KR100532026B1 - 박막트랜지스터 광센서의 스토리지커패시터 및 그 제조방법 - Google Patents

박막트랜지스터 광센서의 스토리지커패시터 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투명한 기판을 구비하는 단계와; 상기 기판상에 도전성금속을 증착하고, 패터닝하여 상기 기판상에 소정의 면적을 가진 제1 스토리지전극을 형성하는 단계와; 상기 제1 스토리지전극을 포함하는 기판상에 제1 절연막을 전면에 걸쳐 형성하는 단계와; 상기 제1 절연막상에 도전성금속을 증착하고, 패터닝하여 상기 제1 스토리지전극과 대응되도록 소정의 면적을 가진 제2 스토리지전극을 형성하는 단계와; 상기 제2 스토리지전극을 포함하는 제1 절연막상에 제2 절연막을 전면에 걸쳐 형성하는 단계와; 상기 제1 스토리지전극상의 일 끝단의 일부가 노출되도록 상기 제2 절연막 및 제1 절연막의 일부를 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 콘택홀을 충진하면서 상기 제2 절연막상에 도전성금속을 증착하고, 패터닝하여 소정의 면적을 가진 제3 스토리지전극을 형성하는 단계를 포함하는 박막트랜지스터 광센서의 스토리지커패시터에 관한 것으로서, 마스크를 추가하거나 별도의 공정 없이 박막트랜지스터 광 센서의 저장용량을 더욱더 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

박막트랜지스터 광센서의 스토리지커패시터 및 그 제조방법
본 발명은 스토리지커패시터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박막트랜지스터 광센서의 스토리지커패시터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 박막트랜지스터 광센서는 디지털 복사기, 스캐너, 지문인식시스템과 같은 이미지 처리장치의 이미지리더(image reader)에 장치되어 내부광원으로부터 피사체에 반사된 빛의 세기에 따른 전하량을 화상정보로서 저장하고, 저장된 화상정보를 외부제어에 따라 출력하는 소자이다. 이와같은 박막트랜지스터는 화상정보의 저장 용량이 클수록 신호대 노이즈의 비(signal vs noise ratio ; S/N 비)가 개선되고, 저장할 수 있는 정보의 양이 많아지기 때문에 이에 대한 연구가 진행중이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 일반적인 박막트랜지스터 광센서를 상세히 설명한다. 실제로, 박막트랜지스터 광센서는 수많은 픽셀을 가지고 있지만, 모두 동일한 구조를 가지고 있고, 하나의 픽셀은 크게 센서 박막트랜지스터, 스토리지커패시터, 스위치 박막트랜지스터, 윈도우로 구성되며, 설명의 명료함을 위해 단위 픽셀의 단면구조만을 설명하도록 한다.
도 1a내지 도 1d는 종래의 박막트랜지스터 광센서의 제조공정을 나타낸 단면도로서, 일본 공개 특허공보 평 9-233257호에 개시되어 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 기판(10)상의 영역을 감광소자가 형성될 감광영역(A)과, 저장소자가 형성될 저장영역(B)과, 스위칭소자가 형성될 스위칭영역(C)으로 각각 정의한다.
기판(10)상에 도전성 금속을 증착하고, 패터닝하여 감광영역(A)의 기판(10)상에는 센서게이트(12a)를 형성하고, 저장영역(B)의 기판(10)상에는 제1 스토리지전극(12b)을 형성하며, 스위칭영역(C)의 기판(10)에는 스위치게이트(12c)를 동시에 형성한다. 이때, 상기 기판(10)은 일반적으로 투명한 기판을 사용한다.
도 1b에서와 같이, 상기 센서 게이트(12a), 스위치 게이트(12c), 제1 스토리지 전극(12b)을 포함하는 기판(10)상에 제1 절연막(14)을 전면에 걸쳐 형성한다.
상기 제1 절연막(14)상에 반도체물질을 기상 증착하고, 패터닝하여 상기 감광영역(A)의 제1 절연막(14)상에는 센서 반도체층(16a)을 형성하고, 상기 스위칭영역(C)의 제1 절연막(14)상에는 스위치 반도체층(16b)을 각각 형성한다.
도 1c에서와 같이, 상기와 같이 형성된 기판상에 도전성금속을 증착하고, 패터닝하여 상기 센서 반도체층(16a)의 우측면 및 상측의 일부와, 감광영역(A)의 제1 절연막(14)상의 일부에 걸쳐 센서드레인(18a)을 형성한다. 이와동시에, 상기 센서 반도체층(16a)의 좌측면 및 상측의 일부와, 감광영역(A)의 제1 절연막(14)상의 일부에 걸쳐 센서 소오스(18b)를 형성한다. 따라서, 상기 센서 반도체층(16a)상에서 상기 센서 드레인(18a)과 센서 소오스(18b)는 소정거리 만큼 떨어져 마주보는 위치에 있게 된다.
이와 동일한 공정 단계에서, 저장 영역(B)에서는 제1 절연막(14)을 사이에 둔채 상기 제1 스토리지전극(12b)과 대응되는 크기로 제2 스토리지전극(18c)을 형성한다. 이때, 상기 제1 스토리지전극(12b)과 제2 스토리지전극(18c)간에 위치한 제1 절연막(14)은 유전층으로서 기능하게 된다.
스위칭 영역(C)의 스위치 드레인(18d)과 스위치 소오스(18e)는 상기 감광 영역(A)에 형성된 센서 드레인(18a) 및 센서 소오스(18b)와 유사한 구조로 형성된다. 즉, 스위치 드레인(18d)과 스위치 소오스(18e)도 스위치 반도체층(16b) 및 제1 절연막의 일부상에 오버랩되는 구조로 형성되는 것이다.
여기서, 상기 센서 드레인(18a), 센서 소오스(18b), 제2 스토리지전극(18c), 스위치 드레인(18d), 스위치 소오스(18e)는 동시에 패터닝되는 것이다.
도 1d에서와 같이, 상기와 같이 형성된 기판상에 제2 절연막(20)을 전면에 걸쳐 형성하고, 상기 스위칭영역(C) 상부의 제2 절연막(20)상의 일부에 차광막(22)을 형성한다.
이와같은 구조를 가지는 박막트랜지스터 광센서의 소자별 세부 기능을 설명하면 다음과 같다.
약술한 바와 같이, 상기 센서 게이트(12a), 센서 반도체층(16a), 센서 드레인(18a), 센서 소오스(18b)가 감광영역(A)에 형성되고, 외부에서 입사되는 빛의 세기에 따라 소정의 광전류를 발생시키는 감광 박막트랜지스터로서 기능한다. 또한, 상기 제1 스토리지전극(12b)과, 그에 대응되는 면적으로 형성된 제2 스토리지전극(18c)과, 그 사이에 위치한 제1 절연막(14)이 저장영역(B)에 형성되어 상기 감광 박막트랜지스터에서 발생된 광전류를 전하형태의 정보로 저장하는 스토리지커패시터로서 기능한다.
또한, 스위치 게이트(12c), 스위치 반도체층(16b), 스위치 드레인(18d), 스위치 소오스(18e)가 스위칭영역(C)에 형성되어 외부의 제어신호에 따라 상기 스토리지커패시터에 저장된 전하형태의 정보를 출력하는 스위칭 박막트랜지스터로서 기능한다.
다시말해서, 상기 감광 박막트랜지스터는 빛의 세기에 따라 발생되는 전하량을 변화시키는 소자이고, 상기 스토리지 커패시터는 상기 감광 박막트랜지스터에서 발생된 전하량을 정보로서 저장하는 소자이며, 상기 스위칭 박막트랜지스터는 상기 스토리지 커패시터에 저장된 정보의 출력을 외부의 제어신호에 따라 온/오프(On/Off)하는 소자이다.
전술한 바와 같은 종래의 박막트랜지스터 광센서의 스토리지커패시터는 두 개의 전극의 표면적이 협소하기 때문에 충전되는 전하량이 적은 원인이 될뿐만 아니라, 신호대 노이즈비를 향상시켜 화상정보의 왜곡을 방지하기 위해서도 저장용량을 더욱더 증대시킬 필요가 있다. 또한, 박막트랜지스터 센서의 저장용량을 증대시키기 위해서는 스토리지 커패시터의 전극면적을 넓게 형성한 구조가 요구되는 것이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 필요를 충족시키기 위해 안출된 것으로서, 스토리지 커패시터의 단면적을 증가시킬 수 있는 박막트랜지스터 광센서 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막트랜지스터 센서의 제조방법은 투명한 기판을 구비하는 단계와; 상기 기판상에 도전성금속을 증착하고, 패터닝하여 상기 기판상에 소정의 면적을 가진 제1 스토리지전극을 형성하는 단계와; 상기 제1 스토리지전극이 형성된 기판상에 제1 절연막을 전면에 걸쳐 형성하는 단계와; 상기 제1 절연막상에 도전성금속을 증착하고, 패터닝하여 상기 제1 스토리지전극과 대응되도록 소정의 면적을 가진 제2 스토리지전극을 형성하는 단계와; 상기 제2 스토리지전극이 형성된 제1 절연막상에 제2 절연막을 전면에 걸쳐 형성하는 단계와; 상기 제1 스토리지전극상의 일 끝단이 노출되도록 상기 제2 절연막 및 제1 절연막을 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 콘택홀을 충진하면서 상기 제2 절연막상에 도전성금속을 증착하고, 패터닝하여 상기 제2 스토리지전극과 대응되는 위치에 상기 콘택홀을 통해 제1 스토리지전극과 전기적으로 연결되는 제3 스토리지전극을 형성하는 단계를 포함하는 것이다.
본 발명의 다른 특징은 투명한 기판과; 상기 기판상에 소정의 면적을 가진 제1 스토리지전극과; 상기 제1 스토리지전극이 형성된 기판상의 전면에 걸쳐 형성된 제1 절연막과; 상기 제1 스토리지전극과 대응되는 위치에 소정의 면적을 가지도록 상기 제1 절연막상에 형성된 제2 스토리지전극과; 상기 제2 스토리지전극이 형성된 제1 절연막상의 전면에 걸쳐 형성된 제2 절연막과; 상기 제1 스토리지전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 스토리지전극과 대응되는 위치에 소정의 면적을 가진 제3 스토리지전극을 포함하는 박막트랜지스터 광센서의 스토리지커패시터를 제공하는 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2a내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 박막트랜지스터 센서의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
도 2a에서와 같이, 기판(30)상의 영역을 감광소자가 형성될 감광영역(A)과, 저장소자가 형성될 저장영역(B)과, 스위칭소자가 형성될 스위칭영역(C)으로 각각 정의한다. 이때, 상기 기판(30)은 일반적으로 기판을 사용하고, 상기 세 영역 외에도 백라이트(backlight)의 빛을 투사시키기 위한 윈도우영역 등이 있지만, 본 실시예와 관련이 없으므로 설명을 생략한다.
이와같이 정의된 기판(30)상에 도전성 금속을 증착하고, 패터닝하여 감광영역(A)의 기판(30)상에 센서게이트(32a)와, 저장영역(B)의 기판(30)상에 제1 스토리지전극(32b)과, 스위치영역(C)의 기판(30)상에 스위치게이트(32c)를 각각 형성한다.
도 2b에서와 같이, 상기 센서 게이트(32a), 제1 스토리지전극(32b), 스위치 게이트(32c)를 포함하는 기판(30)상의 전면에 걸쳐 제1 절연막(34)을 형성한다. 이 제1 절연막(34)상에 반도체물질을 증착(Deposit)하고, 패터닝하여 감광영역(A)의 제1 절연막(34)상에 센서 반도체층(36a)을 형성함과 동시에 상기 스위치영역(C)의 제1 절연막(34)상에 스위치 반도체층(36b)을 형성한다.
도 2c에서와 같이, 상기와 같이 형성된 기판상에 도전성금속을 증착하고, 패터닝하여 센서반도체층(36a)의 우측면 및 이와 인접한 상측의 일부상에 오버랩되도록 센서 드레인(38a)을 형성함과 동시에, 상기 센서반도체층(36a)의 좌측면 및 이와 인접한 상측의 일부상에 오버랩되도록 센서 소오스(38b)를 형성한다.
그리고, 저장영역(B)의 제1 절연막(34)상에는 상기 제1 스토리지전극(32b)과 대응되는 크기로 제2 스토리지전극(38c)을 형성한다. 또한, 스위칭영역(C)에도 스위치 드레인(38d)과 스위치 소오스(38e)가 상기 스위치 반도체층(36b) 및 제1 절연막(34)상의 일부에 오버랩되는 구조로 형성한다.
도 2d에서와 같이, 상기와 같이 형성된 기판상의 전면에 걸쳐 제2 절연막(40)을 형성하고, 상기 제1 절연막(34) 및 제2 절연막(40)의 일부를 동시에 식각하여 상기 제1 스토리지 전극(32b)의 일부가 드러나도록 제1 콘택홀(42)을 형성한다.
도 2e에서와 같이, 제1 콘택홀(42a) 및 제2 콘택홀(42b) 내부를 충진시키면서 상기 제2 절연막(40)상에 도전성금속을 증착하고, 이를 소정 패턴에 따라 패터닝하여, 저장영역(B)의 제2 절연막(40)상에는 제3 스토리지전극(44a)을 형성하고, 스위칭영역(C)의 제2 절연막(40)상에는 차광막(44b)을 형성한다.
한편, 상술한 각 단계에서 사용되는 도전성 금속은 텅스텐(Tungsten ; W), 티타늄(Titanium ; Ti), 알루미늄(Aluminum ; Al)합금, 크롬(Chrom ; Cr), 몰리브덴(Molybdenum ; Mo)중에서 하나를 사용한다.
상술한 바와 같은 박막트랜지스터 센서의 평면구성을 스토리지 커패시터를 중심으로 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
도 3a내지 도3d는 박막 트랜지스터 센서의 공정순서에 따른 저장영역의 개략적인 평면도로서, 도 3a에서와 같이, 기판(30)상에 스토리지 전극(32b)이 형성되어 있다.
도 3b에서와 같이, 제1 절연막(34)상에는 우측 하부가 오목하게 들어간 제2 스토리지전극(38c)이 형성되어 있다.
도 3c에서와 같이, 상기 제2 스토리지전극(38c)을 포함하는 제1 절연막(34)상의 전면에 걸쳐 제2 절연막(40)이 형성되어 있고, 이 제2 절연막(40) 및 제1 절연막(34)을 동시에 식각하여 하부측에 형성된 제1 콘택홀(42)이 위치해 있다.
도 3d에서와 같이, 상기 제1 콘택홀(42)을 도전성금속으로 충진시키면서 상기 제2 절연막(40)상에 증착되고, 패터닝된 제3 스토리지전극(44a)이 형성되어 있다. 즉, 상기 콘택홀(42)을 통하여 상기 제1 스토리지 전극(32b)과 제3 스토리지전극(44a)이 전기적으로 연결된다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 스토리지커패시터는 저장용량을 증대시키기 위해 제1 스토리지전극(32b)과 제3 스토리지전극(44a)을 연결한 "디귿자"자 형태의 일 전극과, "으"자 형태의 타전극이 서로 결합된 구조를 가진다.
이것은 아래의 [식 1]에 나타낸 바와 같이, 스토리지 커패시터의 정전용량은 스토리지 전극의 면적과 비례 관계에 있기 때문이다. 즉, 스토리지 전극의 면적이 넓을수록 커패시터의 저장용량은 증가되는 것이다. 이때, C는 커패시터의 정전용량, ε은 유전체의 유전율, A는 스토리지 전극의 면적, d는 유전체의 두께 즉, 두 전극의 간극(間隙)을 나타낸다.
[식 1]
본 실시예에 따른 박막트랜지스터 광센서의 기능 및 동작은 전술한 바와 동일하기 때문에 생략하도록 한다.
이와같이, 박막트랜지스터 광센서의 차광막을 보다 넓은 면적으로 형성함으로써, 스토리지 커패시터의 양 전극의 표면적을 증가시킬 수 있기 때문에 신호대 노이즈비를 향상시킬 수 있고, 빛으로 인하여 스위칭 영역의 박막트랜지스터에 미치는 영향을 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 박막트랜지스터 센서의 스토리지 커패시터 면적을 식각 공정에 사용되는 마스크를 추가하지 않고도, 스토리지 전극의 면적을 확대시킬 수 있게 된다. 이때, 본 실시예에서 사용된 총 마스크 수는 종래 기술과 동일한 마스크 수를 유지하기 때문에 별도의 공정이 추가로 필요하지 않다.
본 발명의 중심사상은 개시된 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명에서 유추 가능한 정도로 변형된 형태의 실시예도 본 발명의 권리범위에 속한다고 보아야 할 것이다.
개시된 바와 같은 본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 공정을 추가하거나 마스크를 추가하지 않고도 스토리지 커패시터의 양 전극의 표면적을 크게 함에 따라 신호 대 노이즈의 비(signal vs noise ratio ; S/N 비)를 증가시킨다. 또한, 신호대 노이즈비가 증가함에 따라 화상정보의 왜곡을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1a내지 도 1d는 일반적인 박막트랜지스터 광센서의 제조공정을 나타내는 단면도.
도 2a내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 박막트랜지스터 광센서의 제조공정을 나타내는 단면도.
도 3a내지 도 3d는 도 2e에 도시된 박막트랜지스터 광센서의 공정순서에 따른 스토리지 커패시터의 평면구성을 나타내는 평면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
30 - 기판 32a - 센서 게이트
32b - 제1 스토리지 전극 32c - 스위치 게이트
34 - 제1 절연막 36a - 센서 반도체층
36b - 스위치 반도체층 38a - 센서드레인
38b - 센서소오스 38c - 제2 스토리지전극
38d - 스위치드레인 38e - 스위치소오스
40 - 제2 절연막 42 - 콘택홀

Claims (5)

  1. 게이트와 소스 및 드레인 전극이 각각 형성된 센서 박막트랜지스터와 스위치 박막트랜지스터를 포함하여 일 화소로 정의되는 박막트랜지스터 광센서의 스토리지 커패시터 제조방법으로서,
    투명한 기판을 구비하는 단계와;
    상기 기판상에 도전성금속을 증착하고 패터닝하여 상기 기판상에 소정의 면적을 가진 제1 스토리지전극과 상기 센서박막트랜지스터와 스위치박막트랜지스터의 게이트전극을 동시에 형성하는 단계와;
    상기 제1 스토리지전극이 형성된 기판상에 제1 절연막을 전면에 걸쳐 형성하는 단계와;
    상기 제1 절연막상에 도전성금속을 증착하고 패터닝하여 상기 제1 스토리지전극과 대응되도록 소정의 면적을 가진 제2 스토리지전극과 상기 센서박막트랜지스터와 스위치박막트랜지스터의 소스 및 드레인전극을 동시에 형성하는 단계와;
    상기 제2 스토리지전극이 형성된 제1 절연막상에 제2 절연막을 전면에 걸쳐 형성하는 단계와;
    상기 제1 스토리지전극상의 일 끝단이 노출되도록 상기 제2 절연막 및 제1 절연막을 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계와;
    상기 콘택홀을 충진하면서 상기 제2 절연막상에 도전성금속을 증착하고 패터닝하여 상기 제2 스토리지전극과 대응되는 위치에 상기 콘택홀을 통해 제1 스토리지전극과 전기적으로 연결되는 제3 스토리지전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 박막트랜지스터 광센서의 스토리지커패시터의 제조방법.
  2. 게이트와 소스 및 드레인 전극이 각각 형성된 센서 박막트랜지스터와 스위치 박막트랜지스터를 포함하여 일 화소로 정의되는 박막트랜지스터 광센서의 스토리지 커패시터로서,
    투명한 기판과;
    상기 기판상에 소정의 면적을 가지도록 형성되며, 상기 센서 박막트랜지스터와 스위치 박막트랜지스터의 게이트전극과 동일 레이어에 형성되는 제1 스토리지전극과;
    상기 제1 스토리지전극이 형성된 기판상의 전면에 걸쳐 형성된 제1 절연막과;
    상기 제1 절연막상의 상기 제1 스토리지전극과 대응되는 위치에 소정의 면적을 가지도록 형성되며, 상기 센서 박막트랜지스터와 스위치 박막트랜지스터의 소스 및 드레인전극과 동일 레이어에 형성되는 제2 스토리지전극과;
    상기 제2 스토리지전극이 형성된 제1 절연막상의 전면에 걸쳐 형성된 제2 절연막과;
    상기 제1 스토리지전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 스토리지전극과 대응되는 위치에 소정의 면적을 가진 제3 스토리지전극
    을 포함하는 박막트랜지스터 광센서의 스토리지커패시터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 스토리지전극과 제3 스토리지전극은 콘택홀을 통하여 전기적으로 연결된 박막트랜지스터 광센서의 스토리지커패시터.
  4. 제 2 항 및 제 3 항중 일 항에 있어서,
    상기 콘택홀은 상기 제1 스토리지전극의 일 끝단의 상측이 노출되도록 상기 제1 절연막 및 제2 절연막을 식각하여 형성된 박막트랜지스터 광센서의 스토리지커패시터.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 센서 박막트랜지스터의 드레인전극은 상기 제2스토리지전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 광센서의 스토리지커패시터.
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