JP2010239117A - 光電変換装置およびそれを用いた撮像システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の光電変換装置は、第1〜第3の光電変換素子を含む複数の光電変換素子を有し、第1の光電変換素子と第2の光電変換素子との間に、第1の幅の、電荷が少数キャリアとなる第1導電型の第1の半導体領域を有する。そして、第1の光電変換素子と第3の光電変換素子との間に、第1の幅より狭い第2の幅の、第1の半導体領域よりも半導体基板に深い、あるいは不純物濃度が高い第1導電型の第2の半導体領域を有する。
【選択図】 図1
Description
光電変換装置の画素について、画素の一例を示した図2を用いて説明する。図2(A)は本発明が適用されうる画素回路の一例を示した回路図であり、図2(B)はその画素回路の平面レイアウトを示した平面レイアウト図である。更に、図2(C)は図2(B)の構成を説明するための平面レイアウト図である。図2(A)は2つの光電変換素子を含む画素セルを示している。光電変換装置には、このような画素セルが1次元もしくは2次元に配列し、撮像領域を構成している。画素を、光電変換素子を1つ含む最小の繰り返し単位とした場合、図2(A)に示す画素セルは2画素を含むといえる。
本実施形態の光電変換装置について、図1を用いて説明する。本実施形態では、複数の光電変換素子間のポテンシャルバリアを等しくする方法として、ポテンシャルバリアを構成する半導体領域の深さを変えている。図1(A)は図2(B)のAB線(第1の方向X)における断面模式図であり、図1(B)は図2(B)のCD線(第2の方向Y)における断面模式図である。図1(A)と図1(B)において、図2(B)と対応する構成については、同一の符号を付し説明を省略する。本実施形態では信号電荷が電子である場合について説明する。また、本実施形態においては、光電変換素子、即ち画素がAB線に示したような第1の方向XおよびCD線に示したような第2の方向Yに沿って行列状に配されており、第1の方向Xと第2の方向Yとは直交するものとする。
本実施形態はカラーの光電変換装置に関する。本実施形態では、第1の実施形態の構成に加えて、更に、入射光の波長に応じてP型半導体領域の深さを調節することが特徴である。具体的に図4を用いて説明する。図4は図1と対応した光電変換装置の断面模式図であり、同様な機能を有する構成については同一の符号を付し説明を省略する。
本実施形態では、第1の実施形態とは異なる光電変換素子のレイアウトにおける形態を説明する。本実施形態では、信号電荷に対して障壁となりうるP型半導体領域の幅に応じて深さを変えるのは第1の実施形態と同様であるが、光電変換素子のレイアウトに応じてP型半導体領域の深さを調節する。具体的に図5を用いて説明する。図5は図1と同等な光電変換装置の断面模式図であり、同様な機能を有する構成については同一の符号を付し説明を省略する。
本実施形態の光電変換装置について、図7を用いて説明する。本実施形態では、ポテンシャルバリアを等しくする方法として、ポテンシャルバリアを構成する半導体領域の不純物濃度を変えている。図7は図1と同様な図2(B)のAB線およびCD線における断面模式図である。図1と対応する構成については、同一の符号を付し説明を省略する。
本実施形態はカラーの光電変換装置に関する。本実施形態では、第4の実施形態の構成に加えて、更に、入射光の波長に応じてP型半導体領域の不純物濃度を調節することが特徴である。具体的に図8を用いて説明する。図8は図7と対応した光電変換装置の断面模式図であり、同様な機能を有する構成については同一の符号を付し説明を省略する。
本実施形態では、第4の実施形態とは異なる光電変換素子のレイアウトにおける形態を説明する。本実施形態では、信号電荷に対して障壁となりうるP型半導体領域の幅に応じて不純物濃度を変えるのは第4の実施形態と同様であり、光電変換素子のレイアウトに応じてP型半導体領域の不純物濃度を調節することが特徴である。具体的に図9を用いて説明する。図9は図7と同等な光電変換装置の断面模式図であり、同様な機能を有する構成については同一の符号を付し説明を省略する。
本実施形態の光電変換装置は、第1の実施形態の構成と第4の実施形態とを組み合わせた構成を有する。P型半導体領域の幅に応じて深さと濃度とを変えることが特徴である。具体的に図11を用いて説明する。図11は図1等と対応した光電変換装置の断面模式図であり、同様な機能を有する構成については同一の符号を付し説明を省略する。
本実施形態では、第1の実施形態から第7の実施形態までで説明してきた光電変換装置を撮像システムに適用した場合について、図12を用いて説明する。撮像システムとは、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラや携帯電話用デジタルカメラである。
101 転送MOSトランジスタ
102 リセットMOSトランジスタ
103 増幅MOSトランジスタ
104 浮遊拡散部
105 選択MOSトランジスタ
106 出力線
200 光電変換素子
201 転送MOSトランジスタのゲート電極
202 リセットMOSトランジスタのゲート電極
203 増幅MOSトランジスタのゲート電極
204 浮遊拡散部
205 選択MOSトランジスタのゲート電極
206 増幅MOSトランジスタのソース領域
207 増幅MOSトランジスタのドレイン領域
208 選択MOSトランジスタのソース領域
209 半導体領域や半導体基板に電圧を供給するための半導体領域
210 素子分離領域
Claims (10)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の主表面に配された、第1の光電変換素子と、前記第1の光電変換素子に隣接する第2の光電変換素子と、前記第1の光電変換素子に隣接する第3の光電変換素子とを含む複数の光電変換素子と、
前記半導体基板に配された、前記光電変換素子にて生じた信号電荷を転送するためのトランジスタと、を有する光電変換装置において、
前記第1の光電変換素子と前記第2の光電変換素子との間に配された、前記電荷が少数キャリアとなる第1の幅の第1導電型の第1の半導体領域と、
前記第1の光電変換素子と前記第3の光電変換素子との間に配された、前記第1の半導体領域よりも前記半導体基板に深くまで配され、前記第1の幅よりも狭い第2の幅の第1導電型の第2の半導体領域を有することを特徴とする光電変換装置。 - 半導体基板と、
前記半導体基板の主表面に配された、第1の光電変換素子と、前記第1の光電変換素子に隣接する第2の光電変換素子と、前記第1の光電変換素子に隣接する第3の光電変換素子とを含む複数の光電変換素子と、
前記半導体基板に配された、前記光電変換素子にて生じた信号電荷を転送するためのトランジスタと、を有する光電変換装置において、
前記第1の光電変換素子と前記第2の光電変換素子との間に配された、前記電荷が少数キャリアとなる第1の幅の第1導電型の第1の半導体領域と、
前記第1の光電変換素子と前記第3の光電変換素子との間に配された、前記第1の半導体領域よりも不純物濃度が高く、前記第1の幅よりも狭い第2の幅の第1導電型の第2の半導体領域とを有することを特徴とする光電変換装置。 - 前記第2の半導体領域は前記第1の半導体領域に比べて不純物濃度が高い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素子の上部にカラーフィルタが配されたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第1の半導体領域は、複数のイオン注入によって形成された半導体領域からなり、前記第2の半導体領域は、複数のイオン注入によって形成された半導体領域からなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域は、前記信号電荷に対してポテンシャルバリアとして機能することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第1の半導体領域の前記信号電荷に対するポテンシャルと前記第2の半導体領域の前記信号電荷に対するポテンシャルとが等しいことを特徴とする請求項6に記載の光電変換装置。
- 前記第1の半導体領域あるいは前記第2の半導体領域の上部の前記半導体基板の主表面に、絶縁体を含む素子分離構造が設けられていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記複数の光電変換素子は2次元に配され、
前記第1の光電変換素子と前記第2の光電変換素子とは第2の方向に沿って配され、前記第1の光電変換素子と前記第3の光電変換素子とは第1の方向に沿って配され、
前記第1の方向と前記第2の方向とは直交していることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光電変換装置と
前記光電変換装置から出力される信号を処理する信号処理部とを有する撮像システム。
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