amoled용 ltps tft 기술

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기술특집 2011년 제12권 제4호 15 . 서 현재 가장 빠르게 성장하고 있는 디스플레이 기술인 AMOLED(active-matrix organic light-emitting diode) 스플레이는 LTPS(low-temperature polycrystalline silicon) TFT(thin film transistor) 기판(backplane)을 사용하여 생 산하고 있다 [1-3] . 기존의 LCD(liquid crystal display)에 널 리 사용되는 a-Si(amorphous silicon) TFT는 낮은 공정비 용과 높은 수율 , 우수한 균일도 등의 장점이 있음에도 불 구하고, 지속적으로 켜두면 문턱전압이 심각하게 변하는 문제점이 있어서 AMOED의 화소 구동에는 적합하지 않 [4-6] . LCD의 화소 스위치로 사용하는 TFT에는 양의 게이트 전압과 음의 게이트 전압이 주기적으로 반복해서 인가되 므로 a-Si TFT를 사용해도 문턱전압 변동이 심하지 않고, 문턱전압이 다소 변하더라도 TFT는 단순한 스위치 역할 만 하므로 액정에 인가되는 전압은 영향을 받지 않는다 . 반면에 AMOLED에서 TFT는 단순한 스위치가 아니라 신호전압에 따라서 OLED에 흐르는 전류를 미세하게 결 정하는 전류원의 역할을 하므로 TFT 문턱전압의 작은 변 화는 각 화소의 휘도에 결정적인 영향을 미친다 . 따라서 TFT의 구동시간 경과에 따라서 문턱전압이 변하면 잔상 및 휘도 변화가 심각하게 발생한다. 현재까지 AMOLED 의 구동 특성을 만족하는 기판 기술은 LTPS TFT가 유일 하다 [7] . AMOLED 디스플레이의 화면 넓이가 증가하면서, 산성 향상을 위해서 유리기판도 기존의 4 세대(730×920) 크기를 넘어서 2011년부터는 5.5 세대(1500×1300) 크기를 사용하기 시작하였다. 유리기판이 커지 는 추세와 더불어서 최근에는 제조비용이 높고 공정관리 가 까다로운 LTPS TFT 외에 IGZO(In-Ga-Zn-O)와 같은 금속 산화물 반도체 기반의 TFTAMOLED에 사용하 려는 연구가 많이 진행되고 있다 [8] . 그러나 산화물 TFT공정 및 소자 특성의 안정성이 부족해서 아직까지 대량생 산에는 적용되지 않고 있다. 본고에서는 AMOLEDLTPS TFT제조공정과 LTPS 박막 결정화 기술 및 화소 회로 등에 대해서 소개 한다. . AMOLED 화소 구조 1. LTPS TFT의 구조 LTPS TFT를 사용하는 AMOLED는 일반적으로 [그림 1]과 같은 구조를 갖는다 [9] . 소스 /드레인을 붕소 (B; boron) 로 도핑하여 PMOS로 제작하고, 게이트가 LTPS 박막 상 부에 형성되는 top-gate 구조로 제작한다 . LTPS 박막은 a-Si 박막에 엑시머 레이저를 조사하여 결정화하는 ELA(excimer laser annealing) 공정을 사용하여 제작하는 경우가 대부분이다. TFT의 게이트와 소스/드레인의 전극 겸 데이터 배선을 구성하는 금속층은 층간절연막 (ILD; inter-layer dielectric)을 사이에 두고 차례로 형성한다 . 소전극을 평탄하게 형성하기 위해서 이상과 같이 형성한 박 기 찬 (건국대학교 전자공학부) AMOLED용 LTPS TFT 기술

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AMOLED(active-matrix organic light-emitting diode)
LTPS(low-temperature polycrystalline silicon)
TFT(thin film transistor) (backplane)
[1-3]. LCD(liquid crystal display)
a-Si(amorphous silicon) TFT
,
,
AMOED
[4-6].
a-Si TFT ,
TFT
.
AMOLED TFT
OLED
TFT
.
TFT
. AMOLED
LTPS TFT
[7].
4 (730
×920) 2011 5.5 (1500
×1300) .

LTPS TFT IGZO(In-Ga-Zn-O)
TFT AMOLED
[8]. TFT

.
LTPS
.
1] [9]. / (B; boron)
PMOS , LTPS
top-gate . LTPS
a-Si
ELA(excimer laser annealing)
. TFT /
(ILD;
inter-layer dielectric) .

( )
AMOLED LTPS TFT
16
[ 1] AMOLED LTPS TFT [9] (a) NMOS OLED
(b) PMOS OLED
[ 2] AMOLED
[ 3] Secco LTPS SEM
TFT (3 ) .

(Cst;storage capacitor) ,
LTPS /
.
AMOLED [ 2] OLED
2 TFT 1 (Cst) . OLED
TFT OLED
, Cst TFT
.
TFT
TFT Cst
.
[ 2-(a)] NMOS TFT
TFT -
(VGS) OLED - (VOLED)
. OLED
OLED TFT VGS .
VOLED , OLED

(image sticking) .
TFT -
(VGS) . OLED
TFT TFT VGS
, TFT OLED -
.
(image
sticking) .
ELA LTPS [ 3]
(grain) .
(dangling bond)
AMOLED LTPS TFT
2011 12 4 17
[ 5] LTPS TFT 6T-1C
[ 4] LTPS AMOLED
[11]

[10].
TFT
LTPS TFT
. ELA LTPS
TFT
[1,6,8].
LTPS TFT , OLED
[ 4]
[11].
LTPS
TFT
, TFT
. TFT
,
TFT
[1,12]. [ 5] 6 TFT 1
6T-1C , ELA
AMOLED .
. LTPS TFT
1. LTPS TFT
AMOLED LTPS TFT
, [ 6]
.
TFT LTPS
. PECVD(plasma
enhanced chemical vapor deposition) SiO2
.
. ELA
a-Si 450
.
30
a-Si ,

. , 500~600
a-Si
(SPC, solid-phase crystallization)
.

a-Si
[1,6,13]. a-Si
.
(P; phosphorous)
. , [ 1] LTPS
Cst
TFT LTPS
.
. (photolithography)
.
(5)
SiO2 .
.
(Al) . [ 1]
hillock
(Mo/Al/Mo)
.
.
(RTA; rapid thermal annealing)
[6].
SiNX SiO2 .
SiNX , LTPS
(dangling bond)
.
TFT /
contact hole .
.
.
. Mo/Al/Mo
.
.
OLED

.
. spin
coating . SiNX
. TFT
/
via hole .
(11)
ITO
.
AMOLED LTPS TFT
2011 12 4 19
.
OLED
.
, .
[ 1]
. OLED


.
. 7 8
LCD
.
AMOLED LTPS TFT

[9,14]. TFT /
via hole
, /
Cst LTPS
5
LTPS AMOLED .
. LTPS


[15]. a-Si



. ELA
SLS(sequential lateral solidification), A-SPC(advanced
.
) a-Si [8].
,
90
% .
15 .
ELA (500Watt
) 460 [2].
, 4 (730×920)
[ 8]
. 2
,
TFT
. TFT [ 9]
AMOLED .
.
[ 10] (1200Watt ) ELA

750 [16].
[ 11]

[6]. , 4
, 55 AMOLED

[2]
AMOLED [2]
[ 10] Coherent 1200Watt ELA [16]
[ 11]
[6]
.
[ 12] ELA PMOS LTPS TFT
[9]. A-SPC SGS
TFT off
AMOLED .
(2) SLS
[17].
SLS TS-SLS(two-
shot SLS) D-SLS(directional SLS)
[6,15]. [ 13] ELA TS-SLS, D-SLS
LTPS
. TS-SLS D-SLS 6, 15,
17, 18 . ELA<TS-SLS<D-SLS
AMOLED LTPS TFT
2011 12 4 21
LTPS [6]
[ 14] TS-SLS( ) TFT D-SLS( )
TFT [18]
[ 16] A-SPC TFT [20]
TFT on
([ 14]). TS-SLS D-SLS
TFT ELA
AMOLED
.
, .
LTPS TFT
, off [1,13,19].
(1) A-SPC
. A-SPC
[ 15]
a-Si ,
(Joule heat) 1
[20].
,
. [ 16] A-SPC TFT
. [ 12] ELA TFT off .
A-SPC [ 17] 15 AMOLED TV
. A-SPC TFT
ELA TFT on ,

[ 18] SGS [13]
[ 19] Secco SGS [13]
[ 20] SGS TFT [1]
(hysteresis)
[19]. TV AMOLED

. 6
TFT 1 , [ 5]
.
(2) SGS
(MIC; metal induced crystallization)
(MILC; metal induced lateral
crystallization) ,
TFT off
[1].
. [ 18-(a)] a-Si SiO2
SiNX
[13].
a-Si . a-Si
(silicide)
. [ 19]
,
.
[ 20] SGS PMOS TFT
[1]. LTPS ELA
TFT off
. Off
TFT
dual gate 4-gate .
.
,

AMOLED LTPS TFT
2011 12 4 23
AMOLED
.

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