(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号電荷の蓄積される第１導電型の第１半導体領域、及び前記第１半導体領域と接するように配された第２導電型の半導体領域をそれぞれが有する複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部の間に形成されたポテンシャルバリアと、
前記複数の光電変換部が配された撮像領域に配され、前記第２導電型の半導体領域に電圧を供給するためのコンタクトプラグと、を有する撮像装置であって、
前記コンタクトプラグの数は、前記複数の光電変換部の数より少なく、
前記複数の光電変換部には、第１の波長帯の光が入射する複数の第１光電変換部と、第２の波長帯の光が入射する複数の第２光電変換部とが少なくとも含まれ、
前記複数の第１光電変換部、及び前記複数の第２光電変換部が、前記複数の第１光電変換部のうち少なくとも２つが隣り合うように、第１方向に沿って配され、
前記コンタクトプラグに電圧を供給する配線が前記第１方向に沿って配されており且つ、隣り合う複数の前記第１光電変換部の間には配置されず、
前記ポテンシャルバリアは、隣り合って配された２つの前記第１光電変換部の間に形成される第１部分、及び隣り合って配された前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間に形成される第２部分を有し、
前記コンタクトプラグは、
前記第２部分までの距離よりも前記第１部分までの距離が短い位置であって、且つ、隣り合って配された前記少なくとも２つの第１光電変換部のそれぞれに含まれる第１導電型の第１半導体領域に挟まれた領域の外部の、前記第１方向と交差する第２方向に位置する領域に配置されたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
信号電荷の蓄積される第１導電型の第１半導体領域、及び前記第１半導体領域と接するように配された第２導電型の半導体領域をそれぞれが有する複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部の間に形成されたポテンシャルバリアと、
前記複数の光電変換部が配された撮像領域に配され、前記第２導電型の半導体領域に電圧を供給するためのコンタクトプラグと、を有する撮像装置であって、
前記コンタクトプラグの数は、前記複数の光電変換部の数より少なく、
前記複数の光電変換部には、第１のレンズの下に配された複数の第１光電変換部と、第２のレンズの下に配された第２光電変換部とが少なくとも含まれ、
前記複数の第１光電変換部、及び前記第２光電変換部が、前記複数の第１光電変換部のうち少なくとも２つが隣り合うように第１方向に沿って配され、
前記コンタクトプラグに電圧を供給する配線が前記第１方向に沿って配されており且つ、隣り合う複数の前記第１光電変換部の間には配置されず、
前記ポテンシャルバリアは、隣り合って配された２つの前記第１光電変換部の間に形成される第１部分、及び隣り合って配された前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間に形成される第２部分を有し、
前記コンタクトプラグが、前記第２部分までの距離よりも前記第１部分までの距離が短い位置であって、且つ、隣り合って配された前記少なくとも２つの第１光電変換部のそれぞれに含まれる第１導電型の第１半導体領域に挟まれた領域の外部の、前記第１方向と交差する第２方向に位置する領域に配置されたことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
前記第１半導体領域と接するように配された前記第２導電型の半導体領域は、前記ポテンシャルバリアの前記第１部分を構成する第２導電型の第２半導体領域であり、
前記コンタクトプラグが、第２導電型の第３半導体領域に接するように配され、
前記コンタクトプラグと前記第３半導体領域とが接している部分から、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域とのＰＮ接合面まで、第２導電型の半導体領域が連続して配され、
前記第２半導体領域と、前記第３半導体領域との間に、絶縁体分離部が配されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
信号電荷の蓄積される第１導電型の第１半導体領域、及び前記第１半導体領域と接するように配された第２導電型の半導体領域をそれぞれが有する複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部の間に形成されたポテンシャルバリアと、
前記複数の光電変換部が配された撮像領域に配され、前記第２導電型の半導体領域に電圧を供給するためのコンタクトプラグと、を有する撮像装置であって、
前記コンタクトプラグの数は、前記複数の光電変換部の数より少なく、
前記複数の光電変換部には、第１の波長帯の光が入射する複数の第１光電変換部と、第２の波長帯の光が入射する複数の第２光電変換部とが少なくとも含まれ、
前記複数の第１光電変換部、及び前記複数の第２光電変換部が、前記複数の第１光電変換部のうち少なくとも２つが隣り合うように、第１方向に沿って配され、
前記ポテンシャルバリアは、隣り合って配された２つの前記第１光電変換部の間に形成される第１部分、及び隣り合って配された前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間に形成される第２部分を有し、
前記コンタクトプラグが、前記第２部分までの距離よりも前記第１部分までの距離が短い位置に配され
前記第１半導体領域と接するように配された前記第２導電型の半導体領域は、前記ポテンシャルバリアの前記第１部分を構成する第２導電型の第２半導体領域であり、
前記コンタクトプラグが、第２導電型の第３半導体領域に接するように配され、
前記コンタクトプラグと前記第３半導体領域とが接している部分から、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域とのＰＮ接合面まで、第２導電型の半導体領域が連続して配され、
前記第２半導体領域と、前記第３半導体領域との間に、絶縁体分離部が配されており、
前記第２半導体領域の下に配された第１導電型の半導体領域により、隣り合って配された２つの前記第１光電変換部のそれぞれに含まれる前記第１導電型の第１半導体領域が、電気的に接続されたことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
信号電荷の蓄積される第１導電型の第１半導体領域、及び前記第１半導体領域と接するように配された第２導電型の半導体領域をそれぞれが有する複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部の間に形成されたポテンシャルバリアと、
前記複数の光電変換部が配された撮像領域に配され、前記第２導電型の半導体領域に電圧を供給するためのコンタクトプラグと、を有する撮像装置であって、
前記コンタクトプラグの数は、前記複数の光電変換部の数より少なく、
前記複数の光電変換部には、第１のレンズの下に配された複数の第１光電変換部と、第２のレンズの下に配された第２光電変換部とが少なくとも含まれ、
前記複数の第１光電変換部、及び前記第２光電変換部が、前記複数の第１光電変換部のうち少なくとも２つが隣り合うように第１方向に沿って配され、
前記ポテンシャルバリアは、隣り合って配された２つの前記第１光電変換部の間に形成される第１部分、及び隣り合って配された前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間に形成される第２部分を有し、
前記コンタクトプラグが、前記第２部分までの距離よりも前記第１部分までの距離が短い位置に配され、
前記第１半導体領域と接するように配された前記第２導電型の半導体領域は、前記ポテンシャルバリアの前記第１部分を構成する第２導電型の第２半導体領域であり、
前記コンタクトプラグが、第２導電型の第３半導体領域に接するように配され、
前記コンタクトプラグと前記第３半導体領域とが接している部分から、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域とのＰＮ接合面まで、第２導電型の半導体領域が連続して配され、
前記第２半導体領域と、前記第３半導体領域との間に、絶縁体分離部が配され、
前記第２半導体領域の下に配された第１導電型の半導体領域により、隣り合って配された２つの前記第１光電変換部のそれぞれに含まれる前記第１導電型の第１半導体領域が、電気的に接続されたことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
前記複数の光電変換部が配された撮像領域に配され、前記第２導電型の半導体領域に電圧を供給するための複数のコンタクトプラグを有し、
前記複数のコンタクトプラグのうち少なくとも一部のコンタクトプラグが、前記第２部分までの距離よりも前記第１部分までの距離が短い位置に配されたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記複数のコンタクトプラグのうち過半数のコンタクトプラグが、前記第２部分までの距離よりも前記第１部分までの距離が短い位置に配されたことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記複数のコンタクトプラグの全てが、前記第２部分までの距離よりも前記第１部分までの距離が短い位置に配されたことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第１部分の前記第１方向に沿った長さが前記第２部分の前記第１方向に沿った長さよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記撮像領域に配され、前記複数の光電変換部で光電変換された電荷の量に応じた信号を出力する複数の増幅トランジスタを有し、
前記増幅トランジスタのドレインに電圧を供給するための第２コンタクトプラグが、前記第２部分までの距離よりも前記第１部分までの距離が短い位置に配されたことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記光電変換部から電荷を転送する転送トランジスタ、前記電荷を増幅して出力する増幅トランジスタ、あるいは前記増幅トランジスタの入力ノードをリセットするリセットトランジスタのいずれかが、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間に配されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記コンタクトプラグと電気的に接続された格子状の導電体を有し、
前記導電体の一部が、隣り合って配された前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間に配されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
信号電荷の蓄積される第１導電型の第１半導体領域、及び前記第１半導体領域と接するように配された第２導電型の半導体領域をそれぞれが有する複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部が配された撮像領域に配され、前記第２導電型の半導体領域に電圧を供給するためのコンタクトプラグと、を有する撮像装置であって、
前記コンタクトプラグの数は、前記複数の光電変換部の数より少なく、
前記複数の光電変換部には、第１の波長帯の光が入射する複数の第１光電変換部と、第２の波長帯の光が入射する複数の第２光電変換部とが少なくとも含まれ、
前記複数の第１光電変換部、及び前記複数の第２光電変換部が、前記複数の第１光電変換部のうち少なくとも２つが隣り合うように、第１方向に沿って配され、
前記コンタクトプラグに電圧を供給する配線が前記第１方向に沿って配されており且つ、隣り合う複数の前記第１光電変換部の間には配置されず、
前記コンタクトプラグから隣り合う２つの前記第１光電変換部の一方までの距離、及び前記コンタクトプラグから隣り合う２つの前記第１光電変換部の他方までの距離が、いずれも前記コンタクトプラグから前記第２光電変換部までの距離よりも短く、
前記コンタクトプラグは、隣り合って配された前記少なくとも２つの第１光電変換部のそれぞれに含まれる第１導電型の第１半導体領域に挟まれた領域の外部であって、前記第１方向と交差する第２方向に位置する領域に配置されたことを特徴とする撮像装置。
【請求項１４】
信号電荷の蓄積される第１導電型の第１半導体領域、及び前記第１半導体領域と接するように配された第２導電型の半導体領域をそれぞれが有する複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部が配された撮像領域に配され、前記第２導電型の半導体領域に電圧を供給するための少なくとも１つのコンタクトプラグと、を有する撮像装置であって、
前記コンタクトプラグの数は、前記複数の光電変換部の数より少なく、
前記複数の光電変換部には、第１のレンズの下に配された複数の第１光電変換部と、第２のレンズの下に配された第２光電変換部とが少なくとも含まれ、
前記複数の第１光電変換部、及び前記第２光電変換部が、前記複数の第１光電変換部のうち少なくとも２つが隣り合うように第１方向に沿って配され、
前記コンタクトプラグに電圧を供給する配線が前記第１方向に沿って配されており且つ、隣り合う複数の前記第１光電変換部の間には配置されず、
前記コンタクトプラグから隣り合う２つの前記第１光電変換部の一方までの距離、及び前記コンタクトプラグから隣り合う２つの前記第１光電変換部の他方までの距離が、いずれも前記コンタクトプラグから前記第２光電変換部までの距離よりも短く、
前記コンタクトプラグは、隣り合って配された前記少なくとも２つの第１光電変換部のそれぞれに含まれる第１導電型の第１半導体領域に挟まれた領域の外部であって、前記第１方向と交差する第２方向に位置する領域に配置されたことを特徴とする撮像装置。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置から出力された信号を処理する信号処理装置と、
を備えたことを特徴とする撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光電変換部を含む撮像装置、およびそれを含む撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像装置において、ウェルに電圧を供給するためのコンタクトプラグが、複数の光電変換部の配された撮像領域の内部に配される技術が提案されている。特許文献１の図３には、複数の光電変換部を含む１つの単位セルに対して１つの割合でウェルコンタクト領域を配置することが開示されている。また、複数の光電変換部に対して、ベイヤー配列に従ってカラーフィルタが割り当てられることが開示されている。
【０００３】
一方で、撮像装置において、位相差方式の焦点検出を行う技術が提案されている。特許文献２に開示された固体撮像装置においては、１つのマイクロレンズで集光される光を分割して受光するように、１つの画素が２つの光電変換部を備える。１つの画素が２つに分割された光電変換部を有することによって、各々の光電変換部は撮像レンズの異なる瞳面の光を受光するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２７０２９９号公報
【特許文献２】特開２００２−１６５１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来は、ウェルに電圧を供給するためのコンタクトプラグ（以下、ウェルコンタクトプラグ）に起因するノイズについて十分に検討されていなかった。本発明者らは、このウェルコンタクトプラグに起因するノイズが後述する特性を有するために、従来の撮像装置では複数の光電変換部でウェルコンタクトプラグに起因するノイズの大きさが異なる場合があるという課題を見出した。
【０００６】
まず、複数の光電変換部の間で、ウェルコンタクトプラグに起因するノイズの大きさが異なることについて説明する。
【０００７】
ウェルコンタクトプラグに起因するノイズとは、例えばウェルコンタクトプラグと半導体領域とが接触しているために発生する暗電流によるノイズである。ウェルコンタクトプラグは導電体で構成されるため、ウェルコンタクトプラグ中には多数の電子が存在する。そして、これらの電子が半導体領域に少数キャリアとして流入しうる。このようにウェルコンタクトプラグから流入された少数キャリアが暗電流の原因となりうる。
【０００８】
この暗電流によるノイズの大きさは、光電変換部とウェルコンタクトプラグとの距離に応じて変化することがある。光電変換部とウェルコンタクトプラグとの距離が短いほど、ウェルコンタクトプラグからの暗電流によるノイズは大きくなりうる。光電変換部とウェルコンタクトプラグとの距離が短いと、ウェルコンタクトプラグから流入した電子が、光電変換部に到達しやすいからである。このため、複数の光電変換部に対して１つの割合でウェルコンタクトプラグが配置された場合、特許文献１に記載の撮像装置のように、ウェルコンタクトプラグから光電変換部までの距離が異なる場合がある。つまり、複数の光電変換部でノイズの大きさが異なる可能性がある。
【０００９】
また、撮像領域の内部に複数のウェルコンタクトプラグが配置される場合には、それぞれのウェルコンタクトプラグから発生する暗電流の量が異なることがある。例えば製造プロセスばらつきなどがその原因である。製造プロセスの不均一性により、異なるウェルコンタクトプラグと接している半導体領域において、欠陥準位の数が異なる可能性がある。あるいは、異なるウェルコンタクトと接している半導体領域において、不純物濃度の分布が異なる可能性がある。これらが原因となって、ウェルコンタクトプラグごとの暗電流の量の差が生じうる。そのため、特許文献１に記載されるようにレイアウトの対称性が高い場合であっても、ウェルコンタクトプラグと光電変換部との距離のみを考慮しただけではノイズの大きさに差が生じる場合がある。
【００１０】
このように、従来の撮像装置では、複数の光電変換部の間でノイズの大きさが異なる可能性がある。次に、複数の光電変換部の間でのノイズの大きさの差が撮像装置の性能に及ぼす影響について説明する。
【００１１】
カラーの撮像装置においては、カラーフィルタなどの波長選択部が所定のパターンで繰り返し配される。カラーフィルタの配列パターンによっては、複数の光電変換部の間でのノイズの大きさの差が画質の低下の原因になりうる。特に、同じ波長帯の光が入射する２つの光電変換部（同色の２つの光電変換部）が隣り合って配された場合に、両者のノイズの大きさの差は画質に顕著な影響を及ぼす。これは、同色の光電変換部にはほぼ同じ量の光が入射する場合が多いからである。このときに、ノイズの大きさが異なると、ほぼ同じ量の光が入射しているにも関わらず、出力される信号の大きさが異なりうる。一方で、特許文献１に開示されたベイヤー配列においては、異なる色の光電変換部が交互に隣り合うようにカラーフィルタが配列される。異なる色の光電変換部では、入力される光の量が異なる場合が多いため、上述のようなノイズの大きさの差が目立つことは少ない。このように、同色の光電変換部が隣り合って配される場合に、ノイズの大きさの差が画質に影響を与えうる。
【００１２】
また、特許文献２に記載されたように複数の光電変換部を用いて位相差方式の焦点検出を行う場合、複数の光電変換部の間でのノイズの差が焦点検出精度を低下させる原因となりうる。
【００１３】
以上に述べた課題に鑑み、本発明はウェルコンタクトプラグに起因するノイズの影響を低減し、撮像装置の性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の側面に係る撮像装置は、信号電荷の蓄積される第１導電型の第１半導体領域、及び前記第１半導体領域と接するように配された第２導電型の半導体領域をそれぞれが有する複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部の間に形成されたポテンシャルバリアと、前記複数の光電変換部が配された撮像領域に配され、前記第２導電型の半導体領域に電圧を供給するためのコンタクトプラグと、を有する。係る撮像装置であって、前記コンタクトプラグの数は、前記複数の光電変換部の数より少なく、前記複数の光電変換部には、第１の波長帯の光が入射する複数の第１光電変換部と、第２の波長帯の光が入射する複数の第２光電変換部とが少なくとも含まれ、前記複数の第１光電変換部、及び前記複数の第２光電変換部が、前記複数の第１光電変換部のうち少なくとも２つが隣り合うように、第１方向に沿って配され、前記ポテンシャルバリアは、隣り合って配された２つの前記第１光電変換部の間に形成される第１部分、及び隣り合って配された前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間に形成される第２部分を有し、前記コンタクトプラグが、前記第２部分までの距離よりも前記第１部分までの距離が短い位置に配されたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第２の側面に係る撮像装置は、信号電荷の蓄積される第１導電型の第１半導体領域、及び前記第１半導体領域と接するように配された第２導電型の半導体領域をそれぞれが有する複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部の間に形成されたポテンシャルバリアと、前記複数の光電変換部が配された撮像領域に配され、前記第２導電型の半導体領域に電圧を供給するためのコンタクトプラグと、を有する。係る撮像装置であって、前記コンタクトプラグの数は、前記複数の光電変換部の数より少なく、前記複数の光電変換部には、第１のレンズの下に配された複数の第１光電変換部と、第２のレンズの下に配された第２光電変換部とが少なくとも含まれ、前記複数の第１光電変換部、及び前記第２光電変換部が、前記複数の第１光電変換部のうち少なくとも２つが隣り合うように第１方向に沿って配され、前記ポテンシャルバリアは、隣り合って配された２つの前記第１光電変換部の間に形成される第１部分、及び隣り合って配された前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間に形成される第２部分を有し、前記コンタクトプラグが、前記第２部分までの距離よりも前記第１部分までの距離が短い位置に配されたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の第３の側面に係る撮像装置は、信号電荷の蓄積される第１導電型の第１半導体領域、及び前記第１半導体領域と接するように配された第２導電型の半導体領域をそれぞれが有する複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部が配された撮像領域に配され、前記第２導電型の半導体領域に電圧を供給するためのコンタクトプラグと、を有する。係る撮像装置であって、前記コンタクトプラグの数は、前記複数の光電変換部の数より少なく、前記複数の光電変換部には、第１の波長帯の光が入射する複数の第１光電変換部と、第２の波長帯の光が入射する複数の第２光電変換部とが少なくとも含まれ、前記複数の第１光電変換部、及び前記複数の第２光電変換部が、前記複数の第１光電変換部のうち少なくとも２つが隣り合うように、第１方向に沿って配され、前記コンタクトプラグから隣り合う２つの前記第１光電変換部の一方までの距離、及び前記コンタクトプラグから隣り合う２つの前記第１光電変換部の他方までの距離が、いずれも前記コンタクトプラグから前記第２光電変換部までの距離よりも短いことを特徴とする。
【００１７】
本発明の第４の側面に係る撮像装置は、信号電荷の蓄積される第１導電型の第１半導体領域、及び前記第１半導体領域と接するように配された第２導電型の半導体領域をそれぞれが有する複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部が配された撮像領域に配され、前記第２導電型の半導体領域に電圧を供給するための少なくとも１つのコンタクトプラグと、を有する。係る撮像装置であって、前記コンタクトプラグの数は、前記複数の光電変換部の数より少なく、前記複数の光電変換部には、第１のレンズの下に配された複数の第１光電変換部と、第２のレンズの下に配された第２光電変換部とが少なくとも含まれ、前記複数の第１光電変換部、及び前記第２光電変換部が、前記複数の第１光電変換部のうち少なくとも２つが隣り合うように第１方向に沿って配され、前記コンタクトプラグから隣り合う２つの前記第１光電変換部の一方までの距離、及び前記コンタクトプラグから隣り合う２つの前記第１光電変換部の他方までの距離が、いずれも前記コンタクトプラグから前記第２光電変換部までの距離よりも短いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ウェルコンタクトプラグに起因するノイズの影響を低減することができる。これにより、同色画素が隣り合って配置される場合には、ノイズが画質に与える影響を低減した撮像装置を得ることが可能となる。あるいは、ＰＤを分割することによって位相差方式の焦点検出を行う場合においては、ノイズが検出精度に与える影響を低減した撮像装置を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態の撮像装置の実施例１の平面レイアウトを示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態の撮像装置の実施例１の断面構造を示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態の撮像装置の実施例１の等価回路図および駆動パルスについて示す図である。
【図４】本発明の実施形態の撮像装置の実施例１の変形例の平面レイアウトを示す概略図である。
【図５】本発明の実施形態の撮像装置の実施例２の平面レイアウトを示す概略図である。
【図６】本発明の実施形態の撮像装置の実施例３の平面レイアウトを示す概略図である。
【図７】本発明の実施形態の撮像装置の実施例４の平面レイアウトを示す概略図である。
【図８】本発明の実施形態の撮像装置の実施例５の平面レイアウトを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態について、図１を例に説明する。本発明の第１の実施形態に係る撮像装置は、複数の光電変換部を有する。複数の光電変換部が配された領域が撮像領域である。複数の光電変換部が行列状に配された場合、撮像領域は、もっとも外周に配された光電変換部を結ぶ線が囲む領域であってもよい。光電変換部は例えばフォトダイオード（以下、ＰＤ）１１である。ＰＤはＮ型（第１導電型）の半導体領域と、当該Ｎ型の半導体領域とＰＮ接合を構成するＰ型（第２導電型）の半導体領域とを含む。Ｐ型の半導体領域は、例えばＰ型ウェルである。これらの光電変換部が第１方向に沿って並んで配される。これらの光電変換部の間にはポテンシャルバリア３、４が形成されうる。また分離部が、光電変換部とトランジスタなどの素子とを電気的に分離してもよい。
【００２１】
なお、第１方向に沿って並ぶ複数の光電変換部は、例えばそれぞれの重心が一直線上に並ぶように配置される。あるいは、それぞれの重心がジグザグ状に配置されてもよい。
【００２２】
それぞれの光電変換部にはカラーフィルタなどの波長選択部が配される。例えば赤色の波長帯の光を透過するカラーフィルタが配されることで、光電変換部に赤色の波長帯の光が入射する。第１方向に沿って配された複数の光電変換部には、第１の波長帯（例えば赤色の波長帯）の光が入射する複数の光電変換部と、第２の波長帯（例えば緑色の波長帯）の光が入射する複数の光電変換部とが含まれる。
【００２３】
これらの複数の色の光電変換部が交互に繰り返し配される。そして、同じ色の光が入射する少なくとも２つの光電変換部が隣り合って配される。例えば、赤色の光が入射する光電変換部が２つ並んで配され、その隣に緑色の光が入射する光電変換部が２つ並んで配される。この４つの光電変換部の並びが、繰り返して配される。つまり、赤、赤、緑、緑、赤、赤、緑、緑、という順に光電変換部が配される。この時の連続する光電変換部の数は２つに限られない。２つの赤色の光電変換部が並んで配され、その隣に１つの緑色の光電変換部が配され、この３つの光電変換部の並びが繰り返されてもよい。このように、少なくとも２つの同色の光電変換部が隣り合って配されればよい。
【００２４】
なお、本明細書では、同じ色の波長帯の光が入射する光電変換部のことを、同色の光電変換部と呼ぶ。異なる色の波長帯の光が入射する光電変換部のことを、異なる色の光電変換部と呼ぶ。
【００２５】
撮像装置は、半導体領域にグラウンド電圧（以下、ＧＮＤ電圧）などの所定の電圧を供給するための少なくとも１つのコンタクトプラグ（以下、ウェルコンタクトプラグ）１７を有する。コンタクトプラグは、半導体領域と接するように配された導電体である。例えば、コンタクトプラグはタングステンなどの金属、あるいは合金で構成される。コンタクトプラグのバリアメタルが半導体領域と接していてもよい。コンタクトプラグは、さらに配線に接続されてもよい。
【００２６】
ウェルコンタクトプラグは、ウェルなど、光電変換部の信号電荷を蓄積する半導体領域に接するように配された半導体領域に接続されたコンタクトプラグである。光電変換部がＰＮ接合を含むＰＤであり、電子が信号電荷として蓄積される場合には、ＰＤを形成するＰ型の半導体領域にウェルコンタクトプラグは接続される。このとき、ＰＮ接合面からウェルコンタクトプラグまでＰ型の半導体領域が連続していればよい。Ｐ型の半導体領域の内部に、不純物濃度が高い部分と不純物濃度が低い部分とが含まれてもよい。例えば、Ｐ型の半導体領域のコンタクトプラグと接する部分は、周囲に比べて高い不純物濃度であることが好ましい。光電変換部がホールを信号電荷として蓄積する場合には、Ｎ型の半導体領域にウェルコンタクトプラグは接続される。
【００２７】
本発明に係る撮像装置においては、撮像領域に設けられるウェルコンタクトプラグの数は、光電変換部の数よりも少ない。例えば、２つの光電変換部に対して１つの割合で、ウェルコンタクトプラグが配される。また、ウェルコンタクトプラグは周期的に配されることが好ましい。しかし、ウェルコンタクトプラグが不規則に配置されてもよい。撮像領域に複数のウェルコンタクトプラグが設けられることが好ましい。しかし、撮像領域に設けられるウェルコンタクトプラグが１つでもよい。
【００２８】
本発明の第１の側面の特徴は、少なくとも一部のウェルコンタクトプラグが、異なる色の光電変換部の間のポテンシャルバリアより、同色の光電変換部の間のポテンシャルバリアに近い位置に配されることである。別の観点では、ウェルコンタクトプラグから、隣り合って配された２つの同色の光電変換部のそれぞれまでの距離が、いずれもウェルコンタクトプラグから、異なる色の光電変換部までの距離よりも短い。換言すると、複数の光電変換部が並ぶ方向を第１方向としたとき、この第１方向において隣り合う同色の光電変換部の間の領域に、ウェルコンタクトプラグが配される。なお、同色の光電変換部とは、例えば赤色の波長帯の光を透過するカラーフィルタが配された２つの光電変換部である。
【００２９】
ポテンシャルバリアは、光電変換部で蓄積される信号電荷に対するポテンシャルが、光電変換部より高くなっている領域である。例えば、光電変換部がＰＮ接合を含むＰＤであり、信号電荷が電子の場合には、電子に対するポテンシャルがＰＤに含まれるＮ型半導体領域より高い領域である。また、信号電荷がホールの場合には、ホールに対するポテンシャルがＰＤに含まれるＰ型半導体領域より高い領域である。
【００３０】
このポテンシャルバリアはＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）、ＬＯＣＯＳ（ＬＯＣａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）、メサ型分離部などの絶縁体分離部で構成されてもよい。絶縁体のバンドギャップは半導体のバンドギャップよりも広いため、絶縁体は、半導体中のキャリア、すなわち電子及びホールの両方に対するポテンシャルバリアとなりうる。あるいは、信号電荷が電子の場合は、ポテンシャルバリアはＰ型の半導体領域で構成されてもよい。もしくは、信号電荷がホールの場合は、ポテンシャルバリアはＮ型の半導体領域で構成されてもよい。ポテンシャルバリアを形成するさらに別の構成として、半導体基板の上に電極が配され、当該電極に供給された電圧によってポテンシャルバリアが形成されてもよい。電極に供給される電圧が低くなるほど、電子に対するポテンシャルが高くなる。逆に、電極に供給される電圧が高くなるほど、ホールに対するポテンシャルが高くなる。
【００３１】
本明細書、つまり以下の全ての実施例において「ポテンシャルバリアが配される」という場合には、これらの構成のいずれかによってポテンシャルバリアが形成された状態、及び形成されうる状態を少なくとも含む。
【００３２】
２つの光電変換部の間のポテンシャルバリアとは、それぞれの光電変換部に含まれるＮ型半導体領域に挟まれた部分である。例えば図１の点線で囲まれた領域内のポテンシャルバリアである。
【００３３】
ポテンシャルバリアが絶縁体分離部で構成される場合には、ポテンシャルバリアからの距離は、ポテンシャルバリアを構成する絶縁体の端からの距離である。ポテンシャルバリアが半導体領域で構成される場合には、ポテンシャルバリアからの距離は、ポテンシャルバリアを構成する半導体領域の端からの距離である。ポテンシャルバリアが電極に印加された電圧によって形成される場合には、ポテンシャルバリアからの距離は、電極の端からの距離である。また、ウェルコンタクトから光電変換部までの距離は、光電変換部に含まれる電荷を蓄積する半導体領域の端までの距離である。例えば、信号電荷が電子であれば、ウェルコンタクトからＮ型半導体領域の端までの距離である。
【００３４】
このように、複数のウェルコンタクトプラグのうち少なくとも一部が、同色の光電変換部の間の領域に配置される。これにより、ウェルコンタクトプラグに起因するノイズの影響を低減できる。以下では、この効果について簡単に説明する。
【００３５】
比較例として、異なる色の光電変換部の間にだけウェルコンタクトプラグが配された例を考える。この場合、２つの隣り合う同色の光電変換部のうち、一方はウェルコンタクトプラグに近い位置にあり、他方はウェルコンタクトプラグから遠い位置にある。具体的に、図１において、ＰＤ１１ｂとＰＤ１１ｃの間にだけウェルコンタクトプラグが配されたとする。そうすると、ＰＤ１１ｂからウェルコンタクトプラグまでの距離が、ＰＤ１１ａからウェルコンタクトプラグまでの距離より短い。ここで、ＰＤ１１ａとＰＤ１１ｂは同色の光電変換部であり、ＰＤ１１ｃは異なる色の光電変換部である。このような比較例では、ウェルコンタクトプラグに起因する暗電流がウェルコンタクトプラグに近い光電変換部に多く流入する。その結果、隣り合って配された２つの同色の光電変換部において、ノイズの差が大きくなる可能性がある。このように同色の光電変換部においてノイズが大きく異なると、画像として見たときにノイズが目立つため、画質が低下する。
【００３６】
また、同色の光電変換部が２つずつ並ぶように、交互に異なる色の光電変換部が配され、異なる色の光電変換部の間にはすべてウェルコンタクトプラグが配された比較例を考える。具体的には、ＰＤ１１ａの左側のＰＤ（不図示）とＰＤ１１ａとの間に第１ウェルコンタクトプラグが配され、さらに、ＰＤ１１ｂとＰＤ１１ｃの間に第２ウェルコンタクトプラグが配されたとする。この場合、ＰＤ１１ａから第１ウェルコンタクトプラグまでの距離が、ＰＤ１１ｂから第２ウェルコンタクトプラグまでの距離とほぼ等しくなる。しかし、前述の通り、製造プロセスのばらつきに起因して、異なるコンタクトプラグから発生する暗電流の量は大きく異なる。そのため、ＰＤ１１ａのノイズの大きさと、ＰＤ１１ｂのノイズの大きさが異なる可能性がある。つまり、隣り合って配された２つの同色の光電変換部において、ノイズの差が大きくなる可能性がある。このように同色の光電変換部においてノイズが大きく異なると、画像として見たときにノイズが目立つため、画質が低下する。
【００３７】
これに対して、本発明によれば、同色の光電変換部の間の領域にウェルコンタクトプラグが配される。同色の光電変換部の間の領域とは、例えば図１のウェルコンタクトプラグ１７が配された位置である。この構成によって、２つの同色の光電変換部に流入する暗電流の量を同程度にすることができる。その結果、画質を向上させることができる。
【００３８】
なお、すべてのウェルコンタクトプラグが同色の光電変換部の間の領域に配されることが好ましい。しかし、所定の電気特性を得るために、一部のウェルコンタクトプラグが異なる色の光電変換部の間の領域に配された撮像装置も、本発明の範囲に含まれる。
【００３９】
また、本実施形態の撮像装置に、光電変換部に入射する光を集光するレンズが配されてもよい。複数のレンズが行列状に配されてもよい。１つの光電変換部に対して１つのレンズが配されてもよい。また、隣り合って配された複数の同色の光電変換部に対して、１つのレンズが配されてもよい。レンズは入射した平行光を集光する、あるいはフォーカスする機能を有している。レンズは例えば有機材料で構成されたマイクロレンズである。
【００４０】
以下、本実施形態の実施例について説明する。実施例の説明では第１導電型がＮ型であり、第２導電型がＰ型である。そして光電変換部に信号電荷として電子が蓄積される。もちろん、第１導電型がＰ型であり、第２導電型がＮ型である実施例も本発明に含まれる。この実施例では光電変換部に信号電荷としてホールが蓄積される。この実施例は、導電型を変更するのみなので、説明は省略する。また、以下の実施例の撮像装置と、当該撮像装置からの信号を処理する信号処理装置を備えた撮像システムも、本発明に含まれる。信号処理装置には、公知の信号処理装置が用いられうる。
【００４１】
（実施例１）
本発明の実施例１について図面を用いて説明する。図１は実施例１の撮像装置の平面レイアウトを示す概略図である。
【００４２】
本発明の撮像装置は複数の光電変換部を有する。そして、同じ機能を有する素子がそれぞれの光電変換部に対して配される。そこで、本明細書では、各素子に数字とアルファベットを組み合わせた符号を付す。同じ機能を有する素子には同じ数字の符号が付される。数字の後に付されたアルファベットは、ＰＤとの対応を示すものである。特に区別する必要がない場合は、アルファベットを省略する。
【００４３】
本実施例の撮像装置は、フィールド領域１と活性領域２とを含む半導体基板を有する。半導体基板は例えばシリコン基板である。フィールド領域１はＳＴＩやＬＯＣＯＳなどの絶縁体分離部である。絶縁体はたとえばシリコン酸化膜である。活性領域２には光電変換部やトランジスタを構成する半導体領域が配される。
【００４４】
活性領域２には、ＰＤ１１ａ〜１１ｈが配される。ＰＤはそれぞれＮ型半導体領域を含む。Ｎ型半導体領域と、当該Ｎ型半導体領域とＰＮ接合を構成するＰ型半導体領域とがＰＤを構成する。ＰＤを構成するＰ型半導体領域は、例えば表面に配された暗電流防止層、ポテンシャルバリアを構成する半導体領域、絶縁体分離部と隣り合うように配された暗電流防止層、チャネルストップ層、ウェル、半導体基板などである。ＰＤを構成するＮ型半導体領域に、信号電荷である電子が蓄積される。
【００４５】
ＰＤ１１ａ〜ＰＤ１１ｄは第１方向に沿って並んで配される。ＰＤ１１ａとＰＤ１１ｂには赤色のカラーフィルタが配される。ＰＤ１１ｃ〜ＰＤ１１ｆには緑色のカラーフィルタが配される。ＰＤ１１ｇとＰＤ１１ｈには青色のカラーフィルタが配される。図１が示すように、２つの同色のＰＤが隣り合うように第１方向に沿って配されている。このように本実施例の撮像装置は全体で２色以上の波長選択部を有する。ＰＤ１１ａ、１１ｂには、赤色のカラーフィルタ１０６によって選択された波長帯の光が入射する。ＰＤ１１ｃ〜１１ｆには、緑色のカラーフィルタによって選択された波長帯の光が入射する。ＰＤ１１ｇ、１１ｈには、青色のカラーフィルタによって選択された波長帯の光が入射する。
【００４６】
本実施例では、同色の２つのＰＤ１１ａ、１１ｂの間に、Ｐ型半導体領域で構成されるポテンシャルバリア３が配される。また、異なる色の２つのＰＤ１１ｂ、１１ｃの間に、Ｐ型半導体領域で構成されるポテンシャルバリア４が配される。ポテンシャルバリア４を構成するＰ型半導体領域の第１方向における長さは、ポテンシャルバリア３を構成するＰ型半導体領域の第１方向における長さより長い。Ｐ型半導体領域の端は、ＰＮ接合面である。つまり、ＰＤ１１ｂに含まれるＮ型半導体領域とＰＤ１１ｃに含まれるＮ型半導体領域との間隔は、ＰＤ１１ａに含まれるＮ型半導体領域と１１ｂに含まれるＮ型半導体領域との間隔より広い。
【００４７】
また、フィールド領域１を構成する絶縁体分離部とＰＤとの間には、Ｐ型半導体領域５が配される。Ｐ型半導体領域５は絶縁体の界面で発生する暗電流がＰＤに混入することを低減する暗電流防止層である。
【００４８】
活性領域２には、ＰＤからの電荷が転送されるフローティングディフュージョン（以下、ＦＤ）領域１３ａ、１３ｂが配される。そして、ＰＤ１１の電荷をＦＤ領域１３に転送する転送トランジスタ１２ａ、１２ｂが設けられている。ＦＤ領域１３ａ、１３ｂは、それぞれ不図示の配線によって、増幅トランジスタ１５ａ、１５ｂに接続される。増幅トランジスタ１５ａ、１５ｂはＰＤで発生した信号を増幅する増幅手段である。さらに、リセットトランジスタ１４ａ、１４ｂ、および選択トランジスタ１６ａ、１６ｂが配される。リセットトランジスタ１４は、増幅トランジスタの入力を所定電圧にリセットする。選択トランジスタ１６は、増幅トランジスタのソースと不図示の垂直出力線との導通を制御する。本実施例において、増幅トランジスタ１５ａ、１５ｂのドレインは共通の半導体領域で構成され、共通のコンタクトプラグ１９を介して電源配線に接続される。一方、異なる色の光電変換部に対応する２つのリセットトランジスタ１４のドレインは共通の半導体領域で構成され、共通のコンタクトプラグ１８に接続される。
【００４９】
本実施例では、ＰＤを構成するＰ型半導体領域に電圧を供給するためのウェルコンタクトプラグ１７が配される。ウェルコンタクトプラグ１７はタングステンなどの導電体で構成される。そして、ウェルコンタクトプラグ１７は、異なる色の２つのＰＤ１１ｂ、１１ｃの間のポテンシャルバリア４よりも、同色の２つのＰＤ１１ａ、１１ｂの間に配されたポテンシャルバリア３に近い位置に配される。
【００５０】
また、ウェルコンタクトプラグ１７はポテンシャルバリア３を構成するＰ型半導体領域を第１方向と交差する第２方向に延長させた領域に位置する。つまり、ウェルコンタクトプラグ１７はポテンシャルバリア３の外部に配される。また、図１が示すように、ウェルコンタクトプラグ１７は、２つの光電変換部のちょうど中間に配されてもよい。Ｐ型半導体領域の端は、Ｐ型半導体領域と絶縁体分離部を構成する絶縁体との境界、あるいは、Ｐ型半導体領域とＮ型半導体領域との境界である。
【００５１】
また、本実施例においては、異なる色の光電変換部の間にはウェルコンタクトプラグが配されていない。しかし、所定の電気特性を得るために、異なる色の光電変換部の間にウェルコンタクトプラグが配されてもよい。
【００５２】
なお、増幅トランジスタ１５のドレインに電圧を供給するためのコンタクトプラグ１８が、ポテンシャルバリア４よりも、ポテンシャルバリア３に近い距離に配されてもよい。増幅トランジスタ１５は撮像領域に配される。
【００５３】
図２は実施例１の撮像装置の断面を示す概略図である。図２（ａ）は、図１のＡＡ’に沿った断面である。図２（ｂ）は図１のＢＢ’に沿った断面である。図２（ｃ）は、図１のＣＣ’に沿った断面である。
【００５４】
図２（ａ）、（ｂ）が示すように、ウェルコンタクトプラグ１７は、高濃度のＰ型半導体領域２０１と接している。Ｐ型半導体領域２０１は、周囲のＰ型半導体領域２０３ａよりも不純物濃度が高い方が望ましい。このように高濃度の半導体領域とウェルコンタクトプラグ１７が電気的に接続されることによって、ウェルコンタクトプラグ１７と半導体領域との接触抵抗を下げることが可能になる。
【００５５】
また、ウェルコンタクトプラグ１７が配された領域と、周囲の素子との間には絶縁体分離部（フィールド領域１）が配されている。例えば、図２（ｂ）が示すように、ウェルコンタクトプラグ１７が配されたＰ型半導体領域２０３ａとポテンシャルバリア３を構成するＰ型半導体領域との間に、絶縁体分離部（フィールド領域１）が配される。絶縁体分離部（フィールド領域１）によって、ウェルコンタクトプラグ１７に起因する暗電流が光電変換部に到達することを低減することができる。
【００５６】
絶縁体分離部（フィールド領域１）の下にＰ型半導体領域５が配される。このように、ウェルコンタクトプラグ１７から、ポテンシャルバリア３を構成するＰ型半導体領域のＰＮ接合面まで、Ｐ型の半導体領域が連続して配される。このため、ポテンシャルバリア３が、ウェルコンタクトプラグ１７と半導体領域とが接する部分から、絶縁体分離部（フィールド領域１）によって隔てられても、ポテンシャルバリア３にウェルコンタクトプラグ１７からの電圧が供給される。
【００５７】
また、図２（ｂ）では省略されているが、ウェルコンタクトプラグ１７とポテンシャルバリア３との間に配された絶縁体分離部の上に、転送トランジスタ１２のゲート電極が配される。光電変換部が信号電荷を蓄積しているときに、転送トランジスタ１２のゲート電極には、当該信号電荷に対するポテンシャルバリアを生じるような電圧が供給されうる。たとえば、信号電荷が電子であれば、ウェルに供給されるＧＮＤ電圧と同じ電圧、あるいはＧＮＤ電圧より低い負の電圧が供給される。したがって、このような構成によれば、ウェルコンタクトプラグ１７に起因する暗電流が光電変換部に到達することを低減することができる。
【００５８】
Ｐ型半導体領域２０３ａ〜２０３ｅはウェルあるいはポテンシャルバリア３、４の一部として機能しうる。これらのＰ型半導体領域２０３の下に、Ｎ型半導体領域２０４が配される。
【００５９】
図２（ｃ）には、同色の２つのＰＤ１１ｃ、１１ｄの断面が示されている。図２（ｃ）が示すように、Ｎ型エピ層２０５にＰＤ１１が配される。ＰＤ１１はＮ型エピ層２０５よりも不純物濃度が高いＮ型半導体領域を含んでもよい。ＰＤ１１ｃとＰＤ１１ｄとの間には、ポテンシャルバリア３が配される。このポテンシャルバリア３は、半導体基板の表面側に配されたＰ型半導体領域２０３ａ〜２０３ｃを含む。しかし、基板の深部では、ＰＤ１１ｃからＰＤ１１ｄまでＮ型エピ層２０５が連続して配されている。このように、Ｎ型半導体領域が基板の深部で連続していることによって、２つのＰＤが電気的に接続される。これにより、一方のＰＤが飽和した場合でも、あふれ出た電荷が他方のＰＤに流入しやすくなる。その結果、混色を低減し、感度を向上させることができる。
【００６０】
また、ＰＤ１１の表面には、Ｐ型半導体領域２０２が配される。Ｐ型半導体領域２０２は、表面で発生する暗電流がＰＤに混入することを防止する暗電流防止層である。Ｐ型半導体領域２０２はウェルコンタクトプラグ１７が配された領域に配されてもよい。
【００６１】
次に図３に示した等価回路図および駆動図を用いて、本実施例の動作について説明する。図３（ａ）には、ＰＤ１０１、１０２、転送トランジスタ１０３、１０４、増幅トランジスタ１０５、１０６、選択トランジスタ１０７、１０８、ＦＤノード１０９、１１０、リセットトランジスタ１１１、１１２が示されている。さらに、信号が出力される信号出力線１１３、１１４が示されている。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＳＥＬノード、ＲＥＳノード、ＴＸノードのそれぞれに供給される駆動パルスを示している。
【００６２】
リセットトランジスタ１１１、１１２がオンすることによって、それぞれのＦＤノード１０９、１１０はリセット電圧（例えば、電源電圧と同じ電圧）にリセットされる。更に選択トランジスタ１０７、１０８がオンすることによって、対応する増幅トランジスタ１０５、１０６からの信号が信号出力線１１３、１１４に出力可能となる。
【００６３】
カラーフィルタを通って入射した光はＰＤ１０１、１０２に入光する。ＰＤ１０１、１０２では入射光の量に応じた電荷が発生し、蓄積される。転送トランジスタ１０３、１０４がオンすることによって、対応する光電変換部に蓄積された電荷がそれぞれのＦＤノード１０９、１１０に転送される。ＦＤノード１０９、１１０は増幅トランジスタの入力ノードである。増幅トランジスタ１０５、１０６は、ＦＤに転送された電荷に基づいてそれぞれの信号出力線１１３、１１４に信号を出力する。
【００６４】
なお、選択トランジスタは省略されてもよい。例えばＦＤに供給されるリセット電圧を制御することによって、選択動作を行ってもよい。
【００６５】
以上に説明した構成によれば、ウェルコンタクトプラグ１７がＰＤ１１ａ、１１ｂからほぼ等しい距離に配置される。そのため、ウェルコンタクトプラグに起因する暗電流が拡散してくる量はＰＤ１１ａ、１１ｂでほぼ等しくなっている。つまり、同色の２つのＰＤが受けるノイズ量の差を小さくすることができる。その結果、画質を向上させることができる。
【００６６】
また、本実施例の撮像装置によれば、同色のＰＤの間に島状の活性領域２を設け、そこにウェルコンタクトプラグが配される。このような構成によれば、光電変換部の開口率を低下させることなく同色の光電変換部が受けるノイズ量の差を抑制することができる。その結果、画質を向上させることができる。
【００６７】
（実施例１の変形例）
図４は、実施例１の変形例の平面レイアウトを示す概略図である。図１と同様の機能を有する部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６８】
この変形例では、ウェルコンタクトプラグ１７の位置が実施例１と異なっている。ウェルコンタクトプラグ１７が同色のＰＤ１１ａとＰＤ１１ｂの間のポテンシャルバリア３の内部に配置される。つまり、ウェルコンタクトプラグが、ポテンシャルバリア３を構成するＰ型半導体領域に接するように配される。この場合も、ウェルコンタクトプラグ１７の位置が、異なる色の光電変換部の間のポテンシャルバリア４よりも、同色の光電変換部の間のポテンシャルバリア３に近いということができる。
【００６９】
このように、第１方向に交差する第２方向におけるウェルコンタクトプラグ１７の位置は、ＰＤに含まれるＮ型半導体領域に挟まれたポテンシャルバリアの内部であってもよい。
【００７０】
本実施例の構成によれば、ウェルコンタクトプラグ１７がＰＤ１１ａ、１１ｂからほぼ等しい距離に配置される。そのため、ウェルコンタクトプラグに起因する暗電流が拡散してくる量はＰＤ１１ａ、１１ｂでほぼ等しくなっている。つまり、同色の２つのＰＤが受けるノイズ量の差を小さくすることができる。その結果、画質を向上させることができる。
【００７１】
なお、本実施例の等価回路や駆動方法は実施例１と同様である。また、ここで説明を省略した部分については、全て実施例１と同様である。
【００７２】
（実施例２）
本発明の実施例２について図面を用いて説明する。図５は、実施例２の平面レイアウトを示す概略図である。図１と同様の機能を有する部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００７３】
実施例２では、増幅トランジスタ１５の配置が実施例１と異なる。具体的には、第１方向に沿って隣り合って配された異なる色の２つのＰＤ１１ｂ、１１ｃの間に、増幅トランジスタ１５ｂ、１５ｃが配される。
【００７４】
また、本実施例では、異なる色の２つのＰＤ１１ｂ、１１ｃに対応する増幅トランジスタ１５ｂ、１５ｃのドレインが共通の半導体領域によって構成される。また、異なる色の２つのＰＤ１１ｂ、１１ｃに対応するリセットトランジスタ１４ｂ、１４ｃのドレインが共通の半導体領域によって構成される。したがって、電源電圧ＶＤＤを供給する電源配線を異なる色の２つのＰＤ１１ｂ、１１ｃの間に配することで、増幅トランジスタ１５とリセットトランジスタ１４の両方に電源電圧ＶＤＤを供給できる。その結果、配線パターンの対称性が高められ、同色の光電変換部の間での固定パターンノイズの差を抑制することができる。
【００７５】
なお、図示されていないが、転送トランジスタ１２、リセットトランジスタ１４、選択トランジスタ１６が、異なる色の２つの光電変換部の間に配された変形例も、本発明に含まれる。
【００７６】
本実施例において、ウェルコンタクトプラグに接続されるＧＮＤ配線は第１方向に沿った方向に配される。
【００７７】
本実施例の構成によれば、実施例１と同様に、ウェルコンタクトプラグ１７がＰＤ１１ａ、１１ｂからほぼ等しい距離に配置される。そのため、ウェルコンタクトプラグに起因する暗電流が拡散してくる量はＰＤ１１ａ、１１ｂでほぼ等しくなっている。つまり、同色の２つのＰＤが受けるノイズ量の差を小さくすることができる。その結果、画質を向上させることができる。
【００７８】
さらに、本実施例の撮像装置によれば、異なる色の２つのＰＤの間に増幅トランジスタが配される。このような構成によれば、光電変換部が飽和した際に、異なる色の光電変換部に電荷があふれ出すことを低減することができる。その結果、混色を低減することができる。
【００７９】
なお、本実施例の等価回路や駆動方法は実施例１と同様である。また、ここで説明を省略した部分については、全て実施例１と同様である。
【００８０】
（実施例３）
本発明の実施例３について図面を用いて説明する。図６は本実施例の平面レイアウトを示す概略図である。図１と同様の機能を有する部分については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００８１】
本実施例では、ウェルコンタクトプラグ１７に接続される配線の平面パターンが特徴である。ウェルコンタクトプラグ１７に接続されたＧＮＤ配線を構成する導電体は、格子状のパターンを有する。ＧＮＤ配線を構成する導電体は異なる色のＰＤの間に配される。そして、隣り合って配された２つの同色のＰＤの間には、ＧＮＤ配線が配されない。
【００８２】
また、本実施例の撮像装置は複数の配線層を有する。そして、ＧＮＤ配線を構成する導電体は複数の配線層のうち最上層の配線層に配される。最上層の配線層とは、半導体基板から最も遠い位置にある配線層である。
【００８３】
ＧＮＤ配線を構成する導電体は、アルミ、銅などの金属である。あるいは、ＧＮＤ配線を構成する導電体は、合金であってもよい。
【００８４】
本実施例の構成によれば、実施例１と同様に、ウェルコンタクトプラグ１７がＰＤ１１ａ、１１ｂからほぼ等しい距離に配置される。そのため、ウェルコンタクトプラグに起因するが拡散してくる量はＰＤ１１ａ、１１ｂでほぼ等しくなっている。つまり、同色の２つのＰＤが受けるノイズ量の差を小さくすることができる。その結果、画質を向上させることができる。
【００８５】
さらに、本実施例ではＧＮＤ配線は格子状のパターンを有し、異なる色の光電変換部の間に配される。このような構成によれば、斜め入射光による混色を低減することができる。撮像装置が複数の配線層を有する場合は、格子状のパターンを有する配線が最上層の配線層に配されることで、混色を低減する効果がさらに顕著になる。
【００８６】
また、本実施例においては、第１方向に沿って一列に並んだＰＤが、絶縁体分離部によって分離される。つまり、同色のＰＤ１１ａとＰＤ１１ｂとの間に配されたポテンシャルバリア６０３は、絶縁体分離部の一部によって構成される。そして異なる色のＰＤ１１ｂとＰＤ１１ｃとの間に配されたポテンシャルバリア６０４は、絶縁体分離部の一部によって構成される。このように、本発明は２つのＰＤの間の分離部が絶縁体分離であってもよい。
【００８７】
絶縁体分離部によって光電変換部を分離することによって、あふれ出た電荷が隣の光電変換部に混入することを低減できる。したがって、混色をさらに低減することが可能である。
【００８８】
なお、本実施例のＧＮＤ配線を実施例１に適用した変形例も本発明に含まれる。実施例１のようにＰＤの間にＰ型半導体領域で構成されたポテンシャルバリアが配された変形例でも、上述の配線パターンによる効果を得ることができる。
【００８９】
また、本実施例の等価回路や駆動方法は実施例１と同様である。また、ここで説明を省略した部分については、全て実施例１と同様である。
【００９０】
（実施例４）
本発明の実施例４について図面を用いて説明する。図７は実施例４の平面レイアウトを示す概略図である。図１または図６と同様の機能を有する部分には同じの符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００９１】
本実施例は、異なる色の２つのＰＤ１１ｂ、１１ｃの間に、ウェルコンタクトプラグ７０１が配されたことが特徴である。つまり、ウェルコンタクトプラグ７０１は、同じ色の２つのＰＤ１１ａ、１１ｂの間のポテンシャルバリアよりも、異なる色の２つのＰＤ１１ｂ、１１ｃの間のポテンシャルバリアに近い位置に配される。ポテンシャルバリアは、実施例１のようにＰ型半導体領域で構成されてもよいし、あるいは、実施例３のように絶縁体分離部によって構成されてもよい。
【００９２】
ウェルコンタクトプラグの数が多いほど、ウェルなどのＰ型半導体領域に安定して電圧を供給することができる。そのため、必要に応じて異なる色のＰＤの間にウェルコンタクトプラグを配置することによって、電位の変動によるシェーディングを低減することができる。その結果、画質を向上させることができる。
【００９３】
一方で、複数のウェルコンタクトプラグのうち少なくとも一部が同色のＰＤの間に配されることで、同色のＰＤでのノイズの差を低減できる。好ましくは、過半数のウェルコンタクトプラグが、同色のＰＤの間に配されるとよい。つまり、同色の光電変換部の間の領域に配されたウェルコンタクトプラグの数Ｎが、異なる色の光電変換部の間の領域に配されたウェルコンタクトプラグの数Ｍより多いほうが好ましい。数式で表現すると、Ｎ＞Ｍであることが好ましい。また、Ｍに対するＮの比が大きいほど、ノイズの影響を低減できる。例えば、Ｎ：Ｍ＝１０：１よりも、Ｎ：Ｍ＝１００：１のほうが、ノイズの影響を低減する効果が大きい。
【００９４】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態について、図８を例に説明する。本発明の第２の実施形態に係る撮像装置は、複数の光電変換部を有する。複数の光電変換部が配された領域が撮像領域である。複数の光電変換部が行列状に配された場合、撮像領域は、もっとも外周に配された光電変換部を結ぶ線が囲む領域であってもよい。光電変換部は例えばフォトダイオード（以下、ＰＤ）１１である。ＰＤはＮ型（第１導電型）の半導体領域と、当該Ｎ型の半導体領域とＰＮ接合を構成するＰ型（第２導電型）の半導体領域とを含む。Ｐ型の半導体領域は、例えばＰ型ウェルである。これらの光電変換部が第１方向に沿って並んで配される。これらの光電変換部の間にはポテンシャルバリア３、４が形成されうる。また分離部が、光電変換部とトランジスタなどの素子とを電気的に分離してもよい。
【００９５】
なお、第１方向に沿って並ぶ複数の光電変換部は、例えばそれぞれの重心が一直線上に並ぶように配置される。あるいは、それぞれの重心がジグザグ状に配置されてもよい。
【００９６】
本実施形態の撮像装置には、光電変換部に入射する光を集光するレンズが配される。複数のレンズが行列状に配されてもよい。そして、第１方向に沿って配された複数の光電変換部には、第１のレンズの下に配された複数の光電変換部と、第１のレンズと隣り合うように配された第２のレンズの下に配された光電変換部とが含まれる。第１のレンズの下に配された複数の光電変換部のうち少なくとも２つが隣り合って配される。レンズは入射した平行光を集光する、あるいはフォーカスする機能を有している。レンズは例えば有機材料で構成されたマイクロレンズ２０である。
【００９７】
撮像装置は、半導体領域にグラウンド電圧（以下、ＧＮＤ電圧）などの所定の電圧を供給するための少なくとも１つのコンタクトプラグ（以下、ウェルコンタクトプラグ）１７を有する。コンタクトプラグは、半導体領域と接するように配された導電体である。例えば、コンタクトプラグはタングステンなどの金属、あるいは合金で構成される。コンタクトプラグのバリアメタルが半導体領域と接していてもよい。コンタクトプラグは、さらに配線に接続されてもよい。
【００９８】
ウェルコンタクトプラグは、ウェルなど、光電変換部の信号電荷を蓄積する半導体領域に接するように配された半導体領域に接続されたコンタクトプラグである。光電変換部がＰＮ接合を含むＰＤであり、電子が信号電荷として蓄積される場合には、ＰＤを形成するＰ型の半導体領域にウェルコンタクトプラグは接続される。このとき、ＰＮ接合面からウェルコンタクトプラグまでＰ型の半導体領域が連続していればよい。Ｐ型の半導体領域の内部に、不純物濃度が高い部分と不純物濃度が低い部分とが含まれてもよい。例えば、Ｐ型の半導体領域のコンタクトプラグと接する部分は、周囲に比べて高い不純物濃度であることが好ましい。光電変換部がホールを信号電荷として蓄積する場合には、Ｎ型の半導体領域にウェルコンタクトプラグは接続される。
【００９９】
本発明に係る撮像装置においては、撮像領域に設けられるウェルコンタクトプラグの数は、光電変換部の数よりも少ない。例えば、２つの光電変換部に対して１つの割合で、ウェルコンタクトプラグが配される。また、ウェルコンタクトプラグは周期的に配されることが好ましい。しかし、ウェルコンタクトプラグが不規則に配置されてもよい。撮像領域に複数のウェルコンタクトプラグが設けられることが好ましい。しかし、撮像領域に設けられるウェルコンタクトプラグが１つでもよい。
【０１００】
本発明の第２の側面の特徴は、少なくとも一部のウェルコンタクトプラグが、異なるレンズの下に配された２つの光電変換部の間のポテンシャルバリアより、１つのレンズの下に配された２つの光電変換部の間のポテンシャルバリアに近い位置に配されることである。別の観点では、ウェルコンタクトプラグから１つのレンズの下に配された２つの光電変換部のそれぞれまでの距離が、いずれもウェルコンタクトプラグから異なるレンズの下に配された光電変換部までの距離よりも短い。換言すると、１つのレンズの下に配され、第１方向において隣り合って配された２つの光電変換部の間の領域に、ウェルコンタクトプラグが配されるということである。
【０１０１】
ポテンシャルバリアは、光電変換部で蓄積される信号電荷に対するポテンシャルが、光電変換部より高くなっている領域である。例えば、光電変換部がＰＮ接合を含むＰＤであり、信号電荷が電子の場合には、電子に対するポテンシャルがＰＤに含まれるＮ型半導体領域より高い領域である。また、信号電荷がホールの場合には、ホールに対するポテンシャルがＰＤに含まれるＰ型半導体領域より高い領域である。このポテンシャルバリアはＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）、ＬＯＣＯＳ（ＬＯＣａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）、メサ型分離部などの絶縁体分離部で構成されてもよい。絶縁体のバンドギャップは半導体のバンドギャップよりも広いため、絶縁体は、半導体中のキャリア、すなわち電子及びホールの両方に対するポテンシャルバリアとなりうる。あるいは、信号電荷が電子の場合は、ポテンシャルバリアはＰ型の半導体領域で構成されてもよい。もしくは、信号電荷がホールの場合は、ポテンシャルバリアはＮ型の半導体領域で構成されてもよい。ポテンシャルバリアを形成するさらに別の構成として、半導体基板の上に電極が配され、当該電極に供給された電圧によってポテンシャルバリアが形成されてもよい。電極に供給される電圧が低くなるほど、電子に対するポテンシャルが高くなる。逆に、電極に供給される電圧が高くなるほど、ホールに対するポテンシャルが高くなる。
【０１０２】
本明細書、つまり以下の全ての実施例において「ポテンシャルバリアが配される」という場合には、これらの構成のいずれかによってポテンシャルバリアが形成された状態、及び形成されうる状態を少なくとも含む。
【０１０３】
２つの光電変換部の間のポテンシャルバリアとは、それぞれの光電変換部に含まれるＮ型半導体領域に挟まれた部分である。例えば図８の点線で囲まれた領域内のポテンシャルバリアである。
【０１０４】
ポテンシャルバリアが絶縁体分離部で構成される場合には、ポテンシャルバリアからの距離は、ポテンシャルバリアを構成する絶縁体の端からの距離である。ポテンシャルバリアが半導体領域で構成される場合には、ポテンシャルバリアからの距離は、ポテンシャルバリアを構成するＰ型半導体領域の端からの距離である。ポテンシャルバリアが電極に印加された電圧によって形成される場合には、ポテンシャルバリアからの距離は、電極の端からの距離である。また、ウェルコンタクトから光電変換部までの距離は、光電変換部に含まれる電荷を蓄積する半導体領域の端までの距離である。例えば、信号電荷が電子であれば、ウェルコンタクトからＮ型半導体領域の端までの距離である。
【０１０５】
このように、複数のウェルコンタクトプラグのうち少なくとも一部が、１つのレンズの下に配された２つの光電変換部の間の領域に配置される。これにより、ウェルコンタクトプラグに起因するノイズの影響を低減できる。以下では、この効果について簡単に説明する。
【０１０６】
本実施形態においては、１つのレンズの下に複数の光電変換部が配される。このような構成においては、複数の光電変換部からの信号を独立に読み出して、焦点検出を行うことができる。このとき、それぞれの光電変換部においてノイズの量が異なると、正確な焦点検出が行えない。
【０１０７】
比較例として、異なるレンズの下に配された光電変換部の間にだけウェルコンタクトプラグが配された例を考える。この場合、１つのレンズの下に配された２つの光電変換部のうち、一方はウェルコンタクトプラグに近い位置にあり、他方はウェルコンタクトプラグから遠い位置にある。具体的に、図８において、ＰＤ１１ｂとＰＤ１１ｃの間にだけウェルコンタクトプラグが配されたとする。そうすると、ＰＤ１１ｂからウェルコンタクトプラグまでの距離が、ＰＤ１１ａからウェルコンタクトプラグまでの距離より短い。ここで、ＰＤ１１ａとＰＤ１１ｂは第１のマイクロレンズ２０ａの下に配され、隣り合って配された光電変換部である。そして、ＰＤ１１ｃは、第１のマイクロレンズ２０ａとは別の第２のマイクロレンズ２０ｂの下に配された光電変換部である。このような比較例では、ウェルコンタクトプラグに起因する暗電流がウェルコンタクトプラグに近い光電変換部に多く流入する。その結果、１つのレンズの下に隣り合って配された２つの光電変換部において、ノイズの差が大きくなる可能性がある。このように１つのレンズの下に配された光電変換部においてノイズが大きく異なると、焦点検出の精度が低下する。
【０１０８】
また、各レンズの下に光電変換部が２つずつ並ぶように複数のレンズが配され、第１方向に隣り合う２つのレンズの間にはすべてウェルコンタクトプラグが配された比較例を考える。具体的には、ＰＤ１１ａの左側のＰＤ（不図示）とＰＤ１１ａとの間に第１ウェルコンタクトプラグが配され、さらに、ＰＤ１１ｂとＰＤ１１ｃの間に第２ウェルコンタクトプラグが配されたとする。この場合、ＰＤ１１ａから第１ウェルコンタクトプラグまでの距離が、ＰＤ１１ｂから第２ウェルコンタクトプラグまでの距離とほぼ等しくなる。しかし、前述の通り、製造プロセスのばらつきに起因して、異なるコンタクトプラグから発生する暗電流の量は大きく異なる。そのため、ＰＤ１１ａのノイズの大きさと、ＰＤ１１ｂのノイズの大きさが異なる可能性がある。つまり、１つのレンズの下に隣り合って配された２つの光電変換部において、ノイズの差が大きくなる可能性がある。このように１つのレンズの下に配された光電変換部においてノイズが大きく異なると、焦点検出の精度が低下する。
【０１０９】
これに対して、本発明によれば、１つのレンズの下に配された２つの光電変換部の間の領域にウェルコンタクトプラグが配される。１つのレンズの下に配された２つの光電変換部の間の領域とは、例えば図８のウェルコンタクトプラグ１７が配された位置である。この構成によって、２つの光電変換部に混入する暗電流の量を同程度にすることができる。その結果、焦点検出の精度を向上させることができる。
【０１１０】
なお、すべてのウェルコンタクトプラグが１つのレンズの下に配された２つの光電変換部の間の領域に配されることが好ましい。しかし、所定の電気特性を得るために、一部のウェルコンタクトプラグが、異なるレンズの下に配された２つの光電変換部の間の領域に配された撮像装置も、本発明の範囲に含まれる。
【０１１１】
また、本実施形態において、それぞれの光電変換部にはカラーフィルタなどの波長選択部が配されてもよい。例えば赤色の波長帯の光を透過するカラーフィルタが配されることで、光電変換部に赤色の波長帯の光が入射する。第１方向に沿って並んだ複数の光電変換部には、第１の波長帯（例えば赤色の波長帯）の光が入射する複数の光電変換部と、第２の波長帯（例えば緑色の波長帯）の光が入射する複数の光電変換部とが含まれる。
【０１１２】
これらの複数の色の光電変換部の組が交互に繰り返し配される。そして、同じ色の光が入射する少なくとも２つの光電変換部が隣り合って配される。例えば、赤色の光が入射する光電変換部が２つ並んで配され、その隣に緑色の光が入射する光電変換部が２つ並んで配される。この４つの光電変換部の並びが、繰り返して配される。つまり、赤、赤、緑、緑、赤、赤、緑、緑、という順に光電変換部が配される。この時の連続する光電変換部の数は２つに限られない。２つの赤色の光電変換部が並んで配され、その隣に１つの緑色の光電変換部が配され、この３つの光電変換部の並びが繰り返されてもよい。
【０１１３】
また、レンズごとに異なる色のカラーフィルタが配されてもよい。例えば、第１のマイクロレンズ２０ａの下に配された複数の光電変換部には、赤色のカラーフィルタが配され、第２のマイクロレンズ２０ｂの下に配された複数の光電変換部には、いずれも緑色のカラーフィルタが配される。
【０１１４】
以下、本実施形態の実施例について説明する。実施例の説明では第１導電型がＮ型であり、第２導電型がＰ型である。そして光電変換部に信号電荷として電子が蓄積される。もちろん、第１導電型がＰ型であり、第２導電型がＮ型である実施例も本発明に含まれる。この実施例では光電変換部に信号電荷としてホールが蓄積される。この実施例は、導電型を変更するのみなので、説明は省略する。また、以下の実施例の撮像装置と、当該撮像装置からの信号を処理する信号処理装置を備えた撮像システムも、本発明に含まれる。信号処理装置には、公知の信号処理装置が用いられうる。
【０１１５】
（実施例５）
本発明の実施例５について図面を用いて説明する。図８は、実施例５の平面レイアウトを示す概略図である。図１と同様の機能を有する部分については同じ符号が付されている。
【０１１６】
本実施例の説明においても、各素子に数字とアルファベットを組み合わせた符号を付す。同じ機能を有する素子には同じ数字の符号が付される。数字の後に付されたアルファベットは、ＰＤとの対応を示すものである。特に区別する必要がない場合は、アルファベットを省略する。
【０１１７】
本実施例の撮像装置は、フィールド領域１と活性領域２とを含む半導体基板を有する。半導体基板は例えばシリコン基板である。フィールド領域１はＳＴＩやＬＯＣＯＳなどの絶縁体分離部である。絶縁体はたとえばシリコン酸化膜である。活性領域２には光電変換部やトランジスタを構成する半導体領域が配される。
【０１１８】
活性領域２には、ＰＤ１１ａ〜１１ｈが配される。ＰＤはそれぞれＮ型半導体領域を含む。Ｎ型半導体領域と、当該Ｎ型半導体領域とＰＮ接合を構成するＰ型半導体領域とがＰＤを構成する。ＰＤを構成するＰ型半導体領域は、例えば表面に配された暗電流防止層、ポテンシャルバリアを構成する半導体領域、絶縁体分離部と隣り合うように配された暗電流防止層、チャネルストップ層、ウェル、半導体基板などである。ＰＤを構成するＮ型半導体領域に、信号電荷である電子が蓄積される。
【０１１９】
本実施例では、複数のマイクロレンズ２０ａ〜２０ｄが２次元アレイ状に配される。第１のマイクロレンズ２０ａの下に、２つのＰＤ１１ａ、１１ｂが配される。また、第２のマイクロレンズ２０ｂの下に、２つのＰＤ１１ｃ、１１ｄが配される。これらのＰＤ１１ａ〜１１ｄは第１方向に沿って並んで配される。
【０１２０】
本実施例では、第１のマイクロレンズ２０ａの下に配された２つのＰＤ１１ａ、１１ｂの間に、Ｐ型の半導体領域で構成されたポテンシャルバリア３が配される。また、第１のマイクロレンズ２０ａの下に配されたＰＤ１１ｂと、第２のマイクロレンズ２０ｂの下に配されたＰＤ１１ｃの間に、Ｐ型の半導体領域で構成されたポテンシャルバリア４が配される。ポテンシャルバリア４を構成するＰ型半導体領域の第１方向における長さは、ポテンシャルバリア３を構成するＰ型半導体領域の第１方向における長さより長い。Ｐ型半導体領域の端は、ＰＮ接合面である。つまり、ＰＤ１１ｂに含まれるＮ型半導体領域とＰＤ１１ｃに含まれるＮ型半導体領域との間隔は、ＰＤ１１ａに含まれるＮ型半導体領域と１１ｂに含まれるＮ型半導体領域との間隔より広い。
【０１２１】
また、フィールド領域１を構成する絶縁体分離部とＰＤとの間には、Ｐ型半導体領域５が配される。Ｐ型半導体領域５は絶縁体の界面で発生する暗電流がＰＤに混入することを低減する暗電流防止層である。
【０１２２】
活性領域２には、ＰＤからの電荷が転送されるフローティングディフュージョン（以下、ＦＤ）領域１３ａ、１３ｂが配される。そして、ＰＤ１１の電荷をＦＤ領域１３に転送する転送トランジスタ１２ａ、１２ｂが設けられている。ＦＤ領域１３ａ、１３ｂは、それぞれ不図示の配線によって、増幅トランジスタ１５ａ、１５ｂに接続される。増幅トランジスタ１５ａ、１５ｂはＰＤで発生した信号を増幅する増幅手段である。さらに、リセットトランジスタ１４ａ、１４ｂ、および選択トランジスタ１６ａ、１６ｂが配される。リセットトランジスタ１４は、増幅トランジスタの入力を所定電圧にリセットする。選択トランジスタ１６は、増幅トランジスタのソースと不図示の垂直出力線との導通を制御する。本実施例において、増幅トランジスタ１５ａ、１５ｂのドレインは共通の半導体領域で構成され、共通のコンタクトプラグ１９を介して電源配線に接続される。一方、異なる色の光電変換部に対応する２つのリセットトランジスタ１４のドレインは共通の半導体領域で構成され、共通のコンタクトプラグ１８に接続される。
【０１２３】
本実施例では、ＰＤを構成するＰ型半導体領域に電圧を供給するためのウェルコンタクトプラグ１７が配される。ウェルコンタクトプラグ１７はタングステンなどの導電体で構成される。そして、ウェルコンタクトプラグ１７は、ＰＤ１１ｂ、１１ｃの間のポテンシャルバリア４よりも、ＰＤ１１ａ、１１ｂの間に配されたポテンシャルバリアに近い位置に配される。つまり、１つのマイクロレンズ２０ａの下に配された２つのＰＤ１１ａ、１１ｂの間の領域に、ウェルコンタクトプラグ１７が配される。
【０１２４】
また、ウェルコンタクトプラグ１７はポテンシャルバリア３を構成するＰ型半導体領域を第１方向と交差する第２方向に延長させた領域に位置する。つまり、ウェルコンタクトプラグ１７はポテンシャルバリア３の外部に配される。また、図７が示すように、ウェルコンタクトプラグ１７は、２つの光電変換部のちょうど中間に配されてもよい。Ｐ型半導体領域の端は、Ｐ型半導体領域と絶縁体分離部を構成する絶縁体との境界、あるいは、Ｐ型半導体領域とＮ型半導体領域との境界である。
【０１２５】
また、本実施例においては、異なる色の光電変換部の間にはウェルコンタクトプラグが配されていない。しかし、所定の電気特性を得るために、異なる色の光電変換部の間にウェルコンタクトプラグが配されてもよい。
【０１２６】
なお、増幅トランジスタ１５のドレインに電圧を供給するためのコンタクトプラグ１８が、ポテンシャルバリア４よりも、ポテンシャルバリア３に近い距離に配されてもよい。増幅トランジスタ１５は撮像領域に配される。
【０１２７】
図２は実施例５の撮像装置の断面を示す概略図である。図２（ａ）は、図８のＡＡ’に沿った断面である。図２（ｂ）は図８のＢＢ’に沿った断面である。図２（ｃ）は、図８のＣＣ’に沿った断面である。
【０１２８】
図２（ａ）、（ｂ）が示すように、ウェルコンタクトプラグ１７は、高濃度のＰ型半導体領域２０１と接している。Ｐ型半導体領域２０１は、周囲のＰ型半導体領域２０３ａよりも不純物濃度が高い方が望ましい。このように高濃度の半導体領域とウェルコンタクトプラグ１７が電気的に接続されることによって、ウェルコンタクトプラグ１７と半導体領域との接触抵抗を下げることが可能になる。
【０１２９】
また、ウェルコンタクトプラグ１７が配された領域と、周囲の素子との間には絶縁体分離部（フィールド領域１）が配されている。例えば、図２（ｂ）が示すように、ウェルコンタクトプラグ１７が配されたＰ型半導体領域２０３ａとポテンシャルバリア３を構成するＰ型半導体領域との間に、絶縁体分離部（フィールド領域１）が配される。絶縁体分離部（フィールド領域１）によって、ウェルコンタクトプラグ１７に起因する暗電流が光電変換部に到達することを低減することができる。
【０１３０】
絶縁体分離部（フィールド領域１）の下にＰ型半導体領域５が配される。このように、ウェルコンタクトプラグ１７から、ポテンシャルバリア３を構成するＰ型半導体領域のＰＮ接合面まで、Ｐ型の半導体領域が連続して配される。このため、ポテンシャルバリア３が、ウェルコンタクトプラグ１７と半導体領域とが接する部分から、絶縁体分離部（フィールド領域１）によって隔てられても、ポテンシャルバリア３にウェルコンタクトプラグ１７からの電圧が供給される。
【０１３１】
また、図２（ｂ）では省略されているが、ウェルコンタクトプラグ１７とポテンシャルバリア３との間に配された絶縁体分離部の上に、転送トランジスタ１２のゲート電極が配される。光電変換部が信号電荷を蓄積しているときに、転送トランジスタ１２のゲート電極には、当該信号電荷に対するポテンシャルバリアを生じるような電圧が供給されうる。たとえば、信号電荷が電子であれば、ウェルに供給されるＧＮＤ電圧と同じ電圧、あるいはＧＮＤ電圧より低い負の電圧が供給される。したがって、このような構成によれば、ウェルコンタクトプラグ１７に起因する暗電流が光電変換部に到達することを低減することができる。
【０１３２】
Ｐ型半導体領域２０３ａ〜２０３ｅはウェルあるいはポテンシャルバリア３、４の一部として機能しうる。これらのＰ型半導体領域２０３の下に、Ｎ型半導体領域２０４が配される。
【０１３３】
図２（ｃ）には、１つのマイクロレンズ２０ｂの下に配された２つのＰＤ１１ｃ、１１ｄの断面が示されている。図２（ｃ）が示すように、Ｎ型エピ層２０５にＰＤ１１が配される。ＰＤ１１はＮ型エピ層２０５よりも不純物濃度が高いＮ型半導体領域を含んでもよい。ＰＤ１１ｃとＰＤ１１ｄとの間には、ポテンシャルバリア３が配される。このポテンシャルバリア３は、半導体基板の表面側に配されたＰ型半導体領域２０３ａ〜２０３ｃを含む。しかし、基板の深部では、ＰＤ１１ｃからＰＤ１１ｄまでＮ型エピ層２０５が連続して配されている。このように、Ｎ型半導体領域が基板の深部で連続していることによって、２つのＰＤが電気的に接続される。これにより、一方のＰＤが飽和した場合でも、あふれ出た電荷が他方のＰＤに流入しやすくなる。その結果、感度を向上させることができる。
【０１３４】
また、ＰＤ１１の表面には、Ｐ型半導体領域２０２が配される。Ｐ型半導体領域２０２は、表面で発生する暗電流がＰＤに混入することを防止する暗電流防止層である。Ｐ型半導体領域２０２はウェルコンタクトプラグ１７が配された領域に配されてもよい。
【０１３５】
次に図３に示した等価回路図および駆動図を用いて、本実施例の動作について説明する。図３（ａ）には、ＰＤ１０１、１０２、転送トランジスタ１０３、１０４、増幅トランジスタ１０５、１０６、選択トランジスタ１０７、１０８、ＦＤノード１０９、１１０、リセットトランジスタ１１１、１１２が示されている。さらに、信号が出力される信号出力線１１３、１１４が示されている。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＳＥＬノード、ＲＥＳノード、ＴＸノードのそれぞれに供給される駆動パルスを示している。
【０１３６】
リセットトランジスタ１１１、１１２がオンすることによって、それぞれのＦＤノード１０９、１１０はリセット電圧（例えば、電源電圧と同じ電圧）にリセットされる。更に選択トランジスタ１０７、１０８がオンすることによって、対応する増幅トランジスタ１０５、１０６からの信号が信号出力線１１３、１１４に出力可能となる。
【０１３７】
レンズによって集光された光はＰＤ１０１、１０２に入光する。ＰＤ１０１、１０２では入射光の量に応じた電荷が発生し、蓄積される。転送トランジスタ１０３、１０４がオンすることによって、対応する光電変換部に蓄積された電荷がそれぞれのＦＤノード１０９、１１０に転送される。ＦＤノード１０９、１１０は増幅トランジスタの入力ノードである。増幅トランジスタ１０５、１０６は、ＦＤに転送された電荷に基づいてそれぞれの信号出力線１１３、１１４に信号を出力する。
【０１３８】
なお、選択トランジスタは省略されてもよい。例えばＦＤに供給されるリセット電圧を制御することによって、選択動作を行ってもよい。
【０１３９】
本実施例においては、１つのマイクロレンズの下に２つの光電変換部が配されるため、撮像と焦点検出との両方を行うことが可能である。マイクロレンズ２０ａによって集光された光はＰＤ１１ａ、１１ｂに分かれて入射する。ＰＤ１１ａ、１１ｂではそれぞれ入射光の光量に応じた電荷が発生し蓄積される。転送トランジスタ１２ａ、１２ｂは対応する光電変換部で蓄積した電荷をそれぞれのＦＤ領域１３ａ、１３ｂに転送する。増幅トランジスタ１５ａ、１５ｂは、ＦＤ領域に転送された電荷に基づいてそれぞれの信号出力線に信号を出力する。このように、２つのＰＤ１１ａ、１１ｂの信号を独立に読み出し、所定の信号処理を行うことで、位相差を利用した焦点検出が可能である。また、出力信号を加算することで通常の撮像を行うことが可能である。
【０１４０】
以上に説明した構成によれば、ウェルコンタクトプラグ１７がＰＤ１１ａ、１１ｂからほぼ等しい距離に配置される。そのため、ウェルコンタクトプラグに起因する暗電流が拡散してくる量はＰＤ１１ａ、１１ｂでほぼ等しくなっている。つまり、１つのレンズの下に配された２つのＰＤが受けるノイズ量の差を小さくすることができる。その結果、焦点検出の精度を向上させることができる。
【０１４１】
なお、本実施例においては、マイクロレンズごとに異なる色のカラーフィルタが配され、１つのマイクロレンズの下に配された光電変換部は同色のカラーフィルタが配される。例えば、ＰＤ１１ａとＰＤ１１ｂには赤色のカラーフィルタが配される。ＰＤ１１ｃ〜ＰＤ１１ｆには緑色のカラーフィルタが配される。ＰＤ１１ｇとＰＤ１１ｈには青色のカラーフィルタが配される。
【０１４２】
あるいは、本実施例の撮像装置はモノクロでもよい。つまりカラーフィルタなどの波長選択部が配されなくてもよい。あるいは、全ての画素で同じ波長帯の光を検出するような波長選択部が設けられてもよい。
【０１４３】
（実施例５の変形例）
実施例５に実施例２〜４の構成を組み合わせたものも本実施形態に含まれる。これらの実施例では、実施例２〜４において、複数の同色の光電変換部に対して、カラーフィルタの代わりに１つのマクロレンズが配置される。例えば、図４〜図７において、ＰＤ１１ａ、１１ｂが第１のマイクロレンズの下に配され、ＰＤ１１ｃ、１１ｄが第２のマイクロレンズの下に配される。この場合、カラーフィルタが配されていてもよいし、配されなくてもよい。
【符号の説明】
【０１４４】
３、４、６０３、６０４  ポテンシャルバリア
１１、１０１、１０２、  光電変換部（フォトダイオード）
１７  ウェルコンタクトプラグ
２０  マイクロレンズ
Ｒ、Ｇ、Ｂ  カラーフィルタ
【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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