JP2004095966A - 固体撮像装置及び画像読み出し方法 - Google Patents

Abstract

【課題】４Ｔｒ型ピクセルを有する固体撮像装置及びその画像読み出し方法に関し、配線層の設計自由度が高いとともに、「ぶれ」や「ゆがみ」がなく良好な画像を得ることができる固体撮像装置及びその画像読み出し方法を提供する。
【解決手段】４Ｔｒ型ピクセルを有する固体撮像装置において、ｎ行目の画素部のトランスファートランジスタのゲート電極２８_ＴＧに接続される信号線ＴＧと、ｎ＋１行目の画素部のセレクトトランジスタのゲート電極２８_ＳＥＬに接続される信号線Ｓｅｌｅｃｔとが共通の信号線により構成されており、ｎ行目の画素部のゲート電極２８_ＴＧと、前記ｎ＋１行目の画素部のゲート電極２８_ＳＥＬとが、同一の導電層よりなる連続する一つのパターンにより構成されている。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置及び画像読み出し方法に関し、特に、４Ｔｒ型ピクセルを有する固体撮像装置及びこの固体撮像装置における画像読み出し方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＭＯＳをベースとしたイメージセンサ（固体撮像装置）では、光信号を電気信号に変換するフォトダイオード、フォトダイオードをリセットするリセットトランジスタ、フォトダイオードの信号電荷を電圧変換して出力するソースフォロワトランジスタ、ピクセル及び信号線の接続／選択を行うセレクトトランジスタから構成される、ＡＰＳ（Ａｃｔｉｖｅ　Ｐｉｘｅｌ　Ｓｅｎｓｏｒ）と呼ばれる構造が一般的に用いられている。上記３種類のトランジスタにより構成される、いわゆる３Ｔｒ型ピクセルの固体撮像装置は、例えば特許文献１等に記載されている。
【０００３】
３Ｔｒ型ピクセルを有する固体撮像装置は、熱雑音に起因したノイズ（ｋＴＣノイズ）に対して弱いといわれており、ｋＴＣノイズをも除去しうる４Ｔｒ型ピクセルと呼ばれる構造が提案されている。４Ｔｒ型ピクセルを有する固体撮像装置は、上記のリセットトランジスタとフォトダイオードとの間にトランスファートランジスタ（トランスファーゲート）を更に設けた構造を有しており、リセットトランジスタとトランスファートランジスタとの間のＮ型拡散層（ＦＤ：Ｆｌｏａｔｉｎｇ　Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）がソースフォロワトランジスタのゲートに接続される。４Ｔｒ型ピクセルの固体撮像装置は、例えば、特許文献２、特許文献３及び特許文献４に記載されている。また、他のピクセル構成を有する個体撮像装置は、例えば特許文献５及び特許文献６に記載されている。
【０００４】
図６２は、４Ｔｒ型ピクセルを有する固体撮像装置の回路図である。なお、図６２では、ピクセルアレー部１００として、単位ピクセル２×２個を抜き出して描いている。
【０００５】
各ピクセルは、フォトダイオードＰＤと、トランスファートランジスタＴＧと、リセットトランジスタＲＳＴと、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒと、セレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔとにより構成されている。
【０００６】
フォトダイオードＰＤのカソード端子には、トランスファートランジスタＴＧのソース端子が接続されている。フォトダイオードＰＤのアノード端子は設置されている。トランスファートランジスタＴＧのドレイン端子には、リセットトランジスタＲＳＴのソース端子及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート端子が接続されている。トランスファートランジスタＴＧのドレイン端子、リセットトランジスタＲＳＴのソース端子及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート端子が接続される領域には、フォトダイオードＰＤから移送された電荷を蓄積する不純物拡散領域が存在する。以下では、この不純物拡散領域をフローティングディフュージョンＦＤと呼ぶこととする。ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのソース端子には、セレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのドレイン端子が接続されている。
【０００７】
行方向に隣接する各ピクセルには、トランスファートランジスタＴＧのゲート端子を共通接続するトランスファーゲート（ＴＧ）線と、リセットトランジスタＲＳＴのゲート端子を共通接続するリセット（ＲＳＴ）線と、セレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのゲート端子を共通接続するセレクト（Ｓｅｌｅｃｔ）線とが接続されている。
【０００８】
列方向に隣接する各ピクセルには、セレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース端子を共通接続する信号読み出し線と、リセットトランジスタＲＳＴのドレイン端子及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン端子を共通接続するＶＲ（リセット電圧）線が接続されている。
【０００９】
ＴＧ線、ＲＳＴ線及びＳｅｌｅｃｔ線は、行選択回路１０２に接続されている。また、信号読み出し線は、信号読み出し／ノイズキャンセル回路１０４に接続されている。信号読み出し／ノイズキャンセル回路には、ＡＤコンバータ１０６を介して出力回路１０８が接続されている。ＶＲ線は、ほぼ電源電圧である電源又は電源電圧をチップ内部で降圧した電源に接続されている。
【００１０】
次に、図６２に示す固体撮像装置の画像読み出し方法について図６３を用いて説明する。図６３は、固体撮像装置における画像読み出し方法を説明するタイミングチャートである。縦軸が正電圧を示し、横軸が時間を示している。
【００１１】
リセット状態において、フォトダイオードＰＤは、リセット電圧ＶＲを反映した所定の基準電圧を有している。フォトダイオードＰＤに光が入射すると、電子が発生し、フォトダイオードＰＤの電圧は徐々に減少する。
【００１２】
次いで、ＲＳＴ線にリセット信号を印加すると、フローティングディフュージョンＦＤがリセットされ、フローティングディフュージョンＦＤの電圧が所定値に安定する。この電圧が、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート端子に印加される。この状態でＳｅｌｅｃｔ線にセレクト信号を印加すると、信号読み出し線には、リセット電圧ＶＲ−閾値電圧Ｖ_ｔｈに相当する電圧が出力される（ＶＲ読み出し）。
【００１３】
次いで、ＴＧ線に信号を印加してトランスファートランジスタＴＧをオンにし、フォトダイオードＰＤに貯まっていた電子をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。これにより、フローティングディフュージョンＦＤの電圧が下がるとともに、フォトダイオードＰＤの電位が上記基準電圧となる。
【００１４】
フローティングディフュージョンＦＤの電圧が下がることにより、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート端子に印加される電圧も低下する。したがって、この状態で再びＳｅｌｅｃｔ線にセレクト信号を印加すると、信号読み出し線には、フォトダイオードＰＤに蓄えられていた電子の量に応じた電圧変化量ΔＶを減じた電圧、すなわちリセット電圧ＶＲ―閾値電圧Ｖ_ｔｈ−電圧変化量ΔＶに相当する電圧が出力される（Ｖ_{ｓｉｇｎａｌ}読み出し）。
【００１５】
次いで、信号読み出し／ノイズキャンセル回路により、ＶＲ読み出し電圧（ＶＲ−Ｖ_ｔｈ）とＶ_{ｓｉｇｎａｌ}読み出し電圧（ＶＲ−Ｖ_ｔｈ−ΔＶ）との差分を求め、電圧変化量ΔＶを得る。これにより、各ピクセルにおけるソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒの閾値電圧ばらつきに伴う出力電圧変化をキャンセルして、フォトダイオードＰＤに蓄えられていた電子の量に応じた電圧変化量ΔＶを正確に読み出すことができる。
【００１６】
上記一連の読み出し動作を各ピクセルについて順次行うことにより、すべてのピクセルについて、フォトダイオードＰＤにより受光された光信号を読み出すことができる。
【００１７】
４Ｔｒ型ピクセルを有する固体撮像装置は、３Ｔｒ型ピクセルを有する固体撮像装置よりも構成素子が多いため、歩留り低下等が懸念される。また、ピクセル中でのフォトダイオードＰＤの占有面積が減少することにもなる。かかる観点から、特許文献４には、隣接するピクセル間で信号線を共通化することが提案されている。特許文献４では、隣接ピクセル間で、ＲＳＴ線とＳｅｌｅｃｔ線とを、ＲＳＴ線とＴＧ線とを、又はＴＧ線とＳｅｌｅｃｔ線とを共通化し、配線数の低減と歩留りの向上を図っている。
【００１８】
【特許文献１】
特開２００２−０７７７３１号公報
【特許文献２】
特開２０００−２０１３００号公報
【特許文献３】
特開２０００−２６０９７１号公報
【特許文献４】
特開２００１−１７７７６５号公報
【特許文献５】
特開２０００−１５２０８６号公報
【特許文献６】
米国特許第６００５６１９号明細書
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献４には、具体的なピクセルのレイアウトについて触れられていない。また、上記画像読み出し方法では、一行毎にフォトダイオードＰＤからの電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送して読み出し、この動作を他の行について順次行うため、各行の受光時間差による「ぶれ」や「ゆがみ」が生じることがあった。
【００２０】
本発明の目的は、４Ｔｒ型ピクセルを有する固体撮像装置において、配線層の配置の自由度が高く、フォトダイオードやフローティングディフュージョンの面積を容易に拡大しうる固体撮像装置の構造を提供することにある。
【００２１】
また、本発明の他の目的は、４Ｔｒ型ピクセルを有する固体撮像装置において、「ぶれ」や「ゆがみ」のない良好な画像を得ることができる固体撮像装置及びその画像読み出し方法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した信号を転送する第１トランジスタと、前記信号を増幅する第２のトランジスタと、前記第２トランジスタの入力端子をリセットする第３トランジスタと、前記第２トランジスタから出力される前記信号を読み出す第４トランジスタとをそれぞれ有する複数の画素部と、行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第１トランジスタのゲート電極に接続された第１の信号線と、前記行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第４トランジスタのゲート電極に接続された第２の信号線とを有し、ｎ行目の前記画素部の前記第１トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第１の信号線と、ｎ＋１行目の前記画素部の前記第４トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第２の信号線とが共通の信号線により構成されており、前記ｎ行目の前記画素部の前記第１トランジスタの前記ゲート電極と、前記ｎ＋１行目の前記画素部の前記第４トランジスタの前記ゲート電極とが、同一の導電層よりなる連続する一つのパターンにより構成されていることを特徴とする固体撮像装置によって達成される。
【００２３】
また、上記目的は、光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した信号を転送する第１トランジスタと、前記信号を増幅する第２のトランジスタと、前記第２トランジスタの入力端子をリセットする第３トランジスタと、前記第２トランジスタから出力される前記信号を読み出す第４トランジスタとをそれぞれ有する複数の画素部と、行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第３トランジスタのゲート電極に接続された第１の信号線と、前記行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第４トランジスタのゲート電極に接続された第２の信号線とを有し、ｎ行目の前記画素部の前記第３トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第１の信号線と、ｎ＋１行目の前記画素部の前記第４トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第２の信号線とが共通の信号線により構成されており、前記ｎ行目の前記画素部の前記第３トランジスタの前記ゲート電極と、前記ｎ＋１行目の前記画素部の前記第４トランジスタの前記ゲート電極とが、同一の導電層よりなる連続する一つのパターンにより構成されていることを特徴とする固体撮像装置によっても達成される。
【００２４】
また、上記目的は、光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した信号を転送する第１トランジスタと、前記信号を増幅する第２のトランジスタと、前記第２トランジスタの入力端子をリセットする第３トランジスタと、前記第２トランジスタから出力される前記信号を読み出す第４トランジスタとをそれぞれ有する複数の画素部と、行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第１トランジスタのゲート電極に接続された第１の信号線と、前記行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第３トランジスタのゲート電極に接続された第２の信号線とを有し、ｎ行目の前記画素部の前記第１トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第１の信号線と、ｎ＋１行目の前記画素部の前記第３トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第２の信号線とが共通の信号線により構成されており、前記ｎ行目の前記画素部の前記第１トランジスタの前記ゲート電極と、前記ｎ＋１行目の前記画素部の前記第３トランジスタの前記ゲート電極とが、同一の導電層よりなる連続する一つのパターンにより構成されていることを特徴とする固体撮像装置によっても達成される。
【００２５】
また、上記他の目的は、光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した信号を転送する第１トランジスタと、前記信号を増幅する第２のトランジスタと、前記第２トランジスタの入力端子をリセットする第３トランジスタと、前記第２トランジスタから出力される前記信号を読み出す第４トランジスタとをそれぞれ有する複数の画素部と、行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第１トランジスタのゲート電極に接続された第１の信号線と、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第４トランジスタのゲート電極に接続された第２の信号線とを有し、ｎ行目の前記画素部の前記第１トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第１の信号線と、ｎ＋１行目の前記画素部の前記第４トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第２の信号線とが共通の信号線により構成された固体撮像装置の画像読み出し方法であって、全行一括して、前記光電変換手段及び前記第２トランジスタをリセットする工程と、受光期間の後、全行一括して、前記光電変換手段から前記第１トランジスタを介して前記第２トランジスタのゲート端子に電荷を転送する工程と、一行毎に、信号読み出しとリセット電圧読み出しとを行う工程とを有することを特徴とする画像読み出し方法によって達成される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による固体撮像装置について図１乃至図８を用いて説明する。
【００２７】
図１は本実施形態による固体撮像装置の回路図、図２乃至図５は本実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図、図６は本実施形態による固体撮像装置の画像読み出し方法を説明するタイムチャート、図７及び図８は本実施形態による固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００２８】
はじめに、本実施形態による固体撮像装置の構造について図１乃至図５を用いて説明する。図１は、本実施形態による固体撮像装置の回路図である。なお、図１では、ピクセルアレー部１０として、単位ピクセル２×２個を抜き出して描いている。
【００２９】
各ピクセルは、フォトダイオードＰＤと、トランスファートランジスタＴＧと、リセットトランジスタＲＳＴと、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒと、セレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔとにより構成されている。すなわち、本実施形態による固体撮像装置は、４Ｔｒ型ピクセルを有する固体撮像装置である。
【００３０】
フォトダイオードＰＤのカソード端子には、トランスファートランジスタＴＧのソース端子が接続されている。フォトダイオードＰＤのアノード端子は設置されている。トランスファートランジスタＴＧのドレイン端子には、リセットトランジスタＲＳＴのソース端子及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート端子が接続されている。ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのソース端子には、セレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのドレイン端子が接続されている。
【００３１】
行方向に隣接する各ピクセルには、リセットトランジスタＲＳＴのゲート端子を共通接続するリセット（ＲＳＴ）線が接続されている。また、各ピクセルには、第ｎ行目に位置するピクセルのトランスファートランジスタＴＧ及び第ｎ＋１行目に位置するピクセルのセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのゲート端子を共通接続するセレクト（Ｓｅｌｅｃｔ）／トランスファーゲート（ＴＧ）線が接続されている。
【００３２】
列方向に隣接する各ピクセルには、セレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース端子を共通接続する信号読み出し線と、リセットトランジスタＲＳＴのドレイン端子及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン端子を共通接続するＶＲ（リセット電圧）線が接続されている。
【００３３】
ＲＳＴ線及びＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線は、行選択回路１２に接続されている。また、信号読み出し線は、信号読み出し／ノイズキャンセル回路１４に接続されている。信号読み出し／ノイズキャンセル回路１４には、ＡＤコンバータ１６を介して出力回路１８が接続されている。ＶＲ線は、ほぼ電源電圧である電源又は電源電圧をチップ内部で降圧した電源に接続されている。
【００３４】
このように、本実施形態による固体撮像装置では、第ｎ行目に位置する各ピクセルのトランスファートランジスタＴＧのゲート端子を共通接続するＴＧ線と、第ｎ＋１行目に位置する各ピクセルのセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのゲート端子を共通接続するＳｅｌｅｃｔ線とが、共通の配線（Ｓｅｌｅｃｔ／ＴＧ線）により構成されている。
【００３５】
次に、図１に示す回路を構成するための具体的な装置構造について図２乃至図５を用いて説明する。なお、図２はピクセルアレー部１０における活性領域及びゲート配線のレイアウトを示す平面図、図３はピクセルアレー部における第１金属配線のレイアウトを示す平面図、図４はピクセルアレー部における第２金属配線のレイアウトを示す平面図、図５はピクセルアレー部における第３金属配線のレイアウトを示す平面図である。
【００３６】
図２に示すように、シリコン基板２０上には、素子分離膜２２により画定された活性領域が設けられている。活性領域は、フォトダイオード領域としての矩形の広い領域と、フォトダイオード領域に連なる略コの字形の領域とを有している。
【００３７】
活性領域上には、活性領域を跨ぐように４つのゲート電極２８が形成されている。これらゲート電極２８は、フォトダイオードＰＤ側からそれぞれ、トランスファートランジスタＴＧのゲート電極２８_ＴＧ、リセットトランジスタＲＳＴのゲート電極２８_ＲＳＴ、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート電極２８_ＳＦ、セレクトトランジスタのゲート電極２８_ＳＥＬである。ゲート電極２８_ＴＧは、列方向に隣接するピクセルのゲート電極２８_ＳＥＬと連続する一つのパターンにより形成されている。ゲート電極２８_ＴＧとゲート電極２８_ＲＳＴとの間の活性領域は、フローティングディフュージョンＦＤである。
【００３８】
図３に示すように、第１金属配線層５０は、コンタクトプラグ４８ａを介してゲート電極２８_ＴＧ及びゲート電極２８_ＳＥＬに接続されたＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線５０ａと、コンタクトプラグ４８ｂ及びコンタクトプラグ４８ｃを介してフローティングディフュージョンＦＤとゲート電極２８_ＳＦとを接続する配線層５０ｂと、ゲート電極２８_ＲＳＴ、リセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域及びセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に、それぞれコンタクトプラグ４８ｄ，４８ｅ，４８ｆを介して接続された引き出し配線５０ｃ，５０ｄ，５０ｅを有している。
【００３９】
図４に示すように、第２金属配線層５６は、コンタクトプラグ５４ａを介してリセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域に電気的に接続されたＶＲ線５６ａと、コンタクトプラグ５４ｂを介してセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に電気的に接続された信号読み出し線５６ｂと、コンタクトプラグ５４ｃを介してゲート電極２８_ＲＳＴに電気的に接続された引き出し配線５６ｃとを有している。
【００４０】
図５に示すように、第３金属配線層６２は、コンタクトプラグ６０ａを介してゲート電極２８_ＲＳＴに電気的に接続されたＲＳＴ線６２ａを有している。
【００４１】
このように、本実施形態による固体撮像装置は、第ｎ行目に位置するピクセルのトランスファートランジスタＴＧのゲート電極２８_ＴＧと第ｎ＋１行目に位置するピクセルのセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのゲート電極２８_ＳＥＬとが一つのパターンにより形成されており、第１層金属配線層５０によりＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線５０ａを、第２層金属配線層５６によりＶＲ線５６ａ及び信号読み出し線５６ｂを、第３層金属配線層６２によりＲＳＴ線６２ａを構成していることに主たる特徴がある。
【００４２】
これにより、Ｓｅｌｅｃｔ線とＴＧ線とを共通の配線層で形成する場合であっても、離れた場所にあるゲート電極２８_ＴＧとゲート電極２８_ＳＥＬとを金属配線層により接続する必要がない。したがって、第１金属配線層５０が下層に接続するためのコンタクトホールを１つ削減することができ、金属配線層のレイアウトに余裕を持たせることができる。
【００４３】
したがって、面積的に余裕ができるため、フローティングディフュージョンＦＤの面積を十分にとることができる。フローティングディフュージョンＦＤの面積が十分に広ければ、フローティングディフュージョンＦＤのウェル濃度を低くして電界を緩和できるので、ジャンクションリークを低減することができる。また、トランスファートランジスタＴＧのゲート幅を広くすることができる。これにより、トランスファートランジスタＴＧの特性ばらつきを小さくすることができ、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への安定した電荷転送が可能になる。
【００４４】
また、第３金属配線層６２ではＲＳＴ線６２ａのみを構成すればよいので、図５に示すようにフローティングディフュージョンＦＤ上でパターンを太くすることにより、フローティングディフュージョンＦＤの遮光を十分に行うことができる。なお、フローティングディフュージョンＦＤの遮光の必要性については後述する。
【００４５】
次に、本実施形態による固体撮像装置の画像読み出し方法について図６を用いて説明する。本実施形態では、一括シャッタ方式とよばれる画像読み出し方法について説明する。一括シャッタ方式では、ローリングシャッタ方式のようにピクセル間における受光時間差が生じないため、「ぶれ」や「ゆがみ」のない良好な画像を得ることができる。なお、本実施形態による固体撮像装置は、例えば特許文献４に記載のようなローリングシャッタ方式による読み出しも可能である。
【００４６】
図６は、本実施形態による固体撮像装置の画像読み出し方法を説明するタイミングチャートである。図６（ａ）はｎ＋１行目のピクセルにおけるタイムチャートであり、図６（ｂ）はｎ行目のピクセルにおけるタイムチャートである。各図において、縦軸が正電圧を示し、横軸が時間を示している。
【００４７】
まず、全行のＲＳＴ線及びＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線に信号を印加し、全行のフォトダイオードＰＤ及びフローティングディフュージョンＦＤの一括リセットを行う。これにより、フォトダイオードＰＤ及びフローティングディフュージョンＦＤがリセットされ、これらの電圧が所定値まで増加する。
【００４８】
次いで、Ｓｅｌｅｃｔ／ＴＧ線をオフにすると、フォトダイオードＰＤによる受光が開始され、フォトダイオードＰＤ内で電子が発生し、フォトダイオードＰＤの電圧が徐々に減少する。
【００４９】
次いで、全行のＲＳＴ線に一括でリセット信号を印加する。これにより、フローティングディフュージョンＦＤのみが一括リセットされる。ＲＳＴ線にリセット信号を印加すると、フローティングディフュージョンＦＤがリセットされ、フローティングディフュージョンＦＤの電圧がリセット電圧ＶＲを反映した所定値に安定する。
【００５０】
次いで、全行のＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線をオンにし、フォトダイオードＰＤ内の電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。これにより、フローティングディフュージョンＦＤの電圧が転送された電荷量に応じた分だけ低下する。この際、トランスファートランジスタＴＧとともにセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔもオンになるので、信号読み出し線は周辺部読み出し回路と切断されたハイインピーダンス状態にしておくことが望ましい。
【００５１】
次いで、１行目から順次読み出し動作を行う。本実施形態では、まずｎ行目の読み出し動作を行い、次にｎ＋１行目の読み出し動作を行う場合を例にして説明する。
【００５２】
まず、ｎ行目の読み出しを行うために、ｎ行目のＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線にセレクト信号を印加する。これにより、信号読み出し線には、フォトダイオードＰＤに蓄えられていた電子の量に応じた電圧変化量ΔＶを減じた電圧、すなわちリセット電圧ＶＲ―閾値電圧Ｖ_ｔｈ−電圧変化量ΔＶに相当する電圧が出力される（Ｖ_{ｓｉｇｎａｌ}読み出し）。
【００５３】
次いで、ｎ行目のＲＳＴ線にリセット信号を印加すると、フローティングディフュージョンＦＤがリセットされ、フローティングディフュージョンＦＤの電圧がリセット電圧ＶＲを反映した所定値に安定する。この電圧が、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート端子に印加される。
【００５４】
この状態でｎ行目のＳｅｌｅｃｔ線にセレクト信号を印加すると、信号読み出し線には、リセット電圧ＶＲ−閾値電圧Ｖｔｈに相当する電圧が出力される（ＶＲ読み出し）。
【００５５】
次いで、信号読み出し／ノイズキャンセル回路１２により、ＶＲ読み出し電圧（ＶＲ−Ｖ_ｔｈ）とＶ_{ｓｉｇｎａｌ}読み出し電圧（ＶＲ−Ｖ_ｔｈ−ΔＶ）との差分を求め、電圧変化量ΔＶを得る。こうして、ｎ行目のピクセルに関し、各ピクセルにおけるソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒの閾値電圧ばらつきに伴う出力電圧変化をキャンセルして、フォトダイオードＰＤに蓄えられていた電子の量に応じた電圧変化量ΔＶを正確に読み出すことができる。
【００５６】
次に、ｎ＋１行目の読み出しを行うために、ｎ＋１行目のＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線にセレクト信号を印加する。これにより、信号読み出し線には、フォトダイオードＰＤに蓄えられていた電子の量に応じた電圧変化量ΔＶを減じた電圧、すなわちリセット電圧ＶＲ―閾値電圧Ｖ_ｔｈ−電圧変化量ΔＶに相当する電圧が出力される（Ｖ_{ｓｉｇｎａｌ}読み出し）。
【００５７】
この際、ｎ行目のトランスファートランジスタもオンとなり、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への電荷転送が行われることとなるが、次の撮影の前には上述した一括リセットを行うため問題はない。
【００５８】
次いで、ｎ＋１行目のＲＳＴ線にリセット信号を印加すると、フローティングディフュージョンＦＤがリセットされ、フローティングディフュージョンＦＤの電圧がリセット電圧ＶＲを反映した所定値に安定する。この電圧が、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート端子に印加される。
【００５９】
この状態でｎ＋１行目のＳｅｌｅｃｔ線にセレクト信号を印加すると、信号読み出し線には、リセット電圧ＶＲ−閾値電圧Ｖｔｈに相当する電圧が出力される（ＶＲ読み出し）。
【００６０】
次いで、信号読み出し／ノイズキャンセル回路１２により、ＶＲ読み出し電圧（ＶＲ−Ｖ_ｔｈ）とＶ_{ｓｉｇｎａｌ}読み出し電圧（ＶＲ−Ｖ_ｔｈ−ΔＶ）との差分を求め、電圧変化量ΔＶを得る。こうして、ｎ＋１行目のピクセルに関し、各ピクセルにおけるソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒの閾値電圧ばらつきに伴う出力電圧変化をキャンセルして、フォトダイオードＰＤに蓄えられていた電子の量に応じた電圧変化量ΔＶを正確に読み出すことができる。
【００６１】
上記一連の読み出し動作を各ピクセルについて順次行うことにより、すべてのピクセルについて、フォトダイオードＰＤにより受光された光信号を読み出すことができる。
【００６２】
上記一括シャッタ方式では、各ピクセルのフォトダイオードＰＤに蓄えられた電荷を一括してフローティングディフュージョンＦＤに転送した後、各ピクセルのフローティングディフュージョンＦＤの電荷を順番に読み出すため、フローティングディフュージョンＦＤにおいて電荷を保持する必要のある時間が数１０ｍｓと長くなる。したがって、読み出しまでの待ち時間における受光によるフローティングディフュージョンＦＤ中の電荷量の変化を防止するために、フローティングディフュージョンＦＤを金属配線層により覆うことが極めて重要である。
【００６３】
上述の通り、本実施形態による固体撮像装置では、第ｎ行目に位置するピクセルのトランスファートランジスタＴＧのゲート電極２８_ＴＧと第ｎ＋１行目に位置するピクセルのセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのゲート電極２８_ＳＥＬとを一つのパターンにより形成するため、上層の金属配線層のレイアウトに自由度を持たせることができる。これにより、第３金属配線層ではＲＳＴ線のみを構成すればよく、第３金属配線層に遮光膜としての機能をも併せ持たせることができる。したがって、フローティングディフュージョンＦＤの遮光を十分に行うことができ、一括シャッタ方式を用いるうえで極めて有効である。
【００６４】
次に、本実施形態による固体撮像装置の製造方法について図７及び図８を用いて説明する。なお、図７及び図８は図２のＡ−Ａ′線断面に沿った工程断面図である。参考のため、各工程断面図の左側には、周辺回路トランジスタの形成領域についても記載している。
【００６５】
まず、シリコン基板２０に、通常の半導体装置の製造プロセスと同様にして、例えば膜厚２５０〜３５０ｎｍ程度の素子分離膜２２を形成する。これにより、各ピクセル領域に、図２示すような略コの字形のパターンを有する活性領域を形成する。なお、図ではＬＯＣＯＳ法により形成した場合の形状を有する素子分離膜２２を描いているが、素子分離膜２２はＳＴＩ（シャロートレンチアイソレーション）法を用いて形成してもよい。
【００６６】
次いで、シリコン基板２０に所定のウェル領域（図示せず）を形成する。なお、ピクセルアレー部にはＮ型のトランジスタが形成されるため、Ｐ型の基板をそのまま用いるか、Ｐウェルを形成する。
【００６７】
次いで、素子分離膜２２により画定された活性領域上に、熱酸化法により、例えば膜厚３〜８ｎｍ程度のシリコン酸化膜よりなるゲート絶縁膜２４を形成する。
【００６８】
次いで、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚５０〜１００ｎｍ（中心条件：５０ｎｍ）の燐をドープしたポリシリコン膜と、例えば膜厚１００〜２００ｎｍ（中心条件：１５０ｎｍ）のタングステンシリサイド膜と、例えば膜厚１００〜２００ｎｍ（中心条件：１５０ｎｍ）のシリコン酸化膜とを順次堆積する。
【００６９】
次いで、フォトリソグラフィー及びドライエッチングにより、シリコン酸化膜、タングステンシリサイド膜及びポリシリコン膜をパターニングし、上面がシリコン酸化膜２６により覆われたポリサイド構造のゲート電極２８を形成する。この際、トランスファートランジスタＴＧのゲート電極２８_ＴＧは、図２に示すように、列方向に隣接するピクセルのセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのゲート電極２８_ＳＥＬと連続する一つのパターンにより形成する。
【００７０】
次いで、ゲート電極２８をマスクとして、例えば燐イオンを、加速エネルギーを１０〜３０ｋｅＶ（中心条件：２０ｋｅＶ）、ドーズ量を２×１０^１３〜１×１０^１４ｃｍ^−２（中心条件：４×１０^１３ｃｍ^−２）としてイオン注入を行い、Ｎ型トランジスタのＬＤＤ領域となる不純物拡散領域３０を形成する。
【００７１】
次いで、フォトダイオードＰＤの形成領域に、例えば燐イオンを、加速エネルギーを２０〜２００ｋｅＶ（中心条件：８０ｋｅＶ）、ドーズ量を１×１０^１２〜５×１０^１３ｃｍ^−２（中心条件：１×１０^１２ｃｍ^−２）としてイオン注入を行い、埋め込みＮ型層３２を形成する。なお、素子分離膜２２と埋め込みＮ型層３２とは、０．２μｍ程度離間する。一方、埋め込みＮ型層３２は、トランスファートランジスタのゲート電極２８_ＴＧに対しては自己整合的に形成する。
【００７２】
なお、フローティングディフュージョンＦＤは、フォトダイオードＰＤの形成領域と同様にジャンクションリークが少ないことが要求されるため、フローティングディフュージョンＦＤにも埋め込みＮ型層３２を形成するようにしてもよい。フローティングディフュージョンＦＤにおけるジャンクションリークを更に低減する観点から、フローティングディフュージョンＦＤのみに、例えば燐イオンを、加速エネルギーを１０〜３０ｋｅＶ、ドーズ量を１×１０^１４〜５×１０^１５ｃｍ^−２程度の濃度の高い条件でイオン注入するようにしてもよい。
【００７３】
次いで、フォトダイオード形成領域に、例えばボロンイオンを、加速エネルギーを５〜１０ｋｅＶ、ドーズ量を１×１０^１３〜１×１０^１４ｃｍ^−２として、或いはＢＦ_２イオンを、加速エネルギーを３０ｋｅＶ、ドーズ量を１×１０^１３〜１×１０^１４ｃｍ^−２としてイオン注入し、フォトダイオード形成領域の表面側に、Ｐ^＋層３４を形成する（図７（ａ））。なお、Ｐ^＋層３４は、図示しないＰ型トランジスタのＬＤＤ領域となる不純物拡散領域と同時に形成することができる。
【００７４】
次いで、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚５０〜１５０ｎｍ（中心条件：１００ｎｍ）のシリコン酸化膜３６を形成する。
【００７５】
次いでフォトリソグラフィーによりフォトダイオード領域及びフローティングディフュージョン領域を覆うマスク（図示せず）を形成した後、シリコン酸化膜３６を異方性エッチングし、ゲート電極２８の側壁にシリコン酸化膜３６よりなる側壁絶縁膜３８を形成するとともに、フォトダイオード領域及びフローティングディフュージョン領域にシリコン酸化膜３６を残存させる。
【００７６】
次いで、ゲート電極２８、シリコン酸化膜３６及び側壁絶縁膜３８をマスクとして、例えば燐イオンを、加速エネルギーを１０〜３０ｋｅＶ（中心条件：２０ｋｅＶ）、ドーズ量を１〜５×１０^１５ｃｍ^−２（中心条件：２×１０^１５ｃｍ^−２）としてイオン注入を行い、Ｎ型トランジスタのソース／ドレイン領域となる高濃度不純物拡散領域４０を形成する。
【００７７】
また、図示しないＰ型トランジスタ形成領域には、例えばボロンイオンを、加速エネルギーを５〜１０ｋｅＶ（中心条件：７ｋｅＶ）、ドーズ量を１〜５×１０^１５ｃｍ^−２（中心条件：２×１０^１５ｃｍ^−２）としてイオン注入を行い、Ｐ型トランジスタのソース／ドレイン領域となる高濃度不純物拡散領域（図示せず）を形成する。
【００７８】
次いで、例えばスパッタ法によりチタン膜又はコバルト膜を堆積し、ＲＴＡ熱処理を行い、未反応のまま残存するチタン膜又はコバルト膜を除去することにより、表面にシリコンが露出した領域上に金属シリサイド膜４２を選択的に形成する。この際、フォトダイオード領域及びフローティングディフュージョン領域上にはシリコン酸化膜３８が形成されているため、金属シリサイド膜４２は形成されない（図７（ｂ））。
【００７９】
次いで、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚５０〜２００ｎｍのシリコン窒化膜（或いはシリコン窒化酸化膜）４４と、例えば膜厚７００〜１５００ｎｍ（中心条件：１０００ｎｍ）のシリコン酸化膜４６を堆積する。
【００８０】
次いで、例えばＣＭＰ法により、シリコン酸化膜４６の表面を研磨して平坦化する。
【００８１】
次いで、フォトリソグラフィー及びドライエッチングにより、シリコン酸化膜４６及びシリコン窒化膜４４に、ゲート電極２８或いはソース／ドレイン拡散層上に形成された金属シリサイド膜４２に達するコンタクトホール４６を形成する。
【００８２】
次いで、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚１０〜５０ｎｍのチタン膜と、例えば膜厚１０〜１００ｎｍの窒化チタン膜と、例えば膜厚１００〜８００ｎｍのタングステン膜とを堆積した後、シリコン酸化膜４６が露出するまでＣＭＰ法によりこれら膜を研磨し、コンタクトホール４６に埋め込まれたコンタクトプラグ４８を形成する（図７（ｃ））。
【００８３】
次いで、コンタクトプラグ４８が埋め込まれたシリコン酸化膜４６上に、例えばスパッタ法により膜厚４００〜１０００ｎｍアルミ合金層を堆積してパターニングし、第１金属配線層５０を形成する。
【００８４】
次いで、層間絶縁膜の堆積、ビアホールの形成、配線層の形成を繰り返し行い、層間絶縁膜５２に埋め込まれたコンタクトプラグ５４を介して第１金属配線層５０に接続された第２金属配線層５６と、層間絶縁膜５８に埋め込まれたコンタクトプラグ６０を介して第２金属配線層５６に接続された第３金属配線層６２とを形成する（図８）。
【００８５】
このように、本実施形態によれば、トランスファートランジスタのゲート電極とセレクトトランジスタのゲート電極を、連続する一つのパターンにより形成するので、第１金属配線層が下層に接続するためのコンタクトホールを１つ削減することができる。これにより、金属配線層のレイアウトに余裕を持たせることができる。また、面積的に余裕ができるため、フローティングディフュージョンの面積を広げることが可能となり、ジャンクションリークを低減することができる。また、トランスファートランジスタのゲート幅を広くすることができる。
【００８６】
また、第３金属配線層ではＲＳＴ線のみを構成すればよいので、第３金属配線層を、フローティングディフュージョンを遮光するための遮光膜として利用することができる。したがって、一括シャッタ方式による読み出しにおいても、「ぶれ」や「ゆがみ」のない良好な画像を得ることができる。
【００８７】
さらに、本実施形態の個体撮像装置におけるＳｅｌｅｃｔ線とＴＧ線との共通化においては、一括シャッター動作では以下のような利点を有する。図６３に示したローリングシャッター方式では、各ｎ行の読み出し動作でのフォトダイオードＰＤからフローティングディフュージョンＦＤへの電荷転送において、ｎ＋１行のＳｅｌｅｃｔ線もＯＮするため、信号読み出し線とｎ＋１行ピクセルが導通してしまい、余分な電流を生じてしまう。しかも、各ｎ行読み出しにおいてこの状態が生じるため、１回の撮像において行数分（数百回）の余分な電流が生じる。一方、上記一括シャッター方式では、ＴＧ線（隣接行のＳｅｌｅｃｔ線）がＯＮするのは全行一括であるため、一括リセットと一括電荷転送（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への電荷転送）の２回しか、余分な電流は生じない。このように、一括シャッター方式は、Ｓｅｌｅｃｔ／ＴＧを共通化した場合に生じる余分な電流を小さくできる利点を有する読み出し方式である。
【００８８】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による固体撮像装置について図９乃至図１２を用いて説明する。
【００８９】
図９乃至図１２は本実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図である。なお、図１乃至図８に示す第１実施形態による固体撮像装置と同一の構成要素には同様の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【００９０】
本実施形態による固体撮像装置は、各層の平面的なレイアウトが異なる点を除き、回路図、動作及び製造方法については第１実施形態による固体撮像装置と同様である。すなわち、本実施形態による固体撮像装置においても、第ｎ行目に位置する各ピクセルのトランスファートランジスタＴＧのゲート端子を共通接続するＴＧ線と、第ｎ＋１行目に位置する各ピクセルのセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのゲート端子を共通接続するＳｅｌｅｃｔ線とが、共通の配線（Ｓｅｌｅｃｔ／ＴＧ線）により構成されている。
【００９１】
本実施形態による固体撮像装置の具体的な装置構造について図９乃至図１２を用いて説明する。なお、図９はピクセルアレー部１０における活性領域及びゲート配線のレイアウトを示す平面図、図１０はピクセルアレー部における第１金属配線のレイアウトを示す平面図、図１１はピクセルアレー部における第２金属配線のレイアウトを示す平面図、図１２はピクセルアレー部における第３金属配線のレイアウトを示す平面図である。
【００９２】
図９に示すように、シリコン基板２０上には、素子分離膜２２により画定された活性領域が設けられている。活性領域は、フォトダイオード領域としての矩形の広い領域と、フォトダイオード領域に連なる略コの字形の領域とを有している。
【００９３】
活性領域上には、活性領域を跨ぐように４つのゲート電極２８が形成されている。これらゲート電極２８は、フォトダイオード領域側からそれぞれ、トランスファートランジスタＴＧのゲート電極２８_ＴＧ、リセットトランジスタＲＳＴのゲート電極２８_ＲＳＴ、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート電極２８_ＳＦ、セレクトトランジスタのゲート電極２８_ＳＥＬである。また、ゲート電極２８と同一の導電層（ゲート配線）によりＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａが形成されており、Ｓｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａ、このＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａに接続されるゲート電極２８_ＴＧ、このＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａに接続されるゲート電極２８_ＳＥＬとが、一つのパターンにより構成されている。
【００９４】
図１０に示すように、第１金属配線層５０は、コンタクトプラグ４８ｄを介してゲート電極２８_ＲＳＴに接続されたＲＳＴ線５０ｆと、コンタクトプラグ４８ｂ及びコンタクトプラグ４８ｃを介してフローティングディフュージョン領域ＦＤとゲート電極２８_ＳＦとを接続する配線層５０ｂと、リセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域及びセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に、それぞれコンタクトプラグ４８ｅ，４８ｆを介して接続された引き出し配線５０ｄ，５０ｅとを有している。
【００９５】
図１１に示すように、第２金属配線層５６は、コンタクトプラグ５４ａを介してリセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域に電気的に接続されたＶＲ線５６ａと、コンタクトプラグ５４ｂを介してセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に電気的に接続された信号読み出し線５６ｂとを有している。
【００９６】
図１２に示すように、第３金属配線層６２は、信号線ではなく、フォトダイオードＰＤ領域を露出し、フローティングディフュージョンＦＤ領域を含むピクセルの他の領域を覆う遮光膜６２ｂを構成している。なお、一括シャッタ方式による読み出しを行わない場合には、必ずしも遮光膜６２ｂを形成する必要はない。
【００９７】
このように、本実施形態による固体撮像装置は、ゲート配線によりＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａが形成されており、このＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａに接続されるゲート電極２８_ＴＧと、このＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａに接続されるゲート電極２８_ＳＥＬとが連続する一つのパターンにより形成されており、第１層金属配線層５０によりＲＳＴ線５０ｆを、第２層金属配線層５６によりＶＲ線５６ａ及び信号読み出し線５６ｂを、第３層金属配線層６２により遮光膜６２ｂを構成していることに主たる特徴がある。
【００９８】
したがって、第１実施形態の場合と同様に、上層の金属配線層のレイアウトに自由度を持たせることができる。また、第３金属配線層では信号線を構成する必要がなく、第３金属配線層を遮光膜のみに利用することができる。したがって、フローティングディフュージョンＦＤの遮光を効果的に行うことができ、一括シャッタ方式を用いるうえで極めて有効である。
【００９９】
このように、本実施形態によれば、Ｓｅｌｅｃｔ／ＴＧ線、トランスファートランジスタのゲート電極及びセレクトトランジスタのゲート電極を、連続する一つのパターンにより形成するので、金属配線層のレイアウトに余裕を持たせることができる。また、面積的に余裕ができるため、フローティングディフュージョンの面積を広げることが可能となり、ジャンクションリークを低減することができる。また、トランスファートランジスタのゲート幅を広くすることができる。
【０１００】
また、第３金属配線層では信号線を形成する必要はなく、遮光膜を形成するために用いることができる。したがって、一括シャッタ方式による読み出しが可能であり、「ぶれ」や「ゆがみ」のない良好な画像を得ることができる。
【０１０１】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による固体撮像装置について図１３乃至図１６を用いて説明する。
【０１０２】
図１３乃至図１６は本実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図である。なお、図１乃至図１２に示す第１及び第２実施形態による固体撮像装置と同一の構成要素には同様の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【０１０３】
本実施形態による固体撮像装置は、各層の平面的なレイアウトが異なる点を除き、回路図、動作及び製造方法については第１実施形態による固体撮像装置と同様である。すなわち、本実施形態による固体撮像装置においても、第ｎ行目に位置する各ピクセルのトランスファートランジスタＴＧのゲート端子を共通接続するＴＧ線と、第ｎ＋１行目に位置する各ピクセルのセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのゲート端子を共通接続するＳｅｌｅｃｔ線とが、共通の配線（Ｓｅｌｅｃｔ／ＴＧ線）により構成されている。
【０１０４】
本実施形態による固体撮像装置の具体的な装置構造について図１３乃至図１６を用いて説明する。なお、図１３はピクセルアレー部１０における活性領域及びゲート配線のレイアウトを示す平面図、図１４はピクセルアレー部における第１金属配線のレイアウトを示す平面図、図１５はピクセルアレー部における第２金属配線のレイアウトを示す平面図、図１６はピクセルアレー部における第３金属配線のレイアウトを示す平面図である。
【０１０５】
図１３に示すように、シリコン基板２０上には、素子分離膜２２により画定された活性領域が設けられている。活性領域は、フォトダイオード領域としての矩形の広い領域と、フォトダイオード領域に連なる略コの字形の領域とを有している。第１及び第２実施形態による固体撮像装置の活性領域との関係からいえば、第１及び第２実施形態による固体撮像装置の活性領域を９０度、反時計回り方向に回したような配置となっている。
【０１０６】
活性領域上には、活性領域を跨ぐように４つのゲート電極２８が形成されている。これらゲート電極２８は、フォトダイオード領域側からそれぞれ、トランスファートランジスタＴＧのゲート電極２８_ＴＧ、リセットトランジスタＲＳＴのゲート電極２８_ＲＳＴ、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート電極２８_ＳＦ、セレクトトランジスタのゲート電極２８_ＳＥＬである。ゲート電極２８_ＴＧは、列方向に隣接するピクセルのゲート電極２８_ＳＥＬと連続する一つのパターンにより形成されている。
【０１０７】
図１４に示すように、第１金属配線層５０は、コンタクトプラグ４８ａを介してゲート電極２８_ＴＧ及びゲート電極２８_ＳＥＬに接続されたＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線５０ａと、コンタクトプラグ４８ｂ及びコンタクトプラグ４８ｃを介してフローティングディフュージョン領域ＦＤとゲート電極２８_ＳＦとを接続する配線層５０ｂと、ゲート電極２８_ＲＳＴ、リセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域及びセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に、それぞれコンタクトプラグ４８ｄ，４８ｅ，４８ｆを介して接続された引き出し配線５０ｃ，５０ｄ，５０ｅとを有している。
【０１０８】
図１５に示すように、第２金属配線層５６は、コンタクトプラグ５４ａを介してリセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域に電気的に接続されたＶＲ線５６ａと、コンタクトプラグ５４ｂを介してセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に電気的に接続された信号読み出し線５６ｂと、コンタクトプラグ５４ｃを介してゲート電極２８_ＲＳＴに電気的に接続された引き出し配線５６ｃとを有している。
【０１０９】
図１６に示すように、第３金属配線層６２は、コンタクトプラグ６０ａを介してゲート電極２８_ＲＳＴに電気的に接続されたＲＳＴ線６２ａを有している。
【０１１０】
このように、本実施形態による固体撮像装置は、第１実施形態による固体撮像装置と同様に、ゲート電極２８_ＴＧとゲート電極２８_ＳＥＬとが連続する一つのパターンにより形成されており、第１層金属配線層５０によりＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線５０ａを、第２層金属配線層５６によりＶＲ線５６ａ及び信号読み出し線５６ｂを、第３層金属配線層６２によりＲＳＴ線６２ａを構成している。
【０１１１】
本実施形態による固体撮像装置の主たる特徴は、上記ゲート電極２８の配置にある。図１３に示すように、ピクセルの右側の領域には、ゲート電極２８_ＲＳＴ、ゲート電極２８_ＳＦ、ゲート電極２８_ＳＥＬが、列方向に隣接して並行に配置されている。そして、ピクセルの左側の領域には、ゲート電極２８_ＴＧとフォトダイオードＰＤとが列方向に隣接して配置されている。すべてのゲート電極は、行方向に延在するように、すなわち行方向がゲート幅方向となるように配置されている。
【０１１２】
このようにしてゲート電極２８を配置することにより、フォトダイオードＰＤの面積を維持しつつ、フローティングディフュージョンＦＤを行方向に伸ばして配置することができ、その面積を拡大することができる。また、フローティングディフュージョンＦＤの延在方向（行方向）に沿ってゲート電極２８_ＴＧを配置するため、トランスファートランジスタのチャネル幅を容易に大きくすることができる。また、トランスファートランジスタＴＧをピクセル上端に近い箇所に配置し、セレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔをピクセル下端に近い箇所に配置するので、ゲート電極２８_ＴＧとゲート電極２８_ＳＥＬとの接続を容易に行うことができる。
【０１１３】
このように、本実施形態によれば、リセットトランジスタのゲート電極、ソースフォロワトランジスタのゲート電極及びセレクトトランジスタのゲート電極を列方向に隣接して並行に配置し、トランスファートランジスタのゲート電極とフォトダイオードとを列方向に隣接して配置するので、フォトダイオードの面積そのままにフローティングディフュージョンの面積を拡大することができる。また、あるピクセルのトランスファートランジスタと隣接するピクセルのセレクトトランジスタとを近くに配置することができるので、これらの接続を容易にすることができる。
【０１１４】
なお、上記実施形態では、列方向に隣接するピクセルのゲート電極２８_ＴＧとゲート電極２８_ＳＥＬとを連続する一つのパターンにより形成したが、図１７に示すように、対角方向に隣接するピクセルのゲート電極２８_ＴＧとゲート電極２８_ＳＥＬとを連続する一つのパターンにより形成するようにしてもよい。こうすることにより、ゲート配線長を短くすることが可能である。
【０１１５】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による固体撮像装置について図１８乃至図２１を用いて説明する。
【０１１６】
図１８乃至図２１は本実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図である。なお、図１乃至図１７に示す第１乃至第３実施形態による固体撮像装置と同一の構成要素には同様の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【０１１７】
本実施形態による固体撮像装置は、各層の平面的なレイアウトが異なる点を除き、回路図、動作及び製造方法については第１実施形態による固体撮像装置と同様である。すなわち、本実施形態による固体撮像装置においても、第ｎ行目に位置する各ピクセルのトランスファートランジスタＴＧのゲート端子を共通接続するＴＧ線と、第ｎ＋１行目に位置する各ピクセルのセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのゲート端子を共通接続するＳｅｌｅｃｔ線とが、共通の配線（Ｓｅｌｅｃｔ／ＴＧ線）により構成されている。
【０１１８】
本実施形態による固体撮像装置の具体的な装置構造について図１８乃至図２１を用いて説明する。なお、図１８はピクセルアレー部１０における活性領域及びゲート配線のレイアウトを示す平面図、図１９はピクセルアレー部における第１金属配線のレイアウトを示す平面図、図２０はピクセルアレー部における第２金属配線のレイアウトを示す平面図、図２１はピクセルアレー部における第３金属配線のレイアウトを示す平面図である。
【０１１９】
図１８に示すように、シリコン基板２０上には、素子分離膜２２により画定された活性領域が設けられている。活性領域は、フォトダイオード領域としての矩形の広い領域と、フォトダイオード領域に連なる略コの字形の領域とを有している。
【０１２０】
活性領域上には、活性領域を跨ぐように４つのゲート電極２８が形成されている。これらゲート電極２８は、フォトダイオード領域側からそれぞれ、トランスファートランジスタＴＧのゲート電極２８_ＴＧ、リセットトランジスタＲＳＴのゲート電極２８_ＲＳＴ、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート電極２８_ＳＦ、セレクトトランジスタのゲート電極２８_ＳＥＬである。ゲート電極２８_ＴＧは、体格方向に隣接するピクセルのゲート電極２８_ＳＥＬと連続する一つのパターンにより形成されている。
【０１２１】
図１９に示すように、第１金属配線層５０は、コンタクトプラグ４８ａを介してゲート電極２８_ＴＧ及びゲート電極２８_ＳＥＬに接続されたＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線５０ａと、コンタクトプラグ４８ｂ及びコンタクトプラグ４８ｃを介してフローティングディフュージョン領域ＦＤとゲート電極２８_ＳＦとを接続する配線層５０ｂと、ゲート電極２８_ＲＳＴ、リセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域及びセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に、それぞれコンタクトプラグ４８ｄ，４８ｅ，４８ｆを介して接続された引き出し配線５０ｃ，５０ｄ，５０ｅとを有している。
【０１２２】
図２０に示すように、第２金属配線層５６は、コンタクトプラグ５４ａを介してリセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域に電気的に接続されたＶＲ線５６ａと、コンタクトプラグ５４ｂを介してセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に電気的に接続された信号読み出し線５６ｂと、コンタクトプラグ５４ｃを介してゲート電極２８_ＲＳＴに電気的に接続された引き出し配線５６ｃとを有している。
【０１２３】
図２１に示すように、第３金属配線層６２は、コンタクトプラグ６０ａを介してゲート電極２８_ＲＳＴに電気的に接続されたＲＳＴ線６２ａを有している。
【０１２４】
このように、本実施形態による固体撮像装置は、第１実施形態による固体撮像装置と同様に、ゲート電極２８_ＴＧとゲート電極２８_ＳＥＬとが連続する一つのパターンにより形成されており、第１層金属配線層５０によりＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線５０ａを、第２層金属配線層５６によりＶＲ線５６ａ及び信号読み出し線５６ｂを、第３層金属配線層６２によりＲＳＴ線６２ａを構成している。
【０１２５】
本実施形態による固体撮像装置の主たる特徴は、上記ゲート電極２８の配置にある。図１８に示すように、ゲート電極２８_ＴＧをピクセル右上近傍に配置し、ゲート電極２８_ＳＥＬをピクセル左下近傍に配置し、対角方向に位置するピクセルのゲート電極２８_ＴＧとゲート電極２８_ＳＥＬとを連続する一つのパターンにより形成している。また、ゲート電極２８_ＳＦとゲート電極２８_ＳＥＬとが行方向に隣接して並行に配置されている。このようにしてゲート電極２８を配置することにより、フォトダイオードＰＤの面積を維持しつつ、ゲート電極２８_ＴＧ及びゲート電極２８_ＲＳＴのチャネル長を長くすることができる。これにより、これらトランジスタの閾値電圧Ｖ_ｔｈを低くすることができる。ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒの閾値電圧を低くできると、信号電圧（ＶＲ−Ｖ_ｔｈ）を大きくすることができ、信号レンジを大きくとることができる。また、トランスファートランジスタＴＧの閾値電圧を低くできると、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への信号電荷転送をスムーズに行うことができる。
【０１２６】
このように、本実施形態によれば、対角方向に位置するピクセルのトランスファーゲートのゲート電極とセレクトトランジスタのゲート電極とを連続する一つのパターンにより形成するので、フォトダイオードの面積を維持しつつ、トランスファートランジスタの及びリセットトランジスタのチャネル長を長くすることができる。これにより、これらトランジスタのＶ_ｔｈを低くすることができる。
【０１２７】
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態による固体撮像装置について図２２乃至図２５を用いて説明する。
【０１２８】
図２２乃至図２５は本実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図である。なお、図１乃至図２１に示す第１乃至第４実施形態による固体撮像装置と同一の構成要素には同様の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【０１２９】
本実施形態による固体撮像装置の具体的な装置構造について図２２乃至図２５を用いて説明する。なお、図２２はピクセルアレー部１０における活性領域及びゲート配線のレイアウトを示す平面図、図２３はピクセルアレー部における第１金属配線のレイアウトを示す平面図、図２４はピクセルアレー部における第２金属配線のレイアウトを示す平面図、図２５はピクセルアレー部における第３金属配線のレイアウトを示す平面図である。
【０１３０】
図２２に示すように、シリコン基板２０上には、素子分離膜２２により画定された活性領域が設けられている。活性領域は、フォトダイオード領域としての矩形の広い領域と、フォトダイオード領域に連なる略コの字形の領域とを有している。第１及び第２実施形態による固体撮像装置の活性領域との関係からいえば、第１及び第２実施形態による固体撮像装置の活性領域を９０度、反時計回り方向に回したような配置となっている。
【０１３１】
活性領域上には、活性領域を跨ぐように４つのゲート電極２８が形成されている。これらゲート電極２８は、フォトダイオード領域側からそれぞれ、トランスファートランジスタＴＧのゲート電極２８_ＴＧ、リセットトランジスタＲＳＴのゲート電極２８_ＲＳＴ、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート電極２８_ＳＦ、セレクトトランジスタのゲート電極２８_ＳＥＬである。また、ゲート電極２８と同一の導電層（ゲート配線）によりＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａが形成されており、Ｓｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａ、このＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａに接続されるゲート電極２８_ＴＧ、このＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａに接続されるゲート電極２８_ＳＥＬとが、一つのパターンにより構成されている。
【０１３２】
図２３に示すように、第１金属配線層５０は、コンタクトプラグ４８ｄを介してゲート電極２８_ＲＳＴに接続されたＲＳＴ線５０ｆと、コンタクトプラグ４８ｂ及びコンタクトプラグ４８ｃを介してフローティングディフュージョン領域ＦＤとゲート電極２８_ＳＦとを接続する配線層５０ｂと、リセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域及びセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に、それぞれコンタクトプラグ４８ｅ，４８ｆを介して接続された引き出し配線５０ｄ，５０ｅとを有している。
【０１３３】
図２４に示すように、第２金属配線層５６は、コンタクトプラグ５４ａを介してリセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域に電気的に接続されたＶＲ線５６ａと、コンタクトプラグ５４ｂを介してセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に電気的に接続された信号読み出し線５６ｂとを有している。
【０１３４】
図２５に示すように、第３金属配線層６２は、信号線ではなく、フォトダイオードＰＤ領域を露出し、フローティングディフュージョンＦＤ領域を含むピクセルの他の領域を覆う遮光膜６２ｂを構成している。
【０１３５】
このように、本実施形態による固体撮像装置は、第２実施形態による固体撮像装置と同様に、ゲート配線によりＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａが形成されており、このＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａに接続されるゲート電極２８_ＴＧと、このＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａに接続されるゲート電極２８_ＳＥＬとが連続する一つのパターンにより形成されており、第１層金属配線層５０によりＲＳＴ線５０ｆを、第２層金属配線層５６によりＶＲ線５６ａ及び信号読み出し線５６ｂを、第３層金属配線層６２により遮光膜６２ｂを構成している。また、活性領域及びゲート電極２８のレイアウトに第３実施形態による固体撮像装置と同様のレイアウトを用いている。
【０１３６】
したがって、本実施形態による固体撮像装置によれば、第２実施形態による固体撮像装置の場合と同様に、金属配線層のレイアウトに自由度を持たせることができるとともに、第３金属配線層を遮光膜のみに利用することができる。これにより、フローティングディフュージョンの遮光を効果的に行うことができ、一括シャッタ方式を用いるうえで極めて有効である。
【０１３７】
また、第３実施形態による固体撮像装置の場合と同様に、フォトダイオードの面積そのままにフローティングディフュージョンの面積を拡大することができる。また、あるピクセルのトランスファートランジスタと隣接するピクセルのセレクトトランジスタとを近くに配置することができるので、これらの接続を容易にすることができる。
【０１３８】
［第６実施形態］
本発明の第６実施形態による固体撮像装置について図２６乃至図２９を用いて説明する。
【０１３９】
図２６乃至図２９は本実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図である。なお、図１乃至図２５に示す第１乃至第５実施形態による固体撮像装置と同一の構成要素には同様の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【０１４０】
本実施形態による固体撮像装置は、各層の平面的なレイアウトが異なる点を除き、回路図、動作及び製造方法については第１実施形態による固体撮像装置と同様である。すなわち、本実施形態による固体撮像装置においても、第ｎ行目に位置する各ピクセルのトランスファートランジスタＴＧのゲート端子を共通接続するＴＧ線と、第ｎ＋１行目に位置する各ピクセルのセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのゲート端子を共通接続するＳｅｌｅｃｔ線とが、共通の配線（Ｓｅｌｅｃｔ／ＴＧ線）により構成されている。
【０１４１】
次に、本実施形態による固体撮像装置の具体的な装置構造について図２６乃至図２９を用いて説明する。なお、図２６はピクセルアレー部１０における活性領域及びゲート配線のレイアウトを示す平面図、図２７はピクセルアレー部における第１金属配線のレイアウトを示す平面図、図２８はピクセルアレー部における第２金属配線のレイアウトを示す平面図、図２９はピクセルアレー部における第３金属配線のレイアウトを示す平面図である。
【０１４２】
図２６に示すように、シリコン基板２０上には、素子分離膜２２により画定された活性領域が設けられている。活性領域は、フォトダイオード領域としての矩形の広い領域と、フォトダイオード領域に連なる略コの字形の領域とを有している。第１及び第２実施形態による固体撮像装置の活性領域との関係からいえば、第１及び第２実施形態による固体撮像装置の活性領域を９０度、反時計回り方向に回したような配置となっている。
【０１４３】
活性領域上には、活性領域を跨ぐように４つのゲート電極２８が形成されている。これらゲート電極２８は、フォトダイオード領域側からそれぞれ、トランスファートランジスタＴＧのゲート電極２８_ＴＧ、リセットトランジスタＲＳＴのゲート電極２８_ＲＳＴ、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート電極２８_ＳＦ、セレクトトランジスタのゲート電極２８_ＳＥＬである。また、ゲート電極２８と同一の導電層（ゲート配線）によりＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａが形成されており、Ｓｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａ、このＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａに接続されるゲート電極２８_ＴＧ、このＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａに接続されるゲート電極２８_ＳＥＬとが、一つのパターンにより構成されている。
【０１４４】
図２７に示すように、第１金属配線層５０は、コンタクトプラグ４８ｄを介してゲート電極２８_ＲＳＴに接続されたＲＳＴ線５０ｆと、コンタクトプラグ４８ｂ及びコンタクトプラグ４８ｃを介してフローティングディフュージョン領域ＦＤとゲート電極２８_ＳＦとを接続する配線層５０ｂと、リセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域及びセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に、それぞれコンタクトプラグ４８ｅ，４８ｆを介して接続された引き出し配線５０ｄ，５０ｅとを有している。
【０１４５】
図２８に示すように、第２金属配線層５６は、コンタクトプラグ５４ａを介してリセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域に電気的に接続されたＶＲ線５６ａと、コンタクトプラグ５４ｂを介してセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に電気的に接続された信号読み出し線５６ｂとを有している。
【０１４６】
図２９に示すように、第３金属配線層６２は、信号線ではなく、フォトダイオードＰＤ領域を露出し、フローティングディフュージョンＦＤ領域を含むピクセルの他の領域を覆う遮光膜６２ｂを構成している。
【０１４７】
このように、本実施形態による固体撮像装置は、第２実施形態による固体撮像装置と同様に、ゲート配線によりＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａが形成されており、このＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａに接続されるゲート電極２８_ＴＧと、このＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａに接続されるゲート電極２８_ＳＥＬとが連続する一つのパターンにより形成されており、第１層金属配線層５０によりＲＳＴ線５０ｆを、第２層金属配線層５６によりＶＲ線５６ａ及び信号読み出し線５６ｂを、第３層金属配線層６２により遮光膜６２ｂを構成している。
【０１４８】
したがって、本実施形態による固体撮像装置では、第２実施形態による固体撮像装置の場合と同様に、金属配線層のレイアウトに自由度を持たせることができるとともに、第３金属配線層を遮光膜のみに利用することができる。これにより、フローティングディフュージョンの遮光を効果的に行うことができ、一括シャッタ方式を用いるうえで極めて有効である。
【０１４９】
また、第５実施形態による固体撮像装置の場合と同様に、ピクセルの右側の領域には、ゲート電極２８_ＲＳＴ、ゲート電極２８_ＳＦ、ゲート電極２８_ＳＥＬが、列方向に隣接して並行に配置されている。特に、本実施形態による固体撮像装置では、ゲート電極２８に対して自己整合でコンタクトホールを形成するため、ゲート電極２８間の間隔をより狭めてデザインすることができる。この結果、第５実施形態による固体撮像装置ではフローティングディフュージョンＦＤに接続するコンタクトプラグ４８ｂをフォトダイオードＰＤの上側に配置する必要があったが（図２３参照）、本実施形態による固体撮像装置ではコンタクトプラグ４８ｂ，４８ｅ，４８ｆを、ゲート電極２８_ＲＳＴ，ゲート電極２８_ＳＦ，ゲート電極２８_ＳＥＬに隣接して配置することができる。これにより、フォトダイオードＰＤ及びフローティングディフュージョンＦＤの面積を増大することができる。また、トランスファートランジスタのゲート長を長くすることも可能となり、閾値電圧Ｖ_ｔｈを低くすることもできる。
【０１５０】
次に、本実施形態による固体撮像装置の製造方法について図３０を用いて説明する。
【０１５１】
まず、例えば図７（ａ）〜図７（ｂ）に示す第１実施形態による固体撮像装置の製造方法と同様にして、シリコン基板２０上に、素子分離膜２２、ゲート電極２８、金属シリサイド膜４２、シリコン酸化膜３６等を形成する。この際、ゲート電極２８にコンタクトを形成する部位では、ゲート電極２８のパターニング前に、シリコン酸化膜２６を予め除去しておく。また、周辺回路用トランジスタのゲート電極２８の側壁を覆う側壁絶縁膜３８を形成する際には、ピクセル内のシリコン酸化膜３６を残存するようにする（図３０（ａ））。
【０１５２】
次いで、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚７０ｎｍのシリコン窒化膜（或いはシリコン窒化酸化膜）４４と、例えば膜厚７００〜１５００ｎｍ（中心条件：１０００ｎｍ）のシリコン酸化膜４５′を堆積する。
【０１５３】
次いで、例えばＣＭＰ法により、シリコン酸化膜４５′の表面を研磨して平坦化する。
【０１５４】
次いで、フォトリソグラフィー及びドライエッチングにより、シリコン酸化膜４５′、シリコン窒化膜４４及びシリコン酸化膜３６に、コンタクトホール４６′を形成する。このとき、シリコン酸化膜４５′、シリコン窒化膜４４及びシリコン酸化膜３６は、互いにエッチング選択比を確保できるエッチング条件を用い、順次エッチングする。これにより、ゲート電極２８_ＲＳＴとゲート電極２８_ＳＦとの間及びゲート電極２８_ＳＥＬとＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａとの間のコンタクトホールを、ゲート電極２８に対して自己整合で開口することができる。この際、シリコン酸化膜３６はゲート電極２８の側壁に残存して側壁絶縁膜３８となるため、コンタクトホール４６′内にゲート電極２８が露出することはない。
【０１５５】
次いで、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚３００ｎｍ程度の燐をドープしたポリシリコン膜を堆積した後、シリコン酸化膜４５の表面が露出するまでＣＭＰ法により研磨し、コンタクトホール４６′内に埋め込まれたコンタクトプラグ４８′を形成する（図３０（ｂ））。
【０１５６】
次いで、コンタクトプラグ４８′が埋め込まれたシリコン酸化膜４５上に、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚２００〜５００ｎｍ（中心条件：５００ｎｍ）のシリコン酸化膜４５″を堆積する。
【０１５７】
次いで、フォトリソグラフィー及びドライエッチングにより、シリコン酸化膜４５″，４５′、シリコン窒化膜４４及びシリコン酸化膜３６に、コンタクトホール４６″を形成する。このとき、シリコン酸化膜４５″，４５′、シリコン窒化膜４４及びシリコン酸化膜３６は、互いにエッチング選択比を確保できるエッチング条件を用い、順次エッチングする。
【０１５８】
次いで、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚１０〜５０ｎｍのチタン膜と、例えば膜厚１０〜１００ｎｍの窒化チタン膜と、例えば膜厚１００〜８００ｎｍのタングステン膜とを堆積した後、シリコン酸化膜４５″が露出するまでＣＭＰ法によりこれら膜を研磨し、コンタクトホール４６″に埋め込まれたコンタクトプラグ４８″を形成する（図３０（ｃ））。
【０１５９】
次いで、例えば図８に示す第１実施形態による固体撮像装置の製造方法と同様にして、第１乃至第３金属配線層等を形成する。
【０１６０】
このように、本実施形態による固体撮像装置によれば、第２実施形態による固体撮像装置の場合と同様に、金属配線層のレイアウトに自由度を持たせることができるとともに、第３金属配線層を遮光膜のみに利用することができる。これにより、フローティングディフュージョンの遮光を効果的に行うことができ、一括シャッタ方式を用いるうえで極めて有効である。
【０１６１】
また、第３実施形態による固体撮像装置の場合と同様に、フォトダイオードの面積そのままにフローティングディフュージョンの面積を拡大することができる。また、あるピクセルのトランスファートランジスタと隣接するピクセルのセレクトトランジスタとを近くに配置することができるので、これらの接続を容易にすることができる。
【０１６２】
また、基板コンタクトに自己整合コンタクトを採用するので、ゲート電極の配置をより密にすることができる。これにより、フォトダイオードＰＤ及びフローティングディフュージョンＦＤの面積を増大することができる。また、トランスファートランジスタのゲート長を長くすることも可能となり、閾値電圧を低くすることができる。
【０１６３】
なお、上記実施形態では、ゲート電極２８_ＲＳＴとゲート電極２８_ＳＦとの間のコンタクト及びゲート電極２８_ＳＥＬとＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線２８ａとの間のコンタクトを自己整合コンタクトとしたが、図３１に示すように、ゲート電極２８_ＴＧとゲート電極２８_ＲＳＴとの間のコンタクトをも自己整合コンタクトとしてもよい。これにより、トランスファートランジスタのゲート長をより長くすることができる。
【０１６４】
［第７実施形態］
本発明の第７実施形態による固体撮像装置について図３２乃至図３５を用いて説明する。
【０１６５】
図３２乃至図３５は本実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図である。なお、図１乃至図３１に示す第１乃至第６実施形態による固体撮像装置と同一の構成要素には同様の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【０１６６】
本実施形態による固体撮像装置は、各層の平面的なレイアウトが異なる点を除き、回路図、動作及び製造方法については第１実施形態による固体撮像装置と同様である。すなわち、本実施形態による固体撮像装置においても、第ｎ行目に位置する各ピクセルのトランスファートランジスタＴＧのゲート端子を共通接続するＴＧ線と、第ｎ＋１行目に位置する各ピクセルのセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのゲート端子を共通接続するＳｅｌｅｃｔ線とが、共通の配線（Ｓｅｌｅｃｔ／ＴＧ線）により構成されている。
【０１６７】
次に、本実施形態による固体撮像装置の具体的な装置構造について図３２乃至図３５を用いて説明する。なお、図３２はピクセルアレー部１０における活性領域及びゲート配線のレイアウトを示す平面図、図３３はピクセルアレー部における第１金属配線のレイアウトを示す平面図、図３４はピクセルアレー部における第２金属配線のレイアウトを示す平面図、図３５はピクセルアレー部における第３金属配線のレイアウトを示す平面図である。
【０１６８】
図３２に示すように、シリコン基板２０上には、素子分離膜２２により画定された活性領域が設けられている。活性領域は、フォトダイオード領域としての矩形の広い領域と、フォトダイオード領域に連なる略Ｌの字形の領域とを有している。
【０１６９】
活性領域上には、活性領域を跨ぐように４つのゲート電極２８が形成されている。これらゲート電極２８は、フォトダイオード領域側からそれぞれ、トランスファートランジスタＴＧのゲート電極２８_ＴＧ、リセットトランジスタＲＳＴのゲート電極２８_ＲＳＴ、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート電極２８_ＳＦ、セレクトトランジスタのゲート電極２８_ＳＥＬである。ゲート電極２８_ＴＧは、列方向に隣接するピクセルのゲート電極２８_ＳＥＬと連続する一つのパターンにより形成されている。
【０１７０】
図３３に示すように、第１金属配線層５０は、コンタクトプラグ４８ａを介してゲート電極２８_ＴＧ及びゲート電極２８_ＳＥＬに接続されたＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線５０ａと、コンタクトプラグ４８ｂ及びコンタクトプラグ４８ｃを介してフローティングディフュージョン領域ＦＤとゲート電極２８_ＳＦとを接続する配線層５０ｂと、ゲート電極２８_ＲＳＴ、リセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域及びセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に、それぞれコンタクトプラグ４８ｄ，４８ｅ，４８ｆを介して接続された引き出し配線５０ｃ，５０ｄ，５０ｅとを有している。
【０１７１】
図３４に示すように、第２金属配線層５６は、コンタクトプラグ５４ａを介してリセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域に電気的に接続されたＶＲ線５６ａと、コンタクトプラグ５４ｂを介してセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に電気的に接続された信号読み出し線５６ｂと、コンタクトプラグ５４ｃを介してゲート電極２８_ＲＳＴに電気的に接続された引き出し配線５６ｃとを有している。
【０１７２】
図３５に示すように、第３金属配線層６２は、コンタクトプラグ６０ａを介してゲート電極２８_ＲＳＴに電気的に接続されたＲＳＴ線６２ａを有している。
【０１７３】
ここで、本実施形態による固体撮像装置の主たる特徴は、活性領域が、隣接するピクセル領域に跨るように形成されている点にある。すなわち、第１乃至第６実施形態による固体撮像装置におけるピクセル領域と同様のピクセル領域を思い描いた場合、本実施形態による固体撮像装置では、フォトダイオードＰＤ及びゲート電極２８_ＴＧが一つのピクセル領域に位置し、他の構成部分が隣接する他のピクセル領域に位置している。
【０１７４】
このようにして活性領域をレイアウトすることにより、フローティングディフュージョンＦＤの面積及びトランスファートランジスタＴＧのチャネル幅を容易に拡大することができる。また、フローティングディフュージョンＦＤに対してゲート電極２８を図３２に示すように配置することにより、ゲート電極２８の位置ずれによるフローティングディフュージョンＦＤの面積変動を小さくすることができる。
【０１７５】
このように、本実施形態によれば、１ピクセルを構成する活性領域を、２つの単位ピクセル領域に跨がるように形成するので、フローティングディフュージョンの面積及びトランスファートランジスタのチャネル幅を容易に拡大することができる。また、ゲート電極の位置ずれによるフローティングディフュージョンＦＤの面積変動を小さくすることができる。
【０１７６】
［第８実施形態］
本発明の第８実施形態による固体撮像装置について図３６乃至図３９を用いて説明する。
【０１７７】
図３６乃至図３９は本実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図である。なお、図１乃至図３５に示す第１乃至第６実施形態による固体撮像装置と同一の構成要素には同様の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【０１７８】
本実施形態による固体撮像装置は、各層の平面的なレイアウトが異なる点を除き、回路図、動作及び製造方法については第１実施形態による固体撮像装置と同様である。すなわち、本実施形態による固体撮像装置においても、第ｎ行目に位置する各ピクセルのトランスファートランジスタＴＧのゲート端子を共通接続するＴＧ線と、第ｎ＋１行目に位置する各ピクセルのセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのゲート端子を共通接続するＳｅｌｅｃｔ線とが、共通の配線（Ｓｅｌｅｃｔ／ＴＧ線）により構成されている。
【０１７９】
次に、本実施形態による固体撮像装置の具体的な装置構造について図３６乃至図３９を用いて説明する。なお、図３６はピクセルアレー部１０における活性領域及びゲート配線のレイアウトを示す平面図、図３７はピクセルアレー部における第１金属配線のレイアウトを示す平面図、図３８はピクセルアレー部における第２金属配線のレイアウトを示す平面図、図３９はピクセルアレー部における第３金属配線のレイアウトを示す平面図である。
【０１８０】
図３６に示すように、シリコン基板２０上には、素子分離膜２２により画定された活性領域が設けられている。活性領域は、フォトダイオード領域としての矩形の広い領域と、フォトダイオード領域に連なる略コの字形の領域とを有している。
【０１８１】
活性領域上には、活性領域を跨ぐように４つのゲート電極２８が形成されている。これらゲート電極２８は、フォトダイオード領域側からそれぞれ、トランスファートランジスタＴＧのゲート電極２８_ＴＧ、リセットトランジスタＲＳＴのゲート電極２８_ＲＳＴ、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート電極２８_ＳＦ、セレクトトランジスタのゲート電極２８_ＳＥＬである。
【０１８２】
図３７に示すように、第１金属配線層５０は、コンタクトプラグ４８ｇ，４８ｈを介してゲート電極２８_ＴＧ及びゲート電極２８_ＳＥＬに接続されたＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線５０ａと、コンタクトプラグ４８ｂ及びコンタクトプラグ４８ｃを介してフローティングディフュージョン領域ＦＤとゲート電極２８_ＳＦとを接続する配線層５０ｂと、ゲート電極２８_ＲＳＴ、リセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域及びセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に、それぞれコンタクトプラグ４８ｄ，４８ｅ，４８ｆを介して接続された引き出し配線５０ｃ，５０ｄ，５０ｅとを有している。
【０１８３】
図３８に示すように、第２金属配線層５６は、コンタクトプラグ５４ｃを介してゲート電極２８_ＲＳＴに接続されたＲＳＴ線５６ｄと、コンタクトプラグ５４ｄを介してリセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域に接続された引き出し配線５６ｅと、コンタクトプラグ５４ｅを介してセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に電気的に接続された引き出し配線５６ｆとを有している。
【０１８４】
図３９に示すように、第３金属配線層６２は、コンタクトプラグ６０ｂを介してリセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域に接続されたＶＲ線６２ｃと、コンタクトプラグ６０ｃを介してセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に電気的に接続された信号読み出し線６２ｄとを有している。
【０１８５】
このように、本実施形態によれば、第１金属配線層によりＳｅｌｅｃｔ／ＴＧ線を構成し、第２金属配線層によりＲＳＴ線を構成し、第３金属配線層によりＶＲ線及び信号読み出し線を構成するので、Ｓｅｌｅｃｔ線とＴＧ線とを共通化した４Ｔｒ型ピクセルを有する固体撮像装置を構成することができる。
【０１８６】
［第９実施形態］
本発明の第９実施形態による固体撮像装置について図４０乃至図４５を用いて説明する。
【０１８７】
図４０は本実施形態による固体撮像装置の回路図、図４１乃至図４４は本実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図、図４５は本実施形態による固体撮像装置の画像読み出し方法を説明するタイムチャートである。なお、図１乃至図３９に示す第１乃至第８実施形態による固体撮像装置と同一の構成要素には同様の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【０１８８】
はじめに、本実施形態による固体撮像装置の構造について図４０乃至図４４を用いて説明する。図４０は、本実施形態による固体撮像装置の回路図である。なお、図４０では、ピクセルアレー部１０として、単位ピクセル２×２個を抜き出して描いている。
【０１８９】
各ピクセルは、フォトダイオードＰＤと、トランスファートランジスタＴＧと、リセットトランジスタＲＳＴと、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒと、セレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔとにより構成されている。すなわち、本実施形態による固体撮像装置は、４Ｔｒ型ピクセルを有する固体撮像装置である。
【０１９０】
フォトダイオードＰＤのカソード端子には、トランスファートランジスタＴＧのソース端子が接続されている。フォトダイオードＰＤのアノード端子は設置されている。トランスファートランジスタＴＧのドレイン端子には、リセットトランジスタＲＳＴのソース端子及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート端子が接続されている。ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのソース端子には、セレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのドレイン端子が接続されている。
【０１９１】
行方向に隣接する各ピクセルには、トランスファートランジスタＴＧのゲート端子を共通接続するＴＧ線が接続されている。また、各ピクセルには、第ｎ行目に位置するピクセルのリセットトランジスタＲＳＴ及び第ｎ＋１行目に位置するピクセルのセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのゲート端子を共通接続するセレクト（Ｓｅｌｅｃｔ）／リセット（ＲＳＴ）線が接続されている。
【０１９２】
列方向に隣接する各ピクセルには、セレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース端子を共通接続する信号読み出し線と、リセットトランジスタＲＳＴのドレイン端子及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン端子を共通接続するＶＲ（リセット電圧）線が接続されている。
【０１９３】
ＴＧ線及びＳｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線は、行選択回路１２に接続されている。また、信号読み出し線は、信号読み出し／ノイズキャンセル回路１４に接続されている。信号読み出し／ノイズキャンセル回路１４には、ＡＤコンバータ１６を介して出力回路１８が接続されている。ＶＲ線は、ほぼ電源電圧である電源又は電源電圧をチップ内部で降圧した電源に接続されている。
【０１９４】
このように、本実施形態による固体撮像装置では、第ｎ行目に位置する各ピクセルのリセットトランジスタＲＳＴのゲート端子を共通接続するＲＳＴ線と、第ｎ＋１行目に位置する各ピクセルのセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのゲート端子を共通接続するＳｅｌｅｃｔ線とが、共通の配線（Ｓｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線）により構成されている。
【０１９５】
次に、図４０に示す回路を構成するための具体的な装置構造について図４１乃至図４４を用いて説明する。なお、図４１はピクセルアレー部１０における活性領域及びゲート配線のレイアウトを示す平面図、図４２はピクセルアレー部における第１金属配線のレイアウトを示す平面図、図４３はピクセルアレー部における第２金属配線のレイアウトを示す平面図、図４４はピクセルアレー部における第３金属配線のレイアウトを示す平面図である。
【０１９６】
図４１に示すように、シリコン基板２０上には、素子分離膜２２により画定された活性領域が設けられている。活性領域は、フォトダイオード領域としての矩形の広い領域と、フォトダイオード領域に連なる略コの字形の領域とを有している。
【０１９７】
活性領域上には、活性領域を跨ぐように４つのゲート電極２８が形成されている。これらゲート電極２８は、フォトダイオード領域側からそれぞれ、トランスファートランジスタＴＧのゲート電極２８_ＴＧ、リセットトランジスタＲＳＴのゲート電極２８_ＲＳＴ、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート電極２８_ＳＦ、セレクトトランジスタのゲート電極２８_ＳＥＬである。ゲート電極２８_ＲＳＴは、列方向に隣接するピクセルのゲート電極２８_ＳＥＬと連続する一つのパターンにより形成されている。
【０１９８】
図４２に示すように、第１金属配線層５０は、コンタクトプラグ４８ａを介してゲート電極２８_ＲＳＴ及びゲート電極２８_ＳＥＬに接続されたＳｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線５０ｇと、コンタクトプラグ４８ｂ及びコンタクトプラグ４８ｃを介してフローティングディフュージョン領域ＦＤとゲート電極２８_ＳＦとを接続する配線層５０ｂと、ゲート電極２８_ＴＧ、リセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域及びセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に、それぞれコンタクトプラグ４８ｇ，４８ｅ，４８ｆを介して接続された引き出し配線５０ｈ，５０ｄ，５０ｅとを有している。
【０１９９】
図４３に示すように、第２金属配線層５６は、コンタクトプラグ５４ａを介してリセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域に電気的に接続されたＶＲ線５６ａと、コンタクトプラグ５４ｂを介してセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に電気的に接続された信号読み出し線５６ｂと、コンタクトプラグ５４ｆを介してゲート電極２８_ＴＧに電気的に接続された引き出し配線５６ｇとを有している。
【０２００】
図４４に示すように、第３金属配線層６２は、コンタクトプラグ６０ｄを介してゲート電極２８_ＴＧに電気的に接続されたＴＧ線６２ｅを有している。
【０２０１】
このように、本実施形態による固体撮像装置は、第ｎ行目に位置するピクセルのリセットトランジスタＲＳＴのゲート電極２８_ＲＳＴと第ｎ＋１行目に位置するピクセルのセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのゲート電極２８_ＳＥＬとが一つのパターンにより形成されており、第１層金属配線層５０によりＳｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線５０ｇを、第２層金属配線層５６によりＶＲ線５６ａ及び信号読み出し線５６ｂを、第３層金属配線層６２によりＴＧ線６２ｅを構成していることに主たる特徴がある。
【０２０２】
これにより、Ｓｅｌｅｃｔ線とＲＳＴ線とを共通の配線層で形成する場合であっても、離れた場所にあるゲート電極２８_ＲＳＴとゲート電極２８_ＳＥＬとを金属配線層により接続する必要がない。したがって、第１金属配線層５０が下層に接続するためのコンタクトホールを１つ削減することができ、金属配線層のレイアウトに余裕を持たせることができる。
【０２０３】
また、面積的に余裕ができるため、フローティングディフュージョンＦＤの面積を十分にとることができる。フローティングディフュージョンＦＤの面積が十分に広ければ、フローティングディフュージョンＦＤのウェル濃度を低くして電界を緩和できるので、ジャンクションリークを低減することができる。また、トランスファートランジスタのゲート幅を広くすることができる。
【０２０４】
また、図４１に示すように、ピクセルの右側の領域には、ゲート電極２８_ＲＳＴ、ゲート電極２８_ＳＦ、ゲート電極２８_ＳＥＬが、列方向に隣接して並行に配置されている。そして、ピクセルの左側の領域には、ゲート電極２８_ＴＧとフォトダイオードＰＤとが列方向に隣接して配置されている。すべてのゲート電極は、行方向に延在するように、すなわち行方向がゲート幅方向となるように配置されている。このようにしてゲート電極２８を配置することにより、フォトダイオードＰＤの面積を維持しつつ、フローティングディフュージョンＦＤを行方向に伸ばして配置することができ、その面積を拡大することができる。また、フローティングディフュージョンＦＤの延在方向（行方向）に沿ってゲート電極２８_ＴＧを配置するため、トランスファートランジスタのチャネル幅を容易に大きくすることができる。また、リセットトランジスタＲＳＴをピクセル上端に近い箇所に配置し、セレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔをピクセル下端に近い箇所に配置するので、ゲート電極２８_ＲＳＴとゲート電極極２８_ＳＥＬとの接続を容易に行うことができる。
【０２０５】
次に、本実施形態による固体撮像装置の画像読み出し方法について図４５を用いて説明する。本実施形態では、一括シャッタ方式とよばれる画像読み出し方法について説明する。一括シャッタ方式では、ローリングシャッタ方式のようにピクセル間における受光時間差が生じないため、「ぶれ」や「ゆがみ」のない良好な画像を得ることができる。なお、本実施形態による固体撮像装置は、例えば特許文献４に記載のようなローリングシャッタ方式による読み出しも可能である。
【０２０６】
図４５は、本実施形態による固体撮像装置の画像読み出し方法を説明するタイミングチャートである。図４５（ａ）はｎ＋１行目のピクセルにおけるタイムチャートであり、図４５（ｂ）はｎ行目のピクセルにおけるタイムチャートである。各図において、縦軸が正電圧を示し、横軸が時間を示している。
【０２０７】
まず、全行のＴＧ線及びＳｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線に信号を印加し、全行のフォトダイオードＰＤ及びフローティングディフュージョンＦＤの一括リセットを行う。これにより、フォトダイオードＰＤ及びフローティングディフュージョンＦＤがリセットされ、これらの電圧が所定値まで増加する。
【０２０８】
次いで、ＴＧ線に印加するリセット信号をオフにすると、フォトダイオードＰＤによる受光が開始され、フォトダイオードＰＤ内で電子が発生し、フォトダイオードＰＤの電圧が徐々に減少する。
【０２０９】
次いで、全行のＳｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線に一括でリセット信号を印加する。これにより、フローティングディフュージョンＦＤのみが一括リセットされる。Ｓｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線にリセット信号を印加すると、フローティングディフュージョンＦＤがリセットされ、フローティングディフュージョンＦＤの電圧がリセット電圧ＶＲ（＝ＶＲ１）を反映した所定値に安定する。
【０２１０】
次いで、全行のＴＧ線をオンにし、フォトダイオードＰＤ内の電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。これにより、フローティングディフュージョンＦＤの電圧が転送された電荷量に応じた分だけ低下する。
【０２１１】
フローティングディフュージョンＦＤの一括リセットの際、リセットトランジスタＲＳＴとともにセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔもオンになるので、信号読み出し線は周辺部読み出し回路と切断されたハイインピーダンス状態にしておくことが望ましい。
【０２１２】
次いで、１行目から順次読み出し動作を行う。本実施形態では、まずｎ行目の読み出し動作を行い、次にｎ＋１行目の読み出し動作を行う場合を例にして説明する。
【０２１３】
まず、ｎ行目の読み出しを行うために、ｎ行目のＳｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線にセレクト信号を印加する。これにより、信号読み出し線には、フォトダイオードＰＤに蓄えられていた電子の量に応じた電圧変化量ΔＶを減じた電圧、すなわちリセット電圧ＶＲ―閾値電圧Ｖ_ｔｈ−電圧変化量ΔＶに相当する電圧が出力される（Ｖ_{ｓｉｇｎａｌ}読み出し）。
【０２１４】
次いで、ｎ行目のＳｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線にリセット信号を印加すると、フローティングディフュージョンＦＤがリセットされ、フローティングディフュージョンＦＤの電圧がリセット電圧ＶＲ（＝ＶＲ２）を反映した所定値に安定する。この電圧が、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート端子に印加される。そして、信号読み出し線には、リセット電圧ＶＲ−閾値電圧Ｖｔｈに相当する電圧が出力される（ＶＲ読み出し）。
【０２１５】
次いで、信号読み出し／ノイズキャンセル回路１２により、ＶＲ読み出し電圧（ＶＲ−Ｖ_ｔｈ）とＶ_{ｓｉｇｎａｌ}読み出し電圧（ＶＲ−Ｖ_ｔｈ−ΔＶ）との差分を求め、電圧変化量ΔＶを得る。こうして、ｎ行目のピクセルに関し、各ピクセルにおけるソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒの閾値電圧ばらつきに伴う出力電圧変化をキャンセルして、フォトダイオードＰＤに蓄えられていた電子の量に応じた電圧変化量ΔＶを正確に読み出すことができる。
【０２１６】
次に、ｎ＋１行目の読み出しを行うために、ｎ＋１行目のＳｅｌｅｃｔ／ＴＲＳＴ線にセレクト信号を印加する。これにより、信号読み出し線には、フォトダイオードＰＤに蓄えられていた電子の量に応じた電圧変化量ΔＶを減じた電圧、すなわちリセット電圧ＶＲ―閾値電圧Ｖ_ｔｈ−電圧変化量ΔＶに相当する電圧が出力される（Ｖ_{ｓｉｇｎａｌ}読み出し）。
【０２１７】
この際、ｎ行目のリセットトランジスタＲＳＴもオンとなりフローティングディフュージョンＦＤがリセットされるが、既に読み出しているため問題はない。
【０２１８】
次いで、ｎ＋１行目のＳｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線にリセット信号を印加すると、フローティングディフュージョンＦＤがリセットされ、フローティングディフュージョンＦＤの電圧がリセット電圧ＶＲ（＝ＶＲ２）を反映した所定値に安定する。この電圧が、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート端子に印加される。そして、信号読み出し線には、リセット電圧ＶＲ−閾値電圧Ｖｔｈに相当する電圧が出力される（ＶＲ読み出し）。
【０２１９】
次いで、信号読み出し／ノイズキャンセル回路１２により、ＶＲ読み出し電圧（ＶＲ−Ｖ_ｔｈ）とＶ_{ｓｉｇｎａｌ}読み出し電圧（ＶＲ−Ｖ_ｔｈ−ΔＶ）との差分を求め、電圧変化量ΔＶを得る。こうして、ｎ＋１行目のピクセルに関し、各ピクセルにおけるソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒの閾値電圧ばらつきに伴う出力電圧変化をキャンセルして、フォトダイオードＰＤに蓄えられていた電子の量に応じた電圧変化量ΔＶを正確に読み出すことができる。
【０２２０】
上記一連の読み出し動作を各ピクセルについて順次行うことにより、すべてのピクセルについて、フォトダイオードＰＤにより受光された光信号を読み出すことができる。
【０２２１】
上記の受光−読み出しシーケンスにおいて、ｎ行の「ＶＲ読み出し」の際にはｎ行ＲＳＴ線と共通信号であるｎ＋１行Ｓｅｌｅｃｔ線もＯＮするため、ｎ＋１行からＶＲ−Ｖ_ｔｈ（ｎ＋１）−ΔＶ（ｎ＋１）が信号線に出力される可能性もある。特に光量の少ない場合（暗時）にはΔＶ（ｎ＋１）〜０Ｖなので、もしＶ_ｔｈ（ｎ）よりもＶ_ｔｈ（ｎ＋１）が十分に小さければ、
ｎ行からのＶＲ読み出し　ＶＲ−Ｖ_ｔｈ（ｎ）　＜　ＶＲ−Ｖ_ｔｈ（ｎ＋１））
となり、ｎ行ＶＲ読み出しがｎ＋１行に邪魔されてしまう可能性がある。
【０２２２】
これを防ぐために、一括リセット時のリセット電圧ＶＲ＝ＶＲ１と、各行の読み出し時のリセット電圧ＶＲ２を、ＶＲ１＜ＶＲ２となるように変化させることもあり得る。これにより、ｎ行の「ＶＲ読み出し」の際に、ｎ＋１行Ｓｅｌｅｃｔ線がＯＮしても、ｎ行から出力されるＶＲ読み出し電圧（ＶＲ２−Ｖ_ｔｈ（ｎ））に影響しないようにすることができる。具体的には、ＶＲ２＝ＶＲ１＋０．１Ｖ以上であれば、ＶＲ２−Ｖ_ｔｈ（ｎ）　＞　ＶＲ１−Ｖ_ｔｈ（ｎ＋１）とすることができ、確実にｎ行ＶＲ読み出しを行うことができる。
【０２２３】
上記一括シャッタ方式では、各ピクセルのフォトダイオードＰＤに蓄えられた電荷を一括してフローティングディフュージョンＦＤに転送した後、各ピクセルのフローティングディフュージョンＦＤの電荷を順番に読み出すため、フローティングディフュージョンＦＤにおいて電荷を保持する必要のある時間が数１０ｍｓと長くなる。したがって、読み出しまでの待ち時間における受光によるフローティングディフュージョンＦＤ中の電荷量の変化を防止するために、フローティングディフュージョンＦＤを金属配線層により覆うことが極めて重要である。
【０２２４】
上述の通り、本実施形態による固体撮像装置では、第ｎ行目に位置するピクセルのリセットトランジスタＲＳＴのゲート電極２８_ＲＳＴと第ｎ＋１行目に位置するピクセルのセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのゲート電極２８_ＳＥＬとを一つのパターンにより形成するため、上層の金属配線層のレイアウトに自由度を持たせることができる。これにより、第３金属配線層ではＲＳＴ線のみを構成すればよく、第３金属配線層に遮光膜としての機能をも併せ持たせることができる。したがって、フローティングディフュージョンＦＤの遮光を十分に行うことができ、一括シャッタ方式を用いるうえで極めて有効である。
【０２２５】
このように、本実施形態によれば、リセットトランジスタのゲート電極とセレクトトランジスタのゲート電極を、連続する一つのパターンにより形成するので、第１金属配線層が下層に接続するためのコンタクトホールを１つ削減することができる。これにより、金属配線層のレイアウトに余裕を持たせることができる。また、面積的に余裕ができるため、フローティングディフュージョンの面積を広げることが可能となり、ジャンクションリークを低減することができる。また、トランスファートランジスタのゲート幅を容易に広くすることができる。
【０２２６】
また、第３金属配線層ではＲＳＴ線のみを構成すればよいので、第３金属配線層を、フローティングディフュージョンを遮光するための遮光膜として利用することができる。したがって、一括シャッタ方式による読み出しにおいても、「ぶれ」や「ゆがみ」のない良好な画像を得ることができる。
【０２２７】
なお、上記実施形態では、第３金属配線層６２によりＴＧ線を構成したが、一括シャッタ方式を用いる場合には、ＴＧ線は全行一括でのみオン／オフしないため、必ずしも各行毎にＴＧ線６２ｅを設ける必要はない。したがって、例えば図１２に示すような遮光膜６２ｂと同様のパターンによりＴＧ線６２ｅを構成するようにしてもよい。
【０２２８】
［第１０実施形態］
本発明の第１０実施形態による固体撮像装置について図４６乃至図４９を用いて説明する。
【０２２９】
図４６乃至図４９は本実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図である。なお、図１乃至図４５に示す第１乃至第９実施形態による固体撮像装置と同一の構成要素には同様の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【０２３０】
本実施形態による固体撮像装置は、各層の平面的なレイアウトが異なる点を除き、回路図、動作及び製造方法については第９実施形態による固体撮像装置と同様である。すなわち、本実施形態による固体撮像装置においても、第ｎ行目に位置する各ピクセルのリセットトランジスタＲＳＴを共通接続するＲＳＴ線と、第ｎ＋１行目に位置する各ピクセルのセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのゲート端子を共通接続するＳｅｌｅｃｔ線とが、共通の配線（Ｓｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線）により構成されている。
【０２３１】
本実施形態による固体撮像装置の具体的な装置構造について図４６乃至図４９を用いて説明する。なお、図４６はピクセルアレー部１０における活性領域及びゲート配線のレイアウトを示す平面図、図４７はピクセルアレー部における第１金属配線のレイアウトを示す平面図、図４８はピクセルアレー部における第２金属配線のレイアウトを示す平面図、図４９はピクセルアレー部における第３金属配線のレイアウトを示す平面図である。
【０２３２】
図４６に示すように、シリコン基板２０上には、素子分離膜２２により画定された活性領域が設けられている。活性領域は、フォトダイオード領域としての矩形の広い領域と、フォトダイオード領域に連なる略コの字形の領域とを有している。
【０２３３】
活性領域上には、活性領域を跨ぐように４つのゲート電極２８が形成されている。これらゲート電極２８は、フォトダイオード領域側からそれぞれ、トランスファートランジスタＴＧのゲート電極２８_ＴＧ、リセットトランジスタＲＳＴのゲート電極２８_ＲＳＴ、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート電極２８_ＳＦ、セレクトトランジスタのゲート電極２８_ＳＥＬである。また、ゲート電極２８と同一の導電層（ゲート配線）によりＳｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線２８ｂが形成されており、Ｓｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線２８ｂ、このＳｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線２８ｂに接続されるゲート電極２８_ＲＳＴ、このＳｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線２８ｂに接続されるゲート電極２８_ＳＥＬとが、一つのパターンにより構成されている。
【０２３４】
図４７に示すように、第１金属配線層５０は、コンタクトプラグ４８ｇを介してゲート電極２８_ＴＧに接続されたＴＧ線５０ｉと、コンタクトプラグ４８ｂ及びコンタクトプラグ４８ｃを介してフローティングディフュージョン領域ＦＤとゲート電極２８_ＳＦとを接続する配線層５０ｂと、リセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域及びセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に、それぞれコンタクトプラグ４８ｅ，４８ｆを介して接続された引き出し配線５０ｄ，５０ｅとを有している。
【０２３５】
図４８に示すように、第２金属配線層５６は、コンタクトプラグ５４ａを介してリセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域に電気的に接続されたＶＲ線５６ａと、コンタクトプラグ５４ｂを介してセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に電気的に接続された信号読み出し線５６ｂとを有している。
【０２３６】
図４９に示すように、第３金属配線層６２は、信号線ではなく、フォトダイオードＰＤ領域を露出し、フローティングディフュージョンＦＤ領域を含むピクセルの他の領域を覆う遮光膜６２ｂを構成している。
【０２３７】
このように、本実施形態による固体撮像装置は、ゲート配線によりＳｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線２８ｂが形成されており、このＳｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線２８ｂに接続されるゲート電極２８_ＲＳＴと、このＳｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線２８ｂに接続されるゲート電極２８_ＳＥＬとが連続する一つのパターンにより形成されており、第１層金属配線層５０によりＴＧ線５０ｉを、第２層金属配線層５６によりＶＲ線５６ａ及び信号読み出し線５６ｂを、第３層金属配線層６２により遮光膜６２ｂを構成していることに主たる特徴がある。
【０２３８】
したがって、第９実施形態の場合と同様に、上層の金属配線層のレイアウトに自由度を持たせることができる。また、第３金属配線層では信号線を構成する必要がなく、第３金属配線層を遮光膜のみに利用することができる。したがって、フローティングディフュージョンＦＤの遮光を効果的に行うことができ、一括シャッタ方式を用いるうえで極めて有効である。
【０２３９】
また、図４６に示すように、ピクセルの右側の領域には、ゲート電極２８_ＲＳＴ、ゲート電極２８_ＳＦ、ゲート電極２８_ＳＥＬが、列方向に隣接して並行に配置されている。そして、ピクセルの左側の領域には、ゲート電極２８_ＴＧとフォトダイオードＰＤとが列方向に隣接して配置されている。すべてのゲート電極は、行方向に延在するように、すなわち行方向がゲート幅方向となるように配置されている。このようにしてゲート電極２８を配置することにより、フォトダイオードＰＤの面積を維持しつつ、フローティングディフュージョンＦＤを行方向に伸ばして配置することができ、その面積を拡大することができる。また、フローティングディフュージョンＦＤの延在方向（行方向）に沿ってゲート電極２８_ＴＧを配置するため、トランスファートランジスタのチャネル幅を容易に大きくすることができる。また、リセットトランジスタＲＳＴをピクセル上端に近い箇所に配置し、セレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔをピクセル下端に近い箇所に配置するので、ゲート電極２８_ＲＳＴとゲート電極２８_ＳＥＬとの接続を容易に行うことができる。
【０２４０】
このように、本実施形態によれば、Ｓｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線、トランスファートランジスタのゲート電極及びセレクトトランジスタのゲート電極を、連続する一つのパターンにより形成するので、金属配線層のレイアウトに余裕を持たせることができる。また、面積的に余裕ができるため、フローティングディフュージョンの面積を広げることが可能となり、ジャンクションリークを低減することができる。また、トランスファートランジスタのゲート幅を広くすることができる。
【０２４１】
また、第３金属配線層では信号線を形成する必要はなく、遮光膜を形成するために用いることができる。したがって、一括シャッタ方式による読み出しにおいても、「ぶれ」や「ゆがみ」のない良好な画像を得ることができる。
【０２４２】
［第１１実施形態］
本発明の第１１実施形態による固体撮像装置について図５０乃至図５３を用いて説明する。
【０２４３】
図５０乃至図５３は本実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図である。なお、図１乃至図４９に示す第１乃至第１０実施形態による固体撮像装置と同一の構成要素には同様の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【０２４４】
本実施形態による固体撮像装置は、各層の平面的なレイアウトが異なる点を除き、回路図、動作及び製造方法については第９実施形態による固体撮像装置と同様である。すなわち、本実施形態による固体撮像装置においても、第ｎ行目に位置する各ピクセルのリセットトランジスタＲＳＴを共通接続するＲＳＴ線と、第ｎ＋１行目に位置する各ピクセルのセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのゲート端子を共通接続するＳｅｌｅｃｔ線とが、共通の配線（Ｓｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線）により構成されている。
【０２４５】
本実施形態による固体撮像装置の具体的な装置構造について図５０乃至図５３を用いて説明する。なお、図５０はピクセルアレー部１０における活性領域及びゲート配線のレイアウトを示す平面図、図５１はピクセルアレー部における第１金属配線のレイアウトを示す平面図、図５２はピクセルアレー部における第２金属配線のレイアウトを示す平面図、図５３はピクセルアレー部における第３金属配線のレイアウトを示す平面図である。
【０２４６】
図５０に示すように、シリコン基板２０上には、素子分離膜２２により画定された活性領域が設けられている。活性領域は、フォトダイオード領域としての矩形の広い領域と、フォトダイオード領域に連なる略Ｌの字形の領域とを有している。
【０２４７】
活性領域上には、活性領域を跨ぐように４つのゲート電極２８が形成されている。これらゲート電極２８は、フォトダイオード領域側からそれぞれ、トランスファートランジスタＴＧのゲート電極２８_ＴＧ、リセットトランジスタＲＳＴのゲート電極２８_ＲＳＴ、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート電極２８_ＳＦ、セレクトトランジスタのゲート電極２８_ＳＥＬである。ゲート電極２８_ＲＳＴは、列方向に隣接するピクセルのゲート電極２８_ＳＥＬと連続する一つのパターンにより形成されている。
【０２４８】
図５１に示すように、第１金属配線層５０は、コンタクトプラグ４８ａを介してゲート電極２８_ＲＳＴ及びゲート電極２８_ＳＥＬに接続されたＳｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線５０ｇと、コンタクトプラグ４８ｂ及びコンタクトプラグ４８ｃを介してフローティングディフュージョン領域ＦＤとゲート電極２８_ＳＦとを接続する配線層５０ｂと、ゲート電極２８_ＴＧ、リセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域及びセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に、それぞれコンタクトプラグ４８ｇ，４８ｅ，４８ｆを介して接続された引き出し配線５０ｈ，５０ｄ，５０ｅとを有している。
【０２４９】
図５２に示すように、第２金属配線層５６は、コンタクトプラグ５４ａを介してリセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域に電気的に接続されたＶＲ線５６ａと、コンタクトプラグ５４ｂを介してセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に電気的に接続された信号読み出し線５６ｂと、コンタクトプラグ５４ｆを介してゲート電極２８_ＴＧに電気的に接続された引き出し配線５６ｇとを有している。
【０２５０】
図５３に示すように、第３金属配線層６２は、コンタクトプラグ６０ｄを介してゲート電極２８_ＴＧに電気的に接続されたＴＧ線６２ｅを有している。
【０２５１】
ここで、本実施形態による固体撮像装置の主たる特徴は、活性領域が、隣接するピクセル領域に跨るように形成されている点にある。すなわち、第９及び第１０実施形態による固体撮像装置におけるピクセル領域と同様のピクセル領域を思い描いた場合、本実施形態による固体撮像装置では、フォトダイオードＰＤ及びゲート電極２８_ＴＧが一つのピクセル領域に位置し、他の構成部分が隣接する他のピクセル領域に位置している。
【０２５２】
このようにして活性領域をレイアウトすることにより、フローティングディフュージョンＦＤの面積及びトランスファートランジスタＴＧのチャネル幅を容易に拡大することができる。また、フローティングディフュージョンＦＤに対してゲート電極２８を図３２に示すように配置することにより、ゲート電極２８の位置ずれによるフローティングディフュージョンＦＤの面積変動を小さくすることができる。
【０２５３】
このように、本実施形態によれば、１ピクセルを構成する活性領域を、２つの単位ピクセル領域に跨がるように形成するので、フローティングディフュージョンの面積及びトランスファートランジスタのチャネル幅を容易に拡大することができる。また、ゲート電極の位置ずれによるフローティングディフュージョンＦＤの面積変動を小さくすることができる。
【０２５４】
［第１２実施形態］
本発明の第１２実施形態による固体撮像装置について図５４乃至図５７を用いて説明する。
【０２５５】
図５４乃至図５７は本実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図である。なお、図１乃至図５３に示す第１乃至第１１実施形態による固体撮像装置と同一の構成要素には同様の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【０２５６】
本実施形態では、ＲＳＴ線とＴＧ線とを共通化した場合の固体撮像装置の平面レイアウトについて図５４乃至図５７を用いて説明する。なお、図５４はピクセルアレー部１０における活性領域及びゲート配線のレイアウトを示す平面図、図５５はピクセルアレー部における第１金属配線のレイアウトを示す平面図、図５６はピクセルアレー部における第２金属配線のレイアウトを示す平面図、図５７はピクセルアレー部における第３金属配線のレイアウトを示す平面図である。
【０２５７】
図５４に示すように、シリコン基板２０上には、素子分離膜２２により画定された活性領域が設けられている。活性領域は、フォトダイオード領域としての矩形の広い領域と、フォトダイオード領域に連なる略コの字形の領域とを有している。
【０２５８】
活性領域上には、活性領域を跨ぐように４つのゲート電極２８が形成されている。これらゲート電極２８は、フォトダイオード領域側からそれぞれ、トランスファートランジスタＴＧのゲート電極２８_ＴＧ、リセットトランジスタＲＳＴのゲート電極２８_ＲＳＴ、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート電極２８_ＳＦ、セレクトトランジスタのゲート電極２８_ＳＥＬである。ゲート電極２８_ＴＧは、列方向に隣接するピクセルのゲート電極２８_ＲＳＴと連続する一つのパターンにより形成されている。
【０２５９】
図５５に示すように、第１金属配線層５０は、コンタクトプラグ４８ｅを介してリセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域に接続されたＶＲ線５０ｊと、コンタクトプラグ４８ｆを介してセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に接続された信号読み出し線５０ｋと、フローティングディフュージョンＦＤ、ゲート電極２８_ＳＦ、ゲート電極２８_ＴＧ，２８_ＲＳＴ及びゲート電極２８_Ｓｅｌに、それぞれコンタクトプラグ４８ｂ，４８ｃ，４８ｇ，４８ｈを介して接続された引き出し配線５０ｌ，５０ｍ、５０ｎ，５０ｏとを有している。
【０２６０】
図５６に示すように、第２金属配線層５６は、コンタクトプラグ５４ｇを介してゲート電極２８_ＴＧ，２８_ＲＳＴに電気的に接続されたＴＧ／ＲＳＴ線５６ｈと、コンタクトプラグ５４ｈを介してゲート電極２８_Ｓｅｌに電気的に接続されたＳｅｌｅｃｔ線５６ｉと、コンタクトプラグ５４ｉ，５４ｊを介してフローティングディフュージョン領域ＦＤとゲート電極２８_ＳＦとを接続する配線層５６ｊとを有している。
【０２６１】
図５７に示すように、第３金属配線層６２は、信号線ではなく、フォトダイオードＰＤ領域を露出し、フローティングディフュージョンＦＤ領域を含むピクセルの他の領域を覆う遮光膜６２ｂを構成している。
【０２６２】
このように、本実施形態による固体撮像装置は、第ｎ行目に位置するピクセルのトランスファートランジスタＴＧのゲート電極２８_ＴＧと第ｎ＋１行目に位置するピクセルのリセットトランジスタＲＳＴのゲート電極２８_ＲＳＴとが一つのパターンにより形成されており、第１層金属配線層５０によりＶＲ線５０ｊ及び信号読み出し線５０ｋを、第２層金属配線層５６によりＴＧ／ＲＳＴ線５６ｈ及び信号読み出し線５６ｋを、第３層金属配線層６２により遮光膜６２ｂを構成していることに主たる特徴がある。
【０２６３】
これにより、ＴＧ線とＲＳＴ線とを共通の配線層で形成する場合であっても、離れた場所にあるゲート電極２８_ＴＧとゲート電極２８_ＲＳＴとを金属配線層により接続する必要がない。したがって、第１金属配線層５０が下層に接続するためのコンタクトホールを１つ削減することができ、金属配線層のレイアウトに余裕を持たせることができる。
【０２６４】
また、面積的に余裕ができるため、フローティングディフュージョンＦＤの面積を十分にとることができる。フローティングディフュージョンＦＤの面積が十分に広ければ、フローティングディフュージョンＦＤのウェル濃度を低くして電界を緩和できるので、ジャンクションリークを低減することができる。また、トランスファートランジスタのゲート幅を広くすることができる。
【０２６５】
また、図５４に示すように、ピクセルの下側の領域には、ゲート電極２８_ＲＳＴ、ゲート電極２８_ＳＦ、ゲート電極２８_ＳＥＬが、行方向に隣接して並行に配置されている。そして、ピクセルの上側の領域には、ゲート電極２８_ＴＧとフォトダイオードＰＤとが行方向に隣接して配置されている。すべてのゲート電極は、列方向に延在するように、すなわち列方向がゲート幅方向となるように配置されている。このようにしてゲート電極２８を配置することにより、フォトダイオードＰＤの面積を維持しつつ、フローティングディフュージョンＦＤを列方向に伸ばして配置することができ、その面積を拡大することができる。また、フローティングディフュージョンＦＤの延在方向（列方向）に沿ってゲート電極２８_ＴＧを配置するため、トランスファートランジスタのチャネル幅を容易に大きくすることができる。また、トランスファートランジスタＴＧをピクセル上端に近い箇所に配置し、リセットトランジスタＲＳＴをピクセル下端に近い箇所に配置するので、ゲート電極２８_ＴＧとゲート電極２８_ＲＳＴとの接続を容易に行うことができる。
【０２６６】
このように、本実施形態によれば、トランスファートランジスタのゲート電極とリセットトランジスタのゲート電極を、連続する一つのパターンにより形成するので、第１金属配線層が下層に接続するためのコンタクトホールを１つ削減することができる。これにより、金属配線層のレイアウトに余裕を持たせることができる。また、面積的に余裕ができるため、フローティングディフュージョンの面積を広げることが可能となり、ジャンクションリークを低減することができる。また、トランスファートランジスタのゲート幅を容易に広くすることができる。
【０２６７】
［第１３実施形態］
本発明の第１３実施形態による固体撮像装置について図５８乃至図６１を用いて説明する。
【０２６８】
図５８乃至図６１は本実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図である。なお、図１乃至図５７に示す第１乃至第１２実施形態による固体撮像装置と同一の構成要素には同様の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【０２６９】
本実施形態では、信号線を共通化しない４Ｔｒ型ピクセルを有する固体撮像装置において、フローティングディフュージョンＦＤの面積を拡大しうる平面レイアウトについて説明する。なお、図５８はピクセルアレー部１０における活性領域及びゲート配線のレイアウトを示す平面図、図５９はピクセルアレー部における第１金属配線のレイアウトを示す平面図、図６０はピクセルアレー部における第２金属配線のレイアウトを示す平面図、図６１はピクセルアレー部における第３金属配線のレイアウトを示す平面図である。
【０２７０】
図５８に示すように、シリコン基板２０上には、素子分離膜２２により画定された活性領域が設けられている。活性領域は、フォトダイオード領域としての矩形の広い領域と、フォトダイオード領域に連なる略Ｌの字形の領域とを有している。
【０２７１】
活性領域上には、活性領域を跨ぐように４つのゲート電極２８が形成されている。これらゲート電極２８は、フォトダイオード領域側からそれぞれ、トランスファートランジスタＴＧのゲート電極２８_ＴＧ、リセットトランジスタＲＳＴのゲート電極２８_ＲＳＴ、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのゲート電極２８_ＳＦ、セレクトトランジスタのゲート電極２８_ＳＥＬである。
【０２７２】
図５９に示すように、第１金属配線層５０は、コンタクトプラグ４８ｄを介してゲート電極２８_ＲＳＴに接続されたＲＳＴ線５０ｆと、ゲート電極２８_ＴＧ、ゲート電極２８_ＳＦ、ゲート電極２８_ＳＥＬ、フローティングディフュージョンＦＤ、リセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域及びセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に、それぞれコンタクトプラグ４８ｇ，４８ｃ，４８ｈ，４８ｂ，４８ｅ，４８ｆを介して背接続された引き出し配線５０ｈ，５０ｍ，５０ｏ，５０ｌ，５０ｄ，５０ｅとを有している。
【０２７３】
図６０に示すように、第２金属配線層５６は、コンタクトプラグ５４ａを介してリセットトランジスタＲＳＴ及びソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒのドレイン領域に電気的に接続されたＶＲ線５６ａと、コンタクトプラグ５４ｂを介してセレクトトランジスタＳｅｌｅｃｔのソース領域に電気的に接続された信号読み出し線５６ｂと、ゲート電極２８_ＴＧ、フローティングディフュージョンＦＤ及びゲート電極２８_ＳＦに、それぞれコンタクトプラグ５４ｆ，５４ｇ，５４ｈを介して電気的に接続された引き出し配線層５６ｇ，５６ｋ，５６ｌを有している。
【０２７４】
図６１に示すように、第３金属配線層６２は、コンタクトプラグ６０ｄを介してゲート電極２８_ＴＧに電気的に接続されたＴＧ線６２ｅと、コンタクトプラグ６０ｅを介してゲート電極２８_ＳＥＬに電気的に接続されたＴＧ線６２ｆと、コンタクトプラグ６０ｆ，６０ｇを介してフローティングディフュージョンＦＤとゲート電極２８_ＳＦとを電気的に接続する配線層６２ｇとを有している。
【０２７５】
ここで、本実施形態による固体撮像装置の主たる特徴は、活性領域が、隣接するピクセル領域に跨るように形成されている点にある。すなわち、第１或いは第９実施形態による固体撮像装置におけるピクセル領域と同様のピクセル領域を思い描いた場合、本実施形態による固体撮像装置では、フォトダイオードＰＤ及びゲート電極２８_ＴＧが一つのピクセル領域に位置し、他の構成部分が隣接する他のピクセル領域に位置している。このようにして活性領域をレイアウトすることにより、トランスファートランジスタＴＧのチャネル幅を容易に拡大することができる。
【０２７６】
このように、本実施形態によれば、１ピクセルを構成する活性領域を、２つの単位ピクセル領域に跨がるように形成するので、フローティングディフュージョンの面積及びトランスファートランジスタのチャネル幅を容易に拡大することができる。
【０２７７】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０２７８】
例えば、上記実施形態では、画像の読み出し方法として一括シャッタ方式についてのみ示したが、ローリングシャッタ方式による読み出しを行ってもよい。
【０２７９】
また、上記第６実施形態では、基板コンタクトに自己整合コンタクト用いた固体撮像装置を示したが、他の実施形態において自己整合コンタクトを用いてもよい。
【０２８０】
以上詳述した通り、本発明の特徴をまとめると以下の通りとなる。
【０２８１】
（付記１）　光電変換手段（フォトダイオード）と、前記光電変換手段で発生した信号を転送する第１トランジスタ（トランスファートランジスタ）と、前記信号を増幅する第２のトランジスタ（ソースフォロワトランジスタ）と、前記第２トランジスタの入力端子をリセットする第３トランジスタ（リセットトランジスタ）と、前記第２トランジスタから出力される前記信号を読み出す第４トランジスタ（セレクトトランジスタ）とをそれぞれ有する複数の画素部と、
行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第１トランジスタのゲート電極に接続された第１の信号線と、
前記行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第４トランジスタのゲート電極に接続された第２の信号線とを有し、
ｎ行目の前記画素部の前記第１トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第１の信号線と、ｎ＋１行目の前記画素部の前記第４トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第２の信号線とが共通の信号線により構成されており、前記ｎ行目の前記画素部の前記第１トランジスタの前記ゲート電極と、前記ｎ＋１行目の前記画素部の前記第４トランジスタの前記ゲート電極とが、同一の導電層よりなる連続する一つのパターンにより構成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【０２８２】
（付記２）　付記１記載の固体撮像装置において、
前記行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第３トランジスタのゲート電極に接続された第３の信号線と、
前記列方向に延在して形成され、前記列方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第２トランジスタ及び前記第３トランジスタにリセット電圧を印加する第４の信号線と、
前記列方向に延在して形成され、前記列方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第４トランジスタから前記信号を読み出す第５の信号線とを更に有し、
前記第１の信号線及び前記第２の信号線を兼ねる共通信号線は、第１金属配線層により形成されており、
前記第３の信号線は、第２金属配線層により形成されており、
前記第４の信号線及び前記第５の信号線は、第３金属配線層により形成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【０２８３】
（付記３）　付記１記載の固体撮像装置において、
前記ｎ行目の前記画素部に接続される前記第１の信号線と、前記ｎ＋１行目の前記画素部に接続される前記第２の信号線と、前記ｎ行目の前記画素部の前記第１トランジスタの前記ゲート電極と、前記ｎ＋１行目の前記第４トランジスタの前記ゲート電極とが、前記導電層よりなる連続する一つのパターンにより構成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【０２８４】
（付記４）　付記３記載の固体撮像装置において、
前記行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第３トランジスタのゲート電極に接続された第３の信号線と、
前記列方向に延在して形成され、前記第列方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第２トランジスタ及び前記第３トランジスタにリセット電圧を印加する第４の信号線と、
前記第列方向に延在して形成され、前記列方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第４トランジスタから前記信号を読み出す第５の信号線とを更に有し、
前記第３の信号線は、第１金属配線層により形成されており、
前記第４の信号線及び前記第５の信号線は、第２金属配線層により形成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【０２８５】
（付記５）　付記１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記光電変換手段と前記第１トランジスタとが前記行方向に沿って隣接し、
前記第２トランジスタと前記第３トランジスタとが前記列方向に沿って隣接し、
前記第１トランジスタの前記ゲート電極と前記第４トランジスタの前記ゲート電極とが、前記列方向に延在している
ことを特徴とする固体撮像装置。
【０２８６】
（付記６）　光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した信号を転送する第１トランジスタと、前記信号を増幅する第２のトランジスタと、前記第２トランジスタの入力端子をリセットする第３トランジスタと、前記第２トランジスタから出力される前記信号を読み出す第４トランジスタとをそれぞれ有する複数の画素部と、
行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第３トランジスタのゲート電極に接続された第１の信号線と、
前記行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第４トランジスタのゲート電極に接続された第２の信号線とを有し、
ｎ行目の前記画素部の前記第３トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第１の信号線と、ｎ＋１行目の前記画素部の前記第４トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第２の信号線とが共通の信号線により構成されており、前記ｎ行目の前記画素部の前記第３トランジスタの前記ゲート電極と、前記ｎ＋１行目の前記画素部の前記第４トランジスタの前記ゲート電極とが、同一の導電層よりなる連続する一つのパターンにより構成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【０２８７】
（付記７）　付記６記載の固体撮像装置において、
前記行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第１トランジスタのゲート電極に接続された第３の信号線と、
前記列方向に延在して形成され、前記列方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第２トランジスタ及び前記第３トランジスタにリセット電圧を印加する第４の信号線と、
前記列方向に延在して形成され、前記列方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第４トランジスタから前記信号を読み出す第５の信号線とを更に有し、
前記第１の信号線及び前記第２の信号線を兼ねる共通信号線は、第１金属配線層により形成されており、
前記第４の信号線及び前記第５の信号線は、第２金属配線層により形成されており、
前記第３の信号線は、第３金属配線層により形成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【０２８８】
（付記８）　付記７記載の固体撮像装置において、
前記ｎ行目の前記画素部に接続される前記第１の信号線と、前記ｎ＋１行目の前記画素部に接続される前記第２の信号線と、前記ｎ行目の前記画素部の前記第３トランジスタの前記ゲート電極と、前記ｎ＋１行目の前記第４トランジスタの前記ゲート電極とが、前記導電層よりなる連続する一つのパターンにより構成されている
（付記９）　付記８記載の固体撮像装置において、
前記行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第１トランジスタのゲート電極に接続された第３の信号線と、
前記列方向に延在して形成され、前記列方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第２トランジスタ及び前記第３トランジスタにリセット電圧を印加する第４の信号線と、
前記列方向に延在して形成され、前記列向に並ぶ複数の前記画素部の前記第４トランジスタから前記信号を読み出す第５の信号線とを更に有し、
前記第３の信号線は、第１金属配線層により形成されており、
前記第４の信号線及び前記第５の信号線は、第２金属配線層により形成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【０２８９】
（付記１０）　付記１乃至４及び６乃至９のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記光電変換手段と前記第１トランジスタとが前記列方向に沿って隣接し、
前記第２トランジスタと前記第３トランジスタと前記第４トランジスタとが前記列方向に沿って隣接し、
前記第１トランジスタの前記ゲート電極、前記第２トランジスタのゲート電極、前記第３トランジスタのゲート電極及び前記第４トランジスタの前記ゲート電極が、前記行方向に延在している
ことを特徴とする固体撮像装置。
【０２９０】
（付記１１）　付記１０記載の固体撮像装置において、
前記光電変換手段及び前記第１のトランジスタが形成された第１の領域と、前記第２乃至第４トランジスタが形成された第２の領域とが、前記行方向に沿って隣接している
ことを特徴とする固体撮像装置。
【０２９１】
（付記１２）　付記１０記載の固体撮像装置において、
前記光電変換手段及び前記第１のトランジスタが形成された第１の領域と、前記第２乃至第４トランジスタが形成された第２の領域とが、相対的に斜め方向に隣接している
ことを特徴とする固体撮像装置。
【０２９２】
（付記１３）　付記１０乃至１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記第１トランジスタのドレイン領域及び前記第３トランジスタのソース領域を構成する活性領域は、前記行方向に長いパターンを有する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【０２９３】
（付記１４）　光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した信号を転送する第１トランジスタと、前記信号を増幅する第２のトランジスタと、前記第２トランジスタの入力端子をリセットする第３トランジスタと、前記第２トランジスタから出力される前記信号を読み出す第４トランジスタとをそれぞれ有する複数の画素部と、
行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第１トランジスタのゲート電極に接続された第１の信号線と、
前記行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第３トランジスタのゲート電極に接続された第２の信号線とを有し、
ｎ行目の前記画素部の前記第１トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第１の信号線と、ｎ＋１行目の前記画素部の前記第３トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第２の信号線とが共通の信号線により構成されており、前記ｎ行目の前記画素部の前記第１トランジスタの前記ゲート電極と、前記ｎ＋１行目の前記画素部の前記第３トランジスタの前記ゲート電極とが、同一の導電層よりなる連続する一つのパターンにより構成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【０２９４】
（付記１５）　付記１４記載の固体撮像装置において、
前記光電変換手段と前記第１トランジスタとが前記行方向に沿って隣接し、
前記第２トランジスタと前記第３トランジスタと前記第４トランジスタとが前記行方向に沿って隣接し、
前記第１トランジスタの前記ゲート電極、前記第２トランジスタのゲート電極、前記第３トランジスタのゲート電極及び前記第４トランジスタの前記ゲート電極が、前記列方向に延在している
ことを特徴とする固体撮像装置。
【０２９５】
（付記１６）　付記１４又は１５記載の固体撮像装置において、
前記行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第４トランジスタのゲート電極に接続された第３の信号線と、
前記列方向に延在して形成され、前記列方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第２トランジスタ及び前記第３トランジスタにリセット電圧を印加する第４の信号線と、
前記列方向に延在して形成され、前記列方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第４トランジスタから前記信号を読み出す第５の信号線とを更に有し、
前記第４の信号線及び前記第５の信号線は、第１金属配線層により形成されており、
前記第１の信号線及び前記第２の信号線を兼ねる共通信号線及び前記第３信号線は、第２金属配線層により形成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【０２９６】
（付記１７）　付記４，９，又は１６記載の固体撮像装置において、
第３の金属配線層により形成された遮光膜を更に有する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【０２９７】
（付記１８）　付記１乃至１７のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記第３トランジスタのソース端子と前記第２トランジスタのゲート端子とを接続する金属配線層を更に有し、
前記金属配線層の幅は、前記第１トランジスタのドレイン領域及び前記第３トランジスタのソース領域（フローティングディフュージョン）上において選択的に太くなっている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【０２９８】
（付記１９）　光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した信号を転送する第１トランジスタと、前記信号を増幅する第２のトランジスタと、前記第２トランジスタの入力端子をリセットする第３トランジスタと、前記第２トランジスタから出力される前記信号を読み出す第４トランジスタとをそれぞれ有する複数の画素部を有し、
前記光電変換手段と前記第１トランジスタとが列方向に沿って隣接し、
前記第２トランジスタと前記第３トランジスタと前記第４トランジスタとが前記列方向に沿って隣接し、
前記第１トランジスタの前記ゲート電極、前記第２トランジスタのゲート電極、前記第３トランジスタのゲート電極及び前記第４トランジスタの前記ゲート電極が、行方向に延在し、
前記光電変換手段及び前記第１のトランジスタが形成された第１の領域と、前記第２乃至第４トランジスタが形成された第２の領域とが、相対的に斜め方向に隣接している
ことを特徴とする固体撮像装置。
【０２９９】
（付記２０）　付記１乃至１９のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記第３トランジスタのソース領域、前記３トランジスタのドレイン領域及び／又は前記第４トランジスタのソース領域上に開口されるコンタクトホールが、ゲート電極に対して自己整合で形成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【０３００】
（付記２１）　請求項１記載の個体撮像装置において、
互いに対角方向に位置するｎ行ピクセルとｎ＋１行ピクセルとの間で、前記ｎ行ピクセルの前記第１トランジスタの前記ゲート電極と、前記ｎ＋１行ピクセルの前記第４トランジスタの前記ゲート電極とが、同一の導電層よりなる連続する一つのパターンにより構成されている
ことを特徴とする個体撮像装置。
【０３０１】
（付記２２）　光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した信号を転送する第１トランジスタと、前記信号を増幅する第２のトランジスタと、前記第２トランジスタの入力端子をリセットする第３トランジスタと、前記第２トランジスタから出力される前記信号を読み出す第４トランジスタとをそれぞれ有する複数の画素部と、行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第１トランジスタのゲート電極に接続された第１の信号線と、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第４トランジスタのゲート電極に接続された第２の信号線とを有し、ｎ行目の前記画素部の前記第１トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第１の信号線と、ｎ＋１行目の前記画素部の前記第４トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第２の信号線とが共通の信号線により構成された固体撮像装置の画像読み出し方法であって、
全行一括して、前記光電変換手段及び前記第２トランジスタをリセットする工程と、
受光期間の後、全行一括して、前記光電変換手段から前記第１トランジスタを介して前記第２トランジスタのゲート端子に電荷を転送する工程と、
一行毎に、信号読み出しとリセット電圧読み出しとを行う工程と
を有することを特徴とする画像読み出し方法。
【０３０２】
（付記２３）　光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した信号を転送する第１トランジスタと、前記信号を増幅する第２のトランジスタと、前記第２トランジスタの入力端子をリセットする第３トランジスタと、前記第２トランジスタから出力される前記信号を読み出す第４トランジスタとをそれぞれ有する複数の画素部と、行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第３トランジスタのゲート電極に接続された第１の信号線と、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第４トランジスタのゲート電極に接続された第２の信号線とを有し、ｎ行目の前記画素部の前記第３トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第１の信号線と、ｎ＋１行目の前記画素部の前記第４トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第２の信号線とが共通の信号線により構成された固体撮像装置の画像読み出し方法であって、
全行一括して、前記光電変換手段及び前記第２トランジスタをリセットする工程と、
受光期間の後、全行一括して、前記光電変換手段から前記第１トランジスタを介して前記第２トランジスタのゲート端子に電荷を転送する工程と、
一行毎に、信号読み出しとリセット電圧読み出しとを行う工程と
を有することを特徴とする画像読み出し方法。
【０３０３】
（付記２４）　光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した信号を転送する第１トランジスタと、前記信号を増幅する第２のトランジスタと、前記第２トランジスタの入力端子をリセットする第３トランジスタと、前記第２トランジスタから出力される前記信号を読み出す第４トランジスタとをそれぞれ有する複数の画素部と、行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第３トランジスタのゲート電極に接続された第１の信号線と、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第４トランジスタのゲート電極に接続された第２の信号線とを有し、ｎ行目の前記画素部の前記第３トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第１の信号線と、ｎ＋１行目の前記画素部の前記第４トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第２の信号線とが共通の信号線により構成された固体撮像装置の画像読み出し方法であって、
全行一括して、前記光電変換手段及び前記第２トランジスタを第１のリセット電圧にリセットする工程と、
受光期間の後、全行一括して、前記光電変換手段から前記第１トランジスタを介して前記第２トランジスタのゲート端子に電荷を転送する工程と、
一行毎に、信号読み出しと前記第１のリセット電圧よりも高い電圧である第２のリセット電圧の読み出しとを行う工程と
を有することを特徴とする画像読み出し方法。
【０３０４】
（付記２５）　付記２２乃至２４のいずれか１項に記載の画像読み出し方法において、
前記光電変換手段及び前記第２トランジスタをリセットする工程及び前記第２トランジスタの前記ゲート端子に電荷を転送する工程は、信号読み出し線が周辺回路から切断された状態で行う
ことを特徴とする画像読み出し方法。
【０３０５】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、４Ｔｒ型ピクセルを有する固体撮像装置において、トランスファートランジスタのゲート電極、リセットトランジスタのゲート電極及びセレクトトランジスタのゲート電極のうち、いずれか２つを同一の導電層よりなる連続する一つのパターンにより構成するので、金属配線層のレイアウトに余裕を持たせることができる。これにより、フローティングディフュージョンの遮光を効果的に行うことができる。また、面積的に余裕ができるため、フローティングディフュージョンの面積を広げることが可能となり、ジャンクションリークを低減することができる。また、トランスファートランジスタのゲート幅を広くすることができる。
【０３０６】
また、ゲート配線により、共通接続したゲート電極を含む信号線を構成することにより、金属配線層のレイアウトに更に余裕を持たせることができる。また、第３金属配線層を専用の遮光膜として用いることができるので、フローティングディフュージョンの遮光を更に効果的に行うことができる。
【０３０７】
また、フローティングディフュージョンの遮光性に優れた上記固体撮像装置によれば、一括シャッタ方式による画像読み出しが可能である。したがって、一括シャッタ方式による画像読み出し方法を用い、「ぶれ」や「ゆがみ」のない良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の回路図である。
【図２】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その１）である。
【図３】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その２）である。
【図４】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その３）である。
【図５】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その４）である。
【図６】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の画像読み出し方法を説明するタイムチャートである。
【図７】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図８】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図９】本発明の第２実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その１）である。
【図１０】本発明の第２実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その２）である。
【図１１】本発明の第２実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その３）である。
【図１２】本発明の第２実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その４）である。
【図１３】本発明の第３実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その１）である。
【図１４】本発明の第３実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その２）である。
【図１５】本発明の第３実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その３）である。
【図１６】本発明の第３実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その４）である。
【図１７】本発明の第３実施形態の変形例による固体撮像装置の構造を示す平面図である。
【図１８】本発明の第４実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その１）である。
【図１９】本発明の第４実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その２）である。
【図２０】本発明の第４実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その３）である。
【図２１】本発明の第４実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その４）である。
【図２２】本発明の第５実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その１）である。
【図２３】本発明の第５実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その２）である。
【図２４】本発明の第５実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その３）である。
【図２５】本発明の第５実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その４）である。
【図２６】本発明の第６実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その１）である。
【図２７】本発明の第６実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その２）である。
【図２８】本発明の第６実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その３）である。
【図２９】本発明の第６実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その４）である。
【図３０】本発明の第６実施形態による固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図３１】本発明の第６実施形態の変形例による固体撮像装置の構造を示す平面図である。
【図３２】本発明の第７実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その１）である。
【図３３】本発明の第７実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その２）である。
【図３４】本発明の第７実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その３）である。
【図３５】本発明の第７実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その４）である。
【図３６】本発明の第８実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その１）である。
【図３７】本発明の第８実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その２）である。
【図３８】本発明の第８実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その３）である。
【図３９】本発明の第８実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その４）である。
【図４０】本発明の第９実施形態による固体撮像装置の回路図である。
【図４１】本発明の第９実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その１）である。
【図４２】本発明の第９実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その２）である。
【図４３】本発明の第９実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その３）である。
【図４４】本発明の第９実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その４）である。
【図４５】本発明の第９実施形態による固体撮像装置の画像読み出し方法を説明するタイムチャートである。
【図４６】本発明の第１０実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その１）である。
【図４７】本発明の第１０実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その２）である。
【図４８】本発明の第１０実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その３）である。
【図４９】本発明の第１０実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その４）である。
【図５０】本発明の第１１実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その１）である。
【図５１】本発明の第１１実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その２）である。
【図５２】本発明の第１１実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その３）である。
【図５３】本発明の第１１実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その４）である。
【図５４】本発明の第１２実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その１）である。
【図５５】本発明の第１２実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その２）である。
【図５６】本発明の第１２実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その３）である。
【図５７】本発明の第１２実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その４）である。
【図５８】本発明の第１３実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その１）である。
【図５９】本発明の第１３実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その２）である。
【図６０】本発明の第１３実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その３）である。
【図６１】本発明の第１３実施形態による固体撮像装置の構造を示す平面図（その４）である。
【図６２】従来の固体撮像装置の回路図である。
【図６３】従来の固体撮像装置の画像読み出し方法を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
１０…ピクセルアレー部
１２…行選択回路
１４…信号読み出し／ノイズキャンセル回路
１６…ＡＤコンバータ
１８…出力回路
２０…シリコン基板
２２…素子分離膜
２４…ゲート絶縁膜
２６，３６，４５…シリコン酸化膜
２８…ゲート電極
２８ａ…Ｓｅｌｅｃｔ／ＴＧ線
２８ｂ…Ｓｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線
３０…不純物拡散領域
３２…埋め込みＮ型層
３４…Ｐ^＋層
３６…シリコン酸化膜
３８…側壁絶縁膜
４０…高濃度不純物拡散領域
４２…金属シリサイド膜
４４…シリコン窒化膜
４６…コンタクトホール
４８，５４，６０…コンタクトプラグ
５０…第１金属配線層
５０ａ…Ｓｅｌｅｃｔ／ＴＧ線
５０ｂ…配線層
５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｈ，５０ｌ，５０ｍ，５０ｎ，５０ｏ…引き出し配線
５０ｆ…ＲＳＴ線
５０ｇ…Ｓｅｌｅｃｔ／ＲＳＴ線
５０ｉ…ＴＧ線
５０ｊ…ＶＲ線
５０ｋ…信号読み出し線
５２，５８…層間絶縁膜
５６…第２金属配線層
５６ａ…ＶＲ線
５６ｂ…信号読み出し線
５６ｃ，５６ｅ，５６ｆ，５６ｇ，５６ｋ…引き出し配線
５６ｄ…ＲＳＴ線
５６ｈ…ＴＧ／ＲＳＴ線
５６ｉ…Ｓｅｌｅｃｔ線
５６ｊ…配線層
６２…第３金属配線層
６２ａ…ＲＳＴ線
６２ｂ…遮光膜
６２ｃ…ＶＲ線
６２ｄ…信号読み出し線
６２ｅ…ＴＧ線
６２ｆ…Ｓｅｌｅｃｔ線
６２ｇ…配線層
１００…ピクセルアレー部
１０２…行選択回路
１０４…信号読み出し／ノイズキャンセル回路
１０６…ＡＤコンバータ
１０８…出力回路

Claims (10)

1. 光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した信号を転送する第１トランジスタと、前記信号を増幅する第２のトランジスタと、前記第２トランジスタの入力端子をリセットする第３トランジスタと、前記第２トランジスタから出力される前記信号を読み出す第４トランジスタとをそれぞれ有する複数の画素部と、
   行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第１トランジスタのゲート電極に接続された第１の信号線と、
   前記行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第４トランジスタのゲート電極に接続された第２の信号線とを有し、
   ｎ行目の前記画素部の前記第１トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第１の信号線と、ｎ＋１行目の前記画素部の前記第４トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第２の信号線とが共通の信号線により構成されており、前記ｎ行目の前記画素部の前記第１トランジスタの前記ゲート電極と、前記ｎ＋１行目の前記画素部の前記第４トランジスタの前記ゲート電極とが、同一の導電層よりなる連続する一つのパターンにより構成されている
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 請求項１記載の固体撮像装置において、
   前記ｎ行目の前記画素部に接続される前記第１の信号線と、前記ｎ＋１行目の前記画素部に接続される前記第２の信号線と、前記ｎ行目の前記画素部の前記第１トランジスタの前記ゲート電極と、前記ｎ＋１行目の前記第４トランジスタの前記ゲート電極とが、前記導電層よりなる連続する一つのパターンにより構成されている
   ことを特徴とする固体撮像装置。
3. 請求項１又は２記載の固体撮像装置において、
   前記光電変換手段と前記第１トランジスタとが前記行方向に沿って隣接し、
   前記第２トランジスタと前記第３トランジスタとが前記列方向に沿って隣接し、
   前記第１トランジスタの前記ゲート電極と前記第４トランジスタの前記ゲート電極とが、前記列方向に延在している
   ことを特徴とする固体撮像装置。
4. 光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した信号を転送する第１トランジスタと、前記信号を増幅する第２のトランジスタと、前記第２トランジスタの入力端子をリセットする第３トランジスタと、前記第２トランジスタから出力される前記信号を読み出す第４トランジスタとをそれぞれ有する複数の画素部と、
   行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第３トランジスタのゲート電極に接続された第１の信号線と、
   前記行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第４トランジスタのゲート電極に接続された第２の信号線とを有し、
   ｎ行目の前記画素部の前記第３トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第１の信号線と、ｎ＋１行目の前記画素部の前記第４トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第２の信号線とが共通の信号線により構成されており、前記ｎ行目の前記画素部の前記第３トランジスタの前記ゲート電極と、前記ｎ＋１行目の前記画素部の前記第４トランジスタの前記ゲート電極とが、同一の導電層よりなる連続する一つのパターンにより構成されている
   ことを特徴とする固体撮像装置。
5. 請求項４記載の固体撮像装置において、
   前記ｎ行目の前記画素部に接続される前記第１の信号線と、前記ｎ＋１行目の前記画素部に接続される前記第２の信号線と、前記ｎ行目の前記画素部の前記第３トランジスタの前記ゲート電極と、前記ｎ＋１行目の前記第４トランジスタの前記ゲート電極とが、前記導電層よりなる連続する一つのパターンにより構成されている
   ことを特徴とする固体撮像装置。
6. 請求項１，２，４及び５のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
   前記光電変換手段と前記第１トランジスタとが前記列方向に沿って隣接し、
   前記第２トランジスタと前記第３トランジスタと前記第４トランジスタとが前記列方向に沿って隣接し、
   前記第１トランジスタの前記ゲート電極、前記第２トランジスタのゲート電極、前記第３トランジスタのゲート電極及び前記第４トランジスタの前記ゲート電極が、前記行方向に延在している
   ことを特徴とする固体撮像装置。
7. 光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した信号を転送する第１トランジスタと、前記信号を増幅する第２のトランジスタと、前記第２トランジスタの入力端子をリセットする第３トランジスタと、前記第２トランジスタから出力される前記信号を読み出す第４トランジスタとをそれぞれ有する複数の画素部と、
   行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第１トランジスタのゲート電極に接続された第１の信号線と、
   前記行方向に延在して形成され、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第３トランジスタのゲート電極に接続された第２の信号線とを有し、
   ｎ行目の前記画素部の前記第１トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第１の信号線と、ｎ＋１行目の前記画素部の前記第３トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第２の信号線とが共通の信号線により構成されており、前記ｎ行目の前記画素部の前記第１トランジスタの前記ゲート電極と、前記ｎ＋１行目の前記画素部の前記第３トランジスタの前記ゲート電極とが、同一の導電層よりなる連続する一つのパターンにより構成されている
   ことを特徴とする固体撮像装置。
8. 請求項７記載の固体撮像装置において、
   前記光電変換手段と前記第１トランジスタとが前記行方向に沿って隣接し、
   前記第２トランジスタと前記第３トランジスタと前記第４トランジスタとが前記行方向に沿って隣接し、
   前記第１トランジスタの前記ゲート電極、前記第２トランジスタのゲート電極、前記第３トランジスタのゲート電極及び前記第４トランジスタの前記ゲート電極が、前記列方向に延在している
   ことを特徴とする固体撮像装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
   前記第３トランジスタのソース端子と前記第２トランジスタのゲート端子とを接続する金属配線層を更に有し、
   前記金属配線層の幅は、前記第１トランジスタのドレイン領域及び前記第３トランジスタのソース領域上において選択的に太くなっている
   ことを特徴とする固体撮像装置。
10. 光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した信号を転送する第１トランジスタと、前記信号を増幅する第２のトランジスタと、前記第２トランジスタの入力端子をリセットする第３トランジスタと、前記第２トランジスタから出力される前記信号を読み出す第４トランジスタとをそれぞれ有する複数の画素部と、行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第１トランジスタのゲート電極に接続された第１の信号線と、前記行方向に並ぶ複数の前記画素部の前記第４トランジスタのゲート電極に接続された第２の信号線とを有し、ｎ行目の前記画素部の前記第１トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第１の信号線と、ｎ＋１行目の前記画素部の前記第４トランジスタの前記ゲート電極に接続される前記第２の信号線とが共通の信号線により構成された固体撮像装置の画像読み出し方法であって、
    全行一括して、前記光電変換手段及び前記第２トランジスタをリセットする工程と、
    受光期間の後、全行一括して、前記光電変換手段から前記第１トランジスタを介して前記第２トランジスタのゲート端子に電荷を転送する工程と、
    一行毎に、信号読み出しとリセット電圧読み出しとを行う工程と
    を有することを特徴とする画像読み出し方法。

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