KR102510027B1 - Contact structure of sensor using silicon nanowire and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예는, 실리콘 기판, 상기 실리콘 기판에 적어도 하나 이상 형성되는 실리콘 나노와이어, 상기 실리콘 나노와이어의 끝단에 연결되며, 상기 실리콘 나노와이어보다 폭이 넓은 콘택트부, 및 상기 콘택트부에 연결되며, 상기 실리콘 나노와이어에 전기신호를 전달하는 전극패턴을 포함하는 실리콘 나노와이어를 이용하는 센서의 접촉구조 및 그 제조방법을 제공한다. One embodiment of the present invention, a silicon substrate, at least one silicon nanowire formed on the silicon substrate, a contact portion connected to an end of the silicon nanowire and having a wider width than the silicon nanowire, and the contact portion It provides a contact structure of a sensor using a silicon nanowire including an electrode pattern for transmitting an electrical signal to the silicon nanowire and a manufacturing method thereof.

Description

실리콘 나노와이어를 이용하는 센서의 접촉구조 및 그 제조방법{Contact structure of sensor using silicon nanowire and manufacturing method thereof}Contact structure of sensor using silicon nanowire and manufacturing method thereof

본 발명은 실리콘 나노와이어를 이용하는 센서의 접촉구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a contact structure of a sensor using silicon nanowires and a manufacturing method thereof.

나노 기술의 발전에 따라 전기적 기계적 특성이 뛰어난 나노와이어를 다양한 분야에서 사용하는 연구가 진행되고 있다. 나노와이어는 물리적 크기가 매우 작아서 나노와이어를 정확한 위치에 배치하고 특정한 방향으로 정렬시키기 위한 다양한 방법들이 연구되고 있다.With the development of nanotechnology, research on the use of nanowires with excellent electrical and mechanical properties in various fields is being conducted. Since the nanowire has a very small physical size, various methods for arranging the nanowire in an accurate position and aligning it in a specific direction are being studied.

나노와이어를 전기재료로 활용하기 위해서는 나노와이어에 외부 회로와의 전기신호의 입출력을 위한 전극을 연결시킬 필요가 있다. 종래에, 나노와이어를 형성한 다음에 나노와이어의 양단에 금속 전극을 형성하거나, 금속판에 나노와이어를 성장시키는 방법 등이 연구되고 있다.In order to utilize nanowires as electrical materials, it is necessary to connect electrodes for input and output of electrical signals with external circuits to the nanowires. Conventionally, methods of forming nanowires and then forming metal electrodes on both ends of the nanowires or growing nanowires on a metal plate have been studied.

KR 10-2017-0078187 AKR 10-2017-0078187 A

본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 실리콘 나노와이어와 금속 재질의 전극의 옴성접촉을 향상시키는 구조를 제공한다.An object according to an embodiment of the present invention is to provide a structure for improving ohmic contact between silicon nanowires and metal electrodes.

또한, 실리콘 나노와이어의 끝단에 실리콘 나노와이어보다 폭이 넓은 콘택트부가 형성되고, 콘택트부에 금속 전극패턴이 결합되는 실리콘 나노와이어를 이용한 센서의 접촉구조 및 그 제조방법을 제공한다.In addition, a contact structure of a sensor using silicon nanowires in which a contact portion wider than the silicon nanowire is formed at the end of the silicon nanowire and a metal electrode pattern is coupled to the contact portion, and a manufacturing method thereof are provided.

본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용하는 센서의 접촉구조는, 실리콘 기판, 상기 실리콘 기판에 적어도 하나 이상 형성되는 실리콘 나노와이어, 상기 실리콘 나노와이어의 끝단에 연결되며, 상기 실리콘 나노와이어보다 폭이 넓은 콘택트부 및 상기 콘택트부에 연결되며, 상기 실리콘 나노와이어에 전기신호를 전달하는 전극패턴을 포함한다. The contact structure of a sensor using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention is connected to a silicon substrate, at least one silicon nanowire formed on the silicon substrate, and an end of the silicon nanowire, It includes a wide contact portion and an electrode pattern connected to the contact portion and transmitting an electrical signal to the silicon nanowire.

또한, 상기 콘택트부는 상기 실리콘 나노와이어의 양단에 하나씩 연결되며, 상기 실리콘 나노와이어와 일체로 형성될 수 있다. In addition, the contact unit may be connected to both ends of the silicon nanowire one by one and integrally formed with the silicon nanowire.

또한, 실리콘 재질인 상기 콘택트부와 금속 재질인 상기 전극패턴의 접촉면에 형성되어, 상기 콘택트부와 전극패턴의 접합성을 향상시키는 실리사이드를 더 포함할 수 있다. In addition, silicide may be formed on a contact surface between the contact portion made of silicon and the electrode pattern made of metal to improve bonding between the contact portion and the electrode pattern.

본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용하는 센서의 접촉구조 제조방법은, 실리콘 기판의 일면에 제1 폭을 갖는 와이어영역 및 상기 와이어영역의 끝단에 연결되고 상기 제1 폭보다 큰 제2 폭을 갖는 콘택트영역을 갖는 패턴의 마스크를 적어도 하나 이상 형성하는 마스크 형성단계, 상기 마스크를 이용한 식각 및 산화 공정을 수행하여, 상기 실리콘 기판에 실리콘 나노와이어 및 실리콘 나노와이어의 끝단에 상기 실리콘 나노와이어보다 폭이 넓은 콘택트부를 형성하는 나노와이어 형성단계, 및 상기 콘택트부에 금속 재질의 전극패턴을 형성하는 전극패턴 형성단계를 포함한다. A method for manufacturing a contact structure of a sensor using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention includes a wire region having a first width on one surface of a silicon substrate and a second wire region connected to an end of the wire region and having a larger width than the first width. A mask forming step of forming at least one mask having a pattern having a contact region having a width, and performing an etching and oxidation process using the mask to form silicon nanowires on the silicon substrate and silicon nanowires at ends of the silicon nanowires. A nanowire forming step of forming a contact portion having a wider width, and an electrode pattern forming step of forming an electrode pattern of a metal material on the contact portion.

또한, 상기 나노와이어 형성단계는 상기 마스크를 이용하여 상기 실리콘 기판을 일정 깊이로 식각하여 높이가 일정하고 상기 마스크와 평면이 동일한 칼럼구조물을 형성하는 단계, 상기 칼럼구조물을 이방성 식각하여 폭 방향의 단면이 모래시계 형상을 갖는 지지구조물을 형성하는 단계, 및 상기 칼럼구조물을 습식산화하여 상기 칼럼구조물의 상단에 상기 실리콘 나노와이어 및 콘택트부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the nanowire forming step is a step of etching the silicon substrate to a certain depth using the mask to form a column structure having a constant height and the same plane as the mask, and anisotropically etching the column structure to cross-section in the width direction Forming a support structure having an hourglass shape, and wet oxidizing the column structure to form the silicon nanowire and the contact portion on top of the column structure may be included.

또한, 상기 지지구조물을 형성하는 단계는 상기 패턴의 제1 폭 및 제2 폭에 비례하여 습식 산화 공정의 수행시간이 증가될 수 있다.In the step of forming the support structure, the execution time of the wet oxidation process may be increased in proportion to the first width and the second width of the pattern.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.Features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be interpreted in a conventional and dictionary sense, and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to explain his or her invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.

본 발명의 일실시예에 따르면, 실리콘 나노와이어의 끝단에 연결되고 실리콘 나노와이어보다 폭이 넓은 콘택트부에 금속 전극패턴을 연결할 수 있으므로, 전극패턴이 실리콘 나노와이어에 직접 연결되는 경우보다 실리콘과 금속의 접촉면적이 넓어 옴성 접촉(ohmic contact)이 향상된다.According to one embodiment of the present invention, since the metal electrode pattern can be connected to the contact portion that is connected to the end of the silicon nanowire and has a wider width than the silicon nanowire, it is possible to connect the electrode pattern to the silicon nanowire rather than the case where the electrode pattern is directly connected to the silicon nanowire. The contact area is wide, so the ohmic contact is improved.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 센서의 접촉구조를 나타낸 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어 및 콘택트부를 나타낸 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 2c는 도 2a의 B-B'에 따른 단면도이다.
도 3a 내지 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 센서의 접촉구조 제조방법의 각 단계를 나타낸 도면이다.
1 is a cross-sectional view showing a contact structure of a sensor using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention.
2A is a perspective view illustrating a silicon nanowire and a contact unit according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2b is a cross-sectional view taken along A-A' of Fig. 2a.
Fig. 2c is a sectional view taken along BB' of Fig. 2a.
3A to 10 are views showing each step of a method for manufacturing a contact structure of a sensor using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 일실시예를 설명함에 있어서, 본 발명의 일실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다. Objects, specific advantages and novel features of an embodiment of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. In adding reference numerals to components of each drawing in this specification, it should be noted that the same components have the same numbers as much as possible, even if they are displayed on different drawings. In addition, terms such as "one side", "other side", "first", and "second" are used to distinguish one component from another, and the components are not limited by the above terms. no. Hereinafter, in describing an embodiment of the present invention, a detailed description of related known technologies that may unnecessarily obscure the subject matter of an embodiment of the present invention will be omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어(131)를 이용한 센서의 접촉구조를 나타낸 단면도이고, 도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어(131) 및 콘택트부(132)를 나타낸 사시도이며, 도 2b는 도 2a의 A-A'에 따른 단면도이고, 도 2c는 도 2a의 B-B'에 따른 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a contact structure of a sensor using silicon nanowires 131 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2A is a silicon nanowire 131 and a contact unit 132 according to an embodiment of the present invention. ), Figure 2b is a cross-sectional view taken along A-A' of Figure 2a, Figure 2c is a cross-sectional view taken along BB' of FIG.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어(131)를 이용한 센서의 접촉구조는, 실리콘 기판(100), 상기 실리콘 기판(100)에 적어도 하나 이상 형성되는 실리콘 나노와이어(131), 상기 실리콘 나노와이어(131)의 끝단에 연결되며, 상기 실리콘 나노와이어(131)보다 폭이 넓은 콘택트부(132), 및 상기 콘택트부(132)에 연결되며, 상기 실리콘 나노와이어(131)에 전기신호를 전달하는 전극패턴(160)을 포함한다.As shown in FIG. 1, the contact structure of a sensor using silicon nanowires 131 according to an embodiment of the present invention includes a silicon substrate 100 and at least one silicon nanowire formed on the silicon substrate 100. A wire 131, connected to an end of the silicon nanowire 131, and connected to a contact portion 132 having a wider width than the silicon nanowire 131, and connected to the contact portion 132, the silicon nanowire It includes an electrode pattern 160 that transmits an electrical signal to (131).

실리콘 기판(100)은 결정방향이 <100> 인 단결정 실리콘 기판(100)일 수 있다. 실리콘 나노와이어(131)는 P-형 도펀트 및 N-형 도펀트가 도핑되어, PN접합을 갖는 다이오드(diode), 단일 광자(single photon)가 입사하면 애벌런치 전류가 발생하는 애벌런치 포토다이오드(avalanche photodiode) 등으로 형성될 수 있다. 도펀트가 도핑된 실리콘 나노와이어(131)는 광검출 센서로 사용될 수 있다. The silicon substrate 100 may be a single crystal silicon substrate 100 having a crystal orientation of <100>. The silicon nanowire 131 is doped with a P-type dopant and an N-type dopant to form a diode having a PN junction and an avalanche photodiode generating an avalanche current when a single photon is incident thereon. photodiode), etc. The dopant-doped silicon nanowire 131 may be used as a photodetection sensor.

도 2a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(100)의 일면에는 지지구조물(120)이 형성되며, 지지구조물(120)의 상단에 실리콘 나노와이어(131) 및 실리콘 나노와이어(131)의 끝단에 연결되는 콘택트부(132)가 형성된다. 실리콘 나노와이어(131)는 실리콘 기판(100)의 일면과 평행하게 형성된다. 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 실리콘 나노와이어(131) 및 콘택트부(132)는 지지구조물(120)의 측면과 중단에 형성되는 실리콘 산화막에 의하여 실리콘 기판(100)과 절연된다. 실리콘 나노와이어(131)는 단면이 역삼각형 형상이고 균일한 폭을 갖고 길이방향으로 긴 와이어 형상을 가질 수 있다.As shown in FIG. 2A, a support structure 120 is formed on one surface of a silicon substrate 100, and a silicon nanowire 131 is formed on top of the support structure 120 and an end of the silicon nanowire 131 is connected. A contact portion 132 is formed. The silicon nanowires 131 are formed parallel to one surface of the silicon substrate 100 . As shown in FIGS. 2B and 2C , the silicon nanowires 131 and the contact portion 132 are insulated from the silicon substrate 100 by a silicon oxide film formed on the side surface and the middle portion of the support structure 120 . The silicon nanowire 131 may have an inverted triangular cross section, a uniform width, and a long wire shape in the longitudinal direction.

콘택트부(132)는 실리콘 나노와이어(131)의 양단에 하나씩 연결되며, 실리콘 나노와이어(131)와 일체로 형성될 수 있다. 콘택트부(132)는 실리콘 나노와이어(131)보다 큰 폭을 갖는다. 실리콘 나노와이어(131) 및 콘택트부(132)를 다시 표현하면, 하나의 실리콘 나노와이어(131)에서 일부분의 폭과 다른 일부분의 폭이 다르게 형성된 구조라고 할 수 있다.The contact units 132 are connected to both ends of the silicon nanowires 131 one by one and may be integrally formed with the silicon nanowires 131 . The contact portion 132 has a larger width than the silicon nanowire 131 . Re-expressing the silicon nanowire 131 and the contact portion 132, it can be said that the width of one part of the silicon nanowire 131 and the width of the other part are formed differently.

콘택트부(132)의 폭(F2)이 실리콘 나노와이어(131)의 폭(F1)보다 크므로, 콘택트부(132)는 금속 재질의 전극패턴(160)이 연결될 때 옴성 접촉을 달성하기 위한 충분한 면적을 제공한다.Since the width (F2) of the contact portion 132 is greater than the width (F1) of the silicon nanowire 131, the contact portion 132 has sufficient contact to achieve ohmic contact when the electrode pattern 160 made of metal is connected. provide area.

실리콘 나노와이어(131)에 금속 재질의 전극패턴(160)을 직접 형성하는 경우에 비하여, 실리콘 나노와이어(131)의 끝단에 실리콘 나노와이어(131)보다 폭이 넓은 콘택트부(132)를 형성하고 콘택트부(132)에 전극패턴(160)을 형성함으로써, 실리콘과 금속의 접촉면적이 넓어 옴성 접촉(ohmic contact)이 향상되는 이점이 있다. 따라서 접촉불량에 의한 불량률이 낮아져, 실리콘 나노와이어를 이용하는 센서의 수율이 향상된다.Compared to the case of directly forming the electrode pattern 160 made of metal on the silicon nanowire 131, the contact portion 132 wider than the silicon nanowire 131 is formed at the end of the silicon nanowire 131, By forming the electrode pattern 160 on the contact portion 132, there is an advantage in improving ohmic contact because the contact area between silicon and metal is wide. Therefore, the defect rate due to contact failure is lowered, and the yield of sensors using silicon nanowires is improved.

실리콘 나노와이어(131)의 폭(F1)과 콘택트부(132)의 폭(F2)은 정해진 범위의 비율 내에서 결정될 수 있다. 콘택트부(132)의 폭(F2)이 실리콘 나노와이어(131)의 폭(F1)보다 일정 비율 이상 큰 경우 제조과정에서 콘택트부(132)와 실리콘 기판(100)이 절연되지 않을 위험이 있다. 다시 말해서, 콘택트부(132)와 실리콘 기판(100)이 제2 실리콘 산화막(Ox2)에 의하여 분리되지 않을 수 있다.The width F1 of the silicon nanowire 131 and the width F2 of the contact portion 132 may be determined within a predetermined range of ratios. If the width F2 of the contact portion 132 is larger than the width F1 of the silicon nanowire 131 by a predetermined ratio or more, there is a risk that the contact portion 132 and the silicon substrate 100 may not be insulated during the manufacturing process. In other words, the contact portion 132 and the silicon substrate 100 may not be separated by the second silicon oxide layer Ox2.

실리콘 나노와이어(131)의 폭과 콘택트부(132)의 폭을 결정함에 있어서, 제2 실리콘 산화막(Ox2)의 두께, 지지구조물(120)의 높이 등의 수치를 함께 결정할 필요가 있으며, 자세한 내용은 아래의 실리콘 나노와이어를 이용하는 센서의 접촉구조 제조방법에서 상세히 설명한다.In determining the width of the silicon nanowire 131 and the width of the contact portion 132, it is necessary to determine numerical values such as the thickness of the second silicon oxide film Ox2 and the height of the support structure 120 together. A method for manufacturing a contact structure of a sensor using silicon nanowires below will be described in detail.

콘택트부(132)의 상면에는 실리사이드(140)(TiSi2)가 형성될 수 있고 실리사이드(140) 상에 금속 재질의 전극패턴(160)이 형성된다. 실리사이드(140)는 실리콘 재질인 상기 콘택트부(132)와 금속 재질인 상기 전극패턴(160)의 접촉면에 형성되어, 상기 콘택트부(132)와 전극패턴(160)의 접합성을 향상시킨다.A silicide 140 (TiSi 2 ) may be formed on the upper surface of the contact portion 132 , and an electrode pattern 160 made of a metal material is formed on the silicide 140 . The silicide 140 is formed on a contact surface between the contact portion 132 made of silicon and the electrode pattern 160 made of metal to improve bonding between the contact portion 132 and the electrode pattern 160 .

도 1은 콘택트부(132)와 전극패턴(160)이 하나의 지점에서 접촉하는 구조를 예시적으로 도시하였으나, 콘택트부(132)와 전극패턴(160)은 두 개 이상의 지점에서 접촉하도록 구성될 수 있다. 즉, 콘택트부(132)의 길이(G2)를 결정함에 있어서, 콘택트부(132)와 전극패턴(160)이 하나의 지점에서 접촉하기 충분한 길이보다 더 긴 길이로 결정하고, 콘택트부(132)와 전극패턴(160)이 두 개 이상의 지점에서 접촉하도록 형성할 수도 있다. 이러한 경우, 어느 한 지점에서 접촉불량이 발생하더라도 다른 지점에서 옴성 접촉이 가능하므로, 불량률을 낮출 수 있다.1 shows a structure in which the contact unit 132 and the electrode pattern 160 contact each other at one point, the contact unit 132 and the electrode pattern 160 may be configured to contact each other at two or more points. can That is, in determining the length G2 of the contact portion 132, a length longer than a length sufficient for the contact portion 132 and the electrode pattern 160 to contact at one point is determined, and the contact portion 132 and the electrode pattern 160 may be formed to contact at two or more points. In this case, even if contact failure occurs at one point, ohmic contact is possible at another point, so the defect rate can be reduced.

실리콘 나노와이어(131) 및 콘택트부(132)가 형성된 실리콘 기판(100) 상에 비아홀이 형성된 절연층(150)이 형성된다. 절연층(150)은 실리콘 나노와이어(131) 및 콘택트부(132)를 보호하고 전기적으로 절연한다. 절연층(150)의 비아홀은 콘택트부(132) 상에 형성되고, 금속 재질의 전극패턴(160)이 비아홀을 통해 콘택트부(132)와 연결된다. 전극패턴(160)은 예를 들어, 실리콘 나노와이어(131)가 광검출 센서로 동작하는 경우, 실리콘 나노와이어(131)가 생성한 전류를 콘택트부(132)를 통해 전달받아 외부 회로로 전송한다.An insulating layer 150 having via holes is formed on the silicon substrate 100 on which the silicon nanowires 131 and the contact portion 132 are formed. The insulating layer 150 protects and electrically insulates the silicon nanowires 131 and the contact portion 132 . A via hole of the insulating layer 150 is formed on the contact portion 132 , and an electrode pattern 160 made of a metal material is connected to the contact portion 132 through the via hole. The electrode pattern 160 receives the current generated by the silicon nanowire 131 through the contact unit 132 and transmits it to an external circuit, for example, when the silicon nanowire 131 operates as a photodetection sensor. .

본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용하는 센서의 접촉구조 제조방법은, 실리콘 기판(100)의 일면에 제1 폭(W1)을 갖는 와이어영역(AR131) 및 상기 와이어영역(AR131)의 끝단에 연결되고 상기 제1 폭(W1)보다 큰 제2 폭(W2)을 갖는 콘택트영역(AR132)을 갖는 패턴의 마스크를 적어도 하나 이상 형성하는 마스크 형성단계, 상기 마스크를 이용한 식각 및 산화 공정을 수행하여, 상기 실리콘 기판(100)에 실리콘 나노와이어(131) 및 실리콘 나노와이어(131)의 끝단에 상기 실리콘 나노와이어(131)보다 폭이 넓은 콘택트부(132)를 형성하는 나노와이어 형성단계, 상기 콘택트부(132)에 금속 재질의 전극패턴(160)을 형성하는 전극패턴(160) 형성단계를 포함한다. A method for manufacturing a contact structure of a sensor using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention includes a wire area AR131 having a first width W1 on one surface of a silicon substrate 100 and a wire area AR131 having a first width W1. A mask forming step of forming at least one patterned mask having a contact region AR132 connected to an end and having a second width W2 greater than the first width W1, and an etching and oxidation process using the mask. By performing, forming a contact portion 132 wider than the silicon nanowire 131 at the end of the silicon nanowire 131 and the silicon nanowire 131 on the silicon substrate 100, a nanowire forming step, An electrode pattern 160 forming step of forming an electrode pattern 160 made of metal on the contact portion 132 is included.

도 3a는 실리콘 기판(100)을 준비하는 단계를 나타낸 도면이며, 도 3b는 도 3a의 A-A'에 따른 단면도이다. 먼저, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 결정방향이 <100 >인 단결정 실리콘 기판(100)을 준비한다. FIG. 3A is a view illustrating a step of preparing a silicon substrate 100, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA' of FIG. 3A. First, as shown in FIGS. 3A and 3B , a single crystal silicon substrate 100 having a crystal orientation of <100> is prepared.

도 4a는 실리콘 기판(100) 상에 제1 실리콘 산화막 및 제1 실리콘 질화막을 형성하는 단계를 나타낸 도면이며, 도 4b는 도 4a의 A-A'에 따른 단면도이다. FIG. 4A is a view illustrating a step of forming a first silicon oxide film and a first silicon nitride film on a silicon substrate 100, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 4A.

다음으로, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(100)의 일면 상에 건식 산화(dry oxidation) 방법을 이용하여 제1 실리콘 산화막(Ox1)(SiO2)을 형성하고, 제1 실리콘 산화막(Ox1)(SiO2) 상에 저압 화학 기상 증착(Low Pressure Chemical Vapor deposition: LPCVD)을 이용하여 제1 실리콘 질화막(Nx1)(Si3N4)을 순차적으로 형성한다.Next, as shown in FIGS. 4A and 4B , a first silicon oxide film Ox1 (SiO 2 ) is formed on one surface of the silicon substrate 100 using a dry oxidation method, and the first A first silicon nitride layer Nx1 (Si 3 N 4 ) is sequentially formed on the silicon oxide layer Ox1 (SiO 2 ) using low pressure chemical vapor deposition (LPCVD).

도 5a는 실리콘 기판(100) 상에 마스크를 형성하는 단계를 나타낸 도면이며, 도 5b는 도 5a의 A-A'에 따른 단면도이고, 5c는 마스크의 패턴을 나타내는 도 5a의 평면도이다. FIG. 5A is a view showing a step of forming a mask on a silicon substrate 100, FIG. 5B is a cross-sectional view along line AA′ of FIG. 5A, and FIG. 5C is a plan view of FIG. 5A showing a mask pattern.

다음으로, 도 5a, 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 제1 실리콘 질화막(Nx1) 상에 제1 포토레지스트(PR1)를 도포한 후, 사진 식각 공정(Photolithography)을 통해 제1 포토레지스트(PR1)에 일정한 패턴(Pt)을 형성하고 건식 식각(dry etching) 공정을 통해 노출된 제1 실리콘 질화막(Nx1) 및 제1 실리콘 산화막(Ox1)을 순차적으로 제거하여 마스크를 형성한다. Next, as shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C, after coating the first photoresist PR1 on the first silicon nitride film Nx1, the first photoresist PR1 is subjected to a photolithography process. A mask is formed by forming a predetermined pattern Pt on PR1 and sequentially removing the first silicon nitride film Nx1 and the first silicon oxide film Ox1 exposed through a dry etching process.

도 5c에 도시된 바와 같이, 패턴(Pt)은 제1 폭(W1)을 갖는 와이어영역(AR131) 및 상기 와이어영역(AR131)의 끝단에 연결되고 상기 제1 폭(W1)보다 큰 제2 폭(W2)을 갖는 콘택트영역(AR132)을 포함한다. 패턴(Pt)은 적어도 하나 이상 폭 방향으로 일정간격 이격되어 형성될 수 있다. 패턴(Pt)은 가운데의 와이어영역(AR131)이 좁고 길며 와이어영역(AR131)의 양단부의 콘택트영역(AR132)이 면적이 넓은 아령과 같은 형상으로 형성될 수 있다. As shown in FIG. 5C , the pattern Pt has a wire region AR131 having a first width W1 and a second width connected to an end of the wire region AR131 and greater than the first width W1. and a contact region AR132 having (W2). At least one pattern Pt may be formed to be spaced apart at a predetermined interval in the width direction. In the pattern Pt, the wire region AR131 in the middle is narrow and long, and the contact regions AR132 at both ends of the wire region AR131 may be formed in a dumbbell-like shape with a wide area.

와이어영역(AR131) 내에 실리콘 나노와이어(131)가 형성되며, 콘택트영역(AR132) 내에 콘택트부(132)가 형성되므로, 실리콘 나노와이어(131)와 콘택트부(132)의 폭(F1, F2) 및 길이(G1, G2)보다 와이어영역(AR131)과 콘택트영역(AR132)의 폭(W1, W2) 및 길이(L1, L2)가 크게 결정된다. 와이어영역(AR131)의 제1 길이(L1)는 제조하려는 실리콘 나노와이어(131)의 길이(G1)에 대응한다. 콘택트영역(AR132)의 제2 길이(L2)는 콘택트부(132)의 길이(G2)보다 길게 결정된다.Since the silicon nanowire 131 is formed in the wire region AR131 and the contact portion 132 is formed in the contact region AR132, the widths (F1, F2) of the silicon nanowire 131 and the contact portion 132 are The widths W1 and W2 and the lengths L1 and L2 of the wire region AR131 and the contact region AR132 are determined to be larger than the lengths G1 and G2. The first length L1 of the wire region AR131 corresponds to the length G1 of the silicon nanowire 131 to be manufactured. The second length L2 of the contact region AR132 is determined to be longer than the length G2 of the contact portion 132 .

도 6a는 마스크를 이용한 식각공정으로 칼럼구조물(110)을 형성하는 단계를 나타낸 도면이며, 도 6b는 도 6a의 A-A'에 따른 단면도이고, 도 6c는 도 6a의 B-B'에 따른 단면도이며, 도 6d는 도 6a의 C-C'에 따른 단면도이다. 6A is a view showing a step of forming the column structure 110 by an etching process using a mask, FIG. 6B is a cross-sectional view taken along AA' of FIG. 6A, and FIG. 6C is taken along BB' of FIG. 6d is a cross-sectional view taken along line C-C' of FIG. 6a.

다음으로, 도 6a, 도 6b에 도시된 바와 같이, 제1 포토레지스트(PR1)에 형성된 패턴(Pt)을 마스크로 이용하여 건식 식각(dry etching) 방법으로 노출된 제1 실리콘 질화막(Nx1) 및 제1 실리콘 산화막(Ox1)을 순차적으로 제거하고, 계속하여 실리콘 기판(100)을 일정 깊이로 식각하여 높이(H)가 일정하고 상기 마스크와 평면 형상이 동일한 칼럼구조물(110)을 형성한 다음 제1 포토레지스트(PR1)을 제거한다. 칼럼구조물(110)은 폭 방향으로 일정간격 이격되어 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 실리콘 기판(100)을 식각하는 깊이는 칼럼구조물(110)의 높이(H)가 된다. Next, as shown in FIGS. 6A and 6B, a first silicon nitride film Nx1 exposed by a dry etching method using the pattern Pt formed on the first photoresist PR1 as a mask, and The first silicon oxide film Ox1 is sequentially removed, and the silicon substrate 100 is subsequently etched to a certain depth to form a column structure 110 having a constant height H and the same planar shape as the mask, 1 Remove the photoresist (PR1). At least one column structure 110 may be formed at a predetermined interval in the width direction. The etching depth of the silicon substrate 100 becomes the height H of the column structure 110 .

도 6c에 도시된 바와 같이, 패턴(Pt)의 와이어영역(AR131)에 해당하는 칼럼구조물(110) 부분은 패턴(Pt)의 제1 폭(W1)과 같게 형성되고, 도 6d에 도시된 바와 같이, 패턴(Pt)의 콘택트영역(AR132)에 해당하는 칼럼구조물(110) 부분은 패턴(Pt)의 제2 폭(W2)과 같게 형성된다.As shown in FIG. 6C, a portion of the column structure 110 corresponding to the wire region AR131 of the pattern Pt is formed to have the same first width W1 of the pattern Pt, and as shown in FIG. 6D Similarly, the portion of the column structure 110 corresponding to the contact area AR132 of the pattern Pt is formed equal to the second width W2 of the pattern Pt.

도 7a는 마스크를 이용한 이방성 식각공정으로 지지구조물(120)을 형성하는 단계를 나타낸 도면이며, 도 7b는 도 7a의 A-A'에 따른 단면도이고, 도 7c는 도 7a의 B-B'에 따른 단면도이며, 도 7d는 도 7a의 C-C'에 따른 단면도이다. Figure 7a is a view showing the step of forming the support structure 120 by an anisotropic etching process using a mask, Figure 7b is a cross-sectional view along A-A' of Figure 7a, Figure 7c is a BB' of Figure 7a FIG. 7d is a cross-sectional view taken along line C-C′ of FIG. 7a.

다음으로, 도 7a, 도 7b, 도 7c 및 도 7d에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(100)을 KOH 용액(또는 TMAH 용액)을 이용하여 이방성 식각(anisotropic etch)한다. 이방성 식각 공정이 완료되면, 실리콘 기판(100)의 칼럼구조물(110)은 실리콘의 결정방향에 따른 이방성 식각 특성에 의해, 중단(120m) 폭이 좁고, 상단(120h) 및 하단(120l) 폭이 중단에 비해 넓은 모래시계 형상(hourglass shape)의 지지구조물(120)로 형성된다. Next, as shown in FIGS. 7a, 7b, 7c, and 7d, the silicon substrate 100 is anisotropic etched using a KOH solution (or TMAH solution). When the anisotropic etching process is completed, the columnar structure 110 of the silicon substrate 100 has a narrow middle section (120m) and a top section (120h) and bottom section (120l) width due to anisotropic etching characteristics along the crystal direction of silicon. It is formed as a support structure 120 having an hourglass shape that is wider than the middle portion.

도 7c에 도시된 바와 같이, 패턴(Pt)의 와이어영역(AR131)에 해당하는 지지구조물(120) 부분의 상단(120h1)의 폭은 패턴(Pt)의 제1 폭(W1)과 같고, 중단(120m1)의 폭(R1)은 제1 폭(W1)보다 작다. 도 7d에 도시된 바와 같이, 패턴(Pt)의 콘택트영역(AR132)에 해당하는 지지구조물(120) 부분의 상단(120h2)의 폭은 패턴(Pt)의 제2 폭(W2)과 같고, 중단(120m2)의 폭(R2)은 제1 폭(W2)보다 작다. As shown in FIG. 7C , the width of the upper end 120h1 of the support structure 120 corresponding to the wire region AR131 of the pattern Pt is equal to the first width W1 of the pattern Pt, and The width R1 of (120m1) is smaller than the first width W1. As shown in FIG. 7D, the width of the upper end 120h2 of the portion of the support structure 120 corresponding to the contact area AR132 of the pattern Pt is equal to the second width W2 of the pattern Pt, and The width R2 of (120 m2) is smaller than the first width W2.

패턴(Pt)의 와이어영역(AR131)에 해당하는 지지구조물(120) 부분과 패턴(Pt)의 콘택트영역(AR132)에 해당하는 지지구조물(120) 부분은 같은 시간의 이방성 식각 공정을 거치므로 측면의 식각 정도가 동일하고, 패턴(Pt)의 제1 폭(W1)보다 제2 폭(W2)이 크므로 패턴(Pt)의 와이어영역(AR131)에 해당하는 지지구조물(120) 부분의 중단 폭(R1)보다 패턴(Pt)의 콘택트영역(AR132)에 해당하는 지지구조물(120) 부분의 중단 폭(R2)이 더 크다. Since the portion of the support structure 120 corresponding to the wire region AR131 of the pattern Pt and the portion of the support structure 120 corresponding to the contact region AR132 of the pattern Pt undergo an anisotropic etching process at the same time, the side surface Since the etching degree is the same and the second width W2 is greater than the first width W1 of the pattern Pt, the middle width of the portion of the support structure 120 corresponding to the wire region AR131 of the pattern Pt The interrupted width R2 of the portion of the support structure 120 corresponding to the contact area AR132 of the pattern Pt is greater than that of (R1).

와이어영역(AR131)과 콘택트영역(AR132)에서 지지구조물(120)의 상면과 측면 사이의 각(θ)은 동일하다. 이 각(θ)은 실리콘 기판(100)의 결정방향 < 100 > 에 따라 결정되는 것으로, 54.7°일 수 있다. The angle θ between the top and side surfaces of the support structure 120 is the same in the wire area AR131 and the contact area AR132. This angle θ is determined according to the crystal orientation of the silicon substrate 100 <100> and may be 54.7°.

도 7e는 패턴(Pt)의 폭(W)이 동일하다면, 칼럼구조물(110)의 높이(H)에 대한 지지구조물(120)의 중단(120m) 폭(R)의 변화를 나타내는 도면이다.FIG. 7E is a view showing a change in the width R of the intermediate portion 120m of the support structure 120 with respect to the height H of the column structure 110 when the width W of the pattern Pt is the same.

칼럼구조물(110)의 높이(H1)가 폭(W)에 비하여 낮은 경우(도 7e의 (1)참조), 이방성식각 공정을 거치면 지지구조물(120)의 중단(120m) 폭(R)이 넓게 형성된다. 이러한 경우처럼 중단 폭(R)이 너무 넓을 경우, 이후의 습식 산화 공정에 의한 실리콘 나노와이어 형성 과정에서 실리콘 나노와이어(131)와 실리콘 기판(100)이 분리되지 않을 수 있다.When the height H1 of the column structure 110 is lower than the width W (see (1) of FIG. 7E), the anisotropic etching process increases the width R of the middle portion (120 m) of the support structure 120. is formed As in this case, when the interruption width R is too wide, the silicon nanowires 131 and the silicon substrate 100 may not be separated during the subsequent wet oxidation process of forming the silicon nanowires.

칼럼구조물(110)의 높이(H2)가 폭(W)에 비하여 적당한 경우(도 7e의 (2)참조), 지지구조물(120)의 폭(R)이 알맞게 형성되어, 이후의 습식 산화공정에 의한 실리콘 나노와이어 형성 과정에 있어서 실리콘 나노와이어(131)와 실리콘 기판(100)이 적절히 분리되어 실리콘 나노와이어 형성이 원만히 이루어질 수 있다.When the height (H2) of the column structure 110 is suitable compared to the width (W) (see (2) of FIG. 7E), the width (R) of the support structure 120 is formed appropriately, so that in the subsequent wet oxidation process In the process of forming the silicon nanowires, the silicon nanowires 131 and the silicon substrate 100 are properly separated, so that the silicon nanowires can be formed smoothly.

칼럼구조물(110)의 높이(H3)가 폭(W)에 비하여 높은 경우(도 7e의 (3)참조), 이방성식각 공정을 거치면 지지구조물(120)의 중단(120m)이 모두 제거되어, 지지구조물(120)의 상단(120h)이 실리콘 기판(100)과 분리되어 이후의 나노와이어 제조가 어려워진다.When the height (H3) of the column structure 110 is higher than the width (W) (see (3) of FIG. 7E), the anisotropic etching process removes all of the middle portion (120m) of the support structure 120 and supports the support structure 120. The upper end 120h of the structure 120 is separated from the silicon substrate 100, making it difficult to manufacture the nanowires thereafter.

따라서, 칼럼구조물(110)의 높이(H)를 결정함에 있어서, 패턴(Pt)의 폭(W)을 고려하여 적절한 높이를 선택해야 하며, 이방성식각과 실리콘 기판(100)의 결정방향<100> 특성상 지지구조물(120)의 상면과 측면 사이의 각(θ)을 고려하여야 한다. 예를 들어, 패턴(Pt)의 폭(W), 지지구조물(120)의 중단(120m) 폭(R) 및 각(θ) 값을 기초로 알맞은 높이(H)를 수학식 1과 같이 구할 수 있다. Therefore, in determining the height (H) of the column structure 110, an appropriate height should be selected in consideration of the width (W) of the pattern (Pt), and the anisotropic etching and crystal orientation of the silicon substrate 100 <100> Due to its characteristics, the angle θ between the top and side surfaces of the support structure 120 should be considered. For example, an appropriate height (H) can be obtained as in Equation 1 based on the width (W) of the pattern (Pt), the width (R) of the middle (120m) of the support structure 120, and the angle (θ) value. there is.

[수학식 1] [ Equation 1 ]

H=(W-R)tan(θ)H=(W-R)tan(θ)

도 8a는 마스크를 이용한 습식 산화 공정으로 실리콘 나노와이어(131) 및 콘택트부(132)를 형성하는 단계를 나타낸 도면이며, 도 8b는 도 8a의 A-A'에 따른 단면도이고, 도 8c는 도 8a의 B-B'에 따른 단면도이며, 도 8d는 도 8a의 C-C'에 따른 단면도이다. FIG. 8A is a view showing a step of forming silicon nanowires 131 and contact portions 132 by a wet oxidation process using a mask, FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 8A, and FIG. 8C is FIG. 8A is a cross-sectional view taken along line BB', and FIG. 8D is a cross-sectional view taken along line C-C' in FIG. 8A.

다음으로, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(100)에 습식 산화 공정을 수행하면, 노출된 실리콘 기판(100)과 지지구조물(120)의 측면(120s)에 제2 실리콘 산화막(Ox2)이 형성된다. 습식 산화 공정에서 물 분자가 실리콘 질화막을 통과할 수 없어서 제2 실리콘 산화막(Ox2)은 모래시계 형상의 지지구조물(120)의 상면에는 형성되지 않고, 지지구조물의 측면(120s)에 형성된다. 지지구조물(120)의 상단(120h) 측면 및 중단(120m)의 실리콘이 산화되어 제2 실리콘 산화막(Ox2)을 형성함으로써, 지지구조물(120)의 상단(120m)에 실리콘 나노와이어(131) 및 콘택트부(132)가 형성된다.Next, as shown in FIGS. 8A and 8B , when a wet oxidation process is performed on the silicon substrate 100, a second silicon oxide film is formed on the exposed silicon substrate 100 and the side surface 120s of the support structure 120. (Ox2) is formed. In the wet oxidation process, since water molecules cannot pass through the silicon nitride film, the second silicon oxide film Ox2 is not formed on the upper surface of the hourglass-shaped support structure 120 but is formed on the side surface 120s of the support structure. By oxidizing silicon on the side surface and middle portion 120m of the upper end 120h of the support structure 120 to form a second silicon oxide film Ox2, the silicon nanowire 131 and the silicon nanowires 131 and A contact portion 132 is formed.

도 8c 및 도 8d에 도시된 바와 같이, 실리콘 나노와이어(131) 및 콘택트부(132)는 지지구조물(120)의 측면(120s)과 중단(120m)에 형성된 제2 실리콘 산화막(Ox2)에 의하여 실리콘 기판(100)과 절연된다. 패턴(Pt)의 콘택트영역(AR132)에 해당하는 지지구조물(120)의 중단(120m1)의 양측면에서 지지구조물(120)의 내측방향으로, 습식 산화 공정에 의하여 제2 실리콘 산화막(Ox2)이 성장하여 서로 만날 수 있는 최소한의 시간 이상으로 습식 산화 공정이 수행된다. 다만, 패턴(Pt)의 와이어영역(AR131)에 해당하는 지지구조물(120)의 상단(120h1)의 중앙까지 제2 실리콘 산화막(Ox2)이 형성되면 실리콘 나노와이어(131)를 형성할 수 없기 때문에 습식 산화 공정의 최대한계시간이 존재한다. 습식 산화 공정의 수행시간은 지지구조물(120)의 중단(120m)의 폭과 상단(120h)의 폭을 고려하여, 적절한 범위 내에서 수행되어야 한다.8C and 8D, the silicon nanowires 131 and the contact portion 132 are formed by the second silicon oxide film Ox2 formed on the side surfaces 120s and the middle portion 120m of the support structure 120. It is insulated from the silicon substrate 100. A second silicon oxide film Ox2 is grown from both sides of the middle 120m1 of the support structure 120 corresponding to the contact area AR132 of the pattern Pt toward the inside of the support structure 120 by a wet oxidation process. Thus, the wet oxidation process is performed for more than a minimum time to meet each other. However, when the second silicon oxide film Ox2 is formed to the center of the upper end 120h1 of the support structure 120 corresponding to the wire region AR131 of the pattern Pt, the silicon nanowire 131 cannot be formed. There is a maximum run time for the wet oxidation process. The execution time of the wet oxidation process should be performed within an appropriate range considering the width of the middle part (120m) and the upper part (120h) of the support structure 120.

도 8e는 습식 산화 공정에 의해 형성되는 제2 실리콘 산화막(Ox2)의 두께(Tox)와 지지구조물(120)의 중단(120m) 폭(R)과의 관계를 나타내는 도면이다.FIG. 8E is a view showing a relationship between the thickness Tox of the second silicon oxide layer Ox2 formed by the wet oxidation process and the width R of the middle portion 120m of the support structure 120 .

도 8e에 도시된 바와 같이, 지지구조물(120)에 형성되는 제2 실리콘 산화막(Ox2)은 지지구조물(120)의 측면(120s)을 중심으로 내측 및 외측에 형성된다. 제2 실리콘 산화막(Ox2)의 45%는 지지구조물(120)의 측면(120s)에서 내측 방향으로 형성되고(0.45Tox), 제2 실리콘 산화막(Ox2)의 55%는 지지구조물(120)의 측면(120s)에서 외측 방향으로 형성된다(0.55Tox).As shown in FIG. 8E , the second silicon oxide film Ox2 formed on the support structure 120 is formed on the inside and outside of the support structure 120 around the side surface 120s. 45% of the second silicon oxide film Ox2 is formed inward from the side surface 120s of the support structure 120 (0.45 Tox), and 55% of the second silicon oxide film Ox2 is formed on the side surface 120 of the support structure 120. (120s) is formed in the outward direction (0.55Tox).

따라서, 습식 산화 공정에 의하여 지지구조물(120)의 상단(120h)에 실리콘 나노와이어(131)가 형성되고, 실리콘 나노와이어(131)와 실리콘 기판(100)이 절연되려면, 지지구조물(120)의 중단(120m)의 내측으로 형성되는 제2 실리콘 산화막(Ox2)이 서로 연결될 수 있도록, 충분한 두께(Tox)로 제2 실리콘 산화막(Ox2)이 형성되어야 한다. 제2 실리콘 산화막(Ox2)은 지지구조물(120)의 측면(120s)에 수직한 내측 방향으로 형성되므로, 지지구조물(120)의 상면과 측면(120s) 사이의 각(θ) 및 지지구조물(120)의 중단(120m) 폭(R)으로 필요한 제2 실리콘 산화막(Ox2)의 최소 두께(Tox-min)를 수학식 2를 이용하여 결정할 수 있다. Therefore, if the silicon nanowires 131 are formed on the upper end 120h of the support structure 120 by the wet oxidation process and the silicon nanowires 131 and the silicon substrate 100 are insulated from each other, the support structure 120 The second silicon oxide film Ox2 should be formed to a sufficient thickness Tox so that the second silicon oxide film Ox2 formed inside the middle 120m can be connected to each other. Since the second silicon oxide film Ox2 is formed in an inward direction perpendicular to the side surface 120s of the support structure 120, the angle θ between the upper surface and the side surface 120s of the support structure 120 and the support structure 120 ), the minimum thickness (Tox-min) of the second silicon oxide film Ox2 required for the width R of 120 m may be determined using Equation 2.

[수학식 2] [ Equation 2 ]

(R/2)sin(θ) = 0.45Tox(R/2)sin(θ) = 0.45Tox

⇒ Tox-min = (R/0.9)sin(θ)⇒ Tox-min = (R/0.9)sin(θ)

이와 같이 결정된 제2 실리콘 산화막(Ox2)의 최소 두께(Tox-min)보다 두껍게 실리콘 산화막이 형성되도록 습식 산화 공정의 시간을 조절할 수 있다.The time of the wet oxidation process may be adjusted so that the silicon oxide layer is formed thicker than the minimum thickness (Tox-min) of the second silicon oxide layer Ox2 determined as described above.

도 8c 및 도 8d를 다시 참조하면, 와이어영역(AR131)에서 지지구조물(120)의 상단(120h1) 폭(W1)과 콘택트영역(AR132)에서 지지구조물(120)의 상단(120h2) 폭(W2)의 차이(Kw, Kw = W2-W1)와, 실리콘 나노와이어(131)의 폭(F1)과 콘택트부(132)의 폭(F2)의 차이(Kf, Kf = F2-F1)는 동일하다(Kw=Kf). 지지구조물(120)의 폭(W1, W2)이 다르더라도, 동일한 시간의 습식 산화 공정에 의하여 동일한 두께(Tox)의 제2 실리콘 산화막(Ox2)이 형성되기 때문이다.8C and 8D again, the width W1 of the upper end 120h1 of the support structure 120 in the wire area AR131 and the width W2 of the upper end 120h2 of the support structure 120 in the contact area AR132. The difference (Kw, Kw = W2-W1) and the difference between the width (F1) of the silicon nanowire 131 and the width (F2) of the contact portion 132 (Kf, Kf = F2-F1) are the same. (Kw=Kf). Even if the widths W1 and W2 of the support structure 120 are different, the second silicon oxide film Ox2 having the same thickness Tox is formed by the wet oxidation process for the same time.

도 9a는 마스크를 제거하여 실리콘 나노와이어(131)와 콘택트부(132)를 노출하는 단계를 나타낸 도면이며, 도 9b는 도 9a의 A-A'에 따른 단면도이고, 도 9c는 도 9a의 B-B'에 따른 단면도이다.FIG. 9A is a view showing a step of exposing the silicon nanowires 131 and the contact portion 132 by removing the mask, FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 9A, and FIG. 9C is B of FIG. 9A. It is a cross-sectional view along -B'.

도 9a, 도 9b 및 도 9c에 도시된 바와 같이, 마스크로 사용된 제1 실리콘 산화막(Ox1) 및 제1 실리콘 질화막(Nx1)을 제거하면 실리콘 나노와이어(131) 및 콘택트부(132)의 상면이 노출된다. 실리콘 나노와이어(131)는 패턴(Pt)의 와이어영역(AR131)에 해당하는 지지구조물(120) 부분에 형성되고, 콘택트부(132)는 패턴(Pt)의 콘택트영역(AR132)에 해당하는 지지구조물(120) 부분에 형성된다. 패턴(Pt)의 제1 폭(W1) 및 제2 폭(W2) 치수와, 습식 식각 공정 수행시간에 따라 실리콘 나노와이어(131)의 폭(F1)과 콘택트부(132)의 폭(F2)이 결정되므로, 제조하려는 실리콘 나노와이어(131) 및 콘택트부(132)의 치수를 토대로 패턴(Pt)의 치수를 산출할 수 있다.As shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C, when the first silicon oxide film Ox1 and the first silicon nitride film Nx1 used as masks are removed, the upper surfaces of the silicon nanowires 131 and the contact portion 132 are removed. this is exposed The silicon nanowire 131 is formed on a portion of the support structure 120 corresponding to the wire region AR131 of the pattern Pt, and the contact portion 132 is formed on a support corresponding to the contact region AR132 of the pattern Pt. It is formed on the structure 120 part. The width F1 of the silicon nanowire 131 and the width F2 of the contact portion 132 according to the dimensions of the first width W1 and the second width W2 of the pattern Pt and the wet etching process execution time Since this is determined, the dimensions of the pattern Pt can be calculated based on the dimensions of the silicon nanowires 131 and the contact portion 132 to be manufactured.

도 10에 도시된 바와 같이, 콘택트부(132) 상에 실리사이드(140)를 형성하고, 절연층(150) 및 전극패턴(160)을 형성하여 실리콘 나노와이어를 이용하는 센서를 형성할 수 있다. 절연층(150) 및 전극패턴(160)을 형성하기 전에, 실리콘 나노와이어(131)에 P-형 도펀트 및 N-형 도펀트를 도핑하여 실리콘 나노와이어(131)를 다이오드(diode) 등의 소자로 형성할 수 있다. As shown in FIG. 10 , a sensor using silicon nanowires may be formed by forming the silicide 140 on the contact portion 132 and forming the insulating layer 150 and the electrode pattern 160 . Before forming the insulating layer 150 and the electrode pattern 160, the silicon nanowire 131 is doped with a P-type dopant and an N-type dopant to convert the silicon nanowire 131 into a device such as a diode. can form

실리사이드(140)는 Ti 등의 금속층을 콘택트부(132) 상에 형성하고 열처리를 통하여 형성할 수 있으며, 실리콘 나노와이어(131) 및 콘택트부(132)를 덮도록 실리콘 기판(100) 상에 절연층(150)을 형성하고, 절연층(150)에 콘택트부(132)로 통하는 비아홀을 형성하며, 절연층(150)의 비아홀을 통하여 콘택트부(132)와 연결되는 전극패턴(160)을 순차적으로 형성할 수 있다.The silicide 140 may be formed by forming a metal layer such as Ti on the contact portion 132 and heat treatment, and insulating the silicon substrate 100 to cover the silicon nanowires 131 and the contact portion 132. A layer 150 is formed, a via hole is formed in the insulating layer 150 through the contact part 132, and the electrode pattern 160 connected to the contact part 132 through the via hole of the insulating layer 150 is sequentially formed. can be formed as

상술한 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용하는 센서의 접촉구조 제조방법은, 식각 및 산화공정을 이용하여 실리콘 나노와이어(131)와 콘택트부(132)를 형성할 수 있고, 식각에 사용되는 마스크의 폭 및 산화공정의 시간 등의 요소를 조절하여 실리콘 나노와이어(131)와 콘택트부(132)의 폭을 조절할 수 있는 제조방법을 제공한다.In the above-described method for manufacturing a contact structure of a sensor using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention, the silicon nanowires 131 and the contact portion 132 can be formed using an etching and oxidation process, and the etching A manufacturing method capable of adjusting the widths of the silicon nanowires 131 and the contact portion 132 by adjusting factors such as the width of a mask used and the time of an oxidation process is provided.

또한, 실리콘 나노와이어(131)의 끝단에 연결되고 실리콘 나노와이어(131)보다 폭이 넓은 콘택트부(132)에 금속 전극패턴(160)을 연결할 수 있으므로, 전극패턴(160)이 실리콘 나노와이어(131)에 직접 연결되는 경우보다 실리콘과 금속의 접촉면적이 넓어 옴성 접촉(ohmic contact)이 향상된다.In addition, since the metal electrode pattern 160 can be connected to the contact portion 132 that is connected to the end of the silicon nanowire 131 and has a wider width than the silicon nanowire 131, the electrode pattern 160 is a silicon nanowire ( 131), the contact area between silicon and metal is wider than in the case of direct connection, so ohmic contact is improved.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다. Although the present invention has been described in detail through specific examples, this is for explaining the present invention in detail, the present invention is not limited thereto, and within the technical spirit of the present invention, by those skilled in the art It will be clear that the modification or improvement is possible.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All simple modifications or changes of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific protection scope of the present invention will be clarified by the appended claims.

100: 실리콘 기판 Ox1: 제1 실리콘 산화막
Nx1: 제1 실리콘 질화막 PR1: 제1 포토레지스트
Ox2: 제2 실리콘 산화막 Pt: 패턴
110: 칼럼 구조물 120: 지지 구조물
Ox2: 제2 실리콘 산화막 131: 실리콘 나노와이어
132: 콘택트부 140: 실리사이드
150: 절연층 160: 전극패턴
100: silicon substrate Ox1: first silicon oxide film
Nx1: first silicon nitride film PR1: first photoresist
Ox2: second silicon oxide film Pt: pattern
110: column structure 120: support structure
Ox2: second silicon oxide film 131: silicon nanowire
132: contact part 140: silicide
150: insulating layer 160: electrode pattern

Claims (6)

실리콘 기판;
상기 실리콘 기판에 적어도 하나 이상 형성되는 실리콘 나노와이어;
상기 실리콘 나노와이어의 끝단에 연결되며, 상기 실리콘 나노와이어보다 폭이 넓은 콘택트부; 및
상기 콘택트부에 연결되며, 상기 실리콘 나노와이어에 전기신호를 전달하는 전극패턴을 포함하고,
상기 콘택트부는 상기 실리콘 나노와이어의 양단에 하나씩 연결되며, 상기 실리콘 나노와이어와 일체로 형성되고,
상기 콘택트부와 전극패턴은 두 개 이상의 지점에서 접촉하도록 형성되는 실리콘 나노와이어를 이용하는 센서의 접촉구조.
silicon substrate;
at least one silicon nanowire formed on the silicon substrate;
a contact portion connected to an end of the silicon nanowire and having a wider width than the silicon nanowire; and
An electrode pattern connected to the contact unit and transmitting an electrical signal to the silicon nanowire,
The contact portion is connected to both ends of the silicon nanowire one by one and is integrally formed with the silicon nanowire,
The contact structure of a sensor using silicon nanowires in which the contact portion and the electrode pattern are formed to contact at two or more points.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
실리콘 재질인 상기 콘택트부와 금속 재질인 상기 전극패턴의 접촉면에 형성되어, 상기 콘택트부와 전극패턴의 접합성을 향상시키는 실리사이드를 더 포함하는 실리콘 나노와이어를 이용하는 센서의 접촉구조.
The method of claim 1,
A contact structure of a sensor using silicon nanowires, further comprising silicide formed on a contact surface between the contact portion made of silicon and the electrode pattern made of metal to improve bonding between the contact portion and the electrode pattern.
실리콘 기판의 일면에 제1 폭을 갖는 와이어영역 및 상기 와이어영역의 끝단에 연결되고 상기 제1 폭보다 큰 제2 폭을 갖는 콘택트영역을 갖는 패턴의 마스크를 적어도 하나 이상 형성하는 마스크 형성단계;
상기 마스크를 이용한 식각 및 산화 공정을 수행하여, 상기 실리콘 기판에 실리콘 나노와이어 및 실리콘 나노와이어의 끝단에 상기 실리콘 나노와이어보다 폭이 넓은 콘택트부를 형성하는 나노와이어 형성단계;
상기 콘택트부에 금속 재질의 전극패턴을 형성하는 전극패턴 형성단계를 포함하고,
상기 콘택트부는 상기 실리콘 나노와이어의 양단에 하나씩 연결되며, 상기 실리콘 나노와이어와 일체로 형성되고,
상기 콘택트부와 전극패턴은 두 개 이상의 지점에서 접촉하도록 형성되는 실리콘 나노와이어를 이용하는 센서의 접촉구조 제조방법.
forming at least one patterned mask having a wire region having a first width and a contact region connected to an end of the wire region and having a second width greater than the first width on one surface of the silicon substrate;
a nanowire forming step of performing an etching and oxidation process using the mask to form silicon nanowires on the silicon substrate and a contact portion wider than the silicon nanowires at an end of the silicon nanowires;
An electrode pattern forming step of forming an electrode pattern made of a metal material on the contact portion,
The contact portion is connected to both ends of the silicon nanowire one by one and is integrally formed with the silicon nanowire,
A method for manufacturing a contact structure of a sensor using silicon nanowires in which the contact portion and the electrode pattern are formed to contact at two or more points.
청구항 4에 있어서,
상기 나노와이어 형성단계는
상기 마스크를 이용하여 상기 실리콘 기판을 일정 깊이로 식각하여 높이가 일정하고 상기 마스크와 평면이 동일한 칼럼구조물을 형성하는 단계;
상기 칼럼구조물을 이방성 식각하여 폭 방향의 단면이 모래시계 형상을 갖는 지지구조물을 형성하는 단계;
상기 칼럼구조물을 습식산화하여 상기 칼럼구조물의 상단에 상기 실리콘 나노와이어 및 콘택트부를 형성하는 단계를 포함하는 실리콘 나노와이어를 이용하는 센서의 접촉구조 제조방법.
The method of claim 4,
The nanowire formation step is
etching the silicon substrate to a predetermined depth using the mask to form a column structure having a constant height and having the same plane as that of the mask;
Anisotropically etching the column structure to form a support structure having an hourglass shape in cross section in a width direction;
A method for manufacturing a contact structure of a sensor using silicon nanowires, comprising the step of wet-oxidizing the columnar structure to form the silicon nanowires and a contact portion on top of the columnar structure.
청구항 5에 있어서,
상기 지지구조물을 형성하는 단계는
상기 패턴의 제1 폭 및 제2 폭에 비례하여 습식 산화 공정의 수행시간이 증가되는 나노와이어를 이용하는 센서의 접촉구조 제조방법.
The method of claim 5,
Forming the support structure
A method for manufacturing a contact structure of a sensor using nanowires, in which the execution time of the wet oxidation process is increased in proportion to the first width and the second width of the pattern.
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