KR20120027708A - Ｘ-선 검출기 패널 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에 따라 기판; 상기 기판 위의 게이트 전극, 상기 게이트 전극 위의 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막 위의 활성층 및 상기 활성층 위의 서로 이격되어 있는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 트랜지스터; 상기 트랜지스터의 상기 드레인 전극과 연결되어 있는 제1 전극, 상기 제1 전극 위의 광도전층 및 상기 광도전층 위의 제2 전극을 포함하는 다이오드; 밴드갭 에너지가 8~10 eV의 범위를 갖는 절연물질로 이루어지고, 상기 트랜지스터 및 상기 광다이오드를 덮는 제1 층을 포함하는 층간 절연막; 상기 층간 절연막을 관통하여 상기 트랜지스터의 상기 소스 전극과 접촉하는 상기 층간 절연막 위의 데이터 라인; 상기 층간 절연막을 관통하여 상기 광다이오드의 상기 제2 전극과 접촉하는 상기 층간 절연막 위의 바이어스 라인; 및 상기 데이터 라인, 상기 바이어스 라인 및 상기 층간 절연막 위의 패시베이션층을 포함하는 X-선 검출기 패널을 제공한다.
Description
본 발명은 X-선(X-ray)를 검출기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 박막 트랜지스터 및 PIN 다이오드를 포함하는 X-선 검출기 기판에 관한 것이다.
가시광선과 감마선 사이의 파장을 갖는 X-선은 고체를 투과할 수 있고, 고체 내부의 밀도에 따라서 X-선의 투과량이 달라진다. 피사체를 투과한 X-선의 투과량을 측정하여 피사체의 내부를 영상화할 수 있다.
오랫동안 X-선 영상을 기록하기 위하여 감광 필름이 사용되었으나, 근래에 발전하고 있는 디지털 X-선 조영술(Digital Radiography, DR)에서는 X-선 검출기를 사용하여 X-선 영상을 만들어 낸다.
X-선 검출기는 크게 CCD(charge coupled device) 방식과 FP(flat panel) 방식으로 나눌 수 있는데, 픽셀 별로 광전 변환된 전하가 AD 변환기(analog to digital converter: ADC)에서 디지털 신호로 변환되는 점에서 이들의 기본 원리는 같다. 그러나 CCD 방식은 CCD의 물리적인 크기가 작기 때문에 CCD로 빛을 축소하여 보내야 하므로 비효율적이고, 해상도가 떨어질 수 있다.
FP 방식은 다시 직접 방식과 간접 방식으로 나눌 수 있다. 직접 방식은 X-선 양자를 전하로 직접 변환하며, 간접 방식은 X-선을 가시광으로 변환한 후 이것을 전하로 변환한다. 직접 방식과 간접 방식 모두 변환된 전하가 TFT 스위칭 소자를 통하여 증폭기와 AD 변환기로 전달된다. 직접 방식은 부가적인 단계들을 필요로 하지 않으나, X-선의 낮은 변환 효율, 고전압의 인가 및 X-선을 전하로 변환시키는 반도체층의 짧은 수명 등이 문제된다. 따라서 현재 간접 방식의 FP X-선 검출기가 널리 사용되고 있다.
간접 방식의 FP X-선 검출기는 신틸레이터층(scintillator layer)과 신틸레이터층 아래의 플랫 패널(flat panel)을 포함한다. 플랫 패널은 PIN 다이오드 및 TFT(thin film transistor)의 픽셀 배열(pixel array)로 이루어져 있다. 좀 더 상세하게 간접 방식의 FP X-선 검출기의 원리를 살펴 보면, X-선 소오스에서 방출된 X-선이 피사체를 투과하여 신틸레이터층에서 가시광선으로 변환된다. 변환된 가시광선은 플랫 패널 상의 PIN 다이오드에 입사되고, 입사광에 의하여 PIN 다이오드에서 생성된 전자는 TFT를 통하여 판독(reading)된다. 이러한 방식으로 각 픽셀 별로 판독되는 신호는 AD 변환기를 거쳐 디지털화하여 최종적으로 모니터에 디지털 이미지로 구현된다.
본 발명의 목적은 수분 침투를 방지하고, PIN 다이오드의 누설 전류를 억제하여 신뢰성 있는 X-선 검출기 패널을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따라 기판; 상기 기판 위의 게이트 전극, 상기 게이트 전극 위의 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막 위의 활성층 및 상기 활성층 위의 서로 이격되어 있는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 트랜지스터; 상기 트랜지스터의 상기 드레인 전극과 연결되어 있는 제1 전극, 상기 제1 전극 위의 광도전층 및 상기 광도전층 위의 제2 전극을 포함하는 다이오드; 밴드갭 에너지가 8~10 eV의 범위를 갖는 절연물질로 이루어지고, 상기 트랜지스터 및 상기 광다이오드를 덮는 제1 층을 포함하는 층간 절연막; 상기 층간 절연막을 관통하여 상기 트랜지스터의 상기 소스 전극과 접촉하는 상기 층간 절연막 위의 데이터 라인; 상기 층간 절연막을 관통하여 상기 광다이오드의 상기 제2 전극과 접촉하는 상기 층간 절연막 위의 바이어스 라인; 및 상기 데이터 라인, 상기 바이어스 라인 및 상기 층간 절연막 위의 패시베이션층을 포함하는 X-선 검출기 패널을 제공한다.
여기에서, 상기 층간 절연막은 6000Å~10㎛의 범위의 두께를 가질 수 있다.
상기 층간 절연막은 밴드갭 에너지가 3 ~ 10 eV의 범위를 갖는 절연물질로 이루어지고, 상기 제1 층간 절연막 위에 위치한 제2 층간 절연막을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 층간 절연막은 300Å~1000Å의 범위의 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 층의 절연 물질은 실리콘 산화막(SiOx)일 수 있다.
상기 제2 층의 절연 물질은 실리콘 산화질화막(SiONx)일 수 있다.
상기 패시베이션막은 실리콘 질화막(SiNx)일 수 있다.
상기 패시베이션층 위의 평탄화막을 더 포함할 수 있다. 상기 평탄화막 위의 신틸레이터층을 더 포함할 수 있다.
상기 광다이오드는 PIN 다이오드일 수 있다.
상기 활성층과 상기 소스 전극 및 상기 활성층과 상기 드레인 전극 사이에 오믹 콘택층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따라 기판; 상기 기판 위의 게이트 전극, 상기 게이트 전극 위의 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막 위의 활성층 및 상기 활성층 위의 서로 이격되어 있는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 트랜지스터; 상기 드레인 전극으로부터 신장된 제1 전극 하부층, 상기 제1 전극 하부층 위의 제1 전극 상부층, 상기 제1 전극 상부층 위의 광도전층 및 상기 광도전층 위의 제2 전극을 포함하는 광다이오드; 상기 트랜지스터를 덮는 캡핑층; 밴드갭 에너지가 8~10V의 범위를 갖는 절연물질로 이루어지고, 상기 캡핑층 및 상기 광다이오드를 덮는 제1 층간 절연막을 포함하는 층간 절연막; 상기 층간 절연막 및 상기 캡핑층을 관통하여 상기 트랜지스터의 상기 소스 전극과 접촉하는 상기 층간 절연막 위의 데이터 라인; 상기 층간 절연막을 관통하여 상기 광다이오드의 상기 제2 전극과 접촉하는 상기 층간 절연막 위의 바이어스 라인; 및 상기 데이터 라인, 상기 바이어스 라인 및 상기 층간 절연막 위의 패시베이션층을 포함하는 X-선 검출기 패널을 제공할 수 있다.
본 발명의 X-선 검출기 패널은 광다이오드와 직접 접촉하는 층간 절연막의 부분은 누설 전류를 효과적으로 방지할 수 있는 밴드갭 에너지가 큰 절연막을 사용하고, 층간 절연막의 나머지 부분은 누설 전류 방지 특성도 어느 정도 가지면서 베리어 특성도 가지는 절연막을 사용하고, 패시베이션막으로는 베리어 특성이 가장 좋은 절연막을 사용함으로써 광다이오드로의 수분 침투를 효과적으로 막으면서 다이오드 계면의 미세 누설 전류를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 X-선 검출기 패널의 개략적인 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 X-선 검출기 패널의 단면도이다.
도 3a는 실리콘 질화막과 비정질 실리콘의 계면에서의 에너지 밴드 다이어그램이고, 도 3b는 실리콘 산화막과 비정질 실리콘의 계면에서의 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 4는 층간 절연막을 유기막과 실리콘 산화질화막(SiONx)으로 형성한 각각의 경우의 데이터 라인에서의 노이즈를 비교한 그래프이다.
도 5는 층간 절연막으로 실리콘 산화질화막(SiONx)만을 사용한 경우와 실리콘 산화막(SiOx)과 실리콘 산화질화막(SiONx)의 적층막을 사용한 경우의 암흑 영상을 비교한 사진이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 X-선 검출기패널의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 X-선 검출기 패널의 단면도이다.
도 3a는 실리콘 질화막과 비정질 실리콘의 계면에서의 에너지 밴드 다이어그램이고, 도 3b는 실리콘 산화막과 비정질 실리콘의 계면에서의 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 4는 층간 절연막을 유기막과 실리콘 산화질화막(SiONx)으로 형성한 각각의 경우의 데이터 라인에서의 노이즈를 비교한 그래프이다.
도 5는 층간 절연막으로 실리콘 산화질화막(SiONx)만을 사용한 경우와 실리콘 산화막(SiOx)과 실리콘 산화질화막(SiONx)의 적층막을 사용한 경우의 암흑 영상을 비교한 사진이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 X-선 검출기패널의 단면도이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하여 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 명세서에서 소스 전극과 드레인 전극을 구분하여 설명하고 있으나, 소스 전극과 드레인 전극의 명칭은 서로 바뀔 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 X-선 검출기의 개략적인 회로도이다.
도 1을 참조하면, X-선 검출기의 패널은 다수의 게이트 라인(GL)과 다수의 데이터 라인(DL)에 의해 매트릭스 형태로 배열된 다수의 광감지 픽셀(P)을 구비한다.
상기 광감지 픽셀(P)의 각각은 피사체를 투과한 X-선이 신틸레이터층(미도시)에서 변환된 가시광을 감지하여 전기적 신호, 예를 들어 광검출 전압을 출력하는 광다이오드(PD)와 상기 광다이오드(PD)로부터 출력된 전기적 신호를 스위칭하는 트랜지스터(Tr)를 구비한다.
상기 광다이오드(PD)는 PIN 다이오드일 수 있다. 상기 광다이오드(PD)의 제1 전극은 트랜지스터(Tr)의 드레인 전극에 전기적으로 연결되고, 제2 전극은 바이어스 전압이 인가되는 바이어스 라인(BL)에 전기적으로 연결된다.
상기 트랜지스터(Tr)의 게이트 전극은 게이트 라인(GL)에 전기적으로 연결되고, 소스 전극은 데이터 라인(DL)을 통해서 리드아웃 집적회로와 전기적으로 연결된다.
바이어스 드라이버는 다수의 바이어스 라인(BL)들로 구동전압을 인가한다. 상기 바이어스 드라이버는 광다이오드(PD)에 역방향 바이어스(reverse bias) 및 순방향 바이어스(forward bias)를 선택적으로 인가할 수 있다.
게이트 드라이버는 다수의 게이트 라인(GL)들로 게이트 신호들을 순차적으로 인가한다. 상기 게이트 신호가 게이트 라인(GL)으로 인가되면, 트랜지스터(Tr)가 턴-온(turn-on)되고, 상기 게이트 신호가 게이트 라인(GL)으로 인가되지 않으면, 상기 트랜지스터(Tr)가 턴-오프(turn-off)된다.
상기 트랜지스터(Tr)가 턴-온되면, 상기 광다이오드(PD)로부터 제공된 전기적 신호가 소스 전극을 통하여 상기 데이터 라인(DL)을 거쳐서 상기 리드아웃 집적회로로 출력된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 X-선 검출기 패널의 광감지 픽셀(P)의 단면도이다.
도 2를 참조하면, X-선 검출기 패널의 광감지 픽셀(P)은 베이스 기판(111) 상에 형성된 트랜지스터(Tr) 및 광다이오드(PD)를 포함한다. 상기 트랜지스터(Tr)는 게이트 전극(122), 활성층(124), 소스 전극(126s) 및 드레인 전극(126d)을 포함할 수 있다. 상기 광다이오드(PD)는 제1 전극(131), 광도전층(133) 및 제2 전극(134)을 포함할 수 있다.
상기 베이스 기판(111)은 투명한 물질, 예를 들어, 유리, 석영 또는 합성수지로 이루어질 수 있다.
상기 베이스 기판(111) 상에는 상기 트랜지스터(Tr)의 게이트 전극(122)이 형성되어 있다. 상기 게이트 전극(122)은 예를 들어, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다. 선택적으로, 상기 게이트 전극(122)은 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 크롬(Cr), 코발트(Co), 루테늄(Ru), 니오븀(Nb), 로듐(Rh), 지르코늄(Zr) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 전극(122)은 게이트 절연막(123)에 의해 커버된다. 상기 게이트 절연막(123)은, 예를 들어, 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 산화질화막(SiONx) 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 선택적으로, 상기 게이트 절연막(123)은 하프뮴 산화막(HfO2), 알루미늄 산화막(Al2O3), 이트륨 산화막(Y2O3), 탄탈륨 산화막(Ta2O5) 등과 같은 고유전율 유전체 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 절연막(123) 상에는 채널을 형성하는 활성층(124)이 형성되어 있다. 상기 활성층(124)은 예를 들어 비정질 실리콘(a-Si) 등의 반도체층으로 이루어질 수 있다. 상기 활성층(124) 위로 소스 전극 및 드레인 전극과 오믹 콘택(ohmic contact)을 형성하기 위한 오믹 콘택층(125)이 위치할 수 있다. 상기 오믹 콘택층(125)은, 예를 들어, 고농도로 도핑된 비정질 실리콘(n+ a-Si 또는 p+ a-Si)으로 이루어질 수 있다.
상기 오믹 콘택층(125) 상에는 상기 트랜지스터(Tr)의 소스 전극(126s) 및 드레인 전극(126d)이 형성되어 있다. 상기 소스 전극(126s) 및 드레인 전극(126d)은 서로 소정의 간격으로 이격되어 있다. 상기 소스 전극(126s) 및 드레인 전극(126d)은 게이트 전극과 마찬가지로 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 크롬(Cr), 코발트(Co), 루테늄(Ru), 니오븀(Nb), 로듐(Rh), 지르코늄(Zr) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 절연막(123) 상에 광다이오드(PD)의 제1 전극(131)이 상기 트랜지스터(Tr)의 소스 전극(126s)으로부터 신장되어 형성되어 서로 전기적으로 연결되어 있다. 상기 광다이오드(PD)의 제1 전극(131) 상에는 광도전층(133)이 형성된다. 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 광도전층(133)은 n-타입 실리콘층, 진성(Intrinsic) 실리콘층 및 p-타입 실리콘층이 순차적으로 적층된 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 광다이오드(PD)는 PIN 다이오드일 수 있다.
상기 광도전층(133) 상에는 광다이오드(PD)의 제2 전극(134)이 상기 광다이오드(PD)의 제1 전극(131)과 대향하여 형성되어 있다. 상기 광다이오드(PD)의 제2 전극(134)은 X-선으로부터 변환된 가시광이 상기 광도전층(133) 내로 입사될 수 있도록 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide: ITO) 또는 인듐 아연 산화물(Indium Zinc Oixde: IZO) 등과 같은 투명한 도전성 물질로 형성될 수 있다.
상기 광다이오드(PD)와 상기 트랜지스터(Tr)를 커버하도록 상기 베이스 기판(111) 전면에 층간 절연막(151)이 형성되어 있다. 상기 광다이오드(PD)와 접촉하는 층간 절연막(151)을 유기막으로 형성하는 경우에는 신틸레이터층과의 계면의 미세한 틈을 따라서 침투한 수분이 유기막을 통과하여 광다이오드(PD)에 전하를 전달하여 X-선 영상에 불량을 발생시킬 수 있다. 따라서 광다이오드(PD)와 접촉하는 층간 절연막(151)은 유기막보다 높은 밀도와 우수한 베리어 특성을 갖는 CVD 막으로 형성하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 층간 절연막(151)은 CVD에 의하여 형성된 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 산화질화막(SiONx) 또는 이들의 적층구조로 이루어질 수 있다. 이때 밴드갭 에너지(band gap energy)가 더 큰 산화 실리콘이 아래층을 형성하고, 밴드갭 에너지가 더 작은 산화질화 실리콘이 위층을 형성하도록 층간 절연막(151)의 적층 구조를 형성할 수 있다.
도 3a는 실리콘 질화막과 비정질 실리콘과의 계면에서의 에너지 밴드 다이어그램이고, 도 3b는 실리콘 산화막과 비정질 실리콘과의 계면에서의 에너지 밴드 다이어그램이다. 실리콘 질화막의 밴드갭 에너지는 약 5.4eV, 실리콘 산화막의 밴드갭 에너지는 약 9.0eV, 비정질 실리콘의 밴드갭 에너지는 약 1.8eV이다. 한편, 실리콘 질화막의 유전상수는 약 7~8 이고, 실리콘 산화질화막의 유전상수는 약 6~8 이고, 실리콘 산화막(SiOx)의 유전상수는 약 4이다. 절연막의 유전상수는 밴드갭 에너지의 값이 클수록 작은 것을 알 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 실리콘 질화막과 비정질 실리콘과의 계면에서는 비정질 실리콘의 에너지 밴드가 평평하지만, 실리콘 산화막(SiOx)과 비정질 실리콘과의 계면에서는 비정질 실리콘의 에너지 밴드가 위쪽으로 휘어져 있다. 따라서 실리콘 산화막(SiOx)과 접하고 있는 부분의 비정질 실리콘에 축적(accumulation) 효과가 나타남으로써, 비정질 실리콘의 표면에서의 전자들은 비정질 실리콘의 내부로 밀려 내려갈 수 있다. PIN 다이오드는 p-타입 실리콘층, 진성 실리콘층 및 n-타입 실리콘층으로 이루어져 있으므로 PIN 다이오드와 접하는 층간 절연막으로 실리콘 산화막(SiOx)을 사용하는 경우에 전자들이 PIN 다이오드의 비정질 실리콘으로부터 실리콘 산화막(SiOx)으로 새어나올 가능성이 훨씬 줄어들 것임을 알 수 있다. 그러므로 광다이오드(PD)와 직접 접촉하는 층간 절연막(151)으로 실리콘 질화막 보다 에너지 밴드갭이 큰 실리콘 산화막(SiOx)을 사용하는 것이 누설 전류를 방지하는데 유리하다.
한편, 실리콘 산화질화막은 밴드갭 에너지가 실리콘 질화막과 실리콘 산화막(SiOx) 사이의 값을 가지며, 베리어 특성도 실리콘 질화막과 실리콘 산화막(SiOx) 사이의 특성을 갖는다. 따라서 층간 절연막(151)으로 광다이오드(P)와 접촉하는 층간 절연막(151)의 하부층을 실리콘 산화막(SiOx)으로 형성하여 누설 전류 특성을 향상시키고, 층간 절연막(151)의 상부층을 실리콘 산화질화막으로 형성하여 베리어 특성을 향상시킬 수 있다.
도 4는 층간 절연막(151)을 유기막과 실리콘 산화질화막(SiONx)으로 형성한 각각의 경우의 데이터 라인에서의 노이즈를 비교한 그래프이다. 데이터 라인의 노이즈는 실제 데이터 라인의 신호에서 화소구동 신호를 제거하여 측정하였다.
도 4를 참조하면, 유기막을 3.3㎛의 두께로 형성한 경우의 노이즈가 가장 작았고, 실리콘 산화질화막(SiONx)을 사용한 경우에는 6000Å, 4000Å, 2000Å의 두께의 순서로 노이즈가 작게 나타났다. 즉, 실리콘 산화질화막(SiONx)의 경우 두께가 두꺼울수록 노이즈가 적게 나타나는 것을 알 수 있다. 이는 절연막인 유전체의 두께가 두꺼울수록 배선 사이의 기생 커패시터의 정전용량이 작아지는 것과 일치한다. 도 4의 그래프에서 6000Å의 실리콘 산화질화막(SiONx)을 사용한 경우 3.3㎛의 유기막을 사용한 경우와 비슷한 노이즈 값을 갖는 것으로 나타났으며, 따라서 실리콘 산화질화막(SiONx)의 두께가 6000Å 보다 더 두꺼워지면, 3.3㎛의 유기막을 사용한 경우보다 노이즈가 더 줄어들 것을 예상할 수 있다. 이로부터 층간 절연막(151)으로 실리콘 산화질화막(SiONx)을 사용할 경우 약 6000Å 이상의 두께로 형성하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 실리콘 산화질화막(SiONx)의 가능한 증착 두께를 고려하여 실리콘 산화질화막(SiONx)은 6000Å~10㎛ 의 두께로 형성할 수 있다.
도 5는 층간 절연막(151)으로 실리콘 산화질화막(SiONx)만을 사용한 경우와 실리콘 산화막(SiOx)과 실리콘 산화질화막(SiONx)의 적층막을 사용한 경우의 암흑 영상을 비교한 사진이다. 도 5의 사진을 참조하면, 실리콘 산화질화막(SiONx)을 6000Å 사용한 경우에는 완전한 암흑 영상이 나오지 않았으나, 실리콘 산화막(SiOx) 500Å 위의 실리콘 산화질화막(SiONx) 6000Å의 적층 구조를 사용한 경우에는 완전한 암흑 영상이 나오는 것으로 관측되었다. 즉, 광다이오드(PD) 위에 실리콘 산화질화막(SiONx)이 직접 접촉하는 것보다 실리콘 산화막(SiOx)이 직접 접촉하는 경우에 누설 전류가 상당히 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 도 3의 에너지 밴드 다이어그램에서 누설전류와 관련하여 예측한 결과와 일치한다.
그리고 실리콘 산화질화막(SiONx)과 함께 사용하며, 광다이오드(PD)와 직접 접촉하는 실리콘 산화막(SiOx)은 300Å~1000Å의 범위의 두께를 가질 수 있다. 이때 실리콘 산화질화막(SiONx)과 실리콘 산화막(SiOx)의 총 두께는 배선간 커플링 노이즈(coupling noise)를 줄일 수 있도록 6000Å~10㎛ 의 두께로 형성할 수 있다. 한편, 실리콘 산화막(SiOx)을 단독으로 사용할 경우에도 6000Å~10㎛ 의 두께로 형성할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 층간 절연막(151)에는 상기 트랜지스터(Tr)의 소스 전극(126s)을 노출시키기 위한 제1 콘택홀(152) 및 상기 광다이오드(PD)의 제2 전극(134)을 노출시키기 위한 제2 콘택홀(154)이 형성되어 있다. 데이터 라인(161)이 제1 콘택홀(152)을 통하여 상기 트랜지스터(Tr)의 소스 전극(126s)과 접촉하고, 바이어스 라인(163)이 제2 콘택홀(154)을 통하여 상기 광다이오드(PD)의 제2 전극(134)과 접촉할 수 있다.
상기 데이터 라인(161), 상기 바이어스 라인(163) 및 상기 층간 절연막(151)의 위로 패시베이션층(171)이 형성되어 있다. 상기 패시베이션층(171)은 수분 및 불순물의 침투 및 확산을 막을 수 있는 물질, 예를 들면, 실리콘 질화막(SiNx)으로 이루어질 수 있다. 패시베이션층(171)은 6000Å 이상 10㎛의 두께로 이루어질 수 있다. 패시베이션층(171)의 두께가 6000Å 미만인 경우 핀 홀 등의 존재로 인한 수분 및 불순물의 침투 및 확산이 발생할 수 있다. 10㎛ 이상의 두께에서는 패터닝이 용이하지 않아 상용화가 어렵다.
상기 패시베이션층(171) 상에는 신틸레이터층(scintillation layer)(190)이 존재한다. 상기 신틸레이터층(190)은 X-선 발생기로부터 피사체를 통과하여 입사된 X-선을 가시광선 영역의 약 550nm의 파장을 갖는 녹색광으로 변환하여 상기 광다이오드(PD)로 전달한다. 상기 신틸레이터층(190)은 예를 들면, 세슘 요오드화합물(cesium iodide)로 이루어질 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 X-선 검출기 패널의 광감지 픽셀(P)의 단면도이다. 도 6의 실시예의 X-선 검출기 패널은 트랜지스터(Tr)의 드레인 전극과 별도로 광다이오드(PD)의 제1 전극을 구비하고, 트랜지스터(Tr) 바로 위에 캡핑층을 더 형성한 점에서 도 2의 실시예의 X-선 검출기 패널과 차이가 있다.
도 6을 참조하면, X-선 검출기 패널의 광감지 픽셀(P)은 베이스 기판(211) 상에 형성된 트랜지스터(Tr) 및 광다이오드(PD)를 포함한다. 상기 트랜지스터(Tr)는 게이트 전극(222), 활성층(224), 소스 전극(226s) 및 드레인 전극(226d)을 포함할 수 있다. 상기 광다이오드(PD)는 제1 전극의 하부층(231), 광도전층(233) 및 제2 전극(234)을 포함할 수 있다.
상기 베이스 기판(211)은 투명한 물질, 예를 들어, 유리, 석영 또는 합성수지로 이루어질 수 있다.
상기 베이스 기판(211) 상에는 상기 트랜지스터(Tr)의 게이트 전극(222)이 형성되어 있다. 상기 게이트 전극(222)은 예를 들어, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다. 선택적으로, 상기 게이트 전극(222)은 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 크롬(Cr), 코발트(Co), 루테늄(Ru), 니오븀(Nb), 로듐(Rh), 지르코늄(Zr) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 전극(222)은 게이트 절연막(223)에 의해 커버된다. 상기 게이트 절연막(223)은, 예를 들어, 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 산화질화막(SiONx) 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 선택적으로, 상기 게이트 절연막(223)은 하프뮴 산화막(HfO2), 알루미늄 산화막(Al2O3), 이트륨 산화막(Y2O3), 탄탈륨 산화막(Ta2O5) 등과 같은 고유전율 유전체 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 절연막(223) 상에는 채널을 형성하는 활성층(224)이 형성되어 있다. 상기 활성층(224)은 예를 들어 비정질 실리콘(a-Si) 등의 반도체층으로 이루어질 수 있다. 상기 활성층(224) 위로 소스 전극 및 드레인 전극과 오믹 콘택(ohmic contact)을 형성하기 위한 오믹 콘택층(225)이 위치할 수 있다. 상기 오믹 콘택층(225)은, 예를 들어, 고농도로 도핑된 비정질 실리콘(n+ a-Si 또는 p+ a-Si)으로 이루어질 수 있다.
상기 오믹 콘택층(225) 상에는 상기 트랜지스터(Tr)의 소스 전극(226s) 및 드레인 전극(226d)이 형성되어 있다. 상기 소스 전극(226s) 및 드레인 전극(226d)은 서로 소정의 간격으로 이격되어 있다. 상기 소스 전극(226s) 및 드레인 전극(226d)은 게이트 전극과 마찬가지로 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 크롬(Cr), 코발트(Co), 루테늄(Ru), 니오븀(Nb), 로듐(Rh), 지르코늄(Zr) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(226d), 활성층(224) 및 소스 전극(226s)을 커버하도록 캡핑층(241)이 형성되어 있다. 캡핑층(241)은 실리콘 산화막(SiOx) 또는 실리콘 질화막(SiNx) 또는 실리콘 산화질화막(SiONx)으로 이루어질 수 있다. 캡핑층(241)은 소자의 보호와 계면 누설전류 차단을 위한 것이다. 캡핑층(241)은 0.4~3um의 두께로 형성할 수 있다.
상기 게이트 절연막(223) 상에 광다이오드(PD)의 제1 전극의 하부층(231)이 상기 트랜지스터(Tr)의 소스 전극(226s)로부터 신장되어 형성되어 서로 전기적으로 연결되어 있다. 상기 광다이오드(PD)의 제1 전극의 하부층(231)과 상기 캡핑층(241)의 일부 위에는 상기 광다이오드(PD)의 제1 전극의 상부층(232)이 형성되어 있다. 상기 광다이오드(PD)의 제1 전극의 상부층(232)은 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 알루미뉴(Al) 등의 금속 물질로 형성할 수 있다. 상기 광다이오드(PD)의 제1 전극을 위와 같이 적층으로 형성하는 것은 광도전층(233)의 패터닝을 위한 식각시 트랜지스터를 보호하기 위한 것이다. 상기 광다이오드(PD)의 제1 전극의 상부층(232) 위에 광도전층(233)이 형성되어 있다. 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 광도전층(233)은 n-타입 실리콘층, 진성(Intrinsic) 실리콘층 및 p-타입 실리콘층이 순차적으로 적층된 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 광다이오드(PD)는 PIN 다이오드일 수 있다.
상기 광도전층(233) 상에는 광다이오드(PD)의 제2 전극(234)이 상기 광다이오드(PD)의 제1 전극의 하부층(231)과 대향하여 형성되어 있다. 상기 광다이오드(PD)의 제2 전극(234)은 X-선으로부터 변환된 가시광이 상기 광도전층(233) 내로 입사될 수 있도록 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide: ITO) 또는 인듐 아연 산화물(Indium Zinc Oixde: IZO) 등과 같은 투명한 도전성 물질로 형성될 수 있다.
상기 광다이오드(PD)와 상기 트랜지스터(Tr)를 커버하도록 상기 베이스 기판(211) 전면에 층간 절연막(251)이 형성되어 있다. 상기 층간 절연막(251)은 실리콘 산화막(SiOx)으로 형성되거나, 실리콘 산화막(SiOx)과 실리콘 산화질화막(SiONx)의 적층구조로 이루어질 수 있다. 적층 구조일 경우에는 밴드갭 에너지가 더 크고 유전상수가 더 작은 실리콘 산화막이 아래층에 위치하고, 밴드갭 에너지가 더 작고 유전상수가 더 큰 실리콘 산화질화막(SiONx)이 위층에 위치하도록 층간 절연막(251)을 형성할 수 있다. 상기 층간 절연막(251)은 6000Å~10㎛의 두께로 형성될 수 있다.
상기 층간 절연막(251)에는 상기 트랜지스터(Tr)의 소스 전극(226s)을 노출시키기 위한 제1 콘택홀(252) 및 상기 광다이오드(PD)의 제2 전극(234)을 노출시키기 위한 제2 콘택홀(254)이 형성되어 있다. 데이터 라인(261)이 제1 콘택홀(252)을 통하여 상기 트랜지스터(Tr)의 소스 전극(226s)과 접촉하고, 바이어스 라인(263)이 제2 콘택홀(254)을 통하여 상기 광다이오드(PD)의 제2 전극(234)과 접촉할 수 있다.
상기 데이터 라인(261), 상기 바이어스 라인(263) 및 상기 층간 절연막(251)의 위로 패시베이션층(271)이 형성되어 있다. 상기 패시베이션층(271)은 수분 및 불순물의 침투 및 확산을 막을 수 있는 물질, 예를 들면, 실리콘 질화막으로 이루어질 수 있다. 패시베이션층(271)은 6000Å 이상 10㎛의 두께로 이루어질 수 있다. 패시베이션층(271)의 두께가 6000Å 미만인 경우 핀 홀 등의 존재로 인한 수분 및 불순물의 침투 및 확산이 발생할 수 있다. 10㎛ 이상의 두께에서는 막의 특성이 나빠질 수 있다.
상기 패시베이션층(271) 상에는 신틸레이터층(290)이 존재한다. 상기 신틸레이터층(290)은 예를 들면, 세슘 요오드화합물(cesium iodide)로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 PIN 다이오드와 직접 접촉하는 층간 절연막의 부분은 누설 전류를 효과적으로 방지할 수 있는 절연막을 사용하고, 층간 절연막의 나머지 부분은 누설 전류 방지 특성도 어느 정도 가지면서 베리어 특성도 가지는 절연막을 사용하고, 최상층의 절연막인 패시베이션막으로는 베리어 특성이 가장 좋은 절연막을 사용하였다. 이를 위하여 층간 절연막에서 PIN 다이오드와 직접 접촉하는 부분은 밴드갭 에너지가 8~10 eV의 범위에 있는 절연막을 사용하고, 층간 절연막의 나머지 부분은 밴드갭 에너지가 3~10 eV의 범위에 있는 절연막을 사용하고, 패시베이션막으로는 밴드갭 에너지가 3~7 eV의 범위에 있는 절연막을 사용하였다.
111, 211: 베이스 기판 122, 222: 게이트 전극
123, 223: 게이트 절연막 124, 224: 활성층
125, 225: 오믹 콘택층 126s, 226s: 소스 전극
126d, 226d: 드레인 전극 241: 캡핑층
131: 제1 전극 231: 제1 전극 하부층
232: 제1 전극 상부층 133, 233: 광도전층
134, 234: 제2 전극 151, 251: 층간 적연막
152, 252: 제1 콘택홀 154, 254: 제2 콘택홀
171, 271: 패시베이션층 181, 281: 평탄화층
190, 290: 신틸레이터층
123, 223: 게이트 절연막 124, 224: 활성층
125, 225: 오믹 콘택층 126s, 226s: 소스 전극
126d, 226d: 드레인 전극 241: 캡핑층
131: 제1 전극 231: 제1 전극 하부층
232: 제1 전극 상부층 133, 233: 광도전층
134, 234: 제2 전극 151, 251: 층간 적연막
152, 252: 제1 콘택홀 154, 254: 제2 콘택홀
171, 271: 패시베이션층 181, 281: 평탄화층
190, 290: 신틸레이터층
Claims (20)
- 기판;
상기 기판 위의 게이트 전극, 상기 게이트 전극 위의 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막 위의 활성층 및 상기 활성층 위의 서로 이격되어 있는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 트랜지스터;
상기 트랜지스터의 상기 드레인 전극과 연결되어 있는 제1 전극, 상기 제1 전극 위의 광도전층 및 상기 광도전층 위의 제2 전극을 포함하는 광다이오드;
밴드갭 에너지가 8~10 eV의 범위를 갖는 절연물질로 이루어지고, 상기 트랜지스터 및 상기 광다이오드를 덮는 제1 층간 절연막을 포함하는 층간 절연막;
상기 층간 절연막을 관통하여 상기 트랜지스터의 상기 소스 전극과 접촉하는 상기 층간 절연막 위의 데이터 라인;
상기 층간 절연막을 관통하여 상기 광다이오드의 상기 제2 전극과 접촉하는 상기 층간 절연막 위의 바이어스 라인; 및
상기 데이터 라인, 상기 바이어스 라인 및 상기 층간 절연막 위의 패시베이션층을 포함하는 X-선 검출기 패널. - 제1 항에 있어서, 상기 층간 절연막은 6000Å~10㎛의 범위의 두께를 갖는 X-선 검출기 패널.
- 제1 항에 있어서, 상기 층간 절연막은 밴드갭 에너지가 3 ~ 10 eV의 범위를 갖는 절연물질로 이루어지고, 상기 제1 층간 절연막 위에 위치한 제2 층간 절연막을 더 포함하는 X-선 검출기 패널.
- 제3 항에 있어서, 상기 제1 층간 절연막은 300Å~1000Å의 범위의 두께를 갖는 X-선 검출기 패널.
- 제1 항에 있어서, 상기 제1 층간 절연막의 절연 물질은 실리콘 산화막(SiOx)인 X-선 검출기 패널.
- 제3 항에 있어서, 상기 제2 층간 절연막의 절연 물질은 실리콘 산화질화막(SiONx)인 X-선 검출기 패널.
- 제1 항에 있어서, 상기 패시베이션막은 실리콘 질화막(SiNx)인 X-선 검출기 패널.
- 제1 항에 있어서, 상기 패시베이션층 위의 평탄화막을 더 포함하는 X-선 검출기 패널.
- 제8 항에 있어서, 상기 평탄화막 위의 신틸레이터층을 더 포함하는 X-선 검출기 패널.
- 제1 항에 있어서, 상기 광다이오드의 상기 제1 전극은 상기 트랜지스터의 상기 드레인 전극이 신장되어 형성된 X-선 검출기 패널.
- 제1 항에 있어서, 상기 광다이오드는 PIN 다이오드인 X-선 검출기 패널.
- 제1 항에 있어서, 상기 활성층과 상기 소스 전극 및 상기 활성층과 상기 드레인 전극 사이에 오믹 콘택층을 더 포함하는 X-선 검출기 패널.
- 기판;
상기 기판 위의 게이트 전극, 상기 게이트 전극 위의 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막 위의 활성층 및 상기 활성층 위의 서로 이격되어 있는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 트랜지스터;
상기 드레인 전극으로부터 신장된 제1 전극 하부층, 상기 제1 전극 하부층 위의 제1 전극 상부층, 상기 제1 전극 상부층 위의 광도전층 및 상기 광도전층 위의 제2 전극을 포함하는 광다이오드;
상기 트랜지스터를 덮는 캡핑층;
밴드갭 에너지가 8~10 eV의 범위를 갖는 절연물질로 이루어지고, 상기 캡핑층 및 상기 광다이오드를 덮는 제1 층간 절연막을 포함하는 층간 절연막;
상기 층간 절연막 및 상기 캡핑층을 관통하여 상기 트랜지스터의 상기 소스 전극과 접촉하는 상기 층간 절연막 위의 데이터 라인;
상기 층간 절연막을 관통하여 상기 광다이오드의 상기 제2 전극과 접촉하는 상기 층간 절연막 위의 바이어스 라인; 및
상기 데이터 라인, 상기 바이어스 라인 및 상기 층간 절연막 위의 패시베이션층을 포함하는 X-선 검출기 패널. - 제13 항에 있어서, 상기 층간 절연막은 6000Å~10㎛의 범위의 두께를 갖는 X-선 검출기 패널.
- 제13 항에 있어서, 제1 항에 있어서, 상기 층간 절연막은 밴드갭 에너지가 3 ~ 10 eV의 범위를 갖는 절연물질로 이루어지고, 상기 제1 층간 절연막 위에 위치한 제2 층간 절연막을 더 포함하는 X-선 검출기 패널.
- 제13 항에 있어서, 상기 제1 층간 절연막은 300Å~1000Å의 범위의 두께를 갖는 X-선 검출기 패널.
- 제13 항에 있어서, 상기 제1 층간 절연막의 절연 물질은 실리콘 산화막(SiOx)인 X-선 검출기 패널.
- 제13 항에 있어서, 상기 제2 간 절연막의 절연 물질은 실리콘 산화질화막(SiONx)인 X-선 검출기 패널.
- 제13 항에 있어서, 상기 패시베이션막은 실리콘 질화막(SiNx)인 X-선 검출기 패널.
- 제13 항에 있어서, 상기 광다이오드는 PIN 다이오드인 X-선 검출기 패널.
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