KR100545509B1 - 고개구율 박막 트랜지스터형 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents
고개구율 박막 트랜지스터형 이미지센서 및 그 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100545509B1 KR100545509B1 KR1020040013223A KR20040013223A KR100545509B1 KR 100545509 B1 KR100545509 B1 KR 100545509B1 KR 1020040013223 A KR1020040013223 A KR 1020040013223A KR 20040013223 A KR20040013223 A KR 20040013223A KR 100545509 B1 KR100545509 B1 KR 100545509B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- switching element
- electrode
- forming
- storage capacitor
- plane
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 28
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 60
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 59
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 38
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 32
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 26
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 3
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 9
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 3
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N nobelium Chemical compound [No] ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 acryl Chemical group 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
- H01L27/1214—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
본 발명은, 한정된 면적의 단위 화소에서 스토리지 캐패시터의 캐패시턴스를 극대화시켜 양질의 이미지를 출력할 수 있도록, 상하층으로 중첩되도록 형성된 복수의 스위칭 소자들과 복수의 전하저장전극을 포함하는 스토리지 캐패시터를 포함하는 이미지 센서와 그 제조방법을 제공한다.
박막, 트랜지스터, 이미지, 센서
Description
도 1은 통상적인 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 단위 화소 부분의 평면도 및 a-a’에서 본 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 단위 화소 부분의 평면도 및 B-B'에서 본 단면도.
도 3a 내지 도 3i는, 도 2의 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 단위 화소 부분을, 그 제조 공정 단계별로 도시한 평면도 및 B-B'에서 본 단면도.
본 발명은 박막 트랜지스터를 이용한 이미지 센서에 관한 것으로서, 특히 이미지 센싱 어레이의 개구율을 증가시킨 박막 트랜지스터형 이미지 센서에 관한 것이다.
일반적으로, 박막 트랜지스터를 이용한 이미지 센서는, 상하좌우로 배열된 복수의 단위 화소(pixel)를 포함하는 센싱 어레이(sensing array)와, 빛을 방출하는 광원과, 상기 센싱 어레이에 의하여 감지된 이미지를 신호화 처리하여 제어장치 등으로 데이터를 전송하는 이미지 처리 장치를 포함한다. 상기 센싱 어레이에 포함된 화소들의 각각은, 광감지 소자, 스위칭 소자 및 스토리지 캐패시터를 포함한다.
도 1을 참조하면, 도 1은 통상적인 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 단위 화소 부분의 평면도 및 a-a'에서 본 단면도이다. 도시된 바와 같이, 하나의 광감지 소자 104와 스위칭 소자 102가 기판 상의 동일 평면상의 소정 위치에 각각 형성되어 있다. 따라서, 단위 화소가 차지하는 면적 중, 상기 광원으로부터 방출된 빛이 투과할 수 있는 면적은, 상기 광감지 소자 104 및 스위칭 소자 102가 각각 차지하는 면적만큼 감소하게 된다.
따라서, 상기와 같은 구성의 통상적인 화소를 포함하는 이미지 센서에 의하면,고해상도(high resolution) 및/또는 고개구율(high aperture ratio)을 구현하기 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 단위 화소에 포함되는 스토리지 캐패시터 106의 면적을 증대시키는 데에 한계가 있어 캐패시턴스를 일정 값 이상으로 증가시킬 수 없는 문제점도 있다.
또한, 상기와 같은 구성의 통상적인 화소에 있어서는, 상기 스토리지 캐패시터 106와 두 개의 트랜지스터 102 및 104를 접속시키기 위하여 스토리지 캐패시터 106의 형상이 복잡하게 구성되어야 함에 따라, 센싱 어레이의 해상도를 증가시킬수록 이들의 설계가 까다로워진다는 문제점이 있다
본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 단위 화소의 설계를 최적화하여 센싱 어레이의 개구율이 증가된 이미지 센 서와 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 단위 화소에 포함되는 스토리지 캐패시터의 형상을 단순화하고 면적을 증대시켜, 고해상도를 갖는 센싱 어레이의 설계가 용이한 이미지 센서와 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 한정된 면적의 단위 화소에서, 스토리지 캐패시터의 캐패시턴스를 극대화 시켜, 양질의 이미지를 출력할 수 있는 이미지 센서와 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 스위칭 소자의 제조 공정과 광감지 소자의 제조 공정을 별도로 진행함으로써, 스위칭 소자의 특성과 광감지 소자의 특성을 각각의 역할에 적합하도록 최적화할 수 있는 이미지 센서와 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 복수의 단위 화소의 배열을 포함하는 센싱 어레이와 빛을 발산하는 광원을 구비한 박막 트랜지스터형 이미지 센서에 있어서, 상기 단위 화소는, 기판 상의 소정 영역에 형성된 스위칭 소자; 상기 스위칭 소자가 형성된 영역 상부의 소정 위치에 형성되되, 그 적어도 일부분이 상기 기판과 평행한 평면(이하, 'X-Y 평면'이라 함) 상에서 볼 때 상기 스위칭 소자가 차지하는 영역에 중첩되도록 형성된 광감지 소자; 및 상기 스위칭 소자와 상기 광감지 소자가 형성되지 않은 영역에 그 대부분이 형성되며 상기 광감지 소자 및 상기 스위칭 소자에 접속된 투명한 도전 소재인 것으로서, 상기 X-Y 평면 상에서 볼 때 적어도 일부가 서로 중첩되도록 배치되며, 상호간에 전기적으로 접속되는 두 개 또는 그 이상의 전극을 포함하는 스토리지 캐패시터를 포함하되, 상기 광감지 소자는, 소정의 제어 신호에 응답하여, 상기 광원으로부터 발산된 빛이 반사되어 입사되는 것을 감지하여 상기 스토리지 캐패시터의 전위 상태를 변화시키며, 상기 스위칭 소자는, 소정의 제어 신호에 응답하여, 상기 스토리지 캐패시터의 전위 상태에 따른 신호를 전송하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 국면에 의하면, 복수의 단위 화소의 배열을 포함하는 센싱 어레이와 빛을 발산하는 광원을 구비한 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법에 있어서, 기판 상의 소정 영역에 스위칭 소자를 형성하는 단계; 상기 스위칭 소자가 형성된 영역 상부의 소정 위치에 있어서, 상기 기판과 평행한 평면(이하, 'X-Y 평면'이라 함.) 상에서 볼 때 그 적어도 일부분이 상기 스위칭 소자가 차지하는 영역에 중첩되도록 광감지 소자를 형성하는 단계; 및 상기 스위칭 소자와 상기 광감지 소자가 형성되지 않은 영역에, 상기 광감지 소자 및 상기 스위칭 소자에 접속하도록 투명한 도전 소재로써 스토리지 캐패시터를 형성하는 단계로서, 상기 스토리지 캐패시터가 상기 X-Y 평면 상에서 볼 때 적어도 일부가 서로 중첩되도록 배치되며, 상호간에 전기적으로 접속되는 두 개 또는 그 이상의 전극을 포함하도록 형성되는 단계를 포함하되, 상기 광감지 소자는, 소정의 제어 신호에 응답하여, 상기 광원으로부터 발산된 빛이 반사되어 입사되는 것을 감지하여 상기 스토리지 캐패시터의 전위 상태를 변화시키며, 상기 스위칭 소자는, 소정의 제어 신호에 응답하여, 상기 스토리지 캐패시터의 전위 상태에 따른 신호를 전송하는 박막 트랜 지스터형 이미지 센서의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 상기 이미지 센서의 센싱 어레이의 개구율을 증대시키고, 그 구조를 단순화하기 위한 기술 사상에 관한 것으로서, 이하에서는 상기 센싱 어레이에 포함되는 복수의 화소 중 임의의 하나에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
먼저 도 2를 참조하면, 도2는 본 발명의 일실시예에 의한 이미지 센서의 화소 부분의 평면도 및 B-B’에서 본 단면도이다. 이하에서는, 이해와 설명의 편의을 위하여, 기판과 평행한 평면을 X-Y 평면이라 정의하고, X-Y 평면에 수직인 축을 Z축이라 정의한다
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 이미지 센서의 단위 화소는, 기판 상의 소정 영역에 형성된 스위칭 소자 204와, 상기 스위칭 소자 204가 형성된 영역 상부의 소정 위치에 형성된 광감지 소자 202를 포함하며, 상기 스위칭 소자 204와 상기 광감지 소자 202가 형성되지 않은 영역에 그 대부분이 형성되며, 상기 광감지 소자 및 상기 스위칭 소자에 접속된 투명한 도전 소재인 것으로서, X-Y 평면상에서 볼 때 적어도 일부가 서로 중첩되도록 배치되며, 콘택홀을 통하여 서로 전기적으로 접속하는 2개의 전극 218 및 234를 구비하는 스토리지 캐패시터를 포함한다. 이하, 설명의 편의를 위하여, 도 2에 도시된 3개의 스토리지 커패시터의 전극에 대하여, 아래로부터 각각 제1 타측 전극 218, 일측 전극 222 및 제2 타측 전극 234이라 칭한다.
즉, 본 발명에 의하면, 상기 광감지 소자 202와 스위칭 소자 204는, 이들의 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 볼 때 상호간에 중첩되는 위치에서 Z축 방향으로 적층되어 형성된다. 이렇게 함으로써, 상기 광감지 소자 202와 상기 스위칭 소자 204가 차지하는 면적이 작아지고, 화소의 나머지 영역(즉, 상기 스토리지 캐패시터의 전극들 218, 222 및 234가 형성된 영역)이 빛을 투과함으로써, 센싱 어레이의 개구율을 증가시킨다. 나아가, 상기 스토리지 캐패시터의 전극들 218, 222 및 234는 X-Y평면상으로 중첩되어 복수층으로 형성되어 있으므로, 한정된 면적의 픽셀내에서 스토리지 캐패시터의 캐패시턴스를 충분히 증가시킬 수 있게 된다.
이하, 상기 본 발명에 의한 이미지 센서의 단위 화소의 구성을 보다 상세히 설명한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기판 20 상의 소정 영역에, 상기 스위칭 소자 204의 게이트 208이 형성되어 있고, 상기 스위칭 소자 204의 게이트 208의 상부에, 상기 게이트 208과 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 중첩되도록 반도체층 212가 형성된다. 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 212는, 제1절연막 210에 의하여 상기 게이트 208와 절연된다. 상기 스위칭 소자 204의 소오스 214 및 드레인 216은, 상기 반도체층 212와 적어도 그 일부가 접속되도록 상기 반도체층 214의 상부에 형성된다.
특히, 본 발명에 의한 상기 광감지 소자 202는, 상기와 같이 형성된 스위칭 소자 204의 소오스 214 및 드레인 216의 상부에 형성된다. 즉, 상기 광감지 소자 202의 게이트 224는, 상기 소오스 214 및 드레인 216과의 절연을 위한 제2절연막 220의 상부에 형성되는데, 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 212와 X-Y 평면상에서 볼 때 중첩되도록 형성한다.
상기 광감지 소자 202의 게이트 224를 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 212 와 X-Y 평면상으로 볼 때 중첩되도록 형성함으로써, 상기 광감지 소자 202의 게이트 224는, 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 212로 빛이 입사하지 못하게 하는 광차단막으로서의 기능도 수행하게 된다. 또한, 스위칭 소자 204 측에서 볼 때에는, 게이트 전극이 상하로 두 개가 형성되는 것과 마찬가지의 구조가 되므로, 스위칭 소자 204의 구동을 더욱 효과적으로 수행할 수 있게 되어, 전체 이미지 센서의 구동 특성이 향상된다.
상기 광감지 소자 202의 반도체층 228이 상기 게이트 224와 X-Y 평면상으로 볼 때 중첩되도록 제3절연막 226을 개재시켜 형성된다. 또한, 광감지 소자 202의 소오스 232 및 드레인 230은, 상기 반도체층 228과 적어도 그 일부가 접속되도록 상기 반도체층 228의 상부에 형성되어 있다. 한편, 광감지 소자 202의 소오스 232는 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 234와도 접속되어 있는데, 본 실시예에서는 도시된 바와 같이, 광감지 소자 202의 소오스 232 및 스토리지 캐패시터의 타측 전극 234는 일체로 형성되어 있다.
한편, 스토리지 캐패시터의 제1 타측 전극 218은 제1 절연막 210의 상부에 스위칭 소자 204의 드레인 216과 접속하도록 형성되어 있다. 또한, 스토리지 캐패시터의 일측 전극은 X-Y 평면상으로 제1 타측 전극 218과 중첩하도록 배치되어 있으며, 제2 절연막 220에 의해 제1 타측 전극 218과 절연되어 있다. 또한, 스토리지 캐패시터의 제2 전극 234는 제3 절연막 226에 의해 일측 전극 222과 절연되어 있으며, X-Y 평면상에서 볼 때 제1 타측 전극 218 및 일측 전극 222과 중첩하도록 배치되어 있다. 나아가, 제1 및 제2 타측 전극 218 및 234는 콘택홀 240을 통하여 전기 적으로 접속되어 있다. 한편, 최상부에는 상기 소자들을 외부의 충격으로부터 보호하기 위한 보호막 236이 형성되어 있다.
상기한 바와 같이, 상기 스위칭 소자 204와 상기 광감지 소자 202를 X-Y 평면상에서 볼 때 중첩되는 구조로 형성함으로써, 단위 화소의 면적중 빛이 차단되는 면적을 최소화하여 그 개구율을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 광감지 소자 202의 게이트 224를 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 212의 상부에 중첩되도록 형성함으로써, 광차단막을 별도로 형성할 필요를 제거함과 함께, 스위칭 소자 204의 구동 특성을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 도 3a 내지 도 3i를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법에 관하여 상세히 설명한다. 도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 일실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법을 그 제조 공정 단계별로 도시한 평면도들 및 B-B’에서 본 단면도들이다.
먼저, 도 3a를 참조하면, 먼저, 투명한 재료의 기판 20 상의 소정 영역에, 상기 스위칭 소자 204의 게이트 208을 형성하는 단계와, 그 상부에 상기 제1절연막 210를 형성하는 단계가 도시된다. 상기 스위칭 소자 204의 게이트 208은, 몰리브덴(“Mo”), 크롬(“Cr”), 알루미늄(“Al”) 또는 이들의 합금 등의 금속재료를 상기 기판상에 증착하는 등의 방법으로 바람직하게는 두께 100nm의 막을 형성하고, 소정의 형상으로 식각함으로써 형성된다. 또한, 상기 스위칭 소자 204의 게이트 208가 형성된 기판 20 상에, 실리콘 질화막(“SiNx”) 또는 실리콘 산화막(“SiO2”)와 같은 재료를 증착하는 등의 방법에 의하여, 소정 두께로 상기 제1절연막 210을 형성한다.
다음으로, 도 3b는 상기 제1절연막 210이 형성된 기판 20 상에 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 212를 형성하는 단계를 도시한다. 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 212는, 비정질 실리콘(a-Si)과 불순물 함유 비정질 실리콘(n+ a-Si)과 같은 재료를 증착하는 등의 방법에 의하여, 바람직하게는 두께 250nm로 성층되고 소정의 형상으로 식각되어 형성된다.
다음으로, 도 3c는, 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 212가 형성된 기판 20 상에, 상기 스위칭 소자 204의 소오스 214 및 드레인 216을 형성하는 단계를 도시한다. 상기 스위칭 소자 204의 소오스 214 및 드레인 216은, 바람직하게는 Cr을 증착하는 등의 방법으로 두께 150nm의 막을 형성하고, 상호간에 소정 거리 이격되도록 식각함으로써 형성된다.
다음으로, 도 3d는, 상기 스위칭 소자 204의 소오스 214 및 드레인 216이 형성된 기판 20 상에, 스토리지 캐패시터의 제1 타측 전극 218을 형성하는 단계를 도시한다. 상기 스토리지 캐패시터의 제1 타측 전극 218은, 상기 스위칭 소자 204의 드레인 216과 적어도 일부가 접속되도록, 투명 도전성 물질을 바람직하게는 두께 100nm로 증착하고 소정 형상으로 식각하는 등의 방법에 의하여 형성된다. 상기 투명 도전성 물질로는, ITO (Indium Tin Oxide) 또는 IZO (Indium Zinc Oxide) 등을 들 수 있다.
다음으로, 도 3e는, 스토리지 캐패시터의 제1 타측 전극 218이 형성된 기판 20 상에, 제2절연막 220 및 스토리지 캐패시터의 일측 전극 222을 형성하는 단계를 도시한다. 상기 제2절연막 220은, SiNx, SiO2, 아크릴(acryl) 또는 비시비(“BCB”) 등과 같은 유기 물질을 증착하는 등의 방법에 의하여 소정의 두께로 성층된다.
스토리지 캐패시터의 일측 전극 222는, 제2절연막 220이 형성된 기판 20 상에 ITO (Indium Tin Oxide) 또는 IZO (Indium Zinc Oxide) 등의 투명 도전성 물질을 바람직하게는 두께 100nm로 증착하고, X-Y 평면상으로 스토리지 캐패시터의 제1 타측 전극 218과 중첩되도록 식각하는 등의 방법에 의하여 형성된다. 이 때, 스토리지 캐패시터의 일측 전극 222은 차후 공정에서의 형성될 콘택홀 240의 위치를 포함하지 않도록 식각되어야 한다.
다음으로, 도 3f는, 광차단막 겸 상기 광감지 소자 202의 게이트 224를 형성하는 단계를 도시한다. 광차단막 겸 광감지 소자 202의 게이트 224는, 상기 제2절연막 220 및 스토리지 캐패시터의 일측 전극 222의 상부에, 바람직하게는 Cr 등의 금속 재료를 증착 등의 방법으로 두께 150nm의 막을 형성하고, 스위칭 소자 204의 반도체층 212와 X-Y 평면 상에서 중첩되도록 식각함으로써 형성된다.
다음으로, 도 3g는, 제3절연막 226을 형성하는 단계 및 광감지 소자 202의 반도체층 228을 형성하는 단계를 도시한다. 상기 제3절연막 224는, 상기 제1 및 제2절연막 210 및 220과 같이, 실리콘 질화막(“SiNx”) 또는 실리콘 산화막(“SiO2”)과 같은 재료를 증착하는 등의 방법에 의하여 소정 두께로 형성된다.
상기 광감지 소자 202의 반도체층 228은 스위칭 소자 204의 반도체층 212와 마찬가지로, 비정질 실리콘(a-Si)과 불순물 함유 비정질 실리콘(n+ a-Si)과 같은 재료를 바람직하게는 두께 350nm로 성층하고, 소정의 형상으로 식각하여 형성된다.
다음으로, 도 3h는, 스토리지 캐패시터의 제1 타측 전극과의 접속을 위한 콘택홀 240을 형성하는 단계를 도시한다. 콘택홀 240은 제2 및 제3절연막 220 및 226의 소정 영역을 식각하여 차후 공정에서 형성될 스토리지 캐패시터의 제2 타측 전극 234와 제1 타측 전극 218이 전기적으로 접속될 수 있도록, X-Y 평면상으로 지름 혹은 폭이 3μm인 원 또는 다각형의 홀의 형상으로, 바람직하게는 Z축으로 깊이가 1200nm가 되도록 형성된다. 본 실시예에서는, 콘택홀 240은 제2 및 제3 절연막 220 및 226을 상기 형상으로 식각하여 X-Y 평면상에서 볼 때 스위칭 소자 204의 드레인 216의 영역에 위치하도록 형성된다. 상기한 바와 같이, 콘택홀 240은 스토리지 캐패시터의 일측 전극 222와는 연결되지 않는 위치에 형성되어야 한다.
다음으로, 도 3i는, 광감지 소자 202의 소오스 232, 드레인 230 및 스토리지 캐패시터의 제2 타측 전극 234를 형성하는 단계를 도시한다. 본 실시예에서는, 제3절연막 226 및 반도체층 228이 형성된 기판 20 상에 ITO (Indium Tin Oxide) 또는 IZO (Indium Zinc Oxide) 등의 투명 도전성 물질을 바람직하게는 두께 100nm로 증착하고, 소오스 232 및 드레인 230은 반도체층 228과 접속하되 소정 거리 서로 이격되도록, 또한, 스토리지 캐패시터의 제2 타측 전극 234는 X-Y 평면상에서 볼 때 스토리지 캐패시터의 제1 타측 전극 및 일측 전극 218 및 222과 중첩되도록 식각하는 등의 방법에 의하여 동일한 공정에서 함께 형성된다. 본 공정에 의하여 스토리지 캐패시터의 제1 및 제2 타측 전극 218 및 234는 상기 콘택홀 240을 통하여 서로 전기적으로 연결된다. 따라서, 스토리지 캐패시터의 전극을 복수층으로 형성함으로써, 한정된 면적을 가진 단위 화소에서 캐패시턴스를 충분히 증가시키는 것이 가능 하게 된다.
다음으로, 보호막 236 (도 2 참조)을 상기와 같은 구조의 소자들이 형성된 기판 20 전체를 덮도록 유기재료 또는 실리콘 질화물이나 실리콘 산화물 등의 재료를 사용하여 증착법, 스핀 도포법 등의 방법으로 형성하는 것으로 공정을 마친다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 기판 20 상에 상기 스위칭 소자 204를 제조한 후, 상기 스위칭 소자 204가 형성된 영역의 상층부에 상기 광감지 소자 202를 제조하게 된다. 따라서, 스위칭 소자 204와 광감지 소자 202의 제조 공정을 각각 독립적으로 진행할 수 있게 되어, 각 소자들의 역할에 적합한 소자 특성을 갖도록 공정을 제어할 수 있게 된다. 예를 들면, 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 212와 상기 광감지 소자 202의 반도체층 228의 두께를 서로 다르게 형성할 수 있다. 또한, 각 소자들의 각 구성 요소들의 형성 온도 및/또는 압력 등을 서로 다르게 제어할 수 있으므로, 예컨대, 광감지 소자 202의 특정 구성 요소들의 형성 온도를 독립적으로 제어함으로써, 광감지 소자 202의 광감지 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
이상, 본 발명을 그 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위가 상기한 설명에 한정되는 것은 아님을 주의하여야 한다.
본 발명에 의하면, 센싱 어레이의 개구율이 높은 이미지 센서와 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 광투과율이 높고 이미지의 감도가 좋은 이미지 센 서와 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 신호대 잡음비(S/N, Signal to Noise Ratio)가 높은 이미지 센서와 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 고해상도(high resolution)의 이미지 센서와 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 스위칭 소자의 동작특성이 양호한 이미지 센서와 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 스위칭 소자와 광감지 소자의 제조 공정이 별도로 진행됨에 따라 각각의 역할에 적합한 최적의 소자 특성을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 광감지 소자를 상대적으로 저온에서 형성할 수 있어 광감지 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 스토리지 캐패시터의 전극을 복수개의 층으로 중첩하여 형성함으로써, 한정된 면적을 가진 단위 화소에서 스토리지 캐패시터의 캐패시턴스를 충분히 증가시키는 것이 가능하므로, 이미지 출력시 품질을 향상시킬 수 있다.
Claims (14)
- 복수의 단위 화소의 배열을 포함하는 센싱 어레이와 빛을 발산하는 광원을 구비한 박막 트랜지스터형 이미지 센서에 있어서,상기 단위 화소는,기판 상의 소정 영역에 형성된 스위칭 소자;상기 스위칭 소자가 형성된 영역 상부의 소정 위치에 형성되되, 그 적어도 일부분이 상기 기판과 평행한 평면(이하, 'X-Y 평면'이라 함) 상에서 볼 때 상기 스위칭 소자가 차지하는 영역에 중첩되도록 형성된 광감지 소자; 및상기 스위칭 소자와 상기 광감지 소자가 형성되지 않은 영역에 그 대부분이 형성되며 상기 광감지 소자 및 상기 스위칭 소자에 접속된 투명한 도전 소재인 것으로서, 상기 X-Y 평면 상에서 볼 때 적어도 일부가 서로 중첩되도록 배치되며, 상호간에 전기적으로 접속되는 두 개 또는 그 이상의 전극을 포함하는 스토리지 캐패시터를 포함하되,상기 광감지 소자는, 소정의 제어 신호에 응답하여, 상기 광원으로부터 발산된 빛이 반사되어 입사되는 것을 감지하여 상기 스토리지 캐패시터의 전위 상태를 변화시키며,상기 스위칭 소자는, 소정의 제어 신호에 응답하여, 상기 스토리지 캐패시터의 전위 상태에 따른 신호를 전송하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,상기 스위칭 소자는,상기 기판 상의 소정 영역에, 소정의 형상으로 형성된 게이트;상기 스위칭 소자의 게이트의 상부에, 상기 게이트와 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 중첩되도록 형성되며, 제1절연막에 의하여 상기 게이트와 절연되는 반도체층; 및상기 반도체층과 적어도 그 일부가 접속되도록 상기 반도체층의 상부에 형성된 소오스 및 드레인을 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,상기 광감지 소자는,제2절연막에 의하여 상기 스위칭 소자의 소오스 및 드레인과 절연되도록 그 상부에 형성되되, 상기 스위칭 소자의 반도체층과 X-Y 평면상에서 중첩되도록 형성되어 상기 스위칭 소자의 반도체층으로 빛이 입사하지 못하게 하는 게이트;상기 광감지 소자의 게이트의 상부에, 상기 게이트와 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 중첩되도록 형성되며, 제3절연막에 의하여 상기 게이트와 절연되는 반도체층; 및상기 광감지 소자의 반도체층과 적어도 그 일부가 접속되도록 상기 반도체층의 상부에 형성된 소오스 및 드레인을 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,상기 스토리지 캐패시터는,상기 광감지 소자의 게이트와 접속되도록 형성된 일측 전극;상기 X-Y 평면 상에서 볼 때 상기 일측 전극과 적어도 일부분이 중첩되도록 배치되며, 상기 스위칭 소자의 드레인과 접속되도록 형성된 제1 타측 전극; 및상기 광감지 소자의 소오스와 접속되며, X-Y 평면 상에서 볼 때 상기 일측 전극 및 제1 타측 전극과 적어도 일부분이 중첩되도록 배치되며, 콘택홀을 통하여 상기 제1 타측 전극과 전기적으로 접속된 제2 타측 전극을 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서.
- 제4항에 있어서,상기 광감지 소자의 소오스와 상기 스토리지 캐패시터의 제2 타측 전극이 일체로 형성되어 있는 박막 트랜지스터형 이미지 센서.
- 복수의 단위 화소의 배열을 포함하는 센싱 어레이와 빛을 발산하는 광원을 구비한 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법에 있어서,기판 상의 소정 영역에 스위칭 소자를 형성하는 단계;상기 스위칭 소자가 형성된 영역 상부의 소정 위치에 있어서, 상기 기판과 평행한 평면(이하, 'X-Y 평면'이라 함.) 상에서 볼 때 그 적어도 일부분이 상기 스위칭 소자가 차지하는 영역에 중첩되도록 광감지 소자를 형성하는 단계; 및상기 스위칭 소자와 상기 광감지 소자가 형성되지 않은 영역에, 상기 광감지 소자 및 상기 스위칭 소자에 접속하도록 투명한 도전 소재로써 스토리지 캐패시터를 형성하는 단계로서, 상기 스토리지 캐패시터가 상기 X-Y 평면 상에서 볼 때 적어도 일부가 서로 중첩되도록 배치되며, 상호간에 전기적으로 접속되는 두 개 또는 그 이상의 전극을 포함하도록 형성되는 단계를 포함하되,상기 광감지 소자는, 소정의 제어 신호에 응답하여, 상기 광원으로부터 발산된 빛이 반사되어 입사되는 것을 감지하여 상기 스토리지 캐패시터의 전위 상태를 변화시키며,상기 스위칭 소자는, 소정의 제어 신호에 응답하여, 상기 스토리지 캐패시터의 전위 상태에 따른 신호를 전송하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 스위칭 소자를 제조하는 단계와 상기 광감지 소자를 제조하는 단계가 서로 다른 공정 조건하에서 수행되는 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법.
- 제7항에 있어서,상기 광감지 소자를 제조하기 위한 온도 조건이, 상기 스위칭 소자를 제조하기 위한 온도 조건 보다 낮게 설정되는 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 스위칭 소자를 형성하는 단계는,투명한 재료의 기판 상의 소정 영역에, 금속재료를 사용하여 상기 스위칭 소자의 게이트를 형성하는 단계;상기 게이트가 형성된 기판 상의 소정 영역에 절연 재료를 사용하여 제1절연막을 형성하는 단계;상기 제1절연막이 형성된 기판 상의 소정 영역에, 반도체 재료를 사용하여 상기 게이트와 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 중첩되도록 반도체층을 형성하는 단계; 및상기 반도체층이 형성된 기판 상의 소정 영역에, 도전성 재료를 사용하여 소오스 및 드레인을 형성하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 광감지 소자를 형성하는 단계는,상기 스위칭 소자가 형성된 기판 상의 소정 영역에 제2절연막을 형성하는 단계;상기 제2절연막 상부의 소정 영역에, 상기 스위칭 소자의 반도체층과 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 중첩되도록, 도전성 재료를 사용하여 광차단막 겸 광 감지 소자의 게이트를 형성하는 단계;상기 게이트가 형성된 기판 상의 소정 영역에, 절연 재료를 사용하여 제3절연막을 형성하는 단계;상기 제3절연막이 형성된 기판 상의 소정 영역에, 반도체 재료를 사용하여 상기 게이트와 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 중첩되도록 반도체층을 형성하는 단계; 및상기 반도체층이 형성된 기판 상의 소정 영역에, 도전성 재료를 사용하여 소오스 및 드레인을 형성하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법.
- 제10항에 있어서,상기 광감지 소자의 소오스 및 드레인을 형성하는 단계에서,상기 광감지 소자의 소오스 및 드레인과 상기 스토리지 캐패시터의 전극 중 어느 하나의 전극은 동일한 재료로써 동일한 공정에서 함께 형성되는 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법.
- 제10항에 있어서,상기 제2절연막은, 유기 절연 물질로 형성되는 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 스토리지 캐패시터를 형성하는 단계는,투명한 도전성 재료를 사용하여, 상기 스위칭 소자의 드레인과 접속하도록 상기 스토리지 캐패시터의 제1 타측 전극을 형성하는 단계;투명한 도전성 재료를 사용하여, X-Y 평면 상에서 볼 때 상기 제1 타측 전극과 적어도 일부가 중첩되도록 상기 스토리지 캐패시터의 일측 전극을 형성하는 단계;상기 제1 타측 전극과의 접속을 위하여 콘택홀을 형성하는 단계; 및투명한 도전성 재료를 사용하여, X-Y 평면 상에서 볼 때 상기 일측 전극 및 제1 타측 전극과 적어도 일부가 중첩되도록 배치하여, 상기 광감지 소자의 소오스와 접속하고 상기 제1 타측 전극과 콘택홀을 통하여 전기적으로 접속하도록 상기 스토리지 캐패시터의 제2 타측 전극을 형성하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법.
- 제13항에 있어서,상기 제2 타측 전극을 형성하는 단계에서,상기 광감지 소자의 드레인, 소오스 및 상기 스토리지 캐패시터의 제2 타측 전극은 동일 재료로써 동일한 공정에서 함께 형성되는 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040013223A KR100545509B1 (ko) | 2004-02-26 | 2004-02-26 | 고개구율 박막 트랜지스터형 이미지센서 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040013223A KR100545509B1 (ko) | 2004-02-26 | 2004-02-26 | 고개구율 박막 트랜지스터형 이미지센서 및 그 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20050087437A KR20050087437A (ko) | 2005-08-31 |
| KR100545509B1 true KR100545509B1 (ko) | 2006-01-24 |
Family
ID=37270703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020040013223A KR100545509B1 (ko) | 2004-02-26 | 2004-02-26 | 고개구율 박막 트랜지스터형 이미지센서 및 그 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100545509B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9761636B2 (en) | 2014-07-31 | 2017-09-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensors including semiconductor channel patterns |
-
2004
- 2004-02-26 KR KR1020040013223A patent/KR100545509B1/ko active IP Right Grant
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9761636B2 (en) | 2014-07-31 | 2017-09-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensors including semiconductor channel patterns |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20050087437A (ko) | 2005-08-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11782565B2 (en) | Display device having one or more opaque conductive layers and blackened layers | |
| EP2747138B1 (en) | Thin film transistor array substrate | |
| US9449998B2 (en) | Manufacturing method of pixel structure with data line, scan line and gate electrode formed on the same layer | |
| JP4895102B2 (ja) | 薄膜トランジスタ表示板 | |
| US9583510B2 (en) | Semiconductor device, display device, and method for manufacturing semiconductor device | |
| US8018013B2 (en) | Pixel structure and method for manufacturing thereof | |
| US7638375B2 (en) | Method of manufacturing thin film transistor substrate | |
| US8040449B2 (en) | Thin film transistor array panel and manufacturing method of the same | |
| US8405082B2 (en) | Thin film transistor array substrate and manufacturing method thereof | |
| KR100348995B1 (ko) | 4 마스크를 이용한 액정표시소자의 제조방법 및 그에 따른 액정표시소자 | |
| CN110908199A (zh) | 阵列基板及液晶显示面板 | |
| WO2010100824A1 (ja) | フォトダイオード、フォトダイオードを備えた表示装置及びその製造方法 | |
| US6870187B2 (en) | Thin film transistor array panel and manufacturing method thereof | |
| KR100545509B1 (ko) | 고개구율 박막 트랜지스터형 이미지센서 및 그 제조방법 | |
| US10459300B2 (en) | Array substrate and a method for fabricating the same, a liquid crystal display panel | |
| US11079636B2 (en) | Active matrix substrate, liquid crystal display device with touch sensor using active matrix substrate, and method for manufacturing active matrix substrate | |
| KR20040072251A (ko) | 고개구율 박막 트랜지스터형 이미지센서 및 그 제조방법 | |
| KR100524141B1 (ko) | 고개구율 박막 트랜지스터형 이미지센서 및 그 제조방법 | |
| KR20060069186A (ko) | 개구율이 향상된 박막 트랜지스터 이미지 센서 및 그 제조 방법 | |
| KR20060012844A (ko) | 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용한 지문인식장치 | |
| KR20070072114A (ko) | 액정표시소자 및 그 제조방법 | |
| KR200352637Y1 (ko) | 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용한 지문인식장치 | |
| KR20060069171A (ko) | 박막 트랜지스터형 이미지 센서 및 그 제조 방법 | |
| KR20060069184A (ko) | 박막 트랜지스터 이미지 센서 겸 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 | |
| KR20040099930A (ko) | 프론트 라이트를 이용한 박막 트랜지스터형 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20121224 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140114 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150112 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170110 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180110 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190110 Year of fee payment: 14 |