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KR101831186B1 - 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 표시패널 및 표시장치 - Google Patents

코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 표시패널 및 표시장치 Download PDF

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KR101831186B1
KR101831186B1 KR1020160083097A KR20160083097A KR101831186B1 KR 101831186 B1 KR101831186 B1 KR 101831186B1 KR 1020160083097 A KR1020160083097 A KR 1020160083097A KR 20160083097 A KR20160083097 A KR 20160083097A KR 101831186 B1 KR101831186 B1 KR 101831186B1
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KR
South Korea
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channel
gate insulating
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insulating film
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배종욱
장용호
배준현
지광환
윤필상
노지용
Original Assignee
엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은, 산화물로 구성된 채널의 끝단에 구비되어, 제1전극 및 제2전극과 전기적으로 연결되는 제1도체부와 제2도체부가, 게이트 절연막에 의해 커버되어 있는, 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터 및 이를 이용한 표시패널과 표시장치를 제공한다. 이를 위해 본 발명에 따른 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터는, 버퍼 상단에 구비되며, 산화물로 구성된 채널, 채널과 버퍼를 커버하는 게이트 절연막, 게이트 절연막 상단에 구비되며, 채널의 일부와 중첩되는 게이트 및 게이트와 게이트 절연막을 커버하는 보호막을 포함한다.

Description

코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 표시패널 및 표시장치{COPLANAR TYPE OXIDE TFT, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND DISPLAY PANEL AND DISPLAY APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 표시패널 및 표시장치에 관한 것이다.
휴대전화, 태블릿PC, 노트북 등을 포함한 다양한 종류의 전자제품에는 평판표시장치(FPD: Flat Panel Display)가 이용되고 있다. 평판표시장치(이하, 간단히 '표시장치'라 함)에는, 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), 플라즈마디스플레이 패널(PDP: Plasma Display Panel), 유기발광표시장치(OLED: Organic Light Emitting Display Device) 등이 있으며, 최근에는 전기영동표시장치(EPD: ELECTROPHORETIC DISPLAY)도 널리 이용되고 있다.
평판표시장치들 중에서, 액정표시장치(LCD)는 액정을 이용하여 영상을 표시하며, 유기발광표시장치(Organic Light Emitting Display Device)는 스스로 발광하는 자발광소자를 이용한다.
표시장치를 구성하는 표시패널에는 영상 출력을 위해 복수의 스위칭 소자들이 구비된다. 상기 스위칭 소자들은 박막트랜지스터들로 구성될 수 있다. 박막트랜지스터는, 아모퍼스 실리콘 또는 폴리 실리콘 또는 산화물로 구성될 수 있다. 산화물로 구성된 박막트랜지스터는 산화물 박막트랜지스터라 한다.
도 1은 종래의 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터의 제조 공정을 나타낸 예시도이다.
우선, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 기판(11)에 버퍼(12)가 도포되고, 버퍼(12) 상단에 산화물 반도체(13)가 도포되고, 산화물 반도체(13) 상단에 게이트 절연막(14)이 도포되며, 상기 게이트 절연막(14) 상단에 패턴화된 게이트(15)가 적층된다. 상기 게이트 절연막(14)이 상기 게이트(15)를 마스크로 이용하여 식각되면, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 산화물 반도체(13) 중 일부가 외부로 노출된다.
이 경우, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 노출된 상기 산화물 반도체(13)에 플라즈마(Plasma)가 조사되면, 노출된 영역이 도체화되어, 산화물 박막트랜지스터의 제1전극(16) 및 제2전극(17)이 형성된다. 제1전극(16) 및 제2전극(17) 중 어느 하나는 산화물 박막트랜지스터의 소스가 되며, 나머지는 드레인이 된다.
상기한 바와 같이, 종래의 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터의 제1전극(16) 및 제2전극(17)은, 게이트 절연막(14)을 드라이 에칭 공정을 이용해 식각한 후, 노출된 산화물 반도체(13)를 플라즈마를 이용하여 도체화시키는 것에 의해 제조된다.
그러나, 상기 제1전극(16) 및 상기 제2전극(17)의 생성을 위해, 상기 게이트 절연막(14)이 드라이 에칭 공정을 이용해 식각되기 때문에, 상기 게이트 절연막(14)과 상기 게이트(15) 간에 단차가 발생한다.
또한, 후속 공정에서의 절연막 증착시 상기 단차로 인해, 스텝 커버리지(Step-coverage)가 발생될 수 있으며, 게이트와 드레인이 단락되어 쇼트 불량이 발생될 수도 있다. 이에 따라, 박막트랜지스터의 신뢰성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 게이트 절연막(14)이 오버 에칭된 경우, 상기 버퍼(12)가 손실되는 문제가 발생될 수 있다.
이외에도, 상기 기판(11)과 상기 버퍼(12) 사이에, 광차단용 라이트 쉴드가 구비되어 있는 경우, 상기 게이트 절연막(14)과 상기 버퍼(12)의 오버 에칭에 의해, 상기 라이트 쉴드가 노출되거나 상기 버퍼(12)의 두께가 감소되어, 상기 라이트 쉴드와 상기 게이트(15)가 단락될 수 있다.
부연하여 설명하면, 종래의 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터를 제조하기 위해서는, 상기한 바와 같이, 상기 게이트 절연막(14)이 드라이 에칭 공정을 통해 식각되어야 하며, 상기 드라이 에칭 공정에 의해, 다양한 종류의 불량이 발생될 수 있다.
본 발명은, 산화물로 구성된 채널의 끝단에 구비되어, 제1전극 및 제2전극과 전기적으로 연결되는 제1도체부와 제2도체부가, 게이트 절연막에 의해 커버되어 있는, 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 표시패널 및 표시장치를 제공한다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터는, 버퍼 상단에 구비되며, 산화물로 구성된 채널, 상기 채널과 상기 버퍼를 커버하는 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막 상단에 구비되며, 상기 채널의 일부와 중첩되는 게이트 및 상기 게이트와 상기 게이트 절연막을 커버하는 보호막을 포함한다. 여기서, 상기 채널 중 상기 게이트와 중첩되는 영역의 저항과, 상기 중첩되는 영역 이외의 저항이 서로 다르다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터 제조 방법은, 기판에 버퍼를 층착하는 단계, 상기 버퍼에 산화물 반도체로 구성된 채널을 생성하는 단계, 게이트 절연막을 증착하여 상기 채널과 상기 버퍼를 커버하는 단계, 상기 게이트 절연막에, 상기 채널의 일부와 중첩되는 게이트를 증착하는 단계 및 자외선을 조사하여, 상기 채널 중 상기 게이트와 중첩되지 않는 영역을 도체화시키는 단계를 포함한다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 표시패널은 게이트 펄스가 공급되는 게이트 라인들, 데이터 전압이 공급되는 데이터 라인들 및 상기 게이트 라인들과 상기 데이터 라인들에 의해 정의되는 픽셀들을 포함한다. 상기 픽셀들 각각에는 상기 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터가 구비된다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 표시장치는, 상기 표시패널, 상기 표시패널에 구비된 게이트 라인들로 게이트 펄스를 공급하는 게이트 드라이버, 상기 표시패널에 구비된 데이터 라인들로 데이터 전압을 공급하는 데이터 드라이버 및 상기 게이트 드라이버와 상기 데이터 드라이버를 제어하는 제어부를 포함한다.
종래의 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터는, 게이트 절연막을 식각한 후 산화물로 구성된 채널의 끝단을 플라즈마를 이용하여 도체화시키는 것에 의해 제조되었다.
그러나, 본 발명에 따른 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터에서는, 게이트 절연막이 식각되지 않는다. 본 발명에 따른 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터는, 게이트 절연막에 의해 커버되어 있는 채널의 끝단에 자외선(185nm+254nm)과 열(150℃)을 가하여 채널의 끝단을 도체화시키는 것에 의해 제조된다.
부연하여 설명하면, 본 발명에서는, 게이트 절연막을 식각하는 공정이 생략되며, 광화학적인 방식을 이용하여 산화물(IGZO)로 구성된 채널의 끝단이 도체화되어, 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터가 제조될 수 있다.
본 발명에서는, 게이트 절연막을 식각하는 공정이 생략되기 때문에, 공정이 단순화될 수 있으며, 게이트 절연막의 단차가 없기 때문에, 후속 공정에서의 불량률이 감소될 수 있다.
도 1은 종래의 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터의 제조 공정을 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 표시장치의 구성을 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터의 일실시예 단면도.
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 예시도들.
도 8은 본 발명에 따른 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터의 제1도체부 및 제2도체부가 형성되는 방법을 나타낸 예시도.
도 9는 본 발명에 따른 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터의 소자 특성과 본 발명과 유사한 구조를 가지나 자외선이 조사되지 않은 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터의 소자 특성을 비교한 그래프.
도 10은 본 발명에 따른 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터에 자외선이 조사되는 기간과 전류와의 관계를 나타낸 그래프.
도 11은 본 발명에 따른 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터에 자외선이 조사되는 기간과 홀 이동도 및 캐리어 집중도와의 관계를 나타낸 그래프.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
‘적어도 하나’의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, ‘제1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나’의 의미는 제1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시 예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시 예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예가 상세히 설명된다.
도 2는 본 발명에 따른 표시장치의 구성을 나타낸 예시도이다.
본 발명에 따른 표시장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 게이트 라인들(GL1 to GLg)과 데이터 라인들(DL1 to DLd)에 의해 정의되는 픽셀(P)(110)들이 형성되어 있으며 영상이 출력되는 본 발명에 따른 표시패널(100), 상기 패널(100)에 구비된 상기 게이트 라인들(GL1 to GLg)에 순차적으로 게이트 펄스를 공급하는 게이트 드라이버(200), 상기 패널(100)에 구비된 상기 데이터 라인들(DL1 to DLd)로 데이터 전압을 공급하는 데이터 드라이버(300) 및 상기 게이트 드라이버(200)와 상기 데이터 드라이버(300)를 제어하는 제어부(400)를 포함한다.
우선, 상기 표시패널(100)은 게이트 펄스가 공급되는 상기 게이트 라인들(GL1 to GLg), 데이터 전압이 공급되는 상기 데이터 라인들(DL1 to DLd) 및 상기 게이트 라인들(GL1 to GLg)과 상기 데이터 라인들(Dl1 to DLd)에 의해 정의되는 픽셀(100)들을 포함하며, 상기 픽셀들 각각에는 본 발명에 따른 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터(이하, 간단히 산화물 박막트랜지스터라 함)가 적어도 하나 구비된다. 상기 산화물 박막트랜지스터의 구성 및 기능은 이하에서, 도 3 내지 도 11을 참조하여 상세히 설명된다.
상기 표시패널(100)은 액정표시장치에 적용되는 액정 표시패널이 될 수도 있으며, 유기발광 표시장치에 적용되는 유기발광 표시패널이 될 수도 있다.
상기 표시패널(100)이 상기 액정 표시패널인 경우, 상기 표시패널(100)에 구비된 각 픽셀(110)에는, 액정을 구동하는 스위칭 소자로 이용되는 하나의 상기 산화물 박막트랜지스터가 구비된다.
상기 표시패널(100)이 상기 유기발광 표시패널인 경우, 상기 표시패널(100)에 구비된 각 픽셀(110)에는, 광을 출력하는 유기발광다이오드(OLED) 및 상기 유기발광다이오드(OLED)를 구동하기 위한 픽셀 구동부를 포함한다.
상기 픽셀 구동부는, 상기 유기발광다이오드(OLED)의 구동을 제어하기 위한 적어도 두 개 이상의 박막트랜지스터들로 구성될 수 있다.
상기 픽셀 구동부에 구비되는 상기 박막트랜지스터들은 상기 산화물 박막트랜지스터들이다. 그러나, 상기 산화물 박막트랜지스터는 상기 픽셀들이 구비되어 있는 표시영역의 외곽의 비표시영역에도 구비될 수 있다. 따라서, 표시패널에 구비되는 모든 박막트랜지스터가 동일한 공정을 통해 생성될 수 있다.
예를 들어, 상기 게이트 드라이버(200)가 상기 표시패널(100)의 상기 비표시영역에 내장되어 있는 경우, 상기 게이트 드라이버(200)를 구성하는 박막트랜지스터들은 상기 산화물 박막트랜지스터로 구성될 수 있다.
다음, 상기 제어부(400)는 외부 시스템으로부터 공급되는 수직 동기신호, 수평 동기신호 및 클럭을 이용하여, 상기 게이트 드라이버(200)를 제어하기 위한 게이트 제어신호(GCS)와, 상기 데이터 드라이버(300)를 제어하기 위한 데이터 제어신호(DCS)를 출력한다.
또한, 상기 제어부(400)는 상기 외부 시스템으로부터 입력되는 입력영상데이터를 샘플링한 후에 이를 재정렬하여, 재정렬된 디지털 영상데이터(Data)를 상기 데이터 드라이버(300)에 공급한다.
다음, 상기 데이터 드라이버(300)는 상기 제어부(400)로부터 입력된 상기 영상데이터(Data)를 아날로그 데이터 전압으로 변환하여, 상기 게이트 라인(GL)에 상기 게이트 펄스가 공급되는 1수평기간마다 1수평라인분의 데이터 전압을 상기 데이터 라인들(DL1 to DLd)에 공급한다.
마지막으로, 상기 게이트 드라이버(200)는 상기 제어부(400)로부터 입력되는 상기 게이트 제어신호에 응답하여 상기 패널(100)의 상기 게이트 라인들(GL1 to GLg)로 게이트 펄스를 순차적으로 공급한다. 이에 따라, 상기 게이트 펄스가 입력되는 각각의 픽셀에 형성되어 있는 산화물 박막트랜지스터들이 턴온되어, 각 픽셀(110)로 영상이 출력될 수 있다.
상기 게이트 드라이버(200)는, 상기 패널(100)과 독립되게 형성되어, 다양한 방식으로 상기 패널(100)과 전기적으로 연결될 수 있으나, 상기 표시패널(100)의 상기 비표시영역에 실장되는 게이트 인 패널(Gate In Panel: GIP) 방식으로 구성될 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터의 일실시예 단면도이다.
본 발명에 따른 표시장치는, 상기한 바와 같이, 상기 표시패널(100)을 포함하고 있으며, 상기 표시패널(100)의 표시영역에 구비된 픽셀들 각각에는 도 3에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터가 적어도 하나 구비된다.
본 발명에 따른 상기 산화물 박막트랜지스터는 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(111)에 증착된 버퍼(112) 상단에 구비되며, 산화물로 구성된 채널(CH), 상기 채널(CH)과 상기 버퍼(112)를 커버하는 게이트 절연막(113), 상기 게이트 절연막(113) 상단에 구비되며, 상기 채널(CH)의 일부와 중첩되는 게이트(Gate) 및 상기 게이트(Gate)와 상기 게이트 절연막(113)을 커버하는 보호막(114)을 포함한다. 이 경우, 상기 채널 중 상기 게이트와 중첩되는 영역의 저항과, 상기 중첩되는 영역 이외의 저항은 서로 다르다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 채널(CH)의 상단에 게이트가 배치되어 있는 형태의 박막트랜지스터는 코플라나 형태의 박막트랜지스터라 한다.
첫째, 상기 버퍼(112)는 상기 기판(111) 상단에 배치된다. 상기 버퍼(112)는 유기물 또는 무기물로 구성될 수 있고, 유기물과 무기물의 조합에 의해 구성될 수도 있으며, 적어도 하나의 층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼(112)는 SiO2를 포함할 수 있으며, 상기 버퍼(112)의 두께는 100nm 내지 1um로 형성될 수 있다.
상기 기판(111)과 상기 버퍼(112) 사이에는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 채널(CH)로 유입되는 광을 차단하기 위한 라이트 쉴드(LS: Light Shield)가 더 구비될 수 있다.
본 발명에서는, 상기 게이트 절연막(113)이 식각되지 않기 때문에, 상기 버퍼(112)가 손상되지 않는다.
상기 버퍼(112)의 손실이 없기 때문에, 후속 공정에서 발생될 수 있는 불량이 감소될 수 있다.
둘째, 상기 채널(CH)은 산화물 반도체로 구성된다. 예를 들어, 상기 산화물 반도체는 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn) 및 산소(O)로 구성된 IGZO(InGaZnO)가 될 수 있다.
상기 채널(CH)은 상기 산화물 반도체로 구성된 상기 액티브 영역(A), 상기 상기 채널(CH) 중 상기 액티브 영역(A)의 일측 끝단에 구비되고, 상기 액티브 영역(A)보다 작은 박막 저항(Sheet Resistance)을 갖는 제1도체부(C1) 및 상기 채널(CH) 중 상기 액티브 영역(A)의 타측 끝단에 구비되고, 상기 액티브 영역(A)보다 작은 박막 저항(Sheet Resistance)을 갖는 제2도체부(C2)를 포함한다.
상기 제1도체부(C1)는 제1전극(E1)과 연결되며, 상기 제2도체부(C2)는 제2전극(E2)과 연결된다.
상기 산화물 박막트랜지스터가, 액정표시패널의 각 픽셀에 구비된 박막트랜지스터인 경우, 상기 제1전극(E1)은 데이터 라인과 연결될 수 있고, 상기 제2전극(E2)은 픽셀에 구비된 픽셀전극(PE)과 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 게이트(Gate)는 게이트 라인과 연결될 수 있다.
상기 제1도체부(C1)는 상기 산화물 반도체를 구성하는 금속과 동일한 종류의 금속을 포함하고, 상기 제1도체부(C1)에 구비된 상기 금속은 산소가 빠져나간 빈공간 및 자유전자를 갖는다. 또한, 상기 제2도체부(C2)는 상기 산화물 반도체를 구성하는 금속과 동일한 종류의 금속을 포함하고, 상기 제2도체부(C2)에 구비된 상기 금속은 산소가 빠져나간 빈공간 및 자유전자를 갖는다.
예를 들어, 공유결합에 의해 결합되어 상기 산화물 반도체를 구성하는 금속과 산소의 화합물에 자외선이 조사되면, 상기 금속과 상기 산소의 공유결합이 깨지고, 상기 금속으로부터 상기 산소가 분리되어 상기 금속에 빈공간이 형성되며, 이에 따라, 상기 금속에는 자유전자가 발생된다.
자외선에 노출되어 상기 자유전자가 발생된 영역이, 상기 제1도체부(C1) 및 상기 제2도체부(C2)이다. 상기 제1도체부(C1) 및 상기 제2도체부(C2)에 발생된 상기 자유전자에 의해, 상기 제1도체부(C1) 및 상기 제2도체부(C2)의 이동도는 상기 산화물 반도체로 구성된 상기 액티브 영역(A)의 이동도보다 큰 값을 갖는다. 또한, 상기 제1도체부(C1) 및 상기 제2도체부(C2)에 발생된 상기 자유전자에 의해, 상기 제1도체부(C1) 및 상기 제2도체부(C2)의 저항은 상기 산화물 반도체로 구성된 상기 액티브 영역(A)의 저항보다 작은 값을 갖는다.
따라서, 상기 제1도체부(C1) 및 상기 제2도체부(C2)는 도체로서의 특성을 갖는다. 상기한 바와 같이, 상기 제1도체부(C1)는 상기 제1전극(E1)과 전기적으로 연결되며, 상기 제2도체부(C2)는 상기 제2전극(E2)과 전기적으로 연결된다.
셋째, 상기 제1도체부(C1)와 상기 게이트 절연막(113)의 경계영역에는, 상기 산화물 반도체를 구성하는 금속과 동일한 종류의 금속이, 상기 게이트 절연막(113)으로부터 전달된 OH기와 결합하여 생성된 제1금속막(ML1)이 구비된다. 또한, 상기 제2도체부(C2)와 상기 게이트 절연막(113)의 경계영역에는, 상기 산화물 반도체를 구성하는 금속과 동일한 종류의 금속이, 상기 게이트 절연막(113)으로부터 전달된 OH기와 결합하여 생성된 제2금속막(ML2)이 구비된다.
넷째, 상기 게이트 절연막(113)은 SiO2를 포함할 수 있다. 상기 게이트 절연막(113) 상단(113)에는 상기 게이트(Gate)가 구비된다. 상기 게이트(Gate)는 상기 채널(CH) 중 산화물 반도체로 구성된 상기 액티브 영역(A)과 중첩된다.
이 경우, 상기 제1도체부(C1) 및 상기 제2도체부(C2)는 상기 게이트(Gate)와 중첩되지 않는다.
예를 들어, 상기 게이트 절연막(113)이 상기 채널(CH) 상단에 구비된 후, 상기 게이트(Gate)가 상기 게이트 절연막(113) 상단에 구비된다. 이후, 상기 게이트(Gate)와 상기 게이트 절연막(113) 상단에 자외선이 조사되면, 상기한 바와 같이, 상기 액티브 영역(A)의 양쪽 끝단은 금속으로 구성된 상기 게이트(Gate)에 의해 커버되어 있지 않기 때문에, 자외선이 상기 게이트 절연막(113)을 통해 상기 액티브 영역(A)의 양쪽 끝단에 조사된다. 이에 따라, 상기 액티브 영역(A)의 양쪽 끝단이 도체화되어, 상기 제1도체부(C1) 및 상기 제2도체부(C2)가 생성된다.
다섯째, 상기 게이트(Gate)와 상기 게이트 절연막(113) 상단에는 상기 게이트(Gate)와 상기 게이트 절연막(113)을 커버하는 보호막(114)이 구비된다.
상기 보호막(114)은 SiO2를 포함할 수 있다.
상기 보호막(114)이 증착되기 전에 표면 처리가 수행되어, 상기 채널(CH)을 구성하는 산화물 반도체 표면의 산소 농도는 1 내지 5% 사이에서 변화될 수 있다.
여섯째, 상기 보호막(114) 상단에 구비된 상기 제1전극(E1)은 상기 보호막(114)에 형성된 컨택홀을 통해 상기 제1도체부(C1)와 연결되며, 상기 제2전극(E2)은 상기 보호막(114)에 구비된 또 다른 컨택홀을 통해 상기 제2도체부(C2)와 연결된다.
일곱째, 상기 보호막(114), 상기 제1전극(E1) 및 상기 제2전극(E2)은 절연막(115)에 의해 커버된다.
여덟째, 상기 절연막(115)의 상단에는, 상기 절연막(115)에 형성된 컨택홀을 통해 상기 제2전극(E2)과 연결되는 전극층이 형성된다. 상기 전극층은 상기한 바와 같이, 픽셀전극(PE)이 될 수 있다.
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 예시도들이다. 이하의 설명 중, 도 3을 참조하여 설명된 내용과 동일하거나 유사한 내용은 생략되거나 간단히 설명된다.
우선, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 기판(111)에, 상기 라이트 쉴드(LS), 상기 버퍼(112), 상기 채널(CH), 상기 게이트 절연막(113)이 순차적으로 적층된다.
상기 라이트 쉴드(LS)는 생략될 수 있다.
상기 채널(CH)의 모든 영역은 IGZO와 같은 산화물 반도체로 구성된다.
다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 게이트(Gate)가 상기 채널(CH)에 대응되는 영역에 도포된다. 이 경우, 상기 게이트(Gate)는 상기 채널(CH)을 모두 커버하지 않고, 상기 채널(CH)의 중심 부분만을 커버한다. 따라서, 상기 채널(CH)의 양쪽 끝단은 상기 게이트(Gate)와 중첩되지 않는다.
상기 게이트(Gate)가 구비된 후, 자외선(UV)이 상기 게이트(Gate) 및 상기 절연막(113) 상에 조사된다. 이 경우, 자외선은, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 절연막(113) 및 상기 게이트(Gate)의 상단에서 조사될 수 있다.
그러나, 자외선은 상기 기판(111)의 하부에서 조사될 수도 있다. 예를 들어, 상기 라이트 쉴드(LS)가 상기 채널(CH)보다 작게 형성된 경우, 특히, 상기 게이트(Gate)와 유사한 크기로 형성된 경우, 자외선이 상기 기판(111)의 하부에서 조사되면, 상기 채널(CH) 중 상기 라이트 쉴드(LS)에 의해 커버되지 않은 영역이 도체화되어 상기 제1도체부(C1) 및 상기 제2도체부(C2)가 생성될 수 있다.
상기 자외선(UV)은 185nm의 파장을 갖는 자외선 및 254nm의 파장을 갖는 자외선을 포함할 수 있다. 상기 자외선에 의해 상기 산화물 반도체가 도체화되어, 상기 제1도체부(C1) 및 상기 제2도체부(C2)가 생성된다.
상기 자외선의 파장은 100nm 내지 400nm가 될 수 있다.
이 경우, 상기 자외선(UV)과 함께 또는 상기 자외선(UV)이 조사된 이후에, 약 100℃ 내지 200℃의 열이 가해지면, 상기 제1도체부(C1) 및 상기 제2도체부(C2) 중, 상기 게이트 절연막(113)과 인접되어 있는 경계영역에는 상기 제1금속막(ML1) 및 상기 제2금속막(ML2)이 형성된다.
다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1도체부(C1) 및 상기 제2도체부(C2)가 형성된 후, 상기 보호막(114)이 상기 게이트 절연막(113) 및 상기 게이트(Gate)를 커버한다.
상기 게이트 절연막(113)에 형성된 컨택홀을 통해 상기 게이트 절연막(113)의 상단에 구비된 상기 제1전극(E1)이 상기 제1도체부(C1)와 연결되며, 상기 게이트 절연막(113)에 형성된 또 다른 컨택홀을 통해 상기 게이트 절연막(113)의 상단에 구비된 상기 제2전극(E2)이 상기 제2도체부(C1)와 연결된다.
마지막으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 절연막(115)이 상기 제1전극(E1), 상기 제2전극(E2) 및 상기 보호막(114)을 커버한다.
도 8은 본 발명에 따른 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터의 제1도체부 및 제2도체부가 형성되는 방법을 나타낸 예시도이다.
상기한 바와 같이, IGZO와 같은 산화물 반도체로 구성된 상기 채널(CH)에 자외선(UV)이 조사되면, 상기 산화물 반도체를 구성하는 금속(M)과 산소(O2-) 간의 결합이 깨지면서, 산소(O2-)가 상기 금속(M)으로부터 분리된다. 이 경우, 상기 금속에는 산소가 빠져나간 빈공간(vacancy)이 생성되며, 따라서, 자유전자가 발생된다. 이에 따라, 상기 채널(CH)의 양쪽 끝단에는 상기 자유전자가 발생된 상기 제1도체부(C1) 및 상기 제2도체부(C2)가 형성된다. 부연하여 설명하면, 상기 산화물 반도체 중 자외선이 조사된 영역에 캐리어가 생성되며, 이에 따라, 상기 영역에서의 저항이 급격하게 감소되어, 상기 영역은 도체의 특성을 갖는다.
상기 금속(M)으로부터 분리된 산소(O2-)들은 서로 결합되어 산소분자를 형성하며, 산소분자는 상기 게이트 절연막(113)에 포획되거나, 상기 게이트 절연막(113)을 통해 외부로 배출된다.
자외선이 상기 채널(CH)에 조사되면, 상기 게이트 절연막(113)에 잔류하는 수분(H2O) 또는 대기 중에 존재하는 수분(H20)이 자외선에 의해 H기와 OH기로 광분해된다.
상기 제1도체부(C1)와 상기 게이트 절연막(113)의 경계영역에서, 상기 산소(O2-)가 빠져나간 금속(M)이 상기 OH기와 결합하여, 상기 제1금속막(ML1)이 형성되며, 상기 제2도체부(C2)와 상기 게이트 절연막(113)의 경계에서, 상기 산소(O2-)가 빠져나간 금속(M)이 상기 OH기와 결합하여, 상기 제2금속막(ML2)이 형성된다.
상기 제1금속막(ML1) 및 상기 자유전자들에 의해, 상기 제1도체부(C1)의 이동도가 증가하고, 따라서, 저항이 감소하며, 상기 제2금속막(ML2) 및 상기 자유전자들에 의해, 상기 제2도체부(C2)의 이동도가 증가하고, 따라서, 저항이 감소한다.
부연하여 설명하면, 산화물 반도체를 도체로 변화시키기 위해, 종래에는 드라이 에칭 및 플라즈마를 통해 산소가 물리적으로 분리되었다.
그러나, 본 발명에서는 상기 산화물 반도체, 예를 들어, IGZO가 IGZO_1-x로 변하여, 산소의 빈공간이 생기면, 상기 산화물 반도체는 도체로 변한다.
이를 위해, 본 발명에서는 드라이 에칭 및 플라즈마 대신, 자외선을 이용하여 산소가 물리적으로 분리된다.
예를 들어, IGZO4와 같은 금속 산화물 반도체는 자외선에 의해 산소 결함이 발생되어, IGZO_4-x 로 되며, 산소의 빈공간(vacancy)이 전자를 공급한다. 이 경우, 산소의 빈공간이 OH기와 결합하여 MOH 결합을 형성하므로써, 산소의 빈공간이 다시 산소와 결합되지 못한다.
전도대(Conduction Band)와 원자가 밴드(Valance Band) 사이의 delta E는, 파장대로 환산하면, 250 lambda 정도이다. 전도대(Conduction Band)와 원자가 밴드(Valance Band) 사이의 Dangling bond state 때문에, 400람다(lambda) 이하의 파장을 갖는 자외선이 조사되면, 산소가 분리되어 산소의 빈공간(Oxygen Vacancy)이 생성된다. 따라서, 상기 자외선은 100 내지 400람다(lambda) 이하의 파장을 갖는 것이 바람직하다.
도 9는 본 발명에 따른 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터의 소자 특성과 본 발명과 유사한 구조를 가지나 자외선이 조사되지 않은 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터의 소자 특성을 비교한 그래프이다. 도 9에서, 도면부호 X는, 본 발명에 따른 산화물 반도체와 유사하게, 게이트 절연막이 식각 되지 않은 구조를 갖지만, 자외선 처리가 되지 않은 산화물 반도체의 특성을 나타낸다. 도면부호 Y는, 도 3에 도시된 바와 같은 구조를 가지며, 자외선 처리가 된, 본 발명에 따른 산화물 반도체의 특성을 나타낸다.
게이트 절연막이 식각되지 않은 구조가 불량 측면에서 우수하지만, 자외선 처리가 되지 않으면, 채널의 양쪽 끝단의 저항이 매우 높아진다. 따라서, 제1전극(E1)에서 채널로 가는데 매우 높은 저항이 걸리며, 이에 따라, 전류가 컷-오프(cut-off)될 수 있다. 따라서, X로 표시된 그래프의 특성처럼 이동도가 매우 낮아져, 자외선 처리가 되지 않은 산화물 반도체는 사용되기 어렵다.
그러나, 본 발명에서와 같이, 자외선 처리가 이루어지면, Y로 표시된 그래프의 특성처럼, 상기 제1 및 제2도체부(C1, C2)의 저항 특성이 우수해질 수 있다. 따라서, 자외선 처리가된 산화물 박막트랜지스터에서는 온 커런트(On current)가 증가될 수 있다.
본 발명에서는 습식 에칭 공정에 의해 상기 게이트(Gate)가 상기 절연막(113) 상에 형성된 후, 자외선(185nm+254nm)이 상기 게이트(Gate)와 상기 절연막(113) 상에 조사된다. 이 경우, 상기 기판(111)의 하부에서는 100℃ 내지 200℃ 사이의 열, 예를 들어 150℃의 열이 동시에 가해질 수 있다.
이에 따라, 상기 채널(CH)의 양쪽 끝단이 도체화되어 상기 제1도체부(C1) 및 상기 제2도체부(C2)가 생성된다.
시뮬레이션 및 테스트 결과, 상기 채널(CH)의 양쪽 끝단이 도체화되기 이전의 상기 채널(CH)의 이동도는 4.5cm2/Vs 수준이며, 상기 채널(CH)의 저항에 의해 전류가 컷오프된다. 그러나, 본 발명에 의해 자외선이 조사되어 상기 채널(CH)의 양쪽 끝단이 도체화된 후 상기 제1도체부(C1) 및 상기 제2도체부(C2)의 이동도는 15cm2/Vs로 향상된다. 따라서, 상기 산화물 박막트랜지스터의 소자 성능이 300% 이상 향상되었음을 알 수 있다. 이 경우, 상기 산화물 박막트랜지스터에 열이 가해지면, 상기 제1도체부(C1) 및 제2도체부(C2)의 특성이 더욱 안정화될 수 있다. 따라서, 신뢰성이 더 향상된 산화물 박막트랜지스터가 제조될 수 있다.
예를 들어, 도 9에서 X로 표시된 그래프는, 상기에서 설명된 바와 같이, 본 발명과 유사한 구조를 가지나 채널의 양쪽 끝단에 자외선이 조사되지 않은 산화물 박막트랜지스터에서의 게이트-소스 전압(Vgs) 및 드레인-소스 전류(Ids) 간의 관계를 나타내며, Y로 표시된 그래프는 본 발명에 따른 산화물 박막트랜지스터에서의 게이트-소스 전압(Vgs) 및 드레인-소스 전류(Ids) 간의 관계를 나타낸다. 도 9를 참조하면, 본 발명과 유사한 구조를 가지나 채널의 양쪽 끝단에 자외선이 조사되지 않은 산화물 박막트랜지스터와 비교할 때, 본 발명에 따른 산화물 박막트랜지스터에서의 드레인-소스 전류(Ids)가 증가됨을 알 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터에 자외선이 조사되는 기간과 전류와의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 11은 본 발명에 따른 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터에 자외선이 조사되는 기간과 홀 이동도 및 캐리어 집중도와의 관계를 나타낸 그래프이다.
우선, 도 10을 참조하면, 자외선이 조사되는 기간이 증가될 수록, 본 발명에 따른 산화물 박막트랜지스터를 흐르는 전류가 증가된다.
또한, 도 11을 참조하면, 자외선이 조사되는 기간이 증가될 수록, 본 발명에 따른 산화물 박막트랜지스터의 홀이동도 및 캐리어 집중도(Carrier Concentration)가 증가된다. 도 11에서 홀이동도를 나타내는 그래프는 T로 도시되어 있으며, 캐리어 집중도를 나타내는 그래프는 S로 도시되어 있다.
따라서, 자외선 조사에 의해, 상기 산화물 반도체에서의 캐리어가 증가되어, 저항이 감소됨을 알 수 있다.
상기에서 설명된 본 발명의 특징을 간단히 정리하면 다음과 같다.
본 발명에 의하면, 진공 드라이 에칭(D/E) 장비 없이 광화학적인 방식으로 산화물 반도체의 저항 특성이 제어될 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 종래의 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터의 장점이 그대로 이용될 수 있고, 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터의 제조 공정이 단순화될 수 있고, 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터의 소자 특성이 개선될 수 있으며, 불량 이슈가 감소될 수 있다.
예를 들어, 종래 기술에 의하면 게이트 절연막이 식각될 때 발생되는 이물질에 의해 게이트와 드레인 간에 쇼트가 발생될 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 게이트 절연막이 식각되지 않기 때문에, 게이트와 드레인 간의 쇼트가 발생될 가능성이 감소된다.
또한, 본 발명에서는 게이트 절연막이 식각되지 않기 때문에, 게이트 절연막 식각시 버퍼가 식각되어, 라이트 쉴드와 배선들 간의 단락 불량이 방지될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.　 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 패널 110: 픽셀
200: 게이트 드라이버 300: 데이터 드라이버
400: 제어부

Claims (11)

  1. 버퍼 상단에 구비되며, 산화물로 구성된 채널;
    상기 채널과 상기 버퍼를 커버하는 게이트 절연막;
    상기 게이트 절연막 상단에 구비되며, 상기 채널 중 산화물 반도체로 구성된 액티브 영역과 중첩되는 게이트; 및
    상기 게이트와 상기 게이트 절연막을 커버하는 보호막을 포함하며,
    상기 채널 중 상기 게이트와 중첩되는 영역의 저항과, 상기 중첩되는 영역 이외의 저항이 서로 다른 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액티브 영역의 일측 끝단에 구비되고, 상기 액티브 영역보다 작은 저항을 갖는 제1도체부는 제1전극과 연결되며,
    상기 채널 중 상기 액티브 영역의 타측 끝단에 구비되고, 상기 액티브 영역보다 작은 저항을 갖는 제2도체부는 제2전극과 연결되는 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1도체부는 상기 산화물 반도체를 구성하는 금속과 동일한 종류의 금속을 포함하고, 상기 제1도체부에 구비된 상기 금속은 산소가 빠져나간 빈공간 및 자유전자를 가지며,
    상기 제2도체부는 상기 산화물 반도체를 구성하는 금속과 동일한 종류의 금속을 포함하고, 상기 제2도체부에 구비된 상기 금속은 산소가 빠져나간 빈공간 및 자유전자를 갖는 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1도체부와 상기 게이트 절연막의 경계영역에는, 상기 산화물 반도체를 구성하는 금속과 동일한 종류의 금속이, 산화수소(OH)와 결합하여 생성된 제1금속막이 구비되며,
    상기 제2도체부와 상기 게이트 절연막의 경계영역에는, 상기 산화물 반도체를 구성하는 금속과 동일한 종류의 금속이, 산화수소(OH)와 결합하여 생성된 제2금속막이 구비되는 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터.
  5. 게이트 펄스가 공급되는 게이트 라인들;
    데이터 전압이 공급되는 데이터 라인들; 및
    상기 게이트 라인들과 상기 데이터 라인들에 의해 정의되는 픽셀들을 포함하며,
    상기 픽셀들 각각에는 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나에 기재된 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터가 구비되어 있는 표시패널.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터는 상기 픽셀들이 구비되어 있는 표시영역의 외곽의 비표시영역에도 구비되어 있는 표시패널.
  7. 제 5 항에 기재된 표시패널;
    상기 표시패널에 구비된 게이트 라인들로 게이트 펄스를 공급하는 게이트 드라이버;
    상기 표시패널에 구비된 데이터 라인들로 데이터 전압을 공급하는 데이터 드라이버; 및
    상기 게이트 드라이버와 상기 데이터 드라이버를 제어하는 제어부를 포함하는 표시장치.
  8. 기판에 버퍼를 층착하는 단계;
    상기 버퍼에 산화물 반도체로 구성된 채널을 생성하는 단계;
    게이트 절연막을 증착하여 상기 채널과 상기 버퍼를 커버하는 단계;
    상기 게이트 절연막에, 상기 채널의 일부와 중첩되는 게이트를 증착하는 단계; 및
    자외선을 조사하여, 상기 채널 중 상기 게이트와 중첩되지 않는 영역을 도체화시키는 단계를 포함하는 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    보호막을 증착하여 상기 게이트 절연막과 상기 게이트를 커버하는 단계; 및
    상기 채널 중 상기 게이트와 중첩되는 액티브 영역의 일측 끝단에 구비되고, 상기 자외선에 의해 도체화된 제1도체부를 상기 보호막에 형성된 컨택홀을 통해 제1전극과 연결시키며, 상기 채널 중 상기 게이트와 중첩되는 액티브 영역의 타측 끝단에 구비되고, 상기 자외선에 의해 도체화된 제2도체부를 상기 보호막에 형성된 또 다른 컨택홀을 통해 제2전극과 연결시키는 단계를 더 포함하는 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터 제조 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 자외선을 조사하는 과정과 동시에 또는 상기 자외선을 조사한 이후에, 상기 채널에 열을 가하는 단계를 더 포함하는 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터 제조 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판에 버퍼를 증착하기 전에, 상기 기판에 상기 채널과 중첩되는 라이트 쉴드를 증착하는 단계를 더 포함하는 코플라나 형태의 산화물 박막트랜지스터 제조 방법.
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