[发明专利]固态成像装置和相机

说明书

本申请是申请日为2008年11月28日、申请号为200810180249.X、发明名称为“固态成像装置和相机”的专利申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明大体上涉及固态成像装置和相机。更具体地，本发明涉及一种固态成像装置和设置有该固态成像装置的相机。

背景技术

固态成像装置大致分为放大型固态成像装置(通常以CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器为例)和电荷转移型成像装置(通常以CCD(电荷耦合器件)图像传感器为代表)。

CMOS图像传感器由于高性能和低功耗的特性而特别在面向便携式装置的图像传感器领域中快速取代了CCD传感器。这种CMOS图像传感器包括：成像部，具有以二维阵列形式排列的多个像素，每个像素均包括用作光电转换元件的光电二极管(PD)和多个像素晶体管；以及外围电路，排列在成像部周围。

外围电路至少包括：列电路或垂直驱动电路，用于沿列方向传输信号；以及水平电路或水平驱动电路，用于将由列电路沿列方向传输的信号依次传送至输出电路。所提供的像素晶体管具有已知配置，诸如，例如，包括转移、复位、放大和选择晶体管的四晶体管电路配置；以及包括除选择晶体管外的转移、复位和放大的三晶体管电路配置。

通常，通过将多个单位像素作为一组排列来提供CMOS图像传感器，其中，每个单位像素包括一个光电二极管和多个像素晶体管。然而，像素尺寸的小型化近年来已变得更重要。对于包括大量像素的CMOS图像传感器，已对与多个像素共有像素晶体管以减少像素晶体管数类型的CMOS图像传感器进行了许多尝试。

例如，在之后将给出的日本未审查专利申请公开第Heisei 11(1999)-331713号中公开了一种共有像素晶体管的CMOS图像传感器。

另一方面，也披露了可以通过在像素的小型化设计中适当设计转移栅极的结构来提高电荷的转移效率。例如，在日本未审查专利申请公开第2005-129965号中所披露的(其中的0039段和图3)，光电二极管PD、浮动扩散(FD)区101和作为像素晶体管之一的转移晶体管Tr1被形成为像素的一部分，如图1所示。转移晶体管Tr1包括转移栅电极102和在其正下方形成的沟道区103。此外，在转移晶体管Tr1中，转移栅极104或转移栅电极102朝向光电二极管PD的边缘以凸起的形状形成，从而在光电二极管PD中朝向转移栅极104更容易产生电场。可以注意到，在图1的结构中，转移栅极104在光电二极管PD侧的沟道宽度“a”(即，与光电二极管PD接触的沟道宽度)大于在浮动扩散(FD)区101侧的沟道宽度“b”(即，与浮动扩散(FD)区101)接触的沟道宽度)。

发明内容

对于CMOS图像传感器，包括在像素中的像素晶体管的栅极尺寸随着像素尺寸的减小而减小，并且维持像素晶体管的特性已变得更难。作为实例，用于从光电二极管PD将信号电荷读出至浮动扩散(FD)区的转移晶体管的栅极(下文中称为转移栅极)很难同时满足转移晶体管的截止特性和电荷转移特性。即，当转移栅极截止时，从光电二极管(PD)到浮动扩散(FD)区更容易产生漏电流，同时当转移栅极由于弱沟道调制而在转移栅极的读出周期内导通时，很难充分降低势垒。

然而，在转移栅极的尺寸和光电转换效率之间存在折衷，其中，在给定的像素面积内转移栅极的尺寸的进一步增大可能增加风险，例如，减小用于光电转换的光电二极管PD的面积以及在聚光时通过转移栅极截取了一些入射光。

于是，对于图1所示的转移栅极的结构，可能存在由于转移栅极被形成为向光电二极管PD突出而使光电二极管PD的面积减小的风险。因此，转移栅极的这种结构可能减少饱和电荷量并引起入射光的截取。

考虑到上述各点，期望提供一种固态成像装置以及设置有该固态成像装置的相机，该固态成像装置能够维持包括在该装置中的转移晶体管的晶体管特性，即使在像素尺寸被小型化时也能够确保光电转换元件的光接收表面具有足够的面积。

根据本发明实施例的固态成像装置包括排列的多个像素，每个像素均包括光电转换元件、包括转移晶体管的像素晶体管和浮动扩散区。转移晶体管的转移栅极被形成为在浮动扩散区侧的沟道宽度大于在光电转换元件侧的沟道宽度。

根据本发明实施例的相机包括：固态成像装置；光学系统，被配置为将入射光导向包括在固态成像装置中的光电转换元件；以及信号处理电路，被配置为对从固态成像装置输出的信号进行处理。固态成像装置包括排列的多个像素，每个像素均包括光电转换元件、包括转移晶体管的像素晶体管和浮动扩散区。转移晶体管的转移栅极被形成为在浮动扩散区侧的沟道宽度大于在光电转换元件侧的沟道宽度。