專利名稱：光電轉(zhuǎn)換裝置和使用光電轉(zhuǎn)換裝置的成像系統(tǒng)的制作方法
光電轉(zhuǎn)換裝置和使用光電轉(zhuǎn)換裝置的成像系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本申請(qǐng)涉及光電轉(zhuǎn)換裝置的分離結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景
CCD型和CMOS型光電轉(zhuǎn)換裝置被用于許多的數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字便攜式攝像機(jī) (camcorder) 0近年來(lái)，在光電轉(zhuǎn)換裝置中，像素已被減小。因此，討論了針對(duì)電荷混入相鄰 的像素(串?dāng)_)的措施。
日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2003-258232討論了與光電轉(zhuǎn)換元件的N型阱區(qū)域一致地 在深區(qū)域中形成P型阱區(qū)域的配置，所述P型阱區(qū)域用作用于防止電荷在相鄰的像素之間 混合的元件隔離勢(shì)壘(barrier)。
但是，即使通過(guò)在日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2003-258232中公開(kāi)的P型阱區(qū)域，也可 能難以充分地抑制載流子泄漏。一般地，在光電轉(zhuǎn)換裝置中，在光電轉(zhuǎn)換元件的周圍設(shè)置用 于從光電轉(zhuǎn)換元件讀取電荷的晶體管。不必以規(guī)則的間隔布置光電轉(zhuǎn)換元件。并且，分離 光電轉(zhuǎn)換元件的P型阱的寬度可能是不同的。因此，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)從某個(gè)光電 轉(zhuǎn)換元件泄漏到相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電荷的量會(huì)根據(jù)這種P型阱區(qū)域的寬度改變。 如果泄漏到相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件的載流子的量改變，那么圖像質(zhì)量劣化并且通過(guò)信號(hào)處理 的校正變得困難。如果使得光電轉(zhuǎn)換元件之間的間隔均等化并且還使得P型阱區(qū)域的寬度 均等化，那么用于讀取信號(hào)電荷的晶體管的平面布局的自由度減小，并且，像素的減小變得 困難。
本發(fā)明的目的是，提供能夠減少混入相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件(像素)中的電荷的變 化的光電轉(zhuǎn)換裝置。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置包括基板；被布置在基板上的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件； 和被布置在基板上的用于傳送由光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的信號(hào)電荷的晶體管，其中，多個(gè)光電 轉(zhuǎn)換元件包含第一光電轉(zhuǎn)換元件、與第一光電轉(zhuǎn)換元件相鄰的第二光電轉(zhuǎn)換元件和與第一 光電轉(zhuǎn)換元件相鄰的第三光電轉(zhuǎn)換元件，并且，具有第一寬度的第一區(qū)域被布置在第一光 電轉(zhuǎn)換元件和第二光電轉(zhuǎn)換元件之間，具有比第一寬度窄的第二寬度的第二區(qū)域被布置在 第一光電轉(zhuǎn)換元件和第三光電轉(zhuǎn)換元件之間，具有第一導(dǎo)電類型而信號(hào)電荷是少數(shù)載流子 并且具有第三寬度的第一半導(dǎo)體區(qū)域被布置在第一區(qū)域中，具有第一導(dǎo)電類型并且具有比 第三寬度窄的第四寬度的第二半導(dǎo)體區(qū)域被布置在第二區(qū)域中，并且，具有比第一區(qū)域低 的關(guān)于信號(hào)電荷的電勢(shì)的第三區(qū)域被配置在第一區(qū)域中。
從結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將是清晰的，在這些附圖 中，類似的附圖標(biāo)記始終表示相同或類似的部分。
從參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清晰。


圖IA是第一示例性實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的平面圖。
圖IB是第一示例性實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的示意性截面圖。
圖IC是第一示例性實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的示意性截面圖。
圖2A示出光電轉(zhuǎn)換裝置的像素電路的例子。
圖2B是光電轉(zhuǎn)換裝置的像素電路的平面圖。
圖3A是用于示出第一示例性實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的平面圖。
圖;3B是用于示出第一示例性實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的示意性截面圖。
圖3C是用于示出第一示例性實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的示意性截面圖。
圖4A是第二示例性實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的平面圖。
圖4B是第二示例性實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的示意性截面圖。
圖4C是第二示例性實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的示意性截面圖。
圖5A是用于示出第一示例性實(shí)施例的變更方式的光電轉(zhuǎn)換裝置的平面圖。
圖5B是用于示出第一示例性實(shí)施例的變更方式的光電轉(zhuǎn)換裝置的示意性截面 圖。
圖5C是用于示出第一示例性實(shí)施例的變更方式的光電轉(zhuǎn)換裝置的示意性截面 圖。
圖6A是第三示例性實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的平面圖。
圖6B是第三示例性實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的示意性截面圖。
圖6C是第三示例性實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的示意性截面圖。
圖7A是用于示出第三示例性實(shí)施例的變更方式的光電轉(zhuǎn)換裝置的平面圖。
圖7B是用于示出第三示例性實(shí)施例的變更方式的光電轉(zhuǎn)換裝置的示意性截面 圖。
圖7C是用于示出第三示例性實(shí)施例的變更方式的光電轉(zhuǎn)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是用于示出第一示例性實(shí)施例的光 電轉(zhuǎn)換裝置的制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是用于示出第一示例性實(shí)施例的光 電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法的示意性截面圖。
圖10是用于示出成像系統(tǒng)的框圖。
圖11A、圖11B、圖11C、圖IlD和圖IlE是用于示出根據(jù)第五示例性實(shí)施例的路徑 (path)的電勢(shì)的電勢(shì)圖。
被包含于說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成其一部分的附圖示出本發(fā)明的實(shí)施例，并與描述一起用 于解釋本發(fā)明的原理。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置包括第一光電轉(zhuǎn)換元件和第二光電轉(zhuǎn)換元件之間的用作 針對(duì)信號(hào)電荷的勢(shì)壘的第一半導(dǎo)體區(qū)域；以及第一光電轉(zhuǎn)換元件和第三光電轉(zhuǎn)換元件之間的用作針對(duì)信號(hào)電荷的勢(shì)壘并且比第一半導(dǎo)體區(qū)域窄的第二半導(dǎo)體區(qū)域。并且，在第一光 電轉(zhuǎn)換元件和第二光電轉(zhuǎn)換元件之間的至少一部分處設(shè)置具有低勢(shì)壘(電勢(shì)壁壘)的區(qū) 域。該配置可抑制在第一光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的信號(hào)電荷不均勻地混入相鄰的第二光電轉(zhuǎn) 換元件和第三光電轉(zhuǎn)換元件中。即，混入相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件中的信號(hào)電荷的量可被均等 化，由此改善將獲取的圖像質(zhì)量。并且，當(dāng)進(jìn)行校正時(shí)，能夠容易地校正圖像信號(hào)。從而，可 以簡(jiǎn)化圖像處理器的必要的配置。
以下通過(guò)使用附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
(像素電路的例子)
描述可應(yīng)用本發(fā)明的像素電路的例子。圖2A是可應(yīng)用本發(fā)明的像素電路的例子 的電路圖。圖2B是示出用于四個(gè)像素的像素電路的平面布局的平面圖。以下描述信號(hào)電 荷是電子的情況。
在圖2A中，像素(PIXEL)包含作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管100 ；傳送MOS晶 體管101 ；復(fù)位MOS晶體管102 ；放大MOS晶體管103 ；和選擇MOS晶體管105。傳送MOS晶 體管101將在光電轉(zhuǎn)換元件100中產(chǎn)生的信號(hào)電荷傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域104。放大MOS晶 體管103通過(guò)選擇MOS晶體管105將根據(jù)浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域104的電勢(shì)的輸出輸出到輸出線 106。放大MOS晶體管103是源跟隨器(follower)電路的一部分。其柵電極與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū) 域104連接。復(fù)位MOS晶體管102將放大MOS晶體管103的柵電極的節(jié)點(diǎn)即浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域 104復(fù)位到規(guī)定的(prescribed)電勢(shì)(復(fù)位電勢(shì))。向傳送MOS晶體管101供給傳送控制 信號(hào)TX。向復(fù)位MOS晶體管102供給復(fù)位控制信號(hào)RES。向選擇MOS晶體管105供給選擇 控制信號(hào)SEL。各控制信號(hào)對(duì)信號(hào)電荷的讀出進(jìn)行控制。在光電轉(zhuǎn)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(qū)域。
圖2B示出四個(gè)像素(像素a d)的平面布局。在圖2B中，布置四個(gè)光電二極管 200。柵電極201是傳送MOS晶體管101的柵電極。柵電極202是復(fù)位MOS晶體管102的 柵電極。柵電極203是放大MOS晶體管103的柵電極。柵電極205是選擇MOS晶體管105 的柵電極。存在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域204。并且，柵電極206是復(fù)位MOS晶體管的源極區(qū)域。漏極 區(qū)域207是復(fù)位MOS晶體管和放大MOS晶體管的漏極區(qū)域。漏極區(qū)域208是放大MOS晶體 管的源極區(qū)域，并且還是選擇MOS晶體管的漏極區(qū)域。作為選擇MOS晶體管的源極區(qū)域的 源極區(qū)域209與輸出線106連接。以下，為了描述，圖2B中的光電轉(zhuǎn)換元件200被稱為第 一光電轉(zhuǎn)換元件200a、第二光電轉(zhuǎn)換元件200b、第三光電轉(zhuǎn)換元件200c和第四光電轉(zhuǎn)換元 件200d。在光電轉(zhuǎn)換元件的配置以外的配置中，僅對(duì)于像素d分配符號(hào)。例如，與光電轉(zhuǎn)換 元件200d對(duì)應(yīng)的傳送MOS晶體管的柵電極由附圖標(biāo)記201d表示。由于配置在其它的像素 中是相同的，因此省略符號(hào)。
元件隔離區(qū)域210限定活性區(qū)域211和212。在本實(shí)施例中，對(duì)于元件的元件隔 離區(qū)域210使用LOCOS (硅局部氧化)結(jié)構(gòu)。但是，該結(jié)構(gòu)也可以是STI (淺槽隔離)結(jié)構(gòu)。 并且，元件隔離區(qū)域210可以是只布置用作針對(duì)信號(hào)電荷的勢(shì)壘的半導(dǎo)體區(qū)域的結(jié)構(gòu)(擴(kuò) 散隔離)。如果元件隔離區(qū)域210僅包含用作針對(duì)信號(hào)電荷的勢(shì)壘的半導(dǎo)體區(qū)域，那么在與 用作針對(duì)信號(hào)電荷的勢(shì)壘的半導(dǎo)體區(qū)域的邊界處限定活性區(qū)域。在圖2B中，活性區(qū)域211 包含光電轉(zhuǎn)換元件200和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域204?；钚詤^(qū)域212包含各晶體管的源極區(qū)域和漏 極區(qū)域。這里，在圖2B中，布置光電轉(zhuǎn)換元件200a的活性區(qū)域211a和布置光電轉(zhuǎn)換元件200b的活性區(qū)域211b之間的距離、或者光電轉(zhuǎn)換元件200a和200b之間的第一區(qū)域213的 寬度表示為第一寬度W1。布置光電轉(zhuǎn)換元件200a的活性區(qū)域211a和布置光電轉(zhuǎn)換元件 200c的活性區(qū)域211c之間的距離、或者光電轉(zhuǎn)換元件200a和200c之間的第二區(qū)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，并且Wl >W2。這里，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(zhuǎn)換裝置不限于圖2A所示的電路。該裝置可以是更多的光電轉(zhuǎn)換元件共享 放大MOS晶體管的配置或沒(méi)有選擇MOS晶體管的配置。并且，該配置不限于圖2B所示的平 面布局。以下，通過(guò)使用附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
(第一示例性實(shí)施例)
通過(guò)使用圖IA IC描述本示例性實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置。首先，圖IA是與圖2B 的平面圖對(duì)應(yīng)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(hào)。僅對(duì) 于表征本示例性實(shí)施例的部分賦予符號(hào)。在圖IA中，布置有第一半導(dǎo)體區(qū)域110和第二半 導(dǎo)體區(qū)域111。區(qū)域110和111是信號(hào)電荷變成少數(shù)載流子的第一導(dǎo)電類型(P型)，并且 對(duì)于信號(hào)電荷(電子)構(gòu)成勢(shì)壘。具體而言，在第一區(qū)域213中布置具有第三寬度W3的第 一半導(dǎo)體區(qū)域110。在第二區(qū)域214中布置具有第四寬度W4的第二半導(dǎo)體區(qū)域111。這些 布置形成勢(shì)壘。在布置晶體管的活性區(qū)域211下面布置第一半導(dǎo)體區(qū)域110。在第一區(qū)域 213的一部分處布置第三半導(dǎo)體區(qū)域112。區(qū)域112是具有第三寬度W3的第一導(dǎo)電類型。 第三半導(dǎo)體區(qū)域112具有比第一半導(dǎo)體區(qū)域110的電勢(shì)低的電勢(shì)。因?yàn)?，第三半?dǎo)體區(qū)域 112的雜質(zhì)濃度比第一半導(dǎo)體區(qū)域110的雜質(zhì)濃度低。更具體而言，第三半導(dǎo)體區(qū)域112被 布置在復(fù)位MOS晶體管的源極區(qū)域206下面。第一到第三半導(dǎo)體區(qū)域形成包圍光電轉(zhuǎn)換元 件的格子狀勢(shì)壘。這里，通過(guò)布置第三半導(dǎo)體區(qū)域112，從光電轉(zhuǎn)換元件200a流入光電轉(zhuǎn)換 元件200b和200c的電荷的量可被均等化，而從光電轉(zhuǎn)換元件200a流入相鄰的光電轉(zhuǎn)換元 件的電荷受到抑制。
進(jìn)一步通過(guò)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(hào)，并且，省略其描述。在圖IB和圖IC中，存在第一導(dǎo)電基板115、第一導(dǎo)電類 型半導(dǎo)體區(qū)域114和包含光電轉(zhuǎn)換元件的受光面的面119。這里，基板115的導(dǎo)電類型是任 意的。半導(dǎo)體區(qū)域114可以為第二導(dǎo)電類型，可以是通過(guò)外延生長(zhǎng)在基板115上形成的層 或通過(guò)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(qū)域210包含LOCOS結(jié)構(gòu)113。在圖IB和圖IC中，光 電轉(zhuǎn)換元件200包含第二導(dǎo)電類型(N型)電荷蓄積區(qū)域116和布置在光電轉(zhuǎn)換元件的受 光面119側(cè)的P型表面保護(hù)層117。
在圖IC中，第二半導(dǎo)體區(qū)域111具有寬度W4和深度D1。在圖IB的截面圖中，第 三半導(dǎo)體區(qū)域112具有寬度W3和深度D1。被布置在第一區(qū)域213中的第一半導(dǎo)體區(qū)域110 具有寬度為W3且深度為Dl的配置。在本示例性實(shí)施例中，布置在第一區(qū)域213中的第一 半導(dǎo)體區(qū)域110和第三半導(dǎo)體區(qū)域112的寬度和深度被設(shè)為彼此相同。第三半導(dǎo)體區(qū)域的 雜質(zhì)濃度被設(shè)為低于第一和第二半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度。可通過(guò)光電轉(zhuǎn)換裝置的布局和第 一半導(dǎo)體區(qū)域的寬度W3和W4適當(dāng)?shù)卦O(shè)定第三半導(dǎo)體區(qū)域112的雜質(zhì)濃度。
這里，通過(guò)使用圖3A 3C描述信號(hào)電荷的流動(dòng)。圖3A 3C是與圖IA IC對(duì)應(yīng)的示圖，并且如圖IA那樣基于圖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(hào)，并且，省略其描述。在圖3A 3C中不設(shè)置在圖IA IC中設(shè)置的第 三半導(dǎo)體區(qū)域。在圖3A 3C中設(shè)置第一半導(dǎo)體區(qū)域110和第二半導(dǎo)體區(qū)域111。在這種 配置中，當(dāng)信號(hào)電荷流入相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件時(shí)，電荷經(jīng)由穿過(guò)第一半導(dǎo)體區(qū)域110的具 有寬度W3的路徑2并經(jīng)由穿過(guò)第二半導(dǎo)體區(qū)域111的具有寬度W4的路徑3流動(dòng)。這里， 由于第一半導(dǎo)體區(qū)域110和第二半導(dǎo)體區(qū)域111具有相同的雜質(zhì)濃度和相同的深度，因此 信號(hào)電荷經(jīng)由路徑3流入相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件的可能性比經(jīng)由路徑2流入相鄰的光電轉(zhuǎn)換 元件的可能性高。因此，即使在相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件中，在光電轉(zhuǎn)換元件200a中產(chǎn)生的信 號(hào)電荷的混合量也在光電轉(zhuǎn)換元件200c中比在光電轉(zhuǎn)換元件200b中大，由此導(dǎo)致不均勻。 即，在單色光電轉(zhuǎn)換裝置中，出現(xiàn)圖像質(zhì)量的不均勻。在用于照相機(jī)的單板式彩色光電轉(zhuǎn)換 裝置中，相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生不同的顏色信號(hào)，由此導(dǎo)致串?dāng)_(混色)。
另一方面，根據(jù)圖IA IC所示的配置，由于設(shè)置具有低雜質(zhì)濃度的第三半導(dǎo)體區(qū) 域，因此形成路徑1。與經(jīng)由路徑2相比，信號(hào)電荷更可能經(jīng)由路徑1流入相鄰的光電轉(zhuǎn)換 元件。可通過(guò)路徑1將由于路徑2和路徑3而變得不均勻的對(duì)于相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件的信 號(hào)電荷的混合量調(diào)整為均勻。這里，根據(jù)對(duì)于信號(hào)電荷的電勢(shì)的高度(即，勢(shì)壘的高度)確 定信號(hào)電荷流入相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件的可能性。這里，路徑3的勢(shì)壘比路徑2的勢(shì)壘低。路 徑1的勢(shì)壘比路徑3的勢(shì)壘低。即，如果在光電轉(zhuǎn)換元件之間存在用作勢(shì)壘的具有不同的 寬度的半導(dǎo)體區(qū)域，那么使得具有較寬的寬度的勢(shì)壘的一部分具有低的勢(shì)壘。因此，信號(hào)電 荷的混合量可被均等化。
在本示例性實(shí)施例中，在布置具有寬的寬度的半導(dǎo)體區(qū)域的光電轉(zhuǎn)換元件之間的 至少一個(gè)部分中布置具有低雜質(zhì)濃度的第三半導(dǎo)體區(qū)域112。根據(jù)這種配置，可以抑制從光 電轉(zhuǎn)換元件200a流入相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件的電荷。并且，從光電轉(zhuǎn)換元件200a流入光電 轉(zhuǎn)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(dǎo)體區(qū)域的光電轉(zhuǎn) 換元件之間的至少一個(gè)部分可以是具有寬的寬度的半導(dǎo)體區(qū)域的一部分。即，可以采用在 第一半導(dǎo)體區(qū)域中形成第三半導(dǎo)體區(qū)域的配置。
下面，通過(guò)使用圖8A 8G和圖9A 9G描述本示例性實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的 制造方法。圖8A 8G是通過(guò)使用與圖IB對(duì)應(yīng)的截面圖示出制造過(guò)程的示圖。圖9A 9G 是通過(guò)使用與圖IC對(duì)應(yīng)的截面圖示出制造過(guò)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'。然后，形成 LOCOS 113并且形成活性區(qū)域(圖8B和圖9B)。在圖8C和圖9C中，通過(guò)使用光致抗蝕劑 掩模執(zhí)行離子注入，并且，在LOCOS 113的端部形成P型第四半導(dǎo)體區(qū)域120。
然后，通過(guò)使用光致抗蝕劑掩模執(zhí)行希望的劑量的離子注入，并且，形成P型第一 半導(dǎo)體區(qū)域Iio和第二半導(dǎo)體區(qū)域111 (圖8D和圖9D)。然后，通過(guò)使用另一光致抗蝕劑掩 模執(zhí)行劑量比圖8D和圖9D中的小的離子注入，并且，形成P型第三半導(dǎo)體區(qū)域112(圖8E 和圖9E)。
然后，通過(guò)構(gòu)圖形成晶體管的柵電極(圖8F和圖9F)。隨后，形成光電轉(zhuǎn)換元件 的N型電荷蓄積區(qū)域116和P型表面保護(hù)層117，并且，形成晶體管的源極區(qū)域和漏極區(qū)域 (圖8G和圖9G)。
隨后，在受光面119上形成絕緣膜和布線，并且，形成層內(nèi)透鏡、濾色器和微透鏡7(未示出)。由此，完成光電轉(zhuǎn)換裝置。
第四半導(dǎo)體區(qū)域113被配置在元件隔離區(qū)域的絕緣體(或這里的LOCOS 113)與 光電轉(zhuǎn)換元件200之間，并且覆蓋光電轉(zhuǎn)換元件200的表面。該第四半導(dǎo)體區(qū)域Il3使得 能夠減少在元件隔離區(qū)域中產(chǎn)生的暗電流混合到光電轉(zhuǎn)換元件中。
作為本示例性實(shí)施例的應(yīng)用，可以如圖5A 5C所示的那樣在晶體管的柵電極下 面設(shè)置第三半導(dǎo)體區(qū)域。圖5A與圖IA對(duì)應(yīng)。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(hào)，并且，省略其描述。在圖5A、圖5B和圖5C中，作為復(fù)位MOS晶體管的 源極區(qū)域的替代，在放大MOS晶體管的柵電極203下面設(shè)置第三半導(dǎo)體區(qū)域512。即使通過(guò) 這種配置，從光電轉(zhuǎn)換元件200a流入光電轉(zhuǎn)換元件200b和200c中的電荷的量也可被均等 化，而從光電轉(zhuǎn)換元件200a流入相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件中的電荷受到抑制。
在本示例性實(shí)施例中，在復(fù)位MOS晶體管的源極區(qū)域下面設(shè)置第三半導(dǎo)體區(qū)域。 注意，同樣，在另一晶體管的源極區(qū)域中，可以在漏極區(qū)域下面布置第三半導(dǎo)體區(qū)域。
(第二示例性實(shí)施例)
通過(guò)使用圖4A、圖4B和圖4C描述本示例性實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置。圖4A與圖 IA對(duì)應(yīng)。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(hào)，并且省略其描 述。以下只描述本示例性實(shí)施例中的與第一示例性實(shí)施例不同的配置。
在第一示例性實(shí)施例中，通過(guò)雜質(zhì)濃度形成具有低勢(shì)壘的部分。另一方面，在本示 例性實(shí)施例中，通過(guò)形成勢(shì)壘的半導(dǎo)體區(qū)域的寬度形成具有低勢(shì)壘的部分。如同第一示例 性實(shí)施例那樣，本示例性實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置包含具有寬度W3的第一半導(dǎo)體區(qū)域110和 具有寬度W4的第二半導(dǎo)體區(qū)域111。并且，設(shè)置具有比寬度W4窄的第五寬度W5的第一導(dǎo) 電類型的第三半導(dǎo)體區(qū)域412。這里，第一半導(dǎo)體區(qū)域110、第二半導(dǎo)體區(qū)域111和第三半 導(dǎo)體區(qū)域412具有相同的雜質(zhì)濃度和深度Dl。在本示例性實(shí)施例中，作為第一示例性實(shí)施 例的路徑3的替代，設(shè)置穿過(guò)第三半導(dǎo)體區(qū)域412的路徑4。因此，可以均勻地調(diào)整混合到 相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電荷的量。
在由此如圖2B中那樣在光電轉(zhuǎn)換元件之間設(shè)置用作針對(duì)信號(hào)電荷的勢(shì)壘的具有 不同的寬度的半導(dǎo)體區(qū)域的情況下，在具有寬的寬度的區(qū)域的至少一部分中布置具有窄的 寬度的第三半導(dǎo)體區(qū)域412。根據(jù)這種配置，可以抑制從光電轉(zhuǎn)換元件200a流入相鄰的光 電轉(zhuǎn)換元件的電荷。并且，根據(jù)該配置，從光電轉(zhuǎn)換元件200a流入光電轉(zhuǎn)換元件200b的電 荷的量和從光電轉(zhuǎn)換元件200a流入光電轉(zhuǎn)換元件200c的電荷的量可被均等化。
與第一示例性實(shí)施例相比，簡(jiǎn)化了第一到第三半導(dǎo)體區(qū)域的形成過(guò)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(guò)相同的離子注入過(guò)程形成第一到第 三半導(dǎo)體區(qū)域。
(第三示例性實(shí)施例)
通過(guò)使用圖6A、圖6B和圖6C描述本示例性實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置。圖6A與圖 IA對(duì)應(yīng)。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(hào)，并且省略其描 述。以下只描述本示例性實(shí)施例中的與第一示例性實(shí)施例不同的配置。
在第一示例性實(shí)施例中，通過(guò)雜質(zhì)濃度形成具有低勢(shì)壘的部分。另一方面，在本示 例性實(shí)施例中，存在不設(shè)置形成勢(shì)壘的半導(dǎo)體區(qū)域的部分，由此形成具有低勢(shì)壘的部分。如 同第一示例性實(shí)施例那樣，本示例性實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置包含第一半導(dǎo)體區(qū)域110和第 二半導(dǎo)體區(qū)域111。在布置第一半導(dǎo)體區(qū)域110的區(qū)域212中形成沒(méi)有第一導(dǎo)電類型的半 導(dǎo)體區(qū)域的第三區(qū)域612。這里，第一半導(dǎo)體區(qū)域110和第二半導(dǎo)體區(qū)域111具有相同的雜 質(zhì)濃度和相同的深度D1。如圖6B所示，作為第一示例性實(shí)施例的路徑3的替代，設(shè)置穿過(guò) 第三區(qū)域612的路徑5。因此，可以均勻地調(diào)整混合到相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)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(zhuǎn)換元件的信號(hào) 電荷的量的比較。從光電轉(zhuǎn)換元件200a到光電轉(zhuǎn)換元件200c的信號(hào)電荷的混合量表示為 電荷混合量1。從光電轉(zhuǎn)換元件200a到光電轉(zhuǎn)換元件200b的信號(hào)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(guò)設(shè)計(jì)中的深入考慮，可進(jìn)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(zhuǎn)換元件之間布置用作針對(duì)信號(hào)電荷的勢(shì)壘的具 有不同的寬度的半導(dǎo)體區(qū)域的情況下，具有寬的寬度的半導(dǎo)體區(qū)域的至少一部分是缺口 (chipped，不被設(shè)置)。根據(jù)這種配置，可以抑制從光電轉(zhuǎn)換元件200a流向相鄰的光電轉(zhuǎn)換 元件的電荷。并且，從光電轉(zhuǎn)換元件200a流入光電轉(zhuǎn)換元件200b的電荷的量和從光電轉(zhuǎn) 換元件200a流入光電轉(zhuǎn)換元件200c的電荷的量可被均等化。如圖7A 7C所示，可以在晶體管的源極區(qū)域或漏極區(qū)域下面布置與區(qū)域612對(duì) 應(yīng)的區(qū)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(shì)的源極區(qū) 域、漏極區(qū)域或半導(dǎo)體區(qū)域下面布置該區(qū)域。該布置使得能夠?qū)⒃贚OCOS中產(chǎn)生的暗電流 排出(drain)到源極區(qū)域、漏極區(qū)域或半導(dǎo)體區(qū)域中。因此，可以減少流入光電轉(zhuǎn)換元件中 的暗電流。在本示例性實(shí)施例中，與第一示例性實(shí)施例相比，形成第一和第二半導(dǎo)體區(qū)域和 第三區(qū)域612的過(guò)程得到簡(jiǎn)化。即，關(guān)于用于形成第一和第二半導(dǎo)體區(qū)域的離子注入的掩 模圖案，使用不在第三區(qū)域612中設(shè)置開(kāi)口的圖案。因此，可以形成本示例性實(shí)施例的第一 和第二半導(dǎo)體區(qū)域和區(qū)域612。(第四示例性實(shí)施例)詳細(xì)描述在將本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置作為成像裝置應(yīng)用于成像系統(tǒng)的情況下的 示例性實(shí)施例。成像系統(tǒng)包括數(shù)字照相機(jī)、數(shù)字便攜式攝像機(jī)和監(jiān)視照相機(jī)。圖10示出將 光電轉(zhuǎn)換裝置應(yīng)用于作為成像系統(tǒng)的例子的數(shù)字照相機(jī)的情況下的框圖。
在圖10中，該系 統(tǒng)包括用于保護(hù)透鏡的擋板1、在成像裝置4(光電轉(zhuǎn)換裝置)處 形成被攝體的光學(xué)圖像的透鏡2、和用于改變通過(guò)透鏡2的光的量的光闌3。系統(tǒng)還包括對(duì) 于從成像裝置4輸出的圖像信號(hào)執(zhí)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換器6和對(duì)于從A/D轉(zhuǎn)換器 6輸出的圖像數(shù)據(jù)施加各種校正并且壓縮同一數(shù)據(jù)的信號(hào)處理單元7。在圖10中，該系統(tǒng) 還包括向成像裝置4、圖像信號(hào)處理電路5、A/D轉(zhuǎn)換器6和信號(hào)處理單元7輸出各種定時(shí) 信號(hào)的定時(shí)產(chǎn)生器8。該系統(tǒng)包括執(zhí)行各種運(yùn)算并且總體控制數(shù)字照相機(jī)的總體控制和算 術(shù)運(yùn)算單元9。該系統(tǒng)包括用于暫時(shí)存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器單元10、用于在記錄介質(zhì)上記 錄數(shù)據(jù)或從記錄介質(zhì)讀取數(shù)據(jù)的接口 11、和用于記錄和讀取圖像數(shù)據(jù)的諸如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 的可拆卸的記錄介質(zhì)12。并且，系統(tǒng)包括用于與外部計(jì)算機(jī)通信的接口 13。這里，可從外 面輸入定時(shí)信號(hào)。成像系統(tǒng)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(hào)的信 號(hào)處理單元7?？梢耘c成像裝置在同一基板上形成定時(shí)產(chǎn)生器或A/D轉(zhuǎn)換器。如上所述， 本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置可被應(yīng)用于成像系統(tǒng)。通過(guò)將本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置應(yīng)用于成像系 統(tǒng)，可以獲取高質(zhì)量圖像。(第五示例性實(shí)施例)這里，參見(jiàn)圖IlA 11E，如下描述每一個(gè)路徑中的電勢(shì)配置。圖IlA示意性地示 出關(guān)于圖IB中的路徑1中的信號(hào)電荷(這里是電子)的電勢(shì)配置。圖IlB示意性地示出 關(guān)于圖3B中的路徑2中的信號(hào)電荷的電勢(shì)配置。圖IlC示意性地示出關(guān)于圖4B中的路徑 4中的信號(hào)電荷的電勢(shì)配置。圖IlD示意性地示出關(guān)于圖6B中的路徑5中的信號(hào)電荷的電 勢(shì)配置。圖IlE示意性地示出關(guān)于圖IC中的路徑3中的信號(hào)電荷的電勢(shì)配置。首先，在圖1IA中的路徑1中，關(guān)于電子，N型半導(dǎo)體區(qū)域的電荷蓄積區(qū)域116中的 電勢(shì)Pl處于最低的狀態(tài)。P型的半導(dǎo)體區(qū)域114中的電勢(shì)P2高于電勢(shì)P1。寬度為W3的 第三半導(dǎo)體區(qū)域112中的電勢(shì)P3高于電勢(shì)P2。在圖IlB中的路徑2中，寬度為W3的第一半導(dǎo)體區(qū)域110中的電勢(shì)P4高于電勢(shì) P3。因此，不是第一半導(dǎo)體區(qū)域110的電勢(shì)而是第三半導(dǎo)體區(qū)域112的電勢(shì)較低。在圖IlD中的路徑3中，寬度為比W3窄的W4的第二半導(dǎo)體區(qū)域111處于電勢(shì)P4。 這里，比較路徑2和路徑3，路徑2中的第一半導(dǎo)體區(qū)域110與路徑3中的第二半導(dǎo)體區(qū)域 111的電勢(shì)處于相同的電勢(shì)4。但是，路徑2中的第一半導(dǎo)體區(qū)域110的寬度W3寬于路徑 3中的第二半導(dǎo)體區(qū)域111的寬度。從而，信號(hào)電荷幾乎不通過(guò)或者經(jīng)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(dǎo)體區(qū)域112具有與路徑2中的 第一半導(dǎo)體區(qū)域110的寬度相同的寬度W3。但是，路徑1中的第三半導(dǎo)體區(qū)域112處于比 路徑2中的第一半導(dǎo)體區(qū)域110的電勢(shì)低的電勢(shì)P3。從而，信號(hào)電荷易于通過(guò)或者經(jīng)由路 徑1(而非路徑2)傳輸。在這種狀態(tài)下，借助于第一區(qū)域在其一部分處具有較低的電勢(shì)區(qū) 域的配置(諸如路徑1)，例如第一半導(dǎo)體區(qū)域110的一部分被第三半導(dǎo)體區(qū)域112代替的 配置，能夠調(diào)整信號(hào)電荷的混合量。特別地，比較具有寬度W3和電勢(shì)P3的第三半導(dǎo)體區(qū)域 112與具有寬度W4和電勢(shì)P4的第二半導(dǎo)體區(qū)域111，設(shè)置雜質(zhì)濃度和半導(dǎo)體區(qū)域的寬度以 使得信號(hào)電荷能夠容易地通過(guò)第三半導(dǎo)體區(qū)域112而非第二半導(dǎo)體區(qū)域111傳輸將是有利 的。接著，在圖IlC中的路徑4中，第三半導(dǎo)體區(qū)域412具有比寬度W4窄的寬度W5，并 且處于電勢(shì)P4。這里，比較路徑2和路徑4，路徑2中的第一半導(dǎo)體區(qū)域110處于與路徑4中的第三半導(dǎo)體區(qū)域412的電勢(shì)相同的電勢(shì)P4。但是，路徑2中的第一半導(dǎo)體區(qū)域110具 有比路徑4中的第三半導(dǎo)體區(qū)域412的寬度要寬的寬度W3。即，信號(hào)電荷易于通過(guò)或者經(jīng) 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(dǎo)體區(qū)域412處 于與路徑3中的第二半導(dǎo)體區(qū)域111的電勢(shì)相同的電勢(shì)P4。但是，路徑4中的第三半導(dǎo)體 區(qū)域412具有比路徑3中的第二半導(dǎo)體區(qū)域111的寬度要窄的寬度W5。從而，信號(hào)電荷易 于通過(guò)或者經(jīng)由路徑4而非路徑3傳輸。借助于路徑4是第一區(qū)域的一部分這樣的配置， 艮口，用第三半導(dǎo)體區(qū)域412部分地替代第一半導(dǎo)體區(qū)域110，能夠調(diào)整信號(hào)電荷的混合量。參見(jiàn)圖11D，比較路徑5和路徑2，路徑2中的第一半導(dǎo)體區(qū)域110處于電勢(shì)P4。 而路徑5中的第三半導(dǎo)體區(qū)域612處于電勢(shì)P2。從而，信號(hào)電荷易于通過(guò)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(dǎo)體區(qū)域111處于電勢(shì)P4。而路徑 5中的第三半導(dǎo)體區(qū)域612處于電勢(shì)P2。從而，信號(hào)電荷易于通過(guò)路徑5而非路徑3傳輸。 借助于使得路徑5是第一區(qū)域的一部分的配置，即，用第三半導(dǎo)體區(qū)域612部分地替代第一 半導(dǎo)體區(qū)域110，能夠調(diào)整信號(hào)電荷的混合量。如上所述，當(dāng)在光電轉(zhuǎn)換元件之間布置用作針對(duì)信號(hào)電荷的勢(shì)壘(電勢(shì)壁壘)的 具有不同的寬度的半導(dǎo)體區(qū)域的情況下，使得具有寬的寬度的半導(dǎo)體區(qū)域的至少一個(gè)部分 的勢(shì)壘低。該配置可抑制在某個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的信號(hào)電荷不均勻地混入相鄰的光電 轉(zhuǎn)換元件中的任何光電轉(zhuǎn)換元件中。這里，減小電勢(shì)的一部分的配置是降低用作勢(shì)壘的半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度的一部 分、寬度變窄或者深度減小的配置，或者是不設(shè)置用作勢(shì)壘的半導(dǎo)體區(qū)域的一部分的配置。 可以適當(dāng)?shù)亟M合這些配置和各示例性實(shí)施例。可通過(guò)估計(jì)流入相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件中的量 的平衡進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)。 雖然已參照示例性實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開(kāi)的示例性 實(shí)施例。以下的權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋以包含所有這樣的修改和等同的結(jié)構(gòu) 和功能。
權(quán)利要求
1.一種光電轉(zhuǎn)換裝置，包括基板；布置在所述基板上的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件；和布置在所述基板上的用于傳送由光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的信號(hào)電荷的晶體管，其中，所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件包含第一光電轉(zhuǎn)換元件、與第一光電轉(zhuǎn)換元件相鄰的第二光電 轉(zhuǎn)換元件、以及與第一光電轉(zhuǎn)換元件相鄰的第三光電轉(zhuǎn)換元件，并且，具有第一寬度的第一區(qū)域被布置在第一光電轉(zhuǎn)換元件和第二光電轉(zhuǎn)換元件之間，具有比第一寬度窄的第二寬度的第二區(qū)域被布置在第一光電轉(zhuǎn)換元件和第三光電轉(zhuǎn) 換元件之間，具有第一導(dǎo)電類型以使得信號(hào)電荷是少數(shù)載流子并且具有第三寬度的第一半導(dǎo)體區(qū) 域被布置在第一區(qū)域中，具有第一導(dǎo)電類型并且具有比第三寬度窄的第四寬度的第二半導(dǎo)體區(qū)域被布置在第 二區(qū)域中，并且，具有比第一區(qū)域低的關(guān)于信號(hào)電荷的電勢(shì)的第三區(qū)域被布置在第一區(qū)域中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中，具有第一導(dǎo)電類型并具有比第四寬度窄的第五寬度的第三半導(dǎo)體區(qū)域被布置在第三 區(qū)域中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中，具有第一導(dǎo)電類型并且具有比第二半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度低的雜質(zhì)濃度的第三半導(dǎo) 體區(qū)域被布置在第三區(qū)域中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中，具有第一導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體區(qū)域以比第二半導(dǎo)體區(qū)域的深度淺的深度被布置在 第三區(qū)域中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中，具有第一導(dǎo)電類型、具有比第四寬度窄的第五寬度、并且具有比第二半導(dǎo)體區(qū)域的雜 質(zhì)濃度低的雜質(zhì)濃度的第三半導(dǎo)體區(qū)域被布置在第三區(qū)域中。
6.一種成像系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1的光電轉(zhuǎn)換裝置；和用于處理從所述光電轉(zhuǎn)換裝置輸出的信號(hào)的信號(hào)處理電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光電轉(zhuǎn)換裝置和成像系統(tǒng)。本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置包括第一光電轉(zhuǎn)換元件和第二光電轉(zhuǎn)換元件之間的用作針對(duì)信號(hào)電荷的勢(shì)壘的第一半導(dǎo)體區(qū)域、以及第一光電轉(zhuǎn)換元件和第三光電轉(zhuǎn)換元件之間的具有比第一半導(dǎo)體區(qū)域窄的寬度并用作針對(duì)信號(hào)電荷的勢(shì)壘的第二半導(dǎo)體區(qū)域。具有低勢(shì)壘的區(qū)域被設(shè)置在第一光電轉(zhuǎn)換元件和第二光電轉(zhuǎn)換元件之間的至少一部分處。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102034837SQ20101028832
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月24日
發(fā)明者川端康博, 高田英明 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社