KR100971628B1 - 이미지 센서, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 사무기기 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 사무기기가 개시된다. 이러한 이미지 센서는 매트릭스 형상으로 배열된 단위화소들을 포함하고, 단위화소들 각각은 스위칭 다이오드 및 센싱 다이오드를 포함한다. 상기 스위칭 다이오드는 상기 게이트 라인에 전기적으로 연결된 플러스 단자 및 시그널 노드에 전기적으로 연결된 마이너스 단자를 포함한다. 상기 스위칭 다이오드는 상기 게이트 라인에 리셋전압이 인가되면 턴온되어 상기 시그널 노드의 제1 전위를 리셋하고, 대기전압이 인가되면 턴오프되어 상기 시그널 노드의 제1 전위를 고정시킨다. 상기 센싱 다이오드는 상기 데이터 라인에 전기적으로 연결된 플러스 단자 및 상기 시그널 노드에 전기적으로 연결된 마이너스 단자를 포함한다. 상기 센싱 다이오드는 외부로부터 입사된 광의 광량에 따라서 상기 시그널 노드의 전위를 제2 전위로 변경시키며, 상기 스위칭 다이오드에 다시 리셋 전압이 인가되면 상기 시그널 노드의 제2 전압을 상기 데이터 라인으로 전송한다. 따라서, 이차원적 이미지를 한번에 스캔하여 스캔시간이 단축된다.
복사기, 스캐너, 이미지 센서, 다이오드
Description
본 발명은 이미지 센서, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 사무기기에 관한 것으로, 보다 상세히 이미지 센싱 시간을 단축시킬 수 있으며, 제조공정을 단순화할 수 있는 구조를 갖는 이미지 센서, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 사무기기에 관한 것이다.
사무자동화가 진행됨에 따라서 복사기 및 스캐너와 같은 사무용 기기들이 많이 보급되어 왔다. 복사기는 타 용지의 그림이나 사진 또는 문자 등을 인쇄하는 장치를 말하며, 스캐너는 그림이나 사진 또는 문자 등을 복사하듯이 읽어서 파일로 변환하여 저장하는 장치를 말한다. 이들 장치들은 대부분 디지털 방식으로 되어 있다. 또한 개인용 컴퓨터와 네트워크의 보급과 더불어 복사기, 프린터, 팩시밀리, 이미지 스캐너 등의 각종 기능이 통합된 디지털 복합기가 출시되기도 하였다.
도 1은 종래 이미지 센서를 포함하는 스캐너 또는 복사기를 도시한 개략적인 측면도이다.
도 1을 참조하면, 종래 스캐너 또는 복사기(100)는 지지대(110) 상부에 복사 되거나 스캔될 용지(101)를 올려놓고, 드라이버(130)를 이용하여 구동모듈(140)을 동작시키면, 구동모듈(140)은 센싱모듈(120)을 일측에서 타측으로 이동시키면서 용지(101)의 이미지를 센싱하게 된다.
센싱모듈(120)은 광원(121)과 이미지 센서(122)를 포함하여, 광원(121)에서 용지(101)를 향해서 광을 조사하고, 용지(101)로부터 반사된 빛을 이미지 센서(122)가 읽어들인다.
이와같이, 센싱모듈(120)이 일측에서 타측으로 이동하면서 라인단위로 스캔된 이미지들은 A/D 컨버터 (150)를 통해서 디지털로 변환되고, 이렇게 디지털 값으로 변환된 이미지는 메모리(160)에 라인단위의 데이터로 저장된다.
그러나, 이와 같은 종래의 프린터 또는 스캐너의 경우, 센싱모듈(120)이 일측에서 타측으로 이동하면서 이미지를 스캔하므로 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 이미지 센서는 박막 트랜지스터를 이용하므로, 이를 제조하기 위해서는 많은 공정이 요구되었다.
이에 따라, 본 발명이 해결하고자 하는 제1 과제는 이미지 센싱 시간을 단축시킬 수 있으며, 제조공정을 단순화할 수 있는 구조를 갖는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 제2 과제는 상기 이미지 센서를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 제3 과제는 상기 이미지 센서를 포함하는 복사기 또는 스캐너와 같은 사무기기를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 이미지 센서는 베이스 기판 상부에서, 제1 방향으로 연장된 게이트 라인과 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향의 데이터 라인으로 정의되는 영역에, 매트릭스 형상으로 배열되는 단위화소들을 포함하고, 상기 단위화소들 각각은 스위칭 다이오드 및 센싱 다이오드를 포함한다.
상기 스위칭 다이오드는 상기 게이트 라인에 전기적으로 연결된 플러스 단자 및 시그널 노드에 전기적으로 연결된 마이너스 단자를 포함한다. 상기 스위칭 다이오드는 상기 게이트 라인에 리셋전압이 인가되면 턴온되어 상기 시그널 노드의 제1 전위를 리셋하고, 대기전압이 인가되면 턴오프되어 상기 시그널 노드의 제1 전위를 고정시킨다.
상기 센싱 다이오드는 상기 데이터 라인에 전기적으로 연결된 플러스 단자 및 상기 시그널 노드에 전기적으로 연결된 마이너스 단자를 포함한다. 상기 센싱 다이오드는 외부로부터 입사된 광의 광량에 따라서 상기 시그널 노드의 전위를 제2 전위로 변경시키며, 상기 스위칭 다이오드에 다시 리셋 전압이 인가되면 상기 시그널 노드의 제2 전압을 상기 데이터 라인으로 전송한다.
예컨대, 상기 스위칭 다이오드는 공통전극, N형 반도체층, 진성 반도체층, P 형 반도체층 및 제1 투명전극을 포함한다. 상기 공통전극은 상기 베이스 기판의 상부에 형성된다. 상기 N형 반도체층은 상기 공통전극 상부에 형성된다. 상기 진성 반도체층은 상기 N형 반도체층 상부에 형성된다. 상기 P형 반도체층은 상기 진성 반도체층 상부에 형성된다. 상기 제1 투명전극은 상기 P형 반도체층 상부에 형성된다.
예컨대, 상기 센싱 다이오드는 상기 공통전극, N형 반도체층, 진성 반도체층, P형 반도체층 및 제2 투명전극을 포함한다. 센싱 다이오드의 N형 반도체층은 상기 스위칭 다이오드의 N형 반도체층과 이격되어 이웃하도록, 상기 공통전극 상부에 형성된다. 센싱 다이오드의 진성 반도체층은 상기 스위칭 다이오드의 진성 반도체층과 이격되어 이웃하도록, 상기 N형 반도체층 상부에 형성된다. 센싱 다이오드의 P형 반도체층은 상기 스위칭 다이오드의 P형 반도체층과 이격되어 이웃하도록, 상기 진성 반도체층 상부에 형성된다. 상기 제2 투명전극은 상기 제1 투명전극과 이격되어 이웃하도록, 상기 P형 반도체층 상부에 형성된다.
예컨대, 상기 센싱 다이오드의 상기 공통전극 표면은 규칙적인 패턴의 요철 구조가 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 공통전극은 알루미늄 몰리브덴 옥사이드(Aluminium Molybdenum Oxide : AMO)를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 게이트 라인은 상기 스위칭 다이오드의 상기 제1 투명전극과 연결되도록, 상기 제1 투명전극 및 상기 제2 투명전극과 동일층으로부터 형성될 수 있다. 상기 게이트 라인, 상기 제1 투명전극 및 상기 제2 투명전극은, 예컨대 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide : ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide : IZO)를 포함할 수 있다.
또한 상기 단위화소 각각은 상기 스위칭 다이오드 상부에 배치되어 외부로부터 입사된 상기 광이 상기 스위칭 다이오드에 입사되는 것을 차단하는 광차단층을 더 포함할 수 있다. 상기 광차단층은 상기 데이터 라인과 동일층으로부터 형성될 수 있다.
상기 스위칭 다이오드 및 센싱 다이오드의 N형 반도체층은 비정질 실리콘 및 미세결정질 실리콘 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 스위칭 다이오드 및 센싱 다이오드의 N형 반도체층에는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 중 어느 하나가 도핑될 수 있다.
상기 스위칭 다이오드 및 센싱 다이오드의 상기 P형 반도체층은 비정질 실리콘 및 미세결정질 실리콘 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 스위칭 다이오드 및 센싱 다이오드의 상기 P형 반도체층에는 붕소(B), 칼륨(K) 중 어느 하나가 도핑될 수 있다.
한편, 상기 스위칭 다이오드 및 센싱 다이오드의 상기 P형 반도체층은 상기 스위칭 다이오드 및 센싱 다이오드의 상기 진성 반도체층보다 큰 밴드갭 에너지를 갖을 수 있다. 이를 위해서, 상기 스위칭 다이오드 및 센싱 다이오드의 상기 P형 반도체층은 탄소(C)를 포함할 수 있다.
상기 스위칭 다이오드의 진성 반도체층 및 센싱 다이오드의 진성 반도체층 각각은 비정질 실리콘(amorphous silicon)층 및 상기 비정질 실리콘층의 상부에 형성된 미정질 실리콘(micro-crystalline silicon)층으로 구성된 실리콘층이 하나 이 상 적층될 수 있다.
상기 진성 반도체층은 상기 N형 반도체층 및 P형 반도체층보다 두꺼우며, 상기 진성 반도체층은 상기 N형 반도체층 및 P형 반도체층보다 두꺼우며, 상기 진성 반도체층의 비정질 실리콘층의 두께는 비정질 실리콘층들은 다음의 람베르트 법칙(Lambert's law)에 의해 흡수율이 95% 이상되는 두께로 형성될 수 있다(람베르트 법칙 : I/Io = exp(-μd), 여기서, Io는 입사광의 세기, I는 투과광의 세기, μ는 흡수계수, d는 흡수층의 두께임).
예컨대, 상기 이웃하는 3개의 단위화소들은 화소부를 정의하고, 하나의 화소부 내의 3개의 단위화소들 상부에는 각각 레드컬러필터, 그린컬러필터 및 블루컬러필터가 배치될 수 있다. 이때, 상기 하나의 화소부를 정의하는 3개의 화소들은 평면적으로 직사각형 형상을 가지며, 상기 화소부는 평면적으로 사각형 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 이미지 센서 제조방법은 베이스 기판 상부에 공통전극을 형성하는 단계와, 상기 공통전극이 형성된 상기 기판 상부에 순차적으로, N형 반도체막, 진성반도체막, P형 반도체막 및 투명 도전막을 형성하는 단계와, 상기 N형 반도체막, 진성 반도체막 및 P형 반도체막을 패터닝하여 상기 공통전극 상부에 스위칭 다이오드, 센싱 다이오드 및 상기 스위칭 다이오드와 전기적으로 연결된 게이트 배선을 형성하는 단계와, 상기 스위칭 다이오드, 센싱 다이오드 및 게이트 배선이 형성된 기판에 절연막을 형성하는 단계와, 상기 절연막의 일 부를 제거하여 상기 센싱 다이오드의 상부를 노출시키는 비아홀을 형성하는 단계 및 상기 절연막 상부에 상기 센싱 다이오드와 전기적으로 연결된 데이터 배선을 형성하는 단계를 포함한다.
예컨대, 상기 데이터 배선을 형성하는 단계에서 상기 센싱 다이오드의 상부를 커버하는 광차단막을 더 형성할 수 있다.
예컨대, 상기 N형 반도체막, 진성 반도체막 및 P형 반도체막을 패터닝하여 상기 공통전극 상부에 스위칭 다이오드, 센싱 다이오드 및 상기 스위칭 다이오드와 전기적으로 연결된 게이트 배선을 형성하는 단계에서, 상기 N형 반도체막, 진성 반도체막 및 P형 반도체막은 레이저 스크라이빙을 이용하여 패터닝될 수 있다.
상기 공통전극은 알루미늄 몰리브덴 옥사이드(AMO)로 형성하고, 상기 공통전극 상부에 규칙적인 패턴의 요철구조를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 N형 반도체막을 형성하는 단계에서는, 40 ~ 100㎒의 주파수를 이용한 화학기상증착 공정을 통해 N형 미세결정질 실리콘막을 형성할 수 있다.
예컨대, 상기 N형 반도체막을 형성하는 단계에서는, 2 ~ 13.56㎒의 주파수를 이용한 화학기상증착 공정을 통해 N형 비정질 실리콘막을 형성할 수 있다.
예컨대, 상기 N형 반도체막을 형성하는 단계에서는, 2 ~ 13.56㎒의 제1 주파수와 40 ~ 100㎒의 제2 주파수를 교대로 이용하는 화학기상증착 공정을 통해 N형 비정질 실리콘막 및 N형 미세결정질 실리콘막을 형성할 수 있다.
예컨대, 상기 P형 반도체막을 형성하는 단계에서는, 40 ~ 100㎒의 주파수를 이용한 화학기상증착 공정을 통해 P형 미세결정질 실리콘막을 형성할 수 있다.
예컨대, 상기 P형 반도체막을 형성하는 단계에서는, 2 ~ 13.56㎒의 주파수를 이용한 화학기상증착 공정을 통해 P형 비정질 실리콘막을 형성할 수 있다.
예컨대, 상기 P형 반도체막을 형성하는 단계에서는, 2 ~ 13.56㎒의 제1 주파수와 40 ~ 100㎒의 제2 주파수를 교대로 이용하는 화학기상증착 공정을 통해 P형 비정질 실리콘막 및 P형 미세결정질 실리콘막을 형성할 수 있다.
예컨대, 상기 진성 반도체막을 형성하는 단계는, 제1 주파수를 이용한 화학기상증착(CVD) 공정을 통해 상기 비정질 실리콘막을 형성하는 단계 및 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 이용한 화학기상증착 공정을 통해 상기 미세결정질 실리콘막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 주파수는 2 ~ 13.56㎒갖고, 상기 제2 주파수는 40 ~ 100㎒의 범위를 가질 수 있다.
예컨대, 상기 비정질 실리콘막을 형성하는 단계에서, 실란(SiH4) 가스와 수소(H2) 가스의 비율은 1 : 0.1~1의 범위를 가질 수 있다.
예컨대, 상기 실란(SiH4) 가스의 유량은 10 ~ 100sccm이고, 상기 수소(H2) 가스의 유량은 10 ~ 100sccm의 범위를 가질 수 있다.
예컨대, 상기 미세결정질 실리콘막을 형성하는 단계에서, 실란(SiH4) 가스와 수소(H2) 가스의 비율은 1 : 5~30의 범위를 가질 수 있으며, 상기 실란(SiH4) 가스의 유량은 2 ~ 20sccm이고, 상기 수소(H2) 가스의 유량은 40 ~ 400sccm의 범위를 가질 수 있다. 한편, 상기 미세결정질 실리콘층을 형성하는 단계에서, 공정 가스에 불화규소(SiF4)를 추가하여 비정질 실리콘 막이 생성되는 것을 방지할 수 있다. 이 경우, 상기 실란(SiH4) 가스, 수소(H2) 가스 및 불화규소(SiF4) 가스의 비율은 예컨대 1 : 5~30 : 1으로 할 수 있다.
예컨대, 상기 진성 실리콘층을 형성하는 단계에서는, 하나의 화학기상증착 챔버 내에서 상기 비정질 실리콘층 및 상기 미세결정질 실리콘층을 연속적으로 형성할 수 있다.
예컨대, 상기 진성 실리콘층을 형성하는 단계에서는, 인라인으로 연결된 적어도 하나의 비정질 형성용 화학기상증착 챔버와 적어도 하나의 미세결정질 형성용 화학기상증착 챔버를 거치면서 단계적으로 상기 비정질 실리콘층 및 상기 미세결정질 실리콘층을 형성할 수 있다.
예컨대, 상기 진성 실리콘층을 형성하는 단계에서, 상기 진성 실리콘층에 형성되는 상기 비정질 실리콘층의 총 두께는 상기 람베르트 법칙(Lambert's law)에 의해 흡수율이 95% 이상되는 두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 사무기기는 위에서 언급된 이미지 센서, 용지 지지대 및 광원모듈을 포함한다. 상기 이미지 센서 상부에 배치되어 피스캔될 용지를 지지한다. 상기 광원모듈은 상기 용지 지지대를 향에 광을 조사한다.
예컨대, 상기 광원모듈은 상기 이미지 센서 하부에 배치될 수 있으며, 혹은 상기 광원모듈은 상기 이미지 센서 및 용지 지지대 측부에 배치될 수 있다. 이때, 상기 광원모듈은 광원 및 상기 광원을 커버하여 광원에서 발생된 빛을 상기 이미지 센서 및 상기 용지 지지대 사이의 공간으로 반사시키는 반사판을 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 이미지 센서에서 센싱된 각 단위화소의 이미지를 디지털 값으 로 변환시키기 위한 A/D 컨버터 및 상기 A/D 컨버터에서 변환된 각 단위화소의 디지털값으로 변환된 이미지를 저장하는 메모리를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 센싱모듈이 이동함이 없이 2차원적 이미지의 각 화소들을 한번에 스캔할 수 있게 되어 스캔시간이 단축된다.
또한, 각 화소에 포함된 스위칭 다이오드와 센싱 다이오드를 하나의 프로세스에 의해 형성할 수 있으므로, 공정수가 감소되고 각 공정에서 발생될 수 있는 불량이 감소되어 생산성이 향상된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 스캐너 또는 복사기를 도시한 개략적인 측면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 스캐너 또는 복사기(200a)는 용지 지지대(210), 이미지 센서(220) 및 광원모듈(230)을 포함한다.
상기 용지 지지대(210)는 이미지 센서(220) 상부에 배치되어 피스캔될 용지(210)를 지지한다.
상기 광원모듈(230)은 상기 이미지 센서(220) 하부에 배치되어, 상기 용지 지지대(210)를 향해 광을 조사한다. 상기 이미지 센서(220)를 관통하여 상기 용지(210)에 도달한 광은 상기 용지(230)에서 반사되어 상기 이미지 센서(220)에 도달된다. 예컨대, 액정표시장치(LCD)에서 사용되는 백라이트 어셈블리가 상기 광원모듈(230)로 채택될 수 있다.
상기 이미지 센서(220)는 매트릭스 형상으로 배열된 다수의 단위화소(도시안됨)를 포함하여 상기 용지(230)의 이미지를 이차원적으로 읽어들인다. 이렇게 각 단위화소의 이미지는 아날로그/디지털 컨버터(A/D 컨버터, 150)에서 디지털 값으로 변환되고, 이러한 디지털 값들은 메모리(160)에 저장된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 선스캔으로 진행되던 스캔 프로세스가 면스캔으로 동시에 진행되므로, 스캔시간이 현저히 감소될 수 있다.
도 3은 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 스캐너 또는 복사기를 도시한 개략적인 측면도이다. 도 3에서 도시된 스캐너 또는 복사기는 도 2에서 도시된 스캐너 또는 복사기와 광원모듈을 제외하면 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일 또는 유사한 구성요소는 동일한 참조부호를 병기하고, 자세한 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 스캐너 또는 복사기(200b)는 용지 지지대(210), 이미지 센서(220) 및 광원모듈(240)을 포함한다.
본 실시예에 의한 광원모듈(240)은 상기 용지 지지대(210) 및 이미지 센 서(220)의 측부에 배치되어 상기 용지 지지대(210) 및 이미지 센서(220) 사이에 형성된 공간으로 광을 조사한다.
이러한 광원 모듈(240) 상기 광을 발생시키는 광원(241)과 상기 광원(241)에서 발생된 광을 반사시켜 광의 효율을 향상시키는 반사판(242)를 포함한다. 예컨대, 상기 광원(241)으로서, 냉음극 형광램프(CCFL), 외부전극 형광램프(EEFL) 등이 사용될 수 있다.
도 2에서 도시된 광원모듈(230)은 상기 이미지 센서(220)를 관통하여야 하므로, 이후 도 4 및 5에서 기술될 각 화소 사이의 틈으로 광을 조사하여야 하므로, 화소 사이의 틈이 커짐에 비해, 도 3에도 도시된 광원모듈(240)은 이러한 제한이 사라지게 되므로 고화질의 스캐너 또는 복사기에 적합하다.
도 4는 도 2 및 3에서 도시된 이미지 센서의 단위화소를 나타낸 회로도이다.
도 4를 참조하면, 도 2 및 3에서 도시된 이미지 센서(220)의 단위화소(300)는 스위칭 다이오드(310) 및 센싱 다이오드(320)를 포함한다.
상기 이미지 센서(220)의 베이스 기판(도시안됨) 위에는 게이트 라인(330)이 제1 방향을 따라 연장되고, 데이터 라인(340)이 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향(예컨대 수직방향)을 따라 연장되어, 매트릭스 형상 내부의 단위화소(300)를 정의한다.
상기 단위화소(300)는 스위칭 다이오드(310) 및 센싱 다이오드(320)를 포함한다.
상기 스위칭 다이오드(310)의 플러스 단자는 상기 게이트 라인(330)에 전기 적으로 연결되고, 상기 스위칭 다이오드(310)의 마이너스 단자는 시그널 노드(N)에 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 센싱 다이오드(320)의 플러스 단자는 상기 데이터 라인(340)에 전기적으로 연결되고, 상기 센싱 다이오드(320)의 마이너스 단자는 상기 시그널 노드(N)에 전기적으로 연결된다.
이하, 상기 단위화소(300)의 스위칭 다이오드(310) 및 센싱 다이오드(320)의 동작을 설명한다.
먼저, 리셋(Reset) 단계가 진행된다. 리셋 단계에서, 게이트 라인(330)에 리셋 전압이 인가되면, 스위칭 다이오드(310)이 턴온되어 시그널 노드(N)에 제1 전위가 인가되어 시그널 노드(N)가 초기화된다. 예컨대, 상기 제1 전위는 예컨대, 대략 -5V이다. 이때, 센싱 다이오드(320)는 턴오프 상태에 있다.
다음으로, 대기(standby) 단계가 진행된다. 대기 단계에서, 상기 게이트 라인(330)에 대기 전압이 인가된다. 예컨대, 상기 대기 전압은 대략 0V이다. 이렇게, 게이트 라인(330)에 대기 전압이 인가되면 상기 스위칭 다이오드(310)가 턴오프되어 시그널 노드(N)의 상기 제1 전압이 고정된다. 이때, 상기 센싱 다이오드(320)의 상태는 여전히 턴오프 상태이다.
다음으로, 광수집 단계가 진행된다. 광수집 단계에서, 이미지로부터 반사된 광이 상기 센싱 다이오드(320)에 도달하면, 상기 시그널 노드(N)의 전위가 제2 전압으로 변경된다. 이때, 상기 제2 전압은, 예컨대 대략 -5V 내지 0V의 값을 가질 수 있으며 이값은 도달한 광량에 의존한다. 이때, 상기 스위칭 다이오드(310) 및 센싱 다이오드(320)의 상태는 여전히 턴오프 상태이다.
다음으로, 데이터 리드아웃 단계가 진행된다. 데이터 리드아웃 단계에서, 상기 게이트 라인(330)에 다시 리셋 전압이 인가되면, 상기 스위칭 다이오드(310)이 다시 턴온되어 시그널 노드(N)에 다시 제1 전위가 인가되며, 시그널 노드(N)의 상기 제2 전위가 상기 데이터 라인(340)으로 전송된다.
도 5는 도 4에서 도시된 단위화소를 도시하는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 단위화소는 베이스 기판(401) 상부에 형성된다. 상기 베이스 기판(401)은 광학적으로 투명하다. 상기 베이스 기판(401)로서, 예컨대 유리기판 또는 플라스틱 기판이 사용될 수 있다.
상기 베이스 기판(401) 상부에 형성된 단위화소(300)는 스위칭 다이오드(310) 및 센싱 다이오드(320)를 포함한다. 스위칭 다이오드(310) 및 센싱 다이오드(320)는 베이스 기판(401) 상부에 형성된 공통전극(402)을 공유하여 시그널 노드(N)를 정의한다.
상기 공통전극(402)은 우수한 전기 전도성과 함께, 센싱 다이오드(320)의 광 이용효율을 향상시키기 위해서 우수한 광 반사성을 갖는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 공통전극(402)은 알루미늄, 아연, 몰리브덴 등의 단일 금속 또는 이들의 합금으로 형성되거나, 상기 단일금속 또는 합금의 산화물 등으로 형성될 수 있다.
도시되진 않았으나, 상기 공통전극(402)의 표면에는, 광반사 효율을 높이기 위하여, 규칙적인 패턴의 요철 구조가 형성될 수 있다. 이러한 공통전극(402)의 요철 구조는 레이저 가공을 통해 형성될 수 있다. 이때, 공통전극(402)의 레이저 가공을 위해, 공통전극(402) 은과 거의 동일한 광반사율을 가지면서 레이저 가공성 이 우수한 알루미늄 몰리브덴 옥사이드(Aluminium Molybdenum Oxide : AMO)로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 스위칭 다이오드(310)는 공통전극(402), N형 반도체층(311), 진성 반도체층(312), P형 반도체층(313) 및 제1 투명전극(410)을 포함한다. 상기 N형 반도체층(311)은 상기 공통전극(402) 상부에 형성된다. 상기 진성 반도체층(312)은 상기 N형 반도체층(311) 상부에 형성된다. 상기 P형 반도체층(313)은 상기 진성 반도체층(312) 상부에 형성된다. 상기 제1 투명전극(410)은 상기 P형 반도체층(313) 상부에 형성된다.
상기 센싱 다이오드(320)는 상기 공통전극(402), N형 반도체층(321), 진성 반도체층(322), P형 반도체층(323) 및 제2 투명전극(420)을 포함한다. 센싱 다이오드(320)의 N형 반도체층(321)은 상기 스위칭 다이오드(310)의 N형 반도체층(311)과 이격되어 이웃하도록, 상기 공통전극(402) 상부에 형성된다. 센싱 다이오드(320)의 진성 반도체층(322)은 상기 스위칭 다이오드(310)의 진성 반도체층(312)과 이격되어 이웃하도록, 상기 N형 반도체층(321) 상부에 형성된다. 센싱 다이오드(320)의 P형 반도체층(323)은 상기 스위칭 다이오드(310)의 P형 반도체층(313)과 이격되어 이웃하도록, 상기 진성 반도체층(322) 상부에 형성된다. 상기 제2 투명전극(420)은 상기 제1 투명전극(410)과 이격되어 이웃하도록, 상기 P형 반도체층 상부(323)에 형성된다.
N형 반도체층(311, 321)은 실질적으로 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등의 N형 불순물이 도핑되어 있는 실리콘 물질로 형성된다. N형 반도체층(311, 321)은 비정질(amorphous) 실리콘 및 미세결정질(micro-crystalline) 실리콘 중 적어도 하나를 포함하도록 형성될 수 있다.
예를 들어, N형 반도체층(311, 321)은 비정질 실리콘에 N형 불순물이 도핑된 구조, 미세결정질 실리콘에 N형 불순물이 도핑된 구조, 또는 N형 불순물이 도핑된 비정질 실리콘과 미세결정질 실리콘이 적층된 구조 등을 가질 수 있다. 특히, 진성 반도체층(322)에서 생성된 전자는 N형 반도체층(321)을 거쳐 공통전극(402)으로 이동하여야 하므로, N형 반도체층(311, 321)은 전자 이동도가 비정질 실리콘보다 상대적으로 우수한 미세결정질 실리콘으로 형성되는 것이 바람직하다. N형 반도체층(311, 321)은 예를 들어, 약 200 ~ 1000Å의 두께로 형성되며, 층 자체의 비저항은 약 104 ~ 105Ω-㎝ 정도로 형성된다.
P형 반도체층(313, 323)은 진성 반도체층(312, 322)을 사이에 두고 N형 반도체층(311, 321)과 마주하도록 진성 반도체층(312, 322) 상에 형성된다. P형 반도체층(313, 323)은 실질적으로 붕소(B), 칼륨(K) 등의 P형 불순물이 도핑되어 있는 실리콘 물질로 형성된다. P형 반도체층(313, 323)은 비정질(amorphous) 실리콘 및 미세결정질(micro-crystalline) 실리콘 중 적어도 하나를 포함하도록 형성될 수 있다.
예를 들어, P형 반도체층(313, 323)은 비정질 실리콘에 P형 불순물이 도핑된 구조, 미세결정질 실리콘에 P형 불순물이 도핑된 구조, 또는 P형 불순물이 도핑된 비정질 실리콘과 미세결정질 실리콘이 적층된 구조 등을 가질 수 있다.
외부로부터 입사되는 광은 P형 반도체층(323)을 통과한 후 실질적으로 광전 변환을 일으키는 진성 반도체층(322)에 도달된다. 따라서, 진성 반도체층(322)에 입사되는 광의 손실을 방지하기 위하여, P형 반도체층(323)을 통과하는 광이 P형 반도체층(323)에서 흡수되지 않고 통과되는 것이 바람직하다. 이를 위해, P형 반도체층(313, 323)은 진성 반도체층(312, 322)과는 다른 밴드갭(band gap) 특성을 갖는 것이 바람직하여, 특히, P형 반도체층(313, 323)은 광이 흡수되지 않도록 진성 반도체층(312, 322)에 비하여 큰 밴드갭 에너지를 갖는 것이 바람직하다. 밴드갭 에너지를 증가시키기 위하여, P형 반도체층(313, 323)에는 탄소(C)가 더 첨가될 수 있다. P형 반도체층(313, 323)은 예를 들어, 약 200 ~ 1000Å 정도의 두께로 진성 반도체층(312, 322)에 비하여 상대적으로 얇게 형성될 수 있다.
상기 P형 반도체층(313, 323) 상부에는 각각 제1 투명전극층(410) 및 제2 투명전극층(4250)이 형성된다. 예컨대, 제1 투명전극층(410) 및 제2 투명전극층(420)은 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide : ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide : IZO) 등으로 형성될 수 있다. 도시되진 않았으나, 상기 제1 투명전극층(410) 및 제2 투명전극층(420)을 형성하는 층으로부터 상기 제1 투명전극층(410)과 연결된 도 4의 게이트 라인(330)이 형성될 수 있다.
상기 스위칭 다이오드(310) 및 센싱 다이오드(320)이 형성된 베이스 기판(401) 상부에는 절연층(404)이 형성되어 상기 스위칭 다이오드(310) 및 센싱 다이오드(320)를 고정하고 보호한다. 상기 절연층(404)은 비아홀(VH)을 포함하여 상기 제2 투명전극(420) 상부를 노출시킨다.
이후, 상기 절연층(404) 상부에는 광차단막(403) 및 데이터 라인(340)이 형성된다. 상기 광차단막(403)은 스위칭 다이오드(310) 상부에 배치되어, 이미지로부터 반사된 광이 상기 스위칭 다이오드(310)에 입사되는 것을 방지한다. 상기 데이터 라인(340)은 상기 비아홀(VH)을 통해서 노출된 상기 제2 투명전극(420)과 전기적으로 연결되며, 도 4의 상기 게이트 라인(330)과 실질적으로 수직한 방향으로 연장된다.
도시되진 않았으나, 상기 단위화소(300)은 상기 광차단막(403) 및 데이터 라인(340)이 형성된 절연층(404) 상부에 형성되어 광차단막(403) 및 데이터 라인(340)을 보호하기 위한 보호층(도시안됨)이 더 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 단위화소의 진성 반도체층의 확대도이다. 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 단위화소는 도 5에서 도시된 단위화소와 진성 반도체층을 제외하면 동일하다. 따라서, 동일 유사한 구성요소에 대한 설명은 생략하고 진성 반도체층에 대해서 설명한다.
도 6을 참조하면, 상기 진성 반도체층(312, 322)은 비정질층(312a, 322a) 및 상기 비정질층(312a, 322a) 상부에 형성된 미정질층(312b, 322b)을 포함하는 실리콘층(325)가 반복적으로 적층될 수 있다. 비정질층(312a, 322a)은 비정질 실리콘을 포함하고, 미정질층(312b, 322b)은 미세결정질 실리콘을 포함한다.
한편, 진성 반도체층(312, 322)에 입사된 광이 전체 영역에서 광전 효과를 발생시킬 수 있도록, 진성 실리콘층(130)에 형성되는 비정질 실리콘층(132)의 총 두께는 아래의 수학식 1로 표현된 람베르트 법칙에 의해서 95%이상 흡수되기 위해 약 0.4㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하며, 제조 공정의 시간단축상 1.0㎛ 이하로 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, Io는 입사광의 세기, I는 투과광의 세기, μ는 흡수계수, d는 흡수층의 두께를 나타낸다.
또한, 진성 반도체층(312, 322)의 두께는 비정질층(312a, 322a)과 미정질층(312b, 322b)의 두께 비에 따라 탄력적으로 변할 수 있으며, 예를 들어, 약 500 ~ 2000nm의 두께로 형성될 수 있다.
일반적으로, 실리콘을 이용한 광전소자는 진성 실리콘층의 광 흡수율과 광전변환효율에 따라 광전 효율이 결정된다. 이러한 관점에서, 비정질층(322a)은 결정면을 갖지 않기 때문에 미정질층(322b)에 비하여 광 흡수율이 우수하다. 반면, 미정질층(322b)은 결정면에서 광을 반사시키기 때문에 광 흡수율은 비정질층(322a)보다 낮지만, 전자 이동도가 비정질층(322a)보다 우수하기 때문에 흡수된 광을 전기로 변환하는 광전변환효율은 비정질층(322a)보다 우수하다. 따라서, 광 흡수율이 우수한 비정질층(322a)과 광전변환효율이 우수한 미정질층(322b) 모두 형성하게 되면, 진성 반도체층(322)의 광전 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 7 내지 11은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 이미지 센서를 제조하는 과정을 보여주는 단면도들이다.
도 7을 참조하면, 베이스 기판(401) 상부에 금속층(도시안됨)을 형성하고, 상기 금속층(도시안됨)을 패터닝하여 공통 전극(402)을 형성한다. 상기 공통 전극(402)은, 예컨대 스퍼터링(sputtering) 공정을 통해 도전성 광반사 물질을 형성한 후, 상기 도전성 광반사 물질의 표면에 규칙적인 패턴의 요철 구조를 형성하는 과정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 공통 전극(402)은 알루미늄, 아연, 몰리브덴 등의 단일 금속 또는 이들의 합금으로 형성되거나, 상기 단일금속 또는 합금의 산화물 등으로 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 공통 전극(402)이 형성된 베이스 기판(401) 상부에 순차적으로 N형 반도체막(601), 진성 반도체막(602), P형 반도체막(603) 및 투명도전막(604)을 순차적으로 적층한다.
공통 전극(402)이 형성된 베이스 기판(401) 상에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등의 N형 불순물이 도핑된 N형 반도체막(601)을 형성한다. N형 반도체막(601)은 N형 비정질 실리콘층 및 N형 미세결정질 실리콘층 중 적어도 하나의 층을 포함하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, N형 반도체막(601)은 약 40 ~ 100㎒의 주파수를 이용한 화학기상증착(chemical vapor deposition : 이하, CVD) 공정을 통해 N형 미세결정질 실리콘막으로 형성될 수 있다. 또한, N형 반도체막(601)은 약 2 ~ 13.56㎒의 주파수를 이용한 CVD 공정을 통해 N형 비정질 실리콘막으로 형성될 수 있다. 또한, N형 반도체막(601)은 약 2 ~ 13.56㎒의 제1 주파수와 약 40 ~ 100㎒의 제2 주파수를 교대로 이용하는 CVD 공정을 통해 N형 비정질 실리콘막과 N형 미세결정질 실리콘막이 연속적으로 적층된 구조로 형성될 수 있다.
이 중에서, N형 반도체막(601)은 광전변환효율의 향상을 위하여 전자 이동도 가 높은 N형 미세결정질 실리콘층으로 형성되는 것이 바람직하다. N형 반도체막(601)은 예를 들어, 약 200 ~ 1000Å의 두께로 형성될 수 있다.
도 6에서 도시된 것과 같은 진성 반도체층(312, 322)를 형성하기 위해서, N형 반도체막(601) 상에, 도 6에서 도시된 것과 같이, 예컨대, 복수의 비정질막과 복수의 미정질막이 서로 교대로 적층된 진성 반도체막(602)을 형성한다.
상기 비정질막과 미정질막은 서로 다른 공정조건을 갖는 CVD 공정을 통해 형성될 수 있다. 일반적으로, CVD 장비에서 실리콘 박막을 형성함에 있어, 주파수가 높을수록, 그리고 수소(H2) 가스의 희석율(dilution ratio)이 높을수록 미세결정질 실리콘층이 잘 형성된다.
따라서, 비정질막은 약 2 ~ 13.56㎒의 주파수와, 실란(SiH4) 가스와 수소(H2) 가스의 비율이 1 : 0.1~1 정도인 공정조건을 통해 형성될 수 있다. 이때, 실란(SiH4) 가스의 유량은 약 10 ~ 100sccm의 범위를 가지며, 수소(H2) 가스의 유량은 약 10 ~ 100sccm의 범위를 갖는다.
반면, 미정질막은 약 40 ~ 100㎒의 주파수와, 실란(SiH4) 가스와 수소(H2) 가스의 비율이 1 : 5~30 정도인 공정조건을 통해 형성될 수 있다. 이때, 실란(SiH4) 가스의 유량은 약 2 ~ 20sccm의 범위를 가지며, 수소(H2) 가스의 유량은 약 40 ~ 400sccm의 범위를 갖는다.
한편, 상기한 공정조건으로 미정질막을 형성하게 되면, 하부에 위치한 물질과의 막질 차이에 의해서 미정질막의 하부에 소정 두께의 비정질막이 형성될 수 있다. 따라서, 원치않는 비정질막의 형성을 방지하기 위하여, 실란(SiH4) 가스 및 수소(H2) 가스 외에 불화규소(SiF4) 가스를 추가할 수 있다. 이와 같이, 공정 가스에 불화규소(SiF4)를 추가하게 되면, 미정질막의 증착시 발생되는 비정질막을 불화규소(SiF4)가 식각하여 원치않는 비정질막의 생성을 방지할 수 있다. 예를 들어, 실란(SiH4) 가스, 수소(H2) 가스 및 불화규소(SiF4) 가스는 약 1 : 5~30 : 1 정도의 비율로 사용될 수 있다.
한편, 서로 교대로 적층되는 비정질막과 미정질막은 하나의 CVD 챔버 내에서 주파수 및 가스 비율 등의 공정조건을 변경하면서 연속적으로 형성될 수 있다. 이와 달리, 비정질막 및 미정질막은 인라인으로 연결된 적어도 하나의 비정질 형성용 CVD 챔버와 적어도 하나의 미세결정질 형성용 CVD 챔버를 이용하여 단계적으로 형성될 수 있다.
더욱이, 비정질막 및 미정질막은 동일 조건의 CVD 공정을 통해 동시에 형성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 미정질막을 형성하기 위한 공정을 진행하다 보면 하부에 위치한 물질과의 막질 차이에 의해서 미정질막 하부에 비정질막이 자동적으로 형성될 수 있다. 따라서, 미정질막을 형성하는 공정 조건을 조절함으로써, 비정질막을 동시에 형성할 수 있게 된다. 예를 들어, 비정질막과 미정질막을 동시에 형성하기 위한 CVD 공정은, 주파수가 약 40 ~ 100㎒, 실란(SiH4) 가스와 수소(H2) 가스의 비율이 약 1 : 5~30 정도인 공정 조건으로 수행할 수 있다.
한편, 진성 반도체막(602)에 입사된 광이 전체 영역에서 광전 효과를 발생시킬 수 있도록, 진성 반도체막(602)에 형성되는 비정질막의 총 두께는 약 0.4 내지 1.0㎛ 이하로 형성되는 것이 바람직하다.
진성 반도체막(602) 상에 붕소(B), 칼륨(K) 등의 P형 불순물이 도핑된 P형 반도체막(603)을 형성한다. P형 반도체막(603)은 P형 비정질 실리콘층 및 P형 미세결정질 실리콘층 중 적어도 하나의 층을 포함하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, P형 반도체막(603)은 약 40 ~ 100㎒의 주파수를 이용한 CVD 공정을 통해 P형 미세결정질 실리콘층으로 형성될 수 있다. 또한, P형 반도체막(603)은 약 2 ~ 13.56㎒의 주파수를 이용한 CVD 공정을 통해 P형 비정질 실리콘층으로 형성될 수 있다. 또한, P형 반도체막(603)은 약 2 ~ 13.56㎒의 제1 주파수와 약 40 ~ 100㎒의 제2 주파수를 교대로 이용하는 CVD 공정을 통해 P형 비정질 실리콘층과 P형 미세결정질 실리콘층이 연속적으로 적층된 구조로 형성될 수 있다.
P형 반도체막(603)은 외부로부터 입사되는 광이 흡수되지 않도록 진성 반도체막(602)에 비하여 큰 밴드갭 에너지를 갖는 것이 바람직하다. P형 반도체막(603)의 광투과도를 향상시키기 위해, 고정가스에 탄소(C)를 추가하여 P형 반도체막(603)의 밴드갭 에너지를 증가시킬 수 있다. P형 반도체막(603)은 예를 들어, 약 200 ~ 1000Å 정도의 두께로 진성 반도체막(602)에 비하여 상대적으로 얇게 형성된다.
이후, P형 반도체막(603) 상에 투광성 도전 물질로 이루어진 투명도전막(604)을 형성한다. 투명도전막(604)은 스퍼터링 또는 CVD 공정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 투명도전막(604)은 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide : ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide : IZO) 등으로 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 투명도전막(604), P형 반도체막(603), 진성 반도체막(602) 및 N형 반도체막(601)을 패터닝하여 스위칭 다이오드(310) 및 센싱 다이오드(320)를 형성한다. 이러한 패터닝에서는, 예컨대, 레이저 빔을 이용하여 스위칭 다이오드(310) 및 센싱 다이오드(320) 이외의 영역을 제거함으로써 스위칭 다이오드(310) 및 센싱 다이오드(320)가 패터닝될 수 있다.
이와 같이, 스위칭 다이오드(310) 및 센싱 다이오드(320)를 동일한 프로세스를 이용하여 한번에 형성하게 되면 제조공정을 단순화할 수 있고, 또한 각 공정에서 발생할 수 있는 공정불량을 감소시킬 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 스위칭 다이오드(310) 및 센싱 다이오드(320)가 형성된 기판 상부에, 상기 스위칭 다이오드(310) 및 센싱 다이오드(320)을 커버하는 절연막(도시안됨)을 형성하고, 상기 절연막(도시안됨)에 센싱 다이오드(320)의 제2 투명전극(420)을 노출시키는 비아홀(VH)을 형성하여 절연층(404)을 형성한다.
도 11을 참조하면, 상기 절연층(404) 상부에 도전막(901)을 형성하고 이를 패터닝하여 도 5에서 도시된 광차단막(403) 및 데이터 라인(340)을 형성하여 이미지센서를 형성한다.
본 실시예에서 예시된 도면에서 스위칭 다이오드(310) 및 센싱 다이오드 (320)를 이외에, 데이터 라인(340) 및 게이트 라인(330)은 다양한 변형이 가능함은 당업자에 자명하다.
도 12는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 이미지 센서의 단위화소를 도시하는 단면도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 이미지 센서는 컬러 이미지를 스캔하기 위해서, 도 5에서 도시된 단위화소(300) 3개가 결합하여 하나의 화소부(1200)를 구성한다. 예컨대, 상기 각각의 단위화소(300)들은 직사각형 형태로, 3개가 결합되었을 때 상기 화소부(1200)가 사각형의 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
이렇게 형성된 3 개의 단위화소(300) 상부에는 각각 레드 컬러필터(1201) 그린 컬러필터(1202) 및 블루 컬러필터(1203)가 형성된다.
다시 도 2 또는 3을 다시 참조하면, 용지 지지대(210) 상부의 용지(201)에서 반사된 광은 각 화소부(1200)로 진행되고, 각 화소부(1200)의 레드 컬러필터(1201) 그린 컬러필터(1202) 및 블루 컬러필터(1203)를 통과하며, 기본색상별로 분광되어 이미지가 저장된다.
본 발명에 의하면, 센싱모듈이 이동함이 없이 2차원적 이미지의 각 화소들을 한번에 스캔할 수 있게 되어 스캔시간이 단축된다.
또한, 각 화소에 포함된 스위칭 다이오드와 센싱 다이오드를 하나의 프로세스에 의해 형성할 수 있으므로, 공정수가 감소되고 각 공정에서 발생될 수 있는 불량이 감소되어 생산성이 향상된다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 설명 및 아래의 도면은 본 발명의 기술사상을 한정 하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.
도 1은 종래 이미지 센서를 포함하는 스캐너 또는 복사기를 도시한 개략적인 측면도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 스캐너 또는 복사기를 도시한 개략적인 측면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 스캐너 또는 복사기를 도시한 개략적인 측면도이다.
도 4는 도 2 및 3에서 도시된 이미지 센서의 단위화소를 나타낸 회로도이다.
도 5는 도 4에서 도시된 단위화소를 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 단위화소의 진성 반도체층의 확대도이다.
도 7 내지 11은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 이미지 센서를 제조하는 과정을 보여주는 단면도들이다.
도 12는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 이미지 센서의 단위화소를 도시하는 단면도이다.
<주요 도면부호에 대한 간단한 설명>
100: 복사기 또는 스캐너 110, 210: 지지대
120: 센싱모듈 121: 광원
122: 이미지 센서 130: 구동부
140: 구동모듈 150: A/D 컨버터
160: 메모리 200a, 200b: 복사기 또는 스캐너
210: 용지 지지대 220: 이미지 센서
230, 240: 광원모듈 241: 광원
242: 반사판 300: 단위화소
310: 스위칭 다이오드 311, 321: N형 반도체층
312, 322: 진성 반도체층 312a, 322a: 비정질 실리콘층
312b, 322b: 미정질 실리콘층 325: 실리콘층
313, 323: P형 반도체층 320: 센싱 다이오드
330: 게이트 라인 340: 데이터 라인
401: 베이스 기판 402: 공통전극
403: 광차단막 404: 절연층
410: 제1 투명전극 420: 제2 투명전극
601: N형 반도체막 602: 진성 반도체막
603: P형 반도체막 604: 투명도전막
901: 도전막 1200: 화소부
1201: 레드컬러필터 1202: 그린컬러필터
1203: 블루컬러필터
Claims (43)
- 베이스 기판 상부에서, 제1 방향으로 연장된 게이트 라인과 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향의 데이터 라인으로 정의되는 영역에, 매트릭스 형상으로 배열되는 단위화소들을 포함하고, 상기 단위화소들 각각은,상기 게이트 라인에 전기적으로 연결된 플러스 단자 및 시그널 노드에 전기적으로 연결된 마이너스 단자를 포함하며, 상기 게이트 라인에 리셋전압이 인가되면 턴온되어 상기 시그널 노드의 제1 전위를 리셋하고, 대기전압이 인가되면 턴오프되어 상기 시그널 노드의 제1 전위를 고정시키는 스위칭 다이오드; 및상기 데이터 라인에 전기적으로 연결된 플러스 단자 및 상기 시그널 노드에 전기적으로 연결된 마이너스 단자를 포함하며, 외부로부터 입사된 광의 광량에 따라서 상기 시그널 노드의 전위를 제2 전위로 변경시키며, 상기 스위칭 다이오드에 다시 리셋 전압이 인가되면 상기 시그널 노드의 제2 전압을 상기 데이터 라인으로 전송하는 센싱 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1 항에 있어서,상기 스위칭 다이오드는, 상기 베이스 기판 상부에 형성된 공통전극, 상기 공통전극 상부에 형성된 N형 반도체층, 상기 N형 반도체층 상부에 형성된 진성 반도체층, 상기 진성 반도체층 상부에 형성된 P형 반도체층 및 상기 P형 반도체층 상부에 형성된 제1 투명전극을 포함하고,상기 센싱 다이오드는,상기 공통전극, 상기 스위칭 다이오드의 N형 반도체층과 이격되어 이웃하도록 상기 공통전극 상부에 형성된 N형 반도체층, 상기 스위칭 다이오드의 진성 반도체층과 이격되어 이웃하도록 상기 N형 반도체층 상부에 형성된 진성 반도체층, 상기 스위칭 다이오드의 P형 반도체층과 이격되어 이웃하도록 상기 진성 반도체층 상부에 형성된 P형 반도체층 및 상기 제1 투명전극과 이격되어 이웃하도록 상기 P형 반도체층 상부에 형성된 제2 투명전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제2 항에 있어서,상기 센싱 다이오드의 상기 공통전극 표면은 규칙적인 패턴의 요철 구조가 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제3 항에 있어서,상기 공통전극은 알루미늄 몰리브덴 옥사이드(Aluminium Molybdenum Oxide : AMO)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제2 항에 있어서,상기 게이트 라인은 상기 스위칭 다이오드의 상기 제1 투명전극과 연결되도록, 상기 제1 투명전극 및 상기 제2 투명전극과 동일층으로부터 형성된 것을 특징 으로 하는 이미지 센서.
- 제5 항에 있어서,상기 게이트 라인, 상기 제1 투명전극 및 상기 제2 투명전극은 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide : ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide : IZO)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제2 항에 있어서,상기 스위칭 다이오드 상부에 배치되어 외부로부터 입사된 상기 광이 상기 스위칭 다이오드에 입사되는 것을 차단하는 광차단층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제7 항에 있어서,상기 광차단층은 상기 데이터 라인과 동일층으로부터 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제2 항에 있어서,상기 스위칭 다이오드 및 센싱 다이오드의 N형 반도체층은 비정질 실리콘 및 미세결정질 실리콘 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제2 항에 있어서,상기 스위칭 다이오드 및 센싱 다이오드의 N형 반도체층에는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 중 어느 하나가 도핑된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제2 항에 있어서,상기 스위칭 다이오드 및 센싱 다이오드의 상기 P형 반도체층은 비정질 실리콘 및 미세결정질 실리콘 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제2 항에 있어서,상기 스위칭 다이오드 및 센싱 다이오드의 상기 P형 반도체층에는 붕소(B), 칼륨(K) 중 어느 하나가 도핑된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제2 항에 있어서,상기 스위칭 다이오드 및 센싱 다이오드의 상기 P형 반도체층은 상기 스위칭 다이오드 및 센싱 다이오드의 상기 진성 반도체층보다 큰 밴드갭 에너지를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제13 항에 있어서,상기 스위칭 다이오드 및 센싱 다이오드의 상기 P형 반도체층은 탄소(C)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제2 항에 있어서,상기 스위칭 다이오드의 진성 반도체층 및 센싱 다이오드의 진성 반도체층 각각은,비정질실리콘층; 및상기 비정질 실리콘(amorphous silicon)층의 상부에 형성된 미정질 실리콘(micro crystal silicon)층으로 구성된 실리콘층이 하나 이상 적층된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제15 항에 있어서,상기 진성 반도체층은 상기 N형 반도체층 및 P형 반도체층보다 두꺼우며, 상기 진성 반도체층의 비정질 실리콘층의 두께는 비정질 실리콘층들은 다음의 람베르트 법칙(Lambert's law)에 의해 흡수율이 95% 이상되는 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서(람베르트 법칙 : I/Io = exp(-μd), 여기서, Io는 입사광의 세기, I는 투과광의 세기, μ는 흡수계수, d는 흡수층의 두께임).
- 제2 항에 있어서, 상기 이웃하는 3개의 단위화소들은 화소부를 정의하고, 하나의 화소부 내의 3개의 단위화소들 상부에는 각각 레드컬러필터, 그린컬러필터 및 블루컬러필터가 배치된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제17 항에 있어서, 상기 하나의 화소부를 정의하는 3개의 화소들은 평면적으로 직사각형 형상을 가지며, 상기 화소부는 평면적으로 사각형 형상인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 베이스 기판 상부에 공통전극을 형성하는 단계;상기 공통전극이 형성된 상기 기판 상부에 순차적으로, N형 반도체막, 진성반도체막, P형 반도체막 및 투명 도전막을 형성하는 단계;상기 N형 반도체막, 진성 반도체막 및 P형 반도체막을 패터닝하여 상기 공통전극 상부에 스위칭 다이오드, 센싱 다이오드 및 상기 스위칭 다이오드와 전기적으로 연결된 게이트 배선을 형성하는 단계;상기 스위칭 다이오드, 센싱 다이오드 및 게이트 배선이 형성된 기판에 절연막을 형성하는 단계;상기 절연막의 일부를 제거하여 상기 센싱 다이오드의 상부를 노출시키는 비아홀을 형성하는 단계; 및상기 절연막 상부에 상기 센싱 다이오드와 전기적으로 연결된 데이터 배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제19 항에 있어서,상기 데이터 배선을 형성하는 단계에서 상기 센싱 다이오드의 상부를 커버하는 광차단막을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제19 항에 있어서,상기 N형 반도체막, 진성 반도체막 및 P형 반도체막을 패터닝하여 상기 공통전극 상부에 스위칭 다이오드, 센싱 다이오드 및 상기 스위칭 다이오드와 전기적으로 연결된 게이트 배선을 형성하는 단계에서, 상기 N형 반도체막, 진성 반도체막 및 P형 반도체막은 레이저 스크라이빙을 이용하여 패터닝 되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제19 항에 있어서,상기 공통전극은 알루미늄 몰리브덴 옥사이드(AMO)로 형성하고,상기 공통전극 상부에 규칙적인 패턴의 요철구조를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
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- 제19 항에 있어서,상기 진성 실리콘층을 형성하는 단계에서는,하나의 화학기상증착 챔버 내에서 비정질 실리콘층 및 미세결정질 실리콘층을 연속적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제19 항에 있어서,상기 진성 실리콘층을 형성하는 단계에서는,인라인으로 연결된 적어도 하나의 비정질 형성용 화학기상증착 챔버와 적어도 하나의 미세결정질 형성용 화학기상증착 챔버를 거치면서 단계적으로 비정질 실리콘층 및 미세결정질 실리콘층을 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 삭제
- 제1 내지 18항 중 어느 한 항에 의한 이미지 센서;상기 이미지 센서 상부에 배치되어 피스캔될 용지를 지지하는 용지 지지대; 및상기 용지 지지대를 향에 광을 조사는 광원모듈을 포함하는 사무기기.
- 제39 항에 있어서,상기 광원모듈은 상기 이미지 센서 하부에 배치된 것을 특징으로 하는 사무기기.
- 제39 항에 있어서,상기 광원모듈은 상기 이미지 센서 및 용지 지지대 측부에 배치된 것을 특징으로 하는 사무기기.
- 제41 항에 있어서,상기 광원모듈은 광원 및 상기 광원을 커버하여 광원에서 발생된 빛을 상기이미지 센서 및 상기 용지 지지대 사이의 공간으로 반사시키는 반사판을 포함하는 것을 특징으로 하는 사무기기.
- 제39 항에 있어서,상기 이미지 센서에서 센싱된 각 단위화소의 이미지를 디지털 값으로 변환시키기 위한 A/D 컨버터; 및상기 A/D 컨버터에서 변환된 각 단위화소의 디지털값으로 변환된 이미지를 저장하는 메모리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사무기기.
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| KR (1) | KR100971628B1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010061959A (ko) * | 1999-11-26 | 2001-07-07 | 가네꼬 히사시 | 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
| KR20050015581A (ko) * | 2003-08-06 | 2005-02-21 | 실리콘 디스플레이 (주) | 오프셋을 가지는 박막트랜지스터형 광센서로 이루어진이미지 센서 및 그 제조방법. |
-
2008
- 2008-05-26 KR KR1020080048388A patent/KR100971628B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010061959A (ko) * | 1999-11-26 | 2001-07-07 | 가네꼬 히사시 | 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
| KR20050015581A (ko) * | 2003-08-06 | 2005-02-21 | 실리콘 디스플레이 (주) | 오프셋을 가지는 박막트랜지스터형 광센서로 이루어진이미지 센서 및 그 제조방법. |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20090122525A (ko) | 2009-12-01 |
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