УСТРОЙСТВО ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ Российский патент 2015 года по МПК H01L27/14 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству фотоэлектрического преобразования. Более конкретно, настоящее изобретение относится к изоляционной структуре между элементами фотоэлектрического преобразования.

Описание предшествующего уровня техники

[0002] Традиционно, существует способ, чтобы обрабатывать сигналы, сформированные посредством множества элементов фотоэлектрического преобразования устройства фотоэлектрического преобразования, в качестве сигнала одного пикселя. Например, существует способ, чтобы определять фокусировку на основе способа разности фаз посредством предоставления множества элементов фотоэлектрического преобразования, соответствующих одной микролинзе. Согласно способу, поясненному в выложенной заявке на патент Японии номер 2001-250931, по отдельности считывается каждый сигнал множества элементов фотоэлектрического преобразования, которые соответствуют одной микролинзе, и определяется фокусировка. Сигнал, получаемый посредством суммирования сигналов множества элементов фотоэлектрического преобразования, соответствующих одной микролинзе, рассматривается в качестве сигнала одного пикселя.

[0003] Когда сигналы множества элементов фотоэлектрического преобразования рассматриваются в качестве сигнала одного пикселя, надлежащий сигнал может быть не получен, когда существует разность в чувствительности множества элементов фотоэлектрического преобразования или в количестве света, падающего на множество элементов фотоэлектрического преобразования. Дополнительно, поскольку элементы фотоэлектрического преобразования размещаются рядом с различными элементами, надлежащий сигнал может быть не получен в зависимости от изоляционной структуры между смежными элементами.

Сущность изобретения

[0004] Настоящее изобретение направлено на получение требуемого сигнала, когда сигналы множества элементов фотоэлектрического преобразования используются в качестве одного сигнала посредством использования надлежащей изоляционной структуры между элементами фотоэлектрического преобразования.

[0005] Согласно аспекту настоящего изобретения, устройство фотоэлектрического преобразования включает в себя множество блоков фотоэлектрического преобразования, включающих в себя множество элементов фотоэлектрического преобразования, и суммирует сигналы множества элементов фотоэлектрического преобразования, включенных в блоки фотоэлектрического преобразования. В устройстве фотоэлектрического преобразования, каждый из множества элементов фотоэлектрического преобразования включает в себя первую полупроводниковую область первого типа удельной проводимости для сбора сигнального заряда, вторая полупроводниковая область второго типа удельной проводимости размещена между первыми полупроводниковыми областями элементов фотоэлектрического преобразования, размещенных рядом друг с другом и включенных в блок фотоэлектрического преобразования, третья полупроводниковая область второго типа удельной проводимости размещена между первыми полупроводниковыми областями элементов фотоэлектрического преобразования, размещенных рядом друг с другом среди множества элементов фотоэлектрического преобразования, включенных в различные блоки фотоэлектрического преобразования, размещенные рядом друг с другом, и концентрация примеси второго типа удельной проводимости, по меньшей мере, участка второй полупроводниковой области ниже концентрации примеси второго типа удельной проводимости третьей полупроводниковой области.

[0006] Дополнительные признаки и аспекты настоящего изобретения станут очевидными из последующего подробного описания примерных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

[0007] Прилагаемые чертежи, которые содержатся и составляют часть описания изобретения, иллюстрируют примерные варианты осуществления, признаки и аспекты изобретения и вместе с описанием служат для того, чтобы пояснять принципы изобретения.

[0008] Фиг. 1 является блок-схемой всей конфигурации устройства формирования изображений согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения.

[0009] Фиг. 2 является видом сверху устройства фотоэлектрического преобразования согласно примерному варианту осуществления.

[0010] Фиг. 3A-3C являются видами в разрезе и диаграммой распределения потенциала устройства фотоэлектрического преобразования согласно примерному варианту осуществления.

[0011] Фиг. 4 схематично иллюстрирует выход устройства фотоэлектрического преобразования согласно примерному варианту осуществления.

[0012] Фиг. 5A-5D иллюстрирует заряды, накопленные в устройстве фотоэлектрического преобразования согласно примерному варианту осуществления.

[0013] Фиг. 6A-6C являются видом в разрезе и диаграммами распределения потенциала устройства фотоэлектрического преобразования согласно примерному варианту осуществления.

[0014] Фиг. 7A-7C являются видом сверху и диаграммами распределения потенциала устройства фотоэлектрического преобразования согласно примерному варианту осуществления.

[0015] Фиг. 8A-8C являются видом в разрезе и диаграммами распределения потенциала устройства фотоэлектрического преобразования согласно примерному варианту осуществления.

[0016] Фиг. 9 схематично иллюстрирует соотношение между объектом и изображением объекта, которое формируется.

[0017] Фиг. 10A и 10B схематично иллюстрируют определение фокусировки на основе способа разности фаз.

[0018] Фиг. 11 является блок-схемой системы формирования изображений.

[0019] Фиг. 12A и 12B являются видом в разрезе и диаграммой распределения потенциала устройства фотоэлектрического преобразования в качестве сравнительного примера.

[0020] Фиг. 13 схематично иллюстрирует выход устройства фотоэлектрического преобразования в качестве сравнительного примера.

[0021] Фиг. 14A и 14B являются эквивалентными принципиальными схемами блока фотоэлектрического преобразования, который является применимым к настоящему изобретению.

[0022] Фиг. 15A-15C являются видом в разрезе и диаграммами распределения потенциала устройства фотоэлектрического преобразования согласно примерному варианту осуществления.

Подробное описание вариантов осуществления

[0023] Различные примерные варианты осуществления, признаки и аспекты изобретения описаны подробно ниже со ссылкой на чертежи.

[0024] Сравнительный пример описан для простоты понимания примерных вариантов осуществления.

[0025] Фиг. 12A является видом в разрезе элемента фотоэлектрического преобразования устройства фотоэлектрического преобразования в качестве сравнительного примера. Фиг. 12B является диаграммой распределения потенциала сигнальных зарядов и соответствует виду в разрезе на фиг. 12A. В нижеприведенных описаниях электроны используются в качестве сигнальных зарядов. Дополнительно, касательно типа полупроводника, полупроводник n-типа упоминается как первого типа удельной проводимости, а полупроводник p-типа упоминается как второго типа удельной проводимости. Если дырки используются в качестве сигнальных зарядов, то первый тип удельной проводимости задается для полупроводника p-типа, а второй тип удельной проводимости задается для полупроводника n-типа. На чертежах разные блоки фотоэлектрического преобразования обозначаются посредством разных наборов символов после числовых значений. Например, микролинзы 1201a и 1201b соответствуют разным блокам фотоэлектрического преобразования. Если необязательно различать блоки фотоэлектрического преобразования в описании, наборы символов могут не использоваться. То же применимо к примерным вариантам осуществления, описанным ниже.

[0026] Когда свет собирается посредством микролинзы 1201, он проходит через цветной светофильтр 1202. Затем, свет падает на множество элементов фотоэлектрического преобразования. Множество слоев соединений 1203 предоставляется, главным образом, в целях получения сигналов из элементов фотоэлектрического преобразования.

[0027] Полупроводниковая область 1205 p-типа и множество полупроводниковых областей 1206 и 1207 n-типа формируют p-n-переход. Полупроводниковая область 1205 p-типа размещена на полупроводниковой области 1204. Полупроводниковая область 1204 может быть либо полупроводниковой подложкой p-типа, либо полупроводниковой подложкой n-типа.

[0028] Элемент фотоэлектрического преобразования включает в себя полупроводниковые области 1206 и 1207 n-типа и полупроводниковую область 1205 p-типа. Более конкретно, полупроводниковая область 1205 p-типа и полупроводниковые области 1206a и 1206b n-типа составляют элементы PD1 и PD2 фотоэлектрического преобразования (в дальнейшем называемые PD1 и PD2). Полупроводниковая область 1205 p-типа и полупроводниковые области 1207a и 1207b n-типа составляют элементы PD3 и PD4 фотоэлектрического преобразования (в дальнейшем называемые PD3 и PD4).

[0029] Поскольку потенциал каждой из полупроводниковых областей 1206a, 1206b, 1207a и 1207b n-типа ниже потенциала электрона, сигнальные заряды накапливаются в каждой из областей. Полупроводниковая область p-типа может быть размещена на стороне падающего света каждой из полупроводниковых областей 1206a, 1206b, 1207a и 1207b n-типа, чтобы формировать встроенный фотодиод. Хотя свет, сконцентрированный посредством микролинзы 1201a, падает на PD1 и PD2, свет, сконцентрированный посредством микролинзы 1201b, падает на PD3 и PD4. Один блок фотоэлектрического преобразования включает в себя множество элементов фотоэлектрического преобразования, на которые сконцентрированный свет падает посредством одной микролинзы.

[0030] Как описано выше, свет, сконцентрированный посредством одной микролинзы 1201a, падает на PD1 и PD2. PD1 и PD2 являются смежными друг с другом в одном направлении (горизонтальном направлении на фиг. 12A). Полупроводниковая область 1209 p-типа размещена между полупроводниковой областью 1206a n-типа в PD1 и полупроводниковой областью 1206b n-типа в PD2. Полупроводниковая область 1209 p-типа, размещенная между полупроводниковыми областями 1206a и 1206b n-типа, может выступать в качестве потенциального барьера для электрона.

[0031] Сконцентрированный свет падает на PD2 и PD3 посредством разных микролинз (микролинзы 1201a для PD2 и микролинзы 1201b для PD3). PD2 и PD3 являются смежными друг с другом в одном направлении (горизонтальном направлении на фиг. 12A). Другими словами, PD2 и PD3 размещены рядом друг с другом, но включены в разные блоки фотоэлектрического преобразования. Полупроводниковая область 1208 p-типа размещена между полупроводниковой областью 1206b n-типа в PD2 и полупроводниковой областью 1207a n-типа в PD3. Полупроводниковая область 1208 p-типа, размещенная между полупроводниковыми областями 1206b и 1207a n-типа, может выступать в качестве потенциального барьера для электрона.

[0032] Фиг. 12B иллюстрирует потенциальные барьеры 1210 и 1211, которые, соответственно, соответствуют полупроводниковым областям 1209 и 1208 p-типа. Высота потенциального барьера 1210 практически равна высоте потенциального барьера 1211.

[0033] Когда элемент фотоэлектрического преобразования включает в себя вышеописанную структуру, предполагается случай, в котором, по меньшей мере, элемент PD2 фотоэлектрического преобразования, включенный в один блок фотоэлектрического преобразования, насыщается вследствие разности в чувствительности или яркости между элементами фотоэлектрического преобразования, смежными друг с другом. В таком случае, некоторые заряды, сформированные посредством PD2, могут перетекать через потенциальный барьер 1210 и перемещаться в смежный элемент PD1 фотоэлектрического преобразования. Дополнительно, заряды, сформированные посредством PD2, могут перемещаться в элемент PD3 фотоэлектрического преобразования, который включен в другой блок фотоэлектрического преобразования. Дополнительно, заряды могут перемещаться в область размещения транзисторов (не проиллюстрирована), смежную с PD2.

[0034] Фиг. 13 иллюстрирует входные/выходные характеристики двух элементов PD1 и PD2 фотоэлектрического преобразования, включенных в один блок фотоэлектрического преобразования, и синтезированные входные/выходные характеристики, полученные посредством синтезирования выхода PD1 и PD2. Синтезированный выход может быть получен, по меньшей мере, посредством суммирования сигналов элементов фотоэлектрического преобразования. Чтобы получать синтезированный выход, сигналы могут быть усреднены или усилены.

[0035] На фиг. 13, чувствительность PD2 задается равной более высокому уровню по сравнению с чувствительностью PD1, или больше света вводится в PD2 по сравнению с PD1 в качестве иллюстрации. Если свет, падающий на элемент фотоэлектрического преобразования, находится в диапазоне 1301, больше зарядов формируется посредством PD2, чем PD1. Поскольку PD2 не насыщается, надлежащий выход может быть получен посредством синтезирования выходных сигналов PD1 и PD2. Тем не менее, если PD2 насыщается, а PD1 не насыщается, только PD1 выводит линейные выходные сигналы относительно падающего света. Таким образом, синтезированный выход определяется согласно выходу PD1 от точки, в которой PD2 насыщается. Как результат, синтезированный выход демонстрирует изгиб характеристики от точки, в которой PD2 насыщается. Это явление становится очевидным, когда заряды, которые сформированы после насыщения PD2, протекают в область, отличную от PD1. Согласно такому явлению, не может быть получен требуемый синтезированный сигнал.

[0036] Цель настоящего примерного варианта осуществления заключается в том, чтобы решать вышеописанную проблему. В частности, настоящий примерный вариант осуществления является характеристикой в структуре участка между множеством элементов фотоэлектрического преобразования в блоке фотоэлектрического преобразования, а также участка между множеством элементов фотоэлектрического преобразования, смежных друг с другом и включенных в разные блоки фотоэлектрического преобразования. Концентрация примеси полупроводниковой области p-типа между элементами фотоэлектрического преобразования, которые являются смежными друг с другом и включены в один блок фотоэлектрического преобразования, задается равной более низкому уровню по сравнению с концентрацией примеси полупроводниковой области p-типа между элементами фотоэлектрического преобразования, которые являются смежными друг с другом и включены в разные блоки фотоэлектрического преобразования.

[0037] Далее описывается блок-схема устройства фотоэлектрического преобразования согласно настоящему примерному варианту осуществления. В нижеприведенном описании, устройство формирования изображений используется в качестве примера устройства фотоэлектрического преобразования. Тем не менее, настоящее изобретение также применимо к устройству, отличному от устройства формирования изображений при условии, что устройство использует фотоэлектрическое преобразование. Дополнительно, блок-схема также является применимой к другим примерным вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0038] Фиг. 1 является блок-схемой устройства формирования изображений по настоящему примерному варианту осуществления. На фиг. 1, устройство 100 формирования изображений включает в себя пиксельную матрицу 101 и схему 102 выбора по вертикали, используемую для выбора строк в пиксельной матрице 101. Множество блоков фотоэлектрического преобразования размещено в пиксельной матрице. Множество блоков фотоэлектрического преобразования может быть размещено двумерным образом.

[0039] Предварительно определенная строка выбирается посредством схемы 102 выбора по вертикали, и сигнал выводится из блока фотоэлектрического преобразования, включенного в предварительно определенную строку, в вертикальную выходную линию. Вертикальная выходная линия может предоставляться для каждого столбца или множества столбцов. Дополнительно, множество вертикальных выходных линий может предоставляться для каждого столбца пикселей.

[0040] Сигналы, параллельно считываемые посредством множества вертикальных выходных линий, вводятся в схеме 103 столбцов. Схема 103 столбцов может выполнять любое из усиления сигнала, аналого-цифрового преобразования и уменьшения уровня шума, а также комбинацию такой обработки.

[0041] Схема 104 выбора по горизонтали последовательно выбирает сигнал, сохраненный в схеме 103 столбцов, и выводит сигнал в горизонтальную выходную линию (не проиллюстрирована). Последовательный интерфейс 105 обменивается данными с внешним устройством, чтобы определять, например, рабочий режим. В дополнение к проиллюстрированным компонентам, устройство 100 формирования изображений может включать в себя, например, генератор тактовых импульсов или схему управления, которая предоставляет импульс управления и т.п. в схему 102 выбора по вертикали, схему 104 выбора по горизонтали и схему 103 столбцов.

[0042] Блок-схема на фиг. 1 применима ко всем примерным вариантам осуществления, описанным ниже. Дополнительно, термины "вертикальный" и "горизонтальный" используются для удобства и могут быть взаимозаменяемыми.

[0043] Далее описываются примеры эквивалентной схемы блока фотоэлектрического преобразования со ссылкой на фиг. 14A и 14B. Фиг. 14A иллюстрирует пример, в котором транзисторы, каждый из которых имеет другую функцию, отдельно предоставляются для каждого элемента фотоэлектрического преобразования. Фиг. 14B иллюстрирует пример, в котором транзисторы, каждый из которых имеет другую функцию, предоставляются совместно для множества элементов фотоэлектрического преобразования.

[0044] Заряды, сформированные посредством элемента 1401a или 1401b фотоэлектрического преобразования, переносятся во входной узел усилительного транзистора 1403a или 1403b посредством транзистора 1402a или 1402b переноса, соответственно. Входной узел усилительного транзистора может быть сконфигурирован посредством затвора усилительного транзистора и плавающей диффузионной области, электрически соединенной с затвором. Если импульс, который включает транзистор выбора, подается в затвор транзистора 1404a или 1404b выбора, то сигнал, соответствующий входному узлу усилительного транзистора, выводится в вертикальную выходную линию 1406. Затем напряжение входного узла усилительного транзистора 1403a или 1403b задается равным предварительно определенному напряжению посредством транзистора 1405a или 1405b сброса, соответственно. Когда схема включает в себя вышеописанную конфигурацию, посредством только включения транзистора 1404a или 1404b выбора, сигнал элемента 1401a или 1401b фотоэлектрического преобразования может быть считан в схему столбцов. Затем, формирование изображения и определение фокусировки может быть выполнено посредством суммирования сигналов.

[0045] Далее описывается фиг. 14B. Работа на фиг. 14B по существу является аналогичной работе, описанной со ссылкой на фиг. 14A. Заряды, сформированные посредством элемента 1501a или 1501b фотоэлектрического преобразования, переносятся во входной узел усилительного транзистора 1503 посредством транзистора 1502a или 1502b переноса, соответственно. Входной узел усилительного транзистора 1503 может быть сконфигурирован посредством затвора усилительного транзистора и плавающей диффузионной области, электрически соединенной с затвором. Если импульс, который включает транзистор выбора, подается в затвор транзистора 1504 выбора, то сигнал, соответствующий входному узлу усилительного транзистора 1503, выводится в вертикальную выходную линию 1506. Затем, напряжение входного узла усилительного транзистора 1503 задается равным предварительно определенному напряжению посредством транзистора 1505 сброса. На фиг. 14B, поскольку усилительный транзистор 1503 совместно используется элементами 1501a и 1501b фотоэлектрического преобразования, сигналы могут суммироваться во входном узле усилительного транзистора 1503. Таким образом, сигнал, получаемый после обработки суммирования, может выводиться из блока фотоэлектрического преобразования в вертикальную выходную линию 1506.

[0046] Далее описывается конфигурация устройства фотоэлектрического преобразования в отношении конкретных примерных вариантов осуществления. В каждом из нижеприведенных примерных вариантов осуществления, устройство формирования изображений используется в качестве примера устройства фотоэлектрического преобразования. В нижеприведенном подробном описании, в объеме настоящего изобретения и на чертежах, термин "концентрация примеси" обозначает чистую концентрацию примеси, которая является концентрацией примеси, компенсируемой посредством примеси с противоположным типом удельной проводимости. Это представляет собой чистую концентрацию. Область, в которой концентрация легирующей примеси p-типа выше концентрации легирующей примеси n-типа, рассматривается как полупроводниковая область p-типа. Напротив, область, в которой концентрация легирующей примеси n-типа выше концентрации легирующей примеси p-типа, рассматривается как полупроводниковая область n-типа.

[0047] Фиг. 2 схематично иллюстрирует вид сверху блока 201 фотоэлектрического преобразования устройства формирования изображений по первому примерному варианту осуществления. Фиг. 2 включает в себя четыре блока 201 фотоэлектрического преобразования, размещенные в две строки и два столбца.

[0048] Одна микролинза 202 предоставляется для каждого из блоков фотоэлектрического преобразования. Один блок 201 фотоэлектрического преобразования включает в себя множество элементов фотоэлектрического преобразования. На фиг. 2, один блок 201 фотоэлектрического преобразования включает в себя два элемента фотоэлектрического преобразования, например, PD1 и PD2. Альтернативно, один блок фотоэлектрического преобразования может включать в себя четыре или девять элементов фотоэлектрического преобразования.

[0049] Заряды, сформированные посредством элементов PD1 и PD2 фотоэлектрического преобразования, переносятся к плавающей диффузионной области 207 через передающие затворы 205 и 206 транзисторов переноса, соответственно. Плавающая диффузионная область 207 совместно используется элементами PD1 и PD2 фотоэлектрического преобразования.

[0050] Хотя четыре блока фотоэлектрического преобразования проиллюстрированы на фиг. 2 в качестве иллюстрации, пиксельная матрица 101 формируется посредством размещения большого числа таких блоков 201 фотоэлектрического преобразования в матрице.

[0051] Фиг. 3A является видом в разрезе блока фотоэлектрического преобразования по настоящему примерному варианту осуществления. Фиг. 3B схематично иллюстрирует структуру распределения потенциала сигнальных зарядов полупроводниковой области на фиг. 3A. Фиг. 3A является видом в разрезе блока фотоэлектрического преобразования вдоль пунктирной линии A-B на фиг. 2. Фиг. 3C является видом в разрезе блока фотоэлектрического преобразования вдоль пунктирной линии C-D на фиг. 2.

[0052] Блок фотоэлектрического преобразования включает в себя цветной светофильтр 301 и слой 302 соединений. Три слоя соединений, предоставляемые на разных высотах, проиллюстрированы на фиг. 3A.

[0053] Полупроводниковая область 304 p-типа и множество полупроводниковых областей 203 и 204 n-типа формируют p-n-переход. Полупроводниковая область 304 p-типа размещена на полупроводниковой области 303. Полупроводниковая область 303 является либо полупроводниковой подложкой p-типа, либо полупроводниковой подложкой n-типа.

[0054] Элемент фотоэлектрического преобразования включает в себя полупроводниковую область 203 или 204 n-типа и полупроводниковую область 304 p-типа. Более конкретно, полупроводниковая область 304 p-типа и полупроводниковые области 203a и 203b n-типа составляют элементы PD1 и PD2 фотоэлектрического преобразования. Полупроводниковая область 304 p-типа и полупроводниковые области 204a и 204b n-типа составляют элементы PD3 и PD4 фотоэлектрического преобразования. Поскольку потенциал каждой из полупроводниковых областей 203a, 203b, 204a и 204b n-типа ниже потенциала электронов, сигнальные заряды накапливаются в каждой из областей. Полупроводниковая область p-типа может быть размещена на стороне падающего света каждой из полупроводниковых областей 203a, 203b, 204a и 204b n-типа, чтобы формировать встроенный фотодиод. Когда свет, сконцентрированный посредством микролинзы 202a, падает на PD1 и PD2, свет, сконцентрированный посредством микролинзы 202b, падает на PD3 и PD4. Эти полупроводниковые области размещаются на полупроводниковой подложке 300.

[0055] Свет, сконцентрированный посредством одной микролинзы 202a, падает на PD1 и PD2. PD1 и PD2 включены в один тот же блок фотоэлектрического преобразования. PD2 и PD3 являются смежными друг с другом в одном направлении (горизонтальном направлении на фиг. 3A). Блок фотоэлектрического преобразования, который включает в себя PD1 и PD2, упоминается как первый блок фотоэлектрического преобразования. Блок фотоэлектрического преобразования, который является смежным с первым блоком фотоэлектрического преобразования справа на фиг. 3A, упоминается как второй блок фотоэлектрического преобразования.

[0056] Полупроводниковая область 306 p-типа размещена между полупроводниковыми областями 203a и 203b n-типа, соответственно, включенными в PD1 и PD2. Полупроводниковая область 306 p-типа, размещенная между полупроводниковыми областями 203a и 203b n-типа, может выступать в качестве потенциального барьера для электрона.

[0057] Сконцентрированный свет падает на PD2 и PD3 посредством разных микролинз (микролинзы 202a для PD2 и микролинзы 202b для PD3). PD2 и PD3 включены в разные блоки фотоэлектрического преобразования, но размещены рядом друг с другом. PD2 и PD3 являются смежными друг с другом в одном направлении (горизонтальном направлении на фиг. 3A). Полупроводниковая область 305 p-типа размещена между полупроводниковыми областями 203b n-типа в PD2 и полупроводниковыми областями 204a n-типа в PD3. Полупроводниковая область 305 p-типа, размещенная между полупроводниковыми областями 203b и 204a n-типа, может выступать в качестве потенциального барьера для электрона.

[0058] Согласно настоящему примерному варианту осуществления, концентрация примеси полупроводниковой области 305 p-типа отличается от концентрации примеси полупроводниковой области 306 p-типа. Более конкретно, концентрация примеси p-типа полупроводниковой области 306 p-типа ниже концентрации примеси p-типа полупроводниковой области 305 p-типа. Согласно такой концентрации, высота потенциального барьера между PD1 и PD2 в одном блоке фотоэлектрического преобразования может быть уменьшена по сравнению с высотой потенциального барьера между PD2 и PD3 в разных блоках фотоэлектрического преобразования, смежных друг с другом.

[0059] Как проиллюстрировано на фиг. 3B, потенциальный барьер 308 между PD1 и PD2 в первом блоке фотоэлектрического преобразования имеет высоту h1. Потенциальный барьер 307 между PD2 и PD3, смежными друг с другом и включенными в разные блоки фотоэлектрического преобразования, имеет высоту h2. Высота h1 потенциального барьера между PD1 и PD2 ниже высоты h2 потенциального барьера между PD2 и PD3.

[0060] Согласно такой структуре, сигнал, получаемый посредством суммирования сигналов элементов фотоэлектрического преобразования, включенных в один блок фотоэлектрического преобразования, должен демонстрировать линейность, соответствующую количеству падающего света. Такая конфигурация применима не только к настоящему примерному варианту осуществления, но и к различным элементам фотоэлектрического преобразования. В частности, полезно, когда множество элементов фотоэлектрического преобразования, выход которых должен суммироваться, имеет разность в чувствительности или величине насыщения, или количестве падающего света. Разность в количестве падающего света возникает в случае, если, например, равномерный свет падает на все устройство фотоэлектрического преобразования, но количество света, фактически падающего на каждый элемент фотоэлектрического преобразования, отличается. Это возникает с большой вероятностью, в частности, когда свет, сконцентрированный посредством одной микролинзы, падает на множество элементов фотоэлектрического преобразования, которые планарно размещены в разных позициях.

[0061] Далее описывается требуемый пример концентрации примеси полупроводниковой области p-типа. Желательно, чтобы концентрация примеси p-типа полупроводниковой области 305 p-типа, которая конфигурирует потенциальный барьер 307, задавалась в три раза или более превышающей концентрацию примеси p-типа полупроводниковой области 306 p-типа, которая конфигурирует потенциальный барьер 308. Это обусловлено тем, что задание концентрации в три раза или более превышающей может формировать разность между высотами барьеров, сравнимую с потенциалом зарядов (приблизительно 26 мВ при температуре окружающей среды 27°C). Посредством рассмотрения диапазона рабочей температуры устройства фотоэлектрического преобразования, более желательно, чтобы концентрация примеси p-типа полупроводниковой области 305 p-типа могла задаваться в десять раз или более превышающей концентрацию примеси p-типа полупроводниковой области 306 p-типа.

[0062] Далее описывается фиг. 3C. Фиг. 3C является видом в разрезе блока фотоэлектрического преобразования вдоль линии C-D на фиг. 2. На фиг. 3C проиллюстрированы элементы фотоэлектрического преобразования третьего блока фотоэлектрического преобразования, которые являются смежными с первым блоком фотоэлектрического преобразования в направлении вниз на фиг. 2. Диэлектрическая изоляция 309, которая включает в себя изолятор, размещена между плавающей диффузионной областью 207 первого блока фотоэлектрического преобразования и элементом PD5 фотоэлектрического преобразования третьего блока фотоэлектрического преобразования. Известные способ и структура, такие как локальное оксидирование кремния (LOCOS) и мелкощелевая изоляция (STI), могут быть использованы при образовании диэлектрической изоляции 309.

[0063] Хотя высота потенциального барьера не иллюстрируется, высота потенциального барьера, образованного посредством диэлектрической изоляции 309, выше высоты потенциального барьера, образованного посредством полупроводниковой области 306 p-типа. Высоты потенциальных барьеров, сформированных посредством диэлектрической изоляции 309 и полупроводниковой области 305 p-типа, являются произвольными и могут быть произвольно заданы согласно схеме размещения элементов. В примере, проиллюстрированном на фиг. 3C, диэлектрическая изоляция размещена между плавающей диффузионной областью и элементом фотоэлектрического преобразования. Помимо этого, диэлектрическая изоляция может предоставляться между транзистором и элементом фотоэлектрического преобразования пиксельного блока.

[0064] Далее описывается выход каждого PD и синтезированный выход после суммирования со ссылкой на фиг. 4 и 5. Фиг. 4 иллюстрирует входные/выходные характеристики PD1 и PD2 и синтезированные входные/выходные характеристики, полученные посредством синтезирования выхода PD1 и PD2. Горизонтальная ось представляет количество падающего света, а вертикальная ось представляет выход из элемента фотоэлектрического преобразования.

[0065] Фиг. 5A-5D схематично иллюстрируют структуру распределения потенциала блоков фотоэлектрического преобразования, проиллюстрированных на фиг. 3B, и образованных электронов. На фиг. 4, предполагается, что чувствительность PD1 задается равной более высокому уровню по сравнению с чувствительностью PD2, или больше света вводится в PD1 по сравнению с PD2 в качестве иллюстрации. Когда количество света, падающего на элемент фотоэлектрического преобразования, находится в диапазоне 401, больше электронов образуется посредством PD1, чем PD2. Фиг. 5A иллюстрирует структуру распределения потенциала в этом состоянии. Синтезированный выход PD1 и PD2 указывает соответствующее значение. Затем, когда PD1 и PD2 находятся в диапазоне 402, PD1 насыщается, но PD2 не насыщается. В этом состоянии, как проиллюстрировано на фиг. 5B, электроны, сформированные в PD1, могут перетекать через потенциальный барьер 308 и перемещаться в PD2. Таким образом, относительно диапазона 402, выход PD2 основан на величине заряда, полученной посредством синтезирования электронов, сформированных в PD2, и некоторых электронов, сформированных в PD1. Таким образом, высота h1 потенциального барьера 308 задается ниже высоты h2 потенциального барьера 307. Согласно такой структуре, некоторые электроны, сформированные в PD1, могут перемещаться в PD2. Таким образом, даже если количество падающего света находится в диапазоне 402, синтезированный выход PD1 и PD2 демонстрирует линейность.

[0066] Касательно диапазона 403, как проиллюстрировано на фиг. 5C, выход PD1 и PD2 превышает уровень насыщения, заданный посредством потенциального барьера 308, и достигает уровня насыщения, заданного посредством потенциального барьера 307.

[0067] Касательно диапазона 404, как проиллюстрировано на фиг. 5D, поскольку PD1 и PD2 достигают уровня насыщения, заданного посредством потенциального барьера 307, синтезированный выход также насыщен.

[0068] Как описано выше, настоящий примерный вариант осуществления является применимым к устройству фотоэлектрического преобразования, включающему в себя множество блоков фотоэлектрического преобразования, дополнительно включающих в себя множество элементов фотоэлектрического преобразования. Относительно такого устройства фотоэлектрического преобразования вторая полупроводниковая область 306 второго типа удельной проводимости размещена между первыми полупроводниковыми областями 203a и 203b элементов фотоэлектрического преобразования, которые включены в один блок фотоэлектрического преобразования и размещены рядом друг с другом. Дополнительно, третья полупроводниковая область 305 второго типа удельной проводимости размещена между первыми полупроводниковыми областями 203b и 204a элементов фотоэлектрического преобразования, которые размещены рядом друг с другом и включены в разные блоки фотоэлектрического преобразования. Концентрация примеси второго типа удельной проводимости второй полупроводниковой области 306 задается ниже концентрации примеси второго типа удельной проводимости третьей полупроводниковой области 305. Согласно настоящему примерному варианту осуществления, вторая полупроводниковая область 306 имеет равномерную концентрацию примеси. Тем не менее, концентрация примеси не должна быть равномерной при условии, что, по меньшей мере, участок второй полупроводниковой области 306 включает в себя область низкой концентрации.

[0069] Согласно такой конфигурации, заряды между элементами фотоэлектрического преобразования в одном блоке фотоэлектрического преобразования могут перемещаться более легко по сравнению с зарядами, которые перемещаются между элементом фотоэлектрического преобразования и другой областью. Таким образом, например, когда один элемент фотоэлектрического преобразования в одном блоке фотоэлектрического преобразования насыщается, может предотвращаться возникновение изгиба характеристик синтезированного выхода, и может быть получен выход с более высокой линейностью.

[0070] Второй примерный вариант осуществления настоящего изобретения описывается со ссылкой на чертежи. Фиг. 6A является видом в разрезе блоков фотоэлектрического преобразования по настоящему примерному варианту осуществления. Компоненты, аналогичные компонентам первого примерного варианта осуществления, обозначаются посредством тех же ссылочных позиций и их описания не повторяются. Фиг. 6A является видом в разрезе вдоль пунктирной линии A-B на фиг. 2. Что касается вида в разрезе вдоль пунктирной линии C-D на фиг. 2, он является аналогичным конфигурации, проиллюстрированной на фиг. 3C. То же может быть применимо к следующим примерным вариантам осуществления.

[0071] Второй примерный вариант осуществления отличается от первого примерного варианта осуществления тем, что полупроводниковая область p-типа, размещенная между элементами фотоэлектрического преобразования в одном блоке фотоэлектрического преобразования, включает в себя первый участок, имеющий низкую концентрацию, и второй участок, имеющий более высокую концентрацию, чем первый участок. Более конкретно, полупроводниковая область p-типа, размещенная между PD, на которую падает свет, сконцентрированный посредством одной микролинзы, включает в себя первый участок 601 с низкой концентрацией и второй участок 602 с более высокой концентрацией, чем первый участок 601. Первый участок 601 может быть размещен на предварительно определенной глубине от поверхности полупроводниковой подложки 600. Второй участок 602 может быть размещен выше и ниже первого участка 601. Дополнительно, концентрация примеси p-типа первого участка 601 ниже концентрации примеси p-типа полупроводниковой области 305 p-типа. В качестве конкретного требуемого примера концентрации примеси, концентрация примеси полупроводниковой области 305 p-типа задается в три раза или более превышающей концентрацию примеси p-типа первого участка 601. Дополнительно желательно задавать концентрацию примеси полупроводниковой области 305 p-типа в десять раз или более превышающей концентрацию примеси p-типа первого участка 601. Эффект, аналогичный эффекту, полученному от первого примерного варианта осуществления, может быть получен от такой структуры. Хотя только один первый участок 601 размещен согласно настоящему примерному варианту осуществления, также может быть размещено множество из них.

[0072] Посредством уменьшения концентрации примеси первого участка 601, заряды могут чрезмерно перемещаться между PD1 и PD2. В таком случае, трудно отдельно считывать сигналы PD1 и PD2.

[0073] В таком случае, например, становится затруднительным определять разность фаз, и точность определения фокусировки может быть понижена. Чтобы предотвращать такое понижение точности, глубина, на которой размещен первый участок 601, может быть изменена относительно позиций пиковой концентрации примеси полупроводниковых областей 203 и 204 n-типа.

[0074] Третий примерный вариант осуществления настоящего изобретения описывается со ссылкой на чертежи. Фиг. 7A является видом сверху блока фотоэлектрического преобразования согласно настоящему примерному варианту осуществления.

[0075] Третий примерный вариант осуществления отличается от второго примерного варианта осуществления тем, что первый участок 701 и второй участок 702 размещены в разных позициях относительно вида сверху блока фотоэлектрического преобразования.

[0076] На фиг. 7A, полупроводниковая область p-типа, размещенная между PD1 и PD2 в одном блоке фотоэлектрического преобразования, включает в себя первый участок 701 и второй участок 702, имеющий более высокую концентрацию примеси p-типа, чем первый участок 701. Дополнительно, концентрация примеси p-типа первого участка 701 ниже концентрации примеси p-типа полупроводниковой области 305 p-типа. Фиг. 7B иллюстрирует структуру распределения потенциала блоков фотоэлектрического преобразования вдоль линии A-B на фиг. 7A. Фиг. 7C иллюстрирует структуру распределения потенциала блоков фотоэлектрического преобразования вдоль линии C-D на фиг. 7A. Как очевидно из фиг 7B и 7C, потенциальный барьер, сформированный посредством первого участка 701, ниже потенциального барьера, образованного посредством второго участка 702. Высота потенциального барьера второго участка 702 является той же, что и высота потенциального барьера полупроводниковой области 305 p-типа. Таким образом, концентрации примеси p-типа второго участка 702 и полупроводниковой области 305 p-типа равны. Тем не менее, эти области не всегда должны иметь одну и ту же концентрацию примеси, и потенциальные барьеры могут иметь разные высоты при условии, что концентрации примеси p-типа второго участка 702 и полупроводниковой области 305 p-типа выше концентрации примеси p-типа первого участка 701.

[0077] Схема размещения первого участка 701 не ограничивается схемой, которая проиллюстрирована на фиг. 7A, и их множество может быть отдельно размещено на плоскости блоков фотоэлектрического преобразования.

[0078] В качестве требуемого примера концентрации примеси, концентрация примеси p-типа полупроводниковой области 305 p-типа задается в три раза или более превышающей концентрацию примеси p-типа первого участка 701. Дополнительно желательно задавать концентрацию примеси p-типа полупроводниковой области 305 p-типа в десять раз или более превышающей концентрацию примеси p-типа первого участка 701.

[0079] Состояние потенциала первого участка 701 легко изменяется согласно числу электронов, которые существуют в полупроводниковых областях 203a и 203b n-типа. Таким образом, вероятность того, что заряды, сформированные в первом участке 701, перемещаются в PD1 или в PD2, изменяется в зависимости от состояния сразу после того, как накопление начинается в PD1 или PD2, или состояния, в котором множество зарядов существуют в одном PD (например, PD1) по сравнению с другим PD (PD2). Например, если большое число зарядов существует в PD1 сразу после того, как накопление начинается, потенциал первого участка 701 изменяется посредством кулоновского взаимодействия зарядов, которые существуют в PD1. Затем, заряды, сформированные в первом участке 701с большей вероятностью перемещаются в PD2. Другими словами, изменяется вероятность перемещения зарядов в PD1 и в PD2. В таком случае, например, формируется обратная связь, которая компенсирует разность сигналов между PD, используемыми для определения разности фаз. Соответственно, может быть понижена точность определения фокусировки.

[0080] Такое понижение точности может быть уменьшено посредством размещения первого участка 701 так, как описано ниже. Более конкретно, желательно, чтобы позиция первого участка 701 сдвигалась от позиции проекции центральной позиции микролинзы на светоприемной поверхности элемента фотоэлектрического преобразования относительно вида сверху первого участка 701. Например, на фиг. 7A, хотя линия A-B является сегментом линии, который проходит приблизительно по центру микролинзы, первый участок 701 смещается в направлении вверх иллюстрации. Эта компоновка имеет намерение отделять первый участок 701 от позиции, в которой сила света, сконцентрированного посредством микролинзы, достигает пика.

[0081] Хотя первый участок 701 размещен со смещением в направлении вверх иллюстрации на фиг. 7A, первый участок 701 может быть размещен со смещением в направлении вниз либо в направлении влево или вправо. Требуемая величина смещения первого участка 701 составляет 0,1 микрометр или более от центра микролинзы. Дополнительная требуемая величина смещения первого участка 701 составляет 0,2 микрометра или более от центра микролинзы. Это представляет собой случай, когда диапазон длин волн, обрабатываемых посредством PD, находится в области видимого света. Длины волн видимого света находятся приблизительно в диапазоне 0,4-0,8 микрометров. Это представляет собой пример случая, в котором точка фокусировки микролинзы существует в элементе фотоэлектрического преобразования.

[0082] Дополнительно, поскольку состояние сконцентрированного света в элементе фотоэлектрического преобразования зависит также от F-числа объектива, большее значение смещения должно требоваться, когда устройство фотоэлектрического преобразования настоящего изобретения применяется к оптической системе с небольшим F-числом. Например, если используется система с объективом с F-числом, которое может задаваться равным 2,0, то свет с максимальным углом наклона в 14° относительно перпендикулярной линии падает на микролинзу. Если расстояние между микролинзой и PD составляет 2 мкм, фокусная позиция света, падающего на микролинзу под углом наклона 14°, смещается на 0,5 мкм, по меньшей мере, в одном направлении от позиции на светоприемной поверхности элемента фотоэлектрического преобразования, на которую проецируется центральная позиция микролинзы. В таком случае, в частности, эффективно размещать первый участок 701 в позиции, на 0,5 мкм или более смещенной от центральной позиции микролинзы. Верхний предел величины смещения составляет половину шага между элементами фотоэлектрического преобразования, смежными друг с другом.

[0083] Четвертый примерный вариант осуществления настоящего изобретения описывается со ссылкой на чертежи. Согласно четвертому примерному варианту осуществления, компоненты, аналогичные компонентам в первом-третьем примерных вариантах осуществления, обозначаются посредством тех же ссылочных позиций и их описания не повторяются.

[0084] Четвертый примерный вариант осуществления отличается от первого-третьего примерных вариантов осуществления тем, что полупроводниковая область p-типа, размещенная между полупроводниковыми областями 203a и 203b n-типа, включает в себя первый участок 801 и второй участок 802, и ширина первого участка 801 меньше ширины второго участка 802. Согласно такой конфигурации, может быть получен эффект, аналогичный вышеописанным примерным вариантам осуществления.

[0085] Хотя первый участок 801 и второй участок 802 размещены на разных глубинах на фиг. 8A, как в случае с третьим примерным вариантом осуществления, первый участок 801 и второй участок 802 могут быть размещены на одной и той же глубине, но в разных позициях относительно вида сверху блоков фотоэлектрического преобразования. Дополнительно, первый участок 801 может включать в себя множество участков, отделенных друг от друга.

[0086] Пятый примерный вариант осуществления настоящего изобретения описывается со ссылкой на фиг. 15A 15C. Согласно пятому примерному варианту осуществления, компоненты, аналогичные компонентам в первом-четвертом примерных вариантах осуществления, обозначаются посредством тех же ссылочных позиций и их описания не повторяются.

[0087] Пятый примерный вариант осуществления отличается от первого-четвертого примерных вариантов осуществления тем, что изоляция XX02 в изоляторе размещена между полупроводниковыми областями 203b и 204a n-типа, включенными в разные блоки фотоэлектрического преобразования. Помимо этого, полупроводниковая область XX01 p-типа размещена между PD1 и PD2. Согласно такой конфигурации, высота потенциального барьера между PD1 и PD2, включенными в один тот же блок фотоэлектрического преобразования, может быть уменьшена по сравнению с высотой потенциального барьера области между PD3 и PD4, размещенными рядом друг с другом и включенными в разные блоки фотоэлектрического преобразования. Полупроводниковая область 305 p-типа может быть размещена внизу изоляции XX02 в изоляторе. Только полупроводниковая область p-типа размещена между PD1 и PD2 согласно размещению в соответствии с вышеописанными примерными вариантами осуществления.

[0088] Фиг. 15B является диаграммой распределения потенциала блоков фотоэлектрического преобразования вдоль линии A-B на фиг. 15A. Фиг. 15C является диаграммой распределения потенциала блоков фотоэлектрического преобразования вдоль линии C-D на фиг. 15A. Как проиллюстрировано на фиг. 15C, высота потенциального барьера между PD1 и PD2, включенными в один тот же блок фотоэлектрического преобразования, ниже высоты потенциального барьера области между PD3 и PD4, размещенными рядом друг с другом и включенными в раные блоки фотоэлектрического преобразования. На фиг. 15B, высота потенциального барьера между PD1 и PD2, включенными в один тот же блок фотоэлектрического преобразования, равна высоте потенциального барьера области между PD3 и PD4, размещенными рядом друг с другом и включенными в раные блоки фотоэлектрического преобразования. Альтернативно, концентрация примеси p-типа полупроводниковой области 305 p-типа также может быть увеличена, так что высота потенциального барьера, образованного посредством полупроводниковой области 305 p-типа, задана выше высоты потенциального барьера, образованного посредством полупроводниковой области XX01 p-типа. Другими словами, потенциальный барьер, который существует между PD2 и PD3, формируется как посредством полупроводниковой области 305 p-типа, так и посредством изоляции XX02 в изоляторе. Дополнительно, высота этого потенциального барьера увеличивается, так что он выше потенциального барьера, образованного посредством полупроводниковой области XX01 p-типа. Помимо этого, вместо размещения полупроводниковой области 305 p-типа, полупроводниковая область XX01 p-типа может быть размещена между множеством элементов фотоэлектрического преобразования, включенных в один тот же блок фотоэлектрического преобразования, и изоляция XX02 в изоляторе может быть размещена между элементами фотоэлектрического преобразования, смежными друг с другом и включенными в разные блоки фотоэлектрического преобразования.

[0089] Устройство фотоэлектрического преобразования согласно вышеописанным примерным вариантам осуществления может быть использовано в качестве устройства формирования изображений или устройства, используемого для определения фокусировки относительно плоскости формирования изображений. Пример определения фокусировки, которое выполняется, когда формирование изображений выполняется для плоскости формирования изображений с использованием определения разности фаз, конкретно описан ниже со ссылкой на фиг. 9, 10A и 10B.

[0090] Фиг. 9 является концептуальным чертежом светового потока, испускаемого из выходного зрачка фотообъектива 900 и падающего на устройство 901 формирования изображений. Устройство 901 формирования изображений включает в себя микролинзу 202, цветной светофильтр 301 и множество элементов PD1 и PD2 фотоэлектрического преобразования. Свет, сконцентрированный посредством одной микролинзы, падает на PD1 и PD2. Выходной зрачок 902 является выходным зрачком фотообъектива. Центр светового потока, испускаемого из выходного зрачка 902, упоминается как оптическая ось 903 относительно блока фотоэлектрического преобразования, который включает в себя микролинзу 202. Свет из выходного зрачка падает на устройство 901 формирования изображений, имеющее оптическую ось 903 по центру. Линии 906 и 907 представляют крайние световые лучи света, который проходит через область 904, которая является участком выходного зрачка 902. Аналогично, линии 908 и 909 представляют крайние световые лучи света, который проходит через область 905, которая является участком выходного зрачка 902. Как можно видеть из фиг. 9, из световых потоков, испускаемых из выходного зрачка 902, световой поток на верхней стороне относительно оптической оси 903 падает на PD1, а световой поток на нижней стороне относительно оптической оси 903 падает на PD2. Соответственно, каждый из PD1 и PD2 принимает свет, излучаемый из разной области выходного зрачка фотообъектива.

[0091] Разность фаз определяется посредством использования таких характеристик. Касательно области в пикселе, когда область формирования изображений просматривается сверху, данные, полученные из одного PD, упоминаются как данные первой линии, а данные, полученные из другого PD, упоминаются как данные второй линии, относительно множества элементов фотоэлектрического преобразования, на которые падает свет, сконцентрированный посредством одной микролинзы. Затем, если получаются корреляционные данные между линиями, может быть определена фаза.

[0092] Например, на фиг. 9, из элементов фотоэлектрического преобразования, на которые падает свет, сконцентрированный посредством одной микролинзы, данные PD, размещенного на нижней стороне, упоминаются как данные первой линии, а данные PD, размещенного на верхней стороне, упоминаются как данные второй линии. В этом случае, PD1 соответствует выходу одного пикселя данных первой линии, а PD2 соответствует выходу одного пикселя данных второй линии. Фиг. 10A и 10B иллюстрируют фрагменты данных линии, когда точечный источник света используется при формировании изображения. Фиг. 10A иллюстрирует данные первой линии и второй линии в сфокусированном состоянии. Горизонтальная ось представляет пиксельные позиции, а вертикальная ось представляет выход. В сфокусированном состоянии, первая линия и вторая линия перекрываются. Фиг. 10B иллюстрирует фрагменты данных линии в расфокусированном состоянии. В этом случае, возникает разность фаз с первой линией и второй линией, и пиксельная позиция сдвигается. Посредством вычисления величины 1001 сдвига, может быть получена величина сдвига относительно сфокусированного состояния. Таким образом, фокусировка может быть скорректирована посредством определения фазы согласно этому способу и посредством перемещения линзы согласно полученному результату.

[0093] Далее описывается формирование данных изображений посредством пиксельной компоновки, как описано выше. Как описано выше, корректная фокусировка может быть определена посредством отдельного считывания сигналов PD1 и PD2 из устройства 901 формирования изображений и выполнения вычисления для определения разности фаз. Затем, посредством суммирования сигналов PD, на которые падает свет, сконцентрированный посредством одной микролинзы, может быть сформировано изображение, которое должно захватываться.

[0094] Тем не менее, если один из PD насыщается, другими словами, если состояние является таким, как проиллюстрировано на фиг. 5B, 5C или 5D, сигнал PD должен отличаться от выхода, отдельно полученного из каждого PD. Таким образом, сигнал PD может быть определен как имеющий низкую надежность. В таком случае, устройство фотоэлектрического преобразования согласно вышеописанным примерным вариантам осуществления может принимать последовательность, в которой определение фаз может не выполняться или определение фаз может прекращаться. Более конкретно, устройство фотоэлектрического преобразования согласно вышеописанным примерным вариантам осуществления может работать посредством определения того, следует выполнять определение разности фаз для плоскости изображений устройства формирования изображений согласно сигналу PD или зарядам, которые могут быть накоплены.

[0095] Хотя пиксель около центра устройства формирования изображений описывается со ссылкой на фиг. 9 выше, поскольку разность количества падающего света между PD фактически увеличивается, когда пиксель находится на периферии устройства формирования изображений, если пиксель для определения фокусировки размещен на внешней стороне области формирования изображений, точность может быть повышена.

[0096] Фиг. 11 иллюстрирует пример системы формирования изображений, к которой применимо устройство формирования изображений согласно каждому из вышеописанных вариантов осуществления.

[0097] На фиг. 11, блок 1101 линз формирует оптическое изображение объекта на устройстве 1105 формирования изображений. Приводной блок 1102 объектива выполняет такие операции управления, как управление масштабированием, управление фокусировкой и управление диафрагмой. Механический затвор 1103 управляется посредством блока 1104 управления затвором. Устройство 1105 формирования изображений захватывает изображение объекта, сформированное посредством блока 1101 линз, в качестве сигнала изображения. Схема 1106 обработки сигналов формирования изображений выполняет различные коррекции для выхода сигнала изображения из устройства 1105 формирования изображений и сжимает данные. Схема 1107 формирования тактовых импульсов выступает в качестве блока возбуждения, который выводит различные тактовые сигналы в устройство 1105 формирования изображений и схему 1106 обработки сигналов формирования изображений. Схема 1109 управления управляет всем устройством формирования изображений, а также выполняет различные вычисления. Запоминающее устройство 1108 временно сохраняет данные изображений. Блок 1110 интерфейса управления носителем записи используется для записи или считывания данных на/с носителя записи. Носитель 1111 записи является съемным носителем записи, таким как полупроводниковое запоминающее устройство для записи и считывания данных изображений. Блок 1112 отображения отображает различные типы фрагментов информации и захватываемых изображений.

[0098] Далее описываются операции, выполняемые при захвате изображения посредством цифровой камеры, включающей в себя вышеописанные конфигурации.

[0099] Когда включается основное питание, питание подается в систему управления. Дополнительно, подается питание в схему системы формирования изображений, такую как схема 1106 обработки сигналов формирования изображений.

[0100] Затем, когда нажата спусковая кнопка (не проиллюстрирована), выполняется вычисление для определения дальности на основе данных, полученных из устройства 1105 формирования изображений. Дополнительно, схема 1109 управления вычисляет расстояние до объекта на основе результата вычисления для определения дальности. Затем, приводной блок 1102 объектива приводит в действие блок 1101 линз, и определяется то, достигнуто или нет сфокусированное состояние. Если определено, что сфокусированное состояние не достигнуто, то приводной блок 1102 объектива снова приводит в действие блок линз и выполняет определение дальности. Вычисление для определения дальности может быть выполнено не только с использованием данных, полученных из устройства формирования изображений, но также и посредством выделенного блока определения дальности (не проиллюстрирован).

[0101] Операция формирования изображений начинается после того, как достигнуто сфокусированное состояние. Когда операция формирования изображений закончена, сигнал изображения, выводимый из твердотельного устройства 1105 формирования изображений, обрабатывается посредством схемы 1106 обработки сигналов формирования изображений и записывается в запоминающее устройство 1108 посредством схемы 1109 управления. Схема 1106 обработки сигналов формирования изображений выполняет обработку сортировки, обработку суммирования и другую обработку выбора. Согласно управлению, выполняемому посредством схемы 1109 управления, фрагменты данных, сохраненные в запоминающем устройстве 1108, записываются на съемный носитель 1111 записи, такой как полупроводниковое запоминающее устройство, через блок 1110 интерфейса управления носителем записи.

[0102] Обработка изображений также может быть выполнена посредством прямого ввода данных, например, в компьютер через внешний интерфейсный блок (не проиллюстрирован).

[0103] Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено вышеописанными примерными вариантами осуществления. Объем нижеприведенной формулы изобретения должен согласовываться с самой широкой интерпретацией так, что он охватывает все модификации, эквивалентные структуры и функции. Хотя настоящее изобретение применимо к различным элементам фотоэлектрического преобразования, конфигурация, в частности, эффективна в случае, если существует разность в чувствительности элементов фотоэлектрического преобразования или в количестве света, падающего на элементы фотоэлектрического преобразования.

[0104] Например, в примерных вариантах осуществления, описанных выше, пиксель используется при определении фокусировки объектива. Тем не менее, характеристика устройства формирования изображений настоящего изобретения заключается в том, что линейность выхода обеспечивается, когда сигналы множества элементов фотоэлектрического преобразования суммируются до того, как они считываются. Таким образом, настоящее изобретение может применяться к вариантам применения, отличным от определения фокусировки. Например, два цветных светофильтра с разными полосами пропускания могут быть размещены на множестве элементов фотоэлектрического преобразования. Более конкретно, в дополнение к цветному светофильтру каждого из красного (R), зеленого (G) и синего (B) цветов, используется цветной светофильтр с разными полосами пропускания R', G' и B'. Когда сигналы считываются отдельно, могут получаться сигналы шести цветов. Соответственно, воспроизводимость цветов может повышаться. С другой стороны, если выполняется суммирование сигналов PD для того, чтобы получать сигналы трех цветов R+R', G+G' и B+B', могут повышаться чувствительность и отношение "сигнал-шум". Эти два режима формирования изображений могут быть сконфигурированы переключаемыми с использованием одного и того же устройства формирования изображений.

[0105] Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми примерными вариантами осуществления. Объем нижеприведенной формулы изобретения должен согласовываться с самой широкой интерпретацией так, что он охватывает все модификации, эквивалентные структуры и функции.

В устройстве фотоэлектрического преобразования, способном на суммирование сигналов элементов фотоэлектрического преобразования, включенных в блоки фотоэлектрического преобразования, каждый из элементов фотоэлектрического преобразования включает в себя первую полупроводниковую область первого типа удельной проводимости для сбора сигнального заряда, вторая полупроводниковая область второго типа удельной проводимости размещена между элементами фотоэлектрического преобразования, размещенными рядом друг с другом и включенными в блок фотоэлектрического преобразования, и третья полупроводниковая область второго типа удельной проводимости размещена между элементами фотоэлектрического преобразования, размещенными рядом друг с другом среди множества элементов фотоэлектрического преобразования и включенными в разные блоки фотоэлектрического преобразования, размещенные рядом друг с другом. Концентрация примеси второй полупроводниковой области ниже концентрации примеси третьей полупроводниковой области. Изобретение обеспечивает получение требуемого сигнала посредством использования надлежащей изоляционной структуры. 4 н. и 15 з.п.ф-лы, 15 ил.

1. Устройство фотоэлектрического преобразования, включающее в себя множество блоков фотоэлектрического преобразования, причем каждый включает в себя множество элементов фотоэлектрического преобразования, и суммирующее сигналы множества элементов фотоэлектрического преобразования, включенных в блоки фотоэлектрического преобразования,
в котором каждый из множества элементов фотоэлектрического преобразования включает в себя первую полупроводниковую область первого типа удельной проводимости для сбора сигнального заряда,
в котором вторая полупроводниковая область второго типа удельной проводимости размещена между первыми полупроводниковыми областями элементов фотоэлектрического преобразования, размещенных рядом друг с другом и включенных в блок фотоэлектрического преобразования,
в котором третья полупроводниковая область второго типа удельной проводимости размещена между первыми полупроводниковыми областями элементов фотоэлектрического преобразования, размещенных рядом друг с другом среди множества элементов фотоэлектрического преобразования, включенных в разные блоки фотоэлектрического преобразования, размещенные рядом друг с другом, и
в котором концентрация примеси второго типа удельной проводимости, по меньшей мере, участка второй полупроводниковой области ниже концентрации примеси второго типа удельной проводимости третьей полупроводниковой области.

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

3. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.1, в котором концентрация примеси третьей полупроводниковой области в три раза или более превышает концентрацию примеси участка второй полупроводниковой области.

4. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.3, в котором концентрация примеси третьей полупроводниковой области в десять раз или более превышает концентрацию примеси участка второй полупроводниковой области.

5. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.1, в котором вторая полупроводниковая область включает в себя первый участок и второй участок, и концентрация примеси первого участка ниже концентрации примеси второго участка, или ширина первого участка меньше ширины второго участка относительно вида сверху.

6. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.5, в котором первый участок размещен на глубине, отличающейся от глубины второго участка.

7. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.5, в котором первый участок размещен в позиции, планарно отличающейся от второго участка относительно вида сверху второй полупроводниковой области.

8. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.5, в котором глубина пика концентрации примеси первого участка отличается от глубины пика концентрации примеси первой полупроводниковой области.

9. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.5, в котором каждый из блоков фотоэлектрического преобразования включает в себя множество элементов фотоэлектрического преобразования, на которые падает свет, сконцентрированный посредством одной микролинзы, и
в котором первый участок размещен со смещением в, по меньшей мере, одном направлении относительно позиции проекции центральной позиции микролинзы на светоприемной поверхности.

10. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.9, в котором величина смещения составляет 0,1 мкм или более.

11. Устройство фотоэлектрического преобразования по любому из пп.1-10, в котором каждый из множества элементов фотоэлектрического преобразования размещен в другой позиции относительно вида сверху элементов фотоэлектрического преобразования.

12. Устройство фотоэлектрического преобразования, включающее в себя множество блоков фотоэлектрического преобразования, включающих в себя множество элементов фотоэлектрического преобразования, и суммирующее сигналы множества элементов фотоэлектрического преобразования, включенных в блоки фотоэлектрического преобразования,
в котором каждый из множества элементов фотоэлектрического преобразования включает в себя первую полупроводниковую область первого типа удельной проводимости для сбора сигнального заряда,
в котором высота потенциального барьера относительно сигнального заряда, по меньшей мере, участка области между первыми полупроводниковыми областями элементов фотоэлектрического преобразования, размещенных рядом друг с другом и включенных в один тот же блок фотоэлектрического преобразования, ниже высоты потенциального барьера, расположенного между первыми полупроводниковыми областями элементов фотоэлектрического преобразования, размещенных рядом друг с другом среди множества элементов фотоэлектрического преобразования, включенных в разные блоки фотоэлектрического преобразования, размещенные рядом друг с другом.

13. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.12, в котором вторая полупроводниковая область второго типа удельной проводимости размещена в, по меньшей мере, участке между первыми полупроводниковыми областями элементов фотоэлектрического преобразования, размещенных рядом друг с другом и включенных в блок фотоэлектрического преобразования, и
в котором изолятор размещен в области между первыми полупроводниковыми областями элементов фотоэлектрического преобразования, размещенных рядом друг с другом среди множества элементов фотоэлектрического преобразования, включенных в разные блоки фотоэлектрического преобразования, размещенные рядом друг с другом.

14. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.13, в котором третья полупроводниковая область второго типа удельной проводимости размещена в нижней части изолятора.

15. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.12, в котором вторая полупроводниковая область второго типа удельной проводимости размещена в, по меньшей мере, участке между первыми полупроводниковыми областями элементов фотоэлектрического преобразования, размещенных рядом друг с другом и включенных в блок фотоэлектрического преобразования, и
в котором третья полупроводниковая область второго типа удельной проводимости размещена в области между первыми полупроводниковыми областями элементов фотоэлектрического преобразования, размещенных рядом друг с другом среди множества элементов фотоэлектрического преобразования, включенных в разные блоки фотоэлектрического преобразования, размещенные рядом друг с другом.

16. Система формирования изображений, содержащая:
устройство фотоэлектрического преобразования по п.1,
при этом система формирования изображений выполнена с возможностью захватывать изображение на основе сигнала, получаемого посредством суммирования сигналов множества элементов фотоэлектрического преобразования, включенных в блок фотоэлектрического преобразования, и
выполнять определение фокусировки, когда изображение захватывается с использованием, по меньшей мере, одного сигнала из сигналов множества элементов фотоэлектрического преобразования, включенных в блок фотоэлектрического преобразования.

17. Система формирования изображений по п.16, в которой, если величина заряда одного или более элементов фотоэлектрического преобразования в блоке фотоэлектрического преобразования превышает величину заряда, которая может быть накоплена, то определение фокусировки прекращается.

18. Система формирования изображений, содержащая:
устройство фотоэлектрического преобразования по п.12,
при этом система формирования изображений выполнена с возможностью захватывать изображение на основе сигнала, получаемого посредством суммирования сигналов множества элементов фотоэлектрического преобразования, включенных в блок фотоэлектрического преобразования, и
выполнять определение фокусировки, когда изображение захватывается с использованием, по меньшей мере, одного сигнала из сигналов множества элементов фотоэлектрического преобразования, включенных в блок фотоэлектрического преобразования.

19. Система формирования изображений по п.18, в которой, если величина заряда одного или более элементов фотоэлектрического преобразования в блоке фотоэлектрического преобразования превышает величину заряда, которая может быть накоплена, то определение фокусировки прекращается.