JP6711692B2 - 光電変換装置及び画像読み取り装置 - Google Patents

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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Description

本発明は、光電変換装置、および画像読み取り装置に関する。
第一導電型半導体領域と第二導電型半導体領域のＰＮ接合で形成されるフォトダイオードを光電変換素子として用いる光電変換装置、及びこれを用いた画像読み取り装置が知られている。一般に、画像読み取り装置には感度が高いことや高画質であることが要求される。感度向上の為、受光面積の大型化に対する弊害対策として、特許文献１の図１では、収集する電荷と同じ極性の電荷収集領域を広く形成して電荷収集効率を上げる光電変換装置が提案されている。また、特許文献２では、光電変換素子の一主面にＬＯＣＯＳ（ＬＯＣａｌ Ｏｘｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ）領域を設けることが記載されている。これにより、特許文献２では、光電変換装置の出力特性が入射光の波長に対して波状となること（リップル）を低減する光電変換装置の構成が提案されている。
特開２００４−３１２０３９号公報 特開２０１１−１２４５２２号公報
特許文献１に記載の、収集する電荷と同じ極性の電荷収集領域が広く形成されている光電変換装置において、特許文献２に記載のようにリップルを低減するためのＬＯＣＯＳ領域を設けることを考える。この場合、ＬＯＣＯＳ領域は信号電荷の移動経路（信号電荷経路）にはならないため、ＬＯＣＯＳ領域の位置や形状によっては、電荷の移動が阻害され、電荷収集効率が低下する。
本発明の一様態は、一主面に複数の凹部が配された半導体基板と、
前記複数の凹部に配された絶縁体と、を有し、
前記半導体基板は、第１導電型の第１半導体領域と、前記第１導電型と反対導電型であり信号電荷と同極性である第２導電型の第２半導体領域と、前記第２半導体領域よりも不純物濃度が高く、少なくともその一部が前記第２半導体領域よりも前記一主面側に配された、前記第２導電型の第３半導体領域と、を有する光電変換素子を有し、
前記複数の凹部は、前記光電変換素子に配されており、
前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域及び前記第３半導体領域と接し、
前記一主面に垂直な断面において、前記複数の凹部の間に配された複数の信号電荷経路を有し、
前記複数の信号電荷経路は、前記一主面に対する平面視において、
第１方向の長さが前記第１方向とは異なる第２方向の長さよりも長い第１信号電荷経路と、
前記第１方向とは異なる第３方向の長さが、前記第３方向と異なる第４方向の長さよりも長い第２信号電荷経路と、を含み、
前記第２及び前記第３半導体領域の少なくとも一方が、前記第１信号電荷経路の前記第１方向に沿った延長上に位置し、且つ前記第２信号電荷経路の前記第３方向に沿った延長上に位置する領域に、配されている光電変換装置に関する。
また、本発明の一様態は、一主面に複数の凹部が配された半導体基板と、
前記複数の凹部に配された絶縁体と、を有し、
前記半導体基板は、第１導電型の第１半導体領域と、前記第１導電型と反対導電型であり信号電荷と同極性である第２導電型の第２半導体領域と、前記第２半導体領域よりも不純物濃度が高く、少なくともその一部が前記第２半導体領域よりも前記一主面側に配された、前記第２導電型の第３半導体領域と、
前記複数の凹部の間に配された、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型の第４半導体領域と、
前記第４半導体領域の、前記一主面とは反対側に配され、前記第４半導体領域よりも第１導電型の不純物濃度が低い、第５半導体領域と、を有する光電変換素子を有し、
前記複数の凹部は、前記光電変換素子に配されており、
前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域及び前記第３半導体領域と接し、
前記第５半導体領域は、前記一主面に垂直な断面において前記複数の凹部の間に位置し、
前記第５半導体領域は、前記一主面に対する平面視において、
第１方向の長さが前記第１方向とは異なる第２方向の長さよりも長い第１の部分と、
前記第１方向とは異なる第３方向の長さが、前記第３方向と異なる第４方向の長さよりも長い第２の部分と、を含み、
前記第２及び前記第３半導体領域の少なくとも一方が、前記第５半導体領域の前記第１の部分の前記第１方向に沿った延長上に位置し、且つ前記第５半導体領域の前記第２の部分の前記第３方向に沿った延長上に位置する領域に、配されていることを特徴とする光電変換装置に関する。
本発明によれば、リップルの低減と電荷収集効率の向上を両立させることができる。
実施の形態１に係る光電変換装置の一部の一例の平面図及び断面図 実施の形態１に係る光電変換装置の一部の一例の平面図 実施の形態１に係る光電変換装置の一部の一例の断面図 実施の形態１に係る光電変換装置の一部の一例の断面図 実施の形態１に係る光電変換装置の一部の回路図の一例 実施の形態１に係る凹部を抜き出した断面模式図 実施の形態１に係る光電変換装置の一部の一例の平面図 実施の形態１に係る光電変換装置の比較例の平面図 実施の形態２に係る光電変換装置の一部の一例の平面図 実施の形態３に係る光電変換装置の一部の一例の平面図 実施の形態３に係る凹部の一例の断面図 実施の形態４に係る光電変換装置の一部の一例の平面図 実施の形態５に係る光電変換装置の一部の一例の断面図 実施の形態６に係る光電変換装置の一部の一例の平面図及び断面図 実施の形態７に係る画像読み取り装置について説明する図
以下、図面を参照しながら実施の形態に係る光電変換装置の一部の一例について説明する。以下実施の形態においては、信号電荷として電子を用いる場合に関して説明するが、信号電荷としてホールを用いる場合にはＰ型半導体領域をＮ型半導体領域に、Ｎ型半導体領域をＰ型半導体領域とすればよい。
例えば、図１（Ａ）に本実施形態の光電変換装置の一部の一例の平面図、及び図１（Ｂ）及び（Ｃ）に、図１（Ａ）のＡ−Ａ´における断面図を示す。光電変換装置１００は、素子分離部１０５によって分離された複数の光電変換素子１１０を有する。
光は、半導体基板４００の、複数の凹部１０６を有する一主面側から入射し、半導体基板の一主面上に配された不図示の保護膜や層間絶縁膜を通過し、半導体基板４００に入射する。半導体基板４００の一主面と、その上に配される不図示の層間絶縁膜との界面における多重反射により、分光特性が、波長に対して出力が波状となる特性（リップル）となることがある。仮に、半導体基板４００の一主面の平坦性が高ければ、出力にリップル生じる。
一方、例えば、図１（Ａ）に示す光電変換装置１００は、一主面に複数の凹部１０６を有する半導体基板４００と、複数の凹部１０６に配された絶縁層２０１を有する。この構成では、凹部１０６により、光の入射位置によって半導体基板４００の一主面で反射されるまでの光路長が異なる長さとなるため、反射光に位相差が生じる。この異なる位相の反射光と入射光がそれぞれ干渉することで、光電変換装置１００の出力特性におけるリップルを低減することができる。例えば、半導体基板４００にＬＯＣＯＳ領域を形成することで、複数の凹部を設けることができる。
また、半導体基板４００（図１（Ｂ））は、第１導電型（Ｐ型）の第１半導体領域１０１、第１導電型と反対導電型（Ｎ型）の第２半導体領域１０２、及び第２導電型の第３半導体領域１０３を有する光電変換素子Ｄ１を有する。第２半導体領域１０２及び第３半導体領域１０３の導電型は、光電変換素子の信号電荷と同極性であり、第３半導体領域の不純物濃度は、第２半導体領域１０２の不純物濃度より高く、少なくともその一部が前記第２半導体領域よりも前記一主面側に配されている。なお、本明細書において不純物濃度とは、反対導電型の不純物によって補償された正味の不純物濃度を意味している。いわゆるＮＥＴ濃度である。
第２半導体領域１０２は、第１半導体領域１０１及び第３半導体領域１０３と接している。光電変換装置において、収集する電荷と異なる導電型である第１導電型の第１半導体領域１０１と接するように、収集する電荷と同極性である第２導電型の第２半導体領域１０２を形成することでＰＮ接合が生じる。また、第２半導体領域１０２は、電極として機能する第２の導電型を有する半導体領域（第３半導体領域１０３）と接して設けられる。これにより、ドリフト現象を用いて電荷を第２半導体領域１０２を介して第３半導体領域１０３に収集することができる。
よって、光電変換装置に第２半導体領域１０２を設けることにより、第２半導体領域１０２を設けず、第１半導体領域１０１内の電荷の拡散により電荷を第３半導体領域１０３に収集する場合に比べ、より効率的に電荷を収集することができる。
しかし、半導体基板４００が一主面に複数の凹部１０６を有する場合、複数の凹部１０６に設けられる絶縁体は信号電荷の移動経路としては機能しない。よって、半導体基板４００の該一主面側の領域にある電荷は、半導体基板４００の複数の凹部１０６の間の領域を移動する。すなわち、光電変換装置１００は、半導体基板４００の複数の凹部１０６の間の領域に、複数の信号電荷経路を有する。
ここで、該一主面に対する平面視において、複数の凹部１０６のうち一対の凹部の間に位置する、第１信号電荷経路の延在方向を第１方向（Ｙ方向）とし、第１方向と交差し、複数の凹部１０６の他の一対の凹部の間の第２信号電荷経路の延在方向を第３方向（Ｘ方向）とする。この時、第１信号電荷経路から第１方向への延長上の領域で、かつ、第２信号電荷経路から第２方向への延長上の領域に、第２半導体領域１０２または第３半導体領域１０３が配される構成とする。このように光電変換装置を構成することで、少なくとも第１信号電荷経路及び第２信号電荷経路の信号電荷の第２半導体領域１０２または第３半導体領域１０３への移動が凹部１０６によって妨げられるのを抑制することができる。よって、上記構成とすることで、複数の凹部１０６の間の複数の信号電荷経路の延在方向のうち一方向のみの延長上に第２半導体領域１０２や第３半導体領域１０３が配される場合に比べ、信号電荷の収集効率を向上することができる。
例えば、図１（Ａ）の領域Ｅにおいて、凹部１０６の間の第１信号電荷経路は、第１方向（Ｙ方向）の長さが第１方向と異なる第２方向（Ｘ方向）よりも長い。また、領域Ｇにおいて、凹部１０６の間の第２信号経路は、第３方向（ここではＸ方向）の長さが第４方向（Ｙ方向）の長さよりも長い。ここでは、第１方向と第３方向垂直な例を示すが、第１方向と第３方向は、互いに異なる（交差する）方向であればよい。このような光電変換装置において、第１信号電荷経路の第１方向に沿った延長上に位置し、且つ第２信号電荷経路の第２方向に沿った延長上に位置する領域に、第２半導体領域１０２及び第３半導体領域１０３の少なくとも一方が配されている。
このように構成されることで、第１信号電荷経路にある信号電荷、及び第２信号電荷経路にある第２信号電荷は、スムーズに第２半導体領域１０２または第３半導体領域１０３に移動することができる。
一方、Ｇ領域における、複数の凹部１０６の間の信号電荷経路が、Ｅ領域と同様に第１方向（Ｙ方向）の長さの方が第２方向（Ｘ方向）の長さより長い場合を考える。この時、信号電荷は、該信号電荷経路内を移動しても第２半導体領域１０２または第３半導体領域１０３に向かって移動することができない、または回り込みが必要となる。すなわち、この場合には、該信号電荷経路内の信号電荷から第２半導体領域１０２への電荷の移動経路に対し、凹部１０６が横たわるように存在するため、信号電荷の、第２半導体領域１０２または第３半導体領域１０３への移動が阻害される。
よって、本願記載の光電変換装置の構成とすることで、電荷の移動を阻害せず、電荷の収集効率を向上しながら、リップル対策を行うことができる。
複数の凹部１０６の間の複数の信号電荷経路が配される領域を第５半導体領域１１５とすると、図１（Ａ）〜（Ｃ）に示す光電変換装置では、第１半導体領域１０１の、複数の凹部１０６の間の領域が第５半導体領域１１５となる。
一方、図２及び図３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、光電変換装置１００は、半導体基板４００の複数の凹部１０６を有する一主面側に、第１導電型の第４半導体領域１０４有していてもよい。第４半導体領域１０４は、該一主面に垂直な断面において、複数の凹部１０６の間に配され、該一主面に対する平面視において、複数の凹部１０６は、それぞれ第４半導体領域１０４に囲まれるよう配されている。
第４半導体領域１０４は、第１半導体領域１０１よりも不純物濃度が高い。この場合、第５半導体領域１１５は、第４半導体領域１０４の、該一主面とは反対側に配され、第４半導体領域１０４よりも第１導電型の不純物濃度が低い。よって、第５半導体領域１１５を、複数の凹部１０６の間の信号電荷経路とみなすことができる。
第５半導体領域１１５は、第４半導体領域１０４よりも第１導電型の不純物濃度が低ければよく、第１導電型でも第２導電型であってもよい。図２及び図３（Ａ）〜（Ｄ）では、第５半導体領域１１５が第１導電型を有し、第１半導体領域１０１の一部である例を示す。
第５半導体領域１１５は、複数の凹部１０６を有する一主面に垂直な断面において前記複数の凹部１０６の間に位置する。第５半導体領域１１５は、前記一主面に対する平面視において、第１方向の長さが第１方向とは異なる第２方向の長さよりも長い第１の部分を有する。また、第５半導体領域１１５は、前記一主面に対する平面視において、第１方向とは異なる第３方向の長さが、第３方向と異なる第４方向の長さよりも長い第２の部分を有する。例えば、図２において、第１方向、第２方向、第３方向、第４方向はそれぞれ、Ｙ方向、Ｘ方向、Ｘ方向及びＹ方向である。
第２半導体領域１０２及び第３半導体領域１０３の少なくとも一方が、第５半導体領域１１５の該第１の部分の第１方向に沿った延長上に位置し、且つ第５半導体領域１１５の該第２の部分の第２方向に沿った延長上に位置する領域に、配されている。なお、第１方向と第３方向は、垂直方向に限定されず、第１方向と第２方向、及び第１方向と第３方向が異なる（交差する）方向であればよい。
上記光電変換装置の具体的な構成例について、以下実施の形態で説明する。
（実施の形態１）
図１（Ａ）、図２は本実施の形態の光電変換装置１００の一部の平面模式図である。図１（Ｂ）〜（Ｃ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ‘及びＣ−Ｃ‘断面における模式図であり、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）、図３（Ｄ）は図２のＡ−Ａ‘、Ｂ−Ｂ‘、Ｃ−Ｃ‘、Ｄ−Ｄ‘断面における模式図である。図４は、本実施の形態の光電変換装置１００の一部の平面模式図である。図５は、本実施の形態の光電変換装置の一部の回路図であり、図６は、本実施の形態の光電変換装置の凹部を抜き出した断面模式図である。図７（Ａ）、（Ｂ）は、本実施の形態の光電変換装置の一部の一例の平面図であり、図８（Ａ）〜（Ｂ）は、本実施の形態の光電変換装置の比較例の平面図である。
なお、図１（Ａ）〜（Ｃ）、図２、図３（Ａ）〜（Ｄ）、図４、図５、図６、図７（Ａ）〜（Ｂ）、及び図８（Ａ）〜（Ｂ）において同一構成部分には同一符号を付している。
図１（Ａ）は実施の形態１における光電変換装置１００の一部の一例の平面模式図である。図１（Ｂ），（Ｃ）は，それぞれ図１（Ａ）のＡ−Ａ‘断面及びＣ−Ｃ’断面における模式図である。
光電変換装置１００は、一主面に複数の凹部１０６を有する半導体基板４００と、複数の凹部１０６に配された絶縁体２０１を有する。図１（Ａ）〜（Ｃ）に示す光電変換装置において、半導体基板４００は、第１半導体領域１０１、第２半導体領域１０２、及び第３半導体領域１０３を有する。図２及び図３（Ａ）〜（Ｄ）に示す光電変換装置において、半導体基板４００は、第１半導体領域１０１、第２半導体領域１０２、第３半導体領域１０３、第４半導体領域１０４、及び第５半導体領域１１５を有する。第５半導体領域１１５は、第１半導体領域１０１の一部である。
第１半導体領域１０１はＮ型であってもＰ型であってもよいが、本実施の形態ではＰ型半導体領域の例について説明する。第１半導体領域１０１としては、例えば材料基板としての半導体基板を用いることができ、ここでは、シリコン基板を用いた例を説明する。
第２半導体領域１０２は、第１半導体領域１０１内に配置され、Ｎ型の半導体領域である。第２半導体領域１０２は、第１半導体領域１０１とＰＮ接合を構成する。
第３半導体領域１０３は、第２半導体領域より不純物濃度が高く、Ｎ型の半導体領域である。半導体基板４００において、第３半導体領域１０３は、少なくともその一部が第２半導体領域１０２よりも前記一主面側に配される。また、半導体基板４００の一主面に垂直な第１断面（図１（Ｂ）〜（Ｃ）、図３（Ａ）、（Ｃ））において、第１の凹部１０６−１及び第２の凹部１０６−２の間に配される。半導体基板４００の深さ方向（第１断面の該一主面に垂直な方向）において、第２半導体領域１０２の一部は、第１半導体領域１０１と第３半導体領域１０３の間にある。
第３半導体領域１０３は、信号電荷である電子を収集し、信号電荷が多数キャリアとなる。また、第３半導体領域１０３は、読み出し回路と電気的に接続され、具体的には、半導体基板４００上の絶縁膜に設けられた開口に設けられた導電層を介して読み出し回路へ接続される。半導体基板上の絶縁膜には、酸化シリコン、窒化シリコン等を用いることができる。
例えば、図４に示すように、読み出し回路は、増幅トランジスタ１２１、リセットトランジスタ１２２、及び選択トランジスタ（不図示）を有する。増幅トランジスタ１２１及びリセットトランジスタ１２２は、第３半導体領域１０３と、導電体からなる配線１２３を介して接続されている。増幅トランジスタ１２１、リセットトランジスタ１２２、及び選択トランジスタとしては、例えばＭＯＳトランジスタを用いることができる。
なお、図４に示すように、光電変換装置は複数の光電変換素子１１０を有し、複数の光電変換素子１１０は素子分離部１０５を間に挟んで、隣り合って配されている。ここでは、１つの光電変換素子１１０とそれを囲む素子分離部１０５について具体的に説明するが、他の部分についても、同様の構成を有する。よって、図４において、左右の光電変換装置１１０については、読み出し回路やそれに接続される配線等は省略している。
図５は、本実施の形態の光電変換装置の一部の回路図の一例である。光電変換素子Ｄ１における第３半導体領域１０３に、導電体を介して、増幅トランジスタ１２１のゲート及びリセットトランジスタ１２２の一端子が接続される。リセットトランジスタ１２２のもう一方の端子はリセット用の基準電圧を印加するための配線ＶＲに接続されている。増幅トランジスタ１２１の一端子には電源電圧を印加するための配線ＶＤＤが接続され、増幅トランジスタ１２１のもう一方の端子にはＭＯＳトランジスタからなる負荷１２４の一端子および信号出力線Ｖｏｕｔが接続されている。負荷１２４のもう一方の端子は接地されている。負荷１２４は、選択スイッチとして用いることもできる。
図１（Ａ）や図２に示すように、複数の凹部１０６のうち少なくとも１つは、半導体基板４００の複数の凹部１０６を有する一主面に対する平面視において、該少なくとも１つの凹部１０６の延在方向が第１方向（Ｙ方向）である。また、複数の凹部１０６のうち少なくとも別の１つは、該平面視において、該別の少なくとも１つの凹部１０６の延在方向が第２方向（Ｘ方向）である。第２半導体領域１０２及び第３半導体領域１０３の少なくとも一方は、該少なくとも１つの凹部１０６から第１方向への延長上に位置する領域、かつ該少なくとも別の１つの凹部１０６から第１方向への延長上に位置する領域に位置する。
光電変換装置１００が上記構成を有することで、下記構造を有する光電変換装置を得ることができる。具体的には、複数の凹部１０６を一主面に有する半導体基板４００は、複数の凹部１０６の間に信号電荷経路（キャリアパス）を有する。複数の信号電荷経路は、該一主面に対する平面視において、第１信号電荷経路及び第２信号電荷経路を有する。第１信号電荷経路は、例えば図１の領域Ｅに配され、第１方向（Ｙ方向）の長さが、第１方向とは異なる第２方向（Ｘ方向）の長さよりも長い。また、第２信号電荷経路は、例えば図１の領域Ｇに配され、第１方向とは異なる第３方向（Ｘ方向）の長さが、第３方向と異なる第４方向（Ｙ方向）の長さよりも長い。
図１（Ａ）では、第１信号電荷経路の前記第１方向に沿った延長上に位置し、且つ前記第２信号電荷経路の前記第２方向に沿った延長上に位置する領域に、第２半導体領域１０２及び第３半導体領域１０３が配されている。しかし、少なくとも第２半導体領域１０２及び第３半導体領域１０３の一方が第１信号電荷経路の前記第１方向に沿った延長上に位置し、且つ前記第２信号電荷経路の前記第２方向に沿った延長上に位置する領域に配されていればよい。図１（Ａ）〜（Ｃ）に示す光電変換装置１００において、複数の凹部１０６の間の複数の電荷移動経路である第５半導体領域１１５は、第一半導体領域１０１の一部である。
上記構成とすることで、第２及び第３半導体領域１０２、１０３が、第１信号電荷経路の延在方向に沿った延長上に位置する領域、及び第２信号電荷経路の延在方向に沿った延長上に位置する領域のいずれか一方に配される場合に比べ、電荷収集効率が向上する。また、上記構成は、第２及び第３半導体領域１０２、１０３が、第１信号電荷経路の延在方向に沿った延長上にも、第２信号電荷経路の延在方向に沿った延長上にも位置しない領域に配される場合に比べ、優れた電荷収集効率を有する。
また、本実施形態の光電変換装置は、図２及び図３（Ａ）〜（Ｄ）に記載のように、半導体基板４００の該一主面側において、複数の凹部１０６の間に配されている第４半導体領域１０４を有していてもよい。第４半導体領域１０４は、半導体領域１０１より不純物濃度が高い領域であり、Ｐ型の不純物領域である。第４半導体領域１０４は、複数の凹部１０６を有する。
第４半導体領域１０４は、第１半導体領域１０１と第２半導体領域１０４との間で発生するＰＮ接合面を、半導体基板４００の一主面から遠ざけることで暗電流を抑制するための暗電流抑制領域として機能する。第４半導体領域は、半導体基板４００の一主面側で、複数の凹部１０６のうち最も第３半導体領域１０３に近い凹部１０６より第３半導体領域側まで延在している。よって、半導体基板４００の深さ方向（複数の凹部１０６を有する一主面に垂直な方向）において、第２半導体領域１０２の一部は、第１半導体領域１０１と第４半導体領域１０４の間にある。
上記構成において、第５半導体領域１１５は、第４半導体領域１０４の、前記一主面とは反対側に配され、前記第４半導体領域よりも第１導電型の不純物濃度が低い領域であり、ここでは、第１半導体領域１０１の一部である。具体的には、第５半導体領域１１５は、第１半導体領域１０１の、半導体基板４００の複数の凹部１０６を有する該一主面に対する平面視において、複数の凹部１０６の間にある部分である。また、第５半導体領域１１５は、第１半導体領域１０１の上記部分のうち、該一主面に垂直な断面において、複数の凹部１０６の間にある部分である。
素子分離部１０５は、半導体領域であり、例えばＰ型の半導体領域で形成することができる。素子分離部１０５の半導体領域の不純物濃度は、第４半導体領域１０４よりも高く、隣接する光電変換素子同士を分離し、信号電荷が流出するのを防止するバリア層として機能する。
素子分離部１０５は、半導体基板４００の一主面に対する平面視において、光電変換素子１１０を完全に囲って配されていてもよい。すなわち、複数の凹部１０６及び第４半導体領域１０４は、素子分離部１０５に囲まれていている構成とすることができる。素子分離部１０５が光電変換素子１１０を完全に囲って配されることで、光電変換素子１１０で発生した電荷のリークを効果的に抑制することができる。
第２半導体領域１０２は、第３半導体領域１０３を介してリセット電位が印加された際に空乏状態となり、容量増加を抑制しながら電荷を収集する機能を果たす。なお、第３半導体領域１０３にリセット電圧を印加した際、第１半導体領域１０１は完全に空乏化した状態ではなく、中性領域（空乏化していない領域）を含んでいる。
第２半導体領域１０２は、図１（Ａ）〜（Ｃ）、図２、及び図３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、半導体基板４００の複数の凹部１０６を有する一主面に垂直な断面において、第１半導体領域１０１と接して配されている。このため、第２半導体領域１０２から該断面において離間した第１半導体領域１０１内で生成された電荷は、第２半導体領域１０２に向かって第１半導体領域１０１内を移動した後、第２半導体領域１０２を通り第３半導体領域１０３に収集されることになる。第１半導体領域１０１内で生成された電荷は、素子分離部１０５によって隣接画素への流出が抑制され、第２半導体領域１０２に向かって拡散しながら移動する。
第１半導体領域１０１を拡散してきた電荷は、第１半導体領域１０１と第２半導体領域１０２によるＰＮ接合近傍に到達すると、該ＰＮ接合の電界によるドリフト現象によって第３半導体領域１０３に向かって移動する。第２半導体領域１０２と第１半導体領域１０１と接している部分があれば、上記効果が得られる。さらに第２半導体領域１０２が第１半導体領域１０１に囲まれる構成とすると、第１半導体領域１０１と第２半導体領域１０２が一方向で接している場合より、より多くの電荷をドリフト現象を用いて第２半導体領域１０２に収集することができる。
第２半導体領域１０２の不純物濃度を第１半導体領域１０１より高くすることで、空乏層領域が第２半導体領域１０２から第１半導体領域１０１の方向に向かって広がるため、電荷収集効率の向上を図ることができる。よって、第２半導体領域１０２の不純物濃度は、第１半導体領域１０１より高いことが好ましい。電荷収集効率が向上することで、光電変換装置のセンサ感度が向上する。また、第２半導体領域は、複数の濃度の異なるＮ型不純物領域を有していてもよい。
例えば、第１半導体領域１０１と接するＮ型の第１のＮ型半導体領域と、第３半導体領域１０３に接する第２のＮ型半導体領域を有していてもよい。この場合、第２のＮ型半導体領域の不純物濃度は、第１のＮ型半導体領域の不純物濃度より高い。
また、第４半導体領域１０４の不純物濃度が、第２半導体領域１０２の不純物濃度より低く、空乏層が第４半導体領域１０４側に広がると、暗電流の抑制効果が低下する。よって、第４半導体領域１０４の不純物濃度は、第２半導体領域１０２の不純物濃度より高くすることが好ましい。
また、光電変換素子１１０の、複数の凹部１０６を有する一主面に垂直な方向における、第１半導体領域１０１、第２半導体領域１０２、第３半導体領域１０４、及び素子分離部１０５の、厚さ及び不純物濃度は、例えば、それぞれ以下の範囲から選択できる。なお、厚さのパラメータとして、半導体基板４００の複数の凹部１０６以外の表面からの接合深さを用いる。
第１半導体領域１０１において、不純物濃度は、１．０×１０１４ｃｍ−３以上１．０×１０１７ｃｍ−３以下、より好ましくは１．０×１０１５ｃｍー３以上１．０×１０１６ｃｍー３以下とすることができる。また、接合深さは０．１μｍ以上１０００μｍ以下とすることができる。第２半導体領域１０２において、不純物濃度は、１．０×１０１３ｃｍ−３以上１．０×１０１７ｃｍ−３以下、より好ましくは１．０×１０１４ｃｍー３以上１．０×１０１６ｃｍー３以下とすることができる。また、接合深さは０．２μｍ以上３μｍ以下とすることができる。
第３半導体領域１０３において、不純物濃度は、１．０×１０１８ｃｍ−３以上１．０×１０２１ｃｍ−３以下、より好ましくは１．０×１０１９ｃｍー３以上１．０×１０２０ｃｍー３以下とすることができる。また、接合深さは０．１μｍ以上０．３μｍ以下とすることができる。
第４半導体領域１０４において、不純物濃度は、１．０×１０１５ｃｍ−３以上１．０×１０１９ｃｍ−３以下、より好ましくは１．０×１０１６ｃｍー３以上１．０×１０１８ｃｍー３以下とすることができる。また、接合深さは０．１μｍ以上０．５μｍ以下とすることができる。素子分離部１０５の半導体領域において、不純物濃度は、１．０×１０１４ｃｍ−３以上１．０×１０１９ｃｍ−３以下、より好ましくは１．０×１０１５ｃｍー３以上１．０×１０１８ｃｍー３以下とすることができる。また、接合深さは０．１μｍ以上１０μｍ以下とすることができる。
半導体基板４００の一主面（受光面）には、複数の凹部１０６が設けられている。複数の凹部１０６は、半導体基板をエッチングすることで形成されてもよく、また、ＬＯＣＯＳ法（ＬＯＣａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ）により半導体基板を熱酸化することで形成されてもよい。複数の凹部１０６には、例えば、ＬＯＣＯＳ法や、ＳＴＩ法（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）の際、また半導体基板４００上に層間絶縁膜を形成することにより、酸化シリコン等の絶縁体が形成される。
本実施の形態では、光電変換装置１００が、ＬＯＣＯＳ法を用いて形成されたＬＯＣＯＳ領域を絶縁体２０１として有する例について示している。図３（Ａ）及び（Ｃ）において、第４半導体領域は、複数の凹部１０６の底部が配される深さよりも浅い位置まで配され、複数の凹部１０６内の絶縁体は、第１半導体領域に接する。よって、凹部１０６内に設けられる絶縁体２０１は、第３の半導体領域１０３を貫通し、第１半導体領域内に達している。
ここで、第５半導体領域１１５において、信号電荷である電子が第２半導体領域１０２に移動する際、凹部１０６が、第２半導体領域１０２に向かう移動経路を横断するように設けられていると、電子の移動が阻害される。本実施の形態の光電変換装置の構成とすることで、少なくとも２方向において、電子の第２半導体領域１０２に向かう移動が阻害されなくなる。よって、複数の凹部１０６の間において、図８に示すように、第２半導体領域１０２及び第３半導体領域１０３の少なくとも一方を通る信号電荷経路の延在方向が一方向で設けられている場合に比べ、電荷の収集効率を向上させることができる。
図２の複数の凹部１０６に関する詳細について、図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図８（Ａ）、及び図８（Ｂ）を用いて説明する。図７（Ａ）に示すように、第１半導体領域１０１は、複数の凹部１０６を有するセグメント１０７を複数有する。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、従来の光電変換装置の一部を説明する図であり、図８（Ａ）に示すように、第１の半導体領域は、複数の凹部１０６を有するセグメント１０７’を有する。図７（Ｂ）及び図８（Ｂ）は、それぞれ図７（Ａ）及び図８（Ａ）におけるセグメント１０７及び１０７’の詳細図である。
図７（Ａ）において、第２半導体領域１０２が、平面視において長方形である例を示す。セグメント１０８において、凹部１０６の間の信号電荷経路の延在方向は第１方向（Ｙ方向）であり、セグメント１０７において、凹部１０６の間の信号電荷経路の延在方向は第３方向（Ｘ方向）である。本明細書において、部分Ａの延在方向とは、延在方向における部分Ａの長さが、延在方向と異なる（交差する）方向における部分Ａの長さより長くなる方向を意味し、例えば、部分Ａの長さが最も長くなる方向を意味する。
よって、セグメント１０７における第５半導体領域内の位置Ｐにある信号電荷は、第２半導体領域１０２及び第３半導体領域１０３に向かう移動経路において、凹部１０６により移動を阻害されにくい。また、セグメント１０８における第５半導体領域内の位置Ｑにある信号電荷Ｐは、第２半導体領域１０２及び第３半導体領域１０３に向かう移動経路において、凹部１０６により移動を阻害されにくい。よって、少なくとも２方向において、第５半導体領域１１５内の信号電荷の第２半導体領域１０２への移動経路を凹部１０６が横切らない構成とすることができ、電荷の移動を阻害せず、電荷収集効率を上げることができる。
図７（Ａ）の光電変換装置の１つの光電変換素子１１０において複数の凹部１０６が配されている領域は、セグメント１０７及びセグメント１０８からなる。したがって、半導体基板４００の一主面に配される複数の凹部１０６の延在方向は、第１方向または第２方向のいずれかとなる。これにより、第５半導体領域内の多くの信号電荷の、第２半導体領域１０２及び第３半導体領域１０３への移動が阻害されにくくなることから、効率よく信号電荷を収集する光電変換措置を手依拠することができる。
図８（Ａ）に示す光電変換装置において、セグメント１０８’の、複数の凹部１０６の間にある第５半導体領域内の電荷経路の延在方向は、Ｙ方向である。また、セグメント１０７’の、複数の凹部１０６の間にある第５半導体領域内の電荷経路の延在方向も、Ｙ方向である。よって、セグメント１０７’内の第５半導体領域１１５の位置Ｐ’にある信号電荷の第３半導体領域１０３に向かう移動経路には、凹部１０６が、第３半導体領域に向かう方向と垂直な方向に延在している。よって、位置Ｐ’の信号電荷は、直接、第３半導体領域１０３に移動することはできず、Ｙ方向に移動、または、凹部１０６の、半導体基板４００の該一主面とは反対側の領域を通って、第３半導体領域１０３に移動することとなる。よって、電荷収集効率は、図７（Ａ）に示す光電変換装置に比べ、低いものとなる。
また、半導体基板４００の複数の凹部１０６を有する該一主面に対する平面視において凹部１０６が形成されていない領域は、該一主面に垂直な断面において、第１半導体領域の該一主面側に第４半導体領域１０４が配されている。一方、凹部１０６が形成されている領域では、該断面において、凹部１０６内の絶縁体２０１と第１半導体領域１０１が接し、凹部１０６が形成されている領域にポテンシャル段差が形成されている。
したがって、図８（Ａ）に示すように、電荷の移動経路に凹部１０６が位置する場合、電荷の移動が阻害され、第４半導体領域１０４での電荷収集効率が低下する。
これに対し、図５（Ａ）のセグメント１０７において、凹部１０６の間の信号電荷経路は、その延在方向に沿った延長上に位置する領域に、第２半導体領域１０２及び第３半導体領域１０３が配されている。したがって、点Ｐに位置する電荷の、第２半導体領域１０２に向かう移動経路には、半導体領域１０１と凹部１０６との間に形成されるポテンシャル段差がない。このように構成することで、点Ｑに位置する電荷だけでなく、点Ｐに位置する電荷についても、第２半導体領域１０２への移動が阻害されず、電荷収集効率を向上することができる。
次に、複数の凹部１０６によるリップル低減作用について、図６を用いて説明する。
図６は一つの凹部１０６に絶縁体２０１が形成された部分を抜き出して示した断面模式図である。半導体基板４００に入射する光を矢印１５０、１５１、１５２で示す。入射光としては、凹部１０６が形成されていない領域で反射される入射光１５０、凹部１０６の側壁で反射される入射光１５１、及び凹部１０６の底面で反射される入射光１５２を含む。
凹部１０６を設けることで入射光が半導体領域１０１、１０２、１０３、及び１０４へ達するまでの光路長に差ができ、半導体領域１０１、１０２、１０３、及び１０４と絶縁体２０１との界面で反射された反射光に位相差を設けることができる。よって、光電変換装置１００の出力特性が不均一で波状になっていたとしても、入射光と反射光の干渉により、不均一性を緩和することが可能となる。つまり干渉の効果により光電変換装置１００の出力のリップルを低減することが可能となる。
凹部１０６の深さｄは、入射光の波長をλ、絶縁体２０１の屈折率をｎとしたとき、
ｄ≧λ／４ｎ （数式１）
を満たすことが好ましい。ここで深さｄは、半導体基板４００において凹部１０６が設けられていない領域の表面（半導体基板４００の一主面の複数の凹部１０６以外の面）を基準とする。
また、光電変換素子の凹部１０６が設けられていない領域が成す面に対し平行な面における、光電変換素子の凹部１０６以外の領域の面積に対する凹部１０６の面積の割合が半分の時、干渉しあう成分も１：１となり、最もリップルの低減効果がある。よって、凹部１０６は、凹部１０６が設けられていない領域が成す面に対し平行な面において、半導体基板４００の凹部１０６以外の領域の面積に対する凹部１０６の面積が、１：１となるよう構成されることが好ましい。また、凹部１０６は複数配置されることが好ましい。
図７（Ｂ）より、セグメント１０７において、光電変換素子の、凹部１０６が設けられていない領域の表面に平行で該表面を含む面における、光電変換素子の一主面のうち凹部１０６以外の領域の面積と、凹部１０６の面積との比は、８８：１００となる。一方、図８（Ｂ）に記載の光電変換装置において、光電変換素子の、凹部１０６が設けられていない面における、光電変換素子の凹部１０６以外の領域の面積と、凹部１０６の面積との比は、３１３：１００である。
このように、セグメント１０７の凹部１０６を本実施の形態の様に配置することで、一光電変換素子の一主面における、凹部以外の領域の面積に対する凹部の面積の割合を、より１：１に近づけることができる。よって、光電変換装置の出力におけるリップルを、より効果的に改善することができる。
一方、リップルを低減する為の凹部を第２半導体領域１０２上に形成すると、ＬＯＣＯＳ領域や層間膜など、凹部に形成される絶縁体と第２半導体領域１０２とが接する部分で電荷が捕獲されるため、電荷の移動が阻害される。そこで、図２、図３（Ａ）〜（Ｂ）、図４〜図６、図７（Ａ）〜（Ｂ）の該第２半導体領域１０２は、凹部１０６を有さない構成とする。凹部が、第２半導体領域１０２と接して形成される第１半導体領域１０１や第１半導体領域１０１上に形成される第１導電型を有する第４半導体領域１０４にのみ配される。これにより、上記電荷の捕捉による電荷の移動への影響を低減し、より電荷収集効率を向上した構成とすることができる。
例えば、半導体基板４００の凹部１０６を有する一主面に対する平面視において、第２半導体領域１０２を、複数の凹部１０６が配されている領域と重ならないように配する。具体的には、半導体基板４００の一主面に対する第１断面（図２（Ｂ））において、該一主面に平行な方向で第３半導体領域１０３を間に挟んで隣り合うように複数の凹部１０６のうち第１の凹部及び第２の凹部１０６が配される構成とする。また、上記第１断面において、第１の凹部１０６及び第２の凹部１０６の間に第２半導体領域１０２が配される構成とする。
また、上記第１断面において、第１半導体領域１０１と第２半導体領域１０２が接することで形成されるＰＮ接合部が、該一主面に平行な方向で第１の凹部１０６と第２の凹部１０６との間に配されている。
これにより、空乏化していない第１半導体領域１０１では、電荷の拡散により電荷を収集し、第２半導体領域１０２では、ドリフト現象で電荷を収集することで電荷収集の効率を上げることができる。また、第２半導体領域を囲む領域に複数の凹部を設けることで、リップル対策も行うことができる。なお、第３の半導体領域は、半導体基板４００表面での暗電流を抑制する機能を有する。
凹部１０６が第２半導体領域１０２に配されず、第２半導体領域１０２を囲む領域にのみ配される構成とすることで、凹部内の絶縁体に第２半導体領域１０２が接することにより暗電流が流れるのを、防ぐことができる。
以上より、本実施形態では、出力特性のリップルを軽減しながら電荷収集効率の向上を両立した光電変換装置を提供することができる。
（実施の形態２）
図９は実施の形態２における光電変換装置の平面模式図である。断面図は図３（Ａ）〜（Ｄ）と同じである。実施の形態１と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し詳細な説明は省略する。
本実施の形態の光電変換装置は、複数の凹部１０６の間にあり、延在方向がＸ方向である信号電荷経路を有するセグメント２０７と、複数の凹部１０６の間にあり、延在方向がＹ方向である信号電荷経路を有するセグメント２０８と、を有する。更に、本実施形態の光電変換装置は、セグメント１０７及び１０８に加え、複数の凹部１０６の間にあり、延在方向がＸ方向及びＹ方向と交差する方向である信号電荷経路を有するセグメント２０９を有する。
図示されているように、第２半導体領域１０２及び第３半導体領域１０３は、セグメント２０９内の信号電荷経路から該信号電荷経路の延在方向に沿った延長上に位置する領域にある。
このようにすることで、例えば図７で記載したＢ点の電荷は、半導体領域１０１と凹部１０６との間に形成されたポテンシャル段差を避けて第２半導体領域１０２に移動することができ、光電変換装置１００の電荷収集効率が向上する。
すなわち、本実施の形態では、実施の形態１の場合に比して、半導体領域１０１の点Ｂに位置する電荷も最短で電荷収集領域に移動することが出来、電荷収集効率が更に改善する。
（実施の形態３）
図１０は実施の形態３における光電変換装置の一部の一例の平面模式図である。断面図は、図３（Ａ）及び図３（Ｃ）における凹部１０６が、複数の凹部６０６となっている点以外は、図３（Ａ）〜（Ｄ）と同じである。実施の形態１と同様の機能、構成を有する部分には同様の符号を付し詳細な説明は省略する。
本実施の形態の光電変換装置において、実施の形態１において凹部１０６に相当する領域５０６は、１つの凹部からなるのではなく、複数の凹部６０６を有する領域として形成される。本実施の形態において、複数の凹部６０６は、半導体基板４００の凹部６０６を有する一主面に対する平面視において、例えば、長手方向（延在方向）における長さと、短手方向における長さの２倍以下としてもよい。また、複数の凹部６０６は、半導体基板４００の凹部６０６を有する一主面に対する平面視において、例えば、最も大きい直径が最も小さい直径の２倍以下となる形状を有していてもよい。
該平面視において、複数の凹部は、第１方向（Ｙ方向）の長さが第２方向（Ｘ方向）より長い第１信号電荷経路１３１と、第３方向（Ｘ方向）の長さが第４方向（Ｙ方向）の長さより長い第２信号電荷経路１３２とを有する。
複数の凹部は、第２の方向（Ｘ方向）で第１信号電荷経路１３１を挟んで隣り合う第１の対の凹部６０６ａ、６０６ｂと、第２の方向で第１信号電荷経路１３１を挟んで隣り合う第２の対の凹部６０６ｃ、６０６ｄと、を有する。すなわち、複数の凹部６０６は、該平面視で、第２の方向において第５半導体領域１１５の第１の部分を挟んで隣り合う第１の対の凹部６０６ａ及び６０６ｂを有する。また、複数の凹部６０６は、該平面視で、第４の方向において第５半導体領域１１５の第２の部分を挟んで隣り合う第１の対の凹部６０６ｃ及び６０６ｄと、を有する。
したがって、該平面視において、第１信号電荷経路１３１の片側に複数の凹部６０６ａ及び６０６ｃが配され、第１信号電荷経路１３１のもう片側に複数の凹部６０６ｂ及び６０６ｄが配されている。
凹部６０６ａ及び６０６ｃは、第１方向において、第５半導体領域の第３の部分を挟んで隣り合っており、凹部６０６ｂ及び凹部６０６ｄは、第１方向において、第５半導体領域の第４の部分を挟んで隣り合っている。
第２信号電荷経路１３２についても同様に、該平面視において、両側に複数の凹部６０６が配されており、それぞれの側に配される凹部６０６は、第５半導体領域の一部を挟んで隣り合っている。
このような構成とすることでも、複数の凹部６０６の間の信号電荷経路である第５半導体領域１１５内の信号電荷の第２半導体領域１０２または第３半導体領域１０３への移動に対する凹部１０６による阻害を抑制することができる。よって、電荷収集効率を向上させることができる。
図１０の光電変換装置の一部の一例における、凹部６０６の幅と厚さの関係を図１１に示す。
画素領域の凹部１０６、４０６、６０６は、凹部の幅によって形状が変化している。図示しているように、活性領域の平坦部をａ、凹部領域の平坦部をｂ、バーズビークと呼ばれるなだらかな傾斜部をｃ、凹部が配されていない領域を基準とした深さ（厚さ）をｄとする。この時、領域ａで発生する干渉成分と領域ｂで発生する干渉成分の程度は、深さ（厚さ）ｄと面積比率で調整できる。凹部４０６や凹部６０６では、凹部の形状により各パラメータを変化させ、リップルを低減させる選択をすることが可能である。
本実施の形態では、実施の形態１及び２の形態の場合に比して、光電変換素子１１０の一主面に細かい凹凸を設けることができる。よって、光電変換装置の出力におけるリップルを低減させる為の凹部のレイアウトに対する柔軟性を上げつつ、電荷収集効率を向上すること可能である。
（実施の形態４）
図１２は、本実施の形態における光電変換装置１００の一部の一例を示す平面模式図である。実施の形態１と同様の機能、構成を有する部分には同様の符号を付し詳細な説明は省略する。本実施の形態において、光電変換装置１００は、平面視において第２半導体領域１０２を囲む第１半導体領域１０１のうち、読み出し回路の素子が形成される側の領域には凹部１０６を有さない構成とすることができる。本実施形態の光電変換装置１００では、その分、電荷を読み出し回路に出力するための第３半導体領域１０３と読み出し回路素子との距離が、実施の形態１の光電変換装置における読み出し回路素子と第４半導体領域１０４との距離より小さい。
第４半導体領域１０４は、読み出し回路の増幅用トランジスタ１２１やリセットトランジスタ１２２と配線１２３を介して接続されている。第４半導体領域１０４の位置を、読み出し回路素子に近づけることで、配線１２３を短くすることができるため、配線１２３と接地配線等の他の配線とその間の絶縁膜により形成される寄生容量を低減することができる。
（実施の形態５）
本実施の形態における光電変換装置１００の一部について、図１３を用いて説明する。図１３は、本実施の形態における光電変換装置１００の一部の一例の断面模式図である。実施の形態１の図２と同じ平面図であり、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示す光電変換装置との違いは、半導体基板４００の複数の凹部１０６を有する一主面に対する断面において、第４半導体領域１０４の該一主面と反対側に第２導電型の半導体領域を有する点である。すなわち、本実施の形態では、該半導体領域が第５半導体領域１１５となる。
第５半導体領域１１５の不純物濃度は、第２半導体領域１０２の不純物右脳度と同じ、もしくは小さく、第３半導体領域１０３の不純物濃度より小さい。よって、第５半導体領域１１５内で発生した信号電荷は、第２半導体領域に収集される。本実施の形態においても、信号電荷経路である第５半導体領域の延在方向と第２及び第３半導体領域との位置関係を、実施の形態１と同様にすることで、電荷収集効率を向上させることができる。
なお、本実施の形態の光電変換装置は、上記構成に限定されず、図１に記載の光電変換装置、及び実施の形態２乃至４の光電変換素子のいずうれの構成と組み合わせてもよい。
（実施の形態６）
本実施の形態における光電変換装置１００の一部について、図１４（Ａ）〜（Ｂ）を用いて説明する。図１４（Ａ）は、本実施の形態における光電変換装置１００の一部の一例の平面図であり、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＡ−Ａ’断面における光電変換装置の一部の一例の断面模式図である。実施の形態１に示す光電変換装置との違いは、第５半導体領域１１５が第２半導体領域１１５の一部であり、半導体基板４００の複数の凹部１０６内の絶縁体２０１と接する領域に、第６半導体領域を有する点である。第６半導体領域は、第１導電型を有し、第６半導体領域の不純物濃度は、第１半導体領域１０１、第２半導体領域１０２、及び第５半導体領域１１５より高いことが好ましい。ここでは、第４半導体領域１０４の凹部１０６に沿って配された部分が、第６半導体領域である例を示す。
複数の凹部１０６内の絶縁体２０１と第２半導体領域１０２が接する構成では、絶縁体２０１の界面欠陥起因の暗電流が発生する可能性がある。本実施形態の光電変換装置１００では、絶縁体２０１と第２半導体領域１０２との間に第４半導体領域１０４が配されるため、信号電荷と同極性である第２導電型の電荷が発生しても、第４半導体領域における再結合により、該暗電流を抑制することができる。
よって、半導体基板４００の複数の凹部１０６を有する一主面に対する平面視において、第２半導体領域１０２が、第３半導体領域１０３と接する部分から、複数の凹部のうち少なくとも一部と重なる領域まで延在している構成としてもよい。第２半導体領域１０２の領域を大きくすることで、電荷収集効率をより向上させることができる可能性がある。
一方、第６半導体領域を配しても、凹部１０６の周辺で不純物濃度の低い領域が生じる可能性がある。不純物濃度が低い領域では、信号電荷のポテンシャルが低くなるため、たまった電荷を排出する際の時定数が長くなり、残像現象の原因となる。そのような影響が懸念される場合には、他の実施の形態に記載のように、該平面視において、第２半導体領域１０２を、複数の凹部１０６のうち第３半導体領域１０３に最も近い凹部１０６より第３半導体領域１０３側に配する。したがって、該平面視において、第２半導体領域は、前記複数の凹部１０６と重ならない。このように構成することで、残像現象の発生を抑制することができる。
なお、本実施の形態の光電変換装置は、上記構成に限定されず、図１に記載の光電変換装置、及び実施の形態２乃至４の光電変換素子のいずうれの構成と組み合わせてもよい。
（実施の形態７）
図１５のブロック図を参照して、本発明の一部の実施形態に係る画像読み取り装置８００の構成例を説明する。画像読み取り装置８００は、例えばＭＦＰ（多機能周辺装置）や、スキャナ、複写機でありうる。画像読み取り装置８００は、クロック乗せ換え回路４００と、読み取り部８１０と、発振回路８２０と、画像処理部８３０とを有しうる。
読み取り部８１０は、原稿を読み取って画像データを生成する。読み取り部８１０は、光源、縮小光学部品、ラインセンサ、アナログ／デジタル変換器、コントローラ等で構成されうる。ラインセンサには、実施の形態１乃至５のいずれかの光電変換装置を用いることができる。発振回路８２０は、基準クロックを生成して読み取り部８１０とクロック乗せ換え回路４００とへ供給する。読み取り部８１０は供給された基準クロックに従って動作する。基準クロックの周波数は例えば数１００ＭＨｚでありうる。
クロック乗せ換え回路４００は、上述のように、基準クロックに従って読み取り部８１０から画像データを受け取り、スペクトラム拡散クロックに従って画像データを画像処理部８３０へ供給する。画像処理部８３０は供給された画像データの処理を行う。よって、処理部は、読み取り部８１０から出力された画像データに基づくデータを処理する。
読み取り部８１０、発振回路８２０及びクロック乗せ換え回路４００は画像読み取り装置８００の可動部に搭載されてもよく、画像処理部８３０は画像読み取り装置８００の本体部に搭載されてもよい。クロック乗せ換え回路４００と画像処理部８３０とは例えば数十センチメートルのワイヤーハーネスによって接続されうる。
１０１ 第１半導体領域
１０２ 第２不純物領域
１０３ 第３半導体領域
１０４ 第４半導体領域
１０５ 素子分離部
１０６ 凹部
２０１ 絶縁体

Claims (24)

  1. 一主面に複数の凹部が配された半導体基板と、
    前記複数の凹部に配された絶縁体と、を有し、
    前記半導体基板は、第１導電型の第１半導体領域と、前記第１導電型と反対導電型であり信号電荷と同極性である第２導電型の第２半導体領域と、前記第２半導体領域よりも不純物濃度が高く、少なくともその一部が前記第２半導体領域よりも前記一主面側に配された、前記第２導電型の第３半導体領域と、を有する光電変換素子を有し、
    前記複数の凹部は、前記光電変換素子に配されており、
    前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域及び前記第３半導体領域と接し、
    前記第１半導体領域と前記第２半導体領域はＰＮ接合部を形成しており、
    前記一主面に垂直な断面において、前記複数の凹部の間に配された複数の信号電荷経路を有し、
    前記複数の信号電荷経路は、前記一主面に対する平面視において、
    第１方向の長さが前記第１方向とは異なる第２方向の長さよりも長い第１信号電荷経路と、
    前記第１方向とは異なる第３方向の長さが、前記第３方向と異なる第４方向の長さよりも長い第２信号電荷経路と、を含み、
    前記第２及び前記第３半導体領域の少なくとも一方が、前記第１信号電荷経路の前記第１方向に沿った延長上に位置し、且つ前記第２信号電荷経路の前記第３方向に沿った延長上に位置することを特徴とする光電変換装置。
  2. 前記一主面に垂直な断面において、前記半導体基板の、前記第１半導体領域より前記一主面側の領域に配され、前記一主面に対する前記平面視において、前記第２半導体領域及び前記第３半導体領域を囲む、前記第１導電型の第４半導体領域を有し、
    前記第４半導体領域の不純物濃度は、前記第１半導体領域よりも高く、
    前記一主面に対する平面視において、前記複数の凹部は、それぞれ前記第４半導体領域に囲ま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. 前記一主面に対する前記平面視において、前記第１半導体領域は、前記第２半導体領域及び前記複数の凹部と重なり、
    前記複数の凹部内の前記絶縁体は、前記半導体基板の前記一主面からの、前記絶縁体の底部の深さが、前記第４半導体領域の深さより深い位置となっている請求項２に記載の光電変換装置。
  4. 前記複数の凹部は、前記第２の方向で前記第１の信号電荷経路を挟んで隣り合う第１の対の凹部と、前記第２の方向で前記第１の信号電荷経路を挟んで隣り合う第２の対の凹部と、を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  5. 一主面に複数の凹部が配された半導体基板と、
    前記複数の凹部に配された絶縁体と、を有し、
    前記半導体基板は、第１導電型の第１半導体領域と、前記第１導電型と反対導電型であり信号電荷と同極性である第２導電型の第２半導体領域と、前記第２半導体領域よりも不純物濃度が高く、少なくともその一部が前記第２半導体領域よりも前記一主面側に配された、前記第２導電型の第３半導体領域と、
    前記一主面に垂直な断面において、前記複数の凹部の間に配された、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型の第４半導体領域と、
    前記一主面に垂直な前記断面において、前記第４半導体領域の、深さ方向に配され、前記第４半導体領域よりも第１導電型の不純物濃度が低い、第５半導体領域と、を有する光電変換素子を有し、
    前記複数の凹部は、前記光電変換素子に配されており、
    前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域及び前記第３半導体領域と接し、
    前記第１半導体領域と前記第２半導体領域はＰＮ接合部を形成しており、
    前記第５半導体領域は、前記一主面に垂直な前記断面において、前記複数の凹部の間に位置し、
    前記第５半導体領域は、前記一主面に対する平面視において、
    第１方向の長さが前記第１方向とは異なる第２方向の長さよりも長い第１の部分と、
    前記第１方向とは異なる第３方向の長さが、前記第３方向と異なる第４方向の長さよりも長い第２の部分と、を含み、
    前記第２及び前記第３半導体領域の少なくとも一方が、前記第５半導体領域の前記第１の部分の前記第１方向に沿った延長上に位置し、且つ前記第５半導体領域の前記第２の部分の前記第３方向に沿った延長上に位置する領域に、配されていることを特徴とする光電変換装置。
  6. 前記一主面に対する前記平面視において、前記第１半導体領域は、前記第２半導体領域及び前記複数の凹部と重なり、
    前記第５半導体領域は、前記第１半導体領域の一部であることを特徴とする請求項５に記載の光電変換装置。
  7. 前記第５半導体領域は、前記第２導電型であり、前記第３半導体領域より不純物濃度が低いことを特徴とする請求項５に記載の光電変換装置。
  8. 前記第５半導体領域は、前記第２半導体領域の一部であり、前記第２半導体領域は、前記一主面に対する平面視において、前記複数の凹部のうち少なくとも一部の凹部と重なることを特徴とする請求項５に記載の光電変換装置。
  9. 前記複数の凹部は、
    前記第２の方向で前記第５半導体領域の前記第１の部分を挟んで隣り合う第１の対の凹部と、
    前記第２の方向で前記第５半導体領域の前記第２の部分を挟んで隣り合う第２の対の凹部と、を有することを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  10. 前記一主面に対する前記平面視において、前記第４半導体領域を囲んで配された素子分離部を有し、
    前記複数の凹部は、前記素子分離部に囲まれていることを特徴とする請求項２、３、及び５乃至９のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  11. 前記一主面に垂直な方向において、
    前記第２半導体領域の一部は、前記第１半導体領域と前記第４半導体領域の間にあることを特徴とする請求項２、３、及び５乃至１０のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  12. 前記第４半導体領域の不純物濃度は、前記第２半導体領域の不純物濃度より高いことを特徴とする請求項２、３、及び５乃至１１のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  13. 前記一主面に対する前記平面視において、前記第２半導体領域が前記複数の凹部と重なることを特徴とする請求項６の光電変換装置。
  14. 前記一主面に垂直な第１断面において、前記第２半導体領域及び前記第３半導体領域を間に挟んで隣り合うように前記複数のうち第１の凹部及び第２の凹部が配され、
    前記第１断面において、前記第２半導体領域は前記第１半導体領域と接しており、
    前記第１断面において、前記第１及び第２半導体領域により構成される前記ＰＮ接合部が、前記第１及び第２の凹部の間に配されてい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。
  15. 前記一主面に垂直な、前記第１断面と交差する第２断面において、前記第３半導体領域を間に挟んで隣り合うように前記複数の凹部のうちの第３の凹部及び第４の凹部が配され、
    前記第２断面において、前記第３及び第４の凹部の間に前記第２半導体領域が配され、前記第２断面において、前記第１及び第２半導体領域により構成される前記ＰＮ接合部が、前記第３の凹部及び第４の凹部の間に配されていることを特徴とする請求項１４に記載の光電変換装置。
  16. 前記一主面に対する平面視において、前記複数の凹部は、前記第１半導体領域と重な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。
  17. 前記一主面に対する平面視において、前記第３半導体領域は、前記第２半導体領域に囲まれていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  18. 前記一主面に垂直な方向において、
    前記第２半導体領域の一部は、前記第１半導体領域と前記第３半導体領域の間にあることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  19. 前記絶縁体は、酸化シリコンからなる請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  20. 前記絶縁体は、ＬＯＣＯＳ領域であることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  21. 前記絶縁体は、前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜であることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  22. 前記第２半導体領域の不純物濃度は、前記第１半導体領域の不純物濃度より高いことを特徴とする請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  23. 前記半導体基板上の絶縁膜に設けられた開口を介して、前記第３半導体領域と接する導電層を有する請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  24. 請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の光電変換装置を有し、原稿を読み取って画像データを生成する読み取り部と、
    前記画像データに基づくデータを処理する処理部と、を備えることを特徴とする画像読み取り装置。
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