JP5196488B2 - 光電変換装置及び撮像装置 - Google Patents
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Description
2 第2導電型(例えばP型)の第2半導体領域
3、3A 第2導電型(例えばP型)の第3半導体領域
4 第1導電型の第4半導体領域
5 第2導電型の第5半導体領域
5A 第2導電型の第4半導体領域
6 高濃度不純物層
JNC_R 赤色フォトダイオードのPN接合面
JNC_G 緑色フォトダイオードのPN接合面
JNC_B 青色フォトダイオードのPN接合面
K_R 赤色フォトダイオードのカソード端子
K_G 緑色フォトダイオードのカソード端子
K_B 青色フォトダイオードのカソード端子
A_C 共通アノード端子
M1、M11、M21 転送MOSトランジスタ
M2、M12、M22、M32、M42 ソースフォロア出力MOSトランジスタ
M3、M13、M23、M33、M43 選択MOSトランジスタ
M4、M14、M24、M34、M44 リセットMOSトランジスタ
ACCR、ACCG、ACCB 電荷蓄積出力部
10 ゲート酸化膜
12 遮光膜
20 反射防止膜
21 開口
22 遮光膜
23 凹レンズ
24 凸レンズ
30 個体撮像デバイス
34 CDS(相関2重サンプリング回路)
35 GCA(ゲインコントロールアンプ)
36 ADC(アナログ・ディジタルコンバータ)
38 DSP(ディジタル信号処理プロセッサ)
Claims (16)
- 第1導電型の第1半導体領域と、前記第1半導体領域の中に配置された第2導電型の第2半導体領域と、前記第1半導体領域の中に配置され、前記第2半導体領域と深さ方向に重なりなく配置された第2導電型の第3半導体領域と、前記第3半導体領域の中に配置された第1導電型の第4半導体領域と、前記第4半導体領域の中に配置された第2導電型の第5半導体領域とを有し、
前記第1半導体領域と前記第2半導体領域は第1フォトダイオードを構成し、前記第1フォトダイオードのアノードを構成する前記第1半導体領域と前記第1フォトダイオードのカソードを構成する第2半導体領域との接合面は前記第1半導体領域の表面から入射する中波長帯域の光に対する光電変換のための第1深さを有し、
前記第4半導体領域と前記第3半導体領域は第2フォトダイオードを構成し、前記第2フォトダイオードのアノードを構成する前記第4半導体領域と前記第2フォトダイオードのカソードを構成する第3半導体領域との接合面は前記第1半導体領域の表面から入射する長波長帯域の光に対する光電変換のための前記第1深さよりも深い第2深さを有し、
前記第4半導体領域と前記第5半導体領域は第3フォトダイオードを構成し、前記第3フォトダイオードのアノードを構成する前記第4半導体領域と前記第3フォトダイオードのカソードを構成する第5半導体領域との接合面は前記第1半導体領域の表面から入射する短波長帯域の光に対する光電変換のための前記第1深さよりも浅い第3深さを有し、
前記第3フォトダイオードから得られる変換信号を前記短波長帯域の光に応ずる信号とし、
前記第1フォトダイオードから得られる変換信号から前記短波長帯域の光に応ずる信号を減算して得られる信号を前記中波長帯域の光に応ずる信号とし、
前記第2フォトダイオードから得られる変換信号から前記短波長帯域の光に応ずる信号と前記中波長帯域の光に応ずる信号とを減算して得られる信号を前記長波長帯域の光に応ずる信号とする、光電変換装置。 - 重ねられた前記第2フォトダイオード及び第3フォトダイオードと前記第1フォトダイオードとは市松模様状にマトリクス配置された請求項1記載の光電変換装置。
- 前記長波長領域の光は赤色光であり、前記中波長領域の光は緑色光であり、前記短波長領域の光は青色光である、請求項1記載の光電変換装置。
- 前記第1乃至第5半導体領域は表面に第1導電型の高濃度不純物層を有し、前記高濃度不純物層は前記第1半導体領域と第4半導体領域とを電気的に導通させる、請求項1記載の光電変換装置。
- ソース及びドレインの一方を前記第2半導体領域で兼用しソース及びドレインの他方を前記第1半導体領域に設けた第2導電型の半導体領域で形成した第1の転送MOSトランジスタと、ソース及びドレインの一方を前記第3半導体領域で兼用しソース及びドレインの他方を前記第1半導体領域に設けた第2導電型の半導体領域で形成した第2の転送MOSトランジスタと、ソース及びドレインの一方を前記第5半導体領域で兼用しソース及びドレインの他方を前記第1半導体領域に設けた第2導電型の半導体領域で形成した第3の転送MOSトランジスタとを有し、光電変換によって前記接合面に流れる電流による電荷情報を前記転送MOSトランジスタを経由して蓄積し出力する電荷蓄積出力部を前記第1乃至第3フォトダイオード毎に設けた、請求項1記載の光電変換装置。
- ソース及びドレインの一方を前記第2半導体領域で兼用しソース及びドレインの他方を前記第1半導体領域に設けた第2導電型の半導体領域で形成した第1の転送MOSトランジスタと、ソース及びドレインの一方を前記第3半導体領域で兼用しソース及びドレインの他方を前記第1半導体領域に設けた第2導電型の半導体領域で形成した第2の転送MOSトランジスタと、ソース及びドレインの一方を前記第5半導体領域で兼用しソース及びドレインの他方を前記第1半導体領域に設けた第2導電型の半導体領域で形成した第3の転送MOSトランジスタとを有し、光電変換によって前記接続面に流れる電流による電荷情報を前記転送MOSトランジスタを経由して蓄積し出力する電荷蓄積出力部を前記第3フォトダイオード及び第2フォトダイオードに共通化して設けると共に、前記第1フォトダイオードに専用化して設けた、請求項1記載の光電変換装置。
- ソース及びドレインの一方を前記第2半導体領域で兼用しソース及びドレインの他方を前記第1半導体領域に設けた第2導電型の半導体領域で形成した第1の転送MOSトランジスタと、ソース及びドレインの一方を前記第3半導体領域で兼用しソース及びドレインの他方を前記第1半導体領域に設けた第2導電型の半導体領域で形成した第2の転送MOSトランジスタと、ソース及びドレインの一方を前記第5半導体領域で兼用しソース及びドレインの他方を前記第1半導体領域に設けた第2導電型の半導体領域で形成した第3の転送MOSトランジスタとを有し、光電変換によって前記接続面に流れる電流による電荷情報を前記転送MOSトランジスタを経由して蓄積し出力する電荷蓄積出力部を前記第1乃至第3フォトダイオードに共通化して設けた、請求項1記載の光電変換装置。
- 前記第1乃至第3の転送MOSトランジスタの全部又は一部はバルク型のMOSトランジスタであり、
前記バルク型MOSトランジスタは、ゲート下の界面にチャンネル形成層よりも不純物濃度の濃い不純物領域を有する、請求項5乃至7の何れか1項記載の光電変換装置。 - 前記電荷蓄積出力部は、前記転送MOSトランジスタのソース及びドレインの他方にゲートが結合されたソースフォロア出力トランジスタと、前記ソースフォロア出力トランジスタのゲートから対応するカソードに至る経路を選択的に充電するリセットMOSトランジスタとを有する請求項5乃至7の何れか1項記載の光電変換装置。
- 前記第1乃至第3の転送MOSトランジスタ、前記ソースフォロア出力トランジスタ及びリセットMOSトランジスタの全部又は一部はバルク型のMOSトランジスタであり、
前記バルク型MOSトランジスタは、ゲート下の界面にチャンネル形成層よりも不純物濃度の濃い不純物領域を有する、請求項9記載の光電変換装置。 - 前記第2半導体領域の上方と前記第5半導体領域の上方に開口を形成した遮光膜を有し、前記夫々の開口に透光性材料で形成した凹レンズが配置され、前記凹レンズの上に透光性材料で形成した凸レンズが配置された、請求項1記載の光電変換装置。
- 前記第2半導体領域の上方と前記第5半導体領域の上方に開口を形成した遮光膜を有し、前記開口の周縁部分で外側に回折した光の向きに対しても、前記開口に垂直に入射する光の向きと同様に前記第1乃至第3深さを有するように第2乃至第5半導体領域が形成された、請求項1記載の光電変換装置。
- 1個の半導体基板に請求項1乃至12の何れか1項記載の光電変換装置を構成する前記第1フォトダイオードと前記重ねられた前記第2フォトダイオード及び第3フォトダイオードとがアレイ状に配置されて成る固体撮像デバイス。
- 請求項13記載の固体撮像デバイスと、前記固体撮像デバイスによる撮像信号をディジタル化するアナログフロントエンド部と、アナログフロントエンド部の出力データに対してディジタル信号処理を行なって画像データを生成するディジタル信号処理プロセッサと、を有する撮像装置。
- 第1導電型の第1半導体領域と、前記第1半導体領域の中に配置された第2導電型の第2半導体領域と、前記第1半導体領域の中に配置され、前記第2半導体領域と深さ方向に重なりなく配置された第2導電型の第3半導体領域と、前記第1半導体領域の中に配置され、前記第2半導体領域と深さ方向に重なりなく配置されると共に前記第3半導体領域の一部と深さ方向に重なりを有して配置された第2導電型の第4半導体領域とを有し、
前記第1半導体領域と前記第2半導体領域は第1フォトダイオードを構成し、前記第1フォトダイオードのアノードを構成する前記第1半導体領域と前記第1フォトダイオードのカソードを構成する第2半導体領域との接合面は前記第1半導体領域の表面から入射する中波長帯域の光に対する光電変換のための第1深さを有し、
前記第1半導体領域と前記第3半導体領域は第2フォトダイオードを構成し、前記第2フォトダイオードのアノードを構成する前記第1半導体領域と前記第2フォトダイオードのカソードを構成する第3半導体領域との接合面は前記第1半導体領域の表面から入射する長波長帯域の光に対する光電変換のための前記第1深さよりも深い第2深さを有し、
前記第1半導体領域と前記第4半導体領域は第3フォトダイオードを構成し、前記第3フォトダイオードのアノードを構成する前記第1半導体領域と前記第3フォトダイオードのカソードを構成する第4半導体領域との接合面は前記第1半導体領域の表面から入射する短波長帯域の光に対する光電変換のための前記第1深さよりも浅い第3深さを有し、
前記第3フォトダイオードから得られる変換信号を前記短波長帯域の光に応ずる信号とし、
前記第1フォトダイオードから得られる変換信号から前記短波長帯域の光に応ずる信号を減算して得られる信号を前記中波長帯域の光に応ずる信号とし、
前記第2フォトダイオードから得られる変換信号から前記短波長帯域の光に応ずる信号と前記中波長帯域の光に応ずる信号とを減算して得られる信号を前記長波長帯域の光に応ずる信号とする、光電変換装置。 - 前記第1乃至第4半導体領域は表面に第1導電型の高濃度不純物層を有する、請求項15記載の光電変換装置。
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