KR950008855B1 - 포토 다이오드의 제조방법 - Google Patents
포토 다이오드의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도의 (a) 내지 (c)는 종래 기술에 의한 포토 다이오드의 제조 공정도.
제2도는 본 발명에 의한 포토 다이오드의 제조공정중 O2에싱공정을 보인 설명도.
제3도의 (a) 및 (b)는 종래와 본 발명에 의해 제조된 포토 다이오드의 포토/다크 전류 특성을 비교한 도면으로서,
(a)는 종래 기술에 의한 포토 다이오드의 포토/다크 전류특성도.
(b)는 본 발명에 의한 포토 다이오드의 포토/다크 전류 특성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 유리기판 2 : 메탈 일렉트로오드층
3 : a-Si : H층 4 : ITO막
5 : 포토 레지스터(PR) 6 : 패시베이션층
7 : 전극
본 발명은 포토 다이오드의 제조방법에 관한 것으로, 특히 포토 다이오드의 제조에 있어서 에칭 균등성(etching uniformity)과 포토(Photo)/다크(Derk) 전류비를 증가시키도록 한 포토 다이오드의 제조방법에 관한 것이다.
종래 기술에 의한 포토 다이오드의 제조공정은 제1도의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이 먼저, 유리 기판(1)위에 Cr, Al, Ta등의 메탈 일렉트로오드(Metal electode)층(2)을 증착하고, 그 위에 활성층막인내인성(Intrinic) a-Si : H층(3) 및 투명전극인 ITO막(4)을 순차적으로 증착한다(제1도의 a).
이후, 제1도의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 ITO막(4)위에 포토 레지스터(PR)에 의한 마스크를 씌우고 상기 ITO막(4)을 패터닝한다.
그리고, 남아 있는 상기 PR(5)을 그대로 둔 상태에서 상기 ITO막(4)의 패턴과 일치되게 상기 a-Si : H층(3)을 리액티브(Reactive)이온 에칭을 실시한 다음 상기 PR(5)을 제거한다.
이어서, 상기 패터닝된 ITO막(4), 상기 a-Si : H층(3) 및 노출된 상기 메탈 일렉트로오드층(2)위에 패시베이션막(6)(SiNX)(6)을 증착한다.
그리고, 제1도의 (c)에 도시된 바와 같이 상기 ITO막(4)의 상부 소정부위가 노출되도록 상기 패시베이션막(6)에 리액티브 이온 에칭에 의해 관통홀(Through hole)을 형성한 후, 그 관통홀을 통해 상기 ITO막(4)에 접촉되도록 상부 금속전극(7)을 증착하여 그 금속전극(7)을 원하는 형태로 패터닝 함으로써, 포토 다이오드를 제조한다.
이와 같은 종래 기술에 의한 제조방법으로 제조된 포토 다이오드는, 상기 ITO(4)막과 상기 a-Si : H층(3)이 접촉되어, 그 계면에서 쇼트키(Schottky)장벽이 형성되어 있다.
따라서, 포토 다이오드가 광에 노출되면, 포토 캐리어가 형성되고, 그 포토 캐리어가 상기 쇼트키 장벽을 뛰어넘어 전류가 흐르게 된다.
통상적으로, 포토 다이오드가 광에 노출되지 않은 상태에서 상기 쇼트키 장벽을 뛰어넘는 전류가 다크-전류(Dark-current)이고, 포토 다이오드가 광에 노출되었을 때 포토 캐리어에 의해 상기 쇼트키 장벽을 뛰어넘는 전류가 포토-전류(Photo-current)이다.
이와 같은 포토/다크 전류비가 S/N비이고, 그 S/N비가 높은 것이 정확한 신호를 보내는데 유리하다.
따라서, 상기 ITO막(4)이, 좋은 쇼트키 장벽을 형성시킬 수 있어야 하고, 아울러 페르미 레벨(Fermi Level)에 있는 전자를 메탈 밖으로 보내는데 필요한 에너지 즉, 일함수(Work Function)가 좋은 특성을 가져야 한다.
그런데, 상용화된 ITO의 경우, 디바이스를 형성한 상태에서 그 상부에 ITO를 증착한 제품은 없다. 이는 패터닝을 해주어야 하기 때문이다.
그러므로, 통상 서브(기판)가 유리인 상태에서 ITO를 증착하는데, ITO의 특성을 좋게 하기 위해서 증착한 다음 약 400 내지 500℃로 어닐링(anealing)하는 공정이 추가된다.
그러나, ITO막(4)의 하부에 활성층인 a-Si : H층(3)이 형성되어야 하는 포토 다이오드의 제조공정에 있어서는, 상기 a-Si : H층의 특성때문에 200℃ 내외로 상기 ITO막(4)을 어닐링할 수 밖에 없다.
이로 인해서, 종래 기술에 의해 제조된 포토 다이오드는, 상기 ITO막(4)의 특성이 나빠서 그 ITO막(4)에 의해 형성되는 쇼트키 장벽의 특성이 떨어지고, 아울러 S/N비 특성도 낮아지기 때문에 포토 다이오드의 성능이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해 ITO막을 증착하여 O2에싱(ashing)을 실시한후, 어닐링하도록 함으로써, ITO막의 특성을 향상시켜 결과적으로 포토 다이오드의 특성을 향상시키도록 한 포토 다이오드의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 포토 다이오드의 제조 공정은, 종래 기술에 의한 포토 다이오드 제조공정과 동일하고, 다만 ITO막(4)을 증착하고, 그 ITO막(4)에 대해 어닐링을 실시하기 이전에 제2도에 도시된 바와 같이 O2에싱(ashing)을 실시한 후, 어닐링을 실시하게 된다.
제2도에서 ITO막(4)을 O2에싱하는 공정을 설명한다.
O2에싱이란 일반적으로 PR(5)을 에칭할 때, 에칭 후 건식식각 장비를 통해 PR(5)에 O2를 흘려보내서 제거시 용이하도록 그 표면을 태우는 것을 말한다.
그러나, 본 발명에서는 ITO 표면을 O2에싱하므로서 ITO 표면에서의 O2분포를 균등(uniform)하게 만들어, 결과적으로 식각률의 균등화를 향상시키고 식각시간도 줄인다.
본 발명은 PR(5)의 에싱과 마찬가지로 건식식각장비인 RIE장비의 반응가스 대신에 순수한 산소를 이용하여 반응실내를 채운다.
식각은 RF 에너지를 O2가스에 인가하게 되면 화학반응이 ITO막(4)과 반응하여 발생하는데, 이 반응에 의해 ITO막(4) 표면의 O2분포가 균등하게 된다.
먼저, 유리기판(1)위에 Cr, Al, Ta등의 메탈 일렉트로오드(Metal electrode)층(2)을 증착하고, 그 위에 활성층막인 내인성(Intrinic) a-Si : H층(3) 및 투명전극인 ITO막(4)을 순차적으로 증착한다(제1도의 a).
이어서, 상기 ITO막(4)의 표면은 O2플라즈마에 노출시켜 O2에싱을 실시한 후, 어닐링을 실시한다.
즉, 상기 ITO막(4)의 체표면에 O2리액티브 이온 에칭에 의해 산소량을 변화 시킨 후, 낮은 온도(200℃ 내외)에서 어닐링을 실시한다.
여기서, 어닐링은 약1시간 정도 한다.
상기한 어닐링이란 웨이퍼를 일정시간 동안 온도가 높은 곳에 의도적으로 넣어두는 열처리를 일컫는다.
어닐링의 역할을 결정내의 스트레인과 결함(defect)을 줄여주는데 특히, 본 발명에서는 O2에싱에 의한 ITO막(4)내의 O2를 안정화 시키는 역할을 한다.
일반적으로 어닐링은 400∼500℃내외의 온도에서 이루어지나 본 발명의 포토 다이오드 구조에서는 높은 어닐링 온도가 a-Si : H층(3)에 나쁜 영향을 끼치기 때문에 200℃ 내외에서 이루어진다.
그러나 본 발명에서는 어닐링에 앞서 O2에싱을 하기 때문에 낮은 온도에서 행하여지더라도 원하는 특성을 얻을 수 있다.
이후, 상기 ITO막(4)위에 포토 레지스터(PR)에 의한 마스크를 씌우고 상기 ITO막(4)을 패터닝한다.
그리고, 남아있는 상기 PR(5)을 그대로 둔 상태에서 상기 ITO(4)의 패턴과 일치되게 상기 a-Si : H층(3)을 리액티브(Reactive) 이온 에칭을 실시한 다음 상기 PR(5)을 제거 한다.
이어서, 상기 패터닝된 ITO막(4), 상기 a-Si : H층(3) 및 노출된 상기 메탈 일렉트로오드층(2)위에 패시베이션막(SiNX)(6)을 증착한다.
그리고, 제1도의 (c)에 도시된 바와 같이 상기 ITO막(4)의 상부 소정부위가 노출되도록 상기 패시베이션막(6)에 리액티브 이온 에칭에 의해 관통홀(through hole)을 형성한 후, 그 관통홀을 통해 상기 ITO막(4)에 접촉되도록 상부 금속전극(7)을 증착하여 그 금속전극(7)을 원하는 형태로 패터닝 함으로써, 포토 다이오드를 제조한다.
한편, 상기 ITO막(4)을 패터닝하기 이전에 그 ITO막(4)에 대해 O2에싱 및 어닐링을 실시하지 않고, 상기 ITO막(4) 및 상기 a-Si : H층(3)을 패터닝을 완료하고, PR(5)을 제거한 후, 상기 ITO막(4)에 대해 O2에싱을 실시한 후, 어닐링을 실시하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이와같은 본 발명에 의해 제조공정으로 제조된 포토 다이오드는, 상기 ITO(4)막과 상기 a-Si : H층(3)이 접촉되어, 그 계면에서 쇼트키(Schottky)장벽이 형성되어 있다.
따라서, 포토 다이오드가 광에 노출되면, 포토 캐리어가 형성되고, 그 포토 캐리어가 상기 쇼트기 장벽을 뛰어넘어 전류가 흐르게 되므로, 포토 다이오드로서 동작된다.
한편, 본 발명에 의해 ITO막(4)에 대해 O2에싱을 실시하면, ITO내에서 부분적으로 부족하거나 과다한 O2의 이동을 유도하게 된다.
따라서 전체 표면에 걸쳐 균일하게 O2를 포함하게 된다.
그런후에 낮은 온도(200℃ 내외)에서 어닐링을 실시하게 되면, O2가 안정화되어 평형상태를 유지하게 되고 이로인해 양질의 ITO막이 형성된다.
이와 같이 양질의 ITO막이 형성되므로, 제3도의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 종래 기술에 의해 제조된 포토 다이오드의 포토/다크 전류(제3도의 가)에 비해 본 발명에 의한 제조방법으로 제조된 포토 다이오드의 포토/다크 전류(제3도의 b)의 특성이 훨씬 향상된 것임을 알 수 있다.
즉, 광에 노출되었을 때 흐르는 전류인 포토전류와 광에 노출되지 않았을때 흐르는 전류인 다크전류를 나타낸 제3도의 (a)와 (b)를 비교하면, 다이오드로 사용되는 영역(A)에서 포토전류와 다크전류가 차이가 클수록 신호 대 잡음(S/N)비가 높아지는데 제3도의 (b)와 같이 O2에싱을 한 본 발명의 경우가 차가 더 크다.
또한 광에 노출되지 않았을때 흐르는 다크전류는 노이즈에 해당하는데, 이 다크전류는 적을수록 특성이 좋은 다이오드라고 할 수 있다.
따라서 제3도의 (b)에서의 다크 전류가 (a)에서 보다 훨씬 작게 나타남을 알 수가 있다.
여기서 B는 다이오드로 사용되지 않는 영역을 나타낸다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 제조방법으로 의해 제조된 포토 다이오드는, 포토/다크 전류 특성이 향성되어 신호전달 특성이 향상되고 또한 상기 ITO막이 안정화된 평행상태의 막이므로, 에칭 균일성이 좋고 그 비도 증가되는 효과가 있다.
이로인해 포토 다이오드를 이용하는 디바이스들 즉, 콘텍 이미지 센서 또는 액정표시소자(LCD)등에 적합한 효과가 있다.
Claims (4)
- 유리기판(1)위에 메탈 일렉트로오드층(2), a-Si : H층(3) 및 ITO막(4)을 순차적으로 증착하는 단계와, 상기 ITO막(4)에 대해 O2에싱을 실시한 후, 어닐링을 실시하는 단계와, 상기 ITO막(4) 및 상기 a-Si : H층(3)을 패터닝 하는 단계와, 이후, 패시베이션막(6)을 증착한 후, 상기 ITO막(4)의 상부 소정부위로 접촉되도록 상부 금속전극(7)을 증착하여 패터닝하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 포토 다이오드 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 O2에싱은 O2리액티브 이온 에칭에 의해 실시하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 어닐링은, 200℃ 내외에서 약 1시간 정도 실시하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드 제조방법.
- 유리기판(1)위에 메탈 일렉트로오드층(2), a-Si : H층(3) 및 ITO막(4)을 순차적으로 증착하는 단계와, 상기 ITO막(4) 및 상기 a-Si : H층(3)을 패터닝하는 단계와, 상기 ITO막(4)에 대해 O2에싱을 실시한 후, 어닐링을 실시하는 단계와, 이후, 패시베이션막(6)을 증착한 후, 상기 ITO막(4)의 상부 소정부위에 접촉되도록 상부 금속전극(7)을 증착하여 패터닝하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 포토 다이오드 제조방법.
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