JP2019004073A - 光電変換装置およびスキャナ - Google Patents
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Abstract
Description
図1(a)は、第1実施形態に係る光電変換装置APの上面レイアウトの一部を示す。図1(b)は、光電変換装置APの線d1−d1での断面構造を示す。図1(c)は、光電変換装置APの線d2−d2での断面構造を示す。図1(d)は、光電変換装置APの線d3−d3での断面構造を示す。なお、構造の理解を容易にするため、図中には、互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸を示す(他の図においても同様とする。)。X方向及びY方向は水平方向に対応し、Z方向は垂直方向(即ち、装置APの断面における上下方向)に対応する。
n1 :層21〜23の屈折率(本実施形態では、n1≒1.46)、
n2 :層24の屈折率(本実施形態では、n2≒1.6)、
λ :反射光の低減対象とする波長、
kODD:任意の奇数(1、3、5、・・・等)、
とする。このとき、高低差D1及びD2は、理想的には、
D1=λ/(4×n1)×kODD、
D2=λ/(4×n2)×kODD、
で設定されるとよい。
D1=λ/(4×n1)×kODD±λ/8、
D2=λ/(4×n2)×kODD±λ/8、
であればよい。より好適には、
D1=λ/(4×n1)×kODD±λ/(8×n1)、
D2=λ/(4×n2)×kODD±λ/(8×n1)、
であればよい。
W1×0.8≦W2≦W1×1.2、かつ、
W1×0.8≦W3≦W1×1.2、
が成立してもよい。代替的または付随的に、W1/(W1+W2+W3)は、1/3から2/3の範囲内であるとよい。
SPL#1 高低差D1及びD2の何れも設けられていない構造(第1比較例)、
SPL#2 高低差D1のみが設けられた構造(第2比較例)、
SPL#3 高低差D1及びD2の双方が設けられた構造(本実施形態)、
である。SPL#1は、図9(a)に示された前述の第1比較例に係る装置AP’の構造に対応する。本実施形態の構造(図1〜2参照)との関係で言い換えると、第1比較例では、少なくとも各画素PXについて、絶縁部材2の下面および上面はいずれも実質的に段差のない平坦面となっている(凹凸形状が実質的にない。)。また、SPL#2は、図9(b)に示された第2比較例に係る装置AP”の構造に対応する。本実施形態の構造との関係で言い換えると、第2比較例では、少なくとも各画素PXについて、絶縁部材2の下面側には下面211及び212並びに傾斜面213が設けられ、絶縁部材2の上面は実質的に段差のない平坦面となっている(凹凸形状が実質的にない。)。なお、ここでいう平坦面について、前述の反射光の位相差が実質的に生じない程度の段差(本実施形態では例えば20nm以下)については無視するものとする。
図3(a)は、第2実施形態の光電変換装置APの上面レイアウトであり、図3(b)は、光電変換装置APの線d4−d4での断面図である。本実施形態は、絶縁部材2の上面側の凹凸形状を形成する上面241及び242がX方向に交互に配置される、という点で前述の第1実施形態と異なる。本実施形態によっても第1実施形態同様の効果が得られる。
図4(a)は、第3実施形態の光電変換装置APの上面レイアウトであり、図4(b)は、光電変換装置APの線d5−d5での断面図である。本実施形態は、光電変換装置APが透光性の低屈折部材3を更に備える、という点で前述の第1実施形態と異なる。低屈折部材3は、絶縁部材2の上に、上面241及び242を覆うように配された第2の絶縁部材であり、本実施形態では、低屈折部材3の上面は平坦化されている。低屈折部材3は、屈折率が比較的低い材料で構成され、本実施形態では、例えば多孔質/非多孔質シリコンオキシカーバイドで構成され、その屈折率は1.3程度またはそれより小さい。
n21:酸化層21の屈折率、
n22:絶縁層22の屈折率、
n23:絶縁層23の屈折率、
n24:絶縁層24の屈折率、
n0 :空気の屈折率、
n3 :低屈折部材3の屈折率、
とした場合、
|n3−n24|>|n21−n22|、
|n3−n24|>|n22−n23|、
|n3−n24|>|n23−n24|、及び、
|n3−n24|≧|n3−n0|、
を何れも満たすように、低屈折部材3の材料を選択すればよい。
図5(a)は、第4実施形態の光電変換装置APの上面レイアウトであり、図5(b)は、光電変換装置APの線d6−d6での断面図である。本実施形態は、絶縁部材2の上面が凹凸形状ではなく階段状に成形されている、という点で前述の第1実施形態と異なる。このような構造によっても、絶縁部材2を、その平坦下面および平坦上面の間の距離が互いに異なる位置が3以上になるように構成することができ、第1実施形態同様の効果を得ることができる。
λ1=4×n2×D21/kODD、
λ2=4×n2×D23/kODD(=λ1)、
λ3=4×n2×(D21+D22)/kODD(≠λ1)、
λ4=4×n2×(D22+D23)/kODD(=λ3)、
となる。
図6(a)は、第5実施形態の光電変換装置APの上面レイアウトであり、図6(b)は、光電変換装置APの線d7−d7での断面図である。本実施形態は、主に、前述の第1実施形態に対してライン状の酸化層21の数を減らした、という点で第1実施形態と異なる。これにより、本実施形態において信号電荷となる正孔は、P型領域15に集まりやすくなるため、電荷収集効率を向上させることができる。
図7(a)は、第6実施形態の光電変換装置APの上面レイアウトであり、図7(b)及び7(c)は、それぞれ、光電変換装置APの線d8−d8及び線d9−d9での断面図である。本実施形態は、絶縁部材2の上面を全域にわたって平坦にし、且つ、下面に2種類の凹凸形状を設けた、という点で前述の第1実施形態と異なる。
各実施形態に係る光電変換装置APは、スキャナ(画像読取装置)に適用可能である。スキャナの概念には、画像の読取りを主たる機能とするものの他、この機能を補助的に備えるもの、例えばマルチファンクションプリンタ等も含まれるものとする。例えば、スキャナは、光電変換装置APと、この光電変換装置APからの信号を処理するプロセッサと、LEDアレイ等の光源と、を具備する。光源により照射された読取対象物からの光は、例えばロッドレンズ等の光学系を介して光電変換装置APに入射し、光電変換装置APは、この入射光に応じた信号をプロセッサに出力する。プロセッサは、各光電変換装置APから出力された信号を処理して画像データを生成する。画像データは、スキャナ内の記憶媒体(例えば、ハードディスク、フラッシュEEPROM等)に格納され、或いは、スキャナと通信可能なサーバに格納されうる。スキャナは、複数の光電変換装置APを具備していてもよく、これらは、所定方向に配列されることでラインセンサを形成していてもよい。
Claims (14)
- 複数の画素が配列された半導体基板と、
前記半導体基板を覆う透光性の絶縁部材と、を備え、
前記半導体基板の前記絶縁部材と接する面には、複数の凹部が設けられ、
前記複数の凹部のそれぞれは側面および底面を有し、
前記絶縁部材は、各凹部の前記底面と接する第1下面と、隣り合う2つの凹部の間の面と接する第2下面と、を有し、
前記絶縁部材の上面は、各画素の上方において、複数の第1上面および複数の第2上面を有し、
前記第1下面からその直上の前記第1上面までの距離、
前記第1下面からその直上の前記第2上面までの距離、
前記第2下面からその直上の前記第1上面までの距離、及び、
前記第2下面からその直上の前記第2上面までの距離、
のうちの少なくとも3つは互いに異なる
ことを特徴とするに記載の光電変換装置。 - 平面視において、
前記第1上面の個々は、前記第1下面および前記第2下面の双方と重なり、
及び/又は、
前記第2上面の個々は、前記第1下面および前記第2下面の双方と重なる
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 - 平面視において、
前記第1下面と前記第2下面とは、第1の間隔で交互に配置されており、
前記第1上面と前記第2上面とは、前記第1の間隔より大きい第2の間隔で交互に配置されている
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光電変換装置。 - 平面視において、
前記第1下面と前記第2下面とは、第1方向に交互に配置されており、
前記第1上面と前記第2上面とは、前記第1方向と交差する第2方向に交互に配置されている
ことを特徴とする請求項3に記載の光電変換装置。 - 平面視において、
前記第1下面と前記第2下面とは、第1方向に交互に配置されており、
前記第1上面と前記第2上面とは、前記第1方向に交互に配置されている
ことを特徴とする請求項3に記載の光電変換装置。 - 前記半導体基板はシリコン基板であり、
前記絶縁部材は、複数の絶縁層が積層されて成り、
前記複数の絶縁層は、いずれも、屈折率が1.4以上の材料で構成されている
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記絶縁部材は、複数の絶縁層が積層されて成り、
前記第1上面と前記第2上面との段差をD2とし、前記複数の絶縁層の最上のものの屈折率をn2とし、波長630nmをλとし、任意の奇数をkODDとしたときに、
D2=λ/(4×n2)×kODD±λ/8
を満たす
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記第1上面と前記第2上面との段差をD2とし、前記絶縁部材の屈折率をn2とし、波長630nmをλとし、任意の奇数をkODDとしたときに、
D2=λ/(4×n2)×kODD±λ/8
を満たす
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記絶縁部材の前記上面は空気に露出された
ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記絶縁部材は、第1の絶縁部材であり、
前記光電変換装置は、前記第1の絶縁部材の上に前記複数の第1上面および前記複数の第2上面を覆うように配された第2の絶縁部材を更に備え、
前記第2の絶縁部材の屈折率は、前記第1の絶縁部材の屈折率よりも小さい
ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 各凹部の前記側面は傾斜面であり、
平面視における前記第1下面の幅をW1とし、前記第2下面の幅をW2とし、前記傾斜面の幅をW3とした場合に、
W1×0.8≦W2≦W1×1.2、かつ、
W1×0.8≦W3≦W1×1.2、
を満たす
ことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記半導体基板は、各画素において、第1導電型の第1領域と、前記第1領域を取り囲むように前記第1領域より深く設けられた第2導電型の第2領域と、を含み、
前記第1領域は、光電変換により発生した電荷に基づく信号を出力するための配線部に接続されており、
平面視において、前記第1上面と前記第2上面とは、それらの段差が前記第1領域と重ならないように設けられている
ことを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 請求項1から請求項12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の信号を処理するプロセッサと、を具備する
ことを特徴とするスキャナ。 - 前記光電変換装置は、所定方向に複数配列されており、
前記プロセッサは、前記複数の光電変換装置のそれぞれからの信号を処理して画像データを生成する
ことを特徴とする請求項13に記載のスキャナ。
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