Твердотельный датчик изображения с уменьшенными расплывчатостью изображения и смешиванием цветов
Изобретение относится к твердотельным устройствам формирования изображения. Техническим результатом является обеспечение твердотельного устройства формирования изображения, способного к подавлению расплывчатости изображения и смешивания цветов. Результат достигается тем, что твердотельное устройство формирования изображения включает в себя множество пикселей, каждый из которых включает в себя фотоэлектрическую преобразовывающую часть и передающую часть для передачи сигнальных электронов от фотоэлектрической преобразовывающей части, причем множество фотоэлектрических преобразовывающих частей формируется в кармане с проводимостью первого типа, сформированном на полупроводниковой подложке; первая область примеси с проводимостью второго типа размещена между смежными фотоэлектрическими преобразовывающими частями; вторая область примеси с проводимостью первого типа, имеющая концентрацию примеси выше, чем карман, размещена между первой областью примеси и каждой из фотоэлектрических преобразовывающих частей; и третья область примеси с проводимостью первого типа, имеющая концентрацию примеси выше, чем карман, и уменьшающуюся от полупроводниковой подложки по направлению к поверхности устройства, размещена между полупроводниковой подложкой и первой областью примеси. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.
Область техники
Настоящее изобретение имеет отношение к твердотельному устройству формирования изображения, преобразовывающему изображение в электрический сигнал. В частности, настоящее изобретение имеет отношение к датчику с активными пикселями (в дальнейшем называемому "APS"), включающему в себя усилитель в каждом пикселе или в каждом множестве пикселей.
Уровень техники
Твердотельное устройство формирования изображения со структурой APS также называется датчиком CMOS (КМОП) и широко используется для цифровых камер и т.п.
Традиционное твердотельное устройство формирования изображения имеет проблему, связанную со следующими явлениями. Выражаясь точнее, явления представляют собой расплывчатое изображение, при котором сигнальные заряды вытекают в смежную фотоэлектрическую преобразовывающую часть, смешивание цветов, при котором цветопередача ухудшается посредством расплывчатого изображения, и т.п. Механизмы формирования этих явлений конкретно представляют собой следующее: заряды сигнала, накопленные в полупроводниковой области, составляющей фотоэлектрическую преобразовывающую часть для накопления сигнальных зарядов (в полупроводниковой области N-типа в случае, когда сигнальные заряды представляют собой электроны), входят в состояние насыщения, и избыточные сигнальные заряды выходят за область изоляции элементов и входят в смежный пиксель.
Чтобы разрешить упомянутую выше проблему, опубликованная заявка на патент Японии №2004-266159 (в дальнейшем называемая патентным документом 1) раскрывает конфигурацию, в которой под областью изоляции элементов формируется глубокий инжектирующий слой изоляции. Патентный документ 1 описывает конфигурацию, препятствующую утечке сигнальных зарядов из фотодиода.
Кроме того, опубликованная заявка на патент Японии №2005-229105 (в дальнейшем называемая патентным документом 2) раскрывает следующую конфигурацию. Таким образом, под пленкой изоляции элементов формируется область пути утечки избыточного заряда, и область пути утечки избыточного заряда выполняется имеющей часть потенциала, более низкого, чем у кармана Р-типа, составляющего фотодиод. Таким образом, фотодиод выводит избыточные сигнальные заряды, которые отводятся в кремниевую подложку N-типа, для подавления расплывчатости изображения.
Кроме того, опубликованная заявка на патент Японии №2006-024907 (в дальнейшем называемая патентным документом 3) также описывает структуру изоляции элементов, подавляющую утечку сигнальных зарядов.
Однако в случае формирования диффузного слоя для изоляции элементов, как раскрыто в упомянутом выше патентном документе 1, поскольку по мере продвижения миниатюризации пикселей не может быть получен диффузный слой изоляции элементов, имеющий достаточную ширину, иногда не могут быть получены достаточные эффекты подавления смешивания цветов и расплывчатого изображения.
Кроме того, если формируется область пути утечки избыточного заряда, раскрытая в упомянутом выше патентном документе 2, сигнальные заряды, сформированные посредством фотоэлектрического преобразования в глубокой части кармана, иногда отводятся, когда карман Р-типа, составляющий фотодиод, сформирован глубоко, и чувствительность фотодиода иногда становится не высокой.
Кроме того, также в структуре изоляции элементов, раскрытой в патентном документе 3, эффективность накопления сигнального заряда может оказаться не достаточной, и имеется возможность для дополнительных исследований.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение основано на концепции обеспечения оптимальной структуры изоляции элементов в соответствии с глубиной и концентрацией кармана Р-типа, составляющего фотодиод. Настоящее изобретение направлено на обеспечение твердотельного устройства формирования изображения, способного подавлять расплывчатость изображения и смешивание цветов, даже если увеличивается чувствительность фотоэлектрической преобразовывающей части фотодиода и т.п.
Цель настоящего изобретения состоит в обеспечении твердотельного устройства формирования изображения, содержащего множество пикселей, в котором каждый пиксель включает в себя фотоэлектрическую преобразовывающую часть для преобразования падающего света в сигнальные заряды и передающую часть для передачи сигнального заряда от фотоэлектрической преобразовывающей части, причем фотоэлектрическая преобразовывающая часть и передающая часть размещены по меньшей мере на полупроводниковой подложке, фотоэлектрическая преобразовывающая часть включает в себя первую полупроводниковую область с проводимостью первого типа для накопления сигнального заряда и вторую полупроводниковую область с проводимостью второго типа, формирующую PN-соединение с первой полупроводниковой областью, третья полупроводниковая область с проводимостью первого типа размещена между смежными первыми полупроводниковыми областями, четвертая полупроводниковая область с проводимостью второго типа и концентрацией примеси, более высокой, чем у второй полупроводниковой области, размещена между первой и третьей полупроводниковыми областями, и пятая полупроводниковая область с проводимостью второго типа и концентрацией примеси, более высокой, чем у второй полупроводниковой области, для формирования такого профиля концентрации примеси, что концентрация примеси постепенно уменьшается по направлению к поверхности, размещена под третьей полупроводниковой областью.
Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут понятны из последующего описания, рассмотренного вместе с сопроводительными чертежами, на которых аналогичные номера для ссылок обозначают одинаковые или аналогичные части на всех фигурах.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - изображение планарной топологии пикселей в первом варианте воплощения.
Фиг.2 - схема поперечного сечения первого варианта воплощения, выполненного вдоль линии 2-2 на фиг.1.
Фиг.3 - профиль концентрации кармана Р-типа и второго диффузного слоя изоляции элементов Р-типа первого варианта воплощения.
Фиг.4 - схема поперечного сечения пикселей во втором варианте воплощения.
Фиг.5 - изображение планарной топологии пикселей в третьем варианте воплощения.
Фиг.6 - схема поперечного сечения третьего варианта воплощения, выполненного вдоль линии 6-6 на фиг.5.
Фиг.7 - график, иллюстрирующий отношения уровней концентрации примеси и подавления электронов второго диффузного слоя изоляции элементов Р-типа к концентрациям кармана Р-типа.
Фиг.8 - пример блок-схемы в случае применения твердотельного устройства формирования изображения в соответствии с настоящим изобретением к камере.
Фиг.9 - пример эквивалентной схемы пикселя, применимого к настоящему изобретению.
Сопроводительные чертежи, которые включены в описание и составляют его часть, иллюстрируют варианты воплощения изобретения и вместе с описанием служат для разъяснения принципов изобретения.
Предпочтительный вариант воплощения изобретения
Далее со ссылкой на сопроводительные чертежи будут подробно описаны иллюстративные варианты воплощения твердотельного устройства формирования изображения настоящего изобретения.
Описывается первый вариант воплощения настоящего изобретения. Полупроводниковая подложка в следующем описании указывает часть, являющуюся базой, на которой формируется каждая полупроводниковая область, и устройство формируется на поверхностной части полупроводниковой подложки. Выражаясь точнее, полупроводниковая подложка обозначена номером 101 на фиг.2. Кроме того, предполагается, что полная конфигурация, включающая в себя полупроводниковую подложку 101 и основную плоскость, на которой формируется устройство, называется полупроводниковой подложкой. Выражаясь точнее, предполагается, что полная конфигурация, включающая в себя части, обозначенные номерами 101-108 на фиг.2, называется полупроводниковой подложкой.
Кроме того, предполагается, что основная плоскость, на которой формируется устройство полупроводниковой подложки 101, берется в качестве критерия глубины каждой полупроводниковой области в полупроводниковой подложке, когда описывается глубина, и предполагается, что глубина становится больше, когда позиция становится отдаленной от основной плоскости. Кроме того, когда позиция определяется посредством верхней и нижней стороны, позиция ближе к основной плоскости, на которой формируется устройство полупроводниковой подложки 101, определяется как верхняя сторона.
Во-первых, фиг.9 иллюстрирует пример эквивалентной схемы пикселей, применимых к настоящему изобретению. На фиг.9 каждый пиксель обозначен номером 1410.
Пиксель 1410 включает в себя фотодиод 1400, который функционирует как фотоэлектрическая преобразовывающая часть, транзистор 1401 передачи, транзистор 1402 сброса, усиливающий транзистор 1403 и транзистор 1404 выбора. Пиксель дополнительно включает в себя линию Vcc питания и линию 1406 вывода.
Анод фотодиода 1400 соединен с землей, и катод фотодиода 1400 соединен с истоком транзистора 1401 передачи. Кроме того, исток транзистора 1401 передачи может быть выполнен в полупроводниковой области, совместно используемой с катодом фотодиода.
Сток транзистора 1401 передачи соединен с плавающей диффузионной областью (в дальнейшем называемой областью FD), и затвор транзистора 1401 передачи соединен с линией управления передачей. Кроме того, сток транзистора 1402 сброса соединен с линией Vcc питания, и исток транзистора 1402 сброса соединен с областью FD. Затвор транзистора 1402 сброса соединен с линией управления сбросом. Сток транзистора 1401 передачи и область FD или сток транзистора 1402 сброса и область FD могут быть выполнены в общей полупроводниковой области.
Сток усиливающего транзистора 1403 соединен с линией Vcc питания, и исток усиливающего транзистора 1403 соединен со стоком транзистора 1404 выбора. Затвор усиливающего транзистора 1403 соединен с областью FD. Сток транзистора 1404 выбора соединен с истоком усиливающего транзистора 1403, и исток транзистора 1404 выбора соединен с линией 1406 вывода. Затвор транзистора 1404 выбора соединен с линией вертикального выбора, управляемой посредством схемы вертикального выбора (не показана).
Далее описывается работа эквивалентной схемы. В фотодиоде 1400 посредством падающего света формируются пары электронов и дырок. Электрический заряд, один из каждой из этих пар, используется в качестве сигнального заряда, который должен быть передан посредством транзистора 1401 передачи в область FD. Потенциал затвора усиливающего транзистора 1403 изменяется в соответствии с переданным количеством сигнального заряда. Усиливающий транзистор 1403 выдает усиленный сигнал на линию 1406 вывода посредством схемы истокового повторителя, которую усиливающий транзистор 1403 составляет с не показанным источником постоянного тока, на основе изменения потенциала затвора усиливающего транзистора 1403. Транзистор 1404 выбора управляет выходным сигналом от каждого пикселя.
Конфигурация проиллюстрированной здесь схемы может быть применена ко всем вариантам воплощения настоящего изобретения. Кроме того, можно рассмотреть следующие модификации. Например, описанная выше конфигурация схемы может быть применена к конфигурации без транзистора 1401 передачи с фотодиодом 1400, непосредственно соединенным с затвором усиливающего транзистора 1403, и к конфигурации схемы с совместным использованием усиливающего транзистора 1403 множеством пикселей. Кроме того, также может быть применена конфигурация, не обеспеченная транзистором 1404 выбора, и выполняющая выбор пикселя посредством управления потенциалом затвора усиливающего транзистора 1403.
Далее, со ссылкой на фиг.1-3 будут описаны планарные топологии и поперечные сечения пикселей. Фиг.1 представляет собой изображение планарной топологии пикселей. Фиг.2 представляет собой схему поперечного сечения вдоль линии 2-2 на фиг.1. Фиг.3 представляет собой профиль концентрации примесей вдоль линии 3-3 на фиг.2.
Номер 101 обозначает полупроводниковую подложку с проводимостью первого типа. Номер 103 обозначает первую полупроводниковую область с проводимостью первого типа. Номер 102 обозначает вторую полупроводниковую область с проводимостью второго типа. Первая полупроводниковая область 103 и вторая полупроводниковая область 102 составляют PN-соединение и составляют фотодиод, функционирующий как фотоэлектрическая преобразовывающая часть.
Номер 105 обозначает третью полупроводниковую область с проводимостью первого типа. Третья полупроводниковая область 105 функционирует как область истока, область стока или область FD любого из транзисторов MOS (МОП), составляющих упомянутый выше пиксель.
Номер 104 обозначает область изоляции элементов, сделанную из изолятора. Область 104 изоляции элементов изолирует первую полупроводниковую область 103 и третью полупроводниковую область 105 друг от друга. Посредством области 104 изоляции элементов задается активная область, в которой сформировано устройство в полупроводниковой подложке.
Номер 106 обозначает четвертую полупроводниковую область с проводимостью второго типа. Четвертая полупроводниковая область 106 размещается под областью 104 изоляции элементов между первой полупроводниковой областью 103 и третьей полупроводниковой областью 105 и функционирует как структура изоляции элементов вместе с областью 104 изоляции элементов. Кроме того, четвертая полупроводниковая область 106 также имеет функцию подавления темнового тока, сформированного в окружении области 104 изоляции элемента. Кроме того, концентрация примеси в четвертой полупроводниковой области 106 выше, чем во второй полупроводниковой области 102.
Номер 107 обозначает пятую полупроводниковую область с проводимостью второго типа. Пятая полупроводниковая область 107 размещается под третьей полупроводниковой областью 105, и концентрация примеси в пятой полупроводниковой области 107 выше, чем во второй полупроводниковой области 102. Кроме того, пятая полупроводниковая область 107 выполнена таким образом, что концентрация примеси в ней может уменьшаться по направлению к поверхности пикселя. Пятая полупроводниковая область 107 включает в себя множество полупроводниковых областей, каждая из которых размещается на разной глубине по сравнению с другими. Эффекты настоящего изобретения могут быть получены, пока по меньшей мере концентрация примеси в полупроводниковой области, размещенной в самой мелкой части, ниже, чем в полупроводниковой области, размещенной в самой глубокой части.
Номер 108 обозначает шестую полупроводниковую область со вторым типом проводимости, размещенную в первой полупроводниковой области 103. Шестая полупроводниковая область 108 представляет собой область для того, чтобы сделать фотоэлектрическую преобразовывающую часть фотодиодом скрытого типа.
Номер 109 обозначает проводной слой, и проводной слой 109 функционирует как электроды затворов транзисторов MOS (МОП), составляющих упомянутый выше пиксель.
Далее будут подробно описаны структура и функция пятой полупроводниковой области 107, которая представляет собой отличительный признак настоящего варианта воплощения. Пятая полупроводниковая область 107 имеет следующие отличительные признаки.
(1) Пятая полупроводниковая область 107 простирается в окружение полупроводниковой подложки 101 с первым типом проводимости или имеет контакт с полупроводниковой подложкой 101.
(2) Пятая полупроводниковая область 107 размещается под третьей полупроводниковой областью 105.
(3) Концентрация примеси в пятой полупроводниковой области 107 выше, чем во второй полупроводниковой области 102.
(4) Чем ближе позиция к основной плоскости полупроводниковой подложки 101, тем ниже становится концентрация примеси в пятой полупроводниковой области 107. Таким образом, концентрация примеси в пятой полупроводниковой области 107 становится самой высокой в самой глубокой части.
В соответствии с отличительными признаками (1) и (3) размещение потенциального барьера между смежными первыми полупроводниковыми областями 103 дает возможность подавления утечки сигнальных зарядов, существующих во второй полупроводниковой области 102, в смежную вторую полупроводниковую область 102. Таким образом, как проиллюстрировано посредством пути 1 на фиг.2, пятая полупроводниковая область 107 функционирует как потенциальный барьер для сигнальных зарядов. Таким образом, подавляется утечка сигнальных зарядов в смежные пиксели через путь 1, которая в значительной степени существовала традиционно, и тем самым могут быть подавлены расплывчатость изображения и смешивание цветов. Тем самым чувствительность пикселя может быть улучшена.
В соответствии с отличительными признаками (2) и (4) сигнальные заряды, утекающие в смежный пиксель через путь 2 на фиг.2, могут быть проведены по пути 3, и в результате утечки сигнальных зарядов через путь 2 могут быть подавлены.
Далее будут подробно описаны упомянутые выше отличительные признаки.
В результате исследований авторов настоящего изобретения было найдено, что отношение подавления сигнальных зарядов, текущих в смежные пиксели, было в пропорции со следующей формулой (1):
Здесь буква L обозначает ширину пятой полупроводниковой области 107. Ширина означает длину прямой линии в направлении, параллельном прямой линии, соединяющей две смежных первых полупроводниковых области 103. Ширина указывает ширину потенциального барьера между смежными первыми полупроводниковыми областями 103 и составляет приблизительно 1-3 мкм, хотя длина зависит от шага пикселя. Кроме того, буква x обозначает длину в направлении ширины пятой полупроводниковой области 107, и символ N(x) указывает разность между концентрацией примеси в точке x в пятой полупроводниковой области 107 и концентрацией примеси во второй полупроводниковой области 102. Здесь предполагается, что x равен нулю на границе пятой полупроводниковой области 107 с пикселем.
В качестве упомянутого выше отличительного признака (3) из формулы (1) известно, что чем больше концентрация примеси в пятой полупроводниковой области 107 превышает концентрацию примеси во второй полупроводниковой области 102, тем большей становится вероятность подавления утечки сигнальных зарядов в смежные пиксели. Конкретный пример, имеющий отношение к упомянутому выше, проиллюстрирован на фиг.7. Фиг.7 иллюстрирует соотношение между отношениями концентраций примеси пятой полупроводниковой области 107 к концентрациям примеси второй полупроводниковой области 102 и отношениями помех для смежных пикселей. Как известно из фиг.7, отношения помех становятся меньше почти пропорционально величинам концентраций пятой полупроводниковой области 107. Таким образом, количество утечек сигнальных зарядов уменьшается. Тогда желательно, чтобы пятая полупроводниковая область 107 была более широкой, чем четвертая полупроводниковая область 106, и имела более высокую концентрацию примеси, чем четвертая полупроводниковая область 106. Тем самым могут быть в значительной степени получены упомянутые выше эффекты.
Как описано выше, в соответствии с отличительными признаками (1)-(3) утечки сигнальных зарядов в смежные пиксели предотвращаются, и тем самым может быть увеличено количество сигнальных зарядов, которые проходят по пути 1, и могут быть достигнуты подавление смешивания цветов и улучшение чувствительности.
Если предпринимается попытка улучшить отношение подавления посредством увеличения концентрации примеси в поверхностной части в пятой полупроводниковой области 107, иногда производится следующий побочный эффект. На фиг.2 часть пятой полупроводниковой области 107, самая близкая к основной плоскости полупроводниковой подложки 101, и третья полупроводниковая область 105 находятся близко друг к другу. Как упомянуто выше, третья полупроводниковая область 105 используется для областей истока и областей стока транзисторов MOS (МОП), составляющих пиксель. Следовательно, если концентрация примеси в пятой полупроводниковой области 107 делается более высокой в целом, то поверхностная часть пятой полупроводниковой области 107 и третьей полупроводниковой области 105 вблизи от поверхностной части формируют PN-соединение. Тем самым формируется PN-соединение с высокой концентрацией, и PN-соединение иногда оказывает нежелательные влияния на характеристики транзисторов MOS (МОП). Кроме того, может произойти явление, в котором PN-соединение подавляет расширение запирающего слоя, простирающегося от первой полупроводниковой области 103, образующей фотодиод.
С другой стороны, как проиллюстрировано на фиг.3, концентрация примеси в пятой полупроводниковой области 107 вблизи от основной плоскости полупроводниковой подложки 101 уменьшается. Тем самым сигнальные заряды, вытекающие через путь 2 на фиг.2, подавляются, и сигнальные заряды, проходящие по пути 3, могут быть увеличены. Таким образом, желательно сформировать пятую полупроводниковую область 107 как многослойную структуру, в которой уровни располагаются друг над другом на различных глубинах таким образом, что их концентрации примеси могут постепенно становиться выше от основной плоской стороны полупроводниковой подложки 101 по направлению к полупроводниковой подложке 101. Например, как проиллюстрировано на фиг.2, пятая полупроводниковая область 107 может быть выполнена в виде наложения друг на друга множества полупроводниковых областей 107-1, 107-2, 107-3 и 107-4 от основной поверхности полупроводниковой подложки 101 таким образом, что концентрация примеси каждой области может постепенно становиться выше. Тем самым могут быть дополнительно подавлены расплывчатость изображения и смешивание цветов. Чтобы максимизировать эффект отличительного признака (4), пятая полупроводниковая область 107 желательно размещается под третьей полупроводниковой областью 105, с тем чтобы освободить вытекающие в смежные пиксели сигнальные заряды, не заставляя их утекать. Структура отличительного признака (2) является эффективной для этого.
Кроме того, как проиллюстрировано на фиг.3, вторая полупроводниковая область 102 может быть выполнена из множества полупроводниковых областей, концентрации примеси которых отличаются друг от друга (пиковые значения концентрации примеси которых имеют отличные друг от друга значения). Например, если концентрация примеси пятой полупроводниковой области 107 не может быть сделана столь высокой, то может быть применена следующая конфигурация. Таким образом, часть с низкой концентрацией примеси формируется во второй полупроводниковой области 102, с тем чтобы разность концентраций примеси второй полупроводниковой области 102 и пятой полупроводниковой области 107 могла быть большей. Посредством такой конфигурации разностью их концентраций можно управлять для увеличения эффекта подавления.
Кроме того, расширение самой глубокой части пятой полупроводниковой области 107 в часть, более глубокую, чем самая глубокая часть второй полупроводниковой области 102, делает упомянутый выше эффект более вероятным.
В связи с этим, если предполагается, что сигнальный заряд является электроном, то первый тип проводимости может быть установлен как N-тип, и второй тип проводимости может быть установлен как Р-тип. Если предполагается, что сигнальный заряд является дыркой, то первый тип проводимости может быть установлен как Р-тип, и второй тип проводимости может быть установлен как N-тип.
Далее в качестве второго варианта воплощения твердотельного устройства формирования изображения настоящего изобретения будет описано устройство, имеющее структуру, проиллюстрированную на фиг.4.
Структура может эффективно подавлять смешивание цветов и расплывчатость изображения даже в пикселе, шаг пикселя которого является малым. В структуре на фиг.4, чем глубже становится позиция пятой полупроводниковой области 107 от основной плоскости полупроводниковой подложки 101, тем больше становится ширина слоя. Структура делает возможным подавление смешивания цветов и расплывчатости изображения без подавления расширения запирающего слоя, простирающегося от первой полупроводниковой области 103, образующей фотодиод.
Далее в качестве третьего варианта воплощения твердотельного устройства формирования изображения настоящего изобретения будет описано устройство, имеющее структуру, проиллюстрированную на фиг.5 и 6. Фиг.6 представляет собой схему поперечного сечения пикселей, соответствующую фиг.5.
Также настоящий вариант воплощения является подходящим для пикселя, имеющего малый шаг пикселя, аналогично второму варианту воплощения. Как проиллюстрировано на фиг.5, часть пятой полупроводниковой области 107 располагается в позиции, отдаленной от первой полупроводниковой области 103, образующей фотодиод, и третьей полупроводниковой области 105, функционирующей как области истока и стока транзисторов MOS (МОП). По сравнению с шириной пятой полупроводниковой области 107 первого варианта воплощения ширина пятой полупроводниковой области 107 настоящего варианта воплощения становится более узкой. В настоящем варианте воплощения пятая полупроводниковая область 107 размещается таким образом, чтобы она не накладывалась на четвертую полупроводниковую область 106 в направлении ширины. Степень подавления утечек сигнальных зарядов в смежные пиксели находится в пропорции к формуле (1), концентрация примеси делается выше пропорционально ширине. Структура делает возможной реализацию твердотельного устройства формирования изображения, имеющего меньшие пиксели, при сохранении такого же эффекта подавления смешивания цветов и расплывчатости изображения, как в первом варианте воплощения.
(Применение к корпусу камеры)
Фиг.8 представляет собой пример блок-схемы, иллюстрирующей случай применения твердотельного устройства формирования изображения настоящего изобретения к камере.
Затвор 1001 располагается перед захватывающей линзой 1002, которая является оптическим элементом, и затвор 1001 управляет экспозицией. Далее, диафрагма 1003 управляет количеством света по необходимости, и изображение объекта фокусируется на принимающей свет поверхности твердотельного устройства 1004 формирования изображения. Выходной сигнал от твердотельного устройства 1004 формирования изображения обрабатывается схемой 1005 обработки сигнала формирования изображения и преобразовывается посредством аналого-цифрового преобразователя 1006 из аналогового сигнала в цифровой сигнал. Выходной цифровой сигнал далее подвергается вычислительной обработке посредством блока 1007 обработки сигнала. Обработанный цифровой сигнал накапливается в блоке памяти 1010 и передается на внешнее оборудование через внешний интерфейсный блок 1013. Твердотельное устройство 1004 формирования изображения, схема 1005 обработки сигнала формирования изображения, аналого-цифровой преобразователь 1006 и блок 1007 обработки сигнала по отдельности управляются генератором 1008 отсчетов времени, и вся система управляется блоком 1009 общего управления и вычислений. Чтобы записать изображение на записывающем носителе 1012, выходной цифровой сигнал записывается через интерфейсный блок 1011, управляющий записывающим носителем, и интерфейсный блок 1011 управляется блоком 1009 общего управления и вычислений.
В соответствии с настоящим изобретением в твердотельном устройстве формирования изображения, имеющем структуру APS, обеспечивается оптимальная структура диффузного слоя изоляции элементов Р-типа в соответствии с глубиной и концентрацией кармана Р-типа, и расплывчатость изображения и смешивание цветов могут быть подавлены, даже если чувствительность фотодиода увеличивается.
В связи с этим, любой из упомянутых выше вариантов воплощения является только примером конкретизации во время реализации настоящего изобретения, и объем настоящего изобретения не должен интерпретироваться как ограниченный этими вариантами воплощения. Таким образом, настоящее изобретение может быть реализовано в различных формах без отступления от его объема и основных отличительных признаков.
Эта заявка притязает на приоритет заявки на патент Японии №2008-094999, поданной 1 апреля 2008 года, которая тем самым включена в настоящий документ по ссылке во всей своей полноте.
1. Твердотельное устройство формирования изображения, содержащее:
множество пикселей, каждый из которых включает в себя
фотоэлектрическую преобразовывающую часть для преобразования падающего света в сигнальные заряды и
передающую часть для передачи сигнальных зарядов от фотоэлектрической преобразовывающей части, причем
фотоэлектрическая преобразовывающая часть и передающая часть размещены по меньшей мере на полупроводниковой подложке,
фотоэлектрическая преобразовывающая часть включает в себя первую полупроводниковую область с проводимостью первого типа для накопления сигнальных зарядов и вторую полупроводниковую область с проводимостью второго типа, формирующую PN-соединение с первой полупроводниковой областью,
третья полупроводниковая область с проводимостью первого типа размещена между смежными первыми полупроводниковыми областями,
четвертая полупроводниковая область с проводимостью второго типа и с концентрацией примеси, более высокой, чем у второй полупроводниковой области, размещена между первой и третьей полупроводниковыми областями, и
пятая полупроводниковая область со вторым типом проводимости и с концентрацией примеси, более высокой, чем у второй полупроводниковой области, для формирования такого профиля концентрации примеси, что концентрация примеси постепенно уменьшается по направлению к поверхности, размещена под третьей полупроводниковой областью.
2. Твердотельное устройство формирования изображения по п.1, в котором пятая полупроводниковая область содержит множество областей примеси, расположенных друг над другом в направлении, вертикальном по отношению к поверхности полупроводниковой подложки.
3. Твердотельное устройство формирования изображения по п.1, в котором третья полупроводниковая область имеет ширину в направлении глубины больше, чем четвертая полупроводниковая область, и имеет концентрацию примеси, более высокую, чем четвертая полупроводниковая область.
4. Твердотельное устройство формирования изображения по п.2, в котором фотоэлектрическая преобразовывающая часть содержит множество областей примеси, расположенных друг над другом в направлении, вертикальном по отношению к поверхности полупроводниковой подложки, для формирования множества пиков концентрации примеси и таким образом, чтобы сделать большей разность концентрации примеси между третьей полупроводниковой областью и второй полупроводниковой областью.
5. Твердотельное устройство формирования изображения по п.1, в котором пятая полупроводниковая область имеет ширину, постепенно увеличивающуюся по мере увеличения глубины.
6. Твердотельное устройство формирования изображения по п.1, в котором пятая полупроводниковая область размещена таким образом, что она не накладывается на четвертую полупроводниковую область в направлении ширины.
7. Твердотельное устройство формирования изображения по п.1, в котором каждый содержащийся пиксель дополнительно содержит
транзистор усиления для усиления сигнала в соответствии с упомянутыми сигнальными зарядами, сформированными в фотоэлектрической преобразовывающей части, причем
третья полупроводниковая область формирует область стока транзистора усиления.
8. Твердотельное устройство формирования изображения по п.7, в котором транзистор усиления имеет вход, с которым соединена плавающая диффузная область, и
четвертая и пятая полупроводниковые области размещены таким образом, что они окружают фотоэлектрическую преобразовывающую часть и плавающую диффузную область.
9. Твердотельное устройство формирования изображения по п.1, в котором пятая полупроводниковая область размещена глубже, чем самая глубокая часть второй полупроводниковой области.
10. Камера, содержащая:
твердотельное устройство формирования изображения по п.1;
схему обработки сигнала для обработки выходного сигнала от твердотельного устройства формирования изображения; и
оптический элемент для фокусирования изображения объекта на принимающей свет поверхности твердотельного устройства формирования изображения.
