光检测装置和电子设备的制作方法

专利检索2025-11-07  11


本技术(涉及本公开的技术)涉及一种光检测装置和电子设备,特别地,涉及一种适用于具有由在半导体层的厚度方向上延伸的分离区域划分的光电转换区域的光检测装置和包括它的电子设备的有效技术。


背景技术:

1、在诸如固态成像装置、测距装置等光检测装置中,半导体层由分离区域划分。在专利文献1中,作为划分半导体层的光电转换区域的分离区域,公开了一种埋入型分离区域,其中半导体层的挖掘部经由绝缘膜填充有导电性多晶硅。

2、[引用文献列表]

3、[专利文献]

4、[专利文献1]jp 2019-214874a


技术实现思路

1、[技术问题]

2、然而,在光检测装置中,随着光电转换区域的微细化,分离区域的宽度也趋于微细化。尽管在处理可见区域的波长的光(可见光)的情况下几乎没有影响,但是在处理近红外区域的波长的光(近红外光)的情况下,分离区域的宽度太细(太小),入射在光电转换区域中的光在分离区域中不完全反射并且透过到近的光电转换区域,并且作为像素特性的量子效率(qe)降低(劣化)。此外,在填充有光吸收率高的多晶硅的分离区域中,光被多晶硅吸收,并且量子效率qe降低。

3、另一方面,硅(si)对近红外光具有低的光吸收系数,因此具有低的量子效率。因此,在处理近红外光的情况下,为了提高量子效率qe,已经研究了通过加厚半导体层的厚度或者在半导体层的光入射面侧设置衍射散射部来延长半导体层内的光路。然而,在半导体层形成得较厚的情况下,在光电转换胞中信号电荷从光电转换单元传输到电荷保持部时存在问题。该信号电荷的传输对像素特性有影响。

4、本技术的目的是提供一种能够改善像素特性的技术。

5、[问题的解决方案]

6、(1)根据本技术的一个方面,提供了一种光检测装置,包括:半导体层;和设置在所述半导体层中的第一和第二分离区域,其中第一分离区域包含填充在所述半导体层的厚度方向上延伸的第一挖掘部并且折射率比所述半导体层低的绝缘材料,和其中第二分离区域包含填充在所述半导体层的厚度方向上延伸的第二挖掘部的导电材料。

7、(2)根据本技术的另一方面,提供了一种光检测装置,包括:半导体层,其具有在厚度方向上位于相对侧的第一面和第二面;第一分离区域,其包含设置在在所述半导体层的厚度方向上延伸的第一挖掘部中并且折射率比所述半导体层低的绝缘材料;光电转换区域,其由第一分离区域划分;第二分离区域,其包含设置在在所述半导体层的厚度方向上延伸的第二挖掘部中的导电材料,并且在一个方向上将所述光电转换区域分离为第一区域和第二区域;光电转换单元,其设置在第一区域中;电荷保持部,其在第二区域中设置在所述半导体层的第一面侧;和遮光体,其设置在所述半导体层的第二面侧并且在平面图中与第二区域重叠。

8、(3)根据本技术的另一方面,提供了一种光检测装置,包括:半导体层,其具有在厚度方向上位于相对侧的第一面和第二面;第一分离区域,其包含设置在在所述半导体层的厚度方向上延伸的第一挖掘部中并且折射率比所述半导体层低的绝缘材料;光电转换区域,其由第一分离区域划分;第二分离区域,其包含设置在在所述半导体层的厚度方向上延伸的第二挖掘部中的导电材料,并且在一个方向上将所述光电转换区域分离为第一区域和第二区域;光电转换单元,其设置在第一区域中;电荷保持部,其在第二区域中设置在所述半导体层的第一面侧;遮光体,其设置在所述半导体层的第二面侧并且被设置为在平面图中与第二区域重叠;和光反射体,其被设置为在所述半导体层的第二面侧在平面图中与第二分离区域重叠,并且其折射率低于所述半导体层的折射率。

9、(4)根据本技术的另一方面,提供了一种光检测装置,包括:半导体层,其具有在厚度方向上位于相对侧的第一面和第二面;第一分离区域,其包含设置在在所述半导体层的厚度方向上延伸的第一挖掘部中并且折射率比所述半导体层低的绝缘材料;第一和第二光电转换区域,其由第一分离区域在一个方向上排列地划分;第二分离区域,其包含设置在在所述半导体层的厚度方向上延伸的第二挖掘部中的导电材料,并且在所述一个方向上将第一和第二光电转换区域中的每一个分离为第一区域和第二区域;光电转换单元,其设置在第一和第二光电转换区域中的每一个的第一区域中;和电荷保持部,其设置在第一和第二光电转换区域中的每一个的第二区域中,其中第一和第二光电转换区域中的每一个的第二区域在平面图中经由第三分离区域在所述一个方向上彼此相邻地排列。

10、(5)根据本技术的另一方面,提供了一种光检测装置,包括:半导体层,其具有在厚度方向上位于相对侧的第一面和第二面;第一分离区域,其包含设置在在所述半导体层的厚度方向上延伸的第一挖掘部中并且折射率比所述半导体层低的绝缘材料;光电转换区域,其由第一分离区域划分;第二分离区域,其包含经由折射率比所述半导体层低的绝缘体设置在在所述半导体层的厚度方向上延伸的第二挖掘部中的导电材料,并且在一个方向上将所述光电转换区域分离为第一区域和第二区域;光电转换单元,其设置在第一区域中;和电荷保持部,其设置在第二区域中,其中,在第二分离区域中,所述导电材料的第一区域侧的所述绝缘体的膜厚度大于所述导电材料的第二区域侧的所述绝缘体的膜厚度。

11、(6)根据本技术的另一方面,提供了一种光检测装置,包括:半导体层,其具有位于相对侧的第一面和第二面;光电转换区域,其由第一分离区域划分地设置在所述半导体层中;第二分离区域,其将所述光电转换区域的每个光电转换区域分离为在一个方向上排列的第一区域和第二区域;光电转换单元,其设置在第一区域中并且对从所述半导体层的第二面侧入射的光执行光电转换;和电荷保持部,其设置在第二区域中并且保持通过所述光电转换单元的光电转换获得的信号电荷,其中第一分离区域包含设置在在所述半导体层的厚度方向上延伸的第一挖掘部中并且折射率比所述半导体层低的绝缘材料,其中第二分离区域包含经由折射率比所述半导体层低的分离绝缘膜设置在在所述半导体层的厚度方向上延伸的第二挖掘部中的导电材料,和其中第二区域在所述一个方向上的宽度被设定为使得在从所述半导体层的第二面侧入射到第一区域中的入射光之中,在第二分离区域的侧面部处反射的反射光与根据入射光透过第二分离区域和第二区域、在第一分离区域处反射并返回到第一区域而获取的返回光之间的相位差变为入射光的整数倍。

12、(7)根据本技术的另一方面,提供了一种光检测装置,包括:半导体层,其具有位于相对侧的第一面和第二面;多个光电转换区域,其由第一分离区域划分地设置在所述半导体层中;第二分离区域,其将所述多个光电转换区域中的每一个分离为在一个方向上排列的第一区域和第二区域;光电转换单元,其设置在第一区域中并且对从所述半导体层的第二面侧入射的光执行光电转换;和电荷保持部,其设置在第二区域中并且保持通过所述光电转换单元的光电转换获得的信号电荷,其中第一分离区域包含设置在在所述半导体层的厚度方向上延伸的第一挖掘部中并且折射率比所述半导体层低的绝缘材料,其中第二分离区域包含经由折射率比所述半导体层低的分离绝缘膜设置在在所述半导体层的厚度方向上延伸的第二挖掘部中的导电材料,和其中所述多个光电转换区域包括第二区域在所述一个方向上的宽度彼此不同的两种以上类型的光电转换区域。

13、(8)根据本技术的另一方面,提供了一种光检测装置,包括:半导体层,其具有在厚度方向上位于相对侧的第一面和第二面;第一分离区域,其包含设置在在所述半导体层的厚度方向上延伸的第一挖掘部中并且折射率比所述半导体层低的绝缘材料;光电转换区域,其由第一分离区域划分;第二分离区域,其包含设置在在所述半导体层的厚度方向上延伸的第二挖掘部中的导电材料,并且在一个方向上将所述光电转换区域分离为第一区域和第二区域;光电转换单元,其设置在第一区域中并且将从所述半导体层的第二面侧入射的光光电转换为信号电荷;电荷保持部,其设置在第二区域中并且保持通过所述光电转换单元的光电转换获得的信号电荷;和介电体,其中在所述半导体层的深度方向上延伸的第三挖掘部中经由固定电荷膜设置有绝缘膜。

14、(9)根据本技术的另一方面,提供了一种光检测装置,包括:半导体层,其具有在厚度方向上位于相对侧的第一面和第二面;第一分离区域,其包含设置在在所述半导体层的厚度方向上延伸的第一挖掘部中并且折射率比所述半导体层低的绝缘材料;光电转换区域,其由第一分离区域划分;第二分离区域,其包含设置在在所述半导体层的厚度方向上延伸的第二挖掘部中的导电材料,并且在一个方向上将所述光电转换区域分离为第一区域和第二区域;光电转换单元,其设置在第一区域中并且对从所述半导体层的第二面侧入射的光执行光电转换;电荷保持部,其设置在第二区域中并且保持通过所述光电转换单元的光电转换获得的信号电荷;和多层体,其设置在所述半导体层的第一面侧,其中所述多层体包括被设置为与第一区域重叠的光反射体。

15、(10)根据本技术的另一方面,提供了一种光检测装置,包括:半导体层,其具有在厚度方向上位于相对侧的第一面和第二面;第一分离区域,其包含设置在在所述半导体层的厚度方向上延伸的第一挖掘部中并且折射率比所述半导体层低的绝缘材料;光电转换区域,其由第一分离区域划分;第二分离区域,其包含设置在在所述半导体层的厚度方向上延伸的第二挖掘部中的导电材料,并且在一个方向上将所述光电转换区域分离为第一区域和第二区域;光电转换单元,其设置在第一区域中并且对从所述半导体层的第二面侧入射的光执行光电转换;电荷保持部,其设置在第二区域中并且保持通过所述光电转换单元的光电转换获得的信号电荷;和多层体,其设置在所述半导体层的第一面侧,其中所述多层体包括被设置为与第一区域重叠并且光吸收率比所述半导体层高的光吸收体。

16、(11)根据本技术的另一方面,提供了一种电子设备,包括:上述的光检测装置;光学透镜,其在所述光检测装置的成像面上形成来自被摄体的图像光的图像;和信号处理电路,其对从所述光检测装置输出的信号执行信号处理。


技术特征:

1.一种光检测装置,包括:

2.根据权利要求1所述的光检测装置,其中所述导电材料电气连接到被施加电位的配线。

3.根据权利要求1所述的光检测装置,还包括由第一分离区域划分的光电转换区域,

4.根据权利要求3所述的光检测装置,其中所述光电转换单元对可见区域的波长的光或红外区域的波长的光执行光电转换。

5.根据权利要求1所述的光检测装置,还包括:

6.根据权利要求5所述的光检测装置,其中第一光电转换区域和第二光电转换区域中的每一个包括电荷保持部、光电转换单元和将通过所述光电转换单元的光电转换获得的信号电荷传输到所述电荷保持部的传输晶体管。

7.根据权利要求6所述的光检测装置,

8.根据权利要求1所述的光检测装置,还包括由第一分离区域彼此相邻地划分的第一和第二光电转换区域,

9.根据权利要求8所述的光检测装置,其中在第一和第二光电转换区域之中,包括第二分离区域的一个光电转换区域对红外区域的波长的光执行光电转换,并且不包括第二分离区域的另一个光电转换区域对可见区域的波长的光执行光电转换。

10.根据权利要求1所述的光检测装置,还包括在所述半导体层的光入射面相对侧的面上的元件分离区域,

11.根据权利要求1所述的光检测装置,还包括:

12.根据权利要求11所述的光检测装置,其中第三分离区域的导电材料电气连接到被施加电位的配线。

13.根据权利要求11所述的光检测装置,其中第一和第二光电转换区域中的每一个还包括:

14.根据权利要求13所述的光检测装置,

15.根据权利要求11所述的光检测装置,还包括在所述半导体层的光入射面相对侧的面上的元件分离区域,和

16.根据权利要求1所述的光检测装置,还包括:

17.根据权利要求3所述的光检测装置,其中所述半导体层被设定为第一半导体层,所述光检测装置还包括:

18.一种光检测装置,包括:

19.根据权利要求18所述的光检测装置,其中所述遮光体跨着第二区域的内外设置。

20.根据权利要求19所述的光检测装置,其中所述遮光体包括:

21.根据权利要求20所述的光检测装置,其中第二遮光部分在所述半导体层的厚度方向上横穿所述半导体层的第二面。

22.根据权利要求20所述的光检测装置,其中第二遮光部分与第一和第二分离区域中的每一个分隔开。

23.根据权利要求20所述的光检测装置,还包括设置在所述半导体层的第二面侧的绝缘膜,

24.根据权利要求18所述的光检测装置,其中所述遮光体在平面图中与第二分离区域重叠,并且在所述半导体层的第二面侧跨着所述半导体层的内外设置。

25.根据权利要求24所述的光检测装置,其中所述遮光体包括:

26.根据权利要求25所述的光检测装置,其中第二遮光部分设置在从所述半导体层的第二面侧向第二挖掘部延伸的第三挖掘部中。

27.根据权利要求24所述的光检测装置,其中第二遮光部分和第二分离区域在沿着所述一个方向的方向上具有不同的宽度。

28.根据权利要求18所述的光检测装置,还包括设置在所述半导体层的第二面侧的绝缘膜,

29.根据权利要求28所述的光检测装置,其中所述遮光体包括:

30.根据权利要求28所述的光检测装置,其中所述遮光体在平面图中与第一和第二分离区域中的每一个重叠,并且在所述一个方向上位于比所述光电转换区域的第一区域更靠第二区域侧。

31.根据权利要求18所述的光检测装置,其中所述遮光体在二维平面内跨着在与所述一个方向正交的另一个方向上彼此相邻的两个光电转换区域延伸。

32.根据权利要求18所述的光检测装置,

33.一种光检测装置,包括:

34.根据权利要求33所述的光检测装置,其中所述光反射体设置在第三挖掘部中,第三挖掘部在平面图中与第二挖掘部重叠并且从所述半导体层的第二面侧向第一面侧延伸。

35.根据权利要求33所述的光检测装置,其中所述光反射体在所述一个方向上设置在比第二分离区域更靠第一区域侧,并且第二分离区域的导电材料设置在所述光反射体和第二区域之间。

36.根据权利要求33所述的光检测装置,其中所述光反射体是氧化膜或空气。

37.根据权利要求33所述的光检测装置,其中所述光反射体从所述半导体层的第二面朝向第一面的深度为1.5μm以上。

38.根据权利要求33所述的光检测装置,

39.一种光检测装置,包括:

40.根据权利要求39所述的光检测装置,其中第三分离区域在短边方向的宽度小于第一分离区域在短边方向的宽度。

41.根据权利要求39所述的光检测装置,其中第三分离区域在所述半导体层的厚度方向的长度比第二分离区域的短。

42.根据权利要求39所述的光检测装置,其中第三分离区域包含设置在在所述半导体层的厚度方向上延伸的第三挖掘部中并且折射率比所述半导体层低的绝缘材料。

43.根据权利要求39所述的光检测装置,其中第三分离区域由在所述半导体层的厚度方向上延伸的半导体区域构成。

44.根据权利要求39所述的光检测装置,还包括设置在所述半导体层的第二面侧的遮光体,

45.根据权利要求39所述的光检测装置,

46.一种光检测装置,包括:

47.根据权利要求46所述的光检测装置,其中所述导电材料在平面图中从第一区域侧偏向到第二区域侧。

48.根据权利要求46所述的光检测装置,其中第二分离区域在沿着所述一个方向的方向上的宽度大于第一分离区域在沿着所述一个方向的方向上的宽度。

49.根据权利要求46所述的光检测装置,

50.一种光检测装置,包括:

51.根据权利要求50所述的光检测装置,还包括在所述半导体层的第二面侧在平面图中与所述电荷保持部重叠地设置的遮光膜。

52.根据权利要求50所述的光检测装置,其中所述电荷保持部设置在所述半导体层的第二面侧。

53.根据权利要求50所述的光检测装置,还包括将通过所述光电转换单元的光电转换获得的信号电荷传输到所述电荷保持部的传输晶体管。

54.一种光检测装置,包括:

55.根据权利要求54所述的光检测装置,还包括在所述半导体层的第二面侧在平面图中与第二区域重叠地设置的遮光膜。

56.根据权利要求54所述的光检测装置,其中所述遮光膜在所述一个方向上的宽度根据所述光电转换区域的宽度而不同。

57.根据权利要求54所述的光检测装置,其中所述电荷保持部设置在所述半导体层的第一面侧。

58.根据权利要求54所述的光检测装置,还包括将通过所述光电转换单元的光电转换获得的信号电荷传输到所述电荷保持部的传输晶体管。

59.一种光检测装置,包括:

60.根据权利要求59所述的光检测装置,其中所述介电体是从第二分离区域向第二区域侧突出的突起部。

61.根据权利要求59所述的光检测装置,其中所述介电体是从第一分离区域向第二区域侧突出的突起部。

62.根据权利要求59所述的光检测装置,其中所述介电体是与第一和第二分离区域中的每一个分隔开的岛部。

63.根据权利要求59所述的光检测装置,其中所述电荷保持部设置在所述半导体层的第一面侧。

64.根据权利要求59所述的光检测装置,还包括在所述半导体层的第二面侧在平面图中与第二区域重叠地设置的遮光膜。

65.根据权利要求59所述的光检测装置,还包括将通过所述光电转换单元的光电转换获得的信号电荷传输到所述电荷保持部的传输晶体管。

66.一种光检测装置,包括:

67.根据权利要求66所述的光检测装置,

68.根据权利要求66所述的光检测装置,其中所述光反射体包含光反射率比第一分离区域的绝缘材料高的金属材料。

69.根据权利要求66所述的光检测装置,其中所述光反射体包含光反射率比第二半导体层高并且具有低的光吸收率的金属材料。

70.根据权利要求66所述的光检测装置,还包括电气连接到所述电荷保持部的读出电路,

71.一种光检测装置,包括:

72.一种电子设备,包括:


技术总结
根据本发明,改善了像素特性。本发明的光电检测装置包括:半导体层和设置在所述半导体层中的第一和第二分离区域。第一分离区域包括折射率低于所述半导体层的折射率并且填充在所述半导体层的厚度方向上延伸的第一挖掘部的绝缘膜。第二分离区域包括填充在所述半导体层的厚度方向上延伸的第二挖掘部的导电膜。

技术研发人员:水田恭平,蛯子芳树,三好康史,竹尾建治,金口时久,三木保久登,白数佳纪,塩山正真,林利彦,佐藤尚之
受保护的技术使用者:索尼半导体解决方案公司
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
转载请注明原文地址:https://win.8miu.com/read-1158446.html

最新回复(0)