KR20030058337A - 엑스레이 영상 감지소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엑스레이영상 감지소자에 관한 것으로, 특히 엑스레이영상 감지소자(DXD)의 어레이기판과 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 영상감지소자의 제 1 어레이기판은 유기 보호막을 생략하고 게이트 패드전극에 별도의 게이트 패드 단자전극을 형성한 구성이고, 제 2 어레이기판은 상기 유기 보호막을 생략하고 게이트 패드전극과 데이터 패드전극에 별도의 게이트 패드 단자전극과 데이터 패드 단자전극을 형성한 구성이다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 영상감지소자의 어레이기판 구성은 제조공정을 단순화 할 수 있고, 와이어 본딩 방식과 탭 본딩 방식을 이용하여 상기 각 패드전극에 외부의 신호배선을 연결할 수 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)장치의 검사방법은 엑스레이 감지 필름을 사용하여 촬영하고, 그 결과를 알기 위해서는 소정의 필름 인화시간을 거쳐야 했다.
그러나, 근래에 들어서 반도체 기술의 발전에 힘입어 박막 트랜지스터(ThinFilm Transistor)를 이용한 디지털 엑스레이 디텍터(Digital X-ray detector ; 이하 "엑스레이 영상감지소자"라 칭한다)가 연구/개발되었다. 상기 엑스레이 영상감지소자는 박막 트랜지스터를 스위칭소자로 사용하여, 엑스레이의 촬영 즉시 실시간으로 화면상에 엑스레이 영상을 표시하여 결과를 진단할 수 있는 장점이 있다.
이하, 엑스레이 영상감지소자의 구성과 그 동작을 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 엑스레이 영상감지소자의 구성 및 작용을 설명하는 개략도로서, 하부에 기판(1)이 형성되어 있고, 박막 트랜지스터(3), 스토리지 캐패시터(10), 픽셀전극(12), 광도전막(2), 보호막(20), 고전압전극(24), 고압 직류전원(26) 등으로 구성된다.
상기 광도전막(2)은 입사되는 전기파나 자기파 등 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 고전압전극(24)에 고압 직류전원(26)에서 인가된 전압(Ev)에 의해 광도전막(2) 하부에 위치하는 픽셀전극(12)에 전하의 형태로 모여지고, 외부에서 접지된 캐패시터전극과 함께 형성된 스토리지 캐패시터(10)에 저장된다. 이 때, 상기 스토리지 캐패시터(10)에 저장된 전하는 박막트랜지스터(3)의 게이트에 인가되는 게이트신호에 의하여 박막트랜지스터가 턴온(Turn On)되고 박막트랜지스터(3)의 소스와 연결된 데이터라인을 통하여 외부의 영상처리 회로로 보내져 엑스레이 영상을 만들어 낸다.
이러한 엑스레이 영상 감지소자에서 약한 엑스레이 광이라도 이를 탐지하여 전하로 변환시키기 위해서는 광도전막(2) 내에서 전하를 트랩 하는 트랩 상태밀도 수를 줄이고, 박막트랜지스터(3)가 턴오프 (Turn Off)상태에 있을 때의 누설전류를 줄여야 한다.
도 2는 종래의 엑스레이 영상 감지소자의 한 픽셀(pixel)영역을 나타낸 평면도로서, 일 끝단에 게이트 패드전극(34b)을 구성하는 게이트 배선(51)이 행 방향으로 배열되어 있고, 일 끝단에 데이터 패드전극(36b)을 구성하는 데이터 배선(52)이 상기 게이트 배선(51)과 교차하여 열 방향으로 배열되어 있다.
상기 게이트 패드전극(34b)은 게이트 연결배선(34a)을 통해 게이트 배선(51)과 연결되고, 상기 데이터 패드전극(36b)은 데이터 연결배선(36a)을 통해 데이터 배선(52)과 연결된다.
또, 게이트 배선(51)과 데이터 배선(52)이 교차하는 부분에 스위칭소자로써 박막 트랜지스터(T)가 형성된다.
상기 데이터 배선(52)과 게이트 배선(51)이 교차하여 정의되는 영역을 엑스레이 빛이 입사되는 픽셀영역(P)이라 하며, 상기 픽셀영역(P)에는 캐패시터전극(68)과 픽셀전극(74)이 구성된다.
상기 게이트 배선(51)과 소정간격 이격하여 접지배선(54)이 형성되며, 상기 접지배선(54)은 상기 캐패시터 전극(68)의 하부에 구성된다.
접지배선 콘택홀(60a,60b)을 통해 상기 접지배선(54)과 상기 캐패시터 전극(68)이 전기적으로 연결된다.
상기 접지배선(54)의 일 끝단에는 외부로부터 접지신호를 인가하기 위한 접지 패드전극(37b)을 구성되며, 상기 접지배선(54)과 접지 패드전극(37b)은 접지 연결배선(37a)을 통해 연결된다.
전술한 구성에서, 드레인전극(50)과 접촉하는 드레인 보조전극(66)을 더욱 형성한다.
그리고, 캐패시터전극(68)과 픽셀전극(74)의 사이에 유전물질로 실리콘 질화막(SiNX)이 삽입 형성되어 전하 저장수단으로서 스토리지 캐패시터(C)가 구성된다.
또한, 상기 게이트 패드전극(34b)과 데이터 패드전극(36b)과 접지 패드전극(37b)은 각 콘택홀(76, 78, 80)을 통해 노출된다.
여기서, 상기 픽셀전극(74)은 상기 박막 트랜지스터(T) 상부까지 연장되어 형성되며, 도시하지는 않았지만 광도전막(도 1의 2)에서 발생한 정공(hole)이 스토리지 캐패시터(C)내에 축적될 수 있도록 전하를 모으는 집전전극의 역할을 한다.
또한, 상기 스토리지 캐패시터(C)에 저장된 정공은 드레인전극(50)을 통해 소스전극(48)으로 이동하고, 데이터배선(52)을 경유하여 외부의 회로(미도시)에서 처리되어 영상으로 표현된다. 그 구체적인 동작은 도 1에서 설명한 바와 동일하므로 생략한다.
도 3a 내지 도 3j는 도 2의 절단선 Ⅰ-Ⅰ, Ⅱ-Ⅱ, Ⅲ-Ⅲ, Ⅳ-Ⅳ를 따라 절단하여, 본 발명의 공정순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.
도 3a는 게이트 패드전극과 데이터 패드전극과 접지패드 전극이 형성될 영역상에 게이트 버퍼(12)와 데이터 버퍼(14)와 접지패드 버퍼(15)를 형성하는 공정이다.
상기 버퍼층(12,14,15)은 이후에 형성될 게이트 패드전극과 데이터 패드전극과 접지 패드전극의 높이를 높여주기 위한 수단이다.
상기 각 패드전극을 높이는 이유는 마지막 공정에서 별도로 상기 각 패드전극 상에 보조전극을 형성하지 않고 패드전극을 노출하는 구조이므로, 외부의 배선이 상기 각 패드전극에 쉽게 접촉될 수 있도록 상기 버퍼층을 이용하여 각 패드전극의 높이를 높여주는 것이다.
상기 버퍼층(12,14,15)은 전기적인 기능을 하는 것이 아님으로 절연물질로 형성할 수도 있고, 금속물질로 형성하는 것도 가능하다.
도 3b는 도전성 금속을 이중으로 증착하고 패터닝하여, 이중 구조의 게이트 전극(32)과 게이트배선(51)과 게이트 패드전극(34b)과 데이터패드 전극(36b)과 접지 패드전극(37b)을 형성하는 단계를 도시하고 있다.
상기 이중금속 층 중 제 1 금속층은 저 저항의 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(주로, AlNd) 등을 사용하고, 제 2 금속층은 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 텅스텐(W)중 선택된 하나를 사용한다.
상기 각 구성요소를 이중 금속층으로 형성하는 이유는, 게이트전극(32) 물질로는 RC 딜레이(delay)를 작게 하기 위하여 저항이 작은 알루미늄이 주류를 이루고 있으나, 순수 알루미늄은 화학적으로 내식성이 약하고, 후속의 고온 공정에서 힐락(hillock)형성에 의한 배선 결함문제를 야기하므로, 상기와 같이 적층 구조를적용하는 것이다.
상기 이층 구조의 금속을 식각하여, 상기 게이트전극(32)과 게이트배선(미도시)을 형성함과 동시에, 상기 게이트 배선(미도시)에서 연장된 게이트 연결배선(34a)과, 상기 게이트 연결배선(34a)의 끝단에 상기 게이트 버퍼(12)을 덮는 게이트 패드전극(34b)을 형성하고, 데이터 연결배선(36a)과 연결배선의 끝단에 상기 데이터 버퍼(14)을 덮는 데이터 패드전극(36b)과, 접지 연결배선(37a)과 접지배선의 끝단에 상기 접지패드 버퍼(15)를 덮는 접지 패드전극(37b)를 형성한다.
이때, 상기 게이트 패드전극(34b)과 데이터 패드전극(36b)과 접지 패드전극(37b)은 하부의 알루미늄 금속층이 노출된 단일층이다.
이와 같이 하는 이유는, 상기 각 버퍼층(12,14,15)상부의 패드전극(34b,36b,37b)은 외부의 배선과 직접 본딩(bonding)되어 신호를 입력받는 부분이므로 낮은 저항을 필요로 한다. 따라서, 저항이 높은 상층보다는 저항이 낮은 하부 알루미늄층을 접촉전극으로 사용하기 위함이다.
다음으로, 도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 게이트전극(32)과 데이터 패드전극(36b)및 접지 패드전극(37b)과 게이트 패드전극(34b)및 게이트배선(51)을 형성한 기판(10)의 전면에 실리콘 질화막(SiNX)과 실리콘 산화막(SiO2)을 포함하는 무기절연 물질 그룹과, 경우에 따라서는 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)등으로 구성된 유기절연 물질그룹 중 선택된 하나를 증착 또는 도포하여 게이트 절연막(38)을 100Å 내지 3000Å의 두께로 형성한다.
도 3d는 액티브층(40), 오믹 콘택층(42)를 형성하는 단계를 도시한 도면이다.
먼저, 상기 게이트 절연막(38)상에 연속하여, 절연막이 외부의 공기 중에 노출되지 않은 상태에서 순수 비정질 실리콘(A-Si:H), 불순물 비정질 실리콘(n+a-Si:H)을 순서대로 적층한 후 패터닝하여, 액티브층(40)과 오믹콘택층(42)을 형성한다
다음으로, 상기 데이터 연결배선(36a)의 상부와, 접지 연결배선(37a)의 상부의 게이트 절연막(38)을 식각하여 데이터배선 콘택홀(46)과 접지배선 콘택홀(47)을 형성한다.
도 3e는 상기 액티브층(40)과 오믹콘택층(42)이 형성된 게이트 절연막(38)의 상부에 제 2 금속층을 형성하고 패턴하여, 상기 오믹콘택층(42)과 접촉하는 소스전극(48)및 드레인전극(50)과, 상기 소스전극(48)과 연결된 데이터배선(52)을 형성한다.
동시에, 상기 데이터 배선(52)과 이격되어 평행하게 접지배선(54)을 형성한다.
이러한 구조에서, 상기 데이터배선(52)의 일 끝단은 상기 데이터 배선 콘택홀(46)을 통해 상기 데이터 연결배선(36a)과 접촉하고, 상기 접지배선(54)의 일 끝단은 상기 접지배선 콘택홀(47)을 통해 상기 접지 연결배선(37a)과 접촉한다.
다음으로, 상기 패터닝된 소스 및 드레인전극(48,50)을 마스크로 하여, 상기 소스 및 드레인전극의 사이로 노출된 일부 오믹콘택층(42)을 식각하여액티브층(40)의 일부를 노출한다.
다른 방법으로, 상기 소스 및 드레인전극(48,50)을 포토레지스트(미도시) 광 마스크로 하여 패터닝하고, 그 포토레지스트를 제거하지 않은 상태에서 오믹콘택층(42)을 식각 분리할 수도 있다.
상기 노출된 액티브층(40)의 표면은 전자가 흐르는 채널(channel)로서 기능을 하게 된다.
도 3f는 상기 소스 및 드레인전극(48,50)과 접지배선(54)과 데이터배선 (52)등이 형성된 기판(10)의 전면에 제 1 보호막(56)을 형성하는 단계를 도시한 도면이다.
상기 제 1 보호막(56)은 실리콘 절연막(질화실리콘(SiNx) 또는 산화실리콘(SiO2))을 소정의 방법으로 증착하여 500Å∼1300Å의 두께로 형성한다.
이와 같이, 상기 노출된 액티브층(40)과 직접 맞닿는 층인 제 1 보호막을 실리콘 절연막으로 구성하면, 상기 노출된 액티브층(40)과 제 1 보호막(56)과의 계면특성이 뛰어나기 때문에 전자를 트랩하는 영역이 적어지게 되고 따라서, 전자의 이동도(mobility)가 빨라지는 결과를 얻을 수 있다. 또한, 후에 형성될 유기 절연막으로 된 제 2 보호막과 채널과의 직접접촉에 의한 누설전류(leakage current)의 증가현상을 방지 할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 보호막(56)을 패터닝하여, 상기 드레인전극(50)의 일부와 상기 접지배선(54)의 일부가 노출되도록 각각 제 1 드레인 콘택홀(58a)과 제 1 접지배선 콘택홀(60a)을 형성한다.
도 3g는 상기 패턴된 제 1 보호막(56)상에 투명 유기막인 제 2 보호막(64)을 형성하는 단계이다.
즉, 상기 제 1 보호막(56)상에 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(Acryl)계 수지(resin)등으로 구성된 투명한 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 1㎛ 내지 1.5㎛로 도포하여 제 2 보호막(64)을 형성한다.
상기 유기절연막이 도포되기 전에는 도 3f와 같이 박막트랜지스터가 형성된 박막트랜지스터 영역이 픽셀전극이 형성될 픽셀영역보다 높다. 그러나 유기절연막을 도포함으로써 이들 두 영역 위의 유기절연막 표면을 동일한 기판으로부터 동일한 높이로 평탄하게 할 수 있다.
연속하여, 상기 제 1 드레인 콘택홀(58a)과 상기 제 1 접지배선 콘택홀(60a)에 대응하는 부분의 제 2 보호막(64)을 식각하여, 상기 드레인전극(50)과 접지배선(54)이 다시 노출되도록 제 2 드레인 콘택홀(58b)과 제 2 접지배선 콘택홀(60b)을 형성한다.
이때, 상기 각 제 1, 2 드레인 콘택홀(58a,58b)과 상기 제 1,2 접지배선 콘택홀(60a,60b)은 각각 동일 마스크로 노광한 후, 건식식각을 이용하여 제 1 보호막(56)과 제 2 보호막(64)을 동시에 식각하여 형성할 수 도 있다.
다음으로, 도 3h는 투명전극으로 드레인 콘택홀(58(a,b)상에 식각방지막으로서 드레인 보조전극(66)과 접지배선 상에 커패시터 전극(68)을 형성하는 단계이다.
즉, 상기 패턴된 제 2 보호막(64)상부에 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명도전성 물질을 증착하고 패터닝하여, 상기 노출된 드레인전극(50)과 접촉하는 드레인 보조전극(66)과, 상기 노출된 접지배선(54)과 접촉하는 캐패시터 전극(68)을 형성한다.
상기 접지배선(54)은 픽셀의 일부를 지나도록 형성되어 있으나(도 3), 커패시터 전극(68)은 데이터배선(52)과는 중첩되지 않는 한도에서 접지배선(54)보다 넓게하여 픽셀전극 전체면적 중 절반이상과 중첩되게 형성된다.
이때, 상기 드레인 보조전극(66)은 후에 형성될 제 3 보호막 상의 제 3 드레인 콘택홀 보다 넓게 형성한다.
다음으로, 도 3i에 도시한 바와 같이, 상기 드레인 보조전극(66)과 커패시터 전극(68)이 형성된 기판(10)의 전면에 전술한 유기절연 물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 제 3 보호막(72)을 형성한다.
상기 제 3 보호막(72)을 패터닝하여, 상기 드레인 보조전극(66)을 노출하는 제 3 드레인 콘택홀(58c)을 형성한다.
전술하였듯이, 제 3 드레인 콘택홀(58c)은 이미 형성되어 있는 드레인 보조전극보다 좁은 면적으로 형성한다. 드레인전극(50)상에 드레인 보조전극(66)이 형성되어 있기 때문에 제 3 드레인 콘택홀(58c)형성 시 드레인 전극(50)의 손상을 방지할 수 있다.
다음으로, 도 3j는 상기 제 3 보호막(72)의 전면에 투명 도전성 금속을 증착하고 패턴하여, 상기 노출된 드레인 보조전극(66)과 접촉하면서 상기 소스 및 드레인전극(48,50)상부와 상기 픽셀영역(P)상에 픽셀전극(74)을 형성한다.
상기 픽셀전극(74)은 상기 제 3 보호막(72)을 사이에 두고 상기 캐패시터 전극(68)과 평면적으로 겹쳐져 형성된다.
상기 픽셀전극(74)과 상기 캐피시터 전극(68)전극 사이에 삽입된 보호막으로, 상기 픽셀영역(P)에는 비로소 스토리지 캐패시터(C)가 구성될 수 있으며, 상기 화소전극(74)은 캐패시터 제 2 전극(74)의 기능을 겸하게 된다.
연속하여, 상기 데이터 패드전극(36b)상부와 게이트 패드전극(34b) 상부 및 접지 패드전극(37b) 상부의 게이트 절연막(38)과 제 1 보호막(56)과 제 2 보호막(64)과 제 3 보호막(72)을 식각하여, 하부의 게이트 패드전극(34b)과 데이터 패드전극(36b)과 접지배선 패드전극(37b)을 노출하는 게이트 패드 콘택홀(76)과 데이터 패드 콘택홀(78)과 접지배선 콘택홀(80)을 형성한다.
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 고압전극으로서 투명한 도전전극이나 엑스레이 광이 투과될 수 있을 정도로 금속층을 얇게 형성한다.
도전전극에 전압을 인가하면서 엑스레이 광을 받아들이면 감광물질 내에 형성된 전자 및 정공쌍은 서로 분리되고, 화소전극(74)에는 상기 도전전극에 의해 분리된 정공이 모여 스토리지 캐패시터(C)에 저장된다.
전술한 바와 같은 공정으로 엑스레이 영상 감지소자용 박막트랜지스터 어레이기판을 제작할 수 있다.
그러나, 전술한 바와 같은 구성은 상기 박막트랜지스터 상부에 유기절연막과 무기절연막을 형성하는 공정이 연속하여 진행되기 때문에, 유기 절연막만을 형성하는 일반적인 구성보다는 공정이 추가될 뿐 아니라, 상기 게이트 패드전극과, 데이터 패드 전극 및 보조 패드전극과 외부의 신호배선을 와이어 본딩(wire bonding) 방식으로만 연결하여야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 추가 공정문제를 해소하고, 외부 신호배선을 패드전극에 연결하는 방식이 다양화 되도록 하기 위한 목적으로 제안되었으며, 박막트랜지스터 상부의 유기 보호막을 생략하는 동시에, 상기 게이트 패드전극에 패드단자 전극을 더욱 구성한 제 1 어레이기판 구조와, 상기 유기 보호막을 생략하는 동시에 상기 게이트 패드전극과 데이터 패드전극에 모두 게이트 패드 단자전극과 데이터 패드 단자전극을 구성한 제 2 어레이기판 구조와 그 제조방법을 제안한다.
전술한 바와 같은 본 발명의 각 구성들은 공정을 단순화하는 동시에, 각 패드전극에 외부의 신호배선을 와이어 본딩방식과 탭 방식 모두 사용할 수 있도록 한다.
도 1은 엑스레이 영상 감지소자의 동작을 설명하기 위한 단면도이고,
도 2는 종래의 영상 감지소자의 한 픽셀영역을 도시한 평면도이고,
도 3a 내지 도 3j는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ,Ⅱ-Ⅱ,Ⅲ-Ⅲ,Ⅳ-Ⅳ를 절단하여, 종래의 공정 순서로 도시한 공정 단면도이고,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 영상 감지소자의 한 픽셀영역을 도시한 평면도이고,
도 5a 내지 도 5j는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ,Ⅵ-Ⅵ,Ⅶ-Ⅶ,Ⅷ-Ⅷ를 따라 절단하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공정 순서로 도시한 공정 단면도이고,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 영상 감지소자의 한 픽셀영역을 도시한 평면도이고,
도 7a 내지 도 7h는 도 6의 Ⅸ-Ⅸ,Ⅹ-Ⅹ,XI-XI,XII-XII를 따라 절단하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공정 순서로 도시한 공정 단면도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
232 : 게이트 전극 234 : 게이트 패드전극
248 : 소스전극 250 : 드레인 전극
251 : 게이트배선 252 : 데이터 배선
253 : 데이터 패드 전극 254 : 접지배선
255 : 접지 패드 전극 260a,b : 접지배선 콘택홀
268 : 캐패시터 전극 270 : 제 1 게이트 패드 단자전극
272 : 제 1 데이터 패드 단자전극 274 : 제 1 접지 패드 단자전극
292 : 제 2 게이트 패드 단자전극 294 : 제 2 데이터 패드 단자전극
296 : 제 2 접지 패드 단자전극
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 특징에 따른 엑스레이 영상감지소자는 기판 상에 일 방향으로 구성된 다수의 게이트 배선과, 게이트배선과 연결된 게이트 연결배선과, 게이트 연결배선에서 연장된 게이트 패드전극과; 상기 게이트 배선과는 게이트 절연막을 사이에 두고 수직하게 교차하여 픽셀영역을 정의하는 데이터 배선과, 데이터 배선과 연결된 데이터 연결배선과, 데이터 연결배선에서 연장된 데이터 패드전극; 상기 데이터 배선과 게이트 배선이 교차하는 지점에 게이트 전극과 액티브층과 소스전극과 드레인전극을 포함하는 박막 트랜지스터와; 상기 픽셀영역에 일 방향으로 형성되고, 일 끝단은 접지패드전극과 연결된 접지배선과; 상기 박막트랜지스터와 데이터 패드전극 및 접지 패드전극을 덮고, 상기 접지배선의 일부와 상기 게이트 패드전극의 일부를 노출하도록 패턴된 실리콘 절연막인 제 1 보호막과; 상기 노출된 접지배선과 접촉하는 캐패시터전극과; 상기 노출된 게이트 패드전극과 접촉하는 제 1 게이트 패드 단자전극과; 상기 드레인전극의 일부와 상기 제 1 게이트 패드 단자전극의 일부를 노출하도록 패턴된 제 2 보호막과; 상기 드레인전극과 접촉하는 픽셀전극과 상기 제 1 게이트 패드 단자 전극과 접촉하는 제 2 게이트 패드 단자전극과; 상기 데이터 패드전극을 노출시키는 데이터 패드 콘택홀과 상기 접지 패드 전극을 노출시키는 접지 패드 콘택홀을 포함한다.
상기 게이트전극과 게이트배선은 이중 금속층으로 하며, 이중 금속층 중 제1 층은 알루미늄이고, 제 2 층은 크롬(Cr), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo)으로 구성한다.
상기 게이트 패드전극과 데이터 패드전극 및 접지 패드전극은 동일층에 동일 물질로 구성한다.
상기 데이터배선과 접지배선은 상기 게이트 절연막에 형성된 콘택홀을 통해, 상기 데이터 연결배선과 접지 연결배선과 접촉하여 구성하며, 상기 픽셀전극은 상기 소스 및 드레인전극의 상부까지 연장하여 구성한다.
본 발명의 제 1 특징에 따른 엑스레이 영상감지 소자 제조방법은 기판 상에 게이트배선과 게이트 배선에서 연장된 게이트 연결배선과 게이트 연결배선에서 연장된 게이트 패드전극과, 상기 게이트 패드전극과 평행하지 않은 일 측 영역에 데이터 연결배선과 데이터 연결배선에서 연장된 데이터 패드전극과, 접지 연결배선과 접지 연결배선에서 연장된 접지 패드전극을 형성하는 단계와; 게이트 배선과 게이트 패드 전극과 데이터 패드 전극과 접지 패드전극이 형성된 기판의 전면에, 상기 게이트 연결배선의 일부와 데이터 연결배선의 일부를 노출하는 제 1 절연막인 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선과 교차하는 데이터 배선의 교차지점에 액티브층과 소스전극 및 드레인전극으로 구성된 박막트랜지스터를 형성하고, 상기 노출된 데이터 연결배선과 접촉하는 데이터 배선과, 상기 노출된 접지 연결배선과 접촉하는 접지배선을 형성하는 단계와; 상기 박막트랜지스터와 접지배선, 데이터 배선이 형성된 기판의 전면에, 상기 접지배선의 일부와 상기 게이트 패드전극의 일부가 노출되도록 패턴된 제 2 절연막인 제 1 보호막을 형성하는 단계와; 상기접지배선과 접촉하는 캐패시터 전극과, 상기 게이트 패드전극과 접촉하는 제 1 게이트 패드 단자 전극을 형성하는 단계와; 상기 캐패시터 전극과 제 1 게이트 패드 단자 전극이 형성된 기판의 전면에 도포되어, 상기 드레인 전극과 상기 제 1 게이트 패드 전극단자의 일부를 노출하고, 상기 접지 패드전극과 데이터 패드 전극에 대응하는 영역이 식각된 제 3 절연막인 제 2 보호막을 형성하는 단계와; 상기 드레인전극과 접촉하면서 상기 캐패시터 전극 상부에 구성되는 픽셀전극과, 상기 제 1 게이트 패드 단자전극과 접촉하는 제 2 게이트 패드 단자전극을 형성하는 단계와; 상기 제 3 절연막이 식각된 영역의 제 1 절연막과 제 2 절연막을 식각하여 게이트 패드 전극 콘택홀과 데이터 패드 전극 콘택홀을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 픽셀전극 상에 광도전막을 형성하는 단계와; 상기 광도전막 상에 도전전극을 형성하는 단계를 더욱 포함한다.
상기 광도전막은 비정질 셀레니움(selenium), HgI2, PbO, CdTe, CdSe, 탈륨브로마이드, 카드뮴설파이드로 구성된 집단에서 선택된 물질로 형성한다.
상기 캐패시터전극과 픽셀전극과 제 1 게이트 패드 단자전극과 제 2 게이트 패드 단자전극은 투명한 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)중 선택된 하나로 형성한다.
본 발명의 제 2 특징에 따른 엑스레이 영상감지 소자는 기판 상에 일 방향으로 구성된 게이트 배선과, 게이트 배선과 연결된 게이트 패드전극과; 상기 게이트 배선과는 게이트 절연막을 사이에 두고 수직하게 교차하여 픽셀영역을 정의하는 데이터 배선과, 데이터 배선과 연결된 데이터 패드 전극과; 상기 게이트 배선과 데이터 배선이 교차하는 지점에 구성되고, 게이트 전극과, 액티브층과, 소스전극과 드레인전극을 포함하는 박막 트랜지스터와; 상기 픽셀영역에 일 방향으로 형성된 접지배선과, 상기 접지배선과 연결된 접지 패드전극과; 상기 박막트랜지스터와 접지배선과 데이터 패드 전극과 접지 패드전극이 구성된 기판의 상부에 구성되고, 상기 접지배선의 일부와 상기 게이트 패드전극과 데이터 패드 전극과 접지 패드전극의 일부를 노출하도록 패턴된 실리콘 절연막인 제 1 보호막과; 상기 노출된 접지배선과 접촉하는 캐패시터 전극과, 게이트 패드 전극과 접촉하는 제 1 게이트 패드 단자 전극과, 데이터 패드전극과 접촉하는 제 1 데이터패드 단자전극과, 접지 패드전극과 접촉하는 제 1 접지 패드 단자전극과; 상기 제 1 보호막 상부에 위치하고, 상기 드레인전극과 제 1 게이트 패드 단자전극과 제 1 데이터 패드 단자전극과 제 1 접지 패드 단자전극을 노출하도록 패턴된 실리콘 절연막인 제 2 보호막과; 상기 드레인전극과 접촉하면서 상기 캐패시터 전극 상부에 구성된 픽셀전극과, 상기 제 1 게이트 패드 단자전극과 접촉하는 제 2 게이트 패드 단자전극과, 상기 제 1 데이터 패드 단자전극과 접촉하는 제 2 데이터 패드 단자전극과,상기 제 1 접지 패드 단자전극과 접촉하는 제 2 접지 패드 단자전극을 포함한다.
본 발명의 제 2 특징에 따른 엑스레이 영상감지소자 제조방법은 기판 상에 게이트 전극 및 게이트배선과 게이트 배선에 연결된 게이트 패드전극을 형성하는 단계와; 게이트 배선이 형성된 기판의 전면에 제 1 절연막인 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선과 교차하는 데이터 배선의 교차지점에 액티브층과소스전극 및 드레인전극으로 구성된 박막트랜지스터를 형성하고, 데이터 배선과 연결된 데이터 패드 전극과, 데이터 배선과 평행하게 일 방향으로 구성된 접지배선과 접지배선과 연결된 접지 패드전극을 형성하는 단계와; 상기 박막트랜지스터와 접지배선, 데이터 패드 전극과 접지 패드 전극이 형성된 형성된 기판의 전면에, 상기 접지배선의 일부와 상기 게이트 패드전극의 일부와 데이터패드 전극의 일부와 접지 패드전극의 일부가 노출되도록 패턴된 제 2 절연막인 제 1 보호막을 형성하는 단계와; 상기 접지배선과 접촉하는 캐패시터 전극과, 상기 게이트 패드전극과 접촉하는 제 1 게이트 패드 단자 전극과, 상기 데이터 패드전극과 접촉하는 제 1 데이터 패드 단자 전극과, 상기 접지 패드전극과 접촉하는 제 1 접지 패드 단자 전극을 형성하는 단계와; 상기 캐패시터 전극과 제 1 게이트 패드 단자전극과 제 1 데이터 패드 단자전극과 제 1 접지 패드 단자전극이 형성된 기판의 전면에 상기 드레인 전극의 일부가 노출되고, 상기 제 1 게이트 패드 단자전극과 제 1 데이터 패드 단자전극과 제 1 접지 패드 단자전극을 노출하도록 식각된 제 3 절연막인 제 2 보호막을 형성하는 단계와; 상기 드레인전극과 접촉하면서 상기 캐패시터 전극 상부에 구성되는 픽셀전극과, 상기 제 1 게이트 패드 단자전극과 접촉하는 제 2 게이트 패드 단자전극과, 상기 제 1 데이터 패드 단자전극과 접촉하는 제 2 데이터 패드 단자전극과, 상기 제 1 접지 패드 단자전극과 접촉하는 제 2 접지패드 단자전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 픽셀전극 상에 광도전막을 형성하는 단계와; 상기 광도전막 상에 도전전극을 형성하는 단계를 더욱 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 구성과 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
-- 제 1 실시예 --
제 1 실시예의 특징은 상기 박막트랜지스터(T) 상부에 형성하는 유기 절연막을 생략하고, 상기 게이트 패드전극에 별도의 게이트 패드 단자전극을 형성하여, 공정을 단순화하는 동시에, 와이어 본딩 방식 뿐 아니라 필요에 따라서는 상기 게이트 패드전극에 탭(TAB)방식으로 외부의 신호배선을 연결할 수 있도록 하는 것이다.
이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예를 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 엑스레이 영상감지소자의 한 화소를 도시한 개략적인 평면도이다.
일 끝단에 게이트 패드전극(134b)을 구성하는 게이트 배선(151)이 행 방향으로 배열되어 있고, 일 끝단에 데이터 패드전극(136b)을 구성하는 데이터 배선(152)이 열 방향으로 배열되어 있다.
상기 게이트 패드전극(134b)은 게이트 연결배선(134a)을 통해 게이트 배선(151)과 연결되고, 상기 데이터 패드전극(136b)은 데이터 연결배선(136a)을 통해 데이터 배선(152)과 연결된다.
일반적으로, 상기 각 연결배선(134a,136a)은 픽셀영역(P)과 구동영역(미도시)사이에 구성되는 부분이다.
또, 게이트 배선(151)과 데이터 배선(152)이 직교하는 부분에 스위칭소자로써 박막 트랜지스터(T)가 형성된다.
상기 게이트배선(151)과 데이터배선(152)이 교차하여 정의되는 픽셀영역(P)에는 캐패시터전극(162)과 픽셀전극(172)을 형성한다.
상기 캐패시터 전극의 하부로 접지배선(154)을 형성하며, 상기 접지배선은 접지배선 콘택홀(159a,159b)을 통해 상기 캐패시터전극(162)과 전기적으로 접촉한다.
상기 접지배선(154)의 끝단에는 접지패드 전극(137b)이 형성되며, 접지 연결배선(137a)을 통해 연결된다.
그리고, 상기 캐패시터 전극(162)과 픽셀전극(176)의 사이에 유전물질로 실리콘 질화막(SiNX)이 삽입 형성되어, 전하 저장수단으로서 스토리지 캐패시터(C)가 구성된다.
또한, 상기 게이트 패드전극(134b)은 별도의 게이트 패드 단자전극(166,178)을 형성하여, 상기 게이트 패드전극(134b)과 외부의 신호배선을 탭 방식으로 연결하는 것이 가능하도록 하였다.
여기서, 상기 픽셀전극(176)은 상기 박막 트랜지스터(T) 상부까지 연장되어 형성되며, 도시하지는 않았지만 광도전막(도 1의 2)에서 발생한 정공(hole)이 스토리지 캐패시터(C)내에 축적될 수 있도록 전하를 모으는 집전전극의 역할을 한다.
또한, 상기 스토리지 캐패시터(C)에 저장된 정공은 드레인전극(150)을 통해소스전극(148)으로 이동하고, 데이터배선(152)을 경유하여 외부의 회로(미도시)에서 처리되어 영상으로 표현된다.
이하, 도 5a 내지 도 5j를 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 DXD의 제조방법을 설명한다.
도 5a 내지 도 5j는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ와 Ⅵ-Ⅵ와 Ⅶ-Ⅶ와 Ⅷ-Ⅷ를 절단하여 공정순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.
도 5a는 게이트 패드전극과 데이터 패드전극과 접지패드 전극이 구성될 영역 상에 데이터 버퍼(104)와 접지패드 버퍼(105)를 형성하는 공정이다.
상기 버퍼층(104,105)은 이후에 형성될 데이터 패드전극과 접지 패드전극의 높이를 높여주기 위한 수단이다.
상기 각 패드전극의 높이를 높여주는 이유는 앞서 설명한 바와 같다.
상기 버퍼층(104,105)은 전기적인 기능을 하는 것이 아님으로 절연물질로 형성할 수도 있고, 금속물질로 형성하는 것도 가능하다.
도 5b는 도전성 금속을 이중으로 증착하고 패터닝하여, 이중 구조의 게이트 전극(132)과 게이트배선(151)과 게이트 패드전극(134b)과 데이터패드 전극(136b)과 접지 패드전극(137b)을 형성하는 단계를 도시하고 있다.
상기 이중금속 층 중 제 1 금속층은 저 저항의 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(주로, AlNd) 등을 사용하고, 제 2 금속층은 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 텅스텐(W)중 선택된 하나를 사용한다.
상기 각 구성요소를 이중 금속층으로 사용하는 이유는, 게이트전극(132) 물질로는 RC 딜레이(delay)를 작게 하기 위하여 저항이 작은 알루미늄이 주류를 이루고 있으나, 순수 알루미늄은 화학적으로 내식성이 약하고, 후속의 고온 공정에서 힐락(hillock)형성에 의한 배선 결함문제를 야기하므로, 상기와 같이 적층구조를 적용하는 것이다.
상기 이층 구조의 금속을 식각하여, 상기 게이트전극(132)과 게이트배선(152)을 형성함과 동시에, 상기 게이트 배선(미도시)에서 연장된 게이트 연결배선(134a)과, 상기 게이트 연결배선(134a)의 끝단에 게이트 패드전극(134b)을 형성하고, 동시에 데이터 연결배선(136a)과 연결배선의 끝단에 상기 데이터 버퍼(104)을 덮는 데이터 패드전극(136b)과, 접지 연결배선(137a)과 접지배선의 끝단에 상기 접지패드 버퍼(105)를 덮는 접지 패드전극(137b)를 형성한다.
이때, 상기 게이트 패드전극(134b)과 데이터 패드전극(136b)과 접지 패드전극(137b)은 하부의 알루미늄 금속층이 노출된 단일층이다.
이와 같이 하는 이유는, 상기 각 패드전극(134b,136b,137b)은 외부의 배선과 직접 본딩(bonding)되어 신호를 입력받는 부분이므로 낮은 저항을 필요로 한다. 따라서, 저항이 높은 상층보다는 저항이 낮은 하부 알루미늄층을 접촉전극으로 사용하기 위함이다.
다음으로, 도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 게이트전극(132)과 게이트 패드전극(134b)과 데이터 패드전극(136b)및 접지 패드전극(137b)과 게이트배선(151)을 형성한 기판(100)의 전면에 실리콘 질화막(SiNX)과 실리콘 산화막(SiO2)을 포함하는무기절연 물질 그룹과, 경우에 따라서는 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)등으로 구성된 유기절연 물질그룹 중 선택된 하나를 증착 또는 도포하여 게이트 절연막(138)을 100Å 내지 3000Å의 두께로 형성한다.
도 5d는 액티브층(140), 오믹 콘택층(142)를 형성하는 단계를 도시한 도면이다.
먼저, 상기 게이트 절연막(138)상에 연속하여, 절연막이 외부의 공기중에 노출되지 않은 상태에서 순수 비정질 실리콘(A-Si:H), 불순물 비정질 실리콘(n+a-Si:H)을 순서대로 적층한 후 패터닝하여, 액티브층(140)과 오믹콘택층(142)을 형성한다
다음으로, 상기 데이터 연결배선(136a)의 상부와, 접지 연결배선(137a)의 상부의 게이트 절연막(138)을 식각하여 데이터배선 콘택홀(146)과 접지배선 콘택홀(147)을 형성한다.
도 5e는 상기 데이터 배선 콘택홀(146)과 접지패드 콘택홀(147)과 액티브층(140)과 오믹 콘택층(142)이 형성된 게이트 절연막(138)의 상부에 제 2 금속층을 증착하고 패턴하여, 상기 오믹 콘택층과 접촉하는 소스전극(148)및 드레인전극(150)과, 상기 소스전극(148)과 연결된 데이터배선(152)을 형성한다.
동시에, 상기 픽셀영역의 중앙을 가로지르는 접지배선(154)을 형성한다.
이러한 구조에서, 상기 데이터배선(152)의 일 끝단은 상기 데이터 배선 콘택홀(146)을 통해 상기 데이터 연결배선(136a)과 접촉하고, 상기 접지배선(154)의 일 끝단은 상기 접지배선 콘택홀(147)을 통해 상기 접지 연결배선(137a)과 접촉한다.
다음으로, 상기 패터닝된 소스 및 드레인전극(148,150)을 마스크로 하여, 상기 소스 및 드레인전극의 사이로 노출된 일부 오믹콘택층(142)을 식각하여 액티브층(140)의 일부를 노출한다.
다른 방법으로, 상기 소스 및 드레인전극(148,150)을 포토레지스트(미도시) 광 마스크로 하여 패터닝하고, 그 포토레지스트를 제거하지 않은 상태에서 오믹콘택층(142)을 식각 분리할 수도 있다.
상기 노출된 액티브층(140)의 표면은 전자가 흐르는 채널(channel)로서 기능을 하게 된다.
도 5f는 상기 소스 및 드레인전극(148,150)과 접지배선(154)과 데이터배선 (152)등이 형성된 기판(100)의 전면에 제 1 보호막(156)을 형성하는 단계를 도시한 도면이다.
상기 제 1 보호막(156)은 실리콘절연막(질화실리콘(SiNx) 또는 산화실리콘(SiO2))을 소정의 방법으로 증착하여 약 4000Å의 두께로 형성한다.
이와 같이, 상기 노출된 액티브층(140)과 직접 맞닿는 층인 제 1 보호막을 실리콘 절연막으로 구성하면, 상기 노출된 액티브층(140)과 제 1 보호막(156)과의 계면특성이 뛰어나기 때문에 전자를 트랩하는 영역이 적어지게 되고 따라서, 전자의 이동도(mobility)가 빨라지는 결과를 얻을 수 있다.
여기서, 상기 제 1 보호막(156)을 식각하여, 상기 접지배선(154)의 일부를 노출하는 접지배선 콘택홀(159)과, 상기 제 1 보호막(156)과 그 하부의 게이트 절연막(138)을 식각하여 상기 게이트 패드전극(134b을 노출하는 제 1 게이트 패드 콘택홀(160a)을 형성한다.
도 5g는 투명전극으로 커패시터 전극(162)과 상기 데이터 패드전극(136a)과 접지패드 전극(137a)의 상부에 각각 에치 스타퍼(164a,164b)와 상기 게이트 패드전극(134a)과 접촉하는 제 1 게이트 패드 단자전극(166)을 형성하는 단계이다.
즉, 상기 패턴된 제 1보호막(156)상부에 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명도전성 물질을 증착하고 패터닝하여 형성한다.
상기 접지배선(154)은 픽셀의 일부를 지나도록 형성되어 있으나(도 4), 커패시터 전극(162)은 데이터배선(152)과는 중첩되지 않는 한도에서 접지배선(154)보다 넓게하여 픽셀전극(이후 공정에서 형성됨) 전체면적 중 절반이상과 중첩되게 형성된다.
다음으로, 도 5h에 도시한 바와 같이, 상기 커패시터 전극(162)등이 구성된 기판(100)의 전면에 전술한 바와 같은 무기 절연물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 제 2 보호막(168)을 형성한다.
상기 제 2 보호막(168)을 패터닝하여, 상기 드레인 전극(150)을 노출하는 드레인 콘택홀(170)과, 상기 데이터 패드전극(136b)과 접지패드전극(137b)의 상부에 각각 형성한 에치 스타퍼(etch stoper)(164a,164b)를 노출하는 제 1 홀(172a)과 제 2 홀(172b)을 형성한다.
동시에 상기 게이트 패드전극(134b)과 접촉하는 제 1 게이트 패드 단자 전극(166)의 일부를 노출시키는 제 2 게이트 패드 콘택홀(174)을 형성한다.
다음으로, 도 5i는 픽셀전극(176)과 상기 제 1 게이트 패드 단자전극(166)과 접촉하는 제 2 게이트 패드 단자전극(178)을 형성하는 단계이다.
상기 각 콘택홀이 형성된 기판(100)의 전면에 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명 도전성 금속물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하고 패턴하여, 상기 일부가 노출된 드레인전극(150)과 접촉하면서 픽셀영역(P)에 구성되는 픽셀전극(176)과, 상기 제 1 게이트 패드 단자전극(166)과 접촉하는 제 2 게이트 패드 단자전극(178)을 형성한다.
본 공정에서, 상기 제 1 홀과 제 2 홀을 통해 노출된 에치 스토퍼가 제거된다.
상기 픽셀전극(176)은 상기 제 2 보호막(168)을 사이에 두고 상기 캐패시터 제 1 전극(162)과 평면적으로 겹쳐져 형성된다.
상기 픽셀전극(176)과 상기 스토리지 제 1 전극(162) 사이에 삽입된 보호막으로, 상기 픽셀영역(P)에는 비로소 스토리지 캐패시터(C)가 구성될 수 있으며, 상기 픽셀전극(176)은 캐패시터 제 2 전극(176)의 기능을 겸하게 된다.
도 5j는 상기 데이터 패드전극(136b)과 접지패드 전극(137b)을 노출하는 단계로, 상기 제 1 보호막(156)과 게이트 절연막(138)을 식각하여 데이터 패드 콘택홀(180)과 접지패드 콘택홀(182)을 형성한다.
전술한 바와 같은 공정으로 본 발명의 제 1 실시예에 따른 엑스레이 영상감지소자를 제작 할 수 있다.
전술한 공정에서는 종래와 달리 상기 제 1 보호막과 제 2 보호막 사이에 형성되는 유기 보호막 공정이 제거되어 공정이 단순화 될 뿐 아니라 상기 게이트 패드전극(143b)에 별도의 제 1 게이트 패드 단자전극(166)과 제 2 게이트 패드 단자전극(178)을 공정 추가없이 형성함으로써, 상기 게이트 패드전극(134b)이 상기 제 1 게이트 패드 단자전극(166)과 제 2 게이트 패드 단자전극(178)을 통해 탭 방식으로 외부의 신호 배선과 연결될 수 있다.
이하, 제 2 실시예를 통해 상기 제 1 실시예에서 변형된 본 발명의 또 다른 특징에 따른 엑스레이 영상감지소자의 구성과 그 제조방법을 설명한다.
-- 제 2 실시예 --
본 발명의 제 2 실시예의 특징은 박막트랜지스터 상부에 형성하는 유기 절연막을 생략하여 공정을 단순화하는 동시에, 상기 게이트 패드 전극과 데이터 패드 전극에 단자전극을 형성하여, 탭 방식으로 외부의 신호배선을 연결할 수 있도록 하는 것이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 엑스레이 영상 감지소자의 한 픽셀 영역을 나타낸 평면도이다.
도시한 바와 같이, 일 끝단에 게이트 패드전극(234)을 구성하는 게이트 배선(251)이 행 방향으로 배열되어 있고, 일 끝단에 데이터 패드전극(253)을 구성하는 데이터 배선(252)이 열 방향으로 배열되어 있다.
상기 게이트 패드전극(234)은 게이트 연결배선(249)을 통해 게이트 배선(251)과 연결되고, 상기 데이터 패드전극(253)은 데이터 연결배선(247)을 통해데이터 배선(252)과 연결된다.
또, 게이트 배선(251)과 데이터 배선(252)이 교차하는 부분에 스위칭소자로써 박막 트랜지스터(T)가 형성된다.
상기 게이트 배선(251)과 데이터 배선(252)이 교차하여 정의되는 영역을 픽셀영역(P)이라 하며, 픽셀영역에는 캐패시터전극(268)과 픽셀전극(290)을 구성한다.
상기 픽셀전극(290)의 하부에는 상기 게이트 배선(252)과 평행한 접지배선(254)을 형성한다.
상기 접지배선(254)은 콘택홀(260a,260b)을 통해 상기 캐패시터 전극(268)과 접촉하며, 상기 접지배선(254)의 일 끝단에는 외부로부터 접지신호를 인가하기 위한 접지패드 전극(255)을 구성한다.
상기 접지 패드 전극(255)은 접지 연결배선(243)을 통해 접지 배선(254)과 연결된다.
또한, 게이트 패드 전극(234)에는 제 1 게이트 패드 단자전극(270)과 제 2 게이트 패드 단자전극(292)을 형성하고, 상기 데이터 패드전극(253)에는 제 1 데이터 패드 단자전극(272)과 제 2 데이터 패드 단자전극(294)을 형성한다.
그리고, 상기 접지 패드전극(255)에는 제 1 접지 패드 단자전극(274)과 제 2 접지 패드 단자전극(296)을 형성한다.
전하 저장수단으로서 스토리지 캐패시터(C)를 구성하게끔 캐패시터 전극(268)과 픽셀전극(290)이 형성되어 있고, 유전물질로 실리콘 절연막이 상기 캐패시터와 픽셀전극(268, 290) 사이에 삽입 형성되어 있다.
또한, 상기 스토리지 캐패시터(C)에 저장된 정공은 박막트랜지스터(T)의 동작에 의해 드레인전극(250)을 통해 소스전극(248)으로 이동하고, 데이터배선(252)을 경유하여 외부의 회로(미도시)에서 처리되어 영상으로 표현된다. 그 구체적인 동작은 도 1에서 설명한 바와 동일하므로 생략한다.
이하, 도 7a 내지 도 7h를 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 엑스레이 영상감지 소자의 제조공정을 설명한다.
도 7a 내지 도 7h는 도 6의 절단선 Ⅸ-Ⅸ, Ⅹ-Ⅹ, XI-XI, XII-XII를 따라 절단하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공정순서로 도시한 공정 단면도이다.
먼저, 도 7a는 도전성 금속을 이중으로 증착하고 패터닝하여, 이중 구조의 게이트 전극(232)과 게이트배선(미도시)을 형성하는 단계를 도시하고 있다.
상기 이중 금속층 중 하부층을 구성하는 제 1 금속은 저 저항의 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(주로, AlNd) 등을 사용하고, 상부층을 구성하는 제 2 금속은 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 텅스텐(W)중 선택된 하나를 사용한다.
상기 게이트전극(232)과 게이트배선(미도시)을 형성함과 동시에, 상기 게이트배선의 일 끝단에 게이트 패드전극(234)을 형성한다.
이때, 상기 게이트 패드전극(234)과 게이트 배선(251)은 게이트 연결배선(249)을 통해 연결된다.
다음으로, 도 7b는 상기 게이트전극(232)과 게이트 패드전극(234) 및 게이트배선(미도시)과 게이트 연결배선(252)을 형성한 기판(200)의 전면에 질화실리콘(SiNX)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연 물질 그룹과, 경우에 따라서는 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)등으로 구성된 유기절연 물질그룹 중 선택된 하나를 증착 또는 도포하여 게이트 절연막(238)을 100Å 내지 3000Å의 두께로 형성한다.
도 7c는 액티브층(240)과 오믹 콘택층(242)를 형성하는 단계를 도시한 도면이다.
먼저, 상기 게이트 절연막(238)상에 연속하여, 절연막이 외부의 공기중에 노출되지 않은 상태에서 순수 비정질 실리콘(a-Si:H), 불순물 비정질 실리콘(n+a-Si:H)을 순서대로 적층한 후 패터닝하여, 액티브층(240)과 오믹콘택층(242)을 형성한다
다음으로, 도 7d는 상기 액티브층(240)과 오믹콘택층(242)이 형성된 게이트 절연막(238)의 상부에 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W)등을 포함하는 도전성 금속그룹 중 선택된 하나를 증착하고 패턴하여, 상기 오믹 콘택층(242)과 접촉하는 소스전극(248)및 드레인전극(250)과, 상기 소스전극(248)과 연결된 데이터배선(252)과, 상기 데이터배선(252)의 끝단에서 소정면적으로 연장 형성된 데이터 패드전극(253)를 형성한다.
상기 데이터 패드 전극(253)과 상기 데이터 배선(252)은 데이터 연결배선(247)을 통해 연결된다.
동시에, 상기 픽셀영역(P)의중앙을 가로지르는 접지배선(254)과 상기 접지배선의 끝단에 소정면적으로 연장 형성된 접지패드 전극(255)을 형성한다.
상기 접지배선(254)과 접지 패드전극(255)은 접지 연결배선(243)을 통해 연결된다.
다음으로, 상기 패터닝된 소스 및 드레인전극(248,250)을 마스크로 하여, 상기 소스 및 드레인전극(248,250)의 사이로 노출된 오믹콘택층(242)을 식각하여 액티브층(240)의 일부를 노출한다.
다른 방법으로, 상기 소스 및 드레인전극(248,250)을 포토레지스트(미도시) 광 마스크로 하여 패터닝하고, 그 포토레지스트를 제거하지 않은 상태에서 오믹콘택층(242)을 식각 분리할 수도 있다.
상기 노출된 액티브층(240)의 표면은 전자가 흐르는 채널(channel)로서 기능을 하게 된다.
도 7e는 상기 소스 및 드레인전극(248,250)과 접지배선(254)과 데이터배선(252)등이 형성된 기판(200)의 전면에 제 1 보호막(256)을 형성하는 단계를 도시한 도면이다.
상기 제 1 보호막(256)은 실리콘 절연막(질화실리콘(SiNx) 또는 산화실리콘(SiO2))을 소정의 방법으로 증착하여 4000Å의 두께로 형성한다.
상기 노출된 액티브층(240)과 직접 맞닿는 층인 제 1 보호막을 실리콘 절연막으로 구성하면, 상기 노출된 액티브층(240)과 제 1 보호막(256)과의 계면특성이 뛰어나기 때문에 전자를 트랩하는 영역이 적어지게 되고 따라서, 전자의이동도(mobility)가 빨라지는 결과를 얻을 수 있다.
여기서, 상기 제 1 보호막(256)을 패터닝하여, 상기 접지배선(254)과 상기 게이트 패드전극(234)와 상기 데이터 패드 전극(253)과 접지 패드 전극(255)의 일부가 노출되도록 각각 제 1 접지배선 콘택홀(260a)과 제 1 게이트 패드 콘택홀(261a)과 상기 제 1 데이터 패드 콘택홀(263a)과 제 1 접지패드 콘택홀(265a)을 형성한다.
도 7f는 상기 노출된 각 패드와 접촉하는 패드전극을 형성하는 것이다.
즉, 상기 콘택홀이 형성된 제 1 보호막(256)의 상부에 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함한 투명도전성 금속물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하고 패턴하여, 상기 접지배선(254)과 접촉하는 캐패시터전극(268)과, 상기 게이트 패드전극(234)과 접촉하는 제 1 게이트 패드 단자전극(270)과, 상기 데이터 패드전극(253)과 접촉하는 제 1 데이터 패드 단자전극(272)과, 상기 접지 패드전극(255)과 접촉하는 제 1 접지패드 단자전극(274)을 형성한다.
다음으로, 도 7g는 상기 캐패시터전극(268)과, 제 1 게이트 패드 단자전극 (270)등이 형성된 기판(200)의 전면에 전술한 바와 같은 무기절연 물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 제 2 보호막(280)을 형성한다.
연속하여, 상기 제 2 보호막(280)을 패턴하여, 상기 드레인 전극(250)과 상기 제 1 게이트 패드 단자전극(270)과 상기 제 1 데이터 패드 단자전극(272)과 상기 제 1 접지패드 단자전극(274)의 일부를 각각 노출하는 드레인 콘택홀(282)과 제2 게이트 패드 콘택홀(261b)과 제 2 데이터 패드 콘택홀(263b)과 제 2 접지 패드 콘택홀(265b)을 형성한다.
다음으로, 도 7h는 상기 패턴된 제 2 보호막(280)상부에 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명도전성 물질을 증착하고 패터닝하여, 상기 노출된 드레인전극(250)과 접촉하는 픽셀전극(290)과, 상기 노출된 제 1 게이트 패드 단자전극(270)과 접촉하는 제 2 게이트 패드 단자전극(292)과, 상기 노출된 제 1 데이터 패드 단자전극(272)과 접촉하는 제 2 데이터 패드 단자전극(294)과 상기 노출된 제 1 접지 패드 단자전극(274)과 접촉하는 제 2 접지 패드 단자전극(296)을 형성한다.
상기 픽셀전극(290)은 상기 제 2 보호막(280)을 사이에 두고 상기 캐패시터 전극(268)과 평면적으로 겹쳐져 구성된다. 이러한 구성으로 상기 픽셀영역(P)에는 비로소 스토리지 캐패시터(C)가 구성될 수 있으며, 상기 화소전극(290)은 캐패시터 제 2 전극 기능을 겸하게 된다.
전술한 바와 같은 공정을 통해 제작된 제 2 실시예의 구성은 유기 절연막을 생략하여 공정을 단순화 하였고, 게이트 패드전극과 데이터 패드전극 모두에 탭 방식을 이용하여 외부의 신호배선을 연결할 수 있다.
전술한 제 1 실시예와 제 2 실시예의 구성은 상기 제 1 보호막(256)의 두께를 4000Å로 증착하였으므로, 상기 제 1 보호막의 상부에 유기 절연막을 형성하는 공정을 생략하는 것이 가능하다.
이상과 같은 공정으로, 본 발명의 제 1 실시예와 제 2 실시예에 따른 엑스레이 영상감지소자를 제작할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 제작방법으로 형성된 엑스레이 영상 감지소자는 아래와 같은 효과가 있다.
첫째, 제 1 보호막의 상부에 유기절연막을 생략하고, 상기 제 2 실시예의 경우에는 각 패드전극의 하부에 버퍼층 형성하는 공정을 생략하였기 때문에 공정을 단순화 하는 효과가 있다.
둘째, 와이어 본딩 방식과 탭 방식을 이용하여, 각 패드전극에 외부 신호배선을 연결할 수 있는 구성이다.
Claims (26)
- 기판 상에 일 방향으로 구성된 다수의 게이트 배선과, 게이트배선과 연결된 게이트 연결배선과, 게이트 연결배선에서 연장된 게이트 패드전극과;상기 게이트 배선과는 게이트 절연막을 사이에 두고 수직하게 교차하여 픽셀영역을 정의하는 데이터 배선과, 데이터 배선과 연결된 데이터 연결배선과, 데이터 연결배선에서 연장된 데이터 패드전극;상기 데이터 배선과 게이트 배선이 교차하는 지점에 게이트 전극과 액티브층과 소스전극과 드레인전극을 포함하는 박막 트랜지스터와;상기 픽셀영역에 일 방향으로 형성되고, 일 끝단은 접지패드전극과 연결된 접지배선과;상기 박막트랜지스터와 데이터 패드전극 및 접지 패드전극을 덮고, 상기 접지배선의 일부와 상기 게이트 패드전극의 일부를 노출하도록 패턴된 실리콘 절연막인 제 1 보호막과;상기 노출된 접지배선과 접촉하는 캐패시터전극과;상기 노출된 게이트 패드전극과 접촉하는 제 1 게이트 패드 단자전극과;상기 드레인전극의 일부와 상기 제 1 게이트 패드 단자전극의 일부를 노출하도록 패턴된 제 2 보호막과;상기 드레인전극과 접촉하는 픽셀전극과 상기 제 1 게이트 패드 단자 전극과 접촉하는 제 2 게이트 패드 단자전극과;상기 데이터 패드전극을 노출시키는 데이터 패드 콘택홀과 상기 접지 패드 전극을 노출시키는 접지 패드 콘택홀을 포함하는 엑스레이 영상감지 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 게이트전극과 게이트배선은 이중 금속층으로 구성된 엑스레이 영상 감지소자.
- 제 2 항에 있어서,상기 이중 금속층 중 제 1 층은 알루미늄이고, 제 2 층은 크롬(Cr), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo)으로 구성된 금속그룹 중 선택된 하나인 엑스레이 영상감지 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 게이트 패드전극과 데이터 패드전극 및 접지 패드전극은 동일층에 동일 물질로 구성된 엑스레이 영상감지소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 데이터배선과 접지배선은 상기 게이트 절연막에 형성된 콘택홀을 통해, 상기 데이터 연결배선과 접지 연결배선과 접촉하여 구성된 엑스레이 영상 감지소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 픽셀전극은 상기 소스 및 드레인전극의 상부까지 연장되어 형성되는 엑스레이 영상 감지소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 보호막인 실리콘 절연막은 질화 실리콘(SiNx) 또는 산화 실리콘(SiOX)인 엑스레이 영상 감지소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 화소전극 상에 형성된 엑스레이 감광막을 더욱 포함하는 엑스레이 영상감지소자.
- 기판 상에 게이트배선과 게이트 배선에서 연장된 게이트 연결배선과 게이트 연결배선에서 연장된 게이트 패드전극과, 상기 게이트 패드전극과 평행하지 않은 일 측 영역에 데이터 연결배선과 데이터 연결배선에서 연장된 데이터 패드전극과, 접지 연결배선과 접지 연결배선에서 연장된 접지 패드전극을 형성하는 단계와;게이트 배선과 게이트 패드 전극과 데이터 패드 전극과 접지 패드전극이 형성된 기판의 전면에, 상기 게이트 연결배선의 일부와 데이터 연결배선의 일부를 노출하는 제 1 절연막인 게이트 절연막을 형성하는 단계와;상기 게이트 배선과 교차하는 데이터 배선의 교차지점에 액티브층과 소스전극 및 드레인전극으로 구성된 박막트랜지스터를 형성하고, 상기 노출된 데이터 연결배선과 접촉하는 데이터 배선과, 상기 노출된 접지 연결배선과 접촉하는 접지배선을 형성하는 단계와;상기 박막트랜지스터와 접지배선, 데이터 배선이 형성된 기판의 전면에, 상기 접지배선의 일부와 상기 게이트 패드전극의 일부가 노출되도록 패턴된 제 2 절연막인 제 1 보호막을 형성하는 단계와;상기 접지배선과 접촉하는 캐패시터 전극과, 상기 게이트 패드전극과 접촉하는 제 1 게이트 패드 단자 전극을 형성하는 단계와;상기 캐패시터 전극과 제 1 게이트 패드 단자 전극이 형성된 기판의 전면에도포되어, 상기 드레인 전극과 상기 제 1 게이트 패드 전극단자의 일부를 노출하고, 상기 접지 패드전극과 데이터 패드 전극에 대응하는 영역이 식각된 제 3 절연막인 제 2 보호막을 형성하는 단계와;상기 드레인전극과 접촉하면서 상기 캐패시터 전극 상부에 구성되는 픽셀전극과, 상기 제 1 게이트 패드 단자전극과 접촉하는 제 2 게이트 패드 단자전극을 형성하는 단계와;상기 제 3 절연막이 식각된 영역의 제 1 절연막과 제 2 절연막을 식각하여 게이트 패드 전극 콘택홀과 데이터 패드 전극 콘택홀을 형성하는 단계를포함한 엑스레이 영상감지 소자 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 게이트 전극과 게이트 배선은 이중 금속층으로 구성된 엑스레이 영상감지 소자 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 이중 금속층 중 제 1 층은 알루미늄이고, 제 2 층은 크롬(Cr), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo)으로 구성된 금속그룹 중 선택된 하나인 엑스레이 영상감지 소자 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 1 절연막과 제 2 절연막과 제 3 절연막은 질화 실리콘(SiNx) 또는 산화 실리콘(SiOX)중 선택된 하나로 형성한 엑스레이 영상 감지소자 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 픽셀전극 상에 광도전막을 형성하는 단계와;상기 광도전막 상에 도전전극을 형성하는 단계를 더욱 포함하는 엑스레이 영상 감지소자 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 광도전막은 비정질 셀레니움(selenium), HgI2, PbO, CdTe, CdSe, 탈륨브로마이드, 카드뮴설파이드로 구성된 집단에서 선택된 물질인 엑스레이 영상 감지소자 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 캐패시터전극과 픽셀전극과 제 1 게이트 패드 단자전극과 제 2 게이트 패드 단자전극은 투명한 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)중 선택된 하나로 형성하는 엑스레이 영상 감지소자 제조방법.
- 기판 상에 일 방향으로 구성된 게이트 배선과, 게이트 배선과 연결된 게이트 패드전극과;상기 게이트 배선과는 게이트 절연막을 사이에 두고 수직하게 교차하여 픽셀영역을 정의하는 데이터 배선과, 데이터 배선과 연결된 데이터 패드 전극과;상기 게이트 배선과 데이터 배선이 교차하는 지점에 구성되고, 게이트 전극과, 액티브층과, 소스전극과 드레인전극을 포함하는 박막 트랜지스터와;상기 픽셀영역에 일 방향으로 형성된 접지배선과, 상기 접지배선과 연결된 접지 패드전극과;상기 박막트랜지스터와 접지배선과 데이터 패드 전극과 접지 패드전극이 구성된 기판의 상부에 구성되고, 상기 접지배선의 일부와 상기 게이트 패드전극과 데이터 패드 전극과 접지 패드전극의 일부를 노출하도록 패턴된 실리콘 절연막인 제 1 보호막과;상기 노출된 접지배선과 접촉하는 캐패시터 전극과, 게이트 패드 전극과 접촉하는 제 1 게이트 패드 단자 전극과, 데이터 패드전극과 접촉하는 제 1 데이터패드 단자전극과, 접지 패드전극과 접촉하는 제 1 접지 패드 단자전극과;상기 제 1 보호막 상부에 위치하고, 상기 드레인전극과 제 1 게이트 패드 단자전극과 제 1 데이터 패드 단자전극과 제 1 접지 패드 단자전극을 노출하도록 패턴된 실리콘 절연막인 제 2 보호막과;상기 드레인전극과 접촉하면서 상기 캐패시터 전극 상부에 구성된 픽셀전극과, 상기 제 1 게이트 패드 단자전극과 접촉하는 제 2 게이트 패드 단자전극과, 상기 제 1 데이터 패드 단자전극과 접촉하는 제 2 데이터 패드 단자전극과,상기 제 1 접지 패드 단자전극과 접촉하는 제 2 접지 패드 단자전극을 포함하는 엑스레이 영상감지 소자.
- 제 16 항에 있어서,상기 픽셀전극은 상기 소스 및 드레인전극의 상부까지 연장되어 형성되는 엑스레이 영상 감지소자.
- 제 16 항에 있어서,상기 실리콘 절연막은 질화 실리콘(SiNx) 또는 산화 실리콘(SiOX)인 엑스레이 영상 감지소자.
- 제 16 항에 있어서,상기 픽셀영역 상에 형성된 엑스레이 감광막을 더욱 포함하는 엑스레이 영상 감지소자.
- 기판 상에 게이트 전극 및 게이트배선과 게이트 배선에 연결된 게이트 패드전극을 형성하는 단계와;게이트 배선이 형성된 기판의 전면에 제 1 절연막인 게이트 절연막을 형성하는 단계와;상기 게이트 배선과 교차하는 데이터 배선의 교차지점에 액티브층과 소스전극 및 드레인전극으로 구성된 박막트랜지스터를 형성하고, 데이터 배선과 연결된 데이터 패드 전극과, 데이터 배선과 평행하게 일 방향으로 구성된 접지배선과 접지배선과 연결된 접지 패드전극을 형성하는 단계와;상기 박막트랜지스터와 접지배선, 데이터 패드 전극과 접지 패드 전극이 형성된 형성된 기판의 전면에, 상기 접지배선의 일부와 상기 게이트 패드전극의 일부와 데이터패드 전극의 일부와 접지 패드전극의 일부가 노출되도록 패턴된 제 2 절연막인 제 1 보호막을 형성하는 단계와;상기 접지배선과 접촉하는 캐패시터 전극과, 상기 게이트 패드전극과 접촉하는 제 1 게이트 패드 단자 전극과, 상기 데이터 패드전극과 접촉하는 제 1 데이터패드 단자 전극과, 상기 접지 패드전극과 접촉하는 제 1 접지 패드 단자 전극을 형성하는 단계와;상기 캐패시터 전극과 제 1 게이트 패드 단자전극과 제 1 데이터 패드 단자전극과 제 1 접지 패드 단자전극이 형성된 기판의 전면에 상기 드레인 전극의 일부가 노출되고, 상기 제 1 게이트 패드 단자전극과 제 1 데이터 패드 단자전극과 제 1 접지 패드 단자전극을 노출하도록 식각된 제 3 절연막인 제 2 보호막을 형성하는 단계와;상기 드레인전극과 접촉하면서 상기 캐패시터 전극 상부에 구성되는 픽셀전극과, 상기 제 1 게이트 패드 단자전극과 접촉하는 제 2 게이트 패드 단자전극과, 상기 제 1 데이터 패드 단자전극과 접촉하는 제 2 데이터 패드 단자전극과, 상기 제 1 접지 패드 단자전극과 접촉하는 제 2 접지패드 단자전극을 형성하는 단계를 포함하는 엑스레이 영상감지소자 제조방법.
- 제 20 항에 있어서,상기 게이트 전극과 게이트 배선은 이중 금속층으로 구성된 엑스레이 영상감지 소자 제조방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 이중 금속층 중 제 1 층은 알루미늄이고, 제 2 층은 크롬(Cr), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo)으로 구성된 금속그룹 중 선택된 하나인 엑스레이 영상감지 소자 제조방법.
- 제 20 항에 있어서,상기 제 1 절연막과 제 2 절연막과 제 3 절연막은 질화 실리콘(SiNx) 또는 산화 실리콘(SiOX)중 선택된 하나로 형성한 엑스레이 영상 감지소자 제조방법.
- 제 20 항에 있어서,상기 픽셀전극 상에 광도전막을 형성하는 단계와;상기 광도전막 상에 도전전극을 형성하는 단계를 더욱 포함하는 엑스레이 영상 감지소자 제조방법.
- 제 24 항에 있어서,상기 광도전막은 비정질 셀레니움(selenium), HgI2, PbO, CdTe, CdSe, 탈륨브로마이드, 카드뮴설파이드로 구성된 집단에서 선택된 물질인 엑스레이 영상 감지소자 제조방법.
- 제 20 항에 있어서,상기 캐패시터전극과 픽셀전극과 제 1, 제 2 게이트 패드 단자전극과, 제 1,2 데이터 패드 단자전극과, 제 1,2 접지패드 단자전극은 투명한 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)중 선택된 하나로 형성하는 엑스레이 영상 감지소자 제조방법.
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