CN117459847A - 固体摄像元件和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及能够增大电荷保持单元的电容的固体摄像元件和电子设备。固体摄像元件包括像素，像素包括：在半导体基板中的光电二极管，在所述半导体基板中的FD，所述FD累积在所述光电二极管中产生的电荷，以及电荷保持单元，所述电荷保持单元包括第一配线电容，所述配线电容由第一配线和第二配线形成，其中，所述第一配线和所述第二配线在第一配线层中，其中，所述第一配线电连接至第一电位，且所述第二配线电连接至不同于所述第一电位的第二电位，其中，在平面图中，所述第一配线的至少一部分和所述第二配线的至少一部分被第三配线包围，所述第三配线连接至固定电位。本发明可以应用于执行全局快门型摄像的固体摄像元件。

Description

固体摄像元件和电子设备
本申请是申请日为2019年9月5日、发明名称为“固体摄像元件和电子设备”的申请号为201980059756.4专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及固体摄像元件和电子设备，更特别地，涉及能够增大电荷保持单元的电容的固体摄像元件和电子设备。
背景技术
传统上，存在着执行全局快门型摄像的图像传感器，在全局快门型摄像中，所有像素将电荷同时从光电二极管(PD)传输至浮动扩散部(FD)。
通常，众所周知，在驱动图像传感器时，会在复位时产生kTC噪声。
另一方面，例如，专利文献1公开了一种执行全局快门型摄像的图像传感器，该图像传感器包括不同于FD的电荷保持单元并且将包含kTC噪声的信号电位反馈回FD以降低kTC噪声。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开第2018-64199号
发明内容
本发明要解决的技术问题
在专利文献1的构造中，由于通过电荷保持单元与FD之间的耦合电容的电容分配来降低kTC噪声，因此有必要增大电荷保持单元的电容，但是专利文献1没有公开用于增大电荷保持单元的电容的任何具体构造。
本发明是鉴于这种情况而被做出的，并且本发明旨在增大电荷保持单元的电容。
解决问题的技术方案
本发明的固体摄像元件是包括像素的固体摄像元件，所述像素包括：光电二极管；FD，其累积在所述光电二极管中产生的电荷；以及电荷保持单元，其与所述FD并联连接，其中，所述电荷保持单元包括配线电容，所述配线电容是通过连接至第一电位的第一配线和连接至与所述第一电位不同的第二电位的第二配线的平行伸展而形成的。
本发明的电子设备是包括固体摄像元件的电子设备，所述固体摄像元件包括像素，所述像素包括：光电二极管；FD，其累积在所述光电二极管中产生的电荷；以及电荷保持单元，其与所述FD并联连接，其中，所述电荷保持单元包括配线电容，所述配线电容是通过连接至第一电位的第一配线和连接至与所述第一电位不同的第二电位的第二配线的平行伸展而形成的。
根据本发明，像素包括：光电二极管；FD，其累积在所述光电二极管中产生的电荷；以及电荷保持单元，其与所述FD并联连接，其中，所述电荷保持单元包括配线电容，所述配线电容是通过连接至第一电位的第一配线和连接至与所述第一电位不同的第二电位的第二配线的平行伸展而形成的。
附图说明
图1是示出了应用根据本发明的技术的固体摄像元件的构造示例的图。
图2是示出了应用根据本发明的技术的像素的构造示例的图。
图3是示出了用于形成电荷保持单元的配线布局的示例的平面图。
图4是示出了根据本发明的第一实施例的像素的构造示例的图。
图5是示出了第一层配线层的配线布局的示例的平面图。
图6是示出了第二层配线层的配线布局的示例的平面图。
图7是示出了第三层配线层的配线布局的示例的平面图。
图8是示出了第四层配线层的配线布局的示例的平面图。
图9是示出了配线层的截面的示例的图。
图10是说明本发明的第二实施例的像素的图。
图11是说明本发明的第三实施例的像素的图。
图12是说明本发明的第四实施例的像素的图。
图13是说明本发明的第五实施例的像素的图。
图14是说明本发明的第六实施例的像素的图。
图15是说明本发明的第七实施例的像素的图。
图16是说明本发明的第七实施例的像素的图。
图17是说明本发明的第八实施例的像素的图。
图18是示出了应用根据本发明的技术的电子设备的构造示例的图。
具体实施方式
下面将描述用于实施本发明的方式(在下文中，称为实施例)。需要注意，将按照以下顺序进行描述。
1.根据本发明的技术的概述
2.第一实施例(像素构造和配线布局)
3.第二实施例(在PD的正上方平行地伸展的配线的示例)
4.第三实施例(使用高k膜的示例)
5.第四实施例(增大扩散层的面积的示例)
6.第五实施例(升高FD的电位的示例)
7.第六实施例(使配线在配线层之间正交的示例)
8.第七实施例(形成实心配线的示例)
9.第八实施例(对执行转换效率切换的像素的应用)
10.电子设备的构造示例
<1.根据本发明的技术的概述>
(固体摄像元件的构造)
图1是示出了应用根据本发明的技术的固体摄像元件1的构造示例的图。
固体摄像元件1包括像素阵列单元10、垂直驱动单元20、列信号处理单元30、基准信号供应单元40和参考信号产生单元50。
像素阵列单元10产生对应于入射光的图像信号。像素阵列单元10包括呈二维矩阵状的像素100，像素100具有光电转换单元。
在像素阵列单元10中，用于将控制信号传输至像素100的控制线11和用于传输由像素100产生的图像信号的垂直信号线12呈X-Y矩阵状连线。
控制线11针对多个像素100的各行连线。控制线11共用地连线至布置在一行中的像素100。也就是说，向像素100输入相对于各行不同的控制信号，并且向布置在一行中的像素100输入共用的控制信号。
另一方面，垂直信号线12针对多个像素100的各列连线。垂直信号线12共用地连线至布置在一列中的像素100。也就是说，布置在一列中的像素100的图像信号经由共用的垂直信号线12传输。
垂直驱动单元20产生控制信号，并且经由控制线11将控制信号输出至像素阵列单元10。
列信号处理单元30处理从像素阵列单元10输出的图像信号。由列信号处理单元30处理后的图像信号对应于固体摄像元件1的输出信号，并且该图像信号被输出至固体摄像元件1的外部。
基准信号供应单元40产生基准信号。基准信号是用作由像素100产生的图像信号的基准的信号，并且例如是具有与黑电平图像信号对应的电压的信号。所产生的基准信号经由基准信号线41供应至列信号处理单元30。
参考信号产生单元50产生参考信号。参考信号是用作对由像素100产生的图像信号进行模数转换时的基准的信号。作为参考信号，例如，可以采用电压像斜坡一样下降的信号。所产生的参考信号经由参考信号线51输出至列信号处理单元30。
(像素的构造)
图2是示出了应用根据本发明的上述技术的像素100的构造示例的图。
像素100包括光电二极管(PD)101、传输晶体管102、浮动扩散部(FD)103、复位晶体管104、放大晶体管105和选择晶体管106。
对于各像素晶体管：传输晶体管102、复位晶体管104、放大晶体管105和选择晶体管106，可以使用MOS晶体管。
上述的控制线11和垂直信号线12连线至像素100。在上述配线之中，控制线11包括控制线TRG(Transfer Gate：传输栅极)、控制线RST(Reset：复位)和控制线SEL(Select：选择)。这些控制线连接至MOS晶体管的栅极并且传输图1中所述的控制信号。当向这些控制线输入等于或高于MOS晶体管的栅极和源极之间的阈值电压的电压时，相应的MOS晶体管变为导通。
控制线TRG传输用于控制传输晶体管102的导通/截止的信号。控制线RST传输用于控制FD 103的复位的信号。控制线SEL传输用于选择像素100的信号。
此外，电源线Vdd连线至像素100。电源线Vdd供应具有正极性的电源。
PD 101的阳极接地并且阴极连接至传输晶体管102的源极。传输晶体管102的栅极连接至控制线TRG，并且漏极连接至FD 103的一端、放大晶体管105的栅极和复位晶体管104的源极。FD 103的另一端接地。
复位晶体管104的漏极连接至电源线Vdd并且栅极连接至控制线RST。放大晶体管105的漏极连接至电源线Vdd并且源极连接至选择晶体管106的漏极。选择晶体管106的栅极连接至控制线SEL并且源极连接至垂直信号线12。
PD 101通过光电转换产生与照射的入射光对应的电荷。
传输晶体管102将由PD 101产生的电荷传输至FD 103。传输晶体管102通过使PD101与FD 103之间导通来传输电荷。
FD 103累积在PD 101中产生的电荷。FD 103形成在诸如Si基板等半导体基板的扩散层中。
复位晶体管104将累积在FD 103中的电荷复位。复位晶体管104通过使电源线Vdd与FD 103之间导通而将电源电压施加至FD 103，并且将FD 103复位。
放大晶体管105将与保持在FD 103中的电荷对应的信号检测为像素信号。
选择晶体管106输出由放大晶体管105检测到的图像信号。选择晶体管106通过使放大晶体管105与垂直信号线12之间导通来输出图像信号。
使用上述构造，针对所有像素将FD 103同时复位，并且针对所有像素将电荷同时从PD 101传输至FD 103。也就是说，固体摄像元件1可以执行全局快门型摄像。
像素100还包括电荷保持单元107、108。
电荷保持单元107、108与FD 103以并联的方式电连接，并且与FD 103分开地累积在PD 101中产生的电荷。
电荷保持单元107的一端连接至传输晶体管102的漏极、放大晶体管105的栅极和复位晶体管104的源极，并且另一端连接至具有预定电位的节点A。此外，电荷保持单元108的一端连接至节点A，并且另一端接地。
在此，电荷保持单元107、108可以由配线电容形成。
(形成电荷保持单元的配线布局)
图3是示出了用于形成电荷保持单元107、108的配线布局的示例的平面图。
图3示出了与节点A连接的配线151、连接传输晶体管102的漏极和放大晶体管105的栅极的FD配线152、以及与不同于节点A的固定电位Vss连接的固定电位线153中的各者的一部分的布局。在此，假设固定电位Vss为接地电位(GND)。
如图3所示，配线151、FD配线152和固定电位线153以沿同一方向(图中的左右方向)延伸的方式并排布局。在下文中，配线X、Y并排布局的事实意味着配线X、Y平行地伸展。
在图3的示例中，配线151和FD配线152平行地伸展以形成电荷保持单元107，并且配线151和固定电位线153平行地伸展以形成电荷保持单元108。
使用这种配线布局，可以增大电荷保持单元107、108的电容。
需要注意，在图3的示例中，虽然配线151、FD配线152和固定电位线153仅具有沿一个方向延伸的笔直部分(在下文中，称为延伸部)，但是也可以具有沿预定方向弯曲或分支的部分(在下文中，称为弯曲部)。弯曲部可以形成为L形状、T形状、U形状和十字形状之中的任一形状。
在这种情况下，例如，两条配线可以平行地伸展，使得两条配线中各者的弯曲部沿同一方向弯曲，或者一条配线的弯曲部以包围另一条配线的至少一部分的方式弯曲。
<2.第一实施例>
(像素的构造示例)
图4是示出了根据本发明的第一实施例的像素100的构造示例的图。
图4的像素100与图2的像素100的不同之处在于，其包括反馈晶体管201。
可以使用MOS晶体管作为反馈晶体管201。
控制线FB(Feedback：反馈)作为控制线11进一步连线至图4的像素100。控制线FB传输用于控制复位电压的供应的信号。复位电压是当复位像素100时输入至像素100的电压。
反馈晶体管201的源极连接至复位晶体管104的漏极和处于预定电位的节点202。反馈晶体管201的漏极连接至列信号处理单元30，并且栅极连接至控制线FB。
节点202对应于图2的像素100的节点A。此外，在图4的像素100中，形成有与图2的像素100的电荷保持单元107、108对应的电荷保持单元211、212。
反馈晶体管201使电荷保持单元212保持从列信号处理单元30输出的复位电压。
电荷保持单元212保持从反馈晶体管201输出的复位电压。
在图4的示例中，复位晶体管104通过使电荷保持单元212与FD 103之间导通而将复位电压施加至FD 103，并且将FD 103复位。
电荷保持单元211将由电荷保持单元212保持的复位电压传输至FD 103。
通常，在复位时，kTC噪声会残留在FD 103中。kTC噪声是由复位晶体管104的操作引起的噪声，并且是在复位晶体管104从导通状态转变为非导通状态时产生的。然后，kTC噪声的一部分残留在FD 103中。众所周知，可以通过减小FD 103的静电电容来降低kTC噪声。
在图4的像素100中，电荷保持单元211、212与FD 103并联连接，并且FD 103的电容被分配至电荷保持单元211、212。因此，可以降低kTC噪声。
因此，在图4的像素100中，为了降低kTC噪声，有必要增大电荷保持单元211、212的电容。因此，对于本实施例的像素100，通过配线布局来增大电荷保持单元211、212的电容。
(像素的配线布局)
图5至图8是示出了与图4的像素100对应的第一层至第四层的配线层的配线布局的示例的平面图。
图5示出了在形成有PD 101和各像素晶体管的Si基板的正上方的第一层配线层M1的配线布局。
PD 101大致布置在图5所示的Si基板的中央，并且传输晶体管102形成在Si基板的左上部分中。放大晶体管105和选择晶体管106并排形成在传输晶体管102的图中上方。复位晶体管104和反馈晶体管201并排形成在PD 101的图中右上侧。
需要注意，复位晶体管104和反馈晶体管201是构成与未示出的PD 101对应的像素100的像素晶体管，该PD 101与图5所示的PD 101的右侧相邻。因此，构成与图5所示的PD101对应的像素100的复位晶体管104和反馈晶体管201形成在未示出的PD 101的左侧。
在图5中，将配线层M1的配线图案示出为斜线网格图案。
在配线层M1中，形成有连接传输晶体管102和放大晶体管105的FD配线251-1。在配线层M1中，在PD 101的正上方形成有用于通过入射光的反射来提高PD 101的灵敏度的大面积图案252。
此外，在配线层M1中，在FD配线251-1的图中左侧形成有用于将控制信号供应至传输晶体管102的栅极的控制线253-1。
控制线253-1被形成为作为控制线253-1的一部分的延伸部和弯曲部与FD配线251-1平行地延伸。
此外，在配线层M1中，在夹于复位晶体管104与反馈晶体管201之间的位置处形成有用于将节点202的电位传输至第二层以上的配线层的配线202-1。
图6示出了第二层配线层M2的配线布局。
在图6中，将配线层M2的配线图案示出为点图案。
在配线层M2中，从与配线层M1的配线202-1对应的位置形成有通过过孔电连接至配线202-1的配线202-2。配线202-2整体上形成为L形状。
在配线层M2中，在配线202-2的图中上方形成有与固定电位Vss(GND)连接的固定电位线271-2a。固定电位线271-2a是通过沿着配线202-2的图中上侧将延伸部和多个L形、T形和U形的弯曲部组合而形成的。
固定电位线271-2a被形成为作为固定电位线271-2a的一部分的延伸部和弯曲部与配线202-2平行地伸展。因此，在连接至节点202的配线202-2与连接至GND的固定电位线271-2a之间形成配线电容。
在配线层M2中，在配线202-2的图中下方形成有通过过孔与配线层M1的FD配线251-1电连接的FD配线251-2。FD配线251-2是通过将延伸部和多个L形、T形和U形的弯曲部组合而形成的。
FD配线251-2被形成为作为FD配线251-2的一部分的延伸部与配线202-2平行地伸展。因此，在连接至节点202的配线202-2与连接至FD 103的FD配线251-2之间形成配线电容(与FD 103的耦合电容)。需要注意，在图6的示例中，配线202-2和FD配线251-2是与图6所示的像素100的右侧相邻的未示出的像素100对应的配线。
以此方式，在配线层M2中，通过由平行地伸展的配线202-2、固定电位线271-2a和FD配线251-2形成的配线电容，可以实现电荷保持单元211、212的高电容，并且最终能够降低kTC噪声。
此外，在配线层M2中，在FD配线251-2的图中下方形成有与固定电位Vss连接的固定电位线271-2b。固定电位线271-2b是通过沿着FD配线251-2的图中左侧、上侧和右侧将延伸部和多个L形和U形的弯曲部组合而形成的。
此外，在配线层M2的图中右上部分中，形成有通过过孔与配线层M1的控制线253-1电连接的控制线253-2。控制线253-2整体上形成为L形状。
FD配线251-2被形成为作为FD配线251-2的一部分的延伸部和弯曲部与固定电位线271-2b和控制线253-2平行地伸展。因此，在连接至FD 103的FD配线251-2与固定电位线271-2b和控制线253-2之间也形成配线电容。
在此，如图6所示，作为连接至用于累积变为像素信号的电荷的FD 103和电荷保持单元211、212的信号线的配线202-2和FD配线251-2优选由固定电位线271-2a、271-2b和控制线253-2包围，以屏蔽相邻像素的信号线。
图7示出了第三层配线层M3的配线布局。
在图7中，将配线层M3的配线图案示出为向上倾斜的对角线图案。如图7所示，配线层M3的配线图案主要以沿图中的左右方向延伸的方式形成。
在配线层M3中，在与PD 101的大致左半部分对应的位置处形成有通过过孔与配线层M2的配线202-2电连接的配线202-3a。配线202-3a是通过将延伸部和多个T形和十字形的弯曲部组合而形成的。
类似地，在配线层M3中，在与PD 101的大致右半部分对应的位置处形成有通过过孔与配线层M2的配线202-2电连接的配线202-3b。配线202-3b是通过将延伸部和多个L形、T形和U形的弯曲部组合而形成的。
此外，在配线层M3中，形成有与固定电位Vss连接的固定电位线271-3。固定电位线271-3是通过将延伸部和多个L形、T形和十字形的弯曲部组合而形成的，以包围配线202-3a、202-3b的四个侧面中的各个侧面。
特别地，配线202-3a、202-3b和固定电位线271-3形成为各自的一部分彼此面对的梳齿形状。
此外，在配线层M3中，在配线202-3a、202-3b和固定电位线271-3的图中上方形成有通过过孔与配线层M2的控制线253-2电连接的控制线253-3。控制线253-3被形成为沿图中的左右方向延伸的直线。
如上所述，在配线层M3中，固定电位线271-3也被形成为作为固定电位线271-3的一部分的延伸部和弯曲部与配线202-3a、202-3b平行地伸展。因此，在连接至节点202的配线202-3a、202-3b与连接至GND的固定电位线271-3之间形成配线电容。
在此，如图7所示，作为连接至用于累积变为像素信号的电荷的电荷累积单元211、212的信号线的配线202-3a、202-3b也优选由固定电位线271-3和控制线253-3包围，以屏蔽相邻像素的信号线。
图8示出了第四层配线层M4的配线布局。
在图8中，将配线层M4的配线图案示出为网格图案。
在配线层M4中，连接至固定电位Vss的固定电位线271-4被形成为多条屏蔽配线。多条屏蔽固定电位线271-4以沿图中上下方向直线地延伸的方式沿左右方向并排形成。因此，抑制了连接至用于累积变为像素信号的电荷的FD 103和电荷保持单元211、212的信号线之间的串扰。
需要注意，像素100包括其中通过在同一配线层中平行地伸展的配线形成配线电容的构造，并且还包括其中在不同配线层之间形成配线电容的构造。
图9是示出了像素100的配线层的截面的示例的图。
图9示出了Si基板301和配线层M1至M3中的配线的截面。
在Si基板301上，在形成的较大P型扩散层内形成有用作节点202的N型扩散层310。形成在Si基板301上的扩散层310和配线层M1的配线202-1通过接触部311连接。此外，配线层M1的配线202-1和配线层M2的配线202-2通过过孔312连接。
在图9的示例中，在配线层M2内，固定电位线271-2、FD配线251-2和具有预定电位的配线202-2平行地伸展。此外，在配线层M3内，固定电位线271-3和具有预定电位的配线202-3平行地伸展。
此外，在图9的示例中，在配线层M2与配线层M3之间，具有预定电位的配线202-2和固定电位线271-3平行地伸展，并且固定电位线271-2和具有预定电位的配线202-3平行地伸展。
如上所述，在本实施例的像素100中，通过使配线不仅在同一配线层内而且在不同的配线层之间平行地伸展来形成配线电容。
根据上述构造，通过由平行地伸展的连接至具有预定电压的节点的配线、固定电位线和FD配线形成的配线电容，可以实现与FD并联连接的电荷保持单元的高电容，并且最终能够降低kTC噪声。
需要注意，期望针对所有像素100以同一配线布局形成上述配线层M1至M4的配线图案。因此，能够降低像素100之间的灵敏度不均匀性。
<3.第二实施例>
在执行全局快门型摄像的固体摄像元件中，像素之间不能共用读取电路。因此，有必要减小像素信号的电压幅度，使得可以在后续电路中接收像素信号。为此目的，有必要通过增大FD的电容而有意地降低转换效率。
然而，当像素尺寸变小时，FD配线的布线区域(FD wiring routing area)变窄，使得难以增大FD电容，并且难以实现预期的转换效率。
另一方面，在待拍摄的波长是长波长的情况下，为了提高形成在Si基板上的PD的量子效率，在上述实施例中，如参照图5所述，在PD的正上方形成用于通过入射光的反射来提高PD的灵敏度的大面积图案252。
在本实施例中，代替大面积图案，在PD的正上方形成平行地伸展的配线。
图10是示出了与像素100对应的第一层配线层M1的配线布局的另一示例的平面图。
在图10的示例中，在配线层M1中，FD配线251-1、固定电位线271-1和具有预定电位的配线202-1形成在PD 101的正上方。
在PD 101的正上方，具有梳齿形状的配线202-1和具有L形状的FD配线251-1的一部分被形成为平行地伸展，并且具有梳齿形状的固定电位线271-1被形成为包围配线202-1和FD配线251-1。特别地，配线202-1和固定电位线271-1被形成为梳齿形部分彼此面对。
位于PD 101的正上方的配线202-1、FD配线251-1和固定电位线271-1被形成为L/S(图案的线宽和图案之间的间隔)比待拍摄的波长更窄。
使用这种构造，即使在像素尺寸小的情况下，也可以通过入射光的反射来提高PD的灵敏度，并且能够增大FD和电荷保持单元的电容。
需要注意，在图10的示例中，也期望针对所有像素100以同一配线布局形成配线层M1的配线图案。因此，能够降低像素100之间的灵敏度不均匀性。
<4.第三实施例>
图11是示出了像素100的配线层的截面的另一示例的图。
在图11的示例中，在配线层M2、M3中的形成配线电容的配线之间，将具有高介电常数的高k膜331设置为绝缘膜。
因此，可以增大由平行地伸展的配线形成的配线电容。
需要注意，通过针对没有形成平行地伸展的配线(不必形成配线电容)的配线层(例如，配线层M4)不将高k膜用作绝缘膜，能够抑制配线电容的意外增大。
<5.第四实施例>
图12是示出了像素100的配线层的截面的又一示例的图。
在图12的示例中，代替扩散层310，在Si基板301上形成扩散层310’。扩散层310’被形成为具有比形成像素晶体管的扩散层351更大的面积。
此外，可以通过注入浓度比形成像素晶体管的扩散层351的浓度更高的离子来形成扩散层310’。
因此，可以使用除使配线平行地伸展以外的构造来增大电荷保持单元的电容。
<6.第五实施例>
图13是说明在执行全局快门操作的像素100中消除kTC噪声的图。
首先，如图13的A所示，当复位晶体管(RST)导通时，FD的电位复位。
接下来，如图13的B所示，当复位晶体管(RST)截止时，kTC噪声(ΔVkTC)残留在FD中。
其后，如图13的C所示，当反馈晶体管(FB)导通时，FD的电位和基准信号达到平衡，并且消除了FD中残留的kTC噪声。
此外，如图13的D所示，当反馈晶体管(FB)截止时，kTC噪声(ΔV)再次残留在FD中。然而，通过电荷保持单元的电容CFB与FD的电容之间的耦合电容的电容分配来降低kTC噪声。
尽管可以通过上述操作来降低复位时的kTC噪声，但是FD的电位变得比正常像素的电位更浅，并且出现传输故障。
因此，在图5的配线层M1中，FD配线251-1和将控制信号供应至传输晶体管102的栅极的控制线253-1被形成为平行地伸展。
此外，在图6的配线层M2中，FD配线251-2和连接至控制线253-1的控制线253-2被形成为平行地伸展。
因此，当传输晶体管102导通时，FD的电位可以通过耦合而升高，并且可以改善由于FD的电位较浅而导致的传输故障。
<7.第六实施例>
图14是示出了相邻配线层的配线布局的示例的平面图。
在图14的左侧，将固定电位线271-N和具有预定电位的配线202-N示出为形成在第N层配线层中的配线。
配线202-N被形成为沿图中左右方向延伸的梳齿形状，并且固定电位线271-N被形成为具有面对配线202-N的梳齿形部分并且包围配线202-N。
在图14的右侧，将固定电位线271-M和具有预定电位的配线202-M示出为形成在与第N层配线层相邻的第N+1层或第N-1层配线层中的配线。
配线202-M被形成为沿图中上下方向延伸的梳齿形状，并且固定电位线271-M被形成为具有面对配线202-M的梳齿形部分并且包围配线202-M。
也就是说，第N层配线层的配线202-N和固定电位线271-N的延伸方向与第N+1层或第N-1层配线层的配线202-M和固定电位线271-M的延伸方向正交。
例如，在将平行地伸展的配线的延伸方向在相邻的配线层之间设定为同一方向的情况下，当由于工艺变化而导致配线布局变化时，由配线层之间的配线形成的配线电容的电容波动变大。
另一方面，如图14所示，通过使平行地伸展的配线的延伸方向在相邻的配线层之间正交，当由于工艺变化而导致配线布局变化时，可以减小电容波动。
<8.第七实施例>
图15是示出了像素100的配线层的截面的再一示例的图。此外，图16是示出了图15的配线层的配线布局的示例的平面图。
在图15和图16的示例中，形成有平行地伸展的配线202-2和固定电位线271-2等，并且在作为配线层M2上方的层的配线层M3中形成有实心配线373。此外，在作为配线层M3上方的层的配线层M4中形成有与固定电位Vss连接的实心配线374。
因此，除了增大电荷保持单元的电容之外，还可以通过使用实心配线反射入射光来提高PD的灵敏度。
<9.第八实施例>
图17是示出了像素100的另一构造示例的图。
图17的像素100与图2的像素100的不同之处在于，其包括转换效率切换开关401和电容402来代替电荷保持单元107、108。
对于转换效率切换开关401，可以使用MOS晶体管。
转换效率切换开关401的一端连接至传输晶体管102的漏极、放大晶体管105的栅极和复位晶体管104的源极，并且另一端连接至具有预定电位的节点411。
转换效率切换开关401起到用于切换转换效率的开关的作用。此外，电容402由配线电容形成。
通过接通或断开转换效率切换开关401，可以使FD 103的附加电容变为有效或无效。在接通转换效率切换开关401的情况下，包括转换效率切换开关401自身的电容、扩散电容和配线电容(电容402)在内的附加电容变为有效。相反，在断开转换效率切换开关401的情况下，附加电容变为无效。
根据本发明的技术的配线布局也可以应用于图17所示的像素100。因此，可以增大电容402的电容。
<10.电子设备的构造示例>
例如，前述固体摄像元件1可以应用于各种类型的电子设备，该电子设备包括例如数码相机或数码摄像机的摄像系统、具有摄像功能的移动电话和具有摄像功能的其他设备。
图18是示出了作为应用本发明的电子设备的摄像装置的构造示例的框图。
如图18所示，摄像装置501包括光学系统502、固体摄像元件503和DSP(DigitalSignal Processor：数字信号处理器)504，并且DSP 504、显示装置505、操作系统506、存储器508、记录装置509和电源系统510经由总线507连接，使得能够拍摄静止图像和运动图像。
光学系统502包括一个或多个透镜，并且将来自物体的摄像光(入射光)引导至固体摄像元件503以在固体摄像元件503的光接收表面(传感器单元)上形成图像。
作为固体摄像元件503，应用具有上述构造示例之中的任一构造的像素100的固体摄像元件1。根据通过光学系统502在光接收表面上形成的图像，在一定时段内将电子累积在固体摄像元件503中。然后，将与累积在固体摄像元件503中的电子对应的信号供应至DSP504。
DSP 504对来自固体摄像元件503的信号执行各种信号处理以获取图像，并且使存储器508暂时存储图像的数据。将存储在存储器508中的图像数据记录在记录装置509中，或者供应至显示装置505并且在显示装置505上显示。此外，操作系统506接收用户的各种操作，并且将操作信号供应至摄像装置501的各区块，并且电源系统510供应驱动摄像装置501的各区块所需的电力。
在以此方式构造的摄像装置501中，通过将如上所述的固体摄像元件1应用为固体摄像元件503，可以增大电荷保持单元的电容并且可以降低kTC噪声，并且可以改善图像质量。
需要注意，本发明的实施例不限于前述实施例，而是可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。
此外，本发明可以采用以下描述的构造。
(1)一种固体摄像元件，其包括像素，所述像素包括：
光电二极管，
FD，所述FD累积在所述光电二极管中产生的电荷，以及
电荷保持单元，所述电荷保持单元与所述FD并联连接，其中，
所述电荷保持单元包括配线电容，所述配线电容是通过连接至第一电位的第一配线和连接至与所述第一电位不同的第二电位的第二配线的平行伸展而形成的。
(2)根据(1)所述的固体摄像元件，其中，
所述第一配线和所述第二配线具有沿一个方向延伸的延伸部和沿预定方向弯曲的弯曲部。
(3)根据(2)所述的固体摄像元件，其中，
所述第一配线的所述弯曲部和所述第二配线的所述弯曲部被形成为L形状、T形状、U形状和十字形状之中的任一形状。
(4)根据(3)所述的固体摄像元件，其中，
所述第一配线和所述第二配线形成在一个以上的配线层中，并且
所述第一配线的一部分和所述第二配线的一部分形成在所述光电二极管的正上方。
(5)根据(4)所述的固体摄像元件，其中，
所述第一配线的一部分和所述第二配线的一部分形成在基板的正上方的第一层的所述配线层中。
(6)根据(5)所述的固体摄像元件，其中，
所述第一配线的一部分和所述第二配线的一部分被形成为线宽和间隔均比待拍摄的波长更窄。
(7)根据(6)所述的固体摄像元件，其中，
所述第一配线的一部分和所述第二配线的一部分在同一所述配线层中分别被形成为彼此面对的梳齿形状。
(8)根据(4)至(7)中任一项所述的固体摄像元件，其中，
所述第二配线被形成为FD配线、固定电位线和像素晶体管的控制线之中的至少一者，所述FD配线连接至所述FD。
(9)根据(8)所述的固体摄像元件，其中，
所述固定电位线的电位是GND。
(10)根据(8)或(9)所述的固体摄像元件，其中，
所述像素晶体管是传输晶体管。
(11)根据(8)至(10)中任一项所述的固体摄像元件，其中，
所述第一配线与所述FD配线平行地伸展，以与所述FD形成耦合电容。
(12)根据(11)所述的固体摄像元件，其中，
所述第一配线和所述FD配线形成在由所述固定电位线或所述控制线包围的区域中。
(13)根据(12)所述的固体摄像元件，其中，
在所有的所述像素中，所述第一配线和所述第二配线以同一配线布局被形成。
(14)根据(13)所述的固体摄像元件，其中，
所述第一配线和所述第二配线在同一所述配线层中形成所述配线电容。
(15)根据(13)所述的固体摄像元件，其中，
所述第一配线和所述第二配线在不同的所述配线层之间形成所述配线电容。
(16)根据(13)所述的固体摄像元件，其中，
所述第一配线和所述第二配线在同一所述配线层中和在不同的所述配线层之间形成所述配线电容。
(17)根据(13)所述的固体摄像元件，其中，
所述第一配线的延伸方向和所述第二配线的延伸方向在相邻的所述配线层之间正交。
(18)根据(13)至(17)中任一项所述的固体摄像元件，其中，
将高k膜用作所述第一配线与所述第二配线之间的绝缘膜。
(19)根据(13)至(18)中任一项所述的固体摄像元件，其中，
连接至所述第一配线的基板中的扩散层具有比形成所述像素晶体管的其他扩散层更大的面积。
(20)一种电子设备，其包括固体摄像元件，所述固体摄像元件包括像素，所述像素包括：
光电二极管，
FD，所述FD累积在所述光电二极管中产生的电荷，以及
电荷保持单元，所述电荷保持单元与所述FD并联连接，其中，
所述电荷保持单元包括配线电容，所述配线电容是通过连接至第一电位的第一配线和连接至与所述第一电位不同的第二电位的第二配线的平行伸展而形成的。
附图标记列表
1 固体摄像元件
100 像素
101 PD
102 传输晶体管
103 FD
104 复位晶体管
105 放大晶体管
106 选择晶体管
107、108 电荷保持单元
201 反馈晶体管
202 节点
211、212 电荷保持单元
202-1、202-2、202-3 配线
251-1、251-2 FD配线
253-1、253-2 控制线
271-1、271-2、271-3 固定电位线
501 电子设备
503 固体摄像元件

Claims (15)

1.一种固体摄像元件，其包括：
像素，所述像素包括：
在半导体基板中的光电二极管，
在所述半导体基板中的FD，所述FD累积在所述光电二极管中产生的电荷，以及
电荷保持单元，所述电荷保持单元包括第一配线电容，所述配线电容由第一配线和第二配线形成，其中，所述第一配线和所述第二配线在第一配线层中，
其中，所述第一配线电连接至第一电位，且所述第二配线电连接至不同于所述第一电位的第二电位，
其中，在平面图中，所述第一配线的至少一部分和所述第二配线的至少一部分被第三配线包围，所述第三配线连接至固定电位。
2.根据权利要求1所述的固体摄像元件，其中，
所述电荷保持单元电连接至所述FD。
3.根据权利要求1或2所述的固体摄像元件，其中
所述第三配线电连接至GND。
4.根据权利要求1或2所述的固体摄像元件，其中
所述第一配线包括如下部分，在所述部分中，所述第一配线的第一部分在一个方向上延伸，且所述第二配线的第一部分平行于所述第一配线的所述第一部分延伸。
5.根据权利要求4所述的固体摄像元件，其中
所述部分的至少一部分被所述第三配线包围。
6.根据权利要求4所述的固体摄像元件，其中
在平面图中，所述部分与所述光电二极管的至少一部分重叠。
7.根据权利要求1或2所述的固体摄像元件，其中
所述电荷保持单元还包括第二配线电容，所述第二配线电容由所述第一配线和所述第二配线中的至少一者以及所述第三配线形成。
8.根据权利要求4所述的固体摄像元件，其中
所述电荷保持单元还包括第二配线电容，所述第二配线电容由所述第一配线和所述第二配线中的至少一者以及所述第三配线形成。
9.根据权利要求1或2所述的固体摄像元件，其中
在平面图中，所述第三配线具有U形状，且所述第一配线的所述至少一部分或所述第二配线的所述至少一部分在所述U形状中。
10.根据权利要求1或2所述的固体摄像元件，其中
所述第三配线包括在一个方向上延伸的延伸部和在确定部分中弯曲的弯曲部。
11.根据权利要求1或2所述的固体摄像元件，其还包括：
第四配线和第五配线，
其中，所述第四配线和所述第五配线在第二配线层中，所述第二配线层是不同于所述第一配线层的层，且其中，所述电荷保持单元还包括第三配线电容，所述第三配线电容由所述第四配线和所述第五配线形成。
12.根据权利要求11所述的固体摄像元件，其中
所述第四配线或所述第五配线电连接至所述固定电位。
13.根据权利要求11所述的固体摄像元件，其中
所述第四配线或所述第五配线电连接至GND。
14.根据权利要求1或2所述的固体摄像元件，其还包括：
转换效率切换开关，通过接通或断开所述转换效率切换开关，使所述FD的包括所述第一配线电容的附加电容变为有效或无效，
其中，所述第一配线或第二配线电连接至所述转换效率切换开关。
15.一种电子设备，其包括如权利要求1至14中任一项所述的固体摄像元件。
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