TWI385795B - 固態成像裝置及相機 - Google Patents

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Description

固態成像裝置及相機
本發明係大致上關於固態成像裝置及相機。更特別地，本發明關於固態成像裝置及設有固態成像裝置的相機。
固態成像裝置廣泛地分成放大型固態成像裝置及電荷轉移型成像裝置，放大型固態成像裝置典型上以CMOS(互補金屬氧化物半導體)影像感測器為例，電荷轉移型成像裝置典型上為CCD(電荷耦合裝置)影像感測器。
CMOS影像感測器由於高性能及低功耗特徵而快速地取代CCD感測器，特別是在可攜式裝置為導向的影像感測器領域中。此CMOS影像感測器包含成像區及圍繞成像素的周遑路，成像區具有二維陣列配置的眾多像素，每一像素包含作為光電轉換元件的光二極體(PD)及數個像素電晶體。
周邊電路包含至少行電路或垂直驅動電路、以及水平電路或水平驅動電路，行電路或垂直驅動電路用於在行方向傳送訊號，水平電路或水平驅動電路用於依序地將行霓路在行方向上傳送的訊號傳送給輸出電路。像素電晶體設有例如四電晶體電路配置、及三電晶體電路配置等習知配置，四電晶體電路配置包含傳送、重置、放大、及選取電晶體，三電晶體電路配置包含傳送、重置、及放大電晶體但無選取電晶體。
通常藉由配置多個單元像素以提供CMOS影像感測器，其中，每一單元像素包含一光二極體及數個像素電晶體作為一組。但是，近年來，注意像素尺寸的微小化。關於包含大量像素的CMOS影像感測器，已揭示由多個像素分享像素電晶體的多種型式的CMOS影像感測器，藉以減少像素電晶體的數目。
舉例而言，在將簡述的日本未審查專利申請公開號Heisei 11(1999)-331713中，揭示分享像素電晶體的一CMOS影像感測器。
另一方面，在另一揭示中，藉由適當地設計像素微小化設計中的轉移閘極的結構，可以增加電荷的轉移效率。舉例而言，如同日本未審查專利申請公開號2005-129665中揭示(在其0039段及圖3中)般，如圖1所示，光二極體PD、浮動擴散(FD)區101、及作為像素電晶體的一部份之轉移電晶體Tr1形成為像素的一部份。轉移電晶體Tr1包含轉移閘極電極102及直接形成於其下的通道區103。而且，在轉移電晶體Tr1中，朝向光二極體PD之轉移閘極104的邊緣、或是轉移閘極電極102的邊緣形成為凸狀，以致於更容易地在朝向轉移閘極104的光二極體PD中產生電場。在圖1的結構中注意到光二極體PD側上的轉移閘極104的通道寬度「a」(亦即，與光二極體PD接觸的通道寬度)大於浮動擴散(FD)區101上的通道寬度「b」(亦即，與浮動擴散(FD)區101接觸的通道寬度)。
關於CMOS影像感測器，包含於像素中的像素電晶體的閘極尺寸會隨著像素尺寸減少而減少，且變得更難以維持像素電晶體的特徵。舉例而言，轉移電晶體的閘極(此後稱為轉移閘極)難以將訊號電荷從光二極體PD讀出至浮動擴散(FD)，以同時滿足轉移電晶體的截止特徵及電荷轉移特徵。亦即，當轉移閘極關閉時，從光二極體(PD)至浮動擴散(FD)區更容易產生漏電流，而當為了讀出周期而開啟轉移閘極時，電位能障將因為轉移閘極之弱通道調變而難以充份地降低。
但是，在轉移閘極的尺寸與光電轉換效率之間存在有交換代價，其中，在給定的像素面積內進一步增加轉移閘極的尺寸會增加風險，例如降低用於光電轉換的光二極體PD的面積以及當聚光時會由轉移閘極阻截某些入射光。
因此，根據圖1中所示的轉移閘極的結構，由於轉移閘極形成為朝向光二極體PD突出，所以，會有降低光二極體PD的面積之風險。因此，此轉移閘極的結構會降低飽合電荷量及造成入射光阻截。
慮及上述，需要提供固態成像裝置，其能夠維持包含於裝置中的轉移電晶體的電晶體特徵，且即使像素尺寸微小化時又能確保光電轉換元件的光接收表面有足夠面積，以及，提供具有固態成像裝置的相機。
根據本發明的具體實施例之固態成像裝置包含多個像素配置，每一像素包含光電轉換元件、包含轉移電晶體的像素電晶體、及浮動擴散區。在浮動擴散區的側邊上的轉移電晶體的轉移閘極的通道寬度形成為大於光電轉換元件的側邊上的通道寬度。
根據本發明的具體實施例之相機包含固態成像裝置、配置成導引入射光至包含於該固態成像裝置中的光電轉換元件之光學系統、及配置成處理固態成像裝置輸出的訊號之訊號處理電路。固態成像裝置包含多個像素配置，每一像素包含光電轉換元件、包含轉移電晶體的像素電晶體、及浮動擴散區。轉移電晶體的轉移閘極的通道寬度形成為在該浮動擴散區的側邊上的寬度大於在光電轉換元件的側邊上的寬度。
在包含於根據本發明的具體實施例之固態成像裝置中的像素中，轉移電晶體的轉移閘極的通道寬度形成為在浮動擴散區的側邊上的寬度大於在光電轉換元件的側邊上的寬度。結果，即使當像素尺寸微小化時，當在讀出周期期間開啟轉移閘極時，在浮動擴散區的側邊上的通道區的電位比光電轉換元件的側邊上的通道區的電位還深，以及，在電荷轉移方向上更容易產生電場。此外，當關閉轉移電晶體時，抑制從光電轉換元件至浮動擴散區的漏電流。此外，由於形成轉移閘極而未使其部份突向光電轉換元件，所以，可以確保光電轉換元件的光接收表面的面積。
根據本發明的具體實施例，可以維持轉移電晶體的電晶體特徵。因此，即使當像素尺寸微小化時，將訊號電荷從光電轉換元件轉移至浮動擴散區的能力仍然可以增進。此外，可以完全地確保光電轉換元件的光接收表面的面積。
將參考附圖，以不同的具體實施例來說明本發明。但是，具體實施例中所揭示的及圖式中所示的具體實施例並非耗盡性的且並非用以限定本發明。
圖2顯示根據本發明的具體實施例之固態成像裝置或CMOS影像感測器的配置。參考圖2，根據本具體實施例之固態成像裝置1包含成像區3(亦即，像素區)、及圍繞成像區3配置的周邊電路，成像區3具有二維配置的多個像素2，周邊電路具有垂直驅動單元4、水平轉移單元5、及輸出單元6。每一像素2包含作為光電轉換元件的光二極體PD及數個像素電晶體(MOS電晶體)Tr。
光二極體PD包含配置成累積入射光的光電轉換所產生的訊號電荷之區域。在本實施例中，數個像素電晶體Tr包含四個MOS電晶體、轉移電晶體Tr1、重置電晶體Tr2、放大電晶體Tr3、及選取電晶體Tr4。
轉移電晶體Tr1作為將累積於光二極體PD中的訊號電荷讀出至浮動擴散(FD)區之電晶體，稍後將說明浮動擴散區。重置電晶體Tr2是用於將浮動擴散(FD)區的電位設定至預定值的電晶體。放大電晶體Tr3是用於電氣地放大被讀出至浮動擴散(FD)區的訊號電荷之電晶體。選取電晶體Tr4是用於選取像素線及讀出其中的像素訊號至垂直訊號線的電晶體。此外，雖然，此處未提供圖式，但是，替代地，像素可以由光二極體PD及三個電晶體形成，三個電晶體包含轉移、重置、及放大電晶體但選取電晶體Tr4除外。
在像素2的電路配置中，轉移電晶體Tr1的源極連接至光二極體PD，Tr1的汲極連接至重置電晶體Tr2的源極。作為電荷電壓轉換單元的浮動擴散(FD)區配置於轉移電晶體Tr1與重置電晶體Tr2之間(等同於轉移電晶體Tr1的汲極區與重置電晶體Tr2的源極區之間)，連接至放大電晶體Tr3的閘極。放大電晶體Tr3的源極連接至選取電晶體Tr4的汲極。重置電晶體Tr2及放大電晶體Tr3的汲極均連接至源極供應單元。此外，選取電晶體Tr4的源極連接至垂直訊號線8。
垂直驅動單元4配置成分別供應共同地施加至配置於一線上的像素的重置電晶體Tr2的閘極之線重置訊號ΦRST、共同地施加至配置於一線上的像素的轉移電晶體Tr1的閘極之線轉移訊號ΦTRG、共同地施加至配置於一線上的選取電晶體Tr4的閘極之線選取訊號ΦSEL。
水平驅動單元5包含連接至每一行的垂直訊號線8的類比對數位轉換器(ADC)或放大器，例如本實施例中的類比對數位轉換器9；行選取電路(切換單元)SW；及水平轉移線10(舉例而言，包含與資料位元線相同數目的線之匯流排)。
輸出單元6又包含放大器、或類比對數位轉換器及/或訊號處理單元；例如本實施例中用於處理水平轉移線10及輸出緩衝器12的輸出之訊號處理電路11。
固態成像裝置1配置成使來自每一線上的像素2之訊號接受每一類比對數位轉換器9的類比對數位轉換、經由被依序選取的行選取電路SW而被讀出至水平轉移線10、以及在水平方向上被順序地轉移。被讀出至水平轉移線10的影像資料接著經由訊號處理電路11而從輸出緩衝器12輸出。
大致上如下所述般執行像素2的操作。首先，藉由開啟用於轉移電晶體Tr1及重置電晶體Tr2的閘極，清除所有光二極體PD中的電荷。之後，關閉轉移電晶體Tr1及重置電晶體Tr2的閘極，以及，執行光電電荷累積。接著，正好在讀取累積於光二極體PD中的光電電荷之前，開啟重置電晶體Tr2的閘極以及重置浮動擴散(FD)區的電位。接著，分別藉由關閉重置電晶體Tr2的閘極及開啟轉移電晶體Tr1的閘極，將光電電荷從光二極體PD轉移至浮動擴散(FD)區。放大電晶體Tr3在其閘極收到電荷時，電氣地放大訊號電荷。另一方面，從正好在電讀荷讀取之前浮動擴散(FD)區的電位的上述重置之瞬間開始，僅對目前被讀出的像素2開啟選取電晶體Tr4。接著，接受電荷對電壓轉換及從包含於目前被定址的像素2中的放大電晶體Tr3供應之影像訊號被讀出至垂直訊號線8。
根據本具體實施例，固態成像裝置1包含轉移電晶體T1的轉移閘極，轉移電晶體T1的轉移閘極配置成即使在微小化像素尺寸的情形中仍然能夠充份地執行訊號電荷轉移至浮動擴散(FD)區，但充份地確保光二極體PD的面積。亦即，在本實施例中，轉移電晶體Tr1的轉移閘極的通道寬度形成為在浮動擴散(FD)區的側邊上的寬度大於在光二極體PD的側邊上的寬度。此外，本配置也可以增進轉換效率。
圖3顯示根據本發明的具體實施例之像素的第一實施例，其包含光二極體PD、浮動擴散(FD)區20、及轉移電晶體Tr1，特別顯示轉移電晶體Tr1的轉移閘極21。在圖3中所示的第一實施例中，構成轉移電晶體Tr1的轉移閘極21之轉移閘極電極22配置在方形平面光二極體PD的角落部份，轉移閘極電極22具有凸狀，以其頂部面對浮動擴散(FD)區20的側邊。
亦即，轉移閘極電極22形成為接近梯形的形狀、或是頂部被移除的三角形，以致於其側邊其中之一者(底邊)與方形光二極體PD被梯形截斷的側邊相鄰，以及，其近似L形的二側相鄰於浮動擴散(FD)區20。結果，顯示於圖式中的單元像素的光二極體PD形成為五邊形，此五邊形導因於光二極體PD的方形或長方形的平面形狀並稍微地及線性地截去一角落部份。此外，浮動擴散(FD)區20幾乎形成為L字平面形狀。
裝置隔離區24形成為圍繞光二極體PD、浮動擴散(FD)區20、及轉移電晶體Tr1，以及，部份地延伸至轉移閘極電極22之下。亦即，部份裝置隔離區24形成為延伸至轉移閘極電極22之下，以致於轉移閘極21的通道區23的實質部份延伸至光二極體PD的側邊，具有足以遮蓋L形浮動擴散(FD)區20的完整寬度之寬度。
雖然此處未提供圖示，但是，在本實施例中光二極體PD形成為掩埋型光二極體PD，其包含形成於p型半導體井區中作為電荷累積區的n型半導體區(n+ 區)、及形成於n型半導體區的表面側上作為累積層之p型半導體區(p+ 區)。此外，在本實施例中，作為等同於轉移電晶體Tr1的汲極區之浮動擴散(FD)區20形成為具有n型半導體區(n+ 區)。此外，在本實施例中，裝置隔離區20形成有p型半導體區(p+ 區)。
此外，在實施例中，部份幾乎L形的浮動據散(FD)區20，亦即，其面對轉移閘極電極22的頂部之部份形成為具有小面積的高雜質濃度區26(亦即，高濃度區：在本實施例中為n+ 區)。此外，幾乎L形的浮動擴散(FD)區20的其它部份，亦即，圍繞高濃度區26的部份或對應於高濃度區26與裝置隔離區24之間的區域，形成為雜質濃度低於高濃度區26的區域27(亦即，低濃度區：在本實施例中為n- 區)。
低濃度區27的雜質濃度低於典型的LDD結構中的低濃度區的雜質濃度，以及，區域27具有的面積大於PN接面形成的典型製程中自動地形成的低雜濃度區的面積。
另一方面，在浮動擴散(FD)區20中高濃度區26由用於連接至像素電晶體的接觸區共用。在本實施例中，高濃度區26的雜質濃度達到1×1020 cm-3 或更高。此外，低濃度區27的雜質濃度可以小於1×1018 cm-3 。
根據第一實施例中，由於轉移閘極電極22形成為具有面對浮動擴散(FD)區20的凸頂部的接近梯形形狀，所以，光二極體PD面積縮小僅會稍微影響光二極體PD的角落部份並因而可以確保用於光二極體PD的面積維持寬廣。結果，即使像素微小化，在聚光期間入射於光二極體PD上的光不會受轉移閘極電極影響且飽合電荷的量可以完全地被確保。
此外，如圖3中所示，由於浮動擴散(FD)區20的側邊上的轉移閘極21的通道寬度形成為大於光二極體PD的側邊上的轉移閘極21的通道寬度，所以，轉移電晶體Tr1的截止特徵及電荷轉移特徵可以製成並容的，藉以維持電晶體特徵。
亦即，在浮動擴散(FD)區20的側邊上的通道寬度B大於光二極體PD的側邊上的通道寬度A。此通道寬度的改變導致通道區23的電位改變，以及，因形狀效應而產生電場，以致於當轉移電晶體Tr1開啟時，浮動擴散(FD)區20的側邊上之電位比光二極體PD的側邊上的電位還深。對於窄通道寬度A，電位是淺的，但對於寬的寬度B，電位變深。因此，可以令人滿意地將訊號電荷從光二極體PD轉移至浮動擴散(FD)區20，以及，即使像素微小化時，仍然能增進訊號電荷的轉移能力。此外，當轉移電晶體Tr1關閉時，抑制漏電流產生。
將如下所述般說明漏電流抑制的理由。在通道寬度W固定的情形中，在光二極體PD與浮動擴散(FD)區上的二側上通道電位的改變量是相同的。結果，當產生電位差以致於施加電場至通道區以由正被開啟的轉移閘極界定轉移方向時，即使轉移閘極關閉時，這仍會造成大電位差量。
相反地，根據實施例，由於在光電二極體PD的側邊上的轉移閘極21的電位變化比浮動擴散(FD)區20的側邊上的轉移閘極21電位變化大，所以，假定轉移閘極開啟時光二極體PD的側邊上與浮動擴散(FD)區上轉移閘極21之間的通道電位差相同，則在轉移閘極21關閉時的電位差可以製成小的。亦即，在轉移閘極關閉時，相較於光二極體PD的側邊，在浮動擴散(FD)區的側邊上的通道是封閉的，以致於可以減少漏電流。
藉由形成接觸區共用的或共享的浮動擴散(FD)區20的高濃度區26，高濃度區的面積可以最小化。在實施例中，高濃度區26不需在接觸區以外的區域。由於在典型的CMOS製程中使用光阻掩罩而以雜質佈植來形成高濃度區，所以，此區域的面積是大於用於接觸區域的接觸面積。裝置結構一般未配置成高雜質濃度區僅在與閘極接觸的浮動擴散(FD)區的部份中形成。
另一方面，當浮動擴散(FD)區20形成為L字形時，浮動擴散(FD)區20的面積增加。面積的增加通常增加浮動擴散(FD)區20中的擴散容量(亦即接面容量)以及降低轉換效率。
但是，在實施例中，適當地設計雜質濃度的散佈，以致於浮動擴散(FD)區20中的n型高濃度區26形成為面對轉移閘極電極21的凸部，對於實質地累積電荷是有效的以及為接觸區；以及，在浮動擴散(FD)區20中的其它部份形成為n型低濃度區27。低濃度區27的接面容量相當小。因此，浮動擴散(FD)區20的接面容量整體上不會可觀地增加且緩和轉換效率的降低。
從光二極體PD轉移至浮動擴散(FD)區20中具有淺電位的低濃度區27之訊號電荷被收集至具有深電位的高濃度區26。
圖4顯示根據本發明的具體實施例的像素的第二實施例，其包含光二極體PD、浮動擴散(FD)區20、及特別顯示其轉移閘極21的轉移電晶體Tr1。在圖4中所示的實施例中，轉移電晶體Tr1包含形成於光二極體PD與浮動擴散(FD)區20之間的轉移閘極21，在浮動擴散(FD)區20的側邊上的轉移閘極21的通道寬度形成為大於光二極體PD側邊上的轉移閘極21的通道寬度。
光二極體PD形成為例如正方形或三角形等四邊形。浮動擴散(FD)區20形成為長方形形狀，其中，其面對光二極體PD的一側邊與光二極體PD的相對側之長度相同。轉移閘極21包含長方形轉移閘極電極22及梯形通道區23。通道區23形成為梯形，以致於其在光二極體PD上的通道A比在浮動擴散(FD)區20的側邊上的寬度B還窄，以及，轉移閘極21的通道區23的通道寬度從光二極體PD上的側邊至浮動擴散(FD)區20上的側邊逐漸地增加。
另一方面，浮動擴散(FD)區20包含高雜質濃度區26(在本實施例中為n+ 區)、及低濃度區27(在本實施例中為n- )，高雜質濃度區26以類似於上述實施例的方式形成於長方形浮動擴散區20的中心，低濃度區27形成於區域20的其餘部份上。由於裝置結構及例如雜質濃度等其它特徵類似於早先於第一實施例中所述，所以，此處不再重複其說明。
根據第二實施例，藉由將光二極體PD的形狀形成為正方形，可以確定地將光二極體PD的面積維持寬廣，以及，即使當像素尺寸微小化時，仍然可以完全地確保飽合電荷量。此外，在轉移閘極21的通道區23中產生電場，以致於電位從光二極體PD上的側邊朝向浮動擴散(FD)區20的側邊逐漸變深。因此，可以令人滿意地將訊號電荷從光二極體PD轉移至浮動擴散(FD)區20，以及，即使像素微小化時，仍然能夠增進訊號電荷的轉移能力。
另一方面，由於浮動擴散(FD)區20包含高濃度區26及低濃度區27，所以，浮動擴散(FD)區20的接面容量整體地維持低及緩和轉換效率的降低。
根據第二實施例，轉移至浮動擴散(FD)區20的低濃度區27之訊號電荷也被收集至高濃度區26。此外，在此第二實施例中也可以取得類似於第一實施例的效果。
圖3中所示的第一實施例的裝置配置適當地用於CMOS影像感測器中，其中，像素電晶體由多個光二極體PD共用。接著，將說明關於此裝置配置的又一具體實施例。
圖5顯示根據本發明的另一具體實施例之固態成像裝置或CMOS影像感測器的配置。本具體實施例的固態成像裝置是配置成多組的情形，此處，組係形成為包含(i)分別設有光二極體PD作為光電轉換元件之多個像素，亦即，在本具體實施例中，分別設有四個光二極體PD的四個像素，及(ii)由四個光二極體PD或像素共用的轉移電晶體以外的像素電晶體(亦即，於下述中將組稱為共用像素)。
參考圖5，根據本具體實施例的固態成像裝置31包含具有二維陣列配置的多個共用像素32之成像區3(亦即，像素區)、及圍繞成像區配置的周邊電路，舉例而言，周圍電路為垂直驅動單元4、水平轉移單元5、及輸出單元6。每一共用像素32均包含多個作為光電轉換元件的光二極體PD(亦即，在本實施例中為四個光二極體PD)、四個轉移電晶體、一個重置電晶體、一個放大電晶體、及一個選取電晶體。亦即，如上所述般，例如重置、放大、及選取電晶體等轉移電晶體以外的像素電晶體由四個光二極體PD共用。
如圖5所示，在共用像素32的電路配置中，這四個光二極體PD1、PD2、PD3、及PD4分別連接至對應的四個轉移電晶體Tr11、Tr12、Tr13、及Tr14的源極，以及，四個轉移電晶體Tr11、Tr12、Tr13、及Tr14的汲極連接至一重置電晶體Tr2的源極。形成於轉移電晶體Tr11、Tr12、Tr13、及Tr14以及重置電晶體Tr2之間的作為電荷電壓轉換單元之共同浮動擴散(FD)區連接至一放大電晶體Tr3的閘極。放大電晶體Tr3的源極連接至一選取電晶體Tr4的汲極。重置電晶體Tr2與放大電晶體Tr3的汲極都連接至電壓源供應單元。此外，選取電晶體Tr4的源極連接至垂直訊號線8。
線轉移訊號ΦTRG1、ΦTRG2、ΦTRG3、及ΦTRG4分別施加至轉移電晶體Tr11、Tr12、Tr13、及Tr14的閘極。線重置訊號ΦRST施加至重置電晶體Tr2的閘極，及線選取訊號ΦSEL施加至選取電晶體Tr4的閘極。
由於垂直驅動單元4、水平轉移單元5、輸出單元6等配置類似於參考圖2的上述配置，所以，此處不重複其說明。
圖6顯示根據本發明的另一具體實施例之第三實施例的共用像素32的平面配置。根據本實施例之共用像素32的組使用如圖3所示的上述像素結構，以及，包含四個像素，四個像素以2x2像素共用配置，其中二個水平地配置，而另二個垂直地配置。
在本實施例中，如圖6所示，共用的浮動擴散(FD)區20配置在結構的中心，以致於浮動擴散(FD)區20可以由彼此共用。為了在結構的中間保持共用的浮動擴散(FD)區20，四個像素(均具有圖3所示的像素結構)水平地及垂直地配置成對稱集中於轉移閘極21的側邊上的角落部份211、212、213、及214的點。因此，在中心的浮動擴散(FD)區20形成為十字平面形，在其中心具有高濃度區26及均在十字的臂部份上具有低濃度區27。此外，關於與浮動擴散(FD)區20的接觸，使用於隔離各別的光二極體PD1、PD2、PD3、及PD4的裝置隔離區僅與臂部上的低濃度區27的頂部接觸。
由於其它特點類似於參考圖3之先前說明，所以，此處不再重複其說明。
藉由根據第三實施例之共用像素的配置，將四個像素配置成以浮動擴散(FD)區20為中心的對稱點，亦即，在轉移閘極21的角落部份上，所以，能夠將像素濃密地配置在成像區3中，在成像區3中，如同稍後說明般地安裝大量的像素。而且，根據實施例，由於轉移閘極21的通道寬度從光二極體PD上的側邊朝向浮動擴散(FD)區20上的側邊增加，以及，通道電位因而因為轉移閘極21的形狀效應而以類似於上述實施例之方式改變，所以，增進訊號電荷的轉移效率。
此外，由於共用的浮動擴散(FD)區20形成為十字狀，其中心部為高濃度區26及其它部份作為低濃度區27，所以，浮動擴散(FD)區20的接面容量顯著地降低，電荷電壓轉換效率增進，或者縮小轉換效率的降低。特別地，在n型浮動擴散(FD)區20與p型裝置隔離區24之間的接觸部份僅為形成為十字狀低濃度區27的臂邊緣部份，浮動擴散(FD)區20與裝置隔離區24之間的接面容量進一步降低，以及，因而增進轉換效率。此外，在本具體實施例中，也取得類似於第一實施例的效果。
圖7顯示使用圖6中所示的共用像素32之成像區3的佈局。本實施例顯示具有方形陣列配置的多個共用像素32之佈局。亦即，在實施例的佈局中，重置電晶體Tr2、放大電晶體Tr3、及選取電晶體Tr4的組配置於垂直方向各別共用像素32的一側邊上，或是在本實施例中在底側上。共用像素32的多個此結構水平地及垂直地配置成正交座標陣列系統。
重置電晶體Tr2包含源極區41、汲極區42、和重設閘極電極43。放大電晶體Tr3包含源極區44、汲極區45、以及放大閘極電極46。選取電晶體Tr4包含源極區47、汲極區44、以及選取閘極電極48。在提供上述結構時，共同地形成放大電晶體Tr3的源極區44及選取電晶體Tr4的汲極區44以及彼此共用。
此外，浮動擴散(FD)區20的高濃度區26、重置電晶體Tr2的源極區41、及放大電晶體Tr3的放大閘極電極46經由佈線49而彼此連接。此外，選取電晶體Tr4的源極區47及垂直訊號線8經由佈線50連接。
根據圖7中所示的成像區的佈局，能夠水平地及垂直地濃密配置大量共用像素32，因而可以提供高解析度的固態成像裝置。
圖8顯示根據另一實施例之使用圖6中所示的共用像素32的成像區3的又一佈局。本實施例顯示具有傾斜地配置的多個共用像素32(或是蜂巢結構)之佈局。亦即，在本實施例中，以類似於圖6的結構之方式，重置電晶體Tr2、放大電晶體Tr3、及選取電晶體Tr4的組在垂直方向配置於各別共用像素32的一側邊上、或是在本實施例中在底側上。
共用像素32的此結構水平地及垂直地配置作為正交座標陣列，其二正交軸分別相對於水平及垂直方向傾斜。在圖8中所示的實施例中，共用像素32配置成正交座標系統上的陣列，以二正交軸分別相對於水平及垂直方向傾斜45度。
由於共用像素結構的其它特點類似於早先參考圖7所述的特點，所以，類似於圖7中的部份以相同的表示顯示且此處不再重複其說明。
根據圖8的成像區的佈局，大量的共用像素32能夠濃密地配置，而固態成像裝置可以設置成具有高於圖7的成像區之解析度。
圖9顯示根據本發明的具體實施例之相機配置，其包含上述CMOS影像感測器。參考圖9，根據本具體實施例之相機40包含光學系統(光學透鏡)41’、CMOS固態成像裝置42’、及訊號處理電路43’。關於固態成像裝置42’ ，可以使用上述第一至第三實施例中所述的任一像素配置，較佳的是具有圖7或8的裝置佈局之第一或第三實施例中詳述的配置。根據本實施例的相機也包含藉由模組化光學系統(光學透鏡)41’、CMOS固態成像裝置42’、及訊號處理電路43’而形成的相機模組。
光學系統41’配置成在CMOS固態成像裝置42’的成像表面上以來自物體的影像光(入射光)執行影像形成。接著，入射光被CMOS固態成像裝置42’的光電轉換元件(光接收單元)轉換成訊號電荷以回應入射光量，以及，訊號電荷於光電轉換元件中以固定時間長度累積。訊號處理電路43’配置成對CMOS固態成像裝置42’輸出的訊號執行多種訊號處理，以及，接著輸出所造成的影像訊號。
藉由根據本發明的實施例之相機，維持飽合電荷量及轉換效率，以及，即使像素尺寸微小化時，仍然能夠增進訊號電荷轉移至浮動擴散區，因此，可以提供高解析度相機。
根據本發明的具體實施例，可以提供包含上述圖9中所示的相機或相機模組之不同電子裝置。
習於此技藝者應瞭解，在不悖離後附的申請專利範圍的範圍或其均等範圍之下，可以視設計需求及其它因素而產生不同的修改、組合、副組合及替代。
1．．．固態成像裝置
2．．．像素
3．．．成像區
4．．．垂直驅動單元
5．．．水平轉移單元
6．．．輸出單元
8．．．垂直訊號線
9．．．類比對數位轉換器
10．．．水平轉移線
11．．．訊號處理電路
12．．．輸出緩衝器
20．．．浮動擴散區
21．．．轉移閘極
22．．．轉移閘極電極
23．．．通道區
24．．．裝置隔離區
26．．．高濃度區
27．．．低濃度區
32．．．共用像素
40．．．相機
41．．．源極區
42．．．汲極區
43．．．重置閘極電極
44．．．源極區
45．．．汲極區
46．．．放大閘極電極
47．．．源極區
48．．．選取閘極電極
49．．．佈線
50．．．佈線
101‧‧‧浮動擴散區
102‧‧‧轉移閘極電極
103‧‧‧通道區
104‧‧‧轉移閘極
211‧‧‧角落部份
212‧‧‧角落部份
213‧‧‧角落部份
214‧‧‧角落部份
PD‧‧‧光二極體
Tr1‧‧‧轉移電晶體
Tr2‧‧‧重置電晶體
Tr3‧‧‧放大電晶體
Tr4‧‧‧選取電晶體
41’‧‧‧光學系統(光學透鏡)
42’‧‧‧CMOS固態成像裝置
43’‧‧‧訊號處理電路
已參考圖式說明本發明的較佳實施例，其中：
圖1顯示先前技術的像素的主要部份；
圖2顯示根據本發明的具體實施例之固態成像裝置的配置；
圖3顯示根據本發明的具體實施例之像素的第一實施例的主部份；
圖4顯示根據本發明的具體實施例之像素的第二實施例的主部份；
圖5顯示根據本發明的另一具體實施例之固態成像裝置的配置；
圖6顯示根據本發明的具體實施例之像素的第三實施例的主部份；
圖7顯示使用圖6中所示的共用像素之成像區的佈局的實施例；
圖8是平面視圖，顯示使用圖6中所示的共用像素之成像區的佈局的另一實施例；及
圖9顯示根據本發明的具體實施例之相機的配置。
20．．．浮動擴散區
24．．．裝置隔離區
26．．．高濃度區
27．．．低濃度區
32．．．共用像素
211．．．角落部份
212．．．角落部份
213．．．角落部份
214．．．角落部份
PD1，PD2，PD3，PD4．．．光二極體

Claims (14)

  1. 一種固態成像裝置，包含多個像素配置，其中：每一該像素包括(a)光電轉換元件、(b)包含轉移電晶體的像素電晶體、及(c)具有高雜質濃度區的浮動擴散區，該轉移電晶體的轉移閘極的通道寬度在該浮動擴散區的側邊上的寬度大於在該光電轉換元件的側邊上的寬度；該轉移閘極形成凸狀周邊，其面對且連接到該光電轉換元件，該轉移閘極配置於該光電轉換元件的一角落部份上；該高雜質濃度區的中心沿著該凸狀周邊，且與該轉移閘極的該凸狀周邊直接接觸；以及該高雜質濃度區的雜質濃度高於該浮動擴散區的其餘部份的雜質濃度。
  2. 如申請專利範圍第1項之固態成像裝置，其中，使用該浮動擴散區中的該高雜質濃度區作為接觸區。
  3. 如申請專利範圍第1項之固態成像裝置，其中，設置多個該光電轉換元件及該浮動擴散區由該多個光電轉換元件共用。
  4. 如申請專利範圍第3項之固態成像裝置，其中，該浮動擴散區由作為該多個光電轉換元件的四個光電轉換元件共用。
  5. 如申請專利範圍第2項之固態成像裝置，其中， 該轉移電晶體以外的該等像素電晶體在具有多個光電轉換元件及多個轉移電晶體的組中被共用，及該多個轉移電晶體配置成讀出自該多個光電轉換元件輸出的訊號電荷。
  6. 如申請專利範圍第5項之固態成像裝置，其中，該多個光電轉換元件以正交座標陣列水平地及垂直地配置。
  7. 如申請專利範圍第5項之固態成像裝置，其中，該多個光電轉換元件以正交座標陣列配置，該正交座標陣列具有分別相對於水平及垂直方向傾斜的二正交軸。
  8. 如申請專利範圍第1項之固態成像裝置，其中，該轉移電晶體以外的該等像素電晶體在具有多個光電轉換元件及多個轉移電晶體的組中被共用，及該多個轉移電晶體配置成讀出自該多個光電轉換元件輸出的訊號電荷。
  9. 如申請專利範圍第1項之固態成像裝置，其中，該多個光電轉換元件以正交座標陣列水平地及垂直地配置。
  10. 如申請專利範圍第1項之固態成像裝置，其中，該多個光電轉換元件以正交座標陣列配置，該正交座標陣列具有分別相對於水平及垂直方向傾斜的二正交軸。
  11. 一種相機，包括：固態成像裝置；光學系統，配置成導引入射光至包含於該固態成像裝置中的光電轉換元件；及訊號處理電路，配置成處理自該固態成像裝置輸出的 訊號；該固態成像裝置包含多個像素配置，其中：每一該像素包括(a)光電轉換元件、(b)包含轉移電晶體的像素電晶體、及(c)浮動擴散區，該轉移電晶體的轉移閘極的通道寬度形成為在該浮動擴散區的側邊上的寬度大於在該光電轉換元件的側邊上的寬度；該轉移閘極形成凸狀周邊，其面對且連接到該光電轉換元件，該轉移閘極配置於該光電轉換元件的一角落部份上；該高雜質濃度區的中心沿著該凸狀周邊，且與該轉移閘極的該凸狀周邊直接接觸；以及該高雜質濃度區的雜質濃度高於該浮動擴散區的其餘部份的雜質濃度。
  12. 如申請專利範圍第11項之相機，其中，使用該浮動擴散區中的該高雜質濃度區作為接觸區。
  13. 如申請專利範圍第12項之相機，其中，該等轉移電晶體以外的該像素電晶體在具有多個光電轉換元件及多個轉移電晶體的組中被共用，及該多個轉移電晶體配置成讀出自該多個光電轉換元件輸出的訊號電荷。
  14. 如申請專利範圍第11項之相機，其中，設置多個該光電轉換元件以及該浮動擴散區由該多個光電轉換元件共用。
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