(57)【要約】【課題】画素の微細化が進む固体撮像素子において、より光電変換効率の向上を図る。【解決手段】光電変換部ＰＤと画素トランジスタからなる画素が２次元配列された画素領域を有する。画素において、フローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域ＦＤと、上面から見て不純物拡散領域ＦＤの一部が入り込む凹み部４５を有する画素トランジスタのゲート電極３４とを有する。【選択図】図７
2011159758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と画素トランジスタからなる画素が２次元配列された画素領域と、
前記画素において、
フローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域と、
上面から見て、前記不純物拡散領域の一部が入り込む凹み部を有する画素トランジスタのゲート電極とを有する固体撮像装置。
【請求項２】
上面から見て、前記不純物拡散領域の形状が、円形、多角形、前記ゲート電極の凹み部に入り込む部分を円弧状とする形状、あるいは四角形である  請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記ゲート電極は、転送ゲート電極、リセットゲート電極から選ばれたゲート電極である
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記フローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域は、フローティングディフージョン領域、リセットトランジスタのソース／ドレイン領域から選ばれた不純物拡散領域である
請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記画素が、複数の光電変換部で画素トランジスタを共有する共有画素で構成される
請求項１乃至４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
半導体基板の、光電変換部と画素トランジスタからなる画素が２次元配列される画素領域を形成すべき領域上に、ゲート絶縁膜を介して上面から見て凹み部を有する画素トランジスタのゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の側面のサイドウォールを形成する工程と、前記ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクにしてセルフアラインにて前記半導体基板に、上面から見て一部が前記ゲート電極の凹み部へ入り込むようにフローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域を形成する工程を有する固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
上面から見て、前記不純物拡散領域を、円形、多角形、前記ゲート電極の凹み部に入り込む部分を円弧状とする形状、あるいは四角形に形成する
請求項６記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
凹み部を有する前記ゲート電極は、転送ゲート電極、リセットゲート電極から選ばれたゲート電極である
請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記フローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域は、フローティングディフージョン領域、リセットトランジスタのソース／ドレイン領域から選ばれた不純物拡散領域である
請求項８記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の光電変換部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、請求項１乃至５のいずれかに記載された固体撮像装置で構成される
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置とその製造方法、並びにこの固体撮像装置を備えて例えばカメラ等に適用される電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置として、ＣＭＯＳ固体撮像装置が知られている。ＣＭＯＳ固体撮像装置は、電源電圧が低く、低消費電力のため、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、さらにカメラ付き携帯電話などの各種携帯端末機器、プリンター等に使用されている。
【０００３】
ＣＭＯＳ固体撮像装置では、画素の微細化と共に、微細化に伴う微弱な信号電荷でも効率よく電圧へ変換すること、つまり高感度化も同時に求められている。変換効率を決めるのは、フローティングディフージョン領域ＦＤ含むフローティングディフージョン構成部（ＦＤ構成部）の構造である。フローティングディフージョン構成部の容量（以下、ＦＤ容量という）が小さければ、それだけ変換効率は大きくなり、微弱な信号電荷でも大きな電圧として取り出すことができる。
【０００４】
ＦＤ容量を決める主要素は、次のａ），ｂ），ｃ）、ｄ）で示す容量である。即ち、ａ）配線容量、ｂ）ＦＤ構成部の不純拡散物領域の面積（ＦＤ面積）、ｃ）ゲート電極とＦＤ構成部の不純物拡散領域間のフリンジ容量（ゲート・ＦＤフリンジ容量）、ｄ）ＦＤ構成部の不純物拡散領域と素子分離領域間の容量（（素子分離容量）である。ＦＤ構成部の不純物拡散領域、例えばフローティングディフージョン領域に接する転送ゲート電極、リセットゲート電極の数や、その周辺レイアウトは、上記ｂ），ｃ）、ｄ）の容量に直接効いてくるため、変換効率へ与える影響も大きい。
【０００５】
図４２、図４３に、従来の画素トランジスタを４トランジスタ型としたＣＭＯＳ固体撮像装置の画素の等価回路、及び画素のレイアウトを示す。画素は、１つの光電変換部となるフォトダイオードＰＤと、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からなる４トランジスタとにより構成される。画素２０１の等価回路は、図４２に示すように、フォトダイオードＰＤが転送トランジスタＴｒ１に接続され、転送トランジスタＴｒ１がリセットトランジスタＴｒ２に直列に接続される。転送トランジスタＴｒ２とリセットトランジスタＴｒ２との接続中点、いわゆるフローティングディフージョンＦＤが増幅トランジスタＴｒ３のゲートに接続される。リセットトランジスタＴｒ２のドレインと増幅トランジスタＴｒ３のドレインが電源（Ｖｄｄ）配線２０３に接続され、増幅トランジスタＴｒ３のソースが選択トランジスタＴｒ４を介して垂直信号線２０２に接続される。転送トランジスタＴｒ１のゲートに転送パルスφＴＧが印加され、リセットトランジスタＴｒ２のゲートにリセットパルスφＲＳが印加され、選択トランジスタＴｒ４に選択パルスφＳＥＬが印加される。破線で示す領域１０４が、フローティングディフージョン構成部となる。
【０００６】
画素２０１は、図４３に示すように、フォトダイオードＰＤと、転送トランジスタＴｒ１と、フローティングディフージョン領域ＦＤと、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を有して構成される。フォトダイオードＰＤは、転送トランジスタＴｒ１の転送ゲート電極２０５を介して不純物拡散領域であるフローティングディフージョン領域ＦＤに接続される。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は、直列接続されて、フォトダイオードＰＤ及びフローティングディフージョン領域ＦＤから素子分離領域２０６を介して分離配置される。
【０００７】
リセットトランジスタＴｒ２は、不純物拡散領域２０８及び２０９をソース領域及びドレイン領域とし、リセットゲート電極２１２を有して形成される。増幅トランジスタＴｒ３は、不純物拡散領域２０９及び２１０をドレイン領域及びソース領域とし、増幅ゲート電極２１３を有して形成される。選択トランジスタＴｒ４は、不純物拡散領域２１０及び２１１をドレイン領域及びソース領域とし、選択ゲート電極２１４を有して形成される。
【０００８】
フローティングディフージョン領域ＦＤは、配線２１５によりリセットトランジスタＴｒ２のソース領域である不純物拡散領域２０８と、増幅ゲート電極２１３に接続される。２１６はコンタクト部を示す。不純物拡散領域２０９のコンタクト部２１６は電源配線２０３に接続される。不純物拡散領域２１１のコンタクト部２１６は垂直信号線２０２に接続される。そして、破線で囲われた領域、すなわちフローティングゲート領域ＦＤ、リセットトランジスタＴｒ２のソース領域となる不純物拡散領域２０８及び増幅ゲート電極２１３を含む領域２０４が、フローティングディフージョン構成部となる。
【０００９】
特許文献１には、フローティングディフージョン領域ＦＤに２つの転送ゲート電極と１つのリセットゲート電極の計３つゲート電極を接するようなレイアウトにして、変換効率の向上を図った画素共有のＭＯＳ固体撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−３８２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述の従来技術では、変換効率を向上するためにフローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域の面積（いわゆるＦＤ面積）を最小にするという観点から、その不純物拡散領域の最小化、共有化が検討されている。
【００１２】
本発明は、上述の点に鑑み、画素の微細化が進む固体撮像素子において、より光電変換効率の向上を図った固体撮像装置を提供するものである。
本発明は、上記固体撮像装置を備えて例えばカメラ等に適用される電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る固体撮像装置は、光電変換部と画素トランジスタからなる画素が２次元配列された画素領域を有する。画素においては、フローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域と、上面から見て、不純物拡散領域の一部が入り込む凹み部を有する画素トランジスタのゲート電極とを有する。
【００１４】
本発明の固体撮像装置では、上面から見て、画素トランジスタのゲート電極に凹み部を有し、フローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域の一部をゲート電極の凹み部へ入り込むように構成されるのでトータルのＦＤ容量が低減する。
【００１５】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の、光電変換部と画素トランジスタからなる画素が２次元配列される画素領域を形成すべき領域上に、ゲート絶縁膜を介して上面から見て凹み部を有する画素トランジスタのゲート電極を形成する工程を有する。次いで、ゲート電極の側面のサイドウォールを形成する工程を有する。次いで、ゲート電極及びサイドウォールをマスクにしてセルフアラインにて半導体基板に、上面から見て一部が前記ゲート電極の凹み部へ入り込むようにフローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域を形成する工程を有する。
【００１６】
本発明の固体撮像装置の製造方法では、上面から見て凹み部を有するゲート電極を形成し、ゲート電極にサイドウォールを形成し、ゲート電極及びサイドウォールをマスクにセツフアラインにてフローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域を形成している。このような工程を有することにより、ゲート電極の凹み部に一部が入り込んだ上記不純物拡散領域を精度よく形成することができ、トータルのＦＤ容量が低減する。
【００１７】
本発明に係る電子機器は、固体撮像装置と、固体撮像装置の光電変換部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とを備える。
固体撮像装置は、光電変換部と画素トランジスタからなる画素が２次元配列された画素領域を有する。画素においては、フローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域と、上面から見て、不純物拡散領域の一部が入り込む凹み部を有する画素トランジスタのゲート電極とを有する。
【００１８】
本発明の電子機器では、固体撮像装置において、上面から見て画素トランジスタのゲート電極に凹み部を有し、フローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域の一部をゲート電極の凹み部へ入り込むように構成される。この構成とすることにより、固体撮像装置におけるトータルのＦＤ容量が低減する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法によれば、画素の微細化が進む固体撮像素子においても、より光電変換効率の向上を図った固体撮像装置を提供することができる。
【００２０】
本発明に係る電子機器によれば、上記本発明の固体撮像装置を備えることにより、光電変換効率の向上が図られ、高感度化、高画質化が図られ、信頼性の高い電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に適用されるＣＭＯＳ固体撮像装置の概略構成図である。
【図２】Ａ〜Ｃ  本発明のメカニズムの説明に供するフォトダイオード及びフローティングディフージョン領域の部分の構成例を示す概略構成図である。
【図３】本発明のメカニズムの説明に供するＦＤ容量を示すグラフである。
【図４】Ａ〜Ｅ  本発明に係る固体撮像装置におけるフォトダイオード及びフローティングディフージョン領域の部分の構成例を示す概略構成図である。
【図５】フローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域と１つのゲート電極との関係を示す本実施の形態（１）の概略構成図である。
【図６】フローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域と１つのゲート電極との関係を示す比較例（１）の概略構成図である。
【図７】本発明に係る固体撮像装置の第１実施の形態を示す要部の概略構成図である。
【図８】第１比較例に係る固体撮像装置を示す要部の概略構成図である。
【図９】フローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域と２つのゲート電極との関係を示す本実施の形態（２）の概略構成図である。
【図１０】フローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域と１つのゲート電極との関係を示す比較例（２）の概略構成図である。
【図１１】本発明に係る固体撮像装置の第２実施の形態を示す要部の概略構成図である。
【図１２】第２比較例に係る固体撮像装置を示す要部の概略構成図である。
【図１３】本発明に係る固体撮像装置の第３実施の形態を示す要部の概略構成図である。
【図１４】第３比較例に係る固体撮像装置を示す要部の概略構成図である。
【図１５】本発明に係る固体撮像装置の第４実施の形態を示す要部の概略構成図である。
【図１６】第４比較例に係る固体撮像装置を示す要部の概略構成図である。
【図１７】フローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域と２つのゲート電極との関係を示す他の実施の形態（３）の概略構成図である。
【図１８】フローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域と２つのゲート電極との関係を示す他の比較例（３）の概略構成図である。
【図１９】本発明に係る固体撮像装置の第５実施の形態を示す要部の概略構成図である。
【図２０】第５比較例に係る固体撮像装置を示す要部の概略構成図である。
【図２１】本発明に係る固体撮像装置の第６実施の形態を示す要部の概略構成図である。
【図２２】第６比較例に係る固体撮像装置を示す要部の概略構成図である。
【図２３】フローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域と３つのゲート電極との関係を示す本実施の形態（４）の概略構成図である。
【図２４】フローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域と３つのゲート電極との関係を示す比較例（４）の概略構成図である。
【図２５】本発明に係る固体撮像装置の第７実施の形態を示す要部の概略構成図である。
【図２６】第７比較例に係る固体撮像装置を示す要部の概略構成図である。
【図２７】フローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域と３つのゲート電極との関係を示す他の実施の形態（５）の概略構成図である。
【図２８】フローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域と３つのゲート電極との関係を示す他の比較例（５）の概略構成図である。
【図２９】本発明に係る固体撮像装置の第８実施の形態を示す要部の概略構成図である。
【図３０】第８比較例に係る固体撮像装置を示す要部の概略構成図である。
【図３１】本発明に係る固体撮像装置の第９実施の形態を示す要部の概略構成図である。
【図３２】第９比較例に係る固体撮像装置を示す要部の概略構成図である。
【図３３】フローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域と４つのゲート電極との関係を示す本実施の形態（６）の概略構成図である。
【図３４】フローティングディフージョン構成部の不純物拡散領域と３つのゲート電極との関係を示す比較例（６）の概略構成図である。
【図３５】本発明に係る固体撮像装置の第１０実施の形態を示す要部の概略構成図である。
【図３６】第１０比較例に係る固体撮像装置を示す要部の概略構成図である。
【図３７】本発明に係る固体撮像装置の第１１実施の形態を示す要部の概略構成図である。
【図３８】第１１比較例に係る固体撮像装置を示す要部の概略構成図である。
【図３９】Ａ  第１２実施の形態における最終的に得られる縦２画素共有の固体撮像装置の概略構成図である。            Ｂ〜Ｃ  第１２実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程図（その１）である。
【図４０】Ｄ１、Ｄ２  図３９ＡのＡ−Ａ線上の断面、Ｂ−Ｂ線上の断面であって、第１３実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程図（その２）である。
【図４１】本発明に係る電子機器の概略構成図である。
【図４２】４トランジスタ型の単位画素の等価回路図である。
【図４３】従来の単位画素の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、発明を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．ＭＯＳ固体撮像装置の概略構成例
２．本発明のメカニズムの概要
３．第１実施の形態（固体撮像装置の構成例）
４．第２実施の形態（固体撮像装置の構成例）
５．第３実施の形態（固体撮像装置の構成例）
６．第４実施の形態（固体撮像装置の構成例）
７．第５実施の形態（固体撮像装置の構成例）
８．第６実施の形態（固体撮像装置の構成例）
９．第７実施の形態（固体撮像装置の構成例）
１０．第８実施の形態（固体撮像装置の構成例）
１１．第９実施の形態（固体撮像装置の構成例）
１２．第１０実施の形態（固体撮像装置の構成例）
１３．第１１実施の形態（固体撮像装置の構成例）
１４．第１２実施の形態（固体撮像装置の製造方法例）
１５．第１３実施の形態（電子機器の構成例）
【００２３】
＜１．ＣＭＯＳ固体撮像装置の概略構成例＞
図１に、本発明の各実施の形態に適用されるＭＯＳ固体撮像装置の一例の概略構成を示す。本例の固体撮像装置１は、図１に示すように、半導体基板１１例えばシリコン基板に光電変換部を含む複数の画素２が規則的に２次元的に配列された画素領域（いわゆる撮像領域）３と、周辺回路部とを有して構成される。画素２としては、１つの光電変換部と複数の画素トランジスタからなる単位画素を適用することができる。また、画素２としては、複数の光電変換部で転送トランジスタを除く他の画素トランジスタを共有するいわゆる画素共有の構造を適用することができる。複数の画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、リセットトランジスタ及び増幅トランジスタの３トランジスタ、あるいは選択トランジスタを追加した４トランジスタで構成することができる。
【００２４】
周辺回路部は、垂直駆動回路４と、カラム信号処理回路５と、水平駆動回路６と、出力回路７と、制御回路８などを有して構成される。
【００２５】
制御回路８は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また固体撮像装置の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路８では、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基いて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、これらの信号を垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６等に入力する。
【００２６】
垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動配線を選択し、選択された画素駆動配線に画素を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素を駆動する。すなわち、垂直駆動回路４は、画素領域３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走する。そして、垂直信号線９を通して各画素２の光電変換素子となる例えばフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基く画素信号をカラム信号処理回路５に供給する。
【００２７】
カラム信号処理回路５は、画素２の例えば列ごとに配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。すなわちカラム信号処理回路５は、画素２固有の固定パターンノイズを除去するためのＣＤＳや、信号増幅、ＡＤ変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路５の出力段には水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１０との間に接続されて設けられる。
【００２８】
水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１０に出力させる。
【００２９】
出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１０を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。例えば、バファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などが行われる場合もある。入出力端子１２は、外部と信号のやりとりをする。
【００３０】
表面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置は、図示しないが、半導体基板の画素領域に対応した第１導電型、例えばｐ型の半導体ウェル領域に、光電変換部とな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複数の画素が形成される。各画素は、素子分離領域で区画される。半導体基板の表面側の上方には、フォトダイオードＰＤ上を除き、層間絶縁膜を介して複数層の配線を有する多層配線層が形成され、多層配線層上に平坦化膜を介してカラーフィルタ及びオンチップレンズが積層形成される。光は、オンチップレンズを通して半導体基板の表面側よりフォトダイオードに照射される。
【００３１】
裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置は、図示しないが、薄膜化された半導体基板、すなわち第１導電型であるｐ型半導体ウェル領域で形成された半導体基板に、光電変換部とな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複数の画素が形成される。各画素は素子分離領域で区画される。半導体基板の方面側の上方には、層間絶縁膜を介して複数層の配線を有する多層配線層が形成され、その上に例えば半導体基板による支持基板が接合される。配線は、配置の制限がなく、フォトダイオードＰＤ上にも形成される。半導体基板の裏面側にカラーフィルタ及びオンチップレンズが積層形成される。光は、オンチップレンズを通して半導体基板の裏面側よりフォトダイオードに照射される。
【００３２】
＜２．本発明のメカニズムの概要＞
接続配線を除くフローティングディフージョン構成部のＦＤ容量は、次のように表される。尚、フローティングディフージョン構成部は、図４３で説明した様に、フローティングディフージョン領域ＦＤやリセットトランジスタのソース領域などの不純物拡散領域と、転送ゲート電極、リセットゲート電極及び増幅ゲーと電極などのゲート電極とを含む。
ＦＤ容量＝ＦＤ面積成分＋ゲート・ＦＤフリンジ容量成分＋素子分離容量成分
従来は、このうちＦＤ面積成分のみに着目して光電変換効率の向上が検討されてきた。本発明は、変換効率をさらに向上させるために、ゲート電極形状をＦＤ構成部の不純物拡散領域におけるコンタクト部に対して最短距離にまで近づけていき、ＦＤ容量の全体の最適化を図るようにしている。ゲート電極形状を従来の形から変形することで、ゲート・ＦＤフリンジ容量が増加してもＦＤ面積、素子分離容量の２つが減少するため、変換効率はゲート電極形状変化後の方が大きくなる。
【００３３】
図２、図３を用いて上記のゲート電極形状を変化させることにより、ＦＤ容量が低減するメカニズムを詳述する。図２、図３はゲート電極の数が１つの場合を例にとる。この傾向は、後述するゲート電極の数が２つ、３つ、４つの場合においても同様である。
【００３４】
この例では、理解を容易にするため、ＦＤ構成部の不純物拡散領域をフローティングディフージョン領域とし、ＦＤ構成部のゲート電極を転送ゲート電極として説明する。但し、ＦＤ構成部の不純物拡散領域は、フローティングディフージョン領域以外のリセットトランジスタのソース領域などを含む。ゲート電極は、リセットゲート電極などを含む。
図２Ａは、従来のフローティングディフージョン領域ＦＤ１１と転送ゲート電極ＴＧ１１の構成を示す。上面から見て、フローティングディフージョン領域ＦＤ１１は、四角形状に形成され、その一辺が四角形状の転送ゲート電極ＴＧ１１のサイドウォール１３の一辺に接するように配置される。
図２Ｂは、比較例のフローティングディフージョン領域ＦＤ１２と転送ゲート電極ＴＧ１２の構成を示す。上面から見て、転送ゲート電極ＴＧ１２は、一辺に浅い凹み部１５を有する四角形状に形成され、この凹み部１５に一部が入り込むようにフローティングディフージョン領域ＦＤ１３が配置される。この例では、転送ゲート電極ＴＧ１３の凹み部１５が円弧状をなし、フローティングディフージョン領域ＦＤ１２が四角形の一辺が凹み部１５に入る円弧部となる形状に形成される。１４はサイドウォールを示す。
図２Ｃは、本発明のフローティングディフージョン領域ＦＤ１２と転送ゲート電極ＴＧ１３の構成を示す。上面から見て、転送ゲート電極ＴＧ１２は、一辺に図２Ｂより深い凹み部１５を有する四角形状に形成され、この凹み部１５に一部が入り込むようにフローティングディフージョン領域ＦＤ１３が配置される。この例では、転送ゲート電極ＴＧ１３の凹み部１５が円弧状をなし、フローティングディフージョン領域ＦＤ１３が四角形の一辺が凹み部１５に入る円弧部となる形状に形成される。つまり、本発明では、転送ゲート電極ＴＧ１３の一部がフローティングディフージョン領域ＦＤ１２の円弧部を囲むように延長して形成される。１４はサイドウォールを示す。
【００３５】
従来例構造と比較例構造と本発明構造を比較する、本発明のフローティングディフージョン領域ＦＤ１３のコンタクト部１７の位置は、従来例のフローティングディフージョン領域ＦＤ１１のコンタクト部１６の位置に比べて、転送ゲート電極に近づいている。また、本発明のフローティングディフージョン領域ＦＤ１３のコンタクト部１７の位置は、比較例のフローティングディフージョン領域ＦＤ１２のコンタクト部１７の位置に比べて、転送ゲート電極に近づいている。
【００３６】
そして、図３に、本発明の転送ゲート電極の延長距離Ｌに対するＦＤ容量の変化を、従来構造のＦＤ容量と比較して示す。縦軸はＦＤ容量、横軸は転送ゲート電極の延長距離Ｌである。図３において、曲線IはトータルのＦＤ容量、曲線IIは素子分離容量成分、曲線IIIはＦＤ面積成分、曲線IVはゲート・ＦＤフリンジ容量成分を示す。素子分離容量成分は、距離Ｌが伸びるほど低下する。ＦＤ面積成分は、距離Ｌが延び下記臨界点ａまで低下し、臨界点ａを過ぎるころから略一定となる。逆にゲート・ＦＤフリンジ容量成分は、距離Ｌが伸びるほど増加する。
図３から明らかなように、転送ゲート電極の延長距離Ｌを延ばしていくと、トータルのＦＤ容量に臨界点ａ、つまり最小値が存在することが判明した。
【００３７】
図２Ｄに、本発明の他の構成を示す。この例は、フローティングディフージョン領域ＦＤ１４を、図２Ａのフローティングディフージョン領域ＦＤ１１と幾何学的に合同にして、転送ゲート電極ＴＧ４の凹み部１８内に入り込ませて構成される。ＦＤ面積成分は従来構成と同じであるが、素子分離容量成分は距離Ｌが伸びるほど低下し、ゲート・ＦＤフリンジ容量成分は、距離Ｌが伸びるほど増加する。この例のように素子分離容量成分が支配的に寄与する場合にも、転送ゲート電極の延長距離Ｌを延ばしていくと、トータルのＦＤ容量に臨界点ｂ、つまり最小値が存在することになる。これは、素子分離容量成分がゲート・ＦＤフリンジ容量成分よりも大きいときに効果的であり、特に、素子分離領域を、不純物拡散領域による拡散素子分離で形成するときの方が、絶縁分離の場合より効果が大きい。
【００３８】
本発明では、ゲート電極に凹み部を形成し、この凹み部にＦＤ構成部の不純物拡散領域の一部を入り込ませた構成とすることにより、トータルのＦＤ容量を減少させることができ、変換効率が向上する。一方、ゲート・ＦＤフリンジ容量を増加させることができるため、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領域ＦＤへの電荷転送時や電荷リセット時の電圧変調度が大きくなり、信号のダイナミックレンジが拡大する。
【００３９】
図４に、本発明の実施の形態に係る、ＦＤ構成部の不純物拡散領域とこれに隣接するゲート電極の形状の上面から見た構成例を示す。
図４Ａの構成は、不純物拡散領域２２が四角形の一辺を円弧状、例えば半円状に膨出した形状に形成され、ゲート電極２３が四角形の一辺に不純物拡散領域２２の膨出部を入り込ませる円弧状、例えば半円状の凹み部２４を有する形状に形成される。２３はコンタクト部を示す。
図４Ｂの構成は、不純物拡散領域２２が円形状に形成され、ゲート電極２３が四角形の一辺に円形状の不純物拡散領域２２の一部を入り込ませる円弧状、例えば半円状の凹み部２４を有する形状に形成される。
図４Ｃの構成は、不純物拡散領域２２が多角形、例えば正八角形に形成され、ゲート電極２３が四角形の一辺に正八角形の不純物拡散領域２２の一部を入り込ませる凹み部２４を有した形状に形成される。
図４Ｄの構成は、不純物拡散領域２２が四角形状に形成され、ゲート電極２３が四角形状の不純物拡散領域２２の一部を入り込ませる四角形状の凹み部２４を有する形状に形成される。
図４Ｅの構成は、不純物拡散領域２２が四角形状に形成され、ゲート電極２３が四角形状の不純物拡散領域２２の一部を入り込ませる三角形状の凹み部２４を有する形状に形成される。
ＦＤ容量はフローティングディフージョン領域ＦＤの面積及び外周長が要因となるため、デザインルールが許す範囲で、不純物拡散領域２２中に形成されたコンタクト部２６から不純物拡散領域２２端までの距離を最小にすることが望ましい。また、同様の理由で不純物拡散領域２２の形状は円形状に近い方が望ましい。しかしながら、現実の製造プロセスでは不純物拡散領域２２を円形に形成することは難しい。本明細書で言う「円形状」とは、円形状を形成する意図を持って、不純物拡散領域２２に形成されたコンタクト部２６から不純物拡散領域２２端の距離が複数個所或いは複数面において最短距離になるように形成した場合も含むものである。本明細書で言う「円弧状」についても同様である。
【００４０】
＜３．第1実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図７に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＭＯＳ固体撮像装置の第1実施の形態を示す。図７は、ＣＭＯＳ固体撮像装置における画素部分のレイアウトを示す。本実施の形態は、図５に示すＦＤ構成部の不純物拡散領域に対して１つのゲート電極が隣接する実施の形態（１）であり、単位画素での転送ゲート電極、リセットゲート電極のそれぞれに図５の構造を適用している。本実施の形態を、図６に示すＦＤ構成部の不純物拡散領域に対して１つのゲート電極が隣接する比較例（１）を適用した図８の第１比較例と対比して説明する。
【００４１】
図５の構成部２１は、上面から見て、ＦＤ構成部の不純物拡散領域２２を円形状に形成し、ゲート電極２３を四角形状の一辺に円形状の不純物拡散領域２２の一部、この例では半円部分が入り込むような円弧、すなわち半円状の凹み部２４を有して構成される。このゲート電極の凹み部２４は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部２６とゲート電極２３までが最短距離になるような形状を有している。ゲート電極２３の側面にはサイドウォール２５が形成される。２６はコンタクト部を示す。また、ゲート電極に接していない不純物拡散領域２２の外周とコンタクト部２６までが最短距離になるような形状を有する。
【００４２】
図６の構成部１２１は、上面から見て、ＦＤ構成部の不純物拡散領域１２２を四角形状に形成し、ゲート電極１２３を四角形状に形成して、このゲート電極１２３と不純物拡散領域１２２とが一辺で接するように構成される。ゲート電極１２３の側面にはサイドウォール１２５が形成される。１２６はコンタクト部を示す。
【００４３】
先に、図８を参照して、第１比較例に係る固体撮像装置について説明する。第１比較例の固体撮像装置１３１は、単位画素１３２が、フォトダイオードＰＤと、転送トランジスタＴｒ１と、フローティングディフージョン領域ＦＤと、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を有して構成される。フォトダイオードＰＤは、転送トランジスタＴｒ１の転送ゲート電極１３４を介して不純物拡散領域であるフローティングディフージョン領域ＦＤに接続される。転送ゲート電極１３４及びフローティングディフージョン領域ＦＤは、いずれも四角形状に形成される。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は、直列接続されて、フォトダイオードＰＤ及びフローティングディフージョン領域ＦＤから素子分離領域１３３を介して分離配置される。素子分離領域１３３は、例えば、ＳＴＩ素子分離領域、不純物拡散領域による拡散素子分離領域、不純物拡散領域上に絶縁層を形成した素子分離領域、ＬＯＣＳ素子分離領域などを用いることができる。
【００４４】
リセットトランジスタＴｒ２は、不純物拡散領域１３８及び１３９をソース領域及びドレイン領域とし、リセットゲート電極１３５を有して形成される。リセットゲート電極１３５及びソース領域となる不純物拡散領域１３８は、いずれも四角形状に形成される。増幅トランジスタＴｒ３は、不純物拡散領域１４０及び１３９をソース領域及びドレイン領域とし、増幅ゲート電極１３６を有して形成される。選択トランジスタＴｒ４は、不純物拡散領域１４１及び１４０をソース領域及びドレイン領域とし、選択ゲート電極１３７を有して形成される。
【００４５】
フローティングディフージョン領域ＦＤは、配線１４２によりリセットトランジスタＴｒ２のソース領域である不純物拡散領域１３８と、増幅トランジスタＴｒ３の増幅ゲート電極１３６に接続される。１４３はコンタクト部を示す。リセットトランジスタＴｒ２及び増幅トランジスタＴｒ３のドレイン領域となる不純物拡散領域１３９のコンタクト部１４３は、電源Ｖｄｄが供給される電源配線に接続される。選択トランジスタＴｒ４のソース領域となる不純物拡散領域１４１のコンタクト部１４３は、垂直信号線に接続される。
【００４６】
次に、図７を参照して、第１実施の形態に係る固体撮像装置を説明する。第１実施の形態の固体撮像装置３１は、単位画素３２が、フォトダイオードＰＤと、転送トランジスタＴｒ１と、フローティングディフージョン領域ＦＤと、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を有して構成される。フォトダイオードＰＤは、いわゆる光電変換部を構成する。この単位画素３２が規則的に２次元配列されて画素領域が構成される。フォトダイオードＰＤは、転送トランジスタＴｒ１の転送ゲート電極３４を介して不純物拡散領域であるフローティングディフージョン領域ＦＤに接続される。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は、直列接続されて、フォトダイオードＰＤ及びフローティングディフージョン領域ＦＤから素子分離領域３３を介して分離配置される。素子分離領域３３は、例えば、ＳＴＩ素子分離領域、不純物拡散領域による拡散素子分離領域、不純物拡散領域上に絶縁層を形成した素子分離領域、ＬＯＣＳ素子分離領域などを用いることができる。
【００４７】
リセットトランジスタＴｒ２は、不純物拡散領域３８及び３９をソース領域及びドレイン領域とし、リセットゲート電極３５を有して形成される。増幅トランジスタＴｒ３は、不純物拡散領域４０及び３９をソース領域及びドレイン領域とし、増幅ゲート電極３６を有して形成される。選択トランジスタＴｒ４は、不純物拡散領域４１及び４０をソース領域及びドレイン領域とし、選択ゲート電極３７を有して形成される。各転送ゲート電極３４、リセットゲート電極３５、増幅ゲート電極３６及び選択ゲート電極３７のいずれにも、図示しないが、側面にサイドウォールが形成される。
【００４８】
フローティングディフージョン領域ＦＤは、配線４２によりリセットトランジスタＴｒ２のソース領域である不純物拡散領域３８と、増幅トランジスタＴｒ３の増幅ゲート電極３６に接続される。４３はコンタクト部を示す。リセットトランジスタＴｒ２及び増幅トランジスタＴｒ３のドレイン領域となる不純物拡散領域３９のコンタクト部４３は、電源Ｖｄｄが供給される電源配線に接続される。選択トランジスタＴｒ４のソース領域となる不純物拡散領域４１のコンタクト部４３は、垂直信号線に接続される。
【００４９】
そして、本実施の形態においては、上面から見て、フローティングディフージョン領域ＦＤが円形状に形成され、転送ゲート電極３４が、四角形状の一辺に円形状のフローティングディフージョンＦＤの一部が入り込む凹み部４５を有して形成される。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３とゲート電極３４までが最短距離になるような形状を有している。図では、凹み部４５が半円状に形成され、この凹み部４５内に円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤの一部、すなわち半円部分が入り込むようにレイアウトされる。
【００５０】
同じように、リセットトランジスタＴｒ２のソース領域となる不純物拡散領域３８も円形状に形成され、リセットゲート電極３５も四角形状の一辺に円形状の不純物拡散領域３８の一部が入り込む凹み部４５を有して形成される。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３とゲート電極３５までが最短距離になるような形状を有している。図では、凹み部４５が半円状に形成され、この凹み部４５内に円形状のソース領域となる不純物拡散領域３８の一部、すなわち半円部分が入り込むようにレイアウトされる。また、ゲート電極に接していない不純物拡散領域の外周とコンタクト部までが最短距離になるような形状を有する。このように構成した単位画素３２が規則的に２次元配列されて画素領域が構成される。
【００５１】
なお、第１比較例及び第１実施の形態において、図示しないが、各ゲート電極の側面にはサイドウォールが形成される。以下の各比較例及び各実施の形態においても、図示しないが、同様に各ゲート電極の側面にサイドウォールが形成される。
【００５２】
第1実施の形態に係る固体撮像装置３１によれば、単位画素３２において、フローティングディフージョン領域ＦＤを円形状に形成し、このフローティングディフージョン領域ＦＤの一部を転送ゲート電極３４の凹み部４５に入り込むようにしている。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３とゲート電極３４までが最短距離になるような形状を有している。また、フローティングディフージョン領域ＦＤと接続するリセットトランジスタＴｒ２のソース領域となる不純物拡散領域３８を円形状に形成し、不純物拡散領域３８の一部をリセットゲート電極３５の凹み部４５に入り込むようにしている。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３とゲート電極３５までが最短距離になるような形状を有している。この構成により、第1比較例と比較して、ＦＤ構成部のフローティングディフージョン領域ＦＤ及び不純物拡散領域３８を含むＦＤ面積が小さくなる。また、第1比較例と比較して、フローティングディフージョン領域ＦＤと転送ゲート電極間容量、及び不純物拡散領域３８とリセットゲート電極３５間容量を含むゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加するも、素子分離用量成分が低減する。この結果、図３で説明したように、第1実施の形態では、第１比較例と比較して、フローティングディフージョン構成部におけるトータルのＦＤ容量が低減し、光電変換効率を向上することができる。
上述のように、本実施の形態では、コンタクト部とゲート電極までがどこから見ても（複数点で）最短距離になっており、ある一点でのみ最短距離になっている従来技術と異なる。
【００５３】
一方、第1実施の形態では、ゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加するので、第1比較例と比較して電荷転送時やリセット時の電圧変調度が大きくなり、信号のダイナミックレンジを拡大することができる。
第1実施の形態の固体撮像装置３１は、画素の微細化が進むＣＭＯＳ固体撮像装置に適用して好適である。
【００５４】
＜４．第２実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１１に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＭＯＳ固体撮像装置の第２実施の形態を示す。図１１は、ＣＭＯＳ固体撮像装置における画素部分のレイアウトを示す。本実施の形態は、図９に示すＦＤ構成部の不純物拡散領域に対して２つのゲート電極が隣接する実施の形態（２）例であり、単位画素での転送ゲート電極、リセットゲート電極のそれぞれに図９の構造を適用している。本実施の形態を、図１０に示すＦＤ構成部の不純物拡散領域に対して２つのゲート電極が隣接する比較例（２）を適用した図１２の第２比較例と対比して説明する。
【００５５】
図９の構成部４７は、上面から見て、ＦＤ構成部の不純物拡散領域２２を円形状に形成し、この円形状の不純物拡散領域２２を挟んで２つのゲート電極２３が隣接するように配置される。各ゲート電極２３は、四角形状の一辺に円形状の不純物拡散領域２の一部が入り込むような円弧状の凹み部２４を有して構成される。このゲート電極の凹み部２４は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部２６とゲート電極２３までが最短距離になるような形状を有している。ゲート電極２３の側面にはサイドウォール２５が形成される。２６はコンタクト部を示す。
【００５６】
図１０の構成部１４７は、上面から見て、ＦＤ構成部の不純物拡散領域１２２を四角形状に形成し、この四角形状の不純物拡散領域１２２を挟んで２つのゲート電極１２３が配置される。各ゲート電極１２３と不純物拡散領域２２とは互いに一辺で接するように配置される。ゲート電極１２３の側面にはサイドウォール１２５が形成される。１２６はコンタクト部を示す。
【００５７】
先に、図１２を参照して、第２比較例に係る固体撮像装置について説明する。第２比較例の固体撮像装置１５１は、単位画素１５２が、フォトダイオードＰＤと、転送トランジスタＴｒ１と、フローティングディフージョン領域ＦＤと、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を有して構成される。フォトダイオードＰＤは、転送トランジスタＴｒ１の転送ゲート電極１３４を介して不純物拡散領域であるフローティングディフージョン領域ＦＤに接続される。フォトダイオードＰＤに連続するように、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は直列回路として一体に形成される。
【００５８】
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領域ＦＤ及び不純物拡散領域１３９をソース領域及びドレイン領域し、リセットゲート電極１３５を有して形成される。増幅トランジスタＴｒ３は、不純物拡散領域１４０及び１３９をソース領域及びドレイン領域とし、増幅ゲート電極１３６を有して形成される。選択トランジスタＴｒ４は、不純物拡散領域１４１及び１４０をソース領域及びドレイン領域とし、選択ゲート電極１３７を有して形成される。フローティングディフージョン領域ＦＤは、配線１４２によりリ増幅トランジスタＴｒ３の増幅ゲート電極１３６に接続される。転送ゲート電極１３４、リセットゲート電極１３５及びフローティングディフージョン領域ＦＤは、いずれも四角形状に形成され、相互に一辺同士を隣接するように配置される。その他の構成は、図８で説明したと同様であるので、図１２において、図８と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。
【００５９】
次に、図１１を参照して、第２実施の形態に係る固体撮像装置を説明する。第２実施の形態の固体撮像装置５１は、単位画素５２が、フォトダイオードＰＤと、転送トランジスタＴｒ１と、フローティングディフージョン領域ＦＤと、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を有して構成される。この単位画素５２が規則的に２次元配列されて画素領域が構成される。フォトダイオードＰＤは、転送トランジスタＴｒ１の転送ゲート電極３４を介して不純物拡散領域であるフローティングディフージョン領域ＦＤに接続される。フォトダイオードＰＤに連続するように、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は直列回路として一体に形成される。
【００６０】
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領域ＦＤ及び不純物拡散領域３９をソース領域及びドレイン領域し、リセットゲート電極３５を有して形成される。増幅トランジスタＴｒ３は、不純物拡散領域４０及び３９をソース領域及びドレイン領域とし、増幅ゲート電極３６を有して形成される。選択トランジスタＴｒ４は、不純物拡散領域４１及び４０をソース領域及びドレイン領域とし、選択ゲート電極３７を有して形成される。フローティングディフージョン領域ＦＤは、配線４２によりリ増幅トランジスタＴｒ３の増幅ゲート電極３６に接続される。
【００６１】
そして、本実施の形態においては、上面から見て、フローティングディフージョン領域ＦＤが円形状に形成され、この円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤを挟んで転送ゲート電極３４とリセットゲート電極３５が配置される。このとき、転送ゲート電極３４及びリセットゲート電極３５は、四角形状の一辺に円形状のフローティングディフージョンＦＤの一部が入り込む凹み部４５を有して形成される。図では、両ゲート電極３４及び３５の凹み部４５が円弧状に形成され、それぞれの凹み部４５内に円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤの一部が入り込むようにレイアウトされる。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３とゲート電極３４までが最短距離になるようになるような形状を有している。このように構成された単位画素５２が規則的に２次元配列されて画素領域が構成される。その他の構成は、図７で説明したと同様であるので、図１１において、図７と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。
【００６２】
第２実施の形態に係る固体撮像装置５１によれば、単位画素５２において、円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤの一部を、両側に配置された転送ゲート電極３４及びリセットゲート電極３５の凹み部４５に入り込むようにしている。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３とゲート電極３５までが最短距離になるようになるような形状を有している。この構成により、第２比較例と比較して、ＦＤ構成部のＦＤ面積、すなわちリセットトランジスタＴＲ２のソース領域を兼ねるフローティングディフージョン領域ＦＤの面積が小さくなる。また、第２比較例と比較して、素子分離容量成分が低減し、フローティングディフージョン領域ＦＤと転送ゲート電極３４及びリセットゲート電極３５間容量を含むゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加する。この結果、図３で説明したように、第２実施の形態では、第２比較例と比較して、フローティングディフージョン構成部におけるトータルのＦＤ容量が低減し、光電変換効率を向上することができる。
【００６３】
一方、第２実施の形態では、ゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加するので、第２比較例と比較して電荷転送時やリセット時の電圧変調度が大きくなり、信号のダイナミックレンジを拡大することができる。
第２実施の形態の固体撮像装置５１は、画素の微細化が進むＣＭＯＳ固体撮像装置に適用して好適である。
【００６４】
＜５．第３実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１３に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＭＯＳ固体撮像装置の第３実施の形態を示す。図１３は、ＣＭＯＳ固体撮像装置における画素部分のレイアウトを示す。本実施の形態は、図９に示すＦＤ構成部の不純物拡散領域に対して２つのゲート電極を隣接した実施の形態（２）であり、縦２画素共有方式での２つの転送ゲート電極に図９の構造を適用している。本実施の形態を、図１０の比較例（２）を適用した図１４に示す第３比較例と対比して説明する。
【００６５】
先に、図１４を参照して、第３比較例に係る固体撮像装置について説明する。第３比較例の固体撮像装置１５４は、垂直（縦）方向に隣合う２つのフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２で１つのフローティングディフージョン領域ＦＤを共有させている。フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２とフローティングディフージョン領域ＦＤ間にそれぞれ転送ゲート電極１３４Ａ、１３４Ｂが形成され、２つの転送トランジスタＴｒ１１及びＴｒ１２が形成される。それぞれの転送ゲート電極１３４Ａ、１３４Ｂは、後述する列方向に隣合う縦２画素共有とした共有画素１５５の転送ゲート電極１３４Ａ、１３４Ｂと共通に形成される。
【００６６】
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は直列回路として一体に形成され、フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２に対して、素子分離領域１３３を介して分離配置される。リセットトランジスタＴｒ２は、不純物拡散領域１３８及び１３９をソース領域及びドレイン領域とし、リセットゲート電極１３５を有して形成される。リセットゲート電極１３５及びソース領域となる不純物拡散領域１３８は、いずれも四角形状に形成される。増幅トランジスタＴｒ３は、不純物拡散領域１４０及び１３９をソース領域及びドレイン領域とし、増幅ゲート電極１３６を有して形成される。選択トランジスタＴｒ４は、不純物拡散領域１４１及び１４０をソース領域及びドレイン領域とし、選択ゲート電極１３７を有して形成される。転送ゲート電極１３４Ａ及び１３４Ｂとフローティングディフージョン領域ＦＤは、四角形状に形成され、それぞれ一辺で接するように配置される。
【００６７】
この構成により、縦２画素共有とした共有画素１５５が構成され、この共有画素１５５が２次元配列される。隣合う列の共有画素１５５では、左右対称となるように、縦２つのフォトダイオード同士を向かい合わせ、上記画素トランジスタの直列回路を外側に配置したレイアウトとされる。その他の構成は、図８で説明したと同様であるので、図１４において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。
【００６８】
次に、図１３を参照して、第３実施の形態に係る固体撮像装置を説明する。第３実施の形態の固体撮像装置５４は、垂直（縦）方向に隣合う２つのフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２で１つのフローティングディフージョン領域ＦＤを共有させている。フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２とフローティングディフージョン領域ＦＤ間にそれぞれ転送ゲート電極３４Ａ、３４Ｂが形成され、２つの転送トランジスタＴｒ１１及びＴｒ１２が形成される。それぞれの転送ゲート電極３４Ａ、３４Ｂは、後述する列方向に隣合う縦２画素共有とした共有画素５５の転送ゲート電極３４Ａ、３４Ｂと共通に形成される。
【００６９】
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は直列回路として一体に形成され、フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２に対して、素子分離領域３３を介して分離配置される。リセットトランジスタＴｒ２は、不純物拡散領域３８３９及びをソース領域及びドレイン領域とし、リセットゲート電極３５を有して形成される。増幅トランジスタＴｒ３は、不純物拡散領域４０及び３９をソース領域及びドレイン領域とし、増幅ゲート電極３６を有して形成される。選択トランジスタＴｒ４は、不純物拡散領域４１及び４０をソース領域及びドレイン領域とし、選択ゲート電極３７を有して形成される。
【００７０】
そして、本実施の形態においては、上面から見て、フローティングディフージョン領域ＦＤが円形状に形成され、この円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤを挟んで２つの転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂが配置される。このとき、２つの転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂは、四角形状の一辺に円形状のフローティングディフージョンＦＤの一部が入り込む凹み部４５を有して形成される。図では、２つのゲート電極３４Ａ及び３４Ｂの凹み部４５が円弧状に形成され、それぞれの凹み部４５内に円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤの一部が入り込むようにレイアウトされる。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３とゲート電極３４Ａ及びＢまでが最短距離になるようになるような形状を有している。フローティングディフージョン領域ＦＤからリセットトランジスタＴｒ２のソース領域となる不純物拡散領域３８、増幅トランジスタＴｒ３の増幅ゲート電極３６に接続される配線４２は、縦方向に隣合う２つのフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２の間に対応する位置を通って配線される。
【００７１】
この構成により、縦２画素共有とした共有画素５５が構成され、この共有画素５５が規則的に２次元配列されて画素領域が構成される。隣合う列の共有画素５５では、左右対称となるように、縦２つのフォトダイオードＰＤ同士を向かい合わせ、上記画素トランジスタの直列回路を外側に配置したレイアウトとれる。その他の構成は、図７で説明したと同様であるので、図１３において、図７と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。
【００７２】
第３実施の形態に係る固体撮像装置５４によれば、縦２画素共有の共有画素５５において、円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤの一部を、縦方向に配置した転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂの凹み部４５に入り込むようにしている。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３とゲート電極３４Ａ及び３４Ｂまでが最短距離になるようになるような形状を有している。この構成により、第３比較例と比較して、ＦＤ構成部のＦＤ面積、すなわちリセットトランジスタＴＲ２のソース領域を兼ねるフローティングディフージョン領域ＦＤの面積が小さくなる。また、第３比較例と比較して、素子分離容量成分が低減し、フローティングディフージョン領域ＦＤと転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂ間容量を含むゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加する。この結果、図３で説明したように、第３実施の形態では、第３比較例と比較して、フローティングディフージョン構成部におけるトータルのＦＤ容量が低減し、光電変換効率を向上することができる。
【００７３】
一方、第３実施の形態では、ゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加するので、第３比較例と比較して電荷転送時やリセット時の電圧変調度が大きくなり、信号のダイナミックレンジを拡大することができる。
第３実施の形態の固体撮像装置５４は、画素の微細化が進むＣＭＯＳ固体撮像装置に適用して好適である。
【００７４】
＜６．第４実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１５に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＭＯＳ固体撮像装置の第４実施の形態を示す。図１５は、ＣＭＯＳ固体撮像装置における画素部分のレイアウトを示す。本実施の形態は、図９に示すＦＤ構成部の不純物拡散領域に対して２つのゲート電極を隣接した実施の形態（２）であり、斜め２画素共有方式での２つの転送ゲート電極に図９の構造を適用している。本実施の形態を、図１０の比較例（２）を適用した図１６に示す第４比較例と対比して説明する。
【００７５】
先に、図１６を参照して、第４比較例に係る固体撮像装置について説明する。第４比較例の固体撮像装置１５７は、斜め隣合う２つのフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２で１つのフローティングディフージョン領域ＦＤを共有させている。フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２とフローティングディフージョン領域ＦＤ間にそれぞれ転送ゲート電極１３４Ａ及び１３４Ｂが形成され、２つの転送トランジスタＴｒ１１及びＴｒ１２が形成される。ここで、後述する縦方向に隣合う斜め２画素共有とした共有画素１５８において、上側の共有画素１５８の転送ゲート電極１３４Ｂと下側の共有画素１５８の転送ゲート電極１３４Ａとが共通ゲート電極にて形成される。
【００７６】
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は直列回路として一体に形成され、フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２に対して、素子分離領域１３３を介して分離配置される。リセットトランジスタＴｒ２は、不純物拡散領域１３８及び１３９をソース領域及びドレイン領域とし、リセットゲート電極１３５を有して形成される。リセットゲート電極１３５及びソース領域となる不純物拡散領域１３８は、いずれも四角形状に形成される。増幅トランジスタＴｒ３は、不純物拡散領域１４０及び１３９をソース領域及びドレイン領域とし、増幅ゲート電極１３６を有して形成される。選択トランジスタＴｒ４は、不純物拡散領域１４１及び１４０をソース領域及びドレイン領域とし、選択ゲート電極１３７を有して形成される。転送ゲート電極１３４Ａ及び１３４Ｂとフローティングディフージョン領域ＦＤは、四角形状に形成され、それぞれ一辺で接するように配置される。
【００７７】
この構成により、斜め２画素共有とした共有画素１５８が構成され、この共有画素１５８が２次元配列される。縦方向に隣合う斜め２画素共有の共有画素１５８では、互いに対称性を有するようにレイアウトされる。その他の構成は、図８で説明したと同様であるので、図１６において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。
【００７８】
次に、図１５を参照して、第４実施の形態に係る固体撮像装置を説明する。第４実施の形態の固体撮像装置５７は、斜め隣合う２つのフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２で１つのフローティングディフージョン領域ＦＤを共有させている。フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２とフローティングディフージョン領域ＦＤ間にそれぞれ転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂが形成され、２つの転送トランジスタＴｒ１１及びＴｒ１２が形成される。ここで、後述する縦方向に隣合う斜め２画素共有とした共有画素５８において、上側の共有画素５８の転送ゲート電極３４Ｂと下側の共有画素５８の転送ゲート電極３４Ａとが共通ゲート電極にて形成される。
【００７９】
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は直列回路として一体に形成され、フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２に対して、素子分離領域３３を介して分離配置される。リセットトランジスタＴｒ２は、不純物拡散領域３８３９及びをソース領域及びドレイン領域とし、リセットゲート電極３５を有して形成される。増幅トランジスタＴｒ３は、不純物拡散領域４０及び３９をソース領域及びドレイン領域とし、増幅ゲート電極３６を有して形成される。選択トランジスタＴｒ４は、不純物拡散領域４１及び４０をソース領域及びドレイン領域とし、選択ゲート電極３７を有して形成される。
【００８０】
そして、本実施の形態においては、上面から見て、フローティングディフージョン領域ＦＤが円形状に形成され、この円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤを挟んで２つの転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂが配置される。このとき、２つの転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂは、四角形状の一辺に円形状のフローティングディフージョンＦＤの一部が入り込む凹み部４５を有して形成される。図では、２つのゲート電極３４Ａ及び３４Ｂ５の凹み部４５が円弧状に形成され、それぞれの凹み部４５内に円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤの一部が入り込むようにレイアウトされる。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３とゲート電極３４Ａ及び３４Ｂまでが最短距離になるようになるような形状を有している。
【００８１】
この構成により、斜め２画素共有とした共有画素５８が構成され、この共有画素５８が規則的に２次元配列されて画素領域が構成される。縦方向に隣合う斜め２画素共有の共有画素５８では、互いに対称性を有するようにレイアウトされる。その他の構成は、図７で説明したと同様であるので、図１５において、図７と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。
【００８２】
第４実施の形態に係る固体撮像装置５７によれば、斜め２画素共有の共有画素５８において、円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤの一部を、転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂの凹み部４５に入り込むようにしている。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３とゲート電極３４Ａ及び３４Ｂまでが最短距離になるようになるような形状を有している。この構成により、第４比較例と比較して、ＦＤ構成部のＦＤ面積、すなわちリセットトランジスタＴＲ２のソース領域を兼ねるフローティングディフージョン領域ＦＤの面積が小さくなる。第４比較例と比較して、素子分離容量成分が低減し、フローティングディフージョン領域ＦＤと転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂ間容量を含むゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加する。この結果、図３で説明したように、第４実施の形態では、第４比較例と比較して、フローティングディフージョン構成部におけるトータルのＦＤ容量が低減し、光電変換効率を向上することができる。
【００８３】
一方、第４実施の形態では、ゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加するので、第４比較例と比較して電荷転送時やリセット時の電圧変調度が大きくなり、信号のダイナミックレンジを拡大することができる。
第４実施の形態の固体撮像装置５７は、画素の微細化が進むＣＭＯＳ固体撮像装置に適用して好適である。
【００８４】
＜７．第５実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１９に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＭＯＳ固体撮像装置の第５実施の形態を示す。図１９は、ＣＭＯＳ固体撮像装置における画素部分のレイアウトを示す。本実施の形態は、図１７に示すＦＤ構成部の曲げられた不純物拡散領域に対して２つのゲート電極を隣接した実施の形態（３）であり、単位画素での転送ゲート電極とリセットゲート電極に図１７の構造を適用している。本実施の形態を、図１８の比較例（３）を適用した図２０に示す第５比較例と対比して説明する。
【００８５】
図１７の構成部６１は、上面から見て、ＦＤ構成部の不純物拡散領域２２が円形に形成され、この不純物拡散領域２２を挟んで２つのゲート電極２３が所要角度に曲げて配置される。各ゲート電極２３は、四角形状の一辺に不純物拡散領域２の円弧部分が入り込むような円弧状の凹み部２４を有して形成される。このゲート電極の凹み部２４は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部２６とゲート電極２３までが最短距離になるようになるような形状を有している。また、ゲート電極に接していない不純物拡散領域の外周とコンタクト部までが最短距離になるような形状を有する。ゲート電極２３の側面にはサイドウォール２５が形成される。２６はコンタクト部を示す。
【００８６】
図１８の構成部１６１は、上面から見て、ＦＤ構成部の不純物拡散領域１２２が曲げられ、２つのゲート電極１２３と隣接する両端辺を直線状にして形成され、この不純物拡散領域１２２を挟んで２つのゲート電極１２３が配置される。ゲート電極１２３の側面にはサイドウォール１２５が形成される。１２６はコンタクト部を示す。
【００８７】
先に、図２０を参照して、第５比較例に係る固体撮像装置について説明する。第５比較例の固体撮像装置１６３は、単位画素１６４が、フォトダイオードＰＤと、転送トランジスタＴｒ１と、フローティングディフージョン領域ＦＤと、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を有して構成される。転送トランジスタＴｒ１及びリセットトランジスタＴｒ２は直列回路としてフォトダイオードＰＤと一体に形成される。すなわち、フローティングディフージョン領域ＦＤは、曲げ形状に形成され、転送ゲート電極１３４及びリセットゲート電極１３５を介してフォトダイオードＰＤ及びリセットトランジスタＴｒ２のソース領域となる不純物拡散領域１４３に接続される。フローティングディフージョン領域ＦＤと転送ゲート電極１３４及びリセットゲート電極１３５とは、直線で接している。
【００８８】
増幅トランジスタＴｒ３及び選択トランジスタＴｒ４は直列回路として一体に形成され、素子分離領域１３３を介して分離配置される。増幅トランジスタＴｒ３は、不純物拡散領域１４０及び１３９をソース領域及びドレイン領域とし、増幅ゲート電極１３６を有して形成される。選択トランジスタＴｒ４は、不純物拡散領域１４１及び１４０をソース領域及びドレイン領域とし、選択ゲート電極１３７を有して形成される。転送ゲート電極１３４及びリセットゲート電極１３５は、四角形状に形成され、それぞれ直線状の一辺でローティングディフージョン領域ＦＤに接するように形成される。その他の構成は、図８で説明したと同様であるので、図２０において、図８と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。
【００８９】
次に、図１９を参照して、第５実施の形態に係る固体撮像装置を説明する。第５実施の形態の固体撮像装置６３は、単位画素６４が、フォトダイオードＰＤと、転送トランジスタＴｒ１と、フローティングディフージョン領域ＦＤと、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を有して構成される。転送トランジスタＴｒ１及びリセットトランジスタＴｒ２は直列回路としてフォトダイオードＰＤと一体に形成される。すなわち、フローティングディフージョン領域ＦＤは、曲げ形状に形成され、転送ゲート電極３４及びリセットゲート電極３５を介してフォトダイオードＰＤ及びリセットトランジスタＴｒ２のソース領域となる不純物拡散領域４３に接続される。
【００９０】
増幅トランジスタＴｒ３及び選択トランジスタＴｒ４は、直列回路として一体に形成され、素子分離領域３３を介して分離配置される。増幅トランジスタＴｒ３は、不純物拡散領域４０及び３９をソース領域及びドレイン領域とし、増幅ゲート電極３６を有して形成される。選択トランジスタＴｒ４は、不純物拡散領域４１及び４０をソース領域及びドレイン領域とし、選択ゲート電極３７を有して形成される。
【００９１】
そして、本実施の形態においては、上面から見て、円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤが形成される。この円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤを挟んで鈍角に開く転送ゲート電極３４及びリセットゲート電極３５が配置される。転送ゲート電極３４及びリセットゲート電極３５は、フローティングディフージョン領域ＦＤの円弧状部が入り込む円弧状の凹み部４５を有して形成される。図では、２つの転送ゲート電極３４及びリセットゲート電極３５の凹み部４５内にフローティングディフージョン領域ＦＤの円弧状部が入り込むようにレイアウトされる。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３とゲート電極３４及び３５までが最短距離になるようになるような形状を有している。また、ゲート電極に接していない不純物拡散領域の外周とコンタクト部までが最短距離になるような形状を有する。このように構成された単位画素６４が規則的に２次元配列されて画素領域が構成される。その他の構成は、図７で説明したと同様であるので、図１９において、図７と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。
【００９２】
第５実施の形態に係る固体撮像装置６３によれば、単位画素６４において、円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤの円弧部を、両側に配置された転送ゲート電極３４及びリセットゲート電極３５の凹み部４５に入り込むようにしている。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３とゲート電極３４及び３５までが最短距離になるようになるような形状を有している。また、ゲート電極に接していない不純物拡散領域の外周とコンタクト部までが最短距離になるような形状を有する。この構成により、第５比較例と比較して、ＦＤ構成部のＦＤ面積、すなわちリセットトランジスタＴＲ２のソース領域を兼ねるフローティングディフージョン領域ＦＤの面積が小さくなる。第５比較例と比較して、素子分離容量成分が低減し、フローティングディフージョン領域ＦＤと転送ゲート電極３４及びリセットゲート電極３５間容量を含むゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加する。この結果、図３で説明したように、第５実施の形態では、第５比較例と比較して、フローティングディフージョン構成部におけるトータルのＦＤ容量が低減し、光電変換効率を向上することができる。
【００９３】
一方、第５実施の形態では、ゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加するので、第５比較例と比較して電荷転送時やリセット時の電圧変調度が大きくなり、信号のダイナミックレンジを拡大することができる。
第５実施の形態の固体撮像装置５１は、画素の微細化が進むＣＭＯＳ固体撮像装置に適用して好適である。
【００９４】
＜８．第６実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図２１に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＭＯＳ固体撮像装置の第６実施の形態を示す。図２１は、ＣＭＯＳ固体撮像装置における画素部分のレイアウトを示す。本実施の形態は、図１７に示すＦＤ構成部の曲げられた不純物拡散領域に対して２つのゲート電極を隣接した実施の形態（３）であり、２画素共有方式での２つの転送ゲート電極に図１７の構造を適用している。本実施の形態を、図１８の比較例（３）を適用した図２２に示す第６比較例と対比して説明する。
【００９５】
先に、図２２を参照して、第６比較例について説明する。第６比較例の固体撮像装置１６６は、ほぼ縦方向に隣合う２つのフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２で１つの曲げ形状のフローティングディフージョン領域ＦＤを共有させている。両フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２は、フローティングディフージョン領域ＦＤの曲げ形状に伴って、フローティングディフージョン領域ＦＤを中心に開きぎみにレイアウトされる。フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２とフローティングディフージョン領域ＦＤ間にそれぞれ転送ゲート電極３４Ａ、３４Ｂが形成され、２つの転送トランジスタＴｒ１及びＴｒ２が形成される。
【００９６】
２つのフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２と２つの転送トランジスタＴｒ１１及びＴｒ１２に対して、リセットトランジスタＴｒ２及び増幅トランジスタＴｒ３の直列回路と、単独の選択トランジスタＴｒ４とが素子分離領域１３３を介して分離配置される。リセットトランジスタＴｒ２は、不純物拡散領域１４６及び１４７をソース領域及びドレイン領域とし、リセットゲート電極１３５を有して形成される。増幅トランジスタＴｒ３は、不純物拡散領域１４８及び１４７をソース領域及びドレイン領域とし、増幅ゲート電極１３６を有して形成される。選択トランジスタＴｒ４は、不純物拡散領域１４１及び１４０をソース領域及びドレイン領域とし、選択ゲート電極１３７を有して形成される。フローティングディフージョン領域ＦＤと、リセットトランジスタＴｒ２のソース領域となる不純物拡散領域１４６と、増幅ゲート電極１３６とが配線１４２により接続される。この構成により、２画素共有とした共有画素１６７が構成され、この共有画素１６７が２次元配列される。その他の構成は、図８で説明したと同様であるので、図２２において、図８と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。
【００９７】
次に、図２１を参照して、第６実施の形態に係る固体撮像装置を説明する。第６実施の形態の固体撮像装置６６は、ほぼ縦方向に隣合う２つのフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２で１つの円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤを共有させている。両フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２は、フローティングディフージョン領域ＦＤを中心に鈍角に開いてレイアウトされる。フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２とフローティングディフージョン領域ＦＤ間にそれぞれ転送ゲート電極３４Ａ、３４Ｂが形成され、２つの転送トランジスタＴｒ１及びＴｒ２が形成される。
【００９８】
２つのフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２と２つの転送トランジスタＴｒ１１及びＴｒ１２に対して、リセットトランジスタＴｒ２及び増幅トランジスタＴｒ３の直列回路と、単独の選択トランジスタＴｒ４とが素子分離領域３３を介して分離配置される。リセットトランジスタＴｒ２は、不純物拡散領域４６及び４７をソース領域及びドレイン領域とし、リセットゲート電極３５を有して形成される。増幅トランジスタＴｒ３は、不純物拡散領域４８及び４７をソース領域及びドレイン領域とし、増幅ゲート電極３６を有して形成される。選択トランジスタＴｒ４は、不純物拡散領域４１及び４０をソース領域及びドレイン領域とし、選択ゲート電極３７を有して形成される。フローティングディフージョン領域ＦＤと、リセットトランジスタＴｒ２のソース領域となる不純物拡散領域４６と、増幅ゲート電極１３６とが配線４２により接続される。
【００９９】
そして、本実施の形態においては、上面から見て、円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤが形成され、このフローティングディフージョン領域ＦＤを挟んで転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂが鈍角に開いて配置される。転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂは、フローティングディフージョン領域ＦＤの円弧状部が入り込む円弧状の凹み部４５を有して形成される。図では、２つの転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂの凹み部４５内にフローティングディフージョン領域ＦＤの円弧状部が入り込むようにレイアウトされる。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３とゲート電極３４Ａ及び３４Ｂまでが最短距離になるようになるような形状を有している。
【０１００】
この構成により、２画素共有とした共有画素６７が構成され、この共有画素６７が規則的に２次元配列されて画素領域が構成される。その他の構成は、図７で説明したと同様であるので、図２１において、図７と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。
【０１０１】
第６実施の形態に係る固体撮像装置６６によれば、２画素共有とした共有画素６７において、円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤの一部円弧部を、両側に配置された２つの転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂの凹み部４５に入り込むようにしている。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３とゲート電極３４Ａ及び３４Ｂまでが最短距離になるようになるような形状を有している。この構成により、第６比較例と比較して、ＦＤ構成部のＦＤ面積、すなわちリセットトランジスタＴＲ２のソース領域を兼ねるフローティングディフージョン領域ＦＤの面積が小さくなる。第６比較例と比較して、素子分離容量成分が低減し、フローティングディフージョン領域ＦＤと２つの転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂ間容量を含むゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加する。この結果、図３で説明したように、第６実施の形態では、第６比較例と比較して、フローティングディフージョン構成部におけるトータルのＦＤ容量が低減し、光電変換効率を向上することができる。
【０１０２】
本実施の形態では、フローティングディフージョン領域ＦＤに対してフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２が鈍角で開くように配置される。これにより、フローティングディフージョンＦＤが曲げられていない第２〜第４実施の形態に比べて、さらにＦＤ面積成分、素子分離容量成分を低減することができる。
【０１０３】
一方、第６実施の形態では、ゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加するので、第６比較例と比較して電荷転送時やリセット時の電圧変調度が大きくなり、信号のダイナミックレンジを拡大することができる。
第６実施の形態の固体撮像装置６６は、画素の微細化が進むＣＭＯＳ固体撮像装置に適用して好適である。
【０１０４】
＜９．第７実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図２５に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＭＯＳ固体撮像装置の第７実施の形態を示す。図２５は、ＣＭＯＳ固体撮像装置における画素部分のレイアウトを示す。本実施の形態は、図２３に示すＦＤ構成部の不純物拡散領域に対して３つのゲート電極が隣接する実施の形態（４）であり、縦２画素共有方式での転送ゲート電極、リセットゲート電極のそれぞれに図２３の構造を適用している。本実施の形態を、図２４に示すＦＤ構成部の不純物拡散領域に対して３つのゲート電極が隣接する比較例（４）を適用した図２６の第２比較例と対比して説明する。
【０１０５】
図２３の構成部６９は、上面から見て、ＦＤ構成部の不純物拡散領域２２を円弧の一部から方形を延長した形状に形成し、この不純物拡散領域２２の円弧部を挟んで２つのゲート電極２３が隣接し、方形部に１つのゲート電極２３が隣接するように配置される。２つゲート電極２３は、四角形状の一辺に不純物拡散領域２２の円弧部が入り込むような円弧状の凹み部２４を有して構成される。このゲート電極の凹み部２４は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部２６と２つのゲート電極２３までが最短距離になるようになるような形状を有している。不純物拡散領域２２の方形部に隣接するゲート電極２３は、凹み部２４を有しない四角形状に構成される。その他のサイドウォール２５、コンタクト部２６の構成は、前述の図９、図１７と同様である。
【０１０６】
図２４の構成部１６９は、上面から見て、ＦＤ構成部の不純物拡散領域１２２をＴ字型に形成し、この不純物拡散領域１２２の対向する２端に２つのゲート電極１２３が隣接し、他の１端に１つのゲート電極１２３が隣接するように配置される。各ゲート電極１２３と不純物拡散領域２２とは互いに一辺で接するように配置される。その他のサイドウォール１２５、コンタクト部１２６の構成は、前述の図１０、図１８と同様である。
【０１０７】
先に、図２６を参照して、第７比較例に係る固体撮像装置について説明する。第７比較例の固体撮像装置１７１は、垂直（縦）方向に隣合う２つのフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２で１つのフローティングディフージョン領域ＦＤを共有させている。フローティングディフージョン領域ＦＤは、Ｔ字型に形成され、フローティングディフージョン領域ＦＤの対向する２端に２つの転送ゲート電極１３４Ａ及び１３４Ｂが隣接し、他の１端にリセットゲート電極１３５が隣接するように配置される。２つの転送トランジスタＴｒ１１及びＴｒ１２とリセットトランジスタＴｒ２は直列回路として２つのフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２と一体に形成される。２つの転送ゲート電極１３４Ａ、１３４Ｂ及びリセットゲート電極１３５は、それぞれ直線状の一辺でフローティングディフージョン領域ＦＤと隣接している。増幅トランジスタＴｒ３及び選択トランジスタＴｒ４は直列回路として一体に形成され、フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２を有する領域から素子分離領域１３３を介して分離配置される。この構成により、縦２画素共有とした共有画素１７２が構成され、この共有画素１７２が２次元配列される。その他の構成は、図２０で説明したと同様であるので、図２６において、図２０と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。
【０１０８】
次に、図２５を参照して、第７実施の形態に係る固体撮像装置を説明する。第７実施の形態の固体撮像装置７１は、垂直（縦）方向に隣合う２つのフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２で１つのフローティングディフージョン領域ＦＤを共有させている。２つの転送トランジスタＴｒ１１及びＴｒ１２とリセットトランジスタＴｒ２は直列回路として２つのフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２と一体に形成される。増幅トランジスタＴｒ３及び選択トランジスタＴｒ４は直列回路として一体に形成され、フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２を有する領域から素子分離領域３３を介して分離配置される。
【０１０９】
そして、本実施の形態においては、リセットトランジスタＴｒ２のソース領域を兼ねるフローティングディフージョン領域ＦＤが、円弧部の一部から方形を延長した形状に形成される。このフローティングディフージョン領域ＦＤの円弧部を挟んで２つの転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂが隣接し、その方形部に１つのリセットゲート電極３５が隣接するように配置される。２つ転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂは、それぞれフローティングディフージョン領域ＦＤの円弧部が入り込むような円弧状の凹み部２４を有して構成される。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３と２つのゲート電極３４Ａ及び３４Ｂまでが最短距離になるようになるような形状を有している。フローティングディフージョン領域ＦＤの方形部に隣接するゲート電極２３は、凹み部２４を有しない四角形状に構成される。
【０１１０】
この構成により、縦２画素共有とした共有画素７２が構成され、この共有画素７２が規則的に２次元配列される。その他の構成は、図１９で説明したと同様であるので、図２５において、図１９と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。
【０１１１】
第７実施の形態に係る固体撮像装置７１によれば、縦２画素共有とした共有画素７２において、フローティングディフージョン領域ＦＤの円弧部を、２つの転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂの凹み部４５に入り込むようにしている。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３とゲート電極３４Ａ及び３４Ｂまでが最短距離になるようになるような形状を有している。この構成により、第７比較例と比較して、ＦＤ構成部のＦＤ面積、すなわちリセットトランジスタＴＲ２のソース領域を兼ねるフローティングディフージョン領域ＦＤの面積が小さくなる。第７比較例と比較して、素子分離容量成分が低減し、フローティングディフージョン領域ＦＤと転送ゲート電極３４Ａ、３４Ｂ及びリセットゲート電極３５間容量を含むゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加する。この結果、図３で説明したように、第７実施の形態では、第７比較例と比較して、フローティングディフージョン構成部におけるトータルのＦＤ容量が低減し、光電変換効率を向上することができる。
【０１１２】
一方、第７実施の形態では、ゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加するので、第７比較例と比較して電荷転送時やリセット時の電圧変調度が大きくなり、信号のダイナミックレンジを拡大することができる。
第７実施の形態の固体撮像装置７１は、画素の微細化が進むＣＭＯＳ固体撮像装置に適用して好適である。
【０１１３】
＜１０．第８実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図２９に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＭＯＳ固体撮像装置の第８実施の形態を示す。図２９は、ＣＭＯＳ固体撮像装置における画素部分のレイアウトを示す。本実施の形態は、図２７に示すＦＤ構成部の不純物拡散領域に対して３つのゲート電極が隣接する実施の形態「（５）であり、２画素共有方式での転送ゲート電極、リセットゲート電極のそれぞれに図２７の構造を適用している。本実施の形態を、図２８に示すＦＤ構成部の不純物拡散領域に対して３つのゲート電極が隣接する比較例（５）を適用した図３０の第８比較例と対比して説明する。
【０１１４】
図２７の構成部７４は、上面から見て、ＦＤ構成部の不純物拡散領域２２を等角間隔で３方に突出する形状に形成し、この不純物拡散領域２２の３つの突出部にそれぞれ３つのゲート電極２３が隣接するように配置される。各突出部の先端は、円弧状に形成される。３つゲート電極２３は、四角形状の一辺に不純物拡散領域２２の円弧部が入り込むような円弧状の凹み部２４を有して構成される。このゲート電極の凹み部２４は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部２６と３つのゲート電極２３までが最短距離になるようになるような形状を有している。その他のサイドウォール２５、コンタクト部２６の構成は、前述の図９、図１７、図２３と同様である。
【０１１５】
図２８の構成部１７４は、上面から見て、ＦＤ構成部の不純物拡散領域１２２を等角間隔で３方に突出する形状に形成し、この不純物拡散領域１２２の３つの突出部にそれぞれ３つのゲート電極１２３が隣接するように配置される。各ゲート電極１２３は、四角形状に形成され、各一辺に不純物拡散領域２２の突出部が隣接するように配置される。その他のサイドウォール１２５、コンタクト部１２６の構成は、前述の図１０、図１８、図２４と同様である。
【０１１６】
先に、図３０を参照して、第８比較例に係る固体撮像装置について説明する。第８比較例の固体撮像装置１７７は、２つのフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２で１つのフローティングディフージョン領域ＦＤを共有させている。リセットトランジスタＴｒ２のソース領域を兼ねるフローティングディフージョン領域ＦＤは、等角間隔で３方に突出する形状に形成される。このフローティングディフージョン領域ＦＤの２つの突出部側に転送トランジスタＴｒ１１及びＴｒ１２を介してフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２が接続され、他の１つの突出部にリセットトランジスタＴｒ２が接続される。ソース領域１４７、ドレイン領域１４８及び増幅ゲート電極１３６からなる増幅トランジスタＴｒ３は、フォトダイオードＰＤ２側に素子分離領域１３３を介して配置される。ソース領域１４０、ドレイン領域１４１及びリセットゲート電極１３７からなるリセットトランジスタＴｒ３は、フォトダイオードＰＤ１側に素子分離領域１３３を介して配置される。フローティングディフージョン領域ＦＤの３つの突出部と、各ゲート電極１３４Ａ、１３４Ｂ及び１３５とは、直線状の一辺で隣接するように配置される。この構成により、２画素共有とした共有画素１７７が構成され、この共有画素１７８が２次元配列される。その他の構成は、図２６で説明したと同様であるので、図３０において、図２６と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。
【０１１７】
次に、図２９を参照して、第８実施の形態に係る固体撮像装置を説明する。第８実施の形態の固体撮像装置７７は、２つのフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２で１つのフローティングディフージョン領域ＦＤを共有させている。リセットトランジスタＴｒ２のソース領域を兼ねるフローティングディフージョン領域ＦＤは、等角間隔で３方に突出する形状に形成される。このフローティングディフージョン領域ＦＤの２つの突出部側に転送トランジスタＴｒ１１及びＴｒ１２を介してフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２が接続され、他の１つの突出部にリセットトランジスタＴｒ２が接続される。ソース領域４７、ドレイン領域４８及び増幅ゲート電極３６からなる増幅トランジスタＴｒ３は、フォトダイオードＰＤ２側に素子分離領域３３を介して配置される。ソース領域４０、ドレイン領域４１及びリセットゲート電極３７からなるリセットトランジスタＴｒ３は、フォトダイオードＰＤ１側に素子分離領域３３を介して配置される。
【０１１８】
そして、本実施の形態においては、フローティングディフージョンＦＤの３つの突出部の先端が円弧状に形成され、２つの転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂと１つのリセットゲート電極３５に、上記３つの突出部の円弧部が入り込む凹み部４５が形成される。本実施の形態では、各ゲート電極３４Ａ、３４Ｂ及び３５の凹み部４５にフローティングディフージョン領域ＦＤの３つの円弧部が入り込むように配置される。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３と３つのゲート電極３４Ａ、３４Ｂ及び３５までが最短距離になるようになるような形状を有している。この構成により、２画素共有とした共有画素７８が構成され、この共有画素７８が２次元配列される。その他の構成は、図２５で説明したと同様であるので、図２９において、図２５と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。
【０１１９】
第８実施の形態に係る固体撮像装置７７によれば、２画素共有とした共有画素７８において、フローティングディフージョン領域ＦＤの３つの円弧部を、転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂとリセットゲート電極３５の凹み部４５に入り込むようにしている。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３と３つのゲート電極３４Ａ、３４Ｂ及び３５までが最短距離になるようになるような形状を有しているこの構成により、第８比較例と比較して、ＦＤ構成部のＦＤ面積、すなわちフローティングディフージョン領域ＦＤの面積が小さくなる。第８比較例と比較して、素子分離容量成分が低減し、フローティングディフージョン領域ＦＤと転送ゲート電極３４Ａ、３４Ｂ及びリセットゲート電極３５間容量を含むゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加する。この結果、図３で説明したように、第８実施の形態では、第８比較例と比較して、フローティングディフージョン構成部におけるトータルのＦＤ容量が低減し、光電変換効率を向上することができる。
【０１２０】
一方、第８実施の形態では、ゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加するので、第８比較例と比較して電荷転送時やリセット時の電圧変調度が大きくなり、信号のダイナミックレンジを拡大することができる。
第８実施の形態の固体撮像装置７７は、画素の微細化が進むＣＭＯＳ固体撮像装置に適用して好適である。
【０１２１】
＜１１．第９実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図３１に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＭＯＳ固体撮像装置の第９実施の形態を示す。図３１は、ＣＭＯＳ固体撮像装置における画素部分のレイアウトを示す。本実施の形態は、図２７に示すように、ＦＤ構成部の不純物拡散領域に対して３つのゲート電極が隣接する実施の形態（５）例であり、３画素共有方式での転送ゲート電極、リセットゲート電極のそれぞれに図２７の構造を適用している。本実施の形態を、図２８に示すＦＤ構成部の不純物拡散領域に対して３つのゲート電極が隣接する比較例（５）を適用した図３２の第９比較例と対比して説明する。
【０１２２】
先に、図３２を参照して、第９比較例に係る固体撮像装置について説明する。第９比較例の固体撮像装置１８１は、３つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２及びＰＤ３で１つのフローティングディフージョン領域ＦＤを共有させている。フローティングディフージョン領域ＦＤは等角間隔で３方に突出する形状に形成される。このフローティングディフージョン領域ＦＤの３つの突出部と３つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２及びＰＤ３との間に３つの転送ゲート電極１３４Ａ、１３４Ｂ及び１３４Ｃが形成されて、３つの転送トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２及びＴｒ１３が形成される。２つのフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２の間に素子分離領域１３３を介して、ソース領域１４９、ドレイン領域１５０及びリセットゲート電極１３５からなるリセットトランジスタＴｒ２が形成される。２つのフォトダイオードＰＤ２及びＰＤ３との間に素子分離領域１３３を介して、ソース領域１４７、ドレイン領域１４８及び増幅ゲート電極１３６からなる増幅トランジスタＴｒ３が配置される。２つのフォトダイオードＰＤ２及びＰＤ３との間に素子分離領域１３３を介して、ソース領域１４０、ドレイン領域１４１及びリセットゲート電極１３７からなるリセットトランジスタＴｒ３が配置される。フローティングディフージョン領域ＦＤの３つの突出部と、３つの転送ゲート電極１３４Ａ、１３４Ｂ及び１３４Ｃとは、直線状の一辺で隣接するように配置される。フローティングディフージョン領域ＦＤとリセットトランジスタのソース領域１４９と増幅ゲート電極１３６とが配線１４２により接続される。この構成により、３画素共有とした共有画素１８２が構成され、この共有画素１８２が２次元配列される。
【０１２３】
次に、図３１を参照して、第９実施の形態に係る固体撮像装置を説明する。第９実施の形態の固体撮像装置８１は、３つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２及びＰＤ３で１つのフローティングディフージョン領域ＦＤを共有させている。フローティングディフージョン領域ＦＤは等角間隔で３方に突出する形状に形成される。このフローティングディフージョン領域ＦＤの３つの突出部と３つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２及びＰＤ３との間に３つの転送ゲート電極３４Ａ、３４Ｂ及び３４Ｃが形成されて、３つの転送トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２及びＴｒ１３が形成される。２つのフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２の間に素子分離領３３を介して、ソース領域４９、ドレイン領域５０及びリセットゲート電極３５からなるリセットトランジスタＴｒ２が形成される。２つのフォトダイオードＰＤ２及びＰＤ３との間に素子分離領域３３を介して、ソース領域４７、ドレイン領域４８及び増幅ゲート電極３６からなる増幅トランジスタＴｒ３が配置される。２つのフォトダイオードＰＤ２及びＰＤ３との間に素子分離領域３３を介して、ソース領域４０、ドレイン領域４１及びリセットゲート電極３７からなるリセットトランジスタＴｒ３が配置される。
【０１２４】
そして、本実施の形態においては、フローティングディフージョンＦＤの３つの突出部の先端が円弧状に形成され、３つの転送ゲート電極３４Ａ、３４Ｂ及び３４Ｃに、上記３つの突出部の円弧部が入り込む凹み部４５が形成される。本実施の形態では、各転送ゲート電極３４Ａ、３４Ｂ及び３４Ｃの凹み部４５にフローティングディフージョン領域ＦＤの３つの円弧部が入り込むように配置される。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３と３つのゲート電極３４Ａ、３４Ｂ及び３４Ｃまでが最短距離になるようになるような形状を有している。フローティングディフージョン領域ＦＤとリセットトランジスタのソース領域１４９と増幅ゲート電極１３６とが配線１４２により接続される。この構成により、３画素共有とした共有画素８２が構成され、この共有画素８２が２次元配列される。
【０１２５】
第９実施の形態に係る固体撮像装置８１によれば、３画素共有とした共有画素８２において、フローティングディフージョン領域ＦＤの３つの円弧部を、３つの転送ゲート電極３４Ａ３４Ｂ及び３４Ｃの凹み部４５に入り込むようにしている。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３と３つのゲート電極３４Ａ、３４Ｂ及び３４Ｃまでが最短距離になるようになるような形状を有している。この構成により、第９比較例と比較して、ＦＤ構成部のＦＤ面積、すなわちフローティングディフージョン領域ＦＤの面積が小さくなる。第９比較例と比較して、素子分離容量成分が低減し、フローティングディフージョン領域ＦＤと転送ゲート電極３４Ａ、３４Ｂ及び３４Ｃ間容量を含むゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加する。この結果、図３で説明したように、第９実施の形態では、第９比較例と比較して、フローティングディフージョン構成部におけるトータルのＦＤ容量が低減し、光電変換効率を向上することができる。
【０１２６】
一方、第９実施の形態では、ゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加するので、第９比較例と比較して電荷転送時やリセット時の電圧変調度が大きくなり、信号のダイナミックレンジを拡大することができる。
第９実施の形態の固体撮像装置８１は、画素の微細化が進むＣＭＯＳ固体撮像装置に適用して好適である。
【０１２７】
＜１２．第１０実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図３５に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＭＯＳ固体撮像装置の第１０実施の形態を示す。図３５は、ＣＭＯＳ固体撮像装置における画素部分のレイアウトを示す。本実施の形態は、図３３に示すように、ＦＤ構成部の不純物拡散領域に対して４つのゲート電極が隣接する実施の形態（６）であり、４画素共有方式での各転送ゲート電極のそれぞれに図３３の構造を適用している。本実施の形態を、図３４に示すＦＤ構成部の不純物拡散領域に対して４つのゲート電極が隣接する比較例（６）を適用した図３６の第１０比較例と対比して説明する。
【０１２８】
図３３の構成部８４は、上面から見て、ＦＤ構成部の不純物拡散領域２２を円形状に形成し、この不純物拡散領域２２を中心に、不純物拡散領域２２にそれぞれ４つのゲート電極２３が隣接するように配置される。４つゲート電極２３は、台形状の上辺に不純物拡散領域２２の円弧部が入り込むような円弧状の凹み部２４を有して構成される。このゲート電極の凹み部２４は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部２６と４つのゲート電極２３までが最短距離になるようになるような形状を有している。その他のサイドウォール２５、コンタクト部２６の構成は、前述の図９、図１７、図２３、図２７と同様である。
【０１２９】
図３４の構成部１７４は、上面から見て、ＦＤ構成部の不純物拡散領域１２２を四角形状に形成し、この不純物拡散領域１２２の４つの辺に台形状のゲート電極１２３が隣接するように配置される。その他のサイドウォール１２５、コンタクト部１２６の構成は、前述の図１０、図１８、図２４、図２８と同様である。
【０１３０】
先に、図３６を参照して、第１０比較例に係る固体撮像装置について説明する。第１０比較例の固体撮像装置１８６は、４つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４で１つのフローティングディフージョン領域ＦＤを共有させている。縦２×横２の計４つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４が配列され、その中心に対応して４つの転送トランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１４を介して、四角形状の１つのフォトダイオードＰＤ１フローティングディフージョン領域ＦＤが配置される。各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４とフローティングディフージョン領域ＦＤの各辺間に、台形状の転送ゲート電極１３４Ａ〜１３４Ｄが形成される。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は、直列接続されて、フォトダイオードＰＤ及びフローティングディフージョン領域ＦＤから素子分離領域１３３を介して分離配置される。
【０１３１】
リセットトランジスタＴｒ２は、不純物拡散領域１３８及び１３９をソース領域及びドレイン領域とし、リセットゲート電極１３５を有して形成される。増幅トランジスタＴｒ３は、不純物拡散領域１４０及び１３９をソース領域及びドレイン領域とし、増幅ゲート電極１３６を有して形成される。選択トランジスタＴｒ４は、不純物拡散領域１４１及び１４０をソース領域及びドレイン領域とし、選択ゲート電極１３７を有して形成される。この構成により、縦２×横２の計４画素共有とした共有画素１８７が構成され、この共有画素１８７が２次元配列される。その他の構成は、図８で説明したと同様であるので、図３６において、図８と対応する部分に同一符号を付して、重複説明を省略する。
【０１３２】
次に、図３５を参照して、第１０実施の形態に係る固体撮像装置を説明する。第１０実施の形態の固体撮像装置８６は、４つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４で１つのフローティングディフージョン領域ＦＤを共有させている。縦２×横２の計４つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４が配列され、その中心に対応して４つの転送トランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１４を介して、１つのフォトダイオードＰＤ１フローティングディフージョン領域ＦＤが配置される。各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４とフローティングディフージョン領域ＦＤの各辺間に、転送ゲート電極３４Ａ〜３４Ｄが形成される。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は、直列回路として一体に形成され、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４及びフローティングディフージョン領域ＦＤの領域から素子分離領域３３を介して分離配置される。
【０１３３】
リセットトランジスタＴｒ２は、不純物拡散領域３８及び３９をソース領域及びドレイン領域とし、リセットゲート電極３５を有して形成される。増幅トランジスタＴｒ３は、不純物拡散領域１４０及び１３９をソース領域及びドレイン領域とし、増幅ゲート電極１３６を有して形成される。選択トランジスタＴｒ４は、不純物拡散領域１４１及び１４０をソース領域及びドレイン領域とし、選択ゲート電極１３７を有して形成される。
【０１３４】
そして、本実施の形態においては、フローティングディフージョン領域ＦＤが円形状に形成される。４つの転送ゲート電極３４Ａ〜３４Ｄは、台形の上辺に円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤ一部、すなわち円弧部が入り込む凹み部４５を有して形成される。図では、４つの転送ゲート電極３４Ａ〜３４Ｄの各凹み部４５内に円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤの一部の円弧部が入り込むようにレイアウトされる。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３とゲート電極３４Ａ〜３４Ｄまでが最短距離になるようになるような形状を有している。この構成により、縦２×横２の計４画素共有とした共有画素８７が構成され、この共有画素８７が２次元配列される。その他の構成は、図７で説明したと同様であるので、図３５において、図７と対応する部分に同一符号を付して、重複説明を省略する。
【０１３５】
第１０実施の形態に係る固体撮像装置８６によれば、４画素共有とした共有画素８７において、円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤの一部である各円弧部を、４つの転送ゲート電極３４Ａ〜３４Ｄの凹み部４５に入り込むようにしている。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３とゲート電極３４Ａ〜３４Ｄまでが最短距離になるようになるような形状を有している。この構成により、第１０較例と比較して、ＦＤ構成部のＦＤ面積、すなわちフローティングディフージョン領域ＦＤの面積が小さくなる。第１０比較例と比較して、素子分離容量成分が低減し、フローティングディフージョン領域ＦＤと転送ゲート電極３４Ａ〜３４Ｄとの間の容量を含むゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加する。この結果、図３で説明したように、第９実施の形態では、第１０比較例と比較して、フローティングディフージョン構成部におけるトータルのＦＤ容量が低減し、光電変換効率を向上することができる。
【０１３６】
一方、第１０実施の形態では、ゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加するので、第１０比較例と比較して電荷転送時やリセット時の電圧変調度が大きくなり、信号のダイナミックレンジを拡大することができる。
第１０実施の形態の固体撮像装置８６は、画素の微細化が進むＣＭＯＳ固体撮像装置に適用して好適である。
【０１３７】
＜１３．第１１実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図３７に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＣＭＯＳ固体撮像装置の第１１実施の形態を示す。図３７は、ＣＭＯＳ固体撮像装置における画素部分のレイアウトを示す。本実施の形態は、図３３に示すように、ＦＤ構成部の不純物拡散領域に対して４つのゲート電極が隣接する実施の形態（６）例であり、３画素共有方式での各転送ゲート電極のそれぞれに図３３の構造を適用している。本実施の形態を、図３４に示すＦＤ構成部の不純物拡散領域に対して４つのゲート電極が隣接する比較例（６）を適用した図３８の第１１比較例と対比して説明する。
【０１３８】
先に、図３８を参照して、第１１比較例に係る固体撮像装置について説明する。第１１比較例の固体撮像装置１８９は、３つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３で１つのフローティングディフージョン領域ＦＤを共有させている。リセットトランジスタＴｒ２のソース領域を兼ねるフローティングディフージョン領域ＦＤは、四角形状に形成される。このフローティングディフージョン領域ＦＤの３辺に対応して転送ゲート電極１３４Ａ〜１３４Ｃを介して３つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３が配置される。他の１辺に対応してリセットトランジスタＴｒ２のリセットゲート電極１３５を介して、リセットトランジスタＴｒ２のソース領域となる不純物拡散領域１４３が配置される。
【０１３９】
増幅トランジスタＴｒ３及び選択トランジスタＴｒ４は直列回路として一体に形成され、素子分離領域１３３を介して分離配置される。増幅トランジスタＴｒ３は、不純物拡散領域１４０及び１３９をソース領域及びドレイン領域とし、増幅ゲート電極１３６を有して形成される。選択トランジスタＴｒ４は、不純物拡散領域１４１及び１４０をソース領域及びドレイン領域とし、選択ゲート電極１３７を有して形成される。転送ゲート電極１３４及びリセットゲート電極１３５は、四角形状に形成され、それぞれ直線状の一辺でローティングディフージョン領域ＦＤに接するように形成される。不純物拡散領域１４０はＬ字型に形成され、フローティングディフージョン領域ＦＤが増幅ゲート電極１３６に配線を介して接続される。１２６はコンタクト部を示す。この構成により、３画素共有とした共有画素１９０が構成され、この共有画素１９０が２次元配列される。
【０１４０】
次に、図３７を参照して、第１１実施の形態に係る固体撮像装置を説明する。第１１実施の形態の固体撮像装置８９は、３つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３で１つのフローティングディフージョン領域ＦＤを共有させている。フローティングディフージョン領域ＦＤを中心に３つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３と、フローティングディフージョン領域ＦＤと３つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３との間に、３つの転送ゲート電極１３４Ａ〜１３４Ｃが形成される。フローティングディフージョン領域ＦＤと不純物拡散領域１４３との間に、リセットゲート電極１３５が形成される。
【０１４１】
増幅トランジスタＴｒ３及び選択トランジスタＴｒ４は直列回路として一体に形成され、素子分離領域３３を介して分離配置される。増幅トランジスタＴｒ３は、不純物拡散領域４０及び３９をソース領域及びドレイン領域とし、増幅ゲート電極３６を有して形成される。選択トランジスタＴｒ４は、不純物拡散領域４１及び４０をソース領域及びドレイン領域とし、選択ゲート電極３７を有して形成される。不純物拡散領域４０はＬ字型に形成され、フローティングディフージョン領域ＦＤが増幅ゲート電極１３６に配線４２を介して接続される。２６はコンタクト部を示す。この構成により、３画素共有とした共有画素９０が構成され、この共有画素９０が規則的に２次元配列され、画素領域が構成される。
【０１４２】
そして、本実施の形態においては、フローティングディフージョン領域ＦＤが円形状に形成される。３つの転送ゲート電極３４Ａ〜３４Ｄは、台形の上辺に円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤ一部、すなわち円弧部が入り込む凹み部４５を有して形成される。リセットゲート電極３５は、円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤ一部、すなわち円弧部が入り込む凹み部４５を有して形成される。図では、３つの転送ゲート電極３４Ａ〜３４Ｄ及びリセットゲート電極３５の各凹み部４５内に円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤの一部の円弧部が入り込むようにレイアウトされる。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３とゲート電極３４Ａ〜３４Ｄまでが最短距離になるようになるような形状を有している。２６はコンタクト部を示す。この構成により、３画素共有とした共有画素９０が構成され、この共有画素９０が２次元配列される。
【０１４３】
第１１実施の形態に係る固体撮像装置８９によれば、共有画素９０において、円形状のフローティングディフージョン領域ＦＤの一部である円弧部を、転送ゲート電極３４Ａ〜３４Ｄ及びリセットゲート電極３５の凹み部４５に入り込むようにしている。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３とゲート電極３４Ａ〜３４Ｄまでが最短距離になるようになるような形状を有している。この構成により、第１１較例と比較して、ＦＤ構成部のＦＤ面積、すなわちフローティングディフージョン領域ＦＤの面積が小さくなる。第１１比較例と比較して、素子分離容量成分が低減し、フローティングディフージョン領域ＦＤと転送ゲート電極３４Ａ〜３４Ｄとの間の容量を含むゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加する。この結果、図３で説明したように、第９実施の形態では、第１１比較例と比較して、フローティングディフージョン構成部におけるトータルのＦＤ容量が低減し、光電変換効率を向上することができる。
【０１４４】
一方、第１１実施の形態では、ゲート・ＦＤフリンジ容量成分が増加するので、第１１比較例と比較して電荷転送時やリセット時の電圧変調度が大きくなり、信号のダイナミックレンジを拡大することができる。
第１１実施の形態の固体撮像装置８６は、画素の微細化が進むＣＭＯＳ固体撮像装置に適用して好適である。
【０１４５】
＜１４．第１２実施の形態＞
［固体撮像装置の製造方法例］
図３９〜図４０に、本発明の第１２実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の一例を示す。本実施の形態の固体撮像装置の製造方法は、図３９Ａを参照するように、前述の第３実施の形態の縦２画素共有方式の固体撮像装置５４の製造に適用した場合である。図３９Ｂ〜図４０Ｄ１は図３９ＡのＡ−Ａ線上の断面図であり、図４０Ｄ２は図３９ＡのＢ−Ｂ線上の断面図である。
本発明の固体撮像装置の製造方法は、基本的には図３９〜図４０の製造工程を用いて製造することができる。
【０１４６】
先ず、図３９Ｂに示すように、第１導電型、例えばｎ型の半導体基板（シリコン基板）９３を用意する。このｎ型半導体基板９３の表面に熱酸化による絶縁膜９４を形成する。次いで、ｎ型半導体基板９３に第２導電型、例えばｐ型の半導体ウェル領域９５を形成する。ｐ型半導体ウェル領域９５は、例えばｐ型半導体ウェル領域形成領域を除く基板表面にイオン注入用マスク（例えばレジストマスク）を形成し、ｐ型不純物のイオン注入を行って形成する。
【０１４７】
次に、素子分離領域を形成すべき領域に、素子分離領域３３を形成する。素子分離領域３３は、本例ではＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）素子分離領域で形成している。素子分離領域３３としては、その他、ｐ型不純物拡散領域による素子分離領域、あるいはｐ型不純物拡散領域上に絶縁膜を形成した素子分離領域などを用いることもできる。
【０１４８】
次に、フォトダイオードＰＤ［ＰＤ１，ＰＤ２］を形成する。フォトダイオードＰＤは、フォトダイオード形成領域以外の領域上にイオン注入用マスク（例えばレジストマスク）を形成し、ｎ型不純物をイオン注入してｎ型半導体領域９５を形成する。さらに、イオン注入用マスク（例えばレジストマスク）を介してｎ型半導体領域１００から後で形成される転送ゲート電極下にわたる領域に、ｐ型不純物をごく浅くイオン注入し、ｐ型半導体領域９６を形成する。このｐ型半導体領域９６は暗電流抑制を兼ねる。
【０１４９】
次に、図２９Ｃに示すように、ゲート絶縁膜９７を介して転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂを形成する。
このとき、図示しないが、他のリセットゲート電極、増幅ゲート電極及び選択ゲート電極も同時に形成する。転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂを含む画素トランジスタのゲート電極は、ドープドポリシリコン、もしくは銅、アルミニウムなどのメタルを用いる。そして、ゲート電極形成のためのイオン注入用マスク（例えばレジストマスク）を形成し、リソグラフィ技術とエッチング技術によってゲート電極材料膜をドライエッチングしてゲート電極を形成する。
【０１５０】
ＦＤ構成部に接するゲート電極形成のためのイオン注入用マスクは、デザインルールの許す範囲でＦＤ容量の全体が最適化されるようにパターニングする。すなわち、図２９Ｃの工程では、転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂは、図３９Ａで示すように、形成すべきフローティングディフージョン領域ＦＤに接する部分に円弧状の凹み部４５が形成されるようにパターニングする。同時に、リセットゲート電極３５も、形成すべきフローティングディフージョン領域ＦＤに接する部分に円弧状の凹み部４５が形成されるようにパターニングする。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト４３とゲート電極３４Ａ及び３４Ｂまでが最短距離になるようになるような形状を有している。
【０１５１】
次に、イオン注入用マスクを除去する。マスク除去後、化学気相成長（ＣＶＤ）法とドライエッチング法によって、転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂの側面に窒化シリコン膜によるストッパ層と酸化シリコン膜によるサイドウォール９８を形成する。図示しないが、他のゲート電極の側面にも同時にサイドウォール９８を形成する。
【０１５２】
次に、フローティングディフージョン領域ＦＤを形成すべき領域、ソース／ドレイン領域を形成すべき領域及びゲート電極を除いて、半導体基板上にレジストマスクを形成する。このレジストマスクと転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂとサイドウォール９８をマスクにして、高濃度のｎ型不純物をイオン注入して、ｎ型のフローティングディフージョン領域ＦＤを形成する。同時に他の画素トランジスタのソース／ドレイン領域となるｎ型不純物拡散領域を形成する。フローティングディフージョン領域ＦＤは、この例では円形状に形成される。サイドウォール９８を含む転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂの形状が、円形状のｎ型フローティングディフージョン領域ＦＤを決めることになる。
【０１５３】
次に、図４０Ｄ１及びＤ２に示すように、コンタクト部４３を形成するためのエチングストップ層９９を基板全面上に形成する。エッチングストップ層９９は、例えば窒化シリコン膜で形成することができる。この窒化シリコン膜によるエッチングストップ層９９を成膜し、さらにこの上の多層配線層を構成すべき第１層の層間絶縁膜１０１を成膜する。
【０１５４】
ＣＭＰ（化学機械研磨）法で層間絶縁膜１０１を平坦化する。層間絶縁膜１０１上にハードマスク層を形成し、リソグラフィ技術とエッチンング技術によって、ハードマスク層をパターニングしてマスクを形成する。このマスクを用いて、フローティングディフージョン領域ＦＤのコンタクト部に対応する部分の第１層間絶縁膜１０１をドライエッチングしてコンタク開口１０２を形成する。さらにドライエッチング条件を変えて、コンタクト開口１０２に臨む窒化シリコン膜によるエッチングストッパ層９９をドライエッチングして、フローティングディフージョン領域ＦＤが臨むコンタクト開口１０２を形成する。
【０１５５】
次いで、化学気相成長（ＣＶＤ）法でコンタク材料、例えばタングステンをコンタクト開口１０２内に埋め込む。化学機械研磨（ＣＭＰ）法で不要なコンタクト材料を除去し、コンタクト開口１０２内にコンタクト部４３を形成する。他の画素トランジスタの所要の不純物拡散領域、ゲート電極とのコンタク部４３も同様にして、同時に形成する。
【０１５６】
その後、図示しないが、層間絶縁膜１０１上にコンタク部４３に接続する配線４２を形成する。次いで、その上に層間絶縁膜、配線を形成して多層配線層を形成する。
【０１５７】
その後、表面照射型であれば、多層配線層上にカラーフィルタ及びオンチップレンズを形成して、目的の固体撮像装置５４を得る。裏面照射型であれば、支持基板を多層配線層上に貼り合わせ、半導体基板９３の裏面からから研磨して薄膜化し、半導体基板裏面にカラーフィルタ及びオンチップレンズを形成して目的の固体撮像装置５４を得る。
【０１５８】
本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法によれば、凹み部４５を有する転送ゲート電極３４Ａ、３４Ｂ及びサイドウォール９８をマスクにｎ型不純物をイオン注入し、フローティングディフージョン領域ＦＤを形成する。このゲート電極の凹み部４５は、不純物拡散領域に打たれるコンタクト部４３とゲート電極３４Ａ〜３４Ｄまでが最短距離になるようになるような形状を有している。この工程により、一部が転送ゲート電極３４Ａ及び３４Ｂの凹み部４５に入り込んだフローティングディフージョン領域ＦＤをセルフアラインにて正確に形成することができる。従って、より光電変換効率の向上を図った固体撮像装置を製造することができる。
【０１５９】
上例では、第３実施の形態の固体撮像装置の製造方法に適用したが、本実施の形態の製造方法は、その他の上述の実施の形態に係る固体撮像装置の製造にも適用することができる。
【０１６０】
上述の本発明の各実施の形態では、画素トランジスタとして、４トランジスタで構成したが、その他３トランジスタ等で構成すすることもでき、同様の効果を奏する。
【０１６１】
なお、上述の実施の形態に係る固体撮像装置では、信号電荷を電子とし、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型として構成したが、信号電荷を正孔とする固体撮像装置にも適用できる。この場合、各半導体基板、半導体ウェル領域あるいは半導体領域の導電型を逆にし、ｐ型が第１導電型，ｎ型が第２導電型となる。
【０１６２】
＜１５．第１３実施の形態＞
［電子機器の構成例］
上述の本発明に係る固体撮像装置は、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、さらにカメラ付き携帯電話などの各種携帯端末機器、プリンター等の電子機器に適用することができる。
【０１６３】
図４１に、本発明に係る電子機器の一例としてカメラに適用した第１３実施の形態を示す。本実施の形態に係るカメラは、静止画像又は動画撮影可能なビデオカメラを例としたものである。本実施も形態のカメラ１１１は、固体撮像装置１１２と、固体撮像装置１１２の受光センサ部に入射光を導く光学系１１３と、シャッタ装置１１４を有する。さらに、カメラ１１１は、固体撮像装置１１２を駆動する駆動回路１１５と、固体撮像装置１１２の出力信号を処理する信号処理回路１１６とを有する。
【０１６４】
固体撮像装置１１２は、上述した各実施の形態の固体撮像装置のいずれかが適用される。光学系（光学レンズ）１１３は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１１２の撮像面上に結像する。光学系１１３は、複数の光学レンズから構成された光学レンズ系としてもよい。シャッタ装置１１４は、固体撮像装置１１２への光照射期間及び遮光期間を制御する。駆動回路７５は、固体撮像装置１１２の転送動作及びシャッタ装置１１４のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路１１５から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置１１２の信号転送を行う。信号処理回路１１６は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、或いは、モニタに出力される。
【０１６５】
第１３実施の形態に係るカメラなどの電子機器によれば、光電変換効率を向上し、またダイナミックレンジの拡大を図ることができる。従って、ＣＭＯＳ固体撮像装置１１２において、高感度化、高画質化が図られ、信頼性の高い電子機器を提供することができる。
【符号の説明】
【０１６６】
３１、４７、５１、６３、６６，７１、７７、８１、８７、８９・・固体撮像装置、ＰＤ［ＰＤ１〜ＰＤ４］・・フォトダイオード、ＦＤ［ＦＤ１、ＦＤ２］・・フローティングディフージョン領域、３４［３４Ａ〜３４Ｄ］・・転送ゲート電極、４３・・コンタクト部、４５・・凹み部、Ｔｒ１［Ｔｒ１１〜Ｔｒ１４］・・転送トランジスタ、Ｔｒ２・・リセットトランジスタ、Ｔｒ３・・増幅トランジスタ、Ｔｒ４・・選択トランジスタ、４２・・配線
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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