专利名称：固态图像传感器和图像读取方法
技术领域：
本发明涉及固态图像传感器和图像读取方法，特别涉及具有4-Tr-像素的固态图像传感器和用于这种图像传感器的读取方法。
背景技术：
主要由CMOS构成的固态图像传感器一般采用称为APS(有源像素传感器)的结构，它包括用于将光信号转换成电信号的光电二极管、用于使光电二极管复位的复位晶体管、用于将光电二极管的信号电荷转换成电压以便以电压形式输出信号电荷的源极跟随器晶体管、以及用于连接/选择像素和信号线的选择晶体管。由上述三种晶体管构成的固态图像传感器，即所谓的3-Tr-像素固态图像传感器例如在参考文献1(日本公开未审专利申请No.2002-077731)等中有介绍。
据说具有3-Tr-像素的固态图像传感器具有由于热噪声(kTC噪声)产生的噪声的缺陷。人们已经提出了一种可以除去kTC噪声的被称为4-Tr-像素的结构。具有4-Tr-像素的固态图像传感器具有这种结构，该结构还包括在复位晶体管和光电二极管之间的传输晶体管(传输栅)，并且在复位晶体管和传输晶体管之间的n型扩散层(FD浮置扩散)连接到源极跟随器晶体管的栅极。具有4-Tr-像素的固态图像传感器例如在参考文献2(日本公开未审专利申请No.2000-201300)、参考文献3(日本公开未审专利申请No.2000-260971)以及参考文献4(日本公开未审专利申请No.2001-177765)中有介绍。具有其它像素结构的固态图像传感器例如在参考文献5(日本公开未审专利申请No.2000-152086)和参考文献6(美国专利说明书US6005619)中有介绍。
图62是具有4-Tr-像素的固态图像传感器的电路图。在图62中，像素阵列单元100由2×2个单元像素表示。
每个像素由光电二极管PD、传输晶体管TG、复位晶体管RST、源极跟随器晶体管SF-Tr和选择晶体管SELECT构成。
光电二极管PD的阴极端连接到传输晶体管TG的源极端。光电二极管PD的阳极端接地。传输晶体管TG的漏极端连接到复位晶体管RST的源极端和源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极端。用于储存从光电二极管PD传输的电荷的杂质扩散区位于如下区域中，即在该区域中传输晶体管TG的漏极端连接到复位晶体管RST的源极端和源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极端。下面将该杂质扩散区称为浮置扩散FD。源极跟随器晶体管SF-Tr的源极端连接到选择晶体管SELECT的漏极端。
在行方向互相相邻的各个像素连接到传输栅(TG)线、复位(RST)线和选择线，其中传输栅线共同地连接到传输晶体管(TG)的栅极端，复位线共同地连接到复位晶体管RST的栅极端，选择线共同地连接到选择晶体管SELECT的栅极端。
在列方向相互相邻的各个像素连接到信号读取线和VR(复位电压)线，其中信号读取线共同地连接到选择晶体管SELECT的源极端，VR线共同地连接到复位晶体管RST的漏极端和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏极端。
TG线、RST线和选择线连接到行选择电路102。信号读取线连接到信号读取/噪声消除电路104。信号读取/噪声消除电路104经A/D转换器106连接到输出电路108。VR线连接到其电压基本上为源电压的电源或其电压在芯片中被降低的电源。
然后，参照图63介绍图62中所示的固态图像传感器的图像读取方法。图63是表示固态图像传感器的图像读取方法的时序图。在垂直轴上表示正电压，在水平轴上表示时间。
在复位状态下，光电二极管PD具有反映复位电压VR的前述参考电压。当光入射到光电二极管PD上时，产生电子，并且光电二极管PD的电压逐渐降低。
然后，当复位信号施加于RST线时，浮置扩散FD被复位，并且浮置扩散FD的电压被稳定在前述值。这个电压施加于源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极端。在这种状态下，选择信号施加于选择线，并且对应复位电压VR的电压-阈值电压Vth输出到信号读取线(VR读取)。
接着，信号施加于TG线以使传输晶体管TG导通，并且储存在光电二极管中的电子被输送给浮置扩散FD。这样，浮置扩散FD的电压降低了，同时光电二极管PD的电压变为所谓的参考电压。
浮置扩散FD的电压被降低了，由此该较低的电压将施加于源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极端。在这种状态下，当选择信号再次施加于选择线时，电压被降低了对应储存在光电二极管PD中的电子量的电压变量ΔV，即复位电压VR-阈值电压Vth-该电压变量ΔV被输出到信号读取线(V信号读取)。
接下来，VR读取电压(VR-Vth)和V信号读取电压(VR-Vth-ΔV)之间的差由信号读取/噪声消除电路102给出，由此给出电压变量ΔV。这样，消除了由于阈值电压变化引起的各个像素的源极跟随器晶体管SF-Tr的输出电压变化，并且可以准确地读取对应储存在光电二极管PD中的电子量的电压变量ΔV。
在各个像素上连续进行一串上述读取操作，并可以读取由光电二极管PD检测的光学信号。
组成元件比具有3-Tr-像素的固态图像传感器具有更多的4-Tr-像素的固态图像传感器具有生产率低等的问题。从这些方面看，参考文献4建议信号线由相邻像素共同使用。参考文献4中，RST线和选择线、RST线和TG线、或者TG线和选择线公共地被相邻像素使用，用于减少线的数量和提高产量。
然而，参考文献4既没有教导也没有建议像素的具体布局。在上述图像读取方法中，来自每行的光电二极管PD的电荷传输到浮置扩散FD并被读取。对于其它行依次进行这种操作，这经常由于行间的检测时间滞后而产生“偏移”和“失真”。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有4-Tr-像素的固态图像传感器，该传感器具有布置互连层的高自由度，并且，能很容易地增加光电二极管和复制扩散区的面积。
本发明的另一目的是提供一种具有4-Tr-像素的固态图像传感器和图像读取方法，可以在不产生“偏移”和“失真”的情况下获得良好图像。
根据本发明的一个方案，提供一种固态图像传感器，其包括在行方向和列方向排列的多个像素单元，每个像素单元包括光电转换器、用于传输由光电转换器产生的信号的第一晶体管、用于放大该信号的第二晶体管、用于使第二晶体管的输入端复位的第三晶体管、以及用于读取由第二晶体管输出的信号的第四晶体管；在行方向延伸的多个第一信号线，每个第一信号线连接到在行方向排列的像素单元的第一晶体管的栅极；和在行方向延伸的多个第二信号线，每个第二信号线连接到在行方向排列的像素单元的第四晶体管的栅极，连接到第n行的像素单元的第一晶体管的栅极的第一信号线和连接到第n+1行像素单元的第四晶体管的栅极的第二信号线由公共信号线形成，并在互相对应的第n行和第n+1行像素单元的每对中，第n行像素单元的第一晶体管的栅极和第n+1行像素单元的第四晶体管的栅极在同一导电层中形成为一个连续图形。
根据本发明的另一方案，提供一种固态图像传感器，它包括在行方向和列方向排列的多个像素单元，每个像素单元包括光电转换器、用于传输由光电转换器产生的信号的第一晶体管、用于放大信号的第二晶体管、用于使第二晶体管的输入端复位的第三晶体管、以及用于读取由第二晶体管输出的信号的第四晶体管；在行方向延伸的多个第一信号线，每个第一信号线连接到在行方向排列的像素单元的第三晶体管的栅极；和在行方向延伸的多个第二信号线，每个第二信号线连接到在行方向排列的像素单元的第四晶体管的栅极，连接到第n行的像素单元的第三晶体管的栅极的第一信号线和连接到第n+1行像素单元的第四晶体管的栅极的第二信号线由公共信号线形成，并处于互相对应的第n行和第n+1行像素单元的每对中，第n行像素单元的第三晶体管的栅极和第n+1行像素单元的第四晶体管的栅极在同一导电层中形成为一个连续图形。
根据本发明的另一方案，提供一种固态图像传感器，它包括在行方向和列方向排列的多个像素单元，每个像素单元包括光电转换器、用于传输由光电转换器产生的信号的第一晶体管、用于放大该信号的第二晶体管、用于使第二晶体管的输入端复位的第三晶体管、以及用于读取由第二晶体管输出的信号的第四晶体管；在行方向延伸的多个第一信号线，每个第一信号线连接到在行方向排列的像素单元的第一晶体管的栅极；和在行方向延伸的多个第二信号线，每个第二信号线连接到在行方向排列的像素单元的第三晶体管的栅极，连接到第n行的像素单元的第一晶体管的栅极的第一信号线和连接到第n+1行像素单元的第三晶体管的栅极的第二信号线由公共信号线形成，并处于互相对应的第n行和第n+1行像素单元的每对中，第n行像素单元的第一晶体管的栅极和第n+1行像素单元的第三晶体管的栅极在同一导电层中形成为一个连续图形。
根据本发明的再一方案，提供一种固态图像传感器，它包括在行方向和列方向排列的多个像素单元，每个像素单元包括光电转换器、用于传输由光电转换器产生的信号的第一晶体管、用于放大该信号的第二晶体管、用于使第二晶体管的输入端复位的第三晶体管、以及用于读取由第二晶体管输出的信号的第四晶体管，光电转换器和第一晶体管在列方向互相相邻，第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管在列方向互相相邻，第一晶体管的栅极、第二晶体管的栅极、第三晶体管的栅极和第四晶体管的栅极在行方向延伸，和互相相对对角地形成第一区域和第二区域，其中光电转换器和第一晶体管形成在第一区域中，第二到第四晶体管形成在第二区域中。
根据本发明的又一方案，提供一种用于固态图像传感器的图像读取方法，该固态图像传感器包括在行方向和列方向排列的多个像素单元，每个像素单元包括光电转换器、用于传输由光电转换器产生的信号的第一晶体管、用于放大信号的第二晶体管、用于使第二晶体管的输入端复位的第三晶体管、以及用于读取由第二晶体管输出的信号的第四晶体管；在行方向延伸的多个第一信号线，每个第一信号线连接到在行方向排列的像素单元的第一晶体管的栅极；和在行方向延伸的多个第二信号线，每个第二信号线连接到在行方向排列的像素单元的第四晶体管的栅极，连接到第n行的像素单元的第一晶体管的栅极的第一信号线和连接到第n+1行像素单元的第四晶体管的栅极的第二信号线由公共信号线形成，该方法包括使所有行中的光电转换器和第二晶体管全部复位；光检测时间周期之后，在所有行中将来自光电转换器的电荷经第一晶体管全部传输给第二晶体管的栅极端；和在每个行中读取信号和读取复位电压。
根据本发明的再一方案，提供一种用于固态图像传感器的图像读取方法，该固态图像传感器包括在行方向和列方向排列的多个像素单元，每个像素单元包括光电转换器、用于传输由光电转换器产生的信号的第一晶体管、用于放大信号的第二晶体管、用于使第二晶体管的输入端复位的第三晶体管、以及用于读取由第二晶体管输出的信号的第四晶体管；在行方向延伸的多个第一信号线，每个第一信号线连接到在行方向排列的像素单元的第三晶体管的栅极；和在行方向延伸的多个第二信号线，每个第二信号线连接到在行方向排列的像素单元的第四晶体管的栅极，连接到第n行的像素单元的第三晶体管的栅极的第一信号线，和连接到第n+1行像素单元的第四晶体管的栅极的第二信号线由公共信号线形成，该方法包括步骤使所有行中的光电转换器和第二晶体管全部复位；光检测时间周期之后，在所有行中将来自光电转换器的电荷经第一晶体管全部传输给第二晶体管的栅极端；和在每个行中读取信号和读取复位电压。
根据本发明的又一方案，提供一种用于固态图像传感器的图像读取方法，该固态图像传感器包括在行方向和列方向排列的多个像素单元，每个像素单元包括光电转换器、用于传输由光电转换器产生的信号的第一晶体管、用于放大该信号的第二晶体管、用于使第二晶体管的输入端复位的第三晶体管、以及用于读取由第二晶体管输出的信号的第四晶体管；在行方向延伸的多个第一信号线，每个第一信号线连接到在行方向排列的像素单元的第三晶体管的栅极；和在行方向延伸的多个第二信号线，每个第二信号线连接到在行方向排列的像素单元的第四晶体管的栅极，连接到第n行的像素单元的第三晶体管的栅极的第一信号线和连接到第n+1行像素单元的第四晶体管的栅极的第二信号线由公共信号线形成，该方法包括步骤使所有行中的光电转换器和第二晶体管全部复位；光检测时间周期之后，在所有行中将来自光电转换器的电荷经第一晶体管全部传输给第二晶体管的栅极端；和读取信号和读取比每行中的第一复位电压高的复位电压。
在根据本发明的固态图像传感器中，传输晶体管的任何两个栅极、复位晶体管的栅极和选择晶体管的栅极由相同导电层的一个连续图形形成，由此给金属互连层的布局提供裕度。相应地，可以有效地屏蔽浮置扩散区使其不被光照射。此外，可以给面积提供裕度。因而，浮置扩散区可以具有增加的面积，以便可以在不减少浮置扩散FD电容的情况下减小浮置扩散FD的PN结的电场，由此可以降低结泄漏。传输晶体管可以具有增加的栅极宽度。
共同地连接到栅极的信号线可以由栅极互连形成，因此金属互连层的布置可以具有裕度。可以专门采用第三金属互连层作为光屏蔽膜，由此可以进一步有效地进行浮置扩散区的光屏蔽。
根据本发明的上述固态图像传感器在光屏蔽浮置扩散区上特别优异并可以通过全光栅(shutter)模式读取图像。因而，通过采用全光栅模式的图像读取模式可以提供没有“偏移”和“失真”的良好图像。
图1是根据本发明第一实施例的固态图像传感器的电路图。
图2-5是表示根据本发明第一实施例的固态图像传感器结构的平面图。
图6A和6B是用于根据本发明第一实施例的固态图像传感器的图像读取方法的时序图。
图7A-7C和8是根据本发明第一实施例的固态图像传感器在制造固态图像传感器的方法的步骤中的剖视图，表示该方法。
图9-12是表示根据本发明第二实施例的固态图像传感器结构的平面图。
图13-16是表示根据本发明第三实施例的固态图像传感器结构的平面图。
图17是表示根据本发明第三实施例的改型的固态图像传感器结构的平面图。
图18-21是表示根据本发明第四实施例的固态图像传感器结构的平面图。
图22-25是表示根据本发明第五实施例的固态图像传感器结构的平面图。
图26-29是表示根据本发明第六实施例的固态图像传感器结构的平面图。
图30A-30C是根据本发明第六实施例的固态图像传感器在制造固态图像传感器的方法的步骤中的剖视图，表示该方法。
图31是表示根据本发明第六实施例的改型的固态图像传感器结构的平面图。
图32-35是表示根据本发明第七实施例的固态图像传感器结构的平面图。
图36-39是表示根据本发明第八实施例的固态图像传感器结构的平面图。
图40是根据本发明第九实施例的固态图像传感器的电路图。
图41-44是表示根据本发明第九实施例的固态图像传感器结构的平面图。
图45A和45B是用于根据本发明第九实施例的固态图像传感器图像读取方法的时序图。
图46-49是表示根据本发明第十实施例的固态图像传感器结构的平面图。
图50-53是表示根据本发明第十一实施例的固态图像传感器结构的平面图。
图54-57是表示根据本发明第十二实施例的固态图像传感器结构的平面图。
图58-61是根据本发明第十三实施例的固态图像传感器结构的平面图。
图62是常规固态图像传感器的电路图。
图63是常规固态图像传感器的图像读取方法的时序图。
具体实施例方式下面参照图1-8介绍根据本发明第一实施例的固态图像传感器。
图1是根据本例的固态图像传感器的电路图。图2-5是表示根据本发明第一实施例的固态图像传感器结构的平面图。图6A和6B是解释根据本例的固态图像传感器的图像读取方法的时序图。图7A-7C和8是根据本发明第一实施例的固态图像传感器在制造固态图像传感器的方法的步骤中的剖视图，表示该方法。
首先，参照图1-5介绍根据本例的固态图像传感器的结构。图1是根据本例的固态图像传感器的电路图。在图1中，像素阵列单元10由2×2单元像素表示。
每个像素包括光电二极管PD、传输晶体管TG、复位晶体管RST、源极跟随器晶体管SF-Tr和选择晶体管SELECT。就是说，本例的固态图像传感器是具有4-Tr-像素的固态图像传感器。
传输晶体管TG的源极端连接到光电二极管PD的阴极端。光电二极管PD的阳极端接地。传输晶体管TG的漏极连接到复位晶体管RST的源极端和源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极端。源极跟随器晶体管SF-Tr的源极端连接到选择晶体管SELECT的漏极端。
在行方向相互相邻的各个像素连接到复位(RST)线，该复位线共同地连接复位晶体管RST的栅极端。这些各自的像素连接到选择/TG线，该选择TG线共同地连接第n行像素的传输晶体管TG的栅极端和第n+1行像素的选择晶体管SELECT的栅极端。
在列方向相互相邻的各个像素连接到信号读取线和VR(复位电压)线，信号读取线共同地连接选择晶体管SELECT的源极端，VR(复位电压)线共同地连接复位晶体管RST的漏极端和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏极端。
RST线和选择/TG线连接到行选择电路12。信号读取线连接到信号读取/噪声取消器电路14。输出电路18经A/D转换器16连接到信号读取/噪声取消器电路14。VR线连接到基本上是源电压的电源，或在芯片中从源电压降低的电压的电源。
如上所述，在根据本例的固态图像传感器中，共同地连接位于第n行的各个像素的传输晶体管TG的栅极端的TG线和共同地连接位于第n+1行的各个像素的选择晶体管SELECT的栅极端的选择线由公共信号线(选择/TG线)形成。
接着，参照图2-5介绍形成图1中所示的电路的具体结构。图2是在像素阵列单元中有源区和栅极互连的布局的平面图。图3是在像素阵列单元中第一金属互连的布局的平面图。图4是在像素阵列单元中第二金属互连的布局的平面图。图5是在像素阵列单元中第三金属互连的布局的平面图。
如图2所示，由器件隔离膜22在硅衬底20中限定有源区。每个有源区具有作为用于光电二极管的区域的宽矩形区域和连接到光电二极管区域的基本拖架形区域。
在有源区上面桥接形成四个栅极28。这些栅极28从光电二极管PD的一侧分别为传输晶体管TG的栅极28TG、复位晶体管RST的栅极28RST、源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极28SF和选择晶体管SELECT的栅极28SEL。栅极28TG形成在连续到在列方向互相相邻的像素的栅极28SEL的一个图形中。栅极28TG和山栅极28RST之间的有源区是浮置扩散FD。
如图3所示，第一金属互连层50包括经接触栓48a连接到栅极28TG和栅极28SEL的选择/TG线50a、经接触栓48b、48c互连浮置扩散FD和栅极28SF的互连层50b、分别经接触栓48d、48e、48f连接到栅极28RST、复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区以及选择晶体管SELECT的源区的输出线50c、50d、50e。
如图4所示，第二金属互连层56包括经接触栓54a电连接到复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区的VR线56a，经接触栓54b电连接到选择晶体管SELECT的源区的信号读取线56b，以及经接触栓54c电连接到栅极28RST的输出线56c。
如图5所示，第三金属互连层62包括经接触栓60a电连接到栅极28RST的RST线62a。
如上所述，根据本例的固态图像传感器的主要特征在于，位于第n行的像素的传输晶体管TG的栅极28TG和位于第n+1行的像素的选择晶体管SELECT的栅极28SEL形成在一个图形中，并且选择/TG线50a由第一金属互连层50形成，VR线56a和信号读取线56b由第二金属互连层56形成，并且RST线62a由第三金属互连层62形成。
这样，甚至在选择线和TG线由公共互连层形成的情况下，互相隔开形成的栅极28TG和栅极28SEL不必由金属互连参互连。可以省去通过其连接到下层的一个接触孔的第一金属互连层50，这给金属互连层的布局提供宽裕的裕度。
因而，给面积提供裕度，并且可以给浮置扩散FD分配足够的面积。具有足够大面积的浮置扩散FD可具有良好的降低的浓度，由此减轻电场，因而可以降低结泄漏。传输晶体管TG的栅极宽度可以增大，由此传输晶体管TG可以具有小偏移的特性，并且从光电二极管输送到浮置扩散FD的电荷可以是稳定的。
只有RST线62a可由第三金属互连层62形成，由此该图形在浮置扩散FD上较厚，用于足够地遮蔽浮置扩散FD。遮蔽浮置扩散FD的必要性将在后面介绍。
下面参照图6介绍根据本例的用于固态图像传感器的图像读取方法。在本例中，图像读取方法将介绍称为全光栅模式的图像读取方法。在全光栅模式中，在像素之间没有产生光电检测时间差，如在滚动光栅模式中那样，并相应地可以获得没有“偏移”和“失真”的图像。根据本例的固态图像传感器可用于例如在参考文献4中所述的滚动光栅模式。
图6A和6B是用于根据本例的固态图像传感器的图像读取方法的时序图。图6A是第n+1行的像素的时序图。图6B是第n行像素的时序图。在各个时序图中，垂直轴表示正电压，水平轴表示时间。
首先，给所有行的RST线和选择/TG线施加信号，以便使所有行的光电二极管PD和浮置扩散FD全部复位。这样，光电二极管PD和浮置扩散FD复位，并且它们的电压增加到规定值。
然后，断开选择/TG线，和通过光电二极管开始进行光电检测。在光电二极管PD中产生电子，并且光电二极管PD的电压逐渐降低。
接着，复位信号施加于所有行的RST线，并且浮置扩散FD单独地全部复位。当复位信号施加于RST线时，浮置扩散FD复位，并且浮置扩散FD的电压规定值稳定，并反映复位电压VR。
接下来，所有行的选择/TG线导通，以便将光电二极管PD中的电荷转移给浮置扩散FD。这样，浮置扩散FD的电压降低的量对应被转移的电荷。此时，选择晶体管SELECT以及传输晶体管TG导通，并优选信号读取线与外围读取电路切断，处于高阻抗之下。
然后，在第一行上首先依次进行读取操作。在本例中，首先在第n行上进行读取操作，然后在第n+1行上进行读取操作。
首先，为了读取第n行，将选择信号施加于第n行的选择/TG线。被降低了对应储存在光电二极管PD中的电子量的电压变量ΔV的电压，即对应(复位电压VR)-(阈值电压Vth)-(电压变量ΔV)的电压输出给信号读取线(V信号读取)。
然后，复位信号施加于第n个RST线，并且浮置扩散FD复位。浮置扩散FD的电压在反映复位电压VR的规定电压稳定。该电压施加于源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极端。
在这种状态下，选择信号施加于第n行的选择线，对应(复位电压VR)-(阈值电压Vth)-(电压变量ΔV)的电压被输出到信号读取线(VR线)。
然后，VR读取电压(VR-Vth)和V信号读取电压(VR-Vth-ΔV)之间的差由信号读取/噪声取消电路12给定，并给出电压变量ΔV。这样，对于第n行的像素来说，由于各个像素的源极跟随器晶体管SF-Tr的阈值电压变量而消除了输出电压变化，由此可以准确地读取对应被光电二极管PD储存的电子的电压变量ΔV。
然后，为读取第n+1行，将选择信号施加于第n+1行的选择/TG线。这样，被降低了对应储存在光电二极管PD中的电子量的电压变量ΔV的电压，即对应(复位电压VR)-(阈值电压Vth)-(电压变量ΔV)的电压输出给信号读取线(V信号读取)。
此时，第n行的传输晶体管导通，并且电荷从光电二极管PD传输给浮置扩散FD。在没有任何不便的情况下，在下一图像检测之前进行上述全复位。
然后，复位信号施加于第n+1行的RST线，并使浮置扩散FD复位。浮置扩散FD的电压在反映复位电压VR的规定值稳定。该电压施加于源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极端。
在这种状态下，选择信号施加于第n+1行的选择线，对应(复位电压VR)-(阈值电压Vth)-(电压变量ΔV)的电压被输出到信号读取线(VR线)。
然后，VR读取电压(VR-Vth)和V信号电压(VR-Vth-ΔV)之间的差输出到信号读取线，以便给出电压变量ΔV。这样，对于第n+1行的像素，由于阈值电压的变化而取消了各个像素的源极跟随器晶体管SF-Tr的输出电压变化，由此可以准确地读取对应被光电二极管PD储存的电子的电压变量ΔV。
在各个像素上依次进行上述一串读取操作，由此可以为所有像素读取由光电二极管PD检测的光学信号。
在上述全光栅模式中，被各个像素的光电二极管储存的电荷全部传输给浮置扩散FD，并依次读取各个像素的浮置扩散FD的电荷，使浮置扩散FD保存电荷的时间延长10’S msec。相应地，用金属互连层覆盖浮置扩散FD是非常重要的，以便在备用时间期间由于光电检测使电荷量由浮置扩散FD保持，直到禁止读取为止。
如上所述，在根据本例的固态图像传感器中，在一个图形中形成第n行像素的传输晶体管TG的栅极28TG和第n+1行像素的选择晶体管TG的栅极28SEL，这给上部金属互连层的布局提供自由度。相应地，第三金属互连层可以只形成RST线，并且第三金属互连层还可具有作为光屏蔽膜的功能。这样，浮置扩散FD可以被充分光屏蔽，并且对于采用全光栅模式非常有效。
然后，下面参照图7A-7C和8介绍用于制造固态图像传感器的方法。图7A-7C和8是沿着图2的线A-A’截取的剖视图。为了参考起见，在各个剖面图的一侧示出了用于将在其中形成的外围电路晶体管的区域。
首先，用与普通半导体器件制造工艺相同的方式在硅衬底20上形成例如约250-350nm厚的器件隔离膜22，由此在像素区中形成图2中所示的基本上是托架状图形的有源区。在图2中，器件隔离膜22具有由LOCOS(硅的局部氧化)方法形成的形状，但是可以通过STI(浅沟槽隔离)方法形成。
然后，在硅衬底20中形成规定的阱区(未示出)。在其中将要形成n型晶体管的像素阵列区中，采用p型衬底，或者形成p阱。
接着，在由器件隔离膜22限定的有源区上通过热氧化形成例如厚度约为3-8nm的栅极绝缘膜24。
然后，例如通过CVD法，依次淀积掺杂磷的例如50-100nm(中心条件50nm)厚的多晶硅膜、例如100-200nm厚(中心条件150nm)的硅化钨膜、以及例如100-200nm(中心条件150nm)厚的氧化硅膜。
接着，通过光刻和干刻蚀对氧化硅膜、硅化钨膜和多晶硅膜进行构图，以便形成具有用氧化硅膜26覆盖的上表面的多晶硅硅化物(polycide)结构的栅极28。此时，在一个图形中形成传输晶体管TG的栅极28TG，其中该一个图形连续到在列方向相互相邻的像素的选择晶体管SELECT的栅极28SEL。
然后，用栅极28做掩模，例如将磷离子以10-30keV的加速能(中心条件20keV)注入到2×1013到1×1014cm-2(中心条件4×1013cm-2)的剂量，以便形成将成为n型晶体管的LDD区的杂质扩散区30。
接下来，在将要形成光电二极管PD的区域中，例如将磷离子以20-200keV的加速能(中心条件80keV)注入到1×1012到5×1013cm-2(中心条件1×1012cm-2)的剂量，以便形成掩埋n型扩散层32。器件隔离膜22和掩埋n型扩散层32互相隔开0.2μm。另一方面，掩埋n型扩散层32是通过与传输晶体管的栅极28TG进行自对准形成的。
在需要具有小的结泄漏的浮置扩散FD中，作为其中将要形成光电二极管PD的区域，可形成掩埋n型扩散层32。为了进一步降低浮置扩散FD的结泄漏，例如，可以在10-30keV的加速能和1×1014到5×1015cm-2剂量的高浓度的条件下注入磷离子。
然后，在将要形成光电二极管的区域中，例如，以5-10keV的加速能注入剂量为1×1013到1×1014cm-2的硼离子，或者以30keV的加速能注入剂量为1×1013到1×1014cm-2的BF2，以便在将要形成光电二极管的区域的表面侧中形成p+扩散层34(图7A)。p+扩散层34可以与将成为p型晶体管的LDD区的杂质扩散区(未示出)同时形成。
然后，例如通过CVD法形成例如50-150nm(中心条件100nm)厚的氧化硅膜36。
接着，通过光刻形成用于覆盖光电二极管区域和浮置扩散区的掩模(未示出)，然后各向异性刻蚀氧化硅膜36。这样，在栅极28的侧壁上形成氧化硅膜36的侧壁绝缘膜38，同时在光电二极管区域和浮置扩散区中留下氧化硅膜36。
然后，利用栅极28、氧化硅膜36和侧壁绝缘膜38作掩模，例如将磷离子以10-30keV的加速能(中心条件20keV)注入1-5×1015cm-2(中心条件2×1015cm-2)的剂量，以便形成将成为n型晶体管的源/漏区的高掺杂杂质扩散区40。
在用于将要形成p型晶体管的区域(未示出)中，例如，将硼离子以5-10keV的加速能(中心条件7keV)注入1-5×1015cm-2(中心条件2×1015cm-2)的剂量，以便形成将成为p型晶体管的源/漏区的高掺杂杂质扩散区(未示出)。
接着，通过例如溅射法淀积钛膜或钴膜，然后进行RTA(快速热退火)处理，并且除去钛膜或钴膜中未反应的部分，以便在硅暴露在该表面上的区域上选择形成金属硅化膜42。此时，在氧化硅膜36形成在其中的光电二极管区域和浮置扩散区上不形成金属硅化物42(图7B)。
然后，例如通过等离子体CVD法，淀积例如50-200nm厚的氮化硅膜(或氮氧化硅膜)44和例如700-1500nm(中心条件1000nm)厚的氧化硅膜46。
接着，通过例如CMP(化学机械抛光)法抛光氧化硅膜46的表面，以便平整氧化硅膜46。
然后，通过光刻和干刻蚀，在氧化硅膜46中和氮化硅膜44中形成接触孔46，向下直到形成在源/漏扩散层上的栅极28或金属硅化物42为止。
然后，例如通过CVD法，淀积例如10-50nm厚的钛膜、例如10-100nm的氮化钛膜、以及例如100-800nm厚的钨膜，然后进行抛光，直到露出氧化硅膜46为止，由此形成掩埋在接触孔46中的接触栓48(图7C)。
接着，通过例如溅射法在具有掩埋在其中的接触栓48的氧化硅膜46上淀积400-1000nm厚的铝合金，并构图形成第一金属互连层50。
然后，重复层间绝缘膜的淀积、通孔的形成和互连层的形成，以便形成经掩埋在层间绝缘膜52中的接触栓54连接到第一金属互连层的第二金属互连层56以及经掩埋在层间绝缘膜58中的接触栓60连接到第二金属互连层56的第三金属互连层62(图8)。
如上所述，根据本例，传输晶体管的栅极和选择晶体管的栅极形成在一个连续图形中，由此可以省去用于将第一金属互连层连接到下层的一个接触孔。这样，金属互连层的布局可以具有裕度。面积可以具有裕度，这就允许浮置扩散区具有更大的面积，可以在不降低总浮置扩散FD电容的情况下减小浮置扩散FD的PN结的电场，并降低了结泄漏。传输晶体管可以具有大栅极宽度。
只形成RST线的第三金属互连层可用做屏蔽浮置扩散区的光屏蔽膜。相应地，甚至在通过全光栅模式进行读取时，也可以获得没有“偏移”和“失真”的良好图像。
此外，根据本例的其中选择线和TG线为公共的固态图像传感器在全光栅操作时具有下列优点。在图63中所示的滚动光栅操作中，当在读取每个第n行时电荷从光电二极管PD传输到浮置扩散FD时，第n+1行的选择线也导通，以便将信号读取线与第n+1行的像素导通。此外，在读取每个第n行时都产生这种状态，并对于每次图像检测，允许对应行数量的过量电流流过。另一方面，在全光栅模式中，其中所有的TG线(相邻行的选择线)都全部被导通，只在全复位和全电荷转移(电荷从光电二极管PD转移到浮置扩散FD)时两次产生过量电流。这样，全光栅模式是具有如下优点的读取系统，即通过选择线和TG线互相公用可以使过量电流变小。
下面参照图9-12介绍根据本发明第二实施例的固态图像传感器。
图9-12是表示根据本例的固态图像传感器结构的平面图。为了避免重复或简化说明，本例中与图1中所示的根据第一实施例的固态图像传感器中相同的部件用相同的参考标记表示。
根据本例的固态图像传感器与根据第一实施例的固态图像传感器在电路图、操作和制造方法上相同，除了各个层的平面布局与根据第一实施例的固态图像传感器的平面布局不同之外。就是说，在根据本例的固态图像传感器中，公共地连接到第n行的各个像素的传输晶体管TG的栅极端的TG线与公共地连接到第n+1行的各个像素的选择晶体管SELECT的栅极端的选择线是公共信号线(选择/TG线)。
下面参照图9-12介绍根据本例的固态图像传感器的结构。图9是在像素阵列单元中有源区和栅极互连的布局的平面图。图10是第一金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图11是第二金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图12是第三金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。
如图9所示，在硅衬底10上由器件隔离膜22限定有源区。每个有源区包含作为光电二极管区域的宽矩形区，和连续到光电二极管区域的基本上是托架形的区域。
四个栅极28在有源区上方形成桥路。这些栅极28从光电二极管区域一侧依次为传输晶体管TG的栅极28TG、复位晶体管RST的栅极28RST、源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极28SF、以及选择晶体管SELECT的栅极28SEL。选择TG线28a由与栅极28相同的导电层(栅极互连)形成，并且选择/TG线28a、连接到选择/TG线28a的栅极28TG和连接到选择/TG线28a的栅极28SEL形成在一个图形中。
如图10所示，第一金属互连层50包括经接触栓48d连接到栅极28RST的RST线50f、经接触栓48b和接触栓48c将浮置扩散FD区连接到栅极28SF的互连层50b、以及分别经接触栓48e和接触栓48f分别连接到复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区和选择晶体管SELECT的源区的输出线50d、50e。
如图11所示，第二金属互连层56包括经接触栓54a电连接到复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区的VR线56a、和经接触栓54b电连接到选择晶体管SELECT的源区的信号读取线56b。
如图12所示，第三金属互连层62不形成信号线而是形成光屏蔽膜62，该光屏蔽膜62覆盖包含浮置扩散FD区的像素的其余区域。在不通过全光栅模式进行读取操作的情况下，可以不必形成光屏蔽膜62b。
如上所述，根据本例的固态图像传感器的特征主要在于，选择/TG线28a由栅极互连形成，并且连接到选择/TG线28a的栅极28TG和连接到选择/TG线28a的栅极28SEL形成在一个连续图形中，RST线50f由第一金属互连层50形成，VR线56a和信号读取线56b由第二金属互连层56形成，并且光屏蔽膜62b由第三金属互连层61形成。
这样，如在第一实施例中那样，上部金属互连层可以具有布局自由度。第三金属互连层不形成信号线，而是只用做光屏蔽膜。因而，可以有效地屏蔽浮置扩散FD，这对于采用全光栅模式非常有效。
如上所述，根据本例，选择/TG线、传输晶体管的栅极和选择晶体管的栅极形成在一个连续图形中，这给金属互连层的布局提供了裕度。面积也具有裕度，这允许浮置扩散区具有较宽的面积，并且可以减少结泄漏。传输晶体管可具有更大的栅极宽度。
第三金属互连层不必形成信号线，而是用于形成光屏蔽膜。相应地，可以通过全光栅模式进行读取，并且可以获得没有“偏移”和“失真”的良好图像。
下面参照图13-16介绍根据本发明第三实施例的固态图像传感器。
图13-16是表示根据本例的固态图像传感器结构的平面图。为了避免重复或简化说明，本例中与根据第一和第二实施例的固态图像传感器中相同的部件用相同的参考标记表示。
根据本例的固态图像传感器与根据第一实施例的固态图像传感器在电路图、操作和制造方法上相同，除了各个层的布局与根据第一实施例的不同之外。就是说，在根据本例的固态图像传感器中，共同地连接到第n行的各个像素的传输晶体管TG的栅极端的TG线与共同地连接到第n+1行的各个像素的选择晶体管SELECT的栅极端的选择线是公共信号线(选择/TG线)。
下面参照图13-16介绍根据本例的固态图像传感器的结构。图13是在像素阵列单元中有源区和栅极互连的布局的平面图。图14是第一金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图15是第二金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图16是第三金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。
如图13所示，在硅衬底20上由器件隔离膜22限定有源区。每个有源区包含作为光电二极管区域的宽矩形区和连续到光电二极管区域的基本上托架形的区域。鉴于根据第一和第二实施例的固态图像传感器的有源区，根据本例的固态图像传感器的有源区是前者，只是逆时针旋转90°。
四个栅极28在有源区上方形成桥路。这些栅极28从光电二极管区域一侧依次为传输晶体管TG的栅极28TG、复位晶体管RST的栅极28RST、源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极28SF、以及选择晶体管SELECT的栅极28SEL。栅极28TG形成在连续到在列方向互相相邻的像素的栅极28SEL的一个图形中。
如图14所示，第一金属互连层50包括经接触栓48d连接到栅极28TG和栅极28SEL的选择/TG线50a、经接触栓48b和接触栓48c连接浮置扩散FD区和栅极28SF的互连层50b、以及分别经接触栓48d、48e和48f分别连接到栅极28RST、复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区以及选择晶体管SELECT的源区的输出线50c、50d、50e。
如图15所示，第二金属互连层56包括经接触栓54a电连接到复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区的VR线56a、经接触栓54b电连接到选择晶体管SELECT的源区的信号读取线56b、以及经接触栓54c电连接到栅极28RST的输出线56c。
如图16所示，第三金属互连层62包括经接触栓60a电连接到栅极28RST的RST线62a。
如上所述，在根据本例的固态图像传感器以及根据第一实施例的固态图像传感器中，栅极28TG和栅极28SEL形成在一个连续图形中，选择/TG线50a由第一金属互连层50形成，VR线56a和信号读取线56b由第二金属互连层56形成，并且RST线62a由第三金属互连层62形成。
根据本例的固态图像传感器的特征主要在于栅极上述有布局。如图13所示，在每个像素的区域内的右侧，在列方向互相平行形成栅极28RST、栅极28SF以及栅极28SEL。在每个像素的区域内的左侧，在列方向相邻形成栅极28TG和光电二极管PD。所有栅极都在行方向延伸，即栅极宽度在行方向延伸。
栅极28的这种布局可以设置在行方向延伸的浮置扩散FD，保证光电二极管PD的面积，和浮置扩散FD可以具有较大的面积。栅极28TG沿着浮置扩散FD的延伸方向(行方向)设置，这有利于增大传输晶体管TG的沟道宽度。传输晶体管TG位于像素的上端附近的部分，选择晶体管SELECT位于每个像素的下端附近的部分，这有利于栅极28TG和栅极28SEL之间的连接。
如上所述，根据本例，传输晶体管的栅极、源极跟随器晶体管的栅极和选择晶体管的栅极在列方向互相平行形成，并且传输晶体管的栅极和光电二极管在列方向相邻形成，由此浮置扩散可具有增加的面积，同时光电二极管的面积保持不变。一个像素的传输晶体管和相邻像素的选择晶体管互相相邻设置，这有利于它们的连接。
在本例中，在列方向互相相邻的像素的栅极28TG和栅极28SEL在一个连续图形中形成。然而，如图17所示，互相对角相邻的像素的栅极28TG和栅极28SEL可以形成在一个连续图形中，这就可以使栅极互连长度更短。
下面将参照图18-21介绍根据本发明第四实施例的固态图像传感器。
图18到21是表示根据本例的固态图像传感器结构的平面图。为了避免重复或简化说明，本例中与根据第一实施例的固态图像传感器相同的部件用相同的参考标记表示。
根据本例的固态图像传感器与根据第一实施例的固态图像传感器在电路图、操作和制造方法上相同，除了各个层的布局与根据第一实施例的固态图像传感器的不同之外。就是说，在根据本例的固态图像传感器中，共同地连接到第n行的各个像素的传输晶体管TG的栅极端的TG线与共同地连接到第n+1行的各个像素的选择晶体管SELECT的栅极端的选择线是公共信号线(选择/TG线)。
下面参照图18-21介绍根据本例的固态图像传感器的结构。图18是在像素阵列单元中有源区和栅极互连的布局的平面图。图19是第一金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图20是第二金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图21是第三金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。
如图18所示，在硅衬底20上由器件隔离膜22限定有源区。每个有源区包括作为光电二极管区域的宽矩形区和连续到光电二极管区域的基本上是托架形的区域。
在每个有源区中，四个栅极28在有源区上方形成桥路。这些栅极28从光电二极管区域的一侧依次为传输晶体管TG的栅极28TG、复位晶体管RST的栅极28RST、源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极28SF、以及选择晶体管SELECT的栅极28SEL。栅极28TG形成在连续到在列方向互相相邻的像素的栅极28SEL的一个图形中。
如图19所示，第一金属互连层50包括经接触栓48a连接到栅极28TG和栅极28SEL的选择/TG线、经接触栓48b和接触栓48c连接浮置扩散FD区和栅极28SF的互连层50b、以及分别经接触栓48d、48e和48f分别连接到栅极28RST、复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区以及选择晶体管SELECT的源区的输出线50c、50d、50e。
如图20所示，第二金属互连层56包括经接触栓54a电连接到复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区的VR线56a、经接触栓54b电连接到选择晶体管SELECT的源区的信号读取线56b、以及经接触栓54c电连接到栅极28RST的输出线56c。
如图21所示，第三金属互连层62包括经接触栓60a电连接到栅极28RST的RST线62a。
如上所述，在根据本例的固态图像传感器以及根据第一实施例的固态图像传感器中，栅极28TG和栅极28SEL形成在一个连续图形中，选择/TG线50a由第一金属互连层50形成，VR线56a和信号读取线56b由第二金属互连层56形成，并且RST线62a由第三金属互连层62形成。
根据本例的固态图像传感器的特征主要在于栅极28上述具有布局。如图18所示，栅极28TG位于像素的右上端附近，栅极28SEL位于像素的左下端附近，栅极28TG形成在连续到在对角方向互相相邻的像素的栅极28SFL的一个图形中。栅极28SF和栅极28SEL在行方向互相平行形成。栅极28如此排列，由此栅极28TG和栅极28SEL的沟道长度可以很大，并且光电二极管PD的面积保持不变。这样，这些晶体管的阈值电压可以很低。源极跟随器晶体管SF-Tr的低阈值电压可以使信号电压(VR-Vth)增高，并且可以获得大信号范围。传输晶体管TG的低阈值电压可以使信号电荷从光电二极管PD传输到浮置扩散FD。
如上所述，根据本例，在对角方向互相相邻的传输晶体管的栅极和选择晶体管的栅极形成在一个连续图形中，由此可以使传输晶体管和复位晶体管的沟道长度很长，并且光电二极管的面积保持不变。这样，这些晶体管可以具有低阈值电压Vth。
下面将参照图22-25介绍根据本发明第五实施例的固态图像传感器。
图22到25是表示根据本例的固态图像传感器结构的平面图。为了避免重复或简化说明，本例中与根据第一实施例的固态图像传感器相同的部件用相同的参考标记表示。
下面参照图22-25介绍根据本例的固态图像传感器的结构。图22是在像素阵列单元中有源区和栅极互连的布局的平面图。图23是第一金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图24是第二金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图25是第三金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。
如图22所示，在硅衬底20上由器件隔离膜22限定有源区。每个有源区包括作为光电二极管区域的宽矩形区和连续到光电二极管区域的基本上是托架形的区域。鉴于根据第一实施例和第二实施例的固态图像传感器的有源区，根据本例的固态图像传感器的有源区是根据前者的固态图像传感器的有源区，它只是逆时针方向旋转了90度。
在每个有源区中，四个栅极28在有源区上方形成桥路。这些栅极从光电二极管区域的一侧依次为传输晶体管TG的栅极28TG、复位晶体管RST的栅极28RST、源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极28SF、以及选择晶体管SELECT的栅极28SEL。选择/TG线28由形成栅极28的相同导电层(栅极互连)形成，选择/TG线28a、连接到选择/TG线28a的栅极28TG以及连接的选择/TG线28a的栅极28SEL形成在一个图形中。
如图23所示，第一金属互连层50包括经接触栓48d连接到栅极28RST的RST线、经接触栓48b和接触栓48c连接浮置扩散FD区和栅极28SF的互连层50b、以及分别经接触栓48e和48f分别连接到复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区以及选择晶体管SELECT的源区的输出线50d、50e。
如图24所示，第二金属互连层56包括经接触栓54a电连接到复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区的VR线56a以及经接触栓54b电连接到选择晶体管SELECT的源区的信号读取线56b。
如图25所示，第三金属互连层62不形成信号线而是形成暴露光电二极管PD区和覆盖包含浮置扩散FD的像素的复位区的光屏蔽膜62b。
如上所述，在根据本例的固态图像传感器以及根据第二实施例的固态图像传感器中，选择/TG线28由栅极互连形成，并且连接到选择/TG线28a的栅极28TG和连接的选择/TG线18a的栅极28SEL形成在一个连续图形中。RST线50f由第一金属互连层50形成，VR线56a和信号读取线56b由第二金属互连层56形成，并且光屏蔽膜62b由第三金属互连层62形成。有源区和栅极28的布局与根据第三实施例的固态图像传感器的布局相同。
如上所述，在根据本例的固态图像传感器以及根据第二实施例的固态图像传感器中，金属互连层的布局可具有自由度，并且第三金属互连层可单独用于光屏蔽膜。这样，可以有效地屏蔽浮置扩散区，这对于采用全光栅模式非常有效。
与根据第三实施例的固态图像传感器一样，浮置扩散区的面积可以很大，而光电二极管的面积保持不变。一个像素的传输晶体管可以设置在与其相邻的像素的选择晶体管附近，这有利于它们的连接。
下面将参照图26-29介绍根据本发明第六实施例的固态图像传感器。
图26到29是表示根据本例的固态图像传感器结构的平面图。为了避免重复或简化说明，本例中与图1-25中所示的根据第一到第五实施例的固态图像传感器相同的部件用相同的参考标记表示。
根据本例的固态图像传感器与根据第一实施例的固态图像传感器在电路图、操作和制造方法上相同，除了各个层的布局与根据第一实施例的不同之外。就是说，同样在根据本例的固态图像传感器中，共同地连接到第n行的各个像素的传输晶体管TG的栅极端的TG线与共同地连接到第n+1行的各个像素的选择晶体管SELECT的栅极端的选择线是公共信号线(选择/TG线)。
接下来，下面参照图26-29介绍根据本例的固态图像传感器的结构。图26是在像素阵列单元中有源区和栅极互连的布局的平面图。图23是第一金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图24是第二金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图25是第三金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。
如图26所示，在硅衬底20上由器件隔离膜22限定有源区。每个有源区包括作为光电二极管区域的宽矩形区和连续到光电二极管区域的基本上是托架形的区域。鉴于根据第一实施例和第二实施例的固态图像传感器的有源区，根据本例的固态图像传感器的有源区是根据前者的固态图像传感器的有源区，它只是逆时针方向旋转了90度。
在每个有源区中，四个栅极28在有源区上方形成桥路。这些栅极28从光电二极管区域的一侧依次为传输晶体管TG的栅极28TG、复位晶体管RST的栅极28RST、源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极28SF、以及选择晶体管SELECT的栅极28SEL。选择/TG线28a由形成栅极28的相同导电层(栅极互连)形成，并且选择/TG线28a、连接到选择/TG线28a的栅极28TG以及连接的选择/TG线28a的栅极28SEL形成在一个图形中。
如图27所示，第一金属互连层50包括经接触栓48d连接到栅极28RST的RST线50f、经接触栓48b和接触栓48c连接浮置扩散FD区和栅极28SF的互连层50b、以及分别经接触栓48e和48f分别连接到复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区以及选择晶体管SELECT的源区的输出线50d、50e。
如图28所示，第二金属互连层56包括经接触栓54a电连接到复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区的VR线56a以及经接触栓54b电连接到选择晶体管SELECT的源区的信号读取线56b。
如图29所示，第三金属互连层62不形成信号线而是形成暴露光电二极管PD区和覆盖包含浮置扩散FD的像素的复位区的光屏蔽膜62。
如上所述，在根据本例的固态图像传感器以及根据第二实施例的固态图像传感器中，选择/TG线28a由栅极互连形成，并且连接到选择/TG线28a的栅极28TG和连接的选择/TG线28a的栅极28SEL形成在一个连续图形中，RST线50f由第一金属互连层50形成，VR线56a和信号读取线56b由第二金属互连层56形成，并且光屏蔽膜62b由第三金属互连层62形成。
这样，在根据本例的固态图像传感器以及根据第二实施例的固态图像传感器中，金属互连层的布局可具有自由度，并且第三金属互连层可单独用于光屏蔽膜。这样，可以有效地屏蔽浮置扩散区，这对于采用全光栅模式非常有效。
与根据第五实施例的固态图像传感器一样，栅极28RST、栅极28SF和栅极28SEL在像素的右侧区域中相互平行形成。尤其是在根据本例的固态图像传感器中，通过与栅极28的自对准形成接触孔，这就允许栅极28之间的间距很小。在根据第五实施例的固态图像传感器中，相应地，连接到浮置扩散FD的接触栓48b必须位于光电二极管的上端(见图23)。然而，在根据本例的固态图像传感器中，接触栓48b、48e和48f可与栅极28RST、栅极28SF和栅极28SEL相邻设置，由此光电二极管PD和浮置扩散FD可具有更大的面积。传输晶体管还可具有更长的栅极长度，并且可以降低阈值电压Vth。
然后，下面参照图30A-30C介绍根据本例的固态图像传感器的制造方法。
首先，利用例如与图7A和7B中所示的根据第一实施例的固态图像传感器的制造方法相同的方式，在硅衬底20上形成器件隔离膜22、栅极28、金属硅化物膜42、氧化硅膜36等。此时，在对栅极28进行构图之前，预先从其中将要形成栅极28的接触的部分除去氧化硅膜36。当形成覆盖外围电路晶体管的栅极28的侧壁的侧壁绝缘膜38时(图30A)，留下像素中的氧化硅膜36。
然后，例如通过CVD法，依次淀积例如70nm厚的氮化硅膜(氮氧化硅膜)44和例如700-1500nm(中心条件1000nm)厚的氧化硅膜45’。
接着，例如通过CMP法对氧化硅膜45’的表面进行抛光，以便平整氧化硅膜45’。
接下来，通过光刻和干刻蚀在氧化硅膜45’、氮化硅膜44和氧化硅膜36中形成接触孔46’。在保证互相之间的刻蚀选择比的刻蚀条件下，依次刻蚀氧化硅膜45’、氮化硅膜44和氧化硅膜36。这样，可以通过与栅极28自对准的方式打开栅极28RST和栅极28SF之间以及栅极28SEL和选择/TG线28a之间的接触孔。此时，留下将要作为侧壁绝缘膜38的氧化硅膜36，以便栅极28不暴露于接触孔46’中。
然后，例如通过CVD法淀积厚度例如约为300nm的磷掺杂多晶硅膜，然后通过CMP法进行抛光，直到露出氧化硅膜45’的表面为止，由此形成掩埋在接触孔46’中的接触栓48’(如30B)。
然后，在具有掩埋在其中的接触栓48’的氧化硅膜45’上，通过例如CVD法淀积例如约200-500nm厚(中心条件500nm)的氧化硅膜45”。
接着，通过光刻和干刻蚀在氧化硅膜45”、45’氮化硅膜44和氧化硅膜36中形成接触孔46”。此时，在能确保这些膜之间的刻蚀选择比的条件下依次刻蚀氧化硅膜45”、45’氮化硅膜44和氧化硅膜36。
然后，例如通过CVD法淀积例如10-50nm厚的钛膜、例如10-100nm厚的氮化钛膜、和例如100-800nm厚的钨膜，然后通过CMP法进行抛光，直到露出氧化硅膜45”为止，由此形成被掩埋在接触孔46”中的接触栓48”。
接着，例如用与图8中所示的根据第一实施例的固态图像传感器的制造方法相同的方式，形成第一到第三金属互连层。
如上所述，根据本例的固态图像传感器以及根据第二实施例的固态图像传感器，金属互连层的布局可以具有自由度，并且第三金属互连层可单独用做光屏蔽膜。这样，可以有效地屏蔽浮置扩散区，这对于使用全光栅模式非常有效。
与在根据第三实施例的固态图像传感器中一样，浮置扩散区可以具有较大面积，并且光电二极管的面积保持不变。一个像素的传输晶体管和与该像素相邻的像素的选择晶体管可以互相相邻设置，这有利于它们的连接。
衬底接触是通过自对准接触技术形成的，这允许栅极更靠近设置，由此使光电二极管PD和浮置扩散FD可具有较大面积。传输晶体管的栅极长度可以更长，这可以降低阈值电压。
在本例中，栅极28RST和栅极28SF之间的接触、以及栅极28SEL和选择/TG线28a之间的接触自对准。然而，如图31所示，栅极28TG和栅极28RST之间的接触可以自对准，由此传输晶体管的栅极长度可以进一步变长。
下面将参照图32-35介绍根据本发明第七实施例的固态图像传感器。
图32到35是表示根据本例的固态图像传感器结构的平面图。为了避免重复或简化说明，本例中与图1-31中所示的根据第一到第六实施例的固态图像传感器相同的部件用相同的参考标记表示。
根据本例的固态图像传感器与根据第一实施例的固态图像传感器在电路图、操作和制造方法上相同，除了各个层的布局与根据第一实施例的固态图像传感器的不同之外。就是说，在根据本例的固态图像传感器中，共同地连接到第n行的各个像素的传输晶体管TG的栅极端的TG线与共同地连接到第n+1行的各个像素的选择晶体管SELECT的栅极端的选择线是公共信号线(选择/TG线)。
下面参照图32-35介绍根据本例的固态图像传感器的结构。图32是在像素阵列单元中有源区和栅极互连的布局的平面图。图33是第一金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图34是第二金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图35是第三金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。
如图32所示，在硅衬底20上由器件隔离膜22限定有源区。每个有源区包含作为光电二极管区域的宽矩形区和连续到光电二极管区域的基本上托架形的区域。
在每个有源区中，四个栅极28在有源区上方形成桥路。这些栅极从光电二极管区域的一侧依次为传输晶体管TG的栅极28TG、复位晶体管RST的栅极28RST、源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极28SE、以及选择晶体管SELECT的栅极28SEL。栅极28TG形成在连续到在列方向互相相邻的像素的栅极28SEL的一个图形中。
如图33所示，第一金属互连层50包括经接触栓48a连接到栅极28TG的选择/TG线、经接触栓48b和接触栓48c连接浮置扩散FD区和栅极28SF的互连层50b、以及分别经接触栓48e和48f分别连接到栅极28RST、复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区以及选择晶体管SELECT的源区的输出线50c、50d、50e。
如图34所示，第二金属互连层56包括经接触栓54a电连接到复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区的VR线56a、经接触栓54b电连接到选择晶体管SELECT的源区的信号读取线56b以及经接触栓54c电连接到栅极28RST的输出线56c。
如图35所示，第三金属互连层62包括经接触栓60a电连接到栅极28RST的RST线62a。
这里，根据本例的固态图像传感器的主要特征在于形成每个有源区，桥接互相相邻的像素区。即，在根据本例的固态图像传感器中，光电二极管PD和栅极28TG设置在一个像素区中，这与根据第一到第六实施例的固态图像传感器的相同，并且其余的构成部件设置在与所述一个像素区相邻的另一像素区中。
有源区如此布置，由此可以很容易地增大浮置扩散FD的面积和传输晶体管TG的沟道宽度。栅极28相对于浮置扩散FD设置，如图23所示，由此可以使由于栅极28的失对准造成的浮置扩散FD的面积变化很小。
如上所述，根据本例，形成一个像素的有源区，并桥接两个单元像素区，这有利于增加浮置扩散区的面积和传输晶体管的沟道宽度。可以很容易地使由于栅极的失对准造成的浮置扩散FD的面积变化很小。
下面将参照图36-39介绍根据本发明第八实施例的固态图像传感器。
图36到39是表示根据本例的固态图像传感器结构的平面图。为了避免重复或简化说明，本例中与图1-35中所示的根据第一到第七实施例的固态图像传感器相同的部件用相同的参考标记表示。
根据本例的固态图像传感器与根据第一实施例的固态图像传感器在电路图、操作和制造方法上相同，除了各个层的布局与根据第一实施例的固态图像传感器的不同之外。就是说，在根据本例的固态图像传感器中，共同地连接第n行的各个像素的传输晶体管TG的栅极端的TG线与共同地连接第n+1行的各个像素的选择晶体管SELECT的栅极端的选择线是公共信号线(选择/TG线)。
下面参照图36-39介绍根据本例的固态图像传感器的结构。图36是在像素阵列单元中有源区和栅极互连的布局的平面图。图37是第一金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图38是第二金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图39是第三金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。
如图36所示，在硅衬底20上由器件隔离膜22限定有源区。每个有源区包含作为光电二极管区域的宽矩形区和连续到光电二极管区域的基本上是托架形的区域。
在每个有源区中，四个栅极28在有源区上方形成桥路。这些栅极从光电二极管区域的一侧依次为传输晶体管TG的栅极28TG、复位晶体管RST的栅极28RST、源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极28SF、以及选择晶体管SELECT的栅极28SEL。
如图37所示，第一金属互连层50包括经接触栓48g连接到栅极28TG和栅极28SF的选择/TG线50a、经接触栓48b和接触栓48c连接浮置扩散FD区和栅极28SF的互连层50b、以及分别经接触栓48d、48e和48f分别连接到栅极28RST、复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区以及选择晶体管SELECT的源区的输出线50c、50d、50e。
如图38所示，第二金属互连层56包括经接触栓54c电连接到栅极28RST的RST线56d、经接触栓54d连接到复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区的输出线56e以及经接触栓54e电连接到选择晶体管SELECT的源区的输出线56f。
如图39所示，第三金属互连层62包括经接触栓60b连接到复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区的VR线62c、以及经接触栓60c电连接到选择晶体管SELECT的源区的信号读取线62d。
如上所述，根据本例，选择/TG线由第一金属互连层形成，RST线由第二金属互连层形，并且VR线和信号读取线由第三金属互连层形成，由此该固态图像传感器可包括具有公用的选择线和TG线的4-Tr-像素。
下面将参照图40-45B介绍根据本发明第九实施例的固态图像传感器。
图40是根据本例的固态图像传感器的电路图。图41-44是根据本例的固态图像传感器的平面图。图45A和45B是解释根据本例的固态图像传感器的图像读取方法的时序图。
为了避免重复或简化说明，本例中与图1-39中所示的根据第一到第八实施例的固态图像传感器相同的部件用相同的参考标记表示。
首先，参照图40-44介绍根据本例的固态图像传感器的结构。图40是根据本例的固态图像传感器的电路图。在图40中，像素阵列单元10由2×2单元像素表示。
每个像素包括光电二极管PD、传输晶体管TG、复位晶体管RST、源极跟随器晶体管SF-Tr以及选择晶体管SELECT。就是说，根据本例的固态图像传感器是具有4-Tr-像素的固态图像传感器。
光电二极管PD的阴极端连接到传输晶体管TG的源极端。光电二极管PD的阳极端接地。传输晶体管TG的漏极端连接到复位晶体管RST的源极端和源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极端。源极跟随器晶体管SF-Tr的源极端连接到选择晶体管SELECT的漏极端。
在行方向互相相邻的各个像素连接到TG线，该TG线公共地连接传输晶体管TG的栅极端。各个像素连接到选择/RST线，该选择/RST线公共地连接第n行像素的复位晶体管RST的栅极端和第r+1行像素的选择晶体管SELECT的栅极端。
在列方向互相相邻的各个像素连接到公共地连接选择晶体管SELECT的源极端的信号读取线以及公共地连接复位晶体管RST的漏极端和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏极端的VR(复位电压)线。
TG线和选择/RST线连接到行选择电路12。信号读取线连接到信号读取/噪声取消器电路14。信号读取/噪声取消器电路14经A/D转换器16连接到输出电路18。VR线连接到基本上为源电压的电源或其电压低于源电压的电源。
如上所述，在根据本例的固态图像传感器中，公共地连接第n行像素的复位晶体管RST的栅极端的RST线、和公共地连接第n+1行像素的选择晶体管的栅极端的选择线由公共信号线(选择/RST线)形成。
然后，下面参照图41-44具体介绍用于形成图40中所示的电路的固态图像传感器的结构。图41是在像素阵列单元中有源区和栅极互连的布局的平面图。图42是第一金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图43是第二金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图44是第三金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。
如图41所示，在硅衬底20上由器件隔离膜22限定有源区。每个有源区包含作为光电二极管区域的宽矩形区和连续到光电二极管区域的基本上是托架形的区域。
在每个有源区中，四个栅极28在有源区上方形成桥路。这些栅极从光电二极管区域的一侧依次为传输晶体管TG的栅极28TG、复位晶体管RST的栅极28RST、源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极28SF、以及选择晶体管SELECT的栅极28SEL。栅极28RST形成在连续到在列方向的相邻像素的栅极28SEL的一个图形中。
如图42所示，第一金属互连层50包括经接触栓48a连接到栅极28RST和栅极28SEL的选择/RST线50g、经接触栓48b和接触栓48c连接浮置扩散FD区和栅极28SF的互连层50b、以及分别经接触栓48d、48e和48f分别连接到栅极28TG、复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区以及选择晶体管SELECT的源区的输出线50h、50d、50e。
如图43所示，第二金属互连层56包括经接触栓54c电连接到复位晶体管RST的漏区的VR线56a、经接触栓54b电连接到选择晶体管SELECT的源区的信号读取线56b、以及经接触栓54f电连接到栅极28TG的输出线56g。
如图44所示，第三金属互连层62包括经接触栓60d连接到栅极28TG的TG线62e。
如上所述，根据本例的固态图像传感器的主要特征在于第n行像素的复位晶体管RST的栅极28RST和第n+1行像素的选择晶体管SELECT的栅极28SEL形成在一个图形中，并且第一金属互连层50形成选择/RST线50g，第二金属互连层56形成VR线56a和信号读取线56b，第三金属互连层62形成TG线62e。
这样，即使在选择线和RST线形成在公共互连层中的情况下，也不必通过金属互连层互连互相隔开的栅极28RST和栅极28SEL。因而，可以省去用于将第一金属互连层50连接到下层的一个接触孔，这就给金属互连层的布局提供裕度。
还给面积提供裕度，并且浮置扩散区可具有足够的面积，而且具有足够面积的浮置扩散FD可降低阱浓度，由此减轻电场。因而，可以降低结泄漏。还可以使传输晶体管的栅极宽度变大。
如图41所示，栅极28RST、栅极28SF和栅极28SEL在像素右侧、在列方向互相平行形成。在像素的左侧区域中，栅极28TG和光电二极管PD在列方向相邻形成。所有栅极都在行方向设置，例如，栅极宽度在行方向排列。栅极28如此设置，由此光电二极管PD的面积保持不变，浮置扩散FD可以在行方向延伸，并且面积可以变大。栅极28TG沿着浮置扩散FD的延伸方向设置，由此传输晶体管的沟道宽度很容易变大。复位晶体管RST位于上端附近的位置，由此可以很容易进行栅极28RST和栅极28SEL之间的连接。
然后，参照图45A和45B介绍根据本例的固态图像传感器的图像读取方法。在本例中，将介绍称为全光栅模式的图像读取方法。在全光栅模式中，不会象滚动光栅模式那样在像素之间产生光检测时间差，并且可以获得没有“偏移”和“失真”的良好图像。根据本例的固态图像传感器可适用于例如在参考文献4中所述的滚动光栅模式。
图45A和45B是解释根据本例的固态图像传感器的图像读取方法的时序图。图45A是第n+1行像素的时序图。图45B是第n行像素的时序图。在图45A和45B中，在垂直轴上表示正电压，在水平轴上表示时间。
首先，将信号施加于所有行的TG线和选择/RST线，以便全部留下所有行的光电二极管PD和浮置扩散FD。光电二极管PD和浮置扩散FD复位，并且它们的电压增加到预定值。
然后，当施加于TG线的复位信号断开时，光电二极管PD开始进行光电检测。在光电二极管PD中产生电子，并且光电二极管PD的电压逐渐降低。
接着，复位信号全施加于所有行的选择/RST线，以便只复位浮置扩散FD。当复位信号施加于选择/RST线时，浮置扩散FD复位，浮置扩散FD的电压稳定在反映复位电压VR(＝VR1)的预定值。
然后，所有行的TG线导通，以便将光电二极管PD中的电荷传输给浮置扩散FD。这样，浮置扩散FD的电压降低了被传输电荷的量。
当浮置扩散FD全复位时，选择晶体管SELECT与复位晶体管RST一起导通。因而，优选使信号读取线保持在高阻抗状态，其中信号读取线与外围电路切断。
然后，在第一行连续进行读取操作。在本例中，例如首先在第n行进行读取操作，然后在第n+1行进行读取操作。
首先，为了读取第n行，选择信号施加于第n行的选择/RST线。然后，降低了对应储存在光电二极管PD中的电子量的电压变量ΔV的电压，即对应(复位电压VR)-(阈值电压Vth)-(电压变量ΔV)的电压被输出到信号读取线(V信号读取)。
然后，当复位信号施加于第n行的选择/RST线时，浮置扩散FD复位，并且浮置扩散FD的电压稳定在反映复位电压VR(＝VR2)的预定值。这个电压施加于源极跟随器晶体管SF＝Tr的栅极端。对应(复位电压VR)-(阈值电压Vth)的电压输出到信号读取线(VR读取)。
接着，由信号读取/噪声取消器电路12提供VR读取电压(VR-Vth)和V信号读取电压(VR-Vth-ΔV)之间的差，并提供电压变量ΔV。这样，对于第n行的像素，消除了产生各个像素的源极跟随器晶体管SF-Tr的阈值电压变化的输出电压变化，并可以准确读取对应储存在光电二极管PD中的电子量的电压变量ΔV。
然后，为读取第n+1行，选择信号施加于第n+1行的选择/RST线。然后，被降低了对应储存在光电二极管PD中的电子量的电压变量ΔV的电压，即(复位电压VR)-(阈值电压Vth)-(电压变量ΔV)被输出到信号读取线(V信号读取)。
此时，第n行的复位晶体管RST导通，并且在无任何问题的情况下浮置扩散FD复位，这是因为已经读取了第n行。
然后复位信号施加于第n+1行的选择/RST线，并且浮置扩散FD复位。浮置扩散FD的电压稳定在反映复位电压VR(＝VR2)的预定电压。这个电压施加于源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极端。然后，对应(复位电压VR)-(阈值电压Vth)的电压输出到信号读取线(VR读取)。
接着，由信号读取/噪声取消器电路12提供VR读取电压(VR-Vth)和V信号读取电压(VR-Vth-ΔV)之间的差，并提供电压变量ΔV。这样，对于第n+1行的像素，消除了产生各个像素的源极跟随器晶体管SF-Tr的阈值电压变化的输出电压变化，并可以准确读取对应储存在光电二极管PD中的电子量的电压变量ΔV。
对各个像素依次进行上述一系列的读取操作，由此可以读取由光电二极管PD检测到的光信号。
在上述光电检测-读取序列中，当在第n+1行上进行“VR读取”时，具有与第n行的RST线公用的信号的第n+1行的选择线被导通，这样就存在VR-Vth(n+1)-ΔV(n+1)从第n+1行输出到信号读取线的可能性。尤其是，当光量很小(暗)时，ΔV(n+1)≈0V，并且当Vth(n+1)大大小于Vth(n)时，从第n行读取的VR为VR-Vth(n)＜VR-Vth(n+1)。
这就可能从第n行读取的VR被第n+1行阻止。
为了防止这种事情的发生，用于全复位的复位电压VR＝VR1和用于从各个行读取的复位电压VR2可以变为VR1＜VR2。这样，通过从第n行的“VR读取”，即使在第n+1行的选择线导通，将要从第n行输出的VR读取电压(VR2-Vth(n))可以保持不受影响。具体而言，当VR2＝VR1+0.1V或更高时，VR2-Vth(n)＞VR1-Vth(n+1)。可以在没有故障的情况下进行从第n行的读取操作。
在全光栅模式中，储存在各个像素的光电二极管PD中的电荷全部转移到浮置扩散FD，然后各个像素的浮置扩散FD的电荷依次被读取。因而，电荷必须保持在浮置扩散FD中的时间周期延长了10s msec。为了防止在备用读取的时间内由于光电检测造成的浮置扩散FD中的电荷量的变化，用金属互连层覆盖浮置扩散FD是非常重要的。
如上所述，在根据本例的固态图像传感器中，第n行的复位晶体管的栅极和第n+1行的选择晶体管SELECT的栅极28SEL都形成在一个图形中，由此上金属互连层可以具有自由度。这允许第三金属互连层单独形成RST线，允许第三金属互连层具有光屏蔽膜的功能。因而，可以有效地屏蔽浮置扩散FD，这对于采用全光栅模式非常有效。
如上所述，根据本例，复位晶体管的栅极和选择晶体管的栅极形成在一个连续图形中，这就可以节省用于将第一金属互连层连接到下层的一个接触孔。这给金属互连层的布局提供裕度。还给面积提供裕度，允许浮置扩散区具有较大面积，并且可以降低结泄漏。传输晶体管可以很容易地具有较大的栅极宽度。
第三金属互连层可单独形成RST线，并可用做光屏蔽膜，用于屏蔽浮置扩散区。而且，在按全光栅模式读取时，能提供无“偏移”和“失真”的良好图像。
在本例中，TG线由第三金属互连层62形成。然而，在全光栅模式中，TG线总是全部导通或截止。因而，TG线62a对于各个行来说不是必须的。TG线62e可具有例如与图12中所示的光屏蔽膜62b相同的图形。
下面将参照图46-49介绍根据本发明第十实施例的固态图像传感器。
图46到49是表示根据本例的固态图像传感器结构的平面图。为了避免重复或简化说明，本例中与图1-45中所示的根据第一到第九实施例的固态图像传感器相同的部件用相同的参考标记表示。
根据本例的固态图像传感器与根据第九实施例的固态图像传感器的电路图、操作和制造方法相同，除了各个层的布局与根据第九实施例的固态图像传感器的不同之外。就是说，在根据本例的固态图像传感器中，共同地连接第n行的各个像素的复位晶体管RST的栅极端的RST线与共同地连接第n+1行的各个像素的选择晶体管SELECT的栅极端的选择线形成在公共信号线(选择/RST线)中。
下面参照图46-49介绍根据本例的固态图像传感器的结构。图46是在像素阵列单元中有源区和栅极互连的布局的平面图。图47是第一金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图48是第二金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图49是第三金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。
如图46所示，在硅衬底20上由器件隔离膜22限定有源区。每个有源区包含作为光电二极管区域的宽矩形区和连续到光电二极管区域的基本上是托架形的区域。
在每个有源区中，四个栅极28在有源区上方形成桥路。这些栅极从光电二极管区域的一侧依次为传输晶体管TG的栅极28TG、复位晶体管RST的栅极28RST、源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极28SF、以及选择晶体管SELECT的栅极28SEL。选择/RST线由与栅极28相同的导电层(栅极互连)形成。选择/RST线28b、连接到选择/RST线28b的栅极28RST和连接到选择/RST线28b的栅极28SEL形成在一个图形中。
如图47所示，第一金属互连层50包括经接触栓48g连接到栅极28TG的TG线50i、经接触栓48b和接触栓48c连接浮置扩散FD区和栅极28SF的互连层50b、以及分别经接触栓48e和48f分别连接到复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区以及选择晶体管SELECT的源区的输出线50d、50e。
如图48所示，第二金属互连层56包括经接触栓54c电连接到复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区的VR线56a、和经接触栓54b连接到选择晶体管SELECT的源区的输出线56b。
如图49所示，第三金属互连层62不形成信号线，而是形成光屏蔽膜62b，其露出光电二极管PD区和覆盖包含浮置扩散区的各个像素的其余区域。
如上所述，根据本例的固态图像传感器的主要特征在于由栅极互连形成选择/RST线28b，连接到选择/RST线28b的栅极28RST和连接到选择/RST线28b的栅极28SEL形成在一个连续图形中，第一金属互连层50形成TG线50i，第二金属互连层56形成VR线56a和信号读取线56b，第三金属互连层62形成光屏蔽膜62b。
因而，与第九实施例相同，上金属互连层的布局可具有自由度。第三金属互连层不必形成信号线，而是可用做光屏蔽膜。相应地，浮置扩散FD可有效地被屏蔽，这对于采用全光栅模式非常有效。
如图46所示，栅极28RST、栅极28SF和栅极28SEL在像素的右部区域中、在列方向互相平行形成。在像素的左部区域中，栅极28TG和光电二极管PD在列方向相邻地形成。所有栅极都在行方向延伸，即栅极宽度在行方向延伸。栅极28如此设置，由此浮置扩散FD可以在行方向延伸，而光电二极管PD的面积可以保持不变，并且可以增加光电二极管PD的面积。栅极28TG在浮置扩散FD的延伸方向(行方向)设置，由此可以很容易增加传输晶体管的沟道宽度。复位晶体管RST位于像素的上端附近，并且选择晶体管SELECT位于像素的下端附近，由此可以很容易地互连栅极28RST和栅极28SEL。
如上所述，根据本例，传输晶体管的栅极和选择晶体管的栅极形成在一个连续图形中，由此金属互连层的布局可以具有裕度。面积可以具有裕度，这允许浮置扩散区具有增加的面积，并且可以减少结泄漏。传输晶体管可具有增加的栅极宽度。
第三金属互连层不形成信号线，而是形成光屏蔽膜。因而，在通过全光栅模式进行读取操作时，可以提供没有“偏移”和“失真”的良好图像。
下面将参照图50-53介绍根据本发明第十一实施例的固态图像传感器。
图50到53是表示根据本例的固态图像传感器结构的平面图。为了避免重复或简化说明，本例中与图1-49中所示的根据第一到第九实施例的固态图像传感器相同的部件用相同的参考标记表示。
根据本例的固态图像传感器与根据第九实施例的固态图像传感器的电路图、操作和制造方法相同，除了各个层的布局与根据第九实施例的固态图像传感器的不同之外。就是说，在根据本例的固态图像传感器中，共同地连接第n行的各个像素的复位晶体管RST的栅极端的RST线与共同地连接第n+1行的各个像素的选择晶体管SELECT的栅极端的选择线形成在公共信号线(选择/RST线)中。
下面参照图50-53介绍根据本例的固态图像传感器的结构。图50是在像素阵列单元中有源区和栅极互连的布局的平面图。图51是第一金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图52是第二金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图53是第三金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。
如图50所示，在硅衬底20上由器件隔离膜22限定有源区。每个有源区包含作为光电二极管区域的宽矩形区和连续到光电二极管区域的基本上托架形的区域。
在每个有源区中，四个栅极28在有源区上方形成桥路。这些栅极从光电二极管区域的一侧依次为传输晶体管TG的栅极28TG、复位晶体管RST的栅极28RST、源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极28SF、以及选择晶体管SELECT的栅极28SEL。
如图51所示，第一金属互连层50包括经接触栓48a连接到栅极28RST和栅极28SEL的选择/RST线50g、经接触栓48b和接触栓48c连接浮置扩散FD区和栅极28SF的互连层50b、以及分别经接触栓48g、48e和48f分别连接到栅极28TG、复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区以及选择晶体管SELECT的源区的输出线50h、50d、50e。
如图52所示，第二金属互连层56包括电连接到复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区的VR线56a、和接触栓54b电连接到选择晶体管SELECT的源区的输出线56、b和经接触栓50f电连接到栅极28TG的输出线50g。
如图53所示，第三金属互连层62包括经接触栓60d电连接到栅极28TG的TG线62e。
这里，根据本例的固态图像传感器的主要特征在于形成桥接互相相邻的像素区的有源区。就是说，鉴于根据第九和第十实施例的固态图像传感器的像素区，在根据本例的固态图像传感器中，光电二极管PD和栅极28TG位于一个像素区中，并且其余构成部件位于与其相邻的另一像素中。
有源区如此设置，由此可以很容易地增加浮置扩散FD的面积和传输晶体管TG的沟道宽度。栅极28相对于浮置扩散FD设置，如图32所示，由此可以使由于栅极28的失对准造成的浮置扩散FD的面积变化很小。
如上所述，根据本例，形成一个像素的有源区，它们桥接像素区的两个单元，由此可以很容易地增加浮置扩散区的面积和传输晶体管的沟道宽度。可以使由于栅极的失对准造成的浮置扩散FD的面积变化。
下面将参照图54-57介绍根据本发明第十二实施例的固态图像传感器。
图54到57是表示根据本例的固态图像传感器结构的平面图。为了避免重复或简化说明，本例中与图1-45中所示的根据第一到第九实施例的固态图像传感器相同的部件用相同的参考标记表示。
在本例中，具有RST线和TG线的固态图像传感器的平面布局制成为公用的。图54是在像素阵列单元中有源区和栅极互连的布局的平面图。图55是第一金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图56是第二金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图57是第三金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。
如图54所示，在硅衬底2上由器件隔离膜22限定有源区。每个有源区包含作为光电二极管区域的宽矩形区和连续到光电二极管区域的基本上是托架形的区域。
在每个有源区中，四个栅极28在有源区上方形成桥路。这些栅极从光电二极管区域的一侧依次为传输晶体管TG的栅极28TG、复位晶体管RST的栅极28RST、源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极28SF、以及选择晶体管SELECT的栅极28SEL。栅极28TG形成在连续到在列方向相邻的像素的栅极28RST的一个图形中。
如图55所示，第一金属互连层50包括经接触栓48e连接到复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区的VR线50j、经接触栓48f连接到选择晶体管SELECT的源区的信号读取线50k、以及分别经接触栓48b、48c、48g和48h分别连接到浮置扩散FD、栅极28SF、栅极28TG、28RST、和栅极28SEL的输出线50l、50m、50n、50o。
如图56所示，第二金属互连层56包括经接触栓54g电连接到栅极28TG、28RST的TG/RST线56h、经接触栓54h电连接到栅极28SEL的选择线56i、和经接触栓54j连接到浮置扩散FD和栅极28SF的互连层56j。
如图57所示，第三金属互连层62不形成信号线，而是形成光屏蔽膜62b。其暴露光电二极管PD但覆盖包含浮置扩散FD区的像素的其余区域。
如上所述，根据本例的固态图像传感器的主要特征在于第n行像素的传输晶体管TG的栅极28TG和第n+1行像素的复位晶体管的栅极28RST形成在一个图形中，第一金属互连层50形成VR线50j和信号读取线50k，第二金属互连层56形成TG/RST线56h和选择线56i，第三金属互连层62形成光屏蔽膜62b。
相应地，即使在TG线和RST线由公共互连层形成的情况下，互相隔开的栅极28TG和栅极28RST不必由金属互连层互连。因而，可以省去用于将第一金属互连层50连接到下层的一个接触孔，这给金属互连层的布局提供裕度。
给面积提供裕度，允许浮置扩散FD具有足够的面积。具有足够面积的浮置扩散FD可具有低的阱浓度。因而，可以减轻电场，并且可以降低结泄漏。传输晶体管可以具有增加的栅极宽度。
如图54所示，栅极28RST、栅极28SF和栅极28SEL在像素的下部区域中、在行方向互相平行形成。在像素的上部区域中，栅极28TG和光电二极管PD在行方向相邻地形成。所有栅极都在列方向延伸，即栅极宽度在列方向延伸。栅极如此设置，由此浮置扩散FD可以在列方向延伸，而光电二极管PD的面积可以保持不变，并且可以增加光电二极管PD的面积。栅极28TG在浮置扩散FD的延伸方向(列方向)设置，由此可以很容易增加传输晶体管的沟道宽度。传输晶体管TG位于像素的上端附近，并且复位晶体管RST位于像素的下端附近，这允许栅极28TG和栅极28RST很容易地彼此互连。
如上所述，根据本例，传输晶体管的栅极和复位晶体管的栅极形成在一个连续图形中，由此可以节省用于将第一金属互连层连接到下层的一个接触孔。这给金属互连层的布局提供裕度，并给面积提供裕度，允许浮置扩散区具有增加的面积，并减少泄漏。传输晶体管可具有很容易增加的栅极宽度。
下面将参照图58-61介绍根据本发明第十三实施例的固态图像传感器。
图58到61是表示根据本例的固态图像传感器结构的平面图。为了避免重复或简化说明，本例中与图1-57中所示的根据第一到第十二实施例的固态图像传感器相同的部件用相同的参考标记表示。
在根据本例的包括具有公共信号线的4-Tr-像素的固态图像传感器中，将介绍允许浮置扩散FD具有增加的面积的平面布局。图58是在像素阵列单元中有源区和栅极互连的布局的平面图。图59是第一金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图60是第二金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。图61是第三金属互连在像素阵列单元中的布局的平面图。
如图58所示，在硅衬底20上由器件隔离膜22限定有源区。每个有源区包含作为光电二极管区域的宽矩形区和连续到光电二极管区域的基本上托架形的区域。
四个栅极28在有源区上方形成桥路。这些栅极28从光电二极管区域的一侧依次为传输晶体管TG的栅极28TG、复位晶体管RST的栅极28RST、源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极28SF、以及选择晶体管SELECT的栅极28SEL。
如图59所示，第一金属互连层50包括经接触栓48d连接到栅极28RST的RST线50f、和分别经接触栓48g、48c、48h、48b、48e、48f分别连接到栅极28TG、栅极28SF、栅极28SEL、浮置扩散FD、复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区的输出线50h、50m、50o、50l、50d和50e。
如图60所示，第二金属互连层56包括经接触栓54a电连接到复位晶体管RST和源极跟随器晶体管SF-Tr的漏区的VR线56a、经接触栓54b电连接到选择晶体管SELECT的源区的信号读取线56b、以及分别经接触栓54f、50g、50h分别电连接到栅极28TG、浮置扩散FD和栅极28SF的输出互连线56g、56k、56l。
如图61所示，第三金属互连层62包括经接触栓60d电连接到栅极28TG的TG线62e、经接触栓60e电连接到栅极28SEL的选择线62f、以及经接触栓60f和接触栓60g电连接到浮置扩散FD的互连层62g。
这里，根据本例的固态图像传感器的主要特征在于形成有源区，桥接相邻像素区。就是说，关于根据第一或第九实施例的固态图像传感器的像素区，光电二极管PD和栅极28TG位于像素区中，并且其余构成部件位于相邻像素区中。有源区如此布置，由此传输晶体管TG可以具有很容易增加的沟道宽度。
如上所述，根据本例，形成一个像素的有源区，桥接两个像素的单元，由此浮置扩散可具有容易增加的面积，并且传输晶体管可具有容易增加的沟道宽度。
本发明不限于上述实施例，并且可覆盖其它各种改型。
例如，在上述实施例中，作为图像读取方法介绍了全光栅模式，但是也可以通过滚动光栅模式进行图像读取。
在根据第六实施例的固态图像传感器中，自对准接触用做衬底接触，但是该自对准接触可用在其它实施例中。
权利要求
1.一种固态图像传感器，包括在行方向和列方向排列的多个像素单元，每个像素单元包括光电转换器、用于传输由光电转换器产生的信号的第一晶体管、用于放大该信号的第二晶体管、用于使第二晶体管的输入端复位的第三晶体管、以及用于读取由第二晶体管输出的信号的第四晶体管；在行方向延伸的多个第一信号线，每个第一信号线连接到在行方向排列的像素单元的第一晶体管的栅极；和在行方向延伸的多个第二信号线，每个第二信号线连接到在行方向排列的像素单元的第四晶体管的栅极，连接到第n行的像素单元的第一晶体管的栅极的第一信号线和连接到第n+1行像素单元的第四晶体管的栅极的第二信号线由公共信号线形成，和在互相对应的每对第n行和第n+1行像素单元中，在同一导电层的一个连续图形中形成第n行像素单元的第一晶体管的栅极和第n+1行像素单元的第四晶体管的栅极。
2.根据权利要求1的固态图像传感器，还包括在行方向延伸的多个第三信号线，每个第三信号线连接到在行方向排列的像素单元的第三晶体管的栅极；在列方向延伸的多个第四信号线，每个第四信号线用于给在列方向排列的像素单元的第二晶体管和第三晶体管施加复位电压；和在列方向延伸的多个第五信号线，每个第五信号线用于从在列方向排列的像素单元的第四晶体管读取信号，由第一金属互连层形成的第一信号线和第二信号线的公共信号线，由第二金属互连层形成的第三信号线，由第三金属互连层形成的第四信号线和第五信号线。
3.根据权利要求1的固态图像传感器，其中连接到第n行像素单元的第一信号线，和连接到第n+1行像素单元、第n行像素的第一晶体管的栅极，以及第n+1行的第四晶体管的栅极的第二信号线，形成在所述导电层的一个连续图形中。
4.根据权利要求3的固态图像传感器，还包括在行方向延伸的多个第三信号线，每个第三信号线连接到在行方向排列的像素单元的第三晶体管的栅极；在列方向延伸的多个第四信号线，每个第四信号线用于给在列方向排列的像素单元的第二晶体管和第三晶体管施加复位电压；和在列方向延伸的多个第五信号线，每个第五信号线用于从在列方向排列的像素单元的第四晶体管读取信号，由第一金属互连层形成的第三信号线，由第二金属互连层形成的第四信号线和第五信号线。
5.根据权利要求1的固态图像传感器，其中光电转换器和第一晶体管在行方向互相相邻，第二晶体管和第三晶体管在列方向互相相邻，和第一晶体管的栅极和第四晶体管的栅极在列方向延伸。
6.一种固态图像传感器，包括在行方向和列方向排列的多个像素单元，每个像素单元包括光电转换器、用于传输由光电转换器产生的信号的第一晶体管、用于放大该信号的第二晶体管、用于使第二晶体管的输入端复位的第三晶体管、以及用于读取由第二晶体管输出的信号的第四晶体管；在行方向延伸的多个第一信号线，每个第一信号线连接到在行方向排列的像素单元的第三晶体管的栅极；和在行方向延伸的多个第二信号线，每个第二信号线连接到在行方向排列的像素单元的第四晶体管的栅极，连接到第n行的像素单元的第三晶体管的栅极的第一信号线，和连接到第n+1行像素单元的第四晶体管的栅极的第二信号线由公共信号线形成，和在互相对应的每对第n行和第n+1行像素单元中，在同一导电层的一个连续图形中形成第n行像素单元的第三晶体管的栅极和第n+1行像素单元的第四晶体管的栅极。
7.根据权利要求6的固态图像传感器，还包括在行方向延伸的多个第三信号线，每个第三信号线连接到在行方向排列的像素单元的第三晶体管的栅极；在列方向延伸的多个第四信号线，每个第四信号线给在列方向排列的像素单元的第二晶体管和第三晶体管施加复位电压；和在列方向延伸的多个第五信号线，每个第五信号线从在列方向排列的像素单元的第四晶体管读取信号，由第一金属互连层形成的第一信号线和第二信号线的公共信号线，由第二金属互连层形成的第四信号线和第五信号线，由第三金属互连层形成的第三信号线。
8.根据权利要求6的固态图像传感器，其中连接到第n行像素单元的第一信号线和连接到第n+1行像素单元、第n行像素的第一晶体管的栅极以及第n+1行的第四晶体管的栅极的第二信号线形成在所述导电层的一个连续图形中。
9.根据权利要求8的固态图像传感器，还包括在行方向延伸的多个第三信号线，每个第三信号线连接到在行方向排列的像素单元的第一晶体管的栅极；在列方向延伸的多个第四信号线，每个第四信号线用于给在列方向排列的像素单元的第二晶体管和第三晶体管施加复位电压；和在列方向延伸的多个第五信号线，每个第五信号线用于从在列方向排列的像素单元的第四晶体管读取信号，由第一金属互连层形成的第三信号线，由第二金属互连层形成的第四信号线和第五信号线。
10.根据权利要求1的固态图像传感器，其中光电转换器和第一晶体管在列方向互相相邻，第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管在列方向互相相邻，和第一晶体管的栅极、第二晶体管的栅极、第三晶体管的栅极和第四晶体管的栅极在行方向延伸。
11.根据权利要求6的固态图像传感器，其中光电转换器和第一晶体管在列方向互相相邻，第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管在列方向互相相邻，和第一晶体管的栅极、第二晶体管的栅极、第三晶体管的栅极和第四晶体管的栅极在行方向延伸。
12.根据权利要求10的固态图像传感器，其中其中形成光电转换器和第一晶体管的第一区和其中形成第二到第四晶体管的第二区在行方向互相相邻。
13.根据权利要求11的固态图像传感器，其中其中形成光电转换器和第一晶体管的第一区和其中形成第二到第四晶体管的第二区在行方向互相相邻。
14.根据权利要求10的固态图像传感器，其中其中形成光电转换器和第一晶体管的第一区和其中形成第二到第四晶体管的第二区相对于对角线互相相邻。
15.根据权利要求11的固态图像传感器，其中其中形成光电转换器和第一晶体管的第一区和其中形成第二到第四晶体管的第二区相对于对角线互相相邻。
16.根据权利要求10的固态图像传感器，还包括有源区，其中第一晶体管的漏区和第三晶体管的源区具有在行方向伸长的图形。
17.根据权利要求11的固态图像传感器，还包括有源区，其中第一晶体管的漏区和第三晶体管的源区具有在行方向伸长的图形。
18.一种固态图像传感器，包括在行方向和列方向排列的多个像素单元，每个像素单元包括光电转换器、用于传输由光电转换器产生的信号的第一晶体管、用于放大该信号的第二晶体管、用于使第二晶体管的输入端复位的第三晶体管、以及用于读取由第二晶体管输出的信号的第四晶体管；在行方向延伸的多个第一信号线，每个第一信号线连接到在行方向排列的像素单元的第一晶体管的栅极；和在行方向延伸的多个第二信号线，每个第二信号线连接到在行方向排列的像素单元的第三晶体管的栅极，连接到第n行的像素单元的第一晶体管的栅极的第一信号线和连接到第n+1行像素单元的第三晶体管的栅极的第二信号线由公共信号线形成，和在互相对应的每对第n行和第n+1行像素单元中，在同一导电层的一个连续图形中形成第n行像素单元的第一晶体管的栅极和第n+1行像素单元的第三晶体管的栅极。
19.根据权利要求18的固态图像传感器，其中光电转换器和第一晶体管在行方向互相相邻，第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管在行方向互相相邻，和第一晶体管的栅极、第二晶体管的栅极、第三晶体管的栅极和第四晶体管的栅极在列方向延伸。
20.根据权利要求18的固态图像传感器，还包括在行方向延伸的多个第三信号线，每个第三信号线连接到在行方向排列的像素单元的第四晶体管的栅极；在列方向延伸的多个第四信号线，每个第四信号线给在列方向排列的像素单元的第二晶体管和第三晶体管施加复位电压；和在列方向延伸的多个第五信号线，每个第五信号线从在列方向排列的像素单元的第四晶体管读取信号，第四信号线和第五信号线由第一金属互连层形成，和第一信号线和第二信号线的公共信号线以及第三信号线由第二金属互连层形成。
21.根据权利要求4的固态图像传感器，还包括由第三金属互连层形成的光屏蔽膜。
22.根据权利要求9的固态图像传感器，还包括由第三金属互连层形成的光屏蔽膜。
23.根据权利要求20的固态图像传感器，还包括由第三金属互连层形成的光屏蔽膜。
24.根据权利要求1的固态图像传感器，还包括互连第三晶体管的源极端和第二晶体管的栅极端的金属互连，该金属互连的宽度在第一晶体管的漏区和第三晶体管的源区上方的区域中选择增加。
25.根据权利要求6的固态图像传感器，还包括互连第三晶体管的源极端和第二晶体管的栅极端的金属互连，该金属互连的宽度在第一晶体管的漏区和第三晶体管的源区上方的区域中选择增加。
26.根据权利要求18的固态图像传感器，还包括互连第三晶体管的源极端和第二晶体管的栅极端的金属互连，该金属互连的宽度在第一晶体管的漏区和第三晶体管的源区上方的区域中选择增加。
27.一种固态图像传感器，包括多个像素单元，每个像素单元包括光电转换器、用于传输由光电转换器产生的信号的第一晶体管、用于放大该信号的第二晶体管、用于使第二晶体管的输入端复位的第三晶体管、以及用于读取由第二晶体管输出的信号的第四晶体管，光电转换器和第一晶体管在列方向互相相邻，第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管在列方向互相相邻，第一晶体管的栅极、第二晶体管的栅极、第三晶体管的栅极和第四晶体管的栅极在行方向延伸，和第一区域和第二区域互相相对对角地形成，其中光电转换器和第一晶体管形成在第一区域中，第二到第四晶体管形成在第二区域中。
28.根据权利要求1的固态图像传感器，其中打开到第三晶体管的源区的接触孔、和打开到第三晶体管的漏区的接触孔和/或打开到第四晶体管的源区的接触孔通过与栅极自对准形成。
29.根据权利要求6的固态图像传感器，其中打开到第三晶体管的源区的接触孔、和打开到第三晶体管的漏区的接触孔和/或打开到第四晶体管的源区的接触孔通过与栅极自对准形成。
30.根据权利要求18的固态图像传感器，其中打开到第三晶体管的源区的接触孔、和打开到第三晶体管的漏区的接触孔和/或打开到第四晶体管的源区的接触孔通过与栅极自对准形成。
31.根据权利要求27的固态图像传感器，其中打开到第三晶体管的源区的接触孔、和打开到第三晶体管的漏区的接触孔和/或打开到第四晶体管的源区的接触孔通过与栅极自对准形成。
32.根据权利要求1的固态图像传感器，其中在互相对角设置的第n行像素和第n+1行像素中，第n行像素的第一晶体管的栅极和第n+1行像素的第四晶体管的栅极形成在所述导电层的一个连续图形中。
33.一种用于固态图像传感器的图像读取方法，该固态图像传感器包括在行方向和列方向排列的多个像素单元，每个像素单元包括光电转换器、用于传输由光电转换器产生的信号的第一晶体管、用于放大该信号的第二晶体管、用于使第二晶体管的输入端复位的第三晶体管、以及用于读取由第二晶体管输出的信号的第四晶体管；在行方向延伸的多个第一信号线，每个第一信号线连接到在行方向排列的像素单元的第一晶体管的栅极；和在行方向延伸的多个第二信号线，每个第二信号线连接到在行方向排列的像素单元的第四晶体管的栅极，连接到第n行的像素单元的第一晶体管的栅极的第一信号线和连接到第n+1行像素单元的第四晶体管的栅极的第二信号线由公共信号线形成，该方法包括以下步骤使所有行中的光电转换器和第二晶体管全部复位；光电检测时间周期之后，在所有行中将来自光电转换器的电荷经第一晶体管全部传输给第二晶体管的栅极端；和在每个行中读取信号和读取复位电压。
34.一种用于固态图像传感器的图像读取方法，该固态图像传感器包括在行方向和列方向排列的多个像素单元，每个像素单元包括光电转换器、用于传输由光电转换器产生的信号的第一晶体管、用于放大该信号的第二晶体管、用于使第二晶体管的输入端复位的第三晶体管、以及用于读取由第二晶体管输出的信号的第四晶体管；在行方向延伸的多个第一信号线，每个第一信号线连接到在行方向排列的像素单元的第三晶体管的栅极；和在行方向延伸的多个第二信号线，每个第二信号线连接到在行方向排列的像素单元的第四晶体管的栅极，连接到第n行的像素单元的第三晶体管的栅极的第一信号线和连接到第n+1行像素单元的第四晶体管的栅极的第二信号线由公共信号线形成，该方法包括以下步骤使所有行中的光电转换器和第二晶体管全部复位；光电检测时间周期之后，在所有行中将来自光电转换器的电荷经第一晶体管全部传输给第二晶体管的栅极端；和在每个行中读取信号和读取复位电压。
35.一种用于固态图像传感器的图像读取方法，该固态图像传感器包括在行方向和列方向排列的多个像素单元，每个像素单元包括光电转换器、用于传输由光电转换器产生的信号的第一晶体管、用于放大该信号的第二晶体管、用于使第二晶体管的输入端复位的第三晶体管、以及用于读取由第二晶体管输出的信号的第四晶体管；在行方向延伸的多个第一信号线，每个第一信号线连接到在行方向排列的像素单元的第三晶体管的栅极；和在行方向延伸的多个第二信号线，每个第二信号线连接到在行方向排列的像素单元的第四晶体管的栅极，连接到第n行的像素单元的第三晶体管的栅极的第一信号线和连接到第n+1行像素单元的第四晶体管的栅极的第二信号线由公共信号线形成，该方法包括以下步骤使所有行中的光电转换器和第二晶体管全部复位；光电检测时间周期之后，在所有行中将来自光电转换器的电荷经第一晶体管全部传输给第二晶体管的栅极端；和读取信号和读取比每行中的第一复位电压高的复位电压。
36.根据权利要求33的图像读取方法，其中使光电转换器和第二晶体管复位的步骤以及将电荷传输给第二晶体管的栅极端的步骤是利用与外围电路切断的信号读取线进行的。
37.根据权利要求34的图像读取方法，其中使光电转换器和第二晶体管复位的步骤以及将电荷传输给第二晶体管的栅极端的步骤是利用与外围电路切断的信号读取线进行的。
38.根据权利要求35的图像读取方法，其中使光电转换器和第二晶体管复位的步骤以及将电荷传输给第二晶体管的栅极端的步骤是利用与外围电路切断的信号读取线进行的。
全文摘要
在包括4－Tr－像素的固态图像传感器中，连接到第n行像素单元的传输晶体管的栅极2文档编号H04N5/369GK1490878SQ0315482
公开日2004年4月21日 申请日期2003年8月20日 优先权日2002年9月2日
发明者大川成实 申请人:富士通株式会社