CN100429780C - 固体摄像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三晶体管CMOS型固体摄像装置，包括包含相邻的第一像素230及第二像素231的多个像素，各个像素中分别设有：将光变换成信号电荷的光电二极管201；用以读出在光电二极管201所产生的信号电荷的传送用晶体管。在第一像素230中设有：一端连接在第一像素230内及第二像素231内的两个光电二极管201上，另一端接收电源电压的重置晶体管；在第二像素231中设有：具有连接在第一像素230内及第二像素231内的两个传送用晶体管上的栅极电极204，在漏极接收电源电压的放大用晶体管。
Description
技术领域
本发明涉及一种设置了具有MOS晶体管的像素的固体摄像装置，特别涉及一种具有像素单元内的图案平面布局和其平面布局的固体摄像装置。
背景技术
根据由光电变换所产生的载流子的移动方式不同，固体摄像元件分为：具有由金属、氧化物及半导体构成的MOS结构的FET型和CCD型。该固体摄像元件用在太阳电池、摄影机、复印机、传真机等各方面，技术上也在谋求改良、改善光变换效率或元件的集成密度。像素内包含放大元件的放大型固体摄像装置之一，有CMOS工艺兼容的传感器(以后略称为CMOS传感器)。这种类型的传感器在非专利文献1等中有记载。
图7(a)是显示记载在专利文献1的现有CMOS传感器的电路结构和剖面的图；图7(b)是用电路表示(a)所示剖面的图；图7(c)是表示在光电变换部(以下称为光电二极管)中由于光子hv的入射所产生的正在被累积起来的电荷的状态的图；图7(d)是表示在元件内累积起来后的电荷的状态的图。
如图7(a)、图7(b)所示，现有的CMOS传感器中，包括：多个分别包含像素电路的像素、分别连接在像素电路上的源极跟随负荷MOS晶体管107、暗输出传送MOS晶体管1008、明输出传送MOS晶体管1009、设在暗输出传送MOS晶体管1008与接地之间的暗输出累积电容1010以及设在明输出传送MOS晶体管1009与接地之间的明输出累积电容1011。像素电路中包括：将光变换为电子(载流子)的光电二极管1001；连接在光电二极管1001的输出部的MOS电容即光栅极1002；连接在光电二极管1001的输出部和光栅极1002上并用以传送载流子的n沟道型传送用晶体管1003；一端连接在传送用晶体管1003上、另一端接收电源电压VDD的n沟道型重置用晶体管1004；其栅极连接在n沟道型传送用晶体管1003和n沟道型重置用晶体管1004上、电源电压VDD供给了漏电极的放大用晶体管1005；以及连接在放大用晶体管1005的源极上的n沟道型选择用晶体管1006。
如图7(a)所示，现有CMOS传感器的像素电路，具有：形成在半导体衬底中的P型阱1017；设在P型阱1017上的栅极氧化膜1018；设在栅极氧化膜1018上的第一层多晶硅1019；第二层多晶硅1020；以及设在P型阱1017上的n+浮置扩散区域(FD)。第一层多晶硅1019起到光栅极1002及重置用晶体管1004的栅极的作用。
这里所示的现有传感器的特征之一，在于：所有的CMOS晶体管制造工艺相容，像素部MOS晶体管和周边电路的MOS晶体管可在同一个工序下形成。因此，优点是，掩模数、制造工艺比由CCD构成的固体摄像装置的要少很多。
其次，简单叙述一下现有CMOS传感器的工作方法。首先，为扩大浮动栅极1002下的耗尽层在控制脉冲φPG上施加正电压。浮置扩散部(FD部)1021正在累积电荷累积，为防止电子的过度流动(blooming)使控制脉冲φR为高电平固定在电源VDD上。当光子h v照射在光栅极1002下产生载流子时，光栅极1002下的耗尽层中就累积起电子，空穴通过P型阱1017被排出。
因为在光电二极管1001、P型阱1017及浮置扩散部1021之间形成有由传送用晶体管1003造成的能带隙，故在累积光电荷的过程中电子存在于光栅极1002下(参见图7(c))。
其次，当成为读出状态时，则消除传送用晶体管1003下的带隙，设定控制脉冲φPG、控制脉冲φTX，使光栅极1002下的电子完全传送到FD部(参见图7(d))。因为该工序是完全传送，所以在残影或噪音不会在光电二极管1001产生。当电子传送到FD部1021时，FD部1021的电位会随着电子个数而变化。通过源极跟随器的动作将该电位变化经由放大用晶体管1005的源极输出到选择用晶体管1006，便能够得到线性良好的光电变换特性。在FD部，虽会因为重置而产生kTC噪音(由于晶体管接通/断开时所产生的寄生电容C引起的热噪音)，但若对由于光h v带来的载流子传送前的暗输出进行取样累积好，便能除去它和明输出之间的差。因此，该CMOS传感器的特征是，低噪音、高S/N信号。因为是完全非破坏读出，所以能够实现多功能化。XY地址方式还能带来高合格率，功耗也低。
其次，说明已知的4晶体管型CMOS传感器的像素构成。
图8是显示现有4晶体管型CMOS传感器的像素构成的电路图。这种类型的CMOS传感器，因为在各个像素中具有：传送用晶体管1102、重置晶体管1103、放大用晶体管1104、选择用晶体管1105这4个晶体管，所以被称为4晶体管型CMOS传感器。
如图8所示，现有4晶体管型CMOS传感器，包括成为光电变换部的光电二极管1101；连接在光电二极管1101的输出部并传送累积在光电二极管1101的信号电荷的传送用晶体管1102；重置因传送用晶体管1102所传送的电荷信号的重置晶体管1103；将由传送晶体管1102传送的信号电荷放大的放大用晶体管1104；以及连接在放大用晶体管1104上并选择像素的选择用晶体管1105。
具有：光电二极管1101、传送用晶体管1102、重置晶体管、放大用晶体管、选择用晶体管这样的4晶体管型CMOS传感器的像素部分，被平面布局为例如图9所示的图案。
图9是显示图8所示的现有4晶体管型CMOS传感器的像素部分的平面布局的图。在该图中，1101a为光电二极管区域、1102a为传送用晶体管的栅极、1103a为重置晶体管的栅极、1104a为放大用晶体管的栅极、1105a为选择晶体管的栅极。1106为累积在光电二极管中，将由传送晶体管传送的信号电荷变换为电位的浮置扩散区域。
从该平面布局可知，因为4晶体管型CMOS传感器中，必须在1个像素中布置放大机构(放大器)或以控制为目的的4个晶体管，所以容易使光电二极管在像素中所占的比例(面积率)或者光入射区域占像素的比例(开口率)变小。因此，在4晶体管型CMOS传感器中，有可能会降低摄像装置的动态范围、灵敏度、S/N比。
另一方面，在专利文献1和专利文献2中提出了这样的像素构成，即即近年来，因为像素单元尺寸的细微化和光电二极管开口率的提高，用重置晶体管进行像素选择，废除选择用晶体管。这种类型的固体摄像装置，通过废除选择用晶体管，在每一个像素内部区域具有传送用晶体管、重置晶体管、放大用晶体管这3个晶体管，故称其为3晶体管型CMOS传感器。
图10是显示现有3晶体管型CMOS传感器中的像素的电路构成的图。图11是显示图10所示的现有3晶体管型CMOS传感器的像素的平面布局的俯视图。
在图10所示的CMOS传感器中，累积在光电二极管1101中的信号电荷被传送晶体管1102传送到FD部。被传送的电荷用放大用晶体管1104进行电压变换，并作为像素信号输出。累积在浮置扩散的信号，通过将1103的重置晶体管接通，进行电荷排出而恢复到初始状态。接着，在图11中，1101a是光电二极管(区域)、1102a、1103a、1104a分别是传送用晶体管、重置晶体管、放大用晶体管的栅极。这种类型的CMOS传感器具有以下特征，即因无需形成晶体管的栅极，所以为形成该栅极所需要的面积就可以节省下来了。
例如象在专利文献2或专利文献3中所看到的那样，作为不损像素单元尺寸的细微化、防止光电二极管的开口率下降的方法，有人提议采取用多个像素共用一个放大器件这样的方法。
图12是显示由2个像素共用一个放大器的现有像素电路构成之例的图。该图显示2个像素的电路结构。简单地说明现有像素电路的工作情况。
首先，使读出由光电二极管1101累积的信号的像素阵列的列(例如图12上侧的像素)的传送用晶体管1102接通，将读出的信号电荷累积在浮置扩散。用放大用晶体管1104对累积的信号电荷进行电压变换，通过使选择性晶体管1105接通，来作为像素信号读出到外部。其次，通过使重置晶体管1103接通来排出累积在浮置扩散的信号，返回到初始状态。其次，使像素阵列的行的传送用晶体管(例如图12下侧的像素)1102接通，将累积的信号传送到浮置扩散。其后的重置晶体管1103、放大用晶体管1104及选择用晶体管1105的动作与对上侧的像素所叙述的内容相同。
在所述像素电路中，虽然由相邻的像素共用一个信号的放大器件，像素实质上是由四个晶体管构成。与此相对，在专利文献3中提出的是这样的固体摄像装置，像素电路构成实质上为3晶体管型CMOS，且以多个像素共用一个放大器件。
图13是显示现有3晶体管型CMOS的像素电路构成的图。该图中，示出了2个像素。
在图13所示的现有3晶体管型CMOS中，使读出由光电二极管1101累积的信号电荷的像素阵列的列(例如图13上侧的像素)的传送用晶体管1102接通，使所读出的信号电荷累积在浮置扩散。然后，用放大用晶体管1104对累积在浮置扩散的信号进行电压变换并输出。此时，通过将不读出的像素的浮置扩散的电位维持为0V，便可除去选择晶体管。
其次，通过使重置晶体管1103接通，将累积在浮置扩散的信号排出，恢复到初始状态。接着，使读出的像素阵列的行的传送用晶体管1102(例如图13下侧的像素)接通，将累积的信号传送到浮置扩散。其后的放大用晶体管1104与重置晶体管1103的动作与上侧的像素一样。
《非专利文献1》IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICE，VOL41，PP452-453，1994
《专利文献1》特开平9-46596号公报
《专利文献2》特开昭63-100879号公报
《专利文献3》美国专利第6,043,478号
发明内容
但是，图11中示出的是在1像素单元内配置3个晶体管的平面布局，没有示出所述专利文献1-3中的任一个中的是两个像素实质上由4个晶体管或3个晶体管构成时的具体的像素单元图案平面布局情况。
在CMOS型摄像元件中，根据栅极电极在晶体管中的凸出长度(指头长度)或在晶体管像素区域的配置位置的不同，会产生起因于对半导体衬底的应力的漏电。因此，在像素间元件的平面布局不均匀的现有3晶体管型CMOS传感器(摄像元件)中，有产生灵敏度阴影(shading)及暗时阴影的可能性。
本发明是为了解决所述问题而开发出来的，其目地在于：提供一种像素的面积被细微化的单元的图案平面布局，同时提供一种可使元件的平面布局在像素间均匀的摄像元件。
本发明的固体摄像装置，包括多个含有相邻的第一像素和第二像素的像素，第一像素和第二像素中，分别设有：形成在衬底上、将光变换成信号电荷并累积起来的光电二极管；具有栅极电极、读出累积在所述光电二极管的所述信号电荷的传送用晶体管；设在所述衬底中所述传送用晶体管的栅极电极一侧区域，将通过所述传送用晶体管读出的所述信号电荷变换为电位的浮置扩散。所述第一像素中，还设有具有栅极电极，源极连接在所述第一像素内及所述第二像素内的两个所述光电二极管上，漏极被供给电源电压的重置晶体管；所述第二像素中还设有，具有连接在所述第一像素内及所述第二像素内的浮置扩散上的栅电极上，放大在所述浮置扩散变换的电位的放大用晶体管。所述第一像素与所述第二像素形状相同、尺寸相等，将所述重置晶体管的栅极电极与所述放大用晶体管的栅极电极布置在所述第一像素内或所述第二像素内的同一个位置上。
在该结构下，由2个像素(第一像素和第二像素)共用重置晶体管与放大用晶体管，且可使设在第一像素与第二像素的晶体管个数相等，所以能够使像素尺寸比现有的像素尺寸小一些。另外，因为在不缩小像素尺寸时可使光电二极管尺寸变大，所以和现有摄像装置相比，可提高开口率，从而提高灵敏度。
特别是，最好是，在所述第一像素不设置所述放大用晶体管，在所述第二像素不设置所述重置晶体管。
所述多个像素，被布置为1维状或2维，使设在所述多个像素中的各个像素的各个所述光电二极管在同一方向上的重心的距离一定，由此可抑制由对入射光进行变换的信号输出的像素造成的偏差。
所述第一像素与所述第二像素形状相同、尺寸相等，将所述重置晶体管的栅极电极和所述放大用晶体管的栅极电极配置在所述第一像素内或所述第二像素内的同一个位置上，可栅极从元件隔离膜等接收的应力对每一个像素都很均匀，所以可使漏电流量均匀，从而能够抑制灵敏度阴影或者暗时阴影的产生。
还包括：连接在所述重置晶体管上的第一接触；和连接所述放大用晶体管的第二接触；所述第一接触在所述第一像素内的位置与所述第二接触在所述第二像素内的位置相同，故可抑制入射到光电二极管的光在各像素的偏差，结果是可抑制阴影的产生。
最好是，还包括：连接在所述重置晶体管上，由金属构成的第一接触；接在所述放大用晶体管，由金属构成的第二接触。最好是使用钨等高熔点金属作接触材料。
还包括：设在所述像素上的层间绝缘膜；和设在所述层间绝缘膜中位于所述光电二极管正上方的部分上的微透镜。这样便能够抑制因栅极电极的配置而在每一个像素中看到层间绝缘膜的厚度偏差。因此，在该固体摄像装置中，抑制了从微透镜到光电二极管的距离偏差，也就抑制了奇偶阴影等阴影的产生。
-发明的效果-
在本发明的固体摄像装置中，因为将检测入射光的像素电路的构成要素即重置晶体管及放大用晶体管分开布置在2个像素单元中，由该2个像素单元共用该两个晶体管，所以能够减少组装到一个像素单元中的元件个数，缩小像素面积。这样一来，光电二极管的重心以一定的空间距离排列，单元间距的细微化成为可能，固体摄像装置得以小型化。而且，因为1个像素中的元件个数少，所以能够使光电二极管的开口率提高，从而使灵敏度提高。这样便实现了高性能的传感器。
附图的简单说明
图1是显示本发明的第一实施例所涉及的固体摄像装置的像素单元部的图案平面布局的图。
图2是显示第一实施例的固体摄像装置之一例的电路图。
图3是一平面布局图，金属布线的传达接触图案重合在第一实施例所涉及的固体摄像装置的像素内图案平面布局上。
图4是显示第一实施例所涉及的固体摄像装置中表示4列×4行的像素的平面布局的图。
图5是显示本发明的第二实施例所涉及的固体摄像装置的像素单元部的图案平面布局的图。
图6是显示由多个像素共有放大器件(放大部)的4晶体管型CMOS传感器的像素平面布局的图。
图7(a)是显示现有CMOS传感器的电路结构和剖面的图；图7(b)是用电路表示(a)所示剖面的图；图7(c)是表示在光电变换部中由于光子的入射所产生的正在被累积起来的电荷的状态的图；图7(d)是表示在元件内累积起来后的电荷的状态的图。
图8是显示现有4晶体管型CMOS传感器的像素构成的电路图。
图9是显示图8所示的现有4晶体管CMOS传感器的像素部分的平面布局的图。
图10是显示现有的3晶体管型CMOS传感器的像素构成的电路结构的图。
图11是显示图10所示的现有3晶体管CMOS传感器的像素的平面布局的图。
图12是显示由2个像素共有一个放大器的现有像素电路结构之例的图。
图13是现有的3晶体管型CMOS的像素电路结构的图。
符号说明
113-光电二极管区域；114-传送晶体管区域；115-浮置扩散区域116，118-重置晶体管布线区域；117-放大用晶体管区域；119-水平方向像素间距；120-垂直方向像素间距；201-光电二极管；202，402-传送用晶体管的栅极电极；203，303，403-重置晶体管的栅极电极；204，304，404-放大用晶体管的栅极电极；206-浮置扩散；207，212，307-电源接触；208，308-输出接触；209，309-传达用接触；210-传达用布线；211-输出布线；230-第一像素；231-第二像素。
具体实施方式
以下，参考附图，详细说明本发明的实施例。
(第一实施例)
图1是显示本发明第一实施例的固体摄像装置的像素单元部(像素)的图案平面布局的图。在该图中示出了2个像素230、231。图2是显示该实施例中的固体摄像装置之一例的电路图。
如图2所示，该实施例的固体摄像装置中包括：光电二极管1-1-1-1-m-n、传送晶体管2-1-1-2-m-n、重置晶体管3-1-1-3-m-n、放大用晶体管4-1-1-4-m-n、行信号线6-1-6-m、行信号累积部7、列选择部8、行选择部9、传送晶体管控制线10-1-10-n、重置晶体管控制线11-1-11-n、负荷晶体管组13以及像素部电源14。这里，m、n均为大于等于2的整数。
光电二极管1-1-1-1-m-n将输来的光变换成电信号；传送晶体管2-1-1-2-m-n传送在光电二极管1-1-1-1-m-n所生成的信号；放大用晶体管4-1-1-4-m-n将被传送的信号电荷放大；重置晶体管3-1-1-3-m-n将信号电荷重置。补充说明一下，如图2所示，光电二极管1-1-1-1-m-n、传送晶体管2-1-1-2-m-n、重置晶体管3-1-1-3-m-n及放大用晶体管4-1-1-4-m-n在单位单元内被布置成2维，该单位单元在垂直方向存在m级、水平方向存在n级。
重置晶体管控制线11-1-11-n连接在重置晶体管3-1-1-3-m-n的栅极上。放大用晶体管4-1-1-4-m-n的源极，连接在行信号线6-1-6-m上，行信号线6-1-6-m的一端设有负荷晶体管组13。行信号线6-1-6-m的另一端连接在包含取入一行信号的开关晶体管的行信号累积部7上。行信号累积部7，根据由列选择部8供来的列选择脉冲依序输出最终输出。
其次，图1所示像素单元，是由2个像素共有重置晶体管与放大用晶体管。图1是显示本发明的第一实施例所涉及的没有选择晶体管的CMOS晶体管(固体摄像装置)的图案平面布局的图。该图显示的是除去铝等布线布局的平面布局图，作为CMOS晶体管的电路构成与图6所记载的由多个像素共有一个放大器件的像素电路相同。
该实施例的固体摄像装置，包括：包含第一像素(第一像素单元)230和第二像素(第二像素单元)231且被布置成1维或2维的多个像素、和对从设在像素的像素电路流动的电流进行处理的周边电路。周边电路的构成与图7所示的固体摄像装置的一样。
在以通过图1的A点(浮置扩散)的线为基准的像素间距中，以虚线框表示的第一像素230与第二像素231被布置成相邻的样子。第一像素230和第二像素231中，分别设有：将光变换为信号电荷(电子等载流子)的光电二极管201、将累积在光电二极管201的信号电荷进行传送的传送用晶体管的栅极电极202、将累积在光电二极管201、由传送用晶体管转动的信号电荷变换为电位的浮置扩散206。
第一像素230中包括：对由传送用晶体管传送来的信号电荷加以放大的放大用晶体管的栅极电极204、和设在衬底中栅极电极204的两侧区域的例如n型扩散层有源区域。在该扩散层有源区域上设有用以将来自第一像素230的信号输出的输出接触208、和用以连接到电源电压供给部上的电源接触207。
第二像素231中包括：将传送到传送用晶体管的信号加以重置的重置晶体管的栅极电极203、设在衬底中栅极电极203两侧的区域的例如n型扩散层有源区域、设在扩散层有源区域上并将在浮置扩散206被电位变换的信号传达到放大用晶体管的放大用晶体管传达用接触209以及设在扩散层有源区域上并用以供给电源电压的电源接触207。第一像素230内的浮置扩散206，连接在设在重置晶体管的栅极电极203两侧的扩散层有源区域。
在以上的平面布局结构下，由相邻的第一像素230和第二像素231共用1个放大用晶体管和1个重置用晶体管。因此，在该实施例的固体摄像装置中，设在1个像素内的晶体管个数是2个，比现有的固体摄像装置相比，能够使像素(单元)的大小缩小。因此，和现有的固体摄像装置相比，该实施例的固体摄像装置灵敏度高，可实现高S/N比。而且，在不缩小像素大小的情况下，便能进一步提高光电二极管的开口率。
补充说明一下，在该实施例的固体摄像装置的各个像素中，设置了一个光电二极管201和两个MOS晶体管，和现有固体摄像装置相比，晶体管个数上的偏差变小。
这里，假设将晶体管布置在第一像素230或第二像素231中之一个像素中，则每一个像素的平面布局的偏差变大，会出现不良现象。具体而言，当在第一像素中设置1个晶体管、在第二像素中设置3个晶体管的情况下，因为第二像素被晶体管的栅极所占有，所以难以实现单元面积的细微化，后者是难以提高光电二极管的开口率。
图6是显示在在第一像素230中布置一个晶体管，在第二像素231中布置三个晶体管的图案平面布局之例的图。用和图1中的符号相同的符号来表示图6中的一部分相同部件。
在图6所示的图案平面布局中，在各像素230、231中各配置一个传送用晶体管的栅极电极402。但是，因为在第二像素231内，在重置晶体管的栅极电极403与传送用晶体管的栅极电极402之间布置了放大用晶体管的栅极第极404，所以占据像素单元内相当的面积，难以将图的纵向上的单元缩小(细微化)。另一方面，在第一像素230内部在光电二极管201的周边部有空白的空间，与第二像素231的平面布局非常不平衡。
相对于此，在该实施例的固体像素装置的像素的图案平面布局中，因为在像素230中布置了传送用晶体管及放大用晶体管的栅极电极204，在第二像素231中布置了传送用晶体管及重置晶体管的栅极电极203，所以可有效地利用双方的像素内部的空间，与4晶体管/像素或者3晶体管/像素那样的现有固体摄像装置相比，可进一步缩小像素面积。相反，若不缩小像素面积，则可将光电二极管的面积扩大，从而能够增大开口率。
图3是一平面布局图，显示图1所示的第一实施例所涉及的固体摄像装置的像素内图案平面布局上重合着第一层金属布线及由第一层向第二层金属布线(未示)的传达接触图案的情况。
如该图所示，由2个像素共有放大用晶体管的各个像素的浮置扩散206，经由传达用接触209以由第一层金属所形成的传达用布线210布线，共有重置晶体管的源极区域(与浮置扩散扩散层区域共用的扩散层)，通过接触连接在对放大用晶体管的栅极电极204上。这里所示的平面布局中，从外部输入到重置晶体管及放大用晶体管输入的电源，借助未示的第二层金属布线从电源接触212通过第一金属布线即传达用布线210、电源接触207供来。这样一来，传达用布线210，便作为将在浮置扩散206被电位变换的电荷信号传导到放大用晶体管的布线起作用。
由入射到光电二极管201的光带来的电荷的输出，通过输出接触208从输出布线211输出。也就是说，输出布线211是用以将被电位变换的信号读出到外部的布线。由所述可知，在该实施例的固体摄像装置的像素布局中，金属布线能够在无密度粗细的情况下进行布线。
图1和图3中，显示的是为了说明由两个像素共有放大用晶体管、重置晶体管的布局所需要的最小2个像素，但在实际的固体摄像装置中多个像素排列成阵列状。这里，在图4中表示布置了4列×4行＝16个像素的平面布局的大致情况。
在图4所示的像素矩阵的特征是，在以光电二极管的重心为基准的情况下，像素排列的垂直方向像素间距120与水平方向像素间距119都是等间距。这里所说的光电二极管的重心显示的是垂直于摄像装置入射的光在光电二极管上强度最大的位置。而且，图中的粗虚线所包围的区域是一个像素。
将图4与图1对照以下可知，各像素具有：布置有光电二极管的光电二极管区域113；布置有传送用晶体管的传送用晶体管区域114；布置有浮置扩散的浮置扩散区域115；布置有重置晶体管的栅极布线的重置晶体管布线区域116、118；以及布置有放大用晶体管的放大用晶体管区域117。像素单元的布置情况，是将设有重置晶体管的像素(图1所示的第二像素231)与设有放大用晶体管的像素(图1所示的第一像素230)在行的布置方向上交互布置。但是，除此以外还可采用其它的排列方法。例如将具有重置晶体管的像素A与具有放大用晶体管的像素B，在垂直方向上ABBAABBA...排列。除此之外，从连接整个像素矩阵的第一层、第二层金属布线的平面布置的容易程度来考虑的话，还可以有各种各样的排列形态。
(第二实施例)
图5是显示本发明的第二实施例所涉及的固体摄像装置的像素单元部的图案平面布局的图。在该图中，示出了在固体摄像装置中很多周期排列着的形状相同的像素单元内特定的两个像素单元部。与第一实施例一样，该实施例的像素单元部的图案平面布局，是以两个像素共有重置晶体管和放大用晶体管的三晶体管型CMOS传感器的图案平面布局。补充说明一下，图5没有显示铝布线等，作为该实施例的固体摄像装置的像素单元的电路构成与记载在图13中的由多个像素共有1个放大器件的像素电路相同。
相邻布置着的第一像素230及第二像素231，分别具有：1个光电二极管201；用以将累积在光电二极管201的信号电荷传送的传送用晶体管；以及将由传送用晶体管传送的信号电荷变换为电位的浮置扩散206。而且，在第一像素230中设有将传送用晶体管所传送的信号电荷放大的放大用晶体管；在第二像素231中设有重置晶体管的栅极电极303。
该实施例的固体摄像装置中的各个像素的尺寸相等、形状相同。光电二极管201、传送用晶体管的栅极电极202、各种接触(电源接触307、输出接触308、传达用接触309)的形状或像素内的位置(座标)，在各像素呈大致相等。也使各个像素之间像素内的扩散层有源区域、浮置扩散206的形状或位置尽量相同。第一像素230中的放大用晶体管的栅极电极204的位置(座标)，与第二像素231中的重置晶体管的栅极电极303的位置(座标)大致相等，成为各晶体管的有源区域的扩散区域也尽量是接近的图案。
因此，该实施例的固体摄像装置，能够抑制由于在各个像素之间与像素内的元件相关的平面布置不均匀而产生的阴影。如上所述，在固体摄像装置中，依赖于晶体管的从绝缘分离境界突出的电极长度(指尖长)、晶体管在像素区域上的布置位置而产生漏电流。因为当配置在图5的垂直方向的像素晶体管的平面布置、位置不同的时候，像素间漏电流的产生状况也不同，所以有可能因在偶数行的像素电路和奇数行的像素电路所产生的漏电流量不同而出现灵敏度阴影和暗时阴影。相对于此，如在该实施例所示的固体摄像装置那样，通过使像素内的电路的平面布置一致，即可抑制因阴影造成的动作不良。
在最近的固体摄像装置中，使用的是在接触孔中埋入钨等高熔点金属而形成的钨插塞，但是因为斜着入射到像素的在钨插塞也反射，所以若像素之间接触位置不同，则入射到光电二极管的光也会有偏差。而且，有尽管在像素单元内的晶体管栅极电极上形成层间绝缘膜，在其后以化学机械研磨(CMP)平坦化层间绝缘膜的上面，但当在各个像素间各个晶体管的栅极电极的位置不一样平坦性有偏差的情况。但是在该实施例的固体摄像装置中，因为像素内的栅极电极的位置也一致，因此能够形成平坦的上面。
通常是在像素的最上层(层间绝缘膜上层)，在与形成在半导体衬底上的光电二极管相对峙的位置上形成微透镜，当因平坦性的偏差而使层间绝缘膜的膜厚有大小差的时候，则该差就会成为从微透镜到光电二极管的距离之差而使聚光率有差，被光电变换的信号中会出现差。当层间绝缘膜的膜厚因像素的平面布置之间存在不同而在偶数行的像素上和奇数行的像素上有差异的情况下，在偶数行的像素和奇数行的像素之间产生阴影。根据该实施例的固体摄像装置，因为接触的位置或层间绝缘膜的厚度偏差均被抑制，故可解决阴影的问题。
补充说明一下，在该实施例的固体摄像装置中，与第一实施例的固体摄像装置一样，在由3个晶体管构成的CMOS传感器中，在各个像素布置两个晶体管，即一个传送用晶体管和一个放大用晶体管或者一个传送用晶体管和一个重置晶体管，所以可缩小像素单元面积。另外，若使像素单元面积与现有技术一样，则可使光电二极管的开口率变大。
-实用性-
本发明的图案平面布局，能够适用到在1个像素中设置多个MOS型晶体管的固体摄像装置中。作为固体摄像装置的应用例，有复印机、监视摄影机或数位照相机、传感器等各种装置。
Claims (6)
1.一种固体摄像装置，其特征在于：
包括：包含相邻的第一像素和第二像素的多个像素，该多个像素分别设有：形成在衬底上、将光变换成信号电荷并累积起来的光电二极管，具有栅极电极、读出累积在所述光电二极管的所述信号电荷的传送用晶体管，以及设在所述衬底中所述传送用晶体管的栅极电极一侧区域，将经由所述传送用晶体管读出的所述信号电荷变换为电位的浮置扩散，
所述第一像素还包括：具有栅极电极，源极连接在所述第一像素内和所述第二像素内的两个所述光电二极管上，漏极接收电源电压的重置晶体管；
所述第二像素还包括：具有连接在所述第一像素内及所述第二像素内的浮置扩散上的栅电极，将在所述浮置扩散所变换的电位放大的放大用晶体管；
所述第一像素与所述第二像素形状相同、尺寸相等，
将所述重置晶体管的栅极电极与所述放大用晶体管的栅极电极布置在所述第一像素内或所述第二像素内的同一个位置上。
2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于：
在所述第一像素中未设所述放大用晶体管，在所述第二像素未设所述重置晶体管。
3.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于：
所述多个像素被一维布置或者二维布置，使得设在所述多个像素中的各个像素的所述光电二极管在同一个方向上的重心与重心之间的距离一定。
4.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于：
还包括：连接在所述重置晶体管的第一接触、以及连接在所述放大用晶体管的第二接触；
所述第一接触在所述第一像素内的位置与所述第二接触在所述第二像素内的位置相同。
5.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于：
还包括：连接在所述重置晶体管上、由金属形成的第一接触，以及连接在所述放大用晶体管上、由金属形成的第二接触。
6.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于：
还具有：设在所述像素上的层间绝缘膜，以及设在所述层间绝缘膜中位于所述光电二极管正上方的部分上的微透镜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20081029 Termination date: 20120701 |