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公開番号2025017394
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2023120374
出願日2023-07-25
発明の名称光検出装置
出願人ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H10F 39/18 20250101AFI20250130BHJP()
要約【課題】性能の向上を可能とする光検出装置を提供する。
【解決手段】光検出装置は、光が入射する第1面と、第1面の反対側に位置する第2面とを有する半導体基板と、半導体基板に設けられた複数のセンサ画素と、を備える。複数のセンサ画素は第1画素を含む。第1画素は、第1面に設けられた第1凹凸部と、第1面から入射した光を光電変換して電荷を生成可能な第1光電変換部と、を有する。第1凹凸部は、第1面の法線方向からの平面視で第1方向に延設されている。第1凹凸部を第1方向と直交する平面で切断した断面を第1断面とすると、第1断面は、左右の側面が対称ではない非対称構造を有する。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
光が入射する第１面と、前記第１面の反対側に位置する第２面とを有する半導体基板と、
前記半導体基板に設けられた複数のセンサ画素と、を備え、
前記複数のセンサ画素は第１画素を含み、
前記第１画素は、
前記第１面に設けられた第１凹凸部と、
前記第１面から入射した光を光電変換して電荷を生成可能な第１光電変換部と、を有し、
前記第１凹凸部は、前記第１面の法線方向からの平面視で第１方向に延設されており、
前記第１凹凸部を前記第１方向と直交する平面で切断した断面を第１断面とすると、
前記第１断面は、左右の側面が対称ではない非対称構造を有する、光検出装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記第１凹凸部の左右の側面は、前記半導体基板の前記第１面から前記第２面に至る厚さ方向に対してそれぞれ傾斜している、請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
前記第１画素は前記第１凹凸部を複数有し、
前記複数の第１凹凸部は、前記平面視で前記第１方向と交差する第２方向に並んでいる、請求項１に記載の光検出装置。
【請求項４】
前記半導体基板に設けられ、前記複数のセンサ画素のうちの隣り合う一方の画素と他方の画素との間を分離する画素間分離部をさらに備え、
前記第１画素は、
前記第１光電変換部を挟んで前記第１面の反対側に設けられ、前記第１光電変換部から転送される電荷を保持可能な第１電荷保持部と、
前記第１面と前記第１電荷保持部との間に設けられ、前記画素間分離部から前記第１画素の中心部に向けて延設された第１遮光部と、をさらに有する請求項１に記載の光検出装置。
【請求項５】
前記第１画素は、
前記第１光電変換部を挟んで前記第１面の反対側に設けられ、前記第１光電変換部で生成された電荷を転送する第１転送トランジスタと、
前記第１面と前記第１転送トランジスタとの間に設けられ、前記画素間分離部から前記第１画素の中心部に向けて延設された第２遮光部と、をさらに有し、
前記第１遮光部よりも前記第２遮光部の方が前記第１面の近くに位置する、請求項４に記載の光検出装置。
【請求項６】
前記第１遮光部の前記中心部側の端部と前記第２遮光部の前記中心部側の端部は、前記半導体基板の前記第１面から前記第２面に至る厚さ方向で互いに重なる位置に配置されている、請求項５に記載の光検出装置。
【請求項７】
前記第１凹凸部の左右の側面のうち、一方を第１側面とするとともに、他方を第２側面とすると、
前記半導体基板の前記第１面から前記第２面に至る厚さ方向に対して、前記第１側面は前記第２側面よりも傾斜が大きく、
前記平面視で前記第１側面は前記第２側面よりも面積が大きく、
前記第１側面に入射して屈折する光の光路上に前記第２遮光部が位置する、請求項６に記載の光検出装置。
【請求項８】
前記半導体基板に設けられ、前記複数のセンサ画素のうちの隣り合う一方の画素と他方の画素との間を分離する画素間分離部をさらに備え、
前記複数のセンサ画素は、
前記画素間分離部を介して前記第１画素に隣接して配置され、前記第１画素とは異なる色の光が前記第１面に入射する第２画素、をさらに含み、
前記第２画素は、
前記第１面に設けられた第２凹凸部と、
前記第１面から入射した光を光電変換して電荷を生成可能な第２光電変換部と、を有し、
前記第２凹凸部は、前記平面視で前記第１方向に延設されており、
前記第２凹凸部を前記第１方向と直交する前記平面で切断した断面を第２断面とすると、
前記第２断面は、左右の側面が対称ではない非対称構造を有する、請求項１に記載の光検出装置。
【請求項９】
前記第１断面と前記第２断面は形状が互いに異なる、請求項８に記載の光検出装置。
【請求項１０】
前記第２凹凸部の左右の側面は、前記半導体基板の前記第１面から前記第２面に至る厚さ方向に対してそれぞれ傾斜している、請求項８に記載の光検出装置。
（【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】
本開示は、光検出装置に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
裏面照射型ＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等の撮像装置において、半導体基板の入射面に凹凸構造（例えば、モスアイ構造）が設けられる場合がある（特許文献１参照）。凹凸構造により、例えば、入射光が傾くことで光路長を伸ばすことでき、光電変換効率Ｑｅ（ＱｕａｎｔｕｍＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を向上させることができる場合がある。
【０００３】
また、光入射方向においてフォトダイオードとメモリとが積層され、フォトダイオードとメモリとの間に遮光膜が配置された構造を有する撮像装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
国際公開第２０１７／１２６３２９号
国際公開第２０２１／１１７６４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
入射光がフォトダイオードを透過して意図しない領域（例えば、メモリ）に入射すると、この意図しない領域で光電変換が生じ、非意図的な電荷信号が生成される可能性がある。この非意図的な電荷信号が原因で、撮像装置の性能が低下する可能性がある。
【０００６】
本開示はこのような事情に鑑みてなされたもので、性能の低下を抑制することが可能な光検出装置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】
本開示の一態様に係る光検出装置は、光が入射する第１面と、前記第１面の反対側に位置する第２面とを有する半導体基板と、前記半導体基板に設けられた複数のセンサ画素と、を備える。前記複数のセンサ画素は第１画素を含む。前記第１画素は、前記第１面に設けられた第１凹凸部と、前記第１面から入射した光を光電変換して電荷を生成可能な第１光電変換部と、を有する。前記第１凹凸部は、前記第１面の法線方向からの平面視で第１方向に延設されている。前記第１凹凸部を前記第１方向と直交する平面で切断した断面を第１断面とすると、前記第１断面は、左右の側面が対称ではない非対称構造を有する。
【０００８】
これによれば、第１凹凸部に入射した光（入射光）を屈折させて、第１面に対して斜めに進行させることができる。これにより、第１光電変換部における光路長を伸ばすことができるので、光電変換効率Ｑｅを向上させることができる。また、凹凸部が非対称構造を有することにより、入射光の半導体基板内での進行方向を特定の方向に向けることが容易となり、入射光が意図しない領域に入射することを抑制することができる。これにより、非意図的な信号電荷の発生を抑制することができるので、ＰＬＳ（ＰａｒａｓｔｉｃＬｉｇｈｔＳｅｎｓｉｔｉｂｉｔｙ）を低減することが可能となる。これにより、光検出装置の性能の低下を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、本開示の実施形態に係る撮像装置の機能の構成例を示すブロック図である。
図２は読み出し回路の構成例を示す等価回路図である。
図３では、Ｘ方向に２画素、Ｙ方向に４画素の画素領域の平面レイアウトを示している。
図４は、本開示の実施形態に係る撮像装置の断面構成例１を示す図である。
図５は、本開示の実施形態に係る撮像装置の断面構成例２を示す図である。
図６は、本開示の実施形態に係る撮像装置に好適な、凹凸部の形成方法を工程順に示す断面図である。
図７Ａは、Ｓｉ（１１１）基板のアルカリウェットエッチの異方性を模式的に示す平面図である。
図７Ｂは、Ｓｉ（１１１）基板のアルカリウェットエッチの異方性を模式的に示す平面図である。
図８は、凹凸部の凸部の断面形状の例を示す図である。
図９は、Ｓｉ（１１１）基板に形成されるトレンチ及び凹凸部のレイアウト例（その１）を示す図である。
図１０は、Ｓｉ（１１１）基板に形成されるトレンチ及び凹凸部のレイアウト例（その２）を示す図である
図１１は、Ｓｉ（１１１）基板に形成されるトレンチ及び凹凸部のレイアウト例（その３）を示す図である。
図１２は、Ｓｉ（１１１）基板に形成されるトレンチ及び凹凸部のレイアウト例（最小単位）のバリエーションを示す平面図（その１）である。
図１３は、Ｓｉ（１１１）基板に形成されるトレンチ及び凹凸部のレイアウト例（最小単位）のバリエーションを示す平面図（その２）である。
図１４は、Ｓｉ（１１１）基板に形成されるトレンチ及び凹凸部のレイアウト例（最小単位）のバリエーションを示す平面図（その３）である。
図１５は、本開示の実施形態に係るカラーフィルタの構成例を示す平面図である。
図１６は、本開示の実施形態に係る凹凸部の混在配置の例を示す平面図である。
図１７は、本開示の実施形態の変形例に係る撮像装置の構成を示す断面図である。
図１８は、本開示の実施形態の変形例に係る撮像装置の構成を示す断面図である。
図１９は、本開示の実施形態の変形例に係る撮像装置の構成を示す断面図である。
図２０は、本開示の実施形態の変形例に係る撮像装置の構成を示す断面図である。
図２１は、本開示の実施形態の変形例に係る撮像装置の構成を示す断面図である。
図２２は、本開示の実施形態の変形例に係る撮像装置の構成を示す断面図である。
図２３は、本開示の実施形態の変形例に係る撮像装置の構成を示す断面図である。
図２４は、本開示の実施形態の変形例に係る撮像装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下において、図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
（【００１１】以降は省略されています）

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