專利名稱：固態(tài)成像器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及固態(tài)成像器件，尤其涉及例如包括用于各個像素的放大元件的互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器的固態(tài)成像器件。
背景技術(shù)：
固態(tài)成像器件需要大量以二維陣列形式布置在像素陣列區(qū)域中的像素。例如，在眾所周知的CMOS圖像傳感器中，像素的每一元件被設(shè)置在阱中，阱被電固定于像素陣列區(qū)域的外圍。
圖12是示出單位像素100的布置的一個例子的電路圖。如圖12所示，單位像素100包括一個光電轉(zhuǎn)換部分101，一個傳輸晶體管102，一個放大晶體管103，一個復位晶體管104和一個選擇晶體管105。光電轉(zhuǎn)換部分101的陽極接地。光電轉(zhuǎn)換部分101把入射光光電轉(zhuǎn)換為與被積聚的入射光的量對應(yīng)的電子(或帶正電的空穴)電荷。傳輸晶體管102的源極與光電轉(zhuǎn)換部分101的陰極連接，傳輸晶體管102的柵極與傳輸信號線106連接。而且，傳輸晶體管102的漏極與放大晶體管103的柵輸入端107連接。當傳輸信號線106的電勢變?yōu)殡娫淳€108的電勢(在下文中稱為“H”電平)時，傳輸晶體管102把積聚在光電轉(zhuǎn)化部分101中的電荷傳輸?shù)椒糯缶w管103的柵輸入端107。
放大晶體管103的柵極與柵輸入端107連接，放大晶體管103的漏極與電源線108連接。而且，放大晶體管103的源極與選擇晶體管105的漏極連接。放大晶體管103輸出一個與要由傳輸晶體管102從光電轉(zhuǎn)換部分101傳輸?shù)綎泡斎攵?07再到源極側(cè)的電荷相對應(yīng)的電壓。復位晶體管104的源極與放大晶體管103的柵輸入端107連接，復位晶體管104的漏極與電源線108連接。而且，復位晶體管104的柵極與復位信號線109連接。當復位信號線109的電勢變?yōu)椤癏”電平時，柵輸入端107的電勢被復位為電源線108的電勢，即電源電壓。
選擇晶體管105的漏極與放大晶體管103的源極連接，選擇晶體管105的柵極與選擇信號線110連接。而且，選擇晶體管105的源極與像素輸出線111連接。當選擇信號線110的電勢變?yōu)椤癏”電平時，選擇晶體管105導通并使放大晶體管103的源極和像素輸出線111之間連通。各行像素與像素輸出線111并聯(lián)連接。連接在像素輸出線111的一端的晶體管112的柵極被偏置電源113偏置在一恒定電壓，晶體管112作為一恒流源工作。當像素的選擇晶體管105導通時，放大晶體管103和恒流晶體管102用作源極跟隨器。因此，將具有不同于放大晶體管103的柵極輸入端107的電勢的預(yù)定電勢電壓輸出至像素輸出線111。
圖13是示出單位像素100的一個像素結(jié)構(gòu)的平面圖形圖。參見圖13，柵電極201被設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換區(qū)(有源區(qū))202和光電轉(zhuǎn)換部分101的有源區(qū)203之間，并構(gòu)成傳輸晶體管102。有源區(qū)203是傳輸晶體管102的漏區(qū)、復位晶體管104的源區(qū)和放大晶體管103的柵輸入端107。柵電極204被設(shè)置在有源區(qū)203和有源區(qū)205之間，并構(gòu)成復位晶體管104。有源區(qū)205是復位晶體管104的漏區(qū)和放大晶體管103的漏區(qū)。
柵電極206被設(shè)置在有源區(qū)205和有源區(qū)207之間，并構(gòu)成放大晶體管103。有源區(qū)207是放大晶體管103的源區(qū)和選擇晶體管105的漏區(qū)。柵電極208被設(shè)置在有源區(qū)207和有源區(qū)209之間，并構(gòu)成選擇晶體管105。有源區(qū)209是選擇晶體管105的源區(qū)，并與為金屬導線的像素輸出線111在接觸部210電連接。
柵電極201、204、206和208例如是多晶硅電極。有源區(qū)203和柵電極206經(jīng)由一金屬導線213在接觸部211和212彼此電連接。有源區(qū)205與電源經(jīng)由一金屬線(未示出)在接觸部214連接。雖然沿行方向延伸的導線，即傳輸信號線106、復位信號線109和選擇信號線110在圖13中沒有說明，但是柵電極201、204和208分別與傳輸信號線106、復位信號線109和選擇信號線110電連接。
雖然在圖13中沒有說明，在上述單位像素100的像素結(jié)構(gòu)中，各個晶體管102、103、104和105的基極連接到P型阱。而且，光電轉(zhuǎn)換部分101具有其中N型摻雜區(qū)被形成于其上的P型摻雜區(qū)和P型阱覆蓋的結(jié)構(gòu)。該P型區(qū)具有相同的電勢并為地電平。用于把P型阱固定于地電平的阱接觸部和地線被設(shè)置在像素陣列區(qū)域的外圍。這是因為雖然阱接觸部通常被設(shè)置在每個晶體管附近，但是為了大幅減小像素的尺寸而不將阱接觸部設(shè)置在像素陣列區(qū)域內(nèi)部。
然而，對于其中僅將阱接觸部設(shè)置在像素陣列區(qū)域的外圍的結(jié)構(gòu)來說，如果像素數(shù)目的增加增大了像素陣列區(qū)域的P型阱的尺寸，將會難于把P型阱的中間部分固定在地電勢。因此，會產(chǎn)生下述問題。
·晶體管在像素陣列區(qū)域的中心和外圍之間具有不同的閾值。
·由于其中N型雜質(zhì)區(qū)被P型雜質(zhì)區(qū)覆蓋的類型的光電轉(zhuǎn)換部分在像素陣列區(qū)域的中心和外圍之間展現(xiàn)出P型雜質(zhì)區(qū)的不同電勢電平，因此在像素陣列區(qū)域的中心和外圍之間的差異還出現(xiàn)在飽和電平方面。
·當驅(qū)動各像素時，由于摻雜層和阱的耦合電容，連接到像素輸出線的摻雜層電勢的變化和被驅(qū)動的像素中的變化會引起阱自身電勢的變化。因此，當所有像素同時被驅(qū)動時或當像素數(shù)目很大時，取決于耦合電容的阱電勢的變化在阱電勢電壓很弱的像素陣列區(qū)域的中心附近部分是不可忽略的。
為了更穩(wěn)定地電固定阱電勢并解決上述問題，已經(jīng)提出了一種能夠使阱與每一像素接觸的固態(tài)成像器件(例如參見日本未審專利申請公開號No.2001-332714)。圖14是示出每一像素的阱接觸部分的像素結(jié)構(gòu)的平面圖形圖。在圖14中，與圖13中相同的部件用相同的附圖標記表示。
如圖14所示，切掉作為單位像素100的光電轉(zhuǎn)換區(qū)的有源區(qū)202的部分，以確保有源區(qū)221獲得阱接觸。作為阱接觸部分的有源區(qū)221與提供地電勢并沿垂直方向(附圖中的縱向方向)延伸的金屬線222在接觸部分223處電連接。其它部件與圖13中的相似。
圖1 5是沿圖14中的線XV-XV的截面圖。在圖15中，與圖14中等價的部件使用相同的附圖標記表示。在圖15所示的例子中，P型阱302被設(shè)置在N型襯底301中，像素的光電轉(zhuǎn)換部分101和晶體管102-105被設(shè)置在P型阱302中。N型區(qū)域303是一有源區(qū)(圖14中的有源區(qū)203)，與放大晶體管103的柵電極206經(jīng)由金屬線213在接觸部分211連接。
有源區(qū)202包括N型雜質(zhì)區(qū)304、N型雜質(zhì)區(qū)304表面附近的P+區(qū)305、和N型雜質(zhì)區(qū)304外圍的P型阱302。P+區(qū)306經(jīng)摻雜區(qū)再經(jīng)接觸部分223與金屬線222連接，并經(jīng)金屬線222把P型阱302的電勢固定為地電勢。元件分隔區(qū)307被設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換部分、晶體管和阱接觸部分(有源區(qū))221之間從而使各元件彼此之間電分離。
然而，如上所述，為了提供能夠獲得阱與各個像素接觸而不改變像素尺寸的有源區(qū)221和元件分離區(qū)307，必須減小用作光電轉(zhuǎn)換部分和晶體管的有源區(qū)的尺寸。因此，像素的特性，特別是飽和電平和靈敏度由于有源區(qū)尺寸的減小而被減小。與此相反，如果提供不改變有源區(qū)尺寸的有源區(qū)221和元件分離區(qū)307，則由于有源區(qū)尺寸而使像素的尺寸增加。
雖然上面描述了一種具有其中P型阱302被設(shè)置在N型襯底301中并且各元件被設(shè)置在P型阱302中的布置的固態(tài)成像器件，然而在具有相反導電類型雜質(zhì)的固態(tài)成像器件中也會產(chǎn)生類似的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠最小化像素尺寸的增大并抑制由于阱電勢變化引起的輸出信號暗影的固態(tài)成像器件。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，固態(tài)成像器件包括含有以二維陣列形式布置在阱中的像素的像素陣列區(qū)域，其中各個像素包括含有有源區(qū)的光電轉(zhuǎn)換部分；用于讀取被光電轉(zhuǎn)換部分光電轉(zhuǎn)換的信號的讀取部分；和用于放大被讀取部分讀取的信號的放大部分。固態(tài)成像器件還包括設(shè)置于相應(yīng)像素的光電轉(zhuǎn)換部分的有源區(qū)中的各個阱電勢固定部件，阱電勢固定部件將各個阱固定于預(yù)定電勢。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，固態(tài)成像器件包括含有以二維陣列形式布置在阱中的像素的像素陣列區(qū)域，其中各個像素包括光電轉(zhuǎn)換部分；用于讀取被光電轉(zhuǎn)換部分光電轉(zhuǎn)換的信號的讀取部分；和用于放大被讀取部分讀取的信號的放大部分。固態(tài)成像器件還包括為像素陣列區(qū)域中多個像素提供的各個阱電勢固定部件，阱電勢固定部件將各個阱固定于預(yù)定電勢。
術(shù)語“將各個阱固定于預(yù)定電勢”不僅表示各個阱一直被保持在預(yù)定電勢，而且表示當各個阱的電勢發(fā)生變化時，電勢能夠返回并被保持在預(yù)定電勢。


圖1是示意性給出根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的布置的框圖；圖2是示出單位像素布置的一個例子的電路圖；
圖3是示出根據(jù)第一實施例的像素結(jié)構(gòu)的平面圖形圖；圖4是示出沿圖3的線IV-IV的截面圖；圖5是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第二個實施例中第一個例子的像素陣列區(qū)域的布置的平面圖；圖6是示出傳感器芯片和信號處理芯片之間的關(guān)系的方塊圖；圖7圖解說明輸出電平與單位單元中各個像素的光量的關(guān)系；圖8是示意性示出根據(jù)第二個實施例中第二個例子的像素陣列區(qū)域的布置的平面圖；圖9是示意性示出根據(jù)第二個實施例中第三個例子的像素陣列區(qū)域的布置的平面圖；圖10圖解說明其中提供阱接觸部件的像素的信號的插值；圖11圖解說明一種模塊類型固態(tài)成像器件；圖12是示出已知的單位像素的布置的電路圖；圖13是示出已知的單位像素結(jié)構(gòu)的平面圖形圖；圖14是示出已知的為各個像素提供有阱接觸部件的像素結(jié)構(gòu)的平面圖形圖；和圖15是沿圖14中的線XV-XV的截面圖。
具體實施例方式
將參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。
圖1是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像器件(例如CMOS圖像傳感器)的布置的框圖。參見圖1，將像素陣列區(qū)域11、垂直驅(qū)動電路12、快門驅(qū)動電路13、相關(guān)復式取樣(CDS)電路14、水平驅(qū)動電路15、自動增益控制(AGC)電路16、模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換電路17、定時發(fā)生器18等集成在襯底(芯片)19上。在下文中，把包括安裝在芯片19之上的像素陣列區(qū)域11和外圍驅(qū)動電路12-18的半導體芯片稱作傳感器芯片10。
像素陣列區(qū)域11包括以二維形式布置的像素。每個像素包括一個或多個光電轉(zhuǎn)換部分。將用于輸出像素信號的像素輸出線和用于驅(qū)動像素的各個控制線路布置成與像素的布置一致。每個像素包括至少一個用于光電轉(zhuǎn)換被積聚的入射光的光電轉(zhuǎn)換部分、一個用于把信號電荷從光電轉(zhuǎn)換部分讀取到浮置摻雜區(qū)的的讀取部分、一個用于復位浮置摻雜區(qū)的復位部分和一個用于放大被讀取到浮置摻雜區(qū)的信號電荷的放大部分。下面將詳細說明這種類型的像素電路的一個具體例子。
垂直驅(qū)動電路12對像素陣列區(qū)域11提供一個掃描信號，該掃描信號用于從像素中選擇要被讀取的一行?？扉T驅(qū)動電路13，類似于垂直驅(qū)動電路12，選擇一行像素?？扉T驅(qū)動電路13調(diào)整關(guān)于垂直驅(qū)動電路12的驅(qū)動間隔，從而可調(diào)整光電轉(zhuǎn)換部分的曝光時間(積聚時間)。為像素陣列區(qū)域11的一列或多列像素設(shè)置CDS電路14，并從垂直驅(qū)動電路12所選擇的行中讀取CDS處理信號。尤其，CDS電路14接收來自各個像素的復位電平和信號電平并獲得復位電平和信號電平之間的差，從而可消除每個像素的固定圖形噪聲。
在CDS電路14進行CDS處理之后，水平驅(qū)動電路15繼續(xù)選擇用于各列的存儲信號。AGC電路16以適當增益放大由水平驅(qū)動電路15所選擇的列中的信號。A/D轉(zhuǎn)換電路17將由AGC電路16放大的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并將數(shù)字信號輸出到芯片19外部。定時發(fā)生器18產(chǎn)生各種定時信號并驅(qū)動垂直驅(qū)動電路12、快門驅(qū)動電路13、CDS電路14、水平驅(qū)動電路15、AGC電路16和A/轉(zhuǎn)換電路17。
上面描述的布置僅僅是CMOS圖像傳感器的一個例子。本發(fā)明不局限于此。換句話說，A/D轉(zhuǎn)換電路17不必布置在傳感器芯片10內(nèi)?？梢詾槊恳幌袼亓胁贾肁/D轉(zhuǎn)換電路17?？梢詢H提供一個CDS電路14?？梢蕴峁┒鄠€包括CDS電路14、AGC電路16及類似電路的輸出系統(tǒng)。
圖2是示出單位像素20的布置的一個例子的電路圖。如圖2所示，根據(jù)這個例子的單位像素20包括光電轉(zhuǎn)換部分21和四個晶體管傳輸晶體管22、放大晶體管23、復位晶體管24和選擇晶體管25。傳輸晶體管22、放大晶體管23、復位晶體管24和選擇晶體管25例如是N-MOS晶體管。然而，傳輸晶體管22、放大晶體管23、復位晶體管24和選擇晶體管25可以是P-MOS晶體管，以替代N-MOS晶體管。
光電轉(zhuǎn)換部分21的陽極接地。光電轉(zhuǎn)換部分21把入射光光電轉(zhuǎn)換為相當于積聚的入射光量的電子(或正極性空穴)電荷。傳輸晶體管22的源極與光電轉(zhuǎn)換部分21的陰極連接，傳輸晶體管22的柵極與傳輸信號線26連接。同樣，傳輸晶體管22的漏極與放大晶體管23的柵輸入端27連接。當傳輸信號線26的電勢變?yōu)殡娫淳€28的電勢(在下文中，稱為“H”電平)時，傳輸晶體管22將光電轉(zhuǎn)換部分21中積聚的電荷傳輸至放大晶體管23的柵輸入端27。
放大晶體管23的柵極與柵輸入端27連接，放大晶體管23的漏極與電源線28連接。同樣，放大晶體管23的源極與選擇晶體管25的漏極連接。放大晶體管23輸出一個與被傳輸晶體管22從光電轉(zhuǎn)換部分21傳輸至柵輸入端27的電荷相當?shù)碾妷褐猎礃O側(cè)。復位晶體管24的源極與放大晶體管23的柵輸入端27連接，復位晶體管24的漏極與電源線28連接。同樣，復位晶體管24的柵極與復位信號線29連接。當復位信號線29的電勢變?yōu)椤癏”電平時，柵輸入端27的電勢被復位為電源線28的電勢，即電源電壓。
選擇晶體管25的漏極與放大晶體管23的源極連接，選擇晶體管25的柵極與選擇信號線30連接。同樣，選擇晶體管25的源極與像素輸出線31連接。當選擇信號線30的電勢變?yōu)椤癏”電平時，選擇晶體管25導通并使放大晶體管23的源極與像素輸出線31之間連通。各行的像素并聯(lián)連接至像素輸出線31。像素輸出線31的一端連接至CDS電路14。像素輸出線31的另一端連接至晶體管32。晶體管32的柵極被偏置電壓源33偏置在一恒定電壓，并且晶體管32作為一恒流源工作。
在具有上述布置的單位像素20中，當像素的選擇晶體管25導通時，放大晶體管23和恒流晶體管32作為一源極跟隨器。因此，將與放大晶體管23的柵輸入端27的電勢具有預(yù)定電勢差的電壓輸出到像素輸出線31。
第一實施例根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，在固態(tài)成像器件、例如具有如圖1所示的布置的CMOS圖像傳感器中，通過使像素陣列區(qū)域11中每一像素的光電轉(zhuǎn)換部分的有源區(qū)獲得阱接觸，單位像素尺寸(像素的大小)的增長被最小化以及由阱電勢的變化引起的輸出信號的暗影被抑制。
圖3是示出根據(jù)第一實施例的像素結(jié)構(gòu)的平面圖形圖。在圖3中，與圖2中等價的部件用相同的附圖標記表示。
參照圖3，柵電極41被設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換部分21的光電轉(zhuǎn)換區(qū)域(有源區(qū))42和有源區(qū)43之間，并構(gòu)成傳輸晶體管22。有源區(qū)43是傳輸晶體管22的漏區(qū)、復位晶體管24的源區(qū)和放大晶體管23的柵輸入端27。柵電極44被設(shè)置在有源區(qū)43和有源區(qū)45之間，并構(gòu)成復位晶體管24。有源區(qū)45是復位晶體管24的漏區(qū)和放大晶體管23的漏區(qū)。
柵電極46被設(shè)置在有源區(qū)45和有源區(qū)47之間，并構(gòu)成放大晶體管23。有源區(qū)47是放大晶體管43的源區(qū)和選擇晶體管25的漏區(qū)。柵電極48被設(shè)置在有源區(qū)47和有源區(qū)49之間，并構(gòu)成選擇晶體管25。有源區(qū)49是選擇晶體管25的源區(qū)、并在接觸部分50處被電連接到為金屬線的像素輸出線31。
柵電極41、44、46和48例如是多晶硅電極。有源區(qū)43和柵電極46經(jīng)由金屬線53在接觸部分51和52處彼此電連接。有源區(qū)45經(jīng)由一金屬線(未示出)在接觸部分54處被連接到電源。雖然沿行方向(圖中的橫向方向)延伸的導線，即，傳輸信號線26、復位信號線29和選擇信號線30在圖3中沒有說明，但是柵電極41、44和48分別被電連接至傳輸信號線26、復位信號線29和選擇信號線30。
采用上述根據(jù)第一實施例的像素結(jié)構(gòu)，光電轉(zhuǎn)換部分21的有源區(qū)42(即光電轉(zhuǎn)換區(qū)域)的直角拐角部分被平滑切斷，切斷區(qū)域用作阱接觸部分55。換句話說，光電轉(zhuǎn)換部分21的有源區(qū)42(即光電轉(zhuǎn)換區(qū)域)和阱接觸部分55形成在同一有源區(qū)42中。阱接觸部分55電連接至提供預(yù)定電勢(例如地電勢)并在接觸部分57處沿垂直方向(圖中的縱向方向)延伸的金屬線56，并作為電勢固定部分。
圖4是沿圖3中的線IV-IV的截面圖。在圖4中，與圖3中等價的部分用相同的附圖標記表示。在圖4所示的例子中，P型阱62被設(shè)置在N型襯底61中，像素的光電轉(zhuǎn)換部分21和晶體管22至24被設(shè)置在P型阱62中。N型區(qū)63是經(jīng)由金屬線53在接觸部分51處連接到放大晶體管23的柵電極46的有源區(qū)(圖3中的有源區(qū)43)。
有源區(qū)42包括N型雜質(zhì)區(qū)64、N型雜質(zhì)區(qū)64表面附近的P+區(qū)65、圍繞N型雜質(zhì)區(qū)64的P型阱62。P+區(qū)66以那個順序經(jīng)由摻雜層和接觸部分57被連接到金屬線56，并經(jīng)由金屬線56將P型阱62的電勢固定為地電勢。將比有源區(qū)42表面附近的P+區(qū)65中的密度高的P+雜質(zhì)注入到P+區(qū)66中。這可阻止阱接觸部分55對有源區(qū)42的影響。為硅上局部氧化(LOCOS)、淺溝槽隔離(STI)等的元件分離區(qū)67被設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換部分21和晶體管22至24之間以使各元件彼此電分離。
如上所述，在具有其中通過在光電轉(zhuǎn)換部分21的有源區(qū)42中形成阱接觸部分55、且在阱接觸部分55與光電轉(zhuǎn)換部分21的有源區(qū)42之間不提供元件分離區(qū)域從而使每一像素獲得阱接觸的布置的固態(tài)成像器件中，已知技術(shù)中需要用于元件分離區(qū)的部分能夠用于光電轉(zhuǎn)換部分21的有源區(qū)42。這種布置減小了由于提供阱接觸部分55而對其它元件產(chǎn)生的負擔。
尤其，當為了不改變像素的尺寸而使每一像素獲得阱接觸的目的、在光電轉(zhuǎn)換部分21的有源區(qū)42中形成阱接觸部分55時，從有源區(qū)42縮減的尺寸與已知技術(shù)相比能夠被減小。因此，特性的減小，尤其是像素的飽和電平和靈敏度的減小能夠被最小化。其結(jié)果是，由于P型阱62的電勢被穩(wěn)定地電固定，單位像素尺寸的增大被最小化，并且由阱電勢的變化引起的輸出信號的暗影能被抑制。
雖然第一實施例描述了具有其中在N襯底61中形成P型阱62并在P型阱62中形成各元件的布置的固態(tài)成像器件，但是具有相反導電類型雜質(zhì)的固態(tài)成像器件能夠獲得相同優(yōu)點。
第二實施例根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，在固態(tài)成像器件、例如具有如圖1所示的布置的CMOS圖像傳感器中，通過使多個相鄰像素代替每一像素獲得阱接觸，特性的減小尤其是像素的飽和電平和靈敏度的減小能夠被抑制。下面詳細描述幾個具體例子。
(第一個例子)圖5是示意性示出根據(jù)第二實施例的第一個例子的像素陣列區(qū)域11A的布置的平面圖。這里，為了簡化圖，像素陣列區(qū)域11A具有五行六列的像素布置。
如圖5所示，在根據(jù)第一個例子的像素陣列區(qū)域11A中，多個相鄰像素，例如4個像素、像素20A-20D構(gòu)成單位單元70A。在單位單元70A中不改變每一像素的大小地為像素20A-20D提供阱接觸部分71。特別，像素20A-20D彼此鄰接的直角拐角被平滑地切斷，并在像素20A-20D的中間部分形成阱接觸部分71。同樣，各自為阱接觸部分71提供阱電勢的阱電勢固定線72被以每隔兩列(或每隔兩行)布置，并分別電連接至阱接觸部分71。
對于阱接觸部分71，將用于對每一像素獲得阱接觸的有源區(qū)與光電轉(zhuǎn)換部分的有源區(qū)分離地提供，并可提供元件分離區(qū)以分離這些有源區(qū)，如現(xiàn)有技術(shù)那樣。作為選擇，可以將用于對每一像素獲得阱接觸的有源區(qū)設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換部分的有源區(qū)中，如第一實施例那樣。
如上所述，通過在由多個相鄰像素構(gòu)成的單位單元70A中提供阱接觸部分71而不改變像素尺寸，與其中僅在像素陣列區(qū)域11A外圍附近獲得阱接觸的已知技術(shù)相比，能夠更穩(wěn)定和均勻地固定阱電勢。同樣，由于阱接觸部分71是通過切斷多個像素(這個例子為四個像素)的部分而形成的，由于提供阱接觸部分71而切斷各像素的一部分的尺寸與為每一像素提供阱接觸部分的情況相比被減小。因此，特性的減小尤其是像素的飽和電平和靈敏度的減小可被最小化。
然而，由于為了在像素20A至20D中提供阱接觸部分71而切斷的部分的位置的不同所引起的像素形狀的四種不同模型和阱電勢固定線72的存在使得阱電勢固定線72經(jīng)過的列(或行)的光學特性不同。其結(jié)果是，像素陣列區(qū)域11A中四種不同類型特性的像素的存在需要進行校正，這與通過信號處理系統(tǒng)下游(downstream)根據(jù)每行和列的像素形狀的校正不同。
將詳細描述用于實施校正的信號處理系統(tǒng)。如圖6所示，向其上安置有像素陣列區(qū)域11A和外圍驅(qū)動電路的傳感器芯片10(參見圖1)提供用于執(zhí)行校正的信號處理芯片80。信號處理芯片80向傳感器芯片10提供時鐘和控制信號并驅(qū)動像素陣列區(qū)域11A中的各個像素。下面將描述，信號處理芯片80還利用從傳感器芯片10輸出的信號產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)。
僅將與在各個像素被光電轉(zhuǎn)換的電子數(shù)目相應(yīng)的電平信號以預(yù)定間隔從傳感器芯片10輸出。信號處理芯片80使用紅(R)、綠(G)和藍(B)對輸出信號的布置進行編碼并通過應(yīng)用一個增益使根據(jù)顏色而不同的靈敏度彼此相等從而產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)。同樣，對于傳感器芯片10中顯示異常輸出值的像素來說，信號處理芯片80預(yù)先將特殊像素的地址記錄在包含于信號處理芯片80中的存儲器(未示出)里，讀取并舍棄從特殊像素輸出的信號，平均并加權(quán)由相同顏色過濾的外圍像素信號，從而產(chǎn)生并輸出像素的輸出信號。對于垂直線和水平線來說，信號處理芯片80還將與用于其它行和列不同的增益施加到行和列信號來進行校正。因此，除了能夠產(chǎn)生圖像之外，還能夠獲得校正和插值。
在根據(jù)第一個例子的像素陣列區(qū)域11A中，像素20A至20D雖然以預(yù)定間隔布置，但像素的形狀是彼此不同的。因此，當信號被輸出時，像素特性的差異(例如飽和電平的差異和靈敏度的差異)可能出現(xiàn)在圖像中。另外，取決于阱電勢固定線72的有和無而導致靈敏度的差異(見圖5)。由于飽和電平的差異和靈敏度的差異基于像素的形狀被固定，因此能夠通過預(yù)先知曉差異的校正量并通過根據(jù)校正量調(diào)整由信號處理芯片80下游施加于各個像素信號的增益，來使這些差異被消除。
圖7描述單位單元70A中與各個像素20A至20D的光量相關(guān)的輸出電平。由于阱電勢固定線72的存在，像素20A和20C的靈敏度比像素20B和20D的低。另外，由于像素20A至20D的尺寸彼此相等，像素20A至20D的飽和電平也彼此相等。當觀看圖像時，像素20A和20C與像素20B和20D之間的靈敏度的差異作為列之間的電平差異出現(xiàn)。為了消除靈敏度的差異，信號處理芯片80對像素20A和20C的信號施加一個增益并對像素20B和20D的飽和電平進行裁剪(圖7中的虛線)。因此，靈敏度可被設(shè)置為同一值，并且飽和電平也可設(shè)置為同一值。
(第二個例子)圖8是示意性示出根據(jù)第二實施例的第二個例子的像素陣列區(qū)域11B的布置的平面圖。在圖8中，與圖5中等價的部分使用相同的附圖標記表示。這里，為了簡化附圖，像素陣列區(qū)域11B也具有五行六列的像素布置。
在根據(jù)第二個例子的像素陣列區(qū)域11B中，四個像素，像素20A至20D構(gòu)成單位單元70B，并像第一個例子中的像素陣列區(qū)域11A一樣，為像素20A至20D提供阱接觸部分71。因此，能夠獲得與第一個例子相似的優(yōu)點。另外，在根據(jù)第二個例子的像素陣列區(qū)域11B中，為了確保用于阱接觸部分71的空間，改變了多個像素被切斷部分的尺寸比例。因此，在第一個例子中為了確保用于阱接觸部分71的空間而通過其中從多個像素切除相等尺寸的部分的布置所產(chǎn)生的多個像素圖形中存在的缺點能夠被克服。
在根據(jù)第二個例子的像素陣列區(qū)域11B中，阱接觸部分71的尺寸僅與像素20A有關(guān)。因此，余下的像素20B至20D具有與未提供阱接觸部分的已知像素類似的結(jié)構(gòu)。另外，因為像素20A提供有阱接觸部分71，因此像素20A具有比與像素20A形狀不同的像素20B至20D低的靈敏度和飽和電平。
雖然，在根據(jù)第二個例子的像素陣列區(qū)域11B中，阱電勢固定線72被布置于像素列之間(或者可被布置于像素行之間)，如果阱電勢固定線72如在第一個例子中那樣被布置在像素上，那么將會在阱電勢固定線72經(jīng)過的像素和阱電勢固定線72未經(jīng)過的像素之間產(chǎn)生靈敏和飽和電平的差異。如第一個例子中那樣，通過信號處理芯片80下游(參見圖6)，靈敏度可被設(shè)置為同一值，并且飽和電平也可被設(shè)置為同一值。
(第三個例子)圖9是示意性示出根據(jù)第二實施例的第三例子的像素陣列區(qū)域11C的布置的平面圖。在圖9，與圖5中等價的部分使用相同的附圖標記表示。這里，為了簡化附圖，像素陣列區(qū)域11C也具有五行六列的像素布置。
在根據(jù)第三個例子的像素陣列區(qū)域11C中，四個像素，像素20A至20D構(gòu)成單位單元70C，如第一和第二個例子那樣。另外，在單位單元70C中的一部分例如像素20A屬于的那部分中提供阱接觸部分71，而不提供像素本身。通過由信號處理芯片80下游(參見圖6)平均從像素20A屬于的部分的外圍的像素產(chǎn)生的信號，從而產(chǎn)生與像素20A屬于的部分相應(yīng)的像素的信號。除阱接觸部分71屬于的那部分之外的像素20B至20D的每一個都具有與不提供阱接觸部分的已知像素相同的尺寸。
雖然在根據(jù)第三個例子的像素陣列區(qū)域11C中阱電勢固定線72也被布置于像素列之間(或者可被布置于像素行之間)，如果阱電勢固定線72如第一個例子中那樣被布置在像素上，那么將會在阱電勢固定線72經(jīng)過的像素和阱電勢固定線72未經(jīng)過的像素之間產(chǎn)生靈敏和飽和電平的差異。如第一個例子中那樣通過信號處理芯片80下游(參見圖6)，靈敏度可被設(shè)置為一個相同的值，并且飽和電平也可被設(shè)置為一個相同的值。
圖10說明其中提供阱接觸部分71的像素信號的插值。在圖10中，正常的像素用白底表示，其中提供阱接觸部分71的像素用斜線底表示。具有斜線底的像素上的信息通過計算例如像素外圍的八個像素上的信息的平均值而獲得。在圖10中，像素信息B1通過計算八個外圍像素A1至A8上的信息的平均值而獲得，即為(A1+A2+...A8)/8。
雖然在第三個例子中，其中提供阱接觸部分71的像素上的信息通過使用八個周圍像素上的信息進行插值，但是本發(fā)明不局限于此。具有阱接觸部分71的像素上的信息可以通過使用至少與具有阱接觸部分71的像素相同行或相同列的像素上的信息或者至少與具有阱接觸部分71的像素相同行和相同列的像素上的信息進行插值。
雖然在上述的第一到第三個例子中，為四個像素(像素20A至20D)提供了阱接觸部分71，并且為了確保用于阱接觸部分71的空間而切斷多個像素的部分或一個像素的部分，但是本發(fā)明不局限于此。阱接觸部分71存在的比例或與阱接觸部分71的提供相關(guān)的像素的比例可以被改變。另外，根據(jù)信號處理芯片80下游對像素形狀差異的校正的負荷、每像素的特性的減小量等來確定提供阱接觸部分71的阱的尺寸、與阱接觸部分71的提供相關(guān)的像素等。
雖然在上述的第一到第三個例子中，信號處理芯片80在傳感器芯片10外部對具有阱接觸部分71的像素的信號進行了校正，但是本發(fā)明不局限于此。信號處理芯片80的功能可被置于傳感器芯片10的A/D轉(zhuǎn)換電路17的下游中，以使校正能夠在傳感器芯片10內(nèi)部進行。
雖然已經(jīng)解釋了根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像器件作為芯片被形成的例子，但是本發(fā)明也可應(yīng)用于模塊型成像器件或照相機。圖11說明作為多個芯片的集合體形成的模塊型固態(tài)成像器件。固態(tài)成像器件包括用于捕捉圖像的傳感器芯片、用于進行數(shù)字信號處理的信號處理芯片等等。而且，固態(tài)成像器件可以包括一個光學系統(tǒng)。在這種情況下，來自于這種模塊型成像器件的視頻信號的特性被提高。
根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實施例的固態(tài)成像器件能夠被用作照相機模塊(例如數(shù)字靜止照相機或攝像機)的成像器件。固態(tài)成像器件也能被用作便攜式終端、特別是具有照相功能的蜂窩電話的成像器件。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像器件包含一個像素陣列區(qū)域，包括以二維陣列形式在阱中布置的像素，其中每一像素包括包括有源區(qū)的光電轉(zhuǎn)換部分；讀取由光電轉(zhuǎn)換部分光電轉(zhuǎn)換的信號的讀取部分；和放大由讀取部分讀取的信號的放大部分；和各自設(shè)置在相應(yīng)像素的光電轉(zhuǎn)換部分的有源區(qū)中的阱電勢固定部件，阱電勢固定部件把各個阱固定于預(yù)定電勢。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖形器件，其中光電轉(zhuǎn)換部分包括第一導電類型的第一雜質(zhì)區(qū)和設(shè)置于第一雜質(zhì)區(qū)上的第二導電類型的第二雜質(zhì)區(qū)；和各個阱電勢固定部件包括雜質(zhì)濃度高于第二雜質(zhì)區(qū)的第二導電類型的一個雜質(zhì)區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)成像器件，其中像素陣列區(qū)域中的阱被完整地形成并被阱電勢固定部件固定于每一像素。
4.一種固態(tài)成像器件包含一個像素陣列區(qū)域，包括以二維陣列形式在阱中布置的像素，其中每一像素包括光電轉(zhuǎn)換部分；讀取由光電轉(zhuǎn)換部分光電轉(zhuǎn)換的信號的讀取部分；和放大由讀取部分讀取的信號的放大部分；和為像素陣列區(qū)域中多個像素各自提供的阱電勢固定部件，阱電勢固定部件將各個阱固定于預(yù)定電勢。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的固態(tài)圖形器件，還包含用于對提供有相應(yīng)的阱電勢固定部件的像素的信號或像素所屬的像素列或像素行中的信號的像素特性進行校正的信號處理區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的固態(tài)圖形器件，其中提供每個阱電勢固定部件代替多個像素中的一個像素。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的固態(tài)圖形器件，還包括用于根據(jù)其中提供有相應(yīng)的阱電勢固定部件的像素的周圍像素上的信息產(chǎn)生該像素上的信息的信號處理區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的固態(tài)圖形器件，其中周圍像素是與該像素同行的像素、與該像素同列的像素、或與該像素同行同列的像素。
9.一種包含包括多個分別包括光電轉(zhuǎn)換部分的像素的像素陣列區(qū)域的固態(tài)成像器件，其中像素陣列區(qū)域包括阱部分和用于把阱部分固定于預(yù)定電勢的電勢固定部件。
10.一種包含包括多個分別包括光電轉(zhuǎn)換部分的像素的像素陣列區(qū)域的模塊型成像器件，其中像素陣列區(qū)域包括阱部分；用于把阱部分固定于預(yù)定電勢的電勢固定部件；和用于把入射光導入像素陣列區(qū)域的光學系統(tǒng)。
全文摘要
提供一種具有其中對各個像素獲得阱接觸的布置的固態(tài)成像器件。在固態(tài)成像器件中，阱接觸部件形成于光電轉(zhuǎn)換部分的有源區(qū)中。阱接觸部件把其中設(shè)置有像素的晶體管和光電轉(zhuǎn)換部分和光電轉(zhuǎn)換部分的阱固定于預(yù)定電勢。
文檔編號H04N5/369GK1674295SQ20041010379
公開日2005年9月28日 申請日期2004年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月5日
發(fā)明者阿部高志, 鈴木亮司, 馬渕圭司, 飯塚哲也, 上野貴久, 春田勉 申請人:索尼株式會社