일반기술

전계 유도 방향성 결정화를 이용한 고품위 다결정 트랜지스터 어레이 제작.

1. 기술의 개요 디스플레이 분야에서 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 궁극적으로 유리기판상에 제조가 가능해야 하기 때문에 공정온도에 제약이 따르며 이에 따라 고품위의 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 저온에서 형성할 수 있는 기술이 핵심기술이 된다. 이와 같은 핵심기술의 개발은 이미 오래전부터 여러 나라에서 경쟁적으로 연구를 수행하여 왔으며 그 결과 다양한 저온 결정화 기술들이 보고되고 있다. 여러 기술 중에서 본 연구실에서는 전계 유도 방향성 결정화(Field Aided Lateral Crystallization ; FALC)는 전계를 이용한 결정화 방법이기 때문에 금속 유도 결정화 기술이나 금속 유도 측면 기술에 비해 공정 시간이 현저히 단축되고, 전류 흐름에 따라 금속 잔존물을 제거할 수 있으며, 결정화 방향이 제어되기 때문에, 누설전류 특성이 낮춤과 동시에 전계 효과 이동도 향상시켜 고성능 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 제작이 가능하다는 장점을 가진다. 또한 가장 실용화에 걸림돌이 되고 있는 소자간의 균일성 확보도 결정화 공정 시 결정화를 시킬 부분에 균일한 전기장을 걸어주는 방법으로 해결이 가능하여 타 저온 결정화 기술들에 비해 소자의 균일성을 월등히 높일 수 있다는 점 등을 고려할 때, AMOLED 구동소자 응용을 위한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 제작에 가장 적합한 저온 결정화 기술이라고 사료된다. 뿐만 아니라, 단위 트랜지스터가 아닌 상용화를 고려한 QVGA급 2“ panel 다결정 트랜지스터 어레이를 제작하여 트랜지스터의 특성은 물론 panel 상의 균일성까지 성공함으로써 기술의 기업이전 시 바로 적용이 가능할 것으로 예상된다.2. 기술의 특징 2인치 패널 내의 수많은 단위 셀을 결정화하기 위해서는 (240×120)개의 비정질 실리콘 활성층에 균일한 전계가 요구되는데, 이에 대한 이해를 돕기 위해 전사모사를 통하여 단위 셀 당 결정화를 위한 임계 전류 밀도를 산출하고 위치에 따른 셀들 간의 전계의 분포 등을 해석하였다. 뿐 만 아니라 패널 내에서 발생하는 비이상적 결정화 현상, 예상치 못한 현상들에 대한 모델링을 통한 전사모사 해석은 연구기간 동안 유용한 기구 해석 도구로써 사용되었으며 향 후 다양한 설계 변화에도 적용이 가능하도록 범용성을 지닌 프로그램을 제작하였다. 이와 같은 기구 해석 도구를 활용하여 2인치 패널의 균일한 결정화를 위한 최적화된 공통전극을 설계할 수 있었으며, 실제 상용화 모듈의 가상 적용을 위하여 QVGA급 2인치 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 어레이를 완성함으로써 적용가능성을 확인하였다. 공통전극과 전계 유도 방향성 결정화를 통하여 얻은 다결정 실리콘 박막트랜지스터는 공정 시간 단축, 소자 영역의 금속 잔존물 최소화, 방향성 결정화에 따른 다결정 실리콘 영역의 전계 효과 이동도 향상에 도움을 줄 수 있는 결정립 형태를 제어하여 고품위 소자 특성을 구현 할 수 있었다. 실제로 AMOLED 구동소자 적용을 위해서는 전계효과 이동도, 문턱전압, 전류특성등과 같은 트랜지스터 특성이 엄격한 사양에 부합되어야만 적용이 가능하다. 본 연구에서 개발한 저온 결정화 기술(전계 유도 방향성 결정화)을 도입하여 제작한 2인치 트랜지스터 어레이는 AMOLED 구동소자의 엄격한 소자 특성 사양을 만족함을 확인하였다. 또한 금속 유도 측면 결정화 기술을 응용한 결정화의 경우 결정화 거동이 오직 결정화 온도 만에 의해 지배되기 때문에 열등한 누설전류 특성은 물론 소자간의 균일성에 기인하는 신뢰성 문제를 발생시키는데 반해, 전계 유도 측면 결정화기술은 열처리온도 보다는 전계에 의해 지배되는 결정화 방법이기 때문에, 균일한 전계인가를 통해 어레이 안의 단위 셀들에 흐르는 전류밀도를 정밀하게 제어함으로써 금속 유도 측면 결정화에서 발생하는 신뢰성 문제를 극복 할 수 있으며, 공정 시간 절약을 통한 효율성 제고와 고품위 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에 의한 균일성을 갖는 소자의 제작이 가능함을 입증하였다.