JP6871326B2 - 垂直構造トランジスタ及び電子装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、垂直構造トランジスタ及び電子装置に関するものである。
情報化社会が発展するにつれて、表示装置、照明装置などの多様な電子装置に対する要求が多様な形態に増加している。このような電子装置はデータラインとゲートラインが配置されたパネルと、データラインを駆動するためのデータドライバと、ゲートラインを駆動するためのゲートドライバを含むことができる。
このような電子装置の核心構成であるパネルは駆動のために数多いトランジスタが多様な機能で配置できる。
これによって、パネル製作工程は複雑になり、難しくならざるをえない。これによって、工程の便宜性を追求して見ると、トランジスタの素子性能が落ちる問題点が発生することがある。
また、高い解像度などの電子装置の優れる特性を具現するためにはトランジスタの集積度が高まらなければならない。しかしながら、工程及び設計などの問題のため、トランジスタのサイズを無制限に縮めることができないので、トランジスタの特性を落とさない、かつこれらが占める面積を調節しなければならない必要がある。
本発明の実施形態の目的は、短いチャンネル(Short Channel)具現及び集積化可能な垂直構造トランジスタ及び電子装置を提供することにある。
本発明の実施形態の他の目的は、トランジスタの高いS−係数を通じて駆動マージンが増加した垂直構造のトランジスタ及び電子装置を提供することにある。
本発明の実施形態の更に他の目的は、アクティブ層の断線のない構造を有する垂直構造トランジスタ及び電子装置を提供することにある。
本発明の実施形態の更に他の目的は、素子面積の減少による超高解像度パネルを具現することができる垂直構造トランジスタ及び電子装置を提供することにある。
本発明の実施形態の更に他の目的は、トランジスタの駆動電流を増加させ、ノン−アクティブ領域のサイズを縮めることができる垂直構造トランジスタ及び電子装置を提供することにある。
本発明の実施形態は、パネルと、パネルを駆動するための駆動回路を含む電子装置を提供することができる。
このような電子装置で、本発明の実施形態は、パネル及びパネルを駆動するための駆動回路を含み、パネルに配置されるトランジスタは、基板上に配置された第1電極、基板上に配置され、第1電極の一端と重畳した絶縁パターン、第1電極、絶縁パターン、及び第2電極上に配置されたアクティブ層、アクティブ層上に配置されたゲート絶縁膜、及びゲート絶縁膜上に配置されたゲート電極を含み、アクティブ層の一端は第1電極と重畳し、アクティブ層の他端は第2電極と重畳し、アクティブ層が第1及び第2電極と重畳しない領域にチャンネル領域が設けられ、アクティブ層のチャンネル領域は絶縁パターンの側面に対応する領域と、アクティブ層が絶縁パターンの上面の一部と重畳し、かつ第2電極と重畳しない領域を含み、絶縁パターンの側面に対応する領域でのゲート絶縁膜の厚さは絶縁パターンの上面の一部と重畳し、かつ第2電極と重畳しない領域でのゲート絶縁膜の厚さより薄いことがある。
絶縁パターンの幅は基板から垂直な方向に遠ざかるほど広くなる領域を含むことができる。
アクティブ層のチャンネル領域の長さは絶縁パターンの高さに比例することができる。
ゲート絶縁膜はアクティブ層の上面に配置され、かつ第1電極の一部または全部及び第2電極の一部または全部と重畳した第1ゲート絶縁膜、及び第1ゲート絶縁膜上に配置され、アクティブ層のチャンネル領域と重畳した第2ゲート絶縁膜を含むことができる。
第1ゲート絶縁膜は絶縁パターンの側面に配置されたアクティブ層の一部または全部を露出するように配置できる。
第1ゲート絶縁膜は第1領域及び第2領域を含み、第1領域はアクティブ層の一端及び第1電極の一部または全部と重畳し、第2領域はアクティブ層の他端及び第2電極の一部または全部と重畳できる。
第2領域は絶縁パターンの上面の一部と重畳し、かつ第2電極と重畳しないアクティブ層のチャンネル領域上に配置できる。
第2ゲート絶縁膜が最大厚さを有する領域の厚さは、第1ゲート絶縁膜が最大厚さを有する領域の厚さより薄いことがある。
第1電極、絶縁パターン、及び第2電極上に配置され、アクティブ層の下部に配置された中間層をさらに含むことができる、
中間層は10Å乃至30Åの厚さを有する無機膜でありうる。
中間層の厚さは第1及び第2ゲート絶縁膜の厚さより薄いことがある。
トランジスタがアクティブ領域内に配置される場合、トランジスタのゲート電極を覆いながらパッシベーション層が配置され、パッシベーション層上にピクセル電極が位置し、ピクセル電極はパッシベーション層のホールを介して第1電極または第2電極と電気的に連結できる。そして、ゲート電極にデータ電圧が印加できる。
トランジスタは、パネルのアクティブ領域内の多数のサブピクセルの各々の領域に配置できる。
トランジスタは、パネルのアクティブ領域の外郭領域であるノン−アクティブ領域に配置されたゲート駆動回路にも含まれることができる。
本発明の実施形態によれば、短いチャンネル具現及び集積化可能な垂直構造トランジスタ及び電子装置を提供することができる。
本発明の実施形態によれば、トランジスタの高いS−係数を通じて駆動マージンが増加した垂直構造のトランジスタ及び電子装置を提供することができる。
本発明の実施形態によれば、アクティブ層の断線のない構造を有する垂直構造トランジスタ及び電子装置を提供することができる。
本発明の実施形態によれば、素子面積の減少による超高解像度パネルが具現できる垂直構造トランジスタ及び電子装置を提供することができる。
本発明の実施形態によれば、トランジスタの駆動電流を増加させ、ノン−アクティブ領域のサイズを縮めることができる垂直構造トランジスタ及び電子装置を提供することができる。
本発明の実施形態に従う電子装置の概略的なシステム構成図である。 本発明の実施形態に従う電子装置意システム具現例示図である。 本発明の実施形態に従うパネルがOLED(Organic Light Emitting Diode)パネルである場合、サブピクセルの構造を示した図である。 1つのサブピクセルが駆動トランジスタの第2ノードと基準電圧ラインとの間に電気的に連結された第2トランジスタをさらに含む3T(Transistor)1C(Capacitor)構造を例示的に示した図である。 本発明の実施形態に従うパネルがLCD(Liquid Crystal Display)パネルである場合、サブピクセルの構造を示した図である。 本発明の実施形態に従うパネルPNLに配置されたゲート駆動回路GDCを概略的に示した図である。 本発明の実施形態に従う垂直構造のトランジスタを示した図である。 本発明の実施形態に従う絶縁パターンの形状を図示した図である。 本発明の他の実施形態に従う垂直構造のトランジスタを示した図である。 第1電極及び絶縁パターンの配置構造に従うチャンネル領域の長さの関連性を図示した図である。 本発明の更に他の実施形態に従う垂直構造のトランジスタを示した図である。 図12を参照して図11のコンタクト領域を説明すると、次の通りである。 本発明の実施形態に従う垂直構造トランジスタがサブピクセル内に配置された場合、ピクセル電極と連結された構造のトランジスタを図示した図である。 サブピクセル内に配置された多数のトランジスタの構造を図示した図である。 サブピクセル内に配置された多数のトランジスタの構造を図示した図である。 サブピクセル内に配置された多数のトランジスタの構造を図示した図である。 サブピクセル内に配置された多数のトランジスタの構造を図示した図である。
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付する図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すれば明確になる。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に限定されるのではなく、互いに異なる多様な形態に具現され、但し本実施形態は本発明の開示が完全になるようにし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は請求項の範疇により定義されるだけである。
また、本発明の実施形態を説明するための図面に開示された形状、サイズ、比率、角度、個数などは例示的なものであるので、本発明が図示された事項に限定されるのではない。明細書の全体に亘って同一参照符号は同一構成要素を称する。また、本発明を説明するに当たって、関連した公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすることがあると判断される場合、その詳細な説明は省略する。本明細書上で言及された‘含む’、‘有する’、‘なされる’などが使われる場合、‘〜のみ’が使われない以上、他の部分が追加できる。構成要素を単数で表現した場合に特別に明示的な記載事項がない限り、複数を含む場合を含むことができる。
また、本発明の実施形態での構成要素を解釈するに当たって、別途の明示的な記載がなくても誤差範囲を含むものとして解釈されなければならない。
また、本発明の構成要素を説明するに当たって、第1、第2、A、B、(a)、(b)などの用語を使用することができる。このような用語はその構成要素を他の構成要素と区別するためのものであり、その用語により該当構成要素の本質、順番、順序、または個数などが限定されない。ある構成要素が他の構成要素に“連結”、“結合”、または“接続”されると記載された場合、その構成要素は該他の構成要素に直接的に連結または接続できるが、各構成要素の間に他の構成要素が“介在”されるか、各構成要素が他の構成要素を通じて“連結”、“結合”、または“接続”されることもできると理解されるべきである。位置関係に対する説明の場合、例えば ‘〜上に’、 ‘〜上部に’、‘〜下部に’、‘〜横に’などで2部分の位置関係が説明される場合、‘直ぐ’または‘直接’は使われない以上、2部分の間に1つ以上の他の部分が位置することもできる。
また、本発明の実施形態での構成要素はこれら用語により制限されない。これら用語は単に1つの構成要素を他の構成要素と区別するために使用するだけである。したがって、以下に言及される第1構成要素は本発明の技術的思想内で第2構成要素でありうる。
また、本発明の実施形態での特徴(構成)が部分的に、または全体的に互いに結合または組合せまたは分離可能であり、技術的に多様な連動及び駆動が可能であり、各実施形態は互いに対して独立的に実施可能であることもあり、連関関係で共に実施可能であることもある。
以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に従う電子装置意概略的なシステム構成図である。
本発明の実施形態に従う電子装置は表示装置、照明装置、発光装置などを含むことができる。以下では、説明の便宜のために、表示装置を中心として説明する。しかしながら、表示装置だけでなく、トランジスタを包含しさえすれば、照明装置、発光装置などの他の多様な電子装置にも同一に適用できる。
本発明の実施形態に従う電子装置は、映像を表示するか、または光を出力するパネルPNLと、このようなパネルPNLを駆動するための駆動回路を含むことができる。
パネルPNLは、多数のデータラインDL及び多数のゲートラインGLが配置され、多数のデータラインDL及び多数のゲートラインGLにより定義される多数のサブピクセルSPがマトリックスタイプで配列できる。
パネルPNLで多数のデータラインDL及び多数のゲートラインGLは互いに交差して配置できる。例えば、多数のゲートラインGLは行(Row)または列(Column)で配列されることができ、多数のデータラインDLは列(Column)または行(Row)で配列できる。以下では、説明の便宜のために、多数のゲートラインGLは行(Row)で配置され、多数のデータラインDLは列(Column)で配置されることと仮定する。
パネルPNLには、サブピクセル構造などによって、多数のデータラインDL及び多数のゲートラインGLの以外に、他の種類の信号配線が配置できる。駆動電圧配線、基準電圧配線、または共通電圧配線などがさらに配置できる。
パネルPNLは、LCD(Liquid Crystal Display)パネル、OLED(Organic Light Emitting Diode)パネルなど、多様なタイプのパネルでありうる。
パネルPNLに配置される信号配線の種類は、サブピクセル構造、パネルタイプ(例:LCDパネル、OLEDパネルなど)などによって変わることができる。そして、本明細書では信号配線は信号が印加される電極を含む概念でありうる。
パネルPNLは、画像(映像)が表示されるアクティブ領域(A/A)と、その外郭領域で、画像が表示されないノン−アクティブ領域(N/A)を含むことができる。ここで、ノン−アクティブ領域(N/A)はベゼル領域ともいう。
アクティブ領域(A/A)には画像表示のための多数のサブピクセルSPが配置される。
ノン−アクティブ領域(N/A)にはデータドライバDDRが電気的に連結されるためのパッド部が配置され、このようなパッド部と多数のデータラインDLとの間の連結のための多数のデータリンクラインが配置されることもできる。ここで、多数のデータリンクラインは多数のデータラインDLがノン−アクティブ領域(N/A)に延長された部分であるか、または多数のデータラインDLと電気的に連結された別途のパターンでありうる。
また、ノン−アクティブ領域(N/A)にはデータドライバDDRが電気的に連結されるパッド部を介してゲートドライバGDRにゲート駆動に必要な電圧(信号)を伝達するためのゲート駆動関連配線が配置できる。例えば、ゲート駆動関連配線は、クロック信号を伝達するためのクロック配線、ゲート電圧(VGH、VGL)を伝達するゲート電圧配線、スキャン信号の生成に必要な各種の制御信号を伝達するゲート駆動制御信号配線などを含むことができる。このようなゲート駆動関連配線は、アクティブ領域(A/A)に配置されるゲートラインGLとは異なり、ノン−アクティブ領域(N/A)に配置される。
駆動回路は、多数のデータラインDLを駆動するデータドライバDDRと、多数のゲートラインGLを駆動するゲートドライバGDRと、データドライバDDR及びゲートドライバGDRを制御するコントローラCTRなどを含むことができる。
データドライバDDRは、多数のデータラインDLにデータ電圧を出力することによって、多数のデータラインDLを駆動することができる。
ゲートドライバGDRは、多数のゲートラインGLにスキャン信号を出力することによって、多数のゲートラインGLを駆動することができる。
コントローラCTRは、データドライバDDR及びゲートドライバGDRの駆動動作に必要な各種の制御信号(DCS、GCS)を供給してデータドライバDDR及びゲートドライバGDRの駆動動作を制御することができる。また、コントローラCTRはデータドライバDDRに映像データDATAを供給することができる。
コントローラCTRは、各フレームで具現するタイミングによってスキャンを始めて、外部から入力される入力映像データをデータドライバDDRで使用するデータ信号形式に合うように変換して、変換された映像データDATAを出力し、スキャンに合せて適当な時間にデータ駆動を統制する。
コントローラCTRは、データドライバDDR及びゲートドライバGDRを制御するために、垂直同期信号Vsync、水平同期信号Hsync、入力データイネーブル(DE:Data Enable)信号、クロック信号CLKなどのタイミング信号を外部(例:ホストシステム)から入力を受けて、各種の制御信号を生成してデータドライバDDR及びゲートドライバGDRに出力する。
例えば、コントローラCTRは、ゲートドライバGDRを制御するために、ゲートスタートパルス(GSP:Gate Start Pulse)、ゲートシフトクロック(GSC:Gate Shift Clock)、ゲート出力イネーブル信号(GOE:Gate Output Enable)などを含む各種のゲート制御信号(GCS:Gate Control Signal)を出力する。
また、コントローラCTRは、データドライバDDRを制御するために、ソーススタートパルス(SSP:Source Start Pulse)、ソースサンプリングクロック(SSC:Source Sampling Clock)、ソース出力イネーブル信号(SOE:Source Output Enable)などを含む各種のデータ制御信号(DCS:Data Control Signal)を出力する。
コントローラCTRは、通常のディスプレイ技術で用いられるタイミングコントローラ(Timing Controller)であるか、またはタイミングコントローラ(Timing Controller)を含んで他の制御機能もさらに遂行することができる制御装置でありうる。
コントローラCTRは、データドライバDDRと別途の部品で具現されることもでき、データドライバDDRと共に統合されて集積回路で具現できる。
データドライバDDRは、コントローラCTRから映像データDATAの入力を受けて多数のデータラインDLにデータ電圧を供給することによって、多数のデータラインDLを駆動する。ここで、データドライバDDRはソースドライバともいう。
データドライバDDRは多様なインターフェースを介してコントローラCTRと各種の信号をやりとりすることができる。
ゲートドライバGDRは、多数のゲートラインGLにスキャン信号を順次に供給することによって、多数のゲートラインGLを順次に駆動する。ここで、ゲートドライバGDRはスキャンドライバともいう。
ゲートドライバGDRは、コントローラCTRの制御によって、オン(On)電圧またはオフ(Off)電圧のスキャン信号を多数のゲートラインGLに順次に供給する。
データドライバDDRは、ゲートドライバGDRにより特定ゲートラインが開けば、コントローラCTRから受信した映像データDATAをアナログ形態のデータ電圧に変換して多数のデータラインDLに供給する。
データドライバDDRは、パネルPNLの一側(例:上側または下側)のみに位置することもでき、場合によっては、駆動方式、パネル設計方式などによってパネルPNLの両側(例:上側と下側)に全て位置することもできる。
ゲートドライバGDRは、パネルPNLの一側(例:左側または右側)のみに位置することもでき、場合によっては、駆動方式、パネル設計方式などによってパネルPNLの両側(例:左側と右側)に全て位置することもできる。
データドライバDDRは、1つ以上のソースドライバ集積回路(SDIC:Source Driver Integrated Circuit)を含んで具現できる。
各ソースドライバ集積回路SDICは、シフトレジスタ(Shift Register)、ラッチ回路(Latch Circuit)、デジタルアナログコンバータ(DAC:Digital to Analog Converter)、出力バッファ(Output Buffer)などを含むことができる。データドライバDDRは、場合によって、1つ以上のアナログデジタルコンバータ(ADC:Analog to Digital Converter)をさらに含むことができる。
各ソースドライバ集積回路SDICは、TAB(Tape Automated Bonding)タイプまたはCOG(Chip On Glass)タイプでパネルPNLのボンディングパッド(Bonding Pad)に連結されるか、またはパネルPNL上に直接配置されることもできる。場合によって、各ソースドライバ集積回路SDICはパネルPNLに集積化されて配置されることもできる。また、各ソースドライバ集積回路SDICは、COF(Chip On Film)タイプで具現できる。この場合、各ソースドライバ集積回路SDICは、回路フィルム上に実装されて、回路フィルムを介してパネルPNLでのデータラインDLと電気的に連結できる。
ゲートドライバGDRは、多数のゲート駆動回路GDCを含むことができる。ここで、多数のゲート駆動回路GDCは多数のゲートラインGLと各々対応できる。
各ゲート駆動回路GDCは、シフトレジスタ(Shift Register)、レベルシフター(Level Shifter)などを含むことができる。
各ゲート駆動回路GDCは、TAB(Tape Automated Bonding)タイプまたはCOG(Chip On Glass)タイプでパネルPNLのボンディングパッド(Bonding Pad)に連結できる。また、各ゲート駆動回路GDCはCOF(Chip On Film)方式で具現できる。この場合、各ゲート駆動回路GDCは回路フィルム上に実装されて、回路フィルムを介してパネルPNLでのゲートラインGLと電気的に連結できる。また、各ゲート駆動回路GDCはGIP(Gate In Panel)タイプで具現されてパネルPNLに内蔵できる。即ち、各ゲート駆動回路GDCはパネルPNLに直接形成できる。
図2は、本発明の実施形態に従う電子装置のシステム具現例示図である。
図2を参照すると、本発明の実施形態に従う電子装置で、データドライバDDRは多様なタイプ(TAB、COG、COFなど)のうち、COF(Chip On Film)タイプで具現され、ゲートドライバGDRは多様なタイプ(TAB、COG、COF、GIPなど)のうち、GIP(Gate In Panel)タイプで具現できる。
データドライバDDRは、1つ以上のソースドライバ集積回路SDICで具現できる。図2は、データドライバDDRが多数のソースドライバ集積回路SDICで具現された場合を例示したものである。
データドライバDDRがCOFタイプで具現された場合、データドライバDDRを具現した各ソースドライバ集積回路SDICは、ソース側回路フィルムSF上に実装できる。
ソース側回路フィルムSFの一側はパネルPNLのノン−アクティブ領域(N/A)に存在するパッド部(パッドの集合体)と電気的に連結できる。
ソース側回路フィルムSF上には、ソースドライバ集積回路SDICとパネルPNLを電気的に連結するための配線が配置できる。
電子装置は、多数のソースドライバ集積回路SDICと他の装置との間の回路的な連結のために、1つ以上のソース印刷回路基板SPCBと、制御部品と各種の電気装置を実装するためのコントロール印刷回路基板CPCBを含むことができる。
1つ以上のソース印刷回路基板SPCBにはソースドライバ集積回路SDICが実装されたソース側回路フィルムSFの他側が連結できる。
即ち、ソースドライバ集積回路SDICが実装されたソース側回路フィルムSFは、一側がパネルPNLのノン−アクティブ領域(N/A)と電気的に連結され、他側がソース印刷回路基板SPCBと電気的に連結できる。
コントロール印刷回路基板CPCBには、データドライバDDR及びゲートドライバGDRなどの動作を制御するコントローラCTRが配置できる。
また、コントロール印刷回路基板CPCBには、パネルPNL、データドライバDDR、及びゲートドライバGDRなどに各種の電圧または電流を供給するか、または供給する各種の電圧または電流を制御するパワー管理集積回路(PMIC:Power Management IC)などがさらに配置されることもできる。
ソース印刷回路基板SPCBとコントロール印刷回路基板CPCBは、少なくとも1つの連結部材CBLを介して回路的に連結できる。ここで、連結部材CBLは、一例に、可撓性印刷回路(FPC:Flexible Printed Circuit)、可撓性フラットケーブル(FFC:Flexible Flat Cable)などでありうる。
1つ以上のソース印刷回路基板SPCBとコントロール印刷回路基板CPCBは、1つの印刷回路基板に統合されて具現されることもできる。
ゲートドライバGDRがGIP(Gate In Panel)タイプで具現された場合、ゲートドライバGDRに含まれた多数のゲート駆動回路GDCは、パネルPNLのノン−アクティブ領域(N/A)上に直接形成できる。
多数のゲート駆動回路GDCの各々は、パネルPNLでのアクティブ領域(A/A)に配置された該当ゲートラインGLに該当スキャン信号SCANを出力することができる。
パネルPNL上に配置された多数のゲート駆動回路GDCは、ノン−アクティブ領域(N/A)に配置されたゲート駆動関連配線を介して、スキャン信号生成に必要な各種の信号(クロック信号、ハイレベルゲート電圧VGH、ローレベルゲート電圧VGL、スタート信号VST、リセット信号RSTなど)の供給を受けることができる。
ノン−アクティブ領域(N/A)に配置されたゲート駆動関連配線は、多数のゲート駆動回路GDCに最も隣接するように配置されたソース側回路フィルムSFと電気的に連結できる。
図3は、本発明の実施形態に従うパネルPNLがOLED(Organic Light Emitting Diode)パネルである場合、サブピクセルSPの構造を示した図である。
図3を参照すると、OLEDパネルであるパネルPNLでの各サブピクセルSPは、有機発光ダイオードOLEDと、有機発光ダイオードOLEDを駆動する駆動トランジスタDRTと、駆動トランジスタDRTの第1ノードN1と該当データラインDLとの間に電気的に連結されたスイッチングトランジスタO−SWTと、駆動トランジスタDRTの第1ノードN1と第2ノードN2との間に電気的に連結されたストレージキャパシタCstなどを含んで具現できる。
有機発光ダイオードOLEDは、アノード電極、有機発光層、及びカソード電極などからなることができる。
図3の回路例示によれば、有機発光ダイオードOLEDのアノード電極(ピクセル電極ともいう)は、駆動トランジスタDRTの第2ノードN2と電気的に連結できる。有機発光ダイオードOLEDのカソード電極(共通電極ともいう)には基底電圧EVSSが印加できる。
ここで、基底電圧EVSSは、一例に、グラウンド電圧であるか、またはグラウンド電圧より高いか低い電圧でありうる。また、基底電圧EVSSは駆動状態によって可変できる。例えば、映像駆動時、基底電圧EVSSとセンシング駆動時、基底電圧EVSSは互いに異なるように設定できる。
駆動トランジスタDRTは、有機発光ダイオードOLEDに駆動電流を供給することによって、有機発光ダイオードOLEDを駆動する。
駆動トランジスタDRTは、第1ノードN1、第2ノードN2、及び第3ノードN3などを含むことができる。
駆動トランジスタDRTの第1ノードN1はゲートノードでありえ、スイッチングトランジスタO−SWTのソースノードまたはドレインノードと電気的に連結できる。駆動トランジスタDRTの第2ノードN2はソースノードまたはドレインノードでありえ、有機発光ダイオードOLEDのアノード電極(または、カソード電極)と電気的に連結できる。駆動トランジスタDRTの第3ノードN3はドレインノードまたはソースノードでありえ、駆動電圧EVDDが印加されることができ、駆動電圧EVDDを供給する駆動電圧ライン(DVL:Driving Voltage Line)と電気的に連結できる。
ストレージキャパシタCstは駆動トランジスタDRTの第1ノードN1と第2ノードN2との間に電気的に連結されて、映像信号電圧に該当するデータ電圧Vdataまたはこれに対応する電圧を1フレーム時間(または、定まった時間)の間維持することができる。
スイッチングトランジスタO−SWTのドレインノードまたはソースノードは該当データラインDLに電気的に連結され、スイッチングトランジスタO−SWTのソースノードまたはドレインノードは駆動トランジスタDRTの第1ノードN1に電気的に連結され、スイッチングトランジスタO−SWTのゲートノードは該当ゲートラインと電気的に連結されてスキャン信号SCANの印加を受けることができる。
スイッチングトランジスタO−SWTは、該当ゲートラインを介してスキャン信号SCANをゲートノードに印加を受けてオン−オフが制御できる。
このようなスイッチングトランジスタO−SWTは、スキャン信号SCANによりターン−オンされて該当データラインDLから供給されたデータ電圧Vdataを駆動トランジスタDRTの第1ノードN1に伝達することができる。
一方、ストレージキャパシタCstは、駆動トランジスタDRTの第1ノードN1と第2ノードN2との間に存在する内部キャパシタ(Internal Capacitor)である寄生キャパシタ(例:Cgs、Cgd)でなく、駆動トランジスタDRTの外部に意図的に設計した外部キャパシタ(External Capacitor)でありうる。
駆動トランジスタDRT及びスイッチングトランジスタO−SWTの各々はnタイプトランジスタまたはpタイプトランジスタでありうる。
図3に例示された各サブピクセル構造は2T(Transistor)1C(Capacitor)構造であって、説明のための例示であり、1つ以上のトランジスタをさらに含むか、場合によっては、1つ以上のキャパシタをさらに含むこともできる。または、多数のサブピクセルの各々が同一な構造となっていることもでき、多数のサブピクセルのうちの一部は異なる構造となっていることもできる。
図4は、1つのサブピクセルSPが駆動トランジスタDRTの第2ノードN2と基準電圧ラインRVLとの間に電気的に連結された第2トランジスタT2をさらに含む3T(Transistor)1C(Capacitor)構造を例示的に示した図である。
図4を参照すると、第2トランジスタT2は駆動トランジスタDRTの第2ノードN2と基準電圧ラインRVLとの間に電気的に連結されて、ゲートノードに第2スキャン信号SCAN2の印加を受けてオン−オフが制御できる。
第2トランジスタT2のドレインノードまたはソースノードは基準電圧ラインRVLに電気的に連結され、第2トランジスタT2のソースノードまたはドレインノードは駆動トランジスタDRTの第2ノードN2に電気的に連結できる。
第2トランジスタT2は、一例に、ディスプレイ駆動時区間でターン−オンされることができ、駆動トランジスタDRTの特性値または有機発光ダイオードOLEDの特性値をセンシングするためのセンシング駆動時区間でターン−オンできる。
第2トランジスタT2は、該当駆動タイミング(例:ディスプレイ駆動タイミングまたはセンシング駆動時区間内の初期化タイミング)に合せて、第2スキャン信号SCAN2によりターン−オンされて、基準電圧ラインRVLに供給された基準電圧Vrefを駆動トランジスタDRTの第2ノードN2に伝達することができる。
また、第2トランジスタT2は該当駆動タイミング(例:センシング駆動時区間内のサンプリングタイミング)に合せて、第2スキャン信号SCAN2によりターン−オンされて、駆動トランジスタDRTの第2ノードN2の電圧を基準電圧ラインRVLに伝達することができる。
言い換えると、第2トランジスタT2は、駆動トランジスタDRTの第2ノードN2の電圧状態を制御するか、または駆動トランジスタDRTの第2ノードN2の電圧を基準電圧ラインRVLに伝達することができる。
ここで、基準電圧ラインRVLは基準電圧ラインRVLの電圧をセンシングしてデジタル値に変換して、デジタル値を含むセンシングデータを出力するアナログデジタルコンバータと電気的に連結できる。
アナログデジタルコンバータは、データ駆動回路DDRを具現したソースドライバ集積回路SDICの内部に含まれることもできる。
アナログデジタルコンバータから出力されたセンシングデータは、駆動トランジスタDRTの特性値(例:しきい電圧、移動度など)、または有機発光ダイオードOLEDの特性値(例:しきい電圧など)をセンシングすることに利用できる。
一方、キャパシタCstは、駆動トランジスタDRTの第1ノードN1と第2ノードN2との間に存在する内部キャパシタ(Internal Capacitor)である寄生キャパシタ(例:Cgs、Cgd)でなく、駆動トランジスタDRTの外部に意図的に設計した外部キャパシタ(External Capacitor)でありうる。
駆動トランジスタDRT、第1トランジスタT1、及び第2トランジスタT2の各々はnタイプトランジスタまたはpタイプトランジスタでありうる。
一方、第1スキャン信号SCAN1及び第2スキャン信号SCAN2は別個のゲート信号でありうる。この場合、第1スキャン信号SCAN1及び第2スキャン信号SCAN2は互いに異なるゲートラインを介して、第1トランジスタT1のゲートノード及び第2トランジスタT2のゲートノードに各々印加されることもできる。
場合によっては、第1スキャン信号SCAN1及び第2スキャン信号SCAN2は同一なゲート信号でありうる。この場合、第1スキャン信号SCAN1及び第2スキャン信号SCAN2は同一なゲートラインを介して第1トランジスタT1のゲートノード及び第2トランジスタT2のゲートノードに共通に印加されることもできる。
図3及び図4に例示された各サブピクセル構造は説明のための例示であり、1つ以上のトランジスタをさらに含むか、場合によっては、1つ以上のキャパシタをさらに含むこともできる。
または、多数のサブピクセルの各々が同一な構造となっていることもでき、多数のサブピクセルのうちの一部は異なる構造となっていることもできる。
図5は、本発明の実施形態に従うパネルPNLがLCD(Liquid Crystal Display)パネルである場合、サブピクセルSPの構造を示した図である。
図5を参照すると、LCDパネルであるパネルPNLでの各サブピクセルSPはピクセル電極PXL及びスイッチングトランジスタL−SWTなどを含むことができる。
スイッチングトランジスタL−SWTは、スキャン信号SCANにより制御され、データラインDLとピクセル電極PXLとの間に電気的に連結できる。
スイッチングトランジスタL−SWTはスキャン信号SCANによりターン−オンされて、データラインDLに供給されたデータ電圧Vdataをピクセル電極PXLに伝達する。データ電圧Vdataが印加されたピクセル電極PXLは共通電圧が印加される共通電極COMと電界を形成することができる。即ち、ピクセル電極PXLと共通電極COMとの間にキャパシタ(ストレージキャパシタ)が形成できる。
図6は、本発明の実施形態に従うパネルPNLに配置されたゲート駆動回路GDCを概略的に示した図である。
図6を参照すると、各ゲート駆動回路GDCは、プル−アップトランジスタTup、プル−ダウントランジスタTdown、及び制御スイッチ回路CSCなどを含むことができる。
制御スイッチ回路CSCは、プル−アップトランジスタTupのゲートノードに該当するQノードの電圧と、プル−ダウントランジスタTdownのゲートノードに該当するQBノードの電圧を制御する回路であって、多数個のスイッチ(トランジスタ)を含むことができる。
プル−アップトランジスタTupは、ゲート信号出力ノードNoutを介してゲートラインGLに第1レベル電圧(例:ハイレベル電圧VGH)に該当するゲート信号Vgateを供給するトランジスタである。プル−ダウントランジスタTdownは、ゲート信号出力ノードNoutを介してゲートラインGLに第2レベル電圧(例:ローレベル電圧VGL)に該当するゲート信号Vgateを供給するトランジスタである。プル−アップトランジスタTupとプル−ダウントランジスタTdownは互いに異なるタイミングにターン−オンできる。
プル−アップトランジスタTupは、クロック信号CLKが印加されるクロック信号印加ノードNclkとゲートラインGLに電気的に連結されたゲート信号出力ノードNoutとの間に電気的に連結され、Qノードの電圧によりターンオンまたはターンオフされる。
プル−アップトランジスタTupのゲートノードは、Qノードに電気的に連結される。プル−アップトランジスタTupのドレインノードまたはソースノードはクロック信号印加ノードNclkに電気的に連結される。プル−アップトランジスタTupのソースノードまたはドレインノードは、ゲート信号Vgateが出力されるゲート信号出力ノードNoutに電気的に連結される。
プル−アップトランジスタTupは、Qノードの電圧によりターンオンされて、クロック信号CLKのハイレベル区間でのハイレベル電圧VGHを有するゲート信号Vgateをゲート信号出力ノードNoutに出力する。
ゲート信号出力ノードNoutに出力されたハイレベル電圧VGHのゲート信号Vgateは、該当ゲートラインGLに供給される。
プル−ダウントランジスタTdownは、ゲート信号出力ノードNoutと基底電圧ノードNvssとの間に電気的に連結され、QBノードの電圧によりターンオンまたはターンオフされる。
プル−ダウントランジスタTdownのゲートノードは、QBノードに電気的に連結される。プル−ダウントランジスタTdownのドレインノードまたはソースノードは基底電圧ノードNvssに電気的に連結されて、定電圧に該当する基底電圧VSSの印加を受ける。プル−ダウントランジスタTdownのソースノードまたはドレインノードは、ゲート信号Vgateが出力されるゲート信号出力ノードNoutに電気的に連結される。
プル−ダウントランジスタTdownは、QBノードの電圧によりターンオンされて、ローレベル電圧VGLのゲート信号Vgateをゲート信号出力ノードNoutに出力する。これによって、ローレベル電圧VGLのゲート信号Vgateはゲート信号出力ノードNoutを通じて該当ゲートラインGLに供給できる。ここで、ローレベル電圧VGLのゲート信号Vgateは、一例に、基底電圧VSSでありうる。
一方、制御スイッチ回路CSCは、2つ以上のトランジスタなどで構成されることができ、Qノード、QBノード、セットノード(S、スタートノードともいう)、リセットノードRなどの主要ノードがある。場合によって、制御スイッチ回路CSCは駆動電圧VDDなどの各種の電圧が入力される入力ノードなどがさらにありうる。
制御スイッチ回路CSCで、Qノードはプル−アップトランジスタTupのゲートノードと電気的に連結され、充電と放電が繰り返される。
制御スイッチ回路CSCで、QBノードはプル−ダウントランジスタTdownのゲートノードと電気的に連結され、充電と放電が繰り返される。
制御スイッチ回路CSCで、セットノードSは該当ゲート駆動回路GDCのゲート駆動の開始を指示するためのセット信号SETの印加を受ける。
ここで、セットノードSに印加されるセット信号SETはゲートドライバGDRの外部から入力されるスタート信号VSTでありえ、現在のゲート駆動回路GDより先立つ以前ステージ(stage)のゲート駆動回路GDCから出力されたゲート信号Vgateがフィードバックされた信号(キャリー信号)でありうる。
制御スイッチ回路CSCで、リセットノードRに印加されるリセット信号RSTは全てのステージのゲート駆動回路GDCを同時に初期化するためのリセット信号でありえ、他のステージ(以前または以後ステージ)から入力されたキャリー信号でありうる。
制御スイッチ回路CSCはセット信号SETに応答してQノードを充電し、リセット信号RSTに応答してQノードを放電する。制御スイッチ回路CSCは、QノードとQBノードの各々を互いに異なるタイミングに充電または放電させるためにインバータ回路を含むことができる。
図3に図示したように、OLEDパネルに該当するパネルPNLのアクティブ領域(A/A)内の多数のサブピクセルSPの各々には駆動トランジスタDRT及びスイッチングトランジスタO−SWTが配置できる。但し、本実施形態はこれに限定されず、図4に図示したように、OLEDパネルに該当するパネルPNLのアクティブ領域(A/A)内の3個以上のトランジスタが配置されることもできる。
また、図5に図示したように、LCDパネルに該当するパネルPNLのアクティブ領域(A/A)内の多数のサブピクセルSPの各々にはスイッチングトランジスタL−SWTが配置できる。
このように、OLEDパネルまたはLCDパネルなどでありうるパネルPNLのアクティブ領域(A/A)内の多数のサブピクセルSPの各々の領域にはトランジスタ(DRT、O−SWT、L−SWT)が配置できる。
また、図2に図示したように、ゲート駆動回路GDCがINSIPタイプで具現された場合、即ち、ゲート駆動回路GDCがパネルPNLに内蔵される場合、図5のようなゲート駆動回路GDCを構成する各種のトランジスタ(Tup、Tdown、CSC内部のトランジスタなど)がパネルPNLのアクティブ領域(A/A)の外郭領域であるノン−アクティブ領域(N/A)に配置できる。
一方、パネルPNLのアクティブ領域(A/A)及び/又はノン−アクティブ領域(N/A)に配置されるトランジスタTRは、チャンネル長さとS−係数(Sub-threshold swing:S-factor or SS)によってトランジスタTRの素子性能(例:移動度、オン−カレント特性など)が変わることができる。ここに、以下では、素子性能を向上させることができる短いチャンネル(Short Channel)を有し、高いS−係数を有するトランジスタTRの構造を説明する。
本発明の実施形態に従うトランジスタTRは、基板上に配置された第1電極、基板上に配置され、第1電極の一端と重畳した絶縁パターン、絶縁パターンの上面の一部に配置された第2電極、第1電極、絶縁パターン、第2電極上に配置されたアクティブ層、アクティブ層上に配置されたゲート絶縁膜、及びゲート絶縁膜上に配置されたゲート電極を含み、アクティブ層の一端は第1電極と重畳し、アクティブ層の他端は第2電極と重畳し、第1及び第2電極と重畳しない領域にチャンネル領域が設けられ、アクティブ層のチャンネル領域は絶縁パターンの側面に対応する領域と、アクティブ層が絶縁パターンの上面の一部と重畳し、かつ第2電極と重畳しない領域を含み、絶縁パターンの側面に対応する領域でのゲート絶縁膜の厚さは絶縁パターンの上面の一部と重畳し、かつ第2電極と重畳しない領域での前記ゲート絶縁膜の厚さより薄いことがある。
このように、簡略に説明したトランジスタ構造TRに対して、いろいろな図面を参照してより詳細に説明する。
図7は、本発明の実施形態に従う垂直(Vertical)構造のトランジスタを示した図である。図8は、本発明の実施形態に従う絶縁パターンの形状を図示した図である。
本発明に従う実施形態で定義する垂直構造のトランジスタTRは、アクティブ層ACTのチャンネル領域(CHA;Channel Area)が基板SUBと平行でないように配置されたトランジスタTRを意味する。包括的には、アクティブ層ACTのチャンネル領域CHAと基板SUBとの間の角度が0°超過180°未満である場合を全て含むことができる。
図7を参照すると、パネルPNLに配置される垂直構造のトランジスタTRは、ゲート電極GATE、アクティブ層ACT、第1電極E1、及び第2電極E2を含むことができる。
第1電極E1はソース電極であり、第2電極E2はドレイン電極でありえ、他の場合に、第1電極E1はドレイン電極であり、第2電極E2はソース電極でありうる。
具体的に、基板SUB上に第1電極E1が配置される。
第1電極E1が配置された基板SUB上には第1電極E1の一端と重畳した絶縁パターンINPが配置される。
絶縁パターンINPは、垂直構造のトランジスタTRでアクティブ層ACTのチャンネル領域CHAを基板SUBと平行でないように建てるための構造物でありうる。このような絶縁パターンINPは無機絶縁物質、例えば、SiOx、SiO、SiON、SiNxなどのうち、1つ以上を含んで構成できる。
このような絶縁パターンINPの上面の一部に第2電極E2が配置される。
また、図7に図示したように、第2電極E2の一端(A)は絶縁パターンINPの一端(B)と離隔する。
アクティブ層ACTは、第1電極E1の一部、第2電極E2の一部(または、全部)、及び絶縁パターンINPの一側面上に配置されてこれらと重畳する。
具体的に、図7に図示したように、アクティブ層ACTの一端は第1電極E1と重畳し、他端は第2電極E2と重畳できる。
図7ではアクティブ層ACTが単一層のものとして図示されたが、本発明がこれに限定されるのではなく、アクティブ層ACTは2層以上の多重層で構成されることもできる。
このようなアクティブ層ACTは、チャンネル領域CHAを含むことができる。
チャンネル領域CHAは、アクティブ層ACTが絶縁パターンINPの一側面に対応する領域と、アクティブ層ACTが絶縁パターンINPの上面の一部と重畳し、かつ第2電極E2と重畳しない領域を含む領域でありうる(チャンネル領域CHAは、絶縁パターンINPのコーナー部または段差部を過ぎることができるので、アクティブ層ACTのチャンネル領域CHAは絶縁パターンINPの2つの異なる面と接触できる)。
即ち、チャンネル領域CHAはアクティブ層ACTが第1電極E1及び第2電極E2の各々と重畳しない領域でありうる。このようなチャンネル領域CHAは断面上で垂直または水平方向にゲート電極GATEと重畳できる。
他の側面で、チャンネル領域CHAはアクティブ層ACTが絶縁パターンINPの一側面と重畳する領域(CHA1、第1部分)及び第1部分CHA1から延長される領域を含み、第2電極E2の一端(A)と絶縁パターンINPの一端(B)が離隔して絶縁パターンINPの上部が第2電極E2により露出した領域(CHA2、第2部分)と対応する領域でありうる。
ここに、チャンネル領域CHAの長さは、第1部分CHA1の長さ(L1)、第2部分CHA2の長さ(L2)でありうる。
言い換えると、チャンネル領域CHAの長さは絶縁パターンINPの側面に位置したアクティブ層ACTの長さ(L1)と、絶縁パターンINPの側面に位置したアクティブ層ACTから延長され、絶縁パターンINPの上面の一部と重畳し、かつ第2電極E2と重畳しない領域に配置されたアクティブ層ACTの長さ(L2)の和でありうる。
前述したように、L1は絶縁パターンINPの一側面と重畳する領域でのアクティブ層ACTの長さを意味する。
本発明の実施形態に従うアクティブ層ACTのチャンネル領域CHAの長さは、絶縁パターンINPの一側面と重畳する領域でのアクティブ層ACTの長さを含むので、絶縁パターンINPの高さが変われば、チャンネル領域CHAの長さやはり変わることができる。即ち、チャンネル領域CHAの長さは絶縁パターンINPの高さに比例することができる。言い換えると、絶縁パターンINPの高さを変化させることによって、チャンネル領域CHAの長さを微細に調整することができる。
例えば、絶縁パターンINPの高さが低くなる場合、絶縁パターンINPの一側面と重畳する領域でのアクティブ層ACTの長さが短くなるので、全体的なチャンネル領域CHAの長さが短くなることができる。
言い換えると、本発明のトランジスタTRは露光工程などによりアクティブ層ACTのチャンネル領域CHAの長さを決定せず、絶縁パターンINPの高さ調節だけでもチャンネル領域CHAの長さを調節することができる。
本発明の実施形態で、絶縁パターンINPの高さは100nm乃至500nmでありうるが、本発明がこれに限定されるのではない。
一方、水平構造のトランジスタの場合、アクティブ層ACTのチャンネル領域CHAの長さを縮めるためには微細サイズに対する露光工程が適用されなければならないが、露光装備の限界によってチャンネル領域CHAの長さを低減させることに限界がある。即ち、非常に小さいチャンネル領域CHAのサイズ調整を制御するために、マスクまたはその他の露光技術を使用する能力が制限されるか、または効果が減ることがあるので、トランジスタが小さくなるにつれて生産収率が低くなり、チャンネル領域の長さを制御することが困難になることがある。
また、露光装備を通じて短いチャンネルを有するアクティブ層ACTを形成しても、パネルPNLに形成されたトランジスタTRのチャンネル領域CHAの長さが一定でなく、トランジスタTR毎に不均一なチャンネル領域CHAの長さを有することができる。
しかしながら、本発明の実施形態に従うトランジスタTRは絶縁パターンINPの高さを通じてアクティブ層ACTのチャンネル領域の長さを調節することができるので、短いチャンネルを有するアクティブ層ACTを形成するために、露光工程を適用する必要がない。
ゲート絶縁膜INSはアクティブ層ACTを覆いながら配置される。ゲート絶縁膜INSはアクティブ層ACTの上面及び側面を覆って、第1電極E1の一部及び第2電極E2の一部または全部を覆うように配置できる。例えば、図7に図示されたように、ゲート絶縁膜INSは基板SUBに対して垂直方向にチャンネル領域と重畳できる。
ゲート絶縁膜INS上にはゲート電極GATEが配置される。
前述した構造のトランジスタTRは、OLEDパネルPNL内に配置された多数のトランジスタTRのうち、駆動トランジスタDRTに適用できる。
駆動トランジスタDRTは高いS−係数と高いオン−カレント(On-Current、パネルが灯っている時の電流)特性が要求され、特に、モバイル用OLEDパネルPNLに使われる駆動トランジスタDRTは前述した特性がさらに要求される。
S−係数はS−係数グラフ(Sub-threshold graph)を通じて分かる。
S−係数グラフは駆動トランジスタのゲート電圧の変化量と駆動電流の変化量の間の割合を示したグラフであり、駆動トランジスタDRTのS−係数グラフの傾きが大きい場合、可用データ電圧範囲が狭くて、低階調表現に不利であるという問題があり、駆動トランジスタがオフ(off)状態からオン(on)状態に行く速度が遅いことがある。
ここで、S−係数グラフの傾きは1/S−係数でありうる。
言い換えると、S−係数はゲート電圧が変わる時、チャンネルポテンシャル(channel potential)がどれくらい早く変わるかを示すものであり、S−係数が大きいということはS−係数が小さい時に比べて、チャンネルポテンシャルが遅く変わることを意味する。
このようなS−係数はゲート絶縁膜INSのキャパシタンス値と関連がある。具体的に、ゲート絶縁膜INSのキャパシタンス値はS−係数と反比例の関係にいる。
ここで、ゲート絶縁膜INSのキャパシタンス値とは、ゲート電極GATEとチャンネル領域CHAにより形成された単位面積当たりキャパシタンス値を意味する。ゲート絶縁膜INSのキャパシタンス値、ゲート絶縁膜INSの厚さ、及びゲート絶縁膜INSの誘電率の関係は、以下の式1で表現できる。
[式1]
Figure 0006871326
式1で、CINSはゲート絶縁膜INSのキャパシタンス値であり、TINSはゲート絶縁膜INSの厚さであり、εINSはゲート絶縁膜INSの誘電率でありうる。
式1によれば、チャンネル領域CHAゲート電極GATEの間に位置したゲート絶縁膜INSのキャパシタンス値は、ゲート絶縁膜INSの厚さと反比例関係にいることが分かる。そして、ゲート絶縁膜INSの厚さが厚ければS−係数が大きくなることができる。
即ち、ゲート絶縁膜INSの厚さが厚ければ、ゲート絶縁膜INSの厚さが薄い時より、ゲート電圧がチャンネル領域CHAにゆっくり到達するようになるので、S−係数が大きくなることができる。
前述したように、S−係数はゲート電極GATEと重畳する領域内でゲート絶縁膜の厚さ調節により調節できる。
しかしながら、一般的な平面構造のトランジスタ構造でゲートゲート絶縁膜の厚さが薄くなれば、高いオン−カレントが得られる反面、S−係数は小さくなり、ゲート絶縁膜の厚さが厚くなれば、高いS−係数が得られる反面、オン−カレントが低くなる問題がある。
また、ゲートゲート絶縁膜の厚さだけでなく、アクティブ層のチャンネル長さを調節してオン−カレントサイズを調節することができる。具体的に、アクティブ層のチャンネル長さが短くなるほどしきい電圧(threshold voltage)が減少するようになって、オン−カレントが大きくなることができる。
ここに、一般的な平面構造のトランジスタでゲート絶縁膜の厚さを厚く維持し、アクティブ層の短いチャンネルを用いて高いS−係数と高いオン−カレント特性を具現するための研究が進行されたが、前述したように、工程上の限界によって短いチャンネルを有するアクティブ層を製造することに困難性があった。
本発明の実施形態に従う電子装置は、駆動トランジスタDRTを垂直構造トランジスタTRに使用して短いチャンネル領域CHAを有するアクティブ層ACTを含み、ゲート絶縁膜INSの厚さを領域別に調節して、高いS−係数(factor)と高いオン−カレント特性を具現することができる。
本発明の実施形態に従う垂直構造のトランジスタTRで、アクティブ層ACTのチャンネルCHA領域は絶縁パターンINPの高さを低める方法により具現できる。絶縁パターンINPの高さは100nm乃至500nmでありうるが、本発明がこれに限定されるのではない。
即ち、水平構造トランジスタでは工程上の問題などによって具現できなかった短いチャンネルを有するアクティブ層ACTを容易に具現することができる。
また、本発明の実施形態に従う電子装置はゲート絶縁膜INSの厚さを部分的に厚くしてS−係数を大きくすることができる。
具体的に、第2電極E2の一端と絶縁パターンINPの一端が離隔した領域と対応する領域に配置されたアクティブ層ACT上のゲート絶縁膜INSの厚さ(t1、第1厚さと称する)は、絶縁パターンINPの一側面と重畳する一部の領域でのアクティブ層ACT上に配置されたゲート絶縁膜INSの厚さ(t2、第2厚さと称する)より厚いことがある。
即ち、アクティブ層ACTのチャンネル領域CHA上に配置されたゲート絶縁膜INSの第1厚さ(t1)は第2厚さ(t2)より厚いことがある。ここで、第1厚さ(t1)は基板SUBと平行でない方向を基準にしたゲート絶縁膜INSの厚さであり、第2厚さ(t2)は基板SUBと平行な方向を基準にしたゲート絶縁膜INSの厚さである。
第1厚さ(t1)が第2厚さ(t2)より厚いので、ゲート絶縁膜INSが第1厚さ(t1)を有する領域と対応する領域でのチャンネル領域CHAの抵抗は、ゲート絶縁膜INSが第2厚さ(t2)を有する領域と対応する領域でのチャンネル領域CHAの抵抗より大きいことがある。
したがって、第1厚さ(t1)が第2厚さ(t2)より厚いので、ゲート絶縁膜INSが第1厚さ(t1)を有する領域と対応する領域でのチャンネルポテンシャル(Potential)はゲート絶縁膜INSが第2厚さ(t2)を有する領域と対応する領域でのチャンネルポテンシャルより遅く変わることがある。
チャンネル領域CHAのポテンシャルが一部の領域で早く変わっても、残りの領域で遅く変われば、全体チャンネル領域CHAのポテンシャルは最も遅く変わる領域の速度を付いて行くようになる(即ち、第1厚さ(t1)を有するゲート絶縁膜INSと重畳する第2部分CHA2を有する)。
即ち、チャンネル領域CHA上に配置されたゲート絶縁膜INSを一部の領域でのみ厚く形成してもS−係数を大きくする効果を得ることができる。
言い換えると、本発明の実施形態に従う垂直構造のトランジスタTRはアクティブ層ACTの短いチャンネルを備えることによって、高いオン−カレント特性を有することができ、チャンネル領域CHA上に配置されたゲート絶縁膜INSの厚さを一部分でのみ厚く調節してS−係数を高めることによって、可用データ電圧範囲を広げることができる効果がある。
また、アクティブ層ACTの短いチャンネルは、垂直構造トランジスタTRの駆動電流を増加させることができる。
一方、図7及び図8に図示したように、ゲート絶縁膜INSが絶縁パターンINPの側面の一部と対応する領域で薄い厚さである第2厚さ(t2)を有するために、絶縁パターンINPの幅(WS)が基板SUBから遠ざかるほど広くなる領域を含むことができる。
具体的に、絶縁パターンINPの一側面と基板SUBとがなす角度(α)は90°より大きい角度でありうる。即ち、絶縁パターンINPは逆テーパー形状でありうる。ここで、絶縁パターンINPの幅(WS)は基板SUBと水平な方向を基準にした長さでありうる。
本発明で、ゲート絶縁膜INSは蒸着工程により形成できる。
しかしながら、絶縁パターンINPが逆テーパー形状を有することによって、ゲート絶縁膜INSを形成する原料物質が絶縁パターンINPの上部の端部に遮られて絶縁パターンINPの側面には適正な量が到達できなくなる。これによって、絶縁パターンINPの上面及び第1電極E1上に形成されたゲート絶縁膜INSの厚さより絶縁パターンINPの側面に形成されたゲート絶縁膜INSの厚さが薄くなることがある。
本発明の実施形態に従うトランジスタTRは、一般的な水平構造のトランジスタに比べて素子の面積を減少させることができる。具体的に、本発明の実施形態に従うトランジスタTRはアクティブ層ACTが絶縁パターンINPにより基板SUBと平行でない方向に立てられるので、チャンネル領域CHAが短くなることができ、これを通じて、アクティブ層ACTの長さやはり短くなることができるので、素子の面積が小さくなることができる。
また、アクティブ層ACTと、第1電極E1及び第2電極E2が直接コンタクトする構造を有する。
アクティブ層ACTと、第1電極E1及び第2電極E2の間にゲート絶縁膜を置いてゲート絶縁膜に形成されたコンタクトホールを形成して第1電極E1及び第2電極E2の各々をアクティブ層ACTとコンタクトさせる場合、ゲート絶縁膜に形成されたコンタクトホールの入口幅だけ第1電極E1及び第2電極E2の面積が大きくならざるを得ない。一方、本発明の実施形態に従うトランジスタTRは前述したようにアクティブ層ACTと、第1電極E1及び第2電極E2が直接コンタクトする構造を有するので、素子の面積を縮めることができる。
図7ではアクティブ層ACTとゲート電極GATEとの間に配置されたゲート絶縁膜INSが単一層である構成を図示したが、本発明はこれに限定されず、ゲート絶縁膜INSが2以上の層からなることができる。これを図9を参照して検討すると、次の通りである。
図9は、本発明の他の実施形態に従う垂直構造のトランジスタを示した図である。
後述する説明では前述した実施形態と重畳する内容(構成、効果など)は省略することができる。
図9を参照すると、本発明の他の実施形態に従う垂直構造のトランジスタTRは、ゲート電極GATE、アクティブ層ACT、第1電極E1、及び第2電極E2を含むことができる。
第1電極E1が配置された基板SUB上には第1電極E1の一端と重畳した絶縁パターンINPが配置される。
絶縁パターンINPが第1電極E1の一端と重畳するように配置されることによって、アクティブ層ACTのチャンネル領域CHAの長さが短くなることができる。
具体的に、図10を参照して、第1電極E1及び絶縁パターンINPの配置構造に従うチャンネル領域CHAの長さの関連性を検討すると、次の通りである。
図10は、第1電極及び絶縁パターンINPの配置構造に従うチャンネル領域の長さの関連性を図示した図である。
図10を参照すると、第1電極E1と絶縁パターンINPが離隔して配置できる。そして、アクティブ層ACTの一端は第1電極E1と重畳し、アクティブ層ACTの他端は第2電極E2と重畳できる。
アクティブ層ACTのチャンネル領域CHAは絶縁パターンINPの一側面及び上面の一部に沿って具備できる。そして、第1電極E1と絶縁パターンINPとの間の基板SUB上にも具備できる。
したがって、図10のアクティブ層ACTのチャンネル領域CHAの長さは図7及び図9のチャンネル領域CHAの長さより第1電極E1と絶縁パターンINPとの間の基板SUB上に配置されたチャンネル領域CHAの長さ(PCL)だけ長くなることができる。
ここで、第1電極E1と絶縁パターンINPとの間の基板SUB上に配置されたチャンネル領域CHAの長さ(PCL)は、第1電極E1と絶縁パターンINPとの間の隔離距離(LD)より短いことがある。
即ち、本発明の実施形態に従う垂直構造のトランジスタTRは第1電極E1の一端と絶縁パターンINPが重畳するように配置されることによって、短いチャンネルを具現することができる。
図9で、アクティブ層ACTの一端は第1電極E1の上面の一部と絶縁パターンINPの一側面、絶縁パターンINPの上面の一部、及び第2電極E2の上面の一部に沿って配置される。
アクティブ層ACT上には第1ゲート絶縁膜INS1及び第2ゲート絶縁膜INS2が配置される。
第1ゲート絶縁膜INSは、第1電極E1と重畳する第1領域IP1と、第2電極E2と重畳する第2領域IP2を含む。
第1ゲート絶縁膜INS1は絶縁パターンINPの側面の一部と対応する領域に配置されたアクティブ層ACTの上面を露出するように配置される。第1ゲート絶縁膜INS1により上面の一部が露出したアクティブ層ACTの領域は、チャンネル領域CHAの一部でありうる。
一方、第2領域IP2は第2電極E2の一端(A)と絶縁パターンINPの一端(B)が離隔して第2電極E2が絶縁パターンINPの上面を露出する領域にも配置できる。
第2電極E2の一端(A)と絶縁パターンINPの一端(B)が離隔して第2電極E2が絶縁パターンINPの上面を露出する領域上には、アクティブ層ACTのチャンネル領域CHAが具備できる。
即ち、第2領域IP2はチャンネル領域CHAの一部、例えば、チャンネル領域CHAの第2部分CHA2上にも配置できる。
第1ゲート絶縁膜INS1とアクティブ層ACT上には、第2ゲート絶縁膜INS2が配置できる。
第2ゲート絶縁膜INSは、第1ゲート絶縁膜INS及びアクティブ層ACTを覆いながら配置できる。
一方、図9では第1ゲート絶縁膜INS1及び第2ゲート絶縁膜INS2の端部が第1電極E1及び第2電極E2と重畳する構造で図示されているが、本発明はこれに限定されるのではない。例えば、第1ゲート絶縁膜INS1は絶縁パターンINPの側面に対応する部分を除外した基板SUBの全面に配置されることができ、第2ゲート絶縁膜は基板SUBの全面に配置されることもできる。選択的に、第1絶縁膜INS1の一部は第2ゲート絶縁膜INS2の絶縁パターンINPの側面の間に配置できる(製造偏差または製造上の制約により)。
本発明の実施形態に従う垂直構造トランジスタTRは、絶縁パターンINPを用いてアクティブ層ACTのチャンネル領域CHAの一部が基板SUBと平行でない方向に立てられる効果を得ることができる。
但し、絶縁パターンINP上に配置される構成のうち、アクティブ層ACTと第2ゲート絶縁膜INS2のように絶縁パターンINPに沿って形成されながら薄い厚さが要求される構成は、絶縁パターンINPによる段差のため、厚さ信頼性を得ることが困難である。
このような問題点を解決するために、本発明の実施形態に従う電子装置で、アクティブ層ACTと第2ゲート絶縁膜INS2は、一例に、MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)またはALD(Atomic Layer Deposition)などの薄膜蒸着制御可能な薄膜蒸着工程により形成できる。
ここで、MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)工程は、高温の基板の上に原料ガスを流出させて、その表面上で分解反応を起こして薄膜を形成する化学蒸着(CVD:Chemical Vapor Deposition)の一種であって、原料ガスの中に有機金属錯体を含む場合をいい、有機金属ガスを加熱した基板上に熱分解させて半導体薄膜を成長させる技術である。MOCVDの場合、他の化学蒸着工程、例えば、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)またはLPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)より低温で操作するようになり、原子オーダーでの薄膜制御が可能であり、均一な膜を得ることができる。
ALD(Atomic Layer Deposition)工程は、反応原料を各々分離、供給して、反応ガス間の化学反応で形成された粒子を基板の表面に蒸着、薄膜を形成する蒸着法であって、1つの反応原料が薄膜が蒸着される基板の上に化学吸着が起こった後、第2または第3の気体が入って基板の上でまた化学吸着が起こりながら薄膜が蒸着される蒸着法である。
このようなMOCVDまたはALD工程を用いる場合、一般的なPVD(Physical Vapor Deposition)及び一般的な他のCVD(Chemical Vapor Deposition)工程に比べて、薄膜生産性や成長速度は増やすことができるが、薄膜塗布性が良いので、これを通じての微細な薄膜厚さ調節が可能である。即ち、MOCVDまたはALD工程を用いる場合、優れるステップカバレッジ(Step Coverage)特性を有する薄膜を形成することができる。
また、MOCVDまたはALD工程は、スパッタリングなどの他の一般的な蒸着法に比べて、厚さ均一度及び組成均一度がより優秀で、より高密度の薄膜を形成することができる。
このようなMOCVDまたはALD工程により形成されるアクティブ層ACTと第2ゲート絶縁膜INS2は、段差がある領域でも断線無しで形成された非常に薄い薄膜でありうる。
また、MOCVDまたはALD工程により形成されるアクティブ層ACTと第2ゲート絶縁膜INS2は、位置別厚さ偏差が非常に小さいことがある。即ち、アクティブ層ACTと第2ゲート絶縁膜INS2は良い厚さ均一度を有することができる。
これに反して、第1領域IP1と第2領域IP2を含む第1ゲート絶縁膜INS1は、MOCVDまたはALD工程の以外の他の一般的な蒸着法により形成できる。例えば、第1ゲート絶縁膜INS1はPECVDまたはスパッタリングなどの蒸着法により形成できる。
第1ゲート絶縁膜INS2を形成する工程で、第1ゲート絶縁膜INS2の原料物質は逆テーパー形状の絶縁パターンINPの上部の一端に遮られて絶縁パターンINPの側面と対応する領域に到達できなくなる。これによって、第1ゲート絶縁膜INS2は絶縁パターンINPの側面に対応する領域で形成されず、第1電極E1及び絶縁パターンINPの上面に該当する領域のみで形成できる。
そして、第2ゲート絶縁膜INS2は第1ゲート絶縁膜INS1に比べて小さい厚さ偏差と高い密度を有しながら第1ゲート絶縁膜INS1及びアクティブ層ACTを覆いながら配置できる。
また、第2ゲート絶縁膜INS2は第1ゲート絶縁膜INS1より薄いことがある。具体的に、第2ゲート絶縁膜INS2が最大厚さを有する領域の厚さは第1ゲート絶縁膜INS1が最大厚さを有する領域の厚さより薄いことがある。
例えば、第2ゲート絶縁膜INS2の厚さは50nm以下でありえ、第1ゲート絶縁膜INS1の厚さは50nmよりは厚いことがあり、200nm以下の厚さを有することができる。
ここに、アクティブ層ACTのチャンネル領域CHAとゲート電極GATEとの間に配置されたゲート絶縁膜の厚さは位置別に相異することがある。
具体的に、第2電極E2の一端(A)と絶縁パターンINPの一端(B)が離隔して第2電極E2が絶縁パターンINPの上面を露出する領域では、チャンネル領域CHAとゲート電極GATEとの間に第1ゲート絶縁膜INS1と第2ゲート絶縁膜INS2が配置され、アクティブ層ACTが絶縁パターンINPの一側面と重畳する領域ではチャンネル領域CHAとゲート電極GATEとの間に第2ゲート絶縁膜INS2のみ配置される。
即ち、絶縁パターンINPの上面上に存在するチャンネル領域CHA上のゲート絶縁膜(第1及び第2ゲート絶縁膜)の厚さ(t1)は、絶縁パターンINPの側面上に存在するチャンネル領域CHA上のゲート絶縁膜(第2ゲート絶縁膜)の厚さ(t2)より厚い。
即ち、本発明の実施形態に従う電子装置は、マスク工程無しでチャンネル領域CHA上のゲート絶縁膜(INS1、INS2)の厚さが調節できる効果がある。
図11は、本発明の更に他の実施形態に従う垂直構造のトランジスタを示した図である。
図11を参照すると、垂直構造トランジスタTRは、第1電極E1、第2電極E2、及び絶縁パターンINP上に配置され、アクティブ層ACTの下部に配置された中間層INTをさらに含むことができる。
具体的に、基板上に中間層INTの物質を形成し、中間層INTの物質上にアクティブ層ACT物質を形成した後、同一マスクを通じて中間層INTの物質とアクティブ層ACTの物質をパターニングして中間層INTとアクティブ層ACTを形成することができる。
ここで、中間層INTは無機物質からなることができる。例えば、Al2O3、TiO2、Ga2O3、及びZnOなどのうち、1つ以上を含んで構成できる。
また、中間層INTの厚さは10Å乃至30Åの範囲で選択できる。
中間層INTの厚さは第1及び第2ゲート絶縁膜INS1、INS2の厚さより薄いことがある。
そして、アクティブ層ACTは非晶質シリコン(a−Si:amorphous Silicon)半導体で構成できる。このようなアクティブ層ACTを含むトランジスタTRを非晶質シリコン(a−Si)トランジスタという。
他の例に、アクティブ層ACTは酸化物(Oxide)半導体で構成できる。このようなアクティブ層ACTを含むトランジスタTRをオキサイドトランジスタという。この場合、例えば、酸化物半導体はIGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、ITZO(Indium Titanium Zinc Oxide)などのN型酸化物半導体でありえ、CuOx、SnOx、NiOxなどのP型酸化物半導体でありうる。
中間層INTは、第1電極E1及びアクティブ層ACTとコンタクトする領域と、第2電極E2及びアクティブ層ACTとコンタクトする領域を含む。
図12を参照して図11のコンタクト領域(CTA:Contact Area)を説明すると、次の通りである。
図12は、図11のコンタクト領域(CTA:Contact Area)を図示した図である。
図12を参照すると、コンタクト領域(CTA:Contact Area)は第1電極E1とアクティブ層ACTがMIS(Metal Insulator Semiconductor)コンタクト原理によりコンタクトする領域であり、第2電極E2とアクティブ層ACTがMIS(Metal Insulator Semiconductor)コンタクト原理によりコンタクトする領域である。
金属(Metal)と半導体(Semiconductor)が直接コンタクトされる場合、高いショットキー障壁(Schottky Barrier)を有するので、コンタクト抵抗が高まる。しかしながら、金属と半導体との間に薄いゲート絶縁膜が挿入(MISコンタクト)されれば、金属と半導体の直接コンタクトを避けてコンタクト抵抗が高まることを防止することができる。
図12を参照すると、第1電極E1とアクティブ層ACTとの間に中間層INTが配置される。第2電極E2とアクティブ層ACTとの間に中間層INTが配置される。
第1電極E1とアクティブ層ACTは、間に無機絶縁物質からなる中間層INTが存在するにもかかわらず、中間層INTはMOCVDまたはALDなどの薄膜蒸着工程により非常に薄く形成されているので、MIS(Metal Insulator Semiconductor)コンタクト原理により、第1電極Sとアクティブ層ACTとの間のコンタクト抵抗が低くなることができる。
同様に、第2電極Dとアクティブ層ACTは、間に無機絶縁物質からなる中間層INTが存在するにもかかわらず、中間層INTは非常に薄く形成されているので、MISコンタクト原理により、第2電極E2とアクティブ層ACTとの間のコンタクト抵抗が低くなることができる。
一方、図面には図示してはいないが、電子装置がパネルPNLなどである場合、図7、図9、及び図11に図示した垂直構造トランジスタTRはアクティブ領域のサブピクセルSP内に配置されることができ、これらはピクセル電極と連結できる。
これを図13を参照して検討すると、次の通りである。
図13は、本発明の実施形態に従う垂直構造トランジスタがサブピクセル内に配置された場合、ピクセル電極と連結された構造のトランジスタを図示した図である。
図13を参照すると、アクティブ領域(A/A)でサブピクセルSP内に配置される垂直構造トランジスタTRの中には第2電極E2がピクセル電極PXLと電気的に連結されなければならないトランジスタDRTが存在できる。
このようなトランジスタTRのゲート電極GATEを覆いながらパッシベーション層PSAが配置できる。図13では、説明の便宜のためにゲート電極GATE上にパッシベーション層PSAが配置された構成を図示したが、本発明がこれに限定されるのではなく、ゲート電極GATEとパッシベーション層PSAとの間に他の絶縁膜などの構成が追加できる。
パッシベーション層PSA上にピクセル電極PXLが位置することができる。ピクセル電極PXLはパッシベーション層PSAのホールを介して第2電極E2と連結できる。ここで、第2電極E2はソース電極またはドレイン電極でありうる。
図13では本発明のトランジスタTRがアクティブ領域(A/A)に配置された構成を説明したが、本発明の実施形態に従うトランジスタTRはパネルPNLの外郭領域であるノン−アクティブ領域にも配置できる。
このような垂直構造トランジスタTRが占める面積は水平構造トランジスタが占める面積に比べて狭いので、本発明の実施形態に従うトランジスタTRがノン−アクティブ領域に配置される場合、ノン−アクティブ領域(ベゼル領域という)のサイズを縮めることができる。
本発明の実施形態に従うトランジスタTRは、アクティブ層ACTが短いチャンネルを備えることによって、高いオン−カレント特性を有することができ、チャンネル領域CHA上に配置されたゲート絶縁膜INSの厚さを一部分でのみ厚く調節してS−係数を高めることによって、可用データ電圧範囲を広げることができる効果がある。
本発明の実施形態に従う電子装置がOLEDパネルPNLである場合、アクティブ領域のサブピクセルSP内に多数のトランジスタTRが配置されることができ、サブピクセルSP内に配置された多数のトランジスタTRのうちの少なくとも1つは、本発明の実施形態に従うトランジスタTR構造を有することができる。
これを図14乃至図17を通じて具体的に検討すると、次の通りである。
図14乃至図17は、サブピクセルSP内に配置された多数のトランジスタの構造を図示した図である。
説明の便宜のために、図14乃至図17では1つのサブピクセルSP内に3個のトランジスタ(T1、T2、DR)が配置された構成を中心として説明する(図4参照)。
図14を参照すると、駆動トランジスタTRは本発明の実施形態に従う垂直構造トランジスタTRでありうる。
第1トランジスタT1と第2トランジスタT2は同一な構造であり、駆動トランジスタTRとは異なる水平構造トランジスタでありうる。
具体的に、第1及び第2トランジスタT1、T2は、基板SUB上にバッファ層BUFが配置され、バッファ層BUF上にアクティブ層ACTが配置できる。
アクティブ層ACTのチャンネル領域CHAと対応する領域上に第1ゲート絶縁膜INS1、第2ゲート絶縁膜INS2、及びゲート電極GATEが順次に積層できる。
ゲート電極GATEを覆いながら絶縁膜INS3が配置される。
絶縁膜INS3上には第1電極E1及び第2電極E2が配置され、これらは絶縁膜INS3に形成されたホールを介してアクティブ層ACTとコンタクトできる。
図15では、駆動トランジスタTRが本発明の実施形態に従う垂直構造トランジスタであり、第1及び第2トランジスタT1、T2は図14の第1及び第2トランジスタT1、T2と異なる水平構造トランジスタでありうる。
具体的に、図15の第1及び第2トランジスタT1、T2の構造を検討すると、次の通りである。
基板SUB上にゲート電極GATEが配置される。
ゲート電極GATEを覆いながら第1ゲート絶縁膜INS1及び第2ゲート絶縁膜INS2が順次に配置される。
第2ゲート絶縁膜INS2上には、アクティブ層ACT、第1電極E1、及び第2電極E2が配置される。アクティブ層ACTの一端は第1電極E1と重畳し、他端は第2電極E2と重畳できる。
一方、図15には図示してはいないが、アクティブ層ACT上に配置されるエッチストッパーをさらに含むこともできる。
図14及び図15を参照すると、本発明の実施形態に従う垂直構造トランジスタTRを駆動トランジスタDRTに適用することができる。
このように、アクティブ層ACTが短いチャンネル領域の長さを有し、S−係数が高い垂直構造のトランジスタTRが駆動トランジスタTRに適用されることによって、可用データ電圧範囲が広くなって低階調表現に容易(駆動マージン増加)であるという効果がある。
図16を参照すると、駆動トランジスタTRは本発明の実施形態に従う垂直構造トランジスタTRが適用できる。
第1及び第2トランジスタT1、T2は同一な構造であり、本発明の実施形態に従う垂直構造トランジスタTRと異なる構造の垂直構造トランジスタが適用できる。
具体的に、第1及び第2トランジスタT1、T2は基板SUB上に第1電極E1が配置され、第1電極E1の一端と重畳する絶縁パターンINPが配置できる。
絶縁パターンINP上には第2電極E2が配置できる。
一端が第1電極E1と重畳し、他端が第2電極E2と重畳するアクティブ層ACTが配置できる。このようなアクティブ層ACTは絶縁パターンINPの一側面と重畳できる。
アクティブ層ACTを覆いながら第1ゲート絶縁膜INS1及び第2ゲート絶縁膜INS2が順次に配置できる。
第2ゲート絶縁膜INS2上にはゲート電極GATEが配置できる。
第1及び第2トランジスタT1、T2で、アクティブ層ACTとゲート電極GATEとの間に配置された第1及び第2ゲート絶縁膜INS1、INS2の厚さはチャンネル領域CHAに対応する領域で均一でありうる。
また、図17を参照すると、駆動トランジスタDRと第1及び第2トランジスタT1、T2の各々は、本発明の実施形態に従う垂直構造トランジスタTRに適用できる。
図16及び図17のように、サブピクセルSPに配置された3個のトランジスタTRを垂直構造で形成する場合、素子が占める面積を大幅に縮めることができるので、サブピクセルSPサイズを大幅縮めることができるので、超高解像度パネルPNLを具現することができる効果がある。
本発明の実施形態によれば、アクティブ層ACTのチャンネル領域CHAが絶縁パターンINPの高さを通じて決定できるので、容易に短いチャンネルを具現することができ、垂直構造のトランジスタを提供することによって、素子のサイズを小さくすることができるので、素子の集積化が可能である。
また、本発明の実施形態によれば、チャンネル領域CHA上に配置されたゲート絶縁膜(INS2、INS2)の厚さを部分的に相異するようにすることで、トランジスタのS−係数を高めて駆動マージンが増加した垂直構造のトランジスタ及び電子装置を提供することができる。
また、本発明の実施形態によれば、MOCVDまたはALD工程によりアクティブ層ACTの断線がない構造を有する垂直構造トランジスタ及び電子装置を提供することができる。
ここで、MOCVDまたはALD工程は優れるステップカバレッジ(Step Coverage)特性を有する薄膜を形成することができ、他の一般的な蒸着法に比べて厚さ均一度及び組成均一度がより優秀で、より高密度の薄膜を形成することができる蒸着法である。
また、アクティブ層ACTのチャンネル領域CHAの全体と重畳する第2ゲート絶縁膜INS2やはりMOCVDまたはALD工程により形成されることができ、これによって、薄い厚さを有しながら段差がある構造でも欠陥無しで形成できる。
本発明の実施形態によれば、垂直構造のトランジスタを提供することによって、素子面積を減少させることができ、これを通じて超高解像度パネルPNLを具現することができる。
本発明の実施形態によれば、チャンネル領域CHAの長さを短く形成することによって、トランジスタの駆動電流を増加させ、素子面積の減少によってノン−アクティブ領域のサイズを縮めることができる垂直構造トランジスタ及び電子装置を提供することができる。

以上の説明及び添付の図面は本発明の技術思想を例示的に示すことに過ぎないものであって、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で構成の結合、分離、置換、及び変更などの多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明に開示された実施形態は本発明の技術思想を限定するためのものでなく、説明するためのものであり、このような実施形態によって本発明の技術思想の範囲が限定されるのではない。本発明の保護範囲は請求範囲によって解釈されなければならず、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものとして解釈されるべきである。 また、本願は以下に記載する態様を含む。
(態様1)
パネルと、
前記パネルを駆動するための駆動回路とを含み、
前記パネルに配置されるトランジスタは、
基板上に配置された第1電極と、
前記基板上に配置され、前記第1電極の一端と重畳した絶縁パターンと、
前記絶縁パターンの上面の一部に配置された第2電極と、
前記第1電極、前記絶縁パターン、及び前記第2電極上に配置されたアクティブ層と、
前記アクティブ層上に配置されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に配置されたゲート電極とを含み、
前記アクティブ層の一端は前記第1電極と重畳し、前記アクティブ層の他端は前記第2電極と重畳し、前記アクティブ層の一端と他端との間にチャンネル領域が設けられ、
前記チャンネル領域は、前記チャンネル領域が前記絶縁パターンの一側面に沿って配置された領域である第1部分と、前記第1部分から延長され、かつ前記絶縁パターンの上面のうち、前記第2電極の縁部に配置された領域である第2部分とを含む、電子装置。
(態様2)
前記ゲート絶縁膜の第1部分は前記チャンネル領域の第2部分と重畳し、かつ第1厚さを有し、前記ゲート絶縁膜の第2部分は前記絶縁パターンの側面に沿って配置され、前記ゲート絶縁膜の前記第1部分の第1厚さより薄い第2厚さを有する、態様1に記載の電子装置。
(態様3)
前記絶縁パターンの幅は基板から垂直な方向に遠ざかるほど広くなる領域を有し、
前記絶縁パターンは前記基板に対して逆テーパー形状を有する、態様1に記載の電子装置。
(態様4)
前記アクティブ層のチャンネル領域の長さは前記絶縁パターンの高さに比例する、態様1に記載の電子装置。
(態様5)
前記ゲート絶縁膜は、
前記アクティブ層の上面に配置され、かつ前記第1電極の一部及び前記第2電極の一部または全部と重畳した第1ゲート絶縁膜と、
前記第1ゲート絶縁膜上に配置され、前記アクティブ層のチャンネル領域と重畳した第2ゲート絶縁膜とを含む、態様1に記載の電子装置。
(態様6)
前記第1ゲート絶縁膜は前記基板に対して垂直方向に前記チャンネル領域と重畳した、態様5に記載の電子装置。
(態様7)
前記第1ゲート絶縁膜は、前記絶縁パターンの側面に沿って配置されたアクティブ層の一部を露出するように配置された、態様5に記載の電子装置。
(態様8)
前記第1ゲート絶縁膜は前記アクティブ層の前記チャンネル領域の全体上に配置され、
前記チャンネル領域の第1部分上に配置された第1ゲート絶縁膜の厚さは前記チャンネル領域の第2部分上に配置された第1ゲート絶縁膜の厚さより薄い、態様5に記載の電子装置。
(態様9)
前記第1ゲート絶縁膜は、
前記アクティブ層の一端及び前記第1電極の一部と重畳した第1領域と、
前記アクティブ層の他端及び前記第2電極の一部と重畳した第2領域とを含む、態様5に記載の電子装置。
(態様10)
前記第1ゲート絶縁膜の第2領域は、前記チャンネル領域の第2部分上に配置された、態様9に記載の電子装置。
(態様11)
前記第1ゲート絶縁膜は、
前記アクティブ層の前記チャンネル領域の第1部分と重畳した第3領域を含み、
前記第3領域は前記アクティブ層の前記チャンネル領域の第1部分の一部を露出するように配置された、態様9に記載の電子装置。
(態様12)
前記第2ゲート絶縁膜が最大厚さを有する領域の厚さは、前記第1ゲート絶縁膜が最大厚さを有する領域の厚さより薄い、態様5に記載の電子装置。
(態様13)
前記第2ゲート絶縁膜は前記第1ゲート絶縁膜に比べて高い密度を有し、
前記第2ゲート絶縁膜は前記第1ゲート絶縁膜に比べて小さい厚さ偏差を有するか、または、
前記第2ゲート絶縁膜は前記第1ゲート絶縁膜より均一な厚さを有する、態様5に記載の電子装置。
(態様14)
前記アクティブ層は非晶質シリコン半導体または酸化物半導体で構成される、態様1に記載の電子装置。
(態様15)
前記第1電極、前記絶縁パターン、及び前記第2電極上に配置された中間層をさらに含み、
前記中間層は前記アクティブ層の下部に配置された、態様1に記載の電子装置。
(態様16)
前記中間層の厚さは前記第1及び第2ゲート絶縁膜の厚さより薄い、態様15に記載の電子装置。
(態様17)
前記トランジスタが前記パネルのアクティブ領域内に配置される場合、
前記トランジスタの前記ゲート電極を覆いながらパッシベーション層が配置され、
前記パッシベーション層上にピクセル電極が位置し、
前記ピクセル電極は前記パッシベーション層のホールを介して前記第1電極または前記第2電極と電気的に連結される、態様1に記載の電子装置。
(態様18)
前記トランジスタは前記パネルのアクティブ領域内の多数のサブピクセルの各々の領域に配置される、態様1に記載の電子装置。
(態様19)
前記トランジスタは前記パネルのアクティブ領域の外郭領域であるノン−アクティブ領域に配置されたゲート駆動回路に含まれる、態様1に記載の電子装置。
(態様20)
基板上に配置された第2トランジスタをさらに含み、
前記第2トランジスタは、
前記基板上に配置された第3電極と、
前記基板上に配置され、かつ前記第3電極の一部と重畳した第2絶縁パターン上に配置された第4電極と、
前記第3電極及び前記第4電極と連結され、前記第2絶縁パターンの側面に沿って配置された第2チャンネル領域を含む第2アクティブ層と、
前記第2アクティブ層上に配置された第2トランジスタのゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に配置された第2ゲート電極とを含み、
前記第2トランジスタの第2アクティブ層は、前記第3及び第4電極を過ぎて配置された第2チャンネル領域を含み、
第2トランジスタの前記第2アクティブ層の第2チャンネル領域上に配置された第2ゲート電極の厚さは、前記第3及び第4電極を過ぎて延長される前記アクティブ層領域上に配置された第2トランジスタの第2ゲート電極の厚さと同一である、態様1に記載の電子装置。
(態様21)
基板上に配置された第1電極と、
前記基板上に配置され、前記第1電極の一端と重畳した絶縁パターンと、
前記絶縁パターンの上面の一部に配置された第2電極と、
前記第1電極、前記絶縁パターン、及び前記第2電極上に配置されたアクティブ層と、
前記アクティブ層上に配置されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に配置されたゲート電極とを含み、
前記アクティブ層の一端は前記第1電極と重畳し、前記アクティブ層の他端は前記第2電極と重畳し、前記アクティブ層の一端と他端との間にチャンネル領域が設けられ、
前記チャンネル領域は、前記チャンネル領域が前記絶縁パターンの一側面に沿って配置された領域である第1部分と、前記第1部分から延長され、かつ前記絶縁パターンの上面のうち、前記第2電極の縁部に配置された領域である第2部分とを含む、垂直構造トランジスタ。
(態様22)
前記ゲート絶縁膜の第1部分は前記チャンネル領域の第2部分と重畳し、かつ第1厚さを有し、前記ゲート絶縁膜の第2部分は前記絶縁パターンの側面に沿って配置され、前記ゲート絶縁膜の前記第1部分の第1厚さより薄い第2厚さを有する、態様21に記載の垂直構造トランジスタ。
(態様23)
基板と、
前記基板上に配置された第1電極と、
前記基板上に配置された第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に配置された絶縁パターンと、
前記第1電極及び前記第2電極と連結されるアクティブ層と、
前記絶縁パターンの側面に沿って配置され、前記絶縁パターンの上縁部に沿って配置された前記アクティブ層のチャンネル領域と、
前記アクティブ層上に配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極と前記アクティブ層との間に配置されたゲート絶縁膜とを含む、垂直構造トランジスタ。
(態様24)
前記ゲート絶縁膜の上部は前記絶縁パターンの上縁部と重畳した領域で第1厚さを有し、
前記絶縁パターンの側面に沿って配置された前記ゲート絶縁膜の中間部分は第2厚さを有し、前記ゲート絶縁膜の中間部分の前記第2厚さは前記ゲート絶縁膜の第1厚さより小さい、態様23に記載の垂直構造トランジスタ。
(態様25)
前記第1電極の縁部は前記第2電極の縁部と垂直方向に重畳した、態様23に記載の垂直構造トランジスタ。
(態様26)
前記第1電極の一部分は前記絶縁パターンの下部表面の下に配置され、前記第2電極は前記絶縁パターンの最上部表面の上に配置された、態様23に記載の垂直構造トランジスタ。
(態様27)
前記アクティブ層は、前記第1電極の上部表面、前記絶縁パターンの側面、前記絶縁パターンの上縁部及び前記第2電極の上部表面と接触し、
前記絶縁パターンの上縁部は前記第2電極と離隔して配置された、態様23に記載の垂直構造トランジスタ。
SUB 基板
INP 絶縁パターン
ACT アクティブ層
CHA チャンネル領域
INS1 第1ゲート絶縁膜
INS2 第2ゲート絶縁膜
S ソース電極
D ドレイン電極
GATE ゲート電極

Claims (25)

  1. パネルと、
    前記パネルを駆動するための駆動回路とを含み、
    前記パネルに配置されるトランジスタは、
    基板上に配置された第1電極と、
    前記基板上に配置され、前記第1電極の一端と重畳した絶縁パターンと、
    前記絶縁パターンの上面の一部に配置された第2電極と、
    前記第1電極、前記絶縁パターン、及び前記第2電極上に配置されたアクティブ層と、
    前記アクティブ層上に配置されたゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜上に配置されたゲート電極とを含み、
    前記アクティブ層の一端は前記第1電極と重畳し、前記アクティブ層の他端は前記第2電極と重畳し、前記アクティブ層の一端と他端との間にチャンネル領域が設けられ、
    前記チャンネル領域は、前記チャンネル領域が前記絶縁パターンの一側面に沿って配置された領域である第1部分と、前記第1部分から延長され、かつ前記絶縁パターンの上面のうち、前記第2電極の縁部に配置された領域である第2部分とを含み、
    前記ゲート絶縁膜は、
    前記アクティブ層の上面に配置され、かつ前記第1電極の一部及び前記第2電極の一部または全部と重畳した第1ゲート絶縁膜と、
    前記第1ゲート絶縁膜上に配置され、前記アクティブ層のチャンネル領域と重畳した第2ゲート絶縁膜とを含み、
    前記第1ゲート絶縁膜は、前記絶縁パターンの側面に沿って配置されたアクティブ層の一部を露出するように配置された、電子装置。
  2. 前記ゲート絶縁膜の第1部分は前記チャンネル領域の第2部分と重畳し、かつ第1厚さを有し、前記ゲート絶縁膜の第2部分は前記絶縁パターンの側面に沿って配置され、前記ゲート絶縁膜の前記第1部分の第1厚さより薄い第2厚さを有する、請求項1に記載の電子装置。
  3. 前記絶縁パターンの幅は基板から垂直な方向に遠ざかるほど広くなる領域を有し、
    前記絶縁パターンは前記基板に対して逆テーパー形状を有する、請求項1に記載の電子装置。
  4. 前記アクティブ層のチャンネル領域の長さは前記絶縁パターンの高さに比例する、請求項1に記載の電子装置。
  5. 前記第1ゲート絶縁膜は前記基板に対して垂直方向に前記チャンネル領域と重畳した、請求項に記載の電子装置。
  6. 前記第2ゲート絶縁膜は前記アクティブ層の前記チャンネル領域の全体上に配置され、
    前記チャンネル領域の第1部分上に配置された第2ゲート絶縁膜の厚さは前記チャンネル領域の第2部分上に配置された第1ゲート絶縁膜及び第2ゲート絶縁膜の厚さより薄い、請求項に記載の電子装置。
  7. 前記第1ゲート絶縁膜は、
    前記アクティブ層の一端及び前記第1電極の一部と重畳した第1領域と、
    前記アクティブ層の他端及び前記第2電極の一部と重畳した第2領域とを含む、請求項に記載の電子装置。
  8. 前記第1ゲート絶縁膜の第2領域は、前記チャンネル領域の第2部分上に配置された、請求項に記載の電子装置。
  9. 前記第1ゲート絶縁膜は、
    前記アクティブ層の前記チャンネル領域の第1部分と重畳した第3領域を含み、
    前記第3領域は前記アクティブ層の前記チャンネル領域の第1部分の一部を露出するように配置された、請求項に記載の電子装置。
  10. 前記第2ゲート絶縁膜が最大厚さを有する領域の厚さは、前記第1ゲート絶縁膜が最大厚さを有する領域の厚さより薄い、請求項に記載の電子装置。
  11. 前記第2ゲート絶縁膜は前記第1ゲート絶縁膜に比べて高い密度を有し、
    前記第2ゲート絶縁膜は前記第1ゲート絶縁膜に比べて小さい厚さ偏差を有するか、または、
    前記第2ゲート絶縁膜は前記第1ゲート絶縁膜より均一な厚さを有する、請求項に記載の電子装置。
  12. 前記アクティブ層は非晶質シリコン半導体または酸化物半導体で構成される、請求項1に記載の電子装置。
  13. 前記第1電極、前記絶縁パターン、及び前記第2電極上に配置された中間層をさらに含み、
    前記中間層は前記アクティブ層の下部に配置された、請求項1に記載の電子装置。
  14. 前記中間層の厚さは前記第1及び第2ゲート絶縁膜の厚さより薄い、請求項13に記載の電子装置。
  15. 前記トランジスタが前記パネルのアクティブ領域内に配置される場合、
    前記トランジスタの前記ゲート電極を覆いながらパッシベーション層が配置され、
    前記パッシベーション層上にピクセル電極が位置し、
    前記ピクセル電極は前記パッシベーション層のホールを介して前記第1電極または前記第2電極と電気的に連結される、請求項1に記載の電子装置。
  16. 前記トランジスタは前記パネルのアクティブ領域内の多数のサブピクセルの各々の領域に配置される、請求項1に記載の電子装置。
  17. 前記トランジスタは前記パネルのアクティブ領域の外郭領域であるノン−アクティブ領域に配置されたゲート駆動回路に含まれる、請求項1に記載の電子装置。
  18. 基板上に配置された第2トランジスタをさらに含み、
    前記第2トランジスタは、
    前記基板上に配置された第3電極と、
    前記基板上に配置され、かつ前記第3電極の一部と重畳した第2絶縁パターン上に配置された第4電極と、
    前記第3電極及び前記第4電極と連結され、前記第2絶縁パターンの側面に沿って配置された第2チャンネル領域を含む第2アクティブ層と、
    前記第2アクティブ層上に配置された第2トランジスタのゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜上に配置された第2ゲート電極とを含み、
    前記第2トランジスタの第2アクティブ層は、前記第3及び第4電極を過ぎて配置された第2チャンネル領域を含み、
    第2トランジスタの前記第2アクティブ層の第2チャンネル領域上に配置された前記ゲート絶縁膜の厚さは、前記第3及び第4電極を過ぎて延長される前記第2アクティブ層領域上に配置された第2トランジスタの前記ゲート絶縁膜の厚さと同一である、請求項1に記載の電子装置。
  19. 基板上に配置された第1電極と、
    前記基板上に配置され、前記第1電極の一端と重畳した絶縁パターンと、
    前記絶縁パターンの上面の一部に配置された第2電極と、
    前記第1電極、前記絶縁パターン、及び前記第2電極上に配置されたアクティブ層と、
    前記アクティブ層上に配置されたゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜上に配置されたゲート電極とを含み、
    前記アクティブ層の一端は前記第1電極と重畳し、前記アクティブ層の他端は前記第2電極と重畳し、前記アクティブ層の一端と他端との間にチャンネル領域が設けられ、
    前記チャンネル領域は、前記チャンネル領域が前記絶縁パターンの一側面に沿って配置された領域である第1部分と、前記第1部分から延長され、かつ前記絶縁パターンの上面のうち、前記第2電極の縁部に配置された領域である第2部分とを含み、
    前記ゲート絶縁膜は、
    前記アクティブ層の上面に配置され、かつ前記第1電極の一部及び前記第2電極の一部または全部と重畳した第1ゲート絶縁膜と、
    前記第1ゲート絶縁膜上に配置され、前記アクティブ層のチャンネル領域と重畳した第2ゲート絶縁膜とを含み、
    前記第1ゲート絶縁膜は、前記絶縁パターンの側面に沿って配置されたアクティブ層の一部を露出するように配置された、垂直構造トランジスタ。
  20. 前記ゲート絶縁膜の第1部分は前記チャンネル領域の第2部分と重畳し、かつ第1厚さを有し、前記ゲート絶縁膜の第2部分は前記絶縁パターンの側面に沿って配置され、前記ゲート絶縁膜の前記第1部分の第1厚さより薄い第2厚さを有する、請求項19に記載の垂直構造トランジスタ。
  21. 基板と、
    前記基板上に配置された第1電極と、
    前記基板上に配置された第2電極と、
    前記第1電極と前記第2電極との間に配置された絶縁パターンと、
    前記第1電極及び前記第2電極と連結されるアクティブ層と、
    前記絶縁パターンの側面に沿って配置され、前記絶縁パターンの上縁部に沿って配置された前記アクティブ層のチャンネル領域と、
    前記アクティブ層上に配置されたゲート電極と、
    前記ゲート電極と前記アクティブ層との間に配置されたゲート絶縁膜とを含み、
    前記チャンネル領域は、前記チャンネル領域が前記絶縁パターンの一側面に沿って配置された領域である第1部分と、前記第1部分から延長され、かつ前記絶縁パターンの上面のうち、前記第2電極の縁部に配置された領域である第2部分とを含み、
    前記ゲート絶縁膜は、
    前記アクティブ層の上面に配置され、かつ前記第1電極の一部及び前記第2電極の一部または全部と重畳した第1ゲート絶縁膜と、
    前記第1ゲート絶縁膜上に配置され、前記アクティブ層のチャンネル領域と重畳した第2ゲート絶縁膜とを含み、
    前記第1ゲート絶縁膜は、前記絶縁パターンの側面に沿って配置されたアクティブ層の一部を露出するように配置された、垂直構造トランジスタ。
  22. 前記ゲート絶縁膜の上部は前記絶縁パターンの上縁部と重畳した領域で第1厚さを有し、
    前記絶縁パターンの側面に沿って配置された前記ゲート絶縁膜の中間部分は第2厚さを有し、前記ゲート絶縁膜の中間部分の前記第2厚さは前記ゲート絶縁膜の第1厚さより小さい、請求項21に記載の垂直構造トランジスタ。
  23. 前記第1電極の縁部は前記第2電極の縁部と垂直方向に重畳した、請求項21に記載の垂直構造トランジスタ。
  24. 前記第1電極の一部分は前記絶縁パターンの下部表面の下に配置され、前記第2電極は前記絶縁パターンの最上部表面の上に配置された、請求項21に記載の垂直構造トランジスタ。
  25. 前記アクティブ層は、前記第1電極の上部表面、前記絶縁パターンの側面、前記絶縁パターンの上縁部及び前記第2電極の上部表面と接触し、
    前記絶縁パターンの上縁部は前記第2電極と離隔して配置された、請求項21に記載の垂直構造トランジスタ。
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