CN102473714A - 固体摄像元件 - Google Patents

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Abstract

在嵌入式的光电二极管的受光面的端部隔着输送栅电极(12)形成浮动扩散区域(13)。在大致扇形形状的受光面中,设置以浮动扩散区域(13)为中心的具有放射状的延伸部的第一区域(111)和其外侧的第二区域(112),导入导电型与第一区域(111)所收集的信号电荷相同的杂质,由此能够通过三维电场效应形成使信号电荷从放射状的延伸部朝向中心的电场。其结果是,能够缩短电荷的输送时间。另外,能够与浮动扩散区域(13)相邻地设置下一级电路元件,因此能够减小浮动扩散区域(13)的寄生电容,能够实现高灵敏度的元件。由此,在与以100万帧/秒左右以上的极高速度进行摄影相对应的固体摄像元件中,能够无损于摄影的高速性地提高检测灵敏度、信噪比。

Description

固体摄像元件
技术领域
本发明涉及一种固体摄像元件,进一步详细地说,涉及一种适于拍摄破坏、爆炸、燃烧等高速现象的能够高速动作的固体摄像元件。
背景技术
以往,开发出了一种用于在短时间内连续拍摄爆炸、破坏、燃烧、碰撞、放电等高速现象的高速摄影装置(高速摄像机)(参照非专利文献1等)。在这种高速摄影装置中,需要以100万帧/秒左右以上的极高速度进行摄影。因此,以往利用了一种与通常在摄像机、数字照相机等中所使用的摄像元件不同的、具有特殊结构的能够高速动作的固体摄像元件。作为这种固体摄像元件,在专利文献1等中公开了一种被称为像素周边记录型摄像元件(ISIS:In-situ Storage Image Sensor)的摄像元件。该摄像元件具备不需要将信号读出到元件外部就能够连续地记录规定帧数的蓄积用CCD(Charge Coupled Device:电荷耦合元件)。另外,本申请申请人在专利文献2等中还提出了一种CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:互补金属氧化物半导体)结构的摄像元件,该CMOS结构的摄像元件具备不需要将信号读出到元件外部就能够连续地记录规定帧数的图像信号的电容器。
在这种固体摄像元件中,为了进行光电转换一般采用嵌入式的光电二极管。在上述那样的高速摄影中,光电二极管的曝光时间与一般的摄影相比非常短,因此为了确保检测灵敏度需要尽量增加对各像素中的光电二极管的光的入射量。因此,期望尽量增大光电二极管的受光面的尺寸。然而,在一般的嵌入式的光电二极管结构中,当增大受光面的尺寸时,不能忽略产生于光电二极管的光电荷到达浮动扩散(floating diffusion)区域所需的时间,一部分电荷无法在预先决定的短的光电转换时间内到达浮动扩散区域。因此,原本应该在该帧读出的一部分电荷在下一帧被读出,从而产生余像现象。这是与高速动作相对应的固体摄像元件中的画质劣化的主要原因之一。
对此,在专利文献3、4等中记载的固体摄像元件中,在嵌入式光电二极管的矩形受光面的大致中央形成浮动扩散区域,以包围该浮动扩散区域的方式配置输送晶体管的栅电极。由此,从受光面到浮动扩散区域的最大距离变短,从而光电荷到达浮动扩散区域所需的时间缩短。另外,在该固体摄像元件中,从受光面的周边部向中央部即向浮动扩散区域形成电势梯度,由此使产生于光电二极管的光电荷易于聚集到受光面的中央侧。
然而,在上述固体摄像元件中,将收集电子的浮动扩散区域配置在受光面的中央,因此一般情况下需要利用金属等布线将该浮动扩散区域与配置在受光面的外侧的区域相连接,通过该布线将电荷输送到下一级电路。这种布线是容性负载,因此使浮动扩散区域的电荷电压转换增益降低,从而使灵敏度降低。另外,如果如专利文献4那样设为沟道宽度随着远离中心而单纯变狭的形状,则存在如下的问题:当使用垂直溢出漏极、用于抑制串扰等的P-well/N-sub(P型阱/N型衬底)结构时,不存在沟道的区域所产生的光电荷流向衬底方向,从而灵敏度降低。
专利文献1:日本特开2001-345441号公报
专利文献2:国际公开WO2009/031301号刊
专利文献3:国际公开WO2009/031304号刊
专利文献4:日本特开2007-81083号公报
非专利文献1:除近藤外5名、“高速摄像机HyperVision.HPV-1的开发”、岛津评论、岛津评论编辑部、2005年9月30日发行、第62卷、第1/2号、p.79-86(近藤ほか5名、「高速度ビデオカメラHyperVision.HPV-1の開発」、島津評論、島津評論編集部、2005年9月30日発行、第62巻、第1·2号、p.79-86)
发明内容
发明要解决的问题
本发明是鉴于上述问题而完成的,其目的在于提供一种固体摄像元件,即使在光电荷蓄积时间短的情况下,该固体摄像元件也能够高效地使产生于光电二极管的光电荷反映成信号,从而高灵敏度且余像少地进行高速动作。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题而完成的第一发明的固体摄像元件在半导体衬底上具备多个像素,各像素至少具有光电二极管、浮动扩散区域以及输送晶体管,该光电二极管接收光而生成光电荷,该浮动扩散区域收集并保持由上述光电二极管所生成的电荷,该输送晶体管为了将电荷从上述光电二极管输送至上述浮动扩散区域而在该光电二极管与该浮动扩散区域之间具有栅极,该固体摄像元件的特征在于,上述浮动扩散区域配置在上述光电二极管的受光面的端部,在该光电二极管的受光面中,处于以上述浮动扩散区域为中心描绘的第一圆弧的内侧且处于输送栅极的外侧的整个区域和从该第一圆弧向外部放射状地延伸且顶端与第二圆弧相接的多个延伸部的内侧的区域形成为导电型与所收集的信号电荷相同的区域,其中,该第二圆弧与上述第一圆弧呈同心圆状。
在该第一发明所涉及的固体摄像元件中,上述延伸部是从上述第一圆弧向外部直线状地延伸、或者弓状弯曲地延伸、或者钩状弯折地延伸而得到的。
另外,为了解决上述问题而完成的第二发明的固体摄像元件在半导体衬底上具备多个像素,各像素至少具有光电二极管、浮动扩散区域以及输送晶体管,该光电二极管接收光而生成光电荷,该浮动扩散区域收集并保持由上述光电二极管所生成的电荷,该输送晶体管为了将电荷从上述光电二极管输送至上述浮动扩散区域而在该光电二极管与该浮动扩散区域之间具有栅极,该固体摄像元件的特征在于,上述浮动扩散区域配置在上述光电二极管的受光面的端部,在该光电二极管的受光面中,处于以上述浮动扩散区域为中心描绘的圆弧的内侧且处于输送栅极的外侧的区域和从该圆弧向外部放射状地延伸的多个延伸部的内侧的区域形成为导电型与所收集的信号电荷相同的区域。
在该第二发明所涉及的固体摄像元件中,上述多个延伸部优选设为长度大致相同。
在第一、第二发明所涉及的固体摄像元件中,能够设为如下的结构:当俯视观察时,上述光电二极管的受光面位于以上述浮动扩散区域为中心的扇形区域内的与该浮动扩散区域隔着上述输送栅极的位置处。
作为第一方式,例如能够设为如下结构:当俯视观察时,上述光电二极管的受光面具有不在一条直线上的两条直线状的边缘,在延长这两条边缘而得到的交点上设置有上述浮动扩散区域。在这种情况下,能够将在延长上述两条边缘而得到的交点处这两条延长线形成的角度设为任意角度。
另外,作为第二方式,也可以设为如下结构:当俯视观察时,上述光电二极管的受光面具有位于一条直线上的两条直线状的边缘,在这两条边缘的中间位置处设置有上述浮动扩散区域。即,该第二方式相当于在第一方式中被排除的以下情况:在延长两条边缘而得到的交点处,这两条延长线所形成的角度为180°。
另外,作为第三方式,也可以设为如下结构:当俯视观察时,上述光电二极管的受光面是形成有从边缘向内部的凹陷的形状,在该凹陷的最里面的位置处设置有上述浮动扩散区域。
此外,关于上述的“导电型与所收集的信号电荷相同的区域”,在所收集的信号电荷为电子时,是通过对层叠形成在半导体衬底上的基体(一般为p型阱)注入离子等来导入例如磷、砷等杂质而形成的n型区域。
在上述第一至第三方式的任一个方式中都是,在俯视观察时浮动扩散区域的周围没有被光电二极管的受光面完全包围,至少一部分面向层叠形成在半导体衬底上的基体。因而,能够在面向浮动扩散区域的上述基体上连续地或相邻地设置对在该浮动扩散区域中收集到的电荷进行复位以及放大的区域。由此,能够减小浮动扩散区域的容量(电容),能够避免灵敏度降低。
在第一、第二发明所涉及的固体摄像元件中,在光电二极管的整个受光面产生光电荷,在所收集的信号电荷为电子的情况下,如果放射状地延伸的n型杂质区域之间的空隙窄,则由于水平方向的电场效应,p型杂质区域内产生的光电荷(电子)到达放射状地延伸的n型杂质区域的可能性比在P-well内扩散而到达衬底的可能性高。
另外,放射状地延伸的n型杂质区域的顶端部被p型杂质区域包围,因此由于三维的电场效应,与输送栅极附近的n型杂质区域相比顶端部的n型杂质区域的电势低(电位低)。因此,产生电势从周边部向中心部变高(电位变高)这种方向的电场,能够使光电荷高效地移动到中心部。在这种情况下,放射状地延伸的n型杂质区域不需要必须设为宽度随着趋向顶端部而变窄的形状。
通过这样,根据第一、第二发明所涉及的固体摄像元件,能够抑制光电荷易于向衬底流出的、导电型与信号电荷相反的杂质区域的面积,同时高效地形成使信号电荷从周围向中心(浮动扩散区域)移动的方向的电场。
在这种情况下,上述延伸部也可以设为如下形状:当俯视观察时,宽度从根部向顶端变窄。当使延伸部的宽度趋向顶端变窄时,由于窄沟道效应而电势梯度变陡峭。这样,电荷的移动速度提高,有利于缩短电荷到达浮动扩散区域的时间。
另一方面,当延伸部的宽度变窄时,相反地,相邻的延伸部之间的间隔变宽,在外侧的区域中产生的电荷不到达上述导电型与所收集的信号电荷相同的杂质区域而向衬底流出的可能性变高。因此,为了避免该情况,优选将上述延伸部设为如下形状:当俯视观察时夹持顶端的两个边缘朝相同方向弓状地弯曲或者钩状地弯折。由此,在维持了朝向中心的电场强度的同时,增大了导电型与信号电荷相同的杂质区域的面积,另一方面,导电型相反的杂质区域的面积变小,因此电荷的收集效率提高。另外,即使多个延伸部并非全部为朝相同方向弯曲或弯折的形状(例如为镜像对称的形状),也能够实质上以充分高的效率收集电荷。
此外,在第一、第二发明所涉及的固体摄像元件中,也可以设为如下结构:在形成为导电型与所收集的信号电荷相同的区域的上述区域中,形成电势高低不同的多个区域,使得信号电荷易于向上述浮动扩散区域移动。通过使用多个光掩模改变杂质离子注入到基体的深度、杂质浓度,能够容易地形成这种电势高低不同的区域。由此,能够使电势梯度进一步陡峭,能够提高电荷的移动速度。
发明的效果
根据第一和第二发明所涉及的固体摄像元件,能够在输送晶体管导通而栅极导通时高效且短时间内将产生于光电二极管的受光面的电荷输送到浮动扩散区域,并且,能够顺利且高速地将浮动扩散区域中收集到的电荷输送到下一级电路。由此,能够无损于摄影的高速性地提高检测灵敏度、信噪比。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的固体摄像元件中的一个像素的电路结构图。
图2是本实施例的固体摄像元件中的光电转换部的概要纵剖面图。
图3是本实施例的固体摄像元件中的光电转换部的俯视图。
图4是表示用于仿真的第一至第五元件形状的俯视图。
图5是作为对于第一元件形状的仿真结果的二维电势等高线图。
图6是作为对于第二元件形状的仿真结果的二维电势等高线图。
图7是作为对于第三元件形状的仿真结果的二维电势等高线图。
图8是作为对于第四元件形状的仿真结果的二维电势等高线图。
图9是作为对于第五元件形状的仿真结果的二维电势等高线图。
图10是作为对于第一元件形状的仿真结果的三维电势概观图。
图11是作为对于第二元件形状的仿真结果的三维电势概观图。
图12是作为对于第三元件形状的仿真结果的三维电势概观图。
图13是作为对于第四元件形状的仿真结果的三维电势概观图。
图14是作为对于第五元件形状的仿真结果的三维电势概观图。
图15是表示第一至第五元件形状的电子输送仿真结果的图。
图16是表示第一至第五元件形状的灵敏度仿真结果的图。
图17是表示本发明所涉及的固体摄像元件中的另一个元件形状例的俯视图。
图18是表示本发明所涉及的固体摄像元件中的另一个元件形状例的俯视图。
图19是表示本发明所涉及的固体摄像元件中的另一个元件形状例的俯视图。
图20是表示本发明所涉及的固体摄像元件中的另一个元件形状例的俯视图。
具体实施方式
参照附图来说明本发明所涉及的固体摄像元件的一个实施例。
本实施例中的固体摄像元件的整体结构和构造例如与如专利文献2所记载的现有的CMOS结构的高速摄影用固体摄像元件相同。下面,对本实施例的固体摄像元件的特征,即构成各像素的要素的结构、形状,特别是光电转换部的结构、形状进行详细说明。
图1是本实施例的固体摄像元件中的一个像素1的电路结构图。一个像素1包括:光电二极管11,其接收光而生成光电荷;输送晶体管12,其与光电二极管11相邻地设置,用于输送光电荷;浮动扩散区域13,其经由输送晶体管12连接于光电二极管11,暂时蓄积光电荷并将光电荷转换为电压信号;复位晶体管14,其用于对浮动扩散区域的电位进行复位;放大晶体管15,其用于放大信号电荷量;以及选择晶体管16,其用于选择像素。读出像素信号的输出线2延伸到未图示的区域,与垂直信号线或用于存储像素信号的电容器等相连接。
为了提高各像素1的光电转换增益,优选使将光电荷转换为电压的浮动扩散区域13的容量尽可能地小。
在图1中,光电二极管11、输送晶体管12以及浮动扩散区域13是光电转换部10,该光电转换部10具有特征性的结构。图3是表示光电转换部10的布局图案的俯视图,图3的(a)是基本图案,图3的(b)~(d)是将图3的(a)扩展后得到的图案。图2是图3的(a)中的A-A’箭头视线的概要纵剖面图。
光电二极管11是嵌入式光电二极管结构。即,如图2所示,在n型硅半导体衬底(N-sub)50上形成规定厚度的p型阱(p-well)区域51,在该p型阱区域51中形成n型半导体区域52。在该n型半导体区域52的表层形成p+型半导体区域53,利用该n型半导体区域52与p+型半导体区域53的pn结来构成嵌入式光电二极管11。如图3的(a)所示,当俯视观察时,光电二极管11的整体是大致扇形形状,受光面的形状为缺损了1/4圆形的形状,该1/4圆形的一个角以该扇形的顶点为中心。
在上述1/4圆形的缺损部分没有形成n型半导体区域52,在该1/4圆形的内侧范围内,在p型阱区域51的表层形成n+型半导体区域54,该n+型半导体区域54成为浮动扩散区域13。在该n+型半导体区域54即浮动扩散区域13与n型半导体区域52之间,隔着表层的绝缘膜形成由多晶硅等构成的环状的栅电极12a,该栅电极12a构成输送晶体管12。
如图3的(a)所示,俯视观察时大致为扇形形状的光电二极管11的受光面被分成两个区域。这两个区域分别是第一区域111和第二区域112,该第一区域111由圆弧(第一圆弧)Q1的内侧区域以及多个延伸部构成,该圆弧Q1是以浮动扩散区域13为中心的圆弧,即以夹持浮动扩散区域13的光电二极管11的受光面的两条直线状边缘的延长线的交点P为中心描绘的圆弧,该多个延长部为从该圆弧Q1起向外部延伸且顶端与以交点P为中心描绘的圆弧(第二圆弧)Q2内接,该第二区域112被该多个延伸部中的在圆周方向上邻接的延伸部所夹持。各延伸部从与圆弧Q1相接的根部向与圆弧Q2相接的顶端呈放射状地延伸,所有的延伸部的长度大致相同。
第一区域111和第二区域112都是受光面,但第一区域111是导电型与所收集的信号电荷相同的杂质区域,其空隙即第二区域112是导电型与信号电荷相反的杂质区域。通常,通过使用光掩模选择性地注入磷、砷、硼等杂质能够容易地实现这种杂质区域的差异。其结果是,延伸部被导电型与信号电荷相反的杂质区域包围,因此由于三维电场效应,延伸部的电势能比圆弧Q1的内侧的部分的电势能高。也就是说,在从圆弧Q1起向外侧放射状地延伸的延伸部与圆弧Q1的内侧之间产生电势的高度差,由此,形成从扇形形状的光电二极管的外侧(周边部)朝向中心部的电势梯度。该电势梯度是具有如下作用的梯度:电势梯度整体使信号电荷在光电二极管11的受光面上从远离浮动扩散区域13的位置向该浮动扩散区域13移动。具体的电势梯度的形状在后文描述。
在上述结构的光电转换部10中,光入射到光电二极管11的受光面而在pn结附近产生的电荷因上述那样的电势梯度而朝浮动扩散区域13加速,在输送晶体管12的栅电极12a截止的状态下聚集在该栅电极12a的周围。并且,当栅电极12a导通时,电荷一起被输送到浮动扩散区域13,并被反映成像素信号。在第二区域112内电势是大致平坦的,因此在此产生的电荷的移动速度慢。然而,由于第一区域111是多个延伸部呈放射状地延出的形状,因此从第二区域112内的任何一个位置到第一区域111的移动距离都比较短,电荷在短时间内就会到达第一区域111。并且,当电荷到达第一区域111时,电荷因上述陡峭的电势梯度而加速,电荷在短时间内聚集到栅电极12a的周围。因此,当使栅电极12a导通时,能够高效地将电荷输送到浮动扩散区域13。
此外,输送晶体管12在光入射的期间内也维持导通状态时,顺应电势梯度而聚集到栅电极12a的周围的光电荷直接经过栅电极12a正下方的区域流入浮动扩散区域13。因而,无论设为任何方式都能够高效且迅速地将产生于光电二极管11的光电荷输送到浮动扩散区域13。
这样,在光电二极管11的受光面上的任意位置处产生的光电荷都是,到达浮动扩散区域13的时间变短,即使在分配给光电荷的蓄积动作的时间短的情况下,也能够减少无法到达浮动扩散区域13的光电荷。其结果是,能够减少读出信号电荷时残留在光电二极管11中的电荷量,能够抑制余像来改善画质。
另外,浮动扩散区域13位于光电二极管11的受光面的端部。因此,虽然在图2、图3的(a)中没有记载,但能够与浮动扩散区域13相邻地设置复位晶体管14、放大晶体管15。因而,能够减小浮动扩散区域13的容量,从而能够增大电荷电压转换增益,因此能够实现高灵敏度。
如上所述那样,图3的(a)是元件的基本布局图案,但显然连结两个该基本布局图案而得到的布局图案(参照图3的(b))、或连结三个该基本布局图案而得到的布局图案(参照图3的(c))也会发挥同样的效果。另外,如图3的(d)所示,也可以通过连结四个图3的(a)所示的基本布局图案,以使光电二极管11的受光面的一部分从周边向内部凹陷的方式形成缺损部113,来在浮动扩散区域13的侧方设置不存在栅电极12a、n型半导体区域52以及p+型半导体区域53的部分。这也能够看作是在光电二极管11的受光面的端部配置了浮动扩散区域13的一种结构。
在本发明所涉及的固体摄像元件中,上述实施例所说明的、图3的(a)所示的光电转换部的基本布局图案能够变形为各种形状。图4是表示为了后述的仿真而研究出的第一至第五元件形状(布局图案)的俯视图,与上述图3的(a)相当的是图4的(d)所示的第四元件形状。能够采用除此之外的如图4的(a)~(e)所示的布局图案中的某一个,进一步,除如图3的(a)~(d)所示那样直接利用基本布局图案之外,还能够采用将扇形的中心角设定为任意角度的布局。
图4的(a)所示的第一元件形状以如下方式形成:在光电二极管11的受光面中,在以交点(原点)P为中心的圆弧Q2的除浮动扩散区域13和栅电极12a的部分以外的内侧,使导电型与信号电荷相同的杂质浓度大致均匀。关于图4的(b)所示的第二元件形状,在第一区域111中按以交点P为中心的圆弧Q1的内侧和外侧划分区域(111a、111b),使其内侧的区域111a与外侧的区域(被内侧的圆弧Q1与外侧的圆弧Q2所夹持的区域)111b相比,导电型与信号电荷相同的杂质浓度高。在这种情况下,在内侧的区域111a和外侧的区域111b的边界线上也形成电势的高度差。
此外,在图4的(a)和(b)中,第一区域111的外侧的边界线不是圆弧而是多边形形状,这是由于当设为圆弧时,仿真的计算上比较困难,而多边形形状实质上是等同于圆弧的。
图4的(c)所示的第三元件形状基本上与图4的(d)所示的第四元件形状相同,但放射状的延伸部的宽度的更窄。另外,图4的(e)所示的第五元件形状是基于第四元件形状,使延伸部以与离圆弧Q1所对应的延伸部接合部(根部)的距离成比例的角度沿逆时针方向进行旋转而形成的形状(即弓状弯曲的形状)。这种形状具有与第四元件形状相同程度的沟道面积,但与第四元件形状相比,延伸部的沟道成为宽度随着趋向顶端而更窄的形状。从下面的仿真结果的说明可明确由这些元件形状的差异导致的电位分布的差异。
接着,说明针对上述五种元件形状的仿真计算。在仿真中,假定为图4中示出的尺寸的布局图案,且全部都是将X轴方向、Y轴方向均设为反射型的边界条件。更为具体地说,将以原点(交点P)为中心且半径6[μm]外侧的范围的费米能级设定得低,将该区域内大约存在1×104个电子的状态设为初始状态。并且,维持对输送晶体管12的栅电极12a施加3[V]的状态(栅电极12a为导通状态),通过仿真来分析直到经过了10[nsec]的时刻为止的电子的移动状态。
图5~图9分别是表示第一至第五元件形状的最终状态(经过10[nsec]的时刻)下的电位分布的二维电势等高线图。在图5~图9中,等电位线以0.1[V]为刻度。图10~图14分别是表示第一至第五元件形状的最终状态下的电位分布的电势概观图。另外,图15是表示第一至第五元件形状的电子输送仿真结果的图,横轴表示经过时间,纵轴表示从浮动扩散区域13观察残留在栅电极12a外侧的范围内的电子的比例。另外,图16是仿真第一至第五元件形状的灵敏度而得到的结果,横轴表示元件形状的编号,纵轴表示将第一元件形状的情况设为1时的相对灵敏度。
当假定电子为几万个的状态来作为蓄积电荷量时,根据图15可知,在第二至第五元件形状的情况下,在经过10[nsec]之前完成了从光电二极管11向浮动扩散区域13的输送。另一方面,在第一元件形状的情况下,估计直到完成从光电二极管11向浮动扩散区域13的输送为止需要上述第二至第五元件形状的情况下的3倍到10倍左右的时间。认为如看图5~图14的结果明确可知那样,这是由于在第一区域111中接近栅电极12a的范围内的电势梯度平缓。另外,当比较第三元件形状和第四元件形状时,虽然前者的输送时间变短,但由于第一区域111的延伸部的间隔宽,因此电荷的收集效率差,可以说如图16所示那样在灵敏度方面差。
另外,可知:当利用图4的(e)示出的延伸部弯曲的第五元件形状时,能够获得与第四形状相比大致相同的灵敏度,由于是沟道随着趋向顶端而变窄的形状,因此由于窄沟道效应而朝向浮动扩散区域的电场变强,能够使输送时间变短。
另外,关于本发明所涉及的固体摄像元件,在图17~图20中示出了光电转换部的其它布局图案。图17和图18是图4的(e)所示的第五元件形状的变形例。图17中,第一区域111中的延伸部不是弯曲形状,而是在延伸方向的一处弯折的弯折形状。另外,图18中,第一区域111中的延伸部是在延伸方向的两处向互不相同的方向弯折的弯折形状。即使将多个延伸部各自设为这种形状也能够获得与延伸部为弯曲状的情况大致相同的效果。
另外,延伸部弯曲或弯折的方向不需要全部为相同方向。例如图19是形成为以通过交点P的直线C为中心左右的布局镜像对称的例子。在这种配置的情况下,虽然一部分延伸部的空隙变宽,但从整体来看其影响小,因此能够获得与将所有延伸部配置成朝相同方向弯曲或弯折的情况大致相同的效果。
另外,在图4的(c)、(d)、(e)、图17~图19所示的布局中,全都是从内侧的圆弧Q1放射状地延伸的延伸部的顶端相接于与圆弧Q1同心的圆弧Q2,但延伸部的顶端也可以不一定与圆弧Q2相接。在图20所示的例子中,从圆弧Q1放射状地延伸的延伸部的形状(弯折的方式)各不相同,这些延伸部的顶端不与某个圆弧相接。但是,在此通过使各延伸部的长度大致相同来使在延伸部的顶端收集到的电荷到达圆弧Q1内的移动距离一致。由此,每个延伸部的电荷移动时间的偏差变小,有利于提高电荷收集效率。当然,关于延伸部的长度、粗细、弯折、弯曲的方式,也可以根据周边情况(例如元件的占有空间等)而使每个延伸部各不同。
此外,上述实施例是本发明的一例,当然在本发明的宗旨的范围内进行适当变形、修改、添加也包含在本申请的权利要求范围内。例如,很显然即使将信号电荷和杂质的导电型设为与上述说明相反也会起到同样的作用、效果。
附图标记说明
1:像素;10:光电转换部;11:光电二极管;111、111a、111b:第一区域;112:第二区域;113:缺损部;12:输送晶体管;12a:栅电极;13:浮动扩散区域;14:复位晶体管;15:放大晶体管;16:选择晶体管;2:输出线;50:n型硅半导体衬底;51:p型阱区域;52:n型半导体区域;53:p+型半导体区域;54:n+型半导体区域。

Claims (8)

1.一种固体摄像元件,在半导体衬底上具备多个像素,各像素至少具有光电二极管、浮动扩散区域以及输送晶体管,该光电二极管接收光而生成光电荷,该浮动扩散区域收集并保持由上述光电二极管所生成的电荷,该输送晶体管为了将电荷从上述光电二极管输送至上述浮动扩散区域而在该光电二极管与该浮动扩散区域之间具有栅极,该固体摄像元件的特征在于,
上述浮动扩散区域配置在上述光电二极管的受光面的端部,在该光电二极管的受光面中,处于以上述浮动扩散区域为中心描绘的第一圆弧的内侧且处于输送栅极的外侧的整个区域和从该第一圆弧向外部放射状地延伸且顶端与第二圆弧相接的多个延伸部的内侧的区域形成为导电型与所收集的信号电荷相同的区域,其中,该第二圆弧与上述第一圆弧呈同心圆状。
2.根据权利要求1所述的固体摄像元件,其特征在于,
上述延伸部是从上述第一圆弧向外部直线状地延伸、或者弓状弯曲地延伸、或者钩状弯折地延伸而得到的。
3.一种固体摄像元件,在半导体衬底上具备多个像素,各像素至少具有光电二极管、浮动扩散区域以及输送晶体管,该光电二极管接收光而生成光电荷,该浮动扩散区域收集并保持由上述光电二极管所生成的电荷,该输送晶体管为了将电荷从上述光电二极管输送至上述浮动扩散区域而在该光电二极管与该浮动扩散区域之间具有栅极,该固体摄像元件的特征在于,
上述浮动扩散区域配置在上述光电二极管的受光面的端部,在该光电二极管的受光面中,处于以上述浮动扩散区域为中心描绘的圆弧的内侧且处于输送栅极的外侧的区域和从该圆弧向外部放射状地延伸的多个延伸部的内侧的区域形成为导电型与所收集的信号电荷相同的区域。
4.根据权利要求3所述的固体摄像元件,其特征在于,
上述多个延伸部的长度大致相同。
5.根据权利要求1或3所述的固体摄像元件,其特征在于,
当俯视观察时,上述光电二极管的受光面位于以上述浮动扩散区域为中心的扇形区域内的与该浮动扩散区域隔着上述输送栅极的位置处。
6.根据权利要求1或3所述的固体摄像元件,其特征在于,
当俯视观察时,上述光电二极管的受光面是形成有从边缘向内部的凹陷的形状,在该凹陷的最里面的位置处设置有上述浮动扩散区域。
7.根据权利要求1~4中的任一项所述的固体摄像元件,其特征在于,
当俯视观察时,上述延伸部是宽度从根部向顶端变窄的形状。
8.根据权利要求1~7中的任一项所述的固体摄像元件,其特征在于,
在形成为导电型与所收集的信号电荷相同的区域的上述区域中,以越接近上述浮动扩散区域则电势变得越高的方式形成有多个电势高低不同的杂质区域。
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