WO2016064222A1 - 단위 화소 및 el 지문인식센서 - Google Patents

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WO2016064222A1
WO2016064222A1 PCT/KR2015/011208 KR2015011208W WO2016064222A1 WO 2016064222 A1 WO2016064222 A1 WO 2016064222A1 KR 2015011208 W KR2015011208 W KR 2015011208W WO 2016064222 A1 WO2016064222 A1 WO 2016064222A1
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metal line
light
metal
metal lines
electric field
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PCT/KR2015/011208
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English (en)
French (fr)
Inventor
박광수
남동욱
민병일
김현식
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주식회사 비욘드아이즈
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures

Definitions

  • the present invention relates to an EL (Electro-luminescence) fingerprint sensor.
  • Image sensors are sensors that convert light into electrical signals.
  • Representative image sensors include APS (Active Pixel Sensor) and PPS (Passive Pixel Sensor) using CMOS.
  • Photodiodes used in such image sensors accumulate incident light and convert it into electrical signals.
  • a microlens is generally provided on top of the photodiode.
  • the optical fingerprint sensor takes an image of the fingerprint and converts it into an electrical signal.
  • a conventional optical fingerprint recognition sensor includes an optical system that reflects light onto a fingerprint.
  • optical systems such as reflective mirrors and lenses generally have a considerable volume, a fingerprint recognition device equipped with an optical fingerprint recognition sensor is difficult to miniaturize.
  • a unit pixel of an EL (Electro-luminescence) fingerprint sensor may include a substrate on which a light receiving unit for detecting incident light is formed, a first to n-th metal line defining a light incidence path, a light emitting layer positioned above the n-th metal line, and a light incidence path.
  • the contact electrode may be disposed on the emission layer and contact the emission layer.
  • the unit pixel may further include a dielectric layer interposed between the light emitting layer and the contact electrode.
  • the first to n-th metal lines are formed of the first and second metal lines, the first and second metal lines for forming the electrical wiring for transmitting the light receiving part control signal and the incident light detection signal.
  • the dummy metal lines Formed on the third and fourth metal lines, the dummy metal lines forming the light incident path, and formed on the third and fourth metal lines, and blocking the electric field. It is formed on the upper side, and may include a sixth metal line connected to the AC power source to form an electric field inside the light emitting layer.
  • the unit pixel may further include dummy vias formed around the light incident path and connecting the third and fourth metal lines.
  • first to n-th metal lines are formed of the first and second metal lines, the first and second metal lines for forming electrical wirings for transmitting the light receiving unit control signal and the incident light detection signal.
  • the third metal line may be formed at an upper portion of the third metal line to block an electric field, and may be formed at an upper portion of the third metal line, and may be connected to an AC power source to form an electric field in the light emitting layer.
  • the unit pixel may further include a transparent electrode layer interposed between the n-th metal line and the light emitting layer and connected to an AC power source to form an electric field inside the light emitting layer.
  • the first to nth metal lines are formed of the first and second metal lines and the first and second metal lines for forming an electrical wiring for transmitting the light receiver control signal and the incident light detection signal. It may be formed on the third and fourth metal lines, the dummy metal lines forming a light incidence path, and formed on the third and fourth metal lines, and may include a fifth metal line blocking the electric field.
  • the unit pixel may further include dummy vias formed around the light incident path and connecting the third and fourth metal lines.
  • the third line may be formed on the third line, which is a dummy metal line forming the light incidence path, and may be formed on the third metal line, and may include a fourth metal line blocking the electric field.
  • first to n-th metal lines may include the first and second metal lines, the first and second metal lines for forming electrical wirings for transmitting the light receiver control signal and the incident light detection signal. It is formed on the upper portion, and may include a third metal line to block the electric field.
  • the first to nth metal lines may include first and second metal lines, first and second to form electrical wires for transmitting the light receiver control signal and the incident light detection signal. It is formed on the upper part of the second metal line, the third metal line which is a dummy metal line forming the light incident path, the upper part of the fourth metal line and the fourth metal line which are formed on the third metal line and block the electric field. And a fifth metal line connected to an AC power source to form an electric field in the light emitting layer, and a sixth metal line formed on an upper portion of the fifth metal line and in contact with the light emitting layer.
  • the 6 metal line may be an electrode of a metal-insulator-metal (MIM) capacitor.
  • MIM metal-insulator-metal
  • the first to nth metal lines may include first and second metal lines, first and second to form electrical wirings for transmitting the light receiving part control signal and the incident light detection signal.
  • the second metal line is formed on the top of the second metal line, the third metal line to cut off the electric field, the fourth metal line is formed on the third metal line, connected to the AC power source to form an electric field inside the light emitting layer, the fourth metal line It is formed on the top of the, and includes a fifth metal line in contact with the light emitting layer, the fourth metal line and the fifth metal line may be an electrode of a metal-insulator-metal (MIM) capacitor.
  • MIM metal-insulator-metal
  • the light receiving unit may be a photo diode or a transistor of a floating gate structure.
  • the light emitting layer is formed on the n-th metal line, the pixel protection layer in which the through-hole is formed at a position corresponding to the light incident path, and the light emitting material inside the through-hole to contact the n-th metal line. It may include a light emitting body formed by filling with.
  • the unit pixel may further include a dielectric layer interposed between the light emitter and the contact electrode.
  • the first to n-th metal lines are formed of the first and second metal lines, the first and second metal lines for forming the electrical wiring for transmitting the light receiving part control signal and the incident light detection signal.
  • the dummy metal lines Formed on the third and fourth metal lines, the dummy metal lines forming the light incident path, and formed on the third and fourth metal lines, and blocking the electric field. It is formed on the upper side, and may include a sixth metal line connected to the AC power source to form an electric field inside the light emitter.
  • the dummy metal line may be in the form of a flat plate having an opening defining a light incidence path.
  • the first to nth metal lines may include first and second metal lines and first and second metal lines for forming electrical wirings for transmitting the light receiver control signal and the incident light detection signal. It is formed on the upper portion of the third metal line, which is a dummy metal line to form a light incidence path, is formed on the third metal line, and formed on the fourth metal line, the fourth metal line to block the electric field, It may include a fifth metal line connected to the AC power source to form an electric field inside the light emitter.
  • the dummy metal line may be formed thicker than the remaining metal lines.
  • first to nth metal lines may include first and second metal lines and first and second metal lines for forming an electrical wiring for transmitting the light receiver control signal and the incident light detection signal. It is formed on the upper portion of the third metal line to block the electric field, may be formed on the third metal line, and may include a fourth metal line connected to the AC power source to form an electric field inside the light emitter.
  • an EL (Electro-luminescence) fingerprint sensor may include a first region formed by arranging unit pixels according to the above-described embodiment, and a second region disposed outside the first pixel region and connected to ground.
  • the EL fingerprint sensor and the unit pixel according to the above embodiments can be miniaturized and can generate a clear fingerprint image.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an EL fingerprint sensor.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a unit pixel cross-sectional structure of an EL fingerprint sensor according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a unit pixel cross-sectional structure of an EL fingerprint sensor according to another embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a structure of a fingerprint contact surface of an EL fingerprint sensor.
  • FIG. 5 is a diagram exemplarily illustrating an operation of an EL fingerprint sensor.
  • FIG. 6 is a diagram exemplarily illustrating a structure of a dummy metal line of an EL fingerprint sensor.
  • FIG. 7 is an exemplary diagram for describing a circuit diagram and an operating principle of a transistor type light receiving unit having a floating gate structure.
  • FIG. 8 is a diagram exemplarily illustrating a manufacturing process of an EL fingerprint sensor.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a unit pixel cross-sectional structure of the EL fingerprint sensor according to another embodiment by way of example.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a unit pixel cross-sectional structure of an EL fingerprint sensor according to still another embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a unit pixel cross-sectional structure of an EL fingerprint sensor according to still another embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a unit pixel cross-sectional structure of an EL fingerprint sensor according to another embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an operation of an EL fingerprint sensor.
  • FIG. 14 is a diagram exemplarily illustrating a manufacturing process of an EL fingerprint sensor.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a unit pixel cross-sectional structure of an EL fingerprint sensor according to still another embodiment.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an EL fingerprint sensor.
  • the EL (Electro-luminescence) fingerprint recognition sensor 100 acquires a fingerprint by using light generated by a light emitting layer in electrical contact with the fingerprint of the finger 10.
  • the EL fingerprint recognition sensor 100 shown in FIG. 1 has a structure in which a light emitting layer is disposed below a contact electrode and a contact electrode contacting a fingerprint.
  • the light emitting layer is connected to an AC power source, and the contact electrode is grounded when contacted with the fingerprint.
  • an electric field is formed between the contact electrode and the AC power source to which the light emitting layer is connected.
  • the light emitting layer positioned under the contact electrode generates light by the formed electric field. Therefore, the light emitting layer emits light in the same shape as the fingerprint.
  • the light emitting layer generates not only light that is incident substantially vertically toward the light receiving portion (hereinafter, straight light) but also light having an inclination (hereinafter, inclined light). Therefore, in order to obtain a clear fingerprint image, oblique light should be blocked as much as possible and only straight light should be detected.
  • a plurality of physically spaced contact electrodes are formed on the upper portion of the EL fingerprint recognition sensor 100 in contact with the ridge of the fingerprint.
  • a light incidence path corresponding to the contact electrode is formed under the light emitting layer.
  • a light incidence path for blocking oblique light is formed between the bottom of the light emitting layer and the top of the light receiving portion. The height and width of the light incident path may be determined according to the type of the light receiving unit.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a unit pixel cross-sectional structure of the EL fingerprint sensor according to an embodiment.
  • the unit pixel of the EL fingerprint sensor includes a plurality of metal lines 230, 235, 240, and 245 forming a substrate 200 and a light incident path 220 on which the light receiving unit 210 is formed. 250, 255, the light emitting layer 270 disposed above the metal line 255, the dielectric layer 280 positioned above the light emitting layer 270, and the patterned contact electrode 290 positioned above the dielectric layer 280. Include.
  • the light receiving unit 210 is a transistor type light receiving unit having a floating gate structure. Based on the viewing angle determined by the height and width of the light incidence path 220 illustrated in FIG. 2A, the light receiving unit 210 may distinguish the contrast within a range that does not overlap with other adjacent unit pixels.
  • the transistor type light receiver of the floating gate structure is used as a unit pixel, the area of the light receiver is smaller than the pixel pitch and structurally adjacent metal lines should be used, and thus the width of the light incident path using the metal lines can be further narrowed. Therefore, as shown in FIG. 2A, when the height of the light incidence path is increased by using the plurality of metal lines 230, 235, 240, 245, 250 and 255, the light incidence path is narrow and long.
  • the fingerprint image can be obtained even at a low light amount due to the high light sensitivity characteristic of the transistor type light receiving unit having a floating gate structure.
  • the plurality of metal lines 230, 235, 240, 245, 250, and 255 may include first and second metal lines 230 and 235, which form electrical wires, and third and fourth metal lines 240, which are dummy metal lines. 245, and fifth and sixth metal lines 250 and 255 for inducing an electric field.
  • the first to sixth metal lines 230, 235, 240, 245, 250, and 255 are electrically insulated from each other by inter metal dielectric (IMD).
  • IMD inter metal dielectric
  • the light incident path 220 defined by the first to sixth metal lines 230, 235, 240, 245, 250, and 255 is also formed of IMD.
  • the cross section of the light incident path 220 may be formed in various shapes such as polygons, circles, and the like.
  • the first and second metal lines 230 and 235 which are lower metal lines, are positioned closest to the light receiver 210 among the plurality of metal lines.
  • the first and second metal lines 230 and 235 transmit electric light receiving unit control signals for controlling the operation of the light receiving unit 210, and the electric wires transmitting the incident light detection signals generated by the light receiving unit 210 by detecting the straight light.
  • the first and second metal lines 230 and 235 may be disposed to surround the light incident path 220 on the light receiving unit 210.
  • the metal line which does not form an electrical wire among the first and second metal lines 230 and 235 may be disposed to surround the light incident path 220 above the light receiving unit 210.
  • the cross section of the light incident path 220 defined by the first and second metal lines 230 and 235 may be formed in various shapes such as polygons, circles, and the like.
  • the third and fourth metal lines 240 and 245 are positioned between the first and second metal lines 230 and 235 and the fifth and sixth metal lines 250 and 255.
  • the third and fourth metal lines 240 and 245, which are dummy metal lines, are formed by the first and second metal lines 230 and 235 and the fifth and sixth metal lines 250 and 255. It may be formed in the form of a flat plate including an opening formed at a position corresponding to the light incident path 220. Openings formed in the third and fourth metal lines 240 and 245 define the light incident path 220.
  • the openings may be formed in various shapes such as polygons, circles, and the like.
  • the dummy metal line is not necessarily a plurality, as shown in (a) of Figure 2, only one dummy metal line according to the type of the light-receiving portion or the height-width ratio of the required light incident path, It may be located between the second metal lines 230 and 235 and the fifth and sixth metal lines 250 and 255.
  • the fifth and sixth metal lines 250 and 255 which are upper and uppermost metal lines, are located farthest from the light receiving unit 210 among the plurality of metal lines.
  • the sixth metal line 255 is connected to an AC power source to form an electric field with the contact electrode 290, and the fifth metal line 250 has the remaining metal lines 230, 235, 240, 245 may be connected to ground in order not to affect it.
  • the fifth and sixth metal lines 250 and 255 have a flat plate shape including openings formed at positions corresponding to the light incident paths 220 formed by the first to fourth metal lines 230, 235, 240, and 245. It can be formed as.
  • at least a portion of the upper surface of the sixth metal line 255 may be in electrical contact with the lower surface of the emission layer 270.
  • At least a portion of the upper surface of the sixth metal line 255 is around the light incident path 220.
  • at least a portion of the upper surface of the sixth metal line 255 and at least a portion of the side surface of the sixth metal line 255 positioned on the light incident path 220 may be in electrical contact with the light emitting layer 270.
  • Cross-sections of the light incident paths defined by the fifth and sixth metal lines 250 and 255 may be formed in various shapes such as polygons, circles, and the like. Meanwhile, in another embodiment, when one or more dummy metal lines are formed, the fifth metal line 250 may be omitted.
  • the light emitting layer 270 is formed of a light emitting material on the sixth metal line 255.
  • the emission layer 270 generates light by an electric field formed between the contact electrode 290 and the sixth metal line 255.
  • the luminescent material can be selected from Group II-VI compounds such as, for example, ZnS, SrS and the like.
  • the light emitting material may be doped with a dopant such as, for example, Mn, Cu, Al, I, Tb, F, etc. to adjust the light emission luminance and / or color.
  • the light-receiving portion composed of the photodiode has low sensitivity to blue, while the transistor-type light-receiving portion of the floating gate structure has high sensitivity to blue. Therefore, a dopant or a combination of dopants may be determined according to which light receiving unit is applied to the unit pixel.
  • the dielectric layer 280 is formed on the light emitting layer 270.
  • the dielectric layer 280 may include, for example, HfO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , TaO 2 , Ta 2 O 5 , hafnium silicate, and zirconium so that an electric field may be formed by contact between the contact electrode 290 and the fingerprint. It is formed of a material having a high dielectric constant such as silicate or a combination thereof. When the ridge of the fingerprint contacts the contact electrode 290, an electrical connection may be formed in the light emitting layer 270 due to the high dielectric constant of the dielectric layer 280.
  • the contact electrode 290 is formed on the dielectric layer 280 and is in electrical contact with the top surface of the light emitting layer 270 through the dielectric layer 280.
  • the contact electrode 290 may be, for example, a transparent electrode such as indium tin oxide (ITO), or a metal electrode such as Al, Cu, Au, Ag, or the like.
  • the contact electrode 290 may be formed in various shapes such as a circle.
  • the contact electrode 290 may extend in a direction horizontal to the top surface of the dielectric layer 280.
  • the unit pixels of the EL fingerprint sensor may include a plurality of metal lines 230, 235, 247, and 250 that form the substrate 200 on which the light receiving unit 210 is formed and the light incident path 220. 255, a light emitting layer 270 positioned on the top of the metal line 255, a dielectric layer 280 positioned on the top of the light emitting layer 270, and a patterned contact electrode 290 positioned on the dielectric layer 280. . Descriptions overlapping with (a) of FIG. 2 will be omitted, and the difference will be mainly described.
  • the third metal line 247 is a dummy metal line and is positioned between the first and second metal lines 230 and 235 and the fourth and fifth metal lines 250 and 255 of the plurality of metal lines.
  • the third metal line 247 is formed thicker than the remaining metal lines 230, 235, 250, and 255. If the thickness of the third metal line 247 is formed thick, the process may be omitted while implementing the height-width ratio that can be secured by the plurality of dummy metal lines.
  • the unit pixels of the EL fingerprint sensor may include a plurality of metal lines 230, 237, 250, and 255 forming a substrate 200 and a light incident path 220 on which the light receiving unit 210 is formed. ), A light emitting layer 270 positioned above the metal line 255, a dielectric layer 280 positioned above the light emitting layer 270, and a patterned contact electrode 290 positioned above the dielectric layer 280. Descriptions overlapping with (a) of FIG. 2 will be omitted, and the difference will be mainly described.
  • the first and second metal lines 230 and 237 which are lower metal lines, are positioned closest to the light receiver 210 among the plurality of metal lines.
  • the first and second metal lines 230 and 237 transmit electrical light receiving unit control signals for controlling the operation of the light receiving unit 210, and electrical wirings for transmitting incident light detection signals generated by the light receiving unit 210 by detecting straight light.
  • the second metal line 237 is formed thicker than the remaining metal lines 230, 250, and 255. When the thickness of the second metal line 237 is formed thick, the process of forming the dummy metal line may be omitted while implementing a height-width ratio that can be secured by at least one dummy metal line.
  • the unit pixel of the EL fingerprint sensor includes a plurality of metal lines 230, 235, 251, and 255 forming the substrate 200 and the light incident path 220 on which the light receiving unit 210 is formed. ), A light emitting layer 270 positioned above the metal line 255, a dielectric layer 280 positioned above the light emitting layer 270, and a patterned contact electrode 290 positioned above the dielectric layer 280. Descriptions overlapping with (a) of FIG. 2 will be omitted, and the difference will be mainly described.
  • the third and fourth metal lines 251 and 255 which are upper and uppermost metal lines, are located farthest from the light receiving unit 210 among the plurality of metal lines 230, 235, 251 and 255.
  • the third metal line 251 is connected to the ground so that the formed electric field does not affect the remaining metal lines 230 and 235 positioned below.
  • the third metal line 251 is formed thicker than the remaining metal lines 230, 235, and 255. When the thickness of the third metal line 251 is formed thick, the process of forming the dummy metal line may be omitted while implementing a height-width ratio that can be secured by at least one dummy metal line.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a unit pixel cross-sectional structure of an EL fingerprint sensor according to another embodiment.
  • the unit pixel of the EL fingerprint sensor includes a plurality of metal lines 330, 335, 340, and 345 forming a substrate 300 on which the light receiving unit 315 is formed and a light incident path 325. 350, 355, the light emitting layer 370 disposed above the metal line 355, the dielectric layer 380 positioned above the light emitting layer 370, and the patterned contact electrode 390 positioned above the dielectric layer 380. Include. Descriptions overlapping with (a) of FIG. 2 will be omitted, and the difference will be mainly described.
  • the light receiver 315 is a photodiode for photoelectric conversion. Since the photodiode requires a relatively large amount of light compared to the transistor type light receiving portion 310 of the floating gate structure shown in FIG. 2A, the height of the light incidence path 325 is shown in FIG. 2A. If the height of the light incidence path 310 is the same, the width of the light incidence path 325 should be increased. When the width of the light incidence path increases, the area of the light emitting layer 370 in contact with the sixth metal line 355 decreases, and the area of the light emitting layer 370 exposed to the light incidence path 325 increases. The amount of light incident on 325 increases. Therefore, even if a photodiode with low photoelectric conversion efficiency is applied, a sufficiently clear fingerprint image can be obtained.
  • the unit pixel of the EL fingerprint sensor includes a plurality of metal lines 330, 335, 347, and 350 that form a substrate 300 on which the light receiving unit 315 is formed and a light incident path 325. , 355, a light emitting layer 370 positioned above the metal line 355, a dielectric layer 380 positioned above the light emitting layer 370, and a patterned contact electrode 390 positioned above the dielectric layer 380. . Descriptions overlapping with (a) of FIG. 2 and (a) of FIG. 3 will be omitted, and the differences will be mainly described.
  • the third metal line 347 is a dummy metal line and is positioned between the first and second metal lines 330 and 335 and the fourth and fifth metal lines 350 and 355.
  • the third metal line 347 is formed thicker than the remaining metal lines 330, 335, 350, and 355. If the thickness of the third metal line 347 is formed to be thick, the process may be omitted while implementing a height-width ratio that can be secured by the plurality of dummy metal lines.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a structure of a fingerprint contact surface of an EL fingerprint sensor.
  • the upper surface of the EL fingerprint sensor includes a first region 410 for forming an electrical path between a finger to acquire a fingerprint image and an AC power source, and contact electrodes of a plurality of unit pixels to contact the fingerprint.
  • the second region 420 is arranged.
  • the first region 410 and the second region 420 are electrically insulated from each other.
  • the first region 410 is formed outside the second region 420.
  • the first area 410 is electrically connected to the ground to form an electrical path between the finger to acquire the fingerprint image and the AC power source.
  • the first region 410 is formed of a material having high electrical conductivity such as ITO or metal. Meanwhile, the first region 410 may be formed at a portion of the outside of the second region 420.
  • An array of unit pixels illustrated in any one of FIGS. 2, 3, 9, 10, 11, 12, and 15 is disposed in the second region 420.
  • the arrangement of the unit pixels may vary depending on the shape of the contact electrode.
  • the contact electrode may be formed as a rectangular contact electrode 421, a circular contact electrode 422, a hexagonal contact electrode 423, and a rhombic contact electrode 424.
  • the rectangular contact electrodes 421 and the circular contact electrodes 422 are arranged side by side in the same row or column.
  • the hexagonal contact electrodes 423 and the rhombic contact electrodes 424 are arranged such that the centers of the contact electrodes located in adjacent rows or columns do not coincide.
  • the maximum width of the contact electrodes 421, 423, 424 or the maximum diameter of the contact electrode 422 and the distance between the electrodes of the contact electrodes 421, 422, 423, 424 may be optimized for fingerprint image acquisition.
  • the fingerprint interval which is the ridge-ridge or bone-bone distance, can vary depending on age, gender, and race. Fingerprints can be assumed to have a fingerprint spacing of 0.2 mm to 0.8 mm and an average gap of 0.5 mm.
  • the maximum width of the contact electrodes 421, 423, 424 or the maximum diameter of the contact electrode 422 may be between 0.2 mm and 0.5 mm.
  • the shape and arrangement of the contact electrodes 421, 422, 423, and 424 shown in FIG. 4 are merely exemplary and are not limited thereto.
  • FIG. 5 is a diagram exemplarily illustrating an operation of an EL fingerprint sensor.
  • the EL fingerprint sensor includes a light receiving unit 510, a plurality of metal lines 530, 535, 540, 545, 550, and 555, an emission layer 570 and an emission layer disposed on the metal line 555.
  • a plurality of unit pixels including a dielectric layer 580 disposed on the top of the 570 and a patterned contact electrode 590 disposed on the dielectric layer 580 may be arranged.
  • dummy vias 541 and 542 may be further formed between two adjacent metal lines among the plurality of metal lines 530, 535, 540, 545, 550, and 555. The dummy vias 541 and 542 block oblique light incident on the light incident path 520 not to be reflected toward other adjacent unit pixels.
  • An electric field 571 is induced between the sixth metal line 555 and the contact electrode 591 which contacts the ridge of the fingerprint among the plurality of arranged contact electrodes.
  • a portion of the finger contacts the grounded second region 320 of FIG. 4, and the sixth metal line 555 is connected to an AC power source, so that an electric field 571 is induced inside the light emitting layer 570.
  • the AC power source may apply an AC voltage between about 60 to about 600 volts to the sixth metal line 555.
  • the sixth metal line 555 defining the patterned contact electrode 590 and the light incidence path 520, the light emitting layer 570 under the contact electrode 591 in contact with the ridge of the fingerprint. In part, an electric field 571 is induced.
  • light generated by a part of the emission layer 570 in which the electric field 571 is induced does not have directivity. That is, light generated by the electric field between the other contact electrode and the sixth metal line may be incident. Therefore, as the height-width ratio of the light incident path 520 defined under the contact electrode is larger, oblique light incident from the surroundings may be effectively blocked.
  • a portion of the generated light is incident on the light incident path 520 from the lower surface 572 of the light emitting layer 570.
  • the incident light includes straight light and oblique light, in which oblique light is blocked by the first to sixth metal lines 530, 535, 540, 545, 550, 555 and the dummy vias 541, 542 or Reflected.
  • the straight light passing through the light incidence path is photoelectrically converted by the light receiving unit 510 formed on the substrate 500.
  • the light receiving unit 510 located below the contact electrode 591 in contact with the ridge of the fingerprint outputs an incident light detection signal, and the light receiving unit 510 located below the contact electrode located at the valley of the fingerprint does not output the incident light detection signal. .
  • FIG. 6 is a diagram exemplarily illustrating a structure of a dummy metal line of an EL fingerprint sensor.
  • the dummy metal lines 640 and 645 may be flat plates having a plurality of openings 646 defining light incidence paths.
  • the pair of dummy metal lines 640 and 645 may be connected by a plurality of dummy vias 641, 642 and 643.
  • a plurality of dummy vias 641, 642, 643 are formed around the opening 646 that defines the light incidence path.
  • the plurality of dummy vias 641, 642, and 643 formed around the opening 646 prevent oblique light entering the light incident path from entering the light incident path of the adjacent unit pixel.
  • the number and shape of dummy vias may vary depending on the shape of the opening. As shown in FIG. 6, when the openings 646 are formed in the dummy metal lines 640 and 645 in a quadrangular shape, the dummy vias 641, 642 and 643 may be formed at positions adjacent to each side of the quadrangle. .
  • FIG. 7 is an exemplary diagram for describing a circuit diagram and an operating principle of a transistor type light receiving unit having a floating gate structure.
  • the unit pixel 700 photoelectrically converts light to output an incident light detection signal.
  • the unit pixel 700 includes a PMOS 710 serving as a light receiving unit for photoelectric conversion of incident light and an NMOS 720 connected to the PMOS 710 to serve as a switch.
  • the PMOS 710 controls the magnitude of the incident light detection signal flowing through the channel formed between the source and the drain by an electric field by the floating gate polarized by the incident light
  • the NMOS 720 outputs the incident light detection signal as a select transistor.
  • the unit pixel 700 is selected and an exposure time is determined.
  • the NMOS 720 performs a switching operation by the SEL control signal applied to the control gate, and the SEL control signal may be a voltage signal larger than the power supply voltage VDD.
  • the NMOS may be a native or medium Vt transistor having a low Vth.
  • the source of the PMOS 710 is coupled to the supply voltage VDD and the drain is coupled to the drain of the NMOS 720.
  • the body of the PMOS 710 is formed as a floating body, and the body of the NMOS 720 is connected to the ground voltage GND. Meanwhile, the body or P-well of the NMOS 720 in the pixel region may also be formed as a floating body.
  • the source of the NMOS 720 outputs an incident light detection signal, and the output incident light detection signal may be applied to an I-V converter (IVC).
  • IVC I-V converter
  • PMOS 710 and NMOS 720 may be implemented through a general MOSFET process.
  • the operation of the unit pixel 700 is as follows.
  • the power supply voltage VDD is applied to the source of the PMOS 710 formed on the same substrate as the NMOS 720, the PN junction surface is formed in all regions where the N-well and the p-type substrate face and are electrically neutral due to reverse bias.
  • the depletion region in a state is formed thick.
  • the power supply voltage is induced by the electric field between the source and the drain of the PMOS 710 P channel.
  • photons are incident on the lower junction surface of the N-well where the floating gate and the depletion region are generated, thereby generating an electron hole pair (EHP).
  • a polarization phenomenon completes a P-channel between an N-well disposed under the floating gate, that is, a drain and a source.
  • a voltage is applied to the gate of the NMOS 720 connected to the PMOS 710, and a channel is formed between the source and the drain formed in the NMOS 720 to receive the signal charge formed in the PMOS 710 to output the incident light detection signal.
  • the PMOS 710 of the unit pixel 700 induces a channel current of the PMOS in which one photon is amplified. Therefore, the current gain of the incident light detection signal reaches 100 to 1000, so that the image can be realized even at low light intensity where a small amount of light is incident.
  • the floating gates 713a, 713b, and 713c may be formed of N-doped polysilicon, and may be formed to have a thickness of 100 nm to 1 ⁇ m to widen the absorption wavelength band of the light.
  • the floating gates 713a, 713b, and 713c are formed to have a thickness of 200 to 300 nm and absorb most of the short wavelength of 400 nm or less, but the long wavelength band of visible light, for example, 600 to 1,100 nm Permeate significantly. Therefore, the thickness of the floating gates 713a, 713b, and 713c may be increased in order to increase absorption in the long wavelength band having high transmittance.
  • the probability of generating EHP due to light in the floating gates 713a, 713b, and 713c may be increased.
  • polysilicon is laminated, vertically connected to each other, and used as a gate, thereby increasing the thickness of the floating gates 713a, 713b, and 713c.
  • PIP polysilicon-insulator-polysilicon
  • the floating gate 713a shown on the left side shows electron distribution in a state where light is not irradiated.
  • Floating gate 713a is N-doped to form a buried channel between the PMOS source and the PMOS drain, which minimizes noise generation due to surface current.
  • the lower left side faces the PMOS source side
  • the lower right side faces the PMOS drain side.
  • the floating gate 713b shown in the center shows a state in which light is incident, EHP is generated, electrons and holes are polarized, and are distributed by an external electric field.
  • EHP is generated
  • electrons and holes are polarized, and are distributed by an external electric field.
  • electrons separated from the hole can move freely outside the grain boundaries of the polysilicon and are located at the lower left of the floating gate 713b, i.e., close to the PMOS source due to the field effect of the PMOS source. Are concentrated.
  • an electric field is formed at the lower left side of the floating gate 713b, and the electric field is stronger as the number of electrons to be concentrated increases.
  • the hole is pushed by the hole carriers of the PMOS source and the lower channel, so that the polarization phenomenon occurs inside the floating gate 713b as the carrier moves to the upper right side of the floating gate 713b, that is, away from the PMOS source. .
  • the polarized electrons and holes are recombined to become the thermal equilibrium, and are in the same state as the left side 713a.
  • the right side is a floating gate 713c in which polarization occurs.
  • the greater the intensity of the incident light the greater the EHP generation, and thus the greater the polarization.
  • the field effect is applied to the lower surface of the floating gate 713c and the upper surface of the channel due to the polarization phenomenon of the floating gate 713c, the electric charge increases at the lower surface of the floating gate 713c according to the incident light intensity, thereby causing a large electric field. Effect.
  • the channel between the PMOS source and the PMOS drain expands to increase the amount of current flowing through the channel.
  • FIG. 8 is a diagram exemplarily illustrating a manufacturing process of an EL fingerprint sensor.
  • an N-well is formed by injecting N-type impurities into the P-type substrate 800, a source and a drain are formed in the N-well, and an insulating layer is formed on the N-well.
  • a PMOS light receiver 810 having a floating gate formed of polysilicon is formed.
  • the first metal line 830 and the second metal line 835, which form electrical wires, are formed on the light receiving unit 810.
  • the third metal line 840 and the fourth metal line 845 which are dummy metal lines for increasing the height of the light incident path 820, and the fifth metal for blocking the electric field on the second metal line 835.
  • the line 850 and the sixth metal line 855 connected to the AC power source are sequentially stacked.
  • the first to sixth metal lines 830, 835, 840, 845, 850, and 855 are insulated by the IMD, and the light incident path 820 is also formed of the IMD. Meanwhile, at least one metal line of the plurality of metal lines may be formed thicker than other metal lines. In addition, when the thickness of at least one metal line is formed differently from the thickness of other metal lines, the total number of metal lines may be reduced. Meanwhile, the width of the light incident path 820 defined by the plurality of metal lines may vary depending on the type of the light receiver 810.
  • a light emitting layer 870 is formed on the sixth metal line 855 using a light emitting material.
  • the luminescent material can be selected from Group II-VI compounds such as, for example, ZnS, SrS and the like.
  • the light emitting material may be doped with a dopant such as, for example, Mn, Cu, Al, I, Tb, F, etc. to adjust the light emission luminance and / or color.
  • the light emitting material in a powder form may be mixed with a binder such as a polymeric matrix to be converted into a liquid phase and then coated on the sixth metal line 855 by spin coating or dip coating.
  • the luminance and the alternating current power to be applied may vary according to the particle size of the light emitting material. That is, as the particle size of the light emitting material decreases, the luminance increases, and the AC power to be applied may be lowered.
  • the luminescent material may be in the form of nanocrystalline powder.
  • the nanocrystalline powder is dispersed in a resin and an organic solvent to produce a nanoparticle solution.
  • the nanocrystalline powder may be ZnS: Mn, ZnS: Ag ZnS: Al, or the like.
  • the light emitting layer 870 is formed on the sixth metal line 855 by using a dip coating method for dipping the substrate in the nanoparticle solution or spin casting for dropping the nanoparticle solution on the rotating substrate. Can be.
  • the emission layer 870 may also be formed by printing a nanoparticle solution on a substrate. Forming the light emitting layer using the nanoparticle solution, in addition to the dip coating / spin coating described above, may be applied in various ways, such as microcontact printing, inkjet printing, electgrospray. The light emitting layer 870 may be formed by drying the nanoparticle solution applied to the substrate. In another embodiment, the emission layer 870 may be formed by depositing nanocrystalline powder on the sixth metal line 855 using RF magnetron sputtering. In another embodiment, the emission layer 870 may be formed by alternately depositing nanocrystalline powder, for example, ZnS: Mn and Si 3 N 4 , on the sixth metal line 855.
  • the layer formed of ZnS: Mn may be thicker than the layer formed of Si 3 N 4 .
  • the luminous efficiency of the light emitting layer 870 may vary depending on the size of the nanocrystals. The smaller the size of the nanocrystals increases the luminous efficiency.
  • a dielectric layer 880 is formed on the emission layer 870.
  • the dielectric layer 880 may be formed by RF magnetron sputtering a dielectric such as Al 2 O 3 HfO 2 .
  • the dielectric layer 880 may be formed by dip coating or spin coating a liquid dielectric mixed with a binder on a powder dielectric on the sixth metal line 855.
  • the contact electrode 890 is formed on the dielectric layer 880 at a position corresponding to the light incident path 820.
  • the contact electrode 890 may be formed by depositing a transparent electrode such as ITO or a metal electrode such as Al, Cu, Au, Ag, or the like.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a unit pixel cross-sectional structure of the EL fingerprint sensor according to another embodiment by way of example.
  • the unit pixel of the EL fingerprint sensor includes a plurality of metal lines 930, 935, 940, and 950 that form a substrate 900 on which the light receiving unit 910 is formed and a light incident path 920. 955, a light emitting layer 970 positioned over the metal line 955, and a patterned contact electrode 990 positioned over the light emitting layer 970. Parts overlapping with (a) of FIG. 2 will be omitted and the differences will be mainly described.
  • the plurality of metal lines 930, 935, 940, 950, and 955 may include first and second metal lines 930 and 935, which form electrical wires, and third to fifth metal lines 940 and 950, which induce an electric field. , 955).
  • the first to fourth metal lines 930, 935, 940, and 950 are electrically insulated from each other by inter metal dielectric (IMD).
  • IMD inter metal dielectric
  • a dielectric material having a high dielectric constant is interposed between the fourth metal line 950 and the fifth metal line 955 to form a metal-insulator-metal (MIM) capacitor 952.
  • the light incident path 920 defined by the first to fifth metal lines 930, 935, 940, 950, and 955 is also formed of IMD.
  • the cross section of the light incidence path may be formed in various shapes such as a polygon, a circle, and the like.
  • the unit pixel may further include a dummy metal for increasing the height of the light incident path 920.
  • the thickness of the dummy metal may be different from the thickness of other metal lines.
  • the third to fifth metal lines 940, 950, and 955 are positioned on the first and second metal lines 930 and 935, and induce an electric field in the emission layer 970.
  • the third metal line 940 is connected to ground to prevent the formed electric field from affecting the remaining metal lines 930 and 935 located below.
  • the fourth metal line 950 and the fifth metal line 955 are electrodes connected to the MIM capacitor 952, the fourth metal line 950 is a common electrode to which AC power is applied, and the fifth metal line 955 Is an individual electrode whose upper surface is in contact with the light emitting layer 970.
  • the fourth metal line 950 may be formed in a flat plate shape including an opening formed at a position corresponding to the light incident path 920.
  • the unit pixel of the EL fingerprint sensor includes a plurality of metal lines 930, 935, 940, and 950 forming a substrate 900 on which the light receiving unit 910 is formed and a light incident path 920. 955, a light emitting layer 970 positioned over the metal line 955, a dielectric layer 985 positioned over the light emitting layer 970, and a patterned contact electrode 990 positioned over the dielectric layer 985. . 9A and 9B, the light emitting layer 970 is electrically connected to the contact electrode 990 through the dielectric layer 985, and the MIM capacitor is connected to the fourth metal line 950. Electrically connected via 952.
  • the unit pixel of the EL fingerprint sensor includes a plurality of metal lines 930, 935, 940, and 945 forming a substrate 900 on which the light receiving unit 910 is formed and a light incident path 920. , 950 and 955, a light emitting layer 970 positioned over the metal line 955, and a patterned contact electrode 990 positioned over the light emitting layer 970.
  • the light emitting layer 970 is directly connected to the contact electrode 990 and the sixth metal line 955. AC power is applied through the sixth metal line 955, and an electric field is induced in the light emitting layer 970 by a finger contacting the contact electrode 990.
  • FIG. 9 illustrates a transistor type light receiving unit having a floating gate structure
  • the present invention is not limited thereto, and a photo diode may be used as the light receiving unit.
  • the photodiode is used as the light receiving unit
  • the plurality of metal lines defining the light incidence path may be formed as shown in FIG. 3A or 3B.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a unit pixel cross-sectional structure of an EL fingerprint sensor according to still another embodiment.
  • a unit pixel of an EL fingerprint sensor may include a plurality of metal lines 1030, 1035, 1040, and 1045 forming a substrate 1000 and a light incident path 1020 on which a light receiving unit 1010 is formed. 1050, the transparent electrode layer 1060 positioned on the top metal line 1050, the light emitting layer 1070 positioned on the transparent electrode layer 1060, the dielectric layer 1080 positioned on the emission layer 1070, and the dielectric layer 1080. Patterned contact electrode 1090 positioned on top of the substrate. Parts overlapping with (a) of FIG. 2 will be omitted and the differences will be mainly described.
  • the plurality of metal lines 1030, 1035, 1040, 1045, and 1050 may include first and second metal lines 1030 and 1035, which form electrical wires, and third and fourth metal lines 1040 and 1045, which are dummy metal lines. And a grounded fifth metal line 1050.
  • the first to fifth metal lines 1030, 1035, 1040, 1045, and 1050 are electrically insulated from each other by inter metal dielectric (IMD).
  • IMD inter metal dielectric
  • the light incidence path 1020 defined by the first to fifth metal lines 1030, 1035, 1040, 1045, and 1050 is also formed of IMD.
  • the cross section of the light incident path 1020 may be formed in various shapes such as polygons, circles, and the like.
  • the fifth metal line 1050 which is the uppermost metal line, is located farthest from the light receiver 1010 among the plurality of metal lines.
  • the fifth metal line 1050 is connected to ground to prevent the formed electric field from affecting the remaining metal lines 1030, 1035, 1040, and 1045.
  • the fifth metal line 1050 may be formed in a flat plate shape including openings formed at positions corresponding to the light incident paths 1020 formed by the first to fourth metal lines 1030, 1035, 1040, and 1045. .
  • the transparent electrode layer 1060 is positioned above the top metal line, and in FIG. 10A, the fifth metal line 1050 is the top metal line.
  • the upper surface of the transparent electrode layer 1060 is in contact with the lower surface of the light emitting layer 1070.
  • the transparent electrode layer 1060 may be formed of indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), indium zinc oxide (IZO), ZnO-Ga 2 O 3 , or ZnO-Al 2 O 3 . It is formed of an oxide of a transparent conductive metal, but is not limited thereto.
  • the transparent electrode layer 1060 may be insulated from the fifth metal line 1050 by IMD. Meanwhile, although the transparent electrode layer 1060 in which a pattern is not formed is illustrated in FIG. 10A, the transparent electrode layer 1060 may be formed to have a pattern corresponding to the contact electrode 1090. It may be.
  • the transparent electrode layer 1060 induces an electric field in the light emitting layer 1070.
  • the transparent electrode layer 1060 is connected to an AC power source.
  • an electric field is induced between the contact electrode 1090 where the ridge of the fingerprint is located and the portion of the transparent electrode layer 1060 of the patterned contact electrode 1090.
  • a portion of the light emitting layer 1070 interposed between the contact electrode 1090 and a portion of the transparent electrode layer 1060 generates light. Some of the generated light passes through the transparent electrode layer 1060 and is incident to the light receiving unit 1010.
  • the straight light perpendicular to the light incident path 1020 is detected by the light receiving unit 1010, but the inclined light is a plurality of metal lines 1030, 1035, 1040, 1045, 1050 and / or dummy vias (FIG. Or (ref. 5, 541, 642).
  • the unit pixel of the EL fingerprint sensor includes a plurality of metal lines 1030, 1035, 1047, and 1050 forming a substrate 1000 and a light incident path 1020 on which the light receiving unit 1010 is formed. ), The transparent electrode layer 1060 disposed above the top metal line 1050, the light emitting layer 1070 positioned above the transparent electrode layer 1060, the dielectric layer 1080 positioned above the emitting layer 1070 and the dielectric layer 1080. Patterned contact electrode 1090 located on top. Descriptions overlapping with (a) of FIG. 10 will be omitted, and description will be given focusing on differences.
  • the third metal line 1047 is a dummy metal line and is positioned between the first and second metal lines 1030 and 1035 and the fourth metal line 1050 among the plurality of metal lines.
  • the third metal line 1047 is formed thicker than the remaining metal lines 1030, 1035, and 1050. If the thickness of the third metal line 1047 is formed to be thick, the process may be omitted while implementing a height-width ratio that can be secured by the plurality of dummy metal lines.
  • the unit pixel of the EL fingerprint sensor may include a substrate 1000 on which the light receiving unit 1010 is formed, a plurality of metal lines 1030, 1037, and 1050 forming a light incidence path 1020.
  • the transparent electrode layer 1060 disposed on the uppermost metal line 1050, the emission layer 1070 disposed on the transparent electrode layer 1060, the dielectric layer 1080 positioned on the emission layer 1070, and the dielectric layer 1080 formed on the uppermost metal line 1050.
  • Positioned patterned contact electrode 1090 Descriptions overlapping with (a) of FIG. 10 will be omitted, and description will be given focusing on differences.
  • the first and second metal lines 1030 and 1037 which are lower metal lines, are positioned closest to the light receiving unit 1010 among the plurality of metal lines.
  • the first and second metal lines 1030 and 1037 may transmit a light receiving unit control signal for controlling the operation of the light receiving unit 1010, and may provide electrical wiring for transmitting the incident light detection signal generated by the light receiving unit 1010 by detecting the straight light.
  • the second metal line 1037 is formed thicker than the remaining metal lines 1030 and 1050. When the thickness of the second metal line 1037 is formed to be thick, the process of forming the dummy metal line may be omitted while implementing a height-width ratio that can be secured by at least one dummy metal line.
  • the unit pixel of the EL fingerprint sensor may include a substrate 1000 on which the light receiver 1010 is formed, a plurality of metal lines 1030, 1035, and 1051 forming a light incident path 1020.
  • the transparent electrode layer 1060 disposed on the uppermost metal line 1051, the light emitting layer 1070 disposed on the transparent electrode layer 1060, the dielectric layer 1080 positioned on the emission layer 1070, and the dielectric layer 1080 formed on the uppermost metal line 1051.
  • the third metal line 1051 which is the uppermost metal line, is located farthest from the light receiving unit 1010 among the plurality of metal lines.
  • the third metal line 1051 is connected to ground to prevent the formed electric field from affecting the remaining metal lines 1030 and 1035 below.
  • the third metal line 1051 is formed thicker than the remaining metal lines 1030 and 1035. When the thickness of the third metal line 1051 is formed thick, the process of forming the dummy metal line may be omitted while implementing a height-width ratio that can be secured by at least one dummy metal line.
  • FIGS. 10A to 10D illustrate a transistor type light receiving unit having a floating gate structure
  • the present invention is not limited thereto, and a photo diode may be used as the light receiving unit.
  • a photo diode may be used as the light receiving unit
  • a plurality of metal lines defining the light incidence path may be formed as shown in FIG. 3 (a) or (b).
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a unit pixel cross-sectional structure of an EL fingerprint sensor according to still another embodiment.
  • a unit pixel of an EL fingerprint sensor includes a plurality of metal lines 1130, 1135, 1140, and 1145 forming a substrate 1100 and a light incident path 1120 on which a light receiving unit 1110 is formed.
  • the light emitting layer includes a patterned pixel protective layer 1160 and a patterned light emitter 1170 positioned on the light incident path 1120. Descriptions overlapping with (a) of FIG. 2 will be omitted, and the difference will be mainly described.
  • the passivation layer 1160 is formed on the sixth metal line 1155 and includes a through hole formed at a position corresponding to the light incident path 1170.
  • the cross section of the through hole may be formed in various shapes such as a polygon, a circle, and the like, and a light emitting material 1170 is formed by filling a light emitting material in the through hole.
  • the maximum width or the maximum diameter of the through hole may be equal to or greater than the width of the light incident path 1120.
  • the light emitter 1170 is formed by filling a light emitting material into the through hole.
  • the light emitter 1170 generates light by an electric field formed between the contact electrode 1190 and the sixth metal line 1155.
  • the luminescent material can be selected from Group II-VI compounds such as, for example, ZnS, SrS and the like.
  • the unit pixels of the EL fingerprint sensor may include a plurality of metal lines 1130, 1135, 1147, and 1150 forming a substrate 1100 and a light incident path 1120 on which the light receiver 1110 is formed.
  • 1155 a light emitting layer, a dielectric layer 1180 located on top of the light emitting layer, and a patterned contact electrode 1190 located on top of the dielectric layer 1180.
  • the light emitting layer includes a patterned pixel protective layer 1160 and a patterned light emitter 1170 positioned on the light incident path 1120. Descriptions overlapping with (a) of FIG. 11 will be omitted, and description will be given focusing on differences.
  • the third metal line 1147 is a dummy metal line and is positioned between the first and second metal lines 1130 and 1135 and the fourth and fifth metal lines 1150 and 1155 of the plurality of metal lines.
  • the third metal line 1147 is formed thicker than the remaining metal lines 1130, 1135, 1150, and 1155. If the thickness of the third metal line 1147 is formed to be thick, the process may be omitted while implementing a height-width ratio that can be secured by the plurality of dummy metal lines.
  • the unit pixels of the EL fingerprint sensor may include a plurality of metal lines 1130, 1137, 1150, and 1155 forming a substrate 1100 and a light incident path 1120 on which the light receiver 1110 is formed. ), A light emitting layer, a dielectric layer 1180 located on top of the light emitting layer, and a patterned contact electrode 1190 located on top of the dielectric layer 1180.
  • the light emitting layer includes a patterned pixel protective layer 1160 and a patterned light emitter 1170 positioned on the light incident path 1120. Descriptions overlapping with (a) of FIG. 11 will be omitted, and description will be given focusing on differences.
  • the first and second metal lines 1130 and 1137 which are lower metal lines, are positioned closest to the light receiving unit 1110 of the plurality of metal lines.
  • the first and second metal lines 1130 and 1135 transmit the light receiving unit control signal for controlling the operation of the light receiving unit 1110, and the electrical wiring for transmitting the incident light detection signal generated by the light receiving unit 1110 by detecting the straight light.
  • the second metal line 1137 is formed thicker than the remaining metal lines 1130, 1150, and 1155. When the thickness of the second metal line 1137 is formed thick, the process of forming the dummy metal line may be omitted while implementing a height-width ratio that can be secured by at least one dummy metal line.
  • the unit pixels of the EL fingerprint sensor may include a plurality of metal lines 1130, 1135, 1151, and 1155 forming a substrate 1100 and a light incident path 1120 on which the light receiver 1110 is formed. ), A light emitting layer, a dielectric layer 1180 located on top of the light emitting layer, and a patterned contact electrode 1190 located on top of the dielectric layer 1180.
  • the light emitting layer includes a patterned pixel protective layer 1160 and a patterned light emitter 1170 positioned on the light incident path 1120. Descriptions overlapping with (a) of FIG. 11 will be omitted, and description will be given focusing on differences.
  • the third and fourth metal lines 1151 and 1155 which are upper and uppermost metal lines, are located farthest from the light receiver 1110 among the plurality of metal lines.
  • the third metal line 1151 is connected to ground to prevent the formed electric field from affecting the remaining metal lines 1130, 1135, and 1155.
  • the third metal line 1151 is formed thicker than the remaining metal lines 1130, 1135, and 1155. If the thickness of the third metal line 1151 is formed thick, the process of forming the dummy metal line may be omitted while implementing a height-width ratio that can be secured by at least one dummy metal line.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a unit pixel cross-sectional structure of an EL fingerprint sensor according to another embodiment.
  • the unit pixel of the EL fingerprint sensor includes a plurality of metal lines 1230, 1235, 1240, 1245, 1250, and 1255 forming a substrate 1200 and a light incident path 1225 on which the light receiving unit 1215 is formed. ), A light emitting layer, a dielectric layer 1280 located on top of the light emitting layer, and a patterned contact electrode 1290 located on top of the dielectric layer 1280.
  • the light emitting layer includes a patterned pixel protective layer 1260 and a patterned light emitter 1270 positioned on the light incidence path 1125. Descriptions overlapping with (a) of FIG. 11 will be omitted, and description will be given focusing on differences.
  • the light receiver 1215 is a photodiode for photoelectric conversion. Since the photodiode requires a relatively large amount of light in comparison with the transistor type light receiving portion of the floating gate structure in FIG. 11A, the light incident path 1225 has the same height, but the width of the light incident path 1225 should be increased. do. As the width of the light incidence path increases, the area of the light emitter 1270 in contact with the sixth metal line 1255 decreases, and the area of the light emitter 1270 exposed to the light incidence path 1225 also increases, so that the light receiving part ( The amount of light incident on 1225 is increased. Therefore, even if a photodiode with low photoelectric conversion efficiency is applied, a sufficiently clear fingerprint image can be obtained.
  • the unit pixel of the EL fingerprint sensor includes a plurality of metal lines 1230, 1235, 1247, and 1250 forming a substrate 1200 on which the light receiving unit 1215 is formed and a light incidence path 1225. 1255), a light emitting layer, a dielectric layer 1280 located on top of the light emitting layer, and a patterned contact electrode 1290 located on top of the dielectric layer 1280.
  • the light emitting layer includes a patterned pixel protective layer 1260 and a patterned light emitter 1270 positioned on the light incidence path 1125. Descriptions overlapping with (a) and (a) of FIG. 11 will be omitted, and the differences will be mainly described.
  • the third metal line 1247 is a dummy metal line and is positioned between the first and second metal lines 1230 and 1235 and the fourth and fifth metal lines 1250 and 1255.
  • the third metal line 1247 is formed thicker than the remaining metal lines 1230, 1235, 1250, and 1255. If the thickness of the third metal line 1247 is formed thick, the process may be omitted while implementing a height-width ratio that can be secured by the plurality of dummy metal lines.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an operation of an EL fingerprint sensor.
  • the EL fingerprint sensor includes a light receiving unit 1310, a plurality of metal lines 1330, 1335, 1340, 1345, 1350, and 1355, a light emitter 1370, a dielectric layer 1380 and a dielectric layer disposed on the light emitter. It may be implemented by arranging a plurality of unit pixels including a patterned contact electrode 1390 positioned above the 1380.
  • dummy vias 1341 and 1342 may be further formed between two adjacent metal lines among the plurality of metal lines. The dummy vias 1341 and 1342 block oblique light incident on the light incident path 1340 from being reflected toward other adjacent unit pixels. The dummy via has been described with reference to FIG. 6.
  • An electric field 1372 is induced between the sixth metal line 1355 and the contact electrode 1390 that contacts the ridge of the fingerprint among the plurality of arranged contact electrodes.
  • a portion of the finger contacts the grounded second region 410 of FIG. 4, and the sixth metal line 1355 is connected to an AC power source, so that an electric field 1372 is induced inside the light emitter 1370.
  • the AC power may apply an AC voltage between about 60 to about 600 volts to the sixth metal line 1355.
  • the light emitter 1370 generates light by the induced electric field 1372, and a portion of the generated light is incident from the lower surface 1372 of the light emitter 1370 into the light incident path 1342.
  • the incident light includes straight light and oblique light, in which oblique light is blocked by the first to sixth metal lines 1330, 1335, 1340, 1345, 1350, and 1355 and the dummy vias 1342 and 1342. Reflected.
  • Straight light passing through the light incident path is photoelectrically converted by the light receiving unit 1310 formed in the substrate 1300.
  • the light receiving unit 1310 positioned below the contact electrode in contact with the ridge of the fingerprint outputs an incident light detection signal, and the light receiving unit 1310 positioned below the contact electrode located in the valley of the fingerprint does not output the incident light detection signal.
  • FIG. 14 is a diagram exemplarily illustrating a manufacturing process of an EL fingerprint sensor.
  • an N-well is formed by injecting N-type impurities into the P-type substrate 1400.
  • the N-well includes a source and a drain, and an insulating layer is formed on the N-well.
  • a PMOS light receiving unit 1410 having a floating gate formed of polysilicon is formed.
  • the first metal line 1430 and the second metal line 1435 forming the electrical wires are formed on the light receiving unit 1410.
  • the third metal line 1440 and the fourth metal line 1445 which are dummy metal lines for increasing the height of the light incident path 1420, and the fifth metal for blocking the electric field
  • the line 1450 and the sixth metal line 1455 connected to the AC power source are sequentially stacked.
  • the first to sixth metal lines 1430, 1435, 1440, 1445, 1450, and 1455 are insulated by the IMD, and the light incident path 1420 is also formed of the IMD.
  • the pixel protection layer 1460 is stacked on the sixth metal line 1455.
  • at least one metal line of the plurality of metal lines may be formed thicker than other metal lines.
  • the thickness of at least one metal line is formed differently from the thickness of other metal lines, the total number of metal lines may be reduced.
  • the width of the light incident path 1420 defined by the plurality of metal lines may vary depending on the type of the light receiving unit 1410.
  • a through hole 1465 is formed by etching the pixel protection layer 1460 at a position corresponding to the light incident path 1420.
  • the width of the through hole 1465 may be wider than the width of the light incident path 1420.
  • the through hole 1465 is formed by etching up to an upper surface of the sixth metal line 1455.
  • the through hole 1465 may extend to a portion of the light incident path 1420 defined by the sixth metal line 1455. That is, the bottom surface of the through hole 1465 may be formed to have a step toward the light incident path 1420.
  • the light emitting material filled in the through hole 1465 is also filled in at least a part of the light incident path 1420 defined by the sixth metal line 1455.
  • the level difference on the bottom surface of the through hole 1456 may be formed by overetching the pixel protection layer 1460.
  • a light emitter 1470 is formed by filling a light emitting material into the through hole 1465.
  • the luminescent material can be selected from Group II-VI compounds such as, for example, ZnS, SrS and the like.
  • the light emitting material may be doped with a dopant such as, for example, Mn, Cu, Al, I, Tb, F, etc. to adjust the light emission luminance and / or color.
  • the light emitting material in powder form may be mixed with a binder such as a polymeric matrix to be converted into a liquid phase and then filled in the through hole 1465 by spin coating.
  • the viscosity of the liquid luminescent material mixed with the binder may be controlled by the binder to be filled in the through hole 1465 by spin coating. Meanwhile, the luminance and the alternating current power to be applied may vary according to the particle size of the light emitting material. That is, as the particle size of the light emitting material decreases, the luminance increases, and the AC power to be applied may be lowered. Thus, the light emitting material may be in the form of nano powder.
  • the filled light emitting material is cured through a heat treatment to be a light emitter 1470. In this case, the liquid light emitting material may remain on at least a portion of the upper surface of the pixel protective layer 1460. Therefore, when the surface planarization process such as CMP or grinding is performed on the upper surface of the pixel protection layer 1460 after the heat treatment, the remaining light emitting material may be removed.
  • a dielectric layer 1480 is formed on the pixel protection layer 1460 on which the light emitter 1470 is formed.
  • the dielectric layer 1480 is formed by mixing a binder with a powder dielectric and coating a liquid dielectric on the top surface of the pixel protective layer 1460.
  • the contact electrode 1480 is formed at a position corresponding to the light incidence path on the dielectric layer 1480.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a unit pixel cross-sectional structure of an EL fingerprint sensor according to still another embodiment.
  • the unit pixels of the EL fingerprint sensor may include a plurality of metal lines 1530, 1535, 1540, and 1550 that form a substrate 1500 on which a light receiving unit 1510 is formed and a light incident path 1520. 1555, a light emitting layer, and a patterned contact electrode 1590 positioned over the light emitting layer.
  • the light emitting layer includes a patterned pixel protection layer 1560 and a patterned light emitter 1570 disposed on the light incident path 1520. Parts overlapping with (a) of FIG. 11 will be omitted and the description will be given focusing on differences.
  • the plurality of metal lines 1530, 1535, 1540, 1550, and 1555 may include the first and second metal lines 1530 and 1535 that form electrical wiring, and the third to fifth metal lines 1540 and 1550 that induce an electric field. 1555).
  • the first to fourth metal lines 1530, 1535, 1540, and 1550 are electrically insulated from each other by an inter metal dielectric (IMD).
  • IMD inter metal dielectric
  • a dielectric material having a high dielectric constant is interposed between the fourth metal line 1550 and the fifth metal line 1555 to form a metal-insulator-metal (MIM) capacitor.
  • the light incidence path defined by the first to fifth metal lines 1530, 1535, 1540, 1550, and 1555 is also formed of IMD.
  • the cross section of the light incidence path may be formed in various shapes such as a polygon, a circle, and the like.
  • the unit pixel may further include a dummy metal for increasing the height of the light incident path.
  • the thickness of the dummy metal may be different from the thickness of other metal lines.
  • the third to fifth metal lines 1540, 1550, and 1555 are positioned on the first and second metal lines 1530 and 1535, and induce an electric field to the light emitter 1570.
  • the third metal line 1540 is connected to the ground so that the formed electric field does not affect the remaining metal lines 1530 and 1535.
  • the fourth metal line 1550 and the fifth metal line 1555 are electrodes forming the MIM capacitor 1552, the fourth metal line 1550 is a common electrode to which AC power is applied, and the fifth metal line 1555. ) Are individual electrodes whose at least part of the upper surface is in contact with the light emitter 1570.
  • the fourth metal line 1550 may be formed in a flat plate shape including an opening formed at a position corresponding to the light incident path 1520.
  • AC power connected to the fourth metal line 1550 is applied to the light emitter 1570 by the MIM capacitor 1552.
  • the process of separately forming the dielectric layer before the contact electrode 1580 is omitted. That is, the effect of separating the unit pixels including the light emitter is completely larger than the method of totally depositing the dielectric layer on the top, so that the resolution can be increased, and the value of the capacitance can be adjusted to adjust the frequency of the AC power supply Capacities can be made to be highly uniform across all pixels.
  • the unit pixels of the EL fingerprint sensor may include a plurality of metal lines 1530, 1535, 1540, and 1550 that form a substrate 1500 on which the light receiver 1510 is formed and a light incident path 1520. 1555, a light emitting layer, a dielectric layer 1580 positioned over the light emitting layer, and a patterned contact electrode 1590 positioned over the dielectric layer 1580.
  • the light emitting layer includes a patterned pixel protection layer 1560 and a patterned light emitter 1570 disposed on the light incident path 1520. The same description will be omitted, and only differences will be described.
  • the light emitter 1570 may be electrically connected to the contact electrode 1590 through the dielectric layer 1585, and may be electrically connected to the fourth metal line 1550 through the MIM capacitor 1552. Connected.
  • the unit pixels of the EL fingerprint sensor may include a plurality of metal lines 1530, 1535, 1540, and 1545 forming a substrate 1500 on which the light receiving unit 1510 is formed and a light incident path 1520. 1550, 1555, a light emitting layer, and a patterned contact electrode 1590 positioned on the light emitter 1570.
  • the same description will be omitted, and only differences will be described.
  • the light emitter 1570 is directly connected to the contact electrode 1590 and the sixth metal line 1555. AC power is applied through the sixth metal line 1555, and an electric field is induced in the light emitter 1570 by a finger contacting the contact electrode 1590.

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Abstract

EL(Electro-luminescence) 지문인식센서 및 EL 지문인식센서의 단위 화소가 제공된다. 단위 화소는, 입사광을 검출하는 수광부가 형성된 기판, 수광부의 상부에 위치하며, 광입사 경로를 정의하는 제1 내지 제n 메탈 라인, 제n 메탈 라인의 상부에 위치하는 발광층, 및 광입사 경로에 대응하도록 발광층의 상부에 위치하며 발광층에 접촉하는 접촉 전극을 포함할 수 있다.

Description

단위 화소 및 EL 지문인식센서
본 발명은 EL(Electro-luminescence) 지문인식센서에 관한 것이다.
이미지 센서는 빛을 전기 신호로 변환하는 센서이다. 대표적인 이미지 센서로 CMOS를 이용한 APS(Active Pixel Sensor), PPS(Passive Pixel Sensor)가 있다. 이러한 이미지 센서에 사용되는 포토 다이오드는 입사된 빛을 축적하여 전기 신호로 변환한다. 포토 다이오드로 입사되는 빛의 양을 증가시키기 위하여, 포토 다이오드의 상부에 마이크로 렌즈가 일반적으로 구비된다.
한편, 광학식 지문인식용 센서는 지문의 이미지를 촬영하여 전기 신호로 변환한다. 지문의 이미지 촬영을 위해서, 종래의 광학식 지문인식용 센서는 지문에 빛을 조사하여 반사시키는 광학계를 구비한다. 그러나, 반사 미러나 렌즈와 같은 광학계는 일반적으로 상당한 체적을 가지기 때문에, 광학식 지문인식용 센서를 구비한 지문 인식 장치는 소형화가 어렵다.
본 발명의 일측면에 따르면, EL(Electro-luminescence) 지문인식센서의 단위 화소가 제공된다. 단위 화소는, 입사광을 검출하는 수광부가 형성된 기판, 수광부의 상부에 위치하며, 광입사 경로를 정의하는 제1 내지 제n 메탈 라인, 제n 메탈 라인의 상부에 위치하는 발광층, 및 광입사 경로에 대응하도록 발광층의 상부에 위치하며 발광층에 접촉하는 접촉 전극을 포함할 수 있다.
일 실시예로, 단위 화소는, 발광층과 접촉 전극 사이에 개재되는 유전체층을 더 포함할 수 있다.
여기서, 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=6)은, 수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인, 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 광입사 경로를 형성하는 더미 메탈 라인인 제3 및 제4 메탈 라인, 제3 및 제4 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제5 메탈 라인, 제5 메탈 라인의 상부에 형성되며, 발광층 내부에 전계를 형성하기 위해 교류 전원에 연결되는 제6 메탈 라인을 포함할 수 있다. 그리고, 단위 화소는, 광입사 경로 주변에 형성되어 제3 및 제4 메탈 라인을 연결하는 더미 비아를 더 포함할 수 있다.
한편, 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=5)은, 수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인, 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 광입사 경로를 형성하는 더미 메탈 라인인 제3 라인, 제3 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제4 메탈 라인, 제4 메탈 라인의 상부에 형성되며, 발광층 내부에 전계를 형성하기 위해 교류 전원에 연결되는 제5 메탈 라인을 포함할 수 있다.
또한, 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=4)은, 수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인, 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제3 메탈 라인, 제3 메탈 라인의 상부에 형성되며, 발광층 내부에 전계를 형성하기 위해 교류 전원에 연결되는 제4 메탈 라인을 포함할 수 있다.
다른 실시예로, 단위 화소는 제n 메탈 라인과 발광층 사이에 개재되며 발광층 내부에 전계를 형성하기 위해 교류 전원에 연결되는 투명 전극층을 더 포함할 수 있다.
여기서, 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=5)은, 수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인, 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 광입사 경로를 형성하는 더미 메탈 라인인 제3 및 제4 메탈 라인, 제3 및 제4 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제5 메탈 라인을 포함할 수 있다. 그리고, 단위 화소는 광입사 경로 주변에 형성되어 상기 제3 및 제4 메탈 라인을 연결하는 더미 비아를 더 포함할 수 있다.
한편, 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=4)은, 수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인, 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 광입사 경로를 형성하는 더미 메탈 라인인 제3 라인, 제3 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제4 메탈 라인을 포함할 수 있다.
또한, 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=3)은, 수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인, 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제3 메탈 라인을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예로, 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=6)은, 수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인, 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 상기 광입사 경로를 형성하는 더미 메탈 라인인 제3 메탈 라인, 제3 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제4 메탈 라인, 제4 메탈 라인의 상부에 형성되며, 발광층 내부에 전계를 형성하기 위해 교류 전원에 연결되는 제5 메탈 라인, 제5 메탈 라인의 상부에 형성되며, 발광층과 접촉하는 제6 메탈 라인을 포함하되, 제5 메탈 라인과 제6 메탈 라인은 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터의 전극일 수 있다.
또 다른 실시예로, 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=5)은, 수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인, 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제3 메탈 라인, 제3 메탈 라인의 상부에 형성되며, 발광층 내부에 전계를 형성하기 위해 교류 전원에 연결되는 제4 메탈 라인, 제4 메탈 라인의 상부에 형성되며, 발광층과 접촉하는 제5 메탈 라인을 포함하되, 제4 메탈 라인과 상기 제5 메탈 라인은 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터의 전극일 수 있다.
상술한 실시예에서, 수광부는 포토 다이오드 또는 플로팅 게이트 구조의 트랜지스터일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 발광층은, 제n 메탈 라인의 상부에 형성되며, 광입사 경로에 대응하는 위치에 관통홀이 형성되는 화소 보호층, 및 제n 메탈 라인에 접촉하도록 관통홀 내부를 발광 물질로 충진하여 형성되는 발광체를 포함할 수 있다. 여기서, 단위 화소는 발광체와 접촉 전극 사이에 개재되는 유전체층을 더 포함할 수 있다.
여기서, 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=6)은, 수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인, 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 광입사 경로를 형성하는 더미 메탈 라인인 제3 및 제4 메탈 라인, 제3 및 제4 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제5 메탈 라인, 제5 메탈 라인의 상부에 형성되며, 발광체 내부에 전계를 형성하기 위해 교류 전원에 연결되는 제6 메탈 라인을 포함할 수 있다. 한편, 더미 메탈 라인은 광입사 경로를 정의하는 개구가 형성된 평판 형태일 수 있다.
한편, 상기 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=5)은, 수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인, 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 광입사 경로를 형성하는 더미 메탈 라인인 제3 메탈 라인, 제3 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제4 메탈 라인, 제4 메탈 라인의 상부에 형성되며, 발광체 내부에 전계를 형성하기 위해 교류 전원에 연결되는 제5 메탈 라인을 포함할 수 있다. 여기서, 더미 메탈 라인은 나머지 메탈 라인보다 두껍게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=4)은, 수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인, 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제3 메탈 라인, 제3 메탈 라인의 상부에 형성되며, 발광체 내부에 전계를 형성하기 위해 교류 전원에 연결되는 제4 메탈 라인을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, EL(Electro-luminescence) 지문인식센서가 제공된다. EL 지문인식센서는 상술한 실시예에 따른 단위 화소가 배열되어 형성되는 제1 영역 및 제1 화소 영역의 외곽에 배치되며, 접지에 연결되는 제2 영역을 포함할 수 있다.
상술한 실시예들에 따른 EL 지문인식센서 및 그 단위 화소는 소형화가 가능하면서도 선명한 지문이미지를 생성할 수 있다.
이하에서, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명된다. 이해를 돕기 위해, 첨부된 전체 도면에 걸쳐, 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 할당되었다. 첨부된 도면에 도시된 구성은 본 발명을 설명하기 위해 예시적으로 구현된 실시예에 불과하며, 본 발명의 범위를 이에 한정하기 위한 것은 아니다.
도 1은 EL 지문인식센서를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 EL 지문인식센서의 단위 화소 단면 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 EL 지문인식센서의 단위 화소 단면 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4는 EL 지문인식센서의 지문접촉면의 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 5는 EL 지문인식센서의 동작을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 6은 EL 지문인식센서의 더미 메탈 라인의 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 7은 플로팅 게이트 구조의 트랜지스터형 수광부의 회로도 및 동작 원리를 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 EL 지문인식센서의 제조 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 EL 지문인식센서의 단위 화소 단면 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 EL 지문인식센서의 단위 화소 단면 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 EL 지문인식센서의 단위 화소 단면 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 EL 지문인식센서의 단위 화소 단면 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 13은 EL 지문인식센서의 동작을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 14는 EL 지문인식센서의 제조 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 EL 지문인식센서의 단위 화소 단면 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 EL 지문인식센서를 개략적으로 도시한 도면이다.
EL(Electro-luminescence) 지문인식센서(100)는 손가락(10)의 지문과 전기적으로 접촉하는 발광층이 발생하는 빛을 이용하여 지문을 획득한다. 도 1에 도시된 EL 지문인식센서(100)는 지문과 접촉하는 접촉 전극 및 접촉 전극의 하부에 발광층이 배치된 구조를 가진다. 여기서, 발광층은 교류 전원이 연결되며, 접촉 전극은 지문과 접촉하면 접지된다. 지문의 융선(ridge)이 접촉 전극에 접촉하면, 접촉 전극과 발광층이 연결된 교류 전원 사이에 전계가 형성된다. 접촉 전극의 하부에 위치한 발광층은 형성된 전계에 의해 빛을 발생한다. 따라서 발광층은 지문과 동일한 형상으로 발광하게 된다.
이러한 구조에서는, 발광층은 수광부를 향해 실질적으로 수직으로 입사하는 빛(이하 직진광)뿐만 아니라 기울기를 갖는 빛(이하 경사광)도 발생한다. 따라서, 선명한 지문 이미지를 얻기 위해서 경사광은 최대한 차단하고 직진광만을 검출하여야 한다. 상호간에 물리적으로 이격된 복수의 접촉 전극이 지문의 융선에 접촉하는 EL 지문인식센서(100)의 상부에 형성된다. 또한, 접촉 전극에 대응하는 광입사 경로가 발광층의 하부에 형성된다. 경사광을 차단하기 위한 광입사 경로는 발광층의 하부로부터 수광부의 상부 사이에 형성된다. 광입사 경로의 높이와 폭은 수광부의 종류에 따라 결정될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 EL 지문인식센서의 단위 화소 단면 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 2의 (a)를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(210)가 형성된 기판(200), 광입사 경로(220)를 형성하는 복수의 메탈 라인(230, 235, 240, 245, 250, 255), 메탈 라인(255)의 상부에 위치한 발광층(270), 발광층(270)의 상부에 위치한 유전체층(280) 및 유전체층(280)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(290)을 포함한다.
수광부(210)는 플로팅 게이트 구조의 트랜지스터형 수광부이다. 도 2의 (a)에 도시된 광입사 경로(220)의 높이와 폭에 의해 결정된 시야각에 의해 수광부(210)는 인접한 다른 단위 화소와 겹치지 않는 범위 이내에서 명암을 구분할 수 있다. 플로팅 게이트 구조의 트렌지스터형 수광부를 단위 화소에 이용하면, 픽셀피치 대비 수광부의 면적이 작고 구조적으로 인접한 메탈 라인을 사용해야 하므로, 메탈 라인을 이용한 광입사 경로의 폭을 더욱 좁힐 수 있다. 따라서, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수의 메탈 라인(230, 235, 240, 245, 250, 255)을 이용하여 광입사 경로의 높이를 증가시키면, 광입사 경로가 좁고 긴 터널형으로 형성될 수 있다. 이에 따라 경사광 차단율이 증가하여 광량은 감소하지만, 플로팅 게이트 구조의 트랜지스터형 수광부의 높은 광 감도특성으로 인해 적은 광량에서도 선명한 지문이미지를 얻을 수 있다.
복수의 메탈 라인(230, 235, 240, 245, 250, 255)은 전기 배선을 형성하는 제1 및 제2 메탈 라인(230, 235), 더미 메탈 라인인 제3 및 제4 메탈 라인(240, 245), 및 전계를 유도하기 위한 제5 및 제6 메탈 라인(250, 255)으로 구성된다. 제1 내지 제6 메탈 라인(230, 235, 240, 245, 250, 255)은 IMD(Inter Metal Dielectric)에 의해 상호간에 전기적으로 절연된다. 또한, 제1 내지 제6 메탈 라인(230, 235, 240, 245, 250, 255)에 의해 정의된 광입사 경로(220)도 IMD로 형성된다. 여기서, 광입사 경로(220)의 단면은 다각형, 원형 등과 같이 다양한 형태로 형성될 수 있다.
하위 메탈 라인인 제1 및 제2 메탈 라인(230, 235)은 복수의 메탈 라인 중 수광부(210)에 가장 근접하게 위치한다. 제1 및 제2 메탈 라인(230, 235)은 수광부(210)의 작동을 제어하는 수광부 제어 신호를 전달하고, 수광부(210)가 직진광을 검출하여 생성한 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성한다. 일 실시예로, 제1 및 제2 메탈 라인(230, 235)은 수광부(210) 상부의 광입사 경로(220)를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 다른 실시예로, 제1 및 제2 메탈 라인(230, 235) 중 전기 배선을 형성하지 메탈 라인이 수광부(210) 상부의 광입사 경로(220)를 둘러싸도록 배치될 수도 있다. 제1 및 제2 메탈 라인(230, 235)에 의해 정의되는 광입사 경로(220)의 단면은 다각형, 원형 등과 같이 다양한 형태로 형성될 수 있다.
제3 및 제4 메탈 라인(240, 245)은 제1 및 제2 메탈 라인(230, 235)과 제5 및 제6 메탈 라인(250, 255) 사이에 위치한다. 일 실시예로, 더미 메탈 라인인 제3 및 제4 메탈 라인(240, 245)은 제1 및 제2 메탈 라인(230, 235)과 제5 및 제6 메탈 라인(250, 255)에 의해 형성된 광입사 경로(220)에 대응하는 위치에 형성된 개구를 포함하는 평판 형태로 형성될 수 있다. 제3 및 제4 메탈 라인(240, 245)에 형성된 개구는 광입사 경로(220)를 정의한다. 개구는 다각형, 원형 등과 같이 다양한 형태로 형성될 수 있다. 한편, 더미 메탈 라인은 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 반드시 복수일 필요는 없으며, 수광부의 종류나 요구되는 광입사 경로의 높이-폭 비율에 따라 하나의 더미 메탈 라인만이 제1 및 제2 메탈 라인(230, 235)과 제5 및 제6 메탈 라인(250, 255) 사이에 위치할 수도 있다.
상위 및 최상위 메탈 라인인 제5 및 제6 메탈 라인(250, 255)은 복수의 메탈 라인 중 수광부(210)에 가장 멀리 위치한다. 제6 메탈 라인(255)은 접촉 전극(290)과 전계를 형성하기 위해 교류 전원에 연결되며, 제5 메탈 라인(250)은 형성된 전계가 하부에 위치한 나머지 메탈 라인들(230, 235, 240, 245)에 영향을 미치지 않도록 하기 위해 접지에 연결될 수 있다. 제5 및 제6 메탈 라인(250, 255)은 제1 내지 제4 메탈 라인(230, 235, 240, 245)에 의해 형성된 광입사 경로(220)에 대응하는 위치에 형성된 개구를 포함하는 평판 형태로 형성될 수 있다. 일 실시예로, 제6 메탈 라인(255) 상면의 적어도 일부가 발광층(270)의 하면에 전기적으로 접촉할 수 있다. 여기서, 제6 메탈 라인(255) 상면의 적어도 일부는 광입사 경로(220)의 주변이다. 다른 실시예로, 제6 메탈 라인(255) 상면의 적어도 일부 및 광입사 경로(220)측에 위치한 제6 메탈 라인(255) 측면의 적어도 일부가 발광층(270)에 전기적으로 접촉할 수 있다. 제5 및 제6 메탈 라인(250, 255)에 의해 정의되는 광입사 경로의 단면은 다각형, 원형 등과 같이 다양한 형태로 형성될 수 있다. 한편, 또 다른 실시예로, 하나 이상의 더미 메탈 라인이 형성되면, 제5 메탈 라인(250)은 생략될 수 있다.
발광층(270)은 제6 메탈 라인(255)의 상부에 발광 물질로 형성된다. 발광층(270)은 접촉 전극(290)과 제6 메탈 라인(255) 사이에 형성된 전계에 의해 빛을 발생한다. 발광 물질은, 예를 들어, ZnS, SrS 등과 같은 II - VI족 화합물에서 선택될 수 있다. 한편, 발광 물질은 발광 휘도 및/또는 색상을 조절하기 위해, 예를 들어, Mn, Cu, Al, I, Tb, F 등과 같은 도펀트로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 포토 다이오드로 구성된 수광부는 청색에 대한 감도가 낮은 반면, 플로팅 게이트 구조의 트렌지스터형 수광부는 청색에 대한 감도가 높다. 따라서 어떤 수광부가 단위 화소에 적용되는지에 따라 도펀트 또는 도펀트의 조합이 결정될 수 있다.
유전체층(280)은 발광층(270)의 상부에 형성된다. 유전체층(280)은 접촉 전극(290)과 지문간 접촉에 의한 전계가 형성될 수 있도록, 예를 들어, HfO2, Al2O3, ZrO2, TaO2, Ta2O5, 하프늄 실리케이트, 지르코늄 실리케이트 또는 이들의 조합 등과 같은 높은 유전율을 갖는 물질로 형성된다. 지문의 융선이 접촉 전극(290)에 접촉하면, 유전체층(280)의 높은 유전율로 인해 발광층(270) 내부에 전계를 발생시키는 전기적 연결이 형성될 수 있다.
접촉 전극(290)은 유전체층(280)의 상부에 형성되며, 유전체층(280)을 통해 발광층(270)의 상면과 전기적으로 접촉한다. 접촉 전극(290)은 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명 전극 또는 Al, Cu, Au, Ag 등과 같은 금속 전극일 수 있다. 접촉 전극(290)은 원형 등과 같이 다양한 형태로 형성될 수 있다. 접촉 전극(290)은 유전체층(280)의 상면에 수평한 방향으로 연장될 수 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(210)가 형성된 기판(200), 광입사 경로(220)를 형성하는 복수의 메탈 라인(230, 235, 247, 250, 255), 메탈 라인(255)의 상부에 위치한 발광층(270), 발광층(270)의 상부에 위치한 유전체층(280) 및 유전체층(280)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(290)을 포함한다. 도 2의 (a)와 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.
제3 메탈 라인(247)은 더미 메탈 라인이며, 복수의 메탈 라인 중 제1 및 제2 메탈 라인(230, 235)과 제4 및 제5 메탈 라인(250, 255) 사이에 위치한다. 제3 메탈 라인(247)은 나머지 메탈 라인들(230, 235, 250, 255)보다 두껍게 형성된다. 제3 메탈 라인(247)의 두께를 두껍게 형성하면, 복수의 더미 메탈 라인으로 확보할 수 있는 높이-폭 비율을 구현하면서도 공정을 생략할 수 있다.
도 2의 (c)를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(210)가 형성된 기판(200), 광입사 경로(220)를 형성하는 복수의 메탈 라인(230, 237, 250, 255), 메탈 라인(255)의 상부에 위치한 발광층(270), 발광층(270)의 상부에 위치한 유전체층(280) 및 유전체층(280)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(290)을 포함한다. 도 2의 (a)와 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.
하위 메탈 라인인 제1 및 제2 메탈 라인(230, 237)은 복수의 메탈 라인 중 수광부(210)에 가장 근접하게 위치한다. 제1 및 제2 메탈 라인(230, 237)은 수광부(210)의 작동을 제어하는 수광부 제어 신호를 전달하고, 수광부(210)가 직진광을 검출하여 생성한 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성한다. 제2 메탈 라인(237)은 나머지 메탈 라인들(230, 250, 255)보다 두껍게 형성된다. 제2 메탈 라인(237)의 두께를 두껍게 형성하면, 하나 이상의 더미 메탈 라인으로 확보할 수 있는 높이-폭 비율을 구현하면서도 더미 메탈 라인을 형성하는 공정을 생략할 수 있다.
도 2의 (d)를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(210)가 형성된 기판(200), 광입사 경로(220)를 형성하는 복수의 메탈 라인(230, 235, 251, 255), 메탈 라인(255)의 상부에 위치한 발광층(270), 발광층(270)의 상부에 위치한 유전체층(280) 및 유전체층(280)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(290)을 포함한다. 도 2의 (a)와 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.
상위 및 최상위 메탈 라인인 제3 및 제4 메탈 라인(251, 255)은 복수의 메탈 라인(230, 235, 251, 255) 중 수광부(210)에 가장 멀리 위치한다. 제3 메탈 라인(251)은 형성된 전계가 하부에 위치한 나머지 메탈 라인들(230, 235)에 영향을 미치지 않도록 하기 위해 접지에 연결된다. 제3 메탈 라인(251)은 나머지 메탈 라인들(230, 235, 255)보다 두껍게 형성된다. 제3 메탈 라인(251)의 두께를 두껍게 형성하면, 하나 이상의 더미 메탈 라인으로 확보할 수 있는 높이-폭 비율을 구현하면서도 더미 메탈 라인을 형성하는 공정을 생략할 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 따른 EL 지문인식센서의 단위 화소 단면 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 3의 (a)를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(315)가 형성된 기판(300), 광입사 경로(325)를 형성하는 복수의 메탈 라인(330, 335, 340, 345, 350, 355), 메탈 라인(355)의 상부에 위치한 발광층(370), 발광층(370)의 상부에 위치한 유전체층(380) 및 유전체층(380)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(390)을 포함한다. 도 2의 (a)와 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.
수광부(315)는 광전 변환을 위한 포토 다이오드이다. 포토 다이오드는 도 2의 (a)에 도시된 플로팅 게이트 구조의 트렌지스터형 수광부(310)에 비해 상대적으로 큰 광량이 요구되기 때문에, 광입사 경로(325)의 높이가 도 2의 (a)에 도시된 광입사 경로(310)의 높이와 동일한 경우, 광입사 경로(325)의 폭이 증가되어야 한다. 광입사 경로의 폭이 증가하면, 제6 메탈 라인(355)과 접촉하는 발광층(370)의 면적이 감소하고, 광입사 경로(325)에 노출되는 발광층(370)의 면적이 증가하므로, 수광부(325)에 입사되는 광량이 증가한다. 따라서, 광전 변환 효율이 낮은 포토 다이오드가 적용되더라도 충분히 선명한 지문이미지를 얻을 수 있다.
도 3의 (b)를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(315)가 형성된 기판(300), 광입사 경로(325)를 형성하는 복수의 메탈 라인(330, 335, 347, 350, 355), 메탈 라인(355)의 상부에 위치한 발광층(370), 발광층(370)의 상부에 위치한 유전체층(380) 및 유전체층(380)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(390)을 포함한다. 도 2의 (a) 및 도 3의 (a)와 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.
제3 메탈 라인(347)은 더미 메탈 라인이며, 제1 및 제2 메탈 라인(330, 335)과 제4 및 제5 메탈 라인(350, 355) 사이에 위치한다. 제3 메탈 라인(347)은 나머지 메탈 라인들(330, 335, 350, 355)보다 두껍게 형성된다. 제3 메탈 라인(347)의 두께를 두껍게 형성하면, 복수의 더미 메탈 라인으로 확보할 수 있는 높이-폭 비율을 구현하면서도 공정을 생략할 수 있다.
도 4는 EL 지문인식센서의 지문접촉면의 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, EL 지문인식센서의 상면은 지문이미지를 획득할 손가락과 교류 전원간 전기적인 경로를 형성하기 위한 제1 영역(410) 및 지문과 접촉하기 위해 복수의 단위 화소의 접촉 전극이 배열되는 제2 영역(420)을 포함한다. 제1 영역(410)과 제2 영역(420)은 전기적으로 절연되어 있다.
제1 영역(410)은 제2 영역(420)의 외곽에 형성된다. 제1 영역(410)은 지문이미지를 획득할 손가락과 교류 전원간 전기적인 경로를 형성하기 위하여 접지에 전기적으로 연결된다. 제1 영역(410)은 ITO 또는 금속과 같이 전기 전도성이 높은 물질로 형성된다. 한편 제1 영역(410)은 제2 영역(420) 외곽의 일부에 형성될 수도 있다.
제2 영역(420)에는 도 2, 3, 9, 10, 11, 12, 및 15 중 어느 하나에 도시된 단위 화소의 어레이가 배치된다. 단위 화소의 어레이는 접촉 전극의 형상에 따라 배열 방식이 달라질 수 있다. 점선으로 표시된 제2 영역(420)의 일부 영역을 확대하면, 접촉 전극은 사각형 접촉 전극(421), 원형 접촉 전극(422), 육각형 접촉 전극(423), 마름모형 접촉 전극(424)으로 형성될 수 있다. 사각형 접촉 전극(421)과 원형 접촉 전극(422)은 동일한 행이나 열에 나란히 배열된다. 육각형 접촉 전극(423)과 마름모형 접촉 전극(424)은 인접하는 행이나 열에 위치한 접촉 전극의 중심이 일치하지 않도록 배열된다.
접촉 전극(421, 423, 424)의 최대 폭 또는 접촉 전극(422)의 최대 직경과 접촉 전극(421, 422, 423, 424)의 전극간 거리는 지문이미지 획득을 위해 최적화될 수 있다. 융선-융선간 또는 골-골간 거리인 지문간격은 나이, 성별, 인종에 따라 달라질 수 있다. 지문에는 0.2~0.8mm의 지문간격이 있으며 평균 0.5mm의 간격이 있는 것으로 가정할 수 있다. 따라서, 접촉 전극(421, 423, 424)의 최대 폭 또는 접촉 전극(422)의 최대 직경은 0.2mm 내지 0.5mm 사이일 수 있다.
도 4에 도시된 접촉 전극(421, 422, 423, 424)의 형상 및 배열 방식은 단지 예시일 뿐 이에 한정되지 않는다.
도 5는 EL 지문인식센서의 동작을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, EL 지문인식센서는 수광부(510), 복수의 메탈 라인(530, 535, 540, 545, 550, 555), 메탈 라인(555)의 상부에 위치한 발광층(570), 발광층(570)의 상부에 위치한 유전체층(580) 및 유전체층(580)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(590)을 포함하는 복수의 단위 화소를 배열하여 구현될 수 있다. 여기서, 복수의 메탈 라인(530, 535, 540, 545, 550, 555) 중 인접하는 두 개의 메탈 라인 사이에 더미 비아(541, 542)가 더 형성될 수 있다. 더미 비아(541, 542)는 광입사 경로(520)로 입사된 경사광이 인접한 다른 단위 화소를 향해 반사되지 않도록 차단한다.
배열된 복수의 접촉 전극 중 지문의 융선에 접촉한 접촉 전극(591)과 제6 메탈 라인(555) 사이에 전계(571)가 유도된다. 손가락의 일부는 접지된 제2 영역(도 4의 320)에 접촉하고, 제6 메탈 라인(555)은 교류 전원에 연결되므로, 발광층(570) 내부에 전계(571)가 유도된다. 여기서, 교류 전원은 약 60 내지 약 600 볼트 사이의 교류 전압을 제6 메탈 라인(555)에 인가할 수 있다. 상세하게, 패턴화된 접촉 전극(590) 및 광입사 경로(520)를 정의하는 제6 메탈 라인(555)으로 인해, 지문의 융선과 접촉한 접촉 전극(591) 하부에 위치한 발광층(570)의 일부에 전계(571)가 유도된다. 여기서, 전계(571)가 유도된 발광층(570)의 일부가 발생하는 빛은 방향성을 가지지 않는다. 즉, 주변의 다른 접촉 전극-제6 메탈 라인간 전계에 의해 발생된 빛이 입사될 수도 있다. 따라서 접촉 전극의 하부에 정의되는 광입사 경로(520)의 높이-폭 비율이 클수록 주변에서 입사되는 경사광이 효과적으로 차단될 수 있다.
발생된 빛의 일부는 발광층(570)의 하면(572)으로부터 광입사 경로(520)로 입사된다. 입사된 빛은 직진광과 경사광을 포함하며, 이중에서 경사광은 제1 내지 제6 메탈 라인(530, 535, 540, 545, 550, 555) 및 더미 비아(541, 542)에 의해 차단되거나 반사된다. 광입사 경로를 통과한 직진광은 기판(500)에 형성된 수광부(510)에 의해 광전변환된다. 지문의 융선과 접촉한 접촉 전극(591)의 하부에 위치한 수광부(510)는 입사광 검출 신호를 출력하며, 지문의 골에 위치한 접촉 전극의 하부에 위치한 수광부(510)는 입사광 검출 신호를 출력하지 않는다.
도 6은 EL 지문인식센서의 더미 메탈 라인의 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 더미 메탈 라인(640, 645)은 광입사 경로를 정의하는 복수의 개구(646)가 형성된 평판일 수 있다. 한 쌍의 더미 메탈 라인(640, 645)은 복수의 더미 비아(641, 642, 643)에 의해 연결될 수 있다. 복수의 더미 비아(641, 642, 643)는 광입사 경로를 정의하는 개구(646) 주변에 형성된다. 개구(646) 주변에 형성된 복수의 더미 비아(641, 642, 643)는 광입사 경로에 들어온 경사광이 인접한 단위 화소의 광입사 경로로 들어가는 것을 방지한다. 더미 비아의 수와 형상은 개구의 형상에 따라 달라질 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 개구(646)가 사각형 형태로 더미 메탈 라인(640, 645)에 형성되면, 더미 비아(641, 642, 643)는 사각형의 각 변에 인접한 위치에 형성될 수 있다.
도 7은 플로팅 게이트 구조의 트랜지스터형 수광부를 도시한 회로도와 동작 원리를 설명하기 위한 예시도이다.
단위 화소(700)는 빛을 광전변환하여 입사광 검출 신호를 출력한다. 이를 위해, 단위 화소(700)는 입사된 빛을 광전변환하는 수광부 역할을 하는 PMOS(710)와 PMOS(710)에 연결되어 스위치 역할을 하는 NMOS(720)로 구성된다. 여기서, PMOS(710)는 입사된 빛으로 분극된 플로팅 게이트에 의한 전계로 소스와 드레인간 형성된 채널을 흐르는 입사광 검출 신호의 크기를 제어하며, NMOS(720)는 셀렉트 트랜지스터로서 입사광 검출 신호를 출력할 단위 화소(700)를 선택하고 노출 시간을 결정하는 기능을 수행한다. NMOS(720)는 제어 게이트에 인가되는 SEL 제어 신호에 의해 스위칭 동작을 하며, SEL 제어 신호는 전원전압 VDD보다 큰 전압 신호일 수 있다. 여기서, NMOS는 Vth가 낮은 Native 또는 Medium Vt의 트랜지스터일 수 있다.
PMOS(710)의 소스는 전원전압 VDD에 결합되며, 드레인은 NMOS(720)의 드레인에 결합된다. PMOS(710)의 바디는 플로팅 바디로 형성되며, NMOS(720)의 바디는 접지전압 GND에 연결된다. 한편, 픽셀 영역에서 NMOS(720)의 바디 혹은 P-well은 플로팅 바디로도 형성될 수 있다. NMOS(720)의 소스는 입사광 검출 신호를 출력하며, 출력된 입사광 검출 신호는 IVC(I-V Converter)에 인가될 수 있다. PMOS(710) 및 NMOS(720)는 일반적인 MOSFET 공정을 통해 구현될 수 있다.
단위 화소(700)의 동작은 다음과 같다. NMOS(720)와 동일한 기판상에 형성된 PMOS(710)의 소스에 전원전압 VDD를 인가하면, N-well과 p형 기판이 대면하는 모든 영역에서 PN접합면이 형성되고 역바이어스로 인해서 전기적으로 중성상태인 공핍영역이 두껍게 형성된다. 또한 전원전압은 PMOS(710)의 소스와 드레인사이에 전계에 의해서 P채널이 유도된다. 이후, 수광부인 PMOS(710)로 빛이 입사되면, 광자가 플로팅 게이트와 공핍영역이 생성된 N-well의 하부 접합면에 입사되어 전자-정공쌍(EHP; Electron hole pair)이 생성된다. PMOS(710)의 플로팅 게이트에서는 분극 현상으로 인해 플로팅 게이트의 하부에 위치한 N-well, 즉, 드레인과 소스 사이에 P채널을 완성하게 된다. PMOS(710)와 연결된 NMOS(720)의 게이트에 전압이 인가되고 NMOS(720)에 형성된 소스와 드레인 사이에 채널이 형성되어 PMOS(710)에 형성된 신호 전하를 받아 입사광 검출 신호를 출력한다. 종래의 씨모스 이미지 센서는 하나의 광자가 하나의 전자-정공쌍을 생성시키는 반면, 단위 화소(700)의 PMOS(710)는 하나의 광자가 증폭된 PMOS의 채널전류를 유도한다. 따라서, 입사광 검출 신호의 전류 이득이 100~1000에 달하여 소량의 빛이 입사되는 저조도에서도 영상의 구현이 가능하다.
플로팅 게이트(713a, 713b, 713c)는 N-로 도핑된 폴리실리콘으로 형성될 수 있으며, 빛의 흡수 파장대를 넓게 하기 위해 100nm 내지 1um의 두께로 형성될 수 있다. 일반적인 MOSFET 공정에 따라 제작되는 경우, 플로팅 게이트(713a, 713b, 713c)는 200~300nm의 두께로 형성되며 400nm 이하의 단파장은 대부분 흡수하지만, 가시광의 장파장대역, 예를 들어, 600~1,100nm은 상당량 투과시킨다. 따라서 투과율이 높은 장파장대역의 흡수율을 높이기 위해서 플로팅 게이트(713a, 713b, 713c)의 두께를 증가시킬 수 있다. 플로팅 게이트(713)의 두께 증가로 인해 플로팅 게이트(713a, 713b, 713c) 내에서 빛에 의한 EHP 생성 확률이 증가될 수 있다. 또한 PIP(polysilicon-insulator-polysilicon) 커패시터 방식을 지원하는 공정에서는, 폴리실리콘을 적층시키고 수직으로 서로 연결하여 게이트로 이용함으로써, 플로팅 게이트(713a, 713b, 713c)의 두께를 증가시킨 것과 같은 효과를 줄 수 있다. 한편, 플로팅 게이트(713a, 713b, 713c)의 두께를 증가시킴으로써, N-well 및/또는 P형 기판 내부까지 입사한 빛에 의한 EHP 생성을 감소시킬 수도 있다.
좌측에 도시된 플로팅 게이트(713a)는 빛이 조사되지 않은 상태에서의 전자 분포를 나타낸다. 계면 전류(Surface current)에 의한 노이즈 발생을 최소화하는 Buried Channel을 PMOS 소스와 PMOS 드레인 사이에 형성하기 위해, 플로팅 게이트(713a)는 N-로 도핑된다. 여기서, 좌측 하단은 PMOS 소스측을 향하고 있으며, 우측 하단은 PMOS 드레인측을 향한다.
중앙에 도시된 플로팅 게이트(713b)는 빛이 입사되어 EHP가 생성되고 전자와 정공이 분극되어 외부 전계에 의해 분포하는 상태를 나타낸다. 플로팅 게이트(713b)에서, 정공에서 분리된 전자는 폴리실리콘의 그레인 경계의 외부에서 자유롭게 이동할 수 있으며, PMOS 소스의 전계효과로 인해 플로팅 게이트(713b)의 좌측 하단, 즉, PMOS 소스에 가까운 위치에 집중된다. 전자가 집중되면서 플로팅 게이트(713b)의 좌측 하부에는 전계가 형성되며, 집중되는 전자의 수가 증가할수록 전계도 강해진다. 한편, 정공은 PMOS 소스와 하부의 채널의 홀 캐리어에 밀려서 플로팅 게이트(713b)의 우측 상단, 즉, PMOS 소스에서 먼 쪽으로 전하(carrier)가 이동하면서 플로팅 게이트(713b) 내부에서 분극 현상이 발생한다. 빛이 사라지면, 분극되었던 전자와 정공은 열적 평형상태가 되기 위해 재결합되어 다시 좌측(713a)과 같은 상태가 된다.
우측은 분극 현상이 발생한 플로팅 게이트(713c)이다. 입사된 빛의 세기가 클수록 EHP 생성이 많아지므로, 따라서 분극 현상도 크게 나타난다. 플로팅 게이트(713c)의 분극 현상으로 인하여 플로팅 게이트(713c)의 하면과 채널의 상면에 전계효과가 작용하면 입사된 빛의 세기에 따라 플로팅 게이트(713c)의 하면의 전하가 증가하여 전계가 크게 걸리는 효과가 나타난다. 이로 인해, PMOS 소스와 PMOS 드레인간 채널이 확장하여 채널을 통해서 흐르는 전류량이 증가하게 된다.
도 8은 EL 지문인식센서의 제조 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 8의 (a)를 참조하면, P형 기판(800)에 N형 불순물을 주입하여 N-well이 형성되며, N-well에 소스 및 드레인이 구성되며 N-well의 상부에는 절연층이 형성된 후 폴리실리콘으로 증착 형성된 플로팅 게이트가 구비된 PMOS 수광부(810)가 형성된다. 수광부(810)의 상부에는 전기 배선을 형성하는 제1 메탈 라인(830) 및 제2 메탈 라인(835)이 형성된다. 제2 메탈 라인(835)의 상부에, 광입사 경로(820)의 높이를 증가시키기 위한 더미 메탈 라인인 제3 메탈 라인(840)과 제4 메탈 라인(845), 전계 차단을 위한 제5 메탈 라인(850), 및 교류 전원에 연결되는 제6 메탈 라인(855)이 차례로 적층된다. 제1 내지 제6 메탈 라인(830, 835, 840, 845, 850, 855)은 IMD에 의해 절연되며, 광입사 경로(820)도 IMD로 형성된다. 한편, 복수의 메탈 라인 중 적어도 하나의 메탈 라인은 다른 메탈 라인보다 두껍게 형성될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 메탈 라인의 두께가 다른 메탈 라인의 두께와 다르게 형성되는 경우, 전체 메탈 라인의 수는 감소될 수 있다. 한편, 복수의 메탈 라인에 의해 정의되는 광입사 경로(820)의 폭은 수광부(810)의 종류에 따라 달라질 수 있다.
도 8의 (b)를 참조하면, 제6 메탈 라인(855)의 상부에 발광 물질을 이용하여 발광층(870)이 형성된다. 발광 물질은, 예를 들어, ZnS, SrS 등과 같은 II - VI족 화합물에서 선택될 수 있다. 한편, 발광 물질은 발광 휘도 및/또는 색상을 조절하기 위해, 예를 들어, Mn, Cu, Al, I, Tb, F 등과 같은 도펀트로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 파우더 형태의 발광 물질은 Polymeric matrix 등과 같은 바인더와 혼합되어 액상으로 바뀐 후, spin coating, dip coating 등에 의해 제6 메탈 라인(855)의 상부에 코팅될 수 있다.
한편, 발광 물질의 입자 크기에 따라 휘도 및 인가될 교류 전원이 달라질 수 있다. 즉, 발광 물질의 입자 크기가 작아질수록 휘도는 증가하며, 인가될 교류 전원이 낮아질 수 있다. 따라서, 발광 물질은 나노 결정 파우더 형태일 수 있다. 나노 결정 파우더를 수지와 유기 용매에 분산시켜 나노 입자 용액을 생성한다. 여기서, 나노 결정 파우더는 ZnS:Mn, ZnS:Ag ZnS:Al 등일 수 있다. 일 실시예로, 기판을 나노 입자 용액에 담그는 Dip coating 또는 나노 입자 용액을 회전하는 기판 위에 떨어뜨리는 Spin casting 등의 방식을 이용하여, 제6 메탈 라인(855)의 상부에 발광층(870)이 형성될 수 있다. 한편, 발광층(870)은 나노 입자 용액을 기판 위에 인쇄하는 방식으로도 형성될 수 있다. 나노 입자 용액을 이용하여 발광층을 형성하는 방식은, 상술한 dip coating/spin coating 이외에도, microcontact printing, inkjet printing, electgrospray 등 다양하게 적용될 수 있다. 기판에 도포된 나노 입자 용액을 건조하여 발광층(870)이 형성될 수 있다. 다른 실시예로, 발광층(870)은 나노 결정 파우더를 RF magnetron 스퍼터링을 이용하여 제6 메탈 라인(855) 상부에 증착하여 형성될 수 있다. 또 다른 실시예로, 발광층(870)은 나노 결정 파우더, 예를 들어, ZnS:Mn과 Si3N4를 번갈아 제6 메탈 라인(855) 상부에 증착하여 형성될 수도 있다. 여기서, ZnS:Mn로 형성된 층은 Si3N4로 형성된 층보다 두꺼울 수 있다. 한편, 발광층(870)의 발광 효율은 나노 결정의 크기에 따라 달라질 수 있다. 나노 결정의 크기가 작을수록 발광 효율이 증가한다.
도 8의 (c)를 참조하면, 발광층(870)의 상부에 유전체층(880)이 형성된다. 유전체층(880)은 Al2O3 HfO2등과 같은 유전체를 RF magnetron 스퍼터링에 의해 형성될 수 있다. 한편, 유전체층(880)은 파우더 형태의 유전체에 바인더를 혼합한 액상 유전체를 제6 메탈 라인(855)의 상부에 dip coating 또는 spin coating하여 형성될 수도 있다.
도 8의 (d)를 참조하면, 접촉 전극(890)은 유전체층(880)의 상부에, 광입사 경로(820)에 대응하는 위치에 형성된다. 접촉 전극(890)은 ITO 등과 같은 투명 전극 또는 Al, Cu, Au, Ag 등과 같은 금속 전극을 증착하여 형성될 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 EL 지문인식센서의 단위 화소 단면 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 9의 (a)를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(910)가 형성된 기판(900), 광입사 경로(920)를 형성하는 복수의 메탈 라인(930, 935, 940, 950, 955), 메탈 라인(955)의 상부에 위치한 발광층(970), 발광층(970)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(990)을 포함한다. 도 2의 (a)와 중복되는 부분은 생략하고 차이점을 위주로 설명한다.
복수의 메탈 라인(930, 935, 940, 950, 955)은 전기 배선을 형성하는 제1 및 제2 메탈 라인(930, 935), 전계를 유도하기 위한 제3 내지 제5 메탈 라인(940, 950, 955)으로 구성된다. 제1 내지 제4 메탈 라인(930, 935, 940, 950)은 IMD(Inter Metal Dielectric)에 의해 상호간에 전기적으로 절연된다. 제4 메탈 라인(950)과 제5 메탈 라인(955) 사이에는 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터(952)를 형성하기 위해 고유전율을 갖는 유전물질이 개재된다. 또한, 제1 내지 제5 메탈 라인(930, 935, 940, 950, 955)에 의해 정의된 광입사 경로(920)도 IMD로 형성된다. 여기서, 광입사 경로의 단면은 다각형, 원형 등과 같이 다양한 형태로 형성될 수 있다. 한편, 단위 화소는 광입사 경로(920)의 높이를 증가시키기 위한 더미 메탈을 더 포함할 수 있다. 여기서, 더미 메탈의 두께는 다른 메탈 라인의 두께와 다를 수 있다.
제3 내지 제5 메탈 라인(940, 950, 955)은 제1 및 제2 메탈 라인(930, 935)의 상부에 위치되며, 발광층(970)에 전계를 유도한다. 제3 메탈 라인(940)은 형성된 전계가 하부에 위치한 나머지 메탈 라인들(930, 935)에 영향을 미치지 않도록 하기 위해 접지에 연결된다. 제4 메탈 라인(950)과 제5 메탈 라인(955)은 MIM 커패시터(952)에 연결되는 전극이며, 제4 메탈 라인(950)은 교류 전원이 인가되는 공통 전극이고, 제5 메탈 라인(955)은 상면이 발광층(970)에 접하는 개별 전극이다. 여기서, 제4 메탈 라인(950)은 광입사 경로(920)에 대응하는 위치에 형성된 개구를 포함하는 평판 형태로 형성될 수 있다.
상술한 구조를 갖는 단위 화소에서, 제4 메탈 라인(950)에 연결된 교류 전원은 MIM 커패시터(952)에 의해 발광층(970)에 인가된다. 도 2의 (a)에 도시된 구조와 비교할 때, 일반적인 반도체 공정이 지원하는 MIM 커패시터를 이용하므로, 접촉 전극(990)을 형성하기 전에 유전체층을 별도로 형성하는 공정이 생략되는 이점이 있다. 즉, 상부에 유전체층을 전체적으로 증착하는 방식보다 발광층을 포함한 단위 화소가 완전히 독립적으로 분리되는 효과가 더 커서 분해능을 높일 수 있고, 정전용량의 값을 조절할 수 있어서 교류전원의 주파수를 조절할 수 있으며 모든 픽셀에서 정전 용량의 균일성이 높도록 제조할 수 있다.
도 9의 (b)를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(910)가 형성된 기판(900), 광입사 경로(920)를 형성하는 복수의 메탈 라인(930, 935, 940, 950, 955), 메탈 라인(955)의 상부에 위치한 발광층(970), 발광층(970)의 상부에 위치한 유전체층(985) 및 유전체층(985)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(990)을 포함한다. 도 9의 (a)와 동일한 설명은 생략하고 차이점만 살펴보면, 발광층(970)은 접촉 전극(990)과는 유전체층(985)을 통해 전기적으로 연결되고, 제4 메탈 라인(950)과는 MIM 커패시터(952)를 통해 전기적으로 연결된다.
도 9의 (c)를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(910)가 형성된 기판(900), 광입사 경로(920)를 형성하는 복수의 메탈 라인(930, 935, 940, 945, 950, 955), 메탈 라인(955)의 상부에 위치한 발광층(970), 발광층(970)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(990)을 포함한다. 도 9의 (a)와 동일한 설명은 생략하고 차이점만 살펴보면, 발광층(970)은 접촉 전극(990) 및 제6 메탈 라인(955)과 직접적으로 연결된다. 제6 메탈 라인(955)을 통해 교류 전원이 인가되며, 접촉 전극(990)에 접촉한 손가락에 의해 발광층(970) 내부에 전계를 유도한다.
한편, 도 9는 플로팅 게이트 구조의 트랜지스터형 수광부를 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 포토 다이오드가 수광부로 이용될 수 있음은 물론이다. 포토 다이오드를 수광부로 이용하는 경우, 광입사 경로를 정의하는 복수의 메탈 라인은 도 3의 (a) 또는 도 3의 (b)와 같이 형성될 수 있다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 EL 지문인식센서의 단위 화소 단면 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 10의 (a)를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(1010)가 형성된 기판(1000), 광입사 경로(1020)를 형성하는 복수의 메탈 라인(1030, 1035, 1040, 1045, 1050), 최상위 메탈 라인(1050)의 상부에 위치한 투명 전극층(1060), 투명 전극층(1060)의 상부에 위치한 발광층(1070), 발광층(1070)의 상부에 위치한 유전체층(1080) 및 유전체층(1080)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(1090)을 포함한다. 도 2의 (a)와 중복되는 부분은 생략하고 차이점을 위주로 설명한다.
복수의 메탈 라인(1030, 1035, 1040, 1045, 1050)은 전기 배선을 형성하는 제1 및 제2 메탈 라인(1030, 1035), 더미 메탈 라인인 제3 및 제4 메탈 라인(1040, 1045), 및 접지된 제5 메탈 라인(1050)으로 구성된다. 제1 내지 제5 메탈 라인(1030, 1035, 1040, 1045, 1050)은 IMD(Inter Metal Dielectric)에 의해 상호간에 전기적으로 절연된다. 또한, 제1 내지 제5 메탈 라인(1030, 1035, 1040, 1045, 1050)에 의해 정의된 광입사 경로(1020)도 IMD로 형성된다. 여기서, 광입사 경로(1020)의 단면은 다각형, 원형 등과 같이 다양한 형태로 형성될 수 있다.
최상위 메탈 라인인 제5 메탈 라인(1050)은 복수의 메탈 라인 중 수광부(1010)에 가장 멀리 위치한다. 제5 메탈 라인(1050)은 형성된 전계가 하부에 위치한 나머지 메탈 라인들(1030, 1035, 1040, 1045)에 영향을 미치지 않도록 하기 위해 접지에 연결된다. 제5 메탈 라인(1050)은 제1 내지 제4 메탈 라인(1030, 1035, 1040, 1045)에 의해 형성된 광입사 경로(1020)에 대응하는 위치에 형성된 개구를 포함하는 평판 형태로 형성될 수 있다.
투명 전극층(1060)은 최상위 메탈 라인의 상부에 위치하며, 도 10의 (a)에서는 제5 메탈 라인(1050)이 최상위 메탈 라인이다. 투명 전극층(1060)의 상면은 발광층(1070)의 하면에 접한다. 투명 전극층(1060)은 ITO(Indium Tin Oxide), 플루오르틴산화물(fluorine tin oxide: FTO), 인듐아연산화물(indium zinc oxide: IZO), ZnO-Ga2O3, 또는 ZnO-Al2O3 등의 투명한 전도성 금속의 산화물로 형성되나, 이에 한정되지 않는다. 투명 전극층(1060)은 IMD에 의해 제5 메탈 라인(1050)으로부터 절연될 수 있다. 한편, 도 10의 (a)에서 패턴이 형성되지 않은 투명 전극층(1060)이 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 접촉 전극(1090)에 대응하는 패턴을 가지도록 투명 전극층(1060)이 형성될 수도 있다.
투명 전극층(1060)은 발광층(1070)에 전계를 유도한다. 이를 위해, 투명 전극층(1060)은 교류 전원에 연결된다. 따라서, 패턴화된 접촉 전극(1090) 중 지문의 융선이 위치한 접촉 전극(1090)과 투명 전극층(1060)의 일부 사이에 전계가 유도된다. 접촉 전극(1090)과 투명 전극층(1060)의 일부 사이에 개재된 발광층(1070)의 일부가 빛을 발생한다. 발생된 빛의 일부는 투명 전극층(1060)을 통과하여 수광부(1010)측으로 입사한다. 입사된 빛 중에서 광입사 경로(1020)에 수직하는 직진광은 수광부(1010)에 의해 검출되지만, 경사광은 복수의 메탈 라인(1030, 1035, 1040, 1045, 1050) 및/또는 더미 비아(도 5의 541, 642 참조)에 의해 차단되거나 반사된다.
도 10의 (b)를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(1010)가 형성된 기판(1000), 광입사 경로(1020)를 형성하는 복수의 메탈 라인(1030, 1035, 1047, 1050), 최상위 메탈 라인(1050)의 상부에 위치한 투명 전극층(1060), 투명 전극층(1060)의 상부에 위치한 발광층(1070), 발광층(1070)의 상부에 위치한 유전체층(1080) 및 유전체층(1080)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(1090)을 포함한다. 도 10의 (a)와 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.
제3 메탈 라인(1047)은 더미 메탈 라인이며, 복수의 메탈 라인 중 제1 및 제2 메탈 라인(1030, 1035)과 제4 메탈 라인(1050) 사이에 위치한다. 제3 메탈 라인(1047)은 나머지 메탈 라인들(1030, 1035, 1050)보다 두껍게 형성된다. 제3 메탈 라인(1047)의 두께를 두껍게 형성하면, 복수의 더미 메탈 라인으로 확보할 수 있는 높이-폭 비율을 구현하면서도 공정을 생략할 수 있다.
도 10의 (c)를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(1010)가 형성된 기판(1000), 광입사 경로(1020)를 형성하는 복수의 메탈 라인(1030, 1037, 1050), 최상위 메탈 라인(1050)의 상부에 위치한 투명 전극층(1060), 투명 전극층(1060)의 상부에 위치한 발광층(1070), 발광층(1070)의 상부에 위치한 유전체층(1080) 및 유전체층(1080)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(1090)을 포함한다. 도 10의 (a)와 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.
하위 메탈 라인인 제1 및 제2 메탈 라인(1030, 1037)은 복수의 메탈 라인 중 수광부(1010)에 가장 근접하게 위치한다. 제1 및 제2 메탈 라인(1030, 1037)은 수광부(1010)의 작동을 제어하는 수광부 제어 신호를 전달하고, 수광부(1010)가 직진광을 검출하여 생성한 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성한다. 제2 메탈 라인(1037)은 나머지 메탈 라인들(1030, 1050)보다 두껍게 형성된다. 제2 메탈 라인(1037)의 두께를 두껍게 형성하면, 하나 이상의 더미 메탈 라인으로 확보할 수 있는 높이-폭 비율을 구현하면서도 더미 메탈 라인을 형성하는 공정을 생략할 수 있다.
도 10의 (d)를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(1010)가 형성된 기판(1000), 광입사 경로(1020)를 형성하는 복수의 메탈 라인(1030, 1035, 1051), 최상위 메탈 라인(1051)의 상부에 위치한 투명 전극층(1060), 투명 전극층(1060)의 상부에 위치한 발광층(1070), 발광층(1070)의 상부에 위치한 유전체층(1080) 및 유전체층(1080)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(1090)을 포함한다. 도 10의 (a)와 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.
최상위 메탈 라인인 제3 메탈 라인(1051)은 복수의 메탈 라인 중 수광부(1010)에 가장 멀리 위치한다. 제3 메탈 라인(1051)은 형성된 전계가 하부에 위치한 나머지 메탈 라인들(1030, 1035)에 영향을 미치지 않도록 하기 위해 접지에 연결된다. 제3 메탈 라인(1051)은 나머지 메탈 라인들(1030, 1035)보다 두껍게 형성된다. 제3 메탈 라인(1051)의 두께를 두껍게 형성하면, 하나 이상의 더미 메탈 라인으로 확보할 수 있는 높이-폭 비율을 구현하면서도 더미 메탈 라인을 형성하는 공정을 생략할 수 있다.
한편, 도 10의 (a) 내지 (d)는 플로팅 게이트 구조의 트랜지스터형 수광부를 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 포토 다이오드가 수광부로 이용될 수 있음은 물론이다. 포토 다이오드를 수광부로 이용하는 경우, 광입사 경로를 정의하는 복수의 메탈 라인은 도 3의 (a) 또는 (b)와 같이 형성될 수 있다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 EL 지문인식센서의 단위 화소 단면 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 11의 (a)를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(1110)가 형성된 기판(1100), 광입사 경로(1120)를 형성하는 복수의 메탈 라인(1130, 1135, 1140, 1145, 1150, 1155), 발광층, 발광층의 상부에 위치한 유전체층(1180) 및 유전체층(1180)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(1190)을 포함한다. 여기서, 발광층은 패턴화된 화소 보호층(1160) 및 광입사 경로(1120)의 상부에 위치한 패턴화된 발광체(1170)를 포함한다. 도 2의 (a)와 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.
화소 보호층(Passivation layer; 1160)은 제6 메탈 라인(1155)의 상부에 형성되며, 광입사 경로(1170)에 대응하는 위치에 형성된 관통홀을 포함한다. 관통홀의 단면은 다각형, 원형 등과 같이 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 관통홀의 내부에 발광 물질이 충진되어 발광체(1170)가 형성된다. 관통홀의 최대폭 또는 최대 직경은 광입사 경로(1120)의 폭 이상일 수 있다.
발광체(1170)는 발광 물질을 관통홀 내부에 충진하여 형성된다. 발광체(1170)는 접촉 전극(1190)과 제6 메탈 라인(1155) 사이에 형성된 전계에 의해 빛을 발생한다. 발광 물질은, 예를 들어, ZnS, SrS 등과 같은 II - VI족 화합물에서 선택될 수 있다.
도 11의 (b)를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(1110)가 형성된 기판(1100), 광입사 경로(1120)를 형성하는 복수의 메탈 라인(1130, 1135, 1147, 1150, 1155), 발광층, 발광층의 상부에 위치한 유전체층(1180) 및 유전체층(1180)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(1190)을 포함한다. 여기서, 발광층은 패턴화된 화소 보호층(1160) 및 광입사 경로(1120)의 상부에 위치한 패턴화된 발광체(1170)를 포함한다. 도 11의 (a)와 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.
제3 메탈 라인(1147)은 더미 메탈 라인이며, 복수의 메탈 라인 중 제1 및 제2 메탈 라인(1130, 1135)과 제4 및 제5 메탈 라인(1150, 1155) 사이에 위치한다. 제3 메탈 라인(1147)은 나머지 메탈 라인들(1130, 1135, 1150, 1155)보다 두껍게 형성된다. 제3 메탈 라인(1147)의 두께를 두껍게 형성하면, 복수의 더미 메탈 라인으로 확보할 수 있는 높이-폭 비율을 구현하면서도 공정을 생략할 수 있다.
도 11의 (c)를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(1110)가 형성된 기판(1100), 광입사 경로(1120)를 형성하는 복수의 메탈 라인(1130, 1137, 1150, 1155), 발광층, 발광층의 상부에 위치한 유전체층(1180) 및 유전체층(1180)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(1190)을 포함한다. 여기서, 발광층은 패턴화된 화소 보호층(1160) 및 광입사 경로(1120)의 상부에 위치한 패턴화된 발광체(1170)를 포함한다. 도 11의 (a)와 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.
하위 메탈 라인인 제1 및 제2 메탈 라인(1130, 1137)은 복수의 메탈 라인 중 수광부(1110)에 가장 근접하게 위치한다. 제1 및 제2 메탈 라인(1130, 1135)은 수광부(1110)의 작동을 제어하는 수광부 제어 신호를 전달하고, 수광부(1110)가 직진광을 검출하여 생성한 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성한다. 제2 메탈 라인(1137)은 나머지 메탈 라인들(1130, 1150, 1155)보다 두껍게 형성된다. 제2 메탈 라인(1137)의 두께를 두껍게 형성하면, 하나 이상의 더미 메탈 라인으로 확보할 수 있는 높이-폭 비율을 구현하면서도 더미 메탈 라인을 형성하는 공정을 생략할 수 있다.
도 11의 (d)를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(1110)가 형성된 기판(1100), 광입사 경로(1120)를 형성하는 복수의 메탈 라인(1130, 1135, 1151, 1155), 발광층, 발광층의 상부에 위치한 유전체층(1180) 및 유전체층(1180)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(1190)을 포함한다. 여기서, 발광층은 패턴화된 화소 보호층(1160) 및 광입사 경로(1120)의 상부에 위치한 패턴화된 발광체(1170)를 포함한다. 도 11의 (a)와 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.
상위 및 최상위 메탈 라인인 제3 및 제4 메탈 라인(1151, 1155)은 복수의 메탈 라인 중 수광부(1110)에 가장 멀리 위치한다. 제3 메탈 라인(1151)은 형성된 전계가 하부에 위치한 나머지 메탈 라인들(1130, 1135, 1155)에 영향을 미치지 않도록 하기 위해 접지에 연결된다. 제3 메탈 라인(1151)은 나머지 메탈 라인들(1130, 1135, 1155)보다 두껍게 형성된다. 제3 메탈 라인(1151)의 두께를 두껍게 형성하면, 하나 이상의 더미 메탈 라인으로 확보할 수 있는 높이-폭 비율을 구현하면서도 더미 메탈 라인을 형성하는 공정을 생략할 수 있다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 EL 지문인식센서의 단위 화소 단면 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 12를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(1215)가 형성된 기판(1200), 광입사 경로(1225)를 형성하는 복수의 메탈 라인(1230, 1235, 1240, 1245, 1250, 1255), 발광층, 발광층의 상부에 위치한 유전체층(1280) 및 유전체층(1280)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(1290)을 포함한다. 여기서, 발광층은 패턴화된 화소 보호층(1260) 및 광입사 경로(1125)의 상부에 위치한 패턴화된 발광체(1270)를 포함한다. 도 11의 (a)와 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.
수광부(1215)는 광전 변환을 위한 포토 다이오드이다. 포토 다이오드는 도 11의 (a)에 플로팅 게이트 구조의 트렌지스터형 수광부에 비해 상대적으로 큰 광량이 요구되기 때문에, 광입사 경로(1225)의 높이는 동일하지만, 광입사 경로(1225)의 폭이 증가되어야 한다. 광입사 경로의 폭이 증가하면, 제6 메탈 라인(1255)과 접촉하는 발광체(1270)의 면적이 감소하고, 광입사 경로(1225)에 노출되는 발광체(1270)의 면적도 증가하므로, 수광부(1225)에 입사되는 광량이 증가한다. 따라서, 광전 변환 효율이 낮은 포토 다이오드가 적용되더라도 충분히 선명한 지문이미지를 얻을 수 있다.
도 12의 (b)를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(1215)가 형성된 기판(1200), 광입사 경로(1225)를 형성하는 복수의 메탈 라인(1230, 1235, 1247, 1250, 1255), 발광층, 발광층의 상부에 위치한 유전체층(1280) 및 유전체층(1280)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(1290)을 포함한다. 여기서, 발광층은 패턴화된 화소 보호층(1260) 및 광입사 경로(1125)의 상부에 위치한 패턴화된 발광체(1270)를 포함한다. 도 11의 (a) 및 12의 (a)와 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.
제3 메탈 라인(1247)은 더미 메탈 라인이며, 제1 및 제2 메탈 라인(1230, 1235)과 제4 및 제5 메탈 라인(1250, 1255) 사이에 위치한다. 제3 메탈 라인(1247)은 나머지 메탈 라인들(1230, 1235, 1250, 1255)보다 두껍게 형성된다. 제3 메탈 라인(1247)의 두께를 두껍게 형성하면, 복수의 더미 메탈 라인으로 확보할 수 있는 높이-폭 비율을 구현하면서도 공정을 생략할 수 있다.
도 13은 EL 지문인식센서의 동작을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, EL 지문인식센서는 수광부(1310), 복수의 메탈 라인(1330, 1335, 1340, 1345, 1350, 1355), 발광체(1370), 발광체의 상부에 위치한 유전체층(1380) 및 유전체층(1380)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(1390)을 포함하는 복수의 단위 화소를 배열하여 구현될 수 있다. 여기서, 복수의 메탈 라인 중 인접하는 두 개의 메탈 라인 사이에 더미 비아(1341, 1342)가 더 형성될 수 있다. 더미 비아(1341, 1342)는 광입사 경로(1340)로 입사된 경사광이 인접한 다른 단위 화소를 향해 반사되지 않도록 차단한다. 더미 비아는 도 6을 참조하여 설명하였다.
배열된 복수의 접촉 전극 중 지문의 융선에 접촉한 접촉 전극(1390)과 제6 메탈 라인(1355) 사이에 전계(1371)가 유도된다. 손가락의 일부는 접지된 제2 영역(도 4의 410)에 접촉하고, 제6 메탈 라인(1355)은 교류 전원에 연결되므로, 발광체(1370) 내부에 전계(1371)가 유도된다. 여기서, 교류 전원은 약 60 내지 약 600 볼트 사이의 교류 전압을 제6 메탈 라인(1355)에 인가할 수 있다. 유도된 전계(1371)에 의해 발광체(1370)는 빛을 발생하며, 발생된 빛의 일부가 발광체(1370)의 하면(1372)으로부터 광입사 경로(1342)로 입사된다. 입사된 빛은 직진광과 경사광을 포함하며, 이중에서 경사광은 제1 내지 제6 메탈 라인(1330, 1335, 1340, 1345, 1350, 1355) 및 더미 비아(1341, 1342)에 의해 차단되거나 반사된다.
광입사 경로를 통과한 직진광은 기판(1300)에 형성된 수광부(1310)에 의해 광전변환된다. 지문의 융선과 접촉한 접촉 전극의 하부에 위치한 수광부(1310)는 입사광 검출 신호를 출력하며, 지문의 골에 위치한 접촉 전극의 하부에 위치한 수광부(1310)는 입사광 검출 신호를 출력하지 않는다.
도 14는 EL 지문인식센서의 제조 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 14의 (a)를 참조하면, P형 기판(1400)에 N형 불순물을 주입하여 N-well이 형성되며, N-well에 소스 및 드레인으로 구성되며 N-well의 상부에는 절연층이 형성된 후 폴리실리콘으로 증착 형성된 플로팅 게이트가 구비된 PMOS 수광부(1410)가 형성된다. 수광부(1410)의 상부에는 전기 배선을 형성하는 제1 메탈 라인(1430) 및 제2 메탈 라인(1435)이 형성된다. 제2 메탈 라인(1435)의 상부에, 광입사 경로(1420)의 높이를 증가시키기 위한 더미 메탈 라인인 제3 메탈 라인(1440)과 제4 메탈 라인(1445), 전계 차단을 위한 제5 메탈 라인(1450), 및 교류 전원에 연결되는 제6 메탈 라인(1455)이 차례로 적층된다. 제1 내지 제6 메탈 라인(1430, 1435, 1440, 1445, 1450, 1455)는 IMD에 의해 절연되며, 광입사 경로(1420)도 IMD로 형성된다. 제6 메탈 라인(1455)의 상부에 화소 보호층(1460)이 적층된다. 한편, 복수의 메탈 라인 중 적어도 하나의 메탈 라인은 다른 메탈 라인보다 두껍게 형성될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 메탈 라인의 두께가 다른 메탈 라인의 두께와 다르게 형성되는 경우, 전체 메탈 라인의 수는 감소될 수 있다. 한편, 복수의 메탈 라인에 의해 정의되는 광입사 경로(1420)의 폭은 수광부(1410)의 종류에 따라 달라질 수 있다.
도 14의 (b)를 참조하면, 광입사 경로(1420)에 대응하는 위치의 화소 보호층(1460)을 식각하여 관통홀(1465)이 형성된다. 관통홀(1465)의 폭은 광입사 경로(1420)의 폭보다 넓게 형성될 수 있다. 일 실시예로, 관통홀(1465)은 제6 메탈 라인(1455)의 상면까지 식각하여 형성된다. 다른 실시예로, 관통홀(1465)은 제6 메탈 라인(1455)에 의해 정의된 광입사 경로(1420)의 일부까지 연장될 수 있다. 즉 관통홀(1465)의 하면은 광입사 경로(1420)측으로 단차를 가지도록 형성될 수 있다. 이로 인해, 관통홀(1465)에 충진되는 발광 물질이 제6 메탈 라인(1455)에 의해 정의되는 광입사 경로(1420)의 적어도 일부에도 충진된다. 관통홀(1456) 하면의 단차는 화소 보호층(1460)을 과도식각하여 형성될 수 있다.
도 14의 (c)를 참조하면, 발광 물질을 관통홀(1465)의 내부에 충진하여 발광체(1470)가 형성된다. 발광 물질은, 예를 들어, ZnS, SrS 등과 같은 II - VI족 화합물에서 선택될 수 있다. 한편, 발광 물질은 발광 휘도 및/또는 색상을 조절하기 위해, 예를 들어, Mn, Cu, Al, I, Tb, F 등과 같은 도펀트로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 파우더 형태의 발광 물질은 Polymeric matrix 등과 같은 바인더와 혼합되어 액상으로 바뀐 후, 스핀 코팅 등에 의해 관통홀(1465) 내부에 충진될 수 있다. 바인더와 혼합된 액상 발광 물질의 점도는 바인더에 의해 조절될 수 있어서 스핀 코팅 등에 의해 관통홀(1465) 내부에 충진될 수 있다. 한편, 발광 물질의 입자 크기에 따라 휘도 및 인가될 교류 전원이 달라질 수 있다. 즉, 발광 물질의 입자 크기가 작아질수록 휘도는 증가하며, 인가될 교류 전원이 낮아질 수 있다. 따라서, 발광 물질은 나노 파우더 형태일 수 있다. 충진된 발광 물질은 열처리 과정을 통해 경화되어 발광체(1470)가 된다. 이 때, 액상의 발광 물질은 화소 보호층(1460) 상면의 적어도 일부에 남아있을 수 있다. 따라서, 열처리 후 화소 보호층(1460) 상면에 CMP 또는 Grinding 등과 같은 표면 평탄화 공정을 실시하면, 남아 있는 발광 물질이 제거될 수 있다.
도 14의 (d)를 참조하면, 발광체(1470)가 형성된 화소 보호층(1460)의 상부에 유전체층(1480)이 형성된다. 유전체층(1480)은 파우더 형태의 유전체에 바인더를 혼합하여 액상 유전체를 화소 보호층(1460)의 상면에 코팅하여 형성된다. 접촉 전극(1480)이 유전체층(1480)의 상부에 광입사 경로에 대응하는 위치에 형성된다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 EL 지문인식센서의 단위 화소 단면 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 15의 (a)를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(1510)가 형성된 기판(1500), 광입사 경로(1520)를 형성하는 복수의 메탈 라인(1530, 1535, 1540, 1550, 1555), 발광층, 발광층의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(1590)을 포함한다. 여기서, 발광층은 패턴화된 화소 보호층(1560) 및 광입사 경로(1520)의 상부에 위치한 패턴화된 발광체(1570)를 포함한다. 도 11의 (a)와 중복되는 부분은 생략하고 차이점을 위주로 설명한다.
복수의 메탈 라인(1530, 1535, 1540, 1550, 1555)은 전기 배선을 형성하는 제1 및 제2 메탈 라인(1530, 1535), 전계를 유도하기 위한 제3 내지 제5 메탈 라인(1540, 1550, 1555)으로 구성된다. 제1 내지 제4 메탈 라인(1530, 1535, 1540, 1550)은 IMD(Inter Metal Dielectric)에 의해 상호간에 전기적으로 절연된다. 제4 메탈 라인(1550)과 제5 메탈 라인(1555) 사이에는 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터를 형성하기 위해 고유전율을 갖는 유전물질이 개재된다. 또한, 제1 내지 제5 메탈 라인(1530, 1535, 1540, 1550, 1555)에 의해 정의된 광입사 경로도 IMD로 형성된다. 여기서, 광입사 경로의 단면은 다각형, 원형 등과 같이 다양한 형태로 형성될 수 있다. 한편, 단위 화소는 광입사 경로의 높이를 증가시키기 위한 더미 메탈을 더 포함할 수 있다. 여기서, 더미 메탈의 두께는 다른 메탈 라인의 두께와 다를 수 있다.
제3 내지 제5 메탈 라인(1540, 1550, 1555)은 제1 및 제2 메탈 라인(1530, 1535)의 상부에 위치되며, 발광체(1570)에 전계를 유도한다. 제3 메탈 라인(1540)은 형성된 전계가 하부에 위치한 나머지 메탈 라인들(1530, 1535)에 영향을 미치지 않도록 하기 위해 접지에 연결된다. 제4 메탈 라인(1550)과 제5 메탈 라인(1555)은 MIM 커패시터(1552)를 형성하는 전극이며, 제4 메탈 라인(1550)은 교류 전원이 인가되는 공통 전극이고, 제5 메탈 라인(1555)은 상면의 적어도 일부가 발광체(1570)에 접하는 개별 전극이다. 여기서, 제4 메탈 라인(1550)은 광입사 경로(1520)에 대응하는 위치에 형성된 개구를 포함하는 평판 형태로 형성될 수 있다.
상술한 구조를 갖는 단위 화소에서, 제4 메탈 라인(1550)에 연결된 교류 전원은 MIM 커패시터(1552)에 의해 발광체(1570)에 인가된다. 도 11의 (a)에 도시된 구조와 비교할 때, 일반적인 반도체 공정이 지원하는 MIM 커패시터를 이용하므로, 접촉 전극(1580)을 형성하기 전에 유전체층을 별도로 형성하는 공정이 생략되는 이점이 있다. 즉, 상부에 유전체 레이어를 전체적으로 증착하는 방식보다 발광체를 포함한 단위 화소가 완전히 독립적으로 분리되는 효과가 더 커서 분해능을 높일 수 있고, 정전용량의 값을 조절할 수 있어서 교류전원의 주파수를 조절할 수 있으며 정전 용량을 모든 픽셀에 균일성이 높도록 제조할 수 있다.
도 15의 (b)를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(1510)가 형성된 기판(1500), 광입사 경로(1520)를 형성하는 복수의 메탈 라인(1530, 1535, 1540, 1550, 1555), 발광층, 발광층의 상부에 위치한 유전체층(1580) 및 유전체층(1580)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(1590)을 포함한다. 여기서, 발광층은 패턴화된 화소 보호층(1560) 및 광입사 경로(1520)의 상부에 위치한 패턴화된 발광체(1570)를 포함한다. 동일한 설명은 생략하고 차이점만 살펴보면, 발광체(1570)는 접촉 전극(1590)과는 유전체층(1585)을 통해 전기적으로 연결되고, 제4 메탈 라인(1550)과는 MIM 커패시터(1552)를 통해 전기적으로 연결된다.
도 15의 (c)를 참조하면, EL 지문인식센서의 단위 화소는 수광부(1510)가 형성된 기판(1500), 광입사 경로(1520)를 형성하는 복수의 메탈 라인(1530, 1535, 1540, 1545, 1550, 1555), 발광층, 발광체(1570)의 상부에 위치한 패턴화된 접촉 전극(1590)을 포함한다. 동일한 설명은 생략하고 차이점만 살펴보면, 발광체(1570)는 접촉 전극(1590) 및 제6 메탈 라인(1555)와 직접적으로 연결된다. 제6 메탈 라인(1555)을 통해 교류 전원이 인가되며, 접촉 전극(1590)에 접촉한 손가락에 의해 발광체(1570) 내부에 전계를 유도한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (23)

  1. 입사광을 검출하는 수광부가 형성된 기판;
    상기 수광부의 상부에 위치하며, 광입사 경로를 정의하는 제1 내지 제n 메탈 라인;
    상기 제n 메탈 라인의 상부에 위치하는 발광층; 및
    상기 광입사 경로에 대응하도록 상기 발광층의 상부에 위치하며 상기 발광층에 접촉하는 접촉 전극을 포함하는 EL(Electro-luminescence) 지문인식센서의 단위 화소.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발광층과 상기 접촉 전극 사이에 개재되는 유전체층을 더 포함하는 EL 지문인식센서의 단위 화소.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=6)은,
    수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인,
    상기 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 상기 광입사 경로를 형성하는 더미 메탈 라인인 제3 및 제4 메탈 라인,
    상기 제3 및 제4 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제5 메탈 라인,
    상기 제5 메탈 라인의 상부에 형성되며, 상기 발광층 내부에 전계를 형성하기 위해 교류 전원에 연결되는 제6 메탈 라인을 포함하는 EL 지문인식센서의 단위 화소.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광입사 경로 주변에 형성되어 상기 제3 및 제4 메탈 라인을 연결하는 더미 비아를 더 포함하는 EL 지문인식센서의 단위 화소.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=5)은,
    수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인,
    상기 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 상기 광입사 경로를 형성하는 더미 메탈 라인인 제3 라인,
    상기 제3 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제4 메탈 라인,
    상기 제4 메탈 라인의 상부에 형성되며, 상기 발광층 내부에 전계를 형성하기 위해 교류 전원에 연결되는 제5 메탈 라인을 포함하는 EL 지문인식센서의 단위 화소.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=4)은,
    수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인,
    상기 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제3 메탈 라인,
    상기 제3 메탈 라인의 상부에 형성되며, 상기 발광층 내부에 전계를 형성하기 위해 교류 전원에 연결되는 제4 메탈 라인을 포함하는 EL 지문인식센서의 단위 화소.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제n 메탈 라인과 상기 발광층 사이에 개재되며 상기 발광층 내부에 전계를 형성하기 위해 교류 전원에 연결되는 투명 전극층을 더 포함하는 EL 지문인식센서의 단위 화소.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=5)은,
    수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인,
    상기 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 상기 광입사 경로를 형성하는 더미 메탈 라인인 제3 및 제4 메탈 라인,
    상기 제3 및 제4 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제5 메탈 라인을 포함하는 EL 지문인식센서의 단위 화소.
  9. 제8항에 있어서, 상기 광입사 경로 주변에 형성되어 상기 제3 및 제4 메탈 라인을 연결하는 더미 비아를 더 포함하는 EL 지문인식센서의 단위 화소.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=4)은,
    수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인,
    상기 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 상기 광입사 경로를 형성하는 더미 메탈 라인인 제3 라인,
    상기 제3 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제4 메탈 라인을 포함하는 EL 지문인식센서의 단위 화소.
  11. 제7항에 있어서, 상기 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=3)은,
    수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인,
    상기 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제3 메탈 라인을 포함하는 EL 지문인식센서의 단위 화소.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=6)은,
    수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인,
    상기 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 상기 광입사 경로를 형성하는 더미 메탈 라인인 제3 메탈 라인,
    상기 제3 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제4 메탈 라인,
    상기 제4 메탈 라인의 상부에 형성되며, 상기 발광층 내부에 전계를 형성하기 위해 교류 전원에 연결되는 제5 메탈 라인,
    상기 제5 메탈 라인의 상부에 형성되며, 상기 발광층과 접촉하는 제6 메탈 라인을 포함하되,
    상기 제5 메탈 라인과 상기 제6 메탈 라인은 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터의 전극인 EL 지문인식센서의 단위 화소.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=5)은,
    수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인,
    상기 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제3 메탈 라인,
    상기 제3 메탈 라인의 상부에 형성되며, 상기 발광층 내부에 전계를 형성하기 위해 교류 전원에 연결되는 제4 메탈 라인,
    상기 제4 메탈 라인의 상부에 형성되며, 상기 발광층과 접촉하는 제5 메탈 라인을 포함하되,
    상기 제4 메탈 라인과 상기 제5 메탈 라인은 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터의 전극인 EL 지문인식센서의 단위 화소.
  14. 제1항에 있어서, 상기 수광부는 포토 다이오드인 EL 지문인식센서의 단위 화소.
  15. 제1항에 있어서, 상기 수광부는 플로팅 게이트 구조의 트랜지스터형 수광부인 EL 지문인식센서의 단위 화소.
  16. 제1항에 있어서, 상기 발광층은,
    상기 제n 메탈 라인의 상부에 형성되며, 상기 광입사 경로에 대응하는 위치에 관통홀이 형성되는 화소 보호층; 및
    상기 제n 메탈 라인에 접촉하도록 상기 관통홀 내부를 발광 물질로 충진하여 형성되는 발광체를 포함하는 EL 지문인식센서의 단위 화소.
  17. 제16항에 있어서, 상기 발광체와 상기 접촉 전극 사이에 개재되는 유전체층을 더 포함하는 EL 지문인식센서의 단위 화소.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=6)은,
    수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인,
    상기 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 상기 광입사 경로를 형성하는 더미 메탈 라인인 제3 및 제4 메탈 라인,
    상기 제3 및 제4 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제5 메탈 라인,
    상기 제5 메탈 라인의 상부에 형성되며, 상기 발광체 내부에 전계를 형성하기 위해 교류 전원에 연결되는 제6 메탈 라인을 포함하는 EL 지문인식센서의 단위 화소.
  19. 제18항에 있어서, 상기 더미 메탈 라인은 상기 광입사 경로를 정의하는 개구가 형성된 평판 형태인 EL 지문인식센서의 단위 화소.
  20. 제17항에 있어서, 상기 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=5)은,
    수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인,
    상기 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 상기 광입사 경로를 형성하는 더미 메탈 라인인 제3 메탈 라인,
    상기 제3 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제4 메탈 라인,
    상기 제4 메탈 라인의 상부에 형성되며, 상기 발광체 내부에 전계를 형성하기 위해 교류 전원에 연결되는 제5 메탈 라인을 포함하는 EL 지문인식센서의 단위 화소.
  21. 제20항에 있어서, 상기 더미 메탈 라인은 나머지 메탈 라인보다 두껍게 형성되는 EL 지문인식센서의 단위 화소.
  22. 제17항에 있어서, 상기 제1 내지 제n 메탈 라인(여기서, n=4)은,
    수광부 제어 신호 및 입사광 검출 신호를 전달하는 전기 배선을 형성하기 위한 제1 및 제2 메탈 라인,
    상기 제1 및 제2 메탈 라인의 상부에 형성되며, 전계를 차단하는 제3 메탈 라인,
    상기 제3 메탈 라인의 상부에 형성되며, 상기 발광체 내부에 전계를 형성하기 위해 교류 전원에 연결되는 제4 메탈 라인을 포함하는 EL 지문인식센서의 단위 화소.
  23. 제1항의 단위 화소가 배열되어 형성되는 제1 영역; 및
    상기 제1 화소 영역의 외곽에 배치되며, 접지에 연결되는 제2 영역을 포함하는 EL 지문인식센서.
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