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公開番号2024166315
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-28
出願番号2024156807,2019212961
出願日2024-09-10,2019-11-26
発明の名称光電変換装置、撮像システム及び移動体
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01L 27/146 20060101AFI20241121BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】レイアウトの自由度が向上された光電変換装置を提供すること。
【解決手段】第1面を有する第1基板と、前記第1基板に配され、各々が、入射光を光電変換することにより信号電荷を生成する第1領域と、前記第1領域から移動した前記信号電荷を受ける第2領域と、を有する、複数のフォトダイオードと、前記第1基板の第1の深さに配され、複数の前記第2領域の間を分離するように第1の方向に延在する第1部分を含む第1の分離領域と、前記第1基板の、前記第1面に対して前記第1の深さよりも深い第2の深さに配され、複数の前記第1領域の間を分離するように前記第1の方向に対して平面視で交差する第2の方向に延在する第2部分を含む第2の分離領域と、を備え、平面視において、前記第1部分の一部と前記第2部分の一部とが互いに重なる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１面を有する第１基板と、
前記第１基板に配され、各々が、入射光を光電変換することにより信号電荷を生成する第１領域と、前記第１領域から移動した前記信号電荷を受ける第２領域と、を有する、複数のフォトダイオードと、
前記第１基板の第１の深さに配され、複数の前記第２領域の間を分離するように第１の方向に延在する第１部分を含む第１の分離領域と、
前記第１基板の、前記第１面に対して前記第１の深さよりも深い第２の深さに配され、複数の前記第１領域の間を分離するように前記第１の方向に対して平面視で交差する第２の方向に延在する第２部分を含む第２の分離領域と、
を備え、
平面視において、前記第１部分の一部と前記第２部分の一部とが互いに重なる
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】
前記第１領域と前記第２領域との間の一部を分離する第３の分離領域を更に備える
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】
前記複数のフォトダイオードのうちの２以上のフォトダイオードに対応して配されたマイクロレンズを更に備える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記第１基板は、前記第１面に対向する第２面を更に有し、
前記入射光は、前記第２面の側から入射される
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記複数のフォトダイオードのうちの少なくとも２つのフォトダイオードについて、前記第１領域の面積は互いに異なる
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記少なくとも２つのフォトダイオードは、第１の色の前記入射光に対して感度を有する第１のフォトダイオードと、前記第１の色とは異なる第２の色の前記入射光に対して感度を有する第２のフォトダイオードと、を含む
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記第１面に接合された第２基板を更に備え、
前記第２基板は、前記複数のフォトダイオードから出力される信号を処理する信号処理回路を含む
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項８】
前記複数のフォトダイオードの各々は、アバランシェダイオードであり、
前記第２領域は、前記信号電荷によりアバランシェ増倍が生じるアバランシェ領域である、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項９】
前記複数のフォトダイオードの各々は、第１のバイアス電圧が印加され、前記アバランシェ増倍が生じない状態に制御されることにより、前記信号電荷を前記第１領域に蓄積する蓄積モードと、前記第１のバイアス電圧とは異なる第２のバイアス電圧が印加され、前記アバランシェ増倍が生じる状態に制御されることにより、前記第１領域に蓄積された前記信号電荷を読み出す読み出しモードと、により動作可能である
ことを特徴とする請求項８に記載の光電変換装置。
【請求項１０】
前記複数のフォトダイオードは、複数の行及び複数の列をなして行列状に配されており、
前記第１部分は、前記行及び前記列のいずれとも異なる方向に延在する
ことを特徴とする請求項８又は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、撮像システム及び移動体に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
アバランシェ（電子なだれ）増倍を利用することにより、単一光子レベルの微弱光を検出することが可能なアバランシェダイオードが知られている。特許文献１には、１つの画素に複数のアバランシェダイオードが配されている構成の撮像装置が開示されている。
【０００３】
また、像面位相差オートフォーカスのために、各画素に複数の光電変換部を有するイメージセンサが知られている。このようなイメージセンサにおいては、被写体がストライプ模様等の視差が表れにくいものである場合に、オートフォーカスの精度が低下することがある。特許文献２には、焦点検出画素の配置方向を２種類にすることで焦点検出精度を向上させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１８－１５７３８７号公報
特開２０１１―５３５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１又は特許文献２に記載されているようなフォトダイオードを用いた光電変換装置において、フォトダイオードが構成される半導体基板の厚さ方向の位置に応じて求められる機能が異なる場合がある。しかしながら、特許文献１及び特許文献２のいずれにおいても、基板の厚さ方向の位置と機能の関係に着目した検討はなされていない。
【０００６】
本発明は、フォトダイオードの構造を基板の厚さ方向の位置を考慮して適正化し得る光電変換装置、撮像システム及び移動体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】
【０００７】
本発明の一観点によれば、第１面を有する第１基板と、前記第１基板に配され、各々が、入射光を光電変換することにより信号電荷を生成する第１領域と、前記第１領域から移動した前記信号電荷を受ける第２領域と、を有する、複数のフォトダイオードと、前記第１基板の第１の深さに配され、複数の前記第２領域の間を分離するように第１の方向に延在する第１部分を含む第１の分離領域と、前記第１基板の、前記第１面に対して前記第１の深さよりも深い第２の深さに配され、複数の前記第１領域の間を分離するように前記第１の方向に対して平面視で交差する第２の方向に延在する第２部分を含む第２の分離領域と、を備え、平面視において、前記第１部分の一部と前記第２部分の一部とが互いに重なることを特徴とする光電変換装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、フォトダイオードの構造を基板の厚さ方向の位置を考慮して適正化し得る光電変換装置、撮像システム及び移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
第１実施形態に係るアバランシェダイオードの断面模式図である。
第１実施形態に係るアバランシェダイオードの平面模式図である。
第１実施形態に係るアバランシェダイオードのポテンシャル図である。
画素配列の例を示す平面模式図である。
分離部を重ねて示した平面模式図である。
第２実施形態に係る光電変換装置のブロック図である。
第２実施形態に係る画素のブロック図である。
第２実施形態に係るアバランシェダイオードの平面模式図及び断面模式図である。
分離部を重ねて示した平面模式図である。
第３実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。
第４実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。
第５実施形態に係る光電変換装置のブロック図である。
第５実施形態に係る画素の等価回路図である。
第５実施形態に係るフォトダイオードの平面模式図である。
第５実施形態に係るフォトダイオードの断面模式図である。
第５実施形態に係るフォトダイオードの断面模式図である。
第５実施形態に係るフォトダイオードの断面模式図である。
第５実施形態に係る画素の平面模式図である。
第５実施形態に係る半導体領域の配置の第１の例を示す模式図である。
第５実施形態に係る半導体領域の配置を第２の例を示す模式図である。
第５実施形態に係る画素の配置例を示す平面模式図である。
第６実施形態に係る画素の平面模式図である。
第６実施形態に係る画素の配置例を示す平面模式図である。
第６実施形態の変形例に係る画素の平面模式図である。
第７実施形態に係る画素の平面模式図である。
第７実施形態の変形例に係る画素の平面模式図である。
第８実施形態に係るアバランシェダイオードの断面模式図である。
第８実施形態に係るアバランシェダイオードの斜視模式図である。
第９実施形態に係るフォトダイオードの平面模式図である。
第９実施形態に係るフォトダイオードの断面模式図である。
第１０実施形態に係るフォトダイオードの平面模式図である。
第１０実施形態に係るフォトダイオードの断面模式図である。
第１０実施形態に係るフォトダイオードの斜視模式図である。
第１０実施形態に係る画素の平面模式図である。
第１１実施形態に係る半導体領域の配置を示す平面模式図である。
第１１実施形態に係るフォトダイオードの断面模式図である。
第１１実施形態に係るフォトダイオードの斜視模式図である。
第１２実施形態に係る画素の配置例を示す平面模式図である。
第１３実施形態に係る撮像システムのブロック図である。
第１４実施形態に係る撮像システム及び移動体のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１実施形態］
第１実施形態に係る光電変換装置について説明する。本実施形態の光電変換装置は、一例として、画像を撮影するための撮像装置であるものとする。本実施形態の光電変換装置は、１又は複数の画素を有しており、各画素は、１又は複数のアバランシェダイオードを含む。アバランシェダイオードで生じる電荷対のうち信号電荷として用いられる電荷の導電型を第１導電型と呼ぶ。また、第１導電型と反対の導電型を第２導電型と呼ぶ。
（【００１１】以降は省略されています）

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