JP2009110999A

JP2009110999A - 固体撮像素子

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Publication number: JP2009110999A
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Inventors: Atsushi Komai; 敦駒井
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Abstract

【課題】互いに隣接する２つの蓄積容量間に形成される結合容量を低減して、隣接する画素信号間のクロストークを低減する。
【解決手段】各蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓには、対応する垂直信号線の信号に応じた信号が蓄積され、当該蓄積された信号が所定の水平信号線へ供給される。蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓは行方向に交互に順次並設される。各蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓは、信号電極をなす電極層２１と、固定電位電極をなす上側電極層２３及び下側電極層２８を有する。各蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓの信号電極は互いに電気的に独立する。各蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓの固定電位電極は互いに電気的に接続され、グランド等に接続される。電極層２３，２８間を接続するコンタクトホール２６ａ，２６ｂは、互いに隣接する蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓの電極層２１同士の間に、それらの対向領域の５２％以上に及ぶように、設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、固体撮像素子に関するものである。

固体撮像素子は、ＣＣＤセンサとＭＯＳ型センサとに大別される。ＣＣＤセンサは、一般的には、ノイズが小さい点で優れているが、消費電力が大きいという欠点がある。他方、ＭＯＳ型センサは、ＣＣＤセンサに対して消費電力が格段に小さいという利点を有するが、一般的には、ノイズがやや大きいという欠点を有する。

また、ＭＯＳ型センサにおいてはＭＯＳトランジスタを用いたさまざまな機能回路を内蔵することが比較的容易であり、一例として画素内に信号増幅用素子を有する増幅型固体撮像素子が挙げられる。このような増幅型固体撮像素子では、画素を構成する受光素子や増幅素子のばらつきに起因する固定パターンノイズ（ＦＰＮ）と呼ばれるノイズが発生し易い。

固定パターンノイズを補正するための１つの方法として、各画素から暗状態の出力（Ｖｄａｒｋ）と明状態の出力（Ｖｓｉｇ）の両方を読み出し、それらの差を信号出力として用いる方法が、下記特許文献１，２に述べられている。このような固体撮像素子は、２次元に配置され入射光を光電変換する複数の画素と、前記複数の画素の各列に対応して設けられ対応する列の前記画素の出力信号が供給される垂直信号線と、前記各垂直信号線に対応して２つずつ設けられた複数の蓄積容量であって、対応する前記垂直信号線の信号に応じた信号が蓄積されるとともに当該蓄積された信号が所定の水平信号線へ供給される複数の蓄積容量と、を備えている。そして、前記各垂直信号線に対応して設けられた一方の蓄積容量には画素からの暗状態の出力が蓄積され、他方の蓄積容量には画素からの明状態の出力が蓄積される。
特許第３５３６５１７号公報特開２００２−１５１６７２号公報

しかしながら、前述したような従来の固体撮像素子では、前記複数の蓄積容量のうち互いに隣接する２つの蓄積容量間に形成される結合容量について特別な配慮がなされておらず、当該結合容量が比較的大きくなっていた。このため、隣接する画素信号間で比較的大きいクロストークが発生し、これが画像信号のノイズとなり、出力画像の画質が低下していた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、互いに隣接する２つの蓄積容量間に形成される結合容量が低減されて、隣接する画素信号間のクロストークが低減され、これにより、画像信号のノイズが低減されて出力画像の画質が向上する固体撮像素子を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による固体撮像素子は、２次元に配置され入射光を光電変換する複数の画素と、前記複数の画素の各列に対応して設けられ対応する列の前記画素の出力信号が供給される垂直信号線と、前記各垂直信号線に対応して所定数ずつ設けられた複数の蓄積容量であって、対応する前記垂直信号線の信号に応じた信号が蓄積されるとともに当該蓄積された信号が所定の水平信号線へ供給される複数の蓄積容量と、を備え、前記複数の蓄積容量は所定方向に順次並設され、前記各蓄積容量は両者の間に容量を形成する第１及び第２の電極部を有し、前記複数の蓄積容量の前記第１の電極部は互いに電気的に接続され、前記複数の蓄積容量の前記第２の電極部は互いに電気的に独立し、前記複数の蓄積容量のうち互いに隣接する２つの蓄積容量の前記第２の電極部同士の間に、それらの対向領域の５２％以上に及ぶように、前記第１の電極部と電気的に接続された１つ以上の導電体が設けられものである。

ここで、「それらの対向領域の５２％以上に及ぶように」とは、「前記所定方向と直交する面への当該２つの第２の電極部（互いに隣接する２つの蓄積容量の前記第２の電極部）の正射影の重複部分の、前記所定方向と直交する方向の長さをＬ１とし、前記所定方向と直交する面への前記１つ以上の導電体の正射影の、前記所定方向と直交する前記方向の長さの総和（ただし、複数の導電体の正射影の重なり部分の長さについては、１回のみ加算し重複して加算しない。）をＬ２としたとき、Ｌ２／Ｌ１が５２％以上となるように」という意味である。

互いに隣接する２つの蓄積容量間に形成される結合容量をより低減するためには、前記％は、５５％以上であることが好ましく、６０％以上、７０％以上、８０％以上及び９０％以上であることが順次より一層好ましく、１００％であることが最も好ましい。

本発明の第２の態様による固体撮像素子は、前記第１の態様において、前記１つ以上の導電体は複数群の導電体を含み、前記複数群の導電体は各群毎に前記所定方向と交差する方向に順次間隔をあけて一列に配置され、前記各群の導電体がなす列は前記所定方向に順次隣り合い、前記複数群のうちの少なくとも１つの群の導電体の各導電体の前記交差する方向の位置は、前記複数群のうちの他の少なくとも１つの群の導電体の各導電体の前記交差する方向の位置に対してずれたものである。

本発明の第３の態様による固体撮像素子は、前記第１又は第２の態様において、前記１つ以上の導電体は、前記所定方向と交差する方向に連続的に延びた導電体を含むものである。

本発明の第４の態様による固体撮像素子は、前記第１の態様において、前記１つ以上の導電体は、前記所定方向と交差する方向に順次間隔をあけて一列に配置された一群の導電体と、前記交差する方向に連続的に延びた導電体とを含み、前記一群の導電体の列と前記連続的に延びた導電体とが、前記所定方向に隣り合うものである。

本発明の第５の態様による固体撮像素子は、２次元に配置され入射光を光電変換する複数の画素と、前記複数の画素の各列に対応して設けられ対応する列の前記画素の出力信号が供給される垂直信号線と、前記各垂直信号線に対応して所定数ずつ設けられた複数の蓄積容量であって、対応する前記垂直信号線の信号に応じた信号が蓄積されるとともに当該蓄積された信号が所定の水平信号線へ供給される複数の蓄積容量と、を備え、前記複数の蓄積容量は所定方向に順次並設され、前記各蓄積容量は両者の間に容量を形成する第１及び第２の電極部を有し、前記複数の蓄積容量の前記第１の電極部は互いに電気的に接続され、前記複数の蓄積容量の前記第２の電極部は互いに電気的に独立し、前記複数の蓄積容量のうち互いに隣接する２つの蓄積容量の前記第２の電極部同士の間に前記第１の電極部と電気的に接続された１つ以上の導電体が設けられ、前記１つ以上の導電体は複数群の導電体を含み、前記複数群の導電体は各群毎に前記所定方向と交差する方向に順次間隔をあけて一列に配置され、前記各群の導電体がなす列は前記所定方向に順次隣り合い、前記複数群のうちの少なくとも１つの群の導電体の各導電体の前記交差する方向の位置は、前記複数群のうちの他の少なくとも１つの群の導電体の各導電体の前記交差する方向の位置に対してずれたものである。

本発明の第６の態様による固体撮像素子は、２次元に配置され入射光を光電変換する複数の画素と、前記複数の画素の各列に対応して設けられ対応する列の前記画素の出力信号が供給される垂直信号線と、前記各垂直信号線に対応して所定数ずつ設けられた複数の蓄積容量であって、対応する前記垂直信号線の信号に応じた信号が蓄積されるとともに当該蓄積された信号が所定の水平信号線へ供給される複数の蓄積容量と、を備え、前記複数の蓄積容量は所定方向に順次並設され、前記各蓄積容量は両者の間に容量を形成する第１及び第２の電極部を有し、前記複数の蓄積容量の前記第１の電極部は互いに電気的に接続され、前記複数の蓄積容量の前記第２の電極部は互いに電気的に独立し、前記複数の蓄積容量のうち互いに隣接する２つの蓄積容量の前記第２の電極部同士の間に前記第１の電極部と電気的に接続された１つ以上の導電体が設けられ、前記１つ以上の導電体は、前記所定方向と交差する方向に順次間隔をあけて一列に配置された一群の導電体と、前記交差する方向に連続的に延びた導電体とを含み、前記一群の導電体の列と前記連続的に延びた導電体とが、前記所定方向に隣り合うものである。

本発明の第７の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第６のいずれかの態様において、前記複数の蓄積容量は、前記画素で光電変換された光情報を含む光信号を蓄積する光信号蓄積容量と、前記光信号から差し引くべきノイズ成分を含む差分用信号蓄積容量とを含むものである。

本発明の第８の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第７のいずれかの態様において、前記第１の電極部は電極層を有し、前記第２の電極部は、前記第１の電極部の前記電極層に対して上側及び下側の階層にそれぞれ配置された上側電極層及び下側電極層を有し、前記１つ以上の導電体は、前記上側電極層と前記下側電極層とを接続するためのコンタクトホールに形成されたものである。

本発明によれば、互いに隣接する２つの蓄積容量間に形成される結合容量が低減されて、隣接する画素信号間のクロストークが低減され、これにより、画像信号のノイズが低減されて出力画像の画質が向上する固体撮像素子を提供することができる。

以下、本発明による固体撮像素子について、図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］

図１は、本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。図２は、図１中の画素マトリクス１を構成する単位画素１０を示す回路図である。

本実施の形態による固体撮像素子は、増幅型固体撮像素子として構成され、図１に示すように、単位画素１０が行及び列方向に配置されて構成される画素マトリックス１と、例えば計４本の線路を備えた水平読出しライン（水平信号線）２と、水平読出しスイッチ群３と、蓄積容量群４と、信号転送スイッチ群５と、水平走査回路６と、出力アンプ群７と、垂直走査回路８とを備えている。

各画素１０は、図２に示すように、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様に、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部としてのフォトダイオードＰＤと、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷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と、フローティングディフュージョンＦＤの電位に応じた信号を出力する増幅部としての増幅トランジスタＡＭＰと、フォトダイオードＰＤからフローティングディフュージョンＦＤに電荷を転送する電荷転送部としての転送トランジスタＴＸと、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リセット部としてのリセットトランジスタＲＥＳと、当該画素１０を選択するための選択部としての選択トランジスタＳＥＬとを有している。なお、本実施の形態では、画素１０のトランジスタＡＭＰ，ＴＸ，ＲＥＳ，ＳＥＬは、全てｎＭＯＳトランジスタである。図２において、Ｖｄｄは電源電圧である。

転送トランジスタＴＸのゲートは、行毎に、垂直走査回路８からの転送トランジスタＴＸを制御する制御信号φＴＸを転送トランジスタＴＸに供給する制御線に、接続されている。リセットトランジスタＲＥＳのゲートは、行毎に、垂直走査回路８からのリセットトランジスタＲＥＳを制御する制御信号φＲＳＴをリセットトランジスタＲＥＳに供給する制御線に、接続されている。選択トランジスタＳＥＬのゲートは、行毎に、垂直走査回路８からの選択トランジスタＳＥＬを制御する制御信号φＳＥＬを選択トランジスタＳＥＬに供給する制御線に、接続されている。

フォトダイオードＰＤは、入射光の光量に応じて信号電荷を生成する。転送トランジスタＴＸは、転送パルス（制御信号）φＴＸのハイレベル期間にオンし、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。リセットトランジスタＲＥＳは、リセットパルス（制御信号）φＲＳＴのハイレベル期間にオンし、フローティングディフュージョンＦＤをリセットする。

増幅トランジスタＡＭＰは、そのドレインが電源電圧Ｖｄｄに接続され、そのゲートがフローティングディフュージョンＦＤに接続され、そのソースが選択トランジスタＳＥＬのドレインに接続され、定電流源（図示せず）を負荷とするソースフォロア回路を構成している。増幅トランジスタＡＭＰは、フローティングディフュージョンＦＤの電圧値に応じて、選択トランジスタＳＥＬを介して垂直信号線１８に読み出し電流を出力する。選択トランジスタＳＥＬは、選択パルス（制御信号）φＳＥＬのハイレベル期間にオンし、増幅トランジスタＡＭＰのソースを垂直信号線１８に接続する。

垂直走査回路８は、外部からの駆動パルス（図示せず）を受けて、画素１０の行毎に、選択パルスφＳＥＬ、リセットパルスφＲＳＴ及び転送パルスφＴＸをそれぞれ出力する。また、水平走査回路６は、外部からの駆動パルス（図示せず）を受けて、制御信号φＨｍ等を出力する。

水平読出しライン２は、図１に示すように、チャネル１の暗信号用ラインＨＬ１ｄ及び明信号用ラインＨＬ１ｓと、チャネル２の暗信号用ラインＨＬ２ｄ及び明信号用ラインＨＬ２ｓとを備えている。画素マトリックス１から縦方向に延び各列の画素１０に接続された垂直信号線１８は、それぞれ各列の暗信号用転送スイッチＱｔｄ及び明信号用転送スイッチＱｔｓを介して配線１９ｄにより暗信号蓄積容量Ｃｔｄ、配線１９ｓにより明信号蓄積容量Ｃｔｓの一方の電極部（以下、「信号電極」と呼ぶ。）に接続されている。このように、これらの蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓの信号電極は、互いに電気的に独立している。これらの蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓの他方の電極部（以下、「固定電位電極」と呼ぶ。）は、互いに電気的に接続されて例えばグランドに接続されている。蓄積容量Ｃｔｄの信号電極は、暗信号用水平スイッチＱｈｄを介して配線２０ｄにより水平読出しライン２のチャネル１の暗信号用ラインＨＬ１ｄ又はチャネル２の水平読出しラインＨＬ２ｄに接続されている。蓄積容量Ｃｔｓの信号電極は、明信号用水平スイッチＱｈｓを介して配線２０ｓにより水平読出しライン２のチャネル１の明信号用ラインＨＬ１ｓ又はチャネル２の明信号用ラインＨＬ２ｓに接続されている。

このような構造を有する本実施の形態による固体撮像素子では、まず制御信号φＴｄによって暗信号用転送スイッチＱｔｄをオンにし、画素マトリックス１おける選択された行の画素１０からの暗信号を、各垂直信号線１８を介して転送し、暗信号蓄積容量Ｃｔｄに蓄積する。転送動作終了後、Ｑｔｄをオフにする。続いて、画素マトリックス１の選択された行の画素１０を信号出力状態にすると共に、制御信号φＴｓによって明信号用転送スイッチＱｔｓをオンとし、選択された行からの信号出力をそれぞれの垂直信号線１８を介して転送し、明信号蓄積容量Ｃｔｓに蓄積する。転送動作終了後、Ｑｔｓをオフにする。なお、これらの動作の間は、暗信号用水平スイッチＱｈｄ及び明信号用水平スイッチＱｈｓはオフ状態に保たれる。

次に、暗信号用転送スイッチＱｔｄ及び明信号用転送スイッチＱｔｓをオフに保った状態で、水平走査回路６から読出し制御信号、例えばφＨｍ、を順次供給し、２チャネル分ずつ、順次信号読出しを行う。すなわち、例えば水平読出しパルスφＨｍによって２チャネル分の暗信号用及び明信号用の水平スイッチＱｈｄ及びＱｈｓをオンとし、暗信号蓄積容量Ｃｔｄ及び明信号蓄積容量Ｃｔｓからの暗信号電荷及び明信号電荷をそれぞれ水平読出しライン２の暗信号用ラインＨＬ１ｄ及び明信号用ラインＨＬ１ｓ又は暗信号用ラインＨＬ２ｄ及び明信号用ラインＨＬ２ｓに転送する。チャネル１の暗信号及び明信号はそれぞれ暗信号用ラインＨＬ１ｄ及び明信号用ラインＨＬ１ｓからそれぞれの出力アンプ７を通して暗信号出力ＶＯ１ｄ及び明信号出力ＶＯ１ｓとして出力される。また、チャネル２の暗信号及び明信号はそれぞれ暗信号用ラインＨＬ２ｄ及び明信号用ラインＨＬ２ｓからそれぞれの出力アンプ７を介して暗信号出力ＶＯ２ｄ及び明信号出力ＶＯ２ｓとして出力される。よって、各チャネル１及び２において、明信号出力から暗信号出力を減算すれば固定パターンノイズが補正された信号が得られる。すなわち、チャネル１では、ＶＯ１ｓ−ＶＯ１ｄが出力信号となり、チャネル２ではＶＯ２ｓ−ＶＯ２ｄが出力信号となる。

以上の説明からわかるように、本実施の形態では、蓄積容量群（複数の蓄積容量）４のうち明信号蓄積容量Ｃｔｓは、対応する垂直信号線１８の信号に応じた信号として、画素２０で光電変換された光情報を含む光信号を蓄積し、暗信号蓄積容量Ｃｔｄは、対応する垂直信号線１８の信号に応じた信号として、前記光信号から差し引くべきノイズ成分を含む差分用信号としてのいわゆる暗信号を蓄積する。

図３は、本実施の形態による固体撮像素子の蓄積容量群４の構造の一部を示す概略平面図である。図４は、図３中のＡ−Ａ’の線に沿った概略断面図である。図５は、図３中のＢ−Ｂ’の線に沿った概略断面図である。図６は、図３乃至図５中のポリシリコン（多結晶シリコン）層からなる電極層２１を示す概略平面図である。図７は、図３乃至図５中の１層目アルミ配線層からなる電極層２３及び配線層１９ｄ，１９ｓを示す概略平面図である。図６及び図７において、コンタクトホール２４，２５，２６ａ，２６ｂも併せて示している。なお、図３に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する（他の図についても同様である。）。Ｘ軸方向が行方向（水平方向）であり、Ｙ軸方向が列方向（垂直方向）である。

本実施の形態では、蓄積容量群４の各蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓは、暗信号蓄積容量Ｃｔｄと明信号蓄積容量Ｃｔｓとが交互に並ぶように、順次Ｘ軸方向に並設されている。暗信号蓄積容量Ｃｔｄ及び明信号蓄積容量Ｃｔｓは、互いに同一の構造及び形状を有している。

図４及び図５において、３０はＮ型シリコン基板、２９はＰ型ウエル、２８はＮ型拡散層からなる電極層、２２はシリコン酸化膜などの絶縁層である。ポリシリコン層からなる電極層２１は、各蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓの信号電極を構成している。配線１９ｄ及び１９ｓは、１層目アルミ配線層で形成され、コンタクトホール２４（厳密には、コンタクトホール２４に形成された導電体であるアルミニウム）によって各蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓの電極層（信号電極）２１に接続されている。図３において、配線１９ｄは、＋Ｙ方向で暗信号用転送スイッチＱｔｄに接続され、−Ｙ方向で暗信号用水平スイッチＱｈｄに接続されている。配線１９ｓは、＋Ｙ方向で明信号用転送スイッチＱｔｓに接続され、−Ｙ方向で明信号用水平スイッチＱｈｓに接続されている。

１層目アルミ配線層で各蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓ毎に形成された上側電極層（固定電位電極の一部）２３は、コンタクトホール２６ａ，２６ｂ（厳密には、コンタクトホール２６ａ，２６ｂに形成された導電体であるアルミニウム）によって、各蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓに対して連続して形成されたＮ型拡散層からなる下側電極層（固定電位電極の他の一部）２８に接続されている。上側電極層２３は、各蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓの電極層（信号電極）２１に対して上側の階層に形成され、下側電極層２８は、各蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓの電極層（信号電極）２１に対して下側の階層に形成されている。上側電極層（固定電位電極の一部）２３は、コンタクトホール２５（厳密には、コンタクトホール２５に形成された導電体であるアルミニウム）によって、２層目アルミ配線層で各蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓに対して連続して更に上側の階層に形成された電極層（固定電位電極の更に他の一部）２７に接続されている。

各蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓの固定電位電極は、電極層２３，２８，２７とコンタクトホール２５，２６ａ，２６ｂとにより構成されている。この固定電位電極は、一般に、グランドに接続される。各蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓは、この固定電位電極と、信号電極である電極層２１との間に、絶縁層２２を介して形成された容量として、構成されている。コンタクトホール２５は、図３、図６及び図７に示すように、Ｙ軸方向に一列に複数並んでいる。

コンタクトホール２６ａ，２６ｂは、互いに隣接する蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓの電極層（信号電極）２１同士の間に位置している。本実施の形態では、コンタクトホール２６ａ，２６ｂは、互いに隣接する蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓの電極層（信号電極）２１同士の間に、それらの対向領域の５２％以上に及ぶように、設けられている。ここで、「それらの対向領域の５２％以上に及ぶように」とは、「蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓの並び方向（Ｘ軸方向）と直交する面（ＹＺ平面）への当該２つの第２の電極２１（互いに隣接する２つの蓄積容量の第２の電極２１）の正射影の重複部分の、前記並び方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）の長さをＬ１とし、前記並び方向（Ｘ軸方向）と直交する面（ＹＺ平面）へのコンタクトホール２６ａ，２６ｂの正射影の、前記並び方向（Ｘ軸方向）と直交する前記方向（Ｙ軸方向）の長さの総和（ただし、コンタクトホール２６ａ，２６ｂの正射影の重なり部分の長さについては、１回のみ加算し重複して加算しない。）をＬ２としたとき、Ｌ２／Ｌ１が５２％以上となるように」という意味である。互いに隣接する２つの蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓ間に形成される結合容量をより低減するためには、前記％は、５５％以上であることが好ましく、６０％以上、７０％以上、８０％以上及び９０％以上であることが順次より一層好ましく、１００％であることが最も好ましい。

本実施の形態では、具体的には、コンタクトホール２６ａはＹ軸方向に一列に複数並び、コンタクトホール２６ｂはＹ軸方向に一列に複数並び、コンタクトホール２６ａの列とコンタクトホール２６ｂの列とがＸ軸方向に隣り合っており、各コンタクトホール２６ａのＹ軸方向の位置と各コンタクトホール２６ｂのＹ軸方向の位置とが、互いにずれている。その具体例としては、コンタクトホール２６ａ，２６ｂは平面視で一辺のサイズがＬの正方形とされ、コンタクトホール２６ａ，２６ｂのいずれもＹ軸方向に順次間隔Ｌをあけて一列に複数配置され、コンタクトホール２６ａのＹ軸方向の位置と各コンタクトホール２６ｂのＹ軸方向の位置とが、互いにＬだけずれている。これにより、前記％はほぼ１００％とされている。もっとも、本発明では、電極層（信号電極）２１間のコンタクトホールの配置は、このような例に限定されるものではなく、当該コンタクトホールの列数や各列毎のＹ軸方向の位置ずれ量は適宜設定してもよい。

本実施の形態では、図３中のＡ−Ａ’線に沿った断面においては、図４に示すように、隣接する電極層（信号電極）２１間に、グランド等の固定電位が印加されるコンタクトホール２６ａが介在している。したがって、図３中のＡ−Ａ’線に沿った断面においては、コンタクトホール２６ａによる静電シールド効果によって、隣接する電極層（信号電極）２１間の結合容量は形成されない。特に、本実施の形態では、図３中のＡ−Ａ’線に沿った断面においては、電極層（信号電極）２１は、固定電位電極をなす電極層２３，２７，２８及びコンタクトホール２６ａにより、電気的に完全に遮蔽されているため、隣接する電極層（信号電極）２１間の結合容量は形成されない。

また、本実施の形態では、図３中のＢ−Ｂ’線に沿った断面においては、図５に示すように、隣接する電極層（信号電極）２１間に、グランド等の固定電位が印加されるコンタクトホール２６ｂが介在している。したがって、図３中のＢ−Ｂ’線に沿った断面においては、コンタクトホール２６ｂによる静電シールド効果によって、隣接する電極層（信号電極）２１間の結合容量は形成されない。特に、本実施の形態では、図３中のＢ−Ｂ’線に沿った断面においては、電極層（信号電極）２１は、固定電位電極をなす電極層２３，２７，２８及びコンタクトホール２６ｂにより、電気的に完全に遮蔽されているため、隣接する電極層（信号電極）２１間の結合容量は形成されない。

したがって、本実施の形態によれば、互いに隣接する２つの蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓ間に形成される結合容量が低減されて、隣接する画素信号間のクロストークが低減され、これにより、画像信号のノイズが低減されて出力画像の画質が向上する。

ここで、本実施の形態による固体撮像素子と比較される比較例による固体撮像素子について、図８乃至図１２を参照して説明する。図８は、この比較例による固体撮像素子の蓄積容量群４の構造の一部を示す概略平面図であり、図３に対応している。図９は、図８中のＣ−Ｃ’の線に沿った概略断面図であり、図４に対応している。図１０は、図８中のＤ−Ｄ’の線に沿った概略断面図であり、図５に対応している。図１０において、隣接する電極層（信号電極）２１間の結合容量１００を模式的に示している。図１１は、図８乃至図１０中のポリシリコン層からなる電極層２１を示す概略平面図であり、図６に対応している。図１２は、図８乃至図１０中の１層目アルミ配線層からなる電極層２３及び配線層１９ｄ，１９ｓを示す概略平面図であり、図７に対応している。図１１及び図１２において、コンタクトホール２４，２５，２６ａも併せて示している。

この比較例が本実施の形態と異なる所は、コンタクトホール２６ｂが除去され、互いに隣接する蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓの電極層（信号電極）２１同士の間には、コンタクトホール２６ａのみが設けられている点のみである。この比較例においても、コンタクトホール２６ａは平面視で一辺のサイズがＬの正方形とされ、コンタクトホール２６ａはＹ軸方向に間隔Ｌで一列に複数配置されている。よって、この比較例では、互いに隣接する蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓの電極層（信号電極）２１同士の間に設けられたコンタクトホールは、電極層（信号電極）２１間の対向領域の５０％のみに及ぶように配置されている。

この比較例によっても、本実施の形態と同様に、図８中のＣ−Ｃ’線に沿った断面においては、図９に示すように、隣接する電極層（信号電極）２１間に、グランド等の固定電位が印加されるコンタクトホール２６ａが介在している。したがって、図８中のＣ−Ｃ’線に沿った断面においては、コンタクトホール２６ａによる静電シールド効果によって、隣接する電極層（信号電極）２１間の結合容量は形成されない。

しかしながら、この比較例では、本実施の形態と異なり、図８中のＤ−Ｄ’線に沿った断面においては、図１０に示すように、隣接する電極層（信号電極）２１間に、コンタクトホールは介在していない。したがって、図８中のＤ−Ｄ’線に沿った断面においては、隣接する電極層（信号電極）２１間に、比較的大きい結合容量１００が形成されてしまう。

したがって、この比較例によれば、互いに隣接する２つの蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓ間に形成される結合容量が比較的大きくなってしまい、隣接する画素信号間のクロストークが比較的大きくなり、これにより、画像信号のノイズが大きくなって出力画像の画質が低下してしまう。

これに対し、本実施の形態では、図５を図１０と比較することで容易に理解できるように、この比較例で生じていた結合容量１００が生じなくなるので、この比較例に比べて、隣接する画素信号間のクロストークが低減され、これにより、画像信号のノイズが低減されて出力画像の画質が向上するのである。

［第２の実施の形態］

図１３は、本発明の第２の実施の形態による固体撮像素子の蓄積容量群４の構造の一部を示す概略平面図であり、図３に対応している。図１４は、図１３中のＥ−Ｅ’の線に沿った概略断面図であり、図４に対応している。図１５は、図１３中のＦ−Ｆ’の線に沿った概略断面図であり、図５に対応している。図１６は、図１３乃至図１５中のポリシリコン層からなる電極層２１を示す概略平面図であり、図６に対応している。図１７は、図１３乃至図１５中の１層目アルミ配線層からなる電極層２３及び配線層１９ｄ，１９ｓを示す概略平面図であり、図７に対応している。図１６及び図１７において、コンタクトホール２４，２５，２６ｃも併せて示している。

本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、コンタクトホール２６ａ，２６ｂが除去され、その代わりに、上側電極層２３と下側電極層２８との間が１つのコンタクトホール２６ｃ（厳密には、コンタクトホール２６ｃに形成された導電体であるアルミニウム）によって接続されている点のみである。コンタクトホール２６ｃは、Ｙ軸方向に連続的に延びており、互いに隣接する蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓの電極層（信号電極）２１同士の間に、それらの対向領域のほぼ１００％に及ぶように、設けられている。

本実施の形態では、図１３中のＥ−Ｅ’線に沿った断面及び図１３中のＦ−Ｆ’線に沿った断面のいずれにおいても、図１４及び図１５に示すように、隣接する電極層（信号電極）２１間に、グランド等の固定電位が印加されるコンタクトホール２６ｃが介在している。したがって、図１３中のＥ−Ｅ’線に沿った断面及び図１３中のＦ−Ｆ’線に沿った断面のいずれにおいても、コンタクトホール２６ｃによる静電シールド効果によって、隣接する電極層（信号電極）２１間の結合容量は形成されない。特に、本実施の形態では、図１３中のＥ−Ｅ’線に沿った断面及び図１３中のＦ−Ｆ’線に沿った断面のいずれにおいても、電極層（信号電極）２１は、固定電位電極をなす電極層２３，２７，２８及びコンタクトホール２６ｃにより、電気的に完全に遮蔽されているため、隣接する電極層（信号電極）２１間の結合容量は形成されない。

したがって、本実施の形態によっても、互いに隣接する２つの蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓ間に形成される結合容量が低減されて、隣接する画素信号間のクロストークが低減され、これにより、画像信号のノイズが低減されて出力画像の画質が向上する。

［第３の実施の形態］

図１８は、本発明の第３の実施の形態による固体撮像素子の蓄積容量群４の構造の一部を示す概略平面図であり、図３に対応している。図１９は、図１８中のＧ−Ｇ’の線に沿った概略断面図であり、図４に対応している。図２０は、図１８中のＨ−Ｈ’の線に沿った概略断面図であり、図５に対応している。図２１は、図１８乃至図２０中のポリシリコン層からなる電極層２１を示す概略平面図であり、図６に対応している。図２２は、図１８乃至図２０中の１層目アルミ配線層からなる電極層２３及び配線層１９ｄ，１９ｓを示す概略平面図であり、図７に対応している。図２１及び図２２において、コンタクトホール２４，２５，２６ａ，２６ｄも併せて示している。

本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、コンタクトホール２６ｂの代わりに、上側電極層２３と下側電極層２８との間を接続する１つのコンタクトホール２６ｄ（厳密には、コンタクトホール２６ｄに形成された導電体であるアルミニウム）が設けられている点のみである。コンタクトホール２６ｄは、Ｙ軸方向に連続的に延びており、互いに隣接する蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓの電極層（信号電極）２１同士の間に、それらの対向領域のほぼ１００％に及ぶように、設けられている。

本実施の形態では、図１８中のＧ−Ｇ’線に沿った断面において、図１９に示すように、隣接する電極層（信号電極）２１間に、グランド等の固定電位が印加されるコンタクトホール２６ａ，２６ｄが介在している。したがって、図１８中のＧ−Ｇ’線に沿った断面において、コンタクトホール２６ａ，２６ｄによる静電シールド効果によって、隣接する電極層（信号電極）２１間の結合容量は形成されない。特に、本実施の形態では、図１８中のＧ−Ｇ’線に沿った断面において、電極層（信号電極）２１は、固定電位電極をなす電極層２３，２７，２８及びコンタクトホール２６ａ，２６ｄにより、電気的に完全に遮蔽されているため、隣接する電極層（信号電極）２１間の結合容量は形成されない。

また、本実施の形態では、図１８中のＨ−Ｈ’線に沿った断面において、図２０に示すように、隣接する電極層（信号電極）２１間に、グランド等の固定電位が印加されるコンタクトホール２６ｄが介在している。したがって、図１８中のＨ−Ｈ’線に沿った断面において、コンタクトホール２６ｄによる静電シールド効果によって、隣接する電極層（信号電極）２１間の結合容量は形成されない。特に、本実施の形態では、図１８中のＨ−Ｈ’線に沿った断面において、電極層（信号電極）２１は、固定電位電極をなす電極層２３，２７，２８及びコンタクトホール２６ｄにより、電気的に完全に遮蔽されているため、隣接する電極層（信号電極）２１間の結合容量は形成されない。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。

例えば、前述した各実施の形態において、各垂直信号線１８にアンプ（いわゆるカラムアンプ）を設け、垂直信号線１８の信号を当該カラムアンプで増幅した後に蓄積容量Ｃｔｄ，Ｃｔｓに蓄積してもよい。

本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。図１中の画素マトリクスを構成する単位画素を示す回路図である。本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子の蓄積容量群の構造の一部を示す概略平面図である。図３中のＡ−Ａ’の線に沿った概略断面図である。図３中のＢ−Ｂ’の線に沿った概略断面図である。図３乃至図５中のポリシリコン層からなる電極層を示す概略平面図である。図３乃至図５中の１層目アルミ配線層からなる電極層及び配線層を示す概略平面図である。比較例による固体撮像素子の蓄積容量群の構造の一部を示す概略平面図である。図８中のＣ−Ｃ’の線に沿った概略断面図である。図８中のＤ−Ｄ’の線に沿った概略断面図である。図８乃至図１０中のポリシリコン層からなる電極層を示す概略平面図である。図８乃至図１０中の１層目アルミ配線層からなる電極層及び配線層を示す概略平面図である。本発明の第２の実施の形態による固体撮像素子の蓄積容量群の構造の一部を示す概略平面図である。図１３中のＥ−Ｅ’の線に沿った概略断面図である。図１３中のＦ−Ｆ’の線に沿った概略断面図である。図１３乃至図１５中のポリシリコン層からなる電極層を示す概略平面図である。図１３乃至図１５中の１層目アルミ配線層からなる電極層及び配線層を示す概略平面図である。本発明の第３の実施の形態による固体撮像素子の蓄積容量群の構造の一部を示す概略平面図である。図１８中のＧ−Ｇ’の線に沿った概略断面図である。図１８中のＨ−Ｈ’の線に沿った概略断面図である。図１８乃至図２０中のポリシリコン層からなる電極層を示す概略平面図である。図１８乃至図２０中の１層目アルミ配線層からなる電極層及び配線層を示す概略平面図である。

符号の説明

２水平信号線（水平読出しライン）
４蓄積容量群
１８垂直信号線
２１電極層（ポリシリコン層）
２３上側電極層（１層目アルミ配線層）
２７電極層（２層目アルミ配線層）
２８下側電極層（Ｎ型拡散層）
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄコンタクトホール
Ｃｔｄ，Ｃｔｓ蓄積容量

Claims

２次元に配置され入射光を光電変換する複数の画素と、
前記複数の画素の各列に対応して設けられ対応する列の前記画素の出力信号が供給される垂直信号線と、
前記各垂直信号線に対応して所定数ずつ設けられた複数の蓄積容量であって、対応する前記垂直信号線の信号に応じた信号が蓄積されるとともに当該蓄積された信号が所定の水平信号線へ供給される複数の蓄積容量と、
を備え、
前記複数の蓄積容量は所定方向に順次並設され、
前記各蓄積容量は、両者の間に容量を形成する第１及び第２の電極部を有し、
前記複数の蓄積容量の前記第１の電極部は、互いに電気的に接続され、
前記複数の蓄積容量の前記第２の電極部は、互いに電気的に独立し、
前記複数の蓄積容量のうち互いに隣接する２つの蓄積容量の前記第２の電極部同士の間に、それらの対向領域の５２％以上に及ぶように、前記第１の電極部と電気的に接続された１つ以上の導電体が設けられたことを特徴とする固体撮像素子。
前記１つ以上の導電体は、複数群の導電体を含み、
前記複数群の導電体は、各群毎に、前記所定方向と交差する方向に順次間隔をあけて一列に配置され、
前記各群の導電体がなす列は、前記所定方向に順次隣り合い、
前記複数群のうちの少なくとも１つの群の導電体の各導電体の前記交差する方向の位置は、前記複数群のうちの他の少なくとも１つの群の導電体の各導電体の前記交差する方向の位置に対してずれたことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
前記１つ以上の導電体は、前記所定方向と交差する方向に連続的に延びた導電体を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像素子。
前記１つ以上の導電体は、前記所定方向と交差する方向に順次間隔をあけて一列に配置された一群の導電体と、前記交差する方向に連続的に延びた導電体とを含み、
前記一群の導電体の列と前記連続的に延びた導電体とが、前記所定方向に隣り合うことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
２次元に配置され入射光を光電変換する複数の画素と、
前記複数の画素の各列に対応して設けられ対応する列の前記画素の出力信号が供給される垂直信号線と、
前記各垂直信号線に対応して所定数ずつ設けられた複数の蓄積容量であって、対応する前記垂直信号線の信号に応じた信号が蓄積されるとともに当該蓄積された信号が所定の水平信号線へ供給される複数の蓄積容量と、
を備え、
前記複数の蓄積容量は所定方向に順次並設され、
前記各蓄積容量は、両者の間に容量を形成する第１及び第２の電極部を有し、
前記複数の蓄積容量の前記第１の電極部は、互いに電気的に接続され、
前記複数の蓄積容量の前記第２の電極部は、互いに電気的に独立し、
前記複数の蓄積容量のうち互いに隣接する２つの蓄積容量の前記第２の電極部同士の間に、前記第１の電極部と電気的に接続された１つ以上の導電体が設けられ、
前記１つ以上の導電体は、複数群の導電体を含み、
前記複数群の導電体は、各群毎に、前記所定方向と交差する方向に順次間隔をあけて一列に配置され、
前記各群の導電体がなす列は、前記所定方向に順次隣り合い、
前記複数群のうちの少なくとも１つの群の導電体の各導電体の前記交差する方向の位置は、前記複数群のうちの他の少なくとも１つの群の導電体の各導電体の前記交差する方向の位置に対してずれたことを特徴とする固体撮像素子。
２次元に配置され入射光を光電変換する複数の画素と、
前記複数の画素の各列に対応して設けられ対応する列の前記画素の出力信号が供給される垂直信号線と、
前記各垂直信号線に対応して所定数ずつ設けられた複数の蓄積容量であって、対応する前記垂直信号線の信号に応じた信号が蓄積されるとともに当該蓄積された信号が所定の水平信号線へ供給される複数の蓄積容量と、
を備え、
前記複数の蓄積容量は所定方向に順次並設され、
前記各蓄積容量は、両者の間に容量を形成する第１及び第２の電極部を有し、
前記複数の蓄積容量の前記第１の電極部は、互いに電気的に接続され、
前記複数の蓄積容量の前記第２の電極部は、互いに電気的に独立し、
前記複数の蓄積容量のうち互いに隣接する２つの蓄積容量の前記第２の電極部同士の間に、前記第１の電極部と電気的に接続された１つ以上の導電体が設けられ、
前記１つ以上の導電体は、前記所定方向と交差する方向に順次間隔をあけて一列に配置された一群の導電体と、前記交差する方向に連続的に延びた導電体とを含み、
前記一群の導電体の列と前記連続的に延びた導電体とが、前記所定方向に隣り合うことを特徴とする固体撮像素子。
前記複数の蓄積容量は、前記画素で光電変換された光情報を含む光信号を蓄積する光信号蓄積容量と、前記光信号から差し引くべきノイズ成分を含む差分用信号蓄積容量とを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の固体撮像素子。
前記第１の電極部は電極層を有し、
前記第２の電極部は、前記第１の電極部の前記電極層に対して上側及び下側の階層にそれぞれ配置された上側電極層及び下側電極層を有し、
前記１つ以上の導電体は、前記上側電極層と前記下側電極層とを接続するためのコンタクトホールに形成されたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の固体撮像素子。