TWI612652B - 光電轉換裝置及影像讀取裝置 - Google Patents

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Abstract

提出一種光電轉換裝置，包括具有一個主表面的半導體基板(該主表面包括凹陷部分)以及在凹陷部分中的絕緣體。半導體基板包括光電轉換元件，該等光電轉換元件之各者包括第一導電類型的第一半導體區域、第二導電類型的第二半導體區域和第二導電類型的第三半導體區域，其中第三半導體區域具有相對於第二半導體區域更靠近主表面而設置的至少一部分。第二半導體區域具有信號電荷的極性。第二半導體區域與第一和第三半導體區域接觸。在垂直於主表面的橫截面中，信號電荷路徑設置在凹陷部分之間。第二和第三半導體區域中的至少一個在信號電荷路徑中至少兩條的方向上定位。

Description

光電轉換裝置及影像讀取裝置
本發明關於光電轉換裝置和影像讀取裝置。
其中由第一和第二導電類型半導體區域的PN接面形成的光電二極體被用作光電轉換元件的光電轉換裝置已被使用，且使用這種光電轉換裝置的影像讀取裝置已被使用。一般而言，影像讀取裝置需要高靈敏度和高影像品質。為了提高靈敏度，在日本專利公開No.2004-312039的圖1中，提出了一種光電轉換裝置，該光電轉換裝置包括在其上形成的具有與要收集的電荷相同的極性的大電荷收集區域，使得電荷收集效率得以提高，以解決受光面積尺寸增加的缺點。此外，在日本專利公開No.2011-124522中公開了在光電轉換元件的一個主表面上提供矽局部氧化(LOCOS)區域。因而，在日本專利公開No.2011-124522中提出了光電轉換裝置的一種構造，這種構造減少光電轉換裝置的輸出特性對應於相對於入射光波長的波狀(漣波(ripple))的狀態的出現。
根據本發明的實施例，光電轉換裝置包括被配置為具有包括凹陷部分的一個主表面的半導體基板以及被配置為設置在凹陷部分中的絕緣體。半導體基板包括光電轉換元件，光電轉換元件中的各者包括第一導電類型的第一半導體區域、與第一導電類型相反的第二導電類型的第二半導體區域以及第二導電類型的第三半導體區域，該第三半導體區域具有高於第二半導體區域的雜質濃度的雜質濃度並且具有相對於第二半導體區域更靠近主表面而設置的至少一部分。第二半導體區域具有與信號電荷的極性相同的極性。第二半導體區域與第一和第三半導體區域接觸。第一和第二半導體區域形成PN接面部分。在垂直於主表面的橫截面中，信號電荷路徑設置在凹陷部分之間。在主表面的平面圖中，信號電荷路徑包括第一信號電荷路徑，該第一信號電荷路徑在第一方向上的長度長於在不同於第一方向的第二方向上的長度，以及第二信號電荷路徑，該第二信號電荷路徑在不同於第一方向的第三方向上的長度長於在不同於第三方向的第四方向上的長度。第二和第三半導體區域中的至少一個包括在與第一方向平行並通過第一信號電荷路徑的線上並且在與第二方向平行並通過第二信號電荷路徑的線上的區域。
根據本發明的另一個實施例，光電轉換裝置包括被配置為具有包括凹陷部分的一個主表面的半導體基板以及被 配置為設置在凹陷部分中的絕緣體。半導體基板包括光電轉換元件，光電轉換元件中的各者包括第一導電類型的第一半導體區域和與第一導電類型相反的第二導電類型的第二半導體區域。第二半導體區域具有與信號電荷的極性相同的極性。光電轉換元件中的各者還包括第二導電類型的第三半導體區域，該第三半導體區域具有高於第二半導體區域的雜質濃度的雜質濃度，並且具有相對於第二半導體區域更靠近主表面而設置的至少一部分，還包括第一導電類型的第四半導體區域，在垂直於主表面的橫截面中，該第四半導體區域在凹陷部分之間形成，並且具有高於第一半導體區域的雜質濃度的雜質濃度；以及還包括第五半導體區域，在垂直於主表面的橫截面中，該第五半導體區域在第四半導體區域的深度方向上形成，並且具有低於第四半導體區域的雜質濃度的第一導電類型的雜質濃度。第二半導體區域與第一和第三半導體區域接觸。第一和第二半導體區域形成PN接面部分。在垂直於主表面的橫截面中，第五半導體區域定位在凹陷部分之間。第五半導體區域在主表面的平面圖中包括在第一方向上的長度長於在不同於第一方向的第二方向上的長度的第一部分，以及在不同於第一方向的第三方向上的長度長於在不同於第三方向的第四方向上的長度的第二部分。第二和第三半導體區域中的至少一個包括在與第一方向平行並通過第五半導體區域的第一部分的線上並且在與第二方向平行並通過第五半導體區域的第二部分的線上的區域。
參考附圖從以下對示例性實施例的描述，本發明的進一步特徵將變得清楚。
100‧‧‧光電轉換裝置
101‧‧‧半導體區域
102‧‧‧半導體區域
103‧‧‧半導體區域
104‧‧‧半導體區域
105‧‧‧元件隔離部分
106‧‧‧凹陷部分
107’‧‧‧區段
108’‧‧‧區段
107‧‧‧區段
108‧‧‧區段
110‧‧‧光電轉換元件
115‧‧‧半導體區域
116‧‧‧半導體區域
121‧‧‧放大電晶體
122‧‧‧重置電晶體
123‧‧‧線路
124‧‧‧負載
131‧‧‧信號電荷路徑
132‧‧‧信號電荷路徑
150‧‧‧入射光束
151‧‧‧入射光束
152‧‧‧入射光束
201‧‧‧絕緣體
207‧‧‧區段
208‧‧‧區段
209‧‧‧區段
400‧‧‧半導體基板
406‧‧‧凹陷部分
606‧‧‧凹陷部分
606a‧‧‧凹陷部分
606b‧‧‧凹陷部分
606c‧‧‧凹陷部分
606d‧‧‧凹陷部分
800‧‧‧影像讀取裝置
810‧‧‧讀取單元
820‧‧‧振盪電路
830‧‧‧影像處理器
900‧‧‧時脈轉換電路
圖1A是根據第一實施例的光電轉換裝置的部分的平面圖，並且圖1B和1C是其橫截面圖。
圖2是根據第一實施例的光電轉換裝置的一部分的平面圖。
圖3A至3D是根據第一實施例的光電轉換裝置的部分的橫截面圖。
圖4是根據第一實施例的光電轉換裝置的一部分的橫截面圖。
圖5是根據第一實施例的光電轉換裝置的一部分的電路圖。
圖6是根據第一實施例的凹陷部分的示意性橫截面圖。
圖7A和7B是根據第一實施例的光電轉換裝置的部分的平面圖。
圖8A和8B是根據第一實施例的比較示例的光電轉換裝置的平面圖。
圖9是根據第二實施例的光電轉換裝置的一部分的平面圖。
圖10是根據第三實施例的光電轉換裝置的一部分的平面圖。
圖11是根據第三實施例的凹陷部分的橫截面圖。
圖12是根據第四實施例的光電轉換裝置的一部分的平面圖。
圖13是根據第五實施例的光電轉換裝置的一部分的橫截面圖。
圖14A和14B是根據第六實施例的光電轉換裝置的部分的平面圖。
圖15是示出根據第七實施例的影像讀取裝置的圖。
在下文中，將參考附圖描述根據實施例的光電轉換裝置的部分的示例。在下面的實施例中，描述其中使用電子作為信號電荷的情況。但是，如果使用電洞作為信號電荷，則P型半導體區域被N型半導體區域代替，並且N型半導體區域被P型半導體區域代替。下面描述的本發明的實施例中的各者可以單獨實現，或者在需要的時候或者在單個實施例中組合來自各個實施例的元件或特徵是有益的時候作為多個實施例或其特徵的組合來實現。
在此假設在日本專利公開No.2004-312039中公開的具有與要收集的電荷的極性相同的極性的大電荷收集區域的光電轉換裝置中，提供如日本專利公開No.2011-124522中所公開的LOCOS區域以減少漣波的出現。在這種情況下，LOCOS區域不充當信號電荷的移動路徑(信號電荷路徑)，因此依賴於LOCOS區域的位置和形狀來 阻擋(block)電荷的移動並且電荷收集效率劣化。
圖1A是根據這個實施例的光電轉換裝置的一部分的示例的平面圖。圖1B和圖1C分別是沿著圖1A的線IB至IB和線IC至IC截取的橫截面視圖。光電轉換裝置100包括由元件隔離部分105隔離的多個光電轉換元件110。
光從被包括在半導體基板400中的具有多個凹陷部分106的一個主表面進入，通過設置在半導體基板400的主表面上的保護膜或層間絕緣膜(未示出)，並且入射在半導體基板400上。光可以具有以下這樣的光譜特性：其中由於在半導體基板400的主表面與設置在主表面上的層間絕緣膜(未示出)之間的邊界表面上的多次反射，輸出相對於波長具有波狀(漣波)。如果半導體基板400的主表面的平坦度高，則在輸出中出現漣波。
另一方面，例如，圖1A中示出的光電轉換裝置100包括在主表面上具有凹陷部分106的半導體基板400以及設置在凹陷部分106上的絕緣體201。利用這種構造，直到半導體基板400的主表面的反射為止的光路徑長度依賴於光的入射位置而變化，並且因此反射光具有相位差。因為具有不同相位的反射光和入射光彼此干涉，所以可以減少光電轉換裝置100的輸出特性上漣波的出現。例如，可以藉由在半導體基板400上形成LOCOS區域來形成多個凹陷部分106。
半導體基板400(圖1B)包括光電轉換元件110，該 光電轉換元件110包括第一導電類型(P型)的第一半導體區域101、與第一導電類型相反的導電類型(N型)的第二半導體區域102，以及第二導電類型的第三半導體區域103。第二半導體區域102和第三半導體區域103的導電類型具有與光電轉換元件110的信號電荷的極性相同的極性。第三半導體區域103的雜質濃度高於第二半導體區域102的雜質濃度，並且第三半導體區域103的至少一部分相對於第二半導體區域102設置在主表面側。注意，雜質濃度是指利用相反導電類型的雜質補償的淨雜質濃度，即，所謂的NET濃度。
第二半導體區域102與第一半導體區域101和第三半導體區域103接觸。在光電轉換裝置100中，因為具有與要收集的電荷相同極性的第二半導體區域102被形成為接觸具有與要收集的電荷不同導電類型的第一半導體區域101，所以生成PN接面。此外，第二半導體區域102與充當電極的、具有第二導電類型的半導體區域(第三半導體區域103)接觸。因而，可以使用漂移現象透過第二半導體區域102在第三半導體區域103中收集電荷。
因而，因為光電轉換裝置100包括第二半導體區域102，所以，在與光電轉換裝置100不包括第二半導體區域102並且透過被包括在第一半導體區域101中的電荷的擴散在第三半導體區域103中收集電荷的情況相比時，可以更高效地收集電荷。
但是，當半導體基板400包括主表面上的多個凹陷部 分106時，設置在凹陷部分106上的絕緣體201不充當信號電荷的移動路徑。因而，半導體基板400的主表面側的區域中的電荷在半導體基板400的多個凹陷部分106之間的區域中移動。具體地，光電轉換裝置100具有在半導體基板400的多個凹陷部分106之間的多條信號電荷路徑。
在此假設，在主表面的平面圖中，定位在一對凹陷部分106之間的第一信號電荷路徑的延伸方向被決定為第一方向，並且在另一對凹陷部分106之間的第二信號電荷路徑的延伸方向被決定為第二方向。第二方向與第一方向相交。在此進一步假設，在這個狀態下，第二半導體區域102和第三半導體區域103中的至少一個設置在處於第一信號電荷路徑的第一方向上並且處於第二信號電荷路徑的第二方向上的區域中。因此，第二半導體區域102和第三半導體區域103中的至少一個包括在與第一方向平行並通過第一信號電荷路徑的線上並且在與第二方向平行並通過第二信號電荷路徑的線上的區域。利用光電轉換裝置100的這種構造，至少防止移動到第二半導體區域102或第三半導體區域103的第一和第二信號電荷路徑中的信號電荷被凹陷部分106阻擋。此外，透過此構造，與第二半導體區域102和第三半導體區域103僅設置在多個凹陷部分106之間的信號電荷路徑的延伸方向中的一個中的情況相比，可以提高信號電荷的收集效率。
例如，在圖1A的區域E中，在第一方向(Y方向)上凹陷部分106之間的第一信號電荷路徑長於在不同於第 一方向的第二方向(X方向)上的信號電荷路徑。此外，在區域G中，在第三方向(在這裡是X方向)上凹陷部分106之間的第二信號電荷路徑長於在第四方向(Y方向)上的信號電荷路徑。在此，雖然在這個實施例中描述了第一方向和第三方向彼此正交的情況，但是方向不限於此，只要第一方向與第三方向彼此不同(相交)即可。在上述光電轉換裝置100中，第二半導體區域102和第三半導體區域103中的至少一個設置在處於第一信號電荷路徑的第一方向上並且處於第二信號電荷路徑的第二方向上的區域中。
利用這種構造，第一信號電荷路徑中的第一信號電荷和第二信號電荷路徑中的第二信號電荷可以平滑地移動到第二半導體區域102或第三半導體區域103。
另一方面，與E區域的情況一樣，將採用在G區域中在第一方向(Y方向)上多個凹陷部分106之間的信號電荷路徑長於在第二方向(X方向)上的信號電荷路徑的情況作為示例。在這種情況下，即使信號電荷在信號電荷路徑中移動，或信號電荷需要繞行(detour)，信號電荷也不可能移動到第二半導體區域102或第三半導體區域103。具體地，在這種情況下，跨其中信號電荷路徑中的信號電荷向第二半導體區域102移動的電荷移動路徑而形成凹陷部分106，因此，信號電荷向第二半導體區域102或第三半導體區域103的移動被阻擋。
因而，利用本說明書中的光電轉換裝置100的這種構 造，可以解決漣波的出現，同時提高電荷收集效率。
假設其中在多個凹陷部分106之間設置有多條信號電荷路徑的區域被確定為第五半導體區域115，那麼第一半導體區域101上的多個凹陷部分106之間的區域是在圖1A至1C中示出的光電轉換裝置100的第五半導體區域115。
此外，如圖2和圖3A至圖3D中示出的，光電轉換裝置100可以包括在半導體基板400的具有多個凹陷部分106的主表面側的第一導電類型的第四半導體區域104。在主表面的橫截面視圖中，第四半導體區域104設置在多個凹陷部分106之間，並且多個凹陷部分106被第四半導體區域104單獨包圍。
第四半導體區域104具有高於第一半導體區域101的雜質濃度的雜質濃度。在這種情況下，第五半導體區域115被設置為相對於第四半導體區域104的主表面，並且具有低於第四半導體區域104的雜質濃度的第一導電類型的雜質濃度。因此，第五半導體區域115可以被看作是多個凹陷部分106之間的信號電荷路徑。
只要第五半導體區域115具有低於第四半導體區域104的雜質濃度的第一導電類型的雜質濃度，第五半導體區域115就可以是第一導電類型或第二導電類型。在圖2和圖3A至3D中，示出了第五半導體區域115具有第一導電類型並且是第一半導體區域101的一部分的情況。
在垂直於具有多個凹陷部分106的主表面的橫截面視 圖中，第五半導體區域115定位在多個凹陷部分106之間。第五半導體區域115具有第一部分，在一個主表面的平面圖中，該第一部分在第一方向上的長度長於在第二方向上的長度。第一方向不同於第二方向。此外，第五半導體區域115具有第二部分，在主表面的平面圖中，該第二部分在第三方向上的長度長於在第四方向上的長度。第三方向不同於第四方向。例如，在圖2中，第一、第二、第三和第四方向分別對應於Y、X、X和Y方向。
第二半導體區域102和第三半導體區域103中的至少一個設置在處於第五半導體區域115的第一部分的第一方向上並且處於第五半導體區域的第二部分的第二方向上的位置。即，第二半導體區域102和第三半導體區域103中的至少一個包括在與第一方向平行並通過第五半導體區域115的第一部分的線上並且在與第二方向平行並通過第五半導體區域115的第二部分的線上的區域。注意，不一定是第一方向與第三方向彼此垂直的情況，且第一方向與第二方向和第三方向僅僅彼此不同(相交)。
在下面的實施例中將詳細描述光電轉換裝置100的構造。
第一實施例
圖1A和圖2是根據第一實施例的光電轉換裝置100的一部分的平面圖。圖1B和圖1C分別是沿著圖1A的線IB至IB和IC至IC截取的示意性橫截面視圖。圖3A至 圖3D分別是沿著圖2的線IIIA至IIIA、IIIB至IIIB、IIIC至IIIC和IIID至IIID截取的示意性橫截面視圖。圖4是根據此實施例的光電轉換裝置100的一部分的示意性平面圖。圖5是根據此實施例的光電轉換裝置100的一部分的電路圖，並且圖6是根據此實施例的光電轉換裝置100的凹陷部分中的一個的示意性橫截面視圖。圖7A和圖7B是根據此實施例的光電轉換裝置100的部分的平面圖，並且圖8A和圖8B是根據此實施例的比較示例的光電轉換裝置的平面圖。
注意，圖1A至圖1C、圖2、圖3A至圖3D、圖4至圖6、圖7A和圖7B以及圖8A和圖8B中相同的部件用相同的附圖標記表示。
圖1A是根據此實施例的光電轉換裝置100的一部分的示例的示意性平面圖。圖1B和圖1C分別是沿著圖1A中的線IB至IB和線IC至IC截取的示意性橫截面圖。
光電轉換裝置100包括具有在一個主表面上的多個凹陷部分106的半導體基板400和設置在凹陷部分106上的絕緣體201。在圖1A至圖1C中示出的光電轉換裝置100中，半導體基板400包括第一至第三半導體區域101至103。在圖2和圖3A至圖3D中示出的光電轉換裝置100中，半導體基板400包括第一至第三半導體區域101至103以及第四和第五半導體區域104和115。第五半導體區域115是第一半導體區域101的一部分。
第一半導體區域101可以是N型和P型中的任一 種。在這個實施例中，將描述第一半導體區域101為P型半導體區域的情況。例如，可以使用充當材料基板的半導體基板作為第一半導體區域101，並且在這個實施例中使用矽基板。
第二半導體區域102被包括在第一半導體區域101中並且是N型半導體區域。第二半導體區域102與第一半導體區域101形成PN接面。
第三半導體區域103具有高於第二半導體區域102的雜質濃度的雜質濃度，並且是N型半導體區域。在半導體基板400中，第三半導體區域103的至少一部分相對於第二半導體區域102設置在主表面側。此外，在垂直於半導體基板400的主表面的第一橫截面中(圖1B、圖1C、圖3A和圖3C)，第三半導體區域103部署在第一和第二凹陷部分106之間。第二半導體區域102的一部分在半導體基板400的深度方向(在第一橫截面中垂直於主表面的方向)上位於第一半導體區域101和第三半導體區域103之間。
第三半導體區域103收集充當信號電荷的電子，信號電荷是多數載體。此外，第三半導體區域103電連接到讀取電路。具體地，第三半導體區域103透過設置在半導體基板400上的絕緣膜的開口中的導電層連接到讀取電路。氧化矽、或氮化矽等可以被用作半導體基板400上的絕緣膜。
如圖4中所示出的，讀取電路例如包括放大電晶體 121、重置電晶體122和選擇電晶體(未示出)。放大電晶體121和重置電晶體122透過第三半導體區域103和導線123彼此連接。例如，MOS電晶體可以被用作放大電晶體121、重置電晶體122和選擇電晶體。
注意，如圖4中所示出的，光電轉換裝置100包括彼此相鄰的多個光電轉換元件110，元件隔離部分105***其間。雖然在這個實施例中將詳細描述光電轉換元件110中的一個和包圍光電轉換元件110的元件隔離部分105，但是其它部分具有相同的構造。因此，在圖4中省略了與目標光電轉換元件110水平相鄰地設置的光電轉換元件110的讀取電路和連接到讀取電路的線。
圖5是示出根據這個實施例的光電轉換裝置100的一部分的電路圖。放大電晶體121的閘極和重置電晶體122的一個端子透過導體連接到光電轉換元件D1中的第三半導體區域103。重置電晶體122的另一個端子連接到用來施加重置參考電壓的線VR。放大電晶體121具有連接到用來施加電源電壓的線VDD的一個端子，以及連接到由MOS電晶體和信號輸出線Vout構成的負載124的一個端子的另一個端子。負載124具有連接到地的另一個端子。負載124可以被用作選擇開關。
如圖1A和圖2中所示，在包括半導體基板400上的多個凹陷部分106的主表面的平面圖中，多個凹陷部分106中的至少一個在第一方向(Y方向)上延伸。此外，在該平面圖中，多個凹陷部分106中的至少另一個在第二 方向(X方向)上延伸。第二半導體區域102和第三半導體區域103中的至少一個定位在處於至少一個凹陷部分106的第一方向上並且處於至少另一個凹陷部分106的第二方向上的區域中。
因為光電轉換裝置100具有上述構造，所以光電轉換裝置100可以具有以下構造。具體地，在其主表面上包括多個凹陷部分106的半導體基板400包括在多個凹陷部分106之間的信號電荷路徑(載體路徑)。在主表面的平面圖中，信號電荷路徑包括第一和第二信號電荷路徑。例如，第一信號電荷路徑設置在圖1A的區域E中，並且在第一方向(Y方向)上的長度長於在不同於第一方向的第二方向(X方向)上的長度。例如，第二信號電荷路徑設置在圖1A的區域G中，並且在第三方向(X方向)上的長度長於在第四方向(Y方向)上的長度。第三方向與第一方向不同並且第四方向與第三方向不同。
在圖1A中，第二半導體區域102和第三半導體區域103設置在處於第一信號電荷路徑的第一方向上並且處於第二信號電荷路徑的第二方向上的區域中。但是，構造不限於此，只要第二半導體區域102和第三半導體區域103中的至少一個位於第一信號電荷路徑的第一方向上並且位於第二信號電荷路徑的第二方向上即可。在圖1A至圖1C中示出的光電轉換裝置100中，充當定位在多個凹陷部分106之間的多個電荷移動路徑的第五半導體區域115是第一半導體區域101的一部分。
利用上述構造，在與第二和第三半導體區域102和103在位於第一信號電荷路徑延伸的方向上的區域和位於第二信號路徑延伸的方向上的區域中的一個中形成的情況相比時，電荷收集效率得以提高。此外，利用上述構造，在與第二和第三半導體區域102和103不在位於第一信號電荷路徑延伸的方向上的區域或位於第二信號路徑延伸的方向上的區域中形成的情況相比時，電荷收集效率得以提高。
此外，這個實施例的光電轉換裝置100可以包括在半導體基板400的主表面上的多個凹陷部分106之間的第四半導體區域104，如圖2和圖3A至3D中所示。第四半導體區域104具有高於第一半導體區域101的雜質濃度的雜質濃度並且是P型雜質區域。第四半導體區域104包括數個凹陷部分106。
第四半導體區域104充當暗電流抑制區域，它透過將在第一半導體區域101和第二半導體區域102之間生成的PN接面表面與半導體基板400的主表面分離來抑制暗電流。第四半導體區域104從位於半導體基板400的主表面上最靠近第三半導體區域103的數個凹陷部分106朝著第三半導體區域103延伸。因而，第二半導體區域102的一部分在半導體基板400的深度方向(垂直於具有多個凹陷部分106的主表面的方向)上位於第一半導體區域101和第四半導體區域104之間。
利用上述構造，第五半導體區域115設置在第四半導 體區域104的與主表面側相反的一側，具有低於第四半導體區域104的雜質濃度的第一導電類型的雜質濃度，並且是第一半導體區域101的一部分。具體地，在第一半導體區域101中在半導體基板400的包括多個凹陷部分106的主表面的平面圖中，第五半導體區域115位於多個凹陷部分106之間。此外，在主表面的垂直橫截面視圖中，第五半導體區域115位於在上述第一半導體區域101的部分中的多個凹陷部分106之間。
元件隔離部分105是半導體區域並且可以由例如P型半導體區域形成。元件隔離部分105的半導體區域具有高於第四半導體區域104的雜質濃度的雜質濃度，使相鄰的光電轉換元件110彼此分離，並且充當防止信號電荷流出的阻擋層(barrier layer)。
在半導體基板400的主表面的平面圖中，元件隔離部分105可以完全包圍光電轉換元件110。具體地，多個凹陷部分106和第四半導體區域104可以被元件隔離部分105包圍。因為元件隔離部分105完全包圍光電轉換元件110，所以充分防止在光電轉換元件110中生成的電荷被洩漏。
第二半導體區域102作用使得當透過第三半導體區域103施加重置電位時第二半導體區域102進入耗盡狀態並且收集電荷同時抑制電容增加。注意，當向第三半導體區域103施加重置電壓時，第一半導體區域101不完全進入耗盡狀態，而是包括中性區域(不處於耗盡狀態的區 域)。
如圖1A至圖1C、圖2和圖3A至圖3D所示，在垂直於半導體基板400的包括多個凹陷部分106的主表面的橫截面中，第二半導體區域102被設置為與第一半導體區域101接觸。因此，在該橫截面中與第二半導體區域102分離的第一半導體區域101中生成的電荷在通過第二半導體區域102並被第三半導體區域103收集之前朝著第二半導體區域102在第一半導體區域101中移動。在第一半導體區域101中生成的電荷向相鄰像素的流動被元件隔離部分105抑制，並且電荷在朝著第二半導體區域102擴散的同時移動。
當在第一半導體區域101中擴散的電荷到達第一半導體區域101和第二半導體區域102之間的PN接面附近的部分時，由於由PN接面的電場引起的漂移現象，電荷朝著第三半導體區域103移動。如果第二半導體區域102的一部分和第一半導體區域101的一部分至少彼此接觸，則可以獲得上述效果。此外，當採用其中第二半導體區域102被第一半導體區域101包圍的構造時，在與第一半導體區域101和第二半導體區域102在一個方向上彼此接觸情況相比時，更大量的電荷可以由第二半導體區域102利用漂移現象收集。
當第二半導體區域102的雜質濃度高於第一半導體區域101的雜質濃度時，耗盡層區域從第二半導體區域102朝著第一半導體區域101擴張，且因此電荷收集效率可以 提高。因而，第二半導體區域102的雜質濃度較佳地高於第一半導體區域101的雜質濃度。當電荷收集效率得以提高時，光電轉換裝置100的靈敏度得以提高。此外，第二半導體區域102可以包括具有不同濃度的多個N型雜質區域。
例如，第二半導體區域102可以包括與第一半導體區域101接觸的第一N型半導體區域和與第三半導體區域103接觸的第二N型半導體區域。在這種情況下，第二N型半導體區域的雜質濃度高於第一N型半導體區域的雜質濃度。
此外，當第四半導體區域104的雜質濃度低於第二半導體區域102的雜質濃度並且耗盡層朝著第四半導體區域104擴張時，暗電流抑制的效果降低。因而，第四半導體區域104較佳地具有比第二半導體區域102的雜質濃度高的雜質濃度。
此外，在垂直於光電轉換元件110中包括多個凹陷部分106的主表面的方向上，第一半導體區域101、第二半導體區域102、第三半導體區域103、第四半導體區域104和元件隔離部分105的厚度和雜質濃度可以從以下範圍中單獨地選擇。注意，除了半導體基板400的多個凹陷部分106的表面以外的表面的接面深度(conjunction depth)被用作厚度的參數。
第一半導體區域101可以具有在1.0×1014cm-3(包括1.0×1014cm-3)至1.0×1017cm-3(包括1.0×1017cm-3)範 圍內的雜質濃度，或者更佳地在1.0×1015cm-3(包括1.0×1015cm-3)至1.0×1016cm-3(包括1.0×1016cm-3)的範圍內。此外，接面深度可以在0.1μm(包括0.1μm)至1000μm(包括1000μm)的範圍內。第二半導體區域102可以具有在1.0×1013cm-3(包括1.0×1013cm-3)至1.0×1017cm-3(包括1.0×1017cm-3)範圍內的雜質濃度，或者更佳地在1.0×1014cm-3(包括1.0×1014cm-3)至1.0×1016cm-3(包括1.0×1016cm-3)的範圍內。此外，接面深度可以在0.2μm(包括0.2μm)至3μm(包括3μm)的範圍內。
第三半導體區域103可以具有在1.0×1018cm-3(包括1.0×1018cm-3)至1.0×1021cm-3(包括1.0×1021cm-3)範圍內的雜質濃度，或者更佳地在1.0×1019cm-3(包括1.0×1019cm-3)至1.0×1020cm-3(包括1.0×1020cm-3)的範圍內。此外，接面深度可以在0.1μm(包括0.1μm)至0.3μm(包括0.3μm)的範圍內。
第四半導體區域104可以具有在1.0×1015cm-3(包括1.0×1015cm-3)至1.0×1019cm-3(包括1.0×1019cm-3)範圍內的雜質濃度，或者更佳地在1.0×1016cm-3(包括1.0×1016cm-3)至1.0×1018cm-3(包括1.0×1018cm-3)的範圍內。此外，接面深度可以在0.1μm(包括0.1μm)至0.5μm(包括0.5μm)的範圍內。元件隔離部分105的半導體區域可以具有在1.0×1014cm-3(包括1.0×1014cm-3)至1.0×1019cm-3(包括1.0×1019cm-3)範圍內的雜質濃 度，或者更佳地在1.0×1015cm-3(包括1.0×1015cm-3)至1.0×1018cm-3(包括1.0×1018cm-3)的範圍內。此外，接面深度可以在0.1μm(包括0.1μm)至10μm(包括10μm)的範圍內。
多個凹陷部分106設置在半導體基板400的主表面(光接收表面)上。多個凹陷部分106可以透過對半導體基板400執行蝕刻或者透過由矽局部氧化(LOCOS)方法對半導體基板400執行熱氧化來形成。當使用LOCOS方法或淺溝槽隔離(STI)方法時或者當在半導體基板400上形成層間絕緣膜時，在凹陷部分106上形成氧化矽等的絕緣體201。
在這個實施例中，作為示例，描述光電轉換裝置100具有透過LOCOS方法形成的LOCOS區域作為絕緣體201的情況。在圖3A和圖3C中，第四半導體區域104設置在比凹陷部分106的底部淺的位置，並且凹陷部分106中的絕緣體201與第一半導體區域101接觸。因而，被包括在凹陷部分106中的絕緣體201穿透第四半導體區域104並到達第一半導體區域101的內部。
在這裡，在作為第五半導體區域115中的信號電荷的電子移動到第二半導體區域102的情況下，如果凹陷部分106跨朝著第二半導體區域102的移動路徑設置，則電子的移動被阻擋。但是，利用這個實施例的光電轉換裝置100的構造，電子朝著第二半導體區域102的移動至少在兩個方向上不被阻擋。因而，在與如圖8A中所示的通過 第二半導體區域102和第三半導體區域103中的至少一個的信號電荷的路徑在多個凹陷部分106之間在一個方向上延伸的情況相比時，電荷收集效率可以提高。
將參考圖7A、圖7B、圖8A和圖8B詳細描述圖2中示出的多個凹陷部分106。如圖7A中所示出的，第一半導體區域101包括包含凹陷部分106的多個區段107和多個區段108。圖8A和圖8B示出一般光電轉換裝置的部分的圖。如圖8A中所示出的，第一半導體區域包括包含多個凹陷部分106的區段107’和108’。圖7B和圖8B是分別詳細示出圖7A的區段107中的一個和圖8A的區段107’中的一個的圖。
在圖7A中，例如，第二半導體區域102在平面圖中具有矩形形狀。凹陷部分106之間的信號電荷路徑在區段108中在第一方向(Y方向)上延伸，並且凹陷部分106之間的信號電荷路徑在區段107中在第二方向(X方向)上延伸。注意，在說明書中，部分A的延伸方向對應於部分A在延伸方向上的長度長於部分A在不同於延伸方向(與之相交)的方向上的長度的方向。即，例如，部分A的延伸方向意味著部分A的最大長度的方向。
因此，在區段107中的一個中的第五半導體區域115中包括的位置P處的信號電荷的移動，在朝著第二半導體區域102和第三半導體區域103的移動路徑中幾乎不被凹陷部分106阻擋。此外，在區段108中的一個中的第五半導體區域115中包括的位置Q處的信號電荷的移動，在朝 著第二半導體區域102和第三半導體區域103的移動路徑中幾乎不被凹陷部分106阻擋。因而，在至少兩個方向上，凹陷部分106不跨第五半導體區域115中朝著第二半導體區域102的移動路徑設置。因此，電荷的移動可以不被阻擋，並且電荷收集效率可以提高。
圖7A中光電轉換裝置100的光電轉換元件110中的一個中包括多個凹陷部分106的區域包括區段107和108。因此，設置在半導體基板400的主表面上的多個凹陷部分106在第一方向或第二方向上延伸。因而，第五半導體區域115中的大量信號電荷朝著第二半導體區域102和第三半導體區域103的移動幾乎不被阻擋，因此可以提供高效地收集信號電荷的光電轉換裝置100。
在圖8A的光電轉換裝置中，區段108’中的第五半導體區域中的凹陷部分106之間的電荷路徑在Y方向上延伸。此外，區段107’中的第五半導體區域中的凹陷部分106之間的電荷路徑也在Y方向上延伸。因此，在區段107’中包括的第五半導體區域115中的位置P’處的信號電荷朝著第三半導體區域103的移動路徑中，凹陷部分106在垂直於朝著第三半導體區域103的方向的方向上延伸。因而，位置P’處的信號電荷可能不會直接移動到第三半導體區域103，而是在Y方向移動或者移動通過與半導體基板400的主表面相對的凹陷部分106上的區域之後移動到第三半導體區域103。因此，電荷收集效率低於圖7A中示出的光電轉換裝置100的電荷收集效率。
此外，在半導體基板400中包括多個凹陷部分106的主表面的平面圖中，第四半導體區域104設置在主表面側的第一半導體區域101中的在垂直於主表面的橫截面中不包括凹陷部分106的區域中。另一方面，在包括設置在其上的凹陷部分106的區域中，被包括在凹陷部分106中的絕緣體201在橫截面視圖中與第一半導體區域101接觸，並且在包括凹陷部分106的區域中形成電位差。
因而，如圖8A中所示，當凹陷部分106跨電荷移動路徑定位時，電荷的移動被阻擋並且第四半導體區域104中的電荷收集效率劣化。
另一方面，在圖7A中的區段107中，第二半導體區域102和第三半導體區域103設置在處於凹陷部分106之間的信號電荷路徑延伸的方向上的區域中。因此，在定位於點P的電荷朝著第二半導體區域102的移動路徑中不生成在第一半導體區域101與凹陷部分106之間形成的電位差。利用這種構造，不僅定位於點Q的電荷朝著第二半導體區域102的移動，而且定位於點P的電荷朝著第二半導體區域102的移動都不會被阻擋，並且電荷收集效率可以提高。
接下來，將參考圖6描述通過多個凹陷部分106減少漣波的操作。
圖6是絕緣體201中的一個在凹陷部分106中的對應的一個上形成的部分的示意性橫截面視圖。入射到半導體基板400上的光由箭頭標記150至152表示。入射光包括 在未形成凹陷部分106的區域中反射的入射光束150、由凹陷部分106的側壁反射的入射光束151和由凹陷部分106的底面反射的入射光束152。
因為形成了凹陷部分106，所以當入射光到達半導體區域101、102、103和104時可以獲得不同的光路徑長度，並且可以獲得由半導體區域101、102、103和104和絕緣體201之間的邊界表面反射的反射光束之間的相位差。因而，即使光電轉換裝置100的輸出特性不均勻且具有波狀，也可以通過入射光和反射光之間的干涉來減小不均勻性。即，可以通過干涉的效果來減少光電轉換裝置100的輸出的漣波。
當凹陷部分106的深度用d表示、入射光的波長用λ表示、且絕緣體201的折射率用n表示時，較佳地滿足下列運算式。
Figure TWI612652BD00001
在這裡，半導體基板400上不包括凹陷部分106的區域的表面(半導體基板400上的主表面上除多個凹陷部分106以外的表面)被用作深度d的參考。
此外，當在平行於由光電轉換元件110的不包括凹陷部分106的區域形成的表面的表面中光電轉換元件110上凹陷部分106的面積與除凹陷部分106以外的區域的面積的比為1：1時，干涉分量(component)之間的比也為1：1。因而，可以獲得漣波減少的最大效果。因此，凹陷部分106較佳地被形成使得在平行於由不包括凹陷部分 106的區域形成的表面的表面中半導體基板400中凹陷部分106的面積與除凹陷部分106以外的區域的面積的比為1：1。此外，凹陷部分106較佳地設置在多個位置上。
根據圖7B，在區段107中，在光電轉換元件110上平行於不包括凹陷部分106的區域的表面並且包括該表面的表面中，光電轉換元件110的主表面中除凹陷部分106以外的區域的面積與凹陷部分106的面積之比為88：100。另一方面，在圖8B中示出的光電轉換裝置100中，在光電轉換元件110上不包括凹陷部分106的表面中，除凹陷部分106以外的區域的面積與凹陷部分106的面積的比為313：100。
因為區段107中的凹陷部分106如這個實施例中所示出的那樣佈置，所以光電轉換元件110中的各者的主表面中凹陷部分106的面積與除凹陷部分106以外的區域的面積的比可以變得更接近1：1。因而，可以有效地減少光電轉換裝置100的輸出中漣波的出現。
另一方面，如果在第二半導體區域102上形成用於減少波紋出現的凹陷部分106，則電荷在凹陷部分106上形成的絕緣體201與第二半導體區域102接觸的部分(諸如LOCOS區域或層間膜)中被捕獲，因此電荷的移動被阻擋。因而，圖2、圖3A至圖3D、圖4至圖6以及圖7A和圖7B中示出的第二半導體區域102不包括凹陷部分106。凹陷部分106僅在與第二半導體區域102接觸而形成的第一半導體區域101和在第一半導體區域101上形成 並具有第一導電類型的第四半導體區域104上形成。由此，可以減少電荷捕獲對電荷移動的影響，並且可以進一步提高電荷收集效率。
例如，在半導體基板400上包括凹陷部分106的主表面的平面圖中，第二半導體區域102形成為不與包括多個凹陷部分106的區域重疊。具體地，在半導體基板400的第一主表面的第一橫截面視圖(圖1B)中，多個凹陷部分106中的第一凹陷部分106和第二凹陷部分106彼此相鄰佈置，第三半導體區域103在平行於主表面的方向上***其間。此外，在第一橫截面視圖中，第二半導體區域102在第一凹陷部分106和第二凹陷部分106之間形成。
此外，第一橫截面視圖中，當第一半導體區域101和第二半導體區域102彼此接觸時形成的PN接面部分在平行於主表面的方向上定位在第一凹陷部分106和第二凹陷部分106之間。
因而，可以透過不處於耗盡狀態的第一半導體區域101中的電荷擴散來收集電荷，並且透過第二半導體區域102中的漂移現象來收集電荷，使得提高電荷收集效率。此外，當在包圍第二半導體區域102的區域中形成多個凹陷部分106時，可以解決漣波的出現。注意，第三半導體區域103具有抑制半導體基板400的表面上的暗電流的功能。
因為凹陷部分106不設置在第二半導體區域102中，而是僅設置在包圍第二半導體區域102的區域中，所以可 以防止生成由凹陷部分106中的絕緣體201與第二半導體區域102之間的接觸引起的暗電流。
因而，根據這個實施例可以提供能夠提高電荷收集效率同時減少輸出特性的漣波出現的光電轉換裝置。
第二實施例
圖9是示意性地示出根據第二實施例的光電轉換裝置100的平面圖。採用3A至圖3D中示出的橫截面視圖。具有與第一實施例中相同功能的部分由與第一實施例中相同的附圖標記表示，並且省略其詳細描述。
根據這個實施例的光電轉換裝置100包括區段207和區段208，其中區段207包括佈置在多個凹陷部分106之間並且在X方向上延伸的信號電荷路徑，並且區段208包括佈置在多個凹陷部分106之間並且在Y方向上延伸的信號電荷路徑。除了區段207和區段208，這個實施例的光電轉換裝置100還包括區段209，區段209具有佈置在多個凹陷部分106之間並在與X方向和Y方向相交的方向上延伸的信號電荷路徑。
如圖9中所示出的，第二半導體區域102和第三半導體區域103被包括在定位在區段209中所包括的信號電荷路徑延伸的方向上的區域中。
利用這種構造，圖9中示出的點B處的電荷9可以移動到第二半導體區域102，同時避免在第一半導體區域101與凹陷部分106之間形成電位差，並因而提高光電轉 換裝置100的電荷收集效率。
即，在第二實施例中，定位在第一半導體區域101中的點B處的電荷可以比第一實施例的情況下更快地移動到電荷收集區域，並且進一步提高電荷收集效率。
第三實施例
圖10是示意性地示出根據第三實施例的光電轉換裝置100的一部分的平面圖。除圖3A和圖3C中的凹陷部分106中的各者由多個凹陷部分606表示之外，採用與圖3A至圖3D中相同的橫截面視圖。具有與第一實施例中相同的功能和構造的部分由與第一實施例中相同的附圖標記表示，並且省略其詳細描述。
在這個實施例的光電轉換裝置100中，對應於凹陷部分106中的各者的區域506不是由一個凹陷部分形成，而是由多個凹陷部分606形成。在這個實施例中，例如，在半導體基板400上的具有凹陷部分606的主表面的平面圖中，例如，多個凹陷部分606可以在縱向方向(延伸方向)上具有等於或小於短方向上的長度的二倍的長度。此外，例如，在半導體基板400上的包括凹陷部分606的主表面的平面圖中，凹陷部分606可以具有最大直徑等於或小於最小直徑的二倍的形狀。
在平面圖中，凹陷部分606具有第一信號電荷路徑131，其在第一方向(Y方向)上的長度長於在第二方向(X方向)上的長度，以及第二信號電荷路徑132，其在 第三方向(X方向)上的長度長於在第四方向(Y方向)上的長度。
凹陷部分606包括第一對凹陷部分606a和606b和第二對凹陷部分606c和606d，第一對凹陷部分606a和606b在第二方向(X方向)上彼此相鄰地設置，第一信號電荷路徑131***其間，第二對凹陷部分606c和606d在第二方向上彼此相鄰地設置，第一信號電荷路徑131***其間。具體地，在平面圖中，多個凹陷部分606包括第一對凹陷部分606a和606b，第一對凹陷部分606a和606b在第二方向上彼此相鄰地設置，第五半導體區域115的第一部分***其間。此外，在平面圖中，多個凹陷部分606包括第二對凹陷部分606c和606d，第二對凹陷部分606c和606d在第二方向上彼此相鄰地設置，第五半導體區域115的第二部分***其間。
因而，在平面圖中，凹陷部分606a和606c佈置在信號電荷路徑131的一側，並且凹陷部分606b和606d佈置在信號電荷路徑131的另一側。
凹陷部分606a和606c在第一方向上彼此相鄰地佈置，第五半導體區域115的第三部分***其間，並且凹陷部分606b和606d在第一方向上彼此相鄰地佈置，第五半導體區域115的第四部分***其間。
類似地，在平面圖中，多個凹陷部分606佈置在第二信號電荷路徑132的兩側，並且每一側的凹陷部分606彼此相鄰地佈置，第五半導體區域115的一部分***其間。
同樣利用這種構造，防止向第二半導體區域102或第三半導體區域103移動的、在充當多個凹陷部分606之間的信號電荷路徑的第五半導體區域115中的信號電荷被凹陷部分606阻擋。因而，可以提高電荷收集效率。
在圖10的光電轉換裝置100的部分的示例中凹陷部分606的寬度與厚度之間的關係在圖11中示出。
像素區域中凹陷部分106、406和606的形狀依賴於凹陷部分106、406和606的寬度而變化。如圖11中示出的，有源區域的平坦部分由“a”表示，凹陷部分區域中的平坦部分由“b”表示，被稱為“鳥嘴”的輕微傾斜部分由“c”表示，並且使用不包括凹陷部分的區域作為參考的深度(厚度)由“d”表示。在這種情況下，可以通過深度(厚度)d和面積比來控制在區域a和區域b中生成的干涉分量的數量。在凹陷部分406和606中，可以透過改變依賴於凹陷部分406和606的形狀的各種參數來減少漣波的出現。
在這個實施例中，當與第一和第二實施例相比時，可以在光電轉換元件110的主表面上形成精細的粗糙度。因而，可以提高電荷收集效率同時提高用於減少光電轉換裝置100的輸出中漣波的出現的凹陷部分的佈局的靈活性。
第四實施例
圖12是根據第四實施例的光電轉換裝置100的一部分的示例的示意性平面圖。具有與第一實施例中相同的功 能和構造的部分由與第一實施例中相同的附圖標記表示，並且省略其詳細描述。在這個實施例中，在平面圖中，光電轉換裝置100在第一半導體區域101中包圍第二半導體區域102的、在形成有讀取電路的元件的區域附近的一側的區域中可以不包括凹陷部分106。因此，在這個實施例的光電變換裝置100中，用於向讀取電路輸出電荷的第三半導體區域103與讀取電路元件之間的距離小於根據第一實施例在光電轉換裝置100中的讀取電路元件與第三半導體區域103之間的距離。
第四半導體區域104透過線路123連接到讀取電路的放大電晶體121和重置電晶體122。當第四半導體區域104的位置更靠近讀取電路元件時，線路123的長度可以被減小，並且因而，由線路123、包括接地線的其它線路以及***線路123與另一線路之間的絕緣膜形成的寄生電容可以被減小。
第五實施例
將參考圖13描述根據第五實施例的光電轉換裝置100的一部分。圖13是示意性地示出根據這個實施例的光電轉換裝置100的一部分的橫截面視圖。可以採用圖2中示出的第一實施例的平面圖。圖13的光電轉換裝置100與圖3A至圖3D中的光電轉換裝置100的不同之處在於，在半導體基板400上的包括多個凹陷部分106的主表面的橫截面視圖中，在與第四半導體區域104的主表面相 對的一側形成第二導電類型的半導體區域。具體地，在這個實施例中，該半導體區域對應於第五半導體區域115。
第五半導體區域115的雜質濃度等於或低於第二半導體區域102的雜質濃度，並且低於第三半導體區域103的雜質濃度。因而，在第五半導體區域115中生成的信號電荷被第二半導體區域102收集。同樣，在這個實施例中，當充當信號電荷路徑的第五半導體區域115的延伸方向以及第二半導體區域102與第三半導體區域103之間的位置關係被設置為與第一實施例中相同時，可以提高電荷收集效率。
注意，這個實施例的光電轉換裝置100的構造不限於上述構造，並且圖1的光電轉換裝置100以及根據第二至第四實施例的光電轉換元件中的任何一個可以彼此組合。
第六實施例
將參考圖14A和圖14B描述根據第六實施例的光電轉換裝置100的一部分。圖14A是這個實施例的光電轉換裝置100的一部分的示例的平面圖，並且圖14B是沿著圖14A中的線XIVB至XIVB線截取的光電轉換裝置100的一部分的示例的示意性截面圖。這個實施例的光電轉換裝置100與第一實施例的光電轉換裝置100的不同之處在於，第五半導體區域115是第二半導體區域102的一部分，並且第六半導體區域116在被包括在半導體基板400的多個凹陷部分106中的絕緣體201與第二半導體區域 102接觸的區域中形成。第六半導體區域116較佳地具有第一導電類型並且較佳地具有比第一半導體區域101、第二半導體區域102和第五半導體區域115的雜質濃度高的雜質濃度。在這裡，將描述第四半導體區域104的沿著凹陷部分106形成的部分對應於第六半導體區域116的情況。
如果被包括在多個凹陷部分106中的絕緣體201與第二半導體區域102接觸，則可以生成導致絕緣體201中的邊界缺陷的暗電流。因為在這個實施例的光電轉換裝置100中第四半導體區域104設置在絕緣體201和第二半導體區域102之間，所以即使生成具有與信號電荷極性相同極性的第二導電類型的電荷，也可以透過在第四半導體區域104中的重組來抑制暗電流。
因而，在半導體基板400上的包括多個凹陷部分106的主表面的平面圖中，第二半導體區域102可以從與第三半導體區域103接觸的部分延伸到其中第二半導體區域102與多個凹陷部分106中的至少一些重疊的區域。透過增加第二半導體區域102的區域，可以進一步提高電流收集效率。
另一方面，即使設置了第六半導體區域116，也可以在凹陷部分106附近生成具有低雜質濃度的區域。在具有低雜質濃度的區域中，信號電荷的電位低，並且因此，當累積的電荷被排出時，時間常數變得更大，這導致影像滯後現象。如果這樣的缺點被預料到，則如在其它實施例中 所示出的，在平面圖中第二半導體區域102相對於凹陷部分106中最靠近第三半導體區域103的一個更靠近第三半導體區域103而設置。因而，在平面圖中，第二半導體區域102與多個凹陷部分106不重疊。利用這種構造，可以抑制影像滯後現象的生成。
注意，這個實施例的光電轉換裝置100的構造不限於上述構造，並且圖1的光電轉換裝置100可以與根據第二至第四實施例的光電轉換元件110中的任何一個組合。
第七實施例
將參考圖15的框圖描述根據本發明的第七實施例的影像讀取裝置800的構造。影像讀取裝置800可以是例如多功能週邊設備(MFP)、掃描器或影印機。影像讀取裝置800可以包括時脈轉換電路900、讀取單元810、振盪電路820和影像處理器830。
讀取單元810透過讀取文件來生成影像資料。讀取單元810可以包括光源、尺寸減小的光學部件、線感測器(licenser)、類比/數位轉換器和控制器。根據第一至第六實施例的光電轉換裝置100中的一個可以用作線感測器。振盪電路820將生成的參考時鐘供應到讀取單元810和時脈轉換電路900。讀取單元810根據所供應的參考時脈進行操作。例如，參考時脈的頻率可以是幾百MHz。
時脈轉換電路900根據如上所述的參考時脈從讀取單元810接收影像資料，並根據頻譜擴散時脈將影像資料供 應到影像處理器830。影像處理器830處理所供應的影像資料。因而，影像處理器830基於從讀取單元810輸出的影像資料來處理資料。
讀取單元810、振盪電路820和時脈轉換電路900可以設置在影像讀取裝置800的可移動部分中，並且影像處理器830可以設置在影像讀取裝置800的主體部分上。例如，時脈轉換電路900和影像處理器830可以透過幾十釐米的線束(line harness)彼此連接。
雖然已經參考示例性實施例描述了本發明，但是應當理解的是，本發明不限於所公開的示例性實施例。以下申請專利範圍的範圍應當賦予最廣泛的解釋，以涵蓋所有這樣的修改以及等同的結構和功能。
100‧‧‧光電轉換裝置
101‧‧‧半導體區域
102‧‧‧半導體區域
103‧‧‧半導體區域
104‧‧‧半導體區域
105‧‧‧元件隔離部分
106‧‧‧凹陷部分
110‧‧‧光電轉換元件
E‧‧‧區域

Claims (38)

  1. 一種光電轉換裝置，包括：半導體基板，被配置為具有包括凹陷部分之一主表面；及絕緣體，被配置為設置在該等凹陷部分中，其中該半導體基板包括光電轉換元件，該等光電轉換元件中的各者包括第一導電類型的第一半導體區域、與該第一導電類型相反的第二導電類型的第二半導體區域以及該第二導電類型的第三半導體區域，該第三半導體區域具有高於該第二半導體區域的雜質濃度的雜質濃度並且具有相對於該第二半導體區域更靠近該主表面而設置的至少一部分，該第二半導體區域具有與信號電荷的極性相同的極性，其中：該第二半導體區域與該第一和該第三半導體區域接觸，該第一和該第二半導體區域形成PN接面部分，在垂直於該主表面的橫截面中，信號電荷路徑設置在該等凹陷部分之間，在該主表面的平面圖中，該信號電荷路徑包括，第一信號電荷路徑，該第一信號電荷路徑在第一方向上的長度長於在不同於該第一方向的第二方向上的長度，及第二信號電荷路徑，該第二信號電荷路徑在 不同於該第一方向的第三方向上的長度長於在不同於該第三方向的第四方向上的長度；及該第二和該第三半導體區域中的至少一個包括在與該第一方向平行並通過該第一信號電荷路徑的線上，並且在與該第二方向平行並通過該第二信號電荷路徑的線上的區域。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光電轉換裝置，該半導體基板還包括：該第一導電類型的第四半導體區域，在垂直於該主表面的橫截面中該第四半導體區域設置在該半導體基板中的相對於該第一半導體區域更靠近該主表面的區域中，並且在該主表面的平面圖中包圍該第二和該第三半導體區域，其中：該第四半導體區域的雜質濃度高於該第一半導體區域的雜質濃度，及在該主表面的該平面圖中，該等凹陷部分被該第四半導體區域包圍。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的光電轉換裝置，其中，在該主表面的該平面圖中，該第一半導體區域與該第二半導體區域和該等凹陷部分重疊，及被包括在該等凹陷部分中的該等絕緣體具有比該第四半導體區域的深度深的從該半導體基板的該主表面到底部的深度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的光電轉換裝置，其中 該等凹陷部分包括：第一對該等凹陷部分，該第一對凹陷部分在該第二方向上彼此相鄰地佈置並夾住該第一信號電荷路徑；及第二對該等凹陷部分，該第二對凹陷部分在該第二方向上彼此相鄰地佈置並夾住該第一信號電荷路徑。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的光電轉換裝置，還包括：元件隔離部分，被佈置成在該主表面的該平面圖中包圍該第四半導體區域，及其中該等凹陷部分被該元件隔離部分包圍。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的光電轉換裝置，其中該第二半導體區域的一部分在垂直於該主表面的方向上位於該第一與該第四半導體區域之間。
  7. 如申請專利範圍第2項所述的光電轉換裝置，其中該第四半導體區域的雜質濃度高於該第二半導體區域的雜質濃度。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的光電轉換裝置，其中在該主表面的該平面圖中該第二半導體區域與該等凹陷部分重疊。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的光電轉換裝置，其中：該等凹陷部分中的第一和第二凹陷部分彼此相鄰地佈置，以便在垂直於該主表面的第一橫截面中夾住該第二和該第三半導體區域， 在該第一橫截面中，該第二半導體區域與該第一半導體區域接觸，及在該第一橫截面中，由該第一和該第二半導體區域形成的該PN接面部分定位在該第一和該第二凹陷部分之間。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的光電轉換裝置，其中：該等凹陷部分中的第三和第四凹陷部分彼此相鄰地佈置，以便在與垂直於該主表面的該第一橫截面相交的第二橫截面中夾住該第三半導體區域，及在該第二橫截面中，該第二半導體區域在該第三和該第四凹陷部分之間形成，並且，在該第二橫截面中，由該第一和該第二半導體區域形成的該PN接面部分定位在該第三和該第四凹陷部分之間。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的光電轉換裝置，其中，在該主表面的該平面圖中，該等凹陷部分與該第一半導體區域重疊。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的光電轉換裝置，其中，在該主表面的該平面圖中，該第三半導體區域被該第二半導體區域包圍。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的光電轉換裝置，其中，在垂直於該主表面的方向上，該第二半導體區域的一部分位於該第一和該第三半導體區域之間。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的光電轉換裝置，其 中該絕緣體由氧化矽形成。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的光電轉換裝置，其中該絕緣體對應於矽局部氧化(LOCOS)區域。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的光電轉換裝置，其中該絕緣體對應於在該半導體基板上形成的層間絕緣膜。
  17. 如申請專利範圍第1項所述的光電轉換裝置，其中該第二半導體區域的雜質濃度高於該第一半導體區域的雜質濃度。
  18. 如申請專利範圍第1項所述的光電轉換裝置，還包括透過在該半導體基板上形成的絕緣膜上形成的開口與該第三半導體區域接觸的導電層。
  19. 一種光電轉換裝置，包括：半導體基板，被配置為具有包括凹陷部分之一主表面；及絕緣體，被配置為設置在該等凹陷部分中，其中該半導體基板包括光電轉換元件，該等光電轉換元件中的各者包括第一導電類型的第一半導體區域；與該第一導電類型相反的第二導電類型的第二半導體區域，該第二半導體區域的極性與信號電荷的極性相同；及該第二導電類型的第三半導體區域，該第三半導體區域具有高於該第二半導體區域的雜質濃度的雜質濃度，並且具有相對於該第二半導體區域更靠近該主表面而 設置的至少一部分；該第一導電類型的第四半導體區域，在垂直於該主表面的橫截面中在該等凹陷部分之間形成，並且具有高於該第一半導體區域的雜質濃度的雜質濃度；及第五半導體區域，在垂直於該主表面的該橫截面中在該第四半導體區域的深度方向上形成，並且具有低於該第四半導體區域的雜質濃度的該第一導電類型的雜質濃度，其中：該第二半導體區域與該第一和該第三半導體區域接觸，該第一和該第二半導體區域形成PN接面部分，在垂直於該主表面的該橫截面中，該第五半導體區域定位在該等凹陷部分之間，在該主表面的平面圖中，該第五半導體區域包括：第一部分，該第一部分在第一方向上的長度長於在與該第一方向不同的第二方向上的長度，及第二部分，該第二部分在不同於該第一方向的第三方向上的長度長於在不同於該第三方向的第四方向上的長度；及該第二和該第三半導體區域中的至少一個包括在與該第一方向平行並通過該第五半導體區域的第一部分的線上並且在與該第二方向平行並通過該第五半導體區域的 第二部分的線上的區域。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的光電轉換裝置，其中，在該主表面的該平面圖中，該第一半導體區域與該第二半導體區域和該等凹陷部分重疊，及該第五半導體區域是該第一半導體區域的一部分。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的光電轉換裝置，其中該第二導電類型的該第五半導體區域具有低於該第三半導體區域的雜質濃度的雜質濃度。
  22. 如申請專利範圍第19項所述的光電轉換裝置，其中該第五半導體區域是該第二半導體區域的一部分，並且在該主表面的平面圖中該第二半導體區域與該等凹陷部分之至少數個重疊。
  23. 如申請專利範圍第19項所述的光電轉換裝置，其中該等凹陷部分包括：第一對凹陷部分，彼此相鄰佈置，以便在該第二方向上夾住該第五半導體區域的該第一部分；及第二對凹陷部分，彼此相鄰佈置，以便在該第二方向上夾住該第五半導體區域的該第二部分。
  24. 如申請專利範圍第19項所述的光電轉換裝置，還包括：元件隔離部分，被佈置成在該主表面的該平面圖中包圍該第四半導體區域，其中該等凹陷部分被該元件隔離部分包圍。
  25. 如申請專利範圍第19項所述的光電轉換裝置，其 中，在垂直於該主表面的方向上，該第二半導體區域的一部分位於該第一和該第四半導體區域之間。
  26. 如申請專利範圍第19項所述的光電轉換裝置，其中該第四半導體區域的雜質濃度高於該第二半導體區域的雜質濃度。
  27. 如申請專利範圍第20項所述的光電轉換裝置，其中，在該主表面的該平面圖中，該第二半導體區域與該等凹陷部分重疊。
  28. 如申請專利範圍第19項所述的光電轉換裝置，其中：該等凹陷部分中的第一和第二凹陷部分彼此相鄰佈置，以便在垂直於該主表面的第一橫截面中夾住該第二和該第三半導體區域，在該第一橫截面中該第二半導體區域與該第一半導體區域接觸，及在該第一橫截面中由該第一和該第二半導體區域形成的該PN接面部分定位在該第一和該第二凹陷部分之間。
  29. 如申請專利範圍第28項所述的光電轉換裝置，其中：該等凹陷部分中的第三和第四凹陷部分彼此相鄰佈置，以便在與垂直於該主表面的該第一橫截面相交的第二橫截面中夾住該第三半導體區域，及在該第二橫截面中該第二半導體區域在該第三和該第四凹陷部分之間形成，並且在該第二橫截面中由該第一和 該第二半導體區域形成的該PN接面部分定位在該第三和該第四凹陷部分之間。
  30. 如申請專利範圍第19項所述的光電轉換裝置，其中，在該主表面的該平面圖中，該等凹陷部分與該第一半導體區域重疊。
  31. 如申請專利範圍第19項所述的光電轉換裝置，其中，在該主表面的該平面圖中，該第三半導體區域被該第二半導體區域包圍。
  32. 如申請專利範圍第19項所述的光電轉換裝置，其中，在垂直於該主表面的方向上，該第二半導體區域的一部分位於該第一和該第三半導體區域之間。
  33. 如申請專利範圍第19項所述的光電轉換裝置，其中該絕緣體由氧化矽形成。
  34. 如申請專利範圍第19項所述的光電轉換裝置，其中該絕緣體對應於矽局部氧化(LOCOS)區域。
  35. 如申請專利範圍第19項所述的光電轉換裝置，其中該絕緣體對應於在該半導體基板上形成的層間絕緣膜。
  36. 如申請專利範圍第19項所述的光電轉換裝置，其中該第四半導體區域的雜質濃度高於該第二半導體區域的雜質濃度。
  37. 如申請專利範圍第19項所述的光電轉換裝置，還包括透過在該半導體基板上形成的絕緣膜上形成的開口與該第三半導體區域接觸的導電層。
  38. 一種影像讀取裝置，包括： 讀取單元，被配置為包括如申請專利範圍第1至37項中任一項所述的光電轉換裝置，並透過讀取文件來生成影像資料；及處理器，被配置為基於該影像資料來處理資料。
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