УСТРОЙСТВО ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО СЧИТЫВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE AND IMAGE READING DEVICE

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству фотоэлектрического преобразования и к устройству считывания изображения.
Описание предшествующего уровня техники
[0002] Используются устройства фотоэлектрического преобразования, в которых в качестве элемента фотоэлектрического преобразования используется фотодиод, образованный с помощью p-n-перехода полупроводниковых областей проводимости первого и второго типа, и устройства считывания изображения, использующие устройства фотоэлектрического преобразования. В общем случае устройства считывания изображения требуют высокой чувствительности и высокого качества изображения. Чтобы улучшить чувствительность, в приведенном на фиг. 1 японского выложенного патента № 2004-312039, для борьбы с проблемой увеличения размера площади приема света было предложено устройство фотоэлектрического преобразования, которое включает в себя образованную на нем большую область накопления заряда, имеющую ту же самую полярность, как заряд, накапливаемый так, что эффективность накопления заряда улучшается. Кроме того, обеспечение области местного окисления кремния (LOCOS) на одной главной поверхности элемента фотоэлектрического преобразования раскрыто в японском выложенном патенте № 2011-124522. Соответственно, в японском выложенном патенте № 2011-124522 предложена конфигурация устройства фотоэлектрического преобразования, которая снижает возникновение состояния, в котором выходная характеристика устройства фотоэлектрического преобразования соответствует форме волны (пульсации) относительно длины волны падающего света.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, устройство фотоэлектрического преобразования включает в себя полупроводниковую подложку, выполненную имеющей одну главную поверхность, включающую в себя углубленные участки, и изолирующие тела, выполненные расположенными в углубленных участках. Полупроводниковая подложка включает в себя элементы фотоэлектрического преобразования, каждый из которых включает в себя первую полупроводниковую область первого типа проводимости, вторую полупроводниковую область второго типа проводимости, который противоположен первому типу проводимости, и третью полупроводниковую область второго типа проводимости, которая имеет концентрацию примесей выше концентрации примесей второй полупроводниковой области и которая имеет по меньшей мере участок, расположенный ближе к главной поверхности относительно второй полупроводниковой области. Вторая полупроводниковая область имеет ту же самую полярность, как полярность информационного заряда. Вторая полупроводниковая область контактирует с первой и третьей полупроводниковыми областями. Первая и вторая полупроводниковые области образуют участок p-n-перехода. Пути информационного заряда расположены между углубленными участками в поперечном сечении, перпендикулярном главной поверхности. Пути информационного заряда включают в себя на виде сверху главной поверхности первый путь информационного заряда, имеющий большую длину в первом направлении, чем длина во втором направлении, которое отличается от первого направления, и второй путь информационного заряда, имеющий большую длину в третьем направлении, которое отличается от первого направления, чем длина в четвертом направлении, которое отличается от третьего направления. По меньшей мере одна из второй и третьей полупроводниковых областей включает в себя область, которая находится на линии, параллельной первому направлению и проходящей через первый путь информационного заряда, и которая находится на линии, параллельной второму направлению и проходящей через второй путь информационного заряда.
[0004] Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения устройство фотоэлектрического преобразования включает в себя полупроводниковую подложку, выполненную имеющей одну главную поверхность, включающую в себя углубленные участки, и изолирующие тела, выполненные расположенными в углубленных участках. Полупроводниковая подложка включает в себя элементы фотоэлектрического преобразования, каждый из которых включает в себя первую полупроводниковую область первого типа проводимости и вторую полупроводниковую область второго типа проводимости, который противоположен первому типу проводимости. Вторая полупроводниковая область имеет ту же самую полярность, как полярность информационного заряда. Каждый из элементов фотоэлектрического преобразования дополнительно включает в себя третью полупроводниковую область второго типа проводимости, которая имеет концентрацию примесей выше концентрации примесей второй полупроводниковой области и которая имеет по меньшей мере участок, расположенный ближе к главной поверхности относительно второй полупроводниковой области, четвертую полупроводниковую область первого типа проводимости, которая формируется между углубленными участками в поперечном сечении, перпендикулярном главной поверхности, и которая имеет концентрацию примесей выше концентрации примесей первой полупроводниковой области, и пятую полупроводниковую область, которая формируется в направлении глубины четвертой полупроводниковой области в поперечном сечении, перпендикулярном главной поверхности, и которая имеет концентрацию примесей первого типа проводимости ниже концентрации примесей четвертой полупроводниковой области. Вторая полупроводниковая область контактирует с первой и третьей полупроводниковыми областями. Первая и вторая полупроводниковые области образуют участок p-n-перехода. Пятая полупроводниковая область позиционируется между углубленными участками в поперечном сечении, перпендикулярном главной поверхности. Пятая полупроводниковая область включает в себя на виде сверху главной поверхности первый участок, имеющий длину в первом направлении больше длины во втором направлении, которое отличается от первого направления, и второй участок, имеющий большую длину в третьем направлении, которое отличается от первого направления, чем длина в четвертом направлении, которое отличается от третьего направления. По меньшей мере одна из второй и третьей полупроводниковых областей включает в себя область, которая находится на линии, параллельной первому направлению и проходящей через первый участок пятой полупроводниковой области, и которая находится на линии, параллельной второму направлению, проходящему через второй участок пятой полупроводниковой области.
[0005] Дополнительные признаки настоящего изобретения станут очевидными из последующего описания примерных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0006] Фиг. 1A - вид сверху и фиг. 1B и 1C - виды в поперечном сечении участков устройства фотоэлектрического преобразования согласно первому варианту осуществления.
[0007] Фиг. 2 - вид сверху участка устройства фотоэлектрического преобразования согласно первому варианту осуществления.
[0008] Фиг. 3A - 3D - виды в поперечном сечении участков устройства фотоэлектрического преобразования согласно первому варианту осуществления.
[0009] Фиг. 4 - вид в поперечном сечении участка устройства фотоэлектрического преобразования согласно первому варианту осуществления.
[0010] Фиг. 5 – принципиальная (электрическая) схема участка устройства фотоэлектрического преобразования согласно первому варианту осуществления.
[0011] Фиг. 6 - схематический вид в поперечном сечении углубленного участка согласно первому варианту осуществления.
[0012] Фиг. 7A и 7B - виды сверху участков устройства фотоэлектрического преобразования согласно первому варианту осуществления.
[0013] Фиг. 8A и 8B - виды сверху устройства фотоэлектрического преобразования согласно сравнительному примеру первого варианта осуществления.
[0014] Фиг. 9 - вид сверху участка устройства фотоэлектрического преобразования согласно второму варианту осуществления.
[0015] Фиг. 10 - вид сверху участка устройства фотоэлектрического преобразования согласно третьему варианту осуществления.
[0016] Фиг. 11 - вид в поперечном сечении углубленных участков согласно третьему варианту осуществления.
[0017] Фиг. 12 - вид сверху участка устройства фотоэлектрического преобразования согласно четвертому варианту осуществления.
[0018] Фиг. 13 - вид в поперечном сечении участка устройства фотоэлектрического преобразования согласно пятому варианту осуществления.
[0019] Фиг. 14A и 14B - виды сверху участков устройства фотоэлектрического преобразования согласно шестому варианту осуществления.
[0020] Фиг. 15 - схема, показывающая устройство считывания изображения согласно седьмому варианту осуществления.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0021] Здесь далее со ссылкой на сопроводительные чертежи будут описаны примеры участков устройства фотоэлектрического преобразования согласно вариантам осуществления. В нижеприведенных вариантах осуществления описан случай, когда в качестве информационного заряда используются электроны. Однако, если в качестве информационного заряда используются дырки, полупроводниковая область p-типа заменяется полупроводниковой областью n-типа, и полупроводниковая область n-типа заменяется полупроводниковой областью p-типа. Каждый из описанных ниже вариантов осуществления настоящего изобретения может быть реализован отдельно или как комбинация множества вариантов осуществления или их особенностей, когда необходимо или когда комбинация элементов или особенностей отдельных вариантов осуществления в одном варианте осуществления является выгодной.
[0022] Здесь предполагается, что область LOCOS обеспечивается для снижения возникновения пульсации, как раскрыто в японском выложенном патенте № 2011-124522, в раскрытом в японском выложенном патенте № 2004-312039 устройстве фотоэлектрического преобразования, имеющем большую область накопления заряда той же самой полярности, как полярность накапливаемого заряда. В этом случае область LOCOS не служит путем перемещения информационного заряда (путем/траекторией информационного заряда), и поэтому перемещение заряда блокируется в зависимости от положения и формы области LOCOS, и эффективность накопления заряда ухудшается.
[0023] Фиг. 1A представляет собой вид сверху примера участка устройства фотоэлектрического преобразования согласно этому варианту осуществления. Фиг. 1B и 1C представляют собой виды в поперечном сечении, выполненном вдоль линии IB - IB и линии IC - IC по фиг. 1A соответственно. Устройство 100 фотоэлектрического преобразования включает в себя множество элементов 110 фотоэлектрического преобразования, изолированных с помощью изолирующего участка 105 элемента.
[0024] Свет входит с одной главной поверхности, имеющей множество углубленных участков 106, которые включает в себя полупроводниковая подложка 400, проходит не показанную защитную пленку или промежуточную изолирующую пленку, расположенную на главной поверхности полупроводниковой подложки 400, и падает на полупроводниковую подложку 400. Свет может иметь спектральные характеристики, при которых выходной сигнал имеет форму волны (пульсацию) относительно длины волны из-за многократного отражения на граничной поверхности между главной поверхностью полупроводниковой подложки 400 и промежуточной изолирующей пленкой, которая не показана, расположенной на главной поверхности. Если плоскостность главной поверхности полупроводниковой подложки 400 является высокой, то в выходном сигнале происходит пульсация.
[0025] С другой стороны, показанное на фиг. 1A устройство 100 фотоэлектрического преобразования включает в себя, например, полупроводниковую подложку 400, имеющую углубленные участки 106 на главной поверхности, и изолирующие тела 201, расположенные на углубленных участках 106. С помощью этой конфигурации длина оптической траектории до отражения от главной поверхности полупроводниковой подложки 400 изменяется в зависимости от местоположения падающего света, и поэтому отражаемый свет имеет сдвиг фазы. Так как отражаемый свет и падающий свет, имеющие различные фазы, интерферируют друг с другом, можно снижать возникновение пульсации на характеристиках выходного сигнала устройства 100 фотоэлектрического преобразования. Например, множество углубленных участков 106 может формироваться с помощью образования области LOCOS на полупроводниковой подложке 400.
[0026] Полупроводниковая подложка 400 (фиг. 1B) включает в себя элемент 110 фотоэлектрического преобразования, включающий в себя первую полупроводниковую область 101 первого типа проводимости (p-типа), вторую полупроводниковую область 102 типа проводимости (n-типа), противоположного первому типу проводимости, и третью полупроводниковую область 103 второго типа проводимости. Типы проводимости второй полупроводниковой области 102 и третьей полупроводниковой области 103 имеют ту же самую полярность, как полярность информационного заряда элемента 110 фотоэлектрического преобразования. Концентрация примесей третьей полупроводниковой области 103 выше концентрации примесей второй полупроводниковой области 102, и по меньшей мере участок третьей полупроводниковой области 103 расположен на стороне главной поверхности относительно второй полупроводниковой области 102. Следует отметить, что концентрация примесей означает результирующую концентрацию примесей, компенсированную примесью противоположного типа проводимости, то есть так называемую результирующую концентрацию.
[0027] Вторая полупроводниковая область 102 контактирует с первой полупроводниковой областью 101 и третьей полупроводниковой областью 103. В устройстве 100 фотоэлектрического преобразования, поскольку вторая полупроводниковая область 102, имеющая ту же самую полярность, как накапливаемый заряд, образована в контакте с первой полупроводниковой областью 101, имеющей тип проводимости, отличающийся от накапливаемого заряда, формируется p-n-переход. Кроме того, вторая полупроводниковая область 102 контактирует с полупроводниковой областью, имеющей второй тип проводимости (третьей полупроводниковой областью 103), функционирующей в качестве электрода. Соответственно, заряд может накапливаться в третьей полупроводниковой области 103 через вторую полупроводниковую область 102, используя явление дрейфа.
[0028] Соответственно, так как устройство 100 фотоэлектрического преобразования включает в себя вторую полупроводниковую область 102, заряд может эффективнее накапливаться по сравнению со случаем, когда устройство 100 фотоэлектрического преобразования не включает в себя вторую полупроводниковую область 102, и заряд накапливается в третьей полупроводниковой области 103 с помощью диффузии заряда, который включает в себя первая полупроводниковая область 101.
[0029] Однако, когда полупроводниковая подложка 400 включает в себя множество углубленных участков 106 на главной поверхности, изолирующие тела 201, расположенные на углубленных участках 106, не функционируют в качестве путей (траекторий) перемещения информационного заряда. Соответственно, заряд в области на стороне главной поверхности полупроводниковой подложки 400 перемещается в области между множеством углубленных участков 106 полупроводниковой подложки 400. Более конкретно, устройство 100 фотоэлектрического преобразования имеет множество путей информационного заряда между множеством углубленных участков 106 полупроводниковой подложки 400.
[0030] Здесь предполагается, что на виде сверху главной поверхности направление протяжения первого пути информационного заряда, размещенного между парой углубленных участков 106, определяется в качестве первого направления, а направление протяжения второго пути информационного заряда между другой парой углубленных участков 106 определяется в качестве второго направления. Второе направление пересекается с первым направлением. Дополнительно здесь предполагается, что в этом состоянии по меньшей мере одна из второй полупроводниковой области 102 и третьей полупроводниковой области 103 расположена в области в первом направлении первого пути информационного заряда и во втором направлении второго пути информационного заряда. Поэтому по меньшей мере одна из второй полупроводниковой области 102 и третьей полупроводниковой области 103 включает в себя область, которая находится на линии, параллельной первому направлению и проходящей через первый путь информационного заряда, и которая находится на линии, параллельной второму направлению и проходящей через второй путь информационного заряда. С помощью этой конфигурации устройства 100 фотоэлектрического преобразования по меньшей мере перемещение информационного заряда по первому и второму путям информационного заряда во вторую полупроводниковую область 102 или третью полупроводниковую область 103 предотвращается от блокирования углубленными участками 106. Кроме того, с помощью этой конфигурации эффективность накопления информационного заряда может улучшаться по сравнению со случаем, когда вторая полупроводниковая область 102 и третья полупроводниковая область 103 расположены только в одном из направлений протяжения путей информационного заряда между множеством углубленных участков 106.
[0031] Например, в области E по фиг. 1A первый путь информационного заряда между углубленными участками 106 в первом направлении (направлении Y) длиннее пути во втором направлении (направлении X), которое отличается от первого направления. Кроме того, в области G второй путь информационного заряда между углубленными участками 106 в третьем направлении (здесь направление X) длиннее пути в четвертом направлении (направлении Y). Здесь, хотя в этом варианте осуществления описан случай, когда первое и третье направления ортогональны друг другу, направления не ограничены этим при условии, что первое и третье направления отличаются друг от друга (пересекаются). В вышеописанном устройстве 100 фотоэлектрического преобразования по меньшей мере одна из второй полупроводниковой области 102 и третьей полупроводниковой области 103 расположена в области в первом направлении первого пути информационного заряда и во втором направлении второго пути информационного заряда.
[0032] С помощью этой конфигурации первый информационный заряд на первом пути информационного заряда и второй информационный заряд на втором пути информационного заряда могут плавно перемещаться во вторую полупроводниковую область 102 или третью полупроводниковую область 103.
[0033] С другой стороны, в качестве примера будет взят случай, когда, как в случае области E, пути информационного заряда между множеством углубленных участков 106 в первом направлении (направлении Y) длиннее путей во втором направлении (направлении X) в области G. В этом случае информационный заряд может не перемещаться во вторую полупроводниковую область 102 или третью полупроводниковую область 103, даже если информационный заряд перемещается по путям информационного заряда, или информационный заряд должен идти в обход. Конкретнее, в этом случае углубленные участки 106 образуются на путях перемещения заряда, по которым информационный заряд по путям информационного заряда перемещается во вторую полупроводниковую область 102, и поэтому перемещение информационного заряда ко второй полупроводниковой области 102 или третьей полупроводниковой области 103 блокируется.
[0034] Соответственно, с помощью этой конфигурации устройства 100 фотоэлектрического преобразования в этом описании можно бороться с возникновением пульсации, в то время как эффективность накопления заряда улучшается.
[0035] Предполагая, что область, в которой расположено множество путей информационного заряда между множеством углубленных участков 106, определена в качестве пятой полупроводниковой области 115, область между множеством углубленных участков 106 на первой полупроводниковой области 101 является пятой полупроводниковой областью 115 в устройстве 100 фотоэлектрического преобразования, показанном на фиг. 1A - 1C.
[0036] Кроме того, как показано на фиг. 2 и фиг. 3A - 3D, устройство 100 фотоэлектрического преобразования может включать в себя четвертую полупроводниковую область 104 первого типа проводимости на стороне главной поверхности, имеющей множество углубленных участков 106 полупроводниковой подложки 400. Четвертая полупроводниковая область 104 расположена между множеством углубленных участков 106 на виде в поперечном сечении главной поверхности, и множество углубленных участков 106 по отдельности окружены четвертой полупроводниковой областью 104.
[0037] Четвертая полупроводниковая область 104 имеет концентрацию примесей выше концентрации примесей первой полупроводниковой области 101. В этом случае пятая полупроводниковая область 115 расположена напротив главной поверхности четвертой полупроводниковой области 104 и имеет концентрацию примесей первого типа проводимости ниже концентрации примесей четвертой полупроводниковой области 104. Поэтому, пятая полупроводниковая область 115 может рассматриваться в качестве путей информационного заряда между множеством углубленных участков 106.
[0038] Пятая полупроводниковая область 115 может иметь первый тип проводимости или второй тип проводимости, если пятая полупроводниковая область 115 имеет концентрацию примесей первого типа проводимости ниже концентрации примесей четвертой полупроводниковой области 104. На фиг. 2 и фиг. 3A - 3D показан случай, когда пятая полупроводниковая область 115 имеет первый тип проводимости и является участком первой полупроводниковой области 101.
[0039] Пятая полупроводниковая область 115 позиционирована между множеством углубленных участков 106 на виде в поперечном сечении, перпендикулярном главной поверхности, имеющей множество углубленных участков 106. Пятая полупроводниковая область 115 имеет первый участок, имеющий большую длину в первом направлении, чем длина во втором направлении, на виде сверху указанной главной поверхности. Первое направление отличается от второго направления. Кроме того, пятая полупроводниковая область 115 имеет второй участок, имеющий большую длину в третьем направлении, чем длина в четвертом направлении, на виде сверху главной поверхности. Третье направление отличается от четвертого направления. Например, на фиг. 2 первое, второе, третье и четвертое направления соответствуют направлениям Y, X, X и Y соответственно.
[0040] По меньшей мере одна из второй полупроводниковой области 102 и третьей полупроводниковой области 103 расположена в положении в первом направлении первого участка пятой полупроводниковой области 115 и во втором направлении второго участка пятой полупроводниковой области 115. Таким образом, по меньшей мере одна из второй полупроводниковой области 102 и третьей полупроводниковой области 103 включает в себя область, которая находится на линии, параллельной первому направлению и проходящей через первый участок пятой полупроводниковой области 115, и которая находится на линии, параллельной второму направлению и проходящей через второй участок пятой полупроводниковой области 115. Следует отметить, что не является обязательным, чтобы первое и третье направления были перпендикулярны друг другу, а только чтобы первое, второе и третье направления отличались друг от друга (пересекались).
[0041] Конфигурация устройства 100 фотоэлектрического преобразования будет описана подробно в приведенных ниже вариантах осуществления.
Первый вариант осуществления
[0042] Фиг. 1A и 2 - виды сверху участка устройства 100 фотоэлектрического преобразования согласно первому варианту осуществления. Фиг. 1B и 1C - схематические виды в поперечном сечении, выполненном вдоль линий IB - IB и IC - IC по фиг. 1A соответственно. Фиг. 3A - 3D - схематические виды в поперечном сечении, выполненном вдоль линий IIIA - IIIA, IIIB - IIIB, IIIC - IIIC и IIID - IIID по фиг. 2 соответственно. Фиг. 4 - схематический вид сверху участка устройства 100 фотоэлектрического преобразования согласно этому варианту осуществления. Фиг. 5 - принципиальная схема участка устройства 100 фотоэлектрического преобразования согласно этому варианту осуществления, и фиг. 6 - схематический вид в поперечном сечении одного из углубленных участков устройства 100 фотоэлектрического преобразования согласно этому варианту осуществления. Фиг. 7A и 7B - виды сверху участков устройства 100 фотоэлектрического преобразования согласно этому варианту осуществления, и фиг. 8A и 8B - виды сверху устройства фотоэлектрического преобразования согласно сравнительному примеру по этому варианту осуществления.
[0043] Следует отметить, что одинаковые компоненты на фиг. 1A - 1C, фиг. 2, фиг. 3A - 3D, фиг. 4-6, фиг. 7A и 7B и фиг. 8A и 8B обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
[0044] Фиг. 1A - схематический вид сверху примера участка устройства 100 фотоэлектрического преобразования согласно этому варианту осуществления. Фиг. 1B и 1C схематические виды в поперечном сечении, выполненном вдоль линии IB - IB и линии IC - IC на фиг. 1A соответственно.
[0045] Устройство 100 фотоэлектрического преобразования включает в себя полупроводниковую подложку 400, имеющую множество углубленных участков 106 на одной главной поверхности, и изолирующие тела 201, расположенные на углубленных участках 106. В устройстве 100 фотоэлектрического преобразования, показанном на фиг. 1A - 1C, полупроводниковая подложка 400 включает в себя первую - третью полупроводниковые области 101-103. В устройстве 100 фотоэлектрического преобразования, показанном на фиг. 2 и фиг. 3A - 3D, полупроводниковая подложка 400 включает в себя первую - третью полупроводниковые области 101-103 и четвертую и пятую полупроводниковые области 104 и 115. Пятая полупроводниковая область 115 является участком первой полупроводниковой области 101.
[0046] Первая полупроводниковая область 101 может иметь любой тип проводимости из n-типа и p-типа. В этом варианте осуществления будет описан случай, когда первая полупроводниковая область 101 является полупроводниковой областью p-типа. Полупроводниковая подложка, служащая материальной подложкой, может использоваться в качестве первой полупроводниковой области 101, и, например, в этом варианте осуществления используется кремниевая подложка.
[0047] Вторая полупроводниковая область 102 включена в первую полупроводниковую область 101, и она является полупроводниковой областью n-типа. Вторая полупроводниковая область 102 образует p-n-переход с первой полупроводниковой областью 101.
[0048] Третья полупроводниковая область 103 имеет концентрацию примесей выше концентрации примесей второй полупроводниковой области 102 и является полупроводниковой областью n-типа. На полупроводниковой подложке 400 по меньшей мере участок третьей полупроводниковой области 103 расположен на стороне главной поверхности относительно второй полупроводниковой области 102. Кроме того, в первом поперечном сечении (фиг. 1B, 1C, 3A и 3C), перпендикулярном главной поверхности полупроводниковой подложки 400, третья полупроводниковая область 103 расположена между первым и вторым углубленными участками 106. Участок второй полупроводниковой области 102 расположен между первой полупроводниковой областью 101 и третьей полупроводниковой областью 103 в направлении глубины (в направлении, перпендикулярном главной поверхности в первом поперечном сечении) полупроводниковой подложки 400.
[0049] Третья полупроводниковая область 103 накапливает электроны, служащие информационным зарядом, который является основным носителем заряда. Кроме того, третья полупроводниковая область 103 электрически соединена со считывающей цепью. Конкретнее, третья полупроводниковая область 103 соединена со считывающей цепью через проводящий слой, расположенный в проеме изолирующей пленки на полупроводниковой подложке 400. Для изолирующей пленки на полупроводниковой подложке 400 могут использоваться оксид кремния, нитрид кремния или подобные материалы.
[0050] Как показано на фиг. 4, считывающая цепь включает в себя, например, транзистор 121 усиления, транзистор 122 сброса и транзистор выбора (не показанный). Транзистор 121 усиления и транзистор 122 сброса соединены друг с другом через третью полупроводниковую область 103 и проводящую линию 123. в качестве транзистора 121 усиления, транзистора 122 сброса и транзистора выбора могут использоваться, например, МОП-транзисторы.
[0051] Следует отметить, что, как показано на фиг. 4, устройство 100 фотоэлектрического преобразования включает в себя множество элементов 110 фотоэлектрического преобразования, которые расположены рядом друг с другом, причем изолирующий участок 105 элемента помещается между ними. Хотя один из элементов 110 фотоэлектрического преобразования и изолирующий участок 105 элемента, который окружает элемент 110 фотоэлектрического преобразования, будут описаны подробно в этом варианте осуществления, другие участки имеют ту же самую конфигурацию. Поэтому, считывающие цепи и линии, соединенные со считывающими цепями элементов 110 фотоэлектрического преобразования, расположенные рядом по горизонтали с целевым элементом 110 фотоэлектрического преобразования, опущены на фиг. 4.
[0052] Фиг. 5 – принципиальная схема, показывающая фрагмент устройства 100 фотоэлектрического преобразования согласно этому варианту осуществления. Затвор транзистора 121 усиления и один вывод транзистора 122 сброса соединены с третьей полупроводниковой областью 103 в элементе D1 фотоэлектрического преобразования через проводящее тело. Другой вывод транзистора 122 сброса соединен с линией VR, используемой для подачи опорного напряжения сброса. Транзистор 121 усиления имеет один вывод, соединенный с линией VDD, используемой для подачи напряжения источника электропитания, и другой вывод, соединенный с одним выводом нагрузки 124, состоящей из МОП-транзистора и линии выводимого сигнала Vout. Нагрузка 124 имеет другой вывод, соединенный с «землей». Нагрузка 124 может использоваться в качестве переключателя выбора.
[0053] Как показано на фиг. 1A и 2, по меньшей мере один из множества углубленных участков 106 простирается в первом направлении (направлении Y) на виде сверху главной поверхности, включающей в себя множество углубленных участков 106 на полупроводниковой подложке 400. Кроме того, по меньшей мере другой из множества углубленных участков 106 простирается во втором направлении (направлении X) на виде сверху. По меньшей мере одна из второй полупроводниковой области 102 и третьей полупроводниковой области 103 позиционированы в области в первом направлении по меньшей мере одного из углубленных участков 106 и во втором направлении по меньшей мере упомянутого другого из углубленных участков 106.
[0054] Так как устройство 100 фотоэлектрического преобразования имеет вышеописанную конфигурацию, устройство 100 фотоэлектрического преобразования может иметь следующую конфигурацию. Конкретнее, полупроводниковая подложка 400, включающая в себя множество углубленных участков 106 на своей главной поверхности, включает в себя пути информационного заряда (пути носителей заряда) между множеством углубленных участков 106. Пути информационного заряда включают в себя первый и второй пути информационного заряда на виде сверху главной поверхности. Первые пути информационного заряда расположены, например, в области E по фиг. 1A и имеют большую длину в первом направлении (направлении Y), чем длина во втором направлении (направлении X), которое отличается от первого направления. Второй путь информационного заряда расположен, например, в области G на фиг. 1A и имеет большую длину в третьем направлении (направлении X), чем длина в четвертом направлении (направлении Y). Третье направление отличается от первого направления, и четвертое направление отличается от третьего направления.
[0055] На фиг. 1A вторая полупроводниковая область 102 и третья полупроводниковая область 103 расположены в области в первом направлении первых путей информационного заряда и во втором направлении вторых путей информационного заряда. Однако, конфигурация не ограничена этим при условии, что по меньшей мере одна из второй полупроводниковой области 102 и третьей полупроводниковой области 103 расположена в первом направлении первых путей информационного заряда и во втором направлении вторых путей информационного заряда. В устройстве 100 фотоэлектрического преобразования, показанном на фиг. 1A - 1C, пятая полупроводниковая область 115, служащая в качестве множества путей перемещения заряда, позиционированных между множеством углубленных участков 106, является участком первой полупроводниковой области 101.
[0056] С помощью вышеописанной конфигурации эффективность накопления заряда улучшается по сравнению со случаем, когда вторая и третья полупроводниковые области 102 и 103 образованы в одной из области, расположенной в направлении протяжения первых путей информационного заряда, и области, расположенной в направлении протяжения вторых путей информационного заряда. Кроме того, с помощью вышеописанной конфигурации эффективность накопления заряда улучшается по сравнению со случаем, когда вторая и третья полупроводниковые области 102 и 103 не образуются в области, расположенной в направлении протяжения первых путей информационного заряда, или в области, расположенной в направлении протяжения вторых путей информационного заряда.
[0057] Кроме того, устройство 100 фотоэлектрического преобразования по этому варианту осуществления может включать в себя четвертую полупроводниковую область 104 между множеством углубленных участков 106 на главной поверхности полупроводниковой подложки 400, как показано на фиг. 2 и фиг. 3A - 3D. Четвертая полупроводниковая область 104 имеет концентрацию примесей выше концентрации примесей первой полупроводниковой области 101 и является областью примеси p-типа. Четвертая полупроводниковая область 104 включает в себя множество углубленных участков 106.
[0058] Четвертая полупроводниковая область 104 функционирует в качестве области подавления темнового тока, которая устраняет темновой ток, отделяя поверхность p-n-перехода, образованного между первой полупроводниковой областью 101 и второй полупроводниковой областью 102, от главной поверхности полупроводниковой подложки 400. Четвертая полупроводниковая область 104 простирается в направлении к третьей полупроводниковой области 103 от ряда углубленных участков 106, которые расположены ближе всего к третьей полупроводниковой области 103 на главной поверхности полупроводниковой подложки 400. Соответственно, участок второй полупроводниковой области 102 расположен между первой полупроводниковой областью 101 и четвертой полупроводниковой областью 104 в направлении глубины (перпендикулярном направлению к главной поверхности, имеющей множество углубленных участков 106) полупроводниковой подложки 400.
[0059] С помощью вышеописанной конфигурации, пятая полупроводниковая область 115 расположена на стороне четвертой полупроводниковой области 104, обратной стороне главной поверхности, имеет концентрацию примесей первого типа проводимости ниже концентрации примесей четвертой полупроводниковой области 104 и является участком первой полупроводниковой области 101. Конкретнее, пятая полупроводниковая область 115 расположена между множеством углубленных участков 106 на виде сверху главной поверхности, включающей в себя множество углубленных участков 106 полупроводниковой подложки 400 в первой полупроводниковой области 101. Кроме того, пятая полупроводниковая область 115 расположена между множеством углубленных участков 106 на участке первой полупроводниковой области 101, описанной выше на виде в вертикальном сечении главной поверхности.
[0060] Изолирующий участок 105 элемента является полупроводниковой областью и может быть образован, например, из полупроводниковой области p-типа. Полупроводниковая область изолирующего участка 105 элемента имеет концентрацию примесей выше концентрации примесей четвертой полупроводниковой области 104, отделяет смежные элементы 110 фотоэлектрического преобразования друг от друга и функционирует в качестве барьерного слоя, который препятствует утечке информационного заряда.
[0061] Изолирующий участок 105 элемента может полностью окружать элементы 110 фотоэлектрического преобразования на виде сверху главной поверхности полупроводниковой подложки 400. Конкретнее, множество углубленных участков 106 и четвертая полупроводниковая область 104 могут быть окружены изолирующим участком 105 элемента. Поскольку изолирующий участок 105 элемента полностью окружает элементы 110 фотоэлектрического преобразования, это в достаточной степени препятствует утечке заряда, формируемого в элементах 110 фотоэлектрического преобразования.
[0062] Вторая полупроводниковая область 102 функционирует таким образом, что вторая полупроводниковая область 102 переводится в состояние обеднения, когда через третью полупроводниковую область 103 подается потенциал сброса, и накапливает заряд, устраняя увеличение емкости. Следует отметить, что, когда напряжение сброса подается на третью полупроводниковую область 103, первая полупроводниковая область 101 не переводится полностью в состояние обеднения, а включает в себя нейтральную область (область, которая не находится в состоянии обеднения).
[0063] Вторая полупроводниковая область 102, как показано на фиг. 1A - 1C, фиг. 2 и фиг. 3A - 3D, контактирует с первой полупроводниковой областью 101 в поперечном сечении, перпендикулярном главной поверхности, включающей в себя множество углубленных участков 106 полупроводниковой подложки 400. Поэтому заряд, сформированный в первой полупроводниковой области 101, которая отделена от второй полупроводниковой области 102 в поперечном сечении, перемещается в первой полупроводниковой области 101 ко второй полупроводниковой области 102 перед прохождением второй полупроводниковой области 102 и накоплением третьей полупроводниковой областью 103. Поток заряда, формируемого в первой полупроводниковой области 101, к смежным пикселям подавляется с помощью изолирующего участка 105 элемента, и заряд перемещается, диффундируя ко второй полупроводниковой области 102.
[0064] Когда заряд, диффундирующий в первой полупроводниковой области 101, достигает участка около p-n-перехода между первой полупроводниковой областью 101 и второй полупроводниковой областью 102, заряд перемещается к третьей полупроводниковой области 103 из-за явления дрейфа, вызванного электрическим полем p-n-перехода. Если по меньшей мере участок второй полупроводниковой области 102 и участок первой полупроводниковой области 101 контактируют друг с другом, то может быть получен вышеописанный эффект. Кроме того, когда используется конфигурация, в которой вторая полупроводниковая область 102 окружена первой полупроводниковой областью 101, второй полупроводниковой областью 102 может накапливаться больший объем заряда с использованием явления дрейфа, по сравнению со случаем, когда первая полупроводниковая область 101 и вторая полупроводниковая область 102 контактируют друг с другом в одном направлении.
[0065] Когда концентрация примесей второй полупроводниковой области 102 выше концентрации примесей первой полупроводниковой области 101, область запирающего (обедненного) слоя простирается от второй полупроводниковой области 102 по направлению к первой полупроводниковой области 101, и поэтому эффективность накопления заряда может улучшаться. Соответственно, концентрация примесей второй полупроводниковой области 102 предпочтительно выше концентрации примесей первой полупроводниковой области 101. Когда эффективность накопления заряда улучшается, чувствительность устройства 100 фотоэлектрического преобразования улучшается. Кроме того, вторая полупроводниковая область 102 может включать в себя множество областей с примесью n-типа, имеющих различные концентрации.
[0066] Например, вторая полупроводниковая область 102 может включать в себя первую полупроводниковую область n-типа, которая контактирует с первой полупроводниковой областью 101, и вторую полупроводниковую область n-типа, которая контактирует с третьей полупроводниковой областью 103. В этом случае концентрация примесей второй полупроводниковой области n-типа выше концентрации примесей первой полупроводниковой области n-типа.
[0067] Кроме того, когда концентрация примесей четвертой полупроводниковой области 104 ниже концентрации примесей второй полупроводниковой области 102 и запирающий слой простирается по направлению к четвертой полупроводниковой области 104, эффект подавления темнового тока снижен. Соответственно, четвертая полупроводниковая область 104 предпочтительно имеет концентрацию примесей выше концентрации примесей второй полупроводниковой области 102.
[0068] Кроме того, толщины и концентрация примесей первой полупроводниковой области 101, второй полупроводниковой области 102, третьей полупроводниковой области 103, четвертой полупроводниковой области 104 и изолирующего участка 105 элемента в направлении, перпендикулярном главной поверхности, которая включает в себя множество углубленных участков 106, в фотоэлектрическом элементе 110 преобразования может отдельно выбираться из приведенных ниже диапазонов. Следует отметить, что в качестве параметра толщины используется глубина перехода от поверхности, исключая поверхности множества углубленных участков 106 полупроводниковой подложки 400.
14
-3
17
-3
15
-3
16
-3
13
-3
17
-3
14
-3
16
-3
[0069] Первая полупроводниковая область 101 может иметь концентрацию примесей в диапазоне от 1,0×10 смвключительно до 1,0×10 см включительно или более предпочтительно в диапазоне от 1,0×10 см включительно до 1,0×10 смвключительно. Кроме того, глубина перехода может быть в диапазоне от 0,1 мкм включительно до 1000 мкм включительно. Вторая полупроводниковая область 102 может иметь концентрацию примесей в диапазоне от 1,0×10 см включительно до 1,0×10 смвключительно, или более предпочтительно в диапазоне от 1,0×10 смвключительно до 1,0×10 см включительно. Кроме того, глубина перехода может быть в диапазоне от 0,2 мкм включительно до 3 мкм включительно.
18
-3
21
-3
19
-3
20
-3
[0070] Третья полупроводниковая область 103 может иметь концентрацию примесей в диапазоне от 1,0×10 смвключительно до 1,0×10 см включительно, или более предпочтительно, в диапазоне от 1,0×10 см включительно до 1,0×10 смвключительно. Кроме того, глубина перехода может быть в диапазоне от 0,1 мкм включительно до 0,3 мкм включительно.
15
-3
19
-3
16
-3
18
-3
14
-3
19
-3
15
-3
18
-3
[0071] Четвертая полупроводниковая область 104 может иметь концентрацию примесей в диапазоне от 1,0×10 смвключительно до 1,0×10 см включительно или более предпочтительно в диапазоне от 1,0×10 см включительно до 1,0×10 смвключительно. Кроме того, глубина перехода может быть в диапазоне от 0,1 мкм включительно до 0,5 мкм включительно. Полупроводниковая область изолирующего участка 105 элемента может иметь концентрацию примесей в диапазоне от 1,0×10см включительно до 1,0×10 см включительно или более предпочтительно в диапазоне от 1,0×10 см включительно до 1,0×10 см включительно. Кроме того, глубина перехода может быть в диапазоне от 0,1 мкм включительно до 10 мкм включительно.
[0072] Множество углубленных участков 106 расположены на главной поверхности (поверхности приема света) полупроводниковой подложки 400. Множество углубленных участков 106 может формироваться с помощью выполнения травления полупроводниковой подложки 400 или выполнения теплового окисления полупроводниковой подложки 400 с помощью способа местного окисления кремния (LOCOS). Изолирующие тела 201 из оксида кремния или подобного материала образуются на углубленных участках 106, когда используется способ LOCOS или способ узкощелевой изоляции (STI) или когда на полупроводниковой подложке формируется промежуточная изолирующая пленка.
[0073] В этом варианте осуществления в качестве примера описан случай, когда устройство 100 фотоэлектрического преобразования имеет в качестве изолирующих тел 201 области LOCOS, сформированные способом LOCOS. На фиг. 3A и 3C четвертая полупроводниковая область 104 расположена в положении, более близком к поверхности, чем нижние участки углубленных участков 106, и изолирующие тела 201 в углубленных участках 106 контактируют с первой полупроводниковой областью 101. Соответственно, изолирующие тела 201, заключенные в углубленные участки 106, проходят сквозь четвертую полупроводниковую область 104 и достигают внутреннего участка первой полупроводниковой области 101.
[0074] Здесь в случае, когда электроны, которые являются информационным зарядом в пятой полупроводниковой области 115, перемещаются ко второй полупроводниковой области 102, если углубленные участки 106 расположены на пути перемещения ко второй полупроводниковой области 102, перемещение электронов блокируется. Однако, с помощью конфигурации устройства 100 фотоэлектрического преобразования по этому варианту осуществления перемещение электронов ко второй полупроводниковой области 102 не блокируется по меньшей мере в двух направлениях. Соответственно, эффективность накопления заряда может улучшаться по сравнении со случаем, когда пути информационного заряда, которые проходят по меньшей мере одну из второй полупроводниковой области 102 и третьей полупроводниковой области 103, простираются в одном направлении среди множества углубленных участков 106, как показано на фиг. 8A.
[0075] Множество углубленных участков 106, показанных на фиг. 2, будет подробно описано со ссылкой на фиг. 7A, 7B, 8A и 8B. Как показано на фиг. 7A, первая полупроводниковая область 101 включает в себя множество сегментов 107 и множество сегментов 108, включающих в себя углубленные участки 106. Фиг. 8A и 8B - схемы, показывающие участки обычного устройства фотоэлектрического преобразования. Как показано на фиг. 8A, первая полупроводниковая область включает в себя сегменты 107' и 108', включающие в себя множество углубленных участков 106. Фиг. 7B и 8B - схемы, подробно показывающие один из сегментов 107 по фиг. 7A и один из сегментов 107' по фиг. 8A соответственно.
[0076] На фиг. 7A вторая полупроводниковая область 102, например, имеет форму прямоугольника на виде сверху. Пути информационного заряда между углубленными участками 106 простираются в первом направлении (направлении Y) в сегментах 108, а пути информационного заряда между углубленными участками 106 простираются во втором направлении (направлении X) в сегментах 107. Следует отметить, что в этом описании направление протяжения участка A соответствует направлению, в котором длина участка в направлении протяжения больше длины участка в направлении, отличающемся от направления протяжения (пересекается с ним). Таким образом, направление протяжения участка A, например, означает направление наибольшей длины участка A.
[0077] Поэтому, перемещение информационного заряда в положение P, которое включено в пятую полупроводниковую область 115, на одном из сегментов 107 почти не блокируется углубленными участками 106 на путях перемещения ко второй полупроводниковой области 102 и третьей полупроводниковой области 103. Кроме того, перемещение информационного заряда в положение Q, которое включено в пятую полупроводниковую область 115 в одном из сегментов 108, почти не блокируется углубленными участками 106 на путях перемещения ко второй полупроводниковой области 102 и третьей полупроводниковой области 103. Соответственно, углубленные участки 106 не расположены на путях перемещения в пятой полупроводниковой области 115 ко второй полупроводниковой области 102 по меньшей мере в двух направлениях. Поэтому, перемещение заряда не может блокироваться, и эффективность накопления заряда может улучшаться.
[0078] Область, включающая в себя множество углубленных участков 106 в одном из элементов 110 фотоэлектрического преобразования устройства 100 фотоэлектрического преобразования на фиг. 7A, включает в себя сегменты 107 и 108. Поэтому, множество углубленных участков 106, расположенных на главной поверхности полупроводниковой подложки 400, простирается в первом направлении или во втором направлении. Соответственно, перемещение большого объема информационного заряда в пятой полупроводниковой области 115 ко второй полупроводниковой области 102 и третьей полупроводниковой области 103 почти не блокируется, и, следовательно, может обеспечиваться устройство 100 фотоэлектрического преобразования, которое эффективно накапливает информационный заряд.
[0079] В устройстве фотоэлектрического преобразования на фиг. 8A пути заряда между углубленными участками 106 в пятой полупроводниковой области в сегменте 108' простираются в направлении Y. Кроме того, пути заряда между углубленными участками 106 в пятой полупроводниковой области в сегменте 107' также простираются в направлении Y. Поэтому, на пути перемещения информационного заряда в положение P' в пятой полупроводниковой области 115, включенной в сегмент 107', к третьей полупроводниковой области 103, углубленные участки 106 простираются в направлении, перпендикулярном направлению к третьей полупроводниковой области 103. Соответственно, информационный заряд в положении P' может не перемещаться напрямую в третью полупроводниковую область 103, а перемещается в третью полупроводниковую область 103 после перемещения в направлении Y или через область на углубленных участках 106, которая расположена с противоположной стороны главной поверхности полупроводниковой подложки 400. Следовательно, эффективность накопления заряда ниже, чем у устройства 100 фотоэлектрического преобразования, показанного на фиг. 7A.
[0080] Кроме того, на виде сверху главной поверхности, включающей в себя множество углубленных участков 106 на полупроводниковой подложке 400, четвертая полупроводниковая область 104 расположена в первой полупроводниковой области 101 на стороне главной поверхности в области, которая не включает в себя углубленные участки 106 в поперечном сечении, перпендикулярном главной поверхности. С другой стороны, в области, которая включает в себя расположенные на ней углубленные участки 106, изолирующие тела 201, заключенные в углубленные участки 106, контактируют с первой полупроводниковой областью 101 на виде в поперечном сечении, и в области, включающей в себя углубленные участки 106, формируется разность потенциалов.
[0081] Соответственно, когда углубленные участки 106 позиционированы на пути перемещения заряда, как показано на фиг. 8A, перемещение заряда блокируется, и эффективность накопления заряда в четвертой полупроводниковой области 104 ухудшается.
[0082] С другой стороны, в сегментах 107 на фиг. 7A вторая полупроводниковая область 102 и третья полупроводниковая область 103 расположены в области в направлении протяжения путей информационного заряда между углубленными участками 106. Поэтому разности потенциалов, образуемые между первой полупроводниковой областью 101 и углубленными участками 106, не формируются на путях перемещения заряда, позиционированного в точке P, в направлении ко второй полупроводниковой области 102. С помощью этой конфигурации не блокируется не только перемещение заряда, позиционированного в точке Q, но также и перемещение заряда, позиционированного в точке P, в направлении ко второй полупроводниковой области 102, и эффективность накопления заряда может улучшаться.
[0083] Далее операция снижения пульсации с помощью множества углубленных участков 106 будет описана со ссылкой на фиг. 6.
[0084] Фиг. 6 - схематический вид в поперечном сечении участка, где одно из изолирующих тел 201 сформировано на соответствующем из углубленных участков 106. Свет, падающий на полупроводниковую подложку 400, обозначен знаками 150-152 стрелки. Падающий свет включает в себя луч 150 падающего света, отражаемый в области, в которой углубленный участок 106 не сформирован, луч 151 падающего света, отражаемый боковой стенкой углубленного участка 106, и луч 152 падающего света, отражаемый нижней поверхностью углубленного участка 106.
[0085] Так как сформирован углубленный участок 106, могут получаться различные длины оптических путей, когда падающий свет достигает полупроводниковых областей 101, 102, 103 и 104, и между несколькими отражаемыми лучами света, отраженными граничными поверхностями между полупроводниковыми областями 101, 102, 103 и 104 и изолирующим телом 201 могут получаться сдвиги фаз. Соответственно, даже если характеристики выходного сигнала устройства 100 фотоэлектрического преобразования неоднородны и имеют форму волны, эта неоднородность может снижаться при интерференции между падающим светом и отражаемым светом. Таким образом, пульсация выходного сигнала устройства 100 фотоэлектрического преобразования может снижаться с помощью влияния интерференции.
[0086] Когда глубина углубленного участка 106 обозначена d, длина волны падающего света обозначена λ, а показатель преломления изолирующего тела 201 обозначен n, предпочтительно выполняется следующее выражение.
d ≥ λ/4n выражение 1
[0087] Здесь в качестве начала отсчета глубины d используется поверхность области, которая не включает в себя углубленные участки 106 на полупроводниковой подложке 400 (поверхность, исключающая множество углубленных участков 106 на главной поверхности на полупроводниковой подложке 400).
[0088] Кроме того, когда отношение площади углубленных участков 106 к площади области, исключающей углубленные участки 106, на элементе 110 фотоэлектрического преобразования составляет 1:1 на поверхности, которая параллельна поверхности, образованной областью, которая не включает в себя углубленные участки 106 элемента 110 фотоэлектрического преобразования, соотношение между составляющими интерференции также составляет 1:1. Соответственно, может быть получен наибольший эффект снижения пульсации. Следовательно, углубленные участки 106 предпочтительно образуются таким образом, что отношение площади углубленных участков 106 к площади области, исключающей углубленные участки 106 на полупроводниковой подложке 400, составляет 1:1 на поверхности, которая параллельна поверхности, образованной областью, которая не включает в себя углубленные участки 106. Кроме того, углубленные участки 106 предпочтительно расположены во множестве положений.
[0089] Согласно фиг. 7B, в сегментах 107 отношение площади области, исключающей углубленные участки 106, к площади углубленных участков 106 на главной поверхности элемента 110 фотоэлектрического преобразования составляет 88:100 на поверхности, которая параллельна поверхности области, которая не включает в себя углубленные участки 106 и которая включает в себя поверхность в элементе 110 фотоэлектрического преобразования. С другой стороны, в устройстве 100 фотоэлектрического преобразования, показанном на фиг. 8B, отношение площади области, исключающей углубленные участки 106, к площади углубленных участков 106 составляет 313:100 на поверхности, которая не включает в себя углубленные участки 106, в элементе 110 фотоэлектрического преобразования.
[0090] Так как углубленные участки 106 в сегменте 107 размещены так, как показано в этом варианте осуществления, отношение площади углубленных участков 106 к площади области, исключающей углубленные участки 106, на главной поверхности каждого из элементов 110 фотоэлектрического преобразования может стать ближе к 1:1. Соответственно, можно эффективно снижать возникновение пульсации в выходном сигнале устройства 100 фотоэлектрического преобразования.
[0091] С другой стороны, если углубленные участки 106 для снижения возникновения пульсации образуются на второй полупроводниковой области 102, то заряд захватывается на участке, в котором изолирующие тела 201, образованные на углубленных участках 106, контактируют со второй полупроводниковой областью 102, такой как область LOCOS или промежуточная пленка, и поэтому перемещение заряда блокируется. Соответственно, вторая полупроводниковая область 102, показанная на фиг. 2, фиг. 3A - 3D, фиг. 4-6 и фиг. 7A и 7B, не включает в себя углубленные участки 106. Углубленные участки 106 образуются только на первой полупроводниковой области 101, образованной в контакте со второй полупроводниковой областью 102 и четвертой полупроводниковой областью 104, которая образована на первой полупроводниковой области 101 и которая имеет первый тип проводимости. С помощью этого можно снижать влияние захвата заряда на перемещение заряда и можно дополнительно улучшать эффективность накопления заряда.
[0092] Например, на виде сверху главной поверхности, включающей в себя углубленные участки 106 на полупроводниковой подложке 400, вторая полупроводниковая область формируется так, что она не перекрывается с областью, включающей в себя множество углубленных участков 106. Конкретнее, на первом виде в поперечном сечении первой главной поверхности полупроводниковой подложки 400 (фиг. 1B) первый углубленный участок 106 и второй углубленный участок 106 из множества углубленных участков 106 расположены рядом друг с другом, причем третья полупроводниковая область расположена между ними в направлении, параллельном главной поверхности. Кроме того, на первом виде в поперечном сечении вторая полупроводниковая область 102 образована между первым углубленным участком 106 и вторым углубленным участком 106.
[0093] Кроме того, участок p-n-перехода, образуемый, когда первая полупроводниковая область 101 и вторая полупроводниковая область 102 контактируют друг с другом, позиционирован между первым углубленным участком 106 и вторым углубленным участком 106 в направлении, параллельном главной поверхности на первом виде в поперечном сечении.
[0094] Соответственно, заряд может накапливаться с помощью диффузии заряда в первой полупроводниковой области 101, которая не находится в состоянии обеднения, и заряд накапливается с помощью явления дрейфа во второй полупроводниковой области 102 так, что эффективность накопления заряда улучшается. Кроме того, с возникновением пульсации можно бороться, когда множество углубленных участков 106 образовано в области, окружающей вторую полупроводниковую область 102. Следует отметить, что третья полупроводниковая область 103 имеет функцию подавления темнового тока на поверхности полупроводниковой подложки 400.
[0095] Так как углубленные участки 106 не размещены во второй полупроводниковой области 102, а размещены только в области, окружающей вторую полупроводниковую область 102, можно предотвратить формирование темнового тока, вызванного контактом между изолирующими телами 201 в углубленных участках 106 и второй полупроводниковой областью 102.
[0096] Соответственно, согласно этому варианту осуществления может обеспечиваться устройство фотоэлектрического преобразования, способное улучшить эффективность накопления заряда при снижении возникновения пульсации характеристик выходного сигнала.
Второй вариант осуществления
[0097] Фиг. 9 - вид сверху, схематично показывающий устройство 100 фотоэлектрического преобразования согласно второму варианту осуществления. Используются виды в поперечном сечении, показанные на фиг. 3A - 3D. Участки, имеющие те же самые функции, как функции по первому варианту осуществления, обозначены теми же самыми ссылочными позициями, как в первом варианте осуществления, и подробные описания опущены.
[0098] Устройство 100 фотоэлектрического преобразования согласно этому варианту осуществления включает в себя сегменты 207, включающие в себя пути информационного заряда, которые размещены между множеством углубленных участков 106 и которые простираются в направлении X, и сегменты 208, которые включают в себя пути информационного заряда, которые размещены между множеством углубленных участков 106 и которые простираются в направлении Y. Устройство 100 фотоэлектрического преобразования по этому варианту осуществления дополнительно включают в себя, в дополнение к сегментам 207 и 208, сегменты 209, имеющие пути информационного заряда, которые размещены между множеством углубленных участков 106 и которые простираются в направлении, которое пересекается с направлением X и направлением Y.
[0099] Как показано на фиг. 9, вторая полупроводниковая область 102 и третья полупроводниковая область 103 включены в область, позиционированную в направлении протяжения путей информационного заряда, включенных в сегменты 209.
[00100] С помощью этой конфигурации заряд в точке B, показанной на фиг. 9, может перемещаться во вторую полупроводниковую область 102, избегая образования разности потенциалов между первой полупроводниковой областью 101 и углубленными участками 106, и соответственно улучшается эффективность накопления заряда устройства 100 фотоэлектрического преобразования.
[00101] Таким образом, во втором варианте осуществления заряд, позиционированный в точке B в первой полупроводниковой области 101, может перемещаться в область накопления заряда быстрее, чем в случае первого варианта осуществления, и дополнительно улучшается эффективность накопления заряда.
Третий вариант осуществления
[00102] Фиг. 10 - вид сверху, схематично показывающий фрагмент устройства 100 фотоэлектрического преобразования согласно третьему варианту осуществления. Используются те же самые виды в поперечном сечении, как виды в поперечном сечении на фиг. 3A - 3D, за исключением того, что каждый из углубленных участков 106 на фиг. 3A и 3C обозначен с помощью множества углубленных участков 606. Участки, имеющие те же самые функции и конфигурации, как в первых вариантах осуществления, обозначены теми же самыми ссылочными позициями, как в первом варианте осуществления, и подробные описания опущены.
[00103] В устройстве 100 фотоэлектрического преобразования по этому варианту осуществления область 506, соответствующая каждому из углубленных участков 106, образована не одним углубленным участком, а образована множеством углубленных участков 606. В этом варианте осуществления множество углубленных участков 606 могут иметь длину в продольном направлении (направлении протяжения), равную или меньшую, чем две длины в коротком направлении, например, на виде сверху главной поверхности, имеющей углубленные участки 606 на полупроводниковой подложке 400. Кроме того, углубленные участки 606 могут иметь формы, в которых наибольший диаметр равен или меньше, чем два самых малых диаметра, например, на виде сверху главной поверхности, включающей в себя углубленные участки 606 на полупроводниковой подложке 400.
[00104] На виде сверху углубленные участки 606 имеют первые пути 131 информационного заряда, имеющие длину в первом направлении (направлении Y) больше длины во втором направлении (направлении X), и вторые пути 132 информационного заряда, имеющие длину в третьем направлении (направлении X) больше длины в четвертом направлении (направлении Y).
[00105] Углубленные участки 606 включают в себя первую пару углубленных участков 606a и 606b, которые расположены рядом друг с другом во втором направлении (направлении X), причем первый путь 131 информационного заряда расположен между ними, и вторую пару углубленных участков 606c и 606d, расположенных рядом друг с другом во втором направлении, причем первый путь 131 информационного заряда расположен между ними. Конкретнее, множество углубленных участков 606 включает в себя первую пару углубленных участков 606a и 606b, которые расположены рядом друг с другом во втором направлении, причем первый участок пятой полупроводниковой области 115 расположен между ними на виде сверху. Кроме того, множество углубленных участков 606 включают в себя вторую пару углубленных участков 606c и 606d, которые расположены рядом друг с другом во втором направлении, причем второй участок пятой полупроводниковой области 115 расположен между ними на виде сверху.
[00106] Соответственно, на виде сверху углубленные участки 606a и 606c размещены с одной стороны пути 131 информационного заряда, а углубленные участки 606b и 606d размещены с другой стороны пути 131 информационного заряда.
[00107] Углубленные участки 606a и 606c размещены рядом друг с другом в первом направлении, причем третий участок пятой полупроводниковой области 115 расположен между ними, и углубленные участки 606b и 606d размещены рядом друг с другом в первом направлении, причем четвертый участок пятой полупроводниковой области 115 расположен между ними.
[00108] Точно так же множество углубленных участков 606 размещены с обеих сторон второго пути 132 информационного заряда на виде сверху, и углубленные участки 606 на каждой из сторон размещены рядом друг с другом, причем участок пятой полупроводниковой области 115 расположен между ними.
[00109] Также с помощью этой конфигурации в пятой полупроводниковой области 115, служащей в качестве путей информационного заряда между множеством углубленных участков 606, предотвращается блокировка углубленными участками 606 перемещения информационного заряда во вторую полупроводниковую область 102 или третью полупроводниковую область 103. Соответственно, может улучшаться эффективность накопления заряда.
[00110] Зависимость между шириной и толщиной углубленных участков 606 в примере участка устройства 100 фотоэлектрического преобразования по фиг. 10 показана на фиг. 11.
[00111] Формы углубленных участков 106, 406 и 606 в области пикселя изменяются в зависимости от ширины углубленных участков 106, 406 и 606. Как показано на фиг. 11, плоский участок активной области обозначен как «a», плоский участок области углубленного участка обозначен как «b», умеренно наклонные участки, которые упоминаются как «клюв птицы», обозначены как «c», а глубина (толщина), использующая область, которая не включает в себя углубленный участок в качестве начала отсчета, обозначена как «d». В этом случае числом составляющих интерференции, формируемых в области a и области b, можно управлять с помощью глубины (толщины) d и соотношения площадей. На углубленных участках 406 и 606 возникновение пульсации можно снижать с помощью изменения различных параметров в зависимости от форм углубленных участков 406 и 606.
[00112] В этом варианте осуществления, по сравнению с первым и вторым вариантами осуществления, на главной поверхности элемента 110 фотоэлектрического преобразования может быть образована тонкая неровность. Соответственно, эффективность накопления заряда может улучшаться, в то время как гибкость для схемы размещения углубленных участков для снижения возникновения пульсации в выходном сигнале устройства 100 фотоэлектрического преобразования улучшается.
Четвертый вариант осуществления
[00113] Фиг. 12 - схематический вид сверху примера участка устройства 100 фотоэлектрического преобразования согласно четвертому варианту осуществления. Участки, имеющие те же самые функции и конфигурации, как в первом варианте осуществления, обозначены теми же самыми ссылочными позициями, как в первом варианте осуществления, и подробные описания опущены. В этом варианте осуществления устройство 100 фотоэлектрического преобразования может не включать в себя углубленные участки 106 в области, со стороны около области, в которой образован элемент считывающей цепи, в первой полупроводниковой области 101, которая окружает вторую полупроводниковую область 102 на виде сверху. Поэтому в устройстве 100 фотоэлектрического преобразования по этому варианту осуществления расстояние между третьей полупроводниковой областью 103 для вывода заряда к считывающей цепи и элементом считывающей цепи меньше расстояния между элементом считывающей цепи в устройстве 100 фотоэлектрического преобразования и третьей полупроводниковой областью 103 согласно первому варианту осуществления.
[00114] Четвертая полупроводниковая область 104 соединена с транзистором 121 усиления и транзистором 122 сброса считывающей цепи через электрическую линию 123. Длину электрической линии 123 можно снижать, когда положение четвертой полупроводниковой области 104 ближе к элементу считывающей цепи, и соответственно можно снижать паразитную емкость, образуемую электрической линией 123, другими электрическими линиями, включая линию заземления, и изолирующей пленкой, расположенной между электрической линией 123 и упомянутой другой электрической линией.
Пятый вариант осуществления
[00115] Фрагмент устройства 100 фотоэлектрического преобразования согласно пятому варианту осуществления будет описан со ссылкой на фиг. 13. Фиг. 13 - вид в поперечном сечении, схематично показывающий фрагмент устройства 100 фотоэлектрического преобразования согласно этому варианту осуществления. Может использоваться вид сверху по первому варианту осуществления, показанный на фиг. 2. Устройство 100 фотоэлектрического преобразования по фиг. 13 отличается от устройства на фиг. 3A - 3D тем, что полупроводниковая область второго типа проводимости образована на стороне, противоположной главной поверхности четвертой полупроводниковой области 104 на виде в поперечном сечении главной поверхности, включающей в себя множество углубленных участков 106 на полупроводниковой подложке 400. Конкретнее, в этом варианте осуществления эта полупроводниковая область соответствует пятой полупроводниковой области 115.
[00116] Концентрация примесей пятой полупроводниковой области 115 равна или ниже концентрации примесей второй полупроводниковой области 102 и ниже концентрации примесей третьей полупроводниковой области 103. Соответственно, информационный заряд, формируемый в пятой полупроводниковой области 115, накапливается второй полупроводниковой областью 102. Также в этом варианте осуществления, когда направление протяжения пятой полупроводниковой области 115, которая служит в качестве путей информационного заряда, и взаимное расположение между второй полупроводниковой областью 102 и третьей полупроводниковой областью 103 устанавливаются таким же образом, как в первом варианте осуществления, эффективность накопления заряда может улучшаться.
[00117] Следует отметить, что конфигурация устройства 100 фотоэлектрического преобразования по этому варианту осуществления не ограничена вышеописанной конфигурацией, и устройство 100 фотоэлектрического преобразования по фиг. 1 и любой из элементов фотоэлектрического преобразования согласно второму - четвертому вариантам осуществления могут объединяться друг с другом.
Шестой вариант осуществления
[00118] Участок устройства 100 фотоэлектрического преобразования согласно шестому варианту осуществления будет описан со ссылкой на фиг. 14A и 14B. Фиг. 14A - вид сверху примера участка устройства 100 фотоэлектрического преобразования по этому варианту осуществления, и фиг. 14B - схематический вид в поперечном сечении примера участка устройства 100 фотоэлектрического преобразования, выполненного вдоль линии XIVB - XIVB на фиг. 14A. Устройство 100 фотоэлектрического преобразования по этому варианту осуществления отличается от первого варианта осуществления тем, что пятая полупроводниковая область 115 является участком второй полупроводниковой области 102, и шестые полупроводниковые области 116 образуются в областях, в которых изолирующие тела 201, заключенные во множество углубленных участков 106 полупроводниковой подложки 400, контактируют со второй полупроводниковой областью 102. Шестые полупроводниковые области 116 предпочтительно имеют первый тип проводимости и предпочтительно имеют концентрацию примесей выше концентрации примесей первой полупроводниковой области 101, второй полупроводниковой области 102 и пятой полупроводниковой области 115. Здесь будет описан случай, когда участки четвертой полупроводниковой области 104, образованной вместе с углубленными участками 106, соответствуют шестым полупроводниковым областям 116.
[00119] Если изолирующие тела 201, заключенные во множество углубленных участков 106, контактируют со второй полупроводниковой областью 102, то может формироваться темновой ток, который вызывает граничные нарушения в изолирующих телах 201. Так как четвертая полупроводниковая область 104 расположена между изолирующими телами 201 и второй полупроводниковой областью 102 в устройстве 100 фотоэлектрического преобразования по этому варианту осуществления, даже если формируется заряд второго типа проводимости, имеющий ту же самую полярность, как полярность информационного заряда, темновой ток можно подавлять рекомбинацией в четвертой полупроводниковой области 104.
[00120] Соответственно, на виде сверху главной поверхности, включающей в себя множество углубленных участков 106 на полупроводниковой подложке 400, вторая полупроводниковая область 102 может простираться от участка, контактирующего с третьей полупроводниковой областью 103, к области, в которой вторая полупроводниковая область 102 перекрывается с по меньшей мере несколькими из множества углубленных участков 106. Текущая эффективность накопления может дополнительно улучшаться с помощью увеличения области второй полупроводниковой области 102.
[00121] С другой стороны, даже если используются шестые полупроводниковые области 116, в окрестностях углубленных участков 106 может формироваться область, имеющая низкую концентрацию примесей. Потенциал информационного заряда является низким в области, имеющей низкую концентрацию примесей, и поэтому постоянная времени становится больше, когда накопленный заряд разряжается, что вызывает явление инерционности (запаздывания) изображения. Если ожидается такой недостаток, то вторую полупроводниковую область 102 располагают ближе к третьей полупроводниковой области 103 относительно одного из углубленных участков 106, который находится ближе всего к третьей полупроводниковой области 103 на виде сверху, как показано в других вариантах осуществления. Соответственно, на виде сверху вторая полупроводниковая область 102 не перекрывается со множеством углубленных участков 106. С помощью этой конфигурации можно подавить формирование явления инерционности изображения.
[00122] Следует отметить, что конфигурация устройства 100 фотоэлектрического преобразования по этому варианту осуществления не ограничена вышеописанной конфигурацией, и устройство 100 фотоэлектрического преобразования на фиг. 1 может объединяться с любым из элементов 110 фотоэлектрического преобразования согласно второму - четвертому вариантам осуществления.
Седьмой вариант осуществления
[00123] Конфигурация устройства 800 считывания изображения согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения будет описана со ссылкой на структурную схему по фиг. 15. Устройство 800 считывания изображения может быть, например, многофункциональным периферийным устройством (MFP), сканером или копировальным устройством. Устройство 800 считывания изображения может включать в себя синхронизирующую схему 900 преобразования, считывающий блок 810, блок 820 генерации колебаний и процессор 830 обработки изображений.
[00124] Считывающий блок 810 формирует данные изображения при считывании документа. Считывающий блок 810 может включать в себя источник света, оптический узел уменьшенного размера, лицензиар, аналогово-цифровой преобразователь и контроллер. Одно из устройств 100 фотоэлектрического преобразования согласно первому - шестому вариантам осуществления может использоваться в качестве лицензиара. Блок 820 генерации колебаний обеспечивает формируемые опорные синхроимпульсы для считывающего блока 810 и для синхронизирующей схемы 900 преобразования. Считывающий блок 810 работает в соответствии с подаваемыми опорными синхроимпульсами. Частота опорных синхроимпульсов может составлять, например, несколько сотен МГц.
[00125] Синхронизирующая схема 900 преобразования принимает данные изображения из считывающего блока 810 в соответствии с опорными синхроимпульсами, которые описаны выше, и подает данные изображения на процессор 830 обработки изображений в соответствии с синхроимпульсами расширенного спектра. Процессор 830 обработки изображений обрабатывает поданные данные изображения. Соответственно, процессор 830 обработки изображений обрабатывает данные, основываясь на данных изображения, выводимых из считывающего блока 810.
[00126] Считывающий блок 810, блок 820 генерации колебаний и синхронизирующая схема 900 преобразования могут располагаться на подвижном участке устройства 800 считывания изображения, и процессор 830 обработки изображений может располагаться на участке корпуса устройства 800 считывания изображения. Синхронизирующая схема 900 преобразования и процессор 830 обработки изображений могут соединяться друг с другом, например, через проводной монтаж длиной несколько десятков сантиметров.
[00127] Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, нужно понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми примерными вариантами осуществления. Объем последующей формулы изобретения должен соответствовать самой широкой интерпретации с тем, чтобы охватывать все такие изменения и эквивалентные структуры и функции.