[发明专利]固态成像装置和照相机

说明书

技术领域

本发明涉及一种固态成像装置和具有该固态成像装置的照相机。

背景技术

图像传感器是能够应用于诸如照相机或视频记录器的多种领域 的装置。

用作这样的装置的图像传感器包含很多像素。根据像素尺寸或像 素结构来确定装置的整体效率。

在彩色图像装置中，通过在像素中设置通常包含有机材料的固态 吸收滤色器材料，将像素的类型分成红色、绿色和蓝色的三种颜色。

为了提高像素的效率，使用像素尺寸的透镜作为最上元件。因此， 通过将入射光保持聚焦在每一个像素的光接收元件上并使得该像素 尽可能多地捕获入射在该像素上的光，使得该光无法扩散到邻近的像 素中。

然而，随着照相机的尺寸的减小，由于对诸如照相机透镜的光学 元件的约束，需要进一步减小像素尺寸。

由于像素尺寸的减小降低了像素的光接收效率并且还减小了光 电二极管的体积，所以导致像素的峰值增益下降或者照相机的动态范 围的显著下降。

根据这些问题，需要这样的像素设计，即，在相同的曝光条件下 获得优异的响应特性和宽动态范围。

改进上述装置的一种方法是将由一个光子产生的载流子的数目 增加到大于1。

一些研究人员建议使用具有大于或等于10的增益的雪崩二极管 (例如，JP-T-2005-532696和JP-A-9-331051([0006]))。

这样导致该装置即使在低光量条件下也具有优异的响应特性和 宽响应范围。

发明内容

然而，在将过去建议的雪崩二极管的结构应用到图像传感器时， 导致两个大的问题。一个问题是需要等于或高于30V的高压，另一 个问题是过多发热。

为了导致发生雪崩现象，必需施加强度等于或大于预定值的电场 以及施加与雪崩二极管的厚度和电场强度相对应的电压。在具有3 μm的厚度的掺杂有杂质的硅基板中，必需施加等于或高于30V的电 压。

在增大施加的电压时，高电势被扩散到邻近的像素以改变其特 性，并且，可以容易地导致作用在噪声上的串扰。

为了防止与邻近的像素发生串扰，必须令人满意地 (satisfactorily)确保像素间的绝缘隔离区域，从而减少每一个像素 中的有源区(检测入射光的光接收部分)的比率。因此，由于减小了 入射光强度，所以必须将雪崩二极管的增益增大同样多。

在过多发热时，噪声增加。

由于可以使用珀耳帖(Peltier)装置来冷却装置，所以有可能抑 制发热。

然而，在使用珀耳帖装置时，该装置的尺寸增大，并且其功耗增 大。

因此，希望提供这样一种固态成像装置和具有该固态成像装置的 照相机，该固态成像装置的响应特性是令人满意地优异，且像素尺寸 小。

根据本发明的一个实施例，提供一种固态成像装置，该固态成像 装置包括：雪崩光电二极管，该雪崩光电二极管的结构包含n⁺区域、 p⁺区域、以及介于n⁺区域和p⁺区域之间的雪崩区域，所有这些区域 被形成为在半导体基体的厚度方向上延伸；以及重复地具有雪崩光电 二极管的结构的像素。

根据本发明的另一个实施例，提供一种用于捕获图像的照相机， 该照相机包含上述固态成像装置。

根据本发明实施例的固态成像装置和照相机的配置包含：雪崩光 电二极管，该雪崩光电二极管的结构包含n⁺区域、p⁺区域、以及介 于n⁺区域和p⁺区域之间的雪崩区域，所有这些区域被形成为在半导 体基体的厚度方向上延伸。也就是说，雪崩光电二极管的区域(n⁺区域、雪崩区域和p⁺区域)被形成为在半导体基体的厚度方向上延伸， 并且这些区域在半导体基体的厚度方向上被形成得较深。因此，有可 能将雪崩区域的深度设置为检测待检测的波长的光。有可能令人满意 地吸收入射光，以通过雪崩现象由光子产生多个载流子。