フォトダイオード、その製造方法及びそれを含むフォトセンサ
【課題】フォトダイオード、その製造方法及びそれを含むフォトセンサを提供する。
【解決手段】基板上に形成された真性領域と、真性領域の一部に形成されたＰ＋ドーピング領域と、真性領域の他の一部上に、Ｐ＋ドーピング領域と離隔するように形成された酸化物半導体領域と、を含むフォトダイオード、その製造方法及びそれを含むフォトセンサである。前記フォトダイオードは、前記真性領域及び前記Ｐ＋ドーピング領域が同一平面上に位置し、前記酸化物半導体領域が前記真性領域の平面上に位置することを特徴とする。
【解決手段】基板上に形成された真性領域と、真性領域の一部に形成されたＰ＋ドーピング領域と、真性領域の他の一部上に、Ｐ＋ドーピング領域と離隔するように形成された酸化物半導体領域と、を含むフォトダイオード、その製造方法及びそれを含むフォトセンサである。前記フォトダイオードは、前記真性領域及び前記Ｐ＋ドーピング領域が同一平面上に位置し、前記酸化物半導体領域が前記真性領域の平面上に位置することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトダイオード、その製造方法及びそれを含むフォトセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｐ−Ｉ−Ｎ構造のフォトダイオードは、光信号を電気信号に変換する半導体素子である。Ｐ−Ｉ−Ｎ構造のフォトダイオードの駆動方法について述べると、Ｐ型ドーピング領域に負（−）の電圧が印加され、Ｎ型ドーピング領域に正（＋）の電圧が印加された状態で光が入射されれば、光エネルギーによって、真性領域で電子及び正孔が生成され、あるいはＮ／Ｐ型ドーピング領域で電子や正孔が生成され、真性領域に拡散し、真性領域の逆方向電界によって、フォトダイオードに電流が流れる。このとき、光量が多い、又はエネルギーが大きい場合、フォトダイオードにさらに多くの電流が流れ、その電流量によって、トランジスタが電気的信号を出力し、フォトセンサが作動する。
【０００３】
Ｐ−Ｉ−Ｎ構造を形成するために、Ｐ＋ドーピングとＮ＋ドーピングの２回にわたるドーピング工程が必要であるが、その場合に工程が複雑になり、製造価格が上昇するという不都合が発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一側面は、真性領域、Ｐ＋ドーピング領域及び酸化物半導体領域を含むフォトダイオードを提供することである。
【０００５】
本発明の他の一側面は、前記フォトダイオードの製造方法を提供することである。
【０００６】
本発明のさらに他の一側面は、前記フォトダイオードを採用したフォトセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面によると、基板上に形成された真性領域、前記真性領域の一部に形成されたＰ＋ドーピング領域、及び前記真性領域の他の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域と離隔するように形成された酸化物半導体領域を含むフォトダイオードが提供される。
【０００８】
前記真性領域及び前記Ｐ＋ドーピング領域は、同一平面上に位置し、前記酸化物半導体領域は、前記真性領域の平面上に位置しうる。
【０００９】
前記真性領域は、非晶質シリコンを含むことができる。
【００１０】
前記真性領域は、多結晶シリコンを含むことができる。
【００１１】
前記酸化物半導体領域は、Ｈｆ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｇａ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｔｉ酸化物、ＩｎＺｎ酸化物、ＩｎＳｎ酸化物、ＨｆＩｎＺｎ酸化物、ＧａＩｎＺｎ酸化物、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
【００１２】
前記酸化物半導体領域の厚みは、０．０３ないし１μｍでありうる。
【００１３】
前記Ｐ＋ドーピング領域は、３族不純物イオンを含むことができる。
【００１４】
前記Ｐ＋ドーピング領域は、Ｂ（ボロン）イオン、ＢＦ２イオンまたはＢ２Ｈ５イオンを含むことができる。
【００１５】
前記Ｐ＋ドーピング領域のイオン濃度は、１．０１０ないし１．０１６atom／ｃｍ２でありうる。
【００１６】
前記Ｐ＋ドーピング領域の厚みは、０．０３ないし１μｍでありうる。
【００１７】
前記真性領域の厚みは、０．０３ないし１μｍでありうる。
【００１８】
本発明の他の側面によると、基板を提供する段階、前記基板上に非晶質シリコン層を蒸着して真性領域を形成する段階、前記真性領域の一部に不純物イオンをドーピングし、Ｐ＋ドーピング領域を形成する段階、及び前記真性領域の他の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域と離隔するように、酸化物半導体領域を形成する段階を含むフォトダイオードの製造方法が提供される。
【００１９】
前記Ｐ＋ドーピング領域を形成する段階は、前記真性領域の一部を除外した部位を覆うマスクを形成する段階、前記マスクが形成されていない部位に３族不純物イオンを注入する段階、及び前記マスクを除去する段階を含むことができる。
【００２０】
前記３族不純物イオンを注入する段階は、Ｂ（ボロン）イオン、ＢＦ２イオンまたはＢ２Ｈ５イオンを、１ないし５０ＫｅＶのエネルギー強度で、１．０１０ないし１．０１６atom／ｃｍ２の濃度になるように注入する段階を含むことができる。
【００２１】
前記酸化物半導体領域を形成する段階は、Ｈｆ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｇａ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｔｉ酸化物、ＩｎＺｎ酸化物、ＩｎＳｎ酸化物、ＨｆＩｎＺｎ酸化物、ＧａＩｎＺｎ酸化物、またはそれらの組み合わせを使用し、０．０３ないし１μｍの厚みになるように蒸着する段階を含むことができる。
【００２２】
前記真性領域を形成する段階は、前記非晶質シリコン層を結晶化させ、多結晶シリコン層を形成する段階をさらに含むことができる。
【００２３】
本発明のさらに他の側面によると、基板、前記基板上に形成されたバッファ層、前記バッファ層上に形成された前記特徴を有するフォトダイオード、及び前記フォトダイオード上に形成された電極を含むフォトセンサが提供される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、既存のＰ−Ｉ−Ｎ構造のダイオードのように、Ｐ＋ドーピングとＮ＋ドーピングのドーピング工程を２回実施せず、Ｐ＋ドーピングだけ実施するので、構造が簡単で製造工程が単純化されたフォトダイオードを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】本発明の一実施形態によるフォトダイオードを概略的に図示する平面図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による、真性領域が非晶質シリコン層であるフォトダイオードの製造方法を概略的に図示する平面図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による、真性領域が非晶質シリコン層であるフォトダイオードの製造方法を概略的に図示する平面図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による、真性領域が非晶質シリコン層であるフォトダイオードの製造方法を概略的に図示する平面図である。
【図４Ｂ】図４ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による、真性領域が非晶質シリコン層であるフォトダイオードの製造方法を概略的に図示する平面図である。
【図５Ｂ】図５ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態による、真性領域が多結晶シリコン層であるフォトダイオードの製造方法を概略的に図示する平面図である。
【図６Ｂ】図６ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態による、真性領域が多結晶シリコン層であるフォトダイオードの製造方法を概略的に図示する平面図である。
【図７Ｂ】図７ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態による、真性領域が多結晶シリコン層であるフォトダイオードの製造方法を概略的に図示する平面図である。
【図８Ｂ】図８ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図９Ａ】本発明の一実施形態による、真性領域が多結晶シリコン層であるフォトダイオードの製造方法を概略的に図示する平面図である。
【図９Ｂ】図９ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図１０Ａ】本発明の一実施形態による、真性領域が多結晶シリコン層であるフォトダイオードの製造方法を概略的に図示する平面図である。
【図１０Ｂ】図１０ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるフォトセンサを図示する平面図である。
【図１２】本発明の一実施形態によるフォトセンサを図示する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の構成及び作用について、本発明が属する技術分野で当業者が容易に実施できるように、詳細に説明する。本発明を説明するにあたり、関連した公知機能または構成に係る具体的な説明が、本発明の要旨を必要以上に不明確にすると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。本発明は、さまざまな異なる形態に具現され、ここで説明する実施形態に限定されるものではない。
【００２７】
図面で、ある層や領域を明確に表現するために、厚みを拡大して示した。明細書全体を通じて、類似した部分については、同じ図面符号を付した。層、膜、領域、プレートなどの部分が他の部分の「上部に」または「上に」あるというとき、それは、他の部分の真上にある場合だけではなく、その中間にさらに他の部分が存在する場合も含む。
【００２８】
図１Ａは、一実施形態によるフォトダイオードを概略的に図示する平面図である。図１Ａを参照すれば、前記フォトダイオードは、基板（図示せず）上に形成された真性領域（intrinsic region）１、前記真性領域１の一部がドーピングされて形成されたＰ＋ドーピング領域３、及び前記真性領域１の他の一部の上面に形成された酸化物半導体領域５を有する。前記Ｐ＋ドーピング領域３と前記酸化物半導体領域５は、真性領域１を挟んで互いに離隔している。
【００２９】
図１Ｂは、図１ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。図１Ｂを参照すれば、前記フォトダイオードで、真性領域１及びＰ＋ドーピング領域３は、同一平面上に位置する水平型構造であり、酸化物半導体領域５は、前記真性領域１の上面に位置する垂直型構造をなしている。真性領域１が、仕事関数が大きいＰ＋ドーピング領域３と、相対的に仕事関数が小さい酸化物半導体領域５とに接合されつつ、接合部に十分に厚い空乏領域（depletion region）が形成されて整流現象が現れる。前記フォトダイオードでは、真性領域１とＰ＋ドーピング領域３とが水平型構造をなしており、主にＰ＋ドーピング領域３と酸化物半導体領域５との間に位置した真性領域１の幅によって、空乏領域が決まる。イオン注入する領域を調節し、又は酸化物が蒸着される領域を調節し、Ｐ＋ドーピング領域３または酸化物半導体領域５の大きさを調節することによって、真性領域１の幅を調節し、これにより、空乏領域の大きさを調節することができる。
【００３０】
真性領域１は、基板上に非晶質シリコンを蒸着して形成する。非晶質シリコンから形成された層は、不純物がドーピングされていない状態で、高い抵抗値を有する。前記非晶質シリコン層１ａ（図２Ａ）は、高い抵抗値を有するので、真性領域１として使用するのに適している。
【００３１】
真性領域１は、例えば、基板上にＳｉＨ４ガスを使用して、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法で、非晶質シリコン層１ａを蒸着することによって形成されうる。場合によっては、非晶質シリコン層１ａを結晶化させた状態の多結晶シリコン層１ｂ（図７Ａ）が使われることもある。
【００３２】
真性領域１の厚みは、０．０３ないし１μｍでありうる。真性領域１の厚みが前記範囲を満足する場合、抵抗値が大きすぎもせず、小さすぎもせず、適切な範囲を維持することができる。例えば、前記真性領域１の厚みは、０．０５μｍでありうる。
【００３３】
酸化物半導体領域５は、Ｈｆ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｇａ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｔｉ酸化物、ＩｎＺｎ酸化物、ＩｎＳｎ酸化物、ＨｆＩｎＺｎ酸化物、ＧａＩｎＺｎ酸化物、またはそれらの組み合わせを含むことができる。酸化物半導体領域５は、一般的なＰ−Ｉ−ＮダイオードでのＮ型半導体と同じような役割を行う。ＨｆＩｎＺｎ酸化物の場合、すなわち、ＨｆＩｎＺｎＯｘ（ここで、ｘは、０＜ｘ≦２．５）の場合、自然に発生したＺｎ間隙（interstitial）及びＯ空隙（vacancy）によって、格子外に存在し、あるいはＯと結合することができないＺｎ２＋がアクセプタ（acceptor）として作用して、Ｎ型半導体の役割を行う。これと類似して、Ｈｆ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｇａ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｔｉ酸化物、ＩｎＺｎ酸化物、ＩｎＳｎ酸化物、ＨｆＩｎＺｎ酸化物、ＧａＩｎＺｎ酸化物も、Ｏ空隙によって、Ｎ型半導体の役割を行うことができる。例えば、前記酸化物半導体領域５は、ＨｆＩｎＺｎ酸化物またはＧａＩｎＺｎ酸化物でありうる。
【００３４】
酸化物半導体領域５の厚みは、０．０３ないし１μｍでありうる。酸化物半導体領域５の厚みが前記範囲を満足する場合、適量の電流が流れる。例えば、前記酸化物半導体領域５の厚みは、０．０５μｍでありうる。
【００３５】
Ｐ＋ドーピング領域３は、基板上に形成された真性領域１の一部に、３族不純物イオンを注入して形成されるが、これに限定されるものではない。例えば、Ｐ＋ドーピング領域３は、エピタキシャル層、ＣＶＤ蒸着層及び拡散層のうちいずれか一つでありうる。
【００３６】
Ｐ＋ドーピング領域３は、真性領域１のうち、Ｐ＋ドーピング領域３になる部分を除外した他の部分をマスキングし、開放された領域にのみ３族不純物イオンを注入して形成されうる。例えば、３族不純物イオンであるＢ（ボロン）イオン、ＢＦ２イオンまたはＢ２Ｈ５イオンを注入してＰ＋ドーピング領域３を形成することができる。Ｐ＋ドーピング領域３は、酸化物半導体領域５に比べて、比較的大きい仕事関数を有し、比抵抗は低いという特徴を有する。
【００３７】
このとき、Ｐ＋ドーピング領域３の厚みは、０．０３ないし１μｍであって、Ｐ＋ドーピング領域３の厚みが前記範囲を満足する場合、適量の電流が流れる。例えば、前記Ｐ＋ドーピング領域３の厚みは、０．０５μｍでありうる。
【００３８】
このように形成されたＰ＋ドーピング領域３の濃度は、１．０１０ないし１．０１６atom／ｃｍ２でありうる。Ｐ＋ドーピング領域３のイオン濃度が１．０１０atom／ｃｍ２以上であるならば、光を受ける場合、光電流が適切に流れ始め、そのイオン濃度が１．０１６atom／ｃｍ２以下であるならば、光を受けて発生した光電流の再結合や妨害が発生せず、光電流が過度に増加しない。例えば、前記Ｐ＋ドーピング領域３のイオン濃度は、約１．０１２atom／ｃｍ２でありうる。
【００３９】
図２Ａ、図３Ａ、図４Ａ及び図５Ａは、真性領域１が非晶質シリコンを含むフォトダイオードの製造方法を、工程順序によって概略的に示した平面図であり、図６Ａ、図７Ａ、図８Ａ、図９Ａ及び図１０Ａは、真性領域１が多結晶シリコンを含むフォトダイオードの製造方法を、工程順序によって示した平面図である。
【００４０】
図２Ａ、図３Ａ、図４Ａ及び図５Ａに示された工程を中心に、フォトダイオードの製造方法について次の通り説明する。図２Ｂ、図３Ｂ、図４Ｂ及び図５Ｂは、それぞれ図２Ａ、図３Ａ、図４Ａ及び図５ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【００４１】
まず、図２Ａ及び図２Ｂのように、基板を準備し、前記基板上に、非晶質シリコン層１ａからなる真性領域１を形成する。基板は、ガラス基板、ハードプラスチック（hard plastic）基板及びフレキシブルプラスチック（flexible plastic）基板などから構成される多様な基板のうち、いずれか一つでありうる。前記基板上に、非晶質シリコン層１ａを蒸着することによって、真性領域１を形成した後、不純物イオンを注入する前に、非晶質シリコン層１ａ上に存在する自然酸化膜や有機物を除去するためのクリーニングを行うことができる。
【００４２】
図示してはいないが、基板と真性領域１との間に、Ｃｕ酸化物層のようなバッファ層がさらに備わりうる。このとき、前記バッファ層は、フォトダイオードの熱的安定性のための役割を行うことができる。前記バッファ層が使われる場合、バッファ層を含んだ真性領域１、Ｐ＋ドーピング領域３及び酸化物半導体領域５がフォトダイオードを構成すると見ることもできる。
【００４３】
次に、図３Ａ及び図３Ｂのように、前記真性領域１の一部に不純物イオンをドーピングし、Ｐ＋ドーピング領域３を形成する。このような過程は、例えば、フォトリソグラフィ工程を利用し、フォトレジスト（ＰＲ）で前記真性領域１の一部を除外した領域をマスキングする段階、マスクが形成されていない部位に３族不純物イオンを注入する段階、及び前記マスクを除去する段階からなりうる。
【００４４】
マスク１８は、フォトレジストの材質から形成されうるが、これに限定されるものではない。例えば、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４のような材質からマスク１８を形成することができる。このように形成されたマスク１８を使用し、前記真性領域１の一部を除外した領域を覆い、Ｐ＋ドーピング領域３になる部分だけ開放させる。前記開放されたＰ＋ドーピング領域３になる部分を、３族不純物イオンを含むＢ（ボロン）イオン、ＢＦ２イオンまたはＢ２Ｈ５イオンのうち、いずれか一つでＰ＋ドーピングする。Ｐ＋ドーピングに使われるドーピング物質は、例えば、Ｂ（ボロン）、ＢＦ２またはＢ２Ｈ５でありうる。このとき、ドーピング領域の厚みは、０．０３ないし１μｍになるようにし、イオンの注入は、１ないし５０ＫｅＶのエネルギー強度で、１．０１０ないし１．０１６atom／ｃｍ２の濃度になるようにする。Ｐ＋ドーピング領域３の厚みが前記範囲を満足する場合、適量の光電流が流れ、例えば、前記Ｐ＋ドーピング領域３の厚みは、０．０５μｍでありうる。Ｐ＋ドーピングに使われる物質、形成方法、工程条件などは、前記に限定されずに、多様に変化しうる。
【００４５】
非晶質シリコン領域の一部に３族不純物イオンを注入し、Ｐ＋シリコン層を形成することによってＰ＋ドーピング領域３を製造し、Ｐ＋ドーピング領域３が形成された後、フォトレジスト・パターンを除去することによって、マスク１８を除去する。
【００４６】
図４Ａ及び図４Ｂは、真性領域１の一部にＰ＋ドーピング領域３が形成されたところを示している。
【００４７】
次に、図５Ａ及び図５Ｂのように、前記真性領域１の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域３と離隔するように、酸化物半導体領域５を形成する。Ｐ＋ドーピング領域３と所定距離ほど離隔し、ドーピングされていない真性領域１上に、マスキング段階なしに、酸化物半導体領域５が形成される。酸化物半導体領域５は、Ｈｆ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｇａ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｔｉ酸化物、ＩｎＺｎ酸化物、ＩｎＳｎ酸化物、ＨｆＩｎＺｎ酸化物、ＧａＩｎＺｎ酸化物、またはそれらの組み合わせを使用して形成することができる。例えば、ＨｆＩｎＺｎ酸化物またはＧａＩｎＺｎ酸化物を使用して形成することができる。このとき、酸化物半導体領域５は、交流マグネトロンスパッタリング（ＲＦmagnetron sputtering）法によって低温で形成することができ、その厚みは、０．０３ないし１μｍほどでありうる。酸化物半導体領域５の厚みが前記範囲を満足する場合、適量の光電流が流れ、例えば、前記酸化物半導体領域５の厚みは、０．０５μｍでありうる。前記提示した酸化物半導体領域５をなす物質、形成方法及び工程条件などは、例示的なものであり、これらに限定されずに、多様な物質、形成方法及び工程条件などが使われうる。
【００４８】
図６Ａ、図７Ａ、図８Ａ、図９Ａ及び図１０Ａは、真性領域１が多結晶シリコンを含むフォトダイオードの製造方法を、工程順序によって示した平面図である。図６Ｂ、図７Ｂ、図８Ｂ、図９Ｂ及び図１０Ｂは、それぞれ図６Ａ、図７Ａ、図８Ａ、図９Ａ及び図１０ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【００４９】
図６Ａ及び図６Ｂのように、基板上に非晶質シリコン層１ａを蒸着させた後、熱的酸化方法で結晶化領域２０を設け、非晶質シリコン層１ａを多結晶シリコン層１ｂに変化させる。この場合にも、不純物イオンを注入する前に、多結晶シリコン層１ｂ上に存在する自然酸化膜や有機物を除去するために、クリーニングを行うことができる。図示していないが、基板と真性領域１との間に、Ｃｕ酸化物層のようなバッファ層がさらに備わりうる。
【００５０】
図７Ａ及び図７Ｂは、このように形成された多結晶シリコン層１ｂを含む真性領域１が図示されている。
【００５１】
次に、図８Ａ及び図８Ｂのように、前記多結晶シリコン層１ｂを含む真性領域１の一部に不純物イオンをドーピングし、Ｐ＋ドーピング領域３を形成する。このような過程は、フォトレジスト（ＰＲ）で前記真性領域１の一部を除外した領域をマスキングする段階、マスクが形成されていない部位に３族不純物イオンを注入する段階、及び前記マスクを除去する段階からなりうる。Ｐ＋ドーピングに使われる物質、形成方法、工程条件などは、前記非晶質シリコン層１ａを含む真性領域１の場合と同一である。
【００５２】
図９Ａ及び図９Ｂは、多結晶シリコン層１ｂを含む真性領域１の一部に、Ｐ＋ドーピング領域３が形成されたところを示している。
【００５３】
次に、図１０Ａ及び図１０Ｂのように、前記多結晶シリコン層１ｂを含む真性領域１の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域３と離隔するように、酸化物半導体領域５を形成する。酸化物半導体領域５をなす物質、形成方法及び工程条件などは、前記非晶質シリコン層１ａを含む真性領域の場合と同一である。
【００５４】
前述のフォトダイオードは、具体的に次のような構造を有することができる。
【００５５】
例えば、前記フォトダイオードは、基板上に形成され、非晶質シリコンを含む真性領域１、前記真性領域１の一部に形成され、Ｂイオンを含むＰ＋ドーピング領域３、及び前記真性領域１の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域３と離隔するように形成され、ＨｆＩｎＺｎ酸化物を含む酸化物半導体領域５を含むことができる。
【００５６】
または、前記フォトダイオードは、基板上に形成され、多結晶シリコンを含む真性領域１、前記真性領域１の一部に形成され、Ｂイオンを含むＰ＋ドーピング領域３、及び前記真性領域１の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域３と離隔するように形成され、ＨｆＩｎＺｎ酸化物を含む酸化物半導体領域５を含むことができる。
【００５７】
図１１は、一実施形態によるフォトセンサを図示する平面図である。図１１を参照すれば、基板７、前記基板７上に形成されたバッファ層９、前記バッファ層９上に形成されたフォトダイオード（１，３，５）、及び前記フォトダイオード上に形成された電極１６を含む。
【００５８】
まず、基板７が提供され、基板７上にバッファ層９が備わりうる。場合によっては、バッファ層９は、省略されることもある。基板７及びバッファ層９を構成する材料は、前述の通りである。前記バッファ層９上に、真性領域１、前記真性領域１の一部に形成されたＰ＋ドーピング領域３、及び前記真性領域１の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域３と離隔するように形成された酸化物半導体領域５を含むフォトダイオードが備わる。前記フォトダイオードの活性層を絶縁させるための第１絶縁層１２、及び水分などから保護するための第２絶縁層１４が備わり、前記第１絶縁層１２を貫通する電極１６が備わり、前記第２絶縁層１４を貫通する酸化物半導体１７が、前記電極１６上に形成されて互いに連結される。電極１６は、Ｐ＋ドーピング領域３と連結される。前記電極１６は、Ｐ＋ドーピング領域３に正孔が注入されるように、外部電源供給部から連結されるものであり、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇのような金属物質または、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）のような透明な導電性物質から形成されうる。
【００５９】
図１２は、他の一実施形態によるフォトセンサを図示する平面図である。図１２を参照すれば、基板７、前記基板７上に形成されたバッファ層９、前記バッファ層９上に形成されたフォトダイオード、及び前記フォトダイオード上に形成された電極１６を含む。
【００６０】
まず、基板７が提供され、基板７上にバッファ層９が備わりうる。場合によっては、バッファ層９は省略されることもある。前記バッファ層９上に、真性領域１、前記真性領域１の一部に形成されたＰ＋ドーピング領域３、及び前記真性領域１の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域３と離隔するように形成された酸化物半導体領域５を含むフォトダイオードが備わる。前記フォトダイオードの活性層を絶縁させるための第１絶縁層１２、及び水分などから保護するための第２絶縁層１４が備わり、前記第１絶縁層１２と第２絶縁層１４とを貫通し、電極１６がＰ＋ドーピング領域３上に形成されている。酸化物半導体領域５は、第１絶縁層１２を貫通して備わり、前記酸化物半導体領域５上に、第２絶縁層１４を貫通して電極１６が備わる。
【００６１】
本発明は、図面に図示された実施形態を参考にして説明したが、それらは例示的なものにすぎず、当技術分野で当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解することができるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決まるものである。
【符号の説明】
【００６２】
１ 真性領域
１ａ 非晶質シリコン層
１ｂ 多結晶シリコン層
３ Ｐ＋ドーピング領域
５ 酸化物半導体領域
７ 基板
９ バッファ層
１２ 第１絶縁層
１４ 第２絶縁層
１６ 電極
１７ 酸化物半導体
１８ マスク
２０ 結晶化領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトダイオード、その製造方法及びそれを含むフォトセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｐ−Ｉ−Ｎ構造のフォトダイオードは、光信号を電気信号に変換する半導体素子である。Ｐ−Ｉ−Ｎ構造のフォトダイオードの駆動方法について述べると、Ｐ型ドーピング領域に負（−）の電圧が印加され、Ｎ型ドーピング領域に正（＋）の電圧が印加された状態で光が入射されれば、光エネルギーによって、真性領域で電子及び正孔が生成され、あるいはＮ／Ｐ型ドーピング領域で電子や正孔が生成され、真性領域に拡散し、真性領域の逆方向電界によって、フォトダイオードに電流が流れる。このとき、光量が多い、又はエネルギーが大きい場合、フォトダイオードにさらに多くの電流が流れ、その電流量によって、トランジスタが電気的信号を出力し、フォトセンサが作動する。
【０００３】
Ｐ−Ｉ−Ｎ構造を形成するために、Ｐ＋ドーピングとＮ＋ドーピングの２回にわたるドーピング工程が必要であるが、その場合に工程が複雑になり、製造価格が上昇するという不都合が発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一側面は、真性領域、Ｐ＋ドーピング領域及び酸化物半導体領域を含むフォトダイオードを提供することである。
【０００５】
本発明の他の一側面は、前記フォトダイオードの製造方法を提供することである。
【０００６】
本発明のさらに他の一側面は、前記フォトダイオードを採用したフォトセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面によると、基板上に形成された真性領域、前記真性領域の一部に形成されたＰ＋ドーピング領域、及び前記真性領域の他の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域と離隔するように形成された酸化物半導体領域を含むフォトダイオードが提供される。
【０００８】
前記真性領域及び前記Ｐ＋ドーピング領域は、同一平面上に位置し、前記酸化物半導体領域は、前記真性領域の平面上に位置しうる。
【０００９】
前記真性領域は、非晶質シリコンを含むことができる。
【００１０】
前記真性領域は、多結晶シリコンを含むことができる。
【００１１】
前記酸化物半導体領域は、Ｈｆ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｇａ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｔｉ酸化物、ＩｎＺｎ酸化物、ＩｎＳｎ酸化物、ＨｆＩｎＺｎ酸化物、ＧａＩｎＺｎ酸化物、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
【００１２】
前記酸化物半導体領域の厚みは、０．０３ないし１μｍでありうる。
【００１３】
前記Ｐ＋ドーピング領域は、３族不純物イオンを含むことができる。
【００１４】
前記Ｐ＋ドーピング領域は、Ｂ（ボロン）イオン、ＢＦ２イオンまたはＢ２Ｈ５イオンを含むことができる。
【００１５】
前記Ｐ＋ドーピング領域のイオン濃度は、１．０１０ないし１．０１６atom／ｃｍ２でありうる。
【００１６】
前記Ｐ＋ドーピング領域の厚みは、０．０３ないし１μｍでありうる。
【００１７】
前記真性領域の厚みは、０．０３ないし１μｍでありうる。
【００１８】
本発明の他の側面によると、基板を提供する段階、前記基板上に非晶質シリコン層を蒸着して真性領域を形成する段階、前記真性領域の一部に不純物イオンをドーピングし、Ｐ＋ドーピング領域を形成する段階、及び前記真性領域の他の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域と離隔するように、酸化物半導体領域を形成する段階を含むフォトダイオードの製造方法が提供される。
【００１９】
前記Ｐ＋ドーピング領域を形成する段階は、前記真性領域の一部を除外した部位を覆うマスクを形成する段階、前記マスクが形成されていない部位に３族不純物イオンを注入する段階、及び前記マスクを除去する段階を含むことができる。
【００２０】
前記３族不純物イオンを注入する段階は、Ｂ（ボロン）イオン、ＢＦ２イオンまたはＢ２Ｈ５イオンを、１ないし５０ＫｅＶのエネルギー強度で、１．０１０ないし１．０１６atom／ｃｍ２の濃度になるように注入する段階を含むことができる。
【００２１】
前記酸化物半導体領域を形成する段階は、Ｈｆ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｇａ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｔｉ酸化物、ＩｎＺｎ酸化物、ＩｎＳｎ酸化物、ＨｆＩｎＺｎ酸化物、ＧａＩｎＺｎ酸化物、またはそれらの組み合わせを使用し、０．０３ないし１μｍの厚みになるように蒸着する段階を含むことができる。
【００２２】
前記真性領域を形成する段階は、前記非晶質シリコン層を結晶化させ、多結晶シリコン層を形成する段階をさらに含むことができる。
【００２３】
本発明のさらに他の側面によると、基板、前記基板上に形成されたバッファ層、前記バッファ層上に形成された前記特徴を有するフォトダイオード、及び前記フォトダイオード上に形成された電極を含むフォトセンサが提供される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、既存のＰ−Ｉ−Ｎ構造のダイオードのように、Ｐ＋ドーピングとＮ＋ドーピングのドーピング工程を２回実施せず、Ｐ＋ドーピングだけ実施するので、構造が簡単で製造工程が単純化されたフォトダイオードを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】本発明の一実施形態によるフォトダイオードを概略的に図示する平面図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による、真性領域が非晶質シリコン層であるフォトダイオードの製造方法を概略的に図示する平面図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による、真性領域が非晶質シリコン層であるフォトダイオードの製造方法を概略的に図示する平面図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による、真性領域が非晶質シリコン層であるフォトダイオードの製造方法を概略的に図示する平面図である。
【図４Ｂ】図４ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による、真性領域が非晶質シリコン層であるフォトダイオードの製造方法を概略的に図示する平面図である。
【図５Ｂ】図５ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態による、真性領域が多結晶シリコン層であるフォトダイオードの製造方法を概略的に図示する平面図である。
【図６Ｂ】図６ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態による、真性領域が多結晶シリコン層であるフォトダイオードの製造方法を概略的に図示する平面図である。
【図７Ｂ】図７ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態による、真性領域が多結晶シリコン層であるフォトダイオードの製造方法を概略的に図示する平面図である。
【図８Ｂ】図８ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図９Ａ】本発明の一実施形態による、真性領域が多結晶シリコン層であるフォトダイオードの製造方法を概略的に図示する平面図である。
【図９Ｂ】図９ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図１０Ａ】本発明の一実施形態による、真性領域が多結晶シリコン層であるフォトダイオードの製造方法を概略的に図示する平面図である。
【図１０Ｂ】図１０ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるフォトセンサを図示する平面図である。
【図１２】本発明の一実施形態によるフォトセンサを図示する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の構成及び作用について、本発明が属する技術分野で当業者が容易に実施できるように、詳細に説明する。本発明を説明するにあたり、関連した公知機能または構成に係る具体的な説明が、本発明の要旨を必要以上に不明確にすると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。本発明は、さまざまな異なる形態に具現され、ここで説明する実施形態に限定されるものではない。
【００２７】
図面で、ある層や領域を明確に表現するために、厚みを拡大して示した。明細書全体を通じて、類似した部分については、同じ図面符号を付した。層、膜、領域、プレートなどの部分が他の部分の「上部に」または「上に」あるというとき、それは、他の部分の真上にある場合だけではなく、その中間にさらに他の部分が存在する場合も含む。
【００２８】
図１Ａは、一実施形態によるフォトダイオードを概略的に図示する平面図である。図１Ａを参照すれば、前記フォトダイオードは、基板（図示せず）上に形成された真性領域（intrinsic region）１、前記真性領域１の一部がドーピングされて形成されたＰ＋ドーピング領域３、及び前記真性領域１の他の一部の上面に形成された酸化物半導体領域５を有する。前記Ｐ＋ドーピング領域３と前記酸化物半導体領域５は、真性領域１を挟んで互いに離隔している。
【００２９】
図１Ｂは、図１ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。図１Ｂを参照すれば、前記フォトダイオードで、真性領域１及びＰ＋ドーピング領域３は、同一平面上に位置する水平型構造であり、酸化物半導体領域５は、前記真性領域１の上面に位置する垂直型構造をなしている。真性領域１が、仕事関数が大きいＰ＋ドーピング領域３と、相対的に仕事関数が小さい酸化物半導体領域５とに接合されつつ、接合部に十分に厚い空乏領域（depletion region）が形成されて整流現象が現れる。前記フォトダイオードでは、真性領域１とＰ＋ドーピング領域３とが水平型構造をなしており、主にＰ＋ドーピング領域３と酸化物半導体領域５との間に位置した真性領域１の幅によって、空乏領域が決まる。イオン注入する領域を調節し、又は酸化物が蒸着される領域を調節し、Ｐ＋ドーピング領域３または酸化物半導体領域５の大きさを調節することによって、真性領域１の幅を調節し、これにより、空乏領域の大きさを調節することができる。
【００３０】
真性領域１は、基板上に非晶質シリコンを蒸着して形成する。非晶質シリコンから形成された層は、不純物がドーピングされていない状態で、高い抵抗値を有する。前記非晶質シリコン層１ａ（図２Ａ）は、高い抵抗値を有するので、真性領域１として使用するのに適している。
【００３１】
真性領域１は、例えば、基板上にＳｉＨ４ガスを使用して、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法で、非晶質シリコン層１ａを蒸着することによって形成されうる。場合によっては、非晶質シリコン層１ａを結晶化させた状態の多結晶シリコン層１ｂ（図７Ａ）が使われることもある。
【００３２】
真性領域１の厚みは、０．０３ないし１μｍでありうる。真性領域１の厚みが前記範囲を満足する場合、抵抗値が大きすぎもせず、小さすぎもせず、適切な範囲を維持することができる。例えば、前記真性領域１の厚みは、０．０５μｍでありうる。
【００３３】
酸化物半導体領域５は、Ｈｆ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｇａ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｔｉ酸化物、ＩｎＺｎ酸化物、ＩｎＳｎ酸化物、ＨｆＩｎＺｎ酸化物、ＧａＩｎＺｎ酸化物、またはそれらの組み合わせを含むことができる。酸化物半導体領域５は、一般的なＰ−Ｉ−ＮダイオードでのＮ型半導体と同じような役割を行う。ＨｆＩｎＺｎ酸化物の場合、すなわち、ＨｆＩｎＺｎＯｘ（ここで、ｘは、０＜ｘ≦２．５）の場合、自然に発生したＺｎ間隙（interstitial）及びＯ空隙（vacancy）によって、格子外に存在し、あるいはＯと結合することができないＺｎ２＋がアクセプタ（acceptor）として作用して、Ｎ型半導体の役割を行う。これと類似して、Ｈｆ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｇａ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｔｉ酸化物、ＩｎＺｎ酸化物、ＩｎＳｎ酸化物、ＨｆＩｎＺｎ酸化物、ＧａＩｎＺｎ酸化物も、Ｏ空隙によって、Ｎ型半導体の役割を行うことができる。例えば、前記酸化物半導体領域５は、ＨｆＩｎＺｎ酸化物またはＧａＩｎＺｎ酸化物でありうる。
【００３４】
酸化物半導体領域５の厚みは、０．０３ないし１μｍでありうる。酸化物半導体領域５の厚みが前記範囲を満足する場合、適量の電流が流れる。例えば、前記酸化物半導体領域５の厚みは、０．０５μｍでありうる。
【００３５】
Ｐ＋ドーピング領域３は、基板上に形成された真性領域１の一部に、３族不純物イオンを注入して形成されるが、これに限定されるものではない。例えば、Ｐ＋ドーピング領域３は、エピタキシャル層、ＣＶＤ蒸着層及び拡散層のうちいずれか一つでありうる。
【００３６】
Ｐ＋ドーピング領域３は、真性領域１のうち、Ｐ＋ドーピング領域３になる部分を除外した他の部分をマスキングし、開放された領域にのみ３族不純物イオンを注入して形成されうる。例えば、３族不純物イオンであるＢ（ボロン）イオン、ＢＦ２イオンまたはＢ２Ｈ５イオンを注入してＰ＋ドーピング領域３を形成することができる。Ｐ＋ドーピング領域３は、酸化物半導体領域５に比べて、比較的大きい仕事関数を有し、比抵抗は低いという特徴を有する。
【００３７】
このとき、Ｐ＋ドーピング領域３の厚みは、０．０３ないし１μｍであって、Ｐ＋ドーピング領域３の厚みが前記範囲を満足する場合、適量の電流が流れる。例えば、前記Ｐ＋ドーピング領域３の厚みは、０．０５μｍでありうる。
【００３８】
このように形成されたＰ＋ドーピング領域３の濃度は、１．０１０ないし１．０１６atom／ｃｍ２でありうる。Ｐ＋ドーピング領域３のイオン濃度が１．０１０atom／ｃｍ２以上であるならば、光を受ける場合、光電流が適切に流れ始め、そのイオン濃度が１．０１６atom／ｃｍ２以下であるならば、光を受けて発生した光電流の再結合や妨害が発生せず、光電流が過度に増加しない。例えば、前記Ｐ＋ドーピング領域３のイオン濃度は、約１．０１２atom／ｃｍ２でありうる。
【００３９】
図２Ａ、図３Ａ、図４Ａ及び図５Ａは、真性領域１が非晶質シリコンを含むフォトダイオードの製造方法を、工程順序によって概略的に示した平面図であり、図６Ａ、図７Ａ、図８Ａ、図９Ａ及び図１０Ａは、真性領域１が多結晶シリコンを含むフォトダイオードの製造方法を、工程順序によって示した平面図である。
【００４０】
図２Ａ、図３Ａ、図４Ａ及び図５Ａに示された工程を中心に、フォトダイオードの製造方法について次の通り説明する。図２Ｂ、図３Ｂ、図４Ｂ及び図５Ｂは、それぞれ図２Ａ、図３Ａ、図４Ａ及び図５ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【００４１】
まず、図２Ａ及び図２Ｂのように、基板を準備し、前記基板上に、非晶質シリコン層１ａからなる真性領域１を形成する。基板は、ガラス基板、ハードプラスチック（hard plastic）基板及びフレキシブルプラスチック（flexible plastic）基板などから構成される多様な基板のうち、いずれか一つでありうる。前記基板上に、非晶質シリコン層１ａを蒸着することによって、真性領域１を形成した後、不純物イオンを注入する前に、非晶質シリコン層１ａ上に存在する自然酸化膜や有機物を除去するためのクリーニングを行うことができる。
【００４２】
図示してはいないが、基板と真性領域１との間に、Ｃｕ酸化物層のようなバッファ層がさらに備わりうる。このとき、前記バッファ層は、フォトダイオードの熱的安定性のための役割を行うことができる。前記バッファ層が使われる場合、バッファ層を含んだ真性領域１、Ｐ＋ドーピング領域３及び酸化物半導体領域５がフォトダイオードを構成すると見ることもできる。
【００４３】
次に、図３Ａ及び図３Ｂのように、前記真性領域１の一部に不純物イオンをドーピングし、Ｐ＋ドーピング領域３を形成する。このような過程は、例えば、フォトリソグラフィ工程を利用し、フォトレジスト（ＰＲ）で前記真性領域１の一部を除外した領域をマスキングする段階、マスクが形成されていない部位に３族不純物イオンを注入する段階、及び前記マスクを除去する段階からなりうる。
【００４４】
マスク１８は、フォトレジストの材質から形成されうるが、これに限定されるものではない。例えば、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４のような材質からマスク１８を形成することができる。このように形成されたマスク１８を使用し、前記真性領域１の一部を除外した領域を覆い、Ｐ＋ドーピング領域３になる部分だけ開放させる。前記開放されたＰ＋ドーピング領域３になる部分を、３族不純物イオンを含むＢ（ボロン）イオン、ＢＦ２イオンまたはＢ２Ｈ５イオンのうち、いずれか一つでＰ＋ドーピングする。Ｐ＋ドーピングに使われるドーピング物質は、例えば、Ｂ（ボロン）、ＢＦ２またはＢ２Ｈ５でありうる。このとき、ドーピング領域の厚みは、０．０３ないし１μｍになるようにし、イオンの注入は、１ないし５０ＫｅＶのエネルギー強度で、１．０１０ないし１．０１６atom／ｃｍ２の濃度になるようにする。Ｐ＋ドーピング領域３の厚みが前記範囲を満足する場合、適量の光電流が流れ、例えば、前記Ｐ＋ドーピング領域３の厚みは、０．０５μｍでありうる。Ｐ＋ドーピングに使われる物質、形成方法、工程条件などは、前記に限定されずに、多様に変化しうる。
【００４５】
非晶質シリコン領域の一部に３族不純物イオンを注入し、Ｐ＋シリコン層を形成することによってＰ＋ドーピング領域３を製造し、Ｐ＋ドーピング領域３が形成された後、フォトレジスト・パターンを除去することによって、マスク１８を除去する。
【００４６】
図４Ａ及び図４Ｂは、真性領域１の一部にＰ＋ドーピング領域３が形成されたところを示している。
【００４７】
次に、図５Ａ及び図５Ｂのように、前記真性領域１の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域３と離隔するように、酸化物半導体領域５を形成する。Ｐ＋ドーピング領域３と所定距離ほど離隔し、ドーピングされていない真性領域１上に、マスキング段階なしに、酸化物半導体領域５が形成される。酸化物半導体領域５は、Ｈｆ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｇａ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｔｉ酸化物、ＩｎＺｎ酸化物、ＩｎＳｎ酸化物、ＨｆＩｎＺｎ酸化物、ＧａＩｎＺｎ酸化物、またはそれらの組み合わせを使用して形成することができる。例えば、ＨｆＩｎＺｎ酸化物またはＧａＩｎＺｎ酸化物を使用して形成することができる。このとき、酸化物半導体領域５は、交流マグネトロンスパッタリング（ＲＦmagnetron sputtering）法によって低温で形成することができ、その厚みは、０．０３ないし１μｍほどでありうる。酸化物半導体領域５の厚みが前記範囲を満足する場合、適量の光電流が流れ、例えば、前記酸化物半導体領域５の厚みは、０．０５μｍでありうる。前記提示した酸化物半導体領域５をなす物質、形成方法及び工程条件などは、例示的なものであり、これらに限定されずに、多様な物質、形成方法及び工程条件などが使われうる。
【００４８】
図６Ａ、図７Ａ、図８Ａ、図９Ａ及び図１０Ａは、真性領域１が多結晶シリコンを含むフォトダイオードの製造方法を、工程順序によって示した平面図である。図６Ｂ、図７Ｂ、図８Ｂ、図９Ｂ及び図１０Ｂは、それぞれ図６Ａ、図７Ａ、図８Ａ、図９Ａ及び図１０ＡのＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【００４９】
図６Ａ及び図６Ｂのように、基板上に非晶質シリコン層１ａを蒸着させた後、熱的酸化方法で結晶化領域２０を設け、非晶質シリコン層１ａを多結晶シリコン層１ｂに変化させる。この場合にも、不純物イオンを注入する前に、多結晶シリコン層１ｂ上に存在する自然酸化膜や有機物を除去するために、クリーニングを行うことができる。図示していないが、基板と真性領域１との間に、Ｃｕ酸化物層のようなバッファ層がさらに備わりうる。
【００５０】
図７Ａ及び図７Ｂは、このように形成された多結晶シリコン層１ｂを含む真性領域１が図示されている。
【００５１】
次に、図８Ａ及び図８Ｂのように、前記多結晶シリコン層１ｂを含む真性領域１の一部に不純物イオンをドーピングし、Ｐ＋ドーピング領域３を形成する。このような過程は、フォトレジスト（ＰＲ）で前記真性領域１の一部を除外した領域をマスキングする段階、マスクが形成されていない部位に３族不純物イオンを注入する段階、及び前記マスクを除去する段階からなりうる。Ｐ＋ドーピングに使われる物質、形成方法、工程条件などは、前記非晶質シリコン層１ａを含む真性領域１の場合と同一である。
【００５２】
図９Ａ及び図９Ｂは、多結晶シリコン層１ｂを含む真性領域１の一部に、Ｐ＋ドーピング領域３が形成されたところを示している。
【００５３】
次に、図１０Ａ及び図１０Ｂのように、前記多結晶シリコン層１ｂを含む真性領域１の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域３と離隔するように、酸化物半導体領域５を形成する。酸化物半導体領域５をなす物質、形成方法及び工程条件などは、前記非晶質シリコン層１ａを含む真性領域の場合と同一である。
【００５４】
前述のフォトダイオードは、具体的に次のような構造を有することができる。
【００５５】
例えば、前記フォトダイオードは、基板上に形成され、非晶質シリコンを含む真性領域１、前記真性領域１の一部に形成され、Ｂイオンを含むＰ＋ドーピング領域３、及び前記真性領域１の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域３と離隔するように形成され、ＨｆＩｎＺｎ酸化物を含む酸化物半導体領域５を含むことができる。
【００５６】
または、前記フォトダイオードは、基板上に形成され、多結晶シリコンを含む真性領域１、前記真性領域１の一部に形成され、Ｂイオンを含むＰ＋ドーピング領域３、及び前記真性領域１の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域３と離隔するように形成され、ＨｆＩｎＺｎ酸化物を含む酸化物半導体領域５を含むことができる。
【００５７】
図１１は、一実施形態によるフォトセンサを図示する平面図である。図１１を参照すれば、基板７、前記基板７上に形成されたバッファ層９、前記バッファ層９上に形成されたフォトダイオード（１，３，５）、及び前記フォトダイオード上に形成された電極１６を含む。
【００５８】
まず、基板７が提供され、基板７上にバッファ層９が備わりうる。場合によっては、バッファ層９は、省略されることもある。基板７及びバッファ層９を構成する材料は、前述の通りである。前記バッファ層９上に、真性領域１、前記真性領域１の一部に形成されたＰ＋ドーピング領域３、及び前記真性領域１の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域３と離隔するように形成された酸化物半導体領域５を含むフォトダイオードが備わる。前記フォトダイオードの活性層を絶縁させるための第１絶縁層１２、及び水分などから保護するための第２絶縁層１４が備わり、前記第１絶縁層１２を貫通する電極１６が備わり、前記第２絶縁層１４を貫通する酸化物半導体１７が、前記電極１６上に形成されて互いに連結される。電極１６は、Ｐ＋ドーピング領域３と連結される。前記電極１６は、Ｐ＋ドーピング領域３に正孔が注入されるように、外部電源供給部から連結されるものであり、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇのような金属物質または、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）のような透明な導電性物質から形成されうる。
【００５９】
図１２は、他の一実施形態によるフォトセンサを図示する平面図である。図１２を参照すれば、基板７、前記基板７上に形成されたバッファ層９、前記バッファ層９上に形成されたフォトダイオード、及び前記フォトダイオード上に形成された電極１６を含む。
【００６０】
まず、基板７が提供され、基板７上にバッファ層９が備わりうる。場合によっては、バッファ層９は省略されることもある。前記バッファ層９上に、真性領域１、前記真性領域１の一部に形成されたＰ＋ドーピング領域３、及び前記真性領域１の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域３と離隔するように形成された酸化物半導体領域５を含むフォトダイオードが備わる。前記フォトダイオードの活性層を絶縁させるための第１絶縁層１２、及び水分などから保護するための第２絶縁層１４が備わり、前記第１絶縁層１２と第２絶縁層１４とを貫通し、電極１６がＰ＋ドーピング領域３上に形成されている。酸化物半導体領域５は、第１絶縁層１２を貫通して備わり、前記酸化物半導体領域５上に、第２絶縁層１４を貫通して電極１６が備わる。
【００６１】
本発明は、図面に図示された実施形態を参考にして説明したが、それらは例示的なものにすぎず、当技術分野で当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解することができるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決まるものである。
【符号の説明】
【００６２】
１ 真性領域
１ａ 非晶質シリコン層
１ｂ 多結晶シリコン層
３ Ｐ＋ドーピング領域
５ 酸化物半導体領域
７ 基板
９ バッファ層
１２ 第１絶縁層
１４ 第２絶縁層
１６ 電極
１７ 酸化物半導体
１８ マスク
２０ 結晶化領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された真性領域と、
前記真性領域の一部に形成されたＰ＋ドーピング領域と、
前記真性領域の他の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域と離隔するように形成された酸化物半導体領域と、を含むフォトダイオード。
【請求項２】
前記真性領域及び前記Ｐ＋ドーピング領域が同一平面上に位置し、前記酸化物半導体領域は、前記真性領域の平面上に位置することを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項３】
前記真性領域が、非晶質シリコンを含むことを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項４】
前記真性領域が、多結晶シリコンを含むことを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項５】
前記酸化物半導体領域が、Ｈｆ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｇａ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｔｉ酸化物、ＩｎＺｎ酸化物、ＩｎＳｎ酸化物、ＨｆＩｎＺｎ酸化物、ＧａＩｎＺｎ酸化物、またはそれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項６】
前記酸化物半導体領域が、ＨｆＩｎＺｎ酸化物またはＧａＩｎＺｎ酸化物であることを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項７】
前記酸化物半導体領域の厚みが、０．０３ないし１μｍであることを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項８】
前記Ｐ＋ドーピング領域が、３族不純物イオンを含むことを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項９】
前記Ｐ＋ドーピング領域が、Ｂ（ボロン）イオン、ＢＦ２イオンまたはＢ２Ｈ５イオンを含むことを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項１０】
前記Ｐ＋ドーピング領域のイオン濃度が、１．０１０ないし１．０１６atom／ｃｍ２であることを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項１１】
前記Ｐ＋ドーピング領域の厚みが、０．０３ないし１μｍであることを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項１２】
前記真性領域の厚みが、０．０３ないし１μｍであることを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項１３】
基板上に形成されて非晶質シリコンを含む真性領域と、
前記真性領域の一部に形成されてＢイオンを含むＰ＋ドーピング領域と、
前記真性領域の他の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域と離隔するように形成され、ＨｆＩｎＺｎ酸化物を含む酸化物半導体領域と、を含むフォトダイオード。
【請求項１４】
基板上に形成されて多結晶シリコンを含む真性領域と、
前記真性領域の一部に形成されてＢイオンを含むＰ＋ドーピング領域と、
前記真性領域の他の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域と離隔するように形成され、ＨｆＩｎＺｎ酸化物を含む酸化物半導体領域と、を含むフォトダイオード。
【請求項１５】
基板を提供する段階と、
前記基板上に非晶質シリコン層を蒸着して真性領域を形成する段階と、
前記真性領域の一部に不純物イオンをドーピングし、Ｐ＋ドーピング領域を形成する段階と、
前記真性領域の他の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域と離隔するように、酸化物半導体領域を形成する段階と、を含むフォトダイオードの製造方法。
【請求項１６】
前記Ｐ＋ドーピング領域を形成する段階が、
前記真性領域の一部を除外した部位を覆うマスクを形成する段階と、
前記マスクが形成されていない部位に３族不純物イオンを注入する段階と、
前記マスクを除去する段階と、を含むことを特徴とする請求項１５に記載のフォトダイオードの製造方法。
【請求項１７】
前記３族不純物イオンを注入する段階が、
Ｂ（ボロン）イオン、ＢＦ２イオンまたはＢ２Ｈ５イオンを、１ないし５０ＫｅＶのエネルギー強度で、１．０１０ないし１．０１６atom／ｃｍ２の濃度になるように注入する段階を含むことを特徴とする請求項１６に記載のフォトダイオードの製造方法。
【請求項１８】
前記酸化物半導体領域を形成する段階が、
Ｈｆ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｇａ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｔｉ酸化物、ＩｎＺｎ酸化物、ＩｎＳｎ酸化物、ＨｆＩｎＺｎ酸化物、ＧａＩｎＺｎ酸化物、またはそれらの組み合わせを使用し、０．０３ないし１μｍの厚みになるように蒸着する段階を含むことを特徴とする請求項１５に記載のフォトダイオードの製造方法。
【請求項１９】
前記真性領域を形成する段階が、
前記非晶質シリコン層を結晶化させ、多結晶シリコン層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のフォトダイオードの製造方法。
【請求項２０】
基板、前記基板上に形成されたバッファ層、前記バッファ層上に形成されたフォトダイオード、及び前記フォトダイオード上に形成された電極を含むフォトセンサにおいて、
前記フォトダイオードが、請求項１ないし請求項１４のうち、いずれか１項に記載のフォトダイオードであることを特徴とするフォトセンサ。
【請求項１】
基板上に形成された真性領域と、
前記真性領域の一部に形成されたＰ＋ドーピング領域と、
前記真性領域の他の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域と離隔するように形成された酸化物半導体領域と、を含むフォトダイオード。
【請求項２】
前記真性領域及び前記Ｐ＋ドーピング領域が同一平面上に位置し、前記酸化物半導体領域は、前記真性領域の平面上に位置することを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項３】
前記真性領域が、非晶質シリコンを含むことを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項４】
前記真性領域が、多結晶シリコンを含むことを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項５】
前記酸化物半導体領域が、Ｈｆ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｇａ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｔｉ酸化物、ＩｎＺｎ酸化物、ＩｎＳｎ酸化物、ＨｆＩｎＺｎ酸化物、ＧａＩｎＺｎ酸化物、またはそれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項６】
前記酸化物半導体領域が、ＨｆＩｎＺｎ酸化物またはＧａＩｎＺｎ酸化物であることを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項７】
前記酸化物半導体領域の厚みが、０．０３ないし１μｍであることを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項８】
前記Ｐ＋ドーピング領域が、３族不純物イオンを含むことを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項９】
前記Ｐ＋ドーピング領域が、Ｂ（ボロン）イオン、ＢＦ２イオンまたはＢ２Ｈ５イオンを含むことを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項１０】
前記Ｐ＋ドーピング領域のイオン濃度が、１．０１０ないし１．０１６atom／ｃｍ２であることを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項１１】
前記Ｐ＋ドーピング領域の厚みが、０．０３ないし１μｍであることを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項１２】
前記真性領域の厚みが、０．０３ないし１μｍであることを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項１３】
基板上に形成されて非晶質シリコンを含む真性領域と、
前記真性領域の一部に形成されてＢイオンを含むＰ＋ドーピング領域と、
前記真性領域の他の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域と離隔するように形成され、ＨｆＩｎＺｎ酸化物を含む酸化物半導体領域と、を含むフォトダイオード。
【請求項１４】
基板上に形成されて多結晶シリコンを含む真性領域と、
前記真性領域の一部に形成されてＢイオンを含むＰ＋ドーピング領域と、
前記真性領域の他の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域と離隔するように形成され、ＨｆＩｎＺｎ酸化物を含む酸化物半導体領域と、を含むフォトダイオード。
【請求項１５】
基板を提供する段階と、
前記基板上に非晶質シリコン層を蒸着して真性領域を形成する段階と、
前記真性領域の一部に不純物イオンをドーピングし、Ｐ＋ドーピング領域を形成する段階と、
前記真性領域の他の一部上に、前記Ｐ＋ドーピング領域と離隔するように、酸化物半導体領域を形成する段階と、を含むフォトダイオードの製造方法。
【請求項１６】
前記Ｐ＋ドーピング領域を形成する段階が、
前記真性領域の一部を除外した部位を覆うマスクを形成する段階と、
前記マスクが形成されていない部位に３族不純物イオンを注入する段階と、
前記マスクを除去する段階と、を含むことを特徴とする請求項１５に記載のフォトダイオードの製造方法。
【請求項１７】
前記３族不純物イオンを注入する段階が、
Ｂ（ボロン）イオン、ＢＦ２イオンまたはＢ２Ｈ５イオンを、１ないし５０ＫｅＶのエネルギー強度で、１．０１０ないし１．０１６atom／ｃｍ２の濃度になるように注入する段階を含むことを特徴とする請求項１６に記載のフォトダイオードの製造方法。
【請求項１８】
前記酸化物半導体領域を形成する段階が、
Ｈｆ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｇａ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｔｉ酸化物、ＩｎＺｎ酸化物、ＩｎＳｎ酸化物、ＨｆＩｎＺｎ酸化物、ＧａＩｎＺｎ酸化物、またはそれらの組み合わせを使用し、０．０３ないし１μｍの厚みになるように蒸着する段階を含むことを特徴とする請求項１５に記載のフォトダイオードの製造方法。
【請求項１９】
前記真性領域を形成する段階が、
前記非晶質シリコン層を結晶化させ、多結晶シリコン層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のフォトダイオードの製造方法。
【請求項２０】
基板、前記基板上に形成されたバッファ層、前記バッファ層上に形成されたフォトダイオード、及び前記フォトダイオード上に形成された電極を含むフォトセンサにおいて、
前記フォトダイオードが、請求項１ないし請求項１４のうち、いずれか１項に記載のフォトダイオードであることを特徴とするフォトセンサ。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−９９８０９（Ｐ２０１２−９９８０９Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２８７３８（Ｐ２０１１−２２８７３８）
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（３０８０４０３５１）三星モバイルディスプレイ株式會社 (764)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｍｏｂｉｌｅ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】Ｓａｎ ＃２４ Ｎｏｎｇｓｅｏ−Ｄｏｎｇ，Ｇｉｈｅｕｎｇ−Ｇｕ，Ｙｏｎｇｉｎ−Ｃｉｔｙ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−Ｄｏ ４４６−７１１ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ ＫＯＲＥＡ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（３０８０４０３５１）三星モバイルディスプレイ株式會社 (764)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｍｏｂｉｌｅ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】Ｓａｎ ＃２４ Ｎｏｎｇｓｅｏ−Ｄｏｎｇ，Ｇｉｈｅｕｎｇ−Ｇｕ，Ｙｏｎｇｉｎ−Ｃｉｔｙ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−Ｄｏ ４４６−７１１ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ ＫＯＲＥＡ
【Ｆターム（参考）】
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