JP2010206181A - 光電変換装置及び撮像システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光電変換装置は、半導体基板に配された複数の光電変換部を有し、前記光電変換部は、第1の不純物を含むP型の電荷蓄積領域と、前記P型の電荷蓄積領域とフォトダイオードを構成するN型のウエル部とを備える。前記ウエル部は、砒素を第1の濃度で含むN型の第1の半導体領域と、前記第1の半導体領域の下に配され、砒素を前記第1の濃度より低い第2の濃度で含むN型の第2の半導体領域と、前記第2の半導体領域の下に配され、第2の不純物を前記第1の濃度よりも高い第3の濃度で含むN型の第3の半導体領域とを含む。
【選択図】図3
Description
ところで、光電変換装置には、画素の微細化と画素の感度向上とが要求されている。仮に、特開2005−197674号公報に記載された光電変換装置において、画素の大きさを微細化すると、それに伴って、隣接するフォトダイオードの距離も近くなると考えられる。
特開2005-197674号公報には、ボロンを深い領域より順次に注入することにより、複数の不純物領域4A〜4Dを形成し、その後、950℃以下の熱処理が行われることが記載されている。この複数の不純物領域4A〜4Dを形成した後に熱処理を行った場合、950℃以下の熱処理であってもボロンが拡散する傾向にあるので、複数の不純物領域4A〜4Dのそれぞれにおける不純物濃度のピークが容易に低減する。これにより、基板深さ方向に沿ったポテンシャルの勾配がなだらかになってしまい、電子が発生した画素のフォトダイオードに導かれずに、拡散のメカニズムに基づき隣接画素に到達してしまう可能性がある。この現象は、画素ごとに異なる分光透過特性を有するカラーセンサでは、ある色の光が異なる色に反応する画素に混入する、混色、という問題となって現れる。また、モノクロセンサにおいてはMTFの低下となって現れる。そのような問題は、とくに隣接するフォトダイオード(光電変換部)間の距離が近くなった場合に目立つようになる。
テンシャル高さPH2a,PH2d参照)が高く維持される。最も深い位置に配された半導体領域102dの不純物濃度が最も高く、最も表面側の半導体領域102aの不純物濃度が次に高く、半導体領域102b、102cの不純物濃度は最も低い。また半導体領域102b、102cはひとつの領域で構成することもできる。このような、不純物濃度関係とすることにより、縦方向の電界を維持し、光電変換部で発生した信号電荷であるホールを電荷蓄積領域に効率良く導くことが可能となる。更に、電荷蓄積領域107からの空乏層の広がりを抑えることが可能となり、信号読み出し時の駆動電圧の振幅を小さくすることが可能となる。
PH2a>PH1a,PH2d>PH1d・・・数式1
である。
PH3d>PH1d・・・数式2
である。この条件「実施例」によっても、条件「比較例」に比べて、信号電荷のキャリアが複数の半導体領域102a〜102dを通過して隣接する光電変換部に到達しにくい。したがって、条件「実施例」によれば、条件「比較例」に比べて、隣接する光電変換部間の距離が近くなった場合における混色を抑制することができる。
図9に本発明の別の実施形態に係る光電変換装置の断面構成を示す。図3に示された構成と同一の機能を有する部分には、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図11に本発明のまた別の実施形態に係る光電変換装置の断面構成を示す。図9に示された構成と同一の機能を有する部分には、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
Claims (9)
- 半導体基板に配された複数の光電変換部を有し、
前記光電変換部は、
第1の不純物を含むP型の電荷蓄積領域と、
前記P型の電荷蓄積領域とともにフォトダイオードを構成するN型のウエル部と、
を備え、
前記ウエル部は、
砒素を第1の濃度で含むN型の第1の半導体領域と、
前記第1の半導体領域の下に配され、砒素を前記第1の濃度より低い第2の濃度で含むN型の第2の半導体領域と、
前記第2の半導体領域の下に配され、第2の不純物を前記第1の濃度よりも高い第3の濃度で含むN型の第3の半導体領域と、
を含むことを特徴とする光電変換装置。 - 前記第2の不純物は、リンを主成分としていることを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。
- 前記複数の光電変換部のP型の電荷蓄積領域どうしを分離するように、前記半導体基板の表面に垂直な方向における素子分離部と前記ウエル部との間にそれぞれ配された複数のポテンシャル障壁をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。
- 前記ポテンシャル障壁は、
前記素子分離部の下に配されたN型の第4の半導体領域と、
前記第4の半導体領域の下に配されたN型の第5の半導体領域と、
を含むことを特徴とする請求項3に記載の光電変換装置。 - 前記第4の半導体領域は、前記第2の不純物を前記第2の濃度より高い第4の濃度で含み、
前記第5の半導体領域は、前記第2の不純物を前記第2の濃度より高い第5の濃度で含むことを特徴とする請求項4に記載の光電変換装置。 - 前記光電変換部は、
前記P型の電荷蓄積領域の上に配され、前記第2の不純物を前記第4の濃度より高い第6の濃度で含むN型の表面領域と、
前記P型の電荷蓄積領域の下に配され、前記第1の不純物を前記電荷蓄積領域より低い濃度で含むP型の電荷収集領域と、をさらに含み、
前記第4の半導体領域は、前記素子分離部の少なくとも底面を覆い且つ、前記表面領域まで延びていることを特徴とする請求項5に記載の光電変換装置。 - 入射される光の方向が前記第1半導体領域から前記第2半導体領域へ向かう方向にとなるように、前記半導体基板の表面側から光が入射される
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 - 入射される光の方向が前記第2半導体領域から前記第1半導体領域へ向かう方向となるように、前記半導体基板の裏面側から光が入射される
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 - 請求項1に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置の撮像面へ像を形成する光学系と、
前記光電変換装置から出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部と、を備えたことを特徴とする撮像システム。
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