KR20120112803A - 반도체 장치 및 이를 이용한 전자 기기 - Google Patents
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Abstract
FPC의 사용없이 신호와 전력을 입력할 수 있는 반도체 장치가 제공된다. 반도체 장치는 제 1 기판과 제 2 기판을 포함한다. 수신용 안테나는 제 1 기판의 표면측 상에 제공된다. 제 2 기판은 송신용 안테나와 집적회로를 구비한다. 제 2 기판은 제 1 기판의 이면측 상에 부착된다. 수신용 안테나와 송신용 안테나는 제 1 기판을 개재하여 서로 중첩한다. 그러므로, 안테나들 사이의 거리는 신호와 전력이 고효율적으로 수신될 수 있도록, 일정하게 유지될 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 장치 및 반도체 장치를 포함하는 전자 기기에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 디스플레이 및 디스플레이를 포함하는 전자 기기에 관한 것이다.
최근에, 평면 디스플레이가 폭넓게 사용되고 있다. 평면 디스플레이는 액정 텔레비젼, 퍼스널 컴퓨터, 휴대 전화, 디지털 카메라, 휴대 정보 단말, 및 휴대용 오디오 장비와 같은 다양한 기기에서 사용된다. 액정, OLED, 전자 영동 소자(electrophoretic element) 등을 포함하는 디스플레이가 폭넓게 사용된다. 트랜지스터가 화소부(pixel portion)에서 매트릭스로 배열되는 액티브 매트릭스형 디스플레이가 현재 주류를 이루고 있다.
도 10은 종래의 디스플레이에서 사용된 기판의 외형도이다. 종래의 디스플레이에서 사용된 기판(901)은 화소부(902), 신호선 구동회로(904, 또한, 소스 드라이버로서 지칭됨), 및 주사선 구동회로(903, 또한 게이트 드라이버로서 지칭됨)를 포함한다. 부가하여, 주사선 구동회로(903) 및 신호선 구동회로(904)에 필요한 신호 및 전력은 가요성 인쇄회로(905, flexible printed circuit, FPC)를 통해 외부로부터 입력된다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 여기에서, 주사선 구동회로(903) 및 신호선 구동회로(904)에 대하여, 화소부에 있는 트랜지스터와 유사하게 기판 위에 제공된 트랜지스터가 사용될 수 있거나, 또는 IC 칩이 칩 온 글래스(chip on glass, COG)에 의해 기판에 부착될 수 있다.
FPC의 사용에 의한 접속은 다음과 같다. FPC(905) 및 유리 기판 또는 플라스틱 기판과 같은 가요성 기판 위에 제공된 배선은 도전성 수지로 서로 접착된다. FPC의 복수의 단자의 크기는 각각 약 100㎛×1 ㎜이며, 접촉 면적은 매우 크지 않다. 그러므로, 기판 위에 제공되는 배선과 FPC 단자가 서로 접착되는 부분의 접속 강도가 매우 높지 않아서, 진동이 유발되거나 또는 온도가 변할 때 단선(disconnection)이 일어날 수 있다. 특히, 가요성 기판이 사용될 때, 기판은 구부러지고; 그러므로, 배선과 FPC 단자는 진동으로 인하여 서로 단선되며, 접촉 불량이 발생할 수 있다. 이 경우에, 디스플레이에서 필요한 신호와 전력이 널리 확산되지 않고, 이러한 것은 일부의 경우에 디스플레이의 동작 불량을 초래한다. 특히, 신호선의 수는 많고; 그러므로, 신호선은 접속 부분에서 동작 불량의 가능성이 높다. 그러므로, FPC의 사용없이 디스플레이에 신호와 전력을 입력하는 방법이 요구된다.
상기된 문제의 관점에서, 본 발명의 목적은 FPC의 사용없이 신호와 전력을 입력할 수 있는 신규의 디스플레이를 제공하는 것이다. 디스플레이에 대한 제한없이, 본 발명의 목적은 FPC의 사용없이 신호와 전력을 입력할 수 있는 신규의 반도체 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 양태는 FPC의 사용없이 무선으로 신호와 전력을 입력할 수 있는 반도체 장치이다. 특히, 반도체 장치는 제 1 기판과 제 2 기판을 포함한다. 제 1 신호용 안테나와 제 1 전원용 안테나는 제 1 기판의 표면측 상에 제공된다. 제 2 기판은 제 2 신호용 안테나와 제 2 전원용 안테나를 구비한다. 제 2 기판은 제 1 기판의 이면측 상에 부착된다. 제 1 신호용 안테나와 제 2 신호용 안테나는 서로에 대해 고정되도록 제 1 기판을 개재하여 서로 중첩한다. 제 1 전원용 안테나와 제 2 전원용 안테나는 서로에 대해 고정되도록 제 1 기판을 개재하여 서로 중첩한다. 제 1 신호용 안테나와 제 1 전원용 안테나는 수신용 안테나이다. 제 2 신호용 안테나와 제 2 전원용 안테나는 송신용 안테나이다.
반도체 장치에서, 제 1 신호용 안테나와 제 1 전원용 안테나는 별개로 제공된다. 그러나, 안테나들의 별도의 준비없이, 하나의 안테나는 신호용 안테나와 전원용 안테나를 겸할 수 있다. 이 경우에, 신호용 안테나와 전원용 안테나의 역할을 하는 하나의 제 1 안테나는 제 1 기판 위에 제공되고, 신호용 안테나와 전원용 안테나의 역할을 하는 하나의 제 2 안테나는 제 2 기판 위에 제공된다. 다른 부품들의 구성은 상기된 것들과 유사할 수 있다. 즉, 제 2 기판은 제 1 기판의 이면측 상에 부착되고, 제 1 안테나와 제 2 안테나는 서로에 대해 고정되도록 제 1 기판을 개재하여 서로 중첩한다. 제 1 안테나는 수신용 안테나이고, 제 2 안테나는 송신용 안테나이다.
신호선의 수는 많고; 그러므로, 신호선이 직접 접속되는 경우에, 접속부의 수는 많다. 그러므로, 적어도 신호 처리부에서, 신호는 무선으로(접촉없이) 송수신된다. 따라서, FPC 단자부에서의 접속 불량의 문제가 해소될 수 있다.
또한, 전원용 배선의 수는 적다. 예를 들어, 기판당 전원용 배선의 수는 2개일 수 있다. 이와 같이, 전원용 배선의 수가 적기 때문에, 전원부에서, 제 1 기판 위에 제공된 배선은 제 2 기판 또는 다른 기판 위에 제공된 배선에 직접 접속될 수 있다. 이 경우에, 전원용 배선은 FPC 등을 사용하여 외부 단자에 접속될 수 있다. 따라서, 반도체 장치에서 제 1 전원용 안테나와 제 2 전원용 안테나를 제공하는 것은 가능하지 않다.
반도체 장치에서, 복수의 제 1 신호 수신용 안테나와 복수의 제 2 신호 송신용 안테나가 제공될 수 있다. 복수 세트의 신호용 안테나(신호 수신용 안테나와 신호 송신용 안테나)가 이와 같이 제공될 때, 신호의 송수신 속도가 개선될 수 있다. 본 발명의 한 양태에서, FPC 등이 사용되는 경우와 비교하여 외부에 접속된 부분에서의 접속 불량의 문제점이 유발될 가능성이 적다. 따라서, 신호 입력부/출력부(즉, 신호 수신용 안테나와 신호 송신용 안테나)의 수가 증가되는 구성이 용이하게 이용될 수 있다.
반도체 장치에서, 제 1 기판과 제 2 기판은 접착제 등으로 서로에 대해 부착될 수 있다. 부가하여, 절연성 필러(insulating filler)가 혼합되는 재료가 접착제로서 사용될 수 있다. 절연성 필러가 홉합되는 재료가 접착제로서 사용될 때, 부착 부분(즉, 접착 부분)의 두께는 보다 균일하게 만들어질 수 있다.
제 1 기판과 제 2 기판이 서로 부착되는 영역은 안테나들이 제 1 기판과 제 2 기판 위에 제공되는 영역을 포함하는 영역일 수 있다. 그러므로, 제 1 기판과 제 2 기판이 서로 부착되는 영역의 면적은 안테나들의 면적과 동일하거나 또는 그보다 클 수 있다. 안테나들은 특정 크기를 가진다. 그러므로, 상기 부착 부분은 특정 크기를 가진다. 따라서, 상기 부착 부분의 접착 강도는 높게 만들어질 수 있다.
반도체 장치에서, 가요성 기판은 제 1 기판으로서 사용될 수 있다. 기판(가요성 기판)이 구부러질 때에도, 본 발명의 한 양태에서, 안테나들 사이의 거리는 일정하게 유지될 수 있어서, 신호 및 전력은 고효율적으로 수신될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 한 양태에 따른 반도체 장치는 기판이 구부러질 때 다양한 구성을 가질 수 있다. 기판이 특정 두께를 가지며 신호와 전력의 송수신을 위해 사용된 주파수를 가진 전자기파를 송신하는 재료를 포함하기만 하면 어떠한 기판도 사용될 수 있다. 신호와 전력의 송수신을 위해 사용된 주파수를 가진 전자기파를 송신하는 재료로서 절연성 재료가 사용될 수 있다. 부가하여, 가요성 기판은 제 1 기판에 부착된 제 2 기판으로서 사용될 수 있다. 가요성 기판이 제 2 기판으로서 사용될 때, 제 1 기판이 구부러지는 경우에, 제 2 기판은 유사하게 구부러진다. 그러므로, 기판이 구부러진 경우에도, 안테나들 사이의 거리는 일정하게 유지될 수 있다.
반도체 장치에서, 0.1 내지 3.0 ㎜의 두께를 가진 박판 형상 또는 필름 형상 기판(film-like substrate)이 제 1 기판으로서 사용될 수 있다. 여기에서, 얇은 가요성 기판은 필름 형상 기판으로서 지칭된다. 박판 형상 또는 필름 형상 기판이 사용될 때, 신호와 전력은 고효율적으로 수신될 수 있다. 또한, 송신용 안테나와 수신용 안테나가 특정 거리에 배치될 때에만 통신 불량이 일어나는 현상, 즉 중도 탈락 현상(dropout phenomenon)이 방지될 수 있다. 이러한 것은 제 1 기판의 표면측과 이면측에 제공된 2개의 안테나들 사이의 거리가 주로 제 1 기판의 두께에 의해 결정되기 때문이다. 제 1 기판의 두께가 상기 범위를 초과하는 경우에, 중도 탈락 현상이 일어날 수 있다. 그러나, 제 1 기판의 두께는 상기 범위로 반드시 한정되지 않는다. 제 1 기판은 신호와 전력이 송수신될 수 있고 중도 탈락 현상이 일어나지 않기만 하면 어떠한 두께도 가질 수 있다.
반도체 장치에서, 제 1 기판은 복수의 화소를 포함하는 화소부를 가질 수 있다. 각각의 복수의 화소는 트랜지스터와 표시 소자를 가질 수 있다.
반도체 장치에서, 제 1 기판은 복수의 화소를 포함하는 화소부, 주사선 구동회로, 및 신호선 구동회로를 가질 수 있다. 각각의 복수의 화소는 그 온/오프가 주사선 구동회로에 의해 제어되는 트랜지스터(이 트랜지스터는 또한 스위칭 트랜지스터로서 지칭된다)와, 신호선 구동회로로부터 상기 트랜지스터를 통해 화상 신호가 입력되는 표시 소자를 가질 수 있다.
반도체 장치에서, 액정 소자, 발광 소자, 또는 전자 영동 소자가 표시 소자로서 사용될 수 있다. 전자 영동 소자가 사용될 때, 전력 소비는 저감될 수 있다. 대안적으로, 액정 소자가 사용되는 경우에, 반사형 액정 소자가 바람직하게 사용된다. 반사형 액정 소자는 화소 전극으로서 반사 전극의 형성에 의해 얻어질 수 있다. 그러므로, 백라이트에 의해 소비된 전력이 삭감될 수 있어서, 반도체 장치의 전력 소비는 저감될 수 있다.
반도체 장치에서, 트랜지스터의 채널 형성 영역은 산화물 반도체층을 가질 수 있다. 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터는 실리콘 등을 포함하는 트랜지스터보다 훨씬 낮은 오프-전류(off-state current)의 전기적 특성을 가진다. 그러므로, 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터가 화소에서 스위칭 트랜지스터로서 사용될 때, 표시 소자에 기입된 화상 신호는 화소의 회로 구성 등에서 변화없이 장기간 동안 유지될 수 있다. 따라서, 정지 화상 등이 표시되는 경우에, 기입 주파수는 저하될 수 있다. 그러므로, 전력 소비가 저감될 수 있다.
본 발명의 한 양태에서, 신호는 무선으로(접촉없이) 송수신된다. 그러므로, 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터를 화소에서 스위칭 트랜지스터로서 사용하고 기입 주파수와 신호의 송수신 속도를 상기된 바와 같이 저하시킬 수 있는 기술은 본 발명의 한 양태에서 매우 유용하다. 상기 트랜지스터에 의해, 표시 소자에 기입된 화상 신호는 장기간 동안 유지될 수 있다. 따라서, 기입 주파수가 낮은 경우에도, 화소의 표시에서 열화(변화)가 억제될 수 있다.
본 발명의 한 양태에서, FPC 단자 부분에서 발생되는 접촉 불량의 문제는 신호와 전력이 FPC의 사용없이 무선으로 공급될 때 해결될 수 있다. 부가하여, 신호와 전력이 무선으로 공급되는 경우에도, 신호와 전력이 고효율적으로 수신될 수 있다. 또한, 진동이 유발되거나 또는 온도가 변하는 경우에도, 안테나들 사이의 거리가 일정하게 유지될 수 있어서, 신호와 전력은 고효율적으로 수신될 수 있다.
또한, 가요성 기판이 기판으로서 사용되는 경우에도, 안테나들 사이의 거리가 일정하게 유지될 수 있어서, 신호와 전력은 고효율적으로 수신될 수 있다. 그러므로, 반도체 장치는 기판이 구부러질 때 다양한 구성을 가질 수 있다.
또한, 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터가 화소부에 포함된 스위칭 트랜지스터로서 사용될 때, 표시 소자에 기입된 화상 신호는 장기간 동안 유지될 수 있다. 그러므로, 신호와 전력이 무선으로 공급되는 경우에도, 고품질 화상이 표시될 수 있다.
도 1은 반도체 장치의 상면도의 하나의 예를 도시한 도면.
도 2a 및 도 2b는 반도체 장치의 상면도의 예들을 도시한 도면이고, 도 2c 내지 도 2e는 반도체 장치의 단면도의 예들을 도시한 도면.
도 3a는 반도체 장치의 사시도의 예를 도시한 도면이고, 도 3b는 반도체 장치의 단면도의 예를 도시한 도면.
도 4는 반도체 장치의 블록도의 예를 도시한 도면.
도 5는 반도체 장치에 대한 신호 입력 파형의 예를 도시한 도면.
도 6은 반도체 장치의 블록도의 예를 도시한 도면.
도 7a 및 도 7b는 반도체 장치에 포함된 화소부의 구성의 예를 도시한 도면.
도 8a 내지 도 8c는 반도체 장치에 포함된 화소부에서의 화상 신호의 누설 경로를 예시하는 개략도.
도 9a 내지 도 9d는 반도체 장치에 포함된 트랜지스터의 구성과 그 제조 방법의 예를 도시한 도면.
도 10은 반도체 장치의 상면도의 예를 도시한 도면.
도 11은 반도체 장치에 포함된 트랜지스터의 평가 소자 그룹의 Vg-Id 특성들의 예를 도시한 도면.
도 12a 및 도 12b는 반도체 장치에 포함된 트랜지스터의 평가 소자 그룹의 상면도의 예를 도시한 도면.
도 13a 및 도 13b는 반도체 장치에 포함된 트랜지스터의 평가 소자 그룹의 Vg-Id 특성들의 예를 도시한 도면.
도 14는 반도체 장치에 포함된 트랜지스터의 특성들을 평가하기 위한 회로를 예시하는 도면의 예를 도시한 도면.
도 15는 반도체 장치에 포함된 트랜지스터의 특성들의 예를 도시한 도면.
도 16은 반도체 장치에 포함된 트랜지스터의 특성들의 예를 도시한 도면.
도 2a 및 도 2b는 반도체 장치의 상면도의 예들을 도시한 도면이고, 도 2c 내지 도 2e는 반도체 장치의 단면도의 예들을 도시한 도면.
도 3a는 반도체 장치의 사시도의 예를 도시한 도면이고, 도 3b는 반도체 장치의 단면도의 예를 도시한 도면.
도 4는 반도체 장치의 블록도의 예를 도시한 도면.
도 5는 반도체 장치에 대한 신호 입력 파형의 예를 도시한 도면.
도 6은 반도체 장치의 블록도의 예를 도시한 도면.
도 7a 및 도 7b는 반도체 장치에 포함된 화소부의 구성의 예를 도시한 도면.
도 8a 내지 도 8c는 반도체 장치에 포함된 화소부에서의 화상 신호의 누설 경로를 예시하는 개략도.
도 9a 내지 도 9d는 반도체 장치에 포함된 트랜지스터의 구성과 그 제조 방법의 예를 도시한 도면.
도 10은 반도체 장치의 상면도의 예를 도시한 도면.
도 11은 반도체 장치에 포함된 트랜지스터의 평가 소자 그룹의 Vg-Id 특성들의 예를 도시한 도면.
도 12a 및 도 12b는 반도체 장치에 포함된 트랜지스터의 평가 소자 그룹의 상면도의 예를 도시한 도면.
도 13a 및 도 13b는 반도체 장치에 포함된 트랜지스터의 평가 소자 그룹의 Vg-Id 특성들의 예를 도시한 도면.
도 14는 반도체 장치에 포함된 트랜지스터의 특성들을 평가하기 위한 회로를 예시하는 도면의 예를 도시한 도면.
도 15는 반도체 장치에 포함된 트랜지스터의 특성들의 예를 도시한 도면.
도 16은 반도체 장치에 포함된 트랜지스터의 특성들의 예를 도시한 도면.
본 발명의 실시 형태 및 실시예들은 도면을 참조하여 다음에 설명된다. 본 발명이 다음의 설명에 제한되지 않는다는 것을 유의하여야 한다. 본 발명의 형태 및 상세가 본 발명의 사상 및 상기 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 방식으로 변경될 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 것이다. 그러므로, 본 발명은 실시 형태 및 실시예들의 다음의 기술에 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 도면을 참조하여 본 발명의 구성의 설명에서, 동일 구성 요소를 나타내는 도면 부호는 다른 도면에서 공통으로 사용된다는 것을 유의하여야 한다.
[실시 형태 1]
본 실시 형태에서, 개시된 발명의 한 실시 형태인 반도체 장치의 예가 도 1 및 도 2a 내지 도 2e를 참조하여 설명된다. 본 실시 형태에서, 반도체 장치가 디스플레이인 예가 설명된다.
도 1은 본 실시 형태에서 설명된 반도체 장치에 포함된 기판(301)의 상면도의 예이다. 기판(301)은 신호용 안테나(305)와 전원용 안테나(306)를 구비한다. 신호용 안테나(305)와 전원용 안테나(306)는 수신용 안테나로서 사용된다. 부가하여, 신호 처리부(307)와 전원부(308)가 안테나들에 전기적으로 접속되도록 제공된다.
본 실시 형태에서 설명된 반도체 장치는 기판(301) 상에 화소부(302)를 포함하는, 디스플레이이다. 화소부(302)는 복수의 화소를 포함한다. 또한, 화소부(302)에 포함된 복수의 화소를 구동하기 위하여, 주사선 구동회로(303)와 신호선 구동회로(304)가 제공된다. 안테나 등이 제공되는 측이 기판의 표면측으로 지칭된다는 것을 유의하여야 한다.
도 2a 내지 도 2e는 본 실시 형태에서 설명된 반도체 장치에 포함된 기판(301) 및 기판(601)의 상면도 및 단면도의 예이다.
도 2a는 기판(301)의 상면도의 예이다. 도 2a의 구성은 도 1의 구성과 실질적으로 동일하다. 즉, 기판(301)은 신호용 안테나(305)와 전원용 안테나(306)를 구비한다. 신호용 안테나(305)와 전원용 안테나(306)는 수신용 안테나로서 사용된다. 부가하여, 신호 처리부(307)와 전원부(308)는 안테나들에 전기적으로 접속되도록 제공된다. 또한, 기판(301)은 화소부(302)를 구비한다. 비록 도 2a가 주사선 구동회로와 신호선 구동회로를 도시하지 않았을지라도, 도 2a에 도시된 반도체 장치는 도 1에서와 같이 주사선 구동회로와 신호선 구동회로를 포함할 수 있다.
도 2b는 기판(601)의 상면도의 예이다. 기판(601)은 신호용 안테나(605)와 전원용 안테나(606)를 구비한다. 신호용 안테나(605)와 전원용 안테나(606)는 송신용 안테나로서 사용된다. 부가하여, 집적회로(602)는 안테나들에 전기적으로 접속되도록 제공된다. 또한, 집적회로(602)에서 필요로 하는 신호와 전력은 외부로부터 입력된다. 집적회로(602)에서 필요로 하는 신호와 전력은 무선으로 공급될 수 있다. 이 경우에, 신호용 안테나(605)와 전원용 안테나(606)에 부가하여, 또 다른 안테나가 제공될 수 있다. 대안적으로, 집적회로(602)에서 필요로 하는 신호와 전력은 FPC 등을 통하여 외부로부터 입력될 수 있다.
도 2c는 도 2a에 있는 기판(301)의 A-A' 단면을 도시한다. 도 2d는 도 2b에 있는 기판(601)의 B-B' 단면을 도시한다. 도 2c는 서로 부착되기 전에 기판(301)과 기판(601)의 단면도의 예이다. 도 2d 및 도 2e는 서로 부착된 후에 기판(301)과 기판(601)의 단면도의 예이다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 신호용 안테나(305)는 기판(301)의 A-A' 단면에서 제공된다. 부가하여, 기판(331)이 기판(301)의 화소부(302) 위에 제공된다. 기판(331)은 화소 전극에 대향하는 대향 전극을 구비한 기판, 화소부(302)를 보호하는 기판, 또는 화소부(302)를 봉인하는 기판으로서 사용된다. 신호용 안테나(605)는 기판(601)의 B-B' 단면에 제공된다.
도 2d는 서로 부착된 후에 기판(301)과 기판(601)의 단면도의 예이다. 도 2d에 도시된 바와 같이, 기판(601)은 기판(301)의 이면측에 부착된다. 기판(601)은 신호용 안테나(605) 등이 제공되는 측이 기판(301) 측에 상응하도록 기판(301)의 이면측에 부착된다. 부착시에, 기판(301)과 기판(601)은 위에서 보았을 때 신호용 안테나(305)와 신호용 안테나(605)가 서로 중첩하도록 제공된다. 부가하여, 기판(301)과 기판(601)은 위에서 보았을 때 전원용 안테나(306)와 전원용 안테나(606)가 서로 중첩하도록 제공된다. 이와 같이, 신호용 안테나(305)와 신호용 안테나(605)는 서로에 대해 고정되도록 기판(301)을 개재하여 서로 중첩한다. 또한, 전원용 안테나(306)와 전원용 안테나(606)는 서로에 대해 고정되도록 기판(301)을 개재하여 서로 중첩한다. 또한, 도 2e에 도시된 바와 같이, 기판(301)은 기판(601)의 이면측에 부착될 수 있다.
수신용 안테나(신호용 안테나(305)와 전원용 안테나(306))와 송신용 안테나(신호용 안테나(605)와 전원용 안테나(606))가 이와 같이 서로에 대해 고정되도록 기판(301) 또는 기판(601)을 개재하여 서로 중첩할 때, 신호와 전력은 고효율적으로 수신될 수 있다. 수신 효율이 높게 만들어지면, 특정 전계강도의 경우에만 통신불량이 일어나는 현상, 즉 중도 탈락 현상이 방지될 수 있다.
비록 도 2c 내지 도 2e에 도시되지 않았을지라도, 기판(601) 전체에 걸쳐서, 절연막이 신호용 안테나(605)와 전원용 안테나(606) 위에 제공될 수 있다. 유사하게, 기판(301) 전체에 걸쳐서, 절연막이 신호용 안테나(305)와 전원용 안테나(306) 위에 제공될 수 있다. 이 절연막은 보호막으로서 기능할 수 있다. 또한, 이 절연막은 기판들의 표면들을 평탄화하는 기능을 가질 수 있다. 절연막이 전원용 안테나(606) 위에 제공되는 경우에, 절연막은 접착면으로서 사용될 수 있다.
기판(301)과 기판(601)은 접착제 등에 의해 서로 부착될 수 있다. 기판(301)의 접착면과 기판(601)의 접착면을 서로 확고하게 부착하는 재료는 접착제의 재료로서 사용될 수 있다. 부가하여, 접착제의 층(접착층으로서 지칭됨)의 두께를 작게 만들 수 있는 재료가 사용될 수 있다. 접착층이 얇을 때, 접착층의 두께는 면 내에서 균일하게 만들어질 수 있다.
부가하여, 절연 필러가 혼합되는 재료는 접착제로서 사용될 수 있다. 절연 필러가 혼합되는 재료가 접착제로서 사용될 때, 접착층의 두께는 더욱 균일하게 만들어질 수 있다.
기판(301)과 기판(601)이 서로 접착되는 영역은 안테나들이 기판(301)과 기판(601) 위에 제공되는 영역을 포함하는 영역일 수 있다. 예를 들어, 기판(301)의 경우에, 도 2a에서 사선으로 도시된 영역(341)이 부착 영역으로서 사용될 수 있다. 기판(601)의 경우에, 도 2b에서 사선으로 도시된 영역(641)이 부착 영역으로서 사용될 수 있다. 이와 같이, 기판(301)과 기판(601)이 서로 부착되는 영역의 면적은 안테나들의 면적과 동일하거나 또는 그보다 클 수 있다. 안테나들은 특정 크기를 가진다. 그러므로, 부착 부분은 특정 크기를 가진다. 따라서, 부착 부분의 접착 강도가 높게 만들어질 수 있다.
기판(301)의 두께는 0.1 내지 3.0 ㎜의 범위에 있을 수 있다. 그러므로, 신호와 전력은 고효율적으로 수신될 수 있다. 또한, 통신 불량이 송신용 안테나와 수신용 안테나가 특정 거리에 배치될 때에만 발생하는 현상, 즉, 중도 탈락 현상이 방지될 수 있다. 이러한 것은 기판(301)의 표면측 및 이면측에 제공된 신호용 안테나(305)와 신호용 안테나(605) 사이의 거리와 기판(301)의 표면측 및 이면측에 제공된 전원용 안테나(306)와 전원용 안테나(606) 사이의 거리가 주로 기판(301)의 두께에 의해 결정되기 때문이다. 기판(301)의 두께가 상기 범위를 초과하는 경우에, 중도 탈락 현상이 일어날 수 있다. 그러나, 기판(301)의 두께는 상기 범위로 반드시 한정되지 않는다. 기판(301)은 신호와 전력이 송수신되고 중도 탈락 현상이 일어나지 않기만 하면 상기 범위를 초과하는 두께를 가질 수 있다.
신호용 안테나(305)와 신호 처리부(307)가 도 1 및 도 2a에 별개로 도시되었을지라도, 신호용 안테나(305)가 신호 처리부(307)에 포함될 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 부가하여, 전원용 안테나(306)와 전원부(308)가 도 1 및 도 2a에 별개로 도시되었을지라도, 전원용 안테나(306)는 전원부(308)에 포함될 수 있다. 또한, 안테나의 형상은 나선 형상으로 한정되지 않는다. 막대 형상, 루프 형상 등이 사용될 수 있다.
본 실시 형태에서, 한 세트의 신호용 안테나(305, 수신용 안테나)와 신호용 안테나(605, 송신용 안테나)가 제공되며; 그러나, 본 실시 형태는 이러한 것으로 한정되지 않는다. 복수 세트의 신호용 안테나(305)와 신호용 안테나(605)가 제공될 수 있다. 이 경우에, 복수의 신호용 안테나(305, 수신용 안테나)는 기판(301)의 빈 공간에 제공될 수 있다. 부가하여, 복수의 신호용 안테나(605, 송신용 안테나)의 일부 또는 전부는 전원용 안테나(606)를 구비하는 기판(601) 위에 제공될 수 있다. 복수의 신호용 안테나(605, 송신용 안테나)의 일부가 전원용 안테나(606)를 구비하는 기판(601) 위에 제공되는 경우에, 다른 신호용 안테나(605, 송신용 안테나)는 다른 기판 위에 제공될 수 있다.
복수 세트의 신호용 안테나(305, 수신용 안테나)와 신호용 안테나(605, 송신용 안테나)가 이와 같이 제공될 때, 신호의 송수신 속도가 개선될 수 있다. 본 실시 형태에 따라서, 외부에 접속된 부분에서의 접속 불량의 문제는 FPC 등이 사용되는 경우와 비교하여 유발될 가능성이 적다. 따라서, 신호 입력부/출력부(즉, 신호용 안테나(305, 수신용 안테나)와 신호용 안테나(605, 송신용 안테나))의 수가 증가되는 구성이 용이하게 이용될 수 있다.
본 실시 형태에서, FPC 단자 부분에서 발생되는 접촉 불량의 문제는 신호와 전력이 FPC의 사용없이 무선으로 공급될 때 해결될 수 있다. 부가하여, 신호와 전력이 무선으로 공급되는 경우에도, 신호와 전력이 고효율적으로 수신될 수 있다. 또한, 진동이 유발되거나 또는 온도가 변하는 경우에도, 안테나들 사이의 거리가 일정하게 유지될 수 있어서, 신호와 전력은 고효율적으로 수신될 수 있다.
본 실시 형태에서 설명된 반도체 장치는 액정 텔레비젼, 퍼스널 컴퓨터, 휴대 전화, 전자서적 단말, 디지털 카메라, 휴대 정보 단말, 및 휴대용 오디오 장비와 같은 다양한 기기의 디스플레이로서 사용될 수 있다.
본 실시 형태에서 설명된 반도체 장치는 진동 또는 온도 변화에 강하고; 그러므로, 반도체 장치는 다양한 용도의 디스플레이에 사용될 수 있다. 예를 들어, 반도체 장치는 기차, 전기 열차, 자동차, 배, 또는 비행기와 같은 탈것에 제공되는 디스플레이로서 사용될 수 있다. 부가하여, 반도체 장치는 역 또는 빌딩과 같은 건축물의 벽 또는 기둥에 제공되는 디스플레이로서 사용될 수 있다. 또한, 반도체 장치는 휴대전화, 전자서적 단말, 또는 휴대 정보 단말과 같은 휴대기기에 제공되는 디스플레이로서 사용될 수 있다. 또한, 반도체 장치는 방수 기능을 가지는 기기로서 사용될 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서 설명된 반도체 장치는 디스플레이로서 뿐만 아니라 전자 부품 또는 전자 기기로서 사용될 수 있다.
또한, 전원용 배선의 수는 적다. 예를 들어, 기판당 전원용 배선의 수는 2개일 수 있다. 전원용 배선의 수가 이와 같이 적기 때문에, 전원부에서, 기판(301) 위에 제공된 배선은 기판(601) 위에 제공된 배선에 직접 접속될 수 있다. 이 경우에, 전원용 배선은 FPC 등을 사용하여 외부 단자에 접속될 수 있다. 따라서, 반도체 장치에서, 전원용 안테나(306)와 전원용 안테나(606)를 제공하지 않는 것이 가능하다. 또한, 이 경우에, 신호선의 수는 많으며; 그러므로, FPC 단자 부분에서 발생되는 접촉 불량의 문제는 신호가 무선으로 공급될 때 해결될 수 있다. 부가하여, 신호가 무선으로 공급되는 경우에도, 신호는 고효율적으로 수신될 수 있다. 또한, 진동이 유발되거나 또는 온도가 변하는 경우에도, 안테나들 사이의 거리가 일정하게 유지될 수 있어서, 신호가 고효율적으로 수신될 수 있다.
본 실시 형태는 임의의 다른 실시 형태 및 실시예와 적절하게 조합될 수 있다.
[실시 형태 2]
개시된 발명의 한 양태인 반도체 장치의 예는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명된다. 본 실시 형태에서, 기판이 가요성 기판인 예가 설명된다. 또한, 본 실시 형태에서, 반도체 장치가 디스플레이인 예가 설명된다.
도 3a 및 도 3b는 본 실시 형태에서 설명된 반도체 장치에 포함되는 기판(301)과 기판(601)의 사시도와 단면도의 예이다.
도 3a는 기판(301)과 기판(601)의 사시도의 예이다. 도 3a의 구성은 도 1의 구성, 도 2a의 구성, 및 도 2b의 구성과 실질적으로 동일하다. 즉, 도 3a에 도시된 기판(301)은 신호용 안테나(305)와 전원용 안테나(306)를 구비한다. 신호용 안테나(305)와 전원용 안테나(306)는 수신용 안테나로서 사용된다. 부가하여, 신호 처리부(307)와 전원부(308)는 안테나들에 전기적으로 접속되도록 제공된다. 또한, 기판(301)은 화소부(302)를 구비한다. 도 3a가 주사선 구동회로와 신호선 구동회로를 도시하지 않았을지라도, 도 3a에 도시된 반도체 장치는 도 1에서와 같은 주사선 구동회로와 신호선 구동회로를 포함할 수 있다.
도 3a에 도시된 기판(601)은 신호용 안테나(605)와 전원용 안테나(606)를 구비한다. 신호용 안테나(605)와 전원용 안테나(606)는 송신용 안테나로서 사용된다. 부가하여, 집적회로(602)가 안테나들에 전기적으로 접속되도록 제공된다.
도 3b는 서로 부착된 후의 기판(301)과 기판(601)의 단면도의 예이다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 기판(601)은 기판(301)의 이면측에 부착된다. 기판(601)은 신호용 안테나(605) 등이 제공되는 측이 기판(301) 측에 상응하도록 기판(301)의 이면측 상에 부착된다. 부착시에, 기판(301)과 기판(601)은 신호용 안테나(305)와 신호용 안테나(605)가 위에서 보았을 때 서로 중첩하도록 제공된다. 부가하여, 기판(301)과 기판(601)은 전원용 안테나(306)와 전원용 안테나(606)가 위에서 보았을 때 서로 중첩하도록 제공된다. 이와 같이, 수신용 안테나(신호용 안테나(305)와 전원용 안테나(306))와 송신용 안테나(신호용 안테나(605)와 전원용 안테나(606))는 서로에 대해 고정되도록 기판(301)을 개재하여 서로 중첩한다.
본 실시 형태에서, 가요성 기판은 기판(301)과 기판(601)으로서 사용된다. 가요성 기판은 구부러질 수 있는(플렉시블할 수 있는) 기판이며, 예를 들어, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 또는 폴리에테르 설폰 등을 포함하는 플라스틱 기판이다. 대안적으로, 필름(폴리프로필렌, 폴리에스터, 비닐, 플루오르화 폴리비닐, 염화 비닐 등을 포함하는 필름), 무기 증착 필름 등이 사용될 수 있다.
가요성 기판은 일부 경우에 구부러진다. 그러므로, 예를 들어, 수신용 안테나가 가요성 기판 위에 제공되고 송신용 안테나가 다른 기판 위에 제공되는 경우에, 수신용 안테나와 송신용 안테나 사이의 거리는 일부 경우에 일정하게 유지될 수 없다. 그러나, 본 실시 형태에서, 수신용 안테나(신호용 안테나(305)와 전원용 안테나(306))와 송신용 안테나(신호용 안테나(605)와 전원용 안테나(606))는 기판(301)에 고정된다. 그러므로, 기판(301)이 도 3b에 도시된 바와 같이 구부러지는 경우에도, 수신용 안테나와 송신용 안테나 사이의 거리는 일정하게 유지될 수 있다. 따라서, 기판(301)이 구부러진 경우에도, 신호와 전력이 고효율적으로 수신될 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태의 반도체 장치에서, 기판(301)은 구부러질 수 있다. 반도체 장치는 기판(301)이 구부러질 때 다양한 구성을 가질 수 있다. 기판이 특정 두께를 가지며 신호와 전력의 송수신을 위해 사용된 주파수를 가진 전자기파를 송신하는 재료를 포함하기만 하면 어떠한 기판도 기판(301)으로서 사용될 수 있다. 신호와 전력의 송수신을 위해 사용된 주파수를 가진 전자기파를 송신하는 재료로서 절연성 재료가 사용될 수 있다. 부가하여, 가요성 기판은 기판(301)에 부착된 기판(601)으로서 사용될 수 있다. 가요성 기판이 기판(601)으로서 사용될 때, 기판(301)이 구부러지는 경우에, 기판(601)은 유사하게 구부러진다. 그러므로, 기판이 구부러진 경우에도, 안테나들 사이의 거리는 일정하게 유지될 수 있다.
본 실시 형태에서, FPC 단자 부분에서 발생되는 접촉 불량의 문제는 신호와 전력이 FPC의 사용없이 무선으로 공급될 때 해결될 수 있다. 부가하여, 신호와 전력이 무선으로 공급되는 경우에도, 신호와 전력이 고효율적으로 수신될 수 있다. 또한, 진동이 유발되거나 또는 온도가 변하는 경우에도, 안테나들 사이의 거리가 일정하게 유지될 수 있어서, 신호와 전력은 고효율적으로 수신될 수 있다.
또한, 가요성 기판이 기판으로서 사용되는 경우에도, 안테나들 사이의 거리가 일정하게 유지될 수 있어서, 신호와 전력은 고효율적으로 수신될 수 있다. 그러므로, 반도체 장치는 기판이 구부러질 때 다양한 구성을 가질 수 있다.
본 실시 형태는 임의의 다른 실시 형태 및 실시예와 적절하게 조합될 수 있다.
[실시 형태 3]
본 실시 형태에서, 개시된 발명의 한 실시 형태인 반도체 장치의 구성 및 동작의 예는 도 4 및 도 5를 참조하여 설명된다. 본 실시 형태에서, 반도체 장치가 디스플레이인 예가 설명된다.
도 4는 본 실시 형태에서 설명된 반도체 장치의 블록도의 예이다. 여기에서, 반도체 장치에 포함된 기판(301)이 설명된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 기판(301)은 신호용 안테나(305)를 가지는 신호 처리부(307), 전원용 안테나(306)를 가지는 전원부(308), 화소부(302), 및 화소부(302)를 구동하기 위한 주사선 구동회로(303) 및 신호선 구동회로(304)를 포함한다.
신호 처리부(307)는 신호용 안테나(305), 복조 회로(311), 클럭 발생기(312), 신호 처리 회로(313), 메모리 회로(314), 메모리 회로(315), 디스플레이 컨트롤러(316) 등을 포함한다. 전원부(308)는 전원용 안테나(306), 정류 회로(321), 배터리(322, 또는 캐패시터), DC-DC 컨버터(323) 등을 포함한다. 신호용 안테나(305)와 전원용 안테나(306)는 수신용 안테나로서 사용된다.
도 5는 본 실시 형태에서 설명된 반도체 장치에 포함된 신호용 안테나(305)에 대한 신호 입력 파형을 도시한다. 신호는 변조되고, 변조파(702)와 비변조파(701)를 포함한다. 변조파의 신뢰성은 변조파가 송신되도록 부호화될 때 개선될 수 있다. 맨체스터 부호화, 변형 미러, NRZ 등이 부호화 방법으로서 사용될 수 있으며; 그러나, 본 실시 형태는 이에 한정되지 않는다.
부가하여, 13.56㎒가 비변조파(701)의 주파수로서 사용될 수 있으며; 그러나, 비변조파(701)의 주파수는 이 주파수에 한정되지 않는다. 데이터의 양은 주파수가 높게 만들어질 때 증가될 수 있다.
다음에, 본 실시 형태에서의 반도체 장치의 동작이 설명된다. 신호용 안테나(305)에 대한 신호 입력은 복조 회로(311)와 클럭 발생기(312)에 입력된다. 변조파(도 5에 도시된 변조파(702))는 복조 회로(311)에서 복조된다. 복조 회로(311)는 예를 들어, 다이오드를 가지는 정류 회로를 포함하며; 그러나, 본 실시 형태는 이에 한정되지 않는다. 또한, 클럭 발생기(312)는 비변조파(도 5에 도시된 비변조파(701))를 사용하여 클럭 신호를 발생시킨다. 클럭 신호는 비변조파(도 5에 도시된 비변조파(701))의 주파수 또는 분주기를 사용하여 낮추어진 주파수를 가질 수 있다.
복조된 신호와 클럭 신호는 신호 처리 회로(313)에 입력되고, 본래의 화상 신호로 부호화가 해제된다. 화상 신호는 메모리 회로(314), 메모리 회로(315), 및 디스플레이 컨트롤러(316)에 입력된다. 화상 신호로부터, 디스플레이 컨트롤러(316)는 화소부(302)를 구동하는 주사선 구동회로(303) 및 신호선 구동회로(304)를 위한 클럭 신호, 스타트 펄스, 래치 펄스(latch pulse) 등을 출력한다. 또한, 신호 처리 회로(313)는 화상 신호로부터 화소부(302)에 입력되는 데이터를 추출하고, 메모리 회로(314)와 메모리 회로(315)로 상기 데이터를 입력한다. 2개의 메모리 회로는, 송신된 데이터가 하나의 메모리에 저장되는 동안, 표시될 데이터를 다른 메모리로부터 독출하기 위해 제공된다. 다음의 데이터가 저장될 때, 데이터를 저장하기 위한 메모리와 데이터를 독출하기 위한 메모리는 서로 교체될 수 있다.
다음에, 전원부(308)가 설명된다. 전원부(308)는 전원용 안테나(306), 정류 회로(321), 배터리(322, 또는 캐패시터), DC-DC 컨버터(323) 등을 포함한다. 다이오드를 가지는 복조 회로는 일반적으로 정류 회로(321)를 위해 사용되며; 그러나, 본 실시 형태는 이에 한정되지 않는다. 정류된 전압은 배터리(322, 또는 캐패시터)에 저장된다. 다음에, 전력(또한 전력 공급 전압으로서 지칭된다)은 DC-DC 컨버터(323)를 통하여 신호 처리부(307), 주사선 구동회로(303), 및 신호선 구동회로(304)로 공급된다. 전력 공급을 위한 주파수는 신호 공급을 위한 주파수에 반드시 일치할 필요는 없다. 주파수는 서로 다를 수 있다.
복조 회로(311), 클럭 발생기(312), 신호 처리 회로(313), 메모리 회로(314), 메모리 회로(315), 디스플레이 컨트롤러(316), 정류 회로(321), 및 DC-DC 컨버터(323)와 같은 회로는 화소부(302)에 있는 각각의 복수의 화소에 포함된 트랜지스터와 동일한 구조의 트랜지스터를 각각 포함할 수 있거나, 화소에 포함된 트랜지스터의 구조와 다른 구조를 가진 트랜지스터를 포함할 수 있거나, 또는 IC 칩을 구비할 수 있다.
도 2a 내지 도 2e 및 도 3a 및 도 3b에 도시된 기판(601)은 본 실시 형태에서 설명된 반도체 장치에 포함된 기판(301)에 부착될 수 있다.
본 실시 형태에서, FPC 단자 부분에서 발생되는 접촉 불량의 문제는 신호와 전력이 FPC의 사용없이 무선으로 공급될 때 해결될 수 있다. 부가하여, 신호와 전력이 무선으로 공급되는 경우에도, 신호와 전력이 고효율적으로 수신될 수 있다. 또한, 진동이 유발되거나 또는 온도가 변하는 경우에도, 안테나들 사이의 거리가 일정하게 유지될 수 있어서, 신호와 전력은 고효율적으로 수신될 수 있다.
본 실시 형태는 임의의 다른 실시 형태 및 실시예와 적절하게 조합될 수 있다.
[실시 형태 4]
본 실시 형태에서, 개시된 발명의 한 실시 형태인 반도체 장치의 예는 도 6을 참조하여 설명된다. 본 실시 형태에서, 하나의 안테나가 신호용 안테나와 전원용 안테나로서 사용되는 예가 설명된다. 또한, 본 실시 형태에서, 반도체 장치가 디스플레이인 예가 설명된다.
도 6은 본 실시 형태에서 설명된 반도체 장치의 블록도의 예이다. 여기에서, 반도체 장치에 포함된 기판(301)이 설명된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 기판(301)은 안테나(335), 신호 처리부(307), 전원부(308), 화소부(302), 및 화소부(302)를 구동하기 위한 주사선 구동회로(303)와 신호선 구동회로(304)를 포함한다.
안테나(335)는 신호용 안테나와 전원용 안테나를 겸한다. 안테나(335)는 수신용 안테나로서 사용된다. 하나의 안테나가 이와 같이 신호용 안테나와 전원용 안테나로서 사용될 때, 안테나가 제공되는 공간이 절약될 수 있다. 이 경우에, 전력 공급용 주파수와 신호 공급용 주파수는 동일하다.
구성 및 동작은 도 4에 도시된 실시 형태와 유사하다(안테나(335)의 구성 및 동작 외에).
도 2a 내지 도 2e 및 도 3a 및 도 3b에 도시된 기판(601)은 본 실시 형태에서 설명된 반도체 장치에 포함된 기판(301)에 부착될 수 있다.
본 실시 형태에서, FPC 단자 부분에서 발생되는 접촉 불량의 문제는 신호와 전력이 FPC의 사용없이 무선으로 공급될 때 해결될 수 있다. 부가하여, 신호와 전력이 무선으로 공급되는 경우에도, 신호와 전력이 고효율적으로 수신될 수 있다. 또한, 진동이 유발되거나 또는 온도가 변하는 경우에도, 안테나들 사이의 거리가 일정하게 유지될 수 있어서, 신호와 전력은 고효율적으로 수신될 수 있다. 또한, 안테나가 제공되는 공간이 절약될 수 있다.
본 실시 형태는 임의의 다른 실시 형태 및 실시예와 적절하게 조합될 수 있다.
[실시 형태 5]
본 실시 형태에서, 개시된 발명의 한 실시 형태인 반도체 장치의 예는 도 7a 및 도 7b 및 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 설명된다. 본 실시 형태에서, 반도체 장치가 디스플레이일 때, 반도체 장치에 포함된 화소부와 상기 화소부를 구동하는 구동회로의 예가 설명된다. 특히, 본 실시 형태에서, 반도체 장치가, 트랜지스터가 화소부에서 매트릭스로 배열되는 액티브 매트릭스형 액정 디스플레이일 때, 화소부와 상기 화소부를 구동하는 구동회로의 예가 도 7a 및 도 7b 및 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 설명된다. 본 실시 형태에서, 액정소자가 표시소자로서 사용된다.
도 7a는 액정 디스플레이의 구성예를 도시한다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 액정 디스플레이는 주사선 구동회로(303), 신호선 구동회로(304), 및 화소부(302)를 포함한다. 화소부(302)는 매트릭스로 배열된 복수의 화소(14)를 포함한다. 도 7b는 화소의 구성예를 도시한다. 도 7b에 도시된 화소(14)는 트랜지스터(15), 액정소자(16), 및 용량소자(17)를 포함한다. 트랜지스터(15)의 게이트 단자는 주사선 구동회로(303)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(15)의 제 1 단자는 신호선 구동회로(304)에 전기적으로 접속된다. 액정소자(16)의 하나의 단자는 트랜지스터(15)의 제 2 단자에 전기적으로 접속된다. 액정소자(16)의 다른 하나의 단자는 공통 전위(Vcom)를 공급하기 위한 배선에 전기적으로 접속된다. 용량소자(17)의 하나의 단자는 트랜지스터(15)의 제 2 단자와 액정소자(16)의 상기 하나의 단자에 전기적으로 접속된다. 용량소자(17)의 다른 하나의 단자는 공통 전위(Vcom)를 공급하기 위한 배선에 전기적으로 접속된다. 주사선 구동회로(303)와 신호선 구동회로(304)를 위하여, 화소부에 있는 트랜지스터(15)와 유사한, 반도체 장치에 포함된 기판 위에 제공된 트랜지스터가 사용될 수 있거나, 또는 IC 칩이 칩 온 글래스(COG)에 의해 반도체 장치에 포함된 기판 상에 부착될 수 있다.
본 실시 형태의 액정 디스플레이에서, 트랜지스터(15)의 온/오프는 주사선 구동회로(303)에 의해 제어되고, 화상 신호는 트랜지스터(15)를 통하여 신호선 구동회로(304)로부터 액정소자(16)에 입력된다. 액정소자(16)가 상기 하나의 단자와 상기 다른 하나의 단자 사이에서 유지되는 액정층을 포함한다는 것을 유의하여야 한다. 화상 신호의 전위와 공통 전위(Vcom)의 차이에 일치하는 전압은 액정층에 인가되고, 액정층의 배향(alig㎚ent)의 제어를 위해 사용된다. 본 실시 형태의 액정 디스플레이에서, 화소(14)의 표시는 상기 배향을 이용하여 제어된다. 용량소자(17)가 액정소자(16)에 인가된 전압을 유지하게 위하여 제공된다는 것을 유의하여야 한다.
또한, 본 실시 형태에서 기술된 액정 디스플레이에서, 주사선 구동회로(303)와 신호선 구동회로(304)의 동작이 디스플레이 컨트롤러(316)에 의해 제어될 때, 화소부(302)로의 화상 신호의 입력이 선택될 수 있다.
<트랜지스터>
트랜지스터(15)는 이것의 채널 형성 영역이 산화물 반도체층을 포함하는 트랜지스터이다. 산화물 반도체층은, 고순도이며 수소, 수분, 수산기, 또는 수소화물과 같은, 트랜지스터의 전기적 특성에서 변화를 유발하는 불순물의 철저한 제거에 의해, 그리고 불순물을 제거하는 단계에서 동시에 감소된, 산화물 반도체의 주요 성분인 산소의 공급에 의해 전기적으로 i형화(진성) 또는 실질적으로 i형화(진성)되도록 만들어진 산화물 반도체층이다. 산화물 반도체층에 포함된 산화물 반도체는 3.0 eV 이상의 밴드갭(band gap)을 가지는 것을 유의하여야 한다.
또한, 고순도 산화물 반도체에서의 캐리어의 수는 상당이 적고(0에 근접한), 산화물 반도체의 캐리어 밀도는 상당히 낮다(예를 들어, 1×1012/㎤ 미만, 바람직하게 1×1011/㎤ 미만). 그러므로, 트랜지스터의 오프 전류는 상당히 낮다. 그러므로, 상기 트랜지스터에서, 실온에서 채널폭(W)의 마이크로미터당 오프 전류는 1 aA/㎛(1×10-18 A/㎛) 이하, 또는 100 zA/㎛(1×10-19 A/㎛) 미만일 수 있다. 일반적으로, 비정질 실리콘을 포함하는 트랜지스터의 경우에, 실온에서 오프 전류는 1×10-13 A/㎛ 이상이라는 것을 유의하여야 한다. 또한, 핫 캐리어 열화(hot carrier degradation)는 상기 트랜지스터에서 일어나지 않는다. 따라서, 트랜지스터의 전기적 특성은 핫 캐리어 열화에 의해 악영향을 받지 않는다.
그러므로, 화상 신호는 장기간 동안 각각의 화소(14)에서 유지될 수 있다. 즉, 정지 화상이 표시될 때 화상 신호의 재기입 사이의 간격은 연장될 수 있다. 예를 들어, 화상 신호의 기입 사이의 간격은 10초 이상, 바람직하게 30초 이상, 더욱 바람직하게 1 분 이상 내지 10분 미만일 수 있다. 화상 신호의 기입 사이의 간격이 연장될 때, 전력 소비는 연장된 간격만큼 저감될 수 있다.
트랜지스터의 오프 전류의 흐름에 대한 저항은 오프 저항율(off-state resistivity)로서 지칭된다는 것을 유의하여야 한다. 오프 저항율은 트랜지스터가 오프일 때 채널 형성 영역의 저항율이며, 오프 저항율은 오프 전류로부터 계산될 수 있다.
특히, 오프 전류의 양과 드레인 전압의 레벨이 알려지면, 트랜지스터가 오프일 때의 저항값(오프 저항(R))은 오옴의 법칙을 사용하여 계산될 수 있다. 부가하여, 채널 형성 영역의 단면(A)과 채널 형성 영역의 길이(L, 소스 전극과 드레인 전극 사이의 거리에 상당하는 길이)가 알려지면, 오프 저항율(ρ)은 공식 ρ=RA/L(R은 오프 저항이다)로부터 계산될 수 있다.
여기에서, 단면(A)은 공식 A=dW(d는 채널 형성 영역의 두께이고, W는 채널 폭이다)로부터 계산될 수 있다. 부가하여, 채널 형성 영역의 길이(L)는 채널 길이(L)이다. 이와 같이, 오프 저항율은 오프 전류로부터 계산될 수 있다.
본 실시 형태에서 산화물 반도체층을 포함하는 상기 트랜지스터의 오프 저항율은 바람직하게 1×1011Ωㆍ㎝(100GΩㆍ㎝) 이상, 더욱 바람직하게 1×1012Ωㆍ㎝(1TΩㆍ㎝) 이상이다.
상기된 바와 같이 산화물 반도체층에 함유된 수소를 철저하게 제거하는 것에 의해, 채널 형성 영역에서 고순도 산화물 반도체층을 포함하는 트랜지스터에서, 오프 전류의 양은 상당히 감소될 수 있다. 즉, 회로 설계에서, 산화물 반도체층은 트랜지스터가 오프(비도통 상태)일 때 절연체로서 간주될 수 있다. 대조적으로, 채널 형성 영역에 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터의 전류 공급 능력은 트랜지스터가 온(도통 상태)일 때 비정질 실리콘을 포함하는 트랜지스터의 전류 공급 능력보다 높을 것으로 예상된다.
저온 폴리실리콘을 포함하는 트랜지스터는, 실온에서 오프 전류값이 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터의 오프 전류값의 약 10000배라는 가정에서 설계된다. 그러므로, 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터가 저온 폴리실리콘을 포함하는 트랜지스터와 비교되는 경우에, 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터의 전압 유지 시간은 저장 용량이 서로 동일하거나 실질적으로 서로 동일할 때(약 0.1 pF) 약 10000배 연장될 수 있다. 따라서, 정지 화상은 화상 신호의 적은 빈도의 기입에 의해서도 표시될 수 있다.
화소(14)의 화상 신호 유지 시간이 상기된 바와 같이 연장될 때, 화소로의 화상 신호의 공급 빈도는 저감될 수 있다. 본 발명의 한 실시 형태에서, 신호는 무선으로 송수신된다(접촉없이). 그러므로, 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터를 화소에서 트랜지스터로서 사용하고 기입 주파수와 신호의 송수신 속도를 상기된 바와 같이 저하시킬 수 있는 기술은 본 발명의 한 실시예에서 매우 유용하다. 화소 에서의 표시 열화(변화)는 상기 트랜지스터가 화소에 대한 화상 신호의 입력을 제어하기 위한 트랜지스터로서 사용될 때 억제될 수 있다.
또한, 트랜지스터가 화소에 대한 화상 신호의 입력을 제어하기 위한 스위치로서 사용될 때, 화소에 제공된 용량소자의 크기는 작게 만들어질 수 있다. 그러므로, 화소의 개구율이 개선될 수 있고, 화상 신호는 예를 들어, 고속으로 화소에 입력될 수 있다.
본 명세서에서, 1×1011/㎤ 미만의 캐리어 농도를 가진 반도체는 소위 진성(i형) 반도체로 지칭되며, 1×1011/㎤ 이상 및 1×1012/㎤ 미만의 캐리어 농도를 가진 반도체는 소위 실질적으로 진성(실질적으로 i형)인 반도체로 지칭된다는 것을 유의하여야 한다.
<액정소자와 용량소자>
상기 트랜지스터가 화상 신호의 입력을 제어하기 위한 트랜지스터(15)로서 사용되는 경우에, 높은 고유 저항율을 가진 물질이 액정소자(16)의 액정 재료로서 사용되는 것이 바람직하다. 여기에서, 높은 고유 저항율을 가진 물질을 사용하는 이유는 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 설명된다. 도 8b는 비정질 실리콘을 포함하는 트랜지스터를 포함하는 화소에서 화상 신호의 누설 경로와 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터를 포함하는 화소에서 화상 신호의 누설 경로를 도시하는 개략도라는 것을 유의하여야 한다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 화소는 트랜지스터(15), 액정소자(16), 및 용량소자(17)를 포함한다. 도 7b에 도시된 회로는 트랜지스터(15)가 오프일 때 도 8a에 도시된 회로의 등가물이다. 즉, 도 7b에 도시된 회로는, 트랜지스터(15)가 저항(RTr - Off)인 것으로 가정하고 액정소자(16)가 저항(RLC)과 용량소자(CLC)를 포함하도록 가정되는 회로의 등가물이다. 화상 신호가 상기 화소에 입력될 때, 화상 신호는 용량소자(17, Cs)와 액정소자(16)의 용량소자(CLC)에 저장된다(도 7b 및 도 8a 참조). 그런 다음, 트랜지스터(15)가 오프될 때, 화상 신호는 도 8b 및 도 8c에 도시된 바와 같이, 트랜지스터(15)와 액정소자(16)를 통해 누설한다. 도 8b는, 상기 트랜지스터가 비정질 실리콘을 포함하는 트랜지스터(25)일 때 화상 신호의 누설을 도시하는 개략도이고, 도 8c는, 상기 트랜지스터가 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터(15)일 때 화상 신호의 누설을 도시하는 개략도라는 것을 유의하여야 한다. 비정질 실리콘을 포함하는 트랜지스터(25)의 오프 저항값은 액정 소자의 저항값보다 낮다. 그러므로, 화상 신호는 도 8b에 도시된 바와 같이, 비정질 실리콘을 포함하는 트랜지스터(25)를 통해 주로 누설한다(즉, 화상 신호는 도 8b에 도시된 경로(A)와 경로(B)를 통해 주로 누설한다). 대조적으로, 고순도 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터(15)의 오프 저항값은 액정 소자의 저항값보다 크다. 그러므로, 화상 신호는 도 8c에 도시된 바와 같이, 액정 소자를 통해 주로 누설한다(즉, 화상 신호는 도 8c에 도시된 경로(C)와 경로(D)를 통해 주로 누설한다).
즉, 종래에는, 비록 액정 디스플레이의 각 화소에 제공된 트랜지스터의 특성이 각 화소에서 특성들을 유지하는 화상 신호에서의 속도-제어점(rate-controlling point)이었을지라도, 고순도 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터(15)가 각 화소에 제공된 트랜지스터로서 사용될 때, 상기 화상 신호에서의 속도 제어점은 액정소자의 저항값으로 시프트된다. 그러므로, 높은 고유 저항값을 가진 물질이 액정소자(16)의 액정 재료로서 사용되는 것이 바람직하다.
특히, 그 화소가 고순도 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터(15)를 가지는 액정 표시 장치에서, 액정 재료의 고유 저항값은 바람직하게, 1×1012Ωㆍ㎝(1TΩㆍ㎝) 이상, 더욱 바람직하게 1×1013Ωㆍ㎝(10 TΩㆍ㎝) 초과, 여전히 바람직하게 1×1014Ωㆍ㎝(100 TΩㆍ㎝)를 초과한다. 본 명세서에서 고유 저항값은 20℃에서 측정된다.
정지 화상 유지 기간에서, 액정 소자(16)의 다른 하나의 단자는 공통 전위(Vcom)가 공급되지 않는 부유 상태(floating state)이도록 만들어질 수 있다. 특히, 스위치는 상기 단자와 공통 전위(Vcom)를 공급하는 전원 사이에 제공될 수 있다. 스위치는 공통 전위(Vcom)가 상기 전원으로부터 공급될 수 있도록 기입 기간에 온될 수 있다. 다음에, 스위치는 나머지 유지 기간에 오프될 수 있으며, 상기 단자는 부유 상태로 있도록 만들어질 수 있다. 고순도 산화물 반도체를 포함하는 상기 트랜지스터가 상기 스위치를 위해 사용되는 것이 바람직하다. 상기 액정 소자(16)의 다른 하나의 단자가 부유 상태에 있도록 만들어질 때, 불규칙 펄스 등으로 인한 화소(14)에서 표시 열화(변화)가 억제될 수 있다. 그 이유는 다음과 같이 설명된다. 오프인 트랜지스터(15)의 제 1 단자의 전위가 불규칙 펄스에 의해 변동할 때, 액정 소자(16)의 하나의 단자의 전위 또한 용량 결합에 의해 변동한다. 이 때, 공통 전위(Vcom)가 액정 소자(16)의 다른 하나의 단자에 공급된다면, 전위에서의 변동은 액정 소자(16)에 인가되는 전압에서의 변화에 직결된다. 액정 소자(16)의 다른 하나의 단자가 부유 상태에 있을 때, 상기 다른 하나의 단자의 전위는 용량 결합에 의해 변동한다. 따라서, 트랜지스터(15)의 제 1 단자의 전위가 불규칙 펄스에 의해 변동할 때, 액정 소자(16)에 인가되는 전압에서의 변화는 저감될 수 있다. 그러므로, 화소(14)의 표시 열화(변화)가 억제될 수 있다.
용량소자(17)의 용량(Cs)은 각 화소에 있는 트랜지스터의 오프 전류 등을 고려하여 설정된다. 상기에서 다양한 수치값이 추정치(기산값)라는 것을 유의하여야 한다.
반사형 액정 소자가 바람직하게 본 실시 형태에서 사용되는 액정 소자로서 사용된다. 반사형 액정 소자는 화소 전극으로서 반사 전극의 형성에 의해 획득될 수 있다. 그러므로, 백라이트에 의해 소비된 전력이 삭감될 수 있어서, 반도체 장치의 전력 소비는 저감될 수 있다.
부가하여, 비록 액정 소자가 표시 소자로서 사용되는 예가 본 실시 형태에서 설명되었을지라도, 발광소자 또는 전자 영동 소자가 액정 소자 대신에 사용될 수 있다. 전자 영동 소자가 사용될 때, 전력 소비는 감소될 수 있다. 또한, 전자 영동 소자 또는 발광소자가 사용될 때, 구부러질 수 있는 기판이 용이하게 이용될 수 있다.
본 실시 형태에서 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터는 실리콘 등을 포함하는 트랜지스터보다 훨씬 낮은 오프 전류의 전기적 특성을 가진다. 그러므로, 본 실시 형태에서 산화물 반도체를 포함하는 상기 트랜지스터가 화소부에 있는 트랜지스터로서 사용될 때, 표시 소자에 기입된 화상 신호는 화소의 회로 구성 등에서 변화없이 장기간 동안 유지될 수 있다. 따라서, 정지 화상 등이 표시되는 경우에, 기입 주파수가 저하될 수 있다. 그러므로, 전력 소비가 저감될 수 있다.
상기 트랜지스터에 의해, 표시 소자에 기입된 화상 신호는 장기간 동안 유지될 수 있다. 따라서, 기입 주파수가 낮은 경우에도, 화소의 표시에서 열화(변화)가 억제될 수 있다.
본 실시 형태에서 화소부 등을 포함하는 기판은 도 1, 도 2a 내지 도 2e, 도 3a 및 도 3b, 도 4 및 도 6에 도시된 기판(301)으로서 사용될 수 있다. 즉, 도 2a 내지 도 2e 및 도 3a 및 도 3b에 도시된 기판(601)은 본 실시 형태에서 화소부 등을 포함하는 상기 기판에 부착될 수 있다.
본 실시 형태는 임의의 다른 실시 형태 및 실시예와 적절하게 조합될 수 있다.
[실시 형태 6]
본 실시 형태에서, 개시된 발명의 한 실시 형태인 반도체 장치의 동작의 한 예가 도 4 및 도 5를 참조하여 설명된다. 본 실시 형태에서, 화상 신호의 주파수와 화상 처리 사이의 관계가 설명된다.
도 5는 본 실시 형태에서 설명된 반도체 장치에 포함된 신호용 안테나(305)에 대한 신호 입력 파형을 도시한다. 신호는 변조되고 변조파(702)와 비변조파(701)를 포함한다.
13.56 ㎒가 비변조파(701)의 주파수로서 사용될 수 있다. 이 경우에, 변조파는 비변조파의 주파수의 1/8 이하의 주파수를 가지는 것이 바람직하다. 변조파의 주파수가 비변조파의 주파수의 1/8일 때, 변조파의 주파수는 1.695㎒이다. 반도체 장치에 포함된 화소부(302)에 있는 화소의 수가 VGA(640×480 도트)일 때, 화상은 VGA의 도트 클럭이 본래 25㎒이기 때문에 어떠한 동작없이는 표시될 수 없다.
부가하여, 디스플레이의 색의 수가 65500일 때, 16비트가 각 화소에 필요하다. 주파수는 모노크롬 1 비트의 경우에 획득된다. 그러므로, 주파수는 16비트의 경우에 1/16이어서, 주파수는 106㎑이다. 주파수는 VGA의 도트 클럭(25㎒)의 1/236이다.
일반적으로, 화상 신호는 초당 60번 기입된다(60fps). 그러나, 본 실시 형태에서 설명된 반도체 장치에서, 기입 주파수는 1/236로 저하된다. 따라서, 화상 신호는 매 4초당 한번 기입된다(약 0.25fps).
그러므로, 비정질 실리콘을 포함하는 트랜지스터 또는 폴리실리콘을 포함하는 트랜지스터가 화소에 사용되는 경우에, 화상 신호는 4초 동안 유지될 수 없다. 그러므로, VGA와 비교하여 화소의 수를 감소시키는 것에 의해 또는 색의 수를 감소시키는 것에 의해 화상 신호의 수를 삭감하는 것이 필요하다.
대조적으로, 본 실시 형태에서 설명된 반도체 장치에서, 도 7a 및 도 7b 및 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 고순도 산화물 반도체층을 포함하는 트랜지스터는 화소에 포함된 트랜지스터로서 사용된다. 그러므로, 화상 신호는, 고순도 산화물 반도체층이 상기된 바와 같이 사용될 때, 실온에서 화소에 포함된 트랜지스터의 오프 전류가 1aA/㎛ 이하, 또는 100zA/㎛ 미만이기 때문에 장기간 동안 유지될 수 있다. 예를 들어, VGA 등의 해상도를 가진 화상이 표시되는 경우에, 화상 신호는 그 오프 전류가 1aA/㎛ 이하인 트랜지스터가 화소에 있는 트랜지스터로서 사용될 때 2000초(즉, 30분 이상) 동안 유지될 수 있다. 또한, 그 오프 전류가 100zA/㎛ 미만인 트랜지스터가 사용될 때, 화상 신호는 20000초(즉, 330분 이상) 동안 유지될 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서 설명된 반도체 장치에서, VGA 이상의 해상도를 가진 화상이 표시될 수 있다.
본 실시 형태에 따라서, FPC 단자 부분에서 발생되는 접촉 불량의 문제는 신호와 전력이 FPC의 사용없이 무선으로 공급될 때 해결될 수 있다. 부가하여, 신호와 전력이 무선으로 공급되는 경우에도, 신호와 전력이 고효율적으로 수신될 수 있다. 또한, 진동이 유발되거나 또는 온도가 변하는 경우에도, 안테나들 사이의 거리가 일정하게 유지될 수 있어서, 신호와 전력은 고효율적으로 수신될 수 있다. 또한, VGA 등의 해상도를 가진 화상이 표시될 수 있다.
본 실시 형태는 임의의 다른 실시 형태 및 실시예와 적절하게 조합될 수 있다.
[실시 형태 7]
본 실시 형태에서, 개시된 발명의 한 실시 형태인 반도체 장치에 포함된 화소부에서의 트랜지스터의 예가 도 9a 내지 도 9d를 참조하여 설명된다.
도 9a 내지 도 9d는 도 7a 및 도 7b에 도시된 트랜지스터의 구성예와 상기 트랜지스터를 제조하기 위한 방법을 도시한 단면도이다. 도 9d에 도시된 트랜지스터(410)는 역스태거형 구조(inverted-staggered structure)로 불리는 보텀 게이트형 구조(bottom-gate structure)의 한 종류를 가진다. 또한, 트랜지스터(410)는 채널 에칭형 구조를 가진다. 또한, 트랜지스터(410)는 단일 게이트형 구조를 가진다.
그러나, 트랜지스터의 구조는 이에 한정되지 않는다. 트랜지스터는 톱 게이트형 구조를 가질 수 있다. 또한, 트랜지스터는 채널 스톱형 구조를 가질 수 있다. 또한, 트랜지스터는 멀티 게이트형 구조를 가질 수 있다.
기판(400) 위에서 트랜지스터(410)를 제조하는 단계는 도 9a 내지 도 9d를 참조하여 아래에 설명된다.
먼저, 게이트 전극층(411)이 절연 표면을 가지는 기판(400) 위에 형성된다(도 9a 참조).
비록 절연 표면을 가지는 기판(400)으로서 사용될 수 있는 기판에 특별한 제한이 없을지라도, 추후에 수행되는 열처리에 충분히 견디도록 기판이 적어도 내열성을 가지는 것이 필요하다.
베이스 막으로서 쓰이는 절연막이 기판(400)과 게이트 전극층(411) 사이에 제공될 수 있다. 베이스 막은 기판(400)으로부터 불순물 원소의 확산을 방지하기 위한 기능을 가지며, 질화 실리콘막, 산화 실리콘막, 질화 산화 실리콘막, 또는 산화질화 실리콘막으로부터 선택되는 하나 이상의 막을 포함하는 단층 구조 또는 적층 구조를 가지도록 형성될 수 있다. 여기에서, 100nm 두께의 질화 실리콘막이 플라즈마 촉진 CVD에 의해 형성되며, 150nm 두께의 산화질화 실리콘막(SiON 막)이 플라즈마 촉진 CVD에 의해 질화 실리콘막 위에 형성된다.
베이스 막이, 수소 및 물과 같은 불순물을 가능한 적게 함유하도록 바람직하게 형성된다는 것을 유의하여야 한다.
도전층은 기판(400) 위에 형성되고, 제 1 포토리소그래피 공정을 통하여 선택적으로 에칭되어서, 게이트 전극층(411)이 형성될 수 있다.
게이트 전극층(411)은, 몰리브덴, 티타늄, 크롬, 탄탈, 텅스텐, 알루미늄, 구리, 네오디뮴, 또는 스칸듐과 같은 금속재료, 또는 이러한 금속 원소 중 임의의 것을 주성분으로서 포함하는 합금재료를 포함하는 단층 구조 또는 적층구조를 가지도록 형성될 수 있다. 여기에서, 100nm 두께의 텅스텐 막은 스퍼터링에 의해 형성되고, 게이트 전극층(411)이 되도록 에칭된다.
다음에, 게이트 절연층(402)은 게이트 전극층(411) 위에 형성된다(도 9a 참조).
게이트 절연층(402)은 플라즈마 촉진 CVD, 스퍼터링 등에 의해 산화 실리콘층, 질화 실리콘층, 산화질화 실리콘층, 질화 산화 실리콘층, 또는 산화 알루미늄층을 포함하는 단층 구조 또는 적층 구조를 가지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 산화질화 실리콘층은 플라즈마 촉진 CVD에 의한 성막 가스로서 실란(SiH4), 산소 및 질소를 사용하여 형성될 수 있다. 대안적으로, 산화 하프늄(HfOx) 또는 산화 탄탈(TaOx)과 같은 하이-케이(high-k) 재료가 게이트 절연층을 위해 사용될 수 있다. 게이트 절연층(402)의 두께는 예를 들어, 10 내지 500 ㎚일 수 있다.
여기에서, 게이트 절연층으로서 쓰이는 30nm 두께의 산화질화 실리콘막은 마이크로파(예를 들어, 2.45㎓의 주파수)를 이용하여 고밀도 플라즈마 촉진 CVD에 의해 게이트 전극층(411) 위에 형성된다. 마이크로파를 이용하는 고밀도 플라즈마 촉진 CVD는 높은 내전압성(high withstand voltage)을 가지는 밀집의 고품질 절연층(402)이 형성될 수 있기 때문에 바람직하다. 산화물 반도체층과 고품질 게이트 절연층(402)이 서로 밀접할 때, 계면상태밀도(interface state density)가 저감될 수 있으며 계면 특성이 양호하게 될 수 있다.
게이트 절연층(402)이 바람직하게 수소 및 물과 같은 불순물을 가능한 적게 함유하도록 형성된다는 것을 유의해야 한다.
다음에, 산화물 반도체막(430)이 게이트 절연층(402) 위에 형성된다(도 9a 참조). 산화물 반도체막(430)은 스퍼터링에 의해 형성될 수 있다. 산화물 반도체막(430)의 두께는 2 내지 200 ㎚일 수 있다.
산화물 반도체막(430)이 스퍼터링에 의해 형성되기 전에, 아르곤 가스가 도입되고 플라즈마가 발생되는 역스퍼터링(reverse sputtering)을 수행하는 것이 바람직하다는 것을 유의해야 한다. 게이트 절연층(402)의 표면 상의 분상(powdery) 물질(또한 입자 또는 먼지로서 지칭됨)이 역스퍼터링에 의해 제거될 수 있다. 역스퍼터링은, 타깃측에 전압을 인가함이 없이, RF 전원이 기판측에 전압의 인가를 위해 사용되고 플라즈마가 발생되어, 기판 표면을 개질하는 방법이다. 질소, 헬륨, 산소 등이 아르곤 분위기 대신에 사용될 수 있다는 것을 유의하여야 한다.
산화물 반도체막(430)으로서, In-Ga-Zn-O계 재료, In-Sn-O계 재료, In-Sn-Zn-O계 재료, In-Al-Zn-O계 재료, Sn-Ga-Zn-O계 재료, Al-Ga-Zn-O계 재료, Sn-Al-Zn-O계 재료, In-Zn-O계 재료, Sn-Zn-O계 재료, Al-Zn-O계 재료, In-O계 재료, Sn-O계 재료, 또는 Zn-O계 재료가 사용될 수 있다. 부가하여, 상기 재료는 Si02를 함유할 수 있다.
산화물 반도체막(430)은 희가스(전형적으로 아르곤) 분위기, 산소 분위기, 또는 희가스(전형적으로 아르곤) 및 산소를 포함하는 분위기에서 스퍼터링에 의해 형성될 수 있다.
여기에서, 30nm 두께의 산화물 반도체층은 In, Ga, 및 Zn(ln203: Ga203: ZnO = 몰비로 1:1:2)을 함유하는 In-Ga-Zn-O계 금속 산화물 타깃을 사용하여 스퍼터링에 의해 형성된다. 스퍼터링 가스가 Ar/02 = 0/20sccm의 유량(산소: 100%)을 가지며; 기판의 온도는 실온이며; 성막 압력은 0.6Pa이며; 성막전력은 0.5㎾라는 것을 유의하여야 한다.
산화물 반도체막(430)이 바람직하게 수소 및 물과 같은 불순물을 가능한 적게 함유하도록 형성된다는 것을 유의하여야 한다.
다음에, 산화물 반도체막(430)은 제 2 포토리소피 공정을 통해 선택적으로 에칭되어서, 섬 형상의 산화물 반도체층(431)이 형성된다(도 9b 참조). 산화물 반도체막(430)은 습식 에칭에 의해 에칭될 수 있다. 그러나, 본 실시 형태는 이에 한정되지 않는다. 산화물 반도체막(430)은 건식 에칭에 의해 에칭될 수도 있다.
다음에, 제 1 열처리가 산화물 반도체층(431) 상에서 수행된다. 산화물 반도체층(431)에 함유된 잉여의 물(수산기를 포함한다), 수소 등은 제 1 열처리에 의해 제거될 수 있다. 제 1 열처리의 온도는 350℃ 이상 내지 기판의 스트레인점(strain point) 미만, 바람직하게는 400℃ 이상 내지 기판의 스트레인점 미만이다.
산화물 반도체층은 제 1 열처리가 350℃ 이상의 온도에서 수행될 때 탈수화 또는 탈수소화될 수 있어서, 산화물 반도체층에 있는 수소의 농도가 저감될 수 있다. 제 1 열처리가 450℃ 이상의 온도에서 수행될 때, 산화물 반도체층에 있는 수소의 농도는 더욱 저감될 수 있다. 제 1 열처리가 550℃ 이상의 온도에서 수행될 때, 산화물 반도체층에 있는 수소의 농도는 더욱 저감될 수 있다.
제 1 열처리가 수행되는 분위기로서, 질소 또는 희가스(예를 들어, 헬륨, 네온, 또는 아르곤)을 주성분으로서 함유하고 물, 수소 등을 함유하지 않는 불활성 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 열처리 장치 내로 도입된 가스의 순도는 6N(99.9999%) 이상, 바람직하게 7N(99.99999%) 이상일 수 있다. 그러므로, 제 1 열처리 동안, 산화물 반도체층(431)이 대기에 노출되지 않으면서 물 또는 수소의 출입을 방지하는 것이 가능하다.
열처리 장치가 전기로로 제한되지 않고, 저항 발열체와 같은 발열체로부터 열전도 또는 열방사에 의해 처리될 물체를 가열하기 위한 디바이스를 구비할 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 예를 들어, GRTA(가스 급속 열 어닐링) 장치 또는 LRTA(램프 금속 열 어닐링) 장치와 같은 RTA(급속 열 어닐링) 장치가 사용될 수 있다. LRTA 장치는 할로겐 램프, 메탈 핼라이드 램프, 제논 아크 램프, 카본 아크 램프, 고압 나트륨 램프, 또는 고압 수은 램프와 같은 램프로부터 발광된 광(전자기파)의 방사에 의해 처리될 물체를 가열하기 위한 장치이다. GRTA 장치는 고온 가스를 사용하여 열처리를 수행하는 장치이다. 열처리에 의해 처리될 물체와 반응하지 않는 질소 또는 희가스(예를 들어, 아르곤)와 같은 불활성 가스가 상기 가스로서 사용된다.
본 실시 형태에서, 제 1 열처리로서, 열처리는 GRTA 장치를 사용하여 질소 분위기에서 6분 동안 650℃에서 수행된다.
부가하여, 산화물 반도체층을 위한 제 1 열처리는 섬형상 산화물 반도체층으로 처리되기 전에 산화물 반도체막(430) 상에서 수행될 수 있다. 이 경우에, 제 1 열처리 후에, 제 2 포토리소그래피 공정이 수행된다.
산화물 반도체층을 위한 제 1 열처리는, 소스 전극층과 드레인 전극층이 산화물 반도체층 위에 형성된 후에 또는 보호 절연막이 소스 전극층과 드레인 전극층 위에 형성된 후에 수행될 수도 있다.
그 후, 도전층은 게이트 절연층(402)과 산화물 반도체층(431)을 덮도록 형성되고 제 3 포토리소그래피 공정을 통해 에칭되어서, 소스 전극층(415a)과 드레인 전극층(415b)이 형성된다(도 9c 참조).
도전층의 재료로서, 알루미늄, 크롬, 구리, 탄탈, 티타늄, 몰리브덴, 또는 텅스텐으로부터 선택된 원소; 상기 원소를 성분으로서 함유하는 합금; 등이 사용될 수 있다. 알루미늄과, 티타늄, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 크롬, 네오디뮴, 및 스칸듐으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 포함하는 재료가 사용될 수 있다. 망간, 마그네슘, 지르코늄, 베릴륨, 또는 이트륨으로부터 선택된 재료가 사용될 수 있다. 대안적으로, 알루미늄과, 티타늄, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 크롬, 네오디뮴, 또는 스칸듐으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는 재료가 사용될 수 있다.
대안적으로, 도전층은 산화물 도전막을 사용하여 형성될 수 있다. 산화물 도전막으로서, 산화인듐(In203), 산화주석(Sn02), 산화아연(ZnO), 산화인듐 및 산화주석의 합금(In203-Sn02, 일부 경우에 ITO로서 약칭된다), 산화인듐과 산화 아연의 합금(In203-ZnO), 또는 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함하는 산화물 도전 재료들 중 임의의 것이 사용될 수 있다.
이 경우에, 산화물 반도체층(431)을 위해 사용된 재료보다 도전율이 높거나 또는 저항이 그보다 낮은 재료가 바람직하게 산화물 도전막의 재료로서 사용된다. 산화물 도전막의 도전율은 캐리어 농도의 증가에 의해 증가될 수 있다. 또한, 산화물 도전막에서의 캐리어 농도는 수소 농도에서의 증가 또는 산소 결손의 증가에 의해 증가될 수 있다.
소스 전극층(415a)과 드레인 전극층(415b)은 단층 구조 또는 2개 이상의 층들을 포함하는 적층 구조를 가질 수 있다.
본 실시 형태에서, 100nm 두께의 제 1 티타늄 층, 200nm 두께의 알루미늄층, 및 100nm 두께의 제 2 티타늄층이 산화물 반도체층(431) 위에서 차례로 형성된다. 그런 다음, 제 1 티타늄층, 알루미늄층, 및 제 2 티타늄층을 포함하는 적층막이 에칭되어서, 소스 전극층(415a)과 드레인 전극층(415b)이 형성된다(도 9c 참조).
도전층의 형성 후에 열처리가 수행되는 경우에, 열처리에 충분히 견디도록 높은 내열성을 가지는 도전층이 사용된다.
도전층이 에칭될 때 산화물 반도체층(431)이 제거되지 않도록 각 재료와 에칭 조건들이 적절하게 조정된다는 것을 유의하여야 한다.
제 3 포토리소그래피 공정을 통해, 산화물 반도체층(431)의 단지 일부분만이 에칭되어서, 그루브(요부)를 가지는 산화물 반도체층이 일부의 경우에 형성된다는 것을 유의하여야 한다.
포토리소그래피 공정에서 사용된 포토마스크의 수와 공정 수를 삭감하기 위하여, 에칭 공정은 복수의 강도(intensity)를 가지도록 광이 투과되는 노광 마스크인 다계조 마스크(multi-tone mask)를 사용하여 수행될 수 있다. 다계조 마스크를 사용하여 형성된 레지스트 마스크는 복수의 두께를 가지고, 애싱(ashing)에 의해 형상이 변경될 수 있으며; 그러므로, 레지스트 마스크는 상이한 패턴으로 막들을 처리하기 위하여 복수의 에칭 공정에서 사용될 수 있다. 그러므로, 적어도 2 종류 이상의 상이한 패턴에 대응하는 레지스트 마스크가 하나의 다계조 마스크에 의해 형성될 수 있다. 그러므로, 노광 마스크의 수와, 대응하는 포토리소그래피 공정의 수는 삭감될 수 있어서, 공정이 간략화될 수 있다.
다음에, 아산화질소(N20), 질소(N2), 또는 아르곤(Ar)과 같은 가스를 사용하여 플라즈마 처리가 수행된다. 이러한 플라즈마 처리로, 노출된 산화물 반도체층의 표면에 부착된 흡착수 등이 제거된다. 대안적으로, 플라즈마 처리는 산소와 아르곤의 혼합 가스를 사용하여 수행될 수도 있다.
플라즈마 처리 후에, 보호 절연막으로 쓰이고 산화물 반도체층의 부분과 접촉하는 산화물 절연층(416)이 대기에 노출됨이 없이 형성된다(도 9d 참조).
산화물 절연층(416)은 스퍼터링과 같이, 물 또는 수소와 같은 불순물을 혼합하지 않는 방법에 의해 형성될 수 있다. 산화물 절연층(416)의 두께는 적어도 1 ㎚ 이상일 수 있다. 수소가 산화물 절연층(416)에 함유될 때, 수소가 산화물 반도체층(431)에 침입하여서, 산화물 반도체층(431)의 백채널(backchannel)은 낮은 저항(n-형 도전율)을 가지며, 기생 채널(parasitic channel)이 형성될 수 있다. 그러므로, 산화물 절연층(416)이 가능한 적게 수소를 함유하기 위하여 수소가 사용되지 않는 성막 방법이 이용되는 것은 중요하다.
성막 시의 기판 온도는 실온으로부터 300℃까지의 온도 범위에 있다. 또한, 성막 분위기는 희가스(전형적으로 아르곤) 분위기, 산소 분위기, 또는 희가스(전형적으로 아르곤)와 산소를 포함하는 분위기일 수 있다.
본 실시 형태에서, 기판은 산화물 절연층(416)의 형성 전에 200℃의 온도로 가열되고, 300nm 두께의 산화 실리콘막은 소스 전극층(415a)과 드레인 전극층(415b)을 덮도록 산화물 절연층(416)으로서 형성된다. 산화 실리콘막은 산소가 스퍼터링 가스로서 사용되는 스퍼터링에 의해 실리콘 타깃을 사용하여 형성된다.
다음에, 제 2 열처리(바람직하게 200 내지 400℃에서, 예를 들어, 250 내지 350℃)는 불활성 가스 분위기 또는 산소 가스 분위기에서 수행된다. 예를 들어, 제 2 열처리는 질소 분위기에서 1시간 동안 250℃에서 수행된다. 제 2 열처리를 통하여, 산화물 반도체층의 부분(채널 형성 영역)이 산화물 절연층(416)과 접촉하면서 가열된다. 제 2 열처리에 의해, 산소는 산화물 반도체층의 상기 부분(채널 형성 영역)으로 공급될 수 있다. 그러므로, 게이트 전극층(411)과 중첩하는 채널 형성 영역(413)이 진성일 수 있다. 소스 전극층(415a)과 중첩하는 소스 영역(414a)과 드레인 전극층(415b)과 중첩하는 드레인 영역(414b)은 자기정합적(self-aligning manner)으로 형성된다. 상기 단계들을 통하여, 트랜지스터(410)가 형성된다.
보호 절연층은 산화물 절연층(416) 위에 형성될 수 있다. 예를 들어, 질화 실리콘막이 RF 스퍼터링에 의해 형성될 수 있다. RF 스퍼터링이 높은 양산성을 가지기 때문에, 보호 절연층의 성막 방법으로서 바람직하게 사용된다. 보호 절연층은, 수분, 수소 이온, 및 OH-와 같은 불순물을 함유하지 않고 외부로부터 이러한 불순물의 출입을 차단하는 무기 절연막을 사용하여 바람직하게 형성된다. 본 실시 형태에서, 보호 절연층으로서, 보호 절연층(403)이 질화 실리콘막을 사용하여 형성된다(도 9d 참조).
또한, 열처리는 대기중에서 1 내지 30시간 동안 100 내지 200℃에서 수행될 수 있다. 여기에서, 열처리는 10시간 동안 150℃에서 수행된다. 이러한 열처리는 일정한 가열 온도에서 수행될 수도 있다. 대안적으로, 가열 온도에서 다음과 같은 변화가 여러번 반복하여 실시될 수도 있다: 가열 온도는 실온으로부터 100 내지 200℃의 특정 온도까지 승온되고, 그런 다음 실온으로 강온된다. 또한, 이러한 열처리는 산화물 절연층의 형성 전에 감압 하에서 수행될 수도 있다. 열처리가 감압 하에서 수행될 때, 가열 시간은 단축될 수 있다. 이러한 열처리를 통하여, 수소는 산화물 반도체층(431)으로부터 산화물 절연층(416)으로 도입된다. 즉, 수소는 산화물 반도체층으로부터 더욱 제거될 수 있다.
바이어스 온도 테스트(BT 테스트)가 12시간 동안 85℃ 및 2×106V/㎝에서 트랜지스터(410)에서 수행된다. 그 결과, 트랜지스터의 전기적 특성은 거의 변하지 않고, 안정한 전기적 특성을 가진 트랜지스터를 획득할 수 있었다.
본 실시 형태에서의 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터는 실리콘 등을 포함하는 트랜지스터보다 훨씬 낮은 오프 전류의 전기적 특성을 가진다. 그러므로, 본 실시 형태에서의 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터가 화소부에 있는 트랜지스터로서 사용될 때, 표시 소자에 기입된 화상 신호는 화소의 회로 구성 등에서 변화 없이 장기간 동안 유지될 수 있다. 따라서, 정지 화상 등이 표시되는 경우에, 기입 주파수가 저감될 수 있다. 그러므로, 전력 소비가 저감될 수 있다.
상기 트랜지스터에 의해, 표시 소자에 기입된 화상 신호는 장기간 동안 유지될 수 있다. 따라서, 기입 주파수가 낮은 경우에도, 화소의 표시에서 열화(변화)가 억제될 수 있다.
본 실시 형태에서 상기 트랜지스터를 포함하는 기판은 도 1, 도 2a 내지 도 2e, 도 3a 및 도 3b, 도 4, 및 도 6에 도시된 기판(301)으로서 사용될 수 있다. 즉, 도 2a 내지 도 2e, 도 3a 및 도 3b에 도시된 기판(601)은 본 실시 형태에서 트랜지스터를 포함하는 상기 기판에 부착될 수 있다.
본 실시 형태는 임의의 다른 실시 형태 및 실시예와 적절하게 조합될 수 있다.
[실시예 1]
본 실시예에서, 개시된 발명의 한 양태인 반도체 장치에 포함된 화소부에 있는 트랜지스터의 평가는 도 11, 도 12a 및 도 12b, 및 도 13a 및 도 13b를 참조하여 설명된다. 본 실시예에서, 테스트 소자 그룹(또한 TEG로서 지칭됨)에서 오프 전류의 측정값은 아래에 설명된다.
도 11은 각각 L/W=3㎛/50㎛을 가진 200개의 트랜지스터가 병렬로 접속되는, L/W=3㎛/10000㎛을 가진 트랜지스터의 초기 특성들을 도시한다. 트랜지스터는 채널 형성 영역에서 고순도 산화물 반도체층을 포함한다. 부가하여, 트랜지스터의 상면도가 도 12a에 도시되며, 트랜지스터의 부분적으로 확장된 상면도가 도 12b에 도시된다. 도 12b에서 점선에 의해 둘러싸인 영역은 L/W=3㎛/50㎛ 및 LOV=1.5㎛를 가진 1 스테이지의 트랜지스터이다. 여기에서, LOV는 소스 전극층 또는 드레인 전극층이 채널 길이 방향으로 산화물 반도체층과 중첩하는 영역의 길이를 나타낸다는 것을 유의해야 한다. 트랜지스터의 초기 특성을 측정하기 위하여, 소스-게이트 전압(이후에 게이트 전압 또는 Vg로 지칭됨)이 변할 때의 소스-드레인 전류(이후에 드레인 전류 또는 Id로 지칭됨)의 특성에서의 변화, 즉, 기판 온도가 실온이고 소스-드레인 전압(이후에 드레인 전압 또는 Vd로 지칭됨)이 1V 또는 10V이며, Vg가 -20 V에서 +20 V까지 변화되는 조건 하에서 Vg-Id 특성이 측정되었다. 도 11이 -20 V에서 +5 V까지의 범위에서 Vg를 도시한다는 것을 유의하여야 한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 10000㎛의 채널폭(W)을 가진 트랜지스터는 1V 및 10V의 Vd에서 1×10-13A 이하의 오프 전류를 가지며, 이러한 것은 측정기(Agilent Technologies Inc.에 의해 제조된 반도체 파라미터 분석기, Agilent 4156C)의 검출 한계 이하이다. 즉, 채널 폭에서 마이크로미터당 트랜지스터의 오프 전류가 10aA/㎛ 이하라는 것이 확인되었다. 채널 길이가 3㎛ 이상인 경우에, 채널 폭에서 마이크로미터당 트랜지스터의 평가된 오프 전류가 10aA/㎛ 이하라는 것을 유의해야 한다.
또한, 그 채널 폭(W)이 1000000㎛(1m)인 트랜지스터가 유사하게 형성되었으며, 측정이 실시되었다. 그 결과, 오프 전류가 1×10-12A 이하인 것이 확인되었으며, 이는 상기 측정기의 검출 제한에 근접한 것이다. 즉, 채널 폭에서 마이크로미터당 트랜지스터의 오프 전류가 1aA/㎛ 이하인 것이 확인되었다.
상기 측정을 위해 사용된 트랜지스터를 제조하는 방법이 설명된다.
먼저, 베이스 층으로서, CVD에 의해, 질화 실리콘층이 유리 기판 위에 형성되었으며, 산화질화 실리콘층은 질화 실리콘층 위에 형성되었다. 산화질화 실리콘층 위에, 텅스텐 층이 스퍼터링에 의해 게이트 전극층으로서 형성되었다. 여기에서, 텅스텐 층은 게이트 전극층이 형성되도록 선택적으로 에칭되었다.
다음에, 게이트 전극층 위에, 100nm 두께의 산화질화 실리콘층이 CVD에 의해 게이트 절연층으로서 형성되었다.
그런 다음, 50nm 두께의 산화물 반도체층은 In-Ga-Zn-O계 금속 산화물 타깃(ln203: Ga203: ZnO = 몰비로 1:1:2)을 사용하여 스퍼터링에 의해 게이트 절연층 위에 형성되었다. 그 후, 섬형상 산화물 반도체층이 산화물 반도체층을 선택적으로 에칭하는 것에 의해 형성되었다.
그런 다음, 질소 분위기의 세정 오븐에서 1시간 동안 450℃에서 제 1 열처리가 산화물 반도체층 상에서 수행되었다.
그런 다음, 소스 전극층과 드레인 전극층으로서, 150nm 두께의 티타늄 층이 스퍼터링에 의해 산화물 반도체층 위에 형성되었다. 여기에서, 소스 전극층과 드레인 전극층은 선택적으로 에칭되었으며, L/W=3㎛/10000㎛를 가진 트랜지스터가 획득되도록 각각 3㎛의 채널 길이(L)와 50㎛의 채널 폭(W)을 가지는 200개의 트랜지스터들이 병렬로 접속되었다.
그런 다음, 보호 절연층으로서, 300nm 두께의 산화 실리콘층이 반응성 스퍼터링에 의해 산화물 반도체층과 접촉하도록 형성되었다. 여기에서, 보호층인 산화 실리콘은, 개구들이 게이트 전극층, 소스 전극층, 및 드레인 전극층 위에 형성되도록 선택적으로 에칭되었다. 그 후, 제 2 열처리가 질소 분위기에서 1시간 동안 250℃에서 수행되었다.
그런 다음, 열처리가 Vg-Id 특성의 측정 전에 10시간 동안 150℃에서 수행되었다.
상기 단계들을 통하여, 보텀-게이트 트랜지스터가 제조되었다.
트랜지스터의 오프 전류가 도 11에 도시된 바와 같이 대략 1×10-13A 인 이유는 산화물 반도체층에서 수소의 농도가 상기 제조 단계들에서 상당히 저감될 수있기 때문이다.
캐리어 측정기에 의해 측정된, 산화물 반도체층에서의 캐리어 농도는 1×1012/㎤ 미만, 바람직하게 1×1011/㎤ 미만이다. 즉, 산화물 반도체층에서의 캐리어 농도는 극히 0에 근접할 수 있다.
또한, 상기 트랜지스터의 채널 길이(L)는 10 내지 1000 ㎚일 수 있다. 그러므로, 회로는 더욱 고속으로 동작할 수 있다. 또한, 오프 전류의 양이 극히 적기 때문에, 전력 소비는 저감될 수 있다.
회로 설계에서, 산화물 반도체층은 트랜지스터가 오프일 때 절연체로서 간주될 수 있다.
그 후, 본 실시예에서 제조된 트랜지스터의 오프 전류의 온도 특성이 평가되었다. 상기 온도 특성은 트랜지스터가 사용되는 최종 제품의 내환경성, 성능의 유지 등을 고려하여 중요하다. 변화량이 작은 것이 바람직하고, 이러한 것이 제품 설계를 위한 자유도를 증가시킨다는 것을 이해하여야 한다.
온도 특성에 대하여, Vg-Id 특성은, 트랜지스터를 구비한 기판이 -30℃, 0℃, 25℃, 40℃, 60℃, 80℃, 100℃, 및 120℃의 일정 온도에서 유지된 조건 하에서 일정 온도 챔버를 사용하여 획득되었으며, 드레인 전압은 6V이었으며, 게이트 전압은 -20V에서 +20V까지 변하였다.
도 13a는 상기 온도에서 측정되고 서로 겹친 Vg-Id 특성을 도시하며, 도 13b는 도 13a에서 점선으로 둘러싸인 오프 전류의 범위의 확대도를 도시한다. 도면에서 화살표로 지시된 우단 곡선은 -30℃에서 획득된 곡선이고; 좌단 곡선은 120℃에서 획득된 곡선이고; 다른 온도에서 획득된 곡선들은 그 사이에 위치된다. 온 전류(on-state current)의 온도 의존성은 거의 관찰될 수 없었다. 다른 한편으로, 도 13b의 확대도에서 또한 명확히 도시된 바와 같이, 오프 전류는 게이트 전압이 -20 V 근방인 경우를 제외한 모든 온도에서, 측정기의 검출 한계 근방인, 1×10-12 A 이하이며, 그 온도 의존성은 관찰되지 않았다. 즉, 120℃의 높은 온도에서도, 오프 전류는 1×10-12 A 이하에서 유지되었으며, 채널 폭(W)이 10000㎛으로 주어지면, 오프 전류가 상당히 낮다는 것을 알 수 있었다. 즉, 채널 폭에서 마이크로미터당 트랜지스터의 오프 전류가 100 aA/㎛ 이하인 것이 확인되었다. 채널 길이가 3㎛ 이상인 경우에, 채널 폭에서 마이크로미터당 트랜지스터의 추산된 오프 전류가 100 aA/㎛ 이하라는 것을 유의하여야 한다.
상기된 바와 같이, 고순도 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터는 온도에서의 오프 전류의 의존성을 거의 보이지 않는다. 이는, 도전형(conductivity type)이 진성형에 극히 근접하고 페르미 준위(Fermi level)가 금지대(forbidden band)의 중간에 위치되기 때문에 고순도일 때 산화물 반도체가 온도 의존성을 보이지 않는다고 할 수 있다. 이러한 것은 또한 산화물 반도체가 큰 에너지 갭을 가지며 극히 적은 열여기된(thermally excited) 캐리어를 포함한다는 사실로부터 기인한다.
상기 결과는 그 캐리어 농도가 실온에서 1×1012/㎤ 미만, 바람직하게 1×1011/㎤ 미만인 트랜지스터의 오프 전류가 1 aA/㎛ 이하인 것을 나타낸다. 부가하여, 상기 트랜지스터가 반도체 장치에 포함된 트랜지스터로서 사용될 때, 반도체 장치의 전력 소비는 저감될 수 있고, 표시에서 열화(표시 품질에서의 저하)가 억제될 수 있다. 또한, 온도와 같은 외부 인자로 인한 표시에서 열화(변화)가 억제되는 반도체 장치를 제공하는 것이 가능하다.
그러므로, 고순도 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터가 상기된 바와 같이 화소부의 트랜지스터로서 사용될 때, 표시 소자에 기입된 화상 신호는 화소의 회로 구성 등에서의 변화없이 장기간 동안 유지될 수 있다. 따라서, 정지 화상 등이 표시되는 경우에, 기입 주파수가 저감될 수 있다. 그러므로, 전력 소비가 저감될 수 있다.
고순도 트랜지스터가 상기된 바와 같이 사용될 때, 표시 소자에 기입된 화상 신호는 장기간 동안 유지될 수 있다. 따라서, 기입 주파수가 낮은 경우에도, 화소의 표시에서 열화(변화)가 억제될 수 있다.
상기된 바와 같이, 고순도 트랜지스터를 포함하는 기판은 도 1, 도 2a 내지 도 2e, 도 3a 및 도 3b, 도 4, 및 도 6에 도시된 기판(301)으로서 사용될 수 있다. 즉, 상기된 바와 같이, 도 2a 내지 도 2e, 및 도 3a 및 도 3b에 도시된 기판(601)은 고순도 트랜지스터를 포함하는 상기 기판에 부착될 수 있다.
[실시예 2]
본 실시예에서, 개시된 발명의 한 양태인 반도체 장치에 포함된 화소부의 트랜지스터의 평가는 도 14, 도 15, 및 도 16을 참조하여 설명된다. 본 실시예에서, 고순도 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터의 오프 전류는 정확하게 획득되며, 그 결과가 설명된다.
먼저, 전류를 측정하기 위한 방법에서 사용된 테스트 소자 그룹은 도 14를 참조하여 설명된다. 도 14의 테스트 소자 그룹에서, 3개의 측정 시스템(800)이 병렬로 접속된다. 측정 시스템(800)은 용량소자(802), 트랜지스터(804), 트랜지스터(805), 트랜지스터(806), 및 트랜지스터(808)를 포함한다. 트랜지스터(804), 트랜지스터(805), 및 트랜지스터(806)는 도 9a 내지 도 9d에 도시된 상기 제조 방법에 따라서 형성되고, 도 9d에 도시된 것과 유사한 구조를 가진다.
상기 측정 시스템(800)에서, 트랜지스터(804)의 소스 단자와 드레인 단자 중 하나의 단자, 용량소자(802)의 하나의 단자, 및 트랜지스터(805)의 소스 단자와 드레인 단자 중 하나의 단자는 전원(공급용 전원(V2))에 접속된다. 트랜지스터(804)의 소스 단자와 드레인 단자 중 다른 하나의 단자, 트랜지스터(808)의 소스 단자와 드레인 단자 중 하나의 단자, 용량소자(802)의 다른 하나의 단자, 및 트랜지스터(805)의 게이트 단자는 서로 접속된다. 트랜지스터(808)의 소스 단자와 드레인 단자 중 다른 하나의 단자, 트랜지스터(806)의 소스 단자와 드레인 단자 중 하나의 단자, 및 트랜지스터(806)의 게이트 단자는 전원(공급용 전원(V1))에 접속된다. 트랜지스터(805)의 소스 단자와 드레인 단자 중 다른 하나의 단자와 트랜지스터(808)의 소스 단자와 드레인 단자 중 다른 하나의 단자는 서로 접속되고, 출력 단자(Vout)로서 쓰인다.
트랜지스터(804)의 온/오프를 제어하기 위한 전위(Vext_b2)는 트랜지스터(804)의 게이트 단자에 공급된다. 트랜지스터(808)의 온/오프를 제어하기 위한 전위(Vext_b1)는 트랜지스터(808)의 게이트 단자에 공급된다. 또한, 전위(Vout)는 출력 단자로부터 출력된다.
다음에, 측정 시스템으로 오프 전류를 측정하기 위한 방법이 설명된다.
먼저, 오프 전류를 측정하기 위해 전위차가 발생되는 초기 기간이 설명된다. 상기 초기 기간에, 트랜지스터(808)를 온시키기 위한 전위(Vext _ b1)는 트랜지스터(808)의 게이트 단자에 입력되고, 전위(V1)는 트랜지스터(804)의 소스 단자와 드레인 단자 중 상기 다른 하나의 단자에 접속된 노드(A, 즉, 트랜지스터(808)의 소스 단자와 드레인 단자 중 상기 하나의 단자, 용량소자(802)의 다른 하나의 단자, 및 트랜지스터(805)의 게이트 단자에 접속된 노드)에 공급된다. 여기에서, 전위(V1)는 예를 들어, 고전위이다. 또한, 트랜지스터(804)는 오프 상태이다.
그 후, 트랜지스터(808)를 오프시키기 위한 전위(Vext _ b1)는 트랜지스터(808)가 오프되도록 트랜지스터(808)의 게이트 단자에 입력된다. 트랜지스터(808)가 오프로 된 후에, 전위(V1)는 저전위로 설정된다. 트랜지스터(804)는 오프 상태로 유지된다. 또한, 전위(V2)는 저전위로 설정된다. 그러므로, 초기 기간이 완료된다.
다음에, 오프 전류의 측정 기간이 설명된다. 상기 측정 기간에서, 트랜지스터(804)의 소스 단자와 드레인 단자 중 상기 하나의 단자의 전위(즉, V2)와 트랜지스터(808)의 소스 단자와 드레인 단자 중 상기 다른 하나의 단자의 전위(즉, V1)는 저전위로 고정된다. 다른 한편, 노드(A)의 전위는 상기 측정 기간에 고정되지 않는다(노드(A)는 부유 상태로 있는다). 따라서, 전하는 트랜지스터(804)를 통해 흐르고, 노드(A)에 저장된 전하의 양은 시간이 감에 따라서 변하게 된다. 노드(A)의 전위는 노드(A)에 저장된 전하의 양의 변화에 따라 변한다. 즉, 출력 단자의 출력 전위(Vout) 또한 변하게 된다. 그러므로, 오프 전류는 획득된 출력 전위(Vout)로부터 계산될 수 있다.
각각의 트랜지스터(804), 트랜지스터(805), 트랜지스터(806), 및 트랜지스터(808)는 10㎛의 채널 길이(L)와 50㎛의 채널 폭(W)을 가진 고순도 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터이다. 병렬로 접속된 3개의 측정 시스템(800)에서, 제 1 측정 시스템에서 용량소자(802)의 용량값은 100fF이며; 제 2 측정 시스템에서 용량소자(802)의 용량값은 1pF이며; 제 3 측정 시스템에서 용량소자(802)의 용량값은 3pF이다.
오프 전류의 측정에서 VDD는 5V이고 VSS는 0V이었다. 상기 측정 기간에서, 전위(V1)는 매 10 내지 300초마다 100 msec의 기간에서만 기본적으로 VSS와 VDD이었으며, Vout이 측정되었다. 소자를 통하여 흐르는 전류(I)를 계산하도록 취해진 시간은 약 30000초였다.
도 15는 전류의 측정에서 경과된 시간(Time)과 출력 전위(Vout) 사이의 관계를 도시한다. 도 15는 전위가 시간이 감에 따라서 변하는 것을 도시한다.
도 16은 전류의 측정에서 계산된 오프 전류를 도시한다. 도 16이 소스 드레인 전압(V)과 오프 전류(I) 사이의 관계를 도시한다는 것을 유의해야 한다. 도 16은 오프 전류가 소스 드레인 전압이 4V인 조건 하에서 약 40zA/㎛인 것을 도시한다. 부가하여, 오프 전류는 소스 드레인 전압이 3.1V인 조건 하에서 10zA/㎛ 이하이다. 1zA는 10-21A를 나타낸다는 것을 유의하여야 한다.
본 실시예에 따라서, 오프 전류가 고순도 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터에서 충분히 낮게 될 수 있다는 것이 확인되었다.
고순도 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터가 상기된 바와 같은 화소부에서 트랜지스터로 사용될 때, 표시 소자에 기입된 화상 신호는 화소의 회로 구성 등에서 변화없이 장기간 동안 유지될 수 있다. 따라서, 정지 화상 등이 표시되는 경우에, 기입 주파수가 저감될 수 있다. 그러므로, 전력 소비가 저감될 수 있다.
고순도 트랜지스터가 상기된 바와 같이 사용될 때, 표시 소자에 기입된 화상 신호는 장기간 동안 유지될 수 있다. 따라서, 기입 주파수가 낮은 경우에도, 화소의 표시에서 열화(변화)가 억제될 수 있다.
상기된 바와 같이, 고순도 트랜지스터를 포함하는 기판은 도 1, 도 2a 내지 도 2e, 도 3a 및 도 3b, 도 4, 및 도 6에 도시된 기판(301)으로서 사용될 수 있다. 즉, 상기된 바와 같이, 도 2a 내지 도 2e, 및 도 3a 및 도 3b에 도시된 기판(601)은 고순도 트랜지스터를 포함하는 상기 기판에 부착될 수 있다.
본 출원은 그 전체 내용이 참조에 의해 본원에 통합되는, 2010년 1월 29일자 일본 특허청에 출원된 일본 특허출원 제2010-019602호에 기초한다.
14 화소
15 트랜지스터
16 액정 소자
17 용량소자
25 트랜지스터
301 기판
302 화소부
303 주사선 구동회로
304 신호선 구동회로
305 신호용 안테나
306 전원용 안테나
307 신호 처리부
308 전원부
311 복조 회로
312 클럭 발생기
313 신호 처리회로
314 메모리 회로
315 메모리 회로
316 디스플레이 컨트롤러
321 정류 회로
322 배터리
323 DC-DC 컨버터
331 기판
335 안테나
341 영역
400 기판
402 게이트 절연층
403 보호 절연층
410 트랜지스터
411 게이트 전극층
413 채널 형성 영역
414a 소스 영역
414b 드레인 영역
415a 소스 전극층
415b 드레인 전극층
416 산화물 절연층
430 산화물 반도체막
431 산화물 반도체층
601 기판
602 집적회로
605 신호용 안테나
606 전원용 안테나
641 영역
701 비변조파
702 변조파
800 측정 시스템
802 용량소자
804 트랜지스터
805 트랜지스터
806 트랜지스터
808 트랜지스터
901 기판
902 화소부
903 주사선 구동회로
904 신호선 구동회로
905 FPC
15 트랜지스터
16 액정 소자
17 용량소자
25 트랜지스터
301 기판
302 화소부
303 주사선 구동회로
304 신호선 구동회로
305 신호용 안테나
306 전원용 안테나
307 신호 처리부
308 전원부
311 복조 회로
312 클럭 발생기
313 신호 처리회로
314 메모리 회로
315 메모리 회로
316 디스플레이 컨트롤러
321 정류 회로
322 배터리
323 DC-DC 컨버터
331 기판
335 안테나
341 영역
400 기판
402 게이트 절연층
403 보호 절연층
410 트랜지스터
411 게이트 전극층
413 채널 형성 영역
414a 소스 영역
414b 드레인 영역
415a 소스 전극층
415b 드레인 전극층
416 산화물 절연층
430 산화물 반도체막
431 산화물 반도체층
601 기판
602 집적회로
605 신호용 안테나
606 전원용 안테나
641 영역
701 비변조파
702 변조파
800 측정 시스템
802 용량소자
804 트랜지스터
805 트랜지스터
806 트랜지스터
808 트랜지스터
901 기판
902 화소부
903 주사선 구동회로
904 신호선 구동회로
905 FPC
Claims (24)
- 반도체 장치에 있어서,
제 1 기판과;
제 2 기판과;
상기 제 1 기판의 표면측 위에 제공된 제 1 신호용 안테나와;
상기 제 2 기판 위에 제공된 제 2 신호용 안테나 및 집적회로를 포함하고,
상기 제 2 기판은 상기 제 1 기판의 이면측에 부착되고,
상기 제 1 신호용 안테나와 상기 제 2 신호용 안테나는 상기 제 1 기판을 개재하여 서로 중첩하는, 반도체 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 신호용 안테나와 상기 제 2 신호용 안테나 각각은 전원용 안테나의 역할을 하는, 반도체 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 기판의 상기 표면측 위에 제공되는 제 1 전원용 안테나와;
상기 제 2 기판 위에 제공되는 제 2 전원용 안테나를 추가로 포함하고,
상기 제 1 전원용 안테나와 상기 제 2 전원용 안테나는 상기 제 1 기판을 개재하여 서로 중첩하는, 반도체 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 각각은 가요성 기판인, 반도체 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 기판 위에 복수의 화소들을 포함하는 화소부를 추가로 포함하고, 상기 복수의 화소들의 각각은 트랜지스터와 표시 소자를 포함하는, 반도체 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 트랜지스터의 채널 형성 영역은 산화물 반도체층을 포함하는, 반도체 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 기판 위에, 주사선 구동회로, 신호선 구동회로, 및 복수의 화소들을 포함하는 화소부를 추가로 포함하고, 상기 복수의 화소들의 각각은 온/오프가 상기 주사선 구동회로에 의해 제어되는 트랜지스터와, 상기 신호선 구동회로로부터 상기 트랜지스터를 통해 화상 신호가 입력되는 표시 소자를 포함하는, 반도체 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 트랜지스터의 채널 형성 영역은 산화물 반도체층을 포함하는, 반도체 장치. - 반도체 장치에 있어서,
제 1 기판과;
제 2 기판과;
상기 제 1 기판의 표면측 위에 제공된 제 1 신호용 안테나와;
상기 제 2 기판 위에 제공된 제 2 신호용 안테나 및 집적회로를 포함하고,
상기 제 2 기판은 접착제에 의해 상기 제 1 기판의 이면측에 부착되고,
상기 제 1 신호용 안테나와 제 2 신호용 안테나는 상기 제 1 기판을 개재하여 서로 중첩하는, 반도체 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 신호용 안테나와 상기 제 2 신호용 안테나 각각은 전원용 안테나의 역할을 하는, 반도체 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 기판의 상기 표면측 위에 제공되는 제 1 전원용 안테나와;
상기 제 2 기판 위에 제공되는 제 2 전원용 안테나를 추가로 포함하고,
상기 제 1 전원용 안테나와 상기 제 2 전원용 안테나는 상기 제 1 기판을 개재하여 서로 중첩하는, 반도체 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 각각은 가요성 기판인, 반도체 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 기판 위에 복수의 화소들을 포함하는 화소부를 추가로 포함하고, 상기 복수의 화소들의 각각은 트랜지스터와 표시 소자를 포함하는, 반도체 장치. - 제 13 항에 있어서,
상기 트랜지스터의 채널 형성 영역은 산화물 반도체층을 포함하는, 반도체 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 기판 위에, 주사선 구동회로, 신호선 구동회로, 및 복수의 화소들을 포함하는 화소부를 추가로 포함하고, 상기 복수의 화소들의 각각은 온/오프가 상기 주사선 구동회로에 의해 제어되는 트랜지스터와, 상기 신호선 구동회로로부터 상기 트랜지스터를 통해 화상 신호가 입력되는 표시 소자를 포함하는, 반도체 장치. - 제 15 항에 있어서,
상기 트랜지스터의 채널 형성 영역은 산화물 반도체층을 포함하는, 반도체 장치. - 반도체 장치에 있어서,
제 1 기판과;
제 2 기판과;
상기 제 1 기판의 표면측 위에 제공된 제 1 신호용 안테나와;
상기 제 2 기판 위에 제공된 제 2 신호용 안테나 및 집적회로를 포함하고,
상기 제 2 기판은 접착제에 의해 상기 제 1 기판의 이면측에 부착되고,
절연성 필러가 상기 접착제와 섞이고,
상기 제 1 신호용 안테나와 상기 제 2 신호용 안테나는 상기 제 1 기판을 개재하여 서로 중첩하는, 반도체 장치. - 제 17 항에 있어서,
상기 제 1 신호용 안테나와 상기 제 2 신호용 안테나 각각은 전원용 안테나의 역할을 하는, 반도체 장치. - 제 17 항에 있어서,
상기 제 1 기판의 상기 표면측 위에 제공되는 제 1 전원용 안테나와;
상기 제 2 기판 위에 제공되는 제 2 전원용 안테나를 추가로 포함하고,
상기 제 1 전원용 안테나와 상기 제 2 전원용 안테나는 상기 제 1 기판을 개재하여 서로 중첩하는, 반도체 장치. - 제 17 항에 있어서,
상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 각각은 가요성 기판인, 반도체 장치. - 제 17 항에 있어서,
상기 제 1 기판 위에 복수의 화소들을 가지는 화소부를 추가로 포함하고, 상기 복수의 화소들의 각각은 트랜지스터와 표시 소자를 포함하는, 반도체 장치. - 제 21 항에 있어서,
상기 트랜지스터의 채널 형성 영역은 산화물 반도체층을 포함하는, 반도체 장치. - 제 17 항에 있어서,
상기 제 1 기판 위에, 주사선 구동회로, 신호선 구동회로, 및 복수의 화소들을 포함하는 화소부를 추가로 포함하고, 상기 복수의 화소들의 각각은 온/오프가 상기 주사선 구동회로에 의해 제어되는 트랜지스터와, 상기 신호선 구동회로로부터 상기 트랜지스터를 통해 화상 신호가 입력되는 표시 소자를 포함하는, 반도체 장치. - 제 23 항에 있어서,
상기 트랜지스터의 채널 형성 영역은 산화물 반도체층을 포함하는, 반도체 장치.
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