[发明专利]光电转换元件和固态摄像装置

说明书

一种光电转换元件和固态摄像装置，具有：耗尽层扩大部(10a、11)，具有p型上部区域；p型光电转换层(12)，与耗尽层扩大部(10a、11)接触；以及n型表面埋设区域(15)，埋设于光电转换层(12)的上部，与光电转换层(12)形成光电二极管。第一p阱(14a)被第一n极耳(13b)包围，第一n极耳(13b)被第二p阱(14b)包围，第二p阱(14b)被第二n极耳(13d)包围，第二n极耳(13d)被第三p阱(14c)包围。通过注入阻止部(13b、13d)防止与信号电荷为相反导电型的载流子从第二p阱(14b)向光电转换层(12)的注入，通过施加于耗尽层扩大部(10a、11)的电压使光电转换层(12)中被耗尽。

技术领域

本发明涉及光电转换元件和将该光电转换元件作为摄像用像素而排列有多个的固态摄像装置，特别是涉及能够进行高速动作的固态摄像装置。

背景技术

本发明人已经提出了具有与光脉冲同步地进行光电荷检测的锁定像素的功能的测长元件(参照专利文献1。)。在专利文献1所记载的进行光飞行时间(TOF)型动作的距离传感器等中，在以亚纳秒级的超高速动作为目标的情况下，在中性区域(外延层)中存在以扩散速度移动的慢的电荷的成分，因此，该慢的成分造成影响，有无法进行作为目标的超高速动作的缺陷。

在该中性区域内以扩散速度移动的慢的电荷能够在若对基板施加偏压则会产生的电场中高速移动。但是，存在如下问题：在保持对基板施加了偏压的情况下，由于像素的作为来自光电二极管以外的部分的p区域、周边电路的p阱区等的非信号电荷的孔穴的注入而使功耗增大。

为了阻止配置在像素内的p阱与p⁺基板间的寄生电流，提出了将在像素的p阱的下方较广地覆盖p阱的n型埋设层设置在像素的一部分来阻止p阱与p⁺基板间的寄生电流的结构(参照专利文献2。)。然而，在专利文献2所记载的发明中，存在无法在像素内实现用于高速传输信号电荷的电位分布的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2016/15791号小册子

专利文献2：日本特开2015-177191号公报

发明内容

发明要解决的问题

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供能够以低功耗进行高速动作的光电转换元件和将该光电转换元件作为摄像用像素而排列有多个的固态摄像装置。

用于解决问题的方案

为了实现上述目的，本发明的第一方式的主旨是一种光电转换元件，其具备：(a)耗尽层扩大部，具有第一导电型的上部区域；(b)第一导电型的光电转换层，设置成与耗尽层扩大部的上表面接触，比暴露于上表面的上部区域的杂质密度低；(c)第二导电型的表面埋设区域，埋设于光电转换层的上部的一部分，与光电转换层形成光电二极管；(d)第一导电型的阱区，埋设于光电转换层的上部的另一部分，比光电转换层的杂质密度高；(e)第二导电型的电荷存储区域，埋设于阱区的上部的一部分，暂时存储从表面埋设区域传送的、光电二极管生成的信号电荷；(f)像素内电路元件，集成到阱区的一部分，构成从电荷存储区域读出信号电荷的电路；以及(g)注入阻止部，具有在阱区的至少一部分中将阱区至少分割为两部分的第二导电型的极耳区域，防止包括与信号电荷为相反导电型的载流子的非信号电荷从阱区向光电转换层的注入。在本发明的第一方式的光电转换元件中，通过施加于上部区域的电压，光电转换层中预定作为信号电荷生成区域的全部范围被耗尽。在此，第一导电型与第二导电型是相互相反的导电型。即，若第一导电型是n型，则第二导电型是p型，若第一导电型是p型，则第二导电型是n型。另外，若信号电荷是电子，则非信号电荷是空穴(孔穴)，若信号电荷是空穴，则非信号电荷是电子。