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公開番号2024164697
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-27
出願番号2023080367
出願日2023-05-15
発明の名称光電変換装置および機器
出願人キヤノン株式会社
代理人弁理士法人大塚国際特許事務所
主分類H01L 27/146 20060101AFI20241120BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】APDの発光に起因するクロストークの抑制に有利な技術を提供する。
【解決手段】第1主面および第2主面を有する半導体層に複数の画素が配された光電変換装置であって、前記複数の画素のそれぞれは、複数のアバランシェフォトダイオードを含み、各画素において、前記複数のアバランシェフォトダイオードは、1つのマイクロレンズを共有し、前記複数の画素のうち互いに隣り合う画素の間には、前記第1主面から前記第2主面まで貫通する第1トレンチ構造が配され、各画素において、前記複数のアバランシェフォトダイオードのうち互いに隣り合うアバランシェフォトダイオードの間には、第2トレンチ構造が配され、前記第2トレンチ構造は、前記第1主面から前記第1主面と前記第2主面との間の位置まで配され、前記位置は、前記第2主面から離れている。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
第１主面および第２主面を有する半導体層に複数の画素が配された光電変換装置であって、
前記複数の画素のそれぞれは、複数のアバランシェフォトダイオードを含み、
各画素において、前記複数のアバランシェフォトダイオードは、１つのマイクロレンズを共有し、
前記複数の画素のうち互いに隣り合う画素の間には、前記第１主面から前記第２主面まで貫通する第１トレンチ構造が配され、
各画素において、前記複数のアバランシェフォトダイオードのうち互いに隣り合うアバランシェフォトダイオードの間には、第２トレンチ構造が配され、
前記第２トレンチ構造は、前記第１主面から前記第１主面と前記第２主面との間の位置まで配され、
前記位置は、前記第２主面から離れていることを特徴とする光電変換装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記複数のアバランシェフォトダイオードのそれぞれは、第１導電型の第１半導体領域と、前記第１導電型とは反対の第２導電型の第２半導体領域と、によって構成されるＰＮ接合面を備え、
前記第１主面から前記位置までの距離が、前記第１主面から前記ＰＮ接合面までの距離よりも長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】
前記互いに隣り合うアバランシェフォトダイオードのうち一方のアバランシェフォトダイオードの前記ＰＮ接合面の中心から前記互いに隣り合うアバランシェフォトダイオードの間に配された前記第２トレンチ構造までの距離をｂ、前記第１主面から前記ＰＮ接合面までの距離をｄ、前記一方のアバランシェフォトダイオードで発せられる光が前記一方のアバランシェフォトダイオードから前記第２トレンチ構造に入射する際の臨界角をＡとしたときに、前記第２トレンチ構造の前記第１主面から前記位置までの距離Ｌが、
Ｌ＞｛（ｂ
２
／ｃｏｓ
２
Ａ）－ｂ
２
｝
１／２
＋ｄ
を満たすことを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記複数のアバランシェフォトダイオードのそれぞれは、第１導電型の第１半導体領域と、前記第１導電型とは反対の第２導電型の第２半導体領域と、のＰＮ接合面を備え、
前記第１主面から前記位置までの距離が、前記第１主面から前記ＰＮ接合面までの距離よりも短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主面と前記第２半導体領域との間に前記第１半導体領域が配され、
前記第１半導体領域は、前記ＰＮ接合面を構成する第１領域と、前記第１領域と前記第１主面との間に配された前記第１領域よりも不純物濃度が高い第２領域と、を含むことを特徴とする請求項４に記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記第１主面から前記ＰＮ接合面までの距離が、前記第２主面から前記ＰＮ接合面までの距離よりも短いことを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記第２トレンチ構造に、誘電体または金属が埋め込ま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】
前記第１トレンチ構造に、誘電体または金属が埋め込ま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９】
各画素に前記複数のアバランシェフォトダイオードとして２つのアバランシェフォトダイオードが配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１０】
各画素に前記複数のアバランシェフォトダイオードとして４つのアバランシェフォトダイオードが配され、
前記４つのアバランシェフォトダイオードは、前記第１主面に対する正射影において、２行２列に並ぶように配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、光電変換装置および機器に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、それぞれの画素にマイクロレンズを共有する複数のフォトダイオードを配し、撮像機能に加えて被写体のデフォーカス量およびデフォーカス方向を検出する像面位相差オートフォーカス機能を備える光電変換装置が示されている。また、特許文献１には、画素間にトレンチ構造を設けることによって入射光のクロストークを抑制することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－０６８７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
微弱な光を検出可能なアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を光電変換装置に用いることが考えられる。ＡＰＤには、アバランシェ増倍を起こすために強い電界が掛かっているため、電界によって加速されエネルギを得た電荷によって、アバランシェ増倍が起きる領域が発光する場合がある。ＡＰＤが発光することによって、画素間にクロストークが生じる可能性がある。
【０００５】
本発明は、ＡＰＤの発光に起因するクロストークの抑制に有利な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る光電変換装置は、第１主面および第２主面を有する半導体層に複数の画素が配された光電変換装置であって、前記複数の画素のそれぞれは、複数のアバランシェフォトダイオードを含み、各画素において、前記複数のアバランシェフォトダイオードは、１つのマイクロレンズを共有し、前記複数の画素のうち互いに隣り合う画素の間には、前記第１主面から前記第２主面まで貫通する第１トレンチ構造が配され、各画素において、前記複数のアバランシェフォトダイオードのうち互いに隣り合うアバランシェフォトダイオードの間には、第２トレンチ構造が配され、前記第２トレンチ構造は、前記第１主面から前記第１主面と前記第２主面との間の位置まで配され、前記位置は、前記第２主面から離れていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ＡＰＤの発光に起因するクロストークの抑制に有利な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本実施形態の光電変換装置の構成例を示す図。
図１の光電変換装置の画素アレイの構成例を示す図。
図１の光電変換装置の構成例を示すブロック図。
図１の光電変換装置の画素の構成例を示す回路図。
図４の画素の動作例を説明する図。
図１の光電変換装置の画素の構成例を示す平面図。
図１の光電変換装置の画素の構成例を示す断面図。
図１の光電変換装置の画素の構成例を示す断面図。
図１の光電変換装置の画素の構成例を示す断面図。
図１の光電変換装置の画素の構成例を示す断面図。
図１の光電変換装置の画素の構成例を示す断面図。
図１の光電変換装置の画素の構成例を示す断面図。
図１の光電変換装置の画素の構成例を示す平面図。
図１の光電変換装置の画素の構成例を示す断面図。
図１の光電変換装置が組み込まれた光電変換システムの構成例を示す図。
図１の光電変換装置が組み込まれた移動体の構成例を示す図。
図１の光電変換装置が組み込まれた医療システムの構成例を示す図。
図１の光電変換装置が組み込まれたウェアラブルデバイスの構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
【００１０】
また、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）が用いられる。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。
（【００１１】以降は省略されています）

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