WO2015119385A1 - Thin-film transistor having active layer made of molybdenum disulfide, method for manufacturing same, and display device comprising same - Google Patents

Thin-film transistor having active layer made of molybdenum disulfide, method for manufacturing same, and display device comprising same Download PDF

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WO2015119385A1
WO2015119385A1 PCT/KR2015/000370 KR2015000370W WO2015119385A1 WO 2015119385 A1 WO2015119385 A1 WO 2015119385A1 KR 2015000370 W KR2015000370 W KR 2015000370W WO 2015119385 A1 WO2015119385 A1 WO 2015119385A1
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WO
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active layer
film transistor
thin film
substrate
molybdenum disulfide
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/000370
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Korean (ko)
Inventor
정진욱
김민석
서중원
이구수
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코닝정밀소재 주식회사
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78681—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising AIIIBV or AIIBVI or AIVBVI semiconductor materials, or Se or Te

Definitions

  • the present invention relates to a thin film transistor, a method for manufacturing the same, and a display device having the same, and more particularly, to a thin film transistor having an active layer made of molybdenum disulfide (MoS 2 ), a method for manufacturing the same, and a display device having the same.
  • MoS 2 molybdenum disulfide
  • Thin film transistors are also applied to SRAM or ROM, but are mainly used as switching elements for controlling pixels of an active matrix flat panel display.
  • the thin film transistor is used as a switch or a current driving element of a liquid crystal display (LCD) or an organic light emitting display (OLED).
  • the thin film transistor used as the switching element serves to control the individual pixels independently so that each pixel can represent a different electrical signal.
  • liquid crystal displays and organic light emitting displays mostly use thin film transistors having an active layer based on silicon.
  • ultra high definition (UD) due to low operating speed and instability due to low charge mobility of about 0.5 cm 2 / V ⁇ s
  • charge mobility is about 50-100 cm 2 / V ⁇ s, which is superior to amorphous silicon, but has a relatively high process temperature and a high process process.
  • UD ultra high definition
  • IGZO amorphous amorphous In-Ga-Zn-O
  • an object of the present invention is to provide a thin film transistor having an active layer made of molybdenum disulfide (MoS 2 ), a manufacturing method and a display device having the same. It is.
  • MoS 2 molybdenum disulfide
  • the substrate A first insulating film formed on the substrate; An active layer formed on the first insulating film and having a channel region and made of molybdenum disulfide (MoS 2 ); A thin film transistor comprising: a source electrode and a drain electrode spaced apart from each other on the first insulating layer with the channel region interposed therebetween and electrically connected to the active layer; and a second insulating layer formed on the active layer. to provide.
  • MoS 2 molybdenum disulfide
  • the dopant may be doped in the active layer.
  • first insulating film and the second insulating film may be formed of different insulating materials.
  • a gate electrode formed at a position corresponding to the active layer, wherein the gate electrode is formed between the substrate and the first insulating layer.
  • the gate electrode may further include a gate electrode formed at a position corresponding to the active layer, and the gate electrode may be formed on the second insulating layer.
  • the gate electrode may further include a gate electrode formed at a position corresponding to the active layer, and the gate electrode may be formed along a surface of the second insulating layer formed to surround the active layer.
  • the substrate may be formed of any one of a candidate material group consisting of glass, semiconductor, metal oxide, ceramic, plastic, and polymer.
  • the present invention the first step of forming a first insulating film on a substrate; A second step of forming an active layer by depositing molybdenum disulfide (MoS 2 ) on the first insulating layer by a sputtering method; A third step of forming a source electrode and a drain electrode spaced apart from each other and electrically connected to the active layer with the channel region of the active layer interposed on the first insulating film; and forming a second insulating film on the active layer. It provides a thin film transistor manufacturing method comprising a fourth step.
  • MoS 2 molybdenum disulfide
  • the dopant may be doped into the molybdenum disulfide.
  • the molybdenum disulfide may be deposited to a thickness of 1 to 5 nm per minute.
  • the molybdenum disulfide may be heat-treated after deposition.
  • the temperature of the substrate may be controlled to ⁇ 70 to 350 ° C. prior to the deposition of molybdenum disulfide.
  • the method may further include forming a gate electrode at a position corresponding to the active layer.
  • the substrate may be used, and in the first step, the substrate may be any one of candidate material groups including glass, semiconductors, metal oxides, ceramics, plastics, and polymers.
  • the present invention includes a first substrate having a thin film transistor formed in a pixel region defined by the intersection of a plurality of gate lines and data lines; A second substrate facing the first substrate and having a color filter corresponding to the pixel region, and a backlight disposed on a rear surface of the first substrate to irradiate light, wherein the thin film transistor includes a channel region,
  • a display device having an active layer made of molybdenum disulfide (MoS 2 ).
  • the present invention is a first substrate having a thin film transistor formed in a pixel region defined by crossing a plurality of gate lines and data lines, and a second bonded to the first substrate and provided with an organic light emitting element on the bonding surface; Including a substrate, the thin film transistor has a channel region, and provides a display device characterized in that it has an active layer made of molybdenum disulfide (MoS 2 ).
  • MoS 2 molybdenum disulfide
  • the active layer of the thin film transistor by forming the active layer of the thin film transistor with molybdenum disulfide, the active layer has a higher charge mobility, lower leakage current, excellent mechanical flexibility and optical transparency and light than conventional amorphous silicon, polycrystalline silicon and oxide based materials. Stability can be secured.
  • the film of the active layer made of molybdenum disulfide formed on the substrate By improving the crystallinity and encapsulating molybdenum disulfide with an insulating film in the process of fabricating the thin film transistor, the electrical properties and charge mobility of the active layer made of molybdenum disulfide can be greatly improved, thereby providing high mobility and high flexibility. And a high transparency to produce a thin film transistor having an active layer capable of implementing next-generation, flexible or transparent display at a mass production level.
  • 1 to 3 is a cross-sectional view and a perspective view showing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention by structure.
  • 4 and 5 is a process chart showing the deposition process of molybdenum disulfide according to the embodiment in the thin film transistor manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • a thin film transistor (TFT) 100 As shown in FIG. 1, a thin film transistor (TFT) 100 according to an embodiment of the present invention is used as a switching element or a current driving element of a liquid crystal display or an organic light emitting display.
  • the thin film transistor 100 includes a substrate 110, a first insulating layer 120, an active layer 130, a source electrode 140, a drain electrode 150, and a second insulating layer 160.
  • Substrate 110 is a semiconductor, such as glass, Si, GaAs, metal oxides, ceramics, and the like that can satisfy the thermodynamic and mechanical requirements for manufacturing the thin film transistor 100 for the purpose, such as a flat panel display or a flexible display It may be made of plastic, polymer, and the like.
  • the first insulating layer 120 is formed on the substrate 110.
  • the first insulating layer 120 may be formed of an insulating material used in a conventional semiconductor device.
  • the first insulating layer 120 may be formed of silicon oxide or silicon nitride.
  • the first insulating layer 120 may be formed of any one or a mixture of Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , and HfO 2 , which is a high-k material having a higher dielectric constant than SiO 2 or SiO 2 .
  • the first insulating layer 120 is stacked on the entire upper surface of the substrate 110.
  • the first insulating layer 120 may be formed of an insulating material different from the insulating material forming the second insulating layer 160 among the insulating materials.
  • the active layer 130 is formed on the first insulating layer 120 and includes a channel region CH.
  • the active layer 130 is made of molybdenum disulfide (MoS 2 ).
  • MoS 2 molybdenum disulfide
  • a dopant such as Cl or P may be added to the active layer 130 made of molybdenum disulfide.
  • molybdenum disulfide constituting the active layer 130 is a two-dimensional nano-plate-structure semiconductor material, a transition metal chalcogen compound represented in the form of MX2 (M: transition metal, X: S, Se, Te).
  • the chalcogen compound is formed by two layers of covalently bonded XMX bonds weakly stacked by van der Waals forces to form a two-dimensional nanoplatelet structure, for example, MoS 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , WS 2 , and the like.
  • MoS 2 molybdenum disulfide
  • Table 1 has flexibility, transparency, stability to light, and especially charge transfer, compared to amorphous silicon, polycrystalline silicon, and amorphous oxide, which are conventionally used as a material for forming an active layer.
  • the superior figure enables implementation of high resolution flexible or transparent organic light emitting displays that require relatively high drive currents.
  • the source electrode 140 and the drain electrode 150 are spaced apart from each other on the first insulating layer 120 with the channel region CH of the active layer 130 interposed therebetween.
  • the source electrode 140 and the drain electrode 150 are made of a conductive material such as metal and electrically connected to the active layer 130.
  • the source electrode 140 is connected to a data line (not shown) orthogonal to a gate line (not shown) on the substrate 110.
  • the drain electrode 150 is a drain contact hole (not shown) that is formed to expose a portion of the drain electrode 150 when forming a passivation layer (not shown) formed on the source electrode 140 and the drain electrode 150.
  • a pixel electrode (not shown) formed by patterning a transparent conductive material on the passivation layer (not shown).
  • the second insulating layer 160 is formed on the active layer 130.
  • the second insulating layer 160 may be formed of an insulating material different from the insulating material forming the first insulating film 120.
  • the second insulating layer 160 may be formed of any one or a mixture of SiO 2 or Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , HfO 2 , and a high-K material having a higher dielectric constant than SiO 2 .
  • the first insulating layer 120 is made of SiO 2
  • the second insulating layer 160 may be made of HfO 2 .
  • the upper and lower surfaces of the active layer 130 made of molybdenum disulfide are surrounded by another kind of insulating material.
  • the charge mobility of the active layer 130 is greatly increased. This is because the first insulating film 120 and the second insulating film 160 surrounding the active layer 130 made of molybdenum disulfide improve the electrical characteristics of molybdenum disulfide and reduce coulomb scattering. .
  • the thin film transistor 100 includes a gate electrode 170 formed at a position corresponding to the active layer 130.
  • the thin film transistor 100 is divided into a bottom-gate, a top-gate, and a fin-gate according to the position and shape of the gate electrode 170.
  • 1 illustrates a thin film transistor 100 having a bottom-gate structure.
  • the gate electrode 170 is formed between the substrate 110 and the first insulating layer 120.
  • FIG. 2 illustrates a thin film transistor 100 having a top-gate structure.
  • the gate electrode 170 is formed on the second insulating layer 160.
  • 3 illustrates the thin film transistor 100 having a fin-gate structure.
  • the second insulating layer 160 is formed to surround the center region of the active layer 130, and thus, the gate electrode 170. ) Is formed along the surface of the second insulating layer 160.
  • the gate electrode 170 may be formed of a conductive material such as metal or metal oxide.
  • the gate electrode 170 may be formed of a metal such as Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Al, W, or Cu or a metal or conductive oxide such as IZO (InZnO) or AZO (AlZnO).
  • the thin film transistor 100 as described above that is, the thin film transistor 100 having the active layer 130 made of molybdenum disulfide is used as a switching element or a current driving element of various displays.
  • the thin film transistor 100 according to an exemplary embodiment of the present invention is disposed on the lower and upper substrates facing each other, and the rear surface of the liquid crystal layer and the lower substrate interposed therebetween to the front. It can be used in a liquid crystal display device (LCD) having a backlight for irradiating light.
  • the thin film transistor 100 is formed in a pixel region in which these lines are defined by crossing of the lower substrate on which the plurality of gate lines and the data lines are arranged.
  • the upper substrate is provided with a color filter corresponding to the pixel area.
  • the thin film transistor 100 may be used in an organic light emitting display device (OLED) in addition to the liquid crystal display device.
  • OLED organic light emitting display device
  • the thin film transistor 100 is formed in a pixel region in which these lines are defined by crossing of the lower substrate on which the plurality of gate lines and the data lines are arranged.
  • an organic light emitting device is formed on the upper substrate, and the upper and lower substrates are bonded to form an organic light emitting panel of the organic light emitting display device.
  • the organic light emitting diode includes an anode electrode and a cathode electrode, and a hole transporting layer, an emission layer, and an electron transporting layer disposed therebetween.
  • a hole injection layer is provided between the anode electrode and the hole transport layer, and an electron injection layer is formed between the charge transport layer and the cathode electrode.
  • anode electrode is a material such as indium-tin-oxide (ITO) or indium-zinc-oxide (IZO) which has a high work function and is transparent.
  • Silver may be made of a material such as aluminum (Al), calcium (Ca), or aluminum alloy which has a low work function and is chemically stable.
  • FIG. 1 a thin film transistor manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described.
  • reference numerals of the elements will be referred to FIG. 1.
  • the first insulating layer 120 is formed on the substrate 110.
  • any one or a mixture of Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , HfO 2 which is a high-K material having a higher dielectric constant than SiO 2 or SiO 2 , may be selected as the first insulating layer 120. It may be deposited on the substrate 110 through ALD, PECVD, sputtering, and the like.
  • any one of a candidate material group consisting of a glass, a semiconductor such as GaAs, a metal oxide, a ceramic, a plastic, and a polymer may be used as the substrate 110.
  • molybdenum disulfide is deposited on the deposited first insulating layer 120 by sputtering to form the active layer 130.
  • dopants such as Cl or P may be doped into the molybdenum disulfide.
  • a dopant-added MoS 2 target may be prepared in the process of preparing the target, and then sputtered to deposit molybdenum disulfide doped with the dopant.
  • molybdenum disulfide doped with dopants can be deposited through co-sputtering through the dopant target and the MoS 2 target.
  • sputtering for depositing molybdenum disulfide can be sputtered using a DC or RF source. Further, in sputtering for molybdenum disulfide deposition, it is preferable to deposit molybdenum disulfide at a thickness of 1 to 5 nm per minute. In the sputtering process, the film quality of molybdenum disulfide may be improved through heat treatment within a range that the substrate 110 may withstand after deposition of molybdenum disulfide.
  • molybdenum disulfide deposited through the sputtering process may be formed of amorphous, polycrystalline or single crystal, depending on the deposition conditions, the formation thickness is 1 ⁇ 100nm level.
  • the active layer 130 made of molybdenum disulfide is formed on the first insulating layer 120 by patterning it.
  • a metal material is deposited on the first insulating layer 120 on which the active layer 130 is formed, and then patterned, thereby exposing the channel region CH of the active layer 130 to expose the channel region CH.
  • a source electrode 140 and a drain electrode 150 are formed to be spaced apart from each other. The source electrode 140 and the drain electrode 150 formed as described above are electrically connected to the active layer 130.
  • a second insulating layer 160 is formed on the active layer 130 where the channel region CH is exposed.
  • an insulating material constituting the second insulating film 160 on the active layer 130, the source electrode 140, and the drain electrode 150 for example, Si, which is a high-K material having a higher dielectric constant than that of SiO 2 or SiO 2.
  • a second insulating film by depositing any one or a mixture of 3 N 4 , Al 2 O 3 , HfO 2 , or the like through ALD, PECVD, sputtering, and the like and patterned to a shape (see FIGS. 1 to 3) as shown. To form 160.
  • the second insulating film 160 is preferably formed of HfO 2 .
  • the upper and lower surfaces of the active layer 130 may have different types of insulating materials, that is, the first insulating layer 120 and HfO formed of SiO 2 . It is surrounded by the second insulating film 160 made of 2, thereby exhibiting high charge mobility.
  • the thin film transistor 100 to be manufactured has a gate structure of any one of a bottom-gate, a top-gate, and a fin-gate.
  • a metal such as Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Al, W, or Cu or IZO (InZnO) is formed at a position corresponding to the active layer 130.
  • a metal or conductive oxide such as AZO (AlZnO) may be deposited and patterned to form the gate electrode 170.
  • an active layer 130 made of molybdenum disulfide is formed through a sputtering process.
  • the crystallinity of the active layer 130 may be improved by dispersing the process conditions such as the temperature of the substrate 110, deposition rate, dopant addition, and heat treatment in the sputtering process, and disulfide forming the active layer 130 may be performed.
  • the thin film transistor 100 having the active layer 130 capable of implementing next-generation, flexible, or transparent displays by exhibiting high flexibility and high transparency may be produced at a level capable of mass production.

Abstract

The present invention relates to a thin-film transistor, a method for manufacturing the same, and a display device comprising the same and, more particularly, to a thin-film transistor having an active layer made of molybdenum disulfide (MoS2), a method for manufacturing the same, and a display device comprising the same. To this end, the present invention provides a thin-film transistor, a method for manufacturing the same, and a display device comprising the same, the thin-film transistor being characterized by comprising: a substrate; a first insulation film formed on the substrate; an active layer, which is formed on the first insulation film, which has a channel area, and which is made of molybdenum disulfide (MoS2); a source electrode and a drain electrode arranged on the first insulation film while being spaced from each other with the channel area interposed therebetween and electrically connected to the active layer; and a second insulation film formed on the active layer.

Description

이황화 몰리브덴으로 이루어진 액티브층을 갖는 박막트랜지스터, 그 제조방법 및 이를 구비하는 디스플레이 장치A thin film transistor having an active layer made of molybdenum disulfide, a method of manufacturing the same, and a display device having the same
본 발명은 박막트랜지스터, 그 제조방법 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 이황화 몰리브덴(MoS2)으로 이루어진 액티브층을 갖는 박막트랜지스터, 그 제조방법 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film transistor, a method for manufacturing the same, and a display device having the same, and more particularly, to a thin film transistor having an active layer made of molybdenum disulfide (MoS 2 ), a method for manufacturing the same, and a display device having the same.
박막트랜지스터(thin film transistor; TFT)는 SRAM이나 ROM에도 응용되지만, 주로 능동 행렬형 평판 디스플레이(active matrix flat panel display)의 화소(pixel)를 조절하는 스위칭 소자로 사용된다. 예를 들어, 박막트랜지스터는 액정 디스플레이(LCD)나 유기발광 디스플레이(OLED)의 스위치나 전류 구동 소자로 사용되고 있다. 여기서, 스위칭 소자로 사용되는 박막트랜지스터는 개별 화소를 독립적으로 제어할 수 있도록 하여 각 화소가 다른 전기 신호를 표현할 수 있도록 하는 역할을 한다.Thin film transistors (TFTs) are also applied to SRAM or ROM, but are mainly used as switching elements for controlling pixels of an active matrix flat panel display. For example, the thin film transistor is used as a switch or a current driving element of a liquid crystal display (LCD) or an organic light emitting display (OLED). Here, the thin film transistor used as the switching element serves to control the individual pixels independently so that each pixel can represent a different electrical signal.
현재, 액정 디스플레이나 유기발광 디스플레이는 대부분 실리콘에 기반한 액티브층을 갖는 박막트랜지스터를 사용하고 있다. 그러나 액정 디스플레이에 사용되는 비정질 실리콘(amorphous Si)의 경우, 대략 0.5㎠/V·s 정도의 낮은 전하 이동도(mobility)로 인한 낮은 동작 속도와 불안정(instability)한 특성 때문에 UD(ultra high definition) 구현에 한계가 있다. 또한, 유기발광 디스플레이에 사용되는 다결정 실리콘(poly-Si)의 경우에는 전하 이동도가 대략 50~100㎠/V·s 수준으로, 비정질 실리콘보다는 우수한 성능을 나타내지만 상대적으로 공정온도가 높고 공정과정에 복잡한 단점이 있다.Currently, liquid crystal displays and organic light emitting displays mostly use thin film transistors having an active layer based on silicon. However, in the case of amorphous Si used in liquid crystal displays, ultra high definition (UD) due to low operating speed and instability due to low charge mobility of about 0.5 cm 2 / V · s There is a limit to the implementation. In addition, in the case of poly-Si used in an organic light emitting display, the charge mobility is about 50-100 cm 2 / V · s, which is superior to amorphous silicon, but has a relatively high process temperature and a high process process. There is a complex disadvantage.
한편, 최근에는 차세대 플렉서블(flexible) 및 투명(transparent) 유기발광 디스플레이 적용을 목적으로 기계적 유연성 및 광학적 투명성이 실리콘 물질 대비 우수한, 예컨대, 비정질 IGZO(amorphous In-Ga-Zn-O) 기반의 산화물이 많이 연구되었으나, 실제 공정 상에서는 낮은 수율과 신뢰성 그리고 다결정 실리콘 대비 낮은 전하 이동도 및 빛에 장시간 노출되었을 때 물성이 변하는 등 광 스트레스에 취약한 문제로 인해 상용화에 어려움을 겪고 있다.Recently, for example, amorphous amorphous In-Ga-Zn-O (IGZO) based oxides having excellent mechanical flexibility and optical transparency compared to silicon materials have been used for the purpose of applying next-generation flexible and transparent organic light emitting displays. Although much research has been conducted, it is difficult to commercialize due to problems such as low yield and reliability, low charge mobility compared to polycrystalline silicon, and physical property change when exposed to light for a long time.
[선행기술문헌][Preceding technical literature]
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0100148호(2011.09.09.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2011-0100148 (2011.09.09.)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이황화 몰리브덴(MoS2)으로 이루어진 액티브층을 갖는 박막트랜지스터, 그 제조방법 및 이를 구비하는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to provide a thin film transistor having an active layer made of molybdenum disulfide (MoS 2 ), a manufacturing method and a display device having the same. It is.
이를 위해, 본 발명은, 기판; 상기 기판 상에 형성되는 제1 절연막; 상기 제1 절연막 상에 형성되고 채널 영역을 구비하며 이황화 몰리브덴(MoS2)으로 이루어지는 액티브층; 상기 채널 영역을 사이에 두고 상기 제1 절연막 상에 이격 배열되어 상기 액티브층에 전기적으로 접속되는 소스 전극 및 드레인 전극 및 상기 액티브층 상에 형성되는 제2 절연막을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터를 제공한다.To this end, the present invention, the substrate; A first insulating film formed on the substrate; An active layer formed on the first insulating film and having a channel region and made of molybdenum disulfide (MoS 2 ); A thin film transistor comprising: a source electrode and a drain electrode spaced apart from each other on the first insulating layer with the channel region interposed therebetween and electrically connected to the active layer; and a second insulating layer formed on the active layer. to provide.
여기서, 상기 액티브층에는 도펀트가 도핑되어 있을 수 있다.The dopant may be doped in the active layer.
또한, 상기 제1 절연막 및 상기 제2 절연막은 서로 다른 절연 물질로 이루어질 수 있다.In addition, the first insulating film and the second insulating film may be formed of different insulating materials.
그리고 상기 액티브층에 상응되는 위치에 형성되는 게이트 전극을 더 포함하되, 상기 게이트 전극은 상기 기판과 상기 제1 절연막 사이에 형성될 수 있다.And a gate electrode formed at a position corresponding to the active layer, wherein the gate electrode is formed between the substrate and the first insulating layer.
게다가, 상기 액티브층에 상응되는 위치에 형성되는 게이트 전극을 더 포함하되, 상기 게이트 전극은 상기 제2 절연막 상에 형성될 수 있다.In addition, the gate electrode may further include a gate electrode formed at a position corresponding to the active layer, and the gate electrode may be formed on the second insulating layer.
또한, 상기 액티브층에 상응되는 위치에 형성되는 게이트 전극을 더 포함하되, 상기 게이트 전극은 상기 액티브층을 감싸는 형태로 형성된 상기 제2 절연막의 표면을 따라 형성될 수 있다.The gate electrode may further include a gate electrode formed at a position corresponding to the active layer, and the gate electrode may be formed along a surface of the second insulating layer formed to surround the active layer.
그리고 상기 기판은 유리, 반도체, 금속 산화물, 세라믹, 플라스틱 및 폴리머로 이루어진 후보 물질군 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.The substrate may be formed of any one of a candidate material group consisting of glass, semiconductor, metal oxide, ceramic, plastic, and polymer.
한편, 본 발명은, 기판 상에 제1 절연막을 형성하는 제1 단계; 상기 제1 절연막 상에 이황화 몰리브덴(MoS2)을 스퍼터링 방식으로 증착하여 액티브층을 형성하는 제2 단계; 상기 제1 절연막 상에 상기 액티브층의 채널 영역을 사이에 두고 서로 이격되고 상기 액티브층과 전기적으로 접속되는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 제3 단계 및 상기 상기 액티브층 상에 제2 절연막을 형성하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제조방법을 제공한다.On the other hand, the present invention, the first step of forming a first insulating film on a substrate; A second step of forming an active layer by depositing molybdenum disulfide (MoS 2 ) on the first insulating layer by a sputtering method; A third step of forming a source electrode and a drain electrode spaced apart from each other and electrically connected to the active layer with the channel region of the active layer interposed on the first insulating film; and forming a second insulating film on the active layer. It provides a thin film transistor manufacturing method comprising a fourth step.
여기서, 상기 제2 단계에서는 상기 이황화 몰리브덴에 도펀트를 도핑할 수 있다.Here, in the second step, the dopant may be doped into the molybdenum disulfide.
또한, 상기 제2 단계에서는 상기 이황화 몰리브덴을 분당 1~5㎚ 두께로 증착할 수 있다.In the second step, the molybdenum disulfide may be deposited to a thickness of 1 to 5 nm per minute.
그리고 상기 제2 단계에서는 상기 이황화 몰리브덴 증착 후 열처리할 수 있다.In the second step, the molybdenum disulfide may be heat-treated after deposition.
게다가, 상기 제2 단계에서는 상기 이황화 몰리브덴 증착 전 상기 기판의 온도를 -70~350℃로 제어할 수 있다.In addition, in the second step, the temperature of the substrate may be controlled to −70 to 350 ° C. prior to the deposition of molybdenum disulfide.
또한, 바텀-게이트(bottom-gate), 탑-게이트(top-gate) 및 핀-게이트(fin-gate) 중 어느 하나의 게이트 구조를 이루도록 상기 제1 단계 내지 상기 제4 단계 중 어느 한 단계 전, 후에 상기 액티브층에 상응되는 위치에 게이트 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Further, before any one of the first to fourth steps to form a gate structure of any one of a bottom-gate, a top-gate, and a fin-gate. Afterwards, the method may further include forming a gate electrode at a position corresponding to the active layer.
그리고 상기 제1 단계에서는 상기 기판으로, 상기 제1 단계에서는 상기 기판으로, 유리, 반도체, 금속 산화물, 세라믹, 플라스틱 및 폴리머로 이루어진 후보 물질군 중 어느 하나를 사용할 수 있다.In the first step, the substrate may be used, and in the first step, the substrate may be any one of candidate material groups including glass, semiconductors, metal oxides, ceramics, plastics, and polymers.
아울러, 본 발명은, 다수개의 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하여 정의되는 화소 영역에 형성되는 박막트랜지스터를 구비한 제1 기판; 상기 제1 기판과 대향되며 상기 화소 영역에 대응하여 컬러필터를 구비한 제2 기판 및 상기 제1 기판의 배면에 배치되어 광을 조사하는 백라이트를 포함하되, 상기 박막트랜지스터는 채널 영역을 구비하고, 이황화 몰리브덴(MoS2)으로 이루어진 액티브층을 가지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.In addition, the present invention includes a first substrate having a thin film transistor formed in a pixel region defined by the intersection of a plurality of gate lines and data lines; A second substrate facing the first substrate and having a color filter corresponding to the pixel region, and a backlight disposed on a rear surface of the first substrate to irradiate light, wherein the thin film transistor includes a channel region, Provided is a display device having an active layer made of molybdenum disulfide (MoS 2 ).
또한, 본 발명은, 다수개의 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하여 정의되는 화소 영역에 형성되는 박막트랜지스터를 구비한 제1 기판 및 상기 제1 기판과 합착되고 합착면에 유기발광소자를 구비한 제2 기판을 포함하되, 상기 박막트랜지스터는 채널 영역을 구비하고, 이황화 몰리브덴(MoS2)으로 이루어진 액티브층을 가지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.In addition, the present invention is a first substrate having a thin film transistor formed in a pixel region defined by crossing a plurality of gate lines and data lines, and a second bonded to the first substrate and provided with an organic light emitting element on the bonding surface; Including a substrate, the thin film transistor has a channel region, and provides a display device characterized in that it has an active layer made of molybdenum disulfide (MoS 2 ).
본 발명에 따르면, 박막트랜지스터의 액티브층을 이황화 몰리브덴으로 형성함으로써, 종래 비정질 실리콘, 다결정 실리콘 및 산화물 기반 물질보다 액티브층의 높은 전하 이동도, 낮은 누설전류, 우수한 기계적 유연성 및 광학적 투명성 그리고 빛에 대한 안정성을 확보할 수 있다.According to the present invention, by forming the active layer of the thin film transistor with molybdenum disulfide, the active layer has a higher charge mobility, lower leakage current, excellent mechanical flexibility and optical transparency and light than conventional amorphous silicon, polycrystalline silicon and oxide based materials. Stability can be secured.
또한, 본 발명에 따르면, 스퍼터링 방식으로 이황화 몰리브덴을 증착하고, 스퍼터링 증착 과정에서 기판의 온도, 증착 속도, 도핑 조건 및 열처리 조건 등을 최적화함으로써, 기판 상에 형성되는 이황화 몰리브덴으로 이루어진 액티브층의 막 결정성을 향상시킬 수 있고, 박막트랜지스터 제작 과정에서 이황화 몰리브덴을 절연막으로 에워쌈으로써, 이황화 몰리브덴으로 이루어진 액티브층의 전기적 특성 및 전하 이동도를 대폭 향상시킬 수 있으며, 이를 통해, 고 이동성, 고 유연성 및 고 투명성을 나타내어 차세대, 플렉서블 또는 투명 디스플레이 구현이 가능한 액티브층을 갖는 박막트랜지스터를 양산 가능한 수준으로 생산할 수 있다.In addition, according to the present invention, by depositing molybdenum disulfide by the sputtering method, by optimizing the substrate temperature, deposition rate, doping conditions and heat treatment conditions in the sputtering deposition process, the film of the active layer made of molybdenum disulfide formed on the substrate By improving the crystallinity and encapsulating molybdenum disulfide with an insulating film in the process of fabricating the thin film transistor, the electrical properties and charge mobility of the active layer made of molybdenum disulfide can be greatly improved, thereby providing high mobility and high flexibility. And a high transparency to produce a thin film transistor having an active layer capable of implementing next-generation, flexible or transparent display at a mass production level.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 박막트랜지스터를 구조별로 나타낸 단면도 및 사시도.1 to 3 is a cross-sectional view and a perspective view showing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention by structure.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 박막트랜지스터 제조방법에서, 이황화 몰리브덴의 증착 공정을 실시 예 별로 나타낸 공정도.4 and 5 is a process chart showing the deposition process of molybdenum disulfide according to the embodiment in the thin film transistor manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 박막트랜지스터, 그 제조방법 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a thin film transistor, a method of manufacturing the same, and a display device having the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 박막트랜지스터(TFT)(100)는 액정 디스플레이나 유기발광 디스플레이의 스위칭 소자나 전류 구동 소자로 사용된다. 이러한 박막트랜지스터(100)는 기판(110), 제1 절연막(120), 액티브층(130), 소스 전극(140), 드레인 전극(150) 및 제2 절연막(160)을 포함하여 형성된다.As shown in FIG. 1, a thin film transistor (TFT) 100 according to an embodiment of the present invention is used as a switching element or a current driving element of a liquid crystal display or an organic light emitting display. The thin film transistor 100 includes a substrate 110, a first insulating layer 120, an active layer 130, a source electrode 140, a drain electrode 150, and a second insulating layer 160.

기판(110)은 평판 디스플레이 또는 플렉서블(flexible) 디스플레이 등 그 목적에 맞는 박막트랜지스터(100) 제작을 위한 열역학적 및 기계적 요구사항을 만족시킬 수 있는 유리, Si, GaAs 등과 같은 반도체, 금속 산화물, 세라믹, 플라스틱, 폴리머 등으로 이루어질 수 있다. Substrate 110 is a semiconductor, such as glass, Si, GaAs, metal oxides, ceramics, and the like that can satisfy the thermodynamic and mechanical requirements for manufacturing the thin film transistor 100 for the purpose, such as a flat panel display or a flexible display It may be made of plastic, polymer, and the like.

제1 절연막(120)은 기판(110) 상에 형성된다. 이러한 제1 절연막(120)은 통상적인 반도체 소자에 사용되는 절연 물질로 형성될 수 있다. 특히, 제1 절연막(120)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 절연막(120)은 SiO2 또는 SiO2보다 유전율이 높은 High-K 물질인 Si3N4, Al2O3, HfO2 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 이러한 제1 절연막(120)은 기판(110)의 상부 전면에 걸쳐 적층 형성된다. 이때, 제1 절연막(120)은 상기의 절연 물질들 중 제2 절연막(160)을 이루는 절연 물질과 다른 절연 물질로 이루어질 수 있다.The first insulating layer 120 is formed on the substrate 110. The first insulating layer 120 may be formed of an insulating material used in a conventional semiconductor device. In particular, the first insulating layer 120 may be formed of silicon oxide or silicon nitride. For example, the first insulating layer 120 may be formed of any one or a mixture of Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , and HfO 2 , which is a high-k material having a higher dielectric constant than SiO 2 or SiO 2 . The first insulating layer 120 is stacked on the entire upper surface of the substrate 110. In this case, the first insulating layer 120 may be formed of an insulating material different from the insulating material forming the second insulating layer 160 among the insulating materials.

액티브층(130)은 제1 절연막(120) 상에 형성되어 채널 영역(CH)을 구비한다. 본 발명의 실시 예에서, 이러한 액티브층(130)은 이황화 몰리브덴(MoS2)으로 이루어진다. 이때, 이황화 몰리브덴으로 이루어진 액티브층(130)에는 Cl 또는 P 등의 도펀트가 첨가될 수 있다. 여기서, 액티브층(130)을 이루는 이황화 몰리브덴은 이차원 나노판상 구조 반도체 물질로, MX2 형태(M: 전이금속, X: S, Se, Te)로 표시되는 전이금속 칼코젠 화합물이다. 칼코젠 화합물은 공유결합으로 강하게 연결된 X-M-X 결합의 층들이 반데르발스 힘에 의해 약하게 적층되어 이차원 나노판상 구조를 이루며, 예컨대, MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2 등으로 존재한다. 그 중에서도 특히 이황화 몰리브덴(MoS2)은 하기의 표 1에 나타낸 바와 같이, 종래 액티브층을 이루는 물질로 사용되던 비정질 실리콘, 다결정 실리콘, 비정질 산화물에 비해 유연성, 투명성, 빛에 대한 안정성 그리고 특히 전하 이동도가 우수하기 때문에 상대적으로 높은 구동 전류가 필요한 고 해상도 플렉서블 또는 투명 유기발광 디스플레이 구현을 가능하게 한다.The active layer 130 is formed on the first insulating layer 120 and includes a channel region CH. In an embodiment of the present invention, the active layer 130 is made of molybdenum disulfide (MoS 2 ). In this case, a dopant such as Cl or P may be added to the active layer 130 made of molybdenum disulfide. Here, molybdenum disulfide constituting the active layer 130 is a two-dimensional nano-plate-structure semiconductor material, a transition metal chalcogen compound represented in the form of MX2 (M: transition metal, X: S, Se, Te). The chalcogen compound is formed by two layers of covalently bonded XMX bonds weakly stacked by van der Waals forces to form a two-dimensional nanoplatelet structure, for example, MoS 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , WS 2 , and the like. In particular, molybdenum disulfide (MoS 2 ), as shown in Table 1 below, has flexibility, transparency, stability to light, and especially charge transfer, compared to amorphous silicon, polycrystalline silicon, and amorphous oxide, which are conventionally used as a material for forming an active layer. The superior figure enables implementation of high resolution flexible or transparent organic light emitting displays that require relatively high drive currents.
a-Sia-Si Poly-SiPoly-Si a-IGZOa-IGZO MoS2 MoS 2
해상도resolution 전하 이동도(㎠/V·s)Charge Mobility (cm 2 / V · s) 0.5~10.5 ~ 1 50~10050-100 10~5010-50 1~2001-200
유연성flexibility 곡률 반경(㎜)Radius of curvature (mm) >10> 10 >10> 10 >5> 5 >1> 1
투명성Transparency 광투과율(%)Light transmittance (%) <20<20 <20<20 >70> 70 >70> 70
신뢰성responsibility 빛에 대한 안정성Stability to light PoorPoor GoodGood PoorPoor GoodGood
적합한 디스플레이 형태Suitable display form LCDLCD LCD, OLEDLCD, OLED Bendable/Transpatent LCD, OLEDBendable / Transpatent LCD, OLED Foldable/Transparent LCD, OLEDFoldable / Transparent LCD, OLED
소스 전극(140) 및 드레인 전극(150)은 액티브층(130)의 채널 영역(CH)을 사이에 두고 제1 절연막(120) 상에 이격 배열된다. 이러한 소스 전극(140) 및 드레인 전극(150)은 금속 등 도전 물질로 이루어져 액티브층(130)에 전기적으로 접속된다. 여기서, 소스 전극(140)은 기판(110) 상에서 게이트 라인(미도시)과 직교하는 데이터 라인(미도시)과 연결된다. 그리고 드레인 전극(150)은 소스 전극(140) 및 드레인 전극(150)의 상부에 형성되는 보호막(미도시) 형성 시, 드레인 전극(150)의 일부를 노출시키도록 형성되는 드레인 콘택홀(미도시)을 통해, 보호막(미도시)의 상부에 투명 도전 물질을 패터닝하여 형성되는 화소 전극(미도시)과 연결된다.The source electrode 140 and the drain electrode 150 are spaced apart from each other on the first insulating layer 120 with the channel region CH of the active layer 130 interposed therebetween. The source electrode 140 and the drain electrode 150 are made of a conductive material such as metal and electrically connected to the active layer 130. Here, the source electrode 140 is connected to a data line (not shown) orthogonal to a gate line (not shown) on the substrate 110. The drain electrode 150 is a drain contact hole (not shown) that is formed to expose a portion of the drain electrode 150 when forming a passivation layer (not shown) formed on the source electrode 140 and the drain electrode 150. And a pixel electrode (not shown) formed by patterning a transparent conductive material on the passivation layer (not shown).

제2 절연막(160)은 액티브층(130) 상에 형성된다. 본 발명의 실시 예에서, 제2 절연막(160)은 제1 절연막(120)을 이루는 절연 물질과 서로 다른 절연 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 절연막(160)은 SiO2 또는 SiO2보다 유전율이 높은 High-K 물질인 Si3N4, Al2O3, HfO2 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있는데, 예컨대, 제1 절연막(120)이 SiO2로 이루어진 경우, 제2 절연막(160)은 HfO2로 이루어질 수 있다. 이를 통해, 이황화 몰리브덴으로 이루어진 액티브층(130)의 상, 하면은 다른 종류의 절연 물질에 의해 둘러 싸이게 된다. 이와 같이, 액티브층(130)이 제1 절연막(120) 및 제2 절연막(160)에 의해 둘러 싸이게 되면, 이로 인해, 액티브층(130)의 전하 이동도가 크게 증가하게 된다. 이는, 이황화 몰리브덴으로 이루어진 액티브층(130)을 둘러 싸고 있는 제1 절연막(120)과 제2 절연막(160)이 이황화 몰리브덴의 전기적 특성을 향상시키고, 쿨롱 스케터링(coulomb scattering)을 감소시키기 때문이다.The second insulating layer 160 is formed on the active layer 130. In an embodiment of the present invention, the second insulating layer 160 may be formed of an insulating material different from the insulating material forming the first insulating film 120. For example, the second insulating layer 160 may be formed of any one or a mixture of SiO 2 or Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , HfO 2 , and a high-K material having a higher dielectric constant than SiO 2 . When the first insulating layer 120 is made of SiO 2 , the second insulating layer 160 may be made of HfO 2 . As a result, the upper and lower surfaces of the active layer 130 made of molybdenum disulfide are surrounded by another kind of insulating material. As such, when the active layer 130 is surrounded by the first insulating film 120 and the second insulating film 160, the charge mobility of the active layer 130 is greatly increased. This is because the first insulating film 120 and the second insulating film 160 surrounding the active layer 130 made of molybdenum disulfide improve the electrical characteristics of molybdenum disulfide and reduce coulomb scattering. .

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 박막트랜지스터(100)는 액티브층(130)에 상응되는 위치에 형성되는 게이트 전극(170)을 포함한다. 이때, 박막트랜지스터(100)는 게이트 전극(170)의 위치와 모양에 따라, 바텀-게이트(bottom-gate), 탑-게이트(top-gate) 및 핀-게이트(fin-gate)로 구분된다. 여기서, 도 1은 바텀-게이트 구조의 박막트랜지스터(100)를 나타낸 것으로, 이 경우, 게이트 전극(170)은 기판(110)과 제1 절연막(120) 사이에 형성된다. 또한, 도 2는 탑-게이트 구조의 박막트랜지스터(100)를 나타낸 것으로, 이 경우, 게이트 전극(170)은 제2 절연막(160) 상에 형성된다. 그리고 도 3은 핀-게이트 구조의 박막트랜지스터(100)를 나타낸 것으로, 이 경우, 제2 절연막(160)은 액티브층(130)의 중심 영역을 감싸는 형태로 형성되고, 이에 따라, 게이트 전극(170)은 제2 절연막(160)의 표면을 따라 형성된다.Meanwhile, the thin film transistor 100 according to the embodiment of the present invention includes a gate electrode 170 formed at a position corresponding to the active layer 130. In this case, the thin film transistor 100 is divided into a bottom-gate, a top-gate, and a fin-gate according to the position and shape of the gate electrode 170. 1 illustrates a thin film transistor 100 having a bottom-gate structure. In this case, the gate electrode 170 is formed between the substrate 110 and the first insulating layer 120. In addition, FIG. 2 illustrates a thin film transistor 100 having a top-gate structure. In this case, the gate electrode 170 is formed on the second insulating layer 160. 3 illustrates the thin film transistor 100 having a fin-gate structure. In this case, the second insulating layer 160 is formed to surround the center region of the active layer 130, and thus, the gate electrode 170. ) Is formed along the surface of the second insulating layer 160.
이러한 게이트 전극(170)에는 박막트랜지스터(100)를 온/오프하기 위한 전압이 인가된다. 이를 위해, 게이트 전극(170)은 금속 또는 금속 산화물과 같은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(170)은 Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Al, W 또는 Cu와 같은 금속 또는 IZO(InZnO) 또는 AZO(AlZnO)와 같은 금속 또는 전도성 산화물로 형성될 수 있다.A voltage for turning on / off the thin film transistor 100 is applied to the gate electrode 170. For this purpose, the gate electrode 170 may be formed of a conductive material such as metal or metal oxide. For example, the gate electrode 170 may be formed of a metal such as Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Al, W, or Cu or a metal or conductive oxide such as IZO (InZnO) or AZO (AlZnO).

상술한 바와 같은 박막트랜지스터(100), 즉, 이황화 몰리브덴으로 이루어진 액티브층(130)을 갖는 박막트랜지스터(100)는 각종 디스플레이의 스위칭 소자나 전류 구동 소자로 사용된다. 예를 들어, 도시하진 않았지만, 본 발명의 실시 예에 따른 박막트랜지스터(100)는 서로 대향되게 마주하는 상, 하부 기판과, 그 사이에 개재되어 있는 액정층 및 하부 기판의 배면에 배치되어 전방으로 광을 조사하는 백라이트를 구비하는 액정 디스플레이 장치(LCD)에 사용될 수 있다. 이 경우, 박막트랜지스터(100)는 다수개의 게이트 라인과 데이터 라인이 배열된 하부 기판 중 이들 라인이 교차하여 정의되는 화소(pixel) 영역에 형성된다. 이때, 상부 기판에는 화소 영역에 대응하여 컬러필터가 구비된다.The thin film transistor 100 as described above, that is, the thin film transistor 100 having the active layer 130 made of molybdenum disulfide is used as a switching element or a current driving element of various displays. For example, although not shown, the thin film transistor 100 according to an exemplary embodiment of the present invention is disposed on the lower and upper substrates facing each other, and the rear surface of the liquid crystal layer and the lower substrate interposed therebetween to the front. It can be used in a liquid crystal display device (LCD) having a backlight for irradiating light. In this case, the thin film transistor 100 is formed in a pixel region in which these lines are defined by crossing of the lower substrate on which the plurality of gate lines and the data lines are arranged. At this time, the upper substrate is provided with a color filter corresponding to the pixel area.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 박막트랜지스터(100)는 액정 디스플레이 장치 외에도 유기발광 디스플레이 장치(OLED)에도 사용될 수 있다. 이 경우, 박막트랜지스터(100)는 다수개의 게이트 라인과 데이터 라인이 배열된 하부 기판 중 이들 라인이 교차하여 정의되는 화소(pixel) 영역에 형성된다. 이때, 상부 기판에는 유기발광소자가 형성되는데, 이러한 상, 하부 기판이 합착되어 유기발광 디스플레이 장치의 유기발광 패널을 이루게 된다. 여기서, 유기발광소자는 애노드 전극(anode electrode)과 캐소드 전극(cathode electrode) 그리고 이들 사이에 위치하는 정공수송층(hole transporting layer), 발광층(emission layer) 및 전하수송층(electron transporting layer)을 포함한다. 이때, 정공(hole)과 전하(electron)를 좀더 효율적으로 주입하기 위해, 애노드 전극과 정공수송층 사이로 정공주입층(hole injection layer)이, 그리고 전하수송층과 캐소드 전극 사이로 전하주입층(electron injection layer)이 각각 포함될 수 있다. 이에 따라, 애노드 전극으로부터 정공주입층 및 정공수송층을 통해 발광층으로 주입된 정공과, 캐소드 전극으로부터 전하주입층 및 전하수송층을 통해 발광층으로 주입된 전하가 엑시톤(exciton)를 형성하는데, 이 엑시톤은 정공과 전하 사이의 에너지 갭(gap)에 해당하는 빛을 발광하게 된다. 이때, 애노드 전극은 일함수(work function)가 높고 투명한 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide; ITO)나 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide; IZO)와 같은 물질로, 캐소드 전극은 일함수가 낮고 화학적으로 안정한 알루미늄(Al)이나 칼슘(Ca), 알루미늄 합금과 같은 물질로 이루어질 수 있다.In addition, the thin film transistor 100 according to an embodiment of the present invention may be used in an organic light emitting display device (OLED) in addition to the liquid crystal display device. In this case, the thin film transistor 100 is formed in a pixel region in which these lines are defined by crossing of the lower substrate on which the plurality of gate lines and the data lines are arranged. In this case, an organic light emitting device is formed on the upper substrate, and the upper and lower substrates are bonded to form an organic light emitting panel of the organic light emitting display device. The organic light emitting diode includes an anode electrode and a cathode electrode, and a hole transporting layer, an emission layer, and an electron transporting layer disposed therebetween. In this case, in order to inject holes and electrons more efficiently, a hole injection layer is provided between the anode electrode and the hole transport layer, and an electron injection layer is formed between the charge transport layer and the cathode electrode. Each of these may be included. Accordingly, holes injected from the anode to the light emitting layer through the hole injection layer and the hole transport layer, and charges injected from the cathode to the light emitting layer through the charge injection layer and the charge transport layer form excitons, which excitons It emits light corresponding to the energy gap between the charge and the charge. In this case, the anode electrode is a material such as indium-tin-oxide (ITO) or indium-zinc-oxide (IZO) which has a high work function and is transparent. Silver may be made of a material such as aluminum (Al), calcium (Ca), or aluminum alloy which has a low work function and is chemically stable.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 박막트랜지스터 제조방법에 대하여 설명하기로 한다. 여기서, 각 구성요소들의 도면 부호는 도 1을 참조하기로 한다.Hereinafter, a thin film transistor manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described. Here, reference numerals of the elements will be referred to FIG. 1.
본 발명의 실시 예에 따른 박막트랜지스터 제조방법에서는 먼저, 기판(110) 상에 제1 절연막(120)을 형성한다. 이때, 이 단계에서는 제1 절연막(120)으로 SiO2 또는 SiO2보다 유전율이 높은 High-K 물질인 Si3N4, Al2O3, HfO2 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 선택한 후, 이를 ALD, PECVD, 스퍼터링 등을 통해 기판(110) 상에 증착시킬 수 있다. 한편, 이 단계에서는 기판(110)으로 유리, GaAs와 같은 반도체, 금속 산화물, 세라믹, 플라스틱 및 폴리머로 이루어진 후보 물질군 중 어느 하나를 사용할 수 있다.In the method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention, first, the first insulating layer 120 is formed on the substrate 110. In this step, after selecting any one or a mixture of Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , HfO 2 , which is a high-K material having a higher dielectric constant than SiO 2 or SiO 2 , may be selected as the first insulating layer 120. It may be deposited on the substrate 110 through ALD, PECVD, sputtering, and the like. In this step, any one of a candidate material group consisting of a glass, a semiconductor such as GaAs, a metal oxide, a ceramic, a plastic, and a polymer may be used as the substrate 110.
다음으로, 증착된 제1 절연막(120) 상에 이황화 몰리브덴을 스퍼터링 방식으로 증착하여 액티브층(130)을 형성한다. 이때, 이 단계에서는 이황화 몰리브덴에 Cl이나 P와 같은 도펀트를 도핑할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이, 이 단계에서는 타겟을 제조하는 과정에서 도펀트가 첨가된 MoS2 타겟을 만든 후 스퍼터링하여 도펀트가 도핑된 이황화 몰리브덴을 증착할 수 있고, 또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 도펀트 타겟과 MoS2 타겟을 통한 코-스퍼터링(co-sputtering)을 통해, 도펀트가 도핑된 이황화 몰리브덴을 증착할 수 있다.Next, molybdenum disulfide is deposited on the deposited first insulating layer 120 by sputtering to form the active layer 130. In this step, dopants such as Cl or P may be doped into the molybdenum disulfide. For example, as shown in FIG. 4, in this step, a dopant-added MoS 2 target may be prepared in the process of preparing the target, and then sputtered to deposit molybdenum disulfide doped with the dopant. As shown, molybdenum disulfide doped with dopants can be deposited through co-sputtering through the dopant target and the MoS 2 target.
한편, 이황화 몰리브덴을 증착하기 위한 스퍼터링은 DC 또는 RF 소스를 이용한 스퍼터링이 가능하다. 또한, 이황화 몰리브덴 증착을 위한 스퍼터링에서는 이황화 몰리브덴을 분당 1~5㎚ 두께로 증착하는 것이 바람직하다. 그리고 이러한 스퍼터링 공정에서는 이황화 몰리브덴 증착 후 기판(110)이 견딜 수 있는 범위 내에서 열처리를 통해 이황화 몰리브덴의 막질을 향상시킬 수 있다. 이때, 스퍼터링 공정을 통해 증착된 이황화 몰리브덴은 증착 조건에 따라, 비정질, 다결정 또는 단결정으로 형성될 수 있고, 형성 두께는 1~100㎚ 수준이 된다. 여기서, 이황화 몰리브덴의 결정성 및 전하 이동도를 더욱 향상시키기 위해서는 이황화 몰리브덴 증착 전, 기판(110)의 온도를 -70~350℃로 제어하는 것이 바람직하다. 한편, 스퍼터링 공정을 통해 이황화 몰리브덴을 제1 절연막(120) 상에 증착한 후, 이를 소정 형상으로 패터닝하여 제1 절연막(120) 상에 이황화 몰리브덴으로 이루어진 액티브층(130)을 형성한다.On the other hand, sputtering for depositing molybdenum disulfide can be sputtered using a DC or RF source. Further, in sputtering for molybdenum disulfide deposition, it is preferable to deposit molybdenum disulfide at a thickness of 1 to 5 nm per minute. In the sputtering process, the film quality of molybdenum disulfide may be improved through heat treatment within a range that the substrate 110 may withstand after deposition of molybdenum disulfide. At this time, molybdenum disulfide deposited through the sputtering process may be formed of amorphous, polycrystalline or single crystal, depending on the deposition conditions, the formation thickness is 1 ~ 100nm level. Here, in order to further improve the crystallinity and charge mobility of molybdenum disulfide, it is preferable to control the temperature of the substrate 110 to −70 to 350 ° C. before the deposition of molybdenum disulfide. Meanwhile, after molybdenum disulfide is deposited on the first insulating layer 120 through a sputtering process, the active layer 130 made of molybdenum disulfide is formed on the first insulating layer 120 by patterning it.
다음으로, 액티브층(130)이 형성된 제1 절연막(120) 상에 금속 물질을 증착한 후 이를 패터닝하여, 액티브층(130)의 채널 영역(CH)을 노출시키고, 이 채널 영역(CH)을 사이에 두고 서로 이격 배치되는 소스 전극(140) 및 드레인 전극(150)을 형성한다. 이와 같이 형성시킨 소스 전극(140) 및 드레인 전극(150)은 액티브층(130)에 전기적으로 접속된다.Next, a metal material is deposited on the first insulating layer 120 on which the active layer 130 is formed, and then patterned, thereby exposing the channel region CH of the active layer 130 to expose the channel region CH. A source electrode 140 and a drain electrode 150 are formed to be spaced apart from each other. The source electrode 140 and the drain electrode 150 formed as described above are electrically connected to the active layer 130.
다음으로, 채널 영역(CH)이 노출된 액티브층(130) 상에 제2 절연막(160)을 형성한다. 이 단계에서는 액티브층(130), 소스 전극(140) 및 드레인 전극(150) 상에 제2 절연막(160)을 이루는 절연 물질, 예컨대, SiO2 또는 SiO2보다 유전율이 높은 High-K 물질인 Si3N4, Al2O3, HfO2 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 ALD, PECVD, 스퍼터링 등을 통해 증착시킨 후 이를 도시한 바와 같은 형상(도 1 내지 도 3 참조)으로 패터닝하여 제2 절연막(160)을 형성한다. 이때, 제1 절연막(120)을 SiO2로 형성한 경우, 제2 절연막(160)은 HfO2로 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 액티브층(130) 상에 제2 절연막(160)을 형성하면, 액티브층(130)의 상, 하면은 다른 종류의 절연 물질, 즉, SiO2로 이루어진 제1 절연막(120)과 HfO2로 이루어진 제2 절연막(160)에 의해 둘러 싸여, 높은 전하 이동도를 나타내게 된다. 이때, 액티브층(130)과 제1 절연막(120) 및 제2 절연막(160) 사이를 깨끗한 계면으로 유지하기 위해, 제1 절연막(120) 상에 액티브층(130)을 증착하기 전 그리고 액티브층(130) 상에 제2 절연막(160)을 증착하기 전에 증착면 표면을 HCl, BOE 등 적절한 웨트 케미컬(wet chemical)이나 플라즈마를 통해 표면처리해주는 것이 바람직하다.Next, a second insulating layer 160 is formed on the active layer 130 where the channel region CH is exposed. In this step, an insulating material constituting the second insulating film 160 on the active layer 130, the source electrode 140, and the drain electrode 150, for example, Si, which is a high-K material having a higher dielectric constant than that of SiO 2 or SiO 2. A second insulating film by depositing any one or a mixture of 3 N 4 , Al 2 O 3 , HfO 2 , or the like through ALD, PECVD, sputtering, and the like and patterned to a shape (see FIGS. 1 to 3) as shown. To form 160. In this case, when the first insulating film 120 is formed of SiO 2 , the second insulating film 160 is preferably formed of HfO 2 . As such, when the second insulating layer 160 is formed on the active layer 130, the upper and lower surfaces of the active layer 130 may have different types of insulating materials, that is, the first insulating layer 120 and HfO formed of SiO 2 . It is surrounded by the second insulating film 160 made of 2, thereby exhibiting high charge mobility. At this time, in order to maintain a clean interface between the active layer 130, the first insulating film 120 and the second insulating film 160, before the active layer 130 is deposited on the first insulating film 120 and the active layer Before depositing the second insulating layer 160 on the surface 130, it is preferable to surface-treat the surface of the deposition surface through a suitable wet chemical or plasma such as HCl and BOE.
한편, 본 발명의 실시 예에서는 제조되는 박막트랜지스터(100)가 바텀-게이트(bottom-gate), 탑-게이트(top-gate) 및 핀-게이트(fin-gate) 중 어느 하나의 게이트 구조를 이루도록, 제1 절연막(120) 형성 후 또는 제2 절연막(160) 형성 후 액티브층(130)에 상응되는 위치에 Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Al, W 또는 Cu와 같은 금속 또는 IZO(InZnO) 또는 AZO(AlZnO)와 같은 금속 또는 전도성 산화물을 증착 및 패터닝하여 게이트 전극(170)을 형성할 수 있다.Meanwhile, in the embodiment of the present invention, the thin film transistor 100 to be manufactured has a gate structure of any one of a bottom-gate, a top-gate, and a fin-gate. After the first insulating layer 120 is formed or after the second insulating layer 160 is formed, a metal such as Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Al, W, or Cu or IZO (InZnO) is formed at a position corresponding to the active layer 130. ) Or a metal or conductive oxide such as AZO (AlZnO) may be deposited and patterned to form the gate electrode 170.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에서는 스퍼터링 공정을 통해, 이황화 몰리브덴으로 이루어진 액티브층(130)을 형성한다. 이때, 스퍼터링 공정 과정에서 기판(110)의 온도, 증착 속도, 도펀트 첨가 및 열처리 등과 같은 공정 조건의 최적화를 통해 액티브층(130)의 결정성을 향상시킬 수 있고, 액티브층(130)을 이루는 이황화 몰리브덴을 SiO2, Si3N4, Al2O3, HfO2 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 둘러 쌈으로써, 이황화 몰리브덴의 전기적 특성 및 전하 이동도를 크게 향상시킬 수 있고, 이를 통해, 고 이동성, 고 유연성 및 고 투명성을 나타내어 차세대, 플렉서블 또는 투명 디스플레이 구현이 가능한 액티브층(130)을 갖는 박막트랜지스터(100)를 양산 가능한 수준으로 생산할 수 있다.As described above, in the embodiment of the present invention, an active layer 130 made of molybdenum disulfide is formed through a sputtering process. In this case, the crystallinity of the active layer 130 may be improved by dispersing the process conditions such as the temperature of the substrate 110, deposition rate, dopant addition, and heat treatment in the sputtering process, and disulfide forming the active layer 130 may be performed. By enclosing molybdenum with any one of SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , HfO 2 or mixtures thereof, the electrical properties and charge mobility of molybdenum disulfide can be greatly improved, thereby providing high mobility In addition, the thin film transistor 100 having the active layer 130 capable of implementing next-generation, flexible, or transparent displays by exhibiting high flexibility and high transparency may be produced at a level capable of mass production.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, although the present invention has been described with reference to the limited embodiments and the drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.
[부호의 설명][Description of the code]
100: 박막트랜지스터 110: 기판100: thin film transistor 110: the substrate
120: 제1 절연막 130: 액티브층120: first insulating film 130: active layer
140: 소스 전극 150: 드레인 전극140: source electrode 150: drain electrode
160: 제2 절연막 170: 게이트 전극160: second insulating film 170: gate electrode
CH: 채널 영역CH: channel area

Claims (16)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성되는 제1 절연막;
    상기 제1 절연막 상에 형성되고 채널 영역을 구비하며 이황화 몰리브덴(MoS2)으로 이루어지는 액티브층;
    상기 채널 영역을 사이에 두고 상기 제1 절연막 상에 이격 배열되어 상기 액티브층에 전기적으로 접속되는 소스 전극 및 드레인 전극; 및
    상기 액티브층 상에 형성되는 제2 절연막;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.    Board;
    A first insulating film formed on the substrate;
    An active layer formed on the first insulating film and having a channel region and made of molybdenum disulfide (MoS 2 );
    A source electrode and a drain electrode arranged on the first insulating layer with the channel region therebetween and electrically connected to the active layer; And
    A second insulating film formed on the active layer;
    Thin film transistor comprising a.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액티브층에는 도펀트가 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.    The method of claim 1,
    The active layer is doped with a thin film transistor, characterized in that the dopant.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 절연막 및 상기 제2 절연막은 서로 다른 절연 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.    The method of claim 1,
    The first insulating film and the second insulating film is a thin film transistor, characterized in that made of different insulating materials.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액티브층에 상응되는 위치에 형성되는 게이트 전극을 더 포함하되, 상기 게이트 전극은 상기 기판과 상기 제1 절연막 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.    The method of claim 1,
    And a gate electrode formed at a position corresponding to the active layer, wherein the gate electrode is formed between the substrate and the first insulating layer.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 액티브층에 상응되는 위치에 형성되는 게이트 전극을 더 포함하되, 상기 게이트 전극은 상기 제2 절연막 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.    The method of claim 1,
    And a gate electrode formed at a position corresponding to the active layer, wherein the gate electrode is formed on the second insulating layer.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 액티브층에 상응되는 위치에 형성되는 게이트 전극을 더 포함하되, 상기 게이트 전극은 상기 액티브층을 감싸는 형태로 형성된 상기 제2 절연막의 표면을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.    The method of claim 1,
    And a gate electrode formed at a position corresponding to the active layer, wherein the gate electrode is formed along a surface of the second insulating layer formed to surround the active layer.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 유리, 반도체, 금속 산화물, 세라믹, 플라스틱 및 폴리머로 이루어진 후보 물질군 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.    The method of claim 1,
    The substrate is a thin film transistor, characterized in that made of any one of a group of candidate materials consisting of glass, semiconductors, metal oxides, ceramics, plastics and polymers.
  8. 기판 상에 제1 절연막을 형성하는 제1 단계;
    상기 제1 절연막 상에 이황화 몰리브덴(MoS2)을 스퍼터링 방식으로 증착하여 액티브층을 형성하는 제2 단계;
    상기 제1 절연막 상에 상기 액티브층의 채널 영역을 사이에 두고 서로 이격되고 상기 액티브층과 전기적으로 접속되는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 제3 단계; 및
    상기 상기 액티브층 상에 제2 절연막을 형성하는 제4 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제조방법.    Forming a first insulating film on the substrate;
    A second step of forming an active layer by depositing molybdenum disulfide (MoS 2 ) on the first insulating layer by a sputtering method;
    A third step of forming a source electrode and a drain electrode spaced apart from each other and electrically connected to the active layer with the channel region of the active layer therebetween on the first insulating layer; And
    A fourth step of forming a second insulating film on the active layer;
    Thin film transistor manufacturing method comprising a.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 단계에서는 상기 이황화 몰리브덴에 도펀트를 도핑하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제조방법.    The method of claim 8,
    In the second step, a dopant is doped into the molybdenum disulfide method of manufacturing a thin film transistor.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 단계에서는 상기 이황화 몰리브덴을 분당 1~5㎚ 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제조방법.    The method of claim 8,
    In the second step, the molybdenum disulfide is deposited to a thickness of 1 ~ 5nm per minute thin film transistor manufacturing method characterized in that the deposition.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제2 단계에서는 상기 이황화 몰리브덴 증착 후 열처리하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제조방법.    The method of claim 8,
    In the second step, the thin film transistor manufacturing method characterized in that the heat treatment after the deposition of molybdenum disulfide.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제2 단계에서는 상기 이황화 몰리브덴 증착 전 상기 기판의 온도를 -70~350℃로 제어하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제조방법.    The method of claim 8,
    In the second step, a method of manufacturing a thin film transistor, characterized in that to control the temperature of the substrate before the deposition of molybdenum disulfide to -70 ~ 350 ℃.
  13. 제8항에 있어서,
    바텀-게이트(bottom-gate), 탑-게이트(top-gate) 및 핀-게이트(fin-gate) 중 어느 하나의 게이트 구조를 이루도록 상기 제1 단계 내지 상기 제4 단계 중 어느 한 단계 전, 후에 상기 액티브층에 상응되는 위치에 게이트 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제조방법.    The method of claim 8,
    Before or after any of the first to fourth steps to form a gate structure of any one of a bottom-gate, a top-gate, and a fin-gate. And forming a gate electrode at a position corresponding to the active layer.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제1 단계에서는 상기 기판으로, 유리, 반도체, 금속 산화물, 세라믹, 플라스틱 및 폴리머로 이루어진 후보 물질군 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제조방법.    The method of claim 8,
    In the first step, a thin film transistor manufacturing method using any one of a candidate material group consisting of glass, semiconductor, metal oxide, ceramic, plastic and polymer as the substrate.
  15. 다수개의 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하여 정의되는 화소 영역에 형성되는 박막트랜지스터를 구비한 제1 기판;
    상기 제1 기판과 대향되며 상기 화소 영역에 대응하여 컬러필터를 구비한 제2 기판; 및
    상기 제1 기판의 배면에 배치되어 광을 조사하는 백라이트;
    를 포함하되,
    상기 박막트랜지스터는 채널 영역을 구비하고, 이황화 몰리브덴(MoS2)으로 이루어진 액티브층을 가지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.    A first substrate having a thin film transistor formed in a pixel region defined by crossing a plurality of gate lines and data lines;
    A second substrate facing the first substrate and having a color filter corresponding to the pixel region; And
    A backlight disposed on a rear surface of the first substrate to irradiate light;
    Including,
    The thin film transistor has a channel region and has an active layer made of molybdenum disulfide (MoS 2 ).
  16. 다수개의 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하여 정의되는 화소 영역에 형성되는 박막트랜지스터를 구비한 제1 기판; 및
    상기 제1 기판과 합착되고 합착면에 유기발광소자를 구비한 제2 기판;
    을 포함하되,
    상기 박막트랜지스터는 채널 영역을 구비하고, 이황화 몰리브덴(MoS2)으로 이루어진 액티브층을 가지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.    A first substrate having a thin film transistor formed in a pixel region defined by crossing a plurality of gate lines and data lines; And
    A second substrate bonded to the first substrate and provided with an organic light emitting element on the bonding surface;
    Including,
    The thin film transistor has a channel region and has an active layer made of molybdenum disulfide (MoS 2 ).
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