固态成像装置和相机的制作方法

专利名称：固态成像装置和相机的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及固态成像装置和相机。更具体地，本发明涉 及一种固态成l象装置和i殳置有该固态成4象装置的相才几。
背景技术：
固态成^f象装置大致分为^:大型固态成^f象装置(通常以CMOS (互补金属氧化物半导体)图像传感器为例)和电荷转移型成像装 置(通常以CCD (电荷耦合器件)图像传感器为代表)。
CMOS图像传感器由于高性能和低功耗的特性而特别在面向 便携式装置的图像传感器领域中快速取代了 CCD传感器。这种 CMOS图像传感器包括成像部，具有以二维阵列形式排列的多个 像素，每个像素均包括用作光电转换元件的光电二极管(PD)和多 个像素晶体管；以及外围电路，排列在成Y象部周围。
外围电路至少包括列电路或垂直驱动电路，用于沿列方向传 输信号；以及水平电路或水平驱动电路，用于将由列电路沿列方向 传输的信号依次传送至输出电路。所提供的像素晶体管具有已知配
6置，诸如，例如，包4舌转移、复位、；故大和选择晶体管的四晶体管 电路配置；以及包括除选择晶体管外的转移、复位和放大的三晶体
管电3各配置。
通常，通过将多个单位像素作为一组排列来提供CMOS图像传 感器，其中，每个单位像素包括一个光电二极管和多个像素晶体管。 然而，像素尺寸的小型化近年来已变得更重要。对于包括大量像素 的CMOS图像传感器，已对与多个像素共有像素晶体管以减少像素 晶体管数类型的CMOS图像传感器进行了许多尝试。
例如，在之后将给出的日本未审查专利申请公开第Heisei 11 (1999 ) -331713号中公开了 一种共有像素晶体管的CMOS图像传感器。
另 一方面，也披露了可以通过在像素的小型化设计中适当设计 转移棚4及的结构来一是高电荷的转移岁文率。例如，在日本未审查专利 申请/>开第2005-129965号中所4皮露的(其中的0039革史和图3)， 光电二极管PD、浮动扩散(FD)区101和作为像素晶体管之一的 转移晶体管Trl被形成为像素的一部分，如图1所示。转移晶体管 Trl包括转移栅电极102和在其正下方形成的沟道区103。此外， 在转移晶体管Trl中，转移棚-极104或转移;嫩电极102朝向光电二 才及管PD的边^^以凸起的形状形成，/人而在光电二才及管PD中朝向 转移棚-4及104更容易产生电场。可以注意到，在图l的结构中，转 移栅极104在光电二极管PD侧的沟道宽度"a"(即，与光电二才及 管PD接触的沟道宽度)大于在浮动扩散(FD)区101侧的沟道宽 度"b"(即，与浮动扩散(FD)区101)接触的沟道宽度)。

发明内容
对于CMOS图像传感器，包括在像素中的像素晶体管的栅极尺 寸随着像素尺寸的减小而减小，并且维持像素晶体管的特性已变得 更难。作为实例，用于从光电二极管PD将信号电荷读出至浮动扩 散(FD)区的转移晶体管的栅极(下文中称为转移栅极)很难同时 满足转移晶体管的截止特性和电荷转移特性。即，当转移栅极截止 时，,人光电二^L管(PD)到浮动扩散(FD)区更容易产生漏电流， 同时当转移栅极由于弱沟道调制而在转移栅极的读出周期内导通 时，很难充分降低势垒。
然而，在转移栅极的尺寸和光电转换效率之间存在折衷，其中， 在给定的像素面积内转移栅极的尺寸的进一 步增大可能增加风险， 例如，减小用于光电转换的光电二才及管PD的面积以及在聚光时通 过转移栅极截取了 一些入射光。
于是，对于图1所示的转移栅极的结构，可能存在由于转移栅 极4皮形成为向光电二极管PD突出而使光电二极管PD的面积减小 的风险。因此，转移栅极的这种结构可能减少饱和电荷量并引起入 射光的截取。
考虑到上述各点，期望提供一种固态成像装置以及设置有该固 态成像装置的相机，该固态成像装置能够维持包括在该装置中的转 移晶体管的晶体管特性，即使在像素尺寸被小型化时也能够确保光 电转换元件的光接收表面具有足够的面积。
根据本发明实施例的固态成像装置包括排列的多个像素，每个 像素均包括光电转换元件、包括转移晶体管的像素晶体管和浮动扩 散区。转移晶体管的转移栅极被形成为在浮动扩散区侧的沟道宽度 大于在光电转换元件侧的沟道宽度。才艮据本发明实施例的相机包括固态成像装置；光学系统，被 配置为将入射光导向包括在固态成^象装置中的光电转换元件；以及 信号处理电路，被配置为对从固态成像装置输出的信号进行处理。 固态成像装置包括排列的多个像素，每个像素均包括光电转换元 件、包括转移晶体管的像素晶体管和浮动扩散区。转移晶体管的转 移栅极被形成为在浮动扩散区侧的沟道宽度大于在光电转换元件 侧的沟道宽度。
在包括在根据本发明实施例的固态成像装置中的像素中，转移 晶体管的转移栅极被形成为在浮动扩散区侧的沟道宽度大于在光 电转换元件侧的沟道宽度。结果，即使像素尺寸被小型化，当转移 栅极在读出周期期间导通时，沟道区在浮动扩散区侧的电势也比在 光电转换元件侧深，并且沿电荷转移的方向更容易产生电场。另外， 当转移晶体管截止时，抑制了从光电转换元件到浮动扩散区的漏电
流。另外，由于形成了浮动扩散区而没有4吏其向光电转换元件部分 突出，所以能够确^呆光电转:换元件的光4妄收表面的面积。
根据本发明的实施例，可以维持转移晶体管的晶体管特性。因 此，即使像素尺寸被小型化，仍能够提高将信号电荷从光电转换元 件转移至浮动扩散区的能力。另外，还能够完全确保光电转换元件
的光4妄收表面的面积。


参考以下附图，将更详细地描述本发明的优选实施例，其中
图1是示出了现有技术的像素的主要部分的示图2是示出了根据本发明实施例的固态成像装置的配置的示意
图；图3是示出了根据本发明实施例的像素的第一实例的主要部分 的示图4是示出了根据本发明实施例的像素的第二实例的主要部分 的示图5是示出了根据本发明的另一个实施例的固态成像装置的配 置的示意图6是示出了根据本发明实施例的像素的第三实例的主要部分 的示图7是示出了使用图6所示的共有像素的成像部的布局实例的 平面图8是示出了使用图6所示的共有像素的成像部的布局实例的 平面图；以及
图9是示出了根据本发明实施例的相机配置的示图。
具体实施例方式
以下，通过参考附图来针对各个实施例描述本发明。这并不意 味着将本发明穷尽或限制于这些实施例中的披露和附图中的展示。
图2是示出了根据本发明实施例的固态成像装置或CMOS图像 传感器的配置的示意图。参考图2,根据本实施例的固态成像装置 1包括具有以二维阵列排列的多个像素2的成像部3 (即，像素部) 和4非列在成^f象部3周围的外围电if各，该外围电路具有垂直马区动单元 4、水平转移单元5和llT出单元6。 <象素2中的每个均包4舌作为光电 转换元件的光电二极管PD和多个^f象素晶体管(MOS晶体管)Tr。光电二才及管PD包括;波配置为积聚通过入射光的光电转换而生 成的信号电荷的区域。多个像素晶体管Tr包括四个MOS晶体管， 在该实例中，为转移晶体管Trl、复位晶体管Tr2、；汶大晶体管Tr3 和选i奪晶体管Tr4。
转移晶体管Trl用作用于将在光电二极管PD中积聚的电荷读 出至将在之后描述的浮动扩散(FD)区的晶体管。复位晶体管Tr2 是用于将浮动扩散(FD)区的电势设定为预定值的晶体管。放大晶 体管是用于对读出至浮动扩散(FD )区的信号电荷进行电放大的晶 体管。选择晶体管Tr4是用于选择一行像素并将其中的像素信号读 出至垂直信号线8的晶体管。另外，尽管本文中未4是供附图，但是 可选地，可以用光电二极管PD和包括除了选4奪晶体管Tr4外的转 移晶体管、复位晶体管和放大晶体管的三个晶体管来形成该像素。
在像素2的电路配置中，转移晶体管Trl的源极连接至光电二 极管PD,并且Trl的漏极连4妄至复位晶体管Tr2的源才及。用作电荷 -电压转换单元的浮动扩散(FD)区连接至放大晶体管Tr3的栅极， 浮动扩散(FD )区^皮排列在转移晶体管Trl和复位晶体管Tr2之间 (相当于在转移晶体管Trl的漏区和复位晶体管Tr2的源区之间)。 放大晶体管Tr3的源极连接至选择晶体管Tr4的漏极。复位晶体管 Tr2和方文大晶体管Tr3的漏极都连4妻至电源电压提供单元。另夕卜， 选择晶体管Tr4的源极连接至垂直信号线8。
垂直驱动单元4被配置为分别提供将要共同施加至排列在一行 上的像素的复位晶体管Tr2的栅极的行复位信号(()RST、将要共同施 加至排列在一行上的像素的转移晶体管Trl的栅极的行转移信号 ())TRG、以及将要共同施加至排列在一行上的像素的选择晶体管Tr4 的栅极的行选才奪信号())SEL 。水平驱动单元5包括连接至每列的垂直信号线8的放大器或 模数转换器(ADC)，例如，本实例中的模数转换器9;列选择电路 (开关单元)SW;以及水平传送线10 (例如，包括线#:与#:据位 线相同的总线)。
输出单元6包括另一个放大器或者才莫数转换器和/或信号处理 电路，例如，本实例中的用于对来自水平传送线10的输出进行处 理的信号处理电路11以及输出緩沖器12。
固态成像装置1被配置为通过每个^^莫数转换器9对来自每行上 的像素2的信号进行模数转换，将其通过顺序选择的列选择电路SW 读出至水平传送线IO,并沿水平方向顺序传送。随后，读出至水平 传送线10的图像数据通过信号处理电路11从输出緩冲器12输出。
通常对像素2执行如下操作。首先，通过使转移晶体管Trl和 复位晶体管Tr2的栅极导通，从而完全清除了光电二极管PD中的 电荷。此后，转移晶体管Trl和复位晶体管Tr2的栅极都截止，并 且执行光电电荷积聚。接下来，紧接在读出积聚在光电二极管PD 中的光电电荷之前，复位晶体管Tr2的栅极导通并且使浮动扩散 (FD)区的电势复位。随后，通过分别使复位晶体管Tr2的栅极截 止并使转移晶体管Trl的栅极导通，来自光电二极管PD的光电电 荷被传送至浮动扩散(FD)区。当放大晶体管Tr3的栅极接收到电 荷，就对信号电荷进行电》文大。另一方面，乂人紧接在电荷读取之前 对浮动扩散(FD)区的电势进行上述复位的时刻开始，选择晶体管 Tr4仅使目前将读出的像素2导通。随后，经过电荷-电压转换并从 包括在目前寻址的像素2中的放大晶体管Tr3提供的图像信号被读 出至垂直信号线8。
才艮据本实施例，固态成像装置1包括转移晶体管Trl的转移栅 极，被配置为在充分确保光电二极管PD的面积的同时，即使在像素尺寸小型化的情况下，仍能够使信号电荷充分转移至浮动扩散
(FD)区。即，在本实施例中，转移晶体管Trl的转移栅极被形成 为在浮动扩散(FD)区侧的沟道宽度大于在光电二极管PD侧的沟 道宽度。此外，还可以通过该配置来4是高转换效率。
图3是示出了根据本发明实施例的像素的第一实例的示图，其 包括光电二极管PD、浮动扩散(FD)区20和转移晶体管Trl，特 别示出了转移^^极21。在图3所示的第一实例中，构成转移晶体管 Trl的转移才册才及21的转移栅电极22排列在正方形的平面型光电二 极管PD的角部，从而具有其顶部面向浮动扩散(FD)区20的侧 的凸起形状。
即，转移斥册电才及22以类梯形或其顶部;故去除的三角形的形状 形成，佳J寻其侧面之一 (基部(base))邻近于祐j弟形截取^l"面的正 方形的光电二4及管PD侧，并且其近似L形的两侧邻近于浮动扩散 (FD)区20。结果，图中所示的单位^象素的光电二才及管PD以五边 形的形状形成，该五边形是通过轻孩史且线性地去4卓角部之一而乂人光 电二4及管PD的正方形或矩形的平面形状中4f到的。另外，浮动扩 散(FD)区20也几乎以符号"L"的平面形状形成。
器件隔离区24被形成为围绕光电二极管PD、浮动扩散(FD) 区20和转移晶体管Trl,并在转移栅电极22下方部分延伸。即， 器件隔离区24的一部分被形成为在转移栅电极22下方延伸，使得 转移4册才及21的沟道区23的大部分延伸至光电二才及管PD侧，乂人而 具有足以覆盖L形浮动扩散(FD)区20的整个幅度的宽度。
尽管在本文中未提供附图，但是在本实例中，光电二极管PD 被形成为埋置型光电二极管PD,其包括用作在p型半导体阱区中 形成的电荷积聚区的n型半导体区(n+区)以及用作在n型半导体 区的表面侧上形成的积聚层的p型半导体区(p+区)。另外，在该实例中，作为相当于转移晶体管Trl的漏区的区域的浮动扩散(FD ) 区20由n型半导体区(n+区)形成。另外，在该实例中，器件隔 离区25由p型半导体区(p+区)形成。
此外，在该实例中，类L型浮动扩散(FD)区20的一部分， 即，其面向转移4册电^及22的顶部(上述凸起形状的顶部)的部分， -陂形成为具有小面积的高杂质浓度区(即，高浓度区在该实例中 为n+区)26。另外，类L形浮动扩散(FD)区20的其他部分，即， 围绕高浓度区26或对应于高杂质区26和器件隔离区24之间的区 域的部分被形成为杂质浓度低于高浓度区26的区域27 (即，低浓 度区在该实例中为n区)。
低浓度区27的杂质浓度低于在典型的LDD结构中的低浓度区 的杂质浓度，并且区域27具有比在PN结形成的典型处理中自动形 成的低杂质浓度区大的面积。
另一方面，在浮动扩散(FD)区20中的高浓度区26为用于连 接至像素晶体管的接触区所共有。在该实例中，高浓度区26的杂 质浓度可以达到lxl020 cm^以上。另夕卜，低浓度区27的杂质浓度 可以为小于lx1018 cm-3。
冲艮才居第一实例，由于專争移才册电才及22以凸起的顶部面向浮动扩 散(FD)区20的类梯形的形状形成，所以光电二才及管PD的面积 减小仅轻微影响了光电二极管PD的角部，因此，能够确保光电二 极管PD的面积仍然很宽广。结果，即使像素被小型化，入射在光 电二极管PD上的光在聚光期间也不会收到转移栅电极的影响，并 且可以充分确保々包和电荷量。
另外，如图3所示，由于转移棚-才及21^皮形成为在浮动扩散(FD) 区上的沟道宽度大于在光电二极管PD侧的沟道宽度，所以能够使转移晶体管Trl的截止特性和电荷转移特性兼容，从而维持了晶体
管特性。
即，在浮动扩散(FD)区20侧的沟道宽度B大于在光电二极 管PD侧的沟道宽度A。沟道宽度的这种改变导致沟道区23的电势 变化，并且由于形状效应而产生了电场，佳_得当转移晶体管Trl导 通时，该电势在在浮动扩散(FD)区20侧比在光电二才及管PD侧 深。对于窄的沟道宽度A,电势浅，而对于宽的沟道宽度B,电势 深。因此，能够令人满意地将信号电荷从光电二极管PD转移至浮 动扩散(FD)区20,并且即使像素被小型化，仍能够提高信号电 荷的转移能力。另外，当转移晶体管Trl截止时抑制了漏电流产生。
将如下描述漏电流产生的原因。在沟道宽度W始终不变的情 况下，沟道电势的变化量在光电二才及管PD侧上和浮动扩散(FD) 区侧上是相同的。结果，当产生电势差以将电场施加至用于通过4吏 转移栅极导通来限定转移方向的沟道区时，即使转移栅极截止，仍 产生大的电势差。
相反，根据该实例，假设在光电二极管PD侧上和在浮动扩散 (FD)区侧上的转移栅4及21之间的沟道电势差与在转移栅-4及导通 时的上述沟道电势差相同，由于转移栅4及21在光电二才及管PD侧的 电势变化大于在浮动扩散(FD)区20侧的电势变化，所以能够侵_ 在转移4册4及21截止时的电势差更小。即，在转移棚-4及截止时，与 光电二极管PD侧相比，在浮动扩散(FD)侧的沟道闭合，从而能 够减小漏电流。
通过^皮形成为4妻触区共有或共用的浮动扩散(FD)区20的高 浓度区26,能够使高浓度区的面积最小。在该实例中，高浓度区 26在除了4妄触区外的位置处不是必需的。由于在典型的CMOS处 理中使用光刻胶4备才莫通过杂质注入来形成高浓度区，所以该区域的
15面积大于4妻触区的4矣触面积。装置结构通常不纟皮配置成4又在浮动扩
散(FD)区与栅极接触的部分中形成高杂质浓度区。
另一方面，当浮动扩散(FD)区20以L字符形状形成时，增 大了浮动扩散(FD)区20的面积。面积的增大通常导致在浮动扩 散(FD)区20中的扩散电容(即，结电容)增大及转换效率增大。
然而，在该实例中，适当地i殳计杂质浓度的分布，4吏得在浮动 扩散(FD)区20中的n型高;农度区26 ^皮形成为面向4争移4册电^L 21的凸起部分的部分，该部分有效用于充分积聚电荷并作为接触 区；并且使得浮动扩散(FD)区20中的其他部分^皮形成为n型低 浓度区27。低浓度区27的结电容非常小。因此，浮动扩散(FD) 区20的结电容总体上不会显著增大，并且减轻了转换效率的降低。
从光电二才及管PD转移至浮动扩散(FD)区20中具有浅电势 的低浓度区27的电荷被聚集到具有深电势的高浓度区26。
图4是示出了根据本发明实施例的像素的第二实例的示图，该 像素包括光电二极管PD、浮动扩散(FD)区20和转移晶体管Trl， 特别示出了其转移栅极21。在图4所示的该实例中，转移晶体管 Trl包括形成在光电二才及管PD和浮动扩散(FD )区20之间的转移 栅极21,转移棚4及21 ^皮形成为在浮动扩散(FD)区20侧的沟道 宽度大于在光电二极管PD侧的沟道宽度。
光电二极管PD按照诸如正方形和矩形的四边形形状形成。浮 动扩散(FD)区20以矩形形状形成，其中，其面向光电二极管PD 侧的长度与光电二极管PD的相对侧的长度相同。转移4册极21包括 矩形的转移斥册电才及22和梯形的沟道区23。沟道区23 ^皮形成为梯形， 使得其在光电二极管PD侧的沟道宽度A比在浮动扩散(FD)区20侧的宽度B窄，并且转移栅极21的沟道区23的沟道宽度从在 光电二才及管PD侧面向浮动扩散(FD )区20侧逐、渐增大。
另一方面，浮动扩散(FD)区20包括以与上述实例相似的方 式形成在矩形的浮动扩散(FD)区20的中心处的高杂质浓度区26 (在该实例中为n+区)、以及形成在浮动扩散(FD)区20的剩余 部分上的低浓度区27 (在该实例中为n-区)。由于装置结构和诸如 杂质浓度等的其他特征与在第 一 实例中之前描述的器件结构和其 他特;f正类似，因此不再重复对其进^f亍描述。
根据第二实例，可以通过以正方形形状形成光电二极管PD来 确保光电二极管PD的面积仍然很宽，并且即使像素尺寸被小型化， 仍可以完全确保々包和电荷量。另外，在转移栅极21的沟道区23中 产生电场，4吏得电势从光电二才及管PD侧向浮动扩散(FD)区20 侧逐渐变深。因此，能够令人满意地/f吏4言号电荷/人光电二才及管PD 转移到浮动扩散(FD)区20，并且即使像素被小型化，仍能够提 高信号电荷的转移能力。
另一方面，由于浮动扩散(FD)区20包括高浓度区26和低浓 度区27，所以浮动扩散(FD)区20的结电容总体上仍然能够很低， 并且减轻了转换效率的降{氐。
才艮据第二实例，转移到浮动扩散(FD)区20的4氐浓度区27 的信号电荷也聚集到高浓度区26。另外，在第二实例中也能够获得 与第 一 实例的效果类似的效果。
在图3中所示的第一实例的装置配置适用于像素晶体管为多个 光电二极管PD所共有的CMOS图像传感器中。接下来，将描述关 于这种装置结构的另 一个实施例。说明书第13/17页
图5是示出了根据本发明的另一个实施例的固态成像装置或 CMOS图像传感器的配置的示意图。本实施例的固态成像装置是以 下情况，其中，排列多个组，其中，本文中所形成的组包括(i)分 别设置有光电二极管PD作为光电转换元件的多个像素，即，在该 实例中为其中分别设置有四个光电二极管PD的四个4象素；以及(ii) 除了转移晶体管外的为四个光电二极管PD所共有的像素晶体管或 像素(即，该组在下文中被称为共有像素)。
参考图5,才艮据本实施例的固态成^f象装置31包括具有以二维阵 列排列的多个共有像素32的成像部3 (即，像素部)以及排列在成 像部3周围的外围电路(例如，垂直驱动电i 各4、 7K平转移单元5 和输出单元6)。每个共有像素32包括用作光电转换元件的多个光 电二才及管PD (即，在该实例中为四个光电二才及管PD)、四个转移 晶体管、 一个复位晶体管、 一个i文大晶体管和一个选4奪晶体管。即， 如上所述，除了转移晶体管外的像素晶体管(例如，复位晶体管、 放大晶体管和选择晶体管)为四个光电二极管PD所共有。
如图5所示，在共有像素32的电路配置中，四个光电二极管 PD1 、 PD2、 PD3和PD4分别连4妄至^j"应的四个專争移晶体管Trl 1 、 Trl2、 Trl3和Trl4的源才及，并且四个转移晶体管Trll 、 Trl2、 Trl3 和Trl4的漏极连接至一个复位晶体管Tr2的源极。形成在转移晶体 管Trll、 Trl2、 Trl3和Trl4与复位晶体管Tr2之间作为电荷-电压 转换单元的共同的浮动扩散(FD)区连4妄至一个》文大晶体管Tr3的 栅极。放大晶体管Tr3的源极连接至一个选择晶体管Tr4的漏极。 复位晶体管Tr2和放大晶体管Tr3的漏极都连接至电源电压提供单 元。另外，选择晶体管Tr4的源极连接至垂直信号线8。
々亍转移信号(f)TRGl、 (J)TRG2、小TRG3和小TRG4 4皮分别施加至 转移晶体管Trll、 Trl2、 Trl3和Trl4的才册才及。行复位信号小RST #皮
18施加至复位晶体管Tr2的栅极，以及行选择信号(j)SEL被施加至选 冲奪晶体管Tr4的棚-极。
由于垂直驱动单元4、水平转移单元5、 l!r出单元6等类似于 之前参考图2所述，因此不重复对其的描述。
图6是示出了根据本发明另 一个实施例的第三实例的共有像素 32的平面配置的示图。#4居该实例的一纟且共有<象素32 4吏用如图3 所示的上述4象素结构，并且包括4要照两个^f象素水平排列而另两个4象 素垂直排列的共有配置形式的四个 <象素。
在该实例中，如图6所示，共有的浮动扩散(FD)区2(M皮排 列在该结构的中心处，4吏得浮动扩散(FD)区20可以为^皮此共有。 为了使共有的浮动扩散(FD)区20保持在该结构的中间，将四个 -像素(每一个均具有图3所示的4象素结构)；故水平地以及垂直地排 列为以转移斥册才及21侧的角部211、 212、 213和214为中心呈点对 称。因此，在该中心处的浮动扩散(FD)区20以十字形的平面形 状形成，在该十字形的中心处具有高浓度区26并且在该十字形的 臂部各有低浓度区27。另夕卜，关于与浮动扩散(FD)区20的接触， 用于隔离各个光电二才及管PD1、 PD2、 PD3和PD4的器ff隔离区24 ^又与在^^部上的4氐浓度区27的顶部4妄触。
由于这些特征与之前参考图3所述的特征类似，因此不再重复 对其的描述。
对于才艮据第三实例的共有^f象素的配置，通过力文置这四个4象素以 4吏其以浮动扩散(FD )区20为中心(即，以转移栅-才及21的中心部 分)为中心呈点对称，，可以将像素密集地排列在其中设置有大量 4象素的成4象部3中，这将在之后描述。此外，才艮据该实例，由于转 移栅极21的沟道宽度从光电二极管PD侧向浮动扩散(FD )区20侧增大，并且沟道电势由于转移4册才及21的形状效应而以类似于上 述实例的方式相应改变，所以提高了信号电荷的转移效率。
此外，由于共有的浮动扩散(FD)区20以其中心部分作为高 浓度区26而其他部分作为低浓度区27的十字形的形状形成，所以 浮动扩散(FD)区20的结电容显著减小，从而提高了电荷-电压转 换效率，或者减轻了转换效率的降低。具体地，在n型浮动扩散(FD ) 区20和p型器件隔离区24之间的接触部分仅是形成为十字形的低 浓度区27的臂边缘部分，在浮动扩散(FD)区20和器件隔离区 24之间的结电容进一步减小，并且因此提高了转换效率。另外，在 本实施例中也获得了与第 一 实例的效果类似的效果。
图7是示出了使用图6所示的共有像素32的成像部3的布局 的示意图。该实例示出了具有以正方形阵列4非列的多个共有〗象素32 的布局。即，在该实例的布局中， 一组复位晶体管Tr2、》文大晶体 管Tr3和选择晶体管Tr4在垂直方向上被排列在各个共有晶体管32 侧，或者在该实例中排列在底侧。多个这种结构的共有^^素32水 平地以及垂直地排列，作为正交坐标阵列系统。
复位晶体管Tr2包括源区41、漏区42和复位4册电极43。》文大 晶体管Tr3包括源区44、漏区45和力文大4册电才及46。选4奪晶体管Tr4 包括源区47、漏区44和选择栅电极48。在提供以上结构时，放大 晶体管Tr3的源区44和选4奪晶体管Tr4的漏区44净皮共同形成并且 为4皮此共有。
另夕卜，浮动扩散(FD)区20的高浓度区26、复位晶体管Tr2 的源区41和;故大晶体管Tr3的放大4册电极46经由配线49 ^皮》匕相 连。此外，选择晶体管Tr4的源区47和垂直信号线8经由配线50相连。根据图7所示的成像部的布局，大量共有像素32能够:故水平
地以及垂直地密集排列，从而能够提供高分辨率的固态成像装置。
图8是示出了根据另一个实例的使用图6所示的共有像素32 的成像部3的另 一个布局的示意图。该实例示出了个具有倾斜地(或 者以蜂窝状结构)排列的多个共有像素32的布局。即，在该实例 中，以与图6的结构类似的方式， 一组复位晶体管Tr2、；改大晶体 管Tr3和选4奪晶体管Tr4在垂直方向上纟皮排列在各个共有^f象素32 侧，或者在该实例中4非列在底侧。
这种结构的共有像素32被水平地以及垂直地排列为正交坐标 阵列，其中，两条正交轴分别相对于水平方向和垂直方向倾杀+。在
图8所示的实例中，共有像素32被作为阵列排列在正交坐标系统
由于共有像素结构的其他特征类似于之前参考图7所述的特 征，所以用相同的表示示出了与图7中的部分类似的部分，因此， 不再重复对其的描述。
根据图8的成像部的布局，能够密集地排列大量共有像素32， 从而能够提供分辨率高于图7的成像部的固态成像装置。
图9是示出了根据本发明实施例的包括上述CMOS图像传感器 的相机的配置的示意图。参考图9，根据本发明实施例的相机40包 括光学系统(光学透4竟)41、 CMOS固态成4象装置42和信号处理 电3各43。对于固态成^象装置42,可以〗吏用在上述的第——第三实 例中描述的^象素配置中的任意一种，优选地，具有图7或图8的装 置布局的第 一或第三实例中详述的4象素配置。4艮据本实施例的相才几 还包括通过才莫块化光学系统(光学透4竟)41而形成的相枳4莫块、 CMOS固态成4象装置42和4言号处理电路43。光学系统41被配置为利用来自对象的图像光(入射光)来使 图Y象形成在CMOS固态成4象装置42的成4象表面上。随后，利用 CMOS固态成l象装置42的光电转换元件(光4妄收单元)将入射光 转换为对应于入射光量的信号电荷，并且在一^:固定时间内将信号 电荷积聚在光电转换元件中。信号处理电路43被配置为对从CMOS 固态成像装置42输出的信号执行多种信号处理，并且随后输出所 得到的图像信号。
对于根据本发明实施例的相机，保持了饱和电荷量和转换效 率，并且即使在像素尺寸缩小时，也提高了信号电荷到浮动扩散区 的转移，从而能够提供高分辨率的相机。
才艮据本发明的实施例，能够4是供包括图9所示的上述相才几或相 机模块的各种电子设备。
本领域4支术人员应了解，才艮据设计要求和其它因素，可以进行 各种修改、组合、子组合和改进，均应包含在本发明的权利要求或 等同物的范围内。
权利要求
1. 一种固态成像装置，包括排列的多个像素，每个所述像素均包括光电转换元件、包括转移晶体管的像素晶体管和浮动扩散区，其中所述转移晶体管的转移栅极被形成为在所述浮动扩散区侧的沟道宽度大于在所述光电转换元件侧的沟道宽度。
2. 根据权利要求1所述的固态成像装置，其中所述转移栅-才及:故排列在所述光电转换元件的 一个角部 上，乂人而具有其顶部面向所述浮动扩散区侧的凸起形状。
3. 根据权利要求2所述的固态成像装置，其中所述浮动扩散区^妄触所述转移棚4及的部分#1形成为高杂 质浓度区，以及所述浮动扩散区在所述高浓度区周围以及在所述高杂质 浓度区和器件隔离区之间的其他部分被形成为杂质浓度低于 所述高浓度区的区域。
4. 根据权利要求3所述的固态成像装置，其中在所述浮动扩散区中的所述高杂质浓度区用作4妄触区。
5. 根据权利要求1所述的固态成像装置，其中设置多个所述光电转换元件，并且所述浮动扩散区为所 述多个光电转换元件所共有。
6. 根据权利要求5所述的固态成像装置，其中所述浮动扩散区为作为所述多个光电转换元件的四个光 电转换元件所共有。
7. 根据权利要求4所述的固态成像装置，其中除了所述转移晶体管外的所述像素晶体管以组为单位为 多个光电转才灸元件和^皮配置为读出A/v所述多个光电转4奂元件 输出的信号电荷的多个转移晶体管所共有。
8. 根据权利要求7所述的固态成像装置，其中所述多个光电转换元件以正交坐标阵列形式水平地和垂 直地4非列。
9. 根据权利要求7所述的固态成像装置，其中所述多个光电转换元件以正交坐标阵列的形式排列，其 中，所述正交坐标阵列的两条正交轴分別相对于水平方向和垂 直方向倾斜。
10. 根据权利要求1所述的固态成像装置，其中所述浮动扩散区"l妄触所述转移棚4及的部分^皮形成为高杂 质5农度区，以及所述浮动扩散区在所述高浓度区周围以及在所述高杂质 浓度区和器件隔离区之间的其他部分被形成为杂质浓度低于 所述高浓度区的区域。
11. 根据权利要求IO所述的固态成像装置，其中在所述浮动扩散区中的所述高杂质浓度区用作4妄触区。
12. 根据权利要求1所述的固态成像装置，其中除了所述转移晶体管外的所述像素晶体管以组为单位为 多个光电转」换元件和^皮配置为读出,人所述多个光电转4奐元件 输出的信号电荷的多个转移晶体管所共有。
13. 根据权利要求1所述的固态成像装置，其中所述多个光电转换元件以正交坐标阵列的形式水平地以 及垂直;也4非列。
14. 根据权利要求1所述的固态成像装置，其中所述多个光电转换元件以正交坐标阵列的形式排列，其 中，所述正交坐标阵列的两条正交轴分别相对于水平方向和垂 直方向倾斜。
15. —种相才几，包括固态成^f象装置；光学系统，净皮配置为将入射光导向包4舌在所述固态成<象 装置中的光电转换元件；以及信号处理电^各，^皮配置为对乂人所述固态成^f象装置输出的 信号进行处理；所述固态成像装置包括排列的多个像素，每个所述像素均包括光电转换元件、 包括转移晶体管的像素晶体管和浮动扩散区，其中所述转移晶体管的转移栅极被形成为在所述浮动扩散区 侧的沟道宽度大于在所述光电转换元件侧的沟道宽度。
16. 根据权利要求15所述的相机，其中，所述转移棚4及^皮排列在所述光电转:换元件的 一 个角部 上，/人而具有其顶部面向所述浮动扩散区侧的凸起形状。
17. 根据权利要求16所述的相机，其中所述浮动扩散区4妄触所述转移棚-极的部分^皮形成为高杂 质浓度区，以及所述浮动扩散区在所述高浓度区周围并且在所述高杂质 浓度区和器件隔离区之间的其他部分被形成为杂质浓度低于 所述高浓度区的区域。
18. 根据权利要求17所述的相机，其中在所述浮动扩散区的所述高杂质浓度区用作接触区。
19. 根据权利要求18所述的相机，其中除了所述转移晶体管外的所述像素晶体管以组为单位为 玄A A忐^ /fet^r^A拓？.罢4山u 6fr;^玄爪A由在4iA ^乂A输出的信号电荷的多个转移晶体管所共有。
20. 根据权利要求15所述的相机，其中设置多个光电转换元件，并且所述浮动扩散区为所述多 个光电转换元件所共有。
全文摘要
本发明公开了一种固态成像装置和相机，该固态成像装置包括排列的多个像素，每个像素均包括光电转换元件、包括转移晶体管的像素晶体管和浮动扩散区，其中，转移晶体管的转移栅极被形成为在浮动扩散区侧的沟道宽度大于在光电转换元件侧的沟道宽度。
文档编号H04N5/335GK101452942SQ200810180249
公开日2009年6月10日 申请日期2008年11月28日 优先权日2007年11月30日
发明者工藤义治 申请人:索尼株式会社