KR20060012844A - 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용한 지문인식장치 - Google Patents
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Abstract
제조 공정이 용이하고, 제조 비용의 절감, 소형화가 가능한 지문인식장치를 제공한다. 상기 지문인식장치는, 빛을 조사하는 광원; 상기 광원으로부터 및 상기 지문에 반사된 빛을 투과시키는 커버; 및 상기 지문으로부터 반사된 빛을 감지하는 이미지 센서를 포함한다. 상기 커버는 투명 재질의 박막으로서, 상기 지문을 향하여 볼록한 렌즈의 역할을 한다. 상기 이미지 센서는, 복수의 단위 화소의 배열을 포함하는 센싱 어레이를 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서로서, 상기 단위 화소는, 스위칭 소자; 상기 스위칭 소자가 차지하는 영역에 중첩되도록 형성된 광감지 소자; 및 상기 광감지 소자 및 상기 스위칭 소자에 접속된 투명한 도전 소재의 스토리지 캐패시터를 포함한다.
박막 트랜지스터, 이미지 센서, 지문인식장치, 볼록 커버
Description
도 1은 종래의 휴대형 지문인식장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지문인식장치 10를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 지문인식장치 10의 이미지 센서 100의 단위 화소의 구성을 도시한 평면도 및 a-a’선을 따라 본 단면도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 지문인식장치 10의 이미지 센서 100의 화소 부분의 구성을 도시한 평면도 및 b-b’선을 따라 본 단면도.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 지문인식장치 10의 이미지 센서 100의 화소 부분의 구성을 도시한 평면도 및 B-B’선을 따라 본 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 지문인식장치 20 광원
30 커버 100 이미지 센서
102, 202 광감지 소자 104, 204 스위칭 소자
106, 110, 218, 222 스토리지 커패시터
본 발명은 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용한 지문인식장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 제품의 소형화, 제조 공정의 간소화 및 제조 비용의 절감이 가능한 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용한 지문인식장치에 관한 것이다.
근래, 지문인식장치를 장착한 휴대용 단말기 (예컨대, 휴대폰, PDA 등)가 등장하고 있다. 도 1은 종래의 휴대형 지문인식장치를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 종래의 휴대형 지문인식장치는 새시 2, 광원 3, 이미지 픽업 장치 4, 광학 렌즈 5, 투명한 회전 튜브 6 등을 구비한다. 상기 지문인식장치는 소정의 휴대용 단말기에 장착되어 지문 1의 이미지를 획득한다.
상기한 바와 같은 구조를 가진 지문인식장치의 이미지센서를 휴대용 단말기에 적용시키기 위해서는 물리적 공간이 필요하여, 단말기의 크기가 커지고, 이에 따라 단말기 설계도 복잡해지게 된다. 또한, 상기한 바와 같은 구조를 가진 지문인식장치는 부품 수가 많고, 회전 튜브 6의 오염을 제거하기가 매우 어렵다.
따라서, 소형화가 가능하며, 제조 공정이 간단한 지문인식장치가 요청된다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 소형화가 가능한 지문인식장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 제조 공정이 용이하고, 제조 공정이 단축되는 지문인식장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 제조 비용의 절감이 가능한 지문인식장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 지문인식장치에 있어서, 지문을 향하여 빛을 조사하도록 배치되는 광원; 상기 지문과 접촉하는 것으로서, 상기 광원으로부터 상기 지문을 향하는 빛 및 상기 광원으로부터 상기 지문에 반사된 빛을 투과시키는 커버; 및 상기 커버를 투과하여 상기 지문으로부터 반사된 빛을 감지하는 이미지 센서를 포함하되, 상기 이미지 센서는, 복수의 단위 화소의 배열을 포함하는 센싱 어레이를 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서로서, 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 (이하, “X-Y 평면”이라 한다.) 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 이용한 지문인식장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 국면에 의하면, 본 발명은 지문인식장치에 있어서, 지문을 향하여 빛을 조사하도록 배치되는 광원; 상기 지문과 접촉하는 것으로서, 상기 광원으로부터 상기 지문을 향하는 빛 및 상기 광원으로부터 상기 지문에 반사된 빛을 투과시키는 커버; 및 상기 커버를 투과하여 상기 지문으로부터 반사된 빛을 감지하는 이미지 센서를 포함하되, 상기 이미지 센서는, 복수의 단위 화소의 배열을 포함하는 센싱 어레이를 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서로서, 상기 단위 화소는, 기판 상의 소정 영역에 형성된 스위칭 소자; 상기 스위칭 소자가 형성된 영역 상부의 소정 위치에 형성되되, 그 적어도 일부분이 X-Y 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 소재인 것으로서, X-Y 평면상에서 볼 때 적어도 일부가 서로 중첩되도록 배치되며, 콘택홀을 통하여 서로 전기적으로 접속하는 2 이상의 전극을 포함하는 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 지문인식장치를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지문인식장치 10의 개략적인 구조를 나타내는 도면이다.
본 발명의 지문인식장치 10은 광원 20, 커버 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.
이미지 센서 100은 입사된 빛을 감지하여, 지문의 이미지를 생성한다. 본 발명에 의한 이미지 센서 100은 박막 트랜지스터 (Thin Film Transistor) 형 이미지 센서로서, 상하좌우로 배열된 복수의 단위 화소(pixel)를 포함하는 센싱 어레이(sensing array, 도시안됨)의 형태를 이루고 있다. 또한, 휴대용 단말기에 장착되는 것을 고려하여, 도시된 바와 같이, 바 (bar) 형태를 가지는 것이 바람직하다.
커버 30은 투명한 재질 (유리 혹은 플라스틱 재질)의 후막으로서, 광원 20 및 이미지 센서 100의 상부를 덮도록 형성된다. 커버 30은 지문 40과 접촉하며, 광원 20으로부터 조사된 빛 및 지문 40으로부터 반사된 빛이 투과하도록 한다. 또한, 커버 30은 지문 40을 향하여 볼록하도록 형성되어 볼록 렌즈의 역할을 할 수도 있다. 커버 30은 지문인식장치 10이 장착될 소정의 휴대용 단말기의 본체의 일부로서 형성되어도 좋다.
나아가, 본 발명의 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 발명에 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 발명에 의하 면, 제품의 소형화, 제조 공정의 단순화 및 제조 비용의 절감을 실현하는 것이 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 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 발명의 제1실시예에 따른 지문인식장치 10의 이미지 센서 100의 단위 화소의 구성을 도시한 평면도 및 a-a’선을 따라 본 단면도이다. 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 104와, 상기 스위칭 소자 104가 형성된 영역 상부의 소정 위치에 형성된 광감지 소자 102를 포함하며, 상기 스위칭 소자 104와 상기 광감지 소자 102가 형성되지 않은 영역에 투명한 도전 소재로 형성되어, 상기 광감지 소자 102 및 상기 스위칭 소자 104에 접속된 스토리지 캐패시터 106 및 110을 포함한다.
즉, 본 발명에 의하면, 상기 광감지 소자 102와 스위칭 소자 104는, 이들의 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 볼 때 상호간에 중첩되는 위치에서 Z축 방향으로 적층되어 형성된다. 이렇게 함으로써, 상기 광감지 소자 102와 상기 스위칭 소자 104가 차지하는 면적이 작아지고, 화소의 나머지 영역(즉, 상기 스토리지 캐패시터 106 및 110이 형성된 영역)이 빛을 투과함으로써, 센싱 어레이의 개구율을 증가시킨다.
이하, 상기 본 발명에 의한 이미지 센서의 단위 화소의 구성을 보다 상세히 설명한다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 기판(도시되지 않음) 상의 소정 영역에, 상기 스위칭 소자 104의 게이트 108가 형성되어 있고, 그 동일 평면상의 다른 영역에 상기 게이트 108로부터 소정 거리 이격되어 스토리지 캐패시터의 일측 전극 110이 형성되어 있다.
상기 스위칭 소자 104의 게이트 108의 상부에, 상기 게이트 108과 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 중첩되도록 반도체층 114가 형성된다. 상기 스위칭 소자 104의 반도체층 114는, 제1절연막 112에 의하여 상기 게이트 108와 절연된다. 상기 스위칭 소자 104의 소오스 116 및 드레인 118은, 상기 반도체층 114와 적어도 그 일부가 접속되도록 상기 반도체층 114의 상부에 형성된다.
특히, 본 발명에 의한 상기 광감지 소자 102는, 상기와 같이 형성된 스위칭 소자 104의 소오스 116 및 드레인 118의 상부에 형성된다. 즉, 상기 광감지 소자 102의 게이트 122는, 상기 소오스 116 및 드레인 118과의 절연을 위한 제2절연막 120의 상부에 형성되는데, 상기 스위칭 소자 104의 반도체층 114와 X-Y 평면상에서 중첩되도록 형성한다.
이렇게 상기 광감지 소자 102의 게이트 122를 상기 스위칭 소자 104의 반도체층 114와 X-Y 평면상에서 중첩되도록 형성함으로써, 상기 광감지 소자 102의 게이트 122는, 상기 스위칭 소자 104의 반도체층 114로 빛이 입사하지 못하게 하는 광차단막으로서의 기능도 수행하게 된다. 또한, 스위칭 소자 104 측에서 볼 때에는, 게이트 전극이 상하로 두 개가 형성되는 것과 마찬가지의 구조가 되므로, 스위칭 소자 104의 구동을 더욱 효과적으로 수행할 수 있게 되어, 전체 이미지 센서의 구동 특성이 향상된다.
상기 광감지 소자 102의 반도체층 126이 상기 게이트 122와 X-Y 평면상에서 중첩되도록 제3절연막 124를 개재시켜 형성된다. 상기 반도체층 126과 적어도 일부가 접속되도록 형성된 광감지 소자 102의 소오스 128을 형성하되, 상기 소오스 128은 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 106과도 접속되도록 형성된다.
최상부에는 상기 소자들을 외부의 충격으로부터 보호하기 위한 보호막 132이 형성되어 있다.
상기한 바와 같이, 상기 스위칭 소자 104와 상기 광감지 소자 102를 X-Y 평면상에서 중첩되는 구조로 형성함으로써, 단위 화소의 면적중 빛이 차단되는 면적을 최소화하여 그 개구율을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 광감지 소자 102의 게이트 122를 상기 스위칭 소자 104의 반도체층 114의 상부에 중첩되도록 형성함으로써, 광차단막을 별도로 형성할 필요를 제거함과 함께, 스위칭 소자 104의 구동 특성을 향상시킬 수 있다.
나아가, 상기 스위칭 소자 104의 드레인 118과 상기 광감지 소자 102의 소오스 128이 X-Y 평면상에서 중첩되는 위치에 상하로 형성됨에 따라, 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 106과의 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, 본 발명의 제1실시예에 의한 이미지 센서의 제조 과정에 관하여 상세히 설명한다. 먼저, 투명한 재료의 기판(도시되지 않음)상의 소정 영역에, 상기 스위칭 소자 104의 게이트 108과, X-Y 평면상에서 상기 게이트 108로부터 소정 거리 이격된 소정 위치에 상기 스토리지 캐패시터의 일측 전극 110을 형성되며, 이들의 상부에 상기 제1절연막 112를 형성된다.
상기 스위칭 소자 104의 게이트 108은, 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 106은 투명한 도전성 물질로 형성된다.
상기 스위칭 소자 104의 게이트 108 및 상기 스토리지 캐패시터의 일측 전극 110이 형성된 기판상에, 실리콘 질화막(“SiNx”) 또는 실리콘 산화막(“SiO2”)와 같은 재료를 증착하는 등의 방법에 의하여, 소정 두께로 상기 제1절연막 112를 형성한다.
다음으로, 상기 제1절연막 112가 형성된 기판상에 상기 스위칭 소자104의 반도체층 114를 형성된다.
상기 스위칭 소자 104의 반도체층 114는, 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, 상기 스위칭 소자 104의 반도체층 114가 형성된 기판상에, 상기 스위칭 소자 104의 소오스 116 및 드레인 118을 형성된다.
상기 스위칭 소자 104의 소오스 116 및 드레인 118은, 소정의 금속 재료를 증착하는 등의 방법으로 소정 두께의 막을 형성하고, 상호간에 소정 거리 이격되도록 식각함으로써 형성된다.
다음으로, 상기 스위칭 소자 104의 소오스 116 및 드레인 118이 형성된 기판상에, 상기 제2절연막 120을 형성하는 단계, 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 106을 형성하는 단계 및 광차단막 겸 상기 광감지 소자 102의 게이트 122를 형성된다.
상기 제2절연막 120은, SiNx, SiO2, 아크릴(acryl) 또는 비시비(“BCB”) 등과 같은 유기 물질을 증착하는 등의 방법에 의하여 소정의 두께로 성층된다. 상기 제2절연막 120의 소정 영역을 식각하여, 상기 스위칭 소자 104의 드레인 118과 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 106이 접속될 콘택홀을 형성한다.
상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 106은, 상기 제2절연막 120의 콘택홀을 통하여 상기 스위칭 소자 104의 드레인 118과 접속되도록, 투명 도전성 물질을 증착하고 소정 형상으로 식각하는 등의 방법에 의하여 형성된다.
상기 광차단막 겸 광감지 소자 102의 게이트 122는, 상기 제2절연막 120의 상부에, 상기 스위칭 소자 104의 반도체층 114와 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 중첩되도록, 금속 재료를 증착하는 등의 방법에 의하여 소정 두께의 막을 형성하고, 소정의 형상으로 식각함으로써 형성된다.
다음으로, 상기 제3절연막 124를 형성하는 단계와, 상기 제3절연막 124의 상 부에 상기 광감지 소자 102의 반도체층 126을 형성된다.
상기 제3절연막 124는, 상기 제1절연막 112와 같이, 실리콘 질화막(“SiNx”) 또는 실리콘 산화막(“SiO2”)과 같은 재료를 증착하는 등의 방법에 의하여, 소정 두께로 형성된다. 이어서, 상기 제3절연막 124를 식각하여, 상기 광감지 소자 102의 소오스 128과 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 106이 접속될 수 있도록 성형한다.
상기 광감지 소자의 반도체층 126도 역시, 비정질 실리콘(a-Si)과 불순물 함유 비정질 실리콘(n+ a-Si)과 같은 재료를 소정의 두께로 성층하고, 소정의 형상으로 식각하여 형성한다.
다음으로, 상기 광감지 소자 102의 소오스 128 및 드레인 130을 형성하는 단계와 보호막 132를 형성된다.
상기 광감지 소자 102의 소오스 128 및 드레인 130은 소정의 금속 재료를 증착하는 등의 방법으로 소정 두께의 막을 형성하고, 상호간에 소정 거리 이격되도록 식각하여 형성된다. 이때, 상기 광감지 소자 102의 소오스 128는 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 106과 접속되도록 성형된다.
상기 보호막 132는 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 104를 제조한 후, 상기 스위칭 소자 104가 형성된 영역의 상층부에 상기 광감지 소자 102를 제조하게 된다. 따라서, 스위칭 소자 104와 광감지 소자 102의 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 104의 반도체층 114와 상기 광감지 소자 102의 반도체층 126의 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 102의 특정 구성 요소들의 형성 온도를 독립적으로 제어함으로써, 광감지 소자 102의 광감지 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 의한 지문인식장치 10의 구성 요소인 이미지 센서 100에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 이하에서도, 이미지 센서 100에 관한 설명은 상기 센싱 어레이를 이루는 임의의 한 픽셀에 관한 것이며, 상기 제1실시예와 중복되는 설명은 이를 생략하기로 한다.
도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 이미지 센서 100의 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 102와 스위칭 소자 104의 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 중첩되도록 Z축 방향으로 적층되어 형성된다.
단, 제2실시예에 의한 이미지 센서 100의 단위 화소는, 제1실시예의 경우와 달리, 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 106이 상기 제2절연막 120의 하부에 형성되어 있다. 즉, 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 106은 상기 스위칭 소자 104의 드레인 118과 접속되도록 형성되어, 상기 제2절연막 120에 의하여 상층과 절 연된다. 상기 제2절연막 120의 소정 영역에는 콘택홀을 형성하여, 이를 통해 상기 광감지 소자 102의 소오스 128과 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 106을 접속시킨다. 그 외의 다른 구성은 상기 제1실시예의 경우와 동일하므로 그 상세한 설명을 생략한다.
상기 제2실시예에 의한 이미지 센서의 제조 과정에서는, 상기 제1실시예와는 달리, 상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극 206이 상기 제2절연막 220보다 먼저 형성된다. 그 외의 제조 방법은 제1실시예의 경우와 동일하거나 유사하다.
다음으로, 본 발명의 제3실시예에 의한 이미지 센서 100에 관하여 상세히 설명한다. 이하, 상기 제1 및 제2실시예와 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 이미지 센서 100의 화소 부분의 평면도 및 B-B’에서 본 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 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 구 동 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 스토리 지 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 형성 함으로써, 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 발명을 그 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위가 상기한 설명에 한정되는 것은 아님을 주의하여야 한다.
본 발명에 따르면, 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용하므로, 부품수가 단축되고, 제조 비용이 낮으며, 장치의 부피가 작다.
또한, 본 발명은 정밀 교정을 요하는 광학 렌즈 등을 구비할 필요가 없으므로,제조 공정이 용이한 지문인식장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 광학식 렌즈의 역할을 하는 커버를 표면에 형성하여. 단말기의 오염을 막을 수 있으며, 청소가 용이하다.
Claims (14)
- 지문인식장치에 있어서,지문을 향하여 빛을 조사하도록 배치되는 광원;상기 지문과 접촉하는 것으로서, 상기 광원으로부터 상기 지문을 향하는 빛 및 상기 광원으로부터 상기 지문에 반사된 빛을 투과시키는 커버; 및상기 커버를 투과하여 상기 지문으로부터 반사된 빛을 감지하는 이미지 센서를 포함하되,상기 이미지 센서는,복수의 단위 화소의 배열을 포함하는 센싱 어레이를 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서로서, 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 (이하, “X-Y 평면”이라 한다.) 상에서 볼 때 상기 스위칭 소자가 차지하는 영역에 중첩되도록 형성된 광감지 소자; 및상기 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 이용한 지문인식장치.
- 제1항에 있어서,상기 커버는 투명한 박막으로서, 상기 광원으로부터 상기 지문으로 향하는 방향에 대하여 수직한 방향으로 볼 때, 상기 커버의 적어도 하나의 단면이 상기 광원측에 중심을 가지는 원호인 지문인식장치.
- 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; 및상기 반도체층과 적어도 그 일부가 접속되도록 상기 반도체층의 상부에 형성된 소오스 및 드레인을 포함하는 지문인식장치.
- 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; 및상기 광감지 소자의 반도체층과 적어도 그 일부가 접속되도록 상기 반도체층의 상부에 형성된 소오스 및 드레인을 포함하는 지문인식장치.
- 제1항에 있어서,상기 스토리지 캐패시터는,상기 스위칭 소자의 게이트로부터 소정 거리 이격되어 형성된 일측 전극; 및상기 스위칭 소자의 드레인 및 상기 광감지 소자의 소오스와 접속되도록 형성된 타측 전극을 포함하는 지문인식장치.
- 제5항에 있어서,상기 스토리지 캐패시터의 일측 전극이 상기 스위칭 소자의 게이트와 동일한 평면상에 형성된 지문인식장치.
- 제5항에 있어서,상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극이 상기 제2절연막 상부에 형성된 지문인식장치.
- 제5항에 있어서,상기 스토리지 캐패시터의 타측 전극이 상기 제2절연막 하부에 형성된 지문인식장치.
- 지문인식장치에 있어서,지문을 향하여 빛을 조사하도록 배치되는 광원;상기 지문과 접촉하는 것으로서, 상기 광원으로부터 상기 지문을 향하는 빛 및 상기 광원으로부터 상기 지문에 반사된 빛을 투과시키는 커버; 및상기 커버를 투과하여 상기 지문으로부터 반사된 빛을 감지하는 이미지 센서를 포함하되,상기 이미지 센서는,복수의 단위 화소의 배열을 포함하는 센싱 어레이를 포함하는 박막 트랜지스터형 이미지 센서로서, 상기 단위 화소는,기판 상의 소정 영역에 형성된 스위칭 소자;상기 스위칭 소자가 형성된 영역 상부의 소정 위치에 형성되되, 그 적어도 일부분이 X-Y 평면 상에서 볼 때 상기 스위칭 소자가 차지하는 영역에 중첩되도록 형성된 광감지 소자; 및상기 스위칭 소자와 상기 광감지 소자가 형성되지 않은 영역에 그 대부분이 형성되며, 상기 광감지 소자 및 상기 스위칭 소자에 접속된 투명한 도전 소재인 것으로서, X-Y 평면상에서 볼 때 적어도 일부가 서로 중첩되도록 배치되며, 콘택홀을 통하여 서로 전기적으로 접속하는 2 이상의 전극을 포함하는 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 지문인식장치.
- 제9항에 있어서,상기 커버는 투명한 박막으로써, 상기 광원으로부터 상기 지문으로 향하는 방향에 대하여 수직한 방향으로 볼 때, 상기 커버의 적어도 하나의 단면이 상기 광원측에 중심을 가지는 원호인 지문인식장치.
- 제9항에 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; 및상기 반도체층과 적어도 그 일부가 접속되도록 상기 반도체층의 상부에 형성된 소오스 및 드레인을 포함하는 박막 트랜지스터형 지문인식장치.
- 제9항에 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; 및상기 광감지 소자의 반도체층과 적어도 그 일부가 접속되도록 상기 반도체층의 상부에 형성된 소오스 및 드레인을 포함하는 박막 트랜지스터형 지문인식장치.
- 제9항에 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; 및상기 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 지문인식장치.
- 제13항에 있어서,상기 광감지 소자의 소오스와 상기 스토리지 캐패시터의 제2 타측 전극이 일체로 형성되어 있는 박막 트랜지스터형 지문인식장치.
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| KR1020040061524A KR20060012844A (ko) | 2004-08-04 | 2004-08-04 | 박막 트랜지스터형 이미지 센서를 이용한 지문인식장치 |
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| KR20060012844A true KR20060012844A (ko) | 2006-02-09 |
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ID=37122358
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100651740B1 (ko) * | 2005-07-13 | 2006-12-01 | 한국전자통신연구원 | 마이크로렌즈를 이용한 지문센서 |
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| US11151349B2 (en) | 2019-05-15 | 2021-10-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Fingerprint sensors and fingerprint sensor arrays and devices |
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-
2004
- 2004-08-04 KR KR1020040061524A patent/KR20060012844A/ko not_active Application Discontinuation
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