УСТРОЙСТВО СНЯТИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ И СИСТЕМА СНЯТИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК H01L27/14 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Один раскрытый аспект вариантов осуществления относится к устройству снятия изображения и, более конкретно, к структуре изоляции между элементами фотоэлектрического преобразования.

Описание уровня техники

[0002] В данный момент устройство фотоэлектрического преобразования имеет режим, в котором сигналы, сгенерированные во множестве элементов фотоэлектрического преобразования, обрабатываются в качестве сигнала одного пиксела. К примеру, была раскрыта технология, в которой обнаружение фокуса с использованием способа разности фаз выполняется посредством фокусировки света на множестве элементов фотоэлектрического преобразования с использованием одной микролинзы. К примеру, как описывается в выложенном патенте Японии № 2001-250931, обнаружение фокуса выполняется посредством раздельного считывания сигналов элементов фотоэлектрического преобразования, соответствующих одной микролинзе. Соответственно посредством добавления сигналов элементов фотоэлектрического преобразования, соответствующих одной микролинзе, сигналы могут быть обработаны в качестве сигнала одного пиксела.

[0003] При обработке сигналов множества элементов фотоэлектрического преобразования в качестве сигнала одного пиксела, соответствующий сигнал не может быть получен в случае наличия разностей в чувствительности или количестве падающего света между множеством элементов фотоэлектрического преобразования. В частности, в связи с тем, что элементы фотоэлектрического преобразования располагаются в непосредственной близости к различным элементам, соответствующий сигнал не может быть получен в зависимости от структуры изоляции между соседними элементами. Это является процессом, который может быть выполнен не только в варианте применения, таком как обнаружение разности фаз, но также и в различных вариантах применения, при этом в развитии области применения устройств снятия изображения могут возникнуть большие проблемы.

[0004] Настоящие варианты осуществления обеспечивают желаемый сигнал в ситуации, когда один сигнал получают с использованием сигналов множества элементов фотоэлектрического преобразования посредством создания структуры изоляции между элементами фотоэлектрического преобразования и элементами, которые находятся в непосредственной близости к соответствующим элементам фотоэлектрического преобразования.

Сущность изобретения

[0005] Один из вариантов осуществления является устройством снятия изображения, которое включает в себя множество блоков фотоэлектрического преобразования, каждый из которых включает в себя множество элементов фотоэлектрического преобразования. Сигналы множества элементов фотоэлектрического преобразования, включенных во множество блоков фотоэлектрического преобразования, складываются. Каждый из множества элементов фотоэлектрического преобразования включает в себя первую полупроводниковую область первого типа проводимости, которая получает сигнальные несущие. Первые полупроводниковые области, включенные в элементы фотоэлектрического преобразования, которые включаются в состав каждого из блоков фотоэлектрического преобразования и располагаются в непосредственной близости друг к другу, размещают между собой вторую полупроводниковую область второго типа проводимости. Высота потенциального барьера для сигнальных несущих, сгенерированных в определенной области второй полупроводниковой области, меньше высоты потенциального барьера для сигнальных несущих, сгенерированных в области, находящейся между каждой из первых полупроводниковых областей и стоковой областью для избыточных зарядов первого типа проводимости.

[0006] Дополнительные признаки раскрытия прояснятся после ознакомления со следующим описанием иллюстративных вариантов осуществления, которое представлено со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

[0007] Фиг.1 изображает графическое представление, схематично иллюстрирующее общую конфигурацию устройства снятия изображения, в соответствии с каждым из настоящих вариантов осуществления.

[0008] Фиг.2 изображает графическое представление, иллюстрирующее принципиальную схему пикселов в устройстве снятия изображения, в соответствии с первым вариантом осуществления.

[0009] Фиг.3А-3D изображают графические представления, схематично иллюстрирующие структуры поперечного сечения и минимальные потенциалы пикселов в устройстве снятия изображения, в соответствии с первым вариантом осуществления.

[0010] Фиг.4 изображает графическое представление, схематично иллюстрирующее выходной сигнал устройства снятия изображения, в соответствии с первым вариантом осуществления.

[0011] Фиг.5A-5D изображают графические представления, схематично иллюстрирующие минимальный потенциал устройства снятия изображения, в соответствии с первым вариантом осуществления.

[0012] Фиг.6A и 6B изображают графические представления, схематично иллюстрирующие структуру поперечного сечения и минимальный потенциал пикселов в устройстве снятия изображения, в соответствии со вторым вариантом осуществления.

[0013] Фиг.7 изображает графическое представление, иллюстрирующее устройство снятия изображения, в соответствии с третьим вариантом осуществления, при просмотре в плане.

[0014] Фиг.8 изображает графическое представление, схематично иллюстрирующее структуру поперечного сечения пикселов в устройстве снятия изображения, в соответствии с четвертым вариантом осуществления.

[0016] Фиг.9 изображает графическое представление, схематично иллюстрирующее взаимосвязь при формировании изображения объекта.

[0017] Фиг.10A и 10В изображают графические представления, схематично иллюстрирующие процесс обнаружения фокуса с использованием способа разности фаз.

[0017] Фиг.11 изображает графическое представление, иллюстрирующее блок-схему устройства снятия изображения.

[0018] Фиг.12A и 12B изображают графические представления, схематично иллюстрирующие структуру поперечного сечения и минимальный потенциал пикселов в устройстве снятия изображения.

[0019] Фиг.13 изображает графическое представление, схематично иллюстрирующее выходной сигнал устройства снятия изображения.

[0020] Фиг.14A и 14B изображают графические представления, иллюстрирующие примеры эквивалентной схемы блока фотоэлектрического преобразования.

Описание вариантов осуществления

[0021] Один раскрытый признак вариантов осуществления может быть описан в качестве процесса, который обычно иллюстрируется в качестве временной диаграммы. Временная диаграмма может иллюстрировать зависимости синхронизации нескольких объектов, таких как сигналы, события и т.д. Несмотря на то, что временная диаграмма может описывать операции в качестве последовательного процесса, некоторые операции могут быть выполнены параллельно или одновременно. Кроме того, если не было специально оговорено, то порядок операций или моменты синхронизации могут быть перераспределены. Помимо всего прочего, интервалы синхронизации или времени не могут быть измерены или проиллюстрировать зависимости синхронизации в точных пропорциях.

[0022] Прежде всего, Фиг.12A и 12B иллюстрируют пример для упрощения понимания вариантов осуществления. Фиг.12A изображает графическое представление, иллюстрирующее структуру поперечного сечения пикселов в устройстве снятия изображения, а Фиг.12B, которая расположена в нижней части листа, изображает графическое представление, схематично иллюстрирующее потенциал полупроводникового слоя.

[0023] Иллюстрируются микролинзы 1201 и цветные светофильтры 1202. Проводники 1203 управляют транзисторами в пикселах, а также подают напряжение питания и нулевой потенциал. Полупроводниковая область 1205 р-типа обеспечивается на полупроводниковой подложке 1204 n-типа. Полупроводниковые области 1206, 1207 и 1211 n-типа обеспечиваются таким способом, чтобы формировать p-n-переходы с полупроводниковой областью 1205 p-типа. Эти области формируют фотодиоды (далее в описании будут упоминаться как PD), которые служат в качестве элементов фотоэлектрического преобразования.

[0024] Полупроводниковая область 1208 p-типа обеспечивается между полупроводниковыми областями 1207 и 1211 n-типа соседних пикселов, которые не используют совместно одинаковые микролинзы 1201 и цветной светофильтр 1202. Каждая полупроводниковая область 1208 p-типа может функционировать в качестве потенциального барьера для электронов, которые являются сигнальными несущими, между полупроводниковыми областями 1207 и 1211 n-типа.

[0025] Полупроводниковая область 1209 p-типа обеспечивается между полупроводниковыми областями 1206 и 1207 n-типа, которые совместно используют одинаковые микролинзы 1201. Каждая полупроводниковая область 1209 p-типа может функционировать в качестве потенциального барьера для электронов, которые являются сигнальными несущими, между полупроводниковыми областями 1206 и 1207 n-типа. Высота потенциального барьера полупроводниковой области 1208 p-типа представлена посредством высоты 1210 потенциального барьера, иллюстрированной на Фиг.12B.

[0026] При использовании такой структуры, после насыщения одного из соседних фотодиодов PD из-за разностей в чувствительности или яркости между фотодиодами PD, может произойти утечка заряда, который генерируется впоследствии. Кроме того, может произойти утечка заряда, который был сгенерирован в насыщенном фотодиоде PD, на полупроводниковую подложку 1204 n-типа. Помимо всего прочего, может произойти утечка заряда в фотодиоде PD на плавающую диффузионную область, формируемую посредством полупроводниковой области n-типа, которая служит в качестве области считывания, которой передается заряд. В частности, поскольку полупроводниковая подложка 1204 n-типа и плавающая диффузионная область могут функционировать в качестве стоковых областей для избыточных зарядов (областей OFD), а области OFD первоначально стремятся к разряду насыщенного заряда, то имеется большая степень вероятности возникновения утечки заряда на области OFD.

[0027] В результате исследований, которые проводились авторами изобретения, было установлено, что при утечке большого количества заряда, сгенерированного после насыщения фотодиода PD, в область OFD, может возникнуть явление, которое иллюстрируется на Фиг.13, когда сигналы фотодиодов PD складываются и используются для захваченного изображения.

[0028] Фиг.13 иллюстрирует объединенную характеристику входного/выходного сигналов в момент объединения характеристик входного/выходного сигналов фотодиодов PD (далее в настоящем документе упоминаемых как фотодиод 1206 PD и фотодиод 1207 PD), соответствующих двум полупроводниковым областям 1206 и 1207 n-типа, с выходными сигналами фотодиодов 1206 и 1207 PD. Когда свет падает на фотодиоды PD, выполняется фотоэлектрическое преобразование, а также генерируются электронно-дырочные (p-n) пары. В разъяснительных целях Фиг.13 схематично иллюстрирует ситуацию, в которой фотодиод 1206 PD имеет более высокую чувствительность, чем фотодиод 1207 PD, или же ситуацию, в которой количество света, падающего на фотодиод 1206 PD, превышает количество света, падающего на фотодиод 1207 PD. Когда количество света, падающего на фотодиод PD, находится в пределах диапазона 1301, который иллюстрирован на Фиг.13, величина сгенерированного заряда в фотодиоде 1206 PD превышает величину сгенерированного заряда в фотодиоде 1207 PD, но поскольку фотодиод 1206 PD не был насыщен, выходной сигнал, полученный посредством объединения сигналов фотодиодов 1206 и 1207 PD, является оптимальным. Однако в отношении диапазона 1302, который иллюстрирован на Фиг.13, фотодиод 1206 PD является насыщенным, а фотодиод 1207 PD является не насыщенным. В данном случае, после насыщения выходного сигнала фотодиода 1206 PD, выходной сигнал фотодиода 1206 PD больше не растет, тогда как фотодиод 1207 PD имеет соответствующий выходной сигнал, зависящий от падающего света, поскольку фотодиод 1207 PD является ненасыщенным. Исходя из вышесказанного, объединенный выходной сигнал 1307 после насыщения фотодиода 1206 PD определяется посредством значения, полученного посредством объединения выходных сигналов фотодиодов 1206 и 1207 PD, в результате чего объединенный выходной сигнал может иметь ломаную характеристическую кривую после насыщения фотодиода 1206 PD. Это явление является существенным, когда заряд, сгенерированный после насыщения фотодиода 1206 PD, просачивается в области, за исключением фотодиода 1207 PD, особенно в области OFD, которые обеспечиваются вблизи полупроводниковых областей n-типа, которые формируют фотодиоды PD.

[0029] С другой стороны, один из настоящих вариантов осуществления имеет характеристику, при которой высота потенциального барьера, обеспеченного между множеством элементов фотоэлектрического преобразования, включенных в один блок фотоэлектрического преобразования, меньше высоты потенциального барьера, обеспеченного между полупроводниковой областью n-типа и областью OFD элемента фотоэлектрического преобразования.

[0030] Далее будет описана блок-схема устройства фотоэлектрического преобразования, в соответствии с каждым из настоящих вариантов осуществления. В данном случае устройство снятия изображения иллюстрируется в качестве примера устройства фотоэлектрического преобразования. Варианты осуществления могут быть применены к устройству, отличному от устройства снятия изображения, с условием того, что устройство использует фотоэлектрическое преобразование.

[0031] Фиг.1 изображает графическое представление, иллюстрирующее схему устройства снятия изображения, к которому могут быть применены настоящие варианты осуществления. На Фиг.1 устройство 100 снятия изображения включает в себя матрицу 101 пикселов и схему 102 вертикального выбора, которая осуществляет выбор строки в матрице 101 пикселов. В матрице 101 пикселов обеспечивается множество блоков фотоэлектрического преобразования. Множество блоков фотоэлектрического преобразования может быть расположено в двух измерениях.

[0032] Схема 102 вертикального выбора осуществляет выбор определенной строки, и сигналы выводятся с блоков фотоэлектрического преобразования, которые включены в определенную строку, на вертикальную выходную линию. Вертикальная выходная линия может быть обеспечена для каждого столбца или для множества столбцов, или же для каждого столбца пикселов может быть обеспечено множество вертикальных выходных линий. Когда для каждого столбца пикселов обеспечивается множество вертикальных выходных линий, может быть увеличена скорость, с которой считываются сигналы.

[0033] Схема 103 столбца принимает сигналы, считываемые с множества вертикальных выходных линий, которые являются параллельными друг другу. Схема 103 столбца может выполнять, по меньшей мере, один из следующих процессов: усиление сигналов, аналого-цифровое преобразование и шумоподавление.

[0034] Схема 104 горизонтального выбора последовательно, беспорядочно или одновременно выбирает сигналы, принадлежащие схеме 103 столбца, и выводит сигналы на горизонтальную выходную линию, которая не иллюстрируется.

[0035] Последовательный интерфейс 105 взаимодействует с внешней стороной, к примеру, для определения режима работы от внешней стороны. Следует отметить, что устройство 100 снятия изображения, в дополнение к иллюстрированным компонентам, может включать в себя, к примеру, синхрогенератор, схему управления и т.п., которые обеспечивают импульсы синхронизации для схемы 102 вертикального выбора, схемы 104 горизонтального выбора и схемы 103 столбца.

[0036] Изображенная на Фиг.1 блок-схема может быть применена ко всем следующим вариантам осуществления. Кроме того, термины «вертикальный» и «горизонтальный» используются для удобства, и в связи с этим могут быть изменены.

[0037] Фиг.14A и 14B иллюстрируют примеры эквивалентной схемы блока фотоэлектрического преобразования. Фиг.14A иллюстрирует пример, в котором для каждого элемента фотоэлектрического преобразования обеспечиваются транзисторы, имеющие различные функции. Фиг.14B иллюстрирует пример, в котором для множества элементов фотоэлектрического преобразования обеспечиваются транзисторы, имеющие различные функции.

[0038] Заряд, который генерируется в элементах 1401a и 1401b фотоэлектрического преобразования, передается на входные узлы усиливающих транзисторов 1403a и 1403b посредством передающих транзисторов 1402a и 1402b соответственно. Входные узлы усиливающих транзисторов 1403a и 1403b могут быть сформированы посредством затворов усиливающих транзисторов 1403a и 1403b и плавающей диффузионной области, которая электрически соединяется с затворами усиливающих транзисторов 1403a и 1403b. При подаче импульсов для возбуждения выбирающих транзисторов 1404a и 1404b на затворы выбирающих транзисторов 1404a и 1404b, сигналы, в соответствии с входными узлами усиливающих транзисторов 1403a и 1403b, выводятся на вертикальную выходную линию 1406. Затем перенастраивающие транзисторы 1405a и 1405b задают определенное напряжение входных узлов усиливающих транзисторов 1403a и 1403b. При использовании такой конфигурации схемы, посредством возбуждения выбирающих транзисторов 1404a и 1404b, сигналы элементов 1401a и 1401b фотоэлектрического преобразования считываются на схему столбца, а также выполняются процессы, такие как сложение, для реализации захвата изображения и обнаружения фокуса.

[0039] Далее будет описана Фиг.14B. Основной принцип работы является аналогичным принципу, который был описан со ссылкой на Фиг.14A. Заряд, который генерируется в элементах 1501a и 1501b фотоэлектрического преобразования, передается на входной узел усиливающего транзистора 1503 посредством передающих транзисторов 1502a и 1502b соответственно. Входной узел усиливающего транзистора 1503 может быть сформирован посредством затвора усиливающего транзистора 1503 и плавающей диффузионной области, которая электрически соединяется с затвором усиливающего транзистора 1503. При подаче импульса для возбуждения выбирающего транзистора 1504 на затвор выбирающего транзистора 1504, сигнал, в соответствии с входным узлом усиливающего транзистора 1503, выводится на вертикальную выходную линию 1506. Затем перенастраивающий транзистор 1505 задает определенное напряжение входного узла усиливающего транзистора 1503. Как изображено на Фиг.14B, поскольку усиливающий транзистор 1503 совместно используется множеством элементов 1501a и 1501b фотоэлектрического преобразования, входной узел усиливающего транзистора 1503 может выполнять сложение. Исходя из вышесказанного, сложенные сигналы могут быть выведены с блока фотоэлектрического преобразования на вертикальную выходную линию 1506.

[0040] Далее в настоящем документе будут описаны конкретные варианты осуществления. Термин «концентрация примеси», который используется в формуле изобретения и на чертежах настоящего документа, относится к чистой концентрации примеси, компенсированной посредством примесей противоположных типов проводимости. То есть, он относится к так называемой «чистой концентрации». Область, в которой концентрация накопленных акцепторных примесей (p-типа) выше концентрации накопленных донорных примесей (n-типа), является полупроводниковой областью p-типа. А область, в которой концентрация накопленных донорных примесей (n-типа) выше концентрации накопленных акцепторных примесей (p-типа), является полупроводниковой областью n-типа.

Первый вариант осуществления

[0041] Фиг.2 изображает схематическое представление, иллюстрирующее верхние поверхности блоков 201 фотоэлектрического преобразования устройства 100 снятия изображения, в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Микролинзой 202 оснащается каждый блок 201 фотоэлектрического преобразования. Кроме того, каждый блок 201 фотоэлектрического преобразования включает в себя множество элементов фотоэлектрического преобразования. Как изображено на Фиг.2, каждый блок 201 фотоэлектрического преобразования включает в себя два фотодиода PD, а именно, левый фотодиод 203 PD и правый фотодиод 204 PD, причем количество фотодиодов PD может быть равным двум или более. К примеру, в состав блока 201 фотоэлектрического преобразования может быть включено четыре фотодиода PD или девять фотодиодов PD. Передающие затворы 205 и 206 передают заряд, который генерируется в фотодиодах 203 и 204 PD соответственно на плавающую диффузионную область 207. Несмотря на то, что, как изображено на Фиг.2, плавающая диффузионная область 207 совместно используется посредством двух фотодиодов 203 и 204 PD, вместо этого плавающая диффузионная область может быть обеспечена для каждого фотодиода PD. Несмотря на то, что на Фиг.2 иллюстрировано два блока 201 фотоэлектрического преобразования, вместо этого может быть обеспечено большее число блоков фотоэлектрического преобразования.

[0042] Фиг.3А изображает графическое представление, иллюстрирующее структуру поперечного сечения блоков фотоэлектрического преобразования, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, а Фиг.3B изображает графическое представление, схематично иллюстрирующее потенциал полупроводниковых областей, взятых по пунктирной ломаной линии IIIB-IIIB, которая иллюстрирована на Фиг.3А, относительно сигнальных несущих. Фиг.3А и 3B изображают графические представления, иллюстрирующие случай, в котором область OFD является полупроводниковой подложкой n-типа, и так называемая «область OFD, ориентированная в вертикальном направлении» (вертикально-направленная область OFD (VOFD)) будет описана со ссылкой на Фиг.3А и 3B.

[0043] Фиг.3C изображает графическое представление, иллюстрирующее структуру поперечного сечения блоков фотоэлектрического преобразования, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, а Фиг.3D изображает графическое представление, схематично иллюстрирующее потенциал полупроводниковых областей, взятых по пунктирной ломаной линии IIID-IIID, которая иллюстрирована на Фиг.3C, относительно сигнальных несущих. Фиг.3C и 3D изображают графические представления, иллюстрирующие случай, в котором область OFD является плавающей диффузионной областью n-типа, истоковой областью или стоковой областью пиксельного транзистора n-типа, и т.п. Так называемая «область OFD, ориентированная в поперечном направлении» (поперечная область OFD (LOFD)) будет описана со ссылкой на Фиг.3C и 3D. Устройство 100 снятия изображения, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, может иметь структуры поперечного сечения, которые иллюстрированы на Фиг.3А и 3C, или же может иметь одну из этих структур поперечного сечения.

[0044] Сначала будет описан пример с областью VOFD. В состав включаются цветные светофильтры 301. Проводники 302 управляют транзисторами в пикселах, а также подают напряжение питания и т.п. Полупроводниковая область 304 p-типа обеспечивается на полупроводниковой подложке 303 n-типа. Полупроводниковые области 203 и 204 n-типа обеспечиваются таким способом, чтобы формировать p-n-переходы с полупроводниковой областью 304 p-типа. Полупроводниковые области 203 и 204 n-типа являются областями, в которых потенциал является низким относительно электронов, которые являются сигнальными несущими, причем сигнальные несущие сигнала могут быть накоплены.

[0045] Фотодиод PD формируется посредством объединения полупроводниковой области 304 p-типа с полупроводниковой областью 203 n-типа, а также посредством объединения полупроводниковой области 304 p-типа с полупроводниковой областью 204 n-типа. Левым фотодиодом PD является фотодиод 203 PD, а правым фотодиодом PD является фотодиод 204 PD.

[0046] Полупроводниковая область 305 p-типа включается в состав соседних блоков фотоэлектрического преобразования и обеспечивается между двумя соседними фотодиодами PD. Полупроводниковая область 306 p-типа обеспечивается между фотодиодом 203 PD и фотодиодом 204 PD. Полупроводниковые области 305 и 306 p-типа могут функционировать в качестве потенциальных барьеров для сигнальных несущих.

[0047] В настоящем варианте осуществления определяется взаимосвязь между высотами потенциальных барьеров полупроводниковой области 304 p-типа и полупроводниковой области 306 p-типа. В частности, концентрация акцепторной примеси (p-типа) полупроводниковой области 306 p-типа делается ниже концентрации акцепторной примеси (p-типа) полупроводниковой области 304 p-типа. То есть, высота 307 потенциального барьера, сгенерированного посредством полупроводниковой области 306 p-типа, делается меньше высоты 309 потенциального барьера, сгенерированного посредством полупроводниковой области 304 p-типа. При этом после насыщения одного из фотодиодов PD, перед утечкой заряда в область VOFD, происходит утечка заряда в соседний фотодиод PD того же самого блока фотоэлектрического преобразования.

[0048] Более предпочтительно, чтобы высота 308 потенциального барьера, сгенерированного посредством полупроводниковой области 305 p-типа, превышала высоту 307 потенциального барьера, сгенерированного посредством полупроводниковой области 306 p-типа. Еще более предпочтительно, чтобы высота 308 потенциального барьера, сгенерированного посредством полупроводниковой области 305 p-типа, превышала высоту 309 потенциального барьера, сгенерированного посредством полупроводниковой области 304 p-типа.

[0049] При использовании такой структуры, даже после насыщения одного из фотодиодов PD из-за разности в чувствительности между фотодиодом 203 PD и фотодиодом 204 PD, или же из-за разности в яркости между лучами света, падающего на фотодиод 203 PD и фотодиод 204 PD соответственно суммарная разность в чувствительности может быть сокращена.

[0050] В качестве примера предпочтительной концентрации примеси, концентрация примеси полупроводниковой области 304 p-типа, по меньшей мере, в три раза превышает концентрацию примеси полупроводниковой области 306 p-типа. Более предпочтительно, чтобы концентрация примеси полупроводниковой области 304 p-типа, по меньшей мере, в десять раз превышала концентрацию примеси полупроводниковой области 306 p-типа. Следует отметить, что причина, по которой используется, по меньшей мере, трехкратная разность, состоит в том, что предполагается, что на основе потенциала заряда (приблизительно 26 мВ при комнатной температуре 27°C) формируется такая же разность между потенциальными барьерами.

[0051] Кроме того, в дополнение к вышеупомянутому условию концентрации примеси, концентрация примеси полупроводниковой области 305 p-типа может превышать концентрацию примеси полупроводниковой области 304 p-типа. Кроме того, предпочтительно, чтобы концентрация примеси полупроводниковой области 305 p-типа, по меньшей мере, в три раза превышала концентрацию примеси полупроводниковой области 306 p-типа. Более предпочтительно, чтобы концентрация примеси полупроводниковой области 305 p-типа, по меньшей мере, в десять раз превышала концентрацию примеси полупроводниковой области 306 p-типа. Следует отметить, что причина, по которой используется, по меньшей мере, трехкратная разность, состоит в том, что предполагается, что на основе потенциала заряда (приблизительно 26 мВ при комнатной температуре 27°C) формируется такая же разность между потенциальными барьерами.

[0052] Далее, со ссылкой на Фиг.4 и 5A-5D, будут описаны фотодиоды PD и объединенный выходной сигнал. Фиг.4 иллюстрирует объединенную характеристику входного/выходного сигналов в момент объединения характеристик входного/выходного сигналов двух фотодиодов 203 и 204 PD и входной/выходной сигналы фотодиодов 203 и 204 PD. Фиг.5A-5D изображают графические представления, схематично иллюстрирующие потенциальную структуру, иллюстрированную на Фиг.3B, и сгенерированный заряд. При падении света на фотодиод PD, фотодиод PD выполняет фотоэлектрическое преобразование, а также генерируются электронно-дырочные (p-n) пары. В разъяснительных целях Фиг.4 иллюстрирует ситуацию, в которой фотодиод 203 PD имеет более высокую чувствительность, чем фотодиод 204 PD, или же когда количество света, падающего на фотодиод 203 PD, превышает количество света, падающего на фотодиод 204 PD. Когда количество света, падающего на фотодиоды 203 и 204 PD, находится в пределах диапазона 401, который иллюстрирован на Фиг.4, величина сгенерированного заряда в фотодиоде 203 PD превышает величину сгенерированного заряда в фотодиоде 204 PD. Эта ситуация иллюстрируется на Фиг.5A. Объединенный выходной сигнал фотодиодов 203 и 204 PD указывает соответствующее значение. Затем, в диапазоне 402 возникает ситуация, в которой фотодиод 203 PD уже является насыщенным, а фотодиод 204 PD является ненасыщенным. В тот момент, как иллюстрировано на Фиг.5B, заряд, сгенерированный в фотодиоде 203 PD, может превысить потенциальный барьер 307 и переместиться в фотодиод 204 PD. Исходя из вышесказанного, в диапазоне 402 выходным сигналом фотодиода 204 PD является величина заряда, полученного посредством объединения заряда, сгенерированного в фотодиоде 204 PD, с зарядом, сгенерированным в фотодиоде 203 PD. Следовательно, посредством создания потенциального барьера 307 меньшим, по сравнению с потенциальным барьером 309, большая часть заряда, сгенерированного в фотодиоде 203 PD, может утечь в фотодиод 204 PD того же самого блока фотоэлектрического преобразования. Более предпочтительно, чтобы, как иллюстрировано на Фиг.5B, высота потенциального барьера 308 превышала высоту (потенциального барьера) блока 307 электропитания.

[0053] Если в диапазоне 402 потенциальный барьер 307 также сделать меньше потенциального барьера 309, то объединенный выходной сигнал фотодиодов 203 и 204 PD может быть похож на соответствующий выходной сигнал в диапазоне 401. В диапазоне 403, как иллюстрировано на Фиг.5C, оба фотодиода 203 и 204 PD превышают уровень насыщенности, определенный посредством потенциального барьера 307, а выходные сигналы фотодиодов 203 и 204 PD увеличиваются до уровня насыщенности, определенного посредством потенциального барьера 308 или потенциального барьера 309, величина которого является меньшей. На Фиг.3А-3D или Фиг.5A-5D, поскольку потенциальный барьер 309 меньше потенциального барьера 308, уровень насыщенности определяется посредством потенциального барьера 309. В диапазоне 404, как иллюстрировано на Фиг.5D, поскольку выходные сигналы обоих фотодиодов 203 и 204 PD увеличились до уровня насыщенности, определенного посредством потенциального барьера 309, объединенный выходной сигнал также насыщается.

[0054] В вышеупомянутых диапазонах, посредством создания ситуации, когда высота потенциального барьера 307 делается меньше высоты потенциального барьера 309, заряд, сгенерированный в фотодиоде 203 PD, может утекать в фотодиод 204 PD того же самого блока фотоэлектрического преобразования. Несмотря на то, что в вышеупомянутом описании высота потенциального барьера 308 превышает высоту потенциального барьера 309, взаимосвязь между потенциальными барьерами 308 и 309 может быть противоположной. Когда высота потенциального барьера 308 превышает высоту потенциального барьера 309, уровень насыщенности фотодиодов 203 и 204 PD определяется посредством потенциального барьера 308, а избыточный заряд разряжается в полупроводниковую подложку 303. Следовательно, может быть исключено возникновение ситуации, когда избыточный заряд утекает в другой фотодиод PD и становится помехой. Кроме того, когда высота потенциального барьера 309 превышает высоту потенциального барьера 308, уровень насыщенности фотодиодов 203 и 204 PD может быть увеличен. Кроме того, высоты потенциальных барьеров 308 и 309 могут быть одинаковыми, или же высота потенциального барьера 308 может быть немного меньше высоты потенциального барьера 309.

[0055] Далее, со ссылкой на Фиг.3C и 3D будет описана ситуация, в которой область OFD является областью LOFD. Будет описан пример, в котором плавающая диффузионная область используется в качестве области LOFD.

[0056] Полупроводниковая область 312 p-типа обеспечивается между плавающей диффузионной областью 311 и фотодиодом 203 PD. Полупроводниковая область 312 p-типа может функционировать в качестве потенциального барьера для сигнальных несущих. Передающий затвор 310 передает электроны электронно-дырочных (p-n) пар, сгенерированных в фотодиоде 203 PD, на плавающую диффузионную область 311. Высота потенциального барьера 307, сгенерированного посредством полупроводниковой области 306 p-типа, делается меньше высоты потенциального барьера 313, сгенерированного посредством полупроводниковой области 312 p-типа.

[0057] Как иллюстрировано на Фиг.3D, высота потенциального барьера 307 меньше высоты потенциального барьера 313. При использовании такой структуры, даже в случае насыщения одного из фотодиодов 203 или 204 PD из-за разности в чувствительности между фотодиодами 203 и 204 PD или из-за разности в яркости между лучами света, падающего на фотодиоды 203 и 204 PD соответственно объединенная чувствительность может являться близкой к постоянной. Кроме того, высота потенциального барьера 307 может быть меньше высоты потенциального барьера 308.

[0059] В качестве примера предпочтительной концентрации примеси, концентрация примеси полупроводниковой области 312 p-типа, которая формирует потенциальный барьер 313, по меньшей мере, в три раза превышает концентрацию примеси полупроводниковой области 306 p-типа, которая формирует потенциальный барьер 307. Более предпочтительно, чтобы концентрация примеси полупроводниковой области 312 p-типа, по меньшей мере, в десять раз превышала концентрацию примеси полупроводниковой области 306 p-типа. Следует отметить, что причина, по которой используется, по меньшей мере, трехкратная разность, состоит в том, что предполагается, что на основе потенциала заряда (приблизительно 26 мВ при комнатной температуре 27°C) формируется такая же разность между потенциальными барьерами.

[0059] Кроме того, в дополнение к вышеупомянутому условию концентрации примеси, концентрация примеси полупроводниковой области 305 p-типа может превышать концентрацию примеси полупроводниковой области 312 p-типа. Кроме того, предпочтительно, чтобы концентрация примеси полупроводниковой области 305 p-типа, по меньшей мере, в три раза превышала концентрацию примеси полупроводниковой области 306 p-типа. Более предпочтительно, чтобы концентрация примеси полупроводниковой области 305 p-типа, по меньшей мере, в десять раз превышала концентрацию примеси полупроводниковой области 306 p-типа. Следует отметить, что причина, по которой используется, по меньшей мере, трехкратная разность, состоит в том, что предполагается, что на основе потенциала заряда (приблизительно 26 мВ при комнатной температуре 27°C) формируется такая же разность между потенциальными барьерами.

[0060] В области LOFD также могут быть получены эффекты, иллюстрированные на Фиг.4 и 5A-5D. Кроме того, является достаточным, если область LOFD обеспечивается в поперечном направлении полупроводниковой области n-типа, которая формирует фотодиод PD, при этом область LOFD может являться истоковой областью или стоковой областью транзистора в блоке фотоэлектрического преобразования, или же может быть обеспечена специальная область LOFD. Область LOFD формируется посредством полупроводника n-типа, а также на область LOFD может подаваться напряжение электропитания. Любая из областей VOFD или LOFD может быть использована в качестве области, в которую разряжается заряд после насыщения, и при использовании области LOFD предоставляется возможность точного управления концентрацией примеси, поскольку область LOFD обычно располагается в области, близкой к поверхности, и поэтому может быть сформирована посредством ионной имплантации на мелком уровне.

[0062] Кроме того, если затвор управления потенциалом обеспечивается выше полупроводниковой области между областью OFD и полупроводниковой областью n-типа, которые формируют фотодиод PD, тип проводимости не должен быть ограничен. Причина состоит в том, что высотой потенциального барьера полупроводниковой области между областью OFD и полупроводниковой областью n-типа, которые формируют фотодиод PD, можно управлять посредством напряжения, которое подается на затвор управления потенциалом.

Второй вариант осуществления

[0063] Далее, со ссылкой на чертежи, будет описан настоящий вариант осуществления. Компонентам, которые имеют функции, являющиеся аналогичными функциям, описанным в первом варианте осуществления, присваиваются одинаковые условные обозначения, и их подробное описание будет опущено. Фиг.6A и 6B изображают графические представления, иллюстрирующие структуру поперечного сечения блоков фотоэлектрического преобразования, в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Фиг.6A схематично иллюстрирует структуру поперечного сечения части, взятой по пунктирной ломаной линии VI-VI, которая иллюстрирована на Фиг.2, а Фиг.6B схематично иллюстрирует минимальный потенциал части, взятой по пунктирной ломаной линии VIB-VIB, которая иллюстрирована на Фиг.6A.

[0064] Отличием от первого варианта осуществления является то, что полупроводниковая область р-типа, обеспеченная между элементами фотоэлектрического преобразования, включенными в состав одного блока фотоэлектрического преобразования, формируется посредством первой части, концентрация которой является низкой, и посредством вторых частей, концентрации которых выше концентрации первой части. В частности, полупроводниковая область p-типа, обеспеченная между фотодиодами PD, на которых посредством одной микролинзы собирается падающий свет, формируется посредством первой части 601, концентрация которой является низкой, и посредством вторых частей 602, концентрации которых выше концентрации первой части 601.

[0065] Фиг.6B иллюстрирует потенциальный барьер 603, сгенерированный посредством первой части 601. Высота потенциального барьера 603 меньше высоты потенциального барьера 605, сгенерированного посредством полупроводниковой области 304 p-типа. Кроме того, высота потенциального барьера 603 может быть меньше высоты потенциального барьера 604, сгенерированного посредством полупроводниковой области 305 p-типа.

[0066] В качестве примера предпочтительной концентрации примеси, концентрация примеси полупроводниковой области 304 p-типа, по меньшей мере, в три раза превышает концентрацию примеси первой части 601. Более предпочтительно, чтобы концентрация примеси полупроводниковой области 304 p-типа, по меньшей мере, в десять раз превышала концентрацию примеси первой части 601.

[0067] Следует отметить, что несмотря на то, что в настоящем варианте осуществления обеспечивается только одна первая часть 601, может быть обеспечено множество первых частей 601. Кроме того, касательно глубины расположения, несмотря на использование конфигурации, в которой вторые части 602, концентрации примеси которых являются высокими, обеспечиваются выше и ниже первой части 601, первая часть 601 не должна в обязательном порядке располагаться между вторыми частями 602, она также может быть обеспечена выше или ниже вторых частей 602.

[0068] В данном случае, по сравнению со вторыми частями 602, первая часть 601 может быть электрически соединена с фотодиодами 203 и 204 PD. Когда фотодиоды 203 и 204 PD электрически соединены друг с другом, высота потенциального барьера 603, которая иллюстрирована на Фиг.6B, становится меньше, при этом становится трудно различить сигналы фотодиода 203 PD и сигналы фотодиода 204 PD во время считывания. То есть точность обнаружения фокуса может быть снижена. В таком случае первая часть 601 может быть обеспечена в позиции, глубина расположения которой от поверхности подложки отличается от глубин расположения частей 203' и 204' (далее в настоящем документе будут упоминаться как позиции пиковой концентрации примеси) полупроводниковых областей n-типа фотодиодов 203 и 204 PD соответственно концентрации донорной примеси (n-типа) в которых являются самыми высокими. Посредством создания различных глубин расположения первой части 601 и позиций 203' и 204' пиковой концентрации примеси, можно уверенно гарантировать независимость сигналов фотодиодов 203 и 204 PD, при этом высоты барьеров фотодиодов 203 и 204 PD могут быть меньшими. Исходя из вышесказанного, может быть исключена возможность возникновения ломаной характеристики, а также может быть расширен диапазон выхода, в котором будет поддерживаться независимость.

[0069] Несмотря на то что в настоящем варианте осуществления была описана ситуация, в которой используется область VOFD, то же самое распространяется и на ситуацию, в которой используется область LOFD.

Третий вариант осуществления

[0070] Далее, со ссылкой на чертежи, будет описан третий вариант осуществления. Фиг.7 изображает графическое представление, иллюстрирующее планарную структуру пикселов, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, с точки падения света. Компонентам, которые имеют функции, являющиеся аналогичными функциям, описанным в первом и втором вариантах осуществления, присваиваются одинаковые условные обозначения, и их подробное описание будет опущено. Отличием настоящего варианта осуществления от второго варианта осуществления является то, что первая часть 701 и вторая часть 702 обеспечиваются в различных позициях между полупроводниковыми областями n-типа, которые формируют соседние фотодиоды PD одного блока фотоэлектрического преобразования при просмотре в плане. Что же касается других конфигураций, то могут быть использованы конфигурации, которые являются аналогичными конфигурациям, описанным в первом и втором вариантах осуществления.

[0071] На Фиг.7 полупроводниковая область p-типа, обеспеченная между элементами PD1 и PD2 фотоэлектрического преобразования, включенными в состав одного блока фотоэлектрического преобразования, формируется посредством включения в состав первой части 701 и второй части 702, концентрация акцепторной примеси (p-типа) которой превышает концентрацию акцепторной примеси (p-типа) первой части 701. Кроме того, когда область OFD является областью VOFD, концентрация акцепторной примеси (p-типа) первой части 701 ниже концентрации акцепторной примеси (p-типа) полупроводниковой области 304 p-типа. Когда область OFD является областью LOFD, концентрация акцепторной примеси (p-типа) первой части 701 ниже концентрации акцепторной примеси (p-типа) полупроводниковой области 312 p-типа.

[0072] Как иллюстрировано на Фиг.7, концентрация акцепторной примеси (p-типа) может различаться в различных позициях на плоскости. Структура поперечного сечения части, взятой по пунктирной ломаной линии IIIA-IIIA, которая иллюстрирована на Фиг.7, является аналогичной по отношению к структуре поперечного сечения, которая иллюстрирована на Фиг.3А. На Фиг.7, в отличие от структуры, которая иллюстрирована на Фиг.6A, концентрации примеси изоляционных областей между фотодиодами PD различаются не в направлении полупроводниковой подложки, а в плоскости. В данном случае существует вероятность изменения состояния потенциала первой части 701 в зависимости от количества электронов, присутствующих в фотодиодах 203 и 204 PD. Следовательно, вероятность того, переместится ли заряд, сгенерированный в первой части 701, в фотодиод 203 PD или фотодиод 204 PD, меняется между состоянием сразу после начала накопления в фотодиодах 203 и 204 PD, и состоянием, в котором заряд большей величины присутствует в одном из фотодиодов 203 и 204 PD, то есть, к примеру, в фотодиоде 203 PD. К примеру, когда заряд большей величины присутствует в фотодиоде 203 PD сразу после начала накопления, потенциал первой части 701 изменяется вследствие кулоновского взаимодействия заряда, присутствующего в фотодиоде 203 PD. После чего, возрастает вероятность того, что заряд, сгенерированный в первой части 701, переместится в фотодиод 204 PD. То есть вероятности того, что заряд переместится в фотодиоды 203 и 204 PD, меняются. К примеру, при использовании такой структуры может быть создана обратная связь, которая гасит различие сигналов между фотодиодами 203 и 204 PD для обнаружения разности фаз, что приводит к снижению точности обнаружения фокуса.

[0074] Такое снижение точности может быть пресечено посредством использования следующей компоновки первой части 701. В частности, при просмотре первой части 701 в плане, первая часть 701 располагается в позиции, отклоненной от позиции выступа центральной позиции каждой микролинзы, находящейся на светоприемных поверхностях элементов фотоэлектрического преобразования. На Фиг.2 позиции выступа находятся на линии, которая по существу пересекает центры микролинз, а первая часть 701 располагается со смещением в направлении верхней части чертежа при просмотре в плане. Сущность данной компоновки заключается в изолировании первой части 701 от областей, находящихся вблизи позиций, в которых интенсивность света, собранного посредством каждой микролинзы, является наибольшей. К примеру, на Фиг.7 первая часть 701 смещена в направлении вверх, но направление смещения не ограничивается этим направлением, при этом направление может являться направлением вниз или, в зависимости от ситуации, направлением влево или вправо. Что касается предпочтительной степени смещения, то первая часть 701 располагается в позиции, находящейся на расстоянии в 0,1 мкм от центра микролинзы. Более предпочтительно, чтобы первая часть 701 располагалась в позиции, находящейся на расстоянии в 0,2 мкм от центра микролинзы. Это распространяется для ситуации, когда диапазон длин волн, используемых посредством фотодиодов PD, является так называемым диапазоном видимого света. То есть для ситуации, когда длины волн видимого света находятся в диапазоне от 0,4 до 0,8 мкм, и на элементах фотоэлектрического преобразования присутствует фокус микролинзы. Кроме того, поскольку состояние фокусировки света элементов фотоэлектрического преобразования также зависит от значения F линзы объектива, в качестве степени смещения может быть использовано большее значение в момент, когда к оптической системе, значение F которой является маленьким, применяется устройство фотоэлектрического преобразования, в соответствии с настоящим вариантом осуществления. К примеру, в системе, которая может задать значение F линзы объектива, равное 2,0, свет, имеющий максимальный угол отклонения в 14° относительно перпендикуляра, будет падать на микролинзу. Когда расстояния между микролинзой и фотодиодами PD равняются 2 мкм, фокусная (фокальная) позиция света, падающего под углом в 14°, смещается на 0,5 мкм, по меньшей мере, в одном направлении, от позиций светоприемных поверхностей, на которые спроектирована центральная позиция микролинзы. В данном случае особенно эффективно, чтобы первая часть 701 располагалась со смещением от центральной позиции микролинзы на 0,5 мкм или более. Кроме того, верхним пределом степени смещения является половина шага соседних элементов фотоэлектрического преобразования.

[0075] Эффект, производимый настоящим вариантом осуществления, в дополнение к эффектам, производимым посредством первого и второго вариантов осуществления, заключается в том, что потенциальные барьеры могут быть отрегулированы с использованием топологического чертежа. Следовательно, степень свободы при проектировании увеличивается по сравнению с ситуацией, когда потенциальные барьеры разрабатываются исключительно посредством регулировки глубин внедрения примесных ионов в полупроводниковых областях p-типа и концентраций примеси. Кроме того, при задании потенциальных барьеров в соответствии с первым и вторым вариантами осуществления, множество уровней, а именно, глубины внедрения примесных ионов, концентрации и термообработка, должны быть обеспечены перед внедрением примесных ионов в полупроводниковые области p-типа. Однако, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, уровень может быть обеспечен в топологическом чертеже фотомаски, используемой в процессе определения областей, в которые должны внедряться примесные ионы. Следовательно, посредством оценки одной пробной пластины, из множества топологических чертежей может быть выбран топологический чертеж, который может сформировать соответствующие потенциальные барьеры.

Четвертый вариант осуществления

[0076] Далее, со ссылкой на чертежи, будет описан четвертый вариант осуществления. Компонентам, которые имеют функции, являющиеся аналогичными функциям, описанным в первом, втором и третьем вариантах осуществления, присваиваются одинаковые условные обозначения, и их подробное описание будет опущено. Отличием настоящего варианта осуществления от первого, второго и третьего вариантов осуществления является то, что полупроводниковая область p-типа, обеспеченная между полупроводниковыми областями 203 и 204 n-типа, включает в себя первую часть 801 и вторые части 802, а ширина первой части 801 меньше ширины вторых частей 802.

[0077] Фиг.8 изображает графическое представление, иллюстрирующее структуру поперечного сечения пикселов, в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Несмотря на то, что на Фиг.8 первая часть 801 и вторые части 802 обеспечиваются на разной глубине, первая часть 801 и вторые части 802 могут быть обеспечены на одной глубине и в разных позициях при просмотре в плане, как описано в третьем варианте осуществления. Кроме того, первая часть 801 может быть сформирована посредством множества изолированных друг от друга частей.

[0078] В вышеупомянутых вариантах осуществления была описана ситуация, когда потенциальные барьеры формируются посредством использования полупроводниковых областей n-типа, которые могут накапливать сигнальные несущие, и полупроводниковых областей p-типа противоположного типа проводимости. Однако в совокупности с этим может быть использовано изоляционное разделение. В альтернативном варианте может быть использована конфигурация, в которой высотой потенциального барьера между областью OFD и областью PD возможно управлять посредством использования управляющего затвора. В данном случае вышеописанная взаимосвязь между высотами потенциальных барьеров должна быть удовлетворена, поскольку фотодиод PD накапливает сигнальные несущие.

Применение устройства обнаружения фокуса

[0079] Устройства фотоэлектрического преобразования, которые были описаны в вышеупомянутых вариантах осуществления, могут быть использованы в качестве устройств снятия изображения и устройств, которые осуществляют обнаружение фокуса на поверхностях снятия изображения. В частности, будет описан пример, в котором обнаружение фокуса на поверхности снятия изображения осуществляется с использованием обнаружения разности фаз в процессе захвата изображения.

[0080] В следующем описании будет сделана ссылка на Фиг.9, 10A и 10B. Фиг.9 изображает концептуальную схему, иллюстрирующую ситуацию, когда луч света, испускаемый из выходного зрачка линзы формирования изображения, падает на устройство 901 снятия изображения. Иллюстрируются микролинзы 202, цветные светофильтры 301 и множество элементов PD1 и PD2 фотоэлектрического преобразования, на которые падает свет, собранный посредством одной из микролинз 202. Также иллюстрируется выходной зрачок 902 линзы формирования изображения. В данном случае центр луча света, испускаемого из выходного зрачка 902 на блок фотоэлектрического преобразования, включающий в себя микролинзы 202, будет называться оптической осью 903. Свет, который испускается из выходного зрачка 902, падает на устройство 901 снятия изображения по оптической оси 903, служащей его центром. Лучи 906 и 907 света являются лучами света, проходящими вдоль границ света, который проходит через определенную область 904 выходного зрачка 902, а лучи 908 и 909 света являются лучами света, проходящими вдоль границ света, который проходит через определенную область 905 выходного зрачка 902. Как можно заметить на Фиг.9, в числе лучей света, испускаемых из выходного зрачка 902, лучи света, которые проходят выше оптической оси 903, падают на верхний фотодиод PD, а лучи света, которые проходят ниже оптической оси 903, падают на нижний фотодиод PD. То есть, эти фотодиоды PD принимают лучи света от различных областей выходного зрачка 902 линзы формирования изображения.

[0081] Посредством использования этой характеристики выполняется обнаружение разности фаз. Во множестве элементов фотоэлектрического преобразования, на которые падает свет, собранный посредством одной микролинзы, при просмотре в плане области снятия изображения, располагаемой в области, которая находится в пределах пиксела, данные, полученные от одного фотодиода PD, будут называться первой линией, а данные, полученные от другого фотодиода PD, будут называться второй линией. Затем, посредством получения данных о корреляции между линиями, могут быть обнаружены фазы.

[0082] К примеру, на Фиг.9 в элементах фотоэлектрического преобразования, на которые падает свет, собранный посредством одной из микролинз 202, данные, полученные от нижнего фотодиода 203 PD, будут называться первой линией, а данные, полученные от верхнего фотодиода 204 PD, будут называться второй линией. В данном случае элемент PD1 фотоэлектрического преобразования выводит данные, которые относятся к одному пикселу, из данных первой линии, а элемент PD2 фотоэлектрического преобразования выводит данные, которые относятся к одному пикселу, из данных второй линии. Фиг.10A и 10B иллюстрируют линию данных в момент формирования изображения с использованием света точечного источника. Фиг.10A иллюстрирует первую линию данных и вторую линию данных в момент, когда изображение находится в фокусе. Горизонтальная ось представляет позиции пикселов, а вертикальная ось представляет выходной сигнал. Когда изображение находится в фокусе, первая линия накладывается на вторую линию. Фиг.10B иллюстрирует линию данных в момент, когда изображение не находится в фокусе. В тот момент первая линии и вторая линия имеют разность фаз, при этом позиции пикселов различаются. Посредством вычисления такой степени отклонения 1001 может быть идентифицировано, насколько большое изображение находится не в фокусе. Изображение может быть сфокусировано посредством обнаружения фаз с использованием такого способа и посредством управления линзой.

[0083] Далее будет описано генерирование графических данных в этих схемах расположения пикселов. Как было описано выше, фокус может быть обнаружен посредством раздельного считывания сигналов элементов PD1 и PD2 фотоэлектрического преобразования с устройства 901 снятия изображения, а также посредством осуществления вычисления для обнаружения разности фаз. Кроме того, посредством сложения сигналов фотодиодов 203 и 204 PD, на которые падает свет, собранный посредством одной из микролинз 202, может быть сгенерировано захваченное изображение.

[0084] Однако, в состоянии насыщения одного из фотодиодов 203 и 204 PD, то есть, в состоянии, которое иллюстрируется на Фиг.5B, 5C или 5D, сигналы фотодиодов 203 и 204 PD отличаются от выходных сигналов, которые фотодиоды 203 и 204 PD получают по отдельности. следовательно, предполагается, что сигналы фотодиодов 203 и 204 PD будут иметь низкую надежность. В данном случае может быть использована последовательность, в которой обнаружение фазы не выполняется или прекращается. То есть, устройством 901 снятия изображения можно управлять, наряду с возможностью определения того, выполнять ли обнаружение разности фаз на плоскости изображения устройства 901 снятия изображения в соответствии с сигналами фотодиодов 203 и 204 PD или зарядом, который может быть накоплен.

[0085] Несмотря на то, что со ссылкой на Фиг.9 был описан пиксел, который находится вблизи центра устройства 901 снятия изображения, точность может быть дополнительно повышена в ситуации, когда пиксел для обнаружения фокуса обеспечивается не в центре области снятия изображения, а на границе области снятия изображения, поскольку разность в количестве падающего света между фотодиодами PD больше в пикселе, который находится в периферийной области устройства 901 снятия изображения.

Применение системы снятия изображения

[0086] Фиг.11 иллюстрирует пример системы снятия изображения, к которой может быть применено устройство снятия изображения, в соответствии с каждым из вышеупомянутых вариантов осуществления. На Фиг.11 блок 1101 линз (объектив) формирует оптическое изображение объекта на элементе 1105 снятия изображения, а устройство 1102 управления линзами осуществляет управление масштабом, управление фокусировкой, управление апертурой и т.п. Управление затвором 1103 осуществляется посредством устройства 1104 управления затвором. Элемент 1105 снятия изображения получает изображение объекта, сформированное посредством блока 1101 линз, в качестве сигнала изображения, а схема 1106 обработки сигнала снятия изображения выполняет различные типы коррекции применительно к сигналу изображения, выводимому с элемента 1105 снятия изображения, а также выполняет сжатие данных. Блок 1107 генерирования синхроимпульсов является средством управления, которое выводит различные синхросигналы для элемента 1105 снятия изображения и схемы 1106 обработки сигнала снятия изображения. Арифметический блок 1109 полного управления выполняет различные типы вычисления и управляет целым устройством снятия изображения, блок 1108 памяти временно сохраняет данные изображения, а интерфейсный блок 1110 управления средой записи записывает или считывает данные изображения на/со среды записи. Среда 1111 записи является сменной средой записи, такой как полупроводниковая память, на которую записываются и считываются данные изображения, а внешний интерфейсный блок 1112 является внешним интерфейсом.

[0087] Далее будет описана работа цифровой камеры при захвате изображения с использованием вышеупомянутой конфигурации. При включении главного источника электропитания включается система управления и схема снятия изображения, такая как схема 1106 обработки сигнала снятия изображения.

[0088] После нажатия кнопки спуска (не иллюстрируется), на основе данных от элемента 1105 снятия изображения выполняется вычисление дальности, а арифметический блок 1109 полного управления на основе результата вычисления дальности выполняет вычисление расстояния до объекта. Затем устройство 1102 управления линзами осуществляет управление блоком 1101 линз для определения того, находится ли изображение в фокусе. Следовательно, цифровая камера, использующая устройство снятия изображения, в соответствии с каждым из настоящих вариантов осуществления, может выполнить операцию фокусировки на высокой скорости, наряду с предотвращением генерирования ложного цвета.

[0089] Варианты осуществления могут быть применены к различным типам элементов фотоэлектрического преобразования, и являются особенно эффективными при использовании конфигурации, в которой присутствует разность в чувствительности или количестве падающего света между элементами фотоэлектрического преобразования. К примеру, в вышеупомянутых вариантах осуществления был описан пример, в котором для обнаружения фокуса линзы объектива используется пиксел. Однако характеристика устройства снятия изображения должна обеспечивать линейность выходного сигнала в процессе выполнения считывания, при котором складываются сигналы множества элементов фотоэлектрического преобразования, и поэтому возможен вариант применения, отличный от обнаружения фокуса. К примеру, вместо этого, можно обеспечить множество элементов фотоэлектрического преобразования с двумя типами цветных светофильтров, полосы пропускания (прозрачности) которых отличаются друг от друга. В частности, для цветов R, G и B соответственно обеспечиваются светофильтры R`, G` и B` цветов, полосы пропускания (прозрачности) которых отличаются друг от друга. При раздельном считывании этих цветных светофильтров, могут быть получены сигналы шести цветов, что повышает качество воспроизведения цвета. С другой стороны, при добавлении фотодиодов PD и операции для получения сигналов трех цветов, а именно, R+R`, G+G` и В+B`, может быть повышена чувствительность, что улучшает отношение сигнал-шум (S/N). Варианты осуществления могут быть применены к конфигурации, в которой возможно осуществлять переключение между этими двумя режимами захвата в одном устройстве снятия изображения.

[0090] Кроме того, несмотря на то, что была описана конфигурация, в которой в качестве сигнальных несущих используются электроны, вместо этого могут быть использованы дырки. В таком случае в качестве типа проводимости каждой полупроводниковой области используется противоположный тип проводимости.

[0091] Несмотря на то, что раскрытие было описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, следует подразумевать, что раскрытие не ограничивается раскрытыми примерными вариантами осуществления. Объем следующей формулы изобретения должен получить самую широкую интерпретацию, чтобы он охватывал все подобные модификации и эквивалентные структуры и функции.

Изобретение относится к устройству фотоэлектрического преобразования. В устройстве фотоэлектрического преобразования, которое складывает сигналы множества элементов фотоэлектрического преобразования, включенных в состав блоков фотоэлектрического преобразования, каждый из множества элементов фотоэлектрического преобразования включает в себя первую полупроводниковую область первого типа проводимости, которая накапливает сигнальные несущие. Первые полупроводниковые области, включенные в состав элементов фотоэлектрического преобразования, которые включаются в состав каждого из блоков фотоэлектрического преобразования и располагаются в непосредственной близости друг к другу, размещают между собой вторую полупроводниковую область второго типа проводимости. Высота потенциального барьера для сигнальных несущих, сгенерированных в определенной области второй полупроводниковой области, меньше высоты потенциального барьера для сигнальных несущих, сгенерированных в третьей полупроводниковой области, находящейся между каждой из первых полупроводниковых областей и стоковой областью для избыточных зарядов первого типа проводимости. Изобретение обеспечивает получение необходимого сигнала в ситуации, когда один сигнал получают с использованием сигналов множества элементов фотоэлектрического преобразования посредством создания структуры изоляции между элементами фотоэлектрического преобразования. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Устройство фотоэлектрического преобразования, содержащее:
множество блоков фотоэлектрического преобразования, каждый из которых включает в себя множество элементов фотоэлектрического преобразования,
причем сигнальные несущие, сгенерированные во множестве элементов фотоэлектрического преобразования, включенных во множество блоков фотоэлектрического преобразования, или сигналы на основе сигнальных несущих складываются,
причем каждый из множества элементов фотоэлектрического преобразования включает в себя первую полупроводниковую область первого типа проводимости, которая накапливает сигнальные несущие,
причем первые полупроводниковые области, включенные в состав элементов фотоэлектрического преобразования, которые включаются в состав каждого из блоков фотоэлектрического преобразования и располагаются смежно друг к другу, размещают между собой вторую полупроводниковую область второго типа проводимости, и
при этом высота потенциального барьера для сигнальных несущих, сгенерированных в определенной области второй полупроводниковой области, меньше высоты потенциального барьера для сигнальных несущих, сгенерированных в области, находящейся между каждой из первых полупроводниковых областей и стоковой областью для избыточных зарядов первого типа проводимости.

2. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.1,
в котором область, находящаяся между каждой из первых полупроводниковых областей и стоковой областью для избыточных зарядов первого типа проводимости, является третьей полупроводниковой областью второго типа проводимости.

3. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.1,
в котором каждый из блоков фотоэлектрического преобразования включает в себя множество элементов фотоэлектрического преобразования, на которые падает свет, собранный посредством одной микролинзы.

4. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.1,
в котором стоковая область для избыточных зарядов является полупроводниковой областью первого типа проводимости, расположенной в вертикальном направлении первой полупроводниковой области.

5. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.4,
в котором полупроводниковая область первого типа проводимости является полупроводниковой подложкой первого типа проводимости.

6. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.1,
в котором стоковая область для избыточных зарядов является полупроводниковой областью первого типа проводимости, расположенной в поперечном направлении первой полупроводниковой области.

7. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.6,
в котором полупроводниковая область первого типа проводимости является истоковой областью или стоковой областью транзистора первого типа проводимости, включенного в состав каждого из блоков фотоэлектрического преобразования.

8. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.2,
в котором концентрация примеси третьей полупроводниковой области, по меньшей мере, в три раза превышает концентрацию примеси определенной области.

9. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.8,
в котором концентрация примеси третьей полупроводниковой области, по меньшей мере, в десять раз превышает концентрацию примеси определенной области.

10. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.1,
в котором вторая полупроводниковая область включает в себя первую часть и вторую часть, а концентрация примеси первой части ниже концентрации примеси второй части или же ширина первой части при просмотре в плане меньше ширины второй части при просмотре в плане.

11. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.10,
в котором первая часть располагается на глубине, отличной от глубины, на которой располагается вторая часть.

12. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.10,
в котором, при просмотре второй полупроводниковой области в плане, первая часть располагается в позиции, отличной от позиции, в которой располагается вторая часть.

13. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.10,
в котором глубина пиковой концентрации примеси первой части отличается от глубины пиковой концентрации примеси первой полупроводниковой области.

14. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.10,
в котором каждый из блоков фотоэлектрического преобразования включает в себя множество элементов фотоэлектрического преобразования, на которые падает свет, собранный посредством одной микролинзы, и
в котором первая часть располагается со смещением, по меньшей мере, в одном направлении относительно позиции выступа центральной позиции микролинзы на светоприемной поверхности.

15. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.14,
в котором степень смещения составляет 0,1 мкм или более.

16. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.1,
в котором множество элементов фотоэлектрического преобразования располагается в различных позициях при просмотре в плане.

17. Устройство фотоэлектрического преобразования по любому из пп.1-16,
в котором четвертая полупроводниковая область второго типа проводимости обеспечивается между первыми полупроводниковыми областями, включенными в состав соседних элементов фотоэлектрического преобразования, которые включаются в состав различных блоков фотоэлектрического преобразования, расположенных смежно друг к другу, а высота потенциального барьера, сгенерированного, по меньшей мере, в определенной области второй полупроводниковой области, меньше высоты потенциального барьера, сгенерированного в четвертой полупроводниковой области.

18. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.17,
в котором высота потенциального барьера, сгенерированного в четвертой полупроводниковой области, превышает высоту потенциального барьера, сгенерированного в третьей полупроводниковой области.

19. Система снятия изображения, содержащая:
устройство фотоэлектрического преобразования по п.1,
причем захват изображения выполняется с использованием сигналов, полученных посредством сложения сигналов множества элементов фотоэлектрического преобразования, включенных в состав множества блоков фотоэлектрического преобразования, и
при этом обнаружение фокуса во время захвата изображения выполняется с использованием, по меньшей мере, одного из сигналов множества элементов фотоэлектрического преобразования, включенных в состав множества блоков фотоэлектрического преобразования.

20. Система снятия изображения по п.19,
в которой обнаружение фокуса прекращается по превышению величины заряда, который накапливается посредством одного или более элементов фотоэлектрического преобразования во множестве блоков фотоэлектрического преобразования.