特許 7510396 光電変換装置、その製造方法及び機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-25

(45)【発行日】2024-07-03

(54)【発明の名称】光電変換装置、その製造方法及び機器

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/146 20060101AFI20240626BHJP

【ＦＩ】

H01L27/146 A

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021132950

(22)【出願日】2021-08-17

(65)【公開番号】P2023027686

(43)【公開日】2023-03-02

【審査請求日】2023-06-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】白髭 大貴

(72)【発明者】

【氏名】関根 寛

(72)【発明者】

【氏名】若嶋 駿一

(72)【発明者】

【氏名】豊口 銀二郎

【審査官】脇水 佳弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１４１１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２００５－００４０３６０（ＫＲ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０２１０５３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－００９４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１９１１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０９００２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６

Ｈ０４Ｎ ２５／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光電変換装置であって、
第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、前記第１面と前記第２面との間にある第１層と、前記第１層と前記第２面との間にある第２層と、を有する基板と、
前記基板に形成された複数の画素回路と、を備え、
前記複数の画素回路のそれぞれは、第１光電変換素子と、第２光電変換素子と、前記第１光電変換素子から信号電荷を転送するための第１転送ゲートと、前記第２光電変換素子から信号電荷を転送するための第２転送ゲートと、を有し、
前記第１光電変換素子は、
前記第１層に位置し、入射光に応じた信号電荷を生成するための第１不純物領域と、
前記第２層に位置し、前記第１不純物領域で生成された信号電荷を前記第１転送ゲートに向けて輸送するための第２不純物領域と、を有し、
前記第２光電変換素子は、
前記第１層に位置し、入射光に応じた信号電荷を生成するための第３不純物領域と、
前記第２層に位置し、前記第３不純物領域で生成された信号電荷を前記第２転送ゲートに向けて輸送するための第４不純物領域と、を有し、
前記第１層は、前記第１不純物領域と前記第３不純物領域との間に位置する第１分離領域をさらに有し、
前記第２層は、前記第２不純物領域と前記第４不純物領域との間に位置する第２分離領域をさらに有し、
前記複数の画素回路のうちの少なくとも１つの画素において、
前記第１面に対する平面視において前記第１分離領域と前記第２分離領域とが互いに異なる方向に延在し、
前記第２不純物領域は、前記第１面に対する平面視において前記第１分離領域に重なる第１部分と、前記第１転送ゲートに隣接する第２部分と、前記第１部分に対して前記第２部分の反対側にある第３部分と、を含み、
前記第２不純物領域は、信号電荷にとって、前記第３部分から前記第２部分へ単調に低下する電位分布を有し、
前記第２不純物領域の前記第３部分では、前記第２不純物領域の前記第２部分よりも、信号電荷とは反対の導電型の不純物の濃度が高いことを特徴とする光電変換装置。

【請求項2】

前記少なくとも１つの画素において、
前記第４不純物領域は、前記第１面に対する平面視において前記第１分離領域に重なる第４部分と、前記第２転送ゲートに隣接する第５部分と、前記第４部分に対して前記第５部分の反対側にある第６部分と、を含み、
前記第３不純物領域から前記第４不純物領域の前記第５部分へ信号電荷が輸送され、
前記第４不純物領域の前記第６部分では、前記第４不純物領域の前記第５部分よりも、前記反対の導電型の不純物の濃度が高いことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。

【請求項3】

前記第２不純物領域の前記第１部分では、前記第２不純物領域の前記第３部分よりも、信号電荷と同じ導電型の不純物の濃度が高いことを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換装置。

【請求項4】

前記第２不純物領域の前記第２部分では、前記第２不純物領域の前記第３部分よりも、信号電荷と同じ導電型の不純物の濃度が高いことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光電変換装置。

【請求項5】

前記少なくとも１つの画素において、
前記第４不純物領域は、前記第１面に対する平面視において前記第１分離領域に重なる第４部分と、前記第２転送ゲートに隣接する第５部分と、前記第４部分に対して前記第５部分の反対側にある第６部分と、を含み、
前記第３不純物領域から前記第４不純物領域の前記第５部分へ信号電荷が輸送され、
前記第４不純物領域の前記第４部分又は前記第５部分では、前記第４不純物領域の前記第６部分よりも、前記同じ導電型の不純物の濃度が高いことを特徴とする請求項３又は４に記載の光電変換装置。

【請求項6】

前記第１転送ゲート及び前記第２転送ゲートは、縦型構造を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光電変換装置。

【請求項7】

前記基板は、前記第１不純物領域の側方にディープトレンチ素子分離構造をさらに有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の光電変換装置。

【請求項8】

前記基板は、前記第２不純物領域と前記第３不純物領域との間に位置する第３分離領域をさらに有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の光電変換装置。

【請求項9】

前記複数の画素回路のうちの１つ以上の画素において、前記第１面に対する平面視において前記第１分離領域と前記第２分離領域とが同じ方向に延在することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の光電変換装置。

【請求項10】

前記複数の画素回路のそれぞれにおいて、
前記第２不純物領域に対して前記第１転送ゲートが第１方向に配置され、
前記第４不純物領域に対して前記第２転送ゲートが前記第１方向に配置されている、
ことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の光電変換装置。

【請求項11】

請求項１乃至１０の何れか１項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置に対応した光学装置、
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を表示する表示装置、
前記光電変換装置で得られた情報を記憶する記憶装置、及び
前記光電変換装置で得られた情報に基づいて動作する機械装置、の少なくともいずれかと、を備えることを特徴とする機器。

【請求項12】

光電変換装置の製造方法であって、
第１レジストパターンを使用して、第１導電型の不純物を含む第１不純物領域を有する基板に、前記第１導電型とは反対の第２導電型の不純物を注入することによって、前記第１不純物領域の一部を第２不純物領域に置き換える工程と、
前記第１レジストパターンを使用して、前記第２不純物領域よりも浅い位置に前記第１導電型の不純物を注入する工程と、
前記基板に前記第２導電型の不純物を注入することによって、前記第１不純物領域の少なくとも一部を上下に分離する第３不純物領域を形成する工程と、
前記第２不純物領域よりも浅い位置に第４不純物領域を形成する工程と、を有し、
前記第１不純物領域のうち前記第３不純物領域よりも下にある部分は前記第２不純物領域によって分離され、
前記第１不純物領域のうち前記第３不純物領域よりも上にある部分は前記第４不純物領域によって分離され、
前記第４不純物領域は、前記基板の平面視において前記第２不純物領域に交差する方向に延在することを特徴とする製造方法。

【請求項13】

前記第４不純物領域を形成する工程は、第２レジストパターンを使用して前記第１不純物領域に前記第１導電型の不純物を注入することを含み、前記第１不純物領域のうち、前記第３不純物領域よりも上にあり前記第２レジストパターンによって覆われた部分が前記第４不純物領域となることを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。

【請求項14】

前記第３不純物領域を形成する工程は、前記第１不純物領域の一部を覆う第３レジストパターンを使用して前記第１不純物領域に前記第２導電型の不純物を注入することを含むことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光電変換装置、その製造方法及び機器に関する。

【背景技術】

【0002】

像面位相差オートフォーカス（ＡＦ）を可能にするために、１つの画素回路に２つの光電変換素子を有するイメージセンサが提案されている。特許文献１は、被写体のコントラストの方向に起因するＡＦの精度低下を抑制するために、２つの光電変換素子を、一部の画素回路では列方向に並べ、他の画素回路では行方向に並べる。さらに、光電変換素子以外の回路構成を複数の画素回路で同じにするために、２つの光電変換素子の不純物領域を２層に分ける。一方の層に含まれる２つの不純物領域は、複数の画素回路で異なる方向に並んでいる。他方の層に含まれる２つの不純物領域は、複数の画素回路で同じ方向に並んでいる。後者の層に含まれる２つの不純物領域に対してゲート電極を配置することによって、複数の画素回路でゲート電極の位置を統一できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－１４１１２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

２つの光電変換素子の不純物領域を２層に分け、一方の層に含まれる２つの不純物領域を複数の画素回路で異なる方向に並べると、信号電荷の輸送経路に電位障壁が形成されてしまい、輸送効率が低下することがある。本発明の１つの側面は、光電変換素子における信号電荷の輸送効率を向上するための技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題に鑑みて、光電変換装置であって、第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、前記第１面と前記第２面との間にある第１層と、前記第１層と前記第２面との間にある第２層と、を有する基板と、前記基板に形成された複数の画素回路と、を備え、前記複数の画素回路のそれぞれは、第１光電変換素子と、第２光電変換素子と、前記第１光電変換素子から信号電荷を転送するための第１転送ゲートと、前記第２光電変換素子から信号電荷を転送するための第２転送ゲートと、を有し、前記第１光電変換素子は、前記第１層に位置し、入射光に応じた信号電荷を生成するための第１不純物領域と、前記第２層に位置し、前記第１不純物領域で生成された信号電荷を前記第１転送ゲートに向けて輸送するための第２不純物領域と、を有し、前記第２光電変換素子は、前記第１層に位置し、入射光に応じた信号電荷を生成するための第３不純物領域と、前記第２層に位置し、前記第３不純物領域で生成された信号電荷を前記第２転送ゲートに向けて輸送するための第４不純物領域と、を有し、前記第１層は、前記第１不純物領域と前記第３不純物領域との間に位置する第１分離領域をさらに有し、前記第２層は、前記第２不純物領域と前記第４不純物領域との間に位置する第２分離領域をさらに有し、前記複数の画素回路のうちの少なくとも１つの画素において、前記第１面に対する平面視において前記第１分離領域と前記第２分離領域とが互いに異なる方向に延在し、前記第２不純物領域は、前記第１面に対する平面視において前記第１分離領域に重なる第１部分と、前記第１転送ゲートに隣接する第２部分と、前記第１部分に対して前記第２部分の反対側にある第３部分と、を含み、前記第２不純物領域は、信号電荷にとって、前記第３部分から前記第２部分へ単調に低下する電位分布を有し、前記第２不純物領域の前記第３部分では、前記第２不純物領域の前記第２部分よりも、信号電荷とは反対の導電型の不純物の濃度が高いことを特徴とする光電変換装置が提供される。

【発明の効果】

【0006】

上記手段により、光電変換素子における信号電荷の輸送効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態に係る光電変換装置の構成例を説明する図。

【図2】第１実施形態に係る画素回路の構成例を説明する図。

【図3】第１実施形態に係る平行画素回路の構成例を説明する図。

【図4】第１実施形態に係る交差画素回路の構成例を説明する図。

【図5】第１実施形態に係る光電変換装置の製造方法例を説明する図。

【図6】第１実施形態に係る光電変換装置の製造方法例を説明する図。

【図7】第１実施形態に係る光電変換装置の電位分布例を説明する図。

【図8】第１実施形態に係る光電変換装置の別の製造方法例を説明する図。

【図9】第２実施形態に係る光電変換装置を説明する図。

【図10】第３実施形態に係る光電変換装置を説明する図。

【図11】第４実施形態に係る光電変換装置を説明する図。

【図12】第５実施形態に係る光電変換装置を説明する図。

【図13】その他の実施形態を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0009】

＜第１実施形態＞
図１～図７を参照して、第１実施形態に係る光電変換装置１００について説明する。図１は、光電変換装置１００の上面模式図を示す。光電変換装置１００は、基板１０１と、基板１０１に形成された複数の画素回路１０２と、を有する。複数の画素回路１０２は、２次元アレイ状に配置されている。これに代えて、複数の画素回路１０２は、１次元状に配置されてもよい。

【0010】

複数の画素回路１０２は、平行画素回路１０２Ｐと、交差画素回路１０２Ｃと、の２種類に分類される。平行画素回路１０２Ｐとは、詳細を後述するように、２つの光電変換素子を構成する２層の不純物領域が同じ方向に配置された画素回路１０２のことである。平行画素回路１０２Ｐは、図１で「Ｐ」の文字で表されている。交差画素回路１０２Ｃとは、詳細を後述するように、２つの光電変換素子を構成する２層の不純物領域が交差する方向に配置された画素回路１０２のことである。交差画素回路１０２Ｃは、図１で「Ｃ」の文字で表されている。図１に示された例では、平行画素回路１０２Ｐと交差画素回路１０２Ｃとが交互に配置されている。これに代えて、平行画素回路１０２Ｐと交差画素回路１０２Ｃとは他のパターンで配置されてもよい。さらに、光電変換装置１００は、交差画素回路１０２Ｃのみを有し、平行画素回路１０２Ｐを有しなくてもよい。

【0011】

図２を参照して、画素回路１０２の構成例について説明する。画素回路１０２についての説明は、平行画素回路１０２Ｐ及び交差画素回路１０２Ｃの両方に当てはまる。画素回路１０２は、２つの光電変換素子２０２、２０３と、４つのゲート電極２０４、２０５、２０８、２１０と、４つの不純物領域２０６、２０７、２０９、２１１と、１つのマイクロレンズ２１７と、を有する。２つの光電変換素子２０２、２０３は、画素回路１０２の変換素子配置領域２０１に形成されている。２つの光電変換素子２０２、２０３は、入射光に応じた信号電荷を個別に生成する。

【0012】

不純物領域２０６は、フローティングディフュージョンとして機能する。ゲート電極２０４は、光電変換素子２０２と不純物領域２０６とのそれぞれに隣接して配置されている。ゲート電極２０４は、光電変換素子２０２で生成された信号電荷を不純物領域２０６へ転送するための転送トランジスタの転送ゲートとして機能する。ゲート電極２０４へ駆動線２１５を通じて光電変換装置１００の垂直走査回路（不図示）から制御信号が供給される。ゲート電極２０５は、光電変換素子２０３と不純物領域２０６とのそれぞれに隣接して配置されている。ゲート電極２０５は、光電変換素子２０３で生成された信号電荷を不純物領域２０６へ転送するための転送トランジスタの転送ゲートとして機能する。ゲート電極２０５へ、駆動線２１４を通じて光電変換装置１００の垂直走査回路（不図示）から制御信号が供給される。

【0013】

不純物領域２０６は、ゲート電極２０８と不純物領域２１１とのそれぞれに電気的に接続されている。不純物領域２０９へ、電源線２１３を通じて光電変換装置１００の電源回路（不図示）から所定の電圧が供給される。ゲート電極２１０は、フローティングディフュージョン（不純物領域２０６）の電位をリセットするためのリセットトランジスタのゲートとして機能する。ゲート電極２１０へ、駆動線２１６を通じて光電変換装置１００の垂直走査回路（不図示）から制御信号が供給される。

【0014】

不純物領域２０７は、信号線２１２に電気的に接続されている。ゲート電極２０８は、フローティングディフュージョン（不純物領域２０６）の電位に応じた信号を増幅して読み出すための増幅トランジスタのゲートとして機能する。したがって、２つの光電変換素子２０２、２０３のそれぞれで生成された信号電荷に応じた信号が、信号線２１２を通じて光電変換装置１００の読み出し回路（不図示）に個別に読み出される。

【0015】

複数の画素回路１０２は、平行画素回路１０２Ｐであるか交差画素回路１０２Ｃであるかによらず、変換素子配置領域２０１を除いて、同一の構造を有する。具体的に、複数の画素回路１０２のゲート電極２０４は、光電変換素子２０２（具体的に、その不純物領域３０３）に対して同じ方向（図２に示す座標系ではｙ軸正の方向）に配置されている。同様に、ゲート電極２０５は、光電変換素子２０３（具体的に、その不純物領域３０４）に対して同じ方向（図２に示す座標系ではｙ軸正の方向）に配置されている。また、画素回路１０２内の導電パターンも平行画素回路１０２Ｐであるか交差画素回路１０２Ｃであるかによらず同じ構造を有する。このように画素回路１０２が変換素子配置領域２０１を除いて同一の構造を有することによって、例えばフローティングディフュージョンの容量の違いによる画素特性の差を抑制できる。

【0016】

図３を参照して、平行画素回路１０２Ｐの構造について詳細に説明する。平行画素回路１０２Ｃに含まれる変換素子配置領域２０１を変換素子配置領域２０１Ｐと表す。上述のように、本実施形態において、平行画素回路１０２Ｐと交差画素回路１０２Ｃとは、変換素子配置領域２０１の構造のみが異なる。そのため、以下では変換素子配置領域２０１Ｐの構造について詳細に説明する。

【0017】

図３（ａ）は、変換素子配置領域２０１Ｐの上面図である。図３（ｂ）は、平行画素回路１０２Ｐの４つの不純物領域３０３、３０４、３０６及び３０９の位置関係を説明するための透視図である。図３（ｃ）は、図３（ａ）のＡＡ’線における変換素子配置領域２０１Ｐの断面図である。図３（ｄ）は、図３（ａ）のＢＢ’線における変換素子配置領域２０１Ｐの断面図である。図３（ｅ）は、図３（ａ）のＣＣ’線における変換素子配置領域２０１Ｐの断面図である。図３（ｆ）は、図３（ａ）のＤＤ’線における変換素子配置領域２０１Ｐの断面図である。

【0018】

光電変換素子２０２及び２０３は、基板１０１に形成されている。基板１０１は、例えば半導体基板（シリコン基板など）である。基板１０１は、表面（おもてめん）１０１ａと、表面１０１ａとは反対側の裏面１０１ｂと、を有する。本実施形態では、光電変換装置１００は、裏面照射型の光電変換装置である。基板１０１の裏面１０１ｂの側にマイクロレンズ２１７が形成され、基板１０１の表面１０１ａの側に配線構造が形成されている。光電変換装置１００への入射光３０８は、マイクロレンズ２１７を通った後に、裏面１０１ｂから光電変換素子２０２及び２０３へ入射する。そのため、裏面１０１ｂは入射面とも呼ばれうる。

【0019】

光電変換素子２０２及び２０３は、基板１０１の２つの層３０１及び３０２にわたって形成されている。層３０１及び３０２はいずれも、表面１０１ａと裏面１０１ｂとの間に位置する。層３０２は、層３０１と裏面１０１ｂとの間に位置する。層３０１は、層３０２と表面１０１ａとの間に位置する。層３０２は、層３０１よりも入射面（裏面１０１ｂ）に近い。

【0020】

光電変換素子２０２は、層３０１に位置する不純物領域３０３と、層３０２に位置する不純物領域３０６と、層３０１と層３０２との間に位置する不純物領域３０７と、を含む。不純物領域３０６は、入射光に応じた信号電荷を生成する。不純物領域３０６で生成された信号電荷は、不純物領域３０７を通じて不純物領域３０３に輸送され、そこに蓄積される。不純物領域３０３に蓄積された信号電荷は、ゲート電極２０４にオン電圧が供給されることによって、不純物領域２０６に転送される。このように、不純物領域３０３は、不純物領域３０６で生成された信号電荷をゲート電極２０４に向けて輸送する。

【0021】

本実施形態では、信号電荷が電子である場合を扱う。そのため、不純物領域３０３及び３０６はいずれもＮ型の不純物領域である。信号電荷がホールである場合には、本書における各不純物領域の導電型が入れ替わる。

【0022】

光電変換素子２０３は、層３０１に位置する不純物領域３０４と、層３０２に位置する不純物領域３０９と、層３０１と層３０２との間に位置する不純物領域３１０と、を含む。不純物領域３０９は、入射光に応じた信号電荷を生成する。不純物領域３０９で生成された信号電荷は、不純物領域３１０を通じて不純物領域３０４に輸送され、そこに蓄積される。不純物領域３０４に蓄積された信号電荷は、ゲート電極２０５にオン電圧が供給されることによって、不純物領域２０６に転送される。このように、不純物領域３０４は、不純物領域３０９で生成された信号電荷をゲート電極２０５に向けて輸送する。信号電荷が電子であるため、不純物領域３０４及び３０９はいずれもＮ型の不純物領域である。

【0023】

不純物領域３０３と不純物領域３０４とは、層３０１に位置する不純物領域３１１によって互いに分離されている。不純物領域３１１は、不純物領域３０３と不純物領域３０４とを分離する分離領域として機能する。不純物領域３１１は、不純物領域３０３と不純物領域３０４との間に位置しており、表面１０１ａに対する平面視においてｙ軸方向に延在している。表面１０１ａと裏面１０１ｂとは略平行であるため、表面１０１ａに対する平面視は、裏面１０１ｂに対する平面視でもある。不純物領域３１１は、Ｐ型の不純物領域であってもよいし、不純物領域３０３及び３０４よりも濃度が低いＮ型の不純物領域であってもよい。

【0024】

不純物領域３０６と不純物領域３０９とは、層３０２に位置する不純物領域３１２によって互いに分離されている。不純物領域３１１は、不純物領域３０６と不純物領域３０９とを分離する分離領域として機能する。不純物領域３１２は、不純物領域３０６と不純物領域３０９との間に位置しており、表面１０１ａに対する平面視においてｙ軸方向に延在している。不純物領域３１２は、Ｐ型の不純物領域である。このように、平行画素回路１０２Ｐでは、表面１０１ａに対する平面視において、不純物領域３１１と不純物領域３１２とが同じ方向（ｙ軸方向）に延在している。言い換えると、平行画素回路１０２Ｐでは、層３０１において２つの不純物領域３０３及び３０４が隣接する方向と、層３０２において２つの不純物領域３０６及び３０９が隣接する方向と、が同じ（どちらもｘ軸方向）である。

【0025】

層３０１に位置する２つの不純物領域３０３及び３０４と、層３０２に位置する２つの不純物領域３０６及び３０９と、は、不純物領域３０７及び３１０が配置された部分を除いて、不純物領域３０５によって互いに分離されている。不純物領域３０５は、層３０１と層３０２とを分離する分離領域として機能する。不純物領域３０５は、不純物領域３０３と不純物領域３０６との間と、不純物領域３０４と不純物領域３０９との間と、のそれぞれに位置する。不純物領域３０５は、Ｐ型の不純物領域である。不純物領域３０７は、不純物領域３０６から不純物領域３０３への信号電荷の輸送が可能なような電位勾配を有する。この電位勾配は、単調に変化してもよい。不純物領域３０７は、Ｎ型の不純物領域であってもよいし、不純物領域３０５と比較して不純物濃度が低いＰ型の不純物領域であってもよい。不純物領域３１０についても、不純物領域３０７についての上述の説明が同様に当てはまる。

【0026】

層３０１と層３０２との間に不純物領域３０５、３０７及び３１０が配置されていることによって、不純物領域３０６で生成された信号電荷は、不純物領域３０４には輸送されず、不純物領域３０３に輸送される。また、不純物領域３０９で生成された信号電荷は、不純物領域３０３には輸送されず、不純物領域３０４に輸送される。

【0027】

変換素子配置領域２０１Ｐの側方には、不純物領域３１５が配置されている。不純物領域３１５は、隣接する２つの画素回路１０２の変換素子配置領域２０１を互いに分離する。不純物領域３１５は、Ｐ型の不純物領域である。

【0028】

図４を参照して、交差画素回路１０２Ｃの構造について詳細に説明する。交差画素回路１０２Ｃに含まれる変換素子配置領域２０１を変換素子配置領域２０１Ｃと表す。上述のように、本実施形態において、交差画素回路１０２Ｃと交差画素回路１０２Ｃとは、変換素子配置領域２０１の構造のみが異なる。そのため、以下では変換素子配置領域２０１Ｃの構造について詳細に説明する。

【0029】

図４（ａ）は、変換素子配置領域２０１Ｃの上面図である。図４（ｂ）は、交差画素回路１０２Ｃの４つの不純物領域３０３、３０４、３０６及び３０９の位置関係を説明するための透視図である。図４（ｃ）は、図４（ａ）のＡＡ’線における変換素子配置領域２０１Ｃの断面図である。図４（ｄ）は、図４（ａ）のＢＢ’線における変換素子配置領域２０１Ｃの断面図である。図４（ｅ）は、図４（ａ）のＣＣ’線における変換素子配置領域２０１Ｃの断面図である。図４（ｆ）は、図４（ａ）のＤＤ’線における変換素子配置領域２０１Ｃの断面図である。

【0030】

変換素子配置領域２０１Ｃは、表面１０１ａに対する平面視において不純物領域３１２がｘ軸方向に延在している点で変換素子配置領域２０１Ｐとは異なる。また、変換素子配置領域２０１Ｃでは、不純物領域３０４の部分３１３がＰ型不純物（例えば、ボロン。以下同様。）を含む。変換素子配置領域２０１Ｃは、その他の点において変換素子配置領域２０１Ｐと同様であってもよい。

【0031】

交差画素回路１０２Ｃでは、表面１０１ａに対する平面視において不純物領域３１１と不純物領域３１２とが互いに異なる方向に延在している。具体的に、表面１０１ａに対する平面視において、不純物領域３１１はｙ軸方向に延在し、不純物領域３１２はｘ軸方向に延在している。言い換えると、交差画素回路１０２Ｃでは、層３０１において２つの不純物領域３０３及び３０４が隣接する方向と、層３０２において２つの不純物領域３０６及び３０９が隣接する方向と、が互いに異なる。図４の例では、不純物領域３１１と不純物領域３１２とが直交する方向に延在しているが、これらは他の角度で交差するように延在してもよい。

【0032】

不純物領域３０５は、不純物領域３０３と不純物領域３０６との間と、不純物領域３０３と不純物領域３０９との間と、不純物領域３０３と不純物領域３０９との間と、不純物領域３０４と不純物領域３０９との間と、のそれぞれに位置する。

【0033】

不純物領域３０４は、表面１０１ａに対する平面視において不純物領域３１２に重なる部分３０４ａと、ゲート電極２０５に隣接する部分３０４ｃと、部分３０４ａに対して部分３０４ｃの反対側にある部分３０４ｂと、を有する。部分３０４ｂ及び３０４ｃは、部分３０４ａを挟んで互いに反対側にある。部分３０４ａよりも部分３０４ｂの方がゲート電極２０５から遠い位置にある。部分３０４ａよりも部分３０４ｃの方がゲート電極２０５から近い位置にある。光電変換素子２０３では、不純物領域３０４の部分３０４ｂが不純物領域３１０に結合されている。そのため、不純物領域３０９で生成された信号電荷は、不純物領域３０４の部分３０４ｂに輸送され、その後、不純物領域３０４の部分３０４ａ及び３０４ｃを通ってゲート電極２０５へ向けて輸送される。

【0034】

不純物領域３０４の部分３０４ｂでは、不純物領域３０４の部分３０４ｃよりも、信号電荷とは反対の導電型（本実施形態ではＰ型）の不純物の濃度が高い。詳細を後述するように、このような濃度分布を有することによって、不純物領域３０４における信号電荷の輸送経路は、部分３０４ｂから部分３０４ｃへ信号電荷を輸送するように単調に変化する電位分布を有する。

【0035】

不純物領域３０３は、表面１０１ａに対する平面視において不純物領域３１２に重なる部分３０３ａと、ゲート電極２０４に隣接する部分３０３ｃと、部分３０３ａに対して部分３０３ｃの反対側にある部分３０３ｂと、を有する。部分３０３ｂ及び３０３ｃは、部分３０３ａを挟んで互いに反対側にある。部分３０３ａよりも部分３０３ｂの方がゲート電極２０４から遠い位置にある。部分３０３ａよりも部分３０３ｃの方がゲート電極２０４から近い位置にある。光電変換素子２０２では、不純物領域３０３の部分３０３ｃが不純物領域３０７に結合されている。そのため、不純物領域３０６で生成された信号電荷は、不純物領域３０３の部分３０３ｃに輸送され、その後、ゲート電極２０４へ向けて輸送される。

【0036】

上述のように、平行画素回路１０２Ｐでは、入射光に応じた信号電荷を生成する２つの不純物領域３０６及び３０９がｘ軸方向に隣接している。一方、交差画素回路１０２Ｃでは、入射光に応じた信号電荷を生成する２つの不純物領域３０６及び３０９がｙ軸方向に隣接している。そのため、光電変換装置１００を用いて、２つの異なる方向について、像面位相差ＡＦを実行できる。本実施形態では、不純物領域３０６及び３０９が複数の画素回路１０２で２つの異なる方向に隣接している。これに代えて、不純物領域３０６及び３０９が複数の画素回路１０２で３つ以上の異なる方向に隣接してもよい。

【0037】

図５を参照して、光電変換装置１００の製造方法について説明する。変換素子配置領域２０１以外の製造方法については既存の技術と同様であってもよいため、以下では変換素子配置領域２０１の製造方法を中心に説明する。図５（ａ）～図５（ｄ）及び図５（ｆ）は、図４（ｃ）の断面図に対応する位置における光電変換装置１００の製造途中の基板１０１の断面図を示す。図５（ｅ）は、図４（ｄ）の断面図に対応する位置における光電変換装置１００の製造途中の基板１０１の断面図を示す。

【0038】

図５（ａ）に示すように、基板１０１の表面１０１ａの上にレジストパターン５０１を形成する。レジストパターン５０１には、画素回路１０２が形成される領域ごとに開口５０１ａが形成されている。レジストパターン５０１は、変換素子配置領域２０１が形成される領域を開口５０１ａから露出し、基板１０１の他の部分を覆う。レジストパターン５０１を使用して、開口５０１ａを通じてＮ型不純物（例えば、リン。以下同様。）を基板１０１に注入する。これによって、基板１０１にＮ型の不純物領域５０２が形成される。この工程の前に、基板１０１のうち変換素子配置領域２０１が形成される領域及びその周囲は、Ｐ型の半導体領域である。不純物領域５０２の一部が画素回路１０２の不純物領域３０３、３０４、３０６及び３０９となる。

【0039】

続いて、図５（ｂ）に示すように、基板１０１の表面１０１ａの上にレジストパターン５０３を形成する。レジストパターン５０３には、画素回路１０２が形成される領域ごとに開口５０３ａが形成されている。レジストパターン５０３は、不純物領域３１２が形成される領域を開口５０３ａから露出し、基板１０１の他の部分を覆う。表面１０１ａに対する平面視において、平行画素回路１０２Ｐが形成される領域に形成された開口５０３ａはｙ軸方向に延在し、交差画素回路１０２Ｃが形成される領域に形成された開口５０３ａはｘ軸方向に延在する。レジストパターン５０３を使用して、開口５０３ａを通じてＰ型不純物を基板１０１に注入する。これによって、不純物領域５０２の一部がＰ型の不純物領域３１２に置き換わる。不純物領域３１２は、光電変換装置１００において、層３０２に位置する不純物領域３０６と不純物領域３０９とを分離する。そのため、この工程において、Ｐ型不純物は、基板１０１の深い位置（変換素子配置領域２０１の層３０２に対応する位置）に注入される。Ｐ型不純物は、基板１０１の裏面１０１ｂまで注入されてもよい。また、Ｐ型不純物は、多段注入されてもよい。

【0040】

続いて、図５（ｃ）に示すように、基板１０１の表面１０１ａの上にレジストパターン５０４を形成する。レジストパターン５０４には、画素回路１０２が形成される領域ごとに開口５０４ａが形成されている。レジストパターン５０４は、不純物領域３０５が形成される領域を開口５０４ａから露出し、基板１０１の他の部分を覆う。レジストパターン５０４を使用して、開口５０４ａを通じてＰ型不純物を基板１０１に注入する。これによって、不純物領域５０２の一部がＰ型の不純物領域３０５に置き換わる。不純物領域３０５は、不純物領域５０２を上下に分離する。この工程において、Ｐ型不純物は、基板１０１の中位の位置に注入される。不純物領域５０２のうち不純物領域３０５より下にある部分は、不純物領域３１２によってすでに分離されている。そのため、不純物領域５０２のうち不純物領域３０５より下にある２つの部分が不純物領域３０６及び不純物領域３０９となる。不純物領域３０５を形成するためのＰ型不純物の濃度は、図５（ｂ）の工程で不純物領域３１２を形成するためのＰ型不純物の濃度よりも高くてもよい。

【0041】

続いて、図５（ｄ）に示すように、基板１０１の表面１０１ａの上にレジストパターン５０５を形成する。レジストパターン５０５には、画素回路１０２が形成される領域ごとに２つの開口５０５ａが形成されている。レジストパターン５０５は、不純物領域３０７及び３１０が形成される領域を開口５０５ａから露出し、基板１０１の他の部分を覆う。レジストパターン５０５を使用して、開口５０５ａを通じてＮ型不純物を基板１０１に注入する。これによって、不純物領域３０５の一部がＮ型の不純物領域３０７及び３１０に置き換わる。図５（ｄ）の断面図では、不純物領域３１０が示され、不純物領域３０７が示されていない。

【0042】

続いて、図５（ｅ）に示すように、基板１０１の表面１０１ａの上にレジストパターン５０６を形成する。レジストパターン５０６には、画素回路１０２が形成される領域ごとに開口５０６ａが形成されている。レジストパターン５０６は、不純物領域３１１が形成される領域を開口５０６ａから露出し、基板１０１の他の部分を覆う。表面１０１ａに対する平面視において、平行画素回路１０２Ｐが形成される領域に形成された開口５０３ａと、交差画素回路１０２Ｃが形成される領域に形成された開口５０３ａとのどちらもｙ軸方向に延在する。レジストパターン５０６を使用して、開口５０６ａを通じてＰ型不純物を基板１０１に注入する。これによって、不純物領域５０２の一部がＮ型の不純物領域３１１に置き換わる。この工程によって、不純物領域５０２が不純物領域３０３と不純物領域３０４とに分離される。この工程において、Ｐ型不純物は、基板１０１の浅い位置（変換素子配置領域２０１の層３０１に対応する位置）に注入される。

【0043】

続いて、図５（ｆ）に示すように、基板１０１の表面１０１ａの上にレジストパターン５０７を形成する。レジストパターン５０７には、画素回路１０２が形成される領域ごとに開口５０７ａが形成される。レジストパターン５０７は、不純物領域３０４の一部（部分３０４ｂに対応する部分）を開口５０７ａから露出し、基板１０１の他の部分を覆う。レジストパターン５０７を使用して、開口５０７ａを通じてＰ型不純物を基板１０１に注入する。これによって、不純物領域３０４の部分３０４ｂにおけるＰ型不純物の濃度が上昇する。不純物領域３０４の部分３０４ｂに注入するＰ型不純物の濃度は、図５（ｂ）の工程で不純物領域３１２を形成するためのＰ型不純物の濃度と同程度であってもよい。

【0044】

図６を参照して、図５（ｂ）の工程の詳細について説明する。レジストパターン５０３の開口５０３ａに向けて注入されたＰ型不純物は基板１０１の深い位置まで到達し、不純物領域３１２を形成する。一方、レジストパターン５０３に注入されたＰ型不純物は、理想的には基板１０１に到達しない。しかし、レジストパターン５０３のうち開口５０３ａの近くに注入されたＰ型不純物の一部は、レジスト材料に衝突して転向し、開口５０３ａの側面から飛び出し、基板１０１に到達する。このようなＰ型不純物はレジストパターン５０３でエネルギーを消費しているため、基板１０１の浅い位置（不純物領域３１２の上にある領域６０１）に注入される。図６の右側のグラフ６０２に示すように、領域６０１に注入されるＰ型不純物の濃度は、基板１０１の表面１０１ａに近いほど高くなる。

【0045】

図７を参照して、不純物領域３１２の形成時に基板１０１の浅い位置にもＰ型不純物が注入されることによる影響と、その影響の軽減方法について説明する。図７（ａ）は、比較例に係る光電変換装置について説明する。比較例に係る光電変換装置は、図５（ｆ）の工程を行わずに製造される。図７（ａ）は、図４（ｃ）に対応する位置における光電変換装置の断面図を示す。図７（ａ）のグラフ７０２は、不純物領域３０４の位置７０１における電位分布を示す。電位は空乏時の電位であってもよい。位置７０１は、不純物領域３０４における信号電荷の輸送経路に含まれ、例えば基板１０１の深さ方向（ｚ方向）における不純物領域３０４の中央であってもよい。

【0046】

図６を参照して上述したように、不純物領域３１２を形成するためのＰ型不純物の注入時に、不純物領域３０４の部分３０４ａにもＰ型不純物が注入されてしまう。このＰ型不純物のせいで、不純物領域３０４の電位分布は、グラフ７０２上の位置７０３に電位障壁を有する。この電位障壁に起因して、交差画素回路１０２Ｃの光電変換素子２０３では、不純物領域３０９からゲート電極２０５へ向かう信号電荷の輸送効率が低下する。一方、交差画素回路１０２Ｃの光電変換素子２０２では、不純物領域３０３のうちゲート電極２０４に近い部分３０３ｃに不純物領域３０６から信号電荷が輸送される。そのため、交差画素回路１０２Ｃの光電変換素子２０２は、不純物領域３１２の形成時に不純物領域３０３の部分３０３ａに注入された影響を受けない。したがって、交差画素回路１０２Ｃの光電変換素子２０２と光電変換素子２０３との間で信号電荷の輸送効率に差が生じてしまう。また、平行画素回路１０２Ｐでは、表面１０１ａに対する平面視において不純物領域３０３及び３０４が不純物領域３１２と重ならないため、このような信号電荷の輸送効率の低下は発生しない。

【0047】

図７（ｂ）は、本実施形態の光電変換装置１００について説明する。図７（ｂ）は、図４（ｃ）に対応する位置における光電変換装置１００の断面図を示す。図７（ａ）のグラフ７０４は、不純物領域３０４の位置７０１における電位分布を示す。電位は空乏時の電位であってもよい。位置７０１は、不純物領域３０４における信号電荷の輸送経路に含まれ、例えば基板１０１の深さ方向（ｚ方向）における不純物領域３０４の中央であってもよい。

【0048】

不純物領域３０４の部分３０４ｂへは、図５（ｆ）の工程でＰ型不純物が注入されている。そのため、不純物領域３０４の部分３０４ｂでは、不純物領域３０４の部分３０４ｃよりも、信号電荷とは反対の導電型（本実施形態ではＰ型）の不純物の濃度が高い。その結果、不純物領域３０４の電位分布は、グラフ７０４に示すように、不純物領域３０４における信号電荷の輸送経路は、部分３０４ｂから部分３０４ｃへ信号電荷を輸送するように単調に変化する電位分布を有し、電位障壁を有しない。したがって、上述の比較例で発生する信号電荷の輸送効率の低下が抑制される。その結果、交差画素回路１０２Ｃの光電変換素子２０２と光電変換素子２０３との間の輸送効率のばらつきが低減し、さらに、平行画素回路１０２Ｐと交差画素回路１０２Ｃとの間の輸送効率のばらつきも低減する。

【0049】

上述の実施形態では、交差画素回路１０２Ｃの光電変換素子２０３の不純物領域３０４の部分３０４ｂのみに図５（ｆ）の工程でＰ型不純物を注入した。これに加えて、図５（ｆ）の工程で、交差画素回路１０２Ｃの光電変換素子２０２の不純物領域３０３の部分３０３ｂにもＰ型不純物を注入してもよい。これにより、不純物領域３０３の部分３０３ｂでは、不純物領域３０３の部分３０３ｃよりも、信号電荷とは反対の導電型（本実施形態ではＰ型）の不純物の濃度が高くなる。光電変換素子２０２の不純物領域３０３と光電変換素子２０３の不純物領域３０４とを同様の不純物濃度の分布とすることによって、光電変換素子間の信号電荷の輸送特性（転送可能な電荷の最大量など）のばらつきが低減する。さらに、図５（ｆ）の工程で、平行画素回路１０２Ｐの光電変換素子２０２及び２０３の不純物領域３０３及び３０４のうちゲート電極２０４及び２０５から遠くにある部分にもＰ型不純物を注入してもよい。これにより、２種類の画素回路間の信号電荷の輸送特性（転送可能な電荷の最大量など）のばらつきが低減する。

【0050】

上述の実施形態において、不純物領域３０４のうち、表面１０１ａに対する平面視において不純物領域３１０に重なる部分に電位ポケットが発生する場合がある。そこで、この電位ポケットを解消するために、この部分にＰ型不純物（例えば、ボロン）を注入してもよい。

【0051】

図８を参照して、光電変換装置１００の別の製造方法について説明する。変換素子配置領域２０１以外の製造方法については既存の技術と同様であってもよいため、以下では変換素子配置領域２０１の製造方法を中心に説明する。図８（ａ）～図８（ｃ）及び図８（ｅ）は、図４（ｃ）の断面図に対応する位置における光電変換装置１００の製造途中の基板１０１の断面図を示す。図８（ｄ）は、図４（ｄ）の断面図に対応する位置における光電変換装置１００の製造途中の基板１０１の断面図を示す。

【0052】

図８（ａ）に示すように、基板１０１の表面１０１ａの上にレジストパターン８０１を形成する。レジストパターン８０１には、画素回路１０２が形成される領域に対応して開口８０１ａが形成されている。レジストパターン８０１は、変換素子配置領域２０１が形成される領域の周囲を開口８０１ａから露出し、変換素子配置領域２０１が形成される領域を覆う。レジストパターン８０１を使用して、開口８０１ａを通じてＰ型不純物を基板１０１に注入する。これによって、基板１０１にＰ型の不純物領域３１５が形成される。この工程の前に、基板１０１のうち変換素子配置領域２０１が形成される領域及びその周囲は、Ｎ型の半導体領域である。基板１０１のうちＰ型不純物が注入されなかった領域がＮ型の不純物領域５０２として残る。不純物領域５０２の一部が画素回路１０２の不純物領域３０３、３０４、３０６、３０７及び３０９となる。図示していないが、不純物領域３１５の形成の前に不純物領域５０２の下にＰ型の不純物領域が形成され、不純物領域３１５の形成の後に不純物領域５０２の上にＰ型の不純物領域が形成される。

【0053】

続いて、図８（ｂ）に示すように、上述の図５（ｂ）の工程と同様にして、基板１０１の表面１０１ａの上にレジストパターン５０３を形成し、レジストパターン５０３を使用して、開口５０３ａを通じてＰ型不純物を基板１０１に注入する。これによって、不純物領域５０２の一部がＰ型の不純物領域３１２に置き換わる。

【0054】

続いて、図８（ｃ）に示すように、基板１０１の表面１０１ａの上にレジストパターン８０４を形成する。レジストパターン８０４には、画素回路１０２が形成される領域ごとに開口８０４ａが形成されている。レジストパターン８０４は、不純物領域３０５が形成される領域を開口８０４ａから露出し、基板１０１の他の部分（不純物領域３１０が形成される領域を含む。）を覆う。レジストパターン８０４を使用して、開口８０４ａを通じてＰ型不純物を基板１０１に注入する。これによって、不純物領域５０２の一部がＰ型の不純物領域３０５に置き換わる。不純物領域３０５は、不純物領域５０２を上下に分離する。この工程において、Ｐ型不純物は、基板１０１の中位の位置に注入される。不純物領域５０２のうち不純物領域３０５より下にある部分は、不純物領域３１２によってすでに分離されている。そのため、不純物領域５０２のうち不純物領域３０５より下にある２つの部分が不純物領域３０６及び不純物領域３０９となる。また、不純物領域５０２のうち不純物領域３０５と同じ深さにある部分が不純物領域３１０となる。不純物領域３０５を形成するためのＰ型不純物の濃度は、図８（ｂ）の工程で不純物領域３１２を形成するためのＰ型不純物の濃度よりも高くてもよい。

【0055】

続いて、図８（ｄ）に示すように、基板１０１の表面１０１ａの上にレジストパターン８０５を形成する。レジストパターン８０５には、画素回路１０２が形成される領域ごとに２つの開口８０５ａが形成されている。レジストパターン８０５は、不純物領域３０３及び３０４が形成される領域を開口８０５ａから露出し、基板１０１の他の部分（不純物領域３１１が形成される領域を含む。）を覆う。レジストパターン８０５を使用して、開口８０５ａを通じてＮ型不純物を基板１０１に注入する。これによって、不純物領域５０２の一部のＮ型不純物の濃度が高くなる。不純物領域５０２のうちＮ型不純物の濃度が高くなった部分が領域３０３及び３０４となり、領域３０３と領域３０４との間の部分（Ｎ型不純物が注入されなかった部分）が不純物領域３１１となる。この工程において、Ｐ型不純物は、基板１０１の浅い位置（変換素子配置領域２０１の層３０１に対応する位置）に注入される。図８（ｄ）の工程にかえて又は加えて、上述の図５（ｅ）の工程が行われてもよい。

【0056】

続いて、図８（ｅ）に示すように、上述の図５（ｆ）の工程と同様にして、基板１０１の表面１０１ａの上にレジストパターン５０７を形成し、レジストパターン５０７を使用して、開口５０７ａを通じてＰ型不純物を基板１０１に注入する。これによって、不純物領域３０４の部分３０４ｂにおけるＰ型不純物の濃度が上昇する。

【0057】

＜第２実施形態＞
図９を参照して、第２実施形態に係る光電変換装置１００について説明する。以下では、第１実施形態との相違点を中心に説明する。説明が省略される部分は第１実施形態と同様であってもよい。本実施形態は、第１実施形態と組み合わされてもよい。

【0058】

図９（ａ）は、第１実施形態の図４（ｃ）の位置における変換素子配置領域２０１Ｃの断面図を示す。図９（ｂ）は、第１実施形態の図４（ｄ）の位置における変換素子配置領域２０１Ｃの断面図を示す。本実施形態の不純物領域３０４の部分３０４ａ及び３０４ｃでは、不純物領域３０４の部分３０４ｂよりも、信号電荷と同じ導電型（本実施形態ではＮ型）の不純物の濃度が高い。このような濃度分布を有することによって、第１実施形態と同様に、不純物領域３０４における信号電荷の輸送経路は、部分３０４ｂから部分３０４ｃへ信号電荷を輸送するように単調に変化する電位分布を有する。したがって、本実施形態も、第１実施形態と同様の効果を奏する。

【0059】

図９（ｃ）は、本実施形態に係る光電変換装置１００の製造方法を説明する図である。図９（ｃ）は、図４（ｃ）の断面図に対応する位置における光電変換装置１００の製造途中の基板１０１の断面図を示す。本実施形態では、第１実施形態の図５（ａ）～図５（ｅ）の工程を実行した後に、図９（ｃ）で説明する工程を実行する。

【0060】

図９（ｃ）に示すように、基板１０１の表面１０１ａの上にレジストパターン９０１を形成する。レジストパターン９０１には、画素回路１０２が形成される領域ごとに開口９０１ａが形成される。レジストパターン９０１は、不純物領域３０４の一部（部分３０４ａ及び３０４ｃに対応する部分）を開口９０１ａから露出し、基板１０１の他の部分を覆う。レジストパターン９０１を使用して、開口９０１ａを通じてＮ型不純物を基板１０１に注入する。これによって、不純物領域３０４の部分３０４ａ及び３０４ｃにおけるＮ型不純物の濃度が上昇する。

【0061】

上述の実施形態では、交差画素回路１０２Ｃの光電変換素子２０３の不純物領域３０４の部分３０４ａ及び３０４ｃのみに図９（ｃ）の工程でＮ型不純物を注入した。これに加えて、図９（ｃ）の工程で、交差画素回路１０２Ｃの光電変換素子２０２の不純物領域３０３の部分３０３ａ及び３０３ｃにもＮ型不純物を注入してもよい。これにより、不純物領域３０３の部分３０３ａ及び３０３ｃでは、不純物領域３０３の部分３０３ｂよりも、信号電荷と同じ導電型（本実施形態ではＮ型）の不純物の濃度が高くなる。光電変換素子２０２の不純物領域３０３と光電変換素子２０３の不純物領域３０４とを同様の不純物濃度の分布とすることによって、光電変換素子間の信号電荷の輸送特性（転送可能な電荷の最大量など）のばらつきが低減する。さらに、図９（ｃ）の工程で、平行画素回路１０２Ｐの光電変換素子２０２及び２０３の不純物領域３０３及び３０４のうちゲート電極２０４及び２０５から遠くにある部分にもＮ型不純物を注入してもよい。これにより、２種類の画素回路間の信号電荷の輸送特性（転送可能な電荷の最大量など）のばらつきが低減する。

【0062】

＜第３実施形態＞
図１０を参照して、第３実施形態に係る光電変換装置１００について説明する。以下では、第１実施形態との相違点を中心に説明する。説明が省略される部分は第１実施形態と同様であってもよい。本実施形態は、第１実施形態と組み合わされてもよい。

【0063】

図１０（ａ）は、第１実施形態の図４（ｃ）の位置における変換素子配置領域２０１Ｃの断面図を示す。本実施形態の不純物領域３０４の部分３０４ａでは、不純物領域３０４の部分３０４ｂよりも、信号電荷と同じ導電型（本実施形態ではＮ型）の不純物の濃度が高い。このような濃度分布を有することによって、第１実施形態と同様に、不純物領域３０４における信号電荷の輸送経路は、部分３０４ｂから部分３０４ｃへ信号電荷を輸送するように単調に変化する電位分布を有する。したがって、本実施形態も、第１実施形態と同様の効果を奏する。

【0064】

図１０（ｂ）は、本実施形態に係る光電変換装置１００の製造方法を説明する図である。図１０（ｂ）は、図４（ｃ）の断面図に対応する位置における光電変換装置１００の製造途中の基板１０１の断面図を示す。本実施形態では、第１実施形態の図５（ａ）及び図５（ｂ）の工程を実行した後に、図１０（ｂ）で説明する工程を実行し、その後に図５（ｃ）～図５（ｅ）の工程を実行する。

【0065】

図１０（ｂ）に示すように、図５（ｂ）の工程で形成されたレジストパターン５０３を使用して、不純物領域３１２よりも浅い位置にある不純物領域５０２の部分１００１にＮ型不純物を注入する。これによって、不純物領域５０２の部分１００１のＮ型不純物の濃度が上昇する。不純物領域５０２の部分１００１は、不純物領域３０４の部分３０４ａに対応する部分を含む。

【0066】

上述の実施形態では、図５（ｂ）の工程と図１０（ｂ）の工程で共通のレジストパターン５０３を使用しているため、交差画素回路１０２Ｃの光電変換素子２０２の不純物領域３０３の部分３０３ａにもＮ型不純物が注入される。これにより、不純物領域３０３の部分３０３ａ及び３０３ｃでは、不純物領域３０３の部分３０３ｂよりも、信号電荷と同じ導電型（本実施形態ではＮ型）の不純物の濃度が高くなる。光電変換素子２０２の不純物領域３０３と光電変換素子２０３の不純物領域３０４とを同様の不純物濃度の分布とすることによって、光電変換素子間の信号電荷の輸送特性（転送可能な電荷の最大量など）のばらつきが低減する。さらに、平行画素回路１０２Ｐの光電変換素子２０２及び２０３の不純物領域３０３及び３０４のうちゲート電極２０４及び２０５から遠くにある部分にもＮ型不純物が注入される。これにより、２種類の画素回路間の信号電荷の輸送特性（転送可能な電荷の最大量など）のばらつきが低減する。

【0067】

＜第４実施形態＞
図１１を参照して、第４実施形態に係る光電変換装置１００について説明する。以下では、第１実施形態との相違点を中心に説明する。説明が省略される部分は第１実施形態と同様であってもよい。本実施形態は、第１実施形態から第３実施形態のいずれと組み合わされてもよい。

【0068】

図１１（ａ）～図１１（ｆ）は、第１実施形態の図４（ａ）～図４（ｆ）に対応する図面である。本実施形態は、ゲート電極２０４及びゲート電極が、縦型構造を有する点で第１実施形態とは異なる。ゲート電極２０４が縦型構造を有するとは、図１１（ｃ）に示すように、基板１０１に形成された開口にゲート電極２０４が入り込んだ構造を有することであってもよい。ゲート電極２０４は、不純物領域３０３に隣接する位置まで縦方向（ｚ軸負の方向）に延びる。ゲート電極２０４は、不純物領域３０３のどの位置に隣接してもよい。ゲート電極２０４についての上述の説明は、ゲート電極２０５についても同様に当てはまる。

【0069】

図６の右側のグラフ６０２に示すように、注入されるＰ型不純物の濃度は、基板１０１の表面１０１ａに近いほど高くなる。ゲート電極２０４及びゲート電極が縦型構造を有するため、不純物領域３０３及び３０４を第１実施形態と比較して基板１０１の深い位置（表面１０１ａから離れた位置）に形成できる。そのため、図７（ａ）で説明したような電位障壁が形成されることを抑制できる。その結果、不純物領域３０４における信号電荷の輸送経路は、部分３０４ｂから部分３０４ｃへ信号電荷を輸送するように単調に変化する電位分布を有する。

【0070】

＜第５実施形態＞
図１２を参照して、第５実施形態に係る光電変換装置１００について説明する。以下では、第１実施形態との相違点を中心に説明する。説明が省略される部分は第１実施形態と同様であってもよい。本実施形態は、第１実施形態から第４実施形態のいずれと組み合わされてもよい。

【0071】

図１２（ａ）～図１２（ｆ）は、第１実施形態の図４（ａ）～図４（ｆ）に対応する図面である。本実施形態は、不純物領域３０６及び不純物領域３０９の側方にディープトレンチ素子分離構造１２０１をさらに有する点で第１実施形態とは異なる。ディープトレンチ素子分離構造１２０１は、平行画素回路１０２Ｐと交差画素回路１０２Ｃとの両方に配置されてもよい。基板１０１の層３０２は、層３０１まで入射光が到達しないように、ある程度の厚さを有してもよい。基板１０１の層３０２が厚いと、斜めに入射した光によって画素間の混色が発生する恐れがある。特に、光電変換で生じた電子が、不純物領域３１５の電位障壁を超えて隣接画素へクロストークする恐れがある。本実施形態では、ディープトレンチ素子分離構造１２０１によって、このような混色を抑制できる。ディープトレンチ素子分離構造１２０１は、不純物領域３０６及び３０９と同程度の深さを有してもよい。また、ディープトレンチ素子分離構造１２０１は、基板１０１の裏面１０１ｂまで到達してもよい。

【0072】

＜その他の実施形態＞
図１３（ａ）を参照しながら、半導体装置１３０３を備える機器１３００に係る実施形態について詳細に説明する。半導体装置１３０３は、上述の何れの実施形態の光電変換装置であってもよい。半導体装置１３０３は、半導体デバイス１３０１と、半導体デバイス１３０１を収容するパッケージ１３０２とを含んでもよい。パッケージ１３０２は、半導体デバイス１３０１が固定された基体と、半導体デバイス１３０１に対向するガラスなどの蓋体と、を含んでもよい。パッケージ１３０２は、基体に設けられた端子と半導体デバイス１３０１に設けられた端子（ボンディングパッド）とを接続するボンディングワイヤやバンプなどの接合部材をさらに含んでもよい。

【0073】

機器１３００は、光学装置１３０４、制御装置１３０５、処理装置１３０６、表示装置１３０７、記憶装置１３０８、および機械装置１３０９の少なくともいずれかを備えてもよい。光学装置１３０４は、例えばレンズやシャッター、ミラーである。制御装置１３０５は、半導体装置１３０３を制御する。制御装置１３０５は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの半導体装置である。

【0074】

処理装置１３０６は、半導体装置１３０３から出力された信号を処理する。処理装置１３０６は、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）あるいはＤＦＥ（デジタルフロントエンド）を構成するための、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＡＳＩＣなどの半導体装置である。表示装置１３０７は、半導体装置１３０３で得られた情報（画像）を表示する、ＥＬ（Electro-Luminescence）表示装置や液晶表示装置である。記憶装置１３０８は、半導体装置１３０３で得られた情報（画像）を記憶する、磁気デバイスや半導体デバイスである。記憶装置１３０８は、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）やＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリ、又はフラッシュメモリやハードディスクドライブなどの不揮発性メモリである。

【0075】

機械装置１３０９は、モーターやエンジンなどの可動部又は推進部を有する。機器１３００では、半導体装置１３０３から出力された信号を表示装置１３０７に表示したり、機器１３００が備える通信装置（不図示）によって外部に送信したりする。そのために、機器１３００は、半導体装置１３０３が有する記憶回路や演算回路とは別に、記憶装置１３０８や処理装置１３０６をさらに備えてもよい。機械装置１３０９は、半導体装置１３０３から出力され信号に基づいて制御されてもよい。

【0076】

また、機器１３００は、撮影機能を有する情報端末（例えばスマートフォンやウェアラブル端末）やカメラ（例えばレンズ交換式カメラ、コンパクトカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ）などの電子機器に適する。カメラにおける機械装置１３０９は、ズーミングや合焦、シャッター動作のために光学装置１３０４の部品を駆動してもよい。これに代えて、カメラにおける機械装置１３０９は防振動作のために半導体装置１３０３を移動してもよい。

【0077】

また、機器１３００は、車両や船舶、飛行体などの輸送機器であり得る。輸送機器における機械装置１３０９は移動装置として用いられてもよい。輸送機器としての機器１３００は、半導体装置１３０３を輸送するものや、撮影機能により運転（操縦）の補助および／または自動化を行うものであってもよい。運転（操縦）の補助および／または自動化のための処理装置１３０６は、半導体装置１３０３で得られた情報に基づいて移動装置としての機械装置１３０９を操作するための処理を行ってもよい。これに代えて、機器１３００は、内視鏡などの医療機器や、分析測距センサなどの計測機器、電子顕微鏡のような分析機器、複写機などの事務機器であってもよい。

【0078】

図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）を用いて、撮像システム及び移動体に係る実施形態について説明する。図１３（ｂ）は、車載カメラに関する撮像システム１３１０の一例を示したものである。撮像システム１３１０は、光電変換装置１３１１を有する。光電変換装置１３１１は、上述の実施形態の何れの光電変換装置であってもよい。撮像システム１３１０は、光電変換装置１３１１により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う処理装置である画像処理部１３１２を有する。また、撮像システム１３１０は、光電変換装置１３１１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）の算出を行う処理装置である視差取得部１３１３を有する。さらに、撮像システム１３１０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処理装置である距離取得部１３１４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処理装置である衝突判定部１３１５と、を有する。ここで、視差取得部１３１３や距離取得部１３１４は、対象物までの距離情報等の情報を取得する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１３１５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。上述した各種の処理装置は、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基づいて演算を行う汎用のハードウェアによって実現されてもよい。また、処理装置は、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。

【0079】

撮像システム１３１０は、車両情報取得装置１３１６と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム１３１０は、衝突判定部１３１５での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ１３１７に接続されている。すなわち、制御ＥＣＵ１３１７は、距離情報に基づいて移動体を制御する移動体制御手段の一例である。また、撮像システム１３１０は、衝突判定部１３１５での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置１３１８にも接続されている。例えば、衝突判定部１３１５の判定結果として衝突可能性が高い場合に、制御ＥＣＵ１３１７はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置１３１８は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。

【0080】

本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム１３１０で撮像する。図１３（ｃ）に、車両前方（撮像範囲１３１９）を撮像する場合の撮像システム１３１０を示した。車両情報取得装置１３１６は、撮像システム１３１０を動作させ撮像を実行させるように指示を送る。

【0081】

以上の説明では、他の車両と衝突しないように制御する例を述べたが、他の車両に追従して自動運転する制御、車線からはみ出さないように自動運転する制御等にも適用可能である。更に、撮像システムは、自動車等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（輸送機器）に適用することができる。移動体（輸送機器）における移動装置はエンジン、モーター、車輪、プロペラなどの各種の移動手段である。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。

【0082】

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

【符号の説明】

【0083】

１００ 光電変換装置、１０１ 基板、２０２ 光電変換素子 ２０３ 光電変換素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】