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公開番号2025038171
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-18
出願番号2024223947,2021008442
出願日2024-12-19,2021-01-22
発明の名称光電変換装置、光検出システム
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H10F 39/18 20250101AFI20250311BHJP()
要約【課題】第1配線と第2配線との関係についての構成や配置位置について検討の余地がある。
【解決手段】光電変換装置は、光入射面を有し、アバランシェフォトダイオードを含む光電変換素子を含む半導体層と、配線構造と、を有し、前記アバランシェフォトダイオードは、第1導電型の第1半導体領域と、第2導電型の第2半導体領域とを有し、前記第2半導体領域には、前記第2導電型の半導体領域を介して駆動電圧が供給されており、前記配線構造は、前記第2導電型の半導体領域に駆動電圧を供給し、前記半導体層に最も近い第1配線と、前記第1配線と同じ配線層に配され、前記第1半導体領域に駆動電圧を供給する第2配線と、を有し、前記第1配線は、開口を有し、平面視で前記第1配線の前記開口に前記第2配線が配されており、前記第1配線の開口は、5つ以上の辺を有する。
【選択図】図17
特許請求の範囲【請求項１】
光入射面を有し、複数の光電変換素子を含む半導体層と、
前記半導体層の前記光入射面とは反対の面の側に配された配線構造と、を有し、
前記複数の光電変換素子のそれぞれは、アバランシェフォトダイオードを含み、
前記アバランシェフォトダイオードは、信号電荷と同じ極性の電荷を多数キャリアとする第１導電型の第１半導体領域と、第２導電型の第２半導体領域とを有し、
前記第２半導体領域には、前記第２導電型の半導体領域を介して駆動電圧が供給されており、
前記配線構造は、前記第２導電型の半導体領域に駆動電圧を供給し、前記半導体層に最も近い第１配線と、前記第１配線と同じ配線層に配され、前記第１半導体領域に駆動電圧を供給する第２配線と、を有し、
前記第１配線は、開口を有し、
平面視で前記第１配線の前記開口に前記第２配線が配されており、
前記第１配線の開口は、５つ以上の辺を有することを特徴とする光電変換装置。
続きを表示（約 770 文字）【請求項２】
前記第１配線の開口の辺の数は、前記第２配線の辺の数と同じ数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３】
平面視で前記第１配線は８つの辺で構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記第２配線と前記第１半導体領域とは第２のコンタクトプラグを介して接続されており、
前記第２のコンタクトプラグは、平面視で前記第１半導体領域の中心に配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】
前記アバランシェ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有する第２半導体層を有し、
前記第２半導体層と、前記半導体層とは積層されてい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】
平面視で、前記第２配線は、前記第１半導体領域の全域を覆うように配される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２配線の主成分は、銅である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】
前記第２配線の主成分は、アルミニウムである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９】
前記複数の光電変換素子の間には、トレンチ分離が配されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１０】
前記トレンチ分離は、前記半導体層を貫通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、光電変換を行う光電変換装置、および光検出システムに関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
複数のＳＰＡＤ（ＳｉｎｇｌｅＰｈｏｔｏｎＡｖａｌａｎｃｈｅＤｉｏｄｅ）画素が平面的に配置されるように形成された画素アレイを含む光電変換装置が知られている。ＳＰＡＤ画素では、半導体領域内のＰＮ接合領域において、単一光子に起因した光電荷がアバランシェ増倍を起こす。
【０００３】
特許文献１には、ＳＰＡＤ画素を有する光電変換装置において、アバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤ）のＮ型拡散層（カソード）に電位を供給する第１配線と、ＡＰＤのＰ型拡散層（アノード）に電位を供給する第２配線と、が開示されている。特許文献１において、第１配線および第２配線は、基板の光入射面とは反対側の面に配されている。そして、第１配線は、アバランシェ増倍領域を覆うように配されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１８－８８４８８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には、第１配線と第２配線との関係についての構成や配置位置について検討の余地がある。例えば、アバランシェフォトダイオードを含む画素の場合は、カソードへの印加電圧とアノードへの印加電圧との差を考慮して、耐圧を確保する必要がある。引用文献１では、耐圧を考慮したカソードに電位を供給する第１のメタル配線とアノードに電位を供給する第２のメタル配線の構成や配置位置などの関係について記載がされていない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一形態に係る光電変換装置は、光入射面を有し、アバランシェフォトダイオードを含む光電変換素子を含む半導体層と、前記半導体層の前記光入射面とは反対の面の側に配された配線構造と、を有し、前記アバランシェフォトダイオードは、信号電荷と同じ極性の電荷を多数キャリアとする第１導電型の第１半導体領域と、第２導電型の第２半導体領域とを有し、前記第２半導体領域には、前記第２導電型の半導体領域を介して駆動電圧が供給されており、前記配線構造は、前記第２導電型の半導体領域に駆動電圧を供給し、前記半導体層に最も近い第１配線と、前記第１配線と同じ配線層に配され、前記第１半導体領域に駆動電圧を供給する第２配線と、を有し、前記第１配線は、開口を有し、平面視で前記第１配線の前記開口に前記第２配線が配されており、前記第１配線の開口は、５つ以上の辺を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ＡＰＤの２つのノードのうちの一方に駆動電圧を供給する第１配線と、他方に駆動電圧を供給する第２配線とにおいて、耐圧を考慮した具体的な構成や配置位置を提供した光電変換装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
光電変換装置の構成を示す図
センサ基板の配置例
回路基板の配置例
光電変換素子の等価回路を含むブロック図
ＡＰＤの動作と出力信号との関係を示す図
実施形態１に係る光電変換装置の概略断面図
実施形態１に係る光電変換装置の概略平面図
実施形態１の他の例に係る光電変換装置の概略平面図
実施形態２に係る光電変換装置の概略断面図
実施形態２に係る光電変換装置の概略平面図
実施形態３に係る光電変換装置の概略断面図
実施形態４に係る光電変換装置の概略断面図
実施形態４の他の例に係る光電変換装置の概略断面図
実施形態５に係る光電変換装置の概略断面図
実施形態６に係る光電変換装置の概略断面図
実施形態７に係る光電変換装置の概略断面図
実施形態７に係る光電変換装置の概略平面図
実施形態８の光検出システムのブロック図
実施形態９の光検出システムのブロック図
実施形態１０の光検出システムのブロック図
実施形態１１の光検出システムのブロック図
実施形態１１の光検出システムのフローチャート
実施形態１２の電子機器の具体例を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
図１乃至図４を用いて、各実施形態における光電変換装置に共通する構成を説明する。光電変換装置はアバランシェフォトダイオードを含むＳＰＡＤ画素を有する。アバランシェフォト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。第１導電型とは、信号電荷と同じ極性の電荷を多数キャリアとする導電型を指す。また、第１導電型と反対の導電型を第２導電型と呼ぶ。以下では、信号電荷が電子であり、第１導電型がＮ型、第２導電型がＰ型である例を説明するが、信号電荷が正孔であり、第１導電型がＰ型、第２導電型がＮ型であってもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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