专利名称：固态成像设备和照相机的制作方法
技术领域：
本发明涉及固态成像设备和照相机，并且具体地涉及背照式固态成像设备和具有该固态成像设备的照相机。
背景技术：
作为一种固态成像设备，使用作为IC制造中的标准技术的MOS(金属氧化物半导体)晶体管的图像传感器(在下文中被称为MOS型固态成像设备)已变得广为使用。MOS型固态成像设备的优势在于它可以不像CCD(电荷耦合器件)那样需要高驱动电压并且它可以通过与外围电路集成来缩小尺寸。
MOS型固态成像设备通常包括诸如放大晶体管这样的读出电路，其与接收光并将光变换为电荷的每个传感器(光电二极管)相对应。在MOS型固态成像设备中，读出电路和布线被布置在光入射侧。具有被布置在光入射侧的读出电路和布线的固态成像设备被称为前照式固态成像设备。
已知存在这样一种MOS型固态成像设备，其具有所谓的多像素共享结构，就是说，其被配置为使得多个传感器共享一个读出电路以进一步缩小用于读出电路的空间并增大一个像素中的传感器面积。例如，已经提议了一种具有二像素共享结构的固态成像设备，其中为每两个像素提供一个读出电路(见JP-A-2005-150492)，并提议了一种具有四像素共享结构的固态成像设备，其中为每四个像素提供一个读出电路(见JP-A-2004-15298)。
另一方面，已经提议了一种其中读出电路和布线被布置在光入射侧的对侧的背照式固态成像设备，作为用于避免光阻布线并增大传感器面积的技术(见JP-A-2003-31785)。
发明内容
然而，在具有多像素共享结构的前照式固态成像设备中，形成读出电路的晶体管由于布局限制而无法被放置在一起，而需要被互相分开放置。这不合需要地在像素周围造成了额外空间。
部分地扩展光电二极管的面积以有效使用该额外空间的做法造成了每个光电二极管的形状不一致，从而引起了像素到像素的灵敏度变化。
另一方面，背照型具有更少的布局限制，从而使得多像素共享结构的优势可以被尽可能地利用到极致。然而，事实是，迄今为止，几乎没有提议被作出来对具有多像素共享结构的背照式固态成像设备进行优化。
本发明是考虑到以上情况而作出的，并且期望提供一种具有多像素共享结构的背照式固态成像设备，其布局可以使像素中的传感器面积最大化。
根据本发明的实施例，提供了一种固态成像设备，其包括基于像素被形成在基板上并且对从所述基板的第一表面侧入射的光进行光电变换的多个传感器，以及被形成在所述基板的第二表面侧上并对来自所述多个传感器的信号进行处理的读出电路，所述第二表面侧是所述第一表面侧的对侧。所述读出电路包括多个晶体管并且所述晶体管以对齐的方式被布置在所述像素之间的区域中。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种固态成像设备，其包括多个传感器，基于像素被形成在基板上并且对从所述基板的第一表面侧入射的光进行光电变换；浮动扩散体，来自所述多个传感器的信号被传送到该浮动扩散体；传输门，其被形成在所述基板的第二表面侧上，并且被布置在所述浮动扩散体与所述传感器之间，所述第二表面侧是所述第一表面侧的对侧；以及读出电路，其被形成在所述基板的第二表面侧上并且是对应于一个或多个所述浮动扩散体来布置的。所述读出电路包括复位晶体管和放大晶体管，并且所述晶体管以对齐的方式被布置在所述像素之间的区域中。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种固态成像设备，其包括多个传感器，基于像素被形成在基板上并且对从所述基板的第一表面侧入射的光进行光电变换；浮动扩散体，来自所述多个传感器的信号被传送到该浮动扩散体；传输门，其被形成在所述基板的第二表面侧上，并且被布置在所述浮动扩散体与所述传感器之间，所述第二表面侧是所述第一表面侧的对侧；以及读出电路，其被形成在所述基板的第二表面侧上并且是对应于一个或多个所述浮动扩散体来布置的。所述读出电路包括复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管，并且所述晶体管以对齐的方式被布置在所述像素之间的区域中。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种照相机，其包括固态成像设备、将入射光指引到所述固态成像设备的像素组件的光学系统，以及对来自所述固态成像设备的输出信号进行处理的信号处理电路。所述固态成像设备包括基于像素被形成在基板上并对从所述基板的第一表面侧入射的光进行光电变换的多个传感器，以及被形成在所述基板的第二表面侧上并对来自所述多个传感器的信号进行处理的读出电路，所述第二表面侧是所述第一表面侧的对侧。所述读出电路包括多个晶体管，并且所述晶体管以对齐的方式被布置在所述像素之间的区域中。
在本发明中，通过利用多像素共享结构可以减少读出电路的数目，并且通过使形成读出电路的晶体管对齐可以使除传感器之外的额外空间最小化。结果，像素中的传感器的面积可以被最大化。
根据本发明的一个实施例的具有多像素共享结构的背照式固态成像设备可以使传感器的面积最大化。
图1是根据第一到第三实施例的固态成像设备的示意性框图；图2是根据第一到第三实施例的固态成像设备的像素组件的示意性横截面图；图3是根据第一和第二实施例的固态成像设备的像素组件的电路图；图4示出了当在根据第一实施例的固态成像设备的像素组件中提供多晶硅电极层时的布局；图5示出了根据第一实施例的固态成像设备的像素组件中的第一金属布线层的布局；图6示出了根据第一实施例的固态成像设备的像素组件中的第二金属布线层的布局；图7示出了根据本实施例的固态成像设备被应用到的照相机的示意性框图；图8示出了当在根据第二实施例的固态成像设备的像素组件中提供多晶硅电极层时的布局；图9示出了当在根据第二实施例的固态成像设备的像素组件中提供第一金属布线(M1)层时的布局；图10示出了当在根据第二实施例的固态成像设备的像素组件中提供第二金属布线(M2)层时的布局；图11示出了当在根据第三实施例的固态成像设备的像素组件中提供多晶硅电极层时的布局；图12示出了当在根据第三实施例的固态成像设备的像素组件中提供第一金属布线(M1)层时的布局；图13示出了当在根据第三实施例的固态成像设备的像素组件中提供第二金属布线(M2)层时的布局；图14示出了当在根据第三实施例的固态成像设备的像素组件中提供第三金属布线层时的布局。
具体实施例方式
本发明的实施例将参照附图来描述。
第一实施例图1示出了根据本实施例的固态成像设备的示意性框图。
该固态成像设备包括被安装在同一半导体基板上的像素组件11和外围电路。在本实施例中，外围电路包括垂直选择电路12、S/H(采样和保持)CDS(相关双采样)电路13、水平选择电路14、定时发生器(TG)15、AGC(自动增益控制)电路16、A/D转换电路17和数字放大器18。
像素组件11具有稍后要描述的以矩阵方式排列的许多单元像素、基于行的地址线(像素选择线)等和基于列的信号线等。
垂直选择电路12基于行来顺序选择像素并且经由信号线将来自基于像素行的每个像素的信号读出到S/H CDS电路13。S/H CDS电路13对从每个像素行读出的像素信号提供诸如CDS这样的信号处理。
水平选择电路14顺序取回保持在S/H CDS电路13中的像素信号并将它们输出到AGC电路16。AGC电路16以适当的增益对从水平选择电路14输入的信号进行放大并将其输出到A/D转换电路17。
A/D转换电路17将从AGC电路16输入的模拟信号转换为数字信号并将其输出到数字放大器18。数字放大器18对从A/D转换电路17输入的数字信号进行适当的放大并将其从稍后要描述的焊盘(端子)输出。
垂直选择电路12、S/H CDS电路13、水平选择电路14、AGC电路16、A/D转换电路17和数字放大器18的操作是基于从定时发生器(TG)15输出的各种定时信号来执行的。
图2是固态成像设备的像素组件的示意性横截面图。
基板20例如由例如P型硅制成。由例如氧化硅制成的元件分隔绝缘体20a被形成在基板20的除活动区域之外的部分中。各自形成一个单元像素的多个光电二极管30(传感器)被形成在基板20的活动区域中。n型区域被形成在光电二极管30的区域中。更具体地说，光电二极管30是由n型区域与周围的p型区域之间的pn结形成的。基板20的厚度薄到足以允许光从背侧(第一表面侧)进入。取决于固态成像设备类型的基板20的厚度对于可见光而言是2到6微米，而对于红外光而言是6到10微米。
浮动扩散体(floating diffusion)FD和形成读出电路的各个晶体管的源极或漏极被形成在基板20的活动区域中。传输门40和形成读出电路的各个晶体管的栅极经由由氧化硅制成的栅极绝缘膜21被形成在基板20的第二表面侧。这些栅极由例如多晶硅制成。在形成读出电路的晶体管中，只有复位晶体管53被图示在图2中。
布线层22被形成在传输门40和其他晶体管之上。布线层22包括由例如氧化硅制成的夹层绝缘膜22a，还包括被嵌入在夹层绝缘膜22a中的第一金属布线线路M1和第二金属布线线路M2。金属布线线路M1和M2是由铝或铜制成的。在本实施例中，虽然将描述两层金属布线的示例，但是金属布线可以由三层或更多层形成。
支撑基板23经由粘合层(未示出)被提供在布线层22上。支撑基板23被提供是为了加强基板20的强度。支撑基板23是由例如硅基板形成的。
氧化硅膜24被形成在基板20的第一表面侧上，并且光阻膜25被形成在氧化硅膜24上，所述光阻膜25具有与光电二极管30相对应的孔。光阻膜25是由例如铝膜形成的。当基板20足够吸收入射光时，可以不在像素组件中提供光阻膜。
氮化硅膜26被形成在氧化硅膜24和光阻膜25上。只传输具有特定波长范围的光的色彩过滤器27被形成在氮化硅膜26上。将入射光聚焦在光电二极管30上的片上(on-chip)透镜28被形成在色彩过滤器27上。
图3示出了像素组件11的电路配置的一个示例。图3是四个像素共享一个读出电路50的四像素共享结构的电路图。
在本实施例中，为四个光电二极管31到34提供了一个读出电路50。就是说，一个读出电路50将信号从四个光电二极管31到34读出到信号线72。读出电路50包括放大晶体管51、选择晶体管52和复位晶体管53。
光电二极管31到34根据入射光的量将入射光光电变换为电荷(在本实施例中为电子)。传输门41到44被分别提供在光电二极管31到34与浮动扩散体FD之间。
更具体的说，如稍后所描述，浮动扩散体FD包括由光电二极管31、32共享的浮动扩散体FD1和由光电二极管33、34共享的浮动扩散体FD2。因为浮动扩散体FD1和浮动扩散体FD2是相连的，所以它们在图3的电路图中被简单地图示为浮动扩散体FD。
像素选择线61到64被分别连接到传输门41到44。例如，当选择信号通过像素选择线61被施加到传输门41时，在光电二极管31中经光电转换的电子被传送到浮动扩散体FD。像素选择线62到64以类似方式工作。
浮动扩散体FD被连接到放大晶体管51的栅极(G)。放大晶体管51和选择晶体管52被串联连接在信号线72与电源线71之间。就是说，放大晶体管51的源极(S)被连接到信号线72。放大晶体管51的漏极(D)被连接到选择晶体管52的源极。选择晶体管52的漏极被连接到电源线71。放大晶体管51形成了源极跟随型放大器。
当选择信号被施加到选择晶体管52的栅极以接通选择晶体管52时，放大晶体管51对浮动扩散体FD上的电势进行放大，然后将根据该电势的电压输出到信号线72。经由信号线72从每个像素输出的电压被输出到S/H CDS电路13。
浮动扩散体FD被连接到复位晶体管53的源极。复位晶体管53的漏极被连接到电源线71。当复位信号被施加到复位晶体管53的栅极时，浮动扩散体FD上的电势被复位为电源Vdd的电势。
图4到6示出了根据本实施例的固态成像设备的像素组件的布局。图6示出了最终布局。在本实施例中，为了更好的理解而利用三幅图来分开说明。就是说，图4示出了当多晶硅电极(门电极)层被提供时的布局。图5示出了当第一金属布线层被提供时的布局。图6示出了包括第二金属布线层的最终布局。
将首先参照图4进行描述。光电二极管30是以矩阵方式形成的。在多个光电二极管30中，布置在垂直方向上的四个光电二极管31、32、33和34共享一个读出电路50。这四个光电二极管31到34不是垂直对齐的，而是任意两个相邻的光电二极管被布置在不同的列中。
浮动扩散体FD1被布置在光电二极管31和与光电二极管31对角布置的光电二极管32之间。传输门41被布置在浮动扩散体FD1与光电二极管31之间。传输门42被布置在浮动扩散体FD1与光电二极管32之间。传输门41和42是由多晶硅电极形成的。
浮动扩散体FD2被布置在光电二极管33和与光电二极管33对角布置的光电二极管34之间。传输门43被布置在浮动扩散体FD2与光电二极管33之间。传输门44被布置在浮动扩散体FD2与光电二极管34之间。传输门43和44是由多晶硅电极形成的。
读出电路50被布置在两个光电二极管之间的空间中，例如图中被布置在第二和第三行中的光电二极管之间的空间中。在图示了两列光电二极管的图4中，有两个读出电路50。
形成读出电路50的放大晶体管51、选择晶体管52和复位晶体管53是以对齐方式布置。在本实施例中，放大晶体管51、选择晶体管52和复位晶体管53共享一个活动区域A。复位晶体管53的漏极(D)和选择晶体管52的漏极(D)被集成在一起并由这两个晶体管共享，并且选择晶体管52的源极和放大晶体管51的漏极被集成在一起并由这两个晶体管共享。放大晶体管51、选择晶体管52和复位晶体管53的栅极(G)是由多晶硅电极形成的。
第一金属布线线路M1经由第一触点C1(见图5)被布置在图4所示的布局的上层中。图5所示的布局现在将被描述。
信号线72是由第一金属布线线路M1形成的。信号线72在光电二极管30之间的区域中在列方向上延伸。信号线72蜿蜒延伸使得其不会对连接到浮动扩散体FD1和FD2的第一触点C1产生干扰。信号线72经由第一触点C1被连接到放大晶体管51的源极。
两个浮动扩散体FD1和FD2、复位晶体管53的源极和放大晶体管51的栅极经由第一触点C1和第一金属布线线路M1而互相连接。因为浮动扩散体FD1和复位晶体管53的源极是成对角布置的同时光电二极管32被布置在两者之间，所以连接浮动扩散体FD1和复位晶体管53的源极的第一金属布线线路M1被布置为使得其与光电二极管31重叠。当光从布线层的对侧进入时，以与光电二极管重叠的方式布置的第一金属布线线路M1将不会造成问题。
第一金属布线线路M1经由第一触点C1被形成在传输门41到44上、选择晶体管52和复位晶体管53的栅极上，以及选择晶体管52的漏极上。形成这些第一金属布线线路M1是为了和更上层的第二金属布线线路M2接触。
第二金属布线线路M2经由第二触点C2(见图6)被布置在图5所示的布局的上层中。图6所示的布局现在将被描述。
电源线71和像素选择线61到64是由第二金属布线线路M2形成的。电源线71在读出电路50上的光电二极管之间在行方向(水平方向)上延伸。电源线71经由第二触点C2被连接到选择晶体管52和复位晶体管53的漏极。
像素选择线61和62在光电二极管31与32之间的空间中在行方向上延伸。像素选择线61经由第二触点C2被连接到传输门41。像素选择线62经由第二触点C2被连接到传输门42。
像素选择线63和64在光电二极管33与34之间的空间中在行方向上延伸。像素选择线63经由第二触点C2被连接到传输门43。像素选择线64经由第二触点C2被连接到传输门44。
与电源线71相邻的两条第二金属布线线路M2在光电二极管之间的空间中在行方向上延伸。第二金属布线线路M2之一经由第二触点C2被连接到在行方向上彼此相邻的多个复位晶体管53的栅极。另一条第二金属布线线路M2经由第二触点C2被连接到在行方向上彼此相邻的多个选择晶体管52的栅极。
根据本实施例的具有多像素共享结构的背照式固态成像设备的优势现在将被描述。
在本实施例中，形成读出电路50的放大晶体管51、选择晶体管52和复位晶体管53以对齐的方式被布置在像素之间也就是光电二极管之间的区域中。读出电路50的组件因此被放置在一起，以使得光电二极管30之间的额外空间被减少。特别在本实施例中，放大晶体管51、选择晶体管52和复位晶体管53共享活动区域A，从而使得读出电路50的面积可以被最小化。
此外，当浮动扩散体FD1、FD2和复位晶体管53的漏极被连接时，第一金属布线线路M1被布置为使得其与光电二极管32重叠，从而允许最小化的布线距离和因此减少的阻抗。在背照型的情况下，这样与光电二极管30重叠的金属布线线路将不会阻碍光进入光电二极管30。
如上所述，在本实施例中，通过利用多像素共享结构可以减少读出电路50的数目，并且通过使形成读出电路50的晶体管对齐可以使除光电二极管30之外的额外空间最小化。结果，一个像素中的光电二极管30的面积可以被最大化。这些允许了像素的灵敏性增加和饱和输出的增加以及更小的像素，同时光学特性被维持。
当具有与相关技术相同面积的光电二极管30被使用时，每个像素的面积可以被减少，从而使得像素组件的整个面积可以被减少。此外，在本实施例中，第一金属布线线路M1被提供以使得其不在光电二极管30周围转向而是与光电二极管30重叠，从而允许浮动扩散体FD1、FD2与读出电路50之间的连接的距离更短。结果，布线阻抗可以被减少，使得信号处理速度可以被提高。另外，线性布置的像素选择线61到64较之以蜿蜒方式布置的情况可以减少信号衰减。
上述固态成像设备将被例如使用在各种照相机中，例如视频可携式照相机、数码相机和内窥镜照相机。
图7是使用了上述的固态成像设备的照相机的示意性框图。
该照相机包括根据上面的实施例的固态成像设备、光学系统2和信号处理电路3。
光学系统2将来自物体的图像光(入射光)聚焦在固态成像设备1的像素组件上。入射光根据固态成像设备1的光电二极管30中的入射光的量被转换为信号电荷，并且这些信号电荷在固定时段的时间内被积累在光电二极管30中。
信号处理电路3对来自固态成像设备1的输出信号提供各种信号处理，并将经处理得到的信号输出作为图像信号。
具有根据上面的实施例的固态成像设备的照相机可以实现灵敏度的提高。
第二实施例在第二实施例中，具有以另一布局布置的四像素共享结构的固态成像设备将被描述。
图8到10示出了根据本实施例的固态成像设备的像素组件的布局。图10示出了最终的布局。在本实施例中，为了更好的理解而利用三幅图来分开说明。就是说，图8示出了当多晶硅电极(门电极)层被提供时的布局。图9示出了当第一金属布线层被提供时的布局。图10示出了包括第二金属布线层的最终布局。
将首先参照图8进行描述。光电二极管30是以矩阵方式形成的。在多个光电二极管30中，在垂直和水平方向上布置的四个光电二极管31、32、33和34共享一个读出电路50。
浮动扩散体FD1被布置在光电二极管31和与光电二极管31对角布置的光电二极管32之间。传输门41被布置在浮动扩散体FD1与光电二极管31之间。传输门42被布置在浮动扩散体FD1与光电二极管32之间。传输门41和42是由多晶硅电极形成的。
浮动扩散体FD2被布置在光电二极管33和与光电二极管33对角布置的光电二极管34之间。传输门43被布置在浮动扩散体FD2与光电二极管33之间。传输门44被布置在浮动扩散体FD2与光电二极管34之间。传输门43和44是由多晶硅电极形成的。
读出电路50被布置在两个光电二极管之间的空间中，例如被布置在第二和第三行中的光电二极管之间的空间中。在本实施例中，在两个光电二极管32和34被互相相邻布置的空间中，有一个读出电路50。
形成读出电路50的放大晶体管51、选择晶体管52和复位晶体管53是以对齐的方式布置的。在本实施例中，放大晶体管51和选择晶体管52共享一个活动区域A。复位晶体管53被形成在与活动区域A不同的活动区域B中。活动区域A被形成为与光电二极管32和34相邻。活动区域B被形成为与光电二极管34相邻。选择晶体管52的源极和放大晶体管51的漏极(D)被集成在一起并由这两个晶体管共享。放大晶体管51、选择晶体管52和复位晶体管53的栅极(G)是由多晶硅电极形成的。
第一金属布线线路M1经由第一触点C1(见图9)被布置在图8所示的布局的上层中。图9所示的布局现在将被描述。
电源线71和信号线72是由第一金属布线线路M1形成的。电源线71和信号线72在列方向上延伸以使得它们与光电二极管30重叠。信号线72经由第一触点C1被连接到放大晶体管51的源极。在本实施例中，电源线71和信号线72被线性且互相平行地布置。电源线71和信号线72被形成为使得它们中的每一个都具有比其他第一金属布线线路M1更宽的宽度。
浮动扩散体FD1和放大晶体管51的栅极经由第一触点C1和第一金属布线线路M1而互相连接。第一金属布线线路M1被布置在光电二极管30之间的区域中。因为浮动扩散体FD1和放大晶体管51的栅极被布置为在列方向上彼此相邻，所以连接它们的第一金属布线线路M1可以较短。
浮动扩散体FD2和复位晶体管53的源极经由第一触点C1和第一金属布线线路M1而互相连接。因为浮动扩散体FD2和复位晶体管53的源极被布置为在列方向上彼此相邻，所以连接它们的第一金属布线线路M1可以较短。
第一金属布线线路M1经由第一触点C1被形成在传输门41到44上、选择晶体管52的栅极和漏极上，以及复位晶体管53的栅极和漏极上。形成这些第一金属布线线路M1是为了和更上层的第二金属布线线路M2相接触。
第二金属布线线路M2经由第二触点C2(见图10)被布置在图9所示的布局的上层中。图10所示的布局现在将被描述。
像素选择线61到64是由第二金属布线线路M2形成的。像素选择线61和62在光电二极管30之间的空间中在行方向上延伸。像素选择线63和64被分别布置在像素选择线62和61的对侧，并且按照行方向延伸以使得它们与光电二极管30重叠。
像素选择线61经由第二触点C2被连接到传输门41。像素选择线62经由第二触点C2被连接到传输门42。像素选择线63经由第二触点C2被连接到传输门43。像素选择线64经由第二触点C2被连接到传输门44。
被布置为与像素选择线64相邻的第二金属布线线路M2连接了被连接到浮动扩散体FD1和浮动扩散体FD2的两条第一金属布线线路M1。结果，两个浮动扩散体FD1、FD2，放大晶体管51的栅极，以及复位晶体管53的漏极被彼此相连。
在读出电路50上水平延伸的第二金属布线线路M2经由第二触点C2被连接到电源线71、选择晶体管52的漏极和复位晶体管53的漏极。
两条第二金属布线线路M2被布置在在读出电路50上延伸的那条第二金属布线线路M2的对侧上。第二金属布线线路M2之一连接了在行方向上彼此相邻的复位晶体管53的栅极。另一条第二金属布线线路M2连接了在行方向上彼此相邻的选择晶体管52的栅极。
根据本实施例的具有多像素共享结构的背照式固态成像设备的优势现在将被描述。
在本实施例中，形成读出电路50的放大晶体管51、选择晶体管52和复位晶体管53也以对齐的方式被布置在像素之间也就是光电二极管之间的区域中。读出电路50的组件因此被放置在一起，使得光电二极管30之间的额外空间被减少。
此外，第二金属布线线路M2被布置为使得其与光电二极管32重叠，以将浮动扩散体FD1、FD2，复位晶体管53的漏极和放大晶体管51的栅极互相连接，从而允许最小化的布线距离和因此减少的阻抗。在背照型的情况下，这样与光电二极管30重叠的金属布线线路将不会阻碍光进入光电二极管30。
如上所述，在本实施例中，通过利用多像素共享结构可以减少读出电路50的数目，并且通过使形成读出电路50的晶体管对齐可以使除光电二极管30之外的额外空间最小化。结果，一个像素中的光电二极管30的面积可以被最大化。这些允许了像素的灵敏性增加和饱和输出的增加以及更小的像素，同时光学特性被维持。
当具有与相关技术相同面积的光电二极管30被使用时，每个像素的面积可以被减少，从而使得像素组件的整个面积可以被减少。此外，在本实施例中，第一金属布线线路M1被提供以使得其不在光电二极管30周围转向而是与光电二极管30重叠，从而允许浮动扩散体FD1、FD2与读出电路50之间的连接的距离更短。结果，布线阻抗可以被减少，从而使得信号处理速度可以被提高。另外，线性布置的像素选择线61到64较之其以蜿蜒方式布置的情况可以减少信号衰减。
另外，在第二实施例中，电源线71和信号线72被线性且互相平行地布置，并且被形成为使得它们中的每一个都具有比同一层中的第一金属布线线路M1更宽的宽度。这些减少了电压降和信号衰减。此外，信号线72的减少的阻抗提高了信号处理速度。
第三实施例在第三实施例中，具有二像素共享结构的固态成像设备将被描述。除光电二极管33、34，传输门43、44和像素选择线63、64被删除之外，二像素共享结构情况下的像素组件11的电路配置对应于图3所示的电路图。
图11到14示出了根据本实施例的固态成像设备的像素组件的布局。图14示出了最终布局。在本实施例中，为了更好的理解而使用了四幅图分开说明。就是说，图11示出了当多晶硅电极(门电极)层被提供时的布局。图12示出了当第一金属布线层被提供时的布局。图13示出了当第二金属布线层被提供时的布局。图14示出了包括第三金属布线层的最终布局。
将首先参照图11进行描述。光电二极管30是以矩阵形式形成的。在多个光电二极管中，在水平方向上布置的两个光电二极管31和32共享一个读出电路50。
浮动扩散体FD1和FD2被形成在光电二极管31与光电二极管32之间的区域中。传输门41被布置在浮动扩散体FD1与光电二极管31之间。传输门42被布置在浮动扩散体FD2与光电二极管32之间。传输门41和42是由多晶硅电极形成的。
读出电路50被布置在两个光电二极管31与32之间的空间中。形成读出电路50的放大晶体管51、选择晶体管52和复位晶体管53是按照对齐方式布置的。在本实施例中，放大晶体管51和选择晶体管52共享一个活动区域A。复位晶体管53被形成在与活动区域A不同的活动区域B中。活动区域A在列方向上延伸。活动区域B在行方向上延伸。选择晶体管52的源极和放大晶体管51的漏极(D)被集成在一起并由这两个晶体管共享。放大晶体管51、选择晶体管52和复位晶体管53的栅极(G)是由多晶硅电极形成的。
第一金属布线线路M1经由第一触点C1(见图12)被布置在图11所示的布局的上层中。图12所示的布局现在将被描述。
第一金属布线线路M1之一连接复位晶体管53的漏极和选择晶体管52的漏极。另一条第一金属布线线路M1连接复位晶体管53的源极、放大晶体管51的栅极和浮动扩散体FD1。另一条第一金属布线线路M1连接浮动扩散体FD2和放大晶体管51的栅极。
另一条第一金属布线线路M1连接了在行方向上布置的多个复位晶体管53的栅极。第一金属布线线路M1经由第一触点C1被连接到传输门41、42，选择晶体管52的栅极和放大晶体管51的源极。形成这些第一金属布线线路M1是为了和更上层的第二金属布线线路M2相接触。
第二金属布线线路M2经由第二触点C2(见图13)被布置在图12所示的布局的上层中。图13所示的布局现在将被描述。
电源线71和像素选择线61和62是由第二金属布线线路M2形成的。电源线71在行方向上线性延伸以使得其与光电二极管31和32重叠。电源线71经由第二触点C2被连接到连接了复位晶体管53的漏极和选择晶体管52的漏极的第一金属布线线路M1。电源线71被形成为使得其具有比像素选择线61和62更宽的宽度。
像素选择线61和62在行方向上延伸以使得它们与光电二极管31和32重叠。像素选择线61经由第二触点C2被连接到连接到传输门41的第一金属布线线路M1。像素选择线62经由第二触点C2被连接到传输门42。
选择晶体管52的栅极和放大晶体管51的源极经由第二触点C2被连接到第二金属布线线路M2。这些第二金属布线线路M2按需延伸以与更上层中的第三金属布线线路M3接触。
第三金属布线线路M3经由第三触点C3(见图14)被布置在图13所示的布局的上层中。图14所示的布局现在将被描述。
信号线72是由第三金属布线线路M3形成的。信号线72在列方向上线性延伸以使得其与部分光电二极管31重叠。信号线72被形成为使得其具有与电源线71相似的宽度。信号线72经由第三触点C3被连接到放大晶体管51的源极。
与信号线72相邻的另一条第三金属布线线路M3在列方向上线性延伸。该第三金属布线线路M3经由第三触点C3被连接到在列方向上布置的多个选择晶体管52的栅极。
根据本实施例的具有多像素共享结构的背照式固态成像设备的优势现在将被描述。
在本实施例中，形成读出电路50的放大晶体管51、选择晶体管52和复位晶体管53也以对齐的方式被布置在像素之间也就是光电二极管31与32之间的区域中。读出电路50的组件因此被放置在一起，从而使得光电二极管30之间的额外空间被减少。
此外，在本实施例中，电源线71和像素选择线61、62在行方向上延伸以使得它们与光电二极管30重叠。在背照型的情况下，这样与光电二极管30重叠的金属布线线路将不会阻碍光进入光电二极管30。
如上所述，在本实施例中，通过利用多像素共享结构可以减少读出电路50的数目，并且通过使形成读出电路50的晶体管对齐可以使除光电二极管30之外的额外空间最小化。结果，每个像素中的光电二极管30的面积可以被最大化。这些允许了像素的灵敏性增加和饱和输出的增加以及更小的像素，同时光学特性被维持。
当具有与相关技术相同面积的光电二极管30被使用时，每个像素的面积可以被减少，使得像素组件的整个面积可以被减少。此外，在本实施例中，金属布线线路M1到M3被提供以使得它们不在光电二极管30周围转向而是与光电二极管30重叠，从而允许用于连接的距离更短。结果，布线阻抗可以被减少，使得信号处理速度可以被提高。
另外，在第三实施例中，电源线71和信号线72被线性地布置，并且被形成为使得它们中的每一个都具有比同一层中的其他金属布线线路更宽的宽度。这些减少了电压降和信号衰减。此外，信号线72的减少的阻抗提高了信号处理速度。
本发明不限于以上实施例的描述。虽然在这些实施例中，已通过示例的方式描述了具有二像素共享结构或四像素共享结构的固态成像设备，但是本发明不限于此。虽然已经通过示例的方式描述了具有三个晶体管51到53的读出电路，但是读出电路可以具有两个晶体管或者四个或更多的晶体管。除去选择晶体管52带来基于二晶体管的读出电路。可以对布线布局进行各种改变。
可以进行各种其他改变，只要它们不脱离本发明的精神即可。
本领域技术人员应当明白，只要当处于所附权利要求书或其等同物的范围之内时，各种修改、组合、子组合和变化可取决于设计要求和其他因素而发生。
相关申请的交叉引用本发明包含与2005年10月21日向日本专利局递交的日本专利申请JP2005-307636有关的主题，其全部内容通过引用结合于此。
权利要求
1.一种固态成像设备，包括多个传感器，所述多个传感器基于像素被形成在基板上并且对从所述基板的第一表面侧入射的光进行光电变换；以及读出电路，其被形成在所述基板的第二表面侧上，并且对来自所述多个传感器的信号进行处理，所述第二表面侧是所述第一表面侧的对侧，其中，所述读出电路包括多个晶体管，并且所述晶体管以对齐的方式被布置在所述像素之间的区域中。
2.根据权利要求1所述的固态成像设备，还包括由所述多个传感器共享的浮动扩散体，其中，所述读出电路是对应于一个或多个所述浮动扩散体来布置的。
3.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中，布线线路中形成所述读出电路的部分被布置为使得所述部分与所述传感器重叠。
4.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中，形成有所述读出电路的活动区域被所述多个晶体管所共享。
5.一种固态成像设备，包括多个传感器，所述多个传感器基于像素被形成在基板上并且对从所述基板的第一表面侧入射的光进行光电变换；浮动扩散体，来自所述多个传感器的信号被传送到所述浮动扩散体；传输门，其被形成在所述基板的第二表面侧上，并且被布置在所述浮动扩散体与所述传感器之间，所述第二表面侧是所述第一表面侧的对侧；以及读出电路，其被形成在所述基板的所述第二表面侧上并且是对应于一个或多个所述浮动扩散体来布置的，其中，所述读出电路包括复位晶体管和放大晶体管，并且所述晶体管以对齐的方式被布置在所述像素之间的区域中。
6.根据权利要求5所述的固态成像设备，还包括在所述晶体管的上层中的多个布线线路，所述布线线路被连接到所述晶体管和所述传输门，其中，所述布线线路的一部分被布置为使得该部分与所述传感器重叠。
7.根据权利要求5所述的固态成像设备，其中，形成所述读出电路的所述复位晶体管和所述放大晶体管被形成在同一活动区域中。
8.根据权利要求7所述的固态成像设备，其中，所述布线线路中连接所述浮动扩散体和所述复位晶体管的部分被布置为使得所述部分与所述传感器重叠。
9.根据权利要求5所述的固态成像设备，还包括电源线，其被连接到所述复位晶体管；以及信号线，其被连接到所述放大晶体管，其中，所述电源线和所述信号线被线性布置为使得它们与所述传感器重叠。
10.根据权利要求9所述的固态成像设备，其中，所述电源线和所述信号线被形成为使得它们中的每一个都具有比同一层中的其他布线线路更宽的宽度。
11.根据权利要求5所述的固态成像设备，还包括被连接到所述传输门的多个像素选择线，其中，所述像素选择线被线性布置。
12.一种固态成像设备，包括多个传感器，所述多个传感器基于像素被形成在基板上并且对从所述基板的第一表面侧入射的光进行光电变换；浮动扩散体，来自所述多个传感器的信号被传送到所述浮动扩散体；传输门，其被形成在所述基板的第二表面侧上，并且被布置在所述浮动扩散体与所述传感器之间，所述第二表面侧是所述第一表面侧的对侧；以及读出电路，其被形成在所述基板的所述第二表面侧上并且是对应于一个或多个所述浮动扩散体来布置的，其中，所述读出电路包括复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管并且所述晶体管以对齐的方式被布置在所述像素之间的区域中。
13.根据权利要求12所述的固态成像设备，还包括在所述晶体管的上层中的多个布线线路，所述布线线路被连接到所述晶体管和所述传输门，其中，所述布线线路的一部分被布置为使得该部分与所述传感器重叠。
14.根据权利要求12所述的固态成像设备，其中，形成所述读出电路的所述复位晶体管、所述放大晶体管和所述选择晶体管被形成在同一活动区域中。
15.根据权利要求12所述的固态成像设备，其中，所述布线线路的连接所述浮动扩散体和所述复位晶体管的部分被布置为使得所述部分与所述传感器重叠。
16.根据权利要求12所述的固态成像设备，还包括电源线，其被连接到所述复位晶体管和所述选择晶体管；以及信号线，其被连接到所述放大晶体管，其中，所述电源线和所述信号线被线性布置为使得它们与所述传感器重叠。
17.根据权利要求16所述的固态成像设备，其中，所述电源线和所述信号线被形成为使得它们中的每一个都具有比同一层中的其他布线线路更宽的宽度。
18.根据权利要求12所述的固态成像设备，还包括被连接到所述传输门的多个像素选择线，其中，所述像素选择线被线性布置。
19.一种照相机，包括固态成像设备；光学系统，其将入射光指引到所述固态成像设备的像素组件；以及信号处理电路，其对来自所述固态成像设备的输出信号进行处理，所述固态成像设备包括多个传感器，所述多个传感器基于像素被形成在基板上并且对从所述基板的第一表面侧入射的光进行光电变换；以及读出电路，其被形成在所述基板的第二表面侧上，并且对来自所述多个传感器的信号进行处理，所述第二表面侧是所述第一表面侧的对侧，其中，所述读出电路包括多个晶体管并且所述晶体管以对齐的方式被布置在所述像素之间的区域中。
全文摘要
本发明公开了一种固态成像设备。所述固态成像设备包括基于像素被形成在基板上并且对从所述基板的第一表面侧入射的光进行光电变换的多个传感器；以及被形成在所述基板的第二表面侧上并且对来自所述多个传感器的信号进行处理的读出电路，所述第二表面侧是所述第一表面侧的对侧。所述读出电路包括多个晶体管并且所述晶体管以对齐的方式被布置在所述像素之间的区域中。
文档编号H04N5/369GK1953193SQ20061015067
公开日2007年4月25日 申请日期2006年10月23日 优先权日2005年10月21日
发明者岩渊信, 唐泽信浩 申请人:索尼株式会社