JP2000174324A - 高性能多色検出ｐｉｎ型フォトダイオ―ドピクセルセンサ - Google Patents
高性能多色検出ｐｉｎ型フォトダイオ―ドピクセルセンサInfo
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
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- H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Abstract
(57)【要約】
【課題】カラーフィルタを使用することなく、受光した
光の色を効果的に検出できるＰＩＮ型フォトダイオード
を利用したアクティブピクセルセンサを提供する。 【解決手段】基板２０と、基板２０の第１ドープ領域３
２に電気的に接続され、第１の波長域を有するフォトン
を受光するときに電荷を通電させるＰＩＮ型ダイオード
２４、２６、２８と、基板２０内にあって、第２の波長
域を有するフォトンを受光すると電荷を通電させる第２
ドープ領域３６とを有する。第２の波長域を有するフォ
トンは、ＰＩＮ型ダイオード２４、２６、２８によって
実質的に検出されないよう構成される。基板２０は、更
に第３の波長域を有するフォトンを受光するときにのみ
電荷を通電させることのできる第３ドープ領域４０を有
し得る。
光の色を効果的に検出できるＰＩＮ型フォトダイオード
を利用したアクティブピクセルセンサを提供する。 【解決手段】基板２０と、基板２０の第１ドープ領域３
２に電気的に接続され、第１の波長域を有するフォトン
を受光するときに電荷を通電させるＰＩＮ型ダイオード
２４、２６、２８と、基板２０内にあって、第２の波長
域を有するフォトンを受光すると電荷を通電させる第２
ドープ領域３６とを有する。第２の波長域を有するフォ
トンは、ＰＩＮ型ダイオード２４、２６、２８によって
実質的に検出されないよう構成される。基板２０は、更
に第３の波長域を有するフォトンを受光するときにのみ
電荷を通電させることのできる第３ドープ領域４０を有
し得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般にフォトダイ
オードアクティブピクセルセンサに関し、特に、高性能
多色検出ＰＩＮ型フォトダイオードアクティブピクセル
センサに関する。
オードアクティブピクセルセンサに関し、特に、高性能
多色検出ＰＩＮ型フォトダイオードアクティブピクセル
センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】フォトピクセルセンサのアレイは、フォ
トピクセルセンサにより受光される光の強度を検出す
る。フォトピクセルセンサは、典型的には電子信号を生
成するが、その信号の振幅は、フォトピクセルセンサに
より受光される光の強度に比例する。フォトピクセルセ
ンサは、光学画像を電子信号の組に変換することができ
る。電子信号は、フォトピクセルセンサにより受光され
る光の色の強度を表し得る。電子信号を調整し、抽出す
ることで画像処理が可能となる。
トピクセルセンサにより受光される光の強度を検出す
る。フォトピクセルセンサは、典型的には電子信号を生
成するが、その信号の振幅は、フォトピクセルセンサに
より受光される光の強度に比例する。フォトピクセルセ
ンサは、光学画像を電子信号の組に変換することができ
る。電子信号は、フォトピクセルセンサにより受光され
る光の色の強度を表し得る。電子信号を調整し、抽出す
ることで画像処理が可能となる。
【０００３】フォトピクセルセンサを信号処理回路と共
に集積化することは、撮像システムの小型化且つ簡素化
を可能にするため、より一層重要となりつつある。フォ
トピクセルセンサをアナログ／ディジタル信号処理回路
と共に集積化することで、電子撮像システムを低コスト
且つコンパクトにできると共に電力が少なくて済むよう
になる。
に集積化することは、撮像システムの小型化且つ簡素化
を可能にするため、より一層重要となりつつある。フォ
トピクセルセンサをアナログ／ディジタル信号処理回路
と共に集積化することで、電子撮像システムを低コスト
且つコンパクトにできると共に電力が少なくて済むよう
になる。
【０００４】歴史的に見て、フォトピクセルセンサとし
ては電荷結合素子（ＣＣＤ）の使用が優勢的であった。
ＣＣＤは、比較的小型で高フィルファクタをもたらし得
る。しかしながら、ＣＣＤは、ディジタル及びアナログ
回路との集積化が非常に難しい。更に、ＣＣＤは大量の
電力を消費するため、画像のスメアの問題を生じた。
ては電荷結合素子（ＣＣＤ）の使用が優勢的であった。
ＣＣＤは、比較的小型で高フィルファクタをもたらし得
る。しかしながら、ＣＣＤは、ディジタル及びアナログ
回路との集積化が非常に難しい。更に、ＣＣＤは大量の
電力を消費するため、画像のスメアの問題を生じた。
【０００５】ＣＣＤセンサに代わるものにアクティブピ
クセルセンサがある。アクティブピクセルセンサは、標
準的なＣＭＯＳ処理を用いて製造可能である。従って、
アクティブピクセルセンサは、ディジタル／アナログ信
号処理回路と容易に集積化することができる。その上、
ＣＭＯＳ回路は消費電力が少ない。
クセルセンサがある。アクティブピクセルセンサは、標
準的なＣＭＯＳ処理を用いて製造可能である。従って、
アクティブピクセルセンサは、ディジタル／アナログ信
号処理回路と容易に集積化することができる。その上、
ＣＭＯＳ回路は消費電力が少ない。
【０００６】図１は、従来のアクティブピクセルセンサ
のアレイを示す。センサ１２のアレイは、基板１０上に
形成される。センサ１２のアレイ上には、カラーフィル
タ１４のアレイが形成される。カラーフィルタ１４を光
が通過し、センサ１２のアレイによって受光される。セ
ンサ１２は、典型的には、センサ１２により受光される
光の強度と比例するレートで電荷を通電させる。基板１
０上に配設された回路により、センサ１２により通電さ
れる電荷量が求められる。従って、センサ１２は、受光
された光の強度の検出を行う。
のアレイを示す。センサ１２のアレイは、基板１０上に
形成される。センサ１２のアレイ上には、カラーフィル
タ１４のアレイが形成される。カラーフィルタ１４を光
が通過し、センサ１２のアレイによって受光される。セ
ンサ１２は、典型的には、センサ１２により受光される
光の強度と比例するレートで電荷を通電させる。基板１
０上に配設された回路により、センサ１２により通電さ
れる電荷量が求められる。従って、センサ１２は、受光
された光の強度の検出を行う。
【０００７】カラーフィルタ１４のアレイは、波長の異
なる光を通過させるフィルタを含む。例えば、カラーフ
ィルタ１４のアレイは、青色光、緑色光及び赤色光の各
フィルタを含むことができる。青色光フィルタは青色光
のみを通し、緑色光フィルタは緑色光のみを通し、赤色
光フィルタは赤色光のみを通す。一般に、センサ１２の
アレイの各センサは、カラーフィルタ１４のアレイの単
一のカラーフィルタに対応する。どのセンサがどのタイ
プのカラーフィルタと対応しているかを知ることによっ
て、色の検出を行うことができる。
なる光を通過させるフィルタを含む。例えば、カラーフ
ィルタ１４のアレイは、青色光、緑色光及び赤色光の各
フィルタを含むことができる。青色光フィルタは青色光
のみを通し、緑色光フィルタは緑色光のみを通し、赤色
光フィルタは赤色光のみを通す。一般に、センサ１２の
アレイの各センサは、カラーフィルタ１４のアレイの単
一のカラーフィルタに対応する。どのセンサがどのタイ
プのカラーフィルタと対応しているかを知ることによっ
て、色の検出を行うことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図１のアクティブピク
セルセンサアレイは、受光した光において最大７０％の
フォトンがフィルタリング処理中に損失されるので非効
率的である。加えて、カラーフィルタのアレイを形成す
ることはコスト高になり、貴重な基板１０に所定の面積
を必要とする。
セルセンサアレイは、受光した光において最大７０％の
フォトンがフィルタリング処理中に損失されるので非効
率的である。加えて、カラーフィルタのアレイを形成す
ることはコスト高になり、貴重な基板１０に所定の面積
を必要とする。
【０００９】アクティブピクセルセンサのアレイにより
受光される光においてフォトンの吸収を効率良く行うア
クティブピクセルセンサのアレイを備え、且つ受光した
光の色を検出できるようにすることが望ましい。また、
カラーフィルタのアレイを用いずにアクティブピクセル
センサのアレイを製造可能であることも望ましい。
受光される光においてフォトンの吸収を効率良く行うア
クティブピクセルセンサのアレイを備え、且つ受光した
光の色を検出できるようにすることが望ましい。また、
カラーフィルタのアレイを用いずにアクティブピクセル
センサのアレイを製造可能であることも望ましい。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、多色検出アク
ティブピクセルセンサに関し、多色検出アクティブピク
セルセンサにより受光される光のフォトンの吸収を効率
良く行いながら、受光した光の多色検出を行うことを可
能にするものである。多色検出は、カラーフィルタを用
いることなく実現される。
ティブピクセルセンサに関し、多色検出アクティブピク
セルセンサにより受光される光のフォトンの吸収を効率
良く行いながら、受光した光の多色検出を行うことを可
能にするものである。多色検出は、カラーフィルタを用
いることなく実現される。
【００１１】本発明の第１の実施態様に示す多色検出ア
クティブピクセルセンサによれば、基板が含まれる。基
板の第１ドープ領域には、ダイオードが電気的に接続さ
れる。ダイオードは、該ダイオードが第１の波長域を有
するフォトンを受光するときに電荷を通電させる。基板
は、第２ドープ領域を含む。第２ドープ領域は、第２の
波長域を有するフォトンを受光するときに電荷を通電さ
せる。ダイオードを通る第２の波長域を有するフォトン
は、ダイオードによっては実質的に検出されない。
クティブピクセルセンサによれば、基板が含まれる。基
板の第１ドープ領域には、ダイオードが電気的に接続さ
れる。ダイオードは、該ダイオードが第１の波長域を有
するフォトンを受光するときに電荷を通電させる。基板
は、第２ドープ領域を含む。第２ドープ領域は、第２の
波長域を有するフォトンを受光するときに電荷を通電さ
せる。ダイオードを通る第２の波長域を有するフォトン
は、ダイオードによっては実質的に検出されない。
【００１２】第２の実施態様は、第１の実施態様と類似
する。第２の実施態様は、更に基板内にドープ井戸構造
を含む。ドープ井戸構造は、第３の波長域を有するフォ
トンを受光すると電荷を通電させる。ダイオードを通る
第３の波長域を有するフォトンは、ダイオードによって
は実質的に検出されない。
する。第２の実施態様は、更に基板内にドープ井戸構造
を含む。ドープ井戸構造は、第３の波長域を有するフォ
トンを受光すると電荷を通電させる。ダイオードを通る
第３の波長域を有するフォトンは、ダイオードによって
は実質的に検出されない。
【００１３】第３の実施態様も、第１の実施態様と類似
する。第３の実施態様は、青色光の波長に略対応する第
１の波長域と、緑色光の波長に略対応する第２の波長域
と、赤色光の波長に略対応する第３の波長域とを含む。
する。第３の実施態様は、青色光の波長に略対応する第
１の波長域と、緑色光の波長に略対応する第２の波長域
と、赤色光の波長に略対応する第３の波長域とを含む。
【００１４】本発明のその他の態様及び利点は、本発明
の原理を例示する添付図面を参照して、以下の詳細な説
明から明らかとなるであろう。
の原理を例示する添付図面を参照して、以下の詳細な説
明から明らかとなるであろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】例示の目的で図面に示すが、本発
明は、高性能の多色検出フォトダイオードアクティブピ
クセルセンサにおいて具現化される。フォトダイオード
アクティブピクセルセンサは、受光した光の色を効率良
く検出する。フォトダイオードアクティブピクセルセン
サは、カラーフィルタを別途必要としない。
明は、高性能の多色検出フォトダイオードアクティブピ
クセルセンサにおいて具現化される。フォトダイオード
アクティブピクセルセンサは、受光した光の色を効率良
く検出する。フォトダイオードアクティブピクセルセン
サは、カラーフィルタを別途必要としない。
【００１６】図２は、本発明の好適実施形態となるアク
ティブピクセルセンサを示す。本実施形態によるセンサ
は、基板２０を含む。基板２０と隣接して、相互接続層
２２が形成される。相互接続層２２と隣接して、Ｐ型層
２８、Ｉ層２６及びＮ型層２４を含むダイオードが形成
される。相互接続層２２は、導電性を有する相互接続部
３０を含み、この相互接続部３０によってダイオードの
Ｎ型層２４を基板２０と電気的に接続する。
ティブピクセルセンサを示す。本実施形態によるセンサ
は、基板２０を含む。基板２０と隣接して、相互接続層
２２が形成される。相互接続層２２と隣接して、Ｐ型層
２８、Ｉ層２６及びＮ型層２４を含むダイオードが形成
される。相互接続層２２は、導電性を有する相互接続部
３０を含み、この相互接続部３０によってダイオードの
Ｎ型層２４を基板２０と電気的に接続する。
【００１７】逆バイアスを設定する場合、ダイオードは
光を受光するときに電荷を通電させる。ダイオードは、
その構造を変えることによって様々な光の波長を検出す
るよう形成できる。特に、ダイオードのＩ層２６の膜厚
を調整してダイオードにより検出可能な光の波長を変え
ることができる。
光を受光するときに電荷を通電させる。ダイオードは、
その構造を変えることによって様々な光の波長を検出す
るよう形成できる。特に、ダイオードのＩ層２６の膜厚
を調整してダイオードにより検出可能な光の波長を変え
ることができる。
【００１８】特定のダイオードの光吸収特性は、そのダ
イオードに関する吸収深さ（吸収長）Ｌ０に左右され
る。吸収深さＬ０は一定であり、一般にある特定の材質
に固有である。所定材質の吸収波長Ｌ０は、典型的に
は、ダイオードによって受光される光の波長によって変
わる。
イオードに関する吸収深さ（吸収長）Ｌ０に左右され
る。吸収深さＬ０は一定であり、一般にある特定の材質
に固有である。所定材質の吸収波長Ｌ０は、典型的に
は、ダイオードによって受光される光の波長によって変
わる。
【００１９】図３は、光の波長が４０００オングストロ
ームから約７０００オングストロームの間で変化する場
合の、アモルファスシリコンの吸収深さＬ０の変化を示
す図である。吸収深さＬ０は、波長が４０００オングス
トロームから７０００オングストロームの範囲では、約
２００オングストロームから約６０００オングストロー
ムまで変動する。
ームから約７０００オングストロームの間で変化する場
合の、アモルファスシリコンの吸収深さＬ０の変化を示
す図である。吸収深さＬ０は、波長が４０００オングス
トロームから７０００オングストロームの範囲では、約
２００オングストロームから約６０００オングストロー
ムまで変動する。
【００２０】ダイオードによって吸収される光量は、以
下の関係式で求められる。
下の関係式で求められる。
【００２１】 吸収光＝Ｉ0（１−ｅｘｐ（−ｘ／Ｌ０）） ここで、Ｉ0はダイオードが受光する所定の波長の光の
光量であり、ｘはＩ層２６の幅寸法（又は深さ寸法）で
ある。
光量であり、ｘはＩ層２６の幅寸法（又は深さ寸法）で
ある。
【００２２】図３は、約４５００オングストロームの波
長を有する青色光の場合、アモルファスシリコンの吸収
深さＬ０は約６００オングストロームであることを示
す。従って、Ｉ層が約６００オングストロームの幅寸法
を有するダイオードにより吸収される青色光の光量は、
約Ｉ0（１−１／ｅ）、即ちダイオードにより受光され
る青色光の約６３％である。６００オングストロームの
Ｉ層膜厚を有するダイオードにより吸収される、約６５
００オングストロームの波長を有する赤色光の光量は、
約Ｉ0（１−ｅｘｐ（−６００／４０００））であり、
これは吸収される青色光の光量よりかなり少ない。
長を有する青色光の場合、アモルファスシリコンの吸収
深さＬ０は約６００オングストロームであることを示
す。従って、Ｉ層が約６００オングストロームの幅寸法
を有するダイオードにより吸収される青色光の光量は、
約Ｉ0（１−１／ｅ）、即ちダイオードにより受光され
る青色光の約６３％である。６００オングストロームの
Ｉ層膜厚を有するダイオードにより吸収される、約６５
００オングストロームの波長を有する赤色光の光量は、
約Ｉ0（１−ｅｘｐ（−６００／４０００））であり、
これは吸収される青色光の光量よりかなり少ない。
【００２３】本発明の一つの実施形態では、Ｉ層の膜厚
が５００乃至８００オングストローム程度の構成となっ
ている。本実施形態は、波長が約４５００オングストロ
ームの青色光を検出するＰＩＮ型ダイオードの構成を含
む。青色光より大きい波長を有する光は、実質的に検出
されず、即ち吸収されずにＰＩＮ型ダイオードを通過す
る。
が５００乃至８００オングストローム程度の構成となっ
ている。本実施形態は、波長が約４５００オングストロ
ームの青色光を検出するＰＩＮ型ダイオードの構成を含
む。青色光より大きい波長を有する光は、実質的に検出
されず、即ち吸収されずにＰＩＮ型ダイオードを通過す
る。
【００２４】Ｉ層の膜厚は、ＰＩＮ型ダイオードの形成
中に成膜されるＩ層材料の量を制御することにより制御
可能である。
中に成膜されるＩ層材料の量を制御することにより制御
可能である。
【００２５】基板２０は、第１ドープ領域３２を含む。
第１ドープ領域３２は、導電性相互接続部３０を介して
ダイオードのＮ型層２４と電気的に接続される。ダイオ
ードは、該ダイオードにより検出可能な波長域の光を該
ダイオードが受光すると、電荷を通電させ、第１ドープ
領域３２において電荷を蓄積する。
第１ドープ領域３２は、導電性相互接続部３０を介して
ダイオードのＮ型層２４と電気的に接続される。ダイオ
ードは、該ダイオードにより検出可能な波長域の光を該
ダイオードが受光すると、電荷を通電させ、第１ドープ
領域３２において電荷を蓄積する。
【００２６】第１ドープ領域３２には、第１電荷センサ
３４が接続される。第１電荷センサ３４は、電圧検出セ
ンサであっても、また電流検出センサであっても良い。
第１電荷センサ３４は、第１ドープ領域３２に蓄積され
る電荷量の測定を行う。従って、第１電荷センサ３４
は、ダイオードにより受光される光の光量又は強度の測
定を行う。ダイオードが青色光を検出するように形成さ
れる場合、第１電荷センサ３４は、ダイオードにより受
光された青色光の光量の表示を行う。電子工学の技術で
は、電圧検出センサ及び電流検出センサが良く理解され
ている。第１電荷センサ３４は、図２では、第１電荷セ
ンサ３４の存在を図示するように描かれている。第１電
荷センサ３４は、基板２０内の回路により形成される。
３４が接続される。第１電荷センサ３４は、電圧検出セ
ンサであっても、また電流検出センサであっても良い。
第１電荷センサ３４は、第１ドープ領域３２に蓄積され
る電荷量の測定を行う。従って、第１電荷センサ３４
は、ダイオードにより受光される光の光量又は強度の測
定を行う。ダイオードが青色光を検出するように形成さ
れる場合、第１電荷センサ３４は、ダイオードにより受
光された青色光の光量の表示を行う。電子工学の技術で
は、電圧検出センサ及び電流検出センサが良く理解され
ている。第１電荷センサ３４は、図２では、第１電荷セ
ンサ３４の存在を図示するように描かれている。第１電
荷センサ３４は、基板２０内の回路により形成される。
【００２７】基板２０において、第２ドープ領域３６が
形成される。第２ドープ領域３６は、第１ドープ領域３
２と接続されるダイオードにより検出される光の波長よ
り大きい波長を有する光の検出を行うよう形成される。
第２ドープ領域３６に関する空乏領域６０がフォトンを
受光し、これらを電子正孔ペアに変換する。その結果、
第２ドープ領域３６は、検出可能な波長の光の受光時に
電荷を集める。本発明の一実施形態では、第２ドープ領
域３６が緑色光の波長を有する光を受光するときに電荷
を集める構成となっている。
形成される。第２ドープ領域３６は、第１ドープ領域３
２と接続されるダイオードにより検出される光の波長よ
り大きい波長を有する光の検出を行うよう形成される。
第２ドープ領域３６に関する空乏領域６０がフォトンを
受光し、これらを電子正孔ペアに変換する。その結果、
第２ドープ領域３６は、検出可能な波長の光の受光時に
電荷を集める。本発明の一実施形態では、第２ドープ領
域３６が緑色光の波長を有する光を受光するときに電荷
を集める構成となっている。
【００２８】光は、その波長が空乏領域６０が吸収する
光の波長の範囲内にある場合、第２ドープ領域３６及び
空乏領域６０により検出される。空乏領域６０により吸
収される光の波長の範囲は、第２ドープ領域３６及び空
乏領域６０に関するいくつかの処理パラメータに左右さ
れる。より詳細には、第２ドープ領域３６により検出さ
れる光の波長の範囲は、第２ドープ領域３６の接合深さ
及び該第２ドープ領域３６に関する空乏領域６０に左右
される。
光の波長の範囲内にある場合、第２ドープ領域３６及び
空乏領域６０により検出される。空乏領域６０により吸
収される光の波長の範囲は、第２ドープ領域３６及び空
乏領域６０に関するいくつかの処理パラメータに左右さ
れる。より詳細には、第２ドープ領域３６により検出さ
れる光の波長の範囲は、第２ドープ領域３６の接合深さ
及び該第２ドープ領域３６に関する空乏領域６０に左右
される。
【００２９】半導体処理の技術において周知のように、
第２ドープ領域３６の接合深さは、第２ドープ領域３６
の注入深さ及びアニールに左右される。即ち、第２ドー
プ領域３６の形成中、注入深さ及びアニールの手法を用
いて、第２ドープ領域３６の接合深さを制御することが
できる。
第２ドープ領域３６の接合深さは、第２ドープ領域３６
の注入深さ及びアニールに左右される。即ち、第２ドー
プ領域３６の形成中、注入深さ及びアニールの手法を用
いて、第２ドープ領域３６の接合深さを制御することが
できる。
【００３０】空乏領域６０がフォトンを吸収すること
で、第２ドープ領域３６は、電荷を通電させ、且つ生成
する。電荷の生成により、電流（緑色電流）が第３ドー
プ領域４０から第２ドープ領域３６に流れる。第２ドー
プ領域３６の接合深さ及び空乏領域６０は、空乏領域６
０により吸収されるフォトンの波長を所望の波長に設定
するよう実験上制御が可能である。より詳細には、空乏
領域６０により吸収されるフォトンの波長を所望の波長
に設定するよう、第２ドープ領域３６の注入深さ及びア
ニールを実験上操作することができる。前述したよう
に、本発明の一実施形態は、第２ドープ領域３６が、緑
色光の波長を有する光（フォトン）を受光するときに電
荷を集める構成となっている。
で、第２ドープ領域３６は、電荷を通電させ、且つ生成
する。電荷の生成により、電流（緑色電流）が第３ドー
プ領域４０から第２ドープ領域３６に流れる。第２ドー
プ領域３６の接合深さ及び空乏領域６０は、空乏領域６
０により吸収されるフォトンの波長を所望の波長に設定
するよう実験上制御が可能である。より詳細には、空乏
領域６０により吸収されるフォトンの波長を所望の波長
に設定するよう、第２ドープ領域３６の注入深さ及びア
ニールを実験上操作することができる。前述したよう
に、本発明の一実施形態は、第２ドープ領域３６が、緑
色光の波長を有する光（フォトン）を受光するときに電
荷を集める構成となっている。
【００３１】第２ドープ領域３６には、第２電荷センサ
３８が接続される。第２電荷センサ３８は、電圧検出セ
ンサであっても、また電流検出センサであってもよい
が、第２電荷センサ３８は、第２ドープ領域３６におい
て蓄積される電荷量の測定を行う。従って、第２電荷セ
ンサ３８は、第２ドープ領域３６により受光された光の
光量又は強度の測定を行う。第２ドープ領域３６が緑色
光を検出するように形成される場合、第２電荷センサ３
８は、第２ドープ領域３６により受光された緑色光の光
量の表示を行う。電子工学の技術では、電圧検出センサ
及び電流検出センサがよく理解されている。第２電荷セ
ンサ３８は、図２において、第２電荷センサ３８の存在
を図示するように描かれている。第２電荷センサ３８
は、基板２０内の回路により形成される。
３８が接続される。第２電荷センサ３８は、電圧検出セ
ンサであっても、また電流検出センサであってもよい
が、第２電荷センサ３８は、第２ドープ領域３６におい
て蓄積される電荷量の測定を行う。従って、第２電荷セ
ンサ３８は、第２ドープ領域３６により受光された光の
光量又は強度の測定を行う。第２ドープ領域３６が緑色
光を検出するように形成される場合、第２電荷センサ３
８は、第２ドープ領域３６により受光された緑色光の光
量の表示を行う。電子工学の技術では、電圧検出センサ
及び電流検出センサがよく理解されている。第２電荷セ
ンサ３８は、図２において、第２電荷センサ３８の存在
を図示するように描かれている。第２電荷センサ３８
は、基板２０内の回路により形成される。
【００３２】基板２０において、第３ドープ領域４０が
形成される。第３ドープ領域４０は、Ｎ型井戸構造４６
との電気的接続をもたらす。Ｎ型井戸構造４６及び関連
の空乏領域６２は、第２ドープ領域３６が検出した光の
波長より大きい波長を有する光の検出を行うよう形成さ
れる。空乏領域６２がフォトンを受容し、これらを電子
正孔ペアに変換する。その結果、Ｎ型井戸構造４６は、
検出可能な波長の光の受光時に電荷を集める。本発明の
一実施形態は、Ｎ型井戸構造４６が、赤色光の波長を有
する光の受光時に電荷を集める構成となっている。
形成される。第３ドープ領域４０は、Ｎ型井戸構造４６
との電気的接続をもたらす。Ｎ型井戸構造４６及び関連
の空乏領域６２は、第２ドープ領域３６が検出した光の
波長より大きい波長を有する光の検出を行うよう形成さ
れる。空乏領域６２がフォトンを受容し、これらを電子
正孔ペアに変換する。その結果、Ｎ型井戸構造４６は、
検出可能な波長の光の受光時に電荷を集める。本発明の
一実施形態は、Ｎ型井戸構造４６が、赤色光の波長を有
する光の受光時に電荷を集める構成となっている。
【００３３】光は、その波長が空乏領域６２が吸収する
光の波長の範囲内にある場合、Ｎ型井戸構造４６及び空
乏領域６２により検出される。空乏領域６２により吸収
される光の波長の範囲は、Ｎ型井戸構造４６に関するい
くつかの処理パラメータに左右される。より詳細には、
空乏領域６２により吸収される光の波長の範囲は、Ｎ型
井戸構造４６の接合深さ及び該Ｎ型井戸構造４６に関す
る空乏領域６２に左右される。
光の波長の範囲内にある場合、Ｎ型井戸構造４６及び空
乏領域６２により検出される。空乏領域６２により吸収
される光の波長の範囲は、Ｎ型井戸構造４６に関するい
くつかの処理パラメータに左右される。より詳細には、
空乏領域６２により吸収される光の波長の範囲は、Ｎ型
井戸構造４６の接合深さ及び該Ｎ型井戸構造４６に関す
る空乏領域６２に左右される。
【００３４】半導体処理の技術において周知のように、
Ｎ型井戸構造４６の接合深さは、Ｎ型井戸構造４６の注
入深さ及びアニール手法に左右される。即ち、Ｎ型井戸
構造４６の形成中に、注入深さ及びアニール手法を用い
て、Ｎ型井戸構造４６の接合深さを制御することができ
る。
Ｎ型井戸構造４６の接合深さは、Ｎ型井戸構造４６の注
入深さ及びアニール手法に左右される。即ち、Ｎ型井戸
構造４６の形成中に、注入深さ及びアニール手法を用い
て、Ｎ型井戸構造４６の接合深さを制御することができ
る。
【００３５】空乏領域６２がフォトンを吸収すること
で、Ｎ型井戸構造４６は、電荷を通電させ、且つ蓄積す
る。電荷の蓄積により、電流（赤色電流）が第３ドープ
領域４０からＮ型井戸構造４６と基板２０との間の空乏
領域６２に流れる。Ｎ型井戸構造４６の接合深さ及び空
乏領域６２は、空乏領域６２により吸収されるフォトン
の波長を所望の波長に設定するよう実験上制御可能であ
る。より詳細には、空乏領域６２により吸収されるフォ
トンの波長を所望の波長に設定するよう、Ｎ型井戸構造
４６の注入深さ及びアニールを実験上操作することがで
きる。前述したように、本発明の一実施形態は、Ｎ型井
戸構造４６が、赤色光の波長を有する光（フォトン）を
受光するときに電荷（電流）を集める構成となってい
る。
で、Ｎ型井戸構造４６は、電荷を通電させ、且つ蓄積す
る。電荷の蓄積により、電流（赤色電流）が第３ドープ
領域４０からＮ型井戸構造４６と基板２０との間の空乏
領域６２に流れる。Ｎ型井戸構造４６の接合深さ及び空
乏領域６２は、空乏領域６２により吸収されるフォトン
の波長を所望の波長に設定するよう実験上制御可能であ
る。より詳細には、空乏領域６２により吸収されるフォ
トンの波長を所望の波長に設定するよう、Ｎ型井戸構造
４６の注入深さ及びアニールを実験上操作することがで
きる。前述したように、本発明の一実施形態は、Ｎ型井
戸構造４６が、赤色光の波長を有する光（フォトン）を
受光するときに電荷（電流）を集める構成となってい
る。
【００３６】第３ドープ領域４０には、第３電荷センサ
４２が接続される。第３電荷センサ４２は、電圧検出セ
ンサであっても、また電流検出センサであっても良い
が、第３電荷センサ４２は、第３ドープ領域４０におい
て蓄積された電荷量の測定を行う。前述したように、電
流（緑色電流）は、第３ドープ領域４０から第２ドープ
領域３６に導通される。更に、電流（赤色電流）は、第
３ドープ領域４０からＮ型井戸構造４６の空乏領域６２
に導通される。第３電荷センサ４２は、第３ドープ領域
４０により通電された電荷又は電流の測定を行う。第３
ドープ領域４０において蓄積された電荷を用いて、ピク
セルセンサにより受光された緑／赤色光の光量を求める
ことができる。従って、第３電荷センサ４２は、ピクセ
ルセンサにより受光される緑／赤色光の光量の表示を行
う。前述したように、第２電荷センサ３８は、緑色光の
光量の表示を行う。受光された赤色光の光量は、第２電
荷センサ３８の応答を第３電荷センサ４２の応答から差
し引くことによって求められる。電子工学の技術では、
電圧検出センサ及び電流検出センサが良く理解されてい
る。第１電荷センサ３４、第２電荷センサ３８及び第３
電荷センサ４２は、図２において、これらのセンサの存
在を図示するように描かれている。第１電荷センサ３
４、第２電荷センサ３８及び第３電荷センサ４２は、基
板２０内の回路により形成される。
４２が接続される。第３電荷センサ４２は、電圧検出セ
ンサであっても、また電流検出センサであっても良い
が、第３電荷センサ４２は、第３ドープ領域４０におい
て蓄積された電荷量の測定を行う。前述したように、電
流（緑色電流）は、第３ドープ領域４０から第２ドープ
領域３６に導通される。更に、電流（赤色電流）は、第
３ドープ領域４０からＮ型井戸構造４６の空乏領域６２
に導通される。第３電荷センサ４２は、第３ドープ領域
４０により通電された電荷又は電流の測定を行う。第３
ドープ領域４０において蓄積された電荷を用いて、ピク
セルセンサにより受光された緑／赤色光の光量を求める
ことができる。従って、第３電荷センサ４２は、ピクセ
ルセンサにより受光される緑／赤色光の光量の表示を行
う。前述したように、第２電荷センサ３８は、緑色光の
光量の表示を行う。受光された赤色光の光量は、第２電
荷センサ３８の応答を第３電荷センサ４２の応答から差
し引くことによって求められる。電子工学の技術では、
電圧検出センサ及び電流検出センサが良く理解されてい
る。第１電荷センサ３４、第２電荷センサ３８及び第３
電荷センサ４２は、図２において、これらのセンサの存
在を図示するように描かれている。第１電荷センサ３
４、第２電荷センサ３８及び第３電荷センサ４２は、基
板２０内の回路により形成される。
【００３７】第１電荷センサ３４は、ダイオードにより
受光される青色光の光量の表示を行い、第２電荷センサ
３８は、第２ドープ領域３６により受光される緑色光の
光量の表示を行い、第３電荷センサ４２は、第３ドープ
領域４０により受光される緑／赤色光の光量を表示する
ように設定する場合には、本発明の多色検出フォトダイ
オードアクティブピクセルセンサにより受光される青
色、緑色及び赤色の光の光量を求めることが可能であ
る。
受光される青色光の光量の表示を行い、第２電荷センサ
３８は、第２ドープ領域３６により受光される緑色光の
光量の表示を行い、第３電荷センサ４２は、第３ドープ
領域４０により受光される緑／赤色光の光量を表示する
ように設定する場合には、本発明の多色検出フォトダイ
オードアクティブピクセルセンサにより受光される青
色、緑色及び赤色の光の光量を求めることが可能であ
る。
【００３８】更に図２の実施形態では、基板２０がＰ型
ドーピングされる構成となっている。第１ドープ領域３
２は、Ｐ型アイランド構造を構成する。Ｐ型ドーピング
された基板２０は、Ｎ型井戸構造４６を含む。第２ドー
プ領域３６は、Ｎ型井戸構造４６内に配設され、Ｐ型ア
イランド構造を構成する。同様に第３ドープ領域４０も
Ｎ型井戸構造４６内に配設され、Ｎ型アイランド構造を
構成する。第４ドープ領域４８は、基板２０との接地接
続をもたらす目的で含まれる。本実施形態の第４ドープ
領域４８は、Ｐ型アイランド構造である。
ドーピングされる構成となっている。第１ドープ領域３
２は、Ｐ型アイランド構造を構成する。Ｐ型ドーピング
された基板２０は、Ｎ型井戸構造４６を含む。第２ドー
プ領域３６は、Ｎ型井戸構造４６内に配設され、Ｐ型ア
イランド構造を構成する。同様に第３ドープ領域４０も
Ｎ型井戸構造４６内に配設され、Ｎ型アイランド構造を
構成する。第４ドープ領域４８は、基板２０との接地接
続をもたらす目的で含まれる。本実施形態の第４ドープ
領域４８は、Ｐ型アイランド構造である。
【００３９】ドープ領域３２、３６、４０、４８の各領
域間を絶縁する目的で、第１乃至第３のフィールド酸化
物領域（フィールド酸化膜）５０、５２、５４が含まれ
る。
域間を絶縁する目的で、第１乃至第３のフィールド酸化
物領域（フィールド酸化膜）５０、５２、５４が含まれ
る。
【００４０】基板（Ｐ型基板）２０を形成する工程は、
半導体製造技術において周知である。Ｎ型井戸構造４６
は、少量のドーピングで深いイオン注入を行うことによ
り実現可能である。ドープ領域３２、３６、４０、４８
には、多量のドーピングが行われるが、それらはイオン
注入により形成が可能である。フィールド酸化物領域５
０、５２、５４は、トレンチ分離法又はＬＯＣＯＳ法
（Ｌｏｃａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｌｉｃ
ｏｎ又はシリコン局所酸化法）により形成が可能であ
る。トレンチ分離法及びＬＯＣＯＳ法は、ともに半導体
製造技術においてよく理解されている。相互接続層２２
は、標準的なＣＭＯＳ型相互接続構造である。前述した
ように、第１電荷センサ３４、第２電荷センサ３８及び
第３電荷センサ４２は、基板２０内の回路により形成さ
れる。Ｎ型層２４、Ｉ層２６及びＰ型層２８は、プラズ
マＣＶＤ法（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃ
ｅｄＣｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ）により成膜が可能である。
半導体製造技術において周知である。Ｎ型井戸構造４６
は、少量のドーピングで深いイオン注入を行うことによ
り実現可能である。ドープ領域３２、３６、４０、４８
には、多量のドーピングが行われるが、それらはイオン
注入により形成が可能である。フィールド酸化物領域５
０、５２、５４は、トレンチ分離法又はＬＯＣＯＳ法
（Ｌｏｃａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｌｉｃ
ｏｎ又はシリコン局所酸化法）により形成が可能であ
る。トレンチ分離法及びＬＯＣＯＳ法は、ともに半導体
製造技術においてよく理解されている。相互接続層２２
は、標準的なＣＭＯＳ型相互接続構造である。前述した
ように、第１電荷センサ３４、第２電荷センサ３８及び
第３電荷センサ４２は、基板２０内の回路により形成さ
れる。Ｎ型層２４、Ｉ層２６及びＰ型層２８は、プラズ
マＣＶＤ法（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃ
ｅｄＣｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ）により成膜が可能である。
【００４１】以上、本発明の具体的な実施形態を説明し
図示してきたが、本発明は、以上説明及び図示される部
品の具体的形態又は配列に限定されるものではない。本
発明は、特許請求の範囲によってのみ限定される。
図示してきたが、本発明は、以上説明及び図示される部
品の具体的形態又は配列に限定されるものではない。本
発明は、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【００４２】本発明を上述した実施形態に沿って説明す
ると、本発明は、基板（２０）と、該基板（２０）の第
１ドープ領域（３２）に電気的に接続され、第１の波長
域を有するフォトンを受光するときに電荷を通電させる
ダイオードと、前記基板（２０）内にあって、第２の波
長域を有するフォトンを受光すると電荷を通電させる第
２ドープ領域（３６）とを有し、前記ダイオードを通過
する前記第２の波長域を有する前記フォトンは、前記ダ
イオードによって実質的に検出されないよう構成される
ことを特徴とする多色検出アクティブピクセルセンサを
提供する。
ると、本発明は、基板（２０）と、該基板（２０）の第
１ドープ領域（３２）に電気的に接続され、第１の波長
域を有するフォトンを受光するときに電荷を通電させる
ダイオードと、前記基板（２０）内にあって、第２の波
長域を有するフォトンを受光すると電荷を通電させる第
２ドープ領域（３６）とを有し、前記ダイオードを通過
する前記第２の波長域を有する前記フォトンは、前記ダ
イオードによって実質的に検出されないよう構成される
ことを特徴とする多色検出アクティブピクセルセンサを
提供する。
【００４３】好ましくは、前記基板（２０）内にあっ
て、第３の波長域を有するフォトンを受光するときに電
荷を通電させるドープ井戸構造（４６）を更に備え、前
記ダイオードを通過する前記第３の波長域を有する前記
フォトンは、前記ダイオードにより実質的に検出されな
いよう構成されることを特徴とする、請求項１記載の多
色検出アクティブピクセルセンサ。
て、第３の波長域を有するフォトンを受光するときに電
荷を通電させるドープ井戸構造（４６）を更に備え、前
記ダイオードを通過する前記第３の波長域を有する前記
フォトンは、前記ダイオードにより実質的に検出されな
いよう構成されることを特徴とする、請求項１記載の多
色検出アクティブピクセルセンサ。
【００４４】好ましくは、前記ダイオードはＰＩＮ型ダ
イオードを含む。
イオードを含む。
【００４５】好ましくは、前記第１の波長域は、青色光
の波長と略対応する。
の波長と略対応する。
【００４６】好ましくは、前記第２の波長域は、緑色光
の波長と略対応する。
の波長と略対応する。
【００４７】好ましくは、前記第３の波長域は、赤色光
の波長と略対応する。
の波長と略対応する。
【００４８】好ましくは、前記基板（２０）内にあっ
て、基板接地と電気的に接続される第４ドープ領域（４
８）を更に備える。
て、基板接地と電気的に接続される第４ドープ領域（４
８）を更に備える。
【００４９】好ましくは、前記第１ドープ領域（３２）
と前記第２ドープ領域（３６）との間に第１の絶縁領域
（５０）を更に備える。
と前記第２ドープ領域（３６）との間に第１の絶縁領域
（５０）を更に備える。
【００５０】好ましくは、前記ドープ井戸構造（４６）
と電気的に接続される第３ドープ領域（４０）を更に備
える。
と電気的に接続される第３ドープ領域（４０）を更に備
える。
【００５１】好ましくは、前記第２ドープ領域（３６）
と前記第３ドープ領域（４０）との間に第２の絶縁領域
（５２）を更に備える。
と前記第３ドープ領域（４０）との間に第２の絶縁領域
（５２）を更に備える。
【００５２】好ましくは、前記基板（２０）は、ｐ型ド
ーピングされる。
ーピングされる。
【００５３】好ましくは、前記ドープ井戸構造（４６）
はＮ型井戸構造を含む。
はＮ型井戸構造を含む。
【００５４】好ましくは、前記Ｎ型井戸構造は前記第２
ドープ領域（３６）を含む。
ドープ領域（３６）を含む。
【００５５】好ましくは、前記Ｎ型井戸構造は前記第３
ドープ領域（４０）を含む。
ドープ領域（４０）を含む。
【００５６】好ましくは、前記ＰＩＮ型ダイオードはア
モルファスシリコンを含む。
モルファスシリコンを含む。
【００５７】好ましくは、前記第１ドープ領域（３２）
と接続されて、前記ダイオードにより通電される第１の
電荷量を検出する、第１電荷センサ（３４）を更に備え
る。
と接続されて、前記ダイオードにより通電される第１の
電荷量を検出する、第１電荷センサ（３４）を更に備え
る。
【００５８】好ましくは、前記第２ドープ領域（３６）
と接続されて、前記第２ドープ領域（３６）により通電
される第２の電荷量を検出する、第２電荷センサ（３
８）を更に備える。
と接続されて、前記第２ドープ領域（３６）により通電
される第２の電荷量を検出する、第２電荷センサ（３
８）を更に備える。
【００５９】好ましくは、前記第３ドープ領域（４０）
と接続されて、前記ドープ井戸構造（４６）により通電
される第３の電荷量を検出する、第３電荷センサ（４
２）を更に備える。
と接続されて、前記ドープ井戸構造（４６）により通電
される第３の電荷量を検出する、第３電荷センサ（４
２）を更に備える。
【図１】従来のフォトダイオードセンサのアレイの断面
図である。
図である。
【図２】本発明の実施形態となるフォトダイオードセン
サを示す断面図である。
サを示す断面図である。
【図３】ＰＩＮ型フォトダイオードのＩ層の膜厚と、該
Ｉ層により吸収される光の波長との関係を示すグラフで
ある。
Ｉ層により吸収される光の波長との関係を示すグラフで
ある。
２０ 基板 ２４ ダイオードのＮ型層 ２６ ダイオードのＩ層 ２８ ダイオードのＰ型層 ３２ 第１ドープ領域 ３４ 第１電荷センサ ３６ 第２ドープ領域 ３８ 第２電荷センサ ４０ 第３ドープ領域 ４２ 第３電荷センサ ４６ ドープ井戸構造 ４８ 第４ドープ領域 ５０ 第１の分離領域（フィールド酸化物領域） ５２ 第２の分離領域（フィールド酸化物領域） ５４ 第３の分離領域（フィールド酸化物領域）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 399117121 395 Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐ ａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ポール・ジェイ・ヴァンドゥ・ヴードゥ アメリカ合衆国カリフォルニア州サンマテ オ オーボー・レイン 168 (72)発明者 フレデリック・エー・パーナー アメリカ合衆国カリフォルニア州パロアル ト ラモナ・ストリート 3234 (72)発明者 ディートリチ・ダブリュ・ヴーク アメリカ合衆国カリフォルニア州メンロパ ーク ロブル・アベニュー 960−シー
Claims (18)
- 【請求項１】基板と、該基板の第１ドープ領域に電気的
に接続され、第１の波長域を有するフォトンを受光する
ときに電荷を通電させるダイオードと、前記基板内にあ
って、第２の波長域を有するフォトンを受光すると電荷
を通電させる第２ドープ領域とを有し、前記ダイオード
を通過する前記第２の波長域を有する前記フォトンは、
前記ダイオードによって実質的に検出されないよう構成
されることを特徴とする、多色検出アクティブピクセル
センサ。 - 【請求項２】前記基板内にあって、第３の波長域を有す
るフォトンを受光するときに電荷を通電させるドープ井
戸構造を更に備え、前記ダイオードを通過する前記第３
の波長域を有する前記フォトンは、前記ダイオードによ
り実質的に検出されないよう構成されることを特徴とす
る、請求項１記載の多色検出アクティブピクセルセン
サ。 - 【請求項３】前記ダイオードはＰＩＮ型ダイオードを含
むことを特徴とする、請求項１記載の多色検出アクティ
ブピクセルセンサ。 - 【請求項４】前記第１の波長域は、青色光の波長と略対
応することを特徴とする、請求項１記載の多色検出アク
ティブピクセルセンサ。 - 【請求項５】前記第２の波長域は、緑色光の波長と略対
応することを特徴とする、請求項１記載の多色検出アク
ティブピクセルセンサ。 - 【請求項６】前記第３の波長域は、赤色光の波長と略対
応することを特徴とする、請求項１記載の多色検出アク
ティブピクセルセンサ。 - 【請求項７】前記基板内にあって、基板接地と電気的に
接続される第４ドープ領域を更に備えることを特徴とす
る、請求項１記載の多色検出アクティブピクセルセン
サ。 - 【請求項８】前記第１ドープ領域と前記第２ドープ領域
との間に第１の絶縁領域を更に備えることを特徴とす
る、請求項１記載の多色検出アクティブピクセルセン
サ。 - 【請求項９】前記ドープ井戸構造と電気的に接続される
第３ドープ領域を更に備えることを特徴とする、請求項
８記載の多色検出アクティブピクセルセンサ。 - 【請求項１０】前記第２ドープ領域と前記第３ドープ領
域との間に第２の絶縁領域を更に備えることを特徴とす
る、請求項９記載の多色検出アクティブピクセルセン
サ。 - 【請求項１１】前記基板は、ｐ型ドーピングされること
を特徴とする、請求項１記載の多色検出アクティブピク
セルセンサ。 - 【請求項１２】前記ドープ井戸構造はＮ型井戸構造を含
むことを特徴とする、請求項１１記載の多色検出アクテ
ィブピクセルセンサ。 - 【請求項１３】前記Ｎ型井戸構造は前記第２ドープ領域
を含むことを特徴とする、請求項１２記載の多色検出ア
クティブピクセルセンサ。 - 【請求項１４】前記Ｎ型井戸構造は前記第３ドープ領域
を含むことを特徴とする、請求項１３記載の多色検出ア
クティブピクセルセンサ。 - 【請求項１５】前記ＰＩＮ型ダイオードはアモルファス
シリコンを含むことを特徴とする、請求項３記載の多色
検出アクティブピクセルセンサ。 - 【請求項１６】前記第１ドープ領域と接続されて、前記
ダイオードにより通電される第１の電荷量を検出する、
第１電荷センサを更に備えることを特徴とする、請求項
１記載の多色検出アクティブピクセルセンサ。 - 【請求項１７】前記第２ドープ領域と接続されて、前記
第２ドープ領域により通電される第２の電荷量を検出す
る、第２電荷センサを更に備えることを特徴とする、請
求項１記載の多色検出アクティブピクセルセンサ。 - 【請求項１８】前記第３ドープ領域と接続されて、前記
ドープ井戸構造により通電される第３の電荷量を検出す
る、第３電荷センサを更に備えることを特徴とする、請
求項２記載の多色検出アクティブピクセルセンサ。
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