KR20110041038A - 포토 다이오드 구조 및 상기 포토 다이오드 제조 방법 - Google Patents
포토 다이오드 구조 및 상기 포토 다이오드 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20110041038A KR20110041038A KR1020090098031A KR20090098031A KR20110041038A KR 20110041038 A KR20110041038 A KR 20110041038A KR 1020090098031 A KR1020090098031 A KR 1020090098031A KR 20090098031 A KR20090098031 A KR 20090098031A KR 20110041038 A KR20110041038 A KR 20110041038A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- photodiode
- layer
- impurity layer
- substrate
- polysilicon layer
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 43
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims abstract description 33
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000032900 absorption of visible light Effects 0.000 claims 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
- H01L27/14607—Geometry of the photosensitive area
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14649—Infrared imagers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
기판 표면에 형성된 상기 기판과 반대 타입(Type)의 불순물층 및 상기 불순물층의 상부에 증착하여 형성된 폴리 실리콘 층을 포함하는 포토 다이오드를 제공한다. 또한, 폴리 실리콘층에서 가시 광선 영역의 빛을 대부분 흡수하고 파장이 긴 적외선 만을 투과하게 하여 적외선의 상대감도를 향상시킨 적외선 센싱(감지)용 포토 다이오드를 제공한다.
포토 다이오드, 수광 다이오드, 조도 센서, 공핍 영역, 이온 주입
Description
본 발명의 실시예들은 조도 센서에 사용되는 포토 다이오드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리 실리콘층을 상부에 형성하여 가시 광선 영역의 빛을 흡수하고 적외선 영역의 빛만 투과하게 하여 적외선의 상대 감도를 향상시킨 적외선 센싱용 포토 다이오드에 관한 것이다.
일반적으로, 포토 다이오드는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광 센서의 한 종류라 할 수 있다.
포토 다이오드는 응답 속도가 빠르고, 감도 파장이 넓으며, 광 전류의 직진성이 양호하다는 특징이 있어, 주로 CD 플레이어, 화재경보기, 텔레비전의 리모컨 수신부와 같은 전자제품 소자에 사용되며, 빛의 세기를 정확하게 측정하기 위하여 활용되기도 한다.
일반적으로, 포토 다이오드는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 광 신호로부터 전기적 신호(전류 또는 전압)를 얻는 일종의 광 센서로서, 다이오드의 접합부에 광 검출 기능을 부여하여 이루어진 반도체 소자이다.
이러한 포토 다이오드는 기본적으로, 광자 흡수에 의해 과잉 전자 또는 정공이 생성됨으로써 다이오드의 전도도가 광 신호에 따라 변조된다는 원리를 이용한다. 즉, 포토 다이오드의 전류는 본질적으로 캐리어의 광학적 생성률에 따라 변화하며, 이러한 특성은 시간에 따라 변화하는 광신호를 전기적 신호로 변환시켜 주는 유용한 방법을 제공한다.
도 1은 일반적인 포토 다이오드의 바이어스 변화에 대한 공핍 영역의 변화를 도시한 도면이다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 포토 다이오드의 일반적인 구성에 따르면 포토 다이오드 표면은 농도가 높은 n층(또는 p층)(120)이 있어 외부의 바이어스(bias) 변화에 따른 공핍(depletion) 영역의 변화가 거의 없으나, 벌크(bulk) 상의 P형의 피텍셜(P-EPI: P- epitaxial) 층(또는 N-EPI층)(110) 또는 P-SUB(또는 N-SUB)는 기판 농도가 아주 낮기 때문에 Bias에 따라서 기판 방향으로 공핍(depletion) 영역(130)(130’)이 크게 변한다. 즉, 바이어스가 높으면 공핍 영역이 커지고, 반대로 바이어스가 낮으면 공핍 영역이 작아진다.
또한, 포토 다이오드는 상기 EPI 층의 농도에 따라, 예를 들어, EPI 농도가 낮을 때는 기판 방향으로 공핍 영역이 더 커지고, 높을 때는 반대로 공핍 영역이 줄어드는 등의 변화가 나타날 수 있다.
또한, 포토 다이오드를 이용하여 가시 광선 영역과 적외선 영역을 각각 센싱하기 위해서는 2개의 포토 다이오드를 만들어 하나는 가시 광선 영역을 센싱하고, 나머지 하나는 적외선 영역을 센싱하도록 포토 다이오드의 구조를 설계하기도 한 다.
도 2는 일반적인 가시 광선 영역과 적외선 영역을 각각 센싱하기 위한 포토 다이오드 구조의 예를 도시한 도면이다.
이러한, 일반적인 가시 광선 영역과 적외선 영역을 각각 센싱하기 위한 포토 다이오드의 경우, 적외선 영역을 센싱하는 포토 다이오드는 장파장인 적외선이 깊게 투과되어 흡수되기 때문에 불순물층(210)의 깊이를 가시 광선 영역을 센싱하는 포토 다이오드의 불순물층(220)의 깊이에 비하여 깊게 형성하여야 한다.
따라서, 적외선 영역을 센싱하는 포토 다이오드는 불순물층(210)의 깊이를 깊게 하기 위하여 불순물층을 깊게 이온 주입하여야 하나, 이온 주입 장비의 한계 등으로 인하여 가시 광선 영역의 신호 일부가 상당수 유입될 수 밖에 없다.
본 발명의 일실시예는 적외선 영역을 센싱하는 포토 다이오드 상부에 폴리 실리콘층을 형성하여 가시 광선 영역의 빛을 흡수하여 포토 다이오드에서의 적외선에 대한 센싱 능력을 향상 시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 포토 다이오드는 기판 표면에 형성된 상기 기판과 반대 타입(Type)의 불순물층 및 상기 불순물층의 상부에 증착하여 형성된 폴리 실리콘 층을 포함한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 폴리 실리콘층은, 상기 블순물층 상부에 증착하여 패턴닝(patterning)하여 가시 영역의 빛을 흡수하게 하여 상기 불순물층과 상기 기판 사이의 공핍층(depletion layer)에서 가시 광선 영역의 빛을 흡수되지 않고 적외선 영역의 빛만 흡수하도록 하여 적외선에 대한 센싱 능력을 향상시킨다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 센서는 가시 광선 포토 다이오드 및 기판 표면에 형성된 상기 기판과 반대 타입(Type)의 불순물층 및 상기 불순물층의 상부에 증착하여 형성된 폴리 실리콘층으로 구성되는 적외선 포토 다이오드를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 포토 다이오드 제조 방법은 기판 표면에 상기 기판과 반대 타입(Type)의 불순물층을 형성하는 단계 및 상기 불순물층의 상 부에 폴리 실리콘층을 증착하여 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 센서 제조 방법은 가시 광선 포토 다이오드를 형성하는 단계 및 기판 표면에 형성된 상기 기판과 반대 타입(Type)의 불순물층 및 상기 불순물층의 상부에 증착하여 형성된 폴리 실리콘층으로 구성되는 적외선 포토 다이오드를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 적외선 영역을 센싱하는 포토 다이오드의 상부에 폴리 실리콘층을 형성하여 가시 광선 영역의 빛을 흡수하여 포토 다이오드에서 적외선에 대한 센싱 능력을 향상 시킬 수 있다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 포토 다이오드의 구조를 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 포토 다이오드는 도 3에 도시된 바와 같이, 기판 표면에 형성된 상기 기판과 반대 타입(Type)의 불순물층(310) 및 불순물층(310)의 상부에 증착하여 형성된 폴리 실리콘층(320)으로 구성된다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 폴리 실리콘층(320)은 불순물층(310) 상부에 증착되어 불순물층에 상기 가시 광선 영역의 빛이 흡수되지 않도록 한다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 폴리 실리콘층(320)은 불순물층(310)과 상기 기판 사이의 공핍층(depletion layer)에서 가시 광선 영역의 빛을 흡수되지 않도록 상기 불순물층 상부에 증착하여 패터닝(patterning)된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 폴리 실리콘층(320)은 두께를 조절하여 상기 폴리 실리콘층에 포함된 폴리 실리콘에서 흡수되는 상기 가시 광선 영역의 파장대를 조절할 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 폴리 실리콘층(320)의 두께는 0.3 um 내지 3um 인 경우, 이 폴리 실리콘 층에서 가시 광선 영역의 빛을 흡수되고 포토 다이오드 에는 적외선만 투과되어 적외선 센싱 포토다이오드에서의 적외선에 대한 센싱 능력을 가장 향상 시킬 수 있으나, 환경적인 요인 등의 다양한 조건에 따라 두께는 달라질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 포토 다이오드 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
이렇듯, 본 발명의 일실시예에 따른 포토 다이오드는 도 4에 도시된 바와 같이, 기판 표면에 상기 기판과 반대 타입(Type)의 불순물층을 형성하고(410), 상기 불순물층의 상부에 폴리 실리콘층을 증착하여 형성함(420)으로써, 포토 다이오드에서 가시 광선 영역의 빛을 흡수하는 것을 막아 적외선에 대한 센싱 능력을 향상 시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 포토 다이오드를 적용하여 가시 광선 영역과 적외선 영역을 각각 센싱할 수 있는 조도 센서를 제공한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 조도 센서의 구조를 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 조도 센서는 가시 광선 포토 다이오드(510) 및 기판 표면에 형성된 상기 기판과 반대 타입(Type)의 불순물층 및 상기 불순물층의 상부에 증착하여 형성된 폴리 실리콘층으로 구성되는 적외선 포토 다이오드(520)를 포함한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 적외선 포토 다이오드(520)의 불순물층은 전술한 바와 같이, 가시 광선 포토 다이오드(510)의 불순물층보다 깊게 형성함과 동시에, 폴리 실리콘층을 별도로 형성함으로써 가시 광선 영역의 빛을 흡수하는 것을 막아 적외선에 대한 센싱 능력을 향상 시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 조도 센서 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
이렇듯, 본 발명의 일실시예에 따른 조도 센서는 도 6에 도시된 바와 같이, 가시 광선 포토 다이오드를 형성하고(610), 기판 표면에 형성된 상기 기판과 반대 타입(Type)의 불순물층 및 상기 불순물층의 상부에 증착하여 형성된 폴리 실리콘층으로 구성되는 적외선 포토 다이오드를 형성함(620)으로써, 가시 광선 영역과 적외선 영역을 별도로 센싱할 수 있으며, 특히, 적외선 영역을 센싱하는 적외선 포토 다이오드를 이용하여 가시 광선 영역의 빛을 흡수하는 것을 막아 적외선에 대한 센싱 능력을 향상 시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 포토 다이오드의 바이어스 변화에 대한 공핍 영역의 변화를 도시한 도면이다.
도 2는 일반적인 가시 광선 영역과 적외선 영역을 각각 센싱하기 위한 포토 다이오드 구조의 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 포토 다이오드의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 포토 다이오드 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 조도 센서의 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 조도 센서 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
Claims (9)
- 기판 표면에 형성된 상기 기판과 반대 타입(Type)의 불순물층; 및상기 불순물층의 상부에 증착하여 형성된 폴리 실리콘 층을 포함하는 포토 다이오드.
- 제1항에 있어서,상기 폴리 실리콘층은,상기 불순물층과 상기 기판 사이의 공핍층(depletion layer)에서 가시 광선 영역의 빛이 흡수되는 것을 방지하도록 상기 불순물층 상부에 증착하여 패터닝(patterning)되는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드.
- 제2항에 있어서,상기 폴리 실리콘층은 두께를 조절하여 상기 폴리 실리콘층에 포함된 폴리 실리콘에서 흡수되는 상기 가시 광선 영역의 파장대를 조절하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드.
- 제3항에 있어서,상기 폴리 실리콘층의 두께는 0.3 um 내지 3um 인 것을 특징으로 하는 포토 다이오드.
- 가시 광선 포토 다이오드; 및기판 표면에 형성된 상기 기판과 반대 타입(Type)의 불순물층 및 상기 불순물층의 상부에 증착하여 형성된 폴리 실리콘층으로 구성되는 적외선 포토 다이오드를 포함하는 조도 센서.
- 기판 표면에 상기 기판과 반대 타입(Type)의 불순물층을 형성하는 단계; 및상기 불순물층의 상부에 폴리 실리콘층을 증착하여 형성하는 단계를 포함하는 포토 다이오드 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 폴리 실리콘층은,상기 불순물층과 상기 기판 사이의 공핍층(depletion layer)에서 가시 광선 영역의 빛이 흡수되는 것을 방지하도록 상기 불순물층 상부에 증착하여 패터닝(patterning)되는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드 제조 방법.
- 제7항에 있어서,상기 폴리 실리콘층의 두께를 조절하여 상기 폴리 실리콘층에 포함된 폴리 실리콘에서 흡수되는 상기 가시 광선 영역의 파장대를 조절하는 단계를 더 포함하는 포토 다이오드 제조 방법.
- 가시 광선 포토 다이오드를 형성하는 단계; 및기판 표면에 형성된 상기 기판과 반대 타입(Type)의 불순물층 및 상기 불순물층의 상부에 증착하여 형성된 폴리 실리콘층으로 구성되는 적외선 포토 다이오드를 형성하는 단계를 포함하는 조도 센서 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090098031A KR20110041038A (ko) | 2009-10-15 | 2009-10-15 | 포토 다이오드 구조 및 상기 포토 다이오드 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090098031A KR20110041038A (ko) | 2009-10-15 | 2009-10-15 | 포토 다이오드 구조 및 상기 포토 다이오드 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20110041038A true KR20110041038A (ko) | 2011-04-21 |
Family
ID=44047073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020090098031A KR20110041038A (ko) | 2009-10-15 | 2009-10-15 | 포토 다이오드 구조 및 상기 포토 다이오드 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20110041038A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210036673A (ko) | 2019-09-26 | 2021-04-05 | 한국전력공사 | 듀얼 포토다이오드 및 이의 제조 방법 |
-
2009
- 2009-10-15 KR KR1020090098031A patent/KR20110041038A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210036673A (ko) | 2019-09-26 | 2021-04-05 | 한국전력공사 | 듀얼 포토다이오드 및 이의 제조 방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11929382B2 (en) | Shallow trench textured regions and associated methods | |
| TWI734709B (zh) | 解調變像素裝置、像素裝置陣列及包含其之光電裝置 | |
| US8946617B2 (en) | Photodiode having a p-n junction with varying expansion of the space charge zone due to application of a variable voltage | |
| JP2005532695A (ja) | 光検出器回路 | |
| US10312391B2 (en) | Apparatus and method for single-photon avalanche-photodiode detectors with reduced dark count rate | |
| TWI422053B (zh) | 具紅外線抑制之光感測器及用於背光控制之感測器用法 | |
| CN106298817A (zh) | 基于标准cmos工艺可变增益光电探测器及制备方法 | |
| KR102373389B1 (ko) | Cmos 센서용 게이트-제어 전하 변조 디바이스 | |
| KR20110041038A (ko) | 포토 다이오드 구조 및 상기 포토 다이오드 제조 방법 | |
| Singh et al. | High performance of midwave infrared HgCdTe e-avalanche photodiode detector | |
| KR100706743B1 (ko) | 이미지 센서용 실리콘-게르마늄 포토다이오드 | |
| Abid et al. | High responsivity silicon MOS phototransistors | |
| TWI446564B (zh) | 光敏組件 | |
| KR100636393B1 (ko) | 이미지 센서 | |
| US10141470B2 (en) | Photodiode type structure, component and method for manufacturing such a structure | |
| KR20110021230A (ko) | 포토 다이오드 구조 및 상기 포토 다이오드 제조 방법 | |
| CN109904271A (zh) | 光传感半导体单元和光传感半导体阵列 | |
| US20110249134A1 (en) | Semiconductor device with conductive trenches to control electric field | |
| US20230065710A1 (en) | Image sensor for time-of-flight system and methods of making the same | |
| KR20170103659A (ko) | 수광 소자를 갖는 반도체 장치 | |
| TWI622163B (zh) | 影像感測裝置 | |
| Fang et al. | PIN photodiode bandwidth optimization in integrated CMOS process | |
| CN103187473B (zh) | 一种组合光电二极管及其环境光传感器 | |
| KR100629232B1 (ko) | 전송 게이트를 포함하는 ｐｍｏｓｆｅｔ형 광검출기 | |
| CN116722061A (zh) | 一种电压控制的宽光谱锗硅探测器及其控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |