KR101355893B1 - Active image sensor and fabricating method thereof - Google Patents

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함성호
이창주
윤준연
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

Disclosed are an active image sensor and its fabrication method. According to the present invention, a method for fabricating an active image sensor includes a step of depositing a first metal layer on a substrate, a step of etching a first metal layer to form a gate region, a step of depositing a dielectric layer on the first metal layer and the substrate which are etched, a step of forming a first photoresist on the dielectric layer, a step of depositing a second metal layer and removing the photoresist and a second metal layer on a first photoresist region, a step of forming a second photoresist on the second metal layer, a step of depositing a photoreaction layer, and a step of removing the photoreaction layer on the second photoresist.

Description

능동 이미지 센서 및 그 제조 방법{ACTIVE IMAGE SENSOR AND FABRICATING METHOD THEREOF}ACTIVE IMAGE SENSOR AND FABRICATING METHOD THEREOF

본 발명은 능동 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 제조 공정이 단순하고 파장별 광검출이 가능한 능동 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an active image sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an active image sensor and a method of manufacturing the same, which are simple in the manufacturing process and capable of light detection for each wavelength.

이미지 센서는 외부의 에너지, 예를 들면 빛 에너지에 반응하는 반도체 장치의 성질을 이용하여, 이미지를 촬상(capture)하는 장치이다. 자연계에 존재하는 각 피사체에서 발생하는 빛은 파장 등에서 고유의 값을 가진다. 이미지 센서의 픽셀은 각 피사체에서 발생하는 빛을 감지하여 전기적인 값으로 변환한다. 즉, 이미지 센서의 픽셀은 피사체에서 발생하는 빛 에너지 등에 대응하여 빛의 파장에 대응하는 전기적인 값을 발생한다.An image sensor is an apparatus that captures an image by utilizing the property of a semiconductor device that responds to external energy, for example, light energy. Light generated by each subject in the natural world has a unique value in terms of wavelength and the like. The pixels of the image sensor sense light from each subject and convert it into an electrical value. That is, the pixels of the image sensor generate an electrical value corresponding to the light wavelength corresponding to the light energy generated in the subject.

이 중 전하결합소자(CCD; Charge Coupled Device)는 개개의 모스(MOS) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서는 CMOS 집적회로 제조기술을 이용하여 픽셀 어레이를 구성하고 이를 순차적으로 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다. CMOS 이미지 센서는 저전력 소비의 장점으로 인해 휴대폰 등 개인 휴대용 시스템에 매우 유용하다.Among these, a charge coupled device (CCD) is a device in which charge carriers are stored and transported in capacitors while individual MOS capacitors are located in close proximity to each other. The CMOS image is a Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) image. A sensor is a device that employs a switching method of forming a pixel array using CMOS integrated circuit manufacturing technology and sequentially detecting the output thereof. CMOS image sensors are very useful for personal portable systems such as mobile phones due to the advantages of low power consumption.

그런데 종래의 CMOS 이미지 센서는 가시광만을 검출하도록 형성됨으로써 예를 들어 고성능을 요구하는 생명 공학이나 의료 및 천문, 그리고 군사기술 분야에서는 유용하게 사용되지 못하는 문제점이 있다.However, the conventional CMOS image sensor is formed so as to detect only visible light, so that it can not be used effectively in biotechnology, medical, astronomy, and military technology fields requiring high performance, for example.

또한, 신호를 검출하는 산화물 반도체 또는 유기 박막 계열 센서와 센서를 구동하는 트랜지스터를 별도의 단계로 제조하게 되면 제조 공정이 복잡해지는 문제점이 지적되고 있다.In addition, when the oxide semiconductor or the organic thin film series sensor for detecting the signal and the transistor for driving the sensor in a separate step has been pointed out that the manufacturing process is complicated.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 다양한 재료로 광검출부를 제조하고, 광검출부의 재료와 동일한 재료로 박막 트랜지스터를 함께 제조함으로써 제조 공정이 단순하고, 다양한 파장별 광검출이 가능한 능동 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention for solving the above problems is to produce a photodetector with a variety of materials, and by manufacturing a thin film transistor together with the same material as the material of the photodetector, a simple manufacturing process, active image sensor capable of photodetection for various wavelengths and It aims at providing the manufacturing method.

상술한 목적을 달성하기 위해서 안출된 본 발명에 따른 능동 이미지 센서의 제조 방법은, 기판 상에 제1 금속층을 증착하는 단계, 상기 기판 상에 게이트 영역을 형성하도록 상기 제1 금속층을 식각하는 단계, 상기 식각된 제1 금속층 및 상기 기판을 덮는 유전층을 증착하는 단계, 상기 유전층 상에 제1 포토 레지스트를 형성하는 단계, 제2 금속층을 증착하고, 상기 제1 포토 레지스트가 형성된 영역 상의 제2 금속층을 리프트오프하여 제거하는 단계, 상기 제2 금속층 상에 제2 포토 레지스트를 형성하는 단계, 상기 광반응 재료를 증착하는 단계 및 상기 제2 포토 레지스트가 형성된 영역 상의 상기 광반응 재료를 제거하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an active image sensor, including: depositing a first metal layer on a substrate, etching the first metal layer to form a gate region on the substrate, Depositing a dielectric layer covering the etched first metal layer and the substrate; forming a first photoresist on the dielectric layer; depositing a second metal layer; and depositing a second metal layer on a region where the first photoresist is formed. Removing by lifting off, forming a second photoresist on the second metal layer, depositing the photoreactive material, and removing the photoreactive material on the region where the second photoresist is formed. do.

이 경우에, 상기 제1 포토 레지스트를 형성하는 단계는, 상기 기판 상에서 광 반응층이 형성되는 제1 영역과 채널 층이 형성되는 제2 영역 상에 상기 제1 포토 레지스트가 동시에 증착될 수 있다.In this case, in the forming of the first photoresist, the first photoresist may be simultaneously deposited on the first region where the photoreactive layer is formed on the substrate and the second region where the channel layer is formed.

이 경우에, 상기 제1 포토 레지스트를 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 상기 제1 영역과 상기 제2영역을 전기적으로 분리하기 위해서 형성된 격리 영역 상에 상기 제1 포토 레지스트를 더 증착할 수 있다.In this case, the forming of the first photoresist may further deposit the first photoresist on an isolation region formed to electrically separate the first region and the second region on the substrate. .

한편, 상기 제2 포토 레지스트를 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 광 반응층 및 채널 층이 형성되는 영역 이외의 영역 상에 제2 포토 레지스트를 증착할 수 있다.In the forming of the second photoresist, the second photoresist may be deposited on a region other than a region where the photoreaction layer and the channel layer are formed on the substrate.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 능동 이미지 센서는, 기판, 상기 기판의 표면의 제1 영역 상에 형성되는 광 검출부 및 상기 광 검출부와 전기적으로 격리되고 상기 기판의 표면의 제2 영역 상에 형성되는 산화물 반도체 트랜지스터부를 포함하고, 상기 광 검출부의 광반응층과 상기 산화물 반도체 트랜지스터부의 채널층은 동일한 재료일 수 있다.An active image sensor according to another exemplary embodiment of the present invention may include a substrate, a light detector formed on a first area of the surface of the substrate, and an optical detector that is electrically isolated from the light detector and formed on a second area of the surface of the substrate. The oxide semiconductor transistor unit may include a photoreaction layer of the photodetector unit and a channel layer of the oxide semiconductor transistor unit.

이 경우에, 상기 광 검출부는, 상기 광 반응층과 각각 연결되는 제1 전극과 제2 전극을 포함하고, 상기 산화물 반도체 트랜지스터부는 상기 채널층과 각각 연결되는 소스 및 드레인을 포함한다.In this case, the photodetector includes a first electrode and a second electrode respectively connected to the photoreactive layer, and the oxide semiconductor transistor unit includes a source and a drain respectively connected to the channel layer.

이 경우에, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 제1 금속으로 형성되고, 상기 소스 및 드레인은 상기 제1 금속으로 형성될 수 있다.In this case, the first electrode and the second electrode may be formed of a first metal, and the source and drain may be formed of the first metal.

한편, 상기 광 반응층은 입사광의 파장 대역에 감응하는 유기물 박막 물질일 수 있다.On the other hand, the photoreaction layer may be an organic thin film material sensitive to the wavelength band of the incident light.

이 경우에, 상기 광 반응층은, ZnO, TiO2 및 RuO2 중 적어도 하나의 재료로 구성될 수 있다.In this case, the photoreaction layer is ZnO, TiO 2 And RuO 2 .

이 경우에, 상기 광 반응층은, NiO, SiGe 및 VOx 중 적어도 하나의 재료로 구성될 수 있다.In this case, the photoreaction layer may be made of at least one material of NiO, SiGe, and VO x .

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 능동 이미지 센서를 구성하는 산화물 반도체 및 유기 박막 계열 센서로 신호를 검출하여 파장별 광검출이 가능한 효과를 발휘하고, 광검출부와 동일한 물질에 의해서 박막형 트랜지스터로 구동회로를 구성함으로써 제조 공정이 단순해지는 효과를 발휘한다.According to various embodiments of the present disclosure, an oxide semiconductor and an organic thin film-based sensor constituting an active image sensor may detect a signal, and thus may perform photodetection for each wavelength. The driving circuit may be a thin film transistor using the same material as the photodetector. By constructing, the manufacturing process is simplified.

도 1a 내지 1i는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동 이미지 센서를 제조 방법을 설명하기 위한 공정도,
도 2는 본 발명에 따른 능동 이미지 센서로 구성된 이미지 센싱 장치를 설명하기 위한 회로도, 그리고,
도 3 및 도 4는 도 1i의 능도 이미지 센서의 전압 인가시와 비 인가시의 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.1A to 1I are flowcharts illustrating a method of manufacturing an active image sensor according to an embodiment of the present invention;
2 is a circuit diagram illustrating an image sensing device composed of an active image sensor according to the present invention;
FIG. 3 and FIG. 4 are diagrams for describing an operating state of voltage applying and non-applying of the capability image sensor of FIG. 1I.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1a 내지 1i는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동 이미지 센서를 제조 방법을 설명하기 위한 공정도이다.1A to 1I are flowcharts illustrating a method of manufacturing an active image sensor according to an exemplary embodiment.

본 발명에 따른 능동 이미지 센서 제조 방법에 대해서 이하에서 구체적으로 설명한다. 도 1a을 참고하면, E-beam 증착기 또는 RF 스퍼터를 이용하여 기판(110) 상에 제1 금속층(120)을 증착한다. 이때, 제1 금속층(120)의 두께는 100nm 두께로 증착하는 것이 바람직하다. 제1 금속층(120)으로 사용되는 금속의 종류에는 특별한 제한이 없고, 일반적으로 게이트 전극으로 사용될 수 있는 다양한 금속 재료가 사용될 수 있다. An active image sensor manufacturing method according to the present invention will be described in detail below. Referring to FIG. 1A, the first metal layer 120 is deposited on the substrate 110 using an E-beam evaporator or an RF sputter. At this time, the thickness of the first metal layer 120 is preferably deposited to a thickness of 100nm. The type of metal used as the first metal layer 120 is not particularly limited, and various metal materials that may be used as the gate electrode may be used.

그 다음으로 제1 금속층(120) 상에 게이트 영역을 형성하기 위한 포토 레지스트(Photo resist), 예를 들어 양성 감광제 AZ 1512 또는 AZ 5214를 코팅하고, 소프트 베이킹을 수행한다. 소프트 베이킹 이후에 자외선에 노출시키고, 하드 베이킹을 수행한다. 하드 베이킹 이후에 다시 자외선에 노출시키고, 게이트 영역이 형성되는 영역 상에만 포토 레지스트(130)를 남겨둔다.Next, a photo resist, for example, a positive photoresist AZ 1512 or AZ 5214, is formed to form a gate region on the first metal layer 120, and soft baking is performed. After soft baking, it is exposed to ultraviolet rays and hard baking is performed. After hard baking, the photoresist 130 is left only on the region where the gate region is formed by exposure to ultraviolet rays again.

도 1a에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에 제1 금속층(120) 중에서 포토 레지스트(130)에 의해서 뒤덮힌 영역을 제외한 제1 금속층(120)이 에칭(etching)된다. 포토 레지스트(130)는 아세톤(acetone), 메탄올(metheanol) 또는 SPM(Scanning plasma method)에 의해서 제거되고, 기판(110) 상에는 게이트 전극만 남게 된다.As shown in FIG. 1A, the first metal layer 120 is etched on the substrate 110 except for a region covered by the photoresist 130 among the first metal layers 120. The photoresist 130 is removed by acetone, methanol or scanning plasma method, and only the gate electrode remains on the substrate 110.

도 1b에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에 게이트 전극(121)이 형성된 결과물 상에 게이트 유전체(gate dielectric ; 140)을 소정 두께로 증착한다. 즉, 게이트 유전체(140)는 PECVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition) 방식에 의해서 기판(110) 및 게이트 전극(121) 상에 20 nm 내지 30 nm 사이의 두께로 증착된다.As illustrated in FIG. 1B, a gate dielectric 140 is deposited to a predetermined thickness on the resultant in which the gate electrode 121 is formed on the substrate 110. That is, the gate dielectric 140 is deposited on the substrate 110 and the gate electrode 121 at a thickness of between 20 nm and 30 nm by a plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method.

도 1c에 도시된 바와 같이, 게이트 유전체(140)가 증착된 결과물 상에서, 광 감광 영역 및 채널 영역을 정의하기 위해 제1 포토 레지스트(150)를 형성한다. 이때, 제1 포토 레지스트(150)는 채널 영역이 형성되는 영역 상에 제1 포토 레지스트(151)와, 광 감광 영역이 형성되는 영역 상에는 제1 포토 레지스트(152)를 포함한다. 이를 구체적으로 살펴보면, 게이트 유전체(140)가 증착된 결과물 상에 포토 레지스트를 증착하고, PR 코팅, 소프트 베이킹, 첫번째 자외선 노출, 하드 베이킹, 두번째 자외선 노출 및 PR 패턴 형성하는 과정에 의해서, 제1 포토 레지스트(151, 152)를 게이트 유전체(140)상에 형성한다. 또는 광 감광 영역과 트랜지스터 영역을 전기적으로 분리할 수 있도록 광 감광 영역과 채널 영역 사이에 제1 포토 레지스트(153)을 더 포함하도록 형성할 수도 있다.As shown in FIG. 1C, on the resultant in which the gate dielectric 140 is deposited, a first photoresist 150 is formed to define a photosensitive region and a channel region. In this case, the first photoresist 150 includes a first photoresist 151 on the region where the channel region is formed and a first photoresist 152 on the region where the photosensitive region is formed. Specifically, the first photo is deposited by depositing a photoresist on the resultant on which the gate dielectric 140 is deposited, forming a PR coating, soft baking, first UV exposure, hard baking, second UV exposure, and PR pattern. Resists 151 and 152 are formed on the gate dielectric 140. Alternatively, the first photoresist 153 may be further included between the photosensitive region and the channel region so as to electrically separate the photosensitive region and the transistor region.

도 1d에 도시된 바와 같이, 제1 포토 레지스트(151, 152, 153)가 형성된 결과물 상에 소정 두께로 제2 금속층(160)을 증착한다. 이때, 제2 금속층(160)은 E-beam 증착기 또는 RF 스퍼터에 의해서 제1 포토 레지스트(151, 152)가 형성된 결과물 상에 100nm 두께로 증착된다. 제2 금속층(160)으로 사용되는 금속의 종류에는 특별한 제한이 없고, 일반적으로 소스 및 드레인 전극으로 사용될 수 있는 다양한 금속 재료가 사용될 수 있다. As shown in FIG. 1D, the second metal layer 160 is deposited to a predetermined thickness on the resultant formed with the first photoresist 151, 152, and 153. In this case, the second metal layer 160 is deposited to a thickness of 100 nm on the resultant formed with the first photoresist 151 and 152 by an E-beam evaporator or an RF sputter. The type of metal used as the second metal layer 160 is not particularly limited, and various metal materials that may be used as the source and drain electrodes may be generally used.

도 1e에 도시된 바와 같이, 제1 포토 레지스트(151, 152, 153)와 제1 포토 레지스트(151, 152, 153) 상에 증착된 제2 금속층(160)을 동시에 리프트-오프(lift-off)한다. 즉, 제1 포토 레지스트(151, 152, 153)는 아세톤/메탄올에 의해서 제거될 수 있다. 제1 포토 레지스트(151, 152, 153)이 제거됨으로써 제1 포토 레지스트(151,152,153) 상에 제2 금속층도 함께 제거될 수 있다.As shown in FIG. 1E, lift-off the first photoresist 151, 152, 153 and the second metal layer 160 deposited on the first photoresist 151, 152, 153 simultaneously. )do. That is, the first photoresist 151, 152, and 153 may be removed by acetone / methanol. By removing the first photoresist 151, 152, and 153, the second metal layer may also be removed on the first photoresist 151, 152, and 153.

도 1e를 참고하면, 기판(110), 기판(110) 상에 게이트 전극(121), 게이트 유전체(140)으로 이루어진 구조물 상에는 광 감광 영역, 채널 영역, 및 분리 영역을 제외하고 제2 금속층(160)이 남아있게 된다. Referring to FIG. 1E, the second metal layer 160 except for the photosensitive region, the channel region, and the isolation region may be formed on the structure including the substrate 110, the gate electrode 121, and the gate dielectric 140 on the substrate 110. ) Will remain.

도 1f에 도시된 바와 같이, 광 감광 영역, 채널 영역 및 분리 영역을 제외하고 제2 금속층(160)이 형성된 결과물 상에서, 광 감광 영역 및 채널 영역을 제외한 나머지 영역에 제2 포토 레지스트(170)를 형성한다. 도 1f에 도시된 제2 포토 레지스트(170)는 형성된 위치에 따라 제2 포토 레지스트(171, 172, 173)로 도시되어 있지만, 이는 동일한 제2 포토 레지스트(170)이다. As shown in FIG. 1F, the second photoresist 170 is applied to the remaining regions except the photosensitive region and the channel region on the resultant product in which the second metal layer 160 is formed except the photosensitive region, the channel region, and the isolation region. Form. The second photoresist 170 shown in FIG. 1F is shown as the second photoresist 171, 172, 173 depending on where it is formed, but this is the same second photoresist 170.

즉, 제2 포토 레지스트(171, 172, 173)는 도 1e에서 도시된 결과물 상에서 포토 레지스트를 증착한다. 증착된 포토 레지스트에 대해서 패터닝을 수행하고, 소프트 베이킹, 첫번째 자외선 노출, 하드 베이킹, 두번째 자외선 노출 과정을 통해서 광 감광 영역 및 채널 영역을 제외한 나머지 영역 상에만 제2 포토 레지스트(171, 172, 173)이 남아 있도록 PR 패턴을 형성한다.That is, the second photoresist 171, 172, and 173 deposit photoresist on the resultant product shown in FIG. 1E. Patterning is performed on the deposited photoresist, and the second photoresist 171, 172, and 173 is formed only on the remaining regions except for the photosensitive region and the channel region through soft baking, first ultraviolet exposure, hard baking, and second ultraviolet exposure. The PR pattern is formed so that it remains.

도 1g에 도시된 바와 같이, 제2 포토 레지스트(171, 172, 173)가 형성된 결과물 상에 광반응 재료를 증착하여 광반응 층(180)을 생성한다. 이때 광 반응 재료는 징크옥사이드(ZnO), 이산화 타이타늄(TiO2) 및 이산화 루테늄(RuO2) 중 적어도 하나의 재료로 구성될 수 있다. 또는 광 반응 재료는 산화 니켈(NiO), 실리콘 게르마늄(SiGe) 및 산화 바다늄(VOx) 중 적어도 하나이거나 이들의 조합된 재료일 수 있다. 즉, 광반응 재료층(180)은 PECVD, RF 스퍼터 또는 스핀 코팅기에 의해서 기 설정된 두께로 증착될 수 있다. 이때 기 설정된 두께는 제1 금속층(120), 제2 금속층(160)의 두께와 동일하도록 100nm 두께로 증착될 수 있다. 또는 광반응 재료층(180)은 100nm 보다 두껍게 증착될 수도 있다.As shown in FIG. 1G, the photoreactive material is deposited on the resultant on which the second photoresists 171, 172, and 173 are formed to form the photoreaction layer 180. In this case, the photoreactive material may be composed of at least one material of zinc oxide (ZnO), titanium dioxide (TiO 2 ), and ruthenium dioxide (RuO 2 ). Alternatively, the photoreactive material may be at least one of nickel oxide (NiO), silicon germanium (SiGe), and rhodium oxide (VO x ) or a combination thereof. That is, the photoreactive material layer 180 may be deposited to a predetermined thickness by PECVD, RF sputter or spin coater. In this case, the preset thickness may be deposited to a thickness of 100 nm to be the same as the thickness of the first metal layer 120 and the second metal layer 160. Alternatively, the photoreactive material layer 180 may be deposited thicker than 100 nm.

도 1h에 도시된 바와 같이, 제2 포토 레지스트(171, 172, 173)와 제2 포토 레지스트(171, 172, 173) 상에 증착된 광반응 재료층(180)을 동시에 리프트-오프(lift-off)한다. 즉, 제2 포토 레지스트(171, 172, 173)는 아세톤/메탄올에 의해서 제거될 수 있다. 제2 포토 레지스트(171, 172, 173)가 제거됨으로써 제2 포토 레지스트(171,172,173) 상에 광반응 재료층(180)도 함께 제거될 수 있다.As shown in FIG. 1H, the photo-reactive material layer 180 deposited on the second photoresist 171, 172, and 173 and the second photoresist 171, 172, and 173 is simultaneously lifted-off. off). That is, the second photoresist 171, 172, and 173 may be removed by acetone / methanol. By removing the second photoresist 171, 172, and 173, the photoreactive material layer 180 may also be removed on the second photoresist 171, 172, and 173.

도 1h를 참고하면, 채널 영역과 광 반응 영역에는 동일한 광반응 재료층(180)이 증착되어 형성된다. 즉, 채널 영역의 광 반응 재료층(181)와 광 반응 영역의 광 반응 재료층(182)는 동일한 광 반응 재료에 의해서 동시에 형성됨으로써, 제고 공정이 단순해지는 효과를 발휘한다.Referring to FIG. 1H, the same photoreactive material layer 180 is deposited on the channel region and the photoreaction region. That is, the photoreactive material layer 181 in the channel region and the photoreactive material layer 182 in the photoreactive region are simultaneously formed by the same photoreactive material, thereby achieving the effect of simplifying the manufacturing process.

도 1i는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 능동 이미지 센서를 나타내는 도면이다.1I is a diagram illustrating an active image sensor manufactured according to an embodiment of the present invention.

도 1i를 참고하면, 능동 이미지 센서는 기판(110)상에 부분적으로 형성된 게이트 전극(121)이 구성되고, 기판(110)과 게이트 전극(121)을 덮도록 게이트 절연막이 형성된다. 게이트 유전체(140) 상에는 채널 영역의 광 반응 재료로 구성되는 산화물 반도체층(181) 및 산화물 반도체층(181)의 양측에 각각 형성된 드레인 전극(161)과 소스 전극(162)이 구성됨으로써 박막 트랜지스터가 형성된다.Referring to FIG. 1I, the active image sensor includes a gate electrode 121 partially formed on the substrate 110, and a gate insulating layer formed to cover the substrate 110 and the gate electrode 121. On the gate dielectric 140, a thin film transistor is formed by forming an oxide semiconductor layer 181 and a drain electrode 161 and a source electrode 162 formed on both sides of the oxide semiconductor layer 181. Is formed.

박막 트랜지스터가 형성된 수평 레벨과 동일한 레벨에서 박막 트랜지스터의 일 측면에는 광을 감지하는 광 반응 층(182) 및 전극(163, 164)으로 구성된 수광부가 구성될 수 있다.On one side of the thin film transistor at the same level as the horizontal level on which the thin film transistor is formed, a light receiving unit including a photoreaction layer 182 and electrodes 163 and 164 for detecting light may be configured.

도 1i에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 능동 이미지 센서는 산화물 반도체층(181)과 광 반응 층(182)을 포함할 수 있으며, 산화물 반도체층(181) 및 광 반응 층(182)은 동일한 수평 레벨에 형성될 수 있다.As shown in FIG. 1I, an active image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention may include an oxide semiconductor layer 181 and a photoreaction layer 182, and may include an oxide semiconductor layer 181 and a photoreaction layer 182. ) May be formed at the same horizontal level.

그리고, 산화물 반도체층(181) 및 광 반응 층(182)을 형성하는 능동 이미지 센서의 상부 표면 위로 투명한 절연층(미도시)이 더 배치될 수 있다. 여기서, 산화물 반도체층(181), 드레인 전극(161) 및 소스 전극(162)은 예컨대 ITO나 IZO와 같은 투명 전도체로 이루어질 수도 있으며, 또는 일반적인 금속 재료로 이루어질 수도 있다. 또한, 게이트 유전체(140)는 SiO2와 같은 투명한 절연성 재료로 이루어질 수 있다.In addition, a transparent insulating layer (not shown) may be further disposed on the upper surface of the active image sensor forming the oxide semiconductor layer 181 and the photoreactive layer 182. Here, the oxide semiconductor layer 181, the drain electrode 161, and the source electrode 162 may be made of a transparent conductor such as, for example, ITO or IZO, or may be made of a general metal material. In addition, the gate dielectric 140 may be made of a transparent insulating material such as SiO 2.

그리고, 채널 영역의 역할을 하는 산화물 반도체층(181)은 입사광의 세기에 따라 전기적 특성이 변화하는 광민감성 산화물 재료로 이루어질 수 있다. 그러한 재료로서 예를 들어, InZnO나 GIZO(Gallium Indium Zinc Oxide)와 같이, ZnO 계열 또는 ZnO에 In, Ga, Hf 등의 재료가 하나 이상 함유된 산화물 반도체를 사용할 수 있다. 도 1i의 이미지 센서의 광센싱 셀에서 빛은 투명한 절연층을 통과하여 광 반응 층(182)에 입사할 수 있다.In addition, the oxide semiconductor layer 181 serving as a channel region may be formed of a photosensitive oxide material whose electrical characteristics change according to the intensity of incident light. As such a material, for example, an oxide semiconductor in which at least one material such as In, Ga, Hf or the like is contained in ZnO series or ZnO, such as InZnO or Gallium Indium Zinc Oxide (GIZO). In the light sensing cell of the image sensor of FIG. 1I, light may pass through the transparent insulating layer and enter the photoreactive layer 182.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 능동 이미지 센서를 이용한 이미지 센싱 장치의 구조를 나타내는 도면이다.2 is a view showing the structure of an image sensing device using an active image sensor manufactured according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 능동 이미지 센서로 구성되는 이미지 센싱 장치는 화수부(200), 신호 변환부(210) 및 제어부(220)의 일부 또는 전부를 포함하며, 신호 처리부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 여기서 일부 또는 전부를 포함한다는 것은 예컨대 신호 변환부(210)가 제어부(220) 또는 신호 처리부 등에 통합되어 구성될 수 있는 것을 의미하는 것으로서, 발명의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.As shown in FIG. 2, the image sensing device including the active image sensor according to the present invention includes a part or all of the fire water unit 200, the signal converter 210, and the controller 220. Not shown) may be further included. Here, the inclusion of some or all means that the signal conversion unit 210 may be integrated with the control unit 220 or the signal processing unit, for example, and is described as including all to aid a sufficient understanding of the present invention.

화소부(200)는 가시광, 적외선 및 자외선을 각각 수광할 수 있는 복수의 단위 화소를 포함하며, 단위 화소들은 어레이(array)를 이루어 구성된다. 이때 각각의 단위 화소는 광센서(PD1, PD2, PD3)(혹은 이미지 센서)와 복수의 스위칭소자(Q1~Q3)를 포함한다. 광센서(PD1, PD2, PD3)는 각 단위 화소마다 캐소드(-) 단자가 스위칭소자 1(Q1)의 소스 단자에 연결되고, 애노드(+) 단자는 접지된다. 또한 스위칭소자 1(Q1)의 드레인 단자는 전원전압단자(VDD)에 연결되고, 게이트 단자는 제어부(220)에 연결된다. 스위칭소자 2(Q2)는 게이트 단자가 광센서(PD1, PD2, PD3)의 애노드 단자에 연결되고, 드레인 단자는 전원전압단자에 연결되며, 소스 단자는 스위칭소자 3(Q3)의 드레인 단자에 연결된다. 스위칭소자 3(Q3)의 게이트 단자는 제어부(220)에 연결되며, 소스 단자는 신호 변환부(210)에 연결된다.The pixel unit 200 includes a plurality of unit pixels capable of receiving visible light, infrared light, and ultraviolet light, respectively, and the unit pixels are configured in an array. At this time, each unit pixel includes the optical sensors PD1, PD2, and PD3 (or the image sensor) and the plurality of switching elements Q1 to Q3. In the photosensors PD1, PD2 and PD3, a cathode (-) terminal is connected to the source terminal of the switching element 1 (Q1) and an anode (+) terminal is grounded for each unit pixel. In addition, the drain terminal of the switching element 1 (Q1) is connected to the power supply voltage terminal V DD , and the gate terminal is connected to the control unit 220. The switching element 2 (Q2) has a gate terminal connected to the anode terminal of the photosensors PD1, PD2 and PD3, a drain terminal connected to the power supply voltage terminal, and a source terminal connected to the drain terminal of the switching element Q3 do. The gate terminal of the switching element 3 (Q3) is connected to the controller 220, and the source terminal is connected to the signal converter 210.

또한, 신호 변환부(210)는 화소부(200)의 광센서(PD1, PD2, PD3)를 통해 센싱된 아날로그 전압을 제공받아 디지털로 변환하여 출력한다. 이를 위하여 신호 변환부(210)는 복수의 스위칭소자(Q4~Q6), 복수의 캐패시터(C1~C2) 및 OP 앰프(AMP1, AMP2)를 포함한다. 이때 신호 변환부(210)를 이루는 각각의 단위 신호 변환부는 각 단위 화소에 대응될 수 있다. 다시 말해, 각각의 단위 신호 변환부는 수직 라인별 단위 화소의 구동을 관장하게 된다. 따라서 수직 라인의 개수와 단위 신호 변환부의 개수는 동일한 것이 바람직하다.In addition, the signal converter 210 receives an analog voltage sensed through the photosensors PD1, PD2, and PD3 of the pixel unit 200, and converts the digital voltage into digital. To this end, the signal converter 210 includes a plurality of switching elements Q4 to Q6, a plurality of capacitors C1 to C2, and OP amplifiers AMP1 and AMP2. In this case, each unit signal converter of the signal converter 210 may correspond to each unit pixel. In other words, each unit signal converter controls the driving of the unit pixel for each vertical line. Therefore, it is preferable that the number of vertical lines and the number of unit signal converters are the same.

그 연결관계를 좀더 구체적으로 살펴보면, 스위칭소자 4(Q4)는 드레인 단자가 각 단위 화소를 이루는 스위칭소자 3(Q3)의 소스 단자에 연결되고, 게이트 단자는 제어부(220)에 연결되며, 소스 단자는 캐패시터 1(C1)의 일단, 즉 일측 단자에 연결된다. 또한 스위칭소자 5(Q5)의 드레인 단자는 스위칭소자 4(Q4)의 드레인 단자에 연결되고, 게이트 단자와 소스 단자는 서로 연결된다. 또한 스위칭소자 6(Q6)은 드레인 단자가 스위칭소자 4(Q4)의 드레인 단자에 연결되고, 소스 단자는 캐패시터 2(C2)의 일측 단자 및 증폭기(AMP1, AMP2)의 일측 입력단자에 연결되며, 게이트 단자는 제어부(220)에 연결된다. 또한 캐패시터 1(C1)의 일측 단자는 스위칭소자 4(Q4)의 소스 단자와 증폭기(AMP1, AMP2)의 타측 입력단자에 연결되고, 타측 단자는 접지된다. 또한 캐패시터 2(C2)의 타측 단자도 접지된다.Looking at the connection relationship in more detail, the switching element 4 (Q4) is connected to the source terminal of the switching element 3 (Q3), the drain terminal of each unit pixel, the gate terminal is connected to the control unit 220, the source terminal Is connected to one end, that is, one terminal of the capacitor 1 (C1). The drain terminal of the switching element 5 (Q5) is connected to the drain terminal of the switching element 4 (Q4), and the gate terminal and the source terminal are connected to each other. In addition, a switching terminal 6 (Q6) of the drain terminal is connected to the drain terminal of the switching device 4 (Q4), the source terminal is connected to one terminal of the capacitor 2 (C2) and one input terminal of the amplifier (AMP1, AMP2), The gate terminal is connected to the controller 220. One terminal of the capacitor 1 (C1) is connected to the source terminal of the switching element 4 (Q4) and the other input terminal of the amplifiers AMP1 and AMP2, and the other terminal is grounded. The other terminal of the capacitor 2 (C2) is also grounded.

제어부(220)는 화소부(200) 및 신호 변환부(210)의 스위칭소자들(Q1, Q3, Q4, Q6)을 제어한다. 이를 위하여 제어부(220)는 제어신호를 생성하기 위한 제어신호 생성부를 포함할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 제어부(220)는 전원전압을 생성하는 전압전압부(미도시)를 제어하여 화소부로 전원전압(VDD)을 제공하도록 제어할 수 있다. 또한 제어부(220)는 시간상 스위칭소자 1, 3, 4 및 6(Q1, Q3, Q4, Q6)의 순으로 턴온 및 턴오프시키는 것이 바람직할 것이다. 이때 제어부(220)는 수평 라인별로 단위 화소를 제어하여 신호 변환부(210)가 수평 라인별로 신호를 처리하여 출력할 수 있게 한다. 또는 제어부(220)는 서로 다른 파장 대의 광별로 신호 변환부(210)에서 신호가 출력되도록 스위칭소자들(Q1, Q3, Q4, Q6)을 제어할 수도 있으므로 본 발명의 실시예에서는 어떠한 방식으로 신호를 출력하느냐에 특별히 한정하지는 않을 것이다.The controller 220 controls the switching elements Q1, Q3, Q4, and Q6 of the pixel unit 200 and the signal converter 210. To this end, the controller 220 may include a control signal generator for generating a control signal. In addition, the control unit 220 according to an embodiment of the present invention may control to provide a power supply voltage VDD to the pixel unit by controlling a voltage voltage unit (not shown) for generating a power supply voltage. In addition, the controller 220 may be preferably turned on and off in the order of the switching elements 1, 3, 4 and 6 (Q1, Q3, Q4, Q6) in time. In this case, the controller 220 controls the unit pixel for each horizontal line so that the signal converter 210 processes and outputs a signal for each horizontal line. Alternatively, the controller 220 may control the switching elements Q1, Q3, Q4, and Q6 so that the signal is output from the signal converter 210 for each light of different wavelength bands. It will not be particularly limited to whether or not to print.

한편, 신호 처리부(미도시)는 신호 변환부(210)에서 제공하는 가시광, 적외선, 자외선 이미지를 통합 혹은 별도로 신호처리함으로써 가령 하나의 광에 대한 이미지만을 이용할 때보다 더 많은 정보를 시스템 사용자에게 보여줄 수 있으며, 사용자가 정확한 이미지를 추출할 수 있도록 한다. 여기서, 이미지의 통합 혹은 별도의 신호 처리는 소프트웨어 또는 하드웨어적으로 처리될 수 있다. 그리고 생성된 이미지는 디스플레이부(미도시)에 표시해 줄 수 있을 것이다.Meanwhile, the signal processor (not shown) may integrate or separately signal the visible, infrared, and ultraviolet images provided by the signal converter 210 to display more information to the system user than when using only one light. And allows the user to extract the correct image. Here, the integration of the image or the separate signal processing can be handled by software or hardware. The generated image may be displayed on a display unit (not shown).

상기의 구성에 따라 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 위에서도 간략히 언급하였지만, 제어부(220)는 제1 수평라인을 형성하는 단위 화소들을 먼저 턴온시키게 된다. 이를 위하여 제어부(220)는 제1 수평라인을 이루는 상측 라인(QRST)과 그 하측 라인(QSLS)에 턴온 전압을 인가하여 스위칭소자 1(Q1) 및 스위칭소자 3(Q3)을 턴온시킨다.According to the above configuration, the image sensing device according to the embodiment of the present invention has been briefly mentioned above, but the controller 220 first turns on the unit pixels forming the first horizontal line. To this end, the controller 220 turns on the switching device 1 (Q1) and the switching device 3 (Q3) by applying a turn-on voltage to the upper line (Q RST ) and the lower line (Q SLS ) forming the first horizontal line.

이때 제1 수평라인의 단위 화소들에 의해 센싱된 적외선 영역, 자외선 영역 및 가시광 영역의 파장이 검출되고, 이는 아날로그 전압의 형태로서 신호 변환부(210)의 각 단위 신호 변환부로 제공된다. 이때 신호 변환부로 제공된 아날로그 전압은 캐패시터 1(C1) 및 캐패시터 2(C2)에 차징될 수 있다. 이때 차징되는 전압은 스위칭소자 4(Q4) 및 스위칭소자 6(Q6)의 특성에 따라 조절될 수 있을 것이다.In this case, wavelengths of the infrared region, the ultraviolet region, and the visible region sensed by the unit pixels of the first horizontal line are detected, and are provided to each unit signal converter of the signal converter 210 in the form of an analog voltage. At this time, the analog voltage provided to the signal converting unit can be charged to the capacitor 1 (C1) and the capacitor 2 (C2). At this time, the voltage to be charged may be adjusted according to the characteristics of the switching device 4 (Q4) and the switching device 6 (Q6).

또한 신호 변환부(210)는 캐패시터 1(C1) 및 캐패시터 2(C2)에 차징된 전압의 전압 차가 발생하거나 크기의 비교에 따라 증폭기(AMP1, AMP2)를 출력단을 통해 디지털 전압을 출력할 수 있다.In addition, the signal converter 210 may output the digital voltages through the output terminals of the amplifiers AMP1 and AMP2 according to the comparison between the magnitudes of the voltages charged in the capacitors 1 C1 and 2 C2 or the magnitudes thereof. .

제1 수평라인을 형성하는 단위 화소들에 대한 신호 처리가 완료되면, 제어부(220)는 제1 수평라인의 단위 화소들을 동시에 턴오프시키고 대신 제2 수평라인을 형성하는 단위 화소들을 턴온시켜 위에서와 같은 방식으로 동일하게 신호 처리를 수행하게 된다.When the signal processing for the unit pixels forming the first horizontal line is completed, the controller 220 turns off the unit pixels of the first horizontal line at the same time and instead turns on the unit pixels forming the second horizontal line and then turns on. Signal processing is performed in the same manner.

이와 같은 방식으로 하여 본 발명의 실시예에 따라 이미지 센싱 장치는 초당 30~240 프레임의 단위 프레임 영상을 생성하도록 센싱 정보를 제공할 수 있다.In this way, according to the embodiment of the present invention, the image sensing apparatus can provide sensing information to generate a unit frame image of 30 to 240 frames per second.

본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 실질적으로 화소부(200)가 가시광뿐 아니라 적외선 및 자외선과 같은 서로 다른 파장대의 빛도 검출할 수 있기 때문에 그만큼 고정밀 또는 고기능을 요구하는 의료기기나 군사장비 등에 유용하게 이용될 수 있을 것이다.In the image sensing device according to the embodiment of the present invention, since the pixel unit 200 may detect not only visible light but also light of different wavelength bands, such as infrared rays and ultraviolet rays, the medical device or military equipment requiring high precision or high function accordingly. It may be useful.

또한 본 발명의 실시예에 따른 능동 이미지 센서를 이용한 이미지 센싱 장치는 제조 공정상 화소부(200)와 신호 변환부(210)는 동일 기판상에 형성할 수 있으며, 가능하다면 제어부(220)도 동일 기판상에 형성하는 것이 바람직하다. 그러나 본 발명의 실시예에서는 제어부(220)가 화소부(200) 및 신호 변환부(210)와 동일 기판상에 형성되느냐에 특별히 한정하지는 않을 것이다.In addition, in the image sensing apparatus using the active image sensor according to the exemplary embodiment of the present invention, the pixel unit 200 and the signal converter 210 may be formed on the same substrate in the manufacturing process, and the controller 220 may be the same if possible. It is preferable to form on a board | substrate. However, in the exemplary embodiment of the present invention, the control unit 220 is not particularly limited to whether the control unit 220 is formed on the same substrate as the pixel unit 200 and the signal converter 210.

도 3 및 도 4는 도 1i의 능동 이미지 센서의 전압 인가시와 비 인가시의 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.3 and 4 are diagrams for describing an operating state of the active image sensor of FIG. 1i when voltage is applied or not.

도 1i의 능동 이미지 센서의 구성 결과, 능동 이미지 센서는 양단에 전압이 인가되지 않는 경우에는 도 3에서와 같이 전류의 흐름이 발생하지 않게 되며, 양단에 전압이 인가되는 경우에는 도 4에서와 같이 전류의 흐름을 발생시키게 된다.As a result of the configuration of the active image sensor of FIG. 1I, when no voltage is applied at both ends of the active image sensor, current flow does not occur as shown in FIG. 3, and when voltage is applied at both ends, as shown in FIG. 4. It generates a flow of current.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.While the invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.

100 : 능동 이미지 센서 110 : 기판
120 : 제1 금속층 121 : 게이트 전극
130 : 포토 레지스트 140 : 게이트 유전체
150 : 제1 포토 레지스트 160 : 제2 금속층
170 : 제2 포토 레지스트 180 : 광반응 재료층
181 : 산화물 반도체층 182 : 광 반응 층
200 : 화소부 210 : 신호 변환부
220 : 제어부100: active image sensor 110: substrate
120: first metal layer 121: gate electrode
130: photoresist 140: gate dielectric
150: first photoresist 160: second metal layer
170: second photoresist 180: photoreactive material layer
181: oxide semiconductor layer 182: photoreaction layer
200: pixel portion 210: signal converting portion
220:

Claims (10)

기판 상에 제1 금속층을 증착하는 단계;
게이트 영역을 형성하도록 상기 제1 금속층을 식각하는 단계;
상기 식각된 제1 금속층 및 상기 기판 상에 유전층을 증착하는 단계;
상기 유전층 상에 제1 포토 레지스트를 형성하는 단계;
제2 금속층을 증착하고, 상기 제1 포토 레지스트 및 상기 제1 포토 레지스터 영역 상의 제2 금속층을 제거하는 단계;
상기 제2 금속층 상에 제2 포토 레지스트를 형성하는 단계;
광반응 층을 증착하는 단계; 및
상기 제2 포토 레지스트가 형성된 영역 상의 상기 광반응 층을 제거하는 단계;를 포함하는 이미지 센서 제조 방법.Depositing a first metal layer on the substrate;
Etching the first metal layer to form a gate region;
Depositing a dielectric layer on the etched first metal layer and the substrate;
Forming a first photoresist on the dielectric layer;
Depositing a second metal layer and removing a second metal layer on the first photoresist and the first photoresist region;
Forming a second photoresist on the second metal layer;
Depositing a photoreaction layer; And
Removing the photoreactive layer on a region where the second photoresist is formed. 제1항에 있어서,
상기 제1 포토 레지스트를 형성하는 단계는, 상기 기판 상에서 광반응 층이 형성되는 제1 영역과 채널 층이 형성되는 제2 영역 상에 상기 제1 포토 레지스트를 증착하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.The method of claim 1,
The forming of the first photoresist may include depositing the first photoresist on a first region where a photoreaction layer is formed and a second region where a channel layer is formed on the substrate. . 제2항에 있어서,
상기 제1 포토 레지스트를 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 전기적으로 분리하기 위해서 형성된 격리 영역 상에 상기 제1 포토 레지스트를 더 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.3. The method of claim 2,
The forming of the first photoresist may further include forming the first photoresist on an isolation region formed to electrically separate the first region and the second region on the substrate. Manufacturing method. 제1항에 있어서,
상기 제2 포토 레지스트를 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 광반응 층 및 채널 층이 형성되는 영역 이외의 영역 상에 제2 포토 레지스트를 증착하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.The method of claim 1,
The forming of the second photoresist comprises depositing a second photoresist on a region other than a region where a photoreaction layer and a channel layer are formed on the substrate. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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