KR20010066258A - 엑스레이 영상 감지소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스위칭 영역과, 화소영역이 정의된 기판과; 상기 기판 상의 스위칭 영역에 형성되고, 게이트 전극과, 절연막과, 비정질 실리콘과 불순물 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층과, 소스 및 드레인 전극을 갖는 박막 트랜지스터와; 상기 화소영역의 일 부분에 형성되고, 하부에 절연막, 비정질 실리콘, 불순물 비정질 실리콘의 적층구조가 형성된 접지배선과; 상기 스위칭 영역의 박막 트랜지스터와 화소영역의 기판 및 접지배선의 전면을 덮고, 상기 드레인 전극과 접지배선의 일부가 각각 노출된 콘택홀을 갖는 제 1 보호막과; 실질적으로 투명한 제 1 투명전극으로 형성되고, 상기 보호막에 형성된 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 드레인 보조전극 및 접지배선과 접촉하는 캐패시터 전극과; 상기 제 1 투명전극 상부 및 기판 전면을 덮고, 상기 드레인 보조전극의 일부가 노출된 콘택홀을 갖는 제 2 보호막과; 상기 제 2 보호막 상에 제 2 투명전극으로 형성되고, 상기 드레인 보조전극과 접촉하는 화소전극을 포함하는 엑스레이 영상감지소자에 관해 개시하고 있다.
Description
본 발명은 TFT 어레이 공정을 이용한 엑스레이 영상 감지소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 의학용으로 널리 사용되고 있는 진단용 엑스레이(X-ray) 검사방법은 엑스레이 감지 필름을 사용하여 촬영하고, 그 결과를 알기 위해서는 소정의 필름 인화시간을 거쳐야 했다.
그러나, 근래에 들어서 반도체 기술의 발전에 힘입어 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor)를 이용한 디지털 엑스레이 디텍터(Digital X-ray detector ; 이하 엑스레이 영상감지소자라 칭한다)가 연구/개발되었다. 상기 엑스레이 영상감지소자는 박막 트랜지스터를 스위칭 소자로 사용하여, 엑스레이의 촬영 즉시 실시간으로 결과를 진단할 수 있는 장점이 있다.
이하, 엑스레이 영상감지소자의 구성과 그 동작을 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 엑스레이 영상감지소자(100)의 구성 및 작용을 설명하는 개략도로서, 하부에 기판(1)이 형성되어 있고, 박막 트랜지스터(3), 스토리지 캐패시터(10), 화소 전극(12), 광도전막(2), 보호막(20), 전극(24), 고압 직류전원(26) 등으로 구성된다.
상기 광도전막(2)은 입사되는 전기파나 자기파등 외부의 신호강도에 비례하여 내부적으로 전기적인 신호 즉, 전자 및 정공쌍(6)을 형성한다. 상기 광도전막(2)은 외부의 신호, 특히 엑스레이를 전기적인 신호로 변환하는 변환기의 역할을 한다. 엑스레이 광에 의해 형성된 전자-정공쌍(6)은 광도전막(2) 상부에 위치하는 도전전극(24)에 고압 직류전원(26)에서 인가된 전압(Ev)에 의해 광도전막(2) 하부에 위치하는 화소전극(12)에 전하의 형태로 모여지고, 외부에서 접지된 공통전극과 함께 형성된 스토리지 캐패시터(10)에 저장된다. 이 때, 상기 스토리지 캐패시터(10)에 저장된 전하는 외부에서 제어하는 상기 박막 트랜지스터(3)에 의해 외부의 영상 처리소자로 보내지고 엑스레이 영상을 만들어 낸다.
그런데, 엑스레이 영상 감지소자에서 약한 엑스레이 광이라도 이를 탐지하여 전하로 변환시키기 위해서는 광도전막(2) 내에서 전하를 트랩 하는 트랩 상태밀도 수를 줄이고, 도전전극(24)과 화소 전극(12) 사이에 수직으로 큰 전압(10V/μm 이상)을 인가하여 수직방향이외의 전압에 의해 흐르는 전류를 줄여야 한다.
엑스레이 광에 의해 생성된 광도전막(2) 내의 전하들이 화소 전극뿐만 아니라 박막 트랜지스터(3)의 채널부분을 보호하는 보호막 상부에도 트랩되어 모인다. 이렇게 트랩되어 모여진 전하는 박막 트랜지스터(3) 상부의 채널영역에 전하를 유도하여 박막 트랜지스터(3)가 오프 상태일 때도 큰 누설전류를 발생시켜 박막 트랜지스터(3)가 스위칭 동작을 할 수 없게 한다.
또한, 스토리지 캐패시터(10)에 저장된 전기적인 신호가 오프 상태에서의 큰 누설전류 때문에 외부로 흐르게 되어, 얻고자 하는 영상을 제대로 표현하지 못하는 현상이 생길 수 있다.
도 2는 종래의 엑스레이 영상 감지소자의 한 화소부를 나타낸 평면도로서, 게이트 배선(30)이 행 방향으로 배열되어 있고, 데이터 배선(40)이 열 방향으로 배열되어 있다. 또, 게이트 배선(30)과 데이터 배선(40)이 직교하는 부분에 스위칭 소자로써 박막 트랜지스터(3)가 형성되고, 일 방향으로 인접한 인접화소와 공통적으로 접지 되어 있는 공통전극으로 접지배선(52)이 배열되어 있다.
상기 접지배선(52)에는 적어도 하나의 접지배선 콘택홀(54)이 형성되어 있으며, 상기 접지배선 콘택홀(54)을 통해 상기 캐패시터전극(46)이 상기 접지배선(52)과 접촉한다.
그리고, 전하 저장수단으로서 스토리지 캐패시터(P)를 구성하게끔 캐패시터 전극(46)과 화소전극(56)이 형성되어 있고, 유전물질로 실리콘 질화막(미도시)이 상기 캐패시터 및 화소전극(46, 56) 사이에 삽입 형성되어 있다.
여기서, 상기 화소 전극(56)은 상기 박막 트랜지스터(3) 상부까지 연장되어 형성되며, 도시하지는 않았지만 광도전막에서 발생한 정공(hole)이 스토리지 캐패시터(P)내에 축적될 수 있도록 전하를 모으는 집전전극의 역할을 한다.
또한, 상기 화소전극(56)은 상기 스토리지 캐패시터(P) 내에 저장된 정공이 상기 박막 트랜지스터(3)를 통해 들어오는 전자(electron)와 결합할 수 있도록 드레인 콘택홀(50)을 통해 드레인 전극(44)과 전기적으로 연결되어 있다.
또한, 상기 게이트 배선(30)의 일 끝단에는 게이트 패드(34)와 상기 데이터 배선(40)의 일 끝단에는 데이터 패드(41a)가 형성된다.
상기 데이터 패드(41a)는 상기 데이터 배선(40)과 접촉하는 데이터 패드 링크부(41b)가 형성되며, 상기 데이터 패드 링크부(41b)는 데이터 링크 콘택홀(43a)을 통해 상기 데이터 배선(40)과 데이터 패드(41a)가 연결된다.
상술한 엑스레이 영상감지소자의 기능을 요약하면 다음과 같다.
광도전막(미도시)으로 부터 생성된 정공은 화소전극(56)으로 모이고, 상기 캐패시터 전극(46)과 함께 구성되는 스토리지 캐패시터(P)에 저장된다.
또한, 상기 스토리지 캐패시터(P)에 저장된 정공은 박막 트랜지스터(3)의 동작에 의해 드레인 전극(44)과 화소전극(56)을 통해 소스 전극(42)으로 이동하고, 외부의 회로(미도시)에서 영상으로 표현한다.
여기서, 상기 외부회로를 통해 외부로 완전히 빠져나가지 못한 전하 즉, 스토리지 캐패시터(P)에 잔류하는 잔류전하는 외부의 회로에 의해 상기 접지배선(52)을 통해 완전히 제거된다.
도 3a 내지 도 3e는 종래의 엑스레이 영상 감지소자의 평면을 도시한 도 2의 절단선 Ⅲ-Ⅲ으로 자른 단면의 공정을 도시한 공정도이다.
먼저, 도 3a를 참조하여 설명하면, 기판(1) 상에 제 1 금속으로 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(바람직하게는 AlNd)과 같은 저저항 금속을 증착하고, 제 1 마스크로 패터닝하여 게이트 전극(41) 및 데이터 패드(41a)를 형성한다.
여기서, 상기 게이트 전극(32)과 상기 데이터 패드(41a)는 독립적으로 형성된다.
기판(1)으로는 절연물질의 고융점을 가지는 고가의 석영판과 저온 공정에서 주로 사용되는 유리기판이 쓰이는데, 본 실시예는 절연물질의 기판으로 유리기판을 사용한다.
도 3b는 제 1 절연막 및 반도체층을 증착하는 단계로, 4000Å 두께의 실리콘 질화막(SiNx) 또는 실리콘 산화막(SiOx)과 같은 무기 절연막을 증착하여 게이트 절연막(60)을 형성한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 실리콘 질화막을 증착하여 사용한다.
이후, 반도체층(62a, 64a)을 형성하는 단계로, 순수 비정질 실리콘(62a)과 불순물 비정질 실리콘(64a)을 연속으로 증착한다. 불순물이 첨가된 비정질 실리콘막(104b)의 형성은 기상 증착법과 이온 주입법이 있으나 본 실시예는 기상 증착법을 따른다.
이후, 상기 게이트 절연막(60) 상에 증착된 반도체층을 제 2 마스크로 패터닝하여 액티브층(65)과 반도체 아일랜드(63)를 각각 형성한다.
여기서, 상기 반도체 아일랜드(63)는 추후 공정에서 생성될 접지배선의 보조전극의 역할을 하게 된다.
도 3c는 도 3b의 공정에서 형성된 상기 데이터 패드 링크부(41b) 상부 상기 게이트 절연막(60)을 제 3 마스크로 패터닝하여 데이터 링크 콘택홀(43a)을 형성하고, 제 4 마스크로 제 2 금속층의 소스 및 드레인 전극(42, 44)을 형성하는 단계를 도시한 도면이다.
여기서, 상기 데이터 링크 콘택홀(43a)은 상기 소스 및 드레인 전극(42, 44)의 형성시 동시에 형성되는 데이터 배선(40)과 상기 데이트 패드(41a)와의 접촉을 위해 형성한다.
또한, 상기 소스 및 드레인 전극(42, 44)을 형성할 때, 상기 반도체 아일랜드(63)를 덮는 접지배선(52)을 형성한다.
상기 제 2 금속층은 크롬(Cr) 또는 크롬합금(Cr alloy)과 같은 금속이 사용된다.
또한, 소스 및 드레인 전극(42, 44)을 마스크로 하여 박막 트랜지스터의 채널이 될 부분 즉, 소스전극(42) 및 드레인 전극(44) 사이에 불순물 비정질 실리콘(64a)만을 제거하여 채널(CH)을 형성한다.
도 3d는 상기 제 2 금속층(40, 42, 44, 52) 및 기판(1)의 전면에 걸쳐 제 1 보호막(66)을 형성하는 단계를 도시한 도면이다.
여기서, 상기 제 1 보호막(66)을 제 5 마스크로 패터닝하여 상기 드레인 전극(44)의 일부와 상기 접지배선(52)의 일부가 노출되도록 각각 제 1 드레인 콘택홀(50a)과 접지배선 콘택홀(54)을 형성한다.
이후, 상기 제 1 보호막(66) 상에 투명도전성 물질을 증착하고 제 6 마스크로 패터닝하여, 상기 제 1 드레인 콘택홀(50a)을 통해 상기 드레인 전극(44)과 접촉하는 드레인 보조전극(48)과 상기 접지배선 콘택홀(54)을 통해 상기 접지배선(52)과 접촉하는 캐패시터 전극(46)을 각각 형성한다.
도 3e는 상기 드레인 보조전극(48) 및 캐패시터 전극(46)과 기판(1)의 전면에 걸쳐 제 2 보호막(68)을 형성하는 단계를 도시한 도면이다.
즉, 제 2 보호막(68)을 증착하고, 제 7 마스크로 패터닝하여, 상기 드레인 보조전극(48)이 노출되도록 제 2 드레인 콘택홀(50b)을 형성한다.
이후, 상기 제 2 보호막(68) 상에 투명도전 물질을 증착하고, 제 8 마스크로 패터닝하여 상기 제 2 드레인 콘택홀(50b)을 통해 상기 드레인 보조전극(48)과 접촉하는 화소전극(56)을 형성한다.
최종적으로, 제 9 마스크를 사용하여 데이터 패드(41a) 상부에 형성된 제 1, 2 보호막(66, 68)을 패터닝하여 상기 데이터 패드(41a)를 노출시키는 데이터 패드 콘택홀(43b)을 형성한다.
상술한 바와 같이 종래의 엑스레이 영상 감지소자는 총 9 매의 마스크를 사용하여 완성된다.
다음 공정은 도시하지 않았지만, 감광성 물질을 도포하는 단계로, 감광성 물질은 외부의 신호를 받아서 전기적인 신호로 변환하는 변환기로 쓰이는데, 비정질 셀레니움(selenium)의 화합물을 진공증착기(evaporator)를 이용하여 100-500㎛ 두께로 증착한다. 또한, HgI2, PbO, CdTe, CdSe, 탈륨브로마이드, 카드뮴설파이드 등과 같은 종류의 암전도도가 작고 외부신호에 민감한, 특히 엑스레이 광전도도가 큰 엑스레이 감광성물질을 사용할 수 있다. 엑스레이 광이 감광물질에 노출되면 노출 광의 세기에 따라 감광물질 내에 전자 및 정공쌍이 발생한다.
엑스레이 감광물질 도포 후에 엑스레이 광이 투과될 수 있도록 투명한 도전 전극을 형성한다. 도전전극에 전압을 인가하면서 엑스레이 광을 받아들이면 감광물질 내에 형성된 전자 및 정공쌍은 서로 분리되고, 화소 전극(56)에는 상기 도전전극에 의해 분리된 정공이 모여 스토리지 캐패시터(P)에 저장된다.
도 4는 도 2의 절단선 Ⅳ-Ⅳ로 자른 단면을 도시한 도면으로, 게이트 패드부에 해당하는 도면이다.
도 4에 도시된 도면에서와 같이 최종적으로 상기 게이트 배선(30)에서 연장된 게이트 패드(34)가 상기 게이트 절연막(60), 제 1, 2 보호막(66, 68)에 형성된 게이트 패드 콘택홀(35)을 통해 노출되게 된다.
상술한 바와 같은 종래의 엑스레이 영상 감지소자 제조방법으로 엑스레이 영상 감지소자를 제작할 경우 적어도 9 번의 마스크가 필요하게 된다.
한편, 엑스레이 영상 감지소자의 제작공정 중 적어도 1개의 마스크만 줄여도, 제품의 생산수율은 월등히 향상될 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 엑스레이 영상 감지소자의 제조공정을 줄이는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 엑스레이 영상 감지소자의 동작을 나타내는 단면도.
도 2는 종래 엑스레이 영상 감지소자의 한 화소부분에 해당하는 단면을 나타내는 단면도.
도 3a 내지 도 3e는 도 2의 절단선 Ⅲ-Ⅲ 방향으로 자른 단면의 제작 공정을 도시한 공정도.
도 4는 도 2의 절단선 Ⅳ-Ⅳ로 자른 단면을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 엑스레이 영상 감지소자의 평면을 도시한 평면도.
도 6a 내지 도 6c는 도 5의 절단선 Ⅵ-Ⅵ으로 자른 단면의 제작공정을 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 엑스레이 영상 감지소자 제작방법으로 제작된 엑스레이 영상 감지소자의 단면을 도시한 단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
200 : 게이트 배선 202 : 게이트 전극
204 : 게이트 패드 210 : 데이터 배선
212 : 소스 전극 214 : 드레인 전극
216 : 드레인 콘택홀 218 : 접지배선
220 : 접지배선 콘택홀 224a : 데이터 패드
226 : 캐패시터 전극 228 : 화소전극
230a : 데이터 링크 콘택홀 224b : 데이터 링크부
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 스위칭 영역과, 화소영역이 정의된 기판과; 상기 기판 상의 스위칭 영역에 형성되고, 게이트 전극과, 절연막과, 비정질 실리콘과 불순물 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층과, 소스 및 드레인 전극을 갖는 박막 트랜지스터와; 상기 화소영역의 일 부분에 형성되고, 하부에 절연막, 비정질 실리콘, 불순물 비정질 실리콘의 적층구조가 형성된 접지배선과; 상기 스위칭 영역의 박막 트랜지스터와 화소영역의 기판 및 접지배선의 전면을 덮고, 상기 드레인 전극과 접지배선의 일부가 각각 노출된 콘택홀을 갖는 제 1 보호막과; 실질적으로 투명한 제 1 투명전극으로 형성되고, 상기 보호막에 형성된 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 드레인 보조전극 및 접지배선과 접촉하는 캐패시터 전극과; 상기 제 1 투명전극 상부 및 기판 전면을 덮고, 상기 드레인 보조전극의 일부가 노출된 콘택홀을 갖는 제 2 보호막과; 상기 제 2 보호막 상에 제 2 투명전극으로 형성되고, 상기 드레인 보조전극과 접촉하는 화소전극을 포함하는 엑스레이 영상감지소자를 제공한다.
또한, 본 발명에서는 다수개의 화소영역과 상기 화소영역의 한 구석에 스위칭 영역과 상기 각 화소영역의 경계부의 가로 및 세로 방향으로 게이트 및 데이터 배선부가 정의된 기판을 구비하는 단계와; 상기 기판 상에 제 1 금속층을 증착하고, 제 1 마스크로 패터닝하여 상기 스위칭 영역에 게이트 전극과, 상기 데이터 배선부의 일 끝단에 데이터 패드를 형성하는 단계와; 상기 패터닝된 제 1 금속층 및 기판 전면에 걸쳐 절연막, 순수 비정질 실리콘, 불순물 비정질 실리콘을 적층하고, 제 2 마스크로 패터닝하여 상기 게이트 전극을 덮고, 상기 데이터 패드의 일 부분이 노출된 제 1 데이터 패드 콘택홀을 가지며 상기 데이터 배선부에 액티브층과, 상기 화소영역에 절연막과 순수 비정질 실리콘과 불순물 비정질 실리콘으로 적층된 반도체 아일랜드를 형성하는 단계와; 상기 액티브층 및 기판 전면에 걸쳐 제 2 금속층을 증착하고, 제 3 마스크로 패터닝하여 상기 액티브층 상에 상기 제 1 데이터 패드 콘택홀에 의해 노출된 데이터 패드의 일부와 접촉하는 데이터 배선과, 소스 및 드레인 전극과, 상기 반도체 아일랜드 상에 접지배선을 각각 형성하는 단계와; 상기 패터닝된 제 2 금속층 및 기판 전면에 걸쳐 상기 드레인 전극 및 접지배선의 일부가 노출되도록 제 1 드레인 콘택홀 및 접지배선 콘택홀을 갖는 제 1 보호막을 제 4 마스크로 형성하는 단계와; 상기 패터닝된 제 1 보호막 상에 제 1 투명전극을 증착하고 제 5 마스크로 패터닝하여, 상기 제 1 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극과 접촉하는 드레인 보조전극과, 상기 접지배선 콘택홀을 통해 상기 접지배선과 접촉하는 캐패시터 전극을 각각 형성하는 단계와; 상기 패터닝된 제 1 투명전극 및 기판 전면에 걸쳐 상기 드레인 보조전극의 일부가 노출된 제 2 드레인 콘택홀을 갖는 제 2 보호막을 제 6 마스크로 형성하는 단계와; 상기 패터닝된 제 2 보호막 상에 제 2 투명전극을 증착하고 제 7 마스크로 패터닝하여, 상기 제 2 드레인 콘택홀을 통해 노출된 드레인 보조전극과 접촉하는 화소전극을 형성하는 단계와; 제 8 마스크로 상기 데이터 패드 상에 형성된 제 1, 2 보호막을 패터닝하여 상기 데이터 패드가 노출된 제 2 데이터 패드 콘택홀을 형성하는 단계를 포함하는 엑스레이 영상 감지소자 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 구성과 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 엑스레이 영상감지소자의 평면을 도시한 평면도로서, 평면상으로 보기에는 종래의 엑스레이 영상감지소자(도 2 참조)와 비슷한 형상을 가지고 있다.
도 5에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 엑스레이 영상감지소자는 가로방향으로 게이트 배선(200)이 형성되고, 상기 게이트 배선(200)의 소정의 위치에서 돌출 연장된 형태로 게이트 전극(202)이 형성된다.
또한, 상기 게이트 배선(200)의 일 끝단에는 게이트 패드(204)가 형성된다.
그리고, 상기 게이트 배선(200)을 가로지르는 방향으로 데이터 배선(210)이 형성되며, 상기 게이트 전극(202)이 형성된 부근의 상기 데이터 배선(210)에는 소스 전극(212)이 돌출 형성된다.
또한, 상기 게이트 전극(202)을 중심으로 상기 소스 전극(212)과 대응되는 방향에 드레인 전극(214)이 형성되며, 상기 데이터 배선(210)의 일 끝단에는 데이터 패드(224a)가 형성된다.
상기 데이터 패드(224a)에는 데이터 링크부(224b)가 형성되며, 상기 데이터링크부(224b)의 데이터 링크 콘택홀(230a)을 통해 상기 데이터 배선(210)과 접촉한다.
또한, 상기 데이터 배선(210)과 동일 방향으로 인접 화소까지 연장되는 접지배선(218)이 형성되며, 상기 접지배선에는 접지배선 콘택홀(220)이 형성되어 캐패시터 전극(226)과 접촉하게 된다.
또한, 상기 드레인 전극(214)에는 드레인 콘택홀(216)이 형성되어 화소전극(228)과 접촉한다.
상기 접지배선(218)의 하부에는 반도체 아일랜드(222)가 형성된다.
도 6a 내지 도 6d는 도 5의 절단선 Ⅵ-Ⅵ으로 자른 단면의 제작 공정을 도시한 공정도로서, 도 6a는 제 1 금속층을 증착하고, 제 1 마스크로 패터닝하여 게이트 전극(202) 및 데이터 패드(224a)를 형성하는 단계를 도시하고 있다.
여기서, 상기 데이터 패드(224a)에는 데이터 링크부(224b)가 형성된다.
상기 제 1 금속은 저저항의 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(주로, AlNd) 등을 사용한다.
도 6b는 제 2 마스크로 액티브층(253), 반도체 아일랜드(222)를 형성하는 단계를 도시한 도면이다.
먼저, 상기 패터닝된 제 1 금속층(224, 202) 상부 및 기판(1)의 전면에 걸쳐 게이트 절연막(250), 순수 비정질 실리콘(252a, 252b), 불순물 비정질 실리콘(254a, 254b)을 순서대로 적층한 후, 제 2 마스크로 패터닝하여 액티브층(253)과 반도체 아일랜드(222)를 각각 형성한다.
상기 반도체 아일랜드(222)는 추후 공정에서 생성될 접지배선(미도시)의 단선 등의 불량을 방지하기 위해 형성한다.
또한, 상기 제 2 마스크로 상기 데이터 링크부(224b)를 노출시키는 데이터 링크 콘택홀(230a)을 형성한다.
여기서, 본 발명에서는 데이터 링크 콘택홀(230a)의 형성을 위한 별도의 마스크를 사용하지 않는다. 즉, 상기 액티브층(245) 및 상기 반도체 아일랜드(222)를 패터닝할 때, 동시에 상기 데이터 링크 콘택홀(230a)을 형성하게 된다.
종래의 엑스레이 영상감지소자의 제작공정과 비교할 때, 본 발명의 상기 제 2 마스크 공정에서 전체 제작 마스크 중 한 개의 마스크를 줄이는 효과가 있다. 즉, 종래에는 상기 데이터 링크 콘택홀을 형성하기 위해 별도로 마스크를 사용하였다.
도 6c는 제 2 금속층을 증착하고, 제 3 마스크로 패터닝하여 데이터 배선(210), 소스 및 드레인 전극(212, 214), 접지배선(218)을 형성하는 단계를 도시한 도면이다.
여기서, 상기 데이터 배선(210)의 일 끝단은 상기 데이터 링크 콘택홀(230a)에 의해 노출된 데이터 링크부(224b)와 접촉하도록 형성한다.
또한, 상기 접지배선(218)은 상기 반도체 아일랜드(222)의 상부에 형성되며, 상기 제 2 금속층의 패터닝후에 상기 패터닝된 제 2 금속층을 마스크로 하여 채널(CH)을 형성한다.
상기 채널은 상기 불순물 반도체층(254a)을 제거하여 형성한다.
이후의 공정은 종래의 엑스레이 영상감지소자의 제작공정을 도시한 도 3d 이후의 공정과 동일하기 때문에 그 설명은 생략한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 엑스레이 영상감지소자는 총 8 매의 마스크로 제작이 가능하기 때문에 제품의 수율을 향상할 수 있는 장점이 있다.
또한, 다량의 마스크를 사용하여 소자를 제작할 경우 발생할 수 있는 미스-얼라인으로 인한 불량을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 엑스레이 영상감지소자의 완성된 단면을 도시한 도면이다.
기판(1) 상에는 제 1 금속층으로 데이터 패드(224a)와 게이트 전극(202)이 형성되고, 상기 게이트 전극(202)을 덮는 형태로 게이트 절연막(250)과 순수 비정질 실리콘(252a) 및 불순물 비정질 실리콘(254a)으로 구성된 액티브층(253)이 형성된다.
또한, 상기 기판(1) 상에는 게이트 절연막(250)과, 순수 비정질 실리콘(252b) 및 불순물 비정질 실리콘(254b)으로 구성된 반도체 아일랜드(222)가 형성된다.
또한, 상기 액티브층(253) 상에는 제 2 금속층으로 데이터 배선(210)과 상기 데이터 배선과 연결된 소스전극(212)과 드레인 전극(214)이 형성되며, 상기 소스 및 드레인 전극(212, 214)과 동일 물질로 상기 반도체 아일랜드(222) 상에 접지배선(218)이 형성된다.
여기서, 상기 데이터 배선(210)의 일 끝단은 상기 데이터 링크부(224b)와 접촉된다.
또한, 상기 제 2 금속층 상부와 기판 전면에는 제 1 보호막(256)이 형성되며, 상기 제 1 보호막(256)에는 상기 드레인 전극(214) 및 상기 접지배선(218)의 일부가 각각 노출된 제 1 드레인 콘택홀(216a) 및 접지배선 콘택홀(220)이 형성된다.
그리고, 상기 제 1 보호막(256) 상에는 제 1 투명전극으로 상기 제 1 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극(214)과 접촉하는 드레인 보조전극(215)과, 상기 접지배선 콘택홀(220)을 통해 노출된 접지배선(218)과 접촉하는 캐패시터 전극(226)이 각각 형성된다. 상기 드레인 보조전극(215)과 상기 캐패시터 전극(226)은 동일한 물질로 형성되며, 실질적으로 투명한 인듐-틴-옥사이드(ITO), 인듐-징크-옥사이드(IZO) 등이 사용된다.
또한, 상기 제 1 보호막(256)은 평탄화율이 우수하고, 저유전율의 유기절연막인 BCB(benzocyclobutene)가 사용된다.
또한, 상기 제 1 투명전극(215, 226) 상에는 제 2 보호막(258)이 형성되며, 상기 제 2 보호막(258)에는 상기 드레인 보조전극(215)의 일부가 노출된 제 2 드레인 콘택홀(216b)이 형성된다.
그리고, 상기 제 2 보호막 상에는 제 2 투명전극으로 화소전극(228)이 상기 제 2 드레인 콘택홀(216b)을 통해 노출된 드레인 보조전극(215)과 접촉하며 형성된다.
여기서, 상기 제 2 보호막(258)은 상기 캐패시터 전극(226)과 상기화소전극(228) 간의 절연을 위한 층간 절연막의 역할을 하게 된다.
그리고, 상기 데이터 패드(224) 상부 상기 제 1, 2 보호막(256, 258) 상에는 상기 데이터 패드(224a)가 노출된 데이터 패드 콘택홀(230b)이 형성된다.
또한, 도 7에는 도시하지 않았지만, 상기 화소전극(228) 상부에는 감광성 물질이 형성된다. 상기 감광성 물질은 외부의 신호를 받아서 전기적인 신호로 변환하는 변환기로 쓰이는데, 비정질 셀레니움(selenium)의 화합물이 사용된다. 또한, HgI2, PbO, CdTe, CdSe, 탈륨브로마이드, 카드뮴설파이드 등과 같은 종류의 암전도도가 작고 외부신호에 민감한, 특히 엑스레이 광전도도가 큰 엑스레이 감광성물질을 사용할 수 있다. 엑스레이 광이 감광물질에 노출되면 노출 광의 세기에 따라 감광물질 내에 전자 및 정공쌍이 발생한다.
엑스레이 감광물질 도포 후에 엑스레이 광이 투과될 수 있도록 투명한 도전 전극을 형성한다.
상술한 본 발명에 따른 엑스레이 영상 감지소자의 동작을 설명하면 다음과 같다.
상기 감광성 물질이 엑스레이 광에 노출되면 내부적으로는 전자/정공쌍이 형성되고, 이 때, 상기 도전전극에 강한 직류전압을 인가하면, 상기 전자/정공쌍 중 한 성분(전자 또는 정공)이 상기 화소전극(228)에 모이게 된다.
상기 화소전극(228)에 집전된 전자 또는 정공은 상기 화소전극(228) 및 상기 캐패시터 전극(226)으로 구성된 스토리지 캐패시터에 전하의 형태로 저장되고, 이때, 상기 박막 트랜지스터의 게이트 전극(202)에 신호를 인가하면, 상기 스토리지 캐패시터에 저장된 전하는 외부의 구동회로(미도시)로 방출되어 이미지로 표현되게 된다.
그리고, 스위칭 작용이 끝난 후에도 상기 스토리지 캐패시터에 전하가 존재할 경우 상기 스토리지 캐패시터와 접촉하는 접지배선(218)을 통해 상기 스토리지 캐패시터에 존재하는 잔류전하를 제거한다. 즉, 상기 접지배선(218)은 리셋(reset) 기능을 하게되는 것이다.
상술한 엑스레이 영상 감지소자의 각 구성요소의 기능은 다음과 같다.
첫째로는 외부의 엑스레이 광을 감지하여 전하를 생성하는 감광성 도전막과 도전전극은 광전변환부로써의 기능을 하게되고, 둘째는 상기 광전변환부에서 생성된 전하를 저장하는 스토리지 캐패시터는 전하저장부로써의 기능을 하게 된다. 그리고, 셋째로는 상기 전하저장부에 저장된 전하를 외부의 구동회로로 전달하는 박막 트랜지스터는 스위칭부로서의 기능을 하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예를 따라 엑스레이 영상 감지소자를 제작할 경우 8번의 마스크 공정만으로 소자의 제작이 가능하므로 제품의 생산수율이 증가하는 장점이 있다.
또한, 제작공정이 줄어들기 때문에 미스-얼라인으로 인한 불량률이 감소하는 장점이 있다.
Claims (11)
- 스위칭 영역과, 화소영역이 정의된 기판과;상기 기판 상의 스위칭 영역에 형성되고, 게이트 전극과, 절연막과, 비정질 실리콘과 불순물 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층과, 소스 및 드레인 전극을 갖는 박막 트랜지스터와;상기 화소영역의 일 부분에 형성되고, 하부에 절연막, 비정질 실리콘, 불순물 비정질 실리콘의 적층구조가 형성된 접지배선과;상기 스위칭 영역의 박막 트랜지스터와 화소영역의 기판 및 접지배선의 전면을 덮고, 상기 드레인 전극과 접지배선의 일부가 각각 노출된 콘택홀을 갖는 제 1 보호막과;실질적으로 투명한 제 1 투명전극으로 형성되고, 상기 보호막에 형성된 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 드레인 보조전극 및 접지배선과 접촉하는 캐패시터 전극과;상기 제 1 투명전극 상부 및 기판 전면을 덮고, 상기 드레인 보조전극의 일부가 노출된 콘택홀을 갖는 제 2 보호막과;상기 제 2 보호막 상에 제 2 투명전극으로 형성되고, 상기 드레인 보조전극과 접촉하는 화소전극을 포함하는 엑스레이 영상감지소자.
- 청구항 1에 있어서,상기 화소전극은 상기 소스 및 드레인 전극의 상부까지 연장되어 형성되는 엑스레이 영상 감지소자.
- 청구항 1에 있어서,상기 제 1 보호막은 BCB(benzocyclobutene)인 엑스레이 영상 감지소자.
- 청구항 1에 있어서,상기 화소전극 상에 형성된 엑스레이 감광막을 더욱 포함하는 엑스레이 영상 감지소자.
- 다수개의 화소영역과 상기 화소영역의 한 구석에 스위칭 영역과 상기 각 화소영역의 경계부의 가로 및 세로 방향으로 게이트 및 데이터 배선부가 정의된 기판을 구비하는 단계와;상기 기판 상에 제 1 금속층을 증착하고, 제 1 마스크로 패터닝하여 상기 스위칭 영역에 게이트 전극과, 상기 데이터 배선부의 일 끝단에 데이터 링크부를 갖는 데이터 패드를 형성하는 단계와;상기 패터닝된 제 1 금속층 및 기판 전면에 걸쳐 절연막, 순수 비정질 실리콘, 불순물 비정질 실리콘을 적층하고, 제 2 마스크로 패터닝하여 상기 게이트 전극을 덮고, 상기 데이터 링크부의 일 부분이 노출된 데이터 링크 콘택홀을 가지며 상기 데이터 배선부에 액티브층과, 상기 화소영역에 절연막과 순수 비정질 실리콘과 불순물 비정질 실리콘으로 적층된 반도체 아일랜드를 형성하는 단계와;상기 액티브층 및 기판 전면에 걸쳐 제 2 금속층을 증착하고, 제 3 마스크로 패터닝하여 상기 액티브층 상에 상기 데이터 링크 콘택홀에 의해 노출된 데이터 링크부와 접촉하는 데이터 배선과, 소스 및 드레인 전극과, 상기 반도체 아일랜드 상에 접지배선을 각각 형성하는 단계와;상기 패터닝된 제 2 금속층 및 기판 전면에 걸쳐 상기 드레인 전극 및 접지배선의 일부가 노출되도록 제 1 드레인 콘택홀 및 접지배선 콘택홀을 갖는 제 1 보호막을 제 4 마스크로 형성하는 단계와;상기 패터닝된 제 1 보호막 상에 제 1 투명전극을 증착하고 제 5 마스크로 패터닝하여, 상기 제 1 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극과 접촉하는 드레인 보조전극과, 상기 접지배선 콘택홀을 통해 상기 접지배선과 접촉하는 캐패시터 전극을 각각 형성하는 단계와;상기 패터닝된 제 1 투명전극 및 기판 전면에 걸쳐 상기 드레인 보조전극의 일부가 노출된 제 2 드레인 콘택홀을 갖는 제 2 보호막을 제 6 마스크로 형성하는 단계와;상기 패터닝된 제 2 보호막 상에 제 2 투명전극을 증착하고 제 7 마스크로 패터닝하여, 상기 제 2 드레인 콘택홀을 통해 노출된 드레인 보조전극과 접촉하는 화소전극을 형성하는 단계와;제 8 마스크로 상기 데이터 패드 상에 형성된 제 1, 2 보호막을 패터닝하여 상기 데이터 패드가 노출된 데이터 패드 콘택홀을 형성하는 단계를 포함하는 엑스레이 영상 감지소자 제조방법.
- 청구항 5에 있어서,상기 화소 전극 상에 광도전막을 형성하는 단계와;상기 광도전막 상에 도전 전극을 형성하는 단계를 더욱 포함하는 엑스레이 영상 감지소자 제조방법.
- 청구항 6에 있어서,상기 광도전막은 비정질 셀레니움(selenium), HgI2, PbO, CdTe, CdSe, 탈륨브로마이드, 카드뮴설파이드로 구성된 집단에서 선택된 물질인 엑스레이 영상 감지소자 제조방법.
- 청구항 5에 있어서,상기 제 1 보호막은 BCB(benzocyclobutene)인 엑스레이 영상 감지소자 제조방법.
- 청구항 5에 있어서,상기 소스 및 드레인 전극을 형성한 후에, 상기 소스 및 드레인 전극을 마스크로하여 상기 소스 및 드레인 전극 사이에 형성된 불순물 비정질 실리콘을 제거하는 단계를 더욱 포함하는 엑스레이 영상 감지소자 제조방법.
- 청구항 5에 있어서,상기 제 1, 2 투명전극은 실질적으로 투명한 인듐-틴-옥사이드(ITO)인 엑스레이 영상 감지소자 제조방법.
- 청구항 5에 있어서,상기 제 1 금속층은 알루미늄(Al), 알루미늄-네오디뮴(AlNd)로 구성된 집단에서 선택된 물질인 엑스레이 영상 감지소자 제조방법.
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