固态成像装置、固态成像装置的制造方法以及电子设备的制作方法

专利名称：固态成像装置、固态成像装置的制造方法以及电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及固态成像装置、固态成像装置的制造方法以及电子设备。
背景技术：
诸如数码相机的电子设备包括固态成像装置。例如，固态成像装置包括CMOS (互补金属氧化物半导体)型图像传感器和CCD(电荷耦合器件)型图像传感器。在固态成像装置中，多个单元像素被排列成矩阵形状的成像区设置在半导体基板上。在每个单元像素中，设置了光电转换部。例如，光电转换部为光电二极管，并且通过光接收面接收经由外部连接的光学系统入射的入射光并光电转换所述光来生成信号电荷。在固态成像装置中，在CMOS型图像传感器中，构造单元像素，使得除了光电转换部之外，还包括多个晶体管。构造多个晶体管以读出在光电转换部中所生成的信号电荷，并将电信号输出至信号线。例如，4个晶体管，S卩，转移晶体管、复位晶体管、放大晶体管以及选择晶体管作为像素晶体管设置在半导体基板的前表面。另外，电连接这些晶体管的配线设置在半导体基板的前表面。对固态成像装置的一个需求是期望可以使其具有高的灵敏度。特别是，在诸如内窥镜体腔相机和监控相机的在更低亮度下所使用的数码相机中，需要高的灵敏度。因此，考虑到有必要通过增加像素尺寸扩展光接收面的面积来实现高的灵敏度。另外，已经提出了多种技术，其中，一组像素晶体管被多个光电转换部共享，使得通过增加单元像素中由光接收面所占据的面积来实现高灵敏度。例如，一组像素晶体管被两个或四个光电转换部共享(例如，参照日本未审查专利申请公开第2004-172950号、 2006-157953 号以及 2006-54276 号)。另外，已经提出了多种技术，其中，对各单元像素设置用于将入射光聚焦在光接收面上的微透镜，从而实现高灵敏度(例如，参照日本专利第2600250号)。另外，已经提出了多种技术，其中，通过诸如层内透镜形状的优化、配线层数的减少或光波导的引入的措施来改善聚焦效率，从而实现高灵敏度(例如，参照日本未审查专利申请公开第2002-314058号和2003-324189号)。

发明内容
图18是示出了在CMOS型图像传感器中的单元像素P的阵列的示图。在图18中， 示出了在水平方向χ和垂直方向y各方向上的两个单元像素P彼此相邻排列的部分。如图18所示，在四个单元像素P的每一个中，设置了光电二极管21和转移晶体管 22。另外，在四个单元像素P之下，设置了作为一组放大晶体管23、选择晶体管M以及复位晶体管25而构成的晶体管组。换句话说，构造包括光电二极管21和转移晶体管22的四个单元像素P，从而共享作为一组放大晶体管23、选择晶体管M以及复位晶体管25而构成的晶体管组。更具体地，如图18所示，两个光电二极管21被排列在垂直方向y上。另外，设置两个转移晶体管22的转移栅22G，从而在垂直方向y上被排列在垂直方向y上所排列的两个光电二极管21之间。另外，在垂直方向y上所排列的两个转移栅22G之间，设置了浮置扩散区(floating diffusion) FD。另外，如图18所示，设置构造有在垂直方向y上所排列的两个光电二极管21、两个转移栅22G以及浮置扩散区FD的组，从而在水平方向χ上排列该组。尽管未示出，但是在水平方向χ上所排列的浮置扩散区FD彼此电连接，并且浮置扩散区FD被连接至放大晶体管23的栅极。另外，如图18所示，在每个单元像素P中，设置了微透镜ML和滤色片CF，使得通过微透镜ML和滤色片CF顺序入射的入射光被光电二极管21接收。滤色片CF包括红色滤层CFR、绿色滤层CFG以及蓝色滤层CFB。红色滤层CFRjf 色滤层CFG及蓝色滤层CFB彼此相邻，并且各个对应于每个单元像素P而设置。这里，如图18所示，设置红色滤层CFR、绿色滤层CFG以及蓝色滤层CFB，从而以 Bayer阵列被排列。图19A和图19B是示出了 CMOS型图像传感器中的单元像素P中的电位的概图。在图19A和图19B中，示出了沿着图18的线XIX-XIX的部分中的电位。如图19A所示，在光电二极管21中的电场梯度很小时，存在信号电荷的转移时间增加，一些信号电荷没有被转移而是保留下来的问题，从而产生了残留图像。因此，如图19B所示，通过增大光电二极管21中的电场梯度来抑制所述问题的产生，使得信号电荷被移动至转移晶体管22侧。在这种情况下，例如，加入了离子注入处理， 使得如上述电位图中所示那样，形成了光电二极管21。图20和图21是示出了在CMOS型图像传感器的单元像素P上入射的入射光的状态的示图。这里，图20示出了在主光束H21入射在设置在成像区(排列了多个单元像素) 的上端部中的上部像素PU上的情况下的状态。另外，图21示出了在主光束H22入射在设置在成像区(排列了多个单元像素)的下端部中的下部像素PL上的情况下的状态。如图20和图21所示，光电二极管21和浮置扩散区FD设置在半导体基板101的上层部。另外，构成转移晶体管22的转移栅22G通过半导体基板101的主光束H21和H22 入射的表面上的栅极绝缘膜(未示出)而设置。例如，转移栅22G由诸如多晶硅的导电光阻挡材料(light-blocking material)形成。如图20和图21所示，在成像区的上端部或下端部中，主光束H21和H22没有在垂直于半导体基板101的表面的方向Z上入射，而是在相对于方向Z倾斜的方向上(参考图 1和图2并参考日本专利第2600250号中的图3等)入射。这里，在每个单元像素P中，由于主光束H21和H22通过滤色片入射，所以主光束H21和H22作为诸如红色光或绿色光的彩色光入射在光电二极管21上。因此，如图20所示，在位于成像区上端部的上部像素PU中，在主光束H21中的部分绿色光入射在光电二极管21上之前，该部分绿色光被转移栅22G阻挡。另一方面，在相邻的单元像素P中，在主光束H21中的红色光入射在光电二极管21上之前，该红色光没有被转移栅22G阻挡。换句话说，出现了绿色光的晕影，而没有出现红色光的晕影。相反，如图21所示，在位于成像区下端部的下部像素PL中，在主光束H22中的部分红色光入射在光电二极管21上之前，该部分红色光被转移栅22G阻挡。另一方面，在相邻单元像素P中，在主光束H22中的绿色光入射在光电二极管21上之前，该绿色光没有被转移栅22G阻挡。换句话说，与成像区的上端部不同，在成像区的下端部中，没有出现绿色光的晕影，而出现了红色光的晕影。以这种方式，在成像区的下端部中，由于各种颜色的晕影率(vignetting ratio) 不同，所以存在出现色差(color shading)的问题，使得彩色图像的图像质量劣化。特别地，在诸如胶囊内窥镜和便携式相机的小尺寸电子设备中，存在产生显著色差的问题，使得彩色图像的图像质量劣化。换句话说，在上述小尺寸电子设备中，在很多情况下，用于安装外部连接的透镜模块的体积需要减小，因此，透镜的最大主光束角对于装置的小厚度而言很大，从而产生了显著色差。此外，在增大像素尺寸以提高灵敏度的情况下，存在由于光电二极管21的中心与转移晶体管22之间的距离增大，所以电荷转移效率降低，从而产生了残像。以这种方式，在一些情况下，在固态成像装置中，很难同时防止色差、残像等而同时提高灵敏度。结果，很难提高所拍摄的图像的图像质量。因此，期望提供一种能够提高所拍摄的图像的图像质量的固态成像装置、所述固态成像装置的制造方法以及电子设备。根据本发明的一实施方式，提供了一种固态成像装置，包括设置了多个单元像素以拍摄彩色图像的成像区，其中，每个单元像素包括多个光电转换部；多个转移栅，每个转移栅被设置在每个光电转换部中，以从光电转换部转移信号电荷；以及浮置扩散区，将信号电荷通过多个转移栅从多个光电转换部转移至该浮置扩散区，其中，多个光电转换部接收同色光，以生成信号电荷，并且其中，将从多个光电转换部转移至浮置扩散区的信号电荷相加，从而作为电信号输出。优选地，单元像素被构造为使得浮置扩散区被多个光电转换部夹持，并且使得多个转移栅被设置在介于多个光电转换部与浮置扩散区之间。优选地，多个单元像素以第一方向及与第一方向垂直的第二方向排列在成像区中；浮置扩散区被设置为在第一方向上被多个光电转换部夹持；并且多个转移栅被设置为在第一方向上被夹持在多个光电转换部与浮动扩散区之间。优选地，多个单元像素以第一方向及与第一方向垂直的第二方向排列在成像区中；浮置扩散区被设置为在相对于第一方向和第二方向倾斜的方向上被多个光电转换部夹持；并且多个转移栅被配置为在相对于第一方向和第二方向倾斜的方向上介于多个光电转换部与浮动扩散区之间。优选地，在单元像素中排列多个光电转换部，使得相同数量的光电转换被设置在第一方向和第二方向的每一个上。优选地，在单元像素中排列多个光电转换部，使得偶数个光电转换部被排列在第一方向和第二方向的每一个上。优选地，在单元像素中排列多个光电转换部，使得4的倍数个光电转换部被排列在第一方向和第二方向的每一个上。优选地，单元像素包括放大晶体管，其栅极被电连接至浮置扩散区；以及垂直信号线，输出从被转移至浮置扩散区的信号电荷获取的信号，其中，在单元像素中设置多个放大晶体管，其中，设置多条垂直信号线，并且多条垂直信号线彼此电连接，并且其中，从多条垂直信号线所输出的信号被平滑化。优选地，单元像素包括放大晶体管，其栅极电连接至浮置扩散区；以及垂直信号线，输出从被转移至浮置扩散区的信号电荷获取的信号，其中，在单元像素中设置多个放大晶体管，并且多个放大晶体管的源极被电连接至共用垂直信号线。优选地，单元像素包括将光聚焦在光电转换部上的微透镜，并且对应于多个光电转换部设置多个微透镜。优选地，单元像素包括将光引导至光电转换部的光波导，并且对应于多个光电转换部设置多个光波导。根据本发明的另一实施方式，提供了一种固态成像装置的制造方法，包括通过在拍摄彩色图像的成像区中设置多个单元像素来形成固态成像装置的步骤，其中，单元像素的形成步骤包括步骤形成接收同色的光从而生成信号电荷的多个光电转换部；在多个光电转换部中设置从所述光电转换部转移信号电荷的多个转移栅；并且形成浮置扩散区，将所述信号电荷经由多个转移栅从多个光电转换部转移到所述浮置扩散区而相加。根据本发明的又一实施方式，提供一种具有固态成像装置的电子设备，所述固态成像装置包括设置了多个单元像素以拍摄彩色图像的成像区，其中，每个单元像素包括多个光电转换部；多个转移栅，每个转移栅被设置在每个光电转换部中，以从光电转换部转移信号电荷；以及浮置扩散区，信号电荷通过多个转移栅从多个光电转换部被转移至所述浮置扩散区，其中，多个光电转换部接收同色光，以生成信号电荷，并且其中，将从多个光电转换部转移至浮置扩散区的信号电荷相加，从而作为电信号输出。在本发明中，设置多个单元像素，以通过成像区拍摄彩色图像。这里，在单元像素中包括多个光电转换部。另外，在单元像素中包括从每个光电转换部转移信号电荷的多个转移栅。另外，在单元像素中包括信号电荷通过多个转移栅从多个光电转换部被转移至其中的浮置扩散区。在本发明中，还形成多个光电转换部，从而接收同色光，并生成信号电荷。 另外，将从多个光电转换部转移至浮置扩散区的信号电荷相加，从而作为电信号输出。根据本发明，可以提供能够提高所拍摄的图像的图像质量的固态成像装置、固态成像装置的制造方法以及电子设备。


图1是示出了根据发明第一实施方式的相机的结构的结构图。图2是示出了根据发明第一实施方式的固态成像装置的整体结构的示图。图3是示出了根据发明第一实施方式的固态成像装置的主要组件的示图。图4是示出了根据发明第一实施方式的固态成像装置的主要组件的示图。图5是示出了根据发明第一实施方式的固态成像装置的主要组件的示图。图6是示出了根据发明第一实施方式的固态成像装置的主要组件的示图。图7是示出了根据发明第一实施方式的单元像素中的电位的概图。图8A 图8C是示出当从根据发明第一实施方式的单元像素中读出信号时提供至单元像素的多个部分的脉冲信号的时序图。图9是示出了在根据发明第一实施方式的固态成像装置的制造方法的处理中所形成的主要组件的示图。
图10是示出了在根据发明第一实施方式的固态成像装置的制造方法的处理中所形成的主要组件的示图。图11是示出了根据发明第一实施方式的入射在单元像素上的入射光的状态的示图。图12是示出了根据发明第一实施方式的入射在单元像素上的入射光的状态的示图。图13是示出了根据发明第二实施方式的固态成像装置的主要组件的示图。图14是示出了根据发明第三实施方式的固态成像装置的主要组件的示图。图15是示出了根据发明第三实施方式的固态成像装置的主要组件的示图。图16是示出了根据发明第三实施方式的固态成像装置的主要组件的示图。图17是示出了根据发明第四实施方式的固态成像装置的主要组件的示图。图18是示出了在CMOS型图像传感器中的单元像素阵列的示图。图19A和图19B是示出了在CMOS型图像传感器中的单元像素中的电位的概图。图20是示出了入射在CMOS型图像传感器的单元像素上的入射光的状态的示图。图21是示出了入射在CMOS型图像传感器的单元像素上的入射光的状态的示图。
具体实施例方式下文中，将参照附图描述本发明的实施方式。另外，将以下面的顺序进行描述。1.第一实施方式(单元像素包括4个PD的情况)2.第二实施方式(存在光波导(optical waveguide)的情况)3.第三实施方式(单元像素包括16个PD的情况)4.第四实施方式(单元像素包括16个PD的情况)5.其他<1.第一实施方式>(A)装置的结构(A-I)相机主要组件的结构图1是示出了根据发明第一实施方式的相机40的结构的结构图。如图1所示，相机40为电子设备，并且包括固态成像装置1、光学系统42、控制器 43以及信号处理电路44。固态成像装置1通过利用成像面PS经由光学系统42接收作为目标图像而入射的入射光H并光电转换所述光来生成信号电荷。另外，基于从控制器43所输出的控制信号来驱动固态成像装置1，以读出信号电荷并输出原始数据。在该实施方式中，如图1所示，在固态成像装置1中，从光学系统42所发射的主光束Hl以垂直于成像面PS的角度入射在成像面PS的中心部分。另一方面，主光束H21和 H22以相对于垂直于固态成像装置1的成像面PS的方向倾斜的角度入射在成像面PS的外围部分。这里，主光束H21和H22从成像面PS的中心向其外围部分倾斜地入射在成像面PS上。光学系统42包括诸如聚焦透镜或光圈的光学元件。设置光学系统42，使得根据目标图像的入射光聚焦在固态成像装置1的成像面PS上。在该实施方式中，安装光学系统42，使得光轴对应于固态成像装置1成像面PS的中心。因此，如图1所示，光学系统42以垂直于成像面PS的角度将主光束Hl发射向固态成像装置1成像面PS的中心部分。另一方面，光学系统42以相对于垂直于成像面PS的方向倾斜的角度将主光束H21和H22发射向成像面PS的外围部分。这是由通过光圈等的出瞳距离(exit pupil distance)的有限性引起的。控制器43将各种控制信号输出至固态成像装置1和信号处理电路44，从而控制并驱动固态成像装置1和信号处理电路44。信号处理电路44被构造为通过对从固态成像装置1所输出的原始数据执行信号处理来生成关于目标图像的数字图像。(A-2)固态成像装置的主要组件将描述固态成像装置1的整体结构。图2是示出了根据发明第一实施方式的固态成像装置1的整体结构的示图。在图 2中，示出了上表面。根据该实施方式的固态成像装置1为CMOS型图像传感器，并且包括如图2所示的半导体基板101。例如，半导体基板101例如为由硅所制成的半导体基板，并且如图2所示， 在半导体基板101的表面中设置成像区PA和外围区SA。如图2所示，成像区PA具有四边形形状，其中，多个单元像素P被设置在水平方向 X和垂直方向y的每一个上。换句话说，单元像素P以矩阵形状排列。另外，设置成像区PA， 使其中心对应于图1中所示的光学系统42的光轴。成像区PA对应于图1中所示的成像面PS。因此，如上所述，在设置在成像区PA中心部分的单元像素P中，主光束(图1的Hl)以垂直于成像区PA的平面的角度入射。另一方面，在设置在成像区PA外围部分的单元像素P (例如，上部像素PU或下部像素PL)中，主光束(图1的H21或H22)以相对于垂直于成像区PA的平面的方向倾斜的角度入射。如图2所示，外围区SA位于成像区PA的外围。另外，外围电路设置在外围区SA 中。更具体地，如图2所示，作为外围电路设置垂直驱动电路13、列电路14、水平驱动电路15、外部输出电路17以及定时发生器(TG) 18。如图2所示，垂直驱动电路13被构造为设置在外围区SA中的成像区PA的侧面部分，从而以单元像素P的行为单位选择并驱动成像区PA的单元像素P。如图2所示，列电路14被构造为设置在外围区SA中的成像区PA的下端部，从而以单元像素P的列为单位对从单元像素P所输出的信号执行信号处理。这里，列电路14包括CDS(相关双采样)电路(未示出)，以执行消除固定模式噪声(fixed pattern noise) 的信号处理。如图2所示，水平驱动电路15电连接至列电路14。例如，水平驱动电路15包括移位寄存器，以将在列电路14中以单元像素P的列为单位所存储的信号顺序输出至外部输出电路17。如图2所示，外部输出电路17电连接至列电路14。外部输出电路17对从列电路14所输出的信号执行信号处理，并将所处理的信号输出至外部。外部输出电路17包括AGC (自动增益控制)电路17a和ADC电路17b。在外部输出电路17中，AGC电路17a将增益施加至信号，此后，ADC电路17b将模拟信号转换为数字信号，以将所述数字信号输出至外部。如图2所示，定时发生器18电连接至垂直驱动电路13、列电路14、水平驱动电路 15以及外部输出电路17。定时发生器18生成各种定时信号，并将定时信号输出至垂直驱动电路13、列电路14、水平驱动电路15以及外部输出电路17，从而执行这些部分的驱动控制。(A-3)固态成像装置的详细结构以下描述根据实施方式的固态成像装置1的详细结构。图3 图6是示出了根据发明第一实施方式的固态成像装置1的主要组件的示图。这里，图3示出了固态成像装置1中排列了多个单元像素P的成像区PA的上表面。 在图3中，示例性地示出了在水平方向χ和垂直方向y的每一个上的两个单元像素P彼此相邻排列的部分。另外，图4示出了一个单元像素P的上表面。在图4中，示意性地示出设置了图3 中的红色滤层CFR的单元像素P(红色像素)的上表面。另外，在图3中，设置了绿色滤层 CFG的单元像素P (绿色像素)和设置了蓝色滤层CFB的单元像素P (蓝色像素)也具有与设置了红色滤层CFR的单元像素P(红色像素)相同的结构。另外，图5示出了一个单元像素P的电路结构。在图5中，类似于图4，示意性地示出设置了图3中的红色滤层CFR的单元像素P(红色像素)的电路结构。另外，绿色像素和蓝色像素也具有与红色像素相同的结构。另外，图6示出了一个单元像素P的横截面。在图6中，示出了沿着图4的线VI-VI 的部分的横截面。(A-3-1)单元像素阵列如图3所示，在固态成像装置1中，在水平方向χ和垂直方向y的每一个上设置多个单元像素P。如图3所示，在固态成像装置1中，为了拍摄彩色图像，在每个单元像素P中设置各滤色片CF。滤色片CF包括红色滤层CFR、绿色滤层CFG以及蓝色滤层CFB。红色滤层 CFR、绿色滤层CFG以及蓝色滤层CFB彼此相邻，并且它们对应各单元像素P设置。这里，如图3所示，红色滤层CFR、绿色滤层CFG以蓝色滤层CFB以Bayer阵列设置。换句话说，多个绿色滤层CRi被设置为以棋盘方格形状排列在对角线方向上。另外，红色滤层CFR和蓝色滤层CFB被配置为排列在多个绿色滤层CFG的对角线方向上。另外，尽管未示出，但是光阻挡部(light blocking portion)(未示出)被设置在红色滤层CFR、绿色滤层CFG以及蓝色滤层CFB的每一个的外围，从而隔开单元像素P。在该实施方式中，如图3所示，每个单元像素P包括多个成像部PA1、PA2、PB1以及 PB2。在该实施方式中，单元像素P被构造为包括4个成像部PA1、PA2、PBl以及PB2。(A-3-幻各个单元像素如图4和图5所示，在单元像素P中，多个成像部PA1、PA2、PB1以及PB2以阵列排列在成像面(xy面)上。
多个成像部PA1、PA2、PB1以及PB2在水平方向χ和垂直于水平方向χ的垂直方向 y上排列在成像面(xy面)上。如图4和图5所示，在每个成像部PA1、PA2、PBl以及PB2中，设置了光电二极管 21和转移晶体管22。另外，在多个成像部PA1、PA2、PB1以及PB2之下，设置了作为一组放大晶体管23、选择晶体管M以及复位晶体管25而构成的晶体管组。换句话说，单元像素P 被构造为使得四个成像部PA1、PA2、PB1以及PB2 (每个都包括光电二极管21和转移晶体管 22)共享一组放大晶体管23、选择晶体管M以及复位晶体管25。更具体地，如图4所示，在被分隔成在垂直方向上排列的两个成像部PAl和PA2的区域中，设置两个光电二极管21使得在每个成像部PAl和PA2中在垂直方向y上排列这两个光电二极管。另外，在光电二极管21之间，设置两个转移晶体管22的转移栅22G使得在每个成像部PAl和PA2中在垂直方向y上排列这两个转移晶体管的转移栅。另外，浮置扩散区FD设置在垂直方向y上排列的两个转移栅22G之间。另外，如图4所示，以与两个成像部PAl和PA2相同的结构在垂直方向y上排列两个成像部PBl和PB2。换句话说，由在垂直方向y上排列的两个光电二极管21、两个转移栅 22G以及浮置扩散区FD所构成的组被设置以在水平方向χ上被排列。这里，如图5所示，在水平方向χ上排列的浮置扩散区FD通过配线Hab被彼此电连接，并且浮置扩散区FD被连接至放大晶体管23的栅极。此外，如图4和图6中所示，在单元像素P中，设置了微透镜ML。如图6所示，在单元像素P中，配线层111和滤色片CF设置在微透镜ML与光电二极管21之间，使得经由这些组件顺序入射的入射光H被光电二极管21接收。另外，如图5所示，在单元像素P中，转移晶体管22将通过光电二极管21所生成的信号电荷转移至浮置扩散区FD，以经由放大晶体管23等将电信号输出至垂直信号线27。顺序描述构成单元像素P的组件的详细结构。(a)光电二极管如图4所示，在单元像素P中，多个光电二极管21设置在成像面(xy面)上。在水平方向X和垂直方向y的每一个上排列设置偶数个光电二极管21，从而对应于成像部PA1、 PA2、PBl以及PB2的阵列。例如，在每个成像部PA1、PA2、PBl以及PB2中设置光电二极管 21,其尺寸在Iym 2μπι的范围内。换句话说，设置光电二极管21，使得两个光电二极管 21在水平方向χ和垂直方向y的每一个上以等间距排列。如图6所示，光电二极管21设置在半导体基板101中。构造光电二极管21，使得通过以光接收面JS接收作为目标图像入射的入射光H并光电转换入射光H来生成并累积信号电荷。例如，构造光电二极管21，使得η型电荷累积区(未示出)形成在设置在半导体基板101(为η型硅半导体)中的P阱中。另外，为了抑制暗电流，ρ型累积层(未示出)被构造为包括在半导体基板101的前表面上。换句话说，光电二极管21以所谓的HAD(霍尔累积二极管)结构形成。另外，如图5所示，构造每个光电二极管21，使得累积的信号电荷通过转移晶体管 22被转移至浮置扩散区FD。在该实施方式中，如图4和图5所示，单元像素P包括4个光电二极管21，并且对应于4个光电二极管21的4个转移晶体管22以对设置。这里，转移晶体管22设置在垂直方向y上排列的两个光电二极管21之间。另外，在垂直方向y上排列的两个光电二极管21 之间设置的两个转移晶体管22之间设置浮置扩散区FD。另外，如图5所示，在单元像素P中，构造4个光电二极管21，从而共享一组放大晶体管23、选择晶体管M以及复位晶体管25。换句话说，对于4个光电二极管21，设置了一个放大晶体管23、一个选择晶体管M和一个复位晶体管25。(b)晶体管如图4所示，在单元像素P中，转移晶体管22、放大晶体管23、选择晶体管M以及复位晶体管25设置在成像面(xy面)上。构造转移晶体管22、放大晶体管23、选择晶体管 24以及复位晶体管25，使得在光电二极管21中所生成的信号电荷被读出，以作为数据信号被输出。例如，转移晶体管22、放大晶体管23、选择晶体管M以及复位晶体管25的每一个由N沟道MOS晶体管构成。顺序描述晶体管的详细结构。(b-Ι)转移晶体管如图4所示，在单元像素P中，多个转移晶体管22被设置在水平方向χ和垂直方向y的每一个上，从而对应于多个成像部PA1、PA2、PB1以及PB2。这里，如图4所示，设置转移晶体管22，使得在成像面(xy面)上在垂直方向y上排列的多个光电二极管之间设置的浮置扩散区FD介于两个转移晶体管22之间。如图4所示，每个转移晶体管22包括转移栅22G，并且转移栅22G被设置为在水平方向χ上延伸。另外，转移栅22G设置在单元像素P中在垂直方向y上排列的光电二极管 21之间。如图6所示，转移栅22G设置在半导体基板101的前表面上。尽管未示出，但是栅极绝缘膜(未示出)被插入在转移栅22G与半导体基板101的前表面之间。另外，转移栅 22G邻近于设置在半导体基板101的表面层上的浮置扩散区FD设置，使得一个浮置扩散区 FD介于两个转移栅22G之间。例如，以诸如多晶硅的导电光阻挡材料来形成转移栅22G。如图5所示，构造转移晶体管22，以通过将来自转移线沈的转移信号施加到转移晶体管22的栅极，将在光电二极管21中所累积的信号电荷作为输出信号转移至浮置扩散区FD0这里，如图5所示，转移晶体管22的一个端子电连接至光电二极管21的阴极。另外，转移晶体管22的另一个端子电连接至一个浮置扩散区FD。在该实施方式中，在垂直方向y上排列的一对转移晶体管22被构造为将信号电荷转移至浮置扩散区FD。因此，在垂直方向y上排列的一对转移晶体管22的信号电荷被相加到浮置扩散区FD，并被输出至放大晶体管23的栅极。(b-2)放大晶体管如图4所示，在单元像素P中，放大晶体管23被设置在成像面(xy面)中的多个成像部PA1、PA2、PB1以及PB2之下。换句话说，放大晶体管23被设置在在成像面(xy面)中的水平方向χ和垂直方向y上排列的多个光电二极管21之下。这里，设置放大晶体管23， 使得在水平方向上沟道介于一对源极和漏极之间。
如图5所示，放大晶体管23被构造为放大并输出从转移晶体管22所输出的电信号。更具体地，如图5所示，放大晶体管23的栅极连接至浮置扩散区FD。另外，放大晶体管23的漏极连接至电源电压Vdd，并且其源极经由选择晶体管M连接至垂直信号线27。 当选择晶体管M被选择为处于导通状态时，从恒电流源I为放大晶体管23提供恒流，从而放大晶体管23作为源跟随器工作。因此，当将选择信号提供至选择晶体管M时，从浮置扩散区FD所输出的输出信号被放大晶体管23放大。(b-3)选择晶体管如图4所示，在单元像素P中，选择晶体管对被设置在成像面(xy面)中的多个成像部PA1、PA2、PB1以及PB2之下。换句话说，类似于放大晶体管23，选择晶体管M被设置在在成像面(xy面)中的水平方向χ和垂直方向y上排列的多个光电二极管21之下。这里，设置选择晶体管24，使得在水平方向上沟道介于一对源极和漏极之间。如图5所示，选择晶体管M被构造为，当选择信号被输入时，将放大晶体管23所输出的电信号输出至垂直信号线27。更具体地，如图5所示，选择晶体管M的栅极被连接至提供了选择信号的地址线观。当提供了选择信号时，选择晶体管M导通，从而将如上所述被放大晶体管23放大的输出信号输出至垂直信号线27。(b-4)复位晶体管如图4所示，在单元像素P中，复位晶体管25被设置在成像面(xy面)中的多个成像部PA1、PA2、PB1以及PB2之下。换句话说，类似于放大晶体管23和选择晶体管M，复位晶体管25被设置在在成像面(xy面)中的水平方向χ和垂直方向y上排列的多个光电二极管21之下。这里，设置复位晶体管25，使得在水平方向上沟道介于一对源极和漏极之间。如图5所示，复位晶体管25被构造为对放大晶体管23的栅极电位进行复位。更具体地，如图5所示，复位晶体管25的栅极被连接至提供了复位信号的复位线四。另外，复位晶体管25的漏极连接至电源电压Vdd，而其源极连接至浮置扩散区FD。另外，当将复位信号从复位线四提供至栅极时，复位晶体管25经由浮置扩散区FD将放大晶体管23的栅极电位复位至电源电压Vdd。(c)配线层 111如图6所示，配线层111设置半导体基板101的前表面(其上设置了转移晶体管 22的转移栅22G)上。配线层111包括配线(未示出)，并且形成绝缘层中的配线以电连接至多个元件。 这里，通过绝缘层中的层叠结构来形成配线，以用作诸如图5中所示的转移线沈、地址线观、垂直信号线27以及复位线四的配线。更具体地，在配线层111中，在单元像素P的边界部或排列了构成单元像素P的多个成像部PA1、PA2、PB1以及PB2的边界部中，设置配线。(d)滤色片 CF如图6所示，滤色片CF设置在设置了转移晶体管22的转移栅22G的半导体基板 101的前表面侧。
这里，如图6所示，滤色片CF设置在配线层111的上表面。另外，微透镜ML设置在滤色片CF的上表面。如图6所示，构造滤色片CF，从而为经由半导体基板101的光接收面JS透射的根据目标图像的入射光着色。如图3所示，滤色片CF包括红色滤层CFR、绿色滤层CFG以及蓝色滤层CFB，并且以Bayer阵列设置，以对应于每个单元像素P。更具体地，在滤色片CF中，红色滤层CFR被构造为相对于对应于红色的波长范围 (例如，从625nm 740nm范围)具有高的光透射性，并且以红色将经由光接收面透射的入射光着色。形成红色滤层CFR，使其平面结构为四边形形状。另外，在滤色片CF中，绿色滤层CRi被构造为相对于对应于绿色的波长范围(例如，从500nm 565nm范围)具有高的光透射性，并且以绿色将经由光接收面透射的入射光着色。形成绿色滤层CFG，使其平面结构为四边形形状。在滤色片CF中，蓝色滤层CFB被构造为相对于对应于蓝色的波长范围(例如，从 450nm 485nm范围)具有高的光透射性，并且以蓝色将经由光接收面透射的入射光着色。 形成蓝色滤层CFB，使其平面结构为四边形形状。另外，如图3所示，构造滤色片CF，使得相同的彩色滤层CFR、CFG以及CFB被设置在构成单元像素P的多个成像部PA1、PA2、PB1以及PB2中。例如，如图3所示，在4个单元像素P中位于左下部的单元像素P中，红色滤层CFR被设置在构成单元像素P的多个成像部PA1、PA2、PB1以及PB2中。如图6所示，在成像部PA1、PA2、PBl以及PB2中，整体形成红色滤层CFR。例如，根据诸如旋涂法的涂覆方法，通过涂覆包括着色颜料的涂覆溶液和光刻胶树脂形成涂覆层并且此后根据平版印刷技术对涂覆层执行图案化处理来形成滤色片CF。(e)微透镜 ML如图6所示，微透镜ML设置在设置了转移晶体管22的转移栅22G的半导体基板 101的前表面侧。这里，如图6所示，微透镜ML设置在滤色片CF的前表面上。设置多个微透镜ML， 从而对应于构成单元像素P的多个成像部PAl、PA2、PBl以及PB2。如图6所示，微透镜ML设置在光接收面JS上方。微透镜ML为中心比边缘厚的凸透镜，并且被构造为将入射光H聚焦至光电二极管21的光接收面JS。例如，通过使用诸如苯乙烯树脂、丙烯酸树脂以及酚醛树脂(novolac resin)的透明有机材料形成微透镜ML。此外，可以通过使用诸如Si02、SiN, SiON, SiCN以及HfO的透明无机材料形成微透镜ML。(f)其他图7是示出了根据发明第一实施方式的单元像素P的电位的概图。图7中，示出了沿着图4的线VII-VII的部分的电位。如图7所示，在该实施方式中，类似于图19B中所示的情况，光电二极管21中的电场梯度被形成为增大，使得信号电荷被移动至转移晶体管22侧。图8A 图8C是示出了根据发明第一实施方式当从单元像素P中读出信号时提供至单元像素P的多个部分的脉冲信号的时序图。图8A示出了选择信号(SEL)；图8B示出了复位信号(RST)；并且图8C示出了转移信号(TRF1和TRF2)(参照图5)。首先，如图8A 图8C所示，在第一时间点tl时，选择晶体管M被设定为导通状态。另外，在第二时间点t2时，复位晶体管25被设定为导通状态。因此，放大晶体管23的栅极电位被复位。接下来，在第三时间点t3时，复位晶体管25被设定为非导通状态。另外，此后，对应于复位电平的电压作为输出信号被读出到列电路14。接下来，在第四时间点t4时，转移晶体管22被设定为导通状态，使得在光电二极管21中所积累的信号电荷被转移至放大晶体管23的栅极。接下来，在第五时间点t5时，转移晶体管22被设定为非导通状态。另外，此后，对应于根据积累信号电荷量的信号电平的电压作为输出信号被读出到列电路14。在列电路14中，对先前读出的复位电平和后来读出的信号电平执行差分处理，使得信号被累积。因此，消除了根据在每个单元像素P中设置的各晶体管的Vth的不规则性等而生成的固定模式噪声(fixed pattern noise) 0由于晶体管22、24以及25的栅极以由在水平方向χ上排列的多个单元像素P所构成的行为单位被连接，所以，相对于以行为单位排列的多个单元像素P来同时执行驱动单元像素P的上述操作。更具体地，根据上述垂直驱动电路13所提供的选择信号以水平线(像素行)为单位在垂直方向上顺序选择单元像素P。另外，根据从定时发生器18所输出的各种定时信号来控制单元像素P的晶体管。因此，各单元像素P的输出信号经由单元像素P的每列中的垂直信号线27被输出至列电路14。另外，在列电路14中所累积的信号被水平驱动电路15选择，从而被顺序输出至外部输出电路17。在该实施方式中，由构成单元像素P的多个成像部ΡΑ1、ΡΑ2、ΡΒ1以及ΡΒ2所生成的信号电荷被相加，从而作为输出信号被输出至垂直信号线27。例如，如图8Α 图8C所示，在4个成像部ΡΑ1、ΡΑ2、ΡΒ1以及ΡΒ2中设置的光电二极管21的信号电荷在相同的定时处通过转移晶体管22被转移至浮置扩散区FD。另外，根据在浮置扩散区FD中相加的信号电荷量的信号电平的电压作为输出信号被读出。另外，可以在不同定时处将光电二极管21的信号电荷顺序转移至浮置扩散区FD， 并且可以驱动输出信号，从而基于在浮置扩散区FD中相加的信号电荷来读出该输出信号。(B)固态成像装置的制造方法下文中，描述上述固态成像装置1的制造方法的主要处理。图9和图10是示出了根据发明第一实施方式的固态成像装置1的制造方法处理中所形成的主要组件的示图。这里，类似于图6，图9和图10示出了成像区PA的横截面。(B-I)光电二极管21、转移晶体管22以及浮置扩散区FD的形成首先，如图9所示，形成光电二极管21、转移晶体管22以及浮置扩散区FD。通过在半导体基板101 (为η型硅半导体)中设置的ρ阱(未示出)中设置η型电荷累积区来形成光电二极管21。另外，此外，在η型电荷累积区的表面形成高浓度ρ型累积层(未示出)。更具体地，通过将杂质离子适当地注入到半导体基板101中来设置构成光电二极管21的组件。
通过在沟道形成区上表面上形成栅极绝缘膜(未示出)，此后，通过在该栅极绝缘膜的上表面上设置转移栅22G来形成转移晶体管22。更具体地，通过对半导体基板101的表面执行热氧化处理来形成作为栅极绝缘膜的氧化硅膜(未示出)。另外，例如，在栅极绝缘膜上形成多晶硅膜(未示出)之后，对多晶硅膜(未示出)执行图案化处理，从而形成转移栅22G。在形成转移晶体管22时，也以类似方式形成包括放大晶体管23、选择晶体管M以及复位晶体管25的其他晶体管。通过将η型杂质离子注入到半导体101的上层中来形成浮置扩散区FD。在形成浮置扩散区FD时，也以类似的方式形成每个晶体管的源极区和漏极区。(Β-2)配线层111的形成接下来，如图10所示，形成配线层111。这里，如图10所示，在半导体基板101中，配线层111被设置在设置了转移晶体管 22的转移栅22G的表面上。例如，通过使用诸如氧化硅膜的绝缘材料形成绝缘层并在同时通过使用诸如铝的金属材料形成配线(未示出)来设置配线层111。(Β-3)滤色片CF和微透镜ML的形成接下来，如图6所示，形成滤色片CF和微透镜ML。这里，如图6所示，滤色片CF被设置在半导体基板101的覆盖了配线层111的表面上。另外，微透镜ML被设置在滤色片CF上。以这种方式，设置了组件，从而完成了作为CMOS型图像传感器的固态成像装置1。(C)总结以这种方式，在根据实施方式的固态成像装置1中，多个单元像素P设置在拍摄彩色图像的成像区PA中。多个单元像素P在水平方向χ和垂直方向y的每一个上被设置在成像区PA中。单元像素P在成像区PA中以Bayer阵列设置，从而接收三原色光中的每一个。换句话说，在该像素阵列中，红色单元像素P和在垂直方向y上与红色单元像素P相邻排列的绿色单元像素P被排列在左侧。另外，绿色单元像素P和在垂直方向y上与绿色单元像素P相邻排列的蓝色单元像素P被排列在右侧(参照图3)。在每个单元像素P中排列多个光电二极管21 (光电转换部)，从而接收相同颜色的光，并生成信号电荷。另外，通过使用用于阻挡倾向于进入多个光电二极管21的光的光阻挡材料来形成转移来自光电二极管21的信号电荷的多个转移栅22G。另外，来自多个光电二极管21的信号电荷被构造为通过多个转移栅22G被转移至浮置扩散区FD而被相加(参照图4)。更具体地，在每个单元像素P中，光电二极管21设置在水平方向上排列的成像部 PAl和PBl (子像素)的每一个中。另外，光电二极管21设置在成像部PAl和PBl的垂直方向y上排列的成像部PA2和PB2的每一个中。在单元像素P中，排列光电二极管21，使得在水平方向χ和垂直方向y的每一个上排列相同数量的光电二极管(参照图4)。另外，在每个单元像素P中，将来自光电二极管21的信号电荷转移至浮置扩散区 FD的转移栅22G被设置在水平方向χ上排列的成像部PAl和PBl中。另外，将来自光电二极管21的信号电荷转移至浮置扩散区FD的转移栅22G被设置在成像部PAl和PBl的垂直方向y上排列的成像部PA2和PB2中(参照图4)。在单元像素P中，浮置扩散区FD设置在成像部PAl和PBl的光电二极管21与在垂直方向y上排列的成像部PA2和PB2的光电二极管21之间。另外，浮置扩散区FD设置在成像部PAl和PBl的转移栅22G与在垂直方向y上排列的成像部PA2和PB2的转移栅22G 之间(参照图4)。因此，在根据实施方式的固态成像装置中，能够防止色差的产生，从而能够提高彩色图像的图像质量。下文中，将详细描述上述结构。图11和图12是示出了根据本发明第一实施方式入射在单元像素P上的入射光的状态的示图。这里，图11示出了入射在位于成像区PA(设置了多个单元像素P)的上端部处的上部像素PU上的主光束H21的状态。另外，图12示出了入射在位于成像区PA(设置了多个单元像素P)的下端部处的下部像素PL上的主光束H22的状态(参照图2)。另外，为了简化描述，在图11和图12中，省略了配线层111等的描述。如图11和图12所示，主光束H21和H22不是在垂直于半导体基板101的成像面 (xy面)的方向ζ上而是在相对于方向ζ倾斜的方向上入射在成像区PA的上部像素PU或下部像素PL上(参照图1、图2等)。这里，如图6所示，在单元像素P中，由于红色滤层CFR(图11和图12中未示出) 设置在成像部PAl和PA2的每一个的上方，所以主光束H21和H22作为红色光入射至光电二极管21。因此，如图11所示，在位于成像区PA上端部的上部像素PU中的右侧所示出的成像部PA2(图4中的上部)中，在主光束H21入射在光电二极管21上之前，作为红色光的部分主光束H21被转移栅22G阻挡。另一方面，在左侧所示出的成像部PAl中，在主光束H21 入射在光电二极管21上之前，作为红色光的主光束H21没有被转移栅22G阻挡。相反，如图12所示，在位于成像区PA下端部的下部像素PL中的左侧所示出的成像部PAl中，在主光束H21入射在光电二极管21上之前，作为红色光的部分主光束H21被转移栅22G阻挡。另一方面，在右侧所示出的成像部PA2中，在主光束H21入射在光电二极管21上之前，作为红色光的主光束H21没有被转移栅22G阻挡。以这种方式，成像区PA的上端部和下端部中红色光的晕影率相同。换句话说，在单元像素P中，形成设置了光电二极管21、转移栅22G以及浮置扩散区FD的多个部分，使得它们关于水平方向χ和垂直方向y轴对称。因此，由于在成像区PA的上部和下部中设置了转移栅22G的位置关于接收红色光的光电二极管21对称，所以在成像区PA的上部和下部中红色光的晕影率相同。除了红色光之外，对于蓝色光和绿色光，类似于红色光，上部像素PU和下部像素 PL的转移栅22G被设置为使得在成像区PA的上端部和下端部中红色光的晕影率相同。因此，在该实施方式中，如上所述，能够防止色差的产生，从而能够提高彩色图像的图像质量。具体地，在固态成像装置被用在诸如胶囊内窥镜或便携式相机的小尺寸电子设备中的情况下，如上所述，产生相当大的色差。然而，在根据该实施方式的情况下，能够有效地防止该问题的产生。另外，在该实施方式中，单元像素P被构造有多个成像部PA1、PA2、PBl以及PB2。 因此，尽管使得单元像素P的面积增大，但是因为各个光电二极管21的面积很小，所以可以缩短每个光电二极管21的中心与转移晶体管22之间的距离。因此，由于能够提高电荷转移效率，所以能够抑制残像的产生。另外，在该实施方式中，单元像素P包括将光聚焦至光电二极管21的微透镜ML。 在单元像素P中，多个微透镜ML对应于多个光电二极管21而设置。因此，入射光H被聚焦在每个光电二极管21的光接收面上，从而可以增大光接收量。因此，能够提高灵敏度。另外，在该实施方式中，多个浮置扩散区FD被设置在单元像素P中，并且多个浮置扩散区FD通过配线彼此电连接。因此，通过调节FD配线电容可以减小浮置扩散区FD中信号电荷向电压的转换效率，从而可以适当地执行信号检测。通常，根据累积在光电二极管21中的信号电荷数(电子数或空穴数)、浮置扩散区 FD的范围以及后级电路(例如，A/D转换器)的范围确定固态成像装置的饱和信号量。尽管通过增大单元像素的尺寸来增加可以在光电二极管21中累积的信号电荷的数目，但是在超过浮置扩散区FD的范围的情况下，信号检测是很难的。但是，可以通过降低转换效率来执行信号检测。另外，由于能够增加可以在光电二极管21中累积的信号电荷的数目，所以能够防止由于光发射噪声(light-shot noise)所引起的图像质量的劣化。尽管在通过增大电源电压来增大浮置扩散区FD的范围或A/D转换器的范围的情况下功耗增大，但是根据上述结构不需要增大电源电压，从而能够降低功耗。在诸如胶囊内窥镜的小尺寸电子设备中，其中没有提供电池，或者提供了具有小容量的电池，使得需要非常低的功耗。因此，上述结构是非常适用的。另外，由于栅氧化膜的厚度需要根据电源电压的增大而增加，所以会增大噪声的产生。因此，根据上述结构，不需要增加电源电压，从而能够减少噪声的产生。因此，在该实施方式中，能够提高诸如所拍摄的彩色图像的图像质量的特性。另外，在上述实施方式中，尽管描述了一个放大晶体管23被设置在单元像素P中的情况，但是发明不限于此。可以在单元像素P中设置多个放大晶体管23。<2.第二实施方式>
(A)装置的结构等图13是示出了根据本发明第二实施方式的固态成像装置的主要组件的示图。另外，图13类似于图6示出了一个单元像素P的横截面。换句话说，在图13中， 示出了沿着图4的线XIII-XIII的部分的横截面。如图13所示，在该实施方式中，设置了光波导131。除了这点及与此相关的点之外，该实施方式与第一实施方式相同。因此，省略关于冗余部分的一些描述。如图13所示，光波导131设置在半导体基板101的表面(入射光H入射在其上)一侧。如图13所示，光波导131被形成为介于微透镜ML与光电二极管21的光接收面JS 之间，使得经由微透镜ML入射的入射光H被引导至光电二极管21的光接收面JS。更具体地，光波导131为引导光的核心部分，并且由反射率高于在其外围部分构成配线层111的绝缘层的光学材料形成。例如，作为核心部分的光波导131被形成为在关于涂覆部分的界面上全反射入射光。(B)总结以这种方式，在该实施方式中，每个单元像素P包括将光引导至光电二极管21的光波导131。多个光波导被设置为对应于设置在每个成像部(PA1、PA2等)中的光电二极管21。因此，入射光H通过光波导131以高效率被引导至光电二极管21的光接收面JS， 从而能够增加光接收量。因此，能够提高灵敏度。因此，在该实施方式中，能够进一步提高所拍摄的彩色图像的图像质量。<3.第三实施方式>(A)装置等的结构图14 图16是示出了根据发明第三实施方式的固态成像装置的主要组件的示图。这里，类似于图3，图14示出了固态成像装置中的排列了多个单元像素P的成像区 PA的上表面。另外，类似于图4，图15示出了一个单元像素P的上表面。换句话说，在图15中， 示意性地示出设置了图14中的红色滤层CFR的单元像素P (红色像素)的上表面。另外， 设置了图14中的绿色滤层CFG的单元像素P (绿色像素)和设置了蓝色滤层CFB的单元像素P(蓝色像素)也具有与设置了红色滤层CFR的单元像素P(红色像素)相同的结构。另外，类似于图5，图16示出了一个单元像素P的电路结构。在图16中，类似于图15，示意性地示出设置了图14中的红色滤层CFR的单元像素P (红色像素)的电路结构。 另外，绿色像素和蓝色像素也具有与红色像素相同的电路结构。如图14 图16所示，在该实施方式中，构成单元像素P的成像部PAl PA4、 PBl PB4、PCl PC4以及PDl PD4的数目与第一实施方式不同。此外，单元像素P的结构不同。除了这点及与此相关的点之外，该实施方式与第一实施方式相同。因此，省略关于冗余部分的一些描述。(A-I)单元像素的阵列如图14所示，类似于第一实施方式，在固态成像装置中，在每个单元像素P中设置滤色片CF。滤色片CF包括红色滤层CFR、绿色滤层CFG以及蓝色滤层CFB，并且以Bayer阵列设置在每个单元像素P中。如图14所示，每个单元像素P被构造为包括多个成像部PAl PA4、PBl PB4、 PCl PC4以及PDl PD4。在该实施方式中，在单元像素P中包括总共16个成像部PAl PA4、PBl PB4、PCl PC4 以及 PDl PD4。(A-2)每个单元像素如图15和图16所示，在单元像素P中，成像部PAl PA4、PB1 PB4、PC1 PC4 以及PDl PD4被排列在成像面(xy面)中，从而在水平方向χ和垂直方向y的每一个上以4个为单位而被排列。在单元像素P中，在水平方向χ和垂直方向y的每一个上排列两个成像部，使得包括总共4个成像部(PA1、PA2、PB1、PB2等)的组GA1、GA2、GB1以及GB2重复性地排列在水平方向χ和垂直方向y上。
如图15和图16所示，类似于第一实施方式，在组GAl、GA2、GBl以及GB2中，在成像部PAl PA4、PB1 PB4、PC1 PC4以及PDl PD4的每一个中，设置了光电二极管21 和转移晶体管22。另外，在组GA1、GA2、GB1以及GB2的每一个中，在由4个成像部(PA1、 PA2、PB1、PB2等)所构成的组下，设置了作为一组放大晶体管23、复位晶体管25以及选择晶体管M而构成的晶体管组。换句话说，单元像素P被设置为包括4组共享作为一组4个成像部(PA1、PA2、PB1以及PB2)而构成的晶体管组的GA1、GA2、GBl以及GB2。然而，如图15所示，在单元像素P中，包括4个成像部(PA1、PA2、PB1、PB2等)的组GA1、GA2、GBl以及GB2的部分被构造为不同于根据第一实施方式的单元像素(参照图 4)。更具体地，在组GAl、GA2、GBl以及GB2的每一个中，浮置扩散区FD的位置不同于根据第一实施方式的单元像素P中的位置。另外，转移栅22G的位置不同。除了这点及与此相关的点之外，根据实施方式的组GA1、GA2、GB1以及GB2的每一个与根据第一实施方式的单元像素P相同。如图15所示，在组GAl、GA2、GBl以及GB2的每一个中，没有设置多个浮置扩散区 FD，而是设置了一个浮置扩散区FD。一个浮置扩散区FD被设置在位于设置在成像部(PA1、 PA2、PB1、PB2等)中的所有4个光电二极管21之间。换句话说，浮置扩散区FD被设置在垂直方向y、水平方向χ以及相对于垂直方向y和水平方向χ倾斜的方向上排列的多个成像部(PAl和PB2组、PA2和PBl组等)之间。如图15所示，多个转移栅22G设置在组GA1、GA2、GB1以及GB2的每一个中。设置转移栅22G，使得浮置扩散区FD介于设置在成像部(PA1、PA2、PB1、PB2等)中的4个转移栅22G之间。换句话说，转移栅22G被设置为经由浮置扩散区FD被排列在垂直方向y、水平方向χ以及相对于垂直方向y和水平方向χ倾斜的方向上所排列的多个成像部(PAl和 PB2组、PA2和PBl组等)之间。如图16所示，在单元像素P中，包括4个成像部(PA1、PA2、PB1、PB2等)的组GAl、 GA2、GB1以及GB2彼此电连接，并且被设置为将来自成像部的信号相加，并输出相加的信号。更具体地，如图16所示，在单元像素P中，设置了多条垂直信号线27，并且每条垂直信号线27电连接在垂直方向y上排列的组(GAl和GA2组或者GBl和GB2组)。另外，在水平方向χ上排列的组(GAl和GBl组或者GA2和GB2组)通过配线Hab 和Hcd彼此电连接。这里，在组GA1、GA2、GBl以及GB2的每一个中，设置配线Hab和Hcd， 从而电连接将浮置扩散区FD和放大晶体管23的栅极电连接的配线。另外，设置配线HV，使得两条垂直信号线27在从单元像素P中输出电信号的输出端部被彼此电连接。在该实施方式中，由构成单元像素P的多个成像部PAl PA4、PBl PB4、PCl PC4以及PDl PD4所生成的信号电荷被相加，以作为输出信号被输出至每条垂直信号线 27。此后，从每条垂直信号线27所输出的信号通过后级的平滑化电路(未示出)被平滑化。(B)总结以这种方式，类似于第一实施方式，在该实施方式中，在单元像素P中，设置了光电二极管21、转移栅22G以及浮置扩散区FD的部分关于水平方向χ和垂直方向y轴对称。因此，类似于第一实施方式，在成像区PA的上部和下部中每种彩色光的晕影率变得相同， 从而能够防止色差的产生。此外，类似于第一实施方式，能够有效防止残像等的产生。另外，在该实施方式中，在单元像素P中，设置了多个放大晶体管23，并且设置了多条垂直信号线27。另外，在单元像素P中，多条垂直信号线27彼此电连接。因此，如上所述，平滑了从多条垂直信号线27所输出的信号，从而能够减少随机噪声。因此，在该实施方式中，能够提高所拍摄的彩色图像的图像质量。<4.第四实施方式〉(A)装置的结构图17是示出了根据发明第四实施方式固态成像装置的主要组件的示图。这里，类似于图16，图17示出了一个单元像素P的电路结构。在图17中，类似于图16，示例性地示出设置了图14中的红色滤层CFR的单元像素P (红色像素)的电路结构。 另外，绿色像素和蓝色像素也具有与红色像素相同的电路结构。如图17所示，在该实施方式中，构成单元像素P的垂直信号线27与第三实施方式不同。除了这点及与此相关的点之外，该实施方式与第三实施方式相同。因此，省略了关于冗余部分的一些描述。如图17所示，设置包括4个成像部(PA1、PA2、PB1、PB2等)的组GA1、GA2、GB1以及GB2，使得组GA1、GA2、GBl以及GB2彼此电连接，从而将来自成像部的信号相加，并输出相加的信号。更具体地，如图17所示，在单元像素P中，设置了输出来自单元像素P的电信号的一条垂直信号线27，并且四组GA1、GA2、GB1以及GB2被电连接至一条垂直信号线27。换句话说，在单元像素P中，多个放大晶体管23设置在每组GAl、GA2、GB1以及GB2中，而放大晶体管23的源极电连接至共用垂直信号线27。因此，在该实施方式中，由构成单元像素P的多个成像部PAl PA4、PBl PB4、 PCl PC4以及PDl PD4所生成的信号电荷被相加，以作为输出信号被输出至共用垂直信号线27。(B)总结以这种方式，类似于第三实施方式，在该实施方式中，在单元像素P中，设置了光电二极管21、转移栅22G以及浮置扩散区FD的部分关于水平方向χ和垂直方向y轴对称。 因此，类似于第三实施方式，在成像区PA的上部和下部中每种彩色光的晕影率变得相同， 从而能够防止色差的产生。此外，类似于第一实施方式，能够有效防止残像等的产生。另外，在该实施方式中，在单元像素P中设置了多个放大晶体管23，并且多个放大晶体管23的源极被电连接至共用垂直信号线27。因此，在该实施方式中，能够提高所拍摄的彩色图像的图像质量。<5.其他〉当实施发明时，本发明并不限于上述实施方式，而是可以采用各种变形实例。例如，在上述实施方式中，尽管描述了发明适用于相机的情况，但是本发明不限于此。发明可以适用于诸如扫描仪或复印机的具有固态成像装置的其他电子设备。在上述实施方式中，尽管描述了在单元像素P中设置4个或16个光电二极管的情况，但是本发明并不限于此。可以在单元像素P中设置适当数目的光电二极管。
另外，尽管披露了包括4种类型的晶体管(S卩，转移晶体管、放大晶体管、选择晶体管以及复位晶体管)的像素晶体管，但是本发明并不限于此。另外，在上述实施方式中，固态成像装置1对应于根据发明的固态成像装置。另外，在上述实施方式中，单元像素P对应于根据发明的单元像素。另外，在上述实施方式中， 成像区PA对应于根据发明的成像区。另外，在上述实施方式中，光电二极管21对应于根据发明的光电转换部。另外，在上述实施方式中，转移栅2G对应于根据发明的转移栅。另外， 在上述实施方式中，浮置扩散区FD对应于根据发明的浮置扩散区。另外，在上述实施方式中，放大晶体管23对应于根据发明的放大晶体管。另外，在上述实施方式中，垂直信号线27 对应于根据发明的垂直信号线。另外，在上述实施方式中，微透镜ML对应于根据发明的微透镜。另外，在上述实施方式中，光波导131对应于根据发明的光波导。另外，在上述实施方式中，相机40对应于根据发明的电子设备。本发明包含于2010年5月7日向日本专利局提交的日本专利申请第2010-107^5
号的主题，其全部内容结合于此作为参考。本领域的技术人员可以理解的是，根据设计需要和其他因素，可以对本发明作出各种修改、组合、子组合和变形，只要它们包含在所附权利要求或其等同替换的范围内。
权利要求
1.一种固态成像装置，包括成像区，设置了多个单元像素，以拍摄彩色图像， 其中，每个所述单元像素包括 多个光电转换部；多个转移栅，每个所述转移栅被设置在每个所述光电转换部中，以从所述光电转换部转移信号电荷；以及浮置扩散区，通过所述多个转移栅将所述信号电荷从所述多个光电转换部转移至所述浮置扩散区，其中，所述多个光电转换部接收同色光，从而生成所述信号电荷，并且其中，将从所述多个光电转换部转移至所述浮置扩散区的所述信号电荷相加，以作为电信号输出。
2.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，所述单元像素被构造为使得所述多个光电转换部夹持所述浮置扩散区，并且使得所述多个转移栅被设置在所述多个光电转换部与所述浮置扩散区之间。
3.根据权利要求2所述的固态成像装置，其中，多个所述单元像素以第一方向及与所述第一方向垂直的第二方向排列在所述成像区中，其中，所述浮置扩散区被设置为在所述第一方向上被所述多个光电转换部夹持，并且其中，所述多个转移栅被设置为在所述第一方向上被夹持在所述多个光电转换部与所述浮置扩散区之间。
4.根据权利要求2所述的固态成像装置，其中，多个所述单元像素以第一方向及与所述第一方向垂直的第二方向排列在所述成像区中，其中，所述浮置扩散区被设置为在相对于所述第一方向和所述第二方向倾斜的方向上被所述多个光电转换部夹持，并且其中，所述多个转移栅被设置为在相对于所述第一方向和所述第二方向倾斜的所述方向上被夹持在所述多个光电转换部与所述浮置扩散区之间。
5.根据权利要求3或4所述的固态成像装置，其中，在所述单元像素中排列所述多个光电转换部，使得相同数目的所述光电转换部被排列在所述第一方向和所述第二方向中的每一个上。
6.根据权利要求5所述的固态成像装置，其中，排列所述多个光电转换部，使得偶数个所述光电转换部被排列在所述第一方向和所述第二方向中的每一个上。
7.根据权利要求6所述的固态成像装置，其中，排列所述多个光电转换部，使得4的倍数个所述光电转换部被排列在所述第一方向和所述第二方向中的每一个上。
8.根据权利要求2所述的固态成像装置， 其中，所述单元像素包括放大晶体管，其栅极被电连接至所述浮置扩散区；以及垂直信号线，输出从被转移至所述浮置扩散区的所述信号电荷获得的信号， 其中，多个所述放大晶体管被设置在所述单元像素中，其中，设置了多条所述垂直信号线，并且多条所述垂直信号线彼此电连接，并且其中，从所述多条垂直信号线输出的信号被平滑化。
9.根据权利要求2所述的固态成像装置， 其中，所述单元像素包括放大晶体管，其栅极被电连接至所述浮置扩散区；以及垂直信号线，输出从被转移至所述浮置扩散区的所述信号电荷获得的信号，并且其中，在所述单元像素中设置多个所述放大晶体管，并且多个所述放大晶体管的源极被电连接至共用垂直信号线。
10.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，所述单元像素包括将光聚焦在所述光电转换部上的微透镜，并且其中，对应于多个所述光电转换部设置多个所述微透镜。
11.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，所述单元像素包括将光引导至所述光电转换部的光波导，并且其中，对应于所述多个光电转换部设置多个所述光波导。
12.一种固态成像装置的制造方法，包括通过在拍摄彩色图像的成像区中设置多个单元像素来形成所述固态成像装置的步骤，其中，形成所述单元像素的步骤包括步骤 形成接收同色光从而生成信号电荷的多个光电转换部；在所述多个光电转换部中设置从所述光电转换部转移所述信号电荷的多个转移栅；并且形成浮置扩散区，将所述信号电荷经由所述多个转移栅从所述多个光电转换部转移到所述浮置扩散区从而相加。
13.一种具有固态成像装置的电子设备，包括成像区，设置了多个单元像素，以拍摄彩色图像， 其中，每个所述单元像素包括多个光电转换部；多个转移栅，每个所述转移栅被设置在每个所述光电转换部中，以从所述光电转换部转移信号电荷；以及浮置扩散区，将所述信号电荷通过所述多个转移栅从所述多个光电转换部转移至所述浮置扩散区，其中，所述多个光电转换部接收同色光，从而生成所述信号电荷，并且其中，将从所述多个光电转换部转移至所述浮置扩散区的所述信号电荷相加，从而作为电信号输出。
全文摘要
本发明披露了固态成像装置、固态成像装置的制造方法以及电子设备。提供一种固态成像装置，包括设置了多个单元像素以拍摄彩色图像的成像区，其中，每个单元像素包括多个光电转换部；多个转移栅，每个转移栅被设置在每个所述光电转换部中，以从光电转换部转移信号电荷；以及浮置扩散区，将所述信号电荷通过多个转移栅从多个光电转换部转移至该浮置扩散区，其中，多个光电转换部接收同色光，从而生成信号电荷，并且其中，将从多个光电转换部转移至浮置扩散区的信号电荷相加，从而作为电信号输出。
文档编号H04N5/374GK102238346SQ20111011165
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月29日 优先权日2010年5月7日
发明者石渡宏明 申请人:索尼公司