LTPS는 Low Temperature PolySilicon의 약자로 다소 정리정도된 결정화로 전자의 이동이 빠르다고 'TFT 3종류 쉽게이해'에서 설명을 했죠. 워낙 요즘 OLED 공정에 LTPS가 안들어가는 순간이 없기 때문에 따로 LTPS TFT 제작공정을 알아볼게요.
LTPS는 비결정 실리콘인 a-Si TFT에 레이저를 쏘면 LTPS로 변해요. 이 레이저를 ELA, Excimer Laser Annealing이라 부르죠.
a-Si는 난잡한 도로 같이 비결정화된 실리콘과 질소들이 널부러져있어서 전자가 이동하기 어려웠죠. 그런데, 여기서 교통경찰인 ELA가 들어와 정신차리라고 질서를 정리해요. 바로 아래 그림처럼 말이죠.
LTPS가 어떻게 만들어지는지 좀 더 자세히 살펴볼까요. 우선, 글래스를 준비합니다. 디스플레이는 먼지 한톨 있으면 안되기 때문에 세정작업이 맨 처음 들어가요.
세정작업이 끝났다면, 그 위에 Buffer층을 만들어주는데요. 우리 흔히 파일 다운로드 받을 때나 영상 끊길 때 버퍼가 걸린다고 하잖아요. 사실, 버퍼는 '완충'이라는 뜻으로 일종의 보호역할을 하는 소중한 존재에요. 버퍼는 glass 내에 있던 불순물들이 혹여나 열처리 공정에서 폴리실리콘으로 이동하는 것을 막기위해 완충지대를 형성하기 위함입니다.
그리고 이제 본격적으로 LTPS를 올리기 위한 작업을 해야하는데요. 앞서, LTPS는 a-Si를 ELA(Excimer Laser Annealing)장비로 레이저를 가하면 만들어진다고 했죠. 그래서, 먼저 a-Si를 버퍼 층 위에 구성해줍니다.
ELA로 레이저를 가했으니 이제 a-Si가 Poly-Si로 변했어요. 이제, 전자가 좀 더 잘 닦인 길에서 빠르게 달릴 수 있겠네요.
하지만, 여기서 끝이 아니에요. 지금은 LTPS 단계까지 온 것이구요. 이제 LTPS TFT를 만들어야겠죠. 즉, 폴리실리콘 위에 박막을 입히는 과정이 필요합니다. 포토공정을 통해 원하는 회로를 새기게 됩니다. 갑자기 회로를 왜 새기냐구요? TFT의 마지막 T가 Transistor라는 것을 잊어서는 안돼요. 트랜지스터는 앞선 글에서 설명했듯, 전기적 스위치, 픽셀 밝기를 조절하는 컨트롤러입니다. 명령전달을 해야하니 회로가 필요하겠죠? 이제 포토공정으로 들어갑니다.
패터닝(회로 새기는 작업)이 끝나면, 절연층을 형성해야해요. 전자가 새어나가면 안되니깐요.
그리고, 트랜지스터가 문을 오픈하라고(디지털 1) 명령하거나, 닫으라고(0)하면 실행해야할 문지기가 필요하죠. Gate라고 부릅니다. 게이트도 절연층 위에 실어줍니다. 이때는 물리적 증착방식인 PVD 방식이 활용이되는데요. Sputter를 이용해서 Gate를 실어줍니다.
참고로, 'Low-K, High-K 쉽게설명'편에서 Gate에 전압을 가하면 절연층 밑으로 전자가 모여든다고 했는데요. 이때, 입구 역할을 한 것이 Source이고 출구역할을 하는 것이 Drain이라고 했죠. 이온도핑을 통해 Active에 Source와 Drain을 만들어주는 것입니다. 2차전지도 리튬이온이 돌아다니면서 배터리가 작동하듯, 여기서도 이온이 돌아다녀야 전자가 이동하며 전기를 발생시킬 수 있는 것이죠.
핵심적인 공정은 끝났기 때문에, 이제 나머지 공정들은 같이 묶어서 설명할게요. Gate, Source, Drain이 완성되면 다른 층이 개입못하게 절연층을 다시 깔아줍니다. 참고로, 절연층은 하나가 완성되면 깔아주고 또 다른 것이 완성되면 깔아줘야해요. 끊임 없이 들어가죠. 서로 간섭이 있으면 안되니깐요. 그리고, Source와 Drain이 입출구이니 서로 길을 터줘야겠죠. 이것을 Contact Hole이라 부릅니다. 구멍이 완성되면 Sputter를 통해 Source와 Drain 전극을 증착합니다.
중간중간 계속 절연층을 올려야한다고 했죠. Source, Drain 전극이 증착이되면 다시 절연층을 깔아줍니다. 이 절연층위에는 픽셀이 본격적으로 들어서는데요. 디스플레이 보면 평평하죠. 한 곳이 산봉우리 처럼 우뚝서있으면 화면왜곡이 심해질겁니다. 그래서, 평평하게 만들어야하는데, 무기물보다는 유기물을 소재로 사용하는 것이 더 효율적입니다. 'Via Hole'은 오른쪽을 보면 살짝 구멍 뚫린 것이 보일텐데요. 포토공정으로 뚫은 것입니다. 여기에 유기발광층(Emission Layer)을 구동시키기 위한 Anode(음극)을 채워줍니다.
마지막으로 R,G,B 픽셀들을 구분하기 위한 PDL(Pixel Defining Layer)층을 만들고 눌림방지를 위한 Spacer를 이어서 구성하면 LTPS 공정은 마무리됩니다.
LTPS TFT 공정 정리한 것을 아래에 실어놓을게요. 출처는 삼성디스플레이입니다.
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