KR100706743B1 - 이미지 센서용 실리콘-게르마늄 포토다이오드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 기반의 소자에 비하여 감도를 향상시키고 소형화에 유리한 이미지 센서용 포토다이오드의 제조 방법 및 그 포토다이오드가 개시된다.
본 발명에 따른 이미지 센서용 포토다이오드는 실리콘 기판 상에 게르마늄의 비율이 0.1~15% 이내로 포함된 실리콘-게르마늄 합금층을 형성하고, 형성된 실리콘 게르마늄 합금층에 포토다이오드 영역이 형성된다.
이 경우 게르마늄의 광 흡수율이 높기 때문에 얇은 실리콘-게르마늄 합금층으로도 실리콘 기반의 이미지 센서에 비하여 우수한 광 감지 특성을 가지므로 실리콘을 사용한 이미지 센서보다 얇은 두께의 실리콘-게르마늄 합금층을 사용하여 충분히 빛을 흡수 할 수 있으며 크기가 작은 이미지 센서를 제조하는 것이 가능하며, 실리콘-게르마늄 내에서의 빠른 전하의 이동으로 고속의 동작이 가능하다.
실리콘-게르마늄 합금, 이미지 센서, 포토 센서
Description
도 1은 본 발명의 이미지 센서용 실리콘-게르마늄 포토다이오드의 개념도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이미지 센서용 실리콘-게르마늄 포토다이오드 회로도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이미지 센서용 실리콘-게르마늄 포토다이오드 회로도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200, 300 : 실리콘 기판
110, 210, 320 : 실리콘-게르마늄 합금층
120, 230 : 포토다이오드 영역
220, 310 : 절연층
240 : 표면 도핑 영역
250, 340 : 게이트
260, 350 : 부유 확산 영역
330 : 실리콘층
본 발명은 이미지 센서용 포토다이오드에 관한 것으로, 더 상세하게는 실리콘(Si) 기반의 포토다이오드에 비하여 감도를 획기적으로 향상시키고 소형화에 유리하며, 고속의 동작이 가능한 이미지 센서용 포토다이오드에 관한 것이다.
이미지 센서는 빛의 강도를 측정하는데 사용되는 소자인데, 일반적으로 이러한 이미지 센서는 다수개의 포토다이오드들로 구성되며, 이러한 포토다이오드는 실리콘을 기반으로 제조되고 있다.
그러나 종래의 실리콘을 기반으로 한 이미지 센서용 포토다이오드는 빛에 대한 감도가 그다지 높지 않으며, 적색 파장 대를 예로 들면 그 투과 깊이가 크다. 이러한 큰 투과 깊이는 포토센서의 영역이 깊어지는 원인이 되어 크로스토크를 발생하게 되는 단점이 있다. 또한 실리콘 반도체의 약한 빛 흡수특성 때문에 충분한 신호를 얻기 위하여 넓은 면적의 포토다이오드를 필요로 하게 되어 소자의 소형화에 장애가 된다는 문제점이 있고, 실리콘 내에서의 낮은 전하의 이동도는 고속의 이미지 센서 동작이 어려운 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 실리콘-게르마늄 합금층을 이용하여 실리콘 기반의 포토다이오드를 사용하는 이미지 센서에 비하여 감도를 향상시키고 작은 크기의 이미지 센서를 제조할 수 있고, 고속의 동작을 할 수 있으며, 실리콘 기반 공정을 그대로 사용하는 이미지 센서용 포토다이오드를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 이미지 센서용 포토다이오드는 실리콘 기판, 상기 실리콘 기판 상에 형성되는 실리콘-게르마늄 합금층 및 상기 실리콘-게르마늄 합금층에 도핑에 의해 형성되는 포토다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 다른 측면의 이미지 센서용 포토다이오드는 실리콘 기판, 상기 실리콘 기판 상에 형성되고 제1종 도핑이 되어 있는 실리콘-게르마늄 합금층, 상기 실리콘-게르마늄 합금층 위에 형성되는 절연층, 상기 실리콘-게르마늄 합금층 내부에 도핑에 의해 형성되고 제2종 도핑이 되어 있는 포토다이오드 및 상기 포토다이오드 위에 형성되고 제1종 도핑이 되어 있는 포토다이오드 매립을 위한 표면 도핑 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 또 다른 측면의 이미지 센서용 포토다이오드는 실리콘 기판, 상기 실리콘 기판 내에 도핑에 의해 포토다이오드 역할을 하도록 형성되는 실리콘-게르마늄 합금층 및 상기 실리콘-게르마늄 합금층 위에 형성되는 실리콘층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 따른 이미지 센서용 실리콘-게르마늄 포토다이오드의 개념도를 도시한 것이다.
실리콘 기판(100) 위에 게르마늄이 0.1~15% 이내로 포함된 특정한 두께의 실리콘- 게르마늄 합금층(110)을 에피 성장하고, 상기 실리콘-게르마늄 합금층(110) 위에 도핑에 의하여 포토다이오드 영역(120)을 형성한다.
상기의 구조가 다이오드 역할을 하기 위하여 상기 실리콘-게르마늄 합금층(110)은 제1종 도핑이 되어 있으며, 상기의 포토다이오드 영역(120)은 제2종 도핑이 되어야 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이미지 센서용 실리콘-게르마늄 포토다이오드 회로를 도시한 것이다.
실리콘 기판(200) 위에 에피 성장된 실리콘-게르마늄 합금층(210)은 제1종 도핑이 되어 있으며, 상기 실리콘-게르마늄 합금층(210) 위에는 절연층(220)이 형성되어 있다. 또한 상기 실리콘-게르마늄 합금층(210) 내부에는 제2종 도핑이 된 포토다이오드 영역(230)이 형성되어 있으며, 상기의 포토다이오드 영역(230)에서 표면으로 빠져 나가거나 표면으로부터 들어오는 전하를 방지하기 위하여 제1종 도핑된 포토다이오드 매립을 위한 표면 도핑 영역(240)이 존재한다.
따라서 포토다이오드 영역(230)에 입사하는 빛에 의하여 발생한 전하는 표면이나 기판의 하부로 향하지 못하고 상기 포토다이오드 영역(230)에 제한되게 된다. 상기 포토다이오드 영역(230)에 제한된 전하를 수송하기 위하여 제2종 도핑 된 부유 확산 영역(260)이 있으며, 전하의 수송을 조절하기 위한 게이트(250)가 예시되어 있다. 상기 게이트(250)에 특정한 전압을 인가하면 상기의 포토다이오드 영역(230)에 갇혀있던 전하는 상기 부유 확산 영역(260)으로 이동하게 된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이미지 센서용 실리콘-게르마늄 포토다이오드 회로를 도시한 것이다.
제1종 도핑된 실리콘 기판(300) 내에 포토다이오드로 사용하고자 하는 영역에 0.1~15% 이내의 게르마늄을 포함하는 실리콘-게르마늄 합금층(320)을 형성하고, 상기 실리콘-게르마늄 합금층(320)을 제2종 도핑하면 상기 실리콘-게르마늄 합금층(320)은 포토다이오드 역할을 한다.
상기 실리콘-게르마늄 합금층(320) 위에 제1종 도핑된 실리콘층(330)을 형성하여 실리콘 표면으로부터 상기 실리콘-게르마늄 합금층(320)으로의 전하의 유출이나 유입을 방지하고 게이트(340)와 부유 확산 영역(350)을 사용하여 상기 도 2에서 설명한 것과 동일한 동작을 거쳐서 전하를 이동시킬 수 있다.
상기 도 1, 도 2, 그리고 도 3에서 표현된 제1종 도핑과 제2종 도핑은 예를 들면, 제1종 도핑이 p 타입의 도핑일 경우에 제2종 도핑은 n 타입의 도핑을 의미한다.
실리콘-게르마늄 합금은 전하의 이동도가 실리콘보다 높은 고속의 소자를 제조하는 방법으로 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 발명은 실리콘-게르마늄 합금의 이러한 고속 응답 특성과 게르마늄의 우수한 광 감도 특성을 사용하고, 실리콘 기판을 그대로 사용함으로써 기존의 실리콘 기반의 공정을 그대로 사용하는 방법에 관한 것이다.
실리콘층 위의 게르마늄 층의 결정 성장은 정상적인 상태에서 약 10개의 단원자층 이상의 두께에서 평면 성장하지 않음이 잘 알려져 있다. 또한 실리콘-게르마늄의 합금도 이와 유사한 특성을 가지는 것이 알려져 있다. 즉, 게르마늄의 비율이 증가함에 따라 작은 두께의 실리콘-게르마늄 합금층만이 결정 성장하게 된다.
그러나 게르마늄의 농도가 15%를 초과하는 실리콘-게르마늄 합금은 포토다이오드로 사용하기에는 성장할 수 있는 두께가 너무 얇기 때문에 본 발명에서는 게르마늄의 농도를 0.1~15%로 제한하여 특정한 두께의 실리콘-게르마늄 합금층을 에피 성장시키고, 이 층에 포토다이오드가 형성된다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 이미지 센서용 포토다이오드 제조 방법은 실리콘 기판을 사용함으로써 기존의 실리콘을 기반으로 하는 제조 공정을 그대로 사용할 수 있고, 실리콘-게르마늄 합금을 포토다이오드로 사용함으로써 빛에 대한 감도가 실리콘 기반의 포토다이오드보다 우수하고, 크기가 작고, 또한 고속의 동작을 할 수 있는 이미지센서를 만드는 것이 가능한 효과가 있다.
Claims (6)
- 광을 받아들여 그 광의 강도를 측정하는데 사용되는 이미지 센서용 포토다이오드에 있어서,실리콘 기판;상기 실리콘 기판 상에 형성되는 실리콘-게르마늄 합금층; 및상기 실리콘-게르마늄 합금층에 도핑에 의해 형성되는 포토다이오드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서용 실리콘-게르마늄 포토다이오드.
- 제1항에 있어서, 상기 실리콘-게르마늄 합금층은 제1종 도핑이 되어 있으며, 상기 포토다이오드 영역은 제2종 도핑이 되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서용 실리콘-게르마늄 포토다이오드.
- 광을 받아들여 그 광의 강도를 측정하는데 사용되는 이미지 센서용 포토다이오드에 있어서,실리콘 기판;상기 실리콘 기판 상에 형성되고 제1종 도핑이 되어 있는 실리콘-게르마늄 합금층;상기 실리콘-게르마늄 합금층 위에 형성되는 절연층;상기 실리콘-게르마늄 합금층 내부에 도핑에 의해 형성되고 제2종 도핑이 되어 있는 포토다이오드; 및상기 포토다이오드 위에 형성되고 제1종 도핑이 되어 있는 포토다이오드 매립을 위한 표면 도핑 영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서용 실리콘-게르마늄 포토다이오드.
- 광을 받아들여 그 광의 강도를 측정하는데 사용되는 이미지 센서용 포토다이오드에 있어서,실리콘 기판;상기 실리콘 기판 내에 도핑에 의해 포토다이오드 역할을 하도록 형성되는 실리콘-게르마늄 합금층; 및상기 실리콘-게르마늄 합금층 위에 형성되는 실리콘층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서용 실리콘-게르마늄 포토다이오드.
- 제4항에 있어서, 상기 실리콘 기판은 제1종 도핑이 되어 있으며, 상기 실리콘-게르마늄 합금층은 제2종 도핑이 되어 있고, 그리고 상기 실리콘-게르마늄 합금층 위에 형성되는 실리콘층은 제1종 도핑이 되어있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서용 실리콘-게르마늄 포토다이오드.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 실리콘-게르마늄 합금층은 그 성분이 Si1-xGex이며 x=0.001~0.15의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 이미지 센서용 실리콘-게르마늄 포토다이오드.
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- 2005-05-20 KR KR1020050042299A patent/KR100706743B1/ko active IP Right Grant
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2006
- 2006-05-16 WO PCT/KR2006/001817 patent/WO2006123881A1/en active Application Filing
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030001113A (ko) * | 2001-06-28 | 2003-01-06 | 주식회사 하이닉스반도체 | 이미지센서 제조 방법 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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