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公開番号2024083450
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-21
出願番号2024060382,2021154432
出願日2024-04-03,2021-09-22
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 20060101AFI20240614BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】カソード領域端部への電界集中及びホットキャリアの半導体基板界面への注入によって降伏電圧が経時変化する。
【解決手段】第1の面と、第1の面に対向する第2の面と、を有する半導体層に配されたアバランシェダイオードを有する光電変換装置であって、アバランシェダイオードは、第1の深さに配された第1の導電型の第1の半導体領域と、第1の深さよりも第2の面に対して深い第2の深さに配された第2の導電型の第2の半導体領域と、第2の面からの平面視において、第1の半導体領域の端部に接して設けられた第3の半導体領域と、第1の半導体領域に接続された第1の配線部と、第2の半導体領域に接続された第2の配線部と、有し、第2の面からの平面視において、第1の配線部に対向する絶縁膜と第2の配線部との境界部の少なくとも一部が、第3の半導体領域に重なり、第1の半導体領域に重ならないことを特徴とする光電変換装置。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、を有する半導体層に配されたアバランシェダイオードを有する光電変換装置であって、
前記アバランシェダイオードは、
第１の深さに配された第１の導電型の第１の半導体領域と、
前記第１の深さよりも前記第２の面に対して深い第２の深さに配され、前記第１の半導体領域との間にアバランシェ増倍領域を形成する第２の導電型の第２の半導体領域と、
前記第２の面からの平面視において、前記第１の半導体領域の端部に接して設けられた第３の半導体領域と、
前記第１の半導体領域に接続された第１の配線部と、
前記第２の半導体領域に接続された第２の配線部と、
を有し、
前記第２の面からの平面視において、前記第１の配線部に対向する絶縁膜と前記第２の配線部との境界部の少なくとも一部が、前記第３の半導体領域に重なり、前記第１の半導体領域に重ならないことを特徴とする光電変換装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記第２の面からの平面視において、前記第１の半導体領域の面積は前記第３の半導体領域の面積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３】
前記第３の半導体領域における不純物濃度は前記第１の半導体領域における不純物濃度よりも低いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記第１の配線部及び前記第２の配線部は、前記第２の面側に積層された複数の配線層のいずれかに形成され、
前記第２の配線部は、前記第１の半導体領域と前記第１の配線部とを接続するコンタクトよりも前記第２の面から遠い配線層であって、前記複数の配線層のうち前記第２の面に最も近い配線層に形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記第１の配線部と前記第２の配線部とは、前記第２の面側に積層された同一の配線層に形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記第２の面に垂直な方向における前記第２の面から前記第２の配線部までの距離は、
前記第２の面に水平な方向における前記第１の配線部から前記第２の配線部までの距離よりも短いことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記第１の面は光入射面であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項８】
前記第２の面からの平面視において、
前記第２の配線部は、前記第１の配線部の周囲を囲むことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項９】
前記第２の面からの平面視において、前記第１の半導体領域は前記第２の半導体領域に内包されることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項１０】
前記第２の深さよりも第２の面に対して深い第３の深さに配された、前記第２の導電型の第４の半導体領域を有することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項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、光電変換装置及び光電変換システムに関するものである。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
配線層に反射板を設け、半導体基板を透過した入射光を反射させることにより、光電変換素子内における入射光の光路長を長くして量子変換効率を向上させる光電変換装置がある。特許文献１には、アノード配線を反射板として用いる単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）について記載されている。同様に、特許文献２には、延伸したアノード配線を有する単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許出願公開第２０２０／０２８６９４６号明細書
米国特許出願公開第２０１９／０１８１１７７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の構造において、ガードリング領域の直上にカソード配線があるため、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、強電界領域周辺のポテンシャルが変化し、降伏電圧が経時的に変化するという課題があった。また、特許文献２に記載の構造において、ガードリング領域直上のアノード配線によりカソード領域端部に電界が集中し、ＤＣＲ（ＤａｒｋＣｏｕｎｔＲａｔｅ）が大きくなる懸念があった。
【０００５】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、ＤＣＲを抑制しながらホットキャリアの半導体基板界面への注入による降伏電圧の経時変化を低減すること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は、第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、を有する半導体層に配されたアバランシェダイオードを有する光電変換装置であって、前記アバランシェダイオードは、第１の深さに配された第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１の深さよりも前記第２の面に対して深い第２の深さに配された第２の導電型の第２の半導体領域と、前記第２の面からの平面視において、前記第１の半導体領域の端部に接して設けられた第３の半導体領域と、前記第１の半導体領域に接続された第１の配線部と、前記第２の半導体領域に接続された第２の配線部と、を有し、前記第２の面からの平面視において、前記第２の配線部のうち、前記第１の配線部に対向する絶縁膜との境界部の少なくとも一部が、前記第３の半導体領域に重なり、前記第１の半導体領域に重ならないことを特徴とする光電変換装置。
【０００７】
本発明の別の側面は第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、を有する半導体層に配された複数のアバランシェダイオードを有する光電変換装置であって、前記アバランシェダイオードは、第１の深さに配された第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１の深さよりも前記第２の面に対して深い第２の深さに配された第２の導電型の第２の半導体領域と、前記第２の面からの平面視において、前記第１の半導体領域の端部に接して設けられた第３の半導体領域と、前記第１の半導体領域に接続された第１の配線部と、前記第２の半導体領域に接続された第２の配線部と、を有し、前記第２の面からの平面視において、前記第１の配線部と前記第２の配線部との対向する絶縁膜との境界部の間を等距離に内分する線の少なくとも一部が、前記第３の半導体領域に重なり、前記第１の半導体領域に重ならないことを特徴とする光電変換装置。
【０００８】
本発明のさらに別の側面は第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、を有する半導体層に配されたアバランシェダイオードを有する光電変換装置であって、前記アバランシェダイオードは、第１の深さに配された第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１の半導体領域と、前記第１の深さよりも前記第２の面に対して深い第２の深さに配された第２の導電型の第２の半導体領域との間に形成されるアバランシェ増倍領域と、前記第２の面からの平面視で前記アバランシェ増倍領域を囲む電界緩和領域と、前記第１の半導体領域に接続された第１の配線部と、前記第２の半導体領域に接続された第２の配線部と、を有し、前記第２の面からの平面視において、前記第２の配線部のうち前記第１の配線部に対向する絶縁膜との境界部の少なくとも一部が、前記電界緩和領域に重なることを特徴とする光電変換装置。
【０００９】
本発明のさらに別の側面は第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、を有する半導体層に配されたアバランシェダイオードを有する光電変換装置であって、前記アバランシェダイオードは、第１の深さに配された第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１の半導体領域と、前記第１の深さよりも前記第２の面に対して深い第２の深さに配された第２の導電型の第２の半導体領域との間に形成されるアバランシェ増倍領域と、前記第２の面からの平面視で前記アバランシェ増倍領域を囲む電界緩和領域と、前記第１の半導体領域に接続された第１の配線部と、前記第２の半導体領域に接続された第２の配線部と、を有し、前記第２の面からの平面視において、前記第１の配線部と前記第２の配線部との対向する絶縁膜との境界部の間を等距離に内分する線の少なくとも一部が、前記電界緩和領域に重なることを特徴とする光電変換装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＤＣＲを抑制しながらホットキャリアの半導体基板界面への注入による降伏電圧の経時変化を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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