-
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
-
Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleiterstrukturen und insbesondere Halbleiterstrukturen, welche ein Bildsensorpixel umfassen, bei dem eine gemeinsame schwebende Diffusionszone angewendet wird, Verfahren zum Betreiben derselben und eine Entwurfsstruktur für dieselben.
-
Ein Bildsensor wandelt ein sichtbares Bild in digitale Daten um, welche als Bild dargestellt werden können. Der Bildsensor umfasst eine Matrix von Pixeln, welche die Einheitselemente für die Umwandlung des sichtbaren Bildes in digitale Daten sind. Ein Bildsensor wird in Digitalkameras und optischen Abbildungseinheiten verwendet. Bildsensoren umfassen ladungsgekoppelte Einheiten (Charge Coupled Devices, CCDs) oder Komplementär-Metalloxid-Halbleiter(CMOS)-Sensoren.
-
Während CMOS-Bildsensoren im Vergleich zu CCDs später entwickelt worden sind, bieten CMOS-Bildsensoren den Vorteil eines niedrigeren Stromverbrauchs, einer kleineren Größe und einer schnelleren Datenverarbeitung als bei CCDs, ebenso wie einer direkten digitalen Ausgabe, welche bei CCDs nicht verfügbar ist. Außerdem weisen CMOS-Bildsensoren niedrigere Herstellungskosten als CCDs auf, da viele Standardverfahren der Halbleiterherstellung angewendet werden können, um CMOS-Bildsensoren herzustellen. Aus diesen Gründen ist die kommerzielle Anwendung von CMOS-Bildsensoren in den letzten Jahren immer weiter angestiegen.
-
Ein entscheidender Leistungsparameter für ein Pixel eines Bildsensors ist die Stärke des Leckstroms aus Photodioden in die elektrische Masse in dem Substrat oder in eine benachbarte Halbleitereinheit. Es ist bekannt, dass sich ein solcher Leckstrom proportional zu der Länge des Umfangs einer Photodiode, also der Länge der Grenzfläche zwischen der Photodiode und Strukturen flacher Grabenisolierungen, verhält.
-
Ein anderer entscheidender Leistungsparameter für das Pixel des Bildsensors ist die Dichte der Halbleitereinheiten auf der Oberfläche des Substrats. Insbesondere bei Entwürfen, bei denen Blindeinheiten verwendet werden, welche eine Fläche zu dem Zweck besetzen, während der Halbleiterverarbeitung einen einheitlichen Strukturfaktor zu bewahren, werden nicht alle verfügbaren Flächen des Halbleitersubstrats vollständig genutzt.
-
Noch ein weiterer entscheidender Leistungsparameter für das Pixel des Bildsensors ist die Dichte der Metallverdrahtung und insbesondere der Metallverdrahtung der ersten Ebene, die den Photodioden am Nächsten ist, welche Licht abblockt, das auf die Photodioden trifft. Im Allgemeinen gilt, je kleiner die durch die Metallverdrahtung besetzte Fläche, desto stärker ist die Durchlässigkeit für Licht von der oberen Fläche dielektrischer Schichten über dem Halbleitersubstrat zu den Photodioden, und desto höher ist somit die Effizienz der Photodioden.
-
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
-
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Pixelstruktur für einen Bildsensor einen Halbleitermaterialabschnitt, der eine planare und zusammenhängende Halbleiterfläche aufweist und vier Photodioden, vier Kanalzonen und eine gemeinsame schwebende Diffusionszone umfasst. Jede der vier Kanalzonen grenzt direkt an eine der vier Photodioden und die gemeinsame schwebende Diffusionszone an. Die vier Photodioden sind in vier verschiedenen Quadranten angeordnet, die dadurch definiert werden, dass eine vertikale Linie, die durch einen Punkt innerhalb der gemeinsamen schwebenden Diffusionszone führt, als Mittelachse verwendet wird. Die gemeinsame schwebende Diffusionszone, ein Rücksetz-Gate-Transistor, ein Source-Folger-Transistor und ein Zeilenauswahltransistor sind in vier verschiedenen Quadranten angeordnet, die dadurch definiert werden, dass eine vertikale Linie, die durch einen Punkt innerhalb einer der Photodioden führt, als Achse verwendet wird. Eine erste zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur ist einem Abschnitt der gemeinsamen schwebenden Diffusionszone, einer Source-Zone des Rücksetz-Gate-Transistors und einer Gate-Elektrode des Source-Folger-Transistors überlagert. Eine zweite zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur ist einer Source-Zone des Source-Folger-Transistors und einer Drain-Zone des Zeilenauswahltransistors überlagert. Die Pixelstruktur sorgt für eine verringerte Grenzlänge zwischen den vier Photodioden und der Zone der flachen Grabenisolierungen, eine hocheffiziente Nutzung der Pixelfläche für Halbleitereinheiten und eine verringerte Metallverdrahtungsfläche im Vergleich zu Pixelstrukturen des Standes der Technik.
-
Gemäß einer Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Bildsensor-Pixelstruktur bereitgestellt, welche ein Halbleitersubstrat umfasst, das eine Struktur flacher Grabenisolierungen und einen Halbleitermaterialabschnitt umfasst, wobei die Struktur flacher Grabenisolierungen seitlich den Halbleitermaterialabschnitt umschließt, der Halbleitermaterialabschnitt eine zusammenhängende Halbleiterfläche aufweist und vier Photodioden, vier Kanalzonen und eine gemeinsame schwebende Diffusionszone umfasst, die zusammenhängende Halbleiterfläche sich über den gesamten Halbleitermaterialabschnitt erstreckt, jede der vier Kanalzonen direkt an eine der vier Photodioden und die gemeinsame schwebende Diffusionszone angrenzt, die vier Photodioden in vier verschiedenen Quadranten angeordnet sind, die dadurch definiert werden, dass eine erste vertikale Linie, die durch einen ersten Punkt innerhalb der gemeinsamen schwebenden Diffusionszone führt, als Mittelachse verwendet wird, und die erste vertikale Linie senkrecht zu der zusammenhängenden Halbleiterfläche verläuft.
-
Gemäß einer anderen Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Halbleiterschaltung bereitgestellt, die in einer Halbleiterstruktur verkörpert ist. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Halbleiterstruktur, welche ein oben beschriebenes Bildsensorpixel umfasst, das Erzeugen elektrischer Ladungen in einer ersten Photodiode der vier Photodioden und das Übertragen elektrischer Ladungen aus der ersten Photodiode in die gemeinsame schwebende Diffusionszone, während eine zweite Photodiode, eine dritte Photodiode und eine vierte Photodiode der vier Photodioden von der gemeinsamen schwebenden Diffusionszone elektrisch isoliert sind.
-
Gemäß noch einer anderen Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, welches eine Entwurfsstruktur verkörpert. Die Entwurfsstruktur umfasst erste Daten, welche eine Struktur flacher Grabenisolierungen darstellen, und zweite Daten, welche einen Halbleitermaterialabschnitt darstellen, wobei die zweiten Daten dritte Daten, welche vier Photodioden darstellen, vierte Daten, welche vier Kanalzonen darstellen, und fünfte Daten umfassen, welche eine gemeinsame schwebende Diffusionszone darstellen, wobei der Halbleitermaterialabschnitt seitlich von der Struktur flacher Grabenisolierungen umschlossen ist und eine zusammenhängende Halbleiterfläche aufweist, die sich über den gesamten Halbleitermaterialabschnitt erstreckt, jede der vier Kanalzonen direkt an eine der vier Photodioden und die gemeinsame schwebende Diffusionszone angrenzt, die vier Photodioden in vier verschiedenen Quadranten angeordnet sind, die dadurch definiert werden, dass eine erste vertikale Linie, die durch einen ersten Punkt innerhalb der gemeinsamen schwebenden Diffusionszone führt, als Mittelachse verwendet wird, und die erste vertikale Linie senkrecht zu der zusammenhängenden Halbleiterfläche verläuft.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine Durchsicht von oben nach unten durch eine beispielhafte Pixelmatrixstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher sich eine Zelleneinheit U in einer zweidimensionalen Matrix wiederholt.
-
2 ist die Durchsicht von oben nach unten der 1, wobei die vier Quadranten, die dadurch definiert werden, dass eine erste vertikale Linie, die durch einen ersten Punkt O1 innerhalb der gemeinsamen schwebenden Diffusionszone führt, als Mittelachse verwendet wird, und die vier Quadranten, die dadurch definiert werden, dass eine zweite vertikale Linie, die durch einen zweiten Punkt O2 innerhalb einer ersten der Photodioden führt, als Mittelachse verwendet wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt sind.
-
3 ist eine Draufsicht auf die beispielhafte Pixelmatrixstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei alle Strukturen über der oberen Fläche eines Halbleitersubstrats 8 aus Verdeutlichungsgründen weggelassen worden sind.
-
4 ist eine vertikale Querschnittsansicht der beispielhaften Pixelmatrixstruktur der 1 bis 3 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der vertikalen Ebene X-X'.
-
5 ist ein schematisches Schaltbild einer Zelleneinheit U der beispielhaften Pixelmatrixstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
6 ist ein Prozessdiagramm eines Entwurfsverfahrens, das beim Halbleiterentwurf und bei der Halbleiterherstellung der Halbleiterschaltungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Wie oben angegeben, betrifft die vorliegende Erfindung Halbleiterstrukturen, welche ein Bildsensorpixel umfassen, bei dem gemeinsame schwebende Diffusion angewendet wird, Verfahren zum Betreiben derselben und eine Entwurfsstruktur für dieselben, welche nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren detailliert beschrieben werden. Es sei angemerkt, dass gleiche und entsprechende Elemente, die hierin erwähnt und in den Zeichnungen dargestellt sind, mit gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet sind.
-
Der Begriff „Bildsensorpixel”, wie er hierin definiert ist, bezieht sich auf ein Einheitselement eines Bildsensors, welches aus einem auftreffenden optischen Signal ein elektrisches Signal erzeugt.
-
Der Begriff „Bildsensor-Pixelstruktur”, wie er hierin definiert ist, bezieht sich auf eine physische Struktur, welche mindestens ein Bildsensorpixel und gegebenenfalls Einheiten umfasst, die ein elektrisches Signal aus einem der mindestens einen Bildsensorpixel verarbeiten.
-
Der Begriff „Quadrant”, wie er hierin definiert ist, bezieht sich auf eine Gruppe aller Punkte, welche in einem dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem dasselbe Zeichen für die x-Koordinaten und dasselbe Zeichen für die y-Koordinaten aufweisen.
-
Ein erster Quadrant, wie er hierin definiert ist, bezieht sich auf eine Gruppe aller Punkte in einem dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem, welche eine positive x-Koordinate und eine positive y-Koordinate aufweisen.
-
Ein zweiter Quadrant, wie er hierin definiert ist, bezieht sich auf eine Gruppe aller Punkte in einem dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem, welche eine negative x-Koordinate und eine positive y-Koordinate aufweisen.
-
Ein dritter Quadrant, wie er hierin definiert ist, bezieht sich auf eine Gruppe aller Punkte in einem dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem, welche eine negative x-Koordinate und eine negative y-Koordinate aufweisen.
-
Ein vierter Quadrant, wie er hierin definiert ist, bezieht sich auf eine Gruppe aller Punkte in einem dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem, welche eine positive x-Koordinate und eine negative y-Koordinate aufweisen.
-
In 1 bis 4 ist eine beispielhafte Pixelmatrixstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. 1 und 2 sind Durchsichten von oben nach unten, in welchen eine erste lichtdurchlässige dielektrische Schicht 80 und eine zweite lichtdurchlässige dielektrische Schicht 90 nicht dargestellt sind. In 1 und 2 sind Strukturen auf einer Gate-Ebene in gestrichelten Linien dargestellt, und Strukturen in einer ersten Metallverdrahtungsebene und Strukturen in einer Durchkontaktierungsebene sind in durchgezogenen Linien dargestellt. 3 ist eine Draufsicht auf die beispielhafte Pixelmatrixstruktur, wobei alle Strukturen über der oberen Fläche eines Halbleitersubstrats 8 aus Verdeutlichungsgründen weggelassen worden sind. 4 ist eine vertikale Querschnittsansicht der beispielhaften Pixelmatrixstruktur entlang der vertikalen Ebene X-X' der 1 bis 3.
-
Die beispielhafte Pixelmatrixstruktur umfasst eine zweidimensionale Matrix einer Zelleneinheit U, die auf einem Halbleitersubstrat 8 angeordnet ist. Bei der Zelleneinheit U handelt es sich um eine Bildsensor-Pixelstruktur, also eine physische Struktur, welche vier Bildsensorpixel und Einheiten umfasst, welche ein elektrisches Signal aus den vier Bildsensorpixeln verarbeiten. Das Halbleitersubstrat 8 umfasst eine Halbleitermaterialschicht 30 und eine Struktur flacher Grabenisolierungen 20, welche sich von einer oberen Fläche der Halbleitermaterialschicht 30 bis zu einer gewissen Tiefe in das Halbleitersubstrat 8 hinein erstreckt. Die Halbleitermaterialschicht 30 umfasst ein Halbleitermaterial, welches, ohne darauf beschränkt zu sein, aus Silicium, Germanium, Silicium-Germanium-Legierung, Silicium-Kohlenstoff-Legierung, Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierung, Galliumarsenid, Indiumarsenid, Indiumphosphid, Halbleitermaterialien aus Verbindungen der Gruppen III/V, Halbleitermaterialien aus Verbindungen der Gruppen II/VI, organischen Halbleitermaterialien und Halbleitermaterialien aus anderen Verbindungen ausgewählt werden kann. Vorzugsweise handelt es sich bei der gesamten Halbleitermaterialschicht 30 um ein monokristallines Halbleitermaterial. Zum Beispiel kann es sich bei der gesamten Halbleitermaterialschicht 30 um ein siliciumhaltiges monokristallines Material handeln.
-
Die Struktur flacher Grabenisolierungen 20 umfasst ein dielektrisches Material wie Siliciumoxid, Siliciumnitrid, Siliciumoxynitrid oder eine Kombination derselben. Typischerweise erstreckt sich die Struktur flacher Grabenisolierungen 20 seitlich über die gesamte Fläche der beispielhaften Pixelmatrixstruktur und umschließt seitlich mehrere Halbleitermaterialabschnitte. Innerhalb der Zelleneinheit U umschließt die Struktur flacher Grabenisolierungen 20 zum Beispiel seitlich einen ersten Halbleitermaterialabschnitt, einen zweiten Halbleitermaterialabschnitt 34, einen dritten Halbleitermaterialabschnitt 36 und einen vierten Halbleitermaterialabschnitt 38, welche alle Abschnitte der Halbleitermaterialschicht 30 sind.
-
Der erste Halbleitermaterialabschnitt umfasst eine erste Photodiode 30A, eine zweite Photodiode 30B, eine dritte Photodiode 30C, eine vierte Photodiode 30D, eine erste Kanalzone 31A, welche unter einem ersten Gate-Stapel 40A liegt, eine zweite Kanalzone 31B, welche unter einem zweiten Gate-Stapel 40B liegt, eine dritte Kanalzone 31C, welche unter einem dritten Gate-Stapel 40C liegt, eine vierte Kanalzone 31D, welche unter einem vierten Gate-Stapel 40D liegt, und eine gemeinsame schwebende Diffusionszone 32. Der erste Halbleitermaterialabschnitt (30A, 30B, 30C, 30D, 31A, 31B, 31C, 31D, 32) weist eine zusammenhängende und planare Halbleiterfläche auf, bei welcher es sich um einen Abschnitt einer oberen Fläche des Halbleitersubstrats 8 handelt. Die zusammenhängende und planare Halbleiterfläche des ersten Halbleitermaterialabschnitts (30A, 30B, 30C, 30D, 31A, 31B, 31C, 31D, 32) erstreckt sich über den gesamten ersten Halbleitermaterialabschnitt (30A, 30B, 30C, 30D, 31A, 31B, 31C, 31D, 32). Mit anderen Worten, die gesamte obere Fläche des ersten Halbleitermaterialabschnitts (30A, 30B, 30C, 30D, 31A, 31B, 31C, 31D, 32) ist in derselben horizontalen Ebene angeordnet, und die Seitenwände des ersten Halbleitermaterialabschnitts (30A, 30B, 30C, 30D, 31A, 31B, 31C, 31D, 32) an einer Grenzfläche mit der Struktur flacher Grabenisolierungen 20 fallen vertikal mit dem Rand der zusammenhängenden und planaren Halbleiterfläche des ersten Halbleitermaterialabschnitts (30A, 30B, 30C, 30D, 31A, 31B, 31C, 31D, 32) zusammen. Der gesamte erste Halbleitermaterialabschnitt (30A, 30B, 30C, 30D, 31A, 31B, 31C, 31D, 32) ist zusammenhängend und weist einen Rand auf, der ohne Unregelmäßigkeit seitlich mit der Struktur flacher Grabenisolierungen in Kontakt steht.
-
Jede der vier Kanalzonen (31A, 31B, 31C, 31D) grenzt direkt an eine der vier Photodioden (30A, 30B, 30C, 30D) und die gemeinsame schwebende Diffusionszone 32 an. Speziell grenzt die erste Kanalzone 31A direkt an die erste Photodiode 30A und die gemeinsame schwebende Diffusionszone 32 an, die zweite Kanalzone 31B grenzt direkt an die zweite Photodiode 30B und die gemeinsame schwebende Diffusionszone 32 an, die dritte Kanalzone 31C grenzt direkt an die dritte Photodiode 30C und die gemeinsame schwebende Diffusionszone 32 an und die vierte Kanalzone 31D grenzt direkt an die vierte Photodiode 30D und die gemeinsame schwebende Diffusionszone 32 an.
-
Kein Abschnitt aus dem ersten Halbleitermaterialabschnitt (30A, 30B, 30C, 30D, 31A, 31B, 31C, 31D, 32), dem zweiten Halbleitermaterialabschnitt 34, dem dritten Halbleitermaterialabschnitt 36 und dem vierten Halbleitermaterialabschnitt 38 steht in direktem Kontakt mit einem der anderen Halbleitermaterialabschnitte, und jeder ist durch die Struktur flacher Grabenisolierungen 20 seitlich von allen anderen Halbleitermaterialabschnitten getrennt.
-
Alle vier Photodioden (30A, 30B, 30C, 30D) in der Zelleneinheit U sind in vier verschiedenen Quadranten angeordnet, die dadurch definiert werden, dass eine erste vertikale Linie, die durch einen ersten Punkt O1 innerhalb der gemeinsamen schwebenden Diffusionszone 32 führt, als Mittelachse verwendet wird. Die erste vertikale Linie verläuft senkrecht zu der zusammenhängenden Halbleiterfläche des ersten Halbleitermaterialabschnitts (30A, 30B, 30C, 30D, 31A, 31B, 31C, 31D, 32), bei welchem es sich um einen Abschnitt der oberen Fläche des Halbleitersubstrats 8 handelt. Der erste Punkt O1 kann auf der zusammenhängenden Fläche des ersten Halbleitermaterialabschnitts (30A, 30B, 30C, 30D, 31A, 31B, 31C, 31D, 32) angeordnet sein.
-
Zum Beispiel kann die erste Photodiode 30A in einem dritten Quadranten 3Q_O1 eines ersten dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems angeordnet sein, in welchem der erste Punkt O1 als Ursprung verwendet wird, die zweite Photodiode 30B kann in einem ersten Quadranten 1Q_O1 des ersten dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems angeordnet sein, die dritte Photodiode 30C kann in einem zweiten Quadranten 2Q_O1 des ersten dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems angeordnet sein, und die vierte Photodiode 30D kann in einem vierten Quadranten 4Q_O1 des ersten dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems angeordnet sein. Die x-Achse des ersten dreidimensionalen Koordinatensystems ist als x1 gekennzeichnet, und die y-Achse des ersten dreidimensionalen Koordinatensystems ist als y1 gekennzeichnet.
-
Vorzugsweise weist jede der vier Photodioden (30A, 30B, 30C, 30D) eine horizontale Querschnittsfläche auf, welche einem konvexen Vieleck oder einem Kreis nahe kommt, um die Grenzfläche zu der Struktur flacher Grabenisolierungen 20 auf ein Mindestmaß zu beschränken.
-
Bei jeder der vier Photodioden (30A, 30B, 30C, 30D) handelt es sich um eine Photodiode mit p-n-Übergang, welche einen vertikalen Stapel einer Halbleiterzone 130 eines ersten Leitfähigkeitstyps und eine Ladungserfassungssenke 230 eines zweiten Leitfähigkeitstyps umfasst. Eine Ladungserfassungssenke 230 des zweiten Leitfähigkeitstyps ist direkt unterhalb der oberen Fläche einer Photodiode (30A, 30B, 30C oder 30D) angeordnet und liegt über einer Halbleiterzone 130 des ersten Leitfähigkeitstyps. Bei dem zweiten Leitfähigkeitstyp handelt es sich um das Gegenteil zu dem ersten Leitfähigkeitstyp. Wenn es sich zum Beispiel bei dem ersten Leitfähigkeitstyp um den p-leitenden Typ handelt, handelt es sich bei dem zweiten Leitfähigkeitstyp um den n-leitenden Typ, und umgekehrt. Die Halbleiterzone 130 des ersten Leitfähigkeitstyps und die Ladungserfassungssenke 230 des zweiten Leitfähigkeitstyps bilden zusammen eine Photodiode (30A, 30B, 30C oder 30D), welche Elektron-Defektelektron-Paare erzeugt. Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps werden in der Ladungserfassungssenke 230 des zweiten Leitfähigkeitstyps im Verhältnis zu der Menge an Photonen gesammelt, die auf die Photodiode (30A, 30B, 30C oder 30D) treffen. Wenn es sich bei dem ersten Leitfähigkeitstyp um den p-leitenden Typ und dem zweiten Leitfähigkeitstyp um den n-leitenden Typ handelt, werden in der Ladungserfassungssenke 230 des zweiten Leitfähigkeitstyps Elektronen gesammelt. Wenn es sich bei dem ersten Leitfähigkeitstyp um den n-leitenden Typ und dem zweiten Leitfähigkeitstyp um den p-leitenden Typ handelt, werden in der Ladungserfassungssenke 230 des zweiten Leitfähigkeitstyps Defektelektronen gesammelt. Ein Photon, welches auf die Photodiode (30A, 30B, 30C oder 30D) trifft, erzeugt ein Elektron-Defektelektron-Paar, wenn das Photon mit dem Halbleitermaterial in der Photodiode (30A, 30B, 30C oder 30D) in Wechselwirkung tritt. Die Energie des Photons, welche die Erzeugung des Elektron-Defektelektron-Paars hervorruft, hängt von der Art des Halbleitermaterials in der Halbleitermaterialschicht 30 ab. Der Wellenlängenbereich der Photonen für die Photoerzeugung eines Elektron-Defektelektron-Paars liegt zum Beispiel für Silicium bei 190 nm bis 1.100 nm, für Germanium bei 400 nm bis 1.700 nm bzw. für Indiumgalliumarsenid bei 800 nm bis 2.600 nm.
-
Wenn das Elektron-Defektelektron-Paar in der Verarmungszone der Photodiode (30A, 30B, 30C oder 30D) erzeugt wird, driften die Ladungsträger (Defektelektronen und Elektronen) aufgrund der kinetischen Energie, die die Ladungsträger während des Photoerzeugungsverfahrens erhalten haben, auseinander. Wenn ein Minoritätsträger (ein Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps in der Ladungserfassungssenke des zweiten Leitfähigkeitstyps oder ein Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps in der Halbleiterzone 130 des ersten Leitfähigkeitstyps) durch Driften in die Verarmungszone eintritt, treibt das inhärente elektrische Feld in der Verarmungszone der Photodiode (30A, 30B, 30C oder 30D) den Ladungsträger über den p-n-Übergang, welcher dann nach dem Überschreiten des p-n-Übergangs zu einem Majoritätsträger wird, also zu einem Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps in der Halbleiterzone 130 des ersten Leitfähigkeitstyps oder einem Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps in der Ladungserfassungssenke 230 des zweiten Leitfähigkeitstyps, und einen Photostrom erzeugt, wenn der Schaltkreis geschlossen ist, oder zu einer Ansammlung von Ladungen führt. Speziell sammeln sich die Ladungsträger in der Ladungserfassungssenke 230 des zweiten Leitfähigkeitstyps an, wenn es sich bei dem Ladungsträger um einen Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps handelt. Die Ladungsmenge, die sich in der Ladungserfassungssenke 230 des zweiten Leitfähigkeitstyps ansammelt, verhält sich nahezu linear zu der Anzahl der auftreffenden Photonen (vorausgesetzt, die Photonen weisen dieselbe Energieverteilung auf). Wenn der Minoritätsträger mit den Majoritätsträgern in der Photodiode rekombiniert, bevor er in die Verarmungszone eintritt, ist der Minoritätsträger durch Rekombination „verloren”, und es entsteht kein Strom und keine Ladungsansammlung.
-
Die beispielhafte Bildsensor-Pixelstruktur umfasst auch Transfer-Gate-Transistoren, welche verwendet werden, um den Transfer elektrischer Ladungen aus den vier Photodioden (30A, 30B, 30C, 30D) in die gemeinsame schwebende Drain-Zone 32 zu steuern. Die vier Ladungserfassungssenken 230 des zweiten Leitfähigkeitstyps, die vier Kanalzonen (31A, 31B, 31C, 31D), die gemeinsame schwebende Diffusionszone 32 und vier Gate-Stapel (40A, 40B, 40C, 40D) bilden die vier Transfer-Gate-Transistoren. Der erste Gate-Stapel 40A ist ein vertikaler Stapel eines ersten Gate-Dielektrikums 39A und einer ersten Gate-Elektrode 41A, der zweite Gate-Stapel 40B ist ein vertikaler Stapel eines zweiten Gate-Dielektrikums 39B und einer zweiten Gate-Elektrode 41B, der dritte Gate-Stapel 40C ist ein vertikaler Stapel eines (nicht dargestellten) dritten Gate-Dielektrikums und einer (nicht dargestellten) dritten Gate-Elektrode, und der vierte Gate-Stapel 40D ist ein vertikaler Stapel eines (nicht dargestellten) vierten Gate-Dielektrikums und einer (nicht dargestellten) vierten Gate-Elektrode.
-
Die erste Gate-Elektrode 41A steht in Kontakt mit der ersten Gate-Durchkontaktierung 50A, welche mit einer unteren Fläche einer ersten Gate-Metallleitung 60A in Kontakt steht. Die zweite Gate-Elektrode 41B steht in Kontakt mit der zweiten Gate-Durchkontaktierung 50B, welche mit einer unteren Fläche einer zweiten Gate-Metallleitung 60B in Kontakt steht. Die dritte Gate-Elektrode (Teil von 40C, nicht eigens gekennzeichnet) steht in Kontakt mit der dritten Gate-Durchkontaktierung 50C, welche mit einer unteren Fläche einer dritten Gate-Metallleitung 60C in Kontakt steht. Die vierte Gate-Elektrode (Teil von 40D, nicht eigens gekennzeichnet) steht in Kontakt mit der vierten Gate-Durchkontaktierung 50D, welche mit einer unteren Fläche einer vierten Gate-Metallleitung 60D in Kontakt steht. Alle Gate-Elektroden sind voneinander elektrisch isoliert.
-
Der erste Gate-Stapel 40A, die erste Kanalzone 31, die Ladungserfassungssenke 230 des zweiten Leitfähigkeitstyps innerhalb der ersten Photodiode 30A und die gemeinsame schwebende Drain-Zone 32 bilden den ersten Transfer-Gate-Transistor (40A, 31A, 230, 32). Der zweite Gate-Stapel 40B, die zweite Kanalzone 31B, die Ladungserfassungssenke 230 des zweiten Leitfähigkeitstyps innerhalb der zweiten Photodiode 30B und die gemeinsame schwebende Drain-Zone 32 bilden den zweiten Transfer-Gate-Transistor (40B, 31B, 230, 32). Der dritte Gate-Stapel 40C, die dritte Kanalzone 31C, die Ladungserfassungssenke 230 des zweiten Leitfähigkeitstyps innerhalb der dritten Photodiode 30C und die gemeinsame schwebende Drain-Zone 32 bilden den dritten Transfer-Gate-Transistor (40C, 31C, 230, 32). Der vierte Gate-Stapel 40D, die vierte Kanalzone 31D, die Ladungserfassungssenke 230 des zweiten Leitfähigkeitstyps innerhalb der vierten Photodiode 30D und die gemeinsame schwebende Drain-Zone 32 bilden den vierten Transfer-Gate-Transistor (40D, 31D, 230, 32).
-
Die vier Gate-Stapel (40A, 40B, 40C, 40D) liegen über den vier Kanalzonen (31A, 31B, 31C, 31D). Die vier Photodioden (30A, 30B, 30C, 30D), die vier Kanalzonen (31A, 31B, 31C, 31D), die gemeinsame schwebende Diffusionszone 32 und die vier Gate-Stapel (40A, 40B, 40C, 40D) bilden vier Transfer-Gate-Transistoren in paralleler Verbindung zwischen der gemeinsamen schwebenden Diffusionszone 32 und der elektrischen Masse. Die gemeinsame schwebende Diffusionszone 32 bildet eine gemeinsame Drain-Zone, die von den vier Transfer-Gate-Transistoren gemeinsam benutzt wird.
-
Vorzugsweise ist keine der vier Gate-Elektroden der vier Gate-Stapel (40A, 40B, 40C, 40D) resistiv mit einer anderen der vier Gate-Elektroden in den vier Gate-Stapeln (40A, 40B, 40C, 40D) verbunden. Mit anderen Worten, es handelt sich bei jeder Gate-Elektrode der vier Gate-Stapel (40A, 40B, 40C, 40D) um einen unabhängigen elektrischen Knoten, der nicht direkt mit irgendeiner anderen Gate-Elektrode der vier Gate-Stapel (40A, 40B, 40C, 40D) verbunden ist.
-
Jeder Transfer-Gate-Transistor ist derart integriert mit der Photodiode (30A, 30B, 30C oder 30D) ausgebildet, dass die Ladungserfassungssenke 230 des zweiten Leitfähigkeitstyps, welcher ein dotiertes Halbleitermaterial des zweiten Leitfähigkeitstyps umfasst, auch als Source-Zone des Transfer-Gate-Transistors fungiert. Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps, d. h. Elektronen, wenn es sich bei dem zweiten Leitfähigkeitstyp um den n-leitenden Typ handelt, oder Defektelektronen, wenn es sich bei dem zweiten Leitfähigkeitstyp um den p-leitenden Typ handelt, sammeln sich in der Ladungserfassung des zweiten Leitfähigkeitstyps an, wenn Photonen auf die Photodiode (30A, 30B, 30C oder 30D) einfallen. Wenn der Transfer-Gate-Transistor eingeschaltet ist, werden die Ladungsträger in der Ladungserfassung des zweiten Leitfähigkeitstyps in die schwebende Drain-Zone 40 übertragen, wobei es sich um eine Ladungserfassungssenke 230 des zweiten Leitfähigkeitstyps handelt, und in welcher elektrische Ladung aus der Photodiode (30A, 30B, 30C oder 30D) als Daten gespeichert wird, bis eine Leseschaltung die Menge der gespeicherten Ladung erfasst. Somit fungiert die Ladungserfassung des zweiten Leitfähigkeitstyps als Source-Zone des Transfer-Gate-Transistors, wenn der Transfer-Gate-Transistor eingeschaltet ist.
-
Die Bildsensor-Pixelstruktur in der Zelleneinheit U umfasst einen Rücksetz-Gate-Transistor RG, einen Source-Folger-Transistor SF und einen Zeilenauswahltransistor RS (Row Select), welche auf dem Halbleitersubstrat 8 angeordnet sind. Die Source- und Drain-Zone und der Kanal des Rücksetz-Gate-Transistors RG sind in dem zweiten Halbleitermaterialabschnitt 34 angeordnet. Die Source- und Drain-Zone und der Kanal des Source-Folger-Transistors SF sind in dem dritten Halbleitermaterialabschnitt 36 angeordnet. Die Source- und Drain-Zone und der Kanal des Zeilenauswahltransistors RS sind in dem vierten Halbleitermaterialabschnitt 38 angeordnet.
-
Die gemeinsame schwebende Diffusionszone 32, der Rücksetz-Gate-Transistor RG, der Source-Folger-Transistor SF und der Zeilenauswahltransistor RS sind in vier verschiedenen Quadranten angeordnet, die dadurch definiert werden, dass eine zweite vertikale Linie, die durch einen zweiten Punkt O2 innerhalb einer der vier Photodioden führt, als Mittelachse verwendet wird. Die zweite vertikale Linie verläuft senkrecht zu der zusammenhängenden Halbleiterfläche des ersten Halbleitermaterialabschnitts (30A, 30B, 30C, 30D, 31A, 31B, 31C, 31D, 32), bei welchem es sich um einen Abschnitt der oberen Fläche des Halbleitersubstrats 8 handelt. Der zweite Punkt O2 kann sich auf der zusammenhängenden Fläche des ersten Halbleitermaterialabschnitts (30A, 30B, 30C, 30D, 31A, 31B, 31C, 31D, 32) befinden.
-
Speziell kann die gemeinsame schwebende Diffusionszone 32 in einem ersten Quadranten 1Q_O2 eines zweiten dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems angeordnet sein, in welchem der zweite Punkt O3 als Ursprung verwendet wird, der Rücksetz-Gate-Transistor RG kann in einem zweiten Quadranten 2Q_O2 des zweiten dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems angeordnet sein, der Source-Folger-Transistor SF kann in einem dritten Quadranten 3Q_O2 des zweiten dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems angeordnet sein, und der Zeilenauswahltransistor RS kann in einem vierten Quadranten 4Q_O2 des zweiten dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems angeordnet sein. Die x-Achse des zweiten dreidimensionalen Koordinatensystems ist als x2 gekennzeichnet, und die y-Achse des zweiten dreidimensionalen Koordinatensystems ist als y2 gekennzeichnet.
-
Vorzugsweise sind die gemeinsame schwebende Diffusionszone 32, der Rücksetz-Gate-Transistor RG, der Source-Folger-Transistor SF und der Zeilenauswahltransistor RS im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn um eine der vier Photodioden (30A, 30B, 30C oder 30D) herum angeordnet. So ist ein Quadrant, der durch die zweite vertikale Linie definiert ist und die gemeinsame schwebende Diffusionszone 32 umfasst, z. B. der erste Quadrant 1Q_O2 eines zweiten dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems, in unmittelbarer Nachbarschaft zu einem Quadranten angeordnet, der durch die zweite vertikale Linie definiert ist und den Rücksetz-Gate-Transistor RG umfasst, z. B. dem zweiten Quadranten 2Q_O2 des zweiten dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems, und in unmittelbarer Nachbarschaft zu einem anderen Quadranten angeordnet, der durch die zweite vertikale Linie definiert ist und den Zeilenauswahltransistor RS umfasst, z. B. dem vierten Quadranten 4Q_O2 des zweiten dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems.
-
Die Bildsensor-Pixelstruktur in der Zelleneinheit U umfasst auch einen überlagernden Abschnitt einer ersten lichtdurchlässigen dielektrischen Schicht 80, in welche zusammenhängende Metallverdrahtungsstrukturen eingebettet sind, welche resistive elektrische Verbindungen zwischen der gemeinsamen schwebenden Diffusionszone 32, dem Rücksetz-Gate-Transistor RG, dem Source-Folger-Transistor SF und dem Zeilenauswahltransistor RS bereitstellen. Vorzugsweise liegen die zusammenhängenden Verdrahtungsstrukturen nicht über einer der vier Photodioden (30A, 30B, 30C oder 30D), um eine möglichst hohe Lichtdurchlässigkeit bis zu diesen zu erhalten. Mindestens eine weitere lichtdurchlässige dielektrische Schicht, z. B. eine zweite lichtdurchlässige dielektrische Schicht 90, kann die erste lichtdurchlässige dielektrische Schicht 80 überlagern. Die erste und zweite lichtdurchlässige dielektrische Schicht (80, 90) umfassen ein Material, welches in dem Wellenlängenbereich lichtdurchlässig ist, für dessen Erfassung die vier Photodioden (30A, 30B, 30C, 30C) konstruiert sind. Zum Beispiel kann es sich bei der ersten und zweiten lichtdurchlässigen dielektrischen Schicht (80, 90) um Siliciumoxidschichten handeln.
-
Die Bildsensor-Pixelstruktur in der Zelleneinheit U umfasst eine erste zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur 62, welche einen Abschnitt der gemeinsamen schwebenden Diffusionszone 32, eine Source-Zone des Rücksetz-Gate-Transistors RG und eine Gate-Elektrode 46 des Source-Folger-Transistors SF überlagert. Erste Durchkontaktierungen 52 stellen resistive elektrische Verbindungen zwischen der gemeinsamen schwebenden Diffusionszone 32, der Source-Zone des Rücksetz-Gate-Transistors RG und einer Gate-Elektrode 46 des Source-Folger-Transistors SF bereit. Jede der ersten Durchkontaktierungen 52 steht vertikal mit der ersten zusammenhängenden Metallverdrahtungsstruktur 62 und mit einem aus der gemeinsamen schwebenden Diffusionszone 32, der Source-Zone des Rücksetz-Gate-Transistors RG und der Gate-Elektrode 46 des Source-Folger-Transistors SF in Kontakt.
-
Die Bildsensor-Pixelstruktur in der Zelleneinheit U umfasst ferner eine zweite zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur 63, welche eine Source-Zone des Source-Folger-Transistors SF und eine Drain-Zone des Zeilenauswahltransistors RS überlagert. Zweite Durchkontaktierungen 53 stellen resistive elektrische Verbindungen zwischen der Source-Zone des Source-Folger-Transistors SF und der Drain-Zone des Zeilenauswahltransistors RS bereit. Jede der zweiten Durchkontaktierungen 53 steht vertikal mit der zweiten zusammenhängenden Metallverdrahtungsstruktur 63 und mit einer Zone aus der Source-Zone des Source-Folger-Transistors SF und der Drain-Zone des Zeilenauswahltransistors RS in Kontakt.
-
Weitere zusammenhängende Metallverdrahtungsstrukturen 64 und weitere Durchkontaktierungen 54 stellen resistive elektrische Verbindungen zwischen einer Drain-Zone des Rücksetz-Gate-Transistors RG und einer Drain-Zone des Source-Folger-Transistors SF bereit. Die Drain-Zone des Rücksetz-Gate-Transistors RG und die Drain-Zone des Source-Folger-Transistors SF können mit einem Spannungsversorgungsknoten verbunden sein. Die weiteren zusammenhängenden Metallverdrahtungsstrukturen 64 und die weiteren Durchkontaktierungen 54 können auch verwendet werden, um elektrische Verbindungen zu der Gate-Elektrode 44 des Rücksetz-Gate-Transistors RG bereitzustellen, wobei es sich um einen Eingabeknoten handelt, über welchen der Rücksetz-Gate-Transistors RG zurückgesetzt wird. Außerdem können die weiteren zusammenhängenden Metallverdrahtungsstrukturen 64 und die weiteren Durchkontaktierungen 54 auch verwendet werden, um elektrische Verbindungen zu der Gate-Elektrode 48 des Zeilenauswahltransistors RS und einer Source-Zone des Rücksetz-Gate-Transistors RG bereitzustellen, wobei es sich um den Ausgabeknoten der Bildsensor-Pixelstruktur in der Zelleneinheit U handelt.
-
In 5 ist ein schematisches Schaltbild der Zelleneinheit U der beispielhaften Pixelmatrixstruktur der 1 bis 4 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das schematische Schaltbild umfasst vier Photodioden (PD1, PD2, PD3, PD4), vier Transfer-Gate-Transistoren (TG1, TG2, TG3, TG4), einen Rücksetz-Gate-Transistor RG, einen Source-Folger-Transistor SF und einen Zeilenauswahltransistor RS. Ein Ende jeder der Photodioden (PD1, PD2, PD3, PD4) ist geerdet, während das andere Ende jeder der Photodioden (PD1, PD2, PD3, PD4) direkt mit einer Source-Zone der Transfer-Gate-Transistoren (TG1, TG2, TG3, TG4) verbunden ist. Bei der gemeinsamen Drain-Zone der Transfer-Gate-Transistoren (TG1, TG2, TG3, TG4) handelt es sich um einen schwebenden Diffusionsknoten FD (Floating Diffusion), welcher sich elektrisch in einem schwebenden Zustand befindet, während die Transfer-Gate-Transistoren (TG1, TG2, TG3, TG4) und der Rücksetz-Gate-Transistor RG ausgeschaltet sind. Der schwebende Diffusionsknoten FD ist direkt mit der Source-Zone des Rücksetz-Gate-Transistors RG, welche hierin als Rücksetz-Gate-Transistor-Source-Zone bezeichnet wird, und der Gate-Zone des Source-Folger-Transistors, welche hierin als Source-Folger-Transistor-Gate-Zone bezeichnet wird, verbunden.
-
Jede der vier Photodioden (PD1, PD2, PD3, PD4) ist physisch als eine der vier Photodioden (30A, 30B, 30C, 30D) in der Zelleneinheit U der beispielhaften Pixelmatrixstruktur realisiert. Jeder der vier Transfer-Gate-Transistoren (TG1, TG2, TG3, TG4) ist als Transfer-Gate-Transistor realisiert, welcher eine der vier Gate-Elektroden (40A, 40B, 40C, 40D) in der Zelleneinheit U der beispielhaften Pixelmatrixstruktur umfasst. Der schwebende Diffusionsknoten FD ist als die gemeinsame schwebende Drain-Zone 32 in der Zelleneinheit U der beispielhaften Pixelmatrixstruktur realisiert. Der Rücksetz-Gate-Transistor RG, der Source-Folger-Transistor SF und der Zeilenauswahltransistor RS der 5 sind in 1 bis 3 als Rücksetz-Gate-Transistor RG, Source-Folger-Transistor SF bzw. Zeilenauswahltransistor RS realisiert.
-
Die Source-Zone des Source-Folger-Transistors SF ist direkt mit der Drain-Zone des Zeilenauswahltransistors RS verbunden, welche hierin als Zeilenauswahltransistor-Drain-Zone bezeichnet wird. Bei der Source-Zone des Zeilenauswahltransistors RS, welche hierin als Zeilenauswahltransistor-Source-Zone bezeichnet wird, handelt es sich um einen „Datenausgabe”-Knoten oder den Knoten, an welchem der Ausgang des Bildsensorpixels angeordnet ist.
-
Die Drain-Zone des Rücksetz-Gate-Transistors RG, welche hierin als Rücksetz-Gate-Transistor-Drain-Zone bezeichnet wird, ist direkt mit einer Spannung Vdd einer Systemspannungsversorgung verbunden, bei welcher es sich typischerweise um eine positive Spannung handelt. Ferner ist die Drain-Zone des Source-Folger-Transistors, welche hierin als Source-Folger-Transistor-Drain-Zone bezeichnet wird, ebenfalls direkt mit der Spannung Vdd der Systemspannungsversorgung verbunden. Die Spannung Vdd der Systemspannungsversorgung bezieht sich hierin auf die Spannung der Spannungsversorgung, die für den Betrieb einer allgemeinen Halbleiterschaltung, welche das Bildsensorpixel umfasst, in einem normalen Betriebsmodus verwendet wird.
-
Während des Betriebs der Schaltung, die durch das schematische Schaltbild dargestellt wird, werden in mindestens einer der vier Photodioden (30A, 30B, 30C, 30D) in einer Zelleneinheit U der beispielhaften Pixelmatrixstruktur der 1 bis 4 elektrische Ladungen erzeugt. Die elektrischen Ladungen werden aus einer der Photodioden (30A, 30B, 30C, 30D) in die gemeinsame schwebende Diffusionszone 32 übertragen, indem einer der vier Transfer-Gate-Transistoren (TG1, TG2, TG3, TG4) eingeschaltet wird, während die anderen drei der vier Transfer-Gate-Transistoren (TG1, TG2, TG3, TG4) dadurch von der gemeinsamen schwebenden Diffusionszone 32 elektrisch isoliert sind, dass sie ausgeschaltet bleiben.
-
Dieselbe Operation kann an den anderen dreien der vier Photodioden (30A, 30B, 30C, 30D) und den anderen dreien der vier Transfer-Gate-Transistoren (TG1, TG2, TG3, TG4) durchgeführt werden. Speziell können in jeder der anderen drei der vier Photodioden (30A, 30B, 30C, 30D) elektrische Ladungen erzeugt werden, und die elektrischen Ladungen können nacheinander aus jeder der anderen drei der vier Photodioden (30A, 30B, 30C, 30D) in die gemeinsame schwebende Diffusionszone 32 übertragen werden. Drei der vier Photodioden sind während jeder Ladungsübertragung in die gemeinsame schwebende Diffusionszone 32 dadurch elektrisch isoliert, dass die drei entsprechenden Transfer-Gate-Transistoren ausgeschaltet bleiben.
-
Typischerweise wird der Rücksetz-Gate-Transistor RG vor jeder Übertragung elektrischer Ladungen in die gemeinsame schwebende Diffusionszone 32 ein- und ausgeschaltet, um die Ladung in der gemeinsamen schwebenden Diffusionszone 32 zu leeren oder zurückzusetzen. Nach jeder Übertragung elektrischer Ladungen in die gemeinsame schwebende Diffusionszone 32 wird ein Spannungsniveau in einer Source-Zone des Zeilenauswahltransistors RS ermittelt, wobei es sich um die Ausgabe der Schaltung handelt, welche die Ladungsmenge verkörpert, die in einer der vier Photodioden (30A, 30B, 30C, 30D) erzeugt wird.
-
Die Schaltung kann in einer Matrixkonfiguration verwendet werden, um eine Bildsensormatrix zu bilden, welche ein Bild aufnimmt. Eine solche Bildsensormatrix kann in jeder optischen, Infrarot- oder Ultraviolett-Abbildungseinheit, z. B. in Digitalkameras, verwendet werden. Typischerweise umfasst der Betrieb der Bildsensormatrix eine Belichtungssequenz und eine Auslesesequenz.
-
6 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Entwurfsprozesses 900, der zum Beispiel beim Halbleiterentwurf und bei der Herstellung der Halbleiterschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Der Entwurfsprozess 900 kann in Abhängigkeit von der Art der entworfenen integrierten Schaltung (IC) variieren. Zum Beispiel kann sich ein Entwurfsprozess zum Bau einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (Application Specific integrated Circuit, ASIC) von einem Entwurfsprozess zum Entwerfen einer Standardkomponente einer integrierten Schaltung unterscheiden. Bei der Entwurfsstruktur 920 handelt es sich vorzugsweise um eine Eingabe in ein Entwurfsverfahren 910, und diese kann von einem Anbieter für geistiges Eigentum (IP-Provider), einem Core-Entwickler oder einem Entwurfsunternehmen kommen, oder sie kann vom Betreiber eines Entwurfsprozesses erzeugt werden oder aus anderen Quellen stammen.
-
Die Entwurfsstruktur 920 umfasst eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie in jeder der 1 bis 5 dargestellt ist, in Form von schematischen Darstellungen oder Hardwarebeschreibungssprache (HDL; z. B. Verilog, VHDL, C usw.). Die Entwurfsstruktur 920 kann in einem oder mehreren maschinenlesbaren Medien enthalten sein. Zum Beispiel kann es sich bei der Entwurfsstruktur 920 um eine Textdatei oder eine graphische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung handeln, wie in 1 bis 5 dargestellt.
-
Es kann ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt werden, welches die Entwurfsstruktur verkörpert. Zum Beispiel kann die Entwurfsstruktur erste Daten umfassen, welche eine Struktur flacher Grabenisolierungen darstellen, und zweite Daten umfassen, welche einen Halbleitermaterialabschnitt darstellen. Die zweiten Daten können dritte Daten, welche vier Photodioden darstellen, vierte Daten, welche vier Kanalzonen darstellen, und fünfte Daten umfassen, welche eine gemeinsame schwebende Diffusionszone darstellen. Die Entwurfsstruktur kann ferner sechste Daten, welche einen Rücksetz-Gate-Transistor darstellen, der auf einem Halbleitersubstrat angeordnet ist, siebte Daten, welche einen Source-Folger-Transistor darstellen, der auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist, achte Daten, welche einen Zeilenauswahltransistor darstellen, der auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist, neunte Daten, welche eine erste zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur darstellen, die einen Abschnitt der gemeinsamen schwebenden Diffusionszone, eine Source-Zone des Rücksetz-Gate-Transistors und eine Gate-Elektrode des Source-Folger-Transistors überlagert, zehnte Daten, welche eine zweite zusammenhängende Metallstruktur darstellen, die eine Source-Zone des Source-Folger-Transistors und eine Drain-Zone des Zeilenauswahltransistors überlagert, und elfte Daten umfassen, welche vier Gate-Stapel darstellen, die jede der vier Kanalzonen überlagern. Bei den physischen Strukturen, die von den jeweiligen Daten verkörpert werden, kann es sich um die oben beschriebenen physischen Strukturen handeln.
-
In dem Entwurfsverfahren 910 wird vorzugsweise eine Ausführungsform der Erfindung, wie in 1 bis 5 dargestellt, zu einer Netzliste 980 synthetisiert (oder umgesetzt), wobei es sich bei der Netzliste 980 zum Beispiel um eine Liste von Verdrahtungen, Transistoren, Verknüpfungsgliedern, Steuerschaltungen, Eingaben/Ausgaben, Modellen usw. handelt, welche die Verbindungen zu anderen Elementen und Schaltungen in einem IC-Entwurf beschreibt und auf wenigstens einem maschinenlesbaren Medium aufgezeichnet ist. Bei dem Medium kann es sich zum Beispiel um eine CD, einen Compact-Flash-Speicher, einen anderen Flash-Speicher oder ein Datenpaket handeln, welches über das Internet oder ein anderes geeignetes Netzwerkmittel gesendet werden soll. Bei der Synthese kann es sich um ein iteratives Verfahren handeln, wobei die Netzliste 980 in Abhängigkeit von den Entwurfsspezifikationen und Parametern für die Schaltung einmal oder mehrfach neu synthetisiert wird.
-
Das Entwurfsverfahren 910 kann die Verwendung verschiedener Eingaben umfassen; zum Beispiel Eingaben aus Bibliothekselementen 930, welche einen Satz gewöhnlich verwendeter Elemente, Schaltungen und Einheiten, z. B. Modelle, Layouts und symbolische Darstellungen, für eine gegebene Herstellungstechnik (z. B. Knoten verschiedener Technologien, 32 nm, 45 nm, 90 nm usw.) beinhalten können, Entwurfsspezifikationen 940, Charakterisierungsdaten 950, Verifikationsdaten 960, Entwurfsregeln 970 und Testdatendateien 985 (welche zum Beispiel Standard-Schaltungsentwurfsverfahren wie die Timing-Analyse, die Verifikation, die Entwurfsregelnprüfung, Anordnungs- und Leitungsoperationen usw. umfassen können). Der Fachmann auf dem Gebiet des IC-Entwurfs kann den Umfang möglicher elektronischer Automationswerkzeuge für den Entwurf und Anwendungen erkennen, die in dem Entwurfsverfahren 910 anzuwenden sind, ohne vom Umfang und von der Idee der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Entwurfsstruktur der vorliegenden Erfindung ist nicht auf einen speziellen Entwurfsprozess beschränkt.
-
In dem Entwurfsverfahren 910 wird vorzugsweise eine Ausführungsform der Erfindung, wie sie in 1 bis 5 dargestellt ist, zusammen mit zusätzlichen IC-Entwürfen oder Daten (falls anwendbar) in eine zweite Entwurfsstruktur 990 umgesetzt. Die Entwurfsstruktur 990 befindet sich in einem Datenformat, welches für den Austausch von Layout-Daten integrierter Schaltungen verwendet wird, und/oder einem symbolischen Datenformat (z. B. Informationen, die in einem GDSII(GDS2)-, GL1-, OASIS-, Speicherabbilddatei-Format oder irgendeinem anderen geeigneten Format zum Speichern solcher Entwurfsstrukturen gespeichert sind), auf einem Speichermedium. Die Entwurfsstruktur 990 kann Informationen wie zum Beispiel symbolische Daten, Speicherabbilddateien, Testdatendateien, Entwurfsinhaltdateien, Herstellungsdaten, Layout-Parameter, Verdrahtungen, Metallebenen, Durchkontaktierungen, Formen, Daten zum Führen durch die Fabrikationslinie und andere Daten umfassen, die von einem Halbleiterhersteller benötigt werden, um eine der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung herzustellen, wie sie in 1 bis 5 dargestellt sind. Die Entwurfsstruktur 990 kann anschließend zu einer Stufe 995 übergehen, wo die Entwurfsstruktur 990 zum Beispiel ans Tape-Out übergeben wird, für die Fabrikation freigegeben wird, für eine Maskierungsstelle freigegeben wird, einer anderen Entwurfsstelle zugesendet wird, zum Kunden zurückgesendet wird usw.
-
Obwohl die Erfindung in Form von speziellen Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist es bei Betrachtung der vorstehenden Beschreibung offensichtlich, dass für den Fachmann zahlreiche Alternativen, Modifikationen und Variationen ersichtlich sind. Dementsprechend soll die Erfindung all solche Alternativen, Modifikationen und Variationen umfassen, welche unter den Umfang und die Idee der Erfindung und der folgenden Patentansprüche fallen.
