(57)【要約】【課題】暗時のシェーディングが無く、ダイナミックレンジ、Ｓ／Ｎを高くすることができる固体撮像装置を提供する。【解決手段】５０５はフォトダイオードのＮ型カソード、５０６はフォトダイオードを埋め込み構造とするための表面Ｐ型領域、５０８ａはフローティングディフュージョンを形成し転送ＭＯＳトランジスタのドレイン領域ともなっているＮ型高濃度領域である。５０８ｂはＮ型高濃度領域と直接コンタクトをとっているポリシリコン引き出し電極である。表面から入射した光はメタル第３層５２５の無い開口部を通して、フォトダイオードに入る。入射光のうち、転送ＭＯＳトランジスタのゲート電極５０４上面で反射した光は、ポリシリコン直上の第一層メタル５２１で反射されるので、フローティングディフュージョン部に入射する前に複数回の反射を繰り返すので、充分に減衰し、偽信号はきわめて小さくなる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と信号増幅部を有する複数の画素をアレイ状に配置し、該画素毎あるいは複数の画素毎に配置されたフローティングディフュージョンが該信号増幅部の入力となる固体撮像装置において、
該フローティングディフュージョンから該増幅部の入力までの接続は、該フローティングディフュージョンとポリシリコンの直接コンタクトを用いて行うことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記フローティングディフュージョンから前記増幅部の入力までの接続は、ポリシリコンのみで行われていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記フローティングディフュージョン上は、該フローティングディフュージョンとは別電位のメタル層によって遮光されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記メタル層は複数層から成り、その最下層は該メタル層の他の層より低い反射率を有していることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記ポリシリコンは複数層から成り、その最上層は可視光領域において該ポリシリコンの他の層より低透過率であることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記光電変換部とフローティングディフュージョンの間には、前記光電変換部で発生した信号電荷が該フローティングディフュージョンに流入することを防止するポテンシャル障壁を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記画素毎にリセット手段および電荷転送手段を有し、
全画素一斉にリセットを行った後、該光電変換部に蓄えられた信号電荷を全画素一斉にフローティングディフュージョンへ転送し、該フローティングディフュージョンの電位を順次読み出すことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
被写体からの光を結像する結像光学系と、
この結像された像を光電変換する請求項１〜７のいずれかに記載の固体撮像装置と、
該固体撮像装置からの出力信号をディジタル変換して処理する信号処理回路とを有する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、ディジタルカメラ等の画像入力用撮像装置として使用される固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置は、近年ディジタルスチルカメラ、ビデオカムコーダーを中心とする画像入力用撮像装置として、急速に需要が高まっている。
【０００３】
これらの固体撮像装置としてＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）やＭＯＳ型センサが用いられている。前者は後者と比較して、感度が高くノイズが小さいために、高画質の撮像装置として普及している反面、消費電力が大きく、駆動電圧が高い、汎用の半導体製造プロセスが使えないためにコストが高く、駆動回路等の周辺回路を集積することが困難であるなどの弱点を抱えているため、今後需要の拡大が予想される携帯機器への応用には、上記の弱点をカバーできるＭＯＳ型固体撮像装置が適用されてくるものと予想されている。
【０００４】
ＭＯＳ型固体撮像装置の代表としてＣＭＯＳプロセスにより形成する、ＣＭＯＳ固体撮像装置が実用化されている。ＣＭＯＳ固体撮像装置の画素回路を図１に、画素の平面レイアウトを図２に、その断面構造を図３に示す。
【０００５】
図１にて、１はフォトダイオード、２はフォトダイオードの電荷を転送する転送ＭＯＳトランジスタ、３は転送された電荷を一時的に蓄えておくフローティングディフュージョン、４はフローティングディフュージョンおよびフォトダイオードをリセットするためのリセットＭＯＳトランジスタ、５はアレイ中の任意の１行を選択するための選択ＭＯＳトランジスタ、６はフローティングディフュージョンの電荷を電圧に変換してソースフォロワー型増幅器で増幅するソースフォロワーＭＯＳトランジスタ、７は１つの列で共通化され画素電圧信号を読み出す読み出し線、８は読み出し線７を定電流とするための定電流源である。
【０００６】
動作を簡単に説明する。入射光はフォトダイオード１により電荷に変換され、電荷は転送ＭＯＳトランジスタ２により、フローティングディフュージョン３に蓄えられる。フローティングディフュージョン３および、フォトダイオード１は予めリセットＭＯＳトランジスタ４および転送ＭＯＳトランジスタ２を開とすることで一定電位にリセットされているので、フローティングディフュージョン３の電位は入射光により発生した電荷に応じて変化する。フローティングディフュージョン３の電位はソースフォロワーＭＯＳトランジスタ６により増幅され、読み出し線７に出力される。当該画素は選択ＭＯＳトランジスタ５を開とすることで選ばれる。不図示の出力回路ではフローティングディフュージョン３のリセット電位と光信号蓄積後の電位の差分演算を行うことで、光信号分を検出する。
【０００７】
図２は、図１の画素回路のレイアウトの一例である。１０はフォトダイオードが形成されているアクティブ領域、１１は選択ＭＯＳトランジスタおよびソースフォロワートランジスタが形成されているアクティブ領域を示す。２０は転送ＭＯＳトランジスタの領域、２１は転送ＭＯＳトランジスタのゲート線を示している。破線で囲まれた領域３０はフローティングディフュージョンのうち半導体のＰＮ接合で形成されている部分を示している。また３１はフローティングディフュージョンから電極を引き出すためのコンタクト、３２はフローティングディフュージョンの引き出しのための金属電極、３３は３２の金属電極からポリシリコンに接続するためのコンタクト、３４はポリシリコン電極である。４０はリセットＭＯＳトランジスタ領域、４１はリセット電源との接続のためのコンタクトを示す。５０は選択ＭＯＳトランジスタのゲート領域、５１はＶＤＤ電源と接続するためのコンタクト、６０はソースフォロワーＭＯＳトランジスタ領域を示しており、フローティングディフュージョンと電気的に接続されているポリシリコン３４をゲート電極としている。７０は出力線で金属電極で構成される。また７１は出力線７０とソースフォロワーＭＯＳトランジスタ６０の主電極を接続するコンタクトである。
【０００８】
図２のレイアウトのＡＡ′断面を図３に示す。３０１はｎ型シリコン基板、３０２ａはＰ型ウエル、３０２ｂはＰ型埋め込み層、３０３ａはＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜、３０３ｂは受光部上の薄い酸化膜、３０４は転送ＭＯＳトランジスタのゲート電極、３０５はフォトダイオード１のＮ型カソード、３０６はフォトダイオードを埋め込み構造とするための表面Ｐ型領域、３０７ａは素子分離のためのＬＯＣＯＳ酸化膜、３０７ｂはＰ型チャネルストップ層、３０８はフローティングディフュージョン３を形成し転送ＭＯＳトランジスタ２のドレイン領域ともなっているＮ型高濃度領域、３０９はゲート電極とメタル第一層を絶縁するシリコン酸化膜、３２０はコンタクトプラグ、３２１はメタル第一層、３２２はメタル第一層とメタル第二層を絶縁する層間絶縁膜、３２３はメタル第二層、３２４はメタル第二層とメタル第三層を絶縁する層間絶縁膜、３２５はメタル第三層、３２６はパッシベーション膜である。カラー用光電変換装置では、パッシベーション膜３２６の上層に更に不図示のカラーフィルター層、さらに感度向上のためのマイクロレンズを形成する。
【０００９】
表面から入射した光はメタル第３層の無い開口部を通して、フォトダイオードに入る。光はフォトダイオードのＮ型アノード３０５或いはＰ型ウエル３０２ａ内で吸収され、電子・ホール対を生成する。このうち電子はＮ型アノード領域に蓄積されてゆく。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平０３−１１６８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら上記の従来のＣＭＯＳ型固体撮像装置では、入射光により発生した信号電子がフローティングディフュージョン３に混入し、出力電圧を変化させるという課題があった。図３に示すように、斜方入射した光線３３０ａにより、転送ＭＯＳトランジスタのゲート下で発生した電子・正孔対３３０ｂのうち電子は、フォトダイオードのＮ型カソード３０５より、フローティングディフュージョンを構成するＮ型高濃度層３０８に引き寄せられる。また、例えば転送ＭＯＳトランジスタのゲート電極３０４上に入射した光３３１ａは図３ように反射を繰り返し、Ｎ型高濃度層３０８直下で電子・正孔対３３１ｂを発生させる。このうち電子はＮ型高濃度層に引き寄せられる。第一層メタル３２０を図３で開口側に引き伸ばして遮光性を向上すると、フローティングディフュージョン部の静電容量が増大し、電荷変換係数が低下することで、Ｓ／Ｎが劣化するという問題を生じていた。
【００１２】
以上の様にして、フォトダイオードを介すること無く、直接フローティングディフュージョンに捉えられた電子は、擬信号となり、固体撮像装置のノイズを増加させる、ダイナミックレンジを縮小させる、暗時の出力を増大させる、暗時のシェーディングを増大させる等の問題を引き起こす。このため、フローティングディフュージョンの遮光性を向上させることが従来のＣＭＯＳ型固体撮像装置の課題であった。
【００１３】
ＣＣＤ型固体撮像装置でも、読み出し回路の最終段にフローティングディフュージョンを用いたソースフォロワー型増幅回路が一般に使用されている。例えば、ソースフォロワー増幅器への電極引き出しをポリシリコンで行う例がある（例えば、特許文献１参照）。
しかしこの例には遮光性の向上については触れられておらず、先の従来例で示したような、シリコン内部で発生した電子がフローティングディフュージョンに流入することに関しても考慮していない。更にＣＣＤ型固体撮像装置では、フローティングディフュージョン増幅回路は水平ＣＣＤの後段に１つあるだけであるので、画素部から遠いために、画素面積に制約されること無くレイアウトできるので、あまり工夫は必要でない。
【００１４】
一方ＣＭＯＳ型固体撮像装置では、画素毎にフローティングディフュージョンが存在するので、フォトダイオードとフローティングディフュージョンが近接していること、遮光の役目を果たす金属電極は回路の配線としても使用するので、どうしても隙間をつくる必要があること、などがＣＣＤ型固体撮像装置と事情が異なるため、構造上の新たな工夫が必要であった。
【００１５】
そこで本発明は、フローティングディフュージョンの遮光性を向上することによって、暗時のシェーディングが無く、ダイナミックレンジ、Ｓ／Ｎを高くすることができる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】
【００１６】
上述の課題を解決するため、第一の発明は、光電変換部と信号増幅部を有する複数の画素をアレイ状に配置し、該画素毎あるいは複数の画素毎に配置されたフローティングディフュージョンが該信号増幅部の入力となる固体撮像装置において、該フローティングディフュージョンから該増幅部への入力までの接続は、該フローティングディフュージョンとポリシリコンの直接コンタクトを用いて行うことを特徴としている。
【００１７】
また、第二の発明は、第一の発明の固体撮像装置において、フローティンディフュージョンから前記増幅部への入力までの接続はポリシリコンのみで行われていることを特徴としている。
【００１８】
また、第三の発明は、第一、第二の発明の固体撮像装置において、フローティングディフュージョン上は、フローティングディフュージョンとは別電位のメタル層によって遮光されていることを特徴としている。
【００１９】
また、第四の発明は、第三の発明の固体撮像装置において、前記メタル層は複数層から成り、その最下層は該メタル層の他の層より低い反射率を有していることを特徴としている。
【００２０】
また、第五の発明は、第四の発明の固体撮像装置において、前記ポリシリコンは複数層から成り、その最上層は可視光領域において該ポリシリコンの他の層より低透過率であることを特徴としている。
【００２１】
更に、第六の発明は、第一から第五の発明の固体撮像装置において、前記光電変換部とフローティングディフュージョンの間には、前記光電変換部で発生した信号電荷が該フローティングディフュージョンに流入することを防止するポテンシャル障壁を有することを特徴としている。
【００２２】
そして、第七の発明は、第一から第六の発明の固体撮像装置において、前記画素毎にリセット手段および電荷転送手段を有し、全画素一斉にリセットを行った後、該光電変換に蓄えられた信号電荷を全画素一斉にフローティングディフュージョンへ転送し、該フローティングディフュージョンの電位を順次読み出すことを特徴としている。
【００２３】
第一の発明の作用は、光電変換部と信号増幅部を有する複数の画素をアレイ状に配置し、該画素毎あるいは複数の画素毎に配置されたフローティングディフュージョンが該信号増幅部の入力となる固体撮像装置において、該フローティングディフュージョンから該増幅部への入力までの接続は、該フローティングディフュージョンとポリシリコンの直接コンタクトを用いて行うことにより、第一層メタルでフローティングディフュージョンを遮光することができるので、フローティングディフュージョン上から直接入射する光量を抑制することができる。
【００２４】
第二の発明の作用は、第一の発明において、前記フローティングディフュージョンから前記増幅部への入力までの接続はポリシリコンのみで行われていることにより、第一層メタルの隙間を設けること無く遮光できるとともに、ポリシリコンから第一層メタルへ接続するスペースを省くことができるので、フローティングディフュージョンを小さく作ることができる。
【００２５】
第三の発明の作用は、第一、第二の発明において、前記フローティングディフュージョン上は、該フローティングディフュージョンとは別電位のメタル層によって遮光されていることにより、フローティングディフュージョン上からの光入射量を極小にすることができる。
【００２６】
第四の発明の作用は、第三の発明において、前記最下層メタル層は複数層から成り、最下層は該メタル層の他の層より低い反射率を有していることにより、メタル層の底面で反射することによりフローティングディフュージョンに入射する光量を抑制することができる。
【００２７】
第五の発明の作用は、第四の発明において、前記ポリシリコンは複数層から成り、最上層は可視光領域において該ポリシリコンの他の層より低透過率であることにより、ポリシリコンの表面で反射された後に反射を繰り返してフローティングディフュージョンに入射する光量を抑制することができる。
【００２８】
第六の発明の作用は、第一から第五の発明において、前記光電変換部とフローティングディフュージョンの間には、前記光電変換部で発生した信号電荷が該フローティングディフュージョンに流入することを防止するポテンシャル障壁を有することにより、シリコン内部で発生した信号電荷のフローティングディフュージョンへの拡散を抑制することができる。
【００２９】
第七の発明の作用は、第一から第六の発明において、該画素毎にリセット手段および電荷転送手段を有し、全画素一斉にリセットを行った後、該光電変換に蓄えられた信号電荷を全画素一斉にフローティングディフュージョンへ転送した後、該フローティングディフュージョンの電位を順次読み出すことで、全画面同時蓄積型の電子シャッター動作を可能としたことにより、画素回路を複雑にすること無く、固体撮像装置で高画質の撮像ができる電子シャッター動作を実現できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明により、固体撮像装置のフローティングディフュージョンの遮光性を向上できる。その結果、暗時のシェーディングが無く、ダイナミックレンジ、Ｓ／Ｎを高くすることができる。更に、本発明を用いると、固体撮像装置で、全画素同時蓄積型の電子シャッターを高画質で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来のＣＭＯＳ型固体撮像装置の画素回路を示す図である。
【図２】従来のＣＭＯＳ型固体撮像装置の画素レイアウトの一例である。
【図３】従来のＣＭＯＳ型固体撮像装置の画素断面図である。
【図４】本発明による第一実施例のＣＭＯＳ型固体撮像装置の画素レイアウト例である。
【図５】本発明による第一実施例のＣＭＯＳ型固体撮像装置の断面図である。
【図６】本発明による第二実施例のＣＭＯＳ型固体撮像装置の断面図である。
【図７】本発明による第三実施例のＣＭＯＳ型固体撮像装置の断面図である。
【図８】本発明によるＣＭＯＳ型固体撮像装置の回路構成図である。
【図９】本発明によるＣＭＯＳ型固体撮像装置を用いた全画素同時蓄積型電子シャッター動作のタイミング図である。
【図１０】本発明によるＣＭＯＳ型固体撮像装置を用いたカメラシステムの構成ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
次に、本発明の最良の形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００３３】
図４は、第一の実施例を説明する画素回路のレイアウトを示す。１１０はフォトダイオードが形成されているアクティブ領域、１１１は選択ＭＯＳトランジスタおよびソースフォロワートランジスタが形成されているアクティブ領域を示す。１２０は転送ＭＯＳトランジスタの領域、１２１は転送ＭＯＳトランジスタのゲート線を示している。破線で囲まれた領域１３０はフローティングディフュージョンのうち半導体のＰＮ接合で形成されている部分を示している。
【００３４】
フローティングディフュージョンからの電極の引き出しは、ポリシリコン１３１からの直接コンタクトで行っている点が従来例との違いである。ポリシリコン１３１は金属電極を介すること無く、直接ソースフォロワーＭＯＳトランジスタのゲート電極となっている。また１３２はフローティングディフュージョン上を覆う遮光メタルで、本実施例では転送トランジスタ部１２０のゲート電極上、フローティングディフュージョンＰＮの接合部１３０をオーバーサイズで覆っている。このようにフローティングディフュージョンをポリシリコンで引き出すことで、シリコンに近接した位置でフローティングディフュージョンを遮光することが可能となっている。このフローティングディフュージョンは電気的にフローティングとしてもよいし、第二層メタル、あるいは第三層メタルと接続することで固定電位にしてもよい。他の部分は図２と同様であり、１４０はリセットＭＯＳトランジスタ領域、１４１はリセット電源との接続のためのコンタクト、１５０は選択ＭＯＳトランジスタのゲート領域、１５１はＶＤＤ電源と接続するためのコンタクト、１６０はソースフォロワーＭＯＳトランジスタ領域を示しており、フローティングディフュージョンと電気的に接続されているポリシリコン１３１をゲート電極としている。１７０は出力線で金属電極で構成される。また１７１は出力線１７０とソースフォロワーＭＯＳトランジスタ１６０の主電極を接続するコンタクトである。
【００３５】
図５は、図４のＢＢ′断面を示す。５０１はｎ型シリコン基板、５０２ａはＰ型ウエル、５０２ｂはＰ型埋め込み層、５０３ａはＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜、５０３ｂは受光部上の薄い酸化膜、５０４は転送ＭＯＳトランジスタのゲート電極、５０５はフォトダイオード１のＮ型カソード、５０６はフォトダイオードを埋め込み構造とするための表面Ｐ型領域、５０７ａは素子分離のためのＬＯＣＯＳ酸化膜、５０７ｂはＰ型チャネルストップ層、５０８ａはフローティングディフュージョンを形成し転送ＭＯＳトランジスタのドレイン領域ともなっているＮ型高濃度領域である。５０８ｂはＮ型高濃度領域と直接コンタクトをとっているポリシリコン引き出し電極である。また５０９はゲート電極とメタル第一層を絶縁するシリコン酸化膜、５２１はメタル第一層でフローティングディフュージョン部を遮光している。５２２はメタル第一層とメタル第二層を絶縁する層間絶縁膜、５２３はメタル第二層、５２４はメタル第二層とメタル第三層を絶縁する層間絶縁膜、５２５はメタル第三層、５２６はパッシベーション膜である。カラー用光電変換装置では、パッシベーション膜５２６の上層に更に不図示のカラーフィルター層、さらに感度向上のためのマイクロレンズを形成するのは従来と同じである。
【００３６】
表面から入射した光はメタル第３層の無い開口部を通して、フォトダイオードに入る。入射光のうち、転送ＭＯＳトランジスタのゲート電極５０４上面で反射した光は、図５のようにポリシリコン直上の第一層メタルで反射されるので、フローティングディフュージョン部に入射する前に複数回の反射を繰り返すので、充分に減衰し、偽信号はきわめて小さくなる。また図４のようにフローティングディフュージョンは隙間無くメタルで覆われるので、図５の断面以外の経路をたどる光に対しても遮光性が高い。
【００３７】
第一層メタルは通常はアルミニウムあるいはアルミニウムを主体とする合金で形成されるが、本発明の効果を顕著にするためには、第一層メタルの最下層はＴｉＮを形成することにより迷光の反射率を下げるのが好適である。ＴｉＮはバリアメタルの役割も果たすので、微細な配線を形成する上でも適した材料である。
【００３８】
本実施例によりフローティングディフュージョンの遮光性を向上することができ、偽信号の影響を排除することができる。
【００３９】
図８は、本発明の画素回路を多数個２次元配置したときの回路構成での略図である。ひとつの画素８０１にはフォトダイオード８０２、転送ＭＯＳトランジスタ８０３、ソースフォロワーＭＯＳトランジスタ８０４、リセットＭＯＳトランジスタ８０５、選択ＭＯＳトランジスタ８０６がある。同じ行の選択ＭＯＳトランジスタのゲートは選択線８０７、リセットＭＯＳトランジスタのゲートはリセット線８０８、そして転送ＭＯＳトランジスタのゲートは転送線８０９でそれぞれ接続され、垂直走査回路８０１により、走査・選択される。同じ列の出力線８１１には電流源８１２が接続され、出力線の電位をソースフォロワー動作で読み出すことができる。光信号は出力線上の光信号読み出し線８１５で選択された光信号転送ＭＯＳトランジスタ８１３より、ノイズ信号はノイズ信号読み出し線８１６で選択されたノイズ８１４信号転送ＭＯＳトランジスタより、それぞれ電荷蓄積部８１８に蓄えられる。電荷蓄積部８１８に蓄積された信号は水平走査回路で順次走査・読み出され、不図示の差動増幅回路により、光信号とノイズ信号の差分が出力される。
【００４０】
本発明はＣＭＯＳ型固体撮像装置で、全画素同時蓄積型の電子シャッター動作を行う場合に顕著な効果が得られる。図９にこの電子シャッター動作を説明するタイミング図を示す。まず全画素のフォトダイオードをリセットするために全行のリセットパルスをＯＮ、全行の転送パルスをＯＮする。両パルスをＯＦＦにした瞬間から全画面で同時にフォトダイオードの蓄積動作が始まる。所望の時間だけ蓄積を行い、全行の転送パルスをＯＮした後、ＯＦＦすることで、各画素の信号電荷が一斉に各画素のフローティングディフュージョンに転送される。次に、行ごとに選択パルスをＯＮ／ＯＦＦさせることにより、フローティングディフュージョンの電荷が行ごとに順次読み出される。読み出された信号は図８の電荷蓄積部８１８に「Ｓ＋Ｎ」信号として蓄えられる。
【００４１】
次に全行のリセットパルスをＯＮとすることで、全画素のフローティングディフュージョンが一斉にリセットされる。リセットパルスをＯＦＦとした後、各行のフローティングディフュージョンの電位を順次読み出す。読み出された信号は「Ｎ」信号として、電荷蓄積部８１８に「Ｓ＋Ｎ」と併設された容量部に蓄えられる。蓄えられた「Ｓ＋Ｎ」信号と「Ｎ」信号を差動増幅器の入力とすることにより、「Ｓ」信号を取り出す。
【００４２】
この動作ではフローティングディフュージョンに電荷が保持される時間が行ごとに異なるので、従来の構造では、保持時間が短い行（この場合は第一行）に比して、保持時間が長い量（この場合は最終行）はフローティングディフュージョンに入り込む偽信号により、出力電位がシェーディングする。本発明ではフローティングディフュージョンに流入するが抑制されるので、このようなシェーディングは出ない、あるいは問題にならないレベルとなる。
【００４３】
図１０は、本発明による固体撮像装置をカメラに応用する場合の回路ブロックの例を示したものである。撮影レンズ１００２の手前にはシャッター１００１があり、露出を制御する。絞り１００３により必要に応じ光量を制御し、固体撮像装置１００４に結像させる。固体撮像装置１００４から出力された信号は信号処理回路１００５で処理され、Ａ／Ｄ変換器１００６によりアナログ信号からディジタル信号に変換される。出力されるディジタル信号はさらに信号処理部１００７で演算処理される。処理されたディジタル信号はメモリ１０１０に蓄えられたり、外部Ｉ／Ｆ１０１３を通して外部の機器に送られる。固体撮像装置１００４、撮像信号処理回路１００５、Ａ／Ｄ変換器１００６、信号処理部１００７はタイミング発生部１００８により制御される他、システム全体は全体制御部・演算部１００９で制御される。記録媒体１０１２に画像を記録するために、出力ディジタル信号は全体制御部・演算部で制御される記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１０１１を通して、記録される。
【００４４】
なお、本実施例は、他の全ての導電型を反転することにより、ホール蓄積型画素を構成した場合にも本発明を適用できることは言うまでもない。
【実施例２】
【００４５】
図６は、本発明の第二実施例の固体撮像装置画素部の断面図である。６０１はｎ型シリコン基板、６０２ａはＰ型ウエル、６０２ｂはＰ型埋め込み層、６０３ａはＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜、６０３ｂは受光部上の薄い酸化膜、６０４は転送ＭＯＳトランジスタのゲート電極、６０５はフォトダイオード１のＮ型カソード、６０６はフォトダイオードを埋め込み構造とするための表面Ｐ型領域、６０７ａは素子分離のためのＬＯＣＯＳ酸化膜、６０７ｂはＰ型チャネルストップ層、６０８ａはフローティングディフュージョンを形成し転送ＭＯＳトランジスタのドレイン領域ともなっているＮ型高濃度領域である。６０８ｂはＮ型高濃度領域と直接コンタクトをとっているポリシリコン引き出し電極である。ポリシリコン引出し電極６０８ｂは最上面が金属で構成させる。６０８ｃはたとえばＴｉ，Ｗ、あるいはＭｏのシリコン化物である。また６０９はゲート電極とメタル第一層を絶縁するシリコン酸化膜、６２１はメタル第一層でフローティングディフュージョン部を遮光している。６２２はメタル第一層とメタル第二層を絶縁する層間絶縁膜、６２３はメタル第二層、６２４はメタル第二層とメタル第三層を絶縁する層間絶縁膜、６２５はメタル第三層、６２６はパッシベーション膜である。
【００４６】
本実施例では、ポリシリコン電極の上面を可視光に対して低反射とすることで、フローティングディフュージョンに入り込む光を更に低減した。すなわち、入射光のうち、転送ＭＯＳトランジスタのゲート電極６０４上面に入射した光は透過することはないので、シリコン内部に直接入る光が減少する。またシリサイド６０８ｃの反射率を低く抑えることで、反射光の強度もさげることができる。ポリシリコン直接コンタクト６０８ｂの上面もシリサイドで覆われているので、迷光があっても、ポリシリコンを直接透過してくる光成分を小さくすることができる。
【実施例３】
【００４７】
図７は、本発明の第三実施例の固体撮像装置画素部の断面図である。７０１はＮ型シリコン基板、７０２は埋め込みＰ型高濃度層、７０３ａはＮ型エピタキシャル層、７０３ｂはフォトダイオードのＮ型カソード、７０４ａ、７０４ｂ、７０４ｃはＰ型分離層、７０５ａ、７０５ｂ、７０５ｃはＰ型ウエル層である。また、７０６ａ、７０６ｂはフィールド酸化膜下のチャンネルストップＰ型層である。７１４はフォトダイオードからフローティングディフュージョンへの電荷転送路を規定し、転送ＭＯＳトランジスタ直下のポテンシャル障壁を形成するためのフィールドストップ層、７０７はフィールド酸化膜、７０８はＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜、７０９ａは転送ＭＯＳトランジスタのゲートポリシリコンで表面には金属シリサイド層７０９ｂ、７１０はフォトダイオードを埋め込み型とするための表面Ｐ型層である。７１１は転送ＭＯＳトランジスタのＮ型高濃度拡散領域である。７１２ａはＮ型高濃度領域と直接コンタクトをとっているポリシリコン引き出し電極である。ポリシリコン引出し電極７１２ｂは最上面が金属シリサイドである。また７１３はゲート電極とメタル第一層を絶縁するシリコン酸化膜、７２１はメタル第一層でフローティングディフュージョン部を遮光している。７２２はメタル第一層とメタル第二層を絶縁する層間絶縁膜、７２３はメタル第二層、７２４はメタル第二層とメタル第三層を絶縁する層間絶縁膜、７２５はメタル第三層、７２６はパッシベーション膜である。
【００４８】
本実施例は第二の実施例と同じく、ポリシリコンゲートの最上層を金属シリサイド化することにより上面からフローティングディフュージョンに入射する偽信号を低減すると同時に、斜め入射光７３１ａによりフォトダイオード端部で発生した電子・ホール対７３１ｂのうち電子はＰ型分離層７０４ｂ、Ｐ型ウエル層７０５ｂ、フィールドストップ層７１４により、フローティングディフュージョン側には拡散さずに、フォトダイオードのカソード７０３に集まる。
【００４９】
このように本実施例では、シリコン内部からのフローティングディフュージョンへ拡散を抑制することができる。シリサイドとポテンシャル障壁の組み合わせにより、より効果的に偽信号を排除できる。
【符号の説明】
【００５０】
（図１）
１  フォトダイオード
２  転送ＭＯＳトランジスタ
３  フローティングディフュージョン
４  リセットＭＯＳトランジスタ
５  選択ＭＯＳトランジスタ
６  ソースフォロワーＭＯＳトランジスタ
７  読み出し線
８  定電流源
（図２）
１０  フォトダイオードが形成されているアクティブ領域
１１  選択ＭＯＳトランジスタおよびソースフォロワートランジスタが形成されているアクティブ領域
２０  転送ＭＯＳトランジスタの領域
２１  転送ＭＯＳトランジスタのゲート線
３０  フローティングディフュージョンのＰＮ接合部
３１  フローティングディフュージョンから電極を引き出すためのコンタクト
３２  フローティングディフュージョンの引き出しのための金属電極
３３  ポリシリコンに接続するためのコンタクト
３４  ポリシリコン電極
４０  リセットＭＯＳトランジスタ領域
４１  リセット電源との接続のためのコンタクト
５０  選択ＭＯＳトランジスタのゲート領域
５１  ＶＤＤ電源と接続するためのコンタクト
６０  ソースフォロワーＭＯＳトランジスタ領域
７０  出力線
７１  出力線７０とソースフォロワーＭＯＳトランジスタ６０の主電極を接続するコンタ
クト
（図３）
３０１  ｎ型シリコン基板
３０２ａ  Ｐ型ウエル
３０２ｂ  Ｐ型埋め込み層
３０３ａ  ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜
３０３ｂ  受光部上の薄い酸化膜
３０４  転送ＭＯＳトランジスタのゲート電極
３０５  フォトダイオードのＮ型カソード
３０６  表面Ｐ型領域
３０７ａ  素子分離のためのＬＯＣＯＳ酸化膜
３０７ｂ  Ｐ型チャネルストップ層
３０８  Ｎ型高濃度領域
３０９  シリコン酸化膜
３２０  コンタクトプラグ
３２１  メタル第一層
３２２  層間絶縁膜
３２３  メタル第二層
３２４  層間絶縁膜
３２５  メタル第三層
３２６  パッシベーション膜
３３０ａ，３３１ａ  斜め入射光
３３０ｂ，３３１ｂ  電子・正孔対
（図４）
１１０  フォトダイオードが形成されているアクティブ領域
１１１  選択ＭＯＳトランジスタおよびソースフォロワートランジスタが形成されている
アクティブ領域
１２０  転送ＭＯＳトランジスタの領域
１２１  転送ＭＯＳトランジスタのゲート線
１３０  フローティングディフュージョンのＰＮ接合部フローティングディフ
１３１  ポリシリコン
１３２  第一メタル層による遮光メタル
１４０  リセットＭＯＳトランジスタ領域
１４１  リセット電源との接続のためのコンタクト
１５０  選択ＭＯＳトランジスタのゲート領域
１５１  ＶＤＤ電源と接続するためのコンタクト
１６０  ソースフォロワーＭＯＳトランジスタ領域
１７０  出力線
（図５）
５０１  ｎ型シリコン基板
５０２ａ  Ｐ型ウエル
５０２ｂ  Ｐ型埋め込み層
５０３ａ  ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜
５０３ｂ  受光部上の薄い酸化膜
５０４  転送ＭＯＳトランジスタのゲート電極
５０５  フォトダイオードのＮ型カソード
５０６  表面Ｐ型領域
５０７ａ  素子分離のためのＬＯＣＯＳ酸化膜
５０７ｂ  Ｐ型チャネルストップ層
５０８ａ  Ｎ型高濃度領域
５０８ｂ  ポリシリコン引き出し電極
５０９  シリコン酸化膜
５２１  メタル第一層
５２２  層間絶縁膜
５２３  メタル第二層
５２４  層間絶縁膜
５２５  メタル第三層
５２６  パッシベーション膜
５３１  斜め入射光
（図６）
６０１  ｎ型シリコン基板
６０２ａ  Ｐ型ウエル
６０２ｂ  Ｐ型埋め込み層
６０３ａ  ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜
６０３ｂ  受光部上の薄い酸化膜
６０４  転送ＭＯＳトランジスタのゲート電極
６０５  フォトダイオードのＮ型カソード
６０６  表面Ｐ型領域
６０７ａ  素子分離のためのＬＯＣＯＳ酸化膜
６０７ｂ  Ｐ型チャネルストップ層
６０８ａ  Ｎ型高濃度領域
６０８ｂ  ポリシリコン引き出し電極
６０８ｃ  金属シリサイド
６０９  シリコン酸化膜
６２１  メタル第一層
６２２  層間絶縁膜
６２３  メタル第二層
６２４  層間絶縁膜
６２５  メタル第三層
６２６  パッシベーション膜
６３１  斜め入射光
（図７）
７０１  Ｎ型シリコン基板
７０２  埋め込みＰ型高濃度層
７０３ａ  Ｎ型エピタキシャル層
７０３ｂ  フォトダイオードのＮ型カソード
７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ  Ｐ型分離層
７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃ  Ｐ型ウエル層
７０６ａ，７０６ｂ  チャンネルストップＰ型層
７０７  フィールド酸化膜
７０８  ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜
７０９ａ  ゲートポリシリコン
７０９ｂ  金属シリサイド層
７１０  表面Ｐ型層
７１１  Ｎ型高濃度拡散領域
７１２ａ  ポリシリコン引き出し電極
７１３  シリコン酸化膜
７１４  フィールドストップ層
７２１  メタル第一層
７２２  層間絶縁膜
７２３  メタル第二層
７２４  層間絶縁膜
７２５  メタル第三層
７２６  パッシベーション膜
７３１ａ  斜め入射光
７３１ｂ  電子・ホール対
【図１】
2011199318.tif 000003
【図２】
2011199318.tif 000004
【図３】
2011199318.tif 000005
【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】
2011199318.tif 000010
【図９】
2011199318.tif 000011
【図１０】
2011199318.tif 000012