Устройство фотоэлектрического преобразования и система формирования изображений использующая его



Устройство фотоэлектрического преобразования и система формирования изображений использующая его
Устройство фотоэлектрического преобразования и система формирования изображений использующая его
Устройство фотоэлектрического преобразования и система формирования изображений использующая его
Устройство фотоэлектрического преобразования и система формирования изображений использующая его
Устройство фотоэлектрического преобразования и система формирования изображений использующая его
Устройство фотоэлектрического преобразования и система формирования изображений использующая его
Устройство фотоэлектрического преобразования и система формирования изображений использующая его
Устройство фотоэлектрического преобразования и система формирования изображений использующая его
Устройство фотоэлектрического преобразования и система формирования изображений использующая его
Устройство фотоэлектрического преобразования и система формирования изображений использующая его
Устройство фотоэлектрического преобразования и система формирования изображений использующая его

 


Владельцы патента RU 2456706:

КЭНОН КАБУСИКИ КАЙСЯ (JP)

Изобретение относится к конфигурации изоляции элементов в устройстве фотоэлектрического преобразования, включающем участки накопления заряда. В устройстве фотоэлектрического преобразования, включающем участки накопления заряда в области формирования изображений, области изоляции для участков накопления заряда включают в себя первые участки изоляции, имеющие PN-переход, и вторые участки изоляции, имеющие изолятор. Второй участок изоляции размещается между участком накопления заряда и, по меньшей мере, частью множества транзисторов. Техническим результатом изобретения является уменьшение проникновения зарядов из области изоляции в участки накопления заряда. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к конфигурации изоляции элементов в устройстве фотоэлектрического преобразования, включающем в себя участки накопления заряда.

Уровень техники

В последние годы множество цифровых камер и цифровых записывающих видеокамер используют устройства фотоэлектрического преобразования CCD-типа или MOS-типа. Для устройств фотоэлектрического преобразования MOS-типа разработаны структуры элементов для предоставления полного перекрывания, которое обеспечивает однородное время накопления для участков фотоэлектрического преобразования. Такие структуры являются компонентами, каждый из которых включает в себя участок накопления заряда для участка фотоэлектрического преобразования. Выложенная заявка на патент (Япония) номер 2007-053217 раскрывает конфигурацию, в которой компоненты, каждый из которых включает в себя участок накопления заряда, включают в себя область изоляции с LOCOS-структурой. Кроме того, выложенная заявка на патент (Япония) номер 2007-157912 раскрывает конфигурацию, в которой зазор предоставляется так, чтобы окружать каждый участок накопления заряда для уменьшения количества света, падающего на участок накопления заряда в компоненте, включающем в себя участок накопления заряда.

Сущность изобретения

Устройство фотоэлектрического преобразования согласно аспекту настоящего изобретения содержит единицу пиксела, включающую в себя: участок фотоэлектрического преобразования, включающий в себя, по меньшей мере, первый элемент фотоэлектрического преобразования; участок накопления заряда, включающий в себя, по меньшей мере, первый элемент накопления заряда и хранящий заряд, сформированный в участке фотоэлектрического преобразования; множество транзисторов для вывода сигнала на основе заряда, удерживаемого посредством участка накопления заряда; и область изоляции для электрической изоляции участка накопления заряда, при этом область изоляции включает в себя первый участок изоляции, имеющий PN-переход; и второй участок изоляции, имеющий изолятор и размещаемый между первым элементом накопления заряда и, по меньшей мере, частью множества транзисторов.

Кроме того, система фиксации изображений согласно другому аспекту настоящего изобретения включает в себя: вышеприведенное устройство формирования изображений, оптическую систему для формирования изображения на плоскости формирования изображений в устройстве формирования изображений; и процессор сигналов для обработки сигналов, выводимых из устройства формирования изображений, чтобы формировать данные изображений.

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения должны становиться очевидными из последующего описания, рассматриваемого вместе с прилагаемыми чертежами, на которых аналогичные ссылки с номерами обозначают одинаковые или аналогичные части для всех чертежей.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 иллюстрирует пример пикселной схемы в устройстве фотоэлектрического преобразования.

Фиг. 2 является схематическим видом сверху устройства фотоэлектрического преобразования для описания первого примерного варианта осуществления.

Фиг. 3A является схематическим видом в поперечном разрезе вдоль линии 3A-3A на фиг. 2.

Фиг. 3B является схематическим видом в поперечном разрезе вдоль линии 3B-3B на фиг. 2.

Фиг. 4 является схематическим видом сверху устройства фотоэлектрического преобразования для описания второго примерного варианта осуществления.

Фиг. 5A является схематическим видом в поперечном разрезе вдоль линии 5A-5A на фиг. 4.

Фиг. 5B является схематическим видом в поперечном разрезе вдоль линии 5B-5B на фиг. 4.

Фиг. 6A является схематическим видом сверху устройства фотоэлектрического преобразования для описания первого примерного варианта осуществления.

Фиг. 6B является схематическим видом в поперечном разрезе устройства фотоэлектрического преобразования для описания первого примерного варианта осуществления.

Фиг. 7 иллюстрирует другой пример пикселной схемы в устройстве фотоэлектрического преобразования.

Фиг. 8 является блок-схемой для описания системы формирования изображений.

Прилагаемые чертежи, которые содержатся и составляют часть описания изобретения, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и вместе с описанием служат для того, чтобы пояснять принципы изобретения.

Оптимальный режим осуществления изобретения

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что когда свет поступает в область изоляции в структуре, раскрытой в выложенной заявке на патент (Япония) номер 2007-053217, рассеянное отражение света возникает в области изоляции, приводя к поступлению света в участок накопления заряда. Выложенная заявка на патент (Япония) номер 2007-157912 поясняет поступление света в районе слоя межсоединений, но не поясняет эффект, влияющий на участок накопления заряда, когда свет поступает в область изоляции. Тем не менее, для областей изоляции необходимо рассматривать не только эффект света, но также и электрические характеристики, такие как сопротивление по давлению и паразитный MOS. Следовательно, цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставлять устройство фотоэлектрического преобразования, которое уменьшает проникновение зарядов из областей изоляции в участки накопления заряда.

Настоящее изобретение относится к устройству фотоэлектрического преобразования, включающему в себя участки накопления заряда в области формирования изображений. В таком устройстве фотоэлектрического преобразования область изоляции для участка накопления заряда включает в себя первый участок изоляции, имеющий PN-переход, и второй участок изоляции, имеющий изолятор. Второй участок изоляции размещается между участком накопления заряда и, по меньшей мере, частью множества транзисторов. Первый участок изоляции уменьшает эффект рассеянного отражения, возникающего в области изоляции, имеющей оксидную пленку, и компоновка второго участка изоляции между участком накопления заряда и транзисторами предоставляет поддержание сопротивления по давлению схемы считывания и участка накопления заряда.

В дальнейшем в этом документе примерные варианты осуществления описываются со ссылкой на чертежи. Описание предоставляется с рассмотрением сигнальных зарядов как электронов.

Первый примерный вариант осуществления

Сначала, пример пикселной схемы в устройстве фотоэлектрического преобразования, включающем в себя участки накопления заряда, описывается со ссылкой на фиг. 1. Фиг. 1 иллюстрирует конфигурацию, в которой пикселы 13, каждый из которых включает в себя участок накопления заряда, размещаются в двух строках и двух столбцах. Каждый пиксел 13 включает в себя участок 2 фотоэлектрического преобразования, участок 3 накопления заряда, плавающую диффузионную область 4, участок 5 источника питания, участок 7 пикселного вывода, первый электрод 8 передающего затвора, второй электрод 9 затвора, электрод 10 затвора транзистора сброса, электрод 11 затвора транзистора выбора, электрод 12 затвора усиливающего транзистора и электрод 23 затвора стока защиты от переполнения (в дальнейшем в этом документе, OFD), который выступает в качестве участка разряда. Линия электропитания, которая является межсоединением для подачи заранее определенного напряжения, подключается к участку 5 источника питания. Здесь, участок 5 источника питания совместно использует один узел со стоком транзистора сброса, стоком транзистора выбора и стоком OFD. Линии RES, TX1, TX2, SEL и OFD управления подают импульсы в соответствующие электроды затворов. Линия RES управления подает импульсы в электрод 10 затвора транзистора сброса, линия TX1 управления подает импульсы в первый 8 электрод затвора, линия TX2 управления подает импульсы во второй электрод 9 затвора, линия SEL управления подает импульсы в электрод 11 затвора транзистора выбора, а линия OFD управления подает импульсы в электрод 23 затвора стока защиты от переполнения. Сигнальная линия OUT также предоставляется. Числа n и m - это положительные целые числа: иллюстрируются строки n и их соответствующие смежные строки n+1 и столбец m и его смежный столбец m+1. Здесь, пиксел 13, который является компонентом, включающий в себя один участок 2 фотоэлектрического преобразования, является минимальной единицей повторения в конфигурации устройства фотоэлектрического преобразования. Область, в которой размещается множество пикселов 13, упоминается как область формирования изображений.

Глобальный затвор в пикселах 13, описанный выше, работает следующим образом. По истечении определенного времени накопления заряды, сформированные в участках 2 фотоэлектрического преобразования, переносятся в участки 3 накопления заряда посредством первых электродов 8 затвора. В ходе хранения сигнальных зарядов в течение определенного времени накопления в участках 3 накопления заряда, участки 2 фотоэлектрического преобразования начинают накопление сигнальных зарядов снова. Сигнальные заряды в участках 3 накопления заряда переносятся в плавающие диффузионные области 4 посредством вторых электродов 9 затвора и выводятся из участков 7 пикселного вывода усиливающих транзисторов как сигналы. Кроме того, чтобы предотвращать проникание зарядов, сформированных в участках 2 фотоэлектрического преобразования в ходе хранения сигнальных зарядов в участках 3 накопления заряда, в участки 3 накопления заряда, заряды в участках 2 фотоэлектрического преобразования могут разряжаться через OFD 23. Каждый транзистор сброса задает свою плавающую диффузионную область 4 так, чтобы иметь заранее определенный потенциал перед переносом сигнальных зарядов из участков 3 накопления заряда (операция сброса). Потенциалы плавающих диффузионных областей 4 в этот момент времени выводятся из участков 7 пикселного вывода как шумовые сигналы, чтобы отличать шумовые сигналы от сигналов на основе сигнальных зарядов, которые выводятся позднее, предоставляя устранение шумовых сигналов.

Кроме того, каждый пиксел 13 может иметь утопленный канал ниже своего первого электрода 8 затвора. Другими словами, участки 2 фотоэлектрического преобразования и участки 3 накопления заряда являются электрически соединенными. Глобальный затвор, имеющий такую конфигурацию, работает следующим образом. Сигнальные заряды, сформированные в участках 2 фотоэлектрического преобразования, хранятся в участках 2 фотоэлектрического преобразования и участках 3 накопления заряда. По истечении определенного времени накопления сигнальные заряды переносятся в плавающие диффузионные области 4 посредством вторых электродов 9 затвора. После переноса сигнальных зарядов в плавающие диффузионные области 4, участки 2 фотоэлектрического преобразования и участки 3 накопления заряда начинают накопление сигнальных зарядов снова. В этой конфигурации, также, чтобы предотвращать проникание зарядов, сформированных в участках 2 фотоэлектрического преобразования в ходе хранения сигнальных зарядов в плавающих диффузионных областях 4, в плавающие диффузионные области 4, заряды в участках 2 фотоэлектрического преобразования могут разряжаться через OFD 23. Кроме того, операция транзисторов сброса является аналогичной операции, описанной в вышеприведенном случае. Эта операция может выполняться посредством возбуждения первых электродов 8 затвора, даже когда утопленные каналы не предоставляются ниже первых электродов 8 затвора. Настоящий примерный вариант осуществления описывается с рассмотрением такой конфигурации, содержащей утопленные каналы, в качестве примера.

Фиг. 2 является схематическим видом сверху устройства фотоэлектрического преобразования с конфигурацией пикселов, проиллюстрированной на фиг. 1. Пикселы 13 размещаются в двух строках и двух столбцах. Пикселы 13 включают в себя первый пиксел 13a, второй пиксел 13b, третий пиксел 13c и четвертый пиксел 13d. Компоненты, имеющие функции, аналогичные функции на фиг. 1, содержат идентичные ссылки с номерами, и их описание опускается. Буквы "a", "b", "c" и "d" в ссылках с номерами указывают, что релевантные компоненты имеют первый пиксел, второй пиксел, третий пиксел и четвертый пиксел соответственно. Кроме того, для простоты описания, компоновка контактов и межсоединений, помимо электродов затворов, не иллюстрируется. Части, совместно использующие один узел на фиг. 1, могут быть включены в одну полупроводниковую область или могут соединяться через межсоединения.

Фиг. 1 иллюстрирует области 1 и 14 изоляции. Каждая область 14 изоляции является первым участком изоляции, имеющим PN-переход в полупроводниковой области, а каждая область 1 изоляции является вторым участком изоляции, имеющим изолятор. Часть, отличная от второго участка 1 изоляции, является активной областью, в которой элементы формируются.

Описание предоставляется для первого пиксела 13a. Первый электрод 8a затвора идет к области выше участка 3a накопления заряда. В результате прохождения первого электрода 8a затвора к области выше участка 3a накопления заряда, может уменьшаться количество света, падающее на участок 3a накопления заряда, и величина темнового тока в участке 3a накопления заряда может уменьшаться посредством управления напряжением, поданным в первый электрод 8a затвора. Здесь, участок 3a накопления заряда включает в себя первый участок 14 изоляции и второй участок 1 изоляции. Первый участок 14 изоляции размещается между участком 3a накопления заряда и смежным участком 2 фотоэлектрического преобразования (не проиллюстрирован). Другими словами, например, первый участок 14 изоляции размещается между участком 3b накопления заряда второго пиксела 13c и участком 3a накопления заряда первого пиксела 13a. Конфигурация таких областей изоляции подробно описывается в отношении схематических видов в поперечном разрезе на фиг. 3A и 3B. В дальнейшем в этом документе, описание предоставляется со ссылкой на "канал n-типа" в качестве "первого типа проводимости".

Фиг. 3A является схематическим видом в поперечном разрезе вдоль линии 3A-3A на фиг. 2, а фиг. 3B является схематическим видом в поперечном разрезе вдоль линии 3B-3B на фиг. 2. Фиг. 3A и 3B иллюстрируют ячейку 21. Ячейка 21 может содержать либо канал n-типа, либо канал p-типа и также может быть компонентом, предоставленным на полупроводниковой подложке, или полупроводниковой подложкой. Первая полупроводниковая область 16 со вторым типом проводимости и вторая полупроводниковая область 17 с первым типом проводимости составляют участок 2 фотоэлектрического преобразования. Третья полупроводниковая область 18 с первым типом проводимости составляет участок 3 накопления заряда. Четвертая полупроводниковая область 19 со вторым типом проводимости может выступать в качестве барьера для уменьшения проникновения электронов в участок 3 накопления заряда. Светоэкранирующая пленка 20 уменьшает количество света, падающее на участок 3 накопления заряда. На фиг. 2 светоэкранирующие пленки 20 пропущены. Полупроводниковая область 22 со вторым типом проводимости составляет первый участок 14 изоляции для предоставления электрической изоляции от окружающих полупроводниковых областей с помощью PN-переходов. Полупроводниковая область 14 со вторым типом проводимости имеет более высокую концентрацию примесей со вторым типом проводимости по сравнению с концентрациями примесей окружающих полупроводниковых областей, т.е. имеет высокий потенциал для сигнальных носителей. Кроме того, изолятор 23 составляет второй участок 1 изоляции. Второй участок 1 изоляции формируется в структуре LOCOS (локальное оксидирование кремния) или структуре STI (узкощелевая изоляция). Пятая полупроводниковая область 15 со вторым типом проводимости может выступать в качестве каналоограничительной области или барьера для электронов. Кроме того, пятая полупроводниковая область 15 может иметь функцию, которая предотвращает темновой ток, сформированный в результате предоставления изолятора 23. Здесь, в настоящем примерном варианте осуществления, шестая полупроводниковая область с первым типом проводимости (не проиллюстрирована) предоставляется между второй полупроводниковой областью 17 и третьей полупроводниковой областью 18. Утопленный канал формируется ниже первого электрода 8 затвора посредством шестой полупроводниковой области.

Здесь, подробное описание предоставляется относительно цели настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 6A и 6B. Фиг. 6A является схематическим видом сверху, соответствующим фиг. 2, и как фиг. 2, соответствует пикселной схеме на фиг. 1. Фиг. 6B является схематическим видом в поперечном разрезе вдоль линии X-Y на фиг. 6A. Компоненты, аналогичные компонентам на фиг. 1-3B, содержат идентичные ссылки с номерами, и их описание опускается. Здесь, на фиг. 6A только вторые участки 1 изоляции, каждый из которых имеет изолятор, предоставляются как области изоляции для участков 3 накопления заряда. В поперечном сечении вдоль линии X-Y в этом случае, возникает явление, как проиллюстрировано на фиг. 6B. Поскольку участок 2a фотоэлектрического преобразования не включает в себя светоэкранирующую пленку 20, свет легко поступает в участок 2a фотоэлектрического преобразования, приводя к тому, что свет также поступает между участком 2a фотоэлектрического преобразования и участком 3b накопления заряда. Здесь, авторы настоящего изобретения обнаружили, что когда свет поступает во второй участок 1 изоляции, отражение повторяется на поверхности раздела между изолятором и полупроводниковой подложкой 21, приводя к формированию рассеянного света, идущего в различных направлениях. Электроны, сформированные посредством этого рассеянного света, могут проникать в сигнальный заряд, удерживаемый в участке 3b накопления заряда, приводя к ложной частоте (сигналу ошибки). В этом случае, если область изоляции формируется посредством STI-структуры, в которой изолятор идет к глубокой части полупроводниковой подложки, отражение возникает более легко, и, таким образом, рассеянный свет легко формируется. Кроме того, свет может поступать в область изоляции не только через внешнюю границу участка 2a фотоэлектрического преобразования, но также и через разрез светоэкранирующей пленки 20, даже когда участок 3b накопления заряда предоставляется рядом с областью изоляции.

Между тем, на фиг. 3A, первый участок 14 изоляции предоставляется между участком 3b накопления заряда второго пиксела 13b и участком 2a фотоэлектрического преобразования первого пиксела 13a. Как проиллюстрировано на фиг. 3A, свет легко поступает в участок 2a фотоэлектрического преобразования, не содержащий светоэкранирующую пленку 20. В результате предоставления в первый участок 14 изоляции в этой части большого количества падающего света, свет проникает в глубокую часть ячейки 21, уменьшая рассеяние. Кроме того, первый участок 14 изоляции обеспечивает уменьшение проникновения электронов, сформированных посредством света в третьей полупроводниковой области 18b, составляющей участок 3b накопления заряда. Кроме того, наличие четвертой полупроводниковой области 19b обеспечивает дополнительное уменьшение проникновения электронов в третью полупроводниковую область 18b.

Кроме того, на фиг. 3B, второй участок 1 изоляции размещается, по меньшей мере, между частью множества транзисторов (здесь транзистором сброса) и участком 3a накопления заряда. Достаточная электрическая изоляция может предоставляться посредством второго участка 1 изоляции. Следует отметить, что транзистор не ограничен транзистором сброса: обязательным является только то, что участок накопления заряда не должен совместно использовать один узел с областью истока или стока транзистора; и транзистор может быть усиливающим транзистором или транзистором выбора. Электрическая изоляция и сопротивление по давлению необходимы, поскольку импульсы высокого уровня могут подаваться в эти электроды затвора транзистора, и высокое напряжение может быть областями истока или стока транзисторов. Кроме того, второй участок изоляции может размещаться между участком накопления заряда и ячейкой полупроводниковой области для контакта ячейки для фиксации потенциала. Это имеет намерение предоставлять достаточную электрическую изоляцию участка накопления заряда от полупроводниковой области для контакта ячейки, поскольку в ходе операции сброса высокое напряжение прикладывается к участку накопления заряда.

Здесь, во многих случаях, полупроводниковая область, составляющая область истока или стока транзистора, имеет более высокую концентрацию примесей по сравнению с концентрацией примесей второй полупроводниковой области 17, составляющей участок фотоэлектрического преобразования. Если изоляция такой полупроводниковой области, имеющей высокую концентрацию примесей, предоставляется посредством первого участка изоляции, то сильное электрическое поле прикладывается к поверхности раздела PN-перехода. Соответственно, требуется предоставлять электрическую изоляцию при сохранении сопротивления по давлению посредством второго участка 1 изоляции. Кроме того, множество транзисторов могут блокировать свет, что отличается от участка 2 фотоэлектрического преобразования, и таким образом, количество света, падающее на второй участок 1 изоляции, может уменьшаться, предоставляя уменьшение формирования рассеянного света.

Тем не менее, второй участок 1 изоляции, имеющий изолятор, может приводить к темновому току, который является результатом дефекта в решетке на поверхности раздела между изолятором и полупроводником. Следовательно, как в настоящем примерном варианте осуществления, первый участок 14 изоляции размещается около участка 3 накопления заряда или участка 2 фотоэлектрического преобразования, который хранит сигнальные заряды, предоставляя уменьшение шума по сравнению с конфигурацией, проиллюстрированной на фиг. 6.

Вышеописанная конфигурация обеспечивает предоставление устройства формирования изображений, которое уменьшает проникновение зарядов из областей изоляции в участки накопления заряда при одновременном наличии сопротивления по давлению.

В конфигурации, в которой утопленный канал предоставляется между участком 2 фотоэлектрического преобразования и участком 3 накопления заряда, как в настоящем примерном варианте осуществления, время, в течение которого сигнальные заряды хранятся в участке 3 накопления заряда, становится длительным, и таким образом, конфигурация является эффективной для уменьшения проникновения электронов, сформированных посредством падающего света, а также уменьшения темнового тока. Тем не менее, конфигурация в настоящем изобретении не ограничена конфигурацией, в которой утопленный канал предоставляется между участком 2 фотоэлектрического преобразования и участком 3 накопления заряда. Кроме того, четвертая полупроводниковая область 19 и пятая полупроводниковая область 15, которые выступают в качестве барьеров, могут не предоставляться.

Второй примерный вариант осуществления

Устройство фотоэлектрического преобразования согласно настоящему примерному варианту осуществления отличается от устройства фотоэлектрического преобразования первого примерного варианта осуществления схемой размещения пикселов и имеет конфигурацию, в которой пикселы размещаются симметрично относительно линий. Кроме того, устройство фотоэлектрического преобразования отличается от первого примерного варианта осуществления компоновкой областей изоляции вокруг участков накопления заряда и участка фотоэлектрического преобразования. Описание предоставляется со ссылкой на фиг. 4.

Фиг. 4 является схематическим видом сверху устройства фотоэлектрического преобразования. На фиг. 4, компоненты, идентичные компонентам фиг. 2, содержат идентичные ссылки с номерами, и их описание опускается. Для простоты описания, не иллюстрируются контакты, межсоединения кроме электродов затворов, и светоэкранирующие пленки. Хотя фиг. 4 иллюстрирует восемь пикселов 13, которые размещаются в двух строках и четырех столбцах, эти восемь пикселов на фиг. 4 многократно размещаются в двух измерениях для всего устройства фотоэлектрического преобразования. Описание предоставляется с использованием четырех пикселов 13a, 13b, 13c и 13d из числа пикселов. На фиг. 4, участки 2 фотоэлектрического преобразования первого пиксела 13a и третьего пиксела 13c размещаются напротив друг друга, что отличается от фиг. 2. Другими словами, столбец из первого пиксела 13a и второго пиксела 13b и столбец из третьего пиксела 13c и четвертого пиксела 13d размещаются симметрично относительно линии. Здесь, как в первом примерном варианте осуществления, первый участок 14 изоляции размещается между участком 3a накопления заряда первого пиксела 13a и участком фотоэлектрического преобразования смежного пиксела (не проиллюстрирован). Второй участок 1 изоляции размещается между транзистором в первом пикселе 13a и участком 3a накопления заряда. Тем не менее, первый участок 14 изоляции также размещается между участком 3a накопления заряда первого пиксела 13a и участком 3c накопления заряда третьего пиксела 13c. Такая конфигурация обеспечивает дополнительное уменьшение зарядов, проникающих в участок 3a накопления заряда, по сравнению с первым примерным вариантом осуществления. Кроме того, конфигурация обеспечивает уменьшение темнового тока, проникающего в участок 3a накопления заряда. Кроме того, первый участок 14 изоляции предоставляется между участком 2a фотоэлектрического преобразования и участком 2c фотоэлектрического преобразования третьего пиксела 13c. Такая конфигурация обеспечивает уменьшение темнового тока, проникающего в участок 2a фотоэлектрического преобразования и участок 2c фотоэлектрического преобразования. Кроме того, второй участок 1 изоляции размещается между транзистором и участком 3a накопления заряда или участком 2a фотоэлектрического преобразования, предоставляя подавление снижения сопротивления по давлению и возникновения паразитных MOS-транзисторов. Его описание предоставляется в отношении схематического вида в поперечном разрезе на фиг. 5.

Фиг. 5A является схематическим видом в поперечном разрезе вдоль линии 5A-5A на фиг. 4, а фиг. 5B является схематическим видом в поперечном разрезе вдоль линии 5B-5B на фиг. 4. На фиг. 5A и 5B компоненты, идентичные компонентам на фиг. 3A и 3B, содержат идентичные ссылки с номерами, и их дополнительное описание опускается. Описание конфигурации, проиллюстрированной на фиг. 5A, опускается, поскольку конфигурация является практически идентичной конфигурации на фиг. 3A. На фиг. 5B, участок 3a накопления заряда первого пиксела 13a и участок 3c накопления заряда третьего пиксела 13c располагаются рядом друг с другом и блокируются от света посредством одной светоэкранирующей пленки 20. Посредством этой светоэкранирующей пленки 20 свет не поступает между участком 3a накопления заряда и участком 3c накопления заряда. Тем не менее, первый участок 14 изоляции, т.е. полупроводниковая область 22 со вторым типом проводимости, размещается вместо изолятора 23 второго участка 1 изоляции, который легко формирует темновой ток. Такая конфигурация обеспечивает уменьшение темнового тока, проникающего в участок 3a накопления заряда и участок 3c накопления заряда.

Как описано выше, первый участок изоляции размещается между участком накопления заряда пиксела и участком накопления заряда смежного пиксела, предоставляя уменьшение паразитной составляющей (сигнала ошибки) вследствие рассеяния света, возникающего, когда второй участок изоляции размещается. Кроме того, проникновение темнового тока в участки накопления заряда может уменьшаться. Кроме того, аналогичные преимущества могут предоставляться в области вокруг участков фотоэлектрического преобразования в соответствии с аналогичной компоновкой. В дополнение к вышеуказанному, второй участок изоляции предоставляется между участком накопления заряда и транзистором, обеспечивая повышение сопротивления по давлению и уменьшение возникновения паразитного MOS-транзистора. Следует отметить, что компоновка области изоляции согласно настоящему примерному варианту осуществления также может применяться к другой схеме размещения.

Третий примерный вариант осуществления

В настоящем примерном варианте осуществления, пикселная схема, которая отличается от схемы, проиллюстрированной на фиг. 1, описывается со ссылкой на фиг. 7. Фиг. 7 иллюстрирует конфигурацию, включающую в себя единицу 22 пиксела. Компоненты, идентичные компонентам фиг. 1, содержат идентичные ссылки с номерами, и их описание опускается.

Фиг. 7 иллюстрирует первый элемент 2a фотоэлектрического преобразования, второй элемент 2b фотоэлектрического преобразования, первый элемент 3a накопления заряда и второй элемент 3b накопления заряда. Первый электрод 8a затвора и второй электрод 9a затвора предоставляются для первого элемента фотоэлектрического преобразования, и первый электрод 8b затвора и второй электрод 9b затвора предоставляются для второго элемента фотоэлектрического преобразования. Участок 23a разряда предоставляется для первого элемента фотоэлектрического преобразования, и участок 23b разряда предоставляется для второго элемента фотоэлектрического преобразования. Первый элемент 2a фотоэлектрического преобразования и второй элемент 2b фотоэлектрического преобразования совместно используют плавающую диффузионную область 4, транзистор сброса, транзистор выбора и усиливающий транзистор.

Другими словами, пикселная схема на фиг. 7 имеет конфигурацию, в которой плавающие диффузионные области 4 пиксела в n-й строке и m-м столбце и пиксела в (n+1)-й строке и m-м столбце на фиг. 1 соединяются друг с другом. Транзистор сброса, транзистор выбора и усиливающий транзистор используются совместно. Кроме того, конфигурация на фиг. 1 может рассматриваться как случай, когда единица 22 пиксела включает в себя один участок 2 фотоэлектрического преобразования.

Согласно вышеописанной конфигурации, число элементов может уменьшаться по сравнению с конфигурацией на фиг. 1, предоставляя увеличение областей участков накопления заряда и участков фотоэлектрического преобразования.

Для компоновки областей изоляции в этом случае, как проиллюстрировано во втором примерном варианте осуществления, требуется размещать вторые участки изоляции между участками накопления заряда и транзисторами и размещать первые участки изоляции в следующих областях: во-первых, в областях между участками накопления заряда области, например, в области между первым элементом 3a накопления заряда и вторым элементом 3b накопления заряда и в области между первым элементом 3a накопления заряда и участком накопления заряда смежной единицы пиксела; и, кроме того, в областях между участками накопления заряда и участками фотоэлектрического преобразования, например, в области между первым элементом 3a накопления заряда и вторым элементом 2b фотоэлектрического преобразования и в области между первым элементом 3a накопления заряда и участком фотоэлектрического преобразования смежной единицы пиксела. Как описано выше, в результате размещения первых участков изоляции и вторых участков изоляции, как проиллюстрировано во втором примерном варианте осуществления, проникновение зарядов в участки накопления заряда может уменьшаться при сохранении сопротивления по давлению.

Применение к системе формирования изображений

Настоящий примерный вариант осуществления описывается с точки зрения случая, когда устройство фотоэлектрического преобразования согласно первому примерному варианту осуществления и третьему примерному варианту осуществления применяется к системе формирования изображений, со ссылкой на фиг. 8. Система формирования изображений может быть цифровым фотоаппаратом, цифровой видеокамерой или цифровой камерой для мобильного телефона.

Фиг. 8 является схемой, иллюстрирующей конфигурацию цифрового фотоаппарата. Оптическое изображение субъекта формируется на плоскости формирования изображений в устройстве 804 фотоэлектрического преобразования через оптическую систему, включающую в себя объектив 802. Вне объектива 802, может предоставляться барьер 801, который предоставляет функцию защиты для объектива 802 и также выступает в качестве главного выключателя. Диафрагма 803 для регулирования количества света, испускаемого из объектива 802, может предоставляться в объективе 802. Сигналы формирования изображений, выводимые из устройства 804 фотоэлектрического преобразования через множество каналов, подвергаются такой обработке, как различные коррекции и ограничения, посредством схемы 805 обработки сигналов формирования изображений. Аналого-цифровое преобразование сигналов формирования изображений, выводимых из схемы 805 обработки сигналов формирования изображений через множество каналов, выполняется посредством аналого-цифрового преобразователя 806. Данные изображений, выводимые из аналого-цифрового преобразователя 806, подвергаются различным коррекциям, сжатию данных и т.д., посредством процессора 807 сигналов (процессора изображений). Устройство 804 фотоэлектрического преобразования, схема 805 обработки сигналов формирования изображений, аналого-цифровой преобразователь 806 и процессор 807 сигналов работают согласно синхронизирующему сигналу, сформированному посредством генератора 808 тактовых импульсов. Каждый блок управляется посредством модуля 809 выполнения арифметических операций и общего управления. Цифровой фотоаппарат дополнительно включает в себя запоминающее устройство 810 для временного сохранения данных изображений и I/F-модуль 811 управления носителем записи для записи/считывания изображений на/с носителя записи. Носитель 812 записи включает в себя, например, полупроводниковое запоминающее устройство, может быть присоединен/отсоединен. Цифровой фотоаппарат дополнительно может включать в себя внешний интерфейсный (I/F) модуль 813 для связи с внешними компьютерами и т.д. Здесь, схема 805 обработки сигналов формирования изображений, аналого-цифровой преобразователь 806 и процессор 807 сигналов и генератор 808 тактовых импульсов могут формироваться на одной микросхеме с микросхемой, на которой формируется устройство 804 фотоэлектрического преобразования.

Далее описывается работа по фиг. 8. В ответ на открытие барьера 801, основное питание, питание для системы управления и питание для схем системы формирования изображений, таких как аналого-цифровой преобразователь 806, последовательно включаются. Затем, чтобы управлять величиной экспозиции, модуль 809 выполнения арифметических операций и общего управления открывает диафрагму 803. Сигналы, выводимые из устройства 804 фотоэлектрического преобразования, проходят через схему 805 обработки сигналов формирования изображений и предоставляются в аналого-цифровой преобразователь 806. Аналого-цифровой преобразователь 806 выполняет аналогово-цифровое преобразование сигналов и выводит сигналы в процессор 807 сигналов. Процессор 807 сигналов обрабатывает данные и предоставляет данные в модуль 809 выполнения арифметических операций и общего управления, и модуль 809 выполнения арифметических операций и общего управления выполняет арифметическую операцию, чтобы определять величину экспозиции. Модуль 809 выполнения арифметических операций и общего управления управляет диафрагмой на основе определенной величины экспозиции.

Затем модуль 809 выполнения арифметических операций и общего управления извлекает высокочастотные компоненты из сигналов, выводимых из устройства 804 фотоэлектрического преобразования и затем обрабатываемых посредством процессора 807 сигналов, и выполняет арифметическую операцию, чтобы определять расстояние до объекта на основе высокочастотных компонентов. Далее, объектив 802 приводится, и определяется то, наведена или нет камера на фокус. Если камера определена как не в фокусе, объектив 802 приводится, и арифметическая операция для того, чтобы определять расстояние, выполняется снова.

После подтверждения того, что камера находится в фокусе, начинается экспозиция. После завершения экспозиции сигналы формирования изображений, выводимые из устройства 804 фотоэлектрического преобразования, подвергаются, например, коррекции в схеме 805 обработки сигналов формирования изображений, подвергаются аналогово-цифровому преобразованию в аналого-цифровом преобразователе 806 и обрабатываются в процессоре 807 сигналов. Данные изображений, которые обрабатываются в процессоре 807 сигналов, накапливаются в запоминающем устройстве 810 посредством модуля 809 выполнения арифметических операций и общего управления. Затем, данные изображений, накопленные в запоминающем устройстве 810, записываются на носитель 812 записи через I/F-модуль управления носителем записи под управлением модуля 809 выполнения арифметических операций и общего управления. Данные изображений также предоставляются, например, в компьютер через внешний I/F-модуль 813 и обрабатываются.

Как описано выше, устройство фотоэлектрического преобразования согласно настоящему изобретению применяется к системе формирования изображений. В результате использования устройства фотоэлектрического преобразования согласно настоящему изобретению, шум, накладываемый на сигналы изображений в результате использования глобального затвора, может уменьшаться, обеспечивая предоставление более высококачественных изображений. Кроме того, устранение шумов, например, в схеме обработки сигналов может упрощаться.

Выше описано несколько примерных вариантов осуществления настоящего изобретения. Тем не менее, настоящее изобретение не ограничено примерными вариантами осуществления, и возможны соответствующие модификации. Например, схемная конфигурация пикселя не ограничена конфигурацией на фиг. 1. Конфигурация может быть конфигурацией, в которой заряды разряжаются в вертикальном направлении полупроводниковой подложки, а не из участка разряда, проиллюстрированного на фиг. 1. Кроме того, конфигурация первого электрода 8 затвора не ограничена конфигурациями, описанными для примерных вариантов осуществления, и первый 8 электрод затвора может не идти к области выше участка 3 накопления заряда. Полярности зарядов, полупроводниковых областей и транзисторов могут надлежащим образом изменяться. Кроме того, возможна любая соответствующая комбинация примерных вариантов осуществления.

Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми примерными вариантами осуществления.

Эта заявка притязает на приоритет патентной заявки (Япония) номер 2008-123440, поданной 9 мая 2008 года, которая настоящим полностью содержится в данном документе по ссылке.

1. Устройство фотоэлектрического преобразования, содержащее единицу пиксела, включающую в себя:
участок фотоэлектрического преобразования, включающий в себя, по меньшей мере, первый элемент фотоэлектрического преобразования;
участок накопления заряда, включающий в себя, по меньшей мере, первый элемент накопления заряда и хранящий заряд, сформированный в участке фотоэлектрического преобразования;
множество транзисторов для вывода сигнала на основе заряда, удерживаемого посредством участка накопления заряда; и
область изоляции для электрической изоляции участка накопления заряда, при этом:
область изоляции включает в себя:
первый участок изоляции, имеющий PN-переход; и
второй участок изоляции, имеющий изолятор и размещаемый между первым элементом накопления заряда и, по меньшей мере, частью множества транзисторов.

2. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.1, в котором:
множество единиц пикселов размещается, и первый участок изоляции в одной единице пиксела размещается между первым элементом накопления заряда в одной единице пиксела и первым элементом фотоэлектрического преобразования в другой единице пиксела, смежной с одной единицей пиксела.

3. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.1, в котором:
множество единиц пикселов размещается, и первый участок изоляции в одной единице пиксела размещается между первым элементом накопления заряда в одной единице пиксела и первым элементом накопления заряда в другой единице пиксела, смежной с одной единицей пиксела.

4. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.1, в котором:
электрод затвора предоставляется между первым элементом фотоэлектрического преобразования и первым элементом накопления заряда, так что электрод затвора, первый элемент фотоэлектрического преобразования и первый элемент накопления заряда формируют транзистор, имеющий утопленный канал.

5. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.1, в котором:
первый элемент фотоэлектрического преобразования имеет первую полупроводниковую область с первым типом проводимости,
по меньшей мере, один из множества транзисторов имеет области истока и стока с первым типом проводимости,
область истока или стока имеет концентрацию примесей выше концентрации примесей первой полупроводниковой области.

6. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.1, в котором:
участок фотоэлектрического преобразования дополнительно включает в себя второй элемент фотоэлектрического преобразования,
участок накопления заряда дополнительно включает в себя второй элемент накопления заряда, и
первый участок изоляции размещается между первым элементом накопления заряда и вторым элементом фотоэлектрического преобразования.

7. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.6, в котором:
первый участок изоляции размещается между первым элементом накопления заряда и вторым элементом накопления заряда.

8. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.1, в котором:
второй участок изоляции формируется в STI-структуре.

9. Система формирования изображений, содержащая:
устройство фотоэлектрического преобразования по п.1; и
схему обработки сигналов для обработки сигнала, выводимого из устройства фотоэлектрического преобразования.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам захвата изображения. .

Изобретение относится к твердотельным устройствам формирования изображения. .

Изобретение относится к устройствам захвата и обработки изображения. .

Изобретение относится к средствам формирования изображения. .

Изобретение относится к твердотельным устройствам для съемки изображения. .

Изобретение относится к технологии датчиков изображения. .

Изобретение относится к оптико-электронным системам формирования и обработки инфракрасных изображений для компенсации дефектных фоточувствительных элементов (ФЧЭ) фотоприемных устройств (ФПУ).

Изобретение относится к устройству для считывания изображения и способу его изготовления. .

Изобретение относится к полупроводниковому устройству формирования изображения. .

Изобретение относится к твердотельным устройствам формирования изображения. .

Изобретение относится к области электроники и измерительной техники и предназначено для регистрации излучения в различных спектральных диапазонах видимого спектра излучения в фотоэлектрических спектральноселективных преобразователях изображения.

Изобретение относится к устройству светового сенсора. .

Изобретение относится к фоточувствительным приборам, предназначенным для обнаружения и регистрации инфракрасного (ИК) излучения нескольких диапазонов спектра. .

Изобретение относится к фотодатчикам, и, в частности, к фотодиодам лавинного режима. .

Изобретение относится к матрицам детекторов рентгеновского излучения для использования в системах компьютерной томографии. .
Наверх