专利名称：固体摄像设备的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种固体摄像设备，其可以控制向像素区内的阱区供应的电压。
背景技术：
对于典型MOS型或CCD型固体摄像设备中的像素数量增加的要求一直保持旺盛，并且现在，已经出现了达到八百万或更多像素的消费数码照相机。尽管通过增加像素的数量可以获得具有较高分辨率的图像，但是“阴影”问题产生了。由于像素的感光度根据以矩阵形式排列在像素区PXR中的多个像素中的一个像素所处的位置而改变，从而出现“阴影”。随着像素的位置远离像素区PXR的中心朝向像素区PXR的外围，像素的感光度在像素区PXR中的各同心区内改变。
当施加至在半导体衬底上形成的阱区的电压在像素区PXR内的各同心区中改变时，出现阴影。尤其，当垂直方向上排列的像素数量超过2000时，改变施加至阱区的电压导致的影响在所拍摄的图像中明显地出现(参考日本特开专利公开号2001-230400)。
图15是在日本特开专利公开2001-230400中披露的图表，并且示出了施加至阱区的电压和选择晶体管、N信号转换开关以及(S+N)信号转换开关的控制时序之间的关系。虚线示出在像素区PXR的中心位置A施加至阱区的电压，点划线示出在位置A之外的位置B施加至阱区的电压，并且实线示出在外围电路区PPR的位置C施加至阱区的电压。在该图中，能够发现像素的位置离像素区PXR的中心越近，在上升时间施加至阱区的电压越高，并且电压被迁入稳定状态所需的时间段越长。在本文档中公开了，通过在每一像素的阱区内设置用于供应参考电压Vw(接地电位)的触点、并且维持在任何位置施加至阱区的电压恒定，来抑制阴影。
图16是示出了一种固体摄像设备的示意性平面图，其中，阱触点3被设置于像素区PXR以及外围电路区PPR中。图17示出了传统固体摄像设备沿图16中所示的线A-A处的截面图。通过将N型杂质和P型杂质植入并扩散在阱区14中形成光电二极管1(下文中，称为PD1)的光接收区和掺杂区2，其中该阱区14是通过在半导体衬底7的表面上植入并扩散P型杂质所形成的。经由阱配线114和触点3向掺杂区2供应参考电压Vw(接地电压)。因此，控制施加至阱区的电压，使得其恒定，而与像素区中的位置无关，这样可以获得阴影得到抑制的优良品质的图像。
然而，如图17中所示，因为阱配线114被设置在该传统固体摄像设备的最上配线层，随之而来的问题出现了。强烈要求该固体摄像设备的小型化和感光度的提高。为了迎合这些要求，需要设计像素以便减小像素的面积并且确保接收到尽可能多的光量。通过对比图18A和18B可见，为了设置阱配线，当配线层的数量从不设置阱配线114的两层(图18A中配线110和111)增加到3层(图18B)时，进入PD1的入射光量减少。通过对比图19A和19B可见，即使配线层的数量不增加，当在最上配线层中的配线面积增加时，进入PD1的入射光也减少。
发明内容
因此，本发明的目标是提供一种固体摄像设备，其包括用于向阱区供应参考电压的阱触点和阱配线，并且甚至当像素面积减少时其也能抑制接收光量的降低。
根据本发明的固体摄像设备包括在半导体衬底上的像素区和外围电路区，该半导体衬底具有形成于其上的具有第一导电特性的阱区，该固体摄像设备包括设置在所述阱区中的具有第二导电特性的多个光电二极管；设置在所述阱区中的具有第二导电特性的多个浮动扩散；在所述半导体衬底上为每个所述光电二极管设置的多个传输栅极；以及在形成所述传输栅极的同一层上形成的多个阱主配线，其中经由所述阱主配线从所述外围电路区向所述像素区内的所述阱区供应参考电压。
所述像素区还包含设置在半导体衬底上的最下金属配线层中的多个阱副配线；用于连接所述阱主配线和所述阱副配线的多个第一触点；以及用于连接所述阱副配线和所述阱区的多个第二触点。
具有与之连接的第一触点的所述阱区还包括第一导电掺杂区。
所述外围电路区还可以包括用于连接所述阱主配线和所述阱区的多个第三触点。
优选地，在最上金属配线层中设置的配线只在所述外围电路区中连接至所述阱主配线。
每条所述阱主配线被设置用于每n(n是偶数)行。
在MOS型固体摄像设备中，其中复位晶体管由沿列方向相邻的n个像素的组合共享，所述阱主配线沿行方向在所述像素的所述组合的边缘上延伸。
在沿列方向相邻的n个像素的第一个像素上或第n个像素上设置每个所述第二触点。
光束进入的层越低，微透镜收集的光束的直径越小。因此，光束进入的层越低，光没有进入的面积越大，也就是光不会被所设置的配线遮蔽的区域的面积越大。在所述固体摄像设备中，作为主要的阱配线，使用的阱主配线是利用与各个晶体管的栅极相同的材料、以与形成各个晶体管的栅极相同的工艺形成的。只在用于连接阱主配线和阱区的部分使用阱副配线，其为最下金属配线层中的配线。因此，当使用较下层中的配线时，与在较上层中设置阱配线的情况相比，容易确保由PD1接收的光量，从而可以抑制阴影以及抑制接收光量的降低，获得高质量图像。因此，根据本发明的固体摄像设备包括用于向阱区供应参考电压的阱触点和阱配线，甚至当像素面积减小时，也能抑制接收到光量的降低。
通过在下文中结合附图对本发明进行详细说明，本发明的这些和其他目的、特征、方面和优点将是显而易见的。
图1是示出根据本发明的第一实施例的固体摄像设备的示意性剖视图；图2是示出像素的电路图的示例；图3是将如图2所示的电路实现的固体摄像设备的示意性剖视图；图4是将如图2所示的电路实现的固体摄像设备的另一示意性剖视图；图5是示出如图2中所示的像素的布局的图表；图6是沿图5中的线B-B的截面图；图7是示出像素区的布局的图表；图8是示出根据本发明的第二实施例的固体摄像设备中的像素的电路图；图9是示出图8所示的像素的布局的图表；图10是示出像素区的布局的图表；图11是示出根据本发明的第三实施例的固体摄像设备中的像素的电路图；图12是示出像素区的布局的图表；图13是示出根据本发明的第四实施例的固体摄像设备中的像素的电路图；图14是示出像素区的布局的图表；图15是解释在像素区内各位置施加至阱区的电压和时间之间关系的图表；图16是示出像素区和外围电路区的图表；图17是传统固体摄像设备的示意性剖视图；图18A是解释配线层的数量和接收光量之间关系的图表；图18B是解释配线层的数量和接收光量之间关系的图表；图19A是解释配线面积和接收光量之间关系的图表；以及图19B是解释配线面积和接收光量之间关系的图表。
具体实施例方式
(第一实施例)图1是示出了根据本发明第一实施例的固体摄像设备的沿与图16中的线A-A对应的线的截面视图的示意图。尽管未示出，但在该固体摄像设备中，像素PXL以矩阵形式排列在像素区PXR中，并且用于控制像素的像素控制电路(垂直驱动器电路和水平驱动器电路)、用于除去从像素读取的信号中的噪声的除噪电路、用于放大从像素读取的信号的放大电路等等被设置在像素区PXR之外的外围电路区PPR中。每个像素由一个电路组成，该电路包括光电二极管1(下文中，称为PD1)、掺杂区2、触点3、阱副配线6、触点5、阱主配线4。设置掺杂区2、触点3、阱副配线6、触点5以及阱主配线4，用于控制向半导体衬底7上的阱区供应的电压。
为了简化以下的说明，用于向半导体衬底上的阱区供应电压的一个或多个配线被称为“阱配线”，并且用于向该阱区供应电压的一个或多个触点被称为“阱触点”。
PD1是用于收集通过对入射光进行光电转换获得的信号电荷的元件。通过在阱区14中植入并扩散N型杂质，形成PD1的光接收区，其中该阱区14通过在半导体衬底的表面上植入并扩散P型杂质而形成。通过在阱区14中植入并扩散P型杂质形成掺杂区2。各个部分(阱区14、PD1以及掺杂区2)的导电类型可以与以上描述的类型相反。
根据本发明的固体摄像设备的一个特征是，使用阱主配线4作为主要的阱配线，其利用与各个晶体管栅极相同的材料、以与形成各个晶体管的栅极相同的工艺来形成。在像素区PXR内，阱配线和阱触点包括阱主配线4；直接在阱主配线4上方的配线层，其换句话说是多个金属配线层中最下配线层、即第一配线层10的阱副配线6；以及设置在栅电极层9中的触点3和5。在排列像素的整个区域内，在任何阱副配线(第二配线层11)的上方未设置阱配线和阱触点。在本发明的说明书中，在半导体衬底7和第一配线层10之间的整个层一般被称为栅电极层9。
在像素区PXR内的栅电极层9的阱主配线4向在像素区PXR之外的外围电路区PPR延伸。在像素区PXR之外，经由触点15、阱配线16以及触点17，阱主配线4被连接至作为最上配线层的第二配线层11的阱配线18。并且通过向阱配线18供应参考电压Vw控制像素区PXR内的阱区14中的电压。在像素区PXR之外，经由阱配线18、触点17、阱配线16以及触点13向掺杂区12供应参考电压Vw。考虑到低功率消耗等，该参考电压Vw优选为接地电压(0V)。
光束进入的层越低，微透镜19收集的光束的直径越小。因此，光束进入的层越低，光没有进入的区域的面积越大，也就是光不会被所设置的配线遮蔽的区域的面积越大。因此，当在较低的层中设置阱配线时，与在较高的层中设置阱配线的情况相比，容易确保通过PD1接收的光量。因此，根据本发明的固体摄像设备可以抑制阴影，并抑制接收光量的降低，从而获得高品质的图像。
图2示出了MOS型固体摄像设备中的像素的电路图的示例，其中一对邻近像素PXLa和PXLb共享电路的一部分。图3是示出这两个相邻像素PXLa和PXLb形成在半导体衬底7上的示意图。像素PXLa具有PD1a和传输栅极20a，其形成传输晶体管TTra的一部分，并且像素PXLb具有PD1b和传输栅极20b，其形成传输晶体管TTrb的一部分。像素PXLa和PXLb共享放大晶体管ATr和复位晶体管RTr。在图3中，放大晶体管ATr和复位晶体管RTr的源极漏极区24、25(26)、27通过在阱区14中植入并扩散N型杂质形成。
当将预定的电压施加至传输栅极20a和20b时，在PD1a和1b中产生的电荷被传输至FD 21。与FD 21中累积的电荷量一致的电压被施加至放大晶体管ATr的放大栅极23。用作源极跟随电路的放大晶体管ATr将电压Vout输出至垂直信号线上，该电压Vout是通过根据施加至放大栅极23的电压放大参考电压VDD获得的。将信号从像素输出之后，复位晶体管RTr将累积在FD 21中的信号电荷向外释放，使得FD 21在直到下一信号输出之前处于初始状态。
以与形成传输栅极20a和20b、复位栅极22以及放大栅极23相同的工艺，使用与传输栅极20a和20b、复位栅极22以及放大栅极23相同的材料形成图3中所示的阱主配线4。更具体地，通过对诸如多晶硅薄膜的具有高传导率的薄膜进行图案蚀刻，形成阱主配线4、传输栅极20a和20b、复位栅极22以及放大栅极23。阱主配线4可以直接形成在作为STI或LOCOS的隔离区28上，或者可以经由未示出的绝缘膜形成在隔离区28上。在固体摄像设备中，如图4所示可以设置触点29以便穿透隔离区28，或者可以将触点29直接连接到阱区14而不设置掺杂区2。
图5示出了图3中所示的电路的具体平面布局的示例。图6示出了沿图5中所示的线B-B的截面视图。图7示出了在像素区PXR中以矩阵形式排列如图5中所示的像素对的平面布局。
每一组PD1a和1b、传输栅极20a和20b以及FD 21都具有长方形的外形，其长边是沿列方向延伸的线。一对PD 1a和1b、传输栅极20a和20b、以及FD 21沿行方向顺序排列。在该像素对中包括的两个像素之间，PD 1a和1b、传输栅极20a和20b、FD 21的部署是轴对称的。并且FD 21、复位晶体管RTr的源极漏极区24和25以及放大晶体管ATr的源极漏极区26和27实质上排列在沿列方向延伸的直线上。为每n(＝2)行设置一条阱主配线4，并且更详细地，阱主配线4沿行方向在像素对的边缘(边界)上延伸。掺杂区2和触点3被设置在该像素对中包括的两个像素PXLa和PXLb之一(PXLa)中。掺杂区2邻近阱主配线4设置。
尽管如图5中所示，复位晶体管RTr的源极漏极区24和25、复位栅极22、放大晶体管ATr的源极漏极区26和27、放大栅极23沿列方向排列，但是复位晶体管RTr的源极漏极区24和25、复位栅极22、放大晶体管ATr的源极漏极区26和27、放大栅极23可以沿行方向排列。尽管传输栅极20a和20b以及与之连接的配线以集成方式形成，但是与之连接的配线也可以在金属配线层中形成。
在根据本发明的固体摄像设备中，以与形成晶体管栅极相同的工艺、使用与晶体管栅极相同的材料形成的配线被用于阱主配线。在像素区PXR中，主要使用阱主配线4，阱副配线仅仅在连接至掺杂区2的部分使用，该掺杂区2不能直接连接至阱主配线4。因此，当使用较低层中的配线时，与在较高层中设置阱配线的情况相比，很容易确保通过PD1接收的大的光量，从而抑制阴影并且能够抑制接收光量的降低，获得高品质图像。因此，根据本发明的固体摄像设备可以包括阱触点和阱配线，用于向阱区供应参考电压，并且甚至当像素的面积减小时，也能抑制接收光量的降低。
尽管如以上所述，作为示例描述了包括设置在像素中的放大晶体管ATr的有源型MOS型固体摄像设备，本发明的思想也适用于无源型MOS型固体摄像设备和CCD型固体摄像设备。多个像素共享放大晶体管ATr和复位晶体管RTr，有效地降低了像素区PXR的面积。然而，放大晶体管ATr和复位晶体管RTr可以设置于每个像素中。
(第二实施例)图8是根据本发明的第二实施例的电路图，其示出了固体摄像设备中的四个像素PXLa、PXLb、PXLc以及PXLd的组合的具体示例。图9示出了图8中所示电路的布局的具体示例。图10示出了图9中所示像素的组合以矩阵形式排列的像素区PXR的布局。在本实施例的说明中，为了便于理解，使用与在第一实施例中用于描述相同组件的那些相同参考标号，省略这些相同组件的描述，并且仅仅描述特征点。
在根据本实施例的固体摄像设备中，分别为像素PXLa、PXLb、PXLc和PXLd设置PD1a、PD1b、PD1c、PD1d以及传输栅极20a、20b、20c和20d。另一方面，四个像素PXLa、PXLb、PXLc和PXLd的组合共享放大晶体管ATr和复位晶体管RTr。
为每n(＝4)行设置一条阱主配线4，并且更详细地，阱主配线4沿行方向在像素组合的边缘(边界)上延伸。在该组合中包括的四个像素PXLa、PXLb、PXLc和PXLd之一(PXLa)中设置掺杂区2和触点3。该掺杂区2邻近阱主配线4设置。在四个像素(PXLa、PXLb、PXLc和PXLd)中的中间两个像素(PXLb和PXLc)中设置放大晶体管ATr和复位晶体管RTr。如图9所示，放大晶体管ATr和复位晶体管RTr可以共享区域25，或者可以不共享区域25。放大晶体管ATr和复位晶体管RTr可以分开设置。
(第三实施例)
图11是根据本发明的第三实施例的电路图，其示出了固体摄像设备中的六个像素PXLa、PXLb、PXLc、PXLd、PXLe和PXLf的组合的具体示例。图12示出了图11中所示像素的组合以矩阵形式排列的像素区PXR的布局。在本实施例的说明中，为了便于理解，使用与第一实施例中用于描述相同组件的那些相同的参考标号，省略这些相同组件的描述，并且仅仅描述特征点。
在根据本实施例的固体摄像设备中，分别为像素PXLa、PXLb、PXLc、PXLd、PXLe和PXLf设置PD1a、PD1b、PD1c、PD1d、PD1e和PD1f以及传输栅极20a、20b、20c、20d、20e和20f。另一方面，六个像素PXLa、PXLb、PXLc、PXLd、PXLe和PXLf的组合共享放大晶体管ATr和复位晶体管RTr。
为每n(＝6)行设置一条阱主配线4，并且更详细地，阱主配线4沿行方向在像素组合的边缘(边界)上延伸。在包括在该组合中的六个像素PXLa、PXLb、PXLc、PXLd、PXLe和PXLf之一(PXLa)中设置掺杂区2和触点3。掺杂区2邻近阱主配线4设置。在该组合中包含的六个像素中的中间四个像素PXLb、PXLc、PXLd和PXLe中设置放大晶体管ATr和复位晶体管RTr。
(第四实施例)图13是根据本发明的第四实施例的电路图，其示出了在固体摄像设备中的八个像素PXLa、PXLb、PXLc、PXLd、PXLe、PXLf、PXLg和PXLh的组合的具体示例。图14示出了图13中所示像素的组合以矩阵形式排列的像素区PXR的布局。在本实施例的说明中，为了便于理解，使用与第一实施例中用于描述相同组件的那些相同的参考标号，省略这些相同组件的描述，并且仅仅描述特征点。
在根据本实施例的固体摄像设备中，分别为像素PXLa、PXLb、PXLc、PXLd、PXLe、PXLf、PXLg和PXLh设置PD1a、PD1b、PD1c、PD1d、PD1e、PD1f、PD1g、PD1h以及传输栅极20a、20b、20c、20d、20e、20f、20g和20h。另一方面，八个像素PXLa、PXLb、PXLc、PXLd、PXLe、PXLf、PXLg和PXLh的组合共享放大晶体管ATr和复位晶体管RTr。
为每n(＝8)行设置一条阱主配线4，并且更详细地，阱主配线4沿行方向在像素组合的边缘(边界)上延伸。在该组合中包含的八个像素PXLa、PXLb、PXLc、PXLd、PXLe、PXLf、PXLg和PXLh之一(PXLa)中设置掺杂区2和触点3。掺杂区2邻近阱主配线4设置。放大晶体管ATr实质上设置于像素PXLb和PXLc之间。复位晶体管RTr实质上设置于像素PXLf和PXLg之间。
本发明适用于安装有MOS型或CCD型图像传感器的各种装置中使用的固体摄像设备，这些装置诸如数字静态照相机和数字视频摄像机。
尽管已经详细描述了本发明，但是以上描述在所有方面来说都是示例性的而不是限制性的。应该理解可以设计出许多其它的修改和变形，而不脱离本发明的范围。
权利要求
1.一种固体摄像设备，包括在半导体衬底上的像素区和外围电路区，该半导体衬底具有第一导电类型的阱区，所述固体摄像设备包括设置在所述阱区中的多个第二导电类型的光电二极管；设置在所述阱区中的多个第二导电类型的浮动扩散；在所述半导体衬底上为每个所述光电二极管设置的多个传输栅极；以及在形成所述传输栅极的同一层上形成的多个阱主配线，其中经由所述阱主配线从所述外围电路区向所述像素区内的所述阱区供应参考电压。
2.根据权利要求1所述的固体摄像设备，其中所述像素区还包括设置在多个金属配线层的最下层中的多个阱副配线；用于连接所述阱主配线和所述阱副配线的多个第一触点；以及用于连接所述阱副配线和所述阱区的多个第二触点。
3.根据权利要求2所述的固体摄像设备，其中具有与之连接的所述第一触点的所述阱区还包括第一导电类型的掺杂区。
4.根据权利要求2所述的固体摄像设备，其中所述外围电路区还包括用于连接所述阱主配线和所述阱区的多个第三触点。
5.根据权利要求2所述的固体摄像设备，其中在所述多个金属配线层的最上层中设置的配线只在所述外围电路区中连接至所述阱主配线。
6.根据权利要求1所述的固体摄像设备，其中每条所述阱主配线被设置用于每n行，这里n是偶数。
7.根据权利要求6所述的固体摄像设备，还包括多个复位晶体管，其中的每个复位晶体管由沿列方向相邻的n个像素的组合共享，其中所述阱主配线沿行方向在所述像素的所述组合的边缘上延伸。
8.根据权利要求7所述的固体摄像设备，其中在沿列方向相邻的n个像素的第一个像素上或第n个像素上设置所述多个第二触点中的每一个。
全文摘要
提供一种固体摄像设备，其包括用于向阱区供应参考电压的阱触点和阱配线，甚至当像素面积减小时，其也能抑制接收到光量的降低。作为阱配线，使用阱主配线4，其是利用与各个晶体管的栅极相同的材料、以与形成各个晶体管的栅极相同的工艺形成的。在像素区(PXR)中，阱配线和阱触点包括阱主配线4、直接在阱主配线4上方的第一配线层10中的阱副配线6、栅电极层9中设置的触点3和5。在第二配线层11上方的配线层中没有形成阱配线和阱触点。
文档编号H04N5/361GK1941388SQ200610111010
公开日2007年4月4日 申请日期2006年8月11日 优先权日2005年9月28日
发明者太田宗吾 申请人:松下电器产业株式会社