成像装置、成像系统、移动体以及用于制造成像装置的方法与流程

实施例的方面涉及成像装置、成像系统、移动体以及用于制造成像装置的方法。

背景技术

wo2011/043432和日本未审查专利申请公开(pct申请的翻译)no.2008-511176各自讨论了包括多个像素的成像装置。每个像素包括光电转换单元、用于接收从光电转换单元传输的电荷的电荷保持单元以及用于接收从电荷保持单元传输的电荷的浮置扩散单元。该成像装置可以实现同时对所有像素累积电荷的快门操作。这种操作被称为全局电子快门操作。

技术实现要素：

根据示例性实施例的方法是用于制造成像装置的方法，所述成像装置包括：第一导电类型的光电转换单元，第一导电类型的电荷保持单元，所述电荷保持单元被配置为保持从所述光电转换单元传输的电荷，第一导电类型的浮置扩散单元，所述浮置扩散单元被配置为接收从电荷保持单元传输的电荷，以及第二导电类型的击穿防止层，所述击穿防止层被设置在所述电荷保持单元和所述浮置扩散单元之间以与所述浮置扩散单元接触。所述方法包括：通过使用具有第一开口的第一掩模以第一注入能量将第一杂质注入到半导体基板中来形成击穿防止层；和使用第一掩模以比第一注入能量低的第二注入能量将与第一杂质的导电类型不同的导电类型相对应的第二杂质注入到半导体基板中。

根据另一示例性实施例的成像装置包括：第一导电类型的光电转换单元；第一导电类型的电荷保持单元，所述电荷保持单元被配置为保持从所述光电转换单元传输的电荷；第一导电类型的浮置扩散单元，所述浮置扩散单元被配置为接收从所述电荷保持单元传输的电荷；第二导电类型的击穿防止层，所述击穿防止层被设置在所述电荷保持单元和所述浮置扩散单元之间以与所述浮置扩散单元接触；和第一导电类型的传输辅助层，所述传输辅助层被设置在所述击穿防止层与所述半导体基板的表面之间。

根据参考附图对示例性实施例的以下描述，本公开的其他特征将变得清楚。

附图说明

图1是示出了成像装置中的像素的等效电路的图。

图2是示意性地示出了成像装置中的像素的平面结构的图。

图3是示意性地示出了成像装置中的像素的截面结构的图。

图4a、图4b和图4c是示出了用于形成成像装置的方法的处理流程图。

图5a、图5b和图5c是示出了用于形成成像装置的方法的处理流程图。

图6是示意性地示出了成像装置中的像素的截面结构的图。

图7是示意性地示出了成像装置中的像素的截面结构的图。

图8是示意性地示出了成像装置中的像素的截面结构的图。

图9是示意性地示出了成像装置中的像素的平面结构的图。

图10是示出了用于形成成像装置的方法的处理流程图。

图11是成像系统的框图。

图12a和图12b是移动体的框图。

具体实施方式

下面将详细描述本公开的示例性实施例。下面描述的示例性实施例各自通过示例示出了本公开的方面。然而，本公开不限于以下示例性实施例。根据一些示例性实施例，可以提高图像质量。

wo2011/043432(以下称为“专利文献1”)讨论了用于将电荷从光电转换单元传输到电荷保持单元的结构。然而，专利文献1没有讨论用于将电荷从电荷保持单元传输到浮置扩散单元的结构以及在装置中产生的诸如暗电流之类的噪声。例如，如专利文献1的图2中所示的，电荷保持单元和浮置扩散单元通过电容器形成区域25连接。因此，在电荷保持单元和浮置扩散单元之间趋于发生击穿(punch-through)。结果，难以增加像素的饱和电荷量。阻挡层27被设置在电容器形成区域25下方。但是，由于其间的距离大，因此难以防止在专利文献1的阻挡层27处的击穿。

日本未审查专利申请公开(pct申请的翻译)no.2008-511176(以下称为“专利文献2”)讨论了设置在电荷保持单元和浮置扩散单元之间的p型掺杂区域152。p型掺杂区域152形成对电荷的壁垒。如专利文献2的图2b中所示，p型掺杂区域152被形成在半导体基板的接合界面附近。因此，当电荷被从电荷保持单元传输到浮置扩散单元时，存在电荷传输效率可能降低的可能性。例如，由于传输通道的电位降低不足而导致传输电荷可能需要长的时间。在这种情况下，电荷更有可能在传输过程中被重新组合。可替代地，当传输晶体管截止时，存在传输通道中剩余的电荷可能返回到电荷保持单元的可能性。结果，在专利文献2中讨论的成像装置中，图像质量可能恶化，这可能是问题。

将参考图1至图4描述本公开的第一示例性实施例。相同的构件在图1至图4中设置有相同的数字。将使用电子为信号电荷的情况来描述以下示例性实施例。然而，空穴可以是信号电荷，并且在这种情况下，每个单元的导电类型变得相反。

图1是示出了根据第一示例性实施例的像素p1的电路布置的图。像素p1是用于将入射光转换为电信号的元件。像素阵列是通过将多个像素p1布置成矩阵而形成的。图1示出了三行三列的像素p1的等效电路。像素p1被形成在由诸如硅(si)之类的材料制成的半导体基板上。

像素p1包括光电转换单元1、电荷保持单元3、浮置扩散(以下称为fd)单元6和溢漏(ofd)单元。对于所有这些单元的连接/断开切换或信号放大，像素p1进一步包括第一传输晶体管14、第二传输晶体管15、选择晶体管18、复位晶体管16、放大晶体管17和ofd晶体管19。这些晶体管各自由诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)之类的器件来配置。例如，晶体管具有漏极端子、源极端子和用于控制漏极端子与源极端子之间的导通的栅极电极(栅极端子)。像素p1中的每个中的选择晶体管18被连接到输出线22。通常，包括在一列中的多个像素被连接到该一个输出线22。接地电压被从接地节点21供给到像素p1。此外，从电源节点20供给电源电压。ofd单元被连接到电源节点20。

光电转换单元1产生根据入射光量的信号电荷。电荷保持单元3经由第一传输晶体管14被连接到光电转换单元1。第一传输晶体管14将光电转换单元1的电荷传输到电荷保持单元3。电荷保持单元3在等效电路图中被指示为接地电容器或二极管。电荷保持单元3暂时保持从光电转换单元1传输的电荷。

fd单元6将从电荷保持单元3传输的电荷转换成电压信号。fd单元6经由第二传输晶体管15被连接到电荷保持单元3。第二传输晶体管15将电荷保持单元3的电荷传输到fd单元6。fd单元6也被连接到复位晶体管16的源极端子和放大晶体管17的栅极端子。电源电压被供给到复位晶体管16的漏极端子。fd单元6的电压通过导通复位晶体管16被复位到电源电压。

放大晶体管17将根据栅极端子的电压的信号输出到输出线22。例如，放大晶体管17在fd单元6的电压被复位到电源电压的状态下输出复位信号。另外，在第二传输晶体管15被导通并且电荷被从电荷保持单元3传输到fd单元6之后，与传输的电荷量相对应的像素信号被输出到放大晶体管17的源极端子。

放大晶体管17的源极端子被连接到选择晶体管18的漏极端子。选择晶体管18的源极端子被连接到输出线22。当选择晶体管18被导通时，复位信号或像素信号被输出到输出线22。因此，信号被从像素p1读出。

ofd单元经由ofd晶体管19被连接到光电转换单元1。当ofd晶体管19被导通时，在光电转换单元1中累积的电荷被输出到ofd单元。

这里，将简要描述由本示例性实施例的成像装置执行的全局电子快门操作。在光电转换单元1中被光电转换的信号电荷被累积在光电转换单元1中。此后，通过导通第一传输晶体管14，信号电荷被传输到电荷保持单元3。在没有设置电荷保持单元3的成像装置中，传输晶体管被逐行地依次驱动以读出多行中的信号电荷。相反，本示例性实施例的成像装置包括电荷保持单元3，并且因此可以将所有行的光电转换单元1的信号电荷同时传输到电荷保持单元3。此时，光电转换单元1转换到空状态，即初始状态，并因此开始下一次曝光。因此，可以在所有像素p1中同时执行用于控制曝光开始和曝光结束的全局电子快门操作。从电荷保持单元3到fd单元6的信号电荷的读出是通过逐行地依次驱动第二传输晶体管15来执行的。fd单元6中的处理中和处理后的信号的读出与已知的方法相似，因此将不进行详细描述。

上述操作抑制了由于从每个像素p1依次地读出电荷而发生的曝光定时偏差。这减少了图像的劣化。全局电子快门操作可以通过同时对所有像素p1将电荷输出到ofd单元，并且然后将累积的电荷传输到电荷保持单元3来实现。全局电子快门操作是适用于本示例性实施例的成像装置的驱动方法的示例。本示例性实施例的成像装置可以仅以卷帘快门操作来执行。

图2是示意性地示出了根据本公开的第一示例性实施例的像素p1的平面结构的图。图2是其上布置有诸如光电转换单元1之类的部件的半导体基板(以下也可以称为基板)的表面的平面图。在半导体基板的表面中，例如，诸如硅之类的半导体材料与绝缘体材料接触。

图3是示意性地示出了沿图2中的点a到点b的线的截面结构的图。与图1中的电路的那些部分相对应的部分设置有与图1中的相同的附图标记，并且已经描述的配置和功能的描述可以被省略。为了简化该图，仅每个晶体管的栅极电极(栅极端子)设置有关于晶体管的数字。

图2示出了配置有光电转换单元1、电荷保持单元3、fd单元6和电源节点20的半导体区域以及连接到输出线22的半导体区域。图2进一步示出了第一传输晶体管14的第一传输栅极电极tx1和第二传输晶体管15(选择晶体管)的第二传输栅极电极tx2。图2进一步示出了复位晶体管16的栅极电极res、放大晶体管17的栅极电极sfg、选择晶体管18的栅极电极sel以及ofd晶体管19的栅极电极ofd。每个栅极的两个端部处的半导体区域是相应晶体管的源极区域和漏极区域。图2中的每个黑点指示与半导体区域或栅极电极的接触部。图2也示出了遮光层11的平面结构。

接下来，将描述图3中的截面结构。光电转换单元1由n型半导体区域形成。进入光电转换单元1的光被光电转换为电子。这里，在光电转换单元1的基板表面侧形成相反导电类型的p型表面保护层2。光电转换单元1和表面保护层2形成pn结。换句话说，嵌入式二极管由光电转换单元1和表面保护层2来配置。这样的配置可以抑制在半导体基板的表面处发生的噪声。

光电转换单元1的深部1a是具有比光电转换单元1的杂质浓度低的杂质浓度的n型半导体区域。在半导体基板的深的位置处产生的电子可以使用深部1a被收集在光电转换单元1中。光电转换单元1的深部1a可以改变为p型半导体区域。

半导体基板的嵌入层9和基底7被设置在光电转换单元1的深部1a的下方。嵌入层9是p型半导体区域。基底7是n型半导体区域。嵌入层9对基体7的电荷形成势垒。这种配置可以防止或抑制基底7的电荷混入光电转换单元1和电荷保持单元3中。

将描述电荷保持单元3。电荷保持单元3由n型半导体区域形成。在电荷保持单元3的基板表面侧形成相反导电类型的p型表面保护层4。电荷保持单元3和表面保护层4形成pn结。与上述光电转换单元1一样，嵌入式二极管由电荷保持单元3和表面保护层4来配置。通过为电荷保持单元3采用嵌入式二极管的配置可以抑制在半导体基板的表面处产生的噪声。

作为p型半导体区域的耗尽抑制单元5被形成在电荷保持单元3的下方。耗尽抑制单元5具有防止或抑制存在于比耗尽抑制单元5深的部分处的电荷混入到电荷保持单元3中的效果。此外，电荷保持单元3和耗尽抑制单元5形成pn结，并构成pn结部分xj的一部分。耗尽抑制单元5通过使电荷保持单元3进入完全耗尽状态来传输电荷，并因此对于减小要施加的电压是有效的。

阱8被形成在半导体基板中。阱8是p型半导体区域。电荷保持单元3、表面保护层4和耗尽抑制单元5可以形成在阱8内部。阱8是通过注入注入能量彼此不同的多种杂质而形成的。通过使阱8的一部分的下方的杂质浓度低于耗尽抑制单元5的杂质浓度，增加了防止不必要的电荷混入电荷保持单元3中的效果。

在半导体基板上，形成至少覆盖电荷保持单元3的遮光层11。遮光层11阻挡朝向电荷保持单元3行进的光，并由此防止在电荷保持单元3中产生不必要的电荷。通常，具有阻挡可见光的效果的金属(诸如钨或铝)被用于遮光层11。用于遮光层11的材料不限于上述材料。遮光层11可以覆盖设置在半导体基板上的第一传输栅极电极tx1和第二传输栅极电极tx2。此外，如图2和图3中所示，遮光层11可以覆盖光电转换单元1的一部分和fd单元6的一部分。

元件隔离区域10是基于诸如浅沟槽隔离(sti)或硅的局部氧化(locos)之类的技术的使用绝缘体的分离结构。元件隔离区域10将用作像素的元件电分离。此外，元件隔离区域10限定设置光电转换单元1和电荷保持单元3的有源区域。

本示例性实施例的成像装置包括fd单元6、击穿防止层31和传输辅助层32。fd单元6是n型半导体区域。在光电转换单元1中产生的信号电荷被传输到fd单元6。fd单元6被连接到放大晶体管17的栅极电极sfg。信号电荷在fd单元6中经受电荷-电压转换。

击穿防止层31是p型半导体区域。击穿防止层31被设置在电荷保持单元3和fd单元6之间，使得其与fd单元6接触。这种设置允许击穿防止层31防止或抑制电荷从电荷保持单元3泄漏到fd单元6中。结果，击穿防止层31可以减少饱和电荷量的下降。在电荷保持单元3的杂质浓度升高以增加饱和电荷量的情况下，通过设置击穿防止层31引起的抑制电荷泄漏的效果更显著。

在一个实施例中，击穿防止层31具有比阱8的杂质浓度高的杂质浓度。这可以更有效地减少电荷的泄漏。此外，击穿防止层31被设置在比耗尽抑制单元5浅的位置处。这可以更有效地减少电荷的泄漏。在本示例性实施例中，击穿防止层31远离耗尽抑制单元5。这可以抑制电荷传输特性的下降。如下面将要描述的，击穿防止层31可以与耗尽抑制单元5接触。

传输辅助层32被形成在击穿防止层31上。换句话说，传输辅助层32被形成在击穿防止层31与半导体基板的表面之间。传输辅助层32是n型半导体区域。传输辅助层32被形成为减小由形成击穿防止层31引起的势垒。这可以使得容易将电荷从电荷保持单元3传输到fd单元6。另外，由于设置了传输辅助层32，第二传输晶体管15可形成嵌入式通道。通过形成嵌入式通道，可以降低施加在诸如第二传输栅极电极tx2下方的栅极氧化膜界面之类的部分上的缺陷的影响。结果，可以抑制噪声的产生。

当执行全局电子快门操作时，逐行地依次执行从电荷保持单元3到fd单元6的信号电荷的读出。因此，在电荷保持单元3中保持信号电荷的时间对于每行变化。由于在诸如电荷保持单元3的基板表面和电荷的传输通道之类的部分处产生的暗电流噪声的影响，具有较长保持时间的像素可能更多地受到噪声的影响。也就是说，由于暗电流，存在噪声的量可能会在行与行之间变化的可能性。传输辅助层32被形成在基板的表面附近，并因此可以是产生暗电流的因素。因此，为了减小由在传输辅助层32处产生的暗电流引起的噪声，传输辅助层32可以在第二传输栅极电极tx2下方的区域内在fd单元6侧不均匀地分布。换句话说，电荷保持单元3和传输辅助层32被形成为使得它们彼此远离。这样的配置可以减小产生的暗电流进入电荷保持单元3的可能性。对于光电转换单元1，因为对所有像素同时执行控制，所以画面内的噪声的影响不会变化。

此外，将参考图3描述本示例性实施例的附加效果。如上所述，当信号电荷被保持在电荷保持单元3中时，不期望另一帧的信号电荷混入到电荷保持单元3中。为了防止在另一帧的曝光期间光进入到电荷保持单元3中，设置上述遮光层11。然而，遮光层11在与半导体基板或栅极电极形成接触的位置处具有开口。从该开口部分入射的寄生光pl可以通过栅极电极等传播并到达电荷保持单元3的附近。因此，如本示例性本实施例的配置中那样，传输辅助层32在第二传输栅极电极tx2下方的区域内在fd单元6侧不均匀地分布。这可以防止由于传播的寄生光pl而在第二传输栅极电极tx2下方产生的电荷到达电荷保持单元3。结果，可以降低噪声。

击穿防止层31和传输辅助层32形成pn结，并构成pn结部分xj的一部分。此外，fd单元6与阱8和击穿防止层31中的每一个形成pn结，并且构成pn结部分xj的一部分。包括电荷保持单元3的上述pn结的pn结部分xj被形成在图3中用虚线指示的位置处。在第二传输栅极电极tx2的下方，pn结部分xj被形成为远离与栅极氧化膜的界面(半导体区域的表面)。这样的配置可以抑制由于形成势垒而引起的电荷传输困难，并且因此可以减少传输电荷所需的时间。

接下来，将参考图4a、图4b和图4c以及图5a、图5b和图5c中的每一个中的处理流程图来描述用于形成本示例性实施例中的成像装置的方法。首先，如图4a中所示，制备包括基底7的半导体基板。上述各种半导体区域各自通过用杂质掺杂半导体基板来形成。最后，没有掺杂杂质的区域作为基底7保留。因此，为了方便起见，在图4a中用杂质掺杂之前执行的处理中，假设整个半导体基板为基底7。在图4a中所示的处理中，通过使用光掩模等将元件隔离区域10形成在期望的位置处。

随后，在图4b中所示的处理中，形成嵌入层9和阱8。嵌入层9和阱8通过使用光掩模等进行杂质注入而形成。将诸如硼之类的成为受主的杂质用于形成这些p型半导体区域。

接下来，在图4c中所示的处理中，形成光电转换单元1、光电转换单元1的深部1a、电荷保持单元3和耗尽抑制单元5。这些半导体区域通过使用光掩模等进行杂质注入而形成。将诸如砷或磷之类的成为施主的杂质用于形成n型半导体区域。另一方面，将诸如硼之类的成为受主的杂质用于形成p型半导体区域。在本示例性实施例中，电荷保持单元3和耗尽抑制单元5使用相同的光掩模来形成。该方法可以降低由于电荷保持单元3和耗尽抑制单元5之间的未对准而形成势垒的可能性。结果，可以提高传输效率。

接下来，在图5a中所示的处理中，形成击穿防止层31和传输辅助层32。这些区域通过使用光掩模等进行杂质注入而形成。将诸如硼之类的成为受主的杂质用于形成击穿防止层31。将诸如砷或磷之类的成为施主的杂质用于形成传输辅助层32。

在本示例性实施例中，击穿防止层31和传输辅助层32使用相同的光掩模来形成。具体地，通过使用第一注入能量执行杂质注入来形成击穿防止层31，并且通过使用比第一注入能量低的能量执行杂质注入来形成传输辅助层32。该方法可以抑制由于形成击穿防止层31而发生的电荷传输特性的下降。

将描述提高电荷传输特性的效果。当形成击穿防止层31时，要形成传输通道的区域可以利用用于形成p型半导体区域的杂质来掺杂。本发明人已经发现，这种杂质在传输通道处引起势垒或使传输通道的电势难以降低，这可能是个问题。为了解决这样的问题，使用用于形成相反导电类型的半导体区域的杂质来执行反掺杂。由此可以保持传输特性。击穿防止层31和传输辅助层32使用相同的掩模形成。因此，包含非故意注入的杂质的区域可以被精确反掺杂。因此，可以提高传输特性，同时抑制击穿防止功能的劣化。

在本示例性实施例中，如图3中所示，传输辅助层32被形成为n型半导体区域。因此，在本示例性实施例中的制造方法的图5a中所示的处理中，使用足以形成n型半导体区域的剂量的杂质来执行掺杂。但是，即使不形成n型半导体区域，仅通过执行上述反掺杂就可以获得提高传输特性的效果。换句话说，如果执行反掺杂，则传输辅助层32可以被形成为p型半导体区域。

将参考图10描述在用于形成电荷保持单元3的处理中使用的掩模与在用于形成击穿防止层31和传输辅助层32的处理中使用的掩模之间的位置关系。图10分别在上部和下部示出了图4c中所示的截面结构和图5a中所示的截面结构。

图10示出了在用于形成电荷保持单元3的处理中使用的掩模50和在用于形成击穿防止层31和传输辅助层32的处理中使用的掩模51。掩模50和51中的每个具有开口。通过开口，杂质被注入到半导体基板中。掩模50的开口和掩模51的开口彼此分开距离d。通过使用具有图10中所示的位置关系的掩模50和掩模51可以降低噪声。

如上所述，传输辅助层32被形成在基板的表面附近，并因此可能成为对产生暗电流负有责任的因素。因此，传输辅助层32在第二传输栅极电极tx2下方的区域内在fd单元6侧不均匀地分布。不均匀分布的传输辅助层32可以使用图10中所示的两个掩模50和51来形成。

即使掩模50的开口和掩模51的开口彼此远离，也存在n形半导体区域从电荷保持单元3继续到传输辅助层32的情况。是因为其中注入杂质的区域没有精确地与掩模的开口对准，并且杂质在退火处理中分散。然而，由于相应的两个掩模50和51的开口彼此远离，所以电荷保持单元3和传输辅助层32之间的导电程度降低。因此，可以获得降低噪声的充分效果。

将描述下一处理。在图5b中所示的处理中，形成第一传输栅极电极tx1、第二传输栅极电极tx2、光电转换单元1的表面保护层2、电荷保持单元3的表面保护层4以及fd单元6。随后，在图5c中所示的处理中，形成遮光层11和接触部12。之后，适当地形成诸如布线结构、滤色器、微透镜和波导之类的部分。

根据本示例性实施例中描述的成像装置的配置和形成方法，传输特性的提高和击穿的抑制可以兼容。结果，可以形成具有高图像质量的成像装置。

下面将描述第二示例性实施例。本示例性实施例的成像装置与第一示例性实施例的不同之处在于，击穿防止层31和传输辅助层32被设置成与电荷保持单元3接触。以下将主要描述与第一示例性实施例不同的点。将不描述与第一示例性实施例类似的部分。

在本示例性实施例中，除了击穿防止层31和传输辅助层32之外的元件的电路布置和平面结构与第一示例性实施例中的那些类似。换句话说，图1和图2分别示意性地示出了根据本示例性实施例的像素的电路布置和根据本示例性实施例的像素的平面结构。

图6是示意性地示出了沿着图2中的点a到点b的线的截面结构的图。与图1至图5中示出的部件类似的部件设置有与图1至图5中相同的附图标记。

如图6中所示，击穿防止层31和传输辅助层32被设置为与电荷保持单元3接触。根据这种配置，电荷可以被有效地传输。当导通电压被施加到第二传输栅极电极tx2以执行从电荷保持单元3到fd单元6的电荷传输时，可以在第二传输栅极电极tx2下方的大部分区域中降低电势。结果，可以容易地执行传输。换句话说，因为可以容易地执行传输，所以与击穿防止层31和传输辅助层32不延伸的情况相比，可以减小要施加到第二传输栅极电极tx2的导通电压。结果，可以降低功耗。

下面将描述第三示例性实施例。本示例性实施例的成像装置与第一和第二示例性实施例的不同之处在于，第二击穿防止层33和第二传输辅助层34被设置在第一传输栅极电极tx1下方。下面将主要描述与第一和第二示例性实施例不同的点。将不描述类似于第一或第二示例性实施例的部分。

在本示例性实施例中，除了第二击穿防止层33和第二传输辅助层34之外的元件的电路布置和平面结构与第一示例性实施例类似。换句话说，图1和图2分别示意性地示出了根据本示例性实施例的像素的电路布置和根据本示例性实施例的像素的平面结构。

图7是示意性地示出了沿着图2中的点a到点b的线的截面结构的图。与图1至图5中示出的部件类似的部件设置有与图1至图5中相同的附图标记。

第二击穿防止层33和第二传输辅助层34被形成在第一传输栅极电极tx1的下方。第二击穿防止层33是p型半导体区域。第二击穿防止层33被设置在光电转换单元1和电荷保持单元3之间，与电荷保持单元3接触。这种布置允许第二击穿防止层33防止或抑制电荷从光电转换单元1向电荷保持单元3的泄漏。

第二传输辅助层34被形成在第二击穿防止层33上。换句话说，第二传输辅助层34被形成在第二击穿防止层33与半导体区域的表面之间。第二传输辅助层34是n型半导体区域。第二传输辅助层34被形成为减小由形成第二击穿防止层33所引起的势垒。结果，电荷可以容易地从光电转换单元1传输到电荷保持单元3。另外，与不存在第二传输辅助层34的情况相比，可以减小要施加到第一传输栅极电极tx1以导通第一传输晶体管14的导通电压。结果，可以减少功耗。

将描述用于制造本示例性实施例的成像装置的方法。在图5a中所示的处理中，可以同时形成击穿防止层31和第二击穿防止层33。在图10中所示的掩模51中设置与光电转换单元1和电荷保持单元3之间的区域相对应的开口。可以通过使用具有两个开口的掩模51执行杂质注入来同时形成击穿防止层31和第二击穿防止层33。

第二传输辅助层34通过使用与用于形成第二击穿防止层33的掩模相同的掩模进行杂质注入而形成。这可以防止第二击穿防止层33和第二传输辅助层34之间发生未对准。此外，传输辅助层32和第二传输辅助层34可以同时形成。

形成方法不限于上述示例，并且可以在本示例性实施例的应用范围内适当地修改。

第二击穿防止层33和第二传输辅助层34形成pn结。由这些层形成的pn结形成pn结部分xj的一部分。如图7中所示，在第一传输栅极电极tx1下方的区域中，pn结部分xj被形成为远离栅极氧化膜的界面(半导体区域的表面)。这样的配置可以抑制由于形成势垒而引起的电荷传输困难，并且因此可以减少传输电荷所需的时间。

对于第一传输晶体管14和第二传输晶体管15两者，通过采用本示例性实施例中描述的配置和形成方法，传输效率的提高和击穿抑制可以一起进行。

下面将描述第四示例性实施例。本示例性实施例的成像装置与第一至第三示例性实施例的不同之处在于，在电荷传输方向上，第二传输栅极电极tx2的长度(栅极长度)比第一传输栅极电极tx1的长度(栅极长度)短。下面将主要描述与第一至第三示例性实施例不同的点。将不描述与第一至第三示例性实施例中的任何一个类似的部分。

在本示例性实施例中，除了第一传输栅极电极tx1和第二传输栅极电极tx2之外的元件的电路布置和平面结构与第一示例性实施例中的那些类似。换句话说，图1和图2分别示意性地示出了根据本示例性实施例的像素的电路布置和根据本示例性实施例的像素的平面结构。

图8是示意性地示出了沿着图2中的点a到点b的线的截面结构的图。与图1至图5中示出的部件类似的部件设置有与图1至图5中相同的附图标记。

如图8中所示，第二传输栅极电极tx2的栅极长度比第一传输栅极电极tx1短。典型地，栅极长度是在沿着电荷传输方向的截面中在与半导体基板的横截面平行的方向上的长度。如图2中所示，假定传输栅极电极的平面形状具有彼此平行的第一边和第二边，第一边在设置有光电转换单元1的一侧，并且第二边在设置有电荷保持单元3的一侧。在这种情况下，可以将这两个边之间的距离作为栅极长度。

本示例性实施例的配置可以减少将电荷从电荷保持单元3传输到fd单元6所需的时间。因为第二传输栅极电极tx2的栅极长度较短，所以电荷保持单元3的电荷被立即传输到具有较低电势的fd单元6。包括第二传输栅极电极tx2的第二传输晶体管15被逐行地依次驱动。换句话说，电荷被逐行地依次从电荷保持单元3传输到fd单元6。因此，通过减少第二传输晶体管15传输电荷所需的时间，可以大大缩短读取一帧信号所需的时间。结果，可以提高帧速率。

下面将描述第五示例性实施例。本示例性实施例的成像装置具有与第一至第四示例性实施例中的每一个的成像装置不同的平面结构。下面将主要描述与第一至第四示例性实施例不同的点。将不描述与第一至第四示例性实施例中的任一个类似的部分。

图9是示意性地示出了根据本示例性实施例的像素p1的平面结构的图。与图1至图8中所示的部件类似的部件设置有与图1至图8中相同的附图标记。

光电转换单元1和电荷保持单元3被设置为彼此面对。第一传输晶体管14的第一传输栅极电极tx1被形成在光电转换单元1与电荷保持单元3之间。ofd单元(电源节点20)被设置为面对光电转换单元1。ofd晶体管19的栅极电极ofg被形成在光电转换单元1和ofd单元之间。fd单元6相对于电荷保持单元3被设置在与设置光电转换单元1的一侧相同的一侧。第二传输晶体管15的第二传输栅极电极tx2被形成在电荷保持单元3和fd单元6之间。在传输栅极电极tx1和tx2中的每个中，将平行于传输方向的方向上的长度作为栅极长度，并将垂直于传输方向的方向上的长度作为栅极宽度。诸如复位晶体管16、放大晶体管17和选择晶体管18之类的晶体管被设置在像素晶体管区域90中。

光电转换单元1和fd单元6被设置在电荷保持单元3的一侧。因此，第一传输栅极电极tx1中的传输方向和第二传输栅极电极tx2中的传输方向是相反的方向。此外，第一传输栅极电极tx1下方的传输通道和第二传输栅极电极tx2下方的传输通道被平行地形成。这种平面结构可以增加电荷保持单元3的面积。结果，可以提高像素p1的饱和电荷量。

第一至第四示例性实施例中的每一个的结构适用于本示例性实施例的像素p1的截面结构。换句话说，图3、图6、图7和图8中的每个示出了沿着从图9中的点a到点b的虚线的截面结构。

图11是示出了根据本公开的第六示例性实施例的成像系统的配置的图。成像系统800包括光学单元810、成像装置820、视频信号处理单元830、记录通信单元840、定时控制单元850、系统控制单元860和再现显示单元870。在第一至第五示例性实施例中的每一个中描述的成像装置被用作成像装置820。

光学单元810是包括诸如透镜之类的部件的光学系统。光学单元810将来自被摄体的光聚焦在成像装置820的像素阵列上。多个像素被二维地布置在像素阵列中。由此形成被摄体的图像。成像装置820在基于来自定时控制单元850的信号的定时处输出根据聚焦在像素上的光的信号。从成像装置820输出的信号被输入到视频信号处理单元830中。视频信号处理单元830根据由程序确定的方法对输入信号执行处理。通过视频信号处理单元830中的处理获得的信号作为图像数据被发送到记录通信单元840。记录通信单元840将用于形成图像的信号发送到再现显示单元870。再现显示单元870再现运动图像或静止图像并显示再现的图像。此外，记录通信单元840在从视频信号处理单元830接收到信号时与系统控制单元860通信，并且执行用于将用于形成图像的信号记录到记录介质(未示出)中的操作。

系统控制单元860全面地控制成像系统800的操作。具体地，系统控制单元860控制光学单元810、定时控制单元850、记录通信单元840和再现显示单元870的驱动。此外，系统控制单元860包括用作记录介质的存储设备(未示出)。例如，存储设备记录用于控制成像系统800的操作的程序。此外，系统控制单元860例如根据由用户执行的操作将用于切换驱动模式的信号供给到成像系统800中。具体地，例如，供给用于切换的信号以用于以下操作：改变用于读出的行或要被复位的行，根据电子变焦改变视场角，或者根据电子图像稳定功能引起场角位移。定时控制单元850基于系统控制单元860的控制来控制用于驱动成像装置820和视频信号处理单元830的定时。

通过安装根据第一至第六示例性实施例中的每一个的成像装置820，可以在成像系统800中获得类似于第一至第五示例性实施例中的每一个的效果。

下面将描述根据本公开的第七示例性实施例的移动体。本示例性实施例的移动体是具有车载照相机的汽车。图12a示意性地示出了汽车2100的外观和主要内部结构。汽车2100包括成像装置2102、成像系统集成电路(专用集成电路(asic))2103、警报设备2112和主控制单元2113。

在上述示例性实施例中的每一个中描述的成像装置被用于成像装置2102。当从诸如成像系统、车辆传感器和控制单元之类的任何设备接收到指示异常的信号时，警报设备2112向驾驶员发出警告。主控制单元2113全面地控制诸如成像系统、车辆传感器和控制单元之类的设备的操作。汽车2100可以不包括主控制单元2113。在这种情况下，成像系统、车辆传感器和控制单元各自具有通信接口，并且通过通信网络(例如，控制器局域网(can)标准)单独地执行控制信号的发送和接收。

图12b是示出了汽车2100的系统配置的框图。汽车2100包括各自用作成像装置2102的第一成像装置2102和第二成像装置2102。换句话说，本示例性实施例的车载照相机是立体照相机。光学单元2114在成像装置2102上形成被摄体图像。图像预处理单元2115处理从成像装置2102输出的像素信号。处理后的信号被发送到成像系统集成电路2103。图像预处理单元2115执行诸如sn计算和同步信号加法之类的处理。

成像系统集成电路2103包括图像处理单元2104、存储器2105、光学距离测量单元2106、视差计算单元2107、物体识别单元2108、异常检测单元2109和外部接口(i/f)单元2116。图像处理单元2104处理像素信号，并由此产生图像信号。此外，图像处理单元2104执行图像信号的校正和异常像素的插补。存储器2105临时保存图像信号。存储器2105可以预先存储成像装置2102的已知异常像素的位置。光学距离测量单元2106通过使用图像信号来执行被摄体的聚焦或距离测量。视差计算单元2107执行视差图像的被摄体匹配(立体匹配)。物体识别单元2108分析图像信号，由此识别诸如汽车、人员、交通标志或道路之类的被摄体。异常检测单元2109检测成像装置2102的故障或事故。当检测到故障或事故时，异常检测单元2109向主控制单元2113发送指示检测到异常的信号。外部i/f单元2116传达成像系统集成电路2103的每个单元和主控制单元2113或诸如各种控制单元之类的设备之间的信息交换。

汽车2100包括车辆信息获取单元2110和驾驶支持单元2111。车辆信息获取单元2110包括如下的车辆传感器，诸如速度/加速度传感器、角速度传感器、舵角传感器、距离雷达和压力传感器。

驾驶支持单元2111包括碰撞确定单元。碰撞确定单元基于来自光学距离测量单元2106、视差计算单元2107和物体识别单元2108的信息来确定是否存在与物体碰撞的可能性。光学距离测量单元2106和视差计算单元2107是获取指示到目标物体的距离的信息的距离信息获取单元的示例。换句话说，距离信息是诸如视差、离焦量和到目标物体的距离之类的信息。碰撞确定单元可以通过使用这些距离信息中的任何一个来确定碰撞的可能性。距离信息获取单元可以通过专门设计的硬件来实现，或者可以通过软件模块来实现。

已经描述了驾驶支持单元2111控制汽车2100不与其他物体碰撞的示例。然而，上述配置适用于跟随其他车辆的自动驾驶的控制，以及用于自动驾驶以不偏离车道的控制。

汽车2100还包括用于行驶运动中的诸如安全气囊、加速器、制动器、转向器和变速器之类的驱动单元。另外，汽车2100包括用于这些驱动单元的控制单元。基于主控制单元2113的控制信号，控制单元控制相应的驱动单元。

本示例性实施例中使用的成像系统不仅适用于汽车，而且适用于诸如船舶、飞机或工业机器人之类的移动体(移动装置)。另外，成像系统不仅适用于运动物体，而且适用于广泛使用物体识别的装置，例如智能交通系统(its)。

如上所述，在使用汽车的示例性实施例中，根据第一至第五示例性实施例中的任何一个的成像装置用于成像装置2102。根据这种配置，可以获得类似于第一至第五示例性实施例中的每一个的效果。

虽然已经参考示例性实施例描述了本公开，但应理解，本公开不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释以涵盖所有这些修改以及等同的结构和功能。