KR20050077525A - Method of forming organic semiconductor pattern and method of manufacturing organic thin film transistor using the same - Google Patents
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Abstract
유기 반도체 패턴의 형성 방법과 이를 이용한 유기 박막 트랜지스터의 제조 방법이 개시되어 있다. 기판 상에 마스크층을 형성한 후, 상기 마스크층을 패터닝하여 유기 반도체 패턴이 형성될 기판을 노출시킨다. 패터닝된 마스크층 및 노출된 기판 상에 유기 반도체층을 증착한다. 패터닝된 마스크층을 제거하면서 패터닝된 마스크층 위의 유기 반도체층을 리프트-오프하여 노출된 기판 상에만 유기 반도체층을 잔존시킨다. 기존의 섀도우 마스크를 이용한 증착 공정의 진행시 섀도우 마스크와 기판 간의 열팽창 계수의 차이에 의해 발생되는 미스얼라인 및 들뜸 현상을 해결할 수 있다.A method of forming an organic semiconductor pattern and a method of manufacturing an organic thin film transistor using the same are disclosed. After forming a mask layer on the substrate, the mask layer is patterned to expose the substrate on which the organic semiconductor pattern is to be formed. An organic semiconductor layer is deposited on the patterned mask layer and the exposed substrate. The organic semiconductor layer on the patterned mask layer is lifted off while removing the patterned mask layer, leaving the organic semiconductor layer only on the exposed substrate. In the deposition process using the conventional shadow mask, the misalignment and the floating phenomenon caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between the shadow mask and the substrate can be solved.
Description
본 발명은 유기 반도체 패턴의 형성 방법 및 이를 이용한 유기 박막 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 섀도우 마스크를 사용하지 않고 유기 반도체 패턴을 형성하는 방법 및 이를 이용한 유기 박막 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming an organic semiconductor pattern and a method of manufacturing an organic thin film transistor using the same, and more particularly, to a method of forming an organic semiconductor pattern without using a shadow mask and a method of manufacturing an organic thin film transistor using the same. .
최근, 음극 선관(cathode ray tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시 장치들이 개발되고 있다. 이러한 평판 표시 장치는 액정 표시 장치(liquid crystal display; LCD), 전계 방출 표시 장치(field emission display; FED), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel; PDP), 일렉트로-루미네센스 표시 장치(electro-luminescence display; EL) 등이 있다.Recently, various flat panel display devices that can reduce weight and volume, which are disadvantages of cathode ray tubes, have been developed. Such flat panel displays include liquid crystal displays (LCDs), field emission displays (FEDs), plasma display panels (PDPs), electro-luminescence displays (electro-luminescence). display; EL).
상술한 각종 디스플레이 장치에 대한 미래 정보화 사회의 경향은 모바일 영역에서 표시 품질의 고성능화와 함께 편리함을 추구할 수 있는, 종이같은 플렉시블 디스플레이(paper-like flexible display)라는 새로운 시장이라고 할 수 있다. 이러한 플렉시블 디스플레이를 구현하기 위해서는 능동 구동 소자 어레이 개발에 있어서는 저원가 공정 적용이 용이하면서 소자의 유연성과 내구성이 우수할 것이 요구된다. 이러한 요건을 갖춘 소자로서 유기 반도체 소자를 예로 들 수 있다.The trend of the future information society for the various display devices described above is a new market called paper-like flexible display, which can pursue convenience with high performance of display quality in the mobile domain. In order to implement such a flexible display, in the development of an active driving device array, it is required to easily apply a low cost process and to have excellent flexibility and durability of the device. Examples of the device having such a requirement include an organic semiconductor device.
현재 연구되고 있는 유기 반도체 재료로서는 폴리페닐렌(poly(phenylene)s), 단부가 치환된 티오펜 올리고머(end-substituted thiophene oligomers), 펜타센(pentacene), 프탈로시아닌(phthalocyanine), 레지오레귤러 폴리(3-알킬티오펜)(regioregular poly(3-alkylthiophene)s) 등을 들 수 있다.Organic semiconductor materials currently being studied include poly (phenylenes), end-substituted thiophene oligomers, pentacene, phthalocyanine, and regioregular poly (3). -Alkylthiophene) (regioregular poly (3-alkylthiophene) s) and the like.
플렉시블 디스플레이의 개발에 있어서 중요한 분야 중 하나가 바로 상기 유기 반도체 재료를 이용한 패터닝 공정이라고 할 수 있다. 유기 반도체는 반도체 특성을 나타내는 공액성 유기 고분자인 폴리아세틸렌이 개발된 후, 유기물의 특성 즉 합성 방법의 다양함, 섬유나 필름 형태로의 성형이 용이함, 유연성, 전도성, 저렴한 생산비 때문에 새로운 전기 전자 재료로서 기능성 전자 소자 및 광소자 등 광범위한 분야에서 활발한 연구가 이루어지고 있다.One important field in the development of flexible displays is the patterning process using the organic semiconductor material. After the development of polyacetylene, a conjugated organic polymer showing semiconductor properties, organic semiconductors have new electrical and electronic materials due to the characteristics of organic materials, that is, the variety of synthetic methods, the ease of forming into fibers or films, flexibility, conductivity and low production cost Active research is being conducted in a wide range of fields such as functional electronic devices and optical devices.
이러한 전도성 고분자를 이용한 소자 중에서 유기물을 액티브층으로 사용하는 유기 박막 트랜지스터(Organic TFT; OTFT)에 관한 연구는 1980년 이후부터 시작되었으며, 근래에는 전 세계에서 많은 연구가 진행중에 있다.Among the devices using such conductive polymers, research on organic TFTs (OTFTs) using organic materials as active layers has been started since 1980, and recently, many studies are underway in the world.
유기 박막 트랜지스터는 비정질실리콘 또는 폴리실리콘으로 액티브층을 형성하는 실리콘 박막 트랜지스터와 구조적으로 거의 같은 형태로서, 반도체 영역에 실리콘 대신 유기물을 사용한다는 차이점이 있다. 하지만, 유기 박막 트랜지스터는 제작 공정 면에서 실리콘 박막 트랜지스터에 비하여 간단하고 비용이 저렴하다는 장점을 가지고 있다. 이와 같이 무기 물질을 저렴한 유기 화합물로 대체하는 것이 현재 큰 관심이 되고 있다. π-컨쥬게이트된 다수의 유기 물질이 박막 트랜지스터 내의 액티브층으로 사용되어 왔으나 이들 물질은 불량한 전기적 성능을 갖고 있고, 대량 생산 공정으로 제조하기가 곤란하거나 대기중의 산소 및 물의 공격에 대한 불충분한 내성으로 인하여 장치의 수명이 단축되는 등의 문제점을 가지고 있는 것으로 알려져 있다.The organic thin film transistor has a structure that is almost the same as a silicon thin film transistor that forms an active layer of amorphous silicon or polysilicon, and uses an organic material instead of silicon in the semiconductor region. However, organic thin film transistors have advantages in terms of manufacturing process that are simple and inexpensive compared to silicon thin film transistors. As such, replacing inorganic materials with inexpensive organic compounds is of great interest at present. Many π-conjugated organic materials have been used as active layers in thin film transistors, but these materials have poor electrical performance and are difficult to manufacture in mass production processes or insufficient resistance to attack of oxygen and water in the atmosphere This is known to have a problem such as shortening the life of the device.
유기 반도체를 이용한 공정은 크게 폴리머 반도체(polymer semiconductor) 공정과 올리고머 반도체(oligomeric semiconductor) 공정의 두 분야로 나눌 수 있다. 폴리머 반도체 공정은 고분자를 반도체 재료로 이용하는데, 고분자 물질을 용매에 용해시킨 후 기판 상에 스핀 코팅 등의 기술로 적용하고 용매를 증발시킨 후 패터닝하는 기술이다. 이에 비하여, 올리고머 반도체 공정은 고분자가 아닌 저분자량의 유기물을 이용하는 공정인데, 현재까지는 적용 가능한 재료를 용이하게 용해시킬 수 있는 용매가 없다. 대표적인 유기물로서는 펜타센을 예로 들 수 있다.Processes using organic semiconductors can be broadly classified into two fields, a polymer semiconductor process and an oligomeric semiconductor process. In the polymer semiconductor process, a polymer is used as a semiconductor material, and a polymer material is dissolved in a solvent, applied to a substrate by spin coating, or the like, and then patterned after evaporation of the solvent. In contrast, the oligomeric semiconductor process is a process that uses a low molecular weight organic material rather than a polymer, so far there is no solvent that can easily dissolve the applicable material. Pentacene is mentioned as a typical organic substance.
펜타센은 도 1에 나타난 바와 같이 다섯 개의 벤젠 고리를 가진 작은 방향성 탄화수소 물질이다. 이 구조는 이중과 단일 결합을 가진 펜타센 분자가 연속적으로 결합되어 있고, 분자 내에서 전자의 움직임은 매우 빠르나 분자간이 이동은 전자의 호핑(hopping)으로 이루어지므로 분자의 밀집도(close-packing)가 캐리어의 이동도에 직접적인 영향을 주게 된다. 펜타센은 매우 높은 전계 효과 이동도(mobility)를 제공하나 이는 고진공하에서 증착된 경우에만 그러한 것으로 보고되어 있다(Syn. Metals, 41-43, 1991, p1127). 또한 용해 가능한 전구체는 액체 공정을 가능하게 하는 치환된 펜타센에 대하여 보고되어 있다. 그러나 증착된 패턴에 비하여 성능이 월등하게 저하되며, 액티브층 형성을 위해서 이 물질을 액체 공정으로 적용한 이후에 진공 하에서 상대적으로 높은 온도(140∼180℃)로 가열할 필요가 있다.Pentacene is a small aromatic hydrocarbon material with five benzene rings as shown in FIG. 1. In this structure, pentacene molecules having double and single bonds are continuously connected, and the movement of electrons in the molecule is very fast, but the intermolecular movement is made by electron hopping, so the close-packing of molecules This will directly affect the mobility of the carrier. Pentacene provides very high field effect mobility, but this is only reported when deposited under high vacuum (Syn. Metals, 41-43, 1991, p1127). Soluble precursors have also been reported for substituted pentacenes that enable liquid processing. However, the performance is much lower than that of the deposited pattern, and after the material is applied in a liquid process to form an active layer, it is necessary to heat it to a relatively high temperature (140 to 180 ° C.) under vacuum.
결국, 이러한 유기 반도체 물질을 기판 상에 적용하기 위한 공정은 섀도우 마스크(shadow mask)를 개재한 증착 공정(evaporation)으로 한정되어 있다. 이 방법은 반도체 공정의 사진식각 공정을 수행하지 않아도 된다는 장점은 있지만, 섀도우 마스크를 사용해야 하는데 따르는 많은 단점을 가지고 있다.As a result, the process for applying such an organic semiconductor material onto a substrate is limited to evaporation via a shadow mask. This method has the advantage that it does not need to perform the photolithography process of the semiconductor process, but has a number of disadvantages of using a shadow mask.
즉, 미세한 패턴을 형성하기 위해서 섀도우 마스크의 두께가 매우 얇아야 하기 때문에 이를 핸들링하기 어렵다는 문제가 있고, 유기 반도체 물질의 증착시 패턴의 형성을 위해서 증착되는 기판 상에 섀도우 마스크를 밀착시켜야 하기 때문에 반복적인 사용이 수회로 제한된다. 무엇보다도, 대형 기판용 섀도우 마스크는 대응이 쉽지 않으며 가격이 매우 비싸기 때문에 저원가 공정이라는 취지에 부합하지 못하는 것이 사실이다.In other words, the shadow mask has to be very thin in order to form a fine pattern, and thus it is difficult to handle it, and the shadow mask is repeatedly adhered to the substrate to be deposited for the formation of the pattern when the organic semiconductor material is deposited. The use of phosphorus is limited to several times. First of all, it is true that shadow masks for large substrates are not easy to respond and are very expensive, which does not meet the intention of low cost process.
상술한 섀도우 마스크를 이용한 유기 반도체 물질의 일반적인 패터닝 방법에 대하여 종래의 저항 가열법에 의한 진공 증착 공정을 투명한 애노드 전극 상에 유기 반도체 패턴을 형성하는 것을 예로 하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다. The general patterning method of the organic semiconductor material using the shadow mask described above will be described in more detail with an example of forming an organic semiconductor pattern on a transparent anode electrode by a vacuum deposition process by a conventional resistance heating method.
도 2는 종래의 섀도우 마스크를 이용한 증착 공정을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.2 is a schematic perspective view illustrating a deposition process using a conventional shadow mask.
도 2를 참고하면, 진공 증착장치는 진공 챔버(15)와, 진공 챔버(15) 내부에 설치되며 내부에 유기 물질(10)이 담긴 가열 용기(12)와, 투명한 애노드 전극(2)이 형성된 유리 기판(1)과, 가열 용기(12)와 기판(1) 사이에 거리 차를 두고 대면되게 설치되는 섀도우 마스크(13)를 구비한다. 상기 섀도우 마스크(13)는 홀더(17)에 고정되어 증착 장치에 장착된다.Referring to FIG. 2, the vacuum deposition apparatus includes a vacuum chamber 15, a heating container 12 installed inside the vacuum chamber 15 and containing an organic material 10 therein, and a transparent anode electrode 2. The glass substrate 1 and the shadow mask 13 provided so that the heating container 12 and the board | substrate 1 may face a space difference are provided. The shadow mask 13 is fixed to the holder 17 and mounted in the deposition apparatus.
상기 진공 챔버(15)는 외부로부터 이물질이 유입되지 않도록 진공 상태가 되고, 내부의 압력이 적절하게 조절된다. 가열 용기(12)는 진공 챔버(15)의 저면에 유기물질을 수용하며 상부 쪽에 개구부가 있고, 이 개구부에 유기 물질(10)을 수용하게 된다. 또한, 가열 용기(12)에는 수용된 유기 물질(10)을 승화시키기 위한 저항(18)이 감싸여진다.The vacuum chamber 15 is in a vacuum state so that foreign matter does not flow from the outside, and the pressure inside is adjusted appropriately. The heating vessel 12 accommodates the organic material on the bottom of the vacuum chamber 15 and has an opening on the upper side thereof, and receives the organic material 10 in the opening. The heating vessel 12 is also enclosed with a resistor 18 for sublimating the contained organic material 10.
상기 기판(1) 상에는 투명한 애노드 전극(2)이 형성되어 있다. 섀도우 마스크(13)는 애노드 전극(2) 상에 일정한 패턴으로 유기 물질(10)이 증착되도록 하는 역할을 한다. 상기 섀도우 마스크(13)는 다양한 형상을 가질 수 있는데, 예컨대 슬롯(14)을 스트라이프(stripe) 형태 또는 매트릭스 형태로 배열하여 형성한다.A transparent anode electrode 2 is formed on the substrate 1. The shadow mask 13 serves to deposit the organic material 10 in a predetermined pattern on the anode electrode 2. The shadow mask 13 may have various shapes. For example, the shadow mask 13 may be formed by arranging the slots 14 in a stripe form or a matrix form.
이와 같은 유기 물질 증착 장치의 증착 공정을 설명하면, 유기 물질 증착 장치는 진공 챔버(15) 내에 설치된 가열 용기(12)를 저항(18)에 의해 가열하게 된다. 이는 가열 용기(12)에 수용된 유기 물질(10)은 상온에서는 증발되지 않고 일정한 온도 대략 200℃ 이상의 온도에서 증발한다.Referring to the deposition process of the organic material deposition apparatus, the organic material deposition apparatus heats the heating vessel 12 installed in the vacuum chamber 15 by the resistor 18. This is because the organic material 10 contained in the heating vessel 12 does not evaporate at room temperature but evaporates at a constant temperature of approximately 200 ° C. or more.
이에 따라, 가열된 가열 용기(12)에서 증발되는 유기 물질(20)이 분자 또는 원자 상태로 증발되고, 기판(1)과 가열 용기(12) 사이에 섀도우 마스크(13)의 슬롯들(14)을 통과한 유기 물질(10)만이 상대적으로 온도가 낮은 기판(1)의 애노드 전극(2) 상에 증착된다. 증착되는 유기 물질의 패턴 형상은 섀도우 마스크(13)의 슬롯(14) 형상에 의해 결정된다.Accordingly, the organic material 20 evaporated in the heated heating vessel 12 is evaporated in a molecular or atomic state, and the slots 14 of the shadow mask 13 between the substrate 1 and the heating vessel 12. Only the organic material 10 passed through is deposited on the anode electrode 2 of the substrate 1 having a relatively low temperature. The pattern shape of the deposited organic material is determined by the shape of the slot 14 of the shadow mask 13.
이러한 증착 공정에 의하면 상술한 문제점 외에도 하기와 같은 문제가 있다. 증착 공정중 유기 물질(10)을 증발시키기 위하여 진공 챔버(15) 내에서 가열 용기(12)를 가열하게 되는데, 이 가열되는 열에 의한 복사에너지가 섀도우 마스크(13)에 전달되어 섀도우 마스크(13)의 온도가 증가하게 된다. 이에 따라 섀도우 마스크(13)가 열팽창하게 되고, 기판(1)과 섀도우 마스크(13) 간의 열팽창 계수의 차이에 의해 섀도우 마스크(13)가 기판(1)에 대해 미스얼라인되거나 들뜨는 현상이 발생하게 된다. 이러한 미스얼라인 및 들뜸 현상은 기판(1)의 크기가 대형화될수록 더욱 심하게 발생한다.According to this deposition process, in addition to the above-described problems, there are the following problems. The heating vessel 12 is heated in the vacuum chamber 15 to evaporate the organic material 10 during the deposition process, and radiant energy from the heated heat is transferred to the shadow mask 13 to provide the shadow mask 13. The temperature of increases. Accordingly, the shadow mask 13 is thermally expanded, and the shadow mask 13 is misaligned or lifted with respect to the substrate 1 due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the substrate 1 and the shadow mask 13. do. Such misalignment and lifting occurs more severely as the size of the substrate 1 becomes larger.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 증착 공정에 따르는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 저분자량 유기 반도체 재료를 이용한 패터닝 방법에 있어서, 섀도우 마스크를 사용하지 않고 리프트-오프(lift-off) 방식으로 유기 반도체를 패터닝할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the problems caused by the above-described deposition process, and in a patterning method using a low molecular weight organic semiconductor material, an organic semiconductor in a lift-off method without using a shadow mask. It is to provide a method that can be patterned.
본 발명의 다른 목적은 상기한 유기 반도체 패턴의 형성 방법을 이용한 유기 박막 트랜지스터의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an organic thin film transistor using the method for forming an organic semiconductor pattern.
상기 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판 상에 마스크층을 형성하는 단계; 상기 마스크층을 패터닝하여 유기 반도체 패턴이 형성될 기판을 노출시키는 단계; 상기 패터닝된 마스크층 및 상기 노출된 기판 상에 유기 반도체층을 증착하는 단계; 및 상기 패터닝된 마스크층을 제거하면서 상기 패터닝된 마스크층 위의 상기 유기 반도체층을 리프트-오프하여 상기 노출된 기판 상에만 상기 유기 반도체층을 잔존시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 패턴의 형성 방법을 제공한다. The present invention to achieve the above object, forming a mask layer on a substrate; Patterning the mask layer to expose a substrate on which an organic semiconductor pattern is to be formed; Depositing an organic semiconductor layer on the patterned mask layer and the exposed substrate; And removing the patterned mask layer while lifting off the organic semiconductor layer on the patterned mask layer to leave the organic semiconductor layer only on the exposed substrate. It provides a formation method.
바람직하게는, 상기 마스크층은 포토레지스트 또는 감광성을 갖는 고분자 물질로 형성한다.Preferably, the mask layer is formed of a photoresist or a polymeric material having photosensitivity.
바람직하게는, 상기 패터닝된 마스크층은 상기 유기 반도체층에 영향을 주지 않는 용매를 이용하여 제거한다.Preferably, the patterned mask layer is removed using a solvent that does not affect the organic semiconductor layer.
바람직하게는, 상기 유기 반도체층은 펜타센 또는 테트라센으로 형성한다.Preferably, the organic semiconductor layer is formed of pentacene or tetracene.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 게이트 전극, 게이트 절연막, 소오스/드레인 전극 및 유기 반도체로 이루어진 액티브 패턴을 구비하는 유기 박막 트랜지스터의 제조 방법에 있어서, 상기 액티브 패턴의 형성은, 기판 상에 마스크층을 형성하는 단계; 상기 마스크층을 패터닝하여 상기 액티브 패턴이 형성될 기판을 노출시키는 단계; 상기 패터닝된 마스크층 및 상기 노출된 기판 상에 유기 반도체층을 형성하는 단계; 및 상기 패터닝된 마스크층을 제거하면서 상기 패터닝된 마스크층 위의 상기 유기 반도체층을 리프트-오프하여 상기 노출된 기판 상에만 상기 유기 반도체층을 잔존시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 박막 트랜지스터의 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing an organic thin film transistor having an active pattern consisting of a gate electrode, a gate insulating film, a source / drain electrode, and an organic semiconductor, wherein the active pattern is formed on a substrate. Forming a mask layer; Patterning the mask layer to expose a substrate on which the active pattern is to be formed; Forming an organic semiconductor layer on the patterned mask layer and the exposed substrate; And removing the patterned mask layer while lifting off the organic semiconductor layer on the patterned mask layer, leaving the organic semiconductor layer only on the exposed substrate. It provides a method for producing.
본 발명에 의하면, 저분자량의 유기 반도체 물질을 이용하여 플랙시블 소자를 제작하는데 있어서, 섀도우 마스크를 이용하지 않고 리프트-오프 방식으로 유기 반도체 패턴을 형성함으로써 향후 이를 이용한 플랙시블 소자의 제작 공정을 한 단계 개선시킬 수 있게 된다. According to the present invention, in manufacturing a flexible device using a low-molecular weight organic semiconductor material, the organic semiconductor pattern is formed by a lift-off method without using a shadow mask, thereby manufacturing a flexible device using the same. Step can be improved.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a 내지 3d는 본 발명에 따른 유기 반도체 패턴의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of forming an organic semiconductor pattern according to the present invention.
도 3a를 참조하면, 유기 반도체 패턴을 형성하고자 하는 기판(100) 상에 마스크층(105)을 형성한다. 상기 기판(100)은 성분 또한 목적에 따라서 금속, 유리, 플라스틱 등 어떠한 물질이든지 적용 가능하다. 그러나, 플랙시블 디스플레이 소자의 제조를 위해서는 가요성을 갖는 기판을 적용해야 할 것이다.Referring to FIG. 3A, a mask layer 105 is formed on a substrate 100 on which an organic semiconductor pattern is to be formed. The substrate 100 may be applied to any material, such as metal, glass, plastic, depending on the component and purpose. However, in order to manufacture a flexible display device, a flexible substrate must be applied.
상기 마스크층(105)은 포토레지스트나 후속의 리프트-오프 공정에서 유기 반도체층을 영향을 주지 않는 용매에 용이하게 녹을 수 있는 고분자 물질, 예컨대 폴리비닐알코올로 형성한다. 이때, 상기 고분자 물질은 그 자체가 빛에 반응해 화학적 변화로 상을 형성하는 감광성을 갖거나, 상기 고분자 물질에 첨가제 등을 넣어 감광성을 갖도록 한다.The mask layer 105 is formed of a polymeric material, such as polyvinyl alcohol, which can be easily dissolved in a solvent that does not affect the organic semiconductor layer in a photoresist or subsequent lift-off process. At this time, the polymer material itself has photosensitivity to react with light to form an image by chemical change, or to add an additive or the like to the polymer material to have photosensitivity.
도 3b를 참조하면, 포토 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정을 통해 상기 마스크층(105)을 패터닝하여 유기 반도체 패턴이 형성될 기판(100)을 노출시킨다. 즉, 상기 마스크층(105)은 상기 유기 반도체 패턴과 반대의 형상을 갖도록 패터닝된다.Referring to FIG. 3B, the mask layer 105 is patterned through an exposure and development process using a photo mask to expose the substrate 100 on which the organic semiconductor pattern is to be formed. That is, the mask layer 105 is patterned to have a shape opposite to that of the organic semiconductor pattern.
도 3c를 참조하면, 상기 패터닝된 마스크층(105a) 및 상기 노출된 기판(100) 상에 전면 증착 등의 방법으로 유기 반도체층(110)을 증착한다.Referring to FIG. 3C, the organic semiconductor layer 110 is deposited on the patterned mask layer 105a and the exposed substrate 100 by, for example, surface deposition.
상기 유기 반도체 물질로는 도 1에 도시된 바와 같은 펜타센이 용이하게 적용 가능하며, 그 외에도 테트라센, 프탈로시아닌, 레지오레귤라 폴리(3-알킬티오펜), 단부 치환된 티오펜 올리고머 등과 같은 저분자량의 유기 반도체 물질이 모두 적용 가능하다.As the organic semiconductor material, pentacene as shown in FIG. 1 can be easily applied, and in addition, low molecular weight such as tetracene, phthalocyanine, reggioregular poly (3-alkylthiophene), and end-substituted thiophene oligomer All of the organic semiconductor materials are applicable.
도 3d를 참조하면, 상기 유기 반도체층(110)에 영향을 주지 않으면서 상기 패터닝된 마스크층(105a)을 용해시킬 수 있는 용매를 이용하여 상기 패터닝된 마스크층(105a)을 제거한다. 상기 용매에 의해 상기 패터닝된 마스크층(105a)이 용해되는 동안, 상기 패터닝된 마스크층(105a) 위의 상기 유기 반도체층(110)이 리프트-오프된다. 따라서, 상기 노출된 기판(100) 상에만 상기 유기 반도체층(110)이 잔존함으로써, 소망하는 유기 반도체 패턴(115)이 형성된다.Referring to FIG. 3D, the patterned mask layer 105a is removed using a solvent capable of dissolving the patterned mask layer 105a without affecting the organic semiconductor layer 110. While the patterned mask layer 105a is dissolved by the solvent, the organic semiconductor layer 110 on the patterned mask layer 105a is lifted off. Therefore, the organic semiconductor layer 110 remains only on the exposed substrate 100, thereby forming a desired organic semiconductor pattern 115.
상술한 본 발명의 방법에 의하면, 리프트-오프 방식으로 유기 반도체 패턴을 형성함으로써 기존의 섀도우 마스크를 이용한 증착 공정시 섀도우 마스크와 기판 간의 열팽창 계수의 차이에 의해 발생되는 미스얼라인 및 들뜸 현상을 해결할 수 있다.According to the method of the present invention described above, by forming an organic semiconductor pattern in a lift-off method to solve the misalignment and excitation phenomenon caused by the difference in thermal expansion coefficient between the shadow mask and the substrate during the deposition process using the existing shadow mask Can be.
또한, 본 발명의 방법을 적용하여 유기 반도체 패턴을 형성하면, 기존의 섀도우 마스크를 이용한 증착 공정에 비하여 기판 크기의 대형화가 가능해진다. In addition, by forming the organic semiconductor pattern by applying the method of the present invention, it is possible to increase the size of the substrate compared to the deposition process using a conventional shadow mask.
이하, 이상과 같은 유기 반도체 패턴의 형성 방법을 이용하여 유기 박막 트랜지스터를 제조하는 방법에 대하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing an organic thin film transistor using the above-described method of forming an organic semiconductor pattern will be described.
도 4는 본 발명의 방법에 따라 제조된 유기 박막 트랜지스터의 일 예를 나타낸 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing an example of an organic thin film transistor manufactured according to the method of the present invention.
도 4를 참조하면, 유기 박막 트랜지스터는 통상의 실리콘 박막 트랜지스터와 마찬가지로, 기판(200) 상에 형성된 게이트 전극(205), 상기 게이트 전극(205) 및 기판(200) 상에 형성된 게이트 절연막(210), 상기 게이트 절연막(210) 상에 서로 이격되어 형성된 소오스 전극(215) 및 드레인 전극(220), 그리고 상기 소오스 전극(215)과 드레인 전극(220) 사이의 노출된 게이트 절연막(210)의 표면으로부터 상기 소오스/드레인 전극(215, 220)의 상부 표면 일부분까지 신장되어 형성된 액티브 패턴(235)을 포함한다. Referring to FIG. 4, the organic thin film transistor is a gate electrode 205 formed on the substrate 200, the gate electrode 205, and the gate insulating layer 210 formed on the substrate 200, like the conventional silicon thin film transistor. A source electrode 215 and a drain electrode 220 formed on the gate insulating layer 210 and spaced apart from each other, and an exposed surface of the gate insulating layer 210 between the source electrode 215 and the drain electrode 220. The active pattern 235 is formed to extend to a portion of the upper surface of the source / drain electrodes 215 and 220.
이하, 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 상기 유기 박막 트랜지스터의 제조 방법에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, a method of manufacturing the organic thin film transistor will be described in detail with reference to FIGS. 5A to 5C.
도 5a를 참조하면, 유리 또는 폴리에테르술폰(PES), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 가요성 플라스틱 재료로 이루어진 기판(200) 위에 적절한 제1 도전막을 증착 또는 스퍼터링한 후, 사진식각 공정으로 상기 제1 도전막을 패터닝하여 게이트 전극(205)을 형성한다.Referring to FIG. 5A, a suitable first conductive film is deposited or sputtered on a substrate 200 made of a flexible plastic material such as glass or polyether sulfone (PES), polyethylene terephthalate (PET), and the like by the photolithography process. The first conductive film is patterned to form the gate electrode 205.
상기 게이트 전극(205)으로 사용되는 제1 도전막은 얻어지는 트랜지스터의 기능에 악영향을 미치지 않는 한 어느 재료이어도 되며, 예를 들어 금속 물질, 인듐 주석 산화물(ITO), 산화 주석(SnO2) 등의 무기 화합물계 재료 또는 도핑된 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 등의 도전성 고분자 재료를 사용할 수 있다.The first conductive film used as the gate electrode 205 may be any material as long as it does not adversely affect the function of the resulting transistor. For example, inorganic materials such as a metal material, indium tin oxide (ITO), and tin oxide (SnO 2 ) may be used. Compound-based materials or conductive polymer materials such as doped polyaniline, polypyrrole, polythiophene and the like can be used.
상기 게이트 전극(205) 및 기판(200) 상에 폴리아크릴로니트릴, 폴리불화비닐리덴, 시아노에틸화 플루란 등의 고유전율 유기물을 도포한 후, 상기 고유전율의 유기물을 경화시켜 게이트 절연막(210)을 형성한다. After applying a high dielectric constant organic material such as polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, and cyanoethylated fluorane on the gate electrode 205 and the substrate 200, the high dielectric constant organic material is cured to form a gate insulating film ( 210).
이어서, 상기 게이트 절연막(210) 상에 제2 도전막을 증착 또는 스퍼터링한 후, 사진식각 공정으로 상기 제2 도전막을 패터닝하여 소오스 전극(215) 및 드레인 전극(220)을 형성한다. 상기 소오스/드레인 전극(220)으로 사용되는 제2 도전막은 얻어지는 트랜지스터의 기능에 악영향을 미치지 않는 한 어느 재료이어도 되며, 예를 들어 금속 물질, 인듐 주석 산화물(ITO), 산화 주석(SnO2) 등의 무기 화합물계 재료 또는 도핑된 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 등의 도전성 고분자 재료를 사용할 수 있다.Subsequently, after depositing or sputtering a second conductive layer on the gate insulating layer 210, the second conductive layer is patterned by a photolithography process to form a source electrode 215 and a drain electrode 220. The second conductive film used as the source / drain electrode 220 may be any material as long as it does not adversely affect the function of the resulting transistor. For example, a metal material, indium tin oxide (ITO), tin oxide (SnO 2 ), or the like may be used. Inorganic compound materials or conductive polymer materials such as doped polyaniline, polypyrrole, polythiophene and the like can be used.
그런 다음, 상기 소오스/드레인 전극(215)을 포함한 기판(200) 상에 마스크층(225)을 형성한다. 상기 마스크층(225)은 포토레지스트나 후속의 리프트-오프 공정에서 유기 반도체층을 영향을 주지 않는 용매에 용이하게 녹을 수 있는 고분자 물질, 예컨대 폴리비닐알코올로 형성한다. 이때, 상기 고분자 물질은 그 자체가 빛에 반응해 화학적 변화로 상을 형성하는 감광성을 갖거나, 상기 고분자 물질에 첨가제 등을 넣어 감광성을 갖도록 한다.Next, a mask layer 225 is formed on the substrate 200 including the source / drain electrodes 215. The mask layer 225 is formed of a polymeric material, such as polyvinyl alcohol, which can be easily dissolved in a solvent that does not affect the organic semiconductor layer in a photoresist or subsequent lift-off process. At this time, the polymer material itself has photosensitivity to react with light to form an image by chemical change, or to add an additive or the like to the polymer material to have photosensitivity.
도 5b를 참조하면, 포토 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정을 통해 상기 마스크층(225)을 패터닝하여 유기 박막 트랜지스터의 채널로 제공되는 유기 액티브 패턴이 형성될 기판(200)을 노출시킨다. 즉, 상기 마스크층(225)은 상기 유기 액티브 패턴과 반대의 형상을 갖도록 패터닝된다.Referring to FIG. 5B, the mask layer 225 is patterned through an exposure and development process using a photo mask to expose a substrate 200 on which an organic active pattern provided to a channel of an organic thin film transistor is to be formed. That is, the mask layer 225 is patterned to have a shape opposite to that of the organic active pattern.
도 5c를 참조하면, 상기 패터닝된 마스크층(225a) 및 상기 노출된 기판(200) 상에 전면 증착 등의 방법으로 유기 반도체층(230)을 증착한다. Referring to FIG. 5C, the organic semiconductor layer 230 is deposited on the patterned mask layer 225a and the exposed substrate 200 by, for example, surface deposition.
상기 유기 반도체 물질로는 도 1에 도시된 바와 같은 펜타센이 용이하게 적용 가능하며, 그 외에도 테트라센, 프탈로시아닌, 단부 치환된 티오펜 올리고머 등과 같은 저분자량의 유기 반도체 물질이 모두 적용 가능하다. 상기 유기 반도체층(230)은 트랜지스터의 종류 등에 따라 변동이 있지만, 통상 약 10 내지 500mm의 두께로 형성한다. As the organic semiconductor material, pentacene as shown in FIG. 1 may be easily applied. In addition, low molecular weight organic semiconductor materials such as tetracene, phthalocyanine, and end-substituted thiophene oligomer may be applied. The organic semiconductor layer 230 may vary depending on the type of transistor, but is generally formed to a thickness of about 10 to 500 mm.
다시 도 4를 참조하면, 상기 유기 반도체층(230)에 영향을 주지 않으면서 상기 패터닝된 마스크층(225a)을 용해시킬 수 있는 용매를 이용하여 상기 패터닝된 마스크층(225a)을 제거한다. 상기 용매에 의해 상기 패터닝된 마스크층(225a)이 용해되는 동안, 상기 패터닝된 마스크층(225a) 위의 상기 유기 반도체층(230)이 리프트-오프된다. 따라서, 상기 노출된 기판(200) 상에만 상기 유기 반도체층(230)이 잔존함으로써, 소망하는 유기 액티브 패턴(235)이 형성된다.Referring back to FIG. 4, the patterned mask layer 225a is removed using a solvent capable of dissolving the patterned mask layer 225a without affecting the organic semiconductor layer 230. While the patterned mask layer 225a is dissolved by the solvent, the organic semiconductor layer 230 on the patterned mask layer 225a is lifted off. Accordingly, the organic semiconductor layer 230 remains only on the exposed substrate 200, thereby forming a desired organic active pattern 235.
이상과 같은 일련의 제조 공정을 거쳐 제조된 유기 박막 트랜지스터에서 소오스 전극과 드레인 전극 간에 흐르는 전류량은 게이트 전압에 의해서 조절할 수 있다. 또한, 여기에서 설명하기 위해 사용된 기판은 가요성 플라스틱 기판이지만, 실리콘 기판 및 그 밖의 가요성이 없는 기판에서도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 플라스틱 기판 상에 제작된 전계 효과 트랜지스터뿐만 아니라, 고이동화와 간편한 공정으로 저비용화가 요구되는 다른 전자 소자에도 본 발명의 유기 박막 트랜지스터 형성 방법은 응용이 가능하다.In the organic thin film transistor manufactured through the above series of manufacturing processes, the amount of current flowing between the source electrode and the drain electrode can be controlled by the gate voltage. In addition, although the board | substrate used for description here is a flexible plastic board | substrate, the same effect can be acquired also in a silicon board | substrate and other flexible board | substrates. Therefore, the method of forming the organic thin film transistor of the present invention can be applied not only to a field effect transistor manufactured on a plastic substrate but also to other electronic devices requiring high mobility and low cost by a simple process.
상술한 방법에 의해 제조된 유기 박막 트랜지스터의 경우, 기판이 가요성을 갖는다면 박막 트랜지스터도 가요성이 있으므로 소자 전체가 가요성을 갖게 된다. 따라서, 본 발명의 방법을 적용하면 플랙시블 디스플레이 소자를 용이하게 제조할 수 있는 것이다.In the case of the organic thin film transistor manufactured by the above-described method, if the substrate is flexible, the thin film transistor is also flexible, so that the entire device becomes flexible. Therefore, by applying the method of the present invention, a flexible display device can be easily manufactured.
본 발명의 방법에 따른 유기 반도체 패턴의 형성 방법을 응용하는 것에 의해 상술한 바와 같은 유기 박막 트랜지스터의 용이한 제조가 가능할 뿐만 아니라, 각종 전자 디스플레이 소자의 제조시 유기층의 용이한 형성이 또한 가능하게 된다.The application of the method of forming the organic semiconductor pattern according to the method of the present invention enables not only the easy manufacture of the organic thin film transistor as described above, but also the easy formation of the organic layer in the manufacture of various electronic display elements. .
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기존의 비정질실리콘 또는 다결정실리콘 대신에 유기 반도체 물질을 적용하는 것이 용이하여 공정이 단순화되고, 특히 플랙시블 디스플레이의 제조가 매우 용이하다.As described above, according to the present invention, it is easy to apply an organic semiconductor material in place of the existing amorphous silicon or polycrystalline silicon, thereby simplifying the process, and in particular, the manufacture of the flexible display is very easy.
본 발명에 따른 유기 반도체 패턴의 형성 방법에 의하면, 기존의 섀도우 마스크를 이용한 증착 공정의 진행시 섀도우 마스크와 기판 간의 열팽창 계수의 차이에 의해 발생되는 미스얼라인 및 들뜸 현상을 해결할 수 있다.According to the method of forming the organic semiconductor pattern according to the present invention, it is possible to solve the misalignment and the lifting phenomenon caused by the difference in thermal expansion coefficient between the shadow mask and the substrate during the deposition process using the conventional shadow mask.
또한, 본 발명의 방법을 적용하여 유기 반도체 패턴을 형성하면, 기존의 섀도우 마스크를 이용한 증착 공정에 비하여 기판 크기의 대형화가 가능하다.In addition, by forming the organic semiconductor pattern by applying the method of the present invention, it is possible to increase the size of the substrate compared to the deposition process using a conventional shadow mask.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 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.Although the above has been described with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.
도 1은 펜타센의 구조식을 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing the structural formula of pentacene.
도 2는 종래의 섀도우 마스크를 이용한 증착 공정을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.2 is a schematic perspective view illustrating a deposition process using a conventional shadow mask.
도 3a 내지 3d는 본 발명에 따른 유기 반도체 패턴의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of forming an organic semiconductor pattern according to the present invention.
도 4는 본 발명의 방법에 따라 제조된 유기 박막 트랜지스터의 일 예를 나타낸 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing an example of an organic thin film transistor manufactured according to the method of the present invention.
도 5a 내지 도 5c는 도 4에 도시한 유기 박막 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.5A through 5C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the organic thin film transistor illustrated in FIG. 4.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100, 200 : 기판 105, 225 : 마스크층100, 200: substrate 105, 225: mask layer
110, 230 : 유기 반도체층 115 : 유기 반도체 패턴110 and 230: organic semiconductor layer 115: organic semiconductor pattern
205 : 게이트 전극 210 : 게이트 절연막205 gate electrode 210 gate insulating film
215 : 소오스 전극 220 : 드레인 전극 215: source electrode 220: drain electrode
235 : 액티브 패턴235 active pattern
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