(57)【要約】      （修正有）【課題】イメージセンサのサイズを小型化することにより、イメージセンサの画素セルを同じ解像度のままで小型化することが継続的にできる高度光子検出装置を提供する。【解決手段】光子検出装置２１０は、半導体材料の第１の領域内に配置された平面接合部を有するフォトダイオード２１４を含む。半導体材料内には、深溝分離（ＤＴＩ）構造２２２Ａ、Ｂ、Ｃが配置される。ＤＴＩ構造は、ＤＴＩ構造の一方の側にある半導体材料の第１の領域２１６Ａを、ＤＴＩ構造の他方の側にある半導体材料の第２の領域２１６Ｂから分離する。ＤＴＩ構造は、ＤＴＩ構造の内面を覆う誘電体層２２４Ａ、Ｂ、Ｃと、ＤＴＩ構造内部の誘電体層を覆って配置されたドープ半導体材料２２６Ａ、Ｂ、Ｃとを含む。ＤＴＩ構造の内部に配置されたドープ半導体材料は、バイアス電圧２３２に結合されて、半導体材料の第１の領域内のフォトダイオードを半導体材料の第２の領域から分離する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光子検出装置であって、
半導体材料の第１の領域内に配置された平面接合部を有するフォトダイオードと、
前記半導体材料内に配置された深溝分離（ＤＴＩ）構造と、
を備え、前記ＤＴＩ構造は、該ＤＴＩ構造の一方の側にある前記半導体材料の前記第１の領域を、前記ＤＴＩ構造の他方の側にある前記半導体材料の第２の領域から分離し、前記ＤＴＩ構造は、
前記ＤＴＩ構造の内面を覆う誘電体層と、
前記ＤＴＩ構造内部の前記誘電体層を覆って配置されたドープ半導体材料と、
を含み、前記ＤＴＩ構造の内部に配置された前記ドープ半導体材料は、バイアス電圧に結合されて、前記半導体材料の前記第１の領域にある前記フォトダイオードを、前記半導体材料の前記第２の領域から分離する、
ことを特徴とする光子検出装置。
【請求項２】
前記半導体材料は、Ｐドープシリコンを含み、前記平面接合部は、前記半導体材料内のＰドープシリコン領域に近接して配置されたＮドープシリコン領域を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の光子検出装置。
【請求項３】
前記平面接合部は、前記半導体材料内の前記Ｐドープシリコンから前記平面接合部内に電子がドリフトするよう逆バイアスをかけられるように結合される、
ことを特徴とする請求項２に記載の光子検出装置。
【請求項４】
前記Ｎドープシリコン領域のドーピング密度は、該Ｎドープシリコン領域の端部に向けて徐々に減少する、
ことを特徴とする請求項２に記載の光子検出装置。
【請求項５】
前記半導体材料の前記第１の領域内に配置された前記平面接合部を有する前記フォトダイオードは、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）を含み、前記ＤＴＩ構造内に配置された前記ドープ半導体材料は、前記ＳＰＡＤの光収集領域内の暗電流を低減するようにバイアスをかけられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の光子検出装置。
【請求項６】
前記半導体材料の前記第２の領域内に配置されるとともに前記ＳＰＡＤに結合されて該ＳＰＡＤ内のアバランシェ電流を制限する消滅回路をさらに備え、前記ＤＴＩ構造内に配置された前記ドープ半導体材料は、前記ＳＰＡＤの高電界領域を前記消滅回路から分離するようにバイアスをかけられる、
ことを特徴とする請求項５に記載の光子検出装置。
【請求項７】
前記半導体材料の前記第１の領域は、該半導体材料の該第１の領域が第１の電圧でバイアスをかけられるように前記第１の電圧に結合され、前記半導体材料の前記第２の領域は、該半導体材料の該第２の領域が第２の電圧でバイアスをかけられるように前記第２の電圧に結合される、
ことを特徴とする請求項６に記載の光子検出装置。
【請求項８】
前記フォトダイオードの前記平面接合部は、第３の電圧に結合され、前記第１の領域に結合された前記第１の電圧、及び前記フォトダイオードの前記平面接合部に結合された前記第３の電圧に、前記フォトダイオードの前記平面接合部内の逆バイアスが応答する、
ことを特徴とする請求項７に記載の光子検出装置。
【請求項９】
前記半導体材料の前記第２の領域内に配置された第２のＳＰＡＤを含む第２のフォトダイオードをさらに備え、前記ＤＴＩ構造内に配置された前記ドープ半導体材料は、前記ＳＰＡＤの高電界領域を前記第２のＳＰＡＤの高電界領域から分離するようにバイアスをかけられる、
ことを特徴とする請求項５に記載の光子検出装置。
【請求項１０】
前記半導体材料の前記第１及び第２の領域は、該半導体材料の該第１及び第２の領域が第１の電圧でバイアスをかけられるように前記第１の電圧に結合される、
ことを特徴とする請求項９に記載の光子検出装置。
【請求項１１】
前記半導体材料は、前記半導体材料の前記第１及び第２の領域に結合された共通バイアスノードを含み、該共通バイアスノードは、前記半導体材料の前記第１及び第２の領域が前記第１の電圧でバイアスをかけられるように前記第１の電圧に結合される、
ことを特徴とする請求項１０に記載の光子検出装置。
【請求項１２】
前記ＳＰＡＤは、前記半導体材料の背面から照射されるようになっている、
ことを特徴とする請求項５に記載の光子検出装置。
【請求項１３】
前記ＤＴＩ構造の前記内面を覆う前記誘電体層は、二酸化シリコンを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の光子検出装置。
【請求項１４】
前記ＤＴＩ構造の内部の誘電体層を覆って配置された前記ドープ半導体材料は、低ドープポリシリコンを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の光子検出装置。
【請求項１５】
複数の画素セルを有する画素アレイを備えた光子検知システムであって、前記複数の画素セルの各々は、
半導体材料の第１の領域内に配置された平面接合部を有するフォトダイオードと、
前記半導体材料内に配置された深溝分離（ＤＴＩ）構造と、
を含み、前記ＤＴＩ構造は、該ＤＴＩ構造の一方の側にある前記半導体材料の前記第１の領域を、前記ＤＴＩ構造の他方の側にある前記半導体材料の第２の領域から分離し、前記ＤＴＩ構造は、前記ＤＴＩ構造の内面を覆う誘電体層と、前記ＤＴＩ構造内部の前記誘電体層を覆って配置されたドープ半導体材料とを含み、前記ＤＴＩ構造の内部に配置された前記ドープ半導体材料は、バイアス電圧に結合されて前記半導体材料の前記第１の領域にある前記フォトダイオードを前記半導体材料の前記第２の領域から分離し、
前記複数の画素セルの各々は、
前記画素アレイに結合されて該画素アレイの動作を制御する制御回路と、
前記画素アレイに結合されて前記複数の画素セルから光子データを読み出す読み出し回路と、
をさらに含む、
ことを特徴とする光子検知システム。
【請求項１６】
前記読み出し回路に結合されて、前記複数の画素セルから読み出された前記光子データを記憶する機能論理回路をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１５に記載の光子検知システム。
【請求項１７】
前記読み出し回路は、
前記複数の画素セルの各々から受け取った前記光子データ内の光子事象を集計すべく前記光子データを受け取るように結合されたカウンタ回路と、
前記カウンタ回路に結合されて、前記光子データ内の前記光子事象に関連する光子タイミング情報を記録する時間−デジタル変換器回路と、
を含むことを特徴とする請求項１５に記載の光子検知システム。
【請求項１８】
前記半導体材料の前記第１の領域内に配置された前記平面接合部を有する前記フォトダイオードは、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）を含み、前記ＤＴＩ構造内に配置された前記ドープ半導体材料は、前記ＳＰＡＤの光収集領域内の暗電流を低減するようにバイアスをかけられる、
ことを特徴とする請求項１５に記載の光子検知システム。
【請求項１９】
前記半導体材料の前記第２の領域内に配置されるとともに前記ＳＰＡＤに結合されて該ＳＰＡＤ内のアバランシェ電流を制限する消滅回路をさらに備え、前記ＤＴＩ構造内に配置された前記ドープ半導体材料は、前記ＳＰＡＤの高電界領域を前記消滅回路から分離するようにバイアスをかけられる、
ことを特徴とする請求項１８に記載の光子検知システム。
【請求項２０】
前記半導体材料の前記第１の領域は、該半導体材料の該第１の領域が第１の電圧でバイアスをかけられるように前記第１の電圧に結合され、前記半導体材料の前記第２の領域は、該半導体材料の該第２の領域が第２の電圧でバイアスをかけられるように前記第２の電圧に結合される、
ことを特徴とする請求項１９に記載の光子検知システム。
【請求項２１】
前記フォトダイオードの前記平面接合部は、第３の電圧に結合され、前記第１の領域に結合された前記第１の電圧、及び前記フォトダイオードの前記平面接合部に結合された前記第３の電圧に、前記フォトダイオードの前記平面接合部内の逆バイアスが応答する、
ことを特徴とする請求項２０に記載の光子検知システム。
【請求項２２】
前記半導体材料の前記第２の領域内に配置された第２のＳＰＡＤを含む第２のフォトダイオードをさらに備え、前記ＤＴＩ構造内に配置された前記ドープ半導体材料は、前記ＳＰＡＤの高電界領域を前記第２のＳＰＡＤの高電界領域から分離するようにバイアスをかけられる、
ことを特徴とする請求項１８に記載の光子検知システム。
【請求項２３】
前記半導体材料の前記第１及び前記第２の領域は、該半導体材料の該第１及び第２の領域が第１の電圧でバイアスをかけられるように前記第１の電圧に結合される、
ことを特徴とする請求項２２に記載の光子検知システム。
【請求項２４】
前記半導体材料は、前記半導体材料の前記第１及び第２の領域に結合された共通バイアスノードを含み、該共通バイアスノードは、前記半導体材料の前記第１及び第２の領域が前記第１の電圧でバイアスをかけられるように前記第１の電圧に結合される、
ことを特徴とする請求項２３に記載の光子検知システム。
【請求項２５】
前記ＳＰＡＤは、前記半導体材料の背面から照射されるようになっている、
ことを特徴とする請求項１８に記載の光子検知システム。
【請求項２６】
前記ＤＴＩ構造の前記内面を覆う前記誘電体層は、二酸化シリコンを含む、
ことを特徴とする請求項１６に記載の光子検知システム。
【請求項２７】
前記ＤＴＩ構造の内部の誘電体層を覆って配置された前記ドープ半導体材料は、低ドープポリシリコンを含む、
ことを特徴とする請求項１６に記載の光子検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にフォトダイオードに関し、具体的には、光子センサにおいて利用されるフォトダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
画像取込装置は、イメージセンサ及び結像レンズを含む。結像レンズは、イメージセンサ上に集光を行って画像を形成し、イメージセンサは、この光を電気信号に変換する。この電気信号は、画像取込装置からホスト電子システムの他の構成要素に出力される。この電子システムは、例えば、携帯電話機、コンピュータ、デジタルカメラ又は医療機器とすることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
イメージセンサのサイズを小型化することにより、イメージセンサの画素セルを同じ解像度のままで小型化することが継続的に必要とされている。イメージセンサ又は光検出器において使用できる光検知器の一種に、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）がある。通常、ＳＰＡＤは、早期エッジ降伏及び隣接画素間干渉の問題を克服するために、ガードリング又は分離部を必要とする。ガードリング又は分離部を形成するための既知の設計では、各画素セルの領域が増して曲線因子が犠牲になる。さらに、イメージセンサが小型化されると、センサに含まれている画素セルの暗電流率が増してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
特に定めのない限り様々な図を通じて同様の参照数字が同じ部分を示す以下の図を参照しながら、本発明の非限定的かつ非包括的な実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の教示による、バイアス深溝分離を有する高度光子検出装置を含む例示的な光子センサを有する光子検知システムの一例を示す図である。
【図２】本発明の教示による、バイアス深溝分離を有する高度光子検出装置の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の教示による、バイアス深溝分離を有する高度光子検出装置を含む光子センサ３０２の一例の一部を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図面の複数の図を通じて、対応する参照文字は対応する構成要素を示す。当業者であれば、図中の要素は単純さ及び明確さを目的として示したものであり、必ずしも縮尺通りではないと理解するであろう。例えば、本発明の様々な実施形態をより良く理解できるように、図中の要素の中には、他の要素に対して寸法を誇張しているものもある。また、本発明のこれらの様々な実施形態をより分かり易く示すために、商業的に実現可能な実施形態において有用又は必要な、一般的なものではあるが良く理解されている要素については示していないことが多い。
【０００７】
以下の説明では、本発明を完全に理解できるように数多くの特定の詳細を示している。しかしながら、当業者には、これらの特定の詳細の一部又は全部を伴わずに本開示を実施できることが明らかであろう。その他の場合、本発明を曖昧にしないために、周知の材料又は方法については詳細に説明していない。
【０００８】
本明細書を通じて、「１つの実施形態」、「ある実施形態」、「１つの実施例」又は「ある実施例」に対する言及は、これらの実施形態又は実施例に関連して説明する特定の特徴、構造又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書を通じて様々な箇所で出現する「１つの実施形態では」、「ある実施形態では」、「１つの実施例」又は「ある実施例」という表現は、必ずしも全てが同じ実施形態又は同じ実施例について言及しているわけではない。さらに、１又はそれ以上の実施形態又は実施例において、特定の特徴、構造又は特性をあらゆる好適な結合又は副結合の形で組み合わせることもできる。集積回路、電子回路、組み合わせ論理回路、又は説明する機能を提供する他の好適な構成要素に特定の特徴、構造又は特性を含めることもできる。また、本明細書と共に提供する図は、当業者に対する説明を目的とするものであり、図面は必ずしも縮尺通りではないと理解されたい。
【０００９】
本発明の教示による例では、本発明の教示によるバイアス深溝分離部を有する高度光子検出装置を含む光子センサについて説明する。１つの例では、このバイアス深溝分離構造が、静電容量型分離構造である。図示のように、様々な例では、本発明の教示による光子検出装置が、ガードリングを必要としないＰ高度単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）構造を利用する。また、様々な例では、既知の分離技術と比較して使用領域がはるかに狭い分離部を提供するようにバイアス深溝分離（ＤＴＩ）構造を含め、これにより本発明の教示による光子センサ内で画素がより接近して配置されるようにする。本発明の教示によれば、１つの例では、ＤＴＩをポリシリコンで形成し、ＳＰＡＤの光収集領域内の暗電流を低減させるようにバイアスをかけることができる。さらに、本発明の教示によるバイアスＤＴＩを利用することにより、ＳＰＡＤがその消滅回路から分離され、ＳＰＡＤのウェル及び消滅回路に異なる電圧でバイアスをかけることができるようになる。
【００１０】
例示すると、図１は、本発明の教示による、バイアス深溝分離部を有する高度光子検出装置を含む画素セル１１０を有する例示的な画素アレイ１０２を含む光子検知システム１００の一例を大まかに示す図である。１つの例では、画素セル１１０内の光子検出装置が背面照射される。別の例では、画素セル内１１０内の光子検出装置が前面照射される。図示の例に示すように、画素アレイ１０２は、光子検出器又は画素セル１１０（例えば、画素Ｐ１、Ｐ２、．．．、Ｐｎ）の二次元（２Ｄ）アレイである。図示のように、各画素１１０は、行（例えば、行Ｒ１〜Ｒｙ）と列（例えば、列Ｃ１〜Ｃｘ）の形に配置されて光子データを取得する。別の例では、画素アレイ１０２が、本発明の教示による１列の光子検出器又は画素セル１１０を含む一次元（１Ｄ）アレイの場合もあると理解されたい。
【００１１】
１つの例では、各画素１１０が、光子事象をデジタル信号パルスに変換する。様々な例では、図示のように、読み出し回路１０４が、読み出し列１１２を介して各画素１１０から光子データを読み出すことができる。様々な例では、読み出し回路１０４が、各画素１１０から受け取ったデジタル信号パルスに示される光子事象を集計すべく光子データを受け取るように結合されたカウンタ回路１０５を含む。様々な例では、読み出し回路１０４が、各画素１１０から受け取った光子データ内の光子事象に関連する光子タイミング情報を記録するようにカウンタ回路１０５に結合された時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）回路１０７を含むこともできる。１つの例では、次にこれらの集計情報及びタイミング情報を含む光子データが機能論理回路１０６に転送される。機能論理回路１０６は、光子データを単純に記憶することができ、或いは後処理及び／又は解析を行うことによって光子データを操作することもできる。１つの例では、読み出し回路１０４が、読み出し列の線（図示）に沿った時点で光子データの行を読み出すことができ、或いは全ての画素の直列読み出し又は同時完全並列読み出しなどの他の様々な技術（図示せず）を用いて光子データを読み出すことができる。
【００１２】
１つの例では、画素アレイ１０２の動作特性を制御するように、画素アレイ１０２に制御回路１０８が結合される。例えば、制御回路１０８は、光子データの取得を制御するためのシャッター信号を生成することができる。１つの例では、このシャッター信号が、単一の取得ウィンドウ中に画素アレイ１０２内の全ての画素がそれぞれの光子データを同時に取り込めるようにするためのグローバルシャッター信号である。
【００１３】
図２は、本発明の教示によるバイアス深溝分離部を有する高度光子検出装置２１０の一例を示す断面図である。１つの例では、図２の光子検出装置２１０を、図１の画素アレイ１０２の画素セル１１０内で利用することができる。図２の例に示すように、光子検出装置２１０は、半導体材料２１６の第１の領域２１６Ａ内に配置された平面接合部２４０を有するフォトダイオード２１４を含む。図示の例では、フォトダイオード２１４は、図示のようなＰ型半導体材料２１６内のフォトダイオード２１４のＰドープ領域２４２とＮドープ領域２４４の間の平面接合部２４０に降伏接合部を定める単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）である。１つの例では、Ｐドープ領域２４２を、本発明の教示によるＰ高度ドープ領域と見なすことができる。
【００１４】
図示の例に示すように、光子検出装置２１０は、半導体材料２１６内に配置された１又はそれ以上の深溝分離（ＤＴＩ）構造２２２Ａ、２２２Ｂ及び２２２Ｃも含む。図２に示すように、各ＤＴＩ構造２２２Ａ、２２２Ｂ及び２２２Ｃは、薄い誘電体層で覆われる。１つの例では、この薄い誘電体層が、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）又は別の好適な絶縁材料を含む。具体的には、例示的な図２には、ＤＴＩ構造２２２Ａが、その内面を覆う薄い誘電体層２２４Ａを含み、ＤＴＩ構造２２２Ｂが、その内面を覆う薄い誘電体層２２４Ｂを含み、ＤＴＩ構造２２２Ｃが、その内面を覆う薄い誘電体層２２４Ｃを含むことを示している。
【００１５】
また、各ＤＴＩ構造２２２Ａ、２２２Ｂ及び２２２Ｃは、低ドープ半導体材料で満たされる。例えば、例示的な図２には、ＤＴＩ構造２２２Ａが、誘電体層２２４Ａを覆ってドープポリシリコン２２６Ａで満たされ、ＤＴＩ構造２２２Ｂが、誘電体層２２４Ｂを覆ってドープポリシリコン２２６Ｂで満たされ、ＤＴＩ構造２２２Ｃが、誘電体層２２４Ｃを覆ってドープポリシリコン２２６Ｃで満たされることを示している。
【００１６】
図２に示す例には、各ＤＴＩ構造２２２Ａ、２２２Ｂ及び２２２Ｃにバイアス電圧２３２がかけられることも示している。具体的には、例示的な図２には、ＤＴＩ構造２２２Ａが、金属２３０Ａを介してバイアス電圧２３２に結合され、ＤＴＩ構造２２２Ｂが、金属２３０Ｂを介してバイアス電圧２３２に結合され、ＤＴＩ構造２２２Ｃが金属２３０Ｃを介してバイアス電圧２３２に結合されることを示している。なお、各ＤＴＩ構造２２２Ａ、２２２Ｂ及び２２２Ａが、説明したような薄い誘電体層で半導体材料から分離されたドープ半導体材料で満たされると、静電容量型分離構造が実現される。
【００１７】
動作時には、バイアスＤＴＩ構造２２２Ａ、２２２Ｂ及び２２２Ｃが、それぞれのバイアスＤＴＩ構造の両側にある半導体材料２１６の領域間を分離すると理解されたい。例示すると、本発明の教示によれば、バイアスＤＴＩ構造２２２Ｂは、図２ではバイアスＤＴＩ構造２２２Ｂの左側に位置する半導体材料２１６の第１の領域２１６Ａを、図２ではバイアスＤＴＩ構造２２２Ｂの右側に位置する半導体材料２１６の第１の領域２１６Ｂから分離する。バイアスＤＴＩ構造２２２Ａ、２２２Ｂ及び２２２Ｃに必要な領域は、他の既知のドープウェル分離の解決策よりも大幅に小さいと理解されたい。従って、本発明の教示によるバイアスＤＴＩ構造２２２Ａ、２２２Ｂ及び２２２Ｃを使用すれば、半導体材料２１６内で複数のフォトダイオード２１４を互いに大幅に近接させて配置することができる。本発明の教示によれば、１つの例では、バイアスＤＴＩ構造２２２Ａ、２２２Ｂ及び２２２Ｃにバイアスをかけて、フォトダイオード２１４の光収集領域内の暗電流を制御又は低減する。また、本発明の教示によれば、１つの例では、バイアスＤＴＩ構造の真正面の半導体材料をさらにドープして暗電流をさらに低減することができる。
【００１８】
図示の例に示すように、フォトダイオード２１４は、半導体材料２１６の背面２２８を通じて導かれる光２２０で照射されるようになっている。別の例（図示せず）では、フォトダイオード２１４を、半導体材料２１６の前面を通って導かれる光２２０で照射されるように構成することもできると理解されたい。図２に示す例では、背面２２８から光２２０が導かれる比較的大きなＰドープ領域を有するＰ高度ＳＰＡＤフォトダイオード２１４が提供される。Ｐ高度ＳＰＡＤフォトダイオード２１４の降伏接合部は、Ｐドープ領域２４２とＮドープ領域２４４の間の平面ＰＮ接合部２４０に定められる。１つの例では、Ｎドープシリコン領域２４４内のドーピング密度が、この領域２４４の端部に向けて徐々に減少することにより、平面ＰＮ接合部２４０の端部における降伏の発生を減少させる役に立つ。動作時には、平面ＰＮ接合部２４０が逆バイアスになる。図示の例では、半導体材料２１６の第１の領域２１６Ａが、Ｐ＋バイアスノード２４６Ａを介してバイアス電圧−Ｖｏｐｔ２３４でバイアスがかけられるように結合され、Ｎドープ領域２４４は、電圧Ｖｄｄ２３８でバイアスがかけられるように結合される。従って、図示の例では、ＳＰＡＤ上の逆バイアスはＶｄｄ＋Ｖｏｐｔである。従って、半導体材料２１６の背面２２８から入射する光２２０で光生成された電子２４８は、図示のように第１の領域２１６Ａの比較的大きなＰドープ領域を通過して、逆バイアスがかけられた平面ＰＮ接合部２４０にドリフトし、本発明の教示によるＰ高度ＳＰＡＤフォトダイオード２１４内に降伏現象を引き起こすことができる。
【００１９】
図２に示す例では、上述したバイアスＤＴＩ構造２２６Ｂによって半導体材料２１６の第１の領域２１６Ａから分離された半導体材料２１６の第２の領域２１６Ｂ内に消滅回路２１８が配置される。消滅回路２１８は、Ｐ高度ＳＰＡＤフォトダイオード２１４に結合されて、Ｐ高度ＳＰＡＤフォトダイオード２１４内のアバランシェ電流を制限する。しかしながら、本発明の教示によれば、バイアスＤＴＩ構造２２６Ｂが設けられた分離部により、Ｐ高度ＳＰＡＤフォトダイオード２１４の高電界領域は消滅回路２１８から分離される。
【００２０】
図２に示す高度光子検出装置２１０の別の特徴は、Ｐ高度ＳＰＡＤフォトダイオード２１４を消滅回路２１８から分離するためにバイアスＤＴＩ構造２２６Ｂを利用すると、半導体材料２１６のＰドープ領域２１６Ａ及び２１６Ｂに異なる電圧でバイアスをかけることができる点であると理解されたい。例示すると、図２の例に示すように、Ｐ高度ＳＰＡＤフォトダイオード２１４が配置される半導体材料２１６の第１の領域２１６Ａは、Ｐ＋バイアスノード２４６Ａを介して負電圧−Ｖｏｐｔ２３４に結合される。また、図示のように、消滅回路２１８が配置される半導体材料２１６の第２の領域２１６Ｂは、Ｐ＋バイアスノード２４６Ｂを介して接地ＧＮＤに結合され、Ｐ高度ＳＰＡＤフォトダイオード２１４のＮドープ領域２４４は、電圧Ｖｄｄ２３８でバイアスがかけられるように結合される。従って、本発明の教示によれば、Ｐ高度ＳＰＡＤフォトダイオード２１４の逆バイアスはＶｄｄ＋Ｖｏｐｔになり、Ｐ高度ＳＰＡＤフォトダイオード２１４の出力信号は、消滅回路２１８の動作電圧に対応する。
【００２１】
図３は、本発明の教示による、バイアス深溝分離部を有する高度光子検出装置を含む光子センサ３０２の一例の背面部分を示す底面図である。図示の例に示すように、光子センサ３０２は、半導体材料３１６内に配置された複数のフォトダイオード３１４Ａ、３１４Ｂ、３１４Ｃ及び３１４Ｄを含む。１つの例では、図３に示す複数のフォトダイオード３１４Ａ、３１４Ｂ、３１４Ｃ及び３１４Ｄの各々が、図２に示すＰ高度ＳＰＡＤフォトダイオード２１４と実質的に同様のものである。従って、フォトダイオード３１４Ａは、Ｐドープ半導体材料３４２ＡとＮドープ半導体材料３４４Ａの間に定められた平面接合部を含み、フォトダイオード３１４Ｂは、Ｐドープ半導体材料３４２ＢとＮドープ半導体材料３４４Ｂの間に定められた平面接合部を含み、フォトダイオード３１４Ｃは、Ｐドープ半導体材料３４２ＣとＮドープ半導体材料３４４Ｃの間に定められた平面接合部を含み、フォトダイオード３１４Ｄは、Ｐドープ半導体材料３４２ＤとＮドープ半導体材料３４４Ｄの間に定められた平面接合部を含む。
【００２２】
図示の例に示すように、光子センサ３０２は、図２のバイアスＤＴＩ構造２２２Ａ、２２２Ｂ及び２２２Ｃと実質的に同様のバイアスＤＴＩ構造３２２も含む。図３に示す例では、バイアスＤＴＩ構造３２２が、図示のように半導体材料３１６内に配置されてバイアスをかけられ、本発明の教示による各Ｐ高度ＳＰＡＤフォトダイオード３１４Ａ、３１４Ｂ、３１４Ｃ及び３１４Ｄの高電界領域を分離する。具体的には、本発明の教示によれば、バイアスＤＴＩ構造３２２は、Ｐ高度ＳＰＡＤフォトダイオード３１４Ａ、３１４Ｂ、３１４Ｃ及び３１４Ｄの各々が、Ｐ高度ＳＰＡＤフォトダイオード３１４Ａ、３１４Ｂ、３１４Ｃ及び３１４Ｄの隣接する１つから分離されるとともに、バイアスＤＴＩ構造３２２を含む対応する支持回路要素からも分離されるように半導体材料３１６内に配置される。
【００２３】
本発明の教示によれば、図３の例に示す光子センサ３０２に含まれる別の特徴は、Ｐ高度ＳＰＡＤフォトダイオード３１４Ａ、３１４Ｂ、３１４Ｃ及び３１４Ｄの各々により、半導体材料３１６内に配置されたバイアスノード３４６が共有されている点である。従って、本発明の教示によれば、図３に示す例では、Ｐ高度ＳＰＡＤフォトダイオード３１４Ａ、３１４Ｂ、３１４Ｃ及び３１４Ｄの各々が、共通バイアスノード３４６に結合された同じバイアス電圧を有する半導体３１６内に配置される。
【００２４】
従って、図３の例示的なＰ高度ＳＰＡＤフォトダイオード３１４Ａ、３１４Ｂ、３１４Ｃ及び３１４Ｄ（及び図２の例示的なＰ高度ＳＰＡＤフォトダイオード２１４）は、分離のためにガードリング又はドープウェルを利用しないと理解されたい。この結果、光子センサ３０２内の画素セルサイズを大幅に小型化することができる。光子センサ３０２の各画素セルに必要な領域が減少することにより、解像度が向上するとともにコストも削減される。また、本発明の教示によれば、浅溝分離（ＳＴＩ）とＤＴＩの処理の違いに起因して、本明細書で説明したバイアスＤＴＩ構造により、本明細書に開示した例示的なＰ高度ＳＰＡＤフォトダイオードの暗電流は増加しないとも理解されたい。本発明の教示によれば、暗電流が低下することによりノイズが減少し、光子に対する感度も高くなる。
【００２５】
本発明の説明例についての上述の説明は、要約書の記述を含め、包括的であること、又は開示した正確な形に限定されることを意図するものではない。本明細書では、例示を目的として本発明の特定の実施形態及びその例について説明したが、本発明のより広い思想及び範囲から逸脱することなく様々な同等の修正が可能である。
【００２６】
これらの修正は、本発明の例に対し、上記の詳細な説明に照らして行うことができる。以下の特許請求の範囲で使用する用語は、本明細書及び特許請求の範囲に開示する特定の実施形態に本発明を限定するものとして解釈すべきではない。むしろ、本発明の範囲は、確立された請求項解釈の原則に従って解釈すべき以下の特許請求の範囲によってのみ決定すべきでものある。従って、本明細書及び図は、限定的なものではなく例示的なものと見なすべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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