KR200352637Y1 - 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용한 지문인식장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 지문을 향하여 빛을 조사하도록 배치되는 광원; 상기 지문과 접촉하여, 상기 지문의 이미지에 대응하도록 상기 광원으로부터의 빛을 반사시키는 광학적 반사체; 및 상기 광학적 반사체로부터 입사되는 상기 지문 이미지를 감지하는 박막형 이미지 센서를 포함하는 지문인식장치를 제공한다.

Description

박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용한 지문인식장치{A device for recognizing a finger print having an image sensor of thin film type}

본 고안은 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용한 지문인식장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 고안은 제품의 소형화, 제조 공정의 간소화 및 제조 비용의 절감이 가능한 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용한 지문인식장치에 관한 것이다.

종래의 광학식 지문인식장치는 영상 형성용 프리즘 등에 놓여진 지문에 빛을 비추어 지문의 골(valley)이나 융선(ridge)의 형태에 따라 반사되어 영상 센서에 형성된 지문영상을 해석하여 미리 저장되어 있는 지문과 대조를 하는 장치이다. 대표적인 광학식 지문인식장치의 원리를 도 1에 나타내었다.

도 1의 지문인식장치는, 일반적으로, 영상 형성용 광학 프리즘 1, 광원 2, 광학 렌즈 3, CCD (Charge-Coupled Device) 4로 구성된다. 최근의 제품사이즈 축소화 경향에 따라 지문인식장치의 사이즈를 축소해야 할 필요성이 강하게 요청되는바, 각 구성요소의 크기를 줄일 필요가 있다. 그러나, 광학식 지문인식장치에 있어서는, 지문의 이미지가 왜곡되는 일이 자주 일어나므로, 이러한 이미지의 왜곡을 줄이기 위하여, 프리즘에서 출사되는 지문의 이미지를 집광하는 집광 렌즈에 다른 보정용 렌즈 또는 보정용 프리즘을 결합하여 상의 왜곡과 수차 등을 보정하고 있지만, 이럴 경우에는 광학계가 더 커지는 단점이 있다. 또한, 이러한 광학계를 이용하여 지문인식장치를 제조하는 경우, 광학계를 구성하는 부품의 단가가 높을 뿐 아니라, 광학 렌즈끼리의 정밀 교정이 필요하므로 제조 공정이 복잡한 단점이 있었다.

한편, 종래의 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용한 지문인식장치는, 피사체를 향하여 빛을 발산하는 광원과, 상기 광원으로부터 발산된 빛이 피사체에 반사되는 경우 그 빛을 감지하도록, 상하좌우로 배열된 복수의 단위 화소(pixel)로 구성된 센싱 어레이(sensing array)와, 상기 센싱 어레이에 의하여 감지된 이미지를 신호화 처리하여 제어 장치 등으로 데이터를 전송하는 이미지 처리 장치로 구성된다.

상기 센싱 어레이에 포함된 단위 화소 각각은 다시 일반적으로, 피사체로부터 반사된 빛을 감지하는 광감지 소자, 상기 광감지 소자가 빛을 감지한 경우 그 전위 상태가 변화되는 스토리지 커패시터(storage capacitor), 상기 스토리지 커패시터의 전위 상태의 변화에 대하여 이미지 처리 장치로 소정의 신호를 내보내는 스위칭 소자로 구성된다.

이러한 구성을 가진 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 경우, 상기 광원은 일반적으로, 상기 센싱 어레이의 후면에 배치되어, 센싱 어레이의 후면으로부터 센싱 어레이의 전면에 위치하는 피사체를 향하는 방향으로 빛을 공급하도록 되어 있었다. 따라서, 피사체에 반사된 빛이 감지되기 위하여는, 광원으로부터 발산된 빛이 반드시 센싱 어레이를 관통하여야 하므로, 센싱 어레이를 구성하는 일부 요소들은 빛의 투과가 가능한 투명한 소재를 가져야 하는 것이 필수적이었다.

그러나, 상기 광감지 소자, 스위칭 소자 및 스토리지 커패시터는 반도체 소자이므로, 이를 구성하는 일부 요소는 도전성을 가져야 하는 것이 필수적이고, 또한 어떠한 요소는 금속성을 가질 필요가 있는 것도 있어서, 이러한 반도체 소자의 특성과 이미지 센서에 요구되는 조건이 고려되어져, 박막 트랜지스터형 이미지 센서가 개발되어져 왔다.

구체적으로, 스토리지 커패시터는 투명한 도전성을 가진 소재로 제조되어져 왔고, 이에 대해 광감지 소자 및 스위칭 소자의 소오스 및 드레인은 소정의 금속 재료로 제조되었다. 따라서, 서로 다른 소재로 가지고 공정을 수행해야 하므로, 스토리지 커패시터를 형성하는 공정과 광감지 소자 및 스위칭 소자의 소오스 및 드레인을 형성하는 공정은 별도로 행해져야 하는 단점이 있었다. 또한, 투명한 도전 소재인 스토리지 커패시터를 일반 금속재료로 형성할 수 있다면, 제조 비용을 절감시킬 수 있는 여지도 있는 것이다.

상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 고안은 소형화가 가능한 지문인식장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 고안은 제조 공정이 용이하고, 제조 공정이 단축되는 지문인식장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 고안은 제조 비용의 절감이 가능한 지문인식장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 지문인식장치의 일예의 구성을 개념적으로 도시한 도면

도 2는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 지문인식장치의 구조를 개념적으로 도시한 도면.

도 3은 본 고안의 제1실시예에 따른 지문인식장치에 포함되는 이미지 센서의 단위 화소의 구성을 도시한 평면도 및 A-A’선을 따라 본 단면도.

도 4a 내지 도 4d는 본 고안의 제1실시예에 따른 지문인식장치에 포함되는 이미지 센서의 제조 방법을 그 제조 공정 단계별로 도시한 평면도들 및 각 평면도의 A-A’선을 따라 본 단면도들.

도 5는 본 고안의 제2실시예에 따른 지문인식장치에 포함되는 이미지 센서의 단위 화소의 구성을 도시한 평면도 및 A-A’선을 따라 본 단면도.

도 6a 내지 도 6i는 본 고안의 제2실시예에 따른 지문인식장치에 포함되는 이미지 센서의 제조 방법을 그 제조 공정 단계별로 도시한 평면도들 및 각 평면도의 A-A’선을 따라 본 단면도들.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 지문인식장치에 있어서, 지문을 향하여 빛을 조사하도록 배치되는 광원; 상기 지문과 접촉하여, 상기 지문의 이미지에 대응하도록 상기 광원으로부터의 빛을 반사시키는 광학적 반사체; 및 상기 광학적 반사체로부터 입사되는 상기 지문 이미지를 감지하는 박막형 이미지 센서를 포함하되, 상기 이미지 센서는, 복수의 단위 화소의 배열을 포함하는 센싱 어레이를 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서로서, 상기 이미지 센서의 상기 각 단위 화소는, 기판 상의 소정 영역에 형성되며, 상기 광원으로부터 발산된 빛을 감지하는 광감지 소자; 상기 기판 상의 소정 영역에 형성되며, 상기 광감지 소자에 의해 그 전위 상태가 변화되는 스토리지 커패시터; 및 상기 기판 상의 소정 영역에 형성되며, 소정의 제어 신호에 응답하여, 상기 스토리지 커패시터의 전위 상태의 변화에 따른 신호를 전송하는 스위칭 소자를 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용한 지문인식장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 지문인식장치 100의 개략적인 구조를 나타내는 도면이다.

본 고안의 지문인식장치 10은 광원 20, 광학 프리즘 30 및 이미지 센서 100을 포함한다. 광원 20은 지문인식에 필요한 빛을 생성하여, 지문을 향하여 빛을 조사한다. 광원 20은 LED (Light Emitting Diode)로 구현될 수 있다. 광학 프리즘 30은 광원 20으로부터 조사된 후 지문에 반사된 빛을 이미지 센서 100측으로 입사시키는 역할을 한다. 광학 프리즘 30은 전반사프리즘의 일종인 직각이등변삼각형의 절단면을 가지는 직각프리즘으로 구현될 수 있다. 광원 20은 광학 프리즘 30의 직각을 이루는 어느 하나의 면 (이하, “제1면)에 배치되어 제1면을 향하여 빛을 조사하도록 배치된다. 광학 프리즘 30의 제1면과 약 45˚를 이루는 면 (이하, “제2면”)에는 지문이 접촉된다.

이미지 센서 100은 광학 프리즘 30으로부터 입사된 빛을 감지하여, 지문의 이미지를 생성하도록 한다. 이미지 센서 100은 광학 프리즘 30의 제1면과 직각을 이루는 면에 배치된다. 본 고안에 의한 이미지 센서 100은 박막 트랜지스터 (Thin Film Transistor) 형 이미지 센서로서, 상하좌우로 배열된 복수의 단위 화소(pixel)를 포함하는 센싱 어레이(sencing array, 도시안됨)의 형태를 이루고 있다. 나아가, 본 고안의 지문인식장치 10은 상기 센싱 어레이에 의하여 감지된 이미지를 신호화 처리하여 제어장치 등으로 데이터를 전송하는 이미지 처리 장치 (도시안됨)를 포함하여도 좋다.

상기한 바와 같이, 본 고안에 의한 지문인식장치 10은 박막 트랜지스터형 이미지 센서 100을 이용하고 있기 때문에, 종래의 광학식 지문인식장치에서의 광학계를 구성하는 광학 렌즈 등을 더이상 구비할 필요가 없다. 따라서, 본 고안에 의하면, 제품의 소형화, 제조 공정의 단순화 및 제조 비용의 절감을 실현하는 것이 가능하게 된다.

나아가, 본 고안의 바람직한 실시예에 따르면, 광원 20이 이미지 센서 100의 후면 (기판측)에 위치하지 않고, 광학 프리즘 30을 통하여 지문이 위치하는 측으로부터 빛이 입사된다. 따라서, 광원 20으로부터 조사된 빛이 이미지 센서 100을 투과할 필요가 없으므로, 이미지 센서 100을 구성함에 있어서, 적어도 그 일부의 소재가 빛에 대한 투과성을 가져야 하는 제한이 해소되므로, 이미지 센서 100의 제조 공정의 단축 및 비용의 절감이 가능하게 된다.

이하, 본 고안의 지문인식장치 10의 구성 요소인 이미지 센서 100에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 이미지 센서 100에 관한 설명은 상기 센싱 어레이를 이루는 임의의 한 픽셀에 관한 것이며, 하나의 픽셀에 대해서만 언급한다.

도 3은 본 고안의 제1실시예에 따른 지문인식장치 10의 이미지 센서 100의 단위 화소의 구성을 도시한 평면도 및 A-A’선을 따라 본 단면도이다. 도 4a 내지 도 4d는 본 고안의 제1실시예에 따른 지문인식장치 10의 이미지 센서 100의 제조 방법을 그 제조 공정 단계별로 도시한 평면도들 및 각 평면도의 A-A’선을 따라 본 단면도들이다. 이해와 설명의 편의을 위하여, 기판과 평행한 평면을 X-Y 평면이라 정의하고, 상기 X-Y 평면에 수직인 축을 Z축이라 정의한다.

도시된 바와 같이, 본 고안의 제1실시예에 따른 박막 트랜지스터형 이미지 센서 100은, 기판 (도시되지 않음) 상의 소정 영역에 형성되며, 광원으로부터 발산된 빛을 감지하는 광감지 소자 120, 기판 상의 소정 영역에 형성되며, 광감지 소자 120에 의해 그 전위 상태가 변화되는 스토리지 커패시터 160 및 기판 상의 소정 영역에 형성되며, 소정의 제어 신호에 응답하여, 스토리지 커패시터 160의 전위 상태의 변화에 따른 신호를 전송하는 스위칭 소자 140을 포함한다.

도시된 바와 같이, 기판 상의 소정 영역에, 광감지 소자 120의 게이트 122가 형성되어 있고, 동일한 기판 상의 또 다른 소정 영역에, 게이트 122와 소정 거리 이격되도록 스위칭 소자 140의 게이트 142가 형성되어 있다. 한편, 동일한 기판상의 또 다른 소정 영역에, 게이트 122 및 게이트 142와 각각 소정 거리 이격되어 스토리지 커패시터 160의 일측 전극 162가 형성되어 있다. 광감지 소자 120의 게이트 122, 스위칭 소자 140의 게이트 142 및 스토리지 커패시터 160의 일측 전극 162은, 몰리브덴(“Mo”), 크롬(“Cr”) 및 알루미늄(“Al”) 또는 이들의 합금 등의 금속 재료를 기판 상에 증착 등의 방법으로 소정 두께의 막을 형성하고, 소정의 형상으로 식각함으로써 형성된다. 이와 같이, 스토리지 커패시터 160의 일측 전극 162이 광감지 소자 120의 게이트 122 및 스위칭 소자 140의 게이트 142와 동일한 소재로, 동일한 공정에서 형성되므로, 스토리지 커패시터 160의 일측 전극 162이 투명한 소재이어야 하는 경우에 비해, 그 제조 공정이 단축되며, 제조 비용이 절감된다.

광감지 소자 120의 게이트 122의 상부에는, X-Y 평면 상에서 볼 때 게이트 122와 적어도 일부가 중첩되도록 광감지 소자 120의 반도체층 124가 형성되어 있다. 마찬가지로, 스위칭 소자 140의 게이트 142의 상부에는, X-Y 평면 상에서 볼 때 게이트 142와 적어도 일부가 중첩되도록 스위칭 소자 140의 반도체층 124가 형성되어 있다.

광감지 소자 120의 게이트 122는 제1절연막 102에 의해 반도체층 124와 절연되며, 마찬가지로 스위칭 소자 140의 게이트 142는 제1절연막 102에 의해 반도체층 144와 절연된다. 제1절연막 102는 실리콘 질화막(“SiNx”) 또는 실리콘 산화막(“SiO2”)와 같은 재료를 증착 등의 방법에 의해 소정의 두께로 형성된다. 광감지 소자 120의 반도체층 124 및 스위칭 소자 140의 반도체층 144는, 비정질 실리콘(a-Si)과 불순물 함유 비정질 실리콘(n+ a-Si)과 같은 재료로써 증착 등의 방법에 의하여, 소정의 두께로 성층되며, 소정의 형상으로 식각되어 형성된다.

광감지 소자 120의 드레인 128은, 반도체층 124와 적어도 그 일부가 접속되도록 반도체층 124의 상부에 형성되어 있다. 마찬가지로, 스위칭 소자 140의 소오스 146은, 반도체층 144와 적어도 그 일부가 접속되도록 반도체층 144의 상부에 형성되어 있다.

한편, 광감지 소자 120의 소오스 126, 스위칭 소자 140의 드레인 148 및 스토리지 커패시터 160의 타측 전극 164는 일체로서 형성되어 있으며, 소오스 126은 반도체층 124와 적어도 그 일부가 접속되도록 반도체층 124의 상부에, 드레인 148은 반도체층 144와 적어도 그 일부가 접속되도록 반도체층 144의 상부에, 스토리지 커패시터 160의 타측 전극 164는 일측 전극 162와 제1절연막에 의해 이격되어 일측 전극 162의 상부에 각각 형성되어 있다.

즉, 광감지 소자 120의 소오스 126, 스위칭 소자 140의 드레인 148 및 스토리지 커패시터 160의 타측 전극 164는 일체로서 형성되어 있으므로, 각각 별도로 형성되어야 하는 경우에 비해, 그 제조 공정이 단축될 수 있는 것이다. 또한, 스토리지 커패시터 160의 일측 전극 162는 물론, 타측 전극 164를 투명 도전 소재로 할 필요가 없이, 광감지 소자 120의 소오스 126 및 스위칭 소자 140의 드레인 148과 동일한 소재로 형성할 수 있으므로, 그 제조 비용의 절감을 이룰 수 있게 된다.

광감지 소자 120의 소오스 126 및 드레인 128, 스위칭 소자 140의 소오스 146 및 드레인 148 그리고 스토리지 커패시터 160의 타측 전극 164은, 소정의 금속 재료를 증착 등의 방법으로 소정 두께의 막을 형성하고, 소오스 126 및 드레인 128 상호간과 소오스 146 및 드레인 148 상호간이 소정거리 이격되도록 식각함으로써 형성된다.

다시 말하면, 광감지 소자 120의 소오스 126, 스위칭 소자 140의 드레인 148 및 스토리지 커패시터 160의 타측 전극 164은 동일한 소재로서, 동일한 공정에 의해 일체로 형성되는 것이다. 따라서, 본 고안에 따르면, 스토리지 커패시터 160의 타측 전극 164을 투명한 도전 소재로 하여야 하는 경우, 광감지 소자 120의 소오스 126 및 드레인 128, 스위칭 소자 140의 소오스 146 및 드레인 148에 대하여 증착, 식각 공정을 거쳐야 하며, 스토리지 커패시터 160의 타측 전극 164에 대하여 다시 증착, 식각 공정을 거쳐야 하는 것에 비해, 제조 공정을 단축시킬 수 있게 되는 것이다.

또한, 스위칭 소자 140의 반도체층 144의 상부에는, 기판에 수직인 방향에서 볼 때 반도체층 144와 적어도 그 일부가 중첩되도록 광차단막 150이 형성되어 있다. 광차단막 150은 광원 180으로부터 발산된 빛이 반도체층 144로 입사하지 못하게 하는 기능을 한다.

광차단막 150은 제2절연막 104에 의해 소오스 146 및 드레인 148과 이격된다. 제2절연막 104는, 광감지 소자 120의 소오스 126 및 드레인 128, 스위칭 소자 140의 소오스 146 및 드레인 148 그리고 스토리지 커패시터 160의 타측 전극 164이 형성된 기판 상에, 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 아크릴(acryl) 또는 비씨비(BCB) 등과 같은 유기 물질로써 증착 등의 방법에 의하여, 소정의 두께로 형성된다. 또한, 광차단막 150은, 제2절연막 104이 형성된 기판 상의 소정의 영역에, 금속 또는 수지 등의 재료를 증착 등의 방법으로 소정 두께의 막을 형성하고, 소정의 형상으로 식각함으로써 형성된다.

광차단막 150의 상부에는, 외부의 충격으로부터 소자들을 보호하기 위한 보호막 106이 형성되어 있다. 보호막 106은 광차단막 150이 형성된 기판 상에, 유리, 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물 등의 재료를 사용하여, 증착 또는 스핀 도포법 등의 방법으로, 상기한 구성 요소들 전체를 덮도록 형성된다.

다음으로, 본 고안의 제2실시예에 의한 이미지 센서 100에 관하여 상세히 설명한다. 이하, 상기 제1실시예와 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도 5는 본 고안의 제2실시예에 의한 이미지 센서 100의 화소 부분의 평면도 및 B-B’에서 본 단면도이다. 도 6a 내지 도 6i는, 도 5의 이미지 센서 100의 단위 화소 부분을, 그 제조 공정 단계별로 도시한 평면도 및 B-B’에서 본 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 고안의 제2실시예에 의한 이미지 센서 100의 단위 화소는, 기판 상의 소정 영역에 형성된 스위칭 소자 204와, 상기 스위칭 소자 204가 형성된 영역 상부의 소정 위치에 형성된 광감지 소자 202를 포함하며, 상기 스위칭 소자 204와 상기 광감지 소자 202가 형성되지 않은 영역에 그 대부분이 형성되며, 상기 광감지 소자 204 및 상기 스위칭 소자 202에 접속된 것으로서, X-Y 평면상에서 볼 때 적어도 일부가 서로 중첩되도록 배치되며, 콘택홀 240을 통하여 서로 전기적으로 접속하는 2개의 전극 218 및 234를 구비하는 스토리지 캐패시터를 포함한다. 이하, 설명의 편의를 위하여, 도 5에 도시된 3개의 스토리지 커패시터의 전극에 대하여, 아래로부터 각각 제1 타측 전극 218, 일측 전극 222 및 제2 타측 전극 234이라 칭한다.

즉, 본 실시예에 의하면, 상기 광감지 소자 202와 스위칭 소자 204는, 이들의 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 볼 때 상호간에 중첩되는 위치에서 Z축 방향으로 적층되어 형성된다. 상기 스토리지 캐패시터의 전극들 218, 222 및 234는 X-Y평면상으로 중첩되어 복수층으로 형성되어 있으므로, 한정된 면적의 픽셀내에서 스토리지 캐패시터의 캐패시턴스를 충분히 증가시킬 수 있게 된다.

도시된 바와 같이, 상기 기판 20 상의 소정 영역에, 상기 스위칭 소자 204의 게이트 208이 형성되어 있고, 상기 스위칭 소자 204의 게이트 208의 상부에, 상기 게이트 208과 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 중첩되도록 반도체층 212가 형성된다. 상기 스위칭 소자 204의 게이트 208은, 몰리브덴(“Mo”), 크롬(“Cr”), 알루미늄(“Al”) 또는 이들의 합금 등의 금속재료를 상기 기판상에 증착하는 등의 방법으로 바람직하게는 두께 100nm의 막을 형성하고, 소정의 형상으로 식각함으로써 형성된다.

상기 스위칭 소자 204의 반도체층 212는, 제1절연막 210에 의하여 상기 게이트 208와 절연된다. 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 212는, 비정질 실리콘(a-Si)과 불순물 함유 비정질 실리콘(n+ a-Si)과 같은 재료를 증착하는 등의 방법에 의하여, 바람직하게는 두께 250nm로 성층되고 소정의 형상으로 식각되어 형성된다. 제1절연막 210은 상기 스위칭 소자 204의 게이트 208가 형성된 기판 20 상에, 실리콘 질화막(“SiNx”) 또는 실리콘 산화막(“SiO2”)와 같은 재료를 증착하는 등의 방법에 의하여, 소정 두께로 형성된다.

상기 스위칭 소자 204의 소오스 214 및 드레인 216은, 상기 반도체층 212와 적어도 그 일부가 접속되도록 상기 반도체층 214의 상부에 형성된다. 상기 스위칭 소자 204의 소오스 214 및 드레인 216은, 바람직하게는 Cr을 증착하는 등의 방법으로 두께 150nm의 막을 형성하고, 상호간에 소정 거리 이격되도록 식각함으로써 형성된다.

스토리지 캐패시터의 제1 타측 전극 218은, 상기 스위칭 소자 204의 드레인 216과 적어도 일부가 접속되도록, 바람직하게는 두께 100nm로 증착하고 소정 형상으로 식각하는 등의 방법에 의하여 형성된다. 스토리지 캐패시터의 제1 타측 전극 218은 스위칭 소자 204의 소오스 214 및 드레인 216과 동일한 소재로써 동일한 공정에서 형성되어도 좋다. 이 때, 스토리지 캐패시터의 제1 타측 전극 218은 스위칭 소자 204의 드레인 216과 일체로 형성된다. 한편, 스토리지 캐패시터의 제1 타측 전극 218은 별개의 공정에서 형성될 수도 있다.

본 실시예에 의한 광감지 소자 202는, 스위칭 소자 204의 소오스 214 및 드레인 216의 상부에 형성된다. 본 실시예에 의하면, 스위칭 소자 204와 광감지 소자 202의 제조 공정을 각각 독립적으로 진행할 수 있게 되어, 각 소자들의 역할에 적합한 소자 특성을 갖도록 공정을 제어할 수 있게 된다. 예를 들면, 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 212와 상기 광감지 소자 202의 반도체층 228의 두께를 서로 다르게 형성할 수 있다. 또한, 각 소자들의 각 구성 요소들의 형성 온도 및/또는 압력 등을 서로 다르게 제어할 수 있으므로, 예컨대, 광감지 소자 202의 특정 구성 요소들의 형성 온도를 독립적으로 제어함으로써, 광감지 소자 202의 광감지 특성을 향상시킬 수 있게 된다.

제2절연막 220은, SiNx, SiO2, 아크릴(acryl) 또는 비시비(“BCB”) 등과 같은 유기 물질을 증착하는 등의 방법에 의하여 소정의 두께로 성층된다. 스토리지 캐패시터의 일측 전극 222는, 제2절연막 220이 형성된 기판 20 상에 Cr 등의 금속 재료를 바람직하게는 두께 100nm로 증착하고, X-Y 평면상으로 스토리지 캐패시터의 제1 타측 전극 218과 중첩되도록 식각하는 등의 방법에 의하여 형성된다. 이 때, 스토리지 캐패시터의 일측 전극 222은 차후 공정에서의 형성될 콘택홀 240의 위치를 포함하지 않도록 식각되어야 한다.

광차단막 겸 광감지 소자 202의 게이트 224는, 상기 제2절연막 220 및 스토리지 캐패시터의 일측 전극 222의 상부에, 바람직하게는 Cr 등의 금속 재료를 증착 등의 방법으로 두께 150nm의 막을 형성하고, 스위칭 소자 204의 반도체층 212와 X-Y 평면 상에서 중첩되도록 식각함으로써 형성된다. 한편, 광감지 소자 202의 게이트 224는 스토리지 캐패시터의 일측 전극 222과 동일한 금속 소재로써, 동일한 공정에서 일체로 형성될 수도 있다.

상기 광감지 소자 202의 게이트 224를 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 212와 X-Y 평면상으로 볼 때 중첩되도록 형성함으로써, 상기 광감지 소자 202의 게이트 224는, 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 212로 빛이 입사하지 못하게 하는 광차단막으로서의 기능도 수행하게 된다. 또한, 스위칭 소자 204 측에서 볼 때에는, 게이트 전극이 상하로 두 개가 형성되는 것과 마찬가지의 구조가 되므로, 스위칭 소자 204의 구동을 더욱 효과적으로 수행할 수 있게 되어, 전체 이미지 센서의 구동 특성이 향상된다.

제3절연막 224는, 상기 제1 및 제2절연막 210 및 220과 같이, 실리콘 질화막(“SiNx”) 또는 실리콘 산화막(“SiO2”)과 같은 재료를 증착하는 등의 방법에 의하여 소정 두께로 형성되어 있다. 광감지 소자 202의 반도체층 228이 상기 게이트 224와 X-Y 평면상으로 볼 때 중첩되도록 제3절연막 226을 개재시켜 형성된다. 광감지 소자 202의 반도체층 228은 스위칭 소자 204의 반도체층 212와 마찬가지로, 비정질 실리콘(a-Si)과 불순물 함유 비정질 실리콘(n+ a-Si)과 같은 재료를 바람직하게는 두께 350nm로 성층하고, 소정의 형상으로 식각하여 형성된다.

광감지 소자 202의 소오스 232 및 드레인 230은, 상기 반도체층 228과 적어도 그 일부가 접속되도록 상기 반도체층 228의 상부에 형성되어 있다. 한편, 광감지 소자 202의 소오스 232는 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 234와도 접속되어 있는데, 본 실시예에서는, 광감지 소자 202의 소오스 232 및 스토리지 캐패시터의 타측 전극 234는 일체로 형성되어 있다.

스토리지 캐패시터의 일측 전극은 X-Y 평면상으로 제1 타측 전극 218과 중첩하도록 배치되어 있으며, 제2 절연막 220에 의해 제1 타측 전극 218과 절연되어 있다. 또한, 스토리지 캐패시터의 제2 전극 234는 제3 절연막 226에 의해 일측 전극 222과 절연되어 있으며, X-Y 평면상에서 볼 때 제1 타측 전극 218 및 일측 전극 222과 중첩하도록 배치되어 있다. 나아가, 제1 및 제2 타측 전극 218 및 234는 콘택홀 240을 통하여 전기적으로 접속되어 있다.

콘택홀 240은 제2 및 제3절연막 220 및 226의 소정 영역을 식각하여 스토리지 캐패시터의 제2 타측 전극 234와 제1 타측 전극 218이 전기적으로 접속될 수 있도록, X-Y 평면상으로 지름 혹은 폭이 3μm인 원 또는 다각형의 홀의 형상으로, 바람직하게는 Z축으로 깊이가 1200nm가 되도록 형성된다. 본 실시예에서는, 콘택홀 240은 제2 및 제3 절연막 220 및 226을 상기 형상으로 식각하여 X-Y 평면상에서 볼 때 스위칭 소자 204의 드레인 216의 영역에 위치하도록 형성된다. 상기한 바와 같이, 콘택홀 240은 스토리지 캐패시터의 일측 전극 222와는 연결되지 않는 위치에 형성되어야 한다.

본 실시예에서는, 제3절연막 226 및 반도체층 228이 형성된 기판 20 상에 Cr 등의 금속 소재의 물질을 바람직하게는 두께 100nm로 증착하고, 소오스 232 및 드레인 230은 반도체층 228과 접속하되 소정 거리 서로 이격되도록, 또한, 스토리지 캐패시터의 제2 타측 전극 234는 X-Y 평면상에서 볼 때 스토리지 캐패시터의 제1 타측 전극 및 일측 전극 218 및 222과 중첩되도록 식각하는 등의 방법에 의하여 동일한 공정에서 함께 형성된다.

한편, 최상부에는 상기 소자들을 외부의 충격으로부터 보호하기 위한 보호막 236이 형성되어 있다. 보호막 236은 상기와 같은 구조의 소자들이 형성된 기판 20 전체를 덮도록 유기재료 또는 실리콘 질화물이나 실리콘 산화물 등의 재료를 사용하여 증착법, 스핀 도포법 등의 방법으로 형성된다.

상기한 바와 같이, 상기 스위칭 소자 204와 상기 광감지 소자 202를 X-Y 평면상에서 볼 때 중첩되는 구조로 형성함으로써, 스토리지 캐패시터의 면적을 충분히 증가 시킬 수 있게 된다. 나아가, 스토리지 캐패시터의 전극을 복수층으로 형성함으로써, 한정된 면적을 가진 단위 화소에서 캐패시턴스를 충분히 증가시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 광감지 소자 202의 게이트 224를 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 212의 상부에 중첩되도록 형성함으로써, 광차단막을 별도로 형성할 필요를 제거함과 함께, 스위칭 소자 204의 구동 특성을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 고안을 그 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 고안의 기술적 범위가 상기한 설명에 한정되는 것은 아님을 주의하여야 한다.

본 고안에 따르면, 광학계를 구성하는 광학 렌즈 등을 구비할 필요가 없으므로, 소형화가 가능한 지문인식장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 고안은 정밀 교정을 요하는 광학 렌즈 등을 구비할 필요가 없으므로,제조 공정이 용이한 지문인식장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 고안은 스토리지 캐패시터의 소재의 제한이 완화되므로, 제조 공정이 단축되고, 제조 비용이 절감되는 지문인식장치를 제공할 수 있다.

Claims (9)

1. 지문인식장치에 있어서,

   지문을 향하여 빛을 조사하도록 배치되는 광원;

   상기 지문과 접촉하여, 상기 지문의 이미지에 대응하도록 상기 광원으로부터의 빛을 반사시키는 광학적 반사체; 및

   상기 광학적 반사체로부터 입사되는 상기 지문 이미지를 감지하는 박막형 이미지 센서를 포함하되,

   상기 이미지 센서는, 복수의 단위 화소의 배열을 포함하는 센싱 어레이를 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서로서,

   상기 이미지 센서의 상기 각 단위 화소는,

   기판 상의 소정 영역에 형성되며, 상기 광원으로부터 발산된 빛을 감지하는 광감지 소자;

   상기 기판 상의 소정 영역에 형성되며, 상기 광감지 소자에 의해 그 전위 상태가 변화되는 스토리지 커패시터; 및

   상기 기판 상의 소정 영역에 형성되며, 소정의 제어 신호에 응답하여, 상기 스토리지 커패시터의 전위 상태의 변화에 따른 신호를 전송하는 스위칭 소자를 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용한 지문인식장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 광감지 소자는,

   상기 기판 상의 소정 영역에 형성된 게이트;

   절연막에 의하여 상기 게이트와 절연되며, 상기 기판과 평행한 평면 (이하, “X-Y 평면”이라 한다.) 상에서 볼 때 상기 게이트와 적어도 일부분이 중첩되도록 상기 게이트의 상부에 형성되는 반도체층; 및

   상기 반도체층과 적어도 그 일부가 접속되도록 상기 반도체층의 상부에 형성되는 드레인 및 소오스를 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용한 지문인식장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 스위칭 소자는,

   상기 기판 상의 소정 영역에 형성된 게이트;

   제1절연막에 의하여 상기 게이트와 절연되며, X-Y 평면 상에서 볼 때 상기 게이트와 적어도 일부분이 중첩되도록 상기 게이트의 상부에 형성되는 반도체층;

   상기 반도체층과 적어도 그 일부가 접속되도록 상기 반도체층의 상부에 형성되는 드레인 및 소오스; 및

   제2절연막에 의하여 상기 소오스 및 드레인과 절연되며, X-Y 평면 상에서 볼 때 상기 반도체층과 적어도 일부분이 중첩되도록 상기 소오스 및 드레인의 상부에 형성되어, 상기 반도체층으로 빛이 입사하지 못하게 하는 광차단막을 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용한 지문인식장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 스토리지 커패시터는,

   상기 스위칭 소자의 게이트로부터 소정 거리 이격되어 형성된 일측 전극; 및 절연막에 의하여 상기 일측 전극과 절연되며, 상기 스위칭 소자의 드레인 및 상기 광감지 소자의 소오스와 접속되도록 형성된 타측 전극을 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용한 지문인식장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 광감지 소자는 상기 스위칭 소자가 형성된 영역 상부의 소정 위치에 형성되되, X-Y 평면 상에서 볼 때 상기 스위칭 소자가 차지하는 영역에 중첩되도록 형성된 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용한 지문인식장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 스위칭 소자는,

   상기 기판 상의 소정 영역에, 소정의 형상으로 형성된 게이트;

   상기 스위칭 소자의 게이트의 상부에, 상기 게이트와 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 중첩되도록 형성되며, 제1절연막에 의하여 상기 게이트와 절연되는 반도체층; 및

   상기 반도체층과 적어도 그 일부가 접속되도록 상기 반도체층의 상부에 형성된 소오스 및 드레인을 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용한 지문인식장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 광감지 소자는,

   제2절연막에 의하여 상기 스위칭 소자의 소오스 및 드레인과 절연되도록 그 상부에 형성되되, 상기 스위칭 소자의 반도체층과 X-Y 평면상에서 중첩되도록 형성되어 상기 스위칭 소자의 반도체층으로 빛이 입사하지 못하게 하는 게이트;

   상기 광감지 소자의 게이트의 상부에, 상기 게이트와 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 중첩되도록 형성되며, 제3절연막에 의하여 상기 게이트와 절연되는 반도체층; 및

   상기 광감지 소자의 반도체층과 적어도 그 일부가 접속되도록 상기 반도체층의 상부에 형성된 소오스 및 드레인을 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용한 지문인식장치.
8. 제6항에 있어서,

   상기 스토리지 캐패시터는, 상기 스위칭 소자와 상기 광감지 소자가 형성되지 않은 영역에 그 대부분이 형성되며, 상기 광감지 소자 및 상기 스위칭 소자에 각각 접속되는 것으로서, X-Y 평면상에서 볼 때 적어도 일부가 서로 중첩되도록 배치되며, 콘택홀을 통하여 서로 전기적으로 접속하는 2 이상의 전극을 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용한 지문인식장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 스토리지 캐패시터는,

   상기 광감지 소자의 게이트와 접속되도록 형성된 일측 전극;

   X-Y 평면 상에서 볼 때 상기 일측 전극과 적어도 일부분이 중첩되도록 배치되며, 상기 스위칭 소자의 드레인과 접속되도록 형성된 제1 타측 전극; 및

   상기 광감지 소자의 소오스와 접속되며, X-Y 평면 상에서 볼 때 상기 일측 전극 및 제1 타측 전극과 적어도 일부분이 중첩되도록 배치되며, 상기 콘택홀을 통하여 상기 제1 타측 전극과 전기적으로 접속된 제2 타측 전극을 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용한 지문인식장치.