(57)【要約】【課題】マスク合わせのずれによる出力アンプとＦＤ部とのコンタクト抵抗及び寄生容量の変動を抑え、電荷検出特性を一定に保つ。【解決手段】出力アンプに含まれる初段の駆動用ＭＯＳトランジスタ２１のゲート電極４８に電極配線４９が一体形成されている。電極配線４９は、信号電荷を蓄積するｎ＋型領域４２上に形成された第１コンタクト孔５０ａ内へ延在するとともに、第１コンタクト孔５０ａに埋入されたメタル層５１を介してｎ＋型領域４２に接続されている。また、ｎ＋型領域４２の中心Ｃを軸として電極配線４９と１８０°の回転対称となる位置に、電極配線４９と同一製造工程によって形成されたダミー配線５２が設けられている。ダミー配線５２は、ｎ＋型領域４２上に形成された第２コンタクト孔５０ｂ内へ延在している。メタル層５１は、第２コンタクト孔５０ｂに埋入されてダミー配線５２をｎ＋型領域４２に接続している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を信号電荷に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子によって生成された信号電荷を信号電圧に変換するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部によって生成された信号電圧を緩衝増幅する出力アンプとを備えた固体撮像装置において、
前記フローティングディフュージョン部と前記出力アンプとの接続部の平面構造は、前記フローティングディフュージョン部の中心を軸として１８０°の回転対称となっている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部は、一導電型の半導体ウェル層及びこの上に形成された反対導電型の電荷転送チャンルの一部分と、前記電荷転送チャンルの表層に反対導電型不純物が高濃度に注入され、前記信号電荷を蓄積する高濃度ドープ層とからなり、前記中心は、前記高濃度ドープ層の中心であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記出力アンプに含まれる初段の駆動用ＭＯＳトランジスタのゲート電極に電極配線が一体形成され、前記電極配線は、前記高濃度ドープ層上に形成された第１コンタクト孔内へ延在するとともに、前記第１コンタクト孔に埋入されたメタル層を介して前記高濃度ドープ層に接続され、また、前記中心を軸として前記電極配線と１８０°の回転対称となる位置に、前記電極配線と同一製造工程によって形成されたダミー配線が設けられ、前記ダミー配線は、前記高濃度ドープ層上に形成された第２コンタクト孔内へ延在しており、前記メタル層は、前記第２コンタクト孔に埋入されて前記ダミー配線を前記高濃度ドープ層に接続していることを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記電極配線及び前記ダミー配線は、多結晶シリコンからなることを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記メタル層は、アルミニウムからなることを特徴とする請求項３または４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記メタル層の平面形状は、前記中心を軸として１８０°の回転対称となっていることを特徴とする請求項３から５いずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１コンタクト孔及び前記第２コンタクト孔は、互いに接続されて単一の孔となっていることを特徴とする請求項３から６いずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記出力アンプは、ソースフォロア回路からなることを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記光電変換素子に隣接し、前記信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直ＣＣＤと、前記各垂直ＣＣＤの出力端に共通に接続され、前記信号電荷を水平方向に転送させる水平ＣＣＤとを備え、前記フローティングディフュージョン部は、前記水平ＣＣＤの出力端に、出力ゲートを介して接続されていることを特徴とする請求項１から８いずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記信号電荷を排出するためのリセット部が、前記フローティングディフュージョン部に隣接して設けられていることを特徴とする請求項１から９いずれか１項記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フローティングディフュージョン部及び出力アンプを備えた固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等に用いられる固体撮像装置として、インターライン転送方式のＣＣＤイメージセンサが知られている。このＣＣＤイメージセンサは、行列状に２次元配置され、入射光をその光量に応じた信号電荷に変換して蓄積する複数個の光電変換素子（画素）と、光電変換素子の垂直列毎に設けられ、各光電変換素子から読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤと、垂直ＣＣＤから転送される１ライン（行）分の信号電荷を水平転送する水平ＣＣＤと、水平ＣＣＤによって転送された信号電荷を電気信号に変換して出力する出力部とを有している。
【０００３】
このＣＣＤイメージセンサの出力部は、出力ゲートと、出力ゲートを介して水平ＣＣＤから転送される信号電荷を信号電圧（電気信号）に変換するフローティングディフュージョン（ＦＤ）部と、ＦＤ部に接続され、ＦＤ部が生成した信号電圧を緩衝増幅して外部に出力する出力アンプと、出力が完了した画素の信号電荷を、次の画素の信号電荷が水平ＣＣＤから送られてくる前にリセット（排出）するためのリセット部とからなる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図７は、ＦＤ部の断面構造を示す。ＦＤ部１００は、水平ＣＣＤのｎ型チャネル領域（電荷転送チャネル）１０１から転送される信号電荷（電子）を受け取るようにｎ型不純物が高濃度にドープされたｎ＋型領域１０２とその周辺部とからなる。ｎ＋型領域１０２の周囲のｎ型チャネル領域１０１とＰウェル層１０３との間のＰＮ接合部１０４は、逆バイアスがかかった状態とされ、電荷検出用のキャパシタとして機能している。
【０００５】
また、ＦＤ部１００の周辺の素子分離領域には、フィールド酸化膜１０５が形成されている。上記の出力アンプは、フィールド酸化膜１０５を介してＦＤ部から素子分離された領域に設けられている。フィールド酸化膜１０５上の配線１０６は、出力アンプの初段ドライブトランジスタのゲート電極（つまり、出力アンプの入力端子）に接続された電極配線であり、図中左側に位置する出力アンプからフィールド酸化膜１０５を横断してＦＤ部１００まで延在している。電極配線１０６は、平坦化膜１０７に形成されたコンタクト孔１０７ａに埋め込まれたメタル層１０８を介してＦＤ部１００のｎ＋型領域１０２に接続されている。
【０００６】
コンタクト孔１０７ａは、ｎ＋型領域１０２の表面を部分的に露呈させる略直方体形状の孔であり、この孔の中へ電極配線１０６が延在している。メタル層１０８とｎ＋型領域１０２とのコンタクト領域１０９の面積は、電極配線１０６及びコンタクト孔１０７ａの形成位置によって決定される。
【特許文献１】特開２００４−６３８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、電極配線１０６及びコンタクト孔１０７ａの形成は、フォトリソグラフィとエッチングによってなされる。フォトリソグラフィに用いられるマスク（レチクルとも称される）は、ステッパーと称される装置により正確に位置合わせが行われるが、僅かながら位置合わせ誤差が存在する。上記の構造では、マスク合わせのずれにより、電極配線１０６及びコンタクト孔１０７ａの形成位置の一方または双方に誤差が生じると、それに伴ってコンタクト領域１０９の面積が変動し、電荷検出特性に係わるコンタクト抵抗ないしは寄生容量が変化するといった問題がある。
【０００８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、マスク合わせのずれによる出力アンプとＦＤ部とのコンタクト抵抗及び寄生容量の変動を抑え、電荷検出特性を一定に保つ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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、入射光を信号電荷に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子によって生成された信号電荷を信号電圧に変換するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部によって生成された信号電圧を緩衝増幅する出力アンプとを備えた固体撮像装置において、前記フローティングディフュージョン部と前記出力アンプとの接続部の平面構造は、前記フローティングディフュージョン部の中心を軸として１８０°の回転対称となっていることを特徴とする。
【００１０】
なお、前記フローティングディフュージョン部は、一導電型の半導体ウェル層及びこの上に形成された反対導電型の電荷転送チャンルの一部分と、前記電荷転送チャンルの表層に反対導電型不純物が高濃度に注入され、前記信号電荷を蓄積する高濃度ドープ層とからなり、前記中心は、前記高濃度ドープ層の中心であることを特徴とする。ここで、一導電型とは、ｎ型またはｐ型のいずれか一方の導電型であり、反対導電型とは、一導電型とは反対の導電型（一導電型がｎ型の場合にはｐ型、一導電型がｐ型の場合にはｎ型）である。
【００１１】
また、前記出力アンプに含まれる初段の駆動用ＭＯＳトランジスタのゲート電極に電極配線が一体形成され、前記電極配線は、前記高濃度ドープ層上に形成された第１コンタクト孔内へ延在するとともに、前記第１コンタクト孔に埋入されたメタル層を介して前記高濃度ドープ層に接続され、また、前記中心を軸として前記電極配線と１８０°の回転対称となる位置に、前記電極配線と同一製造工程によって形成されたダミー配線が設けられ、前記ダミー配線は、前記高濃度ドープ層上に形成された第２コンタクト孔内へ延在しており、前記メタル層は、前記第２コンタクト孔に埋入されて前記ダミー配線を前記高濃度ドープ層に接続していることを特徴とする。
【００１２】
前記電極配線及び前記ダミー配線は、多結晶シリコンからなることが好ましい。また、前記メタル層は、アルミニウムからなることが好ましい。また、前記メタル層の平面形状は、前記中心を軸として１８０°の回転対称となっていることが好ましい。
【００１３】
また、前記第１コンタクト孔及び前記第２コンタクト孔は、互いに接続されて単一の孔となっていることも好ましい。また、前記出力アンプは、ソースフォロア回路からなることが好ましい。
【００１４】
また、前記光電変換素子に隣接し、前記信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直ＣＣＤと、前記各垂直ＣＣＤの出力端に共通に接続され、前記信号電荷を水平方向に転送させる水平ＣＣＤとを備え、前記フローティングディフュージョン部は、前記水平ＣＣＤの出力端に、出力ゲートを介して接続されていることが好ましい。
【００１５】
さらに、前記信号電荷を排出するためのリセット部が、前記フローティングディフュージョン部に隣接して設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の固体撮像装置では、フローティングディフュージョン部と出力アンプとの接続部の平面構造が、フローティングディフュージョン部の中心を軸として１８０°の回転対称となっているので、接続部を構成する電極配線やコンタクト孔の形成位置に僅かなずれ（マスク合わせのずれによる）が生じても、これらのずれは相殺され、コンタクト領域の面積の和は一定に保たれるので、コンタクト抵抗は変動しない。また、寄生容量の変動も抑制される。よって、フローティングディフュージョン部の電荷検出特性を一定に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１において、インターライン転送方式のＣＣＤイメージセンサ１０は、２次元マトリクス状に配置され、光を信号電荷に変換する複数のフォトダイオード（ＰＤ；光電変換素子）１１と、ＰＤ１１の垂直列毎に設けられ、信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直ＣＣＤ１２と、各垂直ＣＣＤ１２の出力端に共通に接続され、信号電荷を水平方向に転送させる水平ＣＣＤ１３と、水平ＣＣＤ１３の出力端に接続され、画素ごとに転送される信号電荷を信号電圧（画素信号）に変換して外部に出力する出力部１４とから構成されている。
【００１８】
垂直ＣＣＤ１２には、２個のＰＤ１１に対応する４個の転送電極を１転送単位として４相駆動できるように、４相の駆動信号（φＶ１〜φＶ４）が入力される４相信号入力端子１５が接続されている。また、水平ＣＣＤ１３には、２個の転送電極を１転送単位として２相駆動できるように、２相の駆動信号（φＨ１，φＨ２）が入力される２相信号入力端子１６が接続されている。
【００１９】
出力部１４は、水平ＣＣＤ１３の出力端に接続された出力ゲート１７と、出力ゲート１７を介して水平ＣＣＤ１３から転送される信号電荷を信号電圧に変換するＦＤ部１８と、検出した信号電荷を排出するためのリセットゲート１９ａ及びリセットドレイン１９ｂからなるリセット部１９と、ＦＤ部１８が検出した信号電圧を緩衝増幅して外部出力を行う出力アンプ２０とによって構成されている。
【００２０】
出力アンプ２０は、駆動用ＭＯＳトランジスタ２１，２２と負荷用ＭＯＳトランジスタ２３，２４とによって構成された２段のソースフォロア回路であり、信号電圧の出力インピーダンスを低減させる。ＭＯＳトランジスタ２１，２２のドレインには、電源端子２５が接続されている。ＭＯＳトランジスタ２２，２４の共通接続点には、信号出力端子２６が接続されている。ＭＯＳトランジスタ２３，２４のゲートには、これらのトランジスタを制御する電圧を印加するための負荷ゲート端子２７が接続されている。そして、ＭＯＳトランジスタ２３，２４のソースには、接地端子２８が接続されている。なお、符号２９は出力ゲート１７に接続された出力ゲート端子、符号３０はリセットゲート１９ａに接続されたリセットゲート端子を示している。
【００２１】
図２〜図４は、ＦＤ部１８の詳細な構成を示す。水平ＣＣＤ１３のｎ型チャネル領域（電荷転送チャネル）４０は、水平ＣＣＤの出力端側に設けられた出力ゲート１７からＦＤ部１８を通ってリセット部１９まで延在している。なお、符号４１は、水平ＣＣＤ１３の転送電極を示している。
【００２２】
ＦＤ部１８には、ｎ型チャネル領域４０の表層にｎ型不純物が高濃度にドープされ、水平ＣＣＤ１３から出力ゲート１７を介して転送される信号電荷（電子）を蓄積するｎ＋型領域（高濃度ドープ層）４２が形成されている。ＦＤ部１８は、ｎ＋型領域４２とその周辺部とからなる。ｎ型チャネル領域４０のｎ＋型領域４２の周辺部とその下のＰウェル層４３との間のＰＮ接合部４４は、逆バイアスがかかった状態とされており、電荷検出用のキャパシタとして機能している。
【００２３】
ｎ型チャネル領域４０の外側にはフィールド酸化膜４５が形成され、素子分離が行われている。フィールド酸化膜４５として、ＬＯＣＯＳ（local oxidation of silicon）により形成されたものを示しているが、これに代えて、ＳＴＩ（shallow trench isolation）による素子分離膜を用いてもよい。
【００２４】
前述の出力アンプ２０は、フィールド酸化膜４５を介してＦＤ部１８から素子分離された領域に設けられている。出力アンプ２０の初段の駆動用ＭＯＳトランジスタ２１は、前述の電源端子２５が接続されたドレイン領域４６、ソース領域４７、及びドレイン領域４６とソース領域４７との間のチャネル上に形成されたゲート電極４８からなる。ポリシリコン（多結晶シリコン）によってゲート電極４８と一体形成された電極配線４９は、フィールド酸化膜４５上を通ってＦＤ部１８まで延在している。なお、ゲート電極４８及び電極配線４９は、周知技術であるフォトリソグラフィ及びエッチングを用いて形成される。
【００２５】
電極配線４９は、全面に形成された平坦化膜５０を穿孔してなる第１コンタクト孔５０ａに埋め込まれたメタル層５１を介してＦＤ部１８のｎ＋型領域４２に接続されている。第１コンタクト孔５０ａは、ｎ＋型領域４２の表面を部分的に露呈させる略直方体形状の孔であり、この孔の中へ電極配線４９が延在している。なお、平坦化膜５０は二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、メタル層５１はアルミニウムからなる。
【００２６】
また、平坦化膜５０には、第２コンタクト孔５０ｂが形成されている。第２コンタクト孔５０ｂは、ｎ＋型領域４２の中心Ｃを軸として第１コンタクト孔５０ａと１８０°の回転対称となる位置に形成されている。第２コンタクト孔５０ｂは、同様に、ｎ＋型領域４２の表面を部分的に露呈させる略直方体形状の孔であり、この孔の中には、ダミー配線５２が延在し、メタル層５１が埋め込まれている。ダミー配線５２は、中心Ｃを軸として電極配線４９のメタル層５１下の部分と１８０°の回転対称となる位置に形成されている。なお、第２コンタクト孔５０ｂは、第１コンタクト孔５０ａと同一製造工程にて、同一マスクによって形成されたものである。また、ダミー配線５２は、ゲート電極４８及び電極配線４９と同一製造工程にて、同一マスクによって形成されたものであり、ポリシリコンからなる。
【００２７】
メタル層５１の平面形状は、中心Ｃを軸として１８０°の回転対称となっており、第１及び第２コンタクト孔５０ａ，５０ｂを介してｎ＋型領域４２とコンタクト（接続）している。第１コンタクト領域５３の面積は、第１コンタクト孔５０ａ及び電極配線４９の形成位置に応じて決定される。また、第２コンタクト領域５４の面積は、第２コンタクト孔５０ｂ及びダミー配線５２の形成位置に応じて決定される。
【００２８】
このように、出力アンプ２０の初段の駆動用ＭＯＳトランジスタ２１とＦＤ部１８とのコンタクト部（接続部）の平面構造は、ＦＤ部１８の中心（中心Ｃ）を軸として１８０°の回転対称となっているため、図５に示すように、マスク合わせのずれにより、第１及び第２コンタクト孔５０ａ，５０ｂの形成位置に僅かなずれが生じても、これらのずれは相殺され、第１及び第２コンタクト領域５３，５４の面積の和は一定に保たれるので、コンタクト抵抗は変動しない。また、ポリシリコンにて形成される電極配線４９及びダミー配線５２とｎ＋型領域４２とのオーバーラップ量も一定に保たれ、寄生容量の変動も抑制される。よって、ＦＤ部１８の電荷検出特性は一定に保たれる。
【００２９】
図５は、図中Ｙ方向に僅かなずれが生じた場合を例示しているが、図中Ｘ方向に僅かなずれが生じた場合においても第１及び第２コンタクト領域５３，５４の面積の和は一定に保たれる。これは、電極配線４９及びダミー配線５２のＸ方向への幅が第１及び第２コンタクト孔５０ａ，５０ｂの幅より広く、Ｘ方向への変動に対してマージンが存在するためである。同様に、ｎ＋型領域４２と第１及び第２コンタクト孔５０ａ，５０ｂとに関してもＸ方向への変動に対してマージンが存在するように形成されている。
【００３０】
また、図５は、第１及び第２コンタクト孔５０ａ，５０ｂの形成位置に僅かなずれが生じた場合を例示しているが、同一マスクにて形成される電極配線４９及びダミー配線５２の形成位置に僅かなずれが生じた場合においても同様に、第１及び第２コンタクト領域５３，５４の面積の和は一定に保たれ、コンタクト抵抗は変動せず、寄生容量の変動も抑制される。
【００３１】
なお、上記実施形態では、第１及び第２コンタクト孔を設け、２つのコンタクト領域にてメタル層とｎ＋型領域とのコンタクトを図っているが、本発明はこれに限定されず、第１及び第２コンタクト孔を互いに接続して単一の孔とし、１つのコンタクト領域にてメタル層とｎ＋型領域とのコンタクトを図ってもよい。図６は、これを例示しており、上記実施形態と同一形状の部分については、同一の符号を付している。
【００３２】
ｎ＋型領域６０は、上記実施形態のｎ＋型領域４２に対応し、信号電荷を蓄積する。ｎ＋型領域６０の中心Ｃ’を軸として１８０°の回転対称となるように、コンタクト孔６１が設けられている。コンタクト孔６１内には、電極配線４９及びダミー配線５２が延在しており、ダミー配線５２は、中心Ｃ’を軸として電極配線４９のメタル層６２下の部分と１８０°の回転対称となるように配置されている。また、メタル層６２は、中心Ｃ’を軸として１８０°の回転対称となっている。
【００３３】
この場合も同様に、コンタクト孔６１の形成位置に僅かなずれが生じてもコンタクト領域６３の面積の和は一定に保たれ、コンタクト抵抗は変動しない。また、ポリシリコンにて形成される電極配線４９及びダミー配線５２とｎ＋型領域６０とのオーバーラップ量も一定に保たれ、寄生容量の変動も抑制される。
【００３４】
このように、出力アンプの初段トランジスタとＦＤ部とのコンタクト構造は、１８０°回転対称となるようにレイアウトされていれば、上記の例に限られず、適宜変形することができる。
【００３５】
また、上記実施形態は、ＣＣＤイメージセンサに本発明を適用した例であるが、ＦＤ部及び出力アンプを備えるものであれば、ＣＣＤイメージセンサ以外の固体撮像装置に本発明を適用することも可能である。例えば、ＣＭＯＳイメージセンサにも画素ごとにＦＤ部を備えるものがあり、画素ごとに設けられた出力アンプによってＦＤ部の信号電圧の出力が行われる。
【００３６】
また、上記実施形態では、光電変換素子の光電変換によって生成される電子−正孔対のうち電子を信号電荷として扱うように、半導体基板内の各部の導電型を設定しているが、本発明はこれに限定されず、電子と反対の極性を有する正孔を信号電荷として扱うように、半導体基板内の各部の導電型を上記と反対の導電型としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ＣＣＤイメージセンサの電気的構成を示す概略平面図である。
【図２】ＦＤ部の平面構造を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】コンタクト孔の形成位置にずれが生じた例を示す平面図である。
【図６】本発明の変形例を示すＦＤ部の平面図である。
【図７】従来のＦＤ部の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  ＣＣＤイメージセンサ（固体撮像装置）
１１  フォトダイオード（光電変換素子）
１２  垂直ＣＣＤ
１３  水平ＣＣＤ
１４  出力部
１７  出力ゲート
１８  フローティングディフュージョン部
１９  リセット部
２０  出力アンプ
２１，２２  駆動用ＭＯトランジスタ
２３，２４  負荷用ＭＯＳトランジスタ
４０  ｎ型チャネル領域（電荷転送チャネル）
４２  ｎ＋型領域（高濃度ドープ層）
４３  Ｐウェル層（半導体ウェル層）
４４  ＰＮ接合部
４８  ゲート電極
４９  電極配線
５０ａ  第１コンタクト孔
５０ｂ  第２コンタクト孔
５１  メタル層
５２  ダミー配線
５３  第１コンタクト領域
５４  第２コンタクト領域
６０  ｎ＋型領域
６１  コンタクト孔
６２  メタル層
６３  コンタクト領域
【図１】
2008117941.tif 000003
【図２】
2008117941.tif 000004
【図３】
2008117941.tif 000005
【図４】
2008117941.tif 000006
【図５】
2008117941.tif 000007
【図６】
2008117941.tif 000008
【図７】
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