CN101079436A - 固态成像装置以及该装置和摄像机模块的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固态成像装置。所述固态成像装置包括成像区域和外围电路，其中，所述成像区域包括具有光电转换单元和晶体管元件的阵列像素；其中在所述成像区域中根据光瞳校正量而移位的布线与在所述外围电路中不移位的布线通过与所述布线中一个或两者整体形成的连接扩展部分相连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种固态成像装置及其制造方法，具体地说，涉及一种在像素中包括将光电转换单元产生的电荷转化为像素信号的单元的固态成像装置，例如CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器，及其制造方法。这里CMOS图像传感器被描述为通过应用CMOS工艺或部分采用CMOS工艺的图像传感器。而且，本发明涉及一种包括该固态成像装置的摄像模块。
背景技术
CMOS图像传感器是一种固态成像装置，其包括光电转换元件和多个MOS(金属氧化物半导体)晶体管形成的多个像素，该像素排列成二维阵列形式，其中由光电转换单元(photoelectric converting unit)产生的电荷被转化为像素信号并被读取。近年来，这种CMOS图像传感器作为电子装置，例如移动电话单元的内置摄像头，数字摄像头和数字摄像机的成像元件已经成为持续关注的焦点。
图1展示了典型CMOS图像传感器(图像传感器芯片)的示意性设置。如图1所示，CMOS图像传感器1包括：半导体基板上(半导体基片)的像素阵列模块(成像区域)2，以及作为外围电路部分的竖直驱动电路3、快栅极驱动电路4、CDS(对应于双重采样)电路5、水平驱动电路6、AGC(自动增益控制(automatic gain control)电路7、A/D(模拟-数字)转换器(模拟/数字转换电路)8、定时发生器9等。
如图1所示，像素阵列模块2包括：二维阵列形式的多个像素，每个像素包括一个或多个光电转换元件和MOS(金属氧化物半导体)晶体管；各个像素的输出信号线；和驱动每个像素的多个信号线。竖直驱动电路3向像素阵列提供信号，以选择像素的读取行。与竖直驱动电路3相同，快栅极驱动电路4用于选择行，并可以通过与竖直驱动电路3一起调整时间间隔来调整(储存)光电转换元件的曝光时间。
从竖直驱动电路3选择的行所读取的信号输入到每个列或多个列的CDS电路5。CDS电路5接受复位电平和来自每个像素的信号电平，并通过计算复位电平和信号电平的差值来除去每个像素的固定模式噪声。水平驱动电路6顺序选择CDS处理的执行信号和保留在各列当中的信号。被选列的信号在下一阶段提供到AGC电路7，施加适当的增益，通过A/D转换器8转换为数字信号，再输出到图像传感器芯片的外面。而且，各电路模块(竖直驱动电路3、快栅极驱动电路4、CDS电路5、水平驱动电路6、AGC电路7、A/D转换器8等)通过定时发生器9中产生的信号被驱动。
图1中图解的模块设置展示了CMOS图像传感器的实例。也可以使用其他的CMOS图像传感器，如芯片内部不包括A/D转换器的CMOS图像传感器、各列中包括A/D转换器的CMOS图像传感器、包括单CDS电路的CMOS图像传感器、包括多个输出系统如CDS电路、AGC电路和类似物的CMOS图像传感器。通过提供到每列的像素输出线10信号从像素被读取到CDS电路5。
图2展示了上述CMOS图像传感器的像素和外围电路的实例。如图2所示，CMOS图像传感器21包括多个像素(单元晶胞)23构成的二维阵列所形成的像素阵列模块(成像区域)24，每个像素包括一个例如由光电二极管制成的光电转换元件22和多个MOS晶体管及外围电路部分。
光电转换元件22接收光并储存光电转化产生的信号电荷。每个像素设置有多个MOS晶体管，在本例中有4个晶体管，具体地讲是转换晶体管26、复位晶体管27，放大晶体管28和选择晶体管29。转换晶体管26将储存在光电转换元件22中的信号电荷转换为漂流扩散(floating diffusion)(FD)，换言之，即放大晶体管28的栅极。复位晶体管27将放大晶体管28的栅极电位复位。放大晶体管28放大信号电荷。选择晶体管29选择输出像素。
在像素23中，转换晶体管26的源极连接到光电转换元件22，而转换晶体管26的漏极连接到复位晶体管27的源极。控制栅极电位的转换信号线31连接到转换晶体管26的栅极上。复位晶体管27的漏极连接到电源电位提供线30，而其栅极连接到复位信号线32，以控制栅极电位。放大晶体管28的漏极连接到电源电位提供线30，其源极连接到选择晶体管29的漏极，而其栅极连接到转换晶体管26和复位晶体管27之间的漂流扩散(FD)。选择晶体管29的源极连接到像素输出线34，而其栅极连接到选择信号线33，以控制栅极电位。
提供恒定电流的晶体管36连接到像素输出线34，并向选通的放大晶体管28提供恒定电流，使得放大晶体管28作为源输出晶体管运行，并向像素输出线34输出放大晶体管28的栅极电位和与放大晶体管28具有恒定电压差的电位。提供恒定电位的恒定电位提供线37连接到晶体管36的栅极上，使得晶体管36处在提供恒定电流的饱和区运行。
另一方面，竖直选择器41、列选择器42和CDS(相关重采样)电路43配置为外围电路。而且，像素23的每行提供有：行选择“与”元件45，其输出端连接到转换信号线31上；行选择“与”元件46，其输出端连接到复位信号线32上；和行选择“与”元件47，其输出端连接到选择信号线33。
每行的行选择“与”元件45的一个输入端连接到用以向转换信号线31提供转换脉冲的脉冲终端48上，而其另一输入端连接到竖直选择器41的输出。每行的行选择“与”元件46的一个输入端连接到用以向复位信号线32提供复位脉冲的脉冲终端49上，而另一输入端连接到竖直选择器41的输出。每行的行选择“与”元件47的一个输入端连接到用以向选择信号线33提供选择脉冲的脉冲终端50上，而其另一输入端连接到竖直选择器41的输出。
根据上述设置，每个控制脉冲只提供给竖直选择器41选择的信号线。从每个像素23的读取操作按照如下说明与图3所示的驱动信号一起执行。
如图3所示，转换信号(脉冲)S1提供给转换信号线31，复位信号(脉冲)S2提供给复位信号线32，而选择信号(脉冲)S3提供给选择信号线33。
首先，提供选择脉冲S3和复位脉冲S2。待读取行的选择晶体管29和复位晶体管27导通，而放大晶体管28的栅极(漂流扩散FD)复位。复位晶体管27截止后，对应每个像素23的复位电平的电压在下一状态读入到CDS电路43。此后，提供转换脉冲S1，而且转换晶体管26导通，以转换储存在光电转换元件22中的电荷到漂流扩散(FD)，换言之，即放大晶体管28的栅极。电荷转换后，转换晶体管26截止，而对应电荷储存量的电压在下一状态读入到CDS电路43。
CDS电路43计算先前读取的复位电平与信号电平之间的差值，并根据每个像素的放大晶体管28的栅极限电压Vth的变化来除去固定模式噪声。当CDS电路43内的储存信号被列选择器42选定时，选通信号通过水平信号线44在下一状态如AGC(自动增益控制)电路开始处理的状态读入到电路中。
图4是展示图1所示的像素阵列模块2的示意性剖面结构的示意图。在该像素阵列部分，对应各像素的多个光电转换元件22形成在半导体基板51上。虽然图4只示出了光电转换元件22，但是上述的其他MOS晶体管26、27、28和29也形成在相应的像素上。多个布线层，在该例中三个布线层53、54和55，通过绝缘中间层52形成在半导体基板51上。这些布线层对应于竖直信号线34、复位信号线32、转换信号线31、选择信号线33、电源提供线30和独立提供到这些线30至34上的连接电极(连接各信号线和MOS晶体管)。
这里，水平和竖直方向上的信号线(34、32、31、33和连接电极)设置为形成围绕光电转换元件22的口开部分。电源布线30对应于第三布线层55，并形成在最上层。如图5所示，该布线层55作为电源提供线30形成为具有对应于光电转换元件22[220、221、222…]的开口61。这些布线层53至55还可以作为遮光层。颜色滤光片63形成在最上层的绝缘中间层(即平坦化膜(planarized film)62)上，而片装微型透镜64形成在颜色滤光片63上。
当前，如上所述的固态成像装置典型地包括片装微型透镜，以提高光学聚焦率。但是，在光倾斜入射的成像区域的外围部分，由片装微型透镜聚焦的光中心从光电转换元件的中心移位。因此，降低了光学聚焦率，进而降低了灵敏度。与中心相比成像区域的外围部分灵敏度的下降更大，而且导致“遮光”的结果。因此片装微型透镜被移位以控制该遮光现象。
而且，由于CMOS图像传感器包括多个布线层，布线层遮挡入射光而造成遮光。由于CCD(电荷耦合装置)固态成像装置具有与CMOS图像传感器不同的结构，入射光不被布线层遮挡。日本未审查专利申请2004-253568号和2003-273342号已经提出了通过移位布线层来控制遮光的技术。
发明内容
在CMOS图像传感器中，有必要移位布线层并保持电连接。因此，在整个表面例如图5所示的形成电源提供线的布线层55的布线中，布线层可以相对容易地移位。例如上述在水平和竖直方向延伸的布线层53和54的布线连接到外围电路，因此不能移位。结果，入射光可能被布线层53和54遮挡造成遮光现象。
具体地讲，如图6所示，连接到像素的布线63(对应于布线层53和54)包括各光电转换元件22[220、221、222]，形成在成像区域61中；并且竖直驱动电路，这里，构成竖直驱动的MOS晶体管65形成在外围电路62中。该MOS晶体管65包括一对源/漏区域66和67及栅极电极68。电极(布线)69和70连接到各源/漏区域66和67。构成竖直驱动器的MOS晶体管65形成为使得电极69和70和接触部分71的位置可以固定到预定的位置。因此，为了连接成像区域61的布线63与源/漏区域66中的电极69，即为了延伸布线63以连接到图6所示的接触部分71，布线63应该形成在预定的位置上，而且不可以根据成像区域的光瞳校正量(pupil correction amount)移位。
换言之，外围电路的布线位置是固定的。因此，如果上述布线层53和54移位，并且形成为防止遮挡倾斜入射的光，则布线53和54可以不连接到外围电路62的布线69上。因此，布线层53和54的位置可以不移位。
另一方面，日本未审查专利申请2003-273342号(见图7)提出了一种方法，其中每个外围电路84的布线84A和像素阵列80中根据光瞳校正量移位的每个信号线82通过都设置在外围电路84中的布线单元元件86连接。因此，在信号线和外围电路位置不对准的情况下，配线可以连接到外围电路上。但是，当布线图案形成为使得信号线82和外围电路的布线84A使用配线单元元件86集成时，根据光瞳校正量的每一布线图案应该需要不同的排布，从而使得用以布置配线的掩模设计变得困难。
希望提供一种通过成像区域布线移位来有效控制遮光并且用以布置配线的掩模设计也很容易的固态成像装置及其制造方法。
同样，希望提供包括这样的固态成像装置的摄像模块。
根据本发明的实施例，提供了包括成像区域和外围电路的固态成像装置，该成像区域包括具有光电转换单元和晶体管元件的阵列像素，其中，在该成像区域中，根据光瞳校正量而移位的布线和在外围电路中不移位的布线通过与该布线中一个或全部两个整体形成在一起的连接扩展部分(connection expanded portion)而连接。
在根据本发明实施例的固态成像装置中，由于连接扩展部分形成在成像区域中的移位布线和在外围电路中的未移位布线中的一个或两者上，在成像区域中的布线可以在连接扩展部分的范围内移位，而移位的布线和外围电路中的未移位布线可以连接。
根据本发明的实施例，提供了包括成像区域和外围电路的固态成像装置，该成像区域包括具有光电转换单元和晶体管元件的阵列像素，其中在该成像区域中根据光瞳校正量而移位的布线通过与该布线整体形成的连接扩展部分连接到外围电路中的元件的接触区域。
在根据本发明实施例的固态成像装置中，由于连接扩展部分整体形成在移位的布线上，而且该连接扩展部分和外围电路元件的接触部分在该连接扩展部分的范围内连接，因此该成像区域内的布线可移位。
根据本发明的实施例，提供了包括成像区域和外围电路的固态成像装置的制造方法，该成像区域包括具有光电转换单元和晶体管元件的阵列像素，其中在该成像区域中根据光瞳校正量而移位的布线和在外围电路中不移位的布线相连接。该方法包括以下步骤：在不同层上形成成像区域布线和外围电路布线；并且通过与该布线中一个或两者整体形成的连接扩展部分来连接所述两个布线。
在根据本发明实施例的固态成像装置的制造方法中，由于成像区域的布线和外围电路的布线通过连接扩展部分连接，因此只有成像区域中的布线可以移位，而外围电路的布线不移位。
根据本发明的实施例，提供了包括成像区域和外围电路的固态成像装置，该成像区域包括具有光电转换单元和晶体管元件的阵列像素，其中在该成像区域中根据光瞳校正量而移位的布线和在外围电路中不移位的布线相连接。该方法包括用单布线层形成通过扩展部分连接的在成像区域中的布线和在外围电路中的布线的步骤。
在根据本发明实施例的固态成像装置的制造方法中，由于成像区域中的布线和外围电路中的布线通过连接扩展部分连接，因此只有成像区域中的布线可以移位，而外围电路中的布线不移位。而且由于彼此连接的外围电路中的布线和成像区域的布线由单布线层形成，可以减少制造工序。
根据本发明的实施例，提供了包括成像区域和外围电路的固态成像装置，该成像区域包括具有光电转换单元和晶体管元件的阵列像素，其中在该成像区域中根据光瞳校正量而移位的布线和在外围电路中不移位的元件相连接。该方法包括以下步骤：使用单布线层形成在成像区域中的布线和在该布线的延伸端部分的连接扩展部分；并且连接该连接扩展部分和元件的接触区域。
在根据本发明实施例的固态成像装置中，由于在成像区域中的布线和在延伸端部分的连接扩展部分由单布线层形成，而且成像区域中的布线和外围电路中的元件的接触部分通过连接扩展部分连接，因此只有成像区域中的布线可以移位，而外围电路元件的接触区域不移位。
根据本发明的实施例，提供了包括固态成像装置和光学透镜系统的摄像机模块，其中，固态成像装置包括成像区域和外围电路，该成像区域包括具有光电转换单元和晶体管元件的阵列像素。成像区域中根据光瞳校正量而移位的布线与外围电路中不移位的布线通过与该布线中一个或两者整体形成的连接扩展部分相连接。
根据本发明的实施例，提供了包括固态成像装置和光学透镜系统的摄像机模块，其中，固态成像装置包括成像区域和外围电路，该成像区域包括具有光电转换单元和晶体管元件的阵列像素。成像区域中根据光瞳校正量而移位的布线通过与该布线整体形成的连接扩展部分连接到外围电路中的元件的接触区域。
在根据实施例的固态成像装置中，由于只有成像区域内的布线可以移位，而形成在外围电路中的布线或元件的接触区域不移位，因此可以更有效地控制由多层布线引起的遮光现象。而且当设计用于布置配线的掩模时，由于掩模可以设计成使得与连接扩展部分集成在一起的布线上的图案数据为不变的，而连接位置可以根据光瞳校正量而改变，因此掩模容易设计。
而且，在根据实施例的固态成像装置的制造方法中，只有成像区域中的布线可以移位，而且形成在外围电路中的布线或元件的接触区域不移位，因此可以更有效地控制由多层布线引起的遮光现象。
此外，在根据实施例的摄像机模块中，由于摄像机模块包括上述可控制遮光的固态成像装置，因此可以提高图像质量。
附图说明
图1是展示CMOS摄像传感器实例的框图；
图2是展示CMOS摄像传感器的像素和外围电路实例的示意图；
图3是与图2所示的CMOS摄像传感器一起使用的驱动信号的波形图；
图4是展示根据相关技术的成像区域剖面结构的剖面图；
图5是展示整个表面布线上的布线从成像区域中移位的实例的平面图；
图6是展示成像区域内布线和根据相关技术的外围电路布线的连接实例的平面图；
图7是展示成像区域内布线和根据相关技术的外围电路布线的连接的另一实例的平面图；
图8是展示根据本发明第一实施例的固态成像装置的主要部分的框图；
图9是展示根据本发明第一实施例的连接扩展部分的实例的示意图；
图10A和图10B分别是展示根据本发明第一实施例的连接扩展部分实例的示意图；
图11是展示根据本发明第一实施例的成像区域剖面结构的剖面图；
图12是展示根据本发明第二实施例的固态成像装置的主要部分的框图；
图13是展示根据本发明第二实施例的连接扩展部分的实例的示意图；
图14A和图14B分别是展示根据本发明第二实施例的连接扩展部分的实例的示意图；
图15是展示根据本发明第三实施例的固态成像装置的主要部分的框图；
图16是展示根据本发明实施例的模块的框图。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的实施例。
图8至图11是展示根据本发明第一实施例的固体成像装置的示意图。如图8所示，固态成像装置101包括成像区域和外围电路，其中，在所述成像区域中，由光电转换元件形成的多个单位晶胞和用以从该光电转换元件读取信号的MOS晶体管排列成二维阵列。单位晶胞可以是由一个光电转换元件和多个MOS晶体管形成的一个像素，或者可以由包括多个光电转换元件共享的多个MOS晶体管的多个像素所形成。
例如，图1和图2所示的前面提到的CMOS摄像传感器，或者其改变后的CMOS摄像传感器部分可以应用于根据本发明实施例的固态成像装置101。
应该注意的是，图2中的像素输出线34、传输信号线31、复位信号线32和选择信号线33例如由除了最上层之外的不同的布线层形成，而电源电位提供线(电源线)30由最上层的布线层形成。复位信号线32和选择信号线33由同一布线层形成。
如图8所示，在本发明的实施例中，布线106、107、108连接到成像区域102中包括光电转换元件110、111和112的各自像素上，而且根据光瞳校正量移位。布线106、107、108通过与布线层125整体地形成在一起的连接扩展部分130连接到外围电路103中不移位的布线125上。图8展示了图1所示的像素阵列模块部分，即成像区域2与竖直驱动电路3连接。
在该实施例中，在根据光瞳校正量而移位的布线方向上具有预定宽度的连接扩展部分130设置在从竖直驱动电路延伸出的布线125的尖端部分，这里，竖直驱动器127、128和129由MOS晶体管121形成。更具体地讲，连接扩展部分130的宽度至少为相对于距成像区域102中心的距离的最大移位宽度。竖直驱动器127至129中的布线125没有移位，而是固定在预定的位置。
另一方面，成像区域102中的布线106至108形成在对应光瞳校正量的位移的位置上，该光瞳校正量根据成像区域102中心到外围的距离而改变，进而连接端在竖直驱动器127到129中连接到布线125的连接扩展部分130上。布线106至108形成为使得移位量从成像区域102中心到外围逐渐增加。
竖直驱动器127到129中的每个MOS晶体管121包括一对源/漏区域122、123，以及通过栅极绝缘膜形成的栅极电极124，而布线(电极)125和126通过接触区域120形成在源/漏区域122和123上。连接扩展部分130形成在一个源/漏区域122的布线125上。
作为信号线的布线106至108连接到连接扩展部分130上的依次分布的位置上，该连接扩展部分130设置在竖直驱动器127至129中的布线125上。根据本发明的第一实施例，成像区域102中的布线106至108、竖直驱动器127至129中的布线125和连接扩展部分130通过第一布线层整体形成。
对于对应于成像区域102竖直方向上的所有像素而形成的所有的竖直驱动器，包括连接扩展部分130的布线125的图案形状可以制成与布线125相同。具体地讲，提供了一种布线图案。在这一情况下，如图9所示，图案成形为使得布线125从连接扩展部分130的中心延伸出来。因此，连接扩展部分130的整个宽度W3对应于相对于距成像区域102中心的距离的最大移位宽度的两倍，而且能够接触。
在图9所示的图案形状的情况下，由于作为信号线的布线(106至108)在以通过成像区域102中心的水平轴为界限的上下区域内的相反方向上移位，结果对应的连接扩展部分130大约一半的区域没有用于连接。
因此，如图10A和10B所示，可以除去连接扩展部分130的未使用部分，而且与连接扩展部分130一起的布线125的图案可以形成为如下描述的形状。具体地讲，该连接扩展部分130关于以通过成像区域102中心的水平轴为界限的上下区域内具有对称的图案形状，即连接扩展部分130[130A，130B]的宽度等于对应光瞳校正量的最大移位量W2，而且具有接触宽度W3。图10A展示了成像区域102的上区域的布线图案，而图10B展示了成像区域102的下区域的布线图案。更具体地讲，两种布线图案按照外围电路103的布线图案形成。应该注意的是，图10A和10B所示的布线图案是根据布线63的状态形成的，其中布线63在图6所示成像区域中的相关技术中没有移位。
虽然没有示出，但是可以通过上面提到的提供给外围电路103的布线的连接扩展部分130来连接移位的像素输出线34(见图2)和外围电路中没有移位的布线。这种情况下，像素输出线34可以由第一层的布线层以外的布线层形成，外围电路103的布线和连接扩展部分130可以由第一布线层形成，而连接扩展部分130和像素输出线34可以通过埋入导电层(buried conductivelayer)连接。
仍如前述，最上布线层的电源提供线30形成为使得对应于光电转换元件的开口位置可以根据光瞳校正量从中心向外围移位。类似地，片装微型透镜(on-chip microlens)和颜色滤光片(color filter)形成为使得其移位量从中心向外围增加。
图11展示了根据本发明实施例的成像区域的示意性剖面结构。在该成像区域中，对应各像素的多个光电转换元件22形成在半导体基板91上。虽然图11只示出了光电转换元件，但是多个以上描述的其他MOS晶体管也形成在相应的像素上。如图11所示，多个布线层(在此例中为三个布线层93、94和95)穿过绝缘中间层92形成在半导体基板91上。三个布线层93、94和95形成为使得开口中心可以从光电转换元件22的中心移位，即根据光瞳校正量从成像区域的中心向外围移位。颜色滤光片97和片装微型透镜98形成在最上层的绝缘中间层(即平坦化膜96)上。颜色滤光片97和片装微型透镜98也形成为使得其中心从光电转换元件22的中心移位。
根据本发明第一实施例的固态成像装置可以按如下制造。在半导体基板中形成成像区域的区域上，形成由光电转换元件和晶体管形成的像素二维阵列，并且在形成外围电路的区域上形成相应的电路。然后，第一布线层形成为穿过绝缘中间层，并且通过在第一布线层上进行一次图案成形来形成彼此连接的成像区域中的布线106至108、连接扩展部分130和外围电路中的布线125。而且，连接到像素输出线的外围电路中的布线例如由第一布线层形成，以致包括连接扩展部分。此后，形成绝缘中间层，并且在该绝缘中间层上形成连接到上述连接扩展部分的埋入导电层。接下来，由第二布线层形成连接到该埋入导电层的像素输出线。随后，穿过绝缘中间层由第三布线层形成电源线，并通过平坦化膜形成颜色滤光片和片装微型透镜。
在根据本发明第一实施例的固态成像装置101中，具有对应于根据光瞳校正量的至少最大移位宽度或更大预定宽度的连接扩展部分130形成在外围电路103中的布线上，例如，在竖直驱动电路的布线125上，而且成像区域102中的移位的布线106至108通过该连接扩展部分130连接到外围电路上。因此，只有成像区域102的布线106至108在不需竖直驱动电路内的布线125移位的情况下移动。因此，可以提供有效控制遮光的固态成像装置。而且，当设计用于布置配线的掩模时，可以使用这样的数据进行设计，即外围电路布线125和提供在尖端的连接扩展部分130的布线图案数据一致，而且连接到成像区域内移位的布线106至108上的布线位置根据光瞳校正量的不同而不同。因此，与上述根据2003-273342号日本未审查专利申请中每个布线数据都不同的情况相比，掩模更容易设计。
根据该第一实施例，连接扩展部分130与作为外围电路103的竖直驱动电路内未移位的布线125整体形成，而连接扩展部分130可以与成像区域102内移位的布线106至108整体地形成。
图12是展示根据本发明第二实施例的固态成像装置的示意图。固态成像装置138包括成像区域和外围电路，其中，在所述成像区域中，每个由多个光电转换元件和用以从该光电转换元件读取信号的多个MOS晶体管所形成的多个单位晶胞设置成二维阵列。单位晶胞的设置与本发明第一实施例中描述的相同。
而且在本发明的第二实施例中，与第一实施例相类似，可以采用图1和图2所示的前面提到的CMOS摄像传感器。与本发明第一实施例中的情况类似，可以选择各信号线和多层布线层之间的关系。
如图12所示，根据本发明第二实施例，布线106、107、108通过连接扩展部分140和141彼此连接，其中，所述布线106、107、108作为信号线连接到成像区域102内包括光电转换元件110、111和112的各像素上，并根据光瞳校正量移位，而布线125在外围电路103中未移位。图12展示了前面提到的图1所示的像素阵列模块，即成像区域2，和形成外围电路的竖直驱动电路3连接。
在该第二实施例中，在根据光瞳校正量而移位的布线方向上具有预定宽度的连接扩展部分140设置在成像区域102中的各布线106至108的尖端。另一方面，在根据光瞳校正量而移位的布线方向上具有预定宽度的连接扩展部分141设置在从竖直驱动电路延伸出的布线125的尖端部分，这里，竖直驱动器127、128和129由MOS晶体管121形成。即，连接扩展部分140和141的宽度可以至少为对应于距成像区域102中心的距离的最大移位宽度。
竖直驱动器127至129中的布线125没有移位，而固定到预定的位置。成像区域中的布线106至108形成在对应光瞳校正量而分布的位置上，该光瞳校正量根据成像区域中心到外围的距离而变化。布线106至108形成为使得移位量从成像区域102中心到外围逐渐增加。连接扩展部分140和141形成在成像区域102和外围电路103之间的界限附近。
在第二实施例中，竖直驱动器127至129中的布线125和该布线125尖端的连接扩展部分141由预定的布线层(在本例中是第一层)整体形成。作为信号线的布线106至108和该布线106至108尖端的连接扩展部分140由预定的布线层(在本例中是第二层)整体形成。对应的连接扩展部分140和141通过形成在绝缘中间层中的埋入导电层连接。具体地讲，在根据光瞳校正量依次移位的位置上，作为信号线的布线106至108的连接扩展部分140连接到为竖直驱动器127至129的布线125所提供的连接扩展部分141。
每个竖直驱动器127至129中MOS晶体管121的设置与第一实施例中的说明情况类似，因此不再详细描述。
布线106至108和125包括形成在其尖端的连接扩展部分140和141，其图案形状可以制成为使得对应成像区域102竖直方向的所有像素所形成的所有竖直驱动器内的布线125相同(见图13)。即提供一种布线图案。
而且，在图13所示的图案形状的情况下，由于布线(106至108)作为信号线在通过成像区域102中心的水平轴为界限的上下区域内以相反的方向移位，结果各连接扩展部分140和141大约一半的区域没有用于连接。
因此，如图14A和14B所示，可以除去连接扩展部分140和141的未使用部分，而且布线106至108和125及连接扩展部分140和141的图案可以形成为如下描述的形状。具体地讲，该连接扩展部分140关于以通过成像区域102中心的水平轴为界限的上下区域具有对称的图案形状，即连接扩展部分140[140A，140B]和141[141A，141B]的宽度等于对应光瞳校正量的最大移位量W2，而且具有接触宽度W3。图14A展示了上区域的布线图案，而图10B展示了下区域的布线图案。更具体地讲，在此情况下，两种布线图案分别形成为成像区域102的布线图案和外围电路103的布线图案。应该注意的是，图14A和14B所示的布线图案是根据布线63的状态形成的，其中布线63在图6所示成像区域中的相关技术中没有移位。
此外，未移位的布线125的连接扩展部分141可以具有足够的接触宽度，而且移位的布线106至108内的单独的连接扩展部分140可以具有图13、图14A和14B所示的设置形式。而且连接扩展部分140和141之间的关系可以颠倒过来。
虽然图中没有示出，但是可以使用连接扩展部分来连接移位的像素输出线34和未移位的外围电路的布线，类似于上面描述的通过形成在绝缘中间层内的埋入导电层提供在各布线上的情况。作为选择，与第一实施例相同，像素输出线34和连接到该像素输出线34的外围电路内的布线可以由第一层的布线层形成。而且，由最上布线层形成的电源提供线可以形成为使得对应光电转换元件的开口位置根据光瞳校正量从中心向外围移位，同时片装微型透镜和颜色滤光片也可以从中心向外围移位。根据本发明第二实施例的成像区域的示意性剖面结构可以与图11中展示的相同。
根据本发明第二实施例的固态成像装置可以按如下制造。在半导体基板形成成像区域的区域上，形成由光电转换元件和晶体管形成的像素二维阵列，并且在形成外围电路的区域上形成相应的电路。然后，通过绝缘中间层构第一布线层图案可以形成在外围电路例如整体形成的竖直驱动电路中的具有连接扩展部分141的布线。同样，像素输出线和外围电路中连接到该像素输出线的布线例如由第一布线层形成。此后，形成绝缘中间层，并且在该绝缘中间层上形成连接到上述连接扩展部分141的埋入导电层。之后，形成第二布线层，并给该第二布线层构图来形成具有整体形成在成像区域内的连接扩展部分140的布线。这里，布线形成为使得连接扩展部分140可以连接到埋入导电层。接下来，可以通过绝缘中间层由第三布线层形成电源提供线，并通过平坦化膜形成颜色滤光片和片装微型透镜。
在根据本发明第二实施例的固态成像装置138中，具有至少对应根据光瞳校正量的最大移位宽度或更大预定宽度的连接扩展部分140和141形成在外围电路103中的一个或全部两个布线上，例如，在竖直驱动电路的布线125和成像区域102中的布线106至108上，而且连接扩展部分140和141都是连接的。所以，只有成像区域102内的布线106至108的设置不需竖直驱动电路内布线125的移位。因此，可以提供有效控制遮光的固态成像装置。而且，当设计用于布置配线的掩模时，可以使用这样的数据进行设计掩模，即布线125和提供在尖端的连接扩展部分141的布线图案数据一致，而且提供在布线106至108的尖端上的连接扩展部分140和连接扩展部分141的连接位置根据光瞳校正量的不同而不同。因此，与上述日本未审查专利申请2003-273342号中每个布线数据都不同的情况相比，掩模更容易设计。
图15是展示根据本发明第三实施例的固态成像装置的示意图。根据本发明第三实施例的固态成像装置151包括成像区域和外围电路，其中，在所述成像区域中，由光电转换元件形成的多个单位晶胞和用以从该光电转换元件读取信号的多MOS晶体管排列成二维阵列。单位晶胞的设置与本发明第一实施例中描述的类似。
而且，与第一实施例相类似，在本发明的第三实施例中可以应用图1和图2所示的前面提到的CMOS摄像传感器。各信号线和多层布线层之间的关系可以制造为与本发明第一实施例中的情况相类似。
如图15所示，根据本发明的第三实施例，布线106至108连接到成像区域102中的包括光电转换元件110、111和112的各像素上，而且根据光瞳校正量移位。连接扩展部分156分别形成在向外围电路103延伸的布线106至108的延伸端153、154和155上。而且，根据第三实施例，延伸端153、154和155通过连接扩展部分156连接到外围电路103的元件上，在该例中，连接到构成竖直驱动电路中的各竖直驱动器127至129的MOS晶体管121的接触区域120。图15展示了图1所示的像素阵列模块的部分，即成像区域2与形成周围电路的竖直驱动电路3连接。
在该第三实施例中，在根据光瞳校正量的布线移位方向上具有预定宽度的连接扩展部分156设置在从成像区域102内的布线106至108的延伸端153至155上。该连接扩展部分156可以具有对应于根据光瞳校正量的至少最大移位宽度或更大的预定宽度。该连接扩展部分156连接到形成竖直驱动器127至129的MOS晶体管121的一个源/漏区域122的接触区域120上。该接触区域的位置是固定的。
由于布线106至108根据光瞳校正量设置，与延伸端153至155整体形成的该连接扩展部分156按照依次移位的位置连接到MOS晶体管121的源/漏区域122的接触区域120上。在该第三实施例中，布线106至108和延伸端153至155上的连接扩展部分156由相同的布线层例如第一布线层形成，而且连接扩展部分156和源/漏区域122的接触区域120通过形成在绝缘中间层中的埋入导电层连接。
连接扩展部分156的图案形状可以形成为与对应成像区域102竖直方向的所有像素所形成的所有竖直驱动器的布线125相同。具体地讲，提供一种布线图案。该连接扩展部分156的设置与本发明第一实施例中的说明相类似。
而且，由于成为信号线的布线(106至108)在以通过成像区域102中心的水平轴为界限的上下区域内的相反方向上移位，连接扩展部分156的图案形状可以关于该上下区域对称。具体地讲，该连接扩展部分156具有这样的图案形状，该图案形状具有等于对应光瞳校正量的最大移位量的宽度，并且具有可接触的宽度。
虽然没有示出，但是移位的像素输出线(布线)和布线未移位的外围电路中元件的接触区域同样可以按照以上描述连接。而且，由最上布线层形成的电源提供线形成为使得对应光电转换元件的开口位置可以根据光瞳校正量从中心向外围移位。同样，片装微型透镜和颜色滤光片可以从中心向外围移位。根据本发明第三实施例的成像区域的示意性剖面结构可以与图9中展示的相类似。
在根据本发明第三实施例的固态成像装置151中，具有根据光瞳校正量的预定宽度的连接扩展部分156提供到成像区域102中的布线106至108的延伸端153至155上。该连接扩展部分156和外围电路中的元件的接触区域，在该例中，形成竖直驱动电路的MOS晶体管121的源/漏区域122的接触区域120连接在一起。所以，在不移位竖直驱动电路中的接触区域120的情况下，只移动成像区域102中的布线106至108。因此，可以提供有效控制遮光的固态成像装置。而且，当设计用于布置配线的掩模时，可以使用这样的数据进行设计，即连接扩展部分156的布线图案数据是一致的，而且连接扩展部分156和布线106至108的连接位置根据光瞳校正量的不同而不同。因此，与上述日本未审查专利申请2003-273342号中的每个布线数据都不同的情况相比，掩模更容易设计。
根据本发明实施例的固态成像装置可以应用于电子装置模块和摄像机模块。图16展示了电子装置模块和摄像机模块的示意性构造。图16所示的模块可以用作电子装置模块和摄像机模块。模块160在此可以结合根据上述实施例的任何固态成像装置；即CMOS图像传感器101、138或151、光学透镜系统161、输入/输出单元162、信号处理单元(数字信号处理器)163和控制光学透镜系统的中央处理单元(CPU)164结合起来。而且，该电子装置模块或摄像机模块165可以只形成有CMOS图像传感器101、138或151、光学透镜系统161、输入/输出单元162。该模块还可以包括CMOS图像传感器101、138或151、光学透镜系统161、输入/输出单元162和信号处理设备163。
根据该电子装置模块和摄像机模块，CMOS图像传感器中的遮光可以更有效的控制，而且可以提高图像质量。
本领域中的技术人员应该理解的是，根据设计需要和其他因素可以在所附权利要求或其等同物的范围内做出各种修改、结合、部分结合或替换。
Claims (10)
1、一种固态成像装置，其包括：
成像区域，其包括具有光电转换单元和晶体管元件的阵列像素；和
外围电路，其中
在所述成像区域中根据光瞳校正量而移位的布线和在所述外围电路中不移位的布线通过连接扩展部分连接起来，所述连接扩展部分与所述布线中一个或全部两个整体形成在一起。
2、根据权利要求1的固态成像装置，其中
所述连接扩展部分相对于距所述成像区域中心的距离，具有对应于最大移位宽度的宽度或更大的宽度。
3、根据权利要求1的固态成像装置，其中
所述连接扩展部分形成在所述成像区域和所述外围电路之间的界限附近。
4、根据权利要求1的固态成像装置，其中
在所述成像区域中的所述布线和在所述外围电路中的所述布线由彼此不同的布线层形成。
5、一种固态成像装置，其包括：
成像区域，其包括具有光电转换单元和晶体管元件的阵列像素；和
外围电路，其中
在所述成像区域中根据光瞳校正量而移位的布线通过与所述布线整体形成的连接扩展部分连接到所述外围电路元件的接触区域。
6、一种固态成像装置的制造方法，所述固态成像装置包括成像区域和外围电路，所述成像区域包括具有光电转换单元和晶体管元件的阵列像素，其中在所述成像区域中根据光瞳校正量而移位的布线和在所述外围电路中不移位的布线相连接，所述方法包括以下步骤：
用不同的层形成所述成像区域中的布线和所述外围电路中的布线；并且
通过与所述布线中一个或两者整体形成的连接扩展部分连接所述两个布线。
7、一种固态成像装置的制造方法，所述固态成像装置包括成像区域和外围电路，所述成像区域包括具有光电转换单元和晶体管元件的阵列像素，其中在所述成像区域中根据光瞳校正量而移位的布线和在所述外围电路中不移位的布线相连接，所述方法包括以下步骤：
通过具有单布线层的连接扩展部分形成彼此连接的在所述成像区域中的布线和在所述外围电路中的布线。
8、一种固态成像装置的制造方法，所述固态成像装置包括成像区域和外围电路，所述成像区域包括具有光电转换单元和晶体管元件的阵列像素，其中在所述成像区域中根据光瞳校正量而移位的布线和在所述外围电路中不移位的元件相连接，所述方法包括以下步骤：
用单布线层形成在所述成像区域中的所述布线和在所述布线的延伸端部分的连接扩展部分；和
连接所述连接扩展部分和所述元件的接触区域。
9、一种摄像机模块，其包括：
固态成像装置；和
光学透镜系统，其中
所述固态成像装置包括成像区域和外围电路，所述成像区域包括具有光电转换单元和晶体管元件的阵列像素，在所述成像区域中根据光瞳校正量而移位的布线与在所述外围电路中不移位的布线通过与所述布线中一个或两者整体形成的连接扩展部分相连接。
10、一种摄像机模块，其包括：
固态成像装置；和
光学透镜系统，其中
所述固态成像装置包括成像区域和外围电路，所述成像区域包括具有光电转换单元和晶体管元件的阵列像素，在所述成像区域中根据光瞳校正量而移位的布线通过与所述布线整体形成的连接扩展部分连接到所述外围电路中的元件的接触区域。
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