JP5994344B2 - 固体撮像装置、電子機器 - Google Patents

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Description

本技術は、固体撮像装置、並びに、この固体撮像装置を有する電子機器に係わる。
CMOS型固体撮像装置では、各画素に電圧を供給するための配線が、縦方向又は横方向に延びる、1層の配線層により形成されている(例えば、特許文献1を参照)。
従来構成のCMOS型固体撮像装置の一例の概略平面図を、図13に示す。
図13に示すように、フォトダイオード(PD)51とフローティングディフュージョン(FD)52とトランジスタ部(TR)53を含む画素が、縦横に多数配置されて構成されている。トランジスタ部(TR)53は、増幅トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタが配置されている。
フォトダイオード(PD)51とフローティングディフュージョン(FD)52の間には、読み出しゲート54が配置されている。読み出しゲート54の上には配線61が形成されている。
フローティングディフュージョン(FD)52とトランジスタ部(TR)53は、フォトダイオード(PD)51の左側を通る配線63により接続されている。この配線63の左には、縦方向に延びるグラウンド配線64が配置されている。このグラウンド配線64は、コンタクト部65により、半導体基体に接続されている。
グラウンド配線64には外部からグラウンド電位(接地電位)が供給され、これにより、半導体基体の電位が接地電位に固定される。
配線61と配線63とグラウンド配線64は、いずれも第1層の配線層(金属配線層)により形成されている。第1層の配線層には、図示しないが、コンタクト部を介して第2層の配線層(金属配線層)が接続されている。
特開2004−104203号公報
図13に示したグラウンド配線64が縦方向である構成のように、縦方向或いは横方向のみにグラウンド配線が形成されている構成では、グラウンド配線の一部が切れてしまうと、半導体基体が接地電位に固定されない、画素行又は画素列が発生してしまう。
これにより、縦筋又は横筋が画像に生じることがあり、また、半導体基体の電位固定が弱くなることに起因して、画面内の特性ムラ(シェーディング)等が発生することがある。これらの現象が発生すると、画質の劣化や歩留まりの低下を招く要因となる。
本技術の目的は、画質を向上することや、歩留まりを向上することを可能にする構成の固体撮像装置を提供するものである。また、この固体撮像装置を備えた電子機器を提供するものである。
本技術の固体撮像装置は、半導体基体と、この半導体基体に形成され、光電変換が行われるフォトダイオードと、このフォトダイオードから構成される画素が配置された画素部とを含む。
そして、この画素部の半導体基体に、コンタクト部により電気的に接続されており、第1の方向に画素部外まで延びて形成された、第1の配線を含む。
さらに、この第1の配線とは異なる配線層から成り、第1の方向と異なる第2の方向に画素部外まで延びて形成された、第2の配線と、第1の配線及び第2の配線を電気的に接続するコンタクト部を含む。
また、複数個の画素において、電荷蓄積部及びトランジスタ部を共有している。
そして、電荷蓄積部とフォトダイオードとの間の転送ゲートと、転送ゲートに電気的に接続された制御線をさらに含む。
さらに、同一の電荷蓄積部が隣接する2個の画素で共有され、第2の方向に延びて形成された制御線が、同一の電荷蓄積部を共有する2個の画素の各画素の転送ゲートにそれぞれ1本ずつ合計2本接続され、これら2個の画素の転送ゲートにそれぞれ接続された2本の制御線の間に、2本の制御線と同じ高さで第2の配線が配置されている。
本技術の電子機器は、光学系と、固体撮像装置と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを備え、固体撮像装置が上記本技術の固体撮像装置の構成である。
上述の本技術の固体撮像装置の構成によれば、それぞれ異なる第1の方向と第2の方向に画素部外まで延びて形成され、コンタクト部を介して、半導体基体に電気的に接続された第1の配線と第2の配線を有する。
これにより、第1の配線及び第2の配線の内一方の配線が切れたとしても、他方の配線を経由して、電位を半導体基体に供給することが可能になる。
また、第1の配線及び第2の配線を電気的に接続しているので、半導体基体に電位を供給する、これらの配線の配線抵抗を低減することが可能になる。
上述の本技術の電子機器の構成によれば、本技術の固体撮像装置を含むので、固体撮像装置において、配線が切れたとしても電位を半導体基体に供給することができ、半導体基体に電位を供給する配線の配線抵抗を低減することが可能になる。
上述の本技術によれば、半導体基体に、コンタクト部により電気的に接続され、第1の方向に画素部外に延びて形成された第1の配線に、第2の方向に画素部外に延びて形成され、第1の配線とは異なる配線層から成る第2の配線が電気的に接続されている。
これにより、第1の配線と第2の配線のうち、一方の配線が切れたとしても、他方の配線によって、半導体基体に電圧を供給することができる。
従って、半導体基体の電位を維持・固定することができるので、画質を向上し、歩留まりを向上することが可能になる。
また、本技術によれば、半導体基体に電位を供給する配線の配線抵抗を低減することが可能になり、半導体基体の電位を強化することができ、画面内の画素の特性バラツキや特性ムラを防止して画質を向上することや、歩留まりを向上することが可能になる。
第1の実施の形態の固体撮像装置の概略構成図(要部の回路構成図)である。 A、B 図1の第1のグラウンド配線と第2のグラウンド配線の平面配置を示す図である。 図1の第1のグラウンド配線と第2のグラウンド配線の接続部分の斜視図(俯瞰図)である。 第1の実施の形態の固体撮像装置のフローティングディフュージョン付近の断面図である。 第1の実施の形態の固体撮像装置の要部の平面図である。 第1の実施の形態の固体撮像装置の要部の平面図である。 第1の実施の形態の固体撮像装置の要部の平面図である。 第1の実施の形態の固体撮像装置の要部の平面図である。 第1の実施の形態の固体撮像装置の要部の平面図である。 第2の実施の形態の固体撮像装置の概略構成図(要部の回路構成図)である。 第3の実施の形態の固体撮像装置の概略構成図(要部の回路構成図)である。 第4の実施の形態の電子機器の概略構成図(ブロック図)である。 従来の固体撮像装置の概略平面図である。 A 矩形入力パルスの波形である。 B 実パルス波形である。
以下、本技術を実施するための最良の形態(以下、実施の形態とする)について説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(固体撮像装置)
2.第2の実施の形態(固体撮像装置)
3.第3の実施の形態(固体撮像装置)
4.第4の実施の形態(電子機器)
<1.第1の実施の形態>
第1の実施の形態の固体撮像装置の概略構成図(要部の回路構成図)を、図1に示す。
この図1は、固体撮像装置のうち、画素部の縦1列の画素の回路構成図を示している。
本実施の形態は、本技術を、CMOS型固体撮像装置に適用した場合である。
本実施の形態の固体撮像装置は、図1に示すように、フォトダイオード(PD)1と、フローティングディフュージョン(FD)2と、MOSトランジスタから成る画素トランジスタを含むトランジスタ部(TR)3とを含んで、画素が構成されている。
フォトダイオード(PD)1は、シリコン等の半導体材料から成る、半導体基体内に形成されており、入射した光により光電変換が行われる光電変換部となる。
半導体基体としては、例えば、半導体基板単体、半導体基板及びその上に形成されたエピタキシャル層、他の基板上に形成された半導体層、等の構成が挙げられる。
フローティングディフュージョン(FD)2は、半導体基体内に形成された、例えばN型の不純物領域から成り、光電変換部のフォトダイオード(PD)1で光電変換された電荷を蓄積する電荷蓄積部となる。
これらフォトダイオード(PD)1及びフローティングディフュージョン(FD)2の間には、フォトダイオード(PD)1で光電変換された電荷をフローティングディフュージョン(FD)2に転送する、転送ゲート4が配置されている。
トランジスタ部(TR)3の画素トランジスタとしては、例えば、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタ、の少なくとも1つ以上を有する。
本実施の形態では、2つの画素のフォトダイオード(PD)1に対して、フローティングディフュージョン(FD)2及びトランジスタ部(TR)3を共有する構成となっている。
フローティングディフュージョン2は、上下2つのフォトダイオード1の間に配置されている。
トランジスタ部3は、上下2つのフォトダイオード1の下側に配置されており、配線13によって、フローティングディフュージョン2と電気的に接続されている。
2つの画素のうち、上側の画素の転送ゲート4には、第1の制御線11が接続されており、下側の画素の転送ゲート4には、第2の制御線12が接続されている。
図13の従来構成のグラウンド配線64と同様に、図1中縦方向に延びる、第1のグラウンド配線14が配置されている。
本実施の形態では、さらに、図1中横方向に延びる、第2のグラウンド配線15を配置して、第1のグラウンド配線14に電気的に接続して、これら第1のグラウンド配線14と第2のグラウンド配線15により、グラウンド配線を構成している。
これら第1のグラウンド配線14と第2のグラウンド配線15には、グラウンド電位(接地電位)が供給される。
第1のグラウンド配線14と第2のグラウンド配線15の平面配置を、図2A及び図2Bに示す。図2Aは、第1のグラウンド配線14の配置を示し、図2Bは、第2のグラウンド配線15の配置を示している。
第1のグラウンド配線14は、図2Aに示すように、画素部から上下の周辺部にまで縦方向に延びており、画素部外の周辺部に接続されている。
第2のグラウンド配線15は、図2Bに示すように、画素部から左右の周辺部にまで横方向に延びており、画素部外の周辺部に接続されている。
このように構成しているので、第1のグラウンド配線14と第2のグラウンド配線15を上から見ると、メッシュ状に張り巡らされている。
そして、第1のグラウンド配線14及び第2のグラウンド配線15のそれぞれに、画素部外からグラウンド電位(接地電位)が供給される。
なお、図2A及び図2Bに示した周辺部は、画素部からの電気信号を処理する信号処理回路等の回路を含む。第1のグラウンド配線14及び第2のグラウンド配線15は、周辺部の回路に接続されている。
また、第1のグラウンド配線14と第2のグラウンド配線15の接続部分の斜視図(俯瞰図)を、図3に示す。
図1及び図3に示すように、第2のグラウンド配線15は、第1の制御線11及び第2の制御線12と同じ層の配線層によって形成され、かつ、第1の制御線11と第2の制御線12の間に配置されている。
第1のグラウンド配線14は、下層の第1層の配線層(金属配線層)によって形成されており、第2のグラウンド配線15は、第1層とは異なる、上層の第2層の配線層(金属配線層)によって形成されている。
第1のグラウンド配線14は、絶縁層内に形成された、導体材料から成るビア層を用いたコンタクト部17によって、半導体基体10に電気的に接続されている。
第1のグラウンド配線14と第2のグラウンド配線15とは、絶縁層内に形成された、導体材料から成るビア層を用いたコンタクト部16によって、電気的に接続されている。
また、本実施の形態の固体撮像装置のフローティングディフュージョン(FD)2付近の断面図を、図4に示す。
この図4は、フローティングディフュージョン(FD)2を共有する2つの画素とその間の部分の断面図である。
図4に示すように、転送ゲート4と、第1の制御線11の間には、下層から、コンタクト部18、配線層20、コンタクト部21が形成されて、転送ゲート4と第1の制御線11とが接続されている。同様に、転送ゲート4と、第2の制御線12の間には、下層から、コンタクト部18、配線層20、コンタクト部21が形成されて、転送ゲート4と第2の制御線12とが接続されている。コンタクト部18及びコンタクト部21は、ビア層を用いている。
また、フローティングディフュージョン(FD)2には、ビア層を用いたコンタクト部19を介して、図1に示した配線13が接続されている。
第2のグラウンド配線15は、この配線13の上方に配置され、配線13とは絶縁されている。
配線層20と配線13は、第1のグラウンド配線14と同様に、第1層の配線層(金属配線層)によって形成されている。
なお、図4の断面図では、制御線11,12及び第2のグラウンド配線15よりも上層の構成は図示を省略している。
第2のグラウンド配線15は、第1の制御線11と第2の制御線12の間に配置されていることにより、第1の制御線11と第2の制御線12のカップリングを防止するための、シールド配線としての役割も有する。
第1の制御線11と第2の制御線12には、転送ゲート4をオン・オフする駆動を行うために、パルス電圧が供給されるが、これらの制御線11,12が隣接していると、カップリングを生じることがある。
第2のグラウンド配線15は、グラウンド電位(接地電位)が供給され、固定電位が供給されるので、第1の制御線11と第2の制御線12のカップリングを防止するための、シールド配線として作用する。
ここで、第1の制御線11と第2の制御線12のカップリングを防止することによる、転送ゲート4のパルス波形の改善効果について説明する。
図14Aに示す矩形入力パルスを、フローティングディフュージョンを共有する2つの画素(上画素、下画素)の転送ゲートに順次入力した場合を考える。
図14Aに示すように、上画素の転送ゲートTG1に先に矩形パルスが入力され、上画素の転送ゲートTG1に入力される矩形パルスが立ち下がった後に、下画素の転送ゲートTG2に矩形パルスが入力される。
グラウンド配線を1層とした従来構成において、2つの画素でフローティングディフュージョンを共有した場合には、各画素の転送ゲートに電圧を供給する2本の制御線が隣に並ぶため、これらの制御線の間にカップリングを生じることがある。カップリングを生じた場合には、図14Bに示すように、得られる実パルス波形は、上画素では、下画素の矩形パルスの立ち上がりの影響を受けて、立ち下がり波形に変化が出ている。下画素では、上画素の矩形パルスの立ち上がりの影響を受けて電位が揺れている。
このように制御線間にカップリングを生じると、パルス波形が劣化するので、正しく駆動が行えなくなる虞がある。また、カップリングの電圧パルス波形への影響を小さくするには、電圧パルスの幅を長くしたり、電圧パルスの間隔を長くしたりする必要が生じて、高速駆動することが困難になる。
これに対して、本実施の形態の構成では、第2のグラウンド配線15が第1の制御線11と第2の制御線12のカップリングを防止するための、シールド配線として作用するので、図14Aの入力パルス波形からの、実パルス波形の変化が大幅に低減される。
従って、実パルス波形は、図14Aの入力パルス波形とほぼ同じ波形が得られる。
次に、本実施の形態の固体撮像装置の立体構造の一形態を、図5〜図9の平面図に分解して示す。
図5は、半導体基体10(図3及び図4を参照)の半導体領域と、半導体基体10の上の多結晶シリコン層と、その上のコンタクト部の平面図を示している。
転送ゲート4は、多結晶シリコン層によって形成されており、転送ゲート4上に、図4に示したコンタクト部18が形成されている。
フローティングディフュージョン(FD)2上に、図4に示したコンタクト部19が形成されている。
フローティングディフュージョン(FD)2の左右のフォトダイオード1よりも外側には、図3に示した、半導体基体10と第1のグラウンド配線14を接続するコンタクト部17が形成されている。
トランジスタ部3には、左から、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMP、選択トランジスタSELが形成されている。
リセットトランジスタRSTは、多結晶シリコン層から成るリセットゲート電極6と、半導体基体10内の不純物領域5から成るソース・ドレイン領域とを有して構成されている。
増幅トランジスタAMPは、多結晶シリコン層から成る増幅ゲート電極7と、半導体基体10内の不純物領域5から成るソース・ドレイン領域とを有して構成されている。
選択トランジスタSELは、多結晶シリコン層から成る選択ゲート電極8と、半導体基体10内の不純物領域5から成るソース・ドレイン領域とを有して構成されている。
リセットトランジスタRSTと増幅トランジスタAMPは、ソース・ドレイン領域の一方を共用している。
増幅トランジスタAMPと選択トランジスタSELは、ソース・ドレイン領域の一方を共用している。この増幅トランジスタAMPと選択トランジスタSELの共用のソース・ドレイン領域以外の、不純物領域5と、それぞれのゲート電極6,7,8とには、上層の配線と接続するためのコンタクト部22が形成されている。
図6は、第1層の配線層(金属配線層)と、その上のコンタクト部の平面図を示している。なお、図6では、他の図との位置関係がわかるように、フォトダイオード1及びフローティングディフュージョン2も示している。また、他の配線や部品と区別しやすいように、それぞれの配線に斜線を付している。
フォトダイオード1の左右には、第1のグラウンド配線14が縦方向に延びて形成されている。第1のグラウンド配線14のフローティングディフュージョン2の左右の位置には、第2のグラウンド配線15と接続するコンタクト部16が形成されている。また。フォトダイオード1の中央部の左右の位置に、他の上層の配線層と接続するコンタクト部24が形成されている。
フローティングディフュージョン2の配線13は、フォトダイオード1の左側を通ってトランジスタ部に延びており、図5に示したコンタクト部22を介して、トランジスタ部の増幅ゲート電極7に接続されている。また、この配線13は、図5に示したコンタクト部22を介して、トランジスタ部のリセットトランジスタRSTの左のソース・ドレイン領域にも接続されている。
リセットトランジスタRSTと増幅トランジスタAMPの共用のソース・ドレイン領域には、図5に示したコンタクト部22を介して、配線層23が接続されている。なお、ソース・ドレイン領域に接続された、この配線層23は、右の増幅ゲート電極7の上まで形成されているが、増幅ゲート電極7とは接続されていない。
選択ゲート電極8には、図5に示したコンタクト部22を介して、別の配線層23が接続されている。なお、選択ゲート電極8に接続された、この配線層23は、左の増幅ゲート電極7の上まで形成されているが、増幅ゲート電極7や、増幅トランジスタと共用するソース・ドレイン領域とは、接続されていない。
リセットゲート電極6及び選択トランジスタSELの右のソース・ドレイン領域には、それぞれ個別に配線層23が接続されている。
それぞれの配線層23には、上層の配線層と接続するためのコンタクト部24が形成されている。
転送ゲート4の上には、図4に示した配線層20とその上のコンタクト部21が形成されている。なお、図6では、配線層20の左右の長さが転送ゲート4とほぼ同じとなっているが、配線層20を転送ゲート4と異なる長さに形成しても構わない。配線層20は、第1のグラウンド配線14及び配線13とは絶縁されるように形成する。
図7は、第2層の配線層(金属配線層)と、その上のコンタクト部の平面図を示している。なお、図7では、他の図との位置関係がわかるように、フォトダイオード1も示している。
フローティングディフュージョンを共用する2つの画素のうち、上の画素のフォトダイオード1の左右には、配線層28と配線層29が形成されている。下の画素のフォトダイオード1の左右には、配線層29のみが形成されている。
配線層28は、図6に示した、選択トランジスタSELの右のソース・ドレイン領域に接続された、配線層23に、コンタクト部24を介して接続されている。この配線層28には、上層の配線層と接続するためのコンタクト部30が形成されている。
配線層29は、図6に示した、第1のグラウンド配線14に、コンタクト部24を介して接続されている。この配線層29は、左右に隣接する画素からフォトダイオード1に入射する光を遮光するために、設けられている。
上の画素と下の画素の間の部分には、図3及び図4にも示したように、第1の制御線11、第2のグラウンド配線15、第2の制御線12が、平行に配置されている。
トランジスタ部では、選択線25とリセット線26が、それぞれ第2層の配線層によって形成されている。また、これらの線25,26の間に、配線層27が形成されている。
選択線25は、図6に示した、選択ゲート電極8に接続された配線層23に、コンタクト部24を介して接続されており、外部から、パルス状の電位φSELが供給される。
リセット線26は、図6に示した、リセットゲート電極6に接続された配線層23に、コンタクト部24を介して接続されており、外部から、パルス状のリセット電位φRSTが供給される。
配線層27は、図6に示した、リセットトランジスタRSTと増幅トランジスタAMPの共用のソース・ドレイン領域に接続された、配線層23に、コンタクト部24を介して接続されている。この配線層27には、上層の配線層と接続するためのコンタクト部30が形成されている。
図8は、第3層の配線層(金属配線層)と、その上のコンタクト部の平面図を示している。なお、図8では、他の図との位置関係がわかるように、フォトダイオード1も示している。
フォトダイオード1の左右には、垂直信号線31が縦方向に延びて形成されている。この垂直信号線31は、図7に示した、配線層28に、コンタクト部30を介して接続されている。
トランジスタ部には、横長の長方形の平面パターンで、配線層32が形成されている。この配線層32は、図7に示した配線層27に、コンタクト部30を介して接続されている。この配線層32は、上下に隣接する画素からフォトダイオード1に入射する光を遮光する遮光層も兼ねている。配線層32には、上層の配線層と接続するためのコンタクト部33が形成されている。
図9は、第4層の配線層(金属配線層)の平面図を示している。なお、図9では、他の図との位置関係がわかるように、フォトダイオード1も示している。
図9に示すように、フォトダイオード1の上下左右を囲うように、メッシュ状に、第4層の配線層から成る、電源線34が形成されている。電源線34は、図8に示した配線層32に、コンタクト部33を介して接続されている。
この電源線34には、外部から、電源電位VDDが供給される。
電源線34をメッシュ状に形成したことにより、上下左右の隣接する画素からフォトダイオード1に入射する光を遮光することができる。
なお、図5〜図9に示した平面図は、本実施の形態の固体撮像装置を、半導体基体10のトランジスタ等の回路素子の形成面と、半導体基体10のフォトダイオード(PD)1への光の入射面とを同じ側とした、所謂表面照射型構造とした場合の平面図である。
半導体基体10の回路素子の形成面と、半導体基体10のフォトダイオード(PD)1への光の入射面とを反対の側とした、所謂裏面照射構造とする場合には、フォトダイオード(PD)1の上方に配線があっても、光の入射を妨げない。
また、図8の配線層32と図9の電源線34を省略して、電源線を、第3層の配線層で形成して、フォトダイオード(PD)1の上方に配置し、垂直信号線31と平行に、縦に延びる構成とすることも可能である。
そして、裏面照射型構造の場合には、第2層の金属配線層以上の配線層は、交差しない限りは、任意の配置とすることが可能である。
本実施の形態の固体撮像装置は、従来公知の製造方法を用いて製造することができる。
第1のグラウンド配線14及び第2のグラウンド配線15、並びにこれらを接続するコンタクト部16は、従来公知の金属配線層やビア層の形成方法を用いて形成することができる。
上述の本実施の形態の固体撮像装置の構成によれば、縦方向に延びて形成された第1のグラウンド配線14に対して、横方向に延びて形成された第2のグラウンド配線15を設けて、これらをコンタクト部16で電気的に接続している。
これにより、第1のグラウンド配線14又は第2のグラウンド配線15の内一方のグラウンド配線が切れたとしても、他方のグラウンド配線を経由して、グラウンド電位を半導体基体10に供給することが可能になる。
従って、半導体基体10をグラウンド電位に維持・固定することができるので、画質を向上し、歩留まりを向上することが可能になる。
また、2層のグラウンド配線14,15を電気的に接続したことにより、グラウンド配線の配線抵抗を低減することができる。これにより、グラウンド電位を強化することができるので、画面内の画素の特性バラツキや特性ムラを防止して画質を向上することや、歩留まりを向上することが可能になる。
また、本実施の形態の構成によれば、第2のグラウンド配線15が、第1の制御線11及び第2の制御線12と同じ層の第1層の配線層(金属配線層)により形成され、かつ、第1の制御線11及び第2の制御線12の間に配置されている。
これにより、固定電位であるグラウンド電位が供給される第2のグラウンド配線15によって、それぞれパルス電位が供給される、第1の制御線11及び第2の制御線12をシールドして、これらの制御線11,12のカップリングを防止することができる。
従って、カップリングによる制御線11,12の電圧パルス波形の劣化を抑制することができるので、電圧パルスの幅を短くして、高速駆動することが可能になり、フレームレートを向上することが可能になる。
さらに、本実施の形態の構成によれば、2つの画素で、フローティングディフュージョン2及びトランジスタ部3を共有しているので、共有していない構成と比較して、トランジスタ部3の配線の本数を低減することができる。
そのため、第1の制御線11及び第2の制御線12の間に第2のグラウンド配線15を設けても、フローティングディフュージョン2及びトランジスタ部3を共有していない構成と比較して、横方向の配線の全体の本数を低減することができる。
特に、表面照射型構造とした場合には、フローティングディフュージョン2及びトランジスタ部3を共有していない構成と比較して、横方向の配線の全体の本数を低減することによって、フォトダイオード1上の開口の面積を同等以上に確保することができる。これにより、感度の低下を招くことなく、半導体基体10のグラウンド電位の維持と、制御線11,12のカップリングの防止とを、実現することができる。
<2.第2の実施の形態>
第2の実施の形態の固体撮像装置の概略構成図(要部の回路構成図)を、図10に示す。
この図10は、固体撮像装置のうち、画素部の縦2列の画素の回路構成図を示している。
本実施の形態は、本技術を、CMOS型固体撮像装置に適用した場合である。
本実施の形態の固体撮像装置では、縦2個の画素でフローティングディフュージョン(FD)2を共有しており、さらに、横に並ぶ2個のフローティングディフュージョン(FD)2でトランジスタ部(TR)3を共有している。即ち、縦2個×横2個の4画素で、1つのトランジスタ部(TR)3を共有している構成である。
本実施の形態では、第1のグラウンド配線14と第2のグラウンド配線15とを接続するコンタクト部16は、トランジスタ部(TR)3を共有する2列の画素のフォトダイオード(PD)1の、左右外側に形成されている。
トランジスタ部(TR)3は、2列分の画素に合わせて形成されており、図1に示した第1の実施の形態と比較して、横に長く形成されている。
フローティングディフュージョン2とトランジスタ部3とを接続する配線13は、2個のフローティングディフュージョン2を横方向に接続し、さらに、2個のフォトダイオード1の間を通って、トランジスタ部3に延びている。
その他の構成は、図1に示した第1の実施の形態と同様であるので、重複説明を省略する。
上述の本実施の形態の固体撮像装置の構成によれば、第1の実施の形態と同様に、縦方向に延びて形成された第1のグラウンド配線14と、横方向に延びて形成された第2のグラウンド配線15を、コンタクト部16で電気的に接続している。
これにより、第1のグラウンド配線14又は第2のグラウンド配線15の内一方のグラウンド配線が切れたとしても、他方のグラウンド配線を経由して、グラウンド電位を半導体基体10に供給することが可能になる。
従って、半導体基体10をグラウンド電位に維持・固定することができるので、画質を向上し、歩留まりを向上することが可能になる。
また、2層のグラウンド配線14,15を電気的に接続したことにより、グラウンド配線の配線抵抗を低減することができる。これにより、グラウンド電位を強化することができるので、画面内の画素の特性バラツキや特性ムラを防止して画質を向上することや、歩留まりを向上することが可能になる。
また、本実施の形態の構成によれば、第1の実施の形態と同様に、第2のグラウンド配線15が、第1の制御線11及び第2の制御線12の間に配置されている。
これにより、固定電位であるグラウンド電位が供給される第2のグラウンド配線15によって、それぞれパルス電位が供給される、第1の制御線11及び第2の制御線12をシールドして、これらの制御線11,12のカップリングを防止することができる。
従って、カップリングによる制御線11,12の電圧パルス波形の劣化を抑制することができるので、電圧パルスの幅を短くして、高速駆動することが可能になり、フレームレートを向上することが可能になる。
さらに、本実施の形態の構成によれば、4つの画素で、トランジスタ部3を共有しているので、共有していない構成と比較して、トランジスタ部3の配線の本数を低減することができる。
そのため、第1の制御線11及び第2の制御線12の間に第2のグラウンド配線15を設けても、トランジスタ部3を共有していない構成と比較して、横方向の配線の全体の本数を低減することができる。
特に、表面照射型構造とした場合には、トランジスタ部3を共有していない構成と比較して、横方向の配線の全体の本数を低減することによって、フォトダイオード1上の開口の面積を同等以上に確保することができる。これにより、感度の低下を招くことなく、半導体基体10のグラウンド電位の維持と、制御線11,12のカップリングの防止とを、実現することができる。
<3.第3の実施の形態>
第3の実施の形態の固体撮像装置の概略構成図(要部の回路構成図)を、図11に示す。
この図11は、固体撮像装置のうち、画素部の縦1列の画素の回路構成図を示している。
本実施の形態は、本技術を、CMOS型固体撮像装置に適用した場合である。
本実施の形態の固体撮像装置では、複数の画素でフローティングディフュージョン(FD)やトランジスタ部(TR)を共有せずに、個々の画素に1つずつフローティングディフュージョン(FD)とトランジスタ部(TR)が設けられた構成である。
そのため、転送ゲート4に接続された制御線は、第1の制御線11のみである。この第1の制御線11及び転送ゲート4は、フォトダイオード(PD)1の図中上側に配置されている。
フローティングディフュージョン2とトランジスタ部3とを接続する配線13は、図1や図13と同様に、フォトダイオード1の左側を通っている。
第2のグラウンド配線15は、上の画素のトランジスタ部3と、下の画素のフローティングディフュージョン2の間の位置を通り、横方向に延びて、第1の制御線11と平行に形成されている。
本実施の形態では、それぞれの第1の制御線11が離れて配置されているため、第2のグラウンド配線15による、2本の制御線のカップリングを防止する作用効果は生じない。
しかし、グラウンド配線15は、第1の制御線11とトランジスタ部3の配線(選択線やリセット線)の間に配置されているため、これらの配線間のカップリングを防止する作用効果は有している。
その他の構成は、図1に示した第1の実施の形態と同様であるので、重複説明を省略する。
上述の本実施の形態の固体撮像装置の構成によれば、第1の実施の形態と同様に、縦方向に延びて形成された第1のグラウンド配線14と、横方向に延びて形成された第2のグラウンド配線15を、コンタクト部16で電気的に接続している。
これにより、第1のグラウンド配線14又は第2のグラウンド配線15の内一方のグラウンド配線が切れたとしても、他方のグラウンド配線を経由して、グラウンド電位を半導体基体10に供給することが可能になる。
従って、半導体基体10をグラウンド電位に維持・固定することができるので、画質を向上し、歩留まりを向上することが可能になる。
また、2層のグラウンド配線14,15を電気的に接続したことにより、グラウンド配線の配線抵抗を低減することができる。これにより、グラウンド電位を強化することができるので、画面内の画素の特性バラツキや特性ムラを防止して画質を向上することや、歩留まりを向上することが可能になる。
本技術の固体撮像装置は、表面照射型構造及び裏面照射型構造のいずれの構造にも適用することが可能である。
上述の各実施の形態では、半導体基体10と第1のグラウンド配線14とを接続するコンタクト部17と、第1のグラウンド配線14及び第2のグラウンド配線15を接続するコンタクト部16とを、同じ平面位置に形成していた。
本技術では、これらのコンタクト部を同じ平面位置に形成した構成に限定されない。例えば、これらのコンタクト部を図1の縦方向の異なる位置に形成することも可能である。
上述の各実施の形態では、グラウンド配線を、第1層の配線層から成り、縦方向に延びる第1のグラウンド配線14と、第2層の配線層から成り、横方向に延びる第2のグラウンド配線15とから構成していた。
本技術では、2層のグラウンド配線を、その他の構成とすることも可能である。例えば、第1層の配線層から成り、横方向に延びるグラウンド配線と、第2層の配線層から成り、縦方向に延びるグラウンド配線を接続して、グラウンド配線を構成しても良い。
上述の各実施の形態では、第1のグラウンド配線14及び第2のグラウンド配線15を、半導体基体10に電気的に接続して、半導体基体10にグラウンド電位(接地電位)を供給する構成であった。
本技術において、半導体基体に電気的に接続される第1の配線及び第2の配線は、半導体基体にグラウンド電位(接地電位)供給する構成に限定されず、半導体基体にその他の電位を供給する構成も可能である。
また、上述の各実施の形態では、画素を縦横に配置して、2層のグラウンド配線を、それぞれ縦方向、横方向に延びる構成としていた。
本技術においては、画素を斜めに配置して、2層の配線を、それぞれ斜めに交差する第1の方向、第2の方向に延びる構成とすることも可能である。
さらに、本技術においては、画素が矩形(四角形)である構成に限定されるものではなく、画素が六角形等の他の形状である構成とすることも可能である。
そして、配線は、直線である構成に限定されず、例えば六角形の画素を互い違いに配置して、配線を画素に沿ってジグザグに配置して全体として一つの方向に延びる構成とすることも可能である。
本技術に係る固体撮像装置は、例えば、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話、撮像機能を備えた他の機器等の、各種電子機器に適用することができる。
<4.第4の実施の形態(電子機器)>
第4の実施の形態の電子機器の概略構成図(ブロック図)を、図12に示す。
本実施の形態は、本技術を、静止画像又は動画の撮影が可能なカメラを有する電子機器に適用した場合である。
図12に示すように、この電子機器121は、固体撮像装置122、光学系123、シャッタ装置124、駆動回路125、信号処理回路126を有する。
光学系123は、光学レンズ等により構成され、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置122の画素部に結像させる。これにより、固体撮像装置122内に、一定期間信号電荷が蓄積される。光学系123は、複数個の光学レンズから構成された光学レンズ系としても良い。
固体撮像装置122としては、前述した各実施の形態の固体撮像装置等、本技術に係る固体撮像装置を使用する。
シャッタ装置124は、固体撮像装置122への光照射期間及び遮光期間を制御する。
駆動回路125は、固体撮像装置122の転送動作及びシャッタ装置124のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路125から供給される駆動信号(タイミング信号)により、固体撮像装置122の信号転送を行う。
信号処理回路126は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリ等の記憶媒体に記憶され、或いは、モニタに出力される。
上述の本実施の形態の電子機器121の構成によれば、固体撮像装置122として、前述した各実施の形態の固体撮像装置等、本技術に係る固体撮像装置を使用する。これにより、固体撮像装置122の画質や歩留まりを向上することが可能になる。
本技術において、電子機器の構成は、図12に示した構成に限定されるものではなく、本技術に係る固体撮像装置を使用する構成であれば、図12に示した以外の構成とすることも可能である。
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
(1)半導体基体と、前記半導体基体に形成され、光電変換が行われるフォトダイオードと、前記フォトダイオードから構成される画素が配置された画素部と、前記画素部の前記半導体基体に、コンタクト部により電気的に接続されており、第1の方向に前記画素部外まで延びて形成された、第1の配線と、前記第1の配線とは異なる配線層から成り、前記第1の方向と異なる第2の方向に前記画素部外まで延びて形成された、第2の配線と、前記第1の配線及び前記第2の配線を電気的に接続するコンタクト部を含む固体撮像装置。
(2)複数個の画素において、電荷蓄積部及びトランジスタ部を共有している、前記(1)に記載の固体撮像装置。
(3)前記電荷蓄積部と前記フォトダイオードとの間の転送ゲートと、前記転送ゲートに電気的に接続された制御線をさらに含み、前記複数個の画素の前記転送ゲートにそれぞれ接続された複数本の制御線の間に、同じ高さで前記第2の配線が配置されている、前記(2)に記載の固体撮像装置。
(4)前記第1の配線及び前記第2の配線には、前記画素部外から接地電位が供給される、前記(1)から(3)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(5)光学系と、前記(1)から(4)のいずれかに記載の固体撮像装置と、前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備えた電子機器。
本技術は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
1,51 フォトダイオード(PD)、2,52 フローティングディフュージョン(FD)、3,53 トランジスタ部(TR)、4 転送ゲート、5 不純物領域、6 リセットゲート電極、7 増幅ゲート電極、8 選択ゲート電極、10 半導体基体、11 第1の制御線、12 第2の制御線、13,61,63,64 配線、14 第1のグラウンド配線、15 第2のグラウンド配線、16,17,18,19,21,22,24,30,33,65 コンタクト部、20,23,27,28,29,32 配線層、25 選択線、26 リセット線、31 垂直信号線、34 電源線、54 読み出しゲート、121 電子機器、122 固体撮像装置、123 光学系、124 シャッタ装置、125 駆動回路、126 信号処理回路、RST リセットトランジスタ、AMP 増幅トランジスタ、SEL 選択トランジスタ

Claims (3)

  1. 半導体基体と、
    前記半導体基体に形成され、光電変換が行われるフォトダイオードと、
    前記フォトダイオードから構成される画素が配置された画素部と、
    前記画素部の前記半導体基体に、コンタクト部により電気的に接続されており、第1の方向に前記画素部外まで延びて形成された、第1の配線と、
    前記第1の配線とは異なる配線層から成り、前記第1の方向と異なる第2の方向に前記画素部外まで延びて形成された、第2の配線と、
    前記第1の配線及び前記第2の配線を電気的に接続するコンタクト部を含み、
    複数個の画素において、電荷蓄積部及びトランジスタ部を共有しており、
    前記電荷蓄積部と前記フォトダイオードとの間の転送ゲートと、前記転送ゲートに電気的に接続された制御線をさらに含み、
    同一の前記電荷蓄積部が隣接する2個の画素で共有され、前記第2の方向に延びて形成された前記制御線が、同一の前記電荷蓄積部を共有する前記2個の画素の各画素の前記転送ゲートにそれぞれ1本ずつ合計2本接続され、
    前記2個の画素の前記転送ゲートにそれぞれ接続された2本の前記制御線の間に、前記2本の前記制御線と同じ高さで前記第2の配線が配置されている
    固体撮像装置。
  2. 前記第1の配線及び前記第2の配線には、前記画素部外から接地電位が供給される、請求項1に記載の固体撮像装置。
  3. 光学系と、
    請求項1又は請求項2に記載の固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備えた
    電子機器。
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