光电转换装置和使用光电转换装置的成像系统的制作方法

专利名称：光电转换装置和使用光电转换装置的成像系统的制作方法
光电转换装置和使用光电转换装置的成像系统技术领域
本申请涉及光电转换装置的分离结构。
技术背景
CCD型和CMOS型光电转换装置被用于许多的数字照相机和数字便携式摄像机 (camcorder) 0近年来，在光电转换装置中，像素已被减小。因此，讨论了针对电荷混入相邻 的像素(串扰)的措施。
日本专利申请公开No. 2003-258232讨论了与光电转换元件的N型阱区域一致地 在深区域中形成P型阱区域的配置，所述P型阱区域用作用于防止电荷在相邻的像素之间 混合的元件隔离势垒(barrier)。
但是，即使通过在日本专利申请公开No. 2003-258232中公开的P型阱区域，也可 能难以充分地抑制载流子泄漏。一般地，在光电转换装置中，在光电转换元件的周围设置用 于从光电转换元件读取电荷的晶体管。不必以规则的间隔布置光电转换元件。并且，分离 光电转换元件的P型阱的宽度可能是不同的。因此，本发明的发明人已经发现从某个光电 转换元件泄漏到相邻的光电转换元件的信号电荷的量会根据这种P型阱区域的宽度改变。 如果泄漏到相邻的光电转换元件的载流子的量改变，那么图像质量劣化并且通过信号处理 的校正变得困难。如果使得光电转换元件之间的间隔均等化并且还使得P型阱区域的宽度 均等化，那么用于读取信号电荷的晶体管的平面布局的自由度减小，并且，像素的减小变得 困难。
本发明的目的是，提供能够减少混入相邻的光电转换元件(像素)中的电荷的变 化的光电转换装置。发明内容
根据本发明的光电转换装置包括基板；被布置在基板上的多个光电转换元件； 和被布置在基板上的用于传送由光电转换元件产生的信号电荷的晶体管，其中，多个光电 转换元件包含第一光电转换元件、与第一光电转换元件相邻的第二光电转换元件和与第一 光电转换元件相邻的第三光电转换元件，并且，具有第一宽度的第一区域被布置在第一光 电转换元件和第二光电转换元件之间，具有比第一宽度窄的第二宽度的第二区域被布置在 第一光电转换元件和第三光电转换元件之间，具有第一导电类型而信号电荷是少数载流子 并且具有第三宽度的第一半导体区域被布置在第一区域中，具有第一导电类型并且具有比 第三宽度窄的第四宽度的第二半导体区域被布置在第二区域中，并且，具有比第一区域低 的关于信号电荷的电势的第三区域被配置在第一区域中。
从结合附图进行的以下描述，本发明的其它特征和优点将是清晰的，在这些附图 中，类似的附图标记始终表示相同或类似的部分。
从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。


图IA是第一示例性实施例的光电转换装置的平面图。
图IB是第一示例性实施例的光电转换装置的示意性截面图。
图IC是第一示例性实施例的光电转换装置的示意性截面图。
图2A示出光电转换装置的像素电路的例子。
图2B是光电转换装置的像素电路的平面图。
图3A是用于示出第一示例性实施例的光电转换装置的平面图。
图;3B是用于示出第一示例性实施例的光电转换装置的示意性截面图。
图3C是用于示出第一示例性实施例的光电转换装置的示意性截面图。
图4A是第二示例性实施例的光电转换装置的平面图。
图4B是第二示例性实施例的光电转换装置的示意性截面图。
图4C是第二示例性实施例的光电转换装置的示意性截面图。
图5A是用于示出第一示例性实施例的变更方式的光电转换装置的平面图。
图5B是用于示出第一示例性实施例的变更方式的光电转换装置的示意性截面 图。
图5C是用于示出第一示例性实施例的变更方式的光电转换装置的示意性截面 图。
图6A是第三示例性实施例的光电转换装置的平面图。
图6B是第三示例性实施例的光电转换装置的示意性截面图。
图6C是第三示例性实施例的光电转换装置的示意性截面图。
图7A是用于示出第三示例性实施例的变更方式的光电转换装置的平面图。
图7B是用于示出第三示例性实施例的变更方式的光电转换装置的示意性截面 图。
图7C是用于示出第三示例性实施例的变更方式的光电转换装置的示意性截面 图。
图8A、图8B、图8C、图8D、图8E、图8F和图8G是用于示出第一示例性实施例的光 电转换装置的制造方法的示意性截面图。
图9A、图9B、图9C、图9D、图9E、图9F和图9G是用于示出第一示例性实施例的光 电转换装置的制造方法的示意性截面图。
图10是用于示出成像系统的框图。
图11A、图11B、图11C、图IlD和图IlE是用于示出根据第五示例性实施例的路径 (path)的电势的电势图。
被包含于说明书中并构成其一部分的附图示出本发明的实施例，并与描述一起用 于解释本发明的原理。
具体实施方式
现在将根据附图详细描述本发明的优选实施例。
本发明的光电转换装置包括第一光电转换元件和第二光电转换元件之间的用作 针对信号电荷的势垒的第一半导体区域；以及第一光电转换元件和第三光电转换元件之间的用作针对信号电荷的势垒并且比第一半导体区域窄的第二半导体区域。并且，在第一光 电转换元件和第二光电转换元件之间的至少一部分处设置具有低势垒(电势壁垒)的区 域。该配置可抑制在第一光电转换元件中产生的信号电荷不均勻地混入相邻的第二光电转 换元件和第三光电转换元件中。即，混入相邻的光电转换元件中的信号电荷的量可被均等 化，由此改善将获取的图像质量。并且，当进行校正时，能够容易地校正图像信号。从而，可 以简化图像处理器的必要的配置。
以下通过使用附图详细描述本发明的实施例。
(像素电路的例子)
描述可应用本发明的像素电路的例子。图2A是可应用本发明的像素电路的例子 的电路图。图2B是示出用于四个像素的像素电路的平面布局的平面图。以下描述信号电 荷是电子的情况。
在图2A中，像素(PIXEL)包含作为光电转换元件的光电二极管100 ；传送MOS晶 体管101 ；复位MOS晶体管102 ；放大MOS晶体管103 ；和选择MOS晶体管105。传送MOS晶 体管101将在光电转换元件100中产生的信号电荷传送到浮动扩散区域104。放大MOS晶 体管103通过选择MOS晶体管105将根据浮动扩散区域104的电势的输出输出到输出线 106。放大MOS晶体管103是源跟随器(follower)电路的一部分。其栅电极与浮动扩散区 域104连接。复位MOS晶体管102将放大MOS晶体管103的栅电极的节点即浮动扩散区域 104复位到规定的(prescribed)电势(复位电势)。向传送MOS晶体管101供给传送控制 信号TX。向复位MOS晶体管102供给复位控制信号RES。向选择MOS晶体管105供给选择 控制信号SEL。各控制信号对信号电荷的读出进行控制。在光电转换装置中，以一维或二维 的方式布置这些像素。该布置配置成像区域。
图2B示出四个像素(像素a d)的平面布局。在图2B中，布置四个光电二极管 200。栅电极201是传送MOS晶体管101的栅电极。栅电极202是复位MOS晶体管102的 栅电极。栅电极203是放大MOS晶体管103的栅电极。栅电极205是选择MOS晶体管105 的栅电极。存在浮动扩散区域204。并且，栅电极206是复位MOS晶体管的源极区域。漏极 区域207是复位MOS晶体管和放大MOS晶体管的漏极区域。漏极区域208是放大MOS晶体 管的源极区域，并且还是选择MOS晶体管的漏极区域。作为选择MOS晶体管的源极区域的 源极区域209与输出线106连接。以下，为了描述，图2B中的光电转换元件200被称为第 一光电转换元件200a、第二光电转换元件200b、第三光电转换元件200c和第四光电转换元 件200d。在光电转换元件的配置以外的配置中，仅对于像素d分配符号。例如，与光电转换 元件200d对应的传送MOS晶体管的栅电极由附图标记201d表示。由于配置在其它的像素 中是相同的，因此省略符号。
元件隔离区域210限定活性区域211和212。在本实施例中，对于元件的元件隔 离区域210使用LOCOS (硅局部氧化)结构。但是，该结构也可以是STI (浅槽隔离)结构。 并且，元件隔离区域210可以是只布置用作针对信号电荷的势垒的半导体区域的结构(扩 散隔离)。如果元件隔离区域210仅包含用作针对信号电荷的势垒的半导体区域，那么在与 用作针对信号电荷的势垒的半导体区域的边界处限定活性区域。在图2B中，活性区域211 包含光电转换元件200和浮动扩散区域204。活性区域212包含各晶体管的源极区域和漏 极区域。这里，在图2B中，布置光电转换元件200a的活性区域211a和布置光电转换元件200b的活性区域211b之间的距离、或者光电转换元件200a和200b之间的第一区域213的 宽度表示为第一宽度W1。布置光电转换元件200a的活性区域211a和布置光电转换元件 200c的活性区域211c之间的距离、或者光电转换元件200a和200c之间的第二区域214的 宽度表示为第二宽度W2。第一宽度Wl和第二宽度W2相互不同，并且Wl >W2。这里，沿第 一方向(X轴)和第二方向(Y轴)以矩阵的方式布置像素。第一方向和第二方向相互正交。
光电转换装置不限于图2A所示的电路。该装置可以是更多的光电转换元件共享 放大MOS晶体管的配置或没有选择MOS晶体管的配置。并且，该配置不限于图2B所示的平 面布局。以下，通过使用附图描述本发明的示例性实施例。
(第一示例性实施例)
通过使用图IA IC描述本示例性实施例的光电转换装置。首先，图IA是与图2B 的平面图对应的平面图。在图IA中，省略与图2B中的那些元件类似的元件的符号。仅对 于表征本示例性实施例的部分赋予符号。在图IA中，布置有第一半导体区域110和第二半 导体区域111。区域110和111是信号电荷变成少数载流子的第一导电类型(P型)，并且 对于信号电荷(电子)构成势垒。具体而言，在第一区域213中布置具有第三宽度W3的第 一半导体区域110。在第二区域214中布置具有第四宽度W4的第二半导体区域111。这些 布置形成势垒。在布置晶体管的活性区域211下面布置第一半导体区域110。在第一区域 213的一部分处布置第三半导体区域112。区域112是具有第三宽度W3的第一导电类型。 第三半导体区域112具有比第一半导体区域110的电势低的电势。因为，第三半导体区域 112的杂质浓度比第一半导体区域110的杂质浓度低。更具体而言，第三半导体区域112被 布置在复位MOS晶体管的源极区域206下面。第一到第三半导体区域形成包围光电转换元 件的格子状势垒。这里，通过布置第三半导体区域112，从光电转换元件200a流入光电转换 元件200b和200c的电荷的量可被均等化，而从光电转换元件200a流入相邻的光电转换元 件的电荷受到抑制。
进一步通过使用图IB和图IC描述图IA的配置。图IB和图IC分别是沿1B-1B 和1C-1C线切取的图IA的示意性截面图。在图IB和图IC中，具有相同的配置的元件被赋 予相同的符号，并且，省略其描述。在图IB和图IC中，存在第一导电基板115、第一导电类 型半导体区域114和包含光电转换元件的受光面的面119。这里，基板115的导电类型是任 意的。半导体区域114可以为第二导电类型，可以是通过外延生长在基板115上形成的层 或通过离子注入形成到基板115中的层。参照面119，向着基板115的方向是基板处的深度 方向。在图IB和图IC中，元件隔离区域210包含LOCOS结构113。在图IB和图IC中，光 电转换元件200包含第二导电类型(N型)电荷蓄积区域116和布置在光电转换元件的受 光面119侧的P型表面保护层117。
在图IC中，第二半导体区域111具有宽度W4和深度D1。在图IB的截面图中，第 三半导体区域112具有宽度W3和深度D1。被布置在第一区域213中的第一半导体区域110 具有宽度为W3且深度为Dl的配置。在本示例性实施例中，布置在第一区域213中的第一 半导体区域110和第三半导体区域112的宽度和深度被设为彼此相同。第三半导体区域的 杂质浓度被设为低于第一和第二半导体区域的杂质浓度。可通过光电转换装置的布局和第 一半导体区域的宽度W3和W4适当地设定第三半导体区域112的杂质浓度。
这里，通过使用图3A 3C描述信号电荷的流动。图3A 3C是与图IA IC对应的示图，并且如图IA那样基于图2B。在图3A 3C中，与图IA IC或图2B相同的元 件被赋予相同的符号，并且，省略其描述。在图3A 3C中不设置在图IA IC中设置的第 三半导体区域。在图3A 3C中设置第一半导体区域110和第二半导体区域111。在这种 配置中，当信号电荷流入相邻的光电转换元件时，电荷经由穿过第一半导体区域110的具 有宽度W3的路径2并经由穿过第二半导体区域111的具有宽度W4的路径3流动。这里， 由于第一半导体区域110和第二半导体区域111具有相同的杂质浓度和相同的深度，因此 信号电荷经由路径3流入相邻的光电转换元件的可能性比经由路径2流入相邻的光电转换 元件的可能性高。因此，即使在相邻的光电转换元件中，在光电转换元件200a中产生的信 号电荷的混合量也在光电转换元件200c中比在光电转换元件200b中大，由此导致不均勻。 即，在单色光电转换装置中，出现图像质量的不均勻。在用于照相机的单板式彩色光电转换 装置中，相邻的光电转换元件产生不同的颜色信号，由此导致串扰(混色)。
另一方面，根据图IA IC所示的配置，由于设置具有低杂质浓度的第三半导体区 域，因此形成路径1。与经由路径2相比，信号电荷更可能经由路径1流入相邻的光电转换 元件。可通过路径1将由于路径2和路径3而变得不均勻的对于相邻的光电转换元件的信 号电荷的混合量调整为均勻。这里，根据对于信号电荷的电势的高度(即，势垒的高度)确 定信号电荷流入相邻的光电转换元件的可能性。这里，路径3的势垒比路径2的势垒低。路 径1的势垒比路径3的势垒低。即，如果在光电转换元件之间存在用作势垒的具有不同的 宽度的半导体区域，那么使得具有较宽的宽度的势垒的一部分具有低的势垒。因此，信号电 荷的混合量可被均等化。
在本示例性实施例中，在布置具有宽的宽度的半导体区域的光电转换元件之间的 至少一个部分中布置具有低杂质浓度的第三半导体区域112。根据这种配置，可以抑制从光 电转换元件200a流入相邻的光电转换元件的电荷。并且，从光电转换元件200a流入光电 转换元件200b和200c的电荷的量可被均等化。布置具有宽的宽度的半导体区域的光电转 换元件之间的至少一个部分可以是具有宽的宽度的半导体区域的一部分。即，可以采用在 第一半导体区域中形成第三半导体区域的配置。
下面，通过使用图8A 8G和图9A 9G描述本示例性实施例的光电转换装置的 制造方法。图8A 8G是通过使用与图IB对应的截面图示出制造过程的示图。图9A 9G 是通过使用与图IC对应的截面图示出制造过程的示图。
首先，如图8A和图9A所示，在N型基板115上形成N型外延层114'。然后，形成 LOCOS 113并且形成活性区域(图8B和图9B)。在图8C和图9C中，通过使用光致抗蚀剂 掩模执行离子注入，并且，在LOCOS 113的端部形成P型第四半导体区域120。
然后，通过使用光致抗蚀剂掩模执行希望的剂量的离子注入，并且，形成P型第一 半导体区域Iio和第二半导体区域111 (图8D和图9D)。然后，通过使用另一光致抗蚀剂掩 模执行剂量比图8D和图9D中的小的离子注入，并且，形成P型第三半导体区域112(图8E 和图9E)。
然后，通过构图形成晶体管的栅电极(图8F和图9F)。随后，形成光电转换元件 的N型电荷蓄积区域116和P型表面保护层117，并且，形成晶体管的源极区域和漏极区域 (图8G和图9G)。
随后，在受光面119上形成绝缘膜和布线，并且，形成层内透镜、滤色器和微透镜7(未示出)。由此，完成光电转换装置。
第四半导体区域113被配置在元件隔离区域的绝缘体(或这里的LOCOS 113)与 光电转换元件200之间，并且覆盖光电转换元件200的表面。该第四半导体区域Il3使得 能够减少在元件隔离区域中产生的暗电流混合到光电转换元件中。
作为本示例性实施例的应用，可以如图5A 5C所示的那样在晶体管的栅电极下 面设置第三半导体区域。图5A与图IA对应。图5B和图5C分别是沿图5A中的线5B-5B 和5C-5C切取的示意性截面图。在图5A、图5B和图5C中，与图IA IC中的元件类似的元 件被赋予相同的符号，并且，省略其描述。在图5A、图5B和图5C中，作为复位MOS晶体管的 源极区域的替代，在放大MOS晶体管的栅电极203下面设置第三半导体区域512。即使通过 这种配置，从光电转换元件200a流入光电转换元件200b和200c中的电荷的量也可被均等 化，而从光电转换元件200a流入相邻的光电转换元件中的电荷受到抑制。
在本示例性实施例中，在复位MOS晶体管的源极区域下面设置第三半导体区域。 注意，同样，在另一晶体管的源极区域中，可以在漏极区域下面布置第三半导体区域。
(第二示例性实施例)
通过使用图4A、图4B和图4C描述本示例性实施例的光电转换装置。图4A与图 IA对应。图4B和图4C分别是沿图4A中的线4B-4B和4C-4C切取的示意性截面图。在图 4A、图4B和图4C中，与图IA IC中的那些类似的元件被赋予相同的符号，并且省略其描 述。以下只描述本示例性实施例中的与第一示例性实施例不同的配置。
在第一示例性实施例中，通过杂质浓度形成具有低势垒的部分。另一方面，在本示 例性实施例中，通过形成势垒的半导体区域的宽度形成具有低势垒的部分。如同第一示例 性实施例那样，本示例性实施例的光电转换装置包含具有宽度W3的第一半导体区域110和 具有宽度W4的第二半导体区域111。并且，设置具有比宽度W4窄的第五宽度W5的第一导 电类型的第三半导体区域412。这里，第一半导体区域110、第二半导体区域111和第三半 导体区域412具有相同的杂质浓度和深度Dl。在本示例性实施例中，作为第一示例性实施 例的路径3的替代，设置穿过第三半导体区域412的路径4。因此，可以均勻地调整混合到 相邻的光电转换元件的信号电荷的量。
在由此如图2B中那样在光电转换元件之间设置用作针对信号电荷的势垒的具有 不同的宽度的半导体区域的情况下，在具有宽的宽度的区域的至少一部分中布置具有窄的 宽度的第三半导体区域412。根据这种配置，可以抑制从光电转换元件200a流入相邻的光 电转换元件的电荷。并且，根据该配置，从光电转换元件200a流入光电转换元件200b的电 荷的量和从光电转换元件200a流入光电转换元件200c的电荷的量可被均等化。
与第一示例性实施例相比，简化了第一到第三半导体区域的形成过程。S卩，在以希 望的形式形成光致抗蚀剂掩模的形状的情况下，可通过相同的离子注入过程形成第一到第 三半导体区域。
(第三示例性实施例)
通过使用图6A、图6B和图6C描述本示例性实施例的光电转换装置。图6A与图 IA对应。图6B和图6C分别是沿图6A中的线6B-6B和6C-6C切取的示意性截面图。在图 6A、图6B和图6C中，与图IA IC中的元件类似的元件被赋予相同的符号，并且省略其描 述。以下只描述本示例性实施例中的与第一示例性实施例不同的配置。
在第一示例性实施例中，通过杂质浓度形成具有低势垒的部分。另一方面，在本示 例性实施例中，存在不设置形成势垒的半导体区域的部分，由此形成具有低势垒的部分。如 同第一示例性实施例那样，本示例性实施例的光电转换装置包含第一半导体区域110和第 二半导体区域111。在布置第一半导体区域110的区域212中形成没有第一导电类型的半 导体区域的第三区域612。这里，第一半导体区域110和第二半导体区域111具有相同的杂 质浓度和相同的深度D1。如图6B所示，作为第一示例性实施例的路径3的替代，设置穿过 第三区域612的路径5。因此，可以均勻地调整混合到相邻的光电转换元件的信号电荷的 量。 表1示出在图6A 6C和图3A 3C的配置中混合到相邻的光电转换元件的信号 电荷的量的比较。从光电转换元件200a到光电转换元件200c的信号电荷的混合量表示为 电荷混合量1。从光电转换元件200a到光电转换元件200b的信号电荷的混合量表示为电 荷混合量2。电荷混合量的单位是任意的。如表1所示，图6A 6C中的配置减小电荷混合 量1和电荷混合量2之间的差异。通过设计中的深入考虑，可进一步减小电荷混合量1和 电荷混合量2之间的差异。表 1
电荷混合量1 电荷混合量2 ~ 6 10095
~S 3 10064在由此如图2B中那样在光电转换元件之间布置用作针对信号电荷的势垒的具 有不同的宽度的半导体区域的情况下，具有宽的宽度的半导体区域的至少一部分是缺口 (chipped，不被设置)。根据这种配置，可以抑制从光电转换元件200a流向相邻的光电转换 元件的电荷。并且，从光电转换元件200a流入光电转换元件200b的电荷的量和从光电转 换元件200a流入光电转换元件200c的电荷的量可被均等化。如图7A 7C所示，可以在晶体管的源极区域或漏极区域下面布置与区域612对 应的区域712。在这种情况下，可以在被供给诸如电源或地(ground)的固定电势的源极区 域、漏极区域或半导体区域下面布置该区域。该布置使得能够将在LOCOS中产生的暗电流 排出(drain)到源极区域、漏极区域或半导体区域中。因此，可以减少流入光电转换元件中 的暗电流。在本示例性实施例中，与第一示例性实施例相比，形成第一和第二半导体区域和 第三区域612的过程得到简化。即，关于用于形成第一和第二半导体区域的离子注入的掩 模图案，使用不在第三区域612中设置开口的图案。因此，可以形成本示例性实施例的第一 和第二半导体区域和区域612。(第四示例性实施例)详细描述在将本发明的光电转换装置作为成像装置应用于成像系统的情况下的 示例性实施例。成像系统包括数字照相机、数字便携式摄像机和监视照相机。图10示出将 光电转换装置应用于作为成像系统的例子的数字照相机的情况下的框图。
在图10中，该系 统包括用于保护透镜的挡板1、在成像装置4(光电转换装置)处 形成被摄体的光学图像的透镜2、和用于改变通过透镜2的光的量的光阑3。系统还包括对 于从成像装置4输出的图像信号执行模拟/数字转换的A/D转换器6和对于从A/D转换器 6输出的图像数据施加各种校正并且压缩同一数据的信号处理单元7。在图10中，该系统 还包括向成像装置4、图像信号处理电路5、A/D转换器6和信号处理单元7输出各种定时 信号的定时产生器8。该系统包括执行各种运算并且总体控制数字照相机的总体控制和算 术运算单元9。该系统包括用于暂时存储图像数据的存储器单元10、用于在记录介质上记 录数据或从记录介质读取数据的接口 11、和用于记录和读取图像数据的诸如半导体存储器 的可拆卸的记录介质12。并且，系统包括用于与外部计算机通信的接口 13。这里，可从外 面输入定时信号。成像系统可至少包括成像装置4和处理从成像装置输出的图像信号的信 号处理单元7。可以与成像装置在同一基板上形成定时产生器或A/D转换器。如上所述， 本发明的光电转换装置可被应用于成像系统。通过将本发明的光电转换装置应用于成像系 统，可以获取高质量图像。(第五示例性实施例)这里，参见图IlA 11E，如下描述每一个路径中的电势配置。图IlA示意性地示 出关于图IB中的路径1中的信号电荷(这里是电子)的电势配置。图IlB示意性地示出 关于图3B中的路径2中的信号电荷的电势配置。图IlC示意性地示出关于图4B中的路径 4中的信号电荷的电势配置。图IlD示意性地示出关于图6B中的路径5中的信号电荷的电 势配置。图IlE示意性地示出关于图IC中的路径3中的信号电荷的电势配置。首先，在图1IA中的路径1中，关于电子，N型半导体区域的电荷蓄积区域116中的 电势Pl处于最低的状态。P型的半导体区域114中的电势P2高于电势P1。宽度为W3的 第三半导体区域112中的电势P3高于电势P2。在图IlB中的路径2中，宽度为W3的第一半导体区域110中的电势P4高于电势 P3。因此，不是第一半导体区域110的电势而是第三半导体区域112的电势较低。在图IlD中的路径3中，宽度为比W3窄的W4的第二半导体区域111处于电势P4。 这里，比较路径2和路径3，路径2中的第一半导体区域110与路径3中的第二半导体区域 111的电势处于相同的电势4。但是，路径2中的第一半导体区域110的宽度W3宽于路径 3中的第二半导体区域111的宽度。从而，信号电荷几乎不通过或者经由路径2(而非路径 3)传输。接着，比较路径1和路径2，路径1中的第三半导体区域112具有与路径2中的 第一半导体区域110的宽度相同的宽度W3。但是，路径1中的第三半导体区域112处于比 路径2中的第一半导体区域110的电势低的电势P3。从而，信号电荷易于通过或者经由路 径1(而非路径2)传输。在这种状态下，借助于第一区域在其一部分处具有较低的电势区 域的配置(诸如路径1)，例如第一半导体区域110的一部分被第三半导体区域112代替的 配置，能够调整信号电荷的混合量。特别地，比较具有宽度W3和电势P3的第三半导体区域 112与具有宽度W4和电势P4的第二半导体区域111，设置杂质浓度和半导体区域的宽度以 使得信号电荷能够容易地通过第三半导体区域112而非第二半导体区域111传输将是有利 的。接着，在图IlC中的路径4中，第三半导体区域412具有比宽度W4窄的宽度W5，并 且处于电势P4。这里，比较路径2和路径4，路径2中的第一半导体区域110处于与路径4中的第三半导体区域412的电势相同的电势P4。但是，路径2中的第一半导体区域110具 有比路径4中的第三半导体区域412的宽度要宽的宽度W3。即，信号电荷易于通过或者经 由路径4而非路径2传输。此外，比较路径4和路径3，路径4中的第三半导体区域412处 于与路径3中的第二半导体区域111的电势相同的电势P4。但是，路径4中的第三半导体 区域412具有比路径3中的第二半导体区域111的宽度要窄的宽度W5。从而，信号电荷易 于通过或者经由路径4而非路径3传输。借助于路径4是第一区域的一部分这样的配置， 艮口，用第三半导体区域412部分地替代第一半导体区域110，能够调整信号电荷的混合量。参见图11D，比较路径5和路径2，路径2中的第一半导体区域110处于电势P4。 而路径5中的第三半导体区域612处于电势P2。从而，信号电荷易于通过路径5而非路径 2传输。接着，比较路径5和路径3，路径3中的第二半导体区域111处于电势P4。而路径 5中的第三半导体区域612处于电势P2。从而，信号电荷易于通过路径5而非路径3传输。 借助于使得路径5是第一区域的一部分的配置，即，用第三半导体区域612部分地替代第一 半导体区域110，能够调整信号电荷的混合量。如上所述，当在光电转换元件之间布置用作针对信号电荷的势垒(电势壁垒)的 具有不同的宽度的半导体区域的情况下，使得具有宽的宽度的半导体区域的至少一个部分 的势垒低。该配置可抑制在某个光电转换元件中产生的信号电荷不均勻地混入相邻的光电 转换元件中的任何光电转换元件中。这里，减小电势的一部分的配置是降低用作势垒的半导体区域的杂质浓度的一部 分、宽度变窄或者深度减小的配置，或者是不设置用作势垒的半导体区域的一部分的配置。 可以适当地组合这些配置和各示例性实施例。可通过估计流入相邻的光电转换元件中的量 的平衡进行适当的设计。 虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性 实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这样的修改和等同的结构 和功能。
权利要求
1.一种光电转换装置，包括基板；布置在所述基板上的多个光电转换元件；和布置在所述基板上的用于传送由光电转换元件产生的信号电荷的晶体管，其中，所述多个光电转换元件包含第一光电转换元件、与第一光电转换元件相邻的第二光电 转换元件、以及与第一光电转换元件相邻的第三光电转换元件，并且，具有第一宽度的第一区域被布置在第一光电转换元件和第二光电转换元件之间，具有比第一宽度窄的第二宽度的第二区域被布置在第一光电转换元件和第三光电转 换元件之间，具有第一导电类型以使得信号电荷是少数载流子并且具有第三宽度的第一半导体区 域被布置在第一区域中，具有第一导电类型并且具有比第三宽度窄的第四宽度的第二半导体区域被布置在第 二区域中，并且，具有比第一区域低的关于信号电荷的电势的第三区域被布置在第一区域中。
2.根据权利要求1的光电转换装置，其中，具有第一导电类型并具有比第四宽度窄的第五宽度的第三半导体区域被布置在第三 区域中。
3.根据权利要求1的光电转换装置，其中，具有第一导电类型并且具有比第二半导体区域的杂质浓度低的杂质浓度的第三半导 体区域被布置在第三区域中。
4.根据权利要求1的光电转换装置，其中，具有第一导电类型的第三半导体区域以比第二半导体区域的深度浅的深度被布置在 第三区域中。
5.根据权利要求1的光电转换装置，其中，具有第一导电类型、具有比第四宽度窄的第五宽度、并且具有比第二半导体区域的杂 质浓度低的杂质浓度的第三半导体区域被布置在第三区域中。
6.一种成像系统，包括根据权利要求1的光电转换装置；和用于处理从所述光电转换装置输出的信号的信号处理电路。
全文摘要
本发明涉及一种光电转换装置和成像系统。本发明的光电转换装置包括第一光电转换元件和第二光电转换元件之间的用作针对信号电荷的势垒的第一半导体区域、以及第一光电转换元件和第三光电转换元件之间的具有比第一半导体区域窄的宽度并用作针对信号电荷的势垒的第二半导体区域。具有低势垒的区域被设置在第一光电转换元件和第二光电转换元件之间的至少一部分处。
文档编号H01L27/146GK102034837SQ20101028832
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月21日 优先权日2009年9月24日
发明者川端康博, 高田英明 申请人:佳能株式会社