JP2020096147A - 光電変換装置、光電変換システム、移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】 光に対する感度を向上させることを目的とする。【解決手段】 隣り合う第１画素、第２画素の各々は、第１導電型の第１半導体領域と、第１面からの深さが第１半導体領域よりも深い位置であって、第１半導体領域と平面視で重なる位置に設けられた第２導電型の第２半導体領域とを有し、第１画素は、第１面からの深さが、第１半導体領域と第２半導体領域の間であって、第１半導体領域と第２半導体領域とに平面視で重なる位置に設けられた第２導電型の第３半導体領域を有し、第２画素は、第１半導体領域と第２半導体領域とに平面視で重なる位置であって、第１画素の第３半導体領域に対応する深さに設けられた、第２導電型であって第３半導体領域よりも不純物濃度が高い第４半導体領域と、第４半導体領域と第２半導体領域との間に設けられた第１導電型の第５半導体領域とを有することを特徴とする。【選択図】 図４

Description

本発明は、光電変換装置、光電変換装置を備える光電変換システム、光電変換装置を備える移動体に関する。

赤色の波長に対応する可視光、近赤外光、赤外光など、長波長の光を光電変換する光電変換装置が検討されている。光電変換部が設けられた領域を半導体基板の深い領域に形成することによって、長波長の光に対する光電変換効率を向上させた光電変換装置が知られている。

特許文献１に記載の光電変換装置では、各画素の空乏層を深く伸びるようにすることによって、可視光での画素間のクロストークを低減し、赤外光での感度を高めることができる、とされる。

特開２０１０−５６３４５号公報

特許文献１の構成では、光によって半導体基板の深い領域で生成した信号電荷が、信号電荷を収集する領域へ移動しにくい場合が生じ、光に対する感度が低下している。

本発明は、光に対する感度を向上させることを目的とする。

本発明は、上記の課題を鑑みて為されたものであり、その一の態様は、第１面、第２面を有する半導体基板を備え、前記半導体基板に、隣り合う第１画素、第２画素を含む複数の画素が設けられ、前記第１画素、前記第２画素の各々は、第１導電型の第１半導体領域と、前記第１面からの深さが前記第１半導体領域よりも深い位置であって、前記第１半導体領域と平面視で重なる位置に設けられた第２導電型の第２半導体領域とを有し、前記第１画素は、前記第１面からの深さが、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域の間であって、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域とに平面視で重なる位置に設けられた前記第２導電型の第３半導体領域をさらに有し、前記第２画素は、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域とに平面視で重なる位置であって、前記第１画素の前記第３半導体領域に対応する深さに設けられた、前記第２導電型であって前記第３半導体領域よりも不純物濃度が高い第４半導体領域と、前記第４半導体領域と前記第２半導体領域との間に設けられた前記第１導電型の第５半導体領域とを有することを特徴とする光電変換装置である。

本発明により、光に対する感度を向上させた光電変換装置を提供することができる。

光電変換装置の構成を示した図 画素の構成を示した図 画素の上面図 画素領域の断面図 画素領域の上面図 比較例の画素領域の断面図 画素の断面図 画素領域の断面図 画素領域の断面図 光電変換システムの構成を示す図 移動体の説明図

以下、図面を参照しながら各実施例の光電変換装置を説明する。なお、以下に述べる実施例中に記載されるトランジスタの導電型は一例のものであって、実施例中に記載された導電型のみに限定されるものでは無い。実施例中に記載された導電型に対し、導電型は適宜変更できるし、この変更に伴って、トランジスタのゲート、ソース、ドレインの電位は適宜変更される。例えば、スイッチとして動作させるトランジスタであれば、ゲートに供給する電位のローレベルとハイレベルとを、導電型の変更に伴って、実施例中の説明に対し逆転させるようにすればよい。また、以下に述べる実施例中に記載される半導体領域の導電型についても一例のものであって、実施例中に記載された導電型のみに限定されるものでは無い。実施例中に記載された導電型に対し、導電型は適宜変更できるし、この変更に伴って、半導体領域の電位は適宜変更される。

（第１実施形態）
図１は、光電変換装置の一例である、本実施形態による固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態による固体撮像装置の画素の等価回路図である。図３は、本実施形態による固体撮像装置の画素の平面レイアウトを示す図である。図４は、本実施形態による固体撮像装置の画素の概略断面図である。図５は、本実施形態の比較例による固体撮像装置の画素の平面図である。

本実施形態による固体撮像装置１００は、図１に示すように、画素領域１０と、垂直走査回路２０と、列読み出し回路３０と、水平走査回路４０と、制御回路５０と、出力回路６０とを有している。

画素領域１０には、複数行及び複数列に渡ってマトリクス状に配された複数の画素１２が設けられている。画素領域１０の画素アレイの各行には、行方向（図１において横方向）に延在して、制御信号線１４が配されている。制御信号線１４は、行方向に並ぶ画素１２にそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。また、画素領域１０の画素アレイの各列には、列方向（図１において縦方向）に延在して、垂直出力線１６が配されている。垂直出力線１６は、列方向に並ぶ画素１２にそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。

各行の制御信号線１４は、垂直走査回路２０に接続されている。垂直走査回路２０は、画素１２から画素信号を読み出す際に画素１２内の読み出し回路を駆動するための制御信号を、制御信号線１４を介して画素１２に供給する回路部である。各列の垂直出力線１６の一端は、列読み出し回路３０に接続されている。画素１２から読み出された画素信号は、垂直出力線１６を介して列読み出し回路３０に入力される。列読み出し回路３０は、画素１２から読み出された画素信号に対して所定の信号処理、例えば増幅処理やＡＤ変換処理等の信号処理を実施する回路部である。列読み出し回路３０は、差動増幅回路、サンプル・ホールド回路、ＡＤ変換回路等を含み得る。

水平走査回路４０は、列読み出し回路３０において処理された画素信号を列毎に順次、出力回路６０に転送するための制御信号を、列読み出し回路３０に供給する回路部である。制御回路５０は、垂直走査回路２０、列読み出し回路３０及び水平走査回路４０の動作やそのタイミングを制御する制御信号を供給するための回路部である。出力回路６０は、バッファアンプ、差動増幅器などから構成され、列読み出し回路３０から読み出された画素信号を固体撮像装置１００の外部の信号処理部に出力するための回路部である。

それぞれの画素１２は、図２に示すように、光電変換部ＰＤと、転送トランジスタＭ１と、リセットトランジスタＭ２と、増幅トランジスタＭ３と、選択トランジスタＭ４とを含む。光電変換部ＰＤは、例えばフォトダイオードであり、アノードが接地電圧線に接続され、カソードが転送トランジスタＭ１のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレインは、リセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレイン、リセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートの接続ノードは、いわゆるフローティングディフュージョン（ＦＤ）であり、このノードが含む容量成分からなる電荷電圧変換部を構成する。リセットトランジスタＭ２のドレイン及び増幅トランジスタＭ３のドレインは、電源電圧線（Ｖｄｄ）に接続されている。増幅トランジスタＭ３のソースは、選択トランジスタＭ４のドレインに接続されている。選択トランジスタＭ４のソースは、垂直出力線１６に接続されている。垂直出力線１６の他端には、電流源１８が接続されている。

制御信号線１４は、図２に示す回路構成の場合、転送ゲート信号線ＴＸ、リセット信号線ＲＥＳ、選択信号線ＳＥＬを含む。転送ゲート信号線ＴＸは、転送トランジスタＭ１のゲートに接続される。リセット信号線ＲＥＳは、リセットトランジスタＭ２のゲートに接続される。選択信号線ＳＥＬは、選択トランジスタＭ４のゲートに接続される。

光電変換部ＰＤは、入射光をその光量に応じた量の電荷に変換（光電変換）するとともに、生じた電荷を蓄積する。転送トランジスタＭ１は、オンすることにより光電変換部ＰＤの電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。フローティングディフュージョンＦＤは、その容量による電荷電圧変換によって、光電変換部ＰＤから転送された電荷の量に応じた電圧となる。増幅トランジスタＭ３は、ドレインに電源電圧Ｖｄｄが供給され、ソースに選択トランジスタＭ４を介して電流源１８からバイアス電流が供給される構成となっており、ゲートを入力ノードとする増幅部（ソースフォロワ回路）を構成する。これにより増幅トランジスタＭ３は、フローティングディフュージョンＦＤの電圧に基づく信号を、選択トランジスタＭ４を介して垂直出力線１６に出力する。リセットトランジスタＭ２は、オンすることによりフローティングディフュージョンＦＤを電源電圧Ｖｄｄに応じた電圧にリセットする。

図３は本実施形態の画素１２を上面（入射面側）から見た場合の、平面レイアウトを示す模式図である。図３では、図１、図２で示した要素と同じ要素には、図１、図２で付した符号と同じ符号を付している。表面電極３１はＰ型分離領域３５に電位を与える電極である。Ｐ型分離領域３５は光電変換部ＰＤの外周に配置されている。

また、光電変換部ＰＤの電荷を転送する転送トランジスタＭ１の一部として、転送ゲート２１が設けられている。転送ゲート２１は、フローティングディフュージョン（ＦＤ）の一部である浮遊拡散領域２３と、光電変換部ＰＤとの間に設けられている。また、転送ゲート２１には、転送ゲート信号線ＴＸが接続される。

浮遊拡散領域２３は、ＦＤ接続配線を介して、増幅トランジスタＭ３のゲートである、増幅ゲート２５に接続される。また、選択トランジスタＭ４のゲートである選択ゲート２７には選択信号線ＳＥＬが接続される。選択トランジスタＭ４のソース、ドレインの一方には、垂直出力線１６である信号線ｖｏｕｔが接続される。選択トランジスタＭ４のソース、ドレインの他方は、増幅トランジスタＭ３のソースでもある。増幅トランジスタＭ３のドレインには、電源電圧Ｖｄｄが与えられる。

また、リセットトランジスタＭ２のゲートであるリセットゲート２９には、リセット信号線ＲＥＳが接続される。リセットトランジスタＭ２のドレインは、増幅トランジスタＭ３のドレインでもある。リセットトランジスタＭ２のソースは、ＦＤ接続配線を介して、浮遊拡散領域２３、増幅ゲート２５に接続される。

図４は、図３に示した線Ａ−Ａ´の部分を含む断面を４画素分示した図である。

図３に示した画素１２のＰＤは、図４に示したＮ型半導体領域４１０を有する。Ｎ型半導体領域４１０は、入射光を光電変換することによって生成される信号電荷である電子を蓄積する、第１導電型の第１半導体領域である。第１半導体領域であるＮ型半導体領域４１０は、半導体基板の第１面からの深さｄ１の位置に設けられている。また、隣り合う画素はＮ型半導体領域４１５を有する。Ｎ型半導体領域４１５もまた、入射光を光電変換することによって生成される信号電荷である電子を蓄積する、第１導電型の第１半導体領域である。Ｎ型半導体領域４１５、４２０の不純物濃度は同じとしている。

Ｎ型半導体領域４１０とＮ型半導体領域４１５の異なる点は、下部に設けられる半導体領域が異なる点である。Ｎ型半導体領域４１０の下部には、Ｐ型半導体領域４２５が設けられる。Ｐ型半導体領域４２５は、第１面からの深さがｄ１よりも深いｄ２に設けられている。一方、Ｎ型半導体領域４１５の下部には、Ｐ型半導体領域４０１の一部である、Ｐ型半導体領域４０１−２が設けられている。Ｐ型半導体領域４０１−２は、第１半導体領域よりも、第１面からの深さが深い領域に設けられた、第２導電型の第２半導体領域である。また、そのＰ型半導体領域４０１−２の下部には、Ｐ型半導体領域４０１の一部である、Ｐ型半導体領域４０１−３が設けられている。Ｐ型半導体領域４０１−２、４０１−３は上述したように、Ｐ型半導体領域４０１の一部である。このためＰ型半導体領域４０１−２、４０１−３の不純物濃度は、Ｐ型半導体領域４０１と同じである。なお、ここでいう「不純物濃度が同じ」という状態は、製造時に生じる、不純物の拡散の度合いがばらつくことによる不純物濃度のばらつきは、実質的に「不純物濃度が同じ」の範疇に含まれる。

また、Ｐ型半導体領域４２５は、第１半導体領域よりも、第１面からの深さが深い位置に設けられた、第２導電型の第４半導体領域である。

第４半導体領域であるＰ型半導体領域４２５は、第３半導体領域であるＰ型半導体領域４０１−２よりも高い不純物濃度を有する。

Ｐ型半導体領域４２５の下部の、第１面からの深さｄ３には、Ｎ型半導体領域４３０が配されている。Ｎ型半導体領域４３０は、第４半導体領域であるＰ型半導体領域４２５よりも、第１面からの深さが深い位置に設けられた、第１導電型の第５半導体領域である。

第１半導体領域であるＮ型半導体領域４１０、第４半導体領域であるＰ型半導体領域４２５、第５半導体領域であるＮ型半導体領域４３０は、平面視で重なる部分を有する。

また、第１半導体領域であるＮ型半導体領域４１５、第２半導体領域であるＰ型半導体領域４０１−２は、平面視で重なる部分を有する。また、第１半導体領域であるＮ型半導体領域４１５、第２半導体領域であるＰ型半導体領域４０１−２、Ｐ型半導体領域４０１−３は平面視で重なる部分を有する。

図４において、Ｎ型半導体領域４１０、４１５の外周にはＰ型半導体領域４２０、４２１のいずれかが配されている。Ｐ型半導体領域４２０、４２１は同じ不純物濃度としている。Ｐ型半導体領域４２１には、電源４００から第１電位が供給されている。

また、半導体基板の第２面の下部には、裏面電極４５０が設けられている。裏面電極４５０は、Ｐ型半導体領域４０１と接するように形成されている。また、裏面電極４５０は、複数の画素に渡って設けられている。典型的には、図１に示した画素領域１０に渡って、裏面電極４５０が設けられている。ただし、この例に限られるものでは無く、裏面電極４５０は、画素の行ごとに区切られていてもよい。また、裏面電極４５０は、画素の列ごとに区切られていてもよい。また、裏面電極４５０は、複数行および複数列の画素１２を有するブロックごとに区切られていてもよい。

Ｐ型半導体領域４２１には、裏面電極４５０よりも、Ｎ型半導体領域４１０のキャリアである電子に対するポテンシャルが低い電位が与えられる。本実施形態では、Ｐ型半導体領域４２１の電位を０Ｖとし、裏面電極４５０の電位を−１０Ｖとしている。

また、本実施形態ではＰ型半導体領域４０１の不純物濃度は、Ｐ型半導体領域４２０、４２１の不純物濃度よりも低い。

本実施形態では、Ｐ型半導体領域４０１の不純物濃度は、１×１０^１１［ａｔｏｍ／ｃｍ^３］としている。なお、この例に限定されるものでは無く、１×１０^１２［ａｔｏｍ／ｃｍ^３］以下の濃度であれば好適に適用することができる。また、本実施形態では、Ｐ型半導体領域４０１の電気抵抗率を３０００［Ω・ｃｍ］以上の、高い電気抵抗率としている。これにより、Ｐ型半導体領域４０１に流れるホール電流を抑制でき、Ｐ型半導体領域４０１における基板深さ方向に沿った電位勾配を好適に形成することができる。

また、Ｐ型半導体領域４２０、４２１の不純物濃度は、２×１０^１９［ａｔｏｍ／ｃｍ^３］としている。なお、本明細書では、不純物濃度は半導体領域内に存在する不純物の濃度として示している。

Ｐ型半導体領域４２１から裏面電極４５０は、Ｐ型半導体領域４０１を介して導通しているためホール電流が流れる。しかし、Ｐ型半導体領域４０１は、上述したように、不純物濃度は、１×１０^１１［ａｔｏｍ／ｃｍ^３］としている。このため、Ｐ型半導体領域４２１と裏面電極４５０との間の電気抵抗が高いため、Ｐ型半導体領域４０１には電位勾配が生じる。この電位勾配によって、光が入射して行われる光電変換によって、Ｐ型半導体領域４０１において生じた電子が、Ｎ型半導体領域４１５に移動しやすくなる。したがって、Ｎ型半導体領域４１５に収集される電子が増加することから、光電変換装置の感度が向上する。特に、Ｐ型半導体領域４０１で光電変換される光の波長は赤外域であるので、赤外光に対する感度を向上させることができる。

図５は、本実施形態の画素領域１０を入射面側から見た平面図である。画素領域１０は、主として可視光を光電変換する画素と、主として赤外光を光電変換する画素を有する。この可視光を光電変換する画素のうち、赤色に対応する波長の光を光電変換する画素をＲ画素とする。また、緑色に対応する波長の光を光電変換する画素をＧ画素とする。また、青色に対応する波長の光を光電変換する画素をＢ画素とする。また、赤外光を光電変換する画素はＩＲ画素とする。なお、赤色に対応する波長とは、おおむね５８０〜８００ｎｍである。また、緑色に対応する波長とは、おおむね４９０〜５８０ｎｍである。また、青色に対応する波長とは、おおむね３６０ｎｍ〜４９０ｎｍである。赤外光とは、おおむね８００ｎｍ以上の波長の光である。

図５では、図４に示した、Ｎ型半導体領域４１０、４１５、Ｎ型半導体領域４３０の平面レイアウトを示している。Ｒ画素のＮ型半導体領域４１０については、Ｒ−ＤＮと表記している。また、Ｇ画素のＮ型半導体領域４１０については、Ｇ−ＤＮと表記している。また、Ｂ画素のＮ型半導体領域４１０については、Ｂ−ＤＮと表記している。

また、ＩＲ画素のＮ型半導体領域４１５については、ＩＲ−ＤＮと表記している。

Ｎ型半導体領域４３０は、ＩＲ画素と隣接する、可視光を光電変換する画素のＮ型半導体領域４１０と、ＩＲ画素のＮ型半導体領域４１５との間に設けられている。図５の例では、ＩＲ画素に対して隣接する全ての画素（ＩＲ画素を囲む４つのＧ画素、２つのＲ画素、２つのＢ画素）の各々のＮ型半導体領４１０と、Ｎ型半導体領域４１５との間に、Ｎ型半導体領域４３０が設けられている。

Ｎ型半導体領域４３０は、平面視において、Ｎ型半導体領域４１５の下部に設けられたＰ型半導体領域４０１−２、４０１−３を囲むように配置されている、とも言える。また、Ｎ型半導体領域４１５の下部に設けられたＰ型半導体領域４０１−２、４０１−３は、平面視において、Ｎ型半導体領域４３０が設けられた領域の内側に配置されている、とも言える。

比較例として、図６を示す。図６は、Ｎ型半導体領域４３０を設けない例である。

図６の構成では、Ｎ型半導体領域４１５囲むＰ型半導体領域４２０によって、Ｎ型半導体領域４１５の下部の領域（図示した箇所）にポテンシャル障壁が生じる。このポテンシャル障壁によって、Ｐ型半導体領域４０１で生成した電子のＮ型半導体領域４１５への移動が妨げられるという課題が有る。

本実施形態では、Ｎ型半導体領域４３０を設けることによって、このポテンシャル障壁を低減することができる。これにより、Ｐ型半導体領域４０１からＮ型半導体領域４１５へ電子が移動しやすくなるため、光に対する感度（特に赤外光に対する感度）を向上させることができる。

なお、本実施形態では１つの画素について、１つのＮ型半導体領域４１０あるいはＮ型半導体領域４１５が設けられた例を説明した。この場合には、１つのマイクロレンズに対し、１つのＮ型半導体領域４１０あるいはＮ型半導体領域４１５が設けられた構成となる。他の例として、１つのマイクロレンズに対し、Ｎ型半導体領域４１０あるいはＮ型半導体領域４１５の複数が設けられた構成としても良い。このような構成とした場合には、１つのマイクロレンズに対応する複数のＮ型半導体領域のうちの一方のＮ型半導体領域が蓄積した電荷と、他方のＮ型半導体領域が蓄積した電荷とを用いて、位相差検出方式の焦点検出を行うことができる。このような構成にした場合においても、図４に示したように、Ｎ型半導体領域４１５に隣接する画素のＮ型半導体領域４１０、Ｐ型半導体領域４２５の下部に、Ｎ型半導体領域４３０を設けるようにすればよい。

また、本実施形態は、第１面から入射光が入射する表面照射型、第２面側から入射光が入射する裏面照射型のいずれにも適用することができる。なお、裏面照射型とする場合には、裏面電極４５０はＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）などの透明電極とすることが好ましい。この場合には、裏面電極４５０の入射面側に反射防止膜をさらに設けるようにしても良い。

また、本実施形態では、Ｎ型半導体領域４１０、４１５の外周にはＰ型半導体領域４２０、４２１のいずれかが配されていた。電源から電位が供給されるＰ型半導体領域４２１の配置は、図４の配置に限定されるものでは無く、適宜変更される。Ｐ型半導体領域４０１に適度な電位勾配を形成できるような配置であれば良く、例えば、全てのＰ型半導体領域４２０を、第１電位が供給されるＰ型半導体領域４２１にしても良い。当然、Ｎ型半導体領域４１５の周囲のＰ型半導体領域４２０を、第１電位が供給されるＰ型半導体領域４２１としてもよい。

（第２実施形態）
本実施形態について、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

第１実施形態では、Ｐ型半導体領域４２５とＮ型半導体領域４３０は、Ｎ型半導体領域４１０の下部から、Ｎ型半導体領域４１５と隣接するＰ型半導体領域４２０の下部に延在して設けられていた。

本実施形態の光電変換装置は、Ｐ型半導体領域４２５とＮ型半導体領域４３０は、Ｎ型半導体領域４１０と平面視で重なる位置にのみ設けられ、Ｐ型半導体領域４２０の下部には延在していない構成である。

図７は、本実施形態の光電変換装置の画素領域の断面図である。図４で示した部材と同じ機能を有する部材については、図７においても、図４で付した符号と同じ符号を付して示している。

図７に示しているように、Ｐ型半導体領域４２５、Ｎ型半導体領域４３０−１は、Ｐ型半導体領域４２５と平面視で重なる位置にのみ設けられており、Ｎ型半導体領域４１５に隣接するＰ型半導体領域４２０の下部には延在していない。

このため、Ｐ型半導体領域４０１−２、４０１−３は、Ｐ型半導体領域４２０と平面視で重なる位置まで延在する。別の言い方をすれば、Ｐ型半導体領域４０１−２、４０１−３は、平面視で見て、Ｎ型半導体領域４１５の下部から、Ｎ型半導体領域４１５と隣接するＰ型半導体領域４２０の下部に渡って延在する。

図８は、図７に示した画素領域の上面図である。図５で示した部材と同じ機能を有する部材については、図７においても、図５で付した符号と同じ符号を付して示している。

本実施形態では、Ｎ型半導体領域４３０−１は、ＩＲ画素のＮ型半導体領域４１５と、隣接する画素のＮ型半導体領域４１０の間の領域には配されていない。

本実施形態の光電変換装置では、上述したように、Ｐ型半導体領域４２５、Ｎ型半導体領域４３０−１は、Ｐ型半導体領域４２５と平面視で重なる位置にのみ設けられており、Ｎ型半導体領域４１５に隣接するＰ型半導体領域４２０の下部には延在していない。このため、Ｐ型半導体領域４０１−２、４０１−３は、Ｎ型半導体領域４１５の下部から、Ｎ型半導体領域４１５と隣接するＰ型半導体領域４２０の下部に渡って延在する。これにより、Ｐ型半導体領域４２５によって、Ｐ型半導体領域４０１−２、４０１−３において生じるポテンシャル障壁が、第１実施形態に比べて、本実施形態の光電変換装置では緩和される。したがって、Ｐ型半導体領域４０１で生じた電子がＮ型半導体領域４１５に、より移動しやすくなる。よって、第１実施形態に比べて、本実施形態の光電変換装置は、光に対する感度（特に赤外光に対する感度）を向上させることができる。

（第３実施形態）
本実施形態の光電変換装置について、実施例１と異なる点を中心に説明する。

第１実施形態の光電変換装置に対して、本実施形態は、Ｎ型半導体領域４３０が、Ｐ型半導体領域４２５の下部から、Ｐ型半導体領域４０１−２の下部を越えて、別の画素のＰ型半導体領域４２５の下部に延在している構成を有する点が異なる。別の言い方をすれば、Ｎ型半導体領域４３０が、Ｎ型半導体領域４１０の下部から、Ｎ型半導体領域４１５の下部を越えて、別のＮ型半導体領域４１０の下部に延在している構成を有する点が異なる。

図９は、本実施形態の光電変換装置の画素領域の断面図である。図４で示した部材と同じ機能を有する部材については、図９においても、図４で付した符号と同じ符号を付して示している。

本実施形態は、上述したように、Ｎ型半導体領域４３０が、Ｎ型半導体領域４１０の下部から、Ｎ型半導体領域４１５の下部を越えて、別のＮ型半導体領域４１０の下部に延在している構成を有する点が異なる。つまり、Ｐ型半導体領域４０１−２の下部には、Ｐ型半導体領域４０１−３ではなく、Ｎ型半導体領域４３０が設けられている。

これにより、Ｐ型半導体領域４０１−２に生じるポテンシャル障壁は、第１実施形態に比べて緩和される。したがって、Ｐ型半導体領域４０１で生じた電子がＮ型半導体領域４１５に、より移動しやすくなる。よって、第１実施形態に比べて、本実施形態の光電変換装置は、光に対する感度（特に赤外光に対する感度）を向上させることができる。

（第４実施形態）
本実施形態による光電変換システムについて、図１０を用いて説明する。上述した各実施形態の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。図１０は、本実施形態による光電変換システムの概略構成を示すブロック図である。

上記の各実施形態で述べた光電変換装置は、図１０の撮像装置２０１として種々の撮像システムに適用可能である。適用可能な光電変換システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、光電変換システムに含まれる。図１０には、これらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。

以下、光電変換システムの一例として、撮像システムを説明する。図１０に例示した撮像システム２００は、撮像装置２０１、被写体の光学像を撮像装置２０１に結像させるレンズ２０２、レンズ２０２を通過する光量を可変にするための絞り２０４、レンズ２０２の保護のためのバリア２０６を有する。レンズ２０２及び絞り２０４は、撮像装置２０１に光を集光する光学系である。

撮像システム２００は、また、撮像装置２０１より出力される出力信号の処理を行う信号処理部２０８を有する。信号処理部２０８は、撮像装置２０１が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換を行う。また、信号処理部２０８はその他、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。信号処理部２０８の一部であるＡＤ変換部は、撮像装置２０１が設けられた半導体基板に形成されていてもよいし、撮像装置２０１とは別の半導体基板に形成されていてもよい。また、撮像装置２０１と信号処理部２０８とが同一の半導体基板に形成されていてもよい。

撮像システム２００は、さらに、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部２１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）２１２を有する。さらに撮像システム２００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記録媒体２１４、記録媒体２１４に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）２１６を有する。なお、記録媒体２１４は、撮像システム２００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。

さらに撮像システム２００は、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部２１８、撮像装置２０１と信号処理部２０８に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部２２０を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム２００は少なくとも撮像装置２０１と、撮像装置２０１から出力された出力信号を処理する信号処理部２０８とを有すればよい。

撮像装置２０１は、撮像信号を信号処理部２０８に出力する。信号処理部２０８は、撮像装置２０１から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部２０８は、撮像信号を用いて、画像を生成する。

上述した各実施形態による光電変換装置を撮像装置２０１として適用することにより、安定的に高感度で飽和信号量が大きい良質な画像を取得しうる撮像システム、光電変換システムを実現することができる。

（第５実施形態）
本実施形態による光電変換システム及び移動体について、図１１を用いて説明する。図１１は、光電変換システムの一例である撮像システムと移動体の構成を示す図である。

図１１（ａ）は、車戴カメラに関する撮像システムの一例を示したものである。撮像システム３００は、撮像装置３１０を有する。撮像装置３１０は、上記の実施形態のいずれかに記載の光電変換装置である。撮像システム３００は、撮像装置３１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部３１２と、撮像システム３００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差算出部３１４を有する。また、撮像システム３００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離計測部３１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部３１８と、を有する。ここで、視差算出部３１４や距離計測部３１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部３１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。

撮像システム３００は車両情報取得装置３２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ３３０が接続されている。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置３４０とも接続されている。例えば、衝突判定部３１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ３３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置３４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。

本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム３００で撮像する。図１１（ｂ）に、車両前方（撮像範囲３５０）を撮像する場合の撮像システムを示した。車両情報取得装置３２０が、所定の動作を行うように撮像システム３００ないしは撮像装置３１０に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。

上記では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。さらに、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。

［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。

例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。

また、上記実施形態では、信号電荷として電子を生成する光電変換部ＰＤを用いた固体撮像装置を例にして説明したが、信号電荷として正孔を生成する光電変換部ＰＤを用いた固体撮像装置についても同様に適用可能である。この場合、画素の各部を構成する半導体領域の導電型は、逆導電型になる。

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

４０１ Ｐ型半導体領域（第２半導体領域）
４０１−２、４０１−３ Ｐ型半導体領域（第３半導体領域）
４１０、４１５ Ｎ型半導体領域（第１半導体領域）
４２０ Ｐ型半導体領域（第６半導体領域）
４２５ Ｐ型半導体領域（第４半導体領域）
４３０ Ｎ型半導体領域（第５半導体領域）
４５０ 裏面電極

Claims (14)

1. 第１面、第２面を有する半導体基板を備え、
   前記半導体基板に、隣り合う第１画素、第２画素を含む複数の画素が設けられ、
   前記第１画素、前記第２画素の各々は、第１導電型の第１半導体領域と、
   前記第１面からの深さが前記第１半導体領域よりも深い位置であって、前記第１半導体領域と平面視で重なる位置に設けられた第２導電型の第２半導体領域とを有し、
   前記第１画素は、前記第１面からの深さが、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域の間であって、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域とに平面視で重なる位置に設けられた前記第２導電型の第３半導体領域をさらに有し、
   前記第２画素は、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域とに平面視で重なる位置であって、前記第１画素の前記第３半導体領域に対応する深さに設けられた、前記第２導電型であって前記第３半導体領域よりも不純物濃度が高い第４半導体領域と、前記第４半導体領域と前記第２半導体領域との間に設けられた前記第１導電型の第５半導体領域とを有することを特徴とする光電変換装置。
2. 前記第１画素は、複数の前記第２画素によって囲まれており、
   平面視において、前記複数の第２画素の各々の前記第５半導体領域が、前記第３半導体領域を囲むように設けられ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。
3. 前記第１画素において、前記第２半導体領域と前記第３半導体領域は接していることを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換装置。
4. 前記第５半導体領域が、前記第１画素の前記第３半導体領域と平面視で重なる位置まで延在していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
5. 前記第１画素の前記第１半導体領域と、前記第２画素の前記第１半導体領域とを分離する、前記第２導電型の第６半導体領域が設けられ、
   前記第６半導体領域、前記第４半導体領域、前記第５半導体領域が平面視において重なることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
6. 前記第１画素の前記第１半導体領域と、前記第２画素の前記第１半導体領域とを分離する、前記第２導電型の第６半導体領域が設けられ、
   前記第６半導体領域、前記第３半導体領域が平面視において重なることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
7. 前記第６半導体領域は、前記第２半導体領域、前記第３半導体領域よりも高い不純物濃度を有することを特徴とする請求項５または６に記載の光電変換装置。
8. 前記第２半導体領域に、前記第２面側から第１電位が与えられ、
   前記第６半導体領域に、前記第１導電型の半導体領域が主たるキャリアとする電荷に対するポテンシャルが前記第１電位よりも低い電位である第２電位が与えられることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
9. 前記第２半導体領域の不純物濃度が１×１０^１２［ａｔｏｍ／ｃｍ^３］以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
10. 前記第２半導体領域の電気抵抗率が３０００［Ω・ｃｍ］以上であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に光電変換装置。
11. 前記第２半導体領域に電位を与える電極が、前記第２面に沿って延在して設けられていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光電変換装置。
12. １つのマイクロレンズをさらに有し、
    前記第１半導体領域が複数、設けられ、
    前記１つのマイクロレンズに対し、複数の前記第１半導体領域が対応して設けられていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光電変換装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
    前記光電変換装置の前記画素から出力される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光電変換システム。
14. 移動体であって、
    請求項１〜１２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に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
    前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と
    を有することを特徴とする移動体。

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