KR101736320B1 - 포토 다이오드, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 포토 센서 - Google Patents
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Abstract
기판 상에 형성된 진성 영역; 상기 진성 영역의 일부에 형성된 P+ 도핑 영역; 및 상기 진성 영역의 일부 상에 상기 P+ 도핑 영역과 이격되게 형성된 산화물 반도체 영역;을 포함하는 포토 다이오드, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 포토 센서가 제시된다.
Description
포토 다이오드, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 포토 센서에 관한 것이다.
P-I-N 구조의 포토 다이오드는 광 신호를 전기 신호로 변환하는 반도체 소자이다. P-I-N 구조의 포토 다이오드의 구동 방법을 살펴보면, P형 도핑 영역에는 음(-)의 전압이 인가되고 N형 도핑 영역에는 양(+)의 전압이 인가된 상태에서 빛이 입사되면, 빛 에너지에 의해 진성 영역에 전자 및 정공이 생성되거나 N/P형 도핑 영역에서 전자나 정공이 생성되어 진성 영역으로 확산되고, 진성 영역의 역방향 전계에 의해 포토 다이오드에 전류가 흐르게 된다. 이때, 광의 양이 많거나 에너지가 클 경우 포토 다이오드에 더 많은 전류가 흐르게 되고 그 전류 양에 따라 트랜지스터들이 전기적 신호를 출력하여 포토 센서가 작동된다.
P-I-N 구조를 형성하기 위해서 P+ 도핑과 N+ 도핑을 하는 2회에 걸친 도핑 공정이 필요한데 이 경우 공정이 복잡해지고 제조 가격이 상승하는 불편이 발생한다.
한 측면은 진성 영역, P+ 도핑 영역 및 산화물 반도체 영역을 포함하는 포토 다이오드를 제공하는 것이다.
다른 한 측면은 상기 포토 다이오드의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또 다른 한 측면은 상기 포토 다이오드를 채용한 포토 센서를 제공하는 것이다.
한 측면에 따라, 기판 상에 형성된 진성 영역, 상기 진성 영역의 일부에 형성된 P+ 도핑 영역 및 상기 진성 영역의 일부 상에 상기 P+ 도핑 영역과 이격되게 형성된 산화물 반도체 영역을 포함하는 포토 다이오드가 제공된다.
상기 진성 영역 및 상기 P+ 도핑 영역은 동일 평면 상에 위치하고 상기 산화물 반도체 영역은 상기 진성 영역의 평면 상에 위치할 수 있다.
상기 진성 영역은 비정질 실리콘을 포함할 수 있다.
상기 진성 영역은 다결정 실리콘을 포함할 수 있다.
상기 산화물 반도체 영역은 Hf 산화물, Zn 산화물, In 산화물, Ga 산화물, Sn 산화물, Ti 산화물, InZn 산화물, InSn 산화물, HfInZn 산화물, GaInZn 산화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 산화물 반도체 영역의 두께는 0.03 내지 1㎛일 수 있다.
상기 P+ 도핑 영역은 3족 불순물 이온을 포함할 수 있다.
상기 P+ 도핑 영역은 B(보론), BF2 또는 B2H5 이온을 포함할 수 있다.
상기 P+ 도핑 영역의 이온 농도는 1.010 내지 1.016atom/㎠일 수 있다.
상기 P+ 도핑 영역의 두께는 0.03 내지 1㎛일 수 있다.
상기 진성 영역의 두께는 0.03 내지 1㎛일 수 있다.
다른 측면에 따라, 기판을 제공하는 단계, 상기 기판 상에 비정질 실리콘층을 증착하여 진성 영역을 형성하는 단계, 상기 진성 영역의 일부에 불순물 이온을 도핑하여 P+ 도핑 영역을 형성하는 단계 및 상기 진성 영역의 일부 상에 상기 P+ 도핑 영역과 이격되게 산화물 반도체 영역을 형성하는 단계를 포함하는 포토 다이오드의 제조 방법이 제공된다.
상기 P+ 도핑 영역을 형성하는 단계는 상기 진성 영역 및 상기 산화물 반도체 영역을 덮는 마스크를 형성하는 단계, 상기 마스크가 형성되지 않은 부위에 3족 불순물 이온을 주입하는 단계 및 상기 마스크를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 3족 불순물 이온을 주입하는 단계는 B(보론), BF2 또는 B2H5 이온을 1 내지 50KeV의 에너지 세기로 1.010 내지 1.016atom/㎠의 농도가 되도록 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 산화물 반도체 영역을 형성하는 단계는 Hf 산화물, Zn 산화물, In 산화물, Ga 산화물, Sn 산화물, Ti 산화물, InZn 산화물, InSn 산화물, HfInZn 산화물, GaInZn 산화물 또는 이들의 조합을 사용하여 0.03 내지 1㎛의 두께가 되도록 증착하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 진성 영역을 형성하는 단계는 상기 비정질 실리콘층을 결정화시켜 다결정 실리콘층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따라, 기판, 상기 기판 상에 형성된 버퍼층, 상기 버퍼층 상에 형성된 상기 특징을 가지는 포토 다이오드 및 상기 포토 다이오드 상에 형성된 전극을 포함하는 포토 센서가 제공된다.
기존의 P-I-N 구조의 다이오드에서와 같이 P+ 도핑과 N+ 도핑을 2회 실시하지 않고 P+ 도핑만 실시하므로 구조가 간단하고 제조 공정이 단순화된 포토 다이오드를 제공할 수 있다.
도 1a는 일 구현예에 따른 포토 다이오드를 개략적으로 도시하는 평면도이고, 도 1b는 도1a의 I-I´선을 따라 절단한 단면도이다.
도 2a, 3a, 4a 및 5a는 일 구현예에 따른 진성 영역이 비정질 실리콘층인 포토 다이오드의 제조 방법을 개략적으로 도시하는 평면도이고, 도 2b, 3b, 4b 및 5b는 각각 도 2a, 3a, 4a 및 5a의 I-I´선을 따라 절단한 단면도이다.
도 6a, 7a, 8a, 9a 및 10a는 일 구현예에 따른 진성 영역이 다결정 실리콘층인 포토 다이오드의 제조 방법을 개략적으로 도시하는 평면도이고, 도 6b, 7b, 8b, 9b 및 10b는 각각 도 6a, 7a, 8a, 9a 및 10a의 I-I´선을 따라 절단한 단면도이다.
도 11 및 12는 일 구현예에 따른 포토 센서를 도시하는 평면도이다.
도 2a, 3a, 4a 및 5a는 일 구현예에 따른 진성 영역이 비정질 실리콘층인 포토 다이오드의 제조 방법을 개략적으로 도시하는 평면도이고, 도 2b, 3b, 4b 및 5b는 각각 도 2a, 3a, 4a 및 5a의 I-I´선을 따라 절단한 단면도이다.
도 6a, 7a, 8a, 9a 및 10a는 일 구현예에 따른 진성 영역이 다결정 실리콘층인 포토 다이오드의 제조 방법을 개략적으로 도시하는 평면도이고, 도 6b, 7b, 8b, 9b 및 10b는 각각 도 6a, 7a, 8a, 9a 및 10a의 I-I´선을 따라 절단한 단면도이다.
도 11 및 12는 일 구현예에 따른 포토 센서를 도시하는 평면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
도면에서 어떤 층이나 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 또는 "위에" 있다고 할 때, 이는 다를 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1a는 일 구현예에 따른 포토 다이오드를 개략적으로 도시하는 평면도이다. 도 1a를 참조하면, 상기 포토 다이오드는 기판(도시되지 않음) 상에 형성된 진성 영역(1), 상기 진성 영역(1)의 일부가 도핑되어 형성된 P+ 도핑 영역(3) 및 상기 진성 영역(1)의 일부의 상면에 형성된 산화물 반도체 영역(5)을 가진다. 상기 P+ 도핑 영역(3)과 상기 산화물 반도체 영역(5)은 진성 영역(1)을 사이에 두고 서로 이격되어 있다.
도 1b는 도1a의 I-I´선을 따라 절단한 단면도이다. 도 1b를 참조하면, 상기 포토 다이오드에서 진성 영역(1) 및 P+ 도핑 영역(3)은 동일 평면 상에 위치하는 수평형 구조이고 산화물 반도체 영역(5)은 상기 진성 영역(1)의 상면에 위치하는 수직형 구조를 이루고 있다. 진성 영역(1)이 일함수가 큰 P+ 도핑 영역(3)과 상대적으로 일함수가 작은 산화물 반도체 영역(5)에 접합되면서 접합부에 충분히 두꺼운 공핍 영역(depletion region)이 형성되어 정류 현상이 나타날 수 있다. 상기 포토 다이오드에서는 진성 영역(1)과 P+ 도핑 영역(3)이 수평형 구조를 이루고 있어 주로 P+ 도핑 영역(3)과 산화물 반도체 영역(5)의 사이에 위치한 진성 영역(1)의 폭에 따라 공핍 영역이 정해진다. 이온 주입하는 영역을 조절하거나 산화물이 증착되는 영역을 조절하여 P+ 도핑 영역(3) 또는 산화물 반도체 영역(5)의 크기를 조절함으로써 진성 영역(1)의 폭을 조절하고 이로부터 공핍 영역의 크기를 조절할 수 있다.
진성 영역(1)은 기판 상에 비정질 실리콘을 증착하여 형성한다. 비정질 실리콘으로 형성된 층은 불순물이 도핑되지 않은 상태로 높은 저항값을 가진다. 상기 비정질 실리콘층(1a)은 높은 저항값을 가지므로 진성 영역(1)으로 사용하기에 적합하다.
진성 영역(1)은 예를 들면 기판 상에 SiH4 가스를 사용하여 CVD(Chemical Vapor Deposition)법으로 비정질 실리콘층(1a)을 증착함으로써 형성될 수 있다. 경우에 따라서 비정질 실리콘층(1a)을 결정화시킨 상태의 다결정 실리콘층(1b)이 사용될 수도 있다.
진성 영역(1)의 두께는 0.03 내지 1㎛일 수 있다. 진성 영역(1)의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우 저항값이 너무 커지거나 작아지지 않고 적절한 범위를 유지할 수 있다. 예를 들면 상기 진성 영역(1)의 두께는 0.05㎛일 수 있다.
산화물 반도체 영역(5)은 Hf 산화물, Zn 산화물, In 산화물, Ga 산화물, Sn 산화물, Ti 산화물, InZn 산화물, InSn 산화물, HfInZn 산화물, GaInZn 산화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 산화물 반도체 영역(5)은 통상의 P-I-N 다이오드에서 N형 반도체와 같은 역할을 한다. HfInZn 산화물의 경우, 즉 HfInZnOx(여기서, x는 0＜x≤2.5)의 경우에 자연적으로 발생한 Zn 간극(interstitial) 및 O 공공(vacancy)에 의해 격자 외에 존재하거나 O와 결합하지 못한 Zn2 +가 억셉터(acceptor)로 작용하여 N형 반도체 역할을 한다. 이와 유사하게, Hf 산화물, Zn 산화물, In 산화물, Ga 산화물, Sn 산화물, Ti 산화물, InZn 산화물, InSn 산화물, HfInZn 산화물, GaInZn 산화물 등도 O 공공에 의해 N형 반도체 역할을 할 수 있다. 예를 들면 상기 산화물 반도체 영역(5)은 HfInZn 산화물 또는 GaInZn 산화물일 수 있다.
산화물 반도체 영역(5)의 두께는 0.03 내지 1㎛일 수 있다. 산화물 반도체 영역(5)의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우 적절한 양의 전류가 흐를 수 있다. 예를 들면, 상기 산화물 반도체 영역(5)의 두께는 0.05㎛일 수 있다.
P+ 도핑 영역(3)은 기판 상에 형성된 진성 영역(1)의 일부에 3족 불순물 이온을 주입하여 형성되나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 P+ 도핑 영역(3)은 에피택셜층, CVD 증착층 및 확산층 중의 어느 하나일 수 있다.
P+ 도핑 영역(3)은 진성 영역(1) 중에서 P+ 도핑 영역(3)이 될 부분을 제외한 다른 부분을 마스킹하고 개방된 영역만 3족 불순물 이온을 주입하여 형성될 수 있다. 예를 들면 3족 불순물 이온인 B(보론), BF2 또는 B2H5 이온을 주입하여 P+ 도핑 영역(3)을 형성할 수 있다. P+ 도핑 영역(3)은 산화물 반도체 영역(5)에 비해 비교적 높은 일함수를 가지며 비저항은 낮은 특징을 가진다.
이때 P+ 도핑 영역(3)의 두께는 0.03 내지 1㎛일 수 있으며, P+ 도핑 영역(3)의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우 적절한 양의 전류가 흐를 수 있다. 예를 들면, 상기 P+ 도핑 영역(3)의 두께는 0.05㎛일 수 있다.
이렇게 형성된 P+ 도핑 영역(3)의 농도는 1.010 내지 1.016atom/㎠일 수 있다. P+ 도핑 영역(3)의 이온 농도가 1.010atom/㎠ 이상이면 광을 받는 경우 광전류가 적절하게 흐르기 시작하고 그 이온 농도가 1.016atom/㎠ 이하이면 광을 받아 발생한 광전류의 재결합이나 방해가 발생하지 않아 광전류가 과도하게 증가하지 않게 된다. 예를 들면 상기 P+ 도핑 영역(3)의 이온 농도는 약 1.012atom/㎠일 수 있다.
도 2a, 3a, 4a 및 5a는 진성 영역(1)이 비정질 실리콘을 포함하는 포토 다이오드의 제조 방법을 공정 순서에 따라 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 6a, 7a, 8a, 9a 및 10a는 진성 영역(1)이 다결정 실리콘을 포함하는 포토 다이오드의 제조 방법을 공정 순서에 따라 평면도이다.
도 2a, 3a, 4a 및 5a에 나타난 공정을 중심으로 포토 다이오드의 제조 방법을 다음과 같이 설명한다. 도 2b, 3b, 4b 및 5b는 각각 도 2a, 3a, 4a 및 5a의 I-I´선을 따라 절단한 단면도이다.
먼저, 도 2a 및 2b와 같이 기판을 준비하고 상기 기판 상에 비정질 실리콘층(1a)으로 된 진성 영역(1)을 형성한다. 기판은 유리 기판, 하드 플라스틱(hard plastic) 기판 및 플렉시블 플라스틱(flexible plastic) 기판 등으로 구성된 다양한 기판 중 어느 하나일 수 있다. 상기 기판 상에 비정질 실리콘층(1a)을 증착함으로써 진성 영역(1)을 형성한 다음 불순물 이온을 주입하기 전에 비정질 실리콘층(1a) 상에 존재하는 자연 산화막이나 유기물들을 제거하기 위한 클리닝을 할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 기판과 진성 영역(1) 사이에 Cu 산화물층과 같은 버퍼층이 더 구비될 수 있다. 이때, 상기 버퍼층은 포토 다이오드의 열적 안정성을 위한 역할을 할 수 있다. 상기 버퍼층이 사용되는 경우, 버퍼층을 포함한 진성 영역(1), P+ 도핑 영역(3) 및 산화물 반도체 영역(5)이 포토 다이오드를 구성한다고 볼 수도 있다.
다음으로 도 3a 및 3b와 같이 상기 진성 영역(1)의 일부에 불순물 이온을 도핑하여 P+ 도핑 영역(3)을 형성한다. 이러한 과정은 예를 들면 포토리소그래피 공정을 이용하여 포토레지스트(PR)로 진성 영역(1)과 산화물 반도체가 될 영역을 마스킹하는 단계, 마스크가 형성되지 않은 부위에 3족 불순물 이온을 주입하는 단계 및 상기 마스크를 제거하는 단계 등으로 이루어질 수 있다.
마스크(18)는 포토레지스트의 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 SiO2 또는 Si3N4 같은 재질로 마스크(18)를 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 마스크(18)를 사용하여 상기 진성 영역(1)과 산화물 반도체가 될 영역을 덮고 P+ 도핑 영역(3)이 될 부분만 개방시킨다. 상기 개방된 P+ 도핑 영역(3)이 될 부분을 3족 불순물 이온을 포함하는 B(보론), BF2 또는 B2H5 이온 중 어느 하나로 P+ 도핑한다. P+ 도핑에 사용되는 도핑 물질은 예컨대 B(보론), BF2 또는 B2H5 등일 수 있다. 이때 도핑 영역의 두께는 0.03 내지 1㎛가 되도록 하고 이온의 주입은 5 내지 50KeV의 에너지 세기로 1.010 내지 1.016atom/㎠의 농도가 되도록 한다. P+ 도핑 영역(3)의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우 적절한 양의 광전류가 흐를 수 있으며, 예를 들면 상기 P+ 도핑 영역(3)의 두께는 0.05㎛일 수 있다. P+ 도핑에 사용되는 물질, 형성 방법, 공정 조건 등은 상기한 바에 한정되지 않고 다양하게 변화될 수 있다.
비정질 실리콘 영역의 일부에 3족 불순물 이온을 주입하여 P+ 실리콘층을 형성함으로써 P+ 도핑 영역(3)을 제조하고, P+ 도핑 영역(3)이 형성되면 포토레지스트 패턴을 제거함으로써 마스크(18)를 제거한다.
도 4a 및 4b는 진성 영역(1)의 일부에 P+ 도핑 영역(3)이 형성된 것을 보여준다.
다음에는 도 5a 및 5b와 같이 상기 진성 영역(1)의 일부 상에 상기 P+ 도핑 영역(3)과 이격되게 산화물 반도체 영역(5)을 형성한다. P+ 도핑 영역(3)과 소정 거리로 이격되고 도핑되지 않은 진성 영역(1) 상에 마스킹 단계 없이 산화물 반도체 영역(5)이 형성된다. 산화물 반도체 영역(5)은 Hf 산화물, Zn 산화물, In 산화물, Ga 산화물, Sn 산화물, Ti 산화물, InZn 산화물, InSn 산화물, HfInZn 산화물, GaInZn 산화물 또는 이들의 조합을 사용하여 형성할 수 있다. 예를 들면 HfInZn 산화물 또는 GaInZn 산화물을 사용하여 형성할 수 있다. 이때 산화물 반도체 영역(5)은 교류 마그네트론 스퍼터링(RF magnetron sputtering)법으로 저온에서 형성할 수 있고, 그 두께는 0.03 내지 1㎛ 정도일 수 있다. 산화물 반도체 영역(5)의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우 적절한 양의 광전류가 흐를 수 있으며, 예를 들면 상기 산화물 반도체 영역(5)의 두께는 0.05㎛일 수 있다. 상기 제시한 산화물 반도체 영역(5)을 이루는 물질, 형성 방법 및 공정 조건 등은 예시적인 것일 뿐, 이에 한정되지 않고 다양한 물질, 형성 방법 및 공정 조건 등이 사용될 수 있다.
도 6a, 7a, 8a, 9a 및 10a는 진성 영역(1)이 다결정 실리콘을 포함하는 포토 다이오드의 제조 방법을 공정 순서에 따라 평면도이다. 도 6b, 7b, 8b, 9b 및 10b는 각각 도 6a, 7a, 8a, 9a 및 10a의 I-I´선을 따라 절단한 단면도이다.
도 6a 및 6b와 같이 기판 상에 비정질 실리콘층(1a)을 증착시킨 다음, 열적 산화 방법으로 결정화 영역(20)을 만들어 비정질 실리콘층(1a)을 다결정 실리콘층(1b)으로 변형시킨다. 이 경우에도 불순물 이온을 주입하기 전에 다결정 실리콘층(1b) 상에 존재하는 자연 산화막이나 유기물들을 제거하기 위하여 클리닝을 할 수 있다. 도시하지는 않았지만, 기판과 진성 영역(1) 사이에 Cu 산화물층과 같은 버퍼층이 더 구비될 수 있다.
도 7a 및 7b는 이렇게 형성된 다결정 실리콘층(1b)을 포함하는 진성 영역(1)이 도시되어 있다.
다음으로 도 8a 및 8b와 같이 상기 다결정 실리콘층(1b)을 포함하는 진성 영역(1)의 일부에 불순물 이온을 도핑하여 P+ 도핑 영역(3)을 형성한다. 이러한 과정은 포토레지스트(PR)로 진성 영역(1)과 산화물 반도체가 될 영역을 마스킹하는 단계, 마스크가 형성되지 않은 부위에 3족 불순물 이온을 주입하는 단계 및 상기 마스크를 제거하는 단계 등으로 이루어질 수 있다. P+ 도핑에 사용되는 물질, 형성 방법, 공정 조건 등은 상기 비정질 실리콘층(1a)을 포함하는 진성 영역(1)의 경우와 동일하다.
도 9a 및 9b는 다결정 실리콘층(1b)을 포함하는 진성 영역(1)의 일부에 P+ 도핑 영역(3)이 형성된 것을 보여준다.
다음에는 도 10a 및 10b 같이 상기 다결정 실리콘층(1b)을 포함하는 진성 영역(1)의 일부 상에 상기 P+ 도핑 영역(3)과 이격되게 산화물 반도체 영역(5)을 형성한다. 산화물 반도체 영역(5)을 이루는 물질, 형성 방법 및 공정 조건 등은 상기 비정질 실리콘층(1a)을 포함하는 진성 영역의 경우와 동일하다.
상기 설명한 포토 다이오드의 구체적으로 다음과 같은 구조를 가질 수 있다.
예를 들면, 상기 포토 다이오드는 기판 상에 형성되고 비정질 실리콘을 포함하는 진성 영역(1), 상기 진성 영역(1)의 일부에 형성되고 B 이온을 포함하는 P+ 도핑 영역(3) 및 상기 진성 영역(1)의 일부 상에 상기 P+ 도핑 영역(3)과 이격되게 형성되고 HfInZn 산화물을 포함하는 산화물 반도체 영역(5)을 포함할 수 있다.
또는, 상기 포토 다이오드는 기판 상에 형성되고 다결정 실리콘을 포함하는 진성 영역(1), 상기 진성 영역(1)의 일부에 형성되고 B 이온을 포함하는 P+ 도핑 영역(3) 및 상기 진성 영역(1)의 일부 상에 상기 P+ 도핑 영역(3)과 이격되게 형성되고 HfInZn 산화물을 포함하는 산화물 반도체 영역(5)을 포함할 수 있다.
도 11은 일 구현예에 따른 포토 센서를 도시하는 평면도이다. 도 11을 참조하면, 기판(7), 상기 기판(7) 상에 형성된 버퍼층(9), 상기 버퍼층(9) 상에 형성된 포토 다이오드 및 상기 포토 다이오드 상에 형성된 전극(16)을 포함한다.
먼저 기판(7)이 제공되고 기판(7) 상에 버퍼층(9)이 구비될 수 있다. 경우에 따라 버퍼층(9)은 생략될 수도 있다. 기판(7) 및 버퍼층(9)을 구성하는 재료는 앞서 설명한 바와 같다. 상기 버퍼층(9) 상에 진성 영역(1), 상기 진성 영역(1)의 일부에 형성된 P+ 도핑 영역(3) 및 상기 진성 영역(1)의 일부 상에 상기 P+ 도핑 영역(3)과 이격되게 형성된 산화물 반도체 영역(5)을 포함하는 포토 다이오드가 구비된다. 상기 포토다이오드의 활성층을 절연시키기 위한 제1절연층(12) 및 수분 등으로부터 보호하기 위한 제2절연층(14)이 구비되며 상기 제1절연층(12)을 관통하는 전극(16)이 구비되고 상기 제2절연층(14)을 관통하는 산화물 반도체(17)가 상기 전극(16) 상에 형성되어 서로 연결된다. 전극(16)은 P+ 도핑 영역(3)과 연결된다. 상기 전극(16)은 P+ 도핑 영역(3)에 정공이 주입되도록 외부 전원 공급부와 연결되는 것으로서, Au, Al, Ag와 같은 금속물질 또는 ITO (Indium Tin Oxide)등과 같은 투명한 도전성 물질로 형성될 수 있다.
도 12는 다른 일 구현예에 따른 포토 센서를 도시하는 평면도이다. 도 12를 참조하면, 기판(7), 상기 기판(7) 상에 형성된 버퍼층(9), 상기 버퍼층(9) 상에 형성된 포토 다이오드 및 상기 포토 다이오드 상에 형성된 전극(16)을 포함한다.
먼저 기판(7)이 제공되고 기판(7) 상에 버퍼층(9)이 구비될 수 있다. 경우에 따라 버퍼층(9)은 생략될 수도 있다. 상기 버퍼층(9) 상에 진성 영역(1), 상기 진성 영역(1)의 일부에 형성된 P+ 도핑 영역(3) 및 상기 진성 영역(1)의 일부 상에 상기 P+ 도핑 영역(3)과 이격되게 형성된 산화물 반도체 영역(5)을 포함하는 포토 다이오드가 구비된다. 상기 포토다이오드의 활성층을 절연시키기 위한 제1절연층(12) 및 수분 등으로부터 보호하기 위한 제2절연층(14)이 구비되며 상기 제1절연층(12)과 제2절연층(14)을 관통하여 전극(16)이 P+ 도핑 영역(3) 상에 형성되어 있다. 산화물 반도체 영역(5)은 제1절연층(12)을 관통하여 구비되며 상기 산화물 반도체 영역(5) 상에 제2절연층(14)을 관통하여 전극(16)이 구비된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 진성 영역
1a: 비정질 실리콘층
1b: 다결정 실리콘층
3: P+ 도핑 영역
5: 산화물 반도체 영역
7: 기판
9: 버퍼층
12: 제1절연층
14: 제2절연층
16: 전극
17: 산화물 반도체
18: 마스크
20: 결정화 영역
1a: 비정질 실리콘층
1b: 다결정 실리콘층
3: P+ 도핑 영역
5: 산화물 반도체 영역
7: 기판
9: 버퍼층
12: 제1절연층
14: 제2절연층
16: 전극
17: 산화물 반도체
18: 마스크
20: 결정화 영역
Claims (20)
- 기판 상에 형성된 진성 영역;
상기 진성 영역의 일부에 포토 다이오드의 일극으로서 형성된 P+ 도핑 영역; 및
상기 진성 영역의 일부 상에 상기 P+ 도핑 영역과 이격되게 포토 다이오드의 타극으로서 형성된 산화물 반도체 영역;
을 포함하고;
상기 진성 영역 및 상기 산화물 반도체 영역은 직접 접촉하고;
상기 진성 영역 및 상기 P+ 도핑 영역이 동일선 상에 위치하고 상기 산화물 반도체 영역은 상기 진성 영역의 평면 상에 위치하는 포토 다이오드. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 진성 영역이 비정질 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드. - 제1항에 있어서,
상기 진성 영역이 다결정 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드. - 제1항에 있어서,
상기 산화물 반도체 영역이 Hf 산화물, Zn 산화물, In 산화물, Ga 산화물, Sn 산화물, Ti 산화물, InZn 산화물, InSn 산화물, HfInZn 산화물, GaInZn 산화물 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드. - 제1항에 있어서,
상기 산화물 반도체 영역이 HfInZn 산화물 또는 GaInZn 산화물인 것을 특징으로 하는 포토 다이오드. - 제1항에 있어서,
상기 산화물 반도체 영역의 두께가 0.03 내지 1㎛인 것을 특징으로 하는 포토 다이오드. - 제1항에 있어서,
상기 P+ 도핑 영역이 3족 불순물 이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드. - 제1항에 있어서,
상기 P+ 도핑 영역이 B(보론), BF2 또는 B2H5 이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드. - 제1항에 있어서,
상기 P+ 도핑 영역의 이온 농도가 1.010 내지 1.016atom/㎠인 것을 특징으로 하는 포토 다이오드. - 제1항에 있어서,
상기 P+ 도핑 영역의 두께가 0.03 내지 1㎛인 것을 특징으로 하는 포토 다이오드. - 제1항에 있어서,
상기 진성 영역의 두께가 0.03 내지 1㎛인 것을 특징으로 하는 포토 다이오드. - 기판 상에 형성되고 비정질 실리콘을 포함하는 진성 영역;
상기 진성 영역의 일부에 포토 다이오드의 일극으로서 형성되고 B 이온을 포함하는 P+ 도핑 영역; 및
상기 진성 영역의 일부 상에 상기 P+ 도핑 영역과 이격되게 포토 다이오드의 타극으로서 형성되고 HfInZn 산화물을 포함하는 산화물 반도체 영역;
을 포함하고;
상기 진성 영역 및 상기 산화물 반도체 영역은 직접 접촉하고;
상기 진성 영역 및 상기 P+ 도핑 영역이 동일선 상에 위치하고 상기 산화물 반도체 영역은 상기 진성 영역의 평면 상에 위치하는 포토 다이오드. - 기판 상에 형성되고 다결정 실리콘을 포함하는 진성 영역;
상기 진성 영역의 일부에 포토 다이오드의 일극으로서 형성되고 B 이온을 포함하는 P+ 도핑 영역; 및
상기 진성 영역의 일부 상에 상기 P+ 도핑 영역과 이격되게 포토 다이오드의 타극으로서 형성되고 HfInZn 산화물을 포함하는 산화물 반도체 영역;
을 포함하고;
상기 진성 영역 및 상기 산화물 반도체 영역은 직접 접촉하고;
상기 진성 영역 및 상기 P+ 도핑 영역이 동일선 상에 위치하고 상기 산화물 반도체 영역은 상기 진성 영역의 평면 상에 위치하는 포토 다이오드. - 기판을 제공하는 단계;
상기 기판 상에 비정질 실리콘층을 증착하여 진성 영역을 형성하는 단계;
상기 진성 영역의 일부에 불순물 이온을 도핑하여 P+ 도핑 영역을 포토 다이오드의 일극으로서 형성하는 단계; 및
상기 진성 영역의 일부 상에 상기 P+ 도핑 영역과 이격되게 산화물 반도체 영역을 포토 다이오드의 타극으로서 형성하는 단계;
를 포함하고;
상기 진성 영역 및 상기 산화물 반도체 영역은 직접 접촉하고;
상기 진성 영역 및 상기 P+ 도핑 영역이 동일선 상에 위치하고 상기 산화물 반도체 영역은 상기 진성 영역의 평면 상에 위치하는 포토 다이오드의 제조 방법. - 제15항에 있어서,
상기 P+ 도핑 영역을 형성하는 단계가 상기 진성 영역 및 상기 산화물 반도체 영역을 덮는 마스크를 형성하는 단계, 상기 마스크가 형성되지 않은 부위에 3족 불순물 이온을 주입하는 단계 및 상기 마스크를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드의 제조 방법. - 제16항에 있어서,
상기 3족 불순물 이온을 주입하는 단계가 B(보론), BF2 또는 B2H5 이온을 1 내지 50KeV의 에너지 세기로 1.010 내지 1.016atom/㎠의 농도가 되도록 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드의 제조 방법. - 제15항에 있어서,
상기 산화물 반도체 영역을 형성하는 단계가 Hf 산화물, Zn 산화물, In 산화물, Ga 산화물, Sn 산화물, Ti 산화물, InZn 산화물, InSn 산화물, HfInZn 산화물, GaInZn 산화물 또는 이들의 조합을 사용하여 0.03 내지 1㎛의 두께가 되도록 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드의 제조 방법. - 제15항에 있어서,
상기 진성 영역을 형성하는 단계가 상기 비정질 실리콘층을 결정화시켜 다결정 실리콘층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드의 제조 방법. - 기판, 상기 기판 상에 형성된 버퍼층, 상기 버퍼층 상에 형성된 포토 다이오드 및 상기 포토 다이오드 상에 형성된 전극을 포함하는 포토 센서에 있어서,
상기 포토 다이오드가 제1항 및 제3항 내지 제14항 중 어느 한 항의 포토 다이오드인 것을 특징으로 하는 포토 센서.
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