KR101793534B1 - 포토센서 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
포토센서 및 그의 제조방법이 제공된다. 포토센서는 기판 상에 형성된 진성 실리콘층; 상기 진성 실리콘층과 동일 평면 상에 형성된 P형 도핑 영역; 및 상기 진성 실리콘층의 상부 또는 하부에 형성되며, 상기 진성 실리콘층의 전체 영역과 중첩하는 산화물 반도체층을 포함한다.
Description
본 발명은 포토센서 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
P-I-N 구조의 포토센서는 광 신호를 전기 신호로 변환하는 반도체 소자이다. P-I-N 구조의 포토센서의 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 포토센서에 전류가 흐르게 된다. 이때, 광의 양이 많거나 에너지가 클 경우 포토센서에 더 많은 전류가 흐르게 되고 그 전류 양에 따라 트랜지스터들이 전기적 신호를 출력하여 포토센서가 작동된다.
P-I-N 구조를 형성하기 위해서 P형 도핑과 N형 도핑을 하는 2회에 걸친 도핑 공정이 필요한데 이 경우 공정이 복잡해지고 제조 가격이 상승하는 불편이 발생한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 산화물 반도체를 포함하며 추가적인 마스크 공정이 필요하지 않은 포토센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 산화물 반도체를 포함하며 추가적인 마스크 공정이 필요하지 않은 포토센서의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 포토센서의 일 실시예는, 기판 상에 형성된 진성 실리콘층; 상기 진성 실리콘층과 동일 평면 상에 형성된 P형 도핑 영역; 및 상기 진성 실리콘층의 상부 또는 하부에 형성되며, 상기 진성 실리콘층의 전체 영역과 중첩하는 산화물 반도체층을 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 포토센서의 다른 실시예는, 기판 상에 형성된 진성 실리콘층; 상기 진성 실리콘층과 동일 평면 상에 형성된 P형 도핑 영역; 상기 진성 실리콘층의 상부 또는 하부에 형성되며, 상기 진성 실리콘층의 전체 영역에 걸쳐서 직접 접하는 산화물 반도체층; 상기 진성 실리콘층, 상기 P형 도핑 영역, 및 상기 산화물 반도체층이 형성된 상기 기판 전면 상에 형성된 절연막; 상기 절연막 내에 형성되며, 상기 P형 도핑 영역을 노출하는 제1 콘택홀 및 상기 산화물 반도체층의 일정 영역을 노출하는 제2 콘택홀; 상기 제1 콘택홀 내 및 상기 절연막 상에 형성되어 상기 P형 도핑 영역과 접촉하는 제1 전극; 및 상기 제2 콘택홀 내 및 상기 절연막 상에 형성되어 상기 산화물 반도체와 접촉하는 제2 전극을 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 포토센서의 제조방법의 일 실시예는, 기판 상에 진성 실리콘층 및 산화물 반도체층을 적층하고, 적층된 상기 진성 실리콘층 및 상기 산화물 반도체층 중 상부에 형성된 층 상에 제1 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 제1 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 진성 실리콘층 및 상기 산화물 반도체층을 식각하고, 상기 진성 실리콘층의 일부 영역 내에 3족 불순물 이온을 주입하여 P형 도핑 영역을 형성하는 것을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 포토센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토센서를 포함하는 평판표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 포토센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 포토센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토센서를 포함하는 평판표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 포토센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토센서를 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토센서는 기판(10) 상에 형성된 산화물 반도체층(12), 진성 실리콘층(13), P형 도핑 영역(14), 제1 전극(20) 및 제2 전극(21)을 포함한다.
기판(10)은 SiO2를 주성분으로 하는 투명한 유리 재질의 절연 기판, 플라스틱 기판, 석영 기판 등도 사용될 수 있다. 기판(10) 상 에는 기판(10)의 평활성과 불순 원소의 침투를 차단하기 위하여 버퍼층(11)이 형성될 수 있다. 버퍼층(11)은 SiO2, SiNx, SiOxNy 중 어느 하나를 이용하여 형성될 수 있다. 한편, 버퍼층(11)은 생략될 수도 있다.
버퍼층(11) 상에는 산화물 반도체층(12)이 형성된다. 산화물 반도체층(12)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 반도체층(12)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, 산화물 반도체층(12)은 HfInZn 산화물 또는 GaInZn 산화물일 수 있다.
산화물 반도체층(12)의 두께는 0.03 내지 1㎛일 수 있다. 산화물 반도체층(12)의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우 적절한 양의 전류가 흐를 수 있다. 예를 들면, 산화물 반도체층(12)의 두께는 0.05㎛일 수 있다.
산화물 반도체층(12) 상에는 진성 실리콘층(13) 및 P형 도핑 영역(14)이 형성된다. 진성 실리콘층(13) 및 P형 도핑 영역(14)은 동일 평면 상에 위치하는 수평형 구조이고 산화물 반도체층(12)은 진성 실리콘층(13) 및 P형 도핑 영역(14)의 하부에 위치하는 수직형 구조를 이루고 있다. 산화물 반도체층(12)과 진성 실리콘층(13) 및 P형 도핑 영역(14)은 적층되어 있다. 진성 실리콘층(13)이 일함수가 큰 P형 도핑 영역(14)과 상대적으로 일함수가 작은 산화물 반도체층(12)에 접합되면서 접합부에 충분히 두꺼운 공핍 영역(depletion region)이 형성되어 정류 현상이 나타날 수 있다.
진성 실리콘층(13)은 다결정 실리콘층 또는 비정질 실리콘으로 형성될 수 있다. 진성 실리콘층(13)의 두께는 0.03 내지 1㎛일 수 있다. 진성 실리콘층(13)의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우 저항값이 너무 커지거나 작아지지 않고 적절한 범위를 유지할 수 있다. 예를 들면 상기 진성 실리콘층(13)의 두께는 0.05㎛일 수 있다.
P형 도핑 영역(14)은 기판(10) 상에 형성된 진성 실리콘층(13)의 일부에 3족 불순물 이온을 주입하여 형성될 수 있다. 예를 들면 3족 불순물 이온인 B(보론), BF2 또는 B2H5 이온을 진성 실리콘층(13)의 일부에 주입하여 P형 도핑 영역(14)을 형성할 수 있다. 한편, P형 도핑 영역(14)은 에피택셜층, CVD 증착층 및 확산층 중의 어느 하나일 수도 있다. P형 도핑 영역(14)은 산화물 반도체층(12)에 비해 비교적 높은 일함수를 가지며 비저항은 낮은 특징을 가진다.
P형 도핑 영역(14)의 두께는 0.03 내지 1㎛일 수 있으며, P형 도핑 영역(14)의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우 적절한 양의 전류가 흐를 수 있다. 예를 들면, P형 도핑 영역(14)의 두께는 0.05㎛일 수 있다. P형 도핑 영역(14)의 이온 농도는 1.010 내지 1.016atom/㎠일 수 있다. P형 도핑 영역(14)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 P형 도핑 영역(14)의 이온 농도는 약 1.012atom/㎠일 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 포토센서에서는 산화물 반도체층(12)의 일측벽과 P형 도핑 영역(14)의 일측벽은 정렬(align)될 수 있다. 즉, 산화물 반도체층(12)과 P형 도핑 영역(14)이 형성된 진성 실리콘층(13)은 동일한 마스크를 사용하여 패터닝될 수 있다. 따라서 산화물 반도체층(12) 패터닝시 추가적인 마스크를 사용하지 않아도 된다. 또한, 진성 실리콘층(13)에서 형성되는 광효율 뿐만 아니라 산화물 반도체층(12)에서 형성되는 광효율도 함께 이용할 수 있으므로, 광효율을 증가시킬 수 있다.
한편, P형 도핑 영역(14) 및 진성 반도체층(13)의 전체 영역은 산화물 반도체층(12)과 중첩하며 직접 접하고 있다. 산화물 반도체층(12)과 진성 실리콘층(13)이 콘택홀을 통하여 접하는 것이 아니기 때문에 콘택홀을 형성하기 위한 마스크가 추가로 필요하지 않을 수 있다.
P형 도핑 영역(14) 및 진성 반도체층(13)이 형성된 기판(10) 상에 절연막(15)이 형성된다. 절연막(15)은 기판(10) 전체에 걸쳐서 형성될 수 있다. 절연막(15)은 제1 절연막(16) 및 제2 절연막(17)을 포함할 수 있다. 제1 절연막(16) 및 제2 절연막(17)은 SiNx, SiO2 또는 SiOxNy 등을 이용하여 형성될 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토센서가 박막 트랜지스터가 형성되는 기판 상에 함께 형성되는 경우, 제1 절연막(16)은 박막 트랜지스터의 반도체층과 게이트 전극을 절연하는 게이트 절연막과 동일한 막일 수 있으며, 제2 절연막(17)은 박막 트랜지스터의 게이트 전극과 소스 및 드레인 전극을 절연하는 층간 절연막과 동일한 막일 수 있다.
절연막(15) 상에는 P형 도핑 영역(14)과 접속하는 제1 전극(20) 및 산화물 반도체층(12)과 접속하는 제2 전극(21)이 형성될 수 있다. 제1 전극(20)은 절연막(15) 내에 형성된 제1 비아홀(18)을 통해서 P형 도핑 영역(14)과 접하며, 제2 전극(21)은 절연막(15) 내에 형성된 제2 비아홀(19)을 통해서 산화물 반도체층(15)과 접한다.
제1 전극(20) 및 제2 전극(21)은 Mo, W, MoW, Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, 및 Ca 에서 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다. 또는 이와 달리 제1 전극(20) 및 제2 전극(21)은 ITO, IZO, ZnO, 및 In2O3 에서 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수도 있다.
도 2를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 포토센서를 설명한다. 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 포토센서를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1과 실질적으로 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하며, 해당 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 포토센서가 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토센서와 다른 점은 버퍼층(11) 상에 진성 실리콘층(13) 및 P형 도핑 영역(14)이 형성되며, 진성 실리콘층(13) 상에 산화물 반도체층(12)이 형성된다는 것이다. 산화물 반도체층(12)과 진성 실리콘층(13) 및 P형 도핑 영역(14)은 적층되어 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 포토센서에서는 산화물 반도체층(12)의 일측벽과 진성 실리콘층(13)의 일측벽은 정렬될 수 있다. 즉, 산화물 반도체층(12)과 진성 실리콘층(13)은 동일한 마스크를 사용하여 패터닝될 수 있다. 따라서 산화물 반도체층(12) 패터닝시 추가적인 마스크를 사용하지 않아도 된다. 또한, 진성 실리콘층(13)에서 형성되는 광효율 뿐만 아니라 산화물 반도체층(12)에서 형성되는 광효율도 함께 이용할 수 있으므로, 광효율을 증가시킬 수 있다.
한편, 산화물 반도체층(12)의 전체 영역은 진성 반도체층(13)과 중첩하며 직접 접하고 있다. 또는 산화물 반도체층(12)의 전체 영역은 진성 반도체층(13) 전체 영역 및 P형 도핑 영역(14)의 일부와 중첩하고 직접 접할 수도 있다. 산화물 반도체층(12)과 진성 실리콘층(13)이 콘택홀을 통하여 접하는 것이 아니기 때문에 콘택홀을 형성하기 위한 마스크가 추가로 필요하지 않을 수 있다.
도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토센서를 포함하는 평판표시장치에 대하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토센서를 포함하는 평판표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 평판표시장치는 포토센서가 형성되는 센서부(S)와 표시 소자 및 이를 구동하는 박막 트랜지스터가 형성되는 화소부(P)를 포함할 수 있다. 센서부(S)에는 도 1 또는 도 2에 도시된 포토센서가 형성될 수 있다. 도 3에서는 도 1에 도시된 포토센서가 형성된 것을 도시하나, 도 2에 도시된 포토센서가 적용될 수도 있다.
화소부(P)는 적어도 하나의 화소부 박막 트랜지스터를 포함한다. 도 3에서는 편의상 화소 전극(37)에 직접 연결되어 있는 하나의 화소부 박막 트랜지스터를 도시하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 스위칭 소자, 커패시터 등 필요에 따라 다양한 소자들이 더 구비될 수 있다.
화소부(P)의 버퍼층(41)은 센서부(S)의 버퍼층(11)과 동일한 층일 수 있다. 화소부(P)의 반도체층(31)은 화소부(P)의 버퍼층(41) 상에 형성되며, 반도체층(31)은 센서부(S)의 진성 실리콘층(13)과 동일한 실리콘층으로 형성될 수 있다. 화소부(P)의 반도체층(31)의 소오스 및 드레인 영역(33, 34)은 센서부(S)의 P형 도핑 영역(14)과 동일하게 P형 불순물이 도핑된 영역일 수 있다.
화소부(P)의 반도체층(31) 상에 게이트 절연막(46)이 형성되며, 게이트 절연막(46)은 센서부(S)의 제1 절연막(16)과 동일한 막일 수 있다. 화소부(P)의 게이트 절연막(46) 상에 게이트 전극(32)이 형성된다. 화소부(P)의 게이트 전극(32) 상에 층간 절연막(47)이 형성된다. 층간 절연막(47)은 센서부(S)의 제2 절연막(17)과 동일한 막일 수 있다.
화소부(P)의 층간 절연막(47) 상에는 반도체층(31)의 소오스 및 드레인 영역(33, 34)과 전기적으로 연결되는 소오스 및 드레인 전극(35, 36)이 형성된다. 화소부(P)의 소오스 및 드레인 전극(35, 36)과 센서부(S)의 제1 및 제2 전극(20. 21)은 동일한 물질로 형성될 수 있다. 즉, 센서부(S)의 제2 절연막(17) 및 화소부(P)의 층간 절연막(47) 상에 도전성막을 형성하고 이를 패터닝하여 화소부(P)의 소오스 및 드레인 전극(35, 36)과 센서부(S)의 제1 및 제2 전극(20. 21)이 형성될 수 있다.
센서부(S)의 제1 및 제2 전극(20, 21) 상에 제3 절연막(22)이 형성될 수 있으며, 화소부(P)의 소오스 및 드레인 전극(35, 36) 상에 패시베이션막(52)이 형성될 수 있다. 제3 절연막(22)과 패시베이션막(52)은 동일한 막일 수 있다.
화소부(P)의 패시베이션막(52) 상에는 소오스 또는 드레인 전극(35, 36)과 전기적으로 연결되는 화소 전극(37)이 형성될 수 있다. 화소 전극(37) 형성시에 화소 전극(37) 형성용 막과 동일한 막으로 센서부(S)에 제1 전극(20)과 전기적으로 연결되는 제3 전극(23) 및 제2 전극(21)과 연결되는 제4 전극(24)이 형성될 수도 있다.
한편, 도 3에서는 화소 전극(37) 상부에 어떠한 표시 소자가 배치되는지 도시되어 있지 않지만, 화소부(P)에는 다양한 표시 소자가 배치될 수 있다. 예를 들어, 화소 전극(37) 상부에 공통 전극(미도시)을 구비하며, 화소 전극(37)과 공통 전극 사이에 유기 발광층(미도시)이 포함된 유기 발광 소자가 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 포토센서를 박막 트랜지스터를 구비하는 평판표시장치에 적용하는 경우, 박막 트랜지스터에 사용되는 절연막들을 그대로 이용할 수 있으며, 추가의 절연막을 형성하지 않을 수 있다. 또한 산화물 반도체층(12)과 진성 실리콘층(13)을 동일한 마스크를 이용하여 함께 패터닝함으로써 추가의 마스크를 사용하지 않을 수 있다.
도 1 및 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토센서의 제조방법을 설명한다. 도 4 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다. 도 1과 실질적으로 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하며, 해당 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4를 참조하면, 기판(10) 상에 버퍼층(11), 산화물 반도체층(12) 및 진성 실리콘층(13)을 순차적으로 형성한다. 기판(10)은 SiO2를 주성분으로 하는 투명한 유리 재질의 절연 기판, 플라스틱 기판, 석영 기판 등도 사용될 수 있다. 버퍼층(11)은 SiO2, SiNx, SiOxNy 중 어느 하나를 이용하여 형성될 수 있다. 한편, 버퍼층(11)은 생략될 수도 있다.
산화물 반도체층(12)은 Hf 산화물, Zn 산화물, In 산화물, Ga 산화물, Sn 산화물, Ti 산화물, InZn 산화물, InSn 산화물, HfInZn 산화물, GaInZn 산화물 또는 이들의 조합을 이용하여 형성할 수 있다. 산화물 반도체층(12)은 교류 마그네트론 스퍼터링(RF magnetron sputtering)법으로 저온에서 형성할 수 있고, 그 두께는 0.03 내지 1㎛ 정도일 수 있다. 산화물 반도체층(12)의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우 적절한 양의 광전류가 흐를 수 있으며, 예를 들면 산화물 반도체층(12)의 두께는 0.05㎛일 수 있다. 상기 제시한 산화물 반도체층(12)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.
진성 실리콘층(13)은 다결정 실리콘층 또는 비정질 실리콘층을 이용하여 형성할 수 있다. 비정질 실리콘층으로 형성하는 경우에는 예를 들어 SiH4 가스를 사용하여 화학 기상 증착에 의해 형성할 수 있으며, 다결정 실리콘층으로 형성하는 경우에는 비정질 실리콘층을 증착한 후에 공지의 결정화법, 예를 들어 고상 결정화법, 레이저 결정화법, 금속을 이용하는 결정화법 등을 이용하여 비정질 실리콘층을 다결정 실리콘층으로 결정화하여 형성할 수 있다.
진성 실리콘층(13) 상에 제1 포토레지스트 패턴(101)을 형성한다.
도 5를 참조하면, 제1 포토레지스트 패턴(101)을 식각 마스크로 이용하여 진성 실리콘층(13) 및 산화물 반도체층(12)을 식각한다. 진성 실리콘층(13) 및 산화물 반도체층(12)은 공지의 식각액 또는 식각 가스를 이용하여 습식 식각 또는 건식 식각을 이용하여 식각할 수 있다. 진성 실리콘층(13) 및 산화물 반도체층(12)은 각각 식각할 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1 포토레지스트 패턴(101)을 제거한 후 식각된 진성 실리콘층(13) 및 산화물 반도체층(12)이 형성된 기판(10)의 전면 상에 제1 절연막(16)을 형성한다. 제1 절연막(16)은 SiNx, SiO2 또는 SiOxNy 등을 이용하여 형성할 수 있으며, 화학 기상 증착 등을 이용하여 형성될 수 있다.
제1 절연막(16) 상에 P형 도핑 영역(14)이 형성될 영역을 노출하는 블록킹막(102)을 형성한다. 블록킹막(102)은 포토레지스트 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 SiO2 또는 Si3N4와 같은 물질로 형성될 수도 있다.
이어서 블록킹막(102)에 의해 노출된 영역에 대응하는 진성 실리콘층(13)의 일부 영역 내로 3족 불순물 이온을 주입하여 P형 도핑 영역(14)을 형성한다. 3족 불순물 이온 주입에 이용되는 물질은 B(보론), BF2 또는 B2H5 중 어느 하나일 수 있다. 이때 P형 도핑 영역(14)의 두께는 0.03 내지 1㎛일 수 있으며 이온의 주입은 5 내지 50KeV의 에너지 세기로 1.010 내지 1.016atom/㎠의 농도가 되도록 할 수 있다. P형 도핑에 사용되는 물질, 형성 방법, 공정 조건 등은 상기한 바에 한정되지 않고 다양하게 변화될 수 있다.
도 7을 참조하면, 블록킹막(102)을 제거한 후에 제1 절연막(16) 상에 제2 절연막(17)을 형성한다. 이어서 제1 절연막(16) 및 제2 절연막(17)의 일정 영역을 제거하여 P형 도핑 영역(14)을 노출하는 제1 콘택홀(18) 및 산화물 반도체(12)의 일정 영역을 노출하는 제2 콘택홀(19)을 형성한다.
도 1을 참조하면, 제1 콘택홀(18) 및 제2 콘택홀(19)이 형성된 기판(10)의 전면 상에 도전막을 형성하고 이를 패터닝하여 제1 전극(20) 및 제2 전극(21)을 형성한다. 도전막은 Mo, W, MoW, Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, 및 Ca 에서 선택된 하나 이상의 물질 또는 ITO, IZO, ZnO, 및 In2O3 에서 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착 또는 스퍼터링 등을 이용하여 형성될 수 있다.
도 2 및 도 8 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 포토센서의 제조방법을 설명한다. 도 8 내지 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 포토센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다. 도 1 내지 도 7과 실질적으로 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하며, 해당 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 8을 참조하면, 기판(10) 상에 버퍼층(11), 및 진성 실리콘층(13)을 순차적으로 형성한다. 진성 실리콘층(13) 상에 제1 포토레지스트 패턴(101)을 형성한다.
도 9를 참조하면, 제1 포토레지스트 패턴(101)을 식각 마스크로 이용하여 진성 실리콘층(13)을 식각한다. 이어서 제1 포토레지스트 패턴(101)을 제거한다.
도 10을 참조하면, 제1 포토레지스트 패턴(101)을 제거한 후 식각된 진성 실리콘층(13) 상에 P형 도핑 영역(14)이 형성될 영역을 노출하는 블록킹막(102)을 형성한다. 블록킹막(102)에 의해 노출된 영역에 대응하는 진성 실리콘층(13)의 일부 영역 내로 3족 불순물 이온을 주입하여 P형 도핑 영역(14)을 형성한다.
도 11을 참조하면, 블록킹막(102)을 제거한 후에 식각된 진성 실리콘층(13) 및 P형 도핑 영역(14)이 형성된 기판(10)의 전면 상에 산화물 반도체층(12)을 형성한다. 산화물 반도체층(12) 상에 제2 포토레지스트 패턴(103)을 형성한다. 제2 포토레지스트 패턴(103)은 제1 포토레지스트 패턴(101) 형성시 이용한 마스크를 이용하여 형성될 수 있다.
도 12를 참조하면, 제2 포토레지스트 패턴(103)을 식각 마스크로 이용하여 산화물 반도체층(12)을 식각한다. 이어서 제2 포토레지스트 패턴(103)을 제거한 후에, 식각된 산화물 반도체층(12)이 형성된 기판(10)의 전면 상에 제1 절연막(16) 및 제2 절연막(17)을 순차적으로 형성한다.
도 13을 참조하면, 제1 절연막(16) 및 제2 절연막(17)의 일정 영역을 제거하여 P형 도핑 영역(14)을 노출하는 제1 콘택홀(18) 및 산화물 반도체(12)의 일정 영역을 노출하는 제2 콘택홀(19)을 형성한다.
도 2를 참조하면, 제1 콘택홀(18) 및 제2 콘택홀(19)이 형성된 기판(10)의 전면 상에 도전막을 형성하고 이를 패터닝하여 제1 전극(20) 및 제2 전극(21)을 형성한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 기판 11: 버퍼층
12: 산화물 반도체층 13: 진성 실리콘층
14: P형 도핑 영역 15: 절연막
16: 제1 절연막 17: 제2 절연막
18: 제1 콘택홀 19: 제2 콘택홀
20: 제1 전극 21: 제2 전극
22: 제3 절연막 23: 제3 전극
24: 제4 전극 31: 반도체층
33, 34: 소스 및 드레인 영역 32: 게이트 전극
35. 36: 소스 및 드레인 전극 37: 화소전극
46: 게이트 절연막 47: 층간 절연막
52: 패시베이션막
12: 산화물 반도체층 13: 진성 실리콘층
14: P형 도핑 영역 15: 절연막
16: 제1 절연막 17: 제2 절연막
18: 제1 콘택홀 19: 제2 콘택홀
20: 제1 전극 21: 제2 전극
22: 제3 절연막 23: 제3 전극
24: 제4 전극 31: 반도체층
33, 34: 소스 및 드레인 영역 32: 게이트 전극
35. 36: 소스 및 드레인 전극 37: 화소전극
46: 게이트 절연막 47: 층간 절연막
52: 패시베이션막
Claims (18)
- 기판 상에 형성된 진성 실리콘층;
상기 진성 실리콘층과 동일 평면 상에 형성된 P형 도핑 영역; 및
상기 진성 실리콘층의 상부 또는 하부에 형성되며, 상기 진성 실리콘층의 전체 영역과 중첩하는 산화물 반도체층을 포함하되, 상기 산화물 반도체층은 상기 진성 실리콘층과 직접 접하는 포토센서. - 제 1항에 있어서,
상기 진성 실리콘층과 상기 산화물 반도체층은 상기 진성 실리콘층의 전체 영역에 걸쳐서 직접 접하는 포토센서. - 제 1항에 있어서,
상기 산화물 반도체층은 상기 진성 실리콘층의 하부에 형성되며,
상기 P형 도핑 영역의 일측벽과 상기 산화물 반도체층의 일측벽은 정렬(align)되어 있는 포토센서. - 제 1항에 있어서,
상기 산화물 반도체층은 상기 진성 실리콘층의 상부에 형성되며,
상기 진성 실리콘층의 일측벽과 상기 산화물 반도체층의 일측벽은 정렬되어 있는 포토센서. - 제 1항에 있어서,
상기 진성 실리콘층은 다결정 실리콘층 또는 비정질 실리콘층인 포토센서. - 제 1항에 있어서,
상기 산화물 반도체층은 Hf 산화물, Zn 산화물, In 산화물, Ga 산화물, Sn 산화물, Ti 산화물, InZn 산화물, InSn 산화물, HfInZn 산화물, GaInZn 산화물 또는 이들의 조합을 포함하는 포토센서. - 제 1항에 있어서,
상기 진성 실리콘층, 상기 P형 도핑 영역, 및 상기 산화물 반도체층이 형성된 상기 기판 전면 상에 형성된 절연막을 더 포함하는 포토센서. - 제 7항에 있어서,
상기 절연막은 제1 절연막 및 상기 제1 절연막 상에 형성된 제2 절연막을 포함하는 포토센서. - 제 7항에 있어서,
상기 절연막 내에 형성되며, 상기 P형 도핑 영역을 노출하는 제1 콘택홀 및 상기 산화물 반도체층의 일정 영역을 노출하는 제2 콘택홀을 더 포함하는 포토센서. - 제 9항에 있어서,
상기 제1 콘택홀 내 및 상기 절연막 상에 형성되어 상기 P형 도핑 영역과 접촉하는 제1 전극 및 상기 제2 콘택홀 내 및 상기 절연막 상에 형성되어 상기 산화물 반도체와 접촉하는 제2 전극을 더 포함하는 포토센서. - 제 1항에 있어서,
상기 기판 및 상기 진성 실리콘층 또는 상기 산화물 반도체층 사이에 형성된 버퍼층을 더 포함하는 포토센서. - 기판 상에 형성된 진성 실리콘층;
상기 진성 실리콘층과 동일 평면 상에 형성된 P형 도핑 영역;
상기 진성 실리콘층의 상부 또는 하부에 형성되며, 상기 진성 실리콘층의 전체 영역에 걸쳐서 직접 접하는 산화물 반도체층;
상기 진성 실리콘층, 상기 P형 도핑 영역, 및 상기 산화물 반도체층이 형성된 상기 기판 전면 상에 형성된 절연막;
상기 절연막 내에 형성되며, 상기 P형 도핑 영역을 노출하는 제1 콘택홀 및 상기 산화물 반도체층의 일정 영역을 노출하는 제2 콘택홀;
상기 제1 콘택홀 내 및 상기 절연막 상에 형성되어 상기 P형 도핑 영역과 접촉하는 제1 전극; 및
상기 제2 콘택홀 내 및 상기 절연막 상에 형성되어 상기 산화물 반도체와 접촉하는 제2 전극을 포함하는 포토센서. - 기판 상에 진성 실리콘층을 형성하는 단계;
상기 진성 실리콘층의 일부 영역 내에 P형 도핑 영역을 형성하는 단계;및
상기 기판 상에 산화물 반도체층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 산화물 반도체층은 상기 진성 실리콘층의 전체 영역과 중첩하고,
상기 산화물 반도체층은 상기 진성 실리콘층과 직접접하는 포토 센서의 제조 방법. - 제 13항에 있어서,
상기 기판 상에 상기 진성 실리콘층, 상기 P형 도핑 영역 및 상기 산화물 반도체층을 형성하는 단계는,
상기 기판 상에 상기 산화물 반도체층 및 상기 진성 실리콘층을 순차적으로 적층하는 단계;
상기 진성 실리콘층 상에 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
상기 제1 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 진성 실리콘층 및 상기 산화물 반도체층을 식각하는 단계; 및
상기 진성 실리콘층의 일부 영역 내에 3족 불순물 이온을 주입하여 상기 P형 도핑 영역을 형성하는 단계를 포함하는 포토센서의 제조방법. - 제 14항에 있어서,
상기 진성 실리콘층의 일부 영역 내에 3족 불순물 이온을 주입하여 P형 도핑 영역을 형성하는 단계는
상기 진성 실리콘층 상에 P형 도핑 영역이 형성될 상기 진성 실리콘층의 일부 영역을 노출하는 블록킹막을 형성하는 단계; 및
상기 노출된 상기 진성 실리콘층의 일부 영역 내에 상기 3족 불순물 이온을 주입하는 단계를 포함하는 포토센서의 제조방법. - 제 13항에 있어서,
상기 기판 상에 상기 진성 실리콘층, 상기 P형 도핑 영역 및 상기 산화물 반도체층을 형성하는 단계는
상기 기판 상에 상기 진성 실리콘층을 형성하는 단계,
상기 진성 실리콘층 상에 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
상기 제1 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 진성 실리콘층을 식각하는 단계;
상기 진성 실리콘층의 일부 영역 내에 3족 불순물 이온을 주입하여 상기 P형 도핑 영역을 형성하는 단계
상기 진성 실리콘층 상에 상기 산화물 반도체층을 형성하는 단계;
상기 산화물 반도체층 상에 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및,
상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 산화물 반도체층을 식각하는 단계를 포함하는 포토센서의 제조방법. - 제 16항에 있어서,
상기 제2 포토레지스트 패턴은 상기 제1 포토레지스트 패턴 형성시 이용된 마스크를 이용하여 형성되는 포토센서의 제조방법. - 제 13항에 있어서,
상기 진성 실리콘층을 형성하는 단계는 상기 기판 상에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계 및 상기 비정질 실리콘층을 결정화시켜 다결정 실리콘층으로 형성하는 단계를 포함하는 포토센서의 제조방법.
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