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KR101910969B1 - 산화물 반도체용 조성물 및 이를 이용한 박막 트랜지스터 기판의 제조방법 - Google Patents

산화물 반도체용 조성물 및 이를 이용한 박막 트랜지스터 기판의 제조방법 Download PDF

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KR101910969B1
KR101910969B1 KR1020110145657A KR20110145657A KR101910969B1 KR 101910969 B1 KR101910969 B1 KR 101910969B1 KR 1020110145657 A KR1020110145657 A KR 1020110145657A KR 20110145657 A KR20110145657 A KR 20110145657A KR 101910969 B1 KR101910969 B1 KR 101910969B1
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South Korea
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acid
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김보성
이두형
김두나
박은혜
김동림
김현재
임유승
임현수
Original Assignee
삼성디스플레이 주식회사
연세대학교 산학협력단
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Abstract

개시된 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에 따르면, 기판 상에, 금속 옥살레이트 및 용매를 포함하는 산화물 반도체용 조성물을 코팅하여 박막을 형성하고, 상기 박막을 어닐링하고, 상기 박막을 패터닝하여 반도체 패턴을 형성한다.

Description

산화물 반도체용 조성물 및 이를 이용한 박막 트랜지스터 기판의 제조방법{COMPOSITION FOR OXIDE SEMICONDUCTOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THIN-FILM TRANSISTOR SUBSTRATE USING THE SAME}
본 발명은 산화물 반도체용 조성물 및 이를 이용한 박막 트랜지스터 기판의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저온에서 열처리가 가능한 산화물 반도체를 형성하기 위한 산화물 반도체용 조성물 및 이를 이용한 박막 트랜지스터 기판의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 표시 장치에서 화소를 구동하기 위한 박막 트랜지스터는 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극 및 상기 소스 전극과 드레인 전극 사이의 채널을 형성하는 액티브 패턴을 포함한다. 상기 액티브 패턴은 비정질 실리콘(amorphous silicon), 다결정 실리콘(poly silicon) 또는 산화물 반도체를 포함하는 채널층을 포함한다.
이중, 산화물 반도체는 저온 공정을 이용하여 제조할 수 있고 대면적화가 용이하며 높은 전자 이동도를 가지고 있어, 이에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
최근, 상기 산화물 반도체를 제조하기 위한 방법으로서, 용액 공정이 개발되고 있다. 상기 용액 공정은, 목표 영역에 선택적으로 박막을 형성할 수 있으며, 종래의 기상 증착 공정과 달리, 공정 조건의 엄밀한 제어를 요하지 않아 공정의 단순화를 달성할 수 있다.
그러나, 상기 용액 공정에 따라 제조된 산화물 반도체가 원하는 특성을 갖기 위해서는 박막 내의 유기물 등의 불순물을 제거할 필요가 있으며, 이를 위하여 고온에서의 어닐링 과정이 필요하다. 이 때문에, 실질적으로 저온 공정을 달성하기 어려우며, 플라스틱으로 형성된 플렉서블 기판 등에 적용하기 어렵다는 문제점이 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 저온에서 열처리가 가능한 산화물 반도체를 형성하기 위한 산화물 반도체용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 산화물 반도체용 조성물을 이용한 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 실시예에 따른 산화물 반도체용 조성물은 금속 옥살레이트 및 용매를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 금속 옥살레이트는 옥살레이트 이온과 결합된 Zn, Sn, In 또는 Ga를 포함하며, 상기 금속 옥살레이트는 할로겐산, H20, 질산, 아세트산, 황산, 인산, 옥살산, 과염소산 또는 불화붕소산과 결합하여 착화합물을 형성한다.
일 실시예에 따르면, 상기 착화합물은 아래의 화학식 1로 나타내질 수 있다.
<화학식 1>
Figure 112011104876709-pat00001
화학식 1에서, M은 Zn, Sn, In 또는 Ga를 나타낸다. X 는 히드록시기, 알콕시기, 할로겐 원자, NO3, CH3COO, SO4, PO4, C2O4, ClO4, ClO3, ClO2 또는 BF4 를 나타낸다. HX는 히드록시기, 알콕시기, 할로겐 원자,NO3, CH3COO, SO4, PO4, C2O4, ClO4, ClO3, ClO2 또는 BF4가 수소 원자와 결합하여 형성된 분자이다. a는 M의 원자가에서 2를 뺀 값이며, b는 1 내지 4의 정수이다.
일 실시예에 따르면, 상기 착화합물은 아래의 화학식 2 또는 3으로 나타내지는 클러스터, 나노 입자 또는 졸-겔을 형성할 수 있다.
<화학식 2>
(MOc)x(MXn)y{MXa(HX)bC2O4}z
<화학식 3>
(MXn)y{MXa(HX)bC2O4}z
화학식 2 및 화학식 3에서, M은 Zn, Sn, In 또는 Ga를 나타낸다. X 는 히드록시기, 알콕시기, 할로겐 원자, NO3, CH3COO, SO4, PO4, C2O4, ClO4, ClO3, ClO2 또는 BF4 를 나타낸다. HX는 히드록시기, 알콕시기, 할로겐 원자,NO3, CH3COO, SO4, PO4, C2O4, ClO4, ClO3, ClO2 또는 BF4가 수소 원자와 결합하여 형성된 분자이다. a는 M의 원자가에서 2를 뺀 값이며, b는 1 내지 4의 정수이다. n은 M의 원자가에 해당하는 정수이다. x는 1 내지 10의 정수, y는 1 내지 20의 정수, z는 1 내지 10의 정수이다. MO는 M의 산화물이며, c는 M의 원자가에 해당하는 정수를 2로 나눈 값이다.
일 실시예에 따르면, 상기 용매는 물, 테트라하이드로퓨란, 알코올 또는 에테르로를 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 실시예에 따른 산화물 반도체용 조성물은 금속염, 옥살산 화합물 및 용매를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 금속염은 Zn, Sn, In 또는 Ga의 할로겐화물, 니트레이트, 알콕사이드, 하이드록사이드, 아세테이트, 설포네이트, 포스페이트, 퍼클로레이트, 옥살레이트 또는 플루오보레이트를 포함하며, 상기 옥살산 화합물은 옥살산을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 금속염의 몰 농도는 0.01 M 내지 1 M이며, 금속염에 대한 옥살산의 몰비는 0.1 내지 10일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 산화물 반도체용 조성물은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 알루미늄(Al), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 이트륨(Y), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 망간(Mn), 테크네튬(Tc), 레늄(Re), 철(Fe), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi), 란타늄(La), 세륨(Ce), 가돌리늄(Gd), 네오디뮴(Nd), 텔루륨(Te), 스칸듐(Sc), 폴로늄(Po), 프라세오디뮴(Pr), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 유로퓸(EU), 에르븀(Er) 또는 이테르븀(Yb)의 금속염들을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 산화물 반도체용 조성물은 모노 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 모노이소프로필아민, N,N-메틸에탄올아민, 아미노에틸 에탄올아민, 디에틸렌글리콜아민, 2-(아미노에톡시)에탄올, N-t-부틸에탄올아민, N-t-부틸디에탄올아민, 테트라메틸암모늄하이드록시드, 메틸아민, 에틸아민, 아세틸아세톤, 염산, 질산, 황산, 초산, 수산화암모늄, 수산화칼륨 및 수산화나트륨으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 용액 안정화제를 더 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에 따르면, 기판 상에, 금속 옥살레이트 및 용매를 포함하는 산화물 반도체용 조성물을 코팅하여 박막을 형성하고, 상기 박막을 어닐링하고, 상기 박막을 패터닝하여 반도체 패턴을 형성한다.
일 실시예에 따르면, 상기 어닐링 단계는 100 ℃ 내지 350 ℃에서 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 어닐링 단계를 수행하기 전에 상기 박막에 자외선을 조사할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 산화물 반도체용 조성물은 스핀 코팅, 딥 코팅, 바 코팅, 스크린 프린팅, 슬라이드 코팅, 롤 코팅, 슬릿 코팅, 스프레이 코팅, 침지(dipping), 딥 펜(dip-pen), 나노 디스펜싱 또는 잉크젯 인쇄에 의해 코팅될 수 있다.
이와 같은 산화물 반도체용 조성물 및 이를 이용한 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에 따르면, 금속 옥살레이트를 포함하는 산화물 반도체용 조성물을 이용함으로써, 저온에서 어닐링 공정을 수행할 수 있어, 플라스틱 기판 등의 적용이 용이하다. 뿐만 아니라, 환경 오염의 원인이 되는 부산물의 생성을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 표시 기판의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 회로 트랜지스터 및 화소 트랜지스터의 확대 평면도이다.
도 3은 도 2의 I-I' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 4a 및 도 4e는 도 3에 도시된 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5는 실시예 2 내지 4의 박막 트랜지스터들의 게이트 전압의 변화에 따른 출력 전류를 도시한 그래프이다.
도 6은 실시예 6 내지 8의 박막 트랜지스터들의 게이트 전압의 변화에 따른 출력 전류를 도시한 그래프이다.
이하에서는, 먼저 본 발명의 산화물 반도체용 조성물에 대해서 설명한 후, 이를 이용한 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법과, 산화물 반도체용 조성물의 실시예에 대한 실험 결과를 설명하기로 한다.
산화물 반도체용 조성물
본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체용 조성물은 금속 옥살레이트 및 용매를 포함한다. 상기 금속 옥살레이트는 옥살레이트 이온을 제공하는 옥살산 화합물과 금속 이온의 반응으로 얻어진 것일 수 있으며, 다른 방법으로, 금속 옥살레이트를 용매에 용해하여 얻어진 것일 수 있다.
상기 금속 옥살레이트는 옥살레이트 이온과 결합된 Zn, Sn, In 또는 Ga 를 포함하며, 상기 금속 옥살레이트는 할로겐산, H20, 질산, 아세트산, 황산, 인산, 옥살산, 과염소산 또는 불화붕소산과 배위 결합하여 착화합물을 형성한다.
구체적으로, 아래의 화학식 1에 의해 나타내지는 착화합물을 형성할 수 있다.
<화학식 1>
Figure 112011104876709-pat00002
화학식 1에서, M은 Zn, Sn, In 또는 Ga를 나타낸다. X 는 히드록시기, 알콕시기, 할로겐 원자, NO3, CH3COO, SO4, PO4, C2O4, ClO4, ClO3, ClO2 또는 BF4 를 나타낸다. HX는 히드록시기, 알콕시기, 할로겐 원자,NO3, CH3COO, SO4, PO4, C2O4, ClO4, ClO3, ClO2 또는 BF4가 수소 원자와 결합하여 형성된 분자이다. a는 M의 원자가에서 2를 뺀 값이며, b는 1 내지 4의 정수이다.
X는 상기 산화물 반도체용 조성물의 다른 성분으로부터 기인할 수 있다. 예를 들어, X는 금속염의 음이온이 상기 금속 옥살레이트의 금속 양이온에 결합하여 형성될 수 있으며, HX는 금속염의 음이온이 수소 원자와 결합하여 형성된 분자가 상기 금속 옥살레이트의 금속 양이온에 결합하여 형성될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 금속 옥살레이트는 용매에 용해된 옥살산과 금속 이온의 반응으로 얻어진다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체용 조성물은 옥살산 화합물, 금속염 및 용매를 포함한다.
상기 옥살산 화합물은 용매 내에서 이온화되어 옥살레이트 이온을 제공할 수 있는 것이면 제한되지 않는다. 상기 옥살산 화합물은 옥살산, 소듐 옥살레이트 등을 예로 들 수 있으며, 바람직하게 옥살산이 사용될 수 있다.
상기 금속염은 Zn 함유 화합물, Sn 함유 화합물, In 함유 화합물 또는 Ga 함유 화합물을 포함한다. 구체적으로, 상기 금속염은 Zn, Sn, In 또는 Ga의 할로겐화물, 니트레이트, 알콕사이드, 하이드록사이드, 아세테이트, 설포네이트, 포스페이트, 퍼클로레이트, 옥살레이트, 플루오보레이트 등일 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 In 함유 화합물은 인듐 아세틸 아세토네이트(indium acetyl acetonate), 인듐 아세테이트(indium acetate), 염화인듐(indium chloride) 또는 인듐 이소프로폭시드 (indium isopropoxide)을 포함할 수 있다. 상기 Zn 함유 화합물은 아연 아세테이트(zinc acetate), 아연 질산염(zinc nitrate), 아연 아세틸 아세토네이트(zinc acetylacetonate) 또는 염화아연(zinc chloride)을 포함할 수 있다. 상기 Sn 함유 화합물은 주석 아세틸 아세토네이트(tin acetyl acetonate), 주석 아세테이트(tin acetate), 염화 주석(tin chloride) 또는 주석 이소프로폭시드(tin isopropoxide)을 포함할 수 있다. 상기 Ga 함유 화합물은 갈륨 아세틸 아세토네이트(gallium acetyl acetonate), 갈륨 아세테이트(gallium acetate), 염화갈륨(gallium chloride), 또는 갈륨 이소프로폭시드(gallium isopropoxide)를 포함할 수 있다.
상기 금속염은 산화물 반도체의 성분을 제공하기 위한 금속 소스이다. 이러한 금속염은 용액 내에서 이온화되어 할로겐 음이온, 니트레이트 이온, 아세테이트 이온 등을 생성하는데, 이러한 음이온들을 제거하기 위해서는 고온의 어닐링 공정이 필요하다. 따라서, 산화물 반도체의 저온 공정을 실질적으로 달성하기 어려울 뿐만 아니라, 염산, 질산, 아세트산과 같은 부산물이 생성되어 환경 문제를 야기할 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체용 조성물은 금속 옥살레이트를 형성함으로써, 이러한 음이온들이 상기 금속 옥살레이트에 결합한다. 따라서, 상기의 문제들을 해결할 수 있다.
상기 금속 옥살레이트는 상기 산화물 반도체용 조성물 내의 다른 성분들과 결합하여, 클러스터, 나노 입자 또는 졸-겔을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 클러스터, 나노 입자 또는 졸-겔은 아래의 화학식 2 또는 화학식 3으로 나타낼 수 있다.
<화학식 2>
(MOc)x(MXn)y{MXa(HX)bC2O4}z
<화학식 3>
(MXn)y{MXa(HX)bC2O4}z
화학식 2 및 화학식 3에서, M은 Zn, Sn, In 또는 Ga를 나타낸다. X 는 히드록시기, 알콕시기, 할로겐 원자, NO3, CH3COO, SO4, PO4, C2O4, ClO4, ClO3, ClO2 또는 BF4 를 나타낸다. HX는 히드록시기, 알콕시기, 할로겐 원자,NO3, CH3COO, SO4, PO4, C2O4, ClO4, ClO3, ClO2 또는 BF4가 수소 원자와 결합하여 형성된 분자이다. a는 M의 원자가에서 2를 뺀 값이며, b는 1 내지 4의 정수이다. n은 M의 원자가에 해당하는 정수이다. x는 1 내지 10의 정수, y는 1 내지 20의 정수, z는 1 내지 10의 정수이다. MO는 M의 산화물이며, c는 M의 원자가에 해당하는 정수를 2로 나눈 값이다.
화학식 2 및 화학식 3에서, 금속염(MXn), 금속 산화물(MOc) 및 금속 옥살레이트({MXa(HX)bC2O4}z)는 이온 결합, 배위 결합 또는 반데르 발스 힘에 의한 결합을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 산화물 반도체용 조성물이, 옥살산 및 염화 인듐(InCl3)을 포함하는 경우, 상기 옥살산과 염화 인듐이 반응하여, 인듐 옥살레이트인 InClC2O4를 형성한다. InClC2O4는 잔존하는 염화 인듐과 추가로 반응하여, (InCl3)(InClC2O4)의 클러스터를 형성할 수 있다. 또한, 염화 인듐은 가수 분해되어, 인듐 하이드록사이드(InOH)를 형성하고, 이는 축합되어 인듐 산화물을 형성할 수 있다. 상기 인듐 산화물은 (InCl3)(InClC2O4)와 반응하여, (In2O3)(InCl3)(InClC2O4)의 클러스터를 형성할 수 있다.
상기 금속염은 상술한 Zn 함유 화합물, Sn 함유 화합물, In 함유 화합물 또는 Ga 함유 화합물 회에 다른 금속을 포함하는 금속염을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속염은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 알루미늄(Al), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 이트륨(Y), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 망간(Mn), 테크네튬(Tc), 레늄(Re), 철(Fe), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi), 란타늄(La), 세륨(Ce), 가돌리늄(Gd), 네오디뮴(Nd), 텔루륨(Te), 스칸듐(Sc), 폴로늄(Po), 프라세오디뮴(Pr), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 유로퓸(EU), 에르븀(Er), 이테르븀(Yb) 등의 할로겐화물, 니트레이트, 알콕사이드, 하이드록사이드, 아세테이트, 설포네이트, 포스페이트, 퍼클로레이트, 옥살레이트, 플루오보레이트 등을 더 포함할 수 있다. 상기 금속염들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있으며, 상기 금속염의 종류는 형성하고자 하는 산화물 반도체의 구성에 따라 선택될 수 있다.
상기 용매의 예로는 물(H2O), 테트라하이드로퓨란(THF), 알코올(alcohol), 및 에테르(ether) 등을 들 수 있다. 바람직하게, 상기 용매로는 알코올이 사용된다.
상기 알코올의 예로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-프로폭시에탄올 2-부톡시에탄올, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 디에틸렌글리콜메틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 톨루엔, 크실렌, 헥산, 헵탄, 옥탄, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에틸에테르, 메틸메톡시프로피온산, 에틸에톡시프로피온산, 에틸락트산, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜메틸에테르, 프로필렌글리콜프로필에테르, 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 디에틸렌글리콜메틸아세테이트, 디에틸렌글리콜에틸아세테이트, 아세톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논, 디메틸포름아미드(DMF), N,N-디메틸아세트아미드(DMAc), N-메틸-2-피롤리돈, γ-부틸로락톤, 디에틸에테르, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 디글라임, 테트라하이드로퓨란, 아세틸아세톤, 아세토니트릴 등을 예로 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체용 조성물은 용액 안정화제를 더 포함할 수 있다.
상기 용액 안정화제는 알코올 아민 화합물, 알킬 암모늄 히드록시 화합물, 알킬 아민 화합물, 케톤 화합물, 산 화합물, 염기 화합물 등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 모노 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 모노이소프로필아민, N,N-메틸에탄올아민, 아미노에틸 에탄올아민, 디에틸렌글리콜아민, 2-(아미노에톡시)에탄올, N-t-부틸에탄올아민, N-t-부틸디에탄올아민, 테트라메틸암모늄하이드록시드, 메틸아민, 에틸아민, 아세틸아세톤, 염산, 질산, 황산, 초산, 수산화암모늄, 수산화칼륨 및 수산화나트륨에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 용액 안정화제는 산화물 반도체용 조성물에 포함되어 다른 성분의 용해도를 증가시킴으로써, 균일한 박막을 형성할 수 있다. 상기 용액 안정화제는 상술한 다른 성분의 종류 및 함량에 따라 함유량이 달라질 수 있으나, 상기 산화물 반도체용 조성물의 총 중량에 대하여 약 0.01 내지 약 30 중량%로 함유될 수 있다. 상기 용액 안정화제는 상기 범위에서 용해도 및 박막 코팅성을 높일 수 있다.
예를 들어, 상기 산화물 반도체용 조성물에서 상기 금속염의 농도는 약 0.001 M 내지 약 10 M일 수 있다. 그러나, 상기 금속염의 농도가 약 0.01 M 보다 작을 때는 일정 두께를 갖는 박막을 형성하기 어려우며, 상기 금속염의 농도가 약 1 M보다 큰 경우, 용해가 원활하지 않아, 결정이 석출될 수 있다. 따라서, 상기 금속염의 바람직한 농도는 약 0.01 M 내지 약 1 M일 수 있다.
상기 옥살산의 금속염에 대한 몰 비는 약 0.1 내지 약 10일 수 있다. 상기 옥살산의 금속염에 대한 몰 비가 약 0.1보다 작을 경우, 상기 금속염으로부터 생성된 음이온에 비하여 금속 옥살레이트의 양이 작아, 상기 금속염으로부터 생성된 음이온들이 충분히 상기 금속 옥살레이트와 결합하지 못하고, 음이온 상태로 조성물 내에 잔존할 수 있다. 또한, 상기 옥살산의 금속염에 대한 몰 비가 약 10 이상일 경우, 금속염이 고르게 용해되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 옥살산의 농도는 약 0.001 M 내지 약 10 M일 수 있다.
본 실시예에서, 상기 금속 옥살레이트를 형성하기 위하여, 상기 산화물용 반도체 조성물은 옥살레이트 이온을 제공하는 옥살산 및 금속 이온을 제공하는 금속염을 포함한다.
이와 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물용 반도체 조성물은 금속 옥살레이트를 용매에 용해하여 얻어질 수 있다.
상기와 같은 착화합물을 형성하기 위한 금속 옥살레이트의 예로서, InClC2O4와 같은 인듐 옥살레이트, ZnC2O4와 같은 아연 옥살레이트, SnC2O4와 같은 주석 옥살레이트, Ga2(C2O4)3와 같은 갈륨 옥살레이트, 이들의 수화물 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 산화물용 반도체 조성물은 기설명된 것과 동일한 추가 금속염, 용매, 용액 안정제 등을 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들에 따르면, 산화물 반도체 조성물의 금속 소스로 제공되는 금속염으로부터 생성된 할로겐 음이온, 니트레이트 이온, 아세테이트 이온 등이 금속 옥살레이트에 결합됨으로써, 저온에서 어닐링 공정을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 환경 오염의 원인이 되는 부산물의 생성을 방지할 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 제조방법을 설명하기로 한다.
박막 트랜지스터 기판의 제조방법
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 박막 트랜지스터 기판의 평면도이다. 본 실시예에서, 상기 박막 트랜지스터 기판은 표시 패널의 제조에 사용되는 표시 기판이다.
도 1을 참조하면, 표시 기판(101)은 표시 영역(DA)에 형성된 화소부와, 상기 표시 영역(DA)의 주변 영역(PA)에 형성된 게이트 구동부(GD) 및 데이터 구동부(DD)를 포함한다.
상기 화소부는 화소 트랜지스터(PSW) 및 상기 화소 트랜지스터(PSW)와 전기적으로 연결된 화소 전극(PE)을 포함한다. 상기 화소 트랜지스터(PSW)는 상기 표시 영역(DA)에 형성된 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 게이트 구동부(GD)는 상기 화소부에 게이트 구동 신호를 전달하고, 다수의 제1 회로 트랜지스터들(TR1)을 포함한다. 상기 데이터 구동부(DD)는 상기 화소부에 데이터 구동 신호를 전달하고, 다수의 제2 회로 트랜지스터들(TR2)을 포함한다. 상기 화소 트랜지스터(PSW)는 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)이고, 상기 제1 및 제2 회로 트랜지스터들(TR1, TR2) 각각도 박막 트랜지스터이다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 상기 화소 트랜지스터(PSW) 및 상기 제1 및 제2 트랜지스터들(TR1, TR2)에 대해서 구체적으로 설명한다. 단, 상기 제2 회로 트랜지스터(TR2)는 연결된 신호 라인들을 제외하고는 그 구성이 상기 제1 회로 트랜지스터(TR1)와 실질적으로 동일하므로, 상기 제2 회로 트랜지스터(TR2)에 대해서는 상기 제1 회로 트랜지스터(TR1)에 대한 설명으로 대신한다.
도 2는 도 1에 도시된 회로 트랜지스터 및 화소 트랜지스터의 확대 평면도이고, 도 3은 도 2의 I-I' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 화소 트랜지스터(PSW)는 상기 게이트 라인(GL)과 연결된 화소 게이트 전극(G1), 상기 데이터 라인(DL)과 연결된 화소 소스 전극(S1), 상기 화소 소스 전극(S1)과 이격된 화소 드레인 전극(D1) 및 제1 반도체 패턴(AP1)을 포함한다.
상기 제1 반도체 패턴(AP1)은 상기 화소 게이트 전극(G1)과 중첩되고, 상기 화소 게이트 전극(G1) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 반도체 패턴(AP1)은 인듐 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물 또는 갈륨 산화물을 필수적으로 포함한다. 또한, 상기 제1 반도체 패턴(AP1)은 인듐-아연 산화물, 인듐-아연-주석 산화물 등의 다원계 산화물 반도체를 포함할 수도 있다.
또한, 상기 제1 반도체 패턴(AP1)은 도펀트로서, 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 알루미늄(Al), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 이트륨(Y), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 망간(Mn), 테크네튬(Tc), 레늄(Re), 철(Fe), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi), 란타늄(La), 세륨(Ce), 가돌리늄(Gd), 네오디뮴(Nd), 텔루륨(Te), 스칸듐(Sc), 폴로늄(Po), 프라세오디뮴(Pr), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 유로퓸(EU), 에르븀(Er), 이테르븀(Yb) 등을 추가적으로 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상이 이용될 수 있다.
한편, 상기 화소 소스 전극(S1) 및 상기 화소 드레인 전극(D1)은 각각 상기 제1 반도체 패턴(AP1) 상에 형성될 수 있다. 상기 제1 반도체 패턴(AP1)은 상기 화소 소스 및 드레인 전극들(S1, D1)을 형성하는 공정 중에서 식각액이나 스트립 용액에 의해 손상 받을 수 있기 때문에, 제1 에치 스토퍼(ES1)가 상기 제1 반도체 패턴(AP1) 위에 형성되어, 상기 화소 소스 전극(S1) 및 상기 화소 드레인 전극(D1)의 간극을 통해 상기 제1 반도체 패턴(AP1)이 노출되는 것을 방지한다. 따라서, 상기 화소 소스 전극(S1) 및 상기 화소 드레인 전극(D1)은 부분적으로, 상기 제1 에치 스토퍼(ES1) 위에 형성될 수 있다. 다만, 상기 제1 에치 스토퍼(ES1)는 산화물 반도체의 구성 및 공정에 따라 생략될 수도 있다.
상기 화소 소스 전극(S1)이 상기 제1 반도체 패턴(AP1)의 제1 단부와 중첩되고, 상기 화소 드레인 전극(D1)이 상기 제1 반도체 패턴(AP1)의 제2 단부와 중첩될 수 있다. 상기 제1 반도체 패턴(AP1)과 상기 화소 소스 전극(S1) 및 상기 화소 드레인 전극(D1) 사이의 접촉 저항이 비정질 실리콘 반도체를 포함하는 경우에 비해서 상대적으로 낮으므로, 본 실시예에서 오믹 콘택층은 형성되지 않으나, 다른 실시예에서는 접촉 저항을 최소화시키기 위해서 별도의 오믹 콘택층(미도시)을 형성할 수도 있다.
상기 화소 드레인 전극(D1)은 상기 화소 전극(PE)과 접촉하여, 상기 화소 트랜지스터(PSW)는 상기 화소 전극(PE)과 전기적으로 연결된다.
한편, 상기 제1 회로 트랜지스터(TR1)는 제어 신호 라인(L1)과 연결된 회로 게이트 전극(G2), 입력 신호 라인(L2)과 연결된 회로 소스 전극(S2), 출력 신호 라인(L3)과 연결된 회로 드레인 전극(D2), 제2 반도체 패턴(AP2) 및 상기 제2 반도체 패턴(AP2)을 부분적으로 커버하는 제2 에치 스토퍼(ES2)를 포함한다. 상기 제2 반도체 패턴(AP2)은 상기 제1 반도체 패턴(AP1)과 동일한 층으로부터 형성된다. 상기 제2 반도체 패턴(AP2)은 상기 제1 반도체 패턴(AP1)이 형성되는 공정에서 동시에 형성될 수 있다. 상기 제1 회로 트랜지스터(TR)는 연결된 신호 라인과 형성된 영역이 상기 표시 기판(101)의 상기 주변 영역(PA)인 것을 제외하고는 상기 화소 트랜지스터(PSW)와 실질적으로 동일하다. 따라서 중복되는 설명은 생략한다.
상기 표시 기판(101)은 게이트 절연층(120) 및 패시베이션층(140)을 더 포함할 수 있다. 상기 게이트 절연층(120)은 상기 화소 게이트 전극(G1) 및 상기 회로 게이트 전극(G2)을 포함하는 베이스 기판(110) 상에 형성된다.
상기 게이트 절연층(120)은 질화물층 및/또는 산화물층을 포함할 수 있다. 상기 패시베이션층(140)은 상기 화소 소스 및 드레인 전극들(S1, D1)과 상기 회로 소스 및 드레인 전극들(S2, D2) 상에 형성될 수 있다. 상기 패시베이션층(140)은 질화물층 및/또는 산화물층을 포함할 수 있다.
상기 화소 전극(PE)은 상기 패시베이션층(140) 상에 형성된다. 상기 화소 전극(PE)은 상기 패시베이션층(140)을 관통하는 콘택홀을 통해서 상기 화소 드레인 전극(D1)과 직접적으로 콘택한다.
도면으로 도시하지 않았으나, 상기 화소 게이트 전극(G1) 및 상기 회로 게이트 전극(G2) 각각과 상기 베이스 기판(110) 사이에는 버퍼층이 배치될 수 있다. 상기 버퍼층은 상기 화소 트랜지스터(PSW) 및 상기 제1 회로 트랜지스터(TR1)와 상기 베이스 기판(110) 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다.
도 4a 및 도 4e는 도 3에 도시된 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4a를 참조하면, 상기 베이스 기판(110) 상에 상기 화소 게이트 전극(G1) 및 상기 회로 게이트 전극(G2)을 형성한다. 상기 베이스 기판(110)은 유리 기판, 소다 라임 기판, 플렉서블 플라스틱 기판 등을 포함할 수 있다.
상기 화소 게이트 전극(G1) 및 상기 회로 게이트 전극(G2)이 형성된 베이스 기판(110) 상에 상기 게이트 절연층(120)을 형성한다. 이어서, 상기 게이트 절연층(120) 위에 산화물 반도체용 조성물을 코팅하여 반도체층(130)을 형성한다.
상기 산화물 반도체용 조성물은 금속 옥살레이트 및 용매를 포함한다. 상기 금속 옥살레이트는 상기 조성물 내에서 아래의 화학식 1에 의해 나타내지는 착화합물을 형성한다.
<화학식 1>
Figure 112011104876709-pat00003
화학식 1에서, M은 Zn, Sn, In 또는 Ga를 나타낸다. X 는 히드록시기, 알콕시기, 할로겐 원자, NO3, CH3COO, SO4, PO4, C2O4, ClO4, ClO3, ClO2 또는 BF4 를 나타낸다. HX는 히드록시기, 알콕시기, 할로겐 원자,NO3, CH3COO, SO4, PO4, C2O4, ClO4, ClO3, ClO2 또는 BF4가 수소 원자와 결합하여 형성된 분자이다. a는 M의 원자가에서 2를 뺀 값이며, b는 1 내지 4의 정수이다.
본 실시예에서, 상기 금속 옥살레이트는 용매에 용해된 옥살산과 금속 이온의 반응으로 얻어진다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체용 조성물은 옥살산 화합물, 금속염 및 용매를 포함한다.
상기 산화물 반도체용 조성물은 기설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 반도체용 조성물과 실질적으로 동일하므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 산화물 반도체용 조성물은 코팅 방법은 특별히 제한되지는 않으며, 예를 들어, 스핀 코팅, 딥 코팅, 바 코팅, 스크린 프린팅, 슬라이드 코팅, 롤 코팅, 슬릿 코팅, 스프레이 코팅, 침지(dipping), 딥 펜(dip-pen), 나노 디스펜싱, 또는 잉크젯 인쇄 등의 방법이 이용될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 산화물 반도체용 조성물을 코팅하여 박막을 형성한 후, 상기 박막에 자외선을 조사한다.
상기 자외선 조사는 상기 박막에 포함된 금속 옥살레이트의 탄소-산소 결합의 분해를 촉진함으로써, 박막의 어닐링 온도를 낮출 수 있다. 상기 자외선 조사에 사용되는 자외선은 약 350 nm 내지 약 150 nm의 파장을 가질 수 있다.
상기 자외선을 조사한 후, 상기 박막은 어닐링 공정을 통해 열처리됨으로써 산화물 반도체를 포함하는 반도체층(130)을 형성한다.
본 실시예에서, 상기 어닐링 온도는 약 100 ℃ 내지 약 500 ℃일 수 있으며, 바람직하게는 약 100 ℃ 내지 350 ℃이다. 이는 종래의 산화물 반도체 조성물을 이용한 용액 공정의 어닐링 온도(약 450 ℃ 이상) 보다 현저히 낮은 온도이다.
도 4b를 참조하면, 상기 반도체층(130)을 패터닝하여 상기 제1 및 제2 반도체 패턴들(AP1, AP2)을 형성한다. 예를 들어, 상기 반도체층(130)은 사진 식각 공정을 통해서 패터닝될 수 있다. 상기 제1 반도체 패턴(AP1)은 상기 화소 게이트 전극(G1)과 중첩되고, 상기 제2 반도체 패턴(AP2)은 상기 회로 게이트 전극(G2)과 중첩된다.
도 4c를 참조하면, 상기 제1 및 제2 반도체 패턴들(AP1, AP2)을 부분적으로 커버하는 제1 및 제2 에치 스토퍼들(ES1, ES2)을 형성한다. 상기 제1 및 제2 에치 스토퍼들(ES1, ES2)은 후에 형성되는 소스 및 드레인 전극들 사이의 간격으로 노출되는 상기 제1 및 제2 반도체 패턴들(AP1, AP2)을 커버하여, 상기 제1 및 제2 반도체 패턴들(AP1, AP2)의 손상을 방지한다. 상기 제1 및 제2 에치 스토퍼들(ES1, ES2)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물 등을 포함할 수 있다.
도 4d를 참조하면, 상기 제1 및 제2 반도체 패턴들(AP1, AP2)을 포함하는 상기 베이스 기판(110) 상에 상기 화소 소스 및 드레인 전극들(S1, D1)과 상기 회로 소스 및 드레인 전극들(S2, D2)을 형성한다. 이에 따라, 상기 화소 트랜지스터(PSW) 및 상기 제1 회로 트랜지스터(TR1)가 제조될 수 있다.
상기 화소 소스 및 드레인 전극들(S1, D1)과 상기 회로 소스 및 드레인 전극들(S2, D2)은 데이터 금속층을 형성하고, 상기 데이터 금속층을 패터닝함으로써 형성할 수 있다. 상기 데이터 금속층은 주배선 금속막으로서 몰리브덴, 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다. 상기 데이터 금속층은 상기 주배선 금속막과 상부막 및/또는 하부막 사이에 개재된 버퍼 금속막을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 데이터 금속층은 주배선 금속막으로 몰리브덴막을 이용하거나, 주배선 금속막으로서 구리막을 이용하면서 상기 구리막 하부에 티타늄막이 형성된 구조를 가질 수 있다. 이와 달리, 상기 데이터 금속층은 주배선 금속막으로 알루미늄막을 이용하면서 상기 알루미늄막의 상면 및/또는 하면과 접촉하는 몰리브덴막을 버퍼 금속막으로 포함하는 구조를 가질 수 있다. 상기 버퍼 금속막은 상기 제1 및 제2 반도체 패턴들(AP1, AP2)과 상기 주배선 금속막 사이의 오믹 콘택층의 역할을 할 수도 있다.
도 3 및 4e를 참조하면, 상기 화소 소스 및 드레인 전극들(S1, D1)과 상기 회로 소스 및 드레인 전극들(S2, D2)을 포함하는 상기 베이스 기판(110) 상에 상기 패시베이션층(140)을 형성한다. 상기 패시베이션층(140)의 일부를 제거하여 상기 콘택홀(CH)을 형성하고, 상기 콘택홀(CH)이 형성된 상기 패시베이션층(140) 상에 상기 화소 전극(PE)을 형성한다. 이에 따라, 도 1 내지 도 3에 도시된 표시 기판(101)을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속 옥살레이트를 포함하는 산화물 반도체용 조성물을 이용함으로써, 저온에서 어닐링 공정을 수행할 수 있어, 플라스틱 기판 등의 적용이 용이하다. 뿐만 아니라, 환경 오염의 원인이 되는 부산물의 생성을 방지할 수 있다.
또한, 어닐링 전에, 상기 산화물 반도체용 조성물을 코팅하여 형성된 박막에 자외선을 조사함으로써, 어닐링 온도를 더욱 낮출 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 산화물 반도체용 조성물 및 이를 이용하여 형성된 박막 트랜지스터에 대한 실험 결과를 참조하여, 본 발명의 효과를 설명하기로 한다.
실시예 1
염화 인듐(InCl3) 및 옥살산을 각각 약 0.1 M 및 약 0.06 M 의 농도를 갖도록 2-메톡시에탄올과 혼합하고, 약 1시간 동안 교반하여, 산화물 반도체 조성물을 준비하였다.
실시예 2
P 형 불순물이 고농도로 도핑된 실리콘으로 형성된 게이트 전극 및 이를 커버하며, 두께가 약 1000 Å인 실리콘 옥사이드 절연막을 포함하는 기판 위에 실시예 1의 산화물 반도체 조성물을 스핀 코팅(2000 rpm, 20초)하여 박막을 형성하였다. 이후, 상기 기판을 약 250 ℃의 핫 플레이트 위에 놓고 대기 중에서 약 1시간 동안 가열하여 어닐링을 수행하여 인듐 산화물 반도체층을 형성하였다. 상기 산화물 반도체층 위에 전자빔 증착을 이용하여 알루미늄으로 이루어진 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하여 박막 트랜지스터를 준비하였다.
실시예 3
실시예 2와 동일한 방법으로 박막 트랜지스터를 준비하되, 상기 어닐링 단계 전에 약 254 nm의 메인 파장 및 약 185nm의 서브 파장을 갖는 자외선을 약 20분 동안 조사하였다.
실시예 4
실시예 2와 동일한 방법으로 박막 트랜지스터를 준비하되, 상기 어닐링 단계 전에 약 254 nm의 메인 파장 및 약 185nm의 서브 파장을 갖는 자외선을 약 45분 동안 조사하였다.
실시예 5
염화 인듐(InCl3), 옥살산, 질산 아연(Zn(NO3)2), 염화 주석(SnCl2)을 각각 약 0.3 M, 약 0.06 M, 약 0.13 M, 약 0.13 M의 농도를 갖도록 2-메톡시에탄올과 혼합하고약 1시간 동안 교반하여, 산화물 반도체 조성물을 준비하였다.
실시예 6
P 형 불순물이 고농도로 도핑된 실리콘으로 형성된 게이트 전극 및 이를 커버하며, 두께가 약 1000 Å인 실리콘 옥사이드 절연막을 포함하는 기판 위에 실시예 5의 산화물 반도체 조성물을 스핀 코팅(2000 rpm, 20초)하여 박막을 형성하였다. 이후, 상기 기판을 약 350 ℃의 핫 플레이트 위에 놓고 대기 중에서 약 1시간 동안 가열하여 어닐링을 수행하여 인듐-아연-주석 산화물 반도체층을 형성하였다. 상기 산화물 반도체층 위에 전자빔 증착을 이용하여 알루미늄으로 이루어진 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하여 박막 트랜지스터를 준비하였다.
실시예 7
실시예 6과 동일한 방법으로 박막 트랜지스터를 준비하되, 상기 어닐링 단계 전에 약 254 nm의 메인 파장 및 약 185nm의 서브 파장을 갖는 자외선을 약 20분 동안 조사하였다.
실시예 8
실시예 6과 동일한 방법으로 박막 트랜지스터를 준비하되, 상기 어닐링 단계 전에 약 254 nm의 메인 파장 및 약 185nm의 서브 파장을 갖는 자외선을 약 60분 동안 조사하였다.
박막트랜지스터의 전류 특성 실험
도 5는 실시예 2 내지 4의 박막 트랜지스터들의 게이트 전압의 변화에 따른 출력 전류를 도시한 그래프이다. 도 6은 실시예 6 내지 8의 박막 트랜지스터들의 게이트 전압의 변화에 따른 출력 전류를 도시한 그래프이다. 구체적으로, 상기 실시예 2 내지 4 및 6 내지 8의 박막 트랜지스터들의 소스 전극에 약 10 V의 전압을 인가하고, 게이트 전극에 인가되는 게이트 전압을 약 -20 V 부터 20 V 까지 변화시켜 출력 전류의 변화를 측정하였다.
도 5를 참조하면, 어닐링 전에 자외선을 조사한 실시예 3 및 4의 박막 트랜지스터들은 약 0 V에서 턴온되어, 종래의 기술보다 현저하게 낮은 온도인 약 250 ℃에서 어닐링이 가능함을 알 수 있다.
도 6을 참조하면, 인듐-아연-주선 산화물 반도체층을 포함하는 실시예 7 내지 8의 박막 트랜지스터들은 종래의 기술보다 낮은 온도인 약 350 ℃에서 어닐링이 가능함을 알 수 있다. 또한, 자외선을 조사하지 않은 실시예 6의 박막 트랜지스터 역시 동일한 온도에서 어닐링이 가능하였으며, 따라서, 금속 옥살레이트를 포함하는 본 발명의 산화물 반도체용 조성물을 이용함으로써, 어닐링 온도를 낮출 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 5 및 도 6을 참조하면, 전체적으로, 자외선의 조사 시간이 길어질수록 전류 특성이 증가하였는데, 이를 통하여, 상기 자외선 조사가 반도체박 내에서 불순물의 분해를 용이하게 하여 실질적으로 어닐링 효과를 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 산화물 반도체용 조성물은 박막 트랜지스터의 제조 및 액정표시장치, 유기EL표시장치 등과 같은 표시 장치의 제조에 이용될 수 있다.
101: 표시 기판 110: 베이스 기판
G1, G2: 게이트 전극 S1, S2: 소스 전극
D1, D2: 드레인 전극 AP1, AP2: 반도체 패턴
ES1, ES2 : 에치 스토퍼

Claims (20)

  1. 금속 옥살레이트; 및
    용매를 포함하고,
    상기 금속 옥살레이트는 할로겐산, H20, 질산, 아세트산, 황산, 인산, 옥살산, 과염소산 또는 불화붕소산과 결합하여 착화합물을 형성하며,
    상기 착화합물은 아래의 화학식 1로 나타내지는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체용 조성물.
    <화학식 1>
    Figure 112018025932217-pat00016

    (화학식 1에서, M은 Zn, Sn, In 또는 Ga를 나타낸다. X 는 히드록시기, 알콕시기, 할로겐 원자, NO3, CH3COO, SO4, PO4, C2O4, ClO4, ClO3, ClO2 또는 BF4 를 나타낸다. HX는 히드록시기, 알콕시기, 할로겐 원자,NO3, CH3COO, SO4, PO4, C2O4, ClO4, ClO3, ClO2 또는 BF4가 수소 원자와 결합하여 형성된 분자이다. a는 M의 원자가에서 2를 뺀 값이며, b는 1 내지 4의 정수이다.)
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 옥살레이트는 옥살레이트 이온과 결합된 Zn, Sn, In 및 Ga 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체용 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 금속 옥살레이트; 및
    용매를 포함하고,
    상기 금속 옥살레이트는 할로겐산, H20, 질산, 아세트산, 황산, 인산, 옥살산, 과염소산 또는 불화붕소산과 결합하여 착화합물을 형성하며,
    상기 착화합물은 아래의 화학식 2 또는 3으로 나타내지는 클러스터, 나노 입자 또는 졸-겔을 형성하는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체용 조성물.
    <화학식 2>
    (MOc)x(MXn)y{MXa(HX)bC2O4}z
    <화학식 3>
    (MXn)y{MXa(HX)bC2O4}z
    (화학식 2 및 화학식 3에서, M은 Zn, Sn, In 또는 Ga를 나타낸다. X 는 히드록시기, 알콕시기, 할로겐 원자, NO3, CH3COO, SO4, PO4, C2O4, ClO4, ClO3, ClO2 또는 BF4 를 나타낸다. HX는 히드록시기, 알콕시기, 할로겐 원자,NO3, CH3COO, SO4, PO4, C2O4, ClO4, ClO3, ClO2 또는 BF4가 수소 원자와 결합하여 형성된 분자이다. a는 M의 원자가에서 2를 뺀 값이며, b는 1 내지 4의 정수이다. n은 M의 원자가에 해당하는 정수이다. x는 1 내지 10의 정수, y는 1 내지 20의 정수, z는 1 내지 10의 정수이다. MO는 M의 산화물이며, c는 M의 원자가에 해당하는 정수를 2로 나눈 값이다.)
  6. 제1항에 있어서, 상기 용매는 물, 테트라하이드로퓨란, 알코올 및 에테르로이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체용 조성물.
  7. 금속염;
    옥살산 화합물; 및
    용매를 포함하고,
    상기 금속염은 Zn, Sn, In 또는 Ga의 할로겐화물, 니트레이트, 알콕사이드, 하이드록사이드, 아세테이트, 설포네이트, 포스페이트, 퍼클로레이트, 옥살레이트 및 플루오보레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하며, 상기 옥살산 화합물은 옥살산을 포함하고,
    상기 금속염의 몰 농도는 0.01 M 내지 1 M이며, 금속염에 대한 옥살산의 몰비는 0.1 내지 10인 것을 특징으로 하는 산화물 반도체용 조성물.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서, 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 알루미늄(Al), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 이트륨(Y), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 망간(Mn), 테크네튬(Tc), 레늄(Re), 철(Fe), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi), 란타늄(La), 세륨(Ce), 가돌리늄(Gd), 네오디뮴(Nd), 텔루륨(Te), 스칸듐(Sc), 폴로늄(Po), 프라세오디뮴(Pr), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 유로퓸(EU), 에르븀(Er) 또는 이테르븀(Yb)의 금속염들로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체용 조성물.
  11. 금속염;
    옥살산 화합물; 및
    용매를 포함하고,
    모노 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 모노이소프로필아민, N,N-메틸에탄올아민, 아미노에틸 에탄올아민, 디에틸렌글리콜아민, 2-(아미노에톡시)에탄올, N-t-부틸에탄올아민, N-t-부틸디에탄올아민, 테트라메틸암모늄하이드록시드, 메틸아민, 에틸아민, 아세틸아세톤, 염산, 질산, 황산, 초산, 수산화암모늄, 수산화칼륨 및 수산화나트륨으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 용액 안정화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체용 조성물.
  12. 제7항에 있어서, 상기 용매는 물, 테트라하이드로퓨란, 알코올 및 에테르로이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체용 조성물.
  13. 게이트 전극, 반도체 패턴, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에 있어서,
    기판 상에, 금속 옥살레이트 및 용매를 포함하는 산화물 반도체용 조성물을 코팅하여 박막을 형성하는 단계;
    상기 박막을 어닐링하는 단계; 및
    상기 박막을 패터닝하여 반도체 패턴을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 금속 옥살레이트는 할로겐산, H20, 질산, 아세트산, 황산, 인산, 옥살산, 과염소산 또는 불화붕소산과 결합하여 착화합물을 형성하며,
    상기 착화합물은 아래의 화학식 1로 나타내지는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
    <화학식 1>
    Figure 112018025932217-pat00017

    (화학식 1에서, M은 Zn, Sn, In 또는 Ga를 나타낸다. X 는 히드록시기, 알콕시기, 할로겐 원자, NO3, CH3COO, SO4, PO4, C2O4, ClO4, ClO3, ClO2 또는 BF4 를 나타낸다. HX는 히드록시기, 알콕시기, 할로겐 원자,NO3, CH3COO, SO4, PO4, C2O4, ClO4, ClO3, ClO2 또는 BF4가 수소 원자와 결합하여 형성된 분자이다. a는 M의 원자가에서 2를 뺀 값이며, b는 1 내지 4의 정수이다.)
  14. 제13항에 있어서, 상기 어닐링 단계는 100 ℃ 내지 350 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판의 제조방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 어닐링 단계를 수행하기 전에 상기 박막에 자외선을 조사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판의 제조방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 금속 옥살레이트는 옥살레이트 이온과 결합된 Zn, Sn, In 및 Ga 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판의 제조방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제13항에 있어서,
    상기 반도체 패턴 상에 에치 스토퍼를 형성하는 단계; 및
    상기 반도체 패턴과 상기 에치 스토퍼와 중첩되며 서로 이격된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판의 제조방법.
  20. 제13항에 있어서, 상기 산화물 반도체용 조성물은 스핀 코팅, 딥 코팅, 바 코팅, 스크린 프린팅, 슬라이드 코팅, 롤 코팅, 슬릿 코팅, 스프레이 코팅, 침지(dipping), 딥 펜(dip-pen), 나노 디스펜싱 또는 잉크젯 인쇄에 의해 코팅되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판의 제조방법.
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