KR100852516B1 - 엑스레이 디텍터의 제조방법 - Google Patents

엑스레이 디텍터의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엑스레이 디텍터의 제조방법에 관한 것으로, 투명성 절연기판상에 게이트를 형성하는 단계; 상기 게이트가 형성된 기판상에 게이트 절연막과 채널층 패턴과 에치스톱퍼를 형성하는 단계; 상기 에치스톱퍼를 포함한 상기 채널층 패턴상에 오옴접촉층을 형성하는 단계; 상기 오옴접촉층상에 소오스/드레인을 형성함과 동시에 상기 게이트 절연막 일정부분상에 접지배선을 형성하는 단계; 상기 기판 전체 구조상에 제1보호막을 형성한 다음, 상기 제1보호막을 선택적으로 제거하여 제1콘택홀 및 제2콘택홀을 형성하는 단계; 상기 제1보호막상에 제1투명전극을 형성하되, 상기 제1투명전극은 상기 제1콘택홀에 의해 상기 드레인에 콘택되는 드레인보조전극과, 상기 제2콘택홀에 의해 접지배선과 콘택되는 캐패시터전극과, 상기 소오스/드레인이 형성된 상기 채널층 패턴 상부에 형성되는 기저전극으로 형성되는 단계; 상기 제1투명전극이 형성된 제1보호막 상면에 제2보호막을 형성한 다음, 상기 제2보호막을 선택적으로 제거하여 제3콘택홀을 형성하는 단계; 상기 제2보호막 상면에 제2투명전극을 형성하는 단계;를 포함하며, 채널 영역 상부를 접지배선과 연결된 제1투명전극으로 연결하여 항상 기저(ground) 상태를 유지하게 할 수 있으므로 화소전극(제2투명전극)에 모이는 전하에 의해 형성되는 스토리지 캐패시터의 전위에 영향을 받지 않으므로 누설전류를 감소시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Description

엑스레이 디텍터의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING X-RAY DETECTOR}
도 1은 종래 기술에 따른 엑스레이 디텍터의 제조방법을 설명하기 위한 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 엑스레이 디텍터의 제조방법에 있어서, CCE 전압 변화에 따른 TFT 특성변화를 도시한 그래프.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 엑스레이 디텍터의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
200; 투명성 절연기판 202; 게이트
204; 게이트 절연막 206; 비정질 실리콘층
206a; 채널층 208; 에치 스톱퍼
210; 오옴접촉층 212a,212b; 소오스/드레인
213; 접지배선 214; 제1보호막
216a; 제1콘택홀 216b; 제2콘택홀
218; 제1투명전극 220; 제2보호막
222; 제3콘택홀 224; 제2투명전극
본 발명은 엑스레이 디텍터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 누설전류를 감소시키고 공정을 단순화시킬 수 있는 엑스레이 디텍터의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 의료용으로 광범위하게 사용되고 있는 필름 인화 방식의 엑스레이(이하,X-ray) 촬영법은 필름 촬영후 인화 과정을 거쳐야 하기 때문에 일정시간이 흐른 후 그 결과물을 인지할 수 있다는 단점이 존재하였으며, 촬영후 필름의 보관 및 보존에 있어서 많은 문제점이 있었다.
종래에는 이러한 단점을 보완하기 위하여 박막트랜지스터 어레이를 이용한 디지털 X-ray 디텍터(DXD: Digital X-ray Detector)가 연구 개발되었다.
종래 기술에 따른 디지털 X-ray 디텍터의 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 절연기판(1), 외부에서 인가되는 X-ray에 의해서 발생된 전하(charge)를 충전할 수 있는 캐패시터(3), 캐패시터에 충전된 전하를 외부의 리드아웃(read out) 집적회로(미도시)로 보내기 위한 박막트랜지스터(5:Thin Film Transistor,이하 TFT), X-ray를 캐패시터(3)에 충전시킬 수 있는 전하로 변환시키는 광변환부(7), 광변환부(7)에서 발생한 전하를 모을 수 있는 전하채집전극(9:Chage Collecting Electrode, 이하 CCE), 광변환부(7)에서 발생한 전하를 캐패시터(3)로 이동시키기 위하여 전압을 인가하는 고압직류장치(11), 고압직류장치(11)로부터 고압이 인가되는 도전전극(15), 및 보호막(13)을 형성하였다.
종래 기술에 따른 디지털 X-ray 디텍터의 제조방법으로 제조된 X-ray 디텍터는 다음과 같이 동작한다.
먼저, X-ray 신호가 외부에서 인가되면 광변환부에서 전자-정공쌍이 형성된다. 이렇게 형성된 전자-정공쌍은 고압직류장치에 의해서 각각의 방향으로 분리되어, CCE를 통해 캐패시터에 저장된다. 캐패시터에 저장된 전하는 TFT에 의해 집적회로부로 이동되고, 집적회로부에서는 전달된 전하를 영상신호로 변환시켜 X-ray 촬영 결과를 표시하게 되는 것이다.
이와 같이 X-ray 디텍터는 TFT를 스위칭 소자로 이용하여 X-ray 촬영후 바로 그 결과물을 확인할 수 있으며, 디스털 신호로 결과물이 출력되기 때문에 보관이 용이하며 반영구적으로도 보존할 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 X-ray 디텍터의 제조방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있다.
종래 기술에 있어서는, CCE를 사용하여 광변환부에서 발생하는 전하를 채집하는데 CCE가 형성되지 못한 부분의 광변환부에서 발생하는 전하들이 CCE를 통하여 외부 집적회로로 이동되지 못하여 광변환부내에 포획(trap)된다.
이렇게 포획된 전하는 지속적인 X-ray 촬영에 따라 점점 증가하여 TFT부 배면에 쌓여 TFT의 오프 전류(Ioff: off curent)를 증가시켜 결과적으로 화상처리에 악영향을 미친다는 문제점이 있었다.
따라서, 이를 방지하기 위해서 CCE를 TFT 상부까지 확장시켜 TFT 상부에 존 재하는 전하들까지 외부의 집적회로로 빠져 나갈 수 있게 하는 이른바 머쉬룸(mush room; 미합중국특허 제5,498,880호) 구조가 제안된 바 있었다.
그러나, 이러한 머쉬룸 구조는 지속적인 전하 포획(charge trapping)은 방지할 수 있었으나, CCE에 연결된 머쉬룸과 TFT 사이에 기생캐패시터(parasitic capacitor) 용량이 커지고, TFT가 오프 상태일지라도 누설전류를 증대시키며, 스위칭 동작을 열화시키는 문제점이 있었다.
실제로 엑스레이 구동시 CCE 차아지(charge)에 의해 TFT 상부에 걸리는 전압은 대략 ±10V 수준으로 예측되며, 도 2는 이에 의한 TFT 특성의 영향을 실측한 데이터를 그래프로 표현한 것이다.
최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위해 CCE와 TFT의 백채널(back channel) 사이에 보호막(passivation layer)을 두껍게 형성하는 구조가 대한민국 특허출원 제10-1999-0011516호에 의해 제안된 바 있었다.
그러나, 이러한 구조에 있어서는 유전막으로 BCB (Benzocyclobutene), 아크릴 또는 폴리이미드와 같은 저유전상수 물질 등을 사용하여야 하는 등 제조공정에 많은 변화가 수반되어야 하는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 1차 투명전극을 TFT 채널 상부까지 연장하는 구조를 에치스톱퍼(E/S)형 TFT에 적용하여 누설전류를 감소시킬 수 있는 엑스레이 디텍터의 제조방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 엑스레이 디텍터의 제조방법은, 투명성 절연기판상에 게이트를 형성하는 단계; 상기 게이트가 형성된 기판상에 게이트 절연막을 형성한 다음, 상기 게이트 절연막의 일정부분상에 채널층 패턴과 에치스톱퍼를 형성하는 단계; 상기 에치스톱퍼를 포함한 상기 채널층 패턴상에 오옴접촉층을 형성하는 단계; 상기 오옴접촉층상에 소오스/드레인을 형성함과 동시에 상기 게이트 절연막 일정부분상에 접지배선을 형성하는 단계; 상기 기판 전체 구조상에 제1보호막을 형성한 다음, 상기 소오스/드레인 일부 및 상기 접지배선이 노출되도록 상기 제1보호막을 선택적으로 제거하여 제1콘택홀 및 제2콘택홀을 형성하는 단계; 상기 제1보호막상에 제1투명전극을 형성하되, 상기 제1투명전극은 상기 제1콘택홀에 의해 상기 드레인에 콘택되는 드레인보조전극과, 상기 제2콘택홀에 의해 접지배선과 콘택되는 캐패시터전극과, 상기 소오스/드레인이 형성된 상기 채널층 패턴 상부에 형성되는 기저전극으로 형성되는 단계; 상기 제1투명전극이 형성된 제1보호막 상면에 제2보호막을 형성한 다음, 상기 제2보호막을 선택적으로 제거하여 상기 드레인보조전극의 일부가 노출되도록 제3콘택홀을 형성하는 단계; 상기 제2보호막 상면에서 상기 제3콘택홀에 의해 상기 드레인보조전극과 콘택되는 제2투명전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 엑스레이 디텍터의 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 엑스레이 디텍터의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.
본 발명에 따른 엑스레이 디텍터의 제조방법은, 도 3a에 도시된 바와 같이, 먼저 유리(Glass)와 같은 투명성 절연기판(200)을 준비한 다음, 상기 절연기판(200) 상면에 전기전도성이 좋은 금속, 예들 들면, 알루미늄이나 알루미늄합금 등으로 게이트(202)를 형성한다.
이어서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트(202)를 포함한 상기 절연기판(200) 상면에 SiNx 또는 SiON 등으로 게이트 절연막(204)을 증착하고 계속하여 비정질 실리콘층(206;a-Si)을 증착한다. 그다음, 상기 비정질 실리콘층(206)상에는 후속하는 소오스/드레인(214a)(214b) 형성 공정시 후술하는 채널층(206a)의 손상을 방지하는 에치스톱퍼(208:Etch Stopper)를 형성한다. 이때, 상기 비정질 실리콘층(206)은 후속공정에서 패터닝되어 채널층(206a)으로 형성될 박막이다.
이어서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 에치스톱퍼(208)를 포함한 상기 비정질 실리콘층(206) 상면에 불순물로 도핑된 비정질 실리콘(doped a-Si)층 패턴으로 오옴접촉층(210)을 형성한다.
그다음, 도 3d에 도시된 바와 같이, 전기전도성이 우수한 금속, 예들 들면, 알루미늄(Al)이나 AlNd와 같은 알루미늄합금, 또는 Mo/Al/Mo 등으로 상기 오옴접촉층(210)상에 데이터 라인(212)의 일부인 소오스/드레인(212a)(212b)을 형성하고, 상기 게이트 절연막(204)의 일정한 부분상에는 접지배선(213)을 형성한다. 이후에 상기 소오스/드레인(212a)(212b) 및 접지배선(213)을 포함한 상기 기판(200) 전면상에 제1보호막(214)을 형성한다. 이때, 상기 제1보호막(214)을 선택적으로 제거하여 상기 소오스/드레인(212a)(212b)의 일부 표면이 노출되는 제1콘택홀(216a)과 상기 접지배선(213) 표면이 노출되는 제2콘택홀(216b)을 형성하도록 한다.
이어서, 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 제1보호막(214) 상부에는 ITO 또는 IZO로써 제1투명전극(218)을 형성하는데, 상기 제1투명전극(218)을 상기 소오스/드레인(212a)(212b) 상부에 형성된 제1보호막(214) 상부에까지 형성한다. 한편, 상기 제1투명전극(218)은 상기 제1콘택홀(216a)에 의하여 상기 소오스/드레인 (212a)(212b)과 콘택하며, 또한 상기 제2콘택홀(216b)에 의하여 상기 접지배선(213)과 콘택하도록 한다.
다시 말해, 제1투명전극(218)은 상기 제1콘택홀(216a)에 의해 상기 소오스/드레인(212a)(212b)과 콘택하는 드레인보조전극(218a)와, 상기 제2콘택홀(216b)에 의하여 상기 접지배선(213)과 콘택하는 캐패시터전극(218b)과, 상기 소오스/드레인(212a)(212b) 상부에 형성된 제1보호막(214) 상부에 형성되는 기저전극(218c)으로 형성된다.
특히, 도 3e를 참조하면, 상기 기저전극(218c)은 상기 소오스/드레인(212a)(212b)이 형성된 상기 채널층(206a) 상부의 제1보호막(214) 상에 형성되는 것으로, 통상의 박막트랜지스터 상부에 형성됨을 알 수 있다.
그 다음, 도 3f에 도시된 바와 같이, 상기 제1투명전극(218)이 형성된 상기 제1보호막(214) 전면상에 유전체로써 제2보호막(220)을 형성한다. 이때, 상기 제1콘택홀(216a)에 의해 상기 소오스/드레인(212a)(212b)과 콘택하는 제1투명전극(218) 일부가 노출되도록 상기 제2보호막(220)을 선택적으로 제거하여 제3콘택홀(222)을 형성한다.
여기서 제3콘택홀(222)은 상기 드레인보조전극(218a)의 일부가 노출되도록 형성된다.
이어서, 도 3g에 도시된 바와 같이, 상기 제3콘택홀(222) 내부를 포함한 상기 제2보호막(220)상에 화소전극인 제2투명전극(224)을 형성한다.
그러면, 제2투명전극(224)은 제3콘택홀(222)에 의해 상기 드레인보조전극(218a)과 콘택하고, 상기 기저전극(218c)의 상부에까지 형성된다.
이후, 도면에는 도시하지 않았지만, 셀레늄(Se)같은 감광성 물질을 도포하여 광변환부를 형성하고, 상기 광변환부 상면에 엑스레이 광이 투과될 수 있도록 투명한 도전전극을 형성한다. 계속하여 예정된 후속공정을 진행하여 엑스레이 디텍터를 완성한다.
상기와 같은 공정단계로 형성된 엑스레이 디텍터는, 박막트랜지스터의 채널 영역 상부를 접지배선과 연결된 제1투명전극으로 연장하여 항상 기저(ground) 상태를 유지하게 함에 따라 화소전극인 제2투명전극에 모이는 전하에 의해 형성되는 스토리지 캐패시터의 전위에 영향을 받지 않게 된다.
다시 말하면, 캐패시터전극을 연장하여 박막트랜지스터의 채널 영역 상부에 기저전극이 형성됨으로써, 항상 기저(ground) 상태를 유지할 수 있는 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 엑스레이 디텍터에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 채널 영역 상부를 접지배선과 연결된 제1투명전극으로 연결하여 항상 기저(ground) 상태를 유지하게 할 수 있으므로 화소전극(제2투명전극)에 모이는 전하에 의해 형성되는 스토리지 캐패시터의 전위에 영향을 받지 않으므로 누설전류를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 높은 두께의 유기절연막 공정을 추가할 필요없이 기존의 보호막 공정만으로 엑스레이 디텍터에 사용하는 하부 어레이를 제조할 수 있으며, 이러한 연장된 제1투명전극 구조를 에치스톱퍼형의 TFT에 적용함에 따라 기존의 백채널형에 적용한 구조(예를 들면, 머쉬룸 구조)에 비해 채널 상부에 더 두꺼운 보호막을 형성하는 것이 가능하므로 제1투명전극에 의한 TFT 특성변화를 감소시킬 수 있다.

Claims (1)

  1. 투명성 절연기판상에 게이트를 형성하는 단계;
    상기 게이트가 형성된 기판상에 게이트 절연막을 형성한 다음, 상기 게이트 절연막의 일정부분상에 채널층 패턴과 에치스톱퍼를 형성하는 단계;
    상기 에치스톱퍼를 포함한 상기 채널층 패턴상에 오옴접촉층을 형성하는 단계;
    상기 오옴접촉층상에 소오스/드레인을 형성함과 동시에 상기 게이트 절연막 일정부분상에 접지배선을 형성하는 단계;
    상기 기판 전체 구조상에 제1보호막을 형성한 다음, 상기 소오스/드레인 일부 및 상기 접지배선이 노출되도록 상기 제1보호막을 선택적으로 제거하여 제1콘택홀 및 제2콘택홀을 형성하는 단계;
    상기 제1보호막상에 제1투명전극을 형성하되, 상기 제1투명전극은 상기 제1콘택홀에 의해 상기 드레인에 콘택되는 드레인보조전극과, 상기 제2콘택홀에 의해 접지배선과 콘택되는 캐패시터전극과, 상기 소오스/드레인이 형성된 상기 채널층 패턴 상부에 형성되는 기저전극으로 형성되는 단계;
    상기 제1투명전극이 형성된 제1보호막 상면에 제2보호막을 형성한 다음, 상기 제2보호막을 선택적으로 제거하여 상기 드레인보조전극의 일부가 노출되도록 제3콘택홀을 형성하는 단계;
    상기 제2보호막 상면에서 상기 제3콘택홀에 의해 상기 드레인보조전극과 콘택되는 제2투명전극을 형성하는 단계;를 포함하는 엑스레이 디텍터 제조방법.
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