專利名稱：固體攝像器件和使用該攝像器件的攝像機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種AEAF用固體攝像器件，特別是，適合用于透鏡快門小型攝像機(jī)的無(wú)源型AEAF用固體攝像器件。
進(jìn)而，本發(fā)明是關(guān)于使用上述AEAF用固體攝像器件的攝像機(jī)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有，就搭載透鏡快門小型攝像機(jī)用的測(cè)光(AE)功能的自動(dòng)聚焦(AF)傳感器來(lái)說(shuō)，有美國(guó)專利第5302997號(hào)(U SP5302997)中公開(kāi)的測(cè)光測(cè)距用固體攝像器件。圖7中，表示該固體攝像器件的概略平面布局圖。該圖中，30是測(cè)光用傳感器陣列，32是測(cè)光用中心分段，34A～34D是測(cè)光(AE)用內(nèi)分段，36A～36D是測(cè)光用外分段，40和42是測(cè)距(AF)用傳感器陣列，44l-n和46l-n是像素，50是Si半導(dǎo)體襯底，H和W是測(cè)光區(qū)域的大小，D是基線長(zhǎng)。
本傳感器通過(guò)檢測(cè)相位差進(jìn)行測(cè)距，因此需要二個(gè)AF用傳感器陣列40和AF用傳感器陣列42的線性傳感器。假設(shè)像素間距為P，AF用成像透鏡的焦距為f，則表示測(cè)距精度的AF靈敏度，可表達(dá)為AF靈敏度＝D×f/P現(xiàn)在，該AF靈敏度約5000的固體攝像器件正在實(shí)現(xiàn)。像素間距為10μm左右，透鏡焦距為幾mm的話，基線長(zhǎng)D就成為5mm～8mm。由此，決定AF用傳感器陣列(線性傳感器)40與AF用傳感器陣列(線性傳感器)42之間存在無(wú)效區(qū)域，但是采用設(shè)置AE傳感器30的辦法，就可以有效地使用半導(dǎo)體襯底。并且，通過(guò)把AE傳感器和AF傳感器制作在單個(gè)芯片上，將有益于實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的小型化和低價(jià)格。
圖8表示圖7的8-8區(qū)域的剖面構(gòu)造圖。但是，為了說(shuō)明方便，圖示中減少AF傳感器和AE傳感器的光電二極管數(shù)。該圖中，71是N型Si襯底，72是N型外延層，73是P型阱(PWL)，74是N+型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)，75是薄氧化膜，76是作為元件隔離區(qū)的厚氧化膜(LOCOS)，77是AL布線，78是層間絕緣膜。由PWL73與N+型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)74形成PN結(jié)光電二極管。光入射到AE傳感器區(qū)域和AF傳感器區(qū)域的光電二極管上，半導(dǎo)體中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，發(fā)生電子空穴對(duì)。其中的空穴(圖中用黑圈●表示)通過(guò)PWL73排放到GND，電子(圖中用白圈○表示)貯存在浮置的AE傳感器區(qū)域的N+型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)74和AF傳感器區(qū)域的N+型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)74中。通過(guò)用圖未示出的放大器將該N+型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)74中匯集的電子進(jìn)行電壓變換，生成AE信號(hào)和AF信號(hào)。
一般地說(shuō)，攝像機(jī)所用的AF方式，大都分類為有源型和無(wú)源型。有源型是從攝像機(jī)內(nèi)配備的紅外光投光裝置把紅外光投射到被攝影物，利用被攝影物來(lái)的紅外反射光，即使完全黑暗下也能保持AF的特征。其相反方面，對(duì)紅外光不能到達(dá)的遠(yuǎn)距離被攝影物，具有AF不能進(jìn)行的弱點(diǎn)。另一方面無(wú)源型與有源型不同，因?yàn)槔帽粩z影物輝光信號(hào)本身，沒(méi)有距離的限制，但被攝影物的輝度很低的話，就有AF不能進(jìn)行的弱點(diǎn)。為了克服該無(wú)源型的弱點(diǎn)，現(xiàn)在，正在實(shí)現(xiàn)低輝度時(shí)投射輔助光的AF輔助光系統(tǒng)。但是，如果該輔助光為可見(jiàn)光，就使人類的眼睛感到晃眼，因此認(rèn)為用近紅外光是理想的。為此，作為AF傳感器的光譜特性，在近紅外區(qū)具有峰值靈敏度是理想的。但是，實(shí)際的產(chǎn)品不是使用近紅外光的輔助光，大多把包括在600nm～700nm具有峰值的近紅外成分的紅色光作為輔助光。
然而，上述現(xiàn)有例中，因?yàn)樵谕悔逯行纬葾F傳感器區(qū)域的光電二極管和AE傳感器區(qū)域的光電二極管，所以有不可能分別設(shè)定最佳光譜特性的問(wèn)題。特別是，AE傳感器對(duì)紅外光具有靈敏度，因色溫不同引起測(cè)光誤差增加，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)要求可見(jiàn)度校正濾波器。這就引起攝像機(jī)的高價(jià)格化和大型化，所以對(duì)小型攝像機(jī)來(lái)說(shuō)是難以采用的。因此，現(xiàn)有的小型攝像機(jī)用的測(cè)光測(cè)距用固體攝像器件內(nèi)，需要將AF傳感器的光譜靈敏度與AE傳感器進(jìn)行匹配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)AE傳感器和AF傳感器各自的光譜特性，按照各自規(guī)定目的的功能具有最佳光譜特性的AEAF用固體攝像器件。本發(fā)明進(jìn)一步的目的在于削減光學(xué)系統(tǒng)的可見(jiàn)度校正濾波器。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明是關(guān)于在同一半導(dǎo)體襯底上邊集成用于進(jìn)行自動(dòng)聚焦的AF用光電轉(zhuǎn)換元件和用于對(duì)攝影區(qū)域測(cè)光的AE用光電轉(zhuǎn)換元件的固體攝像器件，以所述AF用光電轉(zhuǎn)換元件的光譜特性與所述AE用光電轉(zhuǎn)換元件的光譜特性不同為特征。
進(jìn)而，AE用光電轉(zhuǎn)換元件(AE傳感器)的光譜特性的峰值波長(zhǎng)是500nm附近，AF用光電轉(zhuǎn)換元件(AF傳感器)的光譜特性的峰值波長(zhǎng)位于650～700nm附近，即使近紅外區(qū)域也具有足夠靈敏度是理想的。這時(shí)，AE傳感器的光譜特性將接近人類可見(jiàn)度特性，而且可以降低紅外靈敏度，因此可以減少色溫引起的測(cè)光誤差，不需要可見(jiàn)度校正濾波器。并且，通過(guò)把AF傳感器的光譜特性峰值波長(zhǎng)擴(kuò)大到近紅外區(qū)域，能夠擴(kuò)大AF傳感器的高靈敏度和輔助光的AF可工作范圍。


圖1是本發(fā)明第1實(shí)施例的剖面構(gòu)造圖。
圖2是本發(fā)明第1實(shí)施例的平面布局圖。
圖3是本發(fā)明第1實(shí)施例AE和AF傳感器的光譜特性。
圖4是本發(fā)明第2實(shí)施例的剖面構(gòu)造圖。
圖5是本發(fā)明第3實(shí)施例的剖面構(gòu)造圖。
圖6是表示利用本發(fā)明的AEAF用固體攝像器件時(shí)的攝像機(jī)一個(gè)實(shí)施例的框圖。
圖7是現(xiàn)有固體攝像器件的平面布局圖。
圖8是現(xiàn)有固體攝像器件的剖面構(gòu)造圖。
具體實(shí)施例方式
以下，利用附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
(實(shí)施例1)圖1是最充分表示本發(fā)明特征的圖面，是本發(fā)明固體攝像器件的概略剖面構(gòu)造圖。并且，圖2中表示本發(fā)明固體攝像器件的概略平面布局圖。圖1是圖2的1-1部分剖面圖。本實(shí)施例是用N-型外延晶片的P型阱(PWL)和N型阱(NWL)的雙阱結(jié)構(gòu)CMOS工藝制造的固體攝像器件。
圖1中，101是N型Si襯底，102是N-型外延層，103是P型阱(PWL)，104是N型阱(NWL)，105是N+型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域(NSD)，106是P+型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域(PSD)，107是柵氧化膜，108是作為元件隔離區(qū)域的厚的選擇氧化膜，109是兼用MOS晶體管柵極的POL(多晶硅)布線，110是層間絕緣膜，111是AL(鋁)布線，112是作為遮光膜的AL膜，113是作為表面保護(hù)膜的SiON膜。用PWL103和NSD105形成AE光電二極管區(qū)域205的PN結(jié)光電二極管，用N-型外延層102和PSD106形成AF光電二極管區(qū)域203、204的PN結(jié)光電二極管。并且，在模擬電路區(qū)域206、207內(nèi)，采用PWL和NWL與N+型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域和P+型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域，以及POL(多晶硅)布線109，形成MOS型晶體管。
圖2中，200是Si半導(dǎo)體襯底(與圖1是N型Si襯底101對(duì)應(yīng))，201和202是AF傳感器區(qū)域，203和204是AF傳感器用光電二極管區(qū)域，205是AE光電二極管區(qū)域，206和207是模擬電路區(qū)域，208是數(shù)字電路區(qū)域，AF傳感器區(qū)域201、202是為了進(jìn)行7點(diǎn)測(cè)距，分別由7個(gè)AF傳感器塊構(gòu)成，AF傳感器區(qū)域201、202的各AF傳感器塊是含有AF傳感器用光電二極管區(qū)域203、204的CMOS線性型AF傳感器電路。CMOS線性型AF傳感器電路，例如在日本國(guó)特許公開(kāi)公報(bào)第2000-180706號(hào)中公開(kāi)。
本實(shí)施例中，在N-型外延層102中形成AF傳感器的光電二極管，在P型阱103中形成AE傳感器的光電二極管。本實(shí)施例中，外延層的膜厚為5～10μm，PWL的結(jié)深設(shè)計(jì)為1μm以下，因此AF傳感器的光電二極管能夠收集來(lái)自比AE傳感器的光電二極管還深的半導(dǎo)體區(qū)域的光生電荷(由更長(zhǎng)波長(zhǎng)光發(fā)生的電荷)。
并且，N-型外延層102比P型阱103雜質(zhì)濃度低是理想的。具體點(diǎn)說(shuō)，N-型外延層102的雜質(zhì)濃度為大約5×1015cm-3，P型阱103的雜質(zhì)濃度為大約1×1017cm-3。因此，與AE用光電二極管比較，可使AF用光電二極管的耗盡層進(jìn)一步擴(kuò)展到下側(cè)，至于AF傳感器可以改善更長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的光譜特性。
圖3表示本實(shí)施例的AE傳感器和AF傳感器的光譜特性。由于是規(guī)定AF傳感器的峰值波長(zhǎng)為650～700nm，直至近紅外區(qū)域保持足夠的靈敏度，能夠?qū)崿F(xiàn)利用近紅外光的輔助光系統(tǒng)。并且，由于規(guī)定AE傳感器的峰值波長(zhǎng)為500nm，就能夠降低紅外光靈敏度，就能夠削減可見(jiàn)度校正濾波器(紅外截止濾波器)。
按照本實(shí)施例，能夠?qū)崿F(xiàn)AE傳感器和AF傳感器的光譜特性優(yōu)化的測(cè)光測(cè)距用固體攝像器件。本實(shí)施例中，雖然說(shuō)明N-型外延層晶片，但是使用P-型外延晶片，通過(guò)改變光電二極管的極性，也能獲得同樣的效果。并且，本發(fā)明不僅CMOS傳感器，而且也可應(yīng)用于例如CCD(Charge Coupled Device電荷耦合器件)、BASIS(Base-Stored Image Sensor基底存儲(chǔ)式圖像傳感器)、STI(Static Induction Trasistion靜態(tài)感應(yīng)晶體管)、CMD(電荷調(diào)制器件)、AMI(Amplified MOS Imager放大MOS成像器)等方面。
(實(shí)施例2)圖4表示實(shí)施本發(fā)明第2實(shí)施例的固體攝像器件剖面構(gòu)造圖。該圖中，210是N+型雜質(zhì)埋入層(NBL)。對(duì)本實(shí)施例而言，與第1實(shí)施例比較，在N型Si襯底101與N-型外延層102之間設(shè)置NBL210，借助于由NBL產(chǎn)生的電位勢(shì)壘，能夠防止從Si襯底101內(nèi)部來(lái)的擴(kuò)散電流流入AF傳感器的光電二極管。特別是，由于AF傳感器用光電二極管在外延層中形成，Si襯底101的擴(kuò)散電流影響巨大，本實(shí)施例將非常有效。并且，工藝上采用進(jìn)行內(nèi)部除氣處理的辦法，可以進(jìn)一步降低暗電流。
本實(shí)施例中，通過(guò)降低由AF傳感器用光電二極管發(fā)生的暗電流，實(shí)現(xiàn)迄今以上提高測(cè)距性能的AEAF用固體攝像器件。
(實(shí)施例3)圖5就是實(shí)施本發(fā)明第3實(shí)施例的固體攝像器件剖面構(gòu)造圖。該圖中，300是低濃度P型阱。在第1和第2實(shí)施例中，雖然在外延層中設(shè)置AF傳感器用光電二極管，但是本實(shí)施例中，雜質(zhì)濃度稀薄，而且，設(shè)置在結(jié)深度的深PWL300中。通常的PWL103是表面濃度為1×1017cm-3左右，對(duì)結(jié)深度為1μm以下的結(jié)深，深的PWL300要這樣形成，用高能離子注入設(shè)備，使其在表面附近的雜質(zhì)濃度大約為1×1016cm-3，PWL結(jié)深為2μm以上。于是，AF傳感器也與AE傳感器同樣，形成在PWL中，因而基本上不需要外延層。
本實(shí)施例中，采用降低PWL的雜質(zhì)濃度使AF用光電二極管的耗盡層擴(kuò)展到PWL側(cè)的辦法，可改善AF傳感器長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)的光譜特性。并且，采用也加深PWL結(jié)深度的辦法，可以進(jìn)一步提高長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)的靈敏度。
按照本實(shí)施例，不用外延層，可實(shí)現(xiàn)改善AF傳感器光譜特性的AEAF用固體攝像器件。由于不需要外延層，因此能夠降低成本。
(第4實(shí)施例)接著，說(shuō)明使用上面實(shí)施例中說(shuō)過(guò)的AEAF用固體攝像器件的攝像機(jī)。圖6是表示將本發(fā)明AEAF用固體攝像器件用于透鏡快門數(shù)字式小型攝像機(jī)時(shí)的一個(gè)實(shí)施例框圖。圖6中，301是兼用透鏡的保護(hù)和總開(kāi)關(guān)的屏障物，302是把被攝影物的光學(xué)圖像成像到固體攝像元件304上的透鏡，303是變更通過(guò)透鏡302光量的光圈，304是用于輸入由透鏡302成像后的被攝影物作為圖像信號(hào)的固體攝像元件。
并且，305是以上實(shí)施例中說(shuō)過(guò)的AEAF用固體攝像器件。例如，假設(shè)使用圖1、圖2的實(shí)施例的AEAF用固體攝像器件。306是處理固體攝像元件304或AEAF用固體攝像器件305所輸出的圖像信號(hào)、AE信號(hào)、AF信號(hào)的攝像信號(hào)處理電路，307是對(duì)攝像信號(hào)處理電路306來(lái)的輸出進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換器，308是對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器307輸出的圖像數(shù)據(jù)的各種校正和數(shù)據(jù)加以壓縮的信號(hào)處理部，309是把各種定時(shí)信號(hào)送到固體攝像元件304、攝像信號(hào)處理電路306、A/D轉(zhuǎn)換器307、信號(hào)處理部308等的定時(shí)發(fā)生部，310是控制各種運(yùn)算和整個(gè)攝像機(jī)的全體控制運(yùn)算部，311是暫時(shí)存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)部。
進(jìn)而，312是用于對(duì)記錄媒體進(jìn)行記錄或讀出的接口部，313是用于進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的記錄或讀出的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等的可裝卸記錄媒體。314是用于與外部計(jì)算機(jī)等通信的接口部。
其次，說(shuō)明這種透鏡快門數(shù)字式小型攝像機(jī)攝像時(shí)的工作。一旦將屏障物301打開(kāi)，主電源就接通，接著控制系統(tǒng)的電源接通，進(jìn)而將A/D轉(zhuǎn)換器307等攝像系統(tǒng)電路的電源接通。接著，為了控制曝光量，全體控制運(yùn)算部310使光圈303開(kāi)放，從AEAF用固體攝像器件305的AE傳感器輸出的信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換器307轉(zhuǎn)換以后，輸入到信號(hào)處理部308，在該數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，由全體控制運(yùn)算部310進(jìn)行曝光量的運(yùn)算。
根據(jù)進(jìn)行該測(cè)光的結(jié)果，判斷為明亮，按照其結(jié)果，全體控制運(yùn)算部310調(diào)節(jié)光圈303。并且，在測(cè)光測(cè)距用固體攝像器件305的AF傳感器輸出信號(hào)基礎(chǔ)上，根據(jù)上述這樣的相位差檢測(cè)，由全體控制運(yùn)算部310進(jìn)行到被攝影物的距離的運(yùn)算。然后，驅(qū)動(dòng)透鏡302判斷是否聚焦，判斷為沒(méi)有聚焦時(shí)，再次驅(qū)動(dòng)透鏡302進(jìn)行測(cè)距，進(jìn)行光聚焦控制。
接著，確認(rèn)聚焦以后，開(kāi)始本曝光。曝光結(jié)束時(shí)，從固體攝像元件304輸出的圖像信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換器307進(jìn)行A-D轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理部308，借助于全體控制運(yùn)算部310，寫入存儲(chǔ)部311。而后，存入存儲(chǔ)部311的數(shù)據(jù)，按照全體控制運(yùn)算部310的控制，經(jīng)過(guò)記錄媒體控制I/F部312，記錄到可裝卸的記錄媒體313中。并且，通過(guò)外部I/F部314直接輸入計(jì)算機(jī)等也行。
正如以上說(shuō)明的一樣，按照本發(fā)明，用一個(gè)芯片就能夠?qū)崿F(xiàn)具有高性能的測(cè)光(AE)功能和測(cè)距(AF)功能的固體攝像器件，系統(tǒng)上也不需要AE光學(xué)系統(tǒng)的可見(jiàn)度校正濾波器，因此對(duì)于采用本固體攝像器件的透鏡快門小型攝像機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)攝像機(jī)的小型化、高性能、以及低價(jià)格。
可以預(yù)料，本發(fā)明不僅小型模擬式(銀鹽)攝像機(jī)，而且小型數(shù)字式攝像機(jī)也具有同樣的效果。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像器件，在同一半導(dǎo)體襯底上邊集成AF用光電轉(zhuǎn)換元件和用于給攝影區(qū)域測(cè)光的AE用光電轉(zhuǎn)換元件，其特征是所述AF用光電轉(zhuǎn)換元件的光譜特性與所述AE用光電轉(zhuǎn)換元件的光譜特性不同。
2.按照權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其特征是所述AF用光電轉(zhuǎn)換元件光譜特性的峰值波長(zhǎng)比所述AE用光電轉(zhuǎn)換元件的峰值波長(zhǎng)要長(zhǎng)。
3.按照權(quán)利要求2所述的固體攝像器件，其特征是所述AE用光電轉(zhuǎn)換元件光譜特性的峰值波長(zhǎng)位于500nm附近，所述AF用光電轉(zhuǎn)換元件的峰值波長(zhǎng)為650nm以上。
4.按照權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其特征是所述AF用光電轉(zhuǎn)換元件與所述AE用光電轉(zhuǎn)換元件分別在具有不同雜質(zhì)濃度的阱區(qū)中形成。
5.按照權(quán)利要求4所述的固體攝像器件，其特征是形成所述AF用光電轉(zhuǎn)換元件的阱區(qū)雜質(zhì)濃度比形成所述AE用光電轉(zhuǎn)換元件的阱區(qū)雜質(zhì)濃度低。
6.按照權(quán)利要求5所述的固體攝像器件，其特征是形成所述AF用光電轉(zhuǎn)換元件的阱區(qū)雜質(zhì)的導(dǎo)電類型與形成所述AE用光電轉(zhuǎn)換元件的阱區(qū)的雜質(zhì)導(dǎo)電類型是相同的。
7.按照權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其特征是形成作為所述AF用光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管的區(qū)域與形成作為所述AE用光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管的區(qū)域，對(duì)光入射方向的深度各自不同。
8.按照權(quán)利要求7所述的固體攝像器件，其特征是形成所述各光電二極管的所述區(qū)域的深度，所述AF用光電轉(zhuǎn)換元件的一方比所述AE用光電轉(zhuǎn)換元件深。
9.按照權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其特征是所述AF用光電轉(zhuǎn)換元件設(shè)于外延層中，所述AE用光電轉(zhuǎn)換元件設(shè)置于在所述外延層內(nèi)設(shè)置的相反導(dǎo)電類型的阱中。
10.按照權(quán)利要求9所述的固體攝像器件，其特征是所述外延層的雜質(zhì)濃度比所述阱低。
11.一種攝像機(jī)，其特征是具有按照權(quán)利要求1所述的固體攝像器件、檢測(cè)被攝影物像的檢測(cè)區(qū)域、和使投向所述檢測(cè)區(qū)域的光成像的透鏡；以及根據(jù)來(lái)自所述固體攝像器件的信號(hào)，進(jìn)行AF控制和AE控制的信號(hào)處理電路。
全文摘要
實(shí)現(xiàn)具有適宜的AE傳感器和AF傳感器各自光譜特性的AEAF用固體攝像器件，削減了光學(xué)系統(tǒng)的可見(jiàn)度校正濾波器。在同一半導(dǎo)體襯底101上邊集成用于進(jìn)行自動(dòng)聚焦的AF光電二極管區(qū)域203、204和用于給攝影區(qū)域測(cè)光的AE光電二極管區(qū)域205的固體攝像器件中，AF光電二極管區(qū)域203、204的光譜特性與AE光電二極管區(qū)域205的光譜特性不同，理想的是，AF光電二極管區(qū)域的光譜特性峰值波長(zhǎng)比AE光電二極管區(qū)域的光譜特性峰值波長(zhǎng)要位于更靠長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)。
文檔編號(hào)H04N5/335GK1476099SQ03147499
公開(kāi)日2004年2月18日 申請(qǐng)日期2003年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月16日
發(fā)明者高橋秀和, 高 秀和 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社