(57)【要約】本発明の１つの固体撮像装置によれば、転送用トランジスタ３側のフォトダイオード２の１辺の長さがその辺に対向するフォトダイオード２の１辺の長さより長いため、転送用トランジスタ３の幅を大きくできることにより、読み出し特性を劣化させることなく、画素サイズの微細化が可能となる。その結果、本発明の１つの固体撮像装置によれば、効率的な画素レイアウトにより、さらなる画素の微細化が図れる固体撮像装置を提供することができる。
2010090166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオードが行列状（ｉ，ｊ）に複数配置され、前記フォトダイオードに蓄積された前記信号電荷を読み出すための電荷転送用トランジスタと、前記電荷転送用トランジスタを介して読み出した前記フォトダイオードで光電変換された前記信号電荷を電位に変換するフローティングディフュージョンとが設けられ、前記信号電荷をリセットするリセットトランジスタ及び読出した信号電荷を増幅する増幅用トランジスタを複数の前記フォトダイオードで共有し、フォトダイオード（ｉ，ｊ）の光を感知している領域の重心とフォトダイオード（ｉ，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心との距離ｄ１と、フォトダイオード（ｉ＋１，ｊ）の光を感知している領域の重心とフォトダイオード（ｉ＋１，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心との距離ｄ２が異なり、フォトダイオード（ｉ，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心とフォトダイオード（ｉ，ｊ＋２）の光を感知している領域の重心との距離ｄ３が前記距離ｄ２と同じである固体撮像装置において、
前記フォトダイオードを形成する辺のうち、転送用トランジスタ側の辺の長さが、前記辺に対向する１辺の長さより長いことを特徴とする
固体撮像装置。
【請求項２】
前記距離ｄ１と前記距離ｄ２のうち長い方に含まれる２つのフォトダイオードの間に、前記フォトダイオードからフローティングディフュージョンに転送する転送用トランジスタが配置されていることを特徴とする
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記転送用トランジスタ側のフォトダイオードの辺が、フォトダイオードの行列方向のいずれか一方に平行であることを特徴とする
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記転送用トランジスタ側のフォトダイオードの辺に垂直方向のフォトダイオードの辺が、前記転送用トランジスタ側のフォトダイオードの辺に対向するフォトダイオードの辺につながるまでの間に多数の頂点があることを特徴とする
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記頂点が少なくとも１以上であることを特徴とする
請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記頂点が少なくとも２以上であることを特徴とする
請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記垂直方向のフォトダイオードの辺と、前記転送用トランジスタ側のフォトダイオードの辺が垂直に交差していることを特徴とする
請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記リセットトランジスタまたは前記増幅用トランジスタが配置される活性領域の形状が５以上の多角形であって、各辺は、隣接する活性領域の辺と平行であることを特徴とする
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
半導体基板上に、光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオードが行列状（ｉ，ｊ）に複数配置され、前記フォトダイオードに蓄積された前記信号電荷を読み出すための電荷転送用トランジスタと、前記電荷転送用トランジスタを介して読み出した前記フォトダイオードで光電変換された前記信号電荷を電位に変換するフローティングディフュージョンとが設けられ、前記信号電荷をリセットするリセットトランジスタ及び読出した信号電荷を増幅する増幅用トランジスタを複数の前記フォトダイオードで共有し、フォトダイオード（ｉ，ｊ）の光を感知している領域の重心とフォトダイオード（ｉ，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心との距離ｄ１と、フォトダイオード（ｉ＋１，ｊ）の光を感知している領域の重心とフォトダイオード（ｉ＋１，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心との距離ｄ２が異なり、フォトダイオード（ｉ，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心とフォトダイオード（ｉ，ｊ＋２）の光を感知している領域の重心との距離ｄ３が前記距離ｄ２と同じである固体撮像装置において、
前記フォトダイオードを形成する辺のうち、転送用トランジスタ側の辺の長さが、前記辺に対向する１辺の長さより長く、
フォトダイオードの面積重心に対してｉ方向もしくはｊ方向のいずれか一方が線対称であり、もう一方は線対称になっていないことを特徴とする
固体撮像装置。
【請求項１０】
前記フォトダイオードの形状が少なくとも同色同士が同じであることを特徴とする
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に係わり、特に複数の画素が増幅用トランジスタとリセットトランジスタを共有する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラや電子カメラが広く普及している。これらのカメラには、ＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子が用いられている。固体撮像素子の撮像部には、フォトダイオードからなる光電変換部が複数個２次元アレイ状に配置され、各フォトダイオードを中心的機能部として単位領域（単位画素）が形成されている。【０００３】
図１２は、従来のＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の構成と単位画素１個分の等価回路の一例を示す説明図である。図１２に示すＣＭＯＳイメージセンサでは、各単位画素１００は、フォトダイオード１０２からなる光電変換部と、信号電荷を電圧信号に変換して出力するための３つのＭＯＳトランジスタ１０３及び１０５、１０７とを備えている。（例えば、特許文献１参照。）【０００４】
受光動作時には、フォトダイオード１０２に蓄積された信号電荷（電子）は、読み出し信号線１０９から電荷転送用トランジスタ１０３のゲート電極に印加される読み出しパルスに基づいて、電荷転送用トランジスタ１０３を介してフローティングディフュージョン（ＦＤ）部１０４に転送される。ＦＤ部１０４は、増幅用トランジスタ１０５のゲート電極に接続されており、信号電荷（電子）によるＦＤ部１０４の電位変化が、増幅用トランジスタ１０５によってインピーダンス変換された後、垂直信号線１５に出力される。リセットトランジスタ１０７は、垂直リセット線１４からゲート電極に印加される垂直リセットパルスに基づいて、ＦＤ部１０４の電位を電源線１０８の電位にリセットする働きをする。【０００５】
各単位画素１００は、垂直シフトレジスタ１１及び水平シフトレジスタ１２によって１サイクルの間に１度ずつ、次のように走査される。すなわち、１サイクルの間の一定期間、垂直シフトレジスタ１１から１つのリセット線１４にパルスが入力されると、そのリセット線につながっているリセットトランジスタ１０７をＯＮすることにより、フローティングディフュージョン部１０４が高電位にセットされ、そのフローティングディフュージョン部は選択状態となる。この動作により、このリセット線１４に対応する行の画素が選択されると、各画素の出力信号がそれぞれの垂直信号線１５に出力される。そして、この一定期間の間に水平シフトレジスタ１２から各水平選択線１７に水平選択パルスが順次出力され、対応する各垂直信号線１５の出力信号が、水平選択用トランジスタ１６を介して、水平信号線１８に順次取り出される。１つの行の全画素の走査が終了すると、次の行のリセット線１４に垂直選択パルスが入力され、上記と同様にしてこの新しい行の各画素が走査される。以上の動作を繰り返して、１サイクルの間に全ての行の全画素が１度ずつ走査され、その出力信号が時系列的に水平信号線１８に取り出される。【０００６】
近年、携帯電話などのモバイル機器へのカメラ機能搭載の目的から、固体撮像素子の小型化に対する要求が強まっている。この固体撮像素子の小型化と高画素数化による単位画素の縮小化にともない、単位画素あたりの受光領域が減少し、飽和信号量や感度などの固体撮像素子の特性が低下するという問題が生じている。【０００７】
従来、この特性低下を防止するために、フォトダイオードを共有することによって単位画素内のトランジスタ数を削減する方法も提案され、共有方法の最適化などによるブレークスルーも提案されてきた。（例えば、特許文献２参照。）【０００８】
しかし、概念的な提案だけであり、そのような方法だけでは固体撮像素子の特性を良好に保つことは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−３０３４６８号公報
【特許文献２】ＷＯ  ２００８／１３３１４６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、効率的な画素レイアウトにより、さらなる画素の微細化が図れる固体撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の固体撮像装置は、半導体基板上に、光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオードが行列状（ｉ，ｊ）に複数配置され、前記フォトダイオードに蓄積された前記信号電荷を読み出すための電荷転送用トランジスタと、前記電荷転送用トランジスタを介して読み出した前記フォトダイオードで光電変換された前記信号電荷を電位に変換するフローティングディフュージョンとが設けられ、前記信号電荷をリセットするリセットトランジスタ及び読出した信号電荷を増幅する増幅用トランジスタを複数の前記フォトダイオードで共有し、フォトダイオード（ｉ，ｊ）の光を感知している領域の重心とフォトダイオード（ｉ，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心との距離ｄ１と、フォトダイオード（ｉ＋１，ｊ）の光を感知している領域の重心とフォトダイオード（ｉ＋１，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心との距離ｄ２が異なり、フォトダイオード（ｉ，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心とフォトダイオード（ｉ，ｊ＋２）の光を感知している領域の重心との距離ｄ３が前記距離ｄ２と同じである固体撮像装置において、前記フォトダイオードを形成する辺のうち、転送用トランジスタ側の辺の長さが、前記辺に対向する１辺の長さより長いことを特徴とする。【００１２】
また、本発明の第２の固体撮像装置は、半導体基板上に、光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオードが行列状（ｉ，ｊ）に複数配置され、前記フォトダイオードに蓄積された前記信号電荷を読み出すための電荷転送用トランジスタと、前記電荷転送用トランジスタを介して読み出した前記フォトダイオードで光電変換された前記信号電荷を電位に変換するフローティングディフュージョンとが設けられ、前記信号電荷をリセットするリセットトランジスタ及び読出した信号電荷を増幅する増幅用トランジスタを複数の前記フォトダイオードで共有し、フォトダイオード（ｉ，ｊ）の光を感知している領域の重心とフォトダイオード（ｉ，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心との距離ｄ１と、フォトダイオード（ｉ＋１，ｊ）の光を感知している領域の重心とフォトダイオード（ｉ＋１，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心との距離ｄ２が異なり、フォトダイオード（ｉ，ｊ＋１）の光を感知している領域の重心とフォトダイオード（ｉ，ｊ＋２）の光を感知している領域の重心との距離ｄ３が前記距離ｄ２と同じである固体撮像装置において、前記フォトダイオードを形成する辺のうち、転送用トランジスタ側の辺の長さが、前記辺に対向する１辺の長さより長く、フォトダイオードの面積重心に対してｉ方向もしくはｊ方向のいずれか一方が線対称であり、もう一方は線対称になっていないことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、効率的な画素レイアウトにより、さらなる画素の微細化が図れ、かつ無残像な固体撮像装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１に係わるＣＭＯＳイメージセンサの画素部のレイアウト図。
【図２】実施例１に係わるＣＭＯＳイメージセンサの構成と４つのフォトダイオードでリセットトランジスタ、増幅用トランジスタを共有するＣＭＯＳイメージセンサの等価回路の一例を示す説明図。
【図３】従来のＣＭＯＳイメージセンサの画素部のレイアウト図。
【図４】従来のＣＭＯＳイメージセンサの画素部の拡大レイアウト図。
【図５】実施例１に係わるＣＭＯＳイメージセンサの画素部のレイアウト図。
【図６】実施例１に係わるＣＭＯＳイメージセンサの画素部の拡大レイアウト図。
【図７】実施例１に係わる選択トランジスタを有するＣＭＯＳイメージセンサの画素部のレイアウト図。
【図８】実施例１に係わる２つのフォトダイオードでリセットトランジスタ、増幅用トランジスタ、選択用トランジスタを共有するＣＭＯＳイメージセンサの画素部のレイアウト図。
【図９】実施例２に係わるＣＭＯＳイメージセンサの画素部のレイアウト図。
【図１０】実施例２に係わるＣＭＯＳイメージセンサの画素部のレイアウト図。
【図１１】実施例２に係わるＣＭＯＳイメージセンサの画素部の眺望レイアウト図。
【図１２】従来のＣＭＯＳイメージセンサの等価回路の一例を示す説明図。
【図１３】実施例１に係わるレイアウトの効果を概念的に示した図。
【図１４】実施例１に係わるレイアウトの効果を概念的に示した図。
【符号の説明】
【００１５】
２      フォトダイオード
３      転送用トランジスタ
４      フローティングディフュージョン
４ａ    フローティングディフュージョン
４ｂ    フローティングディフュージョン
５      増幅用トランジスタ
６      選択トランジスタ
７      リセットトランジスタ
８      電源線
１０    単位画素
１１    垂直シフトレジスタ
１２    水平シフトレジスタ
１４    リセット線
１５    垂直信号線
１６    水平選択用トランジスタ
１７    水平選択線
１８    水平信号線
２１    画素サイズ
２２    フォトダイオード幅
２３    素子分離幅
２４    フローティングディフュージョン幅
２５    素子分離幅
２６    リセットトランジスタ領域幅
２７    素子分離幅
２８    くびれ部分
２９    活性領域
３０    チャネル幅
３１    隣接するフォトダイオードの辺
３２    対向するフォトダイオードの辺
３３    フォトダイオードのポテンシャル深部
５１    セル
１００  単位画素
１０１  共有画素
１０２  フォトダイオード
１０３  電荷転送用トランジスタ
１０４  フローティングディフュージョン（ＦＤ）部
１０５  増幅用トランジスタ
１０７  リセットトランジスタ
１０８  電源線
１０９  読み出し信号線
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、第１の実施例の特徴をもっとも良く表す図面であり、画素レイアウトを示した概略的構成図である。【００１８】
図１に示すように、光電変換を行うフォトダイオード２は、行方向にｉ、ｉ＋１、ｉ＋２、ｉ＋３の４画素及び列方向にｊ、ｊ＋１、ｊ＋２、ｊ＋３の４画素からなる計１６画素が配置された単位画素１０が示されている。ここで、単位画素１０は、１つのフォトダイオード部を中心的機能部として、その機能を実現するための部分が配置された基板上の領域を指すものとする。各フォトダイオード２には、Ｂ、Ｒ、Ｇｒ、Ｇｂのいずれかが示されている。具体的には、Ｂは青色を光電変換するように青色用の色フィルタが配置されたフォトダイオードである。同様に、Ｒは赤色、また、Ｇｒ及びＧｂは緑色を光電変換するフォトダイオードである。また、ＧｒはＲの横に配置され、ＧｂはＢの横に配置されていることを示す。【００１９】
図１では４つのフォトダイオード２でリセットトランジスタ７と増幅用トランジスタ５を共有しており、ｉ列ではｊ行とｊ＋１行のフォトダイオード２の間におのおののフォトダイオード２からフローティングディフュージョン４ａに転送する転送用トランジスタ３が配置され、またそのフローティングディフュージョン４ａから素子分離を介してリセットトランジスタ７が配置されている。ｉ＋１列ではｊ＋１行とｊ＋２行のフォトダイオード２の間におのおののフォトダイオード２からフローティングディフュージョン４ｂに転送する転送用トランジスタ３が配置され、そのフローティングディフュージョン４ｂから素子分離を介して増幅用トランジスタ５が配置されている。【００２０】
それら４つのフォトダイオード２でリセットトランジスタ７と増幅用トランジスタ５を共有する単位画素群をセル５１といい、一般的には４画素で１つのセルを構成することより、４画素１セルと呼ばれることが多い。【００２１】
本実施例の主たるところは、フォトダイオード２のレイアウトの最適化であり、転送用トランジスタ３に隣接するフォトダイオードの辺３１が、対向するフォトダイオードの辺３２よりも長いことである。本実施例の効果の詳細は後述する。【００２２】
次に４画素でフォトダイオードを共有する撮像装置の回路構成について説明する。図２は、４画素で増幅用トランジスタ５、リセットトランジスタ７を共有した場合の従来のＣＭＯＳイメージセンサの撮像部の構成と共有画素４個分の等価回路の一例を示した説明図である。【００２３】
図１２は、共有しないタイプの回路図であり、図２との回路構造の違いは、次の（１）〜（２）のみである。すなわち、（１）フォトダイオード２が４つあること、（２）共有画素１０１には転送用トランジスタ３が４つあることが相違点である。【００２４】
基本的な動作方法は以下のとおりである。受光動作時には、フォトダイオード２に蓄積された信号電荷（電子）は、まず４つのうち１つの転送用トランジスタ３のゲート電極に印加される読み出しパルスに基づいて、転送用トランジスタ３を介してフローティングディフュージョン４に転送される。フローティングディフュージョン４は、増幅用トランジスタ５のゲート電極に接続されており、信号電荷（電子）によるフローティングディフュージョン４の電位変化が、増幅用トランジスタ５によってインピーダンス変換された後、垂直信号線１５に出力される。リセットトランジスタ７は、垂直リセット線１４からゲート電極に印加される垂直リセットパルスに基づいて、フローティングディフュージョン４の電位を電源線８の電位にリセットする働きをする。【００２５】
共有画素１０１は、垂直シフトレジスタ１１及び水平シフトレジスタ１２によって次のように走査される。垂直シフトレジスタ１１から読み出したいフォトダイオード２の転送用トランジスタ３にパルスが印加され、フローティングディフュージョン４に転送された電荷量に基づいた電位が増幅用トランジスタ５のゲート部に印加されることで、各画素の出力信号がそれぞれの垂直信号線１５に出力される。そして、水平シフトレジスタ１２から各水平選択線１７に水平選択パルスが順次出力され、対応する出力信号が、水平信号線１８に順次取り出される。１連の操作が終わると次のフォトダイオードの電荷を読み出す操作が開始される。その後の動作方法は同様であり、４つのフォトダイオードの読み出しが終わると次の行への読み出しへと移行していく。【００２６】
図３は特許文献２に示されている、画素配置の概念図であり、図４は図３の１１を拡大したものである。【００２７】
単位画素の画素サイズはフォトダイオードと隣接フォトダイオードとの距離で定義されており、ここでは２１が画素サイズを示している。画素サイズはイメージセンサのトレンドや用途によりさまざまであるが、携帯電話やデジタルカメラ向けには微細な画素サイズの要求が高く、概ね２ｕｍ以下で構成されている。図４の画素配置ではフォトダイオード２の幅２２とフォトダイオード間の素子分離幅２３の和が画素サイズと一致する。フォトダイオードの大きさが大きいほど光を受光する面積が広く、高性能なイメージセンサを実現できるが、画素サイズの要求やデザインルールで決められている素子分離（たとえばＳＴＩ：Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）の幅２３の制約があり、画素サイズ２１が１．７５ｕｍセルで、たとえばデザインルールで決められている最小素子分離幅２３が０．２５ｕｍの場合、フォトダイオード幅２２は１．５ｕｍになる。【００２８】
また、フローティングディフュージョン４の図４の横方向の幅も画素サイズに制約される。フローティングディフュージョン４の幅２４は転送用トランジスタ３のチャネル幅を意味し、この幅が狭くなると転送用トランジスタ３の読み出し特性が悪化するため、一般的には０．５ｕｍ程度が使用されている。フローティングディフュージョン４とリセットトランジスタ７の間の素子分離の幅２５はデザインルールによる制約を受け、ここでは０．２５ｕｍとする。リセットトランジスタ領域幅２６も同様にデザインルールによる制約を受け、ここでは０．９ｕｍとする。リセットトランジスタ領域２６と隣接フォトダイオード２とを分離する素子分離の幅２７も同様にデザインルールによる制約をうけ、ここでは０．２５ｕｍとする。ここで参考としたデザインルールはＣＭＯＳロジック０．１３ｕｍルール相当である。これら記載した数値の総和は１．９ｕｍとなり、このデザインルールでは１．９ｕｍまでの微細化しか実現することができず、画素サイズ１．７５ｕｍにするためには、転送用トランジスタ３のチャネル幅を小さく、つまりフローティングディフュージョン幅２４を小さくし、読み出し特性を劣化させなければならず、いずれにしても画素サイズ１．７５ｕｍの実現は困難である。【００２９】
本実施例では同様のデザインルールで、読み出し特性を劣化させることなく、画素サイズ１．７５ｕｍを実現することが可能な、フォトダイオード形状の最適レイアウトを提案する。【００３０】
図５が本実施例の概略図になる。フォトダイオードは２で示され、転送用トランジスタは３、フローティングディフュージョンは４ａ及び４ｂ、リセットトランジスタは７、増幅用トランジスタは５、画素サイズは２１、フォトダイオード幅は２２、フォトダイオード間の素子分離幅は２３、フローティングディフュージョン幅は２４、フローティングディフュージョンとリセットトランジスタ領域間の素子分離幅は２５、リセットトランジスタ領域幅は２６、リセットトランジスタとフォトダイオード間の素子分離幅は２７、フォトダイオードのくびれ部分は２８で、それぞれ示される。【００３１】
次に、特徴的な素子について各素子の相対位置について説明する。転送用トランジスタ３はフォトダイオード幅が長い側に配置され、上下それぞれのフォトダイオードに隣接する転送用トランジスタ３の間にフローティングディフュージョン４ａが配置され、図５においては、転送用トランジスタ側のフォトダイオード２の辺が行方向に平行に配置される。このとき、行方向に平行に配置されたフォトダイオード２の辺は、図４で説明された一般的なレイアウトと同様に、列方向に平行なフォトダイオード２の辺と垂直に交わっている。【００３２】
図４ではフォトダイオード２の形状は長方形であったが、図５のフォトダイオード２は多角形型であり、ここではフォトダイオードのくびれ部分２８の形成には、図５のとおり、２点の頂点で形成されている。こうすることで、フローティングディフュージョン４および転送用トランジスタの幅２４のレイアウト自由度が高くなり、図４のデザインルールとおなじであったとしても１．７５ｕｍセルの実現が可能となる。【００３３】
図４の説明のとおり、フローティングディフュージョン４から素子分離２７まで１．９ｕｍの幅が必要であったので、画素サイズの要求が１．７５ｕｍの場合、その差０．１５ｕｍ分はフォトダイオードを多角形型にすることで吸収する必要がある。その吸収分は両サイドのフォトダイオードに分担することが可能であるため、フォトダイオードのくびれ量２８は０．０７５ｕｍになる。【００３４】
図１は、図５の４×４画素の眺望図である。フォトダイオード２の転送用トランジスタ３側のフォトダイオード幅３１が、対向する辺のフォトダイオード幅３２よりも大きいことがわかる。【００３５】
図５の転送用トランジスタのチャネル幅３０が明確になるよう、図６に転送用トランジスタの活性領域２９を示した。このように転送用トランジスタ３下の活性領域を斜めに形成することで、フローティングディフュージョン４をずらし、デザインルールや読み出し特性の制約の中、画素の微細化が可能となる。【００３６】
図１３および図１４は、本実施例のレイアウトの効果を概念的に示した図である。フォトダイオードは２で示されている。また、転送用トランジスタは３、フローティングディフュージョンは４で、それぞれ示されている。【００３７】
図１３において、フォトダイオードのポテンシャル深部は３３で示され、フォトダイオードポテンシャル深部３３は、製造上のイオン注入や熱処理と画素レイアウトにより決定される。図１３は一般的なレイアウトでありフォトダイオード２は長方形の形をしている。この場合、フォトダイオードのポテンシャル深部３３は概ねフォトダイオード２の重心に位置する。【００３８】
図１４に本実施例のレイアウトを示す。フォトダイオードのポテンシャル深部３３は画素レイアウトに応じて転送トランジスタ３側に移動する。転送トランジスタ３とフォトダイオードのポテンシャル深部３３が近いことによる効果として、完全転送があげられる。微細セル化により困難になる完全転送をレイアウトで補助できることも本実施例の効果のひとつである。【００３９】
両サイドのフォトダイオードに吸収分を分担させることで、フォトダイオード重心に対してフォトダイオード形状が左右対称となり、左右からフォトダイオードに入る光の入射効率は均等であることが本実施例の特徴のひとつである。【００４０】
フォトダイオード重心に対して上下方向は非対称であるが、各色間たとえば、Ｒ同士、Ｂ同士、Ｇ同士では同じ形状であるため、信号処理等で容易に補正可能である。【００４１】
また、図７のように、選択トランジスタ６を有したＣＭＯＳイメージセンサでも、その技術的効果は、選択トランジスタを有しない場合の効果と同様である。【００４２】
また、これまで４つのフォトダイオードでリセットトランジスタと増幅用トランジスタを共有するイメージセンサについて説明してきたが、図８のように、２つのフォトダイオード２でリセットトランジスタ７、増幅用トランジスタ５、選択用トランジスタ６を共有するタイプでも、本実施例の技術的効果と同様の効果が奏され得る。【００４３】
また、図７における図４で説明した素子分離２４や２７は、注入による注入分離でも、その技術的効果は本実施例の効果と同様である。【００４４】
本発明の実施の形態により、読み出し特性を満足させた上で、０．１３ｕｍのプロセスルールでも１．７５ｕｍやそれ以細の画素サイズが可能となる。
【実施例２】
【００４５】
次に、本発明の実施の形態２について説明する。【００４６】
図９に、本実施例に係る多角形型フォトダイオードの頂点数を減らした場合の画素レイアウト図を示す。図９は図５と概念は同じであり、図９が図５と異なる点はフォトダイオードの形状である。【００４７】
フォトダイオードは２で示され、転送用トランジスタは３、フローティングディフュージョンは４ａ及び４ｂ、リセットトランジスタは７、増幅用トランジスタは５、画素サイズは２１、フォトダイオード幅は２２、フォトダイオード間の素子分離幅は２３、フローティングディフュージョン幅は２４、フローティングディフュージョンとリセットトランジスタ領域間の素子分離幅は２５、リセットトランジスタ領域幅は２６、リセットトランジスタとフォトダイオード間の素子分離幅は２７、フォトダイオードのくびれ部分は２８で、それぞれ示される。【００４８】
次に、特徴的な素子について各素子の相対位置について説明する。転送用トランジスタ３はフォトダイオード幅が長い側に配置され、上下フォトダイオードに隣接する転送用トランジスタ３の間にフローティングディフュージョン４ａが配置され、図９においては、転送用トランジスタ３側のフォトダイオード２の辺が行方向に平行に配置される。このとき、行方向に平行に配置されたフォトダイオード２の辺は、図４で説明された一般的なレイアウトと同様に、列方向に平行なフォトダイオード２の辺と垂直に交わっている。【００４９】
図５ではフォトダイオードのくびれ部分２８の形成に２点の頂点を用いているが、図９ではフォトダイオードのくびれ部分２８には１点の頂点しか用いていない。実施例２でも、実施例１と同様に、フローティングディフュージョン幅２４、フローティングディフュージョンとリセットトランジスタ領域間の素子分離幅２５、リセットトランジスタ領域幅２６、リセットトランジスタとフォトダイオード間の素子分離幅２７の総和が画素サイズよりも大きい場合に、その画素サイズを実現するためにフォトダイオードにくびれを設ける。この場合、図９のフォトダイオード２の面積が図６のフォトダイオードより大きいため飽和特性面で優位である。【００５０】
また、図１０のように、リセットトランジスタ領域７の形状を斜めにカットすることが可能なデザインルールの場合に、この第２の形態が有効になってくる。つまり、図９のリセットトランジスタ７の領域とフォトダイオード間の素子分離幅がデザインルールで認められているよりも小さい場合、図１０のような方法により、リセットトランジスタまたは増幅用トランジスタが配置される活性領域の形状を、各辺が、隣接する活性領域の辺と平行であるようにすることで、フォトダイオード２を小さくなることによる飽和特性の劣化を引き起こすことなく、最適なレイアウトが実現可能である。【００５１】
図１１は図９の４×４画素の眺望図である。フォトダイオード２の転送用トランジスタ３側のフォトダイオード幅３１が、対向する辺のフォトダイオード幅３２よりも大きくすることで、デザインルールで制約された中でも微細な画素サイズの実現が可能となる。【００５２】
本発明の実施の形態により、読み出し特性を満足させた上で、０．１３ｕｍのプロセスルールでも１．７５ｕｍやそれ以細の画素サイズが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の固体撮像素子及びその製造方法、並びに撮像装置は、ＣＭＯＳイメージセンサ並びに電子カメラなどに応用され、ＣＭＯＳイメージセンサの小型化、高画素数化、及び飽和信号量や感度の低下などの撮像特性の低下の防止に寄与することができる。また、本発明の固体撮像装置は、高画質を重視するカメラ又はカメラシステム、例えばデジタルスチルカメラ、携帯カメラ、医療用カメラ、車載カメラ、ビデオカメラ、監視カメラ、又はセキュリティーカメラなどのシステムに広く利用され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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