Твердотельное устройство формирования изображений, система формирования изображений и перемещаемый объект Российский патент 2019 года по МПК H01L27/146 B60W30/09 

Уровень техники

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к твердотельному устройству формирования изображений, к системе формирования изображений и к перемещаемому объекту.

Описание предшествующего уровня техники

[0002] В твердотельных устройствах формирования изображений, представленных посредством CCD-датчиков изображений или CMOS-датчиков изображений, рассматриваются различные факторы для того, чтобы улучшать чувствительность или величину накопления заряда узла фотоэлектрического преобразования, который формирует сигнальные носители. В качестве узла фотоэлектрического преобразования твердотельного устройства формирования изображений, использование структуры с заглубленными фотодиодами, сформированной из p-n-перехода полупроводниковой области p-типа, обеспеченной на поверхности полупроводниковой подложки, и полупроводниковой области n-типа, образующей область накопления заряда, является господствующей тенденцией. В этом случае, сигнальные носители, сформированные в узле фотоэлектрического преобразования, представляют собой электроны.

[0003] Выложенная заявка на патент (Япония) номер 2014-165286 раскрывает то, что полупроводниковая область p-типа, имеющая более высокую концентрацию, чем карман, размещена под полупроводниковой областью n-типа, образующей область накопления заряда, чтобы увеличивать емкость p-n-перехода, и в силу этого величина накопления заряда узла фотоэлектрического преобразования увеличивается. Дополнительно, выложенная заявка на патент (Япония) номер 2014-165286 раскрывает то, что отверстие обеспечивается в полупроводниковой области p-типа, чтобы предотвращать уменьшение чувствительности вследствие обеспечения полупроводниковой области p-типа под полупроводниковой областью n-типа в качестве области накопления заряда.

[0004] В последние годы, в CMOS-датчиках изображений, предложено захватывать изображение посредством использования работы в режиме глобального электронного затвора. Работа в режиме глобального электронного затвора представляет собой способ возбуждения, который выполняет захват таким образом, чтобы согласовывать периоды экспозиции между множеством пикселей, что имеет такое преимущество, что при захвате объекта, который быстро перемещается, изображение объекта с меньшей вероятностью должно искажаться. Цель улучшения чувствительности или величины накопления заряда узла фотоэлектрического преобразования, описанная выше, аналогично применяется к твердотельному устройству формирования изображений, имеющему функцию глобального электронного затвора.

[0005] Пиксели твердотельного устройства формирования изображений, имеющего функцию глобального электронного затвора, имеют удерживающий участок для временного удерживания сигнальных носителей отдельно от узла фотоэлектрического преобразования. Поскольку этот удерживающий участок удерживает сигнальные носители, сформированные в течение периода экспозиции, которые отличаются от сигнальных носителей, удерживаемых посредством узла фотоэлектрического преобразования, очень важно подавлять утечку сигнальных носителей из узла фотоэлектрического преобразования в удерживающий участок.

[0006] Тем не менее, в выложенной заявке на патент (Япония) номер 2014-165286, не рассматривается применение к твердотельному устройству формирования изображений, имеющему функцию глобального электронного затвора. Таким образом, конфигурация, раскрытая в выложенной заявке на патент (Япония) номер 2014-165286, является недостаточной, чтобы подавлять утечку сигнальных носителей из узла фотоэлектрического преобразования в удерживающий участок.

Сущность изобретения

[0007] Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить твердотельное устройство формирования изображений и систему формирования изображений, которые позволяют улучшать чувствительность или величину накопления заряда узла фотоэлектрического преобразования при уменьшении уровня шума вследствие утечки сигнальных носителей из узла фотоэлектрического преобразования в отдельный удерживающий участок.

[0008] Согласно аспекту настоящего изобретения, предусмотрено твердотельное устройство формирования изображений, включающее в себя множество пикселей, каждый из которых включает в себя узел фотоэлектрического преобразования, который формирует заряды посредством фотоэлектрического преобразования, первый удерживающий участок, который удерживает заряды, переносимые из узла фотоэлектрического преобразования, второй удерживающий участок, который удерживает заряды, переносимые из первого удерживающего участка, и усилительный узел, который выводит сигнал на основе величины зарядов, удерживаемых посредством второго удерживающего участка, при этом узел фотоэлектрического преобразования включает в себя первую полупроводниковую область первого типа проводимости, обеспеченную на поверхности полупроводниковой подложки, вторую полупроводниковую область второго типа проводимости, обеспеченную под первой полупроводниковой областью и выполненную с возможностью накапливать сформированные заряды, третью полупроводниковую область первого типа проводимости, обеспеченную под второй полупроводниковой областью, и четвертую полупроводниковую область второго типа проводимости, обеспеченную под третьей полупроводниковой областью, при этом первый удерживающий участок включает в себя пятую полупроводниковую область второго типа проводимости, обеспеченную на расстоянии от второй полупроводниковой области, и шестую полупроводниковую область первого типа проводимости, обеспеченную под пятой полупроводниковой областью на глубине обеспечения третьей полупроводниковой области, и при этом полупроводниковая область, имеющая более низкий потенциал, чем каждая из третьей полупроводниковой области и шестой полупроводниковой области, обеспечивается между третьей полупроводниковой областью и шестой полупроводниковой областью.

[0009] Дополнительные признаки настоящего изобретения должны становиться очевидными из нижеприведенного описания примерных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

[0010] Фиг. 1 является блок-схемой, иллюстрирующей общую конфигурацию твердотельного устройства формирования изображений согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

[0011] Фиг. 2 является эквивалентной принципиальной схемой пикселей твердотельного устройства формирования изображений согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

[0012] Фиг. 3, фиг. 5A и фиг. 5B являются видами сверху пикселя твердотельного устройства формирования изображений согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

[0013] Фиг. 4 является видом в поперечном сечении пикселя твердотельного устройства формирования изображений согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

[0014] Фиг. 6 является видом сверху пикселя твердотельного устройства формирования изображений согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

[0015] Фиг. 7 является видом в поперечном сечении пикселя твердотельного устройства формирования изображений согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

[0016] Фиг. 8 является видом сверху пикселя твердотельного устройства формирования изображений согласно модифицированному примеру второго варианта осуществления настоящего изобретения.

[0017] Фиг. 9 является видом сверху пикселя твердотельного устройства формирования изображений согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

[0018] Фиг. 10 является видом в поперечном сечении пикселя твердотельного устройства формирования изображений согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

[0019] Фиг. 11 является блок-схемой, иллюстрирующей общую конфигурацию системы формирования изображений согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.

[0020] Фиг. 12А является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации системы формирования изображений согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения.

[0021] Фиг. 12B является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации перемещаемого объекта согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления

[0022] Далее подробно описываются предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения в соответствии с прилагаемыми чертежами.

[0023] Первый вариант осуществления

[0024] Ниже описывается твердотельное устройство формирования изображений согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 1-5B. Фиг. 1 является блок-схемой, иллюстрирующей общую конфигурацию твердотельного устройства формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления. Фиг. 2 является эквивалентной принципиальной схемой пикселей твердотельного устройства формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления. Фиг. 3, фиг. 5A и фиг. 5B являются видами сверху пикселя твердотельного устройства формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления. Фиг. 4 является видом в поперечном сечении пикселя твердотельного устройства формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления.

[0025] Как проиллюстрировано на фиг. 1, устройство 100 формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления включает в себя пиксельную область 10, схему 20 вертикального сканирования, схему 30 постолбцового считывания, схему 40 горизонтального сканирования, схему 50 управления и выходную схему 60.

[0026] В пиксельной области 10, множество пикселей 12 обеспечены размещенными в матрице из "множество строк на множество столбцов". В каждой из строк пиксельной матрицы в пиксельной области 10, линия 14 управляющих сигналов размещена с прохождением в направлении строк (в горизонтальном направлении на фиг. 1). Линия 14 управляющих сигналов соединена с соответствующими пикселями 12, совмещенными в направлении строк, причем она представляет собой сигнальную линию, общую для этих пикселей 12. Дополнительно, в каждом из столбцов пиксельной матрицы в пиксельной области 10, вертикальная выходная линия 16 размещена с прохождением в направлении столбцов (в вертикальном направлении на фиг. 1). Вертикальная выходная линия 16 соединена с соответствующими пикселями 12, совмещенными в направлении столбцов, причем она представляет собой сигнальную линию, общую для этих пикселей 12.

[0027] Линия 14 управляющих сигналов в каждой строке соединена со схемой 20 вертикального сканирования. Схема 20 вертикального сканирования представляет собой схемный узел, который подает, в пиксели 12 через линии 14 управляющих сигналов, управляющие сигналы для возбуждения схем считывания в пикселях 12 при считывании пиксельных сигналов из пикселей 12. Один конец вертикальной выходной линии 16 в каждом столбце соединен со схемой 30 постолбцового считывания. Пиксельные сигналы, считываемые из пикселей 12, вводятся в схему 30 постолбцового считывания через вертикальные выходные линии 16. Схема 30 постолбцового считывания представляет собой схемный узел, который выполняет предварительно определенную обработку сигналов, например, такую обработку сигналов, как процесс усиления или процесс аналого-цифрового (AD) преобразования, для пиксельных сигналов, считываемых из пикселей 12. Схема 30 постолбцового считывания может включать в себя дифференциальную усилительную схему, схему дискретизации и запоминания, схему аналого-цифрового преобразования и т.п.

[0028] Схема 40 горизонтального сканирования представляет собой схемный узел, который подает, в схему 30 постолбцового считывания, управляющие сигналы для переноса пиксельных сигналов, обработанных в схеме 30 постолбцового считывания, в выходную схему 60 последовательно на постолбцовой основе. Схема 50 управления представляет собой схемный узел, который подает управляющие сигналы для управления операциями и временами операций схемы 20 вертикального сканирования, схемы 30 постолбцового считывания и схемы 40 горизонтального сканирования. Выходная схема 60 представляет собой схемный узел, который формируется из буферного усилителя, дифференциального усилителя и т.п. и выводит пиксельные сигналы, считываемые из схемы 30 постолбцового считывания, в узел обработки сигналов за пределами твердотельного устройства 100 формирования изображений.

[0029] Фиг. 2 является принципиальной схемой, иллюстрирующей пример пиксельных схем, формирующих пиксельную область 10. Хотя фиг. 2 иллюстрирует четыре пикселя 12, размещенные в "две строки на два столбца", из пикселей 12, формирующих пиксельную область 10, число пикселей 12, формирующих пиксельную область 10, не ограничено конкретным образом.

[0030] Каждый из множества пикселей 12 включает в себя узел D фотоэлектрического преобразования, транзисторы M1 и M2 переноса, транзистор M3 сброса, усилительный транзистор M4, транзистор M5 выбора и транзистор M6 переполнения. Узел D фотоэлектрического преобразования, например, представляет собой фотодиод. Анод фотодиода узла D фотоэлектрического преобразования соединен с линией напряжения заземления, и его катод соединен с истоком транзистора M1 переноса и истоком транзистора M6 переполнения. Сток транзистора M1 переноса соединен с истоком транзистора M2 переноса. Компонент емкости, паразитно соединенный с соединительным узлом стока транзистора M1 переноса и истока транзистора M2 переноса, имеет функцию в качестве участка удерживания зарядов. Фиг. 2 иллюстрирует такой компонент емкости в качестве конденсатора (C1). Этот конденсатор может обозначаться как удерживающий участок C1 в нижеприведенном описании.

[0031] Сток транзистора M2 переноса соединен с истоком транзистора M3 сброса и затвором усилительного транзистора M4. Соединительный узел стока транзистора M2 переноса, истока транзистора M3 сброса и затвора усилительного транзистора M4 представляет собой так называемую плавающую диффузионную (FD) область. Компонент емкости, паразитно соединенный с FD-областью (плавающий диффузионный конденсатор), имеет функцию в качестве участка удерживания зарядов. Фиг. 2 иллюстрирует этот компонент емкости в качестве конденсатора (C2), соединенного с FD-областью. FD-область может обозначаться как удерживающий участок C2 в нижеприведенном описании. Сток транзистора M3 сброса и сток усилительного транзистора M4 соединены с линией питающего напряжения (VDD). Следует отметить, что напряжение, подаваемое в сток транзистора M3 сброса, и напряжение, подаваемое в сток усилительного транзистора M4, могут быть идентичными между собой или могут отличаться друг от друга. Исток усилительного транзистора M4 соединен со стоком транзистора M5 выбора. Исток транзистора M5 выбора соединен с вертикальной выходной линией 16.

[0032] Линии 14 управляющих сигналов размещены с прохождением в направлении строк (в горизонтальном направлении на фиг. 2) для каждой строки пиксельной матрицы пиксельной области 10. Линии 14 управляющих сигналов в каждой строке включают в себя линию GS управления, линию TX управления, линию RES управления, линию SEL управления и линию OFG управления. Линия GS управления соединена с затворами транзисторов M1 переноса пикселей 12, совмещенных в направлении строк, соответственно, причем она представляет собой сигнальную линию, общую для этих пикселей 12. Линия TX управления соединена с затворами транзисторов M2 переноса пикселей 12, совмещенных в направлении строк, соответственно, причем она представляет собой сигнальную линию, общую для этих пикселей 12. Линия RES управления соединена с затворами транзисторов M3 сброса пикселей 12, совмещенных в направлении строк, соответственно, причем она представляет собой сигнальную линию, общую для этих пикселей 12. Линия SEL управления соединена с затворами транзисторов M5 выбора пикселей 12, совмещенных в направлении строк, соответственно, причем она представляет собой сигнальную линию, общую для этих пикселей 12. Линия OFG управления соединена с затворами транзисторов M6 переполнения пикселей 12, совмещенных в направлении строк, соответственно, причем она представляет собой сигнальную линию, общую для этих пикселей 12. Следует отметить, что на фиг. 2, в название каждой линии управления добавляется соответствующий номер строки (например, GS(n), GS(n+1)).

[0033] Линии GS управления, линии TX управления, линии RES управления, линии SEL управления и линии OFG управления соединены со схемой 20 вертикального сканирования. Возбуждающий импульс для управления транзистором M1 переноса выводится в линию GS управления из схемы 20 вертикального сканирования. Возбуждающий импульс для управления транзистором M2 переноса выводится в линию TX управления из схемы 20 вертикального сканирования. Возбуждающий импульс для управления транзистором M3 сброса выводится в линию RES управления из схемы 20 вертикального сканирования. Возбуждающий импульс для управления транзистором M5 выбора выводится в линию SEL управления из схемы 20 вертикального сканирования. Возбуждающий импульс для управления транзистором M6 переполнения выводится в линию OFG управления из схемы 20 вертикального сканирования. Эти управляющие сигналы подаются из схемы 20 вертикального сканирования в соответствии с предварительно определенными синхронизирующими сигналами из схемы 50 управления. Логическая схема, такая как резистор сдвига, декодер адресов и т.п., используется для схемы 20 вертикального сканирования.

[0034] Вертикальные выходные линии 16 размещены с прохождением в направлении столбцов (в вертикальном направлении на фиг. 2) для соответствующих строк пиксельной матрицы пиксельной области 10. Каждая из вертикальных выходных линий 16 соединена с истоками транзисторов M5 выбора пикселей 12, совмещенных в направлении столбцов, причем она представляет собой сигнальную линию, общую для этих пикселей 12. Вертикальная выходная линия 16 соединяется с источником 18 тока.

[0035] Узел D фотоэлектрического преобразования преобразует (фотоэлектрически преобразует) падающий свет в заряды с величиной в соответствии с количеством света и накапливает сформированные заряды. Транзистор M6 переполнения сливает заряды, накопленные в узле D фотоэлектрического преобразования, в его сток. В этом случае, OFD стока транзистора M6 переполнения может быть соединен с линией питающего напряжения (VDD).

[0036] Транзистор M1 переноса переносит заряды, удерживаемые в узле D фотоэлектрического преобразования, в удерживающий участок C1. Транзистор M1 переноса работает в качестве глобального электронного затвора. Удерживающий участок C1 удерживает заряды, сформированные посредством узла D фотоэлектрического преобразования, в позиции, отличающейся от узла D фотоэлектрического преобразования. Транзистор M2 переноса переносит заряды, удерживаемые в удерживающем участке C1, в удерживающий участок C2. Удерживающий участок C2 удерживает заряды, переносимые из удерживающего участка C1, и задает напряжение входного узла участка усилителя (затвора усилительного транзистора M4) равным напряжению в соответствии с его емкостью и величиной переносимых зарядов.

[0037] Транзистор M3 сброса сбрасывает удерживающий участок C2 до предварительно определенного напряжения в соответствии с напряжением VDD. В этом случае, также можно сбрасывать удерживающий участок C1 посредством включения транзистора M2 переноса. Кроме того, также можно сбрасывать узел D фотоэлектрического преобразования посредством дополнительного включения транзистора M1 переноса.

[0038] Транзистор M5 выбора выбирает пиксель 12, из которого сигнал выводится в выходную линию 16. Усилительный транзистор M4 имеет такую конфигурацию, в которой напряжение VDD подается в сток, и ток смещения подается в исток из источника 18 тока через транзистор M5 выбора, который формирует участок усилителя (схему истокового повторителя), в котором затвор представляет собой входной узел. В силу этого, усилительный транзистор M4 выводит сигнал Vout на основе зарядов, сформированных посредством падающего света, в вертикальную выходную линию 16. Следует отметить, что на фиг. 2, в сигнал Vout добавляется соответствующий номер столбца (Vout(m), Vout(m+1)).

[0039] Такая конфигурация позволяет зарядам, сформированным посредством узла D фотоэлектрического преобразования, накапливаться в узле D фотоэлектрического преобразования в то время, когда удерживающий участок C1 удерживает заряды. Это обеспечивает операцию захвата изображений, в которой периоды экспозиции согласуются между множеством пикселей 12, а именно, так называемую работу в режиме глобального электронного затвора. Следует отметить, что электронный затвор означает электрическое управление накоплением зарядов, сформированных посредством падающего света.

[0040] Фиг. 3 иллюстрирует пример плоской схемы размещения пикселя 12 в твердотельном устройстве формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления. Хотя каждая область, в которой обеспечивается каждый элемент пикселя 12, проиллюстрирована с помощью прямоугольного блока на фиг. 3 для упрощенной иллюстрации, каждый блок не имеет намерение иллюстрировать форму каждого элемента, а имеет намерение иллюстрировать то, что, по меньшей мере, часть элемента размещена в каждой области. Например, области, соответствующие транзисторам M1 и M2 переноса и транзистору M6 переполнения, приблизительно соответствуют областям, в которых размещены затворы соответствующих транзисторов. Дополнительно, область, в которой обеспечены транзистор M3 сброса, усилительный транзистор M4 и транзистор M5 выбора, представляется как одна область.

[0041] Узел D фотоэлектрического преобразования, транзистор M1 переноса, удерживающий участок C1, транзистор M2 переноса и удерживающий участок C2 размещены таким образом, что они являются смежными друг с другом в этом порядке в единичной области пикселя 12. Транзистор M6 переполнения размещен рядом с узлом D фотоэлектрического преобразования. Стрелки, проиллюстрированные на фиг. 3, иллюстрируют направление передачи зарядов, когда транзисторы M1 и M2 переноса и транзистор M6 переполнения возбуждаются. Таким образом, когда транзистор M1 переноса возбуждается, заряды узла D фотоэлектрического преобразования переносятся на удерживающий участок C1. Когда транзистор M2 переноса возбуждается, заряды удерживающего участка C1 переносятся на удерживающий участок C2. Когда транзистор M6 переполнения возбуждается, заряды узла D фотоэлектрического преобразования переносятся (сливаются) на OFD стока транзистора M6 переполнения.

[0042] Фиг. 4 является схематичным видом в поперечном сечении вдоль линии A-A' по фиг. 3. Полупроводниковая область 112 p-типа (седьмая полупроводниковая область), образующая карман, обеспечивается на поверхности полупроводниковой подложки 110 n-типа. Следует отметить, что в примере, p-тип является первым типом проводимости, и n-тип является вторым типом проводимости. Узел D фотоэлектрического преобразования, удерживающий участок C1, полупроводниковая область 122 n-типа и полупроводниковая область 124 n-типа размещаются с разнесением друг от друга на поверхности полупроводниковой области 112 p-типа. Следует отметить, что описание транзистора M3 сброса, усилительного транзистора M4 и транзистора M5 выбора, которые не видны в поперечном сечении по фиг. 4, опускается здесь.

[0043] Узел D фотоэлектрического преобразования представляет собой заглубленный фотодиод, включающий в себя полупроводниковую область 114 p-типа (первую полупроводниковую область), в контакте с поверхностью полупроводниковой подложки 110, и полупроводниковую область 116 n-типа (вторую полупроводниковую область), обеспеченную под полупроводниковой областью 114 p-типа. Полупроводниковую область 116 n-типа представляет собой слой накопления зарядов для накопления сигнальных зарядов (электронов), сформированных посредством узла D фотоэлектрического преобразования. Удерживающий участок C1 имеет структуру с заглубленными фотодиодами, включающую в себя полупроводниковую область 118 p-типа (восьмую полупроводниковую область), в контакте с поверхностью полупроводниковой подложки 110, и полупроводниковую область 120 n-типа (пятую полупроводниковую область), обеспеченную под полупроводниковой областью 118 p-типа. Полупроводниковая область 122 n-типа образует удерживающий участок C2. Полупроводниковая область 124 n-типа образует OFD стока транзистора M6 переполнения.

[0044] Над полупроводниковой подложкой 110 между полупроводниковой областью 116 n-типа и полупроводниковой областью 120 n-типа, электрод 128 затвора содержит изолирующую пленку 126 затвора, размещенную между ними. В силу этого, формируется транзистор M1 переноса, в котором полупроводниковую область 116 n-типа представляет собой исток, полупроводниковая область 120 n-типа представляет собой сток, и электрод 128 затвора представляет собой затвор. Дополнительно, над полупроводниковой подложкой 110 между полупроводниковой областью 120 n-типа и полупроводниковой областью 122 n-типа, электрод 132 затвора содержит изолирующую пленку 130 затвора, размещенную между ними. В силу этого, формируется транзистор M2 переноса, в котором полупроводниковая область 120 n-типа представляет собой исток, полупроводниковая область 122 n-типа представляет собой сток, и электрод 132 затвора представляет собой затвор. Дополнительно, над полупроводниковой подложкой 110 между полупроводниковой областью 116 n-типа и полупроводниковой областью 124 n-типа, электрод 136 затвора содержит изолирующую пленку 134 затвора, размещенную между ними. В силу этого, формируется транзистор M6 переполнения, в котором полупроводниковую область 116 n-типа представляет собой исток, полупроводниковая область 124 n-типа представляет собой сток, и электрод 136 затвора представляет собой затвор.

[0045] Узел D фотоэлектрического преобразования дополнительно включает в себя полупроводниковую область 138 p-типа (третью полупроводниковую область), обеспеченную под полупроводниковой областью 116 n-типа. Дополнительно, удерживающий участок C1 дополнительно включает в себя полупроводниковую область 138 p-типа (шестую полупроводниковую область), обеспеченную под полупроводниковой областью 120 n-типа. Полупроводниковая область 138 p-типа имеет функцию в качестве слоя подавления обеднения для подавления расширения вниз обедненного слоя от полупроводниковых областей 116 и 120 n-типа и имеет более высокую концентрацию примеси, чем полупроводниковая область 112 p-типа. В полупроводниковой области 138 p-типа (третьей полупроводниковой области), отверстие 140 обеспечивается в части области, перекрывающейся с полупроводниковой областью 116 n-типа на виде вверху. Следует отметить, что в настоящем описании изобретения, вид сверху означает двумерный вид сверху, полученный посредством проецирования каждого составного участка твердотельного устройства формирования изображений на плоскость, параллельную поверхности полупроводниковой подложки 110, которая соответствует, например, плоской схеме размещения по фиг. 3.

[0046] Для полупроводниковой области 138 p-типа предпочтительно быть выполненной с возможностью фиксировать свой потенциал. С этой точки зрения, полупроводниковую область 138 p-типа продолжается в направлении, параллельном поверхности полупроводниковой подложки 110, и соединяется с полупроводниковой областью 112 p-типа в настоящем варианте осуществления.

Такая конфигурация позволяет потенциалу полупроводниковой области 138 p-типа быть фиксированно равным потенциалу полупроводниковой области 112 p-типа в качестве кармана, например, равным потенциалу земли. Следует отметить, что форма соединения полупроводниковой области 138 p-типа с полупроводниковой областью 112 p-типа не ограничена примером настоящего варианта осуществления. Например, часть нижней части полупроводниковой области 138 p-типа может идти в направлении глубины таким образом, что она проникает через полупроводниковую область 142 n-типа, и соединяться с полупроводниковой областью 112 p-типа.

[0047] Фиг. 5A иллюстрирует вид сверху по фиг. 3, перекрытый с полупроводниковой областью 138 p-типа. Полупроводниковая область 138 p-типа приблизительно размещена под узлом D фотоэлектрического преобразования, удерживающим участком C1 и затворами транзисторов M1 и M2 переноса и транзистора M6 переполнения. Желательно размещать отверстие 140 на стороне удерживающего участка C1 центральной части 144 узла D фотоэлектрического преобразования. Следует отметить, что центральная часть 144 узла D фотоэлектрического преобразования в этом случае может представлять собой центроид полупроводниковой области 116 n-типа на виде вверху, может представлять собой центр области отверстия, не закрытой межкомпонентными соединениями и т.п., или может представлять собой центр оптического волновода, когда оптический волновод размещен поверх узла D фотоэлектрического преобразования. Типично, центральная часть 144 расположена в практически одной и той же позиции узла D фотоэлектрического преобразования, когда применяется любое из вышеуказанных определений. Свет, входящий в пиксель 12, сходится к центральной части 144 узла D фотоэлектрического преобразования посредством микролинзы (не проиллюстрирована), обеспеченной выше узла D фотоэлектрического преобразования.

[0048] Узел D фотоэлектрического преобразования дополнительно включает в себя полупроводниковую область 142 n-типа (четвертую полупроводниковую область), обеспеченную под полупроводниковой областью 138 p-типа. Полупроводниковая область 142 n-типа обеспечивается, по меньшей мере, в области, перекрывающейся с полупроводниковой областью 116 n-типа на виде вверху. В примере, проиллюстрированном на фиг. 4, полупроводниковая область 142 n-типа обеспечивается таким образом, что она продолжается из области, перекрывающейся с полупроводниковой областью 116 n-типа на виде вверху, в область, перекрывающуюся с полупроводниковой областью 120 n-типа удерживающего участка C1 на виде вверху. Полупроводниковая область 116 n-типа и полупроводниковая область 142 n-типа соединяются друг с другом через отверстие 140, чтобы образовать непрерывную полупроводниковую область n-типа. С другой стороны, полупроводниковая область 120 n-типа и полупроводниковая область 142 n-типа отделены друг от друга посредством полупроводниковой области 138 p-типа. Полупроводниковые области 142 n-типа смежных пикселей 12 отделены друг от друга посредством полупроводниковой области 112 p-типа. Дополнительно, полупроводниковая область 138 p-типа, обеспеченная под полупроводниковой областью 116 n-типа, и полупроводниковая область 138 p-типа, обеспеченная под полупроводниковой областью 120 n-типа, обеспечены на одной и той же глубине.

Дополнительно, можно сказать, что между полупроводниковой областью 138 p-типа, обеспеченной под полупроводниковой областью 116 n-типа, и полупроводниковой областью 138 p-типа, обеспеченной под полупроводниковой областью 120 n-типа, присутствует область, имеющая более низкий потенциал, чем каждая из двух полупроводниковых областей 138 p-типа.

[0049] Предпочтительно, чтобы участок, отличный от узла D фотоэлектрического преобразования, был экранированным от света посредством светоэкранирующей пленки 146 из позиции максимально близко к узлу D фотоэлектрического преобразования. Фиг. 4 иллюстрирует светоэкранирующую пленку 146, обеспеченную над полупроводниковой подложкой 110. Например, светоэкранирующая пленка 146 выполнена с возможностью закрывать, по меньшей мере, весь удерживающий участок C1 металлической пленкой, имеющей отверстие 148 в центральной области, включающей в себя, по меньшей мере, центральную часть 144 узла D фотоэлектрического преобразования. Следует отметить, что поскольку участки около электродов 128, 132 и 136 затвора или контактные участки, соединенные с полупроводниковыми областями 122 и 124 n-типа, не могут быть закрыты светоэкранирующей пленкой 146 и могут вызывать светорассеяние, предпочтительно отделять такие зазоры светоэкранирующей пленки 146 от удерживающего участка C1 в максимально возможной степени.

[0050] Фиг. 5B иллюстрирует вид сверху по фиг. 3, перекрытый с областью, в которой обеспечивается светоэкранирующая пленка 146. Следует отметить, что на фиг. 5B, иллюстрация электродов 128, 132 и 136 затвора или контактных участков, соединенных с полупроводниковыми областями 122 и 124 n-типа, опускается. В твердотельном устройстве формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления, предпочтительно, если отверстие 140, обеспеченное в полупроводниковой области 138 p-типа, закрывается светоэкранирующей пленкой 146, например, как проиллюстрировано на фиг. 5B.

[0051] В твердотельном устройстве формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления, для полупроводниковой области 142 n-типа, концентрация проектируется таким образом, что даже когда электроны накапливаются в полупроводниковой области 116 n-типа, большая часть полупроводниковой области 142 n-типа обедняется. С другой стороны, для полупроводниковой области 138 p-типа, концентрация проектируется таким образом, что вся полупроводниковая область 138 p-типа не обедняется. Например, может задаваться следующая концентрация примеси каждого участка. Для полупроводниковой области 112 p-типа, концентрация примеси (концентрация бора) составляет 1,0*10¹⁵ см^-3. Для полупроводниковой области 116 n-типа, концентрация примеси (концентрация мышьяка) составляет 2,5*10¹⁷ см^-3, и позиция пика концентрации примеси находится на глубине в 0,2 мкм. Для полупроводниковой области 120 n-типа, концентрация примеси (концентрация мышьяка) составляет 2,5*10¹⁷ см^-3, и позиция пика концентрации примеси находится на глубине в 0,2 мкм. Для полупроводниковой области 138 p-типа, концентрация примеси (концентрация бора) составляет 1,0*10¹⁶ см^-3, позиция пика концентрации примеси на глубине в 0,7 мкм, и толщина составляет 0,8 мкм. Для полупроводниковой области 142 n-типа, концентрация примеси (концентрация фосфора) составляет 4,0*10¹⁴ см^-3, и глубина нижней части (поверхности раздела с полупроводниковой областью 112 p-типа) составляет 3,0 мкм. Посредством задания концентрации примеси каждого участка таким образом, можно реализовывать состояние, в котором большая часть полупроводниковой области 142 n-типа обедняется, и вся полупроводниковая область 138 p-типа не обедняется.

[0052] Как пояснено выше, в твердотельном устройстве формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления, полупроводниковая область 138 p-типа обеспечивается под полупроводниковой областью 116 n-типа, образующей слой накопления зарядов узла D фотоэлектрического преобразования. Одна из целей обеспечения полупроводниковой области 138 p-типа состоит в том, чтобы увеличивать величину заряда насыщения полупроводниковой области 116 n-типа в качестве слоя накопления зарядов.

[0053] При обеспечении полупроводниковой области 138 p-типа под полупроводниковой областью 116 n-типа, конденсатор на p-n-переходе формируется между полупроводниковой областью 116 n-типа и полупроводниковой областью 138 p-типа. Как очевидно из реляционной функции, выражаемой посредством Q=CV, когда предварительно определенное напряжение V обратного смещения применяется к p-n-переходу узла D фотоэлектрического преобразования, большая емкость C p-n-перехода приводит к большей величине Q накопления заряда. Сигнальные заряды, накопленные в полупроводниковой области 116 n-типа, переносятся на участок вывода сигналов. Тем не менее, когда потенциал полупроводниковой области 116 n-типа достигает предварительно определенного потенциала, определенного посредством питающего напряжения и т.п., сигнальные заряды полупроводниковой области 116 n-типа больше не переносятся. Таким образом, поскольку варьирование напряжения V вследствие переноса сигнальных зарядов является фиксированным, величина заряда насыщения увеличивается пропорционально емкости p-n-перехода узла D фотоэлектрического преобразования. Следовательно, посредством обеспечения полупроводниковой области 138 p-типа, можно увеличивать величину заряда насыщения полупроводниковой области 116 n-типа в качестве слоя накопления зарядов.

[0054] Тем не менее, в твердотельном устройстве формирования изображений, включающем в себя удерживающий участок C1, возникает такая проблема, что компонент шума, утекающий в удерживающий участок C1, может увеличиваться вследствие обеспечения полупроводниковой области 138 p-типа. Например, удерживающий участок C1 может накапливать сигнальные заряды предыдущего кадра в течение периода экспозиции узла D фотоэлектрического преобразования. Таким образом, когда сигнальные заряды на основе света, входящего в узел D фотоэлектрического преобразования, утекают в полупроводниковую область 120 n-типа, которая может накладываться на сигнал предыдущего кадра в качестве шума.

[0055] Свет, сходящийся в центральную часть 144 узла D фотоэлектрического преобразования, имеет расширение со степенью, одной и той же длине волны. Хотя большая часть света, пропускаемого внутри устройства, поглощается в полупроводниковой области 116 n-типа и полупроводниковой области 114 p-типа узла D фотоэлектрического преобразования, не пренебрежимо малое количество света входит в полупроводниковую область 138 p-типа. Как результат, пары электронов и дырок возникают также в полупроводниковой области 138 p-типа посредством фотоэлектрического преобразования. Хотя внутренняя часть полупроводниковой области 138 p-типа представляет собой нейтральную область, и электрическое поле отсутствует, небольшой участок электронов, сформированных в полупроводниковой области 138 p-типа, рассеивается и утекает в удерживающий участок C1. Когда электроны, сформированные в полупроводниковой области 138 p-типа, утекают в удерживающий участок C1, это может вызывать шум. Таким образом, в твердотельном устройстве формирования изображений, имеющем удерживающий участок C1, важно то, как уменьшать сигнальные заряды, которые утекают из полупроводниковой области 138 p-типа в удерживающий участок C1.

[0056] С этой точки зрения, в твердотельном устройстве формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления, полупроводниковая область 142 n-типа обеспечивается под полупроводниковой областью 138 p-типа. Как описано выше, в твердотельном устройстве формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления, концентрация проектируется таким образом, что большая часть полупроводниковой области 142 n-типа обедняется. Дополнительно, концентрация проектируется таким образом, что вся полупроводниковая область 138 p-типа не обедняется. Как результат, электрическое поле возникает в направлении, перпендикулярном поверхности полупроводниковой подложки 110 между полупроводниковой областью 138 p-типа и полупроводниковой областью 142 n-типа, электроны, сформированные в полупроводниковой области 138 p-типа, извлекаются в полупроводниковую область 116 n-типа или полупроводниковую область 142 n-типа, и доля электронов, достигающих удерживающего участка C1, снижается. В силу этого, компонент шума, утекающий в удерживающий участок C1, может уменьшаться.

[0057] Следует отметить, что выложенная заявка на патент (Япония) номер 2014-165286 раскрывает то, что полупроводниковая область p-типа размещена под полупроводниковой областью n-типа, образующей слой накопления зарядов узла фотоэлектрического преобразования. Тем не менее, в выложенной заявке на патент (Япония) номер 2014-165286, полупроводниковая область p-типа (карман р-типа) расположена под полупроводниковой областью p-типа, и в силу этого эти полупроводниковые области p-типа не обедняются. Следовательно, если структура, раскрытая в выложенной заявке на патент (Япония) номер 2014-165286, просто применяется к твердотельному устройству формирования изображений, имеющему удерживающий участок C1, такая конфигурация не может предотвращать рассеяние и утечку электронов, сформированных в полупроводниковой области p-типа под слоем накопления зарядов, в удерживающий участок C1.

[0058] Отверстие 140 служит в качестве тракта перемещения сигнальных зарядов, когда сигнальные заряды, сформированные в области глубже, чем полупроводниковая область 116 n-типа, например, в полупроводниковой области 142 n-типа, собираются в полупроводниковую область 116 n-типа. Следовательно, при обеспечении отверстия 140 в полупроводниковой области 138 p-типа, светоприемная чувствительность может улучшаться по сравнению со случаем, в котором отверстие 140 не обеспечивается.

[0059] Предпочтительно, если отверстие 140 не включает в себя центральный участок 144 фотоэлектрического преобразования D и размещается в позиции около удерживающего участка C1. Поскольку самый сильный свет входит в центральную часть 144 узла D фотоэлектрического преобразования, число зарядов, сформированных в полупроводниковой области 138 p-типа, больше. При обеспечении отверстия 140 в позиции ближе к удерживающему участку C1, чем к центральной части 144 узла D фотоэлектрического преобразования, электроны, сформированные в полупроводниковой области 138 p-типа около центральной части 144 узла D фотоэлектрического преобразования, извлекаются в потенциал отверстия 140 до достижения удерживающего участка C1. Электроны, извлекаемые в потенциал отверстия 140, захватываются полупроводниковой областью 116 n-типа или полупроводниковой областью 142 n-типа. Следовательно, такая компоновка дополнительно может уменьшать компонент шума, утекающий в удерживающий участок C1.

[0060] С аналогичной точки зрения, дополнительно предпочтительно размещать отверстие 140 в позиции, которая не перекрывается с областью падающего света. Например, как проиллюстрировано в твердотельном устройстве формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления, предпочтительно экранировать верхнюю часть отверстия 140 от света посредством светоэкранирующей пленки 146, межсоединения и т.п.

[0061] Полупроводниковая область 142 n-типа может быть выполнена с возможностью идти до места под удерживающим участком C1, как описано выше. Небольшая часть света, входящего в пиксель 12, дополнительно входит в нижнюю часть удерживающего участка C1 вследствие рассеяния и т.п. Полупроводниковая область 142 n-типа продолжается вплоть до места под удерживающим участком C1, и в силу этого область фотоэлектрического преобразования более глубокой части увеличивается, что позволяет электронам, сформированным под удерживающим участком C1, также собираться в полупроводниковой области 116 n-типа. В силу этого, может дополнительно улучшаться светоприемная чувствительность.

[0062] Полупроводниковая область 138 p-типа, продолжающаяся под полупроводниковой областью 120 n-типа, обеспечивает преимущество увеличения величины заряда насыщения полупроводниковой области 120 n-типа в качестве слоя накопления зарядов в удерживающем участке C1, аналогично случаю полупроводниковой области 116 n-типа. Тем не менее, отверстие не обеспечивается в полупроводниковой области 138 p-типа между полупроводниковой областью 120 n-типа и полупроводниковой областью 142 n-типа, и полупроводниковая область 120 n-типа отделена от полупроводниковой области 142 n-типа. Такая конфигурация может предотвращать протекание зарядов, сформированных в полупроводниковой области 142 n-типа и ее более глубокой области, в полупроводниковую область 120 n-типа.

[0063] Полупроводниковая область 138 p-типа может формироваться посредством имплантации примесных ионов с фоторезистом, открытым в предварительно определенной области в качестве маски. В этом случае, отверстие 140 может формироваться посредством закрытия заранее части области, перекрывающейся с полупроводниковой областью 116 n-типа, посредством фоторезиста на виде вверху. Концентрация примеси или глубина полупроводниковой области 138 p-типа может отличаться между областью под полупроводниковой областью 116 n-типа и областью под полупроводниковой областью 120 n-типа. За счет этого, можно проектировать полупроводниковую область 138 p-типа в соответствии с характеристиками, требуемыми для узла D фотоэлектрического преобразования и удерживающего участка C1, чтобы повышать гибкость проектного решения. Тем не менее, в этом случае, поскольку требуется двукратное повторение этапов фотолитографии, предпочтительно формировать полупроводниковую область 138 p-типа одновременно с формированием области под полупроводниковой областью 116 n-типа и области под полупроводниковой областью 120 n-типа с учетом уменьшения затрат на изготовление. В этом случае, полупроводниковая область 138 p-типа под полупроводниковой областью 116 n-типа и полупроводниковая область 138 p-типа под полупроводниковой областью 120 n-типа формируются на одной и той же глубине полупроводниковой подложки и при одной и той же концентрации примеси.

[0064] Как пояснено выше, согласно настоящему варианту осуществления, заряды, сформированные в полупроводниковой области 138 p-типа, могут собираться в полупроводниковой области 116 n-типа узла D фотоэлектрического преобразования. Это позволяет улучшать чувствительность узла D фотоэлектрического преобразования и предотвращать утечку непреднамеренных зарядов в удерживающий участок C1.

[0065] Второй вариант осуществления

[0066] Ниже описывается твердотельное устройство формирования изображений согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 6-8. Фиг. 6 является видом сверху пикселя твердотельного устройства формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления. Фиг. 7 является видом в поперечном сечении пикселя твердотельного устройства формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления. Фиг. 8 является видом сверху пикселя твердотельного устройства формирования изображений согласно модифицированному примеру настоящего варианта осуществления. Компоненты, аналогичные компонентам твердотельного устройства формирования изображений согласно первому варианту осуществления, помечаются идентичными ссылками с номерами, и их описание опускается или упрощается.

[0067] Хотя утечка сигнальных зарядов из полупроводниковой области 138 p-типа в удерживающий участок C1 в одном пикселе 12 рассматривается в первом варианте осуществления, утечка сигнальных зарядов из полупроводниковой области 138 p-типа в удерживающий участок C1 могут возникать между смежными пикселями 12. В настоящем варианте осуществления, проиллюстрировано твердотельное устройство формирования изображений, которое может подавлять утечку сигнальных зарядов из полупроводниковой области 138 p-типа одного пикселя (пикселя 12A) в удерживающий участок C1 другого пикселя (пикселя 12B), смежного с одним пикселем.

[0068] В твердотельном устройстве формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления, как проиллюстрировано на фиг. 6, пиксели 12, имеющие плоскую схему размещения, проиллюстрированную на фиг. 3, размещены рядом друг с другом в вертикальном направлении на чертеже. Когда верхний пиксель 12 обозначается как пиксель 12A, и нижний пиксель 12 обозначается как пиксель 12B на фиг. 6, узел D фотоэлектрического преобразования пикселя 12A размещен рядом с удерживающим участком C1 пикселя 12B. В случае такой схемы размещения, может возникать утечка сигнальных зарядов из полупроводниковой области 138 p-типа узла D фотоэлектрического преобразования пикселя A в удерживающий участок C1 пикселя 12B.

[0069] С этой точки зрения, в твердотельном устройстве формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления, другое отверстие 140 дополнительно обеспечивается между центральной частью 144 узла D фотоэлектрического преобразования одного пикселя (пикселя 12A) и удерживающим участком C1 другого пикселя (пикселя 12B), смежного с одним пикселем. Фиг. 7 является схематичным видом в поперечном сечении вдоль линии B-B' по фиг. 6. Как проиллюстрировано на фиг. 7, полупроводниковая область 116 n-типа соединена с полупроводниковой областью 142 n-типа через два отверстия 140 за пределами центральной части 144 узла D фотоэлектрического преобразования. При такой конфигурации, утечка зарядов в удерживающий участок C1 из полупроводниковой области 138 p-типа под узлом D фотоэлектрического преобразования может уменьшаться более надежным способом.

[0070] Следует отметить, что, хотя два отверстия 140 размещены в области, перекрывающейся с полупроводниковой областью 116 n-типа на виде вверху в настоящем варианте осуществления, отверстие 140 может быть размещено таким образом, что оно окружает область, включающую в себя центральную часть 144 узла D фотоэлектрического преобразования на виде вверху, например, как проиллюстрировано на фиг. 8. В этом случае, как описано в первом варианте осуществления, подача фиксированного напряжения подает в полупроводниковую область 138 p-типа может быть реализована посредством формирования части нижней части полупроводниковой области 138 p-типа таким образом, что она продолжается в направлении глубины и соединяется с полупроводниковой областью 112 p-типа.

[0071] Как пояснено выше, согласно настоящему варианту осуществления, заряды, сформированные в полупроводниковой области 138 p-типа, могут собираться в полупроводниковой области 116 n-типа узла D фотоэлектрического преобразования. Это позволяет улучшать чувствительность узла D фотоэлектрического преобразования и предотвращать утечку непреднамеренных зарядов в удерживающий участок C1.

[0072] Третий вариант осуществления

[0073] Ниже описывается твердотельное устройство формирования изображений согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 9 и фиг. 10. Фиг. 9 является видом сверху пикселя твердотельного устройства формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления. Фиг. 10 является видом в поперечном сечении пикселя твердотельного устройства формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления. Компоненты, аналогичные компонентам твердотельного устройства формирования изображений согласно первому и второму вариантам осуществления, помечаются идентичными ссылками с номерами, и их описание опускается или упрощается.

[0074] В твердотельном устройстве формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления, как проиллюстрировано на фиг. 9, пиксели 12, имеющие плоскую схему размещения, проиллюстрированную на фиг. 3, размещены зеркально-симметрично и рядом друг с другом в горизонтальном направлении на чертеже. Когда левосторонний пиксель 12 обозначается как пиксель 12A, и правосторонний пиксель 12 обозначается как пиксель 12B на фиг. 9, узел D фотоэлектрического преобразования пикселя 12A размещен рядом с узлом D фотоэлектрического преобразования пикселя 12B.

[0075] Когда отверстия 140 размещены таким образом, что они окружают область, включающую в себя центральную часть 144 узла D фотоэлектрического преобразования на виде вверху, требуется некоторое улучшение, такое как формирование нижней части полупроводниковой области 138 p-типа таким образом, что она продолжается в направлении глубины и соединяется с полупроводниковой областью 112 p-типа, как описано в модифицированном примере второго варианта осуществления.

[0076] С другой стороны, когда узлы D фотоэлектрического преобразования соседних пикселей 12 выполнены с возможностью быть обращенными друг к другу, как видно на схеме размещения, проиллюстрированной на фиг. 9, полупроводниковые области 138 p-типа, обеспеченные в узлах D фотоэлектрического преобразования двух пикселей 12, могут формироваться в качестве одного непрерывного рисунка. Поскольку обеспечивается полупроводниковая область p-типа (не показана) для изоляции между пикселем 12A и пикселем 12B, полупроводниковая область 138 p-типа, сформированная поверх пикселей 12, может быть соединена с полупроводниковыми областями 112 p-типа через изоляционную полупроводниковую область p-типа или непосредственно. Фиг. 10 является схематичным видом в поперечном сечении вдоль линии C-C' по фиг. 9. Фиг. 10 иллюстрирует состояние, в котором полупроводниковая область 138 p-типа и полупроводниковая область 112 p-типа соединены на границе между пикселем 12A и пикселем 12B.

[0077] Следует отметить, что схема размещения настоящего варианта осуществления может применяться к пикселю, используемому для обнаружения фокуса. В этом случае, одна микролинза (не проиллюстрирована), которая обеспечивает схождение света в пиксель 12, размещена в узле D фотоэлектрического преобразования пикселя 12A и узле D фотоэлектрического преобразования пикселя 12B. Центр 150 света, сходящегося посредством микролинзы, размещен между узлом D фотоэлектрического преобразования пикселя 12A и узлом D фотоэлектрического преобразования пикселя 12B. Это обеспечивает обнаружение сигналов на основе света, который проходит через различные области зрачка оптической системы, и такие сигналы могут использоваться в качестве сигнала обнаружения фокуса.

[0078] Как пояснено выше, согласно настоящему варианту осуществления, заряды, сформированные в полупроводниковой области 138 p-типа, могут собираться в полупроводниковой области 116 n-типа узла D фотоэлектрического преобразования. Это позволяет улучшать чувствительность узла D фотоэлектрического преобразования и предотвращать утечку непреднамеренных зарядов в удерживающий участок C1.

[0079] Четвертый вариант осуществления

[0080] Ниже описывается система формирования изображений согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 11. Компоненты, аналогичные компонентам устройства формирования изображений согласно первому-третьему вариантам осуществления, помечаются идентичными ссылками с номерами, и их описание опускается или упрощается. Фиг. 11 является блок-схемой, иллюстрирующей конфигурацию системы формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления.

[0081] Устройства 100 формирования изображений, описанные в вышеуказанных первом-третьем вариантах осуществления, могут применяться к различным системам формирования изображений. Примеры применимых систем формирования изображений могут включать в себя цифровую фотокамеру, цифровую записывающую видеокамеру, камеру наблюдения, копировальный аппарат, факсимильный аппарат, мобильный телефон, бортовую камеру, спутник наблюдения и т.п. Дополнительно, модуль камеры, имеющий оптическую систему, к примеру, линзу и устройство формирования изображений, может быть включен в систему формирования изображений. Фиг. 11 иллюстрирует блок-схему цифровой фотокамеры в качестве примера вышеозначенного.

[0082] Система 200 формирования изображений, проиллюстрированная в качестве примера на фиг. 11, имеет устройство 201 формирования изображений, линзу 202, которая захватывает оптическое изображение объекта на устройстве 201 формирования изображений, апертуру 204 для изменения количества света, проходящего через линзу 202, и перегородку 206 для защиты линзы 202. Линза 202 и апертура 204 формируют оптическую систему, которая обеспечивает схождение света на устройство 201 формирования изображений. Устройство 201 формирования изображений представляет собой любое из твердотельных устройств 100 формирования изображений, описанных в первом-третьем вариантах осуществления, и преобразует оптическое изображение, захваченное посредством линзы 202, в данные изображений.

[0083] Система 200 формирования изображений дополнительно имеет узел 208 обработки сигналов, который обрабатывает выходной сигнал, выводимый из устройства 201 формирования изображений. Узел 208 обработки сигналов выполняет аналого-цифровое преобразование, которое преобразует аналоговый сигнал, выводимый из устройства 201 формирования изображений, в цифровой сигнал. Дополнительно, узел 208 обработки сигналов выполняет другие операции для выполнения различной коррекции или сжатия при необходимости и вывода данных изображений. Узел аналого-цифрового преобразования, который является частью узла 208 обработки сигналов, может формироваться на полупроводниковой подложке, в которой обеспечивается устройство 201 формирования изображений, или может формироваться на другой полупроводниковой подложке относительно устройства 201 формирования изображений. Дополнительно, устройство 201 формирования изображений и узел 208 обработки сигналов могут формироваться на одной и той же полупроводниковой подложке.

[0084] Система 200 формирования изображений дополнительно имеет запоминающее устройство 210 для временного сохранения данных изображений и внешний интерфейсный узел 212 (внешний интерфейсный узел) для обмена данными с внешним компьютером и т.п. Система 200 формирования изображений дополнительно имеет носитель 214 хранения данных, такой как полупроводниковое запоминающее устройство, для выполнения хранения или считывания данных фиксации изображений и управляющий интерфейсный узел 216 носителя хранения данных (управляющий интерфейсный узел носителя хранения данных) для выполнения хранения или считывания на носителе 214 хранения данных. Следует отметить, что носитель 214 хранения данных может быть встроенным в системе 200 формирования изображений или может быть съемным.

[0085] Система 200 формирования изображений дополнительно имеет общий управляющий/функциональный узел 218, который управляет различными вычислениями и управляет всей цифровой фотокамерой, и узел 220 формирования тактовых импульсов, который выводит различные синхронизирующие сигналы в устройство 201 формирования изображений и узел 208 обработки сигналов. Здесь, синхронизирующий сигнал и т.п. может вводиться снаружи, и система 200 формирования изображений может иметь, по меньшей мере, устройство 201 формирования изображений и узел 208 обработки сигналов, который обрабатывает выходной сигнал, выводимый из устройства 201 формирования изображений.

[0086] Устройство 201 формирования изображений выводит сигнал формирования изображений в узел 208 обработки сигналов. Узел 208 обработки сигналов выполняет предварительно определенную обработку сигналов для сигнала формирования изображений, выводимого из устройства 201 формирования изображений, и выводит данные изображений. Узел 208 обработки сигналов использует сигнал формирования изображений для того, чтобы формировать изображение.

[0087] Применение твердотельного устройства 100 формирования изображений согласно любому из первого-третьего вариантов осуществления позволяет реализовывать систему формирования изображений, которая может получать изображение хорошего качества с высокой чувствительностью и большой величиной заряда насыщения.

[0088] Пятый вариант осуществления

[0089] Ниже описываются система формирования изображений и перемещаемый объект согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения посредством использования фиг. 12A и фиг. 12B. Фиг. 12A является схемой, иллюстрирующей конфигурацию системы формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления. Фиг. 12B является схемой, иллюстрирующей конфигурацию перемещаемого объекта согласно настоящему варианту осуществления.

[0090] Фиг. 12A иллюстрирует пример системы формирования изображений, связанной с бортовой камерой. Система 300 формирования изображений имеет устройство 310 формирования изображений. Устройство 310 формирования изображений представляет собой любое из твердотельных устройств 100 формирования изображений, описанных в вышеуказанных первом-третьем вариантах осуществления. Система 300 формирования изображений имеет узел 312 обработки изображений, который выполняет обработку изображений для множества данных изображений, полученных посредством устройства 310 формирования изображений, и узел 314 вычисления параллакса, который вычисляет параллакс (разность фаз параллактических изображений) из множества данных изображений, полученных посредством системы 300 формирования изображений. Дополнительно, система 300 формирования изображений имеет узел 316 измерения расстояния, который вычисляет расстояние до объекта на основе вычисленного параллакса, и узел 318 определения столкновений, который определяет то, имеется или нет вероятность столкновения, на основе вычисленного расстояния. Здесь, узел 314 вычисления параллакса и узел 316 измерения расстояния представляют собой пример узла получения информации расстояния, который получает информацию расстояния относительно расстояния до объекта. Таким образом, информация расстояния является информацией относительно параллакса, величины дефокусировки, расстояния до объекта и т.п. Узел 318 определения столкновений может использовать любую информацию расстояния для того, чтобы определять вероятность столкновения. Узел получения информации расстояния может реализовываться посредством специально сконструированных аппаратных средств или может реализовываться посредством программного модуля. Дополнительно, узел получения информации расстояния может реализовываться посредством программируемой пользователем вентильной матрицы (FPGA), специализированной интегральной схемы (ASIC) и т.п. либо может реализовываться посредством комбинации вышеозначенного.

[0091] Система 300 формирования изображений соединена с устройством 320 получения информации касательно транспортного средства и может получать информацию касательно транспортного средства, такую как скорость транспортного средства, скорость относительно вертикальной оси, угол поворота и т.п. Дополнительно, система 300 формирования изображений соединяется с ECU 330 управления, который представляет собой устройство управления, которое выводит управляющий сигнал для инструктирования транспортному средству формировать тормозную силу на основе результата определения посредством узла 318 определения столкновений. Дополнительно, система 300 формирования изображений соединяется с устройством 340 выдачи предупреждений, которое выдает предупреждение водителю на основе результата определения посредством узла 318 определения столкновений. Например, когда вероятность столкновения является высокой в качестве результата определения узла 318 определения столкновений, ECU 330 управления выполняет управление транспортным средством, чтобы предотвращать столкновение или уменьшать повреждение, посредством применения тормоза, отжатия акселератора, подавления мощности двигателя и т.п. Устройство 340 выдачи предупреждений предупреждает пользователя посредством издавания предупреждения, такого как звук, отображения информации предупреждений на дисплее автомобильной навигационной системы и т.п., обеспечения вибрации в ремне безопасности или на руле и т.п.

[0092] В настоящем варианте осуществления, область около транспортного средства, например, передняя область или задняя область, захватывается посредством использования системы 300 формирования изображений. Фиг. 12B иллюстрирует систему формирования изображений в случае захвата передней области транспортного средства (области 350 захвата). Устройство 320 получения информации касательно транспортного средства передает инструкции в систему 300 формирования изображений или устройство 310 формирования изображений. Такая конфигурация дополнительно может повышать точность дальнометрии.

[0093] Хотя пример управления для предотвращения столкновения с другим транспортным средством проиллюстрирован в вышеприведенном описании, вариант осуществления является применимым к управлению автоматическим вождением для следования за другим транспортным средством, управлению автоматическим вождением для недопущения выезда за пределы полосы движения и т.п. Кроме того, система формирования изображений не ограничена транспортным средством, таким как рассматриваемое транспортное средство, и может применяться, например, к перемещаемому объекту (подвижному устройству), такому как судно, самолет или промышленный робот. Помимо этого, система формирования изображений может широко применяться к устройству, которое использует распознавание объектов, такому как интеллектуальная транспортная система (ITS), без ограничения перемещаемыми объектами.

[0094] Модифицированные варианты осуществления

[0095] Настоящее изобретение не ограничено вышеописанными вариантами осуществления, и возможны различные модификации.

[0096] Например, пример, в котором часть конфигурации любого из вариантов осуществления добавляется в другой вариант осуществления, или пример, в котором часть конфигурации любого из вариантов осуществления заменяется частью конфигурации другого варианта осуществления, представляет собой один из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0097] Дополнительно, хотя твердотельные устройства формирования изображений с использованием узла D фотоэлектрического преобразования, который формирует электроны в качестве сигнальных зарядов, описываются в качестве примера в вышеописанных вариантах осуществления, это применимо и к твердотельному устройству формирования изображений с использованием узла D фотоэлектрического преобразования, который формирует дырки в качестве сигнальных зарядов. В этом случае, тип проводимости полупроводниковой области, формирующей каждый участок пикселя 12, представляет собой противоположный тип проводимости. Следует отметить, что названия истока и стока каждого транзистора, описанного в вышеописанных вариантах осуществления, могут отличаться в соответствии с проводимостью транзистора, интересующей функцией и т.п., и все или часть истоков и стоков, описанных выше, могут упоминаться под противоположными названиями.

[0098] Дополнительно, хотя удерживающий участок C1 имеет заглубленную диодную структуру, включающую в себя полупроводниковую область 118 p-типа и полупроводниковую область 120 n-типа, в вышеописанных вариантах осуществления, конфигурация удерживающего участка C1 не ограничена этим. Например, электрод может быть размещен поверх полупроводниковой подложки 110 через изолирующую пленку без размещения полупроводниковой области 118 p-типа на поверхности полупроводниковой подложки 110, и МОП-конденсатор может формироваться между электродом и полупроводниковой областью 120 n-типа. Этот электрод может быть соединен с электродом 128 затвора транзистора M1 переноса.

[0099] Дополнительно, хотя твердотельное устройство формирования изображений, имеющее функцию глобального электронного затвора, описывается в качестве примера в вышеописанных вариантах осуществления, настоящее изобретение может широко применяться к твердотельным устройствам формирования изображений, имеющим удерживающий участок, используемый для временного удерживания сигнальных носителей отдельно от узла фотоэлектрического преобразования.

[00100] Дополнительно, система формирования изображений, проиллюстрированная в вышеописанных вариантах осуществления, представляет собой пример систем формирования изображений, к которым может применяться твердотельное устройство формирования изображений настоящего изобретения, система формирования изображений, к которой может применяться твердотельное устройство формирования изображений настоящего изобретения, не ограничена конфигурацией, проиллюстрированной на фиг. 11-12B.

[00101] Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми примерными вариантами осуществления. Объем прилагаемой формулы изобретения должен соответствовать самой широкой интерпретации, так что он заключает в себе все такие модификации и эквивалентные структуры и функции.

Твердотельное устройство формирования изображений включает в себя множество пикселей, включающих в себя узел фотоэлектрического преобразования, первый удерживающий участок, удерживающий заряды, переносимые из узла фотоэлектрического преобразования, второй удерживающий участок, удерживающий заряды, переносимые из первого удерживающего участка, и усилительный узел, выводящий сигнал на основе зарядов во втором удерживающем участке. Узел фотоэлектрического преобразования включает в себя первую полупроводниковую область первого типа проводимости, вторую полупроводниковую область второго типа проводимости под ней, третью полупроводниковую область первого типа проводимости под ней и четвертую полупроводниковую область второго типа проводимости под ней. При этом первый удерживающий участок включает в себя пятую полупроводниковую область второго типа проводимости и шестую полупроводниковую область первого типа проводимости под ней на глубине обеспечения третьей полупроводниковой области, и при этом полупроводниковая область, имеющая более низкий потенциал, чем каждая из третьей полупроводниковой области и шестой полупроводниковой области, обеспечена между третьей и шестой полупроводниковыми областями. 6 н. и 11 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Твердотельное устройство формирования изображений, содержащее:

множество пикселей, каждый из которых включает в себя узел фотоэлектрического преобразования, который формирует заряды посредством фотоэлектрического преобразования;

первый удерживающий участок, который удерживает заряды, переносимые из узла фотоэлектрического преобразования;

второй удерживающий участок, который удерживает заряды, переносимые из первого удерживающего участка; и

усилительный узел, который выводит сигнал на основе величины зарядов, удерживаемых посредством второго удерживающего участка,

при этом узел фотоэлектрического преобразования включает в себя:

первую полупроводниковую область первого типа проводимости, обеспеченную на поверхности полупроводниковой подложки,

вторую полупроводниковую область второго типа проводимости, обеспеченную под первой полупроводниковой областью и выполненную с возможностью накапливать сформированные заряды,

третью полупроводниковую область первого типа проводимости, обеспеченную под второй полупроводниковой областью, и

четвертую полупроводниковую область второго типа проводимости, обеспеченную под третьей полупроводниковой областью,

при этом первый удерживающий участок включает в себя:

пятую полупроводниковую область второго типа проводимости, обеспеченную на расстоянии от второй полупроводниковой области, и

шестую полупроводниковую область первого типа проводимости, обеспеченную под пятой полупроводниковой областью на глубине обеспечения третьей полупроводниковой области, и

при этом полупроводниковая область, имеющая более низкий потенциал, чем каждая из третьей полупроводниковой области и шестой полупроводниковой области, обеспечена между третьей полупроводниковой областью и шестой полупроводниковой областью.

2. Твердотельное устройство формирования изображений по п. 1, в котором третья полупроводниковая область имеет отверстие в области, перекрывающейся со второй полупроводниковой областью на виде вверху, и вторая полупроводниковая область и четвертая полупроводниковая область соединены через отверстие.

3. Твердотельное устройство формирования изображений по п. 2, в котором отверстие размещено между центральной частью узла фотоэлектрического преобразования и первым удерживающим участком на виде вверху.

4. Твердотельное устройство формирования изображений по п. 2, в котором отверстие размещено между центральной частью узла фотоэлектрического преобразования и первым удерживающим участком смежного другого пикселя на виде вверху.

5. Твердотельное устройство формирования изображений по п. 2, дополнительно содержащее светоэкранирующую пленку, покрывающую первый удерживающий участок,

при этом светоэкранирующая пленка продолжается над отверстием.

6. Твердотельное устройство формирования изображений по любому из пп. 1-5, в котором четвертая полупроводниковая область обеспечена с прохождением под шестой полупроводниковой областью.

7. Твердотельное устройство формирования изображений по любому из пп. 1-5, в котором третья полупроводниковая область и шестая полупроводниковая область обеспечены на одной и той же глубине в полупроводниковой подложке и имеют одну и ту же концентрацию примеси.

8. Твердотельное устройство формирования изображений по любому из пп. 1-5, в котором узел фотоэлектрического преобразования одного пикселя и узел фотоэлектрического преобразования другого пикселя размещены рядом друг с другом, и третья полупроводниковая область одного пикселя и третья полупроводниковая область другого пикселя соединены друг с другом.

9. Твердотельное устройство формирования изображений по любому из пп. 1-5,

в котором концентрация примеси третьей полупроводниковой области задана таким образом, что вся третья полупроводниковая область не обедняется, и

в котором концентрация примеси четвертой полупроводниковой области задана таким образом, что четвертая полупроводниковая область обедняется, когда заряды накапливаются во второй полупроводниковой области.

10. Твердотельное устройство формирования изображений по любому из пп. 1-5,

в котором узел фотоэлектрического преобразования и первый удерживающий участок обеспечены в седьмой полупроводниковой области первого типа проводимости, и

в котором третья полупроводниковая область и шестая полупроводниковая область соединены с седьмой полупроводниковой областью.

11. Твердотельное устройство формирования изображений по п. 10, в котором третья полупроводниковая область и шестая полупроводниковая область имеют более высокую концентрацию примеси, чем седьмая полупроводниковая область.

12. Твердотельное устройство формирования изображений по любому из пп. 1-5,

в котором первый удерживающий участок дополнительно включает в себя восьмую полупроводниковую область первого типа проводимости, обеспеченную на поверхности полупроводниковой подложки, и

в котором пятая полупроводниковая область обеспечена под восьмой полупроводниковой областью.

13. Система формирования изображений, содержащая:

твердотельное устройство формирования изображений по п. 1; и

узел обработки сигналов, который обрабатывает сигналы, выводимые из пикселей твердотельного устройства формирования изображений.

14. Перемещаемый объект, содержащий:

твердотельное устройство формирования изображений по п. 1;

узел получения информации расстояния, выполненный с возможностью получать информацию расстояния относительно расстояния до объекта, из параллактических изображений на основе сигналов из твердотельного устройства формирования изображений; и

узел управления, выполненный с возможностью управлять перемещаемым объектом на основе информации расстояния.

15. Твердотельное устройство формирования изображений, содержащее:

множество пикселей, каждый из которых включает в себя узел фотоэлектрического преобразования, который формирует заряды посредством фотоэлектрического преобразования;

первый удерживающий участок, который удерживает заряды, переносимые из узла фотоэлектрического преобразования;

второй удерживающий участок, который удерживает заряды, переносимые из первого удерживающего участка; и

усилительный узел, который выводит сигнал на основе величины зарядов, удерживаемых посредством второго удерживающего участка,

при этом узел фотоэлектрического преобразования включает в себя:

первую полупроводниковую область первого типа проводимости, обеспеченную на поверхности полупроводниковой подложки, и

вторую полупроводниковую область второго типа проводимости, обеспеченную под первой полупроводниковой областью и выполненную с возможностью накапливать сформированные заряды, и

при этом первый удерживающий участок включает в себя:

пятую полупроводниковую область второго типа проводимости, обеспеченную на расстоянии от второй полупроводниковой области,

при этом твердотельное устройство формирования изображений дополнительно содержит:

третью полупроводниковую область первого типа проводимости, обеспеченную под второй полупроводниковой областью и пятой полупроводниковой областью, и

четвертую полупроводниковую область второго типа проводимости, обеспеченную под третьими полупроводниковыми областями, и

при этом вторая полупроводниковая область и четвертая полупроводниковая область по меньшей мере частично соединены друг с другом.

16. Система формирования изображений, содержащая:

твердотельное устройство формирования изображений по п. 15; и

узел обработки сигналов, который обрабатывает сигналы, выводимые из пикселей твердотельного устройства формирования изображений.

17. Перемещаемый объект, содержащий:

твердотельное устройство формирования изображений по п. 15;

узел получения информации расстояния, выполненный с возможностью получать информацию расстояния относительно расстояния до объекта, из параллактических изображений на основе сигналов из твердотельного устройства формирования изображений; и

узел управления, выполненный с возможностью управлять перемещаемым объектом на основе информации расстояния.