JP2018160667A - 固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[固体撮像装置の画素構造]
図1は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素部の断面図を示し、図2は、本実施形態に係る固体撮像装置の単位画素セルの回路図を示す。固体撮像装置100は、単位画素セル210が行列状に配置された画素部200を有している。単位画素セル210は、入射光を光電変換して電荷を発生する光電変換部211と、光電変換部211で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積部212と、電荷蓄積部212に蓄積された電荷を読み出す読み出し回路部213と、読み出し回路部213で読み出された電荷を出力する出力回路部214と、を有している。なお、以降の説明において光電変換部211をAPDと言うことがある。
次に、第1基板1の第2主面S2に光が入射したときの固体撮像装置100での電荷読み出しについて説明する。
本実施形態に係る固体撮像装置100は、一以上の単位画素セル210を有している。単位画素セル210は、入射光を光電変換して発生した電荷を増倍する光電変換部211と、光電変換部211で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積部212と、電荷蓄積部212に蓄積された電荷を読み出す読み出し回路部213と、読み出し回路部213で読み出された電荷に応じて信号を出力する出力回路部214と、を有している。電荷蓄積部212と読み出し回路部213とが第1基板1の第1主面S1側にそれぞれ設けられ、出力回路部214が第2基板21に設けられている。また、光電変換部212は、第1基板1の内部に、n型半導体領域(第1の他導電型半導体領域)5と、これに接して設けられたp型半導体領域(第1の他導電型半導体領域)4とを有し、これらの半導体領域4,5でアバランシェ増倍部AMが構成されている。また、光電変換部212は、第1基板1の第2主面S2に設けられたp+型半導体領域(第2の他導電型半導体領域)2を有し、アバランシェ増倍部AMに逆バイアス状態にするためのバイアス電圧VREVがp+型半導体領域2に印加される。また、単位画素セル210において、読み出し回路部213と出力回路部214とが電気的に接続されている。
図3は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素部の断面図を示し、図4は、本実施形態に係る固体撮像装置の単位画素セルの回路図を示す。図5は、図3および図4に示した単位画素セルを説明するための模式図である。
図7は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素部の断面図を、第2の実施形態における図5と同様の模式図で示したものである。
図8は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素部の断面図を、第3の実施形態における図7と同様の形態で示した図である。
図9は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素部の断面図を、第4の実施形態における図8と同様の形態で示した図である。
2 p+型半導体領域(第2の他導電型半導体領域)
3 p−型半導体領域
4 p型半導体領域(第1の他導電型半導体領域)
5 n型半導体領域(第1の一導電型半導体領域)
6 n−型半導体領域(画素分離領域)
7 n型半導体領域(第2の一導電型半導体領域)
8 p+型半導体領域(第3の他導電型半導体領域)
9 n型半導体領域(第3の一導電型半導体領域)
10,26 ゲート絶縁膜
11 n型半導体領域
12,27 絶縁層
13,28 コンタクトプラグ
14,29 接続パッド
15 n型半導体領域(第4の一導電型半導体領域)
18 配線
21 第2基板
22 n型シリコン基板
23〜25 n型半導体領域
40,41 n型半導体領域(電荷排出部)
42 p+型半導体領域
43 n型半導体領域(第5の一導電型半導体領域)
44 n型半導体領域(第6の一導電型半導体領域)
100 固体撮像装置
200 画素部
210 単位画素セル
211 光電変換部
212 電荷蓄積部
213 読み出し回路部
214 出力回路部
AM アバランシェ増倍部
RST リセットゲート
S1 第1基板の第1主面
S2 第1基板の第2主面(光入射面)
SF 増幅ゲート
SL 選択ゲート
TX1〜TX5 第1〜第5の転送ゲート
VL 負荷ゲート
Claims (9)
- 一以上の画素セルを有する固体撮像装置であって、
前記画素セルは、
入射光を光電変換して発生した電荷を増倍する光電変換部と、
前記光電変換部で発生した前記電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部に蓄積された前記電荷を読み出す読み出し回路部と、
前記読み出し回路部で読み出された前記電荷に応じて信号を出力する出力回路部と、を有し、
前記電荷蓄積部と前記読み出し回路部とが第1基板の第1主面側にそれぞれ設けられ、
前記出力回路部が第2基板に設けられ、
前記光電変換部は、
第1の一導電型半導体領域と当該第1の一導電型半導体領域に接して設けられた第1の他導電型半導体領域とで構成されるアバランシェ増倍部と、前記アバランシェ増倍部を逆バイアス状態にするためのバイアス電圧が印加される第2の他導電型半導体領域と、を有し、
前記第2の他導電型半導体領域が前記第1基板の第2主面に、前記アバランシェ増倍部が前記第1基板の内部にそれぞれ設けられ、
一の前記画素セルにおいて、前記読み出し回路部と前記出力回路部とが電気的に接続されていることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記電荷蓄積部は前記第1基板の第1主面から前記第1基板の内部に延びて設けられた第3の他導電型半導体領域と、当該第3の他導電型半導体領域と前記光電変換部との間に設けられた第2の一導電型半導体領域とで構成され、
当該第2の一導電型半導体領域は前記光電変換部と前記第3の他導電型半導体領域の両方に接していることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記読み出し回路部は、前記電荷蓄積部と離間して、かつ前記第1基板の第1主面側に設けられた第3の一導電型半導体領域と、前記電荷蓄積部から当該第3の一導電型半導体領域に前記電荷を転送する第1の転送ゲートとを有し、
前記第3の一導電型半導体領域と前記出力回路部とが導体を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項1ないし2のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記読み出し回路部は、前記電荷蓄積部と離間して、かつ前記第1基板の前記第1主面側に設けられた第4の一導電型半導体領域と、前記電荷蓄積部から当該第4の一導電型半導体領域に前記電荷を転送する第2の転送ゲートとをさらに有することを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。
- 前記第2の転送ゲートに所定の電圧を印加することで、前記第4の一導電型半導体領域に前記電荷蓄積部の飽和容量を超えてあふれ出た不要電荷が排出されることを特徴とする請求項4に記載の固体撮像装置。
- 一以上の画素セルを有する固体撮像装置であって、
前記画素セルは、
入射光を光電変換して発生した電荷を増倍する光電変換部と、
前記光電変換部で発生した前記電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部に蓄積された前記電荷を読み出す読み出し回路部と、
前記読み出し回路部で読み出された前記電荷に応じて信号を出力する出力回路部と、
前記電荷蓄積部からあふれ出た電荷を排出する電荷排出部を有し、
前記電荷蓄積部と前記読み出し回路部と前記電荷排出部とが第1基板の第1主面側にそれぞれ設けられ、
前記出力回路部が第2基板に設けられ、
前記光電変換部は、
第1の一導電型半導体領域と当該第1の一導電型半導体領域に接して設けられた第1の他導電型半導体領域とで構成されるアバランシェ増倍部と、前記アバランシェ増倍部を逆バイアス状態にするためのバイアス電圧が印加される第2の他導電型半導体領域と、を有し、
前記第2の他導電型半導体領域が前記第1基板の第2主面に、前記アバランシェ増倍部が前記第1基板の内部にそれぞれ設けられ、
一の前記画素セルにおいて、前記読み出し回路部と前記出力回路部とが電気的に接続されていることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記電荷排出部は隣り合う画素セルの境界部に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置。
- 前記電荷排出部は隣り合う画素セルの境界部に、前記画素セルを囲むように配置されていることを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置。
- 一以上の画素セルを有する固体撮像装置であって、
前記画素セルは、
入射光を光電変換して発生した電荷を増倍する光電変換部と、
前記光電変換部で発生した前記電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部に蓄積された前記電荷を読み出す読み出し回路部と、
前記読み出し回路部で読み出された前記電荷に応じて信号を出力する出力回路部と、
隣り合う前記画素セルの境界部に設けられ、前記電荷蓄積部からあふれ出た電荷を蓄積する第2の電荷蓄積部と、を有し、
前記電荷蓄積部と前記読み出し回路部と前記第2の電荷蓄積部とが第1基板の第1主面側に設けられ、
前記出力回路部が第2基板に設けられ、
前記光電変換部は、
第1の一導電型半導体領域と当該第1の一導電型半導体領域に接して設けられた第1の他導電型半導体領域とで構成されるアバランシェ増倍部と、前記アバランシェ増倍部を逆バイアス状態にするためのバイアス電圧が印加される第2の他導電型半導体領域と、を有し、
前記第2の他導電型半導体領域が前記第1基板の第2主面に、前記アバランシェ増倍部が前記第1基板の内部にそれぞれ設けられ、
前記第2の電荷蓄積部は、前記第2の電荷蓄積部と離間して、かつ前記第1基板の前記第1主面側に設けられた第5の一導電型半導体領域と、前記第2の電荷蓄積部から当該第5の一導電型半導体領域に前記電荷を転送する第3の転送ゲートと、前記第2の電荷蓄積部と離間して、かつ前記第1基板の前記第1主面側に設けられた第6の一導電型半導体領域と、前記第2の電荷蓄積部から当該第6の一導電型半導体領域に前記電荷を転送する第4の転送ゲートと、を有し、
一の前記画素セルにおいて、前記読み出し回路部と前記出力回路部とが電気的に接続されていることを特徴とする固体撮像装置。
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