(57)【要約】【課題】ポテンシャル振幅が大きく、１／ｆノイズの増加を抑えた固体撮像装置を提供する。【解決手段】画素セル１が複数配置された受光部と、画素セル１を駆動して信号を取り出す周辺回路部とを備え、画素セル１は、光を受光して信号電荷を生成するフォトダイオード２と、フォトダイオード２で生成された信号電荷を転送する転送トランジスタ３と、転送された信号電荷を電圧に変換する浮遊拡散層５と、浮遊拡散層５を所定の電圧にリセットするリセットトランジスタ４と、浮遊拡散層５の電位をゲート入力とする増幅トランジスタ６とを少なくとも有する。転送トランジスタ３、およびリセットトランジスタ４の、少なくとも一方のゲート酸化膜は、第１の膜厚で形成され、増幅トランジスタ６のゲート酸化膜は、第２の膜厚で形成され、第１の膜厚は、第２の膜厚よりも厚い。【選択図】図１
2008124395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素セルが複数配置された受光部と、
前記画素セルを駆動して信号を取り出す周辺回路部とを備え、
前記画素セルは、
光を受光して信号電荷を生成するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードで生成された信号電荷を転送する転送トランジスタと、
前記転送された信号電荷を電圧に変換する浮遊拡散層と、
前記浮遊拡散層を所定の電圧にリセットするリセットトランジスタと、
前記浮遊拡散層の電位をゲート入力とする増幅トランジスタとを少なくとも有する固体撮像装置において、
前記転送トランジスタ、および前記リセットトランジスタの、少なくとも一方のゲート酸化膜は、第１の膜厚で形成され、
前記増幅トランジスタのゲート酸化膜は、第２の膜厚で形成され、
第１の膜厚は、第２の膜厚よりも厚いことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１の膜厚で形成された転送トランジスタまたはリセットトランジスタに印加されるゲート電圧の最大値は、前記増幅トランジスタに印加されるゲート電圧の最大値に比べて同等または高い請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記転送トランジスタ、前記リセットトランジスタおよび前記増幅トランジスタの中で、前記増幅トランジスタは、ゲートの面積が最小である請求項１または２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記増幅トランジスタとソースフォロワ回路を構成する負荷トランジスタのゲート酸化膜は、前記第２の膜厚で形成された請求項１〜３のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記増幅トランジスタとソースフォロワ回路を構成する負荷トランジスタのゲートの面積は、前記増幅トランジスタのゲートの面積よりも大きく、
前記負荷トランジスタのゲート酸化膜は、前記第１の膜厚で形成された請求項１〜３のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記増幅トランジスタのチャネル不純物プロファイルは、前記周辺回路部のトランジスタのチャネルプロファイルの少なくともひとつと共通である請求項１〜５のいずれか一項に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、固体撮像装置、特にＭＯＳ型固体撮像装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の微細化が進むに伴い、ＭＯＳ型固体撮像装置においても、微細化が進んでいる。ＭＯＳ型固体撮像装置において、画素セルのピッチを微細化することにより、同じ光学サイズ、すなわち、画素アレイが存在する受光領域の面積が一定であっても、一定面積の受光領域に、より多くのセルを配置することができ、高解像度の固体撮像装置を構成することができる。
【０００３】
固体撮像装置において、画素セルのピッチを微細化する場合、フォトダイオード領域の面積を確保して、感度や飽和電子数の特性を維持することが優先される。このため、全ての素子を単純に比例縮小するのではなく、フォトダイオードの面積をできるだけ減らさずに、画素セルや周辺回路のトランジスタを微細化する。
【０００４】
図４は、従来の固体撮像装置の一部の構成を示す回路図である。画素セル１０１からの信号は、垂直信号線１０９を経て周辺回路部へ出力される。フォトダイオード１０２で発生した信号電荷は、転送トランジスタ１０３を介して浮遊拡散層１０５に転送される。転送された信号電荷による浮遊拡散層１０５における電位は、負荷トランジスタ１０８とソースフォロワ回路を構成する増幅トランジスタ１０６のゲート入力となる。浮遊拡散層１０５の電位は、リセットトランジスタ１０４により、電源１０７の電位にリセットされる。
【０００５】
次に、転送トランジスタ１０３のオン時とオフ時の間のポテンシャル振幅について説明する。図５は、フォトダイオード１０２、転送トランジスタ１０３および浮遊拡散層１０５の半導体基板表面付近の電子に対するポテンシャルを示す図である。なお、転送トランジスタ１０３の、フォトダイオード１０２および浮遊拡散層１０５との境界領域のポテンシャルは、表示しない。
【０００６】
図５（ａ）において、信号電荷帯１１６は、外部入射光に応じて、フォトダイオード１０２で発生した信号電荷により形成される。実線で示されたポテンシャル１１１は、転送トランジスタ１０３のオフ時のポテンシャルである。また、破線で示されたポテンシャル１１２は、転送トランジスタ１０３のオン時のポテンシャルであり、比較のために合わせて表示する。ポテンシャル１１２は、信号電荷帯１１６に対するポテンシャル障壁を有する。オフ時のポテンシャル１１１とオン時のポテンシャル１１２の差が、ポテンシャル振幅１１４である。電位１１７は、浮遊拡散層１０５のリセット時の電位であり、信号電荷帯１１６の電位より高く（図では、下の方が電位が高い）なるように、セットされている。
【０００７】
図５（ｂ）は、図５（ａ）の場合に比べて、転送トランジスタ１０３のポテンシャル振幅が大きい場合のポテンシャルを示す図である。オン時のポテンシャル１１３は、ポテンシャル障壁が形成されていない。
【０００８】
図６（ａ）は、図５（ａ）に示したポテンシャル振幅を有する転送トランジスタ１０３において、電荷の転送状態を示すポテンシャル図である。図６（ａ）において、オン時のポテンシャル１１２を実線で示し、オフ時のポテンシャルを１１１を破線で示す。図５（ａ）で示す信号電荷帯１１８を構成する一部の信号電荷がオン時のポテンシャル１１２を越えて、浮遊拡散層１０５へ移り、信号電荷帯１１９を形成する。また、フォトダイオード１０２に残留した信号電荷は、信号電荷帯１１８を形成する。残留した信号電荷は、残像として画像に影響する。
【０００９】
図６（ｂ）は、図５（ｂ）に示したポテンシャル振幅を有する転送トランジスタ１０３において、電荷の転送状態を示すポテンシャル図である。図６（ｂ）において、オン時のポテンシャル１１３を実線で示し、オフ時のポテンシャルを１１１を破線で示す。また、比較のために、図６（ａ）に示す転送トランジスタのオン時のポテンシャル１１２を破線で示す。オン時のポテンシャル１１３は、図５（ｂ）に示す信号電荷帯１１６に対して障壁とならないため、全ての信号電荷は、浮遊拡散層１０５へ移り、信号電荷帯１２０を形成する。従って、信号電荷帯１１９の最低電位は、信号電荷帯１２０の最低電位より高くなる。
【００１０】
次に、転送トランジスタ１０３におけるポテンシャル振幅の大きさによる、フォトダイオード１０２における電荷の蓄積量の影響について説明する。図７は、オン時とオフ時の間の、フォトダイオード１０２、転送トランジスタ１０３および浮遊拡散層１０５の半導体基板表面付近の電子に対するポテンシャル振幅の大きさを示す図である。
【００１１】
図７（ａ）において、実線で示すポテンシャル１２１は、転送トランジスタ１０３のオフ時のポテンシャルである。また、破線で示すポテンシャル１２２は、転送トランジスタ１０３のオン時のポテンシャルであり、比較のために合わせて表示する。オフ時のポテンシャル１２１とオン時のポテンシャル１２２の差が、ポテンシャル振幅１２４である。
【００１２】
フォトダイオード１０２に外部入射光により信号電荷が発生し、信号電荷により信号電荷帯１２６が形成される。外部入射光量が多いと、信号電荷帯１２６を構成する信号電荷の一部がオフ時のポテンシャル１２１の障壁を越え、信号電荷が浮遊拡散層１０５へ移動する。
【００１３】
図７（ｂ）は、図７（ａ）の場合に比べて、転送トランジスタ１０３のポテンシャル振幅が大きい場合のポテンシャルを示す図である。オフ時のポテンシャル１２３は、オフ時のポテンシャル１２１より、ポテンシャル障壁が高く形成されている。そのため、外部入射光量が多くても、信号電荷をフォトダイオード１０２に蓄積することができる。
【００１４】
図８（ａ）は、図７（ａ）に示したポテンシャル振幅を有する転送トランジスタ１０３において、電荷の転送状態を示すポテンシャル図である。フォトダイオード１０２に蓄積された信号電荷は、浮遊拡散層１０５へ移動し、信号電荷帯１２８を形成する。同様に、図８（ｂ）は、図７（ｂ）に示したポテンシャル振幅を有する転送トランジスタ１０３において、電荷の転送状態を示すポテンシャル図であり、フォトダイオード１０２に蓄積された信号電荷は、浮遊拡散層１０５へ移動し、信号電荷帯１２９を形成する。
【００１５】
信号電荷帯１２８は、フォトダイオード１０２で発生した信号電荷のうちリークしなかった信号電荷により形成される。一方、信号電荷帯１２９は、フォトダイオード１０２で生成された全ての信号電荷により形成される。
【００１６】
したがって、転送トランジスタ１０３のポテンシャル振幅を大きくとることにより、信号電荷のリークを抑え、図１に示す画素セル１のダイナミックレンジを広くすることができる。
【００１７】
次に、リセットトランジスタ１０４のポテンシャル振幅の大きさによるリセットマージンの大きさ、および浮遊拡散層１０５における信号電荷の蓄積について説明する。図９は、浮遊拡散層１０５からリセットトランジスタ１０４を経て、電源１０７に至るポテンシャルを示す図である。図９（ａ）は、オン時のポテンシャル１３１が電源１０７の電位（２．９Ｖ）よりわずかに高い場合を示している。リセットマージン１３２が小さいと、リセットトランジスタ１０４のリセットトランジスタ１０４におけるポテンシャル振幅のばらつきにより、リセットマージン１３２が正の値とならない場合があり、この場合には、浮遊拡散層１０５を電源１０７の電位にリセットすることができない。
【００１８】
図９（ｂ）は、オン時のポテンシャル１３４が電源１０７の電位（２．９Ｖ）より十分に高い場合を示す。このリセットトランジスタでは、リセットマージン１３５を十分にとることができるので、浮遊拡散１０５を電源１０７の電位にリセットすることができる。
【００１９】
また、図１０は、浮遊拡散層１０５からリセットトランジスタ１０４を経て、電源１０７に至るポテンシャルを示す図である。図１０（ａ）は、オフ時のポテンシャル１３６が低い場合を示す。信号電荷帯１３３を形成する一部の信号電荷は、オフ時のポテンシャル１３６を越えて、電源１０７へ至る。このため、浮遊拡散層１０５において、信号電荷を十分に蓄積することができない。図１０（ｂ）は、オフ時のポテンシャル１３７が高い場合を示す。オフ時のポテンシャル１３７は、信号電荷帯１３３よりも高いポテンシャル障壁を有するので、浮遊拡散層１０５に信号電荷を蓄積することができる。従って、ポテンシャル振幅を大きくすることにより、リセットマージンを大きくし、かつオフ時のリークを防ぐことができる。
【００２０】
しかしながら、素子の微細化は、ポテンシャル振幅を大きくするという要求とは逆行するものである。従来から固体撮像装置で取られている手段は、素子の微細化を行っても、電圧・ゲート酸化膜厚のスケーリングは行わず、ゲート電圧を保持する方法が取られている。
【００２１】
ゲート電圧に対するポテンシャル振幅は、
（Ｃｏｘ／（Ｃｏｘ＋Ｃｄｅｐｌ））×ΔＶＧ  ・・・（式１１）
で表される。なお、Ｃｏｘは、ゲート酸化膜容量であり、Ｃｄｅｐ１は、空乏層容量であり、ΔＶＧは、ゲート電圧の変化量である。ポテンシャル振幅の値を大きくするには、ゲート電圧固定で、ゲート酸化膜を薄く（１／ｋ倍）する第１の方法、ゲート酸化膜厚固定で、ゲート電圧を高く（ｋ倍）する第２の方法がある。第１の方法および第２の方法におけるポテンシャル振幅は、それぞれ、
（ｋ×Ｃｏｘ／（ｋ×Ｃｏｘ＋Ｃｄｅｐｌ））×ΔＶＧ  ・・・（式１２）
（Ｃｏｘ／（Ｃｏｘ＋Ｃｄｅｐｌ））×ΔＶＧ×ｋ  ・・・（式１３）
で表される。ｋ＞１の範囲においては、必ず第２の方法のポテンシャル振幅の方が大きい。つまり、酸化膜を薄くするよりも、ゲート電圧を高めたほうがポテンシャル振幅を高めるためには効率が良い。
【００２２】
また、画素セルのピッチを微細化するために、ゲート電極の面積を小さくすると、１／ｆノイズが増加する。この問題を解決するために、ゲート酸化膜を薄くする構成をとる方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−２１６３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、高いゲート印加電圧を用いるためには、酸化膜に掛かる電界が信頼性の保証されている強さになるように電圧を合わせ、ゲート酸化膜厚を厚く設定する必要がある。熱酸化膜において、信頼性も含めた電界は約５ＭＶ／ｃｍが上限である。一方、ゲート酸化膜を厚くすると、１／ｆノイズが増加することが問題である。
【００２４】
一般に１／ｆノイズは、
Ｖｎ2＝Ｋ／（Ｃｏｘ・Ｗ・Ｌ・ｆ）  ・・・（式１４）
Ｖｎ  ：ノイズ電圧密度［Ｖ／Ｈｚ1/2］
Ｋ    ：定数
Ｃｏｘ：ゲート酸化膜容量［Ｆ／μｍ2］
Ｗ    ：ゲート幅［μｍ］
Ｌ    ：ゲート長［μｍ］
ｆ    ：周波数［Ｈｚ］
で表わされる。微細化に伴って最小ゲート長・最小ゲート幅に近いサイズが用いられる画素セル内の増幅トランジスタは、１／ｆノイズの影響を最も受けやすいトランジスタのひとつである。ポテンシャル振幅を大きくするために、ゲート酸化膜を厚くする（Ｃｏｘを小さくする）と、式１４から、よりいっそう１／ｆノイズが増加する。このように、高いゲート印加電圧を用いるためにゲート酸化膜を、画素セルのすべてのトランジスタについて厚くするということは、固体撮像装置のＳ／Ｎ比を悪化させる要因になる。また、ＣＣＤにおいてもこれは課題となっている。
【００２５】
本発明は、上記課題を解決するために、なされたものであり、転送トランジスタ、およびリセットトランジスタの少なくとも一方のポテンシャル振幅が大きく、１／ｆノイズの増加を抑えた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】
【００２６】
本発明の固体撮像装置は、画素セルが複数配置された受光部と、前記画素セルを駆動して信号を取り出す周辺回路部とを備え、前記画素セルは、光を受光して信号電荷を生成するフォトダイオードと、前記フォトダイオードで生成された信号電荷を転送する転送トランジスタと、前記転送された信号電荷を電圧に変換する浮遊拡散層と、前記浮遊拡散層を所定の電圧にリセットするリセットトランジスタと、前記浮遊拡散層の電位をゲート入力とする増幅トランジスタとを少なくとも有する。上記問題を解決するために、前記転送トランジスタ、および前記リセットトランジスタの、少なくとも一方のゲート酸化膜は、第１の膜厚で形成され、前記増幅トランジスタのゲート酸化膜は、第２の膜厚で形成され、第１の膜厚は、第２の膜厚よりも厚いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、転送トランジスタ、およびリセットトランジスタの少なくとも一方において、ゲート絶縁膜の厚みを厚くすることにより、ポテンシャル振幅が大きく、１／ｆノイズの増加を抑えた固体撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の固体撮像装置において、前記第１の膜厚で形成された転送トランジスタまたはリセットトランジスタに印加されるゲート電圧の最大値は、前記増幅トランジスタに印加されるゲート電圧の最大値に比べて同等または高い構成にすることができる。
【００２９】
また、前記転送トランジスタ、前記リセットトランジスタおよび前記増幅トランジスタの中で、前記増幅トランジスタは、ゲートの面積が最小である構成にすることができる。この構成により、浮遊拡散層の容量を小さくでき、電荷―電圧変換効率が高くなり、ノイズを低減することができる。
【００３０】
また、前記増幅トランジスタとソースフォロワ回路を構成する負荷トランジスタのゲート酸化膜は、前記第２の膜厚で形成された構成にすることもできる。この構成により、負荷トランジスタの１／ｆノイズを低減することができる。
【００３１】
また、前記増幅トランジスタとソースフォロワ回路を構成する負荷トランジスタのゲートの面積は、前記増幅トランジスタのゲートの面積よりも大きく、前記負荷トランジスタのゲート酸化膜は、前記第１の膜厚で形成された構成にすることができる。この構成によっても、負荷トランジスタの１／ｆノイズを低減することができる。
【００３２】
また、前記増幅トランジスタのチャネル不純物プロファイルは、前記周辺回路部のトランジスタのチャネルプロファイルの少なくともひとつと共通である構成にすることができる。
【００３３】
以下、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の一部の構成を示す回路図である。
【００３４】
図示しない周辺回路部により駆動応された画素セル１からの信号は、垂直信号線９を経て周辺回路部へ送信され、画像データが形成される。フォトダイオード２は、受光量に応じた信号電荷を生成する。転送トランジスタ３は、フォトダイオード２で生成された信号電荷を浮遊拡散層５に転送制御する。浮遊拡散層５は、増幅トランジスタ６のゲート電極、転送トランジスタ３、およびリセットトランジスタ４に接続されている。リセットトランジスタ４は、浮遊拡散層５の電位を電源７の電位にリセット制御する。増幅トランジスタ６は、負荷トランジスタ８とソースフォロワ回路を構成し、浮遊拡散層５の電位に応じた電位を垂直信号線９へ出力する。なお、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置では、画素セル１が複数配置されて、受光部が形成されている。
【００３５】
図２は、フォトダイオード２、転送トランジスタ３および浮遊拡散層５の構成を示す断面図である。転送トランジスタ３は、フォトダイオード２と、浮遊拡散層５との間の半導体基板１１上に形成されたゲート酸化膜１３（絶縁酸化膜）と、ゲート酸化膜１３上に形成されたゲート電極１２とを有している。また、図示しないが、図１に示すリセットトランジスタ４および増幅トランジスタ６も、ゲート酸化膜およびゲート酸化膜上に形成されたゲート電極を有している。
【００３６】
転送トランジスタ３とリセットトランジスタ４の少なくとも一方は、ゲート酸化膜が第１の膜厚で形成され、増幅トランジスタ６のゲート酸化膜は、第１の膜厚よりも薄い第２の膜厚で形成されている。第１の膜厚で形成された転送トランジスタ３とリセットトランジスタ４に印加されるゲート電圧の最大値を、増幅トランジスタ６に印加されるゲート電圧の最大値に比べて同等または高く設定する。この構成により、１／ｆノイズを悪化させずに、ポテンシャル振幅を大きくすることができる。
【００３７】
また、増幅トランジスタ６は、ゲートの面積（ゲート長Ｌ×ゲート幅Ｗ）が、画素セル１のトランジスタ（転送トランジスタ３、リセットトランジスタ４、増幅トランジスタ６）のゲートの面積の中で最も小さく形成されている。
【００３８】
また、負荷トランジスタ８のゲート酸化膜は、第２の膜厚で形成されている。
【００３９】
また、周辺回路部のトランジスタと増幅トランジスタは、共通の不純物濃度およびその深さ方向へのチャネルプロファイルを持ち、ゲート酸化膜の膜厚が異なるように構成されている。
【００４０】
以下、本実施の形態に係る固体撮像装置において、１／ｆノイズを増加させず、ポテンシャル振幅を大きくすることができる理由についてより詳細に説明する。
【００４１】
まず、画素セル１のトランジスタにおいて、第１の膜厚を第２の膜厚よりも厚く構成し、転送トランジスタ３とリセットトランジスタ４に印加する最大電圧を増加トランジスタ６に印加する電位より大きくする構成について詳細に説明する。
【００４２】
例えば、画素セル１の電源７の電圧が２．５Ｖであり、第１の膜厚を９ｎｍ、第２の膜厚を５ｎｍであると、増幅トランジスタ６におけるゲート酸化膜容量Ｃｏｘは、転送トランジスタ３（膜厚９ｎｍ）のゲート酸化膜容量Ｃｏｘの９／５となる。従って、式１４より、増幅トランジスタ６の１／ｆノイズは、転送トランジスタ３の１／ｆノイズの５／９に抑えることができる。
【００４３】
絶縁酸化膜の電界の上限が５ＭＶ／ｃｍであると、転送トランジスタ３（膜厚９ｎｍ）には、最大４．５Ｖの電圧を印加することができる。ここで、膜厚５ｎｍで、最大２．５Ｖの電圧を印加する場合（式１）と、膜厚９ｎｍで、最大４．５Ｖの電圧を印加する場合（式２）のそれぞれの、ゲート電圧に対するポテンシャル振幅を計算する。
【００４４】
【数１】
2008124395.tif 000003
【００４５】
ここで、εはゲート絶縁膜の誘電率であり、Ｓはゲート絶縁膜の面積であり、Ｃｄｅｐｌは空乏層の容量である。実デバイスパラメータに基づき、実際に計算してみると、式１の値＞式２の値となる。
【００４６】
従って、転送トランジスタ３とリセットトランジスタ４の少なくとも一方に、印加されるゲート電圧の最大値を、増幅トランジスタ６に印加されるゲート電圧の最大値に比べて同等または高く設定する。転送トランジスタ３とリセットトランジスタ４は、増幅トランジスタ６に比べて、ゲート酸化膜が厚く形成され、ゲート酸化膜の電界の上限が高い。高いゲート電圧を印加することで、転送トランジスタ３とリセットトランジスタ４のポテンシャル振幅を大きくすることができ、残留電荷およびオフ時のリーク電流を低減することができる。
【００４７】
次に、増幅トランジスタ６のゲートの面積を、画素セル１のトランジスタの中で最も小さくする構成について、詳細に説明する。
【００４８】
浮遊拡散層５は、図３に示すように多くの寄生容量の影響を受けている。浮遊拡散層５の寄生容量は、基板１１との容量ＣJ、リセットトランジスタ２２のゲート電極との容量ＣR、転送トランジスタ２１のゲート電極との容量ＣH、増幅トランジスタ６のドレイン側との容量ＣD、増幅トランジスタ６のソース側との容量ＣSなどが並列接続されて構成されている。浮遊拡散層５の合成容量Ｃ（実効浮遊容量）は、
Ｃ＝ＣJ＋ＣR＋ＣH＋ＣD＋ＣS（１−Ｇ）  ・・・（式３）
である。ここで、Ｇは増幅トランジスタのゲインである。増幅トランジスタ６のゲート幅Ｗ、ゲート長Ｌは、容量ＣDと容量ＣS値に寄与する。これは、容量ＣDが増幅トランジスタ６のゲート電極とドレインとの対向長であるゲート幅Ｗに比例し、容量ＣSが増幅トランジスタ６のゲート電極とソースとの対向長であるゲート幅Ｗに比例するためである。
【００４９】
固体撮像素子では、フォトダイオードに蓄積された電荷Ｑを、浮遊拡散層の容量Ｃで電荷―電圧変換することで増幅トランジスタの入力電位とするが、入力電位＝Ｑ／Ｃの値が大きい方がＳ／Ｎ比が良くなるため、浮遊拡散層の容量Ｃを出来るだけ小さくすることが望ましい。よってこの場合に、増幅トランジスタのゲート幅Ｗ、ゲート長Ｌを小さくしてゲート容量を小さくすることで、実効浮遊拡散層５の容量を小さくでき、変換ゲインを高めることができる。
【００５０】
また、ゲート幅Ｗおよびゲート長Ｌを短くすることにより、画素セル１において、増幅トランジスタ６のゲートの面積が小さくなることにより、フォトダイオード２を大きく取ることができる。
【００５１】
式１４に示すように、ゲート幅Ｗおよびゲート長Ｌを短くすると、１／ｆノイズが増加する。しかし、増幅トランジスタ６のゲート酸化膜をリセットトランジスタ４や転送トランジスタ３のゲート酸化膜に対して相対的に薄いまま（第２の膜厚）にすることによって、単位面積あたりのゲート容量の増加を抑制して、１／ｆノイズの増加を抑制することができる。
【００５２】
また、負荷トランジスタ８のゲート酸化膜は、第２の膜厚で形成されることが好ましい。負荷トランジスタ８を第２の膜厚で構成することにより、式１４に示すように、膜厚が薄いので１／ｆノイズを低減することができる。
【００５３】
また、負荷トランジスタ８のゲート酸化膜が厚くなる（第１の膜厚）場合には、負荷トランジスタ８の面積（ゲート長Ｌ×ゲート幅Ｗ）を増幅トランジスタ６の面積（ゲート長Ｌ×ゲート幅Ｗ）よりも大きくして、１／ｆノイズを低減することが望ましい。負荷トランジスタ８は、ソースフォロワ回路の増幅トランジスタ６に流れる電流を制御する定電流源としての役割をしているため、負荷トランジスタ８のノイズ電流の変化分は、増幅トランジスタ６の出力電圧にノイズとして重畳される。従って、負荷トランジスタ８で発生する１／ｆノイズの低減は、ソースフォロワ回路の出力ノイズの低減となる。
【００５４】
つまり、負荷トランジスタ８については、（１）画素セルの増幅トランジスタ６と同様にゲート酸化膜を第２の膜厚で形成する、あるいは（２）ゲート酸化膜は第１の膜厚で形成し、ゲート電極のサイズを大きくする（負荷トランジスタ８は周辺回路に配置されることが多く、画素セル１内をレイアウトするように、フォトダイオード２を大きくするに伴ってトランジスタサイズを小さくする必要が無い場合）、サイズの目安としては少なくとも増幅トランジスタ６より大きくする、のいずれかを行えばよい。
【００５５】
また、周辺回路部のトランジスタ（例えば、負荷トランジスタ８）と増幅トランジスタ６のゲート酸化膜厚が異なり、増幅トランジスタ６と負荷トランジスタ８とで共通の不純物濃度およびその深さ方向へのチャネルプロファイルを持つような構成にしてもよい。この構成において、増幅トランジスタ６と、負荷トランジスタ８とは、しきい値電圧などのトランジスタ特性が異なる。増幅トランジスタ６のしきい値電圧などを負荷トランジスタ８と同じにしようとすると、チャネル不純物プロファイルを調整するための追加イオン注入工程が必要になる。
【００５６】
しかし、以下のようにすることにより、追加イオン注入工程を設ける必要がなくなる。すなわち、増幅トランジスタ６のしきい値電圧が負荷トランジスタ８のしきい値電圧と異なっても、ソースフォロワ回路を構成する負荷トランジスタ８のドレイン電流を、負荷トランジスタ８のゲートバイアス電圧を変化させて調整することで、ソースフォロワ回路の動作点を変更できる。このように、負荷トランジスタ８のゲートバイアス電圧設定値を調整して動作範囲を設定すれば、ソースフォロワ回路として使用することができる。すなわち、この構成においては、増幅トランジスタ６を負荷トランジスタ８と共通のチャネル不純物プロファイルとすることにより製造工程（増幅トランジスタ６のチャネル不純物プロファイル形成工程）を減らすことができる。
【００５７】
また、固体撮像装置における周辺回路部のＣＭＯＳトランジスタには数種類のチャンネル不純物プロファイルを持つものが形成されている場合、そのＣＭＯＳトランジスタの１つを増幅トランジスタの形成工程と合わせておけば、追加イオン注入工程を行う必要がなくなる。
【００５８】
以上のような構成にすることで、本実施の形態に係る固体撮像装置は、ポテンシャル振幅を大きくとることができ、トランジスタのオフ時のリーク電流および、オン時の残留電荷を防止することができる。また、ポテンシャル振幅を大きくしても、１／ｆノイズの増加を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、微細セルを持ち高解像度の固体撮像装置において、Ｓ／Ｎ比を向上させるという効果を有する固体撮像装置として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の一部の構成を示す回路図
【図２】同上固体撮像装置の転送トランジスタの断面構成を示す断面図
【図３】同上固体撮像装置の浮遊拡散層における寄生容量を示す回路図
【図４】従来の固体撮像装置の一部の構成を示す回路図
【図５】従来の固体撮像装置の転送トランジスタがオフ状態のフォトダイオードから浮遊拡散層へ至る転送トランジスタのポテンシャル図
【図６】同上固体撮像装置の転送トランジスタがオン状態のフォトダイオードから浮遊拡散層へ至る転送トランジスタのポテンシャル図
【図７】従来の固体撮像装置の転送トランジスタがオフ状態のフォトダイオードから浮遊拡散層へ至る転送トランジスタのポテンシャル図
【図８】同上固体撮像装置の転送トランジスタがオン状態のフォトダイオードから浮遊拡散層へ至る転送トランジスタのポテンシャル図
【図９】従来の固体撮像装置のリセットトランジスタのポテンシャル図
【図１０】従来の固体撮像装置のリセットトランジスタのポテンシャル図
【符号の説明】
【００６１】
１  画素セル
２  フォトダイオード
３  転送トランジスタ
４  リセットトランジスタ
５  浮遊拡散層
６  増幅トランジスタ
７  電源
８  負荷トランジスタ
９  垂直信号線
１１  基板
１２  ゲート電極
１３  ゲート絶縁膜
２１  転送トランジスタのゲート電極
２２  リセットトランジスタのゲート電極
【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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