本發(fā)明涉及固態(tài)成像元件、成像裝置和電子設(shè)備。本發(fā)明特別地涉及以使多個(gè)像素共用FD以在不降低靈敏度和轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)進(jìn)一步低成本地使像素小型化的方式構(gòu)造的固態(tài)成像元件、成像裝置和電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

在被稱(chēng)為“雙像素”的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)成像元件中，共用片上透鏡(在下文中有時(shí)將其簡(jiǎn)稱(chēng)為“OCL”)的多個(gè)像素(光電二極管)(在下文中有時(shí)將其簡(jiǎn)稱(chēng)為“PD”)共用相同的浮動(dòng)擴(kuò)散部(在下文中有時(shí)將其簡(jiǎn)稱(chēng)為“FD”)。

更具體地，被稱(chēng)為“雙像素”的CMOS成像元件具有使兩個(gè)像素共用FD的結(jié)構(gòu)。在這種成像元件中，兩個(gè)像素的傳輸柵極(在下文中有時(shí)將其簡(jiǎn)稱(chēng)為“TRG”)彼此相鄰地布置，且多晶硅(Poly-Si)柵極具有雙層結(jié)構(gòu)。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)FD區(qū)域的縮小和PD區(qū)域的擴(kuò)大，且因此可以提高靈敏度和飽和信號(hào)量(在下文中有時(shí)將其簡(jiǎn)稱(chēng)為“Qs”)。

引用文獻(xiàn)列表

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)第2004-319837號(hào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題

然而，在上述的被稱(chēng)為“雙像素”的CMOS成像元件中，F(xiàn)D僅被共用OCL的像素共用，由此像素尺寸的進(jìn)一步小型化導(dǎo)致布局的自由度降低。

在上面布置元件的基板表面的前段制程(front-end-of-line，F(xiàn)EOL)布局中緊密地布置像素的情況下，確保了最大PD區(qū)域，且由此不可避免地減小放大晶體管(在下文中有時(shí)將其簡(jiǎn)稱(chēng)為“AMP晶體管”)的寬度(長(zhǎng)度L)。這可能會(huì)導(dǎo)致隨機(jī)噪聲的惡化。

另一方面，為了避免隨機(jī)噪聲的惡化，不可避免地縮小PD區(qū)域。這可能會(huì)導(dǎo)致靈敏度和Qs的降低。

另外，為了上面形成用于匹配高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)驅(qū)動(dòng)的布線的基板表面的后段制程(back-end-of-line，BEOL)布局，控制線的數(shù)量更大，且更難以布置這類(lèi)控制線。

此外，在需要多條垂直控制線(在下文中有時(shí)將簡(jiǎn)稱(chēng)為“VSL”)來(lái)實(shí)現(xiàn)高速讀取的情況下，VSL中的相鄰VSL之間需要具有小的間距，且由此由VSL中的相鄰VSL之間的電容耦合引起的寄生電容的影響變大。

此外，雖然為了上述目的可以增大線路層的數(shù)量，但是不僅成本由于線路層數(shù)量的這種增大而增加，而且由FD線與外圍線之間的電容耦合引起的寄生電容會(huì)由于FD線的復(fù)雜布局而增大。由此，轉(zhuǎn)換效率可能降低。

本發(fā)明是針對(duì)上述情況而提出的，并特別地在不降低靈敏度和轉(zhuǎn)換效率的情況下通過(guò)被多個(gè)像素共用OCCF來(lái)以低的成本使像素進(jìn)一步小型化。

技術(shù)問(wèn)題的解決方案

本發(fā)明的一個(gè)方面的固態(tài)成像元件包括：用于從入射光提取具有預(yù)定波長(zhǎng)的光的片上濾色器(OCCF)和/或用于聚集該入射光的片上透鏡(OCL)；光電二極管，其用于將由所述OCCF提取的具有預(yù)定波長(zhǎng)的光和/或由所述OCL聚集的光用作入射光，以針對(duì)每個(gè)像素單元通過(guò)光電效應(yīng)產(chǎn)生與該入射光的量相對(duì)應(yīng)的電荷；以及浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD)，其用于累積由所述光電二極管產(chǎn)生的電荷，以向放大晶體管的柵極施加與所累積的電荷相對(duì)應(yīng)的電壓。在針對(duì)一個(gè)所述OCCF和/或一個(gè)所述OCL配置有多個(gè)像素的結(jié)構(gòu)中，一個(gè)所述FD被由包括不同的所述OCCF和/或不同的所述OCL的像素的多個(gè)像素構(gòu)成的共用單元共用。

針對(duì)一個(gè)所述OCCF和/或一個(gè)所述OCL可布置有兩個(gè)像素的所述光電二極管。

所述共用單元可包括在水平方向上彼此相鄰的多個(gè)所述OCCF和/或1個(gè)所述OCL的像素。

所述共用單元可包括在水平方向上彼此相鄰的兩個(gè)或四個(gè)所述OCCF和/或1個(gè)所述OCL的像素。

所述共用單元可包括在垂直方向上彼此相鄰的多個(gè)所述OCCF和/或1個(gè)所述OCL的像素。

所述共用單元可包括在垂直方向上彼此相鄰的兩個(gè)或四個(gè)所述OCCF和/或1個(gè)所述OCL的像素。

所述共用單元可包括在水平方向和垂直方向上彼此相鄰的多個(gè)所述OCCF和/或1個(gè)所述OCL的像素。

所述共用單元可包括以在水平方向上存在兩個(gè)且在垂直方向上存在兩個(gè)的方式彼此相鄰的多個(gè)所述OCCF和/或多個(gè)所述OCL的像素。

所述共用單元可包括所述共用單元包括提取具有相同波長(zhǎng)的光的多個(gè)所述OCCF和/或1個(gè)所述OCL的像素。

所述固態(tài)成像元件還可包括：復(fù)位晶體管；傳輸晶體管；以及放大晶體管。

所述固態(tài)成像元件還可包括：復(fù)位晶體管；傳輸晶體管；放大晶體管；以及選擇晶體管。

可設(shè)置有偽晶體管，且所述偽晶體管的設(shè)置位置使得在所述復(fù)位晶體管、所述放大晶體管和所述選擇晶體管的布置方向上，所述偽晶體管相對(duì)于所述復(fù)位晶體管、所述放大晶體管和所述選擇晶體管的布置間隔處于對(duì)稱(chēng)的位置。

所述固態(tài)成像元件還可包括：垂直信號(hào)線，其用于傳輸從所述放大晶體管輸出的像素信號(hào)，且所述垂直信號(hào)線被多個(gè)所述共用單元共用。

源極/漏極可被所述共用單元共用。

本發(fā)明的另一方面的成像裝置包括：用于從入射光提取具有預(yù)定波長(zhǎng)的光的片上濾色器(OCCF)和/或用于聚集該入射光的片上透鏡(OCL)；光電二極管，其用于將由所述OCCF提取的具有預(yù)定波長(zhǎng)的光和/或由所述OCL聚集的光用作入射光，以針對(duì)每個(gè)像素單元通過(guò)光電效應(yīng)產(chǎn)生與該入射光的量相對(duì)應(yīng)的電荷；以及浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD)，其用于累積由所述光電二極管產(chǎn)生的電荷，以向放大晶體管的柵極施加與所累積的電荷相對(duì)應(yīng)的電壓。在針對(duì)一個(gè)所述OCCF和/或一個(gè)所述OCL配置有多個(gè)像素的結(jié)構(gòu)中，一個(gè)所述FD被由包括不同的所述OCCF和/或不同的所述OCL的像素的多個(gè)像素構(gòu)成的共用單元共用。

本發(fā)明的另一方面的電子設(shè)備包括：用于從入射光提取具有預(yù)定波長(zhǎng)的光的片上濾色器(OCCF)和/或用于聚集該入射光的片上透鏡(OCL)；光電二極管，其用于將由所述OCCF提取的具有預(yù)定波長(zhǎng)的光和/或由所述OCL聚集的光用作入射光，以針對(duì)每個(gè)像素單元通過(guò)光電效應(yīng)產(chǎn)生與該入射光的量相對(duì)應(yīng)的電荷；以及浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD)，其用于累積由所述光電二極管產(chǎn)生的電荷，以向放大晶體管的柵極施加與所累積的電荷相對(duì)應(yīng)的電壓。在針對(duì)一個(gè)所述OCCF和/或一個(gè)所述OCL配置有多個(gè)像素的結(jié)構(gòu)中，一個(gè)所述FD被由包括不同的所述OCCF和/或不同的所述OCL的像素的多個(gè)像素構(gòu)成的共用單元共用。

根據(jù)本發(fā)明的這些方面，通過(guò)片上濾色器(OCCF)和/或用于聚集入射光的片上透鏡(OCL)從入射光提取具有預(yù)定波長(zhǎng)的光。光電二極管使用由OCCF提取的具有預(yù)定波長(zhǎng)的光和/或由OCL聚集的光作為入射光來(lái)針對(duì)每個(gè)像素單元通過(guò)光電效應(yīng)產(chǎn)生與該入射光的量相對(duì)應(yīng)的電荷。浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD)累積由光電二極管產(chǎn)生的電荷，以向放大晶體管的柵極施加與所累積的電荷相對(duì)應(yīng)的電壓。在針對(duì)一個(gè)OCCF和/或一個(gè)OCL配置有多個(gè)像素的結(jié)構(gòu)中，一個(gè)FD被由包括不同的OCCF和/或不同的OCL的像素的多個(gè)像素構(gòu)成的共用單元共用。

本發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明的方面，多個(gè)像素共用FD，且因此可以在不降低靈敏度和轉(zhuǎn)換效率的情況下以低的成本進(jìn)一步使像素小型化。

附圖說(shuō)明

圖1是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的3Tr.型固態(tài)成像元件的電路構(gòu)造示例的示圖。

圖2是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的4Tr.型固態(tài)成像元件的電路構(gòu)造示例的示圖。

圖3是用于說(shuō)明以使FD被多個(gè)像素共用的方式構(gòu)造的固態(tài)成像元件的電路構(gòu)造示例的示圖。

圖4是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像元件的第一實(shí)施例的構(gòu)造示例的布局的示圖。

圖5是用于說(shuō)明圖4的固態(tài)成像元件的后段制程(BEOL)布局的示圖。

圖6是用于說(shuō)明圖4的固態(tài)成像元件的多條垂直信號(hào)線的布局的示圖。

圖7是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像元件的第二實(shí)施例的構(gòu)造示例的布局的示圖。

圖8是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像元件的第三實(shí)施例的構(gòu)造示例的布局的示圖。

圖9是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像元件的第四實(shí)施例的構(gòu)造示例的布局的示圖。

圖10是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像元件的第五實(shí)施例的構(gòu)造示例的布局的示圖。

圖11是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像元件的第六實(shí)施例的構(gòu)造示例的布局的示圖。

圖12是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像元件的第七實(shí)施例的構(gòu)造示例的布局的示圖。

圖13是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像元件的第八實(shí)施例的構(gòu)造示例的布局的示圖。

圖14是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像元件的第九實(shí)施例的構(gòu)造示例的布局的示圖。

圖15是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像元件的第十實(shí)施例的構(gòu)造示例的布局的示圖。

圖16是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像元件的第十一實(shí)施例的構(gòu)造示例的布局的示圖。

圖17是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像元件的第十二實(shí)施例的構(gòu)造示例的布局的示圖。

圖18是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像元件的第十三實(shí)施例的構(gòu)造示例的布局的示圖。

圖19是用于說(shuō)明使用根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像元件的成像裝置和電子設(shè)備的構(gòu)造的示圖。

圖20是固態(tài)成像元件的應(yīng)用示例的示圖。

具體實(shí)施方式

下面將對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，但是本發(fā)明不限于下面的實(shí)施例。

<第一實(shí)施例>

<3Tr.型固態(tài)成像元件的電路構(gòu)造示例>

圖1圖示用于形成根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像元件的像素單元的電路構(gòu)造示例。

圖1的固態(tài)成像元件的像素P的電路構(gòu)造示例包括復(fù)位晶體管TR1、傳輸晶體管TR2、放大晶體管TR3、浮動(dòng)擴(kuò)散部FD(在下文中有時(shí)將其簡(jiǎn)稱(chēng)為“FD”)、光電二極管PD(在下文中有時(shí)將其簡(jiǎn)稱(chēng)為“PD”)和垂直信號(hào)線VSL。

由于具有圖1的構(gòu)造的固態(tài)成像元件是總共包括三個(gè)晶體管(即，復(fù)位晶體管TR1、傳輸晶體管TR2和放大晶體管TR3)的固態(tài)成像元件，所以這種固態(tài)成像元件被稱(chēng)為“3Tr.型”固態(tài)成像元件。

PD被構(gòu)造成通過(guò)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生與入射光的量相對(duì)應(yīng)的電荷，并累積所產(chǎn)生的電荷。

傳輸晶體管TR2是被構(gòu)造成根據(jù)被施加至柵極的傳輸信號(hào)而導(dǎo)通/關(guān)閉的晶體管。當(dāng)傳輸信號(hào)處于高電平時(shí)，傳輸晶體管TR2導(dǎo)通以將累積在PD中的電荷傳輸至FD。

與從PD傳輸?shù)碾娮拥臄?shù)量相對(duì)應(yīng)的電子也被累積在FD中。此外，F(xiàn)D的電位被施加至放大晶體管TR3的柵極。

復(fù)位晶體管TR1是被構(gòu)造成根據(jù)復(fù)位信號(hào)TR1而導(dǎo)通/關(guān)閉的晶體管。當(dāng)復(fù)位晶體管TR1導(dǎo)通時(shí)，累積在FD中的電荷被輸入至漏極端子D1。

放大晶體管TR3是被構(gòu)造成根據(jù)放大控制信號(hào)TR3而導(dǎo)通/關(guān)閉的晶體管。放大晶體管TR3使用與累積在FD中的電荷相對(duì)應(yīng)的輸入電壓來(lái)放大從漏極端子D2施加的電壓，并接著將放大的電壓作為像素信號(hào)輸出至垂直信號(hào)線VSL。

即，通過(guò)使復(fù)位晶體管TR1和傳輸晶體管TR2導(dǎo)通來(lái)復(fù)位PD和FD。

隨后，傳輸晶體管TR2的關(guān)閉導(dǎo)致PD處于曝光狀態(tài)。因此，在PD中通過(guò)光電轉(zhuǎn)換連續(xù)地產(chǎn)生與入射光的量相對(duì)應(yīng)的電荷，并接著這些電荷被累積在PD中。

在這種狀態(tài)下，當(dāng)使傳輸晶體管TR2導(dǎo)通時(shí)，累積在PD中的電荷被傳輸至FD。

此時(shí)，當(dāng)將與累積在PD中的電荷相對(duì)應(yīng)的電壓輸入至放大晶體管TR3的柵極時(shí)，放大晶體管TR3放大從漏極端子D2施加的電壓以將放大的電壓作為像素信號(hào)輸出至垂直信號(hào)線VSL。

隨后，通過(guò)重復(fù)類(lèi)似的操作，按照預(yù)定的時(shí)間間隔輸出像素信號(hào)。

<4Tr.型固態(tài)成像元件的電路構(gòu)造示例>

接下來(lái)，將參考圖2說(shuō)明4Tr.型固態(tài)成像元件的電路構(gòu)造示例。

4Tr.型固態(tài)成像元件的像素P的電路構(gòu)造示例包括復(fù)位晶體管TR11、傳輸晶體管TR12、放大晶體管TR13、選擇晶體管TR14、FD、PD和垂直信號(hào)線VSL。

除選擇晶體管TR14之外，復(fù)位晶體管TR11、傳輸晶體管TR12、放大晶體管TR13、浮動(dòng)擴(kuò)散部FD、PD和垂直信號(hào)線VSL與圖1中的復(fù)位晶體管TR1、傳輸晶體管TR2、放大晶體管TR3、浮動(dòng)擴(kuò)散部FD、PD和垂直信號(hào)線VSL具有相同的功能。因此，將不再重復(fù)對(duì)這些部分的說(shuō)明。

即，圖2的4Tr.型固態(tài)成像元件是包括四個(gè)晶體管(即，復(fù)位晶體管TR11、傳輸晶體管TR12、放大晶體管TR13和選擇晶體管TR14)的固態(tài)成像元件。因此，這種固態(tài)成像元件被稱(chēng)為“4Tr.型”固態(tài)成像元件。

選擇晶體管TR14是被構(gòu)造成根據(jù)被施加至柵極的選擇信號(hào)而導(dǎo)通/關(guān)閉的晶體管。當(dāng)選擇信號(hào)處于高電平時(shí)，選擇晶體管TR14導(dǎo)通，且接著將與被施加至放大晶體管TR13的柵極的FD電壓相對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)輸出至垂直信號(hào)線VSL。

即，在4Tr.型固態(tài)成像元件的情況下，通過(guò)選擇晶體管TR14來(lái)輸出被選擇的像素P的像素信號(hào)。

<多個(gè)像素共用FD>

接下來(lái)，將參考圖3說(shuō)明多個(gè)像素來(lái)共用FD的情況。

圖3圖示針對(duì)相同的FD設(shè)置傳輸晶體管TR12-1至TR12-8的電路構(gòu)造示例，其中傳輸晶體管TR12-1至TR12-8在源極與漏極之間連接PD1至PD 8的陰極。

即，圖3圖示PD 1至PD 8的八個(gè)像素共用FD的電路構(gòu)造。

通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，F(xiàn)D能夠例如按照如下方式用于PD 1的像素：在傳輸晶體管TR12-2至TR12-8關(guān)閉的情況下，控制傳輸晶體管TR12-1以導(dǎo)通或關(guān)閉。因此，在圖3的固態(tài)成像元件的電路構(gòu)造中，控制傳輸晶體管12-1至12-8的導(dǎo)通/關(guān)閉，使得能夠針對(duì)PD 1至PD 8中的每者切換并使用FD。在本實(shí)施例中，可以通過(guò)八個(gè)像素來(lái)共用FD(包括復(fù)位晶體管TR11、傳輸晶體管TR12、放大晶體管TR13、選擇晶體管TR14和垂直信號(hào)線VSL)。

例如，如圖3中的被虛線包圍的區(qū)域所示，除復(fù)位晶體管TR11、傳輸晶體管TR12、放大晶體管TR13、選擇晶體管TR14和垂直信號(hào)線VSL之外還包括傳輸晶體管TR12-1、TR12-2以及PD 1、PD 2的構(gòu)造實(shí)現(xiàn)了2像素共用，即，PD 1和PD 2的兩個(gè)像素共用FD。

此外，如圖3中的例如被點(diǎn)劃線包圍的區(qū)域所示，除復(fù)位晶體管TR11、傳輸晶體管TR12、放大晶體管TR13、選擇晶體管TR14和垂直信號(hào)線VSL之外還包括傳輸晶體管TR12-1至TR12-4和PD 1至PD 4的構(gòu)造實(shí)現(xiàn)了4像素共用，即，四個(gè)像素共用FD。

另外，如圖3中的例如被雙點(diǎn)劃線包圍的區(qū)域所示，除復(fù)位晶體管TR11、傳輸晶體管TR12、放大晶體管TR13、選擇晶體管TR14和垂直信號(hào)線VSL之外還包括傳輸晶體管TR12-1至TR12-8和PD 1至PD 8的構(gòu)造實(shí)現(xiàn)了8像素共用，即，八個(gè)像素共用FD。

另外，除上述數(shù)量之外的數(shù)量的PD可以經(jīng)由傳輸晶體管連接到公共FD。

通過(guò)這種構(gòu)造，在像素的進(jìn)一步小型化時(shí)，可以提高PD的開(kāi)口率，且可以在不降低靈敏度和減小飽和信號(hào)量Qs的情況下實(shí)現(xiàn)像素小型化。

此外，由于垂直信號(hào)線VSL可以被多個(gè)像素共用，所以存在垂直信號(hào)線VSL之間的電容耦合引起信號(hào)串?dāng)_的擔(dān)憂。即，在存在彼此靠近的相鄰垂直信號(hào)線VSL1和VSL2的情況下，當(dāng)垂直信號(hào)線VSL1的輸出信號(hào)存在而垂直信號(hào)線VSL2的輸出信號(hào)不存在時(shí)，出現(xiàn)如下?lián)鷳n：垂直信號(hào)線VSL1的輸出信號(hào)位于垂直信號(hào)線VSL2上并被檢測(cè)為錯(cuò)誤信號(hào)。另一方面，多個(gè)像素對(duì)垂直信號(hào)線VSL的共用可以確保垂直信號(hào)線VSL之中的相鄰垂直信號(hào)線之間的足夠空間。因此，可以確保放大晶體管(AMP)TR13的長(zhǎng)度L，且可以抑制隨機(jī)噪聲的惡化。

注意，已經(jīng)參考圖3說(shuō)明了4Tr.型固態(tài)成像元件，且毋庸多說(shuō)，3Tr.型固態(tài)成像元件的電路構(gòu)造是適用的。此外，在下文中，將按照上述方式共用和使用FD的多個(gè)像素的群組稱(chēng)為共用單元。因此，在圖3中，被虛線包圍的區(qū)域是用于實(shí)現(xiàn)2像素共用的共用單元，被點(diǎn)劃線包圍的區(qū)域是用于實(shí)現(xiàn)4像素共用的共用單元，且被雙點(diǎn)劃線包圍的區(qū)域是用于實(shí)現(xiàn)8像素共用的共用單元。

<4×2個(gè)4Tr.型像素共用FD時(shí)的布局>

接下來(lái)，將參考圖4說(shuō)明4×2個(gè)4Tr.型像素共用FD的情況下的由前段制程(FEOL)背面照射型互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)成像元件形成的固態(tài)成像元件的布局。

在圖4中，針對(duì)每個(gè)片上濾色器(on-chip color filter，OCCF)，沿水平方向布置兩個(gè)在垂直方向上較長(zhǎng)的PD，且沿水平方向連續(xù)布置的這兩個(gè)PD形成正方形區(qū)域。

更具體地，從左上側(cè)到下側(cè)依次設(shè)置構(gòu)成拜耳陣列的Gb OCCF、ROCCF、B OCCF和Gr OCCF共四個(gè)OCCF。針對(duì)Gb OCCF設(shè)置垂直長(zhǎng)度大于水平長(zhǎng)度的矩形PD 1和PD 2。類(lèi)似地，針對(duì)R OCCF設(shè)置PD 3和PD 4，針對(duì)B OCCF設(shè)置PD 5和PD 6，且針對(duì)Gr OCCF設(shè)置PD 7和PD 8。

即，在圖4中，針對(duì)總共八個(gè)像素設(shè)置公共FD，且針對(duì)總共四個(gè)OCCF(水平方向上的兩個(gè)×垂直方向上的兩個(gè))中的每者設(shè)置沿水平方向布置的兩個(gè)像素。這八個(gè)像素形成FD的共用單元。

傳輸晶體管TR12-1至TR12-4分別設(shè)置在PD 1至PD 4的角部處，且這些角部分別接觸正方形端子T1的面向這些角部的位置，其中正方形端子T1設(shè)置在Gb OCCF與R OCCF之間的邊界的中心位置處并連接到FD。類(lèi)似地，傳輸晶體管TR12-5至TR12-8分別設(shè)置在PD 5至PD 8的角部處，且這些角部分別接觸正方形FD(T2)的面向這些角部的位置，其中正方形FD設(shè)置在B OCCF與Gr OCCF之間的邊界的中心位置處。

另外，在如圖4所示的下側(cè)，與連接到公共端子T1、T2和FD的線路連接的復(fù)位晶體管TR11、放大晶體管TR13和選擇晶體管TR14從左側(cè)開(kāi)始依次設(shè)置，并且延伸跨越S/D(源極/漏極)。

此外，在兩個(gè)上部OCCF中的每者與兩個(gè)下部OCCF中的每者之間的邊界處，阱接觸部C1至C3分別設(shè)置在OCCF的角部處。

可以通過(guò)像素共用來(lái)增大如圖4所示的放大晶體管TR13的水平長(zhǎng)度，且因此可以防止隨機(jī)噪聲的惡化。另外，由于FD由被多個(gè)OCCF覆蓋的多個(gè)像素共用，所以可以增大PD區(qū)域。因此，可以提高靈敏度特性，且可以提高飽和信號(hào)量Qs。此外，傳輸晶體管TR12-1至TR12-4相對(duì)于PD的布置、傳輸晶體管TR12-5至TR12-8相對(duì)于PD的布置以及復(fù)位晶體管TR11、放大晶體管TR13和選擇晶體管TR14之間的對(duì)稱(chēng)性可以減小光響應(yīng)非一致性(photo response non-uniformity，PRNU)。

對(duì)于Gr和Gb，由于通過(guò)相同的FD進(jìn)行輸出，所以可以減小信號(hào)差異。

對(duì)于圖4的固態(tài)成像元件的后段制程(BEOL)布局，例如，當(dāng)針對(duì)每個(gè)OCCF的兩個(gè)PD設(shè)定不同的曝光時(shí)間且形成匹配高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)驅(qū)動(dòng)的布線以擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，圖5示出了這種布線。

更具體地，圖5圖示兩個(gè)共用單元沿水平方向布置時(shí)的布線，其中每個(gè)共用單元包括共用FD的4×2共八個(gè)像素。圖5中的每個(gè)黑圈表示每條線路的電連接點(diǎn)。

即，圖5的線路從上側(cè)開(kāi)始依次包括：用于選擇晶體管TR14的控制信號(hào)線Sel；電源線VDD；用于被虛線包圍的右側(cè)共用單元中的BOCCF的右側(cè)像素的PD 6的傳輸控制信號(hào)線B2_R；用于右側(cè)共用單元中的B OCCF的左側(cè)像素的PD 5的傳輸控制信號(hào)線B2_L；用于每個(gè)GbOCCF的右側(cè)像素的PD 2的傳輸控制信號(hào)線Gb_R；用于每個(gè)Gb OCCF的左側(cè)像素的PD 1的傳輸控制信號(hào)線Gb_L；用于左側(cè)共用單元中的BOCCF的右側(cè)像素的PD 6的傳輸控制信號(hào)線B1_R；以及用于左側(cè)共用單元中的B OCCF的左側(cè)像素的PD 5的傳輸控制信號(hào)線B1_L。

另外，上述的線路下方的線路從上側(cè)開(kāi)始依次包括：用于右側(cè)共用單元中的R OCCF的右側(cè)像素的PD 4的傳輸控制信號(hào)線R2_R；用于右側(cè)共用單元中的R OCCF的左側(cè)像素的PD 3的傳輸控制信號(hào)線R2_L；用于每個(gè)Gr OCCF中的右側(cè)像素的PD 8的傳輸控制信號(hào)線Gr_R；用于每個(gè)Gr OCCF中的左側(cè)像素的PD 7的傳輸控制信號(hào)線Gr_L；用于左側(cè)共用單元中的R OCCF的右側(cè)像素的PD 4的傳輸控制信號(hào)線R1_R；用于右側(cè)共用單元中的R OCCF的左側(cè)像素的PD 3的傳輸控制信號(hào)線R1_L；以及用于復(fù)位晶體管TR11的控制信號(hào)線Rst。

即，對(duì)于均包括共用FD的4×2個(gè)像素的共用單元，沿水平方向交替地設(shè)置兩種類(lèi)型的連接模式。

即使在需要上述布線的情況下，垂直距離也對(duì)應(yīng)于兩個(gè)像素，且因此可以提高布局的自由度。另外，雖然在附圖中沒(méi)有示出，但是源極/漏極也可被多個(gè)共用單元共用，且可以獲得類(lèi)似的有益效果。

另外，對(duì)于垂直信號(hào)線VSL，存在與沿水平方向的四個(gè)像素相對(duì)應(yīng)(即，與沿垂直方向的兩個(gè)像素相對(duì)應(yīng))的空間。因此，可以進(jìn)行多個(gè)垂直信號(hào)線VSL的布線。例如，在包括如圖6所示的4×2個(gè)像素的共用單元中，設(shè)置四條垂直信號(hào)線VSL1至VSL4，且在共用單元的每個(gè)端部處設(shè)置電源線VDD。另外，在相鄰的垂直信號(hào)線VSL之間設(shè)置屏蔽件VSS，且因此可以減小由電容耦合引起的干擾。

注意，上面已經(jīng)說(shuō)明了針對(duì)每個(gè)OCCF沿水平方向設(shè)置在垂直方向上較長(zhǎng)的兩個(gè)PD的構(gòu)造。然而，當(dāng)這種OCCF由像素形成時(shí)，PD可被用作相位檢測(cè)像素(ZAF像素)。即，這兩個(gè)在垂直方向上較長(zhǎng)的PD中的一個(gè)PD可被用作左半部分未被遮光的左側(cè)遮光像素，且另一PD可被用作右半部分未被遮光的右側(cè)遮光像素。通過(guò)這些PD獲得的圖像根據(jù)焦距向右或向左移位。因此，通過(guò)與左側(cè)遮光像素相對(duì)應(yīng)的PD獲得的圖像和通過(guò)與右側(cè)遮光像素相對(duì)應(yīng)的PD獲得的圖像在焦點(diǎn)處相互重疊，但是根據(jù)這些圖像之間的焦距的差異，在相對(duì)于焦點(diǎn)偏移的點(diǎn)處產(chǎn)生這些圖像之間的相位差。由于這個(gè)原因，基于相位差獲得焦距差異，且因此可以高速地調(diào)整焦點(diǎn)。

<第二實(shí)施例>

<4×2個(gè)3Tr.型像素共用FD時(shí)的布局>

接下來(lái)，將參考圖7說(shuō)明4×2個(gè)3Tr.型像素共用FD的情況下的布局。注意，在圖7的固態(tài)成像元件的布局中，使用相同的名稱(chēng)和相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示構(gòu)造中的具有與圖4的固態(tài)成像元件的布局中的構(gòu)造的功能相同的功能的等同元件，且將可選擇地省略對(duì)它們的說(shuō)明。

圖7的3Tr.型固態(tài)成像元件的電路構(gòu)造與4Tr.型固態(tài)成像元件的電路構(gòu)造的不同之處在于選擇晶體管TR14的存在與否。此外，圖1的3Tr.型固態(tài)成像元件中的復(fù)位晶體管TR1、傳輸晶體管TR2和放大晶體管TR3與4Tr.型固態(tài)成像元件中的復(fù)位晶體管TR11、傳輸晶體管TR12和放大晶體管TR13相同。因此，圖7的PD 1至PD 8的傳輸晶體管TR2-1至TR2-8中的每者與圖4的傳輸晶體管TR12-1至TR12-8中的對(duì)應(yīng)一者相同。

即，在圖7的3Tr.型固態(tài)成像元件的情況下，在如附圖所示的下側(cè)，復(fù)位晶體管TR1和放大晶體管TR3中的每者設(shè)置在R OCCF和Gr OCCF中的相應(yīng)一者的下端的中心處并且延伸跨越S/D(源極/漏極)。在圖7的3Tr.型固態(tài)成像元件的情況下，組件布置的對(duì)稱(chēng)性高于圖4的4Tr.型固態(tài)成像元件的組件布置的對(duì)稱(chēng)性。因此，可以進(jìn)一步減小光響應(yīng)非一致性。

<第三實(shí)施例>

<在4Tr.型固態(tài)成像元件中的像素晶體管附近設(shè)置阱接觸部的情況下的布局>

接下來(lái)，將參考圖8說(shuō)明固態(tài)成像元件在像素晶體管(復(fù)位晶體管TR1和TR11、放大晶體管TR3和TR13以及選擇晶體管TR14)附近設(shè)置阱接觸部的情況下的布局。

注意，在圖8的固態(tài)成像元件的布局中，使用相同的名稱(chēng)和相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示構(gòu)造中的具有與圖4的固態(tài)成像元件的布局中的構(gòu)造的功能相同的功能的等同元件，且將可選擇地省略對(duì)它們的說(shuō)明。

即，圖8的固態(tài)成像元件的布局與圖4的固態(tài)成像元件的布局的不同之處在于，阱接觸部不是布置成延伸跨越布置有PD 1至PD 8的空間，而是布置在復(fù)位晶體管TR11、放大晶體管TR13和選擇晶體管TR14附近。

即，在圖8中，復(fù)位晶體管TR11、放大晶體管TR13和選擇晶體管TR14設(shè)置在阱接觸部C1與阱接觸部C2之間。

在圖8所示的布局中，PD 1至PD 8不是沿水平方向布置在阱接觸部C1與阱接觸部C2之間。因此，可以防止由高濃度p型注入的擴(kuò)散引起的對(duì)PD 1至PD 8的侵蝕，且因此可以避免飽和信號(hào)量Qs的損失。

此外，由于阱接觸部C1和C2布置成與傳輸晶體管TR12-1至TR12-8間隔開(kāi)，所以阱接觸部C1和C2可以更不容易受到由傳輸晶體管TR12-1至TR12-8的導(dǎo)通引起的劇烈電場(chǎng)的影響，且可以降低由于這樣的強(qiáng)烈電場(chǎng)而引起白斑的風(fēng)險(xiǎn)。

<第四實(shí)施例>

<在3Tr.型固態(tài)成像元件中的像素晶體管附近設(shè)置阱接觸部的情況下的布局>

上面已經(jīng)說(shuō)明了在4Tr.型固態(tài)成像元件中的像素晶體管附近設(shè)置阱接觸部的布局，但是也可在3Tr.型固態(tài)成像元件中的像素晶體管附近設(shè)置阱接觸部。

圖9圖示在3Tr.型固態(tài)成像元件中的像素晶體管附近設(shè)置阱接觸部的布局。注意，在圖9的固態(tài)成像元件的布局中，使用相同的名稱(chēng)和相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示構(gòu)造中的具有與圖8的固態(tài)成像元件的布局中的構(gòu)造的功能相同的功能的等同元件，且將可選擇地省略對(duì)它們的說(shuō)明。

即，在圖9的3Tr.型固態(tài)成像元件的布局中，阱接觸部C1和C2也設(shè)置在復(fù)位晶體管TR1和放大晶體管TR3附近。

通過(guò)這種布置，可以抑制飽和信號(hào)量Qs的減小，且可以降低引起白斑的風(fēng)險(xiǎn)。另外，可以確保每個(gè)像素晶體管的沿附圖所示的水平方向的寬度(長(zhǎng)度L)。

<第五實(shí)施例>

<在2×4個(gè)4Tr.型像素共用FD時(shí)固態(tài)成像元件的布局>

上面已經(jīng)說(shuō)明了共用FD的共用單元包括4×2總共八個(gè)像素(即，使用不同OCCF的總共八個(gè)像素)的示例。然而，還可以使用用于形成共用單元的多個(gè)像素的除上述布局之外的其它布局，且例如共用FD的共用單元可包括2×4個(gè)像素。

圖10圖示以使共用FD的每個(gè)共用單元包括2×4個(gè)像素的固態(tài)成像元件的布局。

對(duì)于圖10的固態(tài)成像元件的布局中的每個(gè)片上濾色器(OCCF)，如同在圖4的固態(tài)成像元件的布局的情況下，沿水平方向布置在垂直方向上較長(zhǎng)的兩個(gè)PD，且沿水平方向連續(xù)地布置的這兩個(gè)PD形成正方形區(qū)域。

更具體地，在從左上側(cè)到下側(cè)依次設(shè)置的構(gòu)成拜耳陣列的Gb OCCF、R OCCF、B OCCF和Gr OCCF之中，沿如附圖所示的垂直方向彼此相鄰地布置在左側(cè)列中的Gr OCCF和B OCCF重復(fù)兩次，且因此這總共四個(gè)OCCF形成一個(gè)共用單元。類(lèi)似地，在從上側(cè)到下側(cè)依次設(shè)置的構(gòu)成拜耳陣列的Gb OCCF、R OCCF、B OCCF和Gr OCCF之中，沿如附圖所示的垂直方向彼此相鄰地布置在右側(cè)列中的B OCCF和Gr OCCF這兩個(gè)OCCF在Gr OCCF和B OCCF的列的右側(cè)的列中重復(fù)兩次，且因此這總共四個(gè)OCCF形成另一個(gè)共用單元。然后，將沿垂直方向重復(fù)地布置有所述一個(gè)共用單元的列和沿垂直方向重復(fù)地布置有所述另一個(gè)共用單元的列交替地布置。

另外，針對(duì)一個(gè)共用單元中的Gb OCCF設(shè)置垂直長(zhǎng)度大于水平長(zhǎng)度的矩形PD 1和PD 2。類(lèi)似地，針對(duì)R OCCF設(shè)置PD 3和PD 4，針對(duì)ROCCF下方的第二Gb OCCF設(shè)置PD 5和PD 6，且針對(duì)第二Gb OCCF下方的另一Gr OCCF設(shè)置PD 7和PD 8。

即，在圖10中，公共FD是針對(duì)總共八個(gè)像素設(shè)置的，且針對(duì)這總共四個(gè)OCCF(沿水平方向的一個(gè)×沿垂直方向的四個(gè))中的每者設(shè)置沿水平方向布置的兩個(gè)像素。

另外，傳輸晶體管TR12-1至TR12-4分別設(shè)置在PD 1至PD 4的角部處，且這些角部分別接觸正方形FD(T1)的面向這些角部的位置，其中該正方形FD設(shè)置在上部的Gb OCCF與上部的R OCCF之間的邊界的中心位置處。類(lèi)似地，傳輸晶體管TR12-5至TR12-8分別設(shè)置在PD 5至PD 8的角部處，且這些角部分別接觸正方形FD(T2)的面向這些角部的位置，其中該正方形FD設(shè)置在下部的Gb OCCF與下部的R OCCF之間的邊界的中心位置處。

另外，在上部的R OCCF與下部的Gb OCCF之間的邊界處，選擇晶體管TR14和放大晶體管TR13從左側(cè)開(kāi)始依次設(shè)置，且延伸跨越S/D(源極/漏極)。其中，晶體管TR14、TR13連接到與公共正方形FD(T1、T2)連接的線路。而且，復(fù)位晶體管TR11設(shè)置在下部的R OCCF的邊界的中心處，且延伸跨越S/D。

此外，在上部的Gb OCCF和上部的R OCCF之間的邊界處以及在下部的Gb OCCF與下部的R OCCF之間的邊界處，阱接觸部C1、C2、C3和C4中的每者設(shè)置在OCCF的角部中的相應(yīng)一者處。

根據(jù)圖10的固態(tài)成像元件的構(gòu)造，難以確保沿附圖所示的水平方向的長(zhǎng)度，且因此難以減小隨機(jī)噪聲的影響。然而，可以提高轉(zhuǎn)換效率。

此外，在圖10的固態(tài)成像元件的每個(gè)共用單元中，相同的FD被相同顏色的兩個(gè)OCCF共用。由此，針對(duì)相同顏色的像素的像素信號(hào)實(shí)現(xiàn)了FD添加，且因此可以擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍。另外，如同在圖5的固態(tài)成像元件的構(gòu)造中，可以容易地在BEOL布局中布置用于HDR驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)線，且可以減小由驅(qū)動(dòng)線之間的電容耦合引起的寄生電容的影響。

<第六實(shí)施例>

<按照2×4個(gè)4Tr.型像素共用FD且相鄰的共用單元共用源極/漏極的方式構(gòu)造的固態(tài)成像元件的布局>

上面已經(jīng)說(shuō)明了針對(duì)每個(gè)共用單元獨(dú)立地設(shè)置源極/漏極(S/D)的示例性構(gòu)造。在圖10的固態(tài)成像元件的情況下，水平距離在2×4個(gè)像素進(jìn)行共用時(shí)是固定的，且因此確定了多條垂直信號(hào)線VSL的布線的自由度。因此，為了減小隨機(jī)噪聲，可以通過(guò)共用放大晶體管TR13的漏極來(lái)確保長(zhǎng)度L。

圖11圖示按照沿水平方向彼此相鄰的共用單元共用源極/漏極(S/D)的方式構(gòu)造的固態(tài)成像元件的布局。注意，在圖11的固態(tài)成像元件的布局中，使用相同的名稱(chēng)和相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示構(gòu)造中的具有與圖10的固態(tài)成像元件的布局中的構(gòu)造的功能相同的功能的等同元件，且將可選擇地省略對(duì)它們的說(shuō)明。

即，圖11的固態(tài)成像元件的布局與圖10的固態(tài)成像元件的布局的不同之處在于，由虛線表示的相鄰共用單元共用源極/漏極(S/D)。按照與相鄰共用單元對(duì)源極/漏極(S/D)的共用相結(jié)合的方式，圖11所示的右側(cè)共用單元中的放大晶體管TR13和選擇晶體管TR14的布置與圖10的情況下的放大晶體管TR13和選擇晶體管TR14的布置左右顛倒。

如圖11的固態(tài)成像元件所示，沿水平方向彼此相鄰的共用單元共用源極/漏極(S/D)，且因此可以確保選擇晶體管TR14和放大晶體管TR13的長(zhǎng)度L。

<第七實(shí)施例>

<按照2×4個(gè)4Tr.型像素共用FD且相鄰的共用單元共用垂直信號(hào)線的方式構(gòu)造的固態(tài)成像元件的布局>

上面已經(jīng)說(shuō)明了相鄰的共用單元共用源極/漏極(S/D)的布局，但是沿水平方向彼此相鄰的共用單元也可共用垂直信號(hào)線。

圖12圖示按照沿水平方向彼此相鄰的共用單元共用垂直信號(hào)線的方式構(gòu)造的固態(tài)成像元件的布局。注意，在圖12的固態(tài)成像元件的布局中，使用相同的名稱(chēng)和相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示構(gòu)造中的具有與圖11的固態(tài)成像元件的布局中的構(gòu)造的功能相同的功能的等同元件，且將可選擇地省略對(duì)它們的說(shuō)明。

即，在圖12的固態(tài)成像元件的布局中，未示出的垂直信號(hào)線VSL設(shè)置成在沿附圖所示的水平方向的中心位置附近垂直地延伸，并被兩個(gè)相鄰的共用單元共用。因此，圖11中的選擇晶體管TR14和放大晶體管TR13的布置與圖12的共用單元中的選擇晶體管TR14和放大晶體管TR13的布置左右顛倒，使得兩個(gè)共用單元的選擇晶體管TR14可以容易地與設(shè)置在圖12的兩個(gè)共用單元之間的邊界處的相同垂直信號(hào)線VSL連接。

如同在沿水平方向彼此相鄰的共用單元共用源極/漏極(S/D)的情況下，在圖12的固態(tài)成像元件的布局中進(jìn)一步共用垂直信號(hào)線VSL，且因此可以確保選擇晶體管TR14和放大晶體管TR13的長(zhǎng)度L。

<第八實(shí)施例>

<設(shè)置復(fù)位晶體管及其偽晶體管的固態(tài)成像元件的布局>

上面已經(jīng)說(shuō)明了針對(duì)包括總共八個(gè)像素的共用單元(即，使四個(gè)OCCF中的2×4個(gè)像素共用FD的共用單元)設(shè)置復(fù)位晶體管TR11的示例。然而，為了提高沿水平方向的對(duì)稱(chēng)性并減小光響應(yīng)非一致性，可將復(fù)位晶體管TR11設(shè)置在與最下方的OCCF的左右側(cè)PD中的一者的下端相鄰的源極/漏極(S/D)上，且可將具有與復(fù)位晶體管TR11的構(gòu)造相同的構(gòu)造的偽晶體管設(shè)置在與另一個(gè)PD相鄰的源極/漏極(S/D)上。

圖13圖示按照如下方式構(gòu)造的固態(tài)成像元件的布局：代替圖10的固態(tài)成像元件的復(fù)位晶體管TR11，復(fù)位晶體管TR11設(shè)置在與PD 7(其是最下方的OCCF的左右側(cè)PD中的一者)的下端相鄰的源極/漏極(S/D)上，且具有與復(fù)位晶體管TR11的構(gòu)造相同的構(gòu)造的復(fù)位晶體管(偽晶體管)TR11設(shè)置在與PD 8(其是另一個(gè)PD)相鄰的源極/漏極(S/D)上。只要左右側(cè)晶體管中的僅一者充當(dāng)復(fù)位晶體管TR11，另一個(gè)晶體管就可以是與復(fù)位晶體管TR11相同的偽晶體管。

通過(guò)這種布局，可以提高用于形成共用單元的像素的水平對(duì)稱(chēng)性，且可以減小光響應(yīng)非一致性。注意，即使當(dāng)如上所述的圖11和12的每個(gè)固態(tài)成像元件的復(fù)位晶體管TR11包括如圖13所示的兩個(gè)復(fù)位晶體管TR11(這些晶體管中的任一者可以是偽晶體管)時(shí)，也可以提供類(lèi)似的有益效果。

<第九實(shí)施例>

<在2×4個(gè)3Tr.型像素共用FD時(shí)固態(tài)成像元件的布局>

上面已經(jīng)說(shuō)明了按照2×4個(gè)4Tr.型像素共用FD的方式構(gòu)造的固態(tài)成像元件的布局，但是2×4個(gè)3Tr.型像素也可共用FD。

圖14圖示按照2×4的3Tr.型像素共用FD的方式構(gòu)造的固態(tài)成像元件的布局。注意，在圖14的固態(tài)成像元件的布局中，使用相同的名稱(chēng)和相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示構(gòu)造中的具有與圖10的固態(tài)成像元件的布局中的構(gòu)造的功能相同的功能的等同元件，且將可選擇地省略對(duì)它們的說(shuō)明。

即，圖14的固態(tài)成像元件的布局與圖10的固態(tài)成像元件的布局的不同之處在于，設(shè)置復(fù)位晶體管TR1、傳輸晶體管TR2和放大晶體管TR3來(lái)代替復(fù)位晶體管TR11、傳輸晶體管TR12、放大晶體管TR13和選擇晶體管TR14。

因此，傳輸晶體管TR2-1至TR2-8中的每者設(shè)置在PD 1至PD 8的相應(yīng)位置處，且放大晶體管TR3代替放大晶體管TR13和選擇晶體管TR14設(shè)置在上部的R OCCF與下部的Gr OCCF之間的邊界的中心位置處。此外，設(shè)置復(fù)位晶體管TR1來(lái)代替復(fù)位晶體管TR11。

根據(jù)圖14的固態(tài)成像元件的布局，可以容易地確保放大晶體管TR3的長(zhǎng)度L，且因此可以抑制隨機(jī)噪聲的惡化。另外，如同在參考圖4和7說(shuō)明的固態(tài)成像元件的布局中，阱接觸部C1至C4的位置是可改變的，且不限于圖10和11的固態(tài)成像元件中的布置。

<第十實(shí)施例>

<在8×1個(gè)4Tr.型像素共用FD時(shí)固態(tài)成像元件的布局>

上面已經(jīng)說(shuō)明了共用FD的共用單元包括不同OCCF(即，1×4總共四個(gè)OCCF)的總共八個(gè)像素的示例。然而，用于形成共用單元的多個(gè)像素的布局可以是除上述布局之外的其它布局，且例如共用FD的共用單元可包括8×1個(gè)像素。

圖15圖示按照共用FD的共用單元包括8×1個(gè)像素的方式構(gòu)造的固態(tài)成像元件的布局。

如同在圖4的固態(tài)成像元件的情況下，在圖15中，針對(duì)每個(gè)片上濾色器(OCCF)沿水平方向布置兩個(gè)在垂直方向上較長(zhǎng)的PD，且沿水平方向連續(xù)地布置的這兩個(gè)PD形成正方形區(qū)域。

更具體地，如圖15所示，在從左下側(cè)到右側(cè)依次設(shè)置的構(gòu)成拜耳陣列的Gb OCCF、R OCCF、B OCCF和Gr OCCF之中，沿附圖所示的水平方向彼此相鄰地布置在下一行中的R OCCF和Gr OCCF重復(fù)兩次，且因此這總共四個(gè)OCCF形成一個(gè)共用單元。類(lèi)似地，在從左側(cè)到右側(cè)依次設(shè)置的構(gòu)成拜耳陣列的Gb OCCF、R OCCF、B OCCF和Gr OCCF之中，沿附圖所示的水平方向彼此相鄰地布置在上一行中的Gb OCCF和BOCCF在R OCCF和Gr OCCF的行的上一行中重復(fù)兩次，且因此這總共四個(gè)OCCF形成另一個(gè)共用單元。然后，將沿水平方向重復(fù)地布置有所述一個(gè)共用單元的行與沿水平方向重復(fù)地布置有所述另一個(gè)共用單元的行交替地布置。

針對(duì)一個(gè)共用單元中的左側(cè)的R OCCF設(shè)置垂直長(zhǎng)度大于水平長(zhǎng)度的矩形PD 1和PD 2。類(lèi)似地，針對(duì)R OCCF右側(cè)的Gr OCCF設(shè)置PD 3和PD 4，針對(duì)Gr OCCF右側(cè)的另一R OCCF設(shè)置PD 5和PD 6，且針對(duì)共用單元的右端的另一Gr OCCF設(shè)置PD 7和PD 8。

即，在圖15中，針對(duì)總共八個(gè)像素設(shè)置公共FD，且這總共四個(gè)OCCF(沿水平方向的四個(gè)×沿垂直方向的一個(gè))中的每者設(shè)置沿水平方向布置的兩個(gè)像素。

另外，傳輸晶體管TR12-1和TR12-2分別設(shè)置在PD 1和PD 2的角部處，且這些角部沿水平方向分別接觸正方形FD(T1)的端部，其中正方形FD設(shè)置在R OCCF、Gr OCCF、R OCCF和Gr OCCF中的每者的上端的邊界的中心位置處。另外，傳輸晶體管TR12-3和TR12-4分別設(shè)置在PD 3和PD 4的角部處，且這些角部沿水平方向分別接觸正方形FD(T2)的端部。另外，傳輸晶體管TR12-5和TR12-6分別設(shè)置在PD 5和PD 6的角部處，且這些角部沿水平方向分別接觸正方形FD(T3)的端部。此外，傳輸晶體管TR12-7和TR12-8分別設(shè)置在PD 7和PD 8的角部處，且這些角部沿水平方向分別接觸正方形FD(T4)的端部。此外，端子T1至T4通過(guò)相同的線路連接到相同的FD，且因此PD 1至PD 8共用相同的FD。

另外，在共用單元的R OCCF、Gr OCCF、R OCCF和Gr OCCF中的左右相鄰的OCCF之間的邊界處的下端處，復(fù)位晶體管TR11、放大晶體管TR13和選擇晶體管TR14從左側(cè)開(kāi)始依次設(shè)置并且延伸跨越S/D(源極/漏極)，使得晶體管TR11、TR13和TR14與公共端子T1至T4一起連接到與FD連接的線路。

另外，在R OCCF、Gb OCCF、R OCCF和Gb OCCF中的左右相鄰的OCCF之間的邊界處，阱接觸部C1至C5設(shè)置在這些OCCF的上端角部處。

根據(jù)圖15的固態(tài)成像元件的布局，可以容易地確保沿附圖所示的水平方向的長(zhǎng)度，且因此可以容易地增大復(fù)位晶體管TR11、放大晶體管TR13和選擇晶體管TR14的長(zhǎng)度L。因此，可以抑制隨機(jī)噪聲的惡化。

此外，在圖15的固態(tài)成像元件的布局的每個(gè)共用單元中，相同顏色的兩個(gè)OCCF共用相同的FD。因此，可針對(duì)相同顏色的像素的像素信號(hào)實(shí)現(xiàn)FD添加，且因此可以擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍。另外，在BEOL布局中設(shè)置多條垂直信號(hào)線VSL的情況下，確保了沿水平方向的充足空間，且因此可以減小由相鄰垂直信號(hào)線VSL之間的電容耦合引起的干擾。

<第十一實(shí)施例>

<按照8×1個(gè)4Tr.型像素共用FD且設(shè)置偽晶體管的方式構(gòu)造的固態(tài)成像元件的布局>

上面已經(jīng)說(shuō)明了復(fù)位晶體管TR11、放大晶體管TR13和選擇晶體管TR14設(shè)置在包括8×1個(gè)像素的共用單元中的四個(gè)OCCF的下端的水平邊界處的示例。然而，還可以添加具有與復(fù)位晶體管TR11、放大晶體管TR13和選擇晶體管TR14中的任一者的構(gòu)造類(lèi)似的構(gòu)造并且不充當(dāng)晶體管的偽晶體管，且晶體管可形成在四個(gè)OCCF中的每者的下端處。以此方式，可以提高對(duì)稱(chēng)性。

在圖16的固態(tài)成像元件的布局中，除圖15的復(fù)位晶體管TR11、放大晶體管TR13和選擇晶體管TR14之外，還可以設(shè)置與圖15的固態(tài)成像元件的布局中的這些晶體管中的任一者相同的偽晶體管，以提高晶體管布置中的對(duì)稱(chēng)性。

更具體地，按照如下方式構(gòu)造圖16的固態(tài)成像元件：將復(fù)位晶體管TR11、偽晶體管TRD、放大晶體管TR13和選擇晶體管TR14分別設(shè)置在R OCCF、Gr OCCF、R OCCF和Gr OCCF的下端的中心處。

通過(guò)這種構(gòu)造，可以提高沿水平方向的對(duì)稱(chēng)性，且可以提高光響應(yīng)非一致性。

<第十二實(shí)施例>

<在8×1個(gè)3Tr.型像素共用FD時(shí)固態(tài)成像元件的布局>

上面已經(jīng)說(shuō)明了采用包括8×1個(gè)4Tr.型像素的共用單元的固態(tài)成像元件的布局，但是也可以采用3Tr.型固態(tài)成像元件來(lái)代替4Tr.型固態(tài)成像元件。

圖17圖示使用包括8×1個(gè)像素的共用單元的3Tr.型固態(tài)成像元件的布局。注意，在圖17的固態(tài)成像元件的布局中，使用相同的名稱(chēng)和相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示構(gòu)造中的具有與圖16的固態(tài)成像元件的布局中的構(gòu)造的功能相同的功能的等同元件，且將可選擇地省略對(duì)它們的說(shuō)明。

即，圖17的固態(tài)成像元件的布局與圖16的固態(tài)成像元件的布局的不同之處在于以下幾點(diǎn)：設(shè)置傳輸晶體管TR2-1至TR2-8來(lái)代替分別設(shè)置在PD 1至PD 8處的傳輸晶體管TR12-1至TR12-8；以及復(fù)位晶體管TR1和放大晶體管TR3從左側(cè)開(kāi)始依次設(shè)置并且延伸跨越S/D，其中在水平地布置以形成共用單元的R OCCF、Gr OCCF、R OCCF和Gr OCCF這四個(gè)OCCF中包括的兩個(gè)R OCCF和Gr OCCF之間的邊界處，每個(gè)晶體管設(shè)置在OCCF下端處。

根據(jù)圖17的固態(tài)成像元件的構(gòu)造，可以容易地確保復(fù)位晶體管TR1和放大晶體管TR3的長(zhǎng)度L，且可以抑制隨機(jī)噪聲的惡化。

<第十三實(shí)施例>

<在除八個(gè)之外的其它數(shù)量的像素共用FD時(shí)固態(tài)成像元件的布局>

上面已經(jīng)說(shuō)明了按照包括不同OCCF的八個(gè)像素的共用單元共用FD的方式構(gòu)造的固態(tài)成像元件。然而，固態(tài)成像元件也可以按照除上述數(shù)量之外的其它數(shù)量的像素共用FD的方式構(gòu)造，這些像素形成不同的OCCF。

例如，按照共用單元使用共用FD的總共四個(gè)像素(即，2×2個(gè)4Tr.型像素)的方式構(gòu)造的固態(tài)成像元件可具有如圖18所示的布局。

更具體地，在圖18的固態(tài)成像元件的布局中，沿垂直方向從上側(cè)到下側(cè)針對(duì)拜耳陣列中的Gb和R依次布置的兩個(gè)OCCF形成一個(gè)共用單元。類(lèi)似地，沿垂直方向從上側(cè)到下側(cè)針對(duì)拜耳陣列中的B和Gr依次布置的兩個(gè)OCCF在Gb OCCF和R OCCF的列的下一列中形成另一個(gè)共用單元。然后，將沿垂直方向重復(fù)地布置有所述一個(gè)共用單元的列和沿垂直方向重復(fù)地布置有所述另一個(gè)共用單元的列交替地布置。

針對(duì)一個(gè)共用單元中的Gb OCCF設(shè)置垂直長(zhǎng)度大于水平長(zhǎng)度的矩形PD 1和PD 2。類(lèi)似地，針對(duì)R OCCF設(shè)置PD 3和PD 4。

即，在圖18中，針對(duì)總共四個(gè)像素設(shè)置公共FD，且針對(duì)總共兩個(gè)OCCF(沿水平方向的一個(gè)×沿垂直方向的兩個(gè))中的每者設(shè)置沿水平方向布置的兩個(gè)像素。

另外，傳輸晶體管TR12-1至TR12-4分別設(shè)置在PD 1至PD 4的角部處，且這些角部分別接觸正方形FD(T1)的面向這些角部的位置，其中正方形FD設(shè)置在上部的Gb OCCF與上部的R OCCF之間的邊界的中心位置處。

另外，在R OCCF的下端處，放大晶體管TR13和選擇晶體管TR14從左到右依次設(shè)置并且延伸跨越S/D(源極/漏極)，使得晶體管TR13和TR14連接到與公共的正方形FD(T1)連接的線路。

在Gb OCCF與R OCCF之間的邊界處，阱接觸部C1和C2分別設(shè)置在這些OCCF的角部處。

根據(jù)圖18的固態(tài)成像元件的布局，難以確保沿附圖所示的水平方向的長(zhǎng)度，且由于這個(gè)原因，難以減小隨機(jī)噪聲的影響。然而，可以提高轉(zhuǎn)換效率。

另外，可以容易地在BEOL布局中布置用于HDR驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)線，且可以減小由相鄰驅(qū)動(dòng)線之間的電容耦合引起的寄生電容的影響。

注意，共用FD的像素的數(shù)量可以是除上述數(shù)量之外的其它數(shù)量。例如，這個(gè)數(shù)量可以是八個(gè)或四個(gè)像素，且共用單元可包括在水平方向或垂直方向上較長(zhǎng)的四個(gè)OCCF的八個(gè)或四個(gè)像素。

上面已經(jīng)說(shuō)明了在相同的OCCF中布置多個(gè)像素的構(gòu)造中包括不同片上濾色器(OCCF)的多個(gè)像素的共用單元共用FD的示例。然而，也可在相同的片上透鏡(OCL)中布置多個(gè)像素的構(gòu)造中通過(guò)包括不同片上透鏡(OCL)的多個(gè)像素的共用單元來(lái)共用FD。或者，可以使用OCCF和OCL彼此堆疊的構(gòu)造。

<電子設(shè)備的應(yīng)用示例>

上述的每個(gè)固態(tài)成像元件適用于例如包括諸如數(shù)碼相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)等成像裝置、具有成像功能的便攜式電話以及具有成像功能的其它類(lèi)型的設(shè)備的各種類(lèi)型的電子設(shè)備。

圖19是根據(jù)本發(fā)明的作為電子設(shè)備的成像裝置的構(gòu)造示例的框圖。

圖19所示的成像裝置201包括光學(xué)系統(tǒng)202、快門(mén)裝置203、固態(tài)成像元件204、驅(qū)動(dòng)電路205、信號(hào)處理電路206、監(jiān)視器207和存儲(chǔ)器208。成像裝置201被構(gòu)造成獲取靜態(tài)圖像和視頻圖像。

光學(xué)系統(tǒng)202包括一個(gè)或多個(gè)透鏡，并被構(gòu)造成將來(lái)自物體的光(入射光)引導(dǎo)至固態(tài)成像元件204以在固態(tài)成像元件204的光接收表面上形成圖像。

快門(mén)裝置203布置在光學(xué)系統(tǒng)202與固態(tài)成像元件204之間，并被構(gòu)造成根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路1005的控制來(lái)控制固態(tài)成像元件204的光照射時(shí)段和光遮蔽時(shí)段。

固態(tài)成像元件204包括具有上述固態(tài)成像元件的組件。固態(tài)成像元件204被構(gòu)造成在特定時(shí)間內(nèi)累積與經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)202和快門(mén)裝置203被用于在光接收表面上形成圖像的光相一致的信號(hào)電荷。根據(jù)從驅(qū)動(dòng)電路205提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(時(shí)序信號(hào))傳輸被累積在固態(tài)成像元件204中的信號(hào)電荷。

驅(qū)動(dòng)電路205被構(gòu)造成輸出用于控制固態(tài)成像元件204的傳輸操作和快門(mén)裝置203的快門(mén)操作的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以用于驅(qū)動(dòng)固態(tài)成像元件204和快門(mén)裝置203。

信號(hào)處理電路206被構(gòu)造成對(duì)從固態(tài)成像元件204輸出的信號(hào)電荷執(zhí)行各種類(lèi)型的信號(hào)處理。通過(guò)信號(hào)處理電路206的信號(hào)處理獲得的圖像(圖像數(shù)據(jù))被提供和顯示在監(jiān)視器207上，或被提供并存儲(chǔ)(記錄)在存儲(chǔ)器208中。

即使在具有上述構(gòu)造的成像裝置201中，上述的固態(tài)成像元件也可作為固態(tài)成像元件204的替代并適用于在所有像素中實(shí)現(xiàn)具有低噪聲的成像。

<固態(tài)成像元件的應(yīng)用示例>

圖20是上述固態(tài)成像元件中的每者的應(yīng)用示例的示圖。

上述的每個(gè)固態(tài)成像元件中可在感測(cè)諸如可見(jiàn)光、紅外光、紫外光和X射線等光的各種情況下用作如下裝置：

諸如數(shù)碼相機(jī)和具有攝像功能的便攜式裝置之類(lèi)的用于拍攝圖像的娛樂(lè)用裝置；

諸如用于例如拍攝汽車(chē)的前面、后面、外圍和內(nèi)部的圖像的車(chē)載傳感器，用于監(jiān)控行駛車(chē)輛和道路的監(jiān)控?cái)z像機(jī)以及用于例如測(cè)量車(chē)輛之間的距離的測(cè)距傳感器之類(lèi)的出于例如安全駕駛(諸如自動(dòng)停車(chē)和駕駛員的狀態(tài)識(shí)別等)的目的的交通用裝置；

用于諸如電視機(jī)、冰箱和空調(diào)等家電的出于拍攝用戶的手勢(shì)以根據(jù)這些手勢(shì)執(zhí)行設(shè)備操作的目的的家電用裝置；

諸如內(nèi)窺鏡和用于通過(guò)接收紅外光拍攝血管的圖像的裝置之類(lèi)的醫(yī)療保健用裝置；

諸如用于預(yù)防犯罪的監(jiān)控?cái)z像機(jī)和用于個(gè)人身份驗(yàn)證的攝像機(jī)之類(lèi)的安全用裝置；

諸如用于拍攝皮膚的圖像的皮膚檢查器和用于拍攝頭皮的圖像的顯微鏡之類(lèi)的美容護(hù)理用裝置；

諸如出于例如運(yùn)動(dòng)的目的的動(dòng)作攝像機(jī)和穿戴式攝像機(jī)之類(lèi)的運(yùn)動(dòng)用裝置；以及

諸如用于監(jiān)控田地和農(nóng)作物的狀態(tài)的攝像機(jī)之類(lèi)的農(nóng)業(yè)用裝置。

注意，本發(fā)明可具有以下配置。

(1)一種固態(tài)成像元件，其包括：

用于從入射光提取具有預(yù)定波長(zhǎng)的光的片上濾色器(OCCF)和/或用于聚集該入射光的片上透鏡(OCL)；

光電二極管，其用于將由所述OCCF提取的具有所述預(yù)定波長(zhǎng)的光和/或由所述OCL聚集的光用作入射光，以針對(duì)每個(gè)像素單元通過(guò)光電效應(yīng)產(chǎn)生與該入射光的量相對(duì)應(yīng)的電荷；以及

浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD)，其用于累積由所述光電二極管產(chǎn)生的電荷，以向放大晶體管的柵極施加與所累積的電荷相對(duì)應(yīng)的電壓，

其中，在針對(duì)一個(gè)所述OCCF和/或一個(gè)所述OCL配置有多個(gè)像素的結(jié)構(gòu)中，一個(gè)所述FD被由包括不同的所述OCCF和/或不同的所述OCL的像素的多個(gè)像素構(gòu)成的共用單元共用。

(2)如(1)所述的固態(tài)成像元件，其中，

針對(duì)一個(gè)所述OCCF和/或一個(gè)所述OCL布置有兩個(gè)像素的所述光電二極管。

(3)如(1)或(2)所述的固態(tài)成像元件，其中，

所述共用單元包括在水平方向上彼此相鄰的多個(gè)所述OCCF和/或多個(gè)所述OCL的像素。

(4)如(3)所述的固態(tài)成像元件，其中，

所述共用單元包括在水平方向上彼此相鄰的兩個(gè)或四個(gè)所述OCCF和/或兩個(gè)或四個(gè)所述OCL的像素。

(5)如(1)或(2)所述的固態(tài)成像元件，其中，

所述共用單元包括在垂直方向上彼此相鄰的多個(gè)所述OCCF和/或多個(gè)所述OCL的像素。

(6)如(5)所述的固態(tài)成像元件，其中，

所述共用單元包括在垂直方向上彼此相鄰的兩個(gè)或四個(gè)所述OCCF和/或兩個(gè)或四個(gè)所述OCL的像素。

(7)如(1)或(2)所述的固態(tài)成像元件，其中，

所述共用單元包括在水平方向和垂直方向上彼此相鄰的多個(gè)所述OCCF和/或多個(gè)所述OCL的像素。

(8)如(7)所述的固態(tài)成像元件，其中，

所述共用單元包括以在水平方向上存在兩個(gè)且在垂直方向上存在兩個(gè)的方式彼此相鄰的多個(gè)所述OCCF和/或多個(gè)所述OCL的像素。

(9)如(1)至(8)中任一者所述的固態(tài)成像元件，其中，

所述共用單元包括提取具有相同波長(zhǎng)的光的多個(gè)所述OCCF和/或多個(gè)所述OCL的像素。

(10)如(1)至(9)中任一者所述的固態(tài)成像元件，其還包括：

復(fù)位晶體管；

傳輸晶體管；以及

放大晶體管。

(11)如(1)至(10)中任一者所述的固態(tài)成像元件，其還包括：

復(fù)位晶體管；

傳輸晶體管；

放大晶體管；以及

選擇晶體管。

(12)如(11)所述的固態(tài)成像元件，其中，

設(shè)置有偽晶體管，且所述偽晶體管的設(shè)置位置使得在所述復(fù)位晶體管、所述放大晶體管和所述選擇晶體管的布置方向上，所述偽晶體管相對(duì)于所述復(fù)位晶體管、所述放大晶體管和所述選擇晶體管的布置間隔處于對(duì)稱(chēng)的位置。

(13)如(1)至(12)中任一者所述的固態(tài)成像元件，其還包括：

垂直信號(hào)線，其用于傳輸從所述放大晶體管輸出的像素信號(hào)，

其中，所述垂直信號(hào)線被多個(gè)所述共用單元共用。

(14)如(1)至(13)中任一者所述的固態(tài)成像元件，其中，

源極/漏極被多個(gè)所述共用單元共用。

(15)一種成像裝置，其包括：

用于從入射光提取具有預(yù)定波長(zhǎng)的光的片上濾色器(OCCF)和/或用于聚集該入射光的片上透鏡(OCL)；

光電二極管，其用于將由所述OCCF提取的具有所述預(yù)定波長(zhǎng)的光和/或由所述OCL聚集的光用作入射光，以針對(duì)每個(gè)像素單元通過(guò)光電效應(yīng)產(chǎn)生與該入射光的量相對(duì)應(yīng)的電荷；以及

浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD)，其用于累積由所述光電二極管產(chǎn)生的電荷，以向放大晶體管的柵極施加與所累積的電荷相對(duì)應(yīng)的電壓，

其中，在針對(duì)一個(gè)所述OCCF和/或一個(gè)所述OCL配置有多個(gè)像素的結(jié)構(gòu)中，一個(gè)所述FD被由包括不同的所述OCCF和/或不同的所述OCL的像素的多個(gè)像素構(gòu)成的共用單元共用。

(16)一種電子設(shè)備，其包括：

用于從入射光提取具有預(yù)定波長(zhǎng)的光的片上濾色器(OCCF)和/或用于聚集該入射光的片上透鏡(OCL)；

光電二極管，其用于將由所述OCCF提取的具有所述預(yù)定波長(zhǎng)的光和/或由所述OCL聚集的光用作入射光，以針對(duì)每個(gè)像素單元通過(guò)光電效應(yīng)產(chǎn)生與該入射光的量相對(duì)應(yīng)的電荷；以及

浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD)，其用于累積由所述光電二極管產(chǎn)生的電荷，以向放大晶體管的柵極施加與所累積的電荷相對(duì)應(yīng)的電壓，

其中，在針對(duì)一個(gè)所述OCCF和/或一個(gè)所述OCL配置有多個(gè)像素的結(jié)構(gòu)中，一個(gè)所述FD被由包括不同的所述OCCF和/或不同的所述OCL的像素的多個(gè)像素構(gòu)成的共用單元共用。

附圖標(biāo)記列表

TR1 復(fù)位晶體管

TR2，TR2-1至TR2-8 傳輸晶體管

TR3 放大晶體管

TR11 復(fù)位晶體管

TR12、TR12-1至TR12-8 傳輸晶體管

TR13 放大晶體管

TR14 選擇晶體管

PD、PD1至PD8 光電二極管

FD 浮動(dòng)擴(kuò)散部