CN102157536B - 固态成像器件和电子装置 - Google Patents

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Abstract

一种固态成像器件，其包括像素区域，其中二维地安排在多个光电转换部分中共享像素晶体管的共享像素。在共享像素的列方向上分开地安排共享的像素晶体管，安排相邻的共享像素之间共享的像素晶体管，以便为水平反转或/和垂直交叉，并且沿着列方向安排连接到共享像素中的浮置扩散部分、重置晶体管的源极和放大晶体管的栅极的连接布线。

Description

固态成像器件和电子装置
技术领域
本发明涉及CMOS型固态成像器件和包括该固态成像器件的电子装置，该固态成像器件例如可应用于相机等。
背景技术
作为固态成像器件，CMOS固态成像器件是已知的。因为CMOS固态成像器件具有低电源电压和低功耗，所以CMOS固态成像器件在数字照相机、数字摄像机、各种移动终端(如其中包括相机的移动电话)、打印机等中使用。
不像CCD固态成像器件，在CMOS固态成像器件中，在像素区域中安排的像素除了作为光电转换部分的光电PD外还包括多个像素晶体管。在一般的单元像素中，像素晶体管包括四个晶体管，即，包括作为电压转换部分的浮置扩散部分FD的传送晶体管、重置晶体管、放大晶体管和选择晶体管。可替代地，像素晶体管包括三个晶体管，即，传送晶体管、重置晶体管和放大晶体管，省略了选择晶体管。因为作为像素单元，光电二极管和多个像素晶体管是必需的，所以难以减小像素的尺寸。
然而，近来使用这样的技术，该技术除了光电PD外必须包括在多个像素之间共享像素晶体管的所谓多像素共享结构，以便抑制由一个像素占据的面积的尺寸。图29示出一种固态成像器件的示例，其中通过在日本未审专利申请公开No.2006-54276中描述的多像素共享结构二维排列共享像素。固态成像器件91是四像素共享示例，其中以Z字形排列光电二极管PD。在固态成像器件91中，二维排列多组共享一个浮置扩散部分FD的两个倾斜相邻的光电二极管PD。共享的像素包括通过在垂直方向上相邻的两组以Z字形排列的四个光电二极管PD1到PD4、和在一组的上面和下面位置划分的像素晶体管形成区域114中的两个电路分组(像素晶体管)。
在两组的浮置扩散部分FD和在其间包夹浮置扩散部分FD的两个光电二极管PD之间形成传送栅极电极TG[TG1到TG4]。在共享的像素中，该两组通过连接布线92电连接到像素晶体管区域94中的两个电路分组，以便共享垂直方向的四个光电二极管PD1到PD4。也就是说，浮置扩散部分FD1和FD2、放大晶体管的栅极电极(未示出)和重置晶体管的源极(未示出)沿着垂直方向通过连接布线92(所谓的FD布线)连接。
在日本未审专利申请公开No.2004-172950、2005-157953、2009-135319、2003-31785和2005-223860中公开了CMOS固态成像器件的现有技术。
在日本未审专利申请公开No.2004-172950和2005-157953中，公开了其中共享两个像素的CMOS固态成像器件。
在日本未审专利申请公开No.2009-135319中，公开了这样的CMOS固态成像器件，其中共享位于垂直方向的两个像素和位于水平方向的两个像素(即，总共四个像素)。
在日本未审专利申请公开No.2003-31785中，公开了后部照明型CMOS固态成像器件。
在日本未审专利申请公开No.2003-31785中，公开了用于执行垂直条纹校正的CMOS固态成像器件。
发明内容
作为图29所示的共享像素的配置，考虑这样的配置，其中在如图30所示划分的像素晶体管中，重置晶体管Tr2安排在上侧，并且放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路安排在下侧。重置晶体管Tr2包括重置栅极电极106、源极区域104和漏极区域105。放大晶体管Tr3具有放大栅极电极109，并且配置扩散区域116和117作为源极区域和漏极区域。选择晶体管Tr4具有选择栅极电极118，并且配置扩散区域115和116作为源极区域和漏极区域。
在共享像素的每列中以相同布局形成重置晶体管Tr2以及放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路。Tr11到Tr14表示传送晶体管。在每列的共享像素中，两个浮置扩散部分FD1和FD2、重置晶体管Tr2的放大栅极电极109和源极区域104通过FD线92A和92B电连接。
在像素晶体管的布局中，在放大晶体管Tr3中，从随机噪声的观点看，栅极长度优选地尽可能地长。放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4必须以恒定间隔d1安排。
变为放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路的源极/漏极区域的扩散区域必须以恒定间隔d2安排，以便与相邻列的共享像素的相同串联电路的扩散区域电隔离。
无论何时共享像素的阵列增加，共享的光电二极管PD与放大和选择晶体管的串联电路之间的对称性就被破坏。结果，在共享像素的每列中连接浮置扩散部分FD1和FD2的FD线92A和92B的布线长度不同，如由图30的框A和B所表示的，并且出现各列之间的转换效率的差别。在图像质量方面，因为各列之间表现出灵敏度差别，所以出现垂直条纹。
图31和32示出作为另一像素共享型的纵向四像素共享型CMOS固态成像器件的示例。在图31所示的固态成像器件81中，二维地安排共享在垂直(纵向)方向上相邻的两个光电二极管PD和浮置扩散部分FD的多个组。通过安排在垂直方向上相邻的两组的四个纵向安排的光电二极管PD1到PD4和对应于每组的下侧的两个像素列的像素晶体管，形成共享像素。与光电二极管PD1到PD4对应地安排传送晶体管Tr11到Tr14。
每个传送栅极电极TG与相邻列的传送栅极电极共同地形成。在具有两个光电二极管PD的每组的下侧安排的像素晶体管中，沿着行方向形成放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路以及重置晶体管Tr2。也就是说，在相邻列的共享像素中，放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路以及重置晶体管Tr2排列(line up)，并且分别在行方向上安排。在示出的布局中分别安排FD线92A和92B。在图31中，对应于图30的部分由相同的参考标号表示，并且将省略其描述。
在图32所示的固态成像器件82中，在具有两个光电二极管PD的每组的下侧安排的像素晶体管的布局不同于图31。也就是说，只有放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路排列，并且在同一行方向上安排在一组的下侧，并且只有重置晶体管Tr2排列，并且在同一行方向上安排在另一组的下侧。也就是说，在相邻列的共享像素中，按照同一朝向在行方向上分别安排放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路以及重置晶体管Tr2。在示出的布局中分别安排FD线92A和92B。在图32中，对应于图30的部分由相同的参考标号表示，并且将省略其描述。
如图31和32所示，在固态成像器件81和82中，各列之间FD线92A和92B的长度的对称性被破坏，出现各列之间的转换效率的差别，并且出现各行之间的灵敏度的差别。
例如，如果使用拜耳阵列(Bayer array)的滤色镜，在图30到32的固态成像器件100、81和82的任何中，因为变为绿色像素的Gb像素和像素Gr在与由多晶硅形成的栅极电极重叠的区域(面积)中不同，所以出现栅极电极的光吸收中的差别，并且出现灵敏度差别。
希望提供一种固态成像器件，其中在具有共享像素的固态成像器件中几乎不出现灵敏度差别。
此外，希望提供一种包括固态成像器件的电子装置，其可应用于相机等。
根据本发明实施例的一种固态成像器件包括像素区域，其中二维地安排在多个光电转换部分中共享像素晶体管的共享像素。在共享像素的列方向上分开地安排共享的像素晶体管，并且安排在相邻的共享像素之间共享的像素晶体管，以便为水平反转或/和垂直交叉。沿着列方向安排连接到共享像素中的浮置扩散部分、重置晶体管的源极和放大晶体管的栅极的连接布线(所谓FD布线)。
在本发明实施例的固态成像器件中，因为在共享像素的列方向上分开地安排共享的像素晶体管，并且安排相邻的共享像素之间共享的像素晶体管，以便为水平反转或/和垂直交叉，所以改进了包括FD布线的每个共享像素的对称性。例如，相邻的共享像素之间的FD布线的布线长度变得相等，施加到FD布线的电容在每个共享像素中变得恒定，并且几乎不出现光电转换效率的差别。在使用拜耳阵列的滤色镜的情况下，由Gr像素和Gb像素中包括的栅极电极占据的面积变得相等。栅极电极的光吸收量变得相等，并且几乎不出现Gr像素和Gb像素之间灵敏度的差别。
根据本发明的另一实施例的电子装置包括：固态成像器件；光学系统，配置为将入射光引导到固态成像器件的光电转换部分；以及信号处理电路，配置为处理固态成像器件的输出信号。固态成像器件包括像素区域，其中二维地安排在多个光电转换部分中共享像素晶体管的共享像素。在所述共享像素的列方向上分开地安排共享的像素晶体管，并且安排在相邻的共享像素之间共享的像素晶体管，以便为水平反转或/和垂直交叉。沿着列方向安排连接到共享像素中的浮置扩散部分、重置晶体管的源极和放大晶体管的栅极的连接布线。
在本发明的电子装置中，因为包括了本发明的上述实施例的固态成像器件，所以几乎不出现共享像素之间的灵敏度的差别。
根据本发明实施例的固态成像器件，在具有共享像素的固态成像器件中，可能提供具有在其之间几乎不出现灵敏度的差别的共享像素的固态成像器件。
根据本发明实施例的电子装置，因为包括具有在其之间几乎不出现灵敏度的差别的共享像素的固态成像器件，所以可能获得高质量，并且提供具有高可靠性的电子装置。
附图说明
图1是根据本发明的CMOS固态成像器件的示意性配置图；
图2是根据本发明的第一实施例的固态成像器件的主要部分的配置图；
图3是根据比较示例1的固态成像器件的主要部分的配置图；
图4A和B是根据本发明的第二实施例的固态成像器件的主要部分的配置图；
图5是根据比较示例2的固态成像器件的主要部分的配置图；
图6是根据本发明的第三实施例的固态成像器件的主要部分的配置图；
图7是根据比较示例3的固态成像器件的主要部分的配置图；
图8A和B是根据本发明的第四实施例的固态成像器件的主要部分的配置图；
图9是根据比较示例4-1的固态成像器件的主要部分的配置图；
图10是根据比较示例4-2的固态成像器件的主要部分的配置图；
图11A和B是根据本发明的第五实施例的固态成像器件的主要部分的配置图；
图12是根据比较示例5-1的固态成像器件的主要部分的配置图；
图13是根据比较示例5-2的固态成像器件的主要部分的配置图；
图14是根据本发明的第六实施例的固态成像器件的主要部分的配置图；
图15是根据比较示例6的固态成像器件的主要部分的配置图；
图16是根据本发明的第七实施例的固态成像器件的主要部分的配置图；
图17是根据比较示例7的固态成像器件的主要部分的配置图；
图18是根据本发明的第八实施例的固态成像器件的主要部分的配置图；
图19是根据比较示例8的固态成像器件的主要部分的配置图；
图20是根据本发明的第九实施例的固态成像器件的主要部分的配置图；
图21是根据比较示例9的固态成像器件的主要部分的配置图；
图22是3晶体管型的4像素共享结构的等效电路图；
图23是4晶体管型的4像素共享结构的等效电路图；
图24是3晶体管型的2像素共享结构的等效电路图；
图25是4晶体管型的2像素共享结构的等效电路图；
图26是3晶体管型的2×2像素共享结构(即，4像素共享结构)的等效电路图；
图27是4晶体管型的2×2像素共享结构(即，4像素共享结构)的等效电路图；
图28是根据本发明的电子装置的示意性配置图；
图29是现有技术的Z字形4像素共享结构的固态成像器件的主要部分的配置图；
图30是现有技术的Z字形4像素共享结构的固态成像器件的主要部分的配置图；
图31是现有技术的3晶体管型的纵向4像素共享结构的固态成像器件的主要部分的配置图；以及
图32是现有技术的4晶体管型的纵向4像素共享结构的固态成像器件的主要部分的配置图。
具体实施方式
下文中，将描述执行本发明的模式(下文中，称为实施例)。将以以下顺序给出描述。
1.CMOS固态成像器件的示意性配置示例
2.实施例的固态成像器件的基本配置
3.第一实施例(固态成像器件的配置示例)
4.第二实施例(固态成像器件的配置示例)
5.第三实施例(固态成像器件的配置示例)
6.第四实施例(固态成像器件的配置示例)
7.第五实施例(固态成像器件的配置示例)
8.第六实施例(固态成像器件的配置示例)
9.第七实施例(固态成像器件的配置示例)
10.第八实施例(固态成像器件的配置示例)
11.第九实施例(固态成像器件的配置示例)
12.第十实施例(电子装置的配置示例)
1.CMOS固态成像器件的示意性配置示例
图1示出根据本发明的每个实施例的CMOS固态成像器件的示例的示意性配置。如图1所示，本示例的固态成像器件1包括像素区域(所谓的成像区域)3和外围电路部分，在像素区域3中，在半导体基底11(例如，硅基底)上规则地和二维地安排包括光电转换部分的多个像素2。作为像素2，使用其中多个光电转换部分共享除了传送晶体管外的其它像素晶体管的共享像素。多个像素晶体管例如可以包括三个晶体管(即，传送晶体管、重置晶体管和放大晶体管)或四个晶体管(即，传送晶体管、重置晶体管、放大晶体管和选择晶体管)。
外围电路部分包括垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7、控制电路8等。
控制电路8接收用于指令输入时钟、操作模式等的数据，并且输出如固态成像器件的内部信息的数据。也就是说，控制电路8根据垂直同步信号、水平同步信号和主时钟，生成用作垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6等的操作的基准信号的时钟信号或控制信号。这样的信号输入到垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6等。
垂直驱动电路4包括移位寄存器，选择像素驱动线，提供用于驱动像素的脉冲信号到选择的像素驱动线，并且以行为单位驱动像素。也就是说，垂直驱动电路4在垂直方向上以行为单位顺序地选择像素区域3的像素2。基于根据例如在作为像素2的光电转换元件的光电二极管中的光接收量生成的信号电荷的像素信号通过垂直信号线9提供到列信号处理电路5。
列信号处理电路5例如在像素2的每列中安排，以便关于从与每个像素列中的一行对应的像素2输出的信号执行信号处理，如噪声消除。也就是说，列信号处理电路5执行用于消除像素2的内在固定图形噪声的信号处理，如CDS、信号放大、AD转换等。水平选择开关(未示出)连接在水平信号线10和列信号处理电路5的输出级之间。
水平驱动电路6例如包括移位寄存器，顺序地输出水平扫描脉冲以便顺序地选择列信号处理电路5，并且将来自列信号处理电路5的像素信号输出到水平信号线10。
输出电路7关于通过水平信号线10从列信号处理电路5顺序提供的信号执行信号处理，并且输出处理的信号。例如，可能仅执行缓冲，可能执行黑电平调节、列偏差校正、多种数字信号处理等。输入/输出端子12与外部设备交换信号。
在前部照明型COMS固态成像器件中，在第一导电型半导体阱区域(例如，对应于半导体基底的像素区域的p型半导体阱区域)中形成在作为多个光电转换部分的光电二极管PD中共享像素晶体管的多个共享像素。在元件隔离区域中分割每个共享像素。在除了光电二极管PD外的半导体基底的前表面侧上形成具有多个布线层的多层布线层，其中在多个布线层之间插入层间绝缘膜，并且在多层布线层上层压和形成滤色镜和芯片上透镜，其中在它们之间插入平面化膜(planarization film)。光通过芯片上透镜照射到光电二极管PD上而不是半导体基底的前表面侧。
在后部照明型COMS固态成像器件中，在薄的半导体基底(即，其中形成第一导电型半导体阱区域(即，p型半导体阱区域)的半导体基底)中形成在作为多个光电转换部分的光电二极管PD中共享像素晶体管的多个共享像素。在元件隔离区域中分割每个共享像素。在半导体基底的一个表面侧形成具有多个布线层的多层布线层，其中在多个布线层之间插入层间绝缘膜，并且由半导体基底形成的支持基底粘附在其上。布线安排不受限制，并且甚至在光电二极管PD上形成布线。在半导体基底的后表面侧层压和形成滤色镜和芯片上透镜。光通过芯片上透镜照射到光电二极管PD上而不是半导体基底的后表面侧。
2.实施例的固态成像器件的基本配置
根据本实施例的固态成像器件(即，CMOS固态成像器件)包括在多个光电转换部分中共享像素晶体管的共享像素。规则地和二维地安排共享像素，以便形成像素区域。像素晶体管配置为包括传送晶体管、重置晶体管和放大晶体管的3晶体管型或者除了3晶体管型外还包括选择晶体管的4晶体管型。在共享像素的像素晶体管中，传送晶体管包括在数目上等于光电转换部分的数目和每个其它共享像素晶体管的多个传送晶体管。共享像素晶体管(即，除了传送晶体管之外的像素晶体管)在共享像素的列方向上划分和安排。
在本实施例中，在相邻共享像素之间(例如，在相邻列或相邻行的共享像素之间)，共享像素晶体管水平反转、垂直交叉、或者水平反转并且垂直交叉。沿着列方向安排连接到每个共享像素的浮置扩散部分FD、重置晶体管的源极和放大晶体管的栅极的连接布线(即，FD布线)。行方向表示沿着行的方向，并且列方向表示沿着列的方向。
根据本实施例的固态成像器件，在其中在列方向划分和安排共享像素内共享的像素晶体管的相邻共享像素之间，安排共享像素晶体管，以便水平反转并且垂直交叉。通过该配置，改进包括共享像素的FD布线的每个共享像素的对称性，FD布线的布线长度的差别消失，并且每个共享像素中FD布线的布线电容变得恒定。因此，每列或每行的光电转换效率的差别几乎不出现，并且各列或各行之间灵敏度的差别消失。结果，在图像质量方面，直到光电转换部分充满电荷都不是光电转换部分的光量而是所谓的灵敏度光量的垂直条纹消失。
在使用拜耳阵列的滤色镜的情况下，在相邻的共享像素之间，通过安排共享像素晶体管为垂直交叉或为水平反转并且垂直交叉，覆盖Gr像素和Gb像素的基极电极的占据面积变得相等。也就是说，通过由多晶硅形成的栅极电极的光吸收度变得相等，并且Gr像素和Gb像素之间灵敏度的差别几乎不出现。因此，可能提供具有多个共享像素的固态成像器件，其中灵敏度的差别几乎不出现。
3.第一实施例
(固态成像器件的配置示例)
图2示出根据本发明的第一实施例的固态成像器件(即，CMOS固态成像器件)。图2示出应用到CMOS固态成像器件的主要部分的示意性配置，其中提供3晶体管型的像素晶体管，并且安排具有Z字形4像素共享结构的多个共享像素。本实施例特征在于像素晶体管的安排，并且将对比于图3的比较示例1进行描述。
图22示出具有3晶体管型的4像素共享结构的共享像素的等效电路。根据本示例的共享像素包括作为光电转换部分的四个晶体管PD[PD1到PD4]、四个传送晶体管Tr1[Tr11到Tr14]、一个重置晶体管Tr2和一个放大晶体管Tr3。在共享像素中，在两个光电二极管PD1和PD2之间共享第一浮置扩散部分FD1，并且在两个光电二极管PD3和PD4之间共享第二浮置扩散部分FD2。
光电二极管PD1到PD4分别连接到传送晶体管Tr11到Tr14。也就是说，两个光电二极管PD1和PD2通过传送晶体管Tr11和Tr12连接到第一浮置扩散部分FD1。两个光电二极管PD3和PD4通过传送晶体管Tr13和Tr14连接到第二浮置扩散部分FD2。连接第一浮置扩散部分FD1和第二浮置扩散部分FD2，并且连接点连接到重置晶体管Tr2的源极和放大晶体管Tr3的栅极。重置晶体管Tr2的漏极连接到电源Vdd。放大晶体管Tr3的漏极连接到电源Vdd，并且其源极连接到垂直信号线9。
首先，将描述根据图3的比较示例1的固态成像器件。在比较示例1的固态成像器件101中，二维地安排在两个倾斜相邻的光电二极管PD之间共享一个浮置扩散部分FD的多个组，并且通过在垂直(纵向)方向相邻的两个组配置Z字形阵列的4像素共享像素102。也就是说，包括在两个倾斜相邻的光电二极管PD1和PD2之间共享第一浮置扩散部分FD1的第一组和在两个倾斜相邻的光电二极管PD3和PD4之间共享第二浮置扩散部分FD2的第二组。在纵向方向邻近地安排第一组和第二组。
分别在光电二极管PD1和PD2以及第一浮置扩散部分FD1之间形成传送栅极电极TG1和TG2，以便形成第一传送晶体管Tr11和第二传送晶体管Tr12。分别在光电二极管PD3和PD4以及第二浮置扩散部分FD2之间形成传送栅极电极TG3和TG4，以便形成第三传送晶体管Tr13和第四传送晶体管Tr14。
在共享像素102中，重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3安排为垂直分开。也就是说，包括源极区域104、漏极区域105和重置栅极电极106的重置晶体管Tr2安排在具有两个光电二极管PD1和PD2的第一组的上侧。此外，包括源极区域107、漏极区域108和放大栅极电极109的放大晶体管Tr3安排在具有两个光电二极管PD3和PD4的第二组的上侧。安排重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3，以便在共享像素102的行(横向)方向上相互偏离。
在行方向相邻的共享像素之间，也就是说，在相邻列的共享像素102之间，在相同方向排列并且在相同行方向安排各共有放大晶体管Tr3，并且在相同方向排列并且在相同行方向安排各共有重置晶体管Tr2。在相邻列之一的共享像素102中，重置晶体管的源极区域104、放大晶体管的放大栅极电极109、第一浮置扩散部分FD1和第二浮置扩散部分FD2通过FD布线111A连接。在另一相邻列的共享像素102中，重置晶体管的源极区域104、放大晶体管的放大栅极电极109、第一浮置扩散部分FD1和第二浮置扩散部分FD2通过FD布线111B连接。在比较示例1的固态成像器件101中，通过由虚线112表示的Z字形阵列的四个光电二极管PD1到PD4和像素晶体管Tr11到Tr14、Tr2和Tr3配置3晶体管型的Z字形4像素共享像素102。
在根据比较示例1的固态成像器件101中，因为相邻列的共享像素102的FD布线111A和111B的长度相同，所以在与FD布线长度相关联的转换效率中不存在差别。然而，在具有拜耳阵列的滤色镜的配置中，如图3所示，Gb像素包括由共享像素(即，单位单元)102中的重置晶体管Tr2的多晶硅形成的重置栅极电极106。Gr像素包括由共享像素(单位单元)102中的放大晶体管Tr3的多晶硅形成的放大栅极电极109。放大栅极电极109的栅极长度大于重置栅极电极106的栅极长度。Gr像素和Gb像素是相同的绿色像素，但是包括具有不同面积的栅极电极。因此，由于栅极电极出现在Gr像素和Gb像素之间光吸收的差别。结果，出现各列之间灵敏度的偏差，因此出现垂直条纹。
接下来，将描述根据第一实施例的固态成像器件。在第一实施例的固态成像器件21中，如图2所示，二维地安排在两个倾斜相邻的光电二极管PD之间共享一个浮置扩散部分FD的多个组，并且通过在垂直方向相邻的两个组配置Z字形阵列的4像素共享像素22。也就是说，在纵向方向邻近地安排在两个倾斜相邻的光电二极管PD1和PD2之间共享第一浮置扩散部分FD1的第一组和在两个倾斜相邻的光电二极管PD3和PD4之间共享第二浮置扩散部分FD2的第二组。
在光电二极管PD1和PD2以及第一浮置扩散部分FD1之间分别形成传送栅极电极TG1和TG2，以便形成第一传送晶体管Tr11和第二传送晶体管Tr12。在光电二极管PD3和PD4以及第二浮置扩散部分FD2之间分别形成传送栅极电极TG3和TG4，以便形成第三传送晶体管Tr13和第四传送晶体管Tr14。
在本实施例中，在共享像素22中，重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3安排为垂直分开。此时，在行方向相邻的共享像素(即，相邻列的共享像素102)之间安排共有放大晶体管Tr3，以便为垂直相交，并且安排共有重置晶体管Tr2，以便为垂直相交(见箭头)。也就是说，在具有一列的两个光电二极管PD1和PD2的第一组的上侧和具有另一列的两个光电二极管PD1和PD2的第一组的上侧排列重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3。在具有一列和另一列的两个光电二极管PD3和PD4的第二组的上侧排列放大晶体管Tr3和重置晶体管Tr2，使得重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3的阵列垂直交叉。垂直安排的重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3基本安排在相同位置，而在行方向上没有偏差。
重置晶体管Tr2具有源极区域24、漏极区域25和重置栅极电极26。放大晶体管Tr3具有源极区域27、漏极区域28和放大栅极电极29。
在相邻列之一的共享像素中，重置晶体管的源极区域24、放大晶体管的放大栅极电极29、第一和第二浮置扩散部分FD1和FD2通过FD布线31A电连接。在另一相邻列的共享像素中，重置晶体管的源极区域24、放大晶体管的放大栅极电极29、第一和第二浮置扩散部分FD1和FD2通过FD布线31B电连接。在本实施例中，通过由虚线32表示的Z字形阵列的四个光电二极管PD1到PD4和像素晶体管Tr11到Tr14、Tr2和Tr3配置3晶体管型的Z字形4像素共享像素102。
根据基于第一实施例的固态成像器件21，安排分开安排的重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3，以便在相邻列的共享像素22之间垂直交叉。通过该配置，改进了包括共享像素22的FD布线31的每个共享像素的对称性，FD布线31A和31B的布线长度的差别消失，并且FD布线31A和31B的布线电容在每个共享像素中变得恒定。因此，几乎不出现每列的光电转换效率的差别，并且各列之间灵敏度的差别消失。结果，垂直条纹消失。
在使用拜耳阵列的滤色镜的情况下，在相邻列的共享像素之间，通过安排重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3垂直交叉，各个重置栅极电极26包括在Gr像素和Gb像素中。因为由多晶硅形成并且具有相同面积的重置栅极电极26包括在Gr像素和Gb像素中，所以不出现由于重置栅极电极的光吸收的差别。结果，不出现垂直条纹。因此，可能提供具有多个共享像素的固态成像器件，其中几乎不出现共享像素之间灵敏度的差别。
4.第二实施例
(固态成像器件的配置示例)
图4示出根据本发明的第二实施例的固态成像器件(即，CMOS固态成像器件)。图4示出应用到CMOS固态成像器件的主要部分的示意性配置，其中提供4晶体管型的像素晶体管，并且安排具有Z字形4像素共享结构的多个共享像素。将对比于图5的比较示例2描述本实施例的像素晶体管的安排等。
图23示出具有4晶体管型的4像素共享结构的共享像素的等效电路。根据本示例的共享像素包括作为光电转换部分的四个晶体管PD[PD1到PD4]、四个传送晶体管Tr1[Tr11到Tr14]、一个重置晶体管Tr2、一个放大晶体管Tr3和一个选择晶体管Tr4。选择晶体管Tr4的漏极连接到放大晶体管Tr3的源极，并且选择晶体管Tr4的源极连接到垂直信号线9。因为其它配置具有与图22中描述的配置相同的连接电路，所以通过相同的参考标号表示对应于图22的部分，并且将省略其描述。
首先，将描述根据图5的比较示例2的固态成像器件。比较示例2的固态成像器件114是具有Z字形4像素共享结构的CMOS固态成像器件。比较示例2的固态成像器件114与比较示例1相同，除了使用包括传送晶体管Tr1[Tr11到Tr14]、重置晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的4晶体管型的像素晶体管。在本比较示例的固态成像器件114中，重置晶体管Tr2安排在具有两个光电二极管PD1和PD2的第一组的上侧，并且放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路安排在具有两个光电二极管PD3和PD4的第二组的上侧。该串联电路包括变为源极/漏极区域的扩散区域115、116和117、放大栅极电极109和选择栅极电极118。也就是说，通过作为源极区域和漏极区域的扩散区域116和117以及放大栅极电极109形成放大晶体管Tr3。通过作为源极区域和漏极区域的扩散区域115和116以及选择栅极电极118形成选择晶体管Tr4。在相邻列的共享像素122中，在相同方向排列并且在相同行方向安排重置晶体管Tr2，并且在相同方向排列并且在相同行方向安排放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4。
因为其它配置与图3中描述的配置形同，所以通过相同的参考标号表示对应于图3的部分，并且将省略其描述。
在根据比较示例2的固态成像器件114中，左边列的共享像素122的FD布线111A和右边列的共享像素122的FD布线111B的布线长度在图5中不同。也就是说，右边列的FD布线111B比左边列的FD布线111A大由椭圆框C表示的长度。因此，出现FD布线111A和FD布线111B之间布线电容的差别，并且因此相邻列的共享像素之间转换效率不同。结果，出现各列之间转换效率的差别，并且因此出现垂直条纹。
接下来，将描述根据第二实施例的固态成像器件。第二实施例的固态成像器件34是具有Z字形4像素共享结构的CMOS固态成像器件。第二实施例的固态成像器件34包括具有传送晶体管Tr1[Tr11到Tr14]、重置晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的4晶体管型的像素晶体管。
在根据第二实施例的固态成像器件34中，如图4所示，在相邻列的每个共享像素中，重置晶体管Tr2安排在具有两个光电二极管PD1和PD2的第一组的上侧。在相邻列的共享像素中，放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路集成地安排在具有两个光电二极管PD3和PD4的第二组的上侧，以便在相邻列之间水平反转。也就是说，如图4B所示，第二串联电路的放大晶体管Tr3的漏极区域由公共扩散区域37形成，并且安排串联电路以便为在相邻列的共享像素之间水平反转。串联电路包括放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4，该放大晶体管Tr3包括作为源极区域和漏极区域的扩散区域36和37以及放大栅极电极29，该选择晶体管Tr4包括作为源极区域和漏极区域的扩散区域35和36以及选择栅极电极38。
因为其它配置具有第一实施例中描述的配置相同的连接电路，所以通过相同的参考标号表示对应于图2的部分，并且将省略其描述。
根据第二实施例的固态成像器件34，在相邻列的共享像素42之间，FD布线31A和FD布线31B的布线长度变得相等。因此，不出现FD布线31A和FD布线31B之间布线电容的差别，并且不出现各列之间转换效率的差别。结果，不出现各列之间灵敏度的差别，并且不出现垂直条纹。因此，可能提供具有多个共享像素的固态成像器件，其中几乎不出现共享像素之间灵敏度的差别。
5.第三实施例
(固态成像器件的配置示例)
图6示出根据本发明的第三实施例的固态成像器件(即，CMOS固态成像器件)。图6示出应用到CMOS固态成像器件的主要部分的示意性配置，其中提供4晶体管型的像素晶体管，并且安排具有Z字形4像素共享结构的多个共享像素。将对比于图7的比较示例3描述本实施例的像素晶体管的安排等。
首先，将描述根据图7的比较示例3的固态成像器件。比较示例3的固态成像器件124是具有使用拜耳阵列的滤色镜的Z字形4像素共享结构的CMOS固态成像器件。因为除了包括Gr像素和Gb像素其它配置与上述比较示例2的配置相同，所以通过相同的参考标号表示对应于图5的部分，并且将省略其描述。
在比较示例3的固态成像器件124中，类似于图5中描述的，左边列的共享像素122的FD布线111A和右边列的共享像素122的FD布线111B的布线长度不同。也就是说，右边列的FD布线111B比左边列的FD布线111A大由椭圆框C表示的长度。因此，出现FD布线111A和FD布线111B之间布线电容的差别，并且因此相邻列的共享像素之间转换效率不同。结果，出现各列之间转换效率的差别，并且因此出现垂直条纹。
此外，Gb像素具有由共享像素122中的重置晶体管Tr2的多晶硅形成的重置栅极电极106。Gr像素具有由共享像素122中的放大晶体管Tr3的多晶硅形成的放大栅极电极109。放大栅极电极109的栅极长度大于重置栅极电极106的栅极长度。Gr像素和Gb像素是相同的绿色像素，但是包括具有不同面积的栅极电极。因此，出现由于栅极电极的Gr像素和Gb像素之间光吸收的差别。结果，出现各列之间灵敏度的偏差，并且因此出现垂直条纹。
接下来，将描述根据第三实施例的固态成像器件。根据第三实施例的固态成像器件44是具有Z字形4像素共享结构的CMOS固态成像器件。第三实施例的固态成像器件44与第二实施例的固态成像器件相同，除了像素晶体管的安排改变。
在根据第三实施例的固态成像器件44中，在相邻列的共享像素45之间安排放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路，以便垂直交叉而没有水平反转，并且类似地，安排重置晶体管Tr2以便为垂直交叉(见箭头)。也就是说，在具有一列的两个光电二极管PD1和PD2的第一组的上侧和具有另一列的两个光电二极管PD1和PD2的第一组的上侧排列重置晶体管Tr2和串联电路。在具有一列和另一列的两个光电二极管PD3和PD4的第二组的上侧排列串联电路和重置晶体管Tr2，使得重置晶体管Tr2和串联电路的阵列垂直交叉。
因为其它配置与第二实施例的配置相同，所以通过相同的参考标号表示对应于图4的部分，并且将省略其描述。
根据第三实施例的固态成像器件44，安排重置晶体管Tr2以及放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路，以便为在相邻列的共享像素45之间垂直交叉。通过该配置，相邻列的共享像素45之间的FD布线31A和FD布线31B的布线长度变得相等，不出现FD布线31A和FD布线31B之间布线电容的差别，并且不出现各列之间转换效率的差别。结果，各列之间灵敏度的差别消失，并且不出现垂直条纹。
在使用拜耳阵列的滤色镜的情况下，重置栅极电极26和放大栅极电极29的部分分别包括在根据上述配置的Gr像素和Gb像素中。因为由多晶硅形成并且具有相同面积的重置栅极电极26和放大栅极电极29的部分包括在Gr像素和Gb像素中，所以不出现由于重置栅极电极的光吸收的差别。结果，不出现垂直条纹。因此，可能提供具有4像素共享结构的固态成像器件，其中几乎不出现共享像素之间灵敏度的差别。
6.第四实施例
(固态成像器件的配置示例)
图8示出根据本发明的第四实施例的固态成像器件(即，CMOS固态成像器件)。图8示出应用到CMOS固态成像器件的主要部分的示意性配置，其中提供3晶体管型的像素晶体管，并且安排具有纵向的4像素共享结构的多个共享像素。将对比于图9和10的比较示例4-1和4-2描述本实施例的像素晶体管的安排等。
首先，将描述根据图9的比较示例4-1的固态成像器件。比较示例4-1的固态成像器件126包括具有纵向的4像素共享结构并且包括在垂直(纵向)方向安排的四个光电二极管PD[PD1到PD4]的共享像素。也就是说，包括在两个纵向相邻的光电二极管PD1和PD2之间共享第一浮置扩散部分FD1的第一组和在两个纵向相邻的光电二极管PD3和PD4之间共享第二浮置扩散部分FD2的第二组。第一组和第二组在垂直方向邻近地安排。
在光电二极管PD1和PD2与第一浮置扩散部分FD1之间分别形成传送栅极电极TG1和TG2，以便形成第一传送晶体管Tr11和第二传送晶体管Tr12。在光电二极管PD3和PD4与第二浮置扩散部分FD2之间分别形成传送栅极电极TG3和TG4，以便形成第三传送晶体管Tr13和第四传送晶体管Tr14。利用相邻列的共享像素的传送栅极电极TG1到TG4共同地形成传送栅极电极TG1到TG4。
在相邻列的共享像素上的第一组的下侧的行方向上排列和安排放大晶体管Tr3和重置晶体管Tr2，并且类似地，在第二组的下侧的行方向上排列和安排放大晶体管Tr3和重置晶体管Tr2。如所示的，形成FD布线111A和111B。因为其它配置与上述比较示例的配置相同，所以通过相同参考标号表示与其对应的部分，并且将省略其描述。
在图10的比较示例4-2的固态成像器件128中，在相邻列的共享像素127上的第一组的下侧的行方向上排列和安排对应于各列的共享像素的重置晶体管Tr2。此外，在相邻列的共享像素127上的第二组的下侧的行方向上排列和安排对应于各列的共享像素的放大晶体管Tr3。如所示的，形成FD布线111A和111B。因为其它配置与图9的配置相同，所以通过相同参考标号表示与其对应的部分，并且将省略其描述。
在根据比较示例4-1的固态成像器件126和比较示例4-2的固态成像器件128中，左边共享像素的FD布线111A和右边共享像素的FD布线111B的布线长度是不同的。由于由椭圆框E到G或椭圆框H表示的布线部分的存在，布线长度不同。因此，出现布线电容的差别，出现各列之间转换效率的差别，并且出现垂直条纹。在使用拜耳阵列的滤色镜的情况下，因为Gr像素和Gb像素中包括的栅极电极的面积不同，所以出现Gr像素和Gb像素的栅极电极的光吸收的差别。结果，出现各列之间灵敏度的偏差，并且因此出现垂直条纹。
接下来，将描述根据第四实施例的固态成像器件。第四实施例的固态成像器件47包括具有纵向4像素共享结构并且包括在垂直(纵向)方向安排的四个光电二极管PD[PD1到PD4]的共享像素，如图8所示。也就是说，包括在两个纵向相邻的光电二极管PD1和PD2之间共享第一浮置扩散部分FD1的第一组和在两个纵向相邻的光电二极管PD3和PD4之间共享第二浮置扩散部分FD2的第二组。在垂直方向邻近地安排第一组和第二组。
在光电二极管PD1和PD2与第一浮置扩散部分FD1之间分别形成传送栅极电极TG1和TG2，以便形成第一传送晶体管Tr11和第二传送晶体管Tr12。在光电二极管PD3和PD4与第二浮置扩散部分FD2之间分别形成传送栅极电极TG3和TG4，以便形成第三传送晶体管Tr13和第四传送晶体管Tr14。利用相邻列的共享像素的传送栅极电极TG1到TG4共同地形成传送栅极电极TG1到TG4。
在本实施例中，相邻列的共享像素的放大晶体管Tr3水平反转，并且共同地集成各个漏极区域28。相邻列的共享像素的重置晶体管Tr2水平反转，并且共同地集成各个漏极区域25。在行方向安排水平反转并且集成的放大晶体管Tr3和水平反转并且集成的重置晶体管Tr2。同时，安排集成的放大晶体管Tr3和集成的重置晶体管Tr2的阵列，以便在第一组的下侧和第二组的下侧之间垂直交叉。
在左边的共享像素48中，通过FD布线31A电连接上级的第一浮置扩散部分FD1和放大栅极电极29以及下级的第二浮置扩散部分FD2和重置晶体管Tr2的源极区域24。在右边的共享像素48中，通过FD布线31B电连接上级的第一浮置扩散部分FD1和重置晶体管Tr2的源极区域24以及下级的第二浮置扩散部分FD2和放大栅极电极29。因为其它配置与上述实施例的配置相同，所以通过相同的参考标号表示与其对应的部分，并且将省略其描述。
根据第四实施例的固态成像器件47，通过如上所述安排像素晶体管，左边列的共享像素48的FD布线31A和右边列的共享像素48的FD布线31B的布线长度变得相等。因此，不出现FD布线31A和31B之间布线电容的差别，并且不出现各列之间转换效率的差别。结果，不出现垂直条纹。
在使用拜耳阵列的滤色镜的情况下，通过如上所述安排像素晶体管，在Gr像素和Gb像素中包括具有相同面积的栅极电极。因此，不出现Gr像素和Gb像素之间由多晶硅形成的栅极电极的光吸收的差别，并且不出现垂直条纹。因此，可能提供具有纵向4像素共享结构的固态成像器件，其中几乎不出现共享像素之间灵敏度的差别。
7.第五实施例
(固态成像器件的配置示例)
图11示出根据本发明的第五实施例的固态成像器件(即，CMOS固态成像器件)。图11示出应用到CMOS固态成像器件的主要部分的示意性配置，其中提供4晶体管型的像素晶体管，并且安排具有纵向的4像素共享结构的多个共享像素。将对比于图12和13的比较示例5-1和5-2描述本实施例的像素晶体管的安排等。
首先，将描述根据图12的比较示例5-1的固态成像器件。在比较示例5-1的固态成像器件131中，代替图9的重置晶体管和放大晶体管的上述阵列，安排放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路和重置晶体管Tr2。串联电路的配置与图5中描述的配置相同。参考标号133表示共享像素。因为其它配置与图9的配置相同，所以通过相同参考标号表示与其对应的部分，并且将省略其描述。
在图13的比较示例5-2的固态成像器件132中，代替图10的重置晶体管和放大晶体管的阵列，安排重置晶体管Tr2以及放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路。串联电路的配置与图5中描述的配置相同。参考标号134表示共享像素。因为其它配置与图10的配置相同，所以通过相同参考标号表示与其对应的部分，并且将省略其描述。
在根据比较示例5-1的固态成像器件131和比较示例5-2的固态成像器件132中，左边共享像素的FD布线111A和右边共享像素的FD布线111B的布线长度是不同的。由于由椭圆框E到G或椭圆框H表示的布线部分的存在，布线长度不同。因此，出现布线电容的差别，出现各列之间转换效率的差别，并且出现垂直条纹。在使用拜耳阵列的滤色镜的情况下，因为Gr像素和Gb像素中包括的栅极电极的面积不同，所以出现Gr像素和Gb像素的栅极电极的光吸收的差别。结果，出现各列之间灵敏度的偏差，并且因此出现垂直条纹。
接下来，将描述根据第五实施例的固态成像器件。在第五实施例的固态成像器件49中，如图11所示，在相邻列的共享像素中放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路和重置晶体管Tr2水平反转。安排水平反转的串联电路和重置晶体管Tr2，以便为垂直交叉。也就是说，在具有两个光电二极管PD1和PD2的第一组的下侧的行方向上，安排其中共同地集成漏极区域25的两个重置晶体管Tr2和其中共同地集成放大晶体管Tr3的漏极区域的两个串联电路。在具有两个光电二极管PD3和PD4的第二组的下侧安排集成的重置晶体管Tr2和串联电路，以便变为与集成的串联电路和重置晶体管Tr2的阵列交叉的阵列。串联电路的配置与图4中描述的配置相同，参考标号51表示共享像素。
因为其它配置与图8的配置相同，所以通过相同参考标号表示对应于图8的部分，并且将省略其描述。
根据基于第五实施例的固态成像器件49，通过如上所述安排像素晶体管，左边列的共享像素51的FD布线31A和右边列的共享像素51的FD布线31B的布线长度变得相等。因此，不出现FD布线31A和31B之间布线电容的差别，并且不出现各列之间转换效率的差别。结果，不出现垂直条纹。
在使用拜耳阵列的滤色镜的情况下，通过如上所述安排像素晶体管，在Gr像素和Gb像素中包括具有相同面积的栅极电极。因此，不出现Gr像素和Gb像素之间由多晶硅形成的栅极电极的光吸收的差别，并且不出现垂直条纹。因此，可能提供具有纵向4像素共享结构的固态成像器件，其中几乎不出现共享像素之间灵敏度的差别。
8.第六实施例
(固态成像器件的配置示例)
图14示出根据本发明的第六实施例的固态成像器件(即，CMOS固态成像器件)。图14示出应用到CMOS固态成像器件的主要部分的示意性配置，其中提供3晶体管型的像素晶体管，并且安排具有纵向的2像素共享结构的多个共享像素。将对比于图15的比较示例6描述本实施例的像素晶体管的安排等。
图24示出具有3晶体管型和2像素共享结构的像素晶体管的共享像素的等效电路。对应于图22的部分由相同的参考标号表示，并且将省略其描述。
首先，将描述图15的比较示例6。通过二维地安排具有2像素共享结构的多个共享像素137完成根据比较示例6的固态成像器件，在该2像素共享结构中在垂直(纵向)相邻的两个光电二极管PD1和PD2之间共享一个浮置扩散部分FD。在两个光电二极管PD1和PD2与浮置扩散部分FD之间形成传送栅极电极，以便形成传送晶体管Tr11和Tr12。安排重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3以便垂直分开，其中它们之间插入两个光电二极管PD1和PD2。由两个光电二极管PD1和PD2、一个浮置扩散部分FD、两个传送晶体管Tr11和Tr12、一个重置晶体管Tr2和一个放大晶体管Tr3形成具有2像素共享结构的共享像素137。
重置晶体管Tr2包括源极区域104、漏极区域105和重置栅极电极106。放大晶体管Tr3包括源极区域107、漏极区域108和放大栅极电极109。在相邻列的共享像素137中，在相同方向排列并且在相同行方向安排重置晶体管Tr2，并且在相同方向排列并且在相同行方向安排放大晶体管Tr3。在各列的共享像素137中，FD布线111[111A和111B]电连接到重置晶体管Tr2的源极区域104、浮置扩散部分FD和放大栅极电极109。
在比较示例6的固态成像器件136中，相邻列的FD布线111A和111B的布线长度变得相等。例如，在使用拜耳阵列的滤色镜的情况下，重置栅极电极106的部分包括在Gr像素中，并且放大栅极电极109的部分包括在Gb像素中。因为Gr像素和Gb像素包括具有不同面积的各个栅极电极，所以出现Gr像素和Gb像素之间栅极电极的光吸收的差别。结果，出现各列之间灵敏度的偏差，并且出现垂直条纹。
接下来，将描述根据本发明的第六实施例的固态成像器件。如图14所示，通过二维地安排具有2像素共享结构的多个共享像素54完成根据第六实施例的固态成像器件53，在具有2像素共享结构的多个共享像素54中，在两个垂直(纵向)相邻的光电二极管PD1和PD2之间共享一个浮置扩散部分FD。在两个光电二极管PD1和PD2与浮置扩散部分FD之间形成传送栅极电极TG1和TG2，以便形成传送晶体管Tr11和Tr12。
在本实施例中，在共享像素54的上侧和下侧分开地安排重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3。此外，在相邻列的共享像素的上侧的行方向上排列和安排重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3，并且在其下侧安排重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3，使得其阵列交叉上侧的阵列。重置晶体管Tr2包括源极区域24、漏极区域25和重置栅极电极26。放大晶体管Tr3包括源极区域27、漏极区域28和放大栅极电极29。在共享像素54中，FD布线31[31A和31B]电连接到重置晶体管Tr2的源极区域24、浮置扩散部分FD和放大栅极电极29。
根据基于第六实施例的固态成像器件53，在2像素共享配置中，安排重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3，以便为在相邻列的共享像素54之间垂直交叉。通过该配置，左边列的共享像素54的FD布线31A和右边列的共享像素54的FD布线31B的布线长度变得相等。因此，不出现FD布线31A和31B之间布线电容的差别，并且不出现各列之间转换效率的差别。结果，不出现垂直条纹。
在使用拜耳阵列的滤色镜的情况下，通过如上所述安排像素晶体管，在Gr像素和Gb像素中包括具有相同面积的栅极电极。因此，不出现Gr像素和Gb像素之间由多晶硅形成的栅极电极的光吸收的差别，并且不出现垂直条纹。因此，可能提供具有2像素共享结构的固态成像器件，其中几乎不出现共享像素之间灵敏度的差别。
9.第七实施例
(固态成像器件的配置示例)
图16示出根据本发明的第七实施例的固态成像器件(即，CMOS固态成像器件)。图16示出应用到CMOS固态成像器件的主要部分的示意性配置，其中提供4晶体管型的像素晶体管，并且安排具有2像素共享结构的多个共享像素。将对比于图17的比较示例7描述本实施例的像素晶体管的安排等。
图25示出具有4晶体管型和2像素共享结构的像素晶体管的共享像素的等效电路。对应于图23的部分由相同的参考标号表示，并且将省略其描述。
首先，将描述根据图17的比较示例7的固态成像器件。在比较示例7的固态成像器件139中，在共享像素141的上侧和下侧分开安排重置晶体管Tr2以及放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路。重置晶体管Tr2包括源极区域104、漏极区域105和重置栅极电极106。放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路包括变为源极/漏极区域的三个扩散区域115、116和117、放大栅极电极109和选择栅极电极118。在相邻列的共享像素141中，在相同方向并且在相同行方向上安排重置晶体管Tr2，并且在相同方向和相同行方向上安排放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路。因为其它配置与图15的配置相同，对应于图15的部分由相同的参考标号表示，并且将省略其描述。
在比较示例7的固态成像器件139中，相邻列的FD布线111A和111B的布线长度变得相等。例如，在使用拜耳阵列的滤色镜的情况下，重置栅极电极106的部分包括在Gr像素中，并且放大栅极电极109的部分包括在Gb像素中。因为Gr像素和Gb像素包括具有不同面积的各栅极电极，所以出现Gr像素和Gb像素之间栅极电极的光吸收的差别，结果，出现各列之间灵敏度的偏差，并且出现垂直条纹。
接下来，将描述根据本发明的第七实施例的固态成像器件。在根据第七实施例的固态成像器件56中，在共享像素57的上侧和下侧分开地安排重置晶体管Tr2以及放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路。在相邻列的共享像素之间，安排重置晶体管Tr2以便为垂直交叉，并且安排串联电路以便为垂直交叉。也就是说，在行方向排列和安排对应于相邻列的重置晶体管Tr2以及放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路，使得安排其阵列以便为在上侧和下侧交叉。重置晶体管Tr2包括源极区域24、漏极区域25和重置栅极电极26。放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路包括变为源极/漏极区域的三个扩散区域35、36和37、放大栅极电极29和选择栅极电极38。
因为其它配置与图14的配置相同，所以对应于图14的部分由相同的参考标号表示，并且将省略其描述。
根据基于第七实施例的固态成像器件56，在2像素共享配置中，安排重置晶体管Tr2以及放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路，以便为在相邻列的共享像素57之间垂直交叉。通过该配置，左边列的共享像素57的FD布线31A和右边列的共享像素57的FD布线31B的布线长度变得相等。因此，不出现FD布线31A和31B之间布线电容的差别，并且不出现各列之间转换效率的差别。结果，不出现垂直条纹。
在使用拜耳阵列的滤色镜的情况下，通过如上所述安排像素晶体管，在Gr像素和Gb像素中包括具有相同面积的栅极电极。因此，不出现Gr像素和Gb像素之间由多晶硅形成的栅极电极的光吸收的差别，并且不出现垂直条纹。因此，可能提供具有2像素共享结构的固态成像器件，其中几乎不出现共享像素之间灵敏度的差别。
10.第八实施例
(固态成像器件的配置示例)
图18示出根据本发明的第八实施例的固态成像器件(即，CMOS固态成像器件)。图18示出应用到CMOS固态成像器件的主要部分的示意性配置，其中提供3晶体管型的像素晶体管，并且安排具有2×2像素共享结构的多个共享像素。将对比于图19的比较示例8描述本实施例的像素晶体管的安排等。
图26示出具有3晶体管型和2×2像素共享结构的像素晶体管的共享像素的等效电路。对应于图22的部分由相同的参考标号表示，并且将省略其描述。
首先，将描述根据图19的比较示例8的固态成像器件。在比较示例8的固态成像器件143中，在2×2光电二极管(即，总共四个光电二极管PD[PD1到PD4])之间共享一个浮置扩散部分FD。像素晶体管配置为四个传送晶体管Tr1[Tr11到Tr14]、一个重置晶体管Tr2和一个放大晶体管Tr3的3晶体管型。由四个晶体管PD1到PD4、一个浮置扩散部分FD、传送晶体管Tr11到Tr14、重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3形成具有4像素共享结构的共享像素144。
在四个传送晶体管Tr11到Tr14中，由公共栅极电极TG1形成连接到两个水平光电二极管PD1和PD2的传送晶体管Tr11和Tr12的传送栅极电极。由公共栅极电极TG2形成连接到两个水平光电二极管PD3和PD4的传送晶体管Tr13和Tr14的传送栅极电极。在共享像素144的上侧和下侧分开安排放大晶体管Tr3和重置晶体管Tr2。在垂直相邻的共享像素144中，在相同行方向安排重置晶体管Tr2。在相同行方向安排放大晶体管Tr3。
重置晶体管Tr2包括源极区域104、漏极区域105和重置栅极电极106。放大晶体管Tr3包括源极区域107、漏极区域108和放大栅极电极109。在共享像素中，通过FD布线111[111A和111B]连接浮置扩散部分FD、放大栅极电极109和重置晶体管的源极区域104。
在比较示例8的固态成像器件143中，沿着列方向形成垂直相邻的共享像素144的FD布线111A和111B，并且其布线长度变得相等。例如，在使用拜耳阵列的滤色镜的情况下，重置栅极电极106的部分包括在Gr像素中，并且放大栅极电极109的部分包括在Gb像素中。因为Gr像素和Gb像素包括具有不同面积的各个栅极电极，所以出现Gr像素和Gb像素之间栅极电极的光吸收的差别。结果，出现各列之间灵敏度的偏差，并且出现垂直条纹。
接下来，将描述根据本发明的第八实施例的固态成像器件。如图19所示，通过在2×2光电二极管(即，总共四个光电二极管PD[PD1到PD4])之间共享一个浮置扩散部分FD配置根据第八实施例的固态成像器件59。像素晶体管配置为四个传送晶体管Tr1[Tr11到Tr14]、一个重置晶体管Tr2和一个放大晶体管Tr3的3晶体管型。由四个晶体管PD1到PD4、一个浮置扩散部分FD、传送晶体管Tr11到Tr14、重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3形成具有4像素共享结构的共享像素61。
在四个传送晶体管Tr11到Tr14中，由公共栅极电极TG1形成连接到两个水平光电二极管PD1和PD2的传送晶体管Tr11和Tr12的传送栅极电极。由公共栅极电极TG2形成连接到两个水平光电二极管PD3和PD4的传送晶体管Tr13和Tr14的传送栅极电极。
在本实施例中，两个垂直相邻的共享像素是作为一个的组，并且一组共享像素的上侧和下侧分开安排重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3，在该一组共享像素之间插入共享像素61。在一组中，安排在行方向排列和安排的重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3以便对应于两个共享像素61，使得其阵列在上侧和下侧交叉。重置晶体管Tr2包括源极区域34、漏极区域35和重置栅极电极36。放大晶体管Tr3包括源极区域27、漏极区域28和重置栅极电极29。
在共享像素61中，FD布线31[31A和31B]电连接到重置晶体管Tr2的源极区域24、浮置扩散部分FD和放大栅极电极29。沿着列方向安排两个垂直相邻的共享像素61的FD布线31A和31B。
根据基于第八实施例的固态成像器件59，安排在行方向排列和安排的重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3以便垂直交叉，其中在它们之间插入共享像素61。因此，垂直相邻的共享像素61的FD布线31A和31B的布线长度变得相等。因此，不出现FD布线31A和31B之间布线电容的差别，并且不出现各列之间转换效率的差别。结果，不出现垂直条纹。
在使用拜耳阵列的滤色镜的情况下，通过如上所述安排像素晶体管，在Gr像素和Gb像素中包括具有相同面积的栅极电极。因此，不出现Gr像素和Gb像素之间由多晶硅形成的栅极电极的光吸收的差别，并且不出现垂直条纹。因此，可能提供具有2像素共享结构的固态成像器件，其中几乎不出现共享像素之间灵敏度的差别。
11.第九实施例
(固态成像器件的配置示例)
图20示出根据本发明的第九实施例的固态成像器件(即，CMOS固态成像器件)。图20示出应用到CMOS固态成像器件的主要部分的示意性配置，其中提供4晶体管型的像素晶体管，并且安排具有2×2像素共享结构(即，4像素共享结构)的多个共享像素。将对比于图21的比较示例9描述本实施例的像素晶体管的安排等。
图27示出具有4晶体管型和2×2像素共享结构(即，4像素共享结构)的像素晶体管的共享像素的等效电路。对应于图23的部分由相同的参考标号表示，并且将省略其描述。
首先，将描述根据图21的比较示例9的固态成像器件。在比较示例9的固态成像器件146中，在具有其间插入的两个垂直相邻的共享像素147的一个共享像素的上侧和下侧分开安排放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路和重置晶体管Tr2。在相同行方向排列和安排对应于两个共享像素64的两个重置晶体管Tr2。在相同行方向排列和安排对应于两个共享像素64的两个串联电路。放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路的配置与上述图13的配置相同。
因为其它配置与图19的配置相同，所以对应于图19的部分由相同的参考表示表示，并且将省略其描述。
在比较示例9的固态成像器件146中，沿着列方向形成垂直相邻的共享像素147的FD布线111A和111B，并且其布线长度变得相等。例如，在使用拜耳阵列的滤色镜的情况下，重置栅极电极106的部分包括在Gr像素中，并且放大栅极电极109和选择栅极电极118的部分包括在Gb像素中。因为Gr像素和Gb像素包括具有不同面积的各个栅极电极，所以出现Gr像素和Gb像素之间栅极电极的光吸收的差别。结果，出现各列之间灵敏度的偏差，并且出现垂直条纹。
接下来，将描述根据本发明的第九实施例的固态成像器件。在根据第九实施例的固态成像器件63中，如图20所示，在垂直相邻的共享像素中放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的串联电路和重置晶体管Tr2水平反转。安排水平反转的串联电路和重置晶体管Tr2，以便为垂直交叉。也就是说，在垂直相邻的共享像素64的上侧的行方向上安排其中共同地集成漏极区域25的两个重置晶体管Tr2和其中共同地集成放大晶体管Tr3的漏极区域的两个串联电路。在垂直相邻的共享像素64的下侧安排集成的重置晶体管Tr2和串联电路，以便变为与集成的串联电路和重置晶体管Tr2的阵列交叉的阵列。集成的串联电路的和集成的重置晶体管Tr2的配置与图5中描述的配置相同。
因为其它配置与图8的配置相同，所以对应于图8的部分由相同的参考标号表示，并且将省略其描述。
根据基于第九实施例的固态成像器件63，因为安排垂直相邻的两个共享像素64的串联电路和重置晶体管Tr2，以便为水平反转和垂直交叉，所以垂直相邻的共享像素61的FD布线31A和31B的布线长度变得相等。因此，不出现FD布线31A和31B之间布线电容的差别，并且不出现各列之间转换效率的差别。结果，不出现垂直条纹。
在使用拜耳阵列的滤色镜的情况下，通过如上所述安排像素晶体管，在Gr像素和Gb像素中包括具有相同面积的栅极电极。因此，不出现Gr像素和Gb像素之间由多晶硅形成的栅极电极的光吸收的差别，并且不出现垂直条纹。因此，可能提供具有2像素共享结构的固态成像器件，其中几乎不出现共享像素之间灵敏度的差别。
根据本发明的上述实施例的固态成像器件可应用于前部照明型胡后部照明型。
12.第十实施例
(电子装置的配置示例)
根据本发明的上述固态成像器件可应用于例如电子装置，如数字照相机、数字摄像机、各种移动终端(如其中包括相机的移动电话)、打印机等。
图28示出根据本发明的第十实施例的作为电子装置的示例的相机。根据本实施例的相机例如是能够拍摄静态图像或运动图像的摄像机。本实施例的相机71包括固态成像器件72、用于将入射光引导到固态成像器件72的光接收传感器单元的光学系统73、以及快门装置74。相机71还包括用于驱动固态成像器件72的驱动电路75和用于处理固态成像器件72的输出信号的信号处理电路76。
作为固态成像器件72，应用上述实施例的固态成像器件的任一。光学系统(光学透镜)73将来自被摄体的图像光(入射光)成像在固态成像器件72的成像表面，并且光学系统73可以是包括多个光学透镜的光学透镜系统。快门装置74控制固态成像器件72的光照射时段和光屏蔽时段。驱动电路75提供用于控制固态成像器件72的传送操作和快门装置74的快门操作的驱动信号。通过从驱动电路75提供的驱动信号(时序信号)执行固态成像器件72的信号传输。信号处理电路76执行多种信号处理。信号处理后的图像信号存储在如存储器的存储介质中或者输出到监视器。
根据基于第十实施例的如相机的电子装置，在具有共享像素的固态成像器件72中，因为几乎不出现共享像素之间灵敏度的差别，所以可能获得高质量，并且提供具有高可靠度的电子装置。
本申请包含涉及于2010年1月28日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2010-017019中公开的主题，在此通过引用并入其全部内容。
本领域技术人员应当理解，依赖于设计需求和其他因素可以出现各种修改、组合、子组合和更改，只要它们在权利要求或其等效物的范围内。

Claims (11)

1.一种固态成像器件，其包括像素区域，其中二维地安排在多个光电转换部分中共享像素晶体管的共享像素，其中：
在所述共享像素的列方向上分开地安排共享的像素晶体管，
安排在相邻的共享像素之间共享的像素晶体管，以便为水平反转，
沿着列方向安排连接到共享像素中的浮置扩散部分、重置晶体管的源极和放大晶体管的栅极的连接布线，以及
其中，在相邻列的共享像素之间安排为水平反转的像素晶体管中，放大晶体管相互相邻。
2.如权利要求1所述的固态成像器件，其中像素晶体管包括包含传送晶体管、重置晶体管和放大晶体管的三个晶体管或者包含传送晶体管、重置晶体管、放大晶体管和选择晶体管的四个晶体管中的任何一个。
3.如权利要求2所述的固态成像器件，其中共享像素具有这样的配置，其中在列方向以Z字形安排四个光电转换部分，两个光电转换部分共享一个浮置栅极部分，并且在列方向分开地安排放大晶体管和选择晶体管的串联电路以及重置晶体管。
4.如权利要求2所述的固态成像器件，其中共享像素具有这样的配置，其中在列方向以Z字形安排四个光电转换部分，每两个光电转换部分共享一个浮置栅极部分，并且在列方向分开地安排放大晶体管和重置晶体管。
5.如权利要求2所述的固态成像器件，其中共享像素具有这样的配置，其中在列方向安排四个光电转换部分，每两个光电转换部分共享一个浮置栅极部分，并且在列方向分开地安排放大晶体管和选择晶体管的串联电路以及重置晶体管。
6.如权利要求2所述的固态成像器件，其中共享像素具有这样的配置，其中在列方向安排四个光电转换部分，每两个光电转换部分共享一个浮置栅极部分，并且在列方向分开地安排放大晶体管和重置晶体管。
7.如权利要求2所述的固态成像器件，其中共享像素具有这样的配置，其中在列方向安排两个光电转换部分，并且在列方向分开地安排放大晶体管和选择晶体管的串联电路以及重置晶体管。
8.如权利要求2所述的固态成像器件，其中共享像素具有这样的配置，其中在列方向安排两个光电转换部分，并且在列方向分开地安排放大晶体管和重置晶体管。
9.如权利要求2所述的固态成像器件，其中共享像素具有这样的配置，其中提供2×2光电转换部分，即四个光电转换部分，四个光电转换部分共享一个浮置栅极部分，并且在列方向分开地安排放大晶体管和选择晶体管的串联电路以及重置晶体管。
10.如权利要求2所述的固态成像器件，其中共享像素具有这样的配置，其中提供2×2光电转换部分，即四个光电转换部分，四个光电转换部分共享一个浮置栅极部分，并且在列方向分开地安排放大晶体管和重置晶体管。
11.一种电子装置，包括：
固态成像器件；
光学系统，配置为将入射光引导到所述固态成像器件的光电转换部分；以及
信号处理电路，配置为处理所述固态成像器件的输出信号，
其中所述固态成像器件包括根据权利要求1到10的任一所述的固态成像器件。
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