(57)【要約】  【課題】残像特性を改善すると共に、光学特性に悪影響を与えない合理的な画素内ＧＮＤコンタクトの配置を有する増幅型固体撮像装置を提供する。  【解決手段】第１導電型のウェル領域と第２導電型のフォトダイオード部１と増幅トランジスタ６とを含む複数の画素が２次元状に配列された増幅型固体撮像装置であって、フォトダイオード部の領域内に、ウェル領域に基準電圧を供給するための画素内コンタクト２が配置されている。【選択図】図１
2006059995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型のウェル領域と第２導電型のフォトダイオード部と増幅トランジスタとを含む複数の画素が２次元状に配列された増幅型固体撮像装置において、
前記フォトダイオード部の領域内に、前記ウェル領域に基準電圧を供給するための画素内コンタクトが配置されていることを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【請求項２】
前記フォトダイオード部は平面形状が矩形であり、前記画素内コンタクトは前記矩形の一辺の中央に配置されている請求項１に記載の増幅型固体撮像装置。
【請求項３】
前記フォトダイオード部に対する前記画素内コンタクトは、少なくとも２個の画素について互いに異なる位置に配置されている請求項１に記載の増幅型固体撮像装置。
【請求項４】
前記フォトダイオード部内に第１導電型の表面層を有し、前記画素内コンタクトは前記表面層を介して前記ウェル領域と接合されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の増幅型固体撮像装置。
【請求項５】
前記画素内コンタクトと前記フォトダイオード部との間には、非活性領域による分離が形成されていない請求項１〜４のいずれか１項に記載の増幅型固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比較的大きな面積の受光部を持つ増幅型固体撮像装置に関し、画質安定化を図るための画素コンタクトを、画素性能を最大にするように配置するレイアウトに関する。
【背景技術】
【０００２】
１画素に４つのトランジスタを有する一般的な増幅型固体撮像装置の全体構成について、図４を参照しながら説明する。撮像領域に複数の画素がｍ列×ｎ行の２次元に配列され、各画素は、フォトダイオード２０、転送トランジスタ２１、リセットトランジスタ２２、ドライブトランジスタ２３、及び選択トランジスタ２４より構成される。フォトダイオード２０で光電変換され、蓄積された信号電荷は転送トランジスタ２１によって転送され、電圧変換された後、ドライブトランジスタ２３のゲートに入力される。ドライブトランジスタ２３は、画素部電源３３と負荷トランジスタ群３２によってソースフォロアを形成し、その中点は、列方向に配置されたｍ列分の垂直信号線２５に接続される。ドライブトランジスタ２３に入力された信号は、選択トランジスタ２４、垂直信号線２５を介して、行方向の信号を蓄積、出力するためのスイッチトランジスタおよび行信号蓄積手段、水平信号線２６に伝達される。そして、水平選択トランジスタおよび水平選択手段２７によって各画素ごとの信号が選択され出力される。この動作を、垂直選択手段２８に接続されている転送トランジスタ制御線２９、リセットトランジスタ制御線３０、行選択トランジスタ制御線３１を垂直方向に順次走査することによって行い、２次元配列の全画素を出力することができる。
【０００３】
次に増幅型固体撮像装置の従来の画素構造の一例について図５を用いて説明する。図５は増幅型固体撮像装置の１画素の平面概略図である。フォトダイオード部４１、浮遊拡散容量部４５、及びトランジスタ配置部４６に分かれている。７は、遮光アルミ開口部を示す。トランジスタ配置部４６には、リセットトランジスタ、ドライブトランジスタ、選択トランジスタ等が配置されている。フォトダイオード部４１で光電変換および電荷信号の蓄積が行われる。信号電荷転送ゲート４４は、フォトダイオード部４１に蓄積された信号電荷を浮遊拡散容量部４５に転送するための機能を有する。
【０００４】
画素内のＧＮＤ（グランド）コンタクト４２は、第１導電型のウェル４３をＧＮＤ等の基準電位に接続することで、ウェルの電位安定化を実現している。この画素内ＧＮＤコンタクト４２は、浮遊拡散容量部４５と隣り合って形成され、かつ浮遊拡散容量部４５との間は、非活性領域４８が介在して分離されているのが一般的である。
【０００５】
この画素構造においては、浮遊拡散容量部４５に転送された電荷が電圧として、トランジスタ配置部４６に設けられたドライブトランジスタで増幅もしくはインピーダンス変換され、２次元に配列された画素からの信号がＸ、Ｙ方向に順次読み出され出力される。Ｘ、Ｙ方向に順次走査するための走査回路などは、本発明の要部の構成に対して重要な関係はないので、説明を省略する。
【０００６】
次に従来の画素内ＧＮＤコンタクト５２の断面構造について、図６を参照して説明する。画素内ＧＮＤコンタクト５２は、第１導電型ウェル領域５１上に配置されている。第１導電型ウェル領域５１の上部にコンタクト注入部５３が形成され、コンタクト部の周囲は非活性領域５４で囲まれ、上部に絶縁層５５が形成されている。画素内ＧＮＤコンタクト５２は、コンタクト注入部５３を介して第１導電型ウェル領域５１と接続されている。（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２３０４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特に高性能のＤＳＣ（Digital Still Camera）等、大面積の受光部を前提とする固体撮像装置においては、ウェル電位の安定化のため、第１導電型のウェル領域４３に対する画素内ＧＮＤコンタクト４２を配置する。そのレイアウトは一般的に、ドレイン領域４５に隣接して配置される。これは、フォトダイオード部４１の形状としては、正方形もしくは四辺、四隅の形状が歪でいない矩形が理想であり、これを実現するためにはフォトダイオード部４１に画素内ＧＮＤコンタクトを配置せず、ドレイン領域４５側に配置すべきであるという思想に基づく。
【０００８】
しかしながら、ドレイン領域４５に隣接して信号電荷転送ゲート４４が配置されているため、上記配置では転送ゲート４４が小さくなり、信号電荷を完全に読み出しきれないと言う問題が発生する。この問題点は、残像特性に影響を及ぼし、信号の直線性が悪化するなど画質的劣化を伴う。
【０００９】
本発明は、残像特性を改善すると共に、光学特性に悪影響を与えない合理的な画素内ＧＮＤコンタクトの配置を有する増幅型固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明の増幅型固体撮像装置は、第１導電型のウェル領域と第２導電型のフォトダイオード部と増幅トランジスタとを含む複数の画素が２次元状に配列された増幅型固体撮像装置であって、フォトダイオード部の領域内に、ウェル領域に基準電圧を供給するための画素内コンタクトが配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成の増幅型固体撮像装置によれば、ウェル領域に基準電圧を供給するためのコンタクトがフォトダイオード部内に配置されることによって、電荷転送ゲート幅を幅広く確保することができる。従って、信号電荷を十分に読み出すこと可能であり、残像特性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の増幅型固体撮像装置において、前記フォトダイオード部は平面形状が矩形であり、前記画素内コンタクトは前記矩形の一辺の中央に配置されていることが好ましい。また好ましくは、前記フォトダイオード部に対する前記画素内コンタクトは、少なくとも２個の画素について互いに異なる位置に配置されている。以上の構成により、フォトダイオード部におけるコンタクト位置を各画素毎に適正配置することができ、光学特性に影響を与えることなく、シェーディングのない均一な撮像特性を実現することができる。
【００１３】
また、前記フォトダイオード部内に第１導電型の表面層を有し、前記画素内コンタクトは前記表面層を介して前記ウェル領域と接合されている構成とすることができる。また、前記画素内コンタクトと前記フォトダイオード部との間には、非活性領域による分離が形成されていない構成とすることができる。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態における増幅型固体撮像装置について、図面を参照して説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における増幅型固体撮像装置の画素部平面概略図である。この装置のレイアウトは、フォトダイオード部１、浮遊拡散容量部５、及びトランジスタ配置部６に大きく分けられている。トランジスタ配置部６には、リセットトランジスタ・ドライブトランジスタ・選択トランジスタ等のトランジスタが配置されている。フォトダイオード部１と浮遊拡散容量部５の間に、信号電荷転送ゲート４が設けられている。７は、遮光アルミ開口部を示す。８は、非活性領域である。
【００１６】
フォトダイオード部１で光電変換および電荷蓄積された信号電荷は、信号電荷転送ゲート４により浮遊拡散容量部５へ転送される。信号電荷は浮遊拡散容量部５で電圧に変換され、トランジスタ配置部６に配置されたドライブトランジスタによって増幅もしくはインピーダンス変換される。インピーダンス変換された、２次元に配列された画素からの信号は、Ｘ、Ｙ方向に順次読み出され出力される。Ｘ、Ｙ方向に順次走査するための走査回路などについては、説明を省略する。
【００１７】
本実施の形態における画素レイアウトの特徴は、画素内ＧＮＤコンタクト２および第１導電型ウェル領域３を、フォトダイオード部１内に配置したことである。それにより、画素内ＧＮＤコンタクト２が浮遊拡散部５に隣接することがなくなるため、信号電荷転送ゲート４の幅を広くレイアウトすることが可能となる。その結果、フォトダイオード部１から浮遊拡散容量部５への信号電荷転送特性が向上し、残像特性を大幅に改善することができる。
【００１８】
本実施の形態における画素レイアウトは、更に次のような特徴も有する。図１に示されるように、画素内ＧＮＤコンタクト２および第１導電型ウェル領域３が、例えば矩形のフォトダイオード部１のいずれか１辺の中央に配置されたことである。この配置の利点は以下のとおりである。
【００１９】
フォトダイオード部１内に画素内ＧＮＤコンタクト２を配置することによって、画素内ＧＮＤコンタクト２は、遮光アルミ開口７の内側になり、光が入射する部分に露出することになる。この場合、画素内ＧＮＤコンタクト２がフォトダイオード部１における非対称な場所、例えば、フォトダイオード部１の右下に配置された場合、受光部中右下の画素では、画素内ＧＮＤコンタクト２部に集光される光が比率的に多くなる。
【００２０】
従って、受光部中右下の画素では、受光部中央の画素に比べて集光率が低下する。その結果、画面上右上（デバイス上の配置と画面は上下反転する）の出力が低下し、画面内で例えば右上と左下との比較をした場合、極端に右上の出力比が下がり、出力の対称性が悪化する状態となる。
【００２１】
この受光部内での出力非対称性の原因は、フォトダイオード部１における画素内ＧＮＤコンタクト２の配置場所に密接に関係している。上記の例では、フォトダイオード部１の右下に画素内ＧＮＤコンタクトを配置した場合について説明したが、フォトダイオード部１の右上もしくは左上など、矩形をしているフォトダイオード部１の角の部分に画素内ＧＮＤコンタクトを配置すると、受光部に入射する光の特性の影響を受ける。
【００２２】
つまり、受光部に入射する光の特性としては、受光部中央の画素に比べて受光部対角最外周の画素では、画素内の焦点位置がフォトダイオード部１の隅側へ大きくずれる傾向がある。そのため受光部対角最外周の画素では、入射光は、必ず画素内ＧＮＤコンタクトに入射してしまう。
【００２３】
これに対し、本実施の形態のように、矩形のフォトダイオード部１のいずれか１辺の中央に配置することで、光学的に受光部中央から最も距離が長く、集光中心がフォトダイオード隅へ動きやすい対角最外周の画素においても、画素内ＧＮＤコンタクト２に集光することを避けることができる。従って、画面内で対角方向の非対称性を回避することができる。
【００２４】
一方、矩形のフォトダイオード部１のいずれか１辺の中央に画素内ＧＮＤコンタクト２を配置するため、画面内上または下中央、左または右中央に、画素内ＧＮＤコンタクト２の影響による出力低下部が発生する懸念がある。しかしながら、受光部対角と比較すると集光位置の動きが少ないため、画素内ＧＮＤコンタクト２の大きさを最適化することで、上記懸念を解決することが可能である。
【００２５】
（実施の形態２）
実施の形態２における増幅型固体撮像装置について、画素内ＧＮＤコンタクトの断面構造を示す図２を参照しながら説明する。
【００２６】
第２導電型フォトダイオード注入領域１１に、第１導電型ウェル領域１３、第１導電型表面層１４が形成されている。絶縁層１５を通して画素内ＧＮＤコンタクト１２が設けられ、第１導電型表面層１４と接続されている。
【００２７】
本実施の形態の特徴は、画素内ＧＮＤコンタクト１２と第１導電型ウェル領域１３の接続に、コンタクト注入部の代わりに第１導電型表面層１４が兼用されていることである。第１導電型表面層１４の不純物濃度は１．０×１０13〜１．０×１０15に設定される。通常コンタクト注入部に使用する第１導電型注入領域は１．０×１０13〜１．０×１０14に設定されるので、第１導電型表面層１４をコンタクト注入部と兼用することは十分可能である。これによってコンタクト注入を実施する必要がなく、注入ダメージを軽減して画素欠陥を低減することができるとともに、工程を削減することができる。
【００２８】
（実施の形態３）
実施の形態３における増幅型固体撮像装置について、画素レイアウトを示す図３を参照しながら説明する。図３（ａ）は、受光部（４つの画素のみ図示）９を模式的に示す平面図である。同一図３（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、画素内のレイアウトを示す平面図である。
【００２９】
本実施の形態の特徴は、受光部９の中に画素内ＧＮＤコンタクトの位置が異なる画素を２種類以上配置することである。すなわち画素Ａにおいては、画素内ＧＮＤコンタクト２ａおよび第１導電型ウェル領域３ａをフォトダイオード１の上辺右側に配置する。画素Ｂにおいては画素内ＧＮＤコンタクト２ｂおよび第１導電型ウェル領域３ｂをフォトダイオード１の上辺左側に配置する。図３（ａ）に示すように、受光部９内の左上、右下に画素Ａを、左下、右上に画素Ｂを配列する。
【００３０】
受光部９の各画素に入射した光は、例えば、各画素上に設けられたレンズによりフォトダイオード部１上に集光されるが、受光部９の中央から外側へ離れるにしたがい光は斜めに入射するため、受光部９における画素の位置によりフォトダイオード部１上での集光位置が変化する。例えば、画素Ａの領域ではフォトダイオード部１上での集光位置はおおよそ左上から右下で変化し、画素Ｂの領域ではフォトダイオード部１上での集光位置はおおよそ左下から右上で変化する。そのため、画素内ＧＮＤコンタクト２ａ、２ｂは、上記集光位置を避けて設けることが好ましく、これにより画素毎の感度バラツキを防止することができる。
【００３１】
この例では画素内ＧＮＤコンタクトの位置を２種類としたが、全画素について異なる配置とすることも可能である。例えば、受光部９中央から徐々に位置を変化させていくこともできる。分割の仕方も、同様の効果が得られるものであれば制限はない。
【００３２】
（実施の形態４）
実施の形態４における増幅型固体撮像装置について説明する。本実施の形態の画素レイアウトの特徴は、図１に示されように、画素部ＧＮＤコンタクト２および第１導電型ウェル領域３が、隣接するフォトダイオード部１と非活性領域８によって分離されていないことである。すなわち、画素部ＧＮＤコンタクト２とフォトダイオード部１とは、同一活性領域内に形成され、非活性領域により分離されない。
【００３３】
この構造は、フォトダイオード部１内に画素内ＧＮＤコンタクト２を配置しなければ不可能である。理由を図５の従来の画素レイアウトを参照して説明する。従来の画素部ＧＮＤコンタクト４２のように浮遊拡散容量部４５に隣接して形成される場合、浮遊拡散容量４５の電位は最大電源電圧、例えば５Ｖに設定されるため、画素内ＧＮＤコンタクト４２との電位差は５Ｖとなる。特に第１導電型ウェル領域４３との接続に使用されるコンタクト注入部５３（図６参照）と、浮遊拡散容量４５とは高濃度で接するため、電界による破壊が発生し易い。
【００３４】
一方、本実施の形態では、フォトダイオード部１の最大電位は大きくても２Ｖ程度であり、電位差は小さく、またフォトダイオード部１を形成している不純物濃度も浮遊拡散容量部５を形成している不純物濃度に対して低い。このため、非活性領域８による分離がなくても破壊することはない。この構造により、非活性領域の形成による欠陥の発生がなく、暗出力の発生、白キズの発生を抑制することが可能である効果が得られる。
【００３５】
なお、以上の実施の形態において、画素内ＧＮＤコンタクト２はグランドのみに限らず、一定の基準電位に固定するものであれば、ウェル領域３の電位を安定化させることができる。
【００３６】
なお、以上の実施の形態において、画素内ＧＮＤコンタクト２は必ずしもフォトダイオード部１の矩形内に完全に収まる必要はなく、一部が矩形からはみ出しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の増幅型固体撮像装置は、残像特性を改善すると共に、光学特性に悪影響を与えない合理的な画素内ＧＮＤコンタクトの配置を有し、結像サイズが大きいレンズ交換型高級ディジタルスチルカメラや、歯科用X線入力固体撮像装置、顔輪郭イメージ入力デバイスなどに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施の形態１における増幅型固体撮像装置の画素レイアウト概略を示す平面図
【図２】実施の形態２における増幅型固体撮像装置の画素内ＧＮＤコンタクト構造の概略を示す平面図
【図３】（ａ）は実施の形態３における増幅型固体撮像装置の受光部内画素配置を示す平面図、（ｂ）及び（ｃ）は画素レイアウトを示す平面図
【図４】従来の増幅型固体撮像装置の概略構成を示す回路図
【図５】従来の増幅型固体撮像装置の画素レイアウトの概略を示す平面図
【図６】従来の画素内ＧＮＤコンタクトの構造を示す断面図
【符号の説明】
【００３９】
１  フォトダイオード
２、２ａ、２ｂ  画素内ＧＮＤコンタクト
３、３ａ、３ｂ  第１導電型ウェル領域
４  信号電荷転送ゲート
５  浮遊拡散容量部
６  リセットトランジスタ、ドライブトランジスタ、選択トランジスタ配置部
７  遮光アルミ開口部
８  非活性領域
９  受光部
１１  第２導電型フォトダイオード注入領域
１２  画素内ＧＮＤコンタクト
１３  第１導電型ウェル領域
１４  第１導電型表面層
１５  絶縁層
２０  フォトダイオード
２１  転送トランジスタ
２２  リセットトランジスタ
２３  ドライブトランジスタ
２４  選択トランジスタ
２５  垂直信号線
２６  スイッチトランジスタ、行信号蓄積手段、水平信号線
２７  水平選択トランジスタ、水平選択手段
２８  垂直選択手段
２９  転送トランジスタ制御線
３０  リセットトランジスタ制御線
３１  行選択トランジスタ制御線
３２  負荷トランジスタ群
３３  画素部電源
４１  フォトダイオード
４２  画素内ＧＮＤコンタクト
４３  第１導電型ウェル領域
４４  信号電荷転送ゲート
４５  浮遊拡散容量部
４６  リセットトランジスタ、ドライブトランジスタ、選択トランジスタ配置部
４７  遮光アルミ開口
４８  非活性領域
５１  第１導電型ウェル領域
５２  画素内ＧＮＤコンタクト
５３  第１導電型コンタクト注入
５４  非活性領域
５５  絶縁層
【図１】
2006059995.tif 000003
【図２】
2006059995.tif 000004
【図３】
2006059995.tif 000005
【図４】
2006059995.tif 000006
【図５】
2006059995.tif 000007
【図６】
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