CN101060128A - 固体摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抑制了因光的衍射而在半导体衬底中发生的光的串扰的固体摄像装置。根据本发明的一个实施方式的固体摄像装置，包括多个像素，各像素包括：设置于半导体衬底中的、用于积累将入射光光电转换并积累的信号电荷的光电转换元件；以邻近上述光电转换元件的方式设置于半导体衬底中、临时积累信号电荷的浮空结；和将积累于上述光电转换元件的信号电荷传输至上述浮空结的传输晶体管，其中，至少一个上述传输晶体管具有以覆盖上述光电转换元件上方的方式延伸设置的栅电极。

Description

固体摄像装置
相关申请的交叉引用
本发明基于申请日为2006年4月20日的在先日本专利申请第2006-117046号，并要求其优先权，其全部内容通过引用包含于此。
技术区域
本发明涉及固体摄像装置，特别是涉及抑制了光的串扰的固体摄像装置。
背景技术
固体摄像装置，例如CMOS图像传感器之类的装置，为了小型化、高精度化等目的一直在缩小像素尺寸。为此，对构成像素的光电转换元件和晶体管正日益缩小。由于伴随着缩小，积累于光电转换元件中的信号电荷量减少，像素容易受到各种噪声如热噪声、暗电流噪声、光的串扰的影响。
在特开2005-129965号公报中公开了抑制热噪声和暗电流噪声发生、改善像素信号对噪声之比(S/N)的固体摄像装置。但是没有关于串扰的记载。
由于光电转换元件的缩小，通过微透镜将入射光聚光并仅入射至光电转换元件变得困难。上述专利文献中公开的固体摄像装置在附近光电转换元件处设置了传输晶体管栅电极。在如此结构的固体摄像装置中，例如，入射光通过微透镜聚光，并通过金属布线之间入射至光电转换元件。但是，会发生入射光不仅入射至光电转换元件，也入射至与此相邻的传输晶体管的栅电极的现象。一旦发生该现象，就会发生入射光的一部分由栅电极衍射的现象。由栅电极衍射的衍射光向半导体衬底中传播到达相邻的浮空结(floating junction)和/或光电转换元件。这样的衍射光导致光的串扰发生，使得像素特性恶化。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种固体摄像装置，包括多个像素，各像素包括：设置于半导体衬底中、将入射光光电转换并积累信号电荷的光电转换元件；设置于上述半导体衬底中上述光电转换元件附近、临时积累信号电荷的浮空结；和将上述光电转换元件中积累的上述信号电荷传输至上述浮空结的传输晶体管，其中，至少一个上述传输晶体管具有以覆盖上述光电转换元件上方的方式设置的栅电极。
根据本发明的另一方面，提供一种固体摄像装置，包括多个像素，各像素包括：设置于半导体衬底中、将入射光光电转换并积累信号电荷的光电转换元件；设置于上述半导体衬底中上述光电转换元件附件、临时积累信号电荷的浮空结；将上述光电转换元件中积累的上述信号电荷传输至上述浮空结的传输晶体管，其中，上述浮空结通过多个上述传输晶体管以由多个上述光电转换元件共用的方式电连接，且至少一个上述传输晶体管具有以覆盖上述光电转换元件上方的方式设置的栅电极。
附图说明
图1是用于说明根据本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素电流构成图的一例。
图2是用于说明根据第一实施方式的固体摄像装置的像素阵列的一例。
图3是第一实施方式的单位单元的一例的平面示意图。
图4A、4B是第一实施方式的单位单元的截面图的一例。
图5是变形例1的单位单元的平面图的一例。
图6A、6B是变形例1的单位单元的截面图的一例。
图7是用于说明根据本发明的第二实施方式的固体摄像装置的单位单元的一例的平面示意图。
图8A、8B是第二实施方式的单位单元的截面图的一例。
图9是变形例2的单位单元的一例的平面图。
图10A、10B为变形例2的单位单元的截面图的一例。
图11是用于根据本发明的第三实施方式的固体摄像装置的像素电路构成的一例。
图12是用于说明第三实施方式的固体摄像装置的单位单元的一例的平面示意图。
图13是用于说明第三实施方式的固体摄像装置的截面结构的示意图。
图14是用于说明第三实施方式的固体摄像装置的截面结构的示意图。
图15是变形例3的单位单元的一例的平面示意图。
图16是变形例3的单位单元的截面图的一例。
图17是用于说明第四实施方式的固体摄像装置的单位单元的一例的平面示意图。
图18是变形例4的单位单元的截面图的一例。
图19是用于说明根据第五实施方式的固体摄像装置的像素电路构成的一例。
图20是用于说明第五实施方式的固体摄像装置的单位单元的一例的平面示意图。
具体实施方式
本发明的实施方式提供一种抑制了因光的衍射而发生的半导体衬底中的光的串扰的固体摄像装置。
通过夫朗和费(Fraunhofer)衍射对像固体摄像装置的光电转换部的栅电极导致的入射光的衍射这样的由单一的开口引起的光的衍射进行说明。在夫朗和费衍射中，若入射光的波长为λ，开口部的宽度为w，开口位置和照射面的距离为L，则±m次的衍射光(m≠0)的强度为极大值的位置x由下式给出。
x(m-1/2)(λL/w)
此外，±m次衍射光的中心轴和入射光的光轴的夹角(衍射角)θ由下式给出。
tanθ＝x/L＝±(m-1/2)(λ/w)
若该衍射光在半导体衬底中传播到达相邻的浮空结或像素(光电转换元件)等有源元件，则发生光的串扰。
串扰具有波长依存性，在可见光范围的光中长波长的光比短波长的光容易发生串扰。这是因为半导体衬底，例如硅衬底的光吸收系数随波长而变化。即，短波长光在半导体衬底中的吸收系数大，所以容易衰减而难以到达相邻的有源元件；而长波长光的吸收系数小，所以衍射光不容易在半导体衬底中衰减从而容易到达相邻的有源元件。
根据本发明的实施方式的固体摄像装置，通过以将传输晶体管的栅电极延伸至光电转换元件之上的方式设置，可以防止由栅电极引起的光的衍射现象，从而可以提供能够抑制在半导体衬底中的光的串扰的结构。
以下参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图中的对应部分以对应的参照符号表示。以下的实施方式只是示例，在不脱离本发明主旨的范围内可以进行各种变形。
第一实施方式
根据本发明的第一实施方式的固体摄像装置的结构为：与各像素的光电转换元件相邻的传输晶体管的栅电极以覆盖光电转换元件上方的方式延伸形成，而不在光电转换元件上设置开口部。
固体摄像装置，例如，CMOS图像传感器的像素电路结构例见图1。图1为1像素1单元方式的像素电路。1个像素10包括光电转换元件1、包含传输晶体管2以及浮空结7的像素区域8、复位晶体管3、地址晶体管4、及放大晶体管5。
当光入射于像素10时，光电转换元件1对入射光进行光电转换并积累信号电荷。如向传输晶体管2的栅电极输入传输信号RD，则积累的信号电荷通过传输晶体管2的沟道被传输至浮空结7。此外，在该传输之前，向复位晶体管3的栅电极输入复位信号RS，将浮空结7的电位预先复位至复位晶体管3的漏极电压VDD。通过从光电转换元件1向浮空结7传输信号电荷，浮空结7的电位发生变化。浮空结7与放大晶体管5的栅电极连接，电位变化使放大晶体管5的沟道发生调制。接下来，向地址晶体管4的栅电极输入地址信号AD。由此，与放大晶体管5的沟道调制对应的信号被输出至信号线6。这样就读出了与入射光对应的信号。信号输出后，浮空结7被复位至复位晶体管3的漏极电压VDD。
在图2中给出了二维地配置了像素10的像素阵列的一例。在彩色固体摄像装置的情况下，一般由4个像素10构成1个单位单元13。图2给出了作为一例的4行4列的像素10，即2行2列的单位单元13。在各像素10中，沿水平方向配置提供传输信号的RD线、提供复位信号的RS线以及提供地址信号的AD线，沿垂直方向配置信号线6。各单位单元13包含红(R)像素、绿(Gr)像素、绿(Gb)像素以及蓝(B)像素。入射光通过与各像素对应的滤光器被选择性地限制在不同的波长范围内，不同波长范围的可见光入射至各像素。
以下利用图3及图4A、4B对本实施方式的单位单元的一例进行说明。图3为本实施方式的单位单元一例的平面示意图，图4A、4B分别为沿图3中示出的切断线A1-A1、A2-A2的截面图。在图3中，为简略仅图示出了图1中示出的像素区域8。单位单元13包括红(R)像素100、绿(Gr)像素110、绿(Gb)像素120以及蓝(B)像素130。各像素包括设置在半导体衬底30中的光电转换元件14～17、与光电转换元件14～17相邻地设置的传输晶体管26～29、以及设置在半导体衬底30中的浮空结22～25。浮空结22～25通过传输晶体管26～29电连接至光电转换元件14～17。光电转换元件14～17对入射光进行光电转换并积累信号电荷。传输晶体管26～29控制从光电转换元件14～17向浮空结22～25的信号电荷传输。传输晶体管的栅电极18～21以覆盖光电转换元件14～17的方式在半导体衬底30的上方延伸设置。这与现有的像素结构不同。另外，覆盖传输晶体管的栅电极18～21地形成绝缘膜31，在传输晶体管26～29的上方的绝缘膜31中埋入金属布线32。另外，在绝缘膜31上，在与各光电转换元件14～17对应的位置处设置微透镜35～38。
入射光39～42由微透镜35～38聚光，通过金属布线32之间，透过传输晶体管栅电极18～21入射至光电转换元件14～17。如图4A、4B所示，由于在半导体衬底30表面的入射光聚光区域内不存在传输晶体管栅电极18～21的开口部分，可以避免因栅电极18～21引起的入射光衍射的发生。
对传输晶体管栅电极18～21要求入射光充分透过和固体摄像装置比较容易制造等。考虑到电极中的可见光的吸收，作为电极材料的透过可见光的导电性材料，可以使用例如硅(Si)或者比Si能隙大的碳化硅(SiC)。
栅电极的膜厚越厚光的吸收越大，因此最好尽可能薄。然而，如果过薄，则例如会在栅电极上产生针孔，或者当栅电极上形成接触时，接触通孔会贯通栅电极。当使用Si时，不发生上述问题的栅电极膜厚为例如50nm。
如上述说明，在本实施方式中，通过将各像素的传输晶体管栅电极以覆盖光电转换元件上方的方式延伸设置，可以防止入射光的衍射。据此可以提供能够抑制半导体衬底中对与各像素相邻的有源元件的光串扰的固体摄像装置。
变形例1
在上述第一实施方式中，由于在R像素、Gr像素、Gb像素、B像素的所有像素中以覆盖光电转换元件的方式设置传输晶体管栅电极，有发生传输晶体管栅电极引起的光的吸收损失而使感光度降低之虞。尤其是，在与在栅电极中的吸收系数相对较大的短波长区域的可见光相对应的像素，特别是B像素中，有光的吸收损失变大之虞。
变形例1为对第一实施方式的B像素的传输晶体管栅电极减薄而比其他像素的传输晶体管栅电极的厚度薄的方式。据此，可以抑制B像素处的光的吸收损失。
以下利用图5、图6A、6B对本变形例的固体摄像装置进行说明。图5为本变形例的单位单元的一例的平面示意图，图6A、6B分别为沿图5中切断线B1-B1、B2-B2的截面图。图5、6A、6B与图3、4A、4B为同样的构成，包括R像素100、Gr像素110、Gb像素120以及B像素132。
如图6A所示，本变形例的B像素132的传输晶体管栅电极21b的膜厚比其他的R像素100、Gr像素110、Gb像素120的传输晶体管栅电极18～20薄。当入射光39～42入射至各像素时，由于覆盖B像素132的光电转换元件17的传输晶体管栅电极21b的膜厚减薄了，故可以降低B像素处入射光的吸收损失。
考虑到栅电极中的光的吸收，覆盖B像素132的传输晶体管栅电极21b的厚度可以以例如使透过光强度基本相同的方式设定。入射至各R像素、Gr像素、Gb像素、B像素的光的波长根据使用的滤光器而变化，入射至R像素的入射光的中心波长为例如600nm，Gr像素及Gb像素处为例如500nm至550nm，B像素处为例如450nm。
根据H.Melcior(“Demodulation and PhotodetectionTechniques”，in F.T.Arecchi and E.O.Schulz-Dubois，Eds.，LaserHandbook，Vol.1，North-Holland，Amsterdam，1972，pp.725-835)从硅中的光的吸收系数求出的450nm波长的光的透光率比600nm波长的光的透光率低。因此，当R像素的栅电极膜厚为例如200nm左右时，B像素的栅电极膜厚可以设定为例如50nm，从而可使两者的光的透光率大致相等。
此外，由于在半导体衬底30表面的入射光聚光区域内不存在开口部分，可以避免因传输晶体管栅电极18～21b引起的入射光39～42的衍射的发生。
上述的变形例中，仅对覆盖B像素设置的传输晶体管栅电极的膜厚根据光的吸收进行了薄膜化，但还可以根据各自的光的吸收情况对覆盖Gr像素及Gb像素的传输晶体管栅电极进行薄膜化。这样，通过调整各自的传输晶体管的栅电极膜厚，可以使得所有像素中的光的透光率基本相等。
如上所述，在本变形例中与第一实施方式同样，通过以覆盖光电转换元件上方的方式延伸设置各像素的传输晶体管栅电极，可以防止入射光衍射的发生。进而可以抑制栅电极的光的吸收损失的最令人担忧的短波长区域的B像素的感光度下降的问题。据此，可以提供能够抑制半导体衬底中对各像素附近的有源元件的光串扰的固体摄像装置。
第二实施方式
根据本发明的第二实施方式的固体摄像装置为，通过将除光的串扰影响最小的B像素之外的R像素、Gr像素、Gb像素3像素的传输晶体管栅电极以覆盖光电转换元件上方的方式延伸设置，以防止入射光的衍射发生的装置。
以下利用图7及图8A、8B对本实施方式的单位单元的一例进行说明。图7为本实施方式的单位单元一例的平面示意图，图8A、8B分别为沿图7中示出的切断线C1-C1、C2-C2的截面图。在图7中，为简略仅图示出了图1中示出的像素区域8。单位单元包括R像素100、Gr像素110、Gb像素120以及B像素131。各像素包括设置在半导体衬底30中的光电转换元件14～17、与光电转换元件14～17相邻地设置的传输晶体管26～29、以及设置在半导体衬底30中的浮空结22～25。仅R像素100、Gr像素110、Gb像素120的传输晶体管的栅电极18～20覆盖光电转换元件14～16地设置于半导体衬底30的上方。在这一点上，与图3所示的第一实施方式的像素结构不同。
在本实施方式中，如上所述缩小B像素131的传输晶体管的栅电极21a、以不覆盖光电转换元件17的方式设置于与光电转换元件17相邻的位置。由此，如同第一实施方式，既避免了短波长区域的B像素131中因覆盖光电转换元件17设置的传输晶体管栅电极21导致的入射光吸收损失的发生，又可以防止B像素的感光度的下降。
当光入射至本实施方式的固体摄像装置时，由于在半导体衬底30的入射光聚光区域不存在开口部分，可以防止入射至R像素100、Gr像素110、Gb像素120的入射光39～41的衍射。对于入射至B像素131的入射光42，由于在半导体衬底30的入射光聚光区域存在传输晶体管栅电极21a的开口部分，有产生衍射光46的可能性。
但是，入射至B像素131的光为可见光中最短波长的成分，在半导体衬底30中的吸收很大。因此，衍射光在半导体衬底30中容易衰减而难以到达相邻的有源元件。所以，B吸收131的串扰非常小。因而，根据本实施方式的B像素131的结构中，传输晶体管栅电极21a不覆盖光电转换元件，从而可以有效防止因传输晶体管栅电极21a引起的B像素131的光吸收损失。
如上所述，在本实施方式中通过以覆盖光电转换元件上方的方式延伸设置除了B像素之外的各像素的传输晶体管栅电极，可以基本与第一实施方式相同地防止因入射光衍射而发生的串扰，防止画质的下降。进而可以抑制栅电极的光的吸收损失的最令人担忧的短波长区域的B像素的感光度下降的问题。据此，可以提供能够抑制半导体衬底中对各像素附近的有源元件的光串扰的固体摄像装置。
变形例2
在上述第二实施方式中，由于传输晶体管栅电极设置在R像素、Gr像素、Gb像素、B像素3像素的光电转换元件上，所以有在这些像素中发生传输晶体管栅电极引起的光的吸收损失而使感光度降低之虞。尤其是，有在短波长区域的可见光吸收损失比长波长的可见光的吸收损失大、即短波长一侧的Gr像素、Gb像素的光的吸收损失变大的问题。
相对于第二实施例，变形例2是Gr像素、Gb像素、B像素等3个像素的传输晶体管栅电极不在光电转换元件上延伸、而是设在与光电转换元件相邻的位置上，仅R像素的传输晶体管栅电极在光电转换元件上延伸而形成的固体摄像装置。据此，可以防止Gr像素、Gb像素、B像素的光的吸收损失。
以下利用图9、图10A、10B对本变形例的固体摄像装置进行说明。图9为本变形例的单位单元的一例的平面示意图，图10A、10B分别为沿图9中切断线D1-D1、D2-D2的截面图。图9、10A、10B与图7、8A、8B为同样的构成，包括R像素100、Gr像素111、Gb像素121以及B像素131。
如图10A、10B所示，本变形例的Gr像素111、Gb像素121、B像素131的传输晶体管栅电极19a～21a设置于与光电转换元件15～17相邻的位置而不覆盖在光电转换元件15～17上。仅R像素100的传输晶体管栅电极18以覆盖光电转换元件14的上方的方式形成。
当入射光39～42入射至各像素时，R像素100处的入射光39由于半导体衬底30表面的入射光聚光区域不存在开口而不发生光的衍射。入射至Gr像素111、Gb像素121、B像素131这3像素的入射光40～42，由于配置于半导体衬底30表面的入射光聚光区域的传输晶体管的栅电极19a～21a上存在开口，所以产生衍射光44～46。
但是，入射至Gr像素111、Gb像素121、B像素131这3个像素的入射光比入射至R像素100的光的波长短，因此在半导体衬底中的吸收比较大。所以，衍射光44～46在半导体衬底30中容易衰减而难以到达相邻的有源元件。故，Gr像素111、Gb像素121、B像素131引起的串扰非常小。因此，本变形例的不以传输晶体管栅电极覆盖在Gr像素111、Gb像素21、B像素131的光电转换元件15～17上的结构，可以防止光电转换元件15～17中的栅电极引起的光的吸收损失，同时也成为有效的串扰对策。
如上所述，本变形例通过仅以覆盖光电转换元件上方的方式延伸设置R像素的传输晶体管栅电极，可以基本上与第二实施方式同样地防止因入射光的衍射产生的串扰，防止画质的降低。进而可以抑制栅电极的光的吸收损失的最令人担忧的短波长区域的Gr像素、Gb像素、B像素的感光度下降的问题。据此，可以提供能够抑制半导体衬底中对各像素附近的有源元件的光串扰的固体摄像装置。
第三实施方式
至此所说明的第一及第二实施方式以及其变形例为1像素1单元方式的固体摄像装置，本发明的第三实施方式为适于高度集成化的2像素1单元方式的固体摄像装置。
图11为用于说明2像素1单元方式的固体摄像装置的动作的像素电路结构的一例。2像素1单元方式的固体摄像装置与图1中所示的1像素1单元方式的区别在于，像素区域8-2中包括2个光电转换元件1-1、1-2以及2个传输晶体管21b-2，它们共用1个浮空结7。据此，对于2像素可以削减复位晶体管3、地址晶体管4及放大晶体管5各一个，可以实现高度集成化。动作上与1像素1单元方式的情况基本相同，但交替地进行对积累于光电转换元件1-1及光电转换元件1-2中的电荷信号的读出。
这样共用浮空结带来的好处为，可以削减每1像素的晶体管数，增大光电转换元件的开口率，比1像素1单元方式更有利于高度集成化等。
图12为本实施方式的固体摄像装置的像素布图的一例。为简略仅图示出了图11中示出的像素区域8-2。2个2像素单元71、72构成1个单位单元73。2像素单元71包括2个像素、即R像素100和Gb像素121；2像素单元72包括另外2个像素、即Gr像素111以及B像素131。图中给出了4个单位单元、即包括2行4列的2像素单元的16个的像素阵列。R像素100和Gb像素121共用浮空结69，Gr像素111和B像素131共用浮空结70。在此，利用各传输晶体管栅电极以与上述变形例2同样方式的形成例进行说明，但并不限定于此。在这里对仅R像素100的传输晶体管栅电极65以覆盖光电转换元件61的方式设置，而Gr像素111、Gb像素121、B像素131的传输晶体管栅电极66a～68a分别以与光电转换元件62～64相邻的方式设置的结构进行说明。
图13、14为用于说明像素的截面结构的示意图，分别为沿图12中切断线E1-E1、E2-E2的截面图。各R像素100、Gr像素111、Gb像素121、B像素131的光电转换元件61～64设置于半导体衬底74中。R像素100的传输晶体管栅电极65以覆盖光电转换元件61的方式设置，Gr像素111、Gb像素121、B像素131的传输晶体管栅电极66a～68a以与光电转换元件62～64相邻的方式设置。传输晶体管栅电极65和67a以及66a和68a以分别将浮空结69及70夹在中间的方式方向相对地相邻设置。浮空结69及70以分别由2个像素100和121及111和131共用的方式设置于半导体衬底74中。
形成覆盖半导体衬底74及传输晶体管栅电极65、66a～68a的绝缘膜75，金属布线76以埋入传输晶体管栅电极65、66a～68a上方的绝缘膜75中的方式设置。此外，在绝缘膜75上设置微透镜77～80。
如图13、14所示，当入射光81～84入射至各像素时，由于在R像素100的半导体衬底74表面的入射光聚光区域不存在开口，可以防止发生入射光81因R像素100的传输晶体管栅电极65引起的衍射的问题。由于在半导体衬底74表面的入射光聚光区域配置的传输晶体管栅电极66a～68a处存在开口，所以入射至Gr像素111、Gb像素121、B像素131的入射光82～84产生衍射光86～88。但是，在Gr像素111、Gb像素121、B像素131处，如同上述变形例2中所说明的那样，这些衍射光86～88在半导体衬底74中的衰减很大。因此，像素111～131中的光的串扰非常小，本实施方式成为有效的串扰对策。
在此，对各传输晶体管栅电极以与上述变形例2同样的形成例进行了说明，但各传输晶体管栅电极即使是上述第一及第二的实施方式或者变形例1及变形例2的任一结构或者以具有与此同等功能的方式设计的其他结构，也适用于本实施方式。
此外，上述的实施方式中给出了2个像素共用1个浮空结的例子，但是，例如在图12中将浮空结69和70连接、1个浮空结由4个像素100、111、121、131共用的4像素1单元的方式亦可。
如上所说明，在根据本实施方式的2像素1单元方式的固体摄像装置中，通过仅以覆盖光电转换元件上方的方式延伸设置R像素的传输晶体管栅电极，可以基本上与第二实施方式同样地防止因入射光衍射产生的串扰，也能够防止画质下降。进而在栅电极的光的吸收损失最临人担忧的短波长区域的Gr像素、Gb像素、B像素中，由于传输晶体管栅电极未以覆盖光电转换元件上方的方式形成，可以防止这些像素的感光度下降的问题。据此，可以提供能够抑制半导体衬底中对各像素的附近有源元件的光串扰的固体摄像装置。
变形例3
变形例3为将R像素的传输晶体管栅电极进一步延伸、以覆盖直至相邻的单位单元的光电转换元件的元件间区域、即单位单元间的方式设置传输晶体管栅电极的固体摄像装置。
以下利用图15、图16对本变形例的固体摄像装置进行说明。图15为本变形例的单位单元的一例的平面示意图，图16为沿图15中切断线F2-F2的截面图。
在本变形例中，如图所示，例如，R像素103-4的传输晶体管栅电极65c以向共用浮空结69的Gb像素121-4的相反侧延伸、与相邻的单位单元的Gb像素121-2的光电转换元件相邻的方式设置。
该变形例的效果与上述第三实施方式同样，由于进一步增大了覆盖R像素101的光电转换元件61的传输晶体管栅电极65c，可以比上述第三实施方式进一步减少入射至R像素101的入射光81的衍射。通过本变形例的结构，例如，即使因斜入射光等造成的入射光区域增大，也可以有效抑制串扰的发生。
在此，以与上述变形例2同样的形成例对各传输晶体管栅电极进行了说明，但各传输晶体管栅电极即使是上述第一及第二的实施方式或者变形例1及变形例2的任一结构或者以具有与此同等功能的方式设计的其他结构，也适用于本实施方式。
第四实施方式
本发明的第四实施方式为可比上述第三实施方式进一步高度集成化的2像素1单元方式的固体摄像装置。本实施方式的固体摄像装置的特征为具有倾斜地设置于光电转换元件上的倾斜栅电极。此外，至少一个倾斜栅电极以覆盖在光电转换元件上的方式延伸设置。
图17为本实施方式的固体摄像装置的一例的平面示意图。图中给出了2个由2行2列的4个像素105、116、126、136组成的单位单元。各像素的光电转换元件161～164的1个角被切为约45°角，在该切去部分倾斜设置传输晶体管栅电极165、166a～168a。
在4个像素间的中央区域配置浮空结169、170。1个浮空结由2个像素共用。图例中，浮空结169由R像素105和Gb像素126共用，浮空结170由Gr像素116和B像素136共用。浮空结共用的方法不限于图17所示的上下两个，例如，也可以由左右相邻的2个像素共用或者由浮空结对角线方向的2个像素共用。
浮空结169、170的对着光电转换元件161～164的一边，以使倾斜栅电极165、166a～168a下方的沟道宽度固定的方式平行于光电转换元件161～164的斜边地形成。其结果，浮空结169、170不是简单的长方形而是复杂的形状。
通常在传输晶体管为倾斜栅电极时，容易受到由某个像素的入射光引起的串扰影响的像素与上述第一至第三的实施方式的情况不同。由于串扰因栅电极端处入射光发生衍射现象而产生，容易对配置于与光电转换元件一侧的栅电极端部垂直的方向的像素产生串扰。例如，当光入射至R像素时，对倾斜B像素产生串扰，而对左右或者上下相邻的Gr像素或者Gb像素的串扰很小。同样，当光入射至Gr像素时，发生对Gb像素的串扰。
本实施方式为了抑制该串扰，以覆盖在对应的光电转换元件161～164上的方式延伸设置传输晶体管栅电极165～168的至少一个。在图17的例子中，R像素105的栅电极165以覆盖在光电转换元件161上的方式设置。入射至R像素105的入射光比入射至其他像素116～136的光的波长长，因此在半导体衬底中的吸收小，容易发生串扰。因此，R像素105的传输晶体管栅电极165延伸设置于光电转换元件上，从而可以防止R像素105处的光的衍射现象，防止画质的降低。在本实施方式中，传输晶体管的栅电极以仅延伸在R像素上的方式形成，但并不仅限于此，也可以在其他像素上延伸。
由此，可以提供能够抑制半导体衬底中对各像素附近的有源元件的光串扰的固体摄像装置。
变形例4
变形例4为具有倾斜栅电极的固体摄像装置，其特征为以覆盖在相应的光电转换元件上的方式延伸设置所有像素的传输晶体管栅电极。本变形例与第四实施方式同样为2像素2单元方式的固体摄像装置，但在浮空结的共用方式上与第四实施方式不同。
图18为根据变形例4的固体摄像装置的一例的平面示意图。单位单元包括4个像素105、115、125、135。浮空结169、170配置于4个像素105、115、125、135的中央区域，分别由配置于浮空结对角线方向的2个像素共用。即，浮空结170由Gr像素115和Gb像素125共用，浮空结169由R像素105和相邻单位单元的B像素135共用。
各像素的传输晶体管的栅电极165～168以覆盖在对应的光电转换元件161～164上的方式设置。据此可以防止栅电极端部的光的衍射，提供抑制了串扰的固体摄像装置。
当因栅电极覆盖光电转换元件导致光的损失成为问题时，如变形例1所述，通过改变各栅电极的膜厚以补偿因栅电极导致的各像素的入射光的光吸收，从而能够降低各吸收的光的损失。
由此，可以提供能够抑制半导体衬底中对各像素附近的有源元件的光串扰的固体摄像装置。
第五实施方式
本发明的第五实施方式为具有倾斜栅电极的4像素1单元方式的固体摄像装置。另外，单位单元内的至少一个栅电极以覆盖光电转换元件的方式设置。
图19为用于说明4像素1单元方式的固体摄像装置的动作的像素电路结构的一例。4像素1单元方式的固体摄像装置和图11中所示的2像素1单元方式的区别在于，像素区域8-4包含4个光电转换元件1-1～1-4以及4个传输晶体管2-1～2-4，它们共用1个浮空结7。据此，对4个像素可以将浮空结7、复位晶体管3、地址晶体管4以及放大晶体管5削减至各1个。由此，可以增大单位单元的占有面积内的光电转换元件比例，从而可以实现高度集成化。动作上与1像素1单元方式、2像素1单元方式的情形基本相同，但对光电转换元件1-1～1-4中积累的电荷信号顺序读出。
图20为第五实施方式的固体摄像装置的一例的平面示意图。图中给出了2个由包括2行2列的4个像素105、116、126、136的单位单元。在各单位单元的中央区域设置1个浮空结169。各像素的光电转换元件161～164靠近浮动结169的一个角被切为约45°角，在该切去部分倾斜设置传输晶体管栅电极165、166a～168a。
该例中，还以覆盖在光电转换元件161上的方式延伸设置R像素105的传输晶体管栅电极165。其他像素116～136的传输晶体管的栅电极166a～168a与光电转换元件162～164相邻地设置。栅电极不限于以仅延伸在R像素上的方式形成，也可以如上所述选择性地或整个地延伸在其他像素上。此外，通过根据各像素的入射光波长使各栅电极为适当的膜厚，使得入射至各光电转换元件的光的强度不依赖于其波长而大致相同。
如上所述，根据本发明的各种实施方式，通过以延伸至光电转换元件上的方式设置单位单元的至少一个像素如R像素的传输晶体管栅电极，则既可以防止光的衍射现象的发生，又可以提供能够抑制半导体衬底中对各像素附近的有源元件的光串扰的固体摄像装置。
本行业技术人员很容易做出进一部步的提高和改善。因此，本发明在更广的范围上不仅限于此处所述的具体细节和典型实施方式。因而，在不偏离所附权利要求及其等效内容所限定的本发明的主旨的前提下可以对其做出各种改动。

Claims (20)

1.一种固体摄像装置，
具有多个像素，
各像素包括：
设置于半导体衬底中的、将入射光进行光电转换并积累信号电荷的光电转换元件；
邻近上述光电转换元件地设置于上述半导体衬底中的、临时积累信号电荷的浮空结；和
将上述光电转换元件中积累的上述信号电荷传输至上述浮空结的传输晶体管，
其中，至少1个上述传输晶体管具有以覆盖上述光电转换元件上方的方式延伸设置的栅电极。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征为：
上述多个像素中的至少一个像素的上述传输晶体管具有不覆盖上述光电转换元件上方的栅电极。
3.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征为：
还具备包含相邻地设置的多个像素的单位单元，上述单位单元内的各像素的上述光电转换元件接收被选择性地限制在不同的波长区域内的入射光。
4.如权利要求3所述的固体摄像装置，其特征为：
以覆盖上述光电转换元件上方的方式设置的上述栅电极的膜厚，根据入射至该光电转换元件的、被选择性地限制了的入射光的波长而其不同。
5.如权利要求3所述的固体摄像装置，其特征为：
以覆盖上述光电转换元件上方的方式设置的上述栅电极是根据入射于该光电转换元件的、被选择性地限制了的入射光的波长而选择性地被设置的。
6.如权利要求3所述的固体摄像装置，其特征为：
以覆盖上述光电转换元件上方的方式设置的上述栅电极夹着该光电转换元件并延伸至上述浮空结和与其相反一侧相邻的光电转换元件之间的元件区域上。
7.如权利要求3所述的固体摄像装置，其特征为：
上述多个像素中的至少一个像素的上述传输晶体管具有不覆盖上述光电转换元件上方的栅电极。
8.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征为：
上述栅电极为可透过可见光的导电性材料。
9.一种固体摄像装置，
具有多个像素，
各像素包括：
设置于半导体衬底中的、将入射光进行光电转换并并积累信号电荷的光电转换元件；
邻近上述光电转换元件地设置于上述半导体衬底中、临时积累信号电荷的浮空结；和
将上述光电转换元件中积累的上述信号电荷传输至上述浮空结的传输晶体管，
其中，上述浮空结通经由与多个上述光电转换元件对应的上述传输晶体管以由多个上述光电转换元件共用的方式电连接，且
至少一个上述传输晶体管具有以覆盖上述光电转换元件上方的方式设置的栅电极。
10.如权利要求11所述的固体摄像装置，其特征为：
上述多个像素中的至少一个像素的上述传输晶体管具有不覆盖上述光电转换元件上方的栅电极。
11.如权利要求9所述的固体摄像装置，其特征为：
还具备包含相邻地设置的多个像素的单位单元，上述单位单元内的各像素的上述光电转换元件接收被选择性地限制在不同的波长区域内的入射光。
12.如权利要求11所述的固体摄像装置，其特征为：
以覆盖上述光电转换元件上方的方式设置的上述栅电极的膜厚，根据入射至该光电转换元件的、被选择性地限制了的入射光的波长而其不同。
13.如权利要求11所述的固体摄像装置，其特征为：
以覆盖上述光电转换元件上方的方式设置的上述栅电极是根据入射于该光电转换元件的、被选择性地限制了的入射光的波长而选择性地被设置的。
14.如权利要求11所述的固体摄像装置，其特征为：
以覆盖上述光电转换元件上方的方式设置的上述栅电极夹着该光电转换元件并延伸至上述浮空结和与其相反一侧相邻的光电转换元件之间的元件区域上。
15.如权利要求11所述的固体摄像装置，其特征为：
上述多个像素中的至少一个像素的上述传输晶体管具有不覆盖上述光电转换元件上方的栅电极。
16.如权利要求9所述的固体摄像装置，其特征为：
上述栅电极为可透过可见光的导电性材料。
17.如权利要求9所述的固体摄像装置，其特征为：
上述光电转换元件的1个角被倾斜地切去，上述传输晶体管具有倾斜设置于上述光电转换元件的上述倾斜地被切去的角上的栅电极，
上述浮空结配置于4个像素间的中央区域。
18.如权利要求17所述的固体摄像装置，其特征为：
上述浮空结由与该浮空结相邻的2像素所共用。
19.如权利要求18所述的固体摄像装置，其特征为：
上述2个像素沿上述浮空结的对角线方向与该浮空结相邻地配置。
20.如权利要求14所述的固体摄像装置，其特征为：
上述浮空结由与上述浮空结相邻地配置的4个像素所共用。
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