KR20000024969A - 엑스레이 디텍터 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엑스레이 디텍터에 관한 것으로서, 엑스레이 디텍터의 화질저하를 방지하고, 동영상 재현에 필요한 고속 스위칭 동작의 엑스레이 디텍터를 실현하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 기판 상에 복수개의 아일랜드를 형성하는 단계와, 각 아일랜드의 양 끝단에 불순물 영역을 형성하는 단계와, 아일랜드 상에 게이트 절연막을 증착하는 단계와, 아일랜드의 중앙의 게이트 절연막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와, 게이트 전극과 동일평면 상에 제 1 공통전극을 형성하는 단계와, 게이트 전극 및 제 1 공통전극 상에 제 1 보호막을 형성하는 단계와, 보호막에 소스 및 드레인과 제 1 공통전극 상의 보호막에 소스 및 드레인과 제 2 공통전극용 콘택홀을 형성하는 단계와, 소스 및 드레인과 제 2 공통전극용 콘택홀을 통해 불순물 영역과 접속하는 소스 및 드레인 전극과 제 2 공통전극을 형성하는 단계와, 소스 및 드레인 전극과 제 2 공통전극 상에 제 2 보호막을 형성하는 단계와, 제 2 보호막에 드레인 전극과 접속하도록 화소전극용 콘택홀을 형성하는 단계와, 화소전극용 콘택홀에 드레인 전극과 접속하는 화소전극을 형성하는 단계와, 화소전극 상에 광도전막을 형성하는 단계와, 광도전막 상에 도전전극을 형성하는 단계를 포함하는 엑스레이 디텍터 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 엑스레이 디텍터를 개시하고 있다.
Description
본 발명은 엑스레이 디텍터에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 엑스레이 디텍터 패널의 스위칭 소자로서 동작하는 박막 트랜지스터에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 엑스레이 디텍터의 주요 구성을 살펴보면, 기판(1) 상에 박막 트랜지스터(3, TFT)가 배열되어 있다. 그리고, 박막 트랜지스터(3)는 전하를 모으는 역할을 하는 스토리지 캐패시터(10)와 연결되어, 스캐닝 집적회로(미도시)에 의해 박막 트랜지스터(3)가 스위칭 작용을 하면 스토리지 캐패시터에 저장된 전하는 데이터 집적회로(미도시)로 흐르게 된다. 또한, 광도전막(2)과 스캐닝(미도시) 및 데이터 집적 회로(미도시)등이 구성되어 있다.
광도전막(2)은, 입사되는 전기파나, 자기파등 외부 방사선의 신호강도에 비례하여, 내부적으로 전기적인 신호 즉, 전자 및 정공쌍(6)을 형성한다. 광도전막(2)은 외부의 신호, 특히 엑스레이를 검출하여 전기적인 신호로 변환하는 변환기의 역할을 한다. 엑스레이 광에 의해 형성된 전하는, 광도전막 상부에 위치하는 도전전극(7)에 인가된 전압(Ev)에 의해 광도전막(2) 하부에 위치하는 화소 전극(8)에 모여지고, 외부에서 접지된 공통전극과 함께 형성된 스토리지 캐패시터(10)에 저장된다(도 1).
엑스레이 디텍터에 사용되는 박막 트랜지스터는 비정질실리콘박막(amorphous silicon film)을 활성층(active layer)으로 사용하는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터가 주류이다. 비정질 실리콘 박막은 저가의 유리기판과 같은 대형 절연기판 상에 저온에서 형성하는 것이 가능하기 때문에 융점이 낮은 유리기판 상에 형성할 필요가 있는 엑스레이 디텍터의 박막 트랜지스터에 적용되고 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 구조에는 일반적으로 역 스태거드형 구조가 적용되고 있다. 역 스태거드형 박막 트랜지스터란 스태거드형 구조에서 게이트 전극의 위치가 바뀐 것으로, 반도체층(14)을 사이로 게이트(11)와 소스(16) 및 드레인(15) 전극이 다른 평면상에 존재하는 구조이다. 즉, 게이트 전극(11)이 채널 역할을 하는 반도체층(13) 하부에 형성되는 구조를 말하는 데, 반도체층(13) 상부에는 오옴익(ohmic)접촉층(14)과 소스(15) 및 드레인 전극(16)이 형성된다.
역 스태거드형 구조의 채널은 반도체층(13)인 비정질 실리콘 박막중 소스 전극(16)과 드레인 전극(15) 사이에 존재하는 영역을 말하기 때문에, 스위칭 동작에 의해 실제로 전류가 흐르는 영역이 된다.
도 2는 일반적인 역 스태거드형 구조의 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 나타낸 그림으로, S는 채널의 길이는 나타내고 L은 S에 공정상의 마진(ΔL)을 더한 채널길이를 0말한다. 이상적으로는 L=S가 최적이지만 포토리소그래피(photo lithography) 공정상 레지스터 노광시에 패턴과 레지스터를 일치시키기 위해서는 공정상의 채널 마진(ΔL)이 필요하다. 이러한 채널 마진(ΔL)이 크면 클수록 박막 트랜지스터의 전계효과 이동도는 감소하고, 일정한 채널 마진은 일정한 전계효과 이동도를 가진다.
또한, 역 스태거드형 구조는 박막 트랜지스터의 게이트 전극(11) 및 게이트 절연막(12) 구조로 형성할 수 있기 때문에, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터 제조 공정중 가장 높은 온도(300℃ 이상)가 사용되는 게이트 절연막(12) 형성공정 후에 비정질 실리콘 박막(13)을 형성할 수 있다.
따라서 역 스태거드형 구조의 잇점은 비정질 실리콘 박막(13)이 열에너지가 높을수록 비정질 실리콘 박막(13) 내의 전자를 트랩 하는 결함상태(defect state)를 증가시키기 쉬운 특성이 있기 때문에, 높은 온도(300℃ 이상)에서 증착 되는 게이트 절연막(12) 증착한 후에 게이트 절연막(12)보다 낮은 온도(250℃ 이하)에서 비정질 실리콘 박막(13)을 증착 함으로써, 열에너지에 의한 손상을 줄일 수 있어서 우수한 특성의 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 제작할 수 있다.
역 스태거드형 비정질 실리콘 박막 트랜지스터는 실제로 전류가 흐르는 활성층이 비정질 실리콘 박막(13)이기 때문에, 박막 트랜지스터의 전기적 특성은 비정질 실리콘 박막(13)의 전기적 특성에 관계된다. 비정질 실리콘 박막(13)은 원자배열의 불규칙성과 무질서(disorder) 때문에 광학적 밴드갭(optical band gap)내에 전자를 트랩 하는 결함상태(defect state)가 결정질 실리콘(crystall silicon)보다 많은 전기적 특성을 가진다.
결함상태는 비정질 실리콘 박막(13) 내의 전자를 트랩 하여 전기적 특성을 열화(degradation) 시키지만, 결함상태를 적게 조절함으로써 비정질 실리콘 박막(13)을 박막 트랜지스터에 적용하고 있다. 이러한 비정질 실리콘 박막(13)을 사용한 박막 트랜지스터는 결함밀도(defect density)가 적기 때문에 온 전류가 증가하고, 따라서 오프 전류에 대한 온 전류의 비가 증가하여 안정한 스위칭 동작을 할 수 있다.
또한, 결함밀도를 줄임으로 인해 전계효과 이동도(Field effect mobility)는 1㎠/v·sec 까지 개선하였다.
그러나, 플로로스코피(Fluoroscopy)와 같은 엑스레이 디텍터는 초당 30 프레임 이상의 엑스레이 이미지 상을 만들어 내는 고속동작을 하기 때문에, 엑스레이 디텍터에 사용되는 스위칭 소자의 전계효과 이동도는 30㎠/v·sec 이상 되어야 한다. 이러한 이유로 전계효과 이동도가 낮은 비정질 실리콘 박막 트랜지스터는 사용하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 소스 전극(15)과 게이트 전극(11),드레인 전극(16)과 게이트 전극(11) 사이에는 구조상 오버랩(ΔS)이 발생하기 때문에, 게이트 전극(11)이 게이트 절연막(12) 및 비정질 실리콘 박막(13)을 사이에 두고 소스(15) 및 드레인 전극(16)과 오버랩(ΔS) 부분만큼의 기생 캐패시터(parasitic capacitor)가 형성되고, 오버랩(ΔS)의 정도에 따라 기생 캐패시터의 정전용량이 달라진다. 따라서, 박막 트랜지스터가 오프 상태일 때에도 기생 정전용량에 의한 누설 전류가 발생하는 문제점 있다.
또한, 도 2에서 상술한바와 같이, 역 스태거드형 비정질 실리콘 박막 트랜지스터는 공정상의 공정마진(ΔL)과 오버랩(ΔS)이 필요하기 때문에 박막 트랜지스터의 크기가 그만큼 커지게 된다. 따라서, 전하를 모으는 스토리지 캐패시터의 개구부가 상대적으로 작아져 해상도가 작아지는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은, 기존의 엑스레이 디텍터에서 스위칭 소자로 쓰이는 비정질실리콘박막 트랜지스터의 오버랩(ΔS)에 의한 화질저하를 방지하고, 초당 30 프레임 이상의 동영상 재현에 필요한 고속 스위칭 동작을 하는 엑스레이 디텍터를 실현하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 기존 엑스레이 디텍터 패널의 한 화소에 해당하는 부분의 단면도.
도 2는 기존의 엑스레이 디텍터의 스위칭 소자로 쓰이는 역 스태거드형 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 엑스레이 디텍터의 한 화소에 해당하는 평면도.
도 4a ∼ 4k는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 엑스레이 디텍터 패널을 형성하는 공정도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 엑스레이 디텍터의 한 화소에 해당하는 평면도.
도 6a ∼ 6e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 엑스레이 디텍터 패널을 형성하는 공정도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 기판 (Glass) 22 : 데이터 배선
24 : 게이트 배선 52,53 : 도핑층
55 : 게이트 절연막 54 : 액티브층
58 : 제 1 공통전극 63 : 드레인 전극
64 : 소스 전극 65 : 제 2 공통전극
66 : 캐패시터 절연막 68 : 화소 전극
69 : 광도전막 70 : 도전전극
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 기판 상에 다결정실리콘 박막을 형성하는 단계와 상기 다결정 실리콘에 사각형의 아일랜드(island)를 형성하는 단계와, 상기 아일랜드의 양 끝단에 불순물 영역을 형성하는 단계와, 상기 아일랜드 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계와, 상기 게이트 절연막을 형성하는 단계 후에 상기 아일랜드의 중앙에 상기 불순물 영역에서 수평으로 일정한 거리를 가지도록 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극과 동일평면 상에 상기 게이트 절연막 상에 제 1 공통전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극 및 상기 제 1 공통전극 상에 제 1 보호막을 형성하는 단계와, 상기 보호막에 소스와 드레인 전극 및 제 2 공통전극의 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 소스와 드레인 전극의 콘택홀을 통해 상기 불순물 영역과 접속하는 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계와, 상기 제 2 공통전극의 콘택홀과 접속하는 제 2 공통전극을 형성하는 단계와, 상기 소스 및 드레인 전극과 제 2 공통전극 상에 제 2 보호막을 형성하는 단계와, 상기 제 2 보호막에 드레인 전극과 접속하도록 화소 전극의 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 화소 전극용 콘택홀에 상기 드레인 전극과 접속하는 화소 전극을 형성하는 단계와, 상기 화소 전극 상에 광도전막을 형성하는 단계와, 상기 광도전막 상에 도전전극을 형성하는 단계를 포함하는 엑스레이 디텍터 제조 방법과 그 방법에 의해 제조된 엑스레이 디텍터를 제시하고 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 구성과 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
제 1 실시예
이해를 돕기 위해 본 발명에 의한 엑스레이 디텍터의 한 화소에 해당하는 기판의 평면도 도 3과, 도 3의 절단선 IV-IV로 자른 단면으로 나타낸 공정 단면도인 도 4a∼4k 들을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 제 1 실시예를 나타낸 도면으로서, 스위칭 소자로 오프셋(Offset) 구조의 다결정실리콘 박막 트랜지스터를 적용한 엑스레이 디텍터 패널의 한 화소에 해당하는 평면도이다.
절연기판인 유리기판(1:glass)에 500Å 두께의 플라즈마 기상 증착법(Plasma chemical vapor deposition)이나 LPCVD(Low pressure CVD) 방법으로 비정질 실리콘막을 증착한 후, 다결정 실리콘을 형성한다. 다결정 실리콘의 박막의 성장은 비정질 실리콘 박막에 기판온도를 250℃ 정도로 가열하면서 엑시머 레이저를 가해서 성장하는 레이저 열처리 방법과 비정질 실리콘 상에 금속을 증착하여 다결정 실리콘을 형성하는 금속유도결정화(metal induced crystallization : MIC) 방법과, 비정질 실리콘을 고온에서 장시간 열처리하여 형성하는 고상 결정화(solid phase crystallization : SPC) 방법, 기판 상에 직접 다결정 실리콘을 증착하는 증착 방법이 주로 사용된다. 다음에, 제 1 포토리소그래피 공정에 의해 다결정 실리콘 박막의 아일랜드(50)를 패턴닝한다(도 3, 도 4a).
다결정 실리콘 박막은 결정영역과 비정질 영역이 혼재하는 실리콘 박막으로서 박막 트랜지스터에 적용할 경우에 비정질 실리콘 박막에 비해 30 ∼ 100배 높은 전계효과 이동도를 가진다. 이러한 전계효과 이동도는 다결정실리콘 박막내의 결정영역을 크게 하면, 즉 결정입자 크기가 커질수록 커진다. 또, 이 결정 영역을 균일한 크기로 형성시킴으로써, 다결정실리콘 박막 내에 혼재하는 비정질 영역을 줄일 수 있기 때문에, 높은 전계효과 이동도를 가질 수 있다.
다결정 실리콘 박막을 박막 트랜지스터에 적용할 경우에 높은 전계효과 이동도로 인해서 고속의 스위칭 동작을 할 수 있다. 예를 들어, 10MHz 정도의 클락 주파수로 구동되는 구동회로를 엑스레이 디텍터에 적용할 경우에 박막 트랜지스터의 전계효과 이동도는 30㎠/v·sec 내지 50㎠/v·sec 이상을 요구한다. 이러한 높은 전계효과 이동도로 다결정실리콘 박막 트랜지스터는 초당 30 프레임 이상의 엑스레이 이미지를 만들어 내는 플로로스코피(Fluoroscopy)와 같은 동영상 구현에 충분한 스위칭 동작을 한다.
이 후, 제 2 리소그래피 공정에 의해 다결정 실리콘 박막의 아일랜드(50) 내에 소스(52) 및 드레인(53) 영역을 형성하기 위한 포토레지스트 막(51)을 마스크로 하여, 인(P) 이온이나 붕소(B)이온 등의 불순물을 도핑 하여 소스(53) 및 드레인(52) 영역(53)을 형성한다. 이때, 플라즈마 방법에 의해 포스핀(PH3)이나 보론(B2H6) 가스를 이온화하여 저 에너지를 가진 인 이온이나 붕소 이온을 만들고, 불순물 도핑작업이 진행되면, 소스 영역(52)과 채널 영역(54)사이 및 드레인 영역(53)과 채널 영역(54)사이는 불순물이 도핑 되지 않는 오프셋 영역이 형성된다.
또, 인 이온을 도핑 하면 n형 박막 트랜지스터를 형성할 수 있고, 붕소이온을 도핑 하면 p형 박막 트랜지스터를 형성할 수 있다. 제시된 도핑 가스이외에도 용도에 따라 다른 종류의 가스를 사용할 수 있으며, 이후, 마스크로 사용한 포토레지스 막을 제거한다 (도 4b, 도 4c).
제 2 리소그래피 공정을 완료한 후에, 플라즈마 기상증착(Plasma chemical vapor deposition) 방법이나 LPCVD 방법으로 1000Å 두께의 게이트 절연막(55)을 증착하고, 500Å 두께의 몰리브덴과 3000Å 두께의 알루미늄을 사용하여 금속 도전층(56)을 순차로 증착한다. 이 금속도전층(56)은 몰리브덴 (Mo), 탄탈 (Ta), 텅스텐 (W) 또는 안티몬 (Sb)등과 같은 고 융점을 가지는 내화금속이나, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속을 단일 층으로 용도에 따라 사용할 수 있다(도 4d).
또한, 제 3 리소그래피 공정에 의해 금속도전층(56)을 게이트 배선(24), 게이트 전극(57) 및 제 1 공통전극(58) 등으로 형성한다. 게이트 전극(57)은 소스(53) 및 드레인 불순물 영역(52)과 오버랩(ΔS)이 형성되지 않도록 일정한 거리(A)를 두어 다결정실리콘(50)의 채널영역(54) 중앙부에 형성한다. 제 1 공통전극(58)은 스토리지 캐패시터의 하부전극으로서 역할을 하고 외부에 접지(도시하지 않음)하고 있다(도 3, 도 4e).
다음에, 제 1 보호막으로 실리콘 산화막(59)을 증착하고, 제 4 리소그래피 공정에 의해 소스 영역(53) 및 드레인 영역(52)과 게이트 전극(57)을 전기적으로 격리하는 소스 영역(53)과 드레인 영역(52)에 소스 영역 콘택홀(61), 드레인 영역 콘택홀(60)을 형성한다. 또, 스토리지 캐패시터의 하부전극으로서 역할을 하는 제 1 공통전극(58)을 이후, 형성되는 제 2 공통전극과 연결을 위해 제 1 공통전극 콘택홀(62)을 형성한다(도 4f).
다음에, 배선의 단선을 방지하고 낮은 저항을 가질 수 있도록 3000Å 두께의 알루미늄 층과 500Å 두께의 몰리브덴층을 연속으로 순차 증착하여 적층의 금속막을 증착한다. 배선은 게이트 금속층과 동일하게 단일층 이상의 구조로 할 수 있으며, 알루미늄 층과 몰리브덴층 이외에 적절한 도전물질을 사용할 수 있다.
제 5 리소그래피 공정에 의해, 적층의 구조를 가지는 금속층은 소스 배선(22)과 그 배선에 연결된 소스 전극(64)과, 드레인 전극(63), 제 2 공통전극(65)을 형성한다. 소스 전극(64) 및 드레인 전극(63)은 소스 콘택홀(61) 및 드레인 콘택홀(60)을 통하여 소스 및 드레인의 불순물 영역(52, 53)과 접속되어 소스(64) 및 드레인 전극(63)을 형성한다(도 4g).
이 때, 소스 전극(64) 및 드레인 전극(63)은 게이트 전극(57)과 오버랩(ΔS)이 발생하지 않도록 오프셋 영역(A)을 두어, 소스 전극(62) 및 드레인 전극(63)을 형성한다.
또, 게이트 전극(57)과 소스 영역(53) 및 드레인 영역(52)과 오버랩이 되지 않도록 형성하기 때문에 소스전극(64) 및 드레인 전극(63)은 게이트 전극(57)과 캐패시터를 형성하지 않는다. 이러한 오버랩에 의한 캐패시터가 발생하지 않기 때문에, 박막 트랜지스터가 오프 상태에서도 스토리지 캐패시터에 저장된 전하가 오버랩에 의한 캐패시터의 정전용량 만큼 누설되지 않고, 누설에 의한 엑스레이 디텍터의 화질저하를 방지할 수 있다. 또한, 제 2 공통전극(65)은 제 1 공통전극(58)과 연결되어 스토리지 캐패시터의 하부 전극으로서 역할을 한다(도 4g).
다음에, 3000Å 두께의 실리콘 질화막(SiNx) 또는 실리콘 산화막(SiOx)과 같은 무기 절연막을 증착하거나, 경우에 따라서는 BCB(BenzoCycloButene) 또는 아크릴(Acryl)계 수지와 같은 유기 절연물질을 도포하여 제 2 보호막(66)을 형성한다(도 4h).
또한, 제 6 리소그래피 공정에 의해 제 2 보호막(66)을 사진식각하여 드레인 전극(63)을 노출시키는 화소 전극의 콘택홀(67)을 형성한다(도 4i).
또한, 투명 도전층(TCO : transparent condacting oxide)을 증착한다. 흔히 투명 도전층으로 ITO(Indium Tin Oxide)을 증착한 후, 제 7 리소그래피 공정에 의해 투명 도전층을 사진식각하여 화소 전극의 콘택홀(67)을 통해 드레인 전극(63)에 접속되는 화소 전극(68)을 형성한다. 화소 전극으로는 투명 도전층 이외의 도전성 물질을 사용할 수 있다. 화소 전극(68)은 제 2 보호막(66) 및 2 공통전극(58, 65)과 함께 스토리지 캐패시터(B)를 형성한다(도 4i, 도 4j).
다음에, 엑스레이 감광성물질(69)을 도포하는 단계로서 아몰퍼스 셀레니움 화합물을 진공증착기(evaporator)에 의해 100-500㎛ 두께로 증착한다. 또한, HgI2, PbO2, CdTe, CdSe, 탈륨브로마이드, 카드뮴설파이드 등과 같은 종류의 암전도도가 작고 엑스레이 광전도도가 큰 엑스레이 감광성물질을 사용할 수 있다. 엑스레이 광이 엑스레이 감광물질에 노출되면 노출 광의 세기에 따라 감광물질 내에 전자 및 정공 페어가 발생한다(도 1, 도 4j).
엑스레이 광 감광물질(69) 도포 후에 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전전극(70)을 형성한다(도 4k). 도전전극(70)에 전압을 인가하면서 엑스레이 광을 받아들이면 광 감광물질(68) 내에 형성된 전자 및 정공 페어는 화소 전극(68)에 모여지고 이 전자 및 정공 페어에 의해 스토리지 캐패시터(B)에 전하가 저장된다. 이 때, 임의의 박막 트랜지스터의 게이트 전극(57)에 순차적으로 전압을 인가하고, 선택된 게이트 전극(57)을 지나는 소스 전극(64)에 전압을 인가하여 드레인 전극(63)의 콘택홀(67)을 통해 연결된 화소 전극(68)의 전하를 외부로 흐르게 한다. 이 때, 전하를 외부의 영상장치에 전달하면 영상장치에 의해 전하에 따른 이미지가 만들어진다.
제 2 실시예
본 실시예는 게이트 전극이 하나뿐인 제 1 실시예와는 다른, 두 개이상의 게이트 전극을 가지는 엑스레이 디텍터의 스위칭 소자에 관한 것이다. 이해를 돕기 위해 엑스레이 디텍터의 한 화소부분을 나타내는 평면도인 도 5와 도 5의 절단선 VI-VI로 자른 단면으로 나타낸 공정단면도인 도 6을 참조하여 설명한다. 본 실시예에서는 스위칭 소자로 쓰이는 박막 트랜지스터가 형성되는 것 이외의 부분은 제 1 실시예와 같기 때문에 설명은 생략한다. 또한 구조상 제 1 실시예와 같은 부분은 제 1 실시예와 같은 번호를 부여한다.
절연기판인 유리기판(1:glass)에 500Å 두께의 플라즈마 기상 증착법(Plasma chemical vapor deposition)이나 LPCVD(Low pressure CVD) 방법으로 비정질 실리콘막을 증착한 후, 기판온도를 250℃ 정도로 가열하면서 엑시머 레이저를 가한다. 이 엑시머 레이저 공정에 의해 비정질 실리콘 박막은 다결정실리콘 박막(50)으로 결정화된다.
다음에, 제 1 포토리소그래피 공정에 의해 다결정 실리콘 박막의 아일랜드(50)를 패턴닝한다(도 5, 도 6a). 다결정실리콘 박막은 결정영역과 비정질영역이 혼재하는 실리콘 박막으로서 박막 트랜지스터에 적용할 경우에 비정질 실리콘 박막에 비해 30 ∼ 100배 높은 전계효과 이동도를 가진다.
이 후, 제 2 포토리소그래피 공정에 의해 다결정 실리콘 박막의 아일랜드(50) 내에 소스(52) 및 드레인(53) 영역을 형성하기 위한 포토레지스트 막(51)을 마스크로 하여, 인(P) 이온이나 붕소(B)이온 등의 불순물을 도핑 하여 소스(53) 및 드레인(52) 영역(53)을 에형성한다. 이때, 플라즈마 방법에 의해 포스핀(PH3)이나 보론(B2H6) 가스를 이온화하여 저 에너지를 가진 인이나 붕소 이온을 만들고, 불순물 도핑작업이 진행되면, 소스 영역(52)과 채널 영역(54)사이 및 드레인 영역(53)과 채널 영역(54)사이는 불순물이 도핑 되지 않는 오프셋 영역이 형성된다.
또, 인 이온을 도핑 하면 n형 박막 트랜지스터를 형성할 수 있고, 붕소이온을 도핑 하면 p형 박막 트랜지스터를 형성할 수 있다. 제시된 도핑 가스이외에도 용도에 따라 다른 종류의 가스를 사용할 수 있으며, 이후, 마스크로 사용한 포토레지스 막을 제거한다 (도 6b, 도 6c).
제 2 리소그래피 공정을 완료한 후에, 플라즈마 기상증착(Plasma chemical vapor deposition) 방법이나 LPCVD 방법으로 1000Å 두께의 게이트 절연막(55)을 증착하고, 500Å 두께의 몰리브덴과 3000Å 두께의 알루미늄을 사용하여 금속도전층(56)을 순차로 증착한다. 이 금속도전층(56)은 몰리브덴 (Mo), 탄탈 (Ta), 텅스텐 (W) 또는 안티몬 (Sb)등과 같은 고 융점을 가지는 내화금속이나, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속을 단일 층으로도 용도에 따라 사용할 수 있다(도 6d).
또한, 제 3 리소그래피 공정에 의해 금속도전층(56)을 게이트 배선(24), 제 1 게이트 전극(57') 및 제 2 게이트 전극(57'')과 제 1 공통전극(58) 등으로 형성한다. 제 1 게이트 전극(57')과 제 2 게이트 전극(57'')은 소스(53) 및 드레인 불순물 영역(52)과 오버랩(ΔS)이 형성되지 않도록 일정한 거리(A)를 두어 다결정실리콘(50)의 채널영역(54) 중앙부에 형성한다. 이 때, 제 1 게이트 전극(57')과 제 2 게이트 전극(57'')은 소정의 간격(A')로 분리되어 있어 공정중에 제 1 게이트 전극(57')의 절연막이나 제 2 게이트 전극(57'')절연막들 중에서 어느 한쪽의 절연막이 손상을 받더라도 스위칭 작용을 할 수 있어 수율을 향상할 수 있다. 또한, 제 1 공통전극(58)은 스토리지 캐패시터의 하부전극으로서 역할을 하고 외부에 접지(도시하지 않음)하고 있다(도 5, 도 6e).
이하의 공정은 제 1 실시예와 같기 때문에 설명은 생략한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예와 제 2 실시예에는 기존의 비정질 실리콘 박막 트랜지스터에서 생길 수 있는 기생 정전용량이 없음으로 인해서, 엑스레이 디텍터의 화질저하의 원인이 줄어들고, 전계효과 이동도가 낮은 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 단점을 다결정 실리콘 박막 트랜지스터로 보완함으로써 30 프레임 이상의 동영상을 재현할 수 있다.
또한, 한 개 이상의 게이트 전극을 박막 트랜지스터에 적용함으로써, 제작 공정시 발생할 수 있는 게이트 절연막의 파괴로 인한 불량을 줄일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 오프셋 구조의 스위칭 소자를 엑스레이 디텍터에 적용함으로써, 기존의 역 스태거드형 박막 트랜지스터에서 생기는 기생 정전용량을 줄일 수 있어서 안정적인 화질의 엑스레이 디텍터를 제작할 수 있다.
또한, 스위칭 소자에서 반도체층을 다결정 실리콘으로 형성함으로써, 높은 전계효과 이동도로 인해 고속의 스위칭 동작이 가능해 초당 30 프레임 이상의 동영상을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 게이트 전극과 소스 및 드레인 전극사이의 오버랩 영역을 제거함으로써, 오버랩 영역에 의한 기생 캐패시터를 제거하고 스토리지 캐패시터의 전하를 감소시키는 누설전류를 제거시킬 수 있다.
또한, 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 기존의 역 스태거드형 비정질 실리콘 박막 트랜지스터보다 작게 형성할 수 있기 때문에 화소 면적이 상대적으로 커져서 보다 생생한 엑스레이의 동영상을 재현할 수 있다.
또한, 게이트 전극이 박막 트랜지스터의 채널영역을 차폐함으로써, 엑스레이 광에 의한 전하를 높은 전압으로 화소 전극에 모을 때, 높은 전압에 의해 채널영역에 유도되는 누설전류가 생성되지 않는 효과가 있다.
Claims (11)
- 기판 상에 액티브층을 형성하는 단계와,상기 액티브층을 복수개의 아일랜드로 형성하는 단계와,상기 각 아일랜드의 양 끝단에 불순물 영역을 형성하는 단계와,상기 아일랜드 상에 게이트 절연막을 증착하는 단계와,상기 아일랜드의 중앙의 게이트 절연막 상에 게이트 전극과, 상기 게이트 전극과 동일평면 상에 제 1 공통전극을 형성하는 단계와,상기 게이트 전극 및 상기 제 1 공통전극 상에 제 1 보호막을 형성하는 단계와,상기 불순물 영역의 상기 보호막에 소스 및 드레인 전극용 콘택홀과, 제 1 공통전극 상의 상기 보호막에 제 2 공통전극용 콘택홀을 형성하는 단계와,상기 소스 및 드레인 전극용 콘택홀을 통해 상기 불순물 영역과 접속하는 소스 및 드레인 전극과, 상기 제 2 공통전극용 콘택홀에 상기 제 1 공통 전극과 접속하는 제 2 공통전극을 형성하는 단계와,상기 소스 전극 및 드레인 전극과 제 2 공통전극 상에 제 2 보호막을 형성하는 단계와,상기 드레인 전극 상의 제 2 보호막에 화소 전극용 콘택홀을 형성하는 단계와,상기 화소 전극용 콘택홀에 상기 드레인 전극과 접속하는 화소 전극을 형성하는 단계와,상기 화소 전극 상에 광도전막을 형성하는 단계와,상기 광도전막 상에 도전전극을 형성하는 단계를 포함하는 엑스레이 디텍터 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 액티브층은 비정질 실리콘 박막을 소정의 공정을 통해서 다결정 실리콘 박막으로 형성한 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 게이트 전극은 상기 불순물 영역에서 안쪽으로 수평의 일정한 거리의 오프셋을 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 액티브층의 양 종단부에 형성된 상기 불순물 영역은 포스핀 가스를 플라즈마 방법으로 이온화하여 도핑 하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 액티브층의 양 종단부에 형성된 상기 불순물 영역은 보론 가스를 플라즈마 방법으로 이온화하여 도핑 하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 제조방법.
- 기판과, 상기 기판 위에 형성된 다수개의 아일랜드와, 상기 아일랜드의 양 끝단에 형성된 불순물 영역과, 상기 아일랜드 위에 형성된 게이트 절연막과, 상기 아일랜드의 중앙 상의 상기 게이트 절연막 위에 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극과 동일평면에 상기 절연막 위에 형성된 제 1 공통전극과, 상기 게이트 전극 및 상기 제 1 공통전극 위에 형성된 제 1 보호막과, 상기 불순물 영역 상의 상기 제 1 보호막에 형성된 소스 및 드레인 전극용 콘택홀과 상기 제 1 공통전극 상의 상기 제 1 보호막 상의 제 2 공통전극용 콘택홀과, 상기 소스 및 드레인 전극용 콘택홀을 통해 상기 불순물 영역과 접속한 소스 및 드레인 전극과, 상기 제 2 공통전극용 콘택홀에 형성된 상기 제 1 공통 전극과 접속하는 제 2 공통전극과, 상기 소스 전극 및 드레인 전극과 제 2 공통전극 상에 형성된 제 2 보호막과, 상기 제 2 보호막에 드레인 전극과 접속하도록 형성된 화소 전극의 콘택홀과, 상기 화소 전극의 콘택홀에 형성한 상기 드레인 전극과 접속하는 화소 전극과, 상기 화소 전극 위에 형성된 광도전막과, 상기 광도전막 위에 형성된 도전전극을 포함하는 엑스레이 디텍터.
- 청구항 6에 있어서,상기 불순물 영역은 n형 반도체 영역인 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터.
- 청구항 6에 있어서,상기 불순물 영역은 p형 반도체 영역인 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터.
- 청구항 6에 있어서,상기 게이트 전극은 복수개인 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터.
- 빛을 받아들이는 도전전극과,상기 도전전극을 통과한 빛을 받아 전자와 정공 쌍을 형성하는 광도전막과, 상기 도전전극에 전압 인가시 상기 전자와 정공 쌍을 전하의 형태로 집적하는 스토리지 캐패시터와,스캐닝 집적 회로에서 전압이 인가되는 게이트와, 상기 스토리지 캐패시터와 접촉하는 소스와, 상기 게이트에 전압이 인가되면 상기 소스와 통전하는 드레인과, 상기 소스와 드레인 사이를 전기적으로 연결하는 다결정 실리콘 재질의 액티브층을 포함하는 스위칭 소자와,상기 스위칭 소자의 드레인 전류를 받아들이는 데이터 집적회로를 포함하는 엑스레이 디텍터
- 청구항 10에 있어서,상기 스위칭 소자는 코플라나 구조의 박막 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터.
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