JP4652773B2 - 増幅型固体撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、増幅型固体撮像装置に関する。

従来の増幅型固体撮像装置のレイアウトについて、図１０を参照しながら説明する。図１０に示すように、増幅型固体撮像装置は、半導体基板１１７上に、受光部１１２と、水平走査手段１１４と、垂直走査手段１１５と、ノイズ除去回路１２０とを形成して構成されている（例えば、特許文献１参照。）。

受光部１１２は、複数の画素を一次元状または二次元状に配置して構成されている。また、各画素は、入射光を信号電荷に変換する光電変換部１１２ａと、信号電荷の量に応じた電気信号を出力する出力部（図示せず）とを備えている。図１０の例では、画素は二次元状に配置されている。

受光部１１２の上部には、遮光層１１１が設けられている。遮光層１１１には、各光電変換部１１２ａに光を入射させるため、複数の開口窓１１６が形成されている。このため、各画素の光電変換部１１２ａにのみ光が入射し、各画素のそれ以外の部分への光の入射は制限されることとなる。開口窓１１６の形成は、受光部１１２を覆う膜を成膜し、その一部分を選択的に除去することによって行われている。

また、遮光層１１１は、導電性材料を成膜することによって形成されている。更に、遮光層１１１には配線１１８が接続されている。また、配線１１８には、接地電位（ＧＮＤ）を与えるため電圧（Ｖｓｄ）が印加されており、受光部１１２のウェルの安定化が図られている。

水平走査手段１１４及び垂直走査手段１１５は、受光部１１２の各画素で発生した電気信号を順次Ｘ−Ｙアドレス方式で読み出している。具体的には、垂直走査手段１１５は、複数の画素における行方向の選択及び制御を行っている。垂直走査手段１１５によって選択された行の画素信号は、ノイズ除去回路１２０へと出力される。ノイズ除去回路１２０に出力された画素信号は、水平走査手段１１４による水平選択トランジスタ１２９（図１１参照）の駆動によって一画素ごとに出力される。

また、図１０に示すように、ノイズ除去回路１２０と受光部１１２との間には配線層１１３が配置されている。配線層１１３は、垂直走査手段１１５によって選択された行の画素信号を水平走査手段４に出力する際の出力制御に使用される。具体的には、配線１１９から配線層１１３に印加する電圧（Ｖｎｃ）の大きさで出力の有無が決定される。この点については後述の図１１を用いて更に具体的に説明する。

また、ノイズ除去回路１２０は、半導体基板１１７上の受光部１１２と水平走査手段１１４との間の領域に設けられており、受光部１１２から読み出された画素信号の偽信号抑制を行っている。具体的には、ノイズ除去回路１２０は、各画素を構成する増幅トランジスタ（図示せず）のバラツキによって生じるノイズの抑圧及び除去を行っている。

ここで、図１１を用いて、図１０に示す受光部１１２とノイズ除去回路１２０との構成について具体的に説明する。図１１は、単位画素及びノイズ除去回路の一例を示す図であり、図１１（ａ）は単位画素及びノイズ除去回路の回路図を示し、図１１（ｂ）は信号線に印加されるパルス信号のタイミングチャートを示している。なお、ノイズ除去回路１２０は、水平方向に配列された複数の単位回路で構成されており、図１１（ａ）にはノイズ除去回路１２０を構成する一つの単位回路のみが示されている。

図１１において、１３５は行リセット線、１３６は行選択線、１２３は垂直信号線を示している。行リセット線１３５には、リセット信号ＲＳが入力される。行選択線１３６には、信号ＴＲが入力される。また、図１１（ａ）に示すように、単位画素１３１は、フォトダイオード１３２と、三つのトランジスタとを備えている。１３３は、このうちの転送トランジスタを示し、１３４は増幅トランジスタを示している。

ノイズ除去回路（単位回路）１２０は、クランプ容量（Ｃ_CL）１２５と、サンプリング容量（Ｃ_SP）１２８と、垂直信号線−ノイズ除去回路接続トランジスタ１２４と、クランプトランジスタ１２６とを備えている。垂直信号線−ノイズ除去回路接続トランジスタ１２４は、垂直信号線１２３からノイズ除去回路１２０への信号伝達のスイッチングに利用されており、そのゲート電極には入力信号ＳＰが入力される。また、クランプトランジスタ１２６のゲート電極には入力信号ＣＬが入力される。図１１（ａ）において１２９は水平選択トランジスタを示している。

また、図１１（ｂ）において、１４１は水平ブランキング期間を示し、１４２は水平信号出力期間を示している。図１１（ｂ）に示すように、水平ブランキング期間１４１の前半と後半とにおいて、画素から出力された画素信号とリセット信号ＲＳとを、入力信号ＣＬと入力信号ＳＰとを使ってクランプ容量（Ｃ_CL）１２５にクランプし、サンプリング容量（Ｃ_SP）１２８にサンプルする。その結果、サンプリング容量（Ｃ_SP）１２８では、画素信号とリセット信号ＲＳの減算が行われるので、ノイズが抑圧及び除去される。

図１０に示す増幅型固体撮像装置の構造を断面で示すと、図１２に示す通りとなる。図１２において、図１０又は図１１で示した符号が付されている部分は、図１０又は図１１で同一の符号が付された部分と同一の部分である。また、図１２において同一のハッチングが施された部分は、同様の機能を有する部分である。

なお、図１２中の１２１は素子分離領域、１２２は活性領域、１２７はコンタクトプラグを示している。また、１３０ａ〜１３０ｃは平面的にレイアウトされたポリシリコン配線、１３７は絶縁層、１３８はウェルを示している。また、図１２において、半導体基板１１７及び絶縁層１３７については、ハッチングを省略して示している。

図１２に示すように、ノイズ除去回路１２０において、配線層１１３は、コンタクトプラグ１２７を介して、サンプリング容量１２８の近傍の活性領域１２２に接続されている。また、配線層１１３に印加される電圧（Ｖｎｃ）は、サンプリング容量１２８に接地電位を与えている。このため、配線層１１３に印加する電圧（Ｖｎｃ）を変化させることで、各画素１３１からノイズ除去回路１２０を経て水平走査手段４へと信号を転送する際のスイッチングを行うことができる。
特開２００１−１５７２５号

ところで、図１０〜図１２に示した従来の増幅型固体撮像装置においては、上述したように受光部１１２の上面に遮光層１１１が設けられており、遮光層１１１によって受光部１１２への不要な光の入射が制限されている。一方、ノイズ除去回路１２０といった受光部１１２以外の部分には、フォトダイオード等の光電変換部が形成されていないことから、遮光層は設けられていない。

しかしながら、図１２に示すように、ノイズ除去回路１２０は、ＭＯＳトランジスタにおけるＰＮ接合容量とゲート容量とを利用したコンデンサ（クランプ容量１２５、サンプリング容量１２８等）を備えている。また、ノイズ除去回路１２０は、通常のＭＯＳトランジスタ（クランプトランジスタ１２６、水平選択トランジスタ１２９等）も備えている。

このため、ノイズ除去回路１２０に光が入射すると、ノイズ除去回路１２０におけるＰＮ接合の部分で光電変換が行われ、電流が発生する。更に、この発生した電流は、局所的にノイズ除去性能に影響を与えてしまうため、結果、画質を劣化させるという問題が生じてしまう。

本発明の目的は、上記問題を解消し、画質の劣化を抑制し得る増幅型固体撮像装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明における増幅型固体撮像装置は、入射光を信号電荷に変換して前記信号電荷の量に応じた電気信号を出力する複数の画素を半導体基板上に一次元状または二次元状に配置して形成した受光部と、前記複数の画素それぞれから前記電気信号を順次読み出す読み出し手段と、前記読み出し手段から読み出された電気信号の偽信号抑制を行うノイズ除去回路と、前記受光部の上部に位置し、前記受光部の光電変換を行う部分以外への光の入射を制限する第１の遮光層とを少なくとも有する増幅型固体撮像装置であって、前記ノイズ除去回路の上部に、ノイズ除去回路への光の入射を制限する第２の遮光層が設けられており、前記読み出し手段が、画素の列方向に沿って設けられた垂直走査手段と、画素の行方向に沿って設けられた水平走査手段とを有し、前記ノイズ除去回路が、半導体基板上の前記受光部と前記水平走査手段との間の領域に設けられ、前記第１の遮光層と前記第２の遮光層とが、互いに離れて形成されていて、第３の遮光層を更に有し、前記第３の遮光層は、前記受光部とノイズ除去回路との間であって、前記第１の遮光層及び前記第２の遮光層の下層に、前記半導体基板の厚み方向において一部分が前記第１の遮光層及び前記第２の遮光層に重なるように形成されていることを特徴とする。

本発明の増幅型固体撮像装置は、ノイズ除去回路を覆う遮光層を備えているため、ノイズ除去回路に入射する有害な光を遮断することができる。よって、ノイズ除去回路において光電変換が発生することによる画質の劣化が抑制される。

上記本発明における増幅型固体撮像装置においては、前記読み出し手段が、画素の列方向に沿って設けられた垂直走査手段と、画素の行方向に沿って設けられた水平走査手段とを有し、前記ノイズ除去回路が、半導体基板上の前記受光部と前記水平走査手段との間の領域に設けられ、前記第１の遮光層と前記第２の遮光層とが、互いに離れて形成されている態様とするのが好ましい。また、上記態様においては、前記第１の遮光層と前記第２の遮光層とが導電性を有し、前記第１の遮光層と前記第２の遮光層とに対して別々に電圧を印加できる配線が設けられており、前記第２の遮光層が、前記読み出し手段によって読み出された前記電気信号を前記ノイズ除去回路へ出力する際の出力制御に利用されるのが好ましい。

上記態様とした場合は、前記第１の遮光層及び前記第２の遮光層に対して、別々にパルス又はＤＣバイアスを印加できるため、受光部及びノイズ除去回路に対して、それぞれが必要とする電圧を必要なだけ印加することができる。また、前記第１の遮光層と前記第２の遮光層とに対して別々にパルス又はＤＣバイアスを印加したときに、一方に印加されたパルス又はＤＣバイアスが、他方に印加されたパルス又はＤＣバイアスに干渉するのを抑制できる。

また、上記本発明における増幅型固体撮像装置においては、第３の遮光層を更に有し、前記第３の遮光層は、前記受光部とノイズ除去回路との間であって、前記第１の遮光層及び前記第２の遮光層の下層に、前記半導体基板の厚み方向において一部分が前記第１の遮光層及び前記第２の遮光層に重なるように形成されている態様とするものも好ましい。

この態様によれば、前記第３の遮光層によって、前記第１の遮光層と前記第２の遮光層との間からの光の入射を抑制できるため、遮光性の更なる向上を図ることができる。

また、この態様においては、前記第３の遮光層が導電性を有し、前記第１の遮光層と前記第２の遮光層とに対しては別々に電圧を印加でき、且つ、前記第２の遮光層と前記第３の遮光層とに対しては同時に同一の大きさで電圧を印加できるように、配線が形成されているのが好ましい。

更に、この態様においては、前記第２の遮光層の一方の端部と前記第３の遮光層の一方の端部とが、前記配線によって電気的に接続されており、前記第２の遮光層の他方の端部と前記第３の遮光層の他方の端部とが、前記配線とは別の配線によって電気的に接続されているのも好ましい。

この場合、前記第２の遮光層及び前記第３の遮光層におけるパルスやＤＣバイアスが印加されている部分から離れた部分において、前記第２の遮光層及び前記第３の遮光層がもともと備えている配線抵抗によって電圧が低下するのを抑制できる。

また、上記態様においては、前記第３の遮光層が導電性を有し、前記第１の遮光層、前記第２の遮光層、及び前記第３の遮光層に対して、それぞれ別々に電圧を印加できる配線が設けられているのも好ましい。この場合、前記第２の遮光層に印加する電圧と前記第３の遮光層に印加する電圧とを別々に設定でき、前記第２の遮光層を、前記第３の遮光層のシールド層として使用することができる。

また、本発明における増幅型固体撮像装置においては、前記第１の遮光層と前記第２の遮光層とが、連続した一つの遮光層を形成している態様とするのも好ましく、この場合、前記連続した一つの層は導電性を有しているのが特に好ましい。この態様によれば、遮光層と遮光層との間に隙間が生じないため、更なる遮光性の向上を図ることができ、画質劣化の抑制効果の向上が期待できる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における増幅型固体撮像装置について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１における増幅型固体撮像装置のレイアウトを示す概略図である。図２は、図１に示す増幅型固体撮像装置の一部分を示す断面図であり、図１中の切断線Ａ−Ａ´に沿って切断した状態を示している。なお、図２において半導体基板７の主要部分及び絶縁層２２についてはハッチングを省略している。

図１に示すように、増幅型固体撮像装置は、受光部１０と、読み出し手段と、ノイズ除去回路１１とを有しており、これらは半導体基板７上に設けられている。受光部１０は、複数の画素を半導体基板上に一次元状または二次元状に配置して形成されている。また、各画素は、入射光を信号電荷に変換する光電変換部１０ａと、信号電荷の量に応じた電気信号を出力する出力部（図示せず）とで構成されている（図１１参照）。

本例では、画素は二次元状（マトリックス状）に配置されている。また、図２に示すように、光電変換部１０ａはフォトダイオード１０ｂを備えている。出力部は、フォトダイオード１０ｂに蓄積した信号電荷を読み出す転送トランジスタ（図示せず）と、信号電荷をその電荷量に応じた電圧に変換する浮遊拡散層（図示せず）と、浮遊拡散層に蓄積された信号電荷をリセットするリセットトランジスタ（図示せず）と、駆動トランジスタ（図示せず）とを備えている。駆動トランジスタはソースフォロア回路（図示せず）を構成している。また、ソースフォロア回路は、浮遊拡散層に接続され、且つ、電圧変化の増幅またはインピーダンス変換を行う回路である。

また、図１及び図２に示すように、受光部１０の上部には、第１の遮光層１が設けられている。第１の遮光層１には、各光電変換部１０ａに光を入射させるため、複数の開口窓６が形成されている。このため、各画素の光電変換部１０ａにのみ光が入射し、各画素のそれ以外の部分への光の入射は制限されることとなる。開口窓６の形成は、第１の遮光層１の一部分を選択的に除去することによって行われている。

読み出し手段は、行方向と列方向の読み出し動作を重ねて実行し、画素ごとの電気信号（画素信号）の読み出しを行う。本例では、読み出し手段は、図１に示す垂直走査手段５及び水平走査手段４と、図２に示す垂直信号線１２、垂直信号線−ノイズ除去回路接続トランジスタ１３及び水平選択トランジスタ１８とを備えている。また、図１及び図２の両方において図示していないが、読み出し手段は、更にスイッチングトランジスタ（図示せず）及び水平信号線（図示せず）も備えている。

垂直走査手段５は、画素の列方向（垂直方向）に沿って、半導体基板７上に設けられている。水平走査手段４は、画素の行方向（水平方向）に沿って、半導体基板７上に設けられている。スイッチングトランジスタは画素毎に設けられている。

更に、水平信号線は、ノイズ除去回路１１に隣接する位置に行方向に沿って設けられており、水平選択トランジスタ１８を介してノイズ除去回路１１に接続されている。また、水平選択トランジスタ１８のオン・オフは水平走査手段４によって行なわれる。

ノイズ除去回路１１は、背景技術において図１０及び図１１に示したノイズ除去回路１２０と同様のものである。ノイズ除去回路１１も、半導体基板７上の受光部１０と水平走査手段４との間の領域に設けられており、各画素を構成する増幅トランジスタ（図示せず）のバラツキによって生じるノイズの抑圧及び除去（偽信号抑制）を行っている。

ここで、読み出し手段による読み出し動作について説明する。先ず、行方向の選択を行う垂直走査手段５によって、所定の行のスイッチングトランジスタをオン状態にすると、この所定の行の画素信号が読み出される。

次に、垂直走査手段５によって選択されて読み出された行の画素信号は、垂直信号線１２及び垂直信号線−ノイズ除去回路接続トランジスタ１３（図２参照）を介して、ノイズ除去回路１１へと出力される。垂直信号線−ノイズ除去回路接続トランジスタ１３は、垂直信号線１２からノイズ除去回路１１への信号伝達のスイッチングに利用されている。垂直信号線−ノイズ除去回路接続トランジスタ１３がＯＮ状態に制御された時にのみ、ノイズ除去回路１１に信号が伝達される。

この後、ノイズ除去回路１１に出力された画素信号は、水平走査手段４による水平選択トランジスタ１８の駆動により、一画素ごとに出力される。なお、ノイズ除去回路１１の回路構成及び動作は、背景技術において図１１に示したノイズ回路１２０の回路構成及び動作と同様である。

図２において、１４はサンプリング容量、１５はクランプトランジスタ、１６はクランプ電源線、１７はクランプ容量、１９ａ及び１９ｂは平面的にレイアウトされたポリシリコン配線である。また、２０は素子分離領域、２１は活性領域、２２は絶縁層、２３はコンタクトプラグ、２４はウェルを示している。なお、図２において同一のハッチングが施された部分は、同様の機能を有する部分である。

また、図１及び図２に示すように、本実施の形態１においては、ノイズ除去回路１１の上部には、ノイズ除去回路１１への光の入射を制限する第２の遮光層２が設けられている。このため、本実施の形態１における増幅型固体撮像装置においては、背景技術において図１１に示した増幅型固体撮像装置と異なり、ノイズ除去回路１１は外部から遮光された状態にある。

この結果、本実施の形態１では、ノイズ除去回路１１を構成するＰＮ接合の部分での光電変換の発生が抑制され、背景技術において述べた画質の劣化が抑制される。なお、図１から分かるように、垂直走査手段５や水平走査手段４の上部には、遮光層は形成されていない。しかしながら、垂直走査手段５は直接信号を取り扱うものではなく、又水平走査手段４が信号を保持する時間は非常に短い。このため、これらに光が入射することによって画質劣化が生じることはない。

また、本例では、第１の遮光層１と第２の遮光層２とは、導電性材料を成膜して形成された導電性膜である。第１の遮光層１及び第２の遮光層２を形成する導電性材料としては、例えば、アルミ、タングステンシリサイド等が挙げられる。このうち、抵抗値を低く出来る点から、アルミを用いるのが好ましい。

更に、第１の遮光層１と第２の遮光層２とは、互いに離れて形成されており、電気的に絶縁された関係にある。また、図１から分るように、第１の遮光層１には、第１の配線８が接続されており、第２の遮光層２には、第１の配線８とは別の第２の配線９が接続されている。

このため、本実施の形態１においては、第１の遮光層１と第２の遮光層２とを配線層として利用できる。更に両者に対して、別々に、異なるパルス信号やＤＣバイアス等を印加できる。なお、両者は絶縁されているため、第１の遮光層１に印加された電圧と、第２の遮光層２に印加された電圧とは、互いに干渉しない。

また、本実施の形態１において、第１の遮光層１には、第１の配線８によって、画素部用の電源電圧（Ｖｓｄ）が印加されている。また、電圧（Ｖｓｄ）はパルス電圧であり、図１１中に示した入力信号ＶＤＤＣＥＬとして印加されている。

また、第２の遮光層２には、垂直信号線−ノイズ除去回路接続トランジスタ１３のスイッチング制御を行うための電圧（Ｖｎｃ）が印加されている。電圧（Ｖｎｃ）もパルス電圧である。また、電圧（Ｖｎｃ）は、図１１中に示した入力信号ＳＰとして印加されている。第２の遮光層２は、読み出し手段によって読み出された電気信号をノイズ除去回路１１に出力する際の出力制御に利用されている。

このように、第１の遮光層１と第２の遮光層とに導電性を付し、更に両者を絶縁させた態様とすれば、両者をそれぞれ一つの配線として考えることができる。この結果、増幅型固体撮像装置における配線設計の自由度を高めることができるので、配線構造のコンパクト化や設計コストの低減を図ることができる。

なお、第１の遮光層１と第２の遮光層２とを絶縁するために確保する距離Ｓ（図１及び図２参照）は、特に限定されるものではなく、これら遮光層の形成プロセスで可能な範囲で設定できる。また、本実施の形態１では、第１の遮光層１と第２の遮光層２とは、一の導電膜を成膜した後、これにエッチングを施して形成しているが、別々のプロセスによって形成することもできる。

更に、本実施の形態１においては、第１の遮光層１及び第２の遮光層２の上層及び下層の何れか又は両方に、別の配線層を設けることもできる。この場合、この配線層は単層であっても良いし、多層であっても良い。

また、図１及び図２に示すように、本例では、受光部１０とノイズ除去回路１１との間であって、第１の遮光層１及び第２の遮光層２の下層となる位置には、第３の遮光層３が設けられている。第３の遮光層３は、半導体基板７の厚み方向において、一部分が第１の遮光層１及び第２の遮光層２に重なるように形成されている。

このため、第３の遮光層３によって、第１の遮光層１と第２の遮光層２との間から入射する光も遮光されるため、画質劣化の更なる抑制を図ることができる。なお、第３の遮光層３の形成材料としては、第１の遮光層１及び第２の遮光層２の形成材料として挙げた材料を用いることができる。

第３の遮光層３における第１の遮光層１又は第２の遮光層２に重なっている部分の大きさは、分離している第１の遮光層１と第２の遮光層２との隙間から光が入射しないように設定すれば良い。具体的には、第３の遮光層３における、第１の遮光層１と重なった部分の列方向の長さＴ１と、第２の遮光層２と重なった部分の列方向の長さＴ２とは、５μｍ以上に設定するのが好ましい。また、製造工程において必要となる合わせマージンなどを考慮すれば、Ｔ１及びＴ２は、５．５μｍ〜８．０μｍ程度に設定するのが特に好ましい。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における増幅型固体撮像装置について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は、本発明の実施の形態２における増幅型固体撮像装置のレイアウトを示す概略図である。図４は、図３に示す増幅型固体撮像装置の一部分を示す断面図であり、図３中の切断線Ｂ−Ｂ´に沿って切断した状態を示している。

なお、図３及び図４において、図１又は図２に示された符号が付された部分は、図１又は図２において同一の符号が付された部分と同一の部分である。また、図４においても、半導体基板７の主要部分及び絶縁層２２についてはハッチングを省略している。更に、図４において同一のハッチングが施された部分は、同様の機能を有する部分である。

図３及び図４に示すように、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、第１の遮光層１には第１の配線３１が接続されている。また、第２の遮光層２には、第１の配線３１とは別の第２の配線３２が接続されている。このため、本実施の形態２においても、第１の遮光層１には第１の配線３１によって電圧（Ｖｓｄ）を印加でき、第２の遮光層２には第２の配線３２によって電圧（Ｖｎｃ）を印加できる。

但し、本実施の形態２においては、図１及び図２に示した実施の形態１と異なり、第２の配線３２は、第３の遮光層３にも接続されており、第２の遮光層２と第３の遮光層３とに対して同時に同一の大きさの電圧を印加できる。このため、第２の遮光層２と第３の遮光層３の両方に対して電圧（Ｖｎｃ）を印加できる。

また、本実施の形態２において、第１の遮光層１に印加される電圧（Ｖｓｄ）は、パルス電圧であり、図１１中に示した入力信号ＶＤＤＣＥＬとして印加されている。一方、図２から分かるように、第２の遮光層２は、コンタクトプラグ２３を介してサンプリング容量１４の近傍の活性領域２１に接続されている。第３の遮光層３は、コンタクトプラグ２３を介して半導体基板７に形成された素子分離領域２０に接続されている。第２の遮光層２及び第３の遮光層３に印加される電圧（Ｖｎｃ）は、ウェル２４及びサンプリング容量１４に接地電位を与えている。

このように、本実施の形態２では、第２の遮光層２及び第３の遮光層３に対しては、同一のパルスやＤＣバイアスを印加でき、一方、第１の遮光層１に対しては、第２の遮光層２及び第３の遮光層３とは別のパルスやＤＣバイアスを印加できる。これら以外の構成については、図３に示す増幅型固体撮像装置は、図１に示す増幅型固体撮像装置と同様に構成されている。

また、ノイズ除去回路１１は複数の単位回路で構成されているが、本実施の形態２によれば、各単位回路の微細化を図ることができる。具体的には、従来から、増幅型固体撮像装置において、１水平方向の電位安定化のためには、おおよそ一般的に、垂直方向に一列に並ぶ複数の単位画素及び単位回路ごとに、１つのウェル電位用コンタクトを単位回路が設けられた領域に形成する必要がある。また、このウェル電位用コンタクに接続される配線層が１層のみの場合は、プロセスルールによってコンタクト−コンタクト間の間隔の縮小化は制限される。また、コンタクト−コンタクト間に、信号線などの配線を設ける場合は、この配線とコンタクトとのマージンも考慮する必要がある。これらの点から、従来の増幅型固体撮像装置において、ノイズ除去回路１１の水平方向寸法の縮小化には限界があった。

しかし、本実施形態２においては、二つの配線層でウェル電位を与えられることができ、配線設計の自由度が高くなる。例えば、奇数列の単位画素に対応する単位回路と、偶数列の単位画素に対応する単位回路とで、ウェル電位用コンタクトの位置を大きくずらすことが可能となる。そのため、コンタクト−コンタクト間の間隔は、プロセスルールによる制限を受け難くなり、縮小化が可能になる。よって、各単位回路において、水平方向の寸法を圧縮化でき、単位画素及び単位回路の水平方向の微細化を図ることができる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における増幅型固体撮像装置について、図５を参照しながら説明する。図５は、本発明の実施の形態３における増幅型固体撮像装置のレイアウトを示す概略図である。なお、図５において、図１に示された符号が付された部分は、図１において同一の符号が付された部分と同一の部分である。

図５に示すように、本実施の形態３では、図３に示した例と異なり、第２の遮光層２と第３の遮光層３とは、第２の配線３２とは別の配線３３によっても電気的に接続されている。なお、これ以外の構成については、図５に示す増幅型固体撮像装置は、図３に示す増幅型固体撮像装置と同様に構成されている。

具体的には、第２の遮光層２の一方側（図中右側）の端部と第３の遮光層３の一方側の端部とには、図３の例と同様に、第２の配線３２が接続されている。よって、図３に示した実施の形態２と同様に、第２の遮光層２及び第３の遮光層３に対しては、同一のパルスやＤＣバイアスを印加できる。

これに対し、本実施の形態３では、第２の遮光層２の他方側（図中左側）の端部と第３の遮光層３の他方側の端部とが、更に、第２の配線３２とは別の配線３３によって、電気的に互いに接続されている。なお、実際には、配線３３は、第２の遮光層２と第３の遮光層３との間の絶縁層２２（図４参照）に設けられたコンタクトプラグである。

このように、本実施の形態３では、第２の遮光層２及び第３の遮光層３におけるパルス又はＤＣバイアスが印加されている部分から最も離れた部分において、第２の遮光層２と第３の遮光層３とは電気的に接続されている。この結果、本実施の形態３によれば、パルスやＤＣバイアスが印加されている部分から離れた部分において、第２の遮光層２及び第３の遮光層３がもともと備えている配線抵抗によって電圧が低下するのを抑制できる。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４における増幅型固体撮像装置について、図６を参照しながら説明する。図６は、本発明の実施の形態４における増幅型固体撮像装置のレイアウトを示す概略図である。図７は、図６に示す増幅型固体撮像装置の一部分を示す断面図であり、図６中の切断線Ｃ−Ｃ´に沿って切断した状態を示している。

なお、図６及び図７において、図１又は図２に示された符号が付された部分は、図１又は図２において同一の符号が付された部分と同一の部分である。また、図７においても、半導体基板７の主要部分及び絶縁層２２についてはハッチングを省略している。更に、図７において同一のハッチングが施された部分は、同様の機能を有する部分である。

図６及び図７に示すように、本実施の形態４においても、図１及び図２に示した実施の形態１と同様に、第１の遮光層１には第１の配線３４が接続され、第２の遮光層２には第２の配線３５が接続されている。

但し、本実施の形態４では、図１及び図２に示した実施の形態１と異なり、第１の配線３４及び第２の配線３５とは別に第３の配線３６が設けられている。第３の配線３６は第３の遮光層３に接続されている。なお、これ以外の構成については、図３に示す増幅型固体撮像装置は、図１に示す増幅型固体撮像装置と同様に構成されている。

更に、図６に示すように、第１の遮光層１には第１の配線３４によって電圧（Ｖｓｄ）が印加され、第２の遮光層２には第２の配線３５によって電圧（Ｖｕｄ）が印加され、第３の遮光層３には第３の配線３６によって電圧（Ｖｎｃ）が印加されている。

また、本実施の形態４において、第１の遮光層１に印加される電圧（Ｖｓｄ）は、パルス電圧であり、図１１中に示した入力信号ＶＤＤＣＥＬとして印加されている。更に、図７から分かるように、第２の遮光層２は、コンタクトプラグ２３を介してサンプリング容量１４の近傍の活性領域２１に接続されている。第２の遮光層２に印加される電圧（Ｖｕｄ）は、サンプリング容量１４に接地電位を与えている。

また、本実施の形態４においては、図７から分かるように、第３の遮光層３は、コンタクトプラグ２３を介して、クランプトランジスタ１５のドレイン領域となる活性領域２１に接続されており、クランプ電源線として機能している。第３の遮光層３に印加される電圧（Ｖｎｃ）は、図１１中に示した入力信号ＶＤＤとして印加されている。

このように本実施の形態４においては、第２の遮光層２はサンプリング容量１４の近傍の活性領域２１にのみ電気的に接続され、また、第２の遮光層２の配線幅は第３の遮光層３の配線幅よりも大きくすることができる。よって、サンプリング容量のＧＮＤ電位を水平方向で均一にすることができる。このため、ノイズ除去回路１１の水平方向における出力の均一性を向上させることができる。

なお、ノイズ除去回路１１の水平方向の出力均一性を向上させるためには、図７においては第３の遮光層３によって印加しているクランプ電圧も重要である。従って、クランプ電圧を水平方向において均一にする方が、サンプリング容量のＧＮＤ電位を水平方向で均一にするよりも、ノイズ除去回路１１の水平方向出力の均一化に貢献できる場合がある。この場合においては、第２の遮光層２をクランプトランジスタ１５のドレイン領域となる活性領域２１に接続し、第２の遮光層２を介してクランプ容量の基準電圧であるＧＮＤ（Ｖｕｄ）を印加するのが好ましい。

このように、本実施の形態４では、第１の遮光層１、第２の遮光層２、及び第３の遮光層３に対して、それぞれ別々にパルス又はＤＣバイアスを印加できる。つまり、本実施の形態４では、図３に示した実施の形態３と異なり、第２の遮光層２に印加する電圧と第３の遮光層３に印加する電圧とを別々に設定できる。更に、第２の遮光層２と第３の遮光層３とに別の電圧を印加できるため、必要に応じて、設計要求に対応した配線幅を提供できる。

（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５における増幅型固体撮像装置について、図８及び図９を参照しながら説明する。図８は、本発明の実施の形態５における増幅型固体撮像装置のレイアウトを示す概略図である。図９は、図８に示す増幅型固体撮像装置の一部分を示す断面図であり、図８中の切断線Ｄ−Ｄ´に沿って切断した状態を示している。

なお、図８及び図９において、図１又は図２に示された符号が付された部分は、図１又は図２において同一の符号が付された部分と同一の部分である。また、図９においても、半導体基板７及び絶縁層２２についてはハッチングを省略している。更に、図９において同一のハッチングが施された部分は、同様の機能を有する部分である。

図８及び図９に示すように、本実施の形態５における増幅型固体撮像装置は、実施の形態１において図１に示した第１の遮光層１及び第２の遮光層２の代わりに、受光部１０とノイズ除去回路１１との両方を覆う連続した一つの遮光層３９を備えている。つまり、本実施の形態５においては、図１に示した第１の遮光層１と第２の遮光層２とが、連続した一つの遮光層３９を形成している。

このため、本実施の形態５によれば、図１に示したように遮光層と遮光層との間に隙間が生じないため、実施の形態１に比べて遮光性の向上を図ることができる。よって、実施の形態１よりも画質劣化の抑制効果の向上が期待できる。また、実施の形態１のように、第３の遮光膜を設ける必要がない。

本実施の形態５において、遮光層３９は、実施の形態１と同様の導電性材料で形成されている。また、図６において、４０は配線層である。また、更に、遮光層２９には第１の配線３７が接続され、配線層４０には第１の配線３７とは別の第２の配線３８が接続されている。

また、本実施の形態５において、遮光層３９に印加される電圧（Ｖｓｄ）は、パルス電圧であり、図１１中に示した入力信号ＶＤＤＣＥＬとして印加されている。更に、図９から分かるように、配線層４０は、コンタクトプラグ２３を介して、クランプトランジスタ１５のドレイン領域となる活性領域２１に接続されており、クランプ電源線として機能している。第３の遮光層３に印加される電圧（Ｖｎｃ）は、図１１中に示した入力信号ＶＤＤとして印加されている。

上述した以外の構成については、本実施の形態２における増幅型固体撮像装置は、実施の形態１において図１に示した増幅型固体撮像装置と同様に構成されている。

以上のように、本発明の増幅型固体撮像装置によれば、従来の増幅型固体撮像装置に比べて遮光性を高めて、画質の向上を図ることができる。このため、本発明の増幅型固体撮像装置は、画質の向上が特に要求される、産業用固体撮像装置、放送用固体撮像装置、プロ用途向け固体撮像装置などに特に有用である。

本発明の実施の形態１における増幅型固体撮像装置のレイアウトを示す概略図である。 図１に示す増幅型固体撮像装置の一部分を示す断面図であり、図１中の切断線Ａ−Ａ´に沿って切断した状態を示している。 本発明の実施の形態２における増幅型固体撮像装置のレイアウトを示す概略図である。 図３に示す増幅型固体撮像装置の一部分を示す断面図であり、図３中の切断線Ｂ−Ｂ´に沿って切断した状態を示している。 本発明の実施の形態３における増幅型固体撮像装置のレイアウトを示す概略図である。 本発明の実施の形態４における増幅型固体撮像装置のレイアウトを示す概略図である。 図６に示す増幅型固体撮像装置の一部分を示す断面図であり、図６中の切断線Ｃ−Ｃ´に沿って切断した状態を示している。 本発明の実施の形態５における増幅型固体撮像装置のレイアウトを示す概略図である。 図８に示す増幅型固体撮像装置の一部分を示す断面図であり、図８中の切断線Ｄ−Ｄ´に沿って切断した状態を示している。 従来の増幅型固体撮像装置のレイアウトを示す概略図である。 単位画素及びノイズ除去回路の一例を示す図であり、図１２（ａ）は単位画素及びノイズ除去回路の回路図を示し、図１２（ｂ）は信号線に印加されるパルス信号のタイミングチャートを示している。 図１０に示す増幅型固体撮像装置の一部分を示す断面図であり、図１０中の切断線Ｅ−Ｅ´に沿って切断した状態を示している。

符号の説明

１ 第１の遮光層
２ 第２の遮光層
３ 第３の遮光層
４ 水平走査手段
５ 垂直走査手段
６ 開口窓
７ 半導体基板
８、３１、３４、３７ 第１の配線
９、３２、３５、３８ 第２の配線
１０ 受光部
１０ａ 光電変換部
１０ｂ フォトダイオード
１１ ノイズ除去回路
１２ 垂直信号線
１３ 垂直信号−ノイズ除去回路接続トランジスタ
１４ サンプリング容量
１５ クランプトランジスタ
１６ クランプ電源線
１７ クランプ容量
１８ 水平選択トランジスタ
１９ａ、１９ｂ ポリシリコン配線
２０ 分離領域
２１ 活性領域
２２ 絶縁層
２３ コンタクトプラグ
２４ ウェル

Claims (6)

1. 入射光を信号電荷に変換して前記信号電荷の量に応じた電気信号を出力する複数の画素を半導体基板上に一次元状または二次元状に配置して形成した受光部と、前記複数の画素それぞれから前記電気信号を順次読み出す読み出し手段と、前記読み出し手段から読み出された電気信号の偽信号抑制を行うノイズ除去回路と、前記受光部の上部に位置し、前記受光部の光電変換を行う部分以外への光の入射を制限する第１の遮光層とを少なくとも有する増幅型固体撮像装置であって、
   前記ノイズ除去回路の上部に、ノイズ除去回路への光の入射を制限する第２の遮光層が設けられており、
   前記読み出し手段が、画素の列方向に沿って設けられた垂直走査手段と、画素の行方向に沿って設けられた水平走査手段とを有し、
   前記ノイズ除去回路が、半導体基板上の前記受光部と前記水平走査手段との間の領域に設けられ、
   前記第１の遮光層と前記第２の遮光層とが、互いに離れて形成されていて、
   第３の遮光層を更に有し、前記第３の遮光層は、前記受光部とノイズ除去回路との間であって、前記第１の遮光層及び前記第２の遮光層の下層に、前記半導体基板の厚み方向において一部分が前記第１の遮光層及び前記第２の遮光層に重なるように形成されていることを特徴とする増幅型固体撮像装置。
2. 前記第１の遮光層と前記第２の遮光層とが導電性を有し、
   前記第１の遮光層及び前記第２の遮光層それぞれに配線が接続されており、
   前記第１の遮光層に接続された配線と、前記第２の遮光層に接続された配線とには、異なる信号電圧が印加される請求項１に記載の増幅型固体撮像装置。
3. 前記第２の遮光層が、前記読み出し手段によって読み出された前記電気信号を前記ノイズ除去回路へ出力する際の出力制御に利用される請求項２に記載の増幅型固体撮像装置。
4. 前記第３の遮光層が導電性を有し、
   前記第１の遮光層と前記第２の遮光層とに対しては別々に電圧を印加でき、且つ、前記第２の遮光層と前記第３の遮光層とに対しては同時に同一の大きさで電圧を印加できるように、配線が形成されている請求項１に記載の増幅型固体撮像装置。
5. 前記第２の遮光層の一方の端部と前記第３の遮光層の一方の端部とが、前記配線によって電気的に接続されており、
   前記第２の遮光層の他方の端部と前記第３の遮光層の他方の端部とが、前記配線とは別の配線によって電気的に接続されている請求項４に記載の増幅型固体撮像装置。
6. 前記第３の遮光層が導電性を有し、
   前記第１の遮光層、前記第２の遮光層、及び前記第３の遮光層に対して、それぞれ別々に電圧を印加できる配線が設けられている請求項１に記載の増幅型固体撮像装置。

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