ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ДАТЧИК ИЗОБРАЖЕНИЯ, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И АППАРАТ ДЛЯ СЪЕМКИ Российский патент 2013 года по МПК H01L27/146 

Уровень техники изобретения

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к твердотельному датчику изображения, способу его изготовления и аппарату для съемки.

Описание предшествующего уровня техники

Твердотельный датчик изображения, такой как ПЗС-датчик или КМОП-датчик включает в себя множество пикселей, расположенных в области формирования изображения. Каждый пиксель включает в себя фотоэлектрический преобразователь и затвор переноса, предназначенный для переноса зарядов, накапливаемых в фотоэлектрическом преобразователе, на участок вывода сигнала. Участок вывода сигнала может быть вертикальным регистром ПЗС в ПЗС-датчике или плавающей диффузионной областью, соединенной с затвором транзистора усиления в датчике на КМОП-структуре. Для эффективного накопления информационных зарядов и подавления темнового тока в фотоэлектрическом преобразователе обычно используется углубленный фотодиод, который включает в себя область p⁺-типа на поверхности полупроводника, область n-типа непосредственно под областью p⁺-типа и область n^--типа, которая контактирует с нижней поверхностью области p⁺-типа и служит в качестве области накопления информационных зарядов.

Количество электронов в состоянии насыщения (то есть, заряд в состоянии насыщения) в области накопления почти пропорционально произведению площади области накопления и глубины потенциальной ямы. Однако с углублением потенциальной ямы перенос электронов в участок вывода сигнала затрудняется. В частности, когда площадь пикселя мала, трудно гарантировать и достаточное количество электронов в состоянии насыщения, и рабочие параметры переноса информационных зарядов.

В публикации патента Японии № 2008-078302 описана структура, в которой область p⁺-типа, область n-типа, область p^--типа и область n^--типа расположены в этом порядке в направлении глубины от поверхности полупроводниковой подложки. В этой структуре, поскольку область p^--типа расположена в контакте с нижней поверхностью области n-типа, служащей в качестве области накопления, толщина области n-типа ограничена. Теория полупроводников учит, что более тонкая область накопления n-типа может давать более низкое напряжение, необходимое для обеднения области n-типа при условии, что концентрацию примеси в области накопления n-типа регулируют для сохранения постоянного количества электронов в состоянии насыщения. Поскольку низкое напряжение обеднения упрощает перенос информационного заряда, ограничение толщины области n-типа могло бы гарантировать и насыщение, и рабочие параметры переноса.

Вместе с тем, в структуре, описанной в выложенной заявке на патент Японии № 2008-078302, мал градиент потенциала в обедненной области p^--типа, собирающей информационный заряд. Это может уменьшить чувствительность или увеличить перекрестные помехи. В структуре, где область p-типа выполнена с возможностью изоляции пикселей в горизонтальном направлении, особенно, когда размер пикселя мал, область p-типа действует, сглаживая характеристику потенциала слоя n^--типа. Поэтому уменьшение чувствительности может оказаться более заметным. То есть в обычной структуре пикселей или структуре согласно публикации патентной заявки Японии № 2008-078302 может оказаться затрудненным удовлетворение требований, предъявляемых к количеству зарядов в состоянии насыщения, рабочим параметрам переноса и чувствительности, особенно когда размер пикселя мал.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение предоставляет способ, предпочтительный для удовлетворения требований, предъявляемых к количеству зарядов в состоянии насыщения, рабочим параметрам переноса и чувствительности.

В первом аспекте данного изобретения предложен твердотельный датчик изображения, содержащий: первую полупроводниковую область первого типа проводимости; вторую полупроводниковую область второго типа проводимости, расположенную в контакте с нижней поверхностью первой полупроводниковой области и функционирующую в качестве области накопления зарядов; третью полупроводниковую область, включающую в себя боковые поверхности, окруженные второй полупроводниковой областью; четвертую полупроводниковую область второго типа проводимости, расположенную на удалении от второй полупроводниковой области; и затвор переноса, который образует канал для переноса зарядов, накапливаемых во второй полупроводниковой области, в четвертую полупроводниковую область, причем третья полупроводниковая область является одной из полупроводниковой области первого типа проводимости и полупроводниковой области второго типа проводимости, а концентрация примеси в ней ниже, чем концентрация примеси во второй полупроводниковой области.

Во втором аспекте данного изобретения предложен способ изготовления твердотельного датчика изображения, включающего в себя подложку, в которой выполнены первая полупроводниковая область первого типа проводимости, вторая полупроводниковая область второго типа проводимости, расположенная в контакте с нижней поверхностью первой полупроводниковой области и функционирующая в качестве области накопления зарядов, и четвертая полупроводниковая область второго типа проводимости, расположенная на удалении от второй полупроводниковой области, и включающего в себя затвор переноса, который образует канал для переноса зарядов, накапливаемых во второй полупроводниковой области, в четвертую полупроводниковую область, причем способ содержит этап, на котором: имплантируют ионы первого типа проводимости в подложку для формирования третьей полупроводниковой области, включающей в себя боковые поверхности, окруженные второй полупроводниковой областью.

В третьем аспекте данного изобретения предложен способ изготовления твердотельного датчика изображения, включающего в себя первую полупроводниковую область первого типа проводимости, вторую полупроводниковую область второго типа проводимости, расположенную в контакте с нижней поверхностью первой полупроводниковой области и функционирующую в качестве области накопления зарядов, четвертую полупроводниковую область второго типа проводимости, расположенную на удалении от второй полупроводниковой области, и затвор переноса, который образует канал для переноса зарядов, накапливаемых во второй полупроводниковой области, в четвертую полупроводниковую область, причем способ содержит этап, на котором: имплантируют ионы в область, где должна быть сформирована вторая полупроводниковая область, для формирования второй полупроводниковой области и ограничения третьей полупроводниковой области второго типа проводимости, включающей в себя боковые поверхности, окруженные второй полупроводниковой областью, причем третья полупроводниковая область является полупроводниковой областью, в которой концентрация примеси второго типа проводимости ниже, чем таковая во второй полупроводниковой области.

В четвертом аспекте данного изобретения предложен аппарат для съемки, содержащий: твердотельный датчик, заданный в первом аспекте данного изобретения; и блок обработки, который обрабатывает сигнал, выведенный из твердотельного датчика изображения.

Дополнительные признаки данного изобретения станут очевидными из нижеследующего описания возможных вариантов осуществления, приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлен вид в плане, иллюстрирующий структуру одного пикселя твердотельного датчика изображения в соответствии с первым, вторым и четвертым вариантами осуществления данного изобретения;

на фиг.2 представлен разрез, иллюстрирующий структуру одного пикселя твердотельного датчика изображения в соответствии с первым вариантом осуществления данного изобретения;

на фиг.3 представлен разрез для пояснения способа изготовления твердотельного датчика изображения в соответствии с первым вариантом осуществления данного изобретения;

на фигурах 4А и 4В представлены графики, иллюстрирующие распределения потенциала;

на фиг.5 представлен разрез, иллюстрирующий структуру одного пикселя твердотельного датчика изображения в соответствии со вторым вариантом осуществления данного изобретения;

на фиг.6 представлен разрез для пояснения способа изготовления твердотельного датчика изображения в соответствии со вторым вариантом осуществления данного изобретения;

на фиг.7 представлен вид в плане, иллюстрирующий структуру одного пикселя твердотельного датчика изображения в соответствии с третьим вариантом осуществления данного изобретения;

на фиг.8 представлен разрез, иллюстрирующий структуру одного пикселя твердотельного датчика изображения в соответствии с третьим вариантом осуществления данного изобретения; и

на фиг.9 представлен разрез, иллюстрирующий структуру одного пикселя твердотельного датчика изображения в соответствии с четвертым вариантом осуществления данного изобретения.

Описание вариантов осуществления

Твердотельный датчик изображения согласно данному изобретению применим для создания различных датчиков, таких, как КМОП-датчик и ПЗС-датчик, которые имеют функцию переноса зарядов, накапливаемых в области накопления зарядов, на участок вывода сигнала, такой как плавающая диффузионная область или вертикальный регистр ПЗС.

Твердотельный датчик изображения включает в себя множество пикселей. Каждый пиксель может включать в себя фотоэлектрический преобразователь, включающий в себя область накопления зарядов, и затвор переноса, который образует канал для переноса зарядов (электронов или дырок), накапливаемых в области накопления зарядов. В КМОП-датчике, множество пикселей или множество фотоэлектрических преобразователей могут совместно использовать плавающую диффузионную область, служащую в качестве участка вывода сигнала.

Употребляемые в формуле изобретения словосочетания «первый тип проводимости» и «второй тип проводимости» являются терминами, которые выражают типы проводимости, отличающиеся друг от друга. Если «первый тип проводимости» является проводимостью p-типа, то «второй тип проводимости» является проводимостью n-типа. В нижеследующем примере для простоты предполагается, что тип проводимости определяется так, как сказано выше, но данное изобретение применимо также в устройстве с обратной полярностью. Область накопления зарядов n-типа запасает электроны из носителей, представляющих собой электроны и дырки, генерируемых в области фотоэлектрического преобразования, а область накопления зарядов p-типа запасает дырки в качестве носителей информационных зарядов. Данное изобретение применимо к различным датчикам, имеющим функцию переноса зарядов, накапливаемых в области накопления зарядов, на участок вывода сигнала, как описано выше. Однако для простоты в нижеследующем примере речь идет лишь о КМОП-датчике.

На фиг.1 представлен вид в плане, иллюстрирующий структуру одного пикселя ПИКС КМОП-датчика в соответствии с первым вариантом осуществления данного изобретения.

Пиксель ПИКС может включать в себя фотодиод 1 (именуемый далее ФД), плавающую диффузионную область 3 (именуемую далее ПДО), служащую в качестве участка вывода сигнала, и затвор 4 переноса. ФД 1 включает в себя накопитель зарядов, который накапливает информационный заряд, генерируемый падающим светом. ПДО 3 изменяет свой потенциал в соответствии с количеством зарядов, перенесенных в ПДО. То есть, ПДО 3 функционирует как преобразователь заряда в напряжение, который преобразует сигнал в форме заряда в сигнал в форме напряжения. Отметим, что ПДО 3 может быть соединена с другой ПДО или может использоваться совместно еще одним ФД. Затвор 4 переноса образует канал для переноса зарядов, накапливаемых в накопителе зарядов, входящем в состав ФД 1, в ПДО 3. Рассматривая ФД 1 в качестве истока или стока, а ПДО 3 - в качестве стока или истока, можно представить себе, что транзистор на структуре «металл-оксид-полупроводник» (МОП-транзистор) состоит из ФД 1, ПДО 3 и затвора 4 переноса. ФД 1 и ПДО 3 изолированы от других элементов (других элементов в пикселе и других элементов других пикселей) изолятором 2 элементов, который может состоять либо из изолирующего материала, либо из p-n перехода. Пиксель ПИКС может включать в себя область 5, где расположен еще один элемент, такой как МОП-транзистор усиления, который выводит сигнал, соответствующий потенциалу ПДО 3, в вертикальную сигнальную шину, или МОП-транзистор сброса, который сбрасывает потенциал ПДО 3.

На фиг.2 представлен разрез, проведенный вдоль линии A-В, показанной на фиг.1. Пиксель ПИКС включает в себя первую полупроводниковую область 13 первого типа проводимости (в этом случае - область p⁺-типа) и вторую полупроводниковую область 14 второго типа проводимости (область n-типа, в этом случае - область накопления информационных электронов), расположенную в контакте с нижней поверхностью первой полупроводниковой области 13 и функционирующей в качестве накопителя зарядов. В качестве отличительной структуры пиксель ПИКС также включает в себя третью полупроводниковую область 15 первого типа проводимости (область p-типа), включающую в себя боковые поверхности, окруженные второй полупроводниковой областью 14. Пиксель ПИКС также включает в себя ПДО 3, которая является четвертой полупроводниковой областью второго типа проводимости и расположена на удалении от второй полупроводниковой области 14, и затвор 4 переноса, который образует канал в пятой полупроводниковой области 8 второго типа проводимости (области n^--типа) для переноса зарядов, накапливаемых во второй полупроводниковой области 14, в ПДО 3. Затвор 4 переноса расположен на изолирующей пленке 12 на пятой полупроводниковой области 8. Пятая полупроводниковая область 8 может включать в себя участок, который контактирует с нижней поверхностью второй полупроводниковой области 14 и нижней поверхностью третьей полупроводниковой области 15, участок, который контактирует с ПДО 3, и участок, где образован канал за счет потенциала, прикладываемого к затвору 4 переноса. ФД 1 и ПДО 3 изолированы от других элементов (других элементов в пикселе и других элементов других пикселей) изолятором 2 элементов. Пиксель ПИКС также включает в себя шестую полупроводниковую область 9 первого типа проводимости, которая контактирует с нижней поверхностью пятой полупроводниковой области 8. ФД 1 представляет собой углубленную структуру, образованную первой полупроводниковой областью 13, второй полупроводниковой областью 14, третьей полупроводниковой областью 15, пятой полупроводниковой областью 8 и шестой полупроводниковой областью 9. Шестая полупроводниковая область 9 первого типа проводимости ограничивает глубину ФД 1 и покрывает полупроводниковую область 7 (например, полупроводниковую подложку) второго типа проводимости. Полупроводниковая область 10 первого типа проводимости, образующая ограничитель канала, может быть сформирована под изолятором 2 элементов. Полупроводниковая область 11 первого типа проводимости, изолирующая пиксели друг от друга, может быть сформирована между шестой полупроводниковой областью 9 и полупроводниковой областью 10, которая выполнена с возможностью образования ограничителя канала. Полупроводниковая область 11 сформирована, например, из множества полупроводниковых областей в направлении глубины. Полупроводниковая область 11 может иметь, например, множество пиков концентрации примеси.

Третья полупроводниковая область 15 первого типа проводимости может быть сформирована так, что не будет находиться в контакте с шестой полупроводниковой областью 9 первого типа проводимости. Иными словами, нижняя поверхность третьей полупроводниковой области 15 находится в таком положении, что располагается не так глубоко, как верхняя поверхность шестой полупроводниковой области 9 первого типа проводимости. В предпочтительном варианте, нижняя поверхность третьей полупроводниковой области 15 находится в таком положении, что располагается не так глубоко, как самый верхний конец полупроводниковой области 11, чтобы не уменьшать градиент потенциала в полупроводниковой области 14 как области фотоэлектрического преобразования. Третья полупроводниковая область 15 может располагаться не в контакте с первой полупроводниковой областью 13 первого типа проводимости. Иными словами, третья полупроводниковая область 15 может включать в себя верхнюю поверхность, которая контактирует со второй полупроводниковой областью 14 второго типа проводимости.

Пятая полупроводниковая область 8, которая простирается от второй полупроводниковой области 14 второго типа проводимости, окружая, по меньшей мере, верхние участки боковых поверхностей третьей полупроводниковой области 15 первого типа проводимости, до шестой полупроводниковой области 9, служит в качестве области фотоэлектрического преобразования, где падающий свет генерирует носители, представляющие собой электроны и дырки. Поскольку градиент потенциала в этой области почти равен градиенту потенциала в компоновке без третьей полупроводниковой области 15, структура с высокой квантовой эффективностью поддерживает и низкие перекрестные помехи, и высокую чувствительность.

На фиг.3 представлен разрез для пояснения этапа ионной имплантации, на котором формируют третью полупроводниковую область 15. Способ изготовления твердотельного датчика изображения согласно первому варианту осуществления может включать в себя этап формирования маски и этап ионной имплантации. На этапе формирования маски происходит формирование маски M1, имеющей отверстие ОТВ1, соответствующее третьей полупроводниковой области 15. На этапе ионной имплантации, с помощью маски М1 имплантируют ионы в подложку для создания первого типа проводимости. Формирование полупроводниковой области 13 или второй полупроводниковой области 14, которые на фиг.3 представлены для того, чтобы в явном виде показать геометрическую связь с третьей полупроводниковой областью 15, не обязательно должно заканчиваться на этом этапе. Их можно формировать и после формирования полупроводниковой области 15. Третью полупроводниковую область 15 и полупроводниковую область 10 первого типа проводимости можно формировать за один этап. В данном случае, предполагается, что третья полупроводниковая область 15 имеет первый тип проводимости (т.е. являющейся областью p-типа). Вместе с тем, она может иметь второй тип проводимости (быть областью n-типа) и обладать концентрацией примеси, которая ниже, чем концентрация примеси во второй полупроводниковой области 14. В этом случае, ионную имплантацию проводят с использованием дозы, меньшей, чем доза для второго типа проводимости. Способ изготовления твердотельного датчика изображения согласно первому варианту осуществления может также включать в себя этап имплантации ионов в подложку для дальнейшего формирования полупроводниковой области 11 первого типа проводимости под полупроводниковой областью 10 первого типа проводимости.

На фиг.4А представлен график, иллюстрирующий распределение потенциала вдоль линии A-В, показанной на фиг.1, когда затвор 4 переноса не образует канал (когда МОП-транзистор переноса, включающий в себя затвор 4 переноса, выключен). В этом состоянии, электроны накапливаются во второй полупроводниковой области 14, служащей в качестве области накопления зарядов. На фиг.4B представлен график, иллюстрирующий распределение потенциала вдоль линии A-В, показанной на фиг.1, когда затвор 4 переноса образует канал (когда МОП-транзистор переноса, включающий в себя затвор 4 переноса, включен). В этом состоянии, электроны, накапливаемые во второй полупроводниковой области 14, служащей в качестве области накопления зарядов, переносятся в ПДО 3 по упомянутому каналу. Обращаясь к фиг.4A и 4B, отмечаем, что жирная линия обозначает распределение потенциала в пикселе согласно первому варианту осуществления, а тонкая линия обозначает распределение потенциала в пикселе согласно сравнительному примеру, в котором из структуры, показанной на фиг.2, исключена третья полупроводниковая область 15, а концентрация примеси во второй полупроводниковой области 14 отрегулирована так, что присутствующий в состоянии насыщения заряд во второй полупроводниковой области 14, является таким же, как заряд в состоянии насыщения согласно первому варианту осуществления.

Как показано на фиг.4A, нижний участок распределения потенциала согласно первому варианту осуществления постирается в горизонтальном направлении больше, чем в сравнительном примере. Следовательно, этот нижний участок распределения потенциала ближе к затвору 4 переноса в первом варианте осуществления, чем в сравнительном примере. Так происходит потому, что структура включает в себя третью полупроводниковую область 15 первого типа проводимости, включающую в себя боковые поверхности, окруженные второй полупроводниковой областью 14 второго типа проводимости. Первый вариант осуществления менее зависим от потенциального барьера на пути от ФД 1 к ПДО 3, чем сравнительный пример. Следовательно, первый вариант осуществления, который, сохраняя сигналы в состоянии насыщения, мог бы улучшить рабочие параметры переноса заряда в ПДО 3, оказывается лучше по сравнению со сравнительным примером. С другой стороны, нижний участок распределения потенциала в первом варианте осуществления выше, чем в сравнительном примере. Вместе с тем, поскольку нижний участок распределения потенциала согласно первому варианту осуществления простирается в горизонтальном направлении, как описано выше, подавляется уменьшение количества зарядов в состоянии насыщения. Отметим, что количество зарядов в состоянии насыщения можно увеличить, увеличивая концентрацию примеси второго типа проводимости во второй полупроводниковой области 14.

Поэтому структура пикселя согласно первому варианту осуществления предпочтительна для получения достаточной чувствительности и достаточного количества зарядов в состоянии насыщения, особенно - когда размер пикселя мал.

Структура одного пикселя ПИКС датчика на КМОП-структуре в соответствии со вторым вариантом осуществления данного изобретения будет описана со ссылками на фиг.5. Отметим, что те особенности, которые здесь не упоминаются, могут соответствовать первому варианту осуществления. Пиксель ПИКС согласно второму варианту осуществления включает в себя третью полупроводниковую область 150 второго типа проводимости (область n^--типа) вместо третьей полупроводниковой области 15 первого типа проводимости согласно первому варианту осуществления. Концентрация примеси второго типа проводимости в третьей полупроводниковой области 150 (области n^--типа) ниже, чем концентрация примеси второго типа проводимости во второй полупроводниковой области 14 (области n-типа). Концентрация примеси второго типа проводимости в третьей полупроводниковой области 150 (области n^--типа) может быть равна концентрации примеси в пятой полупроводниковой области 8 (области n^--типа). Вторая полупроводниковая область 14 может иметь форму рамки или форму кольца.

На фиг.6 представлен разрез для пояснения этапа ионной имплантации, на котором имплантируют ионы в подложку для формирования второй полупроводниковой области 14 так, чтобы она ограничивала третью полупроводниковую область 150. Способ изготовления твердотельного датчика изображения согласно второму варианту осуществления включает в себя этап формирования маски М2, имеющей отверстие ОТВ2, соответствующее области, где должна быть сформирована вторая полупроводниковая область 14, и этап ионной имплантации, на котором имплантируют ионы в подложку с помощью маски М2. Маску М2 формируют так, чтобы она покрывала участок, где должна быть сформирована третья полупроводниковая область 150. На этапе ионной имплантации, ионы имплантируют в ту область в подложке, где вторая полупроводниковая область 14 должна быть сформирована с помощью маски М2 таким образом, чтобы она ограничивала третью полупроводниковую область 150 второго типа проводимости, включающую в себя боковые поверхности, окруженные второй полупроводниковой областью 14 второго типа проводимости. На фиг.6 показано геометрическое отношение полупроводниковых областей. Первую полупроводниковую область 13 можно формировать после формирования полупроводниковой области 14.

В соответствии со структурой пикселя согласно второму варианту осуществления можно сформировать такое же распределение потенциала, как то, которое сформировано посредство структуры пикселя согласно первому варианту осуществления. Кроме того, эта структура пикселя проще ввиду отсутствия третьей полупроводниковой области 15 первого типа проводимости.

Второй вариант осуществления также предпочтителен для получения достаточной проводимости, достаточных рабочих параметров переноса и достаточного количества зарядов в состоянии насыщения.

Третий вариант осуществления данного изобретения будет описан со ссылками на фигуры 7 и 8. На фиг.7 представлен вид в плане, иллюстрирующий структуру одного пикселя ПИКС КМОП-датчика в соответствии с третьим вариантом осуществления данного изобретения. На фиг.8 представлен схематический разрез, проведенный вдоль линии С-D, показанной на фиг.7. Отметим, что те особенности, которые здесь не упоминаются, могут соответствовать первому варианту осуществления. В третьем варианте осуществления каждый пиксель включает в себя вторую полупроводниковую область 14, третью полупроводниковую область 15 и затвор 4 переноса. Между второй полупроводниковой областью 14 одного пикселя и второй полупроводниковой областью 14 другого пикселя расположена полупроводниковая область 20 первого типа проводимости. На полупроводниковой области 20 нет изолятора элементов. Когда изолятор элементов (например, полученный способом локального окисления кремния (Local Oxidation of Silicon, LOCOS) или узкощелевой изоляции (Shallow Trench Isolation, STI)), выполненный из изолирующего материала (пленки диоксида), используется для изоляции фотодетекторов друг от друга, то разрыв периодической структуры атомов на поверхности раздела между полупроводником и изолятором может вызывать темновой ток, что приводит к ухудшению качества изображения. В третьем варианте осуществления, полупроводниковая область 20 (примесная полупроводниковая область) используется для изоляции фотодетекторов соседних пикселей друг от друга. Третья полупроводниковая область 15, предназначенная для управления распределением потенциала, и полупроводниковая область 20, предназначенная для изоляции, могут быть сформированы за один этап. В этом случае, процесс можно упростить. Этот упрощенный процесс можно проводить, когда третья полупроводниковая область 15 и полупроводниковая область 20 расположены на одинаковой глубине и имеют одинаковую концентрацию примеси. Отметим, что этап формирования третьей полупроводниковой области 15 можно проводить до или после этапа формирования первой полупроводниковой области 13 и второй полупроводниковой области 14.

Третий вариант осуществления предпочтителен для получения достаточной проводимости, достаточных рабочих параметров переноса и достаточного количества зарядов в состоянии насыщения, а также предпочтителен для снижения темнового тока.

На фиг.9 представлен схематический разрез, проведенный вдоль линии А-В, показанной на фиг.1, для иллюстрации структуры одного пикселя ПИКС КМОП-датчика в соответствии с четвертым вариантом осуществления данного изобретения. Те особенности, которые здесь не упоминаются, могут соответствовать первому варианту осуществления. Пиксель ПИКС согласно четвертому варианту осуществления дополнительно включает в себя полупроводниковую область 16 первого типа проводимости (карман p-типа), включающую в себя участок, который контактирует с нижней поверхностью второй полупроводниковой области 14 и нижней поверхностью третьей полупроводниковой области 15. Полупроводниковая область 16 может включать в себя участок, который контактирует с ПДО 3, и участок, где образован канал за счет потенциала, прикладываемого к затвору 4 переноса. В четвертом варианте осуществления, поскольку градиент потенциала может быть меньшим, то можно получить высокие рабочие параметры переноса, но чувствительность может быть ниже. Структура пикселя согласно четвертому варианту осуществления также предпочтительна, как для эффективности переноса, так и для количества зарядов в насыщенном состоянии, ввиду присутствия третьей полупроводниковой области 15. Этот вывод также применим даже тогда, когда полупроводниковая область 150 второго типа проводимости располагается на месте полупроводниковой области 15 первого типа проводимости, как во втором варианте осуществления.

В вариантах осуществления с первого по четвертый концентрация примеси первого типа проводимости в третьей полупроводниковой области 15 или полупроводниковой области 150 ниже, чем в первой полупроводниковой области 13 первого типа проводимости.

Третья полупроводниковая область 15 может находиться во второй полупроводниковой области 14, или может находиться множество третьих полупроводниковых областей 15. Например, в третьем варианте осуществления, в дополнение к полупроводниковой области 20 можно предусмотреть третью полупроводниковую область 15, сформированную одновременно с полупроводниковой областью 11.

В первом, втором и третьем вариантах осуществления, можно обеднять слабо легированную пятую полупроводниковую область 8 второго типа проводимости, чтобы сформировать основную область фотоэлектрического преобразования. Вместе с тем, пятую полупроводниковую область 8 второго типа проводимости можно заменить сильно легированной полупроводниковой областью первого типа проводимости. При необходимости, компоновки согласно вариантам осуществления можно объединять.

В качестве примера применения твердотельного датчика изображения в соответствии с вышеописанными вариантами осуществления, будет приведен аппарат для съемки, включающий в себя такой твердотельный датчик изображения. Понятие «аппарат для съемки» в данном случае распространяется не только на устройство, основным назначением которого является съемка, но и на устройство (например, персональный компьютер или сотовый телефон), имеющее функцию съемки в качестве вспомогательной. Аппарат для съемки включает в себя твердотельный датчик изображения согласно данному изобретению, описанный в вышеуказанных вариантах осуществления, и блок обработки, который обрабатывает сигнал, выведенный из твердотельного датчика изображения. Блок обработки может включать в себя, например, аналого-цифровой преобразователь и процессор, который обрабатывает цифровые данные, выведенные из аналого-цифрового преобразователя.

Хотя данное изобретение описано со ссылками на примерные варианты осуществления, должно быть ясно, что изобретение не ограничивается описанными примерными вариантами осуществления. Объем нижеследующей формулы изобретения следует толковать в самом широком смысле как охватывающий все такие модификации, а также эквивалентные структуры и функции.

Изобретение относится к твердотельному датчику изображения, способу его изготовления и аппарату для съемки. Твердотельный датчик изображения включает в себя первую полупроводниковую область первого типа проводимости, вторую полупроводниковую область второго типа проводимости, расположенную в контакте с нижней поверхностью первой полупроводниковой области и функционирующую в качестве области накопления зарядов, третью полупроводниковую область, включающую в себя боковые поверхности, окруженные второй полупроводниковой областью, четвертую полупроводниковую область второго типа проводимости, расположенную на удалении от второй полупроводниковой области, и затвор переноса, который образует канал для переноса зарядов, накапливаемых во второй полупроводниковой области, в четвертую полупроводниковую область. Третья полупроводниковая область является областью первого типа проводимости или второго типа проводимости, а концентрация примеси в ней ниже, чем концентрация примеси во второй полупроводниковой области. Третья полупроводниковая область включает в себя верхнюю поверхность, которая контактирует со второй полупроводниковой областью. Изобретение обеспечивает возможность удовлетворения требований, предъявляемых к количеству зарядов в состоянии насыщения, рабочим параметрам переноса и чувствительности заявляемого датчика изображения. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Твердотельный датчик изображения, содержащий:
первую полупроводниковую область первого типа проводимости;
вторую полупроводниковую область второго типа проводимости, расположенную в контакте с нижней поверхностью первой полупроводниковой области и функционирующую в качестве области накопления зарядов;
третью полупроводниковую область, включающую в себя боковые поверхности, окруженные второй полупроводниковой областью;
четвертую полупроводниковую область второго типа проводимости, расположенную на удалении от второй полупроводниковой области; и
затвор переноса, который образует канал для переноса зарядов, накапливаемых во второй полупроводниковой области, в четвертую полупроводниковую область,
причем третья полупроводниковая область является (a) полупроводниковой областью, которая полностью образована из первого типа проводимости, или (b) полупроводниковой областью, которая полностью образована из второго типа проводимости, концентрация примеси которых ниже, чем концентрация примеси во второй полупроводниковой области, и
причем третья полупроводниковая область включает в себя верхнюю поверхность, которая контактирует со второй полупроводниковой областью.

2. Датчик по п.1, дополнительно содержащий пятую полупроводниковую область второго типа проводимости, включающую в себя участок, который контактирует с нижней поверхностью второй полупроводниковой области и нижней поверхностью третьей полупроводниковой области.

3. Датчик по п.2, дополнительно содержащий шестую полупроводниковую область первого типа проводимости, которая контактирует с нижней поверхностью пятой полупроводниковой области.

4. Датчик по п.1, дополнительно содержащий полупроводниковую область первого типа проводимости, включающую в себя участок, который контактирует с нижней поверхностью второй полупроводниковой области и нижней поверхностью третьей полупроводниковой области.

5. Датчик по п.1, выполненный с возможностью содержать множество пикселей, причем каждый пиксель включает в себя вторую полупроводниковую область, третью полупроводниковую область и затвор переноса, а между второй полупроводниковой областью одного пикселя и второй полупроводниковой областью другого пикселя расположена полупроводниковая область первого типа проводимости.

6. Датчик по п.1, выполненный с возможностью содержать множество пикселей, причем каждый пиксель включает в себя вторую полупроводниковую область, третью полупроводниковую область и затвор переноса, а между второй полупроводниковой областью одного пикселя и второй полупроводниковой областью другого пикселя расположена полупроводниковая область первого типа проводимости, и
третья полупроводниковая область и упомянутая полупроводниковая область расположены на одинаковой глубине и имеют одинаковую концентрацию примеси.

7. Способ изготовления твердотельного датчика изображения, включающего в себя подложку, в которой выполнены первая полупроводниковая область первого типа проводимости, вторая полупроводниковая область второго типа проводимости, расположенная в контакте с нижней поверхностью первой полупроводниковой области и функционирующая в качестве области накопления зарядов, и четвертая полупроводниковая область второго типа проводимости, расположенная на удалении от второй полупроводниковой области, и включающего в себя затвор переноса, который образует канал для переноса зарядов, накапливаемых во второй полупроводниковой области, в четвертую полупроводниковую область, причем способ содержит этап, на котором: имплантируют ионы первого типа проводимости в область подложки так, чтобы изменить всю упомянутую область на третью полупроводниковую область, включающую в себя боковые поверхности, окруженные второй полупроводниковой областью, и верхнюю поверхность, контактирующую со второй полупроводниковой областью.

8. Способ по п.7, в котором
твердотельный датчик изображения включает в себя множество пикселей, каждый из которых включает в себя вторую полупроводниковую область, третью полупроводниковую область и затвор переноса, и
при имплантации ионов ионы имплантируют в подложку для формирования полупроводниковой области первого типа проводимости между второй полупроводниковой областью одного пикселя и второй полупроводниковой областью другого пикселя вместе с третьей полупроводниковой областью.

9. Способ по п.8, в котором при имплантации ионов ионы имплантируют в подложку таким образом, что третья полупроводниковая область и упомянутая полупроводниковая область первого типа проводимости располагаются на одинаковой глубине и имеют одинаковую концентрацию примеси.

10. Способ по п.8, дополнительно содержащий имплантацию ионов в подложку для формирования другой полупроводниковой области первого типа проводимости под упомянутой полупроводниковой областью первого типа проводимости.

11. Способ по п.7, дополнительно предусматривающий формирование первой полупроводниковой области и второй полупроводниковой области после имплантации ионов для формирования третьей полупроводниковой области.

12. Аппарат для съемки, содержащий: твердотельный датчик изображения по любому из пп.1-6 и блок обработки, который обрабатывает сигнал, выведенный из твердотельного датчика изображения.