KR20130025797A - Photo multiplier and manufacturing method for the same - Google Patents

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이준성
윤용선
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한국전자통신연구원
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Abstract

PURPOSE: A photo multiplier and a method for manufacturing the same are provided to maximize productivity by simplifying a process for manufacturing a silicon micro cell diode. CONSTITUTION: A mask film is formed on an active area(102) of a first conductive substrate. A first doping area(120) is formed by implanting a second conductive impurity to a substrate. An element isolation film is formed on an inactive area(104). A mask film is removed. A second doping area is formed by implanting the second conductive impurity in the first doping area.

Description

포토멀티플라이어 및 그의 제조방법{photo multiplier and manufacturing method for the same}Photo multiplier and manufacturing method for the same

본 발명은 반도체 소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 포토멀티플라이어 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a photomultiplier and a method for manufacturing the same.

반도체 광센서는 미약한 빛을 검출하는 애벌랜치 포토다이오드(avalanche photodiode)를 포함할 수 있다. 애벌랜치 포토다이오드는 전자-정공(electron-hole)을 가속시키는 애벌랜치 증폭(avalanche multiplication)으로 고감도의 빛 검출을 검출할 수 있다. 이러한 애벌랜치 포토다이오드를 근간으로 하여 항복 전압을 초과한 전압 영역에서 작동되며 아주 미약한 입사광까지 검출할 수 있도록 제작된 반도체 포토 멀티플라이어의 연구개발이 활발히 이루어지고 있다. The semiconductor optical sensor may include an avalanche photodiode that detects weak light. Avalanche photodiodes can detect high sensitivity light detection with avalanche multiplication that accelerates electron-holes. Based on such avalanche photodiodes, research and development of semiconductor photomultipliers, which operate in the voltage range exceeding the breakdown voltage and can detect even the weakest incident light, are being actively conducted.

포토 멀티플라이어는 셀 다이오드들과 상기 셀 다이오드들에 직렬로 연결된 소멸 저항들을 포함할 수 있다. 상기 소멸 저항들은 상기 마이크로셀에서 전기적 항복에 의한 순간 전류가 흐를 때, 오옴 전압 강하(ohmic voltage drop)를 유발하여 각 셀 다이오드에 걸리는 전압을 항복 전압 이하로 하강시킴으로써 항복 상태를 해소시키는 역할을 한다.The photo multiplier may include cell diodes and dissipation resistors connected in series with the cell diodes. The decay resistors cause an ohmic voltage drop when an instantaneous current due to electrical breakdown flows in the microcell, thereby reducing the breakdown state by lowering the voltage applied to each cell diode below the breakdown voltage. .

일반적으로 실리콘 재질의 셀 다이오드는 고농도 도핑 층의 벌크 실리콘 층 상에 저농도의 증착(epitaxial) 실리콘 박막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 마이크로셀 다이오드들은 p+/p-/n+, p+/n-/n+, n+/n-/p+, n+/p-/p+ 등의 도핑 구조를 가질 수 있다.In general, a cell diode made of silicon may include a low concentration of epitaxial silicon thin film on a bulk silicon layer of a high concentration doped layer. For example, the microcell diodes may have a doping structure such as p + / p− / n +, p + / n− / n +, n + / n− / p +, n + / p− / p +.

이와 같은 단순 구조의 마이크로셀 다이오드들은 가장자리 현상(premature edge breakdown)에 의해 소자가 제대로 작동하지 않게 된다. 일반적인 포토 멀티플라이어는 가장자리 현상을 방지하기 위해 마이크로셀 다이오드들의 가장자리에 형성된 가드 링(guard ring)를 포함할 수 있다. The microcell diodes of such a simple structure do not work properly due to the edge edge (premature edge breakdown). A general photo multiplier may include a guard ring formed at the edge of the microcell diodes to prevent edge phenomenon.

하지만, 종래의 포토 멀티플라이어의 제조방법은 가드링을 형성하기 위한 리소그래피 공정을 요구하기 때문에 생산성을 저하시킬 수 있다. 예를 들어, 실리콘 마이크로셀 다이오드는 마스크 정렬 패턴, 상부 도핑층 패턴 및 가드 패턴을 포함한 약 3번의 리소그래피 공정을 통해 형성될 수 있다. However, the conventional method of manufacturing a photomultiplier requires a lithography process for forming a guard ring, which can lower productivity. For example, a silicon microcell diode may be formed through about three lithography processes including a mask alignment pattern, an upper doped layer pattern, and a guard pattern.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 실리콘 마이크로셀 다이오드의 제작 공정을 단순화하여 생산성을 극대화할 수 있는 포토 멀티플라이어 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a photo multiplier capable of maximizing productivity by simplifying a manufacturing process of a silicon microcell diode and a method of manufacturing the same.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 포토 멀티플라이어의 제조방법은, 제 1 도전형으로 도핑된 기판의 활성 영역 상에 마스크 막을 형성하는 단계; 상기 제 1 도전형과 반대되는 제 2 도전형 불순물을 상기 기판에 이온주입하여 상기 마스크막 아래의 상기 활성 영역과, 상기 마스크막으로부터 노출된 비 활성영역 내에 제 1 도핑 영역을 형성하는 단계; 상기 비 활성 영역 상에 소자 분리막을 형성하는 단계; 상기 마스크막을 제거하는 단계; 및 상기 제 1 도핑 영역보다 높은 농도의 상기 제 2 도전형 불순물을 상기 활성 영역 내의 상기 제 1 도핑 영역 상부에 이온주입하여 상기 제 1 도핑 영역보다 얕은 제 2 도핑 영역을 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above technical problem, a method of manufacturing a photo multiplier according to an embodiment of the present invention, forming a mask film on the active region of the substrate doped with a first conductivity type; Ion implanting a second conductivity type impurity opposite to the first conductivity type into the substrate to form a first doped region in the active region under the mask layer and in an inactive region exposed from the mask layer; Forming an isolation layer on the inactive region; Removing the mask layer; And ion implanting the second conductivity type impurity at a higher concentration than the first doped region over the first doped region in the active region to form a second doped region that is shallower than the first doped region.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 도핑 영역은 카운터 이온주입공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 카운터 이온주입공정은 다중 이온주입 방법을 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first doped region may be formed by a counter ion implantation process. The counter ion implantation process may include a multiple ion implantation method.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제 2 도핑 영역은 상기 소자분리막의 자기 정렬 이온주입공정 또는 자기정렬 확산공정에 의해 형성될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the second doped region may be formed by a self-aligned ion implantation process or a self-aligned diffusion process of the device isolation film.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소자 분리막은 로커스 방법으로 형성된 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the device isolation layer may include a silicon oxide film formed by a locus method.

본 발명의 다른 실시예에 따르면,상기 마스크 막은 실리콘 질화막을 포함할 수 있다. 상기 실리콘 질화막은 인산, 불산, 또는 브롬산에 의해 제거될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the mask film may include a silicon nitride film. The silicon nitride film may be removed by phosphoric acid, hydrofluoric acid, or bromic acid.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 도핑 영역 및 상기 소자 분리막 상에 제 1 층간 절연막을 형성하는 단계; 상기 비 활성 영역의 상 제 1 층간 절연막 상에 소멸 저항을 형성하는 단계; 상기 제 1 층간 절연막 및 상기 소멸 저항 상에 제 2 층간 절연막을 형성하는 단계; 상기 소멸 저항 상의 제 2 층간 절연막과, 상기 제 2 도핑 영역 상의 상기 제 1 및 제 2 층간 절연막 각각의 일부를 제거하여 콘택 홀들을 형성하는 단계; 상기 비 활성 영역의 상기 제 2 층간 절연막 상에 제 1 배선과, 상기 콘택 홀들을 통해 상기 제 2 도핑 영역과 상기 소멸 저항들을 연결하는 제 2 배선을 형성하는 단계; 및 상기 기판의 바닥에 하부 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, forming a first interlayer insulating film on the second doped region and the device isolation layer; Forming a dissipation resistor on the first interlayer insulating film of the inactive region; Forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film and the dissipation resistor; Forming contact holes by removing a portion of the second interlayer insulating layer on the dissipation resistor and a portion of each of the first and second interlayer insulating layers on the second doped region; Forming a first wiring on the second interlayer insulating layer of the inactive region and a second wiring connecting the second doped region and the extinction resistors through the contact holes; And forming a lower electrode on the bottom of the substrate.

본 발명의 다른 실시예에 따른 포토 멀티플라이어는, 활성 영역과 비 활성 영역으로 정의된 기판; 상기 활성 영역의 상기 기판 하부와, 상기 활성 영역의 상부에 형성된 제 1 도핑 영역 및 제 2 도핑 영역을 포함하는 셀 다이오드; 상기 비 활성 영역 상에 형성된 소자 분리막; 상기 소자 분리막과 상기 제 2 도핑 영역 상에 형성된 제 1 층간 절연막; 및 상기 비 활성 영역의 상기 제 1 층간 절연막 상에 형성된 소멸 저항을 포함한다. 여기서, 상기 제 1 도핑 영역은 상기 비 활성 영역까지 연장될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, a photo multiplier includes: a substrate defined as an active region and an inactive region; A cell diode comprising a lower portion of the substrate in the active region and a first doped region and a second doped region formed on the active region; An isolation layer formed on the inactive region; A first interlayer insulating layer formed on the device isolation layer and the second doped region; And a dissipation resistor formed on the first interlayer insulating film in the inactive region. Here, the first doped region may extend to the inactive region.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 도핑 영역은 상기 비 활성 영역에서 상기 활성 영역보다 깊게 배치될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first doped region may be disposed deeper than the active region in the non-active region.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제 2 도핑 영역은 상기 활성 영역의 상기 기판 상부 표면에서부터 상기 제 1 도핑 영역 보다 얕은 상기 기판의 상부까지 배치될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the second doped region may be disposed from the upper surface of the substrate of the active region to an upper portion of the substrate that is shallower than the first doped region.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소자 분리막과 상기 제 1 층간 절연막은 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. In example embodiments, the device isolation layer and the first interlayer insulating layer may include a silicon oxide layer.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예적 구성에 따르면, 제 1 도전형으로 도핑된 기판의 활성 영역 상에 포토리소그래피 공정으로 마스크 막을 형성한다. 다음, 제 2 도전형 불순물을 상기 기판에 이온주입하여 상기 마스크막 아래의 상기 활성 영역과, 비 활성영역 내에 제 1 도핑 영역을 형성한다. 마스크 막으로부터 노출된 비 활성 영역 상에 소자 분리막을 형성하고, 마스크막을 제거한다. 소자 분리막으로부터 자기 정렬된 이온주입공정으로 활성 영역에 제 1 도핑 영역보다 얕은 제 2 도핑 영역을 형성한다. 활성 영역의 기판 하부, 제 1 도핑 영역, 및 제 2 도핑 영역을 포함한 셀 다이오드는 1회의 포토리소그래피 공정에 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 포토 멀티플라이어의 제조방법은 생산성을 극대화할 수 있다.As described above, according to the exemplary configuration of the present invention, a mask film is formed by a photolithography process on the active region of the substrate doped with the first conductivity type. Next, a second dopant is implanted into the substrate to form a first doped region in the active region under the mask layer and in an inactive region. An element isolation film is formed on the inactive region exposed from the mask film, and the mask film is removed. A second doped region shallower than the first doped region is formed in the active region by a self-aligned ion implantation process from the device isolation layer. The cell diode including the substrate under the active region, the first doped region, and the second doped region may be formed in one photolithography process. Therefore, the manufacturing method of the photo multiplier of this invention can maximize productivity.

또한, 제 1 도핑 영역은 비 활성 영역에서 공핍 영역의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명의 포토 멀티플라이어는 활성 영역에서 비 활성 영역까지 연장된 제 1 도핑 영역에 의해 셀 다이오드들의 가장자리 현상을 방지할 수 있다.In addition, the first doped region may suppress generation of a depletion region in an inactive region. Accordingly, the photomultiplier of the present invention can prevent the edge phenomenon of the cell diodes by the first doped region extending from the active region to the inactive region.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 포토 멀티플라이어의 평면도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 선상을 절취하여 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 13은 본 발명의 포토 멀티플라이어의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정 단면도들이다.
1 is a plan view of a photo multiplier according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along the line II 'in Fig.
3 to 13 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing the photomultiplier of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in different forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms 'comprises' and / or 'comprising' mean that the stated element, step, operation and / or element does not imply the presence of one or more other elements, steps, operations and / Or additions. In addition, since they are in accordance with the preferred embodiment, the reference numerals presented in the order of description are not necessarily limited to the order.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 포토 멀티플라이어의 평면도이다. 도 2는 도 1의 I-I' 선상을 절취하여 나타낸 단면도이다.1 is a plan view of a photo multiplier according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 포토 멀티플라이어는, 제 1 배선들(106)과 하부 전극(180)사이에 직렬로 연결된 셀 다이오드들(101)과, 소멸 저항들(quench resistors, 108)을 포함할 수 있다. 제 1 배선들(106)은 기판(100)의 비 활성 영역(104) 상에서 서로 평행한 방향으로 연장될 수 있다. 하부 전극(180)은 기판(100)의 바닥에 배치될 수 있다. 셀 다이오드들(101)은 내부의 광 여기로부터 생성된 이송 전하(carrier)에 의해 전기적 항복(break down)이 발생되는 평면 다이오드 구조(planar diode structure)를 가질 수 있다. 1 and 2, the photomultiplier of the present invention includes cell diodes 101 connected in series between the first wirings 106 and the lower electrode 180, quench resistors, 108). The first wires 106 may extend in directions parallel to each other on the non-active region 104 of the substrate 100. The lower electrode 180 may be disposed on the bottom of the substrate 100. The cell diodes 101 may have a planar diode structure in which electrical breakdown occurs due to a carrier charge generated from optical excitation therein.

예를 들어, 셀 다이오드들(101)은 활성 영역(102)의 기판(100) 하부와, 제 1 도핑 영역(120)과, 제 2 도핑 영역(140)을 포함할 수 있다. 활성 영역(102)의 기판(100) 하부는 고농도의 제 1 도전형 불순물로 도핑될 수 있다. 제 1 도핑 영역(120)은 저농도의 제 1 도전형 불순물 또는 제 2 도전형 불순물로 도핑될 수 있다. 제 1 도핑 영역(120)은 활성 영역(102)에서 비 활성 영역(104)까지 연장될 수 있다. 즉, 제 1 도핑 영역(120)은 전체 기판(100)의 상부에 배치될 수 있다. 제 1 도핑 영역(120)은 비 활성 영역(104) 내에서 활성 영역(102) 보다 깊게 배치될 수 있다. 비 활성 영역(104) 내의 제 1 도핑 영역(120)은 셀 다이오드들(101)의 가장자리 항복 현상을 방지할 수 있다.For example, the cell diodes 101 may include a lower portion of the substrate 100 of the active region 102, a first doped region 120, and a second doped region 140. The lower portion of the substrate 100 of the active region 102 may be doped with a high concentration of first conductivity type impurities. The first doped region 120 may be doped with a low concentration of first conductivity type impurities or second conductivity type impurities. The first doped region 120 may extend from the active region 102 to the inactive region 104. That is, the first doped region 120 may be disposed on the entire substrate 100. The first doped region 120 may be disposed deeper than the active region 102 in the non-active region 104. The first doped region 120 in the inactive region 104 may prevent edge breakdown of the cell diodes 101.

제 2 도핑 영역(140)은 고농도의 제 2 도전형 불순물로 도핑될 수 있다. 제 1 도전형 불순물과 제 2 도전형 불순물은 서로 반대되는 도전형을 가질 수 있다. 제 2 도핑 영역(140)은 활성 영역(102)의 기판(100) 상부 표면에서부터, 제 1 도핑 영역(120)보다 얕은 상기 기판(100) 상부까지 배치될 수 있다. 제 2 도핑 영역(140)은 제 1 도핑 영역(120)보다 높은 고농도의 제 2 도전형 불순물로 도핑될 수 있다. 기판(100)은 실리콘 기판을 포함할 수 있다. 또한, 제 1 도전형 불순물은 p형의 보론 또는 갈륨을 포함할 수 있다. 제 2 도전형 불순물은 n형의 아세닉 또는 인을 포함할 수 있다. The second doped region 140 may be doped with a high concentration of second conductivity type impurities. The first conductivity type impurity and the second conductivity type impurity may have opposite conductivity types. The second doped region 140 may be disposed from an upper surface of the substrate 100 of the active region 102 to an upper portion of the substrate 100 that is shallower than the first doped region 120. The second doped region 140 may be doped with a higher concentration of the second conductivity type impurity than the first doped region 120. The substrate 100 may include a silicon substrate. In addition, the first conductivity type impurity may include p-type boron or gallium. The second conductivity type impurity may comprise n-type arsenic or phosphorus.

소멸 저항들(108)은 소자 분리막(130)과 제 1 층간 절연막(150) 상에 배치될 수 있다. 소멸 저항들(108)은 셀 다이오드들(101)에서 발생되는 항복 전압에 따른 급격한 전압 강하를 완충시킬 수 있다. 소멸 저항들(108)은 도전형 불순물로 도핑된 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 층간 절연막(150, 160)은 활성 영역(102)의 제 2 도핑 영역(140)과 소자 분리막(130)을 덮을 수 있다. 제 2 층간 절연막(160)은 소멸 저항들(108)을 덮을 수 있다. 제 2 배선들(109)은 제 1 및 제 2 층간 절연막(150, 160)의 콘택 홀들(도 11의 170)을 통해 셀 다이오드들(101)과, 소멸 저항들(108)을 전기적으로 연결될 수 있다. The quenching resistors 108 may be disposed on the device isolation layer 130 and the first interlayer insulating layer 150. The quench resistors 108 may buffer a sudden voltage drop due to the breakdown voltage generated in the cell diodes 101. The dissipation resistors 108 may include polysilicon doped with conductive impurities. The first and second interlayer insulating layers 150 and 160 may cover the second doped region 140 and the device isolation layer 130 of the active region 102. The second interlayer insulating layer 160 may cover the dissipation resistors 108. The second wires 109 may electrically connect the cell diodes 101 and the decay resistors 108 through the contact holes (170 of FIG. 11) of the first and second interlayer insulating layers 150 and 160. have.

제 1 배선들(106)과 하부 전극(180)에 바이어스 전압이 인가되면, 활성 영역(102) 내의 셀 다이오드들(101)의 제 1 도핑 영역(120)에 공핍 영역(미도시)이 유도될 수 있다. 제 1 도핑 영역(120)은 활성 영역(102) 가장자리의 비 활성 영역(104)에서 공핍 영역의 발생을 억제할 수 있다. When a bias voltage is applied to the first wirings 106 and the lower electrode 180, a depletion region (not shown) may be induced in the first doped region 120 of the cell diodes 101 in the active region 102. Can be. The first doped region 120 may suppress generation of a depletion region in the non-active region 104 at the edge of the active region 102.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 포토 멀티플라이어는 활성 영역(102)에서 비 활성 영역(104)까지 연장된 제 1 도핑 영역(120)에 의해 셀 다이오드들(101)의 가장자리 현상을 방지할 수 있다.Accordingly, the photo multiplier according to the embodiment of the present invention can prevent the edge phenomenon of the cell diodes 101 by the first doped region 120 extending from the active region 102 to the inactive region 104. have.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 포토 멀티플라이어의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to the manufacturing method of the photo multiplier according to the embodiment of the present invention configured as described above are as follows.

도 3 내지 도 13은 본 발명의 포토 멀티플라이어의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정 단면도들이다.3 to 13 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing the photomultiplier of the present invention.

도 3을 참조하면, 기판(100)의 활성 영역(102) 상에 마스크 막(110)을 형성한다. 마스크 막(110)은 실리콘 질화막을 포함할 수 있다. 마스크 막(110)은 포토리소그래피 공정에 의해 활성 영역(102) 상에 패터닝될 수 있다. 기판(100)은 마스크 막(110)의 형성 전에 제 1 도전형 불순물에 고농도로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 기판(100)은 고농도의 보론(B)으로 도핑된 p형 기판을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, a mask film 110 is formed on the active region 102 of the substrate 100. The mask film 110 may include a silicon nitride film. The mask film 110 may be patterned on the active region 102 by a photolithography process. The substrate 100 may be heavily doped with the first conductivity type impurity before the mask film 110 is formed. For example, the substrate 100 may include a p-type substrate doped with a high concentration of boron (B).

도 4를 참조하면, 활성 영역(102)과 비 활성 영역(104) 내에 제 1 도핑 영역(120)을 형성한다. 제 1 도핑 영역(120)은 제 2 도전형 불순물의 이온주입에 의해 기판(100)보다 낮은 저농도의 제 1 도전형 또는 제 2 도전형을 가질 수 있다. 제 1 도핑 영역(120)의 순 도핑(net doping) 농도는 제 1 도전형 불순물과, 제 2 도전형 불순물의 양에 의해 결정될 수 있다. 제 1 도전형 불순물이 제 2 불순물보다 많으면, 제 1 도핑 영역(120)은 제 1 도전형을 가질 수 있다. 반면에, 제 2 도전형 불순물이 제 1 도전형 불순물보다 많으면, 제 1 도핑 영역(120)은 제 2 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 도핑 영역(120)은 저 농도의 p 타입 또는 n 타입으로 형성될 수 있다. 따라서, 제 2 도전형 불순물의 카운터 이온주입 공정에 의해 제 1 도핑 영역(120)의 순 도핑(net doping) 농도가 결정될 수 있다. 카운터 이온주입 공정은 서로 다른 에너지의 다중 이온 주입(multiple implantation)방법을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, a first doped region 120 is formed in the active region 102 and the non-active region 104. The first doped region 120 may have a first conductivity type or a second conductivity type having a lower concentration than the substrate 100 by ion implantation of the second conductivity type impurities. The net doping concentration of the first doped region 120 may be determined by the amounts of the first conductivity type impurities and the second conductivity type impurities. If the first conductivity type impurity is greater than the second impurity, the first doped region 120 may have the first conductivity type. On the other hand, if the second conductivity type impurity is greater than the first conductivity type impurity, the first doped region 120 may have the second conductivity type. For example, the first doped region 120 may be formed of a low concentration p type or n type. Therefore, the net doping concentration of the first doped region 120 may be determined by the counter ion implantation process of the second conductivity type impurity. The counter ion implantation process may include multiple implantation of different energies.

제 1 도핑 영역(120)은 활성 영역(102)보다 비 활성 영역(104)의 기판(100) 내에 깊게 형성될 수 있다. 마스크 막(110)은 이온주입 시 활성 영역(102)에서의 제 2 도전형 불순물의 양과 깊이를 조절하는 스크린으로 작용될 수 있다. 활성 영역(102)의 제 1 도핑 영역(120)은 마스크 막(110)의 두께에 반비례하여 증가되는 깊이로 형성될 수 있다. 따라서, 제 1 도핑 영역(120)은 마스크 막(102)에 의해 깊이와 도핑 농도가 조절될 수 있다.The first doped region 120 may be formed deeper in the substrate 100 of the non-active region 104 than the active region 102. The mask layer 110 may serve as a screen for controlling the amount and depth of the second conductivity type impurities in the active region 102 during ion implantation. The first doped region 120 of the active region 102 may be formed to an increased depth in inverse proportion to the thickness of the mask layer 110. Therefore, the depth and doping concentration of the first doped region 120 may be controlled by the mask layer 102.

또한, 비 활성 영역(104)에서의 제 1 도핑 영역(120)은 소자의 가장자리 항복 현상을 억제할 수 있다. 이는 활성 영역(102)에서보다 비 활성 영역(104)에서 깊게 형성된 제 1 도핑 영역(120)의 전기장 강도가 약화되기 때문이다. In addition, the first doped region 120 in the inactive region 104 may suppress the edge breakdown of the device. This is because the electric field strength of the first doped region 120 formed deeper in the inactive region 104 than in the active region 102 is weakened.

도 5를 참조하면, 비 활성 영역(104) 상에 소자 분리막(130)을 형성한다. 소자 분리막(130)은 LOCOS(Local Oxidation of Silicon) 방법으로 형성된 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. 소자 분리막(130)은 마스크 막(110)으로부터 노출된 비 활성 영역(104) 상에 형성될 수 있다. Referring to FIG. 5, the device isolation layer 130 is formed on the inactive region 104. The device isolation layer 130 may include a silicon oxide layer formed by a local oxide of silicon (LOCOS) method. The device isolation layer 130 may be formed on the inactive region 104 exposed from the mask layer 110.

도 6을 참조하면, 활성 영역(102) 상의 마스크 막(110)을 제거한다. 마스크 막(110)은 인산, 불산, 또는 브롬산과 같은 산성 용액 또는 가스에 의해 제거될 수 있다.Referring to FIG. 6, the mask film 110 on the active region 102 is removed. The mask film 110 may be removed by an acidic solution or gas such as phosphoric acid, hydrofluoric acid, or bromic acid.

도 1 및 도 7을 참조하면, 활성 영역(102)의 제 1 도핑 영역(120) 상부에 제 2 도핑 영역(140)을 형성한다. 소자 분리막(130)은 2 도핑 영역(140)의 형성 시에 이온주입마스크로 사용될 수 있다. 제 2 도핑 영역(140)은 소자 분리막(130)의 자기 정렬 이온주입 공정 또는 자기 정렬 확산 공정에 의해 형성될 수 있다. 1 and 7, a second doped region 140 is formed on the first doped region 120 of the active region 102. The device isolation layer 130 may be used as an ion implantation mask when the two doped regions 140 are formed. The second doped region 140 may be formed by a self-aligned ion implantation process or a self-aligned diffusion process of the device isolation layer 130.

활성 영역(102)의 기판(100), 제 1 도핑 영역(120), 및 제 2 도핑 영역(140)은 셀 다이오드들(101)이 될 수 있다. 예를 들어, 셀 다이오드들(101)은 활성 영역(102) 내에서 p+/p/n+, 또는 p+/n/n+ 구조를 가질 수 있다. 비 활성 영역(104)과 소자 분리막(130)은 소자의 동작 시에 공핍화되어 셀 다이오드들(101) 사이를 전기적으로 분리시키는 셀 분리부가 될 수 있다. 셀 다이오드들(101)은 1회의 포토리소그래피 공정에 의해 형성될 수 있다. The substrate 100, the first doped region 120, and the second doped region 140 of the active region 102 may be cell diodes 101. For example, the cell diodes 101 may have a p + / p / n + or p + / n / n + structure in the active region 102. The inactive region 104 and the device isolation layer 130 may be cell separators that deplete during operation of the device to electrically separate the cell diodes 101. The cell diodes 101 may be formed by one photolithography process.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 포토 멀티플라이어의 제조방법은 종래보다 생산성을 극대화할 수 있다. Therefore, the manufacturing method of the photo multiplier according to the embodiment of the present invention can maximize productivity compared to the prior art.

도 8을 참조하면, 기판(100) 상에 제 1 층간 절연막(150)을 형성한다. 제 1 층간 절연막(150)은 화학기상증착방법으로 형성된 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. 실리콘 산화막은 외부광(미도시)을 통과시키는 투명막일 수 있다. 도시되지는 않았지만, 제 1 층간 절연막(150)은 습식식각방법 또는 건식식각방법에 의해 활성 영역(102) 상에서 제거될 수도 있다.Referring to FIG. 8, a first interlayer insulating layer 150 is formed on the substrate 100. The first interlayer insulating layer 150 may include a silicon oxide film formed by a chemical vapor deposition method. The silicon oxide film may be a transparent film through which external light (not shown) passes. Although not shown, the first interlayer insulating layer 150 may be removed on the active region 102 by a wet etching method or a dry etching method.

도 9를 참조하면, 비 활성 영역(104)의 제 1 층간 절연막(150) 상의 일부에 소멸 저항(108)을 형성한다. 소멸 저항(108)은 폴리 실리콘 또는 금속 산화막과 같은 유전체를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 9, an extinction resistor 108 is formed on a portion of the first interlayer insulating layer 150 of the inactive region 104. The dissipation resistor 108 may include a dielectric such as polysilicon or a metal oxide film.

도 10을 참조하면, 기판(100)의 전면에 제 2 층간 절연막(160)을 형성한다. 제 2 층간 절연막(160)은 화학기상증착방법으로 형성된 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. 제 2 층간 절연막(160)은 보호막일 수 있다.Referring to FIG. 10, a second interlayer insulating layer 160 is formed on the entire surface of the substrate 100. The second interlayer insulating layer 160 may include a silicon oxide film formed by a chemical vapor deposition method. The second interlayer insulating layer 160 may be a protective film.

도 11을 참조하면, 활성 영역(102)의 제 1 및 제 2 층간 절연막(150, 160)의 일부와, 소멸 저항(108) 상의 제 2 층간 절연막(160)의 일부를 제거하여 콘택 홀들(170)을 형성한다. 콘택 홀들(170)은 제 2 도핑 영역(140)과, 소멸 저항(108)의 일부를 각각 노출시킬 수 있다. Referring to FIG. 11, a portion of the first and second interlayer insulating layers 150 and 160 of the active region 102 and a portion of the second interlayer insulating layer 160 on the dissipation resistor 108 may be removed to form contact holes 170. ). The contact holes 170 may expose the second doped region 140 and a portion of the extinction resistor 108, respectively.

도 12를 참조하면, 제 1 배선(106)과 제 2 배선(109)를 형성한다. 제 1 배선(106)은 비 활성 영역(104)의 제 2 층간 절연막 상에 형성될 수 있다. 제 2 배선(109)은 콘택 홀들(170)을 통해 제 2 도핑 영역(140)과 소멸 저항(108)을 전기적으로 연결할 수 있다. Referring to FIG. 12, the first wiring 106 and the second wiring 109 are formed. The first wiring 106 can be formed on the second interlayer insulating film of the inactive region 104. The second wiring 109 may electrically connect the second doped region 140 and the extinction resistor 108 through the contact holes 170.

도 1 및 도 13을 참조하면, 기판(100)의 바닥에 하부 전극(180)을 형성한다. 하부 전극(180)은 알루미늄 또는 텅스텐과 같은 도전성 및 반사 효율이 높은 도전성 금속을 포함할 수 있다. 1 and 13, the lower electrode 180 is formed on the bottom of the substrate 100. The lower electrode 180 may include a conductive metal having high conductivity and reflection efficiency, such as aluminum or tungsten.

결국, 본 발명의 실시예에 따른 포토 멀티플라이어의 제조방법은 1회의 포토리소그래피 공정으로 셀 다이오드들(101)을 할 수 있기 때문에 생산성을 극대화할 수 있다. As a result, the method of manufacturing the photomultiplier according to the embodiment of the present invention can maximize the productivity because the cell diodes 101 can be performed in one photolithography process.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and non-restrictive in every respect.

100: 기판 101: 셀 다이오드들
102: 활성 영역 104: 비 활성 영역
106: 제 1 배선들 108: 제 2 배선들
109: 제 2 배선들 110: 마스크 막
120: 제 1 도핑 영역 130: 소자 분리막
140: 제 2 도핑 영역 150: 제 1 층간 절연막
160: 제 2 층간 절연막 170: 콘택 홀들
180; 하부 전극
100 substrate 101 cell diodes
102: active area 104: inactive area
106: first wirings 108: second wirings
109: second wirings 110: mask film
120: first doped region 130: device isolation film
140: second doped region 150: first interlayer insulating film
160: second interlayer insulating film 170: contact holes
180; Bottom electrode

Claims (12)

제 1 도전형으로 도핑된 기판의 활성 영역 상에 마스크 막을 형성하는 단계;
상기 제 1 도전형과 반대되는 제 2 도전형 불순물을 상기 기판에 이온주입하여 상기 마스크막 아래의 상기 활성 영역과, 상기 마스크막으로부터 노출된 비 활성영역 내에 제 1 도핑 영역을 형성하는 단계;
상기 비 활성 영역 상에 소자 분리막을 형성하는 단계;
상기 마스크막을 제거하는 단계; 및
상기 제 1 도핑 영역보다 높은 농도의 상기 제 2 도전형 불순물을 상기 활성 영역 내의 상기 제 1 도핑 영역 상부에 이온주입하여 상기 제 1 도핑 영역보다 얕은 제 2 도핑 영역을 형성하는 단계를 포함하는 포토멀티플라이어의 제조방법.
Forming a mask film on the active region of the substrate doped with the first conductivity type;
Ion implanting a second conductivity type impurity opposite to the first conductivity type into the substrate to form a first doped region in the active region under the mask layer and in an inactive region exposed from the mask layer;
Forming an isolation layer on the inactive region;
Removing the mask layer; And
And implanting the second conductivity type impurity at a higher concentration than the first doped region over the first doped region in the active region to form a second doped region that is shallower than the first doped region. Method of manufacturing the pliers.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 도핑 영역은 카운터 이온주입공정에 의해 형성된 포토 멀티플라이어의 제조방법.
The method of claim 1,
And the first doped region is formed by a counter ion implantation process.
제 2 항에 있어서,
상기 카운터 이온주입공정은 다중 이온주입 방법을 포함하는 포토 멀티플라이어의 제조방법.
The method of claim 2,
The counter ion implantation process is a method for manufacturing a photo multiplier comprising a multiple ion implantation method.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 도핑 영역은 상기 소자분리막의 자기 정렬 이온주입공정 또는 자기정렬 확산공정에 의해 형성되는 포토멀티플라이어의 제조방법.
The method of claim 1,
And the second doped region is formed by a self-aligned ion implantation process or a self-aligned diffusion process of the device isolation layer.
제 1 항에 있어서,
상기 소자 분리막은 로커스 방법으로 형성된 실리콘 산화막을 포함하는 포토멀티플라이어의 제조방법.
The method of claim 1,
The device isolation film is a method of manufacturing a photomultiplier comprising a silicon oxide film formed by a Locus method.
제 1 항에 있어서,
상기 마스크 막은 실리콘 질화막을 포함하는 포토멀티플라이어의 제조방법.
The method of claim 1,
The mask film is a method of manufacturing a photomultiplier comprising a silicon nitride film.
제 6 항에 있어서,
상기 실리콘 질화막은 인산, 불산, 또는 브롬산에 의해 제거되는 포토멀티플라이어의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the silicon nitride film is removed by phosphoric acid, hydrofluoric acid, or bromic acid.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 도핑 영역 및 상기 소자 분리막 상에 제 1 층간 절연막을 형성하는 단계;
상기 비 활성 영역의 상 제 1 층간 절연막 상에 소멸 저항을 형성하는 단계;
상기 제 1 층간 절연막 및 상기 소멸 저항 상에 제 2 층간 절연막을 형성하는 단계;
상기 소멸 저항 상의 제 2 층간 절연막과, 상기 제 2 도핑 영역 상의 상기 제 1 및 제 2 층간 절연막 각각의 일부를 제거하여 콘택 홀들을 형성하는 단계;
상기 비 활성 영역의 상기 제 2 층간 절연막 상에 제 1 배선과, 상기 콘택 홀들을 통해 상기 제 2 도핑 영역과 상기 소멸 저항들을 연결하는 제 2 배선을 형성하는 단계; 및
상기 기판의 바닥에 하부 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 포토 멀티플라이어의 제조방법.
The method of claim 1,
Forming a first interlayer insulating layer on the second doped region and the device isolation layer;
Forming a dissipation resistor on the first interlayer insulating film of the inactive region;
Forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film and the dissipation resistor;
Forming contact holes by removing a portion of the second interlayer insulating layer on the dissipation resistor and a portion of each of the first and second interlayer insulating layers on the second doped region;
Forming a first wiring on the second interlayer insulating layer of the inactive region and a second wiring connecting the second doped region and the extinction resistors through the contact holes; And
Forming a lower electrode on the bottom of the substrate manufacturing method of a photo multiplier further comprising.
활성 영역과 비 활성 영역으로 정의된 기판;
상기 활성 영역의 상기 기판 하부와, 상기 활성 영역의 상부에 형성된 제 1 도핑 영역 및 제 2 도핑 영역을 포함하는 셀 다이오드;
상기 비 활성 영역 상에 형성된 소자 분리막;
상기 소자 분리막과 상기 제 2 도핑 영역 상에 형성된 제 1 층간 절연막; 및
상기 비 활성 영역의 상기 제 1 층간 절연막 상에 형성된 소멸 저항을 포함하되,
상기 제 1 도핑 영역은 상기 비 활성 영역까지 연장된 포토 멀티플라이어.
A substrate defined by active and non-active regions;
A cell diode comprising a lower portion of the substrate in the active region and a first doped region and a second doped region formed on the active region;
An isolation layer formed on the inactive region;
A first interlayer insulating layer formed on the device isolation layer and the second doped region; And
A decay resistor formed on said first interlayer insulating film in said non-active region,
And the first doped region extends to the inactive region.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 도핑 영역은 상기 비 활성 영역에서 상기 활성 영역보다 깊게 배치된 포토 멀티플라이어.
The method of claim 9,
And the first doped region is deeper in the non-active region than the active region.
제 9 항에 있어서,
상기 제 2 도핑 영역은 상기 활성 영역의 상기 기판 상부 표면에서부터 상기 제 1 도핑 영역 보다 얕은 상기 기판의 상부까지 배치된 포토 멀티플라이어.
The method of claim 9,
And the second doped region is disposed from an upper surface of the substrate of the active region to an upper portion of the substrate that is shallower than the first doped region.
제 9 항에 있어서,
상기 소자 분리막과 상기 제 1 층간 절연막은 실리콘 산화막을 포함하는 포토 멀티플라이어.
The method of claim 9,
The device isolation film and the first interlayer insulating film may include a silicon oxide film.
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