JP7058479B2 - 光検出器 - Google Patents
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Description
図1は、表面照射型のAPDの構成を示す図である。画素10は、図中下側から参照するに、APD21上に配線層22が積層され、配線層22上にオンチップレンズ23が積層されている。APD21の詳細な構成については後述する。
図2は、裏面照射型の画素の構成を示す図である。画素30は、図中下側から参照するに、オンチップレンズ23上にAPD21が積層され、APD21上にセンサ基板41が積層され、さらにセンサ基板41上に回路基板42が積層された構成とされている。
図3は、APD21の第1の実施の形態における断面構成を示す図である。図3に示すように、APD21aには、導電型がn型(第1導電型)のn型半導体領域101と、n型半導体領域101の下部に導電型がp型(第2導電型)のp型半導体領域102が形成されている。n型半導体領域101とp型半導体領域102は、ウェル層103内に形成されている。
図6は、APD21の第2の実施の形態における断面構成を示す図である。図6に示したAPD21bにおいて、図3に示したAPD21aと同様の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
図7は、APD21の第3の実施の形態における断面構成を示す図である。図7に示したAPD21cにおいて、図3に示したAPD21aと同様の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
図9は、APD21の第4の実施の形態における断面構成を示す図である。図9に示したAPD21dにおいて、図3に示したAPD21aと同様の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
図12は、APD21の第5の実施の形態における断面構成を示す図である。図12に示したAPD21eにおいて、図3に示したAPD21aと同様の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
図15は、APD21の第6の実施の形態における断面構成を示す図である。図15に示したAPD21fにおいて、図3に示したAPD21aと同様の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
図17は、APD21の第7の実施の形態における平面構成を示す図である。図17に示したAPD21gにおいて、図4に示したAPD21aと同様の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
図19は、APD21の第8の実施の形態における断面構成を示す図である。図19に示したAPD21hにおいて、図3に示したAPD21aと同様の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
図21は、APD21の第9の実施の形態における断面構成を示す図である。図21に示したAPD21iにおいて、図3に示したAPD21aと同様の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
図23は、APD21の第10の実施の形態における断面構成を示す図である。図23に示したAPD21jは、第1乃至第9の実施の形態におけるAPD21と異なる極性を有している点が異なるが、構成は同一である。
図25は、APD21の第11の実施の形態における断面構成を示す図である。図25に示したAPD21kは、第1乃至第10の実施の形態におけるAPD21と基本的な構成は同一であるが、PDEの低下や、暗信号の増加を発生させることなく、エッジブレイクダウンを防ぐことができる構成を有している点で異なる。
図31は、APD21の第12の実施の形態における断面構成を示す図である。図31に示したAPD21mは、第1乃の実施の形態におけるAPD21と構成は基本的に同一であるが、PDEの低下や、暗信号の増加を発生させることなく、エッジブレイクダウンを防ぐことができる構成を有している点で異なる。
上記した実施の形態においては、APD21について説明した。APD21は、図35、図36に示すように、センサチップ310に設けられている画素領域A1にアレイ状に配置されている。図36では、APD21-1とAPD21-2が画素領域A1に並んで配置されている例を示した。
APD21には、APD21間を分離するための分離領域が形成されている。例えば、図3に示したAPD21aでは、分離領域108が形成されている。
分離領域の第2の実施の形態について、図39を参照して説明する。上記した分離領域の第1の実施の形態における分離領域108aは、遮光膜402を、p型半導体領域415とトレンチ412を接続する配線として用いる場合を例に挙げて説明したが、分離領域の第2の実施の形態における分離領域108bは、配線を形成し、p型半導体領域415とトレンチ412を接続する構成とされている点が、分離領域の第1の実施形態における分離領域108aと異なる。
次に、図40を参照し、分離領域の第3の実施の形態について説明する。分離領域の第1、第2の実施の形態においては、トレンチ412内に充填される材料は、例えば、平坦化膜401と同じ材料であり、例えば絶縁材料であるとして説明した。
分離領域の第1乃至第3の実施の形態においては、トレンチ412を形成する例を示した。トレンチ412を形成することで、画素間や画素領域A1と周辺領域A2の分離をより確実に行えるようになり、また、トレンチ412に接続されている遮光膜402に電圧をかけることで、ピニングを取ることができる。
分離領域の第1乃至第4の実施の形態においては、例えば、図37に示した分離領域108aを再度参照するに、光入射面側に設けられた遮光膜402で、p型半導体領域415とトレンチ412が接続されている例を示した。次に、分離領域の第5の実施の形態として、p型半導体領域415とトレンチ412を、配線層311側で接続する構成について説明する。
分離領域の第1乃至第5の実施の形態において、遮光膜402(遮光膜491)に、遮光膜での光の反射(フレア)を防ぐためのフレア防止膜を形成しても良い。ここでは、図40に示した分離領域の第3の実施の形態における遮光膜402上に、フレア防止膜を形成した場合を、分離領域の第6の実施の形態として、図44に示し、説明を続ける。
分離領域の第1乃至第6の実施の形態においては、例えば、図40に示した分離領域108cを参照するに、p型半導体領域411、トレンチ412、p型半導体領域413、n型半導体領域414、およびp型半導体領域415が並んだ構成とされている。これらの領域を、全てp型の半導体領域として形成することも可能である。
分離領域の第1乃至第7の実施の形態においては、p型半導体領域413’(415)を介して、トレンチ412に電圧をかける構成を例に挙げて説明した。トレンチ412に形成された遮光壁471に直接的に電圧を印加する構成とすることもできる。
次に、画素領域A1(図35)とパッド領域A3の間に形成されている周辺領域A2の構成について説明する。
図51は、周辺領域の第1の実施の形態における周辺領域の構成を示す図である。
周辺領域の第2の実施の形態における周辺領域701について、図56を参照して説明する。なお、以下の説明においては、トレンチ323は、2本形成されている場合を例に挙げて説明する。
周辺領域の第3の実施の形態における周辺領域701について、図57を参照して説明する。
周辺領域の第4の実施の形態における周辺領域701について、図58を参照して説明する。
周辺領域の第5の実施の形態における周辺領域701について、図59を参照して説明する。
周辺領域の第6の実施の形態における周辺領域701について、図60を参照して説明する。
周辺領域の第7の実施の形態における周辺領域701について、図63を参照して説明する。
上述したAPD21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、APD21を適用した場合を例に挙げて、APD21の適用例の一例を説明する。
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。
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。
(1)
高電界領域と、
隣接する画素と分離するための分離領域と、
前記分離領域の側壁に電子をトラップするホール蓄積領域と
を備え、
前記ホール蓄積領域は、アノードと電気的に接続されている
光検出器。
(2)
前記ホール蓄積領域は、裏面側にも形成されている
前記(1)に記載の光検出器。
(3)
前記ホール蓄積領域は、p型半導体領域である
前記(1)または(2)に記載の光検出器。
(4)
前記ホール蓄積領域は、負の固定電荷膜によるホールの誘起により形成される
前記(1)乃至(3)のいずれかに記載の光検出器。
(5)
前記ホール蓄積領域は、前記分離領域内に形成された金属膜への電圧の印加によるホールの誘起により形成される
前記(1)乃至(4)のいずれかに記載の光検出器。
(6)
前記高電界領域を構成するカソードのうち、コンタクトが接続される部分以外は、基板内に埋め込まれて形成され、
前記コンタクトが接続される部分以外の領域であり、前記基板の表面には、ホール蓄積領域が形成され、
前記基板の表面に形成されているホール蓄積領域の電位は、前記アノードとは異なる電位とされている
前記(1)乃至(5)のいずれかに記載の光検出器。
(7)
前記基板の表面に形成されているホール蓄積領域の電位は、グランド電位または前記カソードの電位と同一とされている
前記(6)に記載の光検出器。
(8)
前記コンタクトが接続される部分は、前記高電界領域の略中央部分に形成されている
前記(6)または(7)に記載の光検出器。
(9)
前記コンタクトが接続される部分は、前記高電界領域の端付近に形成され、
前記基板の表面に形成されているホール蓄積領域は、前記高電界領域の中央部分に形成されている
前記(6)または(7)に記載の光検出器。
(10)
前記アノードは、前記分離領域に隣接する一部に形成されている
前記(1)乃至(9)のいずれかに記載の光検出器。
(11)
高電界領域と、
隣接する画素と分離するための分離領域と、
前記分離領域の側壁にホールをトラップする電子蓄積領域と
を備え、
前記電子蓄積領域は、カソードと電気的に接続されている
光検出器。
(12)
前記電子蓄積領域は、裏面側にも形成されている
前記(11)に記載の光検出器。
(13)
前記電子蓄積領域は、n型半導体領域である
前記(11)または(12)に記載の光検出器。
(14)
前記電子蓄積領域は、正の固定電荷膜による電子の誘起により形成される
前記(11)乃至(13)のいずれかに記載の光検出器。
(15)
前記電子蓄積領域は、前記分離領域内に形成された金属膜への電圧の印加による電子の誘起により形成される
前記(11)乃至(14)のいずれかに記載の光検出器。
(16)
前記高電界領域を構成するアノードのうち、コンタクトが接続される部分以外は、基板内に埋め込まれて形成され、
前記コンタクトが接続される部分以外の領域であり、前記基板の表面には、電子蓄積領域が形成され、
前記基板の表面に形成されている電子蓄積領域の電位は、前記カソードとは異なる電位とされている
前記(11)乃至(15)のいずれかに記載の光検出器。
(17)
前記基板の表面に形成されている電子蓄積領域の電位は、グランド電圧または前記アノードの電圧と同一電圧とされている
前記(16)に記載の光検出器。
(18)
前記コンタクトが接続される部分は、前記高電界領域の略中央部分に形成されている
前記(16)または(17)に記載の光検出器。
(19)
前記コンタクトが接続される部分は、前記高電界領域の端付近に形成され、
前記基板の表面に形成されている電子蓄積領域は、前記高電界領域の中央部分に形成されている
前記(16)または(17)に記載の光検出器。
(20)
前記カソードは、前記分離領域に隣接する一部に形成されている
前記(11)乃至(19)のいずれかに記載の光検出器。
Claims (15)
- カソードを有する高電界領域と、
隣接する画素と分離するための分離領域と、
前記分離領域の側壁に電子をトラップするホール蓄積領域と、
前記ホール蓄積領域と電気的に接続されたアノードと、
前記カソードに接続された第1コンタクトと前記アノードに接続された第2コンタクトとを有する第1配線層と
を含む第1チップと、
前記第1配線層に含まれる第1の配線と直接接合される第2の配線を有する第2配線層と回路を含む第2チップと
を備え、
前記第2のチップに含まれる前記回路と前記第2のチップに積層されている前記第1のチップに含まれる前記カソードは、前記第1コンタクトを介して接続されている
光検出器。 - 前記ホール蓄積領域は、裏面側にも形成されている
請求項1に記載の光検出器。 - 前記ホール蓄積領域は、p型半導体領域である
請求項1に記載の光検出器。 - 前記ホール蓄積領域は、負の固定電荷膜によるホールの誘起により形成される
請求項1に記載の光検出器。 - 前記ホール蓄積領域は、前記分離領域内に形成された金属膜への電圧の印加によるホールの誘起により形成される
請求項1に記載の光検出器。 - 前記高電界領域を構成するカソードのうち、コンタクトが接続される部分以外は、基板内に埋め込まれて形成され、
前記コンタクトが接続される部分以外の領域であり、前記基板の表面には、ホール蓄積領域が形成され、
前記基板の表面に形成されているホール蓄積領域の電位は、前記アノードとは異なる電位とされている
請求項1に記載の光検出器。 - 前記基板の表面に形成されているホール蓄積領域の電位は、グランド電位または前記カソードの電位と同一とされている
請求項6に記載の光検出器。 - 前記コンタクトが接続される部分は、前記高電界領域の略中央部分に形成されている
請求項6に記載の光検出器。 - 前記コンタクトが接続される部分は、前記高電界領域の端付近に形成され、
前記基板の表面に形成されているホール蓄積領域は、前記高電界領域の中央部分に形成されている
請求項6に記載の光検出器。 - 前記アノードは、前記分離領域に隣接する一部に形成されている
請求項1に記載の光検出器。 - 前記回路と前記アノードは、前記第2コンタクトを介して接続されている
請求項1に記載の光検出器。 - 前記高電界領域と前記アノードを含むアバランシェフォトダイオードは、光入射面側にオンチップレンズを有する
請求項1に記載の光検出器。 - 前記第1コンタクトと前記第2コンタクトは、前記光入射面側とは反対側に設けられている
請求項12に記載の光検出器。 - 前記オンチップレンズと前記分離領域とは接している
請求項12に記載の光検出器。 - 前記アノードは、前記カソードと前記分離領域との間に形成されている
請求項1乃至14のいずれかに記載の光検出器。
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