KR100643038B1 - 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판에서 센서 박막트랜지스터의 효율을 높이고 스위치 박막트랜지스터의 누설 전류에 의한 오프 전류를 감소시켜 노이즈를 방지하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명에 따른 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판에서 센서 박막트랜지스터는 에치 스타퍼 방식형으로 채널을 형성하고 스위치 박막트랜지스터는 백 채널 에치형으로 채널을 형성한다. 따라서, 센서 박막트랜지스터에서는 반도체층 상부의 에치 스타퍼가 하부의 반도체층이 식각되는 것을 방지하고, 스위치 박막트랜지스터에서는 반도체층의 채널 부분이 일부 제거되므로 두 반도체층의 두께를 다르게 형성할 수 있다.
광센서, 박막트랜지스터, 에치 스타퍼, 백 채널 에치

Description

박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판{optical sensor array panel}
도 1은 일반적인 박막트랜지스터형 광센서의 배치도.
도 2는 종래의 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판의 평면도.
도 3은 도 2에서 Ⅲ-Ⅲ´선을 따라 자른 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판의 평면도.
도 5는 도 4에서 Ⅴ-Ⅴ´선을 따라 자른 단면도.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 따른 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판의 제조 공정도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
122 : 센서 게이트 126 : 스위치 게이트
124 : 제1 스토리지 전극 164 : 제2 스토리지 전극
141 : 센서 반도체층 142 : 스위치 반도체층
162 : 센서 소스 전극 163 : 센서 드레인 전극
166 : 스위치 소스 전극 167 : 스위치 드레인 전극
145 : 에치 스타퍼 180 : 차광막 패턴
본 발명은 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판에 관한 것이다.
일반적으로 팩시밀리(facsimile) 또는 디지털 복사기(digital copying machine) 등의 영상처리 장치에서 영상 판독기(image reader)로 사용되는 광센서는 내부 광원으로부터 빛을 받은 피사체에서 반사된 빛의 세기에 따라 전하를 저장하고, 저장된 전하를 구동회로를 통해서 외부로 출력하는 장치이다. 정보화 시대로 발전함에 따라 광센서는 개인을 식별하는 인식장치인 지문 감지기에도 적용되고 있다.
박막트랜지스터형 광센서는 빛을 발생시키는 광원과 감지하려는 피사체로 빛을 투과시키는 윈도우, 윈도우를 통해 광원으로부터 빛을 받은 피사체에서 반사된 빛의 세기에 따라 광 전류를 발생시키는 센서 박막트랜지스터, 그리고 전달받은 전하량을 정보로서 저장하는 스토리지 커패시터 및 외부 제어신호에 따라 스토리지 커패시터에 저장된 전하량 형태의 정보를 스위칭하는 스위치 박막트랜지스터로 이루어진다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 종래의 박막트랜지스터형 광센서에 대하여 설명한다.
도 1은 종래의 박막트랜지스터형 광센서를 도시한 도면으로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 박막트랜지스터형 광센서는 외부로부터의 정보를 감지하고 이를 저 장 및 전달하는 어레이 기판(1)과 빛을 발생시켜 어레이 기판(1)으로 전달하는 백라이트 어셈블리(2)로 이루어지는데, 어레이 기판(1)이 백라이트 어셈블리(2) 상부에 배치되어 있다.
도 2는 종래의 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판의 배치도이고, 도 3은 도 2에서 Ⅲ-Ⅲ´선을 따라 자른 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판에서는 투명 기판(10) 상의 영역을 감광영역(A), 저장영역(B) 및 스위칭 영역(C)으로 정의할 수 있으며, 각 영역에는 금속과 같은 도전 물질로 이루어진 센서 게이트 전극(22), 제1 스토리지 전극(24), 스위치 게이트 전극(26)이 각각 형성되어 있다. 도시한 것처럼, 센서 게이트 전극(22)과 스위치 게이트 전극(26)은 각각 센서 게이트 배선(21) 및 스위치 게이트 배선(25)의 일부일 수 있으며, 또는 분지일 수도 있다. 제1 스토리지 전극(24)은 센서 게이트 배선(21)과 연결되어 있다.
이어, 센서 게이트 전극(22)과 제1 스토리지 전극(24), 그리고 스위치 게이트 전극(26) 상부에는 제1 절연막(30)이 형성되어 이들을 덮고 있다.
제1 절연막(30) 위에는 각각 센서 반도체층(41)과 스위치 반도체층(42)이 형성되어 있고, 그 위에 센서 오믹 콘택층(51, 52)과 스위치 오믹 콘택층(53, 54)이 각각 형성되어 있다.
그 위에 도전 물질로 이루어진 센서 소스 전극(62)과 센서 드레인 전극(63), 제2 스토리지 전극(64), 그리고 스위치 소스 전극(66) 및 스위치 드레인 전극(67)이 형성되어 있다. 센서 소스 전극(62)은 센서 데이터 배선(61)과 연결되어 있으며 센서 게이트 전극(62)을 중심으로 센서 드레인 전극(63)과 마주 대하고 있고, 스위치 소스 전극(66)은 스위치 데이터 배선(65)과 연결되어 있으며 스위치 게이트 전극(26)을 중심으로 스위치 드레인 전극(67)과 마주 대하고 있다. 또한, 제2 스토리지 전극(64)은 제1 스토리지 전극(24)과 중첩되어 있으며 센서 드레인 전극(63) 및 스위치 드레인 전극(67)과 연결되어 있다.
다음, 제2 절연막(70)이 센서 소스 전극(62) 및 센서 드레인 전극(63), 제2 스토리지 전극(64), 그리고 스위치 소스 전극(66) 및 스위치 드레인 전극(67)을 덮고 있다.
이어, 스위치 반도체층(42) 상부의 제2 절연막(70) 위에는 불투명 물질로 이루어진 차광막 패턴(80)이 형성되어 있다.
이와 같은 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판에서는 센서 박막트랜지스터의 효율을 높이기 위해 센서 반도체층(41)의 두께를 3,000 Å 이상으로 형성한다. 그런데, 센서 박막트랜지스터와 스위치 박막트랜지스터는 같은 공정으로 형성되므로 스위치 박막트랜지스터의 반도체층(42)도 센서 반도체층(41)과 같은 두께를 가지게 된다. 이러한 두께는 스위치 박막트랜지스터의 오프 전류(off-current)를 증가시키고, 이는 노이즈(noise)의 원인이 된다.
본 발명의 목적은 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판의 센서 박막트랜지스터와 스위치 박막트랜지스터의 반도체층 두께를 다르게 형성하여, 센서 박막트랜 지스터의 효율을 높이면서도 스위치 트랜지스터에서 누설 전류가 발생하는 것을 방지하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판에서는 투명 기판 위에 조사된 빛의 세기에 따라 전하량을 발생시키고 제1 반도체층을 포함하는 박막트랜지스터인 감지 소자가 형성되어 있고, 감지 소자의 전하량 형태의 정보를 저장하는 스토리지부와 스토리지부의 정보를 외부 제어신호에 따라 출력하며 제1 반도체층보다 적은 두께를 가지는 제2 반도체층을 포함하는 박막트랜지스터인 스위칭 소자가 형성되어 있다.
여기서, 제1 반도체층의 두께는 3,000 Å 이상이고, 제2 반도체층의 두께는 500 내지 1,500 Å일 수 있다.
본 발명에 따른 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판의 제조 방법에서는 기판을 구비하고, 기판 상에 다수의 제1 게이트 전극과 제2 게이트 전극 및 제1 스토리지 전극을 형성한다. 이어, 제1 절연막과 비정질 실리콘층 및 제2 절연막을 연속하여 증착하고, 제2 절연막을 패터닝하여 제1 게이트 전극 상부에 에치 스타퍼를 형성한다. 다음, 불순물로 도핑된 비정질 실리콘층을 증착하고 비정질 실리콘층과 함께 패터닝하여 제1 반도체층과 제2 반도체층, 제1 및 제2 오믹 콘택층을 형성한다. 이어, 금속층을 증착하고 패터닝하여 제1 소스 및 드레인 전극과 제2 소스 및 드레인 전극, 그리고 제1 스토리지 전극과 중첩되어 있는 제2 스토리지 전극을 형 성한다. 다음, 제1 소스 및 드레인 전극과 제2 소스 및 드레인 전극 사이에 위치하는 제1 및 제2 오믹 콘택층을 제거하고 드러난 제2 반도체층의 상부를 제거한다.
여기서, 에치 스타퍼는 실리콘 질화막으로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판의 제조 방법에서는 제3 절연막을 증착하는 단계와 제2 반도체층 상부의 상기 제3 절연막 위에 차광막 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명에서는 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판의 센서 박막트랜지스터의 효율을 높일 수 있는 반도체층의 두께를 유지하면서 스위치 박막트랜지스터의 반도체층 두께를 얇게 하여 오프 전류를 제어함으로써 노이즈를 방지할 수 있다.
일반적으로 박막트랜지스터형 광센서에서 박막트랜지스터의 구조로 역 스태거드(inverted staggered)형 구조가 많이 이용되는데, 이는 구조가 간단하면서도 성능이 우수한 장점이 있다.
이러한 역 스태거드형 박막트랜지스터는 채널 형성 방법에 따라 백 채널 에치형(back channel etch)과 에치 스타퍼형(etch stopper)으로 나뉘는데, 백 채널 에치형의 경우 채널 부분의 반도체층이 일부 제거될 수 있다.
이러한 특징을 이용하여 본 발명에서는 센서 박막트랜지스터와 스위치 박막트랜지스터를 각각 에치 스타퍼형과 백 채널 에치형으로 형성함으로써 반도체층의 두께를 서로 다르게 한다.
그러면, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판 및 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판에서는 투명 기판(110) 위의 영역이 감광영역(A´), 저장영역(B´) 및 스위칭 영역(C´)으로 정의되어 있고, 각 영역에는 금속과 같은 도전 물질로 이루어진 센서 게이트 전극(122), 제1 스토리지 전극(124), 스위치 게이트 전극(126)이 각각 형성되어 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 센서 게이트 전극(122)과 스위치 게이트 전극(126)은 각각 센서 게이트 배선(121) 및 스위치 게이트 배선(125)의 일부일 수 있으며, 또는 분지일 수도 있다. 제1 스토리지 전극(124)은 센서 게이트 배선(121)과 연결되어 있다.
이어, 센서 게이트 전극(122)과 제1 스토리지 전극(124), 그리고 스위치 게이트 전극(126) 상부에는 실리콘 산화막(SiO2) 또는 실리콘 질화막(SiNx)으로 이루어진 제1 절연막(130)이 형성되어 이들을 덮고 있고, 센서 게이트 전극(122)과 스위치 게이트 전극(126) 상부의 제1 절연막(130) 위에는 비정질 실리콘으로 이루어진 센서 반도체층(141)과 스위치 반도체층(142)이 각각 형성되어 있다.
센서 반도체층(141) 위에는 실리콘 질화막과 같은 물질로 이루어진 에치 스타퍼(145)가 형성되어 있다. 여기서, 에치 스타퍼(145)는 실리콘 질화막 이외의 다른 투명한 절연 물질로 이루어질 수도 있다.
반도체층(141, 142) 위에는 불순물로 도핑된 비정질 실리콘으로 오믹 콘택층(151, 152, 153, 154)이 형성되어 있다.
그 위에 금속과 같은 도전 물질로 센서 소스 전극(162) 및 센서 드레인 전극(163), 제2 스토리지 전극(164), 그리고 스위치 소스 전극(166) 및 스위치 드레인 전극(167)이 형성되어 있다. 센서 소스 전극(162)은 센서 데이터 배선(161)과 연결되어 있으며 센서 게이트 전극(162)을 중심으로 센서 드레인 전극(163)과 마주 대하고 있고, 스위치 소스 전극(166)은 스위치 데이터 배선(165)과 연결되어 있으며 스위치 게이트 전극(126)을 중심으로 스위치 드레인 전극(167)과 마주 대하고 있다. 또한, 제2 스토리지 전극(164)은 제1 스토리지 전극(124)과 중첩되어 있으며 센서 드레인 전극(163) 및 스위치 드레인 전극(167)과 연결되어 있다.
다음, 제2 절연막(170)이 센서 소스 전극(162)과 센서 드레인 전극(163), 제2 스토리지 전극(164), 그리고 스위치 소스 전극(166) 및 스위치 드레인 전극(167)을 덮고 있다.
이어, 스위치 반도체층(142) 상부의 제2 절연막(170) 위에는 불투명 물질로 이루어진 차광막 패턴(180)이 형성되어 있다.
여기서, 센서 박막트랜지스터의 반도체층(141)의 두께는 스위 박막트랜지스터의 반도체층(142)의 두께보다 더 두껍다.
이하, 도 6a 내지 도 6e 및 앞서의 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판의 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 6a에 도시한 바와 같이 투명 기판(110) 위에 금속과 같은 물질로 센서 게이트 전극(122), 제1 스토리지 전극(124) 및 스위치 게이트 전극(126)을 형성한다.
다음, 도 6b에 도시한 바와 같이 제1 절연막(130)과 비정질 실리콘층(140), 실리콘 질화막을 차례로 증착하고 패터닝하여 스위치 영역에 에치 스타퍼(145)를 형성한다.
이어, 도 6c에 도시한 바와 같이 불순물로 도핑된 비정질 실리콘층을 증착하고 패터닝하여 센서 게이트 전극(122)과 스위치 게이트 전극(126) 상부에 불순물 반도체층(155, 156)과 센서 반도체층(141), 스위치 반도체층(142)을 각각 형성한다.
다음, 도 6d에 도시한 바와 같이 금속층을 스퍼터링과 같은 방법으로 증착한 후, 패터닝하여 센서 소스 전극(162)과 센서 드레인 전극(163), 제2 스토리지 전극(164), 그리고 스위치 소스 전극(166)과 드레인 전극(167)을 형성하고, 드러난 불순물 반도체층(155, 156)을 식각하여 오믹 콘택층(151, 152, 153, 154)을 형성한다.
여기서, 비정질 실리콘과 불순물 비정질 실리콘은 식각선택비 차이가 거의 없기 때문에 스위치 박막트랜지스터에서 불순물 반도체층(156) 하부에 있는 반도체층(142)도 일부 제거되며, 센서 박막트랜지스터에서는 반도체층(141) 상부에 에치 스타퍼(145)가 형성되어 있으므로 반도체층(142)이 제거되는 것이 방지된다. 따라서, 스위치 반도체층(142)의 두께가 센서 반도체층(141)의 두께보다 얇아진다. 이때, 센서 박막트랜지스터의 효율을 좋게 하기 위해 센서 반도체층(141)의 두께는 3,000 Å 이상이 되도록 형성하고, 스위치 박막트랜지스터의 오프 전류를 감소시키기 위해 식각되고 남은 스위치 반도체층(142)의 두께는 500 내지 1,500 Å 정도가 되도록 하는 것이 바람직하다.
이어, 도 6e에 도시한 바와 같이 제2 절연막(170)을 증착하여 센서 소스 및 드레인 전극(162, 163)과 스위칭 소스 및 드레인 전극(165, 166)을 덮어 보호한다.
다음, 도 5에 도시한 바와 같이 스위치 박막트랜지스터의 채널 상부에 불투명 물질로 차광막 패턴(180)을 형성하여 외부로부터 스위치 박막트랜지스터의 채널로 빛이 들어가는 것을 방지한다.
이와 같이 본 발명에서는 센서 박막트랜지스터와 스위치 박막트랜지스터의 반도체층 두께를 다르게 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판에서는 센서 박막트랜지스터와 스위치 박막트랜지스터의 반도체층 두께를 다르게 형성하여 센서 박막트랜지스터의 효율을 높이면서도 스위치 박막트랜지스터에서 오프 전류를 제어한다.
또한, 본 발명에서는 센서 박막트랜지스터의 반도체층 두께를 얇게 하여 오프 전류를 감소시키고 노이즈를 방지한다.

Claims (6)

  1. 투명 기판,
    상기 기판 위에 조사된 빛의 세기에 따라 전하량을 발생시키고 제1 반도체층을 포함하는 박막트랜지스터인 감지 소자,
    상기 감지 소자의 전하량 형태의 정보를 저장하는 스토리지부,
    상기 스토리지부의 정보를 외부 제어신호에 따라 출력하며 상기 제1 반도체층보다 적은 두께를 가지는 제2 반도체층을 포함하는 박막트랜지스터인 스위칭 소자
    를 포함하는 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 반도체층의 두께는 3,000 Å 이상인 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 반도체층의 두께는 500 내지 1,500 Å인 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판.
  4. 기판을 구비하는 단계,
    상기 기판 상에 제1 게이트 전극과 제2 게이트 전극 및 제1 스토리지 전극을 형성하는 단계,
    상기 제1 및 제2 게이트 전극과 상기 제1 스토리지 전극 상부에 제1 절연막과 비정질 실리콘층 및 제2 절연막을 연속하여 증착하는 단계,
    상기 제2 절연막을 패터닝하여 상기 제1 게이트 전극 상부에 에치 스타퍼를 형성하는 단계,
    상기 비정질 실리콘 및 상기 에치 스타퍼 상부에 불순물로 도핑된 비정질 실리콘층을 증착하고 상기 비정질 실리콘층과 함께 패터닝하여 제1 반도체층과 제2 반도체층, 제1 및 제2 오믹 콘택층을 형성하는 단계,
    상기 제1 및 제2 오믹 콘택층 상부에 금속층을 증착하고 패터닝하여 제1 소스 및 드레인 전극과 제2 소스 및 드레인 전극, 그리고 상기 제1 스토리지 전극과 중첩되어 있는 제2 스토리지 전극을 형성하는 단계,
    상기 제1 소스 및 드레인 전극과 상기 제2 소스 및 드레인 전극 사이에 위치하는 상기 제1 및 제2 오믹 콘택층을 제거하고 드러난 상기 제2 반도체층의 상부를 제거하는 단계
    를 포함하는 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판의 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 에치 스타퍼는 실리콘 질화막으로 이루어진 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판의 제조 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    제3 절연막을 증착하는 단계와
    상기 제2 반도체층 상부의 상기 제3 절연막 위에 차광막 패턴을 형성하는 단계
    를 더 포함하는 박막트랜지스터형 광센서 어레이 기판의 제조 방법.
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