(57)【要約】  赤色光、緑色光および青色光用の２画素検出方式を含むＣＭＯＳ結像デバイス。１つの画素が、赤色光および青色光を検出し、別の画素が緑色光を検出する。赤色および青色の検出は波長に基づき、またこのデバイスは、赤色／青色画素中で青色光の検出が浅い基板深さで行われ、赤色光の検出がより深い基板深さで行われるような構造になっている。この画素アレイは、赤色／青色画素が緑色画素に隣接し、赤色／青色画素と緑色画素とが交互に配列されるような構造になっている。本発明は、このような結像アレイおよび画素を形成する方法にも関する。
2007524985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面を有する基板と、
前記基板の前記表面より下の第１吸収深さの所に位置する、第１波長光用の第１色成分光変換デバイスと、
前記基板の前記表面より下の第２吸収深さの所に位置する、第２波長光用の第２色成分光変換デバイスとを備え、
前記第１色成分光変換デバイスおよび前記第２色成分光変換デバイスが、前記第１色成分光変換デバイスが前記第２色成分光変換デバイスよりも前記基板の前記表面に近接して配置され、かつ前記第１および第２色成分光変換デバイスが、前記基板の光生成電荷を生じない領域によって互いに深さ方向に離して配置されるように、前記基板内で縦方向に重なり合い、
さらに、前記第１および第２色成分光変換デバイスにそれぞれ結合され、前記第１および第２色成分光変換デバイスによって生成されるそれぞれの電荷に対応する出力信号を提供するための、２色出力処理回路を備える、２色画素。
【請求項２】
前記第１および第２色成分光変換デバイスがフォトダイオードである、請求項１に記載の２色画素。
【請求項３】
前記第１および第２フォトダイオードがＰＩＮフォトダイオードである、請求項２に記載の２色画素。
【請求項４】
前記第１色成分光変換デバイスが青色光センサである、請求項１に記載の２色画素。
【請求項５】
前記青色光センサが、前記基板の前記上表面から約０．５〜約１．０μｍの深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項４に記載の第１色成分光変換デバイス。
【請求項６】
前記第２色成分光変換デバイスが赤色光センサである、請求項１に記載の２色画素。
【請求項７】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上表面から約２．０μｍ以上の深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項６に記載の光変換デバイス。
【請求項８】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上表面から約５．０μｍ以上の深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項６に記載の光変換デバイス。
【請求項９】
前記第２色成分光変換デバイスによって生成された電荷を受け取る前記基板内の領域への、前記第１色成分光変換デバイスによって生成された電荷の横方向電荷転送を最小限にするための分離領域をさらに備える、請求項１に記載の２色画素。
【請求項１０】
前記分離領域が、浅いトレンチ分離領域である、請求項９に記載の２色画素。
【請求項１１】
前記第１色成分光変換デバイスが、転送トランジスタと、リセット・トランジスタと、ソース・フォロワ・トランジスタと、行選択トランジスタとを備える４トランジスタ画素回路の一部分である、請求項１に記載の２色画素。
【請求項１２】
前記第１光変換デバイスに隣接して形成され、前記第１光変換デバイスから転送される画像電荷を受け取るためのドープ領域をさらに備える、請求項１１に記載の第１色成分光変換デバイス。
【請求項１３】
前記ドープ領域がｎ＋である、請求項１２に記載の第１色成分光変換デバイス。
【請求項１４】
前記ドープ領域がフローティング拡散領域である、請求項１２に記載の第１色成分光変換デバイス。
【請求項１５】
前記第１光変換デバイスと前記ドープ領域の間に形成され、前記ドープ領域に蓄積された画像電荷をゲートするための転送ゲートをさらに備える、請求項１２に記載の第１色成分光変換デバイス。
【請求項１６】
前記第２色成分光変換デバイスが、転送トランジスタと、リセット・トランジスタと、ソース・フォロワ・トランジスタと、行選択トランジスタとを備える４トランジスタ画素回路の一部分である、請求項１に記載の２色画素。
【請求項１７】
前記第２光変換デバイスに隣接して形成され、前記第２光変換デバイスから転送される画像電荷を受け取るための第１ドープ領域をさらに備える、請求項１６に記載の第２色成分光変換デバイス。
【請求項１８】
前記第１ドープ領域がｎ−である、請求項１７に記載の第２色成分光変換デバイス。
【請求項１９】
前記第１ドープ領域が、前記第２光変換デバイスから転送される画像電荷を受け取るための第２ドープ領域に、前記第２色成分光変換デバイスを接続する、請求項１７に記載の第２色成分光変換デバイス。
【請求項２０】
前記第２ドープ領域がｎ＋である、請求項１９に記載の第２色成分光変換デバイス。
【請求項２１】
前記第２ドープ領域が、フローティング拡散領域である、請求項１９に記載の第２色成分光変換デバイス。
【請求項２２】
前記第２光変換デバイスと前記第２ドープ領域の間に形成され、前記第２ドープ領域に蓄積された画像電荷をゲートするための転送ゲートをさらに備える、請求項１９に記載の第２色成分光変換デバイス。
【請求項２３】
前記第１色成分光変換デバイスが、リセット・トランジスタと、ソース・フォロワ・トランジスタと、行選択トランジスタとを備える３トランジスタ画素回路の一部分である、請求項１に記載の２色画素。
【請求項２４】
前記第１光変換デバイスによって生成された電荷がドープ領域に転送される、請求項２３に記載の第１色成分光変換デバイス。
【請求項２５】
前記ドープ領域がｎ＋である、請求項２４に記載の第１色成分光変換デバイス。
【請求項２６】
前記ドープ領域が、フローティング拡散領域である、請求項２４に記載の第１色成分光変換デバイス。
【請求項２７】
前記第２色成分光変換デバイスが、リセット・トランジスタと、ソース・フォロワ・トランジスタと、行選択トランジスタとを備える３トランジスタ画素回路の一部分である、請求項１に記載の２色画素。
【請求項２８】
前記第２光変換デバイスに隣接して形成され、前記第２光変換デバイスから転送される画像電荷を受け取るための第１ドープ領域をさらに備える、請求項２７に記載の第２色成分光変換デバイス。
【請求項２９】
前記第１ドープ領域がｎ−である、請求項２８に記載の第２色成分光変換デバイス。
【請求項３０】
前記第１ドープ領域が、前記第２光変換デバイスから転送される画像電荷を受け取るための第２ドープ領域に、前記第２色成分光変換デバイスを接続する、請求項２８に記載の第２色成分光変換デバイス。
【請求項３１】
前記第２ドープ領域がｎ＋である、請求項３０に記載の第２色成分光変換デバイス。
【請求項３２】
前記第２ドープ領域が、フローティング拡散領域である、請求項３０に記載の第２色成分光変換デバイス。
【請求項３３】
ドープ領域が、前記第１光変換デバイスを接地回路に接続する、請求項１に記載の２色画素。
【請求項３４】
前記ドープ領域がｐ＋ドープ領域である、請求項３３に記載の第１色成分光変換デバイス。
【請求項３５】
ドープ領域が、前記第２光変換デバイスを接地回路に接続する、請求項１に記載の２色画素。
【請求項３６】
前記ドープ領域がｐ＋ドープ領域である、請求項３５に記載の第２色成分光変換デバイス。
【請求項３７】
前記第１および第２色成分光変換デバイスのドープ領域が、上から見たとき寸法が合致しない、請求項１に記載の２色画素。
【請求項３８】
前記第１光変換デバイスの前記ドープ領域が、上から見たとき前記第２光変換デバイスの前記ドープ領域より小さな面積を占める、請求項３７に記載の２色画素。
【請求項３９】
前記第１および第２色成分光変換デバイスのドープ領域が、上から見たとき形が合致しない、請求項１に記載の２色画素。
【請求項４０】
行および列からなるアレイ状に配列された複数の第１および第２画素を含む基板を備え、
前記第１画素が、前記基板の前記表面より下の、第１色波長光に最適な吸収深さに対応する第１深さの所に位置する第１色成分光変換デバイスと、前記基板の前記表面より下の、第２色波長光に最適な吸収深さに対応する第２深さの所に位置する第２色成分光変換デバイスとを備え、
前記第１色成分光変換デバイスおよび前記第２色成分光変換デバイスが、前記第１色成分光変換デバイスが前記第２色成分光変換デバイスよりも前記基板の前記表面に近接して配置され、かつ前記第１および第２色成分光変換デバイスが、光生成電荷を生じない前記基板のある領域によって互いに深さ方向にある領域だけ離して配置されるように、前記基板内で縦方向に重なり合い、
前記第２画素が、第３色波長光用の第３色成分光変換デバイスを備え、
前記第１および第２画素が前記アレイ中で交互のパターンで配置される、画素センサ・セルのアレイ。
【請求項４１】
前記第１画素が、赤色光および青色光を感知する、請求項４０に記載のアレイ。
【請求項４２】
前記第１色成分光変換デバイスが、青色光センサである、請求項４０に記載のアレイ。
【請求項４３】
前記青色光センサが、前記基板の前記上表面から約０．５〜約１．０μｍの深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項４２に記載の第１色成分光変換デバイス。
【請求項４４】
前記第２色成分光変換デバイスが、赤色光センサである、請求項４０に記載のアレイ。
【請求項４５】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上表面から約２．０μｍ以上の深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項４４に記載の第２光変換デバイス。
【請求項４６】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上表面から約５．０μｍ以上の深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項４４に記載の第２光変換デバイス。
【請求項４７】
前記第２色成分光変換デバイスによって生成された電荷を受け取る前記基板内の領域への、前記第１色成分光変換デバイスによって生成された電荷の横方向電荷転送を最小限にするための分離領域をさらに備える、請求項４０に記載のアレイ。
【請求項４８】
ドープ領域が、前記第１光変換デバイスを接地回路に接続する、請求項４０に記載のアレイ。
【請求項４９】
前記ドープ領域がｐ＋ドープ領域である、請求項４８に記載の第１色成分光変換デバイス。
【請求項５０】
ドープ領域が、前記第２光変換デバイスを接地回路に接続する、請求項４０に記載のアレイ。
【請求項５１】
前記ドープ領域がｐ＋ドープ領域である、請求項５０に記載の第２色成分光変換デバイス。
【請求項５２】
前記第１および第２色成分光変換デバイスのドープ領域が、上から見たとき寸法が合致しない、請求項４０に記載のアレイ。
【請求項５３】
前記第１光変換デバイスの前記ドープ領域が、上から見たとき前記第２光変換デバイスの前記ドープ領域より小さな面積を占める、請求項５２に記載のアレイ。
【請求項５４】
前記第１および第２色成分光変換デバイスのドープ領域が、上から見たとき形が合致しない、請求項４０に記載のアレイ。
【請求項５５】
前記各第２画素がそれぞれ、緑色光を感知する、請求項４０に記載のアレイ。
【請求項５６】
前記交互のパターンが、市松模様である、請求項４０に記載のアレイ。
【請求項５７】
行および列に配列され、セルによって検出された光の強度に応答して拡散ノードで少なくとも１つの電圧を生成するように動作可能な各画素セルのアレイを備え、
画素セルの前記アレイが、複数の第１画素セルおよび複数の第２画素セルを備え、前記第１および第２画素セルが前記アレイ中で交互のパターンで配列され、
前記各第１画素セルが、基板の前記表面より下の、第１色波長光に最適な吸収深さに対応する第１深さの所に位置する第１色成分光変換デバイスと、前記基板の前記表面より下の、第２色波長光のための最適な吸収深さに対応する第２深さの所に位置する第２色成分光変換デバイスとを備え、
前記第１色成分光変換デバイスおよび前記第２色成分光変換デバイスが、前記第１色成分光変換デバイスが前記第２色成分光変換デバイスよりも前記基板の前記表面に近接して配置され、かつ前記第１および第２色成分光変換デバイスが、前記基板の光生成電荷を生じない領域によって互いに深さ方向にある領域だけ離して配置されるように、前記基板内で縦方向に重なり合い、
前記各第２画素セルが、第３色波長光用の第３色成分光変換デバイスを備え、
さらに、前記アレイに結合され、それから画像信号を生成するための処理回路を備える結像システム。
【請求項５８】
前記各第１画素セルが、赤色光および青色光を感知する、請求項５７に記載のシステム。
【請求項５９】
前記第１色成分光変換デバイスが青色光センサである、請求項５７に記載のシステム。
【請求項６０】
前記青色光センサが、前記基板の前記上表面から約０．５μｍ〜約１．０μｍの深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項５９に記載の第１色成分光変換デバイス。
【請求項６１】
前記第２色成分光変換デバイスが赤色光センサである、請求項５７に記載のシステム。
【請求項６２】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上表面から約２．０μｍ以上の深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項６１に記載の第２色成分光変換デバイス。
【請求項６３】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上表面から約５．０μｍ以上の深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項６１に記載の第２色成分光変換デバイス。
【請求項６４】
各第２画素が、緑色光を感知する、請求項５７に記載のシステム。
【請求項６５】
前記第２色成分光変換デバイスによって生成された電荷を受け取る前記基板内の領域への、前記第１色成分光変換デバイスによって生成された電荷の横方向電荷転送を最小限にするための分離領域をさらに備える、請求項５７に記載のシステム。
【請求項６６】
ドープ領域が、前記第１光変換デバイスを接地回路に接続する、請求項５７に記載のシステム。
【請求項６７】
前記ドープ領域がｐ＋ドープ領域である、請求項６６に記載の第１色成分光変換デバイス。
【請求項６８】
ドープ領域が、前記第２光変換デバイスを接地回路に接続する、請求項５７に記載のシステム。
【請求項６９】
前記ドープ領域が、ｐ＋ドープ領域である、請求項６８に記載の第２色成分光変換デバイス。
【請求項７０】
前記第１および第２色成分光変換デバイスのドープ領域が、上から見たとき寸法が合致しない、請求項５７に記載のシステム。
【請求項７１】
前記第１光変換デバイスの前記ドープ領域が、上から見たとき前記第２光変換デバイスの前記ドープ領域より小さな面積を占める、請求項７０に記載のシステム。
【請求項７２】
前記第１および第２色成分光変換デバイスのドープ領域が、上から見たとき形が合致しない、請求項５７に記載のシステム。
【請求項７３】
基板内に形成されたドープ層と、
前記ドープ層中に形成された第１および第２画素セルのアレイであって、
前記各第１画素セルが、基板の前記表面より下の、第１色波長光に最適な吸収深さに対応する第１深さの所に位置する第１色成分光変換デバイスと、前記基板の前記表面より下の、第２色波長光のための最適な吸収深さに対応する第２深さの所に位置する第２色成分光変換デバイスとを備え、
前記第１色成分光変換デバイスおよび前記第２色成分光変換デバイスが、前記第１色成分光変換デバイスが前記第２色成分光変換デバイスよりも前記基板の前記表面に近接して配置され、かつ前記第１および第２色成分光変換デバイスが、前記基板の光生成電荷を生じない領域によって互いに深さ方向にある領域だけ離して配置されるように、前記基板内で縦方向に重なり合い、
前記各第２画素セルが、第３色波長光用の第３色成分光変換デバイスを備えるアレイと、
前記基板内に形成され、アレイに電気的に接続され、アレイからの画像出力を表す信号を受け取りかつ処理するため、また画像出力を表す出力信号を提供するための信号回路とを備える、結像デバイス。
【請求項７４】
前記各第１画素セルが、赤色光および青色光を感知する、請求項７３に記載の結像デバイス。
【請求項７５】
前記第１色成分光変換デバイスが青色光センサである、請求項７３に記載の結像デバイス。
【請求項７６】
前記青色光センサが、前記基板の前記上表面から約０．５μｍ〜約１．０μｍの深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項７５に記載の第１色成分光変換デバイス。
【請求項７７】
前記第２色成分光変換デバイスが赤色光センサである、請求項７３に記載の結像デバイス。
【請求項７８】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上表面から約２．０μｍ以上の深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項７７に記載の第２色成分光変換デバイス。
【請求項７９】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上表面から約５．０μｍ以上の深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項７７に記載の第２色成分光変換デバイス。
【請求項８０】
前記各第２画素がそれぞれ、緑色光を感知する、請求項７３に記載の結像デバイス。
【請求項８１】
前記第２色成分光変換デバイスによって生成された電荷を受け取る前記基板内の領域への、前記第１色成分光変換デバイスによって生成された電荷の横方向電荷転送を最小限にするための分離領域をさらに備える、請求項７３に記載の結像デバイス。
【請求項８２】
ドープ領域が、前記第１光変換デバイスを接地回路に接続する、請求項７３に記載の結像デバイス。
【請求項８３】
前記ドープ領域が、ｐ＋ドープ領域である、請求項８２に記載の第１色成分光変換デバイス。
【請求項８４】
ドープ領域が、前記第２光変換デバイスを接地回路に接続する、請求項７３に記載の結像デバイス。
【請求項８５】
前記ドープ領域が、ｐ＋ドープ領域である、請求項８４に記載の第２色成分光変換デバイス。
【請求項８６】
前記第１および第２色成分光変換デバイスのドープ領域が、上から見たとき寸法が合致しない、請求項７３に記載の結像デバイス。
【請求項８７】
前記第１光変換デバイスの前記ドープ領域が、上から見たとき前記第２光変換デバイスの前記ドープ領域より小さな面積を占める、請求項８６に記載の結像デバイス。
【請求項８８】
前記第１および第２色成分光変換デバイスのドープ領域が、上から見たとき形が合致しない、請求項７３に記載の結像デバイス。
【請求項８９】
基板内で、前記基板の表面より下の、第１色波長光に最適な吸収深さに対応する第１深さの所に、第１色成分光変換デバイスを形成すること、および
前記基板内で、第２色波長光に最適な吸収深さに対応する第２深さの所に、第２色成分光変換デバイスを形成することを含み、
前記第２色成分光変換デバイスが、前記基板内で、前記基板の光変換デバイスを含まない領域によって前記第１色成分光変換デバイスから分離され、
前記第１色成分光変換デバイスおよび前記第２色成分光変換デバイスが、前記第１色成分光変換デバイスが前記第２色成分光変換デバイスよりも前記基板の前記表面に近接して配置され、かつ前記第１および第２色成分光変換デバイスが、前記基板の光生成電荷を生じない領域によって互いに深さ方向にある領域だけ離して配置されるように、前記基板内で縦方向に重なり合って形成されている、２色センサ付き画素センサ・セルの形成方法。
【請求項９０】
前記第１色成分光変換デバイスが青色光センサである、請求項８９に記載の方法。
【請求項９１】
前記青色光センサが、前記基板の前記上表面から約０．５μｍ〜約１．０μｍの深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項９０に記載の第１色成分光変換デバイス。
【請求項９２】
前記第２色成分光変換デバイスが赤色光センサである、請求項８９に記載の方法。
【請求項９３】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上表面から約２．０μｍ以上の深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項９２に記載の光変換デバイス。
【請求項９４】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上表面から約５．０μｍ以上の深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項９２に記載の光変換デバイス。
【請求項９５】
前記第２色成分光変換デバイスによって生成された電荷を受け取る前記基板内の領域への、前記第１色成分光変換デバイスによって生成された電荷の横方向電荷転送を最小限にするための分離領域をさらに備える、請求項８９に記載の方法。
【請求項９６】
ドープ領域が、前記第１光変換デバイスを接地回路に接続する、請求項８９に記載の方法。
【請求項９７】
前記ドープ領域が、ｐ＋ドープ領域である、請求項９６に記載の第１色成分光変換デバイス。
【請求項９８】
ドープ領域が、前記第２光変換デバイスを接地回路に接続する、請求項８９に記載の方法。
【請求項９９】
前記ドープ領域がｐ＋ドープ領域である、請求項９８に記載の第２色成分光変換デバイス。
【請求項１００】
前記第１および第２色成分光変換デバイスのドープ領域が、上から見たとき寸法が合致しない、請求項８９に記載の方法。
【請求項１０１】
前記第１光変換デバイスの前記ドープ領域が、上から見たとき前記第２光変換デバイスの前記ドープ領域より小さな面積を占める、請求項１００に記載の方法。
【請求項１０２】
前記第１および第２色成分光変換デバイスのドープ領域が、上から見たとき形が合致しない、請求項８９に記載の方法。
【請求項１０３】
基板上に、複数の第１および第２画素が行および列からなるアレイ状に配列された複数の第１および第２画素を形成すること、
前記基板の前記表面より下の、第１色波長光に最適な吸収深さに対応する第１深さの所に位置する第１色成分光変換デバイスを前記第１画素中に形成すること、および
前記基板の前記表面より下の、第２色波長光のための最適な吸収深さに対応する第２深さの所に位置する、第２色成分光変換デバイスを前記第１画素中に形成することを含み、
前記第１色成分光変換デバイスおよび前記第２色成分光変換デバイスが、前記第１色成分光変換デバイスが前記第２色成分光変換デバイスよりも前記基板の前記表面に近接して配置され、かつ前記第１および第２色成分光変換デバイスが、前記基板の光生成電荷を生じない領域によって互いに深さ方向にある領域だけ離して配置されるように、前記基板内で縦方向に重なり合い、
さらに、第３色波長光用の第３色成分光変換デバイスを備える前記第２画素を形成することを含み、
前記第１および第２画素が前記アレイ中で交互のパターンで配列されている、画素センサ・セルのアレイを形成する方法。
【請求項１０４】
前記第１色成分光変換デバイスが青色光センサである、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１０５】
前記青色光センサが、前記基板の前記上表面から約０．５μｍ〜約１．０μｍの深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項１０４に記載の第１色成分光変換デバイス。
【請求項１０６】
前記第２色成分光変換デバイスが赤色光センサである、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１０７】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上表面から約２．０μｍ以上の深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項１０６に記載の光変換デバイス。
【請求項１０８】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上表面から約５．０μｍ以上の深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項１０６に記載の光変換デバイス。
【請求項１０９】
前記第３色成分光変換デバイスが緑色光センサである、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１１０】
前記交互のパターンが、市松模様である、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１１１】
前記第２色成分光変換デバイスによって生成された電荷を受け取る前記基板内の領域への、前記第１色成分光変換デバイスによって生成された電荷の横方向電荷転送を最小限にするための分離領域をさらに備える、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１１２】
ドープ領域が、前記第１光変換デバイスを接地回路に接続する、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１１３】
前記ドープ領域がｐ＋ドープ領域である、請求項１１２に記載の第１色成分光変換デバイス。
【請求項１１４】
ドープ領域が、前記第２光変換デバイスを接地回路に接続する、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１１５】
前記ドープ領域がｐ＋ドープ領域である、請求項１１４に記載の第２色成分光変換デバイス。
【請求項１１６】
前記第１および第２色成分光変換デバイスのドープ領域が、上から見たとき寸法が合致しない、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１１７】
前記第１光変換デバイスの前記ドープ領域が、上から見たとき前記第２光変換デバイスの前記ドープ領域より小さな面積を占める、請求項１１６に記載の方法。
【請求項１１８】
前記第１および第２色成分光変換デバイスのドープ領域が、上から見たとき形が合致しない、請求項１０３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にＣＭＯＳカラー画像センサおよびそれらの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＣＭＯＳ結像回路は、画素セルの焦点面アレイを備える。この各セルは光変換デバイス、たとえば光ゲート、光導電体、またはフォトダイオードを備える。各画素セルに接続されている読取り回路は、一般に少なくとも１つの出力トランジスタを備える。この光変換デバイスは、光子を電子に変換し、この電子は、一般にソース・フォロワ出力トランジスタのゲートに接続されたフローティング拡散領域に転送される。また電荷転送デバイスを含めることもでき、この電荷転送デバイスは、電荷を光変換デバイスからフローティング拡散領域に転送するためのトランジスタでよい。一般に、結像セルはまた、電荷転送の前に、フローティング拡散領域を所定の電荷レベルに再設定するためのトランジスタをも有する。ソース・フォロワ・トランジスタの出力は、行選択トランジスタによって出力信号としてゲートされる。
【０００３】
例示のＣＭＯＳ結像回路、その加工の諸段階、および結像回路の様々なＣＭＯＳ素子の機能についての詳細な説明が、たとえば、ローズ（Rhodes）の米国特許第6,140,630号、ローズ（Rhodes）の米国特許第6,376,868号、ローズ（Rhodes）等の米国特許第6,310,366号、ローズ（Rhodes）の米国特許第6,326,652号、ローズ（Rhodes）の米国特許第6,204,524号、ローズ（Rhodes）の米国特許第6,333,205号に記載されている。上記の各特許の開示の全体を参照によりここに本明細書に組み込む。
【０００４】
図１には、各画素セルが上述のように構成された画素アレイ２００を有するＣＭＯＳ結像デバイス３０８のブロック線図を示す。画素アレイ２００は、所定の数の列および行に配列された複数の画素を含む。アレイ２００内の各行の画素は、全て行選択線によって同時にターンオンされ、各列の画素は、それぞれの列選択線によって選択的に出力される。複数の行と列の線が、アレイ２００全体に設けられている。行の線は、行アドレス・デコーダ２２０に応答して行ドライバ２１０によって選択的に駆動され、列選択線は、列アドレス・デコーダ２７０に応答して列ドライバ２６０によって選択的に駆動される。したがって各画素に対して列および行アドレスが与えられる。ＣＭＯＳ結像デバイスは、画素読取りのため適切な行および列を選択するためのアドレス・デコーダ２２０、２７０と、選択された行および列の線の駆動トランジスタに駆動電圧を印加する行および列ドライバ回路２１０、２６０とを制御する制御回路２５０によって動作される。一般に画素リセット信号Ｖｒｓｔおよび画素画像信号Ｖｓｉｇを含む画素列信号が、列デバイス２６０に付随するサンプル・アンド・ホールド回路２６１、２６２によって読み取られ、各画素に対する差信号Ｖｒｓｔ−Ｖｓｉｇが生成され、この差信号は、アナログ・ディジタル変換器２７５によって増幅されディジタル化される。アナログ・ディジタル変換器２７５は、列ドライバ２６０およびそれに付随するサンプル／ホールド回路２６１、２６２から受け取ったアナログ画素信号をディジタル信号に変換し、この信号が画像プロセッサ２８０に供給されてディジタル画像が形成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＣＭＯＳ画像センサの画素アレイは、通常、赤色８２、緑色８７、および青色８３の各色ごとに１画素がそれぞれ図示のモザイク・パターンで配列された、図２に示すような典型的なベイヤー・パターンに従っている。１色あたりただ１画素であるので、アレイは大きな表面積を要する。図３に示した別の種類の画素は、３色全てをシリコン基板内の異なる深さで検出することによってアレイ面積を最小限にすることを試みた画素である。米国特許出願公開第2002/0058353号を参照のこと。１画素中に３色全てに対する光変換領域を配置することの弊害の１つは、重なった光変換領域が光の波長に基づいて最適の深さに配置されていたとしても、それによって実際に色が完全に分離され識別されることができないことである。この不完全な色の分離の結果、隣接する色検出領域間のクロス・トークおよび低い量子効率が生じることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、１色、たとえば緑色用の１画素セルと、他の２色、たとえば赤色と青色兼用の別の画素セルとを設けることによって、良好な色分離を維持しながらアレイ面積を低減しようとするものである。２色を有する画素セルは、基板内の異なる深さの所に、それぞれ、色のクロス・トークを減らすために互いに離して配置された光変換デバイスを有する。２色画素は、単色画素と隣接しかつそれと交互に配置することによって、アレイの形で利用される。したがって、良好な色分離が実現されると同時に、基本色の結像領域が、従来の３画素の代わりに２画素に低減される。
【０００７】
本発明の例示的実施形態を示す以下の詳細な説明および図面から、本発明の追加の特徴が明らかになるであろう。
【０００８】
以下の詳細な説明において、本明細書の一部を成し、本発明を実施することができる特定の実施形態を例として示す添付の図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することが可能であるように十分詳細に説明されている。他の実施形態を利用することもでき、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく構造的、論理的、また電気的変更を加えることができることを理解されたい。ここで説明する加工段階の進行は、本発明の実施形態の例である。しかし諸段階の順序は本明細書に記載されたものに限定されるものでなく、必ずある順序で行われる段階以外は、当技術分野で知られているように変更されることができる。
【０００９】
本明細書で使用する用語「ウェハ」および「基板」は、シリコン、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）またはシリコン・オン・サファイア（ＳＯＳ）技法、ドープおよび非ドープ半導体、基礎の半導体用基体によって支持される、シリコンのエピタキシャル層、および他の半導体構造を含むものと理解されたい。さらに、以下の説明において「ウェハ」および「基板」に言及する場合、基礎の半導体構造または基体内にまたはその上に領域、接合または材料層を形成するために、前の加工段階が利用されていることがある。さらに、半導体はシリコン・ベースである必要はなく、シリコン・ゲルマニウム、ゲルマニウム、ヒ化ガリウムまたは他の半導体ベースのものでもよい。
【００１０】
本明細書で使用する用語「画素」は、光変換デバイスと、光子を電気信号に変換する付随のトランジスタとを含む光素子の単位セルを指すものとする。説明のために、単一の代表的な２色画素およびその形成方法が本明細書の図および記載に示されているが、一般に複数の同様な画素の製作が同時に進められる。したがって以下の詳細な説明は、制限的な意味に捉えられるべきではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求範囲によってのみ限定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に図を参照するが、図では同じ参照番号は同じ要素を示す。図４（ａ）および図４（ｂ）は、本発明による画素アレイの一部分を示す。図４（ａ）は、同一画素内の青色センサ８５および赤色センサ８６と、赤色／青色画素に隣接して配置された別の画素８７内の緑色センサとを有する、本発明による２つの隣接画素の代表的な画素レイアウトを示す。図４（ｂ）は、１つの画素９０が赤色／青色光センサ８５，８６を含み、第２の画素８７が緑色光センサを含む図４（ａ）の配置を使用した画素アレイを示す。図４（ｂ）に示すように、赤色／青色画素９０は、個々の緑色画素８７と交互の、かつそれと隣り合ったパターンで、すなわち図２の従来のベイヤー・パターン・アレイの代わりに使用できる「市松模様」型のパターンで配列される。本発明によれば、色処理に２画素領域しか必要とされず、それによって画素アレイ密度が増大する。
【００１２】
図５は、様々な光の波長について光吸収対シリコン基板深さの特性曲線を示す。図５に示すように、青色光は、約４５０ｎｍの波長を有し、最適にはシリコン中で約０．５μｍ〜１．０μｍの深さの所で吸収される。緑色光は、約５５０ｎｍの波長を有し、最適にはシリコン中で約１．５μｍの深さの所で吸収される。赤色光は、約６５０ｎｍの波長を有し、最適には約２．０μｍより深い基板深さの所で吸収される。図５から分かるように、青色光と緑色光は、互いに比較的近い深さの所で吸収される。このため、３色光センサが同一画素中で互いに重ねられた場合、接合深さのところで信号の不完全な分離が避けがたくなる。特に青色センサと緑色センサの間のこの不完全な分離の結果、クロス・トークおよび低い量子効率が生じる。
【００１３】
本発明は、青色センサ８５を基板表面から０．５μｍ〜１．０μｍの範囲の深さの所に配置し、赤色センサ８６を青色センサ８０より下、２μｍを越える深さの所に配置することによってこの問題を軽減する。こうして、これらセンサの電荷収集領域が、電荷収集の起こらない領域によって隔てられる。緑色センサは、図４に関して説明した別の画素８７中に形成される。青色センサ８５および赤色センサ８６を、その間に光センサを置かずに異なる深さの所に配置した結果、クロス・トークが軽減され、量子効率が改善される。
【００１４】
図６は、本発明の例示的実施形態による２画素×２画素アレイ・レイアウトの上面図を示す。図６に示す実施形態は、各画素中で３個のトランジスタが使用される３トランジスタ（３Ｔ）画素を示す。しかし、１個の転送トランジスタが追加された４トランジスタ（４Ｔ）実施形態も図１０に関して以下に説明するように本発明に従って実施することができる。他の画素構造を用いた他の画素の実装形態も本発明で使用することができる。図６はまた、それぞれ赤色／青色画素セル９０を覆う青色／赤色フィルタ１２１、および緑色画素セル８７を覆う緑色フィルタ１２２を示す。
【００１５】
図７は、図６の３Ｔ赤色／青色画素セルのさらに詳しい上面図を示す。赤色／青色画素セル９０は、青色フォトダイオード１０を含み、またフローティング拡散領域１６と、ゲート１８を有するリセット・トランジスタと、ゲート２６を有するソース・フォロワ・トランジスタと、ゲート２４を有する行選択トランジスタとを備える付随の回路を含む。赤色フォトダイオード１３は、青色フォトダイオード１０より下にある。赤色フォトダイオード１３に付随する回路は、フローティング拡散領域２８と、ゲート３０を有するリセット・トランジスタと、ゲート３８を有するソース・フォロワ・トランジスタと、ゲート３６を有する行選択トランジスタとを備える。図７は画素９０のドープ領域の横方向の範囲を示す。この例では、これらの領域は以下のようにドープされる。すなわちｐ＋ドープ上部領域４６（太い破線で示す）、ｎ−−ドープ上部領域４４（囲み点線で示す）、ｎ−ドープ下部領域４０（囲み点線で示す）、ｐ＋ドープ下部領域４８（囲み点線で示す）、およびｎ−−ドープ下部領域４２（点線で示す）であり、いずれも図８および図９の断面図にさらに詳しく示してある。接地端子１４、Ｖａａ電圧供給端子２０，３２、およびＶｏｕｔ端子２２，３４も図７に示してある。
【００１６】
図８は、青色センサ領域について、図７の線８−８に沿った断面図を示す。赤色／青色画素９０の青色センサ・フォトダイオード１０のｐｎ接合１５が、基板６０の上面から約０．５〜約１．０μｍの範囲の深さｄの所に位置する。この例では、基板６０は、ｐ型基板である。青色センサは、この例ではやはりｐ型であるドープされた層またはウェル６１を有する基板６０内に形成される。光変換デバイスは、フォトダイオード１０でよい。このフォトダイオード１０は、ｐｎ接合フォトダイオード、ショットキー・フォトダイオード、または、適切な他のどんなフォトダイオードでもよいが、この例ではＰＩＮフォトダイオードとして扱われ、図８に示すように、ｐ−ウェル６１内にあるｐ＋領域４６とｎ−−領域４４からなるフォトダイオードである。図８に示した残りの構造は、ゲート１８を有するリセット・トランジスタと、ゲート２６を有するソース・フォロワ・トランジスタと、ゲート２４を有する行選択トランジスタと、および接点２２の所の青色出力とを含んでいる。フローティング拡散領域１６は、接点１７の下および周囲に位置する。ｐ＋領域４８は、フォトダイオード１０を接地回路１４に接続する。赤色／青色画素セル９０を取り囲む浅いトレンチ分離（ＳＴＩ）領域５５も示してある。
【００１７】
図９は、赤色センサ領域を示す、図７の線９−９に沿った部分的切欠断面図を示す。赤色センサもフォトダイオード１３を使用し、ドープｐウェル６１を有するｐ基板６０中で、青色センサ・フォトダイオード１０の下に形成されることができる。青色センサ・フォトダイオード１０と同様に、赤色フォトダイオード１３も、ｐｎ接合フォトダイオード、ショットキー・フォトダイオード、または、適切な他のいずれかのフォトダイオードであるが、この例ではＰＩＮフォトダイオードとして扱われる。
【００１８】
赤色センサ・フォトダイオード１３は、より長い赤色光の波長、すなわち約６５０ｎｍと、その波長の最適シリコン吸収とに基づき、青色センサ１０の深さより深い接合深さの所に位置する。赤色センサ・セルのｐｎ接合１９は、基板表面から約５μｍより深い深さｄ’の所に位置する。青色センサのフォトダイオード１０と赤色センサのフォトダイオード１３間の深さの差が、それらの間に他の色センサ領域、たとえば緑色フォトダイオードを置かずに、ダイオード１０と１３の物理的分離をもたらし、より少ないクロス・トークで青色センサと赤色センサの間の良好な色分離をもたらす。図９に示した残りの構造は、ゲート３０を有するリセット・トランジスタと、ゲート３８を有するソース・フォロワ・トランジスタと、ゲート３６を有する行選択トランジスタと、接点３４の所の赤色出力とを含んでいる。フローティング拡散領域２８は、接点２７の下に位置する。ｎ−領域４０は赤色フォトダイオード１３のｎ型領域４２をフローティング拡散領域２８に接続する。ｐ＋領域４８は、赤色フォトダイオード１３を接地回路１４に接続する。この画素を隣接画素から再び分離するＳＴＩ領域５５も示されている。さらに、ＳＴＩ領域５６は、赤色／青色兼用画素の上側の青色フォトダイオードから下側の赤色フォトダイオードを横方向に分離する。このＳＴＩ領域は、青色の電荷が領域４０または領域２８中に入ることも軽減する。
【００１９】
図７、図８および図９はさらに、リセット・トランジスタ、ソース・フォロワ・トランジスタ、および行選択トランジスタ用の、この例ではｎ＋型である、ソース・ドレイン領域５２、５４を示す。図７に示すように、フローティング拡散ノード１６（図８）がソース・フォロワ・ゲート２６に接続され、フローティング拡散ノード２８（図９）が、ソース・フォロワ・ゲート３８に接続される。
【００２０】
図１０は、赤色／青色画素９０’の別の実施形態の上面図を示す。この実施形態は、フォトダイオード１０および１３のｎ領域をそれぞれフローティング拡散領域１６および２８に接続する、付随のゲート７０，７２を有する転送トランジスタを追加した以外は、図７に示したものと同様である。同様に、図１１および図１２も、ゲート７０、７２を有する転送トランジスタを追加した以外は、それぞれ図８および図９と同様である。転送トランジスタおよび付随のゲート７０は、青色フォトダイオード１０で生成された電荷をフローティング拡散領域１６にゲートする。転送トランジスタおよび付随のゲート７２は、赤色フォトダイオード１３で生成された電荷をフローティング拡散領域２８にゲートする。さらに、３Ｔおよび４Ｔ画素を、本発明の例示的実施形態として示したが、より少ない数のまたはより多くの数のトランジスタを有する他の画素回路構成も使用できる。
【００２１】
図１３〜１６は、様々な加工段階における本発明による３Ｔ２色画素セルの１つの例示的形成方法を示す。便宜上、本発明では、ｐ／ｎフォトダイオードをフォトセンサとして使用してｐ型基板のｐウェル内に形成されたものとして説明するが、本発明はｎ／ｐフォトダイオードを使用してｎ型基板のｎウェル内に形成することもでき、他のフォトセンサ構造も使用できる。
【００２２】
図１３に示すように、まず基板６０を形成する。この基板６０は、図１３に示すように、基板内にｐウェル６１が形成されたｐ型シリコン基板である。ｐ型ウェル６１は、基板６０中に分離領域５５，５６を形成する前または後に形成することができる。ｐウェル注入は、画素アレイ・ウェル６１と、画素アレイを制御するための論理回路を収容することになるｐ型周辺部論理ウェルが、異なるドーピング・プロファイルを有するように実施することができる。当技術分野で知られているように、ｐ型ウェル６１のプロファイルを調整するために複数回の高エネルギー注入を使用することができる。
【００２３】
やはり図１３に示す分離領域５５、５６が、画素セルが後で形成される基板の領域を電気的に分離するために形成される。分離領域５５，５６は、ＬＯＣＯＳプロセスにおいて下にあるシリコンを熱酸化するなど、知られたいずれかの技術により、あるいはＳＴＩ(shallow trench isolation)プロセスにおいてトレンチをエッチングし、トレンチを酸化物で充填することによって形成することができる。分離領域５５、５６の形成の後、ｐ型ウェル６１がまだ形成されていない場合、次いでｐ型ウェル６１を形成するためのブランケット注入またはマスク注入によってｐ型ウェルを形成することができる。分離領域５６は、青色フォトダイオード１０を赤色フォトダイオード１３のフローティング拡散領域２８から横方向に分離する。
【００２４】
次に、転送ゲート７０，７２、リセット・トランジスタ・ゲート１８，３０、ソース・フォロワ・トランジスタ・ゲート２６，３８および行選択トランジスタ・ゲート２４，３６を含む画素センサ・セル９０の回路が、よく知られた方法、たとえばゲート酸化物のブランケット堆積、ドープ・ポリシリコン、ケイ化物形成のためのケイ化物窒化物アニール用金属の堆積、次いでパターニングおよびエッチングによって形成される。図１４は、リセット・トランジスタ１８、ソース・フォロワ・トランジスタ２６および行選択トランジスタ２４用のゲート・スタックが形成されている例示的実施形態を示す。
【００２５】
フローティング拡散領域１６，２８およびソース／ドレイン領域５２，５４もゲート・スタックの後に形成される。図１４に示すドープ領域５２がｐウェル６１中に形成され、ｎ導電型にドープされる。この例ではドープ領域５２はｎ＋ドープされ、基板にマスクを当て、イオン注入によって領域５２をドーピングすることによって形成してもよい。ソース／ドレイン領域注入が形成された後、次いで知られた技術を用いてゲート・スタックの側壁上にゲート・スタック側壁絶縁体が形成される。
【００２６】
図１５は、赤色フォトダイオード１３を形成するためのｎ型領域４０，４２の注入を示す。図１５はまた、当技術分野で知られた方法による青色フォトダイオード１０の領域、ｐ＋領域４６およびｎ−領域４４の注入をも示す。図１５は、リセット・トランジスタ１８、ソース・フォロワ・トランジスタ２６および行選択トランジスタ２４用のゲート・スタックに付加される絶縁用側壁も示す。
【００２７】
この段階で画素センサ・セル１０，１３は、基本的に完成し、通常の加工方法を用いて絶縁層と、シールド層と、ゲート線路および他の結線を画素センサ・セルに接続するメタライゼイションを形成することができる。たとえば、表面全体を、たとえば二酸化ケイ素、ＢＳＧ、ＰＳＧ、またはＢＰＳＧのパッシベーション層８８で覆うことができる。この層をＣＭＰで平坦化しエッチングしてコンタクト・ホールを形成し、次いでこのホールをメタライズして接点を形成する。図１６は、ゲート・スタックを覆って塗布されたＢＰＳＧでもよい絶縁層８８中に形成された導電性プラグ１７，２０、および２２を示す。導電性プラグ１７，２０、および２２が活性領域に接続されて、Ｖａａ２０およびＶｏｕｔ２２に対する画素回路への接点を提供する。構造物を相互接続し、画素を周辺回路に接続するために、通常の導体および絶縁体の層も使用できる。
【００２８】
図８，９，１１および１２に示すように、光放射１５０がフォトダイオードに当たるとき、光エネルギーがたとえば電子に変換される。この電子は、フォトダイオード１０，１３のｎ−領域内に蓄積され、フローティング拡散領域１６および２８に転送される。この転送は、３Ｔ実施形態では電子が形成されるときに行うことができ、あるいは４Ｔ実施形態では転送トランジスタを使用したゲート制御転送として行うことができる（図１１、１２）。
【００２９】
図４（ａ）および図４（ｂ）に、緑色画素８７を示す。緑色画素センサ・セルは、通常の画素セルの形成に使用される通常の加工技術を用いて形成される。
【００３０】
図１７は、プロセッサ・システム３００を示す。このシステムは、結像デバイス３０８（図１）を備えているが、本発明による、緑色画素と共にアレイ状に配列された赤色／青色画素を含むイメージ・アレイを有する。結像デバイス３０８は、システム３００から制御データまたはその他のデータを受け取ることができる。システム３００は、ＣＰＵ（中央処理装置）を有するプロセッサ３０２を含み、プロセッサ３０２が、バス３０４を介して様々なデバイスと通信する。バス３０４に接続されているデバイスのあるものは、システム３００の内外への通信を提供する。すなわち入出力（Ｉ／Ｏ）デバイス３０６および結像デバイス３０８が、こうした通信デバイスである。バス３０４に接続されている他のデバイスは、たとえばＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）３１０、ハード・ドライブ３１２、ならびにフロッピー・ディスク・ドライブ３１４やＣＤ（コンパクト・ディスク）ドライブ３１６など１つまたは複数の周辺記憶装置を含めたメモリを提供する。結像デバイス３０８は、図４〜１６に関連して上述した本発明の特徴を有する画素アレイ２００を用いて図１に示すように構築することができる。結像デバイス３０８は、画像処理または他の画像取扱い操作のために、プロセッサ３０２に結合することができる。結像デバイス３０８を使用することができるプロセッサ・ベースのシステムの例としては、限定ではないが、コンピュータ・システム、カメラ・システム、スキャナ、機械視覚システム、車両ナビゲーション・システム、テレビ電話、監視システム、自動焦点システム、恒星追跡システム、動作検出システム、画像安定化システム、およびその他が含まれる。
【００３１】
上で説明した方法およびデバイスは、使用され生産される多くのもののうちの好ましい方法および典型的なデバイスを例示したものである。上記の説明および図面は、本発明の目的、特徴および利点を実現する実施形態を例示したものである。ただし、本発明は、上で説明し例示した実施形態に厳密に制限されるものではない。本発明の、現時点では予測できない、添付の特許請求範囲の趣旨および範囲内に含まれるどんな変更形態も、本発明の一部と見なされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】画素アレイを有する従来のＣＭＯＳ結像チップのブロック線図である。
【図２】ベイヤー・パターンによる３色画素アレイのモザイク配列を表す図である。
【図３】重なった色感応領域を利用した画素からなる従来技術の画素構成の概略図である。
【図４（ａ）】本発明による２画素レイアウトの概略図である。
【図４（ｂ）】本発明に従って構成された画素アレイの概略図である。
【図５】様々な光の波長について光吸収対基板深さを示すグラフである。
【図６】本発明の例示的実施形態による、緑色画素および赤色／青色兼用画素を含む集積された画素アレイの一部分を示す上面図である。
【図７】本発明による３トランジスタ（３Ｔ）赤色／青色画素を示す図である。
【図８】青色画素センサ領域を示す、図７に示した３Ｔ画素の線８−８に沿った部分断面図である。
【図９】赤色画素センサ領域を示す、図７に示した３Ｔ画素の線９−９に沿った部分断面図である。
【図１０】本発明による４トランジスタ（４Ｔ）画素を示す図である。
【図１１】青色画素センサ領域を示す、図１０に示した４Ｔ画素の線１１−１１に沿った部分断面図である。
【図１２】赤色画素センサ領域を示す、図１０に示した４Ｔ画素の線１２−１２に沿った部分断面図である。
【図１３】本発明による加工の様々な段階における半導体ウェハの一部分を示す断面図である。
【図１４】本発明による加工の様々な段階における半導体ウェハの一部分を示す断面図である。
【図１５】本発明による加工の様々な段階における半導体ウェハの一部分を示す断面図である。
【図１６】本発明による加工の様々な段階における半導体ウェハの一部分を示す断面図である。
【図１７】本発明による画素アレイを有するＣＭＯＳ結像デバイスを使用する処理システムの概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年10月20日(2005.10.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面を有する基板と、
前記基板の前記表面より下の第１吸収深さの所に位置する、第１波長光用の第１色成分光変換デバイスと、
前記基板の前記表面より下の第２吸収深さの所に位置する、第２波長光用の第２色成分光変換デバイスとを備え、
前記第１色成分光変換デバイスおよび前記第２色成分光変換デバイスが、前記第１色成分光変換デバイスが前記第２色成分光変換デバイスよりも前記基板の前記表面に近接して配置され、かつ前記第１および第２色成分光変換デバイスが、前記基板の光生成電荷を生じない領域によって垂直方向に離して配置されるように、前記基板内で縦方向に重なり合い、
さらに、前記第１および第２色成分光変換デバイスにそれぞれ結合され、前記処理回路は、前記第１および第２色成分光変換デバイスによって生成されるそれぞれの電荷に対応する信号を出力するように構成された、２色出力処理回路を備える、２色画素。
【請求項２】
前記第１および第２色成分光変換デバイスがフォトダイオードである、請求項１に記載の２色画素。
【請求項３】
前記第１および第２フォトダイオードがＰＩＮフォトダイオードである、請求項２に記載の２色画素。
【請求項４】
前記第１色成分光変換デバイスが青色光センサである、請求項１に記載の２色画素。
【請求項５】
前記青色光センサが、前記基板の前記上表面から約０．５〜約１．０μｍの深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項４に記載の２色画素。
【請求項６】
前記第２色成分光変換デバイスが赤色光センサである、請求項１に記載の２色画素。
【請求項７】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上表面から約２．０μｍ以上の深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項６に記載の２色画素。
【請求項８】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上表面から約５．０μｍ以上の深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項６に記載の２色画素。
【請求項９】
前記第２色成分光変換デバイスによって生成された電荷を受け取る前記基板内の領域への、前記第１色成分光変換デバイスによって生成された電荷の横方向電荷転送を最小限にするための分離領域をさらに備える、請求項１に記載の２色画素。
【請求項１０】
前記分離領域が、浅いトレンチ分離領域である、請求項９に記載の２色画素。
【請求項１１】
前記第１色成分光変換デバイスが、転送トランジスタと、リセット・トランジスタと、ソース・フォロワ・トランジスタと、行選択トランジスタとを備える４トランジスタ画素回路の一部分である、請求項１に記載の２色画素。
【請求項１２】
前記第１色成分光変換デバイスが、前記第１色成分光変換デバイスから転送される電荷を受け取るドープ領域をさらに有する、請求項１１に記載の２色画素。
【請求項１３】
前記ドープ領域がｎ＋である、請求項１２に記載の２色画素。
【請求項１４】
前記ドープ領域がフローティング拡散領域である、請求項１２に記載の２色画素。
【請求項１５】
前記ドープ領域に蓄積された画像電荷をゲートするように前記第１光変換デバイスと前記ドープ領域の間に構成された転送ゲートをさらに備える、請求項１２に記載の２色画素。
【請求項１６】
前記第２色成分光変換デバイスが、転送トランジスタと、リセット・トランジスタと、ソース・フォロワ・トランジスタと、行選択トランジスタとを備える４トランジスタ画素回路の一部分である、請求項１に記載の２色画素。
【請求項１７】
前記第２光変換デバイスが、前記第２光変換デバイスから転送される画像電荷を受け取るように構成された第１ドープ領域をさらに備える、請求項１６に記載の２色画素。
【請求項１８】
前記第１ドープ領域がドープされたｎ−である、請求項１７に記載の２色画素。
【請求項１９】
前記第１ドープ領域が、前記第２光変換デバイスから転送される画像電荷を受け取るように構成された第２ドープ領域に、前記第２色成分光変換デバイスを接続する、請求項１７に記載の２色画素。
【請求項２０】
前記第２ドープ領域がドープされたｎ＋である、請求項１９に記載の２色画素。
【請求項２１】
前記第２ドープ領域が、フローティング拡散領域である、請求項１９に記載の２色画素。
【請求項２２】
前記第２色成分光変換デバイスが、前記第２光変換デバイスと前記第２ドープ領域の間に形成され、前記第２ドープ領域に蓄積された画像電荷をゲートするように構成された転送ゲートをさらに備える、請求項１９に記載の２色画素。
【請求項２３】
前記第１色成分光変換デバイスが、リセット・トランジスタと、ソース・フォロワ・トランジスタと、行選択トランジスタとを備える３トランジスタ画素回路の一部分である、請求項１に記載の２色画素。
【請求項２４】
前記第１色成分光変換デバイスによって生成された電荷がドープ領域に転送される、請求項２３に記載の２色画素。
【請求項２５】
前記ドープ領域がドープされたｎ＋である、請求項２４に記載の２色画素。
【請求項２６】
前記ドープ領域が、フローティング拡散領域である、請求項２４に記載の２色画素。
【請求項２７】
前記第２色成分光変換デバイスが、リセット・トランジスタと、ソース・フォロワ・トランジスタと、行選択トランジスタとを備える３トランジスタ画素回路の一部分である、請求項１に記載の２色画素。
【請求項２８】
前記第２色成分光変換デバイスが、前記第２光変換デバイスから転送される画像電荷を受け取るように構成された第１ドープ領域をさらに備える、請求項２７に記載の２色画素。
【請求項２９】
前記第１ドープ領域がドープされたｎ−である、請求項２８に記載の２色画素。
【請求項３０】
前記第１ドープ領域が、前記第２光変換デバイスから転送される画像電荷を受け取るように構成された第２ドープ領域に、前記第２色成分光変換デバイスを接続する、請求項２８に記載の２色画素。
【請求項３１】
前記第２ドープ領域がドープされたｎ＋である、請求項３０に記載の２色画素。
【請求項３２】
前記第２ドープ領域が、フローティング拡散領域である、請求項３０に記載の２色画素。
【請求項３３】
ドープ領域が、前記第１色成分光変換デバイスを接地回路に接続する、請求項１に記載の２色画素。
【請求項３４】
前記ドープ領域がｐ＋ドープ領域である、請求項３３に記載の２色画素。
【請求項３５】
ドープ領域が、前記第２色成分光変換デバイスを接地回路に接続する、請求項１に記載の２色画素。
【請求項３６】
前記ドープ領域がｐ＋ドープ領域である、請求項３５に記載の２色画素。
【請求項３７】
前記第１および第２色成分光変換デバイスが、上から見たとき寸法が合致しない電荷発生領域をそれぞれ有する、請求項１に記載の２色画素。
【請求項３８】
前記第１光変換デバイスが、上から見たとき前記第２色成分光変換デバイスの前記電荷発生領域より小さな面積を占める、請求項３７に記載の２色画素。
【請求項３９】
前記第１および第２色成分光変換デバイスが、上から見たとき形が合致しない電荷発生領域を有する、請求項１に記載の２色画素。
【請求項４０】
頂部表面を有し、行および列からなるアレイ状に配列された複数の第１および第２画素を含む基板を備え、
前記第１画素が、前記基板の前記頂部表面より下の、第１色波長光の第１の吸収深さに対応する第１深さの所に位置する第１色成分光変換デバイスと、前記基板の前記頂部表面より下の、第２色波長光の第２の吸収深さに対応する第２深さの所に位置する第２色成分光変換デバイスとを備え、
前記第１色成分光変換デバイスおよび前記第２色成分光変換デバイスが、前記第１色成分光変換デバイスが前記第２色成分光変換デバイスよりも前記基板の前記頂部表面に近接して配置され、かつ前記第１および第２色成分光変換デバイスが、光生成電荷を生じない前記基板のある領域によって互いに離して配置されるように、前記基板内で縦方向に重なり合い、かつ
前記第２画素が、第３色波長光用の第３色成分光変換デバイスを備えた画素センサ・セルのアレイ。
【請求項４１】
前記第１画素が、赤色光および青色光を感知する、請求項４０に記載の画素センサ・セルのアレイ。
【請求項４２】
前記第１色成分光変換デバイスが、青色光センサである、請求項４０に記載の画素センサ・セルのアレイ。
【請求項４３】
前記青色光センサが、前記基板の前記上表面から約０．５〜約１．０μｍの深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項４２に記載の画素センサ・セルのアレイ。
【請求項４４】
前記第２色成分光変換デバイスが、赤色光センサである、請求項４０に記載の画素センサ・セルのアレイ。
【請求項４５】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上表面から約２．０μｍ以上の深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項４４に記載の画素センサ・セルのアレイ。
【請求項４６】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上表面から約５．０μｍ以上の深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項４４に記載の画素センサ・セルのアレイ。
【請求項４７】
前記各第２画素がそれぞれ、緑色光を感知する、請求項４０に記載の画素センサ・セルのアレイ。
【請求項４８】
前記第１および第２の画素が、市松模様に配された、請求項４０に記載の画素センサ・セルのアレイ。
【請求項４９】
行および列に配列され、前記画素セルの各々はセルによって検出された光の強度に応答して拡散ノードで少なくとも１つの電圧を生成するように構成されたアレイを備え、
画素セルの前記アレイが、複数の第１画素セルおよび複数の第２画素セルを備え、前記第１および第２画素セルが前記アレイ中で交互のパターンで配列され、
前記各第１画素セルが、基板の前記表面より下の、第１色波長光の第１吸収深さに対応する第１深さの所に位置する第１色成分光変換デバイスと、前記基板の前記表面より下の、第２色波長光の第の吸収深さに対応する第２深さの所に位置する第２色成分光変換デバイスとを備え、
前記第１色成分光変換デバイスおよび前記第２色成分光変換デバイスが、前記第１色成分光変換デバイスが前記第２色成分光変換デバイスよりも前記基板の前記表面に近接して配置され、かつ前記第１および第２色成分光変換デバイスが、前記基板の光生成電荷を生じない領域によって互いに垂直方向に離して配置されるように、前記基板内で縦方向に重なり合い、かつ
前記各第２画素セルが、第３色波長光用の第３色成分光変換デバイスを備えた結像システム。
【請求項５０】
前記各第１画素セルが、赤色光および青色光を感知する、請求項４９に記載の結像システム。
【請求項５１】
前記第１色成分光変換デバイスが青色光センサである、請求項４９に記載の結像システム。
【請求項５２】
前記青色光センサが、前記基板の前記上表面から約０．５μｍ〜約１．０μｍの深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項５９に記載の結像システム。
【請求項５３】
前記第２色成分光変換デバイスが赤色光センサである、請求項４９に記載の結像システム。
【請求項５４】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上表面から約２．０μｍ以上の深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項５３に記載の結像システム。
【請求項５５】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上表面から約５．０μｍ以上の深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項５３に記載の結像システム。
【請求項５６】
各第２画素が、緑色光を感知する、請求項４９に記載の結像システム。
【請求項５７】
基板内で、前記基板の表面より下の、第１色波長光に最適な吸収深さに対応する第１深さの所に、第１色成分光変換デバイスを形成すること、および
前記基板内で、第２色波長光に最適な吸収深さに対応する第２深さの所に、第２色成分光変換デバイスを形成することを含み、
前記第１色成分光変換デバイスが前記第２色成分光変換デバイスよりも前記基板の前記上部表面に近接して配置され、かつ前記第１および第２色成分光変換デバイスが、前記基板の光生成電荷を生じない領域によって互いに垂直方向に離して配置されるように前記第１色成分光変換デバイスは前記第２色成分光変換デバイスの上の前記基板内に形成された、２色センサ付き画素センサ・セルの形成方法。
【請求項５８】
前記第１色成分光変換デバイスが青色光センサである、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記青色光センサが、前記基板の前記上部表面から約０．５μｍ〜約１．０μｍの深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記第２色成分光変換デバイスが赤色光センサである、請求項５７に記載の方法。
【請求項６１】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上表面から約２．０μｍ以上の深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上表面から約５．０μｍ以上の深さの所に位置するｐｎ接合を有する、請求項６０に記載の方法。
【請求項６３】
前記第２色成分光変換デバイスによって生成された電荷を受け取る前記基板内の領域への、前記第１色成分光変換デバイスと前記第２色成分光変換デバイスとの間の電荷転送を最小限にするように構成された分離領域を提供する工程をさらに備える、請求項５７に記載の方法。
【請求項６４】
ドープ領域が、前記第１色成分光変換デバイスを接地回路に接続する、請求項８９に記載の方法。
【請求項６５】
前記第１色成分光変換デバイスの前記ドープ領域が、ｐ＋ドープ領域である、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
ドープ領域が、前記第２光変換デバイスを接地回路に接続する、請求項５７に記載の方法。
【請求項６７】
前記ドープ領域がｐ＋ドープ領域である、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
前記第１および第２色成分光変換デバイスの前記ドープ領域の各々が、上から見たとき寸法が合致しない、請求項５７に記載の方法。
【請求項６９】
前記第１光変換デバイスの前記ドープ領域が、上から見たとき前記第２光変換デバイスの前記ドープ領域より小さな面積を占める、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記第１および第２色成分光変換デバイスの前記ドープ領域の各々が、上から見たとき形が合致しない、請求項５７に記載の方法。
【請求項７１】
基板上に、複数の第１および第２画素が行および列からなるアレイ状に配列された複数の第１および第２画素を形成すること、
前記基板の前記上部表面より下の前記第１画素内の、第１波長光に最適な吸収深さに対応する第１深さの所に前記第１色成分光変換デバイスを形成すること、
前記基板の前記上部表面より下の前記第１画素内の、第２色波長光の最適な吸収深さに対応する第２深さに第２色成分光変換デバイスを形成することを含み、
前記第１色成分光変換デバイスは、前記基板内の前記第２色成分光変換デバイス上に形成され、前記第１色成分光変換デバイスが前記第２色成分光変換デバイスよりも前記基板の前記上部表面に近接して配置され、前記第１および第２色成分光変換デバイスが、前記基板の光生成電荷を生じない領域によってある領域だけ離して配置され、かつ
第３色成分光変換デバイスとしての前記第２画素は第３波長光に応じて光生成電荷を形成するように構成され、
前記第１および第２画素が前記アレイ中で交互のパターンで配列されている、画素センサ・セルのアレイを形成する方法。
【請求項７２】
前記第１色成分光変換デバイスが青色光センサである、請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
前記青色光センサが、前記基板の前記上部表面から約０．５μｍ〜約１．０μｍの深さにｐｎ接合を有する、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
前記第２色成分光変換デバイスが赤色光センサである、請求項７１に記載の方法。
【請求項７５】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上部表面から約２．０μｍ以上の深さにｐｎ接合を有する、請求項７４に記載の方法。
【請求項７６】
前記赤色光センサが、前記基板の前記上部表面から約５．０μｍ以上の深さにｐｎ接合を有する、請求項７４に記載の方法。
【請求項７７】
前記第３色成分光変換デバイスが緑色光センサである、請求項１０３に記載の方法。
【請求項７８】
前記交互のパターンが、市松模様である、請求項１０３に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
赤色センサ・フォトダイオード１３は、より長い赤色光の波長、すなわち約６５０ｎｍと、その波長の最適シリコン吸収とに基づき、青色センサ１０の深さより深い接合深さの所に位置する。赤色センサ・セルのｐｎ接合１９は、基板表面から約２．０μｍより深く、好ましくは５．０μｍより深い深さｄ’の所に位置する。青色センサのフォトダイオード１０と赤色センサのフォトダイオード１３間の深さの差が、それらの間に他の色センサ領域、たとえば緑色フォトダイオードを置かずに、ダイオード１０と１３の物理的分離をもたらし、より少ないクロス・トークで青色センサと赤色センサの間の良好な色分離をもたらす。図９に示した残りの構造は、ゲート３０を有するリセット・トランジスタと、ゲート３８を有するソース・フォロワ・トランジスタと、ゲート３６を有する行選択トランジスタと、接点３４の所の赤色出力とを含んでいる。フローティング拡散領域２８は、接点２７の下に位置する。ｎ−領域４０は赤色フォトダイオード１３のｎ型領域４２をフローティング拡散領域２８に接続する。ｐ＋領域４８は、赤色フォトダイオード１３を接地回路１４に接続する。この画素を隣接画素から再び分離するＳＴＩ領域５５も示されている。さらに、ＳＴＩ領域５６は、赤色／青色兼用画素の上側の青色フォトダイオードから下側の赤色フォトダイオードを横方向に分離する。このＳＴＩ領域は、青色の電荷が領域４０または領域２８中に入ることも軽減する。
【手続補正書】
【提出日】平成19年5月9日(2007.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2007524985.tif 000020
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2007524985.tif 000021
【国際調査報告】
2007524985.tif 000022
2007524985.tif 000023