[发明专利]固态成像装置及其制造方法以及电子装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种固态成像装置及其制造方法和包括该固态成像装置的电子装置。

背景技术

CMOS(互补金属氧化物半导体)固态成像装置(CMOS图像传感器)是近年来尤其受关注的固态成像装置。这样的CMOS固态成像装置包括具有多个排列成二维矩阵的像素的成像区域，以及提供在成像区域周围的外围电路。在成像区域中，每个像素都有：浮置扩散层(FD)，把来自光电变换部(光电二极管：PD)的电荷转变为电压信号；转移晶体管，将来自光电二极管的电荷转移到浮置扩散部；重置晶体管，重置浮置扩散部的电荷；以及放大晶体管，将浮置扩散部的电势输出作为信号电平。

相关技术的CMOS固态成像装置的配置(成像部分和外围电路之间的关系)将参考图1详细描述。相关技术的固态成像装置101在公共半导体衬底上包括：具有多个像素101a的成像区域102，像素101a每个由光电二极管和几个晶体管组成，并排列成二维矩阵；以及外围电路，用于控制成像区域102中的晶体管以检测来自每个像素101a的输出信号。在这个例子中，外围电路具有垂直驱动电路103、列信号处理电路104、水平驱动电路105、水平信号线106、输出电路107和控制电路108。

在固态成像器件101的成像区域102中，对排列成二维矩阵的多个像素101a的每行，行控制线每条在图中的横向方向(水平方向)上布线，对每排像素，垂直信号线109每条在图中的纵向方向(垂直方向)上布线。在成像区域，来自外界的光在光电二极管中收集以进行光电转换，因而相应于光的量产生信号电荷。当控制脉冲施加到提供在每个像素上的转移晶体管的读取栅极上时，信号电荷从光电二极管转移到浮置扩散部。浮置扩散部的电压由于电荷的转移而改变。浮置扩散部与放大晶体管的栅极相连，因而基于浮置扩散部的电压的变化的电流通过垂直信号线传输到外围电路。

在具有这种配置的固态成像装置101中，成像区域102中的像素101a每个通过由移位电阻器(shift resistor)等形成的垂直驱动电路103逐行地连续选择和扫描。相应地，通过前面提及的行控制线，为选择的行中的每个像素提供必要的控制脉冲。从选择的行的每个像素输出的信号通过垂直信号线109提供给列信号处理电路104。列信号处理电路104依照列接收自一行像素101a输出的信号。对这些信号进行例如CDS(相关双采样)的处理从而将像素101a固有的固定模式噪声去除，或者对这些信号进行信号放大。经处理后的信号作为来自每个列信号处理电路104的像素信号而输出。具体地，列信号处理电路104被由例如移位电阻器组成的水平驱动电路105连续地选择，因而信号作为水平扫描脉冲ΦH1到ΦHn顺序输出。在输出电路107中，通过水平信号线106从每个列信号处理电路104顺序提供的信号进行各种处理。输出电路107中的信号处理的特定例子包括缓冲。在缓冲之前的处理的例子包括黑电平调整(black level adjustment)，线间变异修正(correction ofvariation between the lines)，信号放大、以及颜色关系处理(color relationprocessing)。控制电路108从外部接收数据以指导固态成像装置101的操作模式等并且输出包括相关技术的固态成像装置101的信息的数据。控制电路还产生时钟信号、控制信号等以作为垂直驱动电路103、列信号处理电路104和水平驱动电路105等基于垂直同步信号、水平同步信号、主时钟等的操作的基准，并提供这些信号给垂直驱动电路103、列信号处理电路104和水平驱动电路105等。

这里，像素101a可以配置为具有例如图2显示的所谓三晶体管电路。在这种电路配置中，光电二极管的负极(n-型区)通过转移晶体管Tr1与放大晶体管Tr3的栅极相连。电连接到放大晶体管Tr3的栅极的节点称为浮置扩散部。转移晶体管Tr1连接到在光电二极管和浮置扩散部之间的转移线111；通过经转移线111向转移晶体管Tr1的栅极提供转移脉冲ΦTRG而开启；并将在光电二极管中光电转化的信号电荷转移到浮置扩散部。