專利名稱：光電轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適于光電轉(zhuǎn)換裝置的技術(shù)，特別涉及具有小的像素間
距的圖像感測MOS光電轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)今，CMOS傳感器作為使用MOS晶體管的圖像感測裝置得到 積極開發(fā)。CMOS傳感器在像素中使用MOS晶體管，以放大由通過 光電二極管光電轉(zhuǎn)換的泉積載流子導(dǎo)致的電位的變化。CMOS傳感器 通過信號線將視頻信息作為電信號從各像素讀出到周邊區(qū)域。日本專 利特開No. 09-046596公開了 CMOS傳感器的細(xì)節(jié)。近來要求有分辨 率更高的、更緊湊的使用圖像感測裝置的視頻和數(shù)字相機，并且要求 有較低的制造成本和較低的功率消耗。這些需求推進(jìn)了具有小的像素 間距的小像素CMOS傳感器的開發(fā)。
本發(fā)明的發(fā)明人對減少CMOS傳感器的像素進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了 與當(dāng)減少CCD傳感器的像素時出現(xiàn)的問題不同的問題。該問題是由 導(dǎo)線導(dǎo)致的光的衍射。CMOS傳感器的導(dǎo)線位于半導(dǎo)體層上的約幾百 mn到幾nm厚的透明鈍化絕緣層之上。光由于導(dǎo)線發(fā)生衍射，并在到 達(dá)半導(dǎo)體層之前在層間介電膜內(nèi)發(fā)散。光的一部分進(jìn)入相鄰的像素。
由于芯片上微透鏡的衍射限制，因此小像素CMOS傳感器不能完 全將光收集到光電二極管上。如果導(dǎo)線與光電二極管重疊，那么它反 射光的很大一部分，從而降低靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種有利于減少由衍射導(dǎo)致的光學(xué)顏色混合并以高的 顏色再現(xiàn)性感測鮮明的圖像的光電轉(zhuǎn)換裝置。另外，本發(fā)明提供有利于增加靈敏度的光電轉(zhuǎn)換裝置。
本發(fā)明的多個方面中的一個方面提供一種光電轉(zhuǎn)換裝置，在該光 電轉(zhuǎn)換裝置中，至少第一金屬配線層和第二金屬配線層按照上述順序 被布置在半導(dǎo)體基板上，該半導(dǎo)體基板包含像素區(qū)域，在該像素區(qū)域 中以矩陣排列多個像素，每個像素至少包含光電轉(zhuǎn)換部和放大晶體管， 其中，第二金屬配線層包含電源線，每條電源線被配置為向至少兩個 像素列的放大晶體管供給電源電壓，以及其中，沒有電源線的像素列 的放大晶體管通過第一金屬配線層從電源線接收電源電壓。
在根據(jù)本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置中，通過減少用于每列的第二金屬 配線層的導(dǎo)線的數(shù)量，來加寬光電二極管之上的開口。光電轉(zhuǎn)換裝置 可有利地減少由衍射導(dǎo)致的光學(xué)顏色混合，并以高的顏色再現(xiàn)性感測 鮮明的圖像。由于沒有導(dǎo)線反射由于芯片上微透鏡的衍射限制不能被 完全收集到焦點上的光，因此本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置還可有利地增加 靈敏度。
通過參照附圖閱讀示例性實施例的以下說明，本發(fā)明的其它特征 將變得十分明顯。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的像素區(qū)域
的平面圖2是根據(jù)第一實施例的像素區(qū)域和垂直掃描電路的等效電路
圖3是沿圖1中的線A-A切取的斷面圖4是表示根據(jù)第一實施例的周邊電路區(qū)域的電路圖5是第一實施例的驅(qū)動時序圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的像素區(qū)域 的平面圖7是根據(jù)第二實施例的像素區(qū)域和垂直掃描電路的等效電路
4圖8是表示根據(jù)第二實施例的周邊電路區(qū)域的電路圖； 圖9是第二實施例的驅(qū)動時序圖10是表示根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的像素區(qū) 域的平面圖11是表示根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的像素區(qū) 域的平面圖12是根據(jù)第四實施例的像素區(qū)域和垂直掃描電路的等效電路
圖13是表示根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的像素區(qū) 域的平面圖14是根據(jù)第五實施例的像素區(qū)域和垂直掃描電路的等效電路
圖15A和圖15B分別是在圖l的平面圖中不布置和布置第二層鋁 線時的平面圖。
具體實施例方式
以下說明本發(fā)明的五個實施例。這些實施例的內(nèi)容的任意組合也 落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。 [第一實施例
在第一實施例中，如后面說明的那樣，第二金屬配線層包含第二 層鋁線，第一金屬配線層包含第一層鋁線。第一和第二金屬配線層按 照上述順序被配置在半導(dǎo)體基板上。在該實施例中，對于兩個像素列 配置第二層鋁線的一條電源線4。通過第一層鋁線向沒有電源線的像 素列上的MOS晶體管供給電源電壓。 一條電源線向至少兩個像素列 上的放大晶體管供給電源電壓。電源線優(yōu)選沿垂直方向(列方向)行 進(jìn)。
參照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖15A和圖15B說明第一實 施例。圖l是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的像素區(qū) 域的平面圖。圖2是根據(jù)第一實施例的垂直掃描電路7和像素區(qū)域1的等效電路圖。
參照圖2的等效電路圖解釋第一實施例的電路配置。為了便于解 釋，圖2的電路圖示出了 4x3-12像素的像素區(qū)域。實際上，可以配 置幾百萬個像素。在像素區(qū)域l中，以矩陣排列多個像素。像素區(qū)域 1包含作為導(dǎo)線的信號線2、電源線4、傳送柵極線43和44、橋接線 45和復(fù)位線46。垂直掃描電路7掃描(驅(qū)動)像素區(qū)域l的各行。
信號線2和電源線4是第二金屬配線層的第二層鋁線。傳送柵極 線43和44、橋接線45和復(fù)位線46是笫一金屬配線層的第一層鋁線。
附圖標(biāo)記"PD"表示光電二極管(光電轉(zhuǎn)換部)。例如，光電二 極管PD3-2是第二行和第三列上的光電二極管。附圖標(biāo)記"FD"表示 浮動擴散，比如FD1、 FD2和FD3。附圖標(biāo)記Ml和M2表示傳送 MOS晶體管；M3和M5表示復(fù)位MOS晶體管；M4表示放大MOS 晶體管(放大晶體管)。
在第一實施例中，兩個像素的光電二極管和相應(yīng)像素的傳送MOS 晶體管Ml和M2共享一個浮動擴散、 一個復(fù)位MOS晶體管M3和一 個放大MOS晶體管M4。兩個像素形成一個單元。具體而言，兩個光 電二極管PD2-1和PD2-2分別通過傳送MOS晶體管Ml和M2與公 共的浮動擴散FD2連接。這也適用于剩余的光電二極管。
浮動擴散FD2與復(fù)位MOS晶體管M3的源極和放大MOS晶體 管M4的柵極連接。放大MOS晶體管M4的漏極和相鄰的單元的復(fù) 位MOS晶體管M5的漏極在活性區(qū)域(active region)中被連接。通 過橋接線45從相鄰的列的電源線4向這些漏極供給電源電壓。具體而 言，沒有電源線4的像素列上的放大MOS晶體管M4等通過第一金 屬配線層的橋接線45從相鄰的列的電源線4接收電源電壓。
該結(jié)構(gòu)可省略用作光電轉(zhuǎn)換部的光電二極管PD2-1、 PD2-2、 PD5-1和PD5-2的像素列的右側(cè)的電源線4。放大MOS晶體管M4 釆用源跟隨器結(jié)構(gòu)，該源跟隨器結(jié)構(gòu)向與放大MOS晶體管M4的柵 極連接的浮動擴散FD2的電位施加增益，以向與其源極連接的信號線 2傳送信號。像素區(qū)域1中的所有晶體管Ml、 M2、 M3、 M4和M5均為n溝道MOS晶體管。
將解釋圖1的平面圖中的像素區(qū)域。在圖1中，與圖2相同的附 圖標(biāo)記表示相同的部分，并且其說明將不被重復(fù)。圖15A是不在圖1 的平面圖中配置第二層鋁線時的平面圖。圖15B是配置第二層鋁線時 的平面圖。在圖15A中，虛線表示放大MOS晶體管和復(fù)位MOS晶 體管的邊界。
參照圖l、圖15A和圖15B，光電二極管PD2-1、 PD2-2、 PD3-1 和PD3-2用作光電轉(zhuǎn)換部。浮動擴散48與圖2中的FD1、FD2和FD3 等對應(yīng)。各實線41表示場效區(qū)域和活性區(qū)域之間的邊界。在圖l的平 面圖中，在邊界41的右側(cè)形成用于元件分離的場效氧化膜。在邊界 41的左側(cè)限定包含光電二極管PD3-1的活性區(qū)域。
附圖標(biāo)記49表示共享觸點；50表示多晶硅區(qū)域。通路插頭(plug) 51-1和51-2電連接電源線4和橋接線45。接觸插頭52-1和52-2連接 橋接線45和放大MOS晶體管M4和復(fù)位MOS晶體管M3的漏極。 附圖標(biāo)記53表示多觸點。共享觸點49電連接浮動擴散48和多晶硅區(qū) 域50的導(dǎo)線。
接觸插頭52-1和52-2電連接第一層鋁線和MOS晶體管的源極或 漏極。多觸點53電連接第一層鋁線和多晶硅區(qū)域50。通路插頭51-1 和51-2電連接第一層鋁線和第二層鋁線。
在圖l的平面圖中，放大MOS晶體管M4和復(fù)位MOS晶體管 M5在活性區(qū)域中共享它們的漏極(參見圖15A)?；钚詤^(qū)域通過通 路插頭51-1、第一層鋁線的橋接線45和接觸插頭52-1從相鄰的列的 電源線4接收電源電壓。電源電壓優(yōu)選為1 5V、更優(yōu)選為2.5 3.3V。
存儲在光電二極管PD2-1中的電子的數(shù)量根據(jù)入射光的量增加。 當(dāng)傳送柵極線44接收ON脈沖時，傳送MOS晶體管M2被接通以完 全將存儲在光電二極管PD2-1中的電子傳輸?shù)礁訑U散48。浮動擴散 48是電容元件，并且其電位根據(jù)從光電二極管PD2-1傳輸?shù)碾娮拥臄?shù) 量降低。
浮動擴散48通過共享觸點49和多晶硅區(qū)域50與放大MOS晶體管M4的柵極電極連接。放大MOS晶體管M4的源極通過接觸插頭 52-2、第一層鋁線和通路插頭51-2與信號線2連接。
圖3是沿圖1中的線A-A切取的斷面圖。在圖3中，與圖l相同 的附圖標(biāo)記表示相同的部分。注意，圖1沒有示出圖3中的內(nèi)層透鏡 35和芯片上微透鏡38。
參照圖3，附圖標(biāo)記30表示Si晶片(半導(dǎo)體基板)；31表示傳 送MOS晶體管的柵極電極；35表示內(nèi)層透鏡；38表示芯片上微透鏡； 39表示衍射光。兩個第二層鋁線(即電源線4和信號線2)被配置在 用作光電轉(zhuǎn)換部的光電二極管PD3-1之上的右側(cè)。只有一個第二層鋁 線(即信號線2 )被配置在光電二極管PD3-1之上的左側(cè)。
在整個面?zhèn)鞲衅髦?，對于每個光電二極管列配置1.5個第二層鋁 線。與對于每個光電二極管列配置兩個第二層鋁線的常規(guī)的結(jié)構(gòu)相比， 該結(jié)構(gòu)可抑制衍射光39的發(fā)散并減少光學(xué)顏色混合。由于芯片上微透 鏡38和內(nèi)層透鏡35的衍射限制，因此沒有第二層鋁線反射不能被完 全收集的光。這可增加靈敏度。
雖然在圖3中沒有示出，但是傳送柵極線43和44、橋接線45和 復(fù)位線46由第一層鋁線形成。在半導(dǎo)體基板30和笫二層鋁線2和4 之間在層間介電層(未示出)上形成第一層鋁線43 46。
如圖1的平面圖所示，希望在光電二極管PD3-1的列的右側(cè)的電 源線4和信號線2之間配置像素的端部。即，希望電源線4和信號線 2之間的間距的中心與沿包含光電二極管PD3-1的像素中的MOS晶 體管的溝道長度方向行進(jìn)并穿過溝道寬度的中心的中心線一致。
只有一個信號線2作為第二層鋁線被配置在光電二極管PD2-1的 列的右側(cè)。希望信號線2的中心線與沿包含光電二極管PD2-1的像素 中的MOS晶體管的溝道長度方向行進(jìn)并穿過溝道寬度的中心的中心 線一致。即，希望像素的端部被配置在信號線2的中心。
具體而言，當(dāng)沒有電源線4被配置在光電二極管PD2-1和PD3-1 之間時，與被配置在與配置電源線4時的位置相同的位置上的信號線 2不同，信號線2在圖l中向右側(cè)偏移。這種布局可使光電二極管PD2-1和PD3-1的開口的面積以及進(jìn)入光電二極管PD2-1和PD3-1的光的量 相等。結(jié)果，光電二極管PD2-1和PD3-1的列被均衡化。
參照圖4的表示周邊電路區(qū)域的電路圖和圖5的時序圖解釋根據(jù) 第一實施例的驅(qū)動方法。在圖4中，附圖標(biāo)記6表示信號讀出電路； ll表示負(fù)載電流源；21表示亮度信號水平信號線；22表示噪聲電平 水平信號線；23表示主放大器；24表示水平掃描電路；25表示外部 信號端子。小Resl、 (J)TX1和小TX2表示圖1和圖2所示的傳送柵極線 43、傳送柵極線44和復(fù)位線46的電壓的定時。(J)VFD表示與電源線4 連接的導(dǎo)線的電壓的定時。
將說明第一行的掃描。在定時tl上，c()Resl變?yōu)楦唠娖?，以接?復(fù)位MOS晶體管M3并選擇浮動擴散FD1的電位作為電源電位VDD。 同時，與浮動擴散FD1同處一行的浮動擴散FD2和FD3被選擇。在 定時t2上，放大MOS晶體管M4放大浮動擴散FD1、 FD2和FD3 的噪聲信號。放大的噪聲信號通過信號線2被讀出到信號讀出電路6。
在定時t3上，令TX1變?yōu)楦唠娖揭越油▊魉蚆OS晶體管Ml，并 將在光照射時存儲在光電二極管PD1-1中的電子傳輸?shù)礁訑U散 FD1。同時，在光照射時存儲在光電二極管PD2-1和PD3-1中的電子 分別被傳送到浮動擴散FD2和FD3。在定時t4上，傳送MOS晶體管 Ml被關(guān)斷，以通過放大MOS晶體管M4和信號線2將在光照射時在 光電二極管PD1-1、 PD2-1和PD3-1中產(chǎn)生的電子作為亮度信號讀出 到讀出電路6。
在定時t5上，(j)Resl變?yōu)楦唠娖?，以接通?fù)位MOS晶體管M3。 浮動擴散FD1、 FD2和FD3的電位變?yōu)榻拥仉娢籊ND,從而將它們 關(guān)斷。此時，電源線4處于接地電位GND。在定時t6上，水平掃描 電路24讀出存儲在讀出電路6中的噪聲電平和亮度信號，并且分別通 過噪聲電平水平信號線22和亮度信號水平信號線21將它們發(fā)送到主 》支大器23e
水平掃描電路24依次向讀出電路6供給脈沖，從而從左列依次讀 出亮度信號和噪聲電平。主放大器23從穿過亮度信號水平信號線21
9的亮度信號減去穿過噪聲電平水平信號線22的噪聲電平。主放大器 23向外部信號端子25發(fā)送外部輸出亮度信號。然后，第一行的掃描 結(jié)束。
除了在定時時段t7期間接通傳送MOS晶體管M2以外，還以與 第一行類似的方式掃描第二行。具體而言，為了選擇第二行，(j)TX2 變?yōu)楦唠娖剑越油▊魉蚆OS晶體管M2并將在光照射時存儲在光 電二極管PDl-2中的電子傳輸?shù)礁訑U散FD1。同時，在光照射時存 儲在光電二極管PD2-2和PD3-2中的電子分別被傳輸?shù)礁訑U散FD2 和FD3。
關(guān)于第三行，(j)Res2在定時t8上變?yōu)楦唠娖剑越油◤?fù)位MOS 晶體管M5并將第三和第四行上的浮動擴散的電位選擇為VDD。此時， (J)Resl處于低電平，而復(fù)位MOS晶體管M3為OFF。因此，第一和 第二行上的浮動擴散FD1、 FD2和FD3保持在GND上。
由此，第一和第二行被取消選定，并且沒有信號被讀出。類似地， 第三和第四行以外的行上的復(fù)位MOS晶體管為OFF，因此，這些行 上的浮動擴散也保持在接地電位GND上。因此，這些行不被選擇， 并且沒有信號被讀出。對于所有的行重復(fù)這種掃描，從而向外面讀出 一個幀的亮度信號。投影到CMOS面?zhèn)鞲衅魃系膱D像信息被轉(zhuǎn)換成一 個幀的電信號。
第一實施例可通過僅用圖l和圖2所示的橋接線45從周邊區(qū)域向 像素區(qū)域中的MOS晶體管供給電源電壓而省略電源線4。但是，為了 維持讀出速度，使用圖4所示的負(fù)載電流源11以向信號線2供給恒定 電流。如果省略電源線4，那么在在幾千個列上具有像素的面?zhèn)鞲衅?中橋接線45上的電壓降變得不可被忽視。為了防止這一點，如在第一 實施例中說明的那樣，希望在使電源線4稀疏化的同時對于兩個或四 個列配置一條電源線4。
注意，在第一實施例中沒有配置選擇晶體管，但也可配置它。在 沒有選擇MOS晶體管的結(jié)構(gòu)中，與第一實施例類似，通過使用電源 線的電位的變化來選擇在所選擇的行上的浮動擴散。在使用選擇MOS晶體管的結(jié)構(gòu)中，通過使用與放大MOS晶體管M4的源極或漏極串 聯(lián)連接的選擇MOS晶體管選擇行。在這種情況下，選擇MOS晶體管 的柵極與沿橫向行進(jìn)的第一層鋁線連接。
第一實施例加寬了由第二層鋁線限定的開口，從而減少由衍射光 導(dǎo)致的顏色混合并增加靈敏度。根據(jù)在兩個光電二極管之間共享晶體 管的技術(shù)， 一個像素包含兩個晶體管。用作敏感區(qū)域的光電二極管面 積的比例變得比不共享晶體管的情況高。
在第一實施例中，像素區(qū)域l中的晶體管是n溝道MOS晶體管， 但它也可以是p溝道MOS晶體管。在這種情況下，供給到像素區(qū)域 的各脈沖的符號逆轉(zhuǎn)。在第一實施例中，希望不在第二層鋁線上配置 諸如第三層鋁線的用于切斷光的層。該結(jié)構(gòu)可增強本發(fā)明的效果。 (第二實施例)
在第二實施例中，第二金屬配線層包含第二層銅線，第一金屬配 線層包含第一層銅線。對于兩個像素列配置由第二層銅線形成的一條 電源線。通過第一層銅線向沒有電源線的像素列上的放大MOS晶體 管等供給電源電壓。在第二實施例中，四個光電二極管共享一個浮動 擴散、 一個放大MOS晶體管和一個復(fù)位MOS晶體管。
圖6、圖7、圖8和圖9是用于解釋本發(fā)明的第二實施例的示圖。 圖6是表示根據(jù)第二實施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的像素區(qū)域的平面圖。圖 7是像素區(qū)域和垂直掃描電路的等效電路圖。為了便于解釋，圖7的 等效電路圖表示4x3-12像素的像素區(qū)域。實際上，可以配置幾萬個 像素。在像素區(qū)域l中，以矩陣排列多個像素。在圖6~9中，與圖1 5 相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分。
參照圖7的等效電路圖解釋第二實施例。參照圖7， Resl和Res2 表示復(fù)位線，Txl、 Tx2、 Tx3和Tx4表示傳送柵極線。附圖標(biāo)記7表 示垂直掃描電路；45表示橋接線。例如，光電二極管PD3-2是第二行 和第三列上的光電二極管(光電轉(zhuǎn)換部)。其它的附圖標(biāo)記與圖2中 的相同。
在第二實施例中，四個像素的光電二極管和傳送MOS晶體管共享一個浮動擴散、 一個復(fù)位MOS晶體管M3和一個放大MOS晶體管 M4。四個像素形成一個單元。例如，四個光電二極管PD2-1、 PD2-2、 PD2-3和PD2-4通過各傳送MOS晶體管Ml、 M2、 M7和M8與浮動 擴散FD2連接。
浮動擴散FD2與復(fù)位MOS晶體管M3的源極和放大MOS晶體 管M4的柵極連接。放大MOS晶體管M4通過橋接線45從相鄰的列 的電源線4接收電源電壓。該結(jié)構(gòu)可省略光電二極管PD2-1、 PD2-2、 PD2-3和PD2-4的列的電源線4。
放大MOS晶體管M4使用源跟隨器結(jié)構(gòu)，該源跟隨器結(jié)構(gòu)向與 放大MOS晶體管M4的柵極連接的浮動擴散FD2的電位施加增益， 以向與其源極連接的信號線2傳送信號。在第二實施例中，復(fù)位MOS 晶體管M5的漏極電極與信號線2連接。信號線2供給浮動擴散的復(fù) 位電位。將在后面說明這種情況下的驅(qū)動方法。
將解釋圖6的平面圖中的像素區(qū)域。參照圖6，浮動擴散化與圖 7中的FD1、 FD2和FD3等對應(yīng)。其它的附圖標(biāo)記與圖1中的相同。 在第二實施例中，浮動擴散48的兩個活性區(qū)域通過共享觸點49與多 晶硅導(dǎo)線電連接。
放大MOS晶體管M4的漏極通過電源線4、通路插頭51-1、橋接 線45和接觸插頭52-1接收電源電壓。沒有電源線4的像素列上的放 大MOS晶體管M4等通過第一金屬配線層的橋接線45從相鄰的列的 電源線4接收電源電壓。
如圖6的平面圖所示，希望在光電二極管PD1-1的列的右側(cè)的電 源線4和信號線2之間配置像素的端部。即，希望電源線4和信號線 2之間的間距的中心與連接包含光電二極管PD1-1的像素的MOS晶 體管的源極和漏極的中心線一致。
只有一個信號線2作為第二層銅線被配置在光電二極管PDhl的 列的右側(cè)。希望信號線2的中心線與沿包含光電二極管PD1-1的像素 中的MOS晶體管的溝道長度方向行進(jìn)并穿過溝道寬度的中心的中心 線一致。即，希望像素的端部被配置在信號線2的中心。與第一實施例類似，這種布局可使光電二極管PD1-1和PD2-1的 開口的面積以及進(jìn)入光電二極管PD1-1和PD2-1的光的量相等。因此， 光電二極管PD1-1和PD2-1的列被均衡化。
參照圖8的表示周邊電路區(qū)域的電路圖和圖9的時序圖解釋根據(jù) 第二實施例的驅(qū)動方法。在圖8中，附圖標(biāo)記26表示FD電位供給電 路；27表示用于使負(fù)載電流源斷開的MOS晶體管。在圖8中，其它 的附圖標(biāo)記與圖4中的相同。在圖9中，小Resl、小TX1、 fTX2、 (J)TX3、 小TX4和(l)Res2表示復(fù)位線Resl、傳送柵極線Txl、傳送柵極線Tx2、 傳送柵極線Tx3、傳送柵極線Tx4和復(fù)位線Res2的電壓的定時。小VR1 和小VR2表示向圖8中的FD電位供給電路26供給的電壓脈沖。
在定時tl上，(J)Resl變?yōu)楦唠娖?，以接通?fù)位MOS晶體管M3、 將浮動擴散FD1的電位變?yōu)楦唠娢籚RH并選擇浮動擴散FD1。同時， 與復(fù)位MOS晶體管M3同處一行的復(fù)位MOS晶體管也被接通以選擇 浮動擴散FD2和FD3等。
在定時t2上，；故大MOS晶體管M4放大浮動擴散FD1、 FD2和 FD3的噪聲信號。放大的噪聲信號通過信號線2被讀出到讀出電路6。 在定時t3上，(J)TX1變?yōu)楦唠娖揭越油▊魉蚆OS晶體管Ml，并將在 光照射時存儲在光電二極管PD1-1中的電子傳輸?shù)礁訑U散FD1。同 時，在光照射時存儲在光電二極管PD2-1和PD3-1中的電子分別被傳 輸?shù)礁訑U散FD2和FD3。在定時t4上，傳送MOS晶體管Ml被關(guān) 斷，以通過放大MOS晶體管M4和信號線2將在光照射時在光電二 極管PD1-1、 PD2-1和PD3-1中產(chǎn)生的電子作為亮度信號讀出到讀出 電路6。
在定時t5上，小Resl變?yōu)楦唠娖剑越油◤?fù)位MOS晶體管M3。 浮動擴散FD1、 FD2和FD3的電位變?yōu)镚ND,從而將它們關(guān)斷。在 定時t6上，水平掃描電路24讀出存儲在讀出電路6中的噪聲電平和 亮度信號，并且分別通過噪聲電平水平信號線22和亮度信號水平信號 線21將它們發(fā)送到主放大器23。
此時，水平掃描電路24依次向讀出電路6供給脈沖，從而從左列
13依次讀出亮度信號和噪聲電平。主放大器23從穿過亮度信號水平信號 線21的亮度信號減去穿過噪聲電平水平信號線22的噪聲電平。主放 大器23向外部信號端子25發(fā)送外部輸出亮度信號。然后，第一行的 掃描結(jié)束。
除了在定時時段t7中接通傳送MOS晶體管M2以外，還以與第 一行類似的方式掃描第二行。具體而言，為了選擇第二行，小TX2變 為高電平，以接通傳送MOS晶體管M2并將在光照射時存儲在光電 二極管PD1-2中的電子傳輸?shù)礁訑U散FD1。同時，在光照射時存儲 在光電二極管PD2-2和PD3-2中的電子分別被傳輸?shù)礁訑U散FD2 和FD3。此時，四個行的浮動擴散FD1、 FD2和FD3以外的浮動擴散 保持在電位GND上并且不被選擇。
關(guān)于第三行，小Resl在定時t8上變?yōu)楦唠娖?，以接通?fù)位MOS 晶體管M3并掃描第三行。對于所有的行重復(fù)該掃描，從而向外面讀 出一個幀的亮度信號。在第二實施例中，電源線4 一直供給高電位 VDD。
在第二實施例中沒有配置選擇晶體管，但也可配置它。在沒有選 擇MOS晶體管的結(jié)構(gòu)中，與第二實施例類似，通過使用信號線的電 位的變化來選擇被選擇的行上的浮動擴散。在使用選擇MOS晶體管 的結(jié)構(gòu)中，通過使用與放大MOS晶體管M4的源極或漏極串聯(lián)連接 的選擇MOS晶體管選擇行。在這種情況下，選擇MOS晶體管的柵極 與沿橫向行進(jìn)的第一層銅線連接。
第二實施例加寬了由第二層銅線限定的開口，從而減少由衍射光 導(dǎo)致的顏色混合并增加靈敏度。根據(jù)在四個光電二極管之間共享晶體 管的技術(shù)， 一個像素包含1.5個晶體管。用作敏感區(qū)域的光電二極管 面積的比例可增加。 (第三實施例)
在第三實施例中，第一金屬配線層是包含多晶硅區(qū)域的配線層， 第二金屬配線層包含第一層鋁線。像素區(qū)域不包含第二層鋁線。對于 兩個像素列配置由第一層鋁線形成的一條電源線。通過多晶硅導(dǎo)線向沒有電源線的像素列上的MOS晶體管供給電源電壓。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的像素區(qū)域的 平面圖。在圖10中，與圖1或圖6相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分。 像素區(qū)域等的等效電路圖與第一實施例中的圖2相同。在圖10中，第 一層鋁線54連接FD。其它的附圖標(biāo)記與圖l或圖6中的相同。
在第三實施例中，多晶硅區(qū)域50包含沿橫向行進(jìn)的傳送柵極線 Txl、 Tx2、 Tx3和Tx4、復(fù)位線Resl和橋接線45。多晶硅區(qū)域50還 包含傳送MOS晶體管Ml和M2、放大MOS晶體管M4和復(fù)位MOS 晶體管M5的柵極。
第三實施例的結(jié)構(gòu)使用多晶硅區(qū)域50作為導(dǎo)線。希望作為導(dǎo)線行 進(jìn)的多晶硅區(qū)域50的至少一部分在其上表面上覆蓋有金屬硅化物或 自對準(zhǔn)硅化物(salicide)以減小電阻。多晶硅區(qū)域50作為橫向?qū)Ь€ 沿水平方向行進(jìn)。因此，兩個浮動擴散48通過FD連接第一層鋁線 54與多晶硅區(qū)域50電連接以共享它。
周邊電路與在第一實施例中參照圖4說明的相同。驅(qū)動定時也與 在第一實施例中參照圖5說明的相同。在第三實施例中，金屬配線層 是由多晶硅區(qū)域形成的配線層。由于不使用第二層鋁線，因此沒有配 置與半導(dǎo)體基板30分開的導(dǎo)線。該結(jié)構(gòu)進(jìn)一步抑制由衍射光導(dǎo)致的顏 色混合并增加靈敏度。 (第四實施例)
第四實施例通過使用第二金屬配線層在像素區(qū)域中形成阱觸點 (well contact)。阱觸點暫時在空間上從端部到中心使像素區(qū)域的勢 胂穩(wěn)定化，從而防止遮蔽(shading)等。在第四實施例中，與笫一實 施例類似，第一金屬配線層包含第一層鋁線，第二金屬配線層包含第 二層鋁線。
對于兩個像素列配置由第二層鋁線形成的一條電源線。通過第一 層鋁線向沒有電源線的像素列上的放大MOS晶體管等供給電源電壓。 這允許對于沒有電源線的像素列通過使用第二層鋁線配置接地線。
圖11是表示根據(jù)第四實施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的像素區(qū)域的平面圖。圖12是根據(jù)第四實施例的像素區(qū)域和垂直掃描電路的等效電路圖。在圖11和圖12中，與圖l和圖2等相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分。
參照圖ll和圖12解釋第四實施例。首先說明圖12的等效電路圖。除了接地線5沿縱向行進(jìn)以外，圖12的等效電路圖幾乎與第一實施例中的圖2相同。接地線5在像素區(qū)域1的外面被固定到接地電位上。由此，像素區(qū)域的p型阱在時間上和在空間上穩(wěn)定在接地電位上。
下面解釋圖11的平面圖中的像素區(qū)域。放大MOS晶體管M4和復(fù)位MOS晶體管M5通過通路插頭51、由第一層鋁線形成的橋接線45和接觸插頭52從由第二層鋁線形成的電源線4接收電源電壓。
通過使用橋接線45，甚至可沿橫向配置電源線。因此可從光電二極管PD2-1的右側(cè)省略電源線4，以在這里沿縱向配置接地線5。即，如圖11所示，通過在沒有電源線4的像素列上使用第二金屬配線層的第二層鋁線，配置用于在像素區(qū)域中形成阱觸點的接地線5。
接地線5從像素區(qū)域的外面供給接地電位，并且通過通路插頭57 、接觸插頭58、多晶硅區(qū)域55和共享觸點56將像素區(qū)域的p型阱固定到接地電位。共享觸點56下面的活性區(qū)域具有歐姆觸點，因此，至少接觸區(qū)域是重度摻雜的p型區(qū)域。
重度摻雜的p型區(qū)域與像素區(qū)域中的晶體管Ml、 M2、 M3、 M4和M5的p型阱區(qū)域連接，所有這些晶體管均為n溝道MOS晶體管。當(dāng)驅(qū)動晶體管M1、 M2、 M3、 M4和M5時，它們的p型阱區(qū)域穩(wěn)定在接地電位上。因此，晶體管M1、 M2、 M3、 M4和M5被穩(wěn)定地驅(qū)動。
在第四實施例中，像素區(qū)域中的所有晶體管均為n溝道MOS晶體管，但是也可以為p溝道MOS晶體管。在這種情況下，像素區(qū)域中的阱為n型。n型阱通過與上述方法相同的方法接收諸如VDD的電源電位。
第四實施例可保證像素內(nèi)的p型阱的一個接地最多用于2x2 = 4或更多個像素。但是，接地的數(shù)量也可大大減少到例如一個用于100x100- 10000像素。根據(jù)第四實施例的驅(qū)動方法與參照圖4的表示 周邊電路區(qū)域的電路圖和圖5的時序圖在第一實施例中說明的相同。
雖然第四實施例采用用于固定像素的阱的導(dǎo)線，但是第一層鋁線 的數(shù)量和第二層鋁線的數(shù)量都不增加。相反，常規(guī)的結(jié)構(gòu)僅具有第一 層鋁線和第二層鋁線。為了鋪設(shè)接地線，第一層鋁線或第二層鋁線的
數(shù)量需要增加一個。
與配置接地線的常規(guī)的像素區(qū)域相比，第四實施例可加寬由金屬 配線層限定的開口，從而減少由發(fā)散的衍射光導(dǎo)致的顏色混合。第四 實施例可對稱配置像素、防止像素周邊的顏色不一致并增加靈敏度。 (第五實施例)
第五實施例通過使用第二金屬配線層在像素區(qū)域中形成阱觸點。 在第五實施例中，第一金屬配線層包含第一層鋁線，第二金屬配線層 包含第二層鋁線。
對于四個像素列配置由第二層鋁線形成的一條電源線。通過第一 層鋁線向沒有電源線的像素列上的放大MOS晶體管等供給電源電壓。 這允許對于沒有電源線的三個像素列中的一個中心像素列配置接地線 (第二層鋁線)。并且，由第二層鋁線限定的開口可被加寬。
參照圖13的表示像素區(qū)域的平面圖和圖14的表示像素區(qū)域和垂 直掃描電路的等效電路圖解釋第五實施例。在圖13和圖14中，與圖 ll和圖12等相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分。
首先解釋圖14的等效電路圖。除了對于四個像素列配置一條電源 線4和一個接地線5以外，圖14的等效電路圖幾乎與圖12相同。接 地線5在像素區(qū)域的外面被固定到接地電位上。
下面解釋圖13的平面圖中的像素區(qū)域。放大MOS晶體管M4和 復(fù)位MOS晶體管M5通過通路插頭51、由第一層鋁線形成的橋接線 45和接觸插頭52從由第二層鋁線形成的電源線4接收電源電壓。
通過使用橋接線45，甚至可沿橫向配置電源線。因此可從光電二 極管PD2-1的右側(cè)省略電源線4以沿縱向在右側(cè)配置接地線5。接地 線5由第二層鋁線形成以在像素區(qū)域中設(shè)置阱觸點。接地線5從像素區(qū)域的外面供給接地電位，并且通過通路插頭57、 接觸插頭58、多晶硅區(qū)域55和共享觸點56將像素區(qū)域的p型阱固定 到接地電位。第五實施例的方法可保證像素內(nèi)的阱的一個接地最多用 于2x4-8或更多個像素。但是，接地的數(shù)量也可大大減少到例如一個 用于100x100 - 10000像素。
在光電二極管PD2-1的左側(cè)，即，在光電二極管PD1-1的右側(cè)， 信號線2向右偏移以使光電二極管PD2-1和PD1-1的列均衡化。這使 進(jìn)入光電二極管PD2-1和PD1-1的列的光的量相等。
第五實施例可在使像素區(qū)域的阱接地的同時對于每個像素列將第 二層鋁線的數(shù)量減少到1.5。與配置接地線的常規(guī)的像素區(qū)域相比，第 五實施例可加寬由金屬配線層限定的開口，從而減少由發(fā)散的衍射光 導(dǎo)致的顏色混合并增加靈敏度。
根據(jù)本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置可用作靜態(tài)相機和視頻相機等的圖像 感測裝置。
雖然已參照示例性實施例說明了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限 于公開的示例性實施例。以下的權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋 以包含所有這些變更方式以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種光電轉(zhuǎn)換裝置，在該光電轉(zhuǎn)換裝置中，至少將第一金屬配線層和第二金屬配線層按照上述順序布置在半導(dǎo)體基板上，該半導(dǎo)體基板包含像素區(qū)域，在該像素區(qū)域中以矩陣排列多個像素，每個像素至少包含光電轉(zhuǎn)換部和放大晶體管，其中，第二金屬配線層包含電源線，每條電源線被配置為向至少兩個像素列的放大晶體管供給電源電壓，以及其中沒有電源線的像素列的放大晶體管通過第一金屬配線層從電源線接收電源電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中，對于四個像素列和兩個像素列 這兩者之中的任一種布置第二金屬配線層的一條電源線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中，對于沒有電源線的像素列布置 第二金屬配線層的接地線，以便與像素區(qū)域中的阱接觸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中，放大晶體管放大多個像素的信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中，第二金屬配線層包含被配置為從放大晶體管讀出信號的信號線， 在具有電源線的像素列上，像素的端部被布置在電源線和信號線 之間，以及在沒有電源線的像素列上，像素的端部被配置在信號線的區(qū)域中。
全文摘要
提供了一種光電轉(zhuǎn)換裝置，在該光電轉(zhuǎn)換裝置中，至少將第一金屬配線層和第二金屬配線層按照所指定的順序布置在半導(dǎo)體基板上，該半導(dǎo)體基板包含以矩陣排列多個像素的像素區(qū)域，每個像素至少包含光電轉(zhuǎn)換部和放大晶體管，其中，第二金屬配線層包含各自被配置為向至少兩個像素列的放大晶體管供給電源電壓的電源線，以及其中沒有電源線的像素列的放大晶體管通過第一金屬配線層從電源線接收電源電壓。
文檔編號H04N5/335GK101635301SQ20091015098
公開日2010年1月27日 申請日期2009年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月1日
發(fā)明者巖根正晃, 篠原真人 申請人:佳能株式會社