CN106024814A - 光电转换装置及相机 - Google Patents
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Abstract
本公开内容涉及光电转换装置和相机。光电转换装置包括第一导电类型的电荷累积区域、第二导电类型的第一半导体区域、第二导电类型的第二半导体区域以及元件隔离部。第一半导体区域被布置成从电荷累积区域和元件隔离部之间的部分向下延伸，并且第二半导体区域包括布置在电荷累积区域下方的部分，以及电荷累积区域、第一半导体区域和第二半导体区域在深度方向上的杂质浓度分布在深度Rp1、Rp2和Rp3处分别具有峰值，且满足Rp1<Rp2<Rp3。第一半导体区域在深度Rp2处的杂质浓度C1比第二半导体区域在Rp3处的杂质浓度C2高。
Description
技术领域
本发明涉及光电转换装置和配备有该光电转换装置的相机。
背景技术
日本专利特开No.2009-252782描述了具有如下结构的固态图像传感器：该结构抑制在元件隔离绝缘层中产生的暗电流的影响。固态图像传感器包括由p型阱区域和n型区域形成的光电转换单元、元件隔离绝缘层、布置在元件隔离绝缘层和n型区域之间的第一p型元件隔离层以及布置在第一p型元件隔离层下的第二p型元件隔离层。第一p型元件隔离层和第二p型元件隔离层被设置成以便围绕光电转换单元。
在元件隔离部和半导体衬底之间的界面处存在缺陷。如果在缺陷中产生的暗电流流入光电转换单元，则这成为噪声。在固态图像传感器中，这种噪声可以造成图像的S/N比降低或者在图像中产生白点。在日本专利特开No.2009-252782中所描述的结构有利于降低如上所述的噪声。但是，需要进一步降低噪声。
发明内容
本发明提供具有有利于减小造成噪声的电荷从元件隔离部附近流到电荷累积区域中的结构的光电转换装置。
本发明的第一方面提供了一种光电转换装置，包括：第一导电类型的电荷累积区域，所述电荷累积区域被布置在半导体衬底中；不同于第一导电类型的第二导电类型的第一半导体区域，所述第一半导体区域被布置在半导体衬底中；以及第二导电类型的第二半导体区域，所述第二半导体区域被布置在半导体衬底中；以及由绝缘体构成的元件隔离部，所述元件隔离部被布置在半导体衬底上，其中，第一半导体区域被布置成从电荷累积区域和元件隔离部之间的部分向下延伸，并且第二半导体区域包括布置在电荷累积区域下方的部分，以及电荷累积区域在半导体衬底的深度方向上的杂质浓度分布在深度Rp1处具有峰值，第一半导体区域在深度方向上的杂质浓度分布在深度Rp2处具有峰值，第二半导体区域在深度方向上的杂质浓度分布在深度Rp3处具有峰值，且满足Rp1<Rp2<Rp3，令C1是第一半导体区域在深度Rp2处的杂质浓度且C2是第二半导体区域在深度Rp3处的杂质浓度，则满足C1>C2。
本发明的第二方面提供了一种光电转换装置，包括：第一导电类型的电荷累积区域，所述电荷累积区域被布置在半导体衬底中；不同于第一导电类型的第二导电类型的第一半导体区域，所述第一半导体区域被布置在半导体衬底中；以及第二导电类型的第二半导体区域，所述第二半导体区域被布置在半导体衬底中；第二导电类型的第三半导体区域，所述第三半导体区域被布置在半导体衬底中；由绝缘体构成的元件隔离部，所述元件隔离部被布置在半导体衬底上，其中，第一半导体区域被布置成从电荷累积区域和元件隔离部之间的部分向下延伸，第二半导体区域包括布置在电荷累积区域下方的部分，第三半导体区域被布置在第二半导体区域的横向方向上，以及第一半导体区域包括布置在第三半导体区域和第二半导体区域的所述部分之间的部分。
本发明的第三方面提供了一种相机，包括：如本发明的第一或第二方面所限定的光电转换装置；以及处理单元，被配置成处理从光电转换装置输出的信号。
本发明的其它特征从以下参照所附附图对示例性实施例的描述将变得清楚。
附图说明
图1是示出根据本发明的一个实施例的作为光电转换装置的一部分的等效电路的电路图。
图2是示出根据本发明的一个实施例的光电转换装置的二维布局的图；
图3是示出根据本发明的第一实施例的光电转换装置的布置的剖视图；
图4是示出根据本发明的第一实施例的光电转换装置中的杂质浓度分布的图；
图5是示出制造根据本发明的一个实施例的光电转换装置的方法的图；
图6是示出制造根据本发明的一个实施例的光电转换装置的方法的图；
图7是示出制造根据本发明的一个实施例的光电转换装置的方法的图；
图8是示出制造根据本发明的一个实施例的光电转换装置的方法的图；
图9是示出根据本发明的第二实施例的光电转换装置的布置的剖视图；以及
图10是示出根据本发明的第二实施例的光电转换装置中的杂质浓度分布的图。
具体实施方式
以下将参照附图描述本发明的示例性实施例。
图1示出根据本发明的一个实施例的作为光电转换装置1的一部分的等效电路。该光电转换装置1包括至少一个像素PIX。在一个示例中，光电转换装置1被配置为具有排列成便于形成由多个行和多个列构成的像素阵列的多个像素PIX的固态图像传感器(图像传感器)。在另一示例中，光电转换装置1被配置为具有排列成线的多个像素PIX的线传感器。在又一个示例中，光电转换装置1被配置为包括单个像素PIX的光传感器。
像素PIX包括由光电二极管等构成的光电转换元件PEC。像素PIX可以包括浮置扩散部FD和传输晶体管TTR，浮置扩散部FD用作被配置成将电荷转换为电压的电荷-电压转换单元，传输晶体管TTR将在光电转换元件PEC中产生和累积的电荷传输至浮置扩散部FD。当传输信号φTR被激活时，传输晶体管TTR在光电转换元件PEC和浮置扩散部FD之间形成用于将电荷从光电转换元件PEC传输到浮置扩散部FD的通道。
此外，像素PIX可以包括重置晶体管RTR、放大器晶体管ATR和选择晶体管STR中的至少一种。当复位信号φRES被激活时，重置晶体管RTR复位浮置扩散部FD的电压。放大器晶体管ATR将对应于浮置扩散部FD的电压的电压输出到信号线SL。在一个示例中，电流源被连接到信号线SL，并且源极跟随器电路可通过放大器晶体管ATR和电流源来形成。当选择信号φSEL被激活时，选择晶体管STR可以将信号从放大器晶体管ATR输出到信号线SL。
当光电转换装置1被配置为固体图像传感器时，光电转换装置1还可以包括被配置成选择像素阵列中的像素的垂直选择电路和水平选择电路、从像素阵列中的每个像素读出信号的读出电路，等等。
图2示出光电转换装置1的二维布局。图3是示出根据本发明的第一实施例的光电转换装置1的布置的剖视图。注意，图3是沿图1中的线X-X'截取的剖视图。图2示出四个像素PIX。栅极电极上方的结构(例如，接触插塞、第一布线层、通孔插塞、第二布线层、滤色器、微透镜，等等)未在图2和图3中示出。
光电转换装置1包括半导体衬底SS。第一导电类型的半导体区域101、第一导电类型的电荷累积区域103、第二导电类型的第一半导体区域106、第二导电类型的第二半导体区域102以及由绝缘体构成的元件隔离部104被布置在半导体衬底SS上。此外，第二导电类型的第三半导体区域107、第二导电类型的第四半导体区域112以及第一导电类型的第五半导体区域105可以被布置在半导体衬底SS中。半导体衬底SS是由半导体材料构成的结构。在图2中所示的示例中，半导体衬底SS包括半导体区域101、电荷累积区域103、第一半导体区域106、第二半导体区域102、第三半导体区域107、第四半导体区域112和第五半导体区域105。第一导电类型和第二导电类型彼此不同。例如，当第一导电类型为n型时，第二导电类型是p型，并且反之，当第一导电类型为p型时，第二导电类型是n型。
第二导电类型的第一半导体区域106被布置为从第一导电类型的电荷累积区域103与元件隔离部104之间的部分向下延伸。换句话说，第一半导体区域106包括布置在电荷累积区域103与元件隔离部104之间的第一部分以及从第一部分向下延伸的第二部分。例如，第二导电类型的第一半导体区域106可被布置为覆盖元件隔离部104在电荷累积区域103侧的侧表面以及元件隔离部104的底表面的至少一部分。注意，第一半导体区域106可被布置为覆盖元件隔离部104在电荷累积区域103侧的侧表面以及元件隔离部104的整个底表面。可替代地，第一半导体区域106可被布置成覆盖元件隔离部104的侧表面和整个底表面。
第二导电类型的第二半导体区域102包括布置在第一导电类型的电荷累积区域103下方的第一部分102-1。第一导电类型的电荷累积区域103和第二导电类型的第二半导体区域102形成作为光电转换元件PEC的光电二极管。光电转换元件PEC还可以包括布置在第一导电类型的电荷累积区域103上的第二导电类型的半导体区域108。元件隔离部104可以是例如STI(浅沟槽隔离部)或LOCOS(硅的局部氧化物)。
在第一半导体区域106中的杂质浓度的峰值比在第二半导体区域102中的杂质浓度的峰值大。第一导电类型的电荷累积区域103和第二导电类型的第二半导体区域102形成pn结。耗尽层110形成在第一导电类型的电荷累积区域103和第二导电类型的第二半导体区域102之间的边界部分中。第一半导体区域106可被布置成围绕整个电荷累积区域103、第二半导体区域102的一部分以及半导体区域108(如果半导体区域108存在的话)。
优选地，第一半导体区域106的下端LE1处于如下位置：该位置比第二半导体区域102的上端UE2深且比第二半导体区域102的下端LE2浅。在这种情况下，第二半导体区域102包括布置在第一半导体区域106的下端LE1下方的第二部分102-2。通过光电转换在第二部分102-2中产生的正电荷和负电荷中用作第一导电类型的主要载流子的电荷(当第一导电类型是n型时为电子或者当第一导电类型为p型时为空穴)移动到电荷累积区域103并在电荷累积区域103中累积。因此，可以通过提供第二部分102-2来提高电荷累积区域103的电荷的收集效率。
第二导电类型的第三半导体区域107可被布置在第二导电类型的第二半导体区域102的横向方向上。第二导电类型的第一半导体区域106的下部LP可被布置在第二导电类型的第三半导体区域107与第二导电类型的第二半导体区域102的第一部分102-1之间。优选地，第三半导体区域107中的杂质浓度的峰值比第二半导体区域102中的杂质浓度的峰值大。优选地，第三半导体区域107的下端LE3的处于比第二半导体区域102的下端LE2深的位置。这样的布置有利于抑制当电荷在像素PIX与像素PIX之间移动时所造成的颜色混合和模糊，或者有利于提高在电荷累积区域103中的电荷的收集效率。
晶体管ATR、ATR和STR的扩散区域(源极区域和漏极区域)可以通过将第四半导体区域112布置在第三半导体区域107上和将第五半导体区域105布置在第四半导体区域112上来形成。
图4示出了沿着图3中的Y1-Y1’截取的第二导电类型的第一半导体区域106与第二导电类型的第二半导体区域102中的杂质浓度分布。图4也示出了沿着图3中的Y2-Y2’截取的第二导电类型的半导体区域108、第一导电类型的电荷累积区域103以及第二导电类型的第二半导体区域102中的杂质浓度分布。图4还示出了沿着图3中的Y3-Y3’截取的第一导电类型的第五半导体区域105、第二导电类型的第四半导体区域112以及第二导电类型的第三半导体区域107中的杂质浓度分布。在图4中，横轴表示半导体衬底SS的深度，且纵轴表示杂质浓度。注意，杂质浓度是指在第一导电类型的半导体区域的情况下用于形成第一导电类型的半导体区域的净杂质浓度，或者是指在第二导电类型的半导体区域的情况下用于形成第二导电类型的半导体区域的净杂质浓度。
电荷累积区域103在半导体衬底SS的深度方向上的杂质浓度分布在深度Rp1处具有峰值。第一半导体区域106在深度方向上的杂质浓度分布在深度Rp2处具有峰值。第一半导体区域106在深度Rp2处的杂质浓度(即，峰值)为C1。第二半导体区域102在深度方向上的杂质浓度分布在深度Rp3处具有峰值。第二半导体区域102在深度Rp3处的杂质浓度(即，峰值)为C2。
注意，如在图4中举例说明的，优选地，满足Rp1<Rp2<Rp3且满足C1>C2。根据这种布置，第一半导体区域106形成势垒，以包围第一导电类型的电荷累积区域103和第二导电类型的第二半导体区域102之间的边界部分(即，形成耗尽层110的区域)。这样的结构有利于减少造成噪声的电荷从元件隔离部104的附近(元件隔离部104与半导体区域106、112和105之间的界面)流到电荷累积区域103或耗尽层110中。这样的结构还有利于控制由电荷累积区域103、第一半导体区域106及第二半导体区域102形成的电位梯度，从而提高电荷累积区域103的电荷的收集效率。
优选地，第三半导体区域107在半导体衬底SS的深度方向上的杂质浓度分布在深度RP4处具有峰值并且满足Rp1<Rp2<Rp3<Rp4。第三半导体区域107在像素PIX和像素PIX之间形成势垒。第三半导体区域107有利于抑制当电荷在像素PIX和像素PIX之间移动时造成的颜色混合和模糊，并且有利于提高电荷蓄积区域103的电荷的收集效率。
以下将参照图5至图8示例性地描述制造光电转换装置1的方法。为了提供更实际的示例，下方将给出的描述假定第一导电类型为n型且第二导电类型是p型。但是，相反地，第一导电类型可以是p型且第二导电类型可以是n型。
首先，在图5中所示的步骤中，准备包括第一导电类型(在此为n型)的半导体区域101的半导体衬底SS，并且在半导体衬底SS中形成元件隔离部104。包括半导体区域101的半导体衬底SS可以整个是半导体区域101，可以是在第一导电类型或第二导电类型的半导体区域上包括第一导电类型的半导体区域101的半导体衬底，或者可以是具有另一种结构的半导体衬底。元件隔离部104可以具有落入例如200nm至300nm范围内的厚度。
此外，在图5中所示的步骤中，在以下区域中形成牺牲氧化物膜1001：该区域是除了在元件隔离部104中形成的区域之外的区域(即，元件区域)。该牺牲氧化物膜1001可以具有落入例如10nm至20nm范围内的厚度。光电转换元件PEC、浮置扩散部FD以及晶体管ATR、RTR和STR被在元件区域中形成。然后，诸如硼离子(B+)之类的用于形成第二导电类型(此处为p型)的半导体区域的杂质在加速电压为150至300KeV且剂量为1.0×1012cm-2至5.0×1012cm-2的条件下被注入到半导体衬底SS中。结果，第二导电类型的第二半导体区域102被形成。用于形成第二半导体区域102的实现可以在加速电压和/或剂量彼此不同的情况下执行多次。
接着，在图6中所示的步骤中，在半导体衬底SS的表面上首先形成掩模M1。例如，掩模M1可以是由诸如光致抗蚀剂之类的树脂制成的掩模，但是可以是硬掩模。然后，诸如硼离子(B+)之类的用于在其渗入元件隔离部104的情况下形成第二导电类型的半导体区域的杂质在加速电压为50至150KeV且剂量为5.0×1012cm-2至1.0×1013cm-2的条件下被注入到半导体衬底SS中。结果，第二导电类型的第一半导体区域106被形成。然后，掩模M1被去除。用于形成第一半导体区域106的实现可以在加速电压和/或剂量彼此不同的情况下执行多次。
当注入用于形成第二导电类型的第一半导体区域106的杂质时，将第一导电类型的电荷累积区域103分割成多个部分的隔离部区域可以与第一半导体区域106一起形成。被分割的电荷累积区域103可以用来例如检测自动对焦的相位差。此外，例如，通过在第一导电类型的电荷累积区域103的中心部分中形成第二导电类型的半导体区域从而在第一导电类型的电荷累积区域103的中心部分中形成pn结。这可以有助于降低耗尽电压和便于电荷从电荷累积区域103传输到浮置扩散部FD。
然后，在7图中所示的步骤中，首先在半导体衬底SS的表面上形成掩模M2。例如，掩模M2可以是由诸如光致抗蚀剂之类的树脂制成的掩模，但是可以是硬掩模。然后，诸如硼离子(B+)之类的用于形成第二导电类型(这里是p型)的半导体区域的杂质在加速电压为10至20KeV且剂量为5.0×1013cm-2至1.0×1014cm-2的条件下被注入到半导体衬底SS中。结果，第二导电类型的半导体区域108被形成。此外，诸如砷离子(As+)之类的用于形成第一导电类型(这里是n型)的半导体区域的杂质在加速电压为300至500KeV且剂量为1.0×1012cm-2至5.0×1012cm-2的条件下被注入到半导体衬底SS中。结果，第一导电类型的电荷累积区域103被形成。可以以相反的顺序来形成第二导电类型的半导体区域108和第一导电类型的电荷累积区域103。
然后，在图8中所示的步骤中，首先在半导体衬底SS的表面上形成掩模M3。例如，掩模M3可以是由诸如光致抗蚀剂之类的树脂制成的掩模，但是可以是硬掩模。然后，通过将杂质注入到半导体衬底SS中来形成第二导电类型的第三半导体区域107、第二导电类型的第四半导体区域112和第一导电类型的第五半导体区域105。
以下将参考图9和图10描述根据本发明的第二实施例的光电转换装置1。未在第二实施例中提到的事项可以遵守第一实施例。图9是沿着图1中的线X-X’截取的剖视图。图10示出沿着图9中Y1-Y1’截取的第二导电类型的第一半导体区域106和第二导电类型的第二半导体区域102的杂质浓度分布。图10也示出沿着图9中Y2-Y2’截取的第二导电类型的半导体区域108、第一导电类型的电荷累积区域103以及第二导电类型的第二半导体区域102的杂质浓度分布。图10还示出沿着图9中Y3-Y3’截取的第一导电类型的第五半导体区域105、第二导电类型的第四半导体区域112以及第二导电类型的第三半导体区域107的杂质浓度分布。
在第二实施例中，第二导电类型的第一半导体区域106、第二导电类型的第二半导体区域102以及第二导电类型的第三半导体区域107中的至少一个包括在半导体衬底SS的深度方向上堆叠的第二导电类型的多个区域。第一半导体区域106可以包括在半导体衬底SS的深度方向上堆叠的第二导电类型的多个区域106A和106B。第二半导体区域102可以包括在半导体衬底SS的深度方向上堆叠的第二导电类型的多个区域102A、102B、102C、102D和102E。第三半导体区域107可以包括在半导体衬底SS的深度方向上堆叠的第二导电类型的多个区域107A、107B、107C、107D和107E。
根据其中第一半导体区域106、第二半导体区域102以及第三半导体区域107中的至少一个通过在半导体衬底SS的深度方向上堆叠的第二导电类型的多个区域来形成的结构，电位梯度容易控制。这有利于抑制当电荷在像素PIX与像素PIX之间移动时所造成的颜色混合和模糊，或者有利于提高在电荷累积区域103中的电荷的收集效率。
电荷累积区域103在半导体衬底SS的深度方向上的杂质浓度分布在深度Rp1处具有峰值。第一半导体区域106在深度方向上的杂质浓度分布在深度Rp2处具有一个峰值。第一半导体区域106在深度Rp2处的杂质浓度(即，峰值)为C1。第二半导体区域102在深度方向上的杂质浓度分布在深度Rp3处具有一个峰值。第二半导体区域102在深度Rp3处的杂质浓度(即，峰值)为C2。
注意，如在图10中举例说明的，优选地，满足Rp1<Rp2<Rp3且满足C1>C2。根据这种布置，第一半导体区域106形成势垒，以包围第一导电类型的电荷累积区域103和第二导电类型的第二半导体区域102之间的边界部分(即，形成耗尽层110的区域)。这样的结构有利于减少造成噪声的电荷从元件隔离部104的附近(元件隔离部104与半导体区域106、112和105之间的界面)流到电荷累积区域103或耗尽层110中。这样的结构还有利于形成由电荷累积区域103、第一半导体区域106以及第二半导体区域102形成的电位梯度，从而提高电荷累积区域103的电荷的收集效率。
作为根据上述实施例的光电转换装置1的应用，以下将示例性地描述其中组装了光电转换装置1的相机。相机的概念不仅包括主要用于拍摄的装置而且包括附带地具有拍摄功能的装置(例如，个人计算机或便携式终端设备)。相机包括根据示例为上述实施例的本发明的光电转换装置，以及处理从光电转换装置输出的信号的处理单元。处理单元可以包括，例如，A/D转换器和处理从A/D转换器输出的数字数据的处理器。
其它实施例
也可以通过以下来实现本发明的实施例：系统或装置的计算机，读出并且运行存储介质(其也可以更完整地被称为“非瞬时计算机可读存储介质”)上所记录的计算机可执行指令(例如一个或更多个程序)以执行上述实施例中的一个或更多个的功能，并且/或者包括用于执行上述实施例中的一个或更多个的功能的一个或更多个电路(例如专用集成电路(ASIC))；以及该系统或装置的计算机所执行的方法，该方法通过例如从存储介质读出并且运行计算机可执行指令以执行上述实施例中的一个或更多个的功能和/或控制一个或更多个电路以执行上述实施例中的一个或更多个的功能来执行。该计算机可以包括一个或更多个处理器(例如中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))，并且可以包括单独计算机或单独处理器的网络，以读出并且运行计算机可执行指令。该计算机可执行指令可以例如从网络或存储介质提供给计算机。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储件、光盘(如致密盘(CD)、数字多功能盘(DVD)或蓝光盘(BD)TM)、闪存器件、存储卡等中的一个或更多个。
本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。
虽然已经参照示例性实施例对本发明进行了描述，但可以理解的是，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改以及等同结构和功能。
Claims (19)
1.一种光电转换装置，其特征在于，包括：
第一导电类型的电荷累积区域，所述电荷累积区域被布置在半导体衬底中；
不同于第一导电类型的第二导电类型的第一半导体区域，所述第一半导体区域被布置在半导体衬底中；以及
第二导电类型的第二半导体区域，所述第二半导体区域被布置在半导体衬底中；以及
由绝缘体构成的元件隔离部，所述元件隔离部被布置在半导体衬底上，
其中，第一半导体区域被布置成从电荷累积区域和元件隔离部之间的部分向下延伸，并且第二半导体区域包括布置在电荷累积区域下方的部分，以及
电荷累积区域在半导体衬底的深度方向上的杂质浓度分布在深度Rp1处具有峰值，第一半导体区域在所述深度方向上的杂质浓度分布在深度Rp2处具有峰值，第二半导体区域在所述深度方向上的杂质浓度分布在深度Rp3处具有峰值，且满足
Rp1<Rp2<Rp3
令C1是第一半导体区域在深度Rp2处的杂质浓度且C2是第二半导体区域在深度Rp3处的杂质浓度，则满足
C1>C2。
2.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，第一半导体区域的下端处于比第二半导体区域的上端深且比第二半导体区域的下端浅的位置。
3.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，第二导电类型的第三半导体区域被进一步布置在半导体衬底中，所述第三半导体区域被布置在第二半导体区域的横向方向上，并且第一半导体区域包括布置在第三半导体区域和第二半导体区域的所述部分之间的部分。
4.根据权利要求3所述的光电转换装置，其中，第三半导体区域的下端处于比第二半导体区域的下端深的位置。
5.根据权利要求3所述的光电转换装置，其中，第三半导体区域在所述深度方向上的杂质浓度分布在深度Rp4处具有峰值，且满足
Rp1<Rp2<Rp3<Rp4。
6.根据权利要求3所述的光电转换装置，其中，第二导电类型的第四半导体区域和第一导电类型的第五半导体区域被进一步布置在半导体衬底中，
第四半导体区域被布置在第三半导体区域上，以及
第五半导体区域被布置在第四半导体区域上并形成晶体管的扩散区域。
7.根据权利要求3所述的光电转换装置，其中，第三半导体区域的杂质浓度分布在所述深度方向上具有多个峰值。
8.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，第二半导体区域的杂质浓度分布在所述深度方向上具有多个峰值。
9.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，第一半导体区域的杂质浓度分布在所述深度方向上具有多个峰值。
10.一种光电转换装置，其特征在于，包括：
第一导电类型的电荷累积区域，所述电荷累积区域被布置在半导体衬底中；
不同于第一导电类型的第二导电类型的第一半导体区域，所述第一半导体区域被布置在半导体衬底中；以及
第二导电类型的第二半导体区域，所述第二半导体区域被布置在半导体衬底中；
第二导电类型的第三半导体区域，所述第三半导体区域被布置在半导体衬底中；
由绝缘体构成的元件隔离部，所述元件隔离部被布置在半导体衬底上，
其中，第一半导体区域被布置成从电荷累积区域和元件隔离部之间的部分向下延伸，
第二半导体区域包括布置在电荷累积区域下方的部分，
第三半导体区域被布置在第二半导体区域的横向方向上，以及
第一半导体区域包括布置在第三半导体区域和第二半导体区域的所述部分之间的部分。
11.根据权利要求10所述的光电转换装置，其中，第三半导体区域的下端处于比第二半导体区域的下端深的位置。
12.根据权利要求10所述的光电转换装置，其中，第一半导体区域的下端处于比第二半导体区域的上端深且比第二半导体区域的下端浅的位置。
13.根据权利要求10所述的光电转换装置，其中，元件隔离部是浅沟槽隔离部STI。
14.根据权利要求10所述的光电转换装置，其中，第三半导体区域的下端处于比第二半导体区域的下端深的位置。
15.根据权利要求10所述的光电转换装置，其中，第二导电类型的第四半导体区域和第一导电类型的第五半导体区域被进一步布置在半导体衬底中，
第四半导体区域被布置在第三半导体区域上，以及
第五半导体区域被布置在第四半导体区域上并形成晶体管的扩散区域。
16.根据权利要求10所述的光电转换装置，其中，第三半导体区域的杂质浓度分布在半导体衬底的深度方向上具有多个峰值。
17.根据权利要求10所述的光电转换装置，其中，第二半导体区域的杂质浓度分布在半导体衬底的深度方向上具有多个峰值。
18.根据权利要求10所述的光电转换装置，其中，第二导电类型的第一半导体区域的杂质浓度分布在半导体衬底的深度方向上具有多个峰值。
19.一种相机，其特征在于，包括：
在权利要求1至18中的任一项中所限定的光电转换装置；以及
处理单元，被配置成处理从光电转换装置输出的信号。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108074946A (zh) * | 2016-11-17 | 2018-05-25 | 罗姆股份有限公司 | 复合光电二极管以及使用复合光电二极管的光传感器 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6789653B2 (ja) * | 2016-03-31 | 2020-11-25 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置およびカメラ |
| JP6978893B2 (ja) * | 2017-10-27 | 2021-12-08 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置、その製造方法及び機器 |
| JP2019102494A (ja) * | 2017-11-28 | 2019-06-24 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置およびその製造方法、機器 |
| JP7218108B2 (ja) * | 2018-06-26 | 2023-02-06 | キヤノン株式会社 | 固体撮像装置、撮像システム、移動体、固体撮像装置の製造方法 |
| JP7282500B2 (ja) | 2018-10-19 | 2023-05-29 | キヤノン株式会社 | 半導体装置、機器、半導体装置の製造方法 |
| KR102662233B1 (ko) * | 2019-02-28 | 2024-05-02 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110193137A1 (en) * | 2010-02-09 | 2011-08-11 | Renesas Electronics Corporation | Solid-state imaging device and driving method thereof |
| CN102270650A (zh) * | 2010-06-02 | 2011-12-07 | 索尼公司 | 固体摄像器件及其制造方法和摄像装置 |
| CN102301475A (zh) * | 2009-02-06 | 2011-12-28 | 佳能株式会社 | 光电转换装置和成像系统 |
| CN102301473A (zh) * | 2009-02-06 | 2011-12-28 | 佳能株式会社 | 光电转换装置和光电转换装置的制造方法 |
| CN102576717A (zh) * | 2009-10-09 | 2012-07-11 | 佳能株式会社 | 固态图像拾取装置 |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IL141824A (en) * | 2001-03-05 | 2008-11-03 | Flowmedic Ltd | Portable device for the enhancement of the circulation and for the prevention of stasis related deep vein thrombosis (dvt) |
| JP4403687B2 (ja) * | 2002-09-18 | 2010-01-27 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置およびその駆動制御方法 |
| JP5230058B2 (ja) * | 2004-06-07 | 2013-07-10 | キヤノン株式会社 | 固体撮像装置およびカメラ |
| US7605415B2 (en) | 2004-06-07 | 2009-10-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Image pickup device comprising photoelectric conversation unit, floating diffusion region and guard ring |
| JP4742602B2 (ja) * | 2005-02-01 | 2011-08-10 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
| KR100642760B1 (ko) | 2005-03-28 | 2006-11-10 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
| JP4854216B2 (ja) | 2005-04-28 | 2012-01-18 | キヤノン株式会社 | 撮像装置および撮像システム |
| JP2008078302A (ja) | 2006-09-20 | 2008-04-03 | Canon Inc | 撮像装置および撮像システム |
| JP2008182076A (ja) | 2007-01-25 | 2008-08-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置及びその製造方法 |
| US8102443B2 (en) * | 2007-03-13 | 2012-01-24 | Renesas Electronics Corporation | CCD image sensor having charge storage section between photodiode section and charge transfer section |
| JP5328207B2 (ja) | 2008-04-01 | 2013-10-30 | キヤノン株式会社 | 固体撮像装置 |
| JP2010073906A (ja) * | 2008-09-18 | 2010-04-02 | Sharp Corp | 固体撮像素子および電子情報機器 |
| JP5558857B2 (ja) * | 2009-03-09 | 2014-07-23 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置およびそれを用いた撮像システム |
| JP2010258094A (ja) | 2009-04-22 | 2010-11-11 | Panasonic Corp | 固体撮像装置 |
| JP5564874B2 (ja) * | 2009-09-25 | 2014-08-06 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置、及び電子機器 |
| JP5564909B2 (ja) * | 2009-11-30 | 2014-08-06 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器 |
| JP2014229801A (ja) | 2013-05-23 | 2014-12-08 | キヤノン株式会社 | 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法及び撮像システム |
| JP2014146804A (ja) * | 2014-02-25 | 2014-08-14 | Canon Inc | 光電変換装置及び撮像システム |
| JP6529221B2 (ja) | 2014-05-14 | 2019-06-12 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置及びその製造方法 |
| JP6387745B2 (ja) * | 2014-08-29 | 2018-09-12 | セイコーエプソン株式会社 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
-
2015
- 2015-03-27 JP JP2015067463A patent/JP2016187018A/ja not_active Ceased
-
2016
- 2016-03-18 US US15/073,903 patent/US9773833B2/en active Active
- 2016-03-25 CN CN201610177656.XA patent/CN106024814B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102301475A (zh) * | 2009-02-06 | 2011-12-28 | 佳能株式会社 | 光电转换装置和成像系统 |
| CN102301473A (zh) * | 2009-02-06 | 2011-12-28 | 佳能株式会社 | 光电转换装置和光电转换装置的制造方法 |
| CN102576717A (zh) * | 2009-10-09 | 2012-07-11 | 佳能株式会社 | 固态图像拾取装置 |
| US20110193137A1 (en) * | 2010-02-09 | 2011-08-11 | Renesas Electronics Corporation | Solid-state imaging device and driving method thereof |
| CN102270650A (zh) * | 2010-06-02 | 2011-12-07 | 索尼公司 | 固体摄像器件及其制造方法和摄像装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108074946A (zh) * | 2016-11-17 | 2018-05-25 | 罗姆股份有限公司 | 复合光电二极管以及使用复合光电二极管的光传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20160284758A1 (en) | 2016-09-29 |
| CN106024814B (zh) | 2019-05-28 |
| US9773833B2 (en) | 2017-09-26 |
| JP2016187018A (ja) | 2016-10-27 |
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