth)은 시간에 따라 상대적으로 크게 변동한다.
예를 들어, 약 5500초 후에 박막트랜지스터의 문턱전압은 약 -1.8V 만큼 감소할 수 있다.
반면에, 도 6b에 도시한 바와 같이, 박막트랜지스터의 금속층 하부에 제1그룹(GR1)의 물질의 수소포집층을 형성한 경우, 박막트랜지스터의 문턱전압(Vth)은 시간에 따라 상대적으로 작게 변동한다.
예를 들어, 약 5500초 후에 박막트랜지스터의 문턱전압은 약 -0.5V 만큼 감소할 수 있다.
여기서, 음(-)의 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))를 갖는 제1그룹(GR1)의 물질은, 바나듐(vanadium: V), 니오븀(niobium: Nb), 탄탈룸(tantalum: Ta), 하프늄(hafnium: Hf), 지르코늄(zirconium: Zr), 티타늄(titanium: Ti), 세륨(cerium: Ce), 란타늄(lanthanum: La), 이트륨(yttrium: Y), 스칸듐(scandium: Sc), 리튬(lithium: Li) 및 몰리브덴 티타늄(molybdenum titanium: MoTi) 중 하나 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
상대적으로 작은 양(+)의 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))(예를 들어, 약 1.0eV 미만의 수소 활성화 에너지)를 갖는 제2그룹(GR2)의 물질은, 크롬(chromium: Cr), 몰리브덴(molybdenum: Mo), 텅스텐(tungsten: W), 니켈(nickel: Ni), 백금(platinum: Pt), 구리(copper: Cu), 은(silver: Ag), 금(gold: Au), 알루미늄(aluminum: Al), 팔라듐(palladium: Pd), 이리듐(iridium: Ir), 로듐(rhodium: Rh), 코발트(cobalt: Co), 루테늄(ruthenium: Rh), 철(iron: Fe), 마그네슘(magnesium: Mg)을 포함할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치(110)에서는, 음(-)의 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))를 갖는 제1그룹(GR1)의 수소포집물질로 제1 내지 제3상부 수소포집층(136, 144, 156)과 하부 수소포집층(124)을 형성함으로써, 외부의 수소 또는 내부의 유기층 및 무기층의 수소를 포획하여 수소 확산을 최소화 하고 반도체층(130)의 열화를 방지하여 박막트랜지스터(Tdr)의 전기적 특성 저하를 방지하고 표시장치(110)의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.
한편, 대상물질 내부에서의 수소(H)의 위치에 따른 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi)) 편차를 이용하여 대상물질의 수소에 대한 차단특성을 파악할 수 있는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 제3 및 제4그룹의 물질 내부에서의 수소의 위치에 따른 수소 활성화 에너지 변화를 도시한 그래프이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 제3 및 제4그룹(GR3, GR4)의 물질은 상대적으로 큰 양(+)의 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))(예를 들어, 약 1.0eV 이상의 수소 활성화 에너지)를 갖는다.
제3그룹(GR3)의 물질 내부에서는, 유입된 수소(H)가 제1 내지 제5지점(P1 내지 P5)에 위치할 경우 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))가 거의 변화하지 않는다.
따라서, 제3그룹(GR3)의 물질 내부에서는 유입된 수소(H)가 제1 내지 제5지점(P1 내지 P5) 사이를 비교적 자유롭게 이동할 수 있고 확산장벽이 생성되지 않는다.
반면에, 제3그룹(GR3)의 물질보다 큰 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))를 갖는 제4그룹(GR4)의 물질 내부에서는, 유입된 수소(H)가 제1 및 제5지점(P1, P5)에 위치할 경우 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))가 최소값을 갖고, 유입된 수소(H)가 제2 및 제4지점(P2, P4)에 위치할 경우 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))가 중간값을 갖고, 유입된 수소(H)가 제3지점(P3)에 위치할 경우 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))가 최대값을 갖는다.
따라서, 제4그룹(GR4)의 물질 내부에서는, 제3지점(P3)이 제1 및 제5지점(P1, P5) 사이의 확산장벽으로 작용하고, 유입된 수소(H)가 제1 및 제5지점(P1, P5) 사이를 자유롭게 이동할 수 없다.
즉, 제4그룹(GR4)의 물질의 수소차단층은 제3그룹(GR3)의 물질의 수소차단층보다 우수한 수소차단특성을 가질 수 있다.
여기서, 제4그룹(GR4)의 물질은 제3그룹(GR3)의 물질보다 큰 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))를 갖는다.
예를 들어, 제3그룹(GR3)의 물질은 약 1.0eV보다 크거나 같고 실리콘 옥사이드(SiO2)의 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))인 약 3.5eV보다 작거나 같은 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))를 갖고, 제4그룹(GR4)의 물질은 실리콘 옥사이드(SiO2)의 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))인 약 3.5eV보다 큰 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))를 가질 수 있다.
그리고, 제3그룹(GR3)의 물질은, 코퍼 옥사이드(copper oxide: CuOx), 니켈 옥사이드(nickel oxide: NiOx), 아이언 옥사이드(iron oxide: FeOx), 코발트 옥사이드(cobalt oxide: CoOx), 망가니즈 옥사이드(manganese oxide: MnOx), 인듐 옥사이드(indium oxide: InOx), 틴 옥사이드(tin oxide: SnOx), 징크 옥사이드(zinc oxide: ZnOx), 실버 옥사이드(silver oxide: AgOx), 갈륨 옥사이드(gallium oxide: GaOx), 텅스텐 옥사이드(tungsten oxide: WOx)를 포함할 수 있다.
제4그룹(GR4)의 물질은, 알루미늄 옥사이드(aluminum oxide: AlOx), 마그네슘 옥사이드(magnesium oxide: MgOx), 칼슘 옥사이드(calcium oxide: CaOx)를 포함할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치(110)에서는, 상대적으로 큰 양(+)의 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))를 갖는 제3 및 제4그룹(GR3, GR4)의 수소차단물질로 제1 내지 제3상부 수소차단층(134, 142, 126)과 하부 수소차단층(126)을 형성함으로써, 제1 내지 제3상부 수소포집층(136, 144, 156)과 하부 수소포집층(124)의 초과 수소의 확산을 차단하여 수소 확산을 최소화 하고 반도체층(130)의 열화를 방지하여 박막트랜지스터(Tdr)의 전기적 특성 저하를 방지하고 표시장치(110)의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.
특히, 실리콘 옥사이드(SiO2)의 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))인 약 3.5eV보다 큰 수소 활성화 에너지(ΔE(Hi))를 갖는 제4그룹(GR4)의 수소차단물질로 제1 내지 제3상부 수소차단층(134, 142, 126)과 하부 수소차단층(126)을 형성함으로써, 제1 내지 제3상부 수소포집층(136, 144, 156)과 하부 수소포집층(124)의 초과 수소의 확산을 더욱 효과적으로 차단할 수 있다.
한편, 다른 실시예에서는 게이트절연층 및 제1상부 수소차단층을 기판 전면에 배치할 수도 있는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 표시장치의 하나의 부화소를 도시한 단면도로서, 제1실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 표시장치(210)는, 기판(220), 스위칭 박막트랜지스터(미도시), 구동 박막트랜지스터(Tdr), 센싱 박막트랜지스터(미도시), 스토리지 커패시터(미도시), 발광다이오드(Del)를 포함한다.
구체적으로, 기판(220)은 다수의 화소를 포함하고, 각 화소는 다수의 부화소(SP)를 포함하고, 각 부화소(SP)는 발광영역(EA)과 회로영역(CA)을 포함한다.
기판(220) 상부의 각 부화소(SP)의 회로영역(CA)에는 차광층(222) 및 하부 수소포집층(224)이 순차적으로 배치되는데, 차광층(222) 및 하부 수소포집층(224)은 하나의 노광식각공정을 통하여 형성되어 동일한 형태를 가질 수 있다.
차광층(222)은, 스위칭 박막트랜지스터, 구동 박막트랜지스터(Tdr), 센싱 박막트랜지스터 각각의 반도체층(230)에 중첩되도록 배치된다.
하부 수소포집층(224)은, 차광층(222)으로부터 하부 수소포집층(224)으로 확산되는 수소(H)를 포획하여 반도체층(230)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 하고, 음(-)의 수소 활성화 에너지(H formation energy)를 갖는 수소포집물질을 포함한다.
하부 수소포집층(224) 상부의 기판(220) 전면에는 하부 수소차단층(226)이 배치되는데, 하부 수소차단층(226)은 하부 수소포집층(224)으로부터 하부 수소차단층(226)으로 확산되는 수소와, 기판(220) 또는 기판(220) 상부의 무기물질층으로부터 하부 수소차단층(226)으로 확산되는 수소를 차단하여 반도체층(230)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 한다.
이를 위하여, 하부 수소차단층(226)은 주변 절연층보다 큰 수소 활성화 에너지를 가질 수 있는데, 예를 들어, 하부 수소차단층(226)은 약 1.0eV 이상의 수소 활성화 에너지, 바람직하게는 실리콘 옥사이드(SiO2)의 수소 활성화 에너지인 약 3.5eV보다 큰 수소 활성화 에너지를 갖는 수소차단물질을 포함한다.
하부 수소차단층(226) 상부의 기판(220) 전면에는 버퍼층(228)이 배치된다.
차광층(222)에 대응되는 버퍼층(228) 상부에는 반도체층(230)이 배치된다.
예를 들어, 반도체층(230)은 인듐-갈륨-징크 옥사이드(indium-gallium-zinc oxide: IGZO)와 같은 산화물반도체물질을 포함할 수 있다.
반도체층(230) 상부의 기판(220) 전면에는 게이트절연층(232) 및 제1상부 수소차단층(234)이 순차적으로 배치된다.
제1상부 수소차단층(234)은, 제1 및 제2상부 수소포집층(236, 244)으로부터 제1상부 수소차단층(234)으로 확산되는 수소를 차단하여 반도체층(230)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 한다.
이를 위하여, 제1상부 수소차단층(234)은 주변 절연층보다 큰 수소 활성화 에너지를 가질 수 있는데, 예를 들어, 제1상부 수소차단층(234)은 약 1.0eV 이상의 수소 활성화 에너지, 바람직하게는 실리콘 옥사이드(SiO2)의 수소 활성화 에너지인 약 3.5eV보다 큰 수소 활성화 에너지를 갖는 수소차단물질을 포함한다.
반도체층(230)의 중앙부에 대응되는 제1상부 수소차단층(234) 상부에는 제1상부 수소포집층(236) 및 게이트전극(238)이 순차적으로 배치되는데, 제1상부 수소포집층(236) 및 게이트전극(238)은 하나의 노광식각공정을 통하여 형성되어 동일한 형태를 가질 수 있다.
제1상부 수소포집층(236)은, 게이트전극(238)으로부터 제1상부 수소포집층(236)으로 확산되는 수소를 포획하여 반도체층(230)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 하고, 음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 수소포집물질을 포함한다.
게이트전극(238) 상부의 기판(220) 전면에는 층간절연층(240) 및 제2상부 수소차단층(242)이 순차적으로 배치된다.
제2상부 수소차단층(242), 층간절연층(240), 제1상부 수소차단층(234) 및 게이트절연층(232)은 반도체층(230)의 양 단부를 노출하는 제1 및 제2콘택홀(C1, C2)을 갖고, 제2상부 수소차단층(242), 층간절연층(240), 제1상부 수소차단층(234), 게이트절연층(232), 버퍼층(228) 및 하부 수소차단층(226)은 하부 수소포집층(224)의 일 단부를 노출하는 제3콘택홀(C3)을 가질 수 있다.
제2상부 수소차단층(242)은, 제2상부 수소포집층(244)으로부터 제2상부 수소차단층(242)으로 확산되는 수소를 차단하여 반도체층(230)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 한다.
이를 위하여, 제2상부 수소차단층(242)은 주변 절연층보다 큰 수소 활성화 에너지를 가질 수 있는데, 예를 들어, 제2상부 수소차단층(242)은 약 1.0eV 이상의 수소 활성화 에너지, 바람직하게는 실리콘 옥사이드(SiO2)의 수소 활성화 에너지인 약 3.5eV보다 큰 수소 활성화 에너지를 갖는 수소차단물질을 포함한다.
제2실시예에서는 동일한 노광식각공정을 통하여 제2상부 수소차단층(242), 층간절연층(240), 제1상부 수소차단층(234), 게이트절연층(232), 버퍼층(228) 및 하부 수소차단층(226)에 제1, 제2 및 제3콘택홀(C1, C2, C3)을 형성하는 것을 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 제2상부 수소차단층(242)과, 층간절연층(240), 게이트절연층(232) 및 버퍼층(228)과, 제1상부 수소차단층(234)과, 하부 수소차단층(226)의 제1, 제2 및 제3콘택홀(C1, C2, C3)이 상이한 별도의 노광식각공정을 통하여 상이한 형태로 형성될 수도 있다.
반도체층(230)의 일 단부에 대응되는 제2상부 수소차단층(242) 상부에는 제2상부 수소포집층(244) 및 소스전극(246)이 순차적으로 배치되고, 반도체층(230)의 타 단부에 대응되는 제2상부 수소차단층(242) 상부에는 제2상부 수소포집층(244) 및 드레인전극(248)이 순차적으로 배치되는데, 제2상부 수소포집층(244) 및 소스전극(246)과 제2상부 수소포집층(244) 및 드레인전극(248)은 각각 하나의 노광식각공정을 통하여 형성되어 동일한 형태를 가질 수 있다.
제2실시예에서는 제2상부 수소포집층(244) 및 소스전극(246)과 수소포집층(244) 및 드레인전극(248)이 하부의 게이트전극(238) 및 반도체층(230)을 덮지 않고 노출하는 것을 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 제2상부 수소포집층(244) 및 소스전극(246) 또는 수소포집층(244) 및 드레인전극(248)이 하부의 게이트전극(238) 및 반도체층(230)을 덮도록 배치될 수도 있다.
제2상부 수소포집층(244)은, 소스전극(246) 및 드레인전극(248)으로부터 제2상부 수소포집층(244)으로 확산되는 수소를 포획하여 반도체층(230)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 하고, 음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 수소포집물질을 포함한다.
소스전극(246) 및 제2상부 수소포집층(244)은 제2상부 수소차단층(242), 층간절연층(240), 제1상부 수소차단층(234) 및 게이트절연층(232)의 제1콘택홀(C1)을 통하여 반도체층(230)의 일 단부에 연결되고 제2상부 수소차단층(242), 층간절연층(240), 제1상부 수소차단층(234), 게이트절연층(232), 버퍼층(228) 및 하부 수소차단층(226)의 제3콘택홀(C3)을 통하여 하부 수소포집층(224) 및 차광층(222)의 일 단부에 연결되고, 드레인전극(248) 및 제2상부 수소포집층(244)은 제2상부 수소차단층(242), 층간절연층(240), 제1상부 수소차단층(234) 및 게이트절연층(232)의 제2콘택홀(C2)을 통하여 반도체층(230)의 타 단부에 연결될 수 있다.
반도체층(230), 게이트전극(238), 소스전극(246) 및 드레인전극(248)은 구동 박막트랜지스터(Tdr)를 구성한다.
소스전극(246) 및 드레인전극(248) 상부의 기판(220) 전면에는 보호층(250)이 배치된다.
보호층(250) 상부의 기판(220) 전면에는 제3상부 수소차단층(252)이 배치된다.
제3상부 수소차단층(252)은, 제3상부 수소포집층(256)으로부터 제3상부 수소차단층(252)으로 확산되는 수소와, 평탄화층(254)을 통하여 제3상부 수소차단층(252)으로 확산되는 수소를 차단하여 반도체층(230)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 한다.
이를 위하여, 제3상부 수소차단층(252)은 주변 절연층보다 큰 수소 활성화 에너지를 가질 수 있는데, 예를 들어, 제3상부 수소차단층(252)은 약 1.0eV 이상의 수소 활성화 에너지, 바람직하게는 실리콘 옥사이드(SiO2)의 수소 활성화 에너지인 약 3.5eV보다 큰 수소 활성화 에너지를 갖는 수소차단물질을 포함한다.
제3상부 수소차단층(252) 상부의 기판(220) 전면에는 평탄화층(254)이 배치된다.
평탄화층(254), 제3상부 수소차단층(252) 및 보호층(250)은 소스전극(246)을 노출하는 제4콘택홀(C4)을 갖는다.
제2실시예에서는 동일한 노광식각공정을 통하여 평탄화층(254), 제3상부 수소차단층(252) 및 보호층(250)에 제4콘택홀(C4)을 형성하는 것을 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 평탄화층(254)과, 제3상부 수소차단층(252)과, 보호층(250)의 제4콘택홀(C4)이 상이한 별도의 노광식각공정을 통하여 상이한 형태로 형성될 수도 있다.
평탄화층(254) 상부의 각 부화소(SP)의 발광영역(EA) 및 회로영역(CA)에는 제3상부 수소포집층(256) 및 제1전극(258)이 순차적으로 배치되는데, 제3상부 수소포집층(256) 및 제1전극(258)은 하나의 노광식각공정을 통하여 형성되어 동일한 형태를 가질 수 있다.
제3상부 수소포집층(256)은 제1전극(258)으로부터 제3상부 수소포집층(256)으로 확산되는 수소를 포획하여 반도체층(230)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 하고, 음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 수소포집물질을 포함한다.
제1전극(258)은, 발광층(262)에 홀(hole)을 공급하는 양극(anode) 또는 발광층(262)에 전자(electron)를 공급하는 음극(cathode) 일 수 있다.
제1전극(258) 및 제3상부 수소포집층(256)은 제4콘택홀(C4)을 통하여 소스전극(246)에 연결된다.
제2실시예에서는 제3상부 수소포집층(256) 및 제1전극(258)이 하부의 게이트전극(238) 및 반도체층(230)을 덮지 않고 노출하는 것을 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 제3상부 수소포집층(256) 및 제1전극(258)이 하부의 게이트전극(238) 및 반도체층(230)을 덮도록 배치될 수도 있다.
제1전극(258) 상부에는 뱅크층(260)이 배치되는데, 뱅크층(260)은 각 부화소(SP)의 발광영역(EA)에 대응되는 제1전극(258)을 노출하는 개구부를 갖는다.
뱅크층(260)의 개구부를 통하여 노출된 제1전극(258) 상부에는 발광층(262)이 배치된다.
발광층(262) 상부의 기판(220) 전면에는 제2전극(264)이 배치된다.
제2전극(264)은 발광층(262)에 전자를 공급하는 음극 또는 발광층(262)에 홀을 공급하는 양극 일 수 있다.
제1전극(258), 발광층(262) 및 제2전극(264)은 발광다이오드(Del)를 구성한다.
여기서, 하부 수소포집층(224)과 제1 내지 제3상부 수소포집층(236, 244, 256)은 바나듐(vanadium: V), 니오븀(niobium: Nb), 탄탈룸(tantalum: Ta), 하프늄(hafnium: Hf), 지르코늄(zirconium: Zr), 티타늄(titanium: Ti), 세륨(cerium: Ce), 란타늄(lanthanum: La), 이트륨(yttrium: Y), 스칸듐(scandium: Sc), 리튬(lithium: Li) 및 몰리브덴 티타늄(molybdenum titanium: MoTi) 중 하나 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
그리고, 하부 수소차단층(226)과 제1 내지 제3상부 수소차단층(234, 242, 252)은, 코퍼 옥사이드(copper oxide: CuOx), 니켈 옥사이드(nickel oxide: NiOx), 아이언 옥사이드(iron oxide: FeOx), 코발트 옥사이드(cobalt oxide: CoOx), 망가니즈 옥사이드(manganese oxide: MnOx), 인듐 옥사이드(indium oxide: InOx), 틴 옥사이드(tin oxide: SnOx), 징크 옥사이드(zinc oxide: ZnOx), 실버 옥사이드(silver oxide: AgOx), 갈륨 옥사이드(gallium oxide: GaOx), 텅스텐 옥사이드(tungsten oxide: WOx) 중 하나를 포함하거나, 바람직하게는, 알루미늄 옥사이드(aluminum oxide: AlOx), 마그네슘 옥사이드(magnesium oxide: MgOx), 칼슘 옥사이드(calcium oxide: CaOx) 중 하나를 포함할 수 있다.
이러한 표시장치(210)에서는, 게이트전극(238)과 반도체층(230) 사이에 제1상부 수소포집층(236)을 배치하고, 소스전극(246) 및 드레인전극(248)과 반도체층(230) 사이에 제2상부 수소포집층(244)을 배치하고, 제1전극(258)과 반도체층(230) 사이에 제3상부 수소포집층(256)을 배치하고, 차광층(222)과 반도체층(230) 사이에 하부 수소포집층(224)을 배치함으로써, 제1 내지 제3상부 수소포집층(236, 244, 256)과 하부 수소포집층(224)이 외부의 수소 또는 내부의 유기층 및 무기층의 수소를 포획하여 수소 확산을 최소화 하고 반도체층(230)의 열화를 방지하여 박막트랜지스터(Tdr)의 전기적 특성 저하를 방지하고 표시장치(210)의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.
그리고, 제1상부 수소포집층(236)과 반도체층(230) 사이에 제1상부 수소차단층(234)을 배치하고, 제2상부 수소포집층(244)과 반도체층(230) 사이에 제2상부 수소차단층(242)을 배치하고, 제3상부 수소포집층(256)과 반도체층(230) 사이에 제3상부 수소차단층(252)을 배치하고, 하부 수소포집층(224)과 반도체층(230) 사이에 하부 수소차단층(226)을 배치함으로써, 제1 내지 제3상부 수소차단층(234, 242, 226)과 하부 수소차단층(226)이 제1 내지 제3상부 수소포집층(236, 244, 256)과 하부 수소포집층(224)의 초과 수소의 확산을 차단하여 수소 확산을 최소화 하고 반도체층(230)의 열화를 방지하여 박막트랜지스터(Tdr)의 전기적 특성 저하를 방지하고 표시장치(210)의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.
한편, 다른 실시예에서는 소스전극 및 드레인전극을 게이트전극과 동일층, 동일물질로 형성할 수도 있는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 표시장치의 하나의 부화소를 도시한 단면도로서, 제1 및 제2실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 표시장치(310)는, 기판(320), 스위칭 박막트랜지스터(미도시), 구동 박막트랜지스터(Tdr), 센싱 박막트랜지스터(미도시), 스토리지 커패시터(미도시), 발광다이오드(Del)를 포함한다.
구체적으로, 기판(320)은 다수의 화소를 포함하고, 각 화소는 다수의 부화소(SP)를 포함하고, 각 부화소(SP)는 발광영역(EA)과 회로영역(CA)을 포함한다.
기판(320) 상부의 각 부화소(SP)의 회로영역(CA)에는 차광층(322) 및 하부 수소포집층(324)이 순차적으로 배치되는데, 차광층(322) 및 하부 수소포집층(324)은 하나의 노광식각공정을 통하여 형성되어 동일한 형태를 가질 수 있다.
차광층(322)은, 스위칭 박막트랜지스터, 구동 박막트랜지스터(Tdr), 센싱 박막트랜지스터 각각의 반도체층(330)에 중첩되도록 배치된다.
하부 수소포집층(324)은, 차광층(322)으로부터 하부 수소포집층(324)으로 확산되는 수소(H)를 포획하여 반도체층(330)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 하고, 음(-)의 수소 활성화 에너지(H formation energy)를 갖는 수소포집물질을 포함한다.
하부 수소포집층(324) 상부의 기판(320) 전면에는 하부 수소차단층(326)이 배치되는데, 하부 수소차단층(326)은 하부 수소포집층(324)으로부터 하부 수소차단층(326)으로 확산되는 수소와, 기판(320) 또는 기판(320) 상부의 무기물질층으로부터 하부 수소차단층(326)으로 확산되는 수소를 차단하여 반도체층(330)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 한다.
이를 위하여, 하부 수소차단층(326)은 주변 절연층보다 큰 수소 활성화 에너지를 가질 수 있는데, 예를 들어, 하부 수소차단층(326)은 약 1.0eV 이상의 수소 활성화 에너지, 바람직하게는 실리콘 옥사이드(SiO2)의 수소 활성화 에너지인 약 3.5eV보다 큰 수소 활성화 에너지를 갖는 수소차단물질을 포함한다.
하부 수소차단층(326) 상부의 기판(320) 전면에는 버퍼층(328)이 배치된다.
차광층(322)에 대응되는 버퍼층(328) 상부에는 반도체층(330)이 배치된다.
예를 들어, 반도체층(330)은 인듐-갈륨-징크 옥사이드(indium-gallium-zinc oxide: IGZO)와 같은 산화물반도체물질을 포함할 수 있다.
반도체층(330) 상부의 기판(320) 전면에는 게이트절연층(332)이 배치되고, 반도체층(330)의 중앙부에 대응되는 게이트절연층(332) 상부에는 제1상부 수소차단층(334)이 배치되고, 반도체층(330)의 양 단부에 대응되는 게이트절연층(332) 상부에는 제2상부 수소차단층(342)이 배치된다.
제1 및 제2상부 수소차단층(334, 342)은 동일층, 동일물질로 이루어질 수 있다.
제1상부 수소차단층(334)은 제1상부 수소포집층(336)으로부터 제1상부 수소차단층(334)으로 확산되는 수소를 차단하여 반도체층(330)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 하고, 제2상부 수소차단층(342)은 제2상부 수소포집층(344)으로부터 제2상부 수소차단층(342)으로 확산되는 수소를 차단하여 반도체층(330)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 한다.
이를 위하여, 제1 및 제2상부 수소차단층(334, 342)은 주변 절연층보다 큰 수소 활성화 에너지를 가질 수 있는데, 예를 들어, 제1상부 수소차단층(334)은 약 1.0eV 이상의 수소 활성화 에너지, 바람직하게는 실리콘 옥사이드(SiO2)의 수소 활성화 에너지인 약 3.5eV보다 큰 수소 활성화 에너지를 갖는 수소차단물질을 포함한다.
제1 및 제2상부 수소차단층(334, 342)과 게이트절연층(332)은 반도체층(330)의 양 단부를 노출하는 제1 및 제2콘택홀(C1, C2)을 갖고, 제1 및 제2상부 수소차단층(334, 342), 게이트절연층(332), 버퍼층(328) 및 하부 수소차단층(326)은 하부 수소포집층(324)의 일 단부를 노출하는 제3콘택홀(C3)을 가질 수 있다.
제3실시예에서는 동일한 노광식각공정을 통하여 제1 및 제2상부 수소차단층(334, 342), 게이트절연층(332), 버퍼층(328) 및 하부 수소차단층(326)에 제1, 제2 및 제3콘택홀(C1, C2, C3)을 형성하는 것을 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 제1 및 제2상부 수소차단층(334, 342)과, 게이트절연층(332) 및 버퍼층(328)과, 하부 수소차단층(326)의 제1, 제2 및 제3콘택홀(C1, C2, C3)이 상이한 별도의 노광식각공정을 통하여 상이한 형태로 형성될 수도 있다.
반도체층(330)의 중앙부에 대응되는 제1상부 수소차단층(334) 상부에는 제1상부 수소포집층(336) 및 게이트전극(338)이 순차적으로 배치되고, 반도체층(330)의 일 단부에 대응되는 제2상부 수소차단층(342) 상부에는 제2상부 수소포집층(344) 및 소스전극(346)이 순차적으로 배치되고, 반도체층(330)의 타 단부에 대응되는 제2상부 수소차단층(342) 상부에는 제2상부 수소포집층(344) 및 드레인전극(348)이 순차적으로 배치된다.
제1 및 제2상부 수소포집층(336, 344)은 동일층, 동일물질로 이루어질 수 있고, 게이트전극(338), 소스전극(346) 및 드레인전극(348)은 동일층, 동일물질로 이루어질 수 있다.
제1상부 수소포집층(336) 및 게이트전극(338)과, 제2상부 수소포집층(344) 및 소스전극(346)과, 제2상부 수소포집층(344) 및 드레인전극(348)은 각각 하나의 노광식각공정을 통하여 형성되어 동일한 형태를 가질 수 있다.
제1상부 수소포집층(336)은, 게이트전극(338)으로부터 제1상부 수소포집층(336)으로 확산되는 수소를 포획하여 반도체층(330)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 하고, 음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 수소포집물질을 포함한다.
제2상부 수소포집층(344)은, 소스전극(346) 및 드레인전극(348)으로부터 제2상부 수소포집층(344)으로 확산되는 수소를 포획하여 반도체층(330)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 하고, 음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 수소포집물질을 포함한다.
소스전극(346) 및 제2상부 수소포집층(344)은 제1상부 수소차단층(334) 및 게이트절연층(332)의 제1콘택홀(C1)을 통하여 반도체층(330)의 일 단부에 연결되고 제1상부 수소차단층(334), 게이트절연층(332), 버퍼층(328) 및 하부 수소차단층(326)의 제3콘택홀(C3)을 통하여 하부 수소포집층(324) 및 차광층(322)의 일 단부에 연결되고, 드레인전극(348) 및 제2상부 수소포집층(344)은 제1상부 수소차단층(334) 및 게이트절연층(332)의 제2콘택홀(C2)을 통하여 반도체층(330)의 타 단부에 연결될 수 있다.
반도체층(330), 게이트전극(338), 소스전극(346) 및 드레인전극(348)은 구동 박막트랜지스터(Tdr)를 구성한다.
게이트전극(338), 소스전극(346) 및 드레인전극(348) 상부의 기판(320) 전면에는 보호층(350)이 배치된다.
보호층(350) 상부의 기판(320) 전면에는 제3상부 수소차단층(352)이 배치된다.
제3상부 수소차단층(352)은, 제3상부 수소포집층(356)으로부터 제3상부 수소차단층(352)으로 확산되는 수소와, 평탄화층(354)을 통하여 제3상부 수소차단층(352)으로 확산되는 수소를 차단하여 반도체층(330)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 한다.
이를 위하여, 제3상부 수소차단층(352)은 주변 절연층보다 큰 수소 활성화 에너지를 가질 수 있는데, 예를 들어, 제3상부 수소차단층(352)은 약 1.0eV 이상의 수소 활성화 에너지, 바람직하게는 실리콘 옥사이드(SiO2)의 수소 활성화 에너지인 약 3.5eV보다 큰 수소 활성화 에너지를 갖는 수소차단물질을 포함한다.
제3상부 수소차단층(352) 상부의 기판(320) 전면에는 평탄화층(354)이 배치된다.
평탄화층(354), 제3상부 수소차단층(352) 및 보호층(350)은 소스전극(346)을 노출하는 제4콘택홀(C4)을 갖는다.
제3실시예에서는 동일한 노광식각공정을 통하여 평탄화층(354), 제3상부 수소차단층(352) 및 보호층(350)에 제4콘택홀(C4)을 형성하는 것을 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 평탄화층(354)과, 제3상부 수소차단층(352)과, 보호층(350)의 제4콘택홀(C4)이 상이한 별도의 노광식각공정을 통하여 상이한 형태로 형성될 수도 있다.
평탄화층(354) 상부의 각 부화소(SP)의 발광영역(EA) 및 회로영역(CA)에는 제3상부 수소포집층(356) 및 제1전극(358)이 순차적으로 배치되는데, 제3상부 수소포집층(356) 및 제1전극(358)은 하나의 노광식각공정을 통하여 형성되어 동일한 형태를 가질 수 있다.
제3상부 수소포집층(356)은 제1전극(358)으로부터 제3상부 수소포집층(356)으로 확산되는 수소를 포획하여 반도체층(330)으로 수소가 확산되는 것을 방지하는 역할을 하고, 음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 수소포집물질을 포함한다.
제1전극(358)은, 발광층(362)에 홀(hole)을 공급하는 양극(anode) 또는 발광층(362)에 전자(electron)를 공급하는 음극(cathode) 일 수 있다.
제1전극(358) 및 제3상부 수소포집층(356)은 제4콘택홀(C4)을 통하여 소스전극(346)에 연결된다.
제3실시예에서는 제3상부 수소포집층(356) 및 제1전극(358)이 하부의 게이트전극(338) 및 반도체층(330)을 덮지 않고 노출하는 것을 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 제3상부 수소포집층(356) 및 제1전극(358)이 하부의 게이트전극(338) 및 반도체층(330)을 덮도록 배치될 수도 있다.
제1전극(358) 상부에는 뱅크층(360)이 배치되는데, 뱅크층(360)은 각 부화소(SP)의 발광영역(EA)에 대응되는 제1전극(358)을 노출하는 개구부를 갖는다.
뱅크층(360)의 개구부를 통하여 노출된 제1전극(358) 상부에는 발광층(362)이 배치된다.
발광층(362) 상부의 기판(320) 전면에는 제2전극(364)이 배치된다.
제2전극(364)은 발광층(362)에 전자를 공급하는 음극 또는 발광층(362)에 홀을 공급하는 양극 일 수 있다.
제1전극(358), 발광층(362) 및 제2전극(364)은 발광다이오드(Del)를 구성한다.
여기서, 하부 수소포집층(324)과 제1 및 제3상부 수소포집층(336, 356)은 바나듐(vanadium: V), 니오븀(niobium: Nb), 탄탈룸(tantalum: Ta), 하프늄(hafnium: Hf), 지르코늄(zirconium: Zr), 티타늄(titanium: Ti), 세륨(cerium: Ce), 란타늄(lanthanum: La), 이트륨(yttrium: Y), 스칸듐(scandium: Sc), 리튬(lithium: Li) 및 몰리브덴 티타늄(molybdenum titanium: MoTi) 중 하나 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
그리고, 하부 수소차단층(326)과 제1 및 제3상부 수소차단층(334, 352)은, 코퍼 옥사이드(copper oxide: CuOx), 니켈 옥사이드(nickel oxide: NiOx), 아이언 옥사이드(iron oxide: FeOx), 코발트 옥사이드(cobalt oxide: CoOx), 망가니즈 옥사이드(manganese oxide: MnOx), 인듐 옥사이드(indium oxide: InOx), 틴 옥사이드(tin oxide: SnOx), 징크 옥사이드(zinc oxide: ZnOx), 실버 옥사이드(silver oxide: AgOx), 갈륨 옥사이드(gallium oxide: GaOx), 텅스텐 옥사이드(tungsten oxide: WOx) 중 하나를 포함하거나, 바람직하게는, 알루미늄 옥사이드(aluminum oxide: AlOx), 마그네슘 옥사이드(magnesium oxide: MgOx), 칼슘 옥사이드(calcium oxide: CaOx) 중 하나를 포함할 수 있다.
이러한 표시장치(310)에서는, 게이트전극(338)과 반도체층(330) 사이와 소스전극(346) 및 드레인전극(348)과 반도체층(330) 사이에 제1상부 수소포집층(336)을 배치하고, 제1전극(358)과 반도체층(330) 사이에 제3상부 수소포집층(356)을 배치하고, 차광층(322)과 반도체층(330) 사이에 하부 수소포집층(324)을 배치함으로써, 제1 및 제3상부 수소포집층(336, 356)과 하부 수소포집층(324)이 외부의 수소 또는 내부의 유기층 및 무기층의 수소를 포획하여 수소 확산을 최소화 하고 반도체층(330)의 열화를 방지하여 박막트랜지스터(Tdr)의 전기적 특성 저하를 방지하고 표시장치(310)의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.
그리고, 제1상부 수소포집층(336)과 반도체층(330) 사이에 제1상부 수소차단층(334)을 배치하고, 제3상부 수소포집층(356)과 반도체층(330) 사이에 제3상부 수소차단층(352)을 배치하고, 하부 수소포집층(324)과 반도체층(330) 사이에 하부 수소차단층(326)을 배치함으로써, 제1 및 제3상부 수소차단층(334, 326)과 하부 수소차단층(326)이 제1 및 제3상부 수소포집층(336, 356)과 하부 수소포집층(324)의 초과 수소의 확산을 차단하여 수소 확산을 최소화 하고 반도체층(330)의 열화를 방지하여 박막트랜지스터(Tdr)의 전기적 특성 저하를 방지하고 표시장치(310)의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.
제1 내지 제3실시예에서는 박막트랜지스터를 포함하는 유기발광다이오드 표시장치를 예로 들어 설명하였으나, 다른 실시예에서는 액정표시장치와 같은 박막트랜지스터를 포함하는 다른 평판표시장치에도 수소포집층 및 수소차단층을 적용할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 표시장치 120: 기판
124: 하부 수소포집층 126: 하부 수소차단층
136, 144, 156: 제1 내지 제3상부 수소포집층
134, 142, 152: 제1 내지 제3상부 수소차단층
138: 게이트전극 146: 소스전극
148: 드레인전극 158: 제1전극

Claims (18)

  1. 기판과;
    상기 기판 상부에 배치되는 반도체층과;
    상기 반도체층 상부에 배치되는 게이트절연층과;
    상기 게이트절연층 상부에 배치되고, 양(+)의 수소 활성화 에너지를 갖는 제1상부 수소차단층과;
    상기 반도체층의 중앙부에 대응되는 상기 제1상부 수소차단층 상부에 배치되고, 음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 제1상부 수소포집층과;
    상기 제1상부 수소포집층 상부에 배치되는 게이트전극과;
    상기 반도체층의 양 단부에 각각 연결되는 소스전극 및 드레인전극과;
    상기 게이트전극, 상기 소스전극 및 상기 드레인전극 상부에 배치되는 보호층
    을 포함하는 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소스전극 및 상기 드레인전극 하부에 각각 배치되고, 음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 제2상부 수소포집층과;
    상기 제2상부 수소포집층 하부에 배치되고, 양(+)의 수소 활성화 에너지를 갖는 제2상부 수소차단층
    을 더 포함하는 표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 소스전극에 연결되는 제1전극과;
    상기 제1전극 하부에 배치되고, 음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 제3상부 수소포집층과;
    상기 제3상부 수소포집층 하부에 배치되고, 양(+)의 수소 활성화 에너지를 갖는 제3상부 수소차단층
    을 더 포함하는 표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 반도체층 사이에 배치되는 차광층과;
    상기 차광층과 상기 반도체층 사이에 배치되고, 음(-)의 수소 활성화 에너지를 갖는 하부 수소포집층과;
    상기 하부 수소포집층과 상기 반도체층 사이에 배치되고, 수소포집층양(+)의 수소 활성화 에너지를 갖는 하부 수소차단층과;
    상기 하부 수소차단층과 상기 반도체층 사이에 배치되는 버퍼층
    을 더 포함하는 표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 차광층 및 상기 하부 수소포집층은 동일한 형태를 갖는 표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트절연층, 상기 제1상부 수소차단층, 상기 제1상부 수소포집층 및 상기 게이트전극은 동일한 형태를 갖는 표시장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 게이트전극과 상기 보호층 사이에 배치되는 층간절연층을 더 포함하고,
    상기 제2상부 수소차단층은 상기 층간절연층과 상기 보호층 사이에 배치되고,
    상기 소스전극 및 상기 드레인전극은 상기 제2상부 수소차단층 및 상기 층간절연층의 제1 및 제2콘택홀을 통하여 상기 반도체층의 양 단부에 각각 연결되는 표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2상부 수소포집층은, 상기 제2상부 수소차단층의 상면, 상기 제1 및 제2콘택홀의 상기 제2상부 수소차단층의 측면, 상기 제1 및 제2콘택홀의 상기 층간절연층의 측면 및 상기 반도체층의 양 단부의 상면과 각각 접촉하는 표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 소스전극은 상기 제2상부 수소차단층, 상기 층간절연층, 상기 버퍼층 및 상기 하부 수소차단층의 제3콘택홀을 통하여 상기 차광층의 일 단부에 연결되고,
    상기 제2상부 수소포집층은, 상기 제2상부 수소차단층의 상면, 상기 제3콘택홀의 상기 제2상부 수소차단층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 층간절연층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 버퍼층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 하부 수소차단층의 측면 및 상기 하부 수소포집층의 일 단부의 상면과 각각 접촉하는 표시장치.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 게이트전극과 상기 보호층 사이에 배치되는 층간절연층을 더 포함하고,
    상기 제1상부 수소차단층은 상기 게이트절연층과 상기 층간절연층 사이에 배치되고,
    상기 제2상부 수소차단층은 상기 층간절연층과 상기 보호층 사이에 배치되고,
    상기 소스전극 및 상기 드레인전극은 상기 제2상부 수소차단층, 상기 층간절연층, 상기 제1상부 수소차단층 및 상기 게이트절연층의 제1 및 제2콘택홀을 통하여 상기 반도체층의 양 단부에 각각 연결되는 표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2상부 수소포집층은, 상기 제2상부 수소차단층의 상면, 상기 제1 및 제2콘택홀의 상기 제2상부 수소차단층의 측면, 상기 제1 및 제2콘택홀의 상기 층간절연층의 측면, 상기 제1 및 제2콘택홀의 상기 게이트절연층의 측면 및 상기 반도체층의 양 단부의 상면과 각각 접촉하는 표시장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 소스전극은 상기 제2상부 수소차단층, 상기 층간절연층, 상기 제1상부 수소차단층, 상기 게이트절연층, 상기 버퍼층 및 상기 하부 수소차단층의 제3콘택홀을 통하여 상기 차광층의 일 단부에 연결되고,
    상기 제2상부 수소포집층은, 상기 제2상부 수소차단층의 상면, 상기 제3콘택홀의 상기 제2상부 수소차단층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 층간절연층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 제1상부 수소차단층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 게이트절연층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 버퍼층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 하부 수소차단층의 측면 및 상기 하부 수소포집층의 일 단부의 상면과 각각 접촉하는 표시장치.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2상부 수소차단층은 동일층, 동일물질로 이루어지고,
    상기 게이트전극, 상기 소스전극 및 상기 드레인전극은 동일층, 동일물질로 이루어지고,
    상기 소스전극 및 상기 드레인전극은 상기 제1상부 수소차단층, 상기 제2상부 수소차단층 및 상기 게이트절연층의 제1 및 제2콘택홀을 통하여 상기 반도체층의 양 단부에 각각 연결되는 표시장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2상부 수소포집층은, 상기 제2상부 수소차단층의 상면, 상기 제1 및 제2콘택홀의 상기 제2상부 수소차단층의 측면, 상기 제1 및 제2콘택홀의 상기 게이트절연층의 측면 및 상기 반도체층의 양 단부의 상면과 각각 접촉하는 표시장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 소스전극은 상기 제2상부 수소차단층, 상기 게이트절연층, 상기 버퍼층 및 상기 하부 수소차단층의 제3콘택홀을 통하여 상기 차광층의 일 단부에 연결되고,
    상기 제2상부 수소포집층은, 상기 제2상부 수소차단층의 상면, 상기 제3콘택홀의 상기 제2상부 수소차단층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 게이트절연층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 버퍼층의 측면, 상기 제3콘택홀의 상기 하부 수소차단층의 측면 및 상기 하부 수소포집층의 일 단부의 상면과 각각 접촉하는 표시장치.
  16. 제 4 항에 있어서,
    상기 하부 수소포집층과 상기 제1 내지 제3상부 수소포집층은, 각각 바나듐(vanadium: V), 니오븀(niobium: Nb), 탄탈룸(tantalum: Ta), 하프늄(hafnium: Hf), 지르코늄(zirconium: Zr), 티타늄(titanium: Ti), 세륨(cerium: Ce), 란타늄(lanthanum: La), 이트륨(yttrium: Y), 스칸듐(scandium: Sc), 리튬(lithium: Li) 및 몰리브덴 티타늄(molybdenum titanium: MoTi) 중 하나 또는 이들의 합금을 포함하는 표시장치.
  17. 제 4 항에 있어서,
    상기 하부 수소차단층과 상기 제1 내지 제3상부 수소차단층은, 각각 1.0eV이상의 수소 활성화 에너지를 갖는 표시장치.
  18. 제 4 항에 있어서,
    상기 하부 수소차단층과 상기 제1 내지 제3상부 수소차단층은, 각각 코퍼 옥사이드(copper oxide: CuOx), 니켈 옥사이드(nickel oxide: NiOx), 아이언 옥사이드(iron oxide: FeOx), 코발트 옥사이드(cobalt oxide: CoOx), 망가니즈 옥사이드(manganese oxide: MnOx), 인듐 옥사이드(indium oxide: InOx), 틴 옥사이드(tin oxide: SnOx), 징크 옥사이드(zinc oxide: ZnOx), 실버 옥사이드(silver oxide: AgOx), 갈륨 옥사이드(gallium oxide: GaOx), 텅스텐 옥사이드(tungsten oxide: WOx), 알루미늄 옥사이드(aluminum oxide: AlOx), 마그네슘 옥사이드(magnesium oxide: MgOx), 칼슘 옥사이드(calcium oxide: CaOx) 중 하나를 포함하는 표시장치.
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