固态成像器件和成像装置制造方法及图纸

一种固态成像器件，包括：组成向扫描方向倾斜的斜栅格阵列的多个像素，其包括用于将入射光量转变为电信号的光电转换单元；以及用于将从所述光电转换单元读出的信号电荷转变为电压的电荷到电压转换单元，所述光电转换单元被布置在所述多个像素的沿对角线方向彼此相邻的两个像素之间；其中，所述电荷到电压转换单元由所述两个像素共享；其中，一组晶体管群被布置在共享块中，该共享块由以下结构构成：由沿对角线彼此相邻的两个像素组成的像素对，和与该像素对相邻的像素对，包括与每个像素对的所述电荷到电压转换单元连接的配线。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及固态成像器件和成像装置。并且，本专利技术还涉及成像装置和 相机，其包括诸如CCD(电荷耦合器件)、CMOS(互补金属氧化物半导体)传感 器等的成像器件。
技术介绍
由于近些年数码相机已得到广泛应用，甚至低价相机也需要有高分辨率。 而且，不仅在数码相机中，而且在摄像机、蜂窝式电话上的相机等中也已要 求高分辨率。 一般而言，光学尺寸(固态成像器件的外部尺寸)未改变，因而， 像素数量的增加就等同于像素的微型制造(microfabrication)。像素的微型制造与减少进入像素的光子数量有直接联系，从而导致绝对 灵敏度降低，其不能用量子效率的改善来被弥补。对CCD图像传感器和 CMOS图像传感器来说都是如此。但是，由于金属配线较高(厚)，所以，CMOS 图像传感器通常难以聚集光线，因而灵敏度较低。根据上述内容，已提出一种技术，其中，从图像处理的观点考虑，在提 高敏感度的同时抑制分辨率的降低。下面将参照图30描述该技术。如图30中所示，已知利用所谓的蜂窝式像素阵列，每个像素lll都由倾 斜的正方形像素阵列构成，从而，甚至利用一半的实际像素数量就能够抑制 在垂直和水平方向上的空间分辨率的降低。可利用相同的有效像素区域将像 素数量减少到一半，于是，增大了每单元像素的面积，因而能够提高灵敏度。 沿垂直和水平方向存在大量具有人造间隔的线，并以XY坐标来表示像素数据，因而这两个轴的空间分辨率对于分辨率的感应4艮重要，因而，可以认为， 蜂窝式像素阵列在很多情况下具有较高的灵敏度。但是，蜂窝式像素阵列不适合被集成。通常，像素数据是具有垂直和水平轴的两个轴的数据阵列，且正方形栅格(grid)图像传感器的像素也是与其一 致的阵列。连同此，还沿垂直方向和水平方向进行控制(驱动和读出)。另一方 面，利用蜂窝式像素阵列，像素由倾斜的正方形栅格组成，因而，控制像素 的阵列呈锯齿形图案。例如，对于CMOS图像传感器，在常用的正方形栅格像素阵列情况下， 可以通过改变垂直和水平方向的轴的每个金属配线层来有效地进行配线。另 一方面，对于蜂窝式像素阵列，相邻行或相邻列的像素被插入到同一行或同 一列的像素之间，从而不可避免地以锯齿形方式设置配线，这样，有时难以 与如形成在处于与配线重叠的部分处的硅表面上的晶体管等部件相连接。蜂窝式像素阵列存在配线密度高的问题。因而，需要通过减少配线的数 量来保持较大的金属开口 (metal opening)。有效的方式是共享像素晶体管(参见 曰本未审定的公布专利申请第2004- 128193号)。但是，对于日本未审定的公布专利申请第2004- 128193号披露的技术， 不可避免地会使精细像素的特性恶化。也就是说，通过如图31A所示的日本 未审定的公布专利申请第2004 - 128193号4皮露的技术，电荷到电压 (charge-to-voltage)转换单元的传输门(transfer gate)TG被被布置在像素111的 侧部，其读出特性很优秀，但是包括聚光点面积(condensing spot area)被压缩 的问题。而且，即使在像素之间设置充当电荷到电压转换单元的浮动扩散FD 的共享部分，在两像素之间共享像素晶体管也会使得难以充分保证光电二极 管PD面积。同样，对于多个像素排列成二维正方形的像素组，如图31B所示，充当 要被共享的电荷到电压转换单元的浮动扩散FD经传输门TG被布置在像素111的角部。在相互斜邻的两像素之间，从其像素111的聚光中心到传输门 TG的距离可以通过将传输门TG被布置在其像素111的角而分离开，从而抑 制由传输门TG吸收光而导致的灵壽文度的降低。采用使用CMOS(互补金属氧化物半导体)的CMOS图像装置作为如相机 等的成像器件，并且，该CMOS图像装置包括诸如对于CCD(电荷耦合器件) 成像装置来说很难的部分读出功能，这有利于降低功耗和减小成像装置的尺 寸。近年来，存在增加CMOS成像装置中的像素数量的要求。但是，CMOS 成像装置在一个像素内包括许多驱动器元件，如光电二极管、传输晶体管、 复位晶体管、放大晶体管、选择晶体管等，因而，难以减小像素的尺寸。并 且，由于增加了像素的数量，所以，增大了像素电路的驱动负载和来自像素 电路的信号的读出负载，这导致不利于高速驱动的情况。该问题的一个解决方法是通过共享晶体管来减小负载。例如，利用其中 由多个光电二极管和传输晶体管共享放大晶体管的配置，可以减少诸如要连 接到垂直信号线的放大晶体管等的元件的数量，从而可在读出输出信号时减 小垂直信号线的负载。而且，已提出了一种方法，其中，通过共享光电转换 单元来改善输出信号的图像质量(参见日本未审定的专利申请公布第 2006-54276号)。此外，关于像素的微型制造的一个解决方案是这样的方法，其中，共享 像素内的晶体管，减小每一个像素的晶体管的数量，从而减小像素的尺寸(例 如，参见日本未审的专利申请公布第2001-298177号)。例如，进行以下配置， 其中，针对多个光电二极管中的每个设置传输晶体管，并针对多个光电二极 管和传输晶体管共享选择晶体管、复位晶体管和放大晶体管。在不共享晶体管的情况下，通常提供每像素四个晶体管。但是，另一方 面，对于共享三个晶体管的四个像素，晶体管的数量可以下降到每像素1.75 个。注意，取决于晶体管驱动方法等，可以有不包括选择晶体管的配置(参见 曰本未审的专利申请公布第2006-54276号)。
技术实现思路
已认识到需要解决的问题在于，根据所谓的蜂窝式像素阵列，电荷到电 压转换单元被置于像素的侧部，这优化了读出特性，但是包括聚光点面积受 到压缩的问题，而且，即使在像素之间布置电荷到电压转换单元的共享部分 (例如，作为电荷到电压转换单元的浮动扩散floating diffiision, FD),在两 像素之间的共享像素晶体管也使得难以充分确保光电转换单元(例如，光电二极管PD)的面积。因此，已认识到需要提高光学特性、以及允许通过设计晶体管群的布局 来提供有效的像素阵列，其中晶体管群为例如电荷到电压转换单元、传输晶体管、放大晶体管、复位晶体管等。此外，对于通过共享像素电路的晶体管而提出的方法，公知的一个问题是存在其中每个晶体管的控制受到约束的4艮多情况。因此，已经认识到需要这样的成像装置和相机，由此可减小施加给信号 线的负载，对信号的读出具有非常小的影响，且能够提高像素的数量。此外，通过上述解决方法，共享多个部件，于是可减少部件的数量，但 是，每个像素内的布局由于每个部件的形状和尺寸等因素而变得不均匀。下面将进行有关布局的不均匀性的说明。图32是描述在共享多个部件的 情况下的布局不均匀性的图。对于如图32所示的布局，沿针对于电荷到电压 转换单元2的对角线方向相邻的两个光电转换单元3001共享电荷到电压转换 单元3002，这些光电转换单元3001通过配线3004来连接，以便共享晶体管 区域3003a(沿栅极(gate)长度方向的宽度L3003a)和晶体管区域3003b(沿栅极 长度方向的宽度L3003b),晶体管区域3003a和晶体管区域3003b各自沿栅 极长度方向具有不同的宽度。这里提到的晶体管区域是由组成像素的晶体管 形成的电路，例如，晶体管区域3003本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态成像器件，包括：组成向扫描方向倾斜的斜栅格阵列的多个像素，其包括被配置为将入射光量转变为电信号的光电转换单元；以及电荷到电压转换单元，其被配置为将从所述光电转换单元读出的信号电荷转变为电压，所述光电转换单元被布置在所述多个像素的沿对角线方向的像素中彼此相邻的两个像素之间；其中，所述两个像素共享所述电荷到电压转换单元；并且，其中，一组晶体管群被布置在共享块中，该共享块由以下结构构成：由所述沿对角线彼此相邻的所述两个像素组成的像素对；以及与该像素对相邻的像素对，其包括与所述每个像素对的所述电荷到电压转换单元连接的配线。

【技术特征摘要】
JP 2006-10-13 279733/06;JP 2006-11-13 306278/06;JP1、一种固态成像器件，包括组成向扫描方向倾斜的斜栅格阵列的多个像素，其包括被配置为将入射光量转变为电信号的光电转换单元；以及电荷到电压转换单元，其被配置为将从所述光电转换单元读出的信号电荷转变为电压，所述光电转换单元被布置在所述多个像素的沿对角线方向的像素中彼此相邻的两个像素之间；其中，所述两个像素共享所述电荷到电压转换单元；并且，其中，一组晶体管群被布置在共享块中，该共享块由以下结构构成由所述沿对角线彼此相邻的所述两个像素组成的像素对；以及与该像素对相邻的像素对，其包括与所述每个像素对的所述电荷到电压转换单元连接的配线。2、 根据权利要求1所述的固态成像器件，其中，在由沿对角线方向彼 此相邻的所述两个像素组成的所述像素对中，布置信号放大单元。3、 根据权利要求1所述的固态成像器件，其中，所述一组晶体管群执 行从所述光电转换单元到所述电荷到电压转换单元的电荷的转移、所述电荷 到电压转换单元的信号电荷的放大、以及所述电荷到电压转换单元的信号电 荷的复位。4、 根据权利要求3所述的固态成像器件，其中，所述共享块以均匀间 隔沿垂直方向和水平方向4非列。5、 根据权利要求3所述的固态成像器件，其中，组成所述晶体管群的 多个晶体管沿倾斜方向排列成一列，且所述共享块以均匀间隔排列。6、 一种成像装置，包括 光学聚光单元，其被配置为聚集入射光；固态成像器件，其被配置为接收由所述光学聚光单元汇聚的光，从而使 其进行光电转换；以及信号处理单元，其被配置为处理被进行了光电转换的信号； 其中，所述固态成像器件包括组成向扫描方向倾斜的斜栅格阵列的多个像素，其包括被配置为将 入射光量转变为电信号的光电转换单元；以及电荷到电压转换单元，其纟皮配置为将从所述光电转换单元读出的信 号电荷转变为电压，所述光电转换单元被布置在所述多个像素的沿对角线方向的像素中彼此相邻的两个像素之间；其中，所述两个像素共享所述电荷到电压转换单元；并且，其中， 一组晶体管群被布置在共享块中，该共享块由以下结构构成由沿对角线彼此相邻的所述两个像素组成的像素对；以及与该像素对相邻的像素对，其包括与所述每个像素对的所述电荷到电压转换单元连接的配线。7、 一种成像装置，其中，排列有多个像素电路，所述像素电路至少包 括被配置为将通过成像获得的信号电荷输出到信号线的输出晶体管；并且，其中，在不被同时访问的多个像素电路之间共享与所述信号线连 接的所述输出晶体管的输出侧扩散层。8、 根据权利要求7所述的成像装置，其中，在与所述信号线的配线方 向相邻的两个像素电路之间共享连接到所述信号线的所述输出晶体管的输 出侧扩散层；并且，其中，所述两个像素电^各在不同时刻被访问。9、 根据权利要求8所述的成像装置，其中，所述两个像素电路包括多 个晶体管；并且，其中，所述多个晶体管被形成为在所述两个像素电路之间具有相 反的阵列方向性。10、 根据权利要求7所述的成像装置，其中，输出晶体管的输出侧扩散 层在与所述像素电路阵列地对角线方向相邻的两个像素电路之间共享；其中，所述两个像素电路在不同时间一皮访问。11、 根据权利要求10所述的成像装置，其中，所述两个像素电路包括 在垂直于所述信号线配线方向的方向上排列的多个晶体管，且所述多个晶体 管被形成为在所述两个像素电路之间具有相反的阵列方向性。12、 根据权利要求8所述的成像装置，其中，所述像素电路包括多个光 电转换单元；并且，其中，所述多个光电转换单元共享所述输出晶体管，从而形成像 素块。13、 根据权利要求10所述的成像装置，其中，所述像素电路包括多个光电转换单元；其中，所述多个光电转换单元共享所述输出晶体管，从而形成像素块。14、 根据权利要求11所述的成像装置，其中，所述多个像素电路排列 成矩阵形状；并且，其中，所述输出晶体管的输出侧扩散层连接到取决于奇数行和偶 数行而有所不同的所述信号线，且所述成像装置读出来自每行的所述输出晶 体管的输出信号。15、 根据权利要求13所述的成像装置，其中，所述多个像素电路排列 成矩阵形状，所述输出晶体管的输出侧扩散层连接到取决于奇数行和偶数行 而有所不同的所述信号线，且所述成像装置读出来自每行的所述输出晶体管 的输出信号。16、 根据权利要求14所述的成像装置，还包括定时调节单元，其被配置为调节所述输出信号的读...

【专利技术属性】
技术研发人员：工藤义治，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]