JP2020178082A

JP2020178082A - 光電変換装置および光電変換システム

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Publication number: JP2020178082A
Application number: JP2019080494A
Authority: JP
Inventors: 崇松田; Takashi Matsuda
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2019-04-19
Filing date: 2019-04-19
Publication date: 2020-10-29
Also published as: US11437417B2; US20200335533A1

Abstract

【課題】本発明によれば、感度の異なる複数の光電変換部を含む光電変換装置において、画質の低下を防ぐことができる。【解決手段】本発明に係る光電変換装置の１つの側面は、第１光電変換部と第２光電変換部とを有する光電変換装置であって、第１光電変換部および第２光電変換部のそれぞれは、第１の深さに配された第１導電型の第１半導体領域と、第２の深さに配された第２導電型の第２半導体領域と、第３の深さに配された第１導電型の第３半導体領域と、第４の深さに配された第２導電型の第４半導体領域と、を有し、第２の深さにおいて、第１光電変換部の第２半導体領域の不純物濃度と、第２光電変換部の第２半導体領域の不純物濃度と、は異なる。【選択図】図４

Description

本発明は光電変換装置に関する。

近年、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサに代表される光電変換装置において、光電変換部の感度や飽和電荷量は、光電変換装置の性能を左右する重要な特性である。ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサの光電変換部としては、半導体基板の表面部に設けられたＰ型半導体領域と電荷蓄積領域をなすＮ型半導体領域とのＰＮ接合からなる埋め込みフォトダイオードを用いるのが主流になっている。この場合、光電変換部で生成される信号キャリアは電子である。特許文献１には、Ｎ型半導体領域の下部にＰ型半導体領域を配することにより、Ｎ型半導体領域から下方に空乏層が広がることを低減することが開示されている。

特開２０１８−１０７４０９号公報

特許文献１では、光電変換装置が感度の異なる複数の光電変換部を含む場合について検討されていない。例えば、可視光を光電変換する光電変換部と、赤外光を光電変換する光電変換部と、を同じ飽和電荷量とすると、画質が低下する可能性がある。

本発明に係る光電変換装置の１つの側面は、半導体基板内に配された第１光電変換部と前記第１光電変換部に隣り合って配された第２光電変換部とを有する光電変換装置であって、前記第１光電変換部および前記第２光電変換部のそれぞれは、前記半導体基板の第１面から第１の深さに配され、信号キャリアと同じキャリアを多数キャリアとする第１導電型の第１半導体領域と、前記第１の深さよりも前記半導体基板の前記第１面からの深さが深い第２の深さに配された第２導電型の第２半導体領域と、前記第２の深さよりも前記半導体基板の前記第１面からの深さが深い第３の深さに配された前記第１導電型の第３半導体領域と、前記第３の深さよりも前記半導体基板の前記第１面からの深さが深い第４の深さに配された前記第２導電型の第４半導体領域と、を有し、前記第４半導体領域は、前記第１光電変換部から前記第２光電変換部にわたって連続して配され、前記第２の深さにおいて、前記第１光電変換部の前記第２半導体領域の不純物濃度と、前記第２光電変換部の前記第２半導体領域の不純物濃度と、は異なる。

本発明によれば、感度の異なる複数の光電変換部を含む光電変換装置において、画質の低下を防ぐことができる。

第１実施形態に係る光電変換装置の構成を示すブロック図である。第１実施形態に係る光電変換装置の画素の構成を示す等価回路図である。第１実施形態に係る画素の構造を模式的に示す平面図である。第１実施形態に係る第１画素の概略断面図及び第２画素の概略断面図である。第１実施形態に係る光電変換装置の画素の入射光量に対する画素出力を示す図である。比較例に係る光電変換装置の画素の入射光量に対する画素出力を示す図である。第２実施形態に係る第１画素、第２画素、第３画素、及び第４画素の概略断面図である。第３実施形態に係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。

以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を限定するものではない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係は、説明を明確にするために誇張していることがある。以下の説明において、同一の構成については同一の番号を付して説明を省略する。

以下の説明において信号キャリアは電子とする。信号キャリアと同じ第１の極性のキャリアを多数キャリアとする第１導電型の半導体領域はＮ型半導体領域であり、第２の極性の第２導電型の半導体領域はＰ型半導体領域である。なお、信号キャリアを正孔としても本発明は成り立つ。この場合は、第１導電型の半導体領域をＰ型半導体領域とし、第２導電型の半導体領域をＮ型半導体領域とする。

以下の説明において、同様の機能を持つ素子や回路について同じ符号を付し、末尾に異なるアルファベットの添字を加えて区別していることがある。両者を区別して説明する必要が無い場合には、ａ，ｂ等の添字を省略して共通部分を説明する。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態について図１から図５を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係る光電変換装置の概略構成を示すブロック図である。光電変換装置は、画素領域１００、垂直走査回路１０１、読み出し回路１０２、水平走査回路１０３、出力回路１０４、及び制御回路１０５を備える。画素領域１００には、複数の画素２０が、複数行及び複数列に渡って２次元状に配されている。垂直走査回路１０１は、画素２０から信号を読み出す際に画素２０内に含まれる読み出し回路を駆動するための制御信号を、画素２０に供給する回路部である。読み出し回路１０２は、画素２０から読み出された信号に対して、例えば、増幅処理や加算処理等の信号処理を実施する回路部である。読み出し回路１０２は、例えば、差動増幅回路、サンプルホールド回路、ＡＤ変換回路などを更に含んでいてもよい。水平走査回路１０３は、読み出し回路１０２において処理された信号を列毎に順次、出力回路１０４に転送するための制御信号を、読み出し回路１０２に供給する回路である。制御回路１０５は、垂直走査回路１０１、読み出し回路１０２及び水平走査回路１０３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１０４は、バッファアンプ、差動増幅器などから構成され、読み出し回路１０２から読み出された画素信号を光電変換装置の外部の信号処理部に出力するための回路部である。

図２に、画素２０の構成を示す等価回路図を示す。画素２０は、光電変換部１、フローティングディフュージョン２、転送トランジスタ３、選択トランジスタ４、増幅トランジスタ５、及びリセットトランジスタ６を含む。光電変換部１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３のソースに接続されている。転送トランジスタ３のドレインは、リセットトランジスタ６のソース及び増幅トランジスタ５のゲートに接続されている。転送トランジスタ３のドレイン、リセットトランジスタ６のソース及び増幅トランジスタ５のゲートの接続ノードが、フローティングディフュージョン２である。フローティングディフュージョン２は、前述の接続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６のドレイン及び増幅トランジスタ５のドレインは、電源電圧線に接続されている。増幅トランジスタ５のソースは、選択トランジスタ４のドレインに接続されている。選択トランジスタ４のソースは、画素出力線７に接続されている。画素出力線７の一端には、電流源１０が接続されている。これらのトランジスタとしては、例えばＭＯＳトランジスタが用いられる。

光電変換部１は、入射光を光電変換するとともに、光電変換された信号キャリアを蓄積する。転送トランジスタ３をオンすると光電変換部１の信号キャリアをフローティングディフュージョン２に転送する。増幅トランジスタ５はソースフォロワを構成し、フローティングディフュージョン２の電圧に基づく信号を、選択トランジスタ４を介して、画素出力線７に出力する。リセットトランジスタ６をオンすると、フローティングディフュージョン２の電圧を電源端子９の電圧でリセットすることができる。

同一行の画素２０に対しては共通の制御信号が垂直走査回路１０１から供給される。すなわち、第ｍ行の画素２０の転送トランジスタ３、選択トランジスタ４、リセットトランジスタ６には、制御信号ｐＴＸ（ｍ）、ｐＳＥＬ（ｍ）、ｐＲＥＳ（ｍ）がそれぞれ供給される。これらのトランジスタは制御信号がハイレベルの時にオンされ、ローレベルの時にオフされる。

次に、本実施形態の画素の構造について説明する。図３は、本実施形態の画素２０の平面レイアウトを示す図である。図４は、第１画素２０ａの図３のＡ−Ａ’における概略断面図と、第２画素２０ｂのＡ−Ａ’における概略断面図である。図３及び図４には、画素２０の構成要素のうち、光電変換部１及び転送トランジスタ３のみを示している。

半導体基板１１０の第１面１１０−１近傍には、活性領域１１２を画定する分離領域１１４が配されている。分離領域１１４は、例えば、絶縁体により構成することができる。活性領域１１２内には、光電変換部１を構成するフォトダイオード及び光電変換部１から転送される信号キャリアを保持する電荷保持部としてのフローティングディフュージョン２が配される。転送トランジスタ３は、光電変換部１、フローティングディフュージョン２、及びゲート電極１２４により構成される。半導体基板１１０とゲート電極１２４との間には、ゲート絶縁膜１２２が配されている。

画素２０の光電変換部１は、第１導電型の第１半導体領域（Ｎ型半導体領域１１８）、第２導電型の第２半導体領域（Ｐ型半導体領域１２８）を含む。Ｎ型半導体領域１１８は第１面１１０−１から第１の深さｄ１に配され、Ｐ型半導体領域１２８は第１の深さｄ１よりも第１面１１０−１からの深さが深い第２の深さｄ２に配されている。また、第１面１１０−１とＮ型半導体領域１１８との間（第５の深さｄ５）には、第２導電型の第５半導体領域（Ｐ型半導体領域１１６）が配されている。Ｐ型半導体領域１１６とＮ型半導体領域１１８とはＰＮ接合面を有する。Ｎ型半導体領域１１８は、光電変換部１で生じた信号キャリアを蓄積するための電荷蓄積領域である。

第２の深さｄ２に形成されたＰ型半導体領域１２８は、Ｎ型半導体領域１１８から第２面１１０−２に向かう空乏層の広がりを低減する空乏化抑制領域である。Ｐ型半導体領域１２８を設けることにより、Ｎ型半導体領域１１８とＰ型半導体領域１２８との間にはＰＮ接合容量が形成される。Ｑ＝ＣＶで表される関係式から明らかなように、光電変換部のＰＮ接合に、ある決まった逆バイアス電圧Ｖを印加した場合、ＰＮ接合容量Ｃが大きいほどに蓄積電荷量Ｑは大きくなる。Ｎ型半導体領域１１８に蓄積された信号キャリアは出力部に転送されるが、Ｎ型半導体領域１１８の電位が電源電圧等によってある所定の電位に達すると、Ｎ型半導体領域１１８の信号キャリアは転送されなくなる。つまり、信号キャリアの転送に伴う電圧Ｖの変動量は決まっているので、光電変換部のＰＮ接合容量に比例して飽和電荷量は大きくなる。したがって、Ｐ型半導体領域１２８を設けることで、電荷蓄積層としてのＮ型半導体領域１１８の飽和電荷量を増加することができる。

本実施形態では、第１画素２０ａは赤外光よりも可視光の透過率の高い第１のフィルタ１５１を備え、第２画素２０ｂは可視光よりも赤外光の透過率の高い第２のフィルタ１５２を備える。第１のフィルタ１５１は平面視において第１画素２０ａに含まれる光電変換部（第１光電変換部）のＮ型半導体領域１１８に重なるように配される。第２のフィルタ１５２は平面視において第２画素２０ｂに含まれる光電変換部（第２光電変換部）のＮ型半導体領域１１８に重なるように配される。第１のフィルタ１５１を透過して第１光電変換部に入射する光は可視領域（波長λ＜６５０ｎｍ）にピーク波長を有する。第１のフィルタ１５１は、例えば、青色光、赤色、又は緑色を透過するフィルタである。また、第１のフィルタ１５１は、シアン光、マゼンダ光、及びイエロー光の少なくともいずれかを透過するフィルタであってもよい。第２のフィルタ１５２を透過して第２光電変換部に入射する光は赤外領域（波長λ≧６５０ｎｍ）にピーク波長を有する。

このように第１光電変換部に入射する光の波長と第２光電変換部に入射する波長とが異なる場合は、各光電変換部の感度が異なる場合がある。本実施形態では、感度の異なる複数の光電変換部において、Ｐ型半導体領域１２８の不純物濃度を異なる値とすることにより、画質の低下を低減している。以下で詳細を説明する。

まず、図６を参照しながら比較例について説明する。図６は、比較例に係る光電変換装置の画素の入出力特性を示す図である。横軸は可視光源からの可視光を入射した場合の光電変換装置への入射光量を示し、縦軸は各画素からの出力を示している。以下の説明において、Ｒ画素は赤色光を光電変換する画素であり、Ｇ画素は緑色光を光電変換する画素であり、Ｂ画素は青色光を光電変換する画素であり、ＩＲ画素は赤外光を光電変換する画素である。比較例では、各画素におけるＰ型半導体領域１２８を同じ不純物濃度で構成している。したがって、各画素における飽和電荷量は同じになるため、各画素から信号キャリアが飽和するときの画素出力Ａは同じ値となる。

比較例では、入射光量がＢの時点でＲ画素は画素出力Ａに達しており、入射光量がＢを超えるとＩＲ画素とＢ画素の線形性が変化している。これはＲ画素から飽和した信号キャリアが隣り合って配されたＩＲ画素及びＢ画素に漏れ込んだためである。ホワイトバランスをとる領域は線形性が保たれる画素出力Ａ以下の領域で行うことが一般的である。ところがＩＲ画素、Ｒ画素、Ｇ画素、及びＢ画素のホワイトバランスを取る場合には、Ｒ画素、Ｂ画素、Ｇ画素からＩＲ成分を引いた後にホワイトバランスを計算する。ＩＲ画素成分はカラー現像に必要のないオフセット出力成分であるからである。例えば、ホワトバランスをとった後のＲ画素の出力をＲ’、元のＲ画素の出力をＲ、元のＩＲ画素の出力をＩＲとすると、以下（式１）で簡易的に表される。
Ｒ’＝Ｒ―ＩＲ（式１）
医療用途や監視用途において、ＩＲ画素出力とＲＧＣカラー画像を同一視野で見ることが求められているが、図６に示すように、Ｂ画素の出力の約５０％はＩＲ画素の出力となる場合がある。Ｂ画素も上記（式１）と同様にＢ画素出力からＩＲ画素の出力成分を引いた場合、Ｂ画素出力はＲ画素、Ｇ画素と比較して低下しやすい。したがって、ホワイトバランスをとった場合、黄色かかった画像となってしまう。このように、入射光の可視光成分とＩＲ光成分の比率によっては、全ての画素でＰ型半導体領域１２８の不純物濃度を同じ値に設定すると画質が低下することがある。

そこで、本実施形態では、第１画素２０ａのＰ型半導体領域１２８の不純物濃度と、第２画素２０ｂのＰ型半導体領域１２８’の不純物濃度と、を異なる値としている。具体的には、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のＰ型半導体領域１２８の不純物濃度をＩＲ画素のＰ型半導体領域１２８のＰ型半導体領域１２８’の不純物濃度よりも高くしている。前述のように、Ｐ型半導体領域１２８とＮ型半導体領域１１８とのあいだにはＰＮ接合容量が形成される。Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のＰ型半導体領域１２８の不純物濃度をＩＲ画素のＰ型半導体領域１２８’の不純物濃度よりも高くすることにより、Ｒ画素、Ｇ画素、及びＢ画素のＰＮ接合容量がＩＲ画素のＰＮ接合容量よりも大きくなる。したがって、ダイナミックレンジが必要なＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の飽和電荷量をＩＲ画素よりも大きくすることができ、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の電荷の飽和を低減することができる。

本実施形態に係る光電変換装置の入出力特性を図５に示す。各画素におけるＰ型半導体領域１２８の不純物濃度を異ならせている以外は、比較例に係る光電変換装置と同様の構成としている。比較例を示す図６では、入射光量がＢの時点でＲ画素は画素飽和する値に達していたのに対して、図５では入射光量がＢの時点を超えてＢ’の時点でＲ画素出力の線形性が保たれていることから明らかである。このように、本実施形態によれば、画素出力のＡからＡ’までダイナミックレンジが拡大し、ホワイトバランスを取るための線形性領域を拡大することが可能となる。したがって、ＩＲ成分によりＲＧＢ出力低下による画質低下を抑制することが可能となる。

Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のＰ型半導体領域１２８とＩＲ画素のＰ型半導体領域１２８’とは、異なるマスクパターンを用いて半導体基板１１０にイオン注入して形成される。この場合は、Ｐ型半導体領域１２８とＰ型半導体領域１２８’を形成するイオン注入のイオン加速エネルギーを同じにして、マスクパターンで分けたＰ型半導体領域１２８にイオン注入を追加しても良い。また、始めからマスクパターンで分けてイオン注入のイオン濃度を打ち分けても良い。

図４に示すように、Ｐ型半導体領域１２８は、平面視において、行方向（図において横方向）に延びるストライプ状のパターンにより構成されている。図４には、隣接する２つのストライプ状のパターンのＰ型半導体領域１２８ａ，１２８ｂと、これらの間の間隙１４０とを示している。Ｐ型半導体領域１２８ａとＰ型半導体領域１２８ｂとの間の間隙１４０は、平面視において、Ｎ型半導体領域１１８を横断するように配されている。或いは、Ｎ型半導体領域１１８とＰ型半導体領域１２８ａとが重なる領域を第１の領域、Ｎ型半導体領域１１８とＰ型半導体領域１２８ｂとが重なる領域を第２の領域と定義すると、第１の領域と第２の領域とが互いに離間していると言うこともできる。さらに言えば、第２半導体領域であるＮ型半導体領域１１８は、平面視において、第１の端部と、第１の端部に対向する第２の端部とを備え、第１の端部の一部と、第２の端部の一部とに渡って、第１の領域と第２の領域とが離間されていると言える。

Ｐ型半導体領域１２８ａとＰ型半導体領域１２８ｂとの間の間隙１４０は、Ｎ型半導体領域１１８とＰ型半導体領域１３４との間の半導体基板１１０内で発生した信号キャリアをＮ型半導体領域１１８に集める際の信号キャリアの移動経路となる。したがって、間隙１４０の大きさや形状、Ｐ型半導体領域１２８の不純物濃度を適切に設定することにより、Ｎ型半導体領域１１８とＰ型半導体領域１３４との間の半導体基板１１０内で発生した電子をすみやかにＮ型半導体領域１１８に集めることができる。すなわち、Ｐ型半導体領域１２８を設けない構造において得られる感度と同等の感度を得ることができる。

第２の深さｄ２よりも第１面１１０−１からの深さが深い第３の深さｄ３には、第１導電型の第３半導体領域（Ｎ型半導体領域１３５）が配されている。Ｎ型半導体領域１３５は、Ｎ型半導体領域１１８よりも不純物濃度の低い領域である。Ｎ型半導体領域１３５が配されることにより、Ｎ型半導体領域１３５を感度領域として機能させることができる。図４では、間隙１４０にＮ型半導体領域１３５が配されている。

第３の深さｄ３よりも第１面１１０−１からの深さが深い第４の深さｄ４には、第２導電型の第４半導体領域（Ｐ型半導体領域１３４）が配されている。Ｎ型半導体領域１１８とＰ型半導体領域１３４とは平面視において重なっている。Ｐ型半導体領域１３４は、半導体基板１１０内で発生した信号キャリアを有効に集めさせる深さを規定している。Ｐ型半導体領域１３４は、第１光電変換部と第２光電変換部にわたって連続して配される。

平面視で分離領域１１４に重なる領域には、Ｐ型半導体領域１３０，１３２が配されている。Ｐ型半導体領域１３０、１３２は、半導体基板１１０の内部において画素２０と隣り合う画素２０とを分離する。

フローティングディフュージョン２は、Ｎ型半導体領域１１８から離間して配されたＮ型半導体領域１２０により構成されている。

（変形例）
以下で第１実施形態の変形例を説明する。以下で説明する変形例においても、ホワイトバランスをとるために必要な画素のダイナミックレンジを拡大することで、画質低下を抑制することが可能となる。

図３及び図４では、Ｐ型半導体領域１２８を、平面視において行方向に延在するストライプ状のパターンにより構成したが、平面視において列方向に延在するストライプ状のパターンにより構成してもよい。この場合も、Ｐ型半導体領域１２８ａとＰ型半導体領域１２８ｂとの間の間隙１４０は、平面視においてＮ型半導体領域１１８を横断するように配置する。同様に、第２実施形態において、間隙１４０を列方向に延在するパターンとしてもよい。

図３及び図４では、Ｐ型半導体領域１２８の第１の領域と第２の領域とは互いに離間しているが、Ｐ型半導体領域１２８の第１の領域と第２の領域とが互いに離間していることは重要ではない。例えば、間隙１４０が無く、Ｐ型半導体領域１２８の領域が別れていなくても良い。例えば、Ｐ型半導体領域１２８が第１光電変換部および第２光電変換部にわたって連続的に形成されていてもよい。例えば、マスクパターンを変えてイオン注入することにより、第１光電変換部と第２光電変換部とでＰ型半導体領域１２８の濃度を変えることができる。

第２のフィルタは、可視光を遮断する層を含んでいてもよい。また、第１のフィルタは、赤外光を遮断する層を含んでいてもよい。可視光を遮断する層とは、例えば、波長λ＜６７０ｎｍの光を９５％以上反射又は９５％以上吸収する層である。赤外光を遮断する層とは、例えば、波長λ≧６７０ｎｍの光を反射又は吸収する層である。

第１のフィルタが透過する波長と第２のフィルタが透過する波長とが異なる例を説明したが、これに限らず、第１のフィルタが透過する波長と第２のフィルタが透過する波長が同じであってもよい。例えば、画素領域１００での光電変換部の配置位置により感度の異なる光電変換部がある場合は、Ｐ型半導体領域１２８の不純物濃度を変えることにより飽和電荷量を調整することができる。

また、第１のフィルタ及び第２のフィルタの双方が可視光を透過するフィルタであってもよい。例えば、第１のフィルタが４８０ｎｍよりも長波側であって５８０ｎｍ以下の範囲内に透過スペクトルのピークを有し、第２のフィルタが４００ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の範囲内に透過スペクトルのピークを有してもよい。

第１のフィルタ、第２のフィルタは必須の構成ではなく、第１のフィルタ、及び第２のフィルタを備えていなくてもよい。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態について図７を用いて説明する。本実施形態において、ＩＲ画素２０ｂ、Ｒ画素２０ｃ、Ｇ画素２０ｄ、Ｂ画素２０ｅを備えており、画素ごとに第２半導体領域（Ｐ型半導体領域１２８）の不純物濃度が異なる点が第１実施形態とは異なる。

本実施形態では、Ｇ画素２０ｄは光電変換部（第３光電変換部）を含み、Ｂ画素２０ｅは光電変換部（第４光電変換部）を含む。第３光電変換部及び第４光電変換部のそれぞれは、第１実施形態と同様に、第５の深さにＰ型半導体領域１１６を含み、第１の深さにＮ型半導体領域１１８を含み、第２の深さにＰ型半導体領域１２８を含む。そして、Ｒ画素２０ｃのＰ型半導体領域１２８Ｒ、ＩＲ画素２０ｂのＰ型半導体領域１２８ＩＲ、Ｇ画素２０ｄのＰ型半導体領域１２８Ｇ、Ｂ画素２０ｅのＰ型半導体領域１２８Ｂの不純物濃度がそれぞれ異なっている。Ｐ型半導体領域１２８の不純物濃度の関係は第２半導体領域１２８Ｇ＞第２半導体領域１２８Ｒ＞第２半導体領域１２８Ｂ＞第２半導体領域１２８ＩＲとしている。

本実施形態によれば、感度の高いＧ画素２０ｄの第２半導体領域１２８Ｇの不純物濃度を高くし、感度の低いＩＲ画素２０ｂの第２半導体領域１２８ＩＲの不純物濃度を低くしている。これにより、ホワイトバランスをとるために必要な画素のダイナミックレンジを拡大することができ、画質の低下を低減することができる。

なお、上述の説明では、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素の中でＧ感度が最も高い場合、すなわち画素飽和に最も到達しやすい画素がＧ画素である場合を想定し、Ｇ画素のＰ型半導体領域１２８濃度を高くしている。しかしながら、入射光の波長やフィルタの透過率によって、夫々の画素の感度は異なるため、Ｐ型半導体領域１２８の濃度の順番の関係はこれに限定されるものではない。つまり、よりダイナミックレンジが必要な画素に対してＰ型半導体領域１２８の濃度を高くする。

＜第３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８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８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８の光電変換装置２０１として種々の光電変換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光電変換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８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。

図８に例示した光電変換システム２００は、光電変換装置２０１、被写体の光学像を光電変換装置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、光電変換装置２０１に光を集光する光学系である。光電変換装置２０１は、上述した各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。

光電変換システム２００は、光電変換装置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、光電変換装置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、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。例えば、信号処理部２０８は、デジタル画像データに対して、ホワイトバランス演算処理を行う。光電変換装置２０１から出力される画像データに対応する各色信号の信号値に所定のホワイトバランス係数を乗算することにより、画像データのホワイトバランス調整が可能となる。信号処理部２０８の一部であるＡＤ変換部は、光電変換装置２０１が設けられた半導体基板に形成されていてもよいし、光電変換装置２０１とは別の半導体基板に形成されていてもよい。また、光電変換装置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。

光電変換システム２００は、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。さらに光電変換システム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、光電変換システム２００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。

さらに光電変換システム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、光電変換装置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、光電変換システム２００は少なくとも光電変換装置２０１と、光電変換装置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。

＜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、第１実施形態で説明した変形例を第２実施形態に適用することが可能である。

１１０基板
１ａ第１光電変換部
１ｂ第２光電変換部
１１８第１半導体領域
１２８第２半導体領域
１３５第３半導体領域
１３４第４半導体領域

Claims

半導体基板内に配された第１光電変換部と前記第１光電変換部に隣り合って配された第２光電変換部とを有する光電変換装置であって、
前記第１光電変換部および前記第２光電変換部のそれぞれは、
前記半導体基板の第１面から第１の深さに配され、信号キャリアと同じ第１の極性のキャリアを多数キャリアとする第１導電型の第１半導体領域と、
前記第１の深さよりも前記半導体基板の前記第１面からの深さが深い第２の深さに配された、第２の極性のキャリアを多数キャリアとする第２導電型の第２半導体領域と、
前記第２の深さよりも前記半導体基板の前記第１面からの深さが深い第３の深さに配された前記第１導電型の第３半導体領域と、
前記第３の深さよりも前記半導体基板の前記第１面からの深さが深い第４の深さに配された前記第２導電型の第４半導体領域と、を有し、
前記第４半導体領域は、前記第１光電変換部から前記第２光電変換部にわたって連続して配され、
前記第２の深さにおいて、前記第１光電変換部の前記第２半導体領域の不純物濃度と、前記第２光電変換部の前記第２半導体領域の不純物濃度と、は異なることを特徴とする光電変換装置。
平面視において、前記第１光電変換部の前記第１半導体領域に重なるように配された第１のフィルタと、前記第２光電変換部の前記第１半導体領域に重なるように配された第２のフィルタと、を備え、
前記第１のフィルタが透過する波長と前記第２のフィルタが透過する波長とは異なることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
前記第１のフィルタは、赤外光よりも可視光の透過率が高く、
前記第２のフィルタは、可視光よりも赤外光の透過率が高く、
前記第２の深さにおいて、前記第１光電変換部の前記第２半導体領域の不純物濃度は、前記第２光電変換部の前記第２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２に記載の光電変換装置。
前記第２のフィルタは、可視光を遮断することを特徴とする請求項２又は３に記載の光電変換装置。
前記第１のフィルタは、４８０ｎｍよりも長波側であって５８０ｎｍ以下の範囲内に透過スペクトルのピークを有し、
前記第２のフィルタは、４００ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の範囲内に透過スペクトルのピークを有し、
前記第２の深さにおいて、前記第１光電変換部の前記第２半導体領域の不純物濃度は、前記第２光電変換部の前記第２半導体領域の不純物濃度よりも低いことを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
前記第１半導体領域は、平面視において第１の端部と前記第１の端部に対向する第２の端部とを備え、
前記第２半導体領域は、平面視において前記第１半導体領域と重なる第１領域及び第２領域を有し、
前記第１の領域と前記第２の領域とは、平面視において前記第１の端部の一部から前記第２の端部の一部に渡って離間してい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半導体領域は、前記第１光電変換部から前記第２半導体領域にわたって連続的に配されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に光電変換装置。
前記半導体基板の前記第１面と前記第１半導体領域との間には、前記第２導電型の第５半導体領域が配され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。
前記半導体基板内に配された第３光電変換部と第４光電変換部とをさらに有し、
前記第３光電変換部および前記第４光電変換部のそれぞれは、前記第１半導体領域、前記第２半導体領域、前記第３半導体領域、及び前記第４半導体領域を有し、
前記第２の深さにおいて、前記第１光電変換部の前記第２半導体領域の不純物濃度、前記第２光電変換部の前記第２半導体領域の不純物濃度、前記第３光電変換部の前記第２半導体領域の不純物濃度、及び前記第４光電変換部の前記第２半導体領域の不純物濃度はそれぞれ異な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。
平面視において、前記第１光電変換部に重なるように配された第１のフィルタと、前記第２光電変換部に重なるように配された第２のフィルタと、前記第３光電変換部に重なるように配された第３のフィルタと、前記第４光電変換部に重なるように配された第４フィルタと、は透過する波長が異なることを特徴とする請求項９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。
前記信号処理部は、ホワイトバランス調整を行うことを特徴とする請求項１１に記載の光電変換システム。