固态成像设备、成像系统和能移动的物体技术方案

技术编号:19126473 阅读:10 留言:0更新日期:2018-10-10 07:53
公开了固态成像设备、成像系统和能移动的物体。固态成像设备包括:多个像素,每个像素包括光电转换单元;第一保持部,保持从光电转换单元传送的电荷;第二保持部,保持从第一保持部传送的电荷;和放大器单元,输出基于第二保持部中的电荷的信号。光电转换单元包括第一导电类型的第一半导体区域、在其下面的第二导电类型的第二半导体区域、在其下面的第一导电类型的第三半导体区域和在其下面的第二导电类型的第四半导体区域。第一保持部包括第二导电类型的第五半导体区域和在其下面的在设置第三半导体区域的深度处的第一导电类型的第六半导体区域。在第三和第六半导体区域之间设置与第三和第六半导体区域相比具有更低电位的半导体区域。

【技术实现步骤摘要】
固态成像设备、成像系统和能移动的物体
本专利技术涉及固态成像设备、成像系统和能移动的物体。
技术介绍
在由CCD图像传感器或CMOS图像传感器表示的固态成像设备中,已经进行了各种考虑以提高生成信号载体的光电转换单元的灵敏度或电荷累积量。作为固态成像设备的光电转换单元,使用由在半导体基板的表面上设置的p型半导体区域和形成电荷累积区域的n型半导体区域的p-n结形成的掩埋光电二极管结构是主流。在这种情况下,在光电转换单元中生成的信号载体是电子。日本专利申请特开第2014-165286号公开了在形成电荷累积区域的n型半导体区域下面布置与阱相比具有更高浓度的p型半导体区域,以增大p-n结电容并由此增大光电转换单元的电荷累积量。另外,日本专利申请特开第2014-165286号公开了在p型半导体区域中设置开口以便防止由于在作为电荷累积区域的n型半导体区域下面设置p型半导体区域而引起的灵敏度降低。近年来,在CMOS图像传感器中,已经提出了通过使用全局电子快门操作来捕获图像。全局电子快门操作是执行捕获以便在多个像素之间匹配曝光时段的驱动方法,其具有以下优点:即使在捕获快速移动的被摄体时,被摄体图像也不太可能失真。提高上述光电转换单元的灵敏度或电荷累积量的目的类似地适用于具有全局电子快门功能的固态成像设备。具有全局电子快门功能的固态成像设备的像素均具有与光电转换单元分开的用于临时保持信号载体的保持部。由于这个保持部保持不同于由光电转换单元保持的信号载体的、在曝光时段期间生成的信号载体,因此抑制信号载体从光电转换单元泄漏到保持部中是非常重要的。但是,在日本专利申请特开第2014-165286号中,没有考虑对具有全局电子快门功能的固态成像设备的应用。因此,在日本专利申请特开第2014-165286号中公开的配置不足以抑制信号载体从光电转换单元泄漏到保持部中。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供如下的固态成像设备和成像系统,其能够在减少由于信号载体从光电转换单元泄漏到分开的保持部中而引起的噪声的同时提高光电转换单元的灵敏度或电荷累积量。根据本专利技术的一方面,提供一种固态成像设备,包括:多个像素,每个像素包括:通过光电转换生成电荷的光电转换单元;第一保持部,保持从光电转换单元传送的电荷;第二保持部,保持从第一保持部传送的电荷;以及放大器单元,输出基于由第二保持部保持的电荷的量的信号,其中光电转换单元包括设置在半导体基板的表面上的第一导电类型的第一半导体区域、设置在第一半导体区域下面并且适于累积所生成的电荷的第二导电类型的第二半导体区域、设置在第二半导体区域下面的第一导电类型的第三半导体区域以及设置在第三半导体区域下面的第二导电类型的第四半导体区域,其中第一保持部包括与第二半导体区域间隔开地设置的第二导电类型的第五半导体区域和在设置第三半导体区域的深度处被设置在第五半导体区域下面的第一导电类型的第六半导体区域,并且其中在第三半导体区域和第六半导体区域之间设置如下的半导体区域,该半导体区域与第三半导体区域和第六半导体区域中的每个相比具有更低的电位。从下面参考附图对示例性实施例的描述中,本专利技术的其它特征将变得清楚。附图说明图1是图示出根据本专利技术第一实施例的固态成像设备的总体配置的框图。图2是根据本专利技术第一实施例的固态成像设备的像素的等效电路图。图3、图5A和图5B是根据本专利技术第一实施例的固态成像设备的像素的平面图。图4是根据本专利技术第一实施例的固态成像设备的像素的截面图。图6是根据本专利技术第二实施例的固态成像设备的像素的平面图。图7是根据本专利技术第二实施例的固态成像设备的像素的截面图。图8是根据本专利技术第二实施例的修改例的固态成像设备的像素的平面图。图9是根据本专利技术第三实施例的固态成像设备的像素的平面图。图10是根据本专利技术第三实施例的固态成像设备的像素的截面图。图11是图示根据本专利技术第四实施例的成像系统的总体配置的框图。图12A是图示根据本专利技术第五实施例的成像系统的配置示例的图。图12B是图示根据本专利技术第五实施例的能移动的物体的配置示例的图。具体实施方式现在将根据附图详细描述本专利技术的优选实施例。[第一实施例]将参考图1至图5B描述根据本专利技术第一实施例的固态成像设备。图1是图示出根据本实施例的固态成像设备的总体配置的框图。图2是根据本实施例的固态成像设备的像素的等效电路图。图3、图5A和图5B是根据本实施例的固态成像设备的像素的平面图。图4是根据本实施例的固态成像设备的像素的截面图。如图1中所示,根据本实施例的成像设备100包括像素区域10、垂直扫描电路20、列读出电路30、水平扫描电路40、控制电路50和输出电路60。在像素区域10中,设置以多行多列的矩阵布置的多个像素12。在像素区域10中的像素阵列的每一行上,控制信号线14布置成在行方向(图1中的水平方向)上延伸。控制信号线14连接到在行方向上对齐的相应像素12,它是这些像素12共用的信号线。另外,在像素区域10中的像素阵列的每一列上,垂直输出线16布置成在列方向(图1中的垂直方向)上延伸。垂直输出线16连接到在列方向上对齐的相应像素12,它是这些像素12共用的信号线。每行上的控制信号线14连接到垂直扫描电路20。垂直扫描电路20是当从像素12读出像素信号时经由控制信号线14向像素12供应用于驱动像素12中的读出电路的控制信号的电路单元。每列上的垂直输出线16的一端连接到列读出电路30。从像素12读出的像素信号经由垂直输出线被输入到列读出电路30。列读出电路30是对从像素12读出的像素信号执行预定的信号处理(例如,诸如放大处理或模数(AD)转换处理的信号处理)的电路单元。列读出电路30可以包括差分放大器电路、采样和保持电路、AD转换电路等。水平扫描电路40是向列读出电路30供应用于将在列读出电路30中处理的像素信号以列为基础顺序地传送到输出电路60的控制信号的电路单元。控制电路50是供应用于控制垂直扫描电路20、列读出电路30和水平扫描电路40的操作和操作定时的控制信号的电路单元。输出电路60是由缓冲放大器、差分放大器等形成的电路单元,并且将从列读出电路30读出的像素信号输出到固态成像设备100外部的信号处理单元。图2是图示出形成像素区域10的像素电路的示例的电路图。虽然图2图示出形成像素区域10的像素12中的布置成两行两列的四个像素12,但是形成像素区域10的像素12的数量没有特别限制。多个像素12中的每一个像素包括光电转换单元D、传送晶体管M1和M2、复位晶体管M3、放大晶体管M4、选择晶体管M5和溢出晶体管M6。光电转换单元D例如是光电二极管。光电转换单元D的光电二极管的阳极连接到地电压线,并且其阴极连接到传送晶体管M1的源极和溢出晶体管M6的源极。传送晶体管M1的漏极连接到传送晶体管M2的源极。寄生耦合到传送晶体管M1的漏极和传送晶体管M2的源极的连接节点的电容组件具有作为电荷保持部的功能。图2将这个电容组件描绘为电容器(C1)。在下面的描述中这个电容器可以被表示为保持部C1。传送晶体管M2的漏极连接到复位晶体管M3的源极和放大晶体管M4的栅极。传送晶体管M2的漏极、复位晶体管M3的源极和放大晶体管M4的栅极的连接节点是所谓的浮动扩散(FD)区域。寄生耦合到FD区域的电容组件(浮本文档来自技高网
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固态成像设备、成像系统和能移动的物体

【技术保护点】
1.一种固态成像设备,包括:多个像素,每个像素包括通过光电转换来生成电荷的光电转换单元;第一保持部,保持从光电转换单元传送的电荷;第二保持部,保持从第一保持部传送的电荷;以及放大器单元,输出基于由第二保持部保持的电荷的量的信号,其中,光电转换单元包括第一导电类型的第一半导体区域,设置在半导体基板的表面上,第二导电类型的第二半导体区域,设置在第一半导体区域下面并且适于累积所生成的电荷,第一导电类型的第三半导体区域,设置在第二半导体区域下面,以及第二导电类型的第四半导体区域,设置在第三半导体区域下面,其中,第一保持部包括第二导电类型的第五半导体区域,与第二半导体区域间隔开地设置,以及第一导电类型的第六半导体区域,在设置第三半导体区域的深度处被设置在第五半导体区域下面,并且其中,在第三半导体区域和第六半导体区域之间设置如下的半导体区域,该半导体区域与第三半导体区域和第六半导体区域中的每个相比具有更低的电位。

【技术特征摘要】
2017.03.21 JP 2017-0540741.一种固态成像设备,包括:多个像素,每个像素包括通过光电转换来生成电荷的光电转换单元;第一保持部,保持从光电转换单元传送的电荷;第二保持部,保持从第一保持部传送的电荷;以及放大器单元,输出基于由第二保持部保持的电荷的量的信号,其中,光电转换单元包括第一导电类型的第一半导体区域,设置在半导体基板的表面上,第二导电类型的第二半导体区域,设置在第一半导体区域下面并且适于累积所生成的电荷,第一导电类型的第三半导体区域,设置在第二半导体区域下面,以及第二导电类型的第四半导体区域,设置在第三半导体区域下面,其中,第一保持部包括第二导电类型的第五半导体区域,与第二半导体区域间隔开地设置,以及第一导电类型的第六半导体区域,在设置第三半导体区域的深度处被设置在第五半导体区域下面,并且其中,在第三半导体区域和第六半导体区域之间设置如下的半导体区域,该半导体区域与第三半导体区域和第六半导体区域中的每个相比具有更低的电位。2.如权利要求1所述的固态成像设备,其中,第三半导体区域在平面图中的与第二半导体区域重叠的区域中具有开口,并且第二半导体区域和第四半导体区域经由所述开口连接。3.如权利要求2所述的固态成像设备,其中,所述开口在平面图中被布置在光电转换单元的中心部分和第一保持部之间。4.如权利要求2所述的固态成像设备,其中,所述开口在平面图中被布置在光电转换单元的中心部分和相邻的另一像素的第一保持部之间。5.如权利要求2所述的固态成像设备,还包括:覆盖第一保持部的遮光膜,其中,遮光膜在所述开口上方延伸。6.如权利要求1至5中任一项所述的固态成像设备,其中,第四半导体区域被设置成在第六半导体区域下面延伸。7.如权利要求1至5中任一项所述的固态成像设备,其中,第三半导体区域和第六半导体区域被设置在半导体基板中的相同深度处并且具有相同的杂质浓度。8.如权利要求1至5中任一项所述的固态成像设备,其中,一个像素的光电转换单元和另一像素的光电转换单元彼此相邻地布置,并且所述一个像素的第三半...

【专利技术属性】
技术研发人员:池田一小林昌弘
申请(专利权)人:佳能株式会社
类型:发明
国别省市:日本,JP

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