CN103311258B - 固态摄像设备和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本公开提供固态摄像设备和电子设备。该固态摄像设备包括：像素区域，其中设置有多个像素，该多个像素的每一个包括光电转换元件；多条传输配线，以相同的开口宽度彼此平行地形成在像素区域上；以及另外的配线，形成在传输配线之上的配线层中。另外的配线的至少一部分与传输配线在平面位置上重叠。传输配线和另外的配线形成像素区域的光屏蔽结构。

Description

固态摄像设备和电子设备
技术领域
本公开涉及固态摄像设备和电子设备。
背景技术
作为固态摄像设备的CMOS（互补金属氧化物半导体）固态摄像设备涉及低电源电压和低功耗。因此，CMOS固态摄像设备被用于数字照相机、数字摄影机和例如配备有相机的移动电话的各种移动终端设备。
CMOS固态摄像设备被设置为具有由用作光电转换单元的光电二极管和多个像素晶体管构成的像素。此外，CMOS固态摄像设备包括其中多个像素设置成二维阵列形式的像素单元和设置在像素单元周边的周边电路单元。
此外，近来，人们将注意力集中在了后表面照射型的CMOS固态摄像设备上（见日本特开第2007-115994号公报和第2003-31785号公报）。后表面照射型的CMOS固态摄像设备在设置有配线的一侧（基板的前表面）的相反侧（基板的后表面）具有光入射表面。因此，能够在光电二极管上设置像素单元的配线，结果可以显著提高设计的自由度。
此外，随着更精细的像素尺寸的实现，像素共享型的CMOS固态摄像设备也已为人们所知，在像素共享型的CMOS固态摄像设备中多个光电二极管共享除了传输晶体管外的像素晶体管组（见日本特开第2008-294218号公报和第2009-135319号公报）。
发明内容
在上述的后表面照射型的CMOS固态摄像设备中，当由于像素尺寸变得更加精细而使得相邻配线之间的间隔变小时，配线之间的电容耦合变得不可忽视。在传输配线中，供应给传输栅极的脉冲电压会由于其他配线的影响而变化。特别是，如果供应给传输栅极的截止状态的电压发生了变化，则在传输栅极下方的基板中的电位将发生变化。该电位变化导致累积在光电二极管中的电荷泄漏到浮置扩散（FD），从而导致饱和信号量（Qs）改变及光电二极管间的饱和信号量变化增加等问题。这样，如果饱和信号量的变化对于每个像素都很大，则固态摄像设备的图像质量下降。
考虑到上述情形，所希望的是提供具有能提高图像质量的结构的固态摄像设备和电子设备。
根据本公开的实施例，所提供的固态摄像设备包括：像素区域，其中设置有多个像素，该多个像素的每一个包括光电转换元件；多条传输配线，以相同的开口宽度彼此平行地形成在像素区域上；以及另外的配线，形成在传输配线之上的配线层中。另外的配线的至少一部分与传输配线在平面位置上重叠，并且传输配线和另外的配线形成像素区域的光屏蔽结构
根据本公开的另一个实施例，所提供的电子设备包括固态摄像设备和构造为处理固态摄像设备的输出信号的信号处理电路。
对于上述的固态摄像设备，传输配线以相同的开口宽度彼此平行地设置。因此，传输配线之间的耦合电容变为恒定，并且像素之间的饱和信号量变化变为恒定。因此，像素之间的饱和信号量相等，结果能够提高固态摄像设备的图像质量。
此外，利用该固态摄像设备，能够提高电子设备的图像质量。
根据本公开，能够提供图像质量提高的固态摄像设备和电子设备。
本公开的这些以及其它的目标、特征和优点通过下面结合附图对其优选实施例的详细描述而将变得明显易懂。
附图说明
图1是示出根据本公开第一实施例的固态摄像设备的结构的平面图；
图2A和2B的每一个是示出固态摄像设备的结构的示意图；
图3是示出根据第一实施例的固态摄像设备的结构的截面图；
图4A和4B分别是配线层的截面图和平面图；
图5是示出4像素共享单元的像素结构的示意图；
图6A是示出根据第一实施例的固态摄像设备的光屏蔽结构的结构的平面图，而图6B是构成光屏蔽结构的配线层的截面图；
图7A是示出根据第二实施例的固态摄像设备的光屏蔽结构的结构的平面图，而图7B是构成光屏蔽结构的配线层的截面图；
图8A是示出根据第三实施例的固态摄像设备的光屏蔽结构的结构的平面图，而图8B是构成光屏蔽结构的配线层的截面图；
图9A是示出根据第四实施例的固态摄像设备的光屏蔽结构的结构的平面图，而图9B是构成光屏蔽结构的配线层的截面图；以及
图10是示出电子设备结构的示意图。
具体实施方式
在下文，将参考附图描述本公开的实施例。
应注意，描述将以下面的顺序给出。
1.固态摄像设备的概述
2.固态摄像设备的第一实施例
3.固态摄像设备的第二实施例
4.固态摄像设备的第三实施例
5.固态摄像设备的第四实施例
6.电子设备
<1.固态摄像设备的概述>
在下文，将描述固态摄像设备的概述。
总体上，在后表面照射型的CMOS固态摄像设备中，形成水平溢出结构（horizontaloverflow structure）以作为针对闪光（blooming）的对策。在水平溢出结构中，使电荷经由浮置扩散从传输栅极下方逃逸。因此，在后表面照射型的CMOS固态摄像设备中，由于水平溢出结构的影响，传输栅极处的电位可能变化。这样，例如，在给传输栅极供应脉冲电压的传输配线中，由于配线之间的电容耦合的影响，可能导致饱和信号量（Qs）的改变或者光电二级管间的饱和信号量变化的增加。
为了抑制饱和信号量的变化，需要使传输栅极的电位变化均匀。如果传输栅极的电位变化是均匀的，则传输栅极下方的基板中的电位变化相等，结果可以消除饱和信号量的变化。
为了使传输栅极的电位变化均匀，需要在像素单元中的配线布置方面做出努力。为此，通过设计像素单元中的配线布置，可以使传输配线和其它配线的耦合电容相等。因此，如果耦合电容能够相等，则对于每个传输栅极而言传输配线的电位变化相等。因此，能够抑制饱和信号量的变化。
另一方面，在固态摄像设备中，作为使多个芯片和多个功能尺寸减小的方法，开始努力将多个芯片彼此接合以使高速传输成为可能。在此情况下，光电转换元件单元和周边电路单元形成为彼此非常靠近，从而引起了图像传感器中的固有问题。光电转换元件采用微小的载流子（电子）作为信号，从而来自光电转换元件周围的电路的热或电磁场的影响将混合在信号中作为噪声。另外，在晶体管或二极管的通常电路操作中可忽略不计的微弱的热载流子光发射将显著地影响图像传感器的特性。
热载流子光发射由当源极和漏极之间加速的载流子在漏极拐角处经受碰撞离子化时产生的空穴和电子的产生和复合而引起，或者热载流子光发射由上述电子或空穴的状态转变而引起。即使在特性没有问题的晶体管中，该光也会微弱但稳定地产生。该光被散射在所有方向上，从而其影响随距离而变小。然而，在光电转换元件和电路设置得很近的情况下，该光不会被散射得很多，并且相当数量的光子会进入到光电转换元件中。
这样，热载流子光的散射是不足的，从而由于电路的有效率或晶体管布置上的差别而引起的热载流子光的产生分布将作为二维信息添加到图像中。为此，必须设置光屏蔽结构以将注入到光电转换元件中的量保持在检测极限之下。
在现有技术中，为了抑制饱和信号量的变化，通过设计像素单元中的配线布置，使传输配线与其它配线的耦合电容相等。
然而，在采用现有技术的配线布置的情况下，一个或多个间隙产生在相邻的配线之间，因此需要额外制备光屏蔽结构以抑制如上所述的热载流子光发射的影响。
在通过额外设置光屏蔽膜而形成光屏蔽结构的情况下，光屏蔽膜由诸如W、Cu、Ti、TiN和C的材料制造。可以通过采用吸收光的材料来形成吸收膜以取代光屏蔽膜。然而，两种情况在成本等方面都有缺点。
鉴于此，在该实施例中，提供一种配线结构，其能够实现相等的耦合电容以及光屏蔽结构而无需额外提供用于光屏蔽的新结构。
<2.固态摄像设备的第一实施例>
（固态摄像设备的示意性结构）
图1是应用到该实施例的固态摄像设备的CMOS固态摄像设备的示意性结构。CMOS固态摄像设备被应用到每个实施例的固态摄像设备。该实施例中的固态摄像设备1包括半导体基板（未示出）、像素区域（所谓的像素阵列）3和周边电路单元，在像素区域3中包括多个光电转换单元的像素2在半导体基板（未示出）上设置成规则的二维阵列图案，例如，半导体基板为硅基板。像素2例如包括用作光电转换单元的光电二极管和多个像素晶体管（所谓的MOS晶体管）。多个像素晶体管例如可由传输晶体管、复位晶体管和放大晶体管这三个晶体管构成。此外，可增加选择晶体管，因此该四个晶体管构成像素晶体管。单元像素的等效电路与常规的情况相同，从而将省略其详细描述。像素2可以形成为一个单元像素。此外，像素2也可以为像素共享结构。像素共享结构是多个光电二极管共享除传输晶体管之外的晶体管和形成传输晶体管的浮置扩散的结构。
周边电路单元包括垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7和控制电路8等。
控制电路8接收用于给出操作模式等指令的数据和输入时钟并输出诸如固态摄像设备的内部信息的数据。就是说，在控制电路8中，根据垂直同步信号、水平同步信号和主时钟，产生作为垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等的操作基准的时钟信号和控制信号。各信号输入到垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等。
垂直驱动电路4例如由移位寄存器形成，选择像素驱动配线，将用于驱动像素的脉冲供应到所选择的像素驱动配线，并且以行为单位驱动像素。换言之，垂直驱动电路4在垂直方向上依次以行为单位对像素区域3中的像素2进行选择扫描，并且通过垂直信号线9将一像素信号供应到列信号处理电路5，该像素信号基于根据作为像素2的光电转换单元的光电二极管等接收的光量而产生的信号电荷。
为像素2的每个列等设置列信号处理电路5，并且列信号处理电路5针对从一个列的像素2输出的信号而为每个像素列进行噪声去除等的信号处理。就是说，列信号处理电路5进行诸如CDS、信号放大和AD转换的信号处理，其中CDS用于去除像素2中固有的固定图案噪声。在列信号处理电路5的输出段上，水平选择开关（未示出）与水平信号线10连接。
水平驱动电路6由移位寄存器等形成，顺序输出水平扫描脉冲，由此顺序选择列信号处理电路5，并且使列信号处理电路5的每一个将像素信号输出到水平信号线10。
输出电路7对通过水平信号线10从列信号处理电路5顺序供应的信号进行信号处理并且输出信号。例如，可仅进行缓冲处理，或者可进行黑电平调整、列变化校正和各种数字信号处理等。输入和输出端12用于从外部接收信号或将信号传输到外部。
接下来，将描述根据该实施例的CMOS固态摄像设备的结构。图2A和2B是示意性结构图，其每一个示出了根据该实施例的CMOS固态摄像设备的结构。
如图2A所示，在该示例的CMOS固态摄像设备21中，像素区域23安装在第一半导体芯片单元22上，控制电路24和包括信号处理电路的逻辑电路25安装在第二半导体芯片单元26上。第一半导体芯片单元22和第二半导体芯片单元26彼此电连接，由此形成作为一个半导体芯片的CMOS固态摄像设备21。
如图2B所示，在该示例的CMOS固态摄像设备27中，像素区域23和控制电路24安装在第一半导体芯片单元22上，包括用于进行信号处理的信号处理电路的逻辑电路25安装在第二半导体芯片单元26上。第一半导体芯片单元21和第二半导体芯片单元26彼此电连接，由此形成作为一个半导体芯片的CMOS固态摄像设备27。
尽管没有示出，但是在另一个示例的CMOS固态摄像设备中，在第一半导体芯片单元22上，安装像素区域23和作为控制电路的一部分且用于控制像素区域的控制电路单元。此外，在第二半导体芯片单元26上，安装逻辑电路25和作为控制电路的另一部分且用于控制逻辑电路的控制电路单元。第一半导体芯片单元22和第二半导体芯片单元26彼此电连接，由此形成作为一个半导体芯片的CMOS固态摄像设备27。
上述示例中的CMOS固态摄像设备具有层叠不同种类的半导体芯片的结构，并具有稍后描述的结构特性。
（固态摄像设备的截面结构）
图3示出了固态摄像设备，具体地，示出了根据第一实施例的CMOS固态摄像设备。根据该实施例的CMOS固态摄像设备是后表面照射型的固态摄像设备。对于根据该实施例的CMOS固态摄像设备，应用图2B所示的结构，但是也可以应用图2A所示的结构或者控制电路分开安装在第一半导体芯片单元和第二半导体芯片单元上的结构。在第二实施例和随后的实施例中，可以以相同的方式应用各结构。
根据第一实施例的固态摄像设备通过将第一半导体芯片单元31和第二半导体芯片单元45彼此连接而形成。在第一半导体芯片单元31上，形成像素阵列（在下文，称为像素区域23）和控制电路24，在像素区域23中二维地布置用作光电转换单元的光电二极管PD和由多个像素晶体管构成的像素。
光电二极管PD具有在半导体阱区域32中的n型半导体区域34和在基板表面侧的p型半导体区域35。在形成像素的基板表面上，栅极电极36隔着栅极绝缘膜形成，并且成对的源极和漏极区域33与栅极电极36形成像素晶体管Tr1和Tr2。在图3中，示出两个像素晶体管Tr1和Tr2以作为多个像素晶体管的代表。相邻于光电二极管PD的像素晶体管Tr1对应于传输晶体管，并且其源极和漏极区域对应于浮置扩散FD。单元像素由元件隔离区域38隔离。
另一方面，控制电路24由半导体阱区域32中形成的多个MOS晶体管构成。在图3中，构成控制电路24的多个MOS晶体管由MOS晶体管Tr3和Tr4代表。MOS晶体管Tr3和Tr4的每一个由n型源极和漏极区域33和隔着栅极绝缘膜形成的栅极电极36形成。
在基板的前表面侧，多层配线层41通过隔着层间绝缘膜39为多个层设置配线40而形成。配线40例如由铜配线形成。像素晶体管和控制电路的MOS晶体管通过穿透第一绝缘膜43a和第二绝缘膜43b的连接导体44连接到必要的配线40。第一绝缘膜43a例如由氧化硅膜形成，并且第二绝缘膜43b用作蚀刻停止层并例如由氮化硅膜形成。
在半导体阱区域32的背表面上，形成抗反射膜61。在抗反射膜61的对应于每一个光电二极管PD的区域上，形成由波导材料膜（例如，SiN膜）69形成的波导70。在半导体阱区域32的背表面上由SiO膜等形成的绝缘膜62中，形成对需要的区域屏蔽光的光屏蔽膜63。此外，彩色滤光片73和芯片上微透镜74隔着平坦化膜71形成为对应于光电二极管PD的每一个。
另一方面，在半导体芯片单元45上，形成逻辑电路25，该逻辑电路包括用于进行信号处理的信号处理电路。逻辑电路25通过例如在p型半导体阱区域46中形成由元件隔离区域50隔离的多个MOS晶体管而形成。在此情况下，多个MOS晶体管由MOS晶体管Tr6、Tr7和Tr8代表。MOS晶体管Tr6、Tr7和Tr8的每一个具成对的n型源极和漏极区域47和隔着栅极绝缘膜形成的栅极电极48。
在半导体阱区域46上，形成多层配线层55，在该多层配线层55中隔着层间绝缘膜49设置多个层的配线53和具有阻挡金属层58的配线57。MOS晶体管Tr6、Tr7和Tr8的每一个通过穿透第一绝缘膜43a和第二绝缘膜43b的连接导体54连接到必要的配线53。
第一半导体芯片单元31和第二半导体芯片单元45通过粘合剂层60等彼此接合，以使第一半导体芯片单元31的多层配线层41和第二半导体芯片单元45的多层配线层55彼此面对。在第二半导体芯片单元45侧的多层配线层55的接合表面上，形成用于减小接合应力的应力校正膜59。该接合也可通过等离子体接合来进行。
此外，第一半导体芯片单元31和第二半导体芯片单元45通过连接导体68电连接。就是说，连接孔形成为穿透第一半导体芯片单元31的半导体阱区域32，并且到达多层配线层41的必要配线40。此外，连接孔形成为穿透第一半导体芯片单元31的半导体阱区域32和多层配线层41，并且到达多层配线层55的必要配线53。埋设连接到这些连接孔的连接导体68，由此电连接第一半导体芯片单元31和第二半导体芯片单元45。绝缘膜67围绕连接导体68的周围，从而连接导体68与半导体阱区域32绝缘。连接到连接导体68的配线40和57对应于垂直信号线。连接导体68连接到电极焊垫（未示出）或者可被设定为电极焊垫。
在第一半导体芯片单元31和第二半导体芯片单元45彼此接合之后形成连接导体68，然后使第一半导体芯片单元31的半导体阱区域32薄化。之后，形成盖膜72、平坦化膜71、彩色滤光片73和芯片上微透镜74。在半导体阱区域32中，绝缘间隔层42形成在连接导体68周围。
在该实施例中，光屏蔽结构由像素区域23的光电二极管PD和逻辑电路25之间的区域中的没有空隙地覆盖像素区域的配线形成。
例如，在固态摄像设备中，在像素区域的光电转换元件的多层配线层41中，配线40设置为无空隙地覆盖像素区域。此时，通过采用两个或多个配线层，配线40彼此重叠到一定程度，结果能够防止光散射的影响并且能够抑制来自下部的入射光。
此外，为了使耦合电容相等，在光屏蔽结构中，使在同一层中以相等间隔设置的传输配线和设置在不同层中以与传输配线重叠到一定程度的其它配线相结合。通过该结构，能够形成光屏蔽结构以在周边电路单元的有源元件操作时仅通过配线层来屏蔽照射的光而不用额外设置用于光屏蔽的层。通过该结构，能够防止热载流子光进入像素的光电二极管PD。作为有源元件，采用MOS晶体管或保护二极管等。
（通过配线实现的光屏蔽结构）
图4A和4B的每一个示出了通过配线实现的光屏蔽结构的结构示例。图4A是示出配线层的截面图的示意图，并且图4B是示出配线层的平面图的示意图。
配线40A和配线40B的至少两个层构成了光屏蔽结构。
在光屏蔽结构中，下层上的配线40A和上层上的配线40B之间的层叠间隔设定为距离81。同样，下层上的配线40A和上层上的配线40B在平面方向上彼此重叠的长度设定为重叠量82。下层上的配线40A之间的间隔设定为开口宽度83。
重叠量82由距离81和配线之间的开口宽度83限定。热载流子光产生为点光源，从而需要屏蔽倾斜入射的光。重叠量82设定为至少大于配线之间的距离81，结果提高了对倾斜方向上的热载流子光的光屏蔽性能。
此外，形成在同一层中的配线40A之间的配线开口宽度83设定为相等。此外，重叠量82形成为相同。通过该结构，配线40A和40B之间的位置关系能够相等，并且因此耦合电容能够相等。
（像素共享单元：像素结构）
接下来，将描述应用于根据该实施例的固态摄像设备的像素单元的结构。图5示出了应用于本实施例的由4像素共享单元形成的像素单元的结构。如图5所示，其中设置有四个像素的光电二极管PD（PD1至PD4）的4像素共享单元以二维阵列形式设置，由此形成像素单元。
4像素共享单元具有一个浮置扩散FD被四个光电二极管PD（两个光电二极管PD在水平方向上，两个光电二极管PD在垂直方向上）共享的结构。该单元包括四个光电二极管PD1至PD4、分别用于光电二极管PD1至PD4的传输栅极电极75至78以及一个浮置扩散FD。传输栅极电极75至78分别用于构成传输晶体管Tr11至Tr14。浮置扩散FD设置在被四个光电二极管PD1至PD4围绕的中心部分处，并且传输栅极电极75至78分别设置在与光电二极管PD1至PD4的在中心部分侧的拐角部分相对应的位置处。
另外，在图5中，在4像素共享单元之上，设置选择晶体管Tr23和放大晶体管Tr22。在4像素共享单元之下，设置复位晶体管Tr21。选择晶体管Tr23包括一对源极和漏极区域94和95以及选择栅极电极79。放大晶体管Tr22包括一对源极和漏极区域95和96以及放大栅极电极80。复位晶体管包括一对源极和漏极区域97和98以及复位栅极电极99。栅极电极的每一个由多晶硅膜形成。FD连接到放大晶体管Tr22的放大栅极电极80和复位晶体管Tr21的源极区域。
在形成有光电二极管PD的区域的配线层中，形成上述的光屏蔽结构。所希望的是，由配线层实现的光屏蔽区域完全覆盖形成有光电二极管PD的区域。
然而，如果形成有光电二极管PD的区域没有被完全覆盖，也可以获得光屏蔽结构的效果。例如，如图5所示的光屏蔽区域100，希望对一正方形区域进行光屏蔽，该正方形区域至少包括光电二极管PD1的短边以作为一边。同样，对于光电二极管PD2至PD4的每一个，包括光电二极管PD2至PD4的每一个的短边以作为一边的正方形区域经受光屏蔽。通过在光屏蔽区域100上形成由配线形成的光屏蔽结构，能够获得足够的光屏蔽效果。这样，在光屏蔽层设置为部分覆盖光电二极管PD的区域而不完全覆盖形成有光电二极管PD的区域的情况下，也能获得光屏蔽结构的效果。
（配线的结构：光屏蔽结构的结构示例）
接下来，将描述由配线层实现的光屏蔽结构，该光屏蔽结构设置在其中形成有上述4像素共享单元的像素单元上。
如图3所示，在后表面照射型的CMOS固态摄像设备中，在半导体基板的前表面侧形成像素晶体管，并且在像素晶体管上方形成配线层，在配线层中隔着层间绝缘膜设置由金属层形成的多层配线。在半导体基板的后表面侧，形成彩色滤光片层和芯片上透镜，并且光进入基板的后表面。就是说，后表面照射型具有这样的结构，其中配线层形成在光入射表面的相反侧。
图6示出了根据第一实施例的在像素单元上形成的光屏蔽结构。图6A是示出4像素共享单元上形成的各配线的结构的平面图。图6B是沿着线A-A剖取的图6A所示的配线结构的截面图。此外，图6A所示的4像素共享单元的像素单元与图5具有相同的结构。相同的部分由相同的参考标记表示，并且省略其详细描述。
在像素单元上形成光屏蔽结构的配线包括传输配线和平行于传输配线设置的其它配线。在该实施例中，作为平行于传输配线设置的配线，采用脉冲配线和虚设配线。不特别限制传输配线之外的配线，并且可适当采用CMOS固态摄像设备中设置的各种配线或虚设配线等。
如图6A所示，在像素单元中，从上面看延伸在水平方向且彼此平行地在垂直方向上设置的传输配线84至87以必要的间隔设置。例如，在四个传输配线84至87当中，至少一个传输配线设置为跨过光电二极管PD。在该示例中，传输配线84和87形成为跨过光电二极管PD的中心附近。
传输配线84至87连接到4像素共享单元的传输晶体管Tr11至Tr14的传输栅极电极75至78。此时，希望四个传输配线84至87具有相同的配线宽度和相同的配线间隔。
此外，如图6A所示，脉冲配线88至91设置为相邻于四个传输配线84至87。在图6A和6B中，在外侧除了设置的传输配线84和87外，还分别设置了脉冲配线88和89以及脉冲配线90和91。脉冲配线88至91设置为平行于传输配线84至87。希望脉冲配线88至91和传输配线84至87具有相同的配线宽度和相同的配线间隔。
如图6B所示，在第一实施例中，包括传输配线84至87以及脉冲配线88至91的配线形成在同一配线层中。
此外，如图6A和6B所示，在与其中形成有传输配线84至87以及脉冲配线88至91的配线层不同的配线层中，形成虚设配线92。如图6A和6B所示，虚设配线92设置为与传输配线84至87以及脉冲配线88至91重叠。虚设配线92可被电浮置或可固定到电源电压或接地。
在根据第一实施例的光屏蔽结构中，在多层配线层中，传输配线84至87以及脉冲配线88至91设置在下配线层中，并且虚设配线92设置在上配线层中。
与上述图4A和4B所示的配线40A和40B一样，下层中的传输配线84至87以及脉冲配线88至91和上层中的虚设配线92具有重叠量82，该重叠量82大于配线层的配线之间的距离81。
此外，传输配线84至87和脉冲配线88至91的开口宽度83形成为是相同的。此外，虚设配线92的开口宽度83形成为具有一定的长度。
传输配线84至87、脉冲配线88至91和虚设配线92被如上所述地设置，结果光屏蔽结构被形成在光电二极管PD和有源元件之间，有源元件例如是设置为靠近光电二极管PD的逻辑电路。因此，能够通过形成光屏蔽结构的配线层来屏蔽逻辑电路等的MOS晶体管中产生的热载流子光。另外，也可通过形成光屏蔽结构的配线层来屏蔽用于保护的二极管运行时产生的光。因此，能够防止热载流子光进入像素单元的光电二极管PD。
特别是，传输配线84至87、脉冲配线88至91与虚设配线92的重叠量82大于配线之间的距离81，结果能够屏蔽由于光衍射的影响而引起的倾斜入射的热载流子光。因此，能够提供可进一步抑制热载流子光进入光电二极管PD的光屏蔽结构。
结果，能够避免使热载流子光进入像素区域，并且因此能够提供图像质量提高的固态摄像设备。
此外，传输配线84至87、脉冲配线88至91与虚设配线92具有相同的开口宽度83，结果能够将配线间的位置关系设定为相同。因此，能够使配线之间的耦合电容相等，并且使传输栅极的电位变化相等。结果，对于每个传输栅极而言传输配线的电位变化变得相同，从而能够抑制像素的饱和信号量的变化。
<3.固态摄像设备的第二实施例>
接下来，将描述根据第二实施例的固态摄像设备的结构。在第二实施例中，也可以应用与第一实施例相同的固态摄像设备，除了形成光屏蔽结构的配线结构之外。因此，在下面，将描述形成光屏蔽结构的配线结构。
（配线：光屏蔽结构的结构示例）
图7A和7B的每一个示出了形成光屏蔽结构的配线结构，该光屏蔽结构设置在其中形成有像素共享单元的像素单元上。图7A是示出在图5所示的4像素共享单元上形成的各配线的结构的平面图。图7B是沿着图7A的线A-A剖取的配线结构的截面图。
传输配线84至87和脉冲配线88至91设置为与第一实施例一样。在其中形成有传输配线84至87和脉冲配线88至91的配线层之上，设置其中形成有虚设配线92的配线层。
虚设配线92覆盖4像素共享单元的光电二极管PD，从而覆盖传输配线84至87和脉冲配线88至91。希望形成虚设配线92的区域等于或大于图5所示的光屏蔽区域。特别是，希望在像素单元的整个表面上形成虚设配线92。虚设配线92可被电浮置或可固定到电源电压或接地。
此外，传输配线84至87和脉冲配线88至91具有图4A和4B所示的配线之间的均匀的开口宽度83。虚设配线92完全覆盖传输配线84至87和脉冲配线88至91，从而对于每个配线重叠量82是相同的。此外，传输配线84至87和脉冲配线88至91的宽度设定为大于配线之间的距离81，由此设定重叠量82大于配线之间的距离81。
传输配线84至87、脉冲配线88至91和虚设配线92被如上所述地设置，结果能够将配线之间的位置关系设定为相同。因此，能使配线之间的耦合电容相等，并且使传输栅极的电位变化相等。从而，传输配线的电位变化的影响相同，从而可抑制光电二极管之间饱和信号量的变化。
此外，形成传输配线84至87、脉冲配线88至91和虚设配线92，使得像素单元上的光屏蔽结构的重叠量82大于配线之间的距离81。因此，能够防止热载流子光进入像素单元的光电二极管PD。该结构对于防止由光衍射的影响引起的倾斜入射的热载流子光特别有效。
<4.固态摄像设备的第三实施例>
接下来，将描述根据第三实施例的固态摄像设备的结构。在第三实施例中，也可以应用与第一实施例相同的固态摄像设备，除了形成光屏蔽结构的配线结构之外。因此，在下面，将描述形成光屏蔽结构的配线结构。
（配线：光屏蔽结构的结构示例）
图8A和8B的每一个示出了形成光屏蔽结构的配线结构，该光屏蔽结构设置在其中形成有像素共享单元的像素单元上。图8A是示出在上述图5所示的4像素共享单元上形成的各配线的结构的平面图。图8B是沿着图8A的线A-A剖取的配线结构的截面图。
如图8A和8B所示，传输配线84至87和脉冲配线88至91以与第一实施例相同的方式设置。在其中形成有传输配线84至87和脉冲配线88至91的配线层之上，设置其中形成有虚设配线92的配线层。
根据第三实施例的由配线实现的光屏蔽结构是开口部分形成在光屏蔽结构的一部分上的示例。因此，图8A和8B所示的结构除了根据第二实施例的光屏蔽结构外还具有位于像素单元之上并位于光电二极管PD的光屏蔽区域之外的开口部分。
这样，在由配线实现的光屏蔽结构中，开口部分可以形成在像素单元上。
虚设配线92覆盖4像素共享单元的光电二极管PD，从而覆盖传输配线84至87和脉冲配线88至91。希望其中形成有虚设配线92的区域等于或大于图5所示的光屏蔽区域。特别是，希望在整个像素单元上形成虚设配线92。虚设配线92可被电浮置或可固定到电源电压或接地。
此外，在虚设配线92中，形成配线的一部分被去除的开口部分101。在由配线实现的光屏蔽结构中，上配线层和下配线层没有重叠的区域对应于开口部分101。就是说，在第三实施例的示例中，传输配线84至87和脉冲配线88至91形成在下配线层中而虚设配线92不形成在上配线层中的区域对应于由配线形成的光屏蔽结构的开口部分101。
难以部分地去除传输配线84至87和脉冲配线88至91，所以去除了虚设配线92的一部分，由此形成开口部分101。
希望的是，在不包括像素单元的光电二极管PD的位置上形成开口部分101，以便屏蔽设置在附近的MOS晶体管中产生的热载流子光。但是，如果形成的开口不影响固态摄像设备获得的图像，例如，如果形成的开口使得仅检测极限或更少的热载流子光入射到光电二极管PD上，则开口部分101可设置在光电二极管PD上。
例如，在图5所示的光电二极管PD上，至少一边对应于光电二极管PD的短边的正方形区域是光屏蔽区域100。
此外，例如，不限制形成开口部分101的位置以及要形成的开口部分101的数量，只要开口的中心不在光电二极管PD上。
传输配线84至87和脉冲配线88至91所具有的位置关系使得图4A和4B所示的配线之间的开口宽度83是相同的。只要传输配线84至87和脉冲配线88至91的设置具有均匀性，则虚设配线的均匀性就不会是问题。在形成开口部分101的区域中，传输配线和虚设配线之间的位置关系与其它区域不同，但是传输配线和虚设配线之间的均匀性对耦合电容几乎没有影响，并且因此可忽略不计。
如上所述，设置传输配线84至87和脉冲配线88至91，由此可以将配线之间的位置关系设定为相同。因此，能够使配线之间的耦合电容相同，并且使传输栅极的电位变化相同。因此，传输配线的电位变化的影响对于每个传输栅极而言变得相同，从而能抑制光电二极管之间饱和信号量的变化。
另外，形成覆盖传输配线84至87和脉冲配线88至91的虚设配线92，由此像素单元上形成的光屏蔽结构的重叠量82大于配线之间的距离81。结果，能够防止热载流子光进入像素单元的光电二极管PD。该结构对于防止由光衍射的影响引起的倾斜入射的热载流子光特别有效。
应当注意，在上述的第一实施例中，也可去除虚设配线92的一部分，并且设置上层中的虚设配线92与下层中的传输配线84至87和脉冲配线88至91彼此不重叠的区域，结果可以在任何位置设置开口部分。
<5.固态摄像设备的第四实施例>
接下来，将描述根据第四实施例的固态摄像设备的结构。在第四实施例中，也可以应用与第一实施例相同的固态摄像设备，除了形成光屏蔽结构的配线结构之外。因此，在下面，将描述形成光屏蔽结构的配线结构。
（配线：光屏蔽结构的结构示例）
图9A和9B的每一个示出了形成光屏蔽结构的配线结构，该光屏蔽结构设置在其中形成有像素共享单元的像素单元上。图9A是示出在上述图5所示的4像素共享单元上形成的各配线的结构的平面图。图9B是沿着图9A的线A-A剖取的配线结构的截面图。
在下配线层中，形成传输配线84至87和虚设配线92。此外，在上配线层中，形成脉冲配线88至91和虚设配线93。
在下配线层中，从上面看延伸在水平方向上且彼此平行地在垂直方向上设置的传输配线84至87和虚设配线92以所希望的间隔交替设置。
在上配线层中，从上面看延伸在水平方向上且彼此平行地在垂直方向上设置的脉冲配线88至91和虚设配线93以所希望的间隔交替设置。
传输配线84至87与虚设配线93以及传输配线84至87与脉冲配线88至91分别具有重叠量82，与图4所示的配线40A和40B一样该重叠量82大于配线层的配线之间的距离81。同样，虚设配线92与脉冲配线88至91以及虚设配线92与虚设配线93分别具有重叠量82，与图4所示的配线40A和40B一样该重叠量82大于配线层的配线之间的距离81。这样，在上配线层和下配线层中，配线的重叠量82均设定为一定的长度。
此外，传输配线84至87和虚设配线92之间的开口宽度83以及脉冲配线88至91和虚设配线93之间的开口宽度83的每一个设定为一定的长度。此外，下层中的传输配线84至87与上层中的脉冲配线88至91之间的间隔设定为恒定。
通过如上所述地设置传输配线84至87、脉冲配线88至91和虚设配线92和93，能够将配线之间的位置关系设定为相同。因此，能够使配线之间的耦合电容相同，并且能够使传输栅极的电位变化相同。结果，传输配线的电位变化的影响对每个传输栅极而言变得相同，从而可以抑制光电二极管之间饱和信号量的变化。
另外，通过形成传输配线84至87、脉冲配线88至91和虚设配线92和93，像素单元上的光屏蔽结构的重叠量82大于配线的距离81。因此，能防止热载流子光进入像素单元的光电二极管PD。该结构对于防止由光衍射的影响引起的倾斜入射的热载流子光特别有效。
如上所述，在构成光屏蔽结构的两个配线层中，传输配线84至87和脉冲配线88至91可以形成在不同的配线层中。可以形成其中传输配线84至87和脉冲配线88至91彼此重叠的光屏蔽结构。此外，虚设配线可形成在两个配线层中。通过使上层和下层中的虚设配线彼此重叠，可以形成光屏蔽结构。
这样，除了如第一至第三实施例那样由传输配线84至87、脉冲配线88至91与虚设配线92的重叠实现的光屏蔽结构外，也可以通过配线形成光屏蔽结构。
<6.电子设备>
接下来，将描述设置有上述固态摄像设备的电子设备。
固态摄像设备可应用于诸如数字相机和摄影机的相机系统、具有摄像功能的移动电话或者诸如配备有摄像功能的其他设备的电子设备。在图10中，作为电子设备的示例，示出了在固态摄像设备应用到能拍摄静态图像或运动图像的相机的情况下的示意性结构。
该示例中的相机110被设置有固态摄像设备111、引导入射光到固态摄像设备111的光接收传感器单元的光学系统112、设置在固态摄像设备111和光学系统112之间的快门机构113以及驱动固态摄像设备111的驱动电路114。此外，相机110被设置有信号处理电路115，以处理固态摄像设备111的输出信号。
对于固态摄像设备111，可应用根据第一至第四实施例的固态摄像设备。光学系统（光学透镜）112将来自目标的图像光（入射光）形成在固态摄像设备111的摄像表面（未示出）上。结果，在固态摄像设备111中，信号电荷将累积一定的时间周期。应注意，光学系统112可由包括多个光学透镜的光学透镜组构成。此外，快门机构113针对固态摄像设备111控制入射光的光照射时间周期和光屏蔽时间周期。
驱动电路114给固态摄像设备111和快门机构113供应驱动信号。然后，驱动电路114通过用所供应的驱动信号来控制固态摄像设备111到信号处理电路115的信号输出操作以及快门机构113的快门操作。就是说，在该示例中，通过从驱动电路114供应的驱动信号（定时信号），实现从固态摄像设备111到信号处理电路115的信号传输操作。
信号处理电路115对从固态摄像设备111传输的信号进行各种信号处理。经受各种信号处理的信号（图像信号）存储在诸如存储器的存储介质（未示出）中或输出到监视器（未示出）。
对于诸如相机110的电子设备，在固态摄像设备111中，在像素尺寸小型化的同时能够抑制饱和信号量的变化。另外，在固态摄像设备中，还能抑制在周边电路单元运行时来自诸如二极管和MOS晶体管的有源元件的诸如热载流子光的光进入光电二极管。结果，能够提供图像质量提高的高质量的电子设备。
应注意，在上面的实施例中，给出了光屏蔽结构由两层配线层构成的示例，但是用于光屏蔽结构的配线层的数量可为三个或更多。在此情况下，与配线层的配线之间的距离相比，通过增加配线的重叠量，也能形成光屏蔽结构。此外，在光屏蔽结构由三层或更多层构成的情况下，如果在构成光屏蔽结构的传输配线和其它配线之间配线宽度和配线间隔被设定为相同，则也能使耦合电容相等。
另外，在上面的实施例中，描述了像素区域、控制电路与逻辑电路分开制造在基板上并接合这些基板的情况。然而，像素区域、控制电路与逻辑电路可形成在同一基板上。此外，像素区域、控制电路与逻辑电路可不设置在垂直方向上，而是可设置在同一的平面中。本公开可应用于像素区域、控制电路与逻辑电路彼此靠近设置的情况。
应注意，本公开可采取下面的构造。
（1）一种固态摄像设备，包括：
像素区域，其中设置有多个像素，该多个像素的每一个包括光电转换元件；
多条传输配线，以相同的开口宽度彼此平行地形成在该像素区域上；以及
另外的配线，形成在该传输配线之上的配线层中，该另外的配线的至少一部分与该传输配线在平面位置上重叠，该传输配线和该另外的配线形成该像素区域的光屏蔽结构。
（2）根据项（1）的固态摄像设备，其中
该光电转换元件设置在基板的第一表面上，并且该配线层设置在该基板的第二表面上。
（3）根据项（2）的固态摄像设备，还包括
第二基板，隔着该配线层接合到该基板的第二表面侧，其中
该第二基板包括周边电路单元，并且
该光屏蔽结构形成在该像素区域和该周边电路单元之间。
（4）根据项（1）至（3）任何一项的固态摄像设备，还包括
有源元件，构造为进行信号处理且设置为靠近该光电转换元件。
（5）根据项（4）的固态摄像设备，其中
该有源元件包括场效晶体管和二极管中的至少一种。
（6）根据项（1）至（5）任何一项的固态摄像设备，其中
该另外的配线包括脉冲配线和虚设配线。
（7）一种电子设备，包括：
根据（1）至（6）任何一项的固态摄像设备；以及
信号处理电路，构造为处理固态摄像设备的输出信号。
本申请包含2012年3月8日提交至日本专利局的日本优先权专利申请JP2012-051427中公开的相关主题事项，其全部内容通过引用结合于此。
本领域的技术人员应当理解的是，在所附权利要求或其等同方案的范围内，根据设计需要和其他因素，可以进行各种修改、结合、部分结合和替换。

Claims (5)

1.一种固态摄像设备，包括：
像素区域，其中设置有多个像素，该多个像素的每一个包括光电转换元件，该光电转换元件设置在第一基板的第一表面上；
多条传输配线，以相同的开口宽度彼此平行地形成在该像素区域上；
另外的配线，形成在该传输配线之上的配线层中，该另外的配线的至少一部分与该传输配线在平面位置上重叠，该传输配线和该另外的配线形成该像素区域的光屏蔽结构，并且该配线层设置在第一基板的第二表面上；以及
第二基板，隔着该配线层接合到该第一基板的第二表面侧，该第二基板包括周边电路单元，并且该光屏蔽结构形成在该像素区域和该周边电路单元之间，其中，
另外的配线与传输配线之间的重叠量设定为至少大于传输配线之间的距离。
2.根据权利要求1所述的固态摄像设备，还包括
有源元件，构造为进行信号处理且设置为靠近该光电转换元件。
3.根据权利要求2所述的固态摄像设备，其中
该有源元件包括场效晶体管和二极管中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的固态摄像设备，其中
该另外的配线包括脉冲配线和虚设配线。
5.一种电子设备，包括：
固态摄像设备，该固态摄像设备包括：
像素区域，其中设置有多个像素，该多个像素的每一个包括光电转换元件，该光电转换元件设置在第一基板的第一表面上；
多条传输配线，以相同的开口宽度彼此平行地形成在该像素区域上；
另外的配线，形成在该传输配线之上的配线层中，该另外的配线的至少一部分与该传输配线在平面位置上重叠，该传输配线和该另外的配线形成该像素区域的光屏蔽结构，并且该配线层设置在第一基板的第二表面上；以及
第二基板，隔着该配线层接合到该第一基板的第二表面侧，该第二基板包括周边电路单元，并且
该光屏蔽结构形成在该像素区域和该周边电路单元之间；以及
信号处理电路，构造为处理该固态摄像设备的输出信号，其中，
另外的配线与传输配线之间的重叠量设定为至少大于传输配线之间的距离。
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