JP5539105B2 - 光電変換装置およびそれを用いた撮像システム - Google Patents
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Description
まず、本発明が適用されうる画素回路の一例について説明する。図2(A)は本発明が適用されうる画素回路の一例を示した回路図であり、図2(B)はその画素回路の4画素分の平面レイアウトを示す平面図である。以下、信号電荷が電子の場合を説明する。
本実施形態の光電変換装置について、図1を用いて説明する。まず、図1(A)は図2(B)の平面図に対応した平面図である。図1(A)において、図2(B)と同様の構成については符号を省略し、本実施形態の特徴となる部分にのみ符号を付している。図1(A)では、信号電荷(電子)に対して障壁を構成する、信号電荷が少数キャリアとなるような第1導電型(P型)の第1の半導体領域110と第1導電型の第2の半導体領域111が配されている。具体的には、第1の領域213には第3の幅W3の第1の半導体領域110が配され、第2の領域214には第4の幅W4の第2の半導体領域111が配されており、ポテンシャルバリアを形成している。第1の半導体領域110はトランジスタが配される活性領域211の下部に配されている。そして、第1の領域213の一部に第1の半導体領域110よりもポテンシャルが低い第3の領域が配される。具体的には、第1の領域213の一部に第1の半導体領域110よりも不純物濃度が低い、第3の幅W3の第1導電型の第3の半導体領域112が配されている。具体的には、第3の半導体領域112はリセットMOSトランジスタのソース領域206の下部に配されている。第1〜第3の半導体領域とで光電変換素子を囲う格子状のポテンシャルバリアを形成している。ここで、第3の半導体領域112を配することで、光電変換素子200aから隣接する光電変換素子へ流入する電荷を抑制しつつ、光電変換素子200aから光電変換素子200bおよび光電変換素子200cへ流入する電荷の量を均一にすることが可能となる。
本実施形態の光電変換装置について図4を用いて説明する。図4(A)は図1(A)に対応し、図4(B)、図4(C)は図4(A)のXX’線、YY’線での断面模式図である。図4において、図1と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。以下、本実施形態における第1の実施形態と異なる構成のみを説明する。
本実施形態の光電変換装置について図6を用いて説明する。図6(A)は図1(A)に対応し、図6(B)および図6(C)は図6(A)のXX’線、YY’線での断面模式図である。図6において、図1と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。以下、本実施形態における第1の実施形態と異なる構成のみを説明する。
本発明の光電変換装置を撮像装置として撮像システムに適用した場合の一実施例について詳述する。撮像システムとして、デジタルスチルカメラやデジタルカムコーダーや監視カメラなどがあげられる。図10に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラに光電変換装置を適用した場合のブロック図を示す。
ここで、図11を用いて、各経路におけるポテンシャルについて説明する。図11(A)は図1(B)の経路1における信号電荷(ここでは電子)に対するポテンシャルを模式的に示した図面である。以下、同様に、図11(B)は図3(B)の経路2、図11(C)は図4(B)の経路4、図11(D)は図6(B)の経路5、図11(E)は図1(C)等の経路3における信号電荷に対するポテンシャルを模式的に示した図面である。
110 第1の半導体領域
111 第2の半導体領域
112 第3の半導体領域
115 基板
Claims (17)
- 信号電荷が蓄積可能な第1導電型の半導体領域を有する第1の光電変換素子と、
前記第1の光電変換素子から第1方向に沿って隣に位置し、第1導電型の半導体領域を有する第2の光電変換素子と、
前記第1の光電変換素子から前記第1方向と異なる方向の第2方向に沿って隣に位置し、第1導電型の半導体領域を有する第3の光電変換素子と、
前記第1の光電変換素子からの前記信号電荷を読み出すためのトランジスタと、が配された基板を有する光電変換装置において、
前記第1の光電変換素子の第1導電型の半導体領域と前記第2の光電変換素子の第1導電型の半導体領域との間に配され、第1の幅を有する、第1導電型と反対導電型の第2導電型の第1の半導体領域と、
前記第1の光電変換素子の第1導電型の半導体領域と前記第3の光電変換素子の第1導電型の半導体領域との間に配され、前記第1の幅よりも狭い第2の幅を有する、第2導電型の第2の半導体領域と、
前記第1の光電変換素子の第1導電型の半導体領域と前記第2の光電変換素子の第1導電型の半導体領域との間に配され、前記第1の半導体領域から前記第1方向に交差する第3方向に沿って隣に位置し、前記第1の半導体領域に比べて前記信号電荷に対するポテンシャルが低く、平面視したときに前記トランジスタの一部に設けられている第3の半導体領域と、を有することを特徴とする光電変換装置。 - 信号電荷が蓄積可能な第1導電型の半導体領域を有する第1の光電変換素子と、
前記第1の光電変換素子から第1方向に沿って隣に位置し、第1導電型の半導体領域を有する第2の光電変換素子と、
前記第1の光電変換素子から前記第1方向と異なる方向の第2方向に沿って隣に位置し、第1導電型の半導体領域を有する第3の光電変換素子と、
前記第1の光電変換素子に対して前記第1の方向に沿って隣に位置し、前記第1の光電変換素子を間にはさんで前記第2の光電変換素子と対向して位置し、第1導電型の半導体領域を有する第4の光電変換素子と、
前記第1の光電変換素子からの前記信号電荷を読み出すためのトランジスタと、
が配された基板を有する光電変換装置において、
前記第1の光電変換素子の第1導電型の半導体領域と前記第2の光電変換素子の第1導電型の半導体領域との間に配され、第1の幅を有する、第1導電型と反対導電型の第2導電型の第1の半導体領域と、
前記第1の光電変換素子の第1導電型の半導体領域と前記第4の光電変換素子の第1導電型の半導体領域との間に配され、第1の幅を有する、第2導電型の別の第1の半導体領域と、
前記第1の光電変換素子の第1導電型の半導体領域と前記第3の光電変換素子の第1導電型の半導体領域との間に配され、前記第1の幅よりも狭い第2の幅を有する、第2導電型の第2の半導体領域と、
前記第1の光電変換素子の第1導電型の半導体領域と前記第2の光電変換素子の第1導電型の半導体領域との間に配され、前記第1の半導体領域から前記第1方向に交差する第3方向に沿って隣に位置し、前記第1の半導体領域に比べて前記信号電荷に対するポテンシャルが低い第3の半導体領域と、
前記第1の光電変換素子の第1導電型の半導体領域と前記第4の光電変換素子の第1導電型の半導体領域との間に配され、前記別の第1の半導体領域から前記第1方向に交差する第4方向に沿って隣に位置し、前記別の第1の半導体領域に比べて前記信号電荷に対するポテンシャルが低い別の第3の半導体領域と、を有し、
平面視したときに、前記トランジスタの一部が前記第3の半導体領域に設けられており、
平面視したときに、前記第1の光電変換素子の第1導電型の半導体領域は、前記第1の半導体領域と、前記第2の半導体領域と、前記第3の半導体領域と、前記別の第1の半導体領域と、前記別の第3の半導体領域と、で囲まれていることを特徴とする光電変換装置。 - 第1の活性領域に配され、信号電荷が蓄積可能な第1導電型の半導体領域を有する第1の光電変換素子と、
前記第1の光電変換素子から第1方向に沿って隣に位置し、前記第1の活性領域とは異なる第2の活性領域に配され、第1導電型の半導体領域を有する第2の光電変換素子と、
前記第1の光電変換素子から前記第1方向と異なる方向の第2方向に沿って隣に位置し、前記第1の活性領域と前記第2の活性領域とは異なる第3の活性領域に配され、第1導電型の半導体領域を有する第3の光電変換素子と、
前記第1の光電変換素子からの前記信号電荷を読み出すためのトランジスタと、
が配された基板を有する光電変換装置において、
前記第1の光電変換素子の第1導電型の半導体領域と前記第2の光電変換素子の第1導電型の半導体領域との間に配され、前記第1の活性領域を規定する第1の素子分離領域と前記第2の活性領域を規定する第2の素子分離領域との間に渡って配され、第1の幅を有する、第1導電型と反対導電型の第2導電型の第1の半導体領域と、
前記第1の光電変換素子の第1導電型の半導体領域と前記第3の光電変換素子の第1導電型の半導体領域との間に配され、前記第1の活性領域を規定する第1の素子分離領域と前記第3の活性領域を規定する第3の素子分離領域との間に渡って配され、前記第1の幅よりも狭い第2の幅を有する、第2導電型の第2の半導体領域と、
前記第1の光電変換素子の第1導電型の半導体領域と前記第2の光電変換素子の第1導電型の半導体領域との間に配され、前記第1の活性領域を規定する第1の素子分離領域と前記第2の活性領域を規定する第2の素子分離領域との間に渡って配され、前記第1の半導体領域から前記第1方向に交差する第3方向に沿って隣に位置し、前記第1の半導体領域に比べて前記信号電荷に対するポテンシャルが低く、平面視したときに、前記トランジスタの一部が設けられている第3の半導体領域と、を有することを特徴とする光電変換装置。 - 信号電荷が蓄積可能な第1導電型の半導体領域を有する第1の光電変換素子と、
前記第1の光電変換素子から第1方向に沿って隣に位置し、信号電荷が蓄積可能な第1導電型の半導体領域を有する第2の光電変換素子と、
前記第1の光電変換素子から前記第1方向と異なる方向の第2方向に沿って隣に位置し、信号電荷が蓄積可能な第1導電型の半導体領域を有する第3の光電変換素子と、
が配された基板を有する光電変換装置において、
前記第1の光電変換素子の第1導電型の半導体領域と前記第2の光電変換素子の第1導電型の半導体領域との間に配され、第1の幅を有する、第1導電型と反対導電型の第2導電型の第1の半導体領域と、
前記第1の光電変換素子の第1導電型の半導体領域と前記第3の光電変換素子の第1導電型の半導体領域との間に配され、前記第1の幅よりも狭い第2の幅を有する、第2導電型の第2の半導体領域と、
前記第1の光電変換素子の第1導電型の半導体領域と前記第2の光電変換素子の第1導電型の半導体領域との間に配され、前記第1の半導体領域から前記第1方向に交差する第3方向に沿って隣に位置し、前記第1の半導体領域に比べて前記信号電荷に対するポテンシャルが低く、前記第1の光電変換素子と前記第2の光電変換素子との間の前記信号電荷の混入量と、前記第1の光電変換素子と前記第3の光電変換素子との間での前記信号電荷の混入量とが均一になるように調整するための第3の半導体領域と、を有することを特徴とする光電変換装置。 - 第1の活性領域に配され、信号電荷が蓄積可能な第1導電型の半導体領域を有する第1の光電変換素子と、
前記第1の光電変換素子から第1方向に沿って隣に位置し、前記第1の活性領域とは異なる第2の活性領域に配され、信号電荷が蓄積可能な第1導電型の半導体領域を有する第2の光電変換素子と、
前記第1の光電変換素子から前記第1方向と異なる方向の第2方向に沿って隣に位置し、前記第1の活性領域と前記第2の活性領域とは異なる第3の活性領域に配され、信号電荷が蓄積可能な第1導電型の半導体領域を有する第3の光電変換素子と、
が配された基板を有する光電変換装置において、
前記第1の光電変換素子の第1導電型の半導体領域と前記第2の光電変換素子の第1導電型の半導体領域との間に配され、前記第1の活性領域を規定する第1の素子分離領域と前記第2の活性領域を規定する第2の素子分離領域との間に渡って配され、第1の幅を有する、第1導電型と反対導電型の第2導電型の第1の半導体領域と、
前記第1の光電変換素子の第1導電型の半導体領域と前記第3の光電変換素子の第1導電型の半導体領域との間に配され、前記第1の活性領域を規定する第1の素子分離領域と前記第3の活性領域を規定する第3の素子分離領域との間に渡って配され、前記第1の幅よりも狭い第2の幅を有する、第2導電型の第2の半導体領域と、
前記第1の光電変換素子の第1導電型の半導体領域と前記第2の光電変換素子の第1導電型の半導体領域との間に配され、前記第1の活性領域を規定する第1の素子分離領域と前記第2の活性領域を規定する第2の素子分離領域との間に渡って配され、前記第1の半導体領域から前記第1方向に交差する第3方向に沿って隣に位置し、前記第1の半導体領域に比べて前記信号電荷に対するポテンシャルが低く、前記第1の光電変換素子と前記第2の光電変換素子との間の前記信号電荷の混入量と、前記第1の光電変換素子と前記第3の光電変換素子との間での前記信号電荷の混入量とが均一になるように調整するための第3の半導体領域と、を有することを特徴とする光電変換装置。 - 前記第1方向と前記第2方向は直交す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3の半導体領域は、第2導電型の半導体領域であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第3の半導体領域は、前記第1の幅よりも狭い第3の幅を有す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。
- 前記第3の半導体領域は、前記第2導電型を構成するための不純物の濃度が前記第2の半導体領域よりも低い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。
- 前記第3の半導体領域は、前記第2の半導体領域よりも浅いことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第1の半導体領域と前記第2の半導体領域は前記基板に対して第2導電型のイオン注入を行うことで形成されており、
前記イオン注入時には、前記第3の半導体領域となる部分には前記第2導電型のイオン注入がなされないことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 平面視したときに、前記第1の半導体領域と、前記第2の半導体領域と、が格子状に配置されていることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第1の半導体領域と前記第2の半導体領域と前記第3の半導体領域の上には、絶縁体からなる素子分離領域が設けられていることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記基板は、前記第1の光電変換素子の第1導電型の半導体領域と、前記第2の光電変換素子の第1導電型の半導体領域と、前記第3の光電変換素子の第1導電型の半導体領域と、前記第1の半導体領域と、前記第2の半導体領域と、前記第3の半導体領域が設けられた第4の半導体領域を有することを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第4の半導体領域と前記第3の半導体領域は連続した半導体領域であることを特徴とする請求項14に記載の光電変換装置。
- 更に、前記第1の光電変換素子と、前記第2の光電変換素子と、前記第3の光電変換素子のそれぞれに対応して設けられた複数色のカラーフィルタを有することを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 請求項1乃至16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回路と、を有する撮像システム。
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