固態(tài)攝像設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種固態(tài)攝像設(shè)備。所述固態(tài)攝像設(shè)備能夠抑制在執(zhí)行全局電子快門操作時可能會出現(xiàn)的圖像質(zhì)量的劣化。以靠近光電轉(zhuǎn)換單元的方式來設(shè)置像素晶體管的柵極驅(qū)動線中的第一傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線。
【專利說明】
固態(tài)攝像設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及固態(tài)攝像設(shè)備中的驅(qū)動線的配置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，諸如采用適用于低電力消耗和高速讀出的CMOS圖像傳感器的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和數(shù)字照相機(jī)等攝像設(shè)備已被普遍使用。提出了具有以行和列方向排列的多個像素的CMOS圖像傳感器，其中每個像素包含光電轉(zhuǎn)換單元，所述CMOS圖像傳感器被配置為在所有的像素中同時電子控制曝光開始和曝光結(jié)束的全局電子快門(global electronic shutter)(國際公開號W011/043432)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]然而，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)為了在應(yīng)用全局電子快門時抑制圖像質(zhì)量劣化的發(fā)生，必須考慮像素晶體管的驅(qū)動線的配置。本發(fā)明提供了一種能夠在執(zhí)行全局電子快門操作時抑制可能發(fā)生的圖像質(zhì)量劣化的固態(tài)攝像設(shè)備。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種具有圖像傳感區(qū)域的固態(tài)攝像設(shè)備，在所述圖像傳感區(qū)域中以矩陣形式排列多個像素，每個像素包括光電轉(zhuǎn)換單元、用于傳輸所述光電轉(zhuǎn)換單元中的電載流子的第一傳輸晶體管、用于累積從所述第一傳輸晶體管傳輸?shù)碾娸d流子的電載流子累積部、用于傳輸來自所述電載流子累積部的電載流子的第二傳輸晶體管、用于累積從所述第二傳輸晶體管傳輸?shù)碾娸d流子的浮置擴(kuò)散部(下文中，稱為ro)以及用于復(fù)位所述浮置擴(kuò)散部的電勢的復(fù)位晶體管，所述固態(tài)攝像設(shè)備包括多個用于驅(qū)動多個像素晶體管的柵極的像素晶體管的柵極驅(qū)動線，每個所述像素晶體管包括所述第一傳輸晶體管、所述第二傳輸晶體管以及所述復(fù)位晶體管，所述柵極驅(qū)動線在一個布線層中在像素的行方向上延伸。在此情況下，在與所述像素的行對應(yīng)設(shè)置的行(n-l)、行(η)和行(n+l)的驅(qū)動布線中，以靠近所述光電轉(zhuǎn)換單元的方式來設(shè)置所述像素晶體管的柵極驅(qū)動線中的所述第一傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線。
[0005]根據(jù)以下參照附圖對示例性實施例的描述，本發(fā)明的其他特征將變得清楚。
【附圖說明】
[0006]圖1是例示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的像素的平面圖。
[0007]圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的像素的橫截面圖。
[0008]圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的像素電路圖。
[0009]圖4是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的驅(qū)動時序圖。
[0010]圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的像素的平面圖。
[0011]圖6是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例和第三、第四實施例的橫截面圖。
[0012]圖7是根據(jù)本發(fā)明的第二、第三和第四實施例的像素電路圖。
[0013]圖8是根據(jù)本發(fā)明的第二、第三和第四實施例的驅(qū)動時序圖。
[0014]圖9是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的像素的平面圖。
[0015]圖10是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的像素平面圖。
[0016]圖11是關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的驅(qū)動布線(drivingwiring)的配置的示例的示意圖。
[0017]圖12是布線距離的解釋圖。
[0018]圖13是關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的驅(qū)動布線的配置的示例的示意圖。
[0019]圖14是關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的驅(qū)動布線的配置的示例的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]第一實施例
[0021]將參照圖1至圖4以及圖11來描述本發(fā)明的第一實施例。圖1是以3X3矩陣形式設(shè)置的多個像素的平面圖。圖2是沿圖1中的線I1-1I截取的一部分的像素橫截面圖。圖3是例示與圖1對應(yīng)的三行和三列中的像素的等效電路圖。圖4是用于操作根據(jù)本實施例的固態(tài)攝像設(shè)備的驅(qū)動時序圖。涉及相同部分的相同數(shù)字貫穿始終。盡管以下將描述將電子用作信號電載流子的結(jié)構(gòu)，但是正空穴(Positive holes)也可以被用作信號電載流子。在正空穴被用作信號電載流子時，半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電類型可能與在信號電載流子是電子的情況下的導(dǎo)電類型相反。
[0022]參見圖3，各像素Pl包括用于傳輸光電轉(zhuǎn)換單元I中的電載流子的第一傳輸晶體管14，以及用于累積從第一傳輸晶體管14傳輸?shù)碾娸d流子的電載流子累積部3。各像素Pl還包括用于傳輸來自電載流子累積部3的電載流子的第二傳輸晶體管15。各像素Pl還包括用于累積從第二傳輸晶體管15傳輸?shù)碾娸d流子的浮置擴(kuò)散部6(下文稱為“FD 6”)、用于復(fù)位H)6的電勢的復(fù)位晶體管16、源極跟隨器晶體管17和行選擇晶體管18。
[0023]各像素Pl通過像素輸出單元22而與垂直輸出線Vout相連。電源20和接地21也被設(shè)置在其中。根據(jù)本實施例，設(shè)置了被稱為垂直溢漏(Vertical Overflow Drain)(下文中，V0FD)的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，通過嵌入層9將電載流子從光電轉(zhuǎn)換單元I輸出到半導(dǎo)體襯底7。
[0024]圖2是沿圖1中的線I1-1I截取的像素橫截面圖。P型嵌入層9和P型阱(well)8被設(shè)置在η型半導(dǎo)體襯底7上。表面保護(hù)層2被設(shè)置在具有η型和P型的光電轉(zhuǎn)換單元I上，從而構(gòu)成所謂的掩埋型光電二極管。P型表面保護(hù)層4被設(shè)置在η型電載流子累積部3上。
[0025]耗盡抑制部5被設(shè)置在P型電載流子累積部3之下，耗盡抑制部5由比阱8更高濃度的半導(dǎo)體制成。
[0026]向作為第一傳輸晶體管14的柵極的TXI供給用于接通第一傳輸晶體管14的脈沖，使光電轉(zhuǎn)換單元I中的電載流子傳輸?shù)诫娸d流子累積部3。
[0027]向作為第二傳輸晶體管15的柵極的ΤΧ2供給用于接通第二傳輸晶體管14的脈沖，使電載流子累積部3中累積的電載流子傳輸?shù)紽D 6。
[0028]接下來，將參照圖3和圖4來描述將要由根據(jù)本實施例的固態(tài)攝像設(shè)備執(zhí)行的操作。參見圖4，處于低電平(在下文中，被稱為L電平)的晶體管具有非導(dǎo)通狀態(tài)，以及處于高電平(在下文中，被稱為H電平)的晶體管具有導(dǎo)通狀態(tài)。
[0029]參見圖3和圖4，ρΤΧ1(η)表示第η行的第一傳輸晶體管14的柵極驅(qū)動線，ρΤΧ2(η)表示第η行的第二傳輸晶體管15的柵極驅(qū)動線。pRES(n)表示第η行的復(fù)位晶體管16的柵極驅(qū)動線，pSEL(n)表示第η行的行選擇晶體管18的柵極驅(qū)動線。在柵極驅(qū)動線名稱之后的各括號中的數(shù)字表示像素的行號。
[0030]在圖4中的t0時刻，襯底電勢的電平變?yōu)長電平，從而斷開V0FD。因此，開始在光電轉(zhuǎn)換單元I中累積經(jīng)過了光電轉(zhuǎn)換的電子。
[0031]接下來，在tl時刻，第一傳輸晶體管14的柵極驅(qū)動線ρΤΧ1(η-1)、ρΤΧ1(η)以及pTXl(n+l)的電平變?yōu)镠電平，從而接通第一傳輸晶體管14。因此，將電子傳輸?shù)诫娸d流子累積部
3。在經(jīng)過預(yù)定時間段之后，斷開第一傳輸晶體管14，從而結(jié)束將電子傳輸?shù)诫娸d流子累積部3。
[0032]由于在本實施例中配設(shè)了電載流子累積部3，因此所有像素中的光電轉(zhuǎn)換單元I中的信號電載流子被同時傳輸?shù)诫娸d流子累積部3。這樣能夠?qū)嵤⒂扇蛛娮涌扉T執(zhí)行的操作，即在所有像素中通過電子開關(guān)同時控制曝光開始和曝光結(jié)束。
[0033]接下來，在t2時刻，襯底電勢的電平變?yōu)镠電平，從而在光電轉(zhuǎn)換單元I和半導(dǎo)體襯底7之間發(fā)生穿通。因此，電載流子被輸出到半導(dǎo)體襯底7。
[0034]可以根據(jù)需要來設(shè)置從斷開VOFD時的t0時刻到接通第一傳輸晶體管14時的tl時刻的時期，從而能夠獲得任意累積時間的圖像。
[0035]在t0時刻和tl時刻之間可以間歇性地使第一傳輸晶體管14多次接通。多次接通能夠減少一次傳輸操作所處理的信號電載流子，并能夠使傳輸操作變得容易。在多次接通的情況下，11時刻是多次接通(0N)操作中的最后一次的時間。
[0036]接下來，在t3、t4和t5時刻，第二傳輸晶體管15的柵極驅(qū)動線pTX2的電平以行順次變?yōu)镠電平，從而接通第二傳輸晶體管15。因此，信號電載流子從電載流子累積部3傳輸?shù)紿)
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[0037]針對CMOS圖像傳感器的傳統(tǒng)方法是可適用于針對FD6和后續(xù)級的信號傳輸方法。換句話說，信號經(jīng)由源極跟隨器晶體管17、行選擇晶體管18和像素輸出單元22而被輸出到垂直信號線。噪音分量信號可以在接通第二傳輸晶體管15之前被輸出到垂直信號線。盡管在圖3中配設(shè)了行選擇晶體管18，但是也可以采用沒有行選擇晶體管18的結(jié)構(gòu)。
[0038]這里，柵極驅(qū)動線由導(dǎo)體構(gòu)成從而輸送圖4中例示的驅(qū)動脈沖，并在導(dǎo)體間形成寄生電容。導(dǎo)體的寄生電容和電阻會引起通過導(dǎo)體傳輸?shù)尿?qū)動脈沖間的傳播延遲。隨著固態(tài)攝像設(shè)備中的像素數(shù)量的增加，圖像傳感區(qū)域的尺寸也增加。因此，圖像傳感區(qū)域可以有具有較小傳播延遲的部分和具有較大傳播延遲的其他部分。因而這樣可能會造成在將要向圖像傳感區(qū)域內(nèi)的像素中的晶體管的柵極輸入驅(qū)動脈沖的操作定時方面的差異，這會造成在存儲光電轉(zhuǎn)換單元I中累積的圖像信號的定時方面的差異。這樣可能導(dǎo)致圖像質(zhì)量的劣化。
[0039]在傳統(tǒng)的行順次快門(line-sequential shutter)取代全局電子快門的情況下，由于在畫面內(nèi)的累積定時方面存在相當(dāng)大的差異，因此，在畫面內(nèi)的累積定時方面的差異可能不是圖像質(zhì)量中的嚴(yán)重的問題。然而，使用全局電子快門，由于可能不容易發(fā)生針對每行的累積定時的差異，因此，由于傳播延遲所引起的累積定時的差異而導(dǎo)致的圖像質(zhì)量的劣化可能在圖像傳感區(qū)域內(nèi)是嚴(yán)重的。隨著累積時間的下降，累積定時的差異與累積時間之比會增大。因此，差異會變成更嚴(yán)重，這可能是防止累積時間下降的一個因素。
[0040]如上所述，通過第一傳輸晶體管14來控制全局電子快門中的累積定時。因此，可能會降低第一傳輸晶體管14的柵極驅(qū)動線pTXl的寄生電容以降低傳播延遲，從而能夠降低圖像傳感區(qū)域內(nèi)的累積定時的差異。在多個像素晶體管的柵極驅(qū)動線被設(shè)置在一個布線層內(nèi)且柵極驅(qū)動線緊密設(shè)置的情況下，上述寄生電容的影響可能會顯著地出現(xiàn)。
[0041]pTXl 的配置
[0042]接下來，將參照圖1來描述用于降低柵極驅(qū)動線pTXl的寄生電容的像素晶體管的驅(qū)動線的配置。
[0043]圖1例示了在光電轉(zhuǎn)換單元I中的半導(dǎo)體區(qū)域、像素晶體管的柵極電極和用于將半導(dǎo)體區(qū)域和像素晶體管的柵極電極電連接的布線。在固態(tài)攝像設(shè)備中，除像素晶體管的驅(qū)動線以外，還根據(jù)需要將包括電源線、接地電源線和垂直輸出線的線放置在包括多層的布線層中。圖1例示了放置在一個布線層內(nèi)的像素晶體管的驅(qū)動線。例如，在具有三層結(jié)構(gòu)的布線層中，圖1中例示的像素晶體管的驅(qū)動線被放置在第二布線層。
[0044]參見圖1，第一傳輸晶體管14、第二傳輸晶體管15和復(fù)位晶體管16的柵極驅(qū)動線被設(shè)置在電載流子累積部3上，從而在圖像傳感區(qū)域的行方向上延伸。這些柵極驅(qū)動線以周期的布局模式而設(shè)置。
[0045]在柵極驅(qū)動線pTXl(n)附近僅設(shè)置復(fù)位晶體管16的柵極驅(qū)動線pRES(n)，并遠(yuǎn)離第二傳輸晶體管15的柵極驅(qū)動線pTX2(n+l)地設(shè)置柵極驅(qū)動線pTXl(n)。在此配置中，相較于像素晶體管的柵極驅(qū)動線緊密地設(shè)置在pTXl(n)兩側(cè)的配置，pTXl(n)能夠具有更低的寄生電容。
[0046]圖11示意性地例示了圖1中所示的驅(qū)動布線的配置。Dx表示驅(qū)動線之間的距離。
[0047]這里，假設(shè)在行(n-1)、行(η)和行(n+l)的驅(qū)動布線中，第一傳輸晶體管14的柵極驅(qū)動線和在第一傳輸晶體管14的柵極驅(qū)動線的兩側(cè)設(shè)置的像素晶體管的柵極驅(qū)動線之間的布線距離的總和等于DTXlTotei。
[0048]類似地，在除第一傳輸晶體管14以外的其他像素晶體管的柵極驅(qū)動線和在所述柵極驅(qū)動線的兩側(cè)設(shè)置的像素晶體管的柵極驅(qū)動線之間的布線距離的總和在針對第二傳輸晶體管15的情況下等于DTX2Tcital，針對復(fù)位晶體管16的情況下是DRESTtltal，以及針對行選擇晶體管18的情況下是DSELmal。
[0049]在此情況下，DTXlTcltaI是高于全部 DTXSTcrt^DRESTotai 和 DSELTcitai 的值。
[0050]參見圖11，假設(shè)行(n-1)、行(η)和行(n+l)的驅(qū)動線之間的間隔分別等于&至011。[0051 ] 這里，在彳丁(η-1)、彳丁(η)以及彳丁(η+1)的驅(qū)動布線中，01乂11^31等于01+03+06+08+09。另一方面，DRESTotai 等于Di+D2+D7+D8+D9+D1。DSELTotai 等于D2+D4+D5+D7+D1Q+D11 ο
[0052]由于D3和D6是其他線之間的間隔的例如三倍或更多倍，因此，行(n-1)、行(η)和行(n+l)中的DTXlTcitaI等于比DRESTcitai和DSELTcitai更高的值。應(yīng)當(dāng)注意，如圖12中所示，在此通過例如pTXl(n)的端部和pRES(n)的端部之間的距離來定義驅(qū)動線之間的布線距離。
[0053]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，能夠減少在柵極驅(qū)動線pTXl中出現(xiàn)的寄生電容，因此，更小的傳播延遲能夠降低累積定時中的差異。
[0054]上述的驅(qū)動線的配置不僅能夠應(yīng)用于正面照射(F S I ,front sideilluminat1n)，還能夠應(yīng)用于背面照射(BSI ,back side illuminat1n)。并且，針對背面照射，假定像素晶體管的驅(qū)動線與像素的行對應(yīng)地放置。因此，可以在那樣的情況下應(yīng)用上述驅(qū)動線配置示例。
[0055]圖1例示了正面照射的像素的平面圖。在正面照射中，通常各像素晶體管的驅(qū)動線被設(shè)置在沒有光電轉(zhuǎn)換單元I的區(qū)域中。例如，參見圖1，各像素晶體管的柵極驅(qū)動線被放置在電載流子累積部3上。因此，考慮到驅(qū)動線的布局，為了降低第一傳輸晶體管14的柵極驅(qū)動線pTXl的寄生電容，以靠近光電轉(zhuǎn)換單元I的方式設(shè)置像素晶體管的柵極驅(qū)動線中的柵極驅(qū)動線PTXl。因此，柵極驅(qū)動線pTXl被放置在驅(qū)動線區(qū)域的端部，并且柵極驅(qū)動線pTXl僅在驅(qū)動線區(qū)域的一側(cè)具有導(dǎo)體。
[0056]pTXl 和 pTX2 的配置
[0057]根據(jù)本實施例，不以相互靠近的方式來設(shè)置柵極驅(qū)動線pTXl和柵極驅(qū)動線ρΤΧ2。表述“不以相互靠近的方式來設(shè)置”是指PTX2不放置在pTXl兩側(cè)的位置關(guān)系?？商娲?，SP使在pTX2被放置在pTXl的一側(cè)的情況下，pTXl與pTX2之間的距離是pTXl與被放置在pTXl的另一側(cè)的驅(qū)動線之間的距離的例如三倍或更多倍。
[0058]以下將描述在以相互靠近的方式來放置柵極驅(qū)動線pTXl和柵極驅(qū)動線pTX2的情況下所涉及的問題。
[0059]在柵極驅(qū)動線pTXl和柵極驅(qū)動線pTX2具有電容耦合時，柵極驅(qū)動線pTX2的電勢可能在柵極驅(qū)動線PTXl的電平改變時有波動。例如，在圖4中所例示的tl時刻，柵極驅(qū)動線PTX2的電平最初是L電平。然而，當(dāng)柵極驅(qū)動線pTXl從L電平朝向H電平改變時，柵極驅(qū)動線PTX2的電勢從L電平朝向H電平改變。這樣使得從電載流子累積部3到FD 6的勢皇降低了。因此，會降低電載流子累積部3中的飽和信號量。根據(jù)圖像傳感區(qū)域內(nèi)寄生電容的變化的潛在波動的影響可能會引起圖像傳感區(qū)域內(nèi)的電載流子累積部3中的飽和信號量的波動。在t0時刻至tl時刻之間間歇性地執(zhí)行多次柵極驅(qū)動線pTXl的操作時，該現(xiàn)象會變得更明顯。
[0060]在某些情況下，在作為NMOS的第二傳輸晶體管15處于斷開(OFF)狀態(tài)期間，柵極驅(qū)動線PTX2可以被設(shè)置為負(fù)電勢。因此，在溝道部中激勵空穴，以便于即使在出現(xiàn)電子時電子和空穴之間的再復(fù)合能夠抑制暗電流。這里，如果柵極驅(qū)動線PTXl和柵極驅(qū)動線pTX2具有電容耦合，則在柵極驅(qū)動線PTXl的電平從L電平變?yōu)镠電平時，柵極驅(qū)動線pTX2的電勢變得更高且會使空穴激勵不足。因而可能使暗電流抑制變得不足。
[0061 ]為了防止上述情況，根據(jù)本實施例，不以相互靠近的方式來設(shè)置柵極驅(qū)動線pTXl和柵極驅(qū)動線PTX2。具體地，參見圖1和圖11，在行(n-1)、行(η)和行(n+l)的驅(qū)動布線中，像素晶體管的柵極驅(qū)動線之間的布線距離中的最大布線距離可以是柵極驅(qū)動線PTXl和柵極驅(qū)動線PTX2之間的布線距離。
[0062]如圖4所理解的那樣，在接通第一傳輸晶體管14時，復(fù)位晶體管16也處于接通狀態(tài)。因此，即使復(fù)位晶體管16的電勢具有從L電平到H電平的變化，這種變化也可能不容易產(chǎn)生影響。因而，能夠以靠近柵極驅(qū)動線PTXl的方式來設(shè)置柵極驅(qū)動線pRES。
[0063]可以以靠近柵極驅(qū)動線pTXl的方式來設(shè)置柵極驅(qū)動線pSEL而不是設(shè)置柵極驅(qū)動線pRES。這是因為，即使在接通第一傳輸晶體管14時行選擇晶體管18處于斷開狀態(tài)時，如果恒流源處于斷開狀態(tài)則不存在信號電載流子的傳輸路徑，且在圖像傳感區(qū)域內(nèi)沒有出現(xiàn)信號變化。
[0064]可替代地，可以以靠近柵極驅(qū)動線pTXl的方式來設(shè)置電源線或接地線而不是設(shè)置柵極驅(qū)動線PRES，從而抑制電勢波動。這是因為，該電源線和接地線不直接與信號電載流子的傳輸路徑相關(guān)聯(lián)且在圖像傳感區(qū)域內(nèi)沒有出現(xiàn)信號變化。
[0065]根據(jù)本實施例，在每個像素中設(shè)置H)6。然而，F(xiàn)D 6可以被多個像素共用。同樣在此情況下，可以如上所述地設(shè)置第一傳輸晶體管14的柵極驅(qū)動線pTXl以獲得相同的效果。多個像素共用FD 6可以減少驅(qū)動線的數(shù)量，從而可以將第一傳輸晶體管14的柵極驅(qū)動線PTXl設(shè)置為遠(yuǎn)離其他驅(qū)動線，因而能夠降低寄生電容。
[0066]第二實施例
[0067]將參照圖5至圖8以及圖13來描述本發(fā)明的第二實施例。指代相同部分的相同數(shù)字貫穿第一和第二實施例，將省略對其的詳述。圖5是根據(jù)本實施例的固態(tài)攝像設(shè)備中的三行和三列像素的平面圖。圖6是沿圖5中的線V1-VI截取的一部分的像素橫截面圖。圖7是例示與圖5對應(yīng)的三行和三列像素的等效電路圖。圖8是用于操作根據(jù)本實施例的固態(tài)攝像設(shè)備的驅(qū)動時序圖。
[0068]本實施例與第一實施例的不同之處在于:分離地設(shè)置了溢出晶體管(overflowtransi s tor)而不采用VOFD結(jié)構(gòu)。換句話說，如圖6和圖7所示，設(shè)置了溢出晶體管19。當(dāng)接通溢出晶體管19的柵極OFG時，通過插頭12將電載流子傳輸?shù)诫娫?0。
[0069]圖8例示了時序圖。在t0時刻，溢出晶體管19的柵極驅(qū)動線pOFG的電平變?yōu)長電平，從而斷開溢出晶體管19。
[0070]接著，在11時刻，第一傳輸晶體管14的柵極驅(qū)動線pTXI的電平變?yōu)镠電平，接通第一傳輸晶體管14。因此，電子被傳輸?shù)诫娸d流子累積部3。在經(jīng)過預(yù)定時間段后，斷開第一傳輸晶體管14，從而結(jié)束向電載流子累積部3傳輸電子。
[0071]接著，在t2時刻，柵極驅(qū)動線pOFG的電平變?yōu)镠電平，從而接通溢出晶體管19。因此，電載流子能夠從光電轉(zhuǎn)換單元I輸出到作為溢漏的電源20。
[0072]可以根據(jù)需要設(shè)置從柵極驅(qū)動線pOFG的電平變?yōu)長電平時的t0時刻到接通第一傳輸晶體管14的tl時刻的時間段，從而能夠獲得任意累積時間的圖像。
[0073]圖13示意性地示出了圖5中例示的驅(qū)動布線的布置。假設(shè)行(n-1)、行(η)和行(η+I)的驅(qū)動線之間的間隔分別等于D1SD12。應(yīng)當(dāng)注意，由于p0FG(n-2)是第(η-2)行的像素的驅(qū)動線，因此不考慮p0FG(n-2)和相鄰驅(qū)動線之間的間隔。由于在pRES(n+2)和pSEL(n+2)之間設(shè)置了未示出的p0FG(n+l)，因此也不考慮p0FG(n+l)。
[0074]這里，在tx(n-l)、tx(n)和tx(n+l)中，01父11'_1等于01+03+03+01()+011。另一方面，DRESTotal等于D1+D2+D9+D1Q+D1I cDSELTotal等于D4+D5+D6+D7+D12 C3DOFGTotal等于D2+D4+D7+D9 O
[0075]由于D3和D8是其他線之間間隔的例如三倍或更多倍，因此，DTXlTtltal等于比行(n-l)、行(n)和行(n+l)中的DRESτ。tal、DSELτ。tal和DOFGτ。tal更高的值。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠減少在柵極驅(qū)動線PTXl中出現(xiàn)的寄生電容，因而更小的傳播延遲能夠減少累積定時中的差異。
[0076]該布線布置能夠表達(dá)為以不相互靠近的方式來設(shè)置pTXl和pTX2。此外，在行(n-1)、行(η)和行(n+l)中的pTXl和pTX2之間的距離能夠表達(dá)為像素晶體管的柵極驅(qū)動線之間的布線距離中的最大布線距離。
[0077]pTXl 和 pOFG 的配置
[0078]在柵極驅(qū)動線pTXl和柵極驅(qū)動線pOFG具有電容耦合時可能會出現(xiàn)問題。換句話說，在柵極驅(qū)動線PTXl的電平從L電平變?yōu)镠電平時的圖8中的tl時刻，柵極驅(qū)動線pOFG的電平是L電平。然而，當(dāng)柵極驅(qū)動線pTXl和柵極驅(qū)動線pOFG具有電容耦合時，在tl時刻，柵極驅(qū)動線pOFG的電勢可能具有從L電平向H電平的改變。因此，降低了從光電轉(zhuǎn)換單元I到作為溢漏的電源20的勢皇，電子從光電轉(zhuǎn)換單元I傳輸?shù)诫娫?0，從而可能使光電轉(zhuǎn)換單元I中的飽和信號量降低。這樣可能會引起圖像傳感區(qū)域內(nèi)的信號的變化。
[0079]因此，如圖5和圖13所示，根據(jù)本實施例，在一個驅(qū)動布線區(qū)域中的柵極驅(qū)動線PTXl和柵極驅(qū)動線pOFG之間配設(shè)驅(qū)動線pRES，從而以相互靠近的方式來設(shè)置驅(qū)動線。
[0080]本實施例采用溢出晶體管而第一實施例采用voro結(jié)構(gòu)。為了提高對更長的波長側(cè)的靈敏度而采用更深的光電轉(zhuǎn)換單元I使得在voro結(jié)構(gòu)的狀態(tài)下輸出電載流子變得困難。然而，同樣在此情況下，可以采用溢出晶體管從而能夠輸出電載流子。在voro結(jié)構(gòu)中，在光電轉(zhuǎn)換單元I和半導(dǎo)體襯底7之間出現(xiàn)穿通。因此，可以要求由一定程度上低濃度半導(dǎo)體構(gòu)成嵌入層9。另一方面，在采用溢出晶體管的狀態(tài)下，可以由高濃度半導(dǎo)體構(gòu)成嵌入層9。這樣可以提高光電轉(zhuǎn)換單元I的靈敏度并提高向電載流子累積部3傳輸?shù)男省?br>[0081]另一方面，由于采用VOro結(jié)構(gòu)消除了溢出晶體管的柵極OFG和柵極驅(qū)動線pOFG的必要性，因此，空的區(qū)域可以分配給其他部件。例如，可以在保持光電轉(zhuǎn)換單元I的相同尺寸的同時增大驅(qū)動線之間的間隔。因此，相較于第一實施例，能夠進(jìn)一步降低第一傳輸晶體管14的柵極驅(qū)動線pTXl的寄生電容。可以增加光電轉(zhuǎn)換單元I的面積，從而能夠提高光電轉(zhuǎn)換單元I的飽和電荷量，以及能夠提高其靈敏度。
[0082]第三實施例
[0083]將參照圖6、圖7、圖9和圖14來描述本發(fā)明的第三實施例。指代相同部分的相同數(shù)字貫穿第一、第二和第三實施例，將省略對其的詳述。
[0084]圖9是例示根據(jù)本實施例的固態(tài)攝像設(shè)備中三行和三列像素的平面圖。第三實施例與第二實施例的不同之處在于柵極驅(qū)動線POFG和柵極驅(qū)動線pTX2所設(shè)置的位置。
[0085]參見圖9，柵極驅(qū)動線pTXl和柵極驅(qū)動線pOFG之間的布線距離是像素晶體管的柵極驅(qū)動線之間的布線距離中的最大布線距離。該布置不僅能夠降低柵極驅(qū)動線PTXl和其他柵極驅(qū)動線的寄生電容，還能夠降低柵極驅(qū)動線POFG和其他柵極驅(qū)動線的寄生電容。
[0086]如上所述，還能夠通過將驅(qū)動脈沖輸入到溢出晶體管19的柵極OFG來控制使用全局電子快門的累積定時。因此，可以降低溢出晶體管19的柵極驅(qū)動線pOFG的寄生電容，并能夠減少其中發(fā)生的傳播延遲。因而可以降低累積定時中的差異。
[0087]根據(jù)本實施例，以不靠近的方式來設(shè)置柵極驅(qū)動線pOFG和柵極驅(qū)動線pTX2。如果以靠近的方式來設(shè)置它們，可以降低電載流子累積部3中的飽和信號量，這可能會引起圖像傳感區(qū)域內(nèi)的電載流子累積部3中飽和信號量的變化。
[0088]在某些情況下，在作為NMOS的第二傳輸晶體管15的柵極驅(qū)動線pTX2處于斷開狀態(tài)期間，柵極驅(qū)動線PTX2可以被設(shè)置為負(fù)電勢。因此，在溝道部中激勵空穴，從而引起電子和空穴的再復(fù)合，這會抑制暗電流。這里，如果柵極驅(qū)動線POFG和柵極驅(qū)動線pTX2具有電容耦合，則在柵極驅(qū)動線POFG的電平從L電平變?yōu)镠電平的時間點柵極驅(qū)動線pTX2的電勢變得更尚。因此，暗電流的抑制可能不足。
[0089]因此，復(fù)位晶體管16的柵極驅(qū)動線pRES被設(shè)置在一個驅(qū)動布線區(qū)域中的柵極驅(qū)動線POFG和柵極驅(qū)動線pTX2之間?？梢栽O(shè)置行選擇晶體管18的柵極驅(qū)動線pSEL、電源線、接地線等而不是柵極驅(qū)動線pRES。
[0090]圖14示意性地例示了圖9中例示的驅(qū)動布線的布置。
[0091 ] 在此情況下，在行(n-1)、行(η)和行(n+l)的驅(qū)動布線中，DTXlTcitai等于Di+Ds+Ds+Dl0+Dll+Dl3。另一方面，DRESTotal等于D1+D2+D9+D1Q+D1I+D12。DSELTotal等于D4+D5+D6+D7+D14。此外，DTX2Total等于D2+D4+D7+D9+D12+D14 O
[0092]由于D3、D8和D13是其他線之間間隔的例如三倍或更多倍，因此，DTXlTcitai是比行(n-1)、行(η)和行(η+1)中 ^DRESxota1、DSELTcitai和DTX2Tcitai更高的值。
[0093]由于以上原因，如圖14中所示，以不靠近的方式來設(shè)置pTXl和pOFG，以不靠近的方式來設(shè)置PTX2和pOFG，以及以不靠近的方式來設(shè)置pTXl和pTX2。
[0094]此外，以靠近光電轉(zhuǎn)換單元I的方式來設(shè)置pOFG。
[0095]另外，如上所述，pTXl和pOFG之間的布線距離是像素晶體管的柵極驅(qū)動線之間的布線距離中的最大布線距離。
[0096]第四實施例
[0097]將參照圖6至圖8以及圖10來描述本發(fā)明的第四實施例。涉及相同部分的相同數(shù)字貫穿第一至第四實施例，并將省略對其的詳述。
[0098]圖10是例示根據(jù)本實施例的固態(tài)攝像設(shè)備中的三行和三列的像素的平面圖。第四實施例與第二和第三實施例的不同在于:柵極驅(qū)動線POFG的線寬度和柵極驅(qū)動線pTXl的線寬度大于其他驅(qū)動線線寬度。還根據(jù)需要改變驅(qū)動線的位置。
[0099]通過導(dǎo)體傳輸?shù)母黩?qū)動脈沖的傳播延遲可由寄生電容和導(dǎo)體的電阻的乘積來表達(dá)。因此，可以降低電阻以獲得與降低寄生電容相同的效果。換句話說，可以增加?xùn)艠O驅(qū)動線POFG的線寬度和柵極驅(qū)動線pTX I的線寬度來減少傳播延遲，從而減少累積定時中的差升。
[0100]根據(jù)本實施例所描述的，增加了柵極驅(qū)動線pOFG和柵極驅(qū)動線pTXl兩者的線寬度，可以僅增加他們之一?？商娲兀梢赃M(jìn)一步增加他們之一。
[0101]上述利用具有增加的線寬度的驅(qū)動線的結(jié)構(gòu)可以要求沒有設(shè)置驅(qū)動線的布線開口區(qū)域的寬度降低或在保持布線開口區(qū)域的寬度的同時減少驅(qū)動線之間的間隔。對此，通過檢查降低寄生電容的效果以及降低電阻的效果，可以選擇具有更大效果的一個結(jié)構(gòu)。
[0102]雖然參照示例性實施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于所公開的示例性實施例。應(yīng)當(dāng)對下列權(quán)利要求的范圍賦予最寬的解釋，以使其涵蓋所有這些變型例以及等同的結(jié)構(gòu)及功能。
【主權(quán)項】
1.一種具有圖像傳感區(qū)域的固態(tài)攝像設(shè)備，在所述圖像傳感區(qū)域中以矩陣形式排列多個像素，每個像素包括光電轉(zhuǎn)換單元、用于傳輸所述光電轉(zhuǎn)換單元中的電載流子的第一傳輸晶體管、用于累積從所述第一傳輸晶體管傳輸?shù)碾娸d流子的電載流子累積部、用于傳輸來自所述電載流子累積部的電載流子的第二傳輸晶體管、用于累積從所述第二傳輸晶體管傳輸?shù)碾娸d流子的浮置擴(kuò)散部以及用于復(fù)位所述浮置擴(kuò)散部的電勢的復(fù)位晶體管， 所述固態(tài)攝像設(shè)備包括多個用于驅(qū)動多個像素晶體管的柵極的像素晶體管的柵極驅(qū)動線，每個所述像素晶體管包括所述第一傳輸晶體管、所述第二傳輸晶體管以及所述復(fù)位晶體管，所述柵極驅(qū)動線在一個布線層中在像素的行方向上延伸， 其中，在與所述像素的行對應(yīng)設(shè)置的行(η-1)、行U)和行(n+1)的驅(qū)動布線中，以靠近所述光電轉(zhuǎn)換單元的方式來設(shè)置所述像素晶體管的柵極驅(qū)動線中的所述第一傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像設(shè)備，其中，所述固態(tài)攝像設(shè)備是正面照射的設(shè)備。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像設(shè)備，其中，以不相互靠近的方式來設(shè)置所述第一傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線和所述第二傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)攝像設(shè)備，其中，所述復(fù)位晶體管的柵極驅(qū)動線被設(shè)置在所述第一傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線和所述第二傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線之間。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)攝像設(shè)備，其中，行選擇晶體管的柵極驅(qū)動線、電源線和接地線中的一個被設(shè)置在所述第一傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線和所述第二傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線之間。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像設(shè)備，所述固態(tài)攝像設(shè)備還包括: 溢出晶體管，用于輸出在所述光電轉(zhuǎn)換單元中累積的電載流子，所述溢出晶體管被包括在所述像素晶體管中， 其中，所述溢出晶體管的柵極驅(qū)動線在與所述像素晶體管的柵極驅(qū)動線相同的布線層中在像素的行方向上延伸；以及 在與像素的行對應(yīng)設(shè)置的行(n-1)、行(η)和行(n+1)的驅(qū)動布線中，以靠近所述光電轉(zhuǎn)換單元的方式來設(shè)置所述溢出晶體管的柵極驅(qū)動線。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固態(tài)攝像設(shè)備，其中，以不靠近的方式來設(shè)置所述第一傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線和所述溢出晶體管的柵極驅(qū)動線。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)攝像設(shè)備，其中，所述復(fù)位晶體管的柵極驅(qū)動線被設(shè)置在所述第一傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線和溢出晶體管的柵極驅(qū)動線之間。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)攝像設(shè)備，其中，行選擇晶體管的柵極驅(qū)動線、電源線和接地線中的一個被設(shè)置在所述第一傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線和所述溢出晶體管的柵極驅(qū)動線之間。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固態(tài)攝像設(shè)備，其中，以不靠近的方式來設(shè)置所述溢出晶體管的柵極驅(qū)動線和所述第二傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像設(shè)備，其中，所述像素晶體管的柵極驅(qū)動線被放置在所述電載流子累積部之上。12.—種具有圖像傳感區(qū)域的固態(tài)攝像設(shè)備，在所述圖像傳感區(qū)域中以矩陣形式排列多個像素，每個像素包括光電轉(zhuǎn)換單元、用于傳輸所述光電轉(zhuǎn)換單元中的電載流子的第一傳輸晶體管、用于累積從所述第一傳輸晶體管傳輸?shù)碾娸d流子的電載流子累積部、用于傳輸來自所述電載流子累積部的電載流子的第二傳輸晶體管、用于累積從所述第二傳輸晶體管傳輸?shù)碾娸d流子的浮置擴(kuò)散部以及用于復(fù)位所述浮置擴(kuò)散部的電勢的復(fù)位晶體管， 所述固態(tài)攝像設(shè)備包括多個像素晶體管的柵極驅(qū)動線，每個所述像素晶體管包括所述第一傳輸晶體管、所述第二傳輸晶體管以及復(fù)位晶體管，所述柵極驅(qū)動線在一個布線層中在像素的行方向上延伸， 其中，在與像素的行對應(yīng)地設(shè)置的行U-1)、行U)和行U+1)的驅(qū)動布線中，所述第一傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線和在所述第一傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線的兩側(cè)設(shè)置的像素晶體管的柵極驅(qū)動線之間的布線距離的總和，大于除所述第一傳輸晶體管以外的像素晶體管的柵極驅(qū)動線和在所述除所述第一傳輸晶體管以外的像素晶體管的柵極驅(qū)動線的兩側(cè)設(shè)置的像素晶體管的柵極驅(qū)動線之間的布線距離的總和。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的固態(tài)攝像設(shè)備，其中，所述復(fù)位晶體管的柵極驅(qū)動線被設(shè)置在所述第一傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線和所述第二傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線之間。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的固態(tài)攝像設(shè)備，其中，行選擇晶體管的柵極驅(qū)動線、電源線和接地線中的一個被設(shè)置在所述第一傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線和所述第二傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線之間。15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的固態(tài)攝像設(shè)備，其中，所述第一傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線和所述第二傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線之間的布線距離是所述像素晶體管的柵極驅(qū)動線之間的布線距離中的最大布線距離。16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的固態(tài)攝像設(shè)備，所述固態(tài)攝像設(shè)備還包括: 溢出晶體管，用于輸出在所述光電轉(zhuǎn)換單元中累積的電載流子，所述溢出晶體管被包括在所述像素晶體管中， 其中，所述溢出晶體管的柵極驅(qū)動線在與所述像素晶體管的柵極驅(qū)動線相同的布線層中在像素的行方向上延伸；以及 在與像素的行相對應(yīng)地設(shè)置的行(n-1)、行(η)和行(n+1)的驅(qū)動布線中，所述第一傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線和在所述第一傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線的兩側(cè)設(shè)置的所述像素晶體管的柵極驅(qū)動線的布線距離的總和，大于所述溢出晶體管的柵極驅(qū)動線和在所述溢出晶體管的柵極驅(qū)動線的兩側(cè)設(shè)置的所述像素晶體管的柵極驅(qū)動線的布線距離的總和。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的固態(tài)攝像設(shè)備，其中，所述復(fù)位晶體管的柵極驅(qū)動線被設(shè)置在所述第一傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線和所述溢出晶體管的柵極驅(qū)動線之間。18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的固態(tài)攝像設(shè)備，其中，行選擇晶體管的柵極驅(qū)動線、電源線和接地線中的一個被設(shè)置在所述第一傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線和所述溢出晶體管的柵極驅(qū)動線之間。19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的固態(tài)攝像設(shè)備，其中，所述第一傳輸晶體管的柵極驅(qū)動線和所述溢出晶體管的柵極驅(qū)動線之間的布線距離是所述像素晶體管的柵極驅(qū)動線之間的布線距離中的最大布線距離。20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的固態(tài)攝像設(shè)備，其中，所述像素晶體管的柵極驅(qū)動線被放置在所述電載流子累積部之上。
【文檔編號】H01L27/146GK105895646SQ201610083928
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年2月5日
【發(fā)明人】小林昌弘, 大貫裕介, 小泉徹
【申請人】佳能株式會社