KR20040072251A - 고개구율 박막 트랜지스터형 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents

고개구율 박막 트랜지스터형 이미지센서 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20040072251A
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Abstract

소정의 광원으로부터 방출된 빛이 소정의 피사체에 의해 반사되는 경우 그 광량에 따른 광전류를 발생시키는 광감지 소자와, 상기 광감지 소자에서 전달된 전하 형태의 정보를 저장하는 스토리지 캐패시터와, 상기 스토리지 캐패시터에 저장된 정보를 외부에 출력하는 스위칭 소자를 포함하되, 상기 광감지 소자가 상기 스위칭 소자의 상단에 위치하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서를 개시한다.

Description

고개구율 박막 트랜지스터형 이미지센서 및 그 제조방법{Thin film type image sensor of high aperture ratio and a method for manufacturing thereof}
본 발명은 박막 트랜지스터를 이용한 이미지 센서에 관한 것으로서, 특히 이미지 센싱 어레이의 개구율을 증가시킨 박막 트랜지스터형 이미지 센서에 관한 것이다.
일반적으로, 박막 트랜지스터를 이용한 이미지 센서는, 상하좌우로 배열된 복수의 단위 화소(pixel)를 포함하는 센싱 어레이(sensing array)와, 빛을 방출하는 광원과, 상기 센싱 어레이에 의하여 감지된 이미지를 신호화 처리하여 제어장치 등으로 데이터를 전송하는 이미지 처리 장치를 포함한다. 상기 센싱 어레이에 포함된 화소들의 각각은, 광감지 소자, 스위칭 소자 및 스토리지 캐패시터를 포함한다.
도 1을 참조하면, 도 1은 통상적인 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 단위 화소 부분의 평면도 및 절단선 a-a’를 따라 본 단면도이다. 도시된 바와 같이, 하나의 광감지 소자 104와 스위칭 소자 102가 기판 상의 동일 평면상의 소정 위치에 각각 형성되어 있다. 따라서, 단위 화소가 차지하는 면적 중, 상기 광원으로부터 방출된 빛이 투과할 수 있는 면적은, 상기 광감지 소자 104 및 스위칭 소자 102가 각각 차지하는 면적만큼 감소하게 된다.
따라서, 상기와 같은 구성의 통상적인 화소를 포함하는 이미지 센서에 의하면,고해상도(high resolution) 및/또는 고개구율(high aperture ratio)을 구현하기 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 단위 화소에 포함되는 스토리지 캐패시터 106의 면적을 증대시키는 데에 한계가 있어 캐패시턴스를 일정 값 이상으로 증가시킬 수 없는 문제점도 있다.
또한, 상기와 같은 구성의 통상적인 화소에 있어서는, 상기 스토리지 캐패시터 106와 두 개의 트랜지스터 102 및 104를 접속시키기 위하여 스토리지 캐패시터 106의 형상이 복잡하게 구성되어야 함에 따라, 센싱 어레이의 해상도를 증가시킬수록 이들의 설계가 까다로워진다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 단위 화소의 설계를 최적화하여 센싱 어레이의 개구율을 증가된 이미지 센서와 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 단위 화소에 포함되는 스토리지 캐패시터의 형상을 단순화하고 면적을 증대시켜, 고해상도를 갖는 센싱 어레이의 설계가 용이한 이미지 센서와 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 스위칭 소자의 제조 공정과 광감지 소자의 제조 공정을 별도로 진행함으로써, 스위칭 소자의 특성과 광감지 소자의 특성을 각각의 역할에 적합하도록 최적화할 수 있는 이미지 센서와 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 통상적인 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 단위 화소 부분의 평면도 및 절단선 a-a’를 따라 본 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 단위 화소 부분의 평면도 및 절단선 b-b’를 따라 본 단면도.
도 3a 내지 도 3f는, 도 2의 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 단위 화소 부분을, 그 제조 공정 단계별로 도시한 평면도 및 각 평면도의 절단선 b-b’를 따라 본 단면도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 이미지 센서의 단위 화소 부분의 평면도 및 평면도의 절단선 b-b’를 따라 본 단면도.
도 5a 내지 도 5f는 도 4의 이미지 센서의 단위 화소 부분을, 그 제조 공정 단계별로 도시한 평면도 및 각 평면도의 절단선 b-b’를 따라 본 단면도.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 복수의 단위 화소의 배열을 포함하는 센싱 어레이와 빛을 발산하는 광원을 구비한 박막 트랜지스터형 이미지 센서에 있어서, 상기 단위 화소는, 기판 상의 소정 영역에 형성된 스위칭 소자; 상기 스위칭 소자가 형성된 영역 상부의 소정 위치에 형성되되, 그 적어도 일부분이 상기 기판과 평행한 평면 상에서 볼 때 상기 스위칭 소자가 차지하는 영역에 중첩되도록 형성된 광감지 소자; 및 상기 스위칭 소자와 상기 광감지 소자가 형성되지 않은 영역에 그 대부분이 형성되며, 상기 광감지 소자 및 상기 스위칭 소자에 접속된 투명한 도전 소재의 스토리지 캐패시터를 포함하되, 상기 광감지 소자는, 소정의 제어 신호에 응답하여, 상기 광원으로부터 발산된 빛이 반사되어 입사되는 것을 감지하여 상기 스토리지 캐패시터의 전위 상태를 변화시키며, 상기 스위칭 소자는, 소정의 제어 신호에 응답하여, 상기 스토리지 캐패시터의 전위 상태에 따른 신호를 전송하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 제공한다.
본 발명의 다른 국면에 의하면, 복수의 단위 화소의 배열을 포함하는 센싱 어레이와 빛을 발산하는 광원을 구비한 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법에 있어서, 기판 상의 소정 영역에 스위칭 소자를 형성하는 단계; 상기 스위칭 소자가 형성된 영역 상부의 소정 위치에 있어서, 그 적어도 일부분이 상기 기판과 평행한 평면 상에서 볼 때 상기 스위칭 소자가 차지하는 영역에 중첩되도록 광감지 소자를 형성하는 단계; 및 상기 스위칭 소자와 상기 광감지 소자가 형성되지 않은 영역에, 상기 광감지 소자 및 상기 스위칭 소자에 접속된 투명한 도전 소재의 스토리지 캐패시터를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 광감지 소자는, 소정의 제어 신호에 응답하여, 상기 광원으로부터 발산된 빛이 반사되어 입사되는 것을 감지하여 상기 스토리지 캐패시터의 전위 상태를 변화시키며, 상기 스위칭 소자는, 소정의 제어 신호에 응답하여, 상기 스토리지 캐패시터의 전위 상태에 따른 신호를 전송하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 상기 이미지 센서의 센싱 어레이의 개구율을 증대시키고, 그 구조를 단순화하기 위한 기술 사상에 관한 것으로서, 이하에서는 상기 센싱 어레이에 포함되는 복수의 화소 중 임의의 하나에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
먼저 도 2를 참조하면, 도2는 본 발명의 제1실시예에 의한 이미지 센서의 화소 부분의 평면도 및 절단선 b-b’를 따라 본 단면도이다. 이하에서는, 이해와 설명의 편의을 위하여, 기판과 평행한 평면을 X-Y 평면이라 정의하고, 상기 X-Y 평면에 수직인 축을 Z축이라 정의한다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 이미지 센서의 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 투명한 도전 소재로 형성되어, 상기 광감지 소자 202 및 상기 스위칭 소자 204에 접속된 스토리지 캐패시터 206 및 210을 포함한다.
즉, 본 발명에 의하면, 상기 광감지 소자 202와 스위칭 소자 204는, 이들의 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 볼 때 상호간에 중첩되는 위치에서 Z축 방향으로 적층되어 형성된다. 이렇게 함으로써, 상기 광감지 소자 202와 상기 스위칭 소자 204가 차지하는 면적이 작아지고, 화소의 나머지 영역(즉, 상기 스토리지 캐패시터 206 및 210이 형성된 영역)이 빛을 투과함으로써, 센싱 어레이의 개구율을 증가시킨다.
이하, 상기 본 발명에 의한 이미지 센서의 단위 화소의 구성을 보다 상세히 설명한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기판(도시되지 않음) 상의 소정 영역에, 상기 스위칭 소자 204의 게이트 208가 형성되어 있고, 그 동일 평면상의 다른 영역에 상기 게이트 208로부터 소정 거리 이격되어 스토리지 캐패시터의 일측 전극 210이 형성되어 있다.
상기 스위칭 소자 204의 게이트 208의 상부에, 상기 게이트 208과 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 중첩되도록 반도체층 214가 형성된다. 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 214는, 제1절연막 212에 의하여 상기 게이트 208와 절연된다. 상기 스위칭 소자 204의 소오스 216 및 드레인 218은, 상기 반도체층 214와 적어도 그 일부가 접속되도록 상기 반도체층 214의 상부에 형성된다.
특히, 본 발명에 의한 상기 광감지 소자 202는, 상기와 같이 형성된 스위칭 소자 204의 소오스 216 및 드레인 218의 상부에 형성된다. 즉, 상기 광감지 소자 202의 게이트 222는, 상기 소오스 216 및 드레인 218과의 절연을 위한 제2절연막 220의 상부에 형성되는데, 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 214와 X-Y 평면상에서 중첩되도록 형성한다.
이렇게 상기 광감지 소자 202의 게이트 222를 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 214와 X-Y 평면상에서 중첩되도록 형성함으로써, 상기 광감지 소자 202의 게이트 222는, 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 214로 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.
상기 광감지 소자 202의 반도체층 226이 상기 게이트 222와 X-Y 평면상에서 중첩되도록 제3절연막 224를 개재시켜 형성된다. 상기 반도체층 226과 적어도 일부가 접속되도록 형성된 광감지 소자 202의 소오스 228을 형성하되, 상기 소오스 228은 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 206과도 접속되도록 형성된다.
최상부에는 상기 소자들을 외부의 충격으로부터 보호하기 위한 보호막 232이 형성되어 있다.
상기한 바와 같이, 상기 스위칭 소자 204와 상기 광감지 소자 202를 X-Y 평면상에서 중첩되는 구조로 형성함으로써, 단위 화소의 면적중 빛이 차단되는 면적을 최소화하여 그 개구율을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 광감지 소자 202의 게이트 222를 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 214의 상부에 중첩되도록 형성함으로써, 광차단막을 별도로 형성할 필요를 제거함과 함께, 스위칭 소자 204의 구동 특성을 향상시킬 수 있다.
나아가, 상기 스위칭 소자 204의 드레인 218과 상기 광감지 소자 202의 소오스 228이 X-Y 평면상에서 중첩되는 위치에 상하로 형성됨에 따라, 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 206과의 접속을 위한 구조가 매우 간단하게 된다. 따라서, 해상도를 높이기 위하여 단위 화소에 할당되는 면적을 감소시키는 경우에도, 상기 스토리지 캐패시터의 설계와 제조를 용이하게 수행할 수 있게 된다.
다음으로, 도 3a 내지 도 3f를 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법에 관하여 상세히 설명한다. 도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 제1실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법을 그 제조 공정 단계별로 도시한 평면도들 및 각 평면도의 절단선 b-b’를 따라 본 단면도들이다.
먼저, 도 3a를 참조하면, 도 3a에는, 투명한 재료의 기판(도시되지 않음)상의 소정 영역에, 상기 스위칭 소자 204의 게이트 208과, X-Y 평면상에서 상기 게이트 208로부터 소정 거리 이격된 소정 위치에 상기 스토리지 캐패시터의 일측 전극 210을 형성하는 단계와, 이들의 상부에 상기 제1절연막 212를 형성하는 단계가 도시된다.
상기 스위칭 소자 204의 게이트 208은, 몰리브덴(“Mo”), 크롬(“Cr”), 알루미늄(“Al”) 또는 이들의 합금 등의 금속재료를 상기 기판상에 증착하는 등의 방법으로 소정 두께의 막을 형성하고, 소정의 형상으로 식각함으로써 형성된다. 한편, 상기 스토리지 캐패시터의 일측 전극 206은 투명한 도전성 물질로 형성된다.
상기 스위칭 소자 204의 게이트 208 및 상기 스토리지 캐패시터의 일측 전극 210이 형성된 기판상에, 실리콘 질화막(“SiNx”) 또는 실리콘 산화막(“SiO2”)와 같은 재료를 증착하는 등의 방법에 의하여, 소정 두께로 상기 제1절연막 212를 형성한다.
다음으로, 도 3b는 상기 제1절연막 212가 형성된 기판상에 상기 스위칭 소자204의 반도체층 214를 형성하는 단계를 도시한다.
상기 스위칭 소자 204의 반도체층 214는, 비정질 실리콘(a-Si)과 불순물 함유 비정질 실리콘(n+ a-Si)과 같은 재료를 증착하는 등의 방법에 의하여, 소정의 두께로 성층되고 소정의 형상으로 식각되어 형성된다.
다음으로, 도 3c는, 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 214가 형성된 기판상에, 상기 스위칭 소자 204의 소오스 216 및 드레인 218을 형성하는 단계를 도시한다.
상기 스위칭 소자 204의 소오스 216 및 드레인 218은, 소정의 금속 재료를 증착하는 등의 방법으로 소정 두께의 막을 형성하고, 상호간에 소정 거리 이격되도록 식각함으로써 형성된다.
다음으로, 도 3d는, 상기 스위칭 소자 204의 소오스 216 및 드레인 218이 형성된 기판상에, 상기 제2절연막 220을 형성하는 단계, 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 206을 형성하는 단계 및 광차단막 겸 상기 광감지 소자 202의 게이트 222를 형성하는 단계를 도시한다.
상기 제2절연막 220은, SiNx, SiO2, 아크릴(acryl) 또는 비시비(“BCB”) 등과 같은 유기 물질을 증착하는 등의 방법에 의하여 소정의 두께로 성층된다. 상기 제2절연막 220의 소정 영역을 식각하여, 상기 스위칭 소자 204의 드레인 218과 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 206이 접속될 콘택홀을 형성한다.
상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 206은, 상기 제2절연막 220의 콘택홀을 통하여 상기 스위칭 소자 204의 드레인 218과 접속되도록, 투명 도전성 물질을 증착하고 소정 형상으로 식각하는 등의 방법에 의하여 형성된다.
상기 광차단막 겸 광감지 소자 202의 게이트 222는, 상기 제2절연막 220의 상부에, 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 214와 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 중첩되도록, 금속 재료를 증착하는 등의 방법에 의하여 소정 두께의 막을 형성하고, 소정의 형상으로 식각함으로써 형성된다.
다음으로, 도 3e는, 상기 제3절연막 224를 형성하는 단계와, 상기 제3절연막 224의 상부에 상기 광감지 소자 202의 반도체층 226을 형성하는 단계를 도시한다.
상기 제3절연막 224는, 상기 제1절연막 212와 같이, 실리콘 질화막(“SiNx”) 또는 실리콘 산화막(“SiO2”)과 같은 재료를 증착하는 등의 방법에 의하여, 소정 두께로 형성된다. 이어서, 상기 제3절연막 224를 식각하여, 상기 광감지 소자 202의 소오스 228과 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 206이 접속될 수 있도록 성형한다.
상기 광감지 소자의 반도체층 226도 역시, 비정질 실리콘(a-Si)과 불순물 함유 비정질 실리콘(n+ a-Si)과 같은 재료를 소정의 두께로 성층하고, 소정의 형상으로 식각하여 형성한다.
다음으로, 도 3f는, 상기 광감지 소자 202의 소오스 228 및 드레인 230을 형성하는 단계와 보호막 232를 형성하는 단계를 도시한다.
상기 광감지 소자 202의 소오스 228 및 드레인 230은 소정의 금속 재료를 증착하는 등의 방법으로 소정 두께의 막을 형성하고, 상호간에 소정 거리 이격되도록 식각하여 형성된다. 이때, 상기 광감지 소자 202의 소오스 228는 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 206과 접속되도록 성형된다.
상기 보호막 232는 상기와 같은 구조의 소자들이 형성된 기판 전체를 덮도록 유기재료 또는 실리콘 질화물이나 실리콘 산화물 등의 재료를 사용하여 증착법, 스핀 도포법 등의 방법으로 형성한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 기판상에 상기 스위칭 소자 204를 제조한 후, 상기 스위칭 소자 204가 형성된 영역의 상층부에 상기 광감지 소자 202를 제조하게 된다. 따라서, 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 214와 상기 광감지 소자 202의 반도체층 226의 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.
다음으로, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 의한 이미지 센서에 관하여 상세히 설명한다. 이하에서도, 상기 센싱 어레이에 포함되는 복수의 화소 중 임의의 하나에 관하여 설명하기로 하며, 상기 제1실시예와 중복되는 설명은 이를 생략하기로 한다.
도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 이미지 센서의 화소 부분의 평면도 및 절단선 b-b’를 따라 본 단면도이다. 본 실시예에 의한 이미지 센서의 단위 화소에 있어서도, 상기 제1실시예에 의한 단위 화소의 경우와 마찬가지로, 광감지 소자 202와 스위칭 소자 204의 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 중첩되도록 Z축 방향으로 적층되어 형성된다.
단, 본 제2실시예에 의한 이미지 센서의 단위 화소는, 상기 제1실시예의 경우와 달리, 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 206이 상기 제2절연막 220의 하부에 형성되어 있다. 즉, 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 206은 상기 스위칭 소자 204의 드레인 218과 접속되도록 형성되어, 상기 제2절연막 220에 의하여 상층과 절연된다. 상기 제2절연막 220의 소정 영역에는 콘택홀을 형성하여, 이를 통해 상기 광감지 소자 202의 소오스 228과 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 206을 접속시킨다. 그 외의 다른 구성은 상기 제1실시예의 경우와 동일하므로 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 도 5a 내지 도 5f를 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법에 관하여 상세히 설명한다. 도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 제2실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법을 그 제조 공정 단계별로 도시한 평면도들 및 각 평면도의 절단선 b-b’를 따라 본 단면도들이다.
도 5a 내지 도 5f에서 도시한 바와 같이, 상기 제2실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법은 상기 제1실시예와는 달리, 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 206이 상기 제2절연막 220보다 먼저 형성된다. 그 외의 제조 방법은 상기 제1실시예의 경우와 동일하거나 유사하다. 이하에서 상기 제1실시예와의 차이점을 위주로 설명한다.
먼저, 도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 상기 기판상의 소정 영역에, 상기 스위칭 소자 204의 게이트 208과, X-Y 평면상에서 상기 게이트 208로부터 소정 거리 이격된 소정 위치에 상기 스토리지 캐패시터의 일측 전극 210을 형성하고, 이들의 상부에 상기 제1절연막 212를 형성한다(도 5a).
다음으로, 상기 제1절연막 212의 상부에 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 214를 형성한다. 상기 반도체층 214도 역시, 비정질 실리콘과 불순물 함유 비정질 실리콘과 같은 재료를 증착하고 소정의 형상으로 식각함으로써 형성된다(도 5b).
다음으로, 도 5c를 참조하면, 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 214가 형성된 기판상에, 소정의 금속 재료를 증착하고 식각하여 상기 스위칭 소자 204의 소오스 216 및 드레인 218을 형성한다.
본 실시예에 의하면, 이 상태에서, 상기 스위칭 소자 204의 드레인 218과 접속되도록 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 206을 형성한다. 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 206은, 투명 도전성 물질을 증착하고 소정 형상으로 식각하여 형성되는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 5d는 상기 제2절연막 220을 형성하는 단계와 상기 광감지 소자 202의 게이트 222를 형성하는 단계를 도시한다. 먼저, 상기 제2절연막 220을 상기 스위칭 소자 204와 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 206이 형성된 기판의 상부 전체에 증착 등의 방법으로 성층하고, 소정의 형상으로 식각한다. 특히, 상기 제2절연막 220의 소정 영역에 콘택홀을 형성하여, 이후 상기 광감지 소자 202의 소오스 228이 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 206에 접속될 수 있게 한다.
상기 광차단막 겸 광감지 소자 202의 게이트 222는, 상기 제2절연막 220의 상부에, 상기 스위칭 소자 204의 반도체층 214와 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 중첩되도록, 금속 재료를 증착하는 등의 방법에 의하여 소정 두께의 막을 형성하고, 소정의 형상으로 식각함으로써 형성된다.
이때, 상기 게이트 222를 식각하면서 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 206의 상부가 손상되는 것을 방지하기 위하여, 상기 게이트 222의 식각 공정이 수행된 이후에 상기 제2절연막 220의 콘택홀을 형성하는 공정이 수행되어도 좋다.
다음으로, 도 5e는 상기 제3절연막 224를 형성하는 단계와, 상기 제3절연막 224의 상부에 상기 광감지 소자 202의 반도체층 226을 형성하는 단계를 도시한다.
상기 제3절연막 224는, 상기 제1절연막 212와 같이, 실리콘 질화막(“SiNx”) 또는 실리콘 산화막(“SiO2”)과 같은 재료를 증착하는 등의 방법에 의하여, 소정 두께로 형성된다. 이어서, 상기 제3절연막 224의 소정 영역을 식각하여, 상기 광감지 소자 202의 소오스 228과 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 206이 접속되도록 성형한다.
상기 광감지 소자의 반도체층 226도 역시 비정질 실리콘과 불순물 함유 비정질 실리콘과 같은 재료를 소정의 두께로 성층하고, 소정의 형상으로 식각함으로써 형성된다.
다음으로, 상기 광감지 소자 202의 소오스 228 및 드레인 230과, 상기 보호막 232가 형성된다(도 5f).
이상, 본 발명을 그 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위가 상기한 설명에 한정되는 것은 아님을 주의하여야 한다.
본 발명에 의하면, 센싱 어레이의 개구율이 높은 이미지 센서와 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 광투과율이 높고 이미지의 감도가 좋은 이미지 센서와 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 신호대 잡음비(S/N, Signal to Noise Ratio)가 높은 이미지 센서와 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 고해상도(high resolution)의 이미지 센서와 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 스위칭 소자의 동작특성이 양호한 이미지 센서와 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 스위칭 소자와 광감지 소자의 제조 공정이 별도로 진행됨에 따라 각각의 역할에 적합한 최적의 소자 특성을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 광감지 소자를 상대적으로 저온에서 형성할 수 있어 광감지 특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (17)

  1. 복수의 단위 화소의 배열을 포함하는 센싱 어레이와 빛을 발산하는 광원을 구비한 박막 트랜지스터형 이미지 센서에 있어서,
    상기 단위 화소는,
    기판 상의 소정 영역에 형성된 스위칭 소자;
    상기 스위칭 소자가 형성된 영역 상부의 소정 위치에 형성되되, 그 적어도 일부분이 상기 기판과 평행한 평면 상에서 볼 때 상기 스위칭 소자가 차지하는 영역에 중첩되도록 형성된 광감지 소자; 및
    상기 스위칭 소자와 상기 광감지 소자가 형성되지 않은 영역에 그 대부분이 형성되며, 상기 광감지 소자 및 상기 스위칭 소자에 접속된 투명한 도전 소재의 스토리지 캐패시터를 포함하되,
    상기 광감지 소자는, 소정의 제어 신호에 응답하여, 상기 광원으로부터 발산된 빛이 반사되어 입사되는 것을 감지하여 상기 스토리지 캐패시터의 전위 상태를 변화시키며,
    상기 스위칭 소자는, 소정의 제어 신호에 응답하여, 상기 스토리지 캐패시터의 전위 상태에 따른 신호를 전송하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서.
  2. 제1항에 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 센서.
  3. 제1항에 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 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스토리지 캐패시터는,
    상기 스위칭 소자의 게이트로부터 소정 거리 이격되어 형성된 일측 전극; 및
    상기 스위칭 소자의 드레인 및 상기 광감지 소자의 소오스와 접속되도록 형성된 타측 전극을 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스토리지 캐패시터의 일측 전극이 상기 스위칭 소자의 게이트와 동일한 평면상에 형성된 박막 트랜지스터형 이미지 센서.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극이 상기 제2절연막 상부에 형성된 박막 트랜지스터형 이미지 센서.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극이 상기 제2절연막 하부에 형성된 박막 트랜지스터형 이미지 센서.
  8. 복수의 단위 화소의 배열을 포함하는 센싱 어레이와 빛을 발산하는 광원을 구비한 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법에 있어서,
    기판 상의 소정 영역에 스위칭 소자를 형성하는 단계;
    상기 스위칭 소자가 형성된 영역 상부의 소정 위치에 있어서, 그 적어도 일부분이 상기 기판과 평행한 평면 상에서 볼 때 상기 스위칭 소자가 차지하는 영역에 중첩되도록 광감지 소자를 형성하는 단계; 및
    상기 스위칭 소자와 상기 광감지 소자가 형성되지 않은 영역에, 상기 광감지 소자 및 상기 스위칭 소자에 접속된 투명한 도전 소재의 스토리지 캐패시터를 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 광감지 소자는, 소정의 제어 신호에 응답하여, 상기 광원으로부터 발산된 빛이 반사되어 입사되는 것을 감지하여 상기 스토리지 캐패시터의 전위 상태를 변화시키며,
    상기 스위칭 소자는, 소정의 제어 신호에 응답하여, 상기 스토리지 캐패시터의 전위 상태에 따른 신호를 전송하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스위칭 소자를 제조하는 단계와 상기 광감지 소자를 제조하는 단계가 서로 다른 공정 조건하에서 수행되는 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 스위칭 소자를 제조하는 단계와 상기 광감지 소자를 제조하는 단계가 서로 다른 공정 조건하에서 수행되는 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광감지 소자를 제조하기 위한 온도 조건이, 상기 스위칭 소자를 제조하기 위한 온도 조건 보다 낮게 설정되는 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 스위칭 소자를 형성하는 단계는,
    투명한 재료의 기판 상의 소정 영역에, 금속재료를 사용하여 상기 스위칭 소자의 게이트를 형성하는 단계;
    상기 게이트가 형성된 기판 상의 소정 영역에 절연 재료를 사용하여 제1절연막을 형성하는 단계;
    상기 제1절연막이 형성된 기판 상의 소정 영역에, 반도체 재료를 사용하여 상기 게이트와 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 중첩되도록 반도체층을 형성하는 단계; 및
    상기 반도체층이 형성된 기판 상의 소정 영역에, 도전성 재료를 사용하여 소오스 및 드레인을 형성하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 광감지 소자를 형성하는 단계는,
    상기 스위칭 소자가 형성된 기판 상의 소정 영역에 제2절연막을 형성하는 단계;
    상기 제2절연막의 소정 영역에 상기 스위칭 소자의 드레인과 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극이 접속될 영역을 형성하는 단계;
    상기 제2절연막 상부의 소정 영역에, 상기 스위칭 소자의 반도체층과 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 중첩되도록, 도전성 재료를 사용하여 광차단막 겸 광감지 소자의 게이트를 형성하는 단계;
    상기 게이트가 형성된 기판 상의 소정 영역에, 절연 재료를 사용하여 제3절연막을 형성하는 단계;
    상기 제3절연막이 소정 영역에 상기 광감지 소자의 소오스와 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극이 접속될 영역을 형성하는 단계;
    상기 제3절연막이 형성된 기판 상의 소정 영역에, 반도체 재료를 사용하여 상기 게이트와 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 중첩되도록 반도체층을 형성하는 단계; 및
    상기 반도체층이 형성된 기판 상의 소정 영역에, 도전성 재료를 사용하여 소오스 및 드레인을 형성하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2절연막은, 유기 절연 물질로 형성되는 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 기판 상의 소정 영역으로서, 상기 스위칭 소자의 게이트로부터 소정 거리 이격된 위치에, 투명한 도전성 재료를 사용하여 상기 스토리지 캐패시터의 일측 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 스위칭 소자의 드레인과 접속되도록, 투명한 도전성 재료를 사용하여 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극을 형성하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극이 상기 제2절연막 상부에 형성되는 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극이 상기 제2절연막 하부에 형성되는 박막 트랜지스터형 이미지 센서의 제조 방법.
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