固态图像传感器和照相的制造方法
【专利摘要】图像传感器包括：布置于基板中的第一导电类型的第一半导体区域、布置于第一半导体区域中以形成电荷积累区域的第二导电类型的第二半导体区域。第二半导体区域包括在沿基板表面的方向上布置的多个部分。在所述多个部分之间形成势垒。通过耗尽区域从第一半导体区域向第二半导体区域的扩展，第二半导体区域被完全耗尽。第二半导体区域的要被最终耗尽的最终耗尽部分通过耗尽区域从第一半导体区域的位于最终耗尽部分的横向上的部分的扩展被耗尽。
【专利说明】固态图像传感器和照相机
【技术领域】
[0001]本发明涉及固态图像传感器和包括它的照相机。
【背景技术】
[0002]在固态图像传感器中，伴随像素数目的增加，像素尺寸变小，并且所造成的饱和电荷数的减少引起问题。日本专利公开N0.2010-114275描述了增加饱和电荷量的固态图像传感器。在日本专利公开N0.2010-114275中描述的固态图像传感器包括层叠在半导体基板中的多个光电二极管、以及布置于半导体基板中以从所述多个光电二极管读出电荷的垂直晶体管。
[0003]在日本专利公开N0.2010-114275中描述的固态图像传感器具有包括形成在半导体基板中的多个光电二极管和垂直晶体管的复杂结构。出于这个原因，制造需要许多步骤，并且用于制造的处理控制是困难的。
【发明内容】
[0004]本发明提供易于制造且具有有利于增加饱和电荷数的布置的固态图像传感器、以及包括它的照相机。
[0005]本发明的第一方面提供一种固态图像传感器，该固态图像传感器包括:半导体基板；布置于半导体基板中的第一导电类型的第一半导体区域；构成电荷积累区域且布置于第一半导体区域中的第二导电类型的第二半导体区域；以及用于将光会聚到第二半导体区域的透镜，其中第二半导体区域包含在沿半导体基板的表面的方向上布置的多个部分，在所述多个部分之间形成对于在电荷积累区域中积累的电荷的势垒，第二半导体区域被配置为通过耗尽区域从第一半导体区域向第二半导体区域的扩展被完全耗尽，以及作为第二半导体区域的一部分且第二半导体区域的要被最终耗尽的最终耗尽部分被配置为通过耗尽区域从第一半导体区域的位于最终耗尽部分的横向上的部分向最终耗尽部分的扩展被耗尽。
[0006]本发明的第二方面提供一种固态图像传感器，该固态图像传感器包括:半导体基板；布置于半导体基板中的第一导电类型的第一半导体区域；构成电荷积累区域且布置于第一半导体区域中的第二导电类型的第二半导体区域；以及用于将光会聚到第二半导体区域的透镜，其中第二半导体区域包含在沿半导体基板的表面的方向上布置的多个部分，在所述多个部分之间形成对于在电荷积累区域中积累的电荷的势垒，以及在所述多个部分中的每一个中，沿半导体基板的深度方向的杂质浓度的积分NI和沿布置所述多个部分的方向的杂质浓度的积分N2满足由N1>N2给出的关系。
[0007]本发明的第三方面提供一种固态图像传感器，该固态图像传感器包括:半导体基板；布置于半导体基板中的第一导电类型的第一半导体区域；构成电荷积累区域且布置于第一半导体区域中的第二导电类型的第二半导体区域；以及用于将光会聚到第二半导体区域的透镜，其中第二半导体区域包含在沿半导体基板的表面的方向上布置的多个部分，在所述多个部分之间布置第一半导体区域的一部分，通过在第一半导体区域与第二半导体区域之间施加具有预定大小(magnitude)的反向偏压,耗尽区域从第一半导体区域向第二半导体区域扩展，由此完全耗尽第二半导体区域，作为第二半导体区域的一部分且第二半导体区域的要被最终耗尽的最终耗尽部分被配置为通过耗尽区域从第一半导体区域的位于最终耗尽部分的横向上的部分向最终耗尽部分的扩展被耗尽，以及通过在第一半导体区域与第二半导体区域之间施加反向偏压，耗尽区域从第二半导体区域向第一半导体区域的所述部分扩展，由此完全耗尽第一半导体区域的所述部分。
[0008]本发明的第四方面提供一种固态图像传感器，该固态图像传感器包括:半导体基板；布置于半导体基板中的第一导电类型的第一半导体区域；构成电荷积累区域且布置于第一半导体区域中的第二导电类型的第二半导体区域；以及用于将光会聚到第二半导体区域的透镜，其中第二半导体区域包含在沿半导体基板的表面的方向上布置的多个部分，在所述多个部分之间形成对于在电荷积累区域中积累的电荷的势垒，第二半导体区域被配置为通过耗尽区域从第一半导体区域向第二半导体区域的扩展被完全耗尽，作为第二半导体区域的一部分且第二半导体区域的要被最终耗尽的最终耗尽部分被配置为通过耗尽区域从第一半导体区域的位于最终耗尽部分的横向上的部分向最终耗尽部分的扩展被耗尽，以及所述多个部分之间的间隔在从0.1 μ m至1.0 μ m的范围内。
[0009]本发明的第五方面提供一种照相机，该照相机包括:根据本发明的第一至第四方面中的任一个的固态图像传感器；以及处理从固态图像传感器输出的信号的处理单元。
[0010]从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征将变得明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是示意性地示出根据本发明的第一实施例的固态图像传感器的一个像素的结构的截面图；
[0012]图2是示意性地示出根据本发明的第一实施例的固态图像传感器的一个像素的结构的平面图；
[0013]图3示出了例示沿图1中的线取得的截面上的载流子浓度分布图(profile)和电势分布图的曲线图；
[0014]图4示出了例示沿图1中的线C-C'取得的截面上的载流子浓度分布图和电势分布图的曲线图；
[0015]图5是示出比较例的截面图；
[0016]图6示出了例示沿图5中的线D-D'取得的截面上的载流子浓度分布图和电势分布图的曲线图；
[0017]图7是示意性地示出根据本发明的第二实施例的固态图像传感器的一个像素的结构的截面图；
[0018]图8是示意性地示出根据本发明的第三实施例的固态图像传感器的一个像素的结构的平面图；
[0019]图9A和图9B是示意性地示出根据本发明的第四实施例的固态图像传感器的一个像素的结构的平面图；
[0020]图10是示意性地示出根据本发明的第五实施例的固态图像传感器的一个像素的结构的截面图；
[0021]图11是示意性地示出根据本发明的第六实施例的固态图像传感器的一个像素的结构的平面图；以及
[0022]图12是示意性地示出根据本发明的第七实施例的固态图像传感器的一个像素的结构的平面图。
【具体实施方式】
[0023]现在将参照附图描述本发明的实施例。为了提供更详细的例子，以下将描述第一导电类型是P型且第二导电类型是η型的情况。但是，第一导电类型可变为η型且第二导电类型可变为P型。
[0024]本发明的一个或更多个实施例提供了易于制造且具有有利于增加饱和电荷数的布置的固态图像传感器、以及包括它的照相机。
[0025][第一实施例]
[0026]图1和图2分别是示意性地示出根据本发明的第一实施例的固态图像传感器100的一个像素的结构的截面图和平面图。图1是沿图2中的线A-A'取得的截面图。固态图像传感器100包含半导体基板SB。半导体基板SB可包含例如第二导电类型(η型)的半导体区域101、以及布置于半导体区域101上的第一导电类型(P型)的半导体区域(阱区域)102。构成电荷积累区域的第二导电类型(η型)的第二半导体区域103被布置于第一导电类型(P型)的第一半导体区域102中。第一导电类型(P型)的半导体区域104可被布置于第二半导体区域103的上表面侧。将光会聚于第二半导体区域103的透镜122可被布置于半导体基板SB上。第二半导体区域103包含在沿半导体基板SB的表面的方向上布置的多个部分103Α和103Β。用作光电转换元件的光电二极管可由第一导电类型(P型)的第一半导体区域102和第二导电类型(η型)的第二半导体区域103构成。光电二极管还可包含布置于第二半导体区域103上的第一导电类型(P型)的半导体区域104。通过诸如LOCOS (局部硅氧化)隔离或STI (浅沟槽隔离)的元件隔离105，各像素可与其它像素隔离。在所述多个部分103Α和103Β之间形成势垒。在第一实施例中，所述多个部分103Α和103Β可通过势垒相互电隔离。势垒是对于在电荷积累区域中积累的信号电荷的电势比在电荷积累区域中高的区域。例如，如果信号电荷是电子，那么势垒是对于电子的电势比在第二半导体区域103中高的区域。势垒可由第一导电类型的半导体区域构成。势垒可包含诸如ST1、LOCOS隔离或台面(mesa)型隔离的绝缘体隔离部分。注意，当信号电荷是空穴时，势垒是对于空穴的电势比在电荷积累区域中高的区域。
[0027]在第一导电类型(P型)的第一半导体区域102之中的与第二导电类型(η型)的第二半导体区域103 (部分103Α和103Β)相邻的部分中形成耗尽区域106Α和106Β。在第二导电类型(η型)的第二半导体区域103(部分103Α和103Β)中形成耗尽区域107Α和107Β。在第一半导体区域102与第二半导体区域103 (部分103Α和103Β)之间施加的复位电压(反向偏压)越高，则耗尽区域106Α、106Β、107Α和107Β越大。复位电压的大小被设定为使得第二半导体区域103(部分103Α和103Β)被完全耗尽，即，未耗尽中性区域108Α和108Β被消除。
[0028]当在第一半导体区域102与第二半导体区域103 (部分103Α和103Β)之间施加复位电压时，耗尽区域从第一半导体区域102扩展到第二半导体区域103，并且整个第二半导体区域103被耗尽。完全耗尽第二半导体区域103对提高饱和电荷量作出贡献。
[0029]耗尽区域从第一半导体区域102到第二半导体区域103的扩展可分别地被认为是水平方向(与半导体基板SB的表面平行的方向)上的扩展和垂直方向(与半导体基板SB的表面垂直的方向)上的扩展。第二半导体区域103之中的要最终耗尽的部分将被定义为最终耗尽部分。通过耗尽区域从第一半导体区域102之中的位于最终耗尽部分的横向(水平方向)上的部分向最终耗尽部分的扩展(即，水平方向上的扩展)，最终耗尽部分被耗尽。通过将第二半导体区域103分成多个部分103A和103B，获得通过耗尽区域从第一半导体区域102之中的位于最终耗尽部分的横向上的部分在水平方向上的扩展来耗尽最终耗尽部分的布置。为了将第二半导体区域103分成多个部分103A和103B，部分103A和103B由用于形成第二半导体区域103的离子注入掩模限定，并且可通过非常简单的处理实现这一点。
[0030]固态图像传感器100还包括在半导体基板SB的第一半导体区域102中形成的第二导电类型(η型)的第三半导体区域121。第三半导体区域121构成浮置扩散(电荷电压转换器)。固态图像传感器100还在半导体基板SB上包括传送栅极120，所述传送栅极120在第一半导体区域102中形成用于从第二半导体区域103 (部分103Α和103Β)向第三半导体区域121传送电荷的沟道。
[0031]图3示出沿图1中的线取得的截面上的载流子浓度分布图(杂质浓度分布图)和电势分布图。图4示出沿图1中的线C-C'取得的截面上的载流子浓度分布图(杂质浓度分布图)和电势分布图。在本说明书中，示出电势分布图的曲线图的纵轴(ordinate)代表正电势。即，沿纵轴的值越大，则电子的电势越低，或者空穴的电势越高。线C-C'在与半导体基板SB的表面平行的方向上通过第二半导体区域103 (部分103A)中的具有最大载流子浓度的部分。参照图3和图4，阴影部分代表耗尽区域。在图3中，用于通过在垂直方向(与半导体基板SB的表面垂直的方向)上扩展耗尽区域来完全耗尽第二半导体区域103A的中性区域108A的电势(由点线指示的电势)是耗尽电压Vdep_V。
[0032]图4示出沿线C-CT的载流子浓度分布图(杂质浓度分布图)和电势分布图，所述线C-C'在与半导体基板SB的表面平行的方向上通过第二半导体区域103 (部分103A)中的具有最大载流子浓度的部分。在图4中，用于通过在水平方向(与半导体基板SB的表面平行的方向)上扩展耗尽区域来完全耗尽第二半导体区域103A的中性区域108A的电势(由点线指示的电势)是耗尽电压VcbpJL注意，
[0033]Vdep_V>Vdep_H
[0034]当布置于第一导电类型的第一半导体区域102中的第二导电类型的第二半导体区域103被分成多个部分103A和103B时，第一半导体区域102与第二半导体区域103之间的第二导电类型的总载流子量可减少。进行第二半导体区域103的分割以满足Vdep_V>Vdep_H。当耗尽区域从部分103A的侧表面和相对侧的侧表面扩展且相互接触时，整个第二半导体区域103A的耗尽结束。当耗尽区域从部分103B的侧表面和相对侧的侧表面扩展且相互接触时，整个第二半导体区域103B的耗尽结束。
[0035]令NI (pcs/cm2)为通过积分图3中的第二半导体区域103中的载流子浓度所获得的值，且N2 (pcs/cm2)为通过积分图4中的第二半导体区域103中的载流子浓度所获得的值。在这种情况下，优选满足由N1>N2给出的关系。N1>N2是用于通过耗尽区域从第一半导体区域102之中的位于最终耗尽部分的横向(水平方向)上的部分向最终耗尽部分的扩展(即，水平方向上的扩展)来耗尽最终耗尽部分的条件。
[0036]注意，垂直方向上的耗尽区域的扩展在与水平方向上的耗尽区域的扩展的同时进行。由此，可通过将布置于第一导电类型的第一半导体区域102中的第二导电类型的第二半导体区域103分成多个部分103A和103B，来使得Vcbp_V低。即，即使不满足Vcbp_V>Vdep_H，通过将第二半导体区域103分成多个部分103A和103B，也可使得耗尽电压低。
[0037]作为比较例，考虑如图5所示第二半导体区域103不被分成部分103A和103B、SP不布置势垒时的耗尽电压。沿图5中的线E-E'取得的截面上的载流子浓度分布图(杂质浓度分布图)和电势分布图与图3所示的那些相同。但是，注意，如图6所示，沿图5中的线D-D'取得的截面上的载流子浓度分布图(杂质浓度分布图)和电势分布图与图4所示的那些不同。如果第二半导体区域103如图5所示的那样不被分成部分103A和103B，那么用于通过在水平方向上扩展耗尽区域来完全耗尽第二半导体区域103A的中性区域108A的电势是耗尽电压Vdep_Hl。
[0038]在图5所示的例子中，通过耗尽区域从第一半导体区域102之中的位于最终耗尽部分的下侧(垂直方向)的部分向最终耗尽部分的扩展，作为第二半导体区域103之中的要最终耗尽的部分的最终耗尽部分被耗尽。在图5所示的例子中，
[0039]Vdep_V<Vdep_Hl
[0040]在图5所示的比较例中，当耗尽区域从第二半导体区域103的上端和下端扩展且从上端扩展的耗尽区域和从下端扩展的耗尽区域相互接触时，整个第二半导体区域103的耗尽结束。
[0041]如上所述，当布置于第一导电类型的第一半导体区域102中的第二导电类型的第二半导体区域103包含多个部分103A和103B时，可使得耗尽电压低。由于第二半导体区域103的复位电压应比耗尽电压高，因此，较低的耗尽电压有利于降低电源电压。如果电源电压不降低，那么第二半导体区域103中的浓度可升高，并且饱和电荷数可增加。这允许获取具有宽动态范围的固态图像传感器。
[0042]构成第二半导体区域103的部分103A和103B优选在沿线A-A'的方向(与部分103A和103B相交的方向)上具有相同的宽度。如果部分103A和103B具有不同的宽度，那么它们中的较窄的一个被首先耗尽，并且较宽的一个接下来被耗尽。出于这个原因，复位电压等由较宽部分的耗尽电压限定。
[0043]通过构成第二半导体区域103的部分103A和103B的耗尽所形成的耗尽区域106A和106B优选在整个部分103A和103B被耗尽(完全耗尽)时相互接触。这允许获取与用作积累区域的第二半导体区域103不被分割的情况中相同的灵敏度。当部分103A和103B之间的间隔变小时，通过它们的耗尽所形成的耗尽区域106A和106B可容易地相互接触。但是，如果该间隔太小，那么从部分103A和103B之间的第一半导体区域102到部分103A和103B扩展耗尽区域107A和107B的效果弱化。考虑到这一点，部分103A和103B之间的间隔优选落在0.1 μ m至1.0 μ m的范围内，且更优选落在0.2μπι至0.5μπι的范围内。第二半导体区域103的边界例如是对于相邻的第一半导体区域102的ρ-η结界面。独立于像素尺寸来加宽多个部分103Α和103Β之间的间隔使得可以在维持灵敏度的同时降低耗尽电压。
[0044]有利于通过耗尽区域在水平方向上的扩展来耗尽最终耗尽部分的像素尺寸落在例如2.Ομπι至7.Ομπι的范围内。更优选地，像素尺寸落在4.Ομπι至6.Ομπι的范围内。这是由于小于2.0 μ m的像素尺寸使得用于分割第二半导体区域103的处理困难，并且大于
7.0 μ m的像素尺寸便于确保饱和电荷量。
[0045][第二实施例]
[0046]以下将参照图7描述本发明的第二实施例。图7是沿图2中的线A-A'取得并且示意性地示出根据本发明的第二实施例的固态图像传感器100的一个像素的结构的截面图。注意，在第二实施例中没有提到的事项可遵照第一实施例。
[0047]在根据第二实施例的固态图像传感器100中，浓度比第一导电类型的第一半导体区域102高的第一导电类型的半导体区域701被布置于第二导电类型(η型)的半导体区域101与第一导电类型(P型)的第一半导体区域102之间。另外，在根据第二实施例的固态图像传感器100中，浓度比第一导电类型的第一半导体区域102高的第一导电类型的半导体区域702被布置为围绕第一导电类型(P型)的第一半导体区域102。
[0048]半导体区域701可对促进第二半导体区域103在垂直方向上的耗尽作出贡献。半导体区域702可用作隔离像素的隔离区域，并且还对促进第二半导体区域103在垂直方向上的耗尽作出贡献。半导体区域702与构成第二半导体区域103的部分103Α和103Β之间的距离可被配置为使耗尽区域106Α和106Β接触半导体区域702。半导体区域702与部分103Α和103Β之间的距离优选例如为I μπι或更小，更优选落在O至0.4 μπι的范围内。但是，如果第二半导体区域103 (部分103Α和103Β)中的浓度比I X 117CnT3高，那么耗尽区域106Α和106Β的扩展可能太小，并且可能出现白斑。为了防止这一点，该距离最优选约为
0.2μπι。半导体区域701与702中的浓度优选落在I X 1017cm_3至I X 1019cm_3的范围内，并更优选落在5Χ 117CnT3至5Χ 118CnT3的范围内。半导体区域701中的杂质浓度可比半导体区域702中的杂质浓度低。半导体区域702中的杂质浓度可比布置于部分103Α和103Β之间的第一导电类型的第一半导体区域102中的杂质浓度高。
[0049][第三实施例]
[0050]以下将参照图8描述本发明的第三实施例。图8是示意性地示出根据本发明的第三实施例的固态图像传感器100的一个像素的结构的平面图。注意，在第三实施例中没有提到的事项可遵照第一和第二实施例。
[0051]在第三实施例中，第二导电类型的第二半导体区域103被分成三个部分103Α、103Β和103C。第二半导体区域103被分割为使得第二部分103Β被布置于第一部分103Α与第三部分103C之间。在与第一部分103Α、第二部分103Β和第三部分103C相交的方向上第一部分103Α与第三部分103C中的每一个的宽度优选大于第二部分103Β的宽度。这是由于第一部分103Α和第三部分103C与第二部分103Β相比更容易在水平方向上被耗尽。
[0052]在第一导电类型(P型)的第一半导体区域102之中的与第二导电类型(η型)的第二半导体区域103 (部分103Α、103Β和103C)相邻的部分中形成耗尽区域106Α、106Β和106C。在第二导电类型(η型)的第二半导体区域103(部分103Α、103Β和103C)中形成耗尽区域 107AU07B 和 107C。
[0053]注意，构成电荷积累区域的半导体区域103的分割计数不限于2或3，而可以为4或更大。
[0054][第四实施例]
[0055]以下将参照图9A和图9B描述本发明的第四实施例。图9A是示意性地示出根据本发明的第四实施例的固态图像传感器100的一个像素的结构的平面图。图9B是示出图9A中的半导体区域103的平面图。注意，在第四实施例中没有提到的事项可遵照第一实施例。可与第二和/或第三实施例组合实施第四实施例。
[0056]在第一到第三实施例中，多个部分相互电隔离。但是，这在本发明中不是必须的。通过缩短第二半导体区域103中的最终耗尽部分与第二半导体区域103的侧表面之间的距离，获得本发明的效果。如果实现该效果，那么多个部分可相互连接。在第四实施例中，构成电荷积累区域的半导体区域103包含相互连接多个部分103A和103B的连接部分103D。
[0057]固态图像传感器100包含在半导体基板SB的第一半导体区域102中形成的第二导电类型的第三半导体区域121作为浮置扩散。固态图像传感器100还在半导体基板SB上包括传送栅极120，所述传送栅极120在第一半导体区域102中形成用于从第二半导体区域103向第三半导体区域121传送电荷的沟道。第二半导体区域103可被配置为在传送栅极120与多个部分103A和103B之间布置连接部分103D。这允许使得从第二半导体区域103到第三半导体区域121传送电荷的沟道较宽并提高电荷传送效率。注意，连接部分103D可被布置于被布置在多个部分103A和103B之间的第一导电类型的半导体区域之下。即，可在半导体基板SB的上表面侧形成势垒，并且可在半导体基板SB的深部处连接多个部分 103A 和 103B。
[0058][第五实施例]
[0059]以下将参照图10描述本发明的第五实施例。图10是示意性地示出根据本发明的第五实施例的固态图像传感器100的一个像素的结构的截面图。注意，在第五实施例中没有提到的事项可遵照第一实施例。可与第二到第四实施例中的至少一个组合实施第五实施例。
[0060]第一导电类型的第一半导体区域102包含被布置为完全围绕构成第二半导体区域103的多个部分103A和103B的第一部分1001、以及布置于多个部分103A和103B之间的第二部分1002。第二部分1002中的杂质浓度比第一部分1001中的杂质浓度高，并且耗尽区域106A和106B的宽度由此变小。
[0061][第六实施例]
[0062]以下将参照图11描述本发明的第六实施例。图11是示意性地示出根据本发明的第六实施例的固态图像传感器100的一个像素的结构的平面图。注意，在第六实施例中没有提到的事项可遵照第一实施例。可与第二到第五实施例中的至少一个组合实施第六实施例。
[0063]在第六实施例中，分别与构成电荷积累区域103的多个部分103A和103B对应地在半导体基板中形成第二导电类型(η型)的多个第三半导体区域121Α和121Β。多个第三半导体区域121Α和121Β构成浮置扩散(电荷电压转换器)。布置于半导体基板上的传送栅极120在第一半导体区域102中形成用于从部分103Α向相应的第三半导体区域121Α传送电荷的沟道。传送栅极120还在第一半导体区域102中形成用于从部分103Β向相应的第三半导体区域121Β传送电荷的沟道。
[0064]固态图像传感器100包含用于分别地读出与传送到多个第三半导体区域121Α和121B的电荷对应的信号的读出电路(未示出)。光经由共用透镜进入部分103A和103B。已通过成像透镜的光瞳的第一区域并然后通过共用透镜的光可进入部分103A。已通过成像透镜的光瞳的第二区域并然后通过共用透镜的光可进入部分103B。这使得能够基于固态图像传感器100的输出通过相位差检测方法执行焦点检测。注意，第一区域和第二区域相互不同。
[0065][第七实施例]
[0066]以下将参照图12描述本发明的第七实施例。图12是示意性地示出根据本发明的第七实施例的固态图像传感器100的一个像素的结构的平面图。注意，在第七实施例中没有提到的事项可遵照第一实施例。可与第二到第五实施例中的至少一个组合实施第七实施例。
[0067]在第七实施例中，在半导体基板中形成第二导电类型(η型)的第三半导体区域121，所述第三半导体区域121共用于构成电荷积累区域103的多个部分103Α和103Β。第三半导体区域121构成浮置扩散(电荷电压转换器)。在第七实施例中，在半导体基板上布置分别与构成电荷积累区域103的部分103Α和103Β对应的多个传送栅极120Α和120Β。传送栅极120Α在第一半导体区域102中形成用于从部分103Α向共用的第三半导体区域121传送电荷的沟道。传送栅极120Β在第一半导体区域102中形成用于从部分103Β向共用的第三半导体区域121传送电荷的沟道。传送栅极120Α和120Β相互电隔离，并且元件隔离1203被布置于它们之间的部分的下面。
[0068]固态图像传感器100包含用于读出与传送到共用的第三半导体区域121的电荷对应的信号的读出电路(未示出)。读出电路可读出与通过传送栅极120Α从部分103Α传送到半导体区域121的电荷和通过传送栅极120Β从部分103Β传送到半导体区域121的电荷的总量对应的信号。
[0069]读出电路也可分别地读出与通过传送栅极120Α从部分103Α传送到半导体区域121的电荷对应的信号、以及与通过传送栅极120Β从部分103Β传送到半导体区域121的电荷对应的信号。例如，读出电路首先读出与通过传送栅极120Α从部分103Α传送到半导体区域121的电荷对应的信号，并然后读出与通过传送栅极120Β从部分103Β传送到半导体区域121的电荷对应的信号。
[0070]光经由共用透镜进入部分103Α和103Β。已通过成像透镜的光瞳的第一区域并然后通过共用透镜的光可进入部分103Α。已通过成像透镜的光瞳的第二区域并然后通过共用透镜的光可进入部分103Β。这使得能够基于固态图像传感器100的输出通过相位差检测方法执行焦点检测。
[0071][应用例]
[0072]作为根据上述实施例中的每一实施例的固态图像传感器的应用例，将例示性地解释并入固态图像传感器的照相机。照相机的概念不仅包括主要旨在拍摄的装置，而且包括辅助地具有拍摄功能的设备(例如，个人计算机或移动终端)。照相机包括在实施例中例示的根据本发明的固态图像传感器、以及处理从固态图像传感器输出的信号的处理单元。处理单元可包含例如A/D转换器和处理从A/D转换器输出的数字数据的处理器。
[0073]虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但要理解，本发明不限于公开的示例性实施例。所附的权利要求的范围要被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。
[0074]本申请要求在2012年I月18日提交的日本专利申请N0.2012-008448的权益，在此通过引用而并入其全部内容。
【权利要求】
1.一种固态图像传感器，包括: 半导体基板； 布置于半导体基板中的第一导电类型的第一半导体区域； 构成电荷积累区域且布置于第一半导体区域中的第二导电类型的第二半导体区域；以及 用于将光会聚到第二半导体区域的透镜，其中 第二半导体区域包含在沿半导体基板的表面的方向上布置的多个部分， 在所述多个部分之间形成对于在电荷积累区域中积累的电荷的势垒， 第二半导体区域被配置为通过耗尽区域从第一半导体区域向第二半导体区域的扩展被完全耗尽，以及 作为第二半导体区域的一部分且第二半导体区域的要被最终耗尽的最终耗尽部分被配置为通过耗尽区域从第一半导体区域的位于最终耗尽部分的横向上的部分向最终耗尽部分的扩展被耗尽。
2.—种固态图像传感器,包括: 半导体基板； 布置于半导体基板中的第一导电类型的第一半导体区域； 构成电荷积累区域且布置于第一半导体区域中的第二导电类型的第二半导体区域；以及 用于将光会聚到第二半导体区域的透镜，其中 第二半导体区域包含在沿半导体基板的表面的方向上布置的多个部分， 在所述多个部分之间形成对于在电荷积累区域中积累的电荷的势垒，以及在所述多个部分中的每一个中，沿半导体基板的深度方向的杂质浓度的积分NI和沿布置所述多个部分的方向的杂质浓度的积分N2满足由N1>N2给出的关系。
3.根据权利要求1或2的传感器，其中，所述多个部分相互电隔离。
4.根据权利要求1至3中任一项的传感器，其中 第二导电类型的多个第三半导体区域分别与所述多个部分对应地被布置于半导体基板中，以及 所述多个部分共用的传送栅极被布置于半导体基板上，以形成用于将电荷从各部分传送到所述多个第三半导体区域中的相应一个的沟道。
5.根据权利要求1至3中任一项的传感器，其中 所述多个部分共用的第二导电类型的第三半导体区域被布置于半导体基板中，以及所述多个部分共用的传送栅极被布置于半导体基板上，以形成用于将电荷从所述多个部分传送到第三半导体区域的沟道。
6.根据权利要求1至3中任一项的传感器，其中 所述多个部分共用的第二导电类型的第三半导体区域被布置于半导体基板中，以及多个传送栅极被布置于半导体基板上，以形成用于将电荷从所述多个部分中的每一个传送到第三半导体区域的沟道。
7.根据权利要求1至6中任一项的传感器，其中，第二半导体区域包含相互连接所述多个部分的连接部分。
8.根据权利要求7的传感器，还包括: 布置于半导体基板中的第二导电类型的第三半导体区域；以及用于形成用于将电荷从第二半导体区域传送到第三半导体区域的沟道的传送栅极，传送栅极被布置于半导体基板上，其中 连接部分被布置于传送栅极与所述多个部分之间。
9.根据权利要求1至8中任一项的传感器，其中 第一半导体区域包含被布置为围绕所述多个部分的第一部分、以及被布置于所述多个部分之间的第二部分，以及 第一半导体区域的第二部分中的杂质浓度比第一半导体区域的第一部分中的杂质浓度低。
10.根据权利要求9的传感器，其中 所述多个部分包含第一部分、第二部分和第三部分， 第二半导体区域的第二部分被布置于第二半导体区域的第一部分与第二半导体区域的第三部分之间，以及 在布置第二半导 体区域的第一部分、第二半导体区域的第二部分和第二半导体区域的第三部分的方向上第二半导体区域的第一部分和第二半导体区域的第三部分中的每一个的宽度比第二半导体区域的第二部分的宽度大。
11.根据权利要求1至10中任一项的传感器，其中，围绕第一半导体区域的侧表面的第二导电类型的半导体区域被布置于半导体基板中。
12.根据权利要求1至11中任一项的传感器，其中 所述多个部分之间的间隔在从0.1 μ m至1.ομπι的范围内，以及 所述多个部分沿布置所述多个部分的方向的总长度在从2.0 μ m至7.0 μ m的范围内。
13.—种固态图像传感器,包括: 半导体基板； 布置于半导体基板中的第一导电类型的第一半导体区域； 构成电荷积累区域且布置于第一半导体区域中的第二导电类型的第二半导体区域；以及 用于将光会聚到第二半导体区域的透镜，其中 第二半导体区域包含在沿半导体基板的表面的方向上布置的多个部分， 在所述多个部分之间布置第一半导体区域的一部分， 通过在第一半导体区域与第二半导体区域之间施加具有预定大小的反向偏压，耗尽区域从第一半导体区域向第二半导体区域扩展，由此完全耗尽第二半导体区域， 作为第二半导体区域的一部分且第二半导体区域的要被最终耗尽的最终耗尽部分被配置为通过耗尽区域从第一半导体区域的位于最终耗尽部分的横向上的部分向最终耗尽部分的扩展被耗尽，以及 通过在第一半导体区域与第二半导体区域之间施加反向偏压，耗尽区域从第二半导体区域向第一半导体区域的所述部分扩展，由此完全耗尽第一半导体区域的所述部分。
14.一种固态图像传感器,包括: 半导体基板；布置于半导体基板中的第一导电类型的第一半导体区域； 构成电荷积累区域且布置于第一半导体区域中的第二导电类型的第二半导体区域；以及 用于将光会聚到第二半导体区域的透镜，其中 第二半导体区域包含在沿半导体基板的表面的方向上布置的多个部分， 在所述多个部分之间形成对于在电荷积累区域中积累的电荷的势垒， 第二半导体区域被配置为通过耗尽区域从第一半导体区域向第二半导体区域的扩展被完全耗尽， 作为第二半导体区域的一部分且第二半导体区域的要被最终耗尽的最终耗尽部分被配置为通过耗尽区域从第一半导体区域的位于最终耗尽部分的横向上的部分向最终耗尽部分的扩展被耗尽，以及 所述多个部分之间的间隔在从0.1 um至1.0um的范围内。
15.根据权利要求14的传感器，其中，所述多个部分沿布置所述多个部分的方向的总长度在从2.0um至7.0um的范围内。
16.—种照相机 ,包括: 根据权利要求1至15中任一项的固态图像传感器；以及 处理从固态图像传感器输出的信号的处理单元。
【文档编号】H01L31/10GK104054177SQ201380005498
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年1月9日 优先权日:2012年1月18日
【发明者】沖田彰, 小林昌弘 申请人:佳能株式会社