摄像器件、摄像装置、制造装置和方法以及半导体器件.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201410105258.8

申请日:

2014.03.20

公开号:

CN104079843A

公开日:

2014.10.01

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):H04N 5/374申请公布日:20141001|||公开

IPC分类号:

H04N5/374(2011.01)I; H04N5/361(2011.01)I; H01L27/146

主分类号:

H04N5/374

申请人:

索尼公司

发明人:

石井俊辅; 庆野聡志; 和田智宏

地址:

日本东京

优先权:

2013.03.27 JP 2013-065327

专利代理机构:

北京信慧永光知识产权代理有限责任公司 11290

代理人:

陈桂香;褚海英

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内容摘要

本发明公开了摄像器件、摄像装置、制造装置和方法以及半导体器件。所述摄像器件包括:半导体,所述半导体具有对入射光进行光电转换的受光部;导电配线;和包含具有不同尺寸的多个接触的接触组,所述接触与所述半导体和所述导电配线连接。所述摄像装置包括所述摄像器件和图像处理部。所述制造装置被构造用来制造所述摄像器件,并且包括设定部、半导体元件形成部、接触形成部和导电配线形成部。根据本发明,能够适当且容易地控制暗信号电平。

权利要求书

权利要求书1.  一种摄像器件,其包括:半导体,所述半导体形成有对入射光进行光电转换的受光部;导电配线;和接触组,所述接触组包含具有不同尺寸且与所述半导体和所述导电配线连接的多个接触。2.  根据权利要求1所述的摄像器件,其中,所述接触组内的接地接触具有不同的尺寸,所述接地接触连接所述半导体的像素阱区域和处于接地电位的所述导电配线。3.  根据权利要求2所述的摄像器件,其中,所述半导体的光学黑体区域内的至少一个所述接地接触的尺寸与所述半导体的有效像素区域内的至少一个所述接地接触的尺寸不同。4.  根据权利要求3所述的摄像器件,其中,所述光学黑体区域内的所述接地接触具有第一尺寸,且所述有效像素区域内的所述接地接触具有不同于所述第一尺寸的第二尺寸。5.  根据权利要求3所述的摄像器件,其中,所述有效像素区域内的所述接地接触具有预定的尺寸,且所述光学黑体区域内的所述接地接触具有不同的尺寸。6.  根据权利要求2所述的摄像器件,其中,所述半导体的有效像素区域内的所述接地接触具有不同的尺寸。7.  根据权利要求6所述的摄像器件,其中,所述有效像素区域内的每个所述接地接触具有与图像高度相对应的尺寸。8.  根据权利要求6所述的摄像器件,其中,所述有效像素区域内的 一部分所述接地接触的尺寸与所述有效像素区域内的另一部分所述接地接触的尺寸不同。9.  根据权利要求1所述的摄像器件,其中,在所述接触组内,连接所述半导体的像素阱区域和处于接地电位的所述导电配线的接地接触的尺寸与所述接地接触以外的其它接触的尺寸不同。10.  根据权利要求9所述的摄像器件,其中,所述其它接触包括下列接触中的至少一者:电源接触,所述电源接触连接形成在所述半导体中的电路元件和处于电源电位的所述导电配线,浮动扩散部接触,所述浮动扩散部接触连接形成在所述半导体中的浮动扩散部和相应的所述导电配线,和垂直信号线接触,所述垂直信号线接触连接形成在所述半导体中的选择晶体管和相应的所述导电配线。11.  根据权利要求9所述的摄像器件,其中,仅所述接地接触具有预定的尺寸,且所述接地接触之外的其它接触具有多个不同的尺寸。12.  根据权利要求9所述的摄像器件,其中,仅所述接地接触具有多个不同的尺寸,且所述接地接触之外的其它接触具有预定的尺寸。13.  一种摄像装置,其包括:摄像器件,所述摄像器件是如权利要求1至12中任一项所述的摄像器件;和图像处理部,所述图像处理部对拍摄对象的已经在所述摄像器件中经过光电转换的图像进行处理。14.  一种被构造用来制造摄像器件的制造装置,所述制造装置包括:设定部,所述设定部设定连接半导体和导电配线的多个接触的不同尺寸;半导体元件形成部,所述半导体元件形成部在所述半导体中形成元件,所述元件包括对入射光进行光电转换的受光部;接触形成部,所述接触形成部按照所述设定部的设定形成所述接触;和导电配线形成部,所述导电配线形成部形成所述导电配线。15.  根据权利要求14所述的制造装置,其中,所述设定部设定接地接触的尺寸,所述接地接触连接所述半导体的像素阱区域和处于接地电位的所述导电配线。16.  根据权利要求15所述的制造装置,其中,所述设定部根据有效像素区域内的暗信号电平与光学黑体区域内的暗信号电平之间的差,设定所述有效像素区域内的所述接地接触的尺寸和所述光学黑体区域内的所述接地接触的尺寸。17.  根据权利要求15所述的制造装置,其中,所述设定部根据因有效像素区域内的所述接地接触的位置而造成的暗信号电平的变化,来设定所述有效像素区域内的所述接地接触的尺寸。18.  根据权利要求15所述的制造装置,其中,所述设定部根据异常像素的暗信号电平与正常像素的暗信号电平之间的差,设定所述异常像素的所述接地接触的尺寸。19.  一种由制造摄像器件的制造装置进行的制造方法,所述制造方法包括如下步骤:为连接半导体和导电配线的接触设定不同的尺寸;在所述半导体中形成元件,所述元件包括对入射光进行光电转换的受光部;按照为所述接触而设定的尺寸设定,形成所述接触;并且形成所述导电配线。20.  一种半导体器件,其包括:具有电路元件的半导体;导电配线;和包含具有不同尺寸的多个接触的接触组,所述接触与所述半导体和所述导电配线连接。

说明书

说明书摄像器件、摄像装置、制造装置和方法以及半导体器件
技术领域
本发明涉及摄像器件、摄像装置、制造装置和方法以及半导体器件。具体地,本发明涉及能够适当且容易地控制暗信号电平的摄像器件、摄像装置、制造装置和方法以及半导体器件。
背景技术
过去,在摄像器件中可能导致光学黑体(OPB)电平差,该电平差是有效像素中的暗信号与光学黑体(OPB)像素中的暗信号之间的差。此外,即使在有效像素区域内,暗信号也往往因像素而不同。例如,在有效像素的周边区域(框状区域)内,可能造成暗信号逐渐增加的暗信号阴影。
作为控制或校正这样的暗信号的方法,已经考虑过下面的各种方法。
例如,为了控制暗信号,已经存在通过调节放大器晶体管的栅极面积来调整转换效率以控制暗信号的方法(例如,见专利文献JP3326940B)。这个方法可能引起这样的担忧:由于增大的栅极面积造成互导(gm)减少或者由于减小的栅极面积造成短沟道现象的发生,它们导致增益变化。
此外,还存在通过调节布线图案或扩散层来调整转换效率,以此控制暗信号的方法(例如,见专利文献JP2006-165006A)。然而,存在着这样的担忧:转换效率的变化可能导致明亮状态时的摄像特性的变动,这可能导致明亮状态时的图像质量劣化。
此外,还存在改变传感器电位从而控制暗信号的方法(例如,见专利文献JP2012-23319A)。在这个方法中,读出电压、饱和信号量和灵敏度受到很大影响,这可能导致明亮状态时的图像质量劣化。
此外,还存在通过调节像素接地(GND)接触周围的注入布局来控制暗信号的方法(例如,见专利文献JP2011-210837A)。在这个方法中,因为在光电二极管的N-型区域附近以相对高的浓度注入P+离子,所以可 能担忧产生白点或暗电流。此外,因为高浓度的P+区域存在于元件隔离区域下方,所以光电二极管的耗尽层可能在横向上受到限制,这可能引发饱和或灵敏度特性劣化的问题。此外,当以相对高的浓度掺杂施主杂质作为应对这样的劣化的对策时,白点或暗电流可能变得更严重。
此外,存在这样的方法:为了抑制以框区域内暗电流的不均匀为代表的暗信号阴影的影响,通过大幅扩大有效像素区域外的像素延伸区域来减小有效像素内的阴影程度。在这个方法中,芯片的尺寸可能增加了像素延伸区域的量,这可能直接导致产量降低和制造成本增加。
此外,存在通过利用像素信号处理来校正OPB电平差和暗信号阴影的方法。在这个方法中,信号处理需要额外的存储器,这可能导致这样的担忧:由于与所述处理相关联的噪声而造成图像质量劣化。
发明内容
即使在任何一个上述的方法中,都存在关于图像质量劣化和控制技术复杂化的担忧。因此,存在对在不使图像质量劣化的情况下使用简单的手段控制暗信号的技术的需求。
鉴于上述情况进行了本发明,且本发明提供对暗信号电平的适当且容易的控制。
本发明的实施例提供了一种摄像器件,其包括:半导体,所述半导体具有对入射光进行光电转换的受光部;导电配线;和包括不同尺寸的多个接触的接触组,所述接触与所述半导体和所述导电配线连接。
所述接触组内的接地接触可以具有不同的尺寸,所述接地接触连接所述半导体的像素阱区域和处于接地电位的所述导电配线。
所述半导体的光学黑体区域内的至少一个所述接地接触的尺寸可以与所述半导体的有效像素区域内的至少一个所述接地接触的尺寸不同。
所述光学黑体区域内的所述接地接触可以具有第一尺寸,且所述有效像素区域内的所述接地接触具有不同于所述第一尺寸的第二尺寸。
所述有效像素区域内的所述接地接触可以具有预定的尺寸,且所述光学黑体区域内的所述接地接触具有不同的尺寸。
所述半导体的有效像素区域内的所述接地接触可以具有不同的尺寸。
所述有效像素区域内的每个所述接地接触可以具有与图像高度相对应的尺寸。
所述有效像素区域内的一部分所述接地接触的尺寸可以与所述有效像素区内的另一部分所述接地接触的尺寸不同。
在所述接触组内,连接所述半导体的像素阱区域和处于接地电位的所述导电配线的接地接触的尺寸可以与所述接地接触以外的其它接触的尺寸不同。
所述其它接触可以包括下列接触中的至少一者:电源接触,所述电源接触连接形成在所述半导体中的电路元件和处于电源电位的所述导电配线;浮动扩散部接触,所述浮动扩散部接触连接形成在所述半导体中的浮动扩散部和相应的所述导电配线,和垂直信号线接触,所述垂直信号线接触连接形成在所述半导体中的选择晶体管和相应的所述导电配线。
仅所述接地接触可以具有预定的尺寸,且所述接地接触以外的其它接触可以具有多个不同的尺寸。
仅所述接地接触可以具有多个不同的尺寸,且所述接地接触以外的其它接触可以具有预定的尺寸。
本发明的另一实施例提供了一种摄像装置,其包括摄像器件和图像处理部。所述摄像器件包括:具有对入射光进行光电转换的受光部的半导体;导电配线;和包括具有不同尺寸的多个接触的接触组,所述接触与所述半导体和所述导电配线连接。所述图像处理部对处理对象的已经在所述摄像器件中经过了所述光电转换的图像进行处理。
本发明的又一实施例提供了一种被构造用来制造摄像器件的制造装置,所述制造装置包括:设定部,所述设定部设定连接半导体和导电配线的多个接触的不同尺寸;半导体元件形成部,所述半导体元件形成部在所述半导体中形成元件,所述元件包括对入射光进行光电转换的受光部;接触形成部,所述接触形成部按照所述设定部的设定形成所述接触; 和导电配线形成部,所述导电配线形成部形成所述导电配线。
所述设定部可以设定接地接触的尺寸,所述接地接触连接所述半导体的像素阱区域和处于接地电位的所述导电配线。
所述设定部根据有效像素区域内的暗信号电平与光学黑体区域内的暗信号电平之间的差,可以设定所述有效像素区域内的所述接地接触的尺寸和所述光学黑体区域内的所述接地接触的尺寸。
所述设定部根据因有效像素区域内的所述接地接触的位置而造成的暗信号电平的变化,可以设定所述有效像素区域内的所述接地接触的尺寸。
所述设定部根据异常像素的暗信号电平与正常像素的暗信号电平之间的差,可以设定所述异常像素的所述接地接触的尺寸。
本发明的又一实施例提供了一种由制造摄像器件的制造装置进行的制造方法,所述制造方法包括步骤:为连接半导体和导电配线的接触设定不同的尺寸;在所述半导体中形成元件,所述元件包括对入射光进行光电转换的受光部;按照为所述接触而设定的尺寸设定,形成所述接触;并且形成所述导电配线。
本发明的又一实施例提供了一种半导体器件,其包括:具有电路元件的半导体;导电配线;和含有多个接触的接触组,所述接触具有不同的尺寸且与所述半导体和所述导电配线连接。
根据本发明的实施例,提出了一种摄像器件,其包括:半导体,所述半导体具有对入射光进行光电转换的受光部;导电配线;和包含具有不同尺寸的多个接触的接触组,所述接触与所述半导体和所述导电配线连接。
根据本发明的另一个实施例,提出了一种摄像装置,其包括摄像器件和图像处理部。所述摄像器件设置有:半导体,所述半导体具有对入射光进行光电转换的受光部;导电配线;和包含具有不同尺寸的多个接触的接触组,所述接触与所述半导体和所述导电配线连接。所述图像处理部对拍摄对象的已经在所述摄像器件中经过了所述光电转换的图像进行处理。
根据本发明的又一个实施例,提出了摄像器件的制造方法,所述制造方法包括:为连接半导体和导电配线的接触设定不同的尺寸,且在所述半导体中形成对入射光进行光电转换的受光部;按照设定的尺寸形成所述接触;和形成所述导电配线。
根据本发明的另一个实施例,提出了一种半导体器件,其包括:具有电路元件的半导体;导电配线;和包含具有不同尺寸的多个接触的接触组,所述接触与所述半导体和所述导电配线连接。
根据本发明,能够拍摄对象的图像。具体地,本发明能够提供对暗信号电平的适当且容易的控制。
附图说明
图1是图示了MOS图像传感器的主要部分的示例的示意性平面图;
图2是图示了MOS图像传感器的主要部分的示例的示意性横截面图;
图3是图示了MOS图像传感器的主要部分的示例的另一个示意性横截面图;
图4是用于说明接触直径的变化率与暗电流的变化率之间的关系的说明图;
图5是图示了MOS图像传感器的主要部分的示例的另一示意性平面图;
图6图示了像素的构造示例;
图7是图示了MOS图像传感器的主要部分的示例的另一示意性横截面图;
图8是用于说明电荷移动的示例的能带图;
图9图示了接触组的示例;
图10图示了接触组的示例;
图11图示了接触组的示例;
图12是图示了制造装置的主要结构示例的框图;
图13是用于说明制造处理的示例的流程图;和
图14是摄像装置的主要结构示例的框图。
具体实施方式
在下文中,将参照附图详细说明本发明的优选实施例。注意,在本说明书和附图中,使用相同的附图标记表示基本上具有相同作用和结构的结构元件,且省略对这些结构元件的重复说明。
将以下面的顺序做出以下说明。
1.第一实施例(MOS图像传感器)
2.第二实施例(制造装置及方法)
3.第三实施例(摄像器件)
1.第一实施例
[MOS图像传感器的结构(平面结构)]
图1是图示了作为摄像器件的一个实施例的金属氧化物半导体(MOS)图像传感器的主要部分的结构示例的平面图。图1所示的MOS图像传感器100是具有MOS的图像传感器,并且包括具有互补型MOS(CMOS)的CMOS图像传感器。
在图1的这个结构示例中,图示了MOS图像传感器的摄像区域内的四个像素。为了便于说明,主要图示了形成于硅(Si)基板内的结构,并且省略了诸如配线、滤色器和片上透镜等在下面的说明中不必要的其它元件。
在图1中,光电二极管(PD)101-1作为用于进行绿光的光电转换的Gb像素的受光部。光电二极管101-2作为用于进行蓝光的光电转换的B像素的受光部。光电二极管101-3作为用于进行红光的光电转换的R像素的受光部。光电二极管101-4作为用于进行绿光的光电转换的Gr像素的受光部。
当不需要区分光电二极管101-1乃至101-4时,在下文中可以将光电二极管101-1至101-4简称为光电二极管101。
在图1中,如上所述,光电二极管101被图示为相应像素的受光部的示例。然而,可以使用任何元件作为受光部。例如,可以使用光电二极管以外的光电转换元件。此外,可以任意地确定光电二极管101的结构。例如,尽管每个光电二极管101都具有彼此叠置的滤色器,以此检测具有特定颜色(波长范围)的光,但是光电二极管101不限于具有这样的结构。即,检测原理不重要,只要光电二极管101能够检测具有相应的波长范围的光即可。此外,可以任意地确定光电二极管101的尺寸和形状。
此外,虽然所谓的拜耳阵列(Bayer array)被图示为图1中颜色的排列的示例,但颜色的排列不限制于图示的一种,而是可以任意地确定。
信号读出栅极102-1是用于控制读出存储在光电二极管101-1内的电荷的栅极电极。当读出脉冲施加至信号读出栅极102-1时,存储在光电二极管101-1内的电荷被读出至浮动扩散部103-1。信号读出栅极102-2是用于控制读出存储在光电二极管101-2内的电荷的栅极电极。当读出脉冲施加至信号读出栅极102-2时,存储在光电二极管101-2内的电荷被读出至浮动扩散部103-2。
信号读出栅极102-3是用于控制读出存储在光电二极管101-3内的电荷的栅极电极。当读出脉冲施加至信号读出栅极102-3时,存储在光电二极管101-3内的电荷被读出至浮动扩散部103-1。信号读出栅极102-4是用于控制读出存储在光电二极管101-4内的电荷的栅极电极。当读出脉冲施加至信号读出栅极102-4时,存储在光电二极管301-3内的电荷被读出至浮动扩散部103-2。
当不需要区分信号读出栅极102-1至102-4时,在下文中可以将信号读出栅极102-1乃至102-4简称为信号读出栅极102。
在不同的时刻将电荷从光电二极管101-1和光电二极管101-3读出至浮动扩散部103-1。浮动扩散部103-1将读出的电荷转换为电压。同样,在不同的时刻将电荷从光电二极管101-2和光电二极管101-4读出至浮动扩散部103-2。浮动扩散部103-2将读出的电荷转换为电压。
当不需要区分浮动扩散部103-1和103-2时,在下文中可以将浮动 扩散部103-1和103-2简称为浮动扩散部103。
选择晶体管104-1控制浮动扩散部103-1的电压的输出。当用于选择将进行信号读出的像素的选择脉冲被施加至选择晶体管104-1的栅极电极时,放大器晶体管105-1连接至输出信号线(例如,垂直信号线(VSL)),且因此输出浮动扩散部103-1的电压。选择晶体管104-2控制浮动扩散部103-2的电压的输出。当选择脉冲被施加至选择晶体管104-2的栅极电极时,放大器晶体管105-2连接至输出信号线,且因此输出浮动扩散部103-2的电压。
当不需要区分选择晶体管104-1和104-2时,在下文中可以将选择晶体管104-1和104-2简称为选择晶体管104。
放大器晶体管105-1放大从浮动扩散部103-1输出的电压。当选择晶体管104-1导通且随后放大器晶体管105-1连接至输出信号线时,放大器晶体管105-1放大连接至栅极电极的浮动扩散部103-1的电压并将放大的电压输出至输出信号线。同样,在选择晶体管104-2的控制下,放大器晶体管105-2放大从浮动扩散部103-2输出的电压并将放大的电压输出至输出信号线。
然后,将以这样方式输出的电压通过输出信号线被供给至例如模拟-数字(A/D)转换器,且被数字化为数字数据,该数字数据然后被输出作为像素数据。
当不需要区分放大器晶体管105-1和105-2时,在下文中可以将放大器晶体管105-1和105-2简称为放大器晶体管105。
一旦栅极电极处接收到复位脉冲,复位晶体管106-1就将浮动扩散部103-1的电位复位至预定电平。一旦栅极电极处接收到复位脉冲,复位晶体管106-2就将浮动扩散部103-2的电位复位至预定电平。
当不需要区分复位晶体管106-1和106-2时,在下文中可以将复位晶体管106-1和106-2简称为复位晶体管106。
如图1所示,在元件之间(例如,在光电二极管101-1与光电二极管101-3之间、在光电二极管101-2与光电二极管102-4之间、在光电二极管101与选择晶体管104之间、在光电二极管101与放大器晶体管105 之间、在光电二极管101与复位晶体管106之间以及在复位晶体管106-1与选择晶体管104-2之间)形成有元件隔离部107,元件隔离部107是设置用来防止元件之间不必要的相互作用的区域。元件隔离部107例如可以通过利用Si基板的选择性热氧化的元件隔离法来形成。
此外,在光电二极管101-1(或光电二极管101-2)与光电二极管101-3(或光电二极管101-4)之间形成有P-型杂质导入区域(P++)109,在P-型杂质导入区域(P++)109中以相对更高浓度注入有P-型杂质。P-型杂质导入区域(P++)109通过元件隔离部107与光电二极管101、信号读出栅极102和浮动扩散部103等隔离。
在P-型杂质导入区域(P++)109中,形成GND接触108(也被称为接地接触)以将接地(GND)电位线(未图示)连接至Si基板。即,通过GND接触108将作为基准电位的接地电位供给至像素区域(像素阱)的Si基板。
顺便提及地,尽管图1图示了两个垂直排列的像素共用一个浮动扩散部103、一个选择晶体管104、一个放大器晶体管105和一个复位晶体管106的示例,但像素布局不限于此示例,而是可以任意地确定。例如,浮动扩散部103、选择晶体管104、放大器晶体管105和复位晶体管106可以是为各像素设置的,因此不被多个像素共用。与此相反,这些元件可以被四个像素或更多的像素共用。
[MOS图像传感器的结构(横截面结构)]
图2图示了沿着图1中双箭头111(A-A’线)截取的GND接触108及其附近的横截面的示例。
参照图2,光电二极管101、P-型杂质导入区域(P++)109和元件隔离部107等形成在Si基板120中形成的像素阱121内的更靠近上表面123的区域中。顺便提及地,在作为横截面图的图2中,以元件隔离部107被分成元件隔离部107-1和元件隔离部107-2的方式来图示元件隔离部107。此外,P-型杂质导入区域(P+)122被形成在Si基板120的相比于P-型杂质导入区域(P++)109的更深的区域中,或P-型杂质导入区域(P++)109的下方。P-型杂质导入区域(P+)122含有比P-型杂质导 入区域(P++)109更低浓度的P-型杂质。
GND接触108形成在Si基板的上表面123内的P-型杂质导入区域(P++)109的上侧,并且与P-型杂质导入区域(P++)109和处于接地电位的GND配线132连接。即,基准电位(接地电位)通过GND接触108、P-型杂质导入区域(P++)109和P-型杂质导入区域(P+)122从GND配线132供给至像素阱121。GND配线132例如由诸如铝和铜等金属形成。层间膜131形成在除了配线层的接触和配线之外的部分中。
[电荷流入]
顺便提及地,当形成GND接触108时,通过蚀刻法等形成层间膜131,从而获得接触孔。由于此时造成的蚀刻损伤,在Si基板120内产生缺陷能级(defect level)并作为暗电流的生成源。如图3所示,如箭头151、152所示,生成的暗电流成分(电子)的一部分流入光电二极管101,这可能是改变每个像素中的暗电流量的因素。
换言之,每个像素中的暗电流的变化取决于流入光电二极管101的暗电流(电子)量,即,在形成接触孔时生成的缺陷能级的量。因此,能够通过控制蚀刻损伤的程度或接触孔的尺寸来控制每个像素中的暗电流量。
在这里,接触孔的尺寸意味着例如Si基板120的上表面123内的接触孔的面积。此外,接触孔的尺寸包括具有与“面积”基本上相同意义的指标,诸如接触孔的直径(接触孔直径)等。此外,因为GND接触108形成在接触孔内,所以GND接触108具有与接触孔基本上相同的尺寸。因此,这里的GND接触108的尺寸与内部形成有GND接触108的接触孔的尺寸相同。
即,GND接触108的尺寸表示Si基板120的上表面123内的GND接触108的面积,具体地,GND接触108与P-型杂质导入区域(P++)109的接触面积。因此,GND接触108的尺寸包括具有与“GND接触108的面积”基本上相同意义的指标,诸如GND接触108的直径(接触直径)等。顺便提及地,可以任意地确定GND接触108与P-型杂质导入区域(P++)109的接触面的形状。例如,接触面的形状可以是大致呈 矩形、大致呈带圆角的矩形或大致呈圆形等。因此,GND接触108的直径(接触直径)具有与GND接触108的面积基本上相同的意义。即,每个像素中的暗电流量取决于GND接触108沿着上表面123延伸的方向上的长度,如由图2中的双箭头141所示。
[接触直径与暗电流量之间的关系]
图4图示了接触直径的变化率与暗电流的变化率之间的关系。图4的曲线图图示了通过使接触直径相对于作为基准的接触直径增加或减小而获得的暗电流的变化率。如图所示,暗电流量随着接触直径增大而增大;暗电流量随着接触直径减小而减小。
顺便提及地,可以任意地确定接触直径的尺寸(基准值)。当接触直径以10mm乃至20mm左右的程度变化时,例如,暗电流以百分之几左右的程度变化。
[暗电流控制]
如上所述,通过有意识地控制GND接触108的尺寸(例如,接触直径(图2的双箭头141所示的长度)),从而在MOS图像传感器内形成具有不同尺寸的多个GND接触108,能够控制暗电流。例如,当使GND接触108的尺寸尽可能小时,抑制了暗电流的增加。
这样的接触尺寸的控制几乎不会对各种晶体管的增益产生影响,且几乎不会导致增益变化。此外,接触尺寸的控制几乎不会对转换效率、读出电压、饱和信号量或灵敏度等产生影响,且几乎不会导致明亮状态时摄像特性的变化。此外,接触尺寸的控制几乎不会成为生成白点或暗电流的原因以及饱和或灵敏度特性等劣化的原因。此外,接触尺寸的控制几乎不会成为芯片尺寸增大、处理量增大、需要特殊处理、存储器数量增大、产量降低或制造成本增加等的原因。此外,接触尺寸的控制消除了用于像素信号校正的处理的必要性,且几乎不会导致图像质量劣化。
如上所述,通过接触尺寸的控制的暗电流控制能够适当且容易地控制暗电流水平。
换言之,上述的接触尺寸的控制不仅能够减小暗电流量而且能够减小像素间的暗电流的可变性。即,通过有意识地控制GND接触108的尺 寸(例如,接触直径(由双箭头141所示的长度)),能够增大或减小每个像素中的暗电流。因此,在MOS图像传感器100内形成具有不同尺寸的多个GND接触108,以此能够抑制像素间的暗电流的可变性。以这样的方式,抑制像素之间的暗电流的可变性,以使MOS图像传感器100能够提供高质量的图像。
例如,通过有意识地控制GND接触108的尺寸,GND接触108能够具有与存在于MOS图像传感器100的像素区域之内的其它接触(即,GND接触108之外的接触)不同的尺寸。
[其它接触]
在MOS图像传感器100的像素区域内,如图5所示,不仅形成有GND接触108而且形成有其它接触。
FD接触161-1连接浮动扩散部103-1和与浮动扩散部103-1、复位晶体管106-1连接的配线(未图示)。FD接触161-2连接浮动扩散部103-2和与浮动扩散部103-2、复位晶体管106-2连接的配线(未图示)。
FD接触161-3连接复位晶体管106-1和与浮动扩散部103-1、复位晶体管106-1连接的配线(未图示)。FD接触161-4连接复位晶体管106-2和与浮动扩散部103-2、复位晶体管106-2连接的配线(未图示)。
当不需要区分FD接触161-1乃至161-4时,在下文中可以将FD接触161-1乃至161-4简称为FD接触161。
VDD接触162-1将电源电位(VDD)的配线(未图示)连接至放大器晶体管105-1和复位晶体管106-1。VDD接触162-2将电源电位(VDD)的配线(未图示)连接至放大器晶体管105-2和复位晶体管106-2。
当不需要区分VDD接触162-1和162-2时,在下文中可以将VDD接触162-1和162-2简称为VDD接触162。
VSL接触163-1连接选择晶体管104-1和输出信号线(未图示)。VSL接触163-2连接选择晶体管104-2和输出信号线(未图示)。
当不需要区分VSL接触163-1和163-2时,在下文中可以将VSL接触163-1和163-2简称为VSL接触163。
即,如图6所示,从光电二极管101到输出信号线的电路形成于像素之内,且上述的各种接触形成在Si基板120与连接至相应元件的配线之间。
然而,诸如FD接触161、VDD接触162和VSL接触163等接触(不同于GND接触18)将除了接地电位之外的电位(与GND配线132的电位不同的电位)的配线171(图7)连接至Si基板120的上表面123(图2)。关于这样的接触,如图7的横截面图所示,在相关的接触下方在像素阱121中形成有导入(注入)了N-型杂质的N-型杂质导入区域(N+)172。
即,GND接触108附近的能带图如图8的(A)所示,而其它接触附近的能带图如图8的(B)所示。因此,GND接触108内生成的电子流入光电二极管101,而其它接触内生成的电子不扩散。
[除了GND接触之外的接触的尺寸控制]
因此,为了控制暗电流,不需要控制其它接触的尺寸。换言之,为了控制暗电流,只需要对GND接触108进行尺寸控制。即,例如,可以独立于其它接触的尺寸来设计GND接触108的尺寸。
由于以这样方式进行设计,GND接触108的尺寸与其它接触(例如,FD接触161、VDD接触162或VSL接触163)的尺寸可以彼此不同。
更加具体地,其他接触可以具有第一尺寸,GND接触108可以具有不同于第一尺寸的第二尺寸。根据暗电流量的目标值等,第二尺寸可以大于或小于第一尺寸。
此外,因为不需要控制其它接触的尺寸,所以当其它接触可以一致地具有预定尺寸(例如,第一尺寸)时,可以根据暗电流量单独地控制GND接触108,从而使GND接触108具有不同的尺寸。
相反地,其它接触可以被形成为具有不同的尺寸。即使在这样的情况下,根据暗电流量,GND接触108可以一致地具有预定尺寸,或可以单独地受到控制从而具有不同的尺寸。
[GND接触的尺寸控制]
如上所述,GND接触108可以被形成为具有不同的尺寸,以此来控制暗电流的可变性。
[OPB像素区域内的GND接触的尺寸控制]
例如,如图9A所示,MOS图像传感器100在作为像素区域的有效像素区域的外围具有光学黑体(OPB)像素区域。
一般地,在固体摄像器件中,即使当光没入射在光电二极管上时,也存在热生成的被称为暗电流的噪声成分。暗电流主要根据温度而增大或减小。为了应对这种现象,在有效拍摄图像的摄像区域的附近设置有用于暗电流校正的OPB像素区域,并且使用从OPB像素区域的像素部取出的信号电压作为用于确定黑电平的基准电压。然后,从摄像区域的有效像素区域中的像素取出的信号电压中减去上述基准电压,从而去除暗电流的直流成分。
OPB像素区域内的像素的结构基本上与有效像素区域内的像素的结构相同。然而,OPB像素区域内的像素设置有用于遮蔽入射到像素上的光的遮光膜。即,在OPB像素区域内,信号电压是在遮光条件下从像素取出的。来自OPB像素区域内的像素的信号电压事实上等于基准电压(接地电位),且被提取作为黑电平。
因为除了遮光膜,OPB像素区域内的像素的构造基本上与有效像素区域内的像素的构造相同,所以在OPB像素区域内的像素处生成的黑电平也在有效像素区域内的像素处生成。因此,通过从摄像区域的有效像素区域内的像素取出的信号电压减去用于确定黑电平的基准电压,能够去除不必要的暗电流的直流成分。
然而,在广泛使用的固体摄像器件中,如图9的(A)所示,在遮光条件下在OPB像素区域内生成的暗电流和在摄像区域内生成的暗电流即使在相同的温度下也可能彼此不一致,以致在OPB像素区域与摄像区域之间不利地造成了电平差(在下文中,被称为OPB电平差)。OPB电平差主要由遮光膜导致的。即,OPB像素区域的整个区域(包括像素部)覆盖有遮光膜,而光入射路径存在于摄像区域内的像素中以使光能够入射在像素上,且在上述光入射路径中不存在遮光膜。在固态摄像器件的 制造期间为了减小暗电流而进行的退火处理中,因为在OPB像素区域的整个区域上形成含有氢的遮光膜,所以氢扩散发生的程度在OPB像素区域内比在有效像素区域内更高。这引发了表面电平显著降低的问题,并因此引发了产生OPB电平差的问题,即,如图9的(A)的线201所示,像素的暗电流在OPB像素区域内变得比在有效像素区域内更大。
在这样的情况下,可以通过有意识地控制GND接触108的尺寸(例如,接触直径(图2的双箭头141的长度))来控制OPB像素区域内的像素生成的暗电流。换言之,如图9B所示,控制有效像素区域和OPB像素区域内的GND接触108的尺寸,以此可以抑制有效像素区域内的像素中的暗电流与OPB像素区域内的像素中的暗电流的差(变化)。
例如,如图9B所示,OPB像素区域内的GND接触108可以具有第一尺寸,有效像素区域内的GND接触108可以具有不同于第一尺寸的第二尺寸。根据暗电流的目标值等,第二尺寸可以大于或小于第一尺寸。
以这样的方式,MOS图像传感器100能够抑制(防止或者如果发生的话减小)OPB电平差。
此外,可以根据每个像素中生成的暗电流单独地控制OPB像素区域内的GND接触108的尺寸,从而以形成具有不同尺寸的GND接触108。以此,能够抑制OPB像素区域内的像素之间的暗电流的变化。
在此情况下,有效像素区域内的所有像素中的GND接触108可以具有相同的尺寸或不同的尺寸。即,有效像素区域内的GND接触108可以具有不同的尺寸。
事实上,通过在OPB像素区域内形成至少一个GND接触108以使这些GND接触108的尺寸不同于有效像素区域内的至少一个GND接触108的尺寸,能够在不需要额外的制造处理或信号处理且不需要增大芯片尺寸的情况下,抑制OPB电平差的生成,避免明亮状态时图像质量的劣化。即,能够适当且容易地提高暗状态时的图像质量。因此,MOS图像传感器100能够提供更高质量的图像。
[整个有效像素区内的GND接触的尺寸控制]
在摄像器件的有效像素区域内,经常造成暗电流(暗信号阴影)的 变化。例如,热载流子很可能从周边电路注入至有效像素区域内的像素。此外,有效像素区域的中心部和外围部中的物理层厚度很可能互不相同。这样的差异造成暗信号电平变化,且因此可能如图10的(A)的曲线203所示的那样发生暗信号阴影。曲线203表示在图中的水平方向上发生的水平暗信号阴影的示例。事实上,暗信号阴影不仅可以发生在水平方向上而且可以发生在任何方向上。
为了抑制可能在有效像素区域的整个区域中发生的这样的暗信号阴影,可以通过有意识地控制有效像素区域内的GND接触108的尺寸来优选地形成具有不同尺寸的GND接触108。例如,在有效像素区域的整个区域中可以按照预定的图案排列具有不同尺寸的GND接触108,以此能够抑制暗信号阴影。
例如,可以设定这样的预定函数,该函数建立GND接触108的位置与尺寸之间的关联性。于是,根据该函数,每个GND接触108会具有由该GND接触108应该形成的位置确定的特定尺寸。
此外,相对于位于有效像素区域的中心区域中的GND接触108,位置更接近于有效像素区域的边缘的GND接触108可以具有更大的尺寸。相反地,位置更接近于有效像素区域的边缘的GND接触108可以具有更小的尺寸。例如,每个GND接触108可以被形成为使得GND接触108具有根据图像高度而确定的尺寸。
此外,如图10的(B)所示,GND接触108的尺寸可以在水平方向上朝着有效像素区域的边缘(或朝着有效像素区域的右手侧和左手侧)变小。这样,能够如图10的(B)的直线204所示的那样抑制在图10的(A)的示例中发生的水平暗信号阴影。
如上所述,通过控制有效像素区域内的GND接触108的尺寸,能够在不需要额外的制造处理或信号处理且不需要增大芯片尺寸的情况下,抑制暗信号阴影,避免明亮状态时的图像质量的劣化。即,能够适当且容易地提高在暗状态时的图像质量。因此,MOS图像传感器100能够提供更高质量的图像。
[有效像素区域内的GND接触的局部尺寸控制]
当然,可以在有效像素区域内局部地而不是整体地控制GND接触108的尺寸。即,有效像素区域内的一部分GND接触108可以具有不同于有效像素区域内的另一部分GND接触108的尺寸。
例如,垂直线缺陷(例如,见图11的(A)的直线205-1和205-2)、水平线缺陷和点缺陷中的任何一者都可能生成暗电流,这些缺陷通常可能是由于制造处理或操作规范的限制而在像素区域内造成的。
当已知这样的通常造成的缺陷的地址的时候,能够通过根据可能仅在这些缺陷的地址周围导致的暗信号电平的差别使GND接触108的尺寸差别化,来校正这些缺陷导致的暗电流。
具体地,当如图11的(A)所示在暗状态时通常发生来自垂直线缺陷的暗电流时,根据存在上述缺陷的地址(或列)周围的区域中的暗电流的差有意识地控制仅在上述列中的GND接触108的尺寸,且使得在存在上述缺陷的列中的GND接触108的尺寸不同于位于该列周围的区域中的GND接触108的尺寸。以此,如由图11的(B)的直线206所示,能够抑制(防止或如果造成的话减小)如图11的(A)所示的局部异常生成的暗信号电平。
当然,能够相对于作为单元的任意数量的GND接触108进行有效像素区域内的GND接触108的局部尺寸控制。即,可以独立地对每个GND接触108进行尺寸控制,或者可以独立地对多个单元的GND接触108进行尺寸控制。
例如,关于如图11所示的以矩阵形式排列的GND接触108,可以控制在特定列或每几列中的GND接触108的尺寸。可替代地,可以控制在特定行或每几行中的GND接触108的尺寸。当然,可以控制沿着倾斜方向排列的GND接触108的尺寸。
此外,例如,可以控制在不覆盖整行或整列的预定区域或块之内的GND接触108的尺寸。此外,可以对作为单元的分离布置(或位置不相邻)的一组GND接触108进行尺寸控制。
如上,通过控制有效像素区域内的GND接触108的尺寸,能够在不需要额外的制造处理或信号处理以及不需要增加芯片尺寸的情况下,抑 制局部的暗信号电平异常,避免明亮状态时的图像质量的劣化。即,能够适当且容易地提高在暗状态时的图像质量。因此,MOS图像传感器100能够提供更高质量的图像。
顺便提及地,MOS图像传感器100可以是对入射到Si基板的配线层侧的表面上的光进行光电转换的顶面发光型图像传感器,或者是对入射到与Si基板的配线层侧的表面相反的表面上的光进行光电转换的底面发光型图像传感器。
此外,本发明还可应用于MOS图像传感器之外的任意图像传感器。例如,本发明可应用于使用电荷耦合器件(CCD)的图像传感器。此外,本发明可应用于层叠型图像传感器,所述层叠型图像传感器是通过层叠形成有周边电路等的硅基板与形成有具有像素区域的器件的另一硅基板而获得的。在这种情况下,可以在具有周边电路等的硅基板中而不是在形成有具有像素区域的器件的硅基板中控制接触的尺寸。即,为了控制其它半导体基板中的暗电流量,也可以应用本发明。
2.第二实施例
[制造]
图12是图示了根据本发明另一个实施例的制造装置的结构示例的框图。优选使用图12中所示的制造装置300来制造MOS图像传感器100,且制造装置300设置有控制部301和制造部302。
控制部301具有例如中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)等,并且控制制造部302的每个部分。例如,控制部301的CPU依照存储在ROM中的程序进行各种处理。此外,CPU依照从存储部313下载至RAM的程序进行各种处理。RAM任意地存储CPU进行各种处理所需的数据。
制造部302受到控制部301的控制从而进行关于MOS图像传感器100的制造的处理。制造部302具有半导体基板结构形成部331、层间膜形成部332、接触形成部333、配线形成部334、滤波器形成部335和聚光透镜形成部336。331至336这些部件受到控制部301的控制,从而如下所述地进行在用于制造摄像器件的相应处理步骤中的各种处理。
顺便提及地,为了说明的目的,这里仅说明关于本发明的处理步骤。实际上,为了制造MOS图像传感器100,自然需要除了由上述部件进行的处理步骤以外的其它处理步骤,且因此制造部302具有用于其它处理步骤的处理部。然而,这里省略关于其它处理步骤的详细说明。
制造装置300具有输入部311、输出部312、存储部313、通信部314和驱动器315。
输入部311包括键盘、鼠标、触摸面板和输入端子等。输入部311接收来自外部的用户指令和信息,并将它们提供给控制部301。输出部312包括诸如阴极射线管(CRT)显示装置和液晶显示(LCD)面板等显示器件、扬声器和输出端子等,并且把从控制部301供给的各种类型的信息输出为图像、声音、模拟信号或数字数据。
存储部313包括硬盘和诸如SSD等闪存等,并且存储从控制部301供给的信息或者根据来自控制部301的请求读出并供给存储的信息。
通信部314包括例如局域网(LAN)或无线LAN的接口或调制解调器等,并且通过包括因特网的网络与外部装置通信。例如,通信部314把从控制部301供给的信息传输至目标装置,并把从目标装置接收的信息供给至控制部301。
在必要的时候,驱动器315连接至控制部301。将诸如磁盘、光盘、磁光盘和半导体存储器等可移动介质321适当地加载至驱动器315中。必要时,通过驱动器315从可移动介质321读出的计算机程序被安装至存储部313。
参照图13的流程图说明制造流程的示例。
一旦开始制造,在步骤S101中,控制部301根据暗电流量设定接触(至少一个GND接触108)的尺寸。在此情况下,控制部301设定接触的尺寸以此抑制暗电流量或者抑制像素间的暗电流量的变化。
例如,控制部301如第一实施例中所述地控制GND接触108的尺寸。更加具体地,根据有效像素区域内的暗信号电平与OPB像素区域内的暗信号电平之间的差,控制部301设定例如有效像素区域和OPB像素区域内的GND接触108的尺寸。此外,根据由于有效像素区域内的GND接 触108的位置而造成的暗信号电平的变化,控制部301设定例如有效像素区域内的GND接触108的尺寸。此外,根据正常像素中的暗信号电平与异常像素中的暗信号电平之间的差,控制部301设定例如异常像素的GND接触108的尺寸。当然,不限于这些示例,控制部301能够根据任意的信息控制接触的尺寸从而控制暗电信号的量。
在步骤S102中,半导体基板结构形成部331在Si基板120中形成诸如光电二极管101、信号读出栅极102、浮动扩散部103、各种晶体管、元件隔离部107和杂质导入区域等结构。
在步骤S103中,层间膜形成部332在Si基板120的上表面123上形成层间膜131。
在步骤S104中,接触形成部333在层间膜131的预定位置形成具有在步骤S101中设定的尺寸的接触。可以采用形成接触的任何方法。
例如,接触形成部333进行诸如蚀刻等预定的处理从而在层间膜131中形成接触孔,且因此在接触孔中形成接触。具体地,接触形成部333形成具有在步骤S101中设定的尺寸的GND接触108。即,接触形成部333以与在步骤S101中设定的尺寸相同的尺寸形成用于形成GND接触108的接触孔,且在接触孔中形成GND接触108。
在以这样的方式形成各种接触之后,在步骤S105中,在步骤S104中形成的接触和接触周围的已存在的层间膜131上又形成层间膜131。
在步骤S106中,配线形成部334在已经在步骤S105中形成的层间膜131中形成诸如铜和铝等金属(导电体)的配线。
在步骤S107中,控制部301判断是否完成了配线层。当判定还没有完成所有的配线层时,程序返回至步骤S105且随后形成下一个配线层。即,重复步骤S105至S107直至完成所有的配线层。
当在步骤S107中判定完成了所有的配线层时,程序进入步骤S108。
在步骤S108中,滤波器形成部335形成用于相应像素的滤波器(未图示)。
在步骤S109中,聚光透镜形成部336形成用于相应像素的聚光透镜 (未图示)。一旦形成聚光透镜,聚光透镜形成部336就将制造出的MOS图像传感器100传送至外部。
如上所述,制造装置300能够制造MOS图像传感器100。从上述的说明中可知,制造装置300能够在不需要专用的复杂处理的情况下适当且容易地制造MOS图像传感器100。
3.第三实施例
[摄像装置]
图14是图示了使用上述摄像器件(MOS图像传感器100)的摄像装置的结构示例的框图。图14所示的摄像装置400拍摄对象的图像,并将对象的图像输出为电信号。
参照图14,摄像装置400包括光学部411、图像传感器412、模拟-数字(A/D)转换器413、操作部414、控制部415、图像处理部416、显示部417、编解码处理部418和存储部419。
光学部411包括用于调整对象上的焦点且汇集来自焦点上的对象的光的聚光透镜、调整曝光的光圈、控制拍摄时间的快门和诸如此类的部件(未图示)。光学部411透过来自拍摄对象的光(入射光)并将其供给至图像传感器412。
图像传感器412将入射光转换为每个像素的电信号(像素信号),并将像素信号供给至A/D转换器413。
A/D转换器413把以预定时序从图像传感器412供给的像素信号数字化为数字数据(图像数据),并以预定时序将数字数据顺序地供给至图像处理部416。
操作部414由例如jog dial(商标)、按键、按钮和触摸面板等组成。操作部414接收用户的操作输入,并将与操作输入相对应的信号供给至控制部415。
控制部415控制光学部411、图像传感器412、A/D转换器413、图像处理部416、显示部417、编解码处理部418和存储部419,并且根据来自操作部414的依照用户操作输入的信号,使这些部件进行相应的摄 像处理。
图像处理部416对从A/D转换器413供给的图像数据进行诸如混色校正、黑电平校正、白平衡调整、去马赛克处理、矩阵处理、伽马校正和YC转换等各种图像处理操作。图像处理部416将已经经过图像处理操作的图像数据供给至显示部417和编解码处理部418。
显示部417包括例如液晶显示(LCD)面板等,并根据从图像处理部416供给的图像数据显示拍摄对象的图像。
编解码处理部418对从图像处理部416供给的图像数据进行预定方案的编码处理,并将获得的编码数据供给至存储部419。
存储部419存储来自编解码处理部418的编码数据。必要时,将存储在存储部419中的编码数据读出至图像处理部416并由图像处理部416进行解码。将由解码处理获得的图像数据供给至显示部417,显示部417显示与该图像数据相对应的图像。
在如上构造的摄像装置400中,上述的本发明被应用于图像传感器412。即,使用上述的MOS图像传感器100作为图像传感器412。因此,图像传感器412也能够适当且容易地控制暗信号电平。因此,摄像装置400能够拍摄对象的图像并因此提供更高质量的图像。
顺便提及地,根据本发明实施例的摄像装置的结构不限于上述一种,而可以是其它结构。例如,除了数码相机和数码摄像机,根据本发明实施例的摄像装置也可以是具有摄像功能的数据处理装置(电子器件),诸如移动电话、智能手机、平板设备和个人计算机等。此外,本发明可以应用于安装(或作为内置器件安装)在其它数据处理装置中的相机模块。
能够由硬件或软件实现上述的一系列处理。当由软件执行一系列处理时,通过网络或记录介质安装形成软件的程序。
存储介质例如包括图12所示的用于存储程序的可移动介质321,可移动介质321被配置用来将程序独立地从装置传送给用户。可移动介质321包括磁盘(包括软盘)和光盘(包括CD-ROM和DVD),还包括磁光盘(包括MD(迷你盘))和半导体存储器等。可替代地,除了可移 动介质321,上述的存储介质还可以包括用于存储程序的ROM(ROM以预先安装在装置中的形式被分配给用户)和包含于存储部313的硬盘。
应当注意,由计算机执行的程序可以是根据本说明书所述的顺序以时序处理的程序,或者是并行地或在诸如请求时等必要时刻处理的程序。
还应当注意,在本说明书中,对存储在记录介质中的程序进行说明的步骤不仅包括根据本文中所示出的顺序以时序进行的处理还包括不需要以时间序列进行的、并行或单独地执行的处理。
此外,在本发明中,系统具有多个构造元件(诸如装置或模块(部件))的集合的意思,且不考虑所有的构造元件是否在相同的外壳中。因此,系统可以是容纳在分离的多个外壳中且通过网络连接的多个装置,也可以是单个外壳内的多个模块。
此外,上文中说明为单个器件(或处理单元)的元件可以被构造成被划分为多个器件(或处理单元)。相反,可以将上文中说明为多个器件(或处理单元)的元件共同地构造成单个器件(或处理单元)。此外,可以将不同于上述元件的元件添加至各器件(或处理单元)。此外,给定的器件(或处理单元)的一部分元件可以包含于另一个器件(或另一个处理单元)的元件中,只要系统的构造或操作整体上基本相同即可。
本领域技术人员应当理解,依据设计要求和其它因素,可以在本发明随附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。
例如,本发明能够采用云计算的构造,这样的构造通过网络分配和连接多个装置来处理一个功能。
此外,能够通过一个装置或通过分配多个装置来执行上述流程图所述的每个步骤。
此外,在多个处理包含于一个步骤的情况下,能够通过一个装置或通过分配多个装置来执行包含于这一个步骤中的多个处理。
虽然已经以摄像器件为例说明了本发明,但是本发明不仅可以应用于摄像器件而且可以应用于任何类型的半导体器件。
此外,本发明也可以构造如下。
(1)一种摄像器件,其包括:
半导体,所述半导体形成有对入射光进行光电转换的受光部;
导电配线;和
接触组,所述接触组含有具有不同尺寸且与所述半导体和所述导电配线连接的多个接触。
(2)根据(1)所述的摄像器件,其中,所述接触组内的接地接触具有不同的尺寸,所述接地接触连接所述半导体的像素阱区域和处于接地电位的所述导电配线。
(3)根据(2)所述的摄像器件,其中,所述半导体的光学黑体区域内的至少一个所述接地接触的尺寸与所述半导体的有效像素区域内的至少一个所述接地接触的尺寸不同。
(4)根据(3)所述的摄像器件,其中,所述光学黑体区域内的所述接地接触具有第一尺寸,且所述有效像素区域内的所述接地接触具有不同于所述第一尺寸的第二尺寸。
(5)根据(3)所述的摄像器件,其中,所述有效像素区域内的所述接地接触具有预定的尺寸,且所述光学黑体区域内的所述接地接触具有不同的尺寸。
(6)根据(2)所述的摄像器件,其中,所述半导体的有效像素区域内的所述接地接触具有不同的尺寸。
(7)根据(6)所述的摄像器件,其中,所述有效像素区域内的每个所述接地接触具有与图像高度相对应的尺寸。
(8)根据(6)所述的摄像器件,其中,在所述有效像素区域的一部分中的所述接地接触的尺寸与在所述有效像素区域的另一部分中的所述接地接触的尺寸不同。
(9)根据(1)所述的摄像器件,其中,在所述接触组内,连接所述半导体的像素阱区域和相应的一条处于接地电位的所述导电配线的接地接触的尺寸与所述接地接触以外的其它接触的尺寸不同。
(10)根据(9)所述的摄像器件,其中,所述其它接触包括下列接触中的至少一者:
电源接触,所述电源接触连接形成在所述半导体中的电路元件和相应的一条处于电源电位的所述导电配线,
浮动扩散部接触,所述浮动扩散部接触连接形成在所述半导体中的浮动扩散部和相应的一条所述导电配线,和
垂直信号线接触,所述垂直信号线接触连接形成在所述半导体中的选择晶体管和相应的一条所述导电配线。
(11)根据(9)所述的摄像器件,其中,仅有所述接地接触具有预定的尺寸,且所述接地接触之外的其它接触具有多个不同的尺寸。
(12)根据(9)所述的摄像器件,其中,仅所述接地接触具有多个不同的尺寸,且所述接地接触之外的其它接触具有预定的尺寸。
(13)一种摄像装置,其包括:
摄像器件,所述摄像器件包括
半导体,所述半导体形成有对入射光进行光电转换的受光部,
导电配线,和
接触组,所述接触组含有具有不同尺寸且与所述半导体和所述
导电配线连接的多个接触;以及
图像处理部,所述图像处理部对拍摄对象的已经在所述摄像器件中经过光电转换的图像进行处理。
(14)一种被构造用来制造摄像器件的制造装置,所述制造装置包括:
设定部,所述设定部设定连接半导体和导电配线的多个接触的不同尺寸;
半导体元件形成部,所述半导体元件形成部在所述半导体中形成元件,所述元件包括对入射光进行光电转换的受光部;
接触形成部,所述接触形成部按照所述设定部的设定形成所述接触;和
导电配线形成部,所述导电配线形成部形成所述导电配线。
(15)根据(14)所述的制造装置,其中,所述设定部设定接地接触的尺寸,所述接地接触连接所述半导体的像素阱区域和相应的一条处于接地电位的所述导电配线。
(16)根据(15)所述的制造装置,其中,所述设定部根据有效像素区域内的暗信号电平与光学黑体区域内的暗信号电平之间的差,设定所述有效像素区域内的所述接地接触的尺寸和所述光学黑体区域内的所述接地接触的尺寸。
(17)根据(15)所述的制造装置,其中,所述设定部根据因有效像素区域内的所述接地接触的位置而造成的暗信号电平的变化,来设定所述有效像素区域内的所述接地接触的尺寸。
(18)根据(15)所述的制造装置,其中,所述设定部根据异常像素的暗信号电平与正常像素的暗信号电平之间的差,设定所述异常像素的所述接地接触的尺寸。
(19)一种由制造摄像器件的制造装置进行的制造方法,所述制造方法包括如下步骤:
为连接半导体和导电配线的接触设定不同的尺寸;
在所述半导体中形成元件,所述元件包括对入射光进行光电转换的受光部;
按照为所述接触而设定的尺寸设定,形成所述接触;并且
形成所述导电配线。
(20)一种半导体器件,其包括:
具有电路元件的半导体;
导电配线;和
含有接触的接触组,所述接触具有不同的尺寸且与所述半导体和所述导电配线连接。
相关申请的交叉参考
本申请主张享有于2013年3月27日提交的日本优先权专利申请JP2013-065327的优先权,并将该日本优先权申请的全部内容以引用的方式并入本文。

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1、(10)申请公布号 CN 104079843 A (43)申请公布日 2014.10.01 CN 104079843 A (21)申请号 201410105258.8 (22)申请日 2014.03.20 2013-065327 2013.03.27 JP H04N 5/374(2011.01) H04N 5/361(2011.01) H01L 27/146(2006.01) (71)申请人 索尼公司 地址 日本东京 (72)发明人 石井俊辅 庆野聡志 和田智宏 (74)专利代理机构 北京信慧永光知识产权代理 有限责任公司 11290 代理人 陈桂香 褚海英 (54) 发明名称 摄像器件、 摄。

2、像装置、 制造装置和方法以及半 导体器件 (57) 摘要 本发明公开了摄像器件、 摄像装置、 制造装置 和方法以及半导体器件。所述摄像器件包括 : 半 导体, 所述半导体具有对入射光进行光电转换的 受光部 ; 导电配线 ; 和包含具有不同尺寸的多个 接触的接触组, 所述接触与所述半导体和所述导 电配线连接。所述摄像装置包括所述摄像器件和 图像处理部。所述制造装置被构造用来制造所述 摄像器件, 并且包括设定部、 半导体元件形成部、 接触形成部和导电配线形成部。 根据本发明, 能够 适当且容易地控制暗信号电平。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 17 页 附图。

3、 14 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书17页 附图14页 (10)申请公布号 CN 104079843 A CN 104079843 A 1/2 页 2 1. 一种摄像器件, 其包括 : 半导体, 所述半导体形成有对入射光进行光电转换的受光部 ; 导电配线 ; 和 接触组, 所述接触组包含具有不同尺寸且与所述半导体和所述导电配线连接的多个接 触。 2. 根据权利要求 1 所述的摄像器件, 其中, 所述接触组内的接地接触具有不同的尺寸, 所述接地接触连接所述半导体的像素阱区域和处于接地电位的所述导电配线。 3. 根据权利要求 2 所述的摄像。

4、器件, 其中, 所述半导体的光学黑体区域内的至少一个 所述接地接触的尺寸与所述半导体的有效像素区域内的至少一个所述接地接触的尺寸不 同。 4. 根据权利要求 3 所述的摄像器件, 其中, 所述光学黑体区域内的所述接地接触具有 第一尺寸, 且所述有效像素区域内的所述接地接触具有不同于所述第一尺寸的第二尺寸。 5. 根据权利要求 3 所述的摄像器件, 其中, 所述有效像素区域内的所述接地接触具有 预定的尺寸, 且所述光学黑体区域内的所述接地接触具有不同的尺寸。 6. 根据权利要求 2 所述的摄像器件, 其中, 所述半导体的有效像素区域内的所述接地 接触具有不同的尺寸。 7. 根据权利要求 6 所述。

5、的摄像器件, 其中, 所述有效像素区域内的每个所述接地接触 具有与图像高度相对应的尺寸。 8. 根据权利要求 6 所述的摄像器件, 其中, 所述有效像素区域内的一部分所述接地接 触的尺寸与所述有效像素区域内的另一部分所述接地接触的尺寸不同。 9. 根据权利要求 1 所述的摄像器件, 其中, 在所述接触组内, 连接所述半导体的像素阱 区域和处于接地电位的所述导电配线的接地接触的尺寸与所述接地接触以外的其它接触 的尺寸不同。 10. 根据权利要求 9 所述的摄像器件, 其中, 所述其它接触包括下列接触中的至少一 者 : 电源接触, 所述电源接触连接形成在所述半导体中的电路元件和处于电源电位的所述 。

6、导电配线, 浮动扩散部接触, 所述浮动扩散部接触连接形成在所述半导体中的浮动扩散部和相应 的所述导电配线, 和 垂直信号线接触, 所述垂直信号线接触连接形成在所述半导体中的选择晶体管和相应 的所述导电配线。 11. 根据权利要求 9 所述的摄像器件, 其中, 仅所述接地接触具有预定的尺寸, 且所述 接地接触之外的其它接触具有多个不同的尺寸。 12. 根据权利要求 9 所述的摄像器件, 其中, 仅所述接地接触具有多个不同的尺寸, 且 所述接地接触之外的其它接触具有预定的尺寸。 13. 一种摄像装置, 其包括 : 摄像器件, 所述摄像器件是如权利要求 1 至 12 中任一项所述的摄像器件 ; 和 。

7、图像处理部, 所述图像处理部对拍摄对象的已经在所述摄像器件中经过光电转换的图 像进行处理。 权 利 要 求 书 CN 104079843 A 2 2/2 页 3 14. 一种被构造用来制造摄像器件的制造装置, 所述制造装置包括 : 设定部, 所述设定部设定连接半导体和导电配线的多个接触的不同尺寸 ; 半导体元件形成部, 所述半导体元件形成部在所述半导体中形成元件, 所述元件包括 对入射光进行光电转换的受光部 ; 接触形成部, 所述接触形成部按照所述设定部的设定形成所述接触 ; 和 导电配线形成部, 所述导电配线形成部形成所述导电配线。 15. 根据权利要求 14 所述的制造装置, 其中, 所述。

8、设定部设定接地接触的尺寸, 所述接 地接触连接所述半导体的像素阱区域和处于接地电位的所述导电配线。 16. 根据权利要求 15 所述的制造装置, 其中, 所述设定部根据有效像素区域内的暗信 号电平与光学黑体区域内的暗信号电平之间的差, 设定所述有效像素区域内的所述接地接 触的尺寸和所述光学黑体区域内的所述接地接触的尺寸。 17. 根据权利要求 15 所述的制造装置, 其中, 所述设定部根据因有效像素区域内的所 述接地接触的位置而造成的暗信号电平的变化, 来设定所述有效像素区域内的所述接地接 触的尺寸。 18. 根据权利要求 15 所述的制造装置, 其中, 所述设定部根据异常像素的暗信号电平 与。

9、正常像素的暗信号电平之间的差, 设定所述异常像素的所述接地接触的尺寸。 19. 一种由制造摄像器件的制造装置进行的制造方法, 所述制造方法包括如下步骤 : 为连接半导体和导电配线的接触设定不同的尺寸 ; 在所述半导体中形成元件, 所述元件包括对入射光进行光电转换的受光部 ; 按照为所述接触而设定的尺寸设定, 形成所述接触 ; 并且 形成所述导电配线。 20. 一种半导体器件, 其包括 : 具有电路元件的半导体 ; 导电配线 ; 和 包含具有不同尺寸的多个接触的接触组, 所述接触与所述半导体和所述导电配线连 接。 权 利 要 求 书 CN 104079843 A 3 1/17 页 4 摄像器件、。

10、 摄像装置、 制造装置和方法以及半导体器件 技术领域 0001 本发明涉及摄像器件、 摄像装置、 制造装置和方法以及半导体器件。具体地, 本发 明涉及能够适当且容易地控制暗信号电平的摄像器件、 摄像装置、 制造装置和方法以及半 导体器件。 背景技术 0002 过去, 在摄像器件中可能导致光学黑体 (OPB) 电平差, 该电平差是有效像素中的暗 信号与光学黑体 (OPB) 像素中的暗信号之间的差。此外, 即使在有效像素区域内, 暗信号也 往往因像素而不同。例如, 在有效像素的周边区域 (框状区域) 内, 可能造成暗信号逐渐增加 的暗信号阴影。 0003 作为控制或校正这样的暗信号的方法, 已经考。

11、虑过下面的各种方法。 0004 例如, 为了控制暗信号, 已经存在通过调节放大器晶体管的栅极面积来调整转换 效率以控制暗信号的方法 (例如, 见专利文献JP3326940B) 。 这个方法可能引起这样的担忧 : 由于增大的栅极面积造成互导 (gm) 减少或者由于减小的栅极面积造成短沟道现象的发生, 它们导致增益变化。 0005 此外, 还存在通过调节布线图案或扩散层来调整转换效率, 以此控制暗信号的方 法 (例如, 见专利文献 JP2006-165006A) 。然而, 存在着这样的担忧 : 转换效率的变化可能导 致明亮状态时的摄像特性的变动, 这可能导致明亮状态时的图像质量劣化。 0006 此。

12、外, 还存在改变传感器电位从而控制暗信号的方法 (例如, 见专利文献 JP2012-23319A) 。在这个方法中, 读出电压、 饱和信号量和灵敏度受到很大影响, 这可能导 致明亮状态时的图像质量劣化。 0007 此外, 还存在通过调节像素接地 (GND) 接触周围的注入布局来控制暗信号的方法 (例如, 见专利文献 JP2011-210837A) 。在这个方法中, 因为在光电二极管的 N- 型区域附近 以相对高的浓度注入 P+ 离子, 所以可能担忧产生白点或暗电流。此外, 因为高浓度的 P+ 区 域存在于元件隔离区域下方, 所以光电二极管的耗尽层可能在横向上受到限制, 这可能引 发饱和或灵敏度。

13、特性劣化的问题。此外, 当以相对高的浓度掺杂施主杂质作为应对这样的 劣化的对策时, 白点或暗电流可能变得更严重。 0008 此外, 存在这样的方法 : 为了抑制以框区域内暗电流的不均匀为代表的暗信号阴 影的影响, 通过大幅扩大有效像素区域外的像素延伸区域来减小有效像素内的阴影程度。 在这个方法中, 芯片的尺寸可能增加了像素延伸区域的量, 这可能直接导致产量降低和制 造成本增加。 0009 此外, 存在通过利用像素信号处理来校正 OPB 电平差和暗信号阴影的方法。在这 个方法中, 信号处理需要额外的存储器, 这可能导致这样的担忧 : 由于与所述处理相关联的 噪声而造成图像质量劣化。 发明内容 说。

14、 明 书 CN 104079843 A 4 2/17 页 5 0010 即使在任何一个上述的方法中, 都存在关于图像质量劣化和控制技术复杂化的担 忧。 因此, 存在对在不使图像质量劣化的情况下使用简单的手段控制暗信号的技术的需求。 0011 鉴于上述情况进行了本发明, 且本发明提供对暗信号电平的适当且容易的控制。 0012 本发明的实施例提供了一种摄像器件, 其包括 : 半导体, 所述半导体具有对入射光 进行光电转换的受光部 ; 导电配线 ; 和包括不同尺寸的多个接触的接触组, 所述接触与所 述半导体和所述导电配线连接。 0013 所述接触组内的接地接触可以具有不同的尺寸, 所述接地接触连接所。

15、述半导体的 像素阱区域和处于接地电位的所述导电配线。 0014 所述半导体的光学黑体区域内的至少一个所述接地接触的尺寸可以与所述半导 体的有效像素区域内的至少一个所述接地接触的尺寸不同。 0015 所述光学黑体区域内的所述接地接触可以具有第一尺寸, 且所述有效像素区域内 的所述接地接触具有不同于所述第一尺寸的第二尺寸。 0016 所述有效像素区域内的所述接地接触可以具有预定的尺寸, 且所述光学黑体区域 内的所述接地接触具有不同的尺寸。 0017 所述半导体的有效像素区域内的所述接地接触可以具有不同的尺寸。 0018 所述有效像素区域内的每个所述接地接触可以具有与图像高度相对应的尺寸。 0019。

16、 所述有效像素区域内的一部分所述接地接触的尺寸可以与所述有效像素区内的 另一部分所述接地接触的尺寸不同。 0020 在所述接触组内, 连接所述半导体的像素阱区域和处于接地电位的所述导电配线 的接地接触的尺寸可以与所述接地接触以外的其它接触的尺寸不同。 0021 所述其它接触可以包括下列接触中的至少一者 : 电源接触, 所述电源接触连接形 成在所述半导体中的电路元件和处于电源电位的所述导电配线 ; 浮动扩散部接触, 所述浮 动扩散部接触连接形成在所述半导体中的浮动扩散部和相应的所述导电配线, 和垂直信号 线接触, 所述垂直信号线接触连接形成在所述半导体中的选择晶体管和相应的所述导电配 线。 00。

17、22 仅所述接地接触可以具有预定的尺寸, 且所述接地接触以外的其它接触可以具有 多个不同的尺寸。 0023 仅所述接地接触可以具有多个不同的尺寸, 且所述接地接触以外的其它接触可以 具有预定的尺寸。 0024 本发明的另一实施例提供了一种摄像装置, 其包括摄像器件和图像处理部。所述 摄像器件包括 : 具有对入射光进行光电转换的受光部的半导体 ; 导电配线 ; 和包括具有不 同尺寸的多个接触的接触组, 所述接触与所述半导体和所述导电配线连接。所述图像处理 部对处理对象的已经在所述摄像器件中经过了所述光电转换的图像进行处理。 0025 本发明的又一实施例提供了一种被构造用来制造摄像器件的制造装置,。

18、 所述制造 装置包括 : 设定部, 所述设定部设定连接半导体和导电配线的多个接触的不同尺寸 ; 半导 体元件形成部, 所述半导体元件形成部在所述半导体中形成元件, 所述元件包括对入射光 进行光电转换的受光部 ; 接触形成部, 所述接触形成部按照所述设定部的设定形成所述接 触 ; 和导电配线形成部, 所述导电配线形成部形成所述导电配线。 0026 所述设定部可以设定接地接触的尺寸, 所述接地接触连接所述半导体的像素阱区 说 明 书 CN 104079843 A 5 3/17 页 6 域和处于接地电位的所述导电配线。 0027 所述设定部根据有效像素区域内的暗信号电平与光学黑体区域内的暗信号电平 。

19、之间的差, 可以设定所述有效像素区域内的所述接地接触的尺寸和所述光学黑体区域内的 所述接地接触的尺寸。 0028 所述设定部根据因有效像素区域内的所述接地接触的位置而造成的暗信号电平 的变化, 可以设定所述有效像素区域内的所述接地接触的尺寸。 0029 所述设定部根据异常像素的暗信号电平与正常像素的暗信号电平之间的差, 可以 设定所述异常像素的所述接地接触的尺寸。 0030 本发明的又一实施例提供了一种由制造摄像器件的制造装置进行的制造方法, 所 述制造方法包括步骤 : 为连接半导体和导电配线的接触设定不同的尺寸 ; 在所述半导体中 形成元件, 所述元件包括对入射光进行光电转换的受光部 ; 按。

20、照为所述接触而设定的尺寸 设定, 形成所述接触 ; 并且形成所述导电配线。 0031 本发明的又一实施例提供了一种半导体器件, 其包括 : 具有电路元件的半导体 ; 导电配线 ; 和含有多个接触的接触组, 所述接触具有不同的尺寸且与所述半导体和所述导 电配线连接。 0032 根据本发明的实施例, 提出了一种摄像器件, 其包括 : 半导体, 所述半导体具有对 入射光进行光电转换的受光部 ; 导电配线 ; 和包含具有不同尺寸的多个接触的接触组, 所 述接触与所述半导体和所述导电配线连接。 0033 根据本发明的另一个实施例, 提出了一种摄像装置, 其包括摄像器件和图像处理 部。所述摄像器件设置有 。

21、: 半导体, 所述半导体具有对入射光进行光电转换的受光部 ; 导电 配线 ; 和包含具有不同尺寸的多个接触的接触组, 所述接触与所述半导体和所述导电配线 连接。 所述图像处理部对拍摄对象的已经在所述摄像器件中经过了所述光电转换的图像进 行处理。 0034 根据本发明的又一个实施例, 提出了摄像器件的制造方法, 所述制造方法包括 : 为 连接半导体和导电配线的接触设定不同的尺寸, 且在所述半导体中形成对入射光进行光电 转换的受光部 ; 按照设定的尺寸形成所述接触 ; 和形成所述导电配线。 0035 根据本发明的另一个实施例, 提出了一种半导体器件, 其包括 : 具有电路元件的半 导体 ; 导电配。

22、线 ; 和包含具有不同尺寸的多个接触的接触组, 所述接触与所述半导体和所 述导电配线连接。 0036 根据本发明, 能够拍摄对象的图像。 具体地, 本发明能够提供对暗信号电平的适当 且容易的控制。 附图说明 0037 图 1 是图示了 MOS 图像传感器的主要部分的示例的示意性平面图 ; 0038 图 2 是图示了 MOS 图像传感器的主要部分的示例的示意性横截面图 ; 0039 图 3 是图示了 MOS 图像传感器的主要部分的示例的另一个示意性横截面图 ; 0040 图 4 是用于说明接触直径的变化率与暗电流的变化率之间的关系的说明图 ; 0041 图 5 是图示了 MOS 图像传感器的主要。

23、部分的示例的另一示意性平面图 ; 0042 图 6 图示了像素的构造示例 ; 说 明 书 CN 104079843 A 6 4/17 页 7 0043 图 7 是图示了 MOS 图像传感器的主要部分的示例的另一示意性横截面图 ; 0044 图 8 是用于说明电荷移动的示例的能带图 ; 0045 图 9 图示了接触组的示例 ; 0046 图 10 图示了接触组的示例 ; 0047 图 11 图示了接触组的示例 ; 0048 图 12 是图示了制造装置的主要结构示例的框图 ; 0049 图 13 是用于说明制造处理的示例的流程图 ; 和 0050 图 14 是摄像装置的主要结构示例的框图。 具体实。

24、施方式 0051 在下文中, 将参照附图详细说明本发明的优选实施例。注意, 在本说明书和附图 中, 使用相同的附图标记表示基本上具有相同作用和结构的结构元件, 且省略对这些结构 元件的重复说明。 0052 将以下面的顺序做出以下说明。 0053 1. 第一实施例 (MOS 图像传感器) 0054 2. 第二实施例 (制造装置及方法) 0055 3. 第三实施例 (摄像器件) 0056 1. 第一实施例 0057 MOS 图像传感器的结构 (平面结构) 0058 图 1 是图示了作为摄像器件的一个实施例的金属氧化物半导体 (MOS) 图像传感器 的主要部分的结构示例的平面图。图 1 所示的 MO。

25、S 图像传感器 100 是具有 MOS 的图像传感 器, 并且包括具有互补型 MOS(CMOS) 的 CMOS 图像传感器。 0059 在图 1 的这个结构示例中, 图示了 MOS 图像传感器的摄像区域内的四个像素。为 了便于说明, 主要图示了形成于硅 (Si) 基板内的结构, 并且省略了诸如配线、 滤色器和片上 透镜等在下面的说明中不必要的其它元件。 0060 在图 1 中, 光电二极管 (PD) 101-1 作为用于进行绿光的光电转换的 Gb 像素的受光 部。 光电二极管101-2作为用于进行蓝光的光电转换的B像素的受光部。 光电二极管101-3 作为用于进行红光的光电转换的 R 像素的受。

26、光部。光电二极管 101-4 作为用于进行绿光的 光电转换的 Gr 像素的受光部。 0061 当不需要区分光电二极管101-1乃至101-4时, 在下文中可以将光电二极管101-1 至 101-4 简称为光电二极管 101。 0062 在图 1 中, 如上所述, 光电二极管 101 被图示为相应像素的受光部的示例。然而, 可以使用任何元件作为受光部。例如, 可以使用光电二极管以外的光电转换元件。此外, 可 以任意地确定光电二极管 101 的结构。例如, 尽管每个光电二极管 101 都具有彼此叠置的 滤色器, 以此检测具有特定颜色 (波长范围) 的光, 但是光电二极管101不限于具有这样的结 构。

27、。即, 检测原理不重要, 只要光电二极管 101 能够检测具有相应的波长范围的光即可。此 外, 可以任意地确定光电二极管 101 的尺寸和形状。 0063 此外, 虽然所谓的拜耳阵列 (Bayer array) 被图示为图 1 中颜色的排列的示例, 但 颜色的排列不限制于图示的一种, 而是可以任意地确定。 说 明 书 CN 104079843 A 7 5/17 页 8 0064 信号读出栅极102-1是用于控制读出存储在光电二极管101-1内的电荷的栅极电 极。当读出脉冲施加至信号读出栅极 102-1 时, 存储在光电二极管 101-1 内的电荷被读出 至浮动扩散部 103-1。信号读出栅极 。

28、102-2 是用于控制读出存储在光电二极管 101-2 内的 电荷的栅极电极。当读出脉冲施加至信号读出栅极 102-2 时, 存储在光电二极管 101-2 内 的电荷被读出至浮动扩散部 103-2。 0065 信号读出栅极102-3是用于控制读出存储在光电二极管101-3内的电荷的栅极电 极。当读出脉冲施加至信号读出栅极 102-3 时, 存储在光电二极管 101-3 内的电荷被读出 至浮动扩散部 103-1。信号读出栅极 102-4 是用于控制读出存储在光电二极管 101-4 内的 电荷的栅极电极。当读出脉冲施加至信号读出栅极 102-4 时, 存储在光电二极管 301-3 内 的电荷被读出。

29、至浮动扩散部 103-2。 0066 当不需要区分信号读出栅极 102-1 至 102-4 时, 在下文中可以将信号读出栅极 102-1 乃至 102-4 简称为信号读出栅极 102。 0067 在不同的时刻将电荷从光电二极管101-1和光电二极管101-3读出至浮动扩散部 103-1。浮动扩散部 103-1 将读出的电荷转换为电压。同样, 在不同的时刻将电荷从光电二 极管 101-2 和光电二极管 101-4 读出至浮动扩散部 103-2。浮动扩散部 103-2 将读出的电 荷转换为电压。 0068 当不需要区分浮动扩散部 103-1 和 103-2 时, 在下文中可以将浮动扩散部 103-。

30、1 和 103-2 简称为浮动扩散部 103。 0069 选择晶体管 104-1 控制浮动扩散部 103-1 的电压的输出。当用于选择将进行信号 读出的像素的选择脉冲被施加至选择晶体管 104-1 的栅极电极时, 放大器晶体管 105-1 连 接至输出信号线 (例如, 垂直信号线 (VSL) ) , 且因此输出浮动扩散部 103-1 的电压。选择晶 体管 104-2 控制浮动扩散部 103-2 的电压的输出。当选择脉冲被施加至选择晶体管 104-2 的栅极电极时, 放大器晶体管105-2连接至输出信号线, 且因此输出浮动扩散部103-2的电 压。 0070 当不需要区分选择晶体管 104-1 。

31、和 104-2 时, 在下文中可以将选择晶体管 104-1 和 104-2 简称为选择晶体管 104。 0071 放大器晶体管 105-1 放大从浮动扩散部 103-1 输出的电压。当选择晶体管 104-1 导通且随后放大器晶体管 105-1 连接至输出信号线时, 放大器晶体管 105-1 放大连接至栅 极电极的浮动扩散部 103-1 的电压并将放大的电压输出至输出信号线。同样, 在选择晶体 管 104-2 的控制下, 放大器晶体管 105-2 放大从浮动扩散部 103-2 输出的电压并将放大的 电压输出至输出信号线。 0072 然后, 将以这样方式输出的电压通过输出信号线被供给至例如模拟 -。

32、 数字 (A/D) 转换器, 且被数字化为数字数据, 该数字数据然后被输出作为像素数据。 0073 当不需要区分放大器晶体管 105-1 和 105-2 时, 在下文中可以将放大器晶体管 105-1 和 105-2 简称为放大器晶体管 105。 0074 一旦栅极电极处接收到复位脉冲, 复位晶体管 106-1 就将浮动扩散部 103-1 的电 位复位至预定电平。一旦栅极电极处接收到复位脉冲, 复位晶体管 106-2 就将浮动扩散部 103-2 的电位复位至预定电平。 0075 当不需要区分复位晶体管 106-1 和 106-2 时, 在下文中可以将复位晶体管 106-1 说 明 书 CN 10。

33、4079843 A 8 6/17 页 9 和 106-2 简称为复位晶体管 106。 0076 如图 1 所示, 在元件之间 (例如, 在光电二极管 101-1 与光电二极管 101-3 之间、 在 光电二极管 101-2 与光电二极管 102-4 之间、 在光电二极管 101 与选择晶体管 104 之间、 在 光电二极管 101 与放大器晶体管 105 之间、 在光电二极管 101 与复位晶体管 106 之间以及 在复位晶体管 106-1 与选择晶体管 104-2 之间) 形成有元件隔离部 107, 元件隔离部 107 是 设置用来防止元件之间不必要的相互作用的区域。元件隔离部 107 例如。

34、可以通过利用 Si 基板的选择性热氧化的元件隔离法来形成。 0077 此外, 在光电二极管 101-1(或光电二极管 101-2) 与光电二极管 101-3(或光电二 极管 101-4) 之间形成有 P- 型杂质导入区域 (P+) 109, 在 P- 型杂质导入区域 (P+) 109 中 以相对更高浓度注入有 P- 型杂质。P- 型杂质导入区域 (P+) 109 通过元件隔离部 107 与 光电二极管 101、 信号读出栅极 102 和浮动扩散部 103 等隔离。 0078 在 P- 型杂质导入区域 (P+) 109 中, 形成 GND 接触 108(也被称为接地接触) 以将 接地 (GND)。

35、 电位线 (未图示) 连接至 Si 基板。即, 通过 GND 接触 108 将作为基准电位的接地 电位供给至像素区域 (像素阱) 的 Si 基板。 0079 顺便提及地, 尽管图 1 图示了两个垂直排列的像素共用一个浮动扩散部 103、 一个 选择晶体管 104、 一个放大器晶体管 105 和一个复位晶体管 106 的示例, 但像素布局不限于 此示例, 而是可以任意地确定。例如, 浮动扩散部 103、 选择晶体管 104、 放大器晶体管 105 和复位晶体管 106 可以是为各像素设置的, 因此不被多个像素共用。与此相反, 这些元件可 以被四个像素或更多的像素共用。 0080 MOS 图像传感。

36、器的结构 (横截面结构) 0081 图 2 图示了沿着图 1 中双箭头 111(A-A 线) 截取的 GND 接触 108 及其附近的横 截面的示例。 0082 参照图 2, 光电二极管 101、 P- 型杂质导入区域 (P+) 109 和元件隔离部 107 等形 成在 Si 基板 120 中形成的像素阱 121 内的更靠近上表面 123 的区域中。顺便提及地, 在作 为横截面图的图 2 中, 以元件隔离部 107 被分成元件隔离部 107-1 和元件隔离部 107-2 的 方式来图示元件隔离部 107。此外, P- 型杂质导入区域 (P+) 122 被形成在 Si 基板 120 的相 比于 。

37、P- 型杂质导入区域 (P+) 109 的更深的区域中, 或 P- 型杂质导入区域 (P+) 109 的下 方。P- 型杂质导入区域 (P+) 122 含有比 P- 型杂质导入区域 (P+) 109 更低浓度的 P- 型杂 质。 0083 GND 接触 108 形成在 Si 基板的上表面 123 内的 P- 型杂质导入区域 (P+) 109 的 上侧, 并且与 P- 型杂质导入区域 (P+) 109 和处于接地电位的 GND 配线 132 连接。即, 基 准电位 (接地电位) 通过 GND 接触 108、 P- 型杂质导入区域 (P+) 109 和 P- 型杂质导入区域 (P+) 122 从 。

38、GND 配线 132 供给至像素阱 121。GND 配线 132 例如由诸如铝和铜等金属形成。 层间膜 131 形成在除了配线层的接触和配线之外的部分中。 0084 电荷流入 0085 顺便提及地, 当形成GND接触108时, 通过蚀刻法等形成层间膜131, 从而获得接触 孔。由于此时造成的蚀刻损伤, 在 Si 基板 120 内产生缺陷能级 (defect level) 并作为暗 电流的生成源。如图 3 所示, 如箭头 151、 152 所示, 生成的暗电流成分 (电子) 的一部分流入 光电二极管 101, 这可能是改变每个像素中的暗电流量的因素。 说 明 书 CN 104079843 A 9。

39、 7/17 页 10 0086 换言之, 每个像素中的暗电流的变化取决于流入光电二极管 101 的暗电流 (电子) 量, 即, 在形成接触孔时生成的缺陷能级的量。因此, 能够通过控制蚀刻损伤的程度或接触 孔的尺寸来控制每个像素中的暗电流量。 0087 在这里, 接触孔的尺寸意味着例如 Si 基板 120 的上表面 123 内的接触孔的面积。 此外, 接触孔的尺寸包括具有与 “面积” 基本上相同意义的指标, 诸如接触孔的直径 (接触孔 直径) 等。此外, 因为 GND 接触 108 形成在接触孔内, 所以 GND 接触 108 具有与接触孔基本 上相同的尺寸。因此, 这里的 GND 接触 108。

40、 的尺寸与内部形成有 GND 接触 108 的接触孔的 尺寸相同。 0088 即, GND 接触 108 的尺寸表示 Si 基板 120 的上表面 123 内的 GND 接触 108 的面积, 具体地, GND 接触 108 与 P- 型杂质导入区域 (P+) 109 的接触面积。因此, GND 接触 108 的 尺寸包括具有与 “GND 接触 108 的面积” 基本上相同意义的指标, 诸如 GND 接触 108 的直径 (接触直径) 等。顺便提及地, 可以任意地确定 GND 接触 108 与 P- 型杂质导入区域 (P+) 109 的接触面的形状。 例如, 接触面的形状可以是大致呈矩形、 大。

41、致呈带圆角的矩形或大致呈圆 形等。因此, GND 接触 108 的直径 (接触直径) 具有与 GND 接触 108 的面积基本上相同的意 义。即, 每个像素中的暗电流量取决于 GND 接触 108 沿着上表面 123 延伸的方向上的长度, 如由图 2 中的双箭头 141 所示。 0089 接触直径与暗电流量之间的关系 0090 图 4 图示了接触直径的变化率与暗电流的变化率之间的关系。图 4 的曲线图图示 了通过使接触直径相对于作为基准的接触直径增加或减小而获得的暗电流的变化率。 如图 所示, 暗电流量随着接触直径增大而增大 ; 暗电流量随着接触直径减小而减小。 0091 顺便提及地, 可以任。

42、意地确定接触直径的尺寸 (基准值) 。当接触直径以 10mm 乃至 20mm 左右的程度变化时, 例如, 暗电流以百分之几左右的程度变化。 0092 暗电流控制 0093 如上所述, 通过有意识地控制 GND 接触 108 的尺寸 (例如, 接触直径 (图 2 的双箭头 141 所示的长度) ) , 从而在 MOS 图像传感器内形成具有不同尺寸的多个 GND 接触 108, 能够 控制暗电流。例如, 当使 GND 接触 108 的尺寸尽可能小时, 抑制了暗电流的增加。 0094 这样的接触尺寸的控制几乎不会对各种晶体管的增益产生影响, 且几乎不会导致 增益变化。此外, 接触尺寸的控制几乎不会对。

43、转换效率、 读出电压、 饱和信号量或灵敏度等 产生影响, 且几乎不会导致明亮状态时摄像特性的变化。 此外, 接触尺寸的控制几乎不会成 为生成白点或暗电流的原因以及饱和或灵敏度特性等劣化的原因。此外, 接触尺寸的控制 几乎不会成为芯片尺寸增大、 处理量增大、 需要特殊处理、 存储器数量增大、 产量降低或制 造成本增加等的原因。 此外, 接触尺寸的控制消除了用于像素信号校正的处理的必要性, 且 几乎不会导致图像质量劣化。 0095 如上所述, 通过接触尺寸的控制的暗电流控制能够适当且容易地控制暗电流水 平。 0096 换言之, 上述的接触尺寸的控制不仅能够减小暗电流量而且能够减小像素间的暗 电流的。

44、可变性。即, 通过有意识地控制 GND 接触 108 的尺寸 (例如, 接触直径 (由双箭头 141 所示的长度) ) , 能够增大或减小每个像素中的暗电流。因此, 在 MOS 图像传感器 100 内形成 具有不同尺寸的多个 GND 接触 108, 以此能够抑制像素间的暗电流的可变性。以这样的方 说 明 书 CN 104079843 A 10 8/17 页 11 式, 抑制像素之间的暗电流的可变性, 以使 MOS 图像传感器 100 能够提供高质量的图像。 0097 例如, 通过有意识地控制GND接触108的尺寸, GND接触108能够具有与存在于MOS 图像传感器 100 的像素区域之内的其。

45、它接触 (即, GND 接触 108 之外的接触) 不同的尺寸。 0098 其它接触 0099 在 MOS 图像传感器 100 的像素区域内, 如图 5 所示, 不仅形成有 GND 接触 108 而且 形成有其它接触。 0100 FD 接触 161-1 连接浮动扩散部 103-1 和与浮动扩散部 103-1、 复位晶体管 106-1 连接的配线 (未图示) 。FD 接触 161-2 连接浮动扩散部 103-2 和与浮动扩散部 103-2、 复位 晶体管 106-2 连接的配线 (未图示) 。 0101 FD 接触 161-3 连接复位晶体管 106-1 和与浮动扩散部 103-1、 复位晶体管。

46、 106-1 连接的配线 (未图示) 。FD 接触 161-4 连接复位晶体管 106-2 和与浮动扩散部 103-2、 复位 晶体管 106-2 连接的配线 (未图示) 。 0102 当不需要区分 FD 接触 161-1 乃至 161-4 时, 在下文中可以将 FD 接触 161-1 乃至 161-4 简称为 FD 接触 161。 0103 VDD 接触 162-1 将电源电位 (VDD) 的配线 (未图示) 连接至放大器晶体管 105-1 和 复位晶体管 106-1。VDD 接触 162-2 将电源电位 (VDD) 的配线 (未图示) 连接至放大器晶体 管 105-2 和复位晶体管 106。

47、-2。 0104 当不需要区分 VDD 接触 162-1 和 162-2 时, 在下文中可以将 VDD 接触 162-1 和 162-2 简称为 VDD 接触 162。 0105 VSL 接触 163-1 连接选择晶体管 104-1 和输出信号线 (未图示) 。VSL 接触 163-2 连接选择晶体管 104-2 和输出信号线 (未图示) 。 0106 当不需要区分 VSL 接触 163-1 和 163-2 时, 在下文中可以将 VSL 接触 163-1 和 163-2 简称为 VSL 接触 163。 0107 即, 如图 6 所示, 从光电二极管 101 到输出信号线的电路形成于像素之内, 。

48、且上述 的各种接触形成在 Si 基板 120 与连接至相应元件的配线之间。 0108 然而, 诸如 FD 接触 161、 VDD 接触 162 和 VSL 接触 163 等接触 (不同于 GND 接触 18) 将除了接地电位之外的电位 (与 GND 配线 132 的电位不同的电位) 的配线 171(图 7) 连接 至 Si 基板 120 的上表面 123(图 2) 。关于这样的接触, 如图 7 的横截面图所示, 在相关的 接触下方在像素阱 121 中形成有导入 (注入) 了 N- 型杂质的 N- 型杂质导入区域 (N+) 172。 0109 即, GND 接触 108 附近的能带图如图 8 的。

49、 (A) 所示, 而其它接触附近的能带图如图 8 的 (B) 所示。因此, GND 接触 108 内生成的电子流入光电二极管 101, 而其它接触内生成的 电子不扩散。 0110 除了 GND 接触之外的接触的尺寸控制 0111 因此, 为了控制暗电流, 不需要控制其它接触的尺寸。 换言之, 为了控制暗电流, 只 需要对 GND 接触 108 进行尺寸控制。即, 例如, 可以独立于其它接触的尺寸来设计 GND 接触 108 的尺寸。 0112 由于以这样方式进行设计, GND接触108的尺寸与其它接触 (例如, FD接触161、 VDD 接触 162 或 VSL 接触 163) 的尺寸可以彼此不同。 0113 更加具体地, 其他接触可以具有第一尺寸, GND 。

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