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JP6536627B2 - 固体撮像装置及び電子機器 - Google Patents

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JP6536627B2 JP2017112282A JP2017112282A JP6536627B2 JP 6536627 B2 JP6536627 B2 JP 6536627B2 JP 2017112282 A JP2017112282 A JP 2017112282A JP 2017112282 A JP2017112282 A JP 2017112282A JP 6536627 B2 JP6536627 B2 JP 6536627B2
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Description

本発明は、固体撮像装置、及びこの固体撮像装置を備えた電子機器に関する。
固体撮像装置は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサに代表される増幅型固体撮像装置と、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサに代表される電荷転送型固体撮像装置とに大別される。
CMOSイメージセンサは、高機能、低消費電力のため、特に携帯機器向けのイメージセンサにおいて、従来のCCDイメージセンサから置き換えが急速に進んでいる。CMOSイメージセンサは、光電変換素子であるフォトダイオード(PD)と複数の画素トランジスタからなる画素が複数、規則性をもって2次元配列された撮像部と、撮像部の周辺に配置された周辺回路とを有して構成される。
周辺回路としては、列方向に信号を伝播する列回路(いわゆる垂直駆動部)、列回路によって伝播された各列の信号を順次出力回路に伝送する水平回路(いわゆる水平転送部)等を有している。複数の画素トランジスタとしては、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ及び選択トランジスタの4トランジスタによる構成、あるいは選択トランジスタを除く他の3トランジスタによる構成などが知られている。
一般的なCMOSイメージセンサとしては、1つのフォトダイオードと複数の画素トランジスタとを組とした単位画素を複数配列して構成される。しかし、近年では画素寸法の微細化が顕著である。多数の画素を有するCMOSイメージセンサにおいては、単位画素当たりの画素トランジスタ数を下げるべく、画素トランジスタを複数の画素で共有する形のCMOSイメージセンサも多く見られる。
画素トランジスタ共有のCMOSイメージセンサは、例えば特許文献1に記載されている。一方、画素寸法の微細化における転送ゲートの構造を工夫することによって電荷転送効率を高めることが提案されている。例えば特許文献2(段落〔0039〕、図3参照)では、図9に示すように、画素の一部として、フォトダイオードPDと、フローティングディフージョン(FD)領域101と、画素トランジスタのうちの転送トランジスタTr1が設けられる。転送トランジスタTr1は、転送ゲート電極102及びその直下のチャネル部103を有して構成される。そして、この転送トランジスタTr1において、フォトダイオードPD側の転送ゲート104端、すなわち転送ゲート電極102端を凸形状に構成し、フォトダイオードPD内に転送ゲート104方向への電界を発生しやすくしている。但し、図9の構成では、転送ゲート104のフォトダイオードPD側のチャネル幅(すなわちフォトダイオードPDに接するチャネル幅)aがフローティングディフージョン(FD)領域側のチャネル幅(すなわちフローティングディフージョン(FD)領域に接するチャネル幅)bより広くなっている。
特開平11−331713号公報 特開2005−129965号公報
ところで、CMOSイメージセンサでは、画素寸法の縮小に伴い画素内の画素トランジスタのゲート寸法も縮小し、それら画素トランジスタの特性が維持できなくなってきている。例えば、フォトダイオードPDからフローティングディフージョン(FD)領域へ信号電荷を読み出すための転送トランジスタのゲート(以下、転送ゲートという)も、ゲート寸法の縮小によりカットオフ特性と電荷転送特性の両立が難しくなっている。すなわち、転送トランジスタのオフ時には、フォトダイオード(PD)からフローティングディフージョン(FD)領域へリーク電流が発生し易く、転送トランジスタをオンした読み出し時には、転送ゲートのチャネル変調が弱いために電位障壁が十分下がらなくなってきている。しかしながら、決められた画素面積において、転送ゲートのゲート寸法を大きくすることは、光電変換を行うフォトダイオードPDの面積を狭め、集光時に光入射が転送ゲートによって阻害されるリスクとトレードオフの関係にある。
一方、図9に示す転送ゲートの構成では、フォトダイオードPD側に転送ゲートが張り出すため、フォトダイオードPDの面積が縮小するリスクが生じる。この転送ゲート構造は、飽和電荷量の減少と光入射の阻害とを招く。
本発明は、上述の点に鑑み、画素が微細化されても、転送トランジスタのトランジスタ特性を維持し、かつ光電変換素子の受光面積を十分に確保できる固体撮像装置、及びこの固体撮像装置を備えた電子機器を提供するものである。
本技術の固体撮像装置は、光電変換素子と画素トランジスタからなる画素が複数配列され、光電変換素子として、第1の光電変換素子と、第2の光電変換素子と、第3の光電変換素子と、第4の光電変換素子と、第1の光電変換素子、第2の光電変換素子、第3の光電変換素子、及び、第4の光電変換素子のそれぞれに対応する、第1の転送ゲート、第2の転送ゲート、第3の転送ゲート、及び、第4の転送ゲートとを有する。そして、画素トランジスタとして、第1の転送トランジスタと、第2の転送トランジスタと、第3の転送トランジスタと、第4の転送トランジスタと、リセットトランジスタと、増幅トランジスタと、選択トランジスタを有する。第1の光電変換素子、第2の光電変換素子、第3の光電変換素子、及び、第4の光電変換素子に囲まれた位置に、少なくとも一部のフローティングディフュージョン領域が配置され、第1の転送トランジスタ、第2の転送トランジスタ、第3の転送トランジスタ、及び、第4の転送トランジスタが、フローティングディフュージョン領域と、リセットトランジスタと、増幅トランジスタと、選択トランジスタとに接続される。
さらに、第1の光電変換素子と第2の光電変換素子とが、画素の第1の行に配置され、第3の光電変換素子と第4の光電変換素子とが、画素の第2の行に配置され、リセットトランジスタと増幅トランジスタと選択トランジスタとが、画素の第3の行に配置され、第2の行が第1の行と第3の行との間に配置される。
第1の転送ゲート、第2の転送ゲート、第3の転送ゲート、及び、第4の転送ゲートは、それぞれ第1の辺、第2の辺、第3の辺、及び、第4の辺を有する。第1の転送ゲートの第1の辺、第2の転送ゲートの第1の辺、第3の転送ゲートの第1の辺、及び、第4の転送ゲートの第1の辺は、それぞれフローティングディフュージョン領域に面して形成される。第1の転送ゲートの第2の辺、第2の転送ゲートの第2の辺、第3の転送ゲートの第2の辺、及び、第4の転送ゲートの第2の辺は、それぞれ第1の光電変換素子、第2の光電変換素子、第3の光電変換素子、及び、第4の光電変換素子に面して形成される。第1の転送ゲート、第2の転送ゲート、第3の転送ゲート、及び、第4の転送ゲートは、第1の辺が、第2の辺、第3の辺、及び、第4の辺よりも短く形成され、第2の辺が、第1の辺、第3の辺、及び、第4の辺よりも長く形成されている
また、本技術の電子機器は、上記固体撮像装置と、固体撮像装置の光電変換素子に入射光を導く光学系と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備える。
本発明によれば、画素が微細化されても、転送トランジスタのトランジスタ特性を維持し、かつ光電変換素子の受光面積を十分に確保できる。
本発明に係る固体撮像装置に適用される一実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係る第1実施形態の画素の要部を示す構成図である。 本発明に係る第2実施形態の画素の要部を示す構成図である。 本発明に係る固体撮像装置に適用される他の実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係る第3実施形態の画素の要部を示す構成図である。 図5の共有画素を用いた撮像部のレイアウトの一例を示す平面図である。 図5の共有画素を用いた撮像部のレイアウトの他の例を示す平面図である。 本発明に係るカメラの実施形態を示す概略構成図である。 従来の画素の例を示す要部の構成図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1に、本発明に係る固体撮像装置、いわゆるCMOSイメージセンサに適用される一実施の形態の概略構成を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置1は、複数の画素2が規則性をもって2次元配列された撮像部(いわゆる画素部)3と、撮像部3の周辺に配置された周辺回路、すなわち垂直駆動部4、水平転送部5及び出力部6とを有して構成される。画素2は、1つの光電変換素子であるフォトダイオードPDと、複数の画素トランジスタ(MOSトランジスタ)Trとにより構成される。
フォトダイオードPDは、光入射で光電変換され、その光電変換で生成された信号電荷を蓄積する領域を有して成る。複数の画素トランジスタTrは、本例では転送トランジスタTr1、リセットトランジスタTr2、増幅トランジスタTr3及び選択トランジスタTr4の4つのMOSトランジスタを有している。転送トランジスタTr1は、フォトダイオードPDに蓄積された信号電荷を後述するフローティングディフージョン(FD)領域に読み出すトランジスタである。リセットトランジスタTr2は、フローティングディフージョン(FD)領域の電位を規定の値に設定するためのトランジスタである。増幅トランジスタTr3は、フローティングディフージョン(FD)領域に読み出された信号電荷を電気的に増幅するためのトランジスタである。選択トランジスタTr4は、画素1行を選択して画素信号を垂直信号線8に読み出すためのトランジスタである。
なお、図示しないが、選択トランジスタTr4を省略した3トランジスタとフォトダイオードPDで画素を構成することも可能である。
画素2の回路構成では、転送トランジスタTr1のソースがフォトダイオードPDに接続され、そのドレインがリセットトランジスタTr2のソースに接続される。転送トランジスタTr1とリセットトランジスタTr2間の電荷−電圧変換手段となるフローティングディフージョン(FD)領域(転送トランジスタのドレイン領域、リセットトランジスタのソース領域に相当する)が増幅トランジスタTr3のゲートに接続される。増幅トランジスタTr3のソースは選択トランジスタTr4のドレインに接続される。リセットトランジスタTr2のドレイン及び増幅トランジスタTr3のドレインは、電源電圧供給部に接続される。また、選択トランジスタTr4のソースが垂直信号線8に接続される。
垂直駆動部4からは、1行に配列された画素のリセットトランジスタTr2のゲートに共通に印加される行リセット信号φRSTが、同じく1行の画素の転送トランジスタTr1のゲートに共通に印加される行転送信号φTRGが、同じく1行の選択トランジスタTr4のゲートに共通に印加される行選択信号φSELが、それぞれ供給されるようになされる。
水平転送部5は、各列の垂直信号線8に接続された増幅器またはアナログ/デジタル変換器(ADC)、本例ではアナログ/デジタル変換器9と、列選択回路(スイッチ手段)SWと、水平転送線(例えばデータビット線と同数の配線で構成されたバス配線)10とを有して構成される。出力部6は、増幅器又は、アナログ/デジタル変換器及び/又は信号処理回路、本例では水平転送線10からの出力を処理する信号処理回路11と、出力バッファ12とを有して構成される。
この固体撮像装置1では、各行の画素2の信号が各アナログ/デジタル変換器9にてアナログ/デジタル変換され、順次選択される列選択回路SWを通じて水平転送線10に読み出され、順次に水平転送される。水平転送線10に読み出された画像データは、信号処理回路11を通じて出力バッファ12より出力される。
画素2における一般的な動作は、先ず最初に転送トランジスタTr1のゲートとリセットトランジスタTr2のゲートをオン状態にしてフォトダイオードPDの電荷を全て空にする。次いで、転送トランジスタTr1のゲートとリセットトランジスタTr2のゲートをオフ状態にして電荷蓄積を行う。次に、フォトダイオードPDの電荷を読み出す直前にリセットトランジスタTr2のゲートをオン状態にしてフローティングディフージョン(FD)領域の電位をリセットする。その後、リセットトランジスタTr2のゲートをオフ状態にし、転送トランジスタTr1のゲートをオン状態にしてフォトダイオードPDからの電荷をフローティングディフージョン(FD)領域へ転送する。増幅トランジスタTr3ではゲートに電荷が印加されたことを受けて信号電荷を電気的に増幅する。一方、選択トランジスタTr4は前記読み出し直前のフローティングディフージョンリセット時から読み出し対象画素のみオン状態になり、該当画素内増幅トランジスタTr3からの電荷−電圧変換された画像信号が垂直信号線8に読み出されることになる。
そして、本実施の形態においては、上述の固体撮像装置1において、画素が微細化されてもフォトダイオードPDの面積を十分に確保しつつ、フローティングディフージョン(FD)領域への信号電荷の転送を良好に行えるように、転送トランジスタTr1の転送ゲートを構成する。すなわち、本実施の形態では、転送ゲートのチャネル幅がフォトダイオードPD側よりフローティングディフージョン(FD)領域側で広くなるように構成される。さらに、変換効率をも改善できるように構成される。
図2に、本発明の画素を構成するフォトダイオードPDと、フローティングディフージョン(FD)領域20と、転送トランジスタTr1、特にその転送ゲート21とを含む領域の第1実施形態を示す。第1実施形態においては、転送トランジスタTr1の転送ゲート21を構成する転送ゲート電極22を、平面形状が四角形のフォトダイオードPDの1つの角部に配置すると共に、フローティングディフージョン(いわゆる拡散領域)FD側で凸形状になるように形成される。
すなわち、転送ゲート電極22は、三角形の頂部が切断されたようなほぼ台形形状をなし、その一辺(底辺)がフォトダイオードPD側の角部を直線状に斜めに切除した辺に隣接し、そのほぼL字をなす二辺がフローティングディフージョン(FD)領域20に隣接するように形成される。この結果、図示の例では、単位画素のフォトダイオードPDは、平面形状が正方形あるいは長方形などの四角形状の1つの角部を僅かに直線状に斜めに切除した五角形に形成される。また、フローティングディフージョン(FD)領域20は、平面形状がほぼL字形状に形成される。
素子分離領域24は、フォトダイオードPD、フローティングディフージョン(FD)領域20及び転送トランジスタTr1を取り囲むように形成され、一部転送ゲート電極22の下に入り込むように形成される。すなわち、実質的な転送ゲート21のチャネル部23が、フローティングディフージョン(FD)領域20のL字形状の両端を差し渡る幅でフォトダイオードPD側に延びるように、素子分離領域24の一部が転送ゲート電極22の下に入り込んで形成される。
ここで、フォトダイオードPDは、図示しないが、本例ではp型半導体ウェル領域に電荷蓄積領域となるn型半導体領域(n+領域)が形成され、このn型半導体領域の表面側にアキュミュレーション層となるp型半導体領域(p+領域)が形成された埋め込み型のフォトダイオードとして構成される。また、フローティングディフージョン(FD)領域20は転送トランジスタTr1のドレイン領域に相当するもので、本例ではn型半導体領域(n+領域)で形成される。さらに、素子分離領域24は、本例ではp型半導体領域(p+領域)で形成される。
さらに、本実施形態では、略L字形状のフローティングディフージョン(FD)領域20の領域内の一部、すなわち、転送ゲート電極22の頂部(凸部先端)に対応した一部を、面積が狭小となる不純物濃度の高い領域(いわゆる高濃度領域:本例ではn+領域)26で形成する。また、略L字形状のフローティングディフージョン(FD)領域20の領域内の他部、すなわち、高濃度領域26を囲い、かつ高濃度領域26と素子分離領域24との間の領域に相当する他部を、不純物濃度が高濃度領域26より低い領域(いわゆる低濃度領域:本例ではn−領域)27で形成する。
この低濃度領域27の不純物濃度は、通常のLDD構造の低濃度領域より低い濃度であり、また、当該領域27は通常のPN接合の形成で自然に形成される接合近傍の低不純物濃度領域よりも広い面積を有する。
一方、フローティングディフージョン(FD)領域20内の高濃度領域26は、画素トランジスタと接続する際のコンタクト領域と共有するものである。本例では、この高濃度領域26の不純物濃度は、1×1020cm−3以上とすることができる。また、低濃度領域27の不純物濃度は、1×1018cm−3未満とすることができる。
第1実施形態に係る構成によれば、転送ゲート電極22が、フローティングディフージョン(FD)領域20側が凸形状となるように略台形状に形成することにより、フォトダイオードPDの角部が少し削減されるだけであり、フォトダイオードPDの面積としては広く確保することができる。これにより、画素が微細化されても集光時に光入射が転送ゲート電極により阻害されることがなく、飽和電荷量を十分に確保することができる。
また、図2に示すように、転送ゲート21のチャネル幅が、フォトダイオードPD側よりフローティングディフージョン(FD)領域20側で広がることになり、転送トランジスタのカットオフ特性、電荷転送特性を両立し、いわゆるトランジスタ特性を維持することができる。すなわち、フォトダイオードPD側のチャネル幅Aよりフローティングディフージョン(FD)領域20側のチャネル幅Bが広くなっている。このチャネル幅の変化はチャネル部23の電位変化につながり、転送トランジスタのオン時には、形状効果でフォトダイオードPD側からフローティングディフージョン(FD)領域20側へ向ってポテンシャルが深くなるという電界が発生する。狭いチャネル幅Aではポテンシャルが浅く、広いチャネル幅Bではポテンシャルが深くなる。従って、フォトダイオードPDからフローティングディフージョン(FD)領域20への信号電荷の転送を良好に行うことができ、画素を微細化しても信号電荷の転送能力を改善することができる。転送トランジスタのオフ時には、リーク電流が発生しにくい。
リーク電流が発生しにくい理由を説明する。チャネル幅Wが一定の場合、フォトダイオードPD側とフローティングディフージョンFD側でチャネル電位の変化量が同じであるので、転送ゲートオン時にチャネルに転送方向電界をつけようと電位に差をつけると、オフ時にも電位の差がそれだけつく。それに対し、本実施の形態では、フォトダイオードFD側の電位変化が大きいので、オン時のフォトダイオードPD側とフローティングディフージョンFD側のチャネル電位差が前記と同じであるとすると、オフ時の電位差は小さくできる。すなわちフォトダイオードFD側のオフ時のチャネルの閉めが強められるため、リーク電流が低減できる。
フローティングディフージョン(FD)領域の高濃度領域26がコンタクト部と共通、つまり共有することにより、高濃度領域の面積を最小とすることができる。本実施の形態において、高濃度領域26はコンタクト部を置く位置以外には必要ない。通常CMOSプロセスにおいて、高濃度領域は、レジストマスクを用いた不純物注入で形成されるため、コンタクト部の接触面積より十分大きくなっている。一般的にはゲートに接する拡散領域の一部のみが高濃度であるという構成になっていない。
一方、フローティングディフージョン(FD)領域20をL字形状にすると、フローティングディフージョン(FD)領域20の面積が増大する。通常、面積の増大はフローティングディフージョン(FD)領域20における拡散容量(いわゆる接合容量)が増大し、変換効率の低下を招く。しかし、本実施形態では、L字形状のフローティングディフージョン(FD)領域20のうち、転送ゲート21の凸部に対応する一部の実質的に電荷が蓄積される領域とコンタクト部とを共有するn型の高濃度領域26を形成し、それ以外の領域はn型の低濃度領域27となるように不純物濃度分布を設定している。低濃度領域27での接合容量は非常に小さい。従って、フローティングディフージョン(FD)領域20における全体の接合容量は極度に増加することがなく、変換効率の低下は軽減される。
フォトダイオードPDからフローティングディフージョン(FD)領域20のポテンシャルが浅い低濃度領域27へ転送された信号電荷は、ポテンシャルの深い高濃度領域26へ集められる。
図3に、本発明の画素を構成するフォトダイオードPDと、フローティングディフージョン(FD)領域20と、転送トランジスタTr1特にその転送ゲートとを含む領域の第2実施形態を示す。本実施形態においては、フォトダイオードPDとフローティングディフージョン(FD)領域20との間にチャネル幅がフォトダイオードPD側よりフローティングディフージョン(FD)領域20側を広くした転送ゲート21を形成し、転送トランジスタTr1を形成して構成される。
フォトダイオードPDは、正方形あるいは長方形等の四角形状を成している。フローティングディフージョン(FD)領域20は、フォトダイオードPDと対向する辺の長さがフォトダイオードPDの対向辺の長さと同じにした長方形状をなしている。転送ゲート21は、長方形の転送ゲート電極22と台形状のチャネル部23を有してなる。チャネル部23は、フォトダイオードPD側のチャネル幅Aがフローティングディフージョン(FD)領域20側のチャネル幅Bより狭く、フォトダイオードPDからフローティングディフージョン(FD)領域20に向って転送ゲート21のチャネル部23の幅が漸次広くなるように台形状に形成される。
一方、フローティングディフージョン(FD)領域20は、上例と同様に長方形の中央部に高濃度領域(本例ではn+領域)26を形成し、残りの領域に低濃度領域(本例ではn−領域)27を形成して構成される。その他の不純物濃度などの構成は、第1実施形態で説明したと同様であるので、重複説明は省略する。
第2実施形態の構成によれば、フォトダイオードPDが四角形状で形成されるので、面積を広く確保することができ、画素が微細化されても飽和電荷量を十分に確保することができる。また、転送ゲート21のチャネル部23のポテンシャルは、フォトダイオードPD側からフローティングディフージョン(FD)領域20側に向って漸次深くなるという電界が発生する。従って、フォトダイオードPDからフローティングディフージョン(FD)領域20への信号電荷の転送を良好に行うことができ、画素を微細化しても信号電荷の転送能力を改善することができる。
一方、フローティングディフージョン(FD)領域20においては、高濃度領域26と低濃度領域27で形成されているので、フローティングディフージョン(FD)領域20における全体の接合容量を低く抑えることができ、変換効率を軽減することができる。
第2実施形態でも、フローティングディフージョン(FD)領域20の低濃度領域27へ転送された信号電荷は、高濃度領域26へ集められる。その他、第1実施形態で説明したと同様の効果を奏する。
図2で示した第1実施形態の構成は、複数のフォトダイオードに対して画素トランジスタを共有したCMOSイメージセンサに適用して有効である。次に、その実施の形態について説明する。
図4に、本発明に係る固体撮像装置、いわゆるCMOSイメージセンサに適用される他の実施の形態の概略構成を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置は、複数、本例では4つの画素、すなわち光電変換素子である4つのフォトダイオードに対して、転送トランジスタを除く他の画素トランジスタを共有した画素構成の組(以下、共有画素という)を配列した場合である。
本実施の形態に係る固体撮像装置31は、複数の共有画素32が規則性をもって2次元配列された撮像部(いわゆる画素部)3と、撮像部3の周辺に配置された周辺回路、すなわち垂直駆動部4、水平転送部5及び出力部6とを有して構成される。共有画素32は、複数、本例では4つの光電変換素子であるフォトダイオードPDと、4つの転送トランジスタと、各1つのリセットトランジスタ、増幅トランジスタ及び選択トランジスタとから構成される。
共有画素32の回路構成では、図4に示すように、4つの各フォトダイオードPD〔PD1,PD2,PD3,PD4〕が、それぞれ対応する4つの転送トランジスタTr11、Tr12,Tr13,Tr14のソースに接続され、各転送トランジスタTr11〜Tr14のドレインが1つのリセットトランジスタTr2のソースに接続される。各転送トランジスタTr11〜Tr14とリセットトランジスタTr2間の電荷−電圧変換手段となる共通のフローティングディフージョン(FD)領域は1つの増幅トランジスタTr3のゲートに接続される。増幅トランジスタTr3のソースは1つの選択トランジスタTr4のドレインに接続される。リセットトランジスタTr2のドレイン及び増幅トランジスタTr3のドレインは、電源電圧供給部に接続される。また、選択トランジスタTr4のソースが垂直信号線8に接続される。
各転送トランジスタTr11〜Tr14のゲートには、それぞれ行転送信号φTRG1〜φTRG4が印加され、リセットトランジスタTr2のゲートには行リセット信号φRSTが印加され、選択トランジスタTr4のゲートには行選択信号φSELが印加される。
垂直駆動部4、水平転送部5、出力部6、その他等の構成は、図2で説明したと同様であるので、重複説明を省略する。
そして、本実施形態の共有画素32の平面上の構成、すなわち第3実施形態を図5に示す。本実施形態の1組の共有画素32は、図2で示した画素構成を利用し、水平・垂直2画素ずつの共有構成としている。本実施形態においては、図5に示すように、フローティングディフージョン(FD)領域20を共有するように、中央部に共通のフローティングディフージョン(FD)領域20が配置される。このフローティングディフージョン(FD)領域20を中央に挟むように、4つの画素(図2の画素構成)がその転送ゲート21〔211〜214〕側の角部を中心に点対称に水平・垂直に配置される。このとき、中央のフローティングディフージョン(FD)領域20は、平面上で十字形となる形状を有し、その中心が高濃度領域26、その他の腕部が低濃度領域27として形成される。また、各フォトダイオードPD1〜PD4を分離する素子分離領域24は、フローティングディフージョン(FD)領域20との接触に関しては、各腕部の低濃度領域27の先端部のみに接触することになる。その他の構成は、図2と同様であるので、重複説明を省略する。
第3実施形態に係る共有画素構成によれば、4つの画素をフローティングディフージョン(FD)領域20を中心に、換言すれば、転送ゲートの角部を中心に点対称に配置されるので、後述するように多数の画素を配列する撮像部3において、画素配列を稠密に配列することができる。そして、本実施形態では、前述と同様に転送ゲートの形状効果により、転送ゲートのチャネル幅がフォトダイオードPD側からフローティングディフージョン(FD)領域20側に向って変化し、チャネル電位が変化するので、信号電荷の転送効率が良好になる。
また、共有するフローティングディフージョン(FD)領域20は、十字形状になり、その中央部を高濃度領域26とし、その他を低濃度領域27とした構成であるので、フローティングディフージョン(FD)領域20の接合容量は非常に小さくなり、電荷−電圧変換に際しての変換効率を上げることができ、あるいは変換効率の低下を軽減することができる。特に、n型のフローティングディフージョン(FD)領域20とp型の素子分離領域24との接触部は、十字形状の低濃度領域27である腕部端のみであるので、フローティングディフージョン(FD)領域20及び素子分離領域24間の接合容量がさらに低減し、その分、変換効率を向上することができる。
その他、第1実施形態の構成で説明したと同様の効果を奏する。
図6に、図5の共有画素32を用いた撮像部3のレイアウトの一実施形態を示す。本実施形態は、共有画素32を正方配列としたレイアウトである。すなわち、本実施形態は、各共有画素32内の垂直方向の片側、本例では各共有画素32内の下側にリセットトランジスタTr2と増幅トランジスタTr3と選択トランジスタTr4が配置される。この共有画素32が垂直方向及び水平方向の直交座標系に配列される。リセットトランジスタTr2は、ソース領域41、ドレイン領域42及びリセットゲート電極43を有して構成される。増幅トランジスタTr3はソース領域44、ドレイン領域45及び増幅ゲート電極46を有して構成される。選択トランジスタTr4は、ソース領域47、ドレイン領域44及び選択ゲート電極48を有して構成される。このとき、増幅トランジスタTr3のソース領域44と選択トランジスタTr4のドレイン領域44とは共有して形成される。
そして、配線49を介してフローティングディフージョン(FD)領域20の高濃度領域26と、リセットトランジスタTr2のソース領域41及び増幅トランジスタTr3の増幅ゲート電極46とが接続される。また、配線50を介して選択トランジスタTr4のソース領域47と垂直信号線8とが接続される。
図6の撮像部のレイアウトによれば、多数の共有画素32が水平・垂直方向に稠密に配置することができ、高解像度の固体撮像装置を提供することができる。
図7に、図5の共有画素32を用いた撮像部3のレイアウトの他の実施形態を示す。本実施形態は、共有画素32を斜め配列(ハニカム配列ともいう)としたレイアウトである。すなわち、本実施形態は、図5で説明したと同様に、各共有画素32内の垂直方向の片側、本例では各共有画素32内の下側にリセットトランジスタTr2と増幅トランジスタTr3と選択トランジスタTr4が配置される。この共有画素32が垂直方向及び水平方向から斜めに傾いた軸に直交する座標系に配列される。図7の例では、共有画素32が垂直方向及び水平方向から45°傾いた軸に直交する座標系に配列される。その他の構成は、図6で説明したと同様であるので、図6に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
図7の撮像部のレイアウトによれば、多数の共有画素32が稠密配列することができ、さらに図6に比べてより高解像度の固体撮像装置を提供することができる。
図8は、上述のCMOS型の固体撮像装置を用いたカメラの概略構成である。本実施形態のカメラ40は、光学系(光学レンズ)41と、CMOS型の固体撮像装置42と、信号処理回路43とを有して成る。固体撮像装置42は、上述した第1〜第3実施形態のいずれか1つ、好ましくは第1、第3実施形態の画素構成を有する固体撮像装置、図6、図7で示すレイアウトを有する固体撮像装置などに適用される。本実施形態のカメラは、光学系41と、CMOS型の固体撮像装置42及び信号処理回路43がモジュール化したカメラモジュールの形態を含む。光学系41は、被写体からの像光(入射光)をCMOS型の固体撮像装置42の撮像面上に結像させる。これにより、CMOS型の固体撮像装置42の光電変換素子(受光部)において、入射光は入射光量に応じて信号電荷に変換され、光電変換素子において一定期間信号電荷が蓄積される。信号処理回路43は、CMOS型の固体撮像装置42の出力信号に対して種々の信号処理を施して映像信号として出力する。
本実施形態のカメラによれば、画素が微細化しても飽和電荷量、変換効率を確保し、信号電荷のフローティングディフージョンへの信号電荷転送を良好にするもので、高解像度のカメラを提供することができる。
本発明においては、上述した図8のカメラ、或いはカメラモジュールを備えた電子機器を構成することも可能である。
1,31 固体撮像装置、2 画素、3 撮像部、4 垂直駆動部、5 水平転送部、6 出力部、PD,PD1〜PD4 電変換素子、FD フローティングディフージョン領域、21,211〜214 転送ゲート、22 転送ゲート電極、23 チャネル部、24 素子分離領域、26 高濃度領域、27 低濃度領域、32 共有画素

Claims (16)

  1. 光電変換素子と画素トランジスタからなる画素が複数配列され、
    前記光電変換素子として、第1の光電変換素子と、第2の光電変換素子と、第3の光電変換素子と、第4の光電変換素子と、
    前記第1の光電変換素子、前記第2の光電変換素子、前記第3の光電変換素子、及び、前記第4の光電変換素子のそれぞれに対応する、第1の転送ゲート、第2の転送ゲート、第3の転送ゲート、及び、第4の転送ゲートと、を有し、
    前記画素トランジスタとして、第1の転送トランジスタと、第2の転送トランジスタと、第3の転送トランジスタと、第4の転送トランジスタと、リセットトランジスタと、増幅トランジスタと、選択トランジスタとを有し、
    前記第1の光電変換素子、前記第2の光電変換素子、前記第3の光電変換素子、及び、前記第4の光電変換素子に囲まれた位置に、少なくとも一部のフローティングディフュージョン領域が配置され、
    前記第1の転送トランジスタ、前記第2の転送トランジスタ、前記第3の転送トランジスタ、及び、前記第4の転送トランジスタが、前記フローティングディフュージョン領域と、前記リセットトランジスタと、前記増幅トランジスタと、前記選択トランジスタとに接続され、
    前記第1の光電変換素子と前記第2の光電変換素子とが、前記画素の第1の行に配置され、
    前記第3の光電変換素子と前記第4の光電変換素子とが、前記画素の第2の行に配置され、
    前記リセットトランジスタと前記増幅トランジスタと前記選択トランジスタとが、前記画素の第3の行に配置され、
    前記第2の行が前記第1の行と前記第3の行との間に配置され、
    前記第1の転送ゲート、前記第2の転送ゲート、前記第3の転送ゲート、及び、前記第4の転送ゲートは、それぞれ第1の辺、第2の辺、第3の辺、及び、第4の辺を有し、
    前記第1の転送ゲートの第1の辺、前記第2の転送ゲートの第1の辺、前記第3の転送ゲートの第1の辺、及び、前記第4の転送ゲートの第1の辺は、それぞれ前記フローティングディフュージョン領域に面して形成され、
    前記第1の転送ゲートの第2の辺、前記第2の転送ゲートの第2の辺、前記第3の転送ゲートの第2の辺、及び、前記第4の転送ゲートの第2の辺は、それぞれ前記第1の光電変換素子、前記第2の光電変換素子、前記第3の光電変換素子、及び、前記第4の光電変換素子に面して形成され、
    前記第1の転送ゲート、前記第2の転送ゲート、前記第3の転送ゲート、及び、前記第4の転送ゲートは、前記第1の辺が、前記第2の辺、前記第3の辺、及び、前記第4の辺よりも短く形成され、前記第2の辺が、前記第1の辺、前記第3の辺、及び、前記第4の辺よりも長く形成されている
    固体撮像装置。
  2. 前記第1の転送ゲートの第3の辺、前記第2の転送ゲートの第3の辺、前記第3の転送ゲートの第3の辺、及び、前記第4の転送ゲートの第3の辺は、それぞれ前記第1の行と平行な方向に形成され、
    前記第1の転送ゲートの第4の辺、前記第2の転送ゲートの第4の辺、前記第3の転送ゲートの第4の辺、及び、前記第4の転送ゲートの第4の辺は、それぞれ前記第1の行と垂直な方向に形成された
    請求項1に記載の固体撮像装置。
  3. 前記第1の転送ゲート、前記第2の転送ゲート、前記第3の転送ゲート、及び、前記第4の転送ゲートは、前記第3の辺が、前記第4の辺と同じ長さに形成されている
    請求項2に記載の固体撮像装置。
  4. 前記リセットトランジスタと前記増幅トランジスタと前記選択トランジスタは、前記第1の光電変換素子から前記第2の光電変換素子の方向に、前記リセットトランジスタ、前記増幅トランジスタ、前記選択トランジスタの順に配置された
    請求項1から3のいずれかに記載の固体撮像装置。
  5. 前記第1の転送ゲート、前記第2の転送ゲート、前記第3の転送ゲート、及び、前記第4の転送ゲートは、それぞれ略台形状である
    請求項1から4のいずれかに記載の固体撮像装置。
  6. 前記フローティングディフュージョン領域の一部に高濃度領域が形成された
    請求項1から5のいずれかに記載の固体撮像装置。
  7. 前記フローティングディフュージョン領域は、前記高濃度領域を囲うように、前記高濃度領域の不純物濃度より低い低濃度領域が形成された
    請求項6に記載の固体撮像装置。
  8. 前記フローティングディフュージョン領域の前記高濃度領域が、前記画素トランジスタと接続するコンタクト領域を共用するよう形成された
    請求項6または7に記載の固体撮像装置。
  9. 前記選択トランジスタと接続された垂直信号線を有する
    請求項1から8のいずれかに記載の固体撮像装置。
  10. 前記垂直信号線は、水平転送部の増幅器またはアナログ/デジタル変換器に接続された
    請求項9に記載の固体撮像装置。
  11. 前記第1の光電変換素子、前記第2の光電変換素子、前記第3の光電変換素子、及び、前記第4の光電変換素子をそれぞれ分離するよう素子分離領域が形成された
    請求項1から10のいずれかに記載の固体撮像装置。
  12. 前記素子分離領域は、前記フローティングディフュージョン領域を取り囲むよう形成された
    請求項11に記載の固体撮像装置。
  13. 前記第1の転送ゲート、前記第2の転送ゲート、前記第3の転送ゲート、及び、前記第4の転送ゲートは、前記第1の辺と前記第3の辺と前記第4の辺とにおいて前記フローティングディフュージョンに接する長さが、前記第2の辺において前記光電変換素子に接する長さよりも大きい
    請求項1から12のいずれかに記載の固体撮像装置。
  14. 固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置の光電変換素子に入射光を導く光学系と、
    前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、
    を備え、
    前記固体撮像装置は、
    光電変換素子と画素トランジスタからなる画素が複数配列され、
    前記光電変換素子として、第1の光電変換素子と、第2の光電変換素子と、第3の光電変換素子と、第4の光電変換素子と、
    前記第1の光電変換素子、前記第2の光電変換素子、前記第3の光電変換素子、及び、前記第4の光電変換素子のそれぞれに対応する、第1の転送ゲート、第2の転送ゲート、第3の転送ゲート、及び、第4の転送ゲートと、を有し、
    前記画素トランジスタとして、第1の転送トランジスタと、第2の転送トランジスタと、第3の転送トランジスタと、第4の転送トランジスタと、リセットトランジスタと、増幅トランジスタと、選択トランジスタとを有し、
    前記第1の光電変換素子、前記第2の光電変換素子、前記第3の光電変換素子、及び、前記第4の光電変換素子に囲まれた位置に、少なくとも一部のフローティングディフュージョン領域が配置され、
    前記第1の転送トランジスタ、前記第2の転送トランジスタ、前記第3の転送トランジスタ、及び、前記第4の転送トランジスタが、前記フローティングディフュージョン領域と、前記リセットトランジスタと、前記増幅トランジスタと、前記選択トランジスタとに接続され、
    前記フローティングディフュージョン領域は、前記第1の光電変換素子、前記第2の光電変換素子、前記第3の光電変換素子、及び、前記第4の光電変換素子に囲まれた位置に配置され、
    前記第1の光電変換素子と前記第2の光電変換素子とが、前記画素の第1の行に配置され、
    前記第3の光電変換素子と前記第4の光電変換素子とが、前記画素の第2の行に配置され、
    前記リセットトランジスタと前記増幅トランジスタと前記選択トランジスタとが、前記画素の第3の行に配置され、
    前記第2の行が前記第1の行と前記第3の行との間に配置され、
    前記第1の転送ゲート、前記第2の転送ゲート、前記第3の転送ゲート、及び、前記第4の転送ゲートは、それぞれ第1の辺、第2の辺、第3の辺、及び、第4の辺を有し、
    前記第1の転送ゲートの第1の辺、前記第2の転送ゲートの第1の辺、前記第3の転送ゲートの第1の辺、及び、前記第4の転送ゲートの第1の辺は、それぞれ前記フローティングディフュージョン領域に面して形成され、
    前記第1の転送ゲートの第2の辺、前記第2の転送ゲートの第2の辺、前記第3の転送ゲートの第2の辺、及び、前記第4の転送ゲートの第2の辺は、それぞれ前記第1の光電変換素子、前記第2の光電変換素子、前記第3の光電変換素子、及び、前記第4の光電変換素子に面して形成され、
    前記第1の転送ゲート、前記第2の転送ゲート、前記第3の転送ゲート、及び、前記第4の転送ゲートは、前記第1の辺が、前記第2の辺、前記第3の辺、及び、前記第4の辺よりも短く形成され、前記第2の辺が、前記第1の辺、前記第3の辺、及び、前記第4の辺よりも長く形成されている
    電子機器。
  15. 前記第1の転送ゲートの第3の辺の一部、前記第2の転送ゲートの第3の辺の一部、前記第3の転送ゲートの第3の辺の一部、及び、前記第4の転送ゲートの第3の辺の一部、並びに、前記第1の転送ゲートの第4の辺の一部、前記第2の転送ゲートの第4の辺の一部、前記第3の転送ゲートの第4の辺の一部、及び、前記第4の転送ゲートの第4の辺の一部が、それぞれ前記フローティングディフュージョン領域に面して形成されている
    請求項1から13のいずれかに記載の固体撮像装置。
  16. 前記第1の転送ゲートの第3の辺の一部、前記第2の転送ゲートの第3の辺の一部、前記第3の転送ゲートの第3の辺の一部、及び、前記第4の転送ゲートの第3の辺の一部、並びに、前記第1の転送ゲートの第4の辺の一部、前記第2の転送ゲートの第4の辺の一部、前記第3の転送ゲートの第4の辺の一部、及び、前記第4の転送ゲートの第4の辺の一部が、それぞれ前記フローティングディフュージョン領域に面して形成されている
    請求項14に記載の電子機器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP4578792B2 (ja) * 2003-09-26 2010-11-10 富士通セミコンダクター株式会社 固体撮像装置
JP4604621B2 (ja) * 2004-09-15 2011-01-05 ソニー株式会社 固体撮像装置の製造方法
KR100598015B1 (ko) * 2005-02-07 2006-07-06 삼성전자주식회사 공유 구조 상보성 금속 산화막 반도체 액티브 픽셀 센서어레이의 레이 아웃
US7511323B2 (en) * 2005-08-11 2009-03-31 Aptina Imaging Corporation Pixel cells in a honeycomb arrangement
KR100772892B1 (ko) * 2006-01-13 2007-11-05 삼성전자주식회사 플로팅 확산 영역의 커패시턴스를 제어할 수 있는 공유픽셀형 이미지 센서

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