(57)【要約】【課題】シェーディングの発生が抑えられた固体撮像装置を提供する。【解決手段】  固体撮像装置は、少なくとも１つのフォトダイオード１０１が設けられたセル１５０が行列状に配置されてなる画素アレイ４００と、画素アレイ４００の上方に配置された電源線１０５および垂直信号線１０６などの配線とを備えている。電源線１０５および垂直信号線１０６のうち各フォトダイオード１０１から見て行方向の両隣に位置する部分は、各フォトダイオード１０１から見て互いに行方向に対称となっている。これにより、各フォトダイオード１０１の面内での光の入射特性のばらつきを低減することができる。【選択図】図１
2007243094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受けた光の強度に応じた量の電荷を蓄積するフォトダイオードと、前記フォトダイオードによって蓄積された電荷が転送されるフローティングディフュージョンと、前記フォトダイオードから前記フローティングディフュージョンへの電荷の転送を制御する転送トランジスタと、前記フローティングディフュージョンに転送された電荷に応じた信号がソースから読み出される増幅トランジスタとが設けられ、セルが基板上に複数個配置されてなる画素アレイと、
前記画素アレイの上方に設けられた金属配線とを備え、
前記セルには前記フォトダイオードと前記転送トランジスタとが少なくとも１つずつ配置され、
前記画素アレイにおいて、前記フォトダイオードは行列状に配置されており、
前記金属配線のうち前記フォトダイオードの各々の行方向の両隣に位置する部分は、前記フォトダイオードから見て互いに行方向に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】
前記金属配線は複数の配線から構成されており、
前記複数の配線に隣接する画素列では、前記複数の配線の行方向の配置順を変えることで、前記隣接する画素列それぞれにおいて前記フォトダイオードから見た前記金属配線のレイアウトが行方向に対称になるよう前記金属配線が配置さ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】
前記金属配線は、前記増幅トランジスタのドレインに接続され、行方向に延びる電源線と、前記増幅トランジスタのソースに接続され、前記フォトダイオードの列ごとに設けられ、且つ行方向に延びる垂直信号線とを有しており、
前記電源線のうち前記フォトダイオードの各々の行方向の両隣に位置する部分は、前記フォトダイオードから見て互いに行方向に対称となっており、
前記垂直信号線のうち前記フォトダイオードの各々の行方向の両隣に位置する部分は、前記フォトダイオードから見て互いに行方向に対称となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記電源線は前記フォトダイオードの列ごとに設けられ、
前記電源線と前記垂直信号線とは共に第１の金属配線層に配置されており、
２本の互いに隣接する前記電源線に挟まれた前記フォトダイオードの列と２本の互いに隣接する前記垂直信号線に挟まれた前記フォトダイオードの列とは交互に配置され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２本の隣接する垂直信号線は、前記フォトダイオードの上方を囲むための分岐部分をそれぞれ有しており、且つ互いに空間を空けて配置されてい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】
前記フォトダイオードは角を有しており、
前記２本の隣接する垂直信号線間に形成された空間は、平面的に見て前記フォトダイオードの角の位置に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記２本の隣接する垂直信号線のうち一方の垂直信号線の分岐部分と他方の垂直信号線の分岐部分とは前記フォトダイオードを挟んで列方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記２本の互いに隣接する電源線のそれぞれは互いに対向し、前記フォトダイオードの上方を囲むための分岐部分を有しており、
前記２本の互いに隣接する電源線の分岐部分同士は、前記フォトダイオードの列方向に延びる中心線と平面的に重なる領域を空けて対向しており、
前記２本の隣接する垂直信号線間の空間は、前記フォトダイオードの列方向に延びる中心線と平面的に重なる領域に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記２本の隣接する垂直信号線は製造プロセスにおける最小幅の空間を空けて配置されていることを特徴とする請求項５〜８のうちいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記２本の隣接する電源線は互いに接続されて梯子状となるとともに、前記フォトダイオードの上方を囲んでいることを特徴とする請求項４〜７のうちいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記金属配線は、前記基板に接続され、前記第１の金属配線層の上方に設けられた第２の金属配線層に配置され、前記フォトダイオードの各々の上方を囲む基板コンタクト用配線をさらに有していることを特徴とする請求項４〜１０のうちいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記基板には、前記セルごとに配置され、前記基板コンタクト用配線に接続された基板コンタクト領域が形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記電源線は前記フォトダイオードの列ごとに設けられるとともに、第１の金属配線層に配置され、
前記垂直信号線は前記第１の金属配線層の上方に設けられた第２の金属配線層に配置され、
前記金属配線は、前記基板に接続されるとともに、前記フォトダイオードの列ごとに前記第１の金属配線層に配置される基板コンタクト用配線をさらに有しており、
２本の互いに隣接する前記電源線に挟まれた前記フォトダイオードの列と２本の互いに隣接する前記基板コンタクト用配線に挟まれた前記フォトダイオードの列とは交互に配置され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１４】
前記２本の隣接する電源線は互いに接続されて梯子状となるとともに、前記フォトダイオードの上方を囲んでおり、
前記２本の隣接する基板コンタクト用配線は互いに接続されて梯子状となるとともに、前記フォトダイオードの上方を囲んでいることを特徴とする請求項１３に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
前記垂直信号線は、前記フォトダイオードの上方を囲むための分岐部分をそれぞれ有しており、且つ隣接する前記垂直信号線間との間に空間を空けて配置されていることを特徴とする請求項１３および１４に記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
前記フォトダイオードの平面形状は四辺形状であり、
前記垂直信号線間に形成された空間は、平面的に見て前記フォトダイオードの角の位置に配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
前記垂直信号線間に形成された空間は、前記フォトダイオードの各々の列方向に延びる中心線と平面的に重なる領域に形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の固体撮像装置。
【請求項１８】
前記基板には、前記セルごとに前記基板コンタクト用配線に接続された基板コンタクト領域が形成されていることを特徴とする請求項１３〜１７のうちいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項１９】
前記垂直信号線は第１の金属配線層に配置され、
前記電源線は前記第１の金属配線層の上方に設けられた第２の金属配線層に配置され、前記フォトダイオードの各々の上方を囲んで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２０】
前記基板上には、前記セルごとに前記増幅トランジスタのゲート配線が設けられており、
前記フォトダイオードの行方向の両隣に配置された前記ゲート配線は、前記フォトダイオードから見て互いに行方向に対称になっていることを特徴とする請求項１〜１９のうちいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項２１】
前記基板上には、前記セルごとに前記増幅トランジスタのソースおよびドレインとなる拡散層が設けられており、
前記フォトダイオードの行方向の両隣に配置された前記拡散層は、前記フォトダイオードから見て互いに行方向に対称になっていることを特徴とする請求項１〜２０のうちいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項２２】
前記画素アレイには、前記フローティングディフュージョンに接続され、前記フローティングディフュージョンの状態を初期化するためのリセット手段がさらに設けられていることを特徴とする請求項１〜２１のうちいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項２３】
前記複数のセルの各々には、前記フォトダイオードと前記フォトダイオードに接続された前記転送トランジスタとが複数対設けられていることを特徴とする請求項１〜２２のうちいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項２４】
前記複数のセルの各々には、前記フォトダイオード、前記転送トランジスタ、前記フローティングディフュージョン、および前記増幅トランジスタがそれぞれ１つ形成されていることを特徴とする請求項１〜２２のうちいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項２５】
受けた光の強度に応じた量の電荷を蓄積するフォトダイオードと、前記フォトダイオードによって蓄積された電荷が転送されるフローティングディフュージョンと、前記フォトダイオードから前記フローティングディフュージョンへの電荷の転送を制御する転送トランジスタと、前記フローティングディフュージョンに転送された電荷に応じた信号がソースから読み出される増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタのゲート配線とが設けられ、セルが基板上に複数個配置されてなる画素アレイと、
前記画素アレイの上方に設けられた金属配線とを備え、
前記セルには前記フォトダイオードと前記転送トランジスタとが少なくとも１つずつ配置され、
前記画素アレイにおいて、前記フォトダイオードは行列状に配置されており、
前記フォトダイオードの行方向の両隣に配置された前記ゲート配線は、前記フォトダイオードから見て互いに行方向に対称になっていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２６】
受けた光の強度に応じた量の電荷を蓄積するフォトダイオードと、前記フォトダイオードによって蓄積された電荷が転送されるフローティングディフュージョンと、前記フォトダイオードから前記フローティングディフュージョンへの電荷の転送を制御する転送トランジスタと、前記フローティングディフュージョンに転送された電荷に応じた信号がソースから読み出される増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタのゲート配線とが設けられ、セルが基板上に複数個配置されてなる画素アレイと、
前記画素アレイの上方に設けられた金属配線とを備え、
前記セルには前記フォトダイオードと前記転送トランジスタとが少なくとも１つずつ配置され、
前記画素アレイにおいて、前記フォトダイオードは行列状に配置されており、
前記基板上には、前記セルごとに前記増幅トランジスタのソースおよびドレインとなる拡散層が設けられており、
前記フォトダイオードの行方向の両隣に配置された前記拡散層は、前記フォトダイオードから見て互いに行方向に対称になっ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】
本発明は、ディジタルカメラ等に使用されるＭＯＳ型の固体撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、撮像素子の機能の向上や微細化の進展などにより撮像素子が搭載される固体撮像装置（撮像用チップ）の用途は広がっている。例えば、微細化された撮像素子を有する固体撮像装置が携帯電話などに組み込まれる一方、画質の向上に重点を置いた固体撮像装置は一眼レフなどの高級ディジタルカメラなどに用いられる。いずれの製品に用いられる固体撮像装置も基本的な構成では共通しており、各固体撮像装置は外光を受ける複数個のセルが配置されてなる画素アレイを備えている。
【０００３】
図１４（ａ）〜（ｃ）は、従来のＭＯＳ型の固体撮像装置のセルを示す平面図である。図１４（ａ）は半導体基板上に形成された不純物拡散層およびポリシリコン配線層と、半導体基板またはポリシリコン配線層と第１の金属配線層の配線とを接続するコンタクトとを示している。図１４（ｂ）は、（ａ）に示す構成に加えて第１の金属配線層に形成された配線を示す平面図である。図１４（ｃ）は、（ｂ）に示す構成に加えて第２の金属配線層に形成された配線を示す図である。また、図１５は、従来の固体撮像装置の図１４に示すVIII-VIII線における断面を示す図である。
【０００４】
図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、従来のセルは、受けた光の強度に応じた量の電荷を蓄積するフォトダイオード１５０１と、フォトダイオード１５０１によって蓄積された電荷が転送されるフローティングディフュージョン（Floating diffusion；以下、「ＦＤ」と略記する）１５３０と、転送ゲート配線１５０８の電位により制御され、フォトダイオード１５０１からＦＤ１５３０への電荷の転送を制御する転送トランジスタ１５０２と、リセットゲート配線１５０７により制御され、ＦＤ１５３０の電位を初期化するリセットトランジスタ１７０４と、ゲート電極がＦＤ１５３０に、ドレインが電源線１５０５に、ソースが垂直信号線１５０６にそれぞれ接続され、ソースフォロワを構成する増幅トランジスタ１７０３と、増幅トランジスタ１７０３のゲート配線１５０９と、ゲート配線１５０９とＦＤ１５３０とを接続するＦＤ配線１５３５と、配線１５１３とを有している。図１５（ａ）〜（ｃ）に示す例では、電源線１５０５および垂直信号線１５０６は第１の金属配線層に形成され、配線１５１３は第２の金属配線層に形成されている。ＦＤ配線１５３５は第１の金属配線層に形成され、ゲート配線１５０９はポリシリコン配線層内に形成される。画素アレイにおいては複数のセルおよびフォトダイオード１５０１が行列状（アレイ状）に配置されている。ＦＤ配線１５３５およびゲート配線１５０９はセルごとに形成されており、図１４ではゲート配線１５０９が設けられたセルに隣接するセル内のゲート配線をゲート配線１５０９''として示している。また、垂直信号線１５０６に隣接する垂直信号線を便宜的に垂直信号線１５０６''として示している。
【０００５】
図１６は、従来の固体撮像装置の画素アレイを概略的に示す図である。同図に示すように、従来の固体撮像装置では複数のセル１６００が行列状に配置されて画素アレイを構成する。基板コンタクト用配線１５４０はセル１６００の列ごとに配置され、且つ一つの列に配置された複数の基板コンタクト用のセル１６０１に共有されている。この画素アレイにおいては一定の画素ごとに基板コンタクト用のセル１６０１が配置される。
【０００６】
図１７は、従来の固体撮像装置の画素アレイの別例を示す模式図である。各画素上にはカラーフィルタが設けられており、各画素はＧ（緑）、Ｒ（赤）、Ｂ（青）の何れかの色を認識する。この例では、Ｇ、Ｒ、Ｂを認識する画素によって構成された２×２の単位ユニットが画素アレイを構成している。この色配置は一般的にベイヤー配列と呼ばれるものである。
【０００７】
以上を兼ね備えた固体撮像装置についてその動作を説明する。
【０００８】
まず、垂直シフトレジスタ（図示せず）によりリセットパルス信号が出されるとリセットトランジスタ１７０４（図１４参照）が動作しＦＤ１５３０が電源線１５０５の電位に初期化される。次に、光がフォトダイオード１５０１に当たることによりフォトダイオード１５０１に電荷が蓄えられる。そして、垂直シフトレジスタにより選択された転送トランジスタ１５０２を通してフォトダイオード１５０１に蓄積された電荷がＦＤ１５３０に転送される。転送された電荷によりＦＤ１５３０の電位は変化する。ＦＤ１５３０の電位が変化すると増幅トランジスタ１５０３を通して垂直信号線１５０６の電位が変化する。垂直信号線１５０６の電位の変化は雑音抑圧回路（図示せず）を通り、水平シフトレジスタにより選択された列の選択トランジスタに制御され水平信号線に出力される。
【特許文献１】特開２００４−２７３７５９号公報
【特許文献２】特開２００５−１４２２５１号公報
【特許文献３】特開２００５−２６８５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図１４（ａ）〜（ｃ）に示す従来の固体撮像装置においてフォトダイオード１５０１から配線を見ると、左右（行方向）で配線の形状が異なっている。そのため従来の固体撮像装置では、左右で光の入り方が異なり出力画像の明るさにムラが発生する場合があった。以下、この出力画像の明るさのムラを「シェーディング」と称する。
【００１０】
また、フォトダイオード１５０１から見て左右に位置するゲート配線の形状もそれぞれ異なるため応力などにより光電変換特性がフォトダイオード１５０１内でばらつく恐れがある。このような不具合は特に高い画質が要求される用途では顕著な問題となる。
【００１１】
本発明は、かかる不具合に鑑みてなされたものであり、その目的は、画素アレイ内での配線レイアウトを工夫することにより、シェーディングの発生が抑えられた固体撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するため、本発明に係る固体撮像装置は、フォトダイオードが設けられたセルにおいて、種々の金属配線のうちフォトダイオードの両隣に配置された部分、増幅トランジスタの拡散層、増幅トランジスタのゲート配線などの少なくともいずれかがフォトダイオードから見て行方向に対称になっている。
【００１３】
これにより、各フォトダイオードの面内での光入射特性や光電変換特性などのばらつきを抑えることができるので、シェーディングの発生を抑えることが可能となる。
【００１４】
例えば、本発明の固体撮像装置は、受けた光の強度に応じた量の電荷を蓄積するフォトダイオードと、フォトダイオードによって蓄積された電荷が転送されるフローティングディフュージョンと、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の転送を制御する転送トランジスタと、フローティングディフュージョンに転送された電荷に応じた信号がソースから読み出される増幅トランジスタとが設けられ、セルが基板上に複数個配置されてなる画素アレイと、画素アレイの上方に設けられた金属配線とを備え、セルにはフォトダイオードと転送トランジスタとが少なくとも１つずつ配置され、画素アレイにおいて、フォトダイオードは行列状に配置されており、金属配線のうちフォトダイオードの各々の行方向の両隣に位置する部分は、フォトダイオードから見て互いに行方向に対称となっている。
【００１５】
この構成により、各フォトダイオードの開口パターンは行方向を左右方向とした場合に、左右対称となり、フォトダイオードに入射する光の量をフォトダイオードの左右で均一にすることができる。このため、フォトダイオードの面内での感度のバラツキを抑え、シェーディングの発生を効果的に抑えることが可能となる。
【００１６】
フォトダイオードから見て行方向に対称に配置される金属配線の種類は特に限定されないが、金属配線は、例えば電源線や垂直信号線などを含んでいる。また、金属配線は、必要に応じて基板コンタクト用配線を含んでいてもよい。これら複数の配線のレイアウトがフォトダイオードの列ごとに変わっていることで、金属配線が各フォトダイオードから見て行方向に対称に配置されている。
【００１７】
金属配線は斜めから入射する光を遮るため、電源線や垂直信号線、基板コンタクト用配線が各フォトダイオードの上方を囲むように配置されていることにより、隣接するセルの上方からフォトダイオードに入射する光を遮ることができる。そのため、混色の発生を抑えることができる。
【００１８】
垂直信号線、電源線および基板コンタクト配線はそれぞれ第１の金属配線層と第２の金属配線層のいずれかに分けて配置される。電源線または基板コンタクト用配線は列ごとに分離して配置されていてもよいが、第２の金属配線層に配置される場合、格子状として各フォトダイオードの上方を隙間なく囲んでいれば隣接するセルから斜めに入射する光を防ぎ、混色の発生を抑えることができる。電源線または基板コンタクト用配線が第１の金属配線層に配置される場合、フォトダイオードの上方を囲むために、隣接する２本の電源線または基板コンタクト用配線が互いに梯子状に接続されていてもよい。また、電源線または基板コンタクト用配線が垂直信号線と共に第１の金属配線層に配置された場合、フォトダイオードから見た形状が垂直信号線の形状と同じになるように電源線または基板コンタクト用配線を配置してもよい。この場合には、すべてのフォトダイオードの開口パターンを等しくすることができるので、フォトダイオードの感度のバラツキを抑え、シェーディングなどの発生をより効果的に抑えることができる。
【００１９】
また、フォトダイオードの行方向の両隣に配置された増幅トランジスタのゲート配線同士がフォトダイオードから見て行方向に対称となっていれば、フォトダイオードに入射する光を左右対称にすることができるので、好ましい。ただし、ゲート配線が入射光に与える影響は金属配線が入射光に与える影響に比べて小さいため、ゲート配線の形状を画素アレイ内で同一としてもよい。
【００２０】
なお、各セル内には少なくとも１つのフォトダイオードと１つの転送トランジスタが配置されていればよく、例えば１つのセル内に２つ以上のフォトダイオードおよび転送トランジスタが配置されていてもよい。１つのセル内に１つのフォトダイオードおよび転送トランジスタが配置される場合には信号の処理速度を向上させることができる。これに対し、２つ以上のフォトダイオードおよび転送トランジスタが１つのセルに配置される場合には、画素アレイの面積を縮小させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明の固体撮像装置によれば、１つのフォトダイオードに隣接する金属配線などをフォトダイオードから見て行方向（左右方向）に対称に配置することにより、フォトダイオードから見た左右のレイアウト差をなくし、シェーディングの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１（ａ）〜（ｃ）は、ＭＯＳ型の固体撮像装置である本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素アレイのレイアウトを示す平面図である。図１（ａ）は、画素アレイにおいて、ポリシリコン配線層と、半導体基板に形成された拡散層またはポリシリコン配線と第１の金属配線層の配線とを接続するコンタクト（下層コンタクト）とを示しており、（ｂ）は、（ａ）に示す構成に加えて第１の金属配線層に形成された配線を示しており、（ｃ）は、（ｂ）に示す構成に加えて第２の金属配線層に形成された配線をさらに示している。これらの図中で点線に囲まれた部分の各々がセル１５０である。本実施形態の固体撮像装置のように、１つのセルに１つのフォトダイオードが設けられている場合、セルは一般的に「画素セル」とも呼ばれる。また、図２は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の図１（ａ）〜（ｃ）に示すII-II線間の断面図である。そして、図３は、第１の実施形態に係る固体撮像装置におけるセル１５０を示す回路図である。
【００２４】
図１（ａ）〜（ｃ）、図２および図３に示すように、本実施形態の固体撮像装置におけるセル１５０は、受けた光の強度に応じた量の電荷を蓄積するフォトダイオード１０１と、フォトダイオード１０１によって蓄積された電荷が転送されるＦＤ１３０と、転送ゲート配線１０８の電位により制御され、フォトダイオード１０１からＦＤ１３０への電荷の転送を制御する転送トランジスタ１０２と、リセットゲート配線１０７により制御され、ＦＤ１３０の電位を初期化するリセットトランジスタ１０４と、ゲート電極がＦＤ１３０に、ドレインが電源線１０５に、ソースが垂直信号線１０６にそれぞれ接続され、ソースフォロワを構成する増幅トランジスタ１０３と、増幅トランジスタ１０３のゲート配線１０９と、ＦＤ１３０とゲート配線１０９とを接続するＦＤ配線１３５と、基板コンタクト用配線１１２とを有している。
【００２５】
また、図２に示すように、半導体基板１０上の素子分離領域３０にはＳＴＩ(Shallow Trench Isolation)が形成されている。そして、素子分離領域３０に囲まれた活性領域２０内にフォトダイオード１０１が形成されている。ポリシリコン配線層と第１の配線層との間、第１の配線層と第２の配線層との間にはそれぞれ層間絶縁膜が形成されている。また、第２の配線層の上方には、層間絶縁膜を挟んでカラーフィルタ４０が形成され、カラーフィルタ４０の上には入射光をフォトダイオード１０１に集めるためのマイクロレンズ５０が形成されている。カラーフィルタ４０には例えば青、緑、赤の三色があり、１つのフォトダイオードの上方にはいずれか一色のカラーフィルタ４０が配置される。
【００２６】
図４は、本実施形態に係る固体撮像装置における画素アレイ４００およびその周辺回路の構成を概略的に示す図である。
【００２７】
同図に示すように、本実施形態の固体撮像装置において画素アレイ４００は、多数のセル１５０が行列状（アレイ状）に配置されてなる。また、転送ゲート配線１０８およびリセットゲート配線１０７は、それぞれ同一の行に配置されたセル１５０内の回路に共通に接続される。垂直信号線１０６は、同じ列に配置されたセル１５０内の回路に共通に接続される。そして、画素アレイ４００の周辺部には、転送ゲート配線１０８を介して画素アレイ４００のうちからいずれかの行に属するセル１５０を選択する垂直シフトレジスタ４０１と、垂直信号線１０６を流れる信号からノイズを除去する雑音抑圧回路（ＣＤＳ回路）４０２と、雑音抑圧回路４０２からの信号を水平信号線４０５に転送する選択トランジスタ４０４と、選択トランジスタを制御する水平シフトレジスタ４０３とが設けられている。
【００２８】
次に、本実施形態の固体撮像装置の配線レイアウトおよびその特徴について説明する。
【００２９】
図１（ａ）〜（ｃ）および図２に示す例では、電源線１０５および垂直信号線１０６は第１の金属配線層に形成され、基板コンタクト用配線１１２は第２の金属配線層に形成されている。ゲート配線１０９はポリシリコン配線層に形成され、ＦＤ配線１３５は第１の金属配線層に設けられている。金属配線層の上方にはＧ（緑）、Ｒ（赤）、Ｂ（青）などのカラーフィルタが例えば図１７に示す従来例と同様に配置されている。また、画素アレイ４００においてはフォトダイオード１０１が行列状に配置されている。
【００３０】
垂直信号線１０６は、分岐部分１０６−１を除いて列方向に延びており、且つセル１５０（およびフォトダイオード１０１）の列ごとに配置されている。ゲート配線１０９およびＦＤ配線１３５はセル１５０ごとに形成されており、図１および図２ではゲート配線１０９が設けられたセル１５０の行方向（図１に示す左側）に隣接するセル１５０内のＦＤ配線をゲート配線１０９''として示している。フォトダイオード１０１が設けられたセル１５０の行方向の両隣（図１に示す左右両側）に配置されたセル内のフォトダイオードはフォトダイオード１０１''、１０１'として示している。また、垂直信号線１０６の両隣に配置された垂直信号線も便宜的に垂直信号線１０６''、１０６'として示している。ただし、どのフォトダイオード、垂直信号線およびゲート配線であるかを特定する必要がない場合には、これらの部材を「フォトダイオード１０１」、「垂直信号線１０６」および「ゲート配線１０９」として説明する。
【００３１】
画素アレイ４００においては、２本の垂直信号線１０６およびその分岐部分１０６−１は、１つの列に配置されたフォトダイオード１０１の各々を囲んでおり、互いに接続された梯子（はしご）状の２本の電源線１０５は１つの列に配置されたフォトダイオード１０１の各々を囲んでいる。垂直信号線１０６に囲まれたフォトダイオード１０１の列と電源線１０５に囲まれたフォトダイオード１０１の列とは交互に配置される。
【００３２】
リセットゲート配線１０７および転送ゲート配線１０８は共にポリシリコンからなり、ポリシリコン配線層内に配置されている。
【００３３】
本実施形態の固体撮像装置の特徴は、垂直信号線１０６、電源線１０５、基板コンタクト用配線１１２、ＦＤ配線１３５などの例えばＡｌからなる金属配線のうちフォトダイオード１０１の行方向の両隣に配置された部分や、ポリシリコン配線層に形成されたゲート配線１０９や、半導体基板に形成された拡散層（図１に示す増幅トランジスタ１０３のソースおよびドレイン）が複数のセル１５０の各々に配置されたフォトダイオード１０１から見て行方向（左右方向）に対称（線対称）になるように設けられていることである。ここで、「フォトダイオード１０１から見て行方向に対称」とは、「列方向に延びるフォトダイオード１０１の中心線に対して線対称」の意味であるものとする。
【００３４】
この構成により、各フォトダイオード１０１に一方の側方から入射する光の量と他方の側方から入射する光の量を等しくすることができる。このため、フォトダイオード１０１に両側方から入る光の入射特性をほぼ等しくすることができる。また、上記の構成により複数のセル１５０ごとに入射する光の量および方向を揃えることができる、即ち、上記構成によってセル１５０ごとの光の入射特性を揃えることができる。この結果、セル１５０ごとに入射する光のバラツキが抑えられるので、シェーディングの発生を抑えることができる。
【００３５】
特に、本実施形態の固体撮像装置では、分岐部分１０６−１を除く垂直信号線１０６、電源線１０５、ＦＤ配線１３５、基板コンタクト用配線１１２がフォトダイオード１０１から見て行方向に対称となるように配置されている。
【００３６】
また、各フォトダイオード１０１から見てコンタクトも行方向に対称となるように配置されていることによっても光の入射特性をセル１５０ごとに揃えることができる。
【００３７】
さらに、増幅トランジスタ１０３のＦＤ配線１３５とは共に各フォトダイオード１０１から見て行方向に対称となっている。これによっても図１（ａ）〜（ｃ）に示すフォトダイオード１０１の左半分と右半分で光の入射特性を揃えることができる。
【００３８】
垂直信号線１０６、電源線１０５、基板コンタクト用配線１１２は各フォトダイオード１０１を囲むように配置されている。これにより、上下（列方向）および左右（行方向）に隣接するセル１５０から斜めに入射する光を低減することができるので、混色の発生を防止することができる。ここで、遮光層として機能する基板コンタクト用配線１１２は例えば格子状等に形成されていてもよい。なお、基板コンタクト用配線１１２は多少の混色が許容される場合には省略することができる。この場合には、斜め方向からフォトダイオード１０１に入射する光の光路を確保できるので、感度の向上を図ることができる。また、第２の金属配線層を設ける必要がなくなるため製造工程数を少なくすることができる。
【００３９】
また、隣接する電源線１０５は２本が一組になって梯子状となり、切れ目なくフォトダイオード１０１を囲んでいるので、上下に隣接するセル１５０に入るはずの光が当該フォトダイオード１０１に漏れるのを防ぐことができる。
【００４０】
これに対し、互いに隣接する垂直信号線１０６同士は接続させることができない。そのため、例えば互いに隣接する垂直信号線１０６と垂直信号線１０６'の分岐部分１０６'−１との間には空間１１１が形成され、垂直信号線１０６の分岐部分１０６−１と垂直信号線１０６'との間には空間１１０が形成されている。垂直信号線１０６と分岐部分１０６'−１との距離（空間１１１の幅）と垂直信号線１０６'と分岐部分１０６−１との距離（空間１１０の幅）は製造プロセス上分離可能な最小幅となっている。これにより、上下方向（列方向）に隣接するフォトダイオード１０１に入射するべき光が当該フォトダイオード１０１に漏れにくくなるので、垂直信号線１０６に囲まれたフォトダイオード１０１での光の入射特性を電源線１０５に囲まれたフォトダイオード１０１での光の入射特性に近づけることができる。また、フォトダイオード１０１の平面形状が四辺形である場合、空間１１０、１１１をフォトダイオード１０１から見て角の方向に配置することにより、垂直方向に隣接するセル１５０から漏れる光の影響を小さくし、混色の発生を抑えることができる。また、互いに隣接する垂直信号線１０６、１０６'が共に分岐部分を有していることにより、分岐部分を設けた垂直信号線と分岐部分を設けない垂直信号線とを隣接させる場合に比べて複数の垂直信号線間で生じる寄生容量のバラツキを低減することができる。さらに、１つの列のセル１５０内のフォトダイオード１０１について、空間１１０と空間１１１とを列方向に互い違いに配置する、即ち空間１１０と空間１１１とをフォトダイオード１０１の中心から見て点対称の位置に置くことにより、列方向に隣接するフォトダイオード１０１への光の入射特性を揃えることができる。
【００４１】
また、フォトダイオード１０１の両側方に設けられた不純物拡散層の一部（転送トランジスタ１０２、増幅トランジスタ１０３およびリセットトランジスタ１０４のソースおよびドレイン）がフォトダイオード１０１から見て行方向に対称の位置に配置されている。このため、フォトダイオード１０１から見て行方向の両側に隣接するそれぞれの不純物拡散層（ＦＤ１３０を除く、以下同じ）と当該フォトダイオード１０１との距離は互いに等しく、且つ両不純物拡散層の形状は互いに等しくなっている。これにより、一方の側方に隣接して設けられた不純物拡散層からフォトダイオード１０１が受ける応力を、他方の側方に隣接して設けられた不純物拡散層からフォトダイオード１０１が受ける応力とを互いに等しくすることができる。その結果、各フォトダイオード１０１における光電変換特性を右半分と左半分とでほぼ等しくすることができる。なお、ＦＤ１３０をフォトダイオード１０１から見て行方向に対称になるよう配置することはできない。それでも、転送トランジスタ１０２、増幅トランジスタ１０３およびリセットトランジスタ１０４のソース・ドレインがフォトダイオード１０１から見て対称な位置に配置されていない場合に比べるとフォトダイオード１０１の光電変換特性の面内バラツキを大幅に抑えることが可能となる。
【００４２】
また、本実施形態の固体撮像装置において、図４に示す水平信号線４０５を介して出力された信号は固体撮像装置の外部に設けられた信号処理回路（Digital Signal Processor;DSP)で処理されてもよいし、画素アレイ４００と同一チップ上に設けられた信号処理部で処理されてもよい。このような信号処理回路や信号処理部では、画素アレイ４００からの信号の処理時に互いに隣接するセル１５０間での信号のバラツキを補正してもよい。この場合には、シェーディングの発生をさらに効果的に防ぐことが可能となる。
【００４３】
また、本実施形態では各セル１５０に１つのフォトダイオード１０１が設けられたいわゆる１画素１セル型の固体撮像装置について説明したが、１つのセル１５０内にフォトダイオード１０１および転送トランジスタ１０２がそれぞれ複数個設けられたいわゆる多画素１セル型の固体撮像装置に本実施形態の配線レイアウトを適用してもシェーディングの発生を効果的に抑制することができる。
【００４４】
例えば、１つのセルに、複数のフォトダイオード１０１とそれぞれのフォトダイオード１０１に蓄積された電荷を転送する転送トランジスタと、１つの増幅トランジスタ１０３と、１つのリセットトランジスタ１０４とを配置して、複数画素で１セルを構成してもよい。２画素１セル型の固体撮像装置の場合、リセットトランジスタ１０４および増幅トランジスタ１０３が列方向に互いに隣接する２つの画素（フォトダイオード１０１）に共用される。１つのセル１５０内では２つのフォトダイオード１０１がリセットゲート配線１０７および転送ゲート配線１０８を挟んで配置される。そして、各フォトダイオード１０１から見て垂直信号線１０６、電源線１０５、基板コンタクト用配線１１２などの金属配線はそれぞれ行方向に対称な位置に設けられる。また、１つのセルに３つ以上の画素（フォトダイオード）を含む固体撮像装置を作製することもできる。
【００４５】
これらの場合、本実施形態の固体撮像装置に比べて画素アレイ４００全体に形成するリセットトランジスタ１０４および増幅トランジスタ１０３の数を低減することができるので、１画素当たりの面積を小さくでき、画素アレイ４００の面積を小さくすることが可能になる。また、画素面積を小さくせずにフォトダイオード１０１の開口率を上げることも容易となる。ただし、多画素１セル構造ではＦＤ１３０の面積が大きくなるためにＦＤ１３０における変換ゲインが低下し、センサの感度低下を招く場合がある。そのため、面積の低減よりも性能を重視する用途などでは感度を向上させることができる本実施形態の固体撮像装置の方が好ましく用いられる。
【００４６】
また、本実施形態の配線レイアウトは、増幅トランジスタ１０３の出力部と垂直信号線１０６との間に選択トランジスタをさらに配置した構成のセル１５０に適用した場合でもシェーディングの発生を抑えることができる。
【００４７】
なお、本実施形態の配線レイアウトでは、フォトダイオードの両隣に配置された増幅トランジスタ１０３のゲート配線１０９同士がフォトダイオードから見て行方向に対称になるように形成されていたが、行方向を左右方向とする場合に、画素アレイ（およびフォトダイオード）の列方向に延びる中心線に対してゲート配線１０９が左右対称になるよう配置されていてもよい。
【００４８】
なお、本発明は１つのセル１５０にフォトダイオード１０１および転送トランジスタ１０２が複数対設けられたいわゆる多画素１セルの構成や、増幅トランジスタ１０３の出力部（ソース）と垂直信号線との間に選択トランジスタを配置した構成のセル１５０に適用した構成に応用しても本実施形態の固体撮像装置と同様の効果が期待できる。なお、後の実施形態で説明するが、多画素１セルの場合、１つのセル１５０内には少なくとも複数のフォトダイオード１０１と複数の転送トランジスタ１０２が設けられていればよい。また、セル１５０は必ずしも行列状に配置されていなくてもよいが、フォトダイオード１０１は行列状に配置されていることが好ましい。
【００４９】
なお、本実施形態の固体撮像装置において、基板コンタクト用配線１１２は、図１に示すように、隣接するセルからの光を遮るために格子状とし、各フォトダイオード１０１の上方を囲んでいることが好ましい。この場合、第１の金属配線層に配置される垂直信号線１０６では、フォトダイオード１０１を囲む分岐部分１０６’−１、１０６−１を形成しなくても混色の発生を抑えることができる。これと同様に、２本の隣接する電源線１０５同士を接続する橋渡し部分を形成しなくても混色の発生は抑えられる。
【００５０】
−第１の実施形態の変形例−
図５は、第１の実施形態の第１の変形例に係る固体撮像装置の画素アレイのレイアウトを示す平面図である。同図では、半導体基板に形成された拡散層と、ポリシリコン配線層と、拡散層またはポリシリコン配線層と第１の金属配線層とを接続するコンタクト（下層コンタクト）とを示している。
【００５１】
本変形例の固体撮像装置では、各セル１５０において、フォトダイオード１０１の行方向の両側方に配置されたゲート配線１０９、１０９''のうちポリシリコン配線層内に形成された部分（ゲート配線）が共に同じ形状で且つ同じ方向に向くよう配置されている。ゲート配線１０９のうちポリシリコン配線層に設けられた部分の形状は、垂直信号線１０６や電源線１０５の形状に比べて光の入射特性に与える影響が少ないので、当該部分は必ずしもフォトダイオード１０１から見て行方向に対称に配置されなくてもよい。この構成により、画素アレイ４００内のセル１５０間でのフォトダイオード１０１の感度を均一にすることができる。
【００５２】
図６は、第１の実施形態の第２の変形例に係る固体撮像装置の画素アレイのレイアウトを示す平面図である。図１（ａ）〜（ｃ）に示す第１の実施形態の固体撮像装置では、梯子状の電源線１０５がフォトダイオード１０１を囲んでいたが、本変形例のように、２本の電源線１０５の接続部分が切断され、フォトダイオード１０１から見て角の付近に製造プロセスにおける最小幅の空間が形成されていてもよい。これにより、全セル内のフォトダイオード１０１上の開口パターンが同一になるので、フォトダイオード１０１の感度の均一化を図ることができる。この際に、互いに隣接する２本の電源線１０５のそれぞれに分岐部分１０５ａ、１０５ｂを設け、１０５ａと１０５ｂとを互い違いに配置することにより、電源線１０５に生じる寄生容量の均一化を図ることができる。
【００５３】
また、図７は、第１の実施形態の第３の変形例に係る固体撮像装置の画素アレイのレイアウトを示す平面図である。本変形例に係る固体撮像装置では、互いに隣接する垂直信号線１０６、１０６'の間に形成される空間１１０、１１１が平面的に見てフォトダイオード１０１の列方向に延びる中心線と重なる部分に形成されている。また、互いに隣接する２本の電源線１０５の接続部分にも、列方向に延びるフォトダイオード１０１の中心線と重なる位置に空間が形成されている。これにより、全てのフォトダイオード１０１の上方で開口パターンを同一にできるので、フォトダイオード１０１の感度の均一化を図ることができる。また、電源線１０５および垂直信号線１０６のそれぞれについて、フォトダイオード１０１から見て列方向（図７での上下方向）に位置する部分でも行方向に対称な形状になっている。これにより、フォトダイオード１０１の上半分と下半分とで光の入射特性を揃えることができる。
【００５４】
図８（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態の第４の変形例に係る固体撮像装置の画素アレイのレイアウトを示す平面図である。図８（ａ）は、画素アレイにおいて半導体基板に形成された拡散層、ポリシリコン配線層および下層コンタクトを示し、（ｂ）は、（ａ）に示す構成に加えて第１の金属配線層の配線および第１の金属配線層と第２の金属配線層とを接続するコンタクトを示し、（ｃ）は、（ｂ）に示す構成に加えて第２の金属配線層に形成された配線を示している。
【００５５】
本変形例に係る固体撮像装置では、ｎ型の半導体基板において、ｐ型ウェルが形成され、ｐ型ウェル内にセル１５０が形成されている。ｐ型ウェルの抵抗を低減するためにセル１５０ごとにｐ型ウェル内に基板コンタクト領域が設けられ、この基板コンタクト領域がコンタクトを介して第２の金属配線層に形成された基板コンタクト用配線１１２に接続されている。また、図８（ａ）に示すように、ゲート配線１０９、１０９''は図１（ａ）に示すゲート配線１０９、１０９''に比べて基板コンタクト領域を迂回するために長く引き回されている。
【００５６】
基板コンタクト領域は、ｐ型ウェルとコンタクトとの抵抗を低減するために設けられる。ｎ型半導体基板を用いる場合、ｐ型半導体基板を用いる場合に比べて各セル１５０において光電変換された電荷が混ざりにくく、混色の発生を抑えることができる。また、セル１５０ごとに基板コンタクト領域を設けることにより、トランジスタの基板電位を安定化させ、トランジスタの応答速度を向上させることができる。そのため、本変形例の固体撮像装置は、混色が少なく色の再現性を重視する場合や、画素数が多く画素アレイが大きい場合、あるいは大きなフレームレートが要望される一眼レフカメラやＨＤ（High Definition；高精細）ムービーなどに好適に用いられる。なお、ｐ型半導体基板を用いる場合には、基板コンタクト用配線１１２はコンタクトを介してｐ型半導体基板に接続される。
【００５７】
なお、本変形例に係る固体撮像装置において、基板コンタクト用配線１１２は、隣接するセルからの光を遮るために格子状とし、各フォトダイオード１０１の上方を囲んでいることが好ましい。この場合、図８に示すように、第１の金属配線層に配置される電源線１０５および垂直信号線１０６では、フォトダイオード１０１を囲む分岐部分を形成しなくても混色の発生を抑えることができる。また、各フォトダイオード１０１の両側方に隣接する基板コンタクト領域およびコンタクトも、フォトダイオード１０１から見て行方向に対称な位置に形成されていることが好ましい。
【００５８】
なお、図１６に示す従来例と同様に基板コンタクト用の画素アレイを設けてこの画素アレイ内に形成した基板コンタクト領域に基板コンタクト用配線１１２に接続させてもよい。
【００５９】
（第２の実施形態）
図９（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の画素アレイのレイアウトを示す平面図である。図９（ａ）は、画素アレイにおいて、ポリシリコン配線層と、半導体基板に形成された拡散層またはポリシリコン配線と第１の金属配線層の配線とを接続するコンタクトとを示しており、（ｂ）は、（ａ）に示す構成に加えて第１の金属配線層に形成された配線、および第１の金属配線層と第２の金属配線層とを接続するコンタクト（ビア）を示しており、（ｃ）は、（ｂ）に示す構成に加えて第２の金属配線層に形成された配線をさらに示している。また、図１０は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の図９（ａ）〜（ｃ）に示すX-X線間の断面図である。
【００６０】
本実施形態の固体撮像装置は、一部の配線レイアウトが第１の実施形態の固体撮像装置と異なっている。すなわち、本実施形態の固体撮像装置におけるセル２５０は、フォトダイオード２０１と、ＦＤ２３０と、転送ゲート配線２０８に接続されたゲート電極を有する転送トランジスタ２０２と、リセットゲート配線２０７に接続されたゲート電極を有するリセットトランジスタ２０４と、増幅トランジスタ２０３と、増幅トランジスタ２０３のゲート配線２０９と、ＦＤ配線２３５と、基板コンタクト用配線２１２とを有している。画素アレイ５００における回路構成および各構成部材の機能は第１の実施形態の固体撮像装置と基本的に同じであるので説明を省略する。なお、図９および図１０ではゲート配線２０９が設けられたセル１５０の行方向（図９に示す左側）に隣接するセル２５０内のＦＤ配線をゲート配線２０９''として示している。フォトダイオード２０１が設けられたセル２５０の行方向（図９に示す左右両側）に隣接するセル内のフォトダイオードはフォトダイオード２０１''、２０１'として示している。また、垂直信号線１０６の両隣に配置された垂直信号線も便宜的に垂直信号線２０６''、２０６'として示している。
【００６１】
本実施形態の固体撮像装置の特徴は、セル２５０ごとにｐ型ウェル内に基板コンタクト領域が形成されていることと、第１の金属配線層に電源線２０５および基板コンタクト用配線２１２が配置され、第２の金属配線層に垂直信号線２０６が配置されていることである。また、基板コンタクト領域が形成されるのに伴い、ゲート配線２０９は図８（ａ）に示す例と同様に、図１に示す第１の実施形態の固体撮像装置に比べて長く引きまわされている。
【００６２】
互いに隣接して配置される２本の電源線２０５は互いに接続されて梯子状となり、１つの列に属する各フォトダイオード１０１の上方を囲む。互いに隣接して配置される２本の基板コンタクト用配線２１２も互いに接続されて梯子状となり、１つの列に属する各フォトダイオード１０１の上方を囲む。電源線２０５に囲まれたフォトダイオード１０１の列と基板コンタクト用配線２１２に囲まれたフォトダイオード１０１の列とは交互に配置されている。第２の金属配線層に設けられた垂直信号線２０６はそれぞれ２本が１組となって各列のフォトダイオード１０１の上方を囲むように配置されるが、垂直信号線２０６同士を接続することができないため、互いに隣接する垂直信号線２０６の間には製造プロセスにおける最小幅の空間が形成されている。図９（ａ）〜（ｃ）に示す例ではこの空間は列方向に延びるフォトダイオード１０１の中心線上に配置されている。
【００６３】
本実施形態の固体撮像装置では、図８に示す固体撮像装置と同様に、セル２５０ごとに設けられた基板コンタクト領域に接続された基板コンタクト用配線２１２が設けられているため、画素アレイ５００内に設けられるトランジスタの基板電位を安定化させ、トランジスタの応答速度を向上させることができる。
【００６４】
また、第２の金属配線層に設けられた垂直信号線２０６が各フォトダイオード１０１の上方を囲んでおり、隣接するセル２５０からの光が入りにくくなっている。隣接する垂直信号線２０６間には隙間が形成されているため遮光は完全ではないが、これを補うために電源線２０５および基板コンタクト用配線２１２がフォトダイオード１０１の上方を隙間なく囲んでいる。これにより、より確実に遮光されており、混色の発生をより確実に防ぐことが可能となっている。また、各フォトダイオード１０１への光に入射特性も均一になっているので、フォトダイオード１０１の特性が均一化されている。なお、ある程度の混色が許容される場合には、電源線２０５および基板コンタクト用配線２１２をそれぞれ直線状としてもよい。
【００６５】
さらに、垂直信号線２０６が第２の金属配線層に配置されたことにより、第１の金属配線層に垂直信号線２０６が配置される場合に比べてＦＤ配線１３５との間に生じる容量を低減することができるので、セル２５０ごとの寄生容量のばらつきを抑え、シェーディングの発生をより効果的に抑えることが可能となる。
【００６６】
なお、フォトダイオード２０１の両側に配置される基板コンタクト領域も互いにフォトダイオード２０１から見て行方向に対称の位置になるように配置されることが好ましい。この場合、図９における左方向からフォトダイオード２０１に印加される応力と、右方向からフォトダイオード２０１に印加される応力とをほぼ等しくすることができ、フォトダイオード２０１の面内での光電変換特性を均一化にすることができる。
【００６７】
なお、本実施形態の固体撮像装置では基板コンタクト領域および基板コンタクト用配線２１２を設けたが、上述のように基板コンタクト用配線２１２を設けない場合もある。
【００６８】
また、本実施形態の固体撮像装置において、上方全体が金属からなる遮光層で覆われた遮光画素領域（いわゆるＯＢ領域）を画素アレイ５００内に設けてもよい。この場合には、遮光画素領域内では電源線２０５を第２の金属配線層に配置し、垂直信号線２０６を第１の金属配線層に配置すればよい。また、この場合、遮光画素領域と図９（ａ）〜（ｃ）に示す構成を有する領域（有効画素領域）との間に配線が設けられた配線層を変更するための配線層乗り換え領域が配置されることが好ましい。
【００６９】
（第３の実施形態）
図１１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の画素アレイのレイアウトを示す平面図である。図１１（ａ）は、画素アレイにおいて、ポリシリコン配線層と、半導体基板に形成された拡散層またはポリシリコン配線と第１の金属配線層の配線とを接続するコンタクトとを示しており、（ｂ）は、（ａ）に示す構成に加えて第１の金属配線層に形成された配線、および第１の金属配線層と第２の金属配線層とを接続するコンタクトを示しており、（ｃ）は、（ｂ）に示す構成に加えて第２の金属配線層に形成された配線をさらに示している。
【００７０】
本実施形態の固体撮像装置は、一部の配線レイアウトが第１および第２の実施形態の固体撮像装置と異なっている。すなわち、本実施形態の固体撮像装置におけるセル３５０は、フォトダイオード３０１と、ＦＤ３３０と、転送ゲート配線３０８に接続されたゲート電極を有する転送トランジスタ３０２と、リセットゲート配線３０７に接続されたゲート電極を有するリセットトランジスタ３０４と、増幅トランジスタ３０３と、増幅トランジスタ３０３のゲート配線３０９と、ＦＤ配線３３５とを有している。画素アレイ６００における回路構成および各構成部材の機能は第１の実施形態の固体撮像装置と基本的に同じであるので説明を省略する。
【００７１】
本実施形態の固体撮像装置の特徴は、ゲート配線３０９がコンタクトを迂回せず、第１の金属配線層に形成されたＦＤ配線３３５がコンタクトを迂回するように引き回されていることと、第１の金属配線層に垂直信号線３０６が配置され、第２の金属配線層に電源線３０５が配置されていることである。電源線３０５は例えば格子状となっており、各セル内のフォトダイオード３０１の上方を囲む遮光層としても機能する。また、基板コンタクト用配線は画素アレイ上に形成されていない。
【００７２】
本実施形態の固体撮像装置においては、フォトダイオード３０１の両側方に隣接するゲート配線はフォトダイオード３０１から見て行方向に互いに対称な位置に配置されている。フォトダイオード３０１の両側方に隣接する垂直信号線３０６およびＦＤ配線３３５もフォトダイオード３０１から見て行方向に互いに対称な位置に配置されている。これにより、各フォトダイオード３０１における光の入射特性のバラツキを抑えることができる。
【００７３】
また、電源線３０５が各フォトダイオード３０１の上方を囲む格子状に形成され、遮光層として機能しているので、垂直信号線３０６が必ずしもフォトダイオード３０１の上方を囲む必要はない。図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、ある程度の混色の発生を許容しても固体撮像装置を微細化する必要がある場合には、垂直信号線３０６は直線状に形成される。
【００７４】
このように、本実施形態の固体撮像装置は、混色やシェーディングの発生が抑えられるとともに、微細化を図ることが可能となっている。
【００７５】
（第４の実施形態）
図１２は、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の画素アレイの一部を示す回路図である。本実施形態では、いわゆる多画素１セル型固体撮像装置の例として１つのセルに２画素（すなわち、２つのフォトダイオード）が含まれた固体撮像装置について説明する。
【００７６】
図１２に示すように、本実施形態の固体撮像装置においてセルには、受けた光の強度に応じた量の電荷を蓄積する第１のフォトダイオード５０１ａおよび第２のフォトダイオード５０１ｂと、第１のフォトダイオード５０１ａ、第２のフォトダイオード５０１ｂによって蓄積された電荷がそれぞれ転送される第１のＦＤ５３０ａ、第２のＦＤ５３０ｂと、第１の転送ゲート配線５０８ａ（図１３参照）により制御され、第１のフォトダイオード５０１ａから第１のＦＤ５３０ａへの電荷の転送を制御する第１の転送トランジスタ５０２ａと、第２の転送ゲート配線５０８ｂ（図１３参照）により制御され、第２のフォトダイオード５０１ｂから第２のＦＤ５３０ｂへの電荷の転送を制御する第２の転送トランジスタ５０２ｂと、リセットゲート配線５０７（図１３参照）により制御され、第１のＦＤ５３０ａおよび第２のＦＤ５３０ｂの電位を初期化するリセットトランジスタ５０４と、ゲート電極が第１のＦＤ５３０ａおよび第２のＦＤ５３０ｂ、ドレインが電源線５０５に、ソースが垂直信号線５０６にそれぞれ接続され、ソースフォロワを構成する増幅トランジスタ５０３と、増幅トランジスタ５０３のソースと垂直信号線５０６との間に設けられ、増幅トランジスタ５０３からの出力信号を垂直信号線５０６に伝達させる選択トランジスタ５２０と、基板上に形成されたｐ型不純物を含む基板コンタクト領域に接続された基板コンタクト用配線５１２（図１３参照）が設けられている。基板コンタクト領域はセルにつき少なくとも１つ形成されている。
【００７７】
本実施形態の固体撮像装置では、１つのセルにフォトダイオードとこれに接続された転送トランジスタとで構成される組が２組み形成されている。なお、フォトダイオードとこれに接続された転送トランジスタとが３組以上形成される場合もある。また、１つのセル内には第１のＦＤ５３０ａと第２のＦＤ５３０ｂとが設けられているが、１つのＦＤをセル内の複数のフォトダイオードで共用してもよい。また、リセットトランジスタ５０４、増幅トランジスタ５０３、選択トランジスタ５２０なども複数のフォトダイオードで共用することができる。なお、本実施形態の画素アレイでは、複数のセルが行列状に配置されるとともに複数のフォトダイオードも行列状に配置されている。
【００７８】
図１３（ａ）〜（ｃ）は、第４の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域のレイアウトを示す平面図である。図１３（ａ）は、画素アレイにおいて、ポリシリコン配線層と、半導体基板に形成された拡散層またはポリシリコン配線と第１の金属配線層の配線とを接続するコンタクトとを示しており、（ｂ）は、（ａ）に示す構成に加えて第１の金属配線層に形成された配線、および第１の金属配線層と第２の金属配線層とを接続するコンタクトを示しており、（ｃ）は、（ｂ）に示す構成に加えて第２の金属配線層に形成された配線をさらに示している。なお、図１３（ａ）〜（ｃ）中の破線はセルの区切りを示している。図１３は画素アレイの一部のみを示しているが、実際には行方向、列方向ともに図１３に示された構成と同様の構成が繰り返されている。
【００７９】
本実施形態の固体撮像装置では、１つのセル内に２つのフォトダイオード（第１のフォトダイオード５０１ａ、第２のフォトダイオード５０１ｂ）が設けられているので、撮像領域（画素アレイ）の単位面積のうちフォトダイオードが占める面積の割合を大きくすることができる。このため、フォトダイオードの感度および飽和特性を向上させることができる。
【００８０】
本実施形態の固体撮像装置では、画素アレイの上方において、ＦＤ配線５３５および電源線５０５が第１の金属配線層に配置されている。そして、垂直信号線５０６は、第１の金属配線層の上方に形成された第２の金属配線層に配置されている。そのため、画素アレイの中心線からの距離に応じて垂直信号線５０６の位置をシフトさせることによって光の斜入射特性の向上を図る場合であってもセルに生じる寄生容量のバラツキを抑え、シェーディングの発生を抑えることが可能となる。
【００８１】
また、本実施形態の固体撮像装置では、１つのフォトダイオードに注目した場合、第１の金属配線層または第２の金属配線層に配置された金属配線のうち当該フォトダイオードの行方向（図１３での左右方向）の両側に隣接する部分がフォトダイオードから見て左右対称となっている。この構成により、各フォトダイオードにおいて左側から入射する光と右側から入射する光とが均等になるので、フォトダイオードの面内での感度のバラツキが抑えられ、シェーディングの発生を効果的に抑えることが可能となる。なお、リセットトランジスタ５０４のゲート配線は図１３（ａ）に示すようにセルごとに同一の形状であってもよいが、フォトダイオードの行方向に隣接するゲート配線は同士がフォトダイオードから見て行方向に対称に配置されていてもよい。
【００８２】
また、第１の金属配線層に配置された電源線５０６は、２本が１組となって梯子状となり、１つの列に配置されたフォトダイオードのそれぞれの上方を囲む。第１の金属配線層に配置された基板コンタクト用配線５１２は電源線５０６と同様に２本が１組となって梯子状となり、１つの列に配置されたフォトダイオードのそれぞれの上方を囲む。一方、第２の金属配線層に配置された垂直信号線５０６はそれぞれフォトダイオード（またはセル）の列ごとに設けられ、直線上に延びている。この構成により、集光効率を上げるために各フォトダイオードの上方に配置されたマイクロレンズによって集光された光のうち、本来フォトダイオードに到達させるべき光が最上層の金属配線層（ここでは第２の金属配線層）に配置された配線に遮られにくくなっている。そのため、最上層の金属配線層に配置された垂直信号線５０６がフォトダイオードの上方を囲む場合に比べ、フォトダイオードの感度および飽和特性を向上させることができる。なお、本実施形態の固体撮像装置では、電源線５０６に囲まれたフォトダイオードの列と基板コンタクト用配線５１２に囲まれたフォトダイオードの列とは交互に配置されている。
【００８３】
また、本実施形態の固体撮像装置では、画素アレイが設けられた基板上にセルごとに基板コンタクト領域が形成されている。このため、画素アレイ内に形成されたトランジスタの動作を安定化させ、信号の読み出し速度を向上させることができる。
【００８４】
また、パルス状の電源電圧を供給する電源線５０５がリセットトランジスタ５０４のドレインに接続されてリセット電源としても機能することにより、配線レイアウトが簡潔になり、フォトダイオードの開口面積の拡大を図ることが可能となる。
【００８５】
また、本実施形態の固体撮像装置では、図１３（ｃ）に示すように、電源線５０５と垂直信号線５０６とが互いに層間絶縁膜を挟んでほぼ平行な位置に配置されている。さらに、平面的に見て電源線５０５と垂直信号線５０６とはできるだけ重複しないように配置されている。この構成により、垂直信号線５０６を伝搬する信号が電源線５０５からのノイズの影響を受けにくくなっている。
【００８６】
また、ＦＤと増幅トランジスタ５０３のゲート電極とを接続するＦＤ配線５３５は、電源線５０５に対してほぼ平行な位置に配置されている。この構成により、ＦＤ配線５３５に蓄積される電荷が電源線５０５からのノイズの影響を受けにくくなっている。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明に係る固体撮像装置は、一眼レフディジタルカメラやＨＤムービーなどの画素数が多い撮像装置や、携帯用の撮像装置など、種々の撮像装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、ＭＯＳ型の固体撮像装置である本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素アレイのレイアウトを示す平面図である。
【図２】第１の実施形態に係る固体撮像装置の図１（ａ）〜（ｃ）に示すII-II線間の断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る固体撮像装置におけるセルを示す回路図である。
【図４】第１の実施形態に係る固体撮像装置における画素アレイおよびその周辺回路の構成を概略的に示す図である。
【図５】第１の実施形態の第１の変形例に係る固体撮像装置の画素アレイのレイアウトを示す平面図である。
【図６】第１の実施形態の第２の変形例に係る固体撮像装置の画素アレイのレイアウトを示す平面図である。
【図７】第１の実施形態の第３の変形例に係る固体撮像装置の画素アレイのレイアウトを示す平面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態の第４の変形例に係る固体撮像装置の画素アレイのレイアウトを示す平面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の画素アレイのレイアウトを示す平面図である。
【図１０】第２の実施形態に係る固体撮像装置の図９（ａ）〜（ｃ）に示すX-X線間の断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の画素アレイのレイアウトを示す平面図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の画素アレイの一部を示す回路図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は、第４の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域のレイアウトを示す平面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、従来のＭＯＳ型の固体撮像装置のセルを示す平面図である。
【図１５】従来の固体撮像装置の図１４に示すVIII-VIII線における断面を示す図である。
【図１６】従来の固体撮像装置の画素アレイを概略的に示す図である。
【図１７】従来の固体撮像装置の画素アレイの別例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０    半導体基板
２０    活性領域
３０    素子分離領域
４０    カラーフィルタ
５０    マイクロレンズ
１０１、１０１'、１０１''、２０１、２０１'、２０１''、３０１    フォトダイオード
１０２、２０２、３０２      転送トランジスタ
１０３、２０３、３０３、５０３      増幅トランジスタ
１０４、２０４、３０４、５０４      リセットトランジスタ
１０５、２０５、３０５、５０５      電源線
１０５ａ、１０５ｂ      分岐部分
１０６、１０６'、１０６''、２０６、２０６'、２０６''、３０６、５０６  垂直信号線
１０６−１、１０６'−１      分岐部分
１０７、２０７、３０７、５０７      リセットゲート配線
１０８、２０８、３０８      転送ゲート配線
１０９、１０９''、２０９、２０９''、３０９      ゲート配線
１１０、１１１    空間
１１２、２１２、５１２      基板コンタクト用配線
１３０、２３０、３３０      ＦＤ
１３５、２３５、３３５、５３５      ＦＤ配線
１５０、２５０、３５０      セル
４００、５００、６００      画素アレイ
４０１      垂直シフトレジスタ
４０２      雑音抑圧回路
４０３      水平シフトレジスタ
４０４、５２０      選択トランジスタ
４０５      水平信号線
５０１ａ    第１のフォトダイオード
５０１ｂ    第２のフォトダイオード
５３０ａ    第１のＦＤ
５３０ｂ    第２のＦＤ
５０８ａ    第１の転送ゲート配線
５０８ｂ    第２の転送ゲート配線
５０２ａ    第１の転送トランジスタ
５０２ｂ    第２の転送トランジスタ
【図１】
2007243094.tif 000003
【図２】
2007243094.tif 000004
【図３】
2007243094.tif 000005
【図４】
2007243094.tif 000006
【図５】
2007243094.tif 000007
【図６】
2007243094.tif 000008
【図７】
2007243094.tif 000009
【図８】
2007243094.tif 000010
【図９】
2007243094.tif 000011
【図１０】
2007243094.tif 000012
【図１１】
2007243094.tif 000013
【図１２】
2007243094.tif 000014
【図１３】
2007243094.tif 000015
【図１４】
2007243094.tif 000016
【図１５】
2007243094.tif 000017
【図１６】
2007243094.tif 000018
【図１７】
2007243094.tif 000019