KR20070003784A - 광센서를 가지는 능동 매트릭스 픽셀 디바이스 - Google Patents

광센서를 가지는 능동 매트릭스 픽셀 디바이스 Download PDF

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Abstract

전자발광 디스플레이 디바이스와 같은 능동 매트릭스 픽셀 디바이스가 제공되고, 이 디바이스는 기판에 의해 지지되고, 폴리실리콘 TFT(10)와 비정질 실리콘 박막 PIN 다이오드(12)를 포함하는 회로를 포함한다. 폴리실리콘 아일랜드는 비정질 실리콘 층이 PIN 다이오드에 관해 증착되기 전에 형성된다. 이는 고온 처리에 비정질 실리콘이 노출되는 것을 막는다. TFT는 도핑된 소스/드레인 영역(16a, 17a)을 포함하고, 이들 중 하나(17a)는 또한 다이오드에 관한 n형 또는 p형 도핑된 영역을 제공할 수 있다. 유리하게, 광 다이오드에 관해 분리된 도핑 영역을 제공하기 위한 요구 사항이 제거되고, 이에 따라 처리 비용을 덜게 된다. 반대 도전형의 도핑된 소스/드레인 영역(16b, 17b)을 가지는 제 2 TFT(10b)는 다이오드에 관해 다른 도핑된 영역(16b)을 제공할 수 있고, 이들 2개의 TFT사이에 각각의 폴리실리콘 아일랜드의 위에 놓이는 진성 영역(25)이 옆으로 배치된다.

Description

광센서를 가지는 능동 매트릭스 픽셀 디바이스{ACTIVE MATRIX PIXEL DEVICE WITH PHOTO SENSOR}
본 발명은 광센서를 픽셀 회로에 통합하는 능동 매트릭스 전자발광 디스플레이와 같은 능동 매트릭스 픽셀 디바이스에 관한 것이다. 또한 본 발명은 그러한 디바이스와, 특히 하지만 배타적이지 않은, 다결정 실리콘 채널을 가지는 박막 트랜지스터를 포함하는 능동 매트릭스 픽셀 디바이스에 관한 것이다.
광 방출 디스플레이 소자를 이용하는 능동 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스가 잘 알려져 있다. 이 디스플레이 소자는, 예컨대 폴리머 물질을 사용하는 유기 박막 전자발광 소자이거나, 일반적으로 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물을 사용하는 발광 다이오드(LED)일 수 있다. 유기 전자발광 물질, 특히 폴리머 물질에서의 최근의 개발은 실제로 비디오 디스플레이 디바이스용으로 사용되는 폴리머 물질의 능력을 보여주었다. 이들 물질은 일반적으로 한 쌍의 전극 사이에 끼워진 반도체 복합 폴리머의 하나 이상의 층을 포함하고, 이들 전극 중 하나는 투명하며 나머지 하나는 정공이나 전자를 폴리머 층에 주입하기에 적합한 물질이다.
능동 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스는 일반적으로 픽셀의 행과 열 어레이를 포함한다. 전류를 각 픽셀의 디스플레이 소자에 공급하는 것은, 일반적으 로 박막 트랜지스터(TFT)를 포함하는 각 픽셀 회로에 의해 제어된다. 종종 구동 트랜지스터라고 불리는 적어도 하나의 TFT는, 각 픽셀 회로에서 디스플레이 소자를 통과하는 전류의 흐름을 조절하기 위해 이용된다. 구동 트랜지스터의 전기적인 특성은 디스플레이가 작동하는 동안 안정한 것이 중요하다. 비정질 실리콘 채널을 가지는 TFT는, 연속하는 전류를 제어하기 위해 사용될 때, 임계 전압 드리프트와 같은 문제를 겪는 것으로 알려져 있다. 이러한 이유로, 다결정 실리콘(폴리실리콘) 채널을 가지는 TFT가 구동 트랜지스터로서 사용되는 것이 비정질 실리콘 TFT를 사용하는 것보다 선호된다. 하지만 한 TFT와 다른 TFT에서의 폴리실리콘 채널의 구조상 차이는 그것들의 전기 특성에 있어서의 차이를 초래할 수 있다.
폴리실리콘 TFT 특성의 비균일성과 연관된 문제점 외에, 전자발광 디스플레이 소자는 노화 영향을 겪는 것으로 알려져 있다. 예컨대, 어레이에서의 특정 픽셀의 연장된 작동에 의해 "번-인(burn-in)"이 야기되고, 이것은 동일한 신호를 가지고 구동됨에도 불구하고, 픽셀 사이의 균일하지 않은 출력 세기를 초래한다.
픽셀 출력에서의 비균일성을 바로잡기 위해, 개별적인 픽셀 회로의 각각에서 광센서를 통합하는 것이 알려져 있다. 각 광센서는 그것의 각 픽셀로부터의 광 출력을 측정하는 역할을 하고, 전술한 비균일성 문제를 보상하는 방식으로 픽셀 회로에 연결된다. 그러한 예는 WO 01/20591호로부터 알려져 있고, 그 내용은 본 명세서에 참조로서 통합되어 있다. 도 1은 전술한 광학 피드백 메커니즘을 이용하는 픽셀 회로의 일 예를 도시한다. 이 픽셀 회로는 유사한 회로의 어레이 내의 수백 개 중 하나임을 알게 될 것이다. 각 픽셀은 한 세트의 데이터 도체(2) 중 하나와 한 세트 의 선택 도체(4) 중 하나가 교차하는 점에서 한정된다. 이러한 도체 세트(2, 4)의 각각은 실질적으로 서로 직교하는 방향으로 지지 기판을 가로질러 지나간다. 파워 라인(6)은 전자발광 디스플레이 소자(8)에 전류를 제공하고, 이 전류는 구동 트랜지스터(10)에 의해 변조된다. 픽셀 회로는 또한 디스플레이 소자(8)로부터의 광 출력을 측정하거나 검출하는 광 센서(12)를 포함하고, 측정된 광 세기에 따라 구동 트랜지스터(10)를 통과하는 전류를 변조 또는 조정하는 역할을 한다.
광센서, 예컨대 비정질 실리콘으로 형성된 PIN 다이오드는 폴리실리콘으로 형성된 것에 비해 선호되는데, 이는 비정질 실리콘의 광학적 흡수가 가시광 범위의 부분보다 몇 자리수 더 크기 때문이다. 그러므로 비정질 실리콘 광센서는 연관된 정정 회로에서 훨씬 더 높은 신호대 잡음비를 제공한다.
전술한 이유로 인해, 고품질의 능동 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스에서의 각 픽셀 회로는 바람직하게 폴리실리콘 TFT와 비정질 실리콘 광센서를 포함한다. 도 2는 TFT(10)와 광 센서(12)를 통해 취해진, 도 1에 도시된 픽셀 회로 부분의 단면도를 도시한다. 도시된 TFT(10)는 인접한 도핑된 폴리실리콘 소스 및 드레인 영역(16, 17)을 구비한 폴리실리콘 채널(15)을 가지는 상부-게이트형이다. 이들 영역은 n형이나 p형으로 도핑될 수 있다. 하지만, n형과 p형 모두 종종 동일한 기판에 형성된다. 게이트 절연층(18)은 채널(15)과 금속 게이트(20)를 분리한다.
게이트(20)를 패턴화할 때, 광센서 접촉(22)이 또한 동일한 금속층을 사용하여 한정된다. n-i-p 스택이 이후 광센서 접촉(22)에 형성되어 수직 비정질 실리콘 PIN 다이오드(12)를 제공한다. 이 스택은 n형 비정질 실리콘(24)의 층, 진성 비정 질 실리콘의 더 두꺼운 층(25) 및 p형 비정질 실리콘(26)의 층을 포함한다. 이들 층은 순차적으로 증착되어 아일랜드로 패턴화된다.
상부 다이오드 접촉(28)이 이후 비정질 실리콘 스택 위에 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 투명한 도전성 물질로 형성된다. 이는 위에 놓인 전자발광 디스플레이 소자(미도시)로부터의 광(100)이 광센서의 진성 실리콘을 지나가는 것을 허용한다.
n-i-p 스택의 형성과 연관된 한가지 심각한 문제는 증착 공정 동안에 p형 층(26)을 도핑하는 데 있어서의 어려움이다. 그러한 도핑은 보통 기체 상(gas phase) 도핑에 의해 수행된다. 증착 챔버의 원치 않는 오염을 회피하도록 기체 상 도핑을 수행하기 위해, 전용 장비와 기체가 요구된다. 또한, 요구되는 기체, 예컨대 B2H6은 함께 작용하기에 특히 위험한 것으로 분류되고, 건강과 안전상의 이유로 그러한 기체를 작업장으로부터 제거하라는 압력이 증가하게 된다. 이는 폴리실리콘 TFT를 구비한 비정질 실리콘 광센서를 가지는 능동 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스의 대규모 제작에 큰 장벽으로 나타나게 된다.
US-5,589,694호는 TFT와 박막 다이오드(TFD)가 기판에 형성되는 반도체 디바이스를 개시한다. 반도체 층은 TFT와 TFD 각각에 관해 분리된 반도체 아일랜드를 제공하도록 증착되고 패턴화된다. TFT와 TFD 아일랜드 모두에서 n형 영역과 p형 영역을 도핑하기 위해 플라즈마 도핑이 이용되고, TFD 아일랜드는 평면(planar) 구조를 가지도록 형성된다. 이러한 식으로 TFD를 형성하는 것과 연관된 한가지 문제점 은, 다이오드의 비정질 실리콘 진성 영역이 폴리실리콘 TFT 아일랜드의 처리와 연관된 고온을 견뎌야 한다는 점이다. 비정질 실리콘이 가열될 트랜지스터 스택에 근접하게 있을 때 열 손상으로부터 보호되는 것은 어렵다. US5,589,694호의 배치로 인한 또 다른 문제점은 일련의 분리된 아일랜드가 각 트랜지스터와 다이오드에 관해 한정되어야 한다는 점이다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 다결정 실리콘 채널과 도핑된 소스/드레인 영역을 포함하는 박막 트랜지스터 및 비정질 실리콘 진성 영역에 의해 분리된 p형 도핑 영역과 n형 도핑 영역을 포함하는 PIN 다이오드를 포함하는 능동 매트릭스 픽셀 디바이스를 제조하는 방법이 제공되고, 이 방법은
(a) 기판에 복수의 다결정 실리콘 아일랜드(island)를 형성하는 단계로서, 이들 중 하나는 트랜지스터 채널과 소스/드레인 영역을 제공하는, 아일랜드 형성 단계와,
(b) 진성 영역이 p형 도핑 영역 또는 n형 도핑 영역 중 하나를 제공하는 다결정 실리콘 아일랜드 중 하나의 적어도 일 부분 위에 놓이고 이 부분과 접촉하도록, PIN 다이오드의 진성 영역을 제공하는 비정질 실리콘의 층을 증착하고 패턴화하는 단계를 포함한다. 다결정 아일랜드가 처리된 후 비정질 실리콘을 증착함으로써, 비정질 실리콘은 손상 열 처리를 받지 않게 되고, 이에 따라 더 우수한 품질의 PIN 다이오드가 제조될 수 있게 된다.
바람직하게, 소스/드레인 영역과 PIN 다이오드의 p형 도핑 영역 또는 n형 도핑 영역 중 하나가 동일한 다결정 실리콘 아일랜드에 의해 제공된다. 유리하게, 이는 분리된 도핑된 접촉 형성에 관한 필요성을 회피하고, 이에 따라 처리 단계의 개수를 줄이며, 제작 비용을 절약하게 된다.
본 발명의 제 2 양상에 따르면, 기판에 의해 지지된 복수의 다결정 실리콘 아일랜드를 포함하는 능동 매트릭스 픽셀 디바이스가 제공되고, 이러한 아일랜드 중 하나는 채널과, 박막 트랜지스터의 소스/드레인 영역을 제공하며, 이 디바이스는 또한 비정질 실리콘 진성 영역에 의해 분리된 p형 도핑 영역과 n형 도핑 영역을 포함하는 PIN 다이오드를 포함하고, 이때 진성 영역은 p형 도핑 영역 또는 n형 도핑 영역 중 하나를 제공하는 다결정 실리콘 아일랜드 중 하나의 적어도 일부분 위에 놓이고 접촉하게 된다. PIN 다이오드의 비정질 실리콘 진성 영역은 그 영역과의 접촉을 제공하기 위해 도핑된 p형 또는 n형 영역 위에 놓이게 된다. 이는 비정질 실리콘의 증착 전에 폴리실리콘 도핑된 영역이 처리되는 것을 허용한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, PIN 다이오드는 다결정 실리콘 아일랜드의 각 아일랜드에 의해 PIN 다이오드의 p형 및 n형 도핑된 영역 모두가 제공되는 측면 구조를 가진다. 이들 아일랜드는, 도핑된 PIN 다이오드 영역 중 하나 또는 모두가 트랜지스터의 소스/드레인 영역과 폴리실리콘 아일랜드를 공유하도록, 트랜지스터와 공유될 수 있다. 유리하게, p형 박막 트랜지스터와 n형 박막 트랜지스터 모두로부터의 도핑된 영역은 PIN 다이오드의 도핑된 영역 모두를 제공하도록 이용될 수 있고, 이에 따라 처리 단계의 개수를 추가로 줄이게 된다. n형 박막 트랜지스터와 p형 박막 트랜지스터 모두가 한 기판에 존재하는 것은 흔한 일이다. 그러므로 박막 PIN 광다이오드를 달성하기 위해서는 매우 소수의 추가 처리 단계가 요구된다. 또한, 투명한 도전성 게이트가 제공될 수 있고, 이 게이트는 절연층에 의해 그로부터 분리된 PIN 다이오드의 진성 영역 위에 놓인다. 유리하게, 게이트는 n형 도핑된 영역과 p형 도핑된 영역 사이의 도전율을 제어하여, 사실상 게이팅된(gated) PIN 다이오드를 제공하도록 PIN 광다이오드의 진성 영역에 전압을 인가하는 역할을 한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, PIN 광다이오드는 n형인 비정질 진성 실리콘과 p형 층이 박판화되고(laminated), 이 경우 도핑된 접촉 중 하나가 기판에 형성된 폴리실리콘 아일랜드 중 하나에 의해 제공되는 수직 구조를 가진다. 예컨대, 트랜지스터의 소스/드레인 영역은 n형으로 도핑되고, 그 제조 방법은
(c) PIN 다이오드의 진성 영역에 상부 PIN 다이오드 접촉을 한정하기 위해 알루미늄의 층을 증착하고 패턴화하는 단계와,
(d) p형 도핑 영역을 형성하기 위해, 알루미늄 이온이 밑에 있는 진성 영역으로 확산하도록, 상부 PIN 다이오드 접촉을 어닐링(annealing)하는 단계를 더 포함한다. 알루미늄을 불순물 소스로서 이용함으로써, p형으로 도핑된 접촉을 제공하기 위해 그러한 수직 구조에서 기체-상 도핑을 사용할 필요성이 제거된다. 유리하게, 이는 기체-상 도핑을 사용하는 것과 연관된 위험을 회피하고, 이에 따라 이러한 p형 영역을 형성하는 공정을 알려진 방법보다 더 싸고 더 안전하게 한다.
예컨대, 디스플레이 소자로부터의 광이 다이오드의 진성 부분에 도달하도록 하기 위해, 상부 광다이오드 접촉의 일부가 알려진 에칭 기술을 사용하여 에칭될 수 있다.
본 발명에 따른 능동 매트릭스 픽셀 디바이스의 예시적인 적용예는, 광다이오드가 연관된 디스플레이 소자로부터의 광 세기 출력을 측정하고, 측정된 광 세기에 따라 광 출력의 변조를 가능하게 하도록 그것에 연결된 구동 회로에 신호를 공급하는 역할을 하는 광학 피드백을 이용하는 능동 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스이다.
본 발명의 이들 특징과 다른 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하고, 단지 예로서 주어진 바람직한 실시예의 다음 설명을 읽음으로써 분명하게 된다.
도 1은 회로 구성 성분의 알려진 배치를 가지는 능동 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스의 픽셀 회로를 도시하는 도면.
도 2는 도 1에 도시된 픽셀 회로 부분의 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광센서를 가지는 픽셀 회로의 단면도.
도 4와 도 5는 제작의 상이한 스테이지에서 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광센서를 가지는 픽셀 회로의 단면도.
동일한 참조 번호가 전체 도면에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분을 표시하기 위해 사용된다. 도면은 단지 개략적인 것이고 축척대로 도시되지 않음을 이해해야 한다. 특히, 어떤 크기는 과장되어 있는데 반해, 다른 것은 축소되어 있다.
본 발명의 발명자는 박막 트랜지스터(TFT)를 위해 요구된 다결정 실리콘(폴 리실리콘) 아일랜드가 PIN 다이오드 스택의 진성 영역을 위해 요구된 비정질 실리콘을 증착하기 전에 형성될 수 있음을 알게 되었다. 그러므로 비정질 실리콘은 폴리실리콘 아일랜드를 형성하기 위해 요구되는 높은 온도를 겪지 않게 된다. 또한 폴리실리콘 TFT의 도핑된 소스 및 드레인 접촉 영역이 비정질 실리콘 광센서에서 도핑된 영역 중 적어도 하나를 형성하도록 이용될 수 있다는 사실을 알게 되었다. 이러한 식으로 도핑 영역을 공유함으로써, 광센서용으로 분리된 도핑 영역을 제공하는 것에 대한 요구 조건이 제거된다. 이제 적어도 하나의 도핑 영역이 TFT와 광센서 사이에서 공유되는 예시적인 구조가 설명된다.
도 3은 각각 폴리실리콘 채널 영역(15a, 15b)을 가지는 기판(14) 위에 증착된 2개의 TFT(10a, 10b)를 도시한다. 제 1 TFT(10a)는 n형의 도핑된 소스 및 드레인 영역(16a, 17a)을 가진다. 제 2 트랜지스터(10b)는 p형 도핑된 소스 및 드레인 영역을 가진다. 각 금속 소스와 드레인 접촉은 간단하게 하기 위해 본 명세서에 도시되지 않았다.
각 TFT의 채널, 소스 및 드레인 영역을 한정하는 폴리실리콘 아일랜드는 알려진 방식으로 형성된다. 예컨대, 비정질 실리콘의 층은 기판 위에 증착되고, 그 후 소스 및 드레인 영역이 이온 주입에 의해 선택적으로 도핑된다. 이후, 비정질 실리콘 층이 아일랜드 내로 패턴화된 다음, 예컨대 레이저 어닐링에 의해 결정화된다. 당업자라면 아일랜드를 형성하기 위한 이러한 방법에는 여러 변형예가 존재함을 알게 될 것이다. 예컨대, 패턴화 단계 전에 실리콘층을 결정화하는 것이 알려져 있다.
능동 매트릭스 어레이는 일반적으로 기판 위에 증착된 수천 개의 TFT를 포함한다. 하지만, 간단하게 하기 위해 이중 2개만이 도 3에 도시되어 있다. 본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 한 TFT(10a)의 n형 도핑된 드레인 영역(17a)과, 인접하는 TFT의 p평 도핑된 소스 영역(16b)이 비정질 실리콘 광센서(12)용으로 도핑된 접촉을 또한 한정하는데 사용된다. 그러므로 도 2의 광센서용으로 분리된 도핑 영역은 요구되지 않는다. 이러한 목적을 위해 이용된 인접하는 TFT가 반대인 도전형, 즉 하나는 n형이고 다른 하나는 p형이라는 것을 알게 될 것이다.
광센서(12)의 진성 영역을 제공하기 위해서는, 진성 비정질 실리콘의 층이 기판 위에 증착되고, 인접하는 TFT의 각 쌍 사이에 있는 개별 아일랜드 내로 패턴화된다. 각 아일랜드는 하나의 TFT의 n형 도핑 영역과 다른 TFT의 p형 도핑 영역의 일부 위에 놓이고 이 부분과 접촉한다.
그러므로 광센서의 역할을 할 수 있는 PIN 다이오드는 전용 기체 상 도핑 장비에 관한 필요성 없이 기판 위에서 한정된다. 유리하게, 이 방법은 광센서를 통합하는 능동 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스를 제작하는 간단하고 따라서 값싼 루트를 제공한다.
도 3에 도시된 바와 같이 제 1 실시예에 따른 본 발명의 방법의 결과적인 배치는, 예컨대 도 2의 수직 배치에 비해 일정한 장점을 제공하는 측면 PIN 다이오드(12)를 포함한다. 우선 수직 배치는 디바이스의 효과적인 작동을 허용하기 위해 역 누설 전류가 충분히 낮은 값을 가지는 것을 보장하기 위해, 예컨대 0.25㎛ 내지 1.50㎛의 비교적 두꺼운 비정질 실리콘층을 요구한다. 이러한 두께를 가지는 층을 제공하는 것은 비교적 어렵고, 시간을 소모하는 것이다. 이와는 대조적으로, 도 3에서의 광센서의 도핑된 접촉 영역 사이의 거리는 인접하는 TFT 사이의 간극과 같다. 이 경우, 더 얇은 진성 층을 사용함으로써, 수용 가능한 낮은 레벨로 역 누설 전류가 유지될 수 있다. 유리하게, 이러한 진성 층은 증착 및 패턴화에 의해 간단하게 형성될 수 있다.
게이트 절연 층(18), 예컨대 SiO2는 이후 기판 위에 증착된다. 금속 층, 예컨대 알루미늄이 기판 위에 증착되고, 각 TFT에 관해 게이트(20a, 20b)를 한정하기 위해 패턴화된다. 이후 투명한 도전성 게이트(30)가 n-i-p 다이오드의 진성 영역 위에 유사한 방식으로 형성된다. 이는 작동 중에 어느 정도까지 도핑된 접촉 사이의 도전성을 제어할 수 있도록, 다이오드에 전압을 인가하는 역할을 한다. 예컨대, 인접하는 절연체로부터의 전하는 채널에 축적될 수 있고, 오프-전류(off-current)에 영향을 미친다. 게이트(30)에 인가된 바이어스 전압은 유리하게 오프-전류를 최소화시킬 수 있다. 디스플레이 소자로부터의 광(100)이 그 게이트를 투과하는 것을 가능하게 하기 위해서는 게이트의 투명성이 요구된다.
광센서 위의 게이트(30)는, 공유된 도핑 영역에 의해 제공된 장점으로부터 벗어나지 않으면서 필요하다면 생략될 수 있는 선택적 특징이라는 점을 알게 될 것이다.
도 4와 도 5를 참조하면, 수직 n-i-p 스택이 n형 영역에 관한 하나의 폴리실리콘 TFT의 도핑 영역을 사용함으로써 제공될 수 있다. p형 영역은 진성 비정질 실 리콘 아일랜드에 알루미늄을 증착하고 어닐링하여 형성되고, 이에 따라 알루미늄은 비정질 실리콘 내로 확산되어 비정질 실리콘을 p형으로 도핑하게 된다. 이후 알루미늄은 밑에 있는 p형 영역을 드러내기 위해 패턴화될 수 있다. 이제 이러한 제 2 실시예에 따른 광센서의 제작이 설명된다.
전술한 실시예와 유사한 방식으로, 폴리실리콘 아일랜드가 비정질 실리콘층의 증착, 패턴화 및 어닐링에 의해 기판(14) 위에 형성된다. n형의 소스 및 드레인 영역(16, 17)이 비정질 실리콘을 어닐링하기 전에 이온 주입에 의해 한정된다. 이후 절연 층이 기판 위에 증착되어 게이트 절연 층(18)을 제공한다. 이후 금속 게이트 전극(20)이 채널(15) 위에 형성된다. 이후 패시베이션 층(35)이 전체 기판 위에 증착된다. 접촉 창이 이후 패시베이션 층에서 개방되어 n형 드레인 영역(17)을 노출하게 된다. 이후 진성 비정질 실리콘의 층이 기판 위에 증착되고, 패턴화되어 도 4에 도시된 바와 같은 n형 드레인 영역(17) 부분 위에 증착된 아일랜드(25')를 한정한다. 이 아일랜드는 수직 광센서의 메인 바디(main body)를 제공한다. 비아(via)가 패시베이션 층에 형성되어, 밑에 있는 TFT의 소스 및 드레인 영역(16, 17)과의 접촉을 허용한다.
이후 알루미늄층이 증착되어 패턴화되어 소스 및 드레인 접촉(36, 37)과 상부 광센서 접촉(40)을 한정한다. 알루미늄 합금이 이러한 목적을 위해 대신 사용될 수 있음을 알게 될 것이다. 상부 광센서 접촉(40)은 이후 예컨대 20분간 200℃까지 가열함으로써 어닐링된다. 이러한 어닐링 공정은 알루미늄 이온이 밑에 있는 진성 아일랜드(25') 내로 확산하게 하여 영역을 p형으로 도핑하게 된다. 또한, 이러한 어닐링은 도핑 효과를 강화하는 도핑 p형 영역의 적어도 일부를 결정화한다.
도 5를 참조하면, p형 영역(26)의 상부 표면 부분은 이후 알루미늄 상부 광센서 접촉(40) 부분을 에칭함으로써 노출된다. 이는 PIN 스택이 위에 놓인 디스플레이 소자로부터 방출된 광(100)에 노출되는 것을 허용한다.
이 방법을 사용함으로써, 매우 효과적인 p형 접촉(26)이 기체 상 불순물을 사용하지 않고서도 형성될 수 있다.
본 발명의 제 3 실시예(미도시)에서는, PIN 다이오드의 비정질 실리콘 진성 영역이 절연 층에 의해 그로부터 절연된 게이트 전극 위에 놓인다. 이는 TFT로부터 떨어진 기판 옆으로부터의 주변 광이 광전류를 야기하는 것을 방지하기 위해 다이오드에 대한 광 차폐를 제공한다. 그러한 배치는 전자발광 디스플레이용의 광학 피드백 회로에서 이용될 때 특히 유익한데, 이는 원치 않는 주변 광이 연관된 디스플레이 소자로부터 출력 광 세기의 부정확한 측정을 초래할 수 있기 때문이다.
PIN 다이오드용의 n형 및/또는 p형 도핑 접촉이, 본 발명의 핵심을 벗어나지 않으면서, TFT 부분을 형성하지 않는 폴리실리콘 아일랜드에 의해 제공될 수 있다는 점을 알게 될 것이다.
요약하면, 능동 매트릭스 픽셀 디바이스, 예컨대 전자발광 디스플레이 디바이스가 제공되는데, 이 디바이스는 기판에 의해 지지된 회로를 포함하고, 폴리실리콘 TFT와 비정질 실리콘 박막 PIN 다이오드를 포함한다. 폴리실리콘 아일랜드는 비정질 실리콘층이 PIN 다이오드용으로 증착되기 전에 형성된다. 이는 비정질 실리콘이 고온 처리에 노출되는 것을 회피한다. TFT는 도핑된 소스/드레인 영역을 포함하 고, 이들 중 하나는 또한 다이오드용의 n형 또는 p형으로 도핑된 영역을 제공할 수 있다. 유리하게, 광다이오드용의 분리된 도핑 영역을 제공하라는 요구사항이 제거되어, 처리 비용을 절약하게 된다. 반대 도전형을 구비한 도핑된 소스/드레인 영역을 가지는 제 2 TFT는 다이오드에 다른 도핑 영역을 제공할 수 있고, 이 경우 진성 영역이 2개의 TFT 사이에 옆으로 배치되며, 이는 각각의 폴리실리콘 아일랜드 위에 각각 놓이게 된다.
본 발명의 설명으로부터, 당업자에게는 많은 다른 수정예와 변형예가 분명해질 것이다. 그러한 수정예와 변형예는 관련 분야에 이미 알려지고, 본 명세서에 이미 개시된 특징 대신 또는 특징에 추가하여 사용될 수 있는 다른 특징을 수반할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 광센서를 픽셀 회로에 통합하는 다결정 실리콘 채널을 가지는 박막 트랜지스터를 포함하는 능동 매트릭스 픽셀 디바이스에 이용 가능하다.

Claims (11)

  1. 다결정 실리콘 채널(15)과 도핑된 소스/드레인 영역(16, 17)을 포함하는 박막 트랜지스터(10)와, 비정질 실리콘 진성 영역(25)에 의해 분리된 p형 도핑 영역(26) 및 n형 도핑 영역(24)을 포함하는 PIN 다이오드(12)를 포함하는 능동 매트릭스 픽셀 디바이스의 제조 방법으로서,
    (a) 기판(14)에 복수의 다결정 실리콘 아일랜드(island)를 형성하는 단계로서, 이들 중 하나는 트랜지스터 채널(15)과 소스/드레인 영역(16, 17)을 제공하는, 복수의 아일랜드 형성 단계와,
    (b) 상기 진성 영역이 p형 또는 n형 도핑 영역 중 하나를 제공하는 다결정 실리콘 아일랜드 중 하나의 적어도 일 부분 위에 놓이고 이 부분과 접촉하도록, 상기 PIN 다이오드(12)의 진성 영역(25)을 제공하도록 비정질 실리콘의 층을 증착하고 패턴화하는 단계를
    포함하는, 능동 매트릭스 픽셀 디바이스의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 소스/드레인 영역(16, 17)과 상기 PIN 다이오드(12)의 p형 또는 n형 도핑 영역(26, 24) 중 하나가 동일한 다결정 실리콘 아일랜드에 의해 제공되는, 능동 매트릭스 픽셀 디바이스의 제조 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 소스/드레인 영역은 n형으로 도핑되고, 상기 제조 방법은
    (c) 상기 PIN 다이오드(12)의 진성 영역(25)에 상부 PIN 다이오드 접촉(40)을 한정하기 위해 알루미늄의 층을 증착하고 패턴화하는 단계와,
    (d) p형 도핑된 영역(26)을 형성하기 위해, 알루미늄 이온이 밑에 있는 진성 영역으로 확산하도록, 상기 상부 PIN 다이오드 접촉을 어닐링(annealing)하는 단계를 더 포함하는, 능동 매트릭스 픽셀 디바이스의 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서, (e) 상기 PIN 다이오드를 입력 광(100)에 노출되도록 상기 상부 PIN 다이오드 접촉(40)의 부분을 에칭하는 단계를 더 포함하는, 능동 매트릭스 픽셀 디바이스의 제조 방법.
  5. 기판(14)에 의해 지지되는 복수의 다결정 실리콘 아일랜드를 포함하는 능동 매트릭스 픽셀 디바이스로서, 상기 아일랜드 중 하나는 박막 트랜지스터(10)의 채널(15)과 도핑된 소스/드레인 영역(16, 17)을 제공하고, 상기 픽셀 디바이스는 비정질 실리콘 진성 영역(25)에 의해 분리된 p형 도핑된 영역(26) 및 n형 도핑 영역(24)을 포함하는 PIN 다이오드(12)를 더 포함하며, 상기 진성 영역은 p형 또는 n형 도핑 영역 중 하나를 제공하는 다결정 실리콘 아일랜드 중 하나의 적어도 일 부분 위에 놓이고 이 부분과 접촉하는, 능동 매트릭스 픽셀 디바이스.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 소스/드레인 영역(16, 17)과 PIN 다이오드의 p형 또 는 n형 도핑 영역(26, 24) 중 하나는 동일한 다결정 실리콘 아일랜드에 의해 제공되는, 능동 매트릭스 픽셀 디바이스.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 PIN 다이오드의 p형 도핑 영역과 n형 도핑 영역은 모두 상기 다결정 실리콘 아일랜드의 각각의 아일랜드에 의해 제공되는, 능동 매트릭스 픽셀 디바이스.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 아일랜드 중 하나에 의해 제공된 도핑된 소스/드레인 영역(16b, 17b)을 가지는 제 2 박막 트랜지스터(10b)를 더 포함하고, 상기 도핑된 소스/드레인 영역(16b, 17b)은 상기 제 1 트랜지스터의 소스/드레인 영역(16a, 17a)의 도전형과 반대인 도전형을 가지며, 상기 PIN 다이오드의 n형 도핑 영역(24)이 한 트랜지스터의 도핑된 소스/드레인 영역(17a)에 의해 제공되고, 상기 PIN 다이오드의 p형 도핑 영역(26)이 다른 트랜지스터의 도핑된 소스/드레인 영역(16b)에 의해 제공되는, 능동 매트릭스 픽셀 디바이스.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 투명한 도전성 게이트(30)가 절연 층(18)에 의해 그로부터 분리된 PIN 다이오드의 진성 영역(25) 위에 놓이고, 상기 게이트는 n형 도핑된 영역과 p형 도핑된 영역 사이의 도전율을 제어하도록 상기 진성 영역에 전압을 인가하는 역할을 하는, 능동 매트릭스 픽셀 디바이스.
  10. 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트랜지스터는 상기 채널을 통해 전류를 제어하는 역할을 하는 게이트 전극(20)을 더 포함하고, 상기 PIN 다이오드의 비정질 실리콘 진성 영역은 상기 게이트 전극 위에 놓이는, 능동 매트릭스 픽셀 디바이스.
  11. 상기 PIN 다이오드는 연관된 디스플레이 소자로부터 광 강도 출력(100)을 측정하고, 상기 측정된 광 강도에 따라 상기 광 출력의 변조를 가능하게 하기 위해 연관된 디스플레이 소자에 연결된 구동 회로에 신호를 공급하는 역할을 하는, 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 따른 능동 매트릭스 전자발광 디스플레이 디바이스.
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