JP7250427B2 - 光電変換装置、撮像システム、および移動体 - Google Patents
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Description
図1は本実施例の光電変換装置を説明する断面模式図である。光電変換装置1000は、CMOS型のイメージセンサであり、図1ではイメージセンサの配線層や光学素子などを省略した一部分を示している。
図2および図3は、本実施例の光電変換装置を説明する模式図である。本実施例の光電変換装置もCMOS型のイメージセンサであるが第1実施例とは転送トランジスタの構造などが異なる。本実施例の説明において、図1と同一の機能を有する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
本実施例の光電変換装置について、図4(a)を用いて説明する。図4(a)は図3(a)と対応した光電変換装置の断面模式図である。図4(a)の説明において、図3(a)と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。本実施例の光電変換装置1002において、図3(a)と異なる点は、第1素子分離部301と第2素子分離部302とが離間しており、それらの間に半導体領域300が設けられている点である。半導体領域300は、例えばP型の半導体領域であり、光電変換素子にて生じ蓄積される電荷に対してポテンシャルバリアとして機能しうる半導体領域であればよい。このような構成によって、第1素子分離部301と第2素子分離部302とを第1実施例や第2実施例に比べて浅く形成することができるため、それらの幅をより狭くすることができる。特に、第2素子分離部302の幅が狭くなることで、光電変換素子の面積および体積が増加するため、感度が向上しうる。また、第1素子分離部301や第2素子分離部302を形成するための欠陥やダメージが低減され、欠陥などから生じる暗電流を低減することができる。ここで、第1素子分離部301と第2素子分離部302の構造は他の実施例と同様の構造であるため、説明を省略する。
本実施例について、図5(a)を用いて説明する。図5(a)は光電変換装置1004の断面模式図であり、図1および図4(a)を適宜組み合わせ、変形させた構成を有する。図5(a)の説明において、図1および図4(a)と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施例について、図6(a)から図7(b)を用いて説明する。まず、図6(a)の光電変換装置1006について説明する。図6(a)は光電変換装置1006の断面模式図であり、図4(a)と図5(a)を適宜組み合わせ、変形させた構成を有する。図6(a)の説明において、図4(a)および図5(a)と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施例の光電変換装置について、図8(a)および図8(b)を用いて説明する。図8(a)は光電変換装置1010の断面模式図であり、図8(b)は、光電変換装置1011の断面模式図である。図8(a)は図5(a)の光電変換装置1004において、光電変換素子の位置に対してマイクロレンズ層232などをX軸方向にずらして設けた構造を示している。図8(a)において、図6(a)と同一の構成には同一の符号を付し、位置をずらした構成には同一の符号にダッシュを付している。位置をずらした構成は、マイクロレンズ層232’と、カラーフィルタ層231’と、第2素子分離部302’と、第4素子分離部4’と、半導体領域300’である。例えば、第1面P1に第1素子分離部1とこれらのずらした構成とを投影すると、図6(a)に比べて第2素子分離部1など他のずらした構成の中心位置が異なっていることがわかる。
図9を用いて、光電変換装置の製造方法の一例を説明する。図9は、光電変換装置の製造方法の任意の工程における構造の断面模式図である。図9は、図4(a)に記載の光電変換装置1002の製造方法について説明する。説明を簡単にするため、何らかの処理を施す前と施した後の部材に対して同一の符号を付す場合がある。
図10を用いて、素子分離部の形状について説明する。図10にて説明する素子分離部の構造は、実施例に記載の素子分離部のいずれにも適用される。
撮像システムの実施例について説明する。撮像システムとして、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、カメラヘッド、複写機、ファックス、携帯電話、スマートフォン、車載カメラ、観測衛星などがあげられる。図11に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラのブロック図を示す。
図12(a)は、車戴カメラに関する撮像システムの一例を示したものである。撮像システム2000は、撮像装置2010を有する。撮像装置2010には、上述の実施例のいずれかで説明した光電変換装置が用いられる。撮像システム2000は、撮像装置2010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2030と、撮像システム2000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2040を有する。また、撮像システム2000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2050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2060と、を有する。ここで、視差算出部2040や距離計測部2050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2060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)などによって実現されてもよい。また、これらの組合せによって実現されてもよい。
100 半導体層
P1 第1面
P2 第2面
P3 第3面
P4 第4面
PD1 第1光電変換素子
PD2 第2光電変換素子
1 第1素子分離部
2 第2素子分離部
D1 距離
Claims (25)
- 第1面と、前記第1面と対向して配置された第2面とを有し、第1光電変換素子と第2光電変換素子と第3光電変換素子が配された半導体層を有する光電変換装置において、
前記半導体層は、
前記半導体層に配され、絶縁体を含み、少なくとも前記第1面から、前記第1面から前記第2面までの長さの4分の1の位置まで延在する第1素子分離部と、
前記半導体層に配され、絶縁体を含み、少なくとも前記第2面から、前記第1面から前記第2面までの長さの4分の1の位置まで延在する第2素子分離部と、
前記半導体層に配され、絶縁体を含み、少なくとも前記第2面から前記第1面へ向かって延在する第3素子分離部と、を有し、
前記第2光電変換素子は前記第1光電変換素子と前記第3光電変換素子との間に位置し、
前記第2光電変換素子と前記第3光電変換素子に対応して1つのマイクロレンズが配され、
前記第1素子分離部と前記第2素子分離部は前記第1光電変換素子と前記第2光電変換素子の間に配され、
前記第3素子分離部は前記第2光電変換素子と前記第3光電変換素子との間に配され、
前記第2光電変換素子と前記第3光電変換素子の間であって前記第3素子分離部と前記第1面との間に配され、前記第2光電変換素子と前記第3光電変換素子が生じる電荷に対してポテンシャルバリアとなる第1半導体領域が配され、
前記第2面における前記第3素子分離部の幅は、前記第2面における前記第2素子分離部の幅よりも狭いことを特徴とする光電変換装置。 - 前記第1素子分離部は、前記半導体層の一部を前記第1面から除去することによって形成され、
前記第2素子分離部は、前記半導体層の一部を前記第2面から除去することによって形成されたことを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 - 前記第2面における前記第2素子分離部の幅は、前記第1面における前記第1素子分離部の幅よりも狭い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。
- 前記第2素子分離部の前記第2面からの長さは、前記第1素子分離部の前記第1面からの長さよりも短い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。
- 前記第1素子分離部と前記第2素子分離部とが接し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。
- 前記第2素子分離部の前記第1面側の端部は、前記第1素子分離部の絶縁体と接し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。
- 前記第1面と前記第2面を通る断面をとった場合に、前記第2素子分離部の絶縁体の前記第1面側の端部は、前記第1素子分離部の絶縁体の前記第2面側の端部を貫通していることを特徴とする請求項6に記載の光電変換装置。
- 前記第1素子分離部と前記第2素子分離部との間に、前記第1光電変換素子と前記第2光電変換素子が生じる電荷に対してポテンシャルバリアとなる第2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4のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第3素子分離部と前記第1半導体領域とは離間し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。
- 前記第1素子分離部は、前記第1面にSTI構造からなる第4素子分離部を含む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。
- 前記第1素子分離部は少なくともポリシリコンを含み、前記第2素子分離部は少なくとも酸化ハフニウムを含む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。
- 前記第1素子分離部は少なくとも窒化シリコンを含み、前記第2素子分離部は少なくとも酸化ハフニウムを含む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。
- 前記第2素子分離部は酸化アルミニウムを含む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。
- 前記第3素子分離部は酸化アルミニウムを含む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。
- 前記第1面に前記第1素子分離部と前記第2素子分離部を投影すると、前記第1素子分離部の中心位置と前記第2素子分離部の中心位置が異なることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第2素子分離部は前記第3素子分離部よりも前記第1面の近くまで設けられていることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第2素子分離部と前記第3素子分離部は前記第2面から等しい深さまで設けられていることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第3素子分離部の幅は、前記第1半導体領域の幅よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 第1面と、前記第1面と対向して配置された第2面とを有し、第1光電変換素子と第2光電変換素子と第3光電変換素子が配された半導体層を有する光電変換装置において、
前記半導体層は、
前記半導体層に配され、絶縁体を含み、少なくとも前記第1面から、前記第1面から前記第2面までの長さの4分の1の位置まで延在する第1素子分離部と、
前記半導体層に配され、絶縁体を含み、少なくとも前記第2面から、前記第1面から前記第2面までの長さの4分の1の位置まで延在する第2素子分離部と、
前記半導体層に配され、絶縁体を含み、少なくとも前記第2面から前記第1面へ向かって延在する第3素子分離部と、を有し、
前記第2光電変換素子は前記第1光電変換素子と前記第3光電変換素子との間に位置し、
前記第2光電変換素子と前記第3光電変換素子に対応して1つのマイクロレンズが配され、
前記第1素子分離部と前記第2素子分離部は前記第1光電変換素子と前記第2光電変換素子の間に配され、
前記第3素子分離部は前記第2光電変換素子と前記第3光電変換素子との間に配され、
前記第2光電変換素子と前記第3光電変換素子の間であって前記第3素子分離部と前記第1面との間に配され、前記第2光電変換素子と前記第3光電変換素子が生じる電荷に対してポテンシャルバリアとなる第1半導体領域が配され、
前記第3素子分離部の幅は、前記第1半導体領域の幅よりも小さいことを特徴とする光電変換装置。 - 第1面と、前記第1面と対向して配置された第2面とを有し、第1光電変換素子と第2光電変換素子と第3光電変換素子が配された半導体層を有する光電変換装置において、
前記半導体層は、
前記半導体層に配され、絶縁体を含み、少なくとも前記第1面から、前記第1面から前記第2面までの長さの4分の1の位置まで延在する第1素子分離部と、
前記半導体層に配され、絶縁体を含み、少なくとも前記第2面から、前記第1面から前記第2面までの長さの4分の1の位置まで延在する第2素子分離部と、
前記半導体層に配され、絶縁体を含み、少なくとも前記第2面から前記第1面へ向かって延在する第3素子分離部と、を有し、
前記第2光電変換素子は前記第1光電変換素子と前記第3光電変換素子との間に位置し、
前記第2光電変換素子と前記第3光電変換素子に対応して1つのマイクロレンズが配され、
前記第1素子分離部と前記第2素子分離部は前記第1光電変換素子と前記第2光電変換素子の間に配され、
前記第3素子分離部は前記第2光電変換素子と前記第3光電変換素子との間に配され、
前記第2光電変換素子と前記第3光電変換素子の間であって前記第3素子分離部と前記第1面との間に配され、前記第2光電変換素子と前記第3光電変換素子が生じる電荷に対してポテンシャルバリアとなる第1半導体領域が配され、
前記第2素子分離部の前記第2面からの長さは、前記第1素子分離部の前記第1面からの長さよりも短いことを特徴とする光電変換装置。 - 第1面と、前記第1面と対向して配置された第2面とを有し、第1光電変換素子と第2光電変換素子と第3光電変換素子が配された半導体層を有する光電変換装置において、
前記半導体層は、
前記半導体層に配され、絶縁体を含み、少なくとも前記第1面から、前記第1面から前記第2面までの長さの4分の1の位置まで延在する第1素子分離部と、
前記半導体層に配され、絶縁体を含み、少なくとも前記第2面から、前記第1面から前記第2面までの長さの4分の1の位置まで延在する第2素子分離部と、
前記半導体層に配され、絶縁体を含み、少なくとも前記第2面から前記第1面へ向かって延在する第3素子分離部と、を有し、
前記第2光電変換素子は前記第1光電変換素子と前記第3光電変換素子との間に位置し、
前記第2光電変換素子と前記第3光電変換素子に対応して1つのマイクロレンズが配され、
前記第1素子分離部と前記第2素子分離部は前記第1光電変換素子と前記第2光電変換素子の間に配され、
前記第3素子分離部は前記第2光電変換素子と前記第3光電変換素子との間に配され、
前記第2光電変換素子と前記第3光電変換素子の間であって前記第3素子分離部と前記第1面との間に配され、前記第2光電変換素子と前記第3光電変換素子が生じる電荷に対してポテンシャルバリアとなる第1半導体領域が配され、
前記第1素子分離部と前記第2素子分離部とが接し、
前記第2素子分離部の前記第1面側の端部は、前記第1素子分離部の絶縁体と接し、
前記第1面と前記第2面を通る断面をとった場合に、前記第2素子分離部の絶縁体の前記第1面側の端部は、前記第1素子分離部の絶縁体の前記第2面側の端部を貫通していることを特徴とする光電変換装置。 - 前記第2面と前記マイクロレンズとの間にカラーフィルタを有することを特徴とする請求項1乃至21のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第1面から前記第2面までの長さが3μm以内である時に、前記第1素子分離部の前記第1面における幅は150nm以下であり、前記第2素子分離部の前記第2面における幅は150nm以下であることを特徴とする請求項1乃至22のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 請求項1乃至23のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置が出力す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撮像システム。 - 請求項1乃至23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、を有する移動体であって、
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をさらに有することを特徴とする移動体。
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