JP2014022463A - 固体撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】画素が微細化されても画素特性を満たすことができる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】入射光を信号電荷に変換するフォトダイオードＰＤ１−１と、フォトダイオードＰＤ１−１により変換された前記信号電荷を転送するトランスファトランジスタＴＧ１−１と、トランスファトランジスタＴＧ１−１により転送された前記信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョンＦＤ１−１と、フローティングディフュージョンＦＤ１−１に蓄積された前記信号電荷をリセットするリセットトランジスタＲＳＴ１と、フローティングディフュージョンＦＤ１−１に蓄積された信号電荷を増幅するアンプトランジスタＡＭＰ１とを有する。リセットトランジスタＲＳＴ１のソース領域Ｓ１、ドレイン領域Ｄ１、及びソース領域Ｓ１とドレイン領域Ｄ１間のチャネル領域は、半導体基板にＬ字型にレイアウトされている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、固体撮像装置に関するものである。
固体撮像装置においては、画素が微細化されるに従い有効設計面積が小さくなるため、従来のフォトダイオードやトランジスタのシュリンクだけでは画素特性を満たすことが困難である。
画素特性を満たしながら微細化するためには、画素の共有度を高め、１画素当たりに占めるトランジスタの個数を減らすだけでなく、フォトダイオード及びトランジスタを効率よく配置する必要がある。
特開２０１１−２０４９１６号公報
画素が微細化されても画素特性を満たすことができる固体撮像装置を提供する。
一実施態様の固体撮像装置は、半導体基板に形成され、入射光を信号電荷に変換する第１の光電変換部と、前記半導体基板に形成され、前記第１の光電変換部により変換された前記信号電荷を転送する転送トランジスタと、前記半導体基板に形成され、前記転送トランジスタにより転送された前記信号電荷を蓄積する第１の浮遊拡散層と、前記半導体基板に形成され、前記第１の浮遊拡散層に蓄積された前記信号電荷をリセットするリセットトランジスタと、前記半導体基板に形成され、前記第１の浮遊拡散層に蓄積された前記信号電荷を増幅する増幅トランジスタとを具備し、前記リセットトランジスタのソース領域、ドレイン領域、及び前記ソース領域と前記ドレイン領域間のチャネル領域は、前記半導体基板にＬ字型にレイアウトされていることを特徴とする。
第１実施形態の固体撮像装置の構成を示すレイアウト図である。 前記第１実施形態の固体撮像装置の回路図である。 前記第１実施形態の固体撮像装置におけるリセットトランジスタのレイアウト図である。 前記第１実施形態の固体撮像装置におけるリセットトランジスタの回路図である。 第２実施形態の固体撮像装置の構成を示すレイアウト図である。 前記第２実施形態の固体撮像装置の回路図である。 前記第２実施形態の固体撮像装置におけるリセットトランジスタのレイアウト図である。 前記第２実施形態の固体撮像装置におけるリセットトランジスタの回路図である。 第３実施形態の固体撮像装置の構成を示すレイアウト図である。 前記第３実施形態の固体撮像装置の回路図である。 前記第３実施形態の固体撮像装置におけるリセットトランジスタのレイアウト図である。 前記第３実施形態の固体撮像装置におけるリセットトランジスタの回路図である。
以下、図面を参照して実施形態の固体撮像装置について説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
［第１実施形態］
第１実施形態の固体撮像装置について説明する。
図１は、第１実施形態の固体撮像装置の構成を示すレイアウト図である。
図示するように、半導体基板にはアクティブエリアＡＡ１，ＡＡ２が配置されており、アクティブエリアＡＡ１，ＡＡ２には第１，第２のセルユニットが形成されている。
第１のセルユニットは、光電変換部、例えばフォトダイオードＰＤ１−１，ＰＤ１−２，ＰＤ１−３，ＰＤ１−４と、トランスファトランジスタ（転送トランジスタ）ＴＧ１−１，ＴＧ１−２，ＴＧ１−３，ＴＧ１−４、アンプトランジスタ（増幅トランジスタ）ＡＭＰ１、リセットトランジスタＲＳＴ１、フローティングディフュージョン（浮遊拡散層）ＦＤ１−１，ＦＤ１−２を含む。
第１のセルユニットは、以下のような構成を有する。アクティブエリアＡＡ１には、フォトダイオードＰＤ１−１，ＰＤ１−２が列方向に配置されている。フォトダイオードＰＤ１−１の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ１−１が配置されている。フォトダイオードＰＤ１−２の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ１−２が配置されている。さらに、トランスファトランジスタＴＧ１−１，ＴＧ１−２間には、フローティングディフュージョンＦＤ１−１が配置されている。
フローティングディフュージョンＦＤ１−１の行方向の近傍には、リセットトランジスタＲＳＴ１が配置されている。さらに、リセットトランジスタＲＳＴ１の列方向の近傍には、アンプトランジスタＡＭＰ１が配置されている。
リセットトランジスタＲＳＴ１のソース領域Ｓ１、ドレイン領域Ｄ１、及びソース領域Ｓ１とドレイン領域Ｄ１間のチャネル領域は、Ｌ字型にレイアウトされている。このソース領域Ｓ１はフローティングディフュージョンＦＤ１−１に接続されており、ソース領域Ｓ１はフローティングディフュージョンＦＤ１−１と共有されている。すなわち、ソース領域Ｓ１とフローティングディフュージョンＦＤ１−１は、共通の拡散領域から形成されている。
フォトダイオードＰＤ１−２の列方向には、フォトダイオードＰＤ１−３，ＰＤ１−４が配置されている。フォトダイオードＰＤ１−３の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ１−３が配置されている。フォトダイオードＰＤ１−４の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ１−４が配置されている。さらに、トランスファトランジスタＴＧ１−３，ＴＧ１−４間には、フローティングディフュージョンＦＤ１−２が配置されている。
フローティングディフュージョンＦＤ１−１，ＦＤ１−２間には、これらを接続する配線Ｌ１が配置されている。
また、フォトダイオードＰＤ１−３，ＰＤ１−４の行方向には、第２のユニットセルが配置されている。
第２のセルユニットは、光電変換部、例えばフォトダイオードＰＤ２−１，ＰＤ２−２，ＰＤ２−３，ＰＤ２−４と、トランスファトランジスタＴＧ２−１，ＴＧ２−２，ＴＧ２−３，ＴＧ２−４、アンプトランジスタＡＭＰ２、リセットトランジスタＲＳＴ２、フローティングディフュージョンＦＤ２−１，ＦＤ２−２を含む。なお、図１では、フォトダイオードＰＤ２−３，ＰＤ２−４、トランスファトランジスタＴＧ２−３，ＴＧ２−４、フローティングディフュージョンＦＤ２−２を図示せず、省略している。
第２のユニットセルは以下のような構成を有する。アクティブエリアＡＡ２にはフォトダイオードＰＤ２−１，ＰＤ２−２が列方向に配置されている。フォトダイオードＰＤ２−１の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ２−１が配置されている。フォトダイオードＰＤ２−２の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ２−２が配置されている。さらに、トランスファトランジスタＴＧ２−１，ＴＧ２−２間には、フローティングディフュージョンＦＤ２−１が配置されている。
フローティングディフュージョンＦＤ２−１の行方向の近傍には、リセットトランジスタＲＳＴ２が配置されている。さらに、リセットトランジスタＲＳＴ２の列方向の近傍には、アンプトランジスタＡＭＰ２が配置されている。
リセットトランジスタＲＳＴ２のソース領域Ｓ２、ドレイン領域Ｄ２、及びソース領域Ｓ２とドレイン領域Ｄ２間のチャネル領域は、Ｌ字型にレイアウトされている。このソース領域Ｓ２はフローティングディフュージョンＦＤ２−１に接続されており、ソース領域Ｓ２はフローティングディフュージョンＦＤ２−１と共有されている。すなわち、ソース領域Ｓ２とフローティングディフュージョンＦＤ２−１は、共通の拡散領域から形成されている。
フォトダイオードＰＤ２−２の列方向には、フォトダイオードＰＤ２−３，ＰＤ２−４、トランスファトランジスタＴＧ２−３，ＴＧ２−４、フローティングディフュージョンＦＤ２−２が配置されているが、ここでは省略している。フローティングディフュージョンＦＤ２−１とフローティングディフュージョンＦＤ２−２間には、これらを接続する配線Ｌ２が配置されている。
図１に示したレイアウト図では、リセットトランジスタＲＳＴ１のソース領域Ｓ１、チャネル領域、及びドレイン領域Ｄ１がＬ字型にレイアウトされているため、すなわちソース領域Ｓ１とドレイン領域Ｄ１が直交するように形成されているため、リセットトランジスタＲＳＴ１のドレイン領域と対向する領域にソース領域が存在しない。このソース領域が存在しない領域をアンプトランジスタの形成に利用することで、アンプトランジスタのゲート長を長く形成することができる。これにより、アンプトランジスタから出力される信号電荷のランダムノイズを低減することができる。
同様に、リセットトランジスタＲＳＴ２のソース領域Ｓ２、チャネル領域、及びドレイン領域Ｄ２がＬ字型にレイアウトされているため、リセットトランジスタＲＳＴ２のドレイン領域と対向する領域にソース領域が存在しない。このソース領域が存在しない領域をアンプトランジスタＡＭＰ１の形成に利用することで、アンプトランジスタＡＭＰ１のゲート長ＡＬ１を長く形成することができる。これにより、アンプトランジスタＡＭＰ１から出力される信号電荷のランダムノイズを低減することができる。
同様に、アンプトランジスタＡＭＰ２のゲート長ＡＬ２を長く形成することができるため、アンプトランジスタＡＭＰ２から出力される信号電荷のランダムノイズを低減することができる。
また、リセットトランジスタＲＳＴ１のソース領域Ｓ１、チャネル領域、及びドレイン領域Ｄ１をＬ字型にレイアウトして、リセットトランジスタＲＳＴ１のソース領域Ｓ１をフローティングディフュージョンＦＤ１−１と共有している。これにより、ソース領域Ｓ１及びフローティングディフュージョンＦＤ１−１を含む拡散領域の面積を削減でき、拡散領域の容量を減らすことができる。これによって、フローティングディフュージョンにおける変換ゲインを高めることができる。さらに、ローノイズを改善することができる。
次に、第１実施形態の固体撮像装置の回路構成を説明する。
図２は、第１実施形態の固体撮像装置の回路図である。
フォトダイオードＰＤ１−１のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ１−１の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ１（ＦＤ１−１及びＦＤ１−２）に接続されている。フォトダイオードＰＤ１−２のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ１−２の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続されている。フォトダイオードＰＤ１−３のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ１−３の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続されている。さらに、フォトダイオードＰＤ１−４のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ１−４の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続されている。
フローティングディフュージョンＦＤ１は、トランスファーゲートＴＧ１−１〜ＴＧ１−４及びリセットトランジスタＲＳＴ１がオフのとき、フローティング状態となる。
フローティングディフュージョンＦＤ１は、アンプトランジスタＡＭＰ１のゲートと、リセットトランジスタＲＳＴ１の電流通路の一端に接続されている。リセットトランジスタＲＳＴ１の電流通路の他端は、信号線ＲＴＤＮ１に接続されている。アンプトランジスタＡＭＰ１の電流通路の一端は、信号線ＶＳＩＧ１に接続されている。さらに、アンプトランジスタＡＭＰ１の電流通路の他端は、電源電圧ＶDDに接続されている。
トランスファトランジスタＴＧ１−１，ＴＧ１−２，ＴＧ１−３，ＴＧ１−４のゲートは、信号線ＴＧ１，ＴＧ２，ＴＧ３，ＴＧ４にそれぞれ接続されている。リセットトランジスタＲＳＴ１のゲートには、信号線ＲＳ１が接続されている。さらに、フォトダイオードＰＤ１−１，ＰＤ１−２，ＰＤ１−３，ＰＤ１−４のアノードには、基準電位、例えば接地電位Ｖssが供給されている。
また、フォトダイオードＰＤ２−１のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ２−１の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ２（ＦＤ２−１及びＦＤ２−２）に接続されている。フォトダイオードＰＤ２−２のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ２−２の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ２に接続されている。フォトダイオードＰＤ２−３のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ２−３の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ２に接続されている。さらに、フォトダイオードＰＤ２−４のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ２−４の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ２に接続されている。
フローティングディフュージョンＦＤ２は、トランスファトランジスタＴＧ２−１〜ＴＧ２−４及びリセットトランジスタＲＳＴ２がオフのとき、フローティング状態となる。
フローティングディフュージョンＦＤ２は、アンプトランジスタＡＭＰ２のゲートと、リセットトランジスタＲＳＴ２の電流通路の一端に接続されている。リセットトランジスタＲＳＴ２の電流通路の他端は、信号線ＲＴＤＮ２に接続されている。アンプトランジスタＡＭＰ２の電流通路の一端は、信号線ＶＳＩＧ２に接続されている。さらに、アンプトランジスタＡＭＰ２の電流通路の他端は、電源電圧ＶDDに接続されている。
トランスファトランジスタＴＧ２−１，ＴＧ２−２，ＴＧ２−３，ＴＧ２−４のゲートは、信号線ＴＧ１，ＴＧ２，ＴＧ３，ＴＧ４にそれぞれ接続されている。リセットトランジスタＲＳＴ２のゲートには、信号線ＲＳ２が接続されている。さらに、フォトダイオードＰＤ２−１，ＰＤ２−２，ＰＤ２−３，ＰＤ２−４のアノードには、基準電位、例えば接地電位Ｖssが供給されている。
次に、第１実施形態の固体撮像装置におけるリセットトランジスタについて詳細に説明する。
図３はリセットトランジスタのレイアウト図であり、図４はリセットトランジスタの回路図である。ここでは、リセットトランジスタＲＳＴ１のレイアウト及び回路図について説明するが、リセットトランジスタＲＳＴ２も符号が異なるだけで同様の構成を有する。
半導体基板のアクティブエリアには、ソース領域Ｓ１、ドレイン領域Ｄ１、ソース領域Ｓ１とドレイン領域Ｄ１間のチャネル領域ＣＨ１が、図３に示すように、Ｌ字型に形成されている。さらに、チャネル領域ＣＨ１上には、ゲート電極としての信号線ＲＳ１が配置されている。
このように、ソース領域Ｓ１、チャネル領域ＣＨ１、及びドレイン領域Ｄ１がＬ字型にレイアウトされたリセットトランジスタＲＳＴ１の回路図を図４に示す。リセットトランジスタＲＳＴ１の回路図は通常のトランジスタと同様であり、リセットトランジスタＲＳＴ１は通常のトランジスタと同様の機能を有している。
以下に、第１実施形態の固体撮像装置における効果を詳述する。
従来のリセットトランジスタのソース領域、チャネル領域、及びドレイン領域は直線状にレイアウトされていた。これに対して、第１実施形態では、リセットトランジスタのソース領域、チャネル領域、及びドレイン領域をＬ字型にレイアウトして、リセットトランジスタのソース領域をフローティングディフュージョンと共有している。これにより、ソース領域及びフローティングディフュージョンを含む拡散領域の面積を削減でき、拡散領域の容量を減らすことができる。これによって、フローティングディフュージョンにおける変換ゲインを高めることができる。さらに、ローノイズを改善することができる。
また、ソース領域をフローティングディフュージョンと共有することにより、ゲート電極を挟んでドレイン領域と対向する領域に配置されていたソース領域を削除することができる。このソース領域が形成されていた領域を、アンプトランジスタの形成に用いてアンプトランジスタのゲート長を長く形成することにより、アンプトランジスタから出力される信号電荷のランダムノイズを低減することが可能である。
［第２実施形態］
前述した第１実施形態ではリセットトランジスタのソース領域、チャネル領域、及びドレイン領域をＬ字型に形成したが、第２実施形態では、リセットトランジスタのソース領域、チャネル領域、及びドレイン領域をＴ字型に形成する例を説明する。
図５は、第２実施形態の固体撮像装置の構成を示すレイアウト図である。
図示するように、半導体基板にはアクティブエリアＡＡ１，ＡＡ２が配置されており、アクティブエリアＡＡ１，ＡＡ２には第１，第２のセルユニットが形成されている。
第１のセルユニットは、フォトダイオードＰＤ１−１，ＰＤ１−２，ＰＤ１−３，ＰＤ１−４と、トランスファトランジスタＴＧ１−１，ＴＧ１−２，ＴＧ１−３，ＴＧ１−４、アンプトランジスタＡＭＰ１、リセットトランジスタＲＳＴ３、フローティングディフュージョンＦＤ１−１，ＦＤ１−２を含む。
第１のセルユニットは、以下のような構成を有する。アクティブエリアＡＡ１には、フォトダイオードＰＤ１−１，ＰＤ１−２が列方向に配置されている。フォトダイオードＰＤ１−１の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ１−１が配置されている。フォトダイオードＰＤ１−２の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ１−２が配置されている。さらに、トランスファトランジスタＴＧ１−１，ＴＧ１−２間には、フローティングディフュージョンＦＤ１−１が配置されている。
フローティングディフュージョンＦＤ１−１の行方向の近傍には、リセットトランジスタＲＳＴ３が配置されている。さらに、リセットトランジスタＲＳＴ３の列方向の近傍には、アンプトランジスタＡＭＰ１が配置されている。
フォトダイオードＰＤ１−２の列方向には、フォトダイオードＰＤ１−３，ＰＤ１−４が配置されている。フォトダイオードＰＤ１−３の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ１−３が配置されている。フォトダイオードＰＤ１−４の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ１−４が配置されている。さらに、トランスファトランジスタＴＧ１−３，ＴＧ１−４間には、フローティングディフュージョンＦＤ１−２が配置されている。
フローティングディフュージョンＦＤ１−１，ＦＤ１−２間には、これらを接続する配線Ｌ１が配置されている。
また、第１のユニットセルの行方向には、第２のユニットセルが配置されている。第２のセルユニットは、フォトダイオードＰＤ２−１，ＰＤ２−２，ＰＤ２−３，ＰＤ２−４と、トランスファトランジスタＴＧ２−１，ＴＧ２−２，ＴＧ２−３，ＴＧ２−４、アンプトランジスタＡＭＰ２、リセットトランジスタＲＳＴ３、フローティングディフュージョンＦＤ２−１，ＦＤ１−２を含む。
第２のユニットセルは以下のような構成を有する。アクティブエリアＡＡ２にはフォトダイオードＰＤ２−１，ＰＤ２−２が列方向に配置されている。フォトダイオードＰＤ２−１の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ２−１が配置されている。フォトダイオードＰＤ２−２の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ２−２が配置されている。さらに、トランスファトランジスタＴＧ２−１，ＴＧ２−２間には、フローティングディフュージョンＦＤ２−１が配置されている。
フローティングディフュージョンＦＤ２−１の行方向の近傍には、前述したリセットトランジスタＲＳＴ３が配置されている。すなわち、フローティングディフュージョンＦＤ１−１とフローティングディフュージョンＦＤ２−１との間には、リセットトランジスタＲＳＴ３が配置されている。
リセットトランジスタＲＳＴ３のソース領域Ｓ３−１，Ｓ３−２、ドレイン領域Ｄ３、ソース領域Ｓ３−１，Ｓ３−２とドレイン領域Ｄ３間のチャネル領域は、Ｔ字型にレイアウトされている。ソース領域Ｓ３−１はフローティングディフュージョンＦＤ１−１に接続され、ソース領域Ｓ３−２はフローティングディフュージョンＦＤ２−１に接続されている。ソース領域Ｓ３−１はフローティングディフュージョンＦＤ１−１と共有され、ソース領域Ｓ３−２はフローティングディフュージョンＦＤ２−１と共有されている。すなわち、ソース領域Ｓ３−１とフローティングディフュージョンＦＤ１−１は共通の拡散領域から形成され、ソース領域Ｓ３−２とフローティングディフュージョンＦＤ２−１は共通の拡散領域から形成されている。
リセットトランジスタＲＳＴ３のソース領域Ｓ３−１，Ｓ３−２は、リセットトランジスタＲＳＴ３のゲートを挟んで対向するように配置されている。さらに、リセットトランジスタＲＳＴ３のソース領域Ｓ３−１，Ｓ３−２を結ぶ直線とドレイン領域Ｄ３は、Ｔ字型を形成している。
フォトダイオードＰＤ２−２の列方向には、フォトダイオードＰＤ２−３，ＰＤ２−４が配置されている。フォトダイオードＰＤ２−３の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ２−３が配置されている。フォトダイオードＰＤ２−４の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ２−４が配置されている。さらに、トランスファトランジスタＴＧ２−３，ＴＧ２−４間には、フローティングディフュージョンＦＤ２−２が配置されている。
フローティングディフュージョンＦＤ２−１，ＦＤ２−２間には、これらを接続する配線Ｌ２が配置されている。
図５に示したレイアウト図では、リセットトランジスタＲＳＴ３のソース領域Ｓ３−１，Ｓ３−２、チャネル領域、及びドレイン領域Ｄ３がＴ字型にレイアウトされている。すなわち、ソース領域Ｓ３−１，Ｓ３−２とドレイン領域Ｄ３が直交するように形成され、ソース領域Ｓ３−１，Ｓ３−２がゲートを挟んで対向するように形成されているため、リセットトランジスタＲＳＴ３のドレイン領域Ｄ３と対向する領域にソース領域が存在しない。このソース領域が存在しない領域をアンプトランジスタの形成に利用することで、アンプトランジスタのゲート長を長く形成することができる。これにより、アンプトランジスタから出力される信号電荷のランダムノイズを低減することができる。
また、リセットトランジスタＲＳＴ３のソース領域Ｓ３−１，Ｓ３−２、チャネル領域、及びドレイン領域Ｄ３をＴ字型にレイアウトして、リセットトランジスタＲＳＴ３のソース領域Ｓ３−１，Ｓ３−２をフローティングディフュージョンＦＤ１−１，ＦＤ２−１とそれぞれ共有している。これにより、ソース領域Ｓ３−１，Ｓ３−２及びフローティングディフュージョンＦＤ１−１，ＦＤ２−１を含む拡散領域の面積を削減でき、拡散領域の容量を減らすことができる。これによって、フローティングディフュージョンにおける変換ゲインを高めることができる。さらに、ローノイズを改善することができる。
次に、第２実施形態の固体撮像装置の回路構成を説明する。
図６は、第２実施形態の固体撮像装置の回路図である。
フォトダイオードＰＤ１−１のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ１−１の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ１（ＦＤ１−１及びＦＤ１−２）に接続されている。フォトダイオードＰＤ１−２のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ１−２の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続されている。フォトダイオードＰＤ１−３のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ１−３の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続されている。さらに、フォトダイオードＰＤ１−４のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ１−４の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続されている。
フローティングディフュージョンＦＤ１は、トランスファーゲートＴＧ１−１〜ＴＧ１−４及びリセットトランジスタＲＳＴ３がオフのとき、フローティング状態となる。
フローティングディフュージョンＦＤ１は、アンプトランジスタＡＭＰ１のゲートと、リセットトランジスタＲＳＴ３の電流通路の一端に接続されている。リセットトランジスタＲＳＴ３の電流通路の他端は、信号線ＲＴＤＮに接続されている。アンプトランジスタＡＭＰ１の電流通路の一端は、信号線ＶＳＩＧ１に接続されている。さらに、アンプトランジスタＡＭＰ１の電流通路の他端は、電源電圧ＶDDに接続されている。
トランスファトランジスタＴＧ１−１，ＴＧ１−２，ＴＧ１−３，ＴＧ１−４のゲートは、信号線ＴＧ１，ＴＧ２，ＴＧ３，ＴＧ４にそれぞれ接続されている。リセットトランジスタＲＳＴ３のゲートには、信号線ＲＳが接続されている。さらに、フォトダイオードＰＤ１−１，ＰＤ１−２，ＰＤ１−３，ＰＤ１−４のアノードには、基準電位、例えば接地電位Ｖssが供給されている。
また、フォトダイオードＰＤ２−１のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ２−１の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ２（ＦＤ２−１及びＦＤ２−２）に接続されている。フォトダイオードＰＤ２−２のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ２−２の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ２に接続されている。フォトダイオードＰＤ２−３のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ２−３の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ２に接続されている。さらに、フォトダイオードＰＤ２−４のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ２−４の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ２に接続されている。
フローティングディフュージョンＦＤ２は、トランスファトランジスタＴＧ２−１〜ＴＧ２−４及びリセットトランジスタＲＳＴ３がオフのとき、フローティング状態となる。
フローティングディフュージョンＦＤ２は、アンプトランジスタＡＭＰ２のゲートと、リセットトランジスタＲＳＴ３の電流通路の一端に接続されている。リセットトランジスタＲＳＴ３の電流通路の他端は、信号線ＲＴＤＮに接続されている。アンプトランジスタＡＭＰ２の電流通路の一端は、信号線ＶＳＩＧ２に接続されている。さらに、アンプトランジスタＡＭＰ２の電流通路の他端は、電源電圧ＶDDに接続されている。
トランスファトランジスタＴＧ２−１，ＴＧ２−２，ＴＧ２−３，ＴＧ２−４のゲートは、信号線ＴＧ１，ＴＧ２，ＴＧ３，ＴＧ４にそれぞれ接続されている。さらに、フォトダイオードＰＤ２−１，ＰＤ２−２，ＰＤ２−３，ＰＤ２−４のアノードには、基準電位、例えば接地電位Ｖssが供給されている。
次に、第２実施形態の固体撮像装置におけるリセットトランジスタについて詳細に説明する。
図７はリセットトランジスタＲＳＴ３のレイアウト図であり、図８はリセットトランジスタＲＳＴ３の回路図である。
半導体基板のアクティブエリアには、ソース領域Ｓ３−１，Ｓ３−２、ドレイン領域Ｄ３、ソース領域Ｓ３−１，Ｓ３−２とドレイン領域Ｄ３間のチャネル領域ＣＨ３が、図７に示すように、Ｔ字型に形成されている。さらに、チャネル領域ＣＨ３上には、ゲート電極としての信号線ＲＳが配置されている。
このように、ソース領域Ｓ３−１，Ｓ３−２、チャネル領域ＣＨ３、及びドレイン領域Ｄ３がＴ字型にレイアウトされたリセットトランジスタＲＳＴ３の回路図を図８に示す。リセットトランジスタＲＳＴ３の回路図は、通常のトランジスタと異なり、ソース領域、ゲート、及びチャネル領域をそれぞれ２つずつ備える。ドレイン領域を共通にして２つのソース領域を有しているが、リセットトランジスタＲＳＴ３の機能は通常のトランジスタと同様である。
以下に、第２実施形態の固体撮像装置における効果を詳述する。
第２実施形態では、リセットトランジスタのソース領域、チャネル領域、及びドレイン領域をＴ字型にレイアウトして、リセットトランジスタの２つのソース領域を２つのフローティングディフュージョンとそれぞれ共有している。これにより、ソース領域及びフローティングディフュージョンを含む拡散領域の面積を削減でき、拡散領域の容量を減らすことができる。これによって、フローティングディフュージョンにおける変換ゲインを高めることができる。さらに、ローノイズを改善することができる。
また、ソース領域をフローティングディフュージョンと共有することにより、ゲート電極を挟んでドレイン領域と対向する領域に配置されていたソース領域を削除することができる。このソース領域が形成されていた領域を、アンプトランジスタの形成に用いてアンプトランジスタのゲート長を長く形成することにより、アンプトランジスタから出力される信号電荷のランダムノイズを低減することが可能である。
［第３実施形態］
前述した第２実施形態ではリセットトランジスタのアクティブ領域をＴ字型に形成したが、第３実施形態では、リセットトランジスタのアクティブ領域を十字型に形成する例を説明する。
図９は、第３実施形態の固体撮像装置の構成を示すレイアウト図である。
図示するように、半導体基板にはアクティブエリアＡＡ１，ＡＡ２が配置されており、アクティブエリアＡＡ１，ＡＡ２には第１，第２のセルユニットが形成されている。
第１のセルユニットは、フォトダイオードＰＤ１−１，ＰＤ１−２，ＰＤ１−３，ＰＤ１−４と、トランスファトランジスタＴＧ１−１，ＴＧ１−２，ＴＧ１−３，ＴＧ１−４、アンプトランジスタＡＭＰ１、リセットトランジスタＲＳＴ５，ＲＳＴ６、フローティングディフュージョンＦＤ１−１，ＦＤ１−２を含む。
第１のセルユニットは、以下のような構成を有する。アクティブエリアＡＡ１には、フォトダイオードＰＤ１−１，ＰＤ１−２が列方向に配置されている。フォトダイオードＰＤ１−１の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ１−１が配置されている。フォトダイオードＰＤ１−２の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ１−２が配置されている。さらに、トランスファトランジスタＴＧ１−１，ＴＧ１−２間には、フローティングディフュージョンＦＤ１−１が配置されている。
フローティングディフュージョンＦＤ１−１の行方向の近傍には、リセットトランジスタＲＳＴ５が配置されている。さらに、リセットトランジスタＲＳＴ５の列方向の近傍には、アンプトランジスタＡＭＰ３が配置されている。
フォトダイオードＰＤ１−２の列方向には、フォトダイオードＰＤ１−３，ＰＤ１−４が配置されている。フォトダイオードＰＤ１−３の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ１−３が配置されている。フォトダイオードＰＤ１−４の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ１−４が配置されている。さらに、トランスファトランジスタＴＧ１−３，ＴＧ１−４間には、フローティングディフュージョンＦＤ１−２が配置されている。
フローティングディフュージョンＦＤ１−１，ＦＤ１−２間には、これらを接続する配線Ｌ１が配置されている。
また、第１のユニットセルの行方向には、第２のユニットセルが配置されている。第２のセルユニットは、フォトダイオードＰＤ２−１，ＰＤ２−２，ＰＤ２−３，ＰＤ２−４と、トランスファトランジスタＴＧ２−１，ＴＧ２−２，ＴＧ２−３，ＴＧ２−４、アンプトランジスタＡＭＰ４、リセットトランジスタＲＳＴ５，ＲＳＴ６、フローティングディフュージョンＦＤ２−１，ＦＤ１−２を含む。なお、アンプトランジスタＡＭＰ４は図示せず、省略している。
第２のユニットセルは以下のような構成を有する。アクティブエリアＡＡ２にはフォトダイオードＰＤ２−１，ＰＤ２−２が列方向に配置されている。フォトダイオードＰＤ２−１の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ２−１が配置されている。フォトダイオードＰＤ２−２の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ２−２が配置されている。さらに、トランスファトランジスタＴＧ２−１，ＴＧ２−２間には、フローティングディフュージョンＦＤ２−１が配置されている。
フローティングディフュージョンＦＤ２−１の行方向の近傍には、前述したリセットトランジスタＲＳＴ５が配置されている。すなわち、フローティングディフュージョンＦＤ１−１とフローティングディフュージョンＦＤ２−１との間には、リセットトランジスタＲＳＴ５が配置されている。
リセットトランジスタＲＳＴ５のソース領域Ｓ５−１，Ｓ５−２、ドレイン領域Ｄ５−１，Ｄ５−２、ソース領域Ｓ５−１，Ｓ５−２とドレイン領域Ｄ５−１，Ｄ５−２間のチャネル領域は、十字型にレイアウトされている。ソース領域Ｓ５−１はフローティングディフュージョンＦＤ１−１に接続され、ソース領域Ｓ５−２はフローティングディフュージョンＦＤ２−１に接続されている。ソース領域Ｓ５−１はフローティングディフュージョンＦＤ１−１と共有され、ソース領域Ｓ５−２はフローティングディフュージョンＦＤ２−１と共有されている。すなわち、ソース領域Ｓ５−１とフローティングディフュージョンＦＤ１−１は共通の拡散領域から形成され、ソース領域Ｓ５−２とフローティングディフュージョンＦＤ２−１は共通の拡散領域から形成されている。
リセットトランジスタＲＳＴ５のソース領域Ｓ５−１，Ｓ５−２は、リセットトランジスタＲＳＴ５のゲートを挟んで対向するように配置されている。リセットトランジスタＲＳＴ５のドレイン領域Ｄ５−１，Ｄ５−２は、リセットトランジスタＲＳＴ５のゲートを挟んで対向するように配置されている。さらに、リセットトランジスタＲＳＴ５のソース領域Ｓ５−１，Ｓ５−２を結ぶ直線と、ドレイン領域Ｄ５−１，Ｄ５−２を結ぶ直線は、前記十字型を形成している。
フォトダイオードＰＤ２−２の列方向には、フォトダイオードＰＤ２−３，ＰＤ２−４が配置されている。フォトダイオードＰＤ２−３の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ２−３が配置されている。フォトダイオードＰＤ２−４の近傍には、トランスファトランジスタＴＧ２−４が配置されている。さらに、トランスファトランジスタＴＧ２−３，ＴＧ２−４間には、フローティングディフュージョンＦＤ２−２が配置されている。
フローティングディフュージョンＦＤ２−１，ＦＤ２−２間には、これらを接続する配線Ｌ２が配置されている。
フローティングディフュージョンＦＤ２−２の行方向の近傍には、前述したリセットトランジスタＲＳＴ６が配置されている。すなわち、フローティングディフュージョンＦＤ１−２とフローティングディフュージョンＦＤ２−２との間には、リセットトランジスタＲＳＴ６が配置されている。
リセットトランジスタＲＳＴ６のソース領域Ｓ６−１，Ｓ６−２、ドレイン領域Ｄ６−１，Ｄ６−２、ソース領域Ｓ６−１，Ｓ６−２とドレイン領域Ｄ６−１，Ｄ６−２間のチャネル領域は、十字型にレイアウトされている。ソース領域Ｓ６−１はフローティングディフュージョンＦＤ１−２に接続され、ソース領域Ｓ６−２はフローティングディフュージョンＦＤ２−２に接続されている。ソース領域Ｓ６−１はフローティングディフュージョンＦＤ１−２と共有され、ソース領域Ｓ６−２はフローティングディフュージョンＦＤ２−２と共有されている。すなわち、ソース領域Ｓ６−１とフローティングディフュージョンＦＤ１−２は共通の拡散領域から形成され、ソース領域Ｓ６−２とフローティングディフュージョンＦＤ２−２は共通の拡散領域から形成されている。
リセットトランジスタＲＳＴ６のソース領域Ｓ６−１，Ｓ６−２は、リセットトランジスタＲＳＴ６のゲートを挟んで対向するように配置されている。リセットトランジスタＲＳＴ６のドレイン領域Ｄ６−１，Ｄ６−２は、リセットトランジスタＲＳＴ６のゲートを挟んで対向するように配置されている。さらに、リセットトランジスタＲＳＴ６のソース領域Ｓ６−１，Ｓ６−２を結ぶ直線と、ドレイン領域Ｄ６−１，Ｄ６−２を結ぶ直線は、前記十字型を形成している。
フローティングディフュージョンＦＤ２−１とフローティングディフュージョンＦＤ２−２間には、これらを接続する配線Ｌ２が配置されている。
次に、第３実施形態の固体撮像装置の回路構成を説明する。
図１０は、第３実施形態の固体撮像装置の回路図である。
フォトダイオードＰＤ１−１のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ１−１の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ１（ＦＤ１−１及びＦＤ１−２）に接続されている。フォトダイオードＰＤ１−２のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ１−２の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続されている。フォトダイオードＰＤ１−３のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ１−３の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続されている。さらに、フォトダイオードＰＤ１−４のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ１−４の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続されている。
フローティングディフュージョンＦＤ１は、トランスファーゲートＴＧ１−１〜ＴＧ１−４及びリセットトランジスタＲＳＴ５，ＲＳＴ６がオフのとき、フローティング状態となる。
フローティングディフュージョンＦＤ１は、アンプトランジスタＡＭＰ３のゲートと、リセットトランジスタＲＳＴ５，ＲＳＴ６の電流通路の一端に接続されている。リセットトランジスタＲＳＴ５，ＲＳＴ６の電流通路の他端は、信号線ＲＴＤＮに接続されている。アンプトランジスタＡＭＰ３の電流通路の一端は、信号線ＶＳＩＧ１に接続されている。さらに、アンプトランジスタＡＭＰ３の電流通路の他端は、電源電圧ＶDDに接続されている。
トランスファトランジスタＴＧ１−１，ＴＧ１−２，ＴＧ１−３，ＴＧ１−４のゲートは、信号線ＴＧ１，ＴＧ２，ＴＧ３，ＴＧ４にそれぞれ接続されている。リセットトランジスタＲＳＴ５，ＲＳＴ６のゲートには、信号線ＲＳが接続されている。さらに、フォトダイオードＰＤ１−１，ＰＤ１−２，ＰＤ１−３，ＰＤ１−４のアノードには、基準電位、例えば接地電位Ｖssが供給されている。
また、フォトダイオードＰＤ２−１のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ２−１の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ２（ＦＤ２−１及びＦＤ２−２）に接続されている。フォトダイオードＰＤ２−２のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ２−２の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ２に接続されている。フォトダイオードＰＤ２−３のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ２−３の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ２に接続されている。さらに、フォトダイオードＰＤ２−４のカソードは、トランスファトランジスタＴＧ２−４の電流通路を介してフローティングディフュージョンＦＤ２に接続されている。
フローティングディフュージョンＦＤ２は、トランスファトランジスタＴＧ２−１〜ＴＧ２−４及びリセットトランジスタＲＳＴ５，ＲＳＴ６がオフのとき、フローティング状態となる。
フローティングディフュージョンＦＤ２は、アンプトランジスタＡＭＰ４と、リセットトランジスタＲＳＴ５，ＲＳＴ６の電流通路の一端に接続されている。リセットトランジスタＲＳＴ５，ＲＳＴ６の電流通路の他端は、信号線ＲＴＤＮに接続されている。アンプトランジスタＡＭＰ４の電流通路の一端は、信号線ＶＳＩＧ２に接続されている。さらに、アンプトランジスタＡＭＰ４の電流通路の他端は、電源電圧ＶDDに接続されている。
トランスファトランジスタＴＧ２−１，ＴＧ２−２，ＴＧ２−３，ＴＧ２−４のゲートは、信号線ＴＧ１，ＴＧ２，ＴＧ３，ＴＧ４にそれぞれ接続されている。さらに、フォトダイオードＰＤ２−１，ＰＤ２−２，ＰＤ２−３，ＰＤ２−４のアノードには、基準電位、例えば接地電位Ｖssが供給されている。
次に、第３実施形態の固体撮像装置におけるリセットトランジスタについて詳細に説明する。
図１１はリセットトランジスタのレイアウト図であり、図１２はリセットトランジスタの回路図である。ここでは、リセットトランジスタＲＳＴ５のレイアウト及び回路図について説明するが、リセットトランジスタＲＳＴ６も符号が異なるだけで同様の構成を有する。
半導体基板のアクティブエリアには、ソース領域Ｓ５−１，Ｓ５−２、ドレイン領域Ｄ５−１，Ｄ５−２、ソース領域Ｓ５−１，Ｓ５−２とドレイン領域Ｄ５−１，Ｄ５−２間のチャネル領域ＣＨ５が、図１１に示すように、十字型に形成されている。すなわち、ソース領域Ｓ５−１，Ｓ５−２がゲートを挟んで対向するように配置され、ドレイン領域Ｄ５−１，Ｄ５−２がゲートを挟んで対向するように配置されている。ソース領域Ｓ５−１，Ｓ５−２とドレイン領域Ｄ５−１，Ｄ５−２は直交するように配置されている。
前述したように、ソース領域Ｓ５−１はフローティングディフュージョンＦＤ１−１と共有され、ソース領域Ｓ５−２はフローティングディフュージョンＦＤ２−１と共有されている。さらに、チャネル領域ＣＨ５上には、ゲート電極としての信号線ＲＳが配置されている。
このように、ソース領域Ｓ５−１，Ｓ５−２、チャネル領域ＣＨ５、及びドレイン領域Ｄ５−１，Ｄ５−２が十字型にレイアウトされたリセットトランジスタＲＳＴ５の回路図を図１２に示す。リセットトランジスタＲＳＴ５の回路図は、通常のトランジスタと異なり、ソース領域、ドレイン領域、ゲート、及びチャネル領域をそれぞれ２つずつ備える。ソース領域とドレイン領域を２つずつ有しているが、リセットトランジスタＲＳＴ５の機能は通常のトランジスタと同様である。
第３実施形態では、ゲートを挟んでドレイン領域Ｄ５−１（またはＤ６−１）と対向する領域にもドレイン領域Ｄ５−２（またはＤ６−２）を形成している。これにより、リセットトランジスタＲＳＴ５（またはＲＳＴ６）の行方向及び列方向、すなわち左右及び上下の対称性を保つことができ、各画素において同じ構造でトランジスタを配置することができる。これによって、画素毎に出力される画素特性のばらつきを軽減することが可能である。
以上説明したように実施形態によれば、画素が微細化されても画素特性を満たすことができる固体撮像装置を提供することが可能である。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
ＡＡ１，ＡＡ２…アクティブエリア、ＡＬ１，ＡＬ２…ゲート長、ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，ＡＭＰ３…アンプトランジスタ、ＦＤ１−１，ＦＤ１−２，ＦＤ２−１，ＦＤ２−２…フローティングディフュージョン、Ｌ１，Ｌ２…配線、ＰＤ１−１，ＰＤ１−２，ＰＤ１−３，ＰＤ１−４，ＰＤ２−１，ＰＤ２−２，ＰＤ２−３，ＰＤ２−４…フォトダイオード、ＲＳＴ１，ＲＳＴ２，ＲＳＴ３，ＲＳＴ５，ＲＳＴ６…リセットトランジスタ、ＴＧ１−１，ＴＧ１−２，ＴＧ１−３，ＴＧ１−４，ＴＧ２−１，ＴＧ２−２，ＴＧ２−３，ＴＧ２−４…トランスファトランジスタ。

Claims (5)

  1. 半導体基板に形成され、入射光を信号電荷に変換する第１の光電変換部と、
    前記半導体基板に形成され、前記第１の光電変換部により変換された前記信号電荷を転送する転送トランジスタと、
    前記半導体基板に形成され、前記転送トランジスタにより転送された前記信号電荷を蓄積する第１の浮遊拡散層と、
    前記半導体基板に形成され、前記第１の浮遊拡散層に蓄積された前記信号電荷をリセットするリセットトランジスタと、
    前記半導体基板に形成され、前記第１の浮遊拡散層に蓄積された前記信号電荷を増幅する増幅トランジスタとを具備し、
    前記リセットトランジスタのソース領域、ドレイン領域、及び前記ソース領域と前記ドレイン領域間のチャネル領域は、前記半導体基板にＬ字型にレイアウトされていることを特徴とする固体撮像装置。
  2. 前記リセットトランジスタの前記ソース領域と前記第１の浮遊拡散層は共通の拡散領域から形成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。
  3. 入射光を信号電荷に変換する第２の光電変換部をさらに有し、前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部は前記第１の浮遊拡散層を挟持し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。
  4. 入射光を信号電荷に変換する第３，第４の光電変換部と、
    前記第３の光電変換部と前記第４の光電変換部に挟持された第２の浮遊拡散層をさらに有し、
    前記第２の浮遊拡散層は前記第１の浮遊拡散層に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置。
  5. 半導体基板に形成され、入射光を信号電荷に変換する第１，第２の光電変換部と、
    前記半導体基板に形成され、前記第１，第２の光電変換部により変換された前記信号電荷をそれぞれ転送する第１，第２の転送トランジスタと、
    前記半導体基板に形成され、前記第１，第２の転送トランジスタにより転送された前記信号電荷をそれぞれ蓄積する第１，第２の浮遊拡散層と、
    前記半導体基板に形成され、前記第１，第２の浮遊拡散層に蓄積された前記信号電荷をリセットするリセットトランジスタと、
    前記半導体基板に形成され、前記第１，第２の浮遊拡散層に蓄積された前記信号電荷を増幅する増幅トランジスタとを具備し、
    前記リセットトランジスタの第１，第２のソース領域、ドレイン領域、及び前記第１，第２のソース領域と前記ドレイン領域間のチャネル領域は、前記半導体基板にＴ字型にレイアウトされていることを特徴とする固体撮像装置。
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