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公開番号2025136024
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-19
出願番号2024034179
出願日2024-03-06
発明の名称光電変換装置、光電変換システム、移動体および機器
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H10F 39/12 20250101AFI20250911BHJP()
要約【課題】光電変換装置の性能向上に有利な技術を提供する。
【解決手段】複数のアバランシェフォトダイオード(APD)が配されたAPDアレイを備える第1半導体層と、前記複数のAPDのそれぞれのための複数の第1画素回路を備える第2半導体層と、前記複数の第1画素回路のそれぞれのための複数の第2画素回路を備える第3半導体層と、前記複数の第2画素回路から出力される信号を処理するための処理回路を備える第4半導体層と、が積層された裏面照射型の光電変換装置であって、前記第1半導体層と前記第4半導体層との間に、前記第2半導体層が配され、前記第2半導体層と前記第4半導体層との間に、前記第3半導体層が配され、前記第3半導体層を貫通する貫通ビアが、前記APDアレイに重ならない領域に配されている。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
複数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）が配されたＡＰＤアレイを備える第１半導体層と、前記複数のＡＰＤのそれぞれのための複数の第１画素回路を備える第２半導体層と、前記複数の第１画素回路のそれぞれのための複数の第２画素回路を備える第３半導体層と、前記複数の第２画素回路から出力される信号を処理するための処理回路を備える第４半導体層と、が積層された裏面照射型の光電変換装置であって、
前記第１半導体層と前記第４半導体層との間に、前記第２半導体層が配され、
前記第２半導体層と前記第４半導体層との間に、前記第３半導体層が配され、
前記第３半導体層を貫通する貫通ビアが、前記ＡＰＤアレイに重ならない領域に配されていることを特徴とする光電変換装置。
続きを表示（約 880 文字）【請求項２】
前記複数の第２画素回路は、前記第３半導体層の前記第２半導体層の側の面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３】
前記複数の第１画素回路は、前記複数のＡＰＤのそれぞれのＡＰＤに１つの第１画素回路が対応して配される、または、前記複数のＡＰＤのうち所定の数のＡＰＤによって構成される１つのグループに１つの第１画素回路が対応して配され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４】
前記処理回路は、前記第４半導体層の前記第３半導体層の側の面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５】
前記第４半導体層に、前記複数の第２画素回路から出力される信号を記憶するメモリ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６】
前記メモリは、前記複数の第２画素回路から出力される信号、または、前記複数の第２画素回路から出力される信号を処理した信号を記憶する第１メモリおよび第２メモリを含み、
前記第１メモリと前記第２メモリとの間に前記処理回路が配されていることを特徴とする請求項５に記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記第３半導体層と前記第４半導体層とに共通の電位を供給するための１つのパッド電極を備え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】
前記共通の電位がグランド電位であることを特徴とする請求項７に記載の光電変換装置。
【請求項９】
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に、前記第１半導体層に設けられた開口部を介して露出する、前記複数のＡＰＤに接続されたパッド電極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】
前記第２半導体層は、前記第３半導体層よりも薄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、光電変換システム、移動体および機器に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
単一光子レベルの光を検出可能なアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）が知られている。特許文献１には、ＡＰＤを含む複数の画素を有する第１基板と、複数の画素に対応して設けられた複数の画素回路を有する第２基板と、複数の画素回路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３基板と、が積層された光電変換装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－１１３１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光電変換装置において、さらなる多画素化や集積化、高機能化が求められている。
【０００５】
本発明は、光電変換装置の性能向上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素子は、複数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）が配されたＡＰＤアレイを備える第１半導体層と、前記複数のＡＰＤのそれぞれのための複数の第１画素回路を備える第２半導体層と、前記複数の第１画素回路のそれぞれのための複数の第２画素回路を備える第３半導体層と、前記複数の第２画素回路から出力される信号を処理するための処理回路を備える第４半導体層と、が積層された裏面照射型の光電変換装置であって、前記第１半導体層と前記第４半導体層との間に、前記第２半導体層が配され、前記第２半導体層と前記第４半導体層との間に、前記第３半導体層が配され、前記第３半導体層を貫通する貫通ビアが、前記ＡＰＤアレイに重ならない領域に配さ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、光電変換装置の性能向上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の光電変換装置の各半導体層の構成例を示す図。
図１の光電変換装置の画素の構成例を示す回路図。
図１の光電変換装置の画素の動作例を説明する図。
図１の光電変換装置の積層構造の選択を説明する図。
図１の光電変換装置の構成例を示す断面図。
図６の光電変換装置の製造工程例を示す図。
図１の光電変換装置の構成例を示す断面図。
図８の光電変換装置の製造工程例を示す断面図。
図１の光電変換装置の構成例を示す断面図。
図１の光電変換装置の構成例を示す断面図。
本実施形態の光電変換装置を用いた光電変換システムを示す図。
本実施形態の光電変換装置を用いた光電変換システムを示す図。
本実施形態の光電変換装置を用いた光電変換システムを示す図。
本実施形態の光電変換装置を用いた光電変換システムを示す図。
本実施形態の光電変換装置を用いた光電変換システムを示す図。
【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】
まず、図１～図１１を用いて、本開示の実施形態による光電変換装置について説明する。図１は、本実施形態の光電変換装置１００の構成例を示す図である。
（【００１１】以降は省略されています）

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