JP2022113371A - 光検出装置 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022113371000001
【課題】画素における駆動開始電圧の変動を抑制することができる光検出装置を提供する。
【解決手段】本開示による光検出装置は、光入射面である第1面と、光入射面とは反対側にある第2面とを有する半導体基板と、半導体基板内にあって、第1導電型領域と第2導電型領域とを含むアバランシェ増幅領域を有する第1画素と、第1画素と隣接する画素とを分離する画素分離部と、第2面側に設けられ、画素分離部と接する第1絶縁膜と、第1絶縁膜とアバランシェ増幅領域との間に設けられた第2絶縁膜とを備え、第2絶縁膜の膜厚は前記第1絶縁膜の膜厚よりも厚い。
【選択図】図1

Description

本開示は、光検出装置に関する。
アバランシェフォトダイオード(APD)には、ブレークダウン電圧よりも高いバイアス電圧で動作させるガイガーモードと、ブレークダウン電圧近傍の少し高いバイアス電圧で動作させるリニアモードとがある。ガイガーモードのアバランシェフォトダイオードは、シングルフォトンアバランシェダイオード(SPAD)とも呼ばれている。SPADは、光電変換により発生したキャリアを画素毎に設けられた高電界のPN接合領域で増倍させることで、1個のフォトンを画素毎に検出する。
国際特許公開第2018-074530号公報
このようなSPADにおいて、画素間を分離するために深い素子分離部が半導体基板に設けられる場合がある。この素子分離部を形成する際には、ストッパ膜(例えば、シリコン窒化膜)が必要となるが、このストッパ膜はSPADの駆動中において電荷をトラップして画素における駆動開始電圧を変化させるおそれがあった。
そこで、本開示では、画素における駆動開始電圧の変動を抑制することができる光検出装置を提供する。
本開示の一側面の光検出装置は、光入射面である第1面と、光入射面とは反対側にある第2面とを有する半導体基板と、半導体基板内にあって、第1導電型領域と第2導電型領域とを含むアバランシェ増幅領域を有する第1画素と、第1画素と隣接する画素とを分離する画素分離部と、第2面側に設けられ、画素分離部と接する第1絶縁膜と、第1絶縁膜とアバランシェ増幅領域との間に設けられた第2絶縁膜と、を備え、第2絶縁膜の膜厚は第1絶縁膜の膜厚よりも厚い。
第1絶縁膜は、シリコン窒化膜であり、第2絶縁膜は、シリコン酸化膜である。
第1絶縁膜は、15nm未満であり、第2絶縁膜は、40nm以下である。
第1絶縁膜は、画素分離部の第2面側の端部に接する。
光検出装置は、第1絶縁膜と第2絶縁膜との間に設けられ、第1および第2絶縁膜に比べて、面密度が高い第3絶縁膜をさらに備える。
第3絶縁膜は、酸化アルミニウムを含む。
第1絶縁膜は、アバランシェ増幅領域の下方に設けられている。
第1絶縁膜は、画素分離部の第2面側の端部の直下のみに設けられている。
光検出装置は、第1および第2絶縁膜を貫通してアバランシェ増幅領域の一端に電気的に接続された第1コンタクトプラグをさらに備える。
光検出装置は、アバランシェ増幅領域の周囲に設けられた電荷蓄積領域と、第1および第2絶縁膜を貫通して電荷蓄積領域の一端に電気的に接続された第2コンタクトプラグとをさらに備える。
第1および第2コンタクトプラグの一方がカソードとして機能し、他方がアノードとして機能する。
光検出装置は、第1コンタクトプラグをアバランシェ増幅領域の一端に電気的に接続する第1コンタクト拡散層と、第2コンタクトプラグを電荷蓄積領域の一端に電気的に接続する第2コンタクト拡散層とをさらに備え、第1面に対して略垂直方向から見た平面視において、第1コンタクト拡散層は、アバランシェ増幅領域よりも広い。
光検出装置は、第1コンタクトプラグをアバランシェ増幅領域の一端に電気的に接続する第1コンタクト拡散層と、第2コンタクトプラグを電荷蓄積領域の一端に電気的に接続する第2コンタクト拡散層とをさらに備え、第1面に対して略垂直方向から見た平面視において、第2コンタクト拡散層は、電荷蓄積領域の一端の端面よりも広い。
本開示の他の側面の光検出装置は、光入射面である第1面と、光入射面とは反対側にある第2面とを有する半導体基板と、半導体基板内にあって、第1導電型領域と第2導電型領域とを含むアバランシェ増幅領域を有する第1画素と、第1画素と隣接する画素とを分離する画素分離部と、画素分離部の第2面側の端部に接するシリコン酸化膜と、を備える。
光検出装置は、シリコン酸化膜を貫通してアバランシェ増幅領域の一端に電気的に接続された第1コンタクトプラグをさらに備える。
光検出装置は、アバランシェ増幅領域の周囲に設けられた電荷蓄積領域と、シリコン酸化膜を貫通して電荷蓄積領域の一端に電気的に接続された第2コンタクトプラグとをさらに備える。
第1および第2コンタクトプラグの一方がカソードとして機能し、他方がアノードとして機能する。
第1実施形態による裏面照射型SAPDの構成例を示す断面図。 画素の構成例を示す概略平面図。 第2実施形態による画素の構成例を示す断面図。 第2実施形態による画素の構成例を示す概略平面図。 第3実施形態による画素の構成例を示す断面図。 第3実施形態による画素の構成例を示す概略平面図。 第4実施形態による画素の構成例を示す断面図。 第5実施形態による画素の構成例を示す断面図。 第5実施形態による画素の構成例を示す概略平面図。 第6実施形態による画素の構成例を示す断面図。 第6実施形態による画素の構成例を示す概略平面図。 第7実施形態による画素の構成例を示す断面図。 第8実施形態による画素の構成例を示す断面図。 本技術によるSAPDを適用した測距装置の一実施の形態の構成を示す図。 本技術によるSAPDを適用した測距装置の一実施の形態の構成を示す図。 本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図。 撮像部の設置位置の例を示す図。
以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。本技術は、光検出器に適用できる。また光検出器として、ここではAPDを例に挙げて説明する。
SPADは、光電変換により発生したキャリアを画素毎に設けられた高電界のPN接合領域で増倍させることで、1個のフォトンを画素毎に検出することができる。本技術は、APDのうちのSPADに適用することで、より高い効果を得ることができる。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態による裏面照射型SAPDの構成例を示す断面図である。画素1は、基板10と、素子分離部70と、オンチップレンズ80と、絶縁膜90、92、94と、コンタクトプラグCNT1、CNT2とを備えている。
基板10は、例えば、シリコン基板であり、光入射面である第1面F1と、第1面F1に対して反対側にある第2面F2とを有する。基板10は、第2面F2から導入されたウェル拡散層20を有する。ウェル拡散層20は、N型半導体領域であってもよいし、P型の半導体領域であってもよい。また、ウェル拡散層20は、例えば、1×1014atoms/cm以下の低濃度のN型またはP型半導体領域であることが好ましい。これにより、ウェル拡散層20を空乏化させやすくなり、光子検出効率(PDE(Photon Detection Efficiency))を向上させることができる。
第2面F2の表面領域におけるウェル拡散層20には、カソードとして機能するN型不純物拡散層40が設けられている。また、ウェル拡散層20内において、拡散層40に隣接してP+型不純物拡散層30が設けられている。拡散層40は、例えば、不純物濃度がウェル拡散層20よりも高いN型半導体領域である。拡散層30は、不純物濃度がウェル拡散層20および拡散層40よりも高いP型半導体領域である。拡散層30と拡散層40は、接合界面においてPN接合部を構成している。拡散層30、40は、被検出光の入射によって生じたキャリアをアバランシェ増幅する増幅領域として機能する。拡散層40は、空乏化していることが好ましく、これによりPDEを向上させることができる。以下、拡散層30、40は、アバランシェ増幅領域ともいう。尚、拡散層30、40は、それぞれ第1導電型領域および第2導電型領域の一例である。
拡散層40には、不純物濃度が高いN型コンタクト拡散層50が設けられている。第1コンタクト拡散層としてのコンタクト拡散層50は、拡散層40に接続されており、かつ、コンタクトプラグCNT1を介して、図示しない制御回路(CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)回路)に接続されている。
電荷蓄積領域としてのホール蓄積領域60は、ウェル拡散層20と素子分離部70との間の基板10に設けられている。即ち、ホール蓄積領域60は、アバランシェ増幅領域(30、40)の周囲に設けられ、ウェル拡散層20の両側に拡散層30、40と離間して設けられている。さらに、ホール蓄積領域60は、ウェル拡散層20とオンチップレンズ80との間にも設けられている。即ち、ホール蓄積領域60は、ウェル拡散層20の第1表面F1側にも設けられている。ホール蓄積領域60は、異なる材質が接する部分に設けられている。例えば、基板10(例えば、シリコン)と素子分離部70(例えば、タングステン等の金属材料)との界面、あるいは、基板10とオンチップレンズ80(例えば、樹脂)との界面に設けられている。ホール蓄積領域60は、これらの界面において発生する暗電流を抑制するために設けられている。尚、素子分離部70は、隣接する画素1を分離する画素分離部の一例である。
ホール蓄積領域60および素子分離部70を備えることによって、画素1間の電気的および光学的なクロストークを抑制することができる。また、ホール蓄積領域60をウェル拡散層20の両側面に設けることによって、横方向(X方向またはY方向)の電界がウェル拡散層20の両側面に形成され、その高電界領域に電荷を収集しやすくなる。これは、PDEの向上につながる。また、素子分離部70に遮光性の高いタングステン等の金属材料を用いることによって、入射光をウェル拡散層20へ反射してPDEをさらに向上させることができ、尚且つ、隣接する画素1間のクロストークを抑制することができる。
ホール蓄積領域60は、イオン注入、固相拡散、固定電荷膜による誘起等により形成することができる。
ウェル拡散層20と素子分離部70との界面にホール蓄積領域60を設けることによって、ホール蓄積領域60は、該界面で発生した電子をトラップすることができ、暗電流成分(即ち、DCR(Dark Count Rate))を抑制することができる。ここでは、ホール蓄積領域60は、ホール(正孔)を蓄積して、電子をトラップする。しかし、画素1内の各拡散層の導電型を逆にすることによって、蓄積領域60は、電子を蓄積し、ホールをトラップするようにしてもよい。
尚、暗電流成分が充分に小さい場合には、ホール蓄積領域60をウェル拡散層20の両側面のみに設けてもよい。この場合、第1面F1のホール蓄積領域60は省略しても構わない。また、ホール蓄積領域60は、イオン注入、固相拡散、固定電荷膜による誘起等により形成することができる。
素子分離部70は、各画素1のウェル拡散層20の周囲を囲むように設けられており、隣接する画素1間を電気的および光学的に分離するために設けられている。例えば、第1面F1に対して略垂直方向(Z方向)から見た平面視において、素子分離部70は、各画素1のアバランシェ増幅領域の周囲を囲むように格子状に設けられている。また、素子分離部70は、第1面F1に対して略垂直方向(Z方向)に切断した断面において、基板10の第1面F1から第2面F2まで貫通している。即ち、素子分離部70は、隣接する画素1間に設けられており、画素1に対してアバランシェ増幅領域(30、40)を1対1に対応させている。これにより、素子分離部70は、各画素1を電気的および光学的に分離することができる。なお、素子分離部70は、基板10の途中まで挿入されている構成であってもよい。
オンチップレンズ80は、基板10の第1面F1上に設けられている。オンチップレンズ80には、例えば、透明な樹脂が用いられる。本実施形態では、コンタクトプラグCNT1~CNT3や制御回路が設けられる第2面F2とは反対側の第1面(裏面)F1から光を入射する。従って、画素1は、裏面照射型SAPDである。裏面照射型の画素の場合、図示しない制御回路は、別基板として基板10の第2面(表面)F2側に積層してもよい。また、制御回路は、同一基板10内において、第2面F2の画素エリア外の領域に配置してもよい。
ホール蓄積領域60の第2面F2側には、不純物濃度が高いP型コンタクト拡散層65が設けられている。第2コンタクト拡散層としてのコンタクト拡散層65は、ホール蓄積領域60に接続されており、かつ、コンタクトプラグCNT2を介して制御回路に接続されている。コンタクト拡散層65は、アノードとして機能する。
基板10の第2面F2上には、絶縁膜90、92、94がこの順番に積層されている。第1絶縁膜としての絶縁膜92は、絶縁膜90と絶縁膜94との間に設けられており、第1面F1側から素子分離部70を形成する際のストッパとして機能する。従って、絶縁膜92は、素子分離部70の第2面F2側の端部において素子分離部70と接触している。絶縁膜92には、例えば、シリコン窒化膜、酸化イットリウム(YO3)、酸化ランタン(La)、酸化アルミニウム(Al)、酸化ハフニウム(HfO)等の絶縁膜が用いられる。
第2絶縁膜としての絶縁膜90は、絶縁膜92と拡散層40との間に設けられている。即ち、絶縁膜90は、絶縁膜92とアバランシェ増幅領域(30、40)との間に設けられている。絶縁膜90には、例えば、シリコン酸化膜が用いられている。
絶縁膜94は、絶縁膜92に接触するように設けられている。絶縁膜94には、例えば、絶縁膜90と同じシリコン酸化膜が用いられている。
ここで、絶縁膜90の膜厚は、絶縁膜92の膜厚よりも厚い。絶縁膜92は、素子分離部70を形成する際のエッチングストッパとして設けられている。例えば、素子分離部70に用いられるトレンチを基板10に形成する際に、基板10を第1面F1から第2面F2までエッチングし、さらに、絶縁膜90もエッチングする。このとき、絶縁膜90は、例えば、シリコン酸化膜であり、絶縁膜92がシリコン窒化膜である場合、選択比により、エッチングをシリコン窒化膜で停止させることができる。このように、絶縁膜92は、素子分離部70を形成する際のエッチングストッパとして機能する。従って、絶縁膜92の膜厚は、エッチングストッパとして機能可能な厚み(例えば、40nm)に形成される。
一方、素子分離部70は、画素1を電気的および光学的に分離するために、基板10の第1面F1から第2面F2まで設けられていればよい。従って、絶縁膜92は、第2面F2近傍に設けられていればよく、絶縁膜90の膜厚は、エッチング工程を短縮するために薄い方が好ましい。
しかし、絶縁膜90の膜厚が薄い場合、アバランシェ増幅領域(30、40)およびウェル拡散層20で発生した電荷が絶縁膜90を介して絶縁膜92にトラップされる。この場合、絶縁膜92がチャージアップされて、アバランシェ増幅領域(30、40)に電界を印加する。アバランシェ増幅領域(30、40)に電界が印加されると、画素1の駆動開始電圧(閾値電圧)が変動してしまう。この場合、コンタクトプラグCNT1、CNT2に所定の駆動電圧を印加しても、画素1が期待通りに動作しなくなる。
これに対し、本開示による画素1では、絶縁膜90の膜厚が絶縁膜92の膜厚よりも厚い。これにより、アバランシェ増幅領域(30、40)と絶縁膜(例えば、シリコン窒化膜)92との間に、厚い絶縁膜(例えば、シリコン酸化膜)90が介在し、アバランシェ増幅領域(30、40)から絶縁膜92までの距離を遠くすることができる。これにより、アバランシェ増幅領域(30、40)およびウェル拡散層20で発生した電荷は、絶縁膜92に到達し難くなり、絶縁膜92にトラップされ難くなる。また、電荷が絶縁膜92にトラップされても、それによる電界の影響はアバランシェ増幅領域(30、40)に届き難くなる。その結果、画素1における駆動開始電圧(閾値電圧)の変動を抑制することができる。
絶縁膜90がシリコン酸化膜である場合、絶縁膜90の膜厚は、例えば、15nm以上であり、好ましくは、30nm以上である。絶縁膜92がシリコン窒化膜である場合、絶縁膜92の膜厚は、例えば、40nm以下である。
コンタクトプラグCNT1は、絶縁膜90、92、94を貫通してアバランシェ増幅領域の一端(カソード)としてのコンタクト拡散層50に電気的に接続される。コンタクトプラグCNT2は、絶縁膜90、92、94を貫通してアノードとしてのコンタクト拡散層65に接続され、コンタクト拡散層65を介してホール蓄積領域60の一端に電気的に接続される。コンタクトプラグCNT1、CNT2に電圧を印加することによって、拡散層40からウェル拡散層20へ空乏層を広げることができる。
図2は、画素1の構成例を示す概略平面図である。図2は、図1のB-B線に沿った平面を示している。画素1は、Z方向からの平面視において、略正方形または略長方形を有する。画素1の外周は、素子分離部70によって取り囲まれている。素子分離部70の内側に、ホール蓄積領域60、ウェル拡散層20、拡散層40、拡散層30がその順に配置されている。
コンタクトプラグCNT1は、図2では図示しないコンタクト拡散層50とともに拡散層40の中心部に接続されている。コンタクトプラグCNT2は、ホール蓄積領域60に沿って素子分離部70の内周全体に設けられている。本開示において、画素1は、一例として方形を有する。この場合、アバランシェ増幅領域(30、40) の面積を広く確保することができる。これにより、PDEを向上させることができる。
一方、画素1は、円形、楕円形、他の多角形であってもよい。例えば、アバランシェ増幅領域(30、40)を円形状にした場合、アバランシェ増幅領域(30、40)の端部における電界集中を抑制することができ、意図しないエッジブレイクダウンを抑制することができる。
以上のように、第1実施形態による画素1は、絶縁膜92の膜厚よりも厚い絶縁膜90を有する。これにより、アバランシェ増幅領域(30、40)およびウェル拡散層20で発生した電荷は、絶縁膜92に到達し難くなり、絶縁膜92にトラップされ難くなる。また、絶縁膜92の電荷による影響はアバランシェ増幅領域(30、40)に届き難くなる。その結果、画素1における駆動開始電圧(閾値電圧)の変動を抑制することができる。
また、絶縁膜92は、コンタクトプラグCNT1、CNT2が通過する領域以外、画素1の第2面F2側の全面を被覆している。絶縁膜92がシリコン窒化膜である場合、絶縁膜92は、外部から画素1内部への水素の進入を抑制することができる。その結果、画素1の水素による劣化を抑制することができる。
(第2実施形態)
図3は、第2実施形態による画素1の構成例を示す断面図である。図4は、第2実施形態による画素1の構成例を示す概略平面図である。図4は、図3のC-C線に沿った平面を示している。尚、図4のB-B線に沿った断面は、図2と同じでよい。
第2実施形態によれば、絶縁膜92は、第2面F2側の素子分離部70の端部の直下に設けられており、並びに、アバランシェ増幅領域(30、40)の下方にも設けられている。一方、絶縁膜92は、画素1の全面には設けられていない。絶縁膜92は、コンタクトプラグCNT2の周囲、即ち、第2面F2におけるホール蓄積領域60の端部(コンタクト拡散層65)の下方(ガードリング領域)、には設けられていない。よって、図4に示すように、絶縁膜92は、部分的に設けられており、画素1の全体には設けられていない。第2実施形態のその他の構成は、第1実施形態の対応する構成と同様でよい。
第2実施形態によれば、絶縁膜92は部分的に省略されているので、アバランシェ増幅領域(30、40)およびウェル拡散層20で発生した電荷は、絶縁膜92にさらにトラップされ難くなる。それに伴い、絶縁膜92の電荷による影響はアバランシェ増幅領域(30、40)に届き難くなる。その結果、画素1の駆動開始電圧(閾値電圧)の変動をさらに抑制することができる。
一方、絶縁膜92は、第2面F2側の素子分離部70の端部の直下に設けられているので、素子分離部70の形成工程におけるエッチングストッパとしての機能を果たすことができる。また、絶縁膜92は、アバランシェ増幅領域(30、40)の下方にも設けられている。従って、絶縁膜92は、外部から画素1内部への水素の進入を或る程度、抑制することができる。
絶縁膜92の形成領域は、画素1の駆動開始電圧の変動と水素による画素1の劣化とを考慮して決定すればよい。第2実施形態は、さらに、第1実施形態の他の効果を得ることができる。
(第3実施形態)
図5は、第3実施形態による画素1の構成例を示す断面図である。図6は、第3実施形態による画素1の構成例を示す概略平面図である。図6は、図5のC-C線に沿った平面を示している。尚、図5のB-B線に沿った断面は、図2と同じでよい。
第3実施形態によれば、絶縁膜92は、第2面F2側の素子分離部70の端部の直下にのみ設けられている。一方、絶縁膜92は、画素1の全面には設けられていない。絶縁膜92は、コンタクトプラグCNT1およびCNT2の周囲、即ち、第2面F2におけるホール蓄積領域60の端部(コンタクト拡散層65)およびアバランシェ増幅領域(30、40)の下方、には設けられていない。よって、図6に示すように、絶縁膜92は、部分的に設けられており、画素1の全体には設けられていない。第3実施形態のその他の構成は、第1実施形態の対応する構成と同様でよい。
第3実施形態によれば、第2実施形態よりも、絶縁膜92がさらに省略されているので、アバランシェ増幅領域(30、40)およびウェル拡散層20で発生した電荷は、絶縁膜92にさらにトラップされ難くなる。それに伴い、絶縁膜92の電荷による影響はアバランシェ増幅領域(30、40)に届き難くなる。その結果、画素1の駆動開始電圧(閾値電圧)の変動をさらに抑制することができる。
一方、絶縁膜92は、第2面F2側の素子分離部70の端部の直下には設けられているので、素子分離部70の形成工程におけるエッチングストッパとしての機能を果たすことができる。
(第4実施形態)
図7は、第4実施形態による画素1の構成例を示す断面図である。尚、図7のB-B線に沿った断面は、図2と同じでよい。
第4実施形態によれば、絶縁膜96が絶縁膜92と絶縁膜90との間に設けられている。例えば、絶縁膜90がシリコン酸化膜であり、絶縁膜92がシリコン窒化膜である場合、シリコン酸化膜のバンドギャップは、約 8.8eVであるのに対し、シリコン窒化膜のバンドギャップは、約5.1eVであるため、絶縁膜90と絶縁膜92との間の界面に大きなエネルギギャップができる。この場合、アバランシェ増幅領域(30、40)からの電荷(例えば、電子)がシリコン窒化膜の絶縁膜92に蓄積されやすくなる。従って、絶縁膜90と絶縁膜92との間に、チャージアップし難い絶縁膜96を設けている。第3絶縁膜としての絶縁膜96には、絶縁膜90に比べて、シリコン酸化膜により近いバンドギャップを有する材料を用いればよい。また、絶縁膜96は、絶縁膜92に比べて、面密度が高い酸化膜であることが好ましい。絶縁膜90がシリコン酸化膜であり、絶縁膜92がシリコン窒化膜である場合、絶縁膜96には、例えば、酸化アルミニウム(Al)等の絶縁膜が用いられることが好ましい。
絶縁膜96は、固定電荷(正電荷)をピニングして絶縁膜92に蓄積される電荷(負電荷)の影響を抑制することができる。絶縁膜96は、素子分離部70の形成工程においてエッチングストッパとして機能してもよい。
第4実施形態のその他の構成は、第1実施形態の対応する構成と同様でよい。これにより、第4実施形態は、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
第4実施形態では、絶縁膜96は、絶縁膜92とともに設けられている。しかし、絶縁膜96は、絶縁膜92の代わりに設けられていてもよい。
(第5実施形態)
図8は、第5実施形態による画素1の構成例を示す断面図である。図9は、第5実施形態による画素1の構成例を示す概略平面図である。図9は、図8のB-B線に沿った平面を示している。
第5実施形態によれば、コンタクト拡散層65が第2面F2側におけるホール蓄積領域60の端部からアバランシェ増幅領域(30、40)へ向かって、X方向および/またはY方向へ突出している。即ち、Z方向から見た平面視において、コンタクト拡散層65は、第2面F2側におけるホール蓄積領域60の一端の端面よりも広くなっている。図9の破線で示すように、コンタクト拡散層65は、アバランシェ増幅領域(30、40)へ向かって、即ち、画素1の中心へ向かって、ホール蓄積領域60よりも突出している。これにより、アノード(コンタクト拡散層65)によって被覆される第2面F2の面積が大きくなり、表面ピニングの効果を大きくすることができる。これにより、絶縁膜92に蓄積された電荷がアバランシェ増幅領域(30、40)に与える影響を緩和させることができる。
第5実施形態は、第2~第4実施形態のいずれかと組み合わせてもよい。
(第6実施形態)
図10は、第6実施形態による画素1の構成例を示す断面図である。図11は、第6実施形態による画素1の構成例を示す概略平面図である。図11は、図10のB-B線に沿った平面を示している。
第6実施形態によれば、コンタクト拡散層50が第2面F2側におけるアバランシェ増幅領域(30、40)からホール蓄積領域60またはコンタクト拡散層65へ向かって、X方向および/またはY方向へ突出している。即ち、Z方向から見た平面視において、コンタクト拡散層50は、第2面F2側においてアバランシェ増幅領域(30、40)よりも広くなっている。図11の破線で示すように、コンタクト拡散層50は、アバランシェ増幅領域(30、40)からホール蓄積領域60へ向かって、即ち、画素1の外縁へ向かって、アバランシェ増幅領域(30、40)よりも突出している。これにより、カソード(コンタクト拡散層50)によって被覆される第2面F2の面積が大きくなり、表面ピニングの効果を大きくすることができる。これにより、絶縁膜92に蓄積された電荷がアバランシェ増幅領域(30、40)に与える影響を緩和させることができる。
第6実施形態は、第2~第4実施形態のいずれかと組み合わせてもよい。
(第7実施形態)
図12は、第7実施形態による画素1の構成例を示す断面図である。第7実施形態によるSPADによれば、ホール蓄積領域60のコンタクト拡散層65は、埋込みコンタクトとして基板10内に埋め込まれている。コンタクト拡散層65は、図示されないコンタクトプラグを介して他のチップの制御回路に接続されている。また、素子分離部70は、絶縁膜90、92、94の形成後、第2面F2側から形成される。このため、素子分離部70は、絶縁膜94の底面から第1面F1まで設けられている。
第7実施形態においても、絶縁膜90の膜厚が絶縁膜92の膜厚よりも厚い。これにより、アバランシェ増幅領域(30、40)およびウェル拡散層20で発生した電荷は、絶縁膜92に到達し難くなり、絶縁膜92にトラップされ難くなる。また、電荷が絶縁膜92にトラップされても、それによる電界の影響はアバランシェ増幅領域(30、40)に届き難くなる。その結果、画素1における駆動開始電圧(閾値電圧)の変動を抑制することができる。
第7実施形態のその他の構成は、第1実施形態の対応する構成と同様でよい。従って、第7実施形態によるSPADは、第1実施形態によるSPADと同様の効果を得ることができる。第7実施形態によるSPADは、第2~第6実施形態のいずれかと組み合わせてもよい。
(第8実施形態)
図13は、第8実施形態による画素1の構成例を示す断面図である。第8実施形態によるSPADは、絶縁膜92が設けられていない。この場合、素子分離部70の第2面F2側の端部には、絶縁膜90が接触している。尚、絶縁膜90、94は、同一材料(例えば、シリコン酸化膜)で構成されている。従って、絶縁膜90、94は、同一の絶縁膜90として表示する。
絶縁膜92が設けられていないので、素子分離部70の形成工程では、基板10のエッチングは、時間によって制御される。絶縁膜90には、例えば、シリコン酸化膜が用いられるので、素子分離部70の形成工程において、絶縁膜90が或る程度エッチングされるが、問題ない。第8実施形態のその他の構成は、第1実施形態の対応する構成と同様でよい。
第8実施形態では、電荷をトラップする絶縁膜92(例えば、シリコン窒化膜)が設けられていないので、アバランシェ増幅領域(30、40)の駆動開始電圧の変動が抑制され得る。
<撮像装置への適用>
本開示による画素1は、距離を測定する装置に適用できる。ここでは、距離を測定する測距装置に、画素1を適用した場合を例として、SAPDの適用例の一例を説明する。
図14は、本技術によるSAPD21を適用した測距装置の一実施の形態の構成を示す図である。図14に示した測距装置1000は、光パルス送信機1021、光パルス受光機1022、RSフリップフロップ1023を含む構成とされている。
距離を測定する方法として、TOF(Time Of Flight)方式を用いた場合を例に挙げて説明する。TOF型センサとして、上述したAPD21を用いることができる。
TOF型センサは、自己が発した光が、対象物に当たり、反射して帰ってくるまでの時間を計測することで、対象物までの距離を計測するセンサである。TOF型センサは、例えば、図15に示したタイミングで動作する。
図15を参照して測距装置1000の動作について説明する。光パルス送信機1021は、供給されるトリガーパルスに基づき、光を発光する(光送信パルス)。発光された光が対象物に当たり、反射されてきた反射光を、光パルス受信機1022は、受信する。光パルス受信機1022として、上記したAPD21を用いることができる。
送信光パルスが発光された時刻と、受信光パルスが受光された時刻との差分が、対象物との距離に応じた時間、すなわち光飛行時間TOFに相当する。
トリガーパルスは、光パルス送信機1021に供給されるとともに、フリップフロップ1023にも供給される。トリガーパルスが光パルス送信機1021に供給されることで、短時間光パルスが送信され、フリップフロップ1023に供給されることで、フリップフロップ1023がリセットされる。
光パルス受信機1022にAPD21を用いた場合、APD21に受信光パルスが受信されると、フォトンが発生する。その発生したフォトン(電気パルス)により、フリップフロップ1023がリセットされる。
このような動作により、光飛行時間TOFに相当するパルス幅をもったゲート信号を生成することができる。この生成されるゲート信号を、クロック信号などを用いてカウントすることで、TOFを算出(デジタル信号として出力)することができる。
測距装置1000では、上記したような処理により、距離情報が生成される。このような測距装置1000に対して、上述したAPD21を用いることができる。
<移動体への応用例>
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図16は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図66に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(Interface)12053が図示されている。
駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、撮像部12031が接続される。車外情報検出ユニット12030は、撮像部12031に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット12030は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部12031は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部12031は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部12031が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12030に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図66の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図17は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。
図17では、撮像部12031として、撮像部12101、12102、12103、12104、12105を有する。
撮像部12101、12102、12103、12104、12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として車両12100の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部12102、12103は、主として車両12100の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部12104は、主として車両12100の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図17には、撮像部12101ないし12104の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲12111は、フロントノーズに設けられた撮像部12101の撮像範囲を示し、撮像範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部12102,12103の撮像範囲を示し、撮像範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部12104の撮像範囲を示す。例えば、撮像部12101ないし12104で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両12100を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を基に、撮像範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部12101ないし12104の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
なお、本技術は、以下のような構成をとることができる。
(1)
光入射面である第1面と、前記光入射面とは反対側にある第2面とを有する半導体基板と、
前記半導体基板内にあって、第1導電型領域と第2導電型領域とを含むアバランシェ増幅領域を有する第1画素と、
前記第1画素と隣接する画素とを分離する画素分離部と、
前記第2面側に設けられ、前記画素分離部と接する第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜と前記アバランシェ増幅領域との間に設けられた第2絶縁膜と、を備え、
前記第2絶縁膜の膜厚は前記第1絶縁膜の膜厚よりも厚い、光検出装置。
(2)
前記第1絶縁膜は、シリコン窒化膜であり、
前記第2絶縁膜は、シリコン酸化膜である、(1)に記載の光検出装置。
(3)
前記第1絶縁膜は、15nm未満であり、
前記第2絶縁膜は、40nm以下である、(1)または(2)に記載の光検出装置。
(4)
前記第1絶縁膜は、前記画素分離部の前記第2面側の端部に接する、(1)から(3)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(5)
前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜との間に設けられ、前記第1および第2絶縁膜に比べて、面密度が高い第3絶縁膜をさらに備える、(1)から(4)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(6)
前記第3絶縁膜は、酸化アルミニウムを含む(5)に記載の光検出装置。
(7)
前記第1絶縁膜は、前記アバランシェ増幅領域の下方に設けられている、(1)から(6)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(8)
前記第1絶縁膜は、前記画素分離部の前記第2面側の端部の直下のみに設けられている、(1)から(7)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(9)
前記第1および第2絶縁膜を貫通して前記アバランシェ増幅領域の一端に電気的に接続された第1コンタクトプラグをさらに備えた、(1)から(8)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(10)
前記アバランシェ増幅領域の周囲に設けられた電荷蓄積領域と、
前記第1および第2絶縁膜を貫通して前記電荷蓄積領域の一端に電気的に接続された第2コンタクトプラグとをさらに備えた、(9)に記載の光検出装置。
(11)
前記第1および第2コンタクトプラグの一方がカソードとして機能し、他方がアノードとして機能する、(10)に記載の光検出装置。
(12)
前記第1コンタクトプラグを前記アバランシェ増幅領域の一端に電気的に接続する第1コンタクト拡散層と、
前記第2コンタクトプラグを前記電荷蓄積領域の一端に電気的に接続する第2コンタクト拡散層とをさらに備え、
前記第1面に対して略垂直方向から見た平面視において、前記第1コンタクト拡散層は、前記アバランシェ増幅領域よりも広い、(10)または(11)に記載の光検出装置。
(13)
前記第1コンタクトプラグを前記アバランシェ増幅領域の一端に電気的に接続する第1コンタクト拡散層と、
前記第2コンタクトプラグを前記電荷蓄積領域の一端に電気的に接続する第2コンタクト拡散層とをさらに備え、
前記第1面に対して略垂直方向から見た平面視において、前記第2コンタクト拡散層は、前記電荷蓄積領域の一端の端面よりも広い、(10)または(11)に記載の光検出装置。
(14)
光入射面である第1面と、前記光入射面とは反対側にある第2面とを有する半導体基板と、
前記半導体基板内にあって、第1導電型領域と第2導電型領域とを含むアバランシェ増幅領域を有する第1画素と、
前記第1画素と隣接する画素とを分離する画素分離部と、
前記画素分離部の前記第2面側の端部に接するシリコン酸化膜と、を備えた光検出装置。
(15)
前記シリコン酸化膜を貫通して前記アバランシェ増幅領域の一端に電気的に接続された第1コンタクトプラグをさらに備えた、(14)に記載の光検出装置。
(16)
前記アバランシェ増幅領域の周囲に設けられた電荷蓄積領域と、
前記シリコン酸化膜を貫通して前記電荷蓄積領域の一端に電気的に接続された第2コンタクトプラグとをさらに備えた、(15)に記載の光検出装置。
(17)
前記第1および第2コンタクトプラグの一方がカソードとして機能し、他方がアノードとして機能する、(16)に記載の光検出装置。
尚、本開示は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、他の効果があってもよい。
1 画素、10 基板、20 ウェル拡散層、30,40 不純物拡散層、50,65 コンタクト拡散層、60 ホール蓄積領域、70 素子分離部、80 オンチップレンズ、90、92、94 絶縁膜、CNT1,CNT2 コンタクトプラグ

Claims (17)

  1. 光入射面である第1面と、前記光入射面とは反対側にある第2面とを有する半導体基板と、
    前記半導体基板内にあって、第1導電型領域と第2導電型領域とを含むアバランシェ増幅領域を有する第1画素と、
    前記第1画素と隣接する画素とを分離する画素分離部と、
    前記第2面側に設けられ、前記画素分離部と接する第1絶縁膜と、
    前記第1絶縁膜と前記アバランシェ増幅領域との間に設けられた第2絶縁膜と、を備え、
    前記第2絶縁膜の膜厚は前記第1絶縁膜の膜厚よりも厚い、光検出装置。
  2. 前記第1絶縁膜は、シリコン窒化膜であり、
    前記第2絶縁膜は、シリコン酸化膜である、請求項1に記載の光検出装置。
  3. 前記第1絶縁膜は、15nm未満であり、
    前記第2絶縁膜は、40nm以下である、請求項1に記載の光検出装置。
  4. 前記第1絶縁膜は、前記画素分離部の前記第2面側の端部に接する、請求項1に記載の光検出装置。
  5. 前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜との間に設けられ、前記第1および第2絶縁膜に比べて、面密度が高い第3絶縁膜をさらに備える、請求項1に記載の光検出装置。
  6. 前記第3絶縁膜は、酸化アルミニウムを含む請求項5に記載の光検出装置。
  7. 前記第1絶縁膜は、前記アバランシェ増幅領域の下方に設けられている、請求項1に記載の光検出装置。
  8. 前記第1絶縁膜は、前記画素分離部の前記第2面側の端部の直下のみに設けられている、請求項1に記載の光検出装置。
  9. 前記第1および第2絶縁膜を貫通して前記アバランシェ増幅領域の一端に電気的に接続された第1コンタクトプラグをさらに備えた、請求項1に記載の光検出装置。
  10. 前記アバランシェ増幅領域の周囲に設けられた電荷蓄積領域と、
    前記第1および第2絶縁膜を貫通して前記電荷蓄積領域の一端に電気的に接続された第2コンタクトプラグとをさらに備えた、請求項9に記載の光検出装置。
  11. 前記第1および第2コンタクトプラグの一方がカソードとして機能し、他方がアノードとして機能する、請求項10に記載の光検出装置。
  12. 前記第1コンタクトプラグを前記アバランシェ増幅領域の一端に電気的に接続する第1コンタクト拡散層と、
    前記第2コンタクトプラグを前記電荷蓄積領域の一端に電気的に接続する第2コンタクト拡散層とをさらに備え、
    前記第1面に対して略垂直方向から見た平面視において、前記第1コンタクト拡散層は、前記アバランシェ増幅領域よりも広い、請求項10に記載の光検出装置。
  13. 前記第1コンタクトプラグを前記アバランシェ増幅領域の一端に電気的に接続する第1コンタクト拡散層と、
    前記第2コンタクトプラグを前記電荷蓄積領域の一端に電気的に接続する第2コンタクト拡散層とをさらに備え、
    前記第1面に対して略垂直方向から見た平面視において、前記第2コンタクト拡散層は、前記電荷蓄積領域の一端の端面よりも広い、請求項10に記載の光検出装置。
  14. 光入射面である第1面と、前記光入射面とは反対側にある第2面とを有する半導体基板と、
    前記半導体基板内にあって、第1導電型領域と第2導電型領域とを含むアバランシェ増幅領域を有する第1画素と、
    前記第1画素と隣接する画素とを分離する画素分離部と、
    前記画素分離部の前記第2面側の端部に接するシリコン酸化膜と、を備えた光検出装置。
  15. 前記シリコン酸化膜を貫通して前記アバランシェ増幅領域の一端に電気的に接続された第1コンタクトプラグをさらに備えた、請求項14に記載の光検出装置。
  16. 前記アバランシェ増幅領域の周囲に設けられた電荷蓄積領域と、
    前記シリコン酸化膜を貫通して前記電荷蓄積領域の一端に電気的に接続された第2コンタクトプラグとをさらに備えた、請求項15に記載の光検出装置。
  17. 前記第1および第2コンタクトプラグの一方がカソードとして機能し、他方がアノードとして機能する、請求項16に記載の光検出装置。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023045838A (ja) * 2021-09-22 2023-04-03 キヤノン株式会社 光電変換装置
JP7512241B2 (ja) 2021-09-22 2024-07-08 キヤノン株式会社 光電変換装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023176969A (ja) * 2022-06-01 2023-12-13 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置および測距装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6932580B2 (ja) * 2017-08-04 2021-09-08 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子
US10204950B1 (en) * 2017-09-29 2019-02-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. SPAD image sensor and associated fabricating method
JP2020149987A (ja) * 2019-03-11 2020-09-17 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出器
US11855105B2 (en) * 2019-03-29 2023-12-26 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device and electronic device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023045838A (ja) * 2021-09-22 2023-04-03 キヤノン株式会社 光電変換装置
JP7467401B2 (ja) 2021-09-22 2024-04-15 キヤノン株式会社 光電変換装置
JP7512241B2 (ja) 2021-09-22 2024-07-08 キヤノン株式会社 光電変換装置

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