JP2002513145A - 三重ウエル構造利用のアクティブピクセルセル結像アレーでのカラー分離 - Google Patents
三重ウエル構造利用のアクティブピクセルセル結像アレーでのカラー分離Info
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Abstract
(57)【要約】
カラー分離のために異なる波長（４００−４９０nm、４９０−５７５nm、５７５−７００nm）の光のシリコン内での吸収長さの違いを利用するデジタル結像装置である。望ましい結像アレー(102,104,106)は、三重ウエル構造(100)を利用する３原色ピクセルセンサに基づく。そのアレーによると、同一の位置において各ピクセル内で３原色(RGB)の各々を測定することによってからの偽信号を取り除くことができる。
Description
【０００１】 １．発明の分野 本願発明はカラー結像に関し、特に、異なる波長の光のシリコン内の吸収長さ
の違いを利用するアクティブピクセルＭＯＳ結像アレーにおけるカラー分離に関
する。本願発明に係るアクティブピクセル結像アレーは、三重ウエル構造を用い
てデジタル画像内のカラーエイリアシングアーティファクトを減少させて、アレ
ー内の各ピクセルセンサが同一ロケーション内の３原色（Ｒ−Ｇ−Ｂ）の各々を
確実に測定できるようにする。
の違いを利用するアクティブピクセルＭＯＳ結像アレーにおけるカラー分離に関
する。本願発明に係るアクティブピクセル結像アレーは、三重ウエル構造を用い
てデジタル画像内のカラーエイリアシングアーティファクトを減少させて、アレ
ー内の各ピクセルセンサが同一ロケーション内の３原色（Ｒ−Ｇ−Ｂ）の各々を
確実に測定できるようにする。
【０００２】 ２．関連技術の説明 本願の発明者が認識している関連する従来技術は概略以下のように分類するこ
とができる。つまり、カラーセンサとしての積重ねフォトダイオード、積重ねセ
ンサを持つ結像アレー及び他のカラー結像アレーアプローチである。
とができる。つまり、カラーセンサとしての積重ねフォトダイオード、積重ねセ
ンサを持つ結像アレー及び他のカラー結像アレーアプローチである。
【０００３】 第１の分類には、光の色を測定するための非結像デバイスが含まれる。そのデ
バイスには、波長に関連するさまざまな光子の吸収深さに依存する様々な技術が
組み込まれている。その例が、「半導体放射波長検出器」と題された米国特許第
４，０１１，０１６号及び「光の波長及び強度検知装置」と題された米国特許第
４．３０９，６０４号に開示されている。いずれの特許も３カラー集積回路カラ
ーセンサのための構造も結像アレーも開示していない。
バイスには、波長に関連するさまざまな光子の吸収深さに依存する様々な技術が
組み込まれている。その例が、「半導体放射波長検出器」と題された米国特許第
４，０１１，０１６号及び「光の波長及び強度検知装置」と題された米国特許第
４．３０９，６０４号に開示されている。いずれの特許も３カラー集積回路カラ
ーセンサのための構造も結像アレーも開示していない。
【０００４】 第２の分類には、光子電荷を蓄積及びシフトする多数の埋込みチャンネルを持
つＣＣＤデバイスが含まれる。そのデバイスは製造が困難でかつ費用が掛かり、
３カラーへの応用には役立っていない。「波長依存半導体光吸収を利用するカラ
ー応答結像デバイス」と題された米国特許第４，６１３，８９５号は、一例を示
す。その分類には、画像装置集積回路の上面に形成された薄膜感光性材料の層を
用いるデバイスも含まれる。その技術の例が、「カラーセンサ」と題された米国
特許第４，６７７，２８９号および「積重ねたセル構造を持つ可視光／赤外線結
像デバイス」と題された米国特許第４，６５１，００１号に開示されている。そ
れらの構造も製造が困難かつ費用が掛かり、実用化されていない。
つＣＣＤデバイスが含まれる。そのデバイスは製造が困難でかつ費用が掛かり、
３カラーへの応用には役立っていない。「波長依存半導体光吸収を利用するカラ
ー応答結像デバイス」と題された米国特許第４，６１３，８９５号は、一例を示
す。その分類には、画像装置集積回路の上面に形成された薄膜感光性材料の層を
用いるデバイスも含まれる。その技術の例が、「カラーセンサ」と題された米国
特許第４，６７７，２８９号および「積重ねたセル構造を持つ可視光／赤外線結
像デバイス」と題された米国特許第４，６５１，００１号に開示されている。そ
れらの構造も製造が困難かつ費用が掛かり、実用化されていない。
【０００５】 第３の分類には、カラーフィルタモザイクを利用して別々の光センサの位置に
おいて別々の波長帯域を選択するカラー結像集積回路が含まれる。「カラー結像
アレー」と題された米国特許第３，９７１，０６５号はその技術の一例を開示す
る。
おいて別々の波長帯域を選択するカラー結像集積回路が含まれる。「カラー結像
アレー」と題された米国特許第３，９７１，０６５号はその技術の一例を開示す
る。
【０００６】 Ｐａｒｕｌｓｋｉ他の「デジタルカメラのファミリーのための可能化技術」で
説明されているように、デジタルカメラで共通して利用されている１ピクセルモ
ザイクパターンはバイエルカラーフィルタアレー（ＣＦＡ）パターンである。図
１に示すように、そのバイエルＣＦＡは碁盤目状に配置された５０％のグリーン
ピクセルと、そのパターンの残りを満たす赤および青の交互のラインとを持つ。
説明されているように、デジタルカメラで共通して利用されている１ピクセルモ
ザイクパターンはバイエルカラーフィルタアレー（ＣＦＡ）パターンである。図
１に示すように、そのバイエルＣＦＡは碁盤目状に配置された５０％のグリーン
ピクセルと、そのパターンの残りを満たす赤および青の交互のラインとを持つ。
【０００７】 図２に示すように、そのバイエルＣＦＡパターンは、結果として、緑に関して
はダイアモンド形状のナイキストドメインとなり、赤および青に関しては小さな
矩形形状のナイキストドメインとなる。人間の目は、クロミナンスの場合よりも
輝度の場合の高空間周波数に対して非常に敏感で、輝度は主として緑の光からな
る。したがって、バイエルＣＦＡは単色の画像装置として水平および垂直の空間
周波数に対し同一のナイキスト周波数を提供するので、それはデジタルイメージ
の感知したシャープさを改善する。
はダイアモンド形状のナイキストドメインとなり、赤および青に関しては小さな
矩形形状のナイキストドメインとなる。人間の目は、クロミナンスの場合よりも
輝度の場合の高空間周波数に対して非常に敏感で、輝度は主として緑の光からな
る。したがって、バイエルＣＦＡは単色の画像装置として水平および垂直の空間
周波数に対し同一のナイキスト周波数を提供するので、それはデジタルイメージ
の感知したシャープさを改善する。
【０００８】 それらのモザイクアプローチは、センサは並べた間隔に比べて小さいためそれ
らのセンサがイメージ信号を局所的にサンプリングをし、また、異なるカラー用
のセンサは異なる位置に置かれていてサンプルはカラーとカラーとの間で整列し
ないという事実による深刻な偽信号の問題に関連して従来技術において公知であ
る。ナイキストドメインを外れたイメージ周波数成分は、ほとんど減衰すること
なくかつカラーとカラーとの間でほとんど相関関係なく、サンプリングされたイ
メージに偽信号として入る。
らのセンサがイメージ信号を局所的にサンプリングをし、また、異なるカラー用
のセンサは異なる位置に置かれていてサンプルはカラーとカラーとの間で整列し
ないという事実による深刻な偽信号の問題に関連して従来技術において公知であ
る。ナイキストドメインを外れたイメージ周波数成分は、ほとんど減衰すること
なくかつカラーとカラーとの間でほとんど相関関係なく、サンプリングされたイ
メージに偽信号として入る。
【０００９】 したがって、本願発明は、３つのカラー帯域が、同一の位置にある各検出器に
よって測定されるカラー結像アレーを提供し、それらの検出器がそれらの間隔と
比べて非常に小さいというわけではなく、それにより、偽信号を含むイメージ成
分が減衰され、さらに、カラーサンプルがカラー間で整列するようにすることを
目的とする。
よって測定されるカラー結像アレーを提供し、それらの検出器がそれらの間隔と
比べて非常に小さいというわけではなく、それにより、偽信号を含むイメージ成
分が減衰され、さらに、カラーサンプルがカラー間で整列するようにすることを
目的とする。
【００１０】 さらに、本願発明は標準的な現在のＣＭＯＳメモリ工程において製造すること
ができるアクティブなピクセルカラー結像アレーを提供することを目的とする。
ができるアクティブなピクセルカラー結像アレーを提供することを目的とする。
【００１１】 図３を参照すると、多くの現在のＣＭＯＳ集積回路製造工程が、「対のウエル
」または「対のタブ」基板を用いており、そこでは、約１０17原子／cm2のドー
ピング濃度のＰウエル領域１０およびＮウエル領域１２が、それぞれＮチャンネ
ルおよびＰチャンネルトランジスタを形成する領域として用いられる。基板材料
１４は典型的にはより軽くドーピングされたＰ型シリコン（１０15原子／cm2）
で、Ｐウエル１０がその基板１４から分離されていない。Ｐウエル１０内に形成
されたＮチャンネルＦＥＴ１６は、１０18原子／cm2より大きなドーパント濃度
のＮ＋の通常のソース／ドレイン拡散１８と、ほぼ１０18原子／cm2の濃度で軽
くドーピングされたＮ−形の浅いドレイン（ＬＤＤ）領域２０とを含む。同様に
、Ｎウエル領域１２内に形成されたＰチャンネルＦＥＴ２２は、同様の濃度の通
常のＰ＋ソース／ドレイン領域２４および浅いＬＤＤ領域２６を用いて構成され
ている。
」または「対のタブ」基板を用いており、そこでは、約１０17原子／cm2のドー
ピング濃度のＰウエル領域１０およびＮウエル領域１２が、それぞれＮチャンネ
ルおよびＰチャンネルトランジスタを形成する領域として用いられる。基板材料
１４は典型的にはより軽くドーピングされたＰ型シリコン（１０15原子／cm2）
で、Ｐウエル１０がその基板１４から分離されていない。Ｐウエル１０内に形成
されたＮチャンネルＦＥＴ１６は、１０18原子／cm2より大きなドーパント濃度
のＮ＋の通常のソース／ドレイン拡散１８と、ほぼ１０18原子／cm2の濃度で軽
くドーピングされたＮ−形の浅いドレイン（ＬＤＤ）領域２０とを含む。同様に
、Ｎウエル領域１２内に形成されたＰチャンネルＦＥＴ２２は、同様の濃度の通
常のＰ＋ソース／ドレイン領域２４および浅いＬＤＤ領域２６を用いて構成され
ている。
【００１２】 図４を参照すると、改善された現在の工程では、「三重ウエル」として知られ
ているように、追加の深いＮ離隔ウエル２８を用いて、Ｐ基板１４からＰウエル
１０の結合離隔を提供する。Ｎ離隔ウエル２８のドーパント濃度（１０16原子／
cc）は、Ｐ基板１４およびＰウエル１０のドーパント濃度（それぞれ、１０15原
子／ccおよび１０17原子／cc）の間の中間程度である。「三重ウエル構造を持つ
半導体デバイスの製造方法」と題された米国特許第５，３９７，７３４号は三重
ウエル技術の一例を開示する。
ているように、追加の深いＮ離隔ウエル２８を用いて、Ｐ基板１４からＰウエル
１０の結合離隔を提供する。Ｎ離隔ウエル２８のドーパント濃度（１０16原子／
cc）は、Ｐ基板１４およびＰウエル１０のドーパント濃度（それぞれ、１０15原
子／ccおよび１０17原子／cc）の間の中間程度である。「三重ウエル構造を持つ
半導体デバイスの製造方法」と題された米国特許第５，３９７，７３４号は三重
ウエル技術の一例を開示する。
【００１３】 三重ウエル工程は、基板を介して拡散することができる漂遊キャリアからダイ
ナミック電荷蓄積ノードの有効な離隔を提供するので、ＭＯＳメモリ（ＤＲＡＭ
）デバイスを製造するために一般的に普及しかつ経済的となりつつある。
ナミック電荷蓄積ノードの有効な離隔を提供するので、ＭＯＳメモリ（ＤＲＡＭ
）デバイスを製造するために一般的に普及しかつ経済的となりつつある。
【００１４】発明の概要 本願発明は、アクティブなピクセルＭＯＳ結像アレーにおけるカラー分離に関
し、そのアレーは三重ウエルピクセルのセル構造を用い、異なる波長の光のシリ
コンにおける吸収長さの違いを利用してカラー間の間隔がほぼ同じ大きさの感光
性領域によって同一位置で別々のカラーを測定する。
し、そのアレーは三重ウエルピクセルのセル構造を用い、異なる波長の光のシリ
コンにおける吸収長さの違いを利用してカラー間の間隔がほぼ同じ大きさの感光
性領域によって同一位置で別々のカラーを測定する。
【００１５】 したがって、本願発明の望ましい実施例は、青、緑及び赤色の光を分離するＰ
形シリコン基板状に形成されたカラーフォトセンサを提供する。フォトセンサ構
造は、基板内に形成された深いＮのドープ処理された領域を含み、Ｎ領域と基板
との間のｐｎ結合がシリコン内の赤色光の吸収長さとほぼ等しい基板内の深さに
赤色感光性フォトダイオード形成するようにする。Ｐのドープ処理された領域は
、Ｎ領域内に形成されていて、Ｐ領域とＮ領域との間のｎｐ結合がシリコン内の
緑色光の吸収長さとほぼ等しい基板内の深さに緑色感光性フォトダイオード形成
する。浅いＮドープ処理された領域は、Ｐ領域内に形成されていて、その浅いＮ
領域とＰ領域との間のｐｎ結合が青色光の吸収長さとほぼ等しい基板内の深さに
青色感光性フォトダイオード形成する。検知回路が赤、緑及び青色フォトダイオ
ード結合されていてそれぞれのフォトダイオードの電流を測定する。
形シリコン基板状に形成されたカラーフォトセンサを提供する。フォトセンサ構
造は、基板内に形成された深いＮのドープ処理された領域を含み、Ｎ領域と基板
との間のｐｎ結合がシリコン内の赤色光の吸収長さとほぼ等しい基板内の深さに
赤色感光性フォトダイオード形成するようにする。Ｐのドープ処理された領域は
、Ｎ領域内に形成されていて、Ｐ領域とＮ領域との間のｎｐ結合がシリコン内の
緑色光の吸収長さとほぼ等しい基板内の深さに緑色感光性フォトダイオード形成
する。浅いＮドープ処理された領域は、Ｐ領域内に形成されていて、その浅いＮ
領域とＰ領域との間のｐｎ結合が青色光の吸収長さとほぼ等しい基板内の深さに
青色感光性フォトダイオード形成する。検知回路が赤、緑及び青色フォトダイオ
ード結合されていてそれぞれのフォトダイオードの電流を測定する。
【００１６】 三重ウエル製造工程は、三重の積重ねられたフォトダイオードを作るために必
要な垂直ＰＮＰＮデバイスを製造する実用的な方法を提供するので、本願発明に
おいて有用である。三重ウエル工程の通常のＮウエルは本願発明のピクセルのセ
ルには用いられていないが、同一のチップ上でイメージ装置セルのアレーの外側
においてそれを用いるのは有益である。三重の積重ねられたフォトダイオードに
おいて必要な深いＮのドープ処理された領域は、上ではＮ離隔ウエルと呼んでい
るものである。
要な垂直ＰＮＰＮデバイスを製造する実用的な方法を提供するので、本願発明に
おいて有用である。三重ウエル工程の通常のＮウエルは本願発明のピクセルのセ
ルには用いられていないが、同一のチップ上でイメージ装置セルのアレーの外側
においてそれを用いるのは有益である。三重の積重ねられたフォトダイオードに
おいて必要な深いＮのドープ処理された領域は、上ではＮ離隔ウエルと呼んでい
るものである。
【００１７】 本願発明は、結像アレー内のすべてのピクセルが、ピクセル構造内の同一の位
置で赤、緑及び青のカラー応答を測定することを保証することによって、カラー
偽信号アーティファクトを減少させる。赤、緑及び青色の光のシリコン内の吸収
長さの違いを利用することによってカラーフィルターが行われる。
置で赤、緑及び青のカラー応答を測定することを保証することによって、カラー
偽信号アーティファクトを減少させる。赤、緑及び青色の光のシリコン内の吸収
長さの違いを利用することによってカラーフィルターが行われる。
【００１８】 本願発明は、カラー偽信号の除去に加えていくつかの利点を提供する。例えば
、それは従来一般的に用いられていた複合ポリマーカラーフィルタアレー製造工
程を不要にする。代わりに、半導体業界で一般的に利用可能な三重ウエル工程を
用いる。また、利用できるフォトン（光子）の全体的な利用効率が高まる。従来
のアプローチによると、フィルタ部材を通過しない光子はフィルタに吸収されて
消費される。本願発明のアプローチによると、カラーは吸収深さによって分離さ
れるが、全て収集されて利用される。その結果、量子効率を全体的に３倍を越え
る程度まで改善することができる。
、それは従来一般的に用いられていた複合ポリマーカラーフィルタアレー製造工
程を不要にする。代わりに、半導体業界で一般的に利用可能な三重ウエル工程を
用いる。また、利用できるフォトン（光子）の全体的な利用効率が高まる。従来
のアプローチによると、フィルタ部材を通過しない光子はフィルタに吸収されて
消費される。本願発明のアプローチによると、カラーは吸収深さによって分離さ
れるが、全て収集されて利用される。その結果、量子効率を全体的に３倍を越え
る程度まで改善することができる。
【００１９】 本願発明は、従来のＣＣＤ技術を用いて実行することは困難であろう結像装置
の優れた例示を提供する。さらに、本願発明は、各３カラーピクセル内に多くの
サポートトランジスタが存在するという観点において、スケールドのＣＭＯＳ処
理の利用可能性からの利点を得る。
の優れた例示を提供する。さらに、本願発明は、各３カラーピクセル内に多くの
サポートトランジスタが存在するという観点において、スケールドのＣＭＯＳ処
理の利用可能性からの利点を得る。
【００２０】 本願発明の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び本願発明の概念を利用する
図示の実施例のための添付図面を参照することによってより良く理解されるであ
ろう。
図示の実施例のための添付図面を参照することによってより良く理解されるであ
ろう。
【００２１】本願発明の詳細な説明 シリコン基板への入射光の波長が大きくなればなるほど、その光は吸収される
前により深くシリコン内に入り込むことになる。図５は可視スペクトルの光に関
するシリコン内の光吸収長さを示す。図５に示すように、４００−４９０nmの波
長を持つ青色光は、その大部分が、約０．２−０．５ミクロンの深さでシリコン
基板に吸収される。５７５−７００nmの波長を持つ赤色光は、約１．５−３．０
nmの深さでシリコンに吸収される。
前により深くシリコン内に入り込むことになる。図５は可視スペクトルの光に関
するシリコン内の光吸収長さを示す。図５に示すように、４００−４９０nmの波
長を持つ青色光は、その大部分が、約０．２−０．５ミクロンの深さでシリコン
基板に吸収される。５７５−７００nmの波長を持つ赤色光は、約１．５−３．０
nmの深さでシリコンに吸収される。
【００２２】 異なる波長の光のシリコン内でのそれらの吸収深さの違いを利用すると、図６
に示すように、本願発明の望ましい実施例は、Ｐ形の伝導体（約１０15原子／cm 2 ）のシリコン基板１００内に形成された三重ウエルカラーフォトセンサ構造を
提供する。そのカラーフォトセンサ構造は、Ｐ形のシリコン基板１００内に形成
された深いＮ形のドープ処理されたウエル領域１０２（約１０16原子／cm2）を
含む。そのＮ形のドープ処理された領域１０２の結合深さは、約１．５−３．０
μの間にあり、望ましくは約２μ、つまり、赤色光に近い吸収深さである。した
がって、深いＮ形のドープ処理された領域１０２とＰ形基板１００との間のｐｎ
結合は、それらの２つの領域の間に赤色感応フォトダイオードを形成する。
に示すように、本願発明の望ましい実施例は、Ｐ形の伝導体（約１０15原子／cm 2 ）のシリコン基板１００内に形成された三重ウエルカラーフォトセンサ構造を
提供する。そのカラーフォトセンサ構造は、Ｐ形のシリコン基板１００内に形成
された深いＮ形のドープ処理されたウエル領域１０２（約１０16原子／cm2）を
含む。そのＮ形のドープ処理された領域１０２の結合深さは、約１．５−３．０
μの間にあり、望ましくは約２μ、つまり、赤色光に近い吸収深さである。した
がって、深いＮ形のドープ処理された領域１０２とＰ形基板１００との間のｐｎ
結合は、それらの２つの領域の間に赤色感応フォトダイオードを形成する。
【００２３】 同様に、Ｐ形の伝導体（約１０17原子／cm2）のドープ処理されたウエル領域
１０４は、Ｎのドープ処理された領域１０２内に形成される。そのＰのドープ処
理された領域１０４とＮのドープ処理された領域１０２との間のｐｎ結合は、約
０．５−１．５μの間の深さ、望ましくは、約０．６μ、つまり、シリコン内の
緑色光に近い吸収長さまで形成される。従って、Ｐ領域１０４と深いＮ領域１０
２との間のｐｎ結合は、２つの領域の間に緑色感応フォトダイオードを形成する
。
１０４は、Ｎのドープ処理された領域１０２内に形成される。そのＰのドープ処
理された領域１０４とＮのドープ処理された領域１０２との間のｐｎ結合は、約
０．５−１．５μの間の深さ、望ましくは、約０．６μ、つまり、シリコン内の
緑色光に近い吸収長さまで形成される。従って、Ｐ領域１０４と深いＮ領域１０
２との間のｐｎ結合は、２つの領域の間に緑色感応フォトダイオードを形成する
。
【００２４】 さらに図６に示すように、Ｎ形の伝導体（約１０18原子／cm2）の浅いドープ
処理された領域１０６は、Ｐのドープ処理された領域１０４内に約０．２−０．
５μの間の深さ、望ましくは、約０．２μ、つまり、シリコン内での青色光の吸
収長さまで形成される。従って、浅いＮのドープ処理された領域１０６とＰ領域
１０４との間のｐｎ結合は、青色感応フォトダイオードを形成する。
処理された領域１０６は、Ｐのドープ処理された領域１０４内に約０．２−０．
５μの間の深さ、望ましくは、約０．２μ、つまり、シリコン内での青色光の吸
収長さまで形成される。従って、浅いＮのドープ処理された領域１０６とＰ領域
１０４との間のｐｎ結合は、青色感応フォトダイオードを形成する。
【００２５】 当業者は、上で説明したように、上記のダイオードの感応空乏領域は結合深さ
のいくぶんか上方及び下方に延在することを認識するであろう。
のいくぶんか上方及び下方に延在することを認識するであろう。
【００２６】 また、当業者は、上記の三重ウエル構造は、反対の導電型、つまり、Ｎ基板内
の深いＰのドープ処理された領域、深いＰ領域内のＮのドープ処理された領域及
びＮ領域内の浅いＰのドープ処理された領域を用いて実行することができる。し
かし、そのような構造は、通常はこの業界では用いられず、図６の構造が、標準
的なＭＯＳメモリ技術を利用するので、望ましい。
の深いＰのドープ処理された領域、深いＰ領域内のＮのドープ処理された領域及
びＮ領域内の浅いＰのドープ処理された領域を用いて実行することができる。し
かし、そのような構造は、通常はこの業界では用いられず、図６の構造が、標準
的なＭＯＳメモリ技術を利用するので、望ましい。
【００２７】 図６は、さらに、カラーフォトセンサ構造が、３つのフォトダイオードを横切
って赤、緑及び青色の光電流を測定するためにそれぞれ赤、緑及び青色のフォト
ダイオードに接続された検出機構１０８も備える点を示す。
って赤、緑及び青色の光電流を測定するためにそれぞれ赤、緑及び青色のフォト
ダイオードに接続された検出機構１０８も備える点を示す。
【００２８】 図６は、光センサ１０８の概念的配置を示しており、そのセンサは赤色光電流
ｉｒを測定するための赤色フォトダイオードに接続された第１電流メーター１１
０を備える。第２の電流メーター１１２は緑色光電流ｉｇを測定するための緑色
フォトダイオードに接続されている。第３の電流メーター１１４は青色光電流ｉ
ｂを測定するための青色フォトダイオードに接続されている。
ｉｒを測定するための赤色フォトダイオードに接続された第１電流メーター１１
０を備える。第２の電流メーター１１２は緑色光電流ｉｇを測定するための緑色
フォトダイオードに接続されている。第３の電流メーター１１４は青色光電流ｉ
ｂを測定するための青色フォトダイオードに接続されている。
【００２９】 フォトダイオードの電流の大部分が拡散領域に収集されると仮定すると、当業
者は、電流ｉｂが主として可視スペクトルの青色の端部からの入射フォトンの光
電流からなり、電流ｉｇが主として緑フォトンからの電流であり、電流ｉｒが赤
色フォトンからの電流を反射するということを明りょうに認識するであろう。
者は、電流ｉｂが主として可視スペクトルの青色の端部からの入射フォトンの光
電流からなり、電流ｉｇが主として緑フォトンからの電流であり、電流ｉｒが赤
色フォトンからの電流を反射するということを明りょうに認識するであろう。
【００３０】 図６に示すように、孤立Ｐウエルの製造は行われ、表面結合は、非常に浅いｎ
ｌｄｄ（Ｎ形の軽くドーピングされたドレイン）層の様に青色応答を最大化する
ように示されている。
ｌｄｄ（Ｎ形の軽くドーピングされたドレイン）層の様に青色応答を最大化する
ように示されている。
【００３１】 図７は、上記の三重ウエルフォトセンサ構造に近似するものを示す。当業者は
、三重ウエル構造は従来の単一のピクセルセンサアレーと比べてより大きくする
ことができる一方、図７のピクセルの面積は、従来のピクセルアレーパターンの
混合カラーの性質に起因する３つの従来のピクセルセルと比較しなければならな
いという点を認識するであろう。
、三重ウエル構造は従来の単一のピクセルセンサアレーと比べてより大きくする
ことができる一方、図７のピクセルの面積は、従来のピクセルアレーパターンの
混合カラーの性質に起因する３つの従来のピクセルセルと比較しなければならな
いという点を認識するであろう。
【００３２】 フォトダイオードとともに「アクティブピクセル」回路を用いることは従来か
ら一般的である。図７は１つが各ダイオードに対応する３つの光電流検出回路の
概要を示す。図７の実施例では、そのような回路は従来の３つのトランジスタ電
流センサである（当業者は、他の電流センサ回路も用いることができることを認
識するであろう）。そのアクティブピクセル回路は、フォトダイオードの容量お
よび関連する回路ノードに関して光電流を積分し、次に、その結果得た電圧を読
出し増幅器を介して一時的に記憶することによって光電荷を検出する。
ら一般的である。図７は１つが各ダイオードに対応する３つの光電流検出回路の
概要を示す。図７の実施例では、そのような回路は従来の３つのトランジスタ電
流センサである（当業者は、他の電流センサ回路も用いることができることを認
識するであろう）。そのアクティブピクセル回路は、フォトダイオードの容量お
よび関連する回路ノードに関して光電流を積分し、次に、その結果得た電圧を読
出し増幅器を介して一時的に記憶することによって光電荷を検出する。
【００３３】 上記のように、典型的には３つのトランジスタを用い、リセットトランジスタ
（Ｒｅ）が暗状態を表す基準レベルにキャパシタへの電圧をリセットする。ソー
スフォロワ増幅器トランジスタＢはフォトダイオードへの電圧を一時的に保存す
る。選択トランジスタＳは、セルをそのセルがある行を読み出しのために選択す
るときに、列出力ラインに接続する。
（Ｒｅ）が暗状態を表す基準レベルにキャパシタへの電圧をリセットする。ソー
スフォロワ増幅器トランジスタＢはフォトダイオードへの電圧を一時的に保存す
る。選択トランジスタＳは、セルをそのセルがある行を読み出しのために選択す
るときに、列出力ラインに接続する。
【００３４】 図７に示すように、本願発明の積み重ねられた折返し三重フォトダイオードの
場合には、２つのダイオードノードのリセット電位（Ｖn）はＰ基板に関して実
質的に高電位であり、中央のノードのリセット電位（Ｖp）はその電位を下回り
（つまり、Ｖn＞Ｖp）、そのため、３つのすべてのダイオードは逆バイアス状態
から起動する。フォトダイオードが光に露出されるにしたがい、それらは逆バイ
アスを下回るようになり、それらが「オーバーフロー」になる前に、ある程度フ
ォワードバイアス状態になることもできる。検出された３つの電圧は、回路のさ
まざまなフォトダイオードおよび漂遊静電容量の相対に応じて、光電荷の異なる
線形の組合わせに対応する。それらの線形の組合わせは、電圧出力に関する結果
的な感度曲線に影響を与え、したがって、熱量測定法的に感知可能な最終的な出
力を生成することにつながるマトリクス構造において補正される。
場合には、２つのダイオードノードのリセット電位（Ｖn）はＰ基板に関して実
質的に高電位であり、中央のノードのリセット電位（Ｖp）はその電位を下回り
（つまり、Ｖn＞Ｖp）、そのため、３つのすべてのダイオードは逆バイアス状態
から起動する。フォトダイオードが光に露出されるにしたがい、それらは逆バイ
アスを下回るようになり、それらが「オーバーフロー」になる前に、ある程度フ
ォワードバイアス状態になることもできる。検出された３つの電圧は、回路のさ
まざまなフォトダイオードおよび漂遊静電容量の相対に応じて、光電荷の異なる
線形の組合わせに対応する。それらの線形の組合わせは、電圧出力に関する結果
的な感度曲線に影響を与え、したがって、熱量測定法的に感知可能な最終的な出
力を生成することにつながるマトリクス構造において補正される。
【００３５】 図８は、本願発明の三重の積み重ねられたフォトダイオードの構造に関する一
組の推定した感度曲線を可視スペクトル内の波長の関数として示す。その曲線は
、カラーフィルタに基づくいくつかのほかのカラー分離方法の場合に様にシャー
プに同調されているものよりも、図示にように、かなり広範囲に同調されている
だけである。しかし、従来のカラー結像において良く知られているように、適切
なマトリクス方式を用いて、３つの測定値を、そのような一組の曲線から、赤、
緑および青の強度値のより近似的に熱量測定法的に補正した値に変換することが
できる。適切なマトリクス変換を決定する方法は、従来では、例えば、「カラー
効率のために最適化されたデジタル結像デバイス」と題された米国特許第５，６
６８，５９６号において公知である。
組の推定した感度曲線を可視スペクトル内の波長の関数として示す。その曲線は
、カラーフィルタに基づくいくつかのほかのカラー分離方法の場合に様にシャー
プに同調されているものよりも、図示にように、かなり広範囲に同調されている
だけである。しかし、従来のカラー結像において良く知られているように、適切
なマトリクス方式を用いて、３つの測定値を、そのような一組の曲線から、赤、
緑および青の強度値のより近似的に熱量測定法的に補正した値に変換することが
できる。適切なマトリクス変換を決定する方法は、従来では、例えば、「カラー
効率のために最適化されたデジタル結像デバイス」と題された米国特許第５，６
６８，５９６号において公知である。
【００３６】 図６に関連して上で説明した三重フォトダイオードカラーセンサ構造および、
例えば、図７に関連して上で説明したそれに関連する光電流検知回路を、三重ウ
エル構造に基づくアクティブピクセルセル結像アレーを提供する最に用いること
ができる。そのような結像アレーは、フォトセルの行および列のマトリクスを含
み、各フォトセルが三重ウエル構造および関連するフォト検知回路を含む。マト
リクスの各行は、関連する３つの読み出し選択ラインを持ち、それは、例えば、
図７に示すようにその行内の各フォト検知回路に接続されている。同様に、マト
リクスの各列は関連する３つの列出力ラインを持ち、それは、例えば、図７に示
すようにその列内の各フォト検知回路に接続されている。
例えば、図７に関連して上で説明したそれに関連する光電流検知回路を、三重ウ
エル構造に基づくアクティブピクセルセル結像アレーを提供する最に用いること
ができる。そのような結像アレーは、フォトセルの行および列のマトリクスを含
み、各フォトセルが三重ウエル構造および関連するフォト検知回路を含む。マト
リクスの各行は、関連する３つの読み出し選択ラインを持ち、それは、例えば、
図７に示すようにその行内の各フォト検知回路に接続されている。同様に、マト
リクスの各列は関連する３つの列出力ラインを持ち、それは、例えば、図７に示
すようにその列内の各フォト検知回路に接続されている。
【００３７】 しかし、本願発明に係る結像アレーにおいては、各フォトセルの３つの行選択
ラインおよび３つの列出力ラインは、図７に示すように、分離して引き出す必要
はまったくない。
ラインおよび３つの列出力ラインは、図７に示すように、分離して引き出す必要
はまったくない。
【００３８】 他の例として、３つのカラーセンサおよび読出し増幅器は、図９および１０に
示すように、行選択ラインを共通に結合し、または、列出力ラインを共通に結合
することによって、行または列のいずれかの短い部分に関して、ワイヤ接続する
ことができる。図９および１０においては、リセットおよび電源供給信号のよう
な、アレー内のすべてのセルに共通する信号ラインは図示していない。
示すように、行選択ラインを共通に結合し、または、列出力ラインを共通に結合
することによって、行または列のいずれかの短い部分に関して、ワイヤ接続する
ことができる。図９および１０においては、リセットおよび電源供給信号のよう
な、アレー内のすべてのセルに共通する信号ラインは図示していない。
【００３９】 図１１は、図１０のアレーの配列によるピクセルに関する全部の概略図であり
、そのアレー配列は、赤、緑および青色センサ測定／読出し構造のそれぞれのた
めの３つの行選択ラインＲowＲ、ＲowＧおよびＲowＢおよび共通の列出力ライン
を持つ。図１１の配列は、ＭＯＳトランジスタＭ1からＭ9までの位置および方向
が、図１２Ａ／１２Ｂに示す配列における位置および方向と一致するように構成
されている。その実施例では、図７の読み出し供給Ｖcc及びリセット基準電圧Ｖ
nは分配されているが、Ｖpは分離されている。
、そのアレー配列は、赤、緑および青色センサ測定／読出し構造のそれぞれのた
めの３つの行選択ラインＲowＲ、ＲowＧおよびＲowＢおよび共通の列出力ライン
を持つ。図１１の配列は、ＭＯＳトランジスタＭ1からＭ9までの位置および方向
が、図１２Ａ／１２Ｂに示す配列における位置および方向と一致するように構成
されている。その実施例では、図７の読み出し供給Ｖcc及びリセット基準電圧Ｖ
nは分配されているが、Ｖpは分離されている。
【００４０】 図１２Ａ／１２Ｂは、図面の明りょう化のために、２つに分けたマスク層用の
点描パターンを用いて、図１１の実験から得られた配列を示す。図１２Ａは、当
業者にとって直ちに明りょうになるように、シリコン、つまり、アクティブ領域
、ウエル、インプラント、ポリシリコンゲートおよび接触カットに影響を与える
マスク層を示す。図１２Ｂは接触カットおよび３つの金属相互結合および２つの
経路マスク層を示す。図１２Ａ／１２Ｂに示すように、金属１は、ピクセル内の
相互連結のために用いられ、金属２は行ライン用で、金属３は列ラインで、さら
にポリシリコンは行リセットライン用に用いられる。金属の第４の層は、望まし
くは、光がフォトダイオードのみに届くようにする光シールドとして用いられる
が、図示していない。
点描パターンを用いて、図１１の実験から得られた配列を示す。図１２Ａは、当
業者にとって直ちに明りょうになるように、シリコン、つまり、アクティブ領域
、ウエル、インプラント、ポリシリコンゲートおよび接触カットに影響を与える
マスク層を示す。図１２Ｂは接触カットおよび３つの金属相互結合および２つの
経路マスク層を示す。図１２Ａ／１２Ｂに示すように、金属１は、ピクセル内の
相互連結のために用いられ、金属２は行ライン用で、金属３は列ラインで、さら
にポリシリコンは行リセットライン用に用いられる。金属の第４の層は、望まし
くは、光がフォトダイオードのみに届くようにする光シールドとして用いられる
が、図示していない。
【００４１】 アクティブピクセルセンサの当業者は、リセット機能はときには行によって結
合され、それにより、全体的なリセット機能とは異なり、対応する行が読み出さ
れようとする前に、行内のピクセルが所定回数リセットされるようにスクロール
タイプの電子シャッタタイミングが可能になる。したがって、ピクセルアレーは
、望ましくは図１２Ａ／１２Ｂの実施例のように、リセットラインを水平方向に
ワイヤ接続する。図示の配置のセルがアレー内で隣接するときには、トランジス
タが内部に存在するＰウエルは、積み重ねられたフォトダイオードを完全に囲み
、最も左および下方のエッジ上のピクセルが望ましくはアレーの外のＰウエルの
ストリップによって完成される。
合され、それにより、全体的なリセット機能とは異なり、対応する行が読み出さ
れようとする前に、行内のピクセルが所定回数リセットされるようにスクロール
タイプの電子シャッタタイミングが可能になる。したがって、ピクセルアレーは
、望ましくは図１２Ａ／１２Ｂの実施例のように、リセットラインを水平方向に
ワイヤ接続する。図示の配置のセルがアレー内で隣接するときには、トランジス
タが内部に存在するＰウエルは、積み重ねられたフォトダイオードを完全に囲み
、最も左および下方のエッジ上のピクセルが望ましくはアレーの外のＰウエルの
ストリップによって完成される。
【００４２】 図１３Ａ／１３Ｂは、図１２の構成による、ピクセルの中心をとおる断面図で
あり、シリコンの下方にあるドープ処理された領域を含み、さらに、光シールド
を含むが、金属の相互結合および酸化物の中間層は省略しており、左側の次のセ
ルの一部を含む。
あり、シリコンの下方にあるドープ処理された領域を含み、さらに、光シールド
を含むが、金属の相互結合および酸化物の中間層は省略しており、左側の次のセ
ルの一部を含む。
【００４３】 図１３Ａは、理想化されたウエルを示しており、また、標準的な三重ウエルＣ
ＭＯＳ製造方法を用いて同一のマスク処理および加工工程によってフォトセンサ
内にＰウエルを、さらに読み出し回路内にＰウエルを画定することができる。同
様に、フォトセンサ内の浅いＮ＋のドープ処理された領域は、読出し回路のＮ＋
ソース／ドレイン領域と同様に同一のマスク処理および加工工程によって作るこ
とができる。それらのＮ＋領域は、実験的な設計選択に応じて、ＣＭＯＳ工程の
標準の高濃度にＮ＋ドープ処理されたアクティブ領域またはＮＬＤＤの低濃度に
ドープ処理されたドレイン領域のいずれかとすることができる（その断面図は、
ソース／ドレイン領域のいずれかの部分を通過するように解釈することができる
）。
ＭＯＳ製造方法を用いて同一のマスク処理および加工工程によってフォトセンサ
内にＰウエルを、さらに読み出し回路内にＰウエルを画定することができる。同
様に、フォトセンサ内の浅いＮ＋のドープ処理された領域は、読出し回路のＮ＋
ソース／ドレイン領域と同様に同一のマスク処理および加工工程によって作るこ
とができる。それらのＮ＋領域は、実験的な設計選択に応じて、ＣＭＯＳ工程の
標準の高濃度にＮ＋ドープ処理されたアクティブ領域またはＮＬＤＤの低濃度に
ドープ処理されたドレイン領域のいずれかとすることができる（その断面図は、
ソース／ドレイン領域のいずれかの部分を通過するように解釈することができる
）。
【００４４】 図１３Ｂは、Ｎウエルインプラントの外側への拡散が普通程度の場合にピクセ
ル内のドープ処理された領域がどのように見えるかを示す。本願発明によると、
積み重ねられたフォトセンサをＣＭＯＳ内のアクティブピクセル検出および読み
出し電子回路と結合することによって、読出し電子回路が組み込まれているＰウ
エルが、深いＮウエル間で効果的な離隔バリアとして機能することができるよう
になる。図１３Ｂに示すように、Ｎウエルは間隔が置かれて配置されていて、Ｐ
ウエルまたはアクティブピクセル検知および読出し回路が介在していない場合で
あっても、それらのＮウエルはそれらの間の間隔を変える程ＰからＮに良好に外
側に拡散するものではない。つまり、そのＮウエルは赤色感応フォトダイオード
がそれらの隣接するものと短絡するが危険性を負うことのないように、互いに接
近するように配置されることはない。Ｎウエルフォトダイオードの間のＰウエル
ストリップは、さらにより確実にそれらを分離するように機能するとともに、Ｎ
形の電界効果トランジスタが検知および読出し電子回路として機能するように組
み立てられる「自由な」領域を提供する。三重ウエルＣＭＯＳ製造工程における
積み重ねたシリコンフォトダイオードとＣＭＯＳ回路との新規な組み合せは、し
たがって、従来技術を超える驚くべきかつ圧倒的な利点を提供する。
ル内のドープ処理された領域がどのように見えるかを示す。本願発明によると、
積み重ねられたフォトセンサをＣＭＯＳ内のアクティブピクセル検出および読み
出し電子回路と結合することによって、読出し電子回路が組み込まれているＰウ
エルが、深いＮウエル間で効果的な離隔バリアとして機能することができるよう
になる。図１３Ｂに示すように、Ｎウエルは間隔が置かれて配置されていて、Ｐ
ウエルまたはアクティブピクセル検知および読出し回路が介在していない場合で
あっても、それらのＮウエルはそれらの間の間隔を変える程ＰからＮに良好に外
側に拡散するものではない。つまり、そのＮウエルは赤色感応フォトダイオード
がそれらの隣接するものと短絡するが危険性を負うことのないように、互いに接
近するように配置されることはない。Ｎウエルフォトダイオードの間のＰウエル
ストリップは、さらにより確実にそれらを分離するように機能するとともに、Ｎ
形の電界効果トランジスタが検知および読出し電子回路として機能するように組
み立てられる「自由な」領域を提供する。三重ウエルＣＭＯＳ製造工程における
積み重ねたシリコンフォトダイオードとＣＭＯＳ回路との新規な組み合せは、し
たがって、従来技術を超える驚くべきかつ圧倒的な利点を提供する。
【００４５】 本願発明を実施する際に、ここで説明した本願発明の実施例のさまざまな変形
例を利用することができることは理解すべきである。特許請求の範囲は本願発明
の範囲を画定し、その特許請求の範囲の範囲内の方法および構成並びにそれらと
均等なものも特許請求の範囲に属する。
例を利用することができることは理解すべきである。特許請求の範囲は本願発明
の範囲を画定し、その特許請求の範囲の範囲内の方法および構成並びにそれらと
均等なものも特許請求の範囲に属する。
【図１】 図１は、公知のバイエルカラーフィルタアレー（ＣＦＡ）パターンを示す。
【図２】 図２は、バイエルＣＦＡから得た赤、緑及び青のためのナイキストドメインを
示す。
示す。
【図３】 図３は、従来のツインウエルＣＭＯＳ構造を示す部分断面図である。
【図４】 図４は、従来の三重ウエルＣＭＯＳ構造を示す部分断面図である。
【図５】 図５は、シリコン内の光吸収長さ対波長を表すグラフである。
【図６】 図６は、本願発明に係る三重構造を用いる３カラーピクセルを示す部分断面図
である。
である。
【図７】 図７は、関連するフォト電流検出回路の実施例を描く概略図と組合せた図６の
３カラーピクセルセンサ構造の平面図である。
３カラーピクセルセンサ構造の平面図である。
【図８】 図８は、本願発明に係る図６の三重ウエルフォトダイオード構造のための一組
の推定感度曲線を示すグラフである。
の推定感度曲線を示すグラフである。
【図９】 図９は本願発明に係る結像アレーの一部を描く部分概略図で、各セルのフォト
ダイオード及び読み出し増幅回路が、各セルごとに１行の選択ライン及び３列の
出力ラインを持つアレーに配列されている状態を示す。
ダイオード及び読み出し増幅回路が、各セルごとに１行の選択ライン及び３列の
出力ラインを持つアレーに配列されている状態を示す。
【図１０】 図１０は本願発明に係る結像アレーの一部を描く部分概略図で、各セルのフォ
トダイオード及び読み出し増幅回路が、各セルごとに３行の選択ライン及び１列
の出力ラインを持つアレーに配列されている状態を示す。
トダイオード及び読み出し増幅回路が、各セルごとに３行の選択ライン及び１列
の出力ラインを持つアレーに配列されている状態を示す。
【図１１】 図１１は、３行の選択ライン及び１列の出力ラインを持つ図１０のピクセルセ
ンサセルの一実施例を描く概略図である。
ンサセルの一実施例を描く概略図である。
【図１２】 図１２Ａは、図１１のシリコン層を描く配置図で、シリコンから第１金属まで
の接点を含むまでを示す。 図１２Ｂは、接点及びバイアスを含む、図１１の３つの金属の相互連結層を描
く配置図である。
の接点を含むまでを示す。 図１２Ｂは、接点及びバイアスを含む、図１１の３つの金属の相互連結層を描
く配置図である。
【図１３】 図１３Ａは、図１２Ａ／１２Ｂのセルの理想的シリコン表面と上方金属光シー
ルド層とを描く断面図である。 図１３Ｂは、Ｎ領域を越えた拡散を持つ図１２Ａ／１２Ｂのセルのシリコン表
面と上方金属光シールド層とを描く断面図である。
ルド層とを描く断面図である。 図１３Ｂは、Ｎ領域を越えた拡散を持つ図１２Ａ／１２Ｂのセルのシリコン表
面と上方金属光シールド層とを描く断面図である。
Claims (11)
- 【請求項１】 異なる波長の光を分離するための第１導電型のシリコン基板
内に形成されたカラーフォト検知構造であって、 前記シリコン基板内に形成された前記第１の導電型の反対の第２の導電型の第
１のドープ処理された領域であって、該第１のドープ処理された領域と前記シリ
コン基板との間の結合が、第１の光波長のシリコン内でのほぼ光吸収長さのシリ
コン基板内の深さに形成されていて第１フォトダイオードを形成する第１のドー
プ処理された領域と、 該第１のドープ処理された領域内に形成された前記第１の導電型の第２のドー
プ処理された領域であって、該第２のドープ処理された領域と前記第１のドープ
処理された領域との間の結合が、第２の光波長のシリコン内でのほぼ光吸収長さ
の前記第１のドープ処理された領域内の深さに形成されていて第２フォトダイオ
ードを形成する第２のドープ処理された領域と、 該第２のドープ処理された領域内に形成された前記第２の導電型の第３のドー
プ処理された領域であって、該第３のドープ処理された領域と前記第２のドープ
処理された領域との間の結合が、第３の光波長のシリコン内でのほぼ光吸収長さ
の前記第２のドープ処理された領域内の深さに形成されていて第３フォトダイオ
ードを形成する第３のドープ処理された領域と、 前記第１、第２および第３のフォトダイオードを横切ってそれぞれ第１、第２
および第３の光電流を測定するように接続されている光電流センサとを備えるカ
ラーフォト検知構造。 - 【請求項２】 請求項１のカラーフォト検知構造において、前記第１のドー
プ処理された領域と前記シリコン基板との間の結合は、約１．５−３．０μのシ
リコン基板内の深さに形成され、 前記第２のドープ処理された領域と前記第１のドープ処理された領域との間の
結合は、約０．５−１．５μの前記第１のドープ処理された領域内の深さに形成
されるカラーフォト検知構造。 - 【請求項３】 請求項１のカラーフォト検知構造において、 前記第１のドープ処理された領域と前記シリコン基板との間の前記結合は、約
２．０μのシリコン基板内の深さに形成され、 前記第２のドープ処理された領域と前記第１のドープ処理された領域との間の
前記結合は、約０．６μの前記第１のドープ処理された領域内の深さに形成され
、 前記第３のドープ処理された領域と前記第２のドープ処理された領域との間の
前記結合は、約０．２μの前記第２のドープ処理された領域内の深さに形成され
たカラーフォト検知構造。 - 【請求項４】 青色、緑色および赤色の波長の光を分離するためのＰ形の導
電型のシリコン基板内に形成され、青色、緑色および赤色の光が、シリコン内で
のそれぞれの第１、第２及び第３の光吸収長さを持つ、カラーフォト検知構造で
あって、 前記Ｐ形のシリコン基板内に形成されたＮ形の第１の深い領域であって、該第
１の深いＮ形の領域と前記Ｐ形のシリコン基板との間の結合が、ほぼ第３の光吸
収長さの前記Ｐ型シリコン基板内の深さに形成されていて赤色フォトダイオード
を形成する第１の深い領域と、 該深いＮ形の領域内に形成されたＰ形の導電型の第２の領域であって、該第２
のＰ形の領域と前記深いＮ形の領域との間の結合が、ほぼ第２の光吸収長さの前
記深いＮ形の領域内の深さに形成されていて緑色のフォトダイオードを形成する
第２の領域と、 該Ｐ形領域内に形成されたＮ形の導電型の第３の浅い領域であって、該浅いＮ
形の領域と前記Ｐ形の領域との間の結合が、ほぼ第１の光吸収長さの前記Ｐ形の
領域内に形成されていて青色フォトダイオードを形成する第３の浅い領域と、 前記赤色、緑色および青色のフォトダイオードを横切って接続されていて、そ
れぞれ、該赤色、緑色および青色のフォトダイオードを横切って赤色、緑色およ
び青色の光電流を測定する光電流センサとを備えるカラーフォト検知構造。 - 【請求項５】 アクティブピクセル結像アレーであって、 (a) 第１の導電型を持ち、シリコン基板内に形成されたカラーフォトセンサ構
造の行および列のマトリクスであって、各フォトセンサ構造が、 (i) 前記シリコン基板内に形成された前記第１の導電型の反対の第２の導電型
の第１のドープ処理された領域であって、該第１のドープ処理された領域と前記
シリコン基板との間の結合が、第１の光波長のシリコン内でのほぼ吸収長さのシ
リコン基板内の深さに形成されていて第１フォトダイオードを形成する第１のド
ープ処理された領域と、 (ii) 該第１のドープ処理された領域内に形成された前記第１の導電型の第２
のドープ処理された領域であって、該第２のドープ処理された領域と前記第１の
ドープ処理された領域との間の結合が、第２の光波長のシリコン内でのほぼ光吸
収長さの前記第１のドープ処理された領域内の深さに形成されていて第２フォト
ダイオードを形成する第２のドープ処理された領域と、 (iii) 該第２のドープ処理された領域内に形成された前記第２の導電型の第３
のドープ処理された領域であって、該第３のドープ処理された領域と前記第２の
ドープ処理された領域との間の結合が、第３の光波長のシリコン内でのほぼ光吸
収長さの前記第２のドープ処理された領域内の深さに形成されていて第３フォト
ダイオードを形成する第３のドープ処理された領域と、 (iv) 前記第１、第２および第３のフォトダイオードを横切ってそれぞれ第１
、第２および第３の光電流を測定するように接続されている光電流センサとを備
えるマトリクスと、 (b) 該マトリクス内の各行毎に、前記行内の前記カラーフォトセンサ構造の各
々に接続されていて、該行内のカラーフォトセンサ構造内で発生される第１、第
２および第３の光電流を表す出力信号を出力するために選択的に指定する行選択
回路と、 (c) 該マトリクス内の各列毎に、前記列内の前記カラーフォトセンサ構造の各
々に接続されていて、該列内のカラーフォトセンサ構造内で発生される第１、第
２および第３の光電流を表す出力信号を選択的に出力するための列出力回路とを
備えるアクティブピクセル結像アレー。 - 【請求項６】 請求項５のアクティブピクセル結像アレーにおいて、前記第
１のドープ処理された領域と前記シリコン基板との間の結合は、約１．５−３．
０μのシリコン基板内の深さに形成され、 前記第２のドープ処理された領域と前記第１のドープ処理された領域との間の
結合は、約０．５−１．５μの前記第１のドープ処理された領域内の深さに形成
されるアクティブピクセル結像アレー。 - 【請求項７】 請求項５のアクティブピクセル結像アレーにおいて、 前記第１のドープ処理された領域と前記シリコン基板との間の前記結合は、約
２．０μのシリコン基板内の深さに形成され、 前記第２のドープ処理された領域と前記第１のドープ処理された領域との間の
前記結合は、約０．６μの前記第１のドープ処理された領域内の深さに形成され
、 前記第３のドープ処理された領域と前記第２のドープ処理された領域との間の
前記結合は、約０．２μの前記第２のドープ処理された領域内の深さに形成され
たアクティブピクセル結像アレー。 - 【請求項８】 請求項５のアクティブピクセル結像アレーにおいて、 前記行選択回路は、前記行内のカラーフォトセンサ構造の各々の前記光電流セ
ンサに接続された行選択ラインを備えていて、出力のために前記第１、第２およ
び第３の光電流を指定し、 前記列出力回路は、前記列内の前記カラーフォトセンサ構造の各々に接続され
た第１、第２および第３の列出力ラインを備えていて、第１、第２および第３の
光電流を出力する、アクティブピクセル結像アレー。 - 【請求項９】 請求項５のアクティブピクセル結像アレーにおいて、 前記行選択回路は、前記行内のカラーフォトセンサ構造の各々の前記光電流セ
ンサに接続された第１、第２および第３の行選択ラインを備えていて、出力のた
めに前記第１、第２および第３の光電流を指定し、 前記列出力回路は、前記列内の前記カラーフォトセンサ構造の各々の光電流セ
ンサに接続された列出力ラインを備えていて、第１、第２および第３の光電流を
出力するアクティブピクセル結像アレー。 - 【請求項１０】 異なる波長の光を分離するための第１導電型のシリコン基
板内に形成されたカラーフォトセンサ構造であって、 前記シリコン基板内に形成された前記第１の導電型の反対の第２の導電型の第
１のドープ処理された領域であって、該第１のドープ処理された領域と前記シリ
コン基板との間の結合が、第１の光波長のシリコン内でのほぼ光吸収長さのシリ
コン基板内の深さに形成されていて第１フォトダイオードを形成する第１のドー
プ処理された領域と、 該第１のドープ処理された領域内に形成された前記第１の導電型の第２のドー
プ処理された領域であって、該第２のドープ処理された領域と前記第１のドープ
処理された領域との間の結合が、第２の光波長のシリコン内でのほぼ光吸収長さ
の前記第１のドープ処理された領域内の深さに形成されていて第２フォトダイオ
ードを形成する第２のドープ処理された領域と、 該第２のドープ処理された領域内に形成された前記第２の導電型の第３のドー
プ処理された領域であって、該第３のドープ処理された領域と前記第２のドープ
処理された領域との間の結合が、第３の光波長のシリコン内でのほぼ光吸収長さ
の前記第２のドープ処理された領域内の深さに形成されていて第３フォトダイオ
ードを形成する第３のドープ処理された領域と、 前記第２のドープ処理された領域とほぼ同一のドーパント濃度を持ち、前記シ
リコン基板内に形成されていて、前記第１のドープ処理された領域を完全に囲み
、前記第１の導電形の第４のドープ処理された領域と、 該第４のドープ処理された領域内に形成されていて相互に連結された第２の導
電型の複数の電界効果トランジスタであって、前記第１、第２および第３のフォ
トダイオードを横切ってそれぞれ第１、第２および第３の光電流を測定する光電
流センサを提供する複数の電界効果トランジスタとを備えるカラーフォトセンサ
構造。 - 【請求項１１】 アクティブピクセル結像アレーであって、 (a) 第１の導電型を持ち、シリコン基板内に形成されたカラーフォトセンサ構
造の行および列のマトリクスであって、各フォトセンサ構造が、 (i) 前記シリコン基板内に形成された前記第１の導電型の反対の第２の導電型
の第１のドープ処理された領域であって、該第１のドープ処理された領域と前記
シリコン基板との間の結合が、第１の光波長のシリコン内でのほぼ吸収長さのシ
リコン基板内の深さに形成されていて第１フォトダイオードを形成する第１のド
ープ処理された領域と、 (ii) 該第１のドープ処理された領域内に形成された前記第１の導電型の第２
のドープ処理された領域であって、該第２のドープ処理された領域と前記第１の
ドープ処理された領域との間の結合が、第２の光波長のシリコン内でのほぼ光吸
収長さの前記第１のドープ処理された領域内の深さに形成されていて第２フォト
ダイオードを形成する第２のドープ処理された領域と、 (iii) 該第２のドープ処理された領域内に形成された前記第２の導電型の第３
のドープ処理された領域であって、該第３のドープ処理された領域と前記第２の
ドープ処理された領域との間の結合が、第３の光波長のシリコン内でのほぼ光吸
収長さの前記第２のドープ処理された領域内の深さに形成されていて第３フォト
ダイオードを形成する第３のドープ処理された領域と、 (iv) 前記第２のドープ処理された領域とほぼ同一のドーパント濃度を持ち、
前記シリコン基板内に形成されていて前記第１のドープ処理された領域を完全に
囲む前記第１の導電型の第４のドープ処理された領域と、 (v) 該第４のドープ処理された領域内に形成されていて相互に連結された第２
の導電型の複数の電界効果トランジスタであって、第１、第２および第３のフォ
トダイオードを横切ってそれぞれ第１、第２および第３の光電流を測定するよう
に接続されている光電流センサを提供する複数の電界効果トランジスタとを備え
るマトリクスと、 (b) 該マトリクス内の各行毎に、前記行内の前記カラーフォトセンサ構造の各
々に接続されていて、該行内のカラーフォトセンサ構造内で発生される第１、第
２および第３の光電流を表す出力信号を出力するために選択的に指定する行選択
回路と、 (c) 該マトリクス内の各列毎に、前記列内の前記カラーフォトセンサ構造の各
々に接続されていて、該列内のカラーフォトセンサ構造内で発生される第１、第
２および第３の光電流を表す出力信号を選択的に出力するための列出力回路とを
備えるアクティブピクセル結像アレー。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/065,939 US5965875A (en) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | Color separation in an active pixel cell imaging array using a triple-well structure |
| US09/065,939 | 1998-04-24 | ||
| PCT/US1999/007095 WO1999056097A1 (en) | 1998-04-24 | 1999-03-31 | Color separation in an active pixel cell imaging array using a triple-well structure |
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|---|---|
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