專利名稱：Cmos圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如適用于數(shù)字照相機(jī)等的固體攝像器件的CMOS圖像傳感器。
背景技術(shù)：
以往的CMOS圖像傳感器，已知具有矩陣上排列的多個光電二極管(以下省略為PD)的裝置。這些PD分別構(gòu)成一個像素。在這種CMOS圖像傳感器中，將輸出電路組矩陣狀地配置以便埋入這些PD的間隙部。將這些輸出電路組以所述PD的重復(fù)排列的間距(pitch)的整數(shù)倍的重復(fù)間距二維格子狀地配置，對在列方向上排列的兩個PD共同地讀出。
為了進(jìn)一步提高集成度，還已知對在列方向上排列的四個PD用一個輸出電路共同地讀出而構(gòu)成的CMOS圖像傳感器(參照美國專利6091449號公報(bào))。
可是，在這樣的以往的CMOS圖像傳感器中，通過公共的輸出電路來讀出列方向上排列的兩個或四個PD的信號而具有適合高集成化的效果。但是，這種高集成化在列方向、即畫面(屏幕)的垂直方向上是有效的，而由于在水平方向上輸出電路配置在各列上，所以不能檢測這部分的像素信息，因而難以高集成化。特別是將CMOS圖像傳感器應(yīng)用于數(shù)字照相機(jī)時(shí)，需要水平、垂直兩方向的像素間距相同，所以僅垂直方向的高集成化存在單元的布局(layout)上的不便的問題。
此外，由于在以往的傳感器中，像素和輸出電路排列在水平方向上，所以像素的開口為縱長狀。即使是CCD區(qū)域傳感器，在像素的水平方向上也有CCD寄存器，所以像素的開口依然為縱長狀。另一方面，普通照相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)的縱橫比(aspect ratio)為3∶4，是橫長的。因此，從透鏡入射到傳感器感光面的光，以感光面的周邊像素考慮時(shí)，水平方向的端像素與垂直方向相比，入射光更斜地進(jìn)入。因此，通常周邊像素的輸出與中央部的像素相比，產(chǎn)生靈敏度下降的所謂黑斑(shading)。在這種像素開口為縱長的情況下，更容易受到這種黑斑的影響。
而且，在現(xiàn)有的CMOS圖像傳感器中，作為垂直方向的結(jié)構(gòu)元件，在垂直方向的像素間存在讀出柵極、以及由上下像素共有的浮動結(jié)(floating junction)。在對數(shù)字照相機(jī)和帶有照相機(jī)的攜帶電話機(jī)的照相機(jī)的應(yīng)用中，需要將多個像素單元配置為正方格子狀。隨之，像素的開口部的尺寸需要盡力等間隔。因此，在未設(shè)置這種讀出柵極的垂直方向的像素間隙部的間隔也按設(shè)置了讀出柵極的部分的像素間隔來確定，不能進(jìn)行這些部分的有效使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是用于解決上述問題的發(fā)明，其目的在于，提供一種CMOS圖像傳感器，通過實(shí)現(xiàn)水平方向的高集成化，對于水平方向和垂直方向的任一方向都實(shí)現(xiàn)高集成化。
本發(fā)明一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器，包括多個光電變換元件，由多個行和列組成，排列成格子狀；多個浮動結(jié)，被排列在這些光電變換元件之中排列成相鄰兩行、且列方向上相鄰的多對光電變換元件間，被連接成傳輸它們的輸出信號；輸出電路，被連接到這些多個浮動結(jié)之中列方向上相鄰的多個浮動結(jié)上，共同讀出被傳輸?shù)竭@些浮動結(jié)中的所述光電變換元件的輸出信號；以及輸出信號線，被布線在所述各列上，以便被供給所述輸出電路的輸出；
所述輸出電路配置在所述列方向上相鄰的光電變換元件對之間。


圖1是說明本發(fā)明一實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖2是說明本發(fā)明另一實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖3是通過集成電路來構(gòu)成圖2所示的電路結(jié)構(gòu)的情況下的電路圖形圖。
圖4是說明本發(fā)明又一實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖5是說明本發(fā)明又一實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖6是表示光電二極管間的元件分離區(qū)的圖，圖6(A)是沿點(diǎn)劃線A-A’剖斷圖3的布線圖形的剖面圖，圖6(B)是沿點(diǎn)劃線B-B’剖斷圖3的布線圖形的剖面圖。
圖7是表示用于對像素排列的不規(guī)則性進(jìn)行修正的采用微透鏡和層內(nèi)透鏡的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的局部剖面圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照

本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的一實(shí)施例。圖1是表示由集成電路構(gòu)成CMOS圖像傳感器的狀態(tài)的平面圖形圖。該圖像傳感器為四個像素一個單元方式的傳感器。如在它們的圖中所示，在該圖像傳感器中，行方向(水平方向)和列方向(垂直方向)上設(shè)有以預(yù)定的重復(fù)平均間距Ph、Pv二維格子狀配置的多個光電二極管PD11、PD12、…、PD21、PD22、…。這些光電二極管是將光變換為電信號的光電變換元件的一種元件。在另一方式的光電變換元件中，除了光電二極管以外，還存在以透明電極為柵極的MOS電容器。因此，在本發(fā)明的光電變換元件中，也可以使用光電二極管或其他光電變換元件。這些光電二極管分別形成圖像傳感器的一個像素。這樣，二維格子狀配置的多個光電二極管中，在列(垂直)方向的像素對間隙部中配置多個輸出電路OUT1～OUT14、OUT21～OUT24。這些各輸出電路與光電二極管同樣地被二維格子狀地配置，但其水平方向的間距與光電二極管的水平方向的間距Ph相同，而垂直方向的間距為光電二極管的垂直方向的間距Pv的四倍長度，即4Pv。這樣排列的各輸出電路讀出排列在列方向上的四個光電二極管中積蓄的信號電荷。
下面更詳細(xì)地說明圖1中的一個單元的結(jié)構(gòu)。輸出電路OUT11共同讀出排列在列方向上的4個光電二極管PD11、PD21、PD31和PD41的輸出信號。這些光電二極管分別連接到相鄰配置的讀出柵極TG11、TG21、TG31、TG41。這些讀出柵極TG11、TG21、TG31、TG41由MOS晶體管構(gòu)成，各自的柵電極連接到在行方向上布線的柵極控制線TG1、TG2、TG3、TG4。
即，讀出柵極TG11被相鄰連接到光電二極管PD11。同樣地，讀出柵極TG21被相鄰連接到光電二極管PD21。讀出柵極TG11、讀出柵極TG21之間浮動結(jié)FJ11分別相鄰形成。讀出柵極TG11和TG21在對柵極控制線TG1、TG2施加傳輸脈沖時(shí)打開(接通)柵極，將光電二極管PD11或PD21中積蓄的輸出信號電荷傳輸?shù)礁咏Y(jié)FJ11。
同樣地，讀出柵極TG31被相鄰連接到光電二極管PD31，讀出柵極TG41被相鄰連接到光電二極管PD41。在讀出柵極TG31和讀出柵極TG41之間分別相鄰形成浮動結(jié)FJ11’。讀出柵極TG31和TG41在對柵極控制線TG3、TG4施加傳輸脈沖時(shí)打開(接通)柵極，將光電二極管PD31或PD41中積蓄的輸出信號電荷傳輸?shù)礁咏Y(jié)FJ11’。浮動結(jié)FJ11、FJ11’通過浮動結(jié)線FJL而相互連接。
輸出電路OUT11由驅(qū)動晶體管D11、地址晶體管AD11和復(fù)位晶體管RS11構(gòu)成。浮動結(jié)FJ11及浮動結(jié)FJ11’通過浮動結(jié)線FJL，連結(jié)到輸出電路OUT11中包含的驅(qū)動晶體管D11的柵電極、以及復(fù)位晶體管RS11的源電極。而輸出電路OUT11中包含的驅(qū)動晶體管D11的源電極連接到在列方向上被布線的輸出信號線SIG1。而且，輸出電路OUT11中包含的復(fù)位晶體管RS11的漏電極連接到地址晶體管AD11的漏電極，而且還連接到在列方向布線的復(fù)位漏極電壓線RD。復(fù)位晶體管的柵電極連接到在行方向上布線的復(fù)位晶體管RS1。
因而輸出電路OUT11中包含的地址晶體管AD11的源電極連接到驅(qū)動晶體管D11的漏電極，而且其柵電極連接到在行方向上布線的地址晶體管ADD1。
上述本發(fā)明實(shí)施例中的CMOS圖像傳感器的動作如下。作為例子，說明柵極控制線TG3被導(dǎo)通(ON)的情況下的一水平線上的光電二極管PD31、PD32、PD33、…的讀出。光電二極管PD31、PD32、PD33、…中積蓄的信號電荷在TG3導(dǎo)通時(shí)被傳輸?shù)紽J11’、FJ12’、FJ13’、…。在傳輸之前，在復(fù)位晶體管RS1上施加RS脈沖而成為導(dǎo)通狀態(tài)，將復(fù)位晶體管RS11、RS22、RS13、…導(dǎo)通，從而將浮動結(jié)FJ11’、FJ12’、FJ13’、…設(shè)為RS漏極電壓。然后，將復(fù)位晶體管RS1截止(OFF)而成為浮置狀態(tài)。
信號電荷使浮動結(jié)FJ11’、FJ12’、FJ13’、…的電位變化，其結(jié)果，對分別連結(jié)的驅(qū)動晶體管D11、D22、D13的柵電極電位進(jìn)行調(diào)制而成為導(dǎo)通狀態(tài)。由于使輸出電路OUT11、OUT22、OUT13、…的柵電極電位起作用，所以對地址晶體管ADD1施加地址脈沖，使地址晶體管AD11、AD22、AD13、…導(dǎo)通。其結(jié)果，光電二極管PD31、PD32、PD33、…的讀出輸出信號通過輸出信號線SIG1、SIG2、SIG3、…而被輸出。
這樣，在上述實(shí)施例中，通過在垂直方向上排列的像素對、例如PD11、PD21組成的像素對和PD31、PD41組成的光電二極管像素對間的區(qū)域中配置共用的輸出電路例如OUT11，從而可實(shí)現(xiàn)水平方向的高集成化。
此外，作為其他的例子，下面說明柵極控制線TG1導(dǎo)通情況下的一水平線上的光電二極管PD11～PD14的讀出方法。在傳輸之前浮動結(jié)FJ11～FJ14被復(fù)位到RS漏極電壓。即，通過在RS晶體管RS11～RS14上經(jīng)由復(fù)位布線RS1施加RS脈沖而導(dǎo)通，浮動結(jié)FJ11～FJ14連接到漏極電壓布線RD，被復(fù)位為RS漏極電壓。接著，在將信號電荷傳輸?shù)紽J11～FJ14前，需要使RS晶體管RS11～RS14截止，并使FJ11～FJ14為浮置狀態(tài)。信號電荷使FJ11的電位變化，對其連結(jié)的驅(qū)動晶體管柵極D11、D12、D13、D14的電位進(jìn)行調(diào)制。為了使輸出電路OUT11、OUT12、OUT13、OUT14起作用，在地址布線ADD1上施加地址脈沖并使地址晶體管AD11、AD12、AD13、AD14導(dǎo)通。信號從信號線SIG1、SIG2、SIG3、SIG4輸出。
下面參照圖2來說明本發(fā)明的另一實(shí)施例。與圖1相同的結(jié)構(gòu)元件用相同的標(biāo)號來表示。在圖2中，在與一輸出電路、例如屬于OUT11的垂直方向上配置的四像素對應(yīng)的光電二極管PD11、PD21、PD31、PD41中，在構(gòu)成相鄰的像素對的PD11、PD21間及PD31、PD41間，配置被連接到各自的光電二極管的讀出柵極對TG11、TG21及TG31、TG41。而且，在構(gòu)成讀出柵極對的TG11、TG21間及TG31、TG41間分別配置浮動結(jié)FJ11、FJ11’。浮動結(jié)FJ11串聯(lián)連接在TG11、TG21上。而浮動結(jié)FJ11’串聯(lián)連接在TG31、TG41上。
接著，構(gòu)成輸出電路OUT11的驅(qū)動晶體管柵極D11及地址晶體管AD11配置在行(水平)方向上相鄰的像素對即光電二極管PD21、PD31間。而構(gòu)成輸出電路OUT11的RS晶體管RS11配置在行(水平)方向上相鄰的像素對即光電二極管PD41、PD51間。
這樣的結(jié)構(gòu)，對于其他輸出電路OUT12、OUT13、…也是相同的。
這樣，在該實(shí)施例中，構(gòu)成輸出電路的驅(qū)動晶體管D11及地址晶體管AD11、RS晶體管RS11被分成二維格子狀配置的像素排列中的不同的兩行來配置。即，構(gòu)成這些輸出電路的驅(qū)動晶體管被配置為，二維格子狀配置的像素排列之中與讀出柵極對TG11、TG21和TG31、TG41的行不同的兩行。因此，在該實(shí)施例中，輸出柵極對和構(gòu)成輸出電路的驅(qū)動晶體管交替配置在二維格子狀配置的像素排列的各行間。
圖3是表示由集成電路構(gòu)成圖2所示的CMOS圖像傳感器時(shí)的電路配置的平面圖。在該圖中與圖2對應(yīng)的部分用相同的標(biāo)號表示。
如圖所示，在二維格子狀配置的多個光電二極管之中、第1行的光電二極管列PD11～PD14和第2行的光電二極管列PD21～PD24之間，柵極控制線TG1、TG2在行方向上平行布線，在這些柵極控制線TG1、TG2之間，浮動結(jié)FJ11～FJ14每列配置一個。再有，在該圖中，將由柵極控制線TG1、TG2驅(qū)動的柵極對、例如TG11、TG21等省略。
此外，在第2行的光電二極管列PD21～PD24和第3行的光電二極管列PD31～PD34之間，構(gòu)成輸出電路的驅(qū)動晶體管D11及地址晶體管AD11每列排列一組。在第2行的光電二極管列PD21～PD24和第3行的光電二極管列PD31～PD34之間，地址布線ADD1和復(fù)位漏極電壓RD在行方向上延長布線。
其次，在第3行的光電二極管列PD31～PD34和第4行的光電二極管列PD41～PD44之間，柵極控制線TG3、TG4在行方向上平行布線，在這些柵極控制線TG3、TG4之間，浮動結(jié)FJ11’～FJ14’每列配置一個。這里也將由柵極控制線TG3、TG4驅(qū)動的柵極對、例如TG31、TG41等省略。
而且，在第4行的光電二極管列PD41～PD44和第5行的光電二極管列PD51～PD54之間，構(gòu)成輸出電路的RS晶體管RS11每列排列一個。以下在列方向上重復(fù)這樣的結(jié)構(gòu)。
即，在該實(shí)施例的CMOS圖像傳感器中，二維格子狀配置的多個光電二極管中，在列方向排列的像素間，由兩個讀出柵極和一個浮動結(jié)構(gòu)成的讀出部、由地址晶體管和驅(qū)動晶體管構(gòu)成的放大器部、或由復(fù)位晶體管構(gòu)成的復(fù)位部的任一個被依次重復(fù)配置。
這里，地址晶體管(例如AD11)和復(fù)位晶體管(例如RS11)的各柵電極從地址布線(例如ADD1)或復(fù)位布線(例如RS1)直接延長形成就可以。
上述讀出部、放大器部或復(fù)位部的列方向的寬度可按大致相同的程度形成，并且行方向的它們的長度可以與光電二極管像素的水平方向的長度和水平方向的元件分離寬度之和相等或比其小。
此外，在該實(shí)施例中，水平方向的光電二極管間的元件分離區(qū)不是以往廣泛采用的厚氧化膜的元件分離，而是由離子注入形成的雜質(zhì)區(qū)就可以。再有，有關(guān)垂直方向的光電二極管間隙部，在配置了構(gòu)成輸出電路的地址晶體管(例如AD11)及復(fù)位晶體管(例如RS11)的各柵電極的間隙部中，采用以往廣泛使用的厚氧化膜的元件分離，除此以外的間隙部、即有關(guān)配置了由兩個讀出柵極和一個浮動結(jié)構(gòu)成的讀出部的間隙部，由離子注入形成的雜質(zhì)區(qū)形成就可以。
圖6是表示光電二極管間的元件分離區(qū)的圖，圖6(A)是沿點(diǎn)劃線A-A’剖斷圖3的布線圖形的剖面圖，圖6(B)是沿點(diǎn)劃線B-B’剖斷圖3的布線圖形的剖面圖。在這些圖中，對與圖3的結(jié)構(gòu)元件對應(yīng)的結(jié)構(gòu)元件附加相同的標(biāo)號。
在圖6(A)中，光電二極管PD21、PD31間隙部中有輸出電路的地址晶體管部分的漏區(qū)(圖中RD)，在該漏區(qū)RD和光電二極管PD21、PD31間有元件分離區(qū)STI。STI是Shallow-Trench-Isolation的縮寫，是在半導(dǎo)體襯底中挖掘溝狀的孔，在其中插入氧化硅膜那樣的絕緣物的元件分離結(jié)構(gòu)。通常的半導(dǎo)體元件的元件分離方法，通過選擇氧化來進(jìn)行元件分離是眾所周知的，但隨著元件的微細(xì)，要求縮小元件分離寬度，此時(shí)基于STI方式的元件分離變?yōu)槠胀ǖ?。在圖中，地址柵極布線ADD1和復(fù)位布線RS1用作晶體管的柵極，被施加高電位。因此，如果漏區(qū)和光電二極管間的元件分離區(qū)用薄氧化膜形成，則施加高電位時(shí)在元件分離區(qū)中形成溝道，積蓄在光電二極管中的信號電荷泄漏到被保持高電位的漏區(qū)，使飽和電荷量減少。因此，在輸出電路和光電二極管間需要采用厚氧化膜的元件分離區(qū)。如果用厚氧化膜形成元件分離區(qū)，則地址柵極和復(fù)位柵極與襯底的靜電容量減少，還具有提高高速驅(qū)動余裕的優(yōu)點(diǎn)。但是，為了形成厚氧化膜而進(jìn)行在襯底上掘孔的加工，因而在半導(dǎo)體襯底上會導(dǎo)入加工變形。在要求圖像傳感器那樣的定時(shí)驅(qū)動的器件中，這種加工變形使圖像質(zhì)量大幅度地惡化。為了避免變形，通常在STI端部和光電二極管間開出縫隙，插入導(dǎo)電型與光電二極管相反的雜質(zhì)，并努力使自光電二極管的耗盡層不延長到STI的加工變形區(qū)。
在該圖中，在光電二極管PD11、PD21的間隙部、或光電二極管PD31、PD41的間隙部中，設(shè)置有形成讀出柵極部的柵極布線TG1、TG2或TG3、TG4，分別與浮動結(jié)FJ11、FJ11’相對設(shè)置。TG1～TG4為讀出部分，所以如圖6(A)所示，在半導(dǎo)體襯底上間隔著薄氧化膜形成。
另一方面，如圖6(B)所示，在水平方向的光電二極管間，例如光電二極管PD12、PD13或光電二極管PD13、PD14的間隙部中沒有輸出電路，所以這些光電二極管的橫方向的元件分離不需要厚氧化膜，通過離子注入法來注入具有與光電二極管的導(dǎo)電型相反的導(dǎo)電型的雜質(zhì)，形成元件分離區(qū)(Channel Stop)就可以。其理由在于，光電二極管的電位阱比輸出電路的漏極電壓低，只不過在元件分離區(qū)上不存在柵電極，在被厚絕緣膜隔開的部分形成信號布線(SIG3、SIG4)。用這種離子注入法形成的雜質(zhì)區(qū)容易消除以熱退火進(jìn)行離子注入造成的損傷。因此，可以與光電二極管相鄰形成，不需要在STI結(jié)構(gòu)中必需的縫隙部分。由此，達(dá)到以往的0.6μm左右的元件分離寬度的一半0.3μm左右即可，所以能夠提高橫方向的集成度，在傳感器整體的高集成化方面是有效的。
再有，該實(shí)施例的動作與圖1所示的實(shí)施例大體上相同，所以省略其說明。
再有，上述說明是一個單元四個像素結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，但本發(fā)明即使是一個單元二個像素、一個單元六個像素、一個單元八個像素也同樣能夠?qū)嵤?br> 圖4表示一個單元八個像素結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器的實(shí)施例。在該實(shí)施例中，對與圖1的結(jié)構(gòu)元件對應(yīng)的元件附加相同的標(biāo)號。在該實(shí)施例中，行方向(水平方向)和列方向(垂直方向)上以預(yù)定的重復(fù)間距Ph、Pv設(shè)置二維格子狀配置的多個光電二極管PD11、PD12、…、PD21、PD22、…。在這樣二維格子狀配置的多個光電二極管中，在列(垂直)方向的像素對間隙部中配置多個輸出電路OUT11～OUT14、…、OUT21～OUT24。這些輸出電路與光電二極管同樣地被二維格子狀地排列，但其水平方向的間距與光電二極管的水平方向的間距Ph相同，而垂直方向的間距為光電二極管的垂直方向間距Pv的8倍長度、即8Pv。這樣排列的各輸出電路讀出在列方向上排列的8個光電二極管中積蓄的信號電荷。輸出電路OUT11～OUT14、OUT21～OUT24對于列方向排列的8個光電二極管各配置一個。即，輸出電路OUT11～OUT14在二維格子狀配置的光電二極管中，被配置在第4行和第5行的光電二極管排列之間。而輸出電路OUT21～OUT24被配置在第12行和第13行的光電二極管排列之間。
各輸出電路OUT11～OUT14、OUT21～OUT24讀出在列方向上排列的8個光電二極管中積蓄的信號電荷。有關(guān)它的讀出動作，由于與圖1的情況相同，所以省略說明。
圖5表示一個單元八個像素結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器的另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，除了圖4的CMOS圖像傳感器中的輸出電路OUT11～OUT14、…、OUT21～OUT24的電路結(jié)構(gòu)和配置有所不同以外，由于是大致相同的電路結(jié)構(gòu)，所以對與圖4的結(jié)構(gòu)元件對應(yīng)的結(jié)構(gòu)元件附加相同的標(biāo)號，并省略詳細(xì)的說明。該實(shí)施例中的輸出電路OUT11～OUT14、OUT21～OUT24的各電路結(jié)構(gòu)具有與圖2所示的實(shí)施例大致相同的結(jié)構(gòu)。因此，在對應(yīng)的結(jié)構(gòu)元件上附加相同的標(biāo)號，并同樣省略詳細(xì)的說明。
在該實(shí)施例中，輸出電路OUT11～OUT13、…、OUT21～OUT23對于在列方向排列的8個光電二極管各配置一個。即，輸出電路OUT11～OUT14在二維格子狀配置的光電二極管中，被配置在第4行和第5行的光電二極管排列之間。而輸出電路OUT21～OUT24被配置在第12行和第13行的光電二極管排列之間。
此外，構(gòu)成各輸出電路的驅(qū)動晶體管D11及地址晶體管AD11、RS晶體管RS11分為二維格子狀配置的像素排列中的不同兩行來配置。即，構(gòu)成這些輸出電路的驅(qū)動晶體管在二維格子狀配置的像素排列中，被配置在與配置了讀出柵極對TG11、TG21及TG31、TG41的行不同的兩行上。因此，在該實(shí)施例中，讀出柵極對和構(gòu)成輸出電路的驅(qū)動晶體管被交替配置在二維格子狀配置的像素排列的各行間。有關(guān)它的讀出動作，由于與圖2的實(shí)施例的情況大致相同，所以省略說明。
在圖2和圖5的實(shí)施例中，復(fù)位漏極布線RD按每個像素列來形成，但水平方向上相鄰的兩條復(fù)位漏極布線RD也可以除去其中一條而共用剩余的布線。例如，也可以將圖2的輸出電路OUT11、OUT12的復(fù)位晶體管RS11、RS12的漏極共用地連接到一個復(fù)位漏極布線RD，由兩個復(fù)位晶體管RS11、RS12共用一條復(fù)位漏極布線RD。這種情況下，通過將輸出電路OUT11、OUT12的地址晶體管AD11、AD12的漏極同樣連接到一個復(fù)位漏極布線(RD)，也可以由兩個地址晶體管AD11、AD12來共用一條復(fù)位漏極布線RD。此時(shí)，例如圖2的輸出電路OUT11、OUT12的地址晶體管AD11、AD12、驅(qū)動晶體管D11、D12對于相互共用的漏極布線(RDO，被相互配置在線對象(鏡反轉(zhuǎn))的位置上(未圖示)。
在圖1或圖4所示的實(shí)施例中，輸出電路在垂直方向上排列的像素(光電二極管)之間被插入在任意行，所以像素的垂直方向的間距不是始終固定。這種像素排列的不規(guī)則性可通過將用于提高各像素的聚光率而通常形成的微透鏡位置稍稍錯開配置，并錯開構(gòu)成像素的光電二極管所對應(yīng)的開口部的聚光位置來進(jìn)行修正。此外，通過位于微透鏡和像素的光電二極管之間，形成用于進(jìn)行光路變更的層內(nèi)透鏡，可進(jìn)一步進(jìn)行修正。
圖7是表示使用了用于修正像素排列不規(guī)則性的微透鏡和層內(nèi)透鏡的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的局部剖面圖。該圖例如是包括了圖1的輸出電路OUT11及其列方向(垂直)的兩側(cè)光電二極管PD11、PD21、PD31、PD41的部分的剖面圖。在半導(dǎo)體襯底11的表面，形成與像素對應(yīng)的光電二極管PD11、PD21、PD31、PD41，在其上部設(shè)置遮光膜層12，遮光膜層12形成用于將光入射到各光電二極管的開口部12a。在該遮光膜層12的上部，形成被分別形成在與遮光膜層12的開口部12a對應(yīng)的位置的層內(nèi)透鏡13。這種層內(nèi)透鏡13例如由折射率比抗蝕劑大的氮化膜形成。在該層內(nèi)透鏡13的上部，形成濾色層14。這種濾色層14是對每個像素例如選擇可透射紅、綠、藍(lán)那樣的光的波長的濾光器。在這種濾色層14的上面，與像素對應(yīng)的微透鏡15大致等間隔地排列。這種微透鏡15例如由丙烯類樹脂形成。
在這樣構(gòu)成的圖像傳感器中，將對應(yīng)于像素設(shè)置的微透鏡15大致等間隔排列。與此相對，層內(nèi)透鏡13在光電二極管上大致等間隔排列，而在輸出電路OUT13上狹窄，因而通過層內(nèi)透鏡13來變更由微透鏡15聚光的光的光路，導(dǎo)向在遮光膜層12中形成的開口部12a。由此，可以對像素排列的不規(guī)則性進(jìn)行修正。
在本發(fā)明中，水平方向的結(jié)構(gòu)元件是光電二極管和元件分離區(qū)，盡管布線通過元件分離區(qū)上，但可以用金屬布線并且這些金屬布線被用于光屏蔽。這里，金屬布線例如是RD電源布線，也可以兼用光屏蔽膜。
此外，對于垂直方向的間距，如上述那樣像素間隙部的結(jié)構(gòu)可以由兩個讀出柵極和一個浮動結(jié)構(gòu)成的讀出部分、或地址晶體管和驅(qū)動晶體管構(gòu)成的放大器部分、或復(fù)位晶體管構(gòu)成的復(fù)位部分中的任一個構(gòu)成，它們的寬度可以大致相同。這樣的列(垂直)方向的像素間的間隙部的有效使用能夠促進(jìn)高集成化。特別是應(yīng)用于數(shù)字照相機(jī)和帶有照相機(jī)的攜帶電話機(jī)時(shí)，需要將多個像素正方格子狀地配置。因此，像素的開口部的尺寸需要盡力等間隔。從這樣的觀點(diǎn)來看，上述本發(fā)明的實(shí)施例涉及的高集成化在像素單元的布局方面也是有利的。
而且，在水平方向上沒有輸出電路，所以水平方向的開口擴(kuò)寬，開口為橫長狀。這種開口與CMOS區(qū)域傳感器(area sensor)或CCD區(qū)域傳感器的縱長狀的像素開口相比，可以實(shí)現(xiàn)不易受到黑斑影響的傳感器。此外，采用離子注入的元件分離形成方法，如用CCD區(qū)域傳感器證實(shí)的那樣，與用厚氧化膜形成相比，可以抑制在半導(dǎo)體中產(chǎn)生結(jié)晶缺陷，可以抑制結(jié)泄漏引起的損傷，可以期待提高圖像質(zhì)量。
圖2所示的本發(fā)明的實(shí)施例中，在列(垂直)方向的像素間，沿著水平方向分別布線兩條讀出柵極布線(例如TG1、TG2)、或一條RS布線(RS)，或一條地址布線(ADD)。例如，一對讀出柵極TG1、TG2的源極部連接到光電二極管PD11、PD12，它們的漏極與FJ11共用，所以柵極布線即使為兩條也不需要將列(垂直)方向的像素間擴(kuò)大。另一方面，在RS晶體管RS11部，源極是連結(jié)到浮動結(jié)FJ11、FJ11’的擴(kuò)散層部分(未圖示)，漏極是與RD布線(RD)連結(jié)的漏極部(未圖示)，需要將這些部分形成在像素間。因此，由于用一條布線就可以，所以同樣不需要將列(垂直)方向的像素間擴(kuò)大。同樣地，即使是將地址晶體管AD11部、驅(qū)動晶體管D11形成在光電二極管像素間PD21、PD31上的情況，由于僅通過地址布線就可以，所以同樣不需要將列(垂直)方向的像素間擴(kuò)大。
在上述本發(fā)明的實(shí)施例的說明中，作為輸出電路，說明了由驅(qū)動晶體管、地址晶體管、復(fù)位晶體管三個晶體管構(gòu)成的例子，但本發(fā)明例如也可以利用在‘視頻信息介質(zhì)學(xué)會技術(shù)報(bào)告(映像情報(bào)メディァ學(xué)會技術(shù)報(bào)告)Vol.28、No.23、P.35～38、2004年3月’中公知的通過改變復(fù)位漏極電位省略地址晶體管的輸出電路。
權(quán)利要求
1.一種CMOS圖像傳感器，其特征在于包括多個光電變換元件，由多個行和列組成，排列成格子狀；多個浮動結(jié)，被排列在這些光電變換元件中排列成相鄰兩行的光電變換元件間，被連接成傳輸它們的輸出信號；輸出電路，被連接到這些多個浮動結(jié)之中列方向上相鄰的多個浮動結(jié)上，共同讀出被傳輸?shù)竭@些浮動結(jié)中的所述光電變換元件的輸出信號；以及輸出信號線，被布線在所述各列上，以便被供給所述輸出電路的輸出；所述輸出電路配置在所述列方向上相鄰的光電變換元件對之間。
2.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述多對光電變換元件通過傳輸柵極晶體管分別連接到所述多個浮動結(jié)，所述輸出電路包括串聯(lián)連接在輸出信號線和復(fù)位漏極之間的驅(qū)動晶體管及地址晶體管、以及連接在所述浮動結(jié)和所述復(fù)位漏極之間的復(fù)位晶體管，所述驅(qū)動晶體管和地址晶體管及所述復(fù)位晶體管，分散配置在列方向上相鄰的光電變換元件對的多個間隙部。
3.如權(quán)利要求2所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，在所述第1和第2光電變換元件對中設(shè)置的傳輸柵極晶體管，通過所述行方向上布線的柵極布線而被傳輸控制。
4.如權(quán)利要求3所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，地址布線與所述行方向上排列的驅(qū)動晶體管和地址晶體管相鄰并形成在行方向上，此外，復(fù)位布線與所述復(fù)位晶體管相鄰并形成在行方向上。
5.如權(quán)利要求4所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述復(fù)位晶體管連接到與每個所述行或列對應(yīng)布線的多條復(fù)位漏極電壓線之一，所述驅(qū)動晶體管連接到與所述各列對應(yīng)布線的多條信號輸出線之一。
6.如權(quán)利要求5所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述復(fù)位晶體管的柵電極連接到布線在每個所述行上的多條復(fù)位線之一，所述地址晶體管的柵電極連接到布線在每個所述行上的多條地址線之
7.如權(quán)利要求6所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述地址晶體管和所述驅(qū)動晶體管串聯(lián)連接在所述復(fù)位漏極電壓線和所述信號輸出線之間。
8.如權(quán)利要求7所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述多個光電變換元件分別為光電二極管。
9.如權(quán)利要求8所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述各輸出電路為了讀出所述列方向上排列的多個光電二極管中積蓄的信號電荷而被共用。
10.如權(quán)利要求9所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述行方向上排列的光電變換元件間的元件分離，通過由離子注入形成的雜質(zhì)區(qū)來進(jìn)行。
11.如權(quán)利要求10所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，在形成所述浮動結(jié)的列方向上排列的光電變換元件間的元件分離，通過由離子注入形成的雜質(zhì)區(qū)來進(jìn)行。
12.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述多對光電變換元件通過傳輸柵極晶體管分別連接到所述多個浮動結(jié)，所述輸出電路包括串聯(lián)連接在輸出信號線和復(fù)位漏極之間的驅(qū)動晶體管和地址晶體管、以及連接在所述浮動結(jié)和所述復(fù)位漏極之間的復(fù)位晶體管，所述驅(qū)動晶體管和地址晶體管及所述復(fù)位晶體管配置在列方向上相鄰的一對光電變換元件對的間隙部。
13.如權(quán)利要求12所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，在所述第1和第2光電變換元件對中設(shè)置的傳輸柵極晶體管，通過所述行方向上布線的柵極布線進(jìn)行傳輸控制。
14.如權(quán)利要求13所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，地址布線與所述行方向上排列的驅(qū)動晶體管和地址晶體管相鄰并形成在行方向上，此外，復(fù)位布線與所述復(fù)位晶體管相鄰并形成在行方向上。
15.如權(quán)利要求14所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述復(fù)位晶體管連接到與每個所述行或列對應(yīng)布線的多條復(fù)位漏極電壓線之一，所述驅(qū)動晶體管連接到與所述各列對應(yīng)布線的多條信號輸出線之一。
16.如權(quán)利要求15所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述復(fù)位晶體管的柵電極連接到每個所述行上布線的多條復(fù)位線之一，所述地址晶體管的柵電極連接到每個所述行上布線的多條地址線之一。
17.如權(quán)利要求16所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述地址晶體管和所述驅(qū)動晶體管串聯(lián)連接在所述復(fù)位漏極電壓線和所述信號輸出線之間。
18.如權(quán)利要求17所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述多個光電變換元件分別是光電二極管。
19.如權(quán)利要求18所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述輸出電路配置在列方向上相鄰的光電二極管之間。
20.如權(quán)利要求19所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，用微透鏡和層內(nèi)透鏡來修正所述像素排列的不規(guī)則性。
全文摘要
本發(fā)明提供一種CMOS圖像傳感器，具有在垂直方向和水平方向上以預(yù)定間距二維配置的多個像素PD、以及讀出來自該像素PD的輸出信號的多個輸出電路OUT，這些輸出電路OUT配置在列(垂直)方向上排列的PD像素對間。各輸出電路OUT將列方向上排列的多個像素PD組成的像素的積蓄信號共同讀出并輸出到信號輸出線。通過這樣的結(jié)構(gòu)，可以提高二維格子狀地排列的像素的水平方向的集成度。
文檔編號H04N5/369GK1731585SQ20051009105
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月5日
發(fā)明者關(guān)根弘一 申請人:株式會社東芝