JP6532265B2

JP6532265B2 - 撮像装置

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Publication number: JP6532265B2
Application number: JP2015076378A
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Inventors: 岳彦曽田; 小林　昌弘; 昌弘小林
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Filing date: 2015-04-02
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Description

本発明は撮像装置に関し、転送トランジスタのチャネル領域となる半導体領域に基準電圧を供給するコンタクトプラグを有する撮像装置に関する。

従来、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラなどで用いられている撮像装置において、撮像面において焦点検出と撮像の両方をおこなう構成が提案されている。

特許文献１には、各画素が二つの光電変換部を有する構成が開示されている。そして、各画素は光電変換部の各々に対応した第１転送トランジスタおよび第２転送トランジスタと、各光電変換部の各々に対応したフローティングディフュージョンを有している。

特開２０１４−２１６５３６号公報

一般に画素のトランジスタのチャネル領域となる半導体領域には、コンタクトプラグを介して基準電圧が供給される。基準電圧を供給するコンタクトプラグと画素のトランジスタのゲート電極とが近い場所に配されるとこれらの間に寄生容量が生じる場合がある。

このトランジスタのゲート電極の電圧が変化すると、コンタクトプラグに供給されている基準電圧が変化するため、画素のトランジスタのチャネル領域となる半導体領域の電圧が変化する場合がある。転送トランジスタ、増幅トランジスタのチャネル領域となる半導体領域の電圧が変化すると、各トランジスタの閾値電圧が変化し、画素から出力される信号がその影響を受け、画質が低下する。

特許文献１の撮像装置は、その図４のように示されるように、１電荷蓄積期間に生じた信号を画素外に読み出す際に、各光電変換部からの信号の読出し回数が異なっている。読出し回数が多い方の転送トランジスタのゲート電極と上述のコンタクトプラグとの距離が近いと、チャネル領域となる半導体領域の電圧変化が複雑となり、画質に及ぼす影響が大きくなる場合がある。

本発明は上記課題に鑑み、チャネル領域となる半導体領域の電圧変化を低減することができる撮像装置を提供することを目的とする。

本発明における撮像装置は、各々が、第１光電変換部および第２光電変換部と、第１光電変換部および第２光電変換部で生じた電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、第１光電変換部からフローティングディフュージョンへ電荷を転送する第１転送トランジスタと、第２光電変換部からフローティングディフュージョンへ電荷を転送する第２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蓄積された電荷に基づく信号を増幅する増幅トランジスタと、を有する複数の画素と、第１転送トランジスタ、第２転送トランジスタおよび増幅トランジスタのチャネル領域となる半導体領域に基準電圧を供給するためのコンタクトプラグと、を有し、第１光電変換部および第２光電変換部の電荷蓄積期間の開始から、読出し期間の終了までの期間において、第１転送トランジスタのゲート電極にオン電圧が供給される回数が、第２転送トランジスタのゲート電極にオン電圧が供給される回数よりも多い撮像装置であって、複数の画素のうち、第２転送トランジスタのゲート電極からコンタクトプラグまでの距離が最も短い画素において、第２転送トランジスタのゲート電極からコンタクトプラグまでの距離は第１転送トランジスタのゲート電極からコンタクトプラグまでの距離よりも短いことを特徴とする。

本発明によれば、転送トランジスタ及び増幅トランジスタのチャネル領域となる半導体領域の電圧変化を抑制することが可能となる。

撮像装置のブロック図画素の回路図駆動タイミング図駆動タイミング図画素部の平面模式図第１活性領域の断面模式図第１活性領域の断面模式図画素部の平面模式図画素部の平面模式図第１活性領域の断面模式図画素部の平面模式図画素部の平面模式図画素部の平面模式図画素部の平面模式図画素部の平面模式図

（第１実施形態）
図１〜図６を用いて、本発明に適用可能な撮像装置の一実施形態を説明する。各図面において同じ符号が付されている部分は、同じ素子もしくは同じ領域を指す。

図１に本発明の一実施形態である撮像装置１０１のブロック図を示す。撮像装置１０１は、画素部１０２、駆動パルス生成部１０３、垂直走査回路１０４、信号処理部１０５、出力部１０６、垂直信号線１０７を有している。

画素部１０２は、光を電気信号へ変換し、変換した電気信号を出力する画素１００を複数有している。複数の画素１００は行列状に配されている。垂直信号線１０７は複数配されており、各垂直信号線１０７は複数の画素１００の画素列毎に配されている。駆動パルス生成部１０３は駆動パルスを生成し、垂直走査回路１０４は駆動パルス生成部１０３からの駆動パルスを受け、各画素に制御パルスを供給する。ここで供給される駆動パルスは、後述する転送トランジスタを駆動するｐＴＸ、リセットトランジスタを駆動するｐＲＥＳ、選択トランジスタを駆動するｐＳＥＬである。

垂直信号線１０７は複数配されており、各垂直信号線１０７は画素部１０２の画素列毎に配されている。

信号処理部１０５には、垂直信号線１０７を介して並列に出力された信号が入力される。そして、複数の画素列から並列に出力された信号をシリアライズして出力部１０６に伝達する。更に信号処理部１０５は、信号の増幅、ＡＤ変換等を行なう列回路を有していてもよい。

図２に１画素の等価回路の一例を示す。本実施形態では、第１光電変換部２０１Ａ、第２光電変換部２０１Ｂで生じる電荷対のうち信号電荷として用いられる電荷の極性を第２導電型と呼ぶ。

本実施形態は、例として、第１導電型をＰ型とし、第１導電型と逆導電型の第２導電型をＮ型として説明するがこれに限らずＰとＮとが入れ替わってもよい。各光電変換部を識別するために添え字Ａ、Ｂを用いているが、同様の機能を有する部分においては添え字を付さずに説明する。両者を区別しての説明が必要な場合には添え字を付して説明する。

光電変換部２０１において入射光に応じた電荷対が生じる。光電変換部２０１には、例えばフォトダイオードが用いられる。

第１転送トランジスタ２０２Ａは第１光電変換部２０１Ａで生じた電子をフローティングディフュージョン（以下、ＦＤ）２０３へ転送する。第２転送トランジスタ２０２Ｂは第２光電変換部２０１Ｂで生じた電子をＦＤ２０３へ転送する。

ＦＤ２０３は、第１光電変換部２０１Ａ、第２光電変換部２０１Ｂにより共有される。そしてＦＤ２０３は、第１転送トランジスタ２０２Ａ、第２転送トランジスタ２０２Ｂにより転送された電子を蓄積する。

増幅トランジスタ２０５は、ゲート電極がＦＤ２０３に接続されており、第１転送トランジスタ２０２Ａ、第２転送トランジスタ２０２ＢによってＦＤ２０３に転送された電子に基づく信号を増幅して出力する。より具体的には、ＦＤ２０３に転送された電子は、その量に応じた電圧に変換され、その電圧に応じた電気信号が増幅トランジスタ２０５を介して垂直信号線１０７へ出力される。増幅トランジスタ２０５は、不図示の電流源とともにソースフォロア回路を構成している。増幅トランジスタ２０５も第１光電変換部２０１Ａ、第２光電変換部２０１Ｂにより共有されている。なお、増幅トランジスタ２０５の垂直線側に、更に選択トランジスタを配してもよい。

リセットトランジスタ２０４は、増幅トランジスタ２０５の入力ノードの電圧をリセットする。

画素における電荷蓄積期間の制御方法としては大きく分けて、電気的に制御を行なう電子シャッタと、機械的に制御を行なうメカシャッタとの二つの方法が知られている。まず図３を用いて、電子シャッタを用いた場合の電荷蓄積期間に関して説明し、その後図４を用いてメカシャッタを用いた場合の電荷蓄積期間に関して説明する。

図３では、第１転送トランジスタ２０２Ａのゲート電極に供給される制御パルスｐＴＸ１と、第２転送トランジスタ２０２Ｂのゲート電極に供給される制御パルスｐＴＸ２とを示している。更に、光電変換部２０１をリセットするリセットトランジスタ２０４に供給される制御パルスｐＲＥＳ及び、信号処理部１０５において画素から出力された信号をサンプルホールドする制御パルスｐＳ／Ｈを示している。各トランジスタはハイレベルでオン状態となり、ローレベルでオフ状態となる。各トランジスタがオン状態となる電圧をオン電圧、オフ状態となる電圧をオフ電圧と呼ぶ。また信号処理部１０５においては、制御パルスｐＳ／Ｈがハイレベルの期間に画素からの信号がサンプリングされ、ハイレベルからローレベルとなることでホールドされる。

時刻ｔ１１に、制御パルスｐＲＥＳ、ｐＴＸ１、ｐＴＸ２がローレベルからハイレベルになり、第１光電変換部２０１Ａおよび第２光電変換部２０１Ｂがリセットされる。

時刻ｔ１２に、制御パルスｐＲＥＳ、ｐＴＸ１、ｐＴＸ２がハイレベルからローレベルになり、第１光電変換部２０１Ａ、第２光電変換部２０１Ｂのリセットが終了し、第１光電変換部２０１Ａ、第２光電変換部２０１Ｂの電荷蓄積期間が開始される。

時刻ｔ１３に、制御パルスｐＴＸ１がローレベルからハイレベルになり、時刻ｔ１４に制御パルスｐＴＸ１がハイレベルからローレベルとなる。この動作により、期間ｔ１２−ｔ１４に第１光電変換部２０１Ａで生じた電子がＦＤ２０３に転送される。なお期間ｔ１３‐ｔ１４では、制御パルスｐＴＸ２はローレベルが維持されている。

時刻ｔ１５に、制御パルスｐＳ／Ｈがローレベルからハイレベルとなり、時刻ｔ１６に、制御パルスｐＳ／Ｈがハイレベルからローレベルとなる。この動作により期間ｔ１２‐ｔ１４に第１光電変換部２０１Ａで生じた電子に基づく信号が信号処理部１０５において取り込まれる。

時刻ｔ１７に制御パルスｐＴＸ１、ｐＴＸ２が同時にローレベルからハイレベルとなり、時刻ｔ１８に、制御パルスｐＴＸ１、ｐＴＸ２が同時にハイレベルからローレベルとなる。この動作により、期間ｔ１４−ｔ１８に第１光電変換部２０１Ａで生じた電子と、期間ｔ１２−ｔ１８に第２光電変換部２０１Ｂで生じた電子とがＦＤ２０３に転送される。

時刻ｔ１９に、制御パルスｐＳ／Ｈがローレベルからハイレベルとなり、時刻ｔ２０に、制御パルスｐＳ／Ｈがハイレベルからローレベルとなる。この動作により期間ｔ１２‐ｔ１８に第２光電変換部２０１Ｂで生じた電子に基づく信号と、期間ｔ１４‐ｔ１８に第１光電変換部２０１Ａで生じた電子に基づく信号との加算信号が信号処理部１０５において取り込まれる。

ここで本実施形態において電荷蓄積期間は期間ｔ１２−ｔ１８であり、読出し期間は期間ｔ１５‐ｔ２０である。電荷蓄積期間の開始は、光電変換部のリセット動作が解除された時刻である。そして電荷蓄積期間の終了は、１画像を形成するための信号のうち、最後に光電変換部からの転送動作が終了した時刻である。本実施形態においては、時刻ｔ１８に制御パルスｐＴＸ１及びｐＴＸ２とがハイレベルからローレベルとなり、この時刻に電荷蓄積期間が終了する。また読出し期間の開始は電荷蓄積期間に生じた電子に基づく信号を画素外に読出し始める時刻であり、読出し期間の終了は電荷蓄積期間に生じた電子に基づく信号のうち画素外に読み出す信号の全てが信号処理部１０５で取り込まれる時刻である。本実施形態においては、時刻ｔ１５に、制御パルスｐＳ／Ｈがローレベルからハイレベルとなり、電荷蓄積期間の一部の期間である期間ｔ１２−ｔ１４に第１光電変換部２０１Ａで生じた電子に基づく信号の画素外への読出しが始まる。そして、時刻ｔ２０に制御パルスｐＳ／Ｈがハイレベルからローレベルとなり、この時刻に画素外への読出しが終了する。

そして、先に読みだされた第１光電変換部２０１Ａの電荷に基づく信号と、加算された電荷に基づく信号との差分処理を行うことで、第２光電変換部２０１Ｂの電荷に基づく信号を得ることができる。

なお、期間ｔ１２〜ｔ１３の間に、制御パルスｐＳ／Ｈをローレベルからハイレベルとし、期間ｔ１１〜ｔ１２の間に行ったリセットで生じたノイズ信号を画素外へ読みだしてもよい。

本実施形態においては電荷蓄積期間の途中から画素外への信号の読出し期間を開始しているため、両期間が重なっている。しかし、電荷蓄積期間が終了した後に、読出し期間を開始させてもよい。また第１光電変換部２０１Ａ及び第２光電変換部２０１Ｂにおける電荷蓄積期間は同時に開始されて同時に終了されている。しかし第１光電変換部２０１Ａ及び第２光電変換部２０１Ｂの電荷蓄積期間がずれていてもよい。その場合の画素の電荷蓄積期間の開始は、電荷蓄積期間の開始時刻のうち先に電荷蓄積期間が開始された光電変換部の電荷蓄積期間の開始時刻を電荷蓄積期間の開始とする。そして、画素の電荷蓄積期間の終了は、電荷蓄積期間の終了時刻のうち後に電荷蓄積期間が終了された光電変換部の電荷蓄積期間の終了時刻を電荷蓄積期間の終了とする。

次に図４を用いてメカシャッタを用いた場合の電荷蓄積期間に関して説明する。各制御パルスは図３と同様である。図３の電子シャッタとの違いは時刻ｔ２３にメカシャッタが開き各光電変換部への光の入射が始まり、時刻ｔ２４にメカシャッタが閉じて各光電変換部への光の入射が終了する点である。メカシャッタにおいては電荷蓄積期間の開始がメカシャッタが開いた時刻となるため、図４においては電荷蓄積期間の開始はメカシャッタが開いた時刻ｔ２３となる。その他は図３と同じである。

また電荷蓄積期間の開始を電子的に制御し、露光の終了をメカシャッタで行う構成も考えられるが、この場合には、電子シャッタと同じように電荷蓄積期間が規定される。

本実施形態においては、電荷蓄積期間及び読出し期間に第１転送トランジスタのゲート電極にオン電圧が供給される回数の方が第２転送トランジスタのゲート電極にオン電圧が供給される回数よりも多い。したがって第１転送トランジスタのゲート電極と各転送トランジスタのチャネル領域となる半導体領域に基準電圧を供給するコンタクトプラグの距離が近い場合には画質に影響が出る場合がある。

図５および図６に本実施形態の撮像装置の平面模式図、断面模式図を示す。ここでは隣り合う二つの画素を示している。図面左に示した画素の光電変換部、ＦＤ、及びトランジスタは第１活性領域４００Ａに配され、図面右に示した画素の光電変換部、ＦＤ、及びトランジスタは第１活性領域４００Ｂに配される。以下、第１活性領域を特に区別をする必要が無い場合には、添え字Ａ、Ｂを付さずに説明する。また、隣り合う二つの画素を区別して説明する必要がある場合には、図５の左側に配されている画素を第１画素と呼び、右側に配されている画素を第２画素と呼ぶ。

図５（ａ）、（ｂ）において、画素は、第１光電変換部２０１Ａ、第２光電変換部２０１Ｂ、ゲート電極３０２Ａ、ゲート電極３０２Ｂ、ＦＤ２０３、増幅トランジスタ２０５、リセットトランジスタ２０４を有する。第１光電変換部２０１Ａ、第２光電変換部２０１Ｂ、ＦＤ２０３、各トランジスタのソース、ドレイン領域は第１活性領域４００に配されている。

隣り合う二つの画素の第１活性領域４００Ａ、Ｂ間に、コンタクトプラグ３１５が接続される第３活性領域４０２が配されている。本実施形態では、第１活性領域４００と第３活性領域４０２との間に絶縁体分離部が配されて別の活性領域となっているが、第３活性領域４０２が、第１活性領域４００Ａ、４００Ｂのいずれか一方と同じ活性領域となっていてもよい。コンタクトプラグ３１５は第３活性領域４０２に配されるＰ型半導体領域に基準電圧を供給する。コンタクトプラグ３１５には不図示の電圧供給配線が接続され、この電圧供給配線から基準電圧が供給される。

第１活性領域４００には、第１光電変換部２０１Ａの一部を構成するＮ型の第３半導体領域３０１Ａ、第２光電変換部２０１Ｂの一部を構成するＮ型の第４半導体領域３０１Ｂが配されている。更に第１活性領域４００には、ＦＤ２０３およびリセットトランジスタ２０４のソース領域を構成するＮ型の第５半導体領域３０３が配されている。さらに、第１活性領域４００には、増幅トランジスタ２０５のソース領域を構成するＮ型半導体領域３１０、リセットトランジスタ２０４および増幅トランジスタ２０５のドレイン領域を構成するＮ型半導体領域３０８が配される。また、平面視で第１活性領域４００の上には、第１転送トランジスタ２０２Ａのゲート電極３０２Ａと第２転送トランジスタ２０２Ｂのゲート電極３０２Ｂが並置されている。

ここで図５（ａ）および図５（ｂ）いずれの構成においても、転送トランジスタのゲート電極のうち、コンタクトプラグとの間の距離が最も短いゲート電極が第２転送トランジスタのゲート電極となっている。図５（ａ）と図５（ｂ）との違いは、コンタクトプラグ３１５が配される位置が異なる。

図５（ａ）、図５（ｂ）において、Ｌ１は第１画素の第１転送トランジスタ２０２Ａのゲート電極３０２Ａとコンタクトプラグ３１５との距離である。Ｌ２は第１画素の第２転送トランジスタ２０２Ｂのゲート電極３０２Ｂとコンタクトプラグ３１５との距離である。Ｌ３は第２画素の第１転送トランジスタ２０２Ａのゲート電極３０２Ａとコンタクトプラグ３１５との距離である。Ｌ４は第２画素の第２転送トランジスタ２０２Ｂのゲート電極３０２Ｂとコンタクトプラグ３１５との距離である。なおここで距離とは、平面視でコンタクトプラグ３１５と、ゲート電極３０２Ａおよびゲート電極３０２Ｂとの最短距離を示す。

図５（ａ）では、数式１を満たしている。
Ｌ２＜Ｌ１＜Ｌ３＜Ｌ４数式１

そして図５（ｂ）では、数式２を満たしている。
Ｌ２＝Ｌ４＜Ｌ１＝Ｌ３数式２

図５（ａ）では、複数の画素のうちで距離Ｌ２が最も短い画素は第１画素のみである。したがって、コンタクトプラグ３１５とゲート電極３０２Ｂまでの距離Ｌ２は、コンタクトプラグ３１５とゲート電極３０２Ａまでの距離Ｌ１よりも短い。加えて、コンタクトプラグ３１５とゲート電極３０２Ｂまでの距離Ｌ２は、コンタクトプラグ３１５とゲート電極３０２Ａまでの距離Ｌ３、コンタクトプラグ３１５とゲート電極３０２Ｂまでの距離Ｌ４よりも短い。この関係を満たせば、第２画素のゲート電極３０２Ａとゲート電極３０２Ｂとの位置を入れ替えてもよい。また図５（ｂ）では、複数の画素のうちで距離Ｌ２が最も短い画素は第１画素、第２画素の２画素である。したがって、コンタクトプラグ３１５とゲート電極３０２Ｂまでの距離Ｌ２とコンタクトプラグ３１５とゲート電極３０２Ｂまでの距離Ｌ４とが等しい。そして、コンタクトプラグ３１５とゲート電極３０２Ａとの距離Ｌ１と、コンタクトプラグ３１５とゲート電極３０２Ａとの距離Ｌ３とが等しい。そして、距離Ｌ４（距離Ｌ２）は距離Ｌ１（距離Ｌ３）よりも短い。

図５（ａ）、（ｂ）に示したように、コンタクトプラグ３１５の最も近くに配される転送トランジスタのゲート電極を、オン電圧が供給される回数が少ないゲート電極とすることで、コンタクトプラグ３１５の電圧変化を抑制することができる。

次に図６を用いて図５のＡ―Ｂ線に沿った断面模式図について説明し、コンタクトプラグ３１５における電圧変化を小さくすることで得られる効果に関して説明する。

図５（ａ）、図５（ｂ）はコンタクトプラグ３１５からＦＤ２０３までの距離が異なるのみであるため、図６では一つの図面で説明する。

図６において、第１光電変換部２０１Ａは、第３半導体領域３０１ＡとＰ型半導体領域３１１とにより構成されるＰＮ接合を有している。第２光電変換部２０１Ｂは、第４半導体領域３０１ＢとＰ型半導体領域３１１とにより構成されるＰＮ接合を有している。例えば第１光電変換部２０１Ａ、第２光電変換部２０１Ｂはフォトダイオードである。さらに、第３半導体領域３０１Ａと第４半導体領域３０１Ｂとの間には、ポテンシャル障壁として機能するＰ型半導体領域３１１よりも高濃度のＰ型半導体領域が配されていてもよい。

第２導電型の第５半導体領域３０３はＦＤ２０３を構成する。Ｐ型半導体領域３１１と第５半導体領域３０３によるＰＮ接合により構成される容量で、第１光電変換部２０１Ａおよび第２光電変換部２０１Ｂから転送された電子を保持する。

更にＰ型半導体領域３１１にはＮ型半導体領域３０８およびＮ型半導体領域３１０が配される。

また、ゲート電極３０２Ａ、ゲート電極３０２Ｂ、ゲート電極３０７、ゲート電極３０９は、第１活性領域４００の上に配される。

第１転送トランジスタ２０２Ａのゲート電極３０２Ａの下部にはチャネル領域となる第１導電型の第１半導体領域３０４が配されている。同様に第２転送トランジスタ２０２Ｂのゲート電極３０２Ａの下部にはチャネル領域となる第１導電型の第１半導体領域３０４が配されている。また増幅トランジスタのゲート電極３０９の下部にはチャネル領域となる第１導電型の第２半導体領域３１４が配されている。本実施形態では、第１、第２転送トランジスタ及び増幅トランジスタのチャネル領域となる半導体領域は全てＰ型半導体領域３１１である。しかし、それぞれのトランジスタのゲート電極下部のＰ型半導体領域３１１に更に不純物を注入して、Ｐ型半導体領域３１１に対し不純物濃度を異ならせてもよい。

Ｐ型半導体領域３１１には基準電圧が供給されたコンタクトプラグ３１５が接続されている。このような構成によれば、コンタクトプラグ３１５およびＰ型半導体領域３１１を介して、第１半導体領域３０４および第２半導体領域３１４に基準電圧を供給することができる。このコンタクトプラグ３１５は、例えばタングステン等の金属、あるいは合金で構成される。コンタクトプラグ３１５とＰ型半導体領域３１１との間にチタン及び／または窒化チタンで構成される部材を配し、この部材を介してコンタクトプラグ３１５とＰ型半導体領域３１１とが接していてもよい。またＰ型半導体領域３１１のコンタクトプラグ３１５と接触する部分にＰ型半導体領域３１１よりも高濃度のＰ型半導体領域を設けてもよい。

Ｐ型半導体領域３１１のコンタクトプラグ３１５が接続された部分からゲート電極３０２Ａおよびゲート電極３０２Ｂの下部の半導体領領域まで第１導電型の半導体領域が連続して配されている。このような構成によればコンタクトプラグ３１５からの基準電圧をこれらゲート電極下部の半導体領域まで供給することができる。

Ｐ型半導体領域３１１は転送トランジスタ、増幅トランジスタのチャネル領域となる半導体領域、もしくはチャネル領域となる半導体領域がその内部に配された半導体領域である。したがってコンタクトプラグ３１５の電圧が変化すると、Ｐ型半導体領域３１１の電圧が変化し、各トランジスタの動作に影響を及ぼす。これにより画質に影響が出る。

これに対し図５に示した配置によれば、コンタクトプラグ３１５との距離が近い転送トランジスタのゲート電極が、オン電圧が供給される回数が少ないものであるため、上述の画質への影響を低減することが可能となる。

以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。

図８〜図１０を用いて、本実施例の撮像装置を説明する。各図面において図１〜７と同じ符号が付されている部分は、同じ素子もしくは同じ領域を指す。本実施例の画素は、図２で示した構成に加えて選択トランジスタ２０６を有する構成となっている。

図８、図９を用いて平面模式図について説明する。２行×２列に配された計４画素を示している。各活性領域を識別するために添え字Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを用いているが、同様の機能を有する部分においては添え字を付さずに説明する。両者を区別しての説明が必要な場合には添え字を付して説明する。また１行目と２行目とで同じ構成の場合には説明を省略する。

図８は、活性領域の説明を容易にするために、第１活性領域４００、第２活性領域４０２、第３活性領域４０１のみを示している。第１活性領域４００と第２活性領域４０２と第３活性領域４０１とは、互いの間に絶縁素子分離部を挟んで配されている。そして、第２活性領域４０２が、平面視で第１活性領域４００および第３活性領域４０１の間の領域に配されている。各第２活性領域４０２にコンタクトプラグが配され、本実施例では画素の数とコンタクトプラグとの数が等しい。

図９に示すように、第１の第１活性領域４００Ａに配される光電変換部の信号を処理する画素のトランジスタは、第３の第３活性領域４０１Ｃに配される。そして第２の第１活性領域４００Ｂに配される光電変換部の信号を処理する画素のトランジスタは、第４の第３活性領域４０１Ｄに配される。

図９に示すように、第１の第１活性領域４００Ａには、第１光電変換部２０１Ａ、第２光電変換部２０１Ｂ、ＦＤ２０３を構成するＮ型の第５半導体領域３０３が配されている。第１活性領域４００と第３活性領域４０１とは、第３半導体領域３０１Ａおよび第４半導体領域３０１Ｂから第５半導体領域３０３への電荷の転送方向に直交する方向に沿って並んでいる。

平面視で第１の第１活性領域４００の上には、第１転送トランジスタ２０２Ａのゲート電極３０２Ａと第２転送トランジスタ２０２Ｂのゲート電極３０２Ｂとが配されている。

第３活性領域４０１には、選択トランジスタ２０６のソースを構成するＮ型半導体領域、増幅トランジスタ２０５のソースと選択トランジスタ２０６のドレインを構成するＮ型半導体領域が配される。更に、第３活性領域４０１には、増幅トランジスタ２０５のドレインとリセットトランジスタ２０４のドレインを構成するＮ型半導体領域が配される。更に、第３活性領域４０１には、リセットトランジスタ２０４のソースを構成するＮ型半導体領域が配され、選択トランジスタ３０６のソースを構成するＮ型半導体領域が配される。

そして、第１の第１活性領域４００Ａの第５半導体領域３０３と、第３の第３活性領域４０１Ｃに配された増幅トランジスタ２０５のゲート電極とが導電体を介して電気的に接続されている。更に第２の第１活性領域４００Ａの第５半導体領域３０３と、第４の第３活性領域４０１Ｄに配された増幅トランジスタ２０５のゲート電極とが導電体を介して電気的に接続されている。

図１０を用いて図９のＡ−Ｂ線に沿った断面模式図について説明する。図６と同様の機能を有する素子に関しては説明を割愛する。

図１０において、Ｐ型半導体領域３１１内には、Ｐ型半導体領域３１１より不純物濃度が高いＰ型半導体領域３１８が配されている。このＰ型半導体領域３１８にはコンタクトプラグ３１５が接続される。なお、本実施例において、第３活性領域４０１は絶縁体素子分離部３１６によって区画されているため、平面視でＰ型半導体領域３１８は絶縁体素子分離部３１６に囲まれる。

また、Ｐ型半導体領域３１１内には、Ｐ型半導体領域３１１よりも不純物濃度が高いＰ型半導体領域３２４が配されている。Ｐ型半導体領域３２４の一部は、絶縁体素子分離部３１６の下部に配されチャネルストップ領域となる。

さらに、第１転送トランジスタ２０２Ａのゲート電極３０２Ａの下部にはチャネル領域となる第１導電型の第１半導体領域３０４が配されている。同様に第２転送トランジスタ２０２Ｂのゲート電極３０２Ａの下部にはチャネル領域となる第１導電型の第１半導体領域３０４が配されている。

増幅トランジスタのゲート電極３０９の下部にはチャネル領域となる第１導電型の第２半導体領域３１４が配されている。前述したように第１半導体領域３０４および第２半導体領域３１４はＰ型半導体領域３１１内に配されている。ここでは、第１半導体領域３０４および第２半導体領域３１４の不純物濃度は、Ｐ型半導体領域３１１の不純物濃度と異なる。これにより、トランジスタ毎の閾値を異ならせることができる。

図１１を用いて、本実施例の撮像装置の平面模式図を説明する。各図面において同じ符号が付されている部分は、同じ素子もしくは同じ領域を指す。

本実施例と実施例１との違いは第２活性領域４０２の位置である。実施例１では、第１行および第２行においてコンタクトプラグ３１５は同じ位置に配されていたが本実施例においては異なる位置に配されている。いわゆる千鳥配置となっている。

第１行の画素の光電変換部が配される第１活性領域４００とこの右側に配される第３活性領域４０１との間に第２活性領域４０２が配されている。これに対し、第２行の画素の光電変換部が配される第１活性領域４００と、この左側に配される第３活性領域４０１との間に第２活性領域４０２が配されている。

コンタクトプラグ３１５は、第３の第１活性領域４００Ｃと第２の第３活性領域４０１Ｃの間の領域に対して、第３の第１活性領域４００Ｃに配された第５半導体領域３０３を挟んで反対側の領域に配されている。

さらに、本実施例では、第１光電変換部２０１Ａ、第２光電変換部２０１Ｂ、ゲート電極３０２Ａおよびゲート電極３０２Ｂの配置が第１行と第２行で異なる。第２行においても、コンタクトプラグ３１５とゲート電極３０２Ｂとの距離が、コンタクトプラグ３１５とゲート電極３０２Ａとの距離よりも短い。このような配置となるように第１光電変換部２０１Ａおよびゲート電極３０２Ａと、第２光電変換部２０１Ｂおよびゲート電極３０２Ｂの配置が入れ替わる。

図１２を用いて、本実施例の撮像装置の平面模式図を説明する。各図面において同じ符号が付されている部分は、同じ素子もしくは同じ領域を指す。

本実施例と実施例１、２との違いについて説明する。実施例１、２では画素の数とコンタクトプラグ３１５との数が等しいが、本実施例では、コンタクトプラグ３１５の数が画素の数よりも少ない。

このように、コンタクトプラグ３１５の数を第１活性領域４００の数よりも少なくすることで、コンタクトプラグ３１５より生じる暗電流を低減させることが可能となる。

また、本実施例によっても、コンタクトプラグ３１５は、Ｐ型半導体領域３１１を介して第１半導体領域３０４に基準電位を供給する。そして、コンタクトプラグ３１５とゲート電極３０２Ａとの間に生じる寄生容量を抑制し、第１転送トランジスタおよび第２転送トランジスタのチャネルの電位の変動を抑制することができる。

図１３を用いて、本実施例の撮像装置の平面模式図を説明する。各図面において同じ符号が付されている部分は、同じ素子もしくは同じ領域を指す。

本実施例と実施例１〜３との違いについて説明する。実施例１では、第１活性領域４００と第３活性領域４０１との間にコンタクトプラグ３１５が配されていた。本実施例では、平面視で第３半導体領域３０１Ａおよび第４半導体領域３０１Ｂから第５半導体領域３０３への電荷の転送方向に直交する方向に沿って、第１活性領域４００と第３活性領域４０１が並んでいる。且つ平面視で第３活性領域４０１とコンタクトプラグ３１５は、第３半導体領域３０１Ａおよび第４半導体領域３０１Ｂから第５半導体領域３０３への電荷の転送方向に順に並んでいる。

なお、本実施例においては、第１行の画素における第１の第１活性領域４００Ａと第２の第１活性領域４００Ｂとで、第１光電変換部２０１Ａと第２光電変換部２０１Ｂ、ゲート電極３０２Ａとゲート電極３０２Ｂの配置が逆となる。これは他の行においても同様である。

図１４を用いて、本実施例の撮像装置の平面模式図を説明する。各図面において同じ符号が付されている部分は、同じ素子もしくは同じ領域を指す。

本実施例と実施例１〜４の違いは、本実施例においてはコンタクトプラグが接続される半導体領域が配される活性領域が、光電変換部が配される活性領域と同一の領域とした点である。

第１活性領域４００において、第２光電変換部２０１Ｂとコンタクトプラグ３１５は、平面視でＰ型半導体領域３１１を挟んで配されている。

本実施例によれば、画素を構成するトランジスタの専有面積を減らすことなく配置しやすくなり、トランジスタの特性劣化を抑えることが可能となる。

図１５を用いて、本実施例の撮像装置の平面模式図を説明する。各図面において同じ符号が付されている部分は、同じ素子もしくは同じ領域を指す。

本実施例と実施例１との違いについて説明する。本実施例では、第１の第１活性領域４００Ａに配された第５半導体領域３０３と、第３の第１活性領域４００Ｃに配された第５半導体領域３０３とが、同一の半導体領域によって構成される。

つまり、第１の第１活性領域４００Ａに配された光電変換部２０１で生じた電荷と、第３の第１活性領域４００Ｃに配された光電変換部２０１で生じた電荷が同一の第５半導体領域３０３に転送される。

第１の第１活性領域４００Ａと、第３の第１活性領域４００Ｃとで電荷の転送方向が反対方向となっている。ただし、第１の第１活性領域４００Ａと第３の第１活性領域４００Ｃが第５半導体領域３０３を共有していれば、転送方向についてはこれに限られない。

また、本実施例において第５半導体領域３０３は、第１の第３活性領域４０１Ｃの増幅トランジスタ２０５のゲート電極３０９に、導電体を介して電気的に接続される。つまり、二つの第１活性領域４００Ａ、第１活性領域４００Ｃに対して、１つの第３活性領域４０１を共有する構成となる。

ここでは２つの第１活性領域４００が同一の第５半導体領域３０３を有するが、これに限られず、もっと多くの第１活性領域４００が同一の第５半導体領域３０３を有してもよい。

〔変形例〕
図７に変形例の撮像装置の特徴を説明するための断面模式図を示す。図１〜図７と同様の機能を有する部分に関しては説明を割愛する。

第１実施形態との違いは、転送トランジスタのチャネル領域となる半導体領域と増幅トランジスタのチャネル領域となる半導体領域とが異なる半導体領域で構成されている点である。

図７では増幅トランジスタ２０５のチャネル領域となる半導体領域は半導体領域３１２である。半導体領域３１２はＮ型半導体領域であってもよいし、Ｐ型半導体領域であってもよい。図７では、Ｐ型半導体領域３１１と半導体領域３１２とを異なる半導体基板に配することによって別の半導体領域としている。ただし、Ｐ型半導体領域３１１と半導体領域３１２とが同一の半導体基板に配されていても、絶縁分離部等を用いてＰ型半導体領域３１１と半導体領域３１２とを別の半導体領域としてもよい。もしくは半導体領域３１２をＮ型にすることでＰ型半導体領域３１１と半導体領域３１２とを別の半導体領域とすることができる。

Ｐ型半導体領域３１１にはコンタクトプラグ３１５（第１コンタクトプラグ）から基準電圧が供給され、半導体領域３１２にはコンタクトプラグ３２０（第２コンタクトプラグ）から基準電圧が供給される。コンタクトプラグ３１５とコンタクトプラグ３２０とは別のコンタクトプラグである。またこれらのコンタクトプラグに供給される基準電圧は同じであってもよいし異ならせてもよい。例えば半導体領域３１２がＰ型であれば、コンタクトプラグ３１５および３２０には接地電位を供給することができる。半導体領域３１２がＮ型であれば、コンタクトプラグ３１５には接地電位が供給されコンタクトプラグ３２０には電源電圧、たとえば３．３Ｖなど接地電位に対し正の電位を供給することができる。半導体領域３１２をＮ型とする場合には増幅トランジスタはＰ型トランジスタとなる。つまり転送トランジスタとは反対導電型のトランジスタとなる。

またコンタクトプラグ３１５、３２０には各々異なる配線を介して基準電圧が供給される。そのため、コンタクトプラグ３１５に供給されている基準電圧が変化しても増幅トランジスタ２０５のチャネルとなる半導体領域３１２の電圧は変動しにくい。このような構成においては、コンタクトプラグ３１５の基準電圧の変動の影響を受けるのは転送トランジスタのみである。転送トランジスタの動作に影響が出る期間は、電荷蓄積期間の開始から終了までの期間である。したがって、本実施形態においては電荷蓄積期間中にゲート電極にオン電圧が供給される回数が多い方の転送トランジスタのゲート電極とコンタクトプラグ３１５との距離を離せばよい。

図３、４を参照すると、電荷蓄積期間においてオン電圧が供給される回数が多いのはやはり第１転送トランジスタ２０２Ａである。したがって本実施形態においても第１実施形態と同様に図５で述べたコンタクトプラグ３１５と転送トランジスタのゲート電極の配置にすることで転送トランジスタのチャネル領域となる半導体領域の電圧変化による画質の低下を抑制できる。

以上本発明を具体的な実施例を用いて説明したが本発明の思想を超えない範囲で適宜組み合わせ、修正することができる。

Claims

各々が、第１光電変換部および第２光電変換部と、前記第１光電変換部および前記第２光電変換部で生じた電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、前記第１光電変換部から前記フローティングディフュージョンへ電荷を転送する第１転送トランジスタと、前記第２光電変換部から前記フローティングディフュージョンへ電荷を転送する第２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蓄積された電荷に基づく信号を増幅する増幅トランジスタと、を有する複数の画素と、
前記第１転送トランジスタ、前記第２転送トランジスタおよび前記増幅トランジスタのチャネル領域となる半導体領域に基準電圧を供給するためのコンタクトプラグと、を有し、
前記第１光電変換部および前記第２光電変換部の電荷蓄積期間の開始から、前記電荷蓄積期間に生じた電荷に基づく信号を画素外に読み出す読出し期間の終了までの期間において、前記第１転送トランジスタのゲート電極にオン電圧が供給される回数が、前記第２転送トランジスタのゲート電極にオン電圧が供給される回数よりも多い撮像装置であって、
前記複数の画素のうち、前記第２転送トランジスタのゲート電極から前記コンタクトプラグまでの距離が最も短い画素において、前記第２転送トランジスタのゲート電極から前記コンタクトプラグまでの距離は前記第１転送トランジスタのゲート電極から前記コンタクトプラグまでの距離よりも短いことを特徴とする撮像装置。
前記第２転送トランジスタのゲート電極から前記コンタクトプラグまでの距離が最も短い画素を複数有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
第１光電変換部および第２光電変換部と、前記第１光電変換部および前記第２光電変換部で生じた電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、前記第１光電変換部から前記フローティングディフュージョンへ電荷を転送する第１転送トランジスタと、前記第２光電変換部から前記フローティングディフュージョンへ電荷を転送する第２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蓄積された電荷に基づく信号を増幅する増幅トランジスタと、を有する複数の画素と、
前記第１転送トランジスタおよび前記第２転送トランジスタのチャネル領域となる第１導電型の第１半導体領域と、前記増幅トランジスタのチャネル領域となる第１導電型の第２半導体領域と、
前記第１半導体領域および前記第２半導体領域に基準電圧を供給するコンタクトプラグと、を有し、
前記第１光電変換部および前記第２光電変換部の電荷蓄積期間の開始から、読出し期間の終了までの期間において、前記第１転送トランジスタのゲート電極にオン電圧が供給される回数が、前記第２転送トランジスタのゲート電極にオン電圧が供給される回数よりも多い撮像装置であって、
各々が、前記第１光電変換部の一部を構成し、前記第１光電変換部で生じた電荷を蓄積する第２導電型の第３半導体領域と、前記第２光電変換部の一部を構成し、前記第２光電変換部で生じた電荷を蓄積する前記第２導電型の第４半導体領域と、前記フローティングディフュージョンを構成する前記第２導電型の第５半導体領域と、が配された、複数の第１活性領域を有し、
前記コンタクトプラグは、前記複数の第１活性領域のうち、互いに隣り合う、第１の第１活性領域、及び第２の第１活性領域、もしくは、前記第１の第１活性領域と前記第２の第１活性領域との間に配された第２活性領域のいずれかの領域に配され、
前記コンタクトプラグから前記第１の第１活性領域の上に配された前記第２転送トランジスタのゲート電極までの距離は、前記コンタクトプラグから前記第１の第１活性領域および前記第２の第１活性領域の上に配された前記第１転送トランジスタのゲート電極までの距離よりも短く、且つ前記コンタクトプラグから前記第２の第１活性領域の上に配された前記第２転送トランジスタのゲート電極までの距離以下であることを特徴とする撮像装置。
前記画素は、前記フローティングディフュージョンで蓄積された電荷に基づく信号を読み出す増幅トランジスタを有し、
前記増幅トランジスタは、前記第１の第１活性領域と素子分離部を挟んで配された第３活性領域に配されていることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
前記第３半導体領域および前記第４半導体領域から前記第５半導体領域への電荷の転送方向に直交する方向に沿って、前記第１の第１活性領域と前記第３活性領域が並んでおり、
前記コンタクトプラグが、前記第１の第１活性領域および前記第３活性領域の間の領域に配されていることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
前記第３半導体領域および前記第４半導体領域から前記第５半導体領域への電荷の転送方向に直交する方向に沿って、前記第１の第１活性領域と前記第３活性領域が並んでおり、
前記コンタクトプラグは、平面視で前記複数の第１活性領域のうち少なくとも一部の第１活性領域に配されていることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
前記複数の画素の第１及び第２光電変換部は行列状に配されており、
第１行の画素の前記第１及び第２光電変換部で生じた電荷に基づく信号を読み出す前記増幅トランジスタが、第２行の画素の前記第１及び第２光電変換部が配される第１活性領域の間に配された、前記第３活性領域に配されることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記複数の画素の第１及び第２光電変換部は行列状に配されており、
第１行に配された画素の前記第１及び第２光電変換部からの電荷が転送される第５半導体領域と、
第２行に配された画素の前記第１及び第２光電変換部からの電荷が転送される第５半導体領域と、が同一の半導体領域であることを特徴とする請求項３または４に記載の撮像装置。
前記第３半導体領域および前記第４半導体領域から前記第５半導体領域への電荷の転送方向に直交する方向に沿って、前記第１活性領域と前記第３活性領域が並んでおり、
且つ平面視で前記第３活性領域と前記コンタクトプラグは、前記第３半導体領域および前記第４半導体領域から前記第５半導体領域への電荷の転送方向に順に並んでいることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記コンタクトプラグが複数配されており、前記複数のコンタクトプラグは千鳥配置されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記コンタクトプラグが複数配されており、前記複数のコンタクトプラグの数は前記画素の数と等しいことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記コンタクトプラグが複数配されており、前記複数のコンタクトプラグの数は前記画素の数よりも少ないことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記第２転送トランジスタのゲート電極にオフ電圧を供給した状態で、前記第１転送トランジスタのゲート電極にオン電圧を供給し、その後、
前記第１転送トランジスタのゲート電極および前記第２転送トランジスタのゲート電極に同時にオン電圧を供給することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の撮像装置。