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公開番号2024078505
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-11
出願番号2022190921
出願日2022-11-30
発明の名称光電変換装置
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01L 27/146 20060101AFI20240604BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ホットキャリアが経時的に増加することによる降伏電圧の経時変化を低減することができる光電変換装置を提供することができる。
【解決手段】アバランシェフォトダイオードを有する光電変換装置であって、半導体層の上に配された酸化膜と、酸化膜の上に設けられた部材と、を有する。平面視において、部材は、少なくとも第1半導体領域および第3半導体領域の境界と重複するように配されている。部材の仕事関数と、第1半導体領域および第3半導体領域の仕事関数とが異なることにより、少なくとも境界において、信号電荷に対するポテンシャル勾配が半導体層の深さ方向に形成される。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
アバランシェフォトダイオードを有する光電変換装置であって、
第１面と第２面を有する半導体層と、
第１深さに配された第１導電型の第１半導体領域と、
前記第１深さより第１面に対して深い第２深さに配され、前記第１半導体領域と前記アバランシェフォトダイオードを構成する第２導電型の第２半導体領域と、
前記第１半導体領域の端部に接して設けられた第１導電型の第３半導体領域と、
前記半導体層の上に配された酸化膜と、
断面視において、前記酸化膜の上に設けられた部材と、を有し、
平面視において、前記部材は、少なくとも前記第１半導体領域および第３半導体領域の境界と重複するように配されており、
前記部材の仕事関数と、前記第１半導体領域および第３半導体領域の仕事関数とが異なることにより、少なくとも前記境界において、信号電荷に対するポテンシャル勾配が前記半導体層の深さ方向に形成されるように構成されていることを特徴とする光電変換装置。
続きを表示（約 780 文字）【請求項２】
前記部材は、第２導電型のポリシリコンであることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記第１導電型は、Ｎ型であり、
前記部材の仕事関数は、前記第１半導体領域および前記第３半導体領域の仕事関数よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記部材はＰ型のポリシリコンであることを特徴とする請求項３に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記第１導電型は、Ｐ型であり、
前記部材の仕事関数は、前記第１半導体領域および前記第３半導体領域の仕事関数よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記部材はＮ型のポリシリコンであることを特徴とする請求項５に記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記第１半導体領域に電気的に接続された第１配線部と、
前記第２半導体領域に電気的に接続された第２配線部と、を有し、
前記第１配線部は、前記部材と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項８】
平面視において、前記部材が前記第１半導体領域の全てと重複していることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項９】
平面視において、前記部材が前記第３半導体領域の全てと重複していることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項１０】
前記酸化膜の上に設けられた保護膜と、
前記保護膜の上に設けられた層間膜と、を有し、
前記部材は、前記保護膜と層間膜との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置、光電変換システム、移動体に関するものである。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、シリコン基板表面に酸化膜、窒化膜またはそれらの組み合わせからなる保護膜を有する単一光子アバランシェフォトダイオード（ＳｉｎｇｌｅＰｈｏｔｏｎＡｖａｌａｎｃｈｅＤｉｏｄｅ：ＳＰＡＤ）が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許出願公開第２０２０／０１５２８０７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＳＰＡＤでは半導体層に設けられたＰＮ接合ダイオードに強電界を印加することでアバランシェ増倍を生じさせ、光子の検出を行う。しかし、ＰＮ接合ダイオードに印加される電界が強くなると、電界により加速されたホットキャリアが生じる。特許文献１に記載の構造においては、カソード領域付近にホットキャリアがトラップされることによりポテンシャルが変化し、降伏電圧が経時変化するという課題があった。
【０００５】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、ホットキャリアが経時的に増加することによる降伏電圧の経時変化の低減を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの側面に係る光電変換装置は、アバランシェフォトダイオードを有する光電変換装置であって、第１面と第２面を有する半導体層と、第１深さに配された第１導電型の第１半導体領域と、前記第１深さより第１面に対して深い第２深さに配され、前記第１半導体領域と前記アバランシェフォトダイオードを構成する第２導電型の第２半導体領域と、前記第１半導体領域の端部に接して設けられた第１導電型の第３半導体領域と、前記半導体層の上に配された酸化膜と、断面視において、前記酸化膜の上に設けられた部材と、を有し、平面視において、前記部材は、少なくとも前記第１半導体領域および第３半導体領域の境界と重複するように配されており、前記部材の仕事関数と、前記第１半導体領域および第３半導体領域の仕事関数とが異なることにより、少なくとも前記境界において、信号電荷に対するポテンシャル勾配が前記半導体層の深さ方向に形成されるように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の別の側面に係る光電変換装置は、アバランシェフォトダイオードを有する光電変換装置であって、第１面と第２面を有する半導体層と、第１深さに配された第１導電型の第１半導体領域と、前記第１深さより第１面に対して深い第２深さに配され、前記第１半導体領域と前記アバランシェフォトダイオードを構成する第２導電型の第２半導体領域と、前記第１半導体領域の端部に接して設けられた第１導電型の第３半導体領域と、前記半導体層の上に配された酸化膜と、前記酸化膜の上に配され、前記酸化膜と異なる材料からなる保護膜と、前記保護膜の上に配された層間膜と、断面視において、前記酸化膜と前記層間膜の間に設けられた部材と、を有し、平面視において、前記部材は、少なくとも前記第１半導体領域および第３半導体領域の境界と重複するように配されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ホットキャリアが経時的に増加することによる降伏電圧の経時変化を低減することができる光電変換装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施形態に係る光電変換装置の概略図である。
実施形態に係る光電変換装置のＰＤ基板の概略図である。
実施形態に係る光電変換装置の回路基板の概略図である。
実施形態に係る光電変換装置の画素回路の構成例である。
実施形態に係る光電変換装置の画素回路の駆動を示す模式図である。
第１実施形態に係る光電変換素子の断面図である。
第１実施形態に係る仕事関数に関する説明図である。
第１実施形態に係る光電変換素子の平面図である。
第１実施形態に係る電荷密度、ポテンシャル分布、不純物濃度である。
第１実施形態に係る１画素の比較断面図である。
第１実施形態に係る光電変換素子のポテンシャル分布である。
第１実施形態の変形例１である。
第１実施形態の変形例２である。
第２実施形態に係る光電変換素子の断面図である。
第２実施形態の変形例である。
第２実施形態の変形例である。
第３実施形態に係る光電変換素子の断面図と平面図である。
第３実施形態の変形例である。
第４実施形態に係る光電変換システムの機能ブロック図である。
第５実施形態に係る光電変換システムの機能ブロック図である。
第６実施形態に係る光電変換システムの機能ブロック図である。
第７実施形態に係る光電変換システムの機能ブロック図である。
第８実施形態に係る光電変換システムの機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を限定するものではない。各図面が示す部材の大きさや位置関係は、説明を明確にするために誇張していることがある。以下の説明において、同一の構成については同一の番号を付して説明を省略することがある。
（【００１１】以降は省略されています）

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