KR102297206B1 - 광 감지 센서 및 광 감지 센서의 제조 방법 - Google Patents

광 감지 센서 및 광 감지 센서의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판; 상기 기판 위에 형성되어 적외선 영역의 빛에 의해 동작하는 제1 반도체층 및 적외선 영역의 빛을 통과시키는 밴드패스필터를 포함하는 적외선 감지 박막 트랜지스터; 상기 기판 위에 형성되어 가시광선 영역의 빛에 의해 동작하는 제2 반도체층을 포함하는 가시광선 감지 박막 트랜지스터; 그리고 상기 기판 위에 형성되는 제3 반도체층을 포함하는 스위칭 박막 트랜지스터;를 포함하며, 상기 밴드패스필터는 금속으로 이루어지고, 일정한 주기를 갖는 선형 패턴이 형성되어 가시광선 영역의 빛을 차단하는 광 감지 센서에 대한 것이다.

Description

광 감지 센서 및 광 감지 센서의 제조 방법{OPTICAL SENSOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 광 감지 센서 및 광 감지 센서의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 센서의 오동작을 방지할 수 있는 광 감지 센서 및 광 감지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치(LCD : Liquid Crystal Display)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져 전극에 신호를 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조정하는 표시 장치이다.
근래에는 터치 감지 기능 또는 이미지 감지 기능을 추가로 갖는 액정 표시 장치에 대한 연구가 이루어지고 있다. 이러한 터치 감지 기능과 이미지 감지 기능을 구현하기 위해서는 적외선 감지 박막 트랜지스터, 가시광선 감지 박막 트랜지스터, 및 스위칭 박막 트랜지스터를 포함하는 광 감지 센서를 액정 표시 장치에 추가하는 것이 요구된다.
이러한 적외선 감지 박막 트랜지스터는 적외선 영역의 주파수 외에 가시 광선 등의 빛에 반응하게 되면 광 감지 센서의 오동작을 유발하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 적외선 감지 박막 트랜지스터에 가시광선이 입사하는 것을 방지하고, 적외선 영역 파장의 빛만이 통과할 수 있도록 하는 광 감지 센서 및 광 감지 센서의 제조 방법을 제조하는데 그 목적이 있다.
또한, 제조 공정을 단순화하여 제조 비용을 저감할 수 있는 광 감지 센서 및 광 감지 센서의 제조방법을 제조하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 감지 센서는 기판; 상기 기판 위에 형성되어 적외선 영역의 빛에 의해 동작하는 제1 반도체층 및 적외선 영역의 빛을 통과시키는 밴드패스필터를 포함하는 적외선 감지 박막 트랜지스터;
상기 기판 위에 형성되어 가시광선 영역의 빛에 의해 동작하는 제2 반도체층을 포함하는 가시광선 감지 박막 트랜지스터; 그리고 상기 기판 위에 형성되는 제3 반도체층을 포함하는 스위칭 박막 트랜지스터;를 포함하며, 상기 밴드패스필터는 금속으로 이루어지고, 일정한 주기를 갖는 선형 패턴이 형성되어 가시광선 영역의 빛을 차단한다.
상기 금속막은 알루미늄, 몰리브덴, 구리, 금, 은, 크롬 등으로 이루어 지고, 상기 구멍의 형태는 원형, 사각형, 다각형, 슬릿형 중 어느 하나 이상을 포함하고 다수의 구멍 간의 간격은 390nm 내지 460nm 가 되도록 형성될 수 있다.
상기 밴드패스필터는 상기 기판 위에 금속입자를 배열하여 형성될 수 있다.
상기 금속입자는 알루미늄, 몰리브덴, 구리, 금, 은, 크롬 등으로 이루어 지고, 상기 금속입자의 형태는 원형, 정사각형, 직사각형 중 어느 하나 이상을 포함하고 상기 금속입자 간의 간격은 390nm 내지 460nm가 되도록 형성될 수 있다.
상기 제1 반도체층은 비정질 실리콘 게르마늄을 포함할 수 있다.
상기 적외선 감지 박막 트랜지스터는, 상기 제1 반도체층 위에 형성되는 제1 저항성 접촉층; 상기 제1 저항성 접촉층 위에 형성되는 제1 소스 전극 및 제1 드레인 전극; 상기 제1 소스 전극 및 상기 제1 드레인 전극 위에 형성되는 제4 절연막;
상기 밴드패스필터를 노출시키도록 상기 제2 절연막 및 상기 제4 절연막에 형성되는 접촉 구멍; 그리고 상기 제4 절연막 위에 형성되어 상기 접촉 구멍을 통해 상기 밴드패스필터와 연결되는 제1 상부 게이트 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 반도체층 및 상기 제3 반도체층은 비정질 실리콘을 포함할 수 있다.
상기 가시광선 감지 박막 트랜지스터는, 상기 제2 반도체층 위에 형성되는 제2 저항성 접촉층; 상기 제2 저항성 접촉층 위에 형성되는 제2 소스 전극 및 제2 드레인 전극; 상기 제2 소스 전극 및 상기 제2 드레인 전극 위에 형성되는 제4 절연막; 그리고 상기 제4 절연막 위에 형성되는 제2 상부 게이트 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 스위칭 박막 트랜지스터는, 상기 기판 위에 형성되는 하부 게이트 전극;
상기 하부 게이트전극 위에 형성되는 제2 절연막; 상기 제3 반도체층 위에 형성되는 제3 저항성 접촉층; 상기 제3 저항성 접촉층 위에 형성되는 제3 소스 전극 및 제3 드레인 전극; 상기 제3 소스 전극 및 상기 제3 드레인 전극 위에 형성되는 제4 절연막; 그리고 상기 제4 절연막 위에 형성되는 제3 상부 게이트 전극을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제1 반도체층 및 밴드패스필터를 포함하는 적외선 감지 박막 트랜지스터, 제2 반도체층을 포함하는 가시광선 박막 트랜지스터, 그리고 제3 반도체층을 포함하는 스위칭 박막 트랜지스터를 포함하는 광 감지 센서의 제조 방법은 기판 위에 일정한 주기를 갖는 파장 이하의 선형 패턴을 형성함으로써 밴드패스필터를 형성하는 단계; 상기 기판 위에 제2 반도체층 및 제3 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제2 반도체층 및 상기 제3 반도체층 위에 각각 제2 저항성 접촉층 및 제3 저항성 접촉층을 형성하는 단계; 상기 기판 위에 제3 절연막을 형성하는 단계; 그리고 상기 제3 절연막 위에 제1 반도체층 및 상기 제1 반도체층 위에 제1 저항성 접촉층을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 밴드패스필터를 형성하는 단계는 금속막을 준비하는 단계; 그리고 상기 금속막에 다수의 구멍을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 금속막에 다수의 구멍을 형성하는 단계는 상기 다수의 구멍간의 간격이 390nm 내지 460nm가 되도록 형성할 수 있다.
상기 밴드패스필터를 형성하는 단계는 상기 금속막 위에 소정의 감광막을 형성하는 단계; 포토리소그래피공정을 통해 선택적으로 패터닝하여 감광막 패턴을 형성하는 단계; 그리고 상기 감광막 패턴을 마스크로 하부의 금속막을 선택적으로 패터닝함으로써 다수의 구멍을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 밴드패스필터를 형성하는 단계는 상기 금속막 위에 소정의 레지스트를 형성하는 단계; 몰드로 이루어진 롤러를 임프린팅하여 소정의 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 그리고 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 그 하부의 금속층을 선택적으로 패터닝함으로써 다수의 구멍을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 밴드패스필터를 형성하는 단계는 상기 기판의 위에 금속입자를 배열하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 금속입자를 배열하는 단계는, 상기 금속입자들 간의 간격이 390nm 내지 460nm가 되도록 형성할 수 있다.
상기 광 감지 센서의 제조방법은 상기 제1 저항성 접촉층 위에 제1 소스 전극 및 제1 드레인 전극을, 상기 제2 저항성 접촉층 위에 제2 소스 전극 및 제2 드레인 전극을, 상기 제3 저항성 접촉층 위에 제3 소스 전극 및 제3 드레인 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 소스 전극, 상기 제1 드레인 전극, 상기 제2 소스 전극, 상기 제2 드레인 전극, 상기 제3 소스 전극, 및 상기 제3 드레인 전극 위에 제4 절연막을 형성하는 단계; 그리고 상기 제4 절연막 위에 상기 제1 소스 전극 및 상기 제1 드레인 전극에 대응하여 제1 상부 게이트 전극을, 상기 제2 소스 전극 및 상기 제2 드레인 전극에 대응하여 제2 게이트 전극을, 상기 제3 소스 전극 및 상기 제3 드레인 전극에 대응하여 제3 상부 게이트 전극을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 광 감지 센서 및 광 감지 센서의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 의한 광 감지 센서 및 광 감지 센서의 제조 방법은 적외선 감지 박막 트랜지스터의 반도체 층 아래에 밴드패스필터를 형성함으로써, 가시광선이 입사하는 것을 방지하고, 이로 인해 센서의 오동작을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 실시예에 의한 광 감지 센서는 금속막에 형성된 다수의 구멍을 포함하는 밴드패스필터를 형성하고, 구멍 간의 간격, 구멍의 형태를 제어함으로써 원하는 파장의 영역을 통과시킨다는 점에서 보다 정확한 필터링 기능을 수행할 수 있다.
본 발명에 의한 광 감지 센서 및 광 감지 센서의 제조 방법은 밴드패스필터와 게이트 전극을 동일 평면 상에 형성하고, 밴드패스필터와 게이트 전극을 동일한 재질로 제조함으로써 제조 공정을 단순화하고, 제조 비용을 저감할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 광 감지 센서를 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 VII-VII' 선을 따라 나타낸 본 발명의 일 실시예에 의한 광 감지 센서를 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 의한 광 감지 센서의 밴드패스필터를 나타낸 도면이다.
도 10a 내지 도 10f는 본 발명의 일 실시예에 의한 광 감지 센서의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
이하에서 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
먼저, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광 감지 센서에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 광 감지 센서를 나타낸 평면도이고, 도 2는 도 1의 VII-VII' 선을 따라 나타낸 본 발명의 일 실시예에 의한 광 감지 센서를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 감지 센서는 투명한 유리 또는 플라스틱 재질의 기판(210), 기판(210) 위에 서로 교차하여 형성되는 복수의 게이트선(221)과 데이터선(271), 게이트선(221) 및 데이터선(271)과 연결되는 스위칭 박막 트랜지스터(SW), 스위칭 박막 트랜지스터(SW)와 연결되는 적외선 감지 박막 트랜지스터(IR) 및 가시광선 감지 박막 트랜지스터(VIS)를 포함한다.
게이트선(221)과 데이터선(271)은 복수의 화소를 정의하고, 하나의 화소 내에는 하나의 스위칭 박막 트랜지스터(SW)와 하나의 적외선 감지 박막 트랜지스터(IR)가 서로 연결되어 형성될 수 있고, 인접한 다른 화소 내에는 하나의 스위칭 박막 트랜지스터(SW)와 하나의 가시광선 감지 박막 트랜지스터(VIS)가 서로 연결되어 형성될 수 있다.
적외선 감지 박막 트랜지스터(IR)는 기판(210) 위에 형성되는 밴드패스필터(214), 밴드패스필터(214) 위에 형성되는 제1 반도체층(250a), 제1 반도체층(250a) 위에 형성되는 제1 저항성 접촉층(260a), 제1 저항성 접촉층(260a) 위에 형성되는 제1 소스 전극(273a) 및 제1 드레인 전극(275a), 제1 소스 전극(273a) 및 제1 드레인 전극(275a) 위에 형성되는 제4 절연막(280), 제4 절연막(280) 위에 형성되는 제1 상부 게이트 전극(294a)을 포함한다.
밴드패스필터(214)는 제1 반도체층(250a)에 가시광선이 입사하는 것을 방지하기 위한 층이다. 제1 반도체층(250a)은 적외선 영역에서 양자 효율이 높지만, 가시광선 영역에서도 양자 효율이 높아 가시광선에도 영향을 받게 되므로, 제1 반도체층(250a)으로 가시광선이 입사하는 것을 방지할 필요가 있다. 밴드패스필터(214)는 금속막에 특정 파장의 빛만이 선택적으로 투과되도록 선형 패턴을 형성하여 빛을 필터링 하도록 하여, 적외선 영역의 파장만이 통과되도록 할 수 있다.
본 실시예에 따른 밴드패스필터(214)는 금속막에 다수의 구멍(Hole)을 포함하여 형성될 수 있으며, 또는 기판(210)의 위에 막대 또는 바(bar)형상의 금속 입자를 배열함으로써 형성될 수 있다.
제1 반도체층(250a)은 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe)으로 형성될 수 있다. 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe)은 적외선 영역에서 양자 효율이 높은 물질이다. 이때, 제1 반도체층(250a)은 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe) 대신 다른 물질로 형성될 수도 있으며, 적외선 영역에서 양자 효율이 높은 물질이라면 어느 것도 가능하다.
제1 소스 전극(273a)과 제1 드레인 전극(275a)은 서로 이격되어 형성됨으로써 채널을 형성한다. 제1 저항성 접촉층(260a)은 제1 반도체층(250a) 위에 채널 부분을 제외하고 형성된다.
또한, 적외선 감지 박막 트랜지스터(IR)는 기판(210) 위에 적층되어 형성되고 밴드패스필터(214) 아래에 위치하는 제1 절연막(도시하지 않음) 및 밴드패스필터(214)의 위에 위치하는 제2 절연막(240)을 더 포함할 수 있다.
제1 절연막(도시하지 않음)은 실리콘 질화물(SiNx)로 형성될 수 있으며, 기판(210)과 밴드패스필터(214) 사이의 접착력을 향상시키기 위한 층이다.
제2 절연막(240)은 실리콘 질화물(SiNx)로 형성될 수 있으며, 밴드패스필터(214)와 제1 반도체층(250a) 사이에 형성되어 계면 특성을 향상하는 역할을 할 수 있다.
가시광선 감지 박막 트랜지스터(VIS)는 기판(210) 위에 형성되는 제2 반도체층(250b), 제2 반도체층(250b) 위에 형성되는 제2 저항성 접촉층(260b), 제2 저항성 접촉층(260b) 위에 형성되는 제2 소스 전극(273b) 및 제2 드레인 전극(275b), 제2 소스 전극(273b) 및 제2 드레인 전극(275b) 위에 형성되는 제4 절연막(280), 제4 절연막(280) 위에 형성되는 제2 하부 게이트 전극(294b)을 포함한다.
제2 반도체층(250b)은 비정질 실리콘(a-Si)으로 형성될 수 있다. 비정질 실리콘(a-Si)은 가시광선 영역에서 양자 효율(quantum efficiency)이 높은 물질로써, 적외선 영역의 빛이 함께 입사되더라도 가시광선 영역의 감도가 높은 특성이 있다. 이때, 제2 반도체층(250b)은 비정질 실리콘(a-Si) 대신 다른 물질로 형성될 수도 있으며, 가시광선 영역에서 양자 효율이 높은 물질이라면 어느 것이라도 가능하다.
제2 소스 전극(273b)과 제2 드레인 전극(275b)은 서로 이격되어 형성됨으로써 채널을 형성한다. 제2 저항성 접촉층(260b)은 제2 반도체층(250b) 위에 채널 부분을 제외하고 형성된다.
스위칭 박막 트랜지스터(SW)는 기판(210) 위에 형성되는 제3 반도체층(250c), 제3 반도체층(250c) 위에 형성되는 제3 저항성 접촉층(260c), 제3 저항성 접촉층(260c) 위에 형성되는 제3 소스 전극(273c) 및 제3 드레인 전극(275c), 제3 소스 전극(273c) 및 제3 드레인 전극(275c) 위에 형성되는 제4 절연막(280), 제4 절연막(280) 위에 형성되는 제3 상부 게이트 전극(294c)을 포함한다.
제3 반도체층(250c)은 비정질 실리콘(a-Si)으로 형성될 수 있다.
제3 소스 전극(273c)과 제3 드레인 전극(275c)은 서로 이격되어 형성됨으로써 채널을 형성한다. 제3 저항성 접촉층(260c)은 제3 반도체층(250c) 위에 채널 부분을 제외하고 형성된다.
제3 소스 전극(273c)은 데이터선(271)과 연결되어 데이터선(271)으로부터 데이터 전압을 인가받는다.
스위칭 박막 트랜지스터(SW)가 적외선 감지 박막 트랜지스터(IR)와 연결되는 화소 내에서는 제3 드레인 전극(275c)이 제1 소스 전극(273a)과 연결된다. 스위칭 박막 트랜지스터(SW)가 가시광선 감지 박막 트랜지스터(VIS)와 연결되는 화소 내에서는 제3 드레인 전극(275c)이 제2 소스 전극(273b)과 연결된다.
스위칭 박막 트랜지스터(SW)는 기판(210) 위에 형성되고 제3 반도체층(250c) 아래에 위치하는 하부 게이트 전극(294), 하부 게이트 전극(294) 위에 형성되는 제2 절연막(240)을 더 포함할 수 있다.
제2 절연막(240) 및 제4 절연막(280)에는 하부 게이트 전극(224)을 노출시키도록 접촉 구멍이 형성될 수 있다. 이때 접촉 구멍을 통해 제3 상부 게이트 전극(294c)은 하부 게이트 전극(224)과 연결된다.
그러면 앞에서 설명한 도면들과 함께, 도 3 내지 도 9를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 광 감지 센서의 밴드패스필터(214)에 대하여 설명하도록 한다. 본 발명에 따르면 밴드패스필터(214)는 금속막에 특정 파장의 빛만이 선택적으로 투과되도록 선형 패턴을 형성함으로써 빛을 필터링 하는 표면 플라즈몬 현상을 이용할 수 있다.
표면 플라즈몬 현상이란 나노 수준의 주기적인 패턴을 갖는 금속 표면에 빛이 입사할 경우 특정 파장의 빛과 금속 표면의 자유전자가 공명을 일으켜 특정 파장의 빛을 형성하는 현상을 말한다. 입사된 빛에 의해 표면 플라즈몬을 형성할 수 있는 특정 파장의 빛만이 홀을 투과할 수 있으며 나머지 빛은 모두 금속 표면에 의해 반사가 이루어진다.
이와 같은 특성을 이용하여 선형 패턴의 주기를 조절하여 원하는 빛만을 투과시킴으로써, 적외선 영역의 빛을 분리할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 감지 센서의 밴드패스필터(214)를 나타낸 도면이다. 본 실시예에 따른 밴드패스필터(214)는 금속막에 다수의 구멍(Hole)을 포함하여 형성될 수 있다. 금속막은 알루미늄, 몰리브덴, 구리, 금, 은, 크롬 등일 수 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한하는 것은 아니다.
이때 투과되는 빛의 파장은 선형 패턴 간격의 약 1.7~2배에 해당하는 파장을 갖게 된다. 따라서 본 실시예에 따른 광 감지 센서는 가시광선 영역의 빛을 반사시키고, 780nm의 적외선 영역의 빛을 통과시키기 위하여 구멍 간의 간격을 390nm 내지 460nm가 되도록 형성 할 수 있다.
아울러 금속막에 형성된 다수의 구멍의 형태는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 사각형, 다각형, 슬릿 등의 다양한 형태로 변경할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 감지 센서의 밴드패스필터를 나타낸 도면이다. 본 실시예에 따른 밴드패스필터(214)는 기판(210)의 위에 막대 또는 바(bar)형상의 금속입자를 배열함으로써 형성될 수 있다. 금속입자는 알루미늄, 몰리브덴, 구리, 금, 은, 크롬 등일 수 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한하는 것은 아니다. 한편 금속입자는 도 7에 도시된 바와 같이 정사각형일 수 있고, 도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 원형이거나 직사각형 등의 다양한 형태로 변경할 수 있다.
이때 투과되는 빛의 파장은 선형 패턴 간격의 약 1.7~2배에 해당하는 파장을 갖게 된다. 따라서 본 실시예에 따른 광 감지 센서는 가시광선 영역의 빛을 반사시키고, 780nm의 적외선 영역의 빛을 통과시키기 위하여 금속입자 간의 간격을 390nm 내지 460nm가 되도록 형성 할 수 있다.
이로 인하여, 적외선 감지 박막 트랜지스터 반도체 층 아래에 밴드패스필터를 형성함으로써, 가시광선이 입사하는 것을 방지하고, 이로 인하여 센서의 오동작을 방지할 수 있다.
또한 본 실시예에 의한 광 감지 센서는 금속막에 형성된 다수의 구멍을 포함하는 밴드패스필터를 형성하고, 구멍 간의 간격과 구멍의 형태를 제어함으로써 원하는 파장의 영역을 통과시킨다는 점에서 단순한 재료의 물성을 이용하는 필터보다 정확한 필터링 기능을 수행할 수 있다.
이어, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 광 감지 센서의 제조 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 10a 내지 도 10f 본 발명의 하나의 실시예에 의한 광 감지 센서의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
먼저 도 10a에 도시된 바와 같이 투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 기판(210) 위에 제1 절연막(도시하지 않음), 밴드패스필터(214) 및 하부 게이트 전극(224)을 형성한다.
제1 절연막(도시하지 않음)은 리튬 플로라이드(LiF) 또는 실리콘 질화물(SiNx) 등으로 형성할 수 있으며, 기판(210)과 밴드패스필터(214) 사이의 접착력을 향상시키기 위한 층이다.
이어, 밴드패스필터(214)와 하부 게이트 전극(224)을 형성한다.
밴드패스필터(214)는 가시광선이 입사하는 것을 방지하기 위한 층이다. 본 실시예에 따르면, 밴드패스필터(214)는 금속막에 특정 파장의 빛만이 선택적으로 투과되도록 선형 패턴을 형성하여 빛을 필터링 하도록 하여, 적외선 영역의 파장만이 통과되도록 할 수 있다.
이때 밴드패스필터(214)의 선형 패턴은 금속막에 다수의 홀을 형성하거나, 금속입자를 배열함으로써 형성할 수 있다. 이때 금속막 또는 금속입자는 알루미늄, 몰리브덴, 구리, 금, 은, 크롬 등일 수 있고, 금속막에 형성된 다수의 구멍간의 간격과 금속입자들 간의 간격은 390nm 내지 460nm가 되도록 형성할 수 있다.
한편, 밴드패스필터(214)는 금속막 위에 소정의 감광막을 형성한 후, 포토리소그래피공정을 통해 선택적으로 패터닝 하여 감광막 패턴을 형성한 이후, 감광막 패턴을 마스크로 그 하부의 금속막을 선택적으로 패터닝 함으로써 다수의 구멍을 형성할 수 있다.
또는, 금속막 위에 소정의 레지스트를 형성한 후, 몰드로 이루어진 롤러를 임프린팅하여 소정의 레지스트 패턴을 형성한 이후, 레지스트 패턴을 마스크로 그 하부의 금속층을 선택작으로 패터닝 함으로써 다수의 구멍을 형성할 수도 있다.
하부 게이트 전극(224)은 밴드패스필터(214)와 동일한 전도성 물질로 형성될 수 있고, 동일한 마스크를 이용하여 패터닝 된다.
즉, 본 실시예에 의한 광 감지 센서는 밴드패스필터와 하부 게이트 전극을 동일 평면 상에 형성하고, 밴드패스필터와 하부 게이트 전극을 동일한 재질로 제조함으로써 제조 공정을 단순화하고, 제조 비용을 저감할 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 실시예에 의한 광 감지 센서는 금속막에 형성된 다수의 구멍을 포함하는 밴드패스필터를 형성하고, 구멍 간의 간격과 구멍의 형태를 제어함으로써 원하는 파장의 영역을 통과시킨다는 점에서 단순히 재료 본연의 물성을 이용한 필터에 비하여 정확한 필터링 기능을 수행할 수 있다.
도 10b에 도시된 바와 같이, 제1 절연막(도시하지 않음), 밴드패스필터(214) 및 하부 게이트 전극(224)을 포함한 기판(210)의 전면에 제2 절연막(240)을 형성하고, 기판(210) 위에 제2 반도체층(250b) 및 제2 저항성 접촉층(260b)을, 하부 게이트 전극(224) 위에 제3 반도체층(250c) 및 제3 저항성 접촉층(260c)을 적층하여 형성한다.
제2 반도체층(250b) 및 제3 반도체층(250c)은 동일한 물질로 형성할 수 있고, 예를 들면 비정질 실리콘(a-Si)으로 형성할 수 있다. 비정질 실리콘(a-Si)은 가시광선 영역에서 양자 효율(quantum efficiency)이 높은 물질로써, 적외선 영역의 빛이 함께 입사되더라도 가시광선 영역의 감도가 높은 장점이 있다. 이때, 제2 반도체층(250b) 및 제3 반도체층(250c)은 비정질 실리콘(a-Si) 대신 다른 물질로 형성될 수도 있으며, 가시광선 영역에서 양자 효율이 높은 물질이라면 어느 것이라도 가능하다.
제2 저항성 접촉층(260b) 및 제3 저항성 접촉층(260c)은 동일한 물질로 형성할 수 있다.
도 10c에 도시된 바와 같이, 밴드패스필터(214) 위에 제1 반도체층(250a)과 제1 저항성 접촉층(260a)를 형성한다. 제1 반도체층(250a)은 예를 들면 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe)으로 형성할 수 있다. 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe)은 적외선 영역에서 양자 효율이 높은 물질로써 적외선 영역의 감도가 높은 장점이 있다. 이때, 제1 반도체층(250a)는 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe) 대신 다른 물질로 형성될 수도 있으며, 적외선 영역에서 양자 효율이 높은 물질이라면 어느 것도 가능하다.
도 10d에 도시된 바와 같이, 제1 저항성 접촉층(260a) 위에 제1 소스 전극(273a) 및 제1 드레인 전극(275a)을, 제2 저항성 접촉층(260b) 위에 제2 소스 전극(273b) 및 제2 드레인 전극(275b)를, 제3 저항성 접촉층(260c) 위에 제3 소스 전극(273c) 및 제3 드레인 전극(275c)를 형성한다.
제1 소스 전극(273a)과 제1 드레인 전극(275a), 제2 소스 전극(273b)와 제2 드레인 전극(275b), 제3 소스 전극(273c)와 제3 드레인 전극(275c)은 각각 서로 이격되도록 하여 채널을 형성한다. 이때, 채널 부분에 대응하여 형성되어 있는 제1 저항성 접촉층(260a), 제2 저항성 접촉층(260b), 제3 저항성 접촉층(260c)를 제거한다.
도 10e에 도시된 바와 같이, 제1 소스 전극(273a), 제1 드레인 전극(275a), 제2 소스 전극(273b), 제2 드레인 전극(275b), 제3 소스 전극(273c), 및 제3 드레인 전극(275c)을 포함한 기판(210) 전면에 제4 절연막(280)을 형성한다.
이어, 밴드패스필터(214)를 노출시키도록 제2 절연막(240) 및 제4 절연막(280)에 접촉 구멍(281)을 형성한다.
도 10f에 도시된 바와 같이, 제4 절연막(280) 위에 제1 소스 전극(273a) 및 제1 드레인 전극(275a)에 대응하여 제1 상부 게이트 전극(294a)을, 제2 소스 전극(273b) 및 제2 드레인 전극(275b)에 대응하여 제2 하부 게이트 전극(294b)를, 제3 소스 전극(273c) 및 제3 드레인 전극(275c)에 대응하여 제3 상부 게이트 전극(294c)를 형성한다.
제1 상부 게이트 전극(294a)은 접촉 구멍(281)을 통해 밴드패스필터(214)와 연결한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
210 : 기판 214 : 밴드패스필터
221 : 게이트선 224 : 하부 게이트 전극
240 : 제2 절연막 242 : 제3 절연막
250a : 제1 반도체층 250b : 제2 반도체층
250c : 제3 반도체층 260a : 제1 저항성 접촉층
260b : 제2 저항성 접촉층 260c : 제3 저항성 접촉층
273a : 제1 소스 전극 273b : 제2 소스 전극
273c : 제3 소스 전극 275a : 제1 드레인 전극
275b : 제2 드레인 전극 275c : 제3 드레인 전극
280 : 제4 절연막 281 : 접촉 구멍
294a : 제1 상부 게이트 전극 294b : 제2 상부 게이트 전극
294c : 제3 상부 게이트 전극

Claims (18)

  1. 기판;
    상기 기판 위에 형성되어 적외선 영역의 빛에 의해 동작하는 제1 반도체층 및 적외선 영역의 빛을 통과시키는 밴드패스필터를 포함하는 적외선 감지 박막 트랜지스터;
    상기 기판 위에 형성되어 가시광선 영역의 빛에 의해 동작하는 제2 반도체층을 포함하는 가시광선 감지 박막 트랜지스터; 그리고
    상기 기판 위에 형성되는 제3 반도체층 및 상기 제3 반도체층과 중첩하는 하부 게이트 전극을 포함하는 스위칭 박막 트랜지스터
    를 포함하며,
    상기 밴드패스필터는 금속으로 이루어지고, 일정한 주기를 갖는 선형 패턴이 형성되어 가시광선 영역의 빛을 차단하고,
    상기 하부 게이트 전극은 상기 밴드패스필터와 동일한 물질을 포함하고 동일한 층에 형성되고,
    상기 적외선 감지 박막 트랜지스터는,
    상기 제1 반도체층 위에 형성된 제1 소스 전극 및 제1 드레인 전극;
    상기 제1 소스 전극 및 상기 제1 드레인 전극 위에 위치하며 상기 밴드패스필터 위의 접촉 구멍을 포함하는 제1 절연막; 그리고
    상기 제1 절연막 위에 위치하는 제1 상부 게이트 전극
    을 포함하고,
    상기 제1 상부 게이트 전극은 상기 접촉 구멍을 통해 상기 밴드패스필터와 직접 연결되는
    광 감지 센서.
  2. 제1항에서,
    상기 밴드패스필터는 금속막에 다수의 구멍을 포함하여 형성되는 광 감지 센서.
  3. 제2항에서,
    상기 금속막은 알루미늄, 몰리브덴, 구리, 금, 은, 크롬 등으로 이루어 지고,
    상기 구멍의 형태는 원형, 사각형, 다각형, 슬릿형 중 어느 하나 이상을 포함하고 다수의 구멍 간의 간격은 390nm 내지 460nm 가 되도록 형성된 광 감지 센서.
  4. 제1항에서,
    상기 밴드패스필터는 상기 기판 위에 금속입자를 배열하여 형성되는 광 감지 센서.
  5. 제4항에서,
    상기 금속입자는 알루미늄, 몰리브덴, 구리, 금, 은, 크롬 등으로 이루어 지고,
    상기 금속입자의 형태는 원형, 정사각형, 직사각형 중 어느 하나 이상을 포함하고 상기 금속입자 간의 간격은 390nm 내지 460nm가 되도록 형성된 광 감지 센서.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 반도체층은 비정질 실리콘 게르마늄을 포함하는 광 감지 센서.
  7. 제1항에서,
    상기 적외선 감지 박막 트랜지스터는,
    상기 제1 반도체층 위에 형성되는 제1 저항성 접촉층을 더 포함하는 광 감지 센서.
  8. 제1항에서,
    상기 제2 반도체층 및 상기 제3 반도체층은 비정질 실리콘을 포함하는 광 감지 센서.
  9. 제1항에서,
    상기 가시광선 감지 박막 트랜지스터는,
    상기 제2 반도체층 위에 형성되는 제2 저항성 접촉층;
    상기 제2 저항성 접촉층 위에 형성되는 제2 소스 전극 및 제2 드레인 전극;
    상기 제2 소스 전극 및 상기 제2 드레인 전극 위에 형성되는 제2 절연막; 및,
    상기 제2 절연막 위에 형성되는 제2 상부 게이트 전극을 더 포함하는,
    광 감지 센서.
  10. 제1항에서,
    상기 스위칭 박막 트랜지스터는,
    상기 하부 게이트 전극 위에 형성되는 제3 절연막;
    상기 제3 반도체층 위에 형성되는 제3 저항성 접촉층;
    상기 제3 저항성 접촉층 위에 형성되는 제3 소스 전극 및 제3 드레인 전극;
    상기 제3 소스 전극 및 상기 제3 드레인 전극 위에 형성되는 상기 제1 절연막; 및,
    상기 제1 절연막 위에 형성되는 제3 상부 게이트 전극을 더 포함하는,
    광 감지 센서.
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