[發明專利]光電轉換元件和固態攝像裝置

有效

• 申請號: 201880078992.6
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN111466027B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 川人祥二
• 申請（專利權）人: 國立大學法人靜岡大學
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L21/8238;H01L27/092;H01L31/10;H04N25/70;H04N25/779;H04N25/76
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 李丹

一種光電轉換元件和固態攝像裝置，具有：耗盡層擴大部(10a、11)，具有p型上部區域；p型光電轉換層(12)，與耗盡層擴大部(10a、11)接觸；以及n型表面埋設區域(15)，埋設于光電轉換層(12)的上部，與光電轉換層(12)形成光電二極管。第一p阱(14a)被第一n極耳(13b)包圍，第一n極耳(13b)被第二p阱(14b)包圍，第二p阱(14b)被第二n極耳(13d)包圍，第二n極耳(13d)被第三p阱(14c)包圍。通過注入阻止部(13b、13d)防止與信號電荷為相反導電型的載流子從第二p阱(14b)向光電轉換層(12)的注入，通過施加于耗盡層擴大部(10a、11)的電壓使光電轉換層(12)中被耗盡。

技術領域

本發明涉及光電轉換元件和將該光電轉換元件作為攝像用像素而排列有多個的固態攝像裝置，特別是涉及能夠進行高速動作的固態攝像裝置。

背景技術

本發明人已經提出了具有與光脈沖同步地進行光電荷檢測的鎖定像素的功能的測長元件(參照專利文獻1。)。在專利文獻1所記載的進行光飛行時間(TOF)型動作的距離傳感器等中，在以亞納秒級的超高速動作為目標的情況下，在中性區域(外延層)中存在以擴散速度移動的慢的電荷的成分，因此，該慢的成分造成影響，有無法進行作為目標的超高速動作的缺陷。

在該中性區域內以擴散速度移動的慢的電荷能夠在若對基板施加偏壓則會產生的電場中高速移動。但是，存在如下問題：在保持對基板施加了偏壓的情況下，由于像素的作為來自光電二極管以外的部分的p區域、周邊電路的p阱區等的非信號電荷的孔穴的注入而使功耗增大。

為了阻止配置在像素內的p阱與p⁺基板間的寄生電流，提出了將在像素的p阱的下方較廣地覆蓋p阱的n型埋設層設置在像素的一部分來阻止p阱與p⁺基板間的寄生電流的結構(參照專利文獻2。)。然而，在專利文獻2所記載的發明中，存在無法在像素內實現用于高速傳輸信號電荷的電位分布的問題。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：國際公開第2016/15791號小冊子

專利文獻2：日本特開2015-177191號公報

發明內容

發明要解決的問題

鑒于上述問題，本發明的目的在于提供能夠以低功耗進行高速動作的光電轉換元件和將該光電轉換元件作為攝像用像素而排列有多個的固態攝像裝置。

用于解決問題的方案

為了實現上述目的，本發明的第一方式的主旨是一種光電轉換元件，其具備：(a)耗盡層擴大部，具有第一導電型的上部區域；(b)第一導電型的光電轉換層，設置成與耗盡層擴大部的上表面接觸，比暴露于上表面的上部區域的雜質密度低；(c)第二導電型的表面埋設區域，埋設于光電轉換層的上部的一部分，與光電轉換層形成光電二極管；(d)第一導電型的阱區，埋設于光電轉換層的上部的另一部分，比光電轉換層的雜質密度高；(e)第二導電型的電荷存儲區域，埋設于阱區的上部的一部分，暫時存儲從表面埋設區域傳送的、光電二極管生成的信號電荷；(f)像素內電路元件，集成到阱區的一部分，構成從電荷存儲區域讀出信號電荷的電路；以及(g)注入阻止部，具有在阱區的至少一部分中將阱區至少分割為兩部分的第二導電型的極耳區域，防止包括與信號電荷為相反導電型的載流子的非信號電荷從阱區向光電轉換層的注入。在本發明的第一方式的光電轉換元件中，通過施加于上部區域的電壓，光電轉換層中預定作為信號電荷生成區域的全部范圍被耗盡。在此，第一導電型與第二導電型是相互相反的導電型。即，若第一導電型是n型，則第二導電型是p型，若第一導電型是p型，則第二導電型是n型。另外，若信號電荷是電子，則非信號電荷是空穴(孔穴)，若信號電荷是空穴，則非信號電荷是電子。