(57)【要約】【課題】  画素ピッチが小さくＰＤ面積が縮小されても、ＰＤにより多くの入射光を導くことができる固体撮像装置を提供する。【解決手段】  ＰＤ101 と転送トランジスタ150 とフローティングディフュージョン部102 とリセットトランジスタ151 とソースフォロアトランジスタ152 と行選択トランジスタ153 とからなる単位画素を複数２次元に配置し、行選択トランジスタのゲートに共通接続した行選択線144 と、リセットトランジスタのゲートに共通接続したリセット配線142 と、転送トランジスタのゲートに共通接続した転送配線141 と、リセットトランジタとソースフォロアトランジスタの各ドレインに共通接続したリセット電源配線143 と、行選択トランジスタのソースに共通接続した信号線145 とを有し、行選択線、転送配線及びリセット配線を形成する第２層目の金属配線の配線幅に対する配線厚の比を大にして、斜入射光をＰＤに導く側壁面を形成する。【選択図】        図１
2008270316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換手段と、該光電変換手段に蓄積された信号を記憶する記憶手段と、前記光電変換手段に蓄積された信号を前記記憶手段に転送する転送手段と、前記記憶手段に記憶された信号を増幅する増幅手段と、前記記憶手段をリセットするリセット手段と、前記増幅手段によって増幅された増幅信号を垂直信号線に読み出すための読み出し手段とを有する画素が複数配置されると共に、
複数の前記画素の前記読み出し手段に共通に接続され、前記読み出し手段を制御する信号を供給する第１の信号線と、複数の前記画素の前記リセット手段に共通に接続され、前記リセット手段を制御する信号を供給する第２の信号線と、複数の前記画素の前記転送手段に共通に接続され、前記転送手段を制御する信号を供給する第３の信号線とを有し、
ここで、前記第１から第３までの信号線の少なくとも１つの信号線は、斜入射光を前記光電変換手段に導く側壁面を形成していることを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固体撮像装置に関し、特に光電変換手段により多くの入射光を導くことを可能にした固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ＣＭＯＳ固体撮像素子は、複数の単位画素が二次元的に配列されて構成されているが、単位画素領域にはフォトダイオードの他に、転送トランジスタ、リセットトランジスタやフローティングディフュージョンアンプ等複数のトランジスタを含むため、フォトダイオードの面積は前記複数のトランジスタの占有面積の制約を受ける。近年、固体撮像素子チップの多画素化に伴い、画素の狭ピッチ化も進み、フォトダイオードの面積を確保することが困難となってきている。
【０００３】
更には、前記単位画素内に配設されているトランジスタを制御するための制御線や、信号を読み出すための信号線の多くは、金属配線にて、シリコン基板の上方に層間膜を介して形成され、フォトダイオードから見て、これらの金属配線が斜め上方に配設されることになる。このため、オンチップマイクロレンズで集光しきれない斜光成分は、フォトダイオード斜め上方に形成された金属配線により遮られることになる。その際、金属配線によって遮られる斜光成分の割合が、受光領域内で異なる場合、感度ムラとなる可能性がある。
【０００４】
このような感度ムラを軽減するために、
(1) 受光領域内にて、フォトダイオードの光軸中心とオンチップマイクロレンズの光軸中心とを、受光領域内にてずらすよう、オンチップマイクロレンズの形成位置を設定する。(2) フォトダイオードの外周に沿って、導光路を形成、斜入射光が確実にフォトダイオードに導かれるような構成にする。
などの手法が提案されている。
【０００５】
(1) の手法については、例えば、特開平５−３２８２３３号公報には、図５に示すような構成の固体撮像素子が提案されている。図５において、10はフォトダイオード11の形成面上に形成された透明絶縁膜、12Ａ，12Ｂ，12Ｃは透明絶縁膜10の主表面に形成されているマイクロレンズで、中心Ａに位置付けられているマイクロレンズ12Ａの両脇に位置付けられているマイクロレンズ12Ｂ，12Ｃは、中心のマイクロレンズ12Ａ側に偏位して位置付けられている。そして、このように構成された撮像素子においては、撮像素子の前面に配置される、撮像レンズから画素へ入射する光線の主光線角θ1 に応じて、フォトダイオードに対するオンチップマイクロレンズの位置をシフトさせることで、マイクロレンズからフォトダイオードへの入射光線の角度θ2 を、受光領域内の場所に応じて補正し、撮像レンズからの光線を確実にフォトダイオードに導く旨の記載がなされている。
【０００６】
(2) の手法については、例えば、特開２００１−２６７５４４号公報には図６に示すような構成の固体撮像素子が提案されている。図６において、21は半導体基板、22は受光部23の両側をドライブ用トランジスタと分離する素子分離絶縁膜、24は受光部23及び素子分離絶縁膜22の表面を覆う第１絶縁膜、25は受光部23をフェンス状に囲むように設けられた第１埋め込み金属層、26は第１層目メタル、27は第２絶縁膜、28は第２埋め込み金属層、29は第２層目メタル、30は第３絶縁膜、31は第３埋め込み金属層、32は第３層目メタル、33，34は表面保護層、35は平坦化層、36はマイクロレンズである。そして、このように構成された固体撮像素子においては、フォトダイオード周辺部に形成された埋め込み金属層がライトガイドとして機能させる旨の記載がなされている。
【０００７】
以上のような提案により、単位画素の面積が縮小された場合でも、固体撮像素子に対して斜め方向の光線が入射しても、これを確実にフォトダイオードに導くことが可能となり、受光領域内の面内感度ムラを小さくすることが可能になる。
【特許文献１】特開平５−３２８２３３号公報
【特許文献２】特開２００１−２６７５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図５に示す特開平５−３２８２３３号公報開示の固体撮像素子のように、全体に一律に、主光線角に応じて、フォトダイオードに対するオンチップマイクロレンズの位置をシフトさせても、例えば、固体撮像素子の直前に配置される撮像レンズの種類により入射する光線の主光線角が異なるため、撮像レンズの種類によっては、フォトダイオード周辺に配置させるトランジスタを制御する制御線及び信号を読み出す信号線による斜入射光の蹴られは避けられない。
【０００９】
また、図６に示す特開２００１−２６７５４４号公報開示の固体撮像素子においては、通常の撮像素子製造プロセスに対して、導光路を形成する工程が追加されることになる。このことは、製造工程が複雑化し、固体撮像素子チップのコスト上昇や、製造プロセス追加による歩留まりの低下が懸念される。
【００１０】
本発明は、従来の固体撮像素子における上記問題点を解消するためになされたもので、製造工程の複雑化を抑えつつ、画素ピッチが小さくなって且つフォトダイオード面積が縮小されても、フォトダイオードにより多くの入射光を導くことことが可能な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】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、光電変換手段と、該光電変換手段に蓄積された信号を記憶する記憶手段と、前記光電変換手段に蓄積された信号を前記記憶手段に転送する転送手段と、前記記憶手段に記憶された信号を増幅する増幅手段と、前記記憶手段をリセットするリセット手段と、前記増幅手段によって増幅された増幅信号を垂直信号線に読み出すための読み出し手段とを有する画素が複数配置されると共に、複数の前記画素の前記読み出し手段に共通に接続され、前記読み出し手段を制御する信号を供給する第１の信号線と、複数の前記画素の前記リセット手段に共通に接続され、前記リセット手段を制御する信号を供給する第２の信号線と、複数の前記画素の前記転送手段に共通に接続され、前記転送手段を制御する信号を供給する第３の信号線とを有し、ここで、前記第１から第３までの信号線の少なくとも１つの信号線は、斜入射光を前記光電変換手段に導く側壁面を形成して、固体撮像装置を構成するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、画素ピッチが小さくなって且つ光電変換手段の受光面積が縮小されても、画素内配線の第１から第３までの信号線の１つの信号線の側壁面反射を有効に活用し、光電変換手段に斜入射光を導くことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例】
【００１４】
まず、実施例１について説明する。図１は、本発明に係る固体撮像装置の実施例１における画素部の単位画素の構成を示す回路構成図である。この単位画素100 は、典型的な４Tr. 構造の画素で、フォトダイオード（ＰＤ）101 と、転送トランジスタ150 と、リセットトランジスタ151 と、ソースフォロアトランジスタ（増幅手段）152 及び行選択トランジスタ（読み出し手段）153 とで構成されている。そして、このような構成の単位画素が複数個行列方向に配列されて画素部を構成している。
【００１５】
そして、各単位画素100 の転送トランジスタ150 のゲートには転送配線141 が接続される。またソースフォロアトランジスタ152 のゲートには記憶手段となる不純物拡散領域であるフローティングディフュージョン部102 が接続構成され、更にリセットトランジスタ151 のソース部及び転送トランジスタ150 のドレイン部が接続されている。リセットトランジスタ151 のゲートには、リセット配線142 が接続される。ソースフォロアトランジスタ152 のドレイン側及びリセットトランジスタ151 のドレイン側は、共にリセット電源配線143 に接続される。また、ソースフォロアトランジスタ152 のソース側は行選択トランジスタ153 のドレイン側に接続され、行選択トランジスタ153 のソース側は信号線145 に接続される。また、行選択トランジスタ153 のゲートは行選択線144 に接続されている。
【００１６】
ここでは、行選択線144 と、転送配線141 と、リセット配線142 を第２層目の金属配線として、行方向に配列された単位画素に共通に配設され、信号線145 及びリセット電源配線143 を第１層目の金属配線として列方向に配列された単位画素に共通に配設した例を示している。
【００１７】
次に、図１に示した単位画素の具体的な構成を、図２及び図３の（Ａ）〜（Ｄ）に基づいて説明する。図２は単位画素のレイアウトを示す平面構造図で、図３の（Ａ）〜（Ｄ）は、図２のＡ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′，Ｃ−Ｃ′，Ｄ−Ｄ′線に沿った概略断面図である。転送トランジスタ150 の転送ゲート111 は、図２及び図３の（Ｂ）に示すように、転送ゲートコンタクト123 ，第１の転送ゲート接続線148 ，転送ゲートビア124 を介して転送ゲート配線141 に接続されている。リセットトランジスタ151 のリセットゲート112 は、図２に示すように、リセットゲートコンタクト128 ，第１のリセットゲート接続線149 ，リセットゲートビア129 （断面は不図示）を介してリセット配線142 に接続されている。
【００１８】
行選択トランジスタ153 の行選択ゲート114 は、図２及び図３の（Ａ）に示すように、行選択ゲートコンタクト121 ，第１の行選択接続線147 ，行選択ゲートビア122 を介して行選択線144 に接続されている。リセット電源配線143 と、リセットトランジスタ151 のリセットトランジスタドレイン領域103 は、図２に示すように、リセットトランジスタコンタクト130 を介して接続され、ソースフォロアトランジスタ152 のソースフォロアドレイン領域104 は、図２に示すように、ソースフォロアトランジスタコンタクト131 を介して接続されている。
【００１９】
また、行選択トランジスタ103 の行選択トランジスタソース領域106 は、図２及び図３の（Ｄ）に示すように、行選択トランジスタコンタクト127 を介して信号線145 に接続されている。更に、ソースフォロアトランジスタ152 のソースフォロアトランジスタゲート113 は、図２及び図３の（Ｃ）に示すように、第１のフローティングディフュージョンコンタクト125 ，フローティングディフュージョン配線146 ，第２のフローティングディフュージョンコンタクト126 を介して、フローティングディフュージョン部102 に接続されている。
【００２０】
本実施例においては、図３の（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、行方向に形成された行選択線144 ，転送配線141 ，リセット配線142 を形成する第２層目の金属配線は、配線幅に対する配線厚の比を大きくなるように形成されている。したがって、図３の（Ｃ）に示すように、フォトダイオード101 に対して斜入射光が入射した場合は、第２の配線層である行選択線144 は垂直方向に厚いため、この配線の側面反射によって、効果的にフォトダイオード101 に光を導くことができる。これにより、受光領域内の面内感度ムラを小さくすることが可能になる。
【００２１】
次に、実施例２について説明する。実施例２における単位画素のレイアウトの平面構成は、図２に示した実施例１と同じである。実施例２における単位画素の図２のＡ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′，Ｃ−Ｃ′，Ｄ−Ｄ′線に沿った断面構成を図４の（Ａ）〜（Ｄ）に示す。
【００２２】
本実施例２においては、列方向に形成された信号線145 及びリセット電源線143 を形成する１層目の金属配線は、配線幅に対する配線厚の比を大きくなるように形成されている。したがって、図４の（Ａ）に示すように、フォトダイオード101 に対して斜入射光が入射した場合は、第１の配線層である、リセット電源配線143 及び信号線145 が垂直方向に厚いため、この配線の側面反射によって、効果的にフォトダイオード101 に光を導くことができる。これにより、受光領域内の面内感度ムラを小さくすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る固体撮像装置の実施例１の単位画素の構成を示す回路構成図である。
【図２】図１に示した単位画素の具体的なレイアウトを示す平面構成図である。
【図３】図２のＡ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′，Ｃ−Ｃ′，Ｄ−Ｄ′線に沿った断面構成を示す概略図である。
【図４】実施例２に係る単位画素の図２に対応する平面構成図のＡ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′，Ｃ−Ｃ′，Ｄ−Ｄ′線に沿った断面構成を示す概略図である。
【図５】従来の固体撮像素子の構成例を示す断面図である。
【図６】従来の固体撮像素子の他の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
100   単位画素
101   フォトダイオード
102   フローティングディフュージョン部
103   リセットトランジスタドレイン領域
104   ソースフォロアトランジスタドレイン領域
105   ソースフォロアトランジスタソース領域
106   行選択トランジスタソース領域
111   転送ゲート
112   リセットゲート
113   ソースフォロアトランジスタゲート
114   行選択ゲート
121   行選択ゲートコンタクト
122   行選択ゲートビア
123   転送ゲートコンタクト
124   転送ゲートビア
125   第１のフローティングディフュージョンコンタクト
126   第２のフローティングディフュージョンコンタクト
127   行選択トランジスタコンタクト
128   リセットゲートコンタクト
129   リセットゲートビア
130   リセットトランジスタコンタクト
131   ソースフォロアトランジスタコンタクト
141   転送配線
142   リセット配線
143   リセット電源配線
144   行選択線
145   信号線
146   フローティングディフュージョン配線
147   第１の行選択ゲート接続線
148   第１の転送ゲート接続線
149   第１のリセットゲート接続線
150   転送トランジスタ
151   リセットトランジスタ
152   ソースフォロアトランジスタ
153   行選択トランジスタ
【図１】
2008270316.tif 000003
【図２】
2008270316.tif 000004
【図３】
2008270316.tif 000005
【図４】
2008270316.tif 000006
【図５】
2008270316.tif 000007
【図６】
2008270316.tif 000008