光检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种具有新型的构成的光检测装置。该光检测装置具备：半导体基板，包含第一杂质区域和第二杂质区域；栅极绝缘层，位于被上述半导体基板的上述第一杂质区域和上述第二杂质区域所夹持的区域上，并且包含光电转换层；上述栅极绝缘层上的透明栅极电极；第一电荷传输通路，根据由光向上述光电转换层的入射引起的上述光电转换层的介电常数的变化，传输与在上述第一杂质区域和上述第二杂质区域之间产生的电流对应的信号电荷；第二电荷传输通路，从上述第一电荷传输通路的中途分支；第一电荷储存部，储存上述信号电荷中的经由上述第二电荷传输通路传输的电荷；以及第一栅极，切换经由上述第二电荷传输通路的电荷的传输和切断。

【技术实现步骤摘要】
光检测装置
本专利技术涉及光检测装置。
技术介绍
以CMOS图像传感器为代表的摄像元件被广泛使用。在摄像元件的领域中，存在降低噪声、扩大动态范围、动作高速化等各种要求。下述专利文献1在图2中公开了一种薄膜晶体管(TFT)，其具有使规定的化合物分散在有机聚合物中得到的有机膜作为栅极绝缘膜。作为构成有机膜的规定的化合物，选择通过光的照射而极化状态变化的化合物。在专利文献1的薄膜晶体管中，如果对栅极绝缘膜照射光，则栅极绝缘膜的介电常数变化。因此，通过向栅极绝缘膜照射光，在源极-漏极之间流动的电流发生变化。专利文献1记载了可将这样的薄膜晶体管用于光传感器。下述的非专利文献1提出了在光电二极管与用于排出电荷的漏极之间设置有排出栅极的结构。在非专利文献1中，将具有这样的结构的像素称为DOM(draining-onlymodulation)像素。在DOM像素中，在排出栅极为开的状态下，光电二极管内的电荷被排出。而如果将排出栅极设为关的状态，则能够将光电二极管内的电荷以浮动扩散传输。在DOM像素中，通过将复位所需的时间实质上设为0，可以实现时间分辨率的提高。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2011－60830号公报非专利文献非专利文献1：K.Yasutomi,et.al.,“A0.3mm-resolutionTime-of-FlightCMOSrangeimagerwithcolumn-gatingclock-skewcalibration”,ISSCC2014,Dig.pp.132-133
技术实现思路
本专利技术提供一种具有新颖构成的光检测装置。根据本申请的没有限定性的某个例示性实施方式，可提供下述方案。一种光检测装置，其具备：半导体基板，包含第一杂质区域和第二杂质区域；栅极绝缘层，位于被上述半导体基板的上述第一杂质区域与上述第二杂质区域所夹持的区域上，并且包含光电转换层；上述栅极绝缘层上的透明栅极电极；第一电荷传输通路，根据由光向上述光电转换层的入射引起的上述光电转换层的介电常数的变化，传输与在上述第一杂质区域和上述第二杂质区域之间产生的电流对应的信号电荷；第二电荷传输通路，从上述第一电荷传输通路的中途分支；第一电荷储存部，储存上述信号电荷中的经由上述第二电荷传输通路传输的电荷；第一栅极，该第一栅极切换经由上述第二电荷传输通路的电荷的传输和切断。总体或具体方案可以通过元件、器件、系统、集成电路或方法实现。另外，总体或具体方案也可以通过任意组合元件、器件、装置、系统、集成电路和方法来实现。所公开的实施方式的追加效果和优点可以通过说明书和附图来明确。效果和/或优点是由说明书和附图所公开的各个实施方式或特征独立带来的，为了得到它们中的一个以上并不需要所有实施方式或特征。专利技术的效果根据本申请的一个方案，提供具有新颖构成的光检测装置。附图说明图1是示出本申请的第一实施方式的光检测装置的示意性的平面图。图2是图1所示的A-A’线剖视图。图3是图1所示的B-B’线剖视图。图4是示出具有覆盖透明栅极电极112以外的部分的遮光膜300的构成的例子的平面图。图5是示出入射到光检测装置100A的光的强度I的时间变化的一例的图。图6是一起示出光检测装置100A的电荷传输结构120A的平面图，和某一时刻的、第一电荷传输通路Ch1内的信号电荷的分布的一例和半导体基板200内的电位的一例的图。图7是示意性地示出具有多个光电转换结构110A及电荷传输结构120A的组的摄像装置的电路构成的一例的图。图8是将本申请的第二实施方式的光检测装置的电荷传输结构取出并示意性地示出的平面图。图9是一起示出电荷传输结构120B的平面图和某一时刻的、第一电荷传输通路Ch1内的信号电荷的分布的一例的图。图10是示出电荷传输结构的变形例的俯视示意图。图11是示出本申请的第三实施方式的光检测装置的剖视示意图。图12是示出由含有萘酞菁锡的材料形成的光电转换层中的吸收光谱的一例的图。图13是示出光电转换层74的构成的一例的剖视示意图。图14是示出光电转换层74中的光电流特性的典型例的曲线图。图15是示出本申请的光检测装置的另一个变形例的剖视示意图。符号说明11第一电压线；12第二电压线；23第三电压线；24第四电压线；25第五电压线；26、26a～26d栅极控制线；28、28a～28d读取线；32电源线；36垂直信号线；42信号检测晶体管；44寻址晶体管；46复位晶体管；51、52电压供给电路；60场效应晶体管；64栅极绝缘层；66栅极电极；68连接部；72上部电极；74光电转换层；76下部电极；78绝缘层；100摄像装置；100A～100D光检测装置；110A～110C光电转换结构；112透明栅极电极；114栅极绝缘层；114P光电转换层；114S绝缘层；120A～120C电荷传输结构；124S、126S绝缘层；200半导体基板；212、214、222杂质区域；300遮光膜；Ch1第一电荷传输通路；Ch2第二电荷传输通路；FD、FDa～FDd电荷储存部；Gt栅极；Px像素；SC信号检测电路；Tc控制电极；Tx、Txa～Txd传输栅极电极具体实施方式本申请的一个方案的概要如下所述。[项目1]一种光检测装置，其具备：半导体基板，包含第一杂质区域和第二杂质区域；栅极绝缘层，位于被上述半导体基板的上述第一杂质区域与上述第二杂质区域所夹持的区域上，并且包含光电转换层；上述栅极绝缘层上的透明栅极电极；第一电荷传输通路，根据由光向上述光电转换层的入射引起的上述光电转换层的介电常数的变化，传输与在上述第一杂质区域和上述第二杂质区域之间产生的电流对应的信号电荷；第二电荷传输通路，从上述第一电荷传输通路的中途分支；第一电荷储存部，储存上述信号电荷中的经由上述第二电荷传输通路传输的电荷；以及第一栅极，切换经由上述第二电荷传输通路的电荷的传输和切断。根据项目1的构成，通过在电荷储存部传输对应于在规定的期间照射的光的量的电荷，读取保持在电荷储存部中的电荷，由此能够实现以所期望的时间窗口的光检测。[项目2]根据项目1所述的光检测装置，栅极绝缘层包含光电转换层与半导体基板之间的绝缘层。根据项目2的构成，能够抑制光电转换层与半导体基板之间的电荷的交换。[项目3]根据项目1或2所述的光检测装置，在透明栅极电极与半导体基板之间具备遮光膜。根据项目3的构成，能够抑制杂散光射入半导体基板内的杂质区域、沟道，因而能够抑制由杂散光的入射引起的噪声(noise)的混入。[项目4]根据项目1～3中任一项所述的光检测装置，光电转换层具有下述光电流特性：具有第一电压范围、第二电压范围和第三电压范围，在第一电压范围，随着逆向的偏压增大而输出电流密度的绝对值增大，在第二电压范围，随着正向的偏压增大而输出电流密度增大，第三电压范围在第一电压范围与第二电压范围之间，并且输出电流密度相对于偏压的变化率的绝对值比所述第一电压范围和所述第二电压范围小。[项目5]根据项目4所述的光检测装置，还具备第一电压供给电路，该第一电压供给电路对透明栅极电极供给以第一杂质区域的电压为基准时处于第三电压范围内的电压，在第一杂质区域和透明栅极电极之间的电位差维持为第三电压范围内的状态下，在第一杂质区域和第二杂质区域之间产生与光电转换层的介电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光检测装置，其具备：半导体基板，包含第一杂质区域和第二杂质区域；栅极绝缘层，位于被所述半导体基板的所述第一杂质区域和所述第二杂质区域所夹持的区域上，并且包含光电转换层；所述栅极绝缘层上的透明栅极电极；第一电荷传输通路，根据由光向所述光电转换层的入射引起的所述光电转换层的介电常数的变化，传输与在所述第一杂质区域和所述第二杂质区域之间产生的电流对应的信号电荷；第二电荷传输通路，从所述第一电荷传输通路的中途分支；第一电荷储存部，储存所述信号电荷中的经由所述第二电荷传输通路传输的电荷；以及第一栅极，切换经由所述第二电荷传输通路的电荷的传输和切断。

【技术特征摘要】
2017.04.26 JP 2017-0869701.一种光检测装置，其具备：半导体基板，包含第一杂质区域和第二杂质区域；栅极绝缘层，位于被所述半导体基板的所述第一杂质区域和所述第二杂质区域所夹持的区域上，并且包含光电转换层；所述栅极绝缘层上的透明栅极电极；第一电荷传输通路，根据由光向所述光电转换层的入射引起的所述光电转换层的介电常数的变化，传输与在所述第一杂质区域和所述第二杂质区域之间产生的电流对应的信号电荷；第二电荷传输通路，从所述第一电荷传输通路的中途分支；第一电荷储存部，储存所述信号电荷中的经由所述第二电荷传输通路传输的电荷；以及第一栅极，切换经由所述第二电荷传输通路的电荷的传输和切断。2.如权利要求1所述的光检测装置，所述栅极绝缘层包含所述光电转换层与所述半导体基板之间的绝缘层。3.如权利要求1所述的光检测装置，在所述透明栅极电极与所述半导体基板之间具有遮光膜。4.如权利要求1所述的光检测装置，所述光电转换层具有下述光电流特性：具有第一电压范围、第二电压范围和第三电压范围，在所述第一电压范围，随着逆向的偏压的增大而输出电流密度的绝对值增大，在所述第二电压范围，随着正向的偏压的增大而输出电流密度增大，所述第三电压范围在所述第一电压范围与所述第二电压范围之间，并且输出电流密度相对于偏压的变化率的绝对值比所述第一电压范围和所述第二电压范围小。5.如权利要求4所述的光检测装置，还具备第一电压供给电路，对所述透明栅极电极供给以所述第一杂质区域的电压为基准时处于所述第三电压范围内的电压，所述第一杂质区域和所述透明栅极电极之间的电位差维持为所述第三电压范围内的状态下，在所述第一杂质区域和所述第二杂质区域之间产生对应于所述光电转换层的介电常数的变化的所述电流。6.如权利要求4所述的光检测装置，还具备第一电压供给电路，所述第一电压供给电路以对所述光电转换层施加所述第三电压范围内的偏压的方式对所述透明栅极电极施加电压，在施加于所述光电转换层的偏压被维持为所述第三电压范围内的状态下，在所述第一杂质区域和所述第二杂质区域之间产生对应于所述光电转换层的介电常数的变化的所述电流。7.如权利要求1～6中任一项所述的光检测装置，具备第二电压供给电路，所述半导体基板包含第三杂质区域，所述第一电荷传输通路的一端连接在所述第二杂质区域，所述第一电荷传输通路的另一端连接在所述第三杂质区域，所述第二电压供给电路对所述第三杂质区域供给与所述第一杂质区域的电压不同的电压。8.一种光检测装置，具备：半导体基板，包含第一杂质区域和第二杂质区域；栅极绝缘层，位于被所述半导体基板的所述第一杂质区域和所述第二杂质区域所夹持的区域上；所述栅极绝缘层上的栅极电极；第一电极，与所述栅极电极电连接；透光性的第二电极，与所述第一电极对置；光电转换层，配置在所述第一电极与所述第二电极之间；第一电荷传输通路，根据由光向所述光电转换层的入射引起的所述第一电极和所述第二电极之间的介电常数的变化，传输...

【专利技术属性】
技术研发人员：岛崎直树，玉置德彦，宍戸三四郎，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP