(57)【要約】【課題】ＦＤ容量を改善して高感度で高解像度、さらに、斜め入射光に起因するシェーディングが発生しない。【解決手段】フォトダイオードの中心と画素中心とを一致させ、画素中心を光学的に等間隔に配置することにより、斜め方向の入射光に起因するシェーディングを防止することができる。この状態で、２画素共有構造でフローティングディフュージョンＦＤとリセット拡散領域とを一続きにしかつ、第１層目メタル配線でフローティングディフュージョンＦＤと増幅トランジスタのゲート間の引き回し配線を最短レイアウトにしたことにより、ＦＤ容量ＣＦＤやＦＤ引き回し配線による配線容量Ｃｄなど、フローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃを大幅に低減することができて、電圧変換ゲインηを大幅に向上させることができ、その結果として固体撮像素子を高感度で高解像度にすることができる。【選択図】図１
2009038263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部のうち、二つの受光部毎に信号読み出し回路を共有し、該二つの受光部から共通のフローティングディフュージョンに信号電荷を読み出して電圧変換し、変換電圧に応じて該信号読み出し回路により信号読み出しを行う２画素共有構造の固体撮像素子であって、
該信号読み出し回路を構成する、該フローティングディフュージョンの電位を所定電位にリセットするためのリセット手段と該フローティングディフュージョンの電圧に応じて信号増幅して信号読み出しを行う信号増幅手段とを分離配置して、該リセット手段の活性化領域を該フローティングディフュージョンの活性化領域と共通に構成し、該フローティングディフュージョンから該信号増幅手段の制御電極に至る配線を第１層目の金属配線として直線状の最短距離レイアウトとし、さらに、該受光部の中心と画素中心とを一致させて該画素中心を光学的に等間隔に配置した固体撮像素子。
【請求項２】
被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部のうち、二つの受光部毎に信号読み出し回路を共有し、該二つの受光部から共通のフローティングディフュージョンに信号電荷を読み出して電圧変換し、変換電圧に応じて該信号読み出し回路により信号読み出しを行う２画素共有構造の固体撮像素子であって、
該信号読み出し回路を構成する、該フローティングディフュージョンの電位を所定電位にリセットするためのリセット手段と該フローティングディフュージョンの電圧に応じて信号増幅して信号読み出しを行う信号増幅手段とを分離配置して、該リセット手段の一方活性化領域を該フローティングディフュージョンの活性化領域と共通に構成し、該フローティングディフュージョンから該信号増幅手段の制御電極に至る配線を直線状の最短距離レイアウトとし、さらに、該受光部の中心と画素中心とを一致させて該画素中心を光学的に等間隔に配置した固体撮像素子。
【請求項３】
被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部のうち、二つの受光部毎に信号読み出し回路を共有し、該二つの受光部から共通のフローティングディフュージョンに信号電荷を読み出して電圧変換し、変換電圧に応じて該信号読み出し回路により信号増幅して信号読み出しを行う２画素共有構造の固体撮像素子であって、
該フローティングディフュージョンから該信号読み出し回路の信号増幅手段の制御電極に至る配線を第１層目の金属配線とし、さらに、該受光部の中心と画素中心とを一致させて該画素中心を光学的に等間隔に配置した固体撮像素子。
【請求項４】
被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部のうち、フローティングディフュージョン容量をより小さくするために二つの受光部毎に信号読み出し回路を共有し、該二つの受光部から共通のフローティングディフュージョンに信号電荷を読み出して電圧変換し、変換電圧に応じて該信号読み出し回路により信号増幅して信号読み出しを行うものであり、該受光部の中心と画素中心とを一致させて該画素中心を光学的に等間隔に配置した固体撮像素子。
【請求項５】
前記フローティングディフュージョンは、前記二つの受光部の間に対向する辺の両端部のうちのいずれか一方の対向端部間に設けられている請求項１〜４のいずれいかに記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記フローティングディフュージョンと前記二つの受光部との間にはそれぞれ電荷転送手段がそれぞれ設けられ、該電荷転送手段の制御電極は、該受光部の平面視矩形または正方形の４角部のうちの一つの角部上を覆う平面視略三角形状に構成されている請求項５に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記二つの受光部の間を幅とする帯状長手方向に沿って、該間の間隔を狭くするべく前記電荷転送手段の制御電極と前記リセット手段とが一方向に設けられている請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記二つの受光部の平面視矩形または正方形の互いに対向する角部間に前記フローティングディフュージョンが設けられ、該フローティングディフュージョンと該二つの受光部との間にそれぞれ各電荷転送手段がそれぞれ設けられ、該各電荷転送手段の活性領域が、該フローティングディフュージョンの活性領域と共通に設けられている請求項１〜４のいずれいかに記載の固体撮像素子。
【請求項９】
マトリクス状に行列方向に設けられた複数の受光部のうち、前記二つの受光部が平面視列方向に隣接して単位画素部を構成している請求項１〜４のいずれいかに記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記単位画素部の行間に、前記信号読み出し回路を構成する信号増幅手段が設けられている請求項９に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記信号増幅手段は、増幅トランジスタで構成され、該増幅トランジスタの信号出力側の一方駆動領域が、前記二つの受光部の前記行間側の角部とこれに縦方向の一方向または他方向に対向して隣接する別の二つの受光部の角部との間を含む行間領域に設けられている請求項１０に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記増幅トランジスタの信号出力側のゲートが、前記二つの受光部の前記行間側の角部に横方向に対向して隣接する別の二つの受光部の角部と、これに縦方向の一方向または他方向に対向して隣接する更に別の二つの受光部の角部との間を含む行間領域に設けられている請求項１０または１１に記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
信号線が、前記増幅トランジスタの信号出力側の一方駆動領域にコンタクトを介して接続されて、前記二つの受光部の平面視矩形または正方形の縦方向の辺に沿って略直線状に配置されている請求項１１に記載の固体撮像素子。
【請求項１４】
前記フローティングディフュージョンから前記信号読み出し回路の信号増幅手段の制御電極に至る配線が、前記増幅トランジスタの信号出力側のゲートと、該フローティングディフュージョンとに各コンタクトをそれぞれ介して接続されて、前記二つの受光部に横方向に対向して隣接する別の二つの受光部の平面視矩形または正方形の縦方向の辺に沿って略直線状に配置されている請求項１２に記載の固体撮像素子。
【請求項１５】
前記リセット手段の他方活性化領域と、前記信号増幅手段の他方駆動領域に一方駆動領域が直列接続される画素選択手段の他方駆動領域とが、各コンタクトをそれぞれ介して第１層目の金属配線の電源線により接続されている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項１６】
前記二つの受光部は縦方向に配置され、表示画面上に行列方向に設けられた複数の受光部のうち、行毎に順次、前記画素選択手段により画素選択されて前記信号増幅手段により信号増幅されて信号読み出しされる請求項１５に記載の固体撮像素子。
【請求項１７】
前記画素中心の等間隔の配置は、前記受光部および前記信号読み出し回路の一部としてのトランジスタ配置領域を含めた画素中心の配列ピッチが行方向および列方向で同一である請求項１〜４のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１８】
前記フローティングディフュージョンの活性領域と、前記各電荷転送手段の活性領域と、前記リセット手段の活性領域とを、フローティングディフュージョン面積がレイアウト上で最小になるように互いに位置寄せして共通化している請求項８に記載の固体撮像素子。
【請求項１９】
ＭＯＳ型固体撮像素子である請求項１〜４のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれかに記載の固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された複数画素共有構造の固体撮像素子および、この複数画素共有構造の固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述した従来の固体撮像素子として、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタを用いたＭＯＳ型イメージセンサが広く利用されている。このＭＯＳ型イメージセンサは、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型イメージセンサのように高い駆動電圧を必要とせず、周辺回路との一体化も可能となるため小型化に有利である。
【０００３】
ＭＯＳ型イメージセンサは、被写体光を光電変換する複数の受光部としての各フォトダイオードのそれぞれに対応して、増幅トランジスタなどを持つ信号読み出し回路が設けられている。この信号読み出し回路の領域をさらに縮小して画素部に占める受光部の面積を更に大きくするために、撮像領域全体のトランジスタの数を減らすべく複数の受光部で信号読み出し回路を共有する複数画素共有構造のＭＯＳ型イメージセンサが知られている。この複数画素共有構造のうち、従来の４画素共有構造のＭＯＳ型イメージセンサについて図９〜図１３を用いて詳細に説明する。
【０００４】
図９は、特許文献１に記載されている従来のＭＯＳ型イメージセンサの画素構成例を模式的に示す平面図である。
【０００５】
図９において、従来のＭＯＳ型イメージセンサの画素部１３０には、複数の受光部１３１が行列方向にマトリクス状に配列されており、受光部１３１により被写体光を光電変換して転送トランジスタ１３２により電圧変換部としてのフローティングディフュージョンＦＤに電荷転送して電圧変換し、この変換電圧に応じてトランジスタ領域１３３の増幅トランジスタにより増幅して信号線に各画素毎の撮像画素信号として出力するようになっている。この場合に、行方向に配列された一列の複数の受光部１３１毎に各フローティングディフュージョンＦＤにそれぞれ、各信号電荷が各受光部１３１からそれぞれ読み出される。
【０００６】
２画素ずつ斜め方向の画素（受光部１３１）をフローティングディフュージョンＦＤで接続し、それらの上下の２つのフローティングディフュージョンＦＤを列方向（縦方向）の配線１３４で接続して、トランジスタ領域１３３を４つの画素（受光部１３１）で共用する４画素共有構造になっている。図９では４画素共有構造の共有単位を点線で囲んでいる。
【０００７】
図１０は、特許文献２に記載されている従来のＭＯＳ型イメージセンサの単位画素部の回路図である。
【０００８】
図１０において、従来のＭＯＳ型イメージセンサの画素部１００には、４個のフォトダイオード１０１〜１０４に対して１つの信号読み出し回路１０５が共通に設けられている。この読み出し回路１０５は、増幅トランジスタ１０５ａと、選択トランジスタ１０５ｂと、リセットトランジスタ１０５ｃとを有しており、４つのフォトダイオード１０１〜１０４からの各信号電荷をそれぞれフローティングディフュージョンＦＤに画素の行毎に順次転送して電荷電圧変換し、フローティングディフュージョンＦＤの信号電圧に応じてそれぞれ、選択トランジスタ１０５ｂにより画素選択された増幅トランジスタ１０５ａにより増幅して信号線１０６に各画素毎の撮像画素信号として順次読み出された後に、リセットトランジスタ１０５ｃによりフローティングディフュージョンＦＤの電位が電源電圧Ｖｄｄなどの所定電位にリセットされ、これを表示画面の画素の行毎に順次繰り返して４つのフォトダイオード１０１〜１０４からの信号電荷に対応した各画素毎の撮像画素信号を信号線１０６に順次読み出すようになっている。
【０００９】
フォトダイオード１０１〜１０４はそれぞれ、入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に光電変換する。フォトダイオード１０１〜１０４とフローティングディフュージョンＦＤとの間にはそれぞれ転送ゲート１１１〜１１４がそれぞれ設けられている。
【００１０】
転送ゲート１１１〜１１４はそれぞれ、電荷転送制御線を通じて転送ゲート１１１に転送信号が供給されて、フォトダイオード１０１で光電変換された信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤに電荷転送される。
【００１１】
フローティングディフュージョンＦＤには増幅トランジスタ１０５ａのゲートがメタル配線により接続されており、電源線１０７と信号線１０６間に、選択トランジスタ１０５ｂおよび増幅トランジスタ１０５ａが直列接続されている。増幅トランジスタ１０５ａはソースフォロア型のアンプ構成となっている。また、電源線１０７は、リセットトランジスタ１０５ｃを介してフローティングディフュージョンＦＤに接続されており、フローティングディフュージョンＦＤの電位は、信号電荷読み出し前に定期的に電源電圧Ｖｄｄなどの所定電位にリセットされる。
【００１２】
図１１は、図１０の従来のＭＯＳ型イメージセンサの画素部におけるゲート電極のレイヤ形成までのレイアウト図である。
【００１３】
図１１において、撮像領域内に２次元状でマトリックス状に形成された複数のフォトダイオードのうち、縦方向に並ぶ４つのフォトダイオード１０１〜１０４が１つの信号読み出し回路１０５を共有している。４つのフォトダイオード１０１〜１０４は、同一列には存在しておらず、斜め方向に隣接する２つのフォトダイオード１０１、１０２は互いに異なる列に配置されている。斜め方向に隣接する２つのフォトダイオード１０３、１０４も互いに異なる横の列に配置されている。
【００１４】
フォトダイオード１０１と、その斜め方向に隣接するフォトダイオード１０２との間に、フローティングディフュージョンＦＤ１が配置されている。このフローティングディフュージョンＦＤ１とフォトダイオード１０１との間には、転送ゲート１１１が配置されている。このフローティングディフュージョンＦＤ１とフォトダイオード１０２との間には、転送ゲート１１２が配置されている。
【００１５】
また同様に、右上から左下の斜め方向に互いに隣接するフォトダイオード１０３とフォトダイオード１０４との間に、このフローティングディフュージョンＦＤ２が配置されている。フローティングディフュージョンＦＤ２とフォトダイオード１０３との間には、転送ゲート１１３が配置されている。このフローティングディフュージョンＦＤ２とフォトダイオード１０４との間には、転送ゲート１１４が配置されている。
【００１６】
要するに、図１０のフローティングディフュージョンＦＤは、フォトダイオード１０１、１０２で共有されるフローティングディフュージョンＦＤ１と、フォトダイオード１０３、１０４で共有されるフローティングディフュージョンＦＤ２とを有している。これらのフローティングディフュージョンＦＤ１とフローティングディフュージョンＦＤ２とは、次の工程で互いにメタル配線により配線接続されている。
【００１７】
２つのフォトダイオード間の領域に、例えば図１１中の２行目と３行目のフォトダイオード間の領域に、信号読み出し回路１０５が配置される。
【００１８】
この信号読み出し回路１０５を構成する増幅トランジスタ１０５ａ、選択トランジスタ１０５ｂおよびリセットトランジスタ１０５ｃは左右に一列に並んで配置されており、これらは１つの活性領域Ｒを共有している。リセットトランジスタ１０５ｃのドレインと選択トランジスタ１０５ｂのドレインは共通化され、選択トランジスタ１０５ｂのソースと増幅トランジスタ１０５ａのドレインも共通化されている。
【００１９】
図１１のレイアウトの上層に、第１コンタクトＣ１を介して第１金属配線Ｍ１が配置される。これを図１２に示している。
【００２０】
図１２は、図１０の従来のＭＯＳ型イメージセンサの画素部における第１金属配線Ｍ１のレイヤ形成までのレイアウト図である。
【００２１】
図１２において、信号線１０６が第１金属配線Ｍ１により形成されている。右上のフォトダイオード１０１と左下のフォトダイオード１０２間、右上のフォトダイオード１０３と左下のフォトダイオード１０４間の各領域に列方向（縦方向）に信号線１０６が配置されている。この信号線１０６は、フローティングディフュージョンＦＤ１，ＦＤ２に接続する第１コンタクトＣ１を避けるように屈曲して設けられている。信号線１０６は、第１コンタクトＣ１を介して増幅トランジスタ１０５ａのソースに接続されている。
【００２２】
上下の位置に配置された２つのフローティングディフュージョンＦＤ１，ＦＤ２と、リセットトランジスタ１０５ｃのソースと、増幅トランジスタ１０５ａのゲートとが各第１コンタクトＣ１により第１金属配線Ｍ１としての列方向（縦方向）のＦＤ配線１０８で接続されている。フォトダイオード１０２を中心として、斜め右上側のフローティングディフュージョンＦＤ１と、その左下側のリセットトランジスタ１０５ｃのソースとはフォトダイオード１０２の対角方向にあるため、これらを接続する第１金属配線Ｍ１はフォトダイオード１０２上に重なって配置される。この場合には、光は配線層と反対側から入射するため、第１金属配線Ｍ１をフォトダイオード１０２上を横切って重なるように配置してもよい。
【００２３】
転送ゲート１１１〜１１４上、選択トランジスタ１０５ｂおよびリセットトランジスタ１０５ｃの各ゲート上、および選択トランジスタ１０５ｂのドレイン上には、第１コンタクトＣ１を介して第１金属配線Ｍ１が形成されている。これらの第１金属配線Ｍ１は、さらに上層の第２金属配線Ｍ２とのコンタクトを取るために中間連結層として形成されている。
【００２４】
図１２に示すレイアウトの上層には、第２コンタクトＣ２を介して第２金属配線Ｍ２が配置される。これを図１３に示している。
【００２５】
図１３は、図１０の従来のＭＯＳ型イメージセンサの画素部における第２金属配線Ｍ２のレイヤを含めたレイアウト図である。
【００２６】
図１３において、第２金属配線Ｍ２により、電源線１０７および画素選択用の電荷転送制御線１２１〜１２４が形成されている。各フォトダイオードの行間の信号読み出し回路１０５上には、電源線１０７が行方向（横方向）に配置されている。この電源線１０７は、第２コンタクトＣ２を通じて選択トランジスタ１０５ｂおよびリセットトランジスタ１０５ｃのドレイン（選択トランジスタ１０５ｂおよびリセットトランジスタ１０５ｃ間の共通のドレイン）に接続されている。
【００２７】
電荷転送制御線１２１、１２２は、フォトダイオード１０１および１０２の行間において、行方向に配置されている。電荷転送制御線１２１は、第２コンタクトＣ２を介して転送ゲート１１１に接続されている。電荷転送制御線１２２は、別の第２コンタクトＣ２を介して転送ゲート１１２に接続されている。
【００２８】
また、電荷転送制御線１２３、１２４は、フォトダイオード１０３および１０４の行間において、行方向に配置されている。電荷転送制御線１２３は、第２コンタクトＣ２を介して転送ゲート１１３に接続されている。電荷転送制御線１２４は、別の第２コンタクトＣ２を介して転送ゲート１１４に接続されている。
【００２９】
フォトダイオードの行間において、電源線１０７に上下に隣接して２本の第２金属配線Ｍ２が行方向（横方向）に配設されているが、その上側の一方の第２金属配線Ｍ２は、行方向に隣接する複数のリセットトランジスタ１０５ｃのゲートに第２コンタクトＣ２を介して接続されている。下側の他方の第２金属配線Ｍ２は、行方向に隣接する複数の選択トランジスタ１０５ｂのゲートに第２コンタクトＣ２を介して接続されている。
【００３０】
以上により、上記従来の４画素共有構造の固体撮像素子は、画素面積が微小化してもフォトダイオード面積を十分確保でき画素中心を光学的に等間隔に配置することを可能にしている。
【特許文献１】特開２００６−５４２７６号公報
【特許文献２】特開２００７−１１５９９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
しかしながら、上記従来の４画素共有構造の固体撮像素子では、フローティングディフュージョンＦＤ活性領域面積が４画素分を集めた分だけその平面視面積が大きくなってＦＤ容量ＣＦＤが増大し、さらに、このフローティングディフュージョンＦＤと、リセットトランジスタの拡散領域および、ソースフォロア（ＳＦ）トランジスタ（増幅トランジスタ）のゲートとを接続するメタル配線長（特許文献２ではＦＤ配線１０８の長さ）が、２画素分離れた２つのフローティングディフュージョンＦＤを繋げてその長さが長くなって、ＦＤメタル配線が他の配線やレイヤとの間で持つ寄生容量も増大する。フローティングディフュージョンＦＤのＦＤ容量ＣＦＤや、これに接続されるＦＤメタル配線が持つ配線寄生容量（配線容量）Ｃｄは、電荷電圧の変換ゲインηに影響し、１電子当たり何ボルトに変換されるかを示す電圧変換式、変換ゲインη＝ｑ／（ＣＦＤ＋Ｃｄ）により、ＦＤ容量ＣＦＤおよび寄生容量Ｃｄが大きくなると、フローティングディフュージョンＦＤにおける電荷電圧の変換ゲインηが下がり、感度が小さくなるという問題を有している。要するに、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ＦＤにせっかく信号電荷を転送して取り込んでも、フローティングディフュージョンＦＤにおいて、電荷電圧変換された電圧により効率よく信号増幅して信号線に信号出力できない結果となる。これによって、この固体撮像素子の感度および解像度も低下する。
【００３２】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、複数画素共有構造の固体撮像素子において、フォトダイオード面積およびトランジスタ配置領域を含む画素面積を微小化してもフォトダイオード面積をより確保でき、かつＦＤ容量を改善して高感度で高解像度、さらには、斜め入射光に起因するシェーディングが発生しない固体撮像素子および、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器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】
【００３３】
本発明の固体撮像素子は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部のうち、二つの受光部毎に信号読み出し回路を共有し、該二つの受光部から共通のフローティングディフュージョンに信号電荷を読み出して電圧変換し、変換電圧に応じて該信号読み出し回路により信号読み出しを行う２画素共有構造の固体撮像素子であって、該信号読み出し回路を構成する、該フローティングディフュージョンの電位を所定電位にリセットするためのリセット手段と該フローティングディフュージョンの電圧に応じて信号増幅して信号読み出しを行う信号増幅手段とを分離配置して、該リセット手段の活性化領域を該フローティングディフュージョンの活性化領域と共通に構成し、該フローティングディフュージョンから該信号増幅手段の制御電極に至る配線を第１層目の金属配線として直線状の最短距離レイアウトとし、さらに、該受光部の中心と画素中心とを一致させて該画素中心を光学的に等間隔に配置したものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３４】
本発明の固体撮像素子は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部のうち、二つの受光部毎に信号読み出し回路を共有し、該二つの受光部から共通のフローティングディフュージョンに信号電荷を読み出して電圧変換し、変換電圧に応じて該信号読み出し回路により信号読み出しを行う２画素共有構造の固体撮像素子であって、該信号読み出し回路を構成する、該フローティングディフュージョンの電位を所定電位にリセットするためのリセット手段と該フローティングディフュージョンの電圧に応じて信号増幅して信号読み出しを行う信号増幅手段とを分離配置して、該リセット手段の一方活性化領域を該フローティングディフュージョンの活性化領域と共通に構成し、該フローティングディフュージョンから該信号増幅手段の制御電極に至る配線を直線状の最短距離レイアウトとし、さらに、該受光部の中心と画素中心とを一致させて該画素中心を光学的に等間隔に配置したものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３５】
本発明の固体撮像素子は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部のうち、二つの受光部毎に信号読み出し回路を共有し、該二つの受光部から共通のフローティングディフュージョンに信号電荷を読み出して電圧変換し、変換電圧に応じて該信号読み出し回路により信号増幅して信号読み出しを行う２画素共有構造の固体撮像素子であって、該フローティングディフュージョンから該信号読み出し回路の信号増幅手段の制御電極に至る配線を第１層目の金属配線とし、さらに、該受光部の中心と画素中心とを一致させて該画素中心を光学的に等間隔に配置したものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３６】
本発明の固体撮像素子は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部のうち、フローティングディフュージョン容量をより小さくするために二つの受光部毎に信号読み出し回路を共有し、該二つの受光部から共通のフローティングディフュージョンに信号電荷を読み出して電圧変換し、変換電圧に応じて該信号読み出し回路により信号増幅して信号読み出しを行うものであり、該受光部の中心と画素中心とを一致させて該画素中心を光学的に等間隔に配置したものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるフローティングディフュージョンは、前記二つの受光部の間に対向する辺の両端部のうちのいずれか一方の対向端部間に設けられている。
【００３８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるフローティングディフュージョンと前記二つの受光部との間にはそれぞれ電荷転送手段がそれぞれ設けられ、該電荷転送手段の制御電極は、該受光部の平面視矩形または正方形の４角部のうちの一つの角部上を覆う平面視略三角形状に構成されている。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記二つの受光部の間を幅とする帯状長手方向に沿って、該間の間隔を狭くするべく前記電荷転送手段の制御電極と前記リセット手段とが一方向に設けられている。
【００４０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記二つの受光部の平面視矩形または正方形の互いに対向する角部間に前記フローティングディフュージョンが設けられ、該フローティングディフュージョンと該二つの受光部との間にそれぞれ各電荷転送手段がそれぞれ設けられ、該各電荷転送手段の活性領域が、該フローティングディフュージョンの活性領域と共通に設けられている。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、マトリクス状に行列方向に設けられた複数の受光部のうち、前記二つの受光部が平面視列方向に隣接して単位画素部を構成している。
【００４２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における単位画素部の行間に、前記信号読み出し回路を構成する信号増幅手段が設けられている。
【００４３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における信号増幅手段は、増幅トランジスタで構成され、該増幅トランジスタの信号出力側の一方駆動領域が、前記二つの受光部の前記行間側の角部とこれに縦方向の一方向または他方向に対向して隣接する別の二つの受光部の角部との間を含む行間領域に設けられている。
【００４４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における増幅トランジスタの信号出力側のゲートが、前記二つの受光部の前記行間側の角部に横方向に対向して隣接する別の二つの受光部の角部と、これに縦方向の一方向または他方向に対向して隣接する更に別の二つの受光部の角部との間を含む行間領域に設けられている。
【００４５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、信号線が、前記増幅トランジスタの信号出力側の一方駆動領域にコンタクトを介して接続されて、前記二つの受光部の平面視矩形または正方形の縦方向の辺に沿って略直線状に配置されている。
【００４６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記フローティングディフュージョンから前記信号読み出し回路の信号増幅手段の制御電極に至る配線が、前記増幅トランジスタの信号出力側のゲートと、該フローティングディフュージョンとに各コンタクトをそれぞれ介して接続されて、前記二つの受光部に横方向に対向して隣接する別の二つの受光部の平面視矩形または正方形の縦方向の辺に沿って略直線状に配置されている。
【００４７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるリセット手段の他方活性化領域と、前記信号増幅手段の他方駆動領域に一方駆動領域が直列接続される画素選択手段の他方駆動領域とが、各コンタクトをそれぞれ介して第１層目の金属配線の電源線により接続されている。
【００４８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記二つの受光部は縦方向に配置され、表示画面上に行列方向に設けられた複数の受光部のうち、行毎に順次、前記画素選択手段により画素選択されて前記信号増幅手段により信号増幅されて信号読み出しされる。
【００４９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における画素中心の等間隔の配置は、前記受光部および前記信号読み出し回路の一部としてのトランジスタ配置領域を含めた画素中心の配列ピッチが行方向および列方向で同一である。
【００５０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるフローティングディフュージョンの活性領域と、前記各電荷転送手段の活性領域と、前記リセット手段の活性領域とを、フローティングディフュージョン面積がレイアウト上で最小になるように互いに位置寄せして共通化している。
【００５１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子はＭＯＳ型固体撮像素子である。
【００５２】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５３】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００５４】
本発明においては、受光部としてのフォトダイオードの中心と画素中心とを一致させて、その画素中心を光学的に等間隔に配置する。これにより、斜め方向の入射光に起因するシェーディングを防止することが可能となる。
【００５５】
この状態で、２画素共有構造の固体撮像素子とする。フローティングディフュージョンＦＤの面積が小さい方がＦＤ容量が小さく、フローティングディフュージョンＦＤに繋がるＦＤ配線が短い方がＦＤメタル配線の寄生容量（配線容量）が小さくなって電圧変換ゲインηが大きくなり、感度が増大して高解像度となる。即ち、２画素共有構造でフローティングディフュージョンＦＤとリセット拡散領域とを近傍に位置させて共有化し、かつ、第１層目の第１金属配線Ｍ１（または第２層目の第２金属配線Ｍ２）でフローティングディフュージョンＦＤと信号増幅手段の制御電極間を接続するＦＤ配線を略直線状の最短レイアウトにしたことにより、ＦＤ容量ＣＦＤやＦＤ配線による配線容量Ｃｄなど、フローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃを大幅に低減することが可能となって、電圧変換ゲインηを大幅に向上させた結果、固体撮像素子を高感度で高解像度にすることが可能となる。
【００５６】
また、２画素共有構造によりフローティングディフュージョンＦＤの活性領域面積を半減させ、また、配線容量を削減するためにフローティングディフュージョンＦＤから信号増幅手段の制御電極に至るＦＤ配線を第１金属配線Ｍ１とし、しかも、フォトダイオードの中心と画素中心とを一致させ、その画素中心を光学的に等間隔に配置することだけでも、フローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃの低減効果はより小さいものの、２画素共有構造によるＦＤ容量ＣＦＤやＦＤ引き回し配線による配線容量Ｃｄなど、フローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃを低減することができて、電圧変換ゲインηを向上させることができ、その結果として固体撮像素子を良好な感度で良好な解像度にすることが可能となる。さらに、２画素共有構造だけでもフローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃを低減する効果がある。
【発明の効果】
【００５７】
以上により、本発明によれば、フォトダイオードの中心と画素中心とを一致させ、その画素中心を光学的に等間隔に配置することにより、斜め方向の入射光に起因するシェーディングを防止することができる。この状態で、２画素共有構造でフローティングディフュージョンＦＤとリセット拡散領域とを一続きにして共通化しかつ、第１層目の第１金属配線（または第２層目の第２金属配線Ｍ２）でフローティングディフュージョンＦＤと増幅トランジスタのゲート間の引き回し配線を略直線状の最短レイアウトにしたことにより、ＦＤ容量ＣＦＤやＦＤ引き回し配線による配線容量Ｃｄなど、フローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃを大幅に低減することができて、電圧変換ゲインηを大幅に向上させることができ、その結果として固体撮像素子を高感度で高解像度にすることができる。また、Ｓ／Ｎ比も改善させることができる。
【００５８】
また、２画素共有構造によりフローティングディフュージョンＦＤの活性領域面積を半減させ、また、配線容量を削減するためにフローティングディフュージョンＦＤから信号増幅手段の制御電極に至るＦＤ配線を第１金属配線Ｍ１とし、しかも、フォトダイオードの中心と画素中心とを一致させ、その画素中心を光学的に等間隔に配置することだけでも、フローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃの低減効果はより小さいものの、２画素共有構造によるＦＤ容量ＣＦＤやＦＤ引き回し配線による配線容量Ｃｄなど、フローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃを低減することができて、電圧変換ゲインηを向上させることができ、その結果として固体撮像素子を良好な感度で良好な解像度にすることができる。また、Ｓ／Ｎ比も改善させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
以下に、本発明の２画素共有構造の固体撮像素子の実施形態１〜３をＭＯＳ型イメージセンサに適用した場合および、この固体撮像素子の実施形態１〜３を画像入力デバイスとして撮像部に用いた、製品としてのカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に適用した場合について図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る２画素共有構造の固体撮像素子におけるフローティングディフュージョン部の要部構成例を模式的に示す平面図である。
【００６０】
図１において、従来の２画素共有構造の固体撮像素子として、第１受光部としてのフォトダイオードから信号電荷を読み出す転送トランジスタ２の活性領域２ａと、第２受光部としてのフォトダイオードから信号電荷を読み出す転送トランジスタ３の活性領域３ａと、リセットトランジスタ４の活性領域４ａとを有し、各活性領域２ａ〜４ａに対して各コンタクトＣ１をそれぞれ介して上層の第１金属配線Ｍ１により連結してフローティングディフュージョンＦＤを構成していたが、本実施形態１の２画素共有構造の固体撮像素子の単位画素部１０では、上記従来の上層の第１金属配線Ｍ１を不要として、転送トランジスタ２の活性領域２ａと、転送トランジスタ３の活性領域３ａと、リセットトランジスタ４の活性領域４ａとを近傍に寄せて設けてこれらを一体化してフローティングディフュージョンＦＤとして構成している。このように、上下（縦方向）の２画素共有構造により、フローティングディフュージョンＦＤの活性領域面積を半減させるかまたはそれ以下にすることができる。また、リセットトランジスタ４の拡散領域４ａをフローティングディフュージョンＦＤの活性領域と兼ねて近傍位置に持ってくることによりフローティングディフュージョンＦＤの活性領域面積を更に低減することができる。なお、２画素共有の二つの受光部（第１受光部と第２受光部）は、縦方向に配置され、表示画面上に行列方向に複数設けられた受光部のうち、行毎に順次、複数の受光部が信号読み出しされる。
【００６１】
従来、リセットトランジスタ４を単位画素部１０の内部に設けようとすると、単位画素部１０の内部に新たにスペースが必要となるため、信号読み出し用の各トランジスタの配置領域を単位画素部１０の外部に一括して設けていたが、本実施形態１の２画素共有構造の固体撮像素子では、画素面積が微小化してもフォトダイオード面積を十分確保し、かつ、フォトダイオードおよび信号読み出し回路のトランジスタの配置領域を含めた画素中心を光学的に上下（列方向または縦方向）および左右（行方向または横方向）で等間隔に配置するため、単位画素部１０の内部においても、上下の各フォトダイオードの行間を均等に空けて、その行間のフローティングディフュージョンＦＤの近傍位置にリセットトランジスタ４を配置することにより、フローティングディフュージョンＦＤの活性領域面積を大幅に低減することができる。また、フローティングディフュージョンＦＤの活性領域と、転送トランジスタ２の活性領域２ａと、転送トランジスタ３の活性領域３ａと、リセットトランジスタ４の活性領域４ａとをＦＤ面積が最小になるように位置寄せおよび共通化して重ね合わせているが、フローティングディフュージョンＦＤの活性領域の濃度と他の各活性領域２ａ〜４ａの濃度とは一致している。
【００６２】
フォトダイオードおよびトランジスタの配置領域を含めた画素中心を光学的に左右および上下で等間隔に配置するのは、フォトダイオードの中心（矩形の対角線の交点）と画素中心（２画素共有の場合、二つのフォトダイオードと信号読み出し回路を含めた二つの矩形の各対角線の交点）とを一致させ、画素中心をずらすと、フォトダイオードに対応して上方に形成される各マイクロレンズの中心位置もずらす必要があり、各マイクロレンズ間に隙間ができてよりマイクロレンズを大きなレンズにできず、より広い領域の光を集めることができず、光のロスが発生してフォトダイオードにおける受光感度が低下する。また、画素中心をずらすと、斜め方向にある例えば緑色のＧｂとＧｒに対応する各フォトダイオードで、これに対応する各マイクロレンズの配置バランスが悪く、各マイクロレンズの配列ピッチが不均等になっていると、斜め方向から入射する光に対してあるフォトダイオードではマイクロレンズからの集光がはみ出し、別のあるフォトダイオードではマイクロレンズからの集光がはみ出さないことが起こる。フォトダイオードによってマイクロレンズからの集光がはみ出したり収まったりするアンバランスが発生するが、画素中心が等間隔であると、フォトダイオードによってマイクロレンズからの集光がはみ出したり収まったりせず、集光がはみ出す場合には全てのフォトダイオードで集光がはみ出すことになり、フォトダイオードに対する集光度合いが一定になって受光バラツキがなくなる。画素中心がずれると、斜め光に対して集光が一定化せず受光バラツキが生じるシェーディンも発生するが、画素中心を等間隔にすることによりこれを防止することができる。
【００６３】
また、詳細に後述するが、画素中心を光学的に等間隔（フォトダイオードの配列ピッチが左右および上下で同一）に配置するために、リセットトランジスタ４が設けられる行間と、選択トランジスタ５および増幅トランジスタ６が設けられる行間とは同じ幅（同じ間隔）としている。ここでは、フォトダイオードの中心の配列ピッチが左右および上下で同一であるが、フォトダイオードの平面視外形は矩形状として、上下の行間幅よりも、左右の列間の幅（同じ間隔）を、トランジスタの配置領域を含まない分だけ狭くしてフォトダイオード面積を大きくしている。
【００６４】
本実施形態１の２画素共有構造のフローティングディフュージョンＦＤおよびリセットトランジスタの配置について更に検証する。
【００６５】
例えば、上下一対のフォトダイオードの行間の左右方向の辺の中間位置にフローティングディフュージョンＦＤが縦方向に配置され、リセットトランジスタのソースがフローティングディフュージョンＦＤと一体になっており、図２で後述する選択トランジスタおよび増幅トランジスタを活性領域と共に、上下一対のフォトダイオードの行間に設けられている場合について考える。
【００６６】
フローティングディフュージョンＦＤおよびリセットトランジスタを、上下一対のフォトダイオードの行間の左側に設けた場合に、選択トランジスタおよび増幅トランジスタはその右側に設ける必要があるが、これは横方向には収まり難いので、選択トランジスタおよび増幅トランジスタを縦方向に収めた場合に、フォトダイオードはその分だけ切り欠かれて面積的にも小さくなって矩形にはならない。また、フローティングディフュージョンＦＤが各フォトダイオードの各対向辺の横方向中央部分にあると、転送トランジスタのゲート領域の分だけ行間に上下で幅が必要であるので、リセットトランジスタだけがその行間にある場合に比べて、ゲート領域もプラスされるので、フォトダイオードの行間が広くなってしまう。これによって、画素中心に対してフォトダイオードの中心がずれて、フォトダイオードの配列ピッチも等間隔にならず、画素中心にマイクロレンズを合わせると、フォトダイオードの中心にマイクロレンズからの集光が合わずに外れてしまい、シェーディンが発生する。
【００６７】
したがって、本実施形態１では、フローティングディフュージョンＦＤの位置はフォトダイオードの対向辺の左右いずれかの端部（または両端部のうちのいずれかの端部）に位置しており、このとき、転送トランジスタのゲートをフォトダイオードの角部分上に三角形状に設け、そのフォトダイオードの行間にゲートが多少はみ出すが、そのゲートと、リセットトランジスタとを左右に並べて設けることにより、フォトダイオードの行間をより狭くすることができる。また、選択トランジスタおよび増幅トランジスタについては単位画素部１０とその下隣の単位画素部１０との行間に設ければよい。要するに、フローティングディフュージョンＦＤを各フォトダイオードの左端部または右端部に設け、選択トランジスタおよび増幅トランジスタを各単位画素部１０の行間に設けることにより、各フォトダイオードの中心と画素中心とを一致させることができると共に、各フォトダイオードの中心をマイクロレンズの中心と一致させてそのレンズ中心を等間隔に配置できて、シェーディンの発生もなくなる。
【００６８】
また、従来は、リセットトランジスタ４、選択トランジスタ５および増幅トランジスタ６を１つの活性領域で一括して設けていたが、本実施形態１では、リセットトランジスタ４と、選択トランジスタ５および増幅トランジスタ６とを分離している。ここでは、リセットトランジスタ４の他方活性化領域としてのドレインと、増幅トランジスタ６に直列接続される選択トランジスタ５とが、各コンタクトをそれぞれ介して第１層目の金属配線Ｍ１の電源線８により接続されている。電源線８を、分離したリセットトランジスタ４のドレインと、選択トランジスタ５のドレインとの間に新たに設ける必要があるものの、リセットトランジスタ４をフローティングディフュージョンＦＤの近傍位置に設けることにより、前述したようにフローティングディフュージョンＦＤに関する容量低減効果がある。
【００６９】
図２は、図１の２画素共有構造の固体撮像素子における単位画素部の回路図である。
【００７０】
図２において、２画素共有構造の固体撮像素子１における単位画素部１０には、２個のフォトダイオード１２，１３および、各フォトダイオードに対応して信号電荷を読み出すための２個の転送トランジスタ２、３に対して、１つの信号読み出し回路１１が共通に設けられている。
【００７１】
この読み出し回路１１は、ライン毎（行毎）に複数の画素を選択して信号出力させるための画素選択手段としての選択トランジスタ５と、これに直列接続され、選択画素のフローティングディフュージョンＦＤの信号電荷電圧に応じて信号増幅する信号増幅手段としての増幅トランジスタ６と、増幅トランジスタ６からの信号出力後に、フローティングディフュージョンＦＤの電位を所定電位にリセットするリセット手段としてのリセットトランジスタ４とを有しており、上下２つのフォトダイオード１２，１３からの信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤに画素の行毎に順次転送して電荷電圧変換し、その変換された信号電圧に応じてそれぞれ、選択トランジスタ５により画素選択された増幅トランジスタ６により増幅して信号線７に各画素毎の撮像画素信号として順次読み出した後に、リセットトランジスタ４によりフローティングディフュージョンＦＤが電源電圧Ｖｄｄの所定電位にリセットされ、これを表示画面の複数画素の行毎に順次繰り返して各フォトダイオード１２，１３からの信号電荷に対応した各画素毎の撮像画素信号を信号線７に順次読み出すようになっている。
【００７２】
フォトダイオード１２、１３は、入射光をその光量に応じた信号電荷に光電変換する。フォトダイオード１２、１３とフローティングディフュージョンＦＤとの間にはそれぞれ、電荷転送手段（転送ゲート）としての転送トランジスタ２、３がそれぞれ設けられている。
【００７３】
転送トランジスタ２、３の各ゲートにはそれぞれ、電荷転送用の電荷転送制御線２２，３２をそれぞれ通じて電荷転送制御信号ＴＸ１、ＴＸ２がそれぞれ供給されて、フォトダイオード１２，１３でそれぞれ光電変換された信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤに画素行毎に順次電荷転送される。
【００７４】
フローティングディフュージョンＦＤには増幅トランジスタ６のゲートが接続されており、電源線８と信号線７間に、選択トランジスタ５および増幅トランジスタ６が直列接続されている。増幅トランジスタ６はソースフォロア型のアンプ構成となっている。また、電源線８は、リセットトランジスタ４を介してフローティングディフュージョンＦＤに電気的に接続されており、リセットトランジスタ４により、フローティングディフュージョンＦＤの電位は、信号線７への信号読み出し後であって、フローティングディフュージョンＦＤへの信号電荷の読み出し前に定期的に電源電圧Ｖｄｄなどの所定電位にリセットされる。
【００７５】
図３は、図２の２画素共有構造の固体撮像素子の画素部におけるゲート電極のレイヤ形成までのレイアウト図である。
【００７６】
図３において、撮像領域内に２次元状でマトリックス状に形成された平面視矩形（または正方形）の複数のフォトダイオードのうち、縦方向に並ぶ２つのフォトダイオード１２、１３が１つの信号読み出し回路１１を共有としている。上下２つのフォトダイオード１２、１３は、同一列に上下に隣接して配置されている。
【００７７】
フォトダイオード１２と、その縦方向下部に隣接するフォトダイオード１３との行間の右端部に所定幅で、フォトダイオード１２、１３を繋げるようにフローティングディフュージョンＦＤが配置されている。このフローティングディフュージョンＦＤとフォトダイオード１２との間の右下角部には、転送トランジスタ２のゲート２１が配置されている。フローティングディフュージョンＦＤとフォトダイオード１３との間の右上角部には、転送トランジスタ３のゲート３１が配置されている。
【００７８】
また、２つのフォトダイオード１２、１３を含む点線で囲った単位画素部１０として、各単位画素部１０間の領域、例えば図２中の２行目と３行目のフォトダイオード１３，１２間の領域に、リセットトランジスタ４を除く信号読み出し回路１１の一部分（選択トランジスタ５と増幅トランジスタ６）が配置されている。
【００７９】
この信号読み出し回路１１を構成する選択トランジスタ５（ゲート５１）および増幅トランジスタ６（ゲート６１）が左右に一列に並んで配置されており、これらは１つの活性領域Ｒを共有している。選択トランジスタ５のソースと増幅トランジスタ６のドレインは共通化されている。
【００８０】
一方、信号読み出し回路１１のリセットトランジスタ４（ゲート４１）については、図１で前述したように、２つのフォトダイオード１２、１３の行間のフローティングディフュージョンＦＤの近傍位置にリセットトランジスタ４が設けられている。要するに、前述したように、リセットトランジスタ４の活性領域４ａは、転送トランジスタ２の活性領域２ａと、転送トランジスタ３の活性領域３ａと共に一体化されてフローティングディフュージョンＦＤの活性領域となっている。このように、リセットトランジスタ活性領域４ａをＦＤ活性領域と兼ねることによりＦＤ活性領域の面積を大幅に低減している。これによって、ＦＤ容量ＣＦＤを大幅に改善してフローティングディフュージョンＦＤでの電圧変換効率（変換ゲイン）を向上させ、高感度で高解像度の固体撮像素子１とすることができる。
【００８１】
図３のレイアウトの上層に、第１コンタクトＣ１を介して第１金属配線Ｍ１が配置される。これを図４に示している。
【００８２】
図４は、図２の２画素共有構造の固体撮像素子の画素部における第１金属配線Ｍ１のレイヤ形成までのレイアウト図である。
【００８３】
図４において、信号線７がアルミニュウムなどの金属によって第１金属配線Ｍ１として形成される。上下一対のフォトダイオード１２、１３と左右に隣接する上下一対のフォトダイオード１２、１３との間の領域（左右の列間）に列方向（縦方向）に信号線７が配置されている。この信号線７は、フローティングディフュージョンＦＤに接続する第１コンタクトＣ１（増幅トランジスタ６のゲート６１との接続用のＦＤ配線９）を避けるように屈曲または湾曲して設けられている。信号線７は、別の第１コンタクトＣ１を介して増幅トランジスタ６のソースに接続されている。
【００８４】
列方向のＦＤ配線９は、リセットトランジスタ４のソースと一体化したフローティングディフュージョンＦＤと、増幅トランジスタ６のゲート６１とが各第１コンタクトＣ１をそれぞれ介して第１金属配線Ｍ１により接続されている。このＦＤ配線９は、増幅トランジスタ６のゲート６１とフローティングディフュージョンＦＤ間を、フォトダイオードの上下方向の右側辺に沿って略直線状の最短距離で配置されている。このように、ＦＤ配線９を１画素分（従来は２画素分）の直線状の最短距離レイアウトにしたことにより、ＦＤ活性領域に接続されるメタル配線の長さ（面積）を従来に比べて半減している。これによって、ＦＤ配線９の他の配線やレイヤとの配線寄生容量（配線容量）Ｃｄを大幅に改善してフローティングディフュージョンＦＤでの電圧変換効率（変換ゲイン）を向上させ、更に高感度で高解像度の固体撮像素子１とすることができる。
【００８５】
要するに、増幅トランジスタ６のゲート６１を、隣横の単位画素部１０のフォトダイオード１３の左下角部分に隣接するように設けており、そのフォトダイオード１３の左上角部分に隣接するようにリセットトランジスタ４のソースを設けている。これによって、そのソースと一体化したフローティングディフュージョンＦＤと増幅トランジスタ６のゲート６１とを直線状に上下からＦＤ配線９により連結することができて、ＦＤ配線９は１画素分の最短距離になる。ＦＤ配線９は、フォトダイオード１３の左上下辺に沿って直線状であるが、実際は、フローティングディフュージョンＦＤ側でその中央部側（ここでは平面視左側）によっている。なお、配線容量Ｃｄを少なくするためにＦＤ配線９を全て直線状にすることもできるし、増幅トランジスタ６のゲート６１の位置を多少右側に寄せて配置してもよい。
【００８６】
このようなフローティングディフュージョンＦＤと増幅トランジスタ６のゲート６１とを接続するＦＤ配線９（フローティングディフュージョンＦＤとの増幅トランジスタゲート接続配線）は、配線容量Ｃｄをできるだけ減らすために第１金属配線Ｍ１により形成している。従来では、このＦＤ配線を上層の第２金属配線Ｍ２により形成していたが、この場合に比べて、第２金属配線Ｍ２と第１金属配線Ｍ１との連結部の中間層（コンタクトＣ１とＣ２間のレイヤ）に対しても寄生容量が発生することから、本実施形態１では、ＦＤ配線９の配線容量Ｃｄをできるだけ減らすために、ＦＤ配線９を第２金属配線Ｍ２ではなくその下層の第１金属配線Ｍ１により形成している。これによっても、電圧変換効率（変換ゲイン）を向上させることができて、更に高感度で高解像度の固体撮像素子１とすることができる。
【００８７】
転送トランジスタ２，３の各ゲート２１，３１上、リセットトランジスタ４のゲート上、選択トランジスタ５のゲート上、選択トランジスタ５のドレイン上には、各第１コンタクトＣ１をそれぞれ介して第１金属配線Ｍ１が形成されている。これらの第１金属配線Ｍ１は、前述した連結部の中間層であって、さらに上層の第２金属配線Ｍ２とのコンタクトを取るために形成されている。
【００８８】
図４に示すレイアウトの上層には、第２コンタクトＣ２を介して第２金属配線Ｍ２が配置される。これを図５に示している。
【００８９】
図５は、図２の２画素共有構造の固体撮像素子の画素部における第２金属配線Ｍ２のレイヤを含めたレイアウト図である。
【００９０】
図５において、第２金属配線Ｍ２により、電源線８２、電荷転送制御線２２、３２、リセット信号線４２および画素選択線５２が形成されている。単位画素部１０を構成するフォトダイオード１２および１３と、その下に隣接する別の単位画素部１０を構成するフォトダイオード１２および１３との行間の信号読み出し回路１１の一部上には、電源線８２が行方向（横方向）に配置されている。この電源線８２は、第２コンタクトＣ２を通じて選択トランジスタ５のドレインに接続され、さらに電源線８を介してリセットトランジスタ４のドレインに接続されて、リセットトランジスタ４および選択トランジスタ５の各ドレインに電源電圧Ｖｄｄを供給する。また、上下に隣接する単位画素部１０のフォトダイオード１３，１２の行間の信号読み出し回路１１の一部上に、電源線８２に平行に画素選択線５２が行方向（横方向）に配置されている。この画素選択線５２は、第２コンタクトＣ２を通じて選択トランジスタ５のゲートに接続され、選択トランジスタ５のゲートに画素選択信号Ｓｅｌを供給する。
【００９１】
電荷転送制御線２２、３２は、単位画素部１０を構成するフォトダイオード１２および１３の行間上において、行方向に配置されている。電荷転送制御線２２は、第２コンタクトＣ２を介して転送トランジスタ２のゲート２１に接続され、転送トランジスタ２のゲート２１に電荷転送制御信号ＴＸ１を供給する。また、電荷転送制御線３２は、第２コンタクトＣ２を介して転送トランジスタ３のゲート３１に接続され、転送トランジスタ３のゲート３１に電荷転送制御信号ＴＸ２を供給する。
【００９２】
リセット信号線４２は、単位画素部１０を構成するフォトダイオード１２および１３の行間上にあって、電荷転送線２２、３２と平行で電荷転送線２２、３２間に配置されている。このリセット信号線４２は、第２コンタクトＣ２を介してリセットトランジスタ４のゲート４１に接続され、リセットトランジスタ４のゲート４１にリセット信号ＲＳＴを供給する。
【００９３】
ここで、本実施形態１の２画素共有構造の固体撮像素子１と、参考例としての４画素共有構造の固体撮像素子との出力変換ゲインηを比較する。
【００９４】
フローティングディフュージョンＦＤのＦＤ容量ＣＦＤと、これに接続されるＦＤメタル配線（ＦＤ配線９）が持つ寄生容量（配線容量）Ｃｄなど、フローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃは、電荷電圧の変換ゲインηに影響し、前述した１電子当たり何ボルトに変換されるかの電荷電圧変換式、変換ゲインη＝ｑ／Ｃが成立し、本実施形態１の２画素共有構造の固体撮像素子１の効果として、参考例としての４画素共有構造の固体撮像素子の場合に比べて出力変換ゲインηが約２.５倍近くになって大幅に改善されて、感度および解像度を向上させることができる。
【００９５】
参考例としての４画素共有構造の固体撮像素子の場合に比べて（参考例の場合を「１」として）、例えばＰＮ接合容量であるＦＤ容量ＣＦＤは０．５４であり、Ｆｒｉｎｇ容量は、例えば図６に示すように転送トランジスタ２のゲート２１とフローティングディフュージョンＦＤとの間の容量であって、ゲート２１とフローティングディフュージョンＦＤとがどの程度の幅で接しているかで決まる容量（２画素共有の場合は４画素共有の場合の約半分の容量値）で０，４１であり、配線容量Ｃｄは、上記ＦＤ配線９の持つ寄生容量で０．２５であり、ＳＦゲート容量は、増幅トランジスタ６のゲート６１が持つ容量で１.０である。上記各容量の合計は、２画素共有構造の固体撮像素子１で変換ゲインη（μＶ／ｅ）が、参考例としての４画素共有構造の固体撮像素子の場合に比べて約２.５倍近くになっている。
【００９６】
ここで、本実施形態１の効果として、感度や、画質に影響するＳ／Ｎ比についても検証する。
【００９７】
図１４は、図３の２画素共有構造の固体撮像素子における感度と、上記参考例としての４画素共有構造の固体撮像素子による感度とを棒グラフで模式的に示す図である。
【００９８】
図１４に示すように、上記変換ゲインηの単位がμＶ／ｅであったのに対して、感度の単位は、ｍＶ／（Ｌｕｘ・ｓｅｃ）である。この感度（ｍＶ／（Ｌｕｘ・ｓｅｃ）は、増幅トランジスタ６のゲート６１に接続されるフローティングディフュージョンＦＤにおける電荷電圧の変換ゲインηだけではなく、光が受光部にどれだけ集光されたかで大きく変化する。図３の２画素共有構造の固体撮像素子における感度と、上記参考例としての４画素共有構造の固体撮像素子による感度とを比較すると、本実施形態１の２画素共有構造のレイアウトが参考例の４画素共有構造のレイアウトに比べて３.５倍を上回っている。これは、本実施形態１のレイアウトにより、配線幅を小さくしたり、受光部上の配線配置をできるだけ避けたり、メタル配線が短くなったりなどして、変換ゲインη（μＶ／ｅ）の向上と共に、受光部に対する開口率が向上したのが大きく影響している。
【００９９】
図１５は、図３の２画素共有構造の固体撮像素子におけるＳ／Ｎ比と、上記参考例としての４画素共有構造の固体撮像素子によるＳ／Ｎ比とをグラフで模式的に示す図である。
【０１００】
要するに、低照度時にどの程度のＳ／Ｎ比（単位ノイズ当たりの信号の大きさ）であるかが固体撮像素子の場合に重要であり、図１５に示すように、低照度の例えば１０（Ｌｕｘ）を例にとると、そのときのＳ／Ｎ比は、参考例の４画素共有構造のレイアウトでは０.３程度であるのに対して本実施形態１の２画素共有構造のレイアウトでは、０.８程度であり、本実施形態１の２画素共有構造のレイアウトが参考例の４画素共有構造のレイアウトに比べて２.５倍を上回っている。Ｓ／Ｎ比は、表示画面の画質に影響し、前述したように、電荷電圧の変換ゲインη（μＶ／ｅ）や感度（ｍＶ／（Ｌｕｘ・ｓｅｃ））が大幅によく、その結果としてＳ／Ｎ比が大幅に向上している。
【０１０１】
この参考例としての４画素共有構造の固体撮像素子のレイアウトについては、図７および図８を用いて簡単に説明する。
【０１０２】
図７は、本発明の実施形態１のものとフローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃについて比較するための上記参考例としての４画素共有構造の固体撮像素子の画素部における第１金属配線Ｍ１のレイヤ形成までのレイアウト図である。
【０１０３】
図７において、縦方向に隣接する４つの受光部としての例えばフォトダイオード（Ｒ）、フォトダイオード（Ｇｂ）、フォトダイオード（Ｒ）およびフォトダイオード（Ｇｂ）で一つの信号読み出し回路を共有する４画素共有構造である。信号読み出し回路を構成する選択トランジスタ（Ｓｅｌ）、増幅トランジスタ（ＳＦ）およびリセットトランジスタ（ＲＳＴ）のうち、選択トランジスタ（Ｓｅｌ）および増幅トランジスタ（ＳＦ）と、リセットトランジスタ（ＲＳＴ）とが上下に分離されており、上側の２つのフォトダイオード（Ｒ）およびフォトダイオード（Ｇｂ）の行間に選択トランジスタ（Ｓｅｌ）および増幅トランジスタ（ＳＦ）が設けられ、また、下側の２つのフォトダイオード（Ｒ）およびフォトダイオード（Ｇｂ）の行間にはリセットトランジスタ（ＲＳＴ）が設けられている。上側の２つのフォトダイオードの行間に設けれられた第１金属配線Ｍ１として、信号読み出し回路を構成する選択トランジスタ（Ｓｅｌ）のゲートにコンタクトを介して接続されている。また、下側の２つのフォトダイオードの行間に設けれられた第１金属配線Ｍ１’として、信号読み出し回路を構成するリセットトランジスタ（ＲＳＴ）のゲートにコンタクトを介して接続されている。
【０１０４】
図８は、本発明の実施形態１のものとフローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃについて比較するための上記参考例としての４画素共有構造の固体撮像素子の画素部における第２金属配線Ｍ２のレイヤを含めたレイアウト図である。
【０１０５】
図８において、４画素共有構造の４つのフォトダイオードと、その横方向隣の４画素共有構造の４つのフォトダイオードとの縦方向の列間に、信号線７が、増幅トランジスタ（ＳＦ）の出力側駆動領域にコンタクトを介して接続されており、第１金属配線Ｍ１の上層の第２金属配線Ｍ２として設けられている。また、第２金属配線Ｍ２としてＦＤ配線９が、上側の２つのフォトダイオード間のフローティングディフュージョンＦＤと、下側の２つのフォトダイオード間のフローティングディフュージョンＦＤとを各コンタクトをそれぞれ介して接続されていると共に、これらのフローティングディフュージョンＦＤと増幅トランジスタ（ＳＦ）のゲートにも別のコンタクトを介して接続されている。
【０１０６】
以上のように、本実施形態１では、２画素共有構造の固体撮像素子１は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する二つのフォトダイオード１２、１３で一つの信号読み出し回路１１を共有し、二つのフォトダイオード１２、１３から共通のフローティングディフュージョンＦＤに信号電荷を読み出して電圧変換し、この変換電圧に応じて信号読み出し回路１１により信号読み出しを行うものであって、信号読み出し回路１１を構成する、フローティングディフュージョンＦＤの電位をリセットするためのリセットトランジスタ４とフローティングディフュージョンＦＤの電圧に応じて信号増幅して信号読み出しを行う増幅トランジスタ６とを分離配置して、リセットトランジスタ４の活性化領域としてのソースをフローティングディフュージョンＦＤの活性化領域と共通に構成し、フローティングディフュージョンＦＤから増幅トランジスタ６の制御電極としてのゲートに至るＦＤ配線９を各コンタクトを介して第１層目の金属配線Ｍ１として直線状の最短距離レイアウトとし、さらに、フォトダイオードの中心と画素中心とを一致させてこの画素中心を光学的に等間隔に配置している。
【０１０７】
このように、上記実施形態１によれば、フォトダイオードの中心と画素中心とを一致させ、画素中心を光学的に等間隔に配置することにより、斜め方向の入射光に起因するシェーディングを防止した状態で、２画素共有構造のみでフローティングディフュージョンＦＤとリセット拡散領域とを一続きにしかつ、第１層目メタル配線でフローティングディフュージョンＦＤと増幅トランジスタ６のゲート６１間の引き回し配線（ＦＤ配線９）を略直線状の最短レイアウトにしたことにより、ＦＤ容量ＣＦＤやＦＤ配線９による配線容量Ｃｄなど、フローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃを大幅に低減することによって電圧変換ゲインηを大幅に向上させ、その結果として固体撮像素子を高感度で高解像度にすることができる。
【０１０８】
また、外部電源による電源線８２の電源電圧Ｖｄｄにノイズが乗るが、そのノイズがフローティングディフュージョンＦＤに乗るとそれが増幅されて信号出力となるので問題であるが、ＦＤ配線９が前述したように略直線状で最短距離レイアウトとし、かつＦＤ配線９を第１金属配線Ｍ１としたことにより、ＦＤ配線９が第２金属配線Ｍ２の電源線８２と距離的に離れたため、その配線間の容量を介して影響するノイズが低減される。
【０１０９】
さらに、２画素共有構造とすることにより、フローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃの低減効果の他に、画素破損時の色補間処理を行う際に、注目画素が破損した場合、その周囲の同一色の４画素の平均値で注目画素を補間しているが、縦方向の４画素共有構造では、図７にも示したように同じ色を含んでいるため、その色補間処理に使う注目画素の周りの同一色の画素も、４画素で共有している信号読み出し回路中のトランジスタの破損により、読み出すことができないことから、破損色の色補間処理を行うことができない。これに対して、同じ色を含まない２画素共有構造であれば、その破損色の色補間処理に使う周りの画素は破損しておらず、通常の色補間処理方法にて色補間をすることができ、画素欠陥不良を修復することができる。
【０１１０】
さらに、図６に示すように転送トランジスタ２のゲート２１の形状が平面視三角形状であるため、電荷読み出し距離がその内周側とその外周側とで一様ではないが、転送トランジスタのチャネル長を稼ぐために、その内周側の短い距離からチャネルが開いて曲がって信号電荷が読み出されるようになっている。これによっても、転送トランジスタ２のゲート２１の形状が帯状の場合に比べてフローティングディフュージョンＦＤの平面視面積を更に狭くすることができて、よりＦＤ容量を小さくできる。
（実施形態２）
上記実施形態１では、２画素共有構造によりフローティングディフュージョンＦＤの活性領域面積を半減させ、リセットトランジスタ活性化領域をフローティングディフュージョンＦＤの活性化領域と兼ねることによりＦＤ活性化領域面積を低減し、また、フローティングディフュージョンＦＤに接続される配線容量を削減するために、フローティングディフュージョンＦＤから増幅トランジスタのゲートに至るＦＤ配線９を第２金属配線Ｍ２ではなく第１金属配線Ｍ１とし、さらに、このＦＤ配線は略直線状の最短距離レイアウトとし、しかも、フォトダイオードの中心と画素中心とを一致させ、この画素中心を光学的に等間隔に配置する場合について説明したが、本実施形態２では、上記実施形態１の各条件から、配線容量を削減するためにフローティングディフュージョンＦＤから増幅トランジスタのゲートに至るＦＤ配線９を第２金属配線Ｍ２ではなく第１金属配線Ｍ１とする条件を除く場合、即ち、このＦＤ配線９を第２金属配線Ｍ２で構成する場合である。
【０１１１】
本実施形態２の２画素共有構造の固体撮像素子では、被写体からの画像光を光電変換して撮像する二つのフォトダイオード１２、１３で一つの信号読み出し回路１１を共有し、二つのフォトダイオード１２、１３から共通のフローティングディフュージョンＦＤに信号電荷を読み出して電圧変換し、この変換電圧に応じて信号読み出し回路１１により信号読み出しを行うものであって、信号読み出し回路１１を構成する、フローティングディフュージョンＦＤの電位をリセットするためのリセットトランジスタ４とフローティングディフュージョンＦＤの電圧に応じて信号増幅して信号読み出しを行う増幅トランジスタ６とを分離配置して、リセットトランジスタ４の活性化領域としてのソースをフローティングディフュージョンＦＤの活性化領域と共通に構成し、フローティングディフュージョンＦＤから増幅トランジスタ６の制御電極としてのゲートに至るＦＤ配線９を各コンタクトおよび第１層目の金属配線Ｍ１を介して第２層目の金属配線Ｍ２として直線状の最短距離レイアウトとし（例えば４画素共有の図８の場合など）、さらに、フォトダイオードの中心と画素中心とを一致させてこの画素中心を光学的に等間隔に配置している。
【０１１２】
このように、本実施形態２によれば、ＦＤ配線９を第１金属配線Ｍ１ではなく図８のように第２金属配線Ｍ２としたことにより、上記実施形態１の場合に比べて、フローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃの低減効果はより小さいものの、２画素共有構造でフローティングディフュージョンＦＤとリセット拡散領域とを一続きにしかつ、上層の第２層目メタル配線（ＦＤ配線９）でフローティングディフュージョンＦＤと増幅トランジスタ６のゲート６１間の引き回し配線を略直線状の最短レイアウトにしたことにより、ＦＤ容量ＣＦＤやＦＤ引き回し配線による配線容量Ｃｄなど、フローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃを大幅に低減することができて、電圧変換ゲインηを大幅に向上させることができ、その結果として固体撮像素子を高感度で高解像度にすることができる。また、フォトダイオードの中心と画素中心とを一致させ、画素中心を光学的に等間隔に配置することにより、斜め方向の入射光に起因するシェーディングを防止することができる。
（実施形態３）
上記実施形態１では、２画素共有構造によりフローティングディフュージョンＦＤの活性領域面積を半減させ、リセットトランジスタ活性化領域をフローティングディフュージョンＦＤの活性化領域と兼ねることによりＦＤ活性化領域面積を低減し、また、配線容量を削減するためにフローティングディフュージョンＦＤから増幅トランジスタのゲートに至るＦＤ配線９を第２金属配線Ｍ２ではなく第１金属配線Ｍ１とし、さらに、このＦＤ配線９は略直線状の最短距離レイアウトとし、しかも、フォトダイオードの中心と画素中心とを一致させて、画素中心を光学的に等間隔に配置する場合について説明したが、本実施形態３では、上記実施形態１の各条件から、リセットトランジスタ活性化領域をフローティングディフュージョンＦＤの活性化領域と兼ねることによりＦＤ活性化領域面積を低減する条件と、ＦＤ配線９は直線状の最短距離レイアウトとする条件とを除く場合である。
【０１１３】
本実施形態３の２画素共有構造の固体撮像素子では、被写体からの画像光を光電変換して撮像する二つのフォトダイオード１２、１３で一つの信号読み出し回路１１を共有し、フォトダイオード１２、１３から共通のフローティングディフュージョンＦＤに信号電荷を読み出して電圧変換し、変換電圧に応じて信号読み出し回路１１により信号読み出しを行うものであって、フローティングディフュージョンＦＤから信号読み出し回路１１の増幅トランジスタ６の制御電極としてのゲート６１に至るＦＤ配線９を第１層目の金属配線とし、さらに、フォトダイオードの中心と画素中心とを一致させてその画素中心を光学的に等間隔に配置している。
【０１１４】
このように、本実施形態３によれば、２画素共有構造によりフローティングディフュージョンＦＤの活性領域面積を半減させ、また、配線容量を削減するためにフローティングディフュージョンＦＤから増幅トランジスタ６のゲート６１に至るＦＤ配線９を第２金属配線Ｍ２ではなく第１金属配線Ｍ１とし、しかも、フォトダイオードの中心と画素中心とを一致させ、画素中心を光学的に等間隔に配置することにより、上記実施形態２の場合に比べても、フローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃの低減効果はより小さいものの、２画素共有構造で第２層目の第２金属配線Ｍ２でフローティングディフュージョンＦＤと増幅トランジスタ６のゲート６１間の引き回し配線を構成したことにより、ＦＤ容量ＣＦＤやＦＤ引き回し配線による配線容量Ｃｄなど、フローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃを低減することができて、電圧変換ゲインηを向上させることができ、その結果として固体撮像素子を良好な感度で良好な解像度にすることができる。また、フォトダイオードの中心と画素中心とを一致させて、その画素中心を光学的に等間隔に配置することにより、斜め方向の入射光に起因するシェーディングを防止することができる。
（実施形態４）
本実施形態４では、上記実施形態１〜３の固体撮像素子の少なくともいずれかを撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載カメラ、テレビジョン電話用カメラおよび携帯電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した完成製品としての電子情報機器について説明する。
【０１１５】
本実施形態４の電子情報機器は、本発明の上記実施形態１〜３の固体撮像素子の少なくともいずれかを撮像部に用いて得た高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。
【０１１６】
なお、上記実施形態１〜４では、特に説明しなかったが、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数のフォトダイオードのうち、フローティングディフュージョン容量をより小さくするために二つのフォトダイオード１２，１３毎に信号読み出し回路１１を共有し、二つのフォトダイオード１２，１３から共通のフローティングディフュージョンＦＤに信号電荷を読み出して電圧変換し、この変換された信号電圧に応じて信号読み出し回路１１により信号線７に信号読み出しを行う。これによっても、フォトダイオード面積およびトランジスタ配置領域を含む画素面積を微小化してもフォトダイオード面積をより確保でき、かつＦＤ容量を改善して高感度で高解像度、さらには、斜め入射光に起因するシェーディングが発生しない固体撮像素子を得ることができるという目的を達成することができる。
【０１１７】
また、上記実施形態１〜４では、増幅トランジスタ６の信号出力側の一方駆動領域が、二つのフォトダイオード１２，１３のうちの下側のフォトダイオード１３の右下の角部と、これに縦下方向に対向して隣接する別の二つのフォトダイオード１２，１３のうちの上側のフォトダイオード１２の右上の角部との間を含む行間領域に設けられていたが、これに限らず、増幅トランジスタ６の信号出力側の一方駆動領域が、二つのフォトダイオード１２，１３のうちの上側のフォトダイオード１２の右上の角部と、これに縦上方向に対向して隣接する別の二つのフォトダイオード１２，１３のうちの下側のフォトダイオード１３の右下の角部との間を含む行間領域に設けられていてもよい。この場合に、信号線７が、増幅トランジスタ６の信号出力側の一方駆動領域にコンタクトＣ１を介して接続されて、この二つのフォトダイオード１２，１３の平面視矩形または正方形の縦方向右側の辺に沿って配置されている。
【０１１８】
さらに、上記実施形態１〜４では、増幅トランジスタ６の信号出力側のゲート６１が、二つのフォトダイオード１２，１３のうちの下側のフォトダイオード１３の右下の角部に横方向に対向して隣接する別のフォトダイオード１２，１３の角部と、これに縦下方向に対向して隣接する更に別の二つのフォトダイオード１２，１３のうちの上側のフォトダイオード１２の角部との間を含む行間領域に設けられていたが、これに限らず、増幅トランジスタ６の信号出力側のゲート６１が、二つのフォトダイオード１２，１３のうちの上側のフォトダイオード１２の右上の角部に横方向に対向して隣接する別のフォトダイオード１２，１３の角部と、これに縦上方向に対向して隣接する更に別の二つのフォトダイオード１２，１３のうちの下側のフォトダイオード１３の角部との間を含む行間領域に設けられていてもよい。この場合に、フローティングディフュージョンＦＤから信号読み出し回路１１の増幅トランジスタ６のゲート６１に至るＦＤ配線９が、増幅トランジスタ６のゲート６１と、フローティングディフュージョンＦＤとに各コンタクトＧ１をそれぞれ介して接続されて、二つのフォトダイオード１２，１３に横方向に対向して隣接する別の二つのフォトダイオード１２，１３の平面視矩形または正方形の縦方向の辺に沿って配置されている。
【０１１９】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜４を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜４に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜４の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された複数画素共有構造の固体撮像素子および、この複数画素共有構造の固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、フォトダイオードの中心と画素中心とを一致させ、その画素中心を光学的に等間隔に配置することにより、斜め方向の入射光に起因するシェーディングを防止することができる。この状態で、２画素共有構造でフローティングディフュージョンＦＤとリセット拡散領域とを一続きにして共通化しかつ、第１層目の第１金属配線でフローティングディフュージョンＦＤと増幅トランジスタのゲート間の引き回し配線を略直線状の最短レイアウトにしたことにより、ＦＤ容量ＣＦＤやＦＤ引き回し配線による配線容量Ｃｄなど、フローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃを大幅に低減することができて、電圧変換ゲインηを大幅に向上させることができ、その結果として固体撮像素子を高感度で高解像度にすることができる。
【０１２１】
また、２画素共有構造によりフローティングディフュージョンＦＤの活性領域面積を半減させ、また、配線容量を削減するためにフローティングディフュージョンＦＤから信号増幅手段の制御電極に至るＦＤ配線を第１金属配線Ｍ１とし、しかも、フォトダイオードの中心と画素中心とを一致させ、その画素中心を光学的に等間隔に配置することだけでも、フローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃの低減効果はより小さいものの、２画素共有構造によるＦＤ容量ＣＦＤやＦＤ引き回し配線による配線容量Ｃｄなど、フローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃを低減することができて、電圧変換ゲインηを向上させることができ、その結果として固体撮像素子を良好な感度で良好な解像度にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の実施形態１に係る２画素共有構造の固体撮像素子におけるフローティングディフュージョン部の要部構成例を模式的に示す平面図である。
【図２】図１の２画素共有構造の固体撮像素子における単位画素部の回路図である。
【図３】図２の２画素共有構造の固体撮像素子の画素部におけるゲート電極のレイヤ形成までのレイアウト図である。
【図４】図２の２画素共有構造の固体撮像素子の画素部における第１金属配線Ｍ１のレイヤ形成までのレイアウト図である。
【図５】図２の２画素共有構造の固体撮像素子の画素部における第２金属配線Ｍ２のレイヤを含めたレイアウト図である。
【図６】（ａ）は、図３の転送トランジスタのゲート形状の一例を模式的に示す平面図、（ｂ）は、図３の転送トランジスタのゲートとフローティングディフュージョンＦＤとの間に発生するＦｒｉｎｇ容量を模式的に示す要部縦断面図である。
【図７】本発明の実施形態１のものとフローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃについて比較するための参考例としての４画素共有構造の固体撮像素子の画素部における第１金属配線Ｍ１のレイヤ形成までのレイアウト図である。
【図８】本発明の実施形態１のものとフローティングディフュージョンＦＤに関する容量Ｃについて比較するための参考例としての４画素共有構造の固体撮像素子の画素部における第２金属配線Ｍ２のレイヤを含めたレイアウト図である。
【図９】特許文献１に記載されている従来のＭＯＳ型イメージセンサの画素構成例を模式的に示す平面図である。
【図１０】特許文献２に記載されている従来のＭＯＳ型イメージセンサの単位画素部の回路図である。
【図１１】図１０の従来のＭＯＳ型イメージセンサの画素部におけるゲート電極のレイヤ形成までのレイアウト図である。
【図１２】図１０の従来のＭＯＳ型イメージセンサの画素部における第１金属配線Ｍ１のレイヤ形成までのレイアウト図である。
【図１３】図１０の従来のＭＯＳ型イメージセンサの画素部における第２金属配線Ｍ２のレイヤを含めたレイアウト図である。
【図１４】図３の２画素共有構造の固体撮像素子における感度と、図８の参考例としての４画素共有構造の固体撮像素子による感度とを棒グラフで模式的に示す図である。
【図１５】図３の２画素共有構造の固体撮像素子におけるＳ／Ｎ比と、図８の参考例としての４画素共有構造の固体撮像素子によるＳ／Ｎ比とをグラフで模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１  固体撮像素子
２、３  転送トランジスタ（電荷転送手段）
２ａ、３ａ、４ａ  活性領域
４  リセットトランジスタ（リセット手段）
５  選択トランジスタ（画素選択手段）
６  増幅トランジスタ（信号増幅手段）
７  信号線
８、８２  電源線
９  ＦＤ配線
１０  単位画素部（２画素共有構造部）
１１  信号読み出し回路
１２、１３  フォトダイオード（受光部）
２１、３１、４１、５１、６１  ゲート（制御電極）
２２、３２  電荷転送制御線
４２  リセット信号線
５２  画素選択線
ＦＤ  フローティングディフュージョン（電荷電圧変換部）
ＣＦＤ  ＦＤ容量
Ｃｄ  配線寄生容量（配線容量）
Ｃ１  第１コンタクト
Ｃ２  第２コンタクト
Ｖｄｄ  電源電圧（リセット電圧）
Ｍ１  第１金属配線
Ｍ２  第２金属配線
ＴＸ１、ＴＸ２  電荷転送制御信号
Ｓｅｌ  画素選択信号
ＲＳＴ  リセット信号
【図１】
2009038263.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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