CN111081727A - 光电转换设备、光电转换系统和能够移动的物体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光电转换设备、光电转换系统和能够移动的物体。光电转换设备包括：半导体基板、第一和第二微透镜、具有红外光透射率的第一滤波器和具有可见光透射率的第二滤波器。被布置为在平面视图中与所述第一滤波器重叠的至少一个光电转换部和被布置为在平面视图中与所述第二滤波器重叠的多个光电转换部各自包括第一半导体区域和第二半导体区域。所述至少一个光电转换部的第二半导体区域的至少一部分的杂质浓度比所述多个光电转换部的第二半导体区域中的布置在与所述至少一个光电转换部的第二半导体区域的至少一部分相同的深度处的部分的杂质浓度低。

Description

光电转换设备、光电转换系统和能够移动的物体
技术领域
本发明涉及光电转换设备。
背景技术
传统上，包括允许红外光(以下也称为“IR光”)透射的滤波器和允许可见光透射的滤波器的光电转换设备是已知的。美国专利公开申请2018/219040公开了包括允许IR光透射的滤波器和允许可见光透射的滤波器的光电转换设备。
另一方面，使多个光电转换部在其间共用一个微透镜的光电转换设备是已知的。日本特开2014-204043公开了如下结构，其中多个光电转换部在其间共用一个微透镜，并且允许可见光透射的滤波器与多个光电转换部对应地布置。日本特开2014-204043公开了各个光电转换部包括收集信号电荷的多个负(N型)半导体区域，并且用于隔离的正(P型)半导体区域布置在N型半导体区域之间。
美国专利公开申请2018/219040和日本特开2014-204043在包括允许IR光透射的滤波器和允许可见光透射的滤波器的光电转换设备的特性上留下了提高的空间。
发明内容
本发明涉及提高包括允许IR光透射的滤波器和允许可见光透射的滤波器的光电转换设备的特性。
根据本发明的方面，光电转换设备包括：半导体基板，第一微透镜和第二微透镜，以及第一滤波器和第二滤波器。半导体基板包括数个光电转换部。在所述第一滤波器上，红外光的透射率比可见光的透射率高。在所述第二滤波器上，可见光的透射率比红外光的透射率高。所述数个光电转换部包括被布置为在平面视图中与所述第一微透镜和所述第一滤波器重叠的至少一个光电转换部以及被布置为在平面视图中与所述第二微透镜和所述第二滤波器重叠的多个光电转换部。被布置为在平面视图中与所述第一滤波器重叠的至少一个光电转换部以及被布置为在平面视图中与所述第二滤波器重叠的多个光电转换部各自包括累积信号电荷的具有第一导电类型的第一半导体区域，以及具有作为与所述第一导电类型相反的导电类型的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所述第一半导体区域的所述第一滤波器侧的相对侧上，并且被布置为在平面视图中与所述第一半导体区域重叠。所述第二半导体区域与所述第一半导体区域一起形成P-N结。所述至少一个光电转换部的第二半导体区域的至少一部分的杂质浓度，比被布置为在平面视图中与所述第二微透镜和所述第二滤波器重叠的多个光电转换部的第二半导体区域中的、布置在与所述至少一个光电转换部的第二半导体区域的所述至少一部分相同的深度处的部分的杂质浓度低。
根据本发明的另一方面，光电转换设备包括半导体基板以及第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器和第四滤波器。半导体基板包括多个光电转换部。在所述第一滤波器和所述第二滤波器上，红外光的透射率比可见光的透射率高。在所述第三滤波器和第四滤波器上，可见光的透射率比红外光的透射率高。在一个方向上彼此相邻地设置被布置为在平面视图中与所述第一滤波器重叠的光电转换部、被布置为在平面视图中与所述第二滤波器重叠的光电转换部、被布置为在平面视图中与所述第三滤波器重叠的光电转换部、以及被布置为在平面视图中与所述第四滤波器重叠的光电转换部。被布置为在平面视图中与所述第一滤波器重叠的光电转换部包括累积信号电荷的具有第一导电类型的第一半导体区域。被布置为在平面视图中与所述第二滤波器重叠的光电转换部包括具有所述第一导电类型的第二半导体区域。被布置为在平面视图中与所述第三滤波器重叠的光电转换部包括具有所述第一导电类型的第三半导体区域。被布置为在平面视图中与所述第四滤波器重叠的光电转换部包括具有所述第一导电类型的第四半导体区域。在所述第二半导体区域和所述第三半导体区域之间布置具有作为与所述第一导电类型相反的导电类型的第二导电类型的第五半导体区域。在所述第一半导体区域和所述第二半导体区域之间布置具有所述第二导电类型的第六半导体区域。在所述第三半导体区域和所述第四半导体区域之间布置具有所述第二导电类型的第七半导体区域。所述第五半导体区域、所述第六半导体区域和所述第七半导体区域各自包括至少一个杂质浓度峰。与所述第七半导体区域所具有的峰中的与所述半导体基板的所述第一滤波器侧的面分开最远的峰的位置相比，所述第六半导体区域所具有的峰中的与所述半导体基板的所述第一滤波器侧的面分开最远的峰的位置与所述半导体基板的所述第一滤波器侧的面分开得更远。与所述第六半导体区域所具有的峰中的与所述半导体基板的所述第一滤波器侧的面分开最远的峰的位置相比，所述第五半导体区域所具有的峰中的与所述半导体基板的所述第一滤波器侧的面分开最远的峰的位置与所述半导体基板的所述第一滤波器侧的面分开得更远。
根据以下参考附图对典型实施例的描述，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
图1是示出根据第一典型实施例的光电转换设备的框图。
图2是示出根据第一典型实施例的像素区域的一部分中的滤色器的布局的图。
图3是沿图2所示的线III-III'截取的截面图。
图4是在平面视图中示出图3中的基板的图。
图5是根据第一典型实施例的典型修改的像素区域的一部分的截面图。
图6是根据第一典型实施例的典型修改的像素区域的一部分的截面图。
图7A、7B和7C是各自示出滤色器的布局的变化的图。
图8是根据第二典型实施例的像素区域的一部分的截面图。
图9是根据第二典型实施例的典型修改的像素区域的一部分的截面图。
图10是根据第二典型实施例的典型修改的像素区域的一部分的截面图。
图11是根据第三典型实施例的像素区域的一部分的截面图。
图12A和12B是根据第四典型实施例的光电转换设备的平面图。
图13A和13B是根据第四典型实施例的光电转换设备的截面图。
图14A和14B是各自示出根据第四典型实施例的光电转换设备中的电势的图。
图15A和15B是根据第四典型实施例的其它光电转换设备的截面图。
图16是示出用于制造根据第四典型实施例的光电转换设备的方法的流程的流程图。
图17A和17B是示出用于制造根据第四典型实施例的光电转换设备的方法的图。
图18A和18B是示出用于制造根据第四典型实施例的光电转换设备的方法的图。
图19A和19B是示出用于制造根据第四典型实施例的光电转换设备的方法的图。
图20A和20B分别是根据第五典型实施例的光电转换设备的平面图和截面图。
图21A和21B分别是根据第六典型实施例的光电转换设备的平面图和截面图。
图22是根据第七典型实施例的像素区域的一部分的截面图。
图23是根据第八典型实施例的像素区域的一部分的截面图。
图24是根据第九典型实施例的像素区域的一部分的截面图。
图25是示意性地示出根据第十典型实施例的光电转换设备的透视图。
图26是沿图25中所示的线A-A'截取的截面图。
图27是示意性地示出根据第十一典型实施例的光电转换系统的框图。
图28A和28B是示意性地示出根据第十二典型实施例的可移动物体的图。
图29A是表示滤色器的透射率的曲线图。
图29B是表示当不设置红外(IR)截止滤色器时滤色器的透射率的曲线图。
图30是表示光电转换设备的光谱的曲线图。
具体实施方式
下面将参考附图描述用于实现本发明的典型实施例。下面将描述的典型实施例旨在体现本发明的技术思想，而不是旨在将本发明限制于此。为了使描述清楚，可能放大了各个附图中示出的构件的尺寸和位置关系等。
下面将基于第一极性和第二极性分别为负极性和正极性的假设来描述典型实施例。然而，当第一极性和第二极性分别是正极性和负极性时，也可以获得相同的效果。为了便于描述，将半导体基板100(以下也称为“基板100”)的光接收面侧定义为上侧，并且将与基板100的光接收面相反的面侧定义为下侧。
将基于使用电子作为信号电荷的示例来描述典型实施例。在典型实施例中，负(N型)半导体区域与具有第一导电类型的半导体区域(其中，具有第一极性的载流子用作多数载流子)相对应，并且正(P型)半导体区域与具有第二导电类型的半导体区域(其中，具有第二极性的载流子用作多数载流子)相对应。然而，典型实施例也可应用于空穴用作信号电荷的情况。在这种情况下，N型和P型相反。
将参考图1至图4描述根据第一典型实施例的光电转换设备10。图1是示出光电转换设备10的框图。图2是示出光电转换设备10中包括的像素区域的一部分中的滤色器的布局的图。图3是沿图2所示的线III-III'截取的截面图。图4是基板100的平面图。
如图1所示，光电转换设备10包括在行方向和列方向上布置多个像素20的像素区域21。这里，将布置有多个像素20的区域称为像素区域21，并且将除像素区域21之外的其它区域称为外围电路区域。
首先，将描述图1中示出的像素区域21。图2示出像素区域21中包括的滤色器的布局的一个示例。图2所示的滤色器103和104由例如染料或颜料制成。
图29A是表示滤色器103和104的透射率的曲线图。在图29A和29B中，红外(IR)线表示滤色器103的透射率，并且蓝色(BL)线、绿色(GR)线和红色(RE)线表示滤色器104的透射率。在图29A中，滤色器104包含IR截止滤波器，并且滤色器103不包括IR截止滤波器。图29B示出在设置IR截止滤波器之前的状态下滤色器103和104的透射率。在图29B所示的状态下，BL线、GR线和RE线在红外范围(波长λ≥650nm)内显示出高透射率。另一方面，如图29A所示，通过设置IR截止滤波器，减少向滤色器104的IR光的入射，从而使得IR光仅通过滤色器103透射。IR截止滤波器是指例如反射或吸收波长λ≥670nm的光的滤波器。图30是示出光电转换设备10的光谱的曲线图。
滤色器103是红外光的透射率比可见光的透射率高的滤波器。通过滤色器103入射到光电转换部上的光在红外范围(波长λ≥650nm)中具有峰波长。
滤色器104是可见光的透射率比红外光的透射率高的滤波器。通过滤色器104透射而入射到光电转换部上的光在可见范围(波长λ＜650nm)内具有峰波长。滤色器104例如是允许蓝色光、红色光或绿色光透射的滤色器。滤色器104还可以是允许青色光、品红色光和黄色光中的至少任何一种透射的滤色器。
图3是沿图2所示的线III-III'截取的像素区域21的截面图。在图2中，在平面视图中用虚线仅示出布置在与三个滤色器103和104重叠的区域上的光电转换部，但是光电转换部也以相同的方式布置在与其它滤色器重叠的区域上。
基板100例如是硅基板。如图2所示，基板100包括用于对平面视图中与滤色器103重叠的区域上的IR光进行光电转换的多个光电转换部106a和106b。基板100还包括用于对平面视图中与滤色器104重叠的区域上的可见光进行光电转换的多个光电转换部106c和106d。将光电转换部106a、106b、106c和106d设置、定位或布置为在一个方向上彼此相邻。这里，将X轴定义为沿着两个光电转换部106c和106d排列的方向的轴，并且将Y轴定义为在与基板100的设置有滤波器103和104的一侧的面平行的面中与X轴垂直的轴。此外，将Z轴定义为与X轴和Y轴垂直的轴。光从微透镜107的与设置有滤波器103和104的一侧相对的一侧的面入射。在下文中，当描述共通适用于所有的光电转换部时，将省略诸如a、b、c和d等的索引来描述光电转换部。
在图2和图3中，光电转换部106a和106b共用一个微透镜107。此外，光电转换部106c和106d共用一个微透镜107。在下文中，共用一个微透镜107的多个光电转换部可以统称为“光电转换单元”。
通过将杂质从基板100的上面侧注入基板100中来形成各个光电转换部106。各个光电转换部106至少包括累积信号电荷的作为具有第一导电类型的半导体区域的N型半导体区域202(第一半导体区域)。在图3中，各个光电转换部106还包括具有作为与第一导电类型相反的导电类型的第二导电类型的P型半导体区域203(第二半导体区域)。P型半导体区域203布置在N型半导体区域202的滤色器侧的相对侧上，并且与N型半导体区域202一起形成P-N结。
如图3所示，期望地，P型半导体区域201布置在N型半导体区域202的滤色器侧的面上。由于这种结构，可以减少在基板100的上面附近生成的暗电流分量。
P型半导体区域110布置在光电转换部106b的N型半导体区域202和光电转换部106c的N型半导体区域202之间。P型半导体区域112布置在光电转换部106a的N型半导体区域202和光电转换部106b的N型半导体区域202之间。P型半导体区域111布置在光电转换部106c的N型半导体区域202和光电转换部106d的N型半导体区域202之间。P型半导体区域110、111和112的杂质浓度各自比P型半导体区域203和205的杂质浓度高。P型半导体区域110、111和112各自用作用于隔离在N型半导体区域中累积的信号的隔离部。
P型半导体区域110、111和112各自具有至少一个杂质浓度峰。然后，P型半导体区域112具有的峰中的距基板100的上面最远的位置的杂质浓度峰的位置比P型半导体区域111具有的峰中的距基板100的上面最远的位置的杂质浓度峰的位置低。此外，P型半导体区域110具有的峰中的距基板100的上面最远的位置的杂质浓度峰的位置比P型半导体区域112具有的峰中的距基板100的上面最远的位置的杂质浓度峰的位置低。由于这种结构，可以减少像素性能的劣化。以下将描述详情。
与从可见光生成的电荷相比，从IR光生成的电荷在基板100的深位置处生成的比重高。描述了当设置P型半导体区域111和112的深度时将P型半导体区域111和112的深度设置为彼此相同的深度的情况。例如，如果将布置在用于对IR光进行光电转换的多个光电转换部之间的P型半导体区域的深度设置为与布置在用于对可见光进行光电转换的多个光电转换部之间的P型半导体区域的深度相同的深度，则在用于对IR光进行光电转换的多个光电转换部之间电荷被混合而不被隔离。另一方面，如果将布置在用于对可见光进行光电转换的多个光电转换部之间的P型半导体区域的深度设置为与布置在用于对IR光进行光电转换的多个光电转换部之间的P型半导体区域的深度相同的深度，则在用于对可见光进行光电转换的多个光电转换部处，拐点特性可能劣化并且像素性能可能降低。
拐点特性的劣化是指当以表示入射到像素上的光量的水平轴和表示像素的饱和电子数量的垂直轴绘制曲线图时，曲线图的线在中间位置处的无意弯曲。拐点特性的劣化导致输入/输出特性的劣化。例如由于在光电转换部106a处饱和的电荷不仅不期望地泄漏到光电转换部106b，而且不期望地泄漏到光电转换部106c，导致拐点特性劣化。通过将结构布置为使得在光电转换部106a和106b处饱和的电荷流到同一像素中的光电转换部106a和106b，可以防止拐点特性的劣化。
根据本典型实施例，由于使P型半导体区域的深度变化以适合光电转换部的特性，所以光电转换设备10可以在各个像素处在防止拐点特性的劣化的同时执行精确的焦点检测。
如图4所示，用于传输光电转换部106a中的电荷的传输晶体管的栅极电极130a和用于传输光电转换部106b中的电荷的传输晶体管的栅极电极130b布置在基板100的上面上。电荷通过各个传输晶体管传输到浮动扩散(FD)131a和131b。
如图3所示，滤色器103和104以及微透镜107经由包括绝缘膜109和布线113的布线层150布置在基板100的上面上。
布线层150中所包括的绝缘膜109是透光的。绝缘膜109可以是单层，或者可以是通过堆叠由不同材料制成的多个层而形成的多层膜。在单层的情况下，绝缘膜109例如由氧化硅(SiO2)制成。另一方面，在多层膜的情况下，绝缘膜109例如包括由树脂、氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)和碳化硅(SiC)中的任何一种制成的层。微透镜107的材料例如是树脂。
将参考图1描述外围电路区域。如图1所示，外围电路区域包括垂直扫描电路22、读出电路23、水平扫描电路24和输出放大器25。
垂直扫描电路22连接到像素区域21中设置的多个像素20。连接到垂直扫描电路22的多个像素20例如是在列方向上设置的多个像素20。垂直扫描电路22通过选择输出要从像素20获取的信号的行来扫描像素20。
像素区域21中设置的多个像素20经由垂直信号线连接到读出电路23。读出电路23包括例如列放大器、相关双采样(CDS)电路和加法电路。读出电路23从由垂直扫描电路22选择的多个像素20读出信号。连接到读出电路23的多个像素20例如是在行方向上设置的多个像素20。
水平扫描电路24连接到读出电路23。水平扫描电路24基于来自读出电路23的像素信号生成用于顺序读出信号的信号。
输出放大器25连接到读出电路23，并且放大和输出由水平扫描电路24选择的多个信号。水平扫描电路24所选择的多个信号例如是在列方向上设置的多个像素20的信号。
根据本典型实施例的光电转换设备10的结构不限于上述结构。例如，下面将描述根据本典型实施例的光电转换设备10的典型修改。
在图3中，一个光电转换单元101和一个光电转换单元102各自包括两个光电转换部106a和106b或106c和106d，但是一个光电转换单元也可以包括三个或更多个光电转换部。在这种情况下，在平面视图中与一个微透镜重叠的区域上设置三个或更多个光电转换部。此外，光电转换设备10可以包括仅包含一个光电转换部的光电转换单元。在这种情况下，在平面视图中与一个微透镜重叠的区域上设置一个光电转换部。
在图3中多个光电转换部共用一个微透镜，但是在如图5所示的平面视图中，可以在与一个微透镜重叠的区域上设置一个光电转换部。在这种情况下，光电转换设备10也可以使得所生成的电荷难以在光电转换部之间混合，并且还可以防止基于不同颜色的光所生成的电荷混合在一起。
如图6所示，N型半导体区域可以包括N型半导体区域202A和具有比N型半导体区域202A低的掺杂的杂质浓度的N型半导体区域202B。N型半导体区域202B布置在N型半导体区域202A和P型半导体区域203之间。在这种情况下，可以将P型半导体区域110和112的深度设置为比P-N结面更大的深度。由于这种结构，光电转换设备10可以降低在P型半导体区域203中生成的电荷泄漏到用于对不同颜色的光进行光电转换的光电转换部的比率。
这里描述的术语“掺杂的杂质浓度”意味着实际掺杂的杂质的浓度。上述掺杂的杂质浓度例如可以通过二次离子质谱(SIMS)法或扫描电容显微镜(SCM)法测量。使用这些方法，可以检查出每单位体积中含有多少这种杂质。
另一方面，在本发明中描述的术语“杂质浓度”意味着在掺杂的杂志浓度被具有相反导电类型的杂质补偿之后的净杂质浓度。例如，如果在某一区域中N型掺杂的杂质浓度比P型掺杂的杂质浓度高，则该区域变为N型半导体区域。另一方面，如果在某一区域中P型掺杂的杂质浓度比N型掺杂的杂质浓度高，则该区域变为P型半导体区域。
在图6中，被布置为在平面视图中与滤色器103重叠的光电转换部的P-N结面的深度可以设置为比被布置为在平面视图中与滤色器104重叠的光电转换部的P-N结面的深度低的深度。
图7A至7C各自示出滤色器103和104的布局的变化。如图3和6所示，期望地，将相同配置的光电转换单元设置在光电转换单元101的两端。换句话说，期望地，将光电转换单元101布置在两个光电转换单元101之间，或者将光电转换单元101布置在两个光电转换单元102之间。由于该结构，光电转换设备10可以减少移动的电荷量变得不对称的现象，从而使得焦点检测性能不太可能劣化。
滤色器不限于四色或五色，并且还可以是支持六种或更多种颜色的多频带滤色器。通过采用多频带滤色器，光电转换设备10可以详细地获取被摄体的光谱信息。
图8是根据第二典型实施例的光电转换设备的像素区域21的一部分的截面图。根据本典型实施例的光电转换设备与根据第一典型实施例的光电转换设备10的不同之处在于，被布置为在平面视图中与滤色器104重叠的P型半导体区域包括杂质浓度比被布置为在平面视图中与滤色器103重叠的P型半导体区域的杂质浓度高的部分。在以下描述中，将通过省略与根据第一典型实施例的光电转换设备10相同的结构的描述来描述第二典型实施例。
在本典型实施例中，与第一典型实施例相同，光电转换设备包括以下第二半导体区域(P型半导体区域)，该第二半导体区域布置在N型半导体区域202的滤色器103侧的相对侧上，布置为在平面视图中与N型半导体区域202重叠，并且与N型半导体区域202一起形成P-N结。然后，在本典型实施例中，至少一个光电转换部的P型半导体区域的至少一部分的杂质浓度比多个光电转换部的P型半导体区域中的被布置在与P型半导体区域的至少一部分相同的深度处的部分的杂质浓度低。更具体地，在图8中，P型半导体区域203c的掺杂的杂质浓度比与光电转换部106a的N型半导体区域202一起形成P-N结的P型半导体区域203的掺杂的杂质浓度高。P型半导体区域203c包括在与滤色器104相对应的光电转换部的P型半导体区域中。在本典型实施例中，如图8所示，在从基板100的滤色器103和104侧的面起的预定深度处，光电转换部106a的P型半导体区域203的掺杂的杂质浓度比光电转换部106c和106d的P型半导体区域203c的掺杂的杂质浓度低。换句话说，在与P型半导体区域203c相同的深度处，在与滤色器103相对应的光电转换部中没有布置P型半导体区域203c。因此，在与P型半导体区域203c相同的深度处，被布置为与滤色器104重叠的P型半导体区域203c的杂质浓度比被布置为与滤色器103重叠的P型半导体区域203的杂质浓度高。预定深度例如位于与基板100的滤色器侧的面分开2.0μm或更多的位置处。由于P型半导体区域203c在分开2.0μm或更多的位置处的布局，因此可以在光电转换部106c和106d中包括的N型半导体区域202中收集从红色光生成的电荷。
P型半导体区域203c用作针对从IR光光电转换的电荷的阻挡层。由于设置了P型半导体区域203c，因此即使当由于通过滤色器103透射的光而在P型半导体区域203c下方执行光电转换时，光电转换设备也能够防止对可见光进行光电转换的电荷混合到光电转换部106c和106d中。此外，在P型半导体区域203c下方从IR光生成的电荷可以移动到光电转换部106a的N型半导体区域202，从而提高对IR光的灵敏度。此外，由于在平面视图中与滤色器103重叠的区域中仅设置一个光电转换部，所以与第一典型实施例相比，第二典型实施例的光电转换设备可以减少FD的数量，从而减少噪声。
根据本典型实施例的光电转换设备的结构不限于上述结构。例如，现在将描述根据本典型实施例的光电转换设备的典型修改。
可以围绕绝缘体布置各个P型半导体区域110、111和112。
P型半导体区域203c可以根据预期用途而布置在比2.0μm浅的位置处。例如，在滤色器103是允许蓝色光透射或允许绿色光透射的滤色器的情况下，可以将P型半导体区域203c布置在比2.0μm浅的位置处。
在图8中，各个P型半导体区域110布置在彼此相同的深度处。本典型实施例不限于此，并且如图9所示，围绕用于对IR光进行光电转换的光电转换部布置的P型半导体区域110a可以布置在比布置在用于对IR光进行光电转换的光电转换部和用于对可见光进行光电转换的光电转换部之间的P型半导体区域110b的深度浅的深度处。因此，P型半导体区域110b的下端可以布置在相比P型半导体区域203c的下面的位置与基板100的上面分开更远的位置处。在P型半导体区域203c下方生成的电荷被扩散。此时，P型半导体区域110b的存在促进电荷移动到用于对IR光进行光电转换的光电转换部的N型半导体区域，从而有助于提高对IR光的灵敏度。
如图10所示，可以在P型半导体区域203c的下方布置与Z轴平行的P型半导体区域204。P型半导体区域204的掺杂的杂质浓度比P型半导体区域203的掺杂的杂质浓度高。在这种情况下，也可以提高对IR光的灵敏度。
在图8中，将一个光电转换部布置为在平面视图中与滤色器103重叠，但是如图9所示，可以将多个光电转换部布置为在平面视图中与滤色器103重叠。
在图8中，P型半导体区域包括作为第三部分的P型半导体区域203和作为第四部分的P型半导体区域203c，并且由第三部分和N型半导体区域202形成P-N结。本典型实施例不限于此，并且光电转换部可以包括N型半导体区域202a和202b，并且P-N结可以由N型半导体区域202b和P型半导体区域203c形成。在这种情况下，P-N结由N型半导体区域202b和P型半导体区域203形成。
图11是根据第三典型实施例的光电转换设备的像素区域21的截面图。根据本典型实施例的光电转换设备与根据第二典型实施例的光电转换设备的不同之处在于，P型半导体区域203c距基板100的上面的深度随着P型半导体区域203c接近用于对IR光进行光电转换的光电转换部而减小。在以下描述中，将通过省略与根据第二典型实施例的光电转换设备相同的配置的描述来描述第三典型实施例。
当P型半导体区域203c与X轴平行地布置时，由于P型半导体区域110和P型半导体区域203c，可能生成势垒。势垒的生成阻碍在P型半导体区域203c下方光电转换的电荷移动到用于对IR光进行光电转换的光电转换部。为了避免这种不便，如图11所示，将P型半导体区域203c放置在浅的深度使得难以生成势垒。因此，光电转换设备可以使在P型半导体区域203c下方光电转换的电荷有效地移动到用于对IR光进行光电转换的光电转换部，从而提高对红外光的灵敏度。
在图11中，在平面视图中一个微透镜107和滤色器103重叠的区域中布置一个光电转换部，但是在平面视图中一个微透镜107和滤色器103重叠的区域中可以布置多个光电转换部。
根据第四典型实施例的光电转换设备旨在解决以下将描述的问题。
传统上，存在包括用于接收可见光的可见像素(RGB像素)和用于接收近红外光的近红外像素(Z像素；IR像素)的混合的图像传感器(光电转换设备)。由Wonjoo Kim,WangYibing,Ilia Ovsiannikov,SeungHoon Lee,Yoondong Park,Chilhee Chung,and EricFossum编写，并且在2012年2月的Solid-State Circuits Conference Digest ofTechnical Papers(the International Solid-State Circuits Conference(ISSCC，国际固态电路协议)),Session 22/Image Sensors/22.7,2012Institute of Electrical andElectronics Engineers(IEEE，电气和电子工程师协会)International，第392-394页中发表的“A1.5Mpixel RGBZ CMOS Image Sensor for Simultaneous Color and Range ImageCapture”(Wonjoo论文)中公开了如下图像传感器：包括在可见像素的光电二极管下方的、用于防止在基板的深部中进行光电转换的近红外范围中的信号电荷进入可见像素的势垒(深隔离区域)。
然而，利用Wonjoo的论文中公开的图像传感器(光电转换设备)，例如，如果势垒中包含的杂质扩散到周围区域中，则可能无意地在近红外像素处生成针对近红外范围中的信号电荷的势垒。
因此，本典型实施例涉及在用于接收可见光和近红外光的光电转换设备中抑制用于接收近红外光的像素处的势垒。
在以下描述中，将描述根据本发明的第四典型实施例的光电转换设备(固态摄像设备)。将集中于配备有深隔离区域的光电转换设备来描述本典型实施例，该深隔离区域被形成为包括尺寸(宽度)比用于接收近红外光的像素的尺寸(宽度)大的开口，从而抑制该像素处针对信号电荷(电子)的势垒。本典型实施例中的近红外光(近红外范围内的光)是指包括波长的长度为0.70至1.4μm的光的光。
[光电转换设备的结构]
将参考图12A、12B和13A描述根据本典型实施例的光电转换设备的结构。图13A是根据本典型实施例的光电转换设备的截面图，并且图12A和12B是光电转换设备的平面图(平面视图中的图；垂直于垂直方向的截面图)。特别地，图12A是示出沿图13A所示的线B-B'截取的截面的平面图，并且图12B是示出沿图13A所示的线C-C'截取的截面的平面图。此外，图13A是示出沿图12A所示的线A-A'截取的截面的截面图。
光电转换设备包括像素1100和像素1100'，并且包括电荷累积部1101、电荷累积部1101'、像素隔离区域1102、深隔离区域1103、非隔离区域1104和光电转换区域1105。
在下文中，“上部”将指非隔离区域1104的形成有电荷累积部1101'的一侧。当以这种方式定义“上部”时，可以说诸如可见光和近红外光等的光从光电转换设备的上部入射。“下部”或“深部”将指“上部”的相对侧，并且“深度”和“高度”将指垂直方向上的位置。在本典型实施例中，像素将指代由图13B中的虚线包围的各个区域和基于像素隔离区域1102的中心将图13A中示出的光电转换设备垂直地分割成的区域。
像素1100是用于接收可见光的像素。像素1100'是用于接收近红外光(近红外范围内的光)的像素。像素1100包括用于累积可见光被光电转换成的信号电荷的电荷累积部1101。像素1100'包括用于累积近红外光被光电转换成的信号电荷的电荷累积部1101'。电荷累积部1101和1101'各自都是包含大量N型杂质的N型区域(N型半导体区域；N型杂质区域)。像素1100和1100'各自包括被设置为包围电荷累积部1101或1101'并隔离相邻的像素(相邻的电荷累积部)的像素隔离区域1102。在本典型实施例中，像素隔离区域1102是由于包含大量P型杂质而隔离相邻像素的P型区域(P型半导体区域；P型杂质区域)。
在本典型实施例中，在各个用于接收可见光的像素1100和用于接收近红外光的像素1100'上形成用于选择要透射的光的滤波器(未示出)。该滤波器基于光的波长选择(确定)要透射各个像素的光。在像素1100上形成的滤波器允许可见光透射，在像素1100'上形成的滤波器允许近红外光透射。换句话说，可以说，滤波器判断在电荷累积部1101和1101'中累积的电荷是通过对可见光进行光电转换而得到的电荷还是通过对近红外光进行光电转换而得到的电荷。另外，在像素1100上形成的滤波器(滤色器)具有不均匀的形状，因此在滤波器上还形成不具有滤波器功能的平坦化膜。与可见光相比，近红外光到达更大的深度，并且近红外光在深部被接收(光电转换)，从而在形成平坦化膜的情况下，不必在像素1100'上形成滤波器。
在本典型实施例中，像素1100相邻地形成，以便包围用于接收近红外光的像素1100'。此外，为了简化，假设如图12A所示在垂直和水平方向上二维地形成9个像素来描述本典型实施例，但是，也可以一维地排列像素，并且可以形成多于9个的像素。
深隔离区域1103是在电荷累积部1101和像素隔离区域1102下方的区域中形成并且电连接到像素隔离区域1102的P型区域(P型半导体区域)。深隔离区域1103包含大量的P型杂质，因此杂质浓度比非隔离区域1104高、并且对于由光电转换区域1105生成的信号电荷的电势比非隔离区域1104高。由于该结构，深隔离区域1103用作针对由光电转换区域1105生成的信号电荷的、电荷累积部1101和光电转换区域1105之间的势垒。本典型实施例中的势垒用于防止对象电荷流入到该区域。这里，通过将P型杂质注入半导体基板中来形成深隔离区域1103。
非隔离区域1104是未形成深隔离区域1103以将由光电转换区域1105光电转换的近红外光的信号电荷吸收到电荷累积部1101'中的区域。这里，非隔离区域1104在与深隔离区域1103相同的深度(高度)处形成。
光电转换区域1105在像素1100'的非隔离区域1104下方的区域中形成，并且对近红外光进行光电转换。在电荷累积部1101'中累积通过对近红外光进行光电转换而生成的信号电荷。光电转换区域1105还可以根据深隔离区域1103的深度对可见光进行光电转换。
通过以这种方式配置，光电转换设备可以在像素1100处接收可见光，并且在像素1100'处接收近红外光。此外，可以在像素1100'的电荷累积部1101'中累积(捕获)由光电转换区域1105光电转换的近红外光的信号电荷。在以上描述中，描述了例如非隔离区域1104是P型半导体区域的情况，但是不限于此，只要非隔离区域1104具有比深隔离区域1103的信号电荷的电势低的信号电荷的电势即可。因此，非隔离区域1104也可以形成为N型半导体区域。
[像素和深隔离区域的开口的尺寸之间的关系]
在以下描述中，将描述本典型实施例中的像素1100'的尺寸和深隔离区域1103的开口的尺寸之间的关系。
这里，如图13A所示，像素1100'的尺寸(宽度)是作为像素隔离区域1102的中心之间的距离的W1。如图12B所示，深隔离区域1103的开口的尺寸是作为非隔离区域1104的尺寸的W2。
在Wonjoo论文中，也设置深隔离区域作为势垒，但是在Wonjoo论文中，深隔离区域的开口的尺寸W2被认为与像素尺寸W1相同。这里，图14A示出在开口尺寸W2≤像素尺寸W1的情况下，沿图13A中的线D-D'的截面中的信号电荷的电势。在这种情况下，由于开口尺寸W2等于或小于像素尺寸W1，因此由于注入深隔离区域1103中的杂质扩散到非隔离区域1104中而在非隔离区域1104中生成如图14A所示的示例中的势垒。
因此，在本典型实施例中，通过将深隔离区域1103的开口尺寸W2设置为比像素尺寸W1大的尺寸以消除杂质扩散的影响，如图14B所示，降低了非隔离区域1104中的信号电荷的电势。由于该结构，在深隔离区域1103下方的区域中被光电转换的信号电荷可以在电荷累积部1101'中累积(捕获)。这里，将深隔离区域1103的开口尺寸W2设置为比像素尺寸W1大的尺寸可以被认为具体意味着以当从上方透明地观看光电转换设备时像素1100'被包含在非隔离区域1104中的方式来布置布局。
已经参考深隔离区域1103包围非隔离区域1104，并且深隔离区域1103的开口尺寸W2和像素1100'的像素尺寸W1是W2＞W1的光电转换设备描述了本典型实施例。然而，本典型实施例不限于此，并且如图15A所示像素隔离区域1102可以包围非隔离区域1104的一部分。在这种情况下，除了上述开口尺寸W2和像素尺寸W1之间的关系之外，光电转换设备还可以通过以像素隔离区域1102包围非隔离区域1104所沿的开口的尺寸W3比像素尺寸W1大这样的方式配置来实现上述效果。
像素隔离区域1102已被描述为由于包含大量P型杂质而隔离像素的隔离区域，但不限于此。例如，像素隔离区域1102可以是如图15B所示的示例中的利用诸如深沟槽隔离等的技术形成的沟槽(凹槽)1106。在这种情况下，在本典型实施例中，相邻像素之间通过嵌入沟槽1106中的绝缘材料而隔离。
[用于制造光电转换设备的方法]
接着，将参考图16至图19B描述用于制造根据第四典型实施例的光电转换设备的方法。图16是示出用于制造根据本典型实施例的光电转换设备的方法的流程图。图17A、18A和19A各自示出与制造方法中的各个处理(各个步骤)相对应的光电转换设备的截面图。此外，图17B、18B和19B示出沿图17A、18A和19A所示的相应线A-A'的截面的平面图(平面视图中的图)。当开始图16所示的流程图时，光电转换设备处于已经制备了诸如N型半导体基板等的半导体基板的状态。通过流程图中所示的处理，在形成深隔离区域1103的深度处的区域中，非隔离区域1104与除了形成深隔离区域1103的区域之外的区域相对应。
首先，在步骤S1001(用于形成隔离区域的步骤)中，如图17A和17B所示，在半导体基板中形成深隔离区域1103。更具体地，例如，如图17A所示，在N型半导体基板上形成作为光致抗蚀图案的抗蚀图案1107。然后，通过在从N型半导体基板的上部(面)起的预定位置注入P型杂质(注入离子)，在N型半导体基板内形成深隔离区域1103。然后，去除抗蚀图案1107。结果，在用于接收可见光的像素1100处形成深隔离区域1103，但是在用于接收近红外光的像素1100'处没有形成深隔离区域1103。此时，以深隔离区域1103的开口的尺寸W2比像素1100'的尺寸W1大的方式形成深隔离区域1103。
在步骤S1002(用于形成像素隔离区域的步骤)中，如图18A和18B所示形成像素隔离区域1102。更具体地，通过在N型半导体基板上形成抗蚀图案1108并且在深隔离区域1103上方的位置处注入P型杂质来形成像素隔离区域1102。之后，去除抗蚀图案1108。像素隔离区域1102也可以通过穿过多个深度而逐个深度地注入P型杂质来形成。如在上述附图图15A中所示的示例中，通过使用不同的抗蚀图案，像素隔离区域1102还可以形成为满足“像素1100'的尺寸W1＜像素隔离区域1102包围非隔离区域1104所沿的开口的尺寸W3”。
如参考上述附图图15B描述的示例中，可以使用诸如深沟槽隔离等的技术将沟槽1106形成为像素隔离区域1102。
在步骤S1003(用于形成累积部的步骤)中，如图19A和19B所示，形成电荷累积部1101和1101'。更具体地，通过在N型半导体基板上形成抗蚀图案1109并且在深隔离区域1103上方的位置处注入N型杂质来形成电荷累积部1101和1101'。之后，去除抗蚀图案1109。此时，在像素隔离区域1102所包围的位置处形成电荷累积部1101和1101'。可以通过将P型杂质注入电荷累积部1101的面中来形成嵌入式光电二极管(未示出)，以减少来自N型半导体基板的面的噪声分量。
通过将P型杂质注入N型半导体基板中形成像素隔离区域1102和深隔离区域1103，并且通过将N型杂质注入N型半导体基板中形成电荷累积部1101和1101'，但是制造方法不限于此。更具体地，可以通过将N型杂质注入P型半导体基板中来形成像素隔离区域1102和深隔离区域1103，并且可以通过将P型杂质注入P型半导体基板中来形成电荷累积部1101和1101'。换句话说，即使当诸如第四典型实施例中的“P型”和“N型”等的半导体的导电类型彼此互换时，也可以获得与上述效果相同的效果。
在本典型实施例中，假设光电转换设备在像素1100处接收可见光，并且在像素1100'处接收近红外光，但不限于此。更具体地，像素1100和1100'可以被配置为接收任意光，只要由像素1100'接收的光比由像素1100接收的光进入更内部的部分(具有更长的进入深度)即可。此外，可以基于上述滤波器的种类和光电转换区域1105的深度来确定由这些像素1100和1100'接收的光。
根据本典型实施例，在光电转换设备中形成包括具有比用于接收近红外光的像素的尺寸(宽度)大的尺寸(宽度)的开口的深隔离区域1103。结果，光电转换设备可以消除来自深隔离区域1103的杂质的扩散的影响，从而抑制在用于接收近红外光的像素处针对信号电荷(电子)的势垒。
将参考图20A和20B描述根据第五典型实施例的光电转换设备。与第四典型实施例相同，第五典型实施例旨在抑制用于接收可见光和近红外光的光电转换设备中的用于接收近红外光的像素处的势垒。图20A是光电转换设备的平面图，并且图20B是光电转换设备在沿图20A中所示的线A-A'的截面中的截面图。图20A是光电转换设备在沿图20B所示的线B-B'的截面中的平面图。
将描述根据第五典型实施例的光电转换设备，将相同的附图标记分配给与根据第四典型实施例的光电转换设备相同的结构，并且省略对其的详细描述。根据本典型实施例的光电转换设备包括与深隔离区域1103不同的N型杂质区域1110(N型半导体区域)。N型杂质区域1110被非隔离区域1104包围。在这种情况下，尽管期望光电转换设备满足像素1100'的尺寸W1＞深隔离区域1103的开口的尺寸W2的关系，但是光电转换设备不一定必须满足该条件。
在图20A和20B中，N型杂质区域1110形成为被用于接收近红外光的像素1100'的非隔离区域1104包围。然而，N型杂质区域1110不限于如上所述形成，并且也可以形成在还包括用于接收可见光的像素1100的整个像素区域中。
由于以这种方式在光电转换设备中设置N型杂质区域1110，因此光电转换设备可以进一步抑制(解决)非隔离区域1104中的势垒，否则由于深隔离区域1103将产生该势垒。
将参考图21A和21B描述根据第六典型实施例的光电转换设备。与第四典型实施例相同，第六典型实施例旨在抑制用于接收可见光和近红外光的光电转换设备中的用于接收近红外光的像素处的势垒。图21A是根据本典型实施例的光电转换设备的平面图，图21B是光电转换设备沿图21A所示的线A-A'的截面的截面图。此外，图21A是光电转换设备沿图21B所示的线B-B'的截面的平面图。
在根据第四典型实施例的光电转换设备中，由于在用于接收可见光的像素1100处的电荷累积部1101下方形成的包含大量P型杂质的深隔离区域1103而形成用于累积电荷的电容器。另一方面，用于接收近红外光的像素1100'在电荷累积部1101'下方不包括包含大量P型杂质的区域，因此由于缺少该区域而具有较小的用于累积电荷的电容器。
为了解决这种不便，在本典型实施例中，在电荷累积部1101和1101'与深隔离区域1103和非隔离区域1104之间形成包含大量P型杂质的P型杂质区域1111。通过使用这种结构，可以增加在电荷累积部1101和1101'下方形成的电容器，并且可以使这些电容器彼此相等。
通过使用在第四至第六典型实施例中描述的光电转换设备，可以抑制用于接收可见光和近红外光的光电转换设备中的用于接收近红外光的像素处的势垒。
图22示出根据第七典型实施例的光电转换设备中的像素区域21的截面图。根据本典型实施例的光电转换设备与根据第一典型实施例的光电转换设备的不同之处在于，该光电转换设备包括P型半导体区域203的杂质浓度从基板100的上面向下面增加的区域。在图22中，示出杂质浓度沿图22中的虚线的分布。在以下描述中，将通过省略与根据第一典型实施例的光电转换设备10相同的结构的描述来描述第七典型实施例。
根据本典型实施例的基板100可以通过例如以下方法制成。首先，通过外延生长方法在P型硅基板的上面上形成P型半导体区域。在图22中，P型硅基板与表示基板100的下面的线和长点划线之间的部分相对应，并且通过外延生长方法形成的P型半导体区域与长点划线和短点划线之间的部分相对应。通过外延生长方法形成的P型半导体区域包括第一部分和具有比第一部分高的掺杂的杂质浓度的第二部分。第二部分被布置为比第一部分更远离基板100的过滤器侧的面。通过外延生长方法形成的P型半导体区域以杂质浓度逐渐降低的方式生长。接着，在通过外延生长方法形成的N型半导体区域中注入P型杂质离子，然后注入N型杂质离子。在图22中，注入P型杂质离子和N型杂质离子的区域与短点划线和表示基板100的上面的线之间的部分相对应。当将P型杂质离子注入N型半导体区域中时，注入P型杂质离子以在通过外延生长方法形成的P型半导体区域和通过外延生长方法形成的N型半导体区域之间的结面处不生成势垒。以杂质浓度朝向基板100的上面减小的方式注入杂质离子。结果，光电转换设备甚至可以收集在远离基板100的上面的位置处生成的电荷，从而提高对IR光的灵敏度。
在图22中，在注入N型杂质离子之后进一步注入P型杂质离子。由于该方法，光电转换设备可以抑制否则将在基板100的上面附近生成的暗电流。
通过外延生长方法形成的P型半导体区域的厚度落在例如1μm或更厚且50μm或更薄的范围内，并且通过外延生长方法形成的N型半导体区域的厚度落在例如1μm或更厚且5μm或更薄的范围内。
图23示出根据第八典型实施例的光电转换设备中的像素区域21的截面图。根据本典型实施例的光电转换设备与根据第二典型实施例的光电转换设备的不同之处在于，该光电转换设备包括P型半导体区域203的杂质浓度从基板100的上面朝下面增加的区域。在图23中，示出杂质浓度沿图23中的虚线的分布。
除了将P型离子注入与P型半导体区域203c相对应的区域中之外，根据本典型实施例的用于制造基板100的方法与根据第七典型实施例的用于制造基板100的方法相同，因此这里将省略对其的描述。
图24示出根据第九典型实施例的光电转换设备的截面图。根据本典型实施例的光电转换设备与根据第一典型实施例的光电转换设备的不同之处在于，该光电转换设备包括允许比通过滤色器103透射的波长的光更长的波长侧的波长的光透射的滤色器402。在以下描述中，将通过省略与根据第一典型实施例的光电转换设备10相同的结构的描述来描述第九典型实施例。
在本典型实施例中，例如，滤色器103是透射峰波长为650nm≤波长λ＜700nm的滤波器，并且滤色器402是透射峰波长为波长λ≥700nm的滤波器。在平面视图中与滤色器402重叠的区域中，多个光电转换部之间布置的P型半导体区域403的深度比P型半导体区域112的深度深并且比P型半导体区域110浅。由于该结构，光电转换设备可以在隔离用于对通过滤色器402透射的光进行光电转换的多个光电转换部之间的电荷的同时防止电荷泄漏到相邻像素。
图25示出示意性地示出根据第十典型实施例的光电转换设备的图，并且图26是沿图25中示出的线A-A'截取的截面图。根据本典型实施例的光电转换设备与根据第一典型实施例的光电转换设备的不同之处在于，通过堆叠包括光电转换部的基部360和包括外围电路区域的至少部分电路的基部370来构造该光电转换设备。图25和26中所示的光电转换设备是将包括光电转换部的半导体基板100A布置在布线层和微透镜107之间的所谓的背面照射型光电转换设备。通过将光电转换设备配置为背面照射型光电转换设备，可以提高灵敏度。
如图26所示，在包括光电转换部的第一半导体基板100A的下面上布置晶体管(诸如传输晶体管、源极跟随器晶体管和复位晶体管等)的栅极电极以及金属布线层。晶体管的各个栅极电极经由插头连接到布线层。该插头可以使用钨作为其主要材料而一体地形成。插头和布线层150a和150b中包括的布线可以使用铜作为其主要材料通过双镶嵌方法一体地形成。
基部360包括第一半导体基板100A和第一布线层150a，并且基部370包括第二半导体基板100B和第二布线层150b。基部360和基部370在结面上彼此胶合。结面由诸如铜等的金属和诸如氧化膜等的绝缘体构成。构成结面的金属也可以构成用于将第一半导体基板100A上布置的诸如光电转换部106a和106b等的元件和第二半导体基板100B上布置的读出电路23彼此连接的布线。
将参考图27描述根据第十一典型实施例的光电转换系统。通过将相同的附图标记分配给与根据上述各个典型实施例的光电转换设备相同的结构并且省略或简化对其的描述来描述本典型实施例。图27是示意性地示出根据本典型实施例的光电转换系统的结构的框图。
在上述各个典型实施例中描述的光电转换设备可作为图27中示出的光电转换设备应用于各种光电转换系统。可应用该光电转换设备的光电转换系统的示例包括数字静态照相机、数字摄像机、监视照相机、复印机、传真机、移动电话、车载照相机和观测卫星等。此外，光电转换系统的示例还包括具有诸如镜头等的光学系统和光电转换设备的照相机模块。图27例示了作为它们中的一个示例的数字静态照相机的框图。
将作为用于形成被摄体图像的光学系统11的镜头安装在图27中例示的光电转换系统1上。包括镜头的光学系统11的焦点位置由控制单元12控制。光电转换系统1包括用于使通过镜头的光量可变的光阑13，以及具有通过改变光阑13的孔径直径(即，通过使孔径值可变)来调节光量的光阑功能的控制单元14。用于对由光学系统11形成的被摄体图像进行光电转换的光电转换设备10的摄像面布置在光学系统11的图像空间中。光电转换设备10是在第一至第十典型实施例中的任一个中描述的光电转换设备，并且将由镜头形成的光学图像转换成图像数据。
中央处理单元(CPU)15是负责控制照相机的各种操作的处理器、装置或控制器。CPU 15包括运算单元、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、模拟(A)/数字(D)转换器、D/A转换器和通信接口电路等。CPU 15基于ROM中存储的计算机程序控制照相机中的各个单元的操作，并且使照相机进行诸如包括光学系统11的焦点状态的检测(焦点检测)的自动调焦(AF)、摄像、图像处理和记录等的一系列摄像操作。CPU 15可以与运算装置相对应。
控制单元16控制光电转换设备10的操作，并且还对从光电转换设备10输出的像素信号(摄像信号)执行A/D转换，并且将像素信号发送到CPU 15。光电转换设备10可以具有A/D转换功能。图像处理单元17通过对由A/D转换而转换的摄像信号进行诸如γ转换和颜色内插等的图像处理来生成图像信号。显示单元18是诸如液晶显示器(LCD)等的显示单元，并且显示与照相机的摄像模式有关的信息、摄像前的预览图像、摄像后用于确认的图像以及焦点检测时的聚焦状态等。操作开关19包括电源开关、释放(摄像触发器)开关、变焦操作开关以及摄像模式选择开关等。记录介质26记录已经拍摄的图像。记录介质26可以是诸如存储卡等的可安装且可拆卸的记录介质，或者可以内置在光电转换系统1中。
照相机CPU 15根据所安装的镜头以及进一步根据摄像条件，从多种类型的遮光形状中选择最佳形状的像素的输出值，并且执行焦点检测。结果，光电转换系统1可以提供对于各种镜头实现高焦点检测精度的照相机系统。例如，光电转换系统1可以通过使用具有高红外光透射率的镜头来提高针对红外光的焦点检测精度。
将参考图28A和28B描述根据第十二典型实施例的光电转换系统和可移动物体。
图28A示出与车载照相机相关的光电转换系统的一个示例。光电转换系统300包括光电转换设备10。光电转换设备10是上述第一至第十典型实施例中的任一个中描述的光电转换设备。光电转换系统300包括用于对由光电转换设备10获取的多个图像数据进行图像处理的图像处理单元312，以及用于基于由光电转换系统300获取的多个图像数据计算视差(视差图像之间的相位差)的视差计算单元314。光电转换系统300还包括用于基于所计算的视差计算到对象的距离的距离测量单元316，以及用于基于所计算的距离判断是否存在碰撞可能性的碰撞判断单元318。这里，视差计算单元314和距离测量单元316是用于获取到对象的距离的距离信息获取单元的示例。更具体地，距离信息是指关于视差、散焦量以及到对象的距离等的信息。碰撞判断单元318可以使用这些距离信息中的任一个来判断碰撞可能性。距离信息获取单元可以由专门为其设计的硬件实现，或者可以由软件模块实现。处理设备可以由现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)等来实现。处理设备也可以通过它们的组合来实现。
光电转换系统300连接到车辆信息获取设备320，并且可以获取诸如车辆速度、横摆率和转向角等的车辆信息。光电转换系统300还连接到控制ECU(电子控制单元)330，该控制ECU是用于基于碰撞判断单元318的判断结果输出用于生成对车辆的制动力的控制信号的控制设备。光电转换系统300还连接到用于基于碰撞判断单元318的判断结果向驾驶员发出警告的警告设备340。例如，当作为碰撞判断单元318的判断结果碰撞可能性高时，控制ECU330通过例如制动车辆、释放加速器和/或降低引擎输出来控制车辆以避免碰撞或减少损坏。警告设备340例如通过发出诸如声音等的警告、在汽车导航系统等的画面上显示警告信息、和/或使安全带或转向手柄振动来警告用户。
在本典型实施例中，光电转换系统300对车辆的周围环境(例如车辆前方或后方的场景)进行摄像。图28B示出在光电转换系统300对车辆前方的场景(即，摄像范围350)进行摄像的情况下的光电转换系统300。车辆信息获取设备320向光电转换系统300或光电转换设备10发送指令以使光电转换系统300或光电转换设备10进行预定操作。通过这种结构，可以以进一步提高的精度测量距离。
在以上描述中，已经通过参考进行控制以防止车辆与其它车辆碰撞的示例描述了光电转换系统300，但是光电转换系统300也可应用于自动驾驶车辆以跟随其它车辆的控制、以及自动驾驶车辆以防止车辆偏离车道的控制等。此外，光电转换系统300不仅可应用于诸如安装有光电转换系统300的车辆，而且可应用于诸如船、航空器或工业机器人等的可移动物体(可移动设备)。另外，光电转换系统300不仅可广泛应用于可移动物体，而且可广泛应用于诸如智能交通系统(ITS)等的使用物体识别的设备。
[修改的典型实施例]
本发明不限于上述典型实施例，并且可以以各种方式修改。例如，本发明的典型实施例还包括如下示例：任何典型实施例的结构的一部分被添加到其它典型实施例或者被其它典型实施例的结构的一部分替换。
上述任何典型实施例仅表示在实施本发明时如何体现本发明的示例，并且不应由其限制地解释本发明的技术范围。换句话说，在不脱离本发明的技术思想或本发明的主要特征的情况下，可以以各种方式实现本发明。
根据本发明，可以提高包括允许IR光透射的滤波器和允许可见光透射的滤波器的光电转换设备的特性。
虽然已经参考典型实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的典型实施例。以下权利要求的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改以及等同结构和功能。

Claims (20)

1.一种光电转换设备，包括：
半导体基板，其包含数个光电转换部；
第一微透镜和第二微透镜；
第一滤波器，在所述第一滤波器上红外光的透射率比可见光的透射率高；以及
第二滤波器，在所述第二滤波器上可见光的透射率比红外光的透射率高，
其中，所述数个光电转换部包括：
被布置为在平面视图中与所述第一微透镜和所述第一滤波器重叠的至少一个光电转换部，以及
被布置为在平面视图中与所述第二微透镜和所述第二滤波器重叠的多个光电转换部，
其中，被布置为在平面视图中与所述第一滤波器重叠的至少一个光电转换部以及被布置为在平面视图中与所述第二滤波器重叠的多个光电转换部各自包括：
第一半导体区域，其累积信号电荷且具有第一导电类型，以及
第二半导体区域，其具有作为与所述第一导电类型相反的导电类型的第二导电类型，所述第二半导体区域被布置在所述第一半导体区域的所述第一滤波器侧的相对侧上，并且被布置为在平面视图中与所述第一半导体区域重叠，所述第二半导体区域与所述第一半导体区域一起形成P-N结，以及
其中，所述至少一个光电转换部的第二半导体区域的至少一部分的杂质浓度，比被布置为在平面视图中与所述第二微透镜和所述第二滤波器重叠的多个光电转换部的第二半导体区域中的、布置在与所述至少一个光电转换部的第二半导体区域的所述至少一部分相同的深度处的部分的杂质浓度低，所述第二半导体区域被布置在第一半导体区域的第一滤波器侧的相对侧或第一半导体区域的第二滤波器侧的相对侧并且被布置为在平面视图中与第一半导体区域重叠。
2.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，一个光电转换部被布置为在平面视图中与所述第一微透镜重叠。
3.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，多个光电转换部被布置为在平面视图中与所述第一微透镜重叠。
4.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，所述至少一个光电转换部的第二半导体区域的所述至少一部分位于与所述半导体基板的所述第一滤波器侧的面分开2.0μm或更大的位置处。
5.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，被布置为在平面视图中与所述第二微透镜和所述第二滤波器重叠的多个光电转换部的第二半导体区域包括第一部分和第二部分，第二部分位于比第二半导体区域的所述至少一部分更远离该半导体基板的第一滤波器侧的面的位置处，所述第二部分被布置在相比所述第一部分与所述半导体基板的所述第一滤波器侧的面分开更远的位置处，所述第二部分具有比所述第一部分的杂质浓度高的掺杂的杂质浓度。
6.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，在被布置为在平面视图中与所述第二滤波器重叠的多个光电转换部中的各个光电转换部中包含的第二半导体区域包括第三部分和位于所述第三部分的第一半导体区域侧的相对侧的第四部分，所述第四部分具有比所述第三部分高的掺杂的杂质浓度，以及
其中，在与所述第四部分相同的深度处，所述至少一个光电转换部的第二半导体区域的所述至少一部分的掺杂的杂质浓度比所述第四部分的掺杂的杂质浓度低。
7.根据权利要求6所述的光电转换设备，其中，所述第三部分包括杂质浓度随着所述第三部分接近所述半导体基板的第二滤波器侧的面而降低的部分。
8.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，所述第二半导体区域包括通过外延生长方法形成的部分和通过注入杂质离子形成的部分。
9.一种光电转换设备，包括：
半导体基板，其包含多个光电转换部；
第一滤波器和第二滤波器，在所述第一滤波器和所述第二滤波器上红外光的透射率比可见光的透射率高；以及
第三滤波器和第四滤波器，在所述第三滤波器和第四滤波器上可见光的透射率比红外光的透射率高，
其中，在一个方向上彼此相邻地设置被布置为在平面视图中与所述第一滤波器重叠的光电转换部、被布置为在平面视图中与所述第二滤波器重叠的光电转换部、被布置为在平面视图中与所述第三滤波器重叠的光电转换部、以及被布置为在平面视图中与所述第四滤波器重叠的光电转换部，
其中，被布置为在平面视图中与所述第一滤波器重叠的光电转换部包括累积信号电荷的具有第一导电类型的第一半导体区域，
其中，被布置为在平面视图中与所述第二滤波器重叠的光电转换部包括具有所述第一导电类型的第二半导体区域，
其中，被布置为在平面视图中与所述第三滤波器重叠的光电转换部包括具有所述第一导电类型的第三半导体区域，
其中，被布置为在平面视图中与所述第四滤波器重叠的光电转换部包括具有所述第一导电类型的第四半导体区域，
其中，在所述第二半导体区域和所述第三半导体区域之间布置具有作为与所述第一导电类型相反的导电类型的第二导电类型的第五半导体区域，
其中，在所述第一半导体区域和所述第二半导体区域之间布置具有所述第二导电类型的第六半导体区域，
其中，在所述第三半导体区域和所述第四半导体区域之间布置具有所述第二导电类型的第七半导体区域，
其中，所述第五半导体区域、所述第六半导体区域和所述第七半导体区域各自包括至少一个杂质浓度峰，
其中，与所述第七半导体区域所具有的峰中的与所述半导体基板的所述第一滤波器侧的面分开最远的峰的位置相比，所述第六半导体区域所具有的峰中的与所述半导体基板的所述第一滤波器侧的面分开最远的峰的位置与所述半导体基板的所述第一滤波器侧的面分开得更远，以及
其中，与所述第六半导体区域所具有的峰中的与所述半导体基板的所述第一滤波器侧的面分开最远的峰的位置相比，所述第五半导体区域所具有的峰中的与所述半导体基板的所述第一滤波器侧的面分开最远的峰的位置与所述半导体基板的所述第一滤波器侧的面分开得更远。
10.根据权利要求9所述的光电转换设备，其中，所述第六半导体区域的与所述半导体基板的所述第一滤波器侧的面分开最远的杂质浓度峰的位置为2.0μm或更小。
11.根据权利要求9所述的光电转换设备，
其中，所述多个光电转换部中的第一光电转换部和所述多个光电转换部中的第二光电转换部共用第一微透镜，以及
其中，所述多个光电转换部中的第三光电转换部和所述多个光电转换部中的第四光电转换部共用第二微透镜。
12.一种光电转换设备，包括：
第一滤波器，在所述第一滤波器上红外光的透射率比可见光的透射率高；
第二滤波器，在所述第二滤波器上可见光的透射率比红外光的透射率高；
第一电荷累积部，其在所述第二滤波器的下方形成，所述第一电荷累积部是具有第一导电类型的半导体区域；
第二电荷累积部，其在所述第一滤波器的下方形成，所述第二电荷累积部是具有所述第一导电类型的半导体区域；
隔离区域，其在所述第一电荷累积部的下方形成，所述隔离区域由具有作为与所述第一导电类型不同的导电类型的第二导电类型的半导体区域形成；以及
非隔离区域，其在所述第二电荷累积部的下方形成，所述非隔离区域由具有比所述隔离区域的电荷电势低的电荷电势的半导体区域形成，
其中，所述隔离区域和所述非隔离区域设置在相同的高度处，
其中，在平面视图中，所述非隔离区域被所述隔离区域包围，以及
其中，在平面视图中，包围所述非隔离区域的所述隔离区域的开口的尺寸比包括所述第二电荷累积部的像素的尺寸大。
13.根据权利要求12所述的光电转换设备，其中，所述隔离区域的开口的尺寸是所述非隔离区域的尺寸。
14.根据权利要求12所述的光电转换设备，其中，在所述非隔离区域的下方还形成有用于对光进行光电转换的光电转换区域，以及
其中，所述第二电荷累积部累积利用该光电转换区域进行光电转换后的电荷。
15.根据权利要求12所述的光电转换设备，其中，还形成有在平面视图中被所述非隔离区域包围的具有所述第一导电类型的半导体区域。
16.根据权利要求12所述的光电转换设备，其中，包括所述第一电荷累积部的像素和包括所述第二电荷累积部的像素各自还包括像素隔离区域，所述像素隔离区域在平面视图中包围所述第一电荷累积部或所述第二电荷累积部并且隔离相邻的像素。
17.根据权利要求16所述的光电转换设备，
其中，在平面视图中，所述非隔离区域的一部分被所述像素隔离区域包围，以及
其中，在平面视图中，所述像素隔离区域包围所述非隔离区域所沿的开口的尺寸比包括所述第二电荷累积部的像素的尺寸大。
18.根据权利要求12所述的光电转换设备，其中，在所述第一电荷累积部和所述隔离区域之间以及在所述第二电荷累积部和所述非隔离区域之间形成用于形成累积电荷的电容器的区域。
19.一种光电转换系统，包括：
根据权利要求1至18中任一项所述的光电转换设备；以及
信号处理单元，其被配置为处理从所述光电转换设备输出的信号。
20.一种能够移动的物体，包括：
根据权利要求1至18中任一项所述的光电转换设备；
能够移动的设备；
处理设备，其被配置为从由所述光电转换设备输出的信号获取信息；以及
控制设备，其被配置为基于所述信息控制所述能够移动的设备。
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