(57)【要約】  本発明はハロゲン化銅領域を含んで光学特性の改善された光センサーの構造及びその製造方法を提供する。シリコン半導体基板及び前記シリコン半導体基板上に形成される、少なくとも３個の互いに反対の極性を有する領域を接合を含んで、接合は実質的に相互間に垂直に整列されて配置され、前記接合のうち少なくとも一つは第１極形のハロゲン化銅領域と第２極形のシリコン領域の接合を含む。それによって、ハロゲン化銅の光学的特定で量子効率が向上され、製造される光センサーの大きさを縮小させる効果を有することができる。
2020532853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン半導体基板と、
前記シリコン半導体基板に形成される、少なくとも３個の互いに反対の極性を有する領域の接合を含み、
前記接合は実質的に相互間に垂直に整列されて配置され、前記接合のうち少なくとも一つは第１極形のハロゲン化銅領域と第２極形のシリコン領域の接合であることを特徴とするカラー光センサー構造。
【請求項２】
前記シリコン半導体基板は第１極形領域を有することを特徴とする請求項１に記載のカラー光センサー構造。
【請求項３】
前記シリコン半導体基板は、
前記シリコン半導体基板に形成された第１極形に反対である第２極形であり、前記シリコン半導体基板で第１光波長のシリコンでの吸収長さである深さで形成されて第１光ダイオードを定義するドーピング領域と、
前記ドーピング領域に形成された第１極形領域で、前記ドーピング領域との間の接合は前記ドーピング領域で第２光波長のシリコンまたはハロゲン化銅での光吸収長さの深さで形成されて第２光ダイオードを定義する、第１ハロゲン化銅領域と、
前記第１ハロゲン化銅領域に形成された第２極形領域であり、第１ハロゲン化銅領域との間の接合は第１ハロゲン化銅領域で第３光波長のシリコンまたはハロゲン化銅での光吸収長さの深さで形成されて第３光ダイオードを定義する、第２ハロゲン化銅領域と、を含むことを特徴とする請求項２に記載のカラー光センシング構造。
【請求項４】
前記第１光波長の長さを有する光は赤色光であり、前記第２光波長の長さを有する光は緑色光であり、前記第３光波長の長さを有する光は青色光であることを特徴とする請求項３に記載のカラー光センシング構造。
【請求項５】
前記ハロゲン化銅領域はＣｕＩ、ＣｕＣｌまたはＣｕＢｒを含むことを特徴とする請求項１に記載のカラー光センシング構造。
【請求項６】
前記第１極形はＰ型であり、前記第２極形はｎ型であることを特徴とする請求項１に記載のカラー光センシング構造。
【請求項７】
前記第１極形はｎ型であり、前記第２極形はｐ型であることを特徴とする請求項１に記載のカラー光センシング構造。
【請求項８】
第１極性のシリコン半導体基板を準備する段階と、
前記シリコン半導体基板で第１光波長のシリコンでの吸収長さである深さで第１領域を第２極性でドーピングする段階と、
前記第１領域で第２光波長のシリコンまたはハロゲン化銅での光吸長さの深さで第２領域をエッチングする段階と、
前記第２領域にハロゲン化銅を形成する段階と、
前記第２領域で第３光波長のシリコンまたはハロゲン化銅での光吸収長さの深さで第２極性で第３領域をドーピングする段階と、を含むカラー光センシング製造方法。
【請求項９】
前記第１光波長の長さを有する光は赤色光であり、前記第２光波長の長さを有する光は緑色光であり、前記第３光波長の長さを有する光は青色光であることを特徴とする請求項８に記載のカラー光センシング製造方法。
【請求項１０】
前記ハロゲン化銅はＣｕＩ、ＣｕＣｌまたはＣｕＢｒを含むことを特徴とする請求項８に記載のカラー光センシング製造方法。
【請求項１１】
前記第１極性はＰ型であり、前記第２極性はｎ型であることを特徴とする請求項８に記載のカラー光センシング製造方法。
【請求項１２】
前記第１極性はｎ型であり、前記第２極性はｐ型であることを特徴とする請求項８に記載のカラー光センシング製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はハロゲン化銅光センサー構造及び製造方法に関わり、より詳細にはハロゲン化銅領域を含んで光学特性の改善された光センサーの構造及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術において、複数波長の能動画素センサーは本技術分野に公知されており、複数波長の能動画素センサーのうち一つの類型は半導体基板にまたは隣接して水平に配置された赤色、緑色及び青色のセンサーを用いている。しかし、このようなセンサーは平面内に互いに結合されて画素当たり面積を比較的に多く占めるという短所がある。また、光センサーの大きさが小さくなることによって、フォトダイオードの大きさは光の波長より小さくなって、入射した光がキャリアを生成する確率が減少されて量子効率が急激に落ちるようになる。
【０００３】
このような問題を解決するために、図１に示されたように、垂直志向に配列された複数波長の光センサーが開発され、青色、緑色及び赤色感光ｐｎ接合の光センサーが構成される３重‐ウエル光センサーが提供された。
【０００４】
しかし、シリコン半導体基盤に形成される３重‐ウエル光センサーは、上層に到達する光の強度が弱くなって光学効率を改善した光センサーが要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明が解決しようとする課題は、このように、光学効率の改善された光センサーを提供ことにある。
【０００６】
本発明が解決しようとするさらに他の課題は、ハロゲン化銅を用いて光センサーの大きさを減少させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するための本発明の一実施形態によるカラー光センサー構造は、シリコン半導体基板及び前記シリコン半導体基板上に形成される、少なくとも３個の互いに反対の極性を有する領域の接合を含む。
【０００８】
前記接合は実質的に互いに垂直に整列されて配置され、前記接合のうち少なくとも一つは第１極形のハロゲン化銅領域と第２極形のシリコン領域の接合であってもよい。
【０００９】
前記シリコン半導体基板は第１極形領域を有してもよい。
【００１０】
前記シリコン半導体基板は、前記シリコン半導体基板に形成された第１極形に反対である第２極形であり、前記シリコン半導体基板で第１光波長のシリコンでの吸収長さである深さで形成されて第１光ダイオードを定義するドーピング領域と、前記ドーピング領域に形成された第１極形領域で、前記ドーピング領域との間の接合は前記ドーピング領域で第２光波長のシリコンまたはハロゲン化銅での光吸収長さの深さで形成されて第２光ダイオードを定義する、第１ハロゲン化銅領域と、前記第１ハロゲン化銅領域に形成された第２極形領域であり、第１ハロゲン化銅領域との間の接合は第１ハロゲン化銅領域で第３光波長のシリコンまたはハロゲン化銅での光吸収長さの深さで形成されて第３光ダイオードを定義する、第２ハロゲン化銅領域と、を含んでいてもよい。
【００１１】
それぞれ前記第１、第２及び第３光ダイオードに渡って第１、第２及び第３光電流を測定するために接続された光電流センサーを含んでいてもよい。
【００１２】
前記第１光波長の長さを有する光は赤色光であり、前記第２光波長の長さを有する光は緑色光であり、前記第３光波長の長さを有する光は青色光であってもよい。
【００１３】
前記ハロゲン化銅領域はＣｕＩ、ＣｕＣｌまたはＣｕＢｒを含んでいてもよい。
【００１４】
前記第１極形はＰ型であり、前記第２極形はｎ型であってもよい。
【００１５】
前記第１極形はｎ型であり、前記第２極形はｐ型であってもよい。
【００１６】
本発明の例示的な他の実施形態によるカラー光センサー製造方法は、第１極性のシリコン半導体基板を準備する段階と、前記シリコン半導体基板で第１光波長のシリコンでの吸収長さである深さで第１領域を第２極性でドーピングする段階と、前記第１領域で第２光波長のシリコンまたはハロゲン化銅での光吸長さの深さで第２領域をエッチングする段階と、前記第２領域にハロゲン化銅を形成する段階と、前記第２領域で第３光波長のシリコンまたはハロゲン化銅での光吸収長さの深さで第２極性で第３領域をドーピングする段階と、を含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によるカラー光センサー構造はハロゲン化銅の光学的特性で量子効率が向上され、製造される光センサーの大きさを縮小させる効果を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来技術の光センサー構造を示した部分断面図である。
【図２】本発明の例示的な一実施形態によるカラー光センサーの構造を示す部分断面図である。
【図３】図２のカラー光センサーの製造方法を示す順序図である。
【図４ａ】図２のカラー光センサーの製造方法を示す断面図である。
【図４ｂ】図２のカラー光センサーの製造方法を示す断面図である。
【図４ｃ】図２のカラー光センサーの製造方法を示す断面図である。
【図４ｄ】図２のカラー光センサーの製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は多様な変更を加えることができ、多様な形態を有することできる。ここでは、特定の実施形態を図面に例示し本文に詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むこととして理解されるべきである。
【００２０】
第１、第２などの用語は多用な構成要素を説明するのに使用されることがあるが、前記構成要素は前記用語によって限定解釈されない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみとして使用される。例えば、本発明の権利範囲を外れることなく第１構成要素を第２構成要素ということができ、類似に第２構成要素も第１構成要素ということができる。
【００２１】
本出願において使用した用語は単なる特定の実施形態を説明するために使用されたもので、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に示さない限り、複数の表現を含む。本出願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書に記載された特徴、数字、ステップ、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを意味し、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないこととして理解されるべきである。
【００２２】
本発明で膜（層）“上に形成される”、“上に形成される”という意味は接触されるように直接形成される外に、その間に他の膜または他の層が形成されてもよいことを意味し、膜または層の上に“直接形成される”という意味はその間に他の層が介在できないことを意味する。
【００２３】
異なるように定義されない限り、技術的か科学的な用語を含んでここで使用される全ての用語は本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者によって一般的に理解されるのと同一の意味を有する。
【００２４】
一般的に使用される辞書に定義されるのと同じ用語は関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本出願で明白に定義しない限り、理想的であるか過度に形式的な意味で解釈されない。
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の好適な一実施形態をより詳細に説明する。
【００２６】
本発明の例示的な実施形態によるカラー光センサーは、望ましくはシリコン半導体基板及びシリコン半導体基板に形成される少なくとも３個の互いに反対の極性を有する領域の接合を含む。また、前記接合は実質的に相互間に垂直に層配列するか、整列されて配置され、前記接合のうち少なくとも一つは第１極性のハロゲン化銅領域と第２極性のシリコン領域の接合であってもよい。
【００２７】
例えば、ｎ型のシリコン半導体基板をベースとして形成されるカラー光センサー構造において、前記カラー光センサー構造はｎ型のハロゲン化銅領域とｐ型のシリコン領域の接合を有し、一方ｐ型のシリコン半導体基板をベースとして形成されるカラー光センサー構造において、前記カラー光センサー構造はｐ型のハロゲン化銅領域とｎ型のシリコン領域の接合を有してもよい。
【００２８】
図２は本発明の例示的な一実施形態によるカラー光センサーの構造を示す部分断面図であり、図３は図２のカラー光センサーの製造順序を示す図面である。図４ａ乃至図４ｃは図２のカラー光センサーの製造方法を示す断面図である。
【００２９】
図２を参照すると、前記接合は実質的に相互間に垂直に整列されて配置され、前記接合のうち少なくとも一つは第１極形のハロゲン化銅領域と第２極形のシリコン半導体領域の接合であってもよい。
【００３０】
ここで、前記第１極形はｎ型またはｐ型であってもよく、前記第２極形はｐ型またはｎ型であってもよい。
【００３１】
望ましくは、図３及び図４ａを参照すると、本発明の例示的な一実施形態によるカラー光センサー構造は準備された第１極性を帯びるシリコン半導体基板１００に（Ｓ１０）に形成された第２極性を帯びる第１領域Ａ‘のドーピング領域１０２を形成する（Ｓ２０）。例えば、前記ドーピング領域１０２は前記シリコン半導体基板１００で第１光波長のシリコンでの吸収長さである深さで形成されて第１光ダイオードを定義するようにドーピング工程を通じて形成されてもよい。前記ドーピング工程を通じて不純物をドーピングする場合、ｐ型不純物は酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、セレニウム（Ｓｅ）のうちいずれか一つで構成され、ｎ型不純部は亜鉛Ｚｎ、マグネシウムＭｇのうちいずれか一つから構成されてもよい。
【００３２】
一方、前記第１光は５７５〜７００ｎｍの波長を有する赤色光であってよい。
【００３３】
また、図３及び図４ｂ乃至図４ｃを参照すると、本発明の例示的な一実施形態によるカラー光センサー構造は第２極性を帯びる前記ドーピング領域１０２に第１ハロゲン化銅領域を形成してもよい。図４ｂに示されたように、前記第１ハロゲン化銅領域は前記ドーピング領域１０２の一部をエッチング（Ｓ３０）し、前記エッチングされた領域にハロゲン化銅を形成（Ｓ４０）して第１領域Ａ‘より小さい第２領域Ａ“を備えてもよい。前記エッチングされた領域にハロゲン化銅を形成する方法は、スパッタ（sputter）方法またはＭＢＥ（molecular  beam  epitaxy）、ＭＯＣＶＤ（metal  organic  chemical  vapor  depsotion）、ＨＶＰＥ（hydride  vapor  phase  epitaxy）、ＡＬＥ（atomic  layer  epitaxy）及び/またはその他に類似した方法を通じて蒸着されてもよい。
【００３４】
前記第１ハロゲン化銅領域１０４は前記シリコン半導体基板１００で第２光波長のハロゲン化銅またはシリコンでの吸収長さである深さで形成されて第２光ダイオードを定義するように形成されてもよい。
【００３５】
ハロゲン化銅半導体の一部のバンドギャップエネルギーは表１に示されている。
【表１】
2020532853.tif 000003
【００３６】
Ｓｉがダイヤモンド構造を有すると知られている一方塩化銅（ＣｕＣｌ）はダイヤモンド構造と等しいジンクブレンド構造を有する。特に、シリコンＳｉ半導体基板１００の１１１面は、塩化銅の結晶構造に適合することもあり得るのでハロゲン化銅領域を形成して光センサーを製造するに容易である。即ち、表１にように、ハロゲン化銅半導体は格子常数がシリコンの１１１面と類似して成長が容易であるという長所がある。
【００３７】
また、光子の半導体の吸収係数は光子のエネルギーとバンドギャップエネルギーによって大きく変わる。表１に示されたように、ハロゲン化銅のバンドギャップはエネルギーはシリコン半導体のバンドギャップエネルギーに比べて大きく、それによって光学的特性がより優れていることがわかる。即ち、ハロゲン化銅半導体を用いると、より多くの光子を活性層で集めることができ、それによって入射した光を通じてキャリアをより多く生成するようになる。
【００３８】
即ち、ハロゲン化銅半導体を用いることで、光センサーの量子効率は増加しそれによって光センサーの大きさも従来の光センサーの大きさに比べて小さくなる。
【００３９】
一方、前記第２光は４９０〜５７５ｎｍの波長を有する緑色光であってもよい。
【００４０】
前記第１ハロゲン化銅領域１０４には再度、第２極性を有する第２ハロゲン化銅領域が形成される。
【００４１】
図３及び図４ｃを参照すると、前記第２ハロゲン化銅領域１０６は、前記第１ハロゲン化銅領域に第２領域Ａ“より小さい第３領域Ａ”に第２極性の不純物をドーピングすることで形成される（Ｓ５０）。例えば、前記第１ハロゲン化銅領域との間の接合は第１ハロゲン化銅領域で第３光波長のシリコンまたはハロゲン化銅での光吸収長さの深さで形成されて第３光ダイオードを定義するようにドーピング工程を通じて形成されてもよい。
【００４２】
前記ドーピング工程を通じて不純物をドーピングする場合、ｐ型不純物は酸素Ｏ、硫黄Ｓ、セレニウムＳｅのうちいずれか一つから構成され、ｎ型不純物は亜鉛Ｚｎ、マグネシウムＭｇのうちいずれか一つから構成されてもよい。
【００４３】
一方、前記第３光は４００〜４９０ｎｍの波長を有する青色光であってもよい。
【００４４】
一方、本発明の例示的な一実施形態において、ハロゲン化銅半導体は一般的にｐ型で動作するので、ハロゲン化銅半導体がｐ型である場合、ｎ型の不純物を第３領域Ａ“のみにドーピングすることで、第２ハロゲン化銅領域１０６を形成することを例として挙げたが、前記シリコン半導体基板１００がｎ型である場合、前記第１ハロゲン化領域はｎ型不純物をさらに含んで、ｎ型で形成されてもよい。
【００４５】
前記ドーピング工程を通じて不純物をドーピングする場合、ｐ型不純物は酸素Ｏ、硫黄Ｓ、セレニウムＳｅのうちいずれか一つから構成され、ｎ型不純物は亜鉛Ｚｎ、マグネシウムＭｇのうちいずれか一つから構成されてもよい。
【００４６】
当業者は前記第１乃至第３光ダイオードの敏感な空乏領域（sensitive  depletion  region）は接合深さを多少超過及びその未満で拡張とするという点を理解することができる。また、前述したように、本発明の一実施形態によるカラー光センサー構造がＮシリコン基板の深いＰドーピングされた領域、深いＰドーピングされた領域でＮドーピングされた領域及びＮドーピングされた領域で浅いＰドーピングされた領域を用いて実行され、それと反対の極性を有する領域が形成されてもよい。
【００４７】
また、本発明の一実施形態によるカラー光センサーは３つの光ダイオードに渡って、それぞれ赤色、緑色及び青色光電流を測定するために赤色、緑色、及び青色光ダイオードに接続されたセンシングメカニズム１０８を含んでいてもよい。望ましくセンシングメカニズム１０８は赤色光電流ｉｒを測定するために赤色光ダイオードわたって接続された第１電流系１１０を含み、青色光電流ｉｇを測定するために第２電流系１１２を含み、青色光電流ｉｂを測定するために第３電流系１１４を含んでいてもよい。
【００４８】
以上、本発明の実施形態によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。
【図１】
2020532853.tif 000004
【図２】
2020532853.tif 000005
【図３】
2020532853.tif 000006
【図４ａ】
2020532853.tif 000007
【図４ｂ】
2020532853.tif 000008
【図４ｃ】
2020532853.tif 000009
【図４ｄ】
2020532853.tif 000010
【国際調査報告】
2020532853.tif 000011
2020532853.tif 000012
2020532853.tif 000013
2020532853.tif 000014