WO2023203811A1 - 光検出装置 - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
Definitions
- the present disclosure relates to a photodetection device.
- An element isolation region called an STI (Shallow Trench Isolation) layer is sometimes provided in the boundary region of pixels of a photodetection device such as an image sensor (see Patent Document 1).
- a floating diffusion layer may be shared by multiple pixels. In this case, it is conceivable to provide a floating diffusion layer in a boundary region between a plurality of pixels. Since charges from the transfer electrode are transferred to the floating diffusion layer, it is desired that the device structure is capable of efficient charge transfer.
- a light shielding member or the like may be placed in the boundary area of the pixel to prevent light from entering from adjacent pixels. Furthermore, measures are required to prevent dark current from occurring in the boundary area.
- the present disclosure provides a photodetection device that can efficiently transfer charges from a transfer electrode, suppress color mixture, and suppress dark current.
- a plurality of photoelectric conversion units provided for each pixel and arranged in a silicon layer;
- a polysilicon layer and an insulating layer are laminated in the depth direction of the plurality of photoelectric conversion units from the side opposite to the light incident surface of the plurality of photoelectric conversion units along the boundary region of the plurality of photoelectric conversion units.
- a photodetecting device is provided, wherein at least a portion of the polysilicon layer is placed in contact with the silicon layer.
- the polysilicon layer may have a stepped portion in contact with the silicon layer.
- the step portion may be arranged along an end surface of the silicon layer on the side opposite to the light incidence surface.
- the step portion may be arranged on a side closer to the light incidence surface than an end surface of the silicon layer on a side opposite to the light incidence surface.
- a side wall surface of the polysilicon layer and a side wall surface of the insulating layer may be arranged so as to be in contact with the silicon layer.
- the interface between the polysilicon layer and the insulating layer may have a convex shape in the direction of the light incident surface.
- a part of the polysilicon layer may be covered with the insulating layer.
- the polysilicon layer may have a stepped portion or a convex portion in the direction of the light incident surface.
- the polysilicon layer is a first region in contact with the silicon layer; a second region joined to the first region and disposed closer to the light incident surface than the first region;
- the insulating layer may be disposed between the second region and the silicon layer.
- the polysilicon layer has a protrusion extending toward the insulating layer at the interface, An end of the protrusion on the light incident surface side may be arranged inside the insulating layer.
- the insulating layer may be disposed between the side wall portion of the protrusion and the silicon layer.
- the length of the protrusion from the interface to the insulating layer side may be 10 nm or more.
- the width of the insulating layer disposed between the side wall portion of the protrusion and the photoelectric conversion section may be 20 nm or more.
- the polysilicon layer may be a conductive layer that is electrically connected to a ground layer or a floating diffusion layer.
- two of the polysilicon layers are provided for each pixel; one of the polysilicon layers is electrically connected to the ground layer; The other polysilicon layer may be electrically connected to the floating diffusion layer.
- Each of the two polysilicon layers may be shared by a plurality of pixels.
- the floating diffusion layer is disposed in a boundary area of a first pixel group consisting of a plurality of pixels and is shared by the first pixel group,
- the ground layer may be disposed in a boundary area of a second pixel group including a plurality of pixels different from the first pixel group, and may be shared by the second pixel group.
- the pixel includes a phase difference detection pixel that detects a phase difference
- the floating diffusion layer may be shared by a plurality of the phase difference detection pixels that detect a phase difference.
- a transfer electrode that is arranged along an end surface of the silicon layer on the side opposite to the light incident surface and transfers the charge photoelectrically converted in the photoelectric conversion section to the floating diffusion layer; a vertical electrode extending from the transfer electrode in the depth direction of the silicon layer,
- the transfer electrode and the vertical electrode may include a sidewall portion made of an insulating material and disposed along a sidewall surface of the polysilicon layer.
- the side wall portion may be arranged opposite to the impurity diffusion region.
- a plurality of the vertical electrodes may be provided for each pixel.
- a boundary layer made of a semiconductor or a conductor is laminated on the light incident surface side of the insulating layer along the boundary region of the plurality of photoelectric conversion parts,
- the plane orientation in the extending direction of the boundary layer and the plane orientation in the extending direction of the vertical electrode may be a (100) plane.
- a boundary layer made of a semiconductor or a conductor may be provided along the boundary region of the plurality of photoelectric conversion parts and laminated on the light incident surface side of the insulating layer.
- the boundary layer may include a polysilicon layer or a fixed charge layer.
- the boundary layer may be a negative bias layer that induces positive charges.
- the boundary region is arranged to penetrate the silicon layer,
- the boundary region may have a structure in which the boundary layer, the insulating layer, and the polysilicon layer are stacked in this order from the light incident surface side to the opposite surface side.
- FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a photodetection device 1 to which the present technology is applied.
- FIG. 2 is a diagram illustrating an equivalent circuit of pixel 2.
- FIG. FIG. 3 is a schematic plan view of a pixel 2 in a pixel array section 3.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of one pixel 2 of the photodetection device 1 according to the present embodiment.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of a pixel 2 according to a comparative example.
- 6 is a plan view of the vicinity of the junction between the polysilicon layer 31 and the STI layer 32 in FIGS. 4 and 5.
- FIG. 7 is a cross-sectional view of pixel 2 in FIG. 4 taken along line AA in FIG. 6.
- FIG. 7 is a cross-sectional view of pixel 2 in FIG. 4 taken along line BB in FIG. 6.
- FIG. 6 is a cross-sectional view of pixel 2 in FIG. 5 taken along line AA in FIG. 6.
- FIG. 6 is a cross-sectional view of pixel 2 in FIG. 5 taken along line BB in FIG. 6.
- FIG. FIG. 3 is a plan view according to a first specific example.
- FIG. 9A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 9A.
- FIG. 9A is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 9A.
- FIG. 7 is a plan view according to a second specific example.
- FIG. 10A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 10A.
- FIG. 10A is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 10A.
- FIG. 7 is a plan view according to a third specific example.
- FIG. 11A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 11A.
- FIG. 11A is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 11A.
- FIG. 7 is a plan view according to a fourth specific example.
- FIG. 12A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 12A.
- FIG. 12A is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 12A.
- 8B is a diagram comparing one comparative example shown in FIGS. 8A and 8B with the first to fourth specific examples shown in FIGS. 9A to 12C.
- FIG. 8B is a diagram comparing one comparative example shown in FIGS. 8A and 8B with the first to fourth specific examples shown in FIGS. 9A to 12C.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of a pixel 2 with a boundary layer 33 having a fixed charge layer 35
- FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example in which the end of the protrusion 31p extends to the vicinity of the boundary region between the STI layer 32 and the boundary layer 33
- 3 is a diagram showing an example in which a boundary layer 33 includes a polysilicon layer 34.
- FIG. 3 is a diagram showing an example in which a boundary layer 33 includes a fixed charge layer 35.
- FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of one pixel of the photodetection device according to the second embodiment.
- FIG. 7 is a cross-sectional view of one pixel of the photodetecting device 1 according to a modified example of the second embodiment.
- FIG. 7 is a diagram showing typical shape characteristics of a photodetection device according to a second embodiment.
- FIG. 7 is a diagram showing cross-sectional structures of boundary regions according to first and second comparative examples.
- FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional structure of a boundary region according to first and second specific examples.
- FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional structure of a boundary region according to third to fourth specific examples.
- FIG. 7 is a plan view of a boundary area according to a first comparative example.
- FIG. 7 is a plan view of a boundary area according to a second comparative example, a second specific example, and a fourth specific example.
- FIG. 7 is a plan view of a boundary area according to a first specific example and a third specific example.
- FIG. 7 is a diagram showing typical shape characteristics of a photodetection device according to a second embodiment.
- FIG. 7 is a diagram showing cross-sectional structures of boundary regions according to first
- FIG. 7 is a cross-sectional view of one pixel of a photodetection device according to a third embodiment.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of a pixel according to a comparative example.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of a pixel manufactured by forming a trench from the light incident surface side.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of a pixel according to a comparative example.
- 25 is a cross-sectional view of a pixel according to a modified example of FIG. 24.
- FIG. 3 is a diagram summarizing the characteristics of a plurality of typical modifications of vertical electrodes.
- FIG. 7 is a plan view of a pixel 2 according to a fifth modification.
- FIG. 7 is a plan view of a pixel 2 according to a sixth modification.
- FIG. 7 is a cross-sectional view of one pixel of a photodetection device according to a fourth embodiment.
- FIG. 30A is a cross-sectional view of a pixel according to a modified example of FIG. 30A.
- FIG. 1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a vehicle control system.
- FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of installation positions of an outside-vehicle information detection section and an imaging section.
- the photodetector may include components and functions that are not shown or explained. The following description does not exclude components or features not shown or described.
- FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a photodetecting device 1 to which the present technology is applied.
- the photodetection device 1 in FIG. 1 is sometimes called an imaging device or an image sensor.
- the photodetecting device 1 in FIG. 1 has a pixel array section 3 in which pixels 2 are arranged in a two-dimensional array, and a peripheral circuit section around the pixel array section 3 arranged on a semiconductor substrate using silicon (Si) as a semiconductor, for example. It has a configuration.
- the peripheral circuit section includes a vertical drive circuit 4, a column signal processing circuit 5, a horizontal drive circuit 6, an output circuit 7, a control circuit 8, and the like.
- the pixel 2 includes a photodiode as a photoelectric conversion element, a plurality of pixel transistors, and the like.
- the plurality of pixel transistors are composed of, for example, four MOS transistors: a transfer transistor, a selection transistor, a reset transistor, and an amplification transistor.
- MOS transistors for example, four MOS transistors: a transfer transistor, a selection transistor, a reset transistor, and an amplification transistor.
- the pixel transistor a configuration in which the transfer transistor is omitted or a configuration in which a pixel transistor for other purposes is added may be considered, and the type of the pixel transistor is not uniquely limited.
- the control circuit 8 receives an input clock and data instructing an operation mode, etc., and outputs data such as internal information of the photodetector 1. That is, the control circuit 8 generates clock signals and control signals that serve as operating standards for the vertical drive circuit 4, column signal processing circuit 5, horizontal drive circuit 6, etc., based on the vertical synchronization signal, horizontal synchronization signal, and master clock. do. Then, the control circuit 8 outputs the generated clock signal and control signal to the vertical drive circuit 4, column signal processing circuit 5, horizontal drive circuit 6, and the like.
- the vertical drive circuit 4 is configured by, for example, a shift register, selects a predetermined pixel drive wiring 9, supplies pulses for driving the pixels 2 to the selected pixel drive wiring 9, and drives the pixels 2 in row units. do. That is, the vertical drive circuit 4 sequentially selectively scans each pixel 2 of the pixel array section 3 in the vertical direction row by row. Thereby, a pixel signal based on a signal charge generated in the photoelectric conversion section of each pixel 2 according to the amount of light received is supplied to the column signal processing circuit 5 through the vertical signal line 10.
- the column signal processing circuit 5 is arranged for each column of pixels 2, and performs signal processing such as noise removal on the signals output from one row of pixels 2 for each pixel column.
- the column signal processing circuit 5 performs signal processing such as CDS (Correlated Double Sampling) and AD conversion for removing fixed pattern noise specific to pixels.
- the horizontal drive circuit 6 is configured by, for example, a shift register, and sequentially outputs horizontal scanning pulses to select each of the column signal processing circuits 5 in turn, and transfers the pixel signal from each of the column signal processing circuits 5 to the horizontal signal line. 11 to output.
- the output circuit 7 performs signal processing on the signals sequentially supplied from each column signal processing circuit 5 through the horizontal signal line 11 and outputs the processed signals.
- the output circuit 7 may perform only buffering, or may perform black level adjustment, column variation correction, various digital signal processing, etc.
- the input/output terminal 13 exchanges signals with the outside.
- the photodetecting device 1 configured as described above is a CMOS image sensor called a column AD method in which a column signal processing circuit 5 that performs CDS processing and AD conversion processing is arranged for each pixel column.
- the photodetecting device 1 is a back-illuminated MOS type photodetecting device 1 in which light is incident from the back side opposite to the front side of the semiconductor substrate 12 where the pixel transistors are formed.
- FIG. 2 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the pixel 2.
- the pixel 2 includes a photoelectric conversion section (photodiode) 21, a transfer transistor 24, a floating diffusion layer 25, a reset transistor 26, an amplification transistor 27, and a selection transistor 28.
- the photoelectric conversion unit 21 is a photoelectric conversion unit (photoelectric conversion region) that generates and accumulates charges (signal charges) according to the amount of received light.
- the anode terminal of the photoelectric conversion section 21 is grounded, and the cathode terminal is connected to the floating diffusion layer 25 via the transfer transistor 24.
- the transfer transistor 24 When the transfer transistor 24 is turned on by the transfer signal TR, the transfer transistor 24 reads out the charge generated in the photoelectric conversion section 21 and transfers it to the floating diffusion layer 25.
- the floating diffusion layer 25 is a charge holding section that holds charges read out from the photoelectric conversion section 21.
- the reset transistor 26 is turned on by the reset signal RST, the charge held in the floating diffusion layer 25 is discharged to the constant voltage source Vdd, thereby resetting the potential of the floating diffusion layer 25.
- the amplification transistor 27 outputs a pixel signal according to the potential of the floating diffusion layer 25. That is, the amplification transistor 27 constitutes a source follower circuit with a load MOS (not shown) as a constant current source. A pixel signal indicating a level corresponding to the charge held in the floating diffusion layer 25 is output from the amplification transistor 27 to the column signal processing circuit 5 (FIG. 1) via the selection transistor 28.
- the selection transistor 28 is turned on when the pixel 2 is selected by the selection signal SEL, and outputs the pixel signal of the pixel 2 to the column signal processing circuit 5 via the vertical signal line 10.
- the transfer signal TR, reset signal RST, and selection signal SEL are controlled by the vertical drive circuit 4 and supplied via the pixel drive wiring 9 (FIG. 1).
- a polysilicon layer may be stacked on the STI layer along the pixel boundary region.
- the polysilicon layer is doped with impurities to make it conductive.
- a part of the doped impurity diffuses from the polysilicon layer into the photoelectric conversion section to form a diffusion capacitance.
- the amount of impurities diffused into the photoelectric conversion section depends on the volume of the polysilicon layer.
- the above-mentioned diffusion capacitance becomes a factor that changes the photoelectric conversion efficiency and influences the electric field within the photoelectric conversion section. For example, the larger the diffusion capacity, the lower the photoelectric conversion efficiency and the steeper the electric field within the photoelectric conversion section. If the electric field within the photoelectric conversion section becomes steep due to the diffusion of impurities, it becomes difficult to design the electric field of the photoelectric conversion section.
- FIG. 3 is a schematic plan view of the pixels 2 in the pixel array section 3 of the photodetector 1 according to the first embodiment.
- the circles in FIG. 3 represent contacts ct1, ct2, and ct3.
- transfer gate TG In the region of the pixel 2, only one contact ct1 connected to the gate of the transfer transistor 24 (hereinafter referred to as transfer gate TG) is shown.
- transfer gate TG In reality, there may be a plurality of contacts connected to the gates of other pixel transistors 20, but they are omitted in FIG. 3.
- the four pixels 2 that share the floating diffusion layer 25 are sometimes called color pixels.
- the four pixels 2 may be a Bayer array including, for example, two green pixels, one red pixel, and one blue pixel. Note that the number of pixels 2 that share one floating diffusion layer 25 does not necessarily have to be four, and may be two, for example. Further, a separate floating diffusion layer 25 may be provided for each pixel 2.
- grounding contact ct2 In the example of FIG. 3, four adjacent pixels 2 share one grounding contact ct2. This is also an example, and one grounding contact ct2 may be shared by pixels 2 other than four, or a separate grounding contact ct2 may be provided for each pixel 2.
- the four pixels 2 that share the contact ct3 connected to the floating diffusion layer 25 are different from the four pixels 2 that share the ground contact ct2. That is, the floating diffusion layer 25 is disposed in the boundary area of the first pixel group consisting of a plurality of pixels 2 and is shared by the first pixel group, and the ground layer 30 is disposed in a boundary area of a first pixel group consisting of a plurality of pixels 2, and the ground layer 30 is disposed in a boundary region of a first pixel group consisting of a plurality of pixels 2. It is arranged in the boundary area of the second pixel group and is shared by the second pixel group. Furthermore, the contacts ct2 shared by the second pixel group are connected to each other via a conductive layer 30a to form a ground layer 30.
- a contact ct1 for the transfer gate TG and a contact ct2 for grounding are arranged in the diagonal direction of the pixel 2. A sufficient distance from contact ct2 is ensured. Thereby, photoelectric conversion efficiency can be increased.
- the photoelectric conversion section 21 of each pixel 2 and the pixel transistor 20 can be stacked, so that the pixel transistor 20 can further have a two-layer structure.
- the semiconductor region of another layer stacked on the layer in which the transfer transistor 24 having the transfer gate TG is formed can be increased, and the degree of freedom in the arrangement of the pixel transistors 20 other than the transfer transistor 24 can be increased. .
- FIG. 4 is a cross-sectional view of one pixel 2 of the photodetector 1 according to the first embodiment.
- FIG. 4 is a diagonal cross-sectional view of each pixel 2 in FIG.
- the upper surface in FIG. 4 is the front surface, and the lower surface is the back surface, that is, the light incident surface S1. In this way, light is incident on the photodetecting device 1 of FIG. 4 from the back side.
- the pixel 2 in FIG. 4 has a structure in which a photoelectric conversion section 21 and a pixel transistor 20 are stacked.
- the photoelectric conversion section 21 is divided for each pixel 2 and arranged within the silicon layer 36.
- a polysilicon layer 31 also referred to as a conductor layer in this specification
- an insulating layer 32 are stacked along the boundary region between adjacent pixels 2 .
- the insulating layer 32 that is bonded to the polysilicon layer 31 and extends in the depth direction has a narrow width in the plane direction, so it may be referred to as the STI layer 32 below.
- the interface between the polysilicon layer 31 and the STI layer 32 has a convex shape in the direction of the light incident surface S1.
- a part of the polysilicon layer 31 is covered with the STI layer 32 at the interface between the polysilicon layer 31 and the STI layer 32 .
- the convex shape means that at the interface, the polysilicon layer 31 has a step in the direction of the light incident surface S1 or has a convex surface portion.
- the polysilicon layer 31 has a protrusion 31p extending toward the STI layer 32 at the interface, and the interface has a step.
- the end of the protrusion 31p on the light incidence surface S1 side is arranged inside the STI layer 32.
- the protrusion 31p protruding from the polysilicon layer 31 is arranged so as to bite into the STI layer 32. Therefore, the STI layer 32 is disposed between the side wall portion of the protrusion 31p and the silicon layer 36 on which the photoelectric conversion section 21 is disposed.
- the polysilicon layer 31 in FIG. 4 has a first region 31a and a second region 31b along the pixel boundary region.
- the first region 31a is in contact with the silicon layer 36 on which the photoelectric conversion section 21 is arranged.
- the second region 31b is joined to the first region 31a, and is arranged closer to the light entrance surface S1 than the first region 31a.
- An STI layer 32 is arranged between the second region 31b and the silicon layer 36.
- the polysilicon layer 31 is a conductive layer that is electrically connected to the ground layer 30 or the floating diffusion layer 25. Two polysilicon layers 31 are provided for each pixel 2. One polysilicon layer 31 is electrically connected to the ground layer 30, and the other polysilicon layer 31 is electrically connected to the floating diffusion layer 25.
- the two polysilicon layers 31 provided in the pixel boundary area are shared by a plurality of pixels 2.
- the polysilicon layer 31 electrically connected to the floating diffusion layer 25 is shared by the first pixel group consisting of four pixels 2
- the polysilicon layer 31 electrically connected to the ground layer 30 is shared by the four pixels 2. It is shared by the second pixel group consisting of.
- Boundary layer 33 is laminated on the light incident surface S1 side of the STI layer 32 along the boundary region of the plurality of photoelectric conversion units 21.
- Boundary layer 33 includes a polysilicon layer 34 or a fixed charge layer. A negative bias voltage is applied to the boundary layer 33 . As a result, positive charges are induced on the surface of the boundary layer 33 when light is received, suppressing the generation of dark current and white spots, and improving display quality.
- Boundary layer 33 is a through trench that penetrates silicon layer 36.
- impurities are doped into the polysilicon layer 31 on the side opposite to the light incidence surface S1 in order to make the polysilicon layer 31 conductive.
- the types of doped impurities are different between the polysilicon layer 31 that is electrically connected to the ground layer 30 and the polysilicon layer 31 that is electrically electrically connected to the floating diffusion layer 25 .
- the transfer transistor 24 having the transfer gate TG and the other pixel transistors 20 are arranged in different layers.
- the pixel 2 is provided with a plurality of pixel transistors 20, but the arrangement of each pixel transistor 20 is arbitrary, and various modifications are possible.
- a substrate on which the pixel array section 3 of FIG. 1 is formed, a vertical drive circuit 4, a column signal processing circuit 5, a horizontal drive circuit 6, a control circuit 8, etc. are formed.
- the photodetecting device 1 may have a stacked structure in which another substrate is bonded in the stacking direction by Cu--Cu bonding or the like.
- FIG. 5 is a cross-sectional view of pixel 2 according to a comparative example.
- Pixel 2 in FIG. 5 differs from that in FIG. 4 in the cross-sectional shape of the interface between polysilicon layer 31 and STI layer 32.
- the interface between polysilicon layer 31 and STI layer 32 in FIG. 5 is a flat surface, and polysilicon layer 31 in FIG. 5 does not have protrusions 31p as in FIG. 4.
- Other structures are common between FIGS. 4 and 5.
- the volume of the polysilicon layer 31 in the pixel boundary region is smaller than that in the pixel 2 according to the present embodiment shown in FIG.
- the difference in volume of the polysilicon layer 31 between FIG. 4 and FIG. 5 will be explained in more detail.
- FIG. 6 is a plan view of the vicinity of the junction between the polysilicon layer 31 and the STI layer 32 in FIGS. 4 and 5.
- 7A is a cross-sectional view of pixel 2 in FIG. 4 in the direction of line AA in FIG. 6, and
- FIG. 7B is a cross-sectional view of pixel 2 in FIG. 4 in the direction of line B--B in FIG.
- FIG. 8A is a cross-sectional view of pixel 2 in FIG. 5 in the direction of line AA in FIG. 6, and
- FIG. 8B is a cross-sectional view of pixel 2 in FIG. 5 in the direction of line B--B in FIG.
- the interface between the polysilicon layer 31 and the STI layer 32 is a flat surface
- the interface between the polysilicon layer 31 and the STI layer 32 is a flat surface. has a convex shape. Therefore, the volume of the polysilicon layer 31 according to this embodiment is larger than the volume of the polysilicon layer 31 according to one comparative example.
- the polysilicon layer 31 functions as a conductor layer that is electrically connected to the floating diffusion layer 25 or the ground layer 30. In order for the polysilicon layer 31 to function as a conductor layer, it is necessary to implant impurities into the polysilicon layer 31.
- the polysilicon layer 31 can incorporate more impurities than the STI layer 32.
- the volume of the polysilicon layer 31 in the pixel boundary region is larger in the photodetection device 1 according to the present embodiment. Therefore, in the photodetecting device 100 according to the present embodiment and the comparative example, when the amount of impurities doped into the polysilicon layer 31 is the same, the photoelectric conversion portion is The amount of impurities diffused into the silicon layer 36 in which the photodetector 21 is disposed is larger in the photodetecting device 100 according to the comparative example than in the present embodiment.
- the diffusion capacitance increases and the photoelectric conversion efficiency decreases. Furthermore, as the amount of impurities diffused into the silicon layer 36 increases, the electric field in the silicon layer 36 changes sharply, making it difficult to design the electric field in the silicon layer 36.
- the interface between the polysilicon layer 31 and the STI layer 32 stacked in the pixel boundary region may become flat depending on the conditions of the manufacturing process. It may have a convex shape on the light incidence surface S1 side. In this case, the volume of the polysilicon layer 31 increases, and the amount of impurities diffused from the sidewall portions of the polysilicon layer 31 and the STI layer 32 into the silicon layer 36 where the photoelectric conversion section 21 is arranged can be suppressed.
- the shape of the interface between the polysilicon layer 31 and the STI layer 32 is not limited to that shown in FIGS. 4, 7A, and B, and various shapes can be considered.
- FIG. 9A is a plan view according to the first specific example
- FIG. 9B is a sectional view taken along line AA in FIG. 9A
- FIG. 9C is a sectional view taken along line BB in FIG. 9A
- 10A is a plan view of the second specific example
- FIG. 10B is a sectional view taken along the line AA in FIG. 10A
- FIG. 10C is a sectional view taken along the line BB in FIG. 10A
- 11A is a plan view of the third specific example
- FIG. 11B is a sectional view taken along the line AA in FIG. 11A
- FIG. 11C is a sectional view taken along the line BB in FIG. 11A
- 12A is a plan view of the fourth specific example
- FIG. 12B is a sectional view taken along line AA in FIG. 12A
- FIG. 12C is a sectional view taken along line BB in FIG. 12A.
- the first specific example and the second specific example have a cylindrical protrusion 31p protruding from a part of the polysilicon layer 31 to the STI layer 32, and the width of the protrusion 31p is are different from each other. Specifically, the width of the protrusion 31p is larger in the second specific example than in the first specific example.
- the interface between the polysilicon layer 31 and the STI layer 32 has a convex shape. More specifically, the interface of the polysilicon layer 31 is convex in the direction of the light incidence surface S1, and the interface of the STI layer 32 is concave in the direction opposite to the light incidence surface S1. As shown in FIGS.
- the fourth specific example has a cross-column-shaped protrusion 31p protruding from a part of the polysilicon layer 31 to the STI layer 32, and the cross-sectional shape of the protrusion 31p in the plane direction is a dodecagon as shown in FIG. 12A.
- the cross-sectional shape of the protrusion 31p in the first specific example and the second specific example is circular as shown in FIGS. 9A and 10A.
- FIG. 13 is a diagram comparing one comparative example shown in FIGS. 8A and 8B with the first to fourth specific examples shown in FIGS. 9A to 12C.
- FIG. 13 shows the volume ratio of the polysilicon layer 31, the shape of the interface between the polysilicon layer 31 and the STI layer 32, and the amount of impurities absorbed into the polysilicon layer 31 in a comparative example and the first to fourth specific examples.
- the relative proportions, the relative proportions of the amount of impurities diffused into the silicon layer 36, and the relative values of the doses of impurities doped into the polysilicon layer 31 are illustrated.
- FIG. 13 shows the amount of impurity absorbed into the polysilicon layer 31 and the amount of impurity diffused into the silicon layer 36 when the same amount (for example, 100) of impurities is dosed in one comparative example and the first to fourth specific examples. It shows the amount.
- the volume of the polysilicon layer 31 increases in the order of the first comparative example, the first specific example, the second specific example, the third specific example, and the fourth specific example. Further, the amount of impurities absorbed into the polysilicon layer 31 increases in the order of the first comparative example, the first specific example, the second specific example, the third specific example, and the fourth specific example. Further, the amount of impurities diffused into the silicon layer 36 decreases in the order of the first comparative example, the first specific example, the second specific example, the third specific example, and the fourth specific example.
- the length L1 (see FIG. 7B) of the protrusion 31p of the polysilicon layer 31 in the stacking direction is, for example, 10 nm or more.
- the width L2 (see FIG. 7B) of the STI layer 32 disposed between the side wall portion of the protrusion 31p and the silicon layer 36 is, for example, 20 nm or more. It is desirable to do so.
- FIG. 4 shows an example in which the boundary layer 33 including the polysilicon layer 34 is arranged on the light incident surface S1 side of the STI layer 32
- the boundary layer 33 may be a fixed charge layer 35 instead of the polysilicon layer 34.
- FIG. 14 is a cross-sectional view of a pixel 2 with a boundary layer 33 having a fixed charge layer 35.
- the boundary layer 33 bonded to the STI layer 32 has a two-layer structure consisting of a fixed charge layer 35 and an insulating layer 29. Fixed charges are charges that have the same polarity as the read charges.
- the material of the fixed charge layer 35 for example, Hf (hafnium), Ta (tantalum), Ti (titanium), etc. are used.
- 16A and 16B are cross-sectional views of the pixel 2 when the interface between the polysilicon layer 31 and the STI layer 32 has a convex shape, as shown in FIG. 11.
- 16A shows an example in which the boundary layer 33 includes a polysilicon layer 34
- FIG. 16B shows an example in which the boundary layer 33 includes a fixed charge layer 35.
- the volume of the polysilicon layer 31 can be increased compared to the case of a flat surface, and the interface between the polysilicon layer 31 and the STI layer 32 can be The amount of impurities diffused can be reduced.
- the polysilicon layer 31 and the STI layer (insulating layer) 32 are formed along the boundary region of the photoelectric conversion section 21, and the interface between the polysilicon layer 31 and the STI layer 32 is It has a convex shape in the direction of the light incidence surface S1.
- the volume of the polysilicon layer 31 can be increased compared to the case where the interface between the polysilicon layer 31 and the STI layer 32 is a flat surface.
- the polysilicon layer 31 is doped with impurities to make it conductive, but most of the doped impurities are absorbed into the polysilicon layer 31.
- FIG. 17 is a cross-sectional view of one pixel 2 of the photodetector 1 according to the second embodiment.
- components common to those in FIG. 4 are given the same reference numerals, and the following description will focus on the differences.
- the pixel 2 in FIG. 17 differs from that in FIG. 4 in the cross-sectional structure of the polysilicon layer 31 and the insulating layer (STI layer) 32 in the boundary region.
- at least a portion of polysilicon layer 31 is arranged so as to be in contact with silicon layer 36, similar to the boundary region of FIG.
- Polysilicon layer 31 in FIG. 17 has a step portion 31D in contact with silicon layer 36.
- the stepped portion 31D indicates that the polysilicon layer 31 has a discontinuous sidewall surface.
- polysilicon layer 31 has two discontinuous sidewall surfaces.
- the corner portion connecting each side wall surface to the surface connecting two discontinuous side wall surfaces may be an acute angle, or the corner portion may be rounded.
- the silicon layer 36 is a layer in which the photoelectric conversion section 21 is arranged.
- the step portion 31D of the polysilicon layer 31 is arranged along the end surface of the silicon layer 36 on the side opposite to the light incidence surface S1. That is, the horizontal length of the polysilicon layer 31 above the end surface of the silicon layer 36 is longer than the horizontal length of the polysilicon layer 31 below the end surface of the silicon layer 36.
- the side wall surface of the polysilicon layer 31 and the side wall surface of the insulating layer 32 are flush with each other, and both side wall surfaces are arranged so as to be in contact with the silicon layer 36.
- Boundary layer 33 is arranged closer to the light incident surface than the insulating layer 32 in the boundary region of FIG.
- Boundary layer 33 includes a polysilicon layer 34 or a fixed charge layer. A negative bias voltage is applied to the boundary layer 33 .
- the photodetecting device 1 of FIG. 17 differs from the photodetecting device 1 of FIG. 4 in that the sidewall surface of the polysilicon layer 31 and the sidewall surface of the insulating layer 32 in the boundary region are brought into contact with the silicon layer 36. .
- FIG. 18 is a cross-sectional view of one pixel 2 of the photodetector 1 according to a modified example of the second embodiment.
- components common to those in FIG. 17 are denoted by the same reference numerals, and the following description will focus on the differences.
- the photodetecting device 1 of FIG. 18 differs from that of FIG. 17 in the structure of the stepped portion 31D of the polysilicon layer 31 in the boundary region.
- the step portion 31D in FIG. 18 is arranged closer to the light entrance surface S1 than the end surface of the silicon layer 36 on the side opposite to the light entrance surface S1. That is, in FIG. 18, the horizontal length of the polysilicon layer 31 from the stepped portion 31D to the end surface of the silicon layer 36 is longer than the horizontal length of the polysilicon layer 31 on the light incident surface side of the stepped portion 31D. long.
- the side wall surface of the polysilicon layer 31 and the side wall surface of the insulating layer 32 on the light incident surface side of the stepped portion 31D are flush with each other, and both side wall surfaces are arranged so as to be in contact with the silicon layer 36.
- the cross-sectional structure of the boundary region of each pixel 2 in the photodetecting device 1 according to the second embodiment is not necessarily limited to that shown in FIG. 17 or FIG. 18, and various modifications are possible.
- FIG. 19 is a diagram showing typical shape characteristics of the photodetecting device 1 according to the second embodiment.
- FIG. 19 illustrates the shape characteristics of the photodetecting device 1 according to the first to second comparative examples and the first to fourth specific examples.
- FIG. 20A is a diagram showing cross-sectional structures of boundary regions according to first and second comparative examples.
- FIG. 20B is a diagram showing the cross-sectional structure of the boundary region according to the first and second specific examples.
- FIG. 20C is a diagram showing the cross-sectional structure of the boundary region according to the third and fourth specific examples.
- FIG. 21A is a plan view of the boundary region according to the first comparative example, and shows an example of a cross shape.
- FIG. 21A is a plan view of the boundary region according to the first comparative example, and shows an example of a cross shape.
- FIG. 21B is a plan view of the boundary area according to the second comparative example, the second specific example, and the fourth specific example, and shows an example of a rectangular shape.
- FIG. 21C is a plan view of the boundary area according to the first specific example and the third specific example, and shows an example of an octagonal shape.
- Parameter a in FIG. 19 is a parameter related to the length of polysilicon layer 31 in the depth direction from the end surface of silicon layer 36 on the side opposite to light incidence surface S1.
- Parameter b is a parameter related to the horizontal length of step portion 31D of polysilicon layer 31.
- the contact area is the area of the contact interface between the polysilicon layer 31 and the insulating layer 32.
- the values of parameters a and b are expressed as a ratio where the sum of the lengths of parameters a and b is 1.
- the values of parameters a and b are merely examples, and are not limited to the values shown in FIG.
- FIG. 19 shows the characteristics of the cross-sectional shape and planar shape of the boundary region according to the first to fourth specific examples, the cross-sectional shape and planar shape of the boundary region of the photodetecting device 1 according to the second embodiment are shown in FIG.
- the present invention is not limited to those shown in No. 19.
- the step portion 31D is provided in the polysilicon layer 31 in the boundary region so that the step portion 31D is in contact with the silicon layer 36.
- the area of can be increased.
- the volume of the polysilicon layer 31 increases, and it is possible to suppress impurities from being diffused from the sidewall portions of the polysilicon layer 31 and the insulating layer (STI layer) 32 into the silicon layer 36 where the photoelectric conversion section 21 is disposed. Therefore, the electric field does not change sharply near the boundary between the pixels 2 of the photoelectric conversion section 21, and the electric field design of the photoelectric conversion section 21 becomes easy.
- a vertical electrode extending from the transfer electrode in the depth direction of the silicon layer 36 is provided in the pixel 2, and the photoelectrically converted charge is efficiently collected by the vertical electrode, and the photoelectrically converted charge is efficiently collected from the transfer electrode and the vertical electrode. This facilitates the transfer of charges to the floating diffusion layer 25.
- FIG. 22 is a cross-sectional view of one pixel 2 of the photodetector 1 according to the third embodiment.
- components common to those in FIG. 4 are designated by the same reference numerals, and the following description will focus on the differences.
- the pixel 2 in FIG. 22 has a floating diffusion layer 25 (floating gate) or a ground layer 30 arranged along the boundary region of the pixel 2.
- the floating diffusion layer 25 and the ground layer 30 have a polysilicon layer 31, and an insulating layer (STI layer) 32 is arranged closer to the light incident surface than the polysilicon layer 31.
- a boundary layer 33 is arranged closer to the light incident surface than the insulating layer 32 in the boundary region.
- Boundary layer 33 includes a polysilicon layer 34 or a fixed charge layer.
- the side wall surface of the polysilicon layer 31 and the side wall surface of the insulating layer 32 constituting the floating diffusion layer 25 are flush with each other and are in contact with the silicon layer 36.
- an N-type impurity is implanted into the polysilicon layer 31.
- the N-type impurity diffuses from the sidewall surface of the polysilicon layer 31 toward the silicon layer 36 to form an N-type diffusion region 42 .
- This N-type diffusion region 42 has a self-aligned structure in which it diffuses from the sidewall surface of the polysilicon layer 31 into the silicon layer 36 in the boundary region.
- the N-type diffusion region 42 arranged on the side wall portion of the floating diffusion layer 25 is referred to as a side contact structure.
- a transfer electrode 43 is arranged on the end surface of the silicon layer 36 on the side opposite to the light incidence surface S1, and a vertical electrode 44 extends from the transfer electrode 43 in the depth direction of the silicon layer 36.
- a side wall portion 48 is arranged along the side wall surfaces of the transfer electrode 43 and the vertical electrode 44 .
- Sidewall portion 48 includes silicon nitride layer 46 . More specifically, the sidewall portion 48 is formed by laminating a silicon oxide film 45, a silicon nitride film 46, and a silicon oxide film 47 from the sidewall surfaces of the transfer electrode 43 and the vertical electrode 44 toward the N-type diffusion region 42. It has a laminated structure.
- the side wall portion 48 is arranged to face the N-type impurity region of the floating diffusion layer 25. Thereby, the charge transferred to the transfer electrode 43 via the vertical electrode 44 is transferred to the floating diffusion layer 25 via the side wall portion 48 and the N-type impurity region.
- FIG. 23 is a cross-sectional view of a pixel 101 according to a comparative example.
- Side wall portions 48 are not arranged near the corners of transfer electrodes 43 and vertical electrodes 44 in FIG. 23 . Therefore, the electric field on the side wall surface of the vertical electrode 44 becomes large, making it difficult to design the electric field of the silicon layer 36, and making it impossible to miniaturize the pixel 2.
- Pixel 2 in FIG. 22 employs a manufacturing method in which a trench (STI) is formed in silicon layer 36 from the side opposite to light incidence surface S1, and boundary layer 33, insulating layer 32, and polysilicon layer 31 are sequentially formed. It is assumed that On the other hand, a manufacturing method may be adopted in which each layer is formed by forming a trench in the boundary region from the light incident surface (back surface) side.
- FIG. 24 is a cross-sectional view of a pixel 2 manufactured by forming a trench 38 from the light incident surface side.
- the trench 38 in FIG. 24 is formed so as to penetrate the silicon layer 36 from the light incident surface (back surface) side in the boundary region.
- a polysilicon layer 31 an insulating layer (STI layer) 32, and a boundary layer 33 are laminated in this order from the side opposite to the light incident surface S1.
- a color filter layer 49 is arranged on the light incident surface side of the silicon layer 36 .
- an on-chip lens layer (not shown) may be arranged on the light incident surface side of the color filter layer 49.
- the boundary layer 33 in FIG. 24 may be an insulating layer such as SiO 2 or may include a light shielding member such as aluminum (Al), tungsten (W), or platinum (Pt). Further, at least a portion of the boundary layer 33 may include voids.
- a light shielding member such as aluminum (Al), tungsten (W), or platinum (Pt).
- at least a portion of the boundary layer 33 may include voids.
- N-type diffusion region 42 is arranged in self-alignment on the side wall surface of polysilicon layer 31.
- a transfer electrode 43 is arranged on the end surface of the silicon layer 36 on the side opposite to the light incidence surface S1, and a vertical electrode 44 is arranged in the depth direction of the silicon layer 36 from the transfer electrode 43.
- a side wall portion 48 is arranged along the side wall surfaces of the transfer electrode 43 and the vertical electrode 44 .
- FIG. 25 is a cross-sectional view of a pixel 102 according to a comparative example. Similar to pixel 2 in FIG. 24, the pixel 102 in FIG. 25 has a trench 38 formed in the boundary region from the light incident surface side and a boundary layer 33 disposed within the trench 38. 36 is not penetrated. Therefore, a region through which light passes is created between the insulating layer 32 and the boundary layer 33 in the boundary region, and there is a possibility that light from the adjacent pixel 2 may be incident thereon. In the pixel 2 of FIG. 24, a trench 38 is formed to penetrate the silicon layer 36, and extends to a depth where the boundary layer 33 disposed within the trench 38 contacts the insulating layer 32. As a result, pixel 2 in FIG. 24 has higher performance in preventing color mixture than pixel 102 in FIG. 25.
- FIG. 26 is a cross-sectional view of pixel 2 according to a modified example of FIG. 24.
- FIG. 26 differs from FIG. 24 in the structure of the boundary layer 33.
- the boundary layer 33 in FIG. 26 includes, for example, a polysilicon layer 31 or a fixed charge film, and a negative bias voltage is applied thereto. Thereby, pinning on the side wall surface of the boundary layer 33 can be strengthened, and dark current can be suppressed.
- FIG. 27 is a diagram summarizing the characteristics of a plurality of representative examples of the vertical electrode 44.
- FIG. 27(a) is a plan view of the pixel 2 according to the first specific example.
- FIG. 27A shows the arrangement locations of the floating diffusion layer 25, transfer electrode 43, and vertical electrode 44 in four adjacent pixels 2.
- a transfer electrode 43 and a vertical electrode 44 are arranged in a staggered manner in each pixel 2.
- a floating diffusion layer 25 is arranged in the central boundary region of a total of four pixels 2, two in each direction. Transfer electrodes 43 and vertical electrodes 44 are arranged symmetrically in each of the four pixels 2 with the floating diffusion layer 25 at the center.
- the floating diffusion layer 25 in FIG. 27(a) has a side contact structure as shown in FIG. 24.
- FIG. 27(b) is a plan view of the pixel 2 according to the second specific example.
- the directions of the transfer electrode 43 and the vertical electrode 44 of each pixel 2 are different from those in FIG. This is common to FIG. 27A in that a vertical electrode 44 is arranged and the transfer electrode 43 and the vertical electrode 44 have a side wall portion 48.
- FIG. 27(c) is a plan view of the pixel 2 according to the third specific example.
- FIG. 27(c) shows an example of the phase difference detection pixel 2.
- the phase difference detection pixel 2 detects a phase difference by using a left (L) pixel and a right (R) pixel as a pair.
- FIG. 27(c) shows an example in which two phase difference detection pixels 2 share the floating diffusion layer 25.
- 27A in that the transfer electrode 43 and the vertical electrode 44 are arranged symmetrically about the floating diffusion layer 25, and that the transfer electrode 43 and the vertical electrode 44 have a side wall portion 48.
- FIG. 27(d) is a plan view of the pixel 2 according to the fourth specific example. Similar to FIG. 27(c), FIG. 27(d) shows an example of the phase difference detection pixel 2, but the orientation of the transfer electrode 43 and the vertical electrode 44 is different from FIG. 27(c).
- FIGS. 27(a) to 27(d) show examples in which the planar shapes of the transfer electrode 43 and the vertical electrode 44 are triangular, the planar shapes of the transfer electrode 43 and the vertical electrode 44 are arbitrary. Furthermore, the number of transfer electrodes 43 and vertical electrodes 44 arranged within one pixel 2 is also arbitrary.
- FIG. 28 is a diagram summarizing the characteristics of a plurality of typical modifications of the vertical electrode 44.
- FIG. 28(a) is a plan view of the pixel 2 according to the first modification.
- the floating diffusion layer 25 is arranged at the center of four adjacent pixels 2.
- the floating diffusion layer 25 has a side contact structure.
- a transfer electrode 43 having a square planar shape and a vertical electrode 44 having a circular planar shape are arranged in a staggered manner. It is located.
- the transfer electrode 43 and the vertical electrode 44 of each pixel 2 are arranged symmetrically with respect to the floating diffusion layer 25 in the center.
- FIG. 28(b) is a plan view of the pixel 2 according to the second modification.
- Each pixel 2 in FIG. 28(b) has two transfer electrodes 43 and two vertical electrodes 44.
- the two transfer electrodes 43 in the pixel 2 are arranged diagonally, and the two vertical electrodes 44 are arranged to face each other.
- FIG. 28(c) is a plan view of the pixel 2 according to the third modification.
- FIG. 28(c) shows an example of the phase difference detection pixel 2. This is common to FIGS. 27(c) and 27(d) in that the two phase difference detection pixels 2 share the floating diffusion layer 25.
- Each phase difference detection pixel 2 is arranged symmetrically with the floating diffusion layer 25 at the center.
- FIG. 28(d) is a plan view of the pixel 2 according to the fourth modification.
- FIG. 28(d) shows an example of the phase difference detection pixel 2 similarly to FIG. 28(c).
- twice as many transfer electrodes 43 and vertical electrodes 44 as in FIG. 28(c) are arranged in each pixel 2. This is common to FIG. 28(c) in that each phase difference detection pixel 2 is arranged symmetrically with the floating diffusion layer 25 at the center.
- the planar shape, location, number, and direction of the transfer electrodes 43 and vertical electrodes 44 are Various variations can be assumed.
- the rate of occurrence of unbonded dangling bonds differs depending on the surface orientation, and the frequency of occurrence of dark current also differs. Therefore, when forming the vertical electrode 44 and the boundary layer 33, the plane orientation of silicon may be taken into consideration.
- FIG. 29A is a plan view of pixel 2 according to the fifth modification.
- FIG. 29A shows an example in which the plane orientations of the vertical electrode 44 and the boundary layer 33 are made to match.
- FIG. 29A shows an example in which the vertical electrode 44 has a rectangular planar shape.
- both the plane orientation of the vertical electrode 44 and the plane orientation of the boundary layer 33 are (100) planes.
- the (100) plane has a lower proportion of dangling bonds and a lower proportion of dark current generation than other plane orientations, such as the (110) plane. Therefore, by making both the plane orientation of the vertical electrode 44 and the plane orientation of the boundary layer 33 a (100) plane, dark current in the boundary region can be suppressed.
- FIG. 29B is a plan view of pixel 2 according to the sixth modification. 29B differs from FIG. 29A in that the vertical electrode 44 has a triangular planar shape, but is similar to FIG. 29A in that the plane orientation of the vertical electrode 44 and the boundary layer 33 is, for example, a (100) plane.
- an N-type diffusion region 42 is provided that diffuses in a self-aligned manner from the floating diffusion layer 25 made of the polysilicon layer 31 disposed in the boundary region of the pixel 2 to the periphery, and the light incidence surface is
- a vertical electrode 44 extending in the depth direction from the transfer electrode 43 disposed on the end surface of the silicon layer 36 on the side opposite to S1 is provided, and a sidewall portion 48 is disposed on the sidewall surface of the transfer electrode 43 and the vertical electrode 44.
- the photoelectric conversion unit 21 and the pixel circuit constituting each pixel 2 of the photodetector 1 according to the first to third embodiments described above may be arranged on the same substrate, or may be arranged on separate substrates. It's okay.
- FIG. 30A is a cross-sectional view of one pixel 2 of the photodetection device 1 according to the fourth embodiment.
- a substrate 51 on which a photoelectric conversion section is arranged and a substrate 52 on which a pixel circuit is arranged are provided separately, and these substrates 51 and 52 are stacked.
- the boundary region of the pixel 2 in FIG. 30A has a structure in which a polysilicon layer 31, an insulating layer (STI layer) 32, and a boundary layer 33 are stacked, as in FIG. 24, for example.
- a transfer electrode 43 is arranged on the end surface of the silicon layer 36 on the side opposite to the light incidence surface S1, and a vertical electrode 44 extends from the transfer electrode 43 in the depth direction of the silicon layer 36.
- the length of the vertical electrode 44 in the depth direction is arbitrary; for example, the vertical electrode 44 may extend to a position deeper than the interface between the insulating layer 32 and the boundary layer 33, or to a position shallower than the above-mentioned interface.
- the vertical electrode 44 may be extended.
- Contacts ct2 and ct3 extending upward are connected to the polysilicon layer 31 in the boundary region. Similarly, a contact ct1 extending upward is connected to the transfer electrode 43.
- a pixel 2 transistor is arranged in the pixel circuit.
- the pixel 2 transistor includes an amplification transistor, a reset transistor, a selection transistor, etc. (not shown).
- the pixel 2 transistor may include a fin gate or a planar gate.
- a contact ct4 extending upward is connected to the fin gate or planar gate of the pixel 2 transistor.
- FIG. 30B is a cross-sectional view of pixel 2 according to a modified example of FIG. 30A.
- the structure of the boundary layer 33 is the same as in FIG. 26.
- the polysilicon layer 31 in the boundary region may have a protrusion 31p as in FIG. 4, or may have a convex surface as in FIG. 16A.
- the vertical electrode 44 in each pixel 2 of the photodetecting device 1 according to the fourth embodiment has the structure shown in any one of FIGS. 28(a) to 28(d), FIGS. 29A to 29D, FIG. But that's fine. Furthermore, the vertical electrode 44 is not necessarily essential and may be omitted.
- the photoelectric conversion section and the pixel circuit are arranged and stacked on separate substrates, so the volume of the photoelectric conversion section for each pixel 2 can be increased, and the sensitivity can be improved. can. Further, the pixels 2 can also be miniaturized. Furthermore, by stacking multiple substrates, the chip can be made smaller.
- the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
- the technology according to the present disclosure can be applied to any type of transportation such as a car, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility vehicle, an airplane, a drone, a ship, a robot, a construction machine, an agricultural machine (tractor), etc. It may also be realized as a device mounted on the body.
- FIG. 31 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system 7000, which is an example of a mobile object control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
- Vehicle control system 7000 includes multiple electronic control units connected via communication network 7010.
- the vehicle control system 7000 includes a drive system control unit 7100, a body system control unit 7200, a battery control unit 7300, an outside vehicle information detection unit 7400, an inside vehicle information detection unit 7500, and an integrated control unit 7600. .
- the communication network 7010 connecting these plurality of control units is, for example, a communication network based on any standard such as CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network), LAN (Local Area Network), or FlexRay (registered trademark). It may be an in-vehicle communication network.
- CAN Controller Area Network
- LIN Local Interconnect Network
- LAN Local Area Network
- FlexRay registered trademark
- Each control unit includes a microcomputer that performs calculation processing according to various programs, a storage unit that stores programs executed by the microcomputer or parameters used in various calculations, and a drive circuit that drives various devices to be controlled. Equipped with Each control unit is equipped with a network I/F for communicating with other control units via the communication network 7010, and also communicates with devices or sensors inside and outside the vehicle through wired or wireless communication. A communication I/F is provided for communication. In FIG.
- the functional configuration of the integrated control unit 7600 includes a microcomputer 7610, a general-purpose communication I/F 7620, a dedicated communication I/F 7630, a positioning section 7640, a beacon receiving section 7650, an in-vehicle device I/F 7660, an audio image output section 7670, An in-vehicle network I/F 7680 and a storage unit 7690 are illustrated.
- the other control units similarly include a microcomputer, a communication I/F, a storage section, and the like.
- the drive system control unit 7100 controls the operation of devices related to the drive system of the vehicle according to various programs.
- the drive system control unit 7100 includes a drive force generation device such as an internal combustion engine or a drive motor that generates drive force for the vehicle, a drive force transmission mechanism that transmits the drive force to wheels, and a drive force transmission mechanism that controls the steering angle of the vehicle. It functions as a control device for a steering mechanism to adjust and a braking device to generate braking force for the vehicle.
- the drive system control unit 7100 may have a function as a control device such as ABS (Antilock Brake System) or ESC (Electronic Stability Control).
- a vehicle state detection section 7110 is connected to the drive system control unit 7100.
- the vehicle state detection unit 7110 includes, for example, a gyro sensor that detects the angular velocity of the axial rotation movement of the vehicle body, an acceleration sensor that detects the acceleration of the vehicle, or an operation amount of an accelerator pedal, an operation amount of a brake pedal, or a steering wheel. At least one sensor for detecting angle, engine rotational speed, wheel rotational speed, etc. is included.
- the drive system control unit 7100 performs arithmetic processing using signals input from the vehicle state detection section 7110, and controls the internal combustion engine, the drive motor, the electric power steering device, the brake device, and the like.
- the body system control unit 7200 controls the operations of various devices installed in the vehicle body according to various programs.
- the body system control unit 7200 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as a headlamp, a back lamp, a brake lamp, a turn signal, or a fog lamp.
- radio waves transmitted from a portable device that replaces a key or signals from various switches may be input to the body control unit 7200.
- the body system control unit 7200 receives input of these radio waves or signals, and controls the door lock device, power window device, lamp, etc. of the vehicle.
- the battery control unit 7300 controls the secondary battery 7310, which is a power supply source for the drive motor, according to various programs. For example, information such as battery temperature, battery output voltage, or remaining battery capacity is input to the battery control unit 7300 from a battery device including a secondary battery 7310. The battery control unit 7300 performs arithmetic processing using these signals, and controls the temperature adjustment of the secondary battery 7310 or the cooling device provided in the battery device.
- the external information detection unit 7400 detects information external to the vehicle in which the vehicle control system 7000 is mounted. For example, at least one of an imaging section 7410 and an external information detection section 7420 is connected to the vehicle exterior information detection unit 7400.
- the imaging unit 7410 includes at least one of a ToF (Time Of Flight) camera, a stereo camera, a monocular camera, an infrared camera, and other cameras.
- the vehicle external information detection unit 7420 includes, for example, an environmental sensor for detecting the current weather or weather, or a sensor for detecting other vehicles, obstacles, pedestrians, etc. around the vehicle equipped with the vehicle control system 7000. At least one of the surrounding information detection sensors is included.
- the environmental sensor may be, for example, at least one of a raindrop sensor that detects rainy weather, a fog sensor that detects fog, a sunlight sensor that detects the degree of sunlight, and a snow sensor that detects snowfall.
- the surrounding information detection sensor may be at least one of an ultrasonic sensor, a radar device, and a LIDAR (Light Detection and Ranging, Laser Imaging Detection and Ranging) device.
- the imaging section 7410 and the vehicle external information detection section 7420 may be provided as independent sensors or devices, or may be provided as a device in which a plurality of sensors or devices are integrated.
- FIG. 32 shows an example of the installation positions of the imaging section 7410 and the vehicle external information detection section 7420.
- the imaging units 7910, 7912, 7914, 7916, and 7918 are provided, for example, at at least one of the front nose, side mirrors, rear bumper, back door, and upper part of the windshield inside the vehicle 7900.
- An imaging unit 7910 provided in the front nose and an imaging unit 7918 provided above the windshield inside the vehicle mainly acquire images in front of the vehicle 7900.
- Imaging units 7912 and 7914 provided in the side mirrors mainly capture images of the sides of the vehicle 7900.
- An imaging unit 7916 provided in the rear bumper or back door mainly acquires images of the rear of the vehicle 7900.
- the imaging unit 7918 provided above the windshield inside the vehicle is mainly used to detect preceding vehicles, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, lanes, and the like.
- FIG. 32 shows an example of the imaging range of each of the imaging units 7910, 7912, 7914, and 7916.
- Imaging range a indicates the imaging range of imaging unit 7910 provided on the front nose
- imaging ranges b and c indicate imaging ranges of imaging units 7912 and 7914 provided on the side mirrors, respectively
- imaging range d is The imaging range of an imaging unit 7916 provided in the rear bumper or back door is shown. For example, by superimposing image data captured by imaging units 7910, 7912, 7914, and 7916, an overhead image of vehicle 7900 viewed from above can be obtained.
- the external information detection units 7920, 7922, 7924, 7926, 7928, and 7930 provided at the front, rear, sides, corners, and the upper part of the windshield inside the vehicle 7900 may be, for example, ultrasonic sensors or radar devices.
- External information detection units 7920, 7926, and 7930 provided on the front nose, rear bumper, back door, and upper part of the windshield inside the vehicle 7900 may be, for example, LIDAR devices.
- These external information detection units 7920 to 7930 are mainly used to detect preceding vehicles, pedestrians, obstacles, and the like.
- the vehicle exterior information detection unit 7400 causes the imaging unit 7410 to capture an image of the exterior of the vehicle, and receives the captured image data. Further, the vehicle exterior information detection unit 7400 receives detection information from the vehicle exterior information detection section 7420 to which it is connected.
- the external information detection unit 7420 is an ultrasonic sensor, a radar device, or a LIDAR device
- the external information detection unit 7400 transmits ultrasonic waves, electromagnetic waves, etc., and receives information on the received reflected waves.
- the external information detection unit 7400 may perform object detection processing such as a person, car, obstacle, sign, or text on the road surface or distance detection processing based on the received information.
- the external information detection unit 7400 may perform environment recognition processing to recognize rain, fog, road surface conditions, etc. based on the received information.
- the vehicle exterior information detection unit 7400 may calculate the distance to the object outside the vehicle based on the received information.
- the outside-vehicle information detection unit 7400 may perform image recognition processing or distance detection processing for recognizing people, cars, obstacles, signs, characters on the road, etc., based on the received image data.
- the outside-vehicle information detection unit 7400 performs processing such as distortion correction or alignment on the received image data, and also synthesizes image data captured by different imaging units 7410 to generate an overhead image or a panoramic image. Good too.
- the outside-vehicle information detection unit 7400 may perform viewpoint conversion processing using image data captured by different imaging units 7410.
- the in-vehicle information detection unit 7500 detects in-vehicle information.
- a driver condition detection section 7510 that detects the condition of the driver is connected to the in-vehicle information detection unit 7500.
- the driver state detection unit 7510 may include a camera that images the driver, a biosensor that detects biometric information of the driver, a microphone that collects audio inside the vehicle, or the like.
- the biosensor is provided, for example, on a seat surface or a steering wheel, and detects biometric information of a passenger sitting on a seat or a driver holding a steering wheel.
- the in-vehicle information detection unit 7500 may calculate the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 7510, or determine whether the driver is dozing off. You may.
- the in-vehicle information detection unit 7500 may perform processing such as noise canceling processing on the collected audio signal.
- the integrated control unit 7600 controls overall operations within the vehicle control system 7000 according to various programs.
- An input section 7800 is connected to the integrated control unit 7600.
- the input unit 7800 is realized by, for example, a device such as a touch panel, a button, a microphone, a switch, or a lever that can be inputted by the passenger.
- the integrated control unit 7600 may be input with data obtained by voice recognition of voice input through a microphone.
- the input unit 7800 may be, for example, a remote control device that uses infrared rays or other radio waves, or an externally connected device such as a mobile phone or a PDA (Personal Digital Assistant) that is compatible with the operation of the vehicle control system 7000. It's okay.
- the input unit 7800 may be, for example, a camera, in which case the passenger can input information using gestures. Alternatively, data obtained by detecting the movement of a wearable device worn by a passenger may be input. Further, the input section 7800 may include, for example, an input control circuit that generates an input signal based on information input by a passenger or the like using the input section 7800 described above and outputs it to the integrated control unit 7600. By operating this input unit 7800, a passenger or the like inputs various data to the vehicle control system 7000 and instructs processing operations.
- the storage unit 7690 may include a ROM (Read Only Memory) that stores various programs executed by the microcomputer, and a RAM (Random Access Memory) that stores various parameters, calculation results, sensor values, etc. Further, the storage unit 7690 may be realized by a magnetic storage device such as a HDD (Hard Disc Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, a magneto-optical storage device, or the like.
- ROM Read Only Memory
- RAM Random Access Memory
- the general-purpose communication I/F 7620 is a general-purpose communication I/F that mediates communication with various devices existing in the external environment 7750.
- the general-purpose communication I/F7620 supports cellular communication protocols such as GSM (registered trademark) (Global System of Mobile communications), WiMAX (registered trademark), LTE (registered trademark) (Long Term Evolution), or LTE-A (LTE-Advanced). , or other wireless communication protocols such as wireless LAN (also referred to as Wi-Fi (registered trademark)) or Bluetooth (registered trademark).
- the general-purpose communication I/F 7620 connects to a device (for example, an application server or a control server) existing on an external network (for example, the Internet, a cloud network, or an operator-specific network) via a base station or an access point, for example. You may.
- the general-purpose communication I/F 7620 uses, for example, P2P (Peer To Peer) technology to communicate with a terminal located near the vehicle (for example, a driver, a pedestrian, a store terminal, or an MTC (Machine Type Communication) terminal). You can also connect it with a device (for example, an application server or a control server) existing on an external network (for example, the Internet, a cloud network, or an operator-specific network) via a base station or an access point, for example. You may.
- P2P Peer To Peer
- a terminal located near the vehicle for example, a driver, a pedestrian, a store terminal, or an MTC (Machine Type Communication) terminal. You can also connect it with
- the dedicated communication I/F 7630 is a communication I/F that supports communication protocols developed for use in vehicles.
- the dedicated communication I/F 7630 uses standard protocols such as WAVE (Wireless Access in Vehicle Environment), which is a combination of lower layer IEEE802.11p and upper layer IEEE1609, DSRC (Dedicated Short Range Communications), or cellular communication protocol. May be implemented.
- the dedicated communication I/F 7630 typically supports vehicle-to-vehicle communication, vehicle-to-infrastructure communication, vehicle-to-home communication, and vehicle-to-pedestrian communication. ) communications, a concept that includes one or more of the following:
- the positioning unit 7640 performs positioning by receiving, for example, a GNSS signal from a GNSS (Global Navigation Satellite System) satellite (for example, a GPS signal from a GPS (Global Positioning System) satellite), and determines the latitude, longitude, and altitude of the vehicle. Generate location information including. Note that the positioning unit 7640 may specify the current location by exchanging signals with a wireless access point, or may acquire location information from a terminal such as a mobile phone, PHS, or smartphone that has a positioning function.
- GNSS Global Navigation Satellite System
- GPS Global Positioning System
- the beacon receiving unit 7650 receives, for example, radio waves or electromagnetic waves transmitted from a wireless station installed on the road, and obtains information such as the current location, traffic jams, road closures, or required travel time. Note that the function of the beacon receiving unit 7650 may be included in the dedicated communication I/F 7630 described above.
- the in-vehicle device I/F 7660 is a communication interface that mediates connections between the microcomputer 7610 and various in-vehicle devices 7760 present in the vehicle.
- the in-vehicle device I/F 7660 may establish a wireless connection using a wireless communication protocol such as wireless LAN, Bluetooth (registered trademark), NFC (Near Field Communication), or WUSB (Wireless USB).
- the in-vehicle device I/F 7660 connects to USB (Universal Serial Bus), HDMI (registered trademark) (High-Definition Multimedia Interface), or MHL (Mobile High).
- USB Universal Serial Bus
- HDMI registered trademark
- MHL Mobile High
- the in-vehicle device 7760 may include, for example, at least one of a mobile device or wearable device owned by a passenger, or an information device carried into or attached to the vehicle.
- the in-vehicle device 7760 may include a navigation device that searches for a route to an arbitrary destination. or exchange data signals.
- the in-vehicle network I/F 7680 is an interface that mediates communication between the microcomputer 7610 and the communication network 7010.
- the in-vehicle network I/F 7680 transmits and receives signals and the like in accordance with a predetermined protocol supported by the communication network 7010.
- the microcomputer 7610 of the integrated control unit 7600 communicates via at least one of a general-purpose communication I/F 7620, a dedicated communication I/F 7630, a positioning section 7640, a beacon reception section 7650, an in-vehicle device I/F 7660, and an in-vehicle network I/F 7680.
- the vehicle control system 7000 is controlled according to various programs based on the information obtained. For example, the microcomputer 7610 calculates a control target value for a driving force generating device, a steering mechanism, or a braking device based on acquired information inside and outside the vehicle, and outputs a control command to the drive system control unit 7100. Good too.
- the microcomputer 7610 realizes ADAS (Advanced Driver Assistance System) functions, including vehicle collision avoidance or impact mitigation, following distance based on vehicle distance, vehicle speed maintenance, vehicle collision warning, vehicle lane departure warning, etc. Coordination control may be performed for the purpose of
- the microcomputer 7610 controls the driving force generating device, steering mechanism, braking device, etc. based on the acquired information about the surroundings of the vehicle, so that the microcomputer 7610 can drive the vehicle autonomously without depending on the driver's operation. Cooperative control for the purpose of driving etc. may also be performed.
- ADAS Advanced Driver Assistance System
- the microcomputer 7610 acquires information through at least one of a general-purpose communication I/F 7620, a dedicated communication I/F 7630, a positioning section 7640, a beacon reception section 7650, an in-vehicle device I/F 7660, and an in-vehicle network I/F 7680. Based on this, three-dimensional distance information between the vehicle and surrounding objects such as structures and people may be generated, and local map information including surrounding information of the current position of the vehicle may be generated. Furthermore, the microcomputer 7610 may predict dangers such as a vehicle collision, a pedestrian approaching, or entering a closed road, based on the acquired information, and generate a warning signal.
- the warning signal may be, for example, a signal for generating a warning sound or lighting a warning lamp.
- the audio and image output unit 7670 transmits an output signal of at least one of audio and images to an output device that can visually or audibly notify information to the occupants of the vehicle or to the outside of the vehicle.
- an audio speaker 7710, a display section 7720, and an instrument panel 7730 are illustrated as output devices.
- Display unit 7720 may include, for example, at least one of an on-board display and a head-up display.
- the display section 7720 may have an AR (Augmented Reality) display function.
- the output device may be other devices other than these devices, such as headphones, a wearable device such as a glasses-type display worn by the passenger, a projector, or a lamp.
- the output device When the output device is a display device, the display device displays results obtained from various processes performed by the microcomputer 7610 or information received from other control units in various formats such as text, images, tables, graphs, etc. Show it visually. Further, when the output device is an audio output device, the audio output device converts an audio signal consisting of reproduced audio data or acoustic data into an analog signal and audibly outputs the analog signal.
- control units connected via the communication network 7010 may be integrated as one control unit.
- each control unit may be composed of a plurality of control units.
- vehicle control system 7000 may include another control unit not shown.
- some or all of the functions performed by one of the control units may be provided to another control unit.
- predetermined arithmetic processing may be performed by any one of the control units.
- sensors or devices connected to any control unit may be connected to other control units, and multiple control units may send and receive detection information to and from each other via communication network 7010. .
- a computer program for realizing each function of the photodetecting device 1 according to the present embodiment described using FIG. 1 etc. can be implemented in any control unit or the like. It is also possible to provide a computer-readable recording medium in which such a computer program is stored.
- the recording medium is, for example, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a flash memory, or the like.
- the above computer program may be distributed, for example, via a network, without using a recording medium.
- the photodetection device 1 according to the present embodiment described using FIG. 1 etc. can be applied to the integrated control unit 7600 of the application example shown in FIG. 31.
- the components of the photodetecting device 1 described using FIG. 1 etc. are a module for the integrated control unit 7600 shown in FIG. 31 (for example, an integrated circuit module composed of one die). It may be realized in. Alternatively, the photodetection device 1 described using FIG. 1 may be realized by a plurality of control units of the vehicle control system 7000 shown in FIG. 31.
- the present technology can have the following configuration.
- a polysilicon layer and an insulating layer are laminated in the depth direction of the plurality of photoelectric conversion units from the side opposite to the light incident surface of the plurality of photoelectric conversion units along the boundary region of the plurality of photoelectric conversion units. and,
- the polysilicon layer is a first region in contact with the silicon layer; a second region joined to the first region and disposed closer to the light incident surface than the first region;
- the polysilicon layer has a protrusion extending toward the insulating layer at the interface, and an end of the protrusion on the light incident surface side is disposed inside the insulating layer. ) or the photodetection device according to (9).
- the floating diffusion layer is disposed in a boundary region of a first pixel group consisting of a plurality of pixels and is shared by the first pixel group,
- the photodetecting device according to (16), wherein the ground layer is disposed in a boundary region of a second pixel group that is composed of a plurality of pixels different from the first pixel group, and is shared by the second pixel group.
- the pixel includes a phase difference detection pixel that detects a phase difference, The photodetection device according to any one of (14) to (17), wherein the floating diffusion layer is shared by a plurality of the phase difference detection pixels that detect a phase difference.
- a transfer electrode that is arranged along an end surface of the silicon layer on the side opposite to the light incidence surface and transfers the charge photoelectrically converted in the photoelectric conversion section to the floating diffusion layer; a vertical electrode extending from the transfer electrode in the depth direction of the silicon layer,
- the photodetecting device according to any one of (14) to (18), wherein the transfer electrode and the vertical electrode include a sidewall portion made of an insulating material and arranged along a sidewall surface of the polysilicon layer.
- (20) comprising an impurity diffusion region disposed inside the silicon layer from a sidewall surface of the polysilicon layer in the boundary region;
- (21) The photodetection device according to (19) or (20), wherein a plurality of the vertical electrodes are provided for each pixel.
- (22) comprising a boundary layer made of a semiconductor or a conductor laminated on the light incident surface side of the insulating layer along the boundary region of the plurality of photoelectric conversion parts,
- the photodetecting device according to any one of (19) to (21), wherein the plane orientation in the extending direction of the boundary layer and the plane orientation in the extending direction of the vertical electrode are (100) planes.
- the boundary region is arranged to penetrate the silicon layer, Any one of (22) to (25), wherein the boundary region has a structure in which the boundary layer, the insulating layer, and the polysilicon layer are laminated in this order from the light incident surface side to the opposite surface side.
- the photodetection device according to item 1.
- Photodetection device 2 Pixel, 3 Pixel array section, 4 Vertical drive circuit, 5 Column signal processing circuit, 6 Horizontal drive circuit, 7 Output circuit, 8 Control circuit, 9 Pixel drive wiring, 10 Vertical signal line, 11 Horizontal signal Line, 12 semiconductor substrate, 13 input/output terminal, 20 pixel transistor, 21 photoelectric conversion unit (photodiode), 24 transfer transistor, 25 floating diffusion layer, 26 reset transistor, 27 amplification transistor, 28 selection transistor, 29 Insulating layer, 30 ground layer, 30a conductive layer, 31 polysilicon layer, 31a first region, 31b second region, 31p protrusion, 32 STI layer (insulating layer), 32 insulating layer, 33 boundary layer, 34 polysilicon layer , 35 fixed charge layer, 36 silicon layer, 37 SiN layer, 38 trench, 39 insulating layer, 40 void (cavity), 41 resist, 42 N-type diffusion region, 43 transfer electrode, 44 vertical electrode, 45 silicon oxide film, 46 silicon nitride layer, 46 silicon nitride film, 47 silicon oxide film, 48 side wall portion, 49
Landscapes
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Abstract
[課題]画素境界側から光電変換部への不純物の拡散を抑制するとともに、光電変換部の電界設計の自由度を向上する。 [解決手段]光検出装置は、画素ごとに設けられシリコン層内に配置される複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部の境界領域に沿って、前記複数の光電変換部の光入射面の反対の面側から、前記複数の光電変換部の深さ方向に積層されるポリシリコン層及び絶縁層と、を備え、前記ポリシリコン層と前記絶縁層との界面は、前記光入射面方向に凸形状である。
Description
本開示は、光検出装置に関する。
イメージセンサ等の光検出装置の画素の境界領域には、STI(Shallow TrenchIsolation)層と呼ばれる素子分離領域を設けることがある(特許文献1参照)。
また、複数の画素で浮遊拡散層(フローティングゲート)を共有する場合がある。この場合、浮遊拡散層を複数の画素の境界領域に設けることが考えられる。浮遊拡散層には、転送電極からの電荷が転送されるため、効率的な電荷転送を図れる素子構造であることが望まれる。
また、画素の境界領域には、隣接画素からの光の入射を防止するために遮光部材などが配置されることがある。さらに、境界領域で暗電流が発生しないような対策も必要となる。
このように、画素の境界領域に浮遊拡散層を配置するには、転送電極からの効率的な電荷転送、混色抑制、及び暗電流抑制などを考慮に入れる必要がある。
そこで、本開示では、転送電極から効率的に電荷を転送でき、混色を抑制でき、かつ暗電流を抑制可能な光検出装置を提供するものである。
上記の課題を解決するために、本開示によれば、画素ごとに設けられ、シリコン層内に配置される複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部の境界領域に沿って、前記複数の光電変換部の光入射面の反対の面側から、前記複数の光電変換部の深さ方向に積層されるポリシリコン層及び絶縁層と、を備え、
前記ポリシリコン層の少なくとも一部は、前記シリコン層に接するように配置される、光検出装置が提供される。
前記複数の光電変換部の境界領域に沿って、前記複数の光電変換部の光入射面の反対の面側から、前記複数の光電変換部の深さ方向に積層されるポリシリコン層及び絶縁層と、を備え、
前記ポリシリコン層の少なくとも一部は、前記シリコン層に接するように配置される、光検出装置が提供される。
前記ポリシリコン層は、前記シリコン層に接する段差部を有してもよい。
前記段差部は、前記光入射面の反対の面側における前記シリコン層の端面に沿って配置されてもよい。
前記段差部は、前記光入射面の反対の面側における前記シリコン層の端面よりも前記光入射面に近い側に配置されてもよい。
前記ポリシリコン層の側壁面及び前記絶縁層の側壁面は前記シリコン層に接するように配置されてもよい。
前記ポリシリコン層と前記絶縁層との界面は、前記光入射面の方向に凸形状であってもよい。
前記界面において、前記ポリシリコン層の一部は前記絶縁層で覆われてもよい。
前記界面において、前記ポリシリコン層は前記光入射面方向に段差部又は凸面部を有してもよい。
前記ポリシリコン層は、
前記シリコン層に接する第1領域と、
前記第1領域に接合するとともに、前記第1領域よりも光入射面側に配置される第2領域と、を有し、
前記第2領域と前記シリコン層との間には、前記絶縁層が配置されてもよい。
前記シリコン層に接する第1領域と、
前記第1領域に接合するとともに、前記第1領域よりも光入射面側に配置される第2領域と、を有し、
前記第2領域と前記シリコン層との間には、前記絶縁層が配置されてもよい。
前記ポリシリコン層は、前記界面において前記絶縁層側に延びる突起部を有し、
前記突起部の前記光入射面側の端部は、前記絶縁層の内部に配置されてもよい。
前記突起部の前記光入射面側の端部は、前記絶縁層の内部に配置されてもよい。
前記突起部の側壁部分と前記シリコン層との間には、前記絶縁層が配置されてもよい。
前記突起部の前記界面から前記絶縁層側の長さは、10nm以上であってもよい。
前記突起部の側壁部分と前記光電変換部との間に配置される前記絶縁層の幅は、20nm以上であってもよい。
前記ポリシリコン層は、接地層又は浮遊拡散層に導通する導電層であってもよい。
前記画素ごとに2つの前記ポリシリコン層が設けられ、
一方の前記ポリシリコン層は前記接地層に導通し、
他方の前記ポリシリコン層は前記浮遊拡散層に導通してもよい。
一方の前記ポリシリコン層は前記接地層に導通し、
他方の前記ポリシリコン層は前記浮遊拡散層に導通してもよい。
前記2つのポリシリコン層のそれぞれは、複数の画素で共有されてもよい。
前記浮遊拡散層は、複数の画素からなる第1画素群の境界領域に配置されて前記第1画素群で共有され、
前記接地層は、前記第1画素群とは異なる複数の画素からなる第2画素群の境界領域に配置されて前記第2画素群で共有されてもよい。
前記接地層は、前記第1画素群とは異なる複数の画素からなる第2画素群の境界領域に配置されて前記第2画素群で共有されてもよい。
前記画素は、位相差を検出する位相差検出画素を含み、
位相差を検出する複数の前記位相差検出画素で前記浮遊拡散層を共有してもよい。
位相差を検出する複数の前記位相差検出画素で前記浮遊拡散層を共有してもよい。
前記光入射面の反対の面側の前記シリコン層の端面に沿って配置され、前記光電変換部で光電変換された電荷を前記浮遊拡散層に転送する転送電極と、
前記転送電極から前記シリコン層の深さ方向に延びる垂直電極と、を備え、
前記転送電極及び前記垂直電極は、前記ポリシリコン層の側壁面に沿って配置される絶縁材料からなる側壁部を備えてもよい。
前記転送電極から前記シリコン層の深さ方向に延びる垂直電極と、を備え、
前記転送電極及び前記垂直電極は、前記ポリシリコン層の側壁面に沿って配置される絶縁材料からなる側壁部を備えてもよい。
前記境界領域における前記ポリシリコン層の側壁面から前記シリコン層の内部に配置される不純物拡散領域を備え、
前記側壁部は、前記不純物拡散領域に対向して配置されてもよい。
前記側壁部は、前記不純物拡散領域に対向して配置されてもよい。
前記画素ごとに複数の前記垂直電極が設けられてもよい。
前記複数の光電変換部の境界領域に沿って、前記絶縁層の光入射面側に積層される半導体又は導体からなる境界層を備え、
前記境界層の延びる方向の面方位及び前記垂直電極の延びる方向の面方位は、(100)面であってもよい。
前記境界層の延びる方向の面方位及び前記垂直電極の延びる方向の面方位は、(100)面であってもよい。
前記複数の光電変換部の境界領域に沿って、前記絶縁層の光入射面側に積層される半導体又は導体からなる境界層を備えてもよい。
前記境界層は、ポリシリコン層又は固定電荷層を含んでもよい。
前記境界層は、正電荷を誘起する負バイアス層であってもよい。
前記境界領域は、前記シリコン層を貫通するように配置され、
前記境界領域は、前記光入射面側から反対の面側に向かって、前記境界層、前記絶縁層、及びポリシリコン層をこの順に積層した構造を有してもよい。
前記境界領域は、前記光入射面側から反対の面側に向かって、前記境界層、前記絶縁層、及びポリシリコン層をこの順に積層した構造を有してもよい。
以下、図面を参照して、光検出装置の実施形態について説明する。以下では、光検出装置の主要な構成部分を中心に説明するが、光検出装置には、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。
(光検出装置の概略構成例)
図1は本技術を適用した光検出装置1の概略構成を例示した図である。図1の光検出装置1は、撮像装置又はイメージセンサと呼ばれる場合がある。
図1は本技術を適用した光検出装置1の概略構成を例示した図である。図1の光検出装置1は、撮像装置又はイメージセンサと呼ばれる場合がある。
図1の光検出装置1は、半導体として例えばシリコン(Si)を用いた半導体基板に、画素2が2次元アレイ状に配列された画素アレイ部3と、その周辺の周辺回路部とを配置した構成を備えている。周辺回路部には、垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5、水平駆動回路6、出力回路7、制御回路8などが含まれる。
画素2は、光電変換素子としてのフォトダイオードと、複数の画素トランジスタ等を有する。複数の画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタ、及び、増幅トランジスタの4つのMOSトランジスタで構成される。ただし、画素トランジスタとして、転送トランジスタを省略する構成や他の用途の画素トランジスタを追加する構成などが考えられ、画素トランジスタの種類は一意に限定されない。
制御回路8は、入力クロックと動作モードなどを指令するデータとを受け取り、光検出装置1の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路8は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5及び水平駆動回路6などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、制御回路8は、生成したクロック信号や制御信号を、垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5及び水平駆動回路6等に出力する。
垂直駆動回路4は、例えばシフトレジスタによって構成され、所定の画素駆動配線9を選択し、選択された画素駆動配線9に画素2を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素2を駆動する。すなわち、垂直駆動回路4は、画素アレイ部3の各画素2を行単位で順次垂直方向に選択走査する。これにより、各画素2の光電変換部で受光量に応じて生成された信号電荷に基づく画素信号は、垂直信号線10を通してカラム信号処理回路5に供給される。
カラム信号処理回路5は、画素2の列ごとに配置されており、1行分の画素2から出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。例えば、カラム信号処理回路5は、画素固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS(Correlated Double Sampling:相関二重サンプリング)及びAD変換等の信号処理を行う。
水平駆動回路6は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路5の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路5の各々から画素信号を水平信号線11に出力させる。
出力回路7は、カラム信号処理回路5の各々から水平信号線11を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。出力回路7は、例えば、バッファリングだけを行う場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などが行われる場合もある。入出力端子13は、外部と信号のやりとりをする。
以上のように構成される光検出装置1は、CDS処理とAD変換処理を行うカラム信号処理回路5が画素列ごとに配置されたカラムAD方式と呼ばれるCMOSイメージセンサである。
また、光検出装置1は、画素トランジスタが形成される半導体基板12の表面側と反対側の裏面側から光が入射される裏面照射型のMOS型の光検出装置1である。
(画素2の回路構成例)
図2は画素2の等価回路を例示した図である。画素2は、光電変換部(フォトダイオード)21、転送トランジスタ24、浮遊拡散層(フローティングディフュージョン)25、リセットトランジスタ26、増幅トランジスタ27、及び、選択トランジスタ28を有する。
図2は画素2の等価回路を例示した図である。画素2は、光電変換部(フォトダイオード)21、転送トランジスタ24、浮遊拡散層(フローティングディフュージョン)25、リセットトランジスタ26、増幅トランジスタ27、及び、選択トランジスタ28を有する。
光電変換部21は、受光量に応じた電荷(信号電荷)を生成し、蓄積する光電変換部(光電変換領域)である。光電変換部21のアノード端子が接地されているとともに、カソード端子が転送トランジスタ24を介して浮遊拡散層25に接続されている。
転送トランジスタ24は、転送信号TRによりオンされたとき、光電変換部21で生成された電荷を読み出し、浮遊拡散層25に転送する。
浮遊拡散層25は、光電変換部21から読み出された電荷を保持する電荷保持部である。リセットトランジスタ26は、リセット信号RSTによりオンされたとき、浮遊拡散層25に保持されている電荷が定電圧源Vddに排出されることで、浮遊拡散層25の電位をリセットする。
増幅トランジスタ27は、浮遊拡散層25の電位に応じた画素信号を出力する。すなわち、増幅トランジスタ27は定電流源としての負荷MOS(不図示)とソースフォロワ回路を構成する。浮遊拡散層25に保持されている電荷に応じたレベルを示す画素信号は、増幅トランジスタ27から選択トランジスタ28を介してカラム信号処理回路5(図1)に出力される。
選択トランジスタ28は、選択信号SELにより画素2が選択されたときオンされ、画素2の画素信号を、垂直信号線10を介してカラム信号処理回路5に出力する。転送信号TR、リセット信号RST、及び、選択信号SELは、垂直駆動回路4によって制御され、画素駆動配線9(図1)を介して供給される。
(第1の実施形態)
画素の境界領域に沿って、STI層にポリシリコン層が積層される場合がある。ポリシリコン層には、導体化のために不純物がドーズされる。ドーズされた不純物の一部は、ポリシリコン層から光電変換部に拡散して拡散容量を形成する。光電変換部に拡散される不純物量は、ポリシリコン層の体積に依存する。
画素の境界領域に沿って、STI層にポリシリコン層が積層される場合がある。ポリシリコン層には、導体化のために不純物がドーズされる。ドーズされた不純物の一部は、ポリシリコン層から光電変換部に拡散して拡散容量を形成する。光電変換部に拡散される不純物量は、ポリシリコン層の体積に依存する。
上述した拡散容量は、光電変換効率を変化させる要因になり、かつ光電変換部内の電界に影響を与える。例えば、拡散容量が大きいほど、光電変換効率が小さくなり、かつ光電変換部内の電界が急峻になる。不純物の拡散により光電変換部内の電界が急峻になると、光電変換部の電界設計が困難になる。
そこで、第1の実施形態では、画素境界側から光電変換部への不純物の拡散を抑制するとともに、光電変換部の電界設計の自由度を向上できるようにすることを特徴とする。
図3は第1の実施形態に係る光検出装置1の画素アレイ部3内の画素2の模式的な平面図である。図3の丸は、コンタクトct1、ct2、ct3を表している。画素2の領域内には、転送トランジスタ24のゲート(以下、転送ゲートTG)に接続される1つのコンタクトct1だけを図示している。実際には、他の画素トランジスタ20のゲート等に接続される複数のコンタクトが存在しうるが、図3では省略している。
図3は第1の実施形態に係る光検出装置1の画素アレイ部3内の画素2の模式的な平面図である。図3の丸は、コンタクトct1、ct2、ct3を表している。画素2の領域内には、転送トランジスタ24のゲート(以下、転送ゲートTG)に接続される1つのコンタクトct1だけを図示している。実際には、他の画素トランジスタ20のゲート等に接続される複数のコンタクトが存在しうるが、図3では省略している。
図3の例では、隣接する4つの画素2で1つの浮遊拡散層25を共有する。浮遊拡散層25を共有する4つの画素2は、色画素と呼ばれることもある。4つの画素2は、例えば2つの緑色画素、1つの赤色画素、1つの青色画素を含むベイヤ配列であってもよい。なお、1つの浮遊拡散層25を共有する画素2の数は必ずしも4つでなくてもよく、例えば2つでもよい。また、画素2ごとに別個の浮遊拡散層25を設けてもよい。
図3の例では、隣接する4つの画素2で1つの接地用のコンタクトct2を共有している。これも一例であり、4つ以外の画素2で1つの接地用のコンタクトct2を共有してもよいし、画素2ごとに別個の接地用のコンタクトct2を設けてもよい。
図3に示すように、浮遊拡散層25に接続されるコンタクトct3を共有する4つの画素2と、接地用のコンタクトct2を共有する4つの画素2とは異なっている。すなわち、浮遊拡散層25は、複数の画素2からなる第1画素群の境界領域に配置されて第1画素群で共有され、接地層30は、第1画素群とは異なる複数の画素2からなる第2画素群の境界領域に配置されて第2画素群で共有されている。また、第2画素群で共有されるコンタクトct2同士は、導電層30aを介してそれぞれ接続されて接地層30を形成している。
図3に示すように、各画素2では、転送ゲートTG用のコンタクトct1と接地用のコンタクトct2とが画素2の対角方向に配置されており、転送ゲートTG用のコンタクトct1と接地用のコンタクトct2との十分な距離を確保している。これにより、光電変換効率を大きくすることができる。
また、これらコンタクトct1、ct3を画素2の対角方向に配置することで、各コンタクトct1、ct3の位置合わせのばらつきが生じにくくなり、製造歩留まりを向上できる。さらに、図3に示すように、複数の接地用のコンタクトct2を格子状に延びる導電層により接続することにより、接地用のコンタクトct2の数を削減でき、その分、画素アレイ部3のレイアウトの自由度が広がり、レイアウト設計が容易になる。
また、各画素2の光電変換部21と画素トランジスタ20とを積層し、画素トランジスタ20をさらに2層構造にすることができる。この場合、転送ゲートTGを有する転送トランジスタ24が形成される層に積層される別の層の半導体領域を増やすことができ、転送トランジスタ24以外の画素トランジスタ20の配置の自由度を広げることができる。
図4は第1の実施形態による光検出装置1の1つの画素2の断面図である。図4は図3の各画素2の対角上の断面図である。図4の上面は表(おもて)面、下面は裏面すなわち光入射面S1である。このように、図4の光検出装置1は、裏面側から光が入射される。
図4の画素2は、光電変換部21と、画素トランジスタ20とを積層した構造を備えている。光電変換部21は、画素2ごとに区分けされており、シリコン層36内に配置されている。隣接する画素2同士の境界領域には、境界領域に沿って、ポリシリコン層31(本明細書では導体層と記載することもある)及び絶縁層32が積層されている。
ポリシリコン層31に接合されて深さ方向に延びる絶縁層32は、面方向の幅が狭小であるため、以下ではSTI層32と呼ぶことがある。ポリシリコン層31とSTI層32の界面は、光入射面S1方向に凸形状になっている。凸形状にすることで、ポリシリコン層31とSTI層32の界面では、ポリシリコン層31の一部はSTI層32で覆われることになる。凸形状とは、界面において、ポリシリコン層31が光入射面S1方向に段差を有するか、又は凸面部を有することを意味する。
図4の例では、ポリシリコン層31は、界面においてSTI層32側に延びる突起部31pを有しており、界面は段差を有する。突起部31pの光入射面S1側の端部は、STI層32の内部に配置されている。このように、図4の例では、ポリシリコン層31から突き出た突起部31pがSTI層32に食い込むように配置されている。よって、突起部31pの側壁部分と光電変換部21が配置されるシリコン層36との間には、STI層32が配置されている。
このように、図4のポリシリコン層31は、画素境界領域に沿って、第1領域31aと第2領域31bとを有する。第1領域31aは、光電変換部21が配置されるシリコン層36に接する。第2領域31bは、第1領域31aに接合されるとともに、第1領域31aよりも光入射面S1側に配置されている。第2領域31bとシリコン層36との間には、STI層32が配置されている。
ポリシリコン層31は、接地層30又は浮遊拡散層25に導通する導電層である。画素2ごとに2つのポリシリコン層31が設けられている。一方のポリシリコン層31は接地層30に導通し、他方のポリシリコン層31は浮遊拡散層25に導通する。
画素境界領域に設けられる2つのポリシリコン層31は、複数の画素2で共有される。例えば図3の例では、浮遊拡散層25に導通するポリシリコン層31は、4つの画素2からなる第1画素群で共有され、接地層30に導通するポリシリコン層31は、4つの画素2からなる第2画素群で共有される。
図4に示すように、複数の光電変換部21の境界領域に沿って、STI層32の光入射面S1側には境界層33が積層されている。境界層33は、ポリシリコン層34又は固定電荷層を含んでいる。境界層33には負バイアスの電圧が印加される。これにより、受光時に正電荷が境界層33の表面に誘起され、暗電流及び白点の発生を抑制でき、表示品質を向上できる。境界層33はシリコン層36を貫通する貫通トレンチである。
後述するように、光入射面S1と反対の面側のポリシリコン層31には、ポリシリコン層31を導体化するために不純物がドーズされる。接地層30に導通するポリシリコン層31と、浮遊拡散層25に導通するポリシリコン層31では、ドーズされる不純物の種類が異なる。
ポリシリコン層31に不純物をドーズすると、ドーズされた一部の不純物がシリコン層36に拡散され、拡散層が形成される。この拡散層により拡散容量が形成される。
図4の例では、転送ゲートTGを有する転送トランジスタ24とそれ以外の画素トランジスタ20が、互いに異なる層に配置されている。上述したように、画素2には複数の画素トランジスタ20が設けられるが、各画素トランジスタ20の配置形態は任意であり、種々の変形例が考えられる。また、図4では省略しているが、図1の画素アレイ部3が形成される基板と、垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5、水平駆動回路6、及び制御回路8などが形成される別の基板とを、Cu-Cu接合などにより積層方向に接合した積層構造の光検出装置1を製造してもよい。
図5は一比較例による画素2の断面図である。図5では図4と共通する構成部分には同一符号を付している。図5の画素2は、ポリシリコン層31とSTI層32の界面の断面形状が図4とは異なっている。図5のポリシリコン層31とSTI層32の界面は平坦面であり、図5のポリシリコン層31は図4のような突起部31pを備えていない。それ以外の構造は、図4と図5で共通する。
図5に示す一比較例による画素2は、図4に示す本実施形態による画素2と比べて、画素境界領域のポリシリコン層31の体積がより小さくなる。以下、図4と図5のポリシリコン層31の体積の違いをより詳細に説明する。
図6は図4及び図5のポリシリコン層31とSTI層32との接合場所付近の平面図である。図7Aは図4の画素2における図6のA-A線方向の断面図、図7Bは図4の画素2における図6のB-B線方向の断面図である。また、図8Aは図5の画素2における図6のA-A線方向の断面図、図8Bは図5の画素2における図6のB-B線方向の断面図である。
上述したように、一比較例による画素2は、ポリシリコン層31とSTI層32の界面が平坦面であるのに対し、本実施形態による画素2は、ポリシリコン層31とSTI層32の界面が凸形状である。このため、本実施形態によるポリシリコン層31の体積は、一比較例によるポリシリコン層31の体積よりも大きくなる。
ポリシリコン層31は、浮遊拡散層25又は接地層30と導通する導体層として機能する。ポリシリコン層31を導体層として機能させるには、ポリシリコン層31に不純物を注入する必要がある。ポリシリコン層31は、STI層32よりも不純物をより多く内部に取り込むことができる。
本実施形態による光検出装置1と一比較例による光検出装置100では、本実施形態による光検出装置1の方が画素境界領域でのポリシリコン層31の体積が大きい。このため、本実施形態と一比較例による光検出装置100で、ポリシリコン層31にドーズされる不純物量が同一である場合には、ポリシリコン層31及びSTI層32の側壁部分から光電変換部21が配置されるシリコン層36に拡散される不純物の量は、本実施形態よりも一比較例による光検出装置100の方が多くなる。
シリコン層36に拡散される不純物の量が増えると、拡散容量が大きくなり、光電変換効率が低下する。また、シリコン層36に拡散される不純物の量が増えると、シリコン層36の電界の変化が急峻になり、シリコン層36の電界の設計が困難になる。
以上の観点から、ポリシリコン層31とSTI層32の界面を平坦面にするよりも、界面を凸形状にしてポリシリコン層31の体積を増やすことが望ましいことがわかる。
また、後述するように、画素境界領域に積層されるポリシリコン層31とSTI層32の界面を平坦にしようとしても、製造プロセスの条件等によっては、ポリシリコン層31とSTI層32の界面が光入射面S1側に凸形状になる場合がある。この場合、ポリシリコン層31の体積が増えて、ポリシリコン層31とSTI層32の側壁部分から光電変換部21が配置されるシリコン層36に拡散される不純物量を抑制できる。
ポリシリコン層31とSTI層32の界面の形状は、図4、図7A及び図Bに示したものに限定されず、種々の形状が考えられる。
図9Aは第1具体例に係る平面図、図9Bは図9AのA-A線方向の断面図、図9Cは図9AのB-B線方向の断面図である。図10Aは第2具体例に係る平面図、図10Bは図10AのA-A線方向の断面図、図10Cは図10AのB-B線方向の断面図である。図11Aは第3具体例に係る平面図、図11Bは図11AのA-A線方向の断面図、図11Cは図11AのB-B線方向の断面図である。図12Aは第4具体例に係る平面図、図12Bは図12AのA-A線方向の断面図、図12Cは図12AのB-B線方向の断面図である。
第1具体例と第2具体例は、図9B及び図10Bに示すように、ポリシリコン層31の一部からSTI層32に突き出た円柱状の突起部31pを有し、突起部31pの幅が互いに異なっている。具体的には、第1具体例よりも第2具体例の方が突起部31pの幅が大きい。第3具体例は、図11Bに示すように、ポリシリコン層31とSTI層32の界面が凸面形状になっている。より具体的には、ポリシリコン層31の界面は光入射面S1方向に凸面形状になっており、STI層32の界面は光入射面S1と反対の面方向に凹面形状になっている。第4具体例は、図12B及び図12Cに示すように、ポリシリコン層31の一部からSTI層32に突き出た十字柱状の突起部31pを有するが、突起部31pの面方向の横断面形状が図12Aに示すように12角形である。これに対して、第1具体例及び第2具体例における突起部31pの横断面形状は図9A及び図10Aに示すように円形である。
図13は、図8A及び図8Bに示す一比較例と、図9A~図12Cに示す第1~第4具体例とを比較した図である。図13には、一比較例及び第1~第4具体例におけるポリシリコン層31の体積比率と、ポリシリコン層31とSTI層32の界面形状と、ポリシリコン層31に吸収される不純物量の相対割合と、シリコン層36に拡散される不純物量の相対割合と、ポリシリコン層31にドーズされる不純物ドーズ量の相対値とが図示されている。
図13では、一比較例及び第1~第4具体例に同じ量(例えば100)の不純物をドーズした場合に、ポリシリコン層31に吸収される不純物量と、シリコン層36に拡散される不純物量を示している。
図13に示すように、ポリシリコン層31の体積は、一比較例、第1具体例、第2具体例、第3具体例、及び第4具体例の順に大きくなる。また、ポリシリコン層31に吸収される不純物量は、一比較例、第1具体例、第2具体例、第3具体例、及び第4具体例の順に多くなる。さらに、シリコン層36に拡散される不純物量は、一比較例、第1具体例、第2具体例、第3具体例、及び第4具体例の順に少なくなる。
図13からわかるように、ポリシリコン層31の体積が大きくなるほど、シリコン層36への不純物の拡散をより抑制できる。
ポリシリコン層31の体積を増やす観点から、ポリシリコン層31の突起部31pの積層方向の長さL1(図7B参照)は、例えば、10nm以上にするのが望ましい。また、シリコン層36への不純物の拡散を抑制する観点から、突起部31pの側壁部分とシリコン層36との間に配置されるSTI層32の幅L2(図7B参照)は、例えば、20nm以上にするのが望ましい。
ポリシリコン層31の体積を増やす観点から、ポリシリコン層31の突起部31pの積層方向の長さL1(図7B参照)は、例えば、10nm以上にするのが望ましい。また、シリコン層36への不純物の拡散を抑制する観点から、突起部31pの側壁部分とシリコン層36との間に配置されるSTI層32の幅L2(図7B参照)は、例えば、20nm以上にするのが望ましい。
図4では、STI層32の光入射面S1側に、ポリシリコン層34を含む境界層33を配置する例を示したが、境界層33はポリシリコン層34の代わりに固定電荷層35であってもよい。図14は固定電荷層35を有する境界層33を備える画素2の断面図である。図4では、STI層32に接合される境界層33を、固定電荷層35と絶縁層29からなる二層構造にしている。固定電荷とは、読み出し電荷と同じ極性を持つ電荷である。固定電荷層35には、固定電荷とは逆極性の電荷が誘起されるため、画素境界付近において、読出し電荷と同じ極性のノイズ電荷の生成を抑制できる。固定電荷層35の材料としては、例えばHf(ハフニウム)、Ta(タンタル)、Ti(チタン)などが用いられる。
図4及び図14では、ポリシリコン層31の突起部31pの光入射面S1側の端部がSTI層32の内部に設けられる例を示したが、図15に示すように、突起部31pの端部がSTI層32と境界層33との境界領域付近まで延びていてもよい。
図16A及び図16Bは、図11に示すように、ポリシリコン層31とSTI層32の界面が凸面形状の場合の画素2の断面図である。図16Aは境界層33がポリシリコン層34を含む例を示し、図16Bは境界層33が固定電荷層35を含む例を示す。
図16A及び図16Bのポリシリコン層31とSTI層32の界面は、凸面形状になっているため、平坦面の場合と比べて、ポリシリコン層31の体積を増やすことができ、シリコン層36に拡散される不純物量を減らすことができる。
このように、第1の実施形態では、光電変換部21の境界領域に沿って、ポリシリコン層31及びSTI層(絶縁層)32を形成し、ポリシリコン層31とSTI層32との界面を光入射面S1方向に凸形状にする。これにより、ポリシリコン層31とSTI層32との界面が平坦面である場合と比べて、ポリシリコン層31の体積を増やすことができる。ポリシリコン層31には、導体化のために不純物がドープされるが、ドープされた不純物の多くはポリシリコン層31に吸収される。よって、ポリシリコン層31の体積が大きいほど、ポリシリコン層31とSTI層32の側壁部分から光電変換部21が配置されるシリコン層36に拡散される不純物を抑制できる。これにより、光電変換部21の画素境界付近で電界が急峻に変化しなくなり、光電変換部21の電界設計が容易になる。
(第2の実施形態)
図17は第2の実施形態による光検出装置1の1つの画素2の断面図である。図17では、図4と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
図17は第2の実施形態による光検出装置1の1つの画素2の断面図である。図17では、図4と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
図17の画素2は、境界領域におけるポリシリコン層31と絶縁層(STI層)32の断面構造が図4とは異なる。図17の境界領域では、図4の境界領域と同様に、ポリシリコン層31の少なくとも一部は、シリコン層36に接するように配置される。図17のポリシリコン層31は、シリコン層36に接する段差部31Dを有する。段差部31Dとは、ポリシリコン層31が不連続な側壁面を有することを指す。図17の例では、ポリシリコン層31が2つの不連続な側壁面を有する。2つの不連続な側壁面を繋ぐ面と各側壁面とを接続する角部は鋭角な角度でもよい、角部が丸まっていてもよい。なお、シリコン層36は、光電変換部21が配置される層である。
図17の例では、ポリシリコン層31の段差部31Dは、光入射面S1の反対の面側におけるシリコン層36の端面に沿って配置されている。すなわち、シリコン層36の端面より上方側のポリシリコン層31の水平方向長さは、シリコン層36の端面よりも下方側のポリシリコン層31の水平方向長さよりも長い。
ポリシリコン層31の側壁面と絶縁層32の側壁面は面一になっており、いずれの側壁面も、シリコン層36に接するように配置されている。
図17の境界領域における絶縁層32よりも光入射面側には、図4と同様に境界層33が配置されている。境界層33は、ポリシリコン層34又は固定電荷層を含んでいる。境界層33には負バイアスの電圧が印加される。
このように、図17の光検出装置1は、境界領域におけるポリシリコン層31の側壁面と絶縁層32の側壁面をシリコン層36に接触させる点で、図4の光検出装置1とは異なる。
図18は第2の実施形態の一変形例による光検出装置1の1つの画素2の断面図である。図18では、図17と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
図18の光検出装置1は、境界領域におけるポリシリコン層31の段差部31Dの構造が図17とは異なる。図18の段差部31Dは、光入射面S1の反対の面側におけるシリコン層36の端面よりも光入射面S1に近い側に配置されている。すなわち、図18では、段差部31Dからシリコン層36の端面までの間のポリシリコン層31の水平方向長さは、段差部31Dよりも光入射面側のポリシリコン層31の水平方向長さよりも長い。段差部31Dよりも光入射面側のポリシリコン層31の側壁面と絶縁層32の側壁面は面一になっており、いずれの側壁面も、シリコン層36に接するように配置されている。
第2の実施形態による光検出装置1における各画素2の境界領域の断面構造は、必ずしも図17又は図18に図示したものに限定されず、種々の変形例が想定される。
図19は第2の実施形態による光検出装置1の代表的な形状の特徴を示す図である。図19には、第1~第2比較例と第1~第4具体例による光検出装置1の形状の特徴が図示されている。図20Aは第1~第2比較例による境界領域の断面構造を示す図である。図20Bは第1~第2具体例による境界領域の断面構造を示す図である。図20Cは第3~第4具体例による境界領域の断面構造を示す図である。図21Aは第1比較例による境界領域の平面図であり、十字形状の例を示す。図21Bは、第2比較例、第2具体例、及び第4具体例による境界領域の平面図であり、長方形形状の例を示す。図21Cは、第1具体例と第3具体例による境界領域の平面図であり、八角形形状の例を示す。
図19のパラメータaは、光入射面S1と反対の面側におけるシリコン層36の端面から深さ方向のポリシリコン層31の長さに関するパラメータである。パラメータbは、ポリシリコン層31の段差部31Dにおける水平方向の長さに関するパラメータである。接触面積は、ポリシリコン層31と絶縁層32との接触界面の面積である。
図19では、パラメータaとbの値を、パラメータaとbの長さの和を1とした比率で表している。パラメータaとbの値は一例であり、図19の値に限定されない。また、図19は、第1~第4具体例による境界領域の断面形状及び平面形状の特徴を示すが、第2の実施形態による光検出装置1の境界領域の断面形状及び平面形状は、図19に示したものに限定されない。
このように、第2の実施形態では、境界領域におけるポリシリコン層31に段差部31Dを設けて、段差部31Dがシリコン層36と接触するようにしたため、シリコン層36に接触するポリシリコン層31の面積を大きくすることができる。これにより、ポリシリコン層31の体積が大きくなって、ポリシリコン層31と絶縁層(STI層)32の側壁部分から光電変換部21が配置されるシリコン層36に拡散される不純物を抑制できる。よって、光電変換部21の画素2の境界付近で電界が急峻に変化しなくなり、光電変換部21の電界設計が容易になる。
(第3の実施形態)
第3の実施形態は、画素2内に転送電極からシリコン層36の深さ方向に延びる垂直電極を設けて、光電変換された電荷を垂直電極で効率よく収集するとともに、転送電極及び垂直電極から浮遊拡散層25に電荷を転送しやすくするものである。
第3の実施形態は、画素2内に転送電極からシリコン層36の深さ方向に延びる垂直電極を設けて、光電変換された電荷を垂直電極で効率よく収集するとともに、転送電極及び垂直電極から浮遊拡散層25に電荷を転送しやすくするものである。
図22は第3の実施形態による光検出装置1の1つの画素2の断面図である。図22では、図4と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
図22の画素2は、画素2の境界領域に沿って配置される浮遊拡散層25(フローティングゲート)又は接地層30を有する。浮遊拡散層25及び接地層30は、ポリシリコン層31を有し、ポリシリコン層31よりも光入射面側には絶縁層(STI層)32が配置されている。また、境界領域における絶縁層32よりも光入射面側には境界層33が配置されている。境界層33は、ポリシリコン層34又は固定電荷層を含んでいる。
浮遊拡散層25を構成するポリシリコン層31の側壁面と絶縁層32の側壁面は面一になっており、シリコン層36に接している。ポリシリコン層31には、例えばN型の不純物が注入されている。N型の不純物は、ポリシリコン層31の側壁面からシリコン層36の方向に拡散してN型拡散領域42を形成する。このN型拡散領域42は、境界領域におけるポリシリコン層31の側壁面からシリコン層36に拡散するセルフアライン構造である。本明細書では、浮遊拡散層25の側壁部分に配置されるN型拡散領域42をサイドコンタクト構造と呼ぶ。
光入射面S1と反対の面側におけるシリコン層36の端面には転送電極43が配置され、転送電極43からシリコン層36の深さ方向に垂直電極44が延びている。転送電極43と垂直電極44の側壁面に沿って側壁部48が配置されている。側壁部48は、シリコン窒化層46を含んでいる。より詳細には、側壁部48は、転送電極43及び垂直電極44の側壁面からN型拡散領域42の方向に向かって、シリコン酸化膜45、シリコン窒化膜46、及びシリコン酸化膜47を積層された積層構造を有する。
側壁部48は、浮遊拡散層25のN型不純物領域に対向して配置されている。これにより、垂直電極44を介して転送電極43に転送された電荷は、側壁部48とN型不純物領域を介して浮遊拡散層25に転送される。
転送電極43と垂直電極44に側壁部48を配置することで、転送電極43と垂直電極44の角部付近の電界を緩和することができ、シリコン層36の電界設計が容易になるとともに、画素2を小型化できる。
図23は一比較例による画素101の断面図である。図23の転送電極43と垂直電極44の角部付近には側壁部48が配置されていない。このため、垂直電極44の側壁面の電界が大きくなり、シリコン層36の電界設計が困難になるとともに、画素2の小型化も実現できなくなる。
図22の画素2は、光入射面S1の反対の面側からシリコン層36にトレンチ(STI)を形成して、境界層33、絶縁層32、及びポリシリコン層31を順に形成する製法を採用することを想定している。これに対して、光入射面(裏面)側から境界領域にトレンチを形成して各層を形成する製法を採用してもよい。
図24は光入射面側からトレンチ38を形成して作製された画素2の断面図である。図24のトレンチ38は、境界領域において光入射面(裏面)側からシリコン層36を貫通するように形成される。このトレンチ38には、光入射面S1と反対の面側からポリシリコン層31、絶縁層(STI層)32、及び境界層33の順に積層される。シリコン層36の光入射面側にはカラーフィルタ層49が配置される。また、カラーフィルタ層49の光入射面側には不図示のオンチップレンズ層が配置されてもよい。
図24の境界層33は、SiO2等の絶縁層でもよいし、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、又は白金(Pt)等の遮光部材を含んでいてもよい。また、境界層33の少なくとも一部にボイドが含まれていてもよい。境界層33を遮光部材にすることで、隣接画素2からの光の入射を防止でき、混色防止の性能を向上できる。
図24の画素2では、図22と同様に、ポリシリコン層31の側壁面にセルフアラインでN型拡散領域42が配置される。また、光入射面S1と反対の面側のシリコン層36の端面に転送電極43が配置され、転送電極43からシリコン層36の深さ方向には垂直電極44が配置される。転送電極43と垂直電極44の側壁面に沿って側壁部48が配置される。これにより、図22の画素2と同様に、転送電極43と垂直電極44の角部付近の電界を緩和でき、画素2を小型化できる。
図25は一比較例に係る画素102の断面図である。図25の画素102は、図24の画素2と同様に、境界領域に光入射面側からトレンチ38を形成して、トレンチ38内に境界層33を配置しているが、トレンチ38がシリコン層36を貫通していない。このため、境界領域における絶縁層32と境界層33の間に光が通過する領域が生じ、隣接画素2からの光が入射されるおそれがある。図24の画素2では、シリコン層36を貫通するようにトレンチ38が形成され、トレンチ38内に配置される境界層33が絶縁層32と接触する深さまで延びている。これにより、図24の画素2は、図25の画素102よりも混色を防止する性能が高くなる。
図26は図24の一変形例による画素2の断面図である。図26は境界層33の構造が図24と異なっている。図26の境界層33は、例えばポリシリコン層31又は固定電荷膜を有し、負バイアスの電圧が印加される。これにより、境界層33の側壁面でのピニングを強化することができ、暗電流を抑制できる。
画素2内の垂直電極44の配置場所、本数、形状は任意であり、種々の変形例が想定される。図27は垂直電極44の代表的な複数の具体例の特徴をまとめた図である。図27(a)は第1具体例に係る画素2の平面図である。図27(a)は隣接する4画素2内の浮遊拡散層25、転送電極43、及び垂直電極44の配置場所を示している。図27(a)では、各画素2内に平面形状が三角形の転送電極43と垂直電極44がずらして配置される。転送電極43と垂直電極44をわずかにずらして配置することで、ずらした領域(オフセット領域)に図24のような側壁部48を配置できる。縦横2個ずつの計4画素2の中央の境界領域に浮遊拡散層25が配置される。浮遊拡散層25を中心として4画素2のそれぞれには対称的に転送電極43と垂直電極44が配置される。図27(a)の浮遊拡散層25は、図24に示すようなサイドコンタクト構造を有する。
図27(b)は第2具体例に係る画素2の平面図である。図27(b)では、各画素2の転送電極43と垂直電極44の向きが図27(a)と異なっているが、浮遊拡散層25を中心として対称的に各画素2の転送電極43と垂直電極44が配置され、かつ転送電極43と垂直電極44が側壁部48を有する点で図27(a)と共通する。
図27(c)は第3具体例に係る画素2の平面図である。図27(c)は位相差検出画素2の例を示す。位相差検出画素2は、左(L)用画素と右(R)用画素を一組として位相差を検出する。図27(c)は、2つの位相差検出画素2で浮遊拡散層25を共有する例を示す。浮遊拡散層25を中心として転送電極43と垂直電極44が対称的に配置され、かつ転送電極43と垂直電極44が側壁部48を有する点で図27(a)と共通する。
図27(d)は第4具体例に係る画素2の平面図である。図27(d)は図27(c)と同様に位相差検出画素2の例を示し、図27(c)とは転送電極43と垂直電極44の向きが異なっている。
図27(a)~図27(d)では、転送電極43と垂直電極44の平面形状が三角形の例を示したが、転送電極43と垂直電極44の平面形状は任意である。また、1画素2内に配置される転送電極43及び垂直電極44の数も任意である。
図28は垂直電極44の代表的な複数の変形例の特徴をまとめた図である。図28(a)は第1変形例に係る画素2の平面図である。図28(a)では、隣接する4つの画素2の中央に浮遊拡散層25が配置されている。浮遊拡散層25はサイドコンタクト構造を有する。各画素2には、平面形状が正方形状の転送電極43と、平面形状が円形の垂直電極44とがずらして配置されており、転送電極43と垂直電極44の側壁面には側壁部48が配置されている。各画素2の転送電極43と垂直電極44は、中央の浮遊拡散層25を中心として対称的に配置されている。
図28(b)は第2変形例に係る画素2の平面図である。図28(b)の各画素2は、転送電極43と垂直電極44を2つずつ有する。画素2内の2つの転送電極43は対角方向に配置され、2つの垂直電極44が向き合うように配置されている。
図28(c)は第3変形例に係る画素2の平面図である。図28(c)は位相差検出画素2の例を示す。2つの位相差検出画素2で浮遊拡散層25を共有する点では、図27(c)及び図27(d)と共通する。各位相差検出画素2は、浮遊拡散層25を中心として対称的に配置されている。
図28(d)は第4変形例に係る画素2の平面図である。図28(d)は図28(c)と同様に位相差検出画素2の例を示す。図28(d)は、図28(c)よりも2倍の数の転送電極43と垂直電極44が各画素2に配置されている。各位相差検出画素2が浮遊拡散層25を中心として対称的に配置されている点では図28(c)と共通する。
図27(a)~図27(d)と図28(a)~図28(d)で示したように、転送電極43と垂直電極44の平面形状、配置場所、配置数、及び配置方向には種々のバリエーションが想定されうる。垂直電極44が形成されるシリコン層36は、面方位によって未結合のダングリングボンドの発生割合が異なっており、暗電流の発生頻度も異なる。そこで、垂直電極44と境界層33を形成する際にシリコンの面方位を考慮に入れてもよい。
図29Aは第5変形例に係る画素2の平面図である。図29Aでは、垂直電極44と境界層33の面方位を一致させる例を示す。図29Aは、垂直電極44の平面形状が長方形である例を示す。図29Aでは、垂直電極44の面方位と境界層33の面方位とをいずれも(100)面にしている。(100)面は、他の面方位、例えば、(110)面等に比べて、ダングリンドボンドの割合が少なく、暗電流の発生割合が少ない。よって、垂直電極44の面方位と境界層33の面方位とをいずれも(100)面にすることで、境界領域での暗電流を抑制できる。
図29Bは第6変形例に係る画素2の平面図である。図29Bは、垂直電極44の平面形状が三角形である点で図29Aと相違するが、垂直電極44と境界層33の面方位を例えば(100)面にする点では図29Aと共通する。
このように、第3の実施形態では、画素2の境界領域に配置されるポリシリコン層31からなる浮遊拡散層25から周囲にセルフアラインで拡散するN型拡散領域42を設けるとともに、光入射面S1と反対の面側のシリコン層36の端面に配置される転送電極43から深さ方向に延びる垂直電極44を設けて、転送電極43と垂直電極44の側壁面に側壁部48を配置する。これにより、転送電極43と垂直電極44の角部付近の電界を緩和することができ、画素2を小型化できる。
(第4の実施形態)
上述した第1~第3の実施形態による光検出装置1の各画素2を構成する光電変換部21と画素回路は、同一基板上に配置されていてもよいし、別々の基板に配置されていてもよい。
上述した第1~第3の実施形態による光検出装置1の各画素2を構成する光電変換部21と画素回路は、同一基板上に配置されていてもよいし、別々の基板に配置されていてもよい。
図30Aは第4の実施形態による光検出装置1の1つの画素2の断面図である。図30Aの画素2では、光電変換部が配置される基板51と、画素回路が配置される基板52とが別々に設けられ、これらの基板51、52が積層されている。
図30Aの画素2の境界領域は、例えば図24と同様に、ポリシリコン層31、絶縁層(STI層)32、境界層33が積層された構造を有する。また、光入射面S1と反対の面側のシリコン層36の端面には転送電極43が配置され、転送電極43からシリコン層36の深さ方向に垂直電極44が延びている。垂直電極44の深さ方向の長さは任意であり、例えば、絶縁層32と境界層33の界面よりも深い位置まで垂直電極44が延びていてもよいし、上述した界面よりも浅い位置まで垂直電極44が延びていてもよい。
境界領域内のポリシリコン層31には、上方に延びるコンタクトct2、ct3が接続されている。同様に、転送電極43には、上方に延びるコンタクトct1が接続されている。
画素回路には、画素2トランジスタが配置されている。画素2トランジスタは、不図示の増幅トランジスタ、リセットトランジスタ、及び選択トランジスタなどを有する。画素2トランジスタは、フィンゲートを備えていてもよいし、プレーナゲートを備えていてもよい。画素2トランジスタのフィンゲート又はプレーナゲートには、上方に延びるコンタクトct4が接続されている。
図30Bは図30Aの一変形例による画素2の断面図である。図30Bは、境界層33の構造を図26と同じにしたものである。
図30A及び図30Bは一例に過ぎない。例えば、境界領域内のポリシリコン層31は、図4と同様に突起部31pを有していてもよいし、図16Aと同様に凸面を有していてもよい。
また、第4の実施形態による光検出装置1の各画素2における垂直電極44は、図28(a)~図28(d)、図29A~図29D、図30A、図30Bのいずれかの構造でもよい。さらに、垂直電極44は必ずしも必須ではなく、省略してもよい。
このように、第4の実施形態による光検出装置1では、光電変換部と画素回路を別々の基板に配置して積層するため、画素2ごとの光電変換部の体積を大きくでき、感度を向上できる。また、画素2の微細化も可能となる。さらに複数の基板を積層することで、チップの小型化を図れる。
<<応用例>>
本開示に係る技術は、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、建設機械、農業機械(トラクター)など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。
本開示に係る技術は、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、建設機械、農業機械(トラクター)など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。
図31は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システム7000の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム7000は、通信ネットワーク7010を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図31に示した例では、車両制御システム7000は、駆動系制御ユニット7100、ボディ系制御ユニット7200、バッテリ制御ユニット7300、車外情報検出ユニット7400、車内情報検出ユニット7500、及び統合制御ユニット7600を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク7010は、例えば、CAN(Controller Area Network)、LIN(Local Interconnect Network)、LAN(Local Area Network)又はFlexRay(登録商標)等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。
各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク7010を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークI/Fを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信I/Fを備える。図31では、統合制御ユニット7600の機能構成として、マイクロコンピュータ7610、汎用通信I/F7620、専用通信I/F7630、測位部7640、ビーコン受信部7650、車内機器I/F7660、音声画像出力部7670、車載ネットワークI/F7680及び記憶部7690が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信I/F及び記憶部等を備える。
駆動系制御ユニット7100は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット7100は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。駆動系制御ユニット7100は、ABS(Antilock Brake System)又はESC(Electronic Stability Control)等の制御装置としての機能を有してもよい。
駆動系制御ユニット7100には、車両状態検出部7110が接続される。車両状態検出部7110には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット7100は、車両状態検出部7110から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。
ボディ系制御ユニット7200は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット7200は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット7200には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット7200は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
バッテリ制御ユニット7300は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池7310を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット7300には、二次電池7310を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット7300は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池7310の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。
車外情報検出ユニット7400は、車両制御システム7000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット7400には、撮像部7410及び車外情報検出部7420のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部7410には、ToF(Time Of Flight)カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部7420には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム7000を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。
環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びLIDAR(Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging)装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部7410及び車外情報検出部7420は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。
ここで、図32は、撮像部7410及び車外情報検出部7420の設置位置の例を示す。撮像部7910,7912,7914,7916,7918は、例えば、車両7900のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部のうちの少なくとも一つの位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部7910及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部7918は、主として車両7900の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部7912,7914は、主として車両7900の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部7916は、主として車両7900の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部7918は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図32には、それぞれの撮像部7910,7912,7914,7916の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲aは、フロントノーズに設けられた撮像部7910の撮像範囲を示し、撮像範囲b,cは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部7912,7914の撮像範囲を示し、撮像範囲dは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部7916の撮像範囲を示す。例えば、撮像部7910,7912,7914,7916で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両7900を上方から見た俯瞰画像が得られる。
車両7900のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部7920,7922,7924,7926,7928,7930は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両7900のフロントノーズ、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部7920,7926,7930は、例えばLIDAR装置であってよい。これらの車外情報検出部7920~7930は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。
図31に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット7400は、撮像部7410に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット7400は、接続されている車外情報検出部7420から検出情報を受信する。車外情報検出部7420が超音波センサ、レーダ装置又はLIDAR装置である場合には、車外情報検出ユニット7400は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット7400は、受信した情報に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット7400は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット7400は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。
また、車外情報検出ユニット7400は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット7400は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部7410により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット7400は、異なる撮像部7410により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。
車内情報検出ユニット7500は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット7500には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部7510が接続される。運転者状態検出部7510は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット7500は、運転者状態検出部7510から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。車内情報検出ユニット7500は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。
統合制御ユニット7600は、各種プログラムにしたがって車両制御システム7000内の動作全般を制御する。統合制御ユニット7600には、入力部7800が接続されている。入力部7800は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット7600には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部7800は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム7000の操作に対応した携帯電話又はPDA(Personal Digital Assistant)等の外部接続機器であってもよい。入力部7800は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部7800は、例えば、上記の入力部7800を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット7600に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部7800を操作することにより、車両制御システム7000に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。
記憶部7690は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するROM(Read Only Memory)、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するRAM(Random Access Memory)を含んでいてもよい。また、記憶部7690は、HDD(Hard Disc Drive)等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。
汎用通信I/F7620は、外部環境7750に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信I/Fである。汎用通信I/F7620は、GSM(登録商標)(Global System of Mobile communications)、WiMAX(登録商標)、LTE(登録商標)(Long Term Evolution)若しくはLTE-A(LTE-Advanced)などのセルラー通信プロトコル、又は無線LAN(Wi-Fi(登録商標)ともいう)、Bluetooth(登録商標)などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信I/F7620は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク(例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク)上に存在する機器(例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ)へ接続してもよい。また、汎用通信I/F7620は、例えばP2P(Peer To Peer)技術を用いて、車両の近傍に存在する端末(例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はMTC(Machine Type Communication)端末)と接続してもよい。
専用通信I/F7630は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信I/Fである。専用通信I/F7630は、例えば、下位レイヤのIEEE802.11pと上位レイヤのIEEE1609との組合せであるWAVE(Wireless Access in Vehicle Environment)、DSRC(Dedicated Short Range Communications)、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信I/F7630は、典型的には、車車間(Vehicle to Vehicle)通信、路車間(Vehicle to Infrastructure)通信、車両と家との間(Vehicle to Home)の通信及び歩車間(Vehicle to Pedestrian)通信のうちの1つ以上を含む概念であるV2X通信を遂行する。
測位部7640は、例えば、GNSS(Global Navigation Satellite System)衛星からのGNSS信号(例えば、GPS(Global Positioning System)衛星からのGPS信号)を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。なお、測位部7640は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、PHS若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。
ビーコン受信部7650は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。なお、ビーコン受信部7650の機能は、上述した専用通信I/F7630に含まれてもよい。
車内機器I/F7660は、マイクロコンピュータ7610と車内に存在する様々な車内機器7760との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器I/F7660は、無線LAN、Bluetooth(登録商標)、NFC(Near Field Communication)又はWUSB(Wireless USB)といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器I/F7660は、図示しない接続端子(及び、必要であればケーブル)を介して、USB(Universal Serial Bus)、HDMI(登録商標)(High-Definition Multimedia Interface、又はMHL(Mobile High-definition Link)等の有線接続を確立してもよい。車内機器7760は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。また、車内機器7760は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器I/F7660は、これらの車内機器7760との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。
車載ネットワークI/F7680は、マイクロコンピュータ7610と通信ネットワーク7010との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークI/F7680は、通信ネットワーク7010によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。
統合制御ユニット7600のマイクロコンピュータ7610は、汎用通信I/F7620、専用通信I/F7630、測位部7640、ビーコン受信部7650、車内機器I/F7660及び車載ネットワークI/F7680のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム7000を制御する。例えば、マイクロコンピュータ7610は、取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット7100に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ7610は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行ってもよい。また、マイクロコンピュータ7610は、取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行ってもよい。
マイクロコンピュータ7610は、汎用通信I/F7620、専用通信I/F7630、測位部7640、ビーコン受信部7650、車内機器I/F7660及び車載ネットワークI/F7680のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の3次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ7610は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。
音声画像出力部7670は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図31の例では、出力装置として、オーディオスピーカ7710、表示部7720及びインストルメントパネル7730が例示されている。表示部7720は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。表示部7720は、AR(Augmented Reality)表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ7610が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。
なお、図31に示した例において、通信ネットワーク7010を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム7000が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク7010を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク7010を介して相互に検出情報を送受信してもよい。
なお、図1等を用いて説明した本実施形態に係る光検出装置1の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを、いずれかの制御ユニット等に実装することができる。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することもできる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等である。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信されてもよい。
以上説明した車両制御システム7000において、図1等を用いて説明した本実施形態に係る光検出装置1は、図31に示した応用例の統合制御ユニット7600に適用することができる。
また、図1等を用いて説明した光検出装置1の少なくとも一部の構成要素は、図31に示した統合制御ユニット7600のためのモジュール(例えば、一つのダイで構成される集積回路モジュール)において実現されてもよい。あるいは、図1を用いて説明した光検出装置1が、図31に示した車両制御システム7000の複数の制御ユニットによって実現されてもよい。
なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。
(1)画素ごとに設けられ、シリコン層内に配置される複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部の境界領域に沿って、前記複数の光電変換部の光入射面の反対の面側から、前記複数の光電変換部の深さ方向に積層されるポリシリコン層及び絶縁層と、を備え、
前記ポリシリコン層の少なくとも一部は、前記シリコン層に接するように配置される、光検出装置。
(2)前記ポリシリコン層は、前記シリコン層に接する段差部を有する、(1)に記載の光検出装置。
(3)前記段差部は、前記光入射面の反対の面側における前記シリコン層の端面に沿って配置される、(2)に記載の光検出装置。
(4)前記段差部は、前記光入射面の反対の面側における前記シリコン層の端面よりも前記光入射面に近い側に配置される、(2)に記載の光検出装置。
(5)前記ポリシリコン層の側壁面及び前記絶縁層の側壁面は前記シリコン層に接するように配置される、(2)乃至(4)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(6)前記ポリシリコン層と前記絶縁層との界面は、前記光入射面の方向に凸形状である、(1)に記載の光検出装置。
(7)前記界面において、前記ポリシリコン層の一部は前記絶縁層で覆われる、(6)に記載の光検出装置。
(8)前記界面において、前記ポリシリコン層は前記光入射面方向に段差部又は凸面部を有する、(6)又は(7)に記載の光検出装置。
(9)前記ポリシリコン層は、
前記シリコン層に接する第1領域と、
前記第1領域に接合するとともに、前記第1領域よりも光入射面側に配置される第2領域と、を有し、
前記第2領域と前記シリコン層との間には、前記絶縁層が配置される、(6)乃至(8)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(10)前記ポリシリコン層は、前記界面において前記絶縁層側に延びる突起部を有し、 前記突起部の前記光入射面側の端部は、前記絶縁層の内部に配置される、(8)又は(9)に記載の光検出装置。
(11)前記突起部の側壁部分と前記シリコン層との間には、前記絶縁層が配置される、(10)に記載の光検出装置。
(12)前記突起部の前記界面から前記絶縁層側の長さは、10nm以上である、(10)又は(11)に記載の光検出装置。
(13)前記突起部の側壁部分と前記シリコン層との間に配置される前記絶縁層の幅は、20nm以上である、(10)乃至(12)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(14)前記ポリシリコン層は、接地層又は浮遊拡散層に導通する導電層である、(1)乃至(13)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(15)前記画素ごとに2つの前記ポリシリコン層が設けられ、
一方の前記ポリシリコン層は前記接地層に導通し、
他方の前記ポリシリコン層は前記浮遊拡散層に導通する、(14)に記載の光検出装置。
(16)前記2つのポリシリコン層のそれぞれは、複数の画素で共有される、(15)に記載の光検出装置。
(17)前記浮遊拡散層は、複数の画素からなる第1画素群の境界領域に配置されて前記第1画素群で共有され、
前記接地層は、前記第1画素群とは異なる複数の画素からなる第2画素群の境界領域に配置されて前記第2画素群で共有される、(16)に記載の光検出装置。
(18)前記画素は、位相差を検出する位相差検出画素を含み、
位相差を検出する複数の前記位相差検出画素で前記浮遊拡散層を共有する、(14)乃至(17)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(19)前記光入射面の反対の面側の前記シリコン層の端面に沿って配置され、前記光電変換部で光電変換された電荷を前記浮遊拡散層に転送する転送電極と、
前記転送電極から前記シリコン層の深さ方向に延びる垂直電極と、を備え、
前記転送電極及び前記垂直電極は、前記ポリシリコン層の側壁面に沿って配置される絶縁材料からなる側壁部を備える、(14)乃至(18)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(20)前記境界領域における前記ポリシリコン層の側壁面から前記シリコン層の内部に配置される不純物拡散領域を備え、
前記側壁部は、前記不純物拡散領域に対向して配置される、(19)に記載の光検出装置。
(21)前記画素ごとに複数の前記垂直電極が設けられる、(19)又は(20)に記載の光検出装置。
(22)前記複数の光電変換部の境界領域に沿って、前記絶縁層の光入射面側に積層される半導体又は導体からなる境界層を備え、
前記境界層の延びる方向の面方位及び前記垂直電極の延びる方向の面方位は、(100)面である、(19)乃至(21)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(23)前記複数の光電変換部の境界領域に沿って、前記絶縁層の光入射面側に積層される半導体又は導体からなる境界層を備える、(1)乃至(22)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(24)前記境界層は、ポリシリコン層又は固定電荷層を含む、(22)又は(23)に記載の光検出装置。
(25)前記境界層は、正電荷を誘起する負バイアス層である、(23)又は(24)に記載の光検出装置。
(26)前記境界領域は、前記シリコン層を貫通するように配置され、
前記境界領域は、前記光入射面側から反対の面側に向かって、前記境界層、前記絶縁層、及びポリシリコン層をこの順に積層した構造を有する、(22)乃至(25)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(1)画素ごとに設けられ、シリコン層内に配置される複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部の境界領域に沿って、前記複数の光電変換部の光入射面の反対の面側から、前記複数の光電変換部の深さ方向に積層されるポリシリコン層及び絶縁層と、を備え、
前記ポリシリコン層の少なくとも一部は、前記シリコン層に接するように配置される、光検出装置。
(2)前記ポリシリコン層は、前記シリコン層に接する段差部を有する、(1)に記載の光検出装置。
(3)前記段差部は、前記光入射面の反対の面側における前記シリコン層の端面に沿って配置される、(2)に記載の光検出装置。
(4)前記段差部は、前記光入射面の反対の面側における前記シリコン層の端面よりも前記光入射面に近い側に配置される、(2)に記載の光検出装置。
(5)前記ポリシリコン層の側壁面及び前記絶縁層の側壁面は前記シリコン層に接するように配置される、(2)乃至(4)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(6)前記ポリシリコン層と前記絶縁層との界面は、前記光入射面の方向に凸形状である、(1)に記載の光検出装置。
(7)前記界面において、前記ポリシリコン層の一部は前記絶縁層で覆われる、(6)に記載の光検出装置。
(8)前記界面において、前記ポリシリコン層は前記光入射面方向に段差部又は凸面部を有する、(6)又は(7)に記載の光検出装置。
(9)前記ポリシリコン層は、
前記シリコン層に接する第1領域と、
前記第1領域に接合するとともに、前記第1領域よりも光入射面側に配置される第2領域と、を有し、
前記第2領域と前記シリコン層との間には、前記絶縁層が配置される、(6)乃至(8)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(10)前記ポリシリコン層は、前記界面において前記絶縁層側に延びる突起部を有し、 前記突起部の前記光入射面側の端部は、前記絶縁層の内部に配置される、(8)又は(9)に記載の光検出装置。
(11)前記突起部の側壁部分と前記シリコン層との間には、前記絶縁層が配置される、(10)に記載の光検出装置。
(12)前記突起部の前記界面から前記絶縁層側の長さは、10nm以上である、(10)又は(11)に記載の光検出装置。
(13)前記突起部の側壁部分と前記シリコン層との間に配置される前記絶縁層の幅は、20nm以上である、(10)乃至(12)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(14)前記ポリシリコン層は、接地層又は浮遊拡散層に導通する導電層である、(1)乃至(13)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(15)前記画素ごとに2つの前記ポリシリコン層が設けられ、
一方の前記ポリシリコン層は前記接地層に導通し、
他方の前記ポリシリコン層は前記浮遊拡散層に導通する、(14)に記載の光検出装置。
(16)前記2つのポリシリコン層のそれぞれは、複数の画素で共有される、(15)に記載の光検出装置。
(17)前記浮遊拡散層は、複数の画素からなる第1画素群の境界領域に配置されて前記第1画素群で共有され、
前記接地層は、前記第1画素群とは異なる複数の画素からなる第2画素群の境界領域に配置されて前記第2画素群で共有される、(16)に記載の光検出装置。
(18)前記画素は、位相差を検出する位相差検出画素を含み、
位相差を検出する複数の前記位相差検出画素で前記浮遊拡散層を共有する、(14)乃至(17)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(19)前記光入射面の反対の面側の前記シリコン層の端面に沿って配置され、前記光電変換部で光電変換された電荷を前記浮遊拡散層に転送する転送電極と、
前記転送電極から前記シリコン層の深さ方向に延びる垂直電極と、を備え、
前記転送電極及び前記垂直電極は、前記ポリシリコン層の側壁面に沿って配置される絶縁材料からなる側壁部を備える、(14)乃至(18)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(20)前記境界領域における前記ポリシリコン層の側壁面から前記シリコン層の内部に配置される不純物拡散領域を備え、
前記側壁部は、前記不純物拡散領域に対向して配置される、(19)に記載の光検出装置。
(21)前記画素ごとに複数の前記垂直電極が設けられる、(19)又は(20)に記載の光検出装置。
(22)前記複数の光電変換部の境界領域に沿って、前記絶縁層の光入射面側に積層される半導体又は導体からなる境界層を備え、
前記境界層の延びる方向の面方位及び前記垂直電極の延びる方向の面方位は、(100)面である、(19)乃至(21)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(23)前記複数の光電変換部の境界領域に沿って、前記絶縁層の光入射面側に積層される半導体又は導体からなる境界層を備える、(1)乃至(22)のいずれか一項に記載の光検出装置。
(24)前記境界層は、ポリシリコン層又は固定電荷層を含む、(22)又は(23)に記載の光検出装置。
(25)前記境界層は、正電荷を誘起する負バイアス層である、(23)又は(24)に記載の光検出装置。
(26)前記境界領域は、前記シリコン層を貫通するように配置され、
前記境界領域は、前記光入射面側から反対の面側に向かって、前記境界層、前記絶縁層、及びポリシリコン層をこの順に積層した構造を有する、(22)乃至(25)のいずれか一項に記載の光検出装置。
本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
1 光検出装置、2 画素、3 画素アレイ部、4 垂直駆動回路、5 カラム信号処理回路、6 水平駆動回路、7 出力回路、8 制御回路、9 画素駆動配線、10 垂直信号線、11 水平信号線、12 半導体基板、13 入出力端子、20 画素トランジスタ、21 光電変換部(フォトダイオード)、24 転送トランジスタ、25 浮遊拡散層(フローティングディフュージョン)、26 リセットトランジスタ、27 増幅トランジスタ、28 選択トランジスタ、29 絶縁層、30 接地層、30a 導電層、31 ポリシリコン層、31a 第1領域、31b 第2領域、31p 突起部、32 STI層(絶縁層)、32 絶縁層、33 境界層、34 ポリシリコン層、35 固定電荷層、36 シリコン層、37 SiN層、38 トレンチ、39 絶縁層、40 ボイド(空洞部)、41 レジスト、42 N型拡散領域、43 転送電極、44 垂直電極、45 シリコン酸化膜、46 窒化シリコン層、46 シリコン窒化膜、47 シリコン酸化膜、48 側壁部、49 カラーフィルタ層、51 基板、52 基板、100 光検出装置
Claims (26)
- 画素ごとに設けられ、シリコン層内に配置される複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部の境界領域に沿って、前記複数の光電変換部の光入射面の反対の面側から、前記複数の光電変換部の深さ方向に積層されるポリシリコン層及び絶縁層と、を備え、
前記ポリシリコン層の少なくとも一部は、前記シリコン層に接するように配置される、光検出装置。 - 前記ポリシリコン層は、前記シリコン層に接する段差部を有する、請求項1に記載の光検出装置。
- 前記段差部は、前記光入射面の反対の面側における前記シリコン層の端面に沿って配置される、請求項2に記載の光検出装置。
- 前記段差部は、前記光入射面の反対の面側における前記シリコン層の端面よりも前記光入射面に近い側に配置される、請求項2に記載の光検出装置。
- 前記ポリシリコン層の側壁面及び前記絶縁層の側壁面は前記シリコン層に接するように配置される、請求項2に記載の光検出装置。
- 前記ポリシリコン層と前記絶縁層との界面は、前記光入射面の方向に凸形状である、請求項1に記載の光検出装置。
- 前記界面において、前記ポリシリコン層の一部は前記絶縁層で覆われる、請求項6に記載の光検出装置。
- 前記界面において、前記ポリシリコン層は前記光入射面方向に段差部又は凸面部を有する、請求項6に記載の光検出装置。
- 前記ポリシリコン層は、
前記シリコン層に接する第1領域と、
前記第1領域に接合するとともに、前記第1領域よりも光入射面側に配置される第2領域と、を有し、
前記第2領域と前記シリコン層との間には、前記絶縁層が配置される、請求項6に記載の光検出装置。 - 前記ポリシリコン層は、前記界面において前記絶縁層側に延びる突起部を有し、
前記突起部の前記光入射面側の端部は、前記絶縁層の内部に配置される、請求項8に記載の光検出装置。 - 前記突起部の側壁部分と前記シリコン層との間には、前記絶縁層が配置される、請求項10に記載の光検出装置。
- 前記突起部の前記界面から前記絶縁層側の長さは、10nm以上である、請求項10に記載の光検出装置。
- 前記突起部の側壁部分と前記シリコン層との間に配置される前記絶縁層の幅は、20nm以上である、請求項10に記載の光検出装置。
- 前記ポリシリコン層は、接地層又は浮遊拡散層に導通する導電層である、請求項1に記載の光検出装置。
- 前記画素ごとに2つの前記ポリシリコン層が設けられ、
一方の前記ポリシリコン層は前記接地層に導通し、
他方の前記ポリシリコン層は前記浮遊拡散層に導通する、請求項14に記載の光検出装置。 - 前記2つのポリシリコン層のそれぞれは、複数の画素で共有される、請求項15に記載の光検出装置。
- 前記浮遊拡散層は、複数の画素からなる第1画素群の境界領域に配置されて前記第1画素群で共有され、
前記接地層は、前記第1画素群とは異なる複数の画素からなる第2画素群の境界領域に配置されて前記第2画素群で共有される、請求項16に記載の光検出装置。 - 前記画素は、位相差を検出する位相差検出画素を含み、
位相差を検出する複数の前記位相差検出画素で前記浮遊拡散層を共有する、請求項14に記載の光検出装置。 - 前記光入射面の反対の面側の前記シリコン層の端面に沿って配置され、前記光電変換部で光電変換された電荷を前記浮遊拡散層に転送する転送電極と、
前記転送電極から前記シリコン層の深さ方向に延びる垂直電極と、を備え、
前記転送電極及び前記垂直電極は、前記ポリシリコン層の側壁面に沿って配置される絶縁材料からなる側壁部を備える、請求項14に記載の光検出装置。 - 前記境界領域における前記ポリシリコン層の側壁面から前記シリコン層の内部に配置される不純物拡散領域を備え、
前記側壁部は、前記不純物拡散領域に対向して配置される、請求項19に記載の光検出装置。 - 前記画素ごとに複数の前記垂直電極が設けられる、請求項19に記載の光検出装置。
- 前記複数の光電変換部の境界領域に沿って、前記絶縁層の光入射面側に積層される半導体又は導体からなる境界層を備え、
前記境界層の延びる方向の面方位及び前記垂直電極の延びる方向の面方位は、(100)面である、請求項19に記載の光検出装置。 - 前記複数の光電変換部の境界領域に沿って、前記絶縁層の光入射面側に積層される半導体又は導体からなる境界層を備える、請求項1に記載の光検出装置。
- 前記境界層は、ポリシリコン層又は固定電荷層を含む、請求項22に記載の光検出装置。
- 前記境界層は、正電荷を誘起する負バイアス層である、請求項24に記載の光検出装置。
- 前記境界領域は、前記シリコン層を貫通するように配置され、
前記境界領域は、前記光入射面側から反対の面側に向かって、前記境界層、前記絶縁層、及びポリシリコン層をこの順に積層した構造を有する、請求項22に記載の光検出装置。
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