JP7446061B2 - 撮像装置及び撮像システム - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態による撮像装置及びその駆動方法について、図1乃至図13を用いて説明する。
本発明の第2実施形態による撮像装置について、図14及び図15を用いて説明する。第1実施形態による撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
本発明の第3実施形態による撮像装置について、図16及び図17を用いて説明する。第1及び第2実施形態による撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
本発明の第4実施形態による撮像装置について、図18乃至図22を用いて説明する。第1乃至第3実施形態による撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
本発明の第5実施形態による撮像装置について、図23及び図24を用いて説明する。第1乃至第4実施形態による撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
本発明の第6実施形態による撮像装置について、図25乃至図28を用いて説明する。第1乃至第5実施形態による撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
本発明の第7実施形態による撮像装置について、図29乃至図32を用いて説明する。第1乃至第6実施形態による撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
次に、本発明の第8実施形態について説明する。特許文献2に記載されるように、2つに分割された光電変換領域の間を電気的に分離する構造を有すると、瞳分割の性能は向上する反面、光電変換領域の間で発生した電子には高電界がかかりにくい。そのため、電子の検出効率(すなわち感度)が低下する。
まず、長波長の光を検出する画素12の構成例について説明する。上述したように、断面構造は図14に示したとおりである。
R画素が主に検出する波長の光は、N型半導体領域107の深い部分(受光面から遠い部分)で主に電子を生成する。そのため、電子の生成位置から高電界領域108までの距離が短く、もともと分離性能の低下はG画素やB画素よりも小さい。一方で、分離部が不感帯となって感度を低下させる可能性はG画素やB画素よりも高い。したがって、R画素に設ける分離部の高さは、G画素やB画素に設ける分離部の高さよりも低くする。ここで、分離部106bの高さhは、例えば、分離部106bを設けない構成におけるP型半導体領域106とN型半導体領域107との接合面を基準として、N型半導体領域107に入り込んだ部分の長さとする。図37(a)の例では、分離部106bの高さhは、H1<h<H2である。
次に、本発明の第9実施形態による撮像装置の画素12について説明する。
本実施形態では、第8実施形態で説明した分離部106bを全ての画素に設ける。そして、画素が主に検出する光の波長に応じて分離部の幅(厚み)を調整する。
次に、本発明の第10実施形態による撮像装置の画素12について説明する。
本実施形態では、第8実施形態で説明した分離部106bを全ての画素に設ける。ただし、深い部分でも電子が生成される、長波長の光を検出する画素では、分離部106bを設けることによる画質低下を抑制するため、分離部の不純物濃度を低くする。P型半導体領域である分離部の不純物濃度を低くすることで、分離部における少数キャリアである電子の寿命が長くなり、分離部で生成された電子が分離部から出られる確率を高めることができる。
次に、本発明の第11実施形態による撮像装置の画素12について説明する。本実施形態では、受光面からN型半導体領域内に伸びた分離部をさらに設けることにより、浅い部分で生成された電子の分離性能を向上させる。
次に、本発明の第12実施形態による撮像装置の構成について説明する。
本実施形態は、検出する波長に応じて、第1導電型の半導体領域と第2導電型の半導体領域の電位差を異ならせることにより、受光領域のポテンシャル形状を異ならせる。
次に、本発明の第13実施形態による撮像装置の画素12について説明する。
本実施形態では、検出する波長に応じて、フォトダイオードのカソードを構成する2つの第1導電型(N型)の半導体領域104Aと104Bの間隔を異ならせることにより、受光領域のポテンシャル形状を制御する。
R画素は、長波長の光を検出するため、電子の移動による分離性能の悪化が小さい。一方、分離部を設けた場合に、分離部による画質劣化の影響を受けやすい。そのため、R画素(図44(a))ではG画素(図44(b))よりもN型半導体領域104Aおよび104Bの間隔を狭くする。
B画素は、短波長の光を検出するため、電子の移動による分離性能の悪化が大きい。一方、分離部を設けた場合に、分離部による画質劣化の影響を受けづらい。そのため、B画素ではG画素よりもN型半導体領域104Aおよび104Bの間隔を広くする。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
Claims (17)
- 複数の行及び複数の列に渡って配された複数の画素を有し、
前記複数の画素の各々は、
半導体基板の表面部に設けられた第1導電型の複数の第1の半導体領域と、前記複数の第1の半導体領域の間の前記半導体基板の前記表面部に設けられた第2導電型の第2の半導体領域と、前記第2の半導体領域と前記複数の第1の半導体領域の各々との間の前記半導体基板の前記表面部にそれぞれ設けられ、前記複数の第1の半導体領域よりも不純物濃度が低い前記第1導電型の複数の第3の半導体領域と、を有し、前記第2の半導体領域と前記複数の第1の半導体領域の各々との間にそれぞれフォトダイオードが構成された受光部と、
前記複数の第1の半導体領域の各々に各々が接続された複数のクエンチング回路と、
前記複数の第1の半導体領域と前記複数のクエンチング回路との間の接続ノードの各々に接続され、前記受光部への光子の入射に応じて生成されるパルスを計数する計数部と、を有し、
前記フォトダイオードのアノードを構成する前記第2の半導体領域は、前記フォトダイオードのカソードを構成する前記複数の第1の半導体領域よりも前記半導体基板の深い部分で、前記複数の第1の半導体領域の間に延在する領域を有し、
ガードリングとして機能する前記複数の第3の半導体領域は、前記複数の第1の半導体領域よりも前記半導体基板の深くに渡って設けられるとともに、前記第2の半導体領域の前記延在する領域は、前記複数の前記第3の半導体領域の底部のうち、前記複数の第1の半導体領域の間の領域を覆うように設けられており、
前記複数の第1の半導体領域のいずれかと前記第2の半導体領域の前記延在する領域との間の高電界領域におけるアバランシェ増倍により生じた電子が前記複数の第1の半導体領域のいずれかにより収集されることを特徴とする撮像装置。 - 前記第2の半導体領域の前記延在する領域は、前記複数の前記第3の半導体領域の底部の全体を覆うように設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 隣接する前記画素の前記受光部の間に設けられた前記第2導電型の第4の半導体領域よりなる第1の分離部を更に有する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。 - 前記第2の半導体領域から前記半導体基板の前記表面部とは反対側の第2の表面部に渡って設けられ、前記第2の半導体領域よりも不純物濃度が低い前記第2導電型の第5の半導体領域よりなる第2の分離部を更に有する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素の各々は、前記表面部とは反対側の前記半導体基板の第2の表面部に設けられた1つのマイクロレンズを更に有する
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素の各々は、平面視における前記受光部の中心を挟んで第1の方向に隣り合う2つの前記第1の半導体領域を含む
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素の各々は、前記中心を挟んで第1の方向と交差する第2の方向に隣り合う2つの前記第1の半導体領域を更に含む
ことを特徴とする請求項6記載の撮像装置。 - 前記複数の画素は、
平面視における前記受光部の中心を挟んで第1の方向に隣り合う2つの前記第1の半導体領域を含む第1の画素と、
前記中心を挟んで第1の方向と交差する第2の方向に隣り合う2つの前記第1の半導体領域を含む第2の画素と、を含む
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素の各々は、前記中心に配された前記第1の半導体領域を更に含む
ことを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記第2の半導体領域に第1の駆動電圧を供給し、前記複数の第1の半導体領域の各々に前記クエンチング回路を介して第2の駆動電圧を供給する第1の駆動モードと、
前記第2の半導体領域に第1の駆動電圧を供給し、前記複数の第1の半導体領域のうちの一つの前記第1の半導体領域のみに第3の駆動電圧を供給する第2の駆動モードと、を有する
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記第3の駆動電圧と前記第1の駆動電圧との間の電位差は、前記第2の駆動電圧と前記第1の駆動電圧との間の電位差よりも大きい
ことを特徴とする請求項10記載の撮像装置。 - 前記一つの前記第1の半導体領域は、平面視における前記受光部の中心に位置している
ことを特徴とする請求項10または11記載の撮像装置。 - 前記第1の駆動モードにおいて、前記複数の第1の半導体領域のうちの一部の前記第1の半導体領域に接続された計数回路により計数された計数値と、前記複数の第1の半導体領域のうちの他の一部の前記第1の半導体領域に接続された計数回路により計数された計数値と、に基づき、焦点検出用の信号を生成する焦点検出用信号生成部を更に有する
ことを特徴とする請求項10乃至12のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記第2の駆動モードにおいて、前記一つの前記第1の半導体領域に接続された計数回路により計数された計数値に基づき、撮像用の信号を生成する画像処理部を更に有する
ことを特徴とする請求項10乃至12のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記複数の第1の半導体領域に接続された計数回路により計数された計数値の合計の値に基づき、撮像用の信号を生成する画像処理部を更に有する
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 撮像光学系の開口状態に応じて、前記第2の駆動電圧を供給する前記第1の半導体領域を選択する
ことを特徴とする請求項10乃至14のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 請求項1乃至16のいずれか1項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部と
を有することを特徴とする撮像システム。
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