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公開番号2024121777
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-06
出願番号2023211925
出願日2023-12-15
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 20060101AFI20240830BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】発光クロストークの抑制と感度向上の両立。
【解決手段】第1面と、前記第1面に対向する第2面を備え、複数のAPDを有する半導体層を有し、前記複数のAPDは、第1のAPDと第2のAPDとを含み、前記第1のAPDと前記第2のAPDのそれぞれは、前記第2面の側から順に第1の導電型の第1の半導体領域と、前記第1の半導体領域との間でPN接合部を構成する第2の導電型の第2の半導体領域と、を含み、前記第1のAPDと、前記第2のAPDとの間に、前記第2面の側から形成され、光吸収材料で埋め込まれた第1の分離部と、前記第1面の側から形成され、絶縁性の反射部材で埋め込まれた第2の分離部と、が設けられ、前記第1の分離部は前記第2の半導体領域を貫通する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面と、前記第１面に対向する第２面を備え、複数のアバランシェフォトダイオードを有する半導体層を有し、
前記複数のアバランシェフォトダイオードは、第１のアバランシェフォトダイオードと第２のアバランシェフォトダイオードとを含み、
前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードのそれぞれは、前記第２面の側から順に第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１の半導体領域との間でＰＮ接合部を構成する第２の導電型の第２の半導体領域と、を含み、
前記第１のアバランシェフォトダイオードと、前記第２のアバランシェフォトダイオードとの間に、前記第２面の側から形成され、光吸収材料で埋め込まれた第１の分離部と、前記第１面の側から形成され、絶縁性の反射部材で埋め込まれた第２の分離部と、が設けられ、
前記第１の分離部は前記第２の半導体領域を貫通することを特徴とする光電変換装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記ＰＮ接合部における前記第１の半導体領域の中心から第１の分離部の側壁までの距離をＡ、前記ＰＮ接合部から第１の分離部と第２の分離部が接触する点までの垂直方向の距離をＢ、前記半導体層を構成するシリコンの屈折率をｎ１、前記反射部材の屈折率をｎ２としたとき、Ｂ≧Ａ×ｔａｎ｛ａｓｉｎ（ｎ２／ｎ１）｝を満たす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】
前記複数のアバランシェフォトダイオードはさらに第３のアバランシェフォトダイオードを含み、
前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第３のアバランシェフォトダイオードとの間に、前記第２面の側から形成され、光吸収材料で埋め込まれた第３の分離部と、前記第１面の側から形成され、絶縁性の反射部材で埋め込まれた第４の分離部とが設けられ、
前記第１の半導体領域の、前記第１面の側の第３の面における前記第１の分離部の側壁から前記第３の分離部の側壁までの距離を２Ａ、前記第３の面から第１の分離部と第２の分離部が接触する点までの垂直方向の距離をＢ、前記半導体層を構成するシリコンの屈折率をｎ１、前記反射部材の屈折率をｎ２としたとき、Ｂ≧Ａ×ｔａｎ｛ａｓｉｎ（ｎ２／ｎ１）｝を満たす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】
前記第１面に垂直な断面において、
前記第１の分離部と前記第２の分離部とが接するところで、前記第１の分離部は前記第２の分離部よりも太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５】
前記第１の分離部の底部は円弧状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６】
平面視において、前記第１の半導体領域の面積は前記第２の半導体領域の面積より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７】
前記第１の半導体領域は平面視で前記第２の半導体領域に内包されることを特徴とする請求項６に記載の光電変換装置。
【請求項８】
平面視において、前記第１の半導体領域に電気的に接続される配線の面積は前記第２の半導体領域に電気的に接続される配線の面積より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９】
前記第１面と前記第２の半導体領域との間に前記第１の導電型の第３の半導体領域を有す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】
前記第１の分離部は前記第３の半導体領域に達することを特徴とする請求項９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、該光電変換装置を用いた撮像システムに関する。
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、反射板と、金属膜が埋め込まれた画素間分離部と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】
特開２０１８－０８８４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１で開示されている構造では分離部に埋め込まれた金属膜によって光学的なクロストークを改善できる一方、入射光が吸収されることによる感度の低下が懸念される。本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、光学的なクロストークの抑制と感度向上の両立を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一つの側面は、光電変換装置であって、第１面と、前記第１面に対向する第２面を備え、複数のアバランシェフォトダイオードを有する半導体層を有し、前記複数のアバランシェフォトダイオードは、第１のアバランシェフォトダイオードと第２のアバランシェフォトダイオードとを含み、前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードのそれぞれは、前記第２面の側から順に第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１の半導体領域との間でＰＮ接合部を構成する第２の導電型の第２の半導体領域と、を含み、前記第１のアバランシェフォトダイオードと、前記第２のアバランシェフォトダイオードとの間に、前記第２面の側から形成され、光吸収材料で埋め込まれた第１の分離部と、前記第１面の側から形成され、絶縁性の反射部材で埋め込まれた第２の分離部と、が設けられ、前記第１の分離部は前記第２の半導体領域を貫通することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、光学的なクロストークの抑制と感度向上が両立できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
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センサ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の実施形態に係る光電変換装置の画素部の断面図である。
第１の実施形態に係る光電変換装置の画素部の平面図である。
第１の実施形態の製造方法を示す断面図である。
第１の実施形態の製造方法を示す断面図である。
第２の実施形態に係る光電変換装置の断面図である。
第２の実施形態に係る光電変換装置の画素部の平面図である。
第２の実施形態の製造方法を示す断面図である。
第２の実施形態の製造方法を示す断面図である。
第３の実施形態に係る光電変換装置の断面図である。
第３の実施形態に係る光電変換装置の平面図である。
第２の実施形態の製造方法を示す断面図である。
第４の実施形態に係る光電変換装置の画素部の断面図である。
第４の実施形態に係る光電変換装置の画素部の平面図である。
第４の実施形態に係る光電変換装置の変形例の画素部の断面図である。
第５の実施形態に係る光電変換装置の画素部の断面図である。
第５の実施形態に係る光電変換装置の画素部のポテンシャル模式図である。
第６の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。
第７の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。
第８の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。
第９の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。
第１０の実施形態にかか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】
【０００８】
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。
【０００９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語）を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した実施形態の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。
【００１０】
本明細書において、平面視とは、半導体層の光入射面に対して垂直な方向から視ることである。また、断面視とは、半導体層の光入射面と垂直な方向における面をいう。なお、微視的に見て半導体層の光入射面が粗面である場合は、巨視的に見たときの半導体層の光入射面を基準として平面視を定義する。
（【００１１】以降は省略されています）

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