ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭТОГО УСТРОЙСТВА И СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК H01L27/146 H04N5/33 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение относится к твердотельному устройству формирования изображения, способу изготовления этого устройства и системе формирования изображения.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Твердотельное устройство формирования изображения включает в себя участок фотоэлектрического преобразования (диод с p-n-переходом), сформированный на подложке, и считывает заряды, генерируемые светом, который упал на участок фотоэлектрического преобразования. В выложенном патенте Японии №2008-034836 описан участок фотоэлектрического преобразования, который образован эпитаксиальным слоем p-типа, обеспечиваемым на подложке, и эпитаксиальным слоем n-типа, обеспечиваемым на эпитаксиальном слое p-типа. Эпитаксиальный слой p-типа сформирован так, что концентрация примеси p-типа уменьшается от нижней стороны к верхней стороне. Эпитаксиальный слой n-типа сформирован так, что концентрация примеси n-типа увеличивается от нижней стороны к верхней стороне. В соответствии со структурой, описанной в выложенном патенте Японии №2008-034836, например, движение в горизонтальном направлении зарядов, генерируемых посредством фотоэлектрического преобразования, подавляется, тем самым предотвращая перекрестные помехи между пикселями.

Заряды, генерируемые посредством фотоэлектрического преобразования, могут двигаться под влиянием распределения потенциалов, которое определяется распределением концентрации примеси участка фотоэлектрического преобразования. Каждый из вышеописанных эпитаксиальных слоев n-типа и p-типа сформирован методом эпитаксиального выращивания с одновременным регулированием концентрации легирующей примеси в камере эпитаксиального выращивания. Точно управлять распределением концентрации примеси нелегко.

Следовательно, в соответствии с участком фотоэлектрического преобразования, сформированным методом эпитаксиального выращивания, трудно повысить эффективность переноса зарядов для считывания зарядов, генерируемых посредством фотоэлектрического преобразования.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение предпочтительно при повышении эффективности переноса зарядов, генерируемых посредством фотоэлектрического преобразования.

В одном из аспектов данного изобретения предложено твердотельное устройство формирования изображения, содержащее первую полупроводниковую область первого типа проводимости, обеспеченную на подложке методом эпитаксиального выращивания, вторую полупроводниковую область первого типа проводимости, обеспеченную на первой полупроводниковой области, и третью полупроводниковую область второго типа проводимости, обеспеченную во второй полупроводниковой области так, что между второй полупроводниковой областью и третьей полупроводниковой областью образуется p-n-переход, причем первая полупроводниковая область сформирована так, что концентрация примеси первой полупроводниковой области уменьшается, по мере того как положение в пределах первой полупроводниковой области переходит со стороны подложки на сторону третьей полупроводниковой области, и распределение концентрации примеси во второй полупроводниковой области формируется методом ионной имплантации.

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

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 представлен вид, иллюстрирующий пример компоновки твердотельного устройства формирования изображения;

на фиг. 2 представлен вид для пояснения распределения концентрации примеси в каждом слое в твердотельном устройстве формирования изображения;

на фиг. 3 представлен график для пояснения распределения концентрации примеси кармана p-типа в твердотельном устройстве формирования изображения;

на фиг. 4 представлен график для пояснения поглощения света для полупроводниковой подложки;

на фиг. 5A-5F представлены виды для пояснения примера способа изготовления твердотельного устройства формирования изображения; и

на фиг. 6 представлен вид для пояснения примера компоновки твердотельного устройства формирования изображения.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

ПЕРВЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Первый вариант осуществления будет описан со ссылками на фиг. 1-фиг. 5A-5F. На фиг. 1 представлен схематический вид, иллюстрирующий пример компоновки твердотельного устройства 100 формирования изображения в соответствии с этим вариантом осуществления. Твердотельное устройство 100 формирования изображения включает в себя область R1 пикселей, в которой упорядочены пиксели, и периферийную область R2, в которой расположен блок для обмена сигналами между соответствующими пикселями. Для простоты описания, область R1 пикселей изображена включающей в себя один пиксель. Блок в периферийной области R2 включает в себя, например, по меньшей мере, один из блока возбуждения, выполненного с возможностью возбуждения каждого пикселя, блока обработки сигналов, выполненного с возможностью обработки сигнала, считываемого из каждого пикселя, и блока вывода, выполненного с возможностью вывода сигнала, считываемого из каждого пикселя.

Твердотельное устройство 100 формирования изображения включает в себя подложку 1 p-типа (первого типа проводимости), полупроводниковую область 2 p-типа, обеспеченную на верхнем участке подложки 1, полупроводниковую область 3 p-типа, обеспеченную на полупроводниковой области 2 p-типа, и полупроводниковую область 4 n-типа (второго типа проводимости), обеспеченную на полупроводниковой области 3 p-типа. Полупроводниковая область 2 p-типа представляет собой область примеси с высокой концентрацией, сформированную посредством имплантации примеси p-типа в подложку 1. Полупроводниковая область 3 p-типа представляет собой первый эпитаксиальный слой, сформированный поверх подложки 1 (на полупроводниковой области 2 p-типа) методом эпитаксиального выращивания. Полупроводниковая область 3 p-типа сформирована так, что концентрация примеси p-типа уменьшается от нижней стороны к верхней стороне. То есть полупроводниковая область 3 p-типа сформирована так, что концентрация примеси p-типа уменьшается от стороны подложки 1 к стороне полупроводниковой области 6 n-типа, описываемой ниже. Полупроводниковая область 4 n-типа представляет собой второй эпитаксиальный слой, сформированный на полупроводниковой области 3 p-типа методом эпитаксиального выращивания. Полупроводниковая область 4 n-типа выполнена контактирующей с полупроводниковой области 3 p-типа и рядом с полупроводниковой областью 5 p-типа, описываемой ниже.

Твердотельное устройство 100 формирования изображения также включает в себя в области R1 пикселей полупроводниковую область 5 p-типа рядом с полупроводниковой областью 4 n-типа. Полупроводниковая область 5 p-типа представляет собой карман p-типа, который образован в области, сформированной на полупроводниковой области 3 p-типа (области, сформированной одновременно с полупроводниковой областью 4 n-типа) методом ионной имплантации. В альтернативном варианте, полупроводниковую область 5 p-типа можно предусмотреть на верхнем участке полупроводниковой области 3 p-типа. Соответствующие элементы, которые составляют пиксель, сформированы в полупроводниковой области 5 p-типа. В данном случае иллюстрируются полупроводниковая область 6 n-типа, полупроводниковая область 7 p-типа, полупроводниковая область 8 n-типа и электрод 14 затвора. Электрод 14 затвора сформирован на изолирующей пленке (не показана) на полупроводниковой области 5 p-типа. Отметим, что соответствующие элементы изолированы посредством участка 13 изоляции элементов. Кроме того, в полупроводниковой области 5 p-типа сформированы область истока и область стока (обе они не показаны) каждого транзистора, который составляет пиксель.

Полупроводниковая область 6 n-типа образует p-n-переход с полупроводниковой областью 5 p-типа. В результате, полупроводниковая область 5 p-типа и полупроводниковая область 6 n-типа образуют фотодиод. Помимо этого, полупроводниковая область 7 p-типа сформирована так, что полупроводниковая область 6 n-типа, служащая в качестве области накопления зарядов фотодиода, изолирована от поверхности раздела между полупроводником и изолирующей пленкой, тем самым снижая составляющую темнового тока. Участок фотоэлектрического преобразования сформирован посредством этой структуры. Заряды генерируются в количестве, соответствующем свету, который упал на участок фотоэлектрического преобразования.

Полупроводниковую область 8 также называют плавающей диффузионной областью, а ее потенциал устанавливают в исходное состояние, например, посредством транзистора сброса (не показан) перед считыванием зарядов, генерируемых на участке фотоэлектрического преобразования. Заряды, генерируемые на участке фотоэлектрического преобразования, переносятся в полупроводниковую область 8 n-типа по каналу n-типа, сформированному около поверхности полупроводниковой области 5 p-типа посредством приложения заранее определенного напряжения к электроду 14 затвора. Тогда сигнал, соответствующий величине изменения потенциала в полупроводниковой области 8 n-типа, считывается как сигнал пикселей.

Один или несколько транзисторов со структурой «металл-оксид-полупроводник» и каналом p-типа (p-МОП-транзисторов) и транзисторов со структурой «металл-оксид-полупроводник» и каналом n-типа (n-МОП-транзисторов), которые составляют вышеописанный блок, сформированы в периферийной области R2. Эти транзисторы сформированы в полупроводниковой области 4 n-типа или кармане, сформированном в полупроводниковой области 4 n-типа. Эта компоновка снижает шум, который возникает, когда составляющая шума, генерируемая в периферийной области R2, примешивается в полупроводниковую область 5 p-типа в области R1 пикселей.

p-МОП-транзистор образован полупроводниковой областью 9 n-типа, обеспечиваемой на верхнем участке полупроводниковой области 4 n-типа, электродом 14 затвора, обеспечиваемым на изолирующей пленке на упомянутом участке, и двумя полупроводниковыми областям 11 p-типа, обеспечиваемыми в полупроводниковой области 9 n-типа. Полупроводниковая область 9 n-типа представляет собой карман n-типа, сформированный методом ионной имплантации. Две полупроводниковые области 11 p-типа представляют собой p-типа область истока и p-типа область стока p-МОП-транзистора.

Кроме того, n-МОП-транзистор образован полупроводниковой областью 10 p-типа, обеспечиваемой на верхнем участке полупроводниковой области 4 n-типа, электродом 14 затвора, обеспечиваемым на изолирующей пленке на этом участке, и двумя полупроводниковыми областями 12 n-типа, обеспечиваемыми в полупроводниковой области 10 p-типа. Полупроводниковая область 10 p-типа представляет собой карман p-типа, сформированный методом ионной имплантации. Две полупроводниковых области 12 n-типа представляют собой p-типа область истока и n-типа область стока n-МОП-транзистора.

Отметим, что в данном случае используется вышеописанная структура, изображенная фиг. 1. Однако данное изобретение не ограничивается этой структурой, и можно использовать структуру, в которой, например, полярность (p-типа или n-типа) в каждой полупроводниковой области изменена на противоположную. Кроме того, подложку 1 и полупроводниковую область 3 p-типа можно расположить так, что они окажутся в контакте друг с другом, посредством исключения полупроводниковой области 2 p-типа. Помимо этого, тип проводимости полупроводниковой области 4 n-типа не обязательно представляет собой n-тип. В структуре согласно фиг. 1 только тип проводимости полупроводниковой области 4 n-типа можно изменить на p-тип или тип с собственной проводимостью.

На фиг. 2 представлен вид для пояснения распределения концентрации примеси в полупроводниковых областях 1-7 вдоль линии A-A' сечения на фиг. 1. Распределение концентрации примеси отображает концентрацию примеси в соответствии с положениями, и в типичном случае концентрация примеси представляется в виде функции положения. Например, на фиг. 2 показана концентрация примеси в соответствии с глубинами. Распределение концентрации примеси можно назвать просто распределением примеси.

Как описано выше, полупроводниковая область 2 p-типа представляет собой область примеси с высокой концентрацией, сформированную посредством имплантации примеси p-типа в подложку 1 p-типа. По сравнению с методом эпитаксиального выращивания, методом ионной имплантации можно легче сформировать область примеси с высокой концентрацией и можно сформировать заглубленную область примеси с высокой концентрацией, как изображено в полупроводниковой области 2 p-типа. Поскольку область примеси p-типа с высокой концентрацией образует высокий потенциальный барьер, противодействующий движению зарядов (в данном случае электронов), полупроводниковая область 2 p-типа предотвращает утечку зарядов, генерируемых на участке фотоэлектрического преобразования, на сторону подложки 1.

Как описано выше, полупроводниковая область 3 p-типа представляет собой эпитаксиальный слой, сформированный на полупроводниковой области 2 p-типа методом эпитаксиального выращивания. Полупроводниковая область 3 p-типа сформирована так, что концентрация примеси уменьшается от нижней стороны (сторон подложки 1 и полупроводниковой области 2 p-типа) к верхней стороне. Это можно сделать посредством эпитаксиального выращивания с одновременным регулированием концентрации легирующей примеси в камере эпитаксиального выращивания после загрузки подложки в эту камеру. В соответствии с этим распределением концентрации примеси, потенциальный барьер понижается от нижней стороны к верхней стороне. Следовательно, в данном случае заряды, генерируемые в глубоком положении подложки, собираются, в сущности, по направлению к поверхности (верхней стороне) полупроводниковой области. Помимо этого, методом эпитаксиального выращивания можно формировать полупроводниковую область с низкой плотностью дефектов решетки.

Полупроводниковые области 5-7 соответственно представляют собой карман p-типа, область примеси n-типа с высокой концентрацией и область примеси p-типа с высокой концентрацией, которые сформированы методом ионной имплантации в части полупроводниковой области 4 n-типа (эпитаксиального слоя), обеспечиваемой на полупроводниковой области 3 p-типа. Отметим, что полупроводниковая область 4 n-типа (эпитаксиальный слой) может и не быть сформирована, а соответствующие полупроводниковые области 5-7 могут быть сформированы на верхнем участке полупроводниковой области 3 p-типа.

На фиг. 3 представлен график для пояснения распределения концентрации примеси согласно фиг. 2 в полупроводниковых областях 5-7. На фиг. 3 сплошная линия обозначает распределение концентрации примеси, характерное для примеси p-типа, то есть распределение концентрации акцептора, а пунктирная линия обозначает распределение концентрации примеси, характерное для примеси n-типа, то есть распределение концентрации донора. Следовательно, области, где концентрация примеси, обозначенная сплошной линией, выше, чем концентрация примеси, обозначенная пунктирной линией, образуют области p-типа (полупроводниковые области 5 и 7), а области, где концентрация примеси, обозначенная пунктирной линией, выше, чем концентрация примеси, обозначенная сплошной линией, образуют область n-типа (полупроводниковую область 6).

Полупроводниковая область 5 p-типа включает в себя области 301, 302, и 303 в этом порядке от верхней стороны (стороны полупроводниковой области 6 n-типа). Пик концентрации примеси области 302 ниже, чем пик концентрации примеси области 303. В соответствии с этим распределением концентрации примеси, заряды из полупроводниковой области 3 p-типа собираются, в сущности, по направлению к поверхности (верхней стороне) полупроводниковой области. Формирование полупроводниковой области 5 p-типа методом ионной имплантации предпочтительно осуществляют посредством задания условия ионной имплантации так, чтобы не создавать потенциальный барьер в пограничной области между полупроводниковой областью 3 p-типа и полупроводниковой областью 5 p-типа. Отметим, что ионную имплантацию можно осуществлять множество раз при разных условиях ионной имплантации.

Помимо этого, пик концентрации примеси области 301 в полупроводниковой области 5 p-типа выше, чем пик концентрации примеси области 302. Область 301 сформирована находящейся в контакте с полупроводниковой областью 6 n-типа, служащей в качестве области накопления зарядов фотодиода. То есть область 301 находится рядом с полупроводниковой областью 6 n-типа. Область 302 предусматривается под областью 301. Эта структура сужает ширину обедненного слоя в p-n-переходе, образованном областью 301 и полупроводниковой областью 6 n-типа, а также снижает напряжение обеднения, чтобы осуществить почти полное обеднение полупроводниковой области 6 n-типа, служащей в качестве области накопления зарядов. Отметим, что область 302 расположена между областью 301 и полупроводниковой областью 3 p-типа, потому что она имеет область 303 и полупроводниковую область p-типа 3 под ней.

В структуре, имеющейся в области 301 с низкой концентрацией примеси, ширина обедненного слоя в p-n-переходе, образованном полупроводниковой областью 5 p-типа и полупроводниковой областью 6 n-типа, увеличивается, и вышеописанное напряжение обеднения тоже увеличивается. Помимо этого, если положение пика концентрации примеси в области 301 является глубоким (на стороне полупроводниковой области 3 p-типа), при накоплении зарядов, генерируемых посредством фотоэлектрического преобразования в полупроводниковой области 6 n-типа, возможен потенциальный барьер. Если соотношение амплитуд концентраций примеси между областью 302 и областью 303 изменяется на обратное, тоже возможен потенциальный барьер. Потенциальные барьеры могут привести к падению эффективности переноса зарядов для полупроводниковой области 8 n-типа.

Чтобы справиться с этим, в данном варианте осуществления соответствующие области 301-303 в полупроводниковой области 5 p-типа формируют методом ионной имплантации, чтобы сформировать такое распределение концентрации примеси, как изображенное на фиг. 3. Иными словами, распределение концентрации примеси в полупроводниковой области 5 p-типа формируют методом ионной имплантации. Конкретнее, формируют распределение концентрации примеси, которое снижает вышеописанное напряжение обеднения при одновременном эффективном собирании зарядов, генерируемых посредством фотоэлектрического преобразования от полупроводниковой области 3 p-типа к полупроводниковой области 6 n-типа. Эта структура надлежащим образом накапливает заряды, генерируемые посредством фотоэлектрического преобразования, в полупроводниковой области 6, служащей в качестве области накопления заряда, что приводит к повышенной эффективности переноса зарядов в полупроводниковую область 8 n-типа.

В данном случае приведен пример структуры, в которой полупроводниковые области 5-7 с таким распределением концентрации примеси, как изображенное на фиг. 3, сформированы методом ионной имплантации. Однако данное изобретение не ограничивается этой структурой. Например, в соответствии с описанием или аналогичным документом на твердотельное устройство формирования изображения, методом ионной имплантации можно сформировать и полупроводниковую область с другим распределением концентрации примеси.

Толщина полупроводниковой области 4 n-типа имеет величину, достаточную для того, чтобы посредством ионной имплантации можно было с высокой точностью управлять распределением концентрации примеси, и находится в пределах диапазона, например, от 1 мкм (включительно) до 10 мкм (включительно). Помимо этого, толщина полупроводниковой области 3 p-типа имеет величину, достаточную для формирования методом эпитаксиального выращивания, и находится в пределах диапазона, например, от 5 мкм (включительно) до 500 мкм (включительно).

На фиг. 4 показана поглощаемость света на подложке, образованной кремнием. На фиг. 4 абсцисса отображает поглощаемость света, и ордината отображает толщину подложки, а длина волны λ света представлена как параметр. В соответствии с фиг. 4, например, почти 100% света длины волны λ=800 нм поглощается подложкой с толщиной 50 мкм. Соответственно, когда толщина полупроводниковой области 3 p-типа составляет около 50 мкм, заряды, генерируемые, например, красным светом или инфракрасным излучением, в сущности, собираются эффективней на поверхности (верхней стороне) этой полупроводниковой области. Например, в структуре, где используется участок фотоэлектрического преобразования глубиной примерно 3-5 мкм, чувствительность в три-четыре раза выше.

На фиг. 5A-5F представлены схематические виды, иллюстрирующие этапы способа изготовления твердотельного устройства 100 формирования изображения. Сначала, как иллюстрируется на фиг. 5A, имплантируют примесь p-типа (например, бор) в подложку 1 p-типа методом ионной имплантации, тем самым формируя полупроводниковую область 2 p-типа. Полупроводниковую область 2 p-типа можно формировать, получая концентрацию примеси, скажем, примерно от 1×10¹⁷ до 1×10¹⁸ [см^-3]. Отметим, что этот этап можно и не проводить.

Затем, как иллюстрируется на фиг. 5B, формируют полупроводниковую область 3 p-типа на полупроводниковой области 2 p-типа, например, методом эпитаксиального выращивания из паровой фазы. Этот метод с выгодой позволяет получить кристаллическую структуру с меньшими дефектами решетки, уменьшает составляющие шума и позволяет достичь более высокой точности твердотельного устройства 100 формирования изображения. Полупроводниковую область 3 p-типа формируют так, что концентрация примеси уменьшается от нижней стороны A (сторон подложки 1 и полупроводниковой области 2 p-типа) к верхней стороне B. Распределение концентрации примеси оказывается в пределах диапазона, например, от 1×10¹⁵ до 1×10¹⁸ [см^-3]. Отметим, что нужно лишь сформировать распределение концентрации примеси таким, чтобы не создавался потенциальный барьер, противодействующий движению зарядов (в данном случае, электронов), и возможен градиент, имеющий почти линейную кривую или - возможно - ступенчатое изменение. В этом варианте осуществления формируют распределение, при котором концентрация примеси изменяется в следующем порядке - 2×10¹⁷, 9×10¹⁶, 4×10¹⁶, 2×10¹⁶ и 1×10¹⁶ [см^-3] - от нижней стороны A к верхней стороне В.

Затем, как изображено на фиг. 5C, формируют полупроводниковую область 4 n-типа на полупроводниковой области 3 p-типа, например, методом эпитаксиального выращивания из паровой фазы. Полупроводниковую область 4 n-типа формируют так, чтобы получить концентрацию примеси, скажем, например, от 1×10¹⁴ до 1×10¹⁵ [см^-3] посредством использования примеси n-типа, такой, как фосфор или мышьяк. В данном случае, посредством использования фосфора в качестве примеси n-типа получают концентрацию примеси 5×10¹⁴ [см^-3].

Потом - см. фиг. 5D - формируют оксидную пленку (не показана), а также участок 13 изоляции элементов, в полупроводниковой области 4 n-типа. Затем формируют фоторезист 51d, имеющий отверстие в области R1 пикселей, и формируют полупроводниковую область 5 p-типа (карман p-типа) посредством имплантации примеси p-типа с помощью метода ионной имплантации. Как описано выше, полупроводниковая область 5 p-типа имеет распределение концентрации примеси, иллюстрируемое на фиг. 3. Ионную имплантацию для формирования полупроводниковой области 5 p-типа проводят множество раз в разных условиях имплантации. Полупроводниковая область 5 p-типа может быть образована множеством областей p-типа. Полупроводниковую область 5 p-типа предпочтительно формируют так, чтобы не создавать потенциальный барьер в пограничной области между полупроводниковой областью 3 p-типа и полупроводниковой областью 5 p-типа, как описано выше.

Затем, как иллюстрируется на фиг. 5E, формируют фоторезист 51e, имеющий отверстие в некоторой области периферийной области R2, где следует сформировать n-МОП-транзистор, и формируют полупроводниковую область 10 p-типа (карман p-типа) посредством имплантации примеси p-типа с помощью метода ионной имплантации. Отметим, что пик концентрации примеси в полупроводниковой области 5 p-типа может быть выше, чем пик концентрации примеси в полупроводниковой области 10 p-типа, а напряжение (напряжение переноса) в момент возврата в исходное состояние полупроводниковой области 8 n-типа, служащей в качестве плавающей диффузионной области, можно уменьшить посредством снижения вышеописанного напряжения обеднения.

Точно так же, как иллюстрируется на фиг. 5F, формируют фоторезист 51f, имеющий отверстие в некоторой области периферийной области R2, где следует сформировать p-МОП-транзистор, и формируют полупроводниковую область 9 n-типа (карман n-типа) посредством имплантации примеси n-типа с помощью метода ионной имплантации.

После этого можно формировать соответствующие элементы с помощью известного процесса изготовления. Конкретнее, формируют соответствующие электроды 14 затворов на изолирующей пленке затворов на полупроводниковых областях 5, 9 и 10. После формирования электродов 14 затворов дополнительно формируют полупроводниковые области 6, 8 и 12 n-типа и полупроводниковые области 7 и 11 p-типа.

Посредством использования вышеописанной процедуры формируют участок фотоэлектрического преобразования и соответствующие элементы, такие, как соответствующие МОП-транзисторы, тем самым завершая структуру, иллюстрируемую на фиг. 1.

Как описано выше, в соответствии с этим вариантом осуществления, полупроводниковую область 5 p-типа формируют методом ионной имплантации. Методом ионной имплантации можно регулировать распределение концентрации примеси в полупроводниковой области 5 p-типа с большей точностью, чем методом эпитаксиального выращивания. Следовательно, можно накапливать заряды из полупроводниковой области 3 p-типа в полупроводниковой области 6 n-типа, служащей в качестве области накапливания зарядов с одновременным собиранием их, в сущности, по направлению к поверхности (верхней стороне) полупроводниковой области. В результате, можно повысить эффективность переноса зарядов в полупроводниковую область 8 n-типа.

Как описано выше, преимущество этого варианта осуществления заключается в повышении эффективности переноса зарядов. В частности, преимущество этого варианта осуществления заключается в эффективном накоплении зарядов, генерируемых светом, например, красным светом или инфракрасным излучением с большой длиной волны, которые может генерировать фотоэлектрическое преобразование в глубокой области полупроводниковой подложки, и осуществлении переноса зарядов.

ВТОРОЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Второй вариант осуществления будет описан со ссылками на фиг. 6. Этот вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления тем, что полупроводниковая область 101 n-типа предусматривается под полупроводниковой областью 10 p-типа. Концентрация примеси в полупроводниковой области 101 n-типа выше, чем концентрация примеси в полупроводниковой области 4 n-типа. В соответствии со структурой, применявшейся в первом варианте осуществления (фиг. 1), в периферийной области R2 образуется паразитный биполярный p-n-p-транзистор из полупроводниковой области 10 p-типа, полупроводниковой области 4 n-типа и полупроводниковой области 3 p-типа. С другой стороны, в соответствии со структурой, применяющейся в этом варианте осуществления, включение паразитного биполярного транзистора предотвращается посредством полупроводниковой области 101 n-типа, служащей в качестве области примеси с высокой концентрацией. Следовательно, преимущество этого варианта осуществления также заключается в стабилизации работы твердотельного устройства 100 формирования изображения - в дополнение к получению тех же эффектов, что и в первом варианте осуществления.

Выше описаны два варианта осуществления. Однако данное изобретение ими не ограничивается. Данное изобретение предусматривает возможность изменения соответствующих компоновок в соответствии с приложением или аналогичной причиной в рамках объема притязаний данного изобретения, и этого можно достичь также посредством другого варианта осуществления.

СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ

В вышеупомянутых вариантах осуществления, данное изобретение описано на примерах твердотельного устройства формирования изображения, входящего в состав системы формирования изображения, представленной камерой или аналогичными средствами. Концепция системы формирования изображения включает в себя не только устройства, целью которых главным образом является съемка, но и устройства (например, персональный компьютер и портативный терминал), у которых функция съемки является второстепенной. Системы формирования изображения могут включать в себя твердотельное устройство формирования изображения, соответствующее данному изобретению, примеры которого приведены в вышеупомянутых вариантах осуществления, и процессор, который обрабатывает сигнал, выдаваемый из твердотельного устройства формирования изображения. Процессор может включать в себя, например, аналого-цифровой преобразователь и процессор, который обрабатывает цифровые данные, выдаваемые из аналого-цифрового преобразователя.

Твердотельное устройство формирования изображения, соответствующее вышеописанным вариантам осуществления, можно использовать в системе формирования изображения, которая проводит и формирование изображения посредством излучения ближнего инфракрасного диапазона, и формирование изображения посредством видимого света. Эта система формирования изображения включает в себя блок отображения, выполненный с возможностью выдачи изображения на основе излучения ближнего инфракрасного диапазона и выдачи изображения на основе видимого света с наложением. Эта компоновка делает возможным получение информации посредством излучения ближнего инфракрасного диапазона с одновременным визуальным распознаванием объекта в обычном видимом изображении.

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

Твердотельное устройство формирования изображения содержит первую полупроводниковую область первого типа проводимости, обеспеченную на подложке методом эпитаксиального выращивания, вторую полупроводниковую область первого типа проводимости, обеспеченную на первой полупроводниковой области, и третью полупроводниковую область второго типа проводимости, обеспеченную во второй полупроводниковой области так, чтобы образовать p-n-переход со второй полупроводниковой областью, причем первая полупроводниковая область сформирована так, что концентрация примеси уменьшается от стороны подложки к стороне третьей полупроводниковой области, и распределение концентрации примеси во второй полупроводниковой области формируется методом ионной имплантации. Изобретение обеспечивает повышение эффективности переноса зарядов, генерируемых посредством фотоэлектрического преобразования. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Твердотельное устройство формирования изображения, содержащее:
первую полупроводниковую область первого типа проводимости, обеспеченную на подложке методом эпитаксиального выращивания;
вторую полупроводниковую область первого типа проводимости, обеспеченную на первой полупроводниковой области; и
третью полупроводниковую область второго типа проводимости, обеспеченную во второй полупроводниковой области так, что между второй полупроводниковой областью и третьей полупроводниковой областью образуется p-n-переход,
причем первая полупроводниковая область сформирована так, что концентрация примеси первой полупроводниковой области уменьшается, по мере того как положение в пределах первой полупроводниковой области переходит со стороны подложки на сторону третьей полупроводниковой области, и
распределение концентрации примеси во второй полупроводниковой области формируется методом ионной имплантации.

2. Устройство по п. 1, в котором вторая полупроводниковая область включает в себя первую область рядом с третьей полупроводниковой областью и вторую область, обеспеченную между первой областью и первой полупроводниковой областью, и
концентрация примеси первого типа проводимости первой области выше, чем концентрация примеси первого типа проводимости второй области.

3. Устройство по п. 2, в котором вторая полупроводниковая
область дополнительно включает в себя третью область, обеспеченную между второй областью и первой полупроводниковой областью, и
концентрация примеси первого типа проводимости третьей области выше, чем концентрация примеси первого типа проводимости второй области.

4. Устройство по п. 3, в котором концентрация примеси первого типа проводимости третьей области во второй полупроводниковой области ниже, чем концентрация примеси первого типа проводимости участка первой полупроводниковой области около границы между первой полупроводниковой областью и второй полупроводниковой областью.

5. Устройство по п. 1, в котором третья полупроводниковая область образует часть участка фотоэлектрического преобразования.

6. Устройство по п. 1, в котором первая полупроводниковая область и вторая полупроводниковая область формируют потенциалы, которые обуславливают дрейф неосновного носителя в первой полупроводниковой области и неосновного носителя во второй полупроводниковой области по направлению к третьей полупроводниковой области.

7. Устройство по п. 1, в котором концентрация примеси первого типа проводимости во второй полупроводниковой области ниже, чем концентрация примеси первого типа проводимости участка первой полупроводниковой области около границы между первой полупроводниковой областью и второй полупроводниковой областью.

8. Устройство по п. 1, в котором распределение концентрации
примеси во второй полупроводниковой области включает в себя множество пиков концентрации примеси первого типа проводимости.

9. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее четвертую полупроводниковую область второго типа проводимости, обеспеченную на первой полупроводниковой области и находящуюся в поперечном направлении рядом со второй полупроводниковой областью.

10. Устройство по п. 9, в котором четвертая полупроводниковая область обеспечена методом эпитаксиального выращивания.

11. Устройство по п. 10, в котором вторая полупроводниковая область сформирована посредством осуществления имплантации примеси с помощью метода ионной имплантации в области, обеспеченной одновременно с четвертой полупроводниковой областью.

12. Устройство по п. 9, содержащее множество пикселей, каждый из которых включает в себя участок фотоэлектрического преобразования и блок, выполненный с возможностью обмена сигналами между множеством пикселей,
причем упомянутый блок обеспечен в четвертой полупроводниковой области.

13. Устройство по п. 12, в котором упомянутый блок включает в себя транзистор со структурой "металл - оксид - полупроводник" (МОП-транзистор),
карман первого типа проводимости обеспечен в четвертой полупроводниковой области,
область истока второго типа проводимости и область стока
второго типа проводимости МОП-транзистора обеспечены в кармане,
пятая полупроводниковая область второго типа проводимости обеспечена между карманом и частью четвертой полупроводниковой области, и
концентрация примеси пятой полупроводниковой области выше, чем концентрация примеси четвертой полупроводниковой области.

14. Устройство по п. 12, содержащее область пикселей, в которой упорядочено множество пикселей, и периферийную область, которая отличается от области пикселей и в которой расположен упомянутый блок.

15. Устройство по п. 1, в котором толщина первой полупроводниковой области находится в пределах диапазона от 5 мкм (включительно) до 500 мкм (включительно).

16. Устройство по п. 1, в котором толщина второй полупроводниковой области находится в пределах диапазона от 1 мкм (включительно) до 10 мкм (включительно).

17. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее шестую полупроводниковую область первого типа проводимости, обеспеченную между подложкой и первой полупроводниковой областью, причем концентрация примеси первого типа проводимости в шестой полупроводниковой области выше, чем концентрация примеси первого типа проводимости в первой полупроводниковой области.

18. Система формирования изображения, содержащая:
твердотельное устройство формирования изображения по п. 1 и
блок отображения, выполненный с возможностью выдачи изображения на основе излучения ближнего инфракрасного
диапазона, и изображения на основе видимого света, полученных упомянутым твердотельным устройством формирования изображения с наложением.

19. Способ изготовления твердотельного устройства формирования изображения, содержащий этапы, на которых:
формируют первую полупроводниковую область первого типа проводимости на подложке методом эпитаксиального выращивания;
формируют вторую полупроводниковую область первого типа проводимости посредством осуществления ионной имплантации в одном из верхнего участка первой полупроводниковой области и области, сформированной на первой полупроводниковой области; и
формируют третью полупроводниковую область второго типа проводимости во второй полупроводниковой области так, что между второй полупроводниковой областью и третьей полупроводниковой областью образуется p-n-переход,
причем первую полупроводниковую область формируют так, что концентрация примеси первой полупроводниковой области уменьшается, по мере того как положение в пределах первой полупроводниковой области переходит со стороны подложки на сторону третьей полупроводниковой области.

20. Способ по п. 19, дополнительно содержащий этап, на котором формируют четвертую полупроводниковую область второго типа проводимости на первой полупроводниковой области методом эпитаксиального выращивания,
при этом в части четвертой полупроводниковой области осуществляют ионную имплантацию.

21. Способ по п. 19, в котором вторая полупроводниковая
область включает в себя первую область рядом с участком фотоэлектрического преобразования и вторую область, расположенную между первой областью и первой полупроводниковой областью, и
при формировании второй полупроводниковой области формируют упомянутую вторую полупроводниковую область так, что концентрация примеси первой области выше, чем концентрация примеси второй области.

22. Способ по п. 21, в котором ионную имплантацию для формирования первой области и ионную имплантацию для формирования второй области осуществляют при разных условиях.

23. Способ по п. 19, в котором при формировании первой полупроводниковой области формируют упомянутую первую полупроводниковую область так, что толщина первой полупроводниковой области находится в пределах диапазона от 5 мкм (включительно) до 500 мкм (включительно).

24. Способ по п. 19, в котором при формировании второй полупроводниковой области формируют упомянутую вторую полупроводниковую область так, что толщина второй полупроводниковой области находится в пределах диапазона от 1 мкм (включительно) до 10 мкм (включительно).

25. Способ по п. 19, дополнительно содержащий этап, на котором перед формированием первой полупроводниковой области формируют шестую полупроводниковую область первого типа проводимости посредством имплантации примеси первого типа проводимости в подложку,
причем концентрация примеси первого типа проводимости в шестой полупроводниковой области выше, чем концентрация примеси первого типа проводимости в первой полупроводниковой области.