專利名稱：固態(tài)成像裝置和相機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有光電轉(zhuǎn)換元件的固態(tài)成〗象裝置和相才幾。
背景技術(shù)：
眾所周知，在諸如CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器的固 態(tài)成像裝置中，作為感光部的光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管中的晶體 缺陷以及感光部和其上的絕緣膜之間界面中的深度缺陷會引起暗電流。
作為抑制由于界面狀態(tài)密度而產(chǎn)生暗電流的方法，嵌入 (embedded)光電二才及管的結(jié)構(gòu)是有效的。例如，為了抑制n型半 導(dǎo)體區(qū)域表面(即，n型半導(dǎo)體區(qū)域和絕緣膜之間的界面)附近的 暗電流，通過形成n型半導(dǎo)體區(qū)域以及以高雜質(zhì)密度形成淺的p型 半導(dǎo)體區(qū)域(孔累積區(qū)域)，來構(gòu)成嵌入光電二才及管。
作為嵌入光電二極管的制造方法，通常是離子注入用作p型雜 質(zhì)的B或BF2并對其進(jìn)行退火，然后在形成光電二極管的n型半導(dǎo) 體區(qū)域和絕緣膜之間的界面附件形成p型半導(dǎo)體區(qū)域。
6在CMOS圖像傳感器中，每個像素均包括光電二極管以及諸如 讀出、復(fù)位和放大晶體管的各種晶體管。通過這些晶體管來處理經(jīng) 過光電二極管光電轉(zhuǎn)換的信號。在每個像素上形成包括多層金屬配 線的配線層。在配線層上形成指定入射到光電二才及管上的光的波長 的濾色片和使光會聚在光電二極管上的微型鏡頭(on-chip lens )。
作為這種CMOS圖像傳感器，提出了具有各種特性的裝置結(jié)構(gòu)。
具體地，提出了各種裝置，例如，在光電轉(zhuǎn)換元件結(jié)構(gòu)中采用 CCD類特性的電荷調(diào)制裝置(CMD,參見日本專利第1938092號， JP-A-6-120473和JP-A-60-140752 )、體充電調(diào)制裝置(BCMD,參 見JP-A-64-14959 )、浮阱放大器(FWA，參見日本專利第2692218 號和日本專利第3752773號)(其中，根據(jù)累積至最高點的光電空 穴(photo-hole)的電荷量，在其表面上形成溝道，根據(jù)表面上的電 荷量改變源極到漏極的電流，結(jié)果，可以對應(yīng)于信號電荷進(jìn)行讀出) 以及Vth調(diào)制圖 <象傳感器(VMIS , 參見JP-A-2-304973 、 JP-A-2005-244434、日本專利第2935492號和JP-A-2005-85999 )(其 中，感光部和4言號沖企測部凈皮分開并配置為4皮jt匕鄰近)。
還提出了以下固態(tài)成像裝置具有使用入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換、 累積通過光電轉(zhuǎn)換獲得的信號電荷以及根據(jù)所累積的信號電荷的 電荷量輸出信號電壓的所有功能的感光元件具有利于在根據(jù)平面 的相同位置累積信號電荷并利于表面溝道電流流動的電位分布(參 見JP-A-2003-31785 )。
這些CMOS圖像傳感器基本上是從裝置前側(cè)照射光的前照式 固態(tài)成《象裝置。另一方面，提出了背(后)照式固態(tài)成像裝置，其具有其上形 成有光電二極管和各種晶體管、接地而變薄的硅基板的后側(cè)，并使
從基板的后側(cè)入射的光沖丸行光電轉(zhuǎn)換(參見，JP-A-10-65138 )。

發(fā)明內(nèi)容
在前照式CMD、 BCMD、 FWA、 VMIS等中，由于基外反-陂用作 溢流(overflow),所以背(后)照式比較困難且復(fù)位電壓較高。
在前照式CMD、 BCMD、 FWA、 VMIS等中，由于感光部—皮配 置在拾取晶體管旁邊，所以存在孔徑比降低的缺點。
在現(xiàn)有的光4冊結(jié)構(gòu)中，由于通過薄膜4冊極4妄收光，所以存在藍(lán) 色靈敏度降低的缺點。
當(dāng)在如BCMD的前照型中的n-層上形成光柵型MOS晶體管 時，在半導(dǎo)體表面附近執(zhí)行由光照射生成載流子(carrier )。因此， 存在以下缺點，通過在半導(dǎo)體和絕纟彖膜之間的界面中存在的陷阱 (trap)來捕獲載流子，即使施加了復(fù)位電壓也不能立即釋放所累 積的載流子，并且影響了裝置的性能。
當(dāng)在如VMIS的前照型中彼此鄰近地配置感光光電二極管區(qū)域 和信號檢測晶體管時，用于通過接收光生成的電荷的累積和調(diào)制操 作并不是動態(tài)行為而是4要時間分別執(zhí)行。這不利于高速信號處理。
類似地，當(dāng)在前照型中;f皮此鄰近地配置感光光電二極管區(qū)域和 信號檢測晶體管時，諸如在信號檢測部上設(shè)置遮光膜的發(fā)明是很必 要的。因此，存在元件制造處理復(fù)雜的缺點。
在前照式BCMD圖像傳感器中，由于光柵電極下的整個溝道 區(qū)域是電荷累積層，所以電流-電壓特性(ID-VDD)不是飽和特性而是三極管特性。因此，存在當(dāng)在源極跟隨型中使用圖像傳感器時， 難以使用圖像傳感器的缺點。
此外，在前照式CMOS圖像傳感器中，存在以下缺點通過像 素上面的配線遮蔽光，每個像素的靈敏度降低，并且當(dāng)被配線反射 的光入射到相鄰像素上時，引起顏色混合等問題。
在JP-A-2003-31785中7>開的固態(tài)成〗象裝置中，為了實現(xiàn)具有 單個阱的晶體管，使用了兩層?xùn)艠O的結(jié)構(gòu)。因此，例如，存在元件 分隔區(qū)域需要特定工作且元件制造處理復(fù)雜的缺點。
由于該固態(tài)成像裝置同樣是前照型的，所以固態(tài)成像裝置同樣 具有諸如藍(lán)色靈敏度降低以及前照型的顏色混合的問題。
在JP-A-10-65138中/>開的背照式固態(tài)成<象裝置的情況下，在 基板的前側(cè)和后側(cè)上形成空穴累積區(qū)域。然而，存在對通過離子注 入形成的p型半導(dǎo)體區(qū)域較淺和密集的限制。因此，當(dāng)為了抑制暗 電流而試圖進(jìn)一步增加p型半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)密度時，p型半導(dǎo)體 區(qū)域加深。當(dāng)p型半導(dǎo)體區(qū)域加深時，由于光電二才及管的pn結(jié)與 傳輸4冊4及^皮分離，所以可能降^氐傳輸斥冊才及的讀出能力。
因此，期望4是供一種固態(tài)成^象裝置和相才幾，它們可以有效迅速 地執(zhí)行一系列操作(例如，光電載流子的生成和累積、電荷的讀出 和剩余電荷的傳輸(復(fù)位))，防止由于光而使陷阱對硅界面中的載 流子產(chǎn)生影響，并實現(xiàn)了靈敏度的提高和像素尺寸減小，而不會劣 化藍(lán)色光的靈敏度。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種固態(tài)成像裝置，包括 像素單元，形成在具有光照射于其上的第一基板表面?zhèn)群推渖闲纬?多個元件的第二基板表面?zhèn)鹊幕迳希τ谧鳛?一個單位的像素單元中的每一個或者多個^f象素單元，凈皮相鄰的單元組和元^牛分隔層所分隔。每個像素單元均具有形成在第 一基板面?zhèn)壬系牡?一導(dǎo)電阱和形成在第二基板面?zhèn)壬系牡诙?dǎo)電阱。第 一導(dǎo)電阱接收來自第一基板面?zhèn)鹊墓猓⒕哂杏糜谒邮展獾墓怆娹D(zhuǎn)換功能和電荷累積功能。在第二導(dǎo)電阱中形成檢測第 一導(dǎo)電阱中的累積電荷并具有閾值調(diào)制功能的晶體管。
優(yōu)選地，累積電荷和信號電荷是相同載流子。
優(yōu)選地，晶體管具有讀出晶體管的功能、復(fù)位晶體管的功能和選擇晶體管的功能。
優(yōu)選地，晶體管具有源極和漏極以及形成在源極和漏極之間的溝道形成區(qū)上的柵電極，并且像素信號復(fù)位是用于丟棄在漏極中的電荷的操作。
優(yōu)選地，像素單元具有當(dāng)亮度低時調(diào)制度增加的伽瑪特性。
優(yōu)選地，像素單元具有在大信號輸出期間容量增加的結(jié)構(gòu)并具有才艮據(jù)伽瑪特性實現(xiàn)高動態(tài)范圍的功能。
優(yōu)選地，至少在第 一導(dǎo)電阱和第二導(dǎo)電阱中的第 一導(dǎo)電阱一側(cè)形成第二導(dǎo)電分隔層。
優(yōu)選地，在第二導(dǎo)電阱或第二導(dǎo)電分隔層中形成第 一導(dǎo)電源極區(qū)和第 一 導(dǎo)電漏極區(qū)，并在基板的第二基板面?zhèn)壬系脑礃O區(qū)和漏極之間的第二導(dǎo)電阱中的溝道形成區(qū)上形成4冊電才及。
優(yōu)選地，多個像素單元以陣列形式配置，并與相鄰的^f象素單元共用一部分或多個漏才及、源才及、阱或4冊才及的4妄觸。
10優(yōu)選地，漏極、源極、阱和柵極的接觸配置在柵極的像素陣列的四個方向上。
優(yōu)選地，多個像素單元以陣列形式配置，在像素陣列的一個方向上，以條紋形狀乂于^象素單元共同形成^f象素單元的4冊電才及，并在源極區(qū)側(cè)或漏極區(qū)側(cè)上形成阱接觸。
優(yōu)選地，在第二導(dǎo)電分隔層中形成阱^接觸區(qū)。
優(yōu)選地，阱接觸區(qū)形成在第 一基板面?zhèn)壬系牡诙?dǎo)電分隔層中。
優(yōu)選地，當(dāng)阱^接觸形成在漏4及側(cè)上時，以隨著漏才及寬度的減小而收縮的形狀形成阱4妄觸。
優(yōu)選地，在陣列形式的像素單元的配置中，漏極接觸按列分為兩個以上的組，并共用^f言號讀出處理系統(tǒng)的列電^各。
優(yōu)選地，為了減少阻抗，通過導(dǎo)體支持漏一及線配線。
優(yōu)選地，在第二基板面?zhèn)壬系木w管的柵電極或柵電極的更前部分中，固態(tài)成像裝置具有反射體，該反射體反射透射過基板的光并使光入射到基板的第二導(dǎo)電阱和第 一導(dǎo)電阱上。
優(yōu)選地，將基板的厚度設(shè)為可將近紅外光用作反射體的反射光
的厚度。
優(yōu)選地，將基板的厚度設(shè)為可將紅(R)光用作反射體的反射
光的厚度。
優(yōu)選地，電極配線由具有高可見光透射率的透明膜形成。優(yōu)選地，反射體還用作預(yù)定配線層。
優(yōu)選地，在〗象素復(fù)位前。電荷一皮立即乂人漏才及注入像素，然后〈象素一皮復(fù)位。
優(yōu)選地，固態(tài)成像裝置包括逆Y校正電路，使用具有與像素單元的晶體管相同結(jié)構(gòu)的背柵終端的晶體管執(zhí)行逆伽瑪校正。
優(yōu)選地，固態(tài)成像裝置包括用于從像素單元讀出信號的信號處理系統(tǒng)，并且信號處理系統(tǒng)包括比較器并將先前線的復(fù)位電平用作比較器的參考電平。
優(yōu)選地，信號處理系統(tǒng)具有在D相讀出期間批j亍才莫擬釆樣而在P相讀出期間才丸行凄t字采樣的功能。
優(yōu)選地，以陣列形式配置像素單元，從而用多個像素獲得一個
輸出信號。
優(yōu)選i也，以陣列形式配置〗象素單元并以多個Y象素為單位凈皮元件分隔層分隔，以獲得一個輸出信號。
優(yōu)選地，固態(tài)成像裝置包括信號處理系統(tǒng)，在從像素讀出信號期間，執(zhí)行用于繼續(xù)光電轉(zhuǎn)換而不復(fù)位像素的破壞性讀出。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種相機(jī)，包括固態(tài)成像裝置，從基板的第一基板面?zhèn)冉邮展?；光學(xué)系統(tǒng)，將入射光導(dǎo)向固態(tài)成像裝置的第一基板面?zhèn)龋灰约靶盘柼幚黼娐?，處理固態(tài)成像裝置的輸出信號。固態(tài)成像裝置包括像素單元，像素單元形成在具有其上照射光的第 一基板面?zhèn)群推渖闲纬稍牡诙迕鎮(zhèn)鹊幕迳?，并對于作為一個單位的像素單元的每一個或者多個像素單元， 一皮相鄰的單元組和元件分隔層所分隔。每個i象素單元均具有形
12成在第 一基板面?zhèn)壬系牡?一導(dǎo)電阱和形成在第二基板面?zhèn)壬系牡诙?dǎo)電阱。第一導(dǎo)電阱接收來自第 一基板面?zhèn)鹊墓獠⒕哂杏糜谒邮展獾墓怆娹D(zhuǎn)換功能和電荷累積功能。在第二導(dǎo)電阱中形成檢測第一導(dǎo)電阱中的累積電荷并具有閾值調(diào)制功能的晶體管。
才艮據(jù)本發(fā)明的實施例，從基才反后表面(第一基4反面)側(cè)對單元結(jié)構(gòu)的像素照射光，在第一導(dǎo)電阱中執(zhí)行所接收光的光電轉(zhuǎn)換，并累積光的電荷。
檢測電荷累積并執(zhí)行形成在第二導(dǎo)電阱中的晶體管的閾值調(diào)制，以提取信號。
以這種方式，^象素單元具有背照型的雙阱結(jié)構(gòu)。累積電荷和溝道電流(信號電荷)是相同載流子。
才艮據(jù)本發(fā)明的實施例，可以有效且迅速地執(zhí)行一系列操作，例如，光電載流子的生成和累積、電荷的讀出以及剩余電荷的傳輸(復(fù)位)。
此外，可以防止陷阱由于光而對石圭界面中的載流子產(chǎn)生影響，并實現(xiàn)了靈敏度的提高和像素尺寸減小，而不會使對藍(lán)光的靈敏度劣化。
附圖j兌明
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的固態(tài)成像裝置的示意性結(jié)構(gòu)的框
圖2A和圖2B是根據(jù)該實施例的固態(tài)成像裝置的像素部的基本結(jié)構(gòu)的示圖；圖3是根據(jù)該實施例的像素單元的等效電路的示圖4是用于i兌明在前照式BMCD的情況下入射光的波長與晶體管的配置具有的關(guān)系的示圖5是在前照型的情況下由透明電才及、斥冊4及二氧化石圭膜和單晶硅形成的能帶狀態(tài)的概況的示圖6是根據(jù)圖2A和圖2B所示裝置的電位狀態(tài)的變化的相對
的電子的電^立變〗匕的示圖7是圖2A和圖2B所示的a-a，線的電位分布實例的示圖8是根據(jù)實施例的信號讀出處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖9是根據(jù)實施例的像素部中的像素單元的布局實例的示圖IOA和圖IOB是沿圖9所示的a-a，線和b-b，線截取的簡化截
面圖11是像素單元^皮配置為從圖9所示布局旋轉(zhuǎn)45度的結(jié)構(gòu)的示圖12是在X方向(水平方向)條紋中共同使用柵極的布局實例的示圖13是縮小了漏才及側(cè)的布局實例的示圖14是根據(jù)實施例的像素部中的像素單元的布局實例的示圖；圖15A和圖15B是沿圖14所示的a-a，線和b-b，線截取的簡化
截面圖16A和圖16B是在具有不同厚度的像素單元中設(shè)置反射體的實例的示圖17A和圖17B是接觸共用像素部的像素單元陣列的實例的示圖18是采用圖17所示的布局并簡化了共用列電路的信號處理系統(tǒng)和^象素部的等歲文電^各的示圖19A和圖19B是圖17A和圖17B所示的方形陣列中的4言號輸出順序的示圖20A和圖20B是通過將圖17A和圖17B所示的方形陣列旋轉(zhuǎn)45度而形成的鋸齒形陣列的示圖21是采用圖20A所示的布局并簡化了共用列電路的信號處理系統(tǒng)和l象素部的等歲文電路的示圖22A和圖22B是通過將圖17A和圖17B所示的方形陣列旋轉(zhuǎn)45度而形成的另一4居齒形陣列的示圖23是采用圖22A所示的布局并簡化了共用列電路的信號處理系統(tǒng)和l象素部的等歲文電3各的示圖24A和圖24B是圖20A和圖20B所示的鋸齒形陣列中的信號輸出順序的示15圖25A和圖25B是圖22A和圖22B所示的鋸齒形陣列中的信 號輸出順序的示圖26A和圖26B是用于說明當(dāng)采用方形陣列時的反射體的形 成實例的示圖27是反射體和配線共用布局的第一實例的示圖28是反射體和配線共用布局的第二實例的示圖29是反射體和配線共用布局的第三實例的示圖30A和圖30B是用于說明預(yù)線復(fù)位(pre-line reset)的基本
斗既念的示圖31A和圖31B是對應(yīng)于才艮據(jù)實施例的石更復(fù)位功能的信號處 理系統(tǒng)的相克念圖32是用于說明包括逆y校正電路的信號處理系統(tǒng)的基本概 念的等效電路圖33A 圖33C是預(yù)線復(fù)位系統(tǒng)、兩列共用和2x2像素定時的 電平圖的示圖34是以陣列形式配置多個像素并通過多個像素獲得一個輸 出信號的結(jié)構(gòu)實例的平面圖35是多個<象素以陣列形式配置并以多個<象素為單位沖丸4亍元 件分隔以獲得一個輸出信號的結(jié)構(gòu)實例的平面16圖36A和圖36B是多個^象素以陣列形式配置并以多個^f象素為 單位執(zhí)行元件分隔以獲得一個輸出信號的結(jié)構(gòu)實例的截面圖37是多個<象素以陣列形式配置并以多個^象素為單位#^亍元 件分隔以獲得一個輸出信號的另 一結(jié)構(gòu)實例的平面圖38A和圖38B是沿圖37所示的a-a，線和b-b，線截取的簡化
截面圖39是非破壞性讀出的寬動態(tài)范圍(寬D范圍)序列的實例 的示圖40是非破壞性讀出的低速實時取景序列的實例的示圖；以
及
圖41是應(yīng)用根據(jù)實施例的固態(tài)成像裝置的相機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)實 例的示圖。
具體實施例方式
將在下文參照


本發(fā)明的實施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的固態(tài)成像裝置的示意性結(jié)構(gòu)的框圖。
如圖1所示，固態(tài)成像裝置1包括作為感應(yīng)部的像素部2、行 方向(Y方向)控制電路3、歹'J (X方向)方向控制電路4以及定時 控制電^各5。
在1象素部2中，如稍后所詳細(xì)描述的，例如，以矩陣形狀配置 多個^象素單元2A。根據(jù)實施例的像素部2的像素單元2A被配置為具有雙阱結(jié)構(gòu) 的閾值調(diào)制(CMD)系統(tǒng)的后(背)照式圖像傳感器。
根據(jù)實施例的像素部2采用雙阱結(jié)構(gòu)。在像素部2中，累積電 荷和溝道電流是相同載流子。像素部2具有一個晶體管的架構(gòu)(結(jié) 構(gòu))，其中， 一個晶體管具有讀出晶體管、復(fù)位晶體管和選擇晶體 管的功能。
在像素部2的l象素陣列中，配置在同一4亍中的^f象素單元2A連 4妻至,>共4亍線HO、 Hl等，以及配置在同一列中的^f象素單元2A連 4妻至7>共列線VO、 VI等。
在固態(tài)成像裝置l中，生成內(nèi)部時鐘的定時控制電路5、控制 行尋址和4于掃描的4于方向(Y方向)控制電路3和控制列尋址和列 掃描的列方向(X方向)控制電路4被配置為用于順序讀出像素部 2的信號的控制電路。
行方向(Y方向)控制電路3接收定時控制電路5的定時控制 月永沖，并驅(qū)動預(yù)定^f于線HO、 Hl等。
列方向(X方向)控制電路4接收定時控制電路5的定時控制 脈沖，接收讀出至預(yù)定列線VO、 VI等的信號，并執(zhí)行預(yù)定處理(CDS (相關(guān)雙采樣)處理)、模數(shù)轉(zhuǎn)換處理等。
稍后將詳細(xì)描述關(guān)于列方向控制電路4中從像素單元2A讀出 信號的處理的結(jié)構(gòu)和功能。
下面i兌明根據(jù)該實施例的固態(tài)成 <象裝置的像素部的特定驅(qū)動結(jié)構(gòu)。
18圖2A和圖2B是根據(jù)該實施例的固態(tài)成像裝置的像素部的基 本結(jié)構(gòu)的示圖。圖2A是平面圖，而圖2B是沿圖2A所示的a-a，線 截取的簡化截面圖。
如圖2B所示，固態(tài)成像裝置1被形成為后(背)照式裝置， 其中，光從基板(硅基板)100的第一基板面101側(cè)(后側(cè))入射， 并在第二基才反面102側(cè)(前側(cè))上形成其中形成有MOS晶體管的 元件區(qū)i或部EAP。
通過對硅晶片進(jìn)行鍍薄膜形成基板100,使得光可以從后側(cè)入 射。根據(jù)固態(tài)成像裝置1的類型，基板100的厚度是用于可見光的 2 jam ~ 6 pm以及用于近纟工夕卜光的6 jam ~ 10 pm。
以這種方式，基一反100具有其上照射光的第一基一反面101側(cè)和 其上形成元件的第二基一反面102側(cè)。在基纟反100上形成通過相鄰的 單元和元件分隔層所分隔的多個單元Cel (2A)。
在該實施例中，在基一反100上，對于作為一個單位的Y象素單元 的每一個或者多個j象素單元形成^皮相鄰單元組和元件分隔層分隔
的多個^f象素單元Cel ( 2A )。
每個像素單元Cel均包括形成在第一基板面101側(cè)上的第一導(dǎo) 電(在該實施例中為n型)阱(下文稱作第一阱)110和與第一阱 110相比進(jìn)一步形成在第二基板面102側(cè)上的第二導(dǎo)電(p型)阱 (下文稱作第二阱)120。
n型第一阱110用作/人第一基才反面101側(cè)4妾收光的感光部，并 具有針對所接收光的光電轉(zhuǎn)換功能和電荷累積功能。在第二阱120中形成沖企測第一阱110的感光部中的累積電荷并 具有閾值調(diào)制功能的MOS晶體管。
與第一導(dǎo)電型(在該實施例中為n型)相對的第二導(dǎo)電型的p 型元件分隔層(導(dǎo)電層)140 一皮形成為環(huán)繞第一阱110的側(cè)壁。在 第一基才反面101上形成作為基才反100的光入射面的p+層150。
在p+層150的光入射面?zhèn)壬闲纬衫缬啥趸栊纬傻慕^緣膜 和保護(hù)膜151。在保護(hù)膜151上形成僅透射期望波長區(qū)域中的光的 濾色片152。在濾色片152上形成在第一阱110的感光部上會聚入 射光的微透鏡153。
在p型第二阱120中，在其中心以4皮此遠(yuǎn)離的預(yù)定空間形成通 過n+層形成的源才及區(qū)121和漏才及區(qū)122。在源才及區(qū)121和漏極區(qū)122 之間形成溝道形成區(qū)123。
在沒有與第一阱110重疊的第二阱120的區(qū)域(底側(cè)區(qū)域)中 形成由p+層形成的阱(基板)接觸區(qū)124- 127。
在形成有源極區(qū)121、漏極區(qū)122和阱接觸區(qū)124- 127的基板 100的第二基一反面102的表面上通過預(yù)定處理選擇性i也形成二氧4匕 硅等的絕緣膜160。
經(jīng)由絕緣膜160在基板100的第二基才反面102側(cè)的源極區(qū)121 和漏一及區(qū)122之間的溝道形成區(qū)123上形成晶體管130的4冊電招_ 131。
通過打開源纟及區(qū)121上的絕纟彖力莫160的一部分形成連4妄至源核^ 區(qū)121的晶體管130的源電才及132。類似j也，通過打開漏才及區(qū)122上的絕纟彖月莫160的一部分形成連 4妄至漏4及區(qū)122的晶體管130的漏電才及133。
通過打開阱4妻觸區(qū)124- 127上的絕緣膜160的一部分形成連 接至阱4妄觸區(qū)124- 127的阱4妄觸電才及170。例如，將阱4妻觸電極 170的電平i殳為4妄i也電^立GND ( 0V )或-1.2 V。
在上述配置中，通過形成在第二基才反面102側(cè)上的第二阱120 中的源極區(qū)121、漏極區(qū)122和溝道形成區(qū)123以及形成在第二基 板面102的表面?zhèn)壬闲纬傻?冊電才及131、源電極132和漏電極133 形成包括絕緣柵場效應(yīng)晶體管(稱作MOS晶體管)的晶體管130。
在圖2B中，參考標(biāo)號S表示晶體管130的源極，D表示130 的漏才及，以及G表示130的棚-極。
以這種方式，根據(jù)該實施例的每個像素單元Cel (2A)被形成 為具有雙阱結(jié)構(gòu)的閾值調(diào)制(CMD)系統(tǒng)的后(背)照式圖像傳感器。
圖3是根據(jù)該實施例的像素單元的等效電路的示圖。
如圖3所示，^象素單元Cel (2A)包^r形成在第一阱110中的 光電轉(zhuǎn)換和電荷累積元件部111以及由第二阱120和第二基板面 102側(cè)上的電極形成的一個晶體管130。
如上所述，才艮據(jù)該實施例的像素單元Cel是背照型并具有雙阱 結(jié)構(gòu)。在像素單元Cel中，累積電荷和溝道電流是相同載流子。此 外，像素單元Cel具有一個晶體管的架構(gòu)(結(jié)構(gòu))，其中， 一個晶體 管具有讀出晶體管、復(fù)位晶體管和選擇晶體管的功能。換句話說，在該實施例中，像素單元Cel是背照型的并采用雙 阱結(jié)構(gòu)而沒有采用單阱調(diào)制系統(tǒng)。以下說明了這樣估文的原因。
當(dāng)采用單阱調(diào)制系統(tǒng)時，需要用于線性4是高的袋注入(pocket implantation )。這使得在為了減小累積區(qū)域而縮小像素尺寸期間難 以獲得々包和的電荷Qs 。
即使單阱結(jié)構(gòu)具有高調(diào)制度和高轉(zhuǎn)換效率，但單阱結(jié)構(gòu)易受缺 陷的影響。在單阱結(jié)構(gòu)中，線性(非線性如同貓爪)的像素波動趨 于頻繁發(fā)生，并且當(dāng)發(fā)生^象素波動時，難以4交正^f象素波動。
由于在讀出期間發(fā)生閉合(pinning),所以單阱結(jié)構(gòu)與列數(shù)字 CDS并不相符。在模擬CDS中，容量的增加阻礙像素尺寸的減小。
即使將單阱結(jié)構(gòu)與背照式相結(jié)合，但由于復(fù)位晶體管是必需的 且像素單元具有兩個晶體管，所以這不利于像素尺寸的減小。
另一方面，在該實施例中，像素單元Cel是背照型的并具有雙 阱結(jié)構(gòu)，累積電荷和溝道電流是相同載流子，并且可以通過獨立的 載流子執(zhí)行像素分隔。因此，晶體管結(jié)構(gòu)不必非要是環(huán)。可以通過 與普通晶體管結(jié)構(gòu)相同的所謂的漏極(D) /柵極(G) /源極(S) 的單向結(jié)構(gòu)來配置晶體管。
在該實施例中，采用了用于向晶體管130的漏才及釋方t信號載流 子的結(jié)構(gòu)。這實現(xiàn)了完整的一個晶體管和橫向復(fù)位結(jié)構(gòu)，其中，一 個晶體管用作讀出(拾取)晶體管、復(fù)位晶體管和選擇晶體管。
換句話說，由于根據(jù)該實施例的像素單元結(jié)構(gòu)僅需要是單層?xùn)?才及結(jié)構(gòu)而不是雙層?xùn)?4及結(jié)構(gòu)，所以元件分隔區(qū)并不需要特定工作。在相鄰的l象素之間可以共用漏才及、源4及和4冊才及。因此，可以顯 著地纟是高布局效率并執(zhí)行l(wèi)象素尺寸的減小。
由于采用了晶體管漏極的橫向復(fù)位，所以可以共用一列并通過 使用漏極的橫向配線以及使用共用像素單位中的分隔配線來縮小
列電^各。
由于在晶體管的4冊才及上形成了 一定空間，所以可以在該空間中
設(shè)置使用配線金屬等的反射體結(jié)構(gòu)。結(jié)果，可以反射透過硅(Si) 基板的光，再次光電轉(zhuǎn)換Si中的光，并例如提高近紅外靈敏度。
在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，通過在發(fā)光期間截止棚-4及并閉合硅(Si)基4反
的表面，在界面中生成的暗電流與空穴再結(jié)合。因此，沒有完全再 結(jié)合的部件引起暗電流的不均勻和白點缺陷。
另一方面，在才艮據(jù)該實施例的結(jié)構(gòu)中，由于釆用了雙阱結(jié)構(gòu)，
所以具有可以從溝道向漏極釋》丈在Si表面上生成的暗電流電子并 完全消除在界面中引起的暗電流和白點的優(yōu)勢。
結(jié)果，即使在列讀出期間柵極導(dǎo)通，暗電流和白點也不會引發(fā) 任何問題。因此，可以執(zhí)行信號的非破壞性讀出。
稍后將詳細(xì)描述用于實現(xiàn)像素尺寸減小的陣列結(jié)構(gòu)、包括反射 體的結(jié)構(gòu)、信號讀出處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能以及信號的非石皮壞性讀 出處理。
下面il明具有上述結(jié)構(gòu)的素單元中的4喿作。
使光從后側(cè)的第一基板面(后表面)101入射到像素單元。主 要通過^象素單元的n型第一阱110中的光電-丈應(yīng)生成電子和空穴
23對。通過形成單元的壁表面的p型元件分隔層140向外部釋》文所生 成的空穴。
電子僅累積在n型第一阱110中并累積在作為MOS晶體管的 晶體管130的源極和漏極之間的柵極區(qū)半導(dǎo)體表面附近形成的勢阱 中。累積電荷的信號被放大并被晶體管130檢測到，適當(dāng)?shù)蒯尫爬?積電荷，并^;U亍顏色混合和飽和電荷量的控制。
固態(tài)成像裝置1的傳感器的半導(dǎo)體層的厚度約為2 |am~10 pm，這是足以顯示光波長范圍中的光電轉(zhuǎn)換的量子效率的厚度。
另一方面，在前照型的情況下，通常，半導(dǎo)體基板的厚度需要 保持在元件不太容易破裂的厚度(達(dá)到幾百pm)。因此，不能忽-見 源極和漏極之間通過元件基板的漏電流，并且可能引起問題。
另一方面，在該實施例中，由于元件厚度足夠小，所以可以減 少通過基板的漏電流并防止出現(xiàn)任何問題。
上面說明了才艮據(jù)該實施例的固態(tài)成Y象裝置1的結(jié)構(gòu)和功能。
下面更加詳細(xì)地說明固態(tài)成像裝置1。
圖4是用于i兌明在前照式BMCD的情況下入射光的波長與晶 體管的配置具有的關(guān)系的示圖。
在圖4所示的前照式BMCD 10中，在基板前表面?zhèn)壬闲纬山^ 緣膜11、透明電極12、遮光電極13等。參考數(shù)字14表示橫向漏 極，15表示柵4及絕緣膜，以及16表示石圭基4反。
在圖4所示的前照型的情況下，光乂人i殳置晶體管的一側(cè)進(jìn)入。 由于一黃向漏才及區(qū)14 ^皮遮光電才及13覆蓋，所以光/人除4黃向漏才及區(qū)14之外的開口進(jìn)入硅基板16同時透過絕緣膜11、透明電極12、柵極
較深。然而，藍(lán)光和近紫外光在不那么深的位置進(jìn)行了光電轉(zhuǎn)換。 當(dāng)具有小波長的光穿過基板上的絕緣多層膜時，光由于界面表面上 的散射、吸收、反射等而趨于損失能量。
另一方面，在4艮據(jù)圖2B所示實施例的后照式的情況下，光從 沒有配置晶體管130的一側(cè)進(jìn)入基板(硅基板)100。大部分具有 大波長的光到達(dá)晶體管130的附近，但是僅有一部分具有小波長的 光到達(dá)晶體管130的附近。
關(guān)于為了〗吏包括入射光波長的量子效率最大而應(yīng)該如何形成 源極和漏極的漫射層和阱層，提出了各種建議。
然而，關(guān)于穿過二氧化硅膜(絕緣膜)的光影響晶體管特性的 可能性存在一點爭議。在該實施例中，盡管是定性地，但在某種程 度上闡明了關(guān)于該要點的機(jī)構(gòu)。
圖5是在前照型的情況下通過透明電極、柵極二氧化硅膜和單 晶硅形成的能帶狀態(tài)的概況的示圖。
柵極氧化膜的特性會隨制造方法或處理而顯著不同。當(dāng)沒有很 好地控制處理的制造方法時，在二氧化硅膜中殘留下捕獲電子和空 穴的陷阱。在圖中，在二氧化石圭膜導(dǎo)帶下的2.0eV的位置中存在捕
獲電子的陷阱。
在硅熱氧化膜的情況下，帶隙約為8.0eV。當(dāng)ITO用作透明電 才及時，'溢出功約為4.3 eV~4.7 eV。因jt匕，透明電才及的費(fèi)米能級^立 于硅熱氧化膜的能隙中心的下面 一 點。當(dāng)關(guān)注入射光中的藍(lán)光分量時，例如450nm的波長人，4艮據(jù)愛 因斯坦光電定律E-hv,其等于E-2.76eV。如圖所示，這個能量基 本等于由透明電極的費(fèi)米能級測量的氧化膜中的電子陷阱的能級位置。
對于這一點，如果與施加給硅基板的電壓相比，將較大的負(fù)電 壓施加給透明4冊電極，則通過光電效應(yīng)乂人金屬表面(透明電極)排 出的電子在氧化膜中被激發(fā)并被陷阱所捕獲。
:帔陷阱捕獲的電子通過電場再次排出，4艮據(jù)漂移電導(dǎo)流入石圭單 晶的導(dǎo)帶，使柵電極和硅進(jìn)入弱導(dǎo)電狀態(tài)，并引起晶體管特性和信 號量的波動。
在根據(jù)該實施例的后照式中，具有大能量和小波長的光為硅基 板中的光電載流子生成消耗其大部分能量，直到光到達(dá)晶體管區(qū) j或。因此，后照式?jīng)]有前照型的在夬點。
圖6是#4居圖2A和圖2B所示裝置的電位狀態(tài)變化相的對于 每個區(qū)域中垂直于半導(dǎo)體基板表面的方向上的半導(dǎo)體基板中的電 子的電位變4匕的示圖。
在所有狀態(tài)中，阱接觸電極170的電壓VGND被設(shè)為0伏。
(i)初H及讀出
當(dāng)將晶體管130的柵極電壓VG設(shè)為l.O伏而將其漏極電壓VD 設(shè)為1.8伏時，其源才及電壓VS約為1.6 V~ 1.4 V。累積電荷(電子) 減少且從源極流向漏極的溝道電子電流被調(diào)制并隨累積電荷的減 少而減少。如果測量到該電流發(fā)生變化，則獲得累積電子的電荷變化量。(ii) 柵極累積(非讀出狀態(tài))
當(dāng)將晶體管130的柵極電壓VG設(shè)為0伏而將其漏極電壓VD 設(shè)為1.8伏時，其源極電壓VS等于或^f氐于1.2 V。在晶體管130的 源才及和漏才及之間的柵才及區(qū)中的半導(dǎo)體表面附近形成的勢阱中累積電子。
(iii) 柵極累積(非復(fù)位狀態(tài)，硬復(fù)位)
當(dāng)將晶體管130的柵極電壓VG設(shè)為0 V伏 -1.0 V而將其漏 才及電壓VDi殳為1.8 V時，其源極電壓VS具有高阻抗Hi-Z或LD。 累積電子溢出。換句話說，像素單元CeU包和。就此，信號^皮保持。
(iv) 復(fù)位
當(dāng)將晶體管130的柵極電壓VG設(shè)為0V -1.0 V而將其漏極 電壓VD^殳為等于或大于3.0 V,例如i殳為3.7 V時，其源4及電壓 VS具有高阻抗Hi-Z或LD。通過漏電極向外部釋放存在于累積阱 中的電子。
如上所述，在該實施例中，當(dāng)像素信號復(fù)位時，漏極電壓VD #皮調(diào)制，并且在某些情況下，漏一及電壓VD和柵4及電壓VG均^皮調(diào) 制(在圖6所示的實例中，漏極和柵極之間的電位差增加)以釋放 在漏電極中累積的信號電荷(電子)。
在該實施例中，當(dāng)亮度^f氐時，對4象素單元給出所謂的伽瑪(Y) 特性，以增加調(diào)制度和轉(zhuǎn)換效率。
在該實施例中，向高動態(tài)范圍(DR)應(yīng)用Y特性。
以下"i兌明l象素單元的"Y^爭斗生。
27圖7是圖2A所示的a-a'線中的電位分布實例的示圖。
作為雙阱的一個特性，如圖7所示，傳感器累積區(qū)域具有寬闊 的電位形狀。因此，雙阱的容量隨信號量改變并具有非線性(y特性)。
然而，在y特性的情況下，即增益在小信號輸出期間響應(yīng)于單 阱結(jié)構(gòu)的非線性而增加并且在小信號輸出期間缺乏信號的情況下， 由于可以進(jìn)行逆Y校正并且增益在低亮度期間是負(fù)的，所以與信號 同時壓縮噪聲。這可以減少噪聲。
以這種方式，在該實施例中，正面利用了 y凈爭性，并且如圖2B 所示，i殳置了用于累積小信號的相當(dāng)深的n型伽瑪袋(gamma pocket) 180。
在伽瑪袋180中，信號載流子和信號電流集中在一點并提高了 小信號的調(diào)制度。
可以在寺丸行信號處理的后級中在DSP中寺丸行逆伽瑪校正，并
實現(xiàn)總的噪聲壓縮。
如圖7所示，像素單元Cel具有其容量在大信號輸出期間增加 以及才艮據(jù)y特性實現(xiàn)高動態(tài)范圍(DR)的結(jié)構(gòu)。
圖8是才艮據(jù)該實施例的信號讀出處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。
歹'J (X)方向控制電路4包括CDS電^各41。 ^j尋處于開(ON) 狀態(tài)的像素單元Cel的累積信號通過信號傳輸線SL和開關(guān)SW傳 送給CDS電路41。參考符號IS表示用于形成源極跟隨器的電流源。
上面說明了根據(jù)該實施例的像素單元的結(jié)構(gòu)和功能。
28下面i兌明像素部2的像素單元陣列、包括反射體的結(jié)構(gòu)等。
圖9是根據(jù)該實施例的像素部中的像素單元的布局實例的示 圖。圖IOA是沿圖9所示的a-a，線截取的簡化截面圖。IOB是沿圖 9所示的b-b'線截耳又的簡4匕截面圖。
在該實施例中，以矩陣形狀配置{象素單元Cel。采用了 Bayer陣列。
在第一阱110和第二阱120的側(cè)壁上形成p型元件分隔層(導(dǎo) 電層)140A。在p型元件分隔層140A中形成包括形成晶體管130 的n+層的源極區(qū)141和漏極區(qū)142。在源極區(qū)141側(cè)或漏極區(qū)142 側(cè)上形成阱接觸區(qū)143。在該實例中，在源極區(qū)141側(cè)形成阱接觸 區(qū)143。
在與p型元件分隔層140A相對的位置形成柵極接觸電極190。
在除元件分隔層140A之外的像素單元Cel的柵電極131的前 側(cè)(沒有照射光的一側(cè))上形成反射體200。
以這種方式，配置<象素單元以與相鄰的<象素單元共用部分或多 個漏極、源極、阱或棚-極的^妄觸。這可以才是高布局效率。
換句話il，由于可以通過一個晶體管來配置^f象素單元，所以在 像素分隔層的四個方向上配置漏極、源極、柵極和阱的接觸，并且 斗冊極占據(jù)整個像素。因此，晶體管的隨才幾噪聲顯著減少。
在圖9所示的布局實例中，通過附圖所示的X和Y方向中的Y 方向(垂直方向或4亍方向)上4皮此相鄰的^象素單元共用漏4及*接觸 DCNT和源才及4妾觸SCNT。才冊極4妾觸GCNT和阱4妾觸WCNT $皮X
方向(7JC平方向或列方向)上^皮0t匕相4卩的i"象素單元共用。以這種方式，可以在l象素分割層的四個方向上配置漏招j妾觸
DCNT、源才及4妄觸SCNT、柵才及4妄觸GCNT和阱(基板)4妄觸WCNT。 因此，如圖ll所示，這種布局也可以用在所謂的《居齒形陣列中。
在圖11所示的實例中，將圖9所示的配置旋轉(zhuǎn)了 45度。
圖12是在X方向(水平方向)條纟丈中共用柵-才及的布局實例的示圖。
如圖所示，在這種布局中，在水平條紋中共用4冊才及并在源才及側(cè) 或漏極側(cè)上設(shè)定阱(基—反)接觸WCNT。這樣就可以容易地形成反 射體200。
在這種情況下，可以在X (水平)方向上每隔一列配置阱(基 板)4妄觸WCNT。
(基板)接觸WCNT。
當(dāng)在源極側(cè)上設(shè)定阱(基板)接觸WCNT時，由于電位差減 小，所以具有可以容易地沖丸行l(wèi)象素尺寸縮小的優(yōu)點。
圖13是縮小漏才及側(cè)的布局實例的示圖。
當(dāng)在漏極側(cè)上設(shè)置阱(基板)接觸WCNT時，漏極寬度減小， 即，；波縮小以確j呆4元壓力。
因此，由于源極側(cè)的溝道加寬，所以源極側(cè)加深且累積信號的 部分和趨于,皮施加調(diào)制的部分;f皮此一致，并獲4尋了高調(diào)制特性。圖14是根據(jù)該實施例的像素部中的像素單元的布局實例的示
圖。圖15A是沿圖14所示的a-a，線截取的簡化截面圖。圖15B是 沿圖14所示的b-b，線截取的簡化截面圖。
圖14所示的布局與圖9所示實例的布局相同。然而，在該實 例中，在第一基板面101 (后表面)側(cè)而不是第二基板面102側(cè)上 形成阱(基板)接觸WCNT。在第二基板面102側(cè)上包括p型元件 分隔層140A的整個^f象素單元上形成一冊電纟及131。
在這種情況下，用于防止顏色混合的未示出的遮光膜還可以用 作未示出的配線。
通過采用這種結(jié)構(gòu)，只于稱i也形成反射體200的配線。這在抗壓 方面是有利的。
以下更加i羊細(xì)地^兌明反射體200。
在根據(jù)作為背照型并采用雙阱結(jié)構(gòu)的該實施例的像素單元Cel 中，在晶體管130的柵電極131上形成了一定空間。因此，可以在 該空間中設(shè)置利用了配線金屬等的反射體結(jié)構(gòu)。
透過硅基板100的光被反射體200反射并在硅基板100的第一 阱110中再次光電轉(zhuǎn)換。例如，這可以提高近紅外靈敏度。
在這種情況下，如圖16A所示，基^L相對專交厚(大約6 [im 10 )im )，并且例如可以通過4吏用反射體200對近紅外光的反射而施
加給夜一見監(jiān)控相才幾。
此外，如圖16B所示，如果基板100的厚度正減小以反射G 光至R光，則因為Y義需要大約一半的基4反厚度，所以還可以進(jìn)一步 將像素尺寸減半。通常，對于可視光，需要硅基板必須具有2 pm - 3 pm的厚度， 并且以達(dá)到約25度的入射角來接收光。限制約1:2的縱橫比。因此， 約1 (im ~ 1.5 是Y象素尺寸的限制。
然而，如在該實施例中，如果使用反射體200，則硅基板必須 僅具有1 fim 1.5 fim的一半厚度。因此，作為像素尺寸，亞微米像
素是可能的。
在這種情況下，電極期望使用具有高可見光透射率的ITO膜。
在該實施例中，反射體200是金屬(鋁，等)的配線。稍后描 述該結(jié)構(gòu)實例。
盡管沒有具體說明，但反射體可以由非導(dǎo)電絕緣膜等形成。
下面說明通過共用列電路實現(xiàn)尺寸減小的結(jié)構(gòu)。
在這種情況下，在像素部2的像素單元的矩陣陣列中，將漏極 4妻觸在列中,皮分為兩個以上的組以共用列方向(X方向)4空制電^各 4中的列電3各，并實現(xiàn)了尺寸的減小。
圖17A和圖17B是4妾觸共用《象素部的^象素單元陣列實例的示 圖。圖17A是l象素單元布局實例的示圖。圖17B是對應(yīng)于圖17A 的圖樣布局的示圖。
圖18是采用圖17所示的布局并簡化了共用列電^^的信號處理 系統(tǒng)和〗象素部的等效電3各的示圖。
在下面的i兌明中，，Ii殳信號Sel 一皮才是供給晶體管的所選柵極。
在該實例中，兩條垂直線共用漏才及。
32在圖17A所示的實例中，以矩陣形狀配置所選4奪并示出的16 個單元Cel。
基本上，采用了 Bayer陣列。在第一行第一列中配置G (綠色， Gr)像素單元Celll，在第一行第二列中配置B (藍(lán)色)像素單元 Cel12,在第二行第一列中配置R (紅色)像素單元Cel21,以及在 第二行第二列中配置G (Gb)像素單元Cel22。
類似地，在第一行第三列中配置G (Gr)像素單元Cel13,在 第一行第四列中配置B像素單元Cel14，在第二行第三列中配置R 像素單元Cel23,以及在第二行第四列中配置G (Gb)像素單元 Cel24。
在第三行第一列中配置G像素單元Cel31 ，在第三行第二列中 配置B像素單元Cel32，在第四行第一列中配置R像素單元Cel41， 以及在第四行第二列中配置G (Gb)像素單元Cel42。
類似地，在第三行第三列中配置G (Gr)像素單元Cel33，在 第三行第四列中配置B像素單元Cel34，在第四行第三列中配置R 像素單元Cel43,以及在第四行第四列中配置G (Gb)像素單元 Cel44。
在像素單元陣列的每列中，彼此相鄰的奇數(shù)行和偶數(shù)行中的像 素單元共用了漏相^接觸。
在圖17A所示的實例中，像素單元Celll和Cel21共用漏極接 觸DCNT，以及^f象素單元Cel31和Cel41共用漏招j妄觸DCNT。
類似地，像素單元Cel12和Cel22共用漏極接觸DCNT，以及 像素單元Cel32和Cel42共用漏才及接觸DCNT。像素單元Cel13和Cel23共用漏極4妻觸DCNT,以及像素單元 Cel33和Cel43共用漏極4妄觸DCNT。
像素單元Cel14和Cel24共用漏極接觸DCNT,以及像素單元 Cel34和Cel44共用漏核j妾觸DCNT。
在圖17A所示的實例中，通過共用漏極接觸DCNT的第一行 中的像素單元Cel 11 - Cel 14以及第二行中的像素單元Cel21 ~ Cel24 形成組GRPl。
類似J也，通過共用漏相J妻觸DCNT的第三《亍中的Y象素單元 Cel31 Ce134以及第四4亍中的Y象素單元Cel41 ~ Cel44形成組 GRP2。
在彼此相鄰的組之間的每列中，彼此相鄰的像素單元共用源極 接觸SCNT。
在圖17A所示的實例中，組GRP1的4象素單元Ce121與組GRP2 的像素單元Cel31共用源極接觸SCNT。
組GRP1的1^象素單元Cel22與組GRP2的i"象素單元Cel32共用 源極4妻觸SCNT。
組GRP1的〗象素單元Cel23與組GRP2的^f象素單元Cel33共用 源極接觸SCNT。
組GRP1的i象素單元Cel24與組GRP2的^象素單元Cel34共用 源極4妾觸SCNT。
在圖17B中，參考符號LGND1 LGND5等表示連接至阱接觸 WCNT的地線，LSGN1 -LSGN4等表示連4妄至源扭j妻觸SCNT的信號線，LGT1 LGT3等表示連接至沖冊極接觸的柵極線，以及 LDRN1 LDRN2等表示連4妄至漏招〃接觸的漏才及線。
為Y方向(行方向)上的每列配置地線LGND和信號線LSGN。
為X方向(列方向)上的每行配置柵極線LGT和漏極線LDRN。
通過配線的層疊結(jié)構(gòu)形成地線LGND、信號線LSGN、柵極線 LGT和漏極線LD脂。
例如，通過底層中的第一金屬配線(1MT)形成地線LGND。
通過,人底部開始的第二層中的第二金屬配線(2MT)形成信號 線LSGN。
通過從底部開始的第三層中的第三金屬配線(3MT)經(jīng)由設(shè)置 在線之間同時保持絕緣特性的絕緣膜來形成柵極線LGT和漏極線 LDRN。
在該實施例中，通過例如Al配線Lal來支持(back )由第三金 屬配線形成的漏極線LDRN,以減少阻抗作為防備IR降低的措施。
在該實施例中，如圖17A、圖17B和圖18所示，在組GR1 ~ GRP3的每個組中，在共用漏極接觸的像素單元中，柵極接觸GCNT 和阱(基玲反)4妄觸WCNT ^皮形成為在X方向(列方向)上面向相 反方向。
在奇數(shù)列和偶數(shù)列中，柵極接觸GCNT和阱(基板)接觸WCNT 一皮形成為也面向才目反方向。具體地，在組GRP1中，在X方向上，在圖中的左側(cè)形成第一 列中像素單元Celll中的柵極接觸GCNT,以及在X方向上，圖中 的右側(cè)形成阱4妻觸WCNT 。
在第一列中的^f象素單元Cel21上，在X方向上圖中的右側(cè)形成 柵極接觸GCNT ，以及在X方向上圖中的左側(cè)形成阱接觸WCNT 。
像素單元Celll的晶體管130的柵極經(jīng)由才冊極接觸GCNT連接 至柵極線LGT1。阱接觸WCNT連接至配置在第二列中的地線 EGND2。
像素單元Cel21的晶體管130的柵極經(jīng)由4冊極接觸GCNT連接 至^f極線LGT1。阱接觸WCNT連接至配置在第一列中的地線 LGND1。
在第二列中的像素單元Cel12上，在X方向上，在圖中的右側(cè) 形成4冊才及4妄觸GCNT。在X方向上，在圖中的左側(cè)形成阱4妄觸 WCNT。
在X方向上，在圖中的左側(cè)形成第二列中的〗象素單元Cel22的 柵極接觸GCNT。在X方向上，在圖中的右側(cè)形成阱接觸WCNT。
像素單元Cel12的晶體管130的柵極經(jīng)由柵極接觸GCNT連接 至柵極線LGT1 。阱接觸WCNT連接至配置在第二列中的地線 LGND2。
像素單元Cel22的晶體管130的柵極經(jīng)由柵極接觸GCNT連接 至4冊才及線LGT1 。阱-接觸WCNT連4妄至配置在第三列中的i也線 LGND3 。在X方向上，在圖中的左側(cè)形成第三列中的像素單元Ce113的柵極接觸GCNT,以及在X方向上，在圖中的右側(cè)形成阱接觸WCNT。
在X方向上，在圖中的右側(cè)形成第三列中的像素單元Ce123的柵極接觸GCNT，以及在X方向上，在圖中的左側(cè)形成阱接觸WCNT。
像素單元Cdl3的晶體管130的柵極經(jīng)由柵極接觸GCNT連接至4冊^L線LGT1。阱4妻觸WCNT連4妄至配置在第四列中的;l也線LGND4。
像素單元Cel23的晶體管130的柵4及經(jīng)由4冊才及4妄觸GCNT連接至柵極線LGT1。阱4妻觸WCNT連4妾至配置在第三列中的i也線LGND3 。
在X方向中上，在圖中的右側(cè)形第四列中的l象素單元Cel14柵極接觸GCNT。在X方向上，在圖中的左側(cè)形成阱接觸WCNT。
在X方向上，在圖中的左側(cè)形成第四列中的像素單元Cel24的柵極接觸GCNT,以及在X方向上，在圖中的右側(cè)形成阱接觸WCN丁。
像素單元Cel14的晶體管130的柵極經(jīng)由柵極接觸GCNT連接至柵極線LGT1 。阱接觸WCNT連接至配置在第四列中的地線LGND4。
像素單元Cel24的晶體管130的柵極經(jīng)由柵極接觸GCNT連接至才冊極線LGT1 。阱4妄觸WCNT連4姿至配置在第五列中的地線LGND5 (未示出)。組GRP2和GRP3基本上以相同的4莫式形成。因此，省略組GRP2和GRP3的詳細(xì)it明。
如圖18所示，對于頂部讀出和底部讀出，將信號線LSGN1 LSGN4等分別分為兩種信號線LSGN1-T和LSGN1-B、 LSGN2-T和LSGN2-B、 LSGN3-T和LSGN3-B以及LSGN4-T和LSGN4-B等。
設(shè)置奇數(shù)組選纟奪開關(guān)(頂部開關(guān))OGSW1和偶ft組選纟奪開關(guān)(底部開關(guān))EGSW1，并以兩列為單位設(shè)置頂部開關(guān)OGSW2和底部開關(guān)EGSW2。
信號線LSGN1-T和LSGN2-T連接至頂部開關(guān)OGSW1的兩個切換端。信號線LSGN1-B和LSGN2-B連接至底部開關(guān)EGSW1的兩個切換端。信號線LSGN1-T和LSGN2-T連4妄至奇H組GRP1 、GRP3等的源極接觸SCNT。信號線LSGN1-B和LSGN2-B連接至偶數(shù)組GRP2 、 GRP4等的源極*接觸SCNT。
類似地，信號線LSGN3-T和LSGN4-T連接至頂部開關(guān)OGSW2的兩個切換端。信號線LSGN3-B和LSGN4-B連4妻至底部開關(guān)EGSW2的兩個切終端。信號線LSGN3-T和LSGN4-T連4妾至奇數(shù)組GRP1 、 GRP3等的源擬j妄觸SCNT。信號線LSGN3-B和LSGN4-B連接至偶數(shù)組GRP2、 GRP4等的源極接觸SCNT。
頂部開關(guān)OGSWl、 OGSW2等的固定端連4妄至第一信號傳專lr
線LSTM1。底部開關(guān)EGSW1、 EGSW2的固定端連接至第二信號傳輸線LSTM2。
38電流源1401連4妾至第一〗言號傳llr線LSTM1。電流源1401與第一信號傳輸線LSTM1的連接點經(jīng)由電容器C401連接至列電路400的比較器401。
比較器401的反相輸入(-)連接至電容器C401。將基準(zhǔn)電位給予其非反相輸入(+ )。
在比較器401的反相輸入(-)和輸出之間連接復(fù)位開關(guān)402。通過例如MOS晶體管形成開關(guān)402。
電流源1411連4妄至第二信號傳llr線LSTM2。電流源1401與第二信號傳輸線LSTM2的連接點經(jīng)由電容器C411連接至列電路410的比較器411。
比較器411的反相輸入端(-)連接至電容器C411。將基準(zhǔn)電位提供給其非反相輸入端(+ )。
在比較器411的反相輸入端(-)和輸出之間連接復(fù)位開關(guān)412。通過例如MOS晶體管形成開關(guān)412。
在這種結(jié)構(gòu)中，可以分別為奇數(shù)和偶數(shù)采樣信號以奇數(shù)的D相Do、奇凄史的P相Po、 <禺#:的D相De和偶凄t的P詳目Pe的順序#丸4亍復(fù)位。在垂直和水平方向上，可以用數(shù)字相力。(垂直方向上，相反增加)執(zhí)行來自相同顏色像素的信號的任意相加處理。
圖19A和圖19B是圖17A和圖17B所示的方形陣列中的tT號輸出順序的示圖。圖19A是當(dāng)不共用水平列時用于輸出信號的信號輸出順序的示圖。圖19B是當(dāng)共用水平列時用于輸出信號的信號輸
出順序的示圖。
39在圖19A和圖19B中，為了以信號輸出順序配置l象素單元，從布局圖所示垂直反轉(zhuǎn)《象素單元的配置。
在該實例中，行和列表示為V行和H列，并為各行和各列附加上數(shù)字。向輸出信號給出對應(yīng)于像素單元RGB和矩陣陣列的數(shù)字。例如，第一行、第一列中的信號表示為Rll，以及第一行、第二列中的信號表示為G12。
在圖19A所示實例的情況下，以#4居底側(cè)和頂側(cè)上的<象素單元陣列的順序來輸出信號。
在圖19B所示實例的情況下，以時分方式^r出信號。
例如，首先，在底側(cè)讀出像素單元G12、 G14等的信號以及在頂側(cè)讀出像素單元B22和B24的信號，然后，在底側(cè)讀出 <象素單元Rll、 R13等的信號以及在頂側(cè)讀出像素單元G21和G23的信號。
以這種方式，可以為每種相同顏色凈丸行信號讀出并4丸行來自相同顏色像素的信號的任意相加處理。
如上所述，在圖17A、圖17B和圖18所示實例中，為每兩條線交替讀出以及在奇數(shù)列和偶數(shù)列中分開讀出Gb和Gr。
在該實例中，由于通過兩條線共用漏極，所以根據(jù)上部和下部列陣列的平行處理(雙倍速度)是必要的。此外，由于為每兩條線從上面和下面交替輸出Gr/Gb的信號，所以垂直執(zhí)行數(shù)字相加或2/4稀疏。
可以才艮據(jù)水平復(fù)位漏極的分離(即，分為奇數(shù)列和偶數(shù)列)共用兩個以上的列(1/n減速)。
40it匕夕卜，可以才丸4亍列減少。
此外，在顏色編碼同步中，可以通過同一列信號中的數(shù)字相加執(zhí)行來自相同顏色像素的任意的信號相加處理。
此外，由于通過用于減小阻抗的Al支持漏才及線LDRN的水平
配線，所以可以防止〗專iir至漏一及線的^f言號電壓的降4氐。
圖20A和圖20B是通過將圖17A和圖17B所示的方形陣列旋轉(zhuǎn)45度而形成的鋸齒形陣列的示圖。圖20A是^f象素單元的布局實例的示圖。圖20B是對應(yīng)于圖20A的圖案布局的示圖。
圖21是采用圖20A所示的布局并簡化了共用列電路的信號處理系統(tǒng)和^f象素部的等步文電3各的示圖。
通過簡單地將電極和電極下的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)45度并為鋸齒形陣列i殳計配線，可以實現(xiàn)/練齒形陣列。
在這種情況下，基本操作與圖17A、圖17B和圖18所示方形陣列的情況下的操作相同?？梢苑謩e為奇數(shù)和偶數(shù)采樣信號以奇數(shù)的D相Do、奇凌史的P相Po、 4禺凄t的D 一目De和4禺凄史的P相Pe的順序#^于復(fù)^立。在垂直和水平方向上，可以用lt字相力口 (垂直方向上，相反增加)執(zhí)4亍來自相同顏色像素的信號的任意相加處理。
圖22A和圖22B是通過3走專爭圖17A和圖17B所示的方形陣列而形成的另一鋸齒形陣列的示圖。圖22A是像素單元的布局實例的示圖。圖22B是對應(yīng)于圖22A的圖案布局的示圖。
圖23是采用圖22A所示的布局并簡化了共用列電路的信號處理系統(tǒng)和Y象素部的等凌丈電^各的示圖。
41在圖20A、 20B和圖21所示的實例中，4言號讀出的形式與圖17A、圖17B和圖18的情況相同。然而，在圖22A、圖22B和圖23所示的實例中，交替配置底部的各列和頂部的各列。
在這種情況下，基本^l喿作與在圖17A、圖17B和圖18所示方形陣列情況下的才喿作相同?？梢苑謩e為奇凄t和偶凄t采樣信號以奇數(shù)的D相Do、奇凄t的P相Po、《禺凄史的D詳目De和^f禺^t的P相Pe的順序#^于復(fù)^立。在垂直和水平方向上，可以用#:字相力口 (垂直方向上，相反增加)執(zhí)行來自相同顏色像素的信號的任意相加處理。
圖24A和圖24B是圖20A和圖20B所示的鋸齒形陣列中的信號輸出順序的示圖。圖24A是當(dāng)不共用水平列時用于輸出信號的信號輸出順序的示圖。圖24B是當(dāng)共用水平列時用于輸出信號的信號輸出順序的示圖。
在該實例中，4亍和列#皮表示為V 4亍和H歹'J,并為各4亍和各列附加上凄t字。為輸出信號給出對應(yīng)于像素單元RGB和矩陣陣列的數(shù)字。
在圖24A所示實例的情況下，以#^居底側(cè)和頂側(cè)上的{象素單元陣列的順序輸出信號。
在圖24B所示實例的情況下，以時分方式輸出信號。
例如，首先，在底側(cè)讀出像素單元Rll、 R13等的信號以及在頂側(cè)讀出像素單元G22和G24的信號，然后，在底側(cè)讀出像素單元B12、B14等的信號以及在頂側(cè)讀出〗象素單元G23和G25的信號。
以這種方式，可以為每種相同顏色才丸4亍信號讀出以及^丸行來自相同顏色像素的信號的任意相加處理。
42圖25A和圖25B是圖22A和圖22B所示的鋸齒形陣列中的信號輸出順序的示圖。圖25A是當(dāng)不共用水平列時用于輸出信號的信號輸出順序的示圖。圖24B是當(dāng)共用水平列時用于輸出信號的信號輸出順序的示圖。
在該實例中，4亍和列#:表示為v 4亍和h列，并為各4亍和各列
附加上數(shù)字。向輸出信號給出對應(yīng)于像素單元RGB和矩陣陣列的數(shù)字。
在圖25A所示實例的情況下，以才艮纟居底側(cè)和頂側(cè)上的〗象素單元陣列的順序輸出信號。
在圖25B所述實例的情況下，以時分方式輸出信號。
例如，首先，在底側(cè)讀出Y象素單元Rll、 R13、 R15等的信號以及在頂側(cè)讀出像素單元G21、 G23和G25的信號，然后，在底側(cè)讀出像素單元G22、 G24、 G26等的信號以及在頂側(cè)讀出4象素單元B12、 B14和B16的4言號。
以這種方式，可以為每種相同顏色執(zhí)行信號讀出以及執(zhí)行來自相同顏色像素的信號的任意相加處理。
上面i兌明了Y象素單元陣列的具體實例。
下面i兌明當(dāng)采用圖17A和圖17B所示的方形陣列時的反射體的形成實例。
在才艮據(jù)該實施例的4象素單元陣列中，可以在4冊才及的四個方向上配置漏招j妄觸DCNT、源招j妄觸SCNT、斥冊才及接觸GCNT和阱(基板)接觸WCNT。因此，如圖26A所示，整個感光區(qū)都是柵極區(qū)。因此，如圖26B所示，反射體200基本上可以被形成為疊加在
整個柵極區(qū)上。
換句話說，當(dāng)采用圖17A和圖17B所示的方形陣列時，可以通過使用層疊結(jié)構(gòu)的任意配線來形成反射體。
下面i兌明第一至第三實例。
圖27是反射體和配線共用布局的第一實例的示圖。
圖28是反射體和配線共用布局的第二實例的示圖。
圖29是反射體和配線共用布局的第三實例的示圖。
在圖27所示的第一實例中，不同于圖17A和圖17B所示的實例，柵極線LGT是第一金屬配線，漏極線LDRN是第二金屬配線，以及信號線LSGN和i也線LGND是第三金屬配線。
在這種情況下，柵極線LGT的第一金屬配線用作反射體200。與柵極區(qū)相關(guān)聯(lián)并且選擇性地形成反射體200。
在圖28所示的第二實例中，如圖17A和圖17B所示的實例，地線LGND是第一金屬配線，信號線LSGN是第二金屬配線，以及柵極線LGT和漏極線LDRN是第三金屬配線。
在這種情況下，；也線LGND的第一金屬配線用作反射體200。
在圖29所示的第三實例中，如圖27所示的實例，斥冊才及線LGT是第 一金屬配線，漏極線LDRN是第二金屬配線，以及信號線LSGN和地線LGND是第三金屬配線。在這種情況下，柵極線LGT的第 一金屬配線被用作反射體200。 以條紋狀形成反射體200。
上面it明了 Y象素單元結(jié)構(gòu)、陣列和反射體形成的實例。
下面說明包括列電路側(cè)的信號處理系統(tǒng)的特性結(jié)構(gòu)和功能。
首先，在該實施例中，固態(tài)成像裝置1具有預(yù)線復(fù)位功能，用 于將先前線的復(fù)位電平用作列電路400 (410)的比較器401 (411)
的參考電平來提高大光量阻抗。
圖30A和圖30B是用于說明預(yù)線復(fù)位的基本概念的示圖。圖 30A是等效電^各的示圖。圖30B是時序圖。
在這種情況下，在比4交器401 ( 411 )中與釗-i皮波形VRAMP的 比較操作之前(D相讀出之前)，接通列電路400( 410 )的開關(guān)(SW ) 402 (412)，并連接比較器的輸入和輸出以執(zhí)行電路復(fù)位。
因此，通過將先前線的復(fù)位電平用作列電路400 (410)的比較 器401 (411)的參考電平來提高大光量阻抗。
該實施例采用了通過在像素復(fù)位^f吏卩象素單元々包和緊前從漏極 向像素注入電荷之后執(zhí)行復(fù)位操作(硬復(fù)位像素單元)減少殘留圖 像的功能。
圖31A和圖31B是4艮據(jù)該實施例的對應(yīng)于;更復(fù)位功能的信號 處理系統(tǒng)的示意圖。圖31A是等效電路的示圖。圖31B是時序圖。
在這種情況下，在開關(guān)SW401與配置在信號傳送線和列線400 (410)之間的電容器C401 (C411)之間設(shè)置晶體管Q401 (漏極 連接至電源電位，源極連接至比較器401(411))、經(jīng)由開關(guān)SW402連接在晶體管Q401與地線之間的連接點的比較器C402、經(jīng)由開關(guān) W403連接至晶體管Q401的源極的電流源1402以及連接至晶體管 Q401的柵極的電流源1403。晶體管Q401的柵極連接至開關(guān) SW401。
在石更復(fù)位中，當(dāng)晶體管130的對冊才及電壓VG i殳為0 V ~ - 1.0 V 而漏才及電壓VD設(shè)為1.8 V時，其源才及電壓VS為高阻抗Hi-Z或LD。 累積的電子溢出(OF)。換句話說，像素單元Cel飽和。為此，信
號被保持。
在下面的復(fù)位才喿作中，當(dāng)晶體管130的4冊才及電壓VG i殳為0 V ~ -1.0 V且其漏極電壓VD設(shè)為等于或高于3.0 V，例如，設(shè)為3.7 V 時，其源極電壓VS為高阻抗Hi-Z或LD。通過漏電極向外部釋放 存在于累積阱中的電子。
在這種情況下，為了防止消耗釆樣時間的信號側(cè)的泄漏，例如， 僅在信號側(cè)執(zhí)行模擬采樣并數(shù)字地執(zhí)行CDS。結(jié)果，通過增加一個 電容器獲得了顯著的改善效果。
例如，可以通過結(jié)合用于D相的才莫擬采4f和用于P相的H字采 樣而以小尺寸才是高大光量阻抗。
也可以對所謂的浮置擴(kuò)散(FD )結(jié)構(gòu)的像素單元施加對應(yīng)于模 擬SHD和數(shù)字CDS的電路結(jié)構(gòu)。
在該實施例中，確實向i象素單元^^出y特性。與y特性相結(jié)合， 通過使用具有與像素單元的晶體管130相同結(jié)構(gòu)的背柵極終端的晶 體管來配置逆y才交正電3各。圖32是用于說明包括逆y校正電路的信號處理系統(tǒng)的基本概
念的等效電^^圖。
逆y校正電路420包括具有背柵極終端的晶體管421、配置電 流反射鏡的晶體管422和423、開關(guān)SW421、電容器C421以及電 流源1421、 1422和1423。
連4姿晶體管421的源才及和電流源1421。晶體管421的源4及與電 流源1421的連4妻點連4妄至開關(guān)SW401。晶體管421的漏極連4妻至 晶體管422的源才及。連4妄晶體管422的4冊4及和漏#及。4冊一及和漏才及的 連接點連接至電流源1422、晶體管423的柵極和開關(guān)SW421。
晶體管423的漏才及連接至電源電位。晶體管423的源極連4妻至 電流源1423。晶體管423的源極與電流源1423的連接點連4妄至晶 體管421的基板和電容器C401。電容器C421連接至開關(guān)SW421。
由于信號處理系統(tǒng)的時序圖與圖31b所示相同，所以在圖中沒 有示出時序圖。
通過逆y才交正電^各420降^氐y特性，即，丫特性的非線性凈皮改 變?yōu)榫€性以執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
才艮據(jù)該實施例的信號處理系統(tǒng)具有如上所述的特性。
在通常的列凄t字CDS或ADC中，在一個H (水平)周期內(nèi)緩 慢執(zhí)行CDS或ADC。假設(shè)在FD中存儲信號。
然而，在閾值調(diào)制系統(tǒng)中，即使在CDS或ADC期間也會通過 所接收的光引起信號改變。因此，當(dāng)以大光量使用高速電子快門時， 可能發(fā)生信號錯誤和黑浮(floating black )。通常，通過高速才莫擬CDS來防止這種問題。在該系統(tǒng)中，可
以考慮快門速度和信號量來校正黑電平。不考慮特定范圍內(nèi)的電子 快門速度明確引起問題。
為了防止消肆毛采樣時間的信號側(cè)的泄漏，如上所述，例如，僅 在信號側(cè)執(zhí)行模擬采樣。結(jié)果，通過增加一個電容器獲得了顯著的 4是高效果。
Y吏用先前線的復(fù)位電平的預(yù)線復(fù)位系統(tǒng)可以處理列CDS的復(fù)位。
圖33A~圖33C是預(yù)線系統(tǒng)、兩列共用以及2x2像素定時的電 平圖的示圖。圖33A是工作電壓實例的示圖。圖33B是兩列共用中 的靜態(tài)圖像順序?qū)嵗氖緢D。圖33C是2x2像素相加順序?qū)嵗氖緢D。
在該實施例中，例如，如圖34所示，以陣列形狀配置i象素單 元(晶體管)以獲得具有多個像素的一個輸出信號。這可以獲得高 -Qs和^氐p喿聲動態(tài)范圍。
在固態(tài)成像元件或元件外部的信號處理IC中，可以沖丸行獲得 一個輸出信號的方法。當(dāng)在元件外部的信號處理IC中執(zhí)行該方法 時，存在例如可以4交正擊夾陷1象素的伊C點。
在該實施例中，例如，如圖35的平面圖和圖36的簡化截面圖 所示，如果最終獲得一個輸出，則以多個^f象素為單位執(zhí)行元件分隔， 以準(zhǔn)備在以陣列形狀配置的多個像素中混合信號。因此，傳感器累 積區(qū)域進(jìn)一步被擴(kuò)展，并且可以獲得高動態(tài)范圍(D范圍)。在該實施例中，例如，如圖36B的簡化截面圖所示，如果濾色 片譯碼在以陣列形狀配置的多個像素中不是相同顏色，而是例如為 原色B (Blue)和R (Red),則獲4尋4卜色品紅色。因ot匕，可以^使用 在凸輪編碼器等中使用的補(bǔ)色信號處理。結(jié)果，顏色再現(xiàn)性與原色 相同，并且可以獲得通過共用濾色片材料提高大規(guī)模生產(chǎn)力。
在該實施例中，例如，如圖37以及圖38A和38B所示，在共 用一部分或多個與相鄰像素單元的漏極、源極、基板(阱)或柵極
的接觸的^f象素中，當(dāng)以多個^f象素為單位^丸^亍元件分隔時，由于可以 消除復(fù)位漏才及下的元件分隔p阱，所以具有可以減小復(fù)^立電壓的效果。
在根據(jù)該實施例的固態(tài)成像裝置1中，通過連續(xù)光電轉(zhuǎn)換而不 在從像素讀出信號的過程中復(fù)位像素，可以沖丸行非破壞性讀出而不 4吏暗電流劣化。
例如，根據(jù)非破壞性讀出，可以在低速曝光和閥曝光(valve exposure)期間實現(xiàn)高-S/N寬動態(tài)范圍(寬D范圍)和實時取景。
才艮據(jù)非石皮壞性讀出，還可以實王見各種形式，例如，可以4丸414爭 態(tài)圖像4氐速曝光以及運(yùn)動圖^f象的異步和同步同時操作，AE和AF 的同時使用成為可能，并且可以在整個區(qū)域通過高速局部掃描隨枳j i也^l^亍實時AE/AF。
圖39是根據(jù)非破壞性讀出的寬動態(tài)范圍(寬D范圍)序列的 實例的示圖。
在圖39中，垂直方向表示信號電平，水平方向表示曝光時間。 <步驟ST1〉對信號電平進(jìn)行復(fù)位并執(zhí)行黑掃描。拍攝閾值Vh變化圖像。
<步驟ST2>
在時間tl,執(zhí)行第一中間掃描(SCAN#1 )。拍攝高亮度圖像并 獲得Vth差。
<步驟ST3>
在時間t2,執(zhí)行第二中間掃描(SCAN#2)。拍攝中等亮度圖像 并獲纟尋Vth差。
<步驟ST4>
在時間t3，執(zhí)行最終掃描以復(fù)位信號電平。拍攝低亮度圖像 (CDS )。
盡管圖中沒有示出，但如步驟ST5，通過對高亮度圖像、中等 亮度圖像和低亮度圖像進(jìn)行圖像組合來成像實現(xiàn)寬動態(tài)范圍。(各
圖40是根據(jù)非破壞性讀出的低速實時取景序列的實例的示圖。 在圖40中，垂直方向表示信號電平，水平方向表示曝光時間。 <步驟STll〉
對信號電平進(jìn)行復(fù)位并執(zhí)行黑掃描。拍攝閾值Vh變化圖像。 <步驟ST12>
50執(zhí)行第一中間掃描(SCAN#1)。拍攝#1圖像并獲得糾Vth差， 并例如進(jìn)行顯示用于監(jiān)控。
<步驟ST13〉
執(zhí)行第二中間掃描(SCAN#2 )。拍攝#2圖像并獲得# 1 Vth差， 并例如進(jìn)行顯示用于監(jiān)控。
<步驟ST14〉
執(zhí)行最終掃描。獲取#11圖像并獲得弁nVth差，并例如進(jìn)行顯示 用于監(jiān)控。
<步驟ST15〉
執(zhí)行拍攝掃描以復(fù)位信號電平。執(zhí)行最終圖像拍攝CDS和存 儲器中的記錄。
<步驟ST16>
在異步型的情況下，4安照1/30s顯示步-驟ST15中拍^U々圖丫象 (靜態(tài)圖像)。
以這種方式，4艮據(jù)非石皮壞性讀出，可以在^f氐速曝光和閥曝光期 間實現(xiàn)例如高-S/N寬動態(tài)范圍(寬D范圍)和實時取景。
如上所述，才艮據(jù)該實施例，基一反IOO包括其上照射光的第一基 *反面101側(cè)和其上形成元件的第二基纟反面102側(cè)。形成通過相鄰單 元組和元件分隔層分隔的多個^象素單元Cel (2A)。每個^f象素單元 Cel均包括形成在第一基4反面101側(cè)上的第一導(dǎo)電(該實施例中為n 型)阱(第一阱)110和與第一阱110相比進(jìn)一步形成在第二基板
51面102側(cè)上的第二導(dǎo)電(p型)阱(第二阱)120。 n型第一阱110 用作4妻收來自第一基一反面101側(cè)的光的感光部，并具有用于所4妾收 光的光電轉(zhuǎn)換功能和電荷累積功能。在第二阱120中形成檢測第一 阱110的感光部中的累積電荷并具有閾值調(diào)制功能的MOS晶體管 130。在第一阱110和第二阱120的側(cè)壁上形成與第一導(dǎo)電類型(在 該實施例中為n型)相反的第二導(dǎo)電類型的p型元件分隔層(導(dǎo)電 層)140以環(huán)繞側(cè)壁。
可以通過漏極(D) /柵極(G) /源極(S)結(jié)構(gòu)的一個晶體管 形成像素。因為〗象素結(jié)構(gòu)與邏輯處理是兼容的，所以可以使步驟數(shù) 量的增加最小化。
因為可以共用漏極、源極、柵極和阱的接觸，所以布局效率較 高，并且可以實現(xiàn)孩"象素。
由于4冊極區(qū)4交大，所以晶體管噪聲非常小。
由于整個像素都是累積區(qū)域，斯普哦飽和信號量較大，并且可 以實J見高動態(tài)范圍(DR)。
由于向漏極釋放從界面生成的暗電流，所以不會發(fā)生界面中的 暗電流圖^f象缺陷。
可以執(zhí)行非破壞性讀出，其中，不管柵極是導(dǎo)通還是截止，暗 電流都沒有惡化。
整個感光部都是柵極。當(dāng)安裝反射體時，可以實現(xiàn)近紅外高靈 敏度和超好像素。
通過逆Y一交正功能可以減少、噪聲?？蓪⒕哂猩鲜鎏匦缘墓虘B(tài)成^f象裝置應(yīng)用為數(shù)碼相才幾和4聶像才幾 的成像裝置。
圖41是應(yīng)用根據(jù)該實施例的固態(tài)成像裝置的相機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 實例的示圖。
如圖41所示，相機(jī)系統(tǒng)500包括成像裝置510,可應(yīng)用根據(jù) 該實施例的固態(tài)成像裝置1;光學(xué)系統(tǒng)，將入射光引導(dǎo)至成像裝置 510的像素區(qū)(聚焦目標(biāo)圖像)，例如，在成^象面上會聚入射光(圖 像光)的透鏡520;驅(qū)動電路(DRV) 530，驅(qū)動成像裝置510;以 及信號處理電路(PRC) 540，處理成像裝置510的輸出信號。
驅(qū)動電3各530包括定時生成器(未示出)，其生成各種定時信 號，包括用于驅(qū)動成像裝置510中的電3各的開始脈沖和時鐘脈沖。 驅(qū)動電3各530通過預(yù)定的定時信號驅(qū)動成〗象裝置510。
信號處理電路540對成像裝置510的輸出信號應(yīng)用諸如CDS (相關(guān)雙采樣)的信號處理。
在諸如存儲器的記錄介質(zhì)中記錄被信號處理電^各540處理的圖 像信號。記錄在記錄介質(zhì)中的圖像信號通過打印機(jī)等進(jìn)行硬拷貝。 在包括液晶顯示器的監(jiān)控器上顯示被信號處理電路540處理的圖像 信號作為運(yùn)動圖像。
如上所述，在諸如數(shù)碼相才幾、監(jiān)控相才幾、安裝在便攜電話上的 相才幾、單4竟頭反光相才幾和掃描4義的成^f象裝置和電子i殳備中，可以通 過安裝固態(tài)成像裝置1作為成像裝置510來實現(xiàn)高精度的相機(jī)。
本發(fā)明不受實施例i兌明的限制。例如，在實施例中描述的數(shù)值和材料僅僅是實例。本發(fā)明不限 于這些lt值和材料。
此外，在不背離本發(fā)明精神范圍的情況下可以進(jìn)行各種改進(jìn)。
此外，在不背離本發(fā)明精神的范圍內(nèi)可以有各種改進(jìn)。本領(lǐng)域 技術(shù)人員應(yīng)理解，根據(jù)設(shè)計要求和其他因素，可以在所附權(quán)利要求 書的范圍內(nèi)或其等同范圍內(nèi)，進(jìn)行各種修改、組合、再組合以及改進(jìn)。
權(quán)利要求
1. 一種固態(tài)成像裝置，包括像素單元，形成在基板上，該基板具有光照射于其上的第一基板表面?zhèn)群推渖闲纬啥鄠€元件的第二基板表面?zhèn)?，并且，對于作為一個單位的所述像素單元中的每一個或者多個像素單元，所述像素單元被相鄰的單元組和元件分隔層所分隔，其中，所述像素單元中的每一個均包括第一導(dǎo)電阱，形成在所述第一基板表面?zhèn)壬?；以及第二?dǎo)電阱，形成在所述第二基板表面?zhèn)壬?，所述第一?dǎo)電阱接收來自所述第一基板表面?zhèn)鹊墓猓⒕哂杏糜谒邮展獾墓怆娹D(zhuǎn)換功能和電荷累積功能，以及在所述第二導(dǎo)電阱中形成有檢測所述第一導(dǎo)電阱中的累積電荷并具有閾值調(diào)制功能的晶體管。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述累積電荷和 信號電荷是相同載流子。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述晶體管具有 讀出晶體管的功能、復(fù)位晶體管的功能以及選擇晶體管的功能。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述像素單元具 有當(dāng)亮度低時調(diào)制程度增加的伽瑪特性。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述像素單元具 有在大信號輸出期間容量增加的結(jié)構(gòu)，并具有根據(jù)所述伽瑪特 性實現(xiàn)高動態(tài)范圍的功能。
6. #4居;〖又利要求1所述的固態(tài)成〗象裝置，其中，至少在所述第一 導(dǎo)電阱和所述第二導(dǎo)電阱中的所述第一導(dǎo)電阱一側(cè)上形成第 二導(dǎo)電分隔層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的固態(tài)成像裝置，其中，在所述第二導(dǎo)電阱或所述第二導(dǎo)電分隔層中形成第 一導(dǎo) 電源才及區(qū)和第一導(dǎo)電漏4及區(qū)，以及在所述基板的所述第二基板表面?zhèn)壬系脑礃O區(qū)和漏極區(qū) 之間的所述第二導(dǎo)電阱中的溝道形成區(qū)上形成柵電極。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)成像裝置，其中，多個所述像素單 元以陣列形式配置，并與相鄰的Y象素單元共用一部分或多個漏 極、源4及、阱或棚-一及的"t妻觸。
9. 才艮據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)成像裝置，其中，多個所述像素單元以陣列形式配置，在<象素陣列的 一個方向上，以條紋形狀對所述〗象素單元 共同形成所述^f象素單元的4冊電才及，以及在源極區(qū)側(cè)或漏極區(qū)側(cè)上形成阱接觸。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)成像裝置，其中，在所述第二導(dǎo)電 分隔層中形成阱接觸區(qū)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述阱接觸區(qū) 形成在所述第一基板表面?zhèn)壬系乃龅诙?dǎo)電分隔層中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)成像裝置，其中，當(dāng)所述阱接觸形 成在漏一及側(cè)上時，以隨漏4及寬度的減小而收縮的形狀形成所述阱接觸。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，在陣列形式的所 述j象素單元的配置中，漏招j妻觸4安列分為兩個以上的組，并共 用信號讀出處理系統(tǒng)的列電路。
14. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像裝置，其中，在所述第二基板表面?zhèn)壬系乃鼍w管的柵電極或所述柵電極的更前部中，所 述固態(tài)成像裝置具有反射體，所述反射體反射透射過所述基板 的光并使所述光入射到所述基板的所述第二導(dǎo)電阱和所述第 一導(dǎo)電阱上。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述反射體還 用作預(yù)定配線層。
16. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像裝置，其中，在像素復(fù)位前， 電荷:故立即乂人漏4及注入所述<象素，然后所述^f象素^皮復(fù)4立。
17. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的固態(tài)成像裝置，還包括逆y校正電路， 使用具有與所述像素單元的晶體管相同結(jié)構(gòu)的背柵終端的晶 體管來執(zhí)行逆伽瑪校正。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的固態(tài)成像裝置，還包括用于從所述 像素單元讀出信號的信號處理系統(tǒng)，其中，所述信號處理系統(tǒng)包括比較器，并將先前線的復(fù)位電平 用作所述比較器的參考電平。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，還包括信號處理系統(tǒng)， 在乂人所述l象素讀出信號期間，沖丸行用于繼續(xù)光電轉(zhuǎn)換而不復(fù)位 所述像素的破壞性讀出。
20.—種相機(jī)，包括固態(tài)成像裝置，從基板的第一基板表面?zhèn)冉邮展?；光學(xué)系統(tǒng)，將入射光導(dǎo)向所述固態(tài)成像裝置的所述第一 基才反表面?zhèn)龋灰约靶盘柼幚黼?各，處理所述固態(tài)成l象裝置的輸出信號，其中所述固態(tài)成像裝置包括像素單元，形成在基板上，該 基板具有光照射于其上的第 一 基板表面?zhèn)群推渖闲纬捎卸鄠€ 元件的第二基纟反表面?zhèn)?，并且，對于作為一個單位的所述^f象素 單元中的每一個或者多個l象素單元，所述^象素單元一皮相鄰的單 元組和元件分隔層所分隔，所述^f象素單元中的每一個均包4舌第一導(dǎo)電阱，形成在所述第一基板表面?zhèn)壬?；以及第二?dǎo)電阱，形成在所述第二基板表面?zhèn)壬希龅谝粚?dǎo)電阱接收來自所述第一基板表面?zhèn)鹊墓?，?具有用于所接收光的光電轉(zhuǎn)換功能和電荷累積功能，以及在所述第二導(dǎo)電阱中形成有檢測所述第 一導(dǎo)電阱中的累 積電荷并具有閾值調(diào)制功能的晶體管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種固態(tài)成像裝置和相機(jī)，其中，該固態(tài)成像裝置包括像素單元，形成在基板上，該基板具有光照射于其上的第一基板表面?zhèn)群推渖闲纬啥鄠€元件的第二基板表面?zhèn)?，并且對于作為一個單位的像素單元中的每一個或者多個像素單元，像素單元被相鄰的單元組和元件分隔層所分隔。每個像素單元均具有形成在第一基板面?zhèn)壬系牡谝粚?dǎo)電阱和形成在第二基板面?zhèn)壬系牡诙?dǎo)電阱。第一導(dǎo)電阱接收來自第一基板面?zhèn)鹊墓獠⒕哂杏糜谒邮展獾墓怆娹D(zhuǎn)換功能和電荷累積功能。在第二導(dǎo)電阱中形成有檢測第一導(dǎo)電阱中的累積電荷并具有閾值調(diào)制功能的晶體管。本發(fā)明可以有效且迅速地執(zhí)行一系列操作，例如，光電載流子的生成和累積、電荷的讀出以及剩余電荷的傳輸。
文檔編號H04N5/374GK101465364SQ200810183590
公開日2009年6月24日 申請日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月18日
發(fā)明者丸山康, 原田耕一, 唐澤信浩, 寺籠博裕, 廣田功, 新田嘉一, 野村秀雄, 高島大 申請人:索尼株式會社