JP6779929B2 - 光電変換装置および機器 - Google Patents
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Description
図2と図3を用いて第1実施形態を説明する。図2(a)は4画素分の光電変換部20を含む平面図である。図1(a)、図2(b)は図2(a)のX1−X2線における断面図である。図2(a)から理解されるように、遮光部材80は格子状になっており、遮光部材80の開口によって上述の透光領域71、72が画定される。図2(a)には、遮光部材80と溝30とが重なっている様子を示している。
図4(a)、(b)を用いて、第2実施形態を説明する。図4(b)は図4(a)のX3−X4線における断面図である。以降で説明する実施形態において、他の実施形態と共通であってよい事項については説明を省略し、実施形態間で異なる点について主に説明する。
図5(a)、(b)を用いて、第2実施形態の変形例としての第3実施形態を説明する。本実施形態では、主光線の入射角に応じて、下部801、中部802、上部803、層内レンズ91、92の平面位置を光電変換部21、22からずらして配置している。そのため、X方向において遮光部81の上端812からの距離がWa/2となる透光領域71内の位置と、X方向において下端811からの距離がWb/2となる透光領域71内の位置とが重ならない。このようにすることで、主光線が遮光部材80に遮られ、感度が低下することを抑制できる。
図6(a)、(b)を用いて、第2実施形態の変形例としての第4実施形態を説明する。遮光部81および遮光部82は遮光部材80によって構成されている。遮光部材80(下部801)は、透光領域71を囲む開口86と、複数の光電変換部20のうちの他の光電変換部22の上に位置する開口87と、を有する。開口86の面積は、開口87の面積と異なる。本例では、右下の画素の開口87の面積は開口86の面積より小さい。光電変換部22の上における遮光部81の下端と遮光部82の下端との距離Wb’は、遮光部81の下端と遮光部83の下端との距離Wbよりも小さい(Wb’<Wb)。一方、光電変換部22の上における遮光部81の上端と遮光部82の上端との距離Wa’は、遮光部81の下端と遮光部83の下端との距離Waと等しい(Wa’=Wa)。距離Waと距離Wa’は異なっていてもよいが、距離Wbと距離Wb’との差よりも小さくすることが好ましい(Wa−Wa’<Wb−Wb’)。図6の遮光部材80の開口は右下の画素が小さく、均一な光を入射した場合、右下の画素の出力は他の画素より小さくなる。このような構成であれば、右下の画素とそれ以外の画素との感度比が調整可能である。例えば、画素の色ごとに開口形状を変えると、色比の調整ができる。あるいは、中央と外周とで開口形状を変えるとシェーディングの補正ができる。
図7(a)、(b)を用いて、第2実施形態の変形例としての第5実施形態を説明する。遮光部81と遮光部82との間の透光領域71の下には少なくとも2つの光電変換部211と光電変換部212が位置する。1つの画素に複数の光電変換部を配置することで、瞳分割による位相差検出方式の測距や焦点検出が可能となる。あるいは、1つの画素に特性の異なる複数の光電変換部を配置することで、光電変換のダイナミックレンジを拡大することもできる。光電変換部211と光電変換部212との間には溝30が位置し、光電変換部211と光電変換部212との間には溝30の中に画素内分離用の分離部34が設けられている。同様に、光電変換部221と光電変換部222との間には溝30の中に画素内分離用の分離部35が設けられている。画素内分離用の分離部34、35に対して分離部31、32、33は画素間分離用の分離部として用いられる。画素内分離用の分離部34、35を設けることにより、光電変換部211と光電変換部212との間のクロストーク、あるいは、光電変換部221と光電変換部222との間のクロストークを低減し、分離精度が向上する。
図8(a)、(b)を用いて、第2実施形態の変形例としての第6実施形態を説明する。第5実施形態では、2つの光電変換部211、212の間には、裏面102から連続する、分離部31、32よりも幅の小さい溝30が設けられている。当該幅の小さい溝30の中に、分離部31、32よりも幅の小さい分離部34が設けられている。また、2つの光電変換部221、222の間には、裏面102から連続する、分離部31、33よりも深さの小さい溝30が設けられている。該深さの小さい溝30の中に、分離部31、33よりも深さの小さい分離部35が設けられている。画素内分離用の分離部34、35の幅や深さを画素間分離用の分離部31、32、33の幅や深さよりも小さくすることで、感度の損失を低減することができる。画素の中央部は、入射光が層内レンズ91、92により集光される部分であり、光電変換への寄与度が大きい領域である。この領域に設ける溝の幅や深さを小さくすることで、分離部34、35で遮られる光線が減少し、感度が向上する。
図1(b)に示した機器EQPについて詳述する。光電変換装置APRは、複数の光電変換部が設けられた第1半導体チップと、周辺回路が設けられた第2半導体チップとを積層した構造(チップ積層構造)を有していてもよい。第2半導体チップにおける周辺回路は、ぞれぞれ、第1半導体チップの画素列に対応した列回路とすることができる。また、第2半導体チップにおける周辺回路は、それぞれ、第1半導体チップの画素あるいは画素ブロックに対応したマトリックス回路とすることもできる。第1半導体チップと第2半導体チップとの接続は、貫通電極(TSV)、銅等の導電体の直接接合によるチップ間配線、チップ間のマイクロバンプによる接続、ワイヤボンディングによる接続などを採用することができる。
102 裏面
20、21、22 光電変換部
150 配線構造
30 溝
31 分離部
81、82 遮光部
71 透光領域
810 側面
811 下端
822 上端
131 境
Claims (20)
- 表面と裏面を有し、前記表面と前記裏面との間に複数の光電変換部が設けられた半導体層と、
前記半導体層の前記表面の側に配された配線構造と、
前記複数の光電変換部の間に配され、前記裏面から連続する溝によって形成された分離部と、
前記分離部に重なるように前記裏面の側において前記半導体層の上に配された第1遮光部と、
前記複数の光電変換部のうちの少なくとも1つの光電変換部の上の領域を介して前記第1遮光部に対向するように前記裏面の側において前記半導体層の上に配された第2遮光部と、
前記領域の上に配されたマイクロレンズと、
を備える光電変換装置であって、
前記第1遮光部の前記領域の側の面のうちの前記半導体層の側の端が第1端であり、前記第2遮光部の前記領域の側の面のうちの前記半導体層の側とは反対側の端が第2端であり、前記第1遮光部の下に前記裏面と前記溝の前記1つの光電変換部の側の側面との境が位置し、
前記裏面に沿った第1方向における前記第1端と前記第2端との間の距離をWとし、
前記第1方向における前記第1端と前記境との間の距離をLとし、
前記表面から裏面に向かう第2方向における前記裏面と前記第2端との間の距離をHとし、
前記第2方向における前記第1端と前記境との間の距離をDとして、
H/D>(W+L)/L
を満たし、
前記裏面から前記マイクロレンズまでの距離は前記距離Hよりも大きいことを特徴とする光電変換装置。 - L<0.4×W
を満たす、請求項1に記載の光電変換装置。 - D<L
を満たす、請求項1または2に記載の光電変換装置。 - 前記マイクロレンズと前記半導体層との間に配されたカラーフィルタを備え、前記裏面から前記カラーフィルタまでの距離は前記距離Hよりも大きい、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第1方向における前記分離部の幅であって、前記第2方向における前記分離部の長さの1/2である位置における前記分離部の幅をGとして、
G<L
を満たす、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記第1方向における前記第2端と前記第1遮光部との距離をWaとし、
前記第1方向における前記第1端と前記第2遮光部との距離をWbとし、
前記第1方向における前記第1遮光部の幅であって、前記第1端と前記第2端とから等距離の高さにおける前記第1遮光部の幅をWcとして、
Wa−Wb>Wc/2
および
Wa−Wb>G−Wc
を満たす、請求項5に記載の光電変換装置。 - Wc<G
および
G<3×Wc/2
の少なくとも一方を満たす、請求項6に記載の光電変換装置。 - 前記第1方向において前記第1端からの距離がWb/2となる前記領域の中の位置と、前記第1方向において前記第2端からの距離がWa/2となる前記領域の中の位置と、が前記第2方向において重ならない、請求項6または7に記載の光電変換装置。
- 前記第1遮光部および前記第2遮光部を構成する遮光部材は、前記第1端を有する下部と、前記第2端を有する上部とを有し、前記下部の前記第1方向における幅が、前記上部の第1方向における幅よりも大きく、前記下部の前記第2方向における厚さが、前記上部の前記第2方向における厚さよりも小さい、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第1遮光部および前記第2遮光部は、前記領域を囲む第1の開口と、前記複数の光電変換部のうちの他の光電変換部の上に位置する第2の開口と、を含む遮光部材によって構成されており、前記第2の開口の面積は、前記第1の開口の面積と異なる、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第1遮光部と前記第2遮光部との間の前記領域の下には少なくとも2つの光電変換部が位置する、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記2つの光電変換部の間には、前記裏面から連続する、前記分離部よりも幅の小さい溝が設けられている、請求項11に記載の光電変換装置。
- 前記2つの光電変換部の間には、前記裏面から連続する、前記分離部よりも深さの小さい溝が設けられている、請求項11または12に記載の光電変換装置。
- 前記第1遮光部の幅は100nmよりも大きい、請求項1乃至13のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第2方向における前記第1遮光部と前記半導体層との間の距離は50nm〜500nmである、請求項1乃至14のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第1遮光部と前記第2遮光部との間にはレンズが設けられている、請求項1乃至15のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記溝の側面および前記裏面は金属酸化物膜で覆われている、請求項1乃至16のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第2方向における前記分離部の長さは前記裏面と前記表面との間の距離の1/4以上である、請求項1乃至17のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第1遮光部と前記裏面との間には絶縁体膜が設けられており、前記第1遮光部は前記半導体層へ電気的に接続されている、請求項1乃至18のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 請求項1乃至19のいずれか1項に記載の光電変換装置を備える機器であって、
前記光電変換装置に結像する光学系、
前記光電変換装置を制御する制御装置、
前記光電変換装置から出力された信号を処理する処理装置、
前記光電変換装置で得られた情報に基づいて制御される機械装置、
前記光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置、および、
前記光電変換装置で得られた情報を記憶する記憶装置
の少なくともいずれかを更に備えることを特徴とする機器。
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