WO2006018968A1 - 増幅型固体撮像装置 - Google Patents

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Makoto Inagaki
Kazuaki Igaki
Motohiro Kojima
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers

Definitions

  • the present invention relates to an amplification type solid-state imaging device having an imaging region having a relatively large area, and relates to a layout in which pixel contacts for improving image quality stability are arranged so as to maximize pixel performance.
  • each pixel includes a photodiode 20, a transfer transistor 21, a reset transistor 22, a drive transistor 23, and a selection transistor 24.
  • the signal charge that has been photoelectrically converted by the photodiode 20 and transferred is transferred by the transfer transistor 21, converted into a voltage, and then input to the gate of the drive transistor 23.
  • the drive transistor 23 forms a source follower by the pixel unit power supply 33 and the load transistor group 32, and its midpoint is connected to the vertical signal lines 25 for m columns arranged in the column direction.
  • a signal input to the drive transistor 23 is transmitted via a selection transistor 24 and a vertical signal line 25 to a row signal storage unit 26 for storing and outputting a signal in the row direction. Then, the horizontal selection unit 27 selects and outputs a signal for each pixel. This operation is performed by sequentially scanning the transfer transistor control line 29, the reset transistor control line 30, and the row selection transistor control line 31 connected to the vertical selection unit 28 in the vertical direction, and all the pixels of the two-dimensional array are scanned. Can be output.
  • FIG. 5 is a schematic plan view of one pixel of the amplification type solid-state imaging device. It is divided into a photodiode portion 41, a floating diffusion capacitance portion 45, and a transistor arrangement portion 46. Reference numeral 47 denotes a light shielding aluminum opening. In the transistor arrangement section 46, a reset transistor, a drive transistor, a selection transistor, and the like are arranged. Photodiode 41 performs photoelectric conversion and charge signal accumulation. The signal charge transfer gate 44 is accumulated in the photodiode part 41. A function of transferring the signal charge to the floating diffusion capacitor 45.
  • the GND (ground) contact 42 in the pixel realizes stabilization of the potential of the well by connecting the first conductivity type well 43 to a reference potential such as GND.
  • the in-pixel GND contact 42 is formed adjacent to the floating diffusion capacitor 45 and is separated from the floating diffusion capacitor 45 with an inactive region 48 interposed therebetween.
  • the electric charge transferred to the floating diffusion capacitance unit 45 is amplified or impedance-converted by a drive transistor provided in the transistor arrangement unit 46 as a voltage, and is supplied from a two-dimensionally arranged pixel. Signals are sequentially read and output in the X and Y directions.
  • a scanning circuit for sequentially scanning in the X and Y directions has no important relationship with the configuration of the main part of the present invention, and thus description thereof is omitted.
  • the intra-pixel GND contact 52 is disposed on the first conductivity type well region 51.
  • a contact injection portion 53 is formed above the first conductivity type well region 51, the periphery of the contact injection portion 53 is surrounded by an inactive region 54, and an insulating layer 55 is formed above.
  • the intra-pixel GND contact 52 is connected to the first conductivity type well region 51 through a contact injection portion 53. (See Patent Document 1).
  • Patent Document 1 JP 2001-230400 A
  • the first conductivity type as shown in FIG.
  • An in-pixel GND contact 42 for the well region 43 is disposed.
  • the layout is generally arranged adjacent to the drain region 45.
  • the ideal shape of the photodiode part 41 is a square or a rectangular shape with no distortion at the four sides and four corners. To achieve this, a ground contact in the pixel is placed in the photodiode part 41. First, based on the idea that it should be placed on the drain region 45 side.
  • An object of the present invention is to provide an amplification type solid-state imaging device having a rational arrangement of in-pixel GND contacts that improves afterimage characteristics and does not adversely affect optical characteristics.
  • the amplification type solid-state imaging device of the present invention includes two pixels each including a first conductivity type well region, a second conductivity type photodiode unit, and an amplification transistor.
  • the contact for supplying the reference voltage to the well region is arranged in the photodiode portion, so that a wide charge transfer gate width can be secured. Therefore, it is possible to sufficiently read out the signal charge, and the afterimage characteristics can be improved.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing a pixel layout of an amplification type solid-state imaging device according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an in-pixel GND contact structure of the amplification type solid-state imaging device according to the second embodiment.
  • FIG. 3A is a plan view showing a pixel arrangement in an imaging region of an amplification type solid-state imaging device according to Embodiment 3.
  • FIG. 3B is a plan view showing a layout of a pixel A of the same amplification type solid-state imaging device.
  • FIG. 3C is a plan view showing a layout of pixel B of the amplification type solid-state imaging device.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a conventional amplification type solid-state imaging device.
  • FIG. 5 is a plan view showing an outline of a pixel layout of a conventional amplification type solid-state imaging device.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional intra-pixel GND contact.
  • the photodiode portion has a rectangular planar shape, and the in-pixel contact is disposed at the center of one side of the rectangle.
  • the in-pixel contact with respect to the photodiode portion is arranged at a position different from each other for at least two pixels.
  • the photodiode portion may have a first conductivity type surface layer, and the contact in the pixel may be joined to the well region via the surface layer. Further, a separation by an inactive region is formed between the in-pixel contact and the photodiode portion, and the configuration can be made.
  • an amplification type solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a pixel portion of the amplification type solid-state imaging device according to the first embodiment.
  • the layout of this device is roughly divided into a photodiode portion 1, a floating diffusion capacitance portion 5, and a transistor placement portion 6.
  • transistors (not shown) such as a reset transistor “drive transistor” selection transistor and the like are arranged.
  • a signal charge transfer gate 4 is provided between the photodiode unit 1 and the floating diffusion capacitor unit 5.
  • Reference numeral 7 denotes a light shielding aluminum opening. 8 is an inactive region.
  • the signal charge photoelectrically converted and accumulated in the photodiode unit 1 is transferred to the floating diffusion capacitor unit 5 by the signal charge transfer gate 4.
  • the signal charge is converted into a voltage by the floating diffusion capacitor part 5 and amplified or impedance-converted by a drive transistor arranged in the transistor arrangement part 6.
  • the impedance-converted signals from the two-dimensionally arranged pixels are sequentially read and output in the X and Y directions. A description of the scanning circuit for sequentially scanning in the X and Y directions will be omitted.
  • a feature of the pixel layout in the present embodiment is that the in-pixel GND contact 2 and the first conductivity type well region 3 are arranged in the photodiode portion 1.
  • the GND contact 2 in the pixel is not adjacent to the floating diffusion portion 5, the width of the signal charge transfer gate 4 can be widely laid out.
  • the signal charge transfer characteristic from the photodiode part 1 to the floating diffusion capacitor part 5 is improved, and the afterimage characteristic can be greatly improved.
  • the pixel layout in the present embodiment further has the following characteristics. As shown in FIG. 1, the in-pixel GND contact 2 and the first conductivity type well region 3 are arranged at the center of one side of, for example, the rectangular photodiode portion 1. The advantages of this arrangement are as follows.
  • the intra-pixel GND contact 2 By disposing the intra-pixel GND contact 2 in the photodiode portion 1, the intra-pixel GND contact 2 is located inside the light-shielding aluminum opening 7 and exposed to the light incident portion.
  • the GND contact 2 in the pixel is asymmetric in the photodiode section 1.
  • the output of the lower right pixel in the imaging region is lower than that of the pixel at the center of the imaging region.
  • the focal position in the pixel is larger toward the corner of the photodiode portion 1 in the pixel on the outermost diagonal of the imaging region compared to the pixel in the center of the imaging region.
  • the in-pixel GND contact is arranged at the lower right of the photodiode part 1, the proportion of incident light that is focused on the in-pixel GND contact is relatively increased in the lower right pixel in the imaging region. .
  • the photoelectric conversion rate is lower in the lower right pixel in the imaging region than in the pixel in the center of the imaging region.
  • the output of the upper right corner of the screen decreases. The condition becomes worse.
  • the cause of the output asymmetry in the imaging region is closely related to the location of the in-pixel GND contact 2 in the photodiode portion 1 as described above.
  • the GND contact in the pixel is arranged at the lower right of the photodiode part 1 is explained.
  • the force is applied to the corner of the rectangular photodiode part 1 such as the upper right or upper left of the photodiode part 1. If the GND contact in the pixel is placed, it is affected by the characteristics of the light incident on the imaging area.
  • the center of the imaging region optically has the longest distance.
  • the ratio of the light collected on the GND contact 2 in the pixel can be reduced.
  • the occurrence of asymmetry in the diagonal direction of the screen can be suppressed.
  • a first conductivity type well region 13 and a first conductivity type surface layer 14 are formed in the second conductivity type photodiode injection region 11.
  • An intra-pixel GND contact 12 is provided through the insulating layer 15 and connected to the first conductivity type surface layer 14.
  • the feature of this embodiment is that the first conductivity type surface layer 14 is also used in place of the contact injection portion for the connection between the in-pixel GND contact 12 and the first conductivity type well region 13. is there.
  • the impurity concentration of the first conductivity type surface layer 14 is set to 1. OX 10 13 to l. OX 10 15 .
  • the first conductivity type implantation region used for the contact implant is set to 1.
  • OX 10 13 to l. OX 10 14 so it is possible to use the first conductivity type surface layer 14 also as the contact implant. is there. As a result, it is possible to reduce implantation defects that do not require contact implantation and reduce pixel defects, and it is possible to reduce processes.
  • FIG. 3A is a plan view schematically showing an imaging region (only four pixels are shown) 9.
  • FIGS. 3B and 3C are plan views showing the layout in the pixel.
  • a feature of this embodiment is that two or more types of pixels having different positions of the GND contact in the pixel are arranged in the imaging region 9. That is, in the pixel A, the in-pixel GND contact 2a and the first conductivity type well region 3a are arranged on the right side of the upper side of the photodiode 1. In the pixel B, the in-pixel GND contact 2b and the first conductivity type wall region 3b are arranged on the left side of the upper side of the photodiode 1. As shown in FIG. 3A, pixels A are arranged in the upper left and lower right in the imaging area 9, and pixels B are arranged in the lower left and upper right.
  • the light incident on each pixel in the imaging region 9 is, for example, a force that is collected on the photodiode unit 1 by a lens provided on each pixel. Since the irradiating light is incident obliquely, the condensing position on the photodiode portion 1 is deviated depending on the pixel position in the imaging region 9. For example, in the pixel A region, the light condensing position on the photodiode portion 1 is substantially deviated in the direction of the upper left force and lower right, and in the pixel B region The light condensing position on the diode part 1 is generally biased in the direction of the lower left force and upper right. For this reason, it is preferable to provide the intra-pixel GND contacts 2a and 2b while avoiding the positions along the direction in which the light condensing position is deviated, thereby preventing variation in sensitivity between pixels.
  • the positions of the GND contacts in the pixel may be two types, and the arrangement may be different for all the pixels.
  • the lever position can be gradually changed from the center of the imaging region 9.
  • the dividing method is not limited as long as the same effect can be obtained.
  • Embodiment 4 An amplification type solid-state imaging device according to Embodiment 4 will be described.
  • the pixel layout of this embodiment differs from the conventional example of FIG. 5 in that the pixel portion GND contact 2 and the first conductivity type well region 3 are not connected to the adjacent photodiode portion 1 as shown in FIG. It is not separated by the active region. That is, the pixel portion GND contact 2 and the photodiode portion 1 are formed in the same active region and are not separated by the inactive region.
  • the in-pixel GND contact 2 is arranged in the photodiode portion 1.
  • the potential of the floating diffusion capacitance 45 is set to the maximum power supply voltage, for example, 5V.
  • the potential difference is 5V.
  • the contact injection portion 53 (see FIG. 6) used for connection with the first conductivity type well region 43 and the floating diffusion capacitor 45 are in contact with each other at a high concentration, so that the breakdown due to the electric field is likely to occur. Therefore, it is essential to provide the inactive region 48.
  • the maximum potential of the photodiode portion 1 is about 2 V at the maximum, and the potential difference with the GND contact 2 in the pixel is small. Concentration is low with respect to the impurity concentration by forming the floating diffusion capacitor part 5. Therefore, even if there is no separation by the non-active region 8, it will not be destroyed. With this structure, there is an effect that it is possible to suppress the generation of dark output and the generation of white flaws without the occurrence of defects due to the formation of inactive regions.
  • the potential of the well region 3 can be stabilized as long as the in-pixel GND contact 2 is not limited to the ground but can be fixed to a constant reference potential. Togashi.
  • the GND contact 2 in the pixel does not necessarily need to completely fit in the rectangle of the photodiode portion 1. A part of the GND contact 2 may protrude from the rectangle.
  • the amplification type solid-state imaging device of the present invention improves the afterimage characteristics, has a rational arrangement of GND contacts in the pixel that does not adversely affect the optical characteristics, and has a large image formation size. This is useful for high-end digital still cameras, dental X-ray input solid-state imaging devices, and face contour image input devices.

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Abstract

　第１導電型のウェル領域に形成された第２導電型のフォトダイオード部１と、フォトダイオード部に蓄積される電荷を増幅して出力する増幅トランジスタ６とを含む複数の画素が２次元状に配列され、更に、フォトダイオード部の領域内に、ウェル領域に基準電圧を供給するための画素内コンタクト２が配置されている。残像特性を改善すると共に、光学特性に悪影響を与えない合理的な画素内ＧＮＤコンタクトの配置が得られる。                                                                               

Description

明 細 書
増幅型固体撮像装置
技術分野
[0001] 本発明は、比較的大きな面積の撮像領域を持つ増幅型固体撮像装置に関し、画 質安定ィ匕を図るための画素コンタクトを、画素性能を最大にするように配置するレイ アウトに関する。
背景技術
[0002] 1画素に 4つのトランジスタを有する一般的な増幅型固体撮像装置の全体構成に ついて、図 4を参照しながら説明する。撮像領域 34に複数の画素が m列 X n行の 2 次元に配列され、各画素は、フォトダイオード 20、転送トランジスタ 21、リセットトラン ジスタ 22、ドライブトランジスタ 23、及び選択トランジスタ 24より構成される。フォトダイ オード 20で光電変換され、蓄積された信号電荷は転送トランジスタ 21によって転送 され、電圧変換された後、ドライブトランジスタ 23のゲートに入力される。ドライブトラン ジスタ 23は、画素部電源 33と負荷トランジスタ群 32によってソースフォロアを形成し 、その中点は、列方向に配置された m列分の垂直信号線 25に接続される。ドライブト ランジスタ 23に入力された信号は、選択トランジスタ 24、垂直信号線 25を介して、行 方向の信号を蓄積、出力するための行信号蓄積部 26に伝達される。そして、水平選 択部 27によって各画素ごとの信号が選択され出力される。この動作を、垂直選択部 28に接続されている転送トランジスタ制御線 29、リセットトランジスタ制御線 30、行選 択トランジスタ制御線 31を垂直方向に順次走査することによって行い、 2次元配列の 全画素を出力することができる。
[0003] 次に増幅型固体撮像装置の従来の画素構造の一例について図 5を用いて説明す る。図 5は増幅型固体撮像装置の 1画素の平面概略図である。フォトダイオード部 41 、浮遊拡散容量部 45、及びトランジスタ配置部 46に分かれている。 47は、遮光アル ミ開口部を示す。トランジスタ配置部 46には、リセットトランジスタ、ドライブトランジスタ 、選択トランジスタ等が配置されている。フォトダイオード部 41で光電変換および電荷 信号の蓄積が行われる。信号電荷転送ゲート 44は、フォトダイオード部 41に蓄積さ れた信号電荷を浮遊拡散容量部 45に転送するための機能を有する。
[0004] 画素内の GND (グランド）コンタクト 42は、第 1導電型のゥエル 43を GND等の基準 電位に接続することで、ゥエルの電位安定化を実現している。この画素内 GNDコンタ タト 42は、浮遊拡散容量部 45と隣り合って形成され、かつ浮遊拡散容量部 45との間 は、非活性領域 48が介在して分離されている。
[0005] この画素構造においては、浮遊拡散容量部 45に転送された電荷が電圧として、ト ランジスタ配置部 46に設けられたドライブトランジスタで増幅もしくはインピーダンス 変換され、 2次元に配列された画素からの信号が X、 Y方向に順次読み出され出力さ れる。 X、 Y方向に順次走査するための走査回路などは、本発明の要部の構成に対 して重要な関係はないので、説明を省略する。
[0006] 次に従来の画素内 GNDコンタクト 42の断面構造について、図 6を参照して説明す る。図 6において、画素内 GNDコンタクト 52は、第 1導電型ゥエル領域 51上に配置さ れている。第 1導電型ゥエル領域 51の上部にコンタクト注入部 53が形成され、コンタ タト注入部 53の周囲は非活性領域 54で囲まれ、上部に絶縁層 55が形成されている 。画素内 GNDコンタクト 52は、コンタクト注入部 53を介して第 1導電型ゥエル領域 51 と接続されている。（特許文献 1参照)。
特許文献 1：特開 2001— 230400号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 特に高性能の DSC (Digital Still Camera)等、大面積の撮像領域を前提とする固体 撮像装置においては、ゥエル電位の安定ィ匕のため、図 5に示すように第 1導電型のゥ エル領域 43に対する画素内 GNDコンタクト 42を配置する。そのレイアウトとしては一 般的に、ドレイン領域 45に隣接して配置される。これは、フォトダイオード部 41の形 状としては、正方形もしくは四辺、四隅の形状が歪んでいない矩形が理想であり、こ れを実現するためにはフォトダイオード部 41に画素内 GNDコンタクトを配置せず、ド レイン領域 45側に配置すべきであるという思想に基づく。
[0008] し力しながら、ドレイン領域 45に隣接して信号電荷転送ゲート 44が配置されている ため、上記配置では転送ゲート 44が小さくなり、信号電荷を完全に読み出しきれない と言う問題が発生する。この問題点は、残像特性に影響を及ぼし、信号の直線性が 悪化するなど画質的劣化を伴う。
[0009] 本発明は、残像特性を改善すると共に、光学特性に悪影響を与えない合理的な画 素内 GNDコンタクトの配置を有する増幅型固体撮像装置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
[0010] 上記の課題を解決するため、本発明の増幅型固体撮像装置は、第 1導電型のゥェ ル領域と第 2導電型のフォトダイオード部と増幅トランジスタとを含む複数の画素が 2 次元状に配列された増幅型固体撮像装置であって、フォトダイオード部の領域内に 、ゥエル領域に基準電圧を供給するための画素内コンタクトが配置されていることを 特徴とする。
発明の効果
[0011] 上記構成の増幅型固体撮像装置によれば、ゥエル領域に基準電圧を供給するた めのコンタクトがフォトダイオード部内に配置されることによって、電荷転送ゲート幅を 幅広く確保することができる。従って、信号電荷を十分に読み出すこと可能であり、残 像特性を改善することができる。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1]図 1は、実施の形態 1における増幅型固体撮像装置の画素レイアウト概略を示 す平面図である。
[図 2]図 2は、実施の形態 2における増幅型固体撮像装置の画素内 GNDコンタクト構 造の概略を示す断面図である。
[図 3A]図 3Aは、実施の形態 3における増幅型固体撮像装置の撮像領域内画素配 置を示す平面図である。
[図 3B]図 3Bは、同増幅型固体撮像装置の画素 Aのレイアウトを示す平面図である。
[図 3C]図 3Cは、同増幅型固体撮像装置の画素 Bのレイアウトを示す平面図である。
[図 4]図 4は、従来の増幅型固体撮像装置の概略構成を示す回路図である。
[図 5]図 5は、従来の増幅型固体撮像装置の画素レイアウトの概略を示す平面図であ る。 [図 6]図 6は、従来の画素内 GNDコンタクトの構造を示す断面図である, 符号の説明
1 フォトダイオード
2、 2a、 2b 画素内 GNDコンタクト
3、 3a、 3b 第 1導電型ゥエル領域
4 信号電荷転送ゲート
5 浮遊拡散容量部
6 リセットトランジスタ、ドライブトランジスタ、選択トランジスタ配置部 7 遮光アルミ開口部
8 非活性領域
9 撮像領域
11 第 2導電型フォトダイオード注入領域
12 画素内 GNDコンタクト
13 第 1導電型ゥエル領域
14 第 1導電型表面層
15 絶縁層
20 フォトダイオード
21 転送トランジスタ
22 リセットトランジスタ
23 ドライブトランジスタ
24 選択トランジスタ
25 垂直信号線
26 行信号蓄積部
27 水平選択部
28 垂直選択部
29 転送トランジスタ制御線
0 リセットトランジスタ制御線
1 行選択トランジスタ制御線 32 負荷トランジスタ群
33 画素部電源
34 撮像領域
41 フォトダイオード
42 画素内 GNDコンタクト
43 第 1導電型ゥエル領域
44 信号電荷転送ゲート
45 浮遊拡散容量部
46 リセットトランジスタ、ドライブトランジスタ、選択トランジスタ配置部
47 遮光アルミ開口
48 非活性領域
51 第 1導電型ゥエル領域
52 画素内 GNDコンタクト
53 第 1導電型コンタクト注入
54 非活性領域
55 絶縁層
発明を実施するための最良の形態
[0014] 本発明の増幅型固体撮像装置において、前記フォトダイオード部は平面形状が矩 形であり、前記画素内コンタクトは前記矩形の一辺の中央に配置されていることが好 ましい。また好ましくは、前記フォトダイオード部に対する前記画素内コンタクトは、少 なくとも 2個の画素について互いに異なる位置に配置されている。以上の構成により、 フォトダイオード部におけるコンタクト位置を各画素毎に適正配置することができ、光 学特性に影響を与えることなぐシェーディングのな!/ヽ均一な撮像特性を実現するこ とがでさる。
[0015] また、前記フォトダイオード部内に第 1導電型の表面層を有し、前記画素内コンタク トは前記表面層を介して前記ゥエル領域と接合されて ヽる構成とすることができる。ま た、前記画素内コンタクトと前記フォトダイオード部との間には、非活性領域による分 離が形成されて 、な 、構成とすることができる。 [0016] 以下、本発明の実施の形態における増幅型固体撮像装置について、図面を参照 して説明する。
[0017] (実施の形態 1)
図 1は、実施の形態 1における増幅型固体撮像装置の画素部平面概略図である。 この装置のレイアウトは、フォトダイオード部 1、浮遊拡散容量部 5、及びトランジスタ 配置部 6に大きく分けられている。トランジスタ配置部 6には、リセットトランジスタ 'ドラ イブトランジスタ '選択トランジスタ等のトランジスタ（図示せず）が配置されている。フ オトダイオード部 1と浮遊拡散容量部 5の間に、信号電荷転送ゲート 4が設けられてい る。 7は、遮光アルミ開口部を示す。 8は、非活性領域である。
[0018] フォトダイオード部 1で光電変換および電荷蓄積された信号電荷は、信号電荷転送 ゲート 4により浮遊拡散容量部 5へ転送される。信号電荷は浮遊拡散容量部 5で電圧 に変換され、トランジスタ配置部 6に配置されたドライブトランジスタによって増幅もしく はインピーダンス変換される。インピーダンス変換された、 2次元に配列された画素か らの信号は、 X、 Y方向に順次読み出され出力される。 X、 Y方向に順次走査するた めの走査回路などについては、説明を省略する。
[0019] 本実施の形態における画素レイアウトの特徴は、画素内 GNDコンタクト 2および第 1導電型ゥエル領域 3を、フォトダイオード部 1内に配置したことである。それにより、画 素内 GNDコンタクト 2が浮遊拡散部 5に隣接することがなくなるため、信号電荷転送 ゲート 4の幅を広くレイアウトすることが可能となる。その結果、フォトダイオード部 1か ら浮遊拡散容量部 5への信号電荷転送特性が向上し、残像特性を大幅に改善する ことができる。
[0020] 本実施の形態における画素レイアウトは、更に次のような特徴も有する。図 1に示さ れるように、画素内 GNDコンタクト 2および第 1導電型ゥエル領域 3が、例えば矩形の フォトダイオード部 1のいずれか 1辺の中央に配置されたことである。この配置の利点 は以下のとおりである。
[0021] フォトダイオード部 1内に画素内 GNDコンタクト 2を配置することによって、画素内 G NDコンタクト 2は、遮光アルミ開口 7の内側になり、光が入射する部分に露出すること になる。この場合、画素内 GNDコンタクト 2がフォトダイオード部 1における非対称な 場所、例えば、フォトダイオード部 1の右下に配置された場合、撮像領域中右下の画 素では、撮像領域中央の画素に比べて出力が低下する。
[0022] つまり、撮像領域に入射する光の特性としては、撮像領域中央の画素に比べて撮 像領域対角最外周の画素では、画素内の焦点位置がフォトダイオード部 1の隅側へ 大きくずれる傾向がある。そのため、画素内 GNDコンタクトがフォトダイオード部 1の 右下に配置された場合、撮像領域中右下の画素では、入射光は、画素内 GNDコン タクトに集光される割合が比率的に多くなる。
[0023] このように、撮像領域中右下の画素では、撮像領域中央の画素に比べて光電変換 率が低下する。その結果、画面上右上 (デバイス上の配置と画面は上下反転する）の 出力が低下し、画面内で例えば右上と左下との比較をした場合、極端に右上の出力 比が下がり、出力の対称性が悪化する状態となる。
[0024] この撮像領域内での出力非対称性の原因は、以上のとおり、フォトダイオード部 1に おける画素内 GNDコンタクト 2の配置場所に密接に関係している。上記の例では、フ オトダイオード部 1の右下に画素内 GNDコンタクトを配置した場合について説明した 力 フォトダイオード部 1の右上もしくは左上など、矩形をしているフォトダイオード部 1 の角の部分に画素内 GNDコンタクトを配置すると、撮像領域に入射する光の特性の 影響を受ける。
[0025] これに対し、本実施の形態のように、矩形のフォトダイオード部 1のいずれ力 1辺の 中央に配置することで、光学的に撮像領域中央力 最も距離が長ぐ集光中心がフ オトダイオード隅へ動きやすい対角最外周の画素において、画素内 GNDコンタクト 2 に集光する光の比率を低減することができる。それにより、画面の対角方向における 非対称性の発生を抑制することができる。
[0026] 一方、矩形のフォトダイオード部 1のいずれ力 1辺の中央に画素内 GNDコンタクト 2 を配置するため、画面内上または下中央、左または右中央に、画素内 GNDコンタク ト 2の影響による出力低下部が発生する懸念がある。しかしながら、撮像領域対角と 比較すると、中心部と周辺部の間での集光位置の変動が少ないため、画素内 GND コンタクト 2の大きさを最適化することで、上記懸念を解決することが可能である。
[0027] (実施の形態 2) 実施の形態 2における増幅型固体撮像装置について、画素内 GNDコンタクトの断 面構造を示す図 2を参照しながら説明する。
[0028] 第 2導電型フォトダイオード注入領域 11に、第 1導電型ゥエル領域 13、第 1導電型 表面層 14が形成されて 、る。絶縁層 15を通して画素内 GNDコンタクト 12が設けら れ、第 1導電型表面層 14と接続されている。
[0029] 本実施の形態の特徴は、画素内 GNDコンタクト 12と第 1導電型ゥエル領域 13の接 続に、コンタクト注入部の代わりに第 1導電型表面層 14が兼用されて 、ることである。 第 1導電型表面層 14の不純物濃度は 1. O X 1013〜l. O X 1015に設定される。通常 コンタクト注入部に使用する第 1導電型注入領域は 1. O X 1013〜l. O X 1014に設定 されるので、第 1導電型表面層 14をコンタクト注入部と兼用することは十分可能であ る。これによつてコンタクト注入を実施する必要がなぐ注入ダメージを軽減して画素 欠陥を低減することができるとともに、工程を削減することができる。
[0030] (実施の形態 3)
実施の形態 3における増幅型固体撮像装置について、画素レイアウトを示す図 3A 〜3Cを参照しながら説明する。図 3Aは、撮像領域 (4つの画素のみ図示） 9を模式 的に示す平面図である。同一図 3B、 3Cはそれぞれ、画素内のレイアウトを示す平面 図である。
[0031] 本実施の形態の特徴は、撮像領域 9の中に画素内 GNDコンタクトの位置が異なる 画素を 2種類以上配置することである。すなわち画素 Aにおいては、画素内 GNDコ ンタクト 2aおよび第 1導電型ゥエル領域 3aをフォトダイオード 1の上辺右側に配置す る。画素 Bにおいては画素内 GNDコンタクト 2bおよび第 1導電型ゥヱル領域 3bをフ オトダイオード 1の上辺左側に配置する。図 3Aに示すように、撮像領域 9内の左上、 右下に画素 Aを、左下、右上に画素 Bを配列する。
[0032] 撮像領域 9の各画素に入射した光は、例えば、各画素上に設けられたレンズにより フォトダイオード部 1上に集光される力 撮像領域 9の中央カゝら外側へ離れるにしたが い光は斜めに入射するため、撮像領域 9における画素の位置によりフォトダイオード 部 1上での集光位置が偏倚する。例えば、画素 Aの領域ではフォトダイオード部 1上 での集光位置は、概ね左上力 右下の方向において偏倚し、画素 Bの領域ではフォ トダイオード部 1上での集光位置は、概ね左下力 右上の方向において偏倚する。そ のため、画素内 GNDコンタクト 2a、 2bは、上記集光位置が偏倚する方向に沿った位 置を避けて設けることが好ましぐこれにより画素毎の感度バラツキを防止することが できる。
[0033] この例では画素内 GNDコンタクトの位置を 2種類とした力 全画素について異なる 配置とすることも可能である。例えば、撮像領域 9中央から徐々〖こ位置を変化させて いくこともできる。分割の仕方も、同様の効果が得られるものであれば制限はない。
[0034] (実施の形態 4)
実施の形態 4における増幅型固体撮像装置について説明する。本実施の形態の 画素レイアウトの特徴は、図 5の従来例と異なり、図 1に示されるように、画素部 GND コンタクト 2および第 1導電型ゥエル領域 3が、隣接するフォトダイオード部 1と非活性 領域によって分離されていないことである。すなわち、画素部 GNDコンタクト 2とフォト ダイオード部 1とは、同一活性領域内に形成され、非活性領域により分離されない。
[0035] この構造は、フォトダイオード部 1内に画素内 GNDコンタクト 2を配置しなければ不 可能である。その理由を、図 5の従来の画素レイアウトを参照して説明する。従来の 画素部 GNDコンタクト 42のように浮遊拡散容量部 45に隣接して形成される場合、浮 遊拡散容量 45の電位は最大電源電圧、例えば 5Vに設定されるため、画素内 GND コンタクト 42との電位差は 5Vとなる。特に第 1導電型ゥエル領域 43との接続に使用さ れるコンタクト注入部 53 (図 6参照）と、浮遊拡散容量 45とは高濃度で接するため、電 界による破壊が発生し易い。従って、非活性領域 48を設けることは不可欠である。
[0036] 一方、本実施の形態では、フォトダイオード部 1の最大電位は大きくても 2V程度で あり、画素内 GNDコンタクト 2との電位差は小さぐまたフォトダイオード部 1を形成し て 、る不純物濃度も浮遊拡散容量部 5を形成して 、る不純物濃度に対して低!、。こ のため、非活性領域 8による分離がなくても破壊されることはない。この構造により、 非活性領域の形成による欠陥の発生がなぐ暗出力の発生、白キズの発生を抑制す ることが可能である効果が得られる。
[0037] なお、以上の実施の形態において、画素内 GNDコンタクト 2はグランドのみに限ら ず、一定の基準電位に固定するものであれば、ゥエル領域 3の電位を安定ィ匕させるこ とがでさる。
[0038] また、以上の実施の形態において、画素内 GNDコンタクト 2は必ずしもフォトダイォ ード部 1の矩形内に完全に収まる必要はなぐ一部が矩形からはみ出しても構わない 産業上の利用可能性
[0039] 本発明の増幅型固体撮像装置は、残像特性を改善すると共に、光学特性に悪影 響を与えない合理的な画素内 GNDコンタクトの配置を有し、結像サイズが大きいレ ンズ交換型高級ディジタルスチルカメラや、歯科用 X線入力固体撮像装置、顔輪郭ィ メージ入力デバイスなどに有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 第 1導電型のゥエル領域に形成された第 2導電型のフォトダイオード部と、前記フォ トダイオード部に蓄積される電荷を増幅して出力する増幅トランジスタとを含む複数の 画素が 2次元状に配列された増幅型固体撮像装置において、
前記フォトダイオード部の領域内に、前記ゥエル領域に基準電圧を供給するための 画素内コンタクトが配置されていることを特徴とする増幅型固体撮像装置。
[2] 前記フォトダイオード部は平面形状が矩形であり、前記画素内コンタクトは前記矩 形の一辺の中央に配置されている請求項 1に記載の増幅型固体撮像装置。
[3] 前記フォトダイオード部に対する前記画素内コンタクトは、少なくとも 2個の画素につ
V、て互いに異なる位置に配置されて 、る請求項 1に記載の増幅型固体撮像装置。
[4] 前記フォトダイオード部内に第 1導電型の表面層を有し、前記画素内コンタクトは前 記表面層を介して前記ゥエル領域と接合されている請求項 1〜3のいずれか 1項に記 載の増幅型固体撮像装置。
[5] 前記画素内コンタクトと前記フォトダイオード部との間には、非活性領域による分離 部が形成されていない請求項 1〜4のいずれか 1項に記載の増幅型固体撮像装置。
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