KR19990075459A - 피아이엔 포토 다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PIN(positive-intrinsic-negative) 포토 다이오드에서, 빛을 받는 Zn 확산 영역의 면적을 줄일 수 있는 PIN 포토 다이오드 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명은, 제 1 전도 타입의 화합물 반도체 기판 상에 수광층 및 윈도우층을 순차적으로 성장시킨다. 이어서, 윈도우층 상의 소정 부분에 고리 형태로 콘택 패턴을 형성한다음, 고리 형태의 콘택 패턴의 내측 하부와 그것의 외측 가장자리의 하부 부분 및 콘택 패턴에 제 2 전도 타입의 불순물을 확산시키어, 확산 영역을 형성한다. 그후, 콘택 패턴 및 확산 영역이 형성된 윈도우층 상부에 패시베이션층을 형성하고, 콘택 패턴의 소정 부분과 콘택되도록 전극을 형성한다. 여기서, 확산 영역을 형성하는 단계에서, 콘택 패턴에 제 2 전도 타입의 불순물이 확산되어, 콘택 패턴이 금속 수준의 저항을 갖게된다.

Description

피 아이 엔 포토 다이오드 및 그 제조방법

본 발명은 포토 다이오드(photo diode) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 PIN(positive-intrinsic-negative) 포토 다이오드에서, 빛을 받는 Zn 확산 영역의 면적을 줄일 수 있는 포토 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 포토 다이오드는 빛을 전자로 변환시키는 소자로서, PIN 포토 다이오드와 애벌런치 포토 다이오드(avalanche photo diode)가 있다.

여기서, 첨부 도면 도 1a 및 도 1b를 참조하여, 종래의 PIN 다이오드를 설명한다. 도 1a 및 도 1b를 참조하여, 화합물 기판(10) 예를들어, 고농도 n형 불순물이 도핑된(이하 n⁺)-InP로 된 기판(10)상에 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 방식으로, 수광층(11) 및 윈도우층(12)을 순차적으로 성장한다. n⁺-InP로 된 기판(10)은 PIN 다이오드의 네가티브 영역이 되고, 수광층(11)은 불순물이 도핑되지 않은 InGaAs층이고, 윈도우층(12)은 불순물이 도핑되지 않은 InP층이다. 그리고나서, 윈도우층(12)상에 불순물이 도핑되지 않은 InGaAs으로 콘택 패턴(13)을 공지의 방식으로 형성한다. 콘택 패턴(13)은 도면에 도시된 바와 같이, 원형 고리 형상을 갖는다. 따라서, 도 1b와 같이 단면상으로 취하여 볼때에는 두 개의 패턴이 소정 거리 이격된 형태로 보이게 된다. 이어, 콘택 패턴(13)의 외측에 마스크 패턴(도시되지 않음)을 형성하고, 마스크 패턴으로부터 노출된 부분에 Zn을 확산하여, Zn 확산 영역(14)을 형성한다. 여기서, Zn 확산 영역(14)은 PIN 포토 다이오드에서 포지티브 영역이 된다. 그리고 나서, 마스크 패턴을 제거한 후, 콘택 패턴(13)이 형성된 윈도우층(12) 상에 패시베이션층(15)을 형성한다. 그후, 콘택 패턴(13)이 노출되도록, 패시베이션층(15)을 소정 부분 식각한다음, 콘택 패턴(13)과 콘택되도록 전극(16)을 형성한다. 이때, 전극(16)은 콘택 패턴(13)과 콘택되도록 형성되므로 일부는 고리형태(16a)를 갖고, 다른 부분은 외부 전원과 용이하게 접속될 수 있도록 사각형 형태의 패드형태(16b)로 형성된다. 여기서, 포토 다이오드의 실질적인 수광 부분(A)은 고리형 전극(16)의 내측에 해당하는 Zn 확산 영역(14)이며, 전극(16)은 수광 부분(A)에 빛이 효율적으로 입사되도록 하면서, 외부와 Zn 확산 영역(14)간을 전기적으로 연결시키는 역할을 한다. 그리고, 전극(16)은 포토 다이오드의 직렬 저항을 감소시키기 위하여, 금속 재질로 형성된다.

그러나, 상술한 PIN 다이오드는 다음과 같은 문제점을 갖는다.

일반적으로 Zn 확산 영역(14)은 고리형으로 된 콘택 영역(13) 및 전극(16a)부분을 포함하도록 형성된다. 즉, Zn 확산 영역(14)의 면적이 고리형으로 된 전극(16a) 부분 보다 크게 되어야 한다. 이때, 전극(16)은 금속 재질로 되어 있으므로, 일정 폭 예를들어, 5㎛ 이하의 폭을 갖도록 패터닝하는 것은 현행 공정상 불가능하다. 이에 따라, Zn 확산 영역(16)은 이러한 전극(16)의 폭을 감안하여, 정하여진 면적 이상으로 형성되어야 한다. 그러나, 상기 Zn 확산 영역(16)의 면적은 포토 다이오드의 접합 캐패시턴스와 비례하므로, 포토 다이오드에서 Zn 확산 영역(16)의 면적이 증가하게 되면, 접합 캐패시턴스가 증가되어, 포토 다이오드의 고주파 응답 속도를 저하시키면서 수신 감도 또한 저하시키게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 Zn 확산 영역의 면적을 감소시키어 포토 다이오드의 접합 캐패시턴스를 감소시키는 것이다.

도 1a는 종래의 PIN 포토 다이오드의 평면도.

도 1b는 도 1a의 Ⅰ-Ⅰ'선으로 절단하여 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 PIN 포토 다이오드의 평면도.

도 3a 및 도 3b는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선으로 절단하여 나타낸 단면도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

20 : 화합물 기판 21 : 수광층

22 : 윈도우층 23, 23a: 콘택 패턴

24 : 마스크 패턴 25 : 확산 영역

26 : 패시베이션층 27 : 전극

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 견지에 따르면, 제 1 전도 타입의 화합물 반도체 기판 상에 수광층 및 윈도우층을 순차적으로 성장시킨다. 이어서, 윈도우층 상의 소정 부분에 고리 형태로 콘택 패턴을 형성한다음, 고리 형태의 콘택 패턴의 내측 하부와 그것의 외측 가장자리의 하부 부분 및 콘택 패턴에 제 2 전도 타입의 불순물을 확산시키어, 확산 영역을 형성한다. 그후, 콘택 패턴 및 확산 영역이 형성된 윈도우층 상부에 패시베이션층을 형성하고, 콘택 패턴의 소정 부분과 콘택되도록 전극을 형성한다. 여기서, 확산 영역을 형성하는 단계에서, 콘택 패턴에 제 2 전도 타입의 불순물이 확산되어, 콘택 패턴이 금속 수준의 저항을 갖게된다.

또한, 본 발명의 다른 견지에 따르면, 본 실시예에 따른 PIN 포토 다이오드는, 제 1 전도 타입의 화합물 반도체 기판 상에 적층된 수광층, 수광층 상에 적층 성장된 윈도우층, 윈도우층 상의 소정 부분에 고리 형태를 갖도록 형성된 콘택 패턴, 고리 형태의 콘택 패턴의 내측 하부 및 그것의 외측 가장자리의 하부 부분에 형성된 확산 영역, 콘택 패턴 및 확산 영역이 형성된 윈도우층 상부에 형성되는 패시베이션층, 및 콘택 패턴의 소정 부분과 콘택되며 상기 패시베이션층 상부에 형성되는 전극을 포함한다.

본 발명에 의하면, 콘택 패턴이 전극의 역할을 겸하므로, 확산 영역상에 콘택 패턴을 둘러싸면서 비교적 큰 폭을 갖는 전극이 구비되지 않아도 된다. 이에따라, Zn 확산 영역을 형성하는데 있어서, 전극 폭을 감안하지 않아도 되므로, 종래의 Zn 확산 영역보다 그 면적을 줄일 수 있다.

이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.

첨부한 도면 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 PIN 포토 다이오드의 평면도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선으로 절단하여 나타낸 단면도이다.

도 2 및 도 3a를 참조하여, 화합물 기판(20) 예를들어, n⁺-InP로 된 기판(20)상에 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 방식으로, 수광층(21) 및 윈도우층(22)을 순차적으로 성장한다. n⁺-InP로 된 기판(20)은 PIN 다이오드의 N 영역 즉 네가티브 영역이 되고, 수광층(21)은 불순물이 도핑되지 않은 InGaAs층이고, 윈도우층(22)은 불순물이 도핑되지 않은 InP층이다. 그리고나서, 윈도우층(22)상에 콘택 패턴(23)을 형성하기 위하여, 불순물이 도핑되지 않은 InGaAs층을 형성한다음, 도 2에 도시된 바와 같이 고리 형태로 에칭한다. 이때, 콘택 패턴(23)은 InGaAs층으로 이루어지므로, 비교적 좁은 폭, 예를들어 5㎛ 이하의 폭으로 패터닝이 가능하다. 여기서, 콘택 패턴(23)은 단면상으로 취하여 볼 때에는 두 개의 패턴이 소정 거리 이격된 형태로 보이게 된다. 상기 콘택 패턴(23)중 이후 전극(도시되지 않음)과 콘택되는 예정 부분(23a)은 콘택 패턴(23)의 폭보다 소정 폭 만큼 크게 형성됨이 바람직하다. 이어, 콘택 패턴(23)의 외측에 예를들어 산화막으로 된 마스크 패턴(24)을 형성한다. 이 마스크 패턴(24)으로 부터 노출된 영역에 P형 불순물 바람직하게는, Zn을 확산하여, Zn 확산 영역(25)을 형성한다. 이때, Zn 확산 영역(25)은 콘택 패턴(23)을 포함하는 내측 하부, 외측 가장자리 하부에 형성된다. 아울러, Zn을 확산하는 공정시, InGaAs로 된 콘택 패턴(23)에 Zn이 확산되어, 콘택 패턴(23)은 금속과 유사한 수준의 저저항을 갖게 된다. 따라서, 콘택 패턴(23)만으로도 전극 역할이 가능하여 진다. 여기서, Zn 확산 영역(25)의 깊이는 윈도우층(22) 및 수광층(21)의 소정 부분 까지 형성된다. 또한, Zn 확산 영역(25)은 PIN 포토 다이오드에서 포지티브 영역에 해당된다. 이때, Zn 확산 영역(25)은 콘택 패턴(23)을 충분히 포함하도록, 즉, 고리 형태의 콘택 패턴(23)의 반경보다 약간 크게 형성되는데, 종래의 확산 영역(14 : 도 1b참조)보다는 적게 형성된다. 그 이유에 대하여는 후술될 것이다.

그후, 도 3b에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(24)을 공지의 방식으로 제거하고, 결과물 상부에 패시베이션층(26)을 형성한다. 그리고나서, 콘택 패턴(23)중 전극과 콘택되어질 예정 부분(23a)이 노출되도록 패시베이션막(26)의 소정 부분을 식각한다. 그리고나서, 노출된 콘택 패턴(23a) 부분과 콘택되도록 전극(27)을 형성한다. 본 실시예에서는 고리 형태의 콘택 패턴(23)이 Zn의 확산을 받아서, 콘택 패턴(23)만으로 전극의 역할이 가능하여 지므로, 콘택 패턴(23)과 콘택되어지는 고리 형태의 전극 부분이 필요없게 된다. 따라서, Zn 확산 영역(25)은 종래와 달리 전극의 폭을 감안하지 않아도 되므로, Zn 확산 영역(25)의 폭을 종래보다 감소시키게 된다. 따라서, 본 실시예에서의 전극(27)은 콘택 패턴(23)의 소정 부분과 콘택되면서, 외부 전원과 용이하게 접속될 수 있도록 사각형의 패드 형태로 형성된다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 확산 영역상에 콘택 패턴을 둘러싸면서 비교적 큰 폭을 갖는 전극이 구비되지 않아도 된다. 이에따라, Zn 확산 영역을 형성하는데 있어서, 전극 폭을 감안하지 않아도 되므로, 종래의 Zn 확산 영역보다 그 면적을 줄일 수 있다.

따라서, 확산 영역의 감소함에 따라, 포토 다이오드이 접합 캐패시턴스를 줄일 수 있어, 고주파 응답 특성 및 수신 감도가 개선된다.

기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (12)

1. 제 1 전도 타입의 화합물 반도체 기판 상에 수광층 및 윈도우층을 순차적으로 성장시키는 단계;

   상기 윈도우층 상의 소정 부분에 고리 형태로 콘택 패턴을 형성하는 단계;

   상기 고리 형태의 콘택 패턴을 포함하는 내측 하부와 그것의 외측 가장자리의 하부 부분 및 콘택 패턴에 제 2 전도 타입의 불순물을 확산시키어, 확산 영역을 형성하는 단계;

   상기 콘택 패턴 및 확산 영역이 형성된 윈도우층 상부에 패시베이션층을 형성하는 단계; 및

   상기 콘택 패턴의 소정 부분과 콘택되도록 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 확산 영역을 형성하는 단계에서, 콘택 패턴에 제 2 전도 타입의 불순물이 확산되어, 콘택 패턴이 금속 수준의 저항을 갖게되어 전극 역할을 하는 것을 특징으로 하는 PIN 포토 다이오드의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 화합물 기판은 InP층으로 형성되고, 수광층은 불순물이 도핑되지 않은 InGaAs로 형성되고, 윈도우층은 불순물이 도핑되지 않은 InP층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 PIN 포토 다이오드의 제조방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 전도 타입은 n형이고, 제 2 전도 타입은 p형인 것을 특징으로 하는 PIN 포토 다이오드의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 콘택 패턴은 불순물이 도핑되지 않은 InGaAs로 형성되는 것을 특징으로 하는 PIN 포토 다이오드의 제조방법.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 확산 영역을 형성하는 불순물은 Zn 불순물인 것을 특징으로 하는 PIN 포토 다이오드의 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 확산 영역을 형성하는 단계에 있어서, 상기 확산 영역이 윈도우층 및 수광층의 소정 부분까지 차지하도록 확산시키는 것을 특징으로 하는 PIN 포토 다이오드의 제조방법.
7. 제 1 전도 타입의 화합물 반도체 기판 상에 적층된 수광층;

   상기 수광층 상에 적층 성장된 윈도우층;

   상기 윈도우층 상의 소정 부분에 고리 형태를 갖도록 형성된 콘택 패턴;

   상기 고리 형태의 콘택 패턴의 내측 하부 및 그것의 외측 가장자리의 하부 부분에 형성된 확산 영역;

   상기 콘택 패턴 및 확산 영역이 형성된 윈도우층 상부에 형성되는 패시베이션층; 및

   상기 콘택 패턴의 소정 부분과 콘택되며, 상기 패시베이션층 상부에 형성되는 전극을 포함하며,

   상기 콘택 패턴은 전극과 콘택되어 전극 역할을 하는 것을 특징으로 하는 PIN 포토 다이오드.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 화합물 기판은 InP층이고, 수광층은 불순물이 도핑되지 않은 InGaAs층 이고, 윈도우층은 불순물이 도핑되지 않은 InP층인 것을 특징으로 하는 PIN 포토 다이오드.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 전도 타입은 n형이고, 제 2 전도 타입은 p형인 것을 특징으로 하는 PIN 포토 다이오드.
10. 제 7 항에 있어서, 상기 콘택 패턴은 Zn 불순물이 확산된 InGaAs로 형성되는 것을 특징으로 하는 PIN 포토 다이오드.
11. 제 7 항에 있어서, 상기 확산 영역을 형성하는 불순물은 Zn 불순물인 것을 특징으로 하는 PIN 포토 다이오드.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 확산 영역은 윈도우층 및 수광층의 소정 부분까지 차지하는 것을 특징으로 하는 PIN 포토 다이오드.