JP2016076647A - 光電変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】より高感度且つ残像が抑制された光電変換装置を提供する。【解決手段】P型の第1の半導体領域と、第1の半導体領域との間にPN接合を形成するN型の第2の半導体領域とを有する光電変換素子と、光電変換素子により生成された電荷を読み出すための読み出し回路とを有し、第1の半導体領域と、第1の半導体領域から最も離間した第2の半導体領域内の一点との間の、半導体基板の表面に垂直な方向に沿った距離をL1、半導体基板の表面に平行な方向に沿った距離をL2として、L1≦L2の関係を有し、第2の半導体領域の不純物濃度をND、第2の半導体領域内におけるホールの拡散係数をDhとして、ND≦7.1×1012(Dh/L22×3.5×10−4−1)の関係を有する。【選択図】図2
Description
本発明は、光電変換装置に関する。
光電変換素子には、高感度で高速読み出しを実現することが求められている。高感度化のために受光部の面積を大型化し、且つ、規定の読み出し時間内に電荷を読み出す手段として、特許文献1の受光部構造が提案されている。
特許文献1には、PN接合により形成される空乏層内に不純物濃度の異なる領域を複数設けてポテンシャル勾配を形成することで、受光部の周縁部において発生した電荷を集めやすくして残像特性を向上することが記載されている。
しかしながら、光電変換装置の更なる高感度化のために、受光部の面積の大型化と残存特性の更なる向上が求められている。
本発明の目的は、より高感度且つ残像が抑制された光電変換装置を提供することにある。
本発明の一観点によれば、半導体基板に形成されたP型の第1の半導体領域と、前記半導体基板に形成され、前記第1の半導体領域との間にPN接合を形成するN型の第2の半導体領域とを有する光電変換素子と、前記光電変換素子の前記第1の半導体領域に接続され、前記光電変換素子により生成された電荷を読み出すための読み出し回路と、を有し、前記第1の半導体領域と、前記半導体基板の表面に垂直な第1の方向において、前記第1の半導体領域から最も離間した位置にある前記第2の半導体領域内の第1の点との間の、前記第1の方向に沿った第1の距離をL1とし、前記第1の半導体領域と、前記半導体基板の表面に平行な第2の方向において、前記第1の半導体領域から最も離間した位置にある前記第2の半導体領域内の第1の点との間の、前記第2の方向に沿った第2の距離をL2として、
L1≦L2
の関係を有し、前記第2の半導体領域が中性領域を含み、前記中性領域の不純物濃度をND、前記第2の半導体領域内におけるホールの拡散係数をDhとして、
の関係を有することを特徴とする光電変換装置が提供される。
L1≦L2
の関係を有し、前記第2の半導体領域が中性領域を含み、前記中性領域の不純物濃度をND、前記第2の半導体領域内におけるホールの拡散係数をDhとして、
また、本発明の他の一観点によれば、半導体基板に形成されたN型の第1の半導体領域と、前記半導体基板に形成され、前記第1の半導体領域との間にPN接合を形成するP型の第2の半導体領域とを有する光電変換素子と、前記光電変換素子の前記第1の半導体領域に接続され、前記光電変換素子により生成された電荷を読み出すための読み出し回路と、を有し、前記第1の半導体領域と、前記半導体基板の表面に垂直な第1の方向において、前記第1の半導体領域から最も離間した位置にある前記第2の半導体領域内の第1の点との間の、前記第1の方向に沿った第1の距離をL1とし、前記第1の半導体領域と、前記半導体基板の表面に平行な第2の方向において、前記第1の半導体領域から最も離間した位置にある前記第2の半導体領域内の第1の点との間の、前記第2の方向に沿った第2の距離をL2として、
L1≦L2
の関係を有し、前記第2の半導体領域が中性領域を含み、前記中性領域の不純物濃度をNA、前記第2の半導体領域内における電子の拡散係数をDeとして、
の関係を有することを特徴とする光電変換装置が提供される。
L1≦L2
の関係を有し、前記第2の半導体領域が中性領域を含み、前記中性領域の不純物濃度をNA、前記第2の半導体領域内における電子の拡散係数をDeとして、
本発明によれば、高感度で残像が抑制された光電変換装置を実現することができる。
本発明に係る幾つかの実施形態は、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサなどの複数の画素を備えた光電変換装置に適用が可能である。特に、受光部のサイズが比較的大きい(例えば1辺が10μm以上)画素を有する光電変換装置への適用が有効である。また、光入射のない遮光層下部における電荷の移動を伴う構造、例えばCCDの電荷転送や電子シャッターのメモリ部での電荷輸送を伴う構造にも適用が可能である。
以下、本発明の実施形態による光電変換装置について、図面を用いて説明する。以下の実施形態では、光電変換素子が生成する信号電荷がホール(正孔)の場合を説明する。この例では、第1導電型がP型に相当し、第2導電型がN型に相当する。ただし、光電変換素子が生成する信号電荷は電子であってもよい。信号電荷が電子の場合、第1導電型がN型に相当し、第2導電型がP型に相当する。
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態による光電変換装置について、図1乃至図4を用いて説明する。図1は、本実施形態による光電変換装置の読み出し及びリセット回路を示す回路図である。図2は、本実施形態による光電変換装置におけるフォトダイオードの平面レイアウト、断面構造及びポテンシャル分布を示す図である。図3は、半導体領域32における不純物濃度と電荷の平均輸送距離との関係を示すグラフである。図4は、本実施形態の変形例による光電変換装置におけるフォトダイオードの構成を示す平面図である。
本発明の第1実施形態による光電変換装置について、図1乃至図4を用いて説明する。図1は、本実施形態による光電変換装置の読み出し及びリセット回路を示す回路図である。図2は、本実施形態による光電変換装置におけるフォトダイオードの平面レイアウト、断面構造及びポテンシャル分布を示す図である。図3は、半導体領域32における不純物濃度と電荷の平均輸送距離との関係を示すグラフである。図4は、本実施形態の変形例による光電変換装置におけるフォトダイオードの構成を示す平面図である。
はじめに、本実施形態による光電変換装置における画素領域の概略構成について、図1及び図2を用いて説明する。
本実施形態による光電変換装置は、画素領域に、複数の単位画素10を有している。図1には行方向(図面において横方向)に沿って配列された2つの単位画素10を示しているが、行方向に配列される単位画素10の数は、これに限定されるものではない。また、単位画素10は、列方向(図面において縦方向)に沿って配列されていてもよいし、行方向及び列方向に沿ってアレイ状に配列されていてもよい。また、必ずしも複数の単位画素を有する必要はなく、1つの単位画素10のみを含む構成でもよい。
各単位画素10は、光電変換素子であるフォトダイオード12と、フォトダイオード12から信号電荷を読み出すための画素内読み出し回路とを含む。画素内読み出し回路は、リセットMOSトランジスタ16と、増幅MOSトランジスタ18と、選択MOSトランジスタ20とを有している。フォトダイオード12のカソードは電源電圧(電圧VDD)に接続されており、アノードはリセットMOSトランジスタ16のソース及び増幅MOSトランジスタ18のゲートに接続されている。リセットMOSトランジスタ16のドレインは、リセット電圧線(電圧VRES)に接続されている。増幅MOSトランジスタ18のドレインは接地され、ソースは選択MOSトランジスタ20のドレインに接続されている。選択MOSトランジスタ20のソースは、定電流源22を介して電源電圧線(電圧VDD)に接続されている。リセットMOSトランジスタ16のゲートはリセット信号線(不図示)に接続されており、リセット信号φRによってリセットMOSトランジスタ16の動作を制御できるようになっている。また、選択MOSトランジスタ20のゲートは選択信号線(不図示)に接続されており、選択信号φSによって選択MOSトランジスタ20の動作を制御できるようになっている。同じ行に属する複数の単位画素10の選択MOSトランジスタ20のソースは、信号読み出し線24に接続されている。信号読み出し線24には、信号読み出し回路の一部を構成する出力バッファ26が接続されている。
次に、本実施形態による光電変換装置におけるフォトダイオード12の具体的構成について、図2を用いて説明する。図2(a)は、フォトダイオード12の平面レイアウトを示す平面図である。図2(b)は、図2(a)のA−A′線断面図である。図2(c)は、図2(b)のB−B′線に沿った部分のポテンシャル分布を示す図である。
半導体基板30内には、図2(b)に示すように、N−型の半導体領域32と、N++型の半導体領域34,36,38と、P+型の半導体領域40と、P++型の半導体領域42とが設けられている。半導体領域42上には、電極44が形成されている。
N−型の半導体領域32は、ウェルを構成する半導体領域である。半導体領域32の側部には、図2(a)及び図2(b)に示すように、N++型の半導体領域34が配置されている。また、半導体領域32の底部には、図2(b)に示すように、N++型の半導体領域36配置されている。これにより、半導体領域32の周囲は、半導体領域34及び半導体領域36により囲まれている。半導体領域34は、半導体領域32内の信号電荷が隣接する素子領域に流出するのを防止するバリア層としての役割を有している。また、半導体領域36は、半導体領域32内の信号電荷が半導体基板30の深部に流出するのを防止するバリア層としての役割を有している。
半導体領域32内の半導体基板30の表面部には、N++型の半導体領域38が設けられている。N++型の半導体領域38の底部には、P+型の半導体領域40が設けられている。半導体基板30の表面の一部には、底部において半導体領域40に接続されたP++型の半導体領域42が設けられている。半導体領域40は、半導体領域32とともにフォトダイオード12をなすPN接合を構成する。半導体領域40は、光電変換により生成された信号電荷を蓄積する蓄積層としての役割をも有する。半導体領域38は、半導体基板30の表面部に接するpn接合の面積を減らして暗電流を抑制するための暗電流抑制領域である。半導体領域42は、半導体領域40に電極44をオーミック接続するためのコンタクト層である。
次に、本実施形態による光電変換装置の基本動作について図1及び図2を用いて説明する。
まず、リセット信号φRによりリセットMOSトランジスタ16を駆動し、フォトダイオード12のアノードをリセット電圧VRESに応じた電圧にリセットする。ここで、リセット電圧VRESは、フォトダイオード12のアノードに印加される電圧(VRES−Vth)が、半導体領域40を全て空乏化するに十分な逆方向電圧となるように設定される。なお、Vthは、リセットMOSトランジスタ16のしきい値電圧である。
フォトダイオード12のアノード(電極44)に逆方向電圧を印加していくと、半導体領域40と半導体領域32との間の空乏層及び半導体領域40と半導体領域38との間の空乏層が、徐々に広がっていく。そして、所定の逆方向電圧のときにこれら空乏層がつながり、間に挟まれた半導体領域40が完全に空乏化する。このときの電圧を、半導体領域40の空乏化電圧と称する。なお、これ以上の逆方向電圧を印加しても、半導体領域40の電位は変化しない。リセット電圧VRESは、フォトダイオード12のアノードにこの空乏化電圧を超える電圧が印加されるように、その値が設定される。
次いで、リセット信号φRによりリセットMOSトランジスタ16をオフ状態とし、フォトダイオード12のリセット処理を完了する。この初期状態から、フォトダイオード12における信号電荷の蓄積期間が開始し、フォトダイオード12では、光電変換によって入射光の光量に応じた信号電荷が生成される。生成された信号電荷は、リセット電圧によって電位がリセットされた半導体領域40に向かって引き寄せられる。これにより、増幅MOSトランジスタ18は、フォトダイオード12により生成された信号電荷の量に応じた電圧がゲートに印加された状態となる。
この状態で、選択信号φSによって選択MOSトランジスタ20が駆動されると、増幅用MOSトランジスタ18は、ドレインが接地され、ソースに選択MOSトランジスタ20を介して定電流源22からバイアス電流が供給された、ソースフォロワ状態となる。これにより、信号読み出し線24には、増幅MOSトランジスタのゲート電圧、すなわちフォトダイオード12により生成された信号電荷の量に応じた増幅MOSトランジスタ18の出力信号が、選択MOSトランジスタ20を介して出力される。そして、信号読み出し線24に出力された出力信号は、画素信号としてバッファ回路26を介して出力される。複数の単位画素10の選択MOSトランジスタ20の駆動タイミングをずらすことで、各単位画素10から順次画素信号を出力することができる。
次に、本実施形態による光電変換装置のフォトダイオード12における信号電荷の生成と蓄積の過程について、より具体的に説明する。
受光部であるフォトダイオード12は、前述のように、半導体領域40と半導体領域32との間のPN接合によって構成される。フォトダイオード12における光電変換によって生成された信号電荷(ここではホール)は、半導体領域40に収集・蓄積される。すなわち、半導体領域40が、信号電荷の蓄積領域に相当する。半導体領域40は、電極44及び半導体領域42を介してリセット電位を印加した際に空乏状態となり、容量増加を抑制しながら電荷を蓄積する機能を果たす。なお、電極44にリセット電圧を印加した際、半導体領域32は完全に空乏化した状態ではなく、中性領域(空乏化していない領域)を含んでいる。
半導体領域40は、図2(a)に示すように、平面視において半導体領域32の内側の領域に配置されている。このため、半導体領域40から平面的に離間した領域の半導体領域32内で生成された電荷は、半導体領域40に向かって半導体領域32内を水平方向(半導体基板30の表面に平行な方向)に移動した後、半導体領域40に蓄積されることになる。
図2(c)は、電極44にリセット電圧を印加したときの、図2(b)のB−B′部に沿ったポテンシャル分布である。B−B′線に沿ったポテンシャルは、半導体領域32にかかる電位と、半導体領域40にかかる電位と、電極44部にかかる電位(リセット電位)との3つに大別される。
ここで、半導体領域32内の電位は、ある面積以上の画素構造においてはほぼ一定であり、半導体領域34と接する部分で、これらのN型不純物濃度差に応じた電位差Pが生じる。半導体領域34は、半導体領域32内の信号電荷が隣接する素子領域に流出するのを防止するものであり、半導体領域32に対するポテンシャル高さは、熱エネルギーで超えられない程度の値、例えば0.25V程度以上であることが望ましい。半導体領域34の不純物濃度を半導体領域32の不純物濃度よりも4桁以上高くすることにより、信号電荷が隣接画素へ流出するのを充分防ぐことのできる0.25V以上のポテンシャル障壁(電位差P)を得ることができる。なお、半導体領域32下に配置される半導体領域36についても同様である。
半導体領域32内で生成された電荷は、半導体領域34,36によって隣接画素や基板方向への流出を抑制され、半導体領域40に向かって拡散しながら移動することになる。
半導体領域40の電位は、前述のように、半導体領域40の全てが空乏状態となる電圧、すなわち空乏化電圧にピンニングされる。したがって、半導体領域40の電位は、図2(c)に示すように、電極44部の電位と半導体領域32の電位との間の値となる。
半導体領域40内の電位も大部分の領域でほぼ一定であるが、電極44の近傍にはリセット電位が印加されているため、半導体領域42に接する部分の近傍の電位はリセット電位となる。半導体領域40内で生成された電荷及び半導体領域40に到達した電荷は、ポテンシャルが一定の領域では拡散しながら移動し、電極44近傍に到達すると電界によるドリフトによって移動する。
ここで、本実施形態による光電変換装置のフォトダイオード12において、図2に示すような距離L1及び距離L2を定義する。
距離L1は、断面視において、半導体領域36の最も不純物濃度の高い深さ位置Zと、半導体領域40と半導体領域32との間のPN接合面とを結ぶ線分の深さ方向(半導体基板30の表面に垂直な方向)の長さに相当する。深さ位置Zは、発生した電荷が半導体基板30のより深い領域に行くか、半導体領域40に行くかの境の位置に当たる。つまり、距離L1は、半導体領域32,36内で生成された電荷が半導体領域40に到達する際に移動する深さ方向の距離であって、この距離が最大となる電荷にとっての深さ方向の移動距離に相当する。距離L1は、シリコン基板を用いた可視光センサでは、およそ10μm以下となる。
なお、本明細書では、半導体領域40によって収集しうる電荷が生成される半導体領域32,36の部分、すなわち深さ位置Zよりも浅い部分の半導体領域32,36を、1つの半導体領域(第2の半導体領域)と呼ぶこともある。このように捉えた場合、距離L1は、第1の半導体領域(半導体領域40)と、第1の半導体領域から最も離間した第2の半導体領域内の一点との間の、半導体基板の表面に垂直な方向に沿った長さに相当する距離であるといえる。
距離L2は、平面視において、半導体領域32内の一点と、半導体領域40と半導体領域32とのPN接合面とを結ぶ最短の線分のうち、最も長い線分の長さに相当する。換言すると、距離L2は、平面視における、半導体領域40から最も離れた半導体領域32内の一点(或いは、半導体領域40から最も離れた半導体領域32と半導体領域36との境界の一点)から、半導体領域40までの距離である。つまり、距離L2は、半導体領域32で生成された電荷が半導体領域40に到達する際に移動する平面方向(半導体基板30の表面に平行な方向)の距離であって、この距離が最大となる電荷にとっての平面方向の移動距離に相当する。
距離L2は、フォトダイオード12、半導体領域40,32等の形状と寸法に依存するが、おおむね10μm〜300μmの範囲にある。
なお、本明細書では、前述のように、深さ位置Zよりも浅い部分の半導体領域32,36を、1つの半導体領域(第2の半導体領域)と呼ぶこともある。このように捉えた場合、距離L2は、第1の半導体領域(半導体領域40)と、第1の半導体領域から最も離間した第2の半導体領域内の一点との間の、半導体基板の表面に平行な方向に沿った長さに相当する距離であるといえる。
電極44にリセット電圧を印加して半導体領域40を空乏化すると、図2(c)に示した水平方向のみならず深さ方向にもポテンシャルの谷が形成され、この谷に向かってポテンシャル勾配が形成される。この状態でフォトダイオード12に光が入射され、半導体領域40内及び半導体領域32,36内における光電変換によって電荷が生成されると、この電荷は半導体領域40内のポテンシャルの谷に集められる。
ところで、本願発明者らは、半導体領域40内において電荷がある距離L3だけ移動するのに要する時間と、半導体領域32内において電荷が同じ距離L3だけ移動するのに要する時間とを比較したところ、前者の時間の方が長いことを見出した。これは、実質的に、空乏状態である半導体領域40内における電荷の移動度が、中性状態(空乏化していない状態)である半導体領域32内における電荷の移動度よりも小さいことに相当する。センサ性能として見た場合、電荷の移動度の小さい前者(半導体領域40)の方が、後者(半導体領域32)よりも残像特性に与える影響が大きい。つまり、半導体領域40の面積を広げすぎると、半導体領域40内を信号電荷が移動するのに要する時間が長くなり、残像が発生しやすくなる。
また、キャリアの輸送過程では、キャリアが輸送される半導体領域の不純物濃度に依存して、再結合によってキャリアが消滅する現象が一般的に知られている。ショックレー(Shockley)、リード(Read)及びホール(Hall)によって示された半導体中の電荷の生成再結合モデルによれば、半導体中のキャリアは不純物濃度に依存した寿命を有し、拡散による移動中に再結合によって消滅する。したがって、半導体領域32内で生成された電荷は、再結合により消滅する前に半導体領域40へ到達しなければ、有効な信号電荷として検出されないことになる。言い換えると、半導体領域32で生成された電荷を信号電荷として収集するためには、電荷が距離L2を拡散移動するのに要する時間を、電荷自身の寿命よりも短くすることが求められる。
或いは、この寿命の間に電荷が拡散移動する距離を、距離L2よりも長くすることが求められる。
キャリアの寿命は、半導体プロセス工程で導入される欠陥の影響をも受ける。
しかしながら、半導体材料には不純物濃度に依存した固有のキャリア寿命があるため、プロセス工程をどんなに改善しても、キャリアが拡散移動する距離を長くするには限界がある。
不純物濃度をN、不純物濃度に依存する寿命の間に電荷が輸送される平均輸送距離をξとすると、不純物濃度Nと平均輸送距離ξとは、以下の関係式で表される。
ここで、NDはドナー濃度、ξhはホールの平均輸送距離、Dhはホールの拡散係数、NAはアクセプタ濃度、ξeは電子の平均輸送距離、Deは電子の拡散係数である。なお、代表的な値としては、ホールの拡散係数Dhは5〜15[cm2/sec]程度、電子の拡散係数Deは20〜40[cm2/sec]程度である。
したがって、キャリアの平均輸送距離ξを距離L2よりも大きくするためには、ξ≧L2として、半導体領域32の少なくとも中性領域の不純物濃度を、その導電型に応じて、以下の式(3)又は式(4)の関係を満たすように設定すればよい。
式(1)及び式(2)で示される関係について、横軸を距離L2、縦軸を半導体領域32の不純物濃度として、図3に表す。図中、▲は信号電荷がホールの場合であり、■は信号電荷が電子の場合である。
本実施形態において例示するように信号電荷がホールの場合、式(1)に従い、距離L2を、半導体領域32の所定の不純物濃度Nに対応する平均輸送距離ξ以下にすることによって、ホール電荷の寿命による消滅を防ぐことができる。或いは、半導体領域32の不純物濃度Nを、式(3)に従い、距離L2に対応する不純物濃度以下にすることによって、ホール電荷の寿命による消滅を防ぐことができる。
例えば、距離L2が125μmの場合、半導体領域32の不純物濃度を2.0×1014[cm−3]以下に設定することで、寿命による電荷の消滅を防ぐことができる。また、例えば、距離L2が60μmの場合、半導体領域32の不純物濃度を9.0×1014[cm−3]以下に設定することで、寿命による電荷の消滅を防ぐことができる。また、例えば、距離L2が20μmの場合、半導体領域32の不純物濃度を8.0×1015[cm−3]以下に設定することで、寿命による電荷の再結合を防ぐことができる。
なお、フォトダイオード12の受光面積を維持しつつ距離L2を短縮する手段としては、半導体領域40の面積を大きくすることも考えられる。この場合、半導体領域40の面積を、残像の影響を無視できる範囲内で拡大したうえで、距離L2に基づいて不純物濃度を決定するようにしてもよい。
或いは、距離L2を短縮する手段としては、例えば図4に示すように、半導体領域40の平面形状を変更することも考えられる。図4(a)は、半導体領域40の平面形状を半楕円形状とした例である。図4(b)は、半導体領域40の平面形状を三角形形状とした例である。図4(c)及び図4(d)は、半導体領域40を、放射状に枝部を伸ばした平面形状とした例である。図4(c)と図4(d)とは、放射状に伸ばした枝部の長さが異なっている。図4の各例において、距離L2は図中に矢印で示した部分が該当する。●印は、距離L2が最大となる信号電荷が発生する箇所の例を表している。
このようにすることで、空乏化によって移動度が低下する半導体領域40の面積を最小限に抑え、且つ、半導体領域32での電荷の寿命による再結合を抑制した適切な寸法のフォトダイオード12の設計が可能となる。つまり、半導体領域32の所定の不純物濃度に対応する電荷の寿命から平均輸送距離を算出し、適切な距離L2を設定することで、高感度で残像が抑制された光電変換装置を実現することができる。本実施形態による光電変換装置のこのような特徴は、フォトダイオード12内における信号電荷の輸送距離が比較的長い、1辺が10μm程度以上の大面積の画素を有する光電変換装置において、特に有用である。また、本発明は、表面方向に沿って電荷を輸送する際に、キャリアの再結合を抑制するとともに、より早く電荷を収集することを一つの目的とする技術に関するものである。したがって、横方向の電荷収集が律速する光電変換装置、具体的には、距離L1と距離L2とがL1≦L2の関係にある光電変換装置において、特に効果が発揮される。
本願発明者らは、本実施形態による上記内容に基づき、フォトダイオード12の各部パラメータを以下のように設定することで、高感度で残像が抑制された光電変換装置が得られることを確認した。
フォトダイオード12の長手方向の寸法:125[μm]
距離L1:3[μm]
距離L2:80[μm]
N−型の半導体領域32の不純物濃度:1×1013[cm−3]
N++型の半導体領域34の不純物濃度:2×1019[cm−3]
N++型の半導体領域36の不純物濃度:5×1018[cm−3]
N++型の半導体領域36の基板表面からの深さ:およそ7.0[μm]
N++型の半導体領域38の不純物濃度:5×1018[cm−3]
P+型の半導体領域40の不純物濃度:5×1016[cm−3]
P++型の半導体領域42の不純物濃度:1×1020[cm−3]
リセット電圧:1V
フォトダイオード12の長手方向の寸法:125[μm]
距離L1:3[μm]
距離L2:80[μm]
N−型の半導体領域32の不純物濃度:1×1013[cm−3]
N++型の半導体領域34の不純物濃度:2×1019[cm−3]
N++型の半導体領域36の不純物濃度:5×1018[cm−3]
N++型の半導体領域36の基板表面からの深さ:およそ7.0[μm]
N++型の半導体領域38の不純物濃度:5×1018[cm−3]
P+型の半導体領域40の不純物濃度:5×1016[cm−3]
P++型の半導体領域42の不純物濃度:1×1020[cm−3]
リセット電圧:1V
なお、上記の例では、距離L2=80μm=平均輸送距離の条件を満たす半導体領域32の上限の不純物濃度が、図3によれば約6×1014[cm−3]程度であるところ、これよりも低濃度である1×1013[cm−3]に設定している。
このように、本実施形態によれば、フォトダイオード内におけるキャリアの再結合を抑制してキャリアの転送効率を向上することができ、高感度で残像が抑制された光電変換装置を実現することができる。
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態による光電変換装置について、図5を用いて説明する。
本発明の第2実施形態による光電変換装置について、図5を用いて説明する。
図5は、本実施形態による光電変換装置におけるフォトダイオードの平面レイアウト、断面構造及びポテンシャル分布を示す図である。図1乃至図4に示す第1実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
本実施形態による光電変換装置におけるフォトダイオード12の具体的構成について、図5を用いて説明する。図5(a)は、フォトダイオードの平面レイアウトを示す平面図である。図5(b)は、図5(a)のA−A′線断面図である。図5(c)は、図5(b)のB−B′線に沿った部分のポテンシャル分布を示す図である。
本実施形態による光電変換装置のフォトダイオード12は、図5(a)及び図5(b)に示すように、N型の半導体領域46を更に有するほかは、図2(a)及び図2(b)に示す第1実施形態による光電変換装置のフォトダイオード12と同様である。半導体領域46は、図5(a)に示すように、平面視において、半導体領域32と半導体領域34との間に配置されている。また、半導体領域46は、図5(b)に示すように、半導体領域38の底部に接し、半導体領域32の底部よりも浅い深さまで形成されている。
半導体領域46の不純物濃度は、半導体領域32よりも高く、半導体領域34よりも低くなっている。すなわち、半導体領域32,34,46の不純物濃度の大小関係は、
半導体領域32<半導体領域46<半導体領域34
となっている。
半導体領域32<半導体領域46<半導体領域34
となっている。
半導体領域32,34,46の不純物濃度をこのような関係とすることにより、図5(b)のB−B′線に沿った部分のポテンシャル分布には、図5(c)に示すように、半導体領域34と半導体領域40との間にポテンシャル段差が形成される。半導体領域32,46内における電荷の移動は拡散であるところ、このようなポテンシャル分布とすることで、電極44から遠ざかる方向に電荷が逆戻りする移動を防ぐように、電荷の拡散方向を狭めることができる。これにより、半導体領域32,46内で生成された電荷が半導体領域40へ到達するまでに要する時間を短縮化することができる。
本実施形態では、N型半導体領域内のポテンシャル段差を1段としたが、ポテンシャル段差の段数は1段に限らず、複数段設けてもよい。このようにすることで、電極44から遠ざかる方向に電荷が逆戻りする移動を更に防ぐことができる。
本願発明者らは、本実施形態による上記内容に基づき、フォトダイオード12の各部パラメータを以下のように設定することで、高感度で残像が抑制された光電変換装置が得られることを確認した。以下に示していないパラメータは、第1実施形態と同様である。
N型の半導体領域46の不純物濃度:1×1014[cm−3]
N型の半導体領域46の不純物濃度:1×1014[cm−3]
距離L2=80μm=平均輸送距離の条件を満たす半導体領域32,46の上限の不純物濃度は、図3によれば、約6×1014[cm−3]程度である。この関係を満たすように、半導体領域32及び半導体領域46の不純物濃度は、それぞれ、1×1013[cm−3]及び1×1014[cm−3]に設定している。半導体領域46の幅をL2/2に設定した場合、図3の関係から、半導体領域46の不純物濃度を約1×1015[cm−3]まで増加しても、本発明の十分な効果を得ることができる。
このように、本実施形態によれば、フォトダイオード内におけるキャリアの再結合を抑制してキャリアの転送効率を向上することができ、高感度で残像が抑制された光電変換装置を実現することができる。また、フォトダイオードのN型半導体領域内にポテンシャル段差を追加することで、キャリアの転送効率を更に高めることができる。
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態による光電変換装置について、図6を用いて説明する。
本発明の第3実施形態による光電変換装置について、図6を用いて説明する。
図6は、本実施形態による光電変換装置におけるフォトダイオードの平面レイアウト、断面構造及びポテンシャル分布を示す図である。図1乃至図5に示す第1及び第2実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
本実施形態による光電変換装置におけるフォトダイオード12の具体的構成について、図6を用いて説明する。図6(a)は、フォトダイオードの平面レイアウトを示す平面図である。図6(b)は、図6(a)のA−A′線断面図である。図6(c)は、図6(b)のB−B′線に沿った部分のポテンシャル分布を示す図である。
本実施形態による光電変換装置のフォトダイオード12は、図6(a)及び図6(b)に示すように、P型の半導体領域48を更に有するほかは、図2(a)及び図2(b)に示す第1実施形態による光電変換装置のフォトダイオード12と同様である。半導体領域48は、図6(a)に示すように、平面視において、半導体領域40と半導体領域32との間に配置されている。また、半導体領域48は、図6(b)に示すように、半導体領域38の底部に接し、半導体領域40と同じ深さまで形成されている。
半導体領域48の不純物濃度は、半導体領域40よりも低くなっている。すなわち、半導体領域40,42,48の不純物濃度の大小関係は、
半導体領域48<半導体領域40<半導体領域42
となっている。
半導体領域48<半導体領域40<半導体領域42
となっている。
半導体領域40,42,48の不純物濃度をこのような関係とすることにより、図6(b)のB−B′線に沿った部分のポテンシャル分布には、図6(c)に示すように、半導体領域32と半導体領域40との間にポテンシャル段差が形成される。半導体領域48,40中の無電界の領域の電荷の移動は拡散であるところ、このようなポテンシャル分布とすることで、電極44から遠ざかる方向に電荷が逆戻りする移動を防ぐように、電荷の拡散領方向を狭めることができる。これにより、生成された電荷が電極44へ到達するまでに要する時間を短縮化することができる。
本実施形態では、P型半導体領域内のポテンシャル段差を1段としたが、ポテンシャル段差の段数は1段に限らず、複数段設けてもよい。このようにすることで、電極44から遠ざかる方向に電荷が逆戻りする移動を更に防ぐことができる。
本願発明者らは、本実施形態による上記内容に基づき、フォトダイオード12の各部パラメータを以下のように設定することで、高感度で残像が抑制された光電変換装置が得られることを確認した。以下に示していないパラメータは、第1実施形態と同様である。
P型の半導体領域48の不純物濃度:1×1016[cm−3]
P型の半導体領域48の不純物濃度:1×1016[cm−3]
このように、本実施形態によれば、フォトダイオード内におけるキャリアの再結合を抑制してキャリアの転送効率を向上することができ、高感度で残像が抑制された光電変換装置を実現することができる。また、フォトダイオードのP型半導体領域内にポテンシャル段差を追加することで、キャリアの転送効率を更に高めることができる。
[第4実施形態]
本発明の第4実施形態による光電変換装置について、図7を用いて説明する。
本発明の第4実施形態による光電変換装置について、図7を用いて説明する。
図7は、本実施形態による応電変換装置におけるフォトダイオードの平面レイアウト、断面構造及びポテンシャル分布を示す図である。図1乃至図6に示す第1乃至第3実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
本実施形態による光電変換装置におけるフォトダイオード12の具体的構成について、図7を用いて説明する。図7(a)は、フォトダイオードの平面レイアウトを示す平面図である。図7(b)は、図7(a)のA−A′線断面図である。図7(c)は、図7(b)のB−B′線に沿った部分のポテンシャル分布を示す図である。
本実施形態による光電変換装置のフォトダイオード12は、図7(a)及び図7(b)に示すように、N+型の半導体領域50を更に有するほかは、図2(a)及び図2(b)に示す第1実施形態による光電変換装置のフォトダイオード12と同様である。半導体領域50は、図6(a)及び図6(b)に示すように、平面視において半導体領域40が形成された領域を除く半導体領域32と半導体領域38との間に配置されている。
半導体領域50の不純物濃度は、半導体領域38よりも低くなっている。すなわち、半導体領域32,38,50の不純物濃度の大小関係は、
半導体領域32<半導体領域50<半導体領域38
となっている。N+型の半導体領域50は、例えば、半導体領域38の不純物分布の裾からN−型の半導体領域32にかけて、P型化しない程度の低濃度のP型不純物をイオン注入することによって形成することができる。これにより、半導体領域38の深さ方向の不純物分布の裾の部分が急峻に降下し、半導体領域50の正味の不純物濃度としては、N+型と記述することができる。
半導体領域32<半導体領域50<半導体領域38
となっている。N+型の半導体領域50は、例えば、半導体領域38の不純物分布の裾からN−型の半導体領域32にかけて、P型化しない程度の低濃度のP型不純物をイオン注入することによって形成することができる。これにより、半導体領域38の深さ方向の不純物分布の裾の部分が急峻に降下し、半導体領域50の正味の不純物濃度としては、N+型と記述することができる。
半導体領域32と半導体領域38との間にN+型の半導体領域50を設けることにより、半導体領域50を設けない場合と比較して、半導体領域34との間のポテンシャル障壁が高くなり、隣接画素への信号電荷の流出を更に防止することができる。すなわち、半導体領域50を設けない場合には、図7(c)に点線で示すように、半導体領域32と半導体領域34との間のポテンシャル障壁高さはPである。これに対して、半導体領域50を設けた場合には、図7(c)に実線で示すように、半導体領域50と半導体領域34との間のポテンシャル障壁高さはPより大きいP2となる。
なお、本明細書では、半導体領域32,50を一つの半導体領域として扱うこともある。この場合、この半導体領域(第2の半導体領域)は、第1の不純物濃度の第1の領域と、第1の領域よりも表面側に形成され、第1の不純物領域よりも低い第2の不純物濃度の第2の領域(半導体領域38)とを有するものと考えることができる。
本願発明者らは、本実施形態による上記内容に基づき、フォトダイオード12の各部パラメータを以下のように設定することで、高感度で残像が抑制された光電変換装置が得られることを確認した。以下に示していないパラメータは、第1実施形態と同様である。
N−−型の半導体領域50の形成条件:P型注入1×1016[cm−3]、投影飛程Rp0.3[μm]
N−−型の半導体領域50の形成条件:P型注入1×1016[cm−3]、投影飛程Rp0.3[μm]
このように、本実施形態によれば、フォトダイオード内におけるキャリアの再結合を抑制してキャリアの転送効率を向上することができ、高感度で残像が抑制された光電変換装置を実現することができる。また、フォトダイオードのN型半導体領域内に低濃度領域を設けて外部に信号電荷が流出するのを更に抑制するので、キャリアの転送効率を更に高めることができる。
[第5実施形態]
本発明の第5実施形態による光電変換装置について、図8及び図9を用いて説明する。
本発明の第5実施形態による光電変換装置について、図8及び図9を用いて説明する。
図8は本実施形態による光電変換装置の読み出し及びリセット回路を示す回路図である。図9は、本実施形態による光電変換装置におけるフォトダイオードの平面レイアウト、断面構造及びポテンシャル分布を示す図である。図1乃至図7に示す第1乃至第4実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
本実施形態による光電変換装置の画素は、図8に示すように、フォトダイオード12のアノードと、リセットMOSトランジスタ16のソースと増幅MOSトランジスタ18のゲートとの接続ノードとの間に、転送MOSトランジスタ14を更に有している。この画素は、第1実施形態に示したいわゆる直結型の画素ではなく、転送型の画素である。
転送MOSトランジスタ14は、フォトダイオード12のアノードにソースが接続され、リセットMOSトランジスタ16のソースと増幅MOSトランジスタ18のゲートとの接続ノードにドレインが接続されている。転送MOSトランジスタ14のゲートは転送ゲート信号線(不図示)に接続されており、選択信号φTXによって転送MOSトランジスタ14の動作を制御できるようになっている。リセットMOSトランジスタ16のソース、増幅MOSトランジスタ18のゲート及び転送MOSトランジスタ14のドレインの接続ノードは、フローティングディフュージョン領域(以下、「FD領域」と表記する)を構成する。
転送MOSトランジスタ14を所望のタイミングで動作することにより、フォトダイオード12に蓄積していた電荷を増幅MOSトランジスタ18のゲート側に一斉に読み出すことができる。リセット状態における画素信号と、信号電荷を一斉に転送した後の画素信号とを別々に読み出し、それらの出力の差分を取ることで、転送MOSトランジスタ14以降の画素内読み出し回路のノイズ成分を取り除くことができる。
次に、本実施形態による光電変換装置におけるフォトダイオード12の具体的構成について、図9を用いて説明する。図9(a)は、フォトダイオードの平面レイアウトを示す平面図である。図9(b)は、図9(a)のA−A′線断面図である。図9(c)は、図9(b)のB−B′線に沿った部分のポテンシャル分布を示す図である。
本実施形態による光電変換装置のフォトダイオード12において、半導体領域40は、転送MOSトランジスタ14のソースをも構成する。半導体領域32内で半導体領域40から離間して配置されたP++型の半導体領域52は、FD領域の浮遊容量を構成するとともに、転送MOSトランジスタ14のドレインを構成する。半導体領域40と半導体領域52との間の半導体領域32上には、ゲート絶縁膜54を介して、転送MOSトランジスタ14のゲート電極56が形成されている。
転送MOSトランジスタ14をオン状態にしたときのポテンシャル分布は、図9(c)のようになる。転送MOSトランジスタ14をオン状態にすることで、フォトダイオード12に蓄積していた信号電荷が半導体領域52部に形成されるポテンシャルの谷に流入できるようになり、FD領域に信号電荷を収集することができる。
本実施形態による光電変換装置においても、距離L2と半導体領域32の不純物濃度の設定手法は、第1乃至第4実施形態の場合と同様である。
このように、本実施形態によれば、フォトダイオード内におけるキャリアの再結合を抑制してキャリアの転送効率を向上することができ、高感度で残像が抑制された光電変換装置を実現することができる。また、画素内読み出し回路に転送MOSトランジスタを追加するので、よりノイズの少ない出力信号を得ることができる。
[第6実施形態]
本発明の第6実施形態による光電変換装置について、図10を用いて説明する。図10は、本実施形態による光電変換装置におけるフォトダイオードの平面レイアウト、断面構造及びポテンシャル分布を示す図である。図1乃至図9に示す第1乃至第5実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
本発明の第6実施形態による光電変換装置について、図10を用いて説明する。図10は、本実施形態による光電変換装置におけるフォトダイオードの平面レイアウト、断面構造及びポテンシャル分布を示す図である。図1乃至図9に示す第1乃至第5実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
本実施形態による光電変換装置におけるフォトダイオード12の具体的構成について、図10を用いて説明する。図10(a)は、フォトダイオードの平面レイアウトを示す平面図である。図10(b)は、図10(a)のA−A′線断面図である。図10(c)は、図10(b)のB−B′線に沿った部分のポテンシャル分布を示す図である。
本実施形態による光電変換装置のフォトダイオード12は、図10に示すように、半導体領域40,42及び電極44が、画素中央の位置に配置されているほかは、第1実施形態による光電変換装置のフォトダイオード12と同様である。
半導体領域40を画素中央の位置に配置することにより、第1実施形態の場合と比較して、画素端部で発生した電荷の電極44までの平均移動距離を短くすることができる。これにより、残像を更に低下することができる。
なお、第1実施形態による光電変換装置のように半導体領域40を周縁部に配置することには、フォトダイオード12に接続される画素回路素子までの配線長を短くして配線容量を低減できるというメリットがある。
このように、本実施形態によれば、フォトダイオード内におけるキャリアの再結合を抑制してキャリアの転送効率を向上することができ、高感度で残像が抑制された光電変換装置を実現することができる。
[第7実施形態]
本発明の第7実施形態による光電変換装置について、図11を用いて説明する。図11は、本実施形態による光電変換装置におけるフォトダイオードの平面レイアウトを示す図である。図1乃至図10に示す第1乃至第6実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
本発明の第7実施形態による光電変換装置について、図11を用いて説明する。図11は、本実施形態による光電変換装置におけるフォトダイオードの平面レイアウトを示す図である。図1乃至図10に示す第1乃至第6実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
本実施形態による光電変換装置は、半導体領域32,36,38が配置された領域内に、単位画素10を構成する素子のうち、フォトダイオード12を除く他の画素回路素子58が配置されている点で、第6実施形態による光電変換装置とは異なっている。この画素回路素子58は、例えば、転送MOSトランジスタ14、リセットMOSトランジスタ16、増幅MOSトランジスタ18、選択MOSトランジスタ20などである。これら素子は、第6実施形態ではフォトダイオード12よりも外側の領域に配置されていたものである。図11には、画素回路素子58として1つのMOSトランジスタを例示しているが、複数の素子が配置されていてもよい。
画素回路素子58は、画素回路分離層60によって周囲を囲まれ、半導体領域32,36,38から分離されており、フォトダイオード12と画素回路素子58とを分離して動作できるようになっている。画素回路分離層60は、例えば、高濃度のN++型半導体領域や、素子分離絶縁層などにより形成することができる。画素回路分離層60で囲まれた画素回路素子58の形成領域には、ウェルとしてN型の半導体領域62が形成されている。フォトダイオード12の電極44と画素回路素子58とは、配線64により接続されている。
ここで、信号電荷が収集される電極44の容量には、電極44を形成する接合容量に加え、増幅MOSトランジスタ18のゲートまでの配線容量及びリセットMOSトランジスタ16のソースまでの配線容量をも含まれる。第6実施形態の光電変換装置では、画素回路素子をフォトダイオード12よりも外側の領域に配置する必要があるため配線容量が大きく、これにより単位電荷あたりの電圧が小さくなることがあった。
この点、本実施形態による光電変換装置では、画素回路素子58を電極44の近くに配置するため、配線容量を大幅に低減することができ、第6実施形態による光電変換装置の場合よりも単位電荷あたりの電圧を大きくすることができる。
このように、本実施形態によれば、フォトダイオード内におけるキャリアの再結合を抑制してキャリアの転送効率を向上することができ、高感度で残像が抑制された光電変換装置を実現することができる。また、フォトダイオードの配置領域の内側に画素内読み出し回路を構成する素子を配置するので、配線容量を低減し、単位電荷あたりの出力電圧を大きくすることができる。
[第8実施形態]
本発明の第8実施形態による撮像システムについて、図12を用いて説明する。図12は、本実施形態による撮像システムの構成を示す概略図である。図1乃至図に11に示す第1乃至第7実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
本発明の第8実施形態による撮像システムについて、図12を用いて説明する。図12は、本実施形態による撮像システムの構成を示す概略図である。図1乃至図に11に示す第1乃至第7実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
本実施形態による撮像システム200は、特に限定されるものではないが、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、カメラヘッド、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星等に適用可能である。
撮像システム200は、光電変換装置100、レンズ202、絞り203、バリア201、信号処理部207、タイミング発生部208、全体制御・演算部209、メモリ部210、記録媒体制御I/F部211、外部I/F部213を有している。
レンズ202は、被写体の光学像を光電変換装置100に結像させるためのものである。絞り203は、レンズ202を通った光量を可変するためのものである。バリア201は、レンズ202の保護のためのものである。光電変換装置100は、先の実施形態で説明した光電変換装置であって、レンズ202により結像された光学像を画像データに変換するものである。
信号処理部207は、光電変換装置100より出力された撮像データに各種の補正やデータを圧縮する処理を行う信号処理部である。画像データをAD変換するためのAD変換部は、光電変換装置100と同じ基板に搭載されていてもよいし、別の基板に搭載されていてもよい。また、信号処理部207も、光電変換装置100と同じ基板に搭載されていてもよいし、別の基板に搭載されていてもよい。タイミング発生部208は、光電変換装置100及び信号処理部207に、各種タイミング信号を出力するためのものである。全体制御・演算部209は、撮像システムの全体を制御する全体制御部である。ここで、タイミング信号などは撮像システム200の外部から入力されてもよく、撮像システムは少なくとも光電変換装置100と、光電変換装置100から出力された撮像信号を処理する信号処理部207とを有していればよい。
メモリ部210は、画像データを一時的に記憶するためのフレームメモリ部である。記録媒体制御I/F部211は、記録媒体212への記録或いは記録媒体212からの読み出しを行うためのインターフェース部である。記録媒体212は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体である。外部I/F部213は、外部コンピュータ等と通信するためのインターフェース部である。
このようにして、第1乃至第7実施形態による光電変換装置を適用した撮像システムを構成することにより、残像が低減された良質の画像を取得することができる。
[変形実施形態]
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、第2乃至第7実施形態では、第1実施形態による光電変換装置に対して付加的な構成を追加する例をそれぞれ示したが、第2乃至第7実施形態に示した付加的な構成を任意に2つ以上選択して組み合わせてもよい。
また、第8実施形態に示した撮像システムは、本発明の光電変換装置を適用しうる撮像システムの一例を示したものであり、本発明の光電変換装置を適用可能な撮像システムは図12に示した構成に限定されるものではない。
上記実施形態は、本発明を適用しうる幾つかの態様を例示したものに過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜修正や変形を行うことを妨げるものではない。
10 単位画素
12 フォトダイオード
14 転送MOSトランジスタ
16 リセットMOSトランジスタ
18 増幅MOSトランジスタ
20 選択MOSトランジスタ
30 半導体基板
32 N−型の半導体領域
34,36,38 N++型の半導体領域
40 P+型の半導体領域
42,52 P++型の半導体領域
44 電極
12 フォトダイオード
14 転送MOSトランジスタ
16 リセットMOSトランジスタ
18 増幅MOSトランジスタ
20 選択MOSトランジスタ
30 半導体基板
32 N−型の半導体領域
34,36,38 N++型の半導体領域
40 P+型の半導体領域
42,52 P++型の半導体領域
44 電極
Claims (11)
- 半導体基板に形成されたP型の第1の半導体領域と、前記半導体基板に形成され、前記第1の半導体領域との間にPN接合を形成するN型の第2の半導体領域とを有する光電変換素子と、
前記光電変換素子の前記第1の半導体領域に接続され、前記光電変換素子により生成された電荷を読み出すための読み出し回路と、を有し、
前記第1の半導体領域と、前記半導体基板の表面に垂直な第1の方向において、前記第1の半導体領域から最も離間した位置にある前記第2の半導体領域内の第1の点との間の、前記第1の方向に沿った第1の距離をL1とし、
前記第1の半導体領域と、前記半導体基板の表面に平行な第2の方向において、前記第1の半導体領域から最も離間した位置にある前記第2の半導体領域内の第1の点との間の、前記第2の方向に沿った第2の距離をL2として、
L1≦L2
の関係を有し、
前記第2の半導体領域が中性領域を含み、前記中性領域の不純物濃度をND、前記第2の半導体領域内におけるホールの拡散係数をDhとして、
ことを特徴とする光電変換装置。 - 半導体基板に形成されたN型の第1の半導体領域と、前記半導体基板に形成され、前記第1の半導体領域との間にPN接合を形成するP型の第2の半導体領域とを有する光電変換素子と、
前記光電変換素子の前記第1の半導体領域に接続され、前記光電変換素子により生成された電荷を読み出すための読み出し回路と、を有し、
前記第1の半導体領域と、前記半導体基板の表面に垂直な第1の方向において、前記第1の半導体領域から最も離間した位置にある前記第2の半導体領域内の第1の点との間の、前記第1の方向に沿った第1の距離をL1とし、
前記第1の半導体領域と、前記半導体基板の表面に平行な第2の方向において、前記第1の半導体領域から最も離間した位置にある前記第2の半導体領域内の第1の点との間の、前記第2の方向に沿った第2の距離をL2として、
L1≦L2
の関係を有し、
前記第2の半導体領域が中性領域を含み、前記中性領域の不純物濃度をNA、前記第2の半導体領域内における電子の拡散係数をDeとして、
ことを特徴とする光電変換装置。 - 前記第1の半導体領域及び前記第2の半導体領域を囲むように前記第2の半導体領域に接して設けられ、前記第2の半導体領域と同じ導電型の第3の半導体領域を更に有し、
前記第3の半導体領域の不純物濃度は、前記第2の半導体領域の不純物濃度よりも高い
ことを特徴とする請求項1又は2記載の光電変換装置。 - 前記第3の半導体領域の前記不純物濃度は、前記第2の半導体領域の前記不純物濃度よりも4桁以上高い
ことを特徴とする請求項3記載の光電変換装置。 - 前記第2の半導体領域は、少なくとも1つのポテンシャル段差を有する
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の半導体領域は、少なくとも1つのポテンシャル段差を有する
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2の半導体領域は、第1の不純物濃度の第1の領域と、前記第1の領域よりも前記半導体基板の表面側に形成され、前記第1の不純物濃度よりも低い第2の不純物濃度の第2の領域とを有する
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記半導体基板の表面部に形成され、底部において前記第1の半導体領域及び前記第2の半導体領域に接し、前記第2の半導体領域と同じ導電型の第4の半導体領域を更に有する
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。 - 前記読み出し回路は、前記第1の半導体領域をソース又はドレインとする転送MOSトランジスタを含む
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。 - 前記半導体基板の、前記第2の半導体領域が配置された領域の内側に、前記読み出し回路を構成する素子の少なくとも一部が配置されている
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 請求項1乃至10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た信号を処理する信号処理部と
を有することを特徴とする撮像システム。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US10319757B2 (en) | 2016-08-29 | 2019-06-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device and imaging system |
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2014
- 2014-10-08 JP JP2014207170A patent/JP2016076647A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106098718A (zh) * | 2016-08-08 | 2016-11-09 | 北京思比科微电子技术股份有限公司 | 一种传输空穴的图像传感器像素结构 |
US10319757B2 (en) | 2016-08-29 | 2019-06-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device and imaging system |
EP3703130A2 (en) | 2019-02-27 | 2020-09-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device, imaging system, radioactive ray imaging system, and movable object |
JP2020141119A (ja) * | 2019-02-27 | 2020-09-03 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置 |
CN111627944A (zh) * | 2019-02-27 | 2020-09-04 | 佳能株式会社 | 光电转换设备、成像系统、放射线成像系统和可移动物体 |
US11503234B2 (en) | 2019-02-27 | 2022-11-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device, imaging system, radioactive ray imaging system, and movable object |
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