KR20000055884A - 박막트랜지스터형 광 감지센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 TFT형 광 감지소자에 관한 것으로, 광 전류를 생성하는 센서-TFT와 광전류를 전하의 형태로 저장하는 충전영역과, 충전영역의 전하를 구동회로의제어신호에 따라 선택적으로 방출하는 스위치-TFT를 포함하고, 상기 센서-TFT와 스위치-TFT의 구성요소가 동일층에 형성되는 광 감지소자에 있어서, 상기 스위치-TFT의 스위치 반도체층을 폴리실리콘으로 형성하고, 상기 센서-TFT의 반도체층을 비정질실리콘으로 형성함으로써 상기 폴리실리콘으로 형성된 스위치 반도체층으로 인해더욱 빠른 스위치 동작특성을 갖는 TFT형 광 감지소자를 제작할 수 있고, 또한 폴리실리콘층으로 형성된 스위치 반도체층은 빛에 영향을 받지 않음으로 차광막을 형성하는 단계를 거치지 않는 공정상의 단순화를 꾀하여 제품의 수율을 높일 수 있다.
Description
본 발명은 피사체에 반사된 광을 받아들이고, 광전변환에 의해 이미지 정보를 전기적인 신호인 광전류로 변환시키는 박막트랜지스터(Thin film transistor :이하"TFT"라 칭함)형 광 감지소자(optical detecting device)에 관한 것으로, 더욱상세히 설명하면 센서부(감광영역)와, 충전부와, 스위칭부로 구성되어 있고, 상기센서부와 스위치부를 TFT로 이용하는 TFT형 광 감지센서에 관한 것이다.
TFT형 광 감지센서에서, 센서-TFT는 빛을 받아 광전류(Photo current)를 생성하는 기능을 하며, 충전부는 상기 센서-TFT에서 생성된 전류를 전하의 형태로 저장하는 곳이며, 스위치-TFT는 외부 구동회로의 신호에 따라 상기 충전부의 전하를스위칭하여 선택적으로 방출하는 기능을 한다.
따라서, 광감지센서에 사용되는 센서-TFT는 오프-커런트(off-current)가 작고 대신에 포토-커런트(Photo-current : 이하 '광전류'라 칭함)가 커야하며, 상기스위치-TFT는 센서-TFT와는 달리 빠른 스위칭동작 특성을 위해 광전류는 낮고 온-커런트(On-current)가 높아야 한다.
왜냐하면, 상기 스위치 박막트랜지스터에서 광전류는 온-커런트에 대해 노이즈로 작용하며 온-커런트를 낮추는 원인이되어 스위치 박막트랜지스터의 동작특성을 저하하기 때문이다.
따라서, 상기 센서-TFT는 많은 광전류를 확보하기 위해 센서 반도체층의 물질을 선택할 경우, 빛에 민감하고 광전변환을 활발하게 일으키는, 즉 광감도가 좋은 물질을 사용해야 하며, 반대로 스위치-TFT는 고속(Higher speed)으로 박막트랜지스터를 제어하는 구동회로소자(Drive circuitry)와 연결되어 구동회로소자의 동작과 연동하여 동작해야하기 때문에 전자(전류)의 흐름인 이동도(Mobility)가 빨라야 한다.
그런데, 이러한 각각의 독특한 기능을 갖는 스위치-TFT와 센서-TFT를 동시에형성할 경우 공정상의 편리함과 비용절감을 위해 일반적으로 스위치 반도체층과 센서 반도체층은 동일물질을 사용한다.
이러한 물질로, 일반적으로 수소를 포함한 비정질실리콘을 사용하게 되는데이 물질은 빛에 민감하지만 소정의 수단에 의해 빛을 차폐하면 아무런 반응을 보이지 않는 반면, 빛에 노출되면 빛에 의해 반도체층의 표면에서 수소와 실리콘의 결합이 끊어져 전자-정공 쌍이 생성되는 광전변환을 일으켜 광전류를 유발하게 된다.
따라서, 상기 수소를 포함한 비정질실리콘을 스위치-TFT의 스위치 반도체층으로 사용할 경우, 상기 스위치 반도체층의 상부에 스위치 반도체층에 입사되는 빛을 차폐할 수 있는 소정의 방법을 사용하여야 한다.
더욱 상세히 설명하면, 종래의 기술에 따른 TFT형 광 감지센서는 스위치 게이트전극, 스위치 소스전극 및 스위치 드레인전극, 스위치 반도체층, 차광막을 포함하는 스위치-TFT와 제 1 스토리지전극, 제 2 스토리지전극을 포함하는 충전영역과 센서 게이트전극, 센서 소스전극, 센서 드레인전극 센서 반도체층을 포함하는 센서-TFT로 구성되어 있으며, 이러한 구성을 갖는 종래의 TFT형 광 감지소자의 제조 방법을 도 1a 내지 도 1e를 참조하여 설명한다.
도 1a에 도시한 바와 같이 기판 위에 빛을 받는 스위치-TFT영역(A), 충전영역(B), 센서-TFT영역(C)을 정의하고, 기판(31)위에 도전성 금속을 증착하고 패터닝하여, 각각 소정거리를 두고 상기 스위치-TFT영역(A)에 스위치 게이트전극(33), 상기 충전영역(B)에 제 1 스토리지전극(35), 상기 감광영역(C)에 센서 게이트전극(37)을 형성한다.
상기 스위치 게이트전극(33)과, 제 1 스토리지 전극(35)과, 센서게이트전극(37)위에 알루미늄산화막(Al2OX), 실리콘산화막(SiOX) 산화주석(SnO2),탄탈산화막(TaOX)등의 절연물질 중 하나를 증착하여 제 1 절연층(39)을 형성한다.
도 1b에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 절연층(39)위에 수소를 포함한 비정질실리콘을 증착한 후, 연속으로 n+ 또는 p+의 비정질 실리콘을 증착한다.
상기 두개의 층은 함께 아일랜드 형태로 패터닝되어, 상기 스위치 게이트전극(33)의 상부에서는 스위치 반도체층(41)과 옴익콘택층(45)을, 상기 센서 게이트전극(37)의 상부에서는 센서 반도체층(43)과 옴익콘택층(47)을 형성한다.
도 1c에 도시한 바와 같이, 상기 스위치 반도체층(41)위에 소정간격 대응되고, 옴익콘택층(45a)(45b)과 각각 평면적으로 겹쳐지도록 스위치 소스전극(49a)과스위치 드레인전극(49b)을 형성하고, 제 1 스토리지전극(35)의 상부에 전면에 걸쳐제 2 스토리지 전극(51)을 형성하고, 상기 센서 반도체층(43)의 상부에 서로 소정간격 대응되고 옴익콘택층(47a)(47b)과 평면적으로 겹쳐지도록 센서 소스전극(53a)및 센서 드레인전극(53b)을 형성한다.
상기 제 1 스토리지전극(35)은 상기 스위치 드레인전극(49b)과 상기 센서 소스전극(53a)과 연결하여 형성한다.
상기 스위치 소스전극(49a)및 스위치 드레인전극(49b)과 이들 전극사이에 소정간격 노출된 스위치 반도체층(41)과, 제 2 스토리지전극(51)과, 상기 센서 소스전극(53a)및 센서 드레인전극(53b)과 이들 전극사이에 노출된 센서 반도체층(43)위에 폴리이미드, 아크릴등의 투명 유기절연물질을 증착하여 제 2 절연층(55)을 형성한다.
도 1d에 도시한 바와 같이 상기 제 2 절연층(55)위에 금속을 증착하고 패터닝하여, 상기 스위치 반도체층(41)의 상부에 차광막(57)을 형성한다.
연속으로 상기 차광막 위에 투명절연성 물질로 보호층(59)을 형성한다.
전술한 바와 같이, 종래의 TFT형 광 감지소자는 상기 스위치-TFT와 센서-TFT의 반도체층을 동일한 물질인 빛에 민감한 수소를 포함한 비정질실리콘을 증착하여형성하였기 때문에, 상기 스위치-TFT의 상부에 차광막을 형성하여, 스위치 반도체층을 빛으로부터 차폐시켜 상기 스위치-TFT와 센서-TFT의 각 기능에 맞는 동작을 하도록 형성하고 있다.
그러나 전술한 바와 같은 종래의 TFT형 광 감지소자의 제조방법은 비정질실리콘으로 형성한 스위치 반도체층을 빛으로부터 차폐하기 위해 차광막을 형성하는단계를 거침으로써, 공정의 복잡함과 더불어 비정질실리콘의 낮은 동작특성 때문에빠른 동작을 요구하는 주변의 구동회로와 대응하여 동작하는데 어려움이 있다.
따라서, 본 발명은 동일층에 센서 반도체층과 스위치 반도체층을 형성하는데있어서, 상기 스위치 반도체층을 빛에 민감하지 않고 전도도가 높은 물질로 대체함으로써 상기 차광막을 사용하지 않고도 각각의 기능을 효율적으로 나타낼 수 있는센서 박막트랜지스터형 광 감지센서를 제조하여, 소자의 개선된 동작특성과 공정상의 단순함을 꾀하는데 그 목적이 있다.
도 1a 내지 도 1e는 종래의 박막트랜지스터형 광 감지소자를 도시한 단면도이고,
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 박막트랜지스터형 광 감지소자를 도시한단면도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 간단한 설명〉
413 : 스위치 게이트전극 415 : 제 1 스토리지전극
417 : 센서 게이트전극 421a : 스위치 반도체층
421b: 센서 반도체층 425a : 스위치 소스전극
425b : 스위치 드레인전극 425c : 센서 소스전극
425d : 센서 드레인전극
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 특징에 따른 TFT형 광감지 소자는 센서 게이트전극, 센서 소스전극, 수소를 포함한 비정질실리콘으로 형성된 센서 반도체층을 포함하고 광전류를 생성하는 센서-TFT, 제 1 스토리지전극,유전층, 제 2 스토리지전극을 포함하고 전류를 충전하는 충전부와; 스위치 게이트전극, 스위치 소스전극, 스위치 드레인전극, 상기 센서 반도체층과 동일층에 형성되고 폴리실리콘으로 형성된 스위치 반도체층을 포함하고 제어신호에 따라 전류를선택적으로 방출하는 스위치-TFT를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 스위치 반도체층과 센서 반도체층이 동일층에 형성되는것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 TFT형 광감지센서의 제조방법은 기판 위에 도전성 금속을 증착하고, 이를 패터닝하여 각각 소정거리를 두고 스위치 게이트전극과 제 1스토리지전극과 센서 게이트전극을 형성하는 단계와; 상기 스위치 게이트전극, 제 1 스토리지전극, 센서게이트전극이 형성된 기판 위에 절연물질을 증착하여 제 1 절연층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 절연층 위에 비정질실리콘을 증착하여 반도체층을 형성하고, 연속으로 과잉 도핑된 반도전성 물질을 증착하여 옴익콘택층을 형성하는 단계와; 상기 옴익콘택층이 형성된 반도체층에서 상기 스위치 게이트전극의 상부에 증착된 비정질 실리콘을 부분적으로 결정화하여 폴리실리콘으로 형성하는 단계와; 상기 스위치 게이트전극의 상부가 폴리실리콘화된 반도체층을 패터닝하여 상기 스위치 게이트전극 위에는 폴리실리콘의 스위치 반도체층이, 상기 센서 게이트전극 위에는 비정질실리콘의 센서 반도체층이 각각 아일랜드 형태로 형성되도록하는 단계와; 반도체층과 옴익콘택층을 패터닝하여 상기 스위치 게이트전극 상부의 폴리실리콘화된 반도체층에 소정간격 대응되는 스위치 소스전극과 스위치 드레인전극을 형성하고, 상기 센서 게이트전극 상부의 비정질실리콘인 반도체층 위에 소정간격 대응되는 센서 소스전극과 센서 드레인전극을 형성하고, 상기 제 1 스토리지 절연층 상부에 상기 스위치 드레인전극과 센서 소스전극과 연결되는 제 2 스토리지 전극을 형성하는 단계와; 상기 스위치 소스전극 및 드레인전극과 이들 전극사이에 노출되고 폴리실리콘으로 형성된 스위치 반도체층과, 상기 제 2 스토리지전극과, 상기 센서 소스/드레인전극과 이들 전극사이에 노출된 비정질 실리콘인 센서반도체층 위에 투명 절연성물질을 증착하여 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 비정질 실리콘을 폴리실리콘으로 결정화하는 방법은 엑시머레이저, 아르곤레이저, 이온빔 방법중 하나인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하도록 한다.
-- 실시 예--
본 발명에 따른 TFT형 광 감지센서는 센서-TFT의 센서 반도체층과 스위치-TFT의 스위치 반도체층을 동시에 형성하되 스위치 반도체층을 부분적으로 폴리실리콘으로 형성하고, 센서-TFT는 비정질실리콘으로 형성하였다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시 예에 따른 TFT형 광 감지소자의 제조공정을 나타낸 단면도로서, 도 2a 내지 도 2b에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 TFT형 광 감지소자를 구성하기 위한 스위치-TFT 영역(I), 충전영역(J), 센서-TFT 영역(K), 윈도우영역(미도시)을 정의 한 후, 각각 소정의 거리를 두고 스위치 게이트전극(413), 제 1 스토리지전극(415), 센서 게이트전극(417)을 동시에 형성하고, 연속으로 산화알루미늄(AlOx), 실리콘산화막(SiOx), 산화주석(SnO2)등의 절연물질중 하나를 증착하여 제 1 절연층(419)을 형성한다.
상기 제 1 절연층(419)을 형성한 후, 제 1 절연층 위의 전면에 걸쳐 수소를함유한 비정질실리콘을 증착하여 반도체층(421)을 형성하고, 연속으로 반도체층(421)위에 n+비정질 실리콘과 p+비정질실리콘중 하나를 선택하고 증착하여옴익콘택층(423)을 형성한다.
도 2c에 도시한 바와 같이, 상기 옴익콘택층(423)을 형성한 비정질실리콘층(421)중 상기 스위치 게이트전극(413) 상부의 비정질실리콘층(421)을 엑시머레이저, 아르곤레이저, 이온빔방법 중 하나를 선택하여 부분적으로 폴리실리콘으로 결정화 한다.
이때, 일반적으로 상기 스위치 게이트전극(413) 상부의 반도체층(421a)을 폴리실리콘으로 결정화 하기 위해 탈 수소화 과정을 거쳐야 하며, 본 실시 예에서는상기 센서 게이트전극(417)의 상부에 형성될 센서 반도체층을 고려하여, 전체적으로 탈수소화 과정을 거치지 않고, 상기 레이저를 이용하여 레이저빔의 에너지 밀도를 소정의 수치로 낮추어 먼저 상기 스위치 반도체층의 비정질실리콘만을 부분적으로 탈 수소화 시키고, 연속으로 상기 레이저빔의 에너지 밀도를 소정의 수치로 높여 상기 부분적으로 탈 수소화된 비정질실리콘을 폴리실리콘으로 결정화한다.
도 2d에 도시한 바와 같이, 상기 스위치 게이트전극(413)의 상부가 부분적으로 폴리실리콘화된 비정질실리콘층을 패터닝하여 상기 스위치 게이트전극(413)의상부에는 폴리실리콘으로 형성된 스위치 반도체층(421a)을, 상기 센서 게이트전극(417)의 상부에는 비정질실리콘으로 형성된 센서 반도체층(421b)을 아일랜드형태로 형성한다.
도 2e에 도시한 바와 같이, 상기 스위치 반도체층(421a)과 센서 반도체층(421b)이 아일랜드 형태로 형성된 절연층(419)위에 상기 스위치 반도체층(421a)의 상부에 서로 소정간격 대응되고 옴익콘택층(423a)(423b)과 평면적으로 겹쳐지는 스위치 소스전극(425a) 및 드레인전극(425b)을 형성하고, 제 1스토리지전극(415)의 상부의 전면에 걸쳐 제 2 스토리지전극(427)을 형성하고, 상기 센서 반도체층(421b)의 상부에 서로 소정간격 대응되고 옴익콘택층(423c)(423d)과 평면적으로 겹쳐지는 센서 소스전극(425c)과 센서 드레인전극(425d)을 형성한다.
상기 제 1 스토리지전극(415)은 상기 스위치 드레인전극(425b)과 상기 센서소스전극(425c)과 연결하여 형성한다.
이어서, 상기 스위치 소스전극(425a), 스위치 드레인전극(425b), 제 2 스토리지전극(427), 센서 소스전극(425c)및 센서 드레인전극(425d)위에 폴리이미드나아크릴과 같은 투명 유기절연물질을 증착하여 보호층(431)을 형성한다.
상기 스위치-TFT(I)의 스위치 반도체층(421a)은 상기 충전영역(J)에 형성된캐패시터에 전하의 형태로 저장된 전류를 구동회로의 제어신호에 의해 외부로 방출하는 스위치 역할을 한다.
따라서, 상기 스위치소자인 스위치-TFT가 빠르게 동작하는 외부의 구동IC와연동하여 동작하려면 상기 스위치 반도체층(421a)에 흐르는 전자의 전도특성이 좋아야 한다.
이러한 관점에서, 전술한 바와 같이 본 실시 예에서는 상기 스위치-TFT의 스위치 반도체층(421a)을 폴리실리콘으로 형성하고 있다.
따라서, 폴리실리콘으로 제조되는 TFT는 광감지소자의 스위치소자로서 비정질실리콘보다 100∼200배 이상의 빠른 응답속도를 가지게 된다.
전술한 바와같이, 비정질 실리콘으로 형성된 센서 반도체층과 동일층에 스위치-TFT의 스위치 반도체층을 폴리실리콘으로 형성함으로써 TFT형 광 감지소자의 빠른 동작특성을 기대할 수 있다.
전술한 바와 같이 폴리실리콘으로 반도체층을 형성한 스위치-TFT를 스위치소자로 사용하는 박막트랜지스터형 광 감지소자는 빠른 동작특성을 보일 뿐 아니라,기존의 비정질 실리콘을 반도체층으로 사용하였을 때 반드시 형성해야 했던 차광막을 형성할 필요가 없기 때문에 공정의 단순화를 꾀할 수 있어 제품의 수율을 높이는 효과를 기대할 수 있다.
Claims (4)
- 센서 게이트전극, 센서 소스전극, 센서 드레인전극, 수소를 포함한 비정질실리콘으로 형성된 센서 반도체층을 포함하고 광전류를 생성하는 센서박막트랜지스터;제 1 스토리지전극, 유전층, 제 2 스토리지전극을 포함하고 전류를 충전하는충전부와;스위치 게이트전극, 스위치 소스전극, 스위치 드레인전극, 상기 센서 반도체층과 동일층에 형성되고 폴리실리콘으로 형성된 스위치 반도체층을 포함하고 제어신호에 따라 전류를 선택적으로 방출하는 스위치 박막트랜지스터를 포함하는 박막트랜지스터형 광 감지소자.
- 제1항에 있어서,상기 폴리실리콘인 스위치 반도체층과 상기 아몰퍼스실리콘인 센서 반도체층이 동일층에 형성되는 박막트랜지스터형 광 감지소자.
- 기판 위에 도전성 금속을 증착하고, 이를 패터닝하여 각각 소정거리를 두고스위치 게이트전극과 제 1 스토리지전극과 센서 게이트전극을 형성하는 단계와;상기 스위치 게이트전극, 제 1 스토리지전극, 센서게이트전극이 형성된 기판위에 절연물질을 증착하여 제 1 절연층을 형성하는 단계와;상기 제 1 절연층 위에 비정질실리콘을 증착하여 반도체층을 형성하고, 연 속으로 과잉 도핑된 반도전성 물질을 증착하여 옴익콘택층을 형성하는 단계와;상기 옴익콘택층이 형성된 반도체층에서 상기 스위치 게이트전극의 상부에 증착된 비정질 실리콘을 부분적으로 결정화하여 폴리실리콘으로 형성하는 단계와;상기 스위치 게이트전극의 상부가 폴리실리콘화된 반도체층을 패터닝하여 상기 스위치 게이트전극 위에는 폴리실리콘인 스위치 반도체층이, 상기 센서 게이트전극 위에는 비정질실리콘인 센서 반도체층이 각각 아일랜드 형태로 형성되도록 하는 단계와;상기 반도체층과 옴익콘택층을 패터닝하여 상기 스위치 게이트전극 상부의 폴리실리콘화된 반도체층에 소정간격 대응되는 스위치 소스전극과 스위치 드레인전극을 형성하고, 상기 센서 게이트전극 상부의 비정질실리콘인 반도체층 위에 소정간격 대응되는 센서 소스전극과 센서 드레인전극을 형성하고, 상기 제 1 스토리지절연층 상부에 상기 스위치 드레인전극과 센서 소스전극과 연결되는 제 2 스토리지전극을 형성하는 단계와;상기 스위치 소스전극 및 드레인전극과 이들 전극사이에 노출되고 폴리실리콘으로 형성된 스위치 반도체층과, 상기 제 2 스토리지전극과, 상기 센서 소스/드레인전극과 이들 전극사이에 노출된 비정질 실리콘인 센서반도체층 위에 투명 절연성물질을 증착하여 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 박막트랜지스터형 광 감지소자 제조방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 비정질 실리콘을 폴리실리콘으로 결정화하는 방법은 엑시머레이저, 아르곤레이저, 이온빔 방법중 하나인 박막트랜지스터형 광 감지소자 제조방법.
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