專利名稱：固態(tài)成像裝置和電子靜止照相機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)成像裝置，尤其涉及一種包括一個光電二極管的固態(tài)成像裝置。而且，本發(fā)明涉及一種應(yīng)用了上述固態(tài)成像裝置的電子靜止照相機。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件技術(shù)的發(fā)展，攝影機已經(jīng)小型化，變得方便攜帶和并被廣泛使用。迄今為止，在攝影機里是使用CCD傳感器作為固態(tài)成像裝置的。但是，CCD傳感器需要多種電壓來驅(qū)動該裝置，并需要多個電源電路來從電源電壓中產(chǎn)生這些電壓。因此，CCD傳感器的上述特征抑制了攝影機進一步小型化，并且成為抑制減少電能消耗的因素。
在上述情況下，使用了MOS晶體管放大器的MOS傳感器被期望來取代CCD傳感器作為固態(tài)成像裝置。MOS傳感器可以由一個單一電源來驅(qū)動。而且，在MOS傳感器中的電能消耗和電壓可以降低。圖10是示出了傳統(tǒng)固態(tài)成像裝置的單元空間的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
在硅基板201的上部設(shè)置有光電二極管202。此外，在硅基板201的上部，設(shè)置有讀出晶體管的漏極203，并與光電二極管202間隔遠離開來。在硅基板201之上并在之間插入二氧化硅薄膜205的光電二極管202和漏極203之間設(shè)置有柵極布線層204。在元件絕緣區(qū)里設(shè)置了二氧化硅薄膜206，由此，元件區(qū)域是電絕緣的。
在柵極布線層204和二氧化硅薄膜205上面設(shè)置了夾層絕緣薄膜207。顯微透鏡208被設(shè)置在夾層絕緣薄膜207上，將入射光集中在光電二極管202之上的顯微透鏡208上。
緊接著，參照圖11(a)至11(c)，將描述在如圖10所示的傳統(tǒng)固態(tài)成像裝置的單元空間里，光電二極管202上的入射光。圖11(a)至11(c)是各自示出在傳統(tǒng)固態(tài)成像裝置的單元空間里各入射光的路徑的圖。圖11(a)至11(c)各自表示這樣的情形，其中，在傳統(tǒng)固態(tài)成像裝置上設(shè)置照相機鏡頭209，并將由照相機鏡頭209集中的光線投射到顯微透鏡208上。需要指出的是，為了方便解釋，將設(shè)置有柵極布線層204的一邊作為相對于光電二極管202的右邊，并將與柵極布線層204相反的一邊作為相對于光電二極管202的左邊來進行描述。
圖11(a)顯示這樣的情形，其中單元空間直接定位于在成像區(qū)域內(nèi)的照相機鏡頭209之下，且顯微透鏡208和照相機鏡頭209的光軸一致。此外，圖11(b)顯示這樣的情形，其中單元空間定位于在成像區(qū)域內(nèi)的照相機鏡頭209的光軸右邊，且照相機鏡頭209位于顯微透鏡208的左上方。而且，圖11(c)顯示這樣的情形，其中單元空間位于在成像區(qū)域內(nèi)的照相機鏡頭209的光軸左邊，且照相機鏡頭209位于顯微透鏡208的右上方。
首先，參照圖11(a)，將描述投射到單元空間里的光電二極管202上的入射光，該單元空間直接定位于照相機鏡頭209之下。經(jīng)過照相機鏡頭209中心的光線，其在下文中作為(主光線)，通過顯微透鏡208的中心后垂直地投射在光電二極管202上。另一方面，來自顯微透鏡208右上方的入射光，以偏離顯微透鏡208中心的方向經(jīng)過夾層絕緣薄膜207，并且投射到鄰近光電二極管202的元件絕緣區(qū)上。而且，來自顯微透鏡208左上方的入射光，以偏離顯微透鏡208中心的方向經(jīng)過夾層絕緣薄膜207，并且投射到柵極布線層204上。部分投射到柵極布線層204上的入射光，穿過柵極布線層204投射在其下面的硅基板201上。另一方面，余下來的沒有穿過柵極布線層204的光線，在位于柵極布線層204和夾層絕緣薄膜207之間的分界面上被反射，然后投射到光電二極管202上。
接著，參照圖11(b)，將描述投射到單元空間里的光電二極管202上的入射光，該單元空間定位在照相機鏡頭209的光軸右邊。主光線以傾斜方向從位于左上方的照相機鏡頭209通過位于右下方的顯微透鏡208，直接射到光電二極管202上。另一方面，來自照相機鏡頭209右邊的入射光，與主光線相似，也直接投射到光電二極管202上。此外，來自照相機鏡頭209左邊的入射光投射到柵極布線層204上。部分投射到柵極布線層204的入射光，在位于柵極布線層204和夾層絕緣薄膜207之間的分界面上被反射，然后投射到光電二極管202上。
再接著，參照圖11(c)，將描述投射到單元空間里的光電二極管202上的入射光，該單元空間定位在照相機鏡頭209的光軸左邊。主光線以傾斜方向從位于右上方的照相機鏡頭209通過位于左下方的顯微透鏡208，直接射到光電二極管202上。另一方面，來自照相機鏡頭209右邊的入射光，直接投射到元件絕緣區(qū)。此外，來自照相機鏡頭209左邊的入射光投射到柵極布線層204上。部分投射到柵極布線層204的入射光，在位于柵極布線層204和夾層絕緣薄膜207之間的分界面上被反射，然后投射到光電二極管202上。
在傳統(tǒng)的固態(tài)成像裝置里，如圖11(b)所示，來自照相機鏡頭209右邊的入射光直接投射到單元空間里的光電二極管202上，該單元空間定位在照相機鏡頭209的光軸右邊。另一方面，如圖11(c)所示，在位于照相機鏡頭209的光軸左邊的單元空間里，來自照相機鏡頭209右邊的入射光投射到元件絕緣區(qū)。雖然投射到元件絕緣區(qū)的光線通過二氧化硅薄膜206去經(jīng)受硅基板201里的光電變換，但是大量的信號電荷在二氧化硅薄膜206附近重新結(jié)合，所以沒有積聚到光電二極管202上。因此，在傳統(tǒng)的固態(tài)成像裝置里，定位在照相機鏡頭209的光軸右邊的單元空間比定位在照相機鏡頭209的光軸左邊的單元空間，對于來自照相機鏡頭209右邊的入射光具有更高的靈敏度。
另一方面，對于來自照相機鏡頭209左邊的入射光，無論單元空間定位在成像區(qū)域的左邊或是右邊，投射到光電二極管202上的光線數(shù)量都大致相同，因為來自照相機鏡頭209左邊的入射光都被柵極布線層204反射，如圖11(b)和圖11(c)所示。
從而，在傳統(tǒng)的固態(tài)成像裝置里，定位在照相機鏡頭209的光軸右邊的單元空間比定位在照相機鏡頭209的光軸左邊的單元空間，對于入射光具有更高的靈敏度。
某個單元空間的靈敏度，反映了在某個被捕獲圖像里的一個像素的亮度。因此，如果單元空間的靈敏度依該單元空間在成像區(qū)域的位置不同而不一致，被捕獲圖像的一個邊緣會比較明亮，而另一個邊緣會比較黑暗。出于這個原因，需要來抑制關(guān)于單元空間位置不同在成像區(qū)域里的單元空間的靈敏度的變化。
發(fā)明概述所以，本發(fā)明的一個目的是設(shè)置一種固態(tài)成像裝置，其中抑制了關(guān)于單元空間位置不同在成像區(qū)域里的單元空間的靈敏度的變化。
此外，本發(fā)明的另一個目的是設(shè)置一種應(yīng)用了上述固態(tài)成像裝置的電子靜止照相機。
為此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，設(shè)置一種固態(tài)成像裝置，包括一個第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板，在半導(dǎo)體基板里的光電二極管、第設(shè)置在半導(dǎo)體基板內(nèi)的二導(dǎo)電型的擴散層，該擴散層被隔開遠離光電二極管，在光電二極管和擴散層之間在半導(dǎo)體基板上，設(shè)置了柵極布線層，和在半導(dǎo)體基板上在面向柵極布線層的位置設(shè)置了越過光電二極管的布線層，該布線層與光電二極管鄰接。


圖1是表示根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖2是表示根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置的一個單元空間的結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖3是表示根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置的一個單元空間的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖4是表示在根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置的該單元空間中的入射光路徑圖。
圖5是表示根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置的單元空間的靈敏度的示意圖。
圖6是表示根據(jù)本實施例的第一個變形的固態(tài)成像裝置的一個單元空間的結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖7是表示根據(jù)本實施例的第二個變形的固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖8是表示應(yīng)用了根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置的電子靜止照相機的構(gòu)成的結(jié)構(gòu)框圖。
圖9是表示在根據(jù)本實施例的電子靜止照相機中進行陰影補償后的信號波形示意圖。
圖10是表示傳統(tǒng)固態(tài)成像裝置的一個單元空間的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖11是表示傳統(tǒng)固態(tài)成像裝置的一個單元空間中的入射光路徑圖。
本發(fā)明的詳細描述在下文中，參照圖1至圖7，將描述根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的一個實施例。
首先，參照圖1將描述根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置的電路結(jié)構(gòu)。圖1是表示根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
單元空間是以一個2×2矩陣二維排列的。多數(shù)二維排列的單元空間構(gòu)成成像區(qū)域。要指出的是，實際應(yīng)用中要排列更大數(shù)量的單元空間。單元空間包括光電二極管1、讀出晶體管2、放大器晶體管3、地址晶體管4和復(fù)位晶體管5。光電二極管1在入射光上完成光電變換，并積累信號電荷。讀出晶體管2讀取由光電二極管1積累的信號電荷，由讀出線6輸入到放大器晶體管3的柵極，達到一個高電平。放大器晶體管3和電荷晶體管11起到源極跟隨器的作用，并根據(jù)放大器晶體管3的柵極電壓輸出一個電壓到垂直信號線7。復(fù)位晶體管5將在放大器晶體管3的柵極積累的信號電荷重置到預(yù)定的電壓。
從垂直移位寄存器8水平的接線出水平地址線9，其與地址晶體管4的柵極相連接，選定作為源極跟隨器電路操作的行。每一條復(fù)位線10與復(fù)位晶體管5的柵極相連接。在每條垂直信號線7的一個末端設(shè)置一個電荷晶體管11。進一步的，每條垂直信號線7的另一個末端通過選擇晶體管13與水平信號線14相連接。由水平移位寄存器12設(shè)置的選擇脈沖來選擇晶體管13。讀入水平信號線14的信號被一個放大器15進行放大后輸出。
接著，將參照圖2描述根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置的一個單元空間的結(jié)構(gòu)。圖2是表示根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置的一個單元空間的結(jié)構(gòu)的平面圖。
光電二極管17和讀出晶體管2的漏極18在半導(dǎo)體基板的元件區(qū)域16中形成為空間上隔離。此外，在光電二極管17和漏極18之間設(shè)置有讀出晶體管2的柵極布線層19。該柵極布線層19與讀出線6相連(未示出)。
在柵極布線層19對面越過光電二極管17的位置設(shè)置有布線層20。該布線層20與復(fù)位線10相連(未示出)。而且，柵極布線層19和布線層20中與光電二極管17相鄰的兩個側(cè)面，設(shè)定在越過光電二極管17而彼此相對的位置，并且處于到半導(dǎo)體基板頂面的相同的高度，以使其中由顯微透鏡的光軸A越過光電二極管17到兩側(cè)面的各自距離彼此相等。
讀出晶體管2的漏極18通過跳線層21與放大器晶體管3的柵極布線層22相連。在元件區(qū)域23里，放大器晶體管3的源極24、漏極25形成為在其之間插入柵極布線層22。漏極25由放大器晶體管3和地址晶體管4共享，同時用作放大器晶體管3的漏極和地址晶體管4的源極。將地址晶體管4的漏極26做成越過柵極布線層27、面對著放大器晶體管3的漏極25(地址晶體管4的源極)。進一步的，放大器晶體管3的源極24通過觸點與垂直信號線7相連(未示出)。
讀出晶體管2的漏極18和放大器晶體管3的柵極布線層22連接到復(fù)位晶體管5的源極29上，在此通過跳線層21形成元件區(qū)域28。此外，在元件區(qū)域28里將復(fù)位晶體管5的漏極30做成與源極29在空間上隔離。更進一步，在源極29和漏極30之間設(shè)置有柵極布線層31。要指出的是，源極29和柵極布線層31是相鄰單元空間的復(fù)位晶體管5的源極和柵極布線層。
接下來，參照附圖3將描述根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置的一個單元空間的橫截面結(jié)構(gòu)。圖3是沿圖2中B-B線截取得到的橫截面圖。要指出的是，圖2中表示相同元件的附圖標(biāo)記與在圖3中相同。還要指出的是，這里采用硅基板作為半導(dǎo)體基板的一個實施例。
在硅基板32的上部設(shè)置有光電二極管17。進一步的，在硅基板32的上部還設(shè)置有讀出晶體管2的漏極18，與光電二極管17空間上隔離。在硅基板32上并中間插入二氧化硅薄膜33(柵極絕緣薄膜)的光電二極管17和的漏極18之間設(shè)置了柵極布線層19。而且，在硅基板32上，在越過光電二極管17、和柵極布線層19相對的位置，設(shè)置有布線層20，并用二氧化硅薄膜33插入其間。在元件絕緣區(qū)(元件區(qū)域16周圍的區(qū)域)里設(shè)置有二氧化硅薄膜34，由此將元件區(qū)域16電絕緣。
在二氧化硅薄膜33、柵極布線層19和布線層20之上設(shè)置有夾層絕緣薄膜35。在夾層絕緣薄膜35上設(shè)置有顯微透鏡36，其將入射光集中在顯微透鏡36、光電二極管17上。此外，柵極布線層19和布線層20中與光電二極管17相鄰的兩個側(cè)面，設(shè)定在越過光電二極管17而彼此相對的位置，并且處于到硅基板32頂面的相同的高度，以使其中由顯微透鏡36的光軸A到兩側(cè)面的各自距離彼此相等。而且，柵極布線層19和布線層20由相同的材料組成，并具有相同的膜厚度。夾層絕緣薄膜35由具有與柵極布線層19和布線層20的折射率不同的材料組成。
接下來，參照圖4(a)至圖4(c)，描述如圖3所示的根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置的該單元空間中在光電二極管17上的入射光。圖4(a)至圖4(c)是表示在根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置的該單元空間中的入射光路徑圖。圖4(a)至圖4(c)中每一幅表示將照相機透鏡37設(shè)置在根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置之上的情形，其中由照相機鏡頭37將光線集中投射到顯微透鏡36上。要注意的是，為了方便解釋，將設(shè)置有柵極布線層19的一邊作為相對于光電二極管17的右邊，并將設(shè)置有布線層20的一邊作為相對于光電二極管17的左邊來進行描述。
投射到顯微透鏡36上的光線路徑依賴于在單元空間和照相機鏡頭37之間的位置關(guān)系。就是說，投射到顯微透鏡36上的光線路徑根據(jù)在成像區(qū)域中單元空間的位置變化而不同。圖4(a)顯示這樣的情形，其中單元空間直接定位于照相機鏡頭37之下，且顯微透鏡36和照相機鏡頭37的光軸一致。此外，圖4(b)顯示這樣的情形，其中單元空間定位于在成像區(qū)域內(nèi)的照相機鏡頭37的光軸右邊，且照相機鏡頭37位于顯微透鏡36的左上方。而且，圖4(c)顯示這樣的情形，其中單元空間位于在成像區(qū)域內(nèi)的照相機鏡頭37的光軸左邊，且照相機鏡頭37位于顯微透鏡36的右上方。要注意的是，如圖4(b)和圖4(c)所示的單元空間相對于圖4(a)中的單元空間是對稱定位的。
首先，參照圖4(a)，將描述投射到單元空間里的光電二極管17上的入射光，該單元空間直接定位于照相機鏡頭37之下。經(jīng)過照相機鏡頭37中心的光線，其在下文中作為(主光線)，通過顯微透鏡36的中心后垂直地投射在光電二極管17上。另一方面，來自顯微透鏡36右上方的入射光，以偏離顯微透鏡36中心的方向經(jīng)過夾層絕緣薄膜35，并且投射到鄰近光電二極管17的元件絕緣區(qū)上的布線層20上。部分投射到布線層20上的入射光，穿過布線層20投射在其下面的二氧化硅薄膜34上。另一方面，余下來的沒有穿過布線層20的光線，由于布線層20和夾層絕緣薄膜35之間的折射率彼此不同，而在位于布線層20和夾層絕緣薄膜35之間的分界面上被反射，然后投射到光電二極管17上。而且，來自顯微透鏡36左上方的入射光，以偏離顯微透鏡36中心的方向經(jīng)過夾層絕緣薄膜35，并且投射到柵極布線層19上。部分投射到柵極布線層19上的入射光，穿過柵極布線層19投射在其下面的硅基板32上。另一方面，余下來的沒有穿過柵極布線層19的光線，由于柵極布線層19和夾層絕緣薄膜35之間的折射率彼此不同，而在位于布線層19和夾層絕緣薄膜35之間的分界面上被反射，然后投射到光電二極管17上。
接下來，參照4(b)，將描述投射到單元空間里的光電二極管17上的入射光，該單元空間定位在照相機鏡頭37的光軸右邊。主光線以傾斜方向從位于左上方的照相機鏡頭37通過位于右下方的顯微透鏡36，直接射到光電二極管17上。另一方面，來自照相機鏡頭37右邊的入射光投射到布線層20上。部分投射到布線層20的入射光，在位于布線層20和夾層絕緣薄膜35之間的分界面上被反射，然后投射到光電二極管17上。更進一步，來自照相機鏡頭37左邊的入射光投射到柵極布線層19上。部分投射到柵極布線層19的入射光，在位于柵極布線層19和夾層絕緣薄膜35之間的分界面上被反射，然后投射到光電二極管17上。
再接著，參照圖4(c)，將描述投射到單元空間里的光電二極管17上的入射光，該單元空間定位在照相機鏡頭37的光軸左邊。主光線以傾斜方向從位于右上方的照相機鏡頭37通過位于左下方的顯微透鏡36，直接射到光電二極管17上。另一方面，來自照相機鏡頭37右邊的入射光，投射到布線層20上。部分投射到布線層20的入射光，在位于布線層20和夾層絕緣薄膜35之間的分界面上被反射，然后投射到光電二極管17上。更進一步，來自照相機鏡頭37左邊的入射光投射到柵極布線層19上。部分投射到柵極布線層19的入射光，在位于柵極布線層19和夾層絕緣薄膜35之間的分界面上被反射，然后投射到光電二極管17上。
在圖2和圖3所示的單元空間中，柵極布線層19和布線層20供在越過光電二極管17而彼此相對的位置。因此，在如圖4(b)所示的單元空間(單元空間位于照相機鏡頭37的光軸右邊)里由柵極布線層19反射的光線，和在如圖4(c)所示的單元空間(單元空間位于照相機鏡頭37的光軸左邊)里由布線層20反射的光線，具有大約相同的光通量。更進一步的，如圖4(b)所示的單元空間里由布線層20反射的光線，和在如圖4(c)所示的單元空間里由柵極布線層19反射的光線，具有大約相同的光通量。因此，如圖4(b)和圖4(c)所示的單元空間具有大約相同的靈敏度。就是說，相對于照相機鏡頭37的光軸，以柵極布線層19和布線層20彼此相對的方向?qū)ΨQ定位的單元空間具有大約相同的靈敏度。要指出的是，為了使由柵極布線層19和由布線層20反射的光通量相等，優(yōu)選下述方法與光電二極管17相鄰的柵極布線層19和布線層20的兩個側(cè)面，如圖2和圖3所示的設(shè)定在越過光電二極管17而彼此相對的位置，并且處于到半導(dǎo)體基板頂面的相同的高度，以使其中由顯微透鏡36的光軸A越過光電二極管17到兩側(cè)面的各自距離彼此相等。
根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置的單元空間的靈敏度在圖5中示出。水平軸線代表單元空間相對于成像區(qū)域中心的位置，垂直軸線代表單元空間的靈敏度。此外，根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置的單元空間的靈敏度由一條實線表示，而圖10所示的傳統(tǒng)固態(tài)成像裝置中單元空間的靈敏度由一條虛線表示。
在圖2和圖3所示的根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置的單元空間中，布線層20供在越過光電二極管17而與讀出晶體管2的柵極布線層19相對的位置。布線層20的供應(yīng)引起了圖10所示的傳統(tǒng)固態(tài)成像裝置中單元空間里的元件絕緣區(qū)上的入射光，被位于布線層20和夾層絕緣薄膜35之間的分界面反射，然后投射到光電二極管17上。在該單元空間定位在如圖4(c)所示的成像區(qū)域中心的左邊的情況下，由布線層20反射的是大的光通量。因此，在根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置中，定位于成像區(qū)域左邊的單元空間的靈敏度比圖10所示的傳統(tǒng)固態(tài)成像裝置中單元空間的靈敏度提高了。
在上述根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置中，布線層20供在越過光電二極管17而與讀出晶體管2的柵極布線層19相對的位置，并與光電二極管17相鄰。因此，在根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置中，相對于照相機鏡頭37的光軸，以柵極布線層19和布線層20彼此相對的方向?qū)ΨQ定位的單元空間會具有大約相同的靈敏度，并且在成像區(qū)域內(nèi)，可以抑制靈敏度隨著單元空間位置的變化而變化。
進一步的，在根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置中，從一個傾斜方向射在元件絕緣區(qū)上的入射光被布線層20反射到光電二極管17上。因此，在根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置中，對來自傾斜方向的入射光，單元空間的靈敏度比傳統(tǒng)固態(tài)成像裝置的靈敏度提高了。
而且，在根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置中，布線層20是由與讀出晶體管2的柵極布線層19相同的材料制成，并以與之相同的層制成。因此，在形成柵極布線層19的同時形成布線層20，根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置與圖10所示的傳統(tǒng)固態(tài)成像裝置的制造相比，可以在不必增加步驟數(shù)的條件下制造。
進一步的，如圖5所示，根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置的單元空間的靈敏度具有拋物線特性，對應(yīng)于在成像區(qū)域中的單元空間的各個位置，該拋物線在單元空間直接定位于照相機鏡頭37之下時具有一個頂點。因此，陰影補償在由根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置得到的被捕獲圖像上可以有效的實行。陰影補償將在下文中進行詳細描述。
接下來，參照圖6，將描述根據(jù)本實施例的第一個變形的固態(tài)成像裝置。圖6是表示根據(jù)本實施例的第一個變形的固態(tài)成像裝置的一個單元空間的結(jié)構(gòu)的平面圖。要注意的是，在圖6中表示相同元件的附圖標(biāo)記與在圖2中相同，下文中不再說明。
在光電二極管17和漏極18之間設(shè)置柵極布線層19。在柵極布線層19內(nèi)，設(shè)置一個凸出部38來覆蓋部分的光電二極管17。進一步的，在越過光電二極管17而與柵極布線層19相對的位置設(shè)置有布線層20。在布線層20內(nèi)，設(shè)置一個凸出部39來覆蓋部分的光電二極管17。而且，與光電二極管17相鄰的柵極布線層19和布線層20的兩個側(cè)面，設(shè)定在越過光電二極管17而彼此相對的位置，并且處于到半導(dǎo)體基板頂面的相同的高度，以使其中由顯微透鏡的光軸A越過光電二極管17到兩側(cè)面的各自距離彼此相等。
還在上述根據(jù)本實施例的第一個變形的固態(tài)成像裝置中，也能獲得與本實施例相似的效果。因此，在根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置中，在圖2和圖3中沒有限制柵極布線層19和布線層20的形狀。
接下來，參照圖7，將描述根據(jù)本實施例的第二個變形的固態(tài)成像裝置。圖7是表示根據(jù)本實施例的第二個變形的固態(tài)成像裝置的一個單元空間的結(jié)構(gòu)的平面圖。要注意的是，在圖7中表示相同元件的附圖標(biāo)記與在圖2中相同，下文中不再說明。
在半導(dǎo)體基板的元件區(qū)域16中，在越過漏極18而與光電二極管17(第一二極管)相對的位置設(shè)置光電二極管40(第二二極管)，使之與漏極18空間上隔離開。在漏極18和光電二極管40之間設(shè)置有柵極布線層41(第二柵極布線層)。柵極布線層41與讀出線6相連(未示出)。
在越過光電二極管40而與柵極布線層41相對的位置設(shè)置有布線層42(第二布線層)。布線層42與復(fù)位線10相連(未示出)。進一步的，與光電二極管40相鄰的柵極布線層41和布線層42的兩個側(cè)面，設(shè)定在越過光電二極管40而彼此相對的位置，并且處于到半導(dǎo)體基板頂面的相同的高度，以使其中由顯微透鏡(第二顯微透鏡)的光軸A越過光電二極管40到兩側(cè)面的各自距離彼此相等。要注意的是，在圖7中沿C-C線截取得到的截面圖與在圖3中沿B-B線截取得到的截面圖大致相同。
如上所述，在根據(jù)本實施例的第二個變形的固態(tài)成像裝置中，兩個光電二極管17和40以越過漏極18而彼此相對的位置形成，兩個讀出晶體管共享該漏極18，借此共享了放大器晶體管、地址晶體管和復(fù)位晶體管。
這里，如圖7所示，假設(shè)在根據(jù)本實施例的第二個變形的固態(tài)成像裝置中沒有設(shè)置布線層20和42。如果由兩個讀出晶體管共享了漏極18，就越過漏極18設(shè)置兩個彼此相對的柵極布線層19和41。就是說，在兩個讀出晶體管中，所有布線層所供位置都是關(guān)于光電二極管相對的。因此，由于柵極布線層19反射入射光，在光線以一個傾斜方向從圖7中的底側(cè)邊(相對于光電二極管17的柵極布線層19的對邊)射入時，光電二極管17比光線以一個傾斜方向從圖7中的上側(cè)邊(相對于光電二極管17的設(shè)置柵極布線層19的邊)射入時具有更高的靈敏度。另一方面，由于柵極布線層41反射入射光，在光線以一個傾斜方向從圖7中的上側(cè)邊(相對于光電二極管40的柵極布線層41的對邊)射入時，光電二極管40比光線以一個傾斜方向從圖7中的底側(cè)邊(相對于光電二極管40的設(shè)置柵極布線層41的邊)射入時具有更高的靈敏度。如上所述，如果兩個讀出晶體管共享了漏極18，對于來自同一傾斜方向的入射光，在同一個單元空間中的兩個光電二極管17和40就具有不同的靈敏度。如果相鄰兩個二極管的靈敏度不同，就可以得到相鄰像素的亮度不同的被捕獲圖像，而與主體無關(guān)。
但是，在根據(jù)本實施例的第二個變形的固態(tài)成像裝置中，在越過光電二極管17而與柵極布線層19相對的位置設(shè)置了布線層20，并且在越過光電二極管40而與柵極布線層41相對的位置設(shè)置了布線層42。因此，在根據(jù)本實施例的第二個變形的固態(tài)成像裝置中，相鄰的光電二極管具有相同的靈敏度，被捕獲裝置的相鄰像素就會具有對應(yīng)于一個主體的光通量的亮度。
進一步的，在根據(jù)本實施例的第二個變形的固態(tài)成像裝置中，能夠獲得與根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置的其他效果相似的效果。
要注意的是，在本實施例中采用了硅基板作為一種半導(dǎo)體基板來描述，但是該半導(dǎo)體基板不受限于這個實施例。
此外，在本實施例中，柵極布線層19和布線層20由具有與夾層絕緣薄膜35的折射率不同的材料制成。但是，用于柵極布線層19和布線層20的材料不受限于此。例如，由金屬材料制成的柵極布線層19和布線層20，導(dǎo)致入射光在柵極布線層19和布線層20上產(chǎn)生鏡面反射，也可以獲得與本實施例中所述相似的效果。
而且，在本實施例中，設(shè)置布線層20、42作為沒有充分起作用的MOS晶體管的柵極布線層。但是，如上所述，布線層20、42作為MOS晶體管的柵極布線層不需成為充分起作用的布線層。通過在越過光電二極管并與光電二極管相鄰的讀出晶體管2的柵極布線層對面的位置設(shè)置放大器晶體管3、復(fù)位晶體管5等等，可以獲得與本實施例相似的那些效果。
此外，在本實施例中，布線層20、42與復(fù)位線10相連接。但是，布線層20、42也可以與讀出線6或者水平地址線9相連。而且可以把布線層20、42設(shè)置成與電源或半導(dǎo)體基板的電位相等。
但是，出于以下的理由，優(yōu)選布線層20、42還是與復(fù)位線10相連。在布線層20、42與讀出線6相連的情況下，當(dāng)信號由光電二極管17、40讀出時，一個高電平信號也施加到與讀出柵(柵極布線層19、41)相反一側(cè)的電極(布線層20、42)上。因此，由光電二極管17、40讀出的信號惡化了，延遲特性會變得更壞。進一步的，在布線層20、42與水平地址線9相連接的情況下，布線層20、42達到一個高電平，且當(dāng)信號在源極跟隨器以外被讀出時傾向于變得不穩(wěn)定。為了減小發(fā)生在像素中的噪聲，必須盡可能的減小不穩(wěn)定信號。另一方面，復(fù)位線10處于接地態(tài)時在電壓方面是穩(wěn)定的。因此，在布線層20、42與復(fù)位線10相連的情況下，當(dāng)信號被讀出時，高電平信號沒有施加到布線層20、42上。
(應(yīng)用實例)在根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置中，可以實現(xiàn)不同應(yīng)用的實例。作為一個應(yīng)用實例，應(yīng)用了根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置的電子靜止照相機將參照圖8來描述。圖8是表示應(yīng)用了根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置的電子靜止照相機的構(gòu)成的結(jié)構(gòu)框圖。
照相機鏡頭43是用于捕獲主體圖像的光學(xué)系統(tǒng)。該光學(xué)系統(tǒng)從主體接收光學(xué)圖像并使該圖像通向一個預(yù)定位置。MOS傳感器44是一個固態(tài)成像裝置，用于將照相機鏡頭43形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成一個相當(dāng)于給每一個像素的光學(xué)圖像的光通量的電信號。根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置可以用于MOS傳感器44。成像電路45將由MOS傳感器44得到的電信號轉(zhuǎn)換成給每一個像素的一個模擬信號。由成像電路45轉(zhuǎn)換來的模擬電壓信號被輸入到噪聲消除電路46。噪聲消除電路46是用于消除成像電路45的輸出特性中的變化的電路。噪聲消除電路46的輸出信號通過AGC電路(未示出)和箝位電路(未示出)輸入到A/D轉(zhuǎn)換電路47，該AGC電路用來調(diào)整電壓信號的增益，該箝位電路用來將電壓信號箝位在校準水平。例如，A/D轉(zhuǎn)換電路47在箝位后將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)并將其輸出，其中每一段采樣數(shù)據(jù)包括10比特。
時間控制電路48產(chǎn)生一個時間脈沖(系統(tǒng)時鐘信號)，用于設(shè)置作為系統(tǒng)運行基準的時鐘。時鐘發(fā)生電路49通過時間控制電路48產(chǎn)生時間脈沖，在同一時刻驅(qū)動并控制MOS傳感器44、成像電路45、噪聲消除電路46和A/D轉(zhuǎn)換電路47。信號處理電路50由陰影補償電路配置成。陰影補償電路在由A/D轉(zhuǎn)換電路47輸入的數(shù)字數(shù)據(jù)上實行陰影補償。進一步的，信號處理電路50使用例如色分離電路、γ補償電路、白電平削波電路、黑色電平限幅電路、拐點電路等等除了陰影補償電路之外的電路來設(shè)置，且根據(jù)需要在數(shù)字數(shù)據(jù)上執(zhí)行信號處理。而且，信號處理電路50按需要實行彩色平衡等的處理。輸出電路51輸出由信號處理電路50實行過信號處理的數(shù)字數(shù)據(jù)。D/A轉(zhuǎn)換電路52將從輸出電路51輸入的數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個模擬信號。
隨后將描述由陰影補償電路實行的陰影補償。陰影補償是一個用于轉(zhuǎn)換信號波形的過程，即將由于MOS傳感器44的單元空間的靈敏度依賴于單元空間在成像區(qū)域內(nèi)的位置，而導(dǎo)致位于被捕獲圖像邊緣的像素的信號強度減小的信號波形，轉(zhuǎn)換成單元空間的靈敏度相等的情況下的信號波形。在陰影補償中，在假設(shè)從MOS傳感器44得到的信號波形為拋物線的基礎(chǔ)上進行計算。就是說，假設(shè)信號波形f′(X)為拋物線，如下式所示f′(X)＝f(X)+α×f(X0)×(X-X0)2其中，X0是具有最大信號強度的像素的位置，α是表示拋物線特性的系數(shù)。
在進行陰影補償以后，在電子靜止照相機中的信號波形如圖9所示，該電子靜止照相機應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的實施例的固態(tài)成像裝置。在這里，在以被捕獲圖像的水平方向?qū)嵭嘘幱把a償?shù)那闆r將作為一個實例來描述。該水平軸線代表以被捕獲圖像的水平方向成一直線前后緊接著排列的像素的位置。進一步的，在陰影補償以前的信號波形由一條實線表示，在陰影補償以后的信號波形由一條虛線表示。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的實施例的固態(tài)成像裝置中，相對于照相機鏡頭37的光軸對稱定位的單元空間具有大約相同的靈敏度。因此，由根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置獲得的信號波形具有帶一個頂點的拋物線形狀，該頂點位于被捕獲圖像中心的像素。從而，如圖9所示，通過假設(shè)信號波形為拋物線，可以有效的實行陰影補償，并且一個像素的信號強度可以從頭到尾地在整個被捕獲圖像上保持恒定。
如上所述，如果根據(jù)本發(fā)明的實施例的固態(tài)成像裝置應(yīng)用在一個電子靜止照相機中，可以有效的實行陰影補償，可以防止主體在被捕獲圖像的邊緣顯示暗淡的問題。
順便提起，在上述應(yīng)用實例中，在以被捕獲圖像的水平方向?qū)嵭嘘幱把a償?shù)那闆r已經(jīng)作為一個實例描述過了。但是，實行陰影補償?shù)姆较虿皇芟抻谒椒较?。例如，可以被捕獲圖像的垂直方向來實行陰影補償。
本發(fā)明在應(yīng)用階段可以在此范圍內(nèi)有多種變形。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像裝置，包括第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板；在該半導(dǎo)體基板中設(shè)置的光電二極管；在該半導(dǎo)體基板中設(shè)置的第二導(dǎo)電型的擴散層，該擴散層與該光電二極管隔離；在該光電二極管和該擴散層之間，在該半導(dǎo)體基板之上設(shè)置的柵極布線層；在該半導(dǎo)體基板和該柵極布線層之間插入的柵極絕緣薄膜；以及在越過該光電二極管而與該柵極布線層相對的位置的該半導(dǎo)體基板之上設(shè)置的布線層，該布線層與該光電二極管相鄰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其進一步包括在該半導(dǎo)體基板、柵極布線層和布線層之上設(shè)置的夾層絕緣薄膜；和在越過該夾層絕緣薄膜而與該光電二極管相對的位置的該夾層絕緣薄膜之上設(shè)置的顯微透鏡，其中，從該顯微透鏡的光軸到鄰近該光電二極管的該柵極布線層的一個側(cè)面的距離，與從該顯微透鏡的光軸到鄰近該光電二極管的該布線層的一個側(cè)面的距離相等，兩側(cè)面位于越過該光電二極管而彼此相對的位置，并且位于到該半導(dǎo)體基板頂面的相同的高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，該柵極布線層由和用作該布線層相同的材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，該柵極布線層具有一薄膜，其厚度和該布線層的厚度相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，該布線層和復(fù)位線相連接。
6.一種固態(tài)成像裝置，包括第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板；在該半導(dǎo)體基板中設(shè)置的第一光電二極管；在該半導(dǎo)體基板中設(shè)置的第二導(dǎo)電型的擴散層，該擴散層與該光電二極管隔離；在該第一光電二極管和該擴散層之間，在該半導(dǎo)體基板之上設(shè)置的第一柵極布線層；在該半導(dǎo)體基板和該第一柵極布線層之間插入的第一柵極絕緣薄膜；在越過該第一光電二極管而與該第一柵極布線層相對的位置的該半導(dǎo)體基板之上設(shè)置的第一布線層，該第一布線層與該第一光電二極管相鄰；在越過該擴散層而與該第一柵極布線層相對的位置的該半導(dǎo)體基板里設(shè)置的第二光電二極管，該第二光電二極管與該擴散層隔離；在該第二光電二極管與該擴散層之間，在該半導(dǎo)體基板之上設(shè)置的第二柵極布線層；在該半導(dǎo)體基板和該第二柵極布線層之間插入的第二柵極絕緣薄膜；和在越過該第二光電二極管而與該第二柵極布線層相對的位置的該半導(dǎo)體基板之上設(shè)置的第二布線層，該第二布線層與該第二光電二極管相鄰。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固態(tài)成像裝置，其進一步包括在該半導(dǎo)體基板、第一柵極布線層、第二柵極布線層、第一布線層和第二布線層之上設(shè)置的夾層絕緣薄膜；在越過該夾層絕緣薄膜而與該第一光電二極管相對的位置的該夾層絕緣薄膜之上設(shè)置的第一顯微透鏡；在越過該夾層絕緣薄膜而與該第二光電二極管相對的位置的該夾層絕緣薄膜之上設(shè)置的第二顯微透鏡；其中，從該第一顯微透鏡的光軸到鄰近該第一光電二極管的該第一柵極布線層的一個側(cè)面的距離，與從該第一顯微透鏡的光軸到鄰近該第一光電二極管的該第一布線層的一個側(cè)面的距離相等，兩側(cè)面位于越過第一光電二極管而彼此相對的位置，且兩側(cè)面具有到該半導(dǎo)體基板頂面的相同的高度，并且，從該第二顯微透鏡的光軸到鄰近該第二光電二極管的該第二柵極布線層的一個側(cè)面的距離，與從該第二顯微透鏡的光軸到鄰近該第二光電二極管的該第二布線層的一個側(cè)面的距離相等，兩側(cè)面位于越過第二光電二極管而彼此相對的位置，且兩側(cè)面具有到該半導(dǎo)體基板頂面的相同的高度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固態(tài)成像裝置，其中，該第一柵極布線層由和用作該第一布線層相同的材料制成，該第二柵極布線層由和用作該第二布線層相同的材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固態(tài)成像裝置，其中，該第一柵極布線層具有一薄膜，其厚度和該第一布線層的厚度相等，該第二柵極布線層具有一薄膜，其厚度和該第二布線層的厚度相等。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固態(tài)成像裝置，其中，該第一布線層和第二布線層與復(fù)位線相連接。
11.一種電子靜止照相機，包括光學(xué)系統(tǒng)，配置成從主體接收光學(xué)圖像，并將該光學(xué)圖像導(dǎo)向預(yù)定位置；根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，該固態(tài)成像裝置配置成將該光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成相當(dāng)于給每一個像素的光學(xué)圖像的光通量的電信號；和陰影補償電路，配置成用來實行對該電信號的陰影補償。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電子靜止照相機，其中，該陰影補償是在假設(shè)該電信號的波形為拋物線的基礎(chǔ)上實行的。
13.一種電子靜止照相機，包括光學(xué)系統(tǒng)，配置成從主體接收光學(xué)圖像，并將該光學(xué)圖像導(dǎo)向預(yù)定位置；根據(jù)權(quán)利要求6所述的固態(tài)成像裝置，該固態(tài)成像裝置配置成將該光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成相當(dāng)于給每一個像素的光學(xué)圖像的光通量的電信號；和陰影補償電路，配置成用來實行對該電信號的陰影補償。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電子靜止照相機，其中，該陰影補償是在假設(shè)該電信號的波形為拋物線的基礎(chǔ)上實行的。
全文摘要
一種固態(tài)成像裝置，其在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板中設(shè)置有一個光電二極管。在該半導(dǎo)體基板中設(shè)置有第二導(dǎo)電型的一個擴散層。在該光電二極管和該擴散層之間的該半導(dǎo)體基板之上設(shè)置有一個柵極布線層。在該半導(dǎo)體基板該柵極布線層之間插入有一個柵極絕緣薄膜。在越過該光電二極管而與該柵極布線相對的位置的該半導(dǎo)體基板之上，設(shè)置有一個布線層。該布線層與該光電二極管相鄰。
文檔編號H04N5/369GK1619824SQ200410098120
公開日2005年5月25日 申請日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者田中長孝 申請人:株式會社東芝