专利名称：固体摄像器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及MOS型固体摄像器件，尤其涉及采用放大型MOS传感器的固体摄像器件。
背景技术：
近几年，采用放大型MOS传感器的MOS型固体摄像器件作为固体摄像器件之一已达到实用化水平。该固体摄像器件利用MOS晶体管来对各个单元放大由光电二极管检测出的信号，并具有高灵敏度特征。
MOS型固体摄像器件的单元(像素)包括用于光电变换的光电二极管、用于读取信号的读取晶体管、用于信号放大的放大晶体管、用于选择读取行的垂直选择晶体管、以及复位信号电荷的复位晶体管等。并且，放大晶体管的源与垂直信号线相连接，向垂直信号线输出的信号通过水平选择晶体管而向水平信号线输出(参见例如专利公开2000-150848)。
但是，在这种固体摄像器件中，一个像素内包括读取晶体管、放大晶体管、垂直选择晶体管、复位晶体管这4个晶体管。所以，当为了增加像素而缩小像素时，光电二极管的面减小。因此，存在的问题是像素特性的饱和信号减少，光散粒噪声增大。
以下参照图10所示的过去的MOS型固体摄像器件中的1个像素的平面图，说明这一问题。在图10中，50是光电二极管，51是信号检测部，52是信号扫描电路区，53是信号读取晶体管的栅、54是放大晶体管的栅，55是垂直选择晶体管的栅，56是复位晶体管的栅，57是源漏接点，58是栅上接点，59是元件隔离区。而且，布线有多种组合，因此予以省略。
如图10所示，过去，在像素中，对各晶体管的栅53、54、55、56的接触均在元件隔离区59上进行。这是和逻辑相同的工艺规则。也就是说，在逻辑工艺中，若在晶体管的活性区上布置接点，则gm和电流驱动能力恶化，所以，不希望在晶体管的活性区上形成接点，通常，即使逻辑以外也采用这种构成。
这样，在过去的MOS型固体摄像器件中，由于在元件隔离区上制作信号扫描电路部的晶体管栅接点，所以，元件隔离区的面积不能太小。其结果，存在的问题是光电二极管面积，尤其是受光面积减小，光的散粒噪声增大。
发明内容
本发明的一种方式的固体摄像器件具有在半导体衬底上把包括光电变换部和信号扫描电路部在内的单位像素布置成二维状的摄像区，信号扫描电路部由多个晶体管构成，上述信号扫描电路部的各晶体管的栅接点的至少一部分形成在晶体管的活性区上。
图1是涉及第1实施方式的MOS型固体摄像器件的像素部的电路结构图。
图2是涉及第1实施方式的MOS型固体摄像器件的一个像素结构的平面图。
图3是涉及第2实施方式的MOS型固体摄像器件的一个像素结构的平面图。
图4是涉及第3实施方式的MOS型固体摄像器件的一个像素结构的平面图。
图5A是涉及第4实施方式的MOS型固体摄像器件的像素部的一个像素的电路结构图。
图5B是表示图5A的实施方式的一个像素结构的平面图。
图6A是涉及第5实施方式的MOS型固体摄像器件的像素部的一个像素的电路结构图。
图6B是表示图6A的实施方式的一个像素结构的平面图。
图7A是涉及第6实施方式的MOS型固体摄像器件的像素部的一个像素的电路结构图。
图7B是表示图7A的实施方式的一个像素结构的平面图。
图8是表示内部安装了用本发明构成的MOS型固体摄像器件的系统LSI芯片的内部结构的方框图。
图9是用于说明图8的系统LSI芯片的动作的信号路线图。
图10是表示过去的MOS型固体摄像器件的一个像素结构的平面图。
具体实施例方式
以下参照附图，详细说明本发明的实施方式。
<第1实施方式>
图1是涉及本发明第1实施方式的MOS型固体摄像器件的电路结构图。
在摄像区10内，以下元件构成的单元像素3×3布置成2维状，这些元件是用于光电变换的光电二极管12(12-1-1、12-1-2、12-3-3)、读取光电二极管12的信号的读取晶体管13(13-1-1、13-1-2，～，13-3-3)、对读取的信号进行放大的放大晶体管14(14-1-1、14-1-2，～，14-3-3)、选择读取信号的行的垂直选择晶体管15(15-1-1、15-1-2、～、15-3-3)、以及清除信号电荷的复位晶体管16(16-1-1、16-1-2、～16-3-3)。而且，在图中为简化说明，采用3×3像素，但实际上是更多的单元像素布置成二维状，例如，数码静像摄像机所采用的固体摄像器件，被制造成整个固体摄像器件具有数百兆个像素的规模。
并且，在未图示的摄像区10的端部布置了用于确定暗时的信号电平的像素(以下称为OB像素)。OB像素具有与本来的像素相同的结构，由光电二极管12′、读取晶体管13′、放大晶体管′、垂直选择晶体管15′、复位晶体管16′构成。
从垂直移位寄存器21沿水平方向布线的水平地址线23(23-1、23-2、23-3)，与对应的垂直选择晶体管15的栅极相连接，确定读取信号的行。复位线24(24-1、24-2、24-3)与对应的复位晶体管16的栅极相连接。
放大晶体管14的源与垂直信号线26(26-1、26-2、26-3)相连接，在垂直信号线26的一端设置了负荷晶体管28(28-1、28-2、28-3)。垂直信号线26的另一端通过根据从水平移位寄存器22供给的选择脉冲选择的水平选择晶体管(25-1、25-2、25-3)，与水平地址线27连接。
而且，在图1中，10表示的方框是摄像区(像素区)，20表示对摄像区10进行扫描的寄存器等的外围电路。并且，11(11-1-1、11-1-2、11-3-3)表示单元像素。
到此为止的电路基本结构与过去的器件相同，但在本实施方式中，以下所示的元件结构尤其是栅接点位置不同于过去的器件。
图2表示本实施方式的一个像素的平面结构。在图2中，30、30′是相当于图1的12的光电二极管的活性区、31是信号检测部的晶体管的活性区，32是信号扫描电路的晶体管的活性区，33是相当于图1的13的信号读取晶体管的栅，34是相当于图1的14的放大晶体管的栅，35是相当于图1的15的地址晶体管的栅，36是相当于图1的16的复位晶体管的栅，37a-37d是源漏接点，38a-38d是栅上接点，39是在各活性区30、30′、31、32周围形成的元件隔离区。而且，布线因为有多种组合，故予以省略。
本实施方式与过去的器件的不同点在于，信号扫描电路的晶体管用活性区32内的各晶体管的栅33、34、35、36的接点位置。也就是说，在图10的过去的像素中，栅接点58形成于在活性区50、51和活性区52之间所形成的元件隔离区59上。但在本实施方式中，栅接点38a～38d全部形成在晶体管的活性区32上。因此，尤其在位于活性区30、30′和区32之间的元件隔离区39A内不必具有栅接点用的余量，能够缩小元件隔离区39A的宽度，能够将光电二极管30的面积扩大图示的30′区域的大小。
这样，根据本实施方式，通过将信号扫描电路的活性区32中的各个晶体管的栅接点形成在晶体管活性区上，能够减小元件隔离区39A的宽度，扩大光电二极管30的面积。因此，即使为了增加像素而使像素微细化，也能够按照相同年代的逻辑工艺规则进一步增加饱和信号。这样，光的散粒噪声也能减小，能够获很良好的图像质量。
而且，由于把栅接点形成在晶体管活性区上，所以，晶体管的gm和电流驱动能力稍有劣化。但由于本实施方式的MOS型固体摄像器件的光电变换部是模拟动作，所以，不会形成像逻辑元件中的逻辑变动那样大的误动作原因，gm或电流驱动能力的劣化几乎不成问题。即使gm或电流驱动能力产生劣化，也完全可以由光电二极管面积的增大所产生的巨大效果来弥补。
<第2实施方式>
图3是涉及第2实施方式的MOS型固体摄像器件的一个像素结构的平面图。而且，对于和图2相同的部分标注相同的符号，其详细说明从略。
本实施方式与以上说明的第1实施方式的不同点在于，将全部栅接点38a-38d分别跨越形成在活性区30′32和元件隔离区39的边界部。即使这样的结构，也能够减小区域30′、32之间的元件隔离区39A的宽度，缩小元件隔离区面积，获得与第1实施方式相同的效果。
<第3实施方式>
图4是涉及本发明第3实施方式的MOS型固体摄像器件的一个像素结构的平面图。而且，对于和图2相同的部分，标注相同的符号，其详细说明从略。
本实施方式与以上说明的第1实施方式的不同点在于，把2个栅接点38a、38b完全移动到活动性区30、32上而形成，其余的2个栅接点38c、38d跨越活性区32和元件隔离区39A的边界部而形成。
即使这样的结构，也能够缩小元件隔离区39A的面积，获得与第1实施方式相同的效果。并且，在本实施方式中，栅接点不仅形成在晶体管的活性区上，而且一部分形成在活性区和元件隔离区的边界部上，所以，能够增加布线的自由度。
如上所述，根据本发明的实施方式，通过将信号扫描电路部的晶体管的栅接点形成在晶体管的活性区上，能够使元件隔离区不必具有栅接点用的余量。因此，能够缩小元件隔离区，扩大光电二极管的面积。这样，即使微细像素，也能够获得良好的饱和特性，能够抑制光的散粒噪声。
这里，在晶体管的活性区上形成接点，所以，存在gm和电流驱动能力恶化的问题。但在这种固体摄像器件的情况下，不同于通常的逻辑元件，gm或电流驱动能力的恶化几乎不会带来问题，相反，对光电二极管面积的增大有很大效果。
而且，本发明并不仅限于上述各实施方式。在实施方式中，单元像素的结构，除光电二极管(光电变换部)外，还采用了由读取晶体管、放大晶体管、选择晶体管、复位晶体管所构成的信号扫描电路部。但信号扫描电路部的结构并不仅限于图1，而是可以根据规格而适当更改。信号扫描电路部只要具有对光电变换部变换后的信号进行放大的放大晶体管和对信号进行复位的复位晶体管即可，其他晶体管可根据需要来选用。
<第4实施方式>
图5A表示其他实施方式的固体摄像器件的一个像素的电路结构的电路图。在该实施方式中，采用了3晶体管/1单元的结构，这是在图1的实施方式中的4个晶体管中不用读取晶体管13的结构。其他结构与图1相同，对此标注相同的参考符号，其说明从略。在图5A中，根据射入到光电二极管12内的图像光而生成的图像信号被供给到放大晶体管14的栅上而被放大，若采用水平地址线23来选择垂直选择晶体管15，则被放大的图像信号输出到信号线26上。
具有该图5A的电路结构的像素的平面结构如图5B所示。如以上说明的那样，在本实施方式中省略了与光电二极管12相连接的读取晶体管，所以，图2的结构中的读取晶体管的栅33及其栅接点38a在图5B所示的结构中不形成。因此，活性区30、30′中的光电二极管12的受光面积相应增大。
<第5实施方式>
图6A是涉及另一实施方式的固体摄像器件的一个像素的电路结构的电路图。在该实施方式中，采用的结构是在图1的实施方式中的4个晶体管中不用垂直选择晶体管15的3晶体管/1单元结构。其他结构与图1相同，标注相同的参考编号，其说明从略。在图6A中，根据射入到光电二极管12内的图像光生成的图像信号，通过读取晶体管13而被供给到放大晶体管14的栅上进行放大。在此情况下，省略了与水平地址线相连接的垂直选择晶体管，所以，把定时不同的选择脉冲信号依次供给到与放大晶体管14相连接的VDD端子上，进行信号线26的选择，把放大后的像素信号输出到信号线26上。
具有该图6A的电路结构的像素的平面结构如图6B所示。如以上说明的那样，在该实施方式中，省略了与水平地址线相连接的垂直选择晶体管，所以，在图2的结构的垂直选择晶体管的栅34及其栅接点38b在图6B所示的结构中不形成。所以，省略图5B中的互相邻接的晶体管的栅34、35中的一个栅34，简化了信号扫描电路部的电路图形。
<第6实施方式>
图7A是涉及另一实施方式的固体摄像器件的一个像素的电路结构的电路图。
在该实施方式中，采用的结构是在图1的实施方式中的4个晶体管中不采用读取晶体管13和垂直选择晶体管15的2晶体管/1单元结构。其他结构与图1相同，标注相同的参考编号，其说明从略。在图7A中，根据射入到光电二极管12内的图像光生成的像素信号不通过读取晶体管而供给到放大晶体管14的栅上进行放大。在此情况下，和图6A的电路一样，省略了与水平地址线相连接的垂直选择晶体管，所以把定时不同的选择脉冲信号依次供给到与放大晶体管14相连接的VDD端子上，进行信号线26的选择，把被放大的像素信号输出到信号线26上。
具有该图7A的电路结构的像素的平面结构如图7B所示。如以上说明的那样，在该实施方式中省略了读取晶体管，所以，在图7B所示的结构中不形成图2结构中的读取晶体管的栅33及其栅接点38a。因此和图5B中的实施方式一样，增加了光电二极管活性区30、30′中的受光面积。
图8是表示包括图1所示的像素阵列10及其周围形成的信号扫描电路部、并形成在一个芯片上的LSI整体结构的布置图。在图8中，芯片41在其中央部布置像素阵列10，在其周围布置用于控制行方向寄存器21和列方向寄存器22的定时信号发生器42。再者，在像素阵列10的周围布置AGC(自动增益控制)电路43、ADC(模拟一数字变换)电路44、DSP(数字信号处理)电路45、存储器46、JPEG(Joint Photographic ExpertsGroup联合图像专家组)电路47、和DAC(数字-模拟变换)电路48等。
以下参照图9，详细说明图8的适用于数码静像摄像机的系统LSI的动作。像素阵列10具有例如结构与图1的摄像器件10相同的4晶体管/1单元结构的像素结构。若在摄像机的摄像方式时图像光射入到像素阵列10内，则该图像信号利用行、列寄存器21、22的输出而在行列方向上依次对每个像素进行读取，利用CDS(相关双取样)电路49进行取样，被取样的模拟图像信号由AGC电路43进行电平调整后供给到ADC电路44，变换成数字图像信号。该数字图像信号在DSP电路45的控制下，作为图像数据存储到存储器46内。该被存放的图像数据按照NTSC或PAL图像显示方式由编码器60进行编码，在由DAC电路48变换成模拟信号之后，在监视器61上再现出图像。另一方面，为了将用摄像机拍摄的图像数据记录到SD、HD等预定的媒体上，利用DSP45来读取存储器46内所存放的图像数据，发送到JPEG电路47，来进行图像数据压缩操作。被压缩的图像数据通过接口62被发送到规定的外部存储媒体63，例如SD或HD上，进行记录。而且，这些各电路利用从外部调压器64来的电压进行驱动。
技术熟练者容易进行改进而获得补充优点，所以，其广义的发明并不仅限于这里的详细说明和实施方式。因此，在不脱离附件权利要求及其相应文件规定的一般发明概念的精神实质或范围的情况下，能够进行各种改进。
本说明书基于并要求以前的日本专利申请NO.2004-304484的优先权，申请日是2004年10月19日，其全部内容在此供参考。
权利要求
1.一种固体摄像器件，它是MOS型固体摄像器件，在半导体衬底上具有把分别包括光电变换部和信号扫描电路部的多个单元布置成二维状的摄像区，上述各单元具有形成了上述光电变换部和信号扫描电路部的活性区和与该活性区相邻接而形成的元件隔离区，上述信号扫描电路部由多个MOS晶体管构成，其特征在于上述信号扫描电路部的多个MOS晶体管至少包括具有如下的栅接点的MOS晶体管，所述栅接点重叠在上述元件隔离区和与其相邻接的活性区的两者上。
2.如权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于在上述多个MOS晶体管中包括至少一个具有在整个上述活性区上重叠的栅接点的MOS晶体管。
3.如权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于上述多个MOS晶体管构成信号扫描电路部，该信号扫描电路部至少包括对由上述光电变换部变换而得的图像信号进行放大的放大晶体管、和对上述图像信号进行复位的复位晶体管。
4.如权利要求3所述的固体摄像器件，其特征在于上述信号扫描电路部还包括对由上述光电变换部变换而得的图像信号进行读取的读取晶体管、以及对上述被放大的图像信号进行选择并输出到信号线上的选择晶体管。
5.一种固体摄像器件，它是MOS型固体摄像器件，在半导体衬底上具有把分别包括光电变换部和信号扫描电路部的多个单元布置成二维状的摄像区，上述各单元具有形成了上述光电变换部的第1活性区、形成了上述信号扫描电路部的第2活性区、以及形成在该第1、第2活性区之间的元件隔离区，上述信号扫描电路部由多个MOS晶体管构成，其特征在于上述信号扫描电路部的多个MOS晶体管至少包括第1MOS晶体管，具有在上述元件隔离区和与其相邻接的第1活性区两者上重叠的栅接点；以及，第2MOS晶体管，具有在上述元件隔离区和与其相邻接的第2活性区两者上重叠的栅接点。
6.如权利要求5所述的固体摄像器件，其特征在于上述第1MOS晶体管具有在整个上述第1活性区重叠的栅接点；上述第2MOS晶体管具有在整个上述第2活性区重叠的栅接点。
7.如权利要求5所述的固体摄像器件，其特征在于在上述第2活性区上，为了构成上述信号扫描电路部而包括上述第2MOS晶体管，形成为放大晶体管，对由上述光电变换部变换而得的图像信号进行放大；第3MOS晶体管，作为对上述图像信号进行复位的复位晶体管而形成。
8.如权利要求7所述的固体摄像器件，其特征在于，上述信号扫描电路部还包括读取由上述光电变换部变换而得的图像信号的读取晶体管、以及选择上述被放大的图像信号并输出到信号线上的选择晶体管，上述读取晶体管作为上述第1MOS晶体管而形成在上述第1活性区；上述选择晶体管作为第4MOS晶体管而形成在上述第2活性区。
9.如权利要求8所述的固体摄像器件，其特征在于上述第2～第4MOS晶体管分别具有在整个上述第2活性区内重叠形成的栅接点。
10.如权利要求9所述的固体摄像器件，其特征在于上述第1MOS晶体管具有在整个上述第1活性区内体重叠形成的栅接点。
11.如权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于上述信号扫描电路部包括对由上述光电变换部变换而得的图像信号进行放大的放大晶体管、选择上述被放大的图像信号并输出到信号线上的选择晶体管、以及用于复位上述图像信号的复位晶体管。
12.如权利要求11所述的固体摄像器件，其特征在于上述放大晶体管、选择晶体管和复位晶体管具有重叠在上述第2活性区的栅接点。
13.如权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于上述信号扫描电路部包括对由上述光电变换部变换而得的图像信号进行读取的读取晶体管、对上述图像信号进行放大的放大晶体管、复位上述图像信号的复位晶体管。
14.如权利要求13所述的固体摄像器件，其特征在于上述读取晶体管具有重叠在第1活性区的栅接点，上述放大晶体管和复位晶体管具有重叠在上述第2活性区的栅接点。
15.如权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于上述信号扫描电路部包括对由上述光电变换部变换而得的图像信号进行放大的放大晶体管、以及复位使上述图像信号的复位晶体管。
16.如权利要求15所述的固体摄像器件，其特征在于上述放大晶体管和复位晶体管具有重叠在上述第2活性区的栅接点。
17.一种LSI电路系统，它在一个芯片上集成了像素阵列，将根据射入到光电变换部内的光像而形成图像信号的多个像素单元排列而构成；内部存储部，在数据处理部的控制下把由该像素阵列形成的图像信号作为图像数据进行存储；图像再现部，向显示装置发送该内部存储部内所存储的图像数据，以便再现成为可视图像；以及图像数据处理部，对上述内部存储部内存储的图像数据进行压缩并存储到装卸式外部数据存储装置，在该LSI电路系统中，上述图像阵列如下构成在半导体衬底上二维状地布置分别包括光电变换部和信号扫描电路部的多个单元，上述各个单元具有形成了上述光电变换部和信号扫描电路部的活性区和与该活性区相邻接而形成的元件隔离区，上述信号扫描电路部由多个MOS晶体管构成，上述信号扫描电路部的多个MOS晶体管至少包括具有如下的栅接点的MOS晶体管，该栅接点重叠在上述元件隔离区和与其相邻接的活性区两者上。
18.如权利要求17所述的LSI电路系统，其特征在于上述多个MOS晶体管构成信号扫描电路部，该信号扫描电路部至少包括对由上述光电变换部变换而得的图像信号进行放大的放大晶体管、和复位上述图像信号的复位晶体管。
19.如权利要求19所述的LSI电路系统，其特征在于上述信号扫描电路部还包括对由上述光电变换部变换而得的图像信号进行读取的读取晶体管、选择上述被放大的图像信号并输出到信号线上的选择晶体管。
20.如权利要求17所述的LSI电路系统，其特征在于在上述芯片内包括调压器和JPEG电路。
全文摘要
一种固体摄像器件具有在半导体衬底上把包括光电变换部和信号扫描电路部在内的单元布置成二维状的摄像区，信号扫描电路部由多个晶体管构成，信号扫描电路部的各个晶体管的栅接点的至少一部分形成在晶体管的活性区上。
文档编号H04N5/369GK1763967SQ200510114050
公开日2006年4月26日 申请日期2005年10月19日 优先权日2004年10月19日
发明者井上郁子, 后藤浩成 申请人:株式会社东芝