KR960004595B1 - 포토다이오드의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 종래의 포토다이오드의 단면도.
제2도는 종래의 포토다이오드의 에너지 밴드 다이어그램.
제3도는 종래의 포토다이오드 전류 전압 특성도.
제4도는 본 발명의 포토다이오드의 단면도.
제5도는 본 발명의 포토다이오드의 에너지밴드 다이어그램.
제6도는 본 발명의 포토다이오드 전류 전압 특성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 11 : 하부전극 2, 12 : 광전변환층
3, 14 : 상부투명전극 13 : SiNx층
본 발명은 밀착형 이미지센서(Confact Image Sensor)의 소자인 포토다이오드에 관한 것으로서, 특히 포토다이오드의 상부투명전극과 광전변환층 사이에 SiNx로된 장벽층을 형성하여 전자의 이동을 억제하고, 상부투명전극으로부터 인듐의 확산을 방지하여 소자의 특성을 향상시킬 수 있게 한 것에 관한 것이다.
종래의 포토다이오드 소자는 제1도와 같이 유리기판위에 크롬(Cr)등의 금속을 증착하고 패터닝하여 하부전극(1)을 형성한 뒤 그위에 광전변환을 일으킬 수 있는 비정질 실리콘등의 광전변환층(2)과 ITO(Indium Tin Oxide)등의 상부투명전극(3)을 증착하고 불필요한 부분을 제거하여 포토다이오드를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 종래의 포토다이오드는 제2도의 에너지밴드 다이어 그램과 같이 상부투명전극(3)과 광전변환층(2) 사이에 쇼트키장벽(Schottcky Barrier)이 존재하여, 투명전극(3)쪽의 전자가 쇼트키장벽 때문에 광전변환층(2)으로 들어갈 수 없어서 전류가 흐르지 않게 된다. 그러나 역바이어스전압(VR)이 높아지면 장벽높이가 낮아져 전자가 쉽게 광전변환층(2)으로 전자되어 암(dark)전류가 높아지게 된다.
또한 포토상태(빛을 조사한 상태)에서는 광전변환층(2)내에 포토에너지에 의한 광전하(Photo Carrier)가 발생하여 전류가 흐르게 된다. 따라서 포토다이오드는 어두운 상태와 밝은 상태의 전류비로서 빛을 검출하는 소자로 사용된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 포토다이오드는 광전변환층(2)위에 상부투명전극(3)을 증착하는 과정에서 ITO 상부투명전극(3)의 인듐(IN)이 광전변환층(2)인 비정질 실리콘층으로 확산되어 상기 두층 사이의 쇼트키 장벽을 낮아지게 만든다. 그리고 이는 역바이어스가 증가하면 어두운 상태에서 상부투명전극(3)과 광전변환층(2) 사이의 쇼트키장벽을 더욱 낮추어 상부투명전극의 전자가 광전변환층(2)으로 쉽게 이동됨으로써, 암전류를 증가시켜 포토다이오드의 특성을 저하시킨다. 따라서 제3도와 같이 신호 대 잡음비(S/N)가 떨어지게 되는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 포토다이오드의 상부투명전극과 광전변환층 사이에 SiNx로된 장벽층 형성하여 상부투명전극으로부터의 전자이동에 대한 장벽역활과 상부투명전극에서 인듐의 확산이동을 방지하여 소자의 특성을 향상시키는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 포토다이오드의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
제4도는 본 발명의 포토다이오드 구조 단면도로써, 유리기판위에 Cr등의 금속으로 하부전극(11)이 형성되고, 하부전극(11)위에 비정질실리콘등의 반도체층인 광전변환층(12)과 실리콘질화막(SiNx)(13)등의 절연막과, ITO등의 상부투명전극(14)이 차례로 형성된 구조이다.
이와 같은 구조의 본 발명의 포토다이오드 제조방법은 유리기판위에 크롬(Cr)등의 금속을 증착하고 패터닝하여 하부전극(11)을 형성하고, 그위에 비정질실리콘 등을 250℃에서 증착하여 광전변환층(12)을 형성한다. 그리고 250℃ 온도에서 100W 이상의 RF파워로 질소(N2) 분위기 상태에서 플라즈마(Plasma)를 형성시켜 SiNx층(13)을 약 100Å 정도 성장시킨다.
그후 SiNx층(13)위에 ITO 상부투명전극(14)을 증착하고 불필요한 부분을 제거하여 포토다이오드를 제조한다. 한편, 본 발명의 다른 실시예로서, 상기 광전변환층(12)으로 비정질 실리콘을 증착하고 암모니아(NH3) 분위기 상태에서 50∼100W 정도의 RF 파워와 250℃ 온도로 PECVD로 플라즈마를 형성시켜 SiNx층(14)을 약 100Å 정도 성장시킨다.
그후 ITO 상부투명전극(15)을 증착하고 패터닝하여 포토다이오드를 제조한다. 여기서, 암모니아(NH3)의 분해과정과 SiNx층(14) 형성과정을 설명하면, 플라즈마 챔버(Chamber)내의 NH3가스 분위기 상태에서 RF 플라즈마를 형성시키면 NH2 *, NH*, N*, H*등의 래디칼(Radical)들과 전자가 공존하게 된다.
이러한 래디칼들과 전자들은 비정질 실리콘 표면층을 에칭함과 동시에 비정질 실리콘과 결합하여 SiNx를 형성하게 된다.
이때 수소(H*) 래디칼들은 비정질 실리콘 표면층의 댕글링 본드(dangling bond; 실리콘에 수소가 떨어진 상태)를 없애줌으로써 표면의 상태 밀도를 증가시켜 뒤에 증착할 상부투명전극과의 접합을 양호하게 한다. 따라서 양호한 쇼트키 장벽이 형성된다.
제5도는 상기와 같이 제조된 포토다이오드의 에너지밴드 다이어그램을 나타낸 것이고, 제6도는 본 발명의 포토다이오드전류 전압 특성도를 나타낸 것이다. 상기와 같이 제조된 본 발명의 포토다이오드의 작용효과를 설명하기로 하겠다.
본 발명의 포토다이오드는 제5도의 밴드다이어 그램과 같이 상부투명 전극(14)과 광전변환층(12) 사이에 SiNx장벽(13)이 존재하므로 어두운 상태에서 상부투명전극(14)으로부터 전자가 광전변환층(12)으로 이동하는 것을 막아주어 암전류를 감소시킨다.
또한 밝은 상태에서는 빛에 의한 플러스전하(hole)는 SiNx층(13)에 축적된 유도전위에 의해 상부투명전극(14)쪽으로 터너링되고 마이너스 전하는 광전변환층(12)의 전도대를 따라 하부전극(11)으로 이동하여 전류가 흐르게 된다.
그리고 포토다이오드의 밝은 상태와 어두운 상태는 제6도와 같이 전류전압 특성이 나타내는데 이때 높은 역바이어스 전압 상태에서도 암전류를 감소시켜 밝은 상태와 어두운 상태의 전류비를 증대시켜 신호 대 잡음비를 개선시킬 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명의 포토다이오드는 장벽층으로 사용된 SiNx막이 상부투명전극층의 인듐이 광전변환층으로 확산이동을 방지할 뿐만 아니라 상부투명전극으로부터 광전변환층으로 전자이동에 대한 장벽층 역활을 하게 되어 높은 역바이어스 전압상태에서도 압전류를 감소시켜 밝은 상태와 어두운상태의 전류비를 증대시켜 신호 대 잡음비를 개선시킬 수 있게되어 이미지 센서의 신뢰를 향상시킬 수 있다.
Claims (3)
- 유리기판위에 금속으로 하부전극(11)을 형성하는 공정과, 하부전극(11)위에 광전변환층으로 실리콘을 증착하는 공정과, 상기 실리콘 표면에 SiNx층(13)을 성장시키는 공정과, 상기 SiNx층(13)위에 상부투명전극(14)을 증착하고 패터닝하는 공정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 포토다이오드의 제조방법.
- 제1항에 있어서, SiNx층(13) 성장은 질소(N2) 분위기에서 100W 이상의 RF파워와 200∼250℃ 온도로 플라즈마를 형성시켜 80∼110Å 두께로 성장함을 특징으로 하는 포토다이오드의 제조방법.
- 제1항에 있어서, SiNx층(13) 성장은 암모니아(NH3) 분위기에서 50∼100W의 RF파워와 200∼250℃ 온도로 플라즈마를 형성시켜 80∼110Å 두께로 성장함을 특징으로 하는 포토다이오드의 제조방법.
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