光電轉換裝置和使用光電轉換裝置的成像系統的製作方法

2023-05-01 18:41:21 1

專利名稱：光電轉換裝置和使用光電轉換裝置的成像系統的製作方法
光電轉換裝置和使用光電轉換裝置的成像系統技術領域
本申請涉及光電轉換裝置的分離結構。
技術背景
CCD型和CMOS型光電轉換裝置被用於許多的數位照相機和數字可攜式攝像機 (camcorder) 0近年來，在光電轉換裝置中，像素已被減小。因此，討論了針對電荷混入相鄰 的像素(串擾)的措施。
日本專利申請公開No. 2003-258232討論了與光電轉換元件的N型阱區域一致地 在深區域中形成P型阱區域的配置，所述P型阱區域用作用於防止電荷在相鄰的像素之間 混合的元件隔離勢壘(barrier)。
但是，即使通過在日本專利申請公開No. 2003-258232中公開的P型阱區域，也可 能難以充分地抑制載流子洩漏。一般地，在光電轉換裝置中，在光電轉換元件的周圍設置用 於從光電轉換元件讀取電荷的電晶體。不必以規則的間隔布置光電轉換元件。並且，分離 光電轉換元件的P型阱的寬度可能是不同的。因此，本發明的發明人已經發現從某個光電 轉換元件洩漏到相鄰的光電轉換元件的信號電荷的量會根據這種P型阱區域的寬度改變。 如果洩漏到相鄰的光電轉換元件的載流子的量改變，那麼圖像質量劣化並且通過信號處理 的校正變得困難。如果使得光電轉換元件之間的間隔均等化並且還使得P型阱區域的寬度 均等化，那麼用於讀取信號電荷的電晶體的平面布局的自由度減小，並且，像素的減小變得 困難。
本發明的目的是，提供能夠減少混入相鄰的光電轉換元件(像素)中的電荷的變 化的光電轉換裝置。發明內容
根據本發明的光電轉換裝置包括基板；被布置在基板上的多個光電轉換元件； 和被布置在基板上的用於傳送由光電轉換元件產生的信號電荷的電晶體，其中，多個光電 轉換元件包含第一光電轉換元件、與第一光電轉換元件相鄰的第二光電轉換元件和與第一 光電轉換元件相鄰的第三光電轉換元件，並且，具有第一寬度的第一區域被布置在第一光 電轉換元件和第二光電轉換元件之間，具有比第一寬度窄的第二寬度的第二區域被布置在 第一光電轉換元件和第三光電轉換元件之間，具有第一導電類型而信號電荷是少數載流子 並且具有第三寬度的第一半導體區域被布置在第一區域中，具有第一導電類型並且具有比 第三寬度窄的第四寬度的第二半導體區域被布置在第二區域中，並且，具有比第一區域低 的關於信號電荷的電勢的第三區域被配置在第一區域中。
從結合附圖進行的以下描述，本發明的其它特徵和優點將是清晰的，在這些附圖 中，類似的附圖標記始終表示相同或類似的部分。
從參照附圖對示例性實施例的以下描述，本發明的其它特徵將變得清晰。


圖IA是第一示例性實施例的光電轉換裝置的平面圖。
圖IB是第一示例性實施例的光電轉換裝置的示意性截面圖。
圖IC是第一示例性實施例的光電轉換裝置的示意性截面圖。
圖2A示出光電轉換裝置的像素電路的例子。
圖2B是光電轉換裝置的像素電路的平面圖。
圖3A是用於示出第一示例性實施例的光電轉換裝置的平面圖。
圖;3B是用於示出第一示例性實施例的光電轉換裝置的示意性截面圖。
圖3C是用於示出第一示例性實施例的光電轉換裝置的示意性截面圖。
圖4A是第二示例性實施例的光電轉換裝置的平面圖。
圖4B是第二示例性實施例的光電轉換裝置的示意性截面圖。
圖4C是第二示例性實施例的光電轉換裝置的示意性截面圖。
圖5A是用於示出第一示例性實施例的變更方式的光電轉換裝置的平面圖。
圖5B是用於示出第一示例性實施例的變更方式的光電轉換裝置的示意性截面 圖。
圖5C是用於示出第一示例性實施例的變更方式的光電轉換裝置的示意性截面 圖。
圖6A是第三示例性實施例的光電轉換裝置的平面圖。
圖6B是第三示例性實施例的光電轉換裝置的示意性截面圖。
圖6C是第三示例性實施例的光電轉換裝置的示意性截面圖。
圖7A是用於示出第三示例性實施例的變更方式的光電轉換裝置的平面圖。
圖7B是用於示出第三示例性實施例的變更方式的光電轉換裝置的示意性截面 圖。
圖7C是用於示出第三示例性實施例的變更方式的光電轉換裝置的示意性截面 圖。
圖8A、圖8B、圖8C、圖8D、圖8E、圖8F和圖8G是用於示出第一示例性實施例的光 電轉換裝置的製造方法的示意性截面圖。
圖9A、圖9B、圖9C、圖9D、圖9E、圖9F和圖9G是用於示出第一示例性實施例的光 電轉換裝置的製造方法的示意性截面圖。
圖10是用於示出成像系統的框圖。
圖11A、圖11B、圖11C、圖IlD和圖IlE是用於示出根據第五示例性實施例的路徑 (path)的電勢的電勢圖。
被包含於說明書中並構成其一部分的附圖示出本發明的實施例，並與描述一起用 於解釋本發明的原理。
具體實施方式
現在將根據附圖詳細描述本發明的優選實施例。
本發明的光電轉換裝置包括第一光電轉換元件和第二光電轉換元件之間的用作 針對信號電荷的勢壘的第一半導體區域；以及第一光電轉換元件和第三光電轉換元件之間的用作針對信號電荷的勢壘並且比第一半導體區域窄的第二半導體區域。並且，在第一光 電轉換元件和第二光電轉換元件之間的至少一部分處設置具有低勢壘(電勢壁壘)的區 域。該配置可抑制在第一光電轉換元件中產生的信號電荷不均勻地混入相鄰的第二光電轉 換元件和第三光電轉換元件中。即，混入相鄰的光電轉換元件中的信號電荷的量可被均等 化，由此改善將獲取的圖像質量。並且，當進行校正時，能夠容易地校正圖像信號。從而，可 以簡化圖像處理器的必要的配置。
以下通過使用附圖詳細描述本發明的實施例。
(像素電路的例子)
描述可應用本發明的像素電路的例子。圖2A是可應用本發明的像素電路的例子 的電路圖。圖2B是示出用於四個像素的像素電路的平面布局的平面圖。以下描述信號電 荷是電子的情況。
在圖2A中，像素(PIXEL)包含作為光電轉換元件的光電二極體100 ；傳送MOS晶 體管101 ；復位MOS電晶體102 ；放大MOS電晶體103 ；和選擇MOS電晶體105。傳送MOS晶 體管101將在光電轉換元件100中產生的信號電荷傳送到浮動擴散區域104。放大MOS晶 體管103通過選擇MOS電晶體105將根據浮動擴散區域104的電勢的輸出輸出到輸出線 106。放大MOS電晶體103是源跟隨器(follower)電路的一部分。其柵電極與浮動擴散區 域104連接。復位MOS電晶體102將放大MOS電晶體103的柵電極的節點即浮動擴散區域 104復位到規定的(prescribed)電勢(復位電勢)。向傳送MOS電晶體101供給傳送控制 信號TX。向復位MOS電晶體102供給復位控制信號RES。向選擇MOS電晶體105供給選擇 控制信號SEL。各控制信號對信號電荷的讀出進行控制。在光電轉換裝置中，以一維或二維 的方式布置這些像素。該布置配置成像區域。
圖2B示出四個像素(像素a d)的平面布局。在圖2B中，布置四個光電二極體 200。柵電極201是傳送MOS電晶體101的柵電極。柵電極202是復位MOS電晶體102的 柵電極。柵電極203是放大MOS電晶體103的柵電極。柵電極205是選擇MOS電晶體105 的柵電極。存在浮動擴散區域204。並且，柵電極206是復位MOS電晶體的源極區域。漏極 區域207是復位MOS電晶體和放大MOS電晶體的漏極區域。漏極區域208是放大MOS晶體 管的源極區域，並且還是選擇MOS電晶體的漏極區域。作為選擇MOS電晶體的源極區域的 源極區域209與輸出線106連接。以下，為了描述，圖2B中的光電轉換元件200被稱為第 一光電轉換元件200a、第二光電轉換元件200b、第三光電轉換元件200c和第四光電轉換元 件200d。在光電轉換元件的配置以外的配置中，僅對於像素d分配符號。例如，與光電轉換 元件200d對應的傳送MOS電晶體的柵電極由附圖標記201d表示。由於配置在其它的像素 中是相同的，因此省略符號。
元件隔離區域210限定活性區域211和212。在本實施例中，對於元件的元件隔 離區域210使用LOCOS (矽局部氧化)結構。但是，該結構也可以是STI (淺槽隔離)結構。 並且，元件隔離區域210可以是只布置用作針對信號電荷的勢壘的半導體區域的結構(擴 散隔離)。如果元件隔離區域210僅包含用作針對信號電荷的勢壘的半導體區域，那麼在與 用作針對信號電荷的勢壘的半導體區域的邊界處限定活性區域。在圖2B中，活性區域211 包含光電轉換元件200和浮動擴散區域204。活性區域212包含各電晶體的源極區域和漏 極區域。這裡，在圖2B中，布置光電轉換元件200a的活性區域211a和布置光電轉換元件200b的活性區域211b之間的距離、或者光電轉換元件200a和200b之間的第一區域213的 寬度表示為第一寬度W1。布置光電轉換元件200a的活性區域211a和布置光電轉換元件 200c的活性區域211c之間的距離、或者光電轉換元件200a和200c之間的第二區域214的 寬度表示為第二寬度W2。第一寬度Wl和第二寬度W2相互不同，並且Wl >W2。這裡，沿第 一方向(X軸)和第二方向(Y軸)以矩陣的方式布置像素。第一方向和第二方向相互正交。
光電轉換裝置不限於圖2A所示的電路。該裝置可以是更多的光電轉換元件共享 放大MOS電晶體的配置或沒有選擇MOS電晶體的配置。並且，該配置不限於圖2B所示的平 面布局。以下，通過使用附圖描述本發明的示例性實施例。
(第一示例性實施例)
通過使用圖IA IC描述本示例性實施例的光電轉換裝置。首先，圖IA是與圖2B 的平面圖對應的平面圖。在圖IA中，省略與圖2B中的那些元件類似的元件的符號。僅對 於表徵本示例性實施例的部分賦予符號。在圖IA中，布置有第一半導體區域110和第二半 導體區域111。區域110和111是信號電荷變成少數載流子的第一導電類型(P型)，並且 對於信號電荷(電子)構成勢壘。具體而言，在第一區域213中布置具有第三寬度W3的第 一半導體區域110。在第二區域214中布置具有第四寬度W4的第二半導體區域111。這些 布置形成勢壘。在布置電晶體的活性區域211下面布置第一半導體區域110。在第一區域 213的一部分處布置第三半導體區域112。區域112是具有第三寬度W3的第一導電類型。 第三半導體區域112具有比第一半導體區域110的電勢低的電勢。因為，第三半導體區域 112的雜質濃度比第一半導體區域110的雜質濃度低。更具體而言，第三半導體區域112被 布置在復位MOS電晶體的源極區域206下面。第一到第三半導體區域形成包圍光電轉換元 件的格子狀勢壘。這裡，通過布置第三半導體區域112，從光電轉換元件200a流入光電轉換 元件200b和200c的電荷的量可被均等化，而從光電轉換元件200a流入相鄰的光電轉換元 件的電荷受到抑制。
進一步通過使用圖IB和圖IC描述圖IA的配置。圖IB和圖IC分別是沿1B-1B 和1C-1C線切取的圖IA的示意性截面圖。在圖IB和圖IC中，具有相同的配置的元件被賦 予相同的符號，並且，省略其描述。在圖IB和圖IC中，存在第一導電基板115、第一導電類 型半導體區域114和包含光電轉換元件的受光面的面119。這裡，基板115的導電類型是任 意的。半導體區域114可以為第二導電類型，可以是通過外延生長在基板115上形成的層 或通過離子注入形成到基板115中的層。參照面119，向著基板115的方向是基板處的深度 方向。在圖IB和圖IC中，元件隔離區域210包含LOCOS結構113。在圖IB和圖IC中，光 電轉換元件200包含第二導電類型(N型)電荷蓄積區域116和布置在光電轉換元件的受 光面119側的P型表面保護層117。
在圖IC中，第二半導體區域111具有寬度W4和深度D1。在圖IB的截面圖中，第 三半導體區域112具有寬度W3和深度D1。被布置在第一區域213中的第一半導體區域110 具有寬度為W3且深度為Dl的配置。在本示例性實施例中，布置在第一區域213中的第一 半導體區域110和第三半導體區域112的寬度和深度被設為彼此相同。第三半導體區域的 雜質濃度被設為低於第一和第二半導體區域的雜質濃度。可通過光電轉換裝置的布局和第 一半導體區域的寬度W3和W4適當地設定第三半導體區域112的雜質濃度。
這裡，通過使用圖3A 3C描述信號電荷的流動。圖3A 3C是與圖IA IC對應的示圖，並且如圖IA那樣基於圖2B。在圖3A 3C中，與圖IA IC或圖2B相同的元 件被賦予相同的符號，並且，省略其描述。在圖3A 3C中不設置在圖IA IC中設置的第 三半導體區域。在圖3A 3C中設置第一半導體區域110和第二半導體區域111。在這種 配置中，當信號電荷流入相鄰的光電轉換元件時，電荷經由穿過第一半導體區域110的具 有寬度W3的路徑2並經由穿過第二半導體區域111的具有寬度W4的路徑3流動。這裡， 由於第一半導體區域110和第二半導體區域111具有相同的雜質濃度和相同的深度，因此 信號電荷經由路徑3流入相鄰的光電轉換元件的可能性比經由路徑2流入相鄰的光電轉換 元件的可能性高。因此，即使在相鄰的光電轉換元件中，在光電轉換元件200a中產生的信 號電荷的混合量也在光電轉換元件200c中比在光電轉換元件200b中大，由此導致不均勻。 即，在單色光電轉換裝置中，出現圖像質量的不均勻。在用於照相機的單板式彩色光電轉換 裝置中，相鄰的光電轉換元件產生不同的顏色信號，由此導致串擾(混色)。
另一方面，根據圖IA IC所示的配置，由於設置具有低雜質濃度的第三半導體區 域，因此形成路徑1。與經由路徑2相比，信號電荷更可能經由路徑1流入相鄰的光電轉換 元件。可通過路徑1將由於路徑2和路徑3而變得不均勻的對於相鄰的光電轉換元件的信 號電荷的混合量調整為均勻。這裡，根據對於信號電荷的電勢的高度(即，勢壘的高度)確 定信號電荷流入相鄰的光電轉換元件的可能性。這裡，路徑3的勢壘比路徑2的勢壘低。路 徑1的勢壘比路徑3的勢壘低。即，如果在光電轉換元件之間存在用作勢壘的具有不同的 寬度的半導體區域，那麼使得具有較寬的寬度的勢壘的一部分具有低的勢壘。因此，信號電 荷的混合量可被均等化。
在本示例性實施例中，在布置具有寬的寬度的半導體區域的光電轉換元件之間的 至少一個部分中布置具有低雜質濃度的第三半導體區域112。根據這種配置，可以抑制從光 電轉換元件200a流入相鄰的光電轉換元件的電荷。並且，從光電轉換元件200a流入光電 轉換元件200b和200c的電荷的量可被均等化。布置具有寬的寬度的半導體區域的光電轉 換元件之間的至少一個部分可以是具有寬的寬度的半導體區域的一部分。即，可以採用在 第一半導體區域中形成第三半導體區域的配置。
下面，通過使用圖8A 8G和圖9A 9G描述本示例性實施例的光電轉換裝置的 製造方法。圖8A 8G是通過使用與圖IB對應的截面圖示出製造過程的示圖。圖9A 9G 是通過使用與圖IC對應的截面圖示出製造過程的示圖。
首先，如圖8A和圖9A所示，在N型基板115上形成N型外延層114'。然後，形成 LOCOS 113並且形成活性區域(圖8B和圖9B)。在圖8C和圖9C中，通過使用光致抗蝕劑 掩模執行離子注入，並且，在LOCOS 113的端部形成P型第四半導體區域120。
然後，通過使用光致抗蝕劑掩模執行希望的劑量的離子注入，並且，形成P型第一 半導體區域Iio和第二半導體區域111 (圖8D和圖9D)。然後，通過使用另一光致抗蝕劑掩 模執行劑量比圖8D和圖9D中的小的離子注入，並且，形成P型第三半導體區域112(圖8E 和圖9E)。
然後，通過構圖形成電晶體的柵電極(圖8F和圖9F)。隨後，形成光電轉換元件 的N型電荷蓄積區域116和P型表面保護層117，並且，形成電晶體的源極區域和漏極區域 (圖8G和圖9G)。
隨後，在受光面119上形成絕緣膜和布線，並且，形成層內透鏡、濾色器和微透鏡7(未示出)。由此，完成光電轉換裝置。
第四半導體區域113被配置在元件隔離區域的絕緣體(或這裡的LOCOS 113)與 光電轉換元件200之間，並且覆蓋光電轉換元件200的表面。該第四半導體區域Il3使得 能夠減少在元件隔離區域中產生的暗電流混合到光電轉換元件中。
作為本示例性實施例的應用，可以如圖5A 5C所示的那樣在電晶體的柵電極下 面設置第三半導體區域。圖5A與圖IA對應。圖5B和圖5C分別是沿圖5A中的線5B-5B 和5C-5C切取的示意性截面圖。在圖5A、圖5B和圖5C中，與圖IA IC中的元件類似的元 件被賦予相同的符號，並且，省略其描述。在圖5A、圖5B和圖5C中，作為復位MOS電晶體的 源極區域的替代，在放大MOS電晶體的柵電極203下面設置第三半導體區域512。即使通過 這種配置，從光電轉換元件200a流入光電轉換元件200b和200c中的電荷的量也可被均等 化，而從光電轉換元件200a流入相鄰的光電轉換元件中的電荷受到抑制。
在本示例性實施例中，在復位MOS電晶體的源極區域下面設置第三半導體區域。 注意，同樣，在另一電晶體的源極區域中，可以在漏極區域下面布置第三半導體區域。
(第二示例性實施例)
通過使用圖4A、圖4B和圖4C描述本示例性實施例的光電轉換裝置。圖4A與圖 IA對應。圖4B和圖4C分別是沿圖4A中的線4B-4B和4C-4C切取的示意性截面圖。在圖 4A、圖4B和圖4C中，與圖IA IC中的那些類似的元件被賦予相同的符號，並且省略其描 述。以下只描述本示例性實施例中的與第一示例性實施例不同的配置。
在第一示例性實施例中，通過雜質濃度形成具有低勢壘的部分。另一方面，在本示 例性實施例中，通過形成勢壘的半導體區域的寬度形成具有低勢壘的部分。如同第一示例 性實施例那樣，本示例性實施例的光電轉換裝置包含具有寬度W3的第一半導體區域110和 具有寬度W4的第二半導體區域111。並且，設置具有比寬度W4窄的第五寬度W5的第一導 電類型的第三半導體區域412。這裡，第一半導體區域110、第二半導體區域111和第三半 導體區域412具有相同的雜質濃度和深度Dl。在本示例性實施例中，作為第一示例性實施 例的路徑3的替代，設置穿過第三半導體區域412的路徑4。因此，可以均勻地調整混合到 相鄰的光電轉換元件的信號電荷的量。
在由此如圖2B中那樣在光電轉換元件之間設置用作針對信號電荷的勢壘的具有 不同的寬度的半導體區域的情況下，在具有寬的寬度的區域的至少一部分中布置具有窄的 寬度的第三半導體區域412。根據這種配置，可以抑制從光電轉換元件200a流入相鄰的光 電轉換元件的電荷。並且，根據該配置，從光電轉換元件200a流入光電轉換元件200b的電 荷的量和從光電轉換元件200a流入光電轉換元件200c的電荷的量可被均等化。
與第一示例性實施例相比，簡化了第一到第三半導體區域的形成過程。S卩，在以希 望的形式形成光致抗蝕劑掩模的形狀的情況下，可通過相同的離子注入過程形成第一到第 三半導體區域。
(第三示例性實施例)
通過使用圖6A、圖6B和圖6C描述本示例性實施例的光電轉換裝置。圖6A與圖 IA對應。圖6B和圖6C分別是沿圖6A中的線6B-6B和6C-6C切取的示意性截面圖。在圖 6A、圖6B和圖6C中，與圖IA IC中的元件類似的元件被賦予相同的符號，並且省略其描 述。以下只描述本示例性實施例中的與第一示例性實施例不同的配置。
在第一示例性實施例中，通過雜質濃度形成具有低勢壘的部分。另一方面，在本示 例性實施例中，存在不設置形成勢壘的半導體區域的部分，由此形成具有低勢壘的部分。如 同第一示例性實施例那樣，本示例性實施例的光電轉換裝置包含第一半導體區域110和第 二半導體區域111。在布置第一半導體區域110的區域212中形成沒有第一導電類型的半 導體區域的第三區域612。這裡，第一半導體區域110和第二半導體區域111具有相同的雜 質濃度和相同的深度D1。如圖6B所示，作為第一示例性實施例的路徑3的替代，設置穿過 第三區域612的路徑5。因此，可以均勻地調整混合到相鄰的光電轉換元件的信號電荷的 量。 表1示出在圖6A 6C和圖3A 3C的配置中混合到相鄰的光電轉換元件的信號 電荷的量的比較。從光電轉換元件200a到光電轉換元件200c的信號電荷的混合量表示為 電荷混合量1。從光電轉換元件200a到光電轉換元件200b的信號電荷的混合量表示為電 荷混合量2。電荷混合量的單位是任意的。如表1所示，圖6A 6C中的配置減小電荷混合 量1和電荷混合量2之間的差異。通過設計中的深入考慮，可進一步減小電荷混合量1和 電荷混合量2之間的差異。表 1
電荷混合量1 電荷混合量2 ~ 6 10095
~S 3 10064在由此如圖2B中那樣在光電轉換元件之間布置用作針對信號電荷的勢壘的具 有不同的寬度的半導體區域的情況下，具有寬的寬度的半導體區域的至少一部分是缺口 (chipped，不被設置)。根據這種配置，可以抑制從光電轉換元件200a流向相鄰的光電轉換 元件的電荷。並且，從光電轉換元件200a流入光電轉換元件200b的電荷的量和從光電轉 換元件200a流入光電轉換元件200c的電荷的量可被均等化。如圖7A 7C所示，可以在電晶體的源極區域或漏極區域下面布置與區域612對 應的區域712。在這種情況下，可以在被供給諸如電源或地(ground)的固定電勢的源極區 域、漏極區域或半導體區域下面布置該區域。該布置使得能夠將在LOCOS中產生的暗電流 排出(drain)到源極區域、漏極區域或半導體區域中。因此，可以減少流入光電轉換元件中 的暗電流。在本示例性實施例中，與第一示例性實施例相比，形成第一和第二半導體區域和 第三區域612的過程得到簡化。即，關於用於形成第一和第二半導體區域的離子注入的掩 模圖案，使用不在第三區域612中設置開口的圖案。因此，可以形成本示例性實施例的第一 和第二半導體區域和區域612。(第四示例性實施例)詳細描述在將本發明的光電轉換裝置作為成像裝置應用於成像系統的情況下的 示例性實施例。成像系統包括數位照相機、數字可攜式攝像機和監視照相機。圖10示出將 光電轉換裝置應用於作為成像系統的例子的數位照相機的情況下的框圖。
在圖10中，該系 統包括用於保護透鏡的擋板1、在成像裝置4(光電轉換裝置)處 形成被攝體的光學圖像的透鏡2、和用於改變通過透鏡2的光的量的光闌3。系統還包括對 於從成像裝置4輸出的圖像信號執行模擬/數字轉換的A/D轉換器6和對於從A/D轉換器 6輸出的圖像數據施加各種校正並且壓縮同一數據的信號處理單元7。在圖10中，該系統 還包括向成像裝置4、圖像信號處理電路5、A/D轉換器6和信號處理單元7輸出各種定時 信號的定時產生器8。該系統包括執行各種運算並且總體控制數位照相機的總體控制和算 術運算單元9。該系統包括用於暫時存儲圖像數據的存儲器單元10、用於在記錄介質上記 錄數據或從記錄介質讀取數據的接口 11、和用於記錄和讀取圖像數據的諸如半導體存儲器 的可拆卸的記錄介質12。並且，系統包括用於與外部計算機通信的接口 13。這裡，可從外 面輸入定時信號。成像系統可至少包括成像裝置4和處理從成像裝置輸出的圖像信號的信 號處理單元7。可以與成像裝置在同一基板上形成定時產生器或A/D轉換器。如上所述， 本發明的光電轉換裝置可被應用於成像系統。通過將本發明的光電轉換裝置應用於成像系 統，可以獲取高質量圖像。(第五示例性實施例)這裡，參見圖IlA 11E，如下描述每一個路徑中的電勢配置。圖IlA示意性地示 出關於圖IB中的路徑1中的信號電荷(這裡是電子)的電勢配置。圖IlB示意性地示出 關於圖3B中的路徑2中的信號電荷的電勢配置。圖IlC示意性地示出關於圖4B中的路徑 4中的信號電荷的電勢配置。圖IlD示意性地示出關於圖6B中的路徑5中的信號電荷的電 勢配置。圖IlE示意性地示出關於圖IC中的路徑3中的信號電荷的電勢配置。首先，在圖1IA中的路徑1中，關於電子，N型半導體區域的電荷蓄積區域116中的 電勢Pl處於最低的狀態。P型的半導體區域114中的電勢P2高於電勢P1。寬度為W3的 第三半導體區域112中的電勢P3高於電勢P2。在圖IlB中的路徑2中，寬度為W3的第一半導體區域110中的電勢P4高於電勢 P3。因此，不是第一半導體區域110的電勢而是第三半導體區域112的電勢較低。在圖IlD中的路徑3中，寬度為比W3窄的W4的第二半導體區域111處於電勢P4。 這裡，比較路徑2和路徑3，路徑2中的第一半導體區域110與路徑3中的第二半導體區域 111的電勢處於相同的電勢4。但是，路徑2中的第一半導體區域110的寬度W3寬於路徑 3中的第二半導體區域111的寬度。從而，信號電荷幾乎不通過或者經由路徑2(而非路徑 3)傳輸。接著，比較路徑1和路徑2，路徑1中的第三半導體區域112具有與路徑2中的 第一半導體區域110的寬度相同的寬度W3。但是，路徑1中的第三半導體區域112處於比 路徑2中的第一半導體區域110的電勢低的電勢P3。從而，信號電荷易於通過或者經由路 徑1(而非路徑2)傳輸。在這種狀態下，藉助於第一區域在其一部分處具有較低的電勢區 域的配置(諸如路徑1)，例如第一半導體區域110的一部分被第三半導體區域112代替的 配置，能夠調整信號電荷的混合量。特別地，比較具有寬度W3和電勢P3的第三半導體區域 112與具有寬度W4和電勢P4的第二半導體區域111，設置雜質濃度和半導體區域的寬度以 使得信號電荷能夠容易地通過第三半導體區域112而非第二半導體區域111傳輸將是有利 的。接著，在圖IlC中的路徑4中，第三半導體區域412具有比寬度W4窄的寬度W5，並 且處於電勢P4。這裡，比較路徑2和路徑4，路徑2中的第一半導體區域110處於與路徑4中的第三半導體區域412的電勢相同的電勢P4。但是，路徑2中的第一半導體區域110具 有比路徑4中的第三半導體區域412的寬度要寬的寬度W3。即，信號電荷易於通過或者經 由路徑4而非路徑2傳輸。此外，比較路徑4和路徑3，路徑4中的第三半導體區域412處 於與路徑3中的第二半導體區域111的電勢相同的電勢P4。但是，路徑4中的第三半導體 區域412具有比路徑3中的第二半導體區域111的寬度要窄的寬度W5。從而，信號電荷易 於通過或者經由路徑4而非路徑3傳輸。藉助於路徑4是第一區域的一部分這樣的配置， 艮口，用第三半導體區域412部分地替代第一半導體區域110，能夠調整信號電荷的混合量。參見圖11D，比較路徑5和路徑2，路徑2中的第一半導體區域110處於電勢P4。 而路徑5中的第三半導體區域612處於電勢P2。從而，信號電荷易於通過路徑5而非路徑 2傳輸。接著，比較路徑5和路徑3，路徑3中的第二半導體區域111處於電勢P4。而路徑 5中的第三半導體區域612處於電勢P2。從而，信號電荷易於通過路徑5而非路徑3傳輸。 藉助於使得路徑5是第一區域的一部分的配置，即，用第三半導體區域612部分地替代第一 半導體區域110，能夠調整信號電荷的混合量。如上所述，當在光電轉換元件之間布置用作針對信號電荷的勢壘(電勢壁壘)的 具有不同的寬度的半導體區域的情況下，使得具有寬的寬度的半導體區域的至少一個部分 的勢壘低。該配置可抑制在某個光電轉換元件中產生的信號電荷不均勻地混入相鄰的光電 轉換元件中的任何光電轉換元件中。這裡，減小電勢的一部分的配置是降低用作勢壘的半導體區域的雜質濃度的一部 分、寬度變窄或者深度減小的配置，或者是不設置用作勢壘的半導體區域的一部分的配置。 可以適當地組合這些配置和各示例性實施例。可通過估計流入相鄰的光電轉換元件中的量 的平衡進行適當的設計。 雖然已參照示例性實施例說明了本發明，但應理解，本發明不限於公開的示例性 實施例。以下的權利要求的範圍應被賦予最寬的解釋以包含所有這樣的修改和等同的結構 和功能。
權利要求
1.一種光電轉換裝置，包括基板；布置在所述基板上的多個光電轉換元件；和布置在所述基板上的用於傳送由光電轉換元件產生的信號電荷的電晶體，其中，所述多個光電轉換元件包含第一光電轉換元件、與第一光電轉換元件相鄰的第二光電 轉換元件、以及與第一光電轉換元件相鄰的第三光電轉換元件，並且，具有第一寬度的第一區域被布置在第一光電轉換元件和第二光電轉換元件之間，具有比第一寬度窄的第二寬度的第二區域被布置在第一光電轉換元件和第三光電轉 換元件之間，具有第一導電類型以使得信號電荷是少數載流子並且具有第三寬度的第一半導體區 域被布置在第一區域中，具有第一導電類型並且具有比第三寬度窄的第四寬度的第二半導體區域被布置在第 二區域中，並且，具有比第一區域低的關於信號電荷的電勢的第三區域被布置在第一區域中。
2.根據權利要求1的光電轉換裝置，其中，具有第一導電類型並具有比第四寬度窄的第五寬度的第三半導體區域被布置在第三 區域中。
3.根據權利要求1的光電轉換裝置，其中，具有第一導電類型並且具有比第二半導體區域的雜質濃度低的雜質濃度的第三半導 體區域被布置在第三區域中。
4.根據權利要求1的光電轉換裝置，其中，具有第一導電類型的第三半導體區域以比第二半導體區域的深度淺的深度被布置在 第三區域中。
5.根據權利要求1的光電轉換裝置，其中，具有第一導電類型、具有比第四寬度窄的第五寬度、並且具有比第二半導體區域的雜 質濃度低的雜質濃度的第三半導體區域被布置在第三區域中。
6.一種成像系統，包括根據權利要求1的光電轉換裝置；和用於處理從所述光電轉換裝置輸出的信號的信號處理電路。
全文摘要
本發明涉及一種光電轉換裝置和成像系統。本發明的光電轉換裝置包括第一光電轉換元件和第二光電轉換元件之間的用作針對信號電荷的勢壘的第一半導體區域、以及第一光電轉換元件和第三光電轉換元件之間的具有比第一半導體區域窄的寬度並用作針對信號電荷的勢壘的第二半導體區域。具有低勢壘的區域被設置在第一光電轉換元件和第二光電轉換元件之間的至少一部分處。
文檔編號H01L27/146GK102034837SQ20101028832
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月21日 優先權日2009年9月24日
發明者川端康博, 高田英明 申請人:佳能株式會社