(57)【要約】【課題】  長波長の光に対する感度を向上させながら、クロストークを低減することができる光電変換装置を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明に係る光電変換装置の１つの側面は、第１導電型の第１半導体領域と、第１導電型の第２半導体領域と、第１導電型の第３半導体領域と、第３半導体領域よりも基板の第１面から離れた位置に配された第２導電型の第４半導体領域と、第１半導体領域と第２半導体領域との間に配された第１分離部と、第１半導体領域および第２半導体領域に共通に設けられたマイクロレンズと、を備え、第１分離部と第４半導体領域との間には第２導電型の第５半導体領域が配され、第３半導体領域は第４半導体領域と第５半導体領域との間に配されている。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と前記第１面に対向する第２面を有する基板に配された、信号電荷と同じ第１極性のキャリアを多数キャリアとする第１導電型の第１半導体領域と、
前記第１半導体領域に隣り合って配された前記第１導電型の第２半導体領域と、
前記基板の第１面から前記第１半導体領域および前記第２半導体領域よりも離れた位置に配され、前記第１半導体領域および前記第２半導体領域よりも不純物濃度の低い前記第１導電型の第３半導体領域と、
前記第３半導体領域よりも前記第１面から離れた位置に配され、第２極性のキャリアを多数キャリアとする第２導電型の第４半導体領域と、
前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との間に配された第１分離部と、
前記第１半導体領域および前記第２半導体領域に共通に設けられたマイクロレンズと、を備え、
前記第１半導体領域および前記第２半導体領域よりも前記第１面から離れた位置であって、前記第１分離部と前記第４半導体領域との間には、前記第２導電型の第５半導体領域が配され、
前記第３半導体領域は、前記第４半導体領域と前記第５半導体領域との間に配され、前記第１半導体領域と前記第４半導体領域の間から前記第２半導体領域と前記第４半導体領域の間まで連続して配されていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
平面視において、第１の前記マイクロレンズに重なるように配された前記第１半導体領域および前記第２半導体領域を有する第１光電変換ユニットと、第２の前記マイクロレンズに重なるように配された前記第１半導体領域および前記第２半導体領域を有する第２光電変換ユニットと、
平面視において、前記第１の光電変換ユニットと前記第２の光電変換ユニットとの間に配され、前記第１光電変換ユニットに含まれる前記第１半導体領域および前記第２半導体領域の少なくとも一方からの電荷が転送される浮遊拡散領域と、
前記第１光電変換ユニットと前記第２光電変換ユニットとの間に配され、前記第１光電変換ユニットと前記第２光電変換ユニットとを分離する第２分離部と、を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】
前記第２分離部は、前記第２導電型の第６半導体領域である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】
平面視において、前記第５半導体領域は、前記第１分離部に重なる領域から前記第６半導体領域に接するまで連続して配されていることを特徴とする請求項３に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記第６半導体領域は、第１の不純物濃度のピークと、前記第１の不純物濃度のピークよりも前記第１面から離れた位置に配された第２の不純物濃度のピークとを有し、
前記第５半導体領域の不純物濃度のピークは、前記第１の不純物濃度のピークよりも前記第１面から離れた位置であって、且つ、前記第２の不純物濃度のピークよりも前記第１面に近い位置に配されていることを特徴とする請求項３又４に記載の光電変換装置。
【請求項６】
平面視において、前記第５半導体領域は前記浮遊拡散領域に重なることを特徴とする請求項２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光電変換ユニットに含まれる前記第１半導体領域および前記第２半導体領域に蓄積された電荷が転送される前記浮遊拡散領域と、前記第２光電変換ユニットに含まれる前記第１半導体領域および前記第２半導体領域に蓄積された電荷が転送される前記浮遊拡散領域とは、同じであることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項８】
平面視において、前記第１分離部は、前記浮遊拡散領域と重ならないように配されることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項９】
平面視において、前記第４半導体領域は、前記第１光電変換ユニットと前記第２光電変換ユニットとにより共有されることを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１０】
前記第１分離部は、前記第２導電型の半導体領域であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１１】
前記第１半導体領域と前記第３半導体領域の接合部よりも前記第１面から離れた位置であって、前記第１分離部と前記第５半導体領域との間には前記第３半導体領域が配されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１２】
平面視において、前記第１分離部の長手方向に対して垂直な方向における前記第１分離部の幅は、前記垂直な方向における前記第５半導体領域の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１３】
前記第５半導体領域は、前記第１面から前記第２面に向かって前記第１面から前記第４半導体領域の前記第１面の側の面までの領域を第１部分、第２部分、第３部分に等分した場合に、第２部分に位置することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１４】
前記第１半導体領域と前記第３半導体領域との間、および前記第２半導体領域と前記第３半導体領域との間には、前記第２導電型の第７半導体領域が配されていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１５】
前記第１半導体領域および前記第２半導体領域は、前記第３半導体領域および前記第７半導体領域と接していることを特徴とする請求項１４に記載の光電変換装置。
【請求項１６】
平面視において、前記第７半導体領域は、前記第１半導体領域、前記第１分離部、前記第２半導体領域に重なるように連続的に配されていることを特徴とする請求項１４に記載の光電変換装置。
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置から出力される信号を処理する信号処理部と、を有することを特徴とする光電変換システム。
【請求項１７】
移動体であって、
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置からの信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と、を有することを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、１つの画素内に複数の光電変換部を有する光電変換装置が知られている。
【０００３】
特許文献１には、平面視において１つのマイクロレンズに重なって配された複数の光電変換部を備える光電変換装置が開示されている。複数の光電変換部のそれぞれはＮ型半導体領域を含む。各光電変換部のＮ型半導体領域の下には、感度領域として不純物濃度の低いＰ型半導体領域（ウェル領域）が配されており、ウェル領域の下には半導体基板が配されている。一方のＮ型半導体領域の下に位置するウェル領域と他方のＮ型半導体領域の下に位置するウェル領域とは、ウェル領域よりも高濃度のＰ型半導体領域からなる分離領域により分断されている。分離領域により、一方のウェル領域で生じた電荷が他方のＮ型半導体領域へ移動することを低減している。このように、一方のウェル領域で生じた電荷が他方のＮ型半導体領域に移動することを以下ではクロストークという。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−４５８７３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では、分離領域は、クロストークを防ぐために、Ｎ型半導体領域よりも深い位置から半導体基板の上面まで連続的に配されている。分離領域が連続的に配されているこの場合は、感度領域が減少することになるため、長波長の光に対する感度が低下する。
【０００６】
本発明は、長波長の光に対する感度を向上させながら、クロストークを低減できる光電変換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】
本発明に係る光電変換装置の１つの側面は、第１面と前記第１面に対向する第２面を有する基板に配された、信号電荷と同じ第１極性のキャリアを多数キャリアとする第１導電型の第１半導体領域と、前記第１半導体領域に隣り合って配された前記第１導電型の第２半導体領域と、前記基板の第１面から前記第１半導体領域および前記第２半導体領域よりも離れた位置に配され、前記第１半導体領域および前記第２半導体領域よりも不純物濃度の低い前記第１導電型の第３半導体領域と、前記第３半導体領域よりも前記第１面から離れた位置に配され、第２極性のキャリアを多数キャリアとする第２導電型の第４半導体領域と、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との間に配された第１分離部と、前記第１半導体領域および前記第２半導体領域に共通に設けられたマイクロレンズと、を備え、前記第１半導体領域および前記第２半導体領域よりも前記第１面から離れた位置であって、前記第１分離部と前記第４半導体領域との間には、前記第２導電型の第５半導体領域が配され、前記第３半導体領域は、前記第４半導体領域と前記第５半導体領域との間に配され、前記第１半導体領域と前記第４半導体領域の間から前記第２半導体領域と前記第４半導体領域の間まで連続して配されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、長波長の光に対する感度を向上させながら、クロストークを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のいくつかの実施形態に係る光電変換装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のいくつかの実施形態に係る光電変換装置の画素の構成を示す等価回路図である。
【図３】第１実施形態に係る光電変換装置の画素の構造を模式的に示す平面図である。
【図４】第１実施形態に係る光電変換装置の画素の構造を模式的に示す第１の断面図である。
【図５】第１実施形態に係る光電変換装置の画素の構造を模式的に示す第２の断面図である。
【図６】第２実施形態に係る光電変換装置の画素の構造を模式的に示す平面図である。
【図７】第２実施形態に係る光電変換装置の画素の構造を模式的に示す第１の断面図である。
【図８】第２実施形態に係る光電変換装置の画素の構造を模式的に示す第２の断面図である。
【図９】第３実施形態に係る光電変換装置の画素の構造を模式的に示す平面図である。
【図１０】第４実施形態に係る光電変換装置の画素の構造を模式的に示す平面図である。
【図１１】第５の実施形態の光電変換システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１２】第６の実施形態の光電変換システム及び移動体の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。なお、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。
【００１１】
以下の説明において信号キャリア（信号電荷）は電子とする。第１極性のキャリアを多数キャリアとする第１導電型の半導体領域はＮ型半導体領域であり、第２極性のキャリアを多数キャリアとする第２導電型の半導体領域はＰ型半導体領域である。なお、信号キャリアを正孔としても本発明は成り立つ。この場合は、第１導電型の半導体領域をＰ型半導体領域とし、第２導電型の半導体領域をＮ型半導体領域としても本発明は成り立つ。
【００１２】
以下の説明において、同様の機能を持つ素子や回路について同じ符号を付し、末尾に異なるアルファベットの添字を加えて区別していることがある。両者を区別して説明する必要が無い場合には、ａ，ｂ等の添字を省略して共通部分を説明する。
【００１３】
図１は、本発明のいくつかの実施形態に係る光電変換装置の構成を示すブロック図である。光電変換装置は、画素領域１０と、垂直走査回路２０と、読み出し回路３０と、水平走査回路４０と、制御回路５０と、出力回路６０と、を備える。
【００１４】
画素領域１０には、複数の画素１２が、複数行及び複数列に渡って２次元状に配されている。
【００１５】
垂直走査回路２０は、画素１２から信号を読み出す際に画素１２内の読み出し回路を駆動するための制御信号を、各行に設けられた制御信号線１４を介して画素１２に供給する回路部である。制御信号線１４は、行方向に並ぶ複数の画素１２のそれぞれに接続され、これらの画素１２の共通の信号線となっている。画素１２から読み出された信号は、各列に設けられた出力線１６を介して読み出し回路３０に入力される。出力線１６は、列方向に並ぶ複数の画素１２のそれぞれに接続され、これらの画素１２の共通の信号線となっている。
【００１６】
読み出し回路３０は、画素１２から読み出された信号に対して、例えば、増幅処理や加算処理等の信号処理を実施する回路部である。読み出し回路３０は、例えば、差動増幅回路、サンプルホールド回路、ＡＤ変換回路などを更に含んでいてもよい。
【００１７】
水平走査回路４０は、読み出し回路３０において処理された信号を列毎に順次、出力回路６０に転送するための制御信号を、読み出し回路３０に供給する回路である。
【００１８】
制御回路５０は、垂直走査回路２０、読み出し回路３０及び水平走査回路４０の動作やそのタイミングを制御する制御信号を供給するための回路部である。
【００１９】
出力回路６０は、バッファアンプ、差動増幅器などから構成され、読み出し回路３０から読み出された画素信号を光電変換装置の外部の信号処理部に出力するための回路部である。
【００２０】
なお、本明細書において、画素領域１０以外の領域、すなわち、垂直走査回路２０、読み出し回路３０、水平走査回路４０、制御回路５０、出力回路６０が設けられた領域は、周辺回路領域と称することがある。
【００２１】
図２に、画素１２の構成を示す等価回路図を示す。画素１２は、光電変換領域ＰＤａ、ＰＤｂ、転送トランジスタＴＸ１、ＴＸｂ、リセットトランジスタＲＥＳ、増幅トランジスタＳＦ、選択トランジスタＳＥＬを有して構成される。詳細は後述するが、１つの画素１２に含まれる複数の光電変換領域ＰＤａ、ＰＤｂは、１つのマイクロレンズを通過した光が入射する光電変換領域である。
【００２２】
転送トランジスタＴＸａ、ＴＸｂ、リセットトランジスタＲＥＳ、選択トランジスタＳＥＬは、それぞれ、垂直走査回路から出力される制御信号により制御される。これらのトランジスタとしては、例えばＭＯＳトランジスタが用いられる。
【００２３】
一対の光電変換領域ＰＤａ、ＰＤｂは、入射光をそれぞれ光電変換する。転送トランジスタＴＸａ、ＴＸｂは、それぞれ光電変換領域ＰＤａ、ＰＤｂに生じた信号電荷を入力ノードへ転送する。ここで、入力ノードとは、転送トランジスタＴＸａ、ＴＸｂのドレイン端子、リセットトランジスタＲＥＳのソース端子、増幅トランジスタＳＦのゲート端子の３つの端子の接続点に形成された浮遊拡散領域ＦＤのことである。浮遊拡散領域ＦＤは、光電変換領域ＰＤａ、ＰＤｂから転送された信号電荷を保持する。
【００２４】
なお、図２では、光電変換領域ＰＤａ、ＰＤｂに生じた信号電荷が、共通の浮遊拡散領域ＦＤに転送される構成としたが、光電変換領域ＰＤａ、ＰＤｂに生じた信号電荷を、それぞれ異なる浮遊拡散領域に転送する構成とすることも可能である。
【００２５】
増幅トランジスタＳＦは、定電流源１８と共にソースフォロア回路を構成し、浮遊拡散領域ＦＤに保持された信号電荷量に基づく画素信号を出力する。選択トランジスタＳＥＬは、制御信号により選択された画素１２を、出力線１６に接続する。この結果、選択された画素１２の浮遊拡散領域ＦＤに保持された信号電荷量に基づく画素信号が、出力線１６に出力される。リセットトランジスタＲＥＳは電圧Ｖｄｄに接続され、浮遊拡散領域ＦＤに保持された信号電荷をリセットする。
【００２６】
画素１２から得られる信号により焦点検出を行うことができる。焦点検出を行う場合は、光電変換領域ＰＤａで生成された信号電荷に基づく第１の信号と、光電変換領域ＰＤｂで生成された信号電荷に基づく第２の信号とをそれぞれ出力する。第１の信号と第２の信号とのデフォーカス量を算出することにより、位相差方式の焦点検出を行うことが可能となる。
【００２７】
画素１２から画像を生成するための画素信号を出力する場合は、光電変換領域ＰＤａで生成された信号電荷と光電変換領域ＰＤｂで生成された信号電荷とを足し合わせて、合計の信号電荷に基づく信号を出力する。
【００２８】
（第１実施形態）
図３から図５を参照しながら第１実施形態に係る光電変換装置の画素の構造について説明する。図３は、本実施形態に係る光電変換装置の１つの画素の構造を模式的に示す平面図である。図４は、図３のＡ−Ａ’線における断面図であり、図５は、図３のＢ−Ｂ’線における断面図である。
【００２９】
光電変換装置は複数のマイクロレンズを含み、１つの画素１２に対して１つのマイクロレンズ１０２が設けられている。以下では、１つの画素１２に含まれる複数の光電変換領域ＰＤａ、ＰＤｂをまとめて光電変換ユニットと称する。
【００３０】
図３に示す画素１２は、活性領域１１２を分離領域１１４により画定される。分離領域１１４は、例えば絶縁体により構成される。活性領域１１２には、光電変換領域ＰＤａ、ＰＤｂ、浮遊拡散領域ＦＤを構成するＮ型半導体領域１２０が配されている。また、平面視において、光電変換領域ＰＤａと光電変換領域ＰＤｂとの間には、分離部１３６、Ｐ型半導体領域１３８（第５半導体領域）が配されている。また、図３の長破線で示す領域には、画素を分離するＰ型半導体領域１３０が配されている。Ｐ型半導体領域１３０は、平面視において、光電変換領域ＰＤａ及びＰＤｂを囲むように配されている。
【００３１】
平面視において、光電変換領域ＰＤとＮ型半導体領域１２０との間には、転送ゲート電極１２４が配されている。各転送トランジスタは、光電変換領域ＰＤａに含まれるＮ型半導体領域、Ｎ型半導体領域１２０、転送ゲート電極１２４を含む。
【００３２】
分離部１３６の長手方向（Ｙ方向）の延長線上に、Ｎ型半導体領域１２０と電気的に接続されたコンタクトプラグ１８０のコンタクト領域が位置する。
【００３３】
分離部１３６の長さＬ１は、Ｐ型半導体領域１３８の長さＬ２よりも短い。平面視において、Ｐ型半導体領域１３８は浮遊拡散領域を構成するＮ型半導体領域１２０に重なるように配され、分離部１３６はＮ型半導体領域１２０に重ならないように配されている。光電変換領域ＰＤａ、ＰＤｂで生成された信号電荷はコンタクト領域に向かって移動しやすい。平面視において、分離部１３６がＮ型半導体領域１２０に重なるように連続して配されると、信号電荷の転送経路に分離部１３６が配されることになるため、光電変換領域ＰＤから浮遊拡散領域への転送特性が低下する。本実施形態によれば、分離部１３６が転送経路に配されにくいため、転送特性の低下を防ぐことができる。分離部１３６は、転送トランジスタの転送ゲート電極１２４に重ならないことが好ましいが、一部が重なっていても転送特性低下を抑える効果を得ることができる。なお、分離部１３６は、平面視において、浮遊拡散領域を構成するＮ型半導体領域１２０に重なるように配されていてもよい。
【００３４】
次に、図３のＡ−Ａ’線における断面構造を、図４を参照しながら説明する。
【００３５】
光電変換領域ＰＤは、少なくとも、Ｎ型半導体領域１１８を含む。図４では、光電変換領域ＰＤａは、Ｐ型半導体領域１１６、Ｎ型半導体領域１１８ａ（第１半導体領域）、Ｎ型半導体領域１１８ａよりも不純物濃度の低いＮ型半導体領域１２９を含む。また、光電変換領域１１８ＰＤｂは、Ｐ型半導体領域１１６、Ｎ型半導体領域１１８ｂ（第２半導体領域）、Ｎ型半導体領域１２９を含む。
【００３６】
各半導体領域は、基板１１０内に配されている。基板１１０は、マイクロレンズ１０２側に位置する第１面と、第１面に対向する第２面と、を有する。基板１１０としては、例えば、シリコンなどの半導体基板が用いられる。
【００３７】
Ｎ型半導体領域１１８は電子に対してポテンシャルが低くなっており、信号電荷を収集できる領域である。図４に示すように、Ｎ型半導体領域１１８と第１面との間にＰ型半導体領域１１６が配されることにより、第１面で生じる不要電荷がＮ型半導体領域１１８に入ることを低減することができる。
【００３８】
平面視において、分離部１３６の長手方向（Ｙ方向）に垂直な方向（Ｘ方向）における分離部１３６の幅Ｗ１は、Ｘ方向におけるＰ型半導体領域１３８の幅Ｗ２よりも狭い。これにより、Ｎ型半導体領域１１９の面積を確保しつつ、クロストークを低減しやすくなる。
【００３９】
Ｎ型半導体領域１１８ａ、１１８ｂの間には、分離部１３６が配されている。分離部１３６が配されることにより、Ｎ型半導体領域１１８ａに収集された信号電荷に対するポテンシャル障壁が形成される。したがって、Ｎ型半導体領域１１８ａで生成された信号電荷がＮ型半導体領域１１８ｂに入ることを低減することができる。分離部１３６は、Ｐ型半導体領域により構成されていることが好ましいが、絶縁体により構成されていてもよい。
【００４０】
本実施形態においては、Ｎ型半導体領域１１８とＮ型半導体領域１２９とが接する面Ｘを形成している。第１面からＮ型半導体領域１１８よりも第１面から離れた位置に、Ｎ型半導体領域１１８よりも不純物濃度の低いＮ型半導体領域１２９が配されることにより、第１面から離れた領域（深部領域）まで空乏層を広げることができる。例えば、赤色光や赤外光等の長波長の光は深部領域で光電変換されやすい。本実施形態によれば、深部領域に入射した光が光電変換したことにより生じる電子をドリフトによって集めやすいため感度を高くすることができる。
【００４１】
Ｎ型半導体領域１１８ａ、１１８ｂの間であって且つ接する面Ｘよりも第１面から離れた位置には、Ｐ型半導体領域１３４（第４半導体領域）が配されている。Ｐ型半導体領域１３４は、光の入射によって発生した信号電荷を有効に集める深さを規定するために機能する。Ｐ型半導体領域１３４は、平面視において、Ｎ型半導体領域１１８ａ、１１８ｂ、分離部１３６、Ｎ型半導体領域１２０、転送ゲート電極１２４ａ、１２４ｂと重なるように配されている。Ｐ型半導体領域１３４は、基板１１０の第１面に対する正射影において、画素１２の全体に配されていてもよい。また、Ｐ型半導体領域１３４は、複数の画素１２に連続して形成されていてもよい。
【００４２】
Ｎ型半導体領域１１８よりも第１面から離れた位置であって、分離部１３６とＰ型半導体領域１３４との間にはＰ型半導体領域１３８（第５半導体領域）が配されている。Ｐ型半導体領域１３８が配されることにより、Ｎ型半導体領域１１８ａとＰ型半導体領域１３４との間に位置するＮ型半導体領域１２９ａで生じた電荷がＮ型半導体領域１１８ｂに入りにくくなる。同様に、Ｎ型半導体領域１１８ｂとＰ型半導体領域１３４との間に位置するＮ型半導体領域の部分１２９ｂで生じた電荷がＮ型半導体領域１１８ａに入りにくくなる。このように、Ｐ型半導体領域１３８が配されることにより、深部領域で生じた電荷のクロストークを防ぐことができる。
【００４３】
ところで、特許文献１のように、クロストーク低減のためには、Ｐ型半導体領域１３８をＰ型半導体領域１３４まで連続して配することが好ましいように考えられ得る。しかしながら、Ｐ型半導体領域１３８をＰ型半導体領域１３４まで連続して配すると深部における感度領域が減少することになる。具体的には、Ｎ型半導体領域１２９ａとＮ型半導体領域１２９ｂとの間の領域（図７のＰ型半導体領域１３８とＰ型半導体領域１３４との間の領域）に不純物濃度の高いＰ型半導体領域が配されている。したがって、Ｎ型半導体領域１２９ａとＮ型半導体領域１２９ｂとの間の領域を感度領域とならず、感度領域が減少する。したがって、長波長の光に対する感度が不足する。特に、マイクロレンズ１０２を通過した光はＮ型半導体領域１２９ａとＮ型半導体領域１２９ｂとの間の領域に位置する領域に集まりやすくなる場合があり、この場合は長波長の感度不足が顕著となる。
【００４４】
これに対して本実施形態では、Ｐ型半導体領域１３８とＰ型半導体領域１３４との間に感度領域として機能するＮ型半導体領域１２９が配されている。Ｎ型半導体領域１２９は、Ｎ型半導体領域１１８ａとＰ型半導体領域１３４との間からＮ型半導体領域１１８ｂとＰ型半導体領域１３４との間まで連続的に配されている。したがって、光が集まりやすい領域を感度領域として機能させることができるため、感度の低下を低減しながらクロストークを低減することができる。
【００４５】
Ｐ型半導体領域１３８は、基板１１０の第１面からＰ型半導体領域１３４の第１面に近い側の面に向かって３等分した場合に、中央の部分に位置することが好ましい。具体的には、基板１１０を第１面からＰ型半導体領域１３４の第１面に近い側の面に向かって第１部分１１０Ａ、第２部分１１０Ｂ、第３部分１１０Ｃに３等分した場合に、Ｐ型半導体領域１３８は第２部分１１０Ｂに位置する。また、Ｐ型半導体領域１３８の厚みは、第１面からＰ型半導体領域１３８までの長さよりも小さい。さらに、Ｐ型半導体領域１３８の厚みは、Ｐ型半導体領域１３４からＰ型半導体領域１３８までの長さよりも小さい。本明細書において「厚み」とは、第１面から第２面に向かう方向における長さを指す。
【００４６】
Ｐ型半導体領域１３８が配されていない場合は、Ｎ型半導体領域の部分１２９ａ、１２９ｂで発生した電荷は第２部分１１０ＢのうちのＮ型半導体領域１１８ａ、１１８ｂ間に向かって移動しやすい。第２部分１１０ＢのうちのＮ型半導体領域１１８ａ、１１８ｂ間にＰ型半導体領域１３８を配することにより、クロストークを低減しやすくすることができる。
【００４７】
分離部１３６とＰ型半導体領域１３８との間には、Ｎ型半導体領域１２９が配されていることが好ましい。これにより、信号電荷に対するポテンシャルが分離部１３６とＰ型半導体領域１３８との間に、信号電荷に対するポテンシャルが分離部１３６及びＰ型半導体領域１３８よりも低い領域ができる。したがって、一方のＮ型半導体領域１１８が飽和して溢れた信号電荷を同じ光電変換ユニットの他方のＮ型半導体領域１１８に入りやすくなる。したがって、光電変換ユニットに入射する光に対する入出力特性の低下を防ぐことができる。つまり、光電変換ユニットに含まれる複数の光電変換領域の信号を加算した後の信号を入射光量に応じた線形性を有するものとすることができる。
【００４８】
分離部１３６とＰ型半導体領域１３８との間に配されたＮ型半導体領域１２９は、Ｎ型半導体領域１１８よりも第１面から離れた位置に配されることが好ましい。
【００４９】
分離領域１１４とＰ型半導体領域１３４との間には、光電変換ユニットと隣り合う光電変換ユニットとを電気的に分離するＰ型半導体領域１３０（第２分離部）が配されている。Ｐ型半導体領域１３０は、複数の不純物濃度のピークを有する。図４では、Ｐ型半導体領域１３０のうち、不純物濃度のピーク１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃを示している。図４では、領域１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃは分離しているが、連続していてもよい。つまり、Ｐ型半導体領域１３０は連続してもよい。
【００５０】
Ｐ型半導体領域１３８は、複数の不純物濃度のピークのうちの第１面に最も近いピークと、第２面に最も近いピークとの間に相当する位置に配される。例えば、図４では、Ｐ型半導体領域１３０は、第１面から第２面に向かって順に、第１の不純物濃度のピーク１３０ａと、第２の不純物濃度のピーク１３０ｂと、第３の不純物濃度のピーク１３０ｃと、を有する。そして、Ｐ型半導体領域１３８は、第１の不純物濃度のピーク１３０ａと第２の不純物濃度のピーク１３０ｂとの間に相当する位置に配されている。このように、Ｐ型半導体領域１３８の不純物濃度のピークと、Ｐ型半導体領域１３０の不純物濃度のピークとはずれていることが好ましい。Ｐ型半導体領域１３８の不純物濃度のピークとＰ型半導体領域１３０の不純物濃度のピークとが同じ高さにある場合は、信号電荷に対するポテンシャルが高くなりやすく、Ｎ型半導体領域１１８に信号電荷が移動しにくくなる可能性がある。これに対して、Ｐ型半導体領域１３８の不純物濃度のピークとＰ型半導体領域１３０の不純物濃度のピークとの高さを異なるようにすることにより、信号電荷が転送されにくくなることを低減することができる。本実施形態では、前述の第２部分１１０Ｂが、第１の不純物濃度のピーク１３０ａと第２の不純物濃度のピーク１３０ｂとの間の領域を含むため、Ｐ型半導体領域１３８はピーク１３０ａとピーク１３０ｂとの間に位置する。第２部分が、ピーク１３０ｂとピーク１３０ｃとの間に相当する領域を含む場合は、Ｐ型半導体領域１３８は、ピーク１３０ｂとピーク１３０ｃとの間に位置してもよい。
【００５１】
基板１１０とマイクロレンズ１０２との間には、カラーフィルタ１０１が配されている。である。カラーフィルタ１０１と基板１１０との間には、配線層１０３が配されている。図４では、異なる高さに配された３つの配線Ｍが示されている。
【００５２】
図５に示すように、Ｐ型半導体領域１３８は、平面視において転送ゲート電極１２４に重なる領域まで連続して設けられている。さらに、Ｐ型半導体領域１３８は、平面視において浮遊拡散領域を構成するＮ型半導体領域１２０と重なる領域まで連続して設けられている。そして、Ｐ型半導体領域１３８とＰ型半導体領域１３０とは接している。平面視において転送ゲート電極１２４に重なる領域にはＮ型半導体領域の部分１２９ｃが位置する。本実施形態によれば、部分１２９ｃで光電変換されると隣り合うＮ型半導体領域１１８に信号電荷が入ることを低減することができる。
【００５３】
分離部１３６がＰ型半導体領域により構成される場合は、基板１１０内にＰ型の不純物（例えばＢ（ホウ素））をイオン注入などにより形成する。分離部１３６を構成するＰ型半導体領域の不純物濃度は、Ｐ型半導体領域１３０の不純物濃度よりも高い。
【００５４】
以上の説明の通り、本実施形態によれば、感度の低下を低減しながら、深部で発生した信号電荷のクロストークを防ぎやすくなる。したがって、精度よく像面位相差式の焦点検出を行うことができる。
【００５５】
なお、本実施形態では１つの画素１２が２つの光電変換領域を含むが、１つの画素１２が３つ以上の光電変換領域を含んでいてもよい。
【００５６】
（第２実施形態）
図６から図８を参照しながら第２実施形態に係る光電変換装置の画素の構造について説明する。図６は、本実施形態に係る光電変換装置の１つの画素の構造を模式的に示す平面図である。図７は図６のＡ−Ａ’線における断面図である。図８は、図６のＢ−Ｂ’線における断面図である。本実施形態に係る光電変換装置は、Ｎ型半導体領域１１８とＮ型半導体領域１２９との間に、間隙１４０が設けられたＰ型半導体領域１２８が配される点で第１実施形態と異なる。
【００５７】
Ｐ型半導体領域１２８は、図６において長二点鎖線で囲む領域に配されている。間隙１４０には、Ｐ型半導体領域１２８は配されていない。間隙１４０は、Ｐ型半導体領域１２８ａとＰ型半導体領域１２８ｂとの間に配される。Ｐ型半導体領域１２８は、平面視において、分離部１３６、Ｎ型半導体領域１１８の一部、Ｎ型半導体領域１２０、及び転送ゲート電極１２４に重なるように配される。
【００５８】
図７に示すように、Ｎ型半導体領域１１８ａ、１１８ｂと、Ｐ型半導体領域１２８は接合部を構成する。また、Ｎ型半導体領域１２９とＰ型半導体領域１２８とは接合部を構成する。Ｐ型半導体領域１２８は、平面視において、Ｎ型半導体領域１１８の一部を除く画素１２のすべての領域に配されていてもよい。
【００５９】
第１実施形態では、Ｎ型半導体領域１１８から第２面（図７のＮ型半導体領域１１８の下）に空乏層が広がりやすい。本実施形態によれば、Ｐ型半導体領域１２８がＮ型半導体領域１１８の一部と接合部を構成しているため、Ｎ型半導体領域１１８から第２面に向かって空乏層が広がることを抑制することができる。
【００６０】
Ｎ型半導体領域１１８とＮ型半導体領域１２９との間に、Ｐ型半導体領域１２８を設けることにより、Ｎ型半導体領域１１８とＰ型半導体領域１２８との間にはＰＮ接合容量が形成される。電荷Ｑ＝容量Ｃ×電圧Ｖで表される関係式から明らかなように、光電変換部ＰＤのｐｎ接合に、所定の逆バイアス電圧Ｖを印加した場合、ＰＮ接合容量Ｃが大きいほどに蓄積電荷量Ｑは大きくなる。Ｎ型半導体領域１１８に蓄積された信号電荷は浮遊拡散領域を構成するＮ型半導体領域１２０に転送されるが、Ｎ型半導体領域１１８の電位が電源電圧などによって決まる所定の電位に達すると、信号電荷は転送されなくなる。つまり、信号電荷の転送に伴う電圧Ｖの変動量は決まっているため、光電変換部ＰＤのＰＮ接合容量に比例して飽和電荷量は大きくなる。したがって、Ｐ型半導体領域１２８を設けることにより、電荷蓄積層としてのＮ型半導体領域１１８の飽和電荷量を確保することができる。
【００６１】
Ｐ型半導体領域１２８は分離部１３６とＰ型半導体領域１３４との間に配されている。分離部１３６とＰ型半導体領域１２８との間には、Ｎ型半導体領域１２９が配されていることが好ましい。これにより、分離部１３６よりもＮ型半導体領域１２９でポテンシャルが下がる。したがって、一方のＮ型半導体領域１１８から飽和した電荷が同じ光電変換ユニットに含まれるＮ型半導体領域１１８に入りやすくなり、入出力特性の低下を防ぐことができる。
【００６２】
図８に示す間隙１４０は、基板１１０のＮ型半導体領域１２９のうちＰ型半導体領域１２８とＰ型半導体領域１３４との間で発生した信号電荷をＮ型半導体領域１１８に集める際の信号電荷の移動経路となる。
【００６３】
したがって、間隙１４０の大きさや形状、Ｐ型半導体領域１２８の不純物濃度を適切に設定することによって、Ｎ型半導体領域１２９で発生した信号電荷をすみやかにＮ型半導体領域１１８に集めることができる。つまり、間隙１４０を配することによって、画素１２は、Ｐ型半導体領域１２８を設けた場合であっても、第１実施形態と同等の感度を得ることができる。
【００６４】
このように、本実施形態によれば、第１実施形態で説明した効果に加えて、Ｎ型半導体領域の飽和電荷量を確保しつつ感度の低下を低減した光電変換装置とすることができる。
【００６５】
（第３実施形態）
図９を参照しながら第３実施形態に係る光電変換装置について説明する。
【００６６】
本実施形態に係る光電変換装置は、１つの光電変換領域ＰＤに対して１つの浮遊拡散領域ＦＤを構成するＮ型半導体領域１２０が配されており、１つのＮ型半導体領域１２０に対して１つのコンタクトプラグ１８０が接続されている点が第１実施形態と異なる。
【００６７】
本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
なお、第３実施形態に係る構成を第２実施形態に組み合わせてもよい。
【００６９】
（第４実施形態）
図１０を参照しながら第４実施形態に係る光電変換装置について説明する。
【００７０】
本実施形態に係る光電変換装置は、複数の光電変換ユニットが１つの浮遊拡散領域ＦＤを構成するＮ型半導体領域１２０を共有する点が第１実施形態とは異なる。図１０では、選択トランジスタＳＥＬ、増幅トランジスタＳＦ、リセットトランジスタＲＥＳ、容量付加トランジスタＣの簡略化して示している。
【００７１】
図１０に示すように、本実施形態では、Ｐ型半導体領域１３８は、複数の光電変換ユニットにわたって連続的に設けられている。また、Ｐ型半導体領域１３０は複数の光電変換ユニットにわたって連続的に設けられている。
【００７２】
（第５実施形態）
本実施形態による光電変換システムについて、図１１を用いて説明する。上述した各実施形態の光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。図１１は、本実施形態による光電変換システムの概略構成を示すブロック図である。
【００７３】
上記の各実施形態で述べた光電変換装置は、図１１の光電変換装置２０１として種々の光電変換システムに適用可能である。適用可能な光電変換システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と光電変換装置とを備えるカメラモジュールも、光電変換システムに含まれる。図１１には、これらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。
【００７４】
図１１に例示した光電変換システム２００は、光電変換装置２０１、被写体の光学像を光電変換装置２０１に結像させるレンズ２０２、レンズ２０２を通過する光量を可変にするための絞り２０４、レンズ２０２の保護のためのバリア２０６を有する。レンズ２０２及び絞り２０４は、光電変換装置２０１に光を集光する光学系である。光電変換装置２０１は、上述した各実施形態で説明した光電変換装置であって、レンズ２０２により結像された光学像を画像データに変換する。
【００７５】
光電変換システム２００は、また、光電変換装置２０１より出力される出力信号の処理を行う信号処理部２０８を有する。信号処理部２０８は、光電変換装置２０１が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換を行う。また、信号処理部２０８はその他、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。信号処理部２０８の一部であるＡＤ変換部は、光電変換装置２０１が設けられた半導体基板に形成されていてもよいし、光電変換装置２０１とは別の半導体基板に形成されていてもよい。また、光電変換装置２０１と信号処理部２０８とが同一の半導体基板に形成されていてもよい。
【００７６】
光電変換システム２００は、さらに、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部２１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）２１２を有する。さらに光電変換システム２００は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体２１４、記録媒体２１４に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）２１６を有する。なお、記録媒体２１４は、光電変換システム２００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
【００７７】
さらに光電変換システム２００は、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部２１８、光電変換装置２０１と信号処理部２０８に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部２２０を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、光電変換システム２００は少なくとも光電変換装置２０１と、光電変換装置２０１から出力された出力信号を処理する信号処理部２０８とを有すればよい。
【００７８】
光電変換装置２０１は、撮像信号を信号処理部２０８に出力する。信号処理部２０８は、光電変換装置２０１から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部２０８は、撮像信号を用いて、画像を生成する。
【００７９】
上述した各実施形態による光電変換装置を適用することにより、安定的に高感度で飽和信号量が大きい良質な画像を取得しうる光電変換システムを実現することができる。
【００８０】
（第６実施形態）
本実施形態による光電変換システム及び移動体について、図１２を用いて説明する。
【００８１】
図１２（ａ）は、車戴カメラに関する光電変換システムの一例を示したものである。光電変換システム３００は、光電変換装置３１０を有する。光電変換装置３１０は、上述した各実施形態のいずれかに記載の光電変換装置である。光電変換システム３００は、光電変換装置３１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部３１２と、光電変換システム３００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差算出部３１４を有する。また、光電変換システム３００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離計測部３１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部３１８と、を有する。ここで、視差算出部３１４や距離計測部３１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部３１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
【００８２】
光電変換システム３００は車両情報取得装置３２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、光電変換システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ３３０が接続されている。また、光電変換システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置３４０とも接続されている。例えば、衝突判定部３１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ３３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置３４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
【００８３】
本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を光電変換システム３００で撮像する。図１２（ｂ）に、車両前方（撮像範囲３５０）を撮像する場合の光電変換システムを示した。車両情報取得装置３２０が、所定の動作を行うように光電変換システム３００ないしは光電変換装置３１０に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。
【００８４】
上記では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。さらに、光電変換システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
【００８５】
（変形実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
【００８６】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１１０  基板
１１８ａ  第１半導体領域
１１８ｂ  第２半導体領域
１２９  第３半導体領域
１３６  分離部（第１分離部）
１０２  マイクロレンズ
１３４  第４半導体領域
１３８  第５半導体領域
【図１】
2020167348.tif 000003
【図２】
2020167348.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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