以下、本開示の実施形態に係る固体撮像装置及び電子機器の一例を、図面を参照しながら下記の順で説明する。ただし、本開示は下記の例に限定されない。
1.第1の実施形態:4トランジスタ型の固体撮像装置(8画素共有)
2.第1の実施形態の各種変形例
3.第2の実施形態:4トランジスタ型の固体撮像装置(4画素共有)
4.第3の実施形態:4トランジスタ型の固体撮像装置(2画素共有)
5.第4の実施形態:3トランジスタ型の固体撮像装置(8画素共有)
6.第5の実施形態:3トランジスタ型の固体撮像装置(4画素共有)
7.第6の実施形態:3トランジスタ型の固体撮像装置(2画素共有)
8.第7の実施形態:4トランジスタ型の固体撮像装置(8画素共有)
9.第8の実施形態:4トランジスタ型の固体撮像装置(8画素共有)
10.第9の実施形態:3トランジスタ型の固体撮像装置(8画素共有)
11.第10の実施形態:3トランジスタ型の固体撮像装置(8画素共有)
12.第11の実施形態:4トランジスタ型の固体撮像装置(4画素共有)
13.第12の実施形態:電子機器
<1.第1の実施形態>
まず、本開示の第1の実施形態に係る固体撮像装置の構成例を説明する前に、画素サイズを例えば1μm以下程度まで微細化した際に発生し得る問題をより具体的に説明する。上述した画素サイズの微細化に伴う問題は、レイアウト自由度の高い裏面照射型CMOSイメージセンサに画素共有技術を適用した場合においても発生し得る。
裏面照射型CMOSイメージセンサに画素共有技術を適用した場合、例えば、上記特許文献4で提案されているように、共有される各種MOSトランジスタを2つのトランジスタ群に分け、各トランジスタ群を別の領域に形成する場合がある。この場合、例えば、画素サイズ、MOSトランジスタのサイズ及び個数、レイアウト手法などの条件によっては、2つのトランジスタ群におけるゲート及び/又はソース/ドレインの占有面積が互いに異なる場合がある。すなわち、共有画素単位内の2つのトランジスタ群のレイアウト構成が互いに非対称になることがある。この場合、共有画素単位内の複数のフォトダイオード間において、出力差(感度差)が発生する可能性がある。この原因としては、例えば、次のような理由(1)及び/又は(2)が考えられる。
(1)裏面から照射される光のうち、MOSトランジスタの例えばポリシリコンで形成されたゲート付近を通過する光は、例えばゲート及びSi間の界面やゲートの側壁などで反射及び/又は吸収される。それゆえ、周辺にMOSトランジスタのゲートが配置されているフォトダイオードと、配置されていないフォトダイオードとの間で出力が異なり、両者の間に出力差が生じる。
(2)MOSトランジスタのソース及び/又はドレインに近いフォトダイオードの領域で光電変換されて発生した電子は、フォトダイオードのポテンシャルより比較的ポテンシャルの深いソース及び/又はドレインに移動しやすい。この場合、周辺にMOSトランジスタのソース及び/又はドレインが配置されているフォトダイオードでは、電子が検出され難くなり、出力が小さくなる。それゆえ、周辺にMOSトランジスタのソース及び/又はドレインが配置されているフォトダイオードと、配置されていないフォトダイオードとの間で出力が異なり、両者の間に出力差が生じる。
なお、表面照射型CMOSイメージセンサでは、フォトダイオードの光入射側に配線層が設けられているので、入射光の反射及び/又は吸収は、主に、配線層で発生する。また、表面照射型CMOSイメージセンサでは、一般に、ソース及び/又はドレインの領域は、配線層により遮光されるので、上記(2)の要因による複数のフォトダイオード間の出力差(感度差)の問題は発生し難い。すなわち、表面照射型CMOSイメージセンサでは、2つのトランジスタ群間におけるレイアウト構成の非対称性に起因する上記問題は発生し難い。しかしながら、表面照射型CMOSイメージセンサにおいても、フォトダイオードの光入射側に設けられた配線層のレイアウト形態によっては、2つのトランジスタ群間におけるレイアウト構成の非対称性に起因する上記問題が発生し得る。
そこで、以下に示す各種実施形態では、2つのトランジスタ群間におけるレイアウト構成の非対称性に起因する上記問題(複数のフォトダイオード間における感度のばらつき)の発生を抑制することが可能な固体撮像装置の構成例を説明する。
[固体撮像装置の全体構成]
次に、第1の実施形態に係る固体撮像装置の全体構成について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本実施形態では、固体撮像装置として、4トランジスタ型の裏面照射型CMOSイメージセンサを例に挙げ説明する。
図1に、第1の実施形態に係るCMOSイメージセンサの概略ブロック構成を示す。CMOSイメージセンサ100は、画素アレイ部101と、垂直駆動部102と、カラム処理部103と、水平駆動部104と、システム制御部105とを備える。なお、画素アレイ部101、垂直駆動部102、カラム処理部103、水平駆動部104及びシステム制御部105は、図1には示さない一枚の半導体基板(チップ)上に形成される。
さらに、CMOSイメージセンサ100は、信号処理部108及びデータ格納部109を備える。なお、信号処理部108及びデータ格納部109は、CMOSイメージセンサ100とは別の基板に設けられた、例えばDSP(Digital Signal Processor)やソフトウェアにより処理を行う外部信号処理部で構成してもよい。また、信号処理部108及びデータ格納部109を、例えば画素アレイ部101等が形成される半導体基板と同じ半導体基板上に搭載してもよい。
画素アレイ部101は、行列状に2次元配置された複数の単位画素(以下、単に画素という)を備える。また、各画素には、入射光量に対応した電荷量の光電荷(以下、単に電荷という)を発生して内部に蓄積する光電変換素子(本実施形態ではフォトダイオード)が設けられる。なお、本実施形態では、複数の画素を共有する構成とするので、共有される複数の画素からなる共有単位部(以下、共有画素単位部という)を行列状に2次元配置して、画素アレイ部101が構成される。
画素アレイ部101は、さらに、行列状に2次元配置された共有画素単位部の行毎に、行方向(図1では左右方向)に沿って形成された画素駆動線106と、列毎に、列方向(図1では上下方向)に沿って形成された垂直信号線107とを備える。なお、各画素駆動線106は対応する行の共有画素単位部に接続され、各垂直信号線107は対応する列の共有画素単位部に接続される。
また、画素駆動線106の一端は、該画素駆動線106に対応する垂直駆動部102の行の出力端に接続され、垂直信号線107の一端は、該垂直信号線107に対応するカラム処理部103の列の入力端に接続される。なお、図1では、説明を簡略化するため、行毎の画素駆動線106を1本の信号線で示すが、後述のように、通常、画素を構成する複数のトランジスタをそれぞれ駆動する複数の信号線が行毎に設けられる。
垂直駆動部102は、例えば、シフトレジスタ、アドレスデコーダ等の回路素子により構成され、画素アレイ部101の各画素(共有画素単位部)に各種駆動信号を出力して、各画素を駆動し、各画素から信号を読み出す。
カラム処理部103は、画素アレイ部101の共有画素単位部の列毎に、選択行の共有画素単位部内の所定の画素から垂直信号線107を介して出力される画素信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
具体的には、カラム処理部103は、信号処理として少なくとも、例えばCDS(Correlated Double Sampling:相関二重サンプリング)処理等のノイズ除去処理を行う。カラム処理部103におけるCDS処理により、例えば、リセットノイズ、増幅トランジスタの閾値ばらつき等に起因する画素固有の固定パターンノイズを除去することができる。なお、上述したノイズ除去機能以外に、例えば、AD(Analog to Digital)変換機能をカラム処理部103に設けて、デジタル信号を出力する構成にしてもよい。
水平駆動部104は、例えば、シフトレジスタ、アドレスデコーダ等の回路素子により構成され、カラム処理部103の列毎に設けられた単位回路(不図示)を順次、選択走査する。この水平駆動部104の選択走査により、カラム処理部103の各単位回路で信号処理された画素信号は順次、信号処理部108に出力される。
システム制御部105は、CMOSイメージセンサ100の各種動作のタイミング信号を生成する例えばタイミングジェネレータ等により構成される。そして、システム制御部105で生成された各種タイミング信号は、垂直駆動部102、カラム処理部103及び水平駆動部104に供給され、これらのタイミング信号に基づいて各部が駆動制御される。
信号処理部108は、カラム処理部103から出力される画素信号に対して例えば加算処理等の各種信号処理を行う。また、データ格納部109は、信号処理部108で所定の信号処理を行う際に必要なデータを一時的に格納する。
[共有画素単位部の構成]
次に、本実施形態の画素アレイ部101内の共有画素単位部の構成を説明する。ただし、その前に、比較のため、4トランジスタ型のCMOSイメージセンサにおいて、画素共有技術を用いない場合の各画素の構成を説明する。図2に、画素共有技術を用いない場合の画素の等価回路を示す。
画素10は、通常、一つのフォトダイオード11(光電変換素子)と、該一つのフォトダイオード11に対して設けられたMOSトランジスタからなる各種能動素子と、フローティングディフュージョン領域16(FD領域16と記す)とを備える。図2に示す例では、画素10は、各種能動素子として、転送トランジスタ12、増幅トランジスタ13、リセットトランジスタ14及び選択トランジスタ15を備える。なお、ここでは、各種トランジスタをキャリア極性がN型のMOSトランジスタで構成した例を示す。
また、図2に示す例では、一つの画素10に対して、行方向(図2では左右方向)に転送配線17、リセット配線18及び選択配線19の3本の信号配線(画素駆動線106)を設け、列方向(図2では上下方向)に垂直信号線107を設ける。なお、図2には示さないが、画素10には、画素境界部分及び黒レベル検出画素に、遮光膜として利用される2次元配線も設けられる。
フォトダイオード11は、入射光を、入射光の光量に対応する量の電荷(ここでは電子)に変換する(光電変換する)。なお、フォトダイオード11のアノードは接地される。
転送トランジスタ12は、フォトダイオード11のカソードと、FD領域16との間に設けられる。転送トランジスタ12は、そのゲートに垂直駆動部102から転送配線17を介してハイレベルの信号が入力された際にオン状態となり、フォトダイオード11で光電変換された電荷(電子)をFD領域16に転送する。なお、FD領域16に転送された電荷は、FD領域16において、電圧(電位)に変換される。
増幅トランジスタ13のゲートは、FD領域16に接続される。また、増幅トランジスタ13のドレインは、電源電圧Vddの供給端子に接続され、増幅トランジスタ13のソースは、選択トランジスタ15を介して垂直信号線107に接続される。増幅トランジスタ13は、FD領域16の電位(電圧信号)を増幅し、その増幅信号を光蓄積信号(画素信号)として選択トランジスタ15に出力する。
リセットトランジスタ14は、電源電圧Vddの供給端子とFD領域16との間に設けられる。リセットトランジスタ14は、そのゲートに垂直駆動部102からリセット配線18を介してハイレベルの信号が入力された際にオン状態となり、FD領域16の電位を電源電圧Vddにリセットする。
選択トランジスタ15は、増幅トランジスタ13と垂直信号線107との間に設けられる。選択トランジスタ15は、そのゲートに垂直駆動部102から選択配線19を介してハイレベルの信号が入力された際にオン状態となり、増幅トランジスタ13で増幅された電圧信号を垂直信号線107に出力する。すなわち、4トランジスタ型のCMOSイメージセンサ100では、画素の選択及び非選択の切り替えは、選択トランジスタ15により制御される。なお、垂直信号線107に出力された各画素の電圧信号は、カラム処理部103に転送される。
次に、4トランジスタ型のCMOSイメージセンサにおいて、画素共有技術を用いた場合の共有画素単位部の構成を説明する。図3に、画素アレイ部101内の共有画素単位部の等価回路を示す。なお、図3には、一つの共有画素単位部110で8つの画素を共有する例を示す。また、図3に示す共有画素単位部110において、図2に示す画素10と同様の構成には、同じ符号を付して示す。
共有画素単位部110は、8つのフォトダイオード(第1フォトダイオード111〜第8フォトダイオード118)を備える。また、共有画素単位部110は、第1フォトダイオード111〜第8フォトダイオード118にそれぞれ対応して設けられた8つの転送トランジスタ(第1転送トランジスタ121〜第8転送トランジスタ128)を備える。さらに、共有画素単位部110は、8つの画素で共有される、増幅トランジスタ13、リセットトランジスタ14、選択トランジスタ15及びFD領域16を備える。
増幅トランジスタ13、リセットトランジスタ14、選択トランジスタ15及びFD領域16は、図2で説明した画素10の対応するそれらと同様に構成され、同様の機能を有する。また、第1フォトダイオード111〜第8フォトダイオード118のそれぞれは、図2で説明したフォトダイオード11と同様に構成することができる。なお、各フォトダイオードのアノードは接地され、各フォトダイオードのカソードは対応する転送トランジスタのソースに接続される。
第1転送トランジスタ121〜第8転送トランジスタ128のそれぞれは、図2で説明した転送トランジスタ12と同様に構成することができる。また、第1転送トランジスタ121〜第8転送トランジスタ128のゲートはそれぞれ、対応する8つの転送配線17a〜17hに接続される。さらに、各転送トランジスタは、対応するフォトダイオードとFD領域16との間に設けられ、各転送トランジスタのドレインは、FD領域16に接続される。すなわち、本実施形態のように8つの画素を共有する場合、共有画素単位部110では、転送トランジスタ及びそれに対応するフォトダイオードからなる回路を8つ設け、該8つの回路をFD領域16及びグランド間に並列接続した構成となる。
[共有画素単位部のレイアウト]
(1)共有画素単位部全体のレイアウト
図4に、本実施形態のCMOSイメージセンサ100(固体撮像装置)における共有画素単位部110のレイアウト構成の概略平面図を示す。なお、図4に示す共有画素単位部110のレイアウト構成において、図3に示す共有画素単位部110の等価回路内の構成と対応する構成には同じ符号を付して示す。
共有画素単位部110は、第1受光部21と、第2受光部22とを有する。第1受光部21及び第2受光部22は、共有画素単位部110内において、縦方向(図4中のY方向)に配列する。なお、後述するように、本実施形態では、8つの画素で共有されるFD領域16(フローティングディフュージョン部)は、各受光部にそれぞれ分けて設けられる(第1FD領域16a及び第2FD領域16b)。
また、共有画素単位部110は、第1トランジスタ群31と、第2トランジスタ群32とを有する。すなわち、本実施形態では、8つの画素で共有する各種トランジスタを2つのトランジスタ群に分けて配置する。ただし、本実施形態では、第1トランジスタ群31に増幅トランジスタ13及び選択トランジスタ15を配置し、第2トランジスタ群32にリセットトランジスタ14を配置する。
また、第1トランジスタ群31は、図4に示すように、第1受光部21と第2受光部22との間に配置される。さらに、第2トランジスタ群32は、第2受光部22の周辺領域において、第2受光部22の第1トランジスタ群31の配置側とは反対側の領域に配置される。
なお、本実施形態では、各トランジスタ群は、横方向(図4中のX方向)に沿って、受光部の一方の端部付近の位置から他方の端部付近の位置まで延在して形成される。この際、本実施形態では、横方向における第1トランジスタ群31の両端の位置が、それぞれ、第2トランジスタ群32の両端の位置と略同じになるように、各トランジスタ群を配置する。
さらに、共有画素単位部110は、第1ウエルコンタクト23aと、第2ウエルコンタクト23bとを有する。図4には示さないが、第1受光部21、第2受光部22、第1トランジスタ群31及び第2トランジスタ群32は、Si基板内に形成された所定のウエル領域に形成される。そして、本実施形態では、該ウエル領域と内部配線とを電気的に接続するウエルコンタクトを2つに分けて設ける。具体的には、本実施形態では、第1受光部21及び第2受光部22に対してそれぞれ、第1ウエルコンタクト23a及び第2ウエルコンタクト23bを設ける。
なお、第1ウエルコンタクト23aは、第1受光部21の周辺領域において、第1受光部21の横方向(図4中のX方向)の一方の側(図4では左側)の領域に配置され、かつ、第1FD領域16a(第1受光部21の中央)と対向する位置に配置される。また、第2ウエルコンタクト23bは、第2受光部22の周辺領域において、第2受光部22の横方向の一方の側の領域に配置され、かつ、第2FD領域16b(第2受光部22の中央)と対向する位置に配置される。ただし、各ウエルコンタクトの配置位置は、図4に示す例に限定されない。例えば、各ウエルコンタクトを、対応する受光部の周辺領域において、該受光部の横方向(図4中のX方向)の他方の側(図4では右側)の位置に配置し、かつ、対応するFD領域(対応する受光部の中央)と対向する位置に配置してもよい。
また、共有画素単位部110内の上述した各部は、図3に示す等価回路における各部の接続関係が満たされるように、各種コンタクト及び内部配線(不図示)を用いて電気的に接続される。そして、本実施形態では、図4に示すレイアウト構成の共有画素単位部110を行列状に2次元配置することにより画素アレイ部101を構成する。
(2)共有画素単位部の各部のレイアウト
次に、共有画素単位部110内の各部のレイアウト構成について、図4を参照しながら説明する。
第1受光部21は、縦方向(図4中のY方向)及び横方向(図4中のX方向)に2×2で配列された第1フォトダイオード111〜第4フォトダイオード114(光電変換部)と、第1転送トランジスタ121〜第4転送トランジスタ124(転送部)とを有する。また、第1受光部21は、4つの画素で共有される、第1FD領域16aを有する。なお、図4では、説明を簡略化するため、第1転送トランジスタ121〜第4転送トランジスタ124の各ゲート(第1転送ゲート121a〜第4転送ゲート124a)のみを図示する。
本実施形態では、第1FD領域16aは、図4に示すように、2×2で配列された第1フォトダイオード111〜第4フォトダイオード114の形成領域の中央、すなわち、第1受光部21の中央に配置される。また、第1転送ゲート121a〜第4転送ゲート124aは、第1FD領域16aと第1フォトダイオード111〜第4フォトダイオード114との間にそれぞれ配置される。なお、この際、第1転送ゲート121a〜第4転送ゲート124aは、それぞれ、第1フォトダイオード111〜第4フォトダイオード114に直結して配置される。
第2受光部22は、縦方向及び横方向に2×2で配列された第5フォトダイオード115〜第8フォトダイオード118(光電変換部)と、第5転送トランジスタ125〜第8転送トランジスタ128(転送部)とを有する。また、第2受光部22は、4つの画素で共有される、第2FD領域16bを有する。なお、図4では、説明を簡略化するため、第5転送トランジスタ125〜第8転送トランジスタ128の各ゲート(第5転送ゲート125a〜第8転送ゲート128a)のみを図示する。
本実施形態では、第2FD領域16bは、図4に示すように、2×2で配列された第5フォトダイオード115〜第8フォトダイオード118の形成領域の中央、すなわち、第2受光部22の中央に配置される。なお、第2FD領域16bは、図示しないコンタクト及び内部配線を介して、第1FD領域16aと電気的に接続される。また、第5転送ゲート125a〜第8転送ゲート128aは、第2FD領域16bと第5フォトダイオード115〜第8フォトダイオード118との間にそれぞれ配置される。なお、この際、第5転送ゲート125a〜第8転送ゲート128aは、それぞれ、第5フォトダイオード115〜第8フォトダイオード118に直結して配置される。すなわち、第2受光部22を構成する各部の配置形態は、第1受光部21のそれと同様である。
第1トランジスタ群31は、増幅トランジスタ13のゲート13a(以下、増幅ゲートという)と、選択トランジスタ15のゲート15a(以下、選択ゲートという)と、第1ソース/ドレイン31a〜第3ソース/ドレイン31cとを有する。そして、本実施形態では、横方向(図4中のX方向)に沿って、第1ソース/ドレイン31a、増幅ゲート13a、第2ソース/ドレイン31b、選択ゲート15a及び第3ソース/ドレイン31cをこの順で配置する。なお、この際、第3ソース/ドレイン31cが、横方向において、第1ウエルコンタクト23a側に位置するように、各ゲート及び各ソース/ドレインを配置する。
第1トランジスタ群31では、第1ソース/ドレイン31a、増幅ゲート13a及び第2ソース/ドレイン31bで増幅トランジスタ13が構成される。そして、第1ソース/ドレイン31a及び第2ソース/ドレイン31bは、それぞれ、増幅トランジスタ13のドレイン及びソースとして作用する。また、第1トランジスタ群31では、第2ソース/ドレイン31b、選択ゲート15a及び第3ソース/ドレイン31cで選択トランジスタ15が構成される。そして、第2ソース/ドレイン31b及び第3ソース/ドレイン31cは、それぞれ、選択トランジスタ15のドレイン及びソースとして作用する。すなわち、第1トランジスタ群31内では、第2ソース/ドレイン31bは、増幅トランジスタ13のソース及び選択トランジスタ15のドレインとして共用される。
また、本実施形態のCMOSイメージセンサ100では、より良好な特性を得るために、増幅ゲート13aの面積をより大きくすることが好ましいので、図4に示すように、増幅ゲート13aの面積を選択ゲート15aの面積より大きくする。具体的には、増幅ゲート13aの横方向(X方向)の延在長さを、選択ゲート15aのそれより長くする。
第2トランジスタ群32は、2つのリセットトランジスタ14で構成し、2つのリセットトランジスタ14を横方向(図4中のX方向)に沿って配置する。すなわち、本実施形態のCMOSイメージセンサ100では、共有画素単位部110内において、リセットトランジスタ14を一つ追加する。
なお、この場合、第2トランジスタ群32の形成領域にリセットトランジスタを一つ追加するための領域を確保する必要がある。しかしながら、本実施形態では、図4に示すように、ウエルコンタクトを、受光部の形成領域の周辺において、受光部の横方向(X方向)の一方の側(左側)の位置に配置し、トランジスタの周辺に配置しない。それゆえ、本実施形態の共有画素単位部110のレイアウト構成では、第2トランジスタ群32の形成領域内にリセットトランジスタを一つ追加するための領域を効率よく確保することができる。
また、第2トランジスタ群32は、第1のリセットトランジスタのゲート14a(以下、第1リセットゲートという)と、第2のリセットトランジスタのゲート14b(以下、第2リセットゲートという)とを有する。さらに、第2トランジスタ群32は、第4ソース/ドレイン32a〜第6ソース/ドレイン32cを有する。
そして、本実施形態では、横方向(図4中のX方向)に沿って、第4ソース/ドレイン32a、第1リセットゲート14a、第5ソース/ドレイン32b、第2リセットゲート14b及び第6ソース/ドレイン32cをこの順で配置する。なお、この際、第6ソース/ドレイン32cが、横方向において、第2ウエルコンタクト23b側に位置するように、各ゲート及び各ソース/ドレインを配置する。また、この際、第1リセットゲート14a及び第2リセットゲート14bが、第2受光部22を間に挟んで、それぞれ増幅ゲート13a及び選択ゲート15aと略対向する位置に配置される。
第2トランジスタ群32では、第4ソース/ドレイン32a、第1リセットゲート14a及び第5ソース/ドレイン32bで第1のリセットトランジスタが構成される。また、第2トランジスタ群32では、第5ソース/ドレイン32b、第2リセットゲート14b及び第6ソース/ドレイン32cで第2のリセットトランジスタが構成される。
なお、本実施形態では、2つのリセットトランジスタを電源電圧Vdd及びFD領域16間において並列接続する。それゆえ、第2トランジスタ群32では、第5ソース/ドレイン32bが2つのリセットトランジスタのソース又はドレインとして共用される。そして、第5ソース/ドレイン32bを2つのリセットトランジスタのソースとして用いた場合には、第4ソース/ドレイン32a及び第6ソース/ドレイン32cは、ドレインとして作用する。逆に、第5ソース/ドレイン32bを2つのリセットトランジスタのドレインとして用いた場合には、第4ソース/ドレイン32a及び第6ソース/ドレイン32cは、ソースとして作用する。
そして、本実施形態では、第1リセットゲート14aの面積を、第2リセットゲート14bの面積と同一とする。また、本実施形態では、各リセットゲートの面積を、増幅ゲート13aの面積より小さくする。ただし、この際、増幅ゲート13aの面積と選択ゲート15aの面積との総和が、第1リセットゲート14aの面積と第2リセットゲート14bの面積との総和と略同じになるように、各ゲート及びソース/ドレインの面積及び形状を設定する。すなわち、第1トランジスタ群31におけるゲート及びソース/ドレインの占有面積が、それぞれ第2トランジスタ群32におけるゲート及びソース/ドレインの占有面積と略同じになるように、各ゲート及びソース/ドレインの面積及び形状を設定する。
上述のようにして各トランジスタ群を構成した場合、第1トランジスタ群31のレイアウト構成(第1のレイアウト構成:ゲート及びソース/ドレインのパターン及びサイズ)が、第2トランジスタ群32のレイアウト構成(第2のレイアウト構成)と略対称となる。より詳細には、図4に示すように、第1トランジスタ群31及び第2トランジスタ群32間の中心を通りかつ両トランジスタ群間の配置方向(Y方向)と直交する方向(X方向)に延在する直線L1に対して両トランジスタ群のレイアウト構成が互いに略対称になる。
それゆえ、本実施形態のCMOSイメージセンサ100では、第1トランジスタ群31及び第2トランジスタ群32間のレイアウ構成の非対称性により発生する上記問題を解消することができる。具体的には、各種トランジスタのゲート及び/又は各種ソース/ドレインの各フォトダイオードの出力(感度)への影響を、共有する複数のフォトダイオード間で略均一にすることができる。その結果、本実施形態の第1トランジスタ群31及び第2トランジスタ群32のレイアウト構成では、共有画素単位部110内の8つのフォトダイオード間における例えば感度(出力)等の特性のばらつきを抑制することができる。
なお、第1トランジスタ群のレイアウト構成と第2トランジスタ群のそれとの対称性を向上させる手法として、例えば、本実施形態の手法以外では、大きいサイズのトランジスタ群を小さいサイズのトランジスタ群に合わせて縮小する手法も考えられる。しかしながら、この手法では、画素を微細化する必要がある場合には、例えば、トランジスタの特性が悪化したり、プロセス加工が困難になったりするという問題が発生する。それに対して、本実施形態では、ゲート及びソース/ドレインの占有面積(サイズ)の小さいトランジスタ群において、トランジスタを追加して該占有面積を増加し、その占有面積を大きなサイズのトランジスタ群の占有面積を合わせる。それゆえ、本実施形態では、上記縮小手法で発生し得る問題も解消することができる。
また、本実施形態のように、2つのトランジスタ群間のレイアウト構成の対称性を向上させても、各トランジスタ群に接続される内部配線のレイアウトを非対称(例えば内部配線の間隔を不均一)にした場合、配線間容量にばらつきが生じる可能性もある。特に、転送ゲートに対して配線間容量にばらつきがあると、共有画素単位部内の複数のフォトダイオード間で飽和信号量にばらつきが発生する可能性もある。それゆえ、本実施形態では、各トランジスタ群に接続される内部配線のレイアウトも対称(例えば内部配線の間隔を均一)にすることが好ましい。
本実施形態では、第2トランジスタ群32に設けた2つのリセットトランジスタを両方ともトランジスタとして作用させる例を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、一方のリセットトランジスタの構成をトランジスタとして機能させない(作用しない)構成にしてもよい。この際、一方のリセットトランジスタをトランジスタとして機能させないようにする手法としては、例えば、該リセットトランジスタにコンタクトや配線などを接続しない手法(電気的に接続しない手法)、ゲートに駆動信号を与えない手法等を用いることができる。また、一方のリセットトランジスタをトランジスタとして機能させないようにする手法として、所定の定電圧をゲートに印加し、該リセットトランジスタを常時OFF状態にする手法を用いてもよい。
また、上記実施形態では、第1トランジスタ群31に、増幅トランジスタ13及び選択トランジスタ15を設け、第2トランジスタ群32にリセットトランジスタ14を設ける例を説明したが、本開示はこれに限定されない。各トランジスタ群に設けるトランジスタの種類(機能)の振り分けは、任意に設定することができる。例えば、第1トランジスタ群31に、増幅トランジスタ13及びリセットトランジスタ14を設け、第2トランジスタ群32に選択トランジスタ15を設けてもよい。ただし、一つの種類のトランジスタのみを配置するトランジスタ群では、図4と同様に、該トランジスタを一つ追加して、2つのトランジスタ群のレイアウト構成が互いに略対称となるように構成する。
<2.第1の実施形態の各種変形例>
本開示に係る共有画素単位部のレイアウト構成は、上記第1の実施形態(図4)で説明した構成例に限定されず、様々な変形例が考えられる。ここでは、上記第1の実施形態の共有画素単位部110のレイアウト構成の各種変形例を説明する。
[変形例1]
上記第1の実施形態では、共有する3つのトランジスタのうち、一種類のトランジスタ(リセットトランジスタ)を追加する例を説明したが、本開示はこれに限定されない。複数種のトランジスタにおいて、二種類以上のトランジスタを追加してもよい。変形例1では、その一構成例をして、共有する増幅トランジスタ13、リセットトランジスタ14及び選択トランジスタ15をそれぞれ一つずつ追加する例(合計3つのトランジスタを追加する例)を説明する。
図5に、変形例1のCMOSイメージセンサにおける共有画素単位部のレイアウト構成の概略平面図を示す。なお、図5に示す変形例1の共有画素単位部120において、図4に示す第1の実施形態の共有画素単位部110と同様の構成には同じ符号を付して示す。
共有画素単位部120は、8つの画素を共有する共有画素単位部であり、第1受光部21と、第2受光部22と、第1ウエルコンタクト23aと、第2ウエルコンタクト23bと、第1トランジスタ群33と、第2トランジスタ群34とで構成される。
図5と図4との比較から明らかなように、この例の共有画素単位部120は、上記第1の実施形態の共有画素単位部110において、第1トランジスタ群及び第2トランジスタ群の構成を変えたものである。この例における第1トランジスタ群33及び第2トランジスタ群34以外の構成は、上記第1の実施形態の対応する構成と同様である。それゆえ、ここでは、第1トランジスタ群33及び第2トランジスタ群34の構成についてのみ説明する。
第1トランジスタ群33は、図5に示すように、第1受光部21と第2受光部22との間に配置される。また、第2トランジスタ群34は、第2受光部22の周辺領域において、第2受光部22の第1トランジスタ群33の配置側とは反対側の領域に配置される。
なお、この例においても、上記第1の実施形態と同様に、各トランジスタ群は、横方向(図5中のX方向)に沿って、受光部の一方の端部付近の位置から他方の端部付近の位置まで延在して形成される。また、この際、この例では、横方向における第1トランジスタ群33の両端の位置が、それぞれ第2トランジスタ群34の両端の位置と略同じになるように、各トランジスタ群を配置する。
第1トランジスタ群33は、図5に示すように、第1の増幅トランジスタの第1増幅ゲート13cと、第1のリセットトランジスタの第1リセットゲート14cと、第1の選択トランジスタの第1選択ゲート15cとを有する。また、第1トランジスタ群33は、第1ソース/ドレイン33a〜第4ソース/ドレイン33dを有する。そして、第1ソース/ドレイン33a、第1リセットゲート14c、第2ソース/ドレイン33b、第1増幅ゲート13c、第3ソース/ドレイン33c、第1選択ゲート15c及び第4ソース/ドレイン33dは、横方向(X方向)に沿って、この順で配置される。なお、この際、第4ソース/ドレイン33dが、横方向(X方向)において、第1ウエルコンタクト23a側に位置するように、各ゲート及び各ソース/ドレインを配置する。
また、この例では、図5に示すように、上記第1の実施形態と同様に、第1増幅ゲート13cの面積を第1リセットゲート14c及び第1選択ゲート15cの面積より大きくする。具体的には、第1増幅ゲート13cの横方向(X方向)の延在長さを、第1リセットゲート14c及び第1選択ゲート15cのそれより長くする。さらに、この例では、横方向(X方向)において、第1リセットゲート14c及び第1選択ゲート15cを、第1増幅ゲート13cに対して略対称的な位置に配置する。
この例の第1トランジスタ群33では、第1ソース/ドレイン33a、第1リセットゲート14c及び第2ソース/ドレイン33bで第1のリセットトランジスタが構成される。そして、第1ソース/ドレイン33a及び第2ソース/ドレイン33bは、それぞれ、第1のリセットトランジスタのソース及びドレインとして作用する。
また、第1トランジスタ群33では、第2ソース/ドレイン33b、第1増幅ゲート13c及び第3ソース/ドレイン33cで第1の増幅トランジスタが構成される。そして、第2ソース/ドレイン33b及び第3ソース/ドレイン33cは、それぞれ、第1の増幅トランジスタのドレイン及びソースとして作用する。すなわち、第1トランジスタ群33内では、第2ソース/ドレイン33bは、第1のリセットトランジスタのドレイン及び第1の増幅トランジスタのドレインとして共用される。なお、この場合、第2ソース/ドレイン33bは、電源電圧Vddの供給端子に接続される。
さらに、第1トランジスタ群33では、第3ソース/ドレイン33c、第1選択ゲート15c及び第4ソース/ドレイン33dで第1の選択トランジスタが構成される。そして、第3ソース/ドレイン33c及び第4ソース/ドレイン33dは、それぞれ、第1の選択トランジスタのドレイン及びソースとして作用する。すなわち、第1トランジスタ群33内では、第3ソース/ドレイン33cは、第1の増幅トランジスタのソース及び第2の選択トランジスタのドレインとして共用される。
一方、第2トランジスタ群34は、図5に示すように、第2の増幅トランジスタの第2増幅ゲート13dと、第2のリセットトランジスタの第2リセットゲート14dと、第2の選択トランジスタの第2選択ゲート15dとを有する。また、第2トランジスタ群34は、第5ソース/ドレイン34a〜第8ソース/ドレイン34dを有する。そして、第5ソース/ドレイン34a、第2リセットゲート14d、第6ソース/ドレイン34b、第2増幅ゲート13d、第7ソース/ドレイン34c、第2選択ゲート15d及び第8ソース/ドレイン34dは、横方向(X方向)に沿って、この順で配置される。なお、この際、第8ソース/ドレイン34dが、横方向(X方向)において、第2ウエルコンタクト23b側に位置するように、各ゲート及び各ソース/ドレインを配置する。
なお、この例では、第2トランジスタ群34の第2増幅ゲート13d、第2リセットゲート14d及び第2選択ゲート15dを、それぞれ、第1トランジスタ群33の第1増幅ゲート13c、第1リセットゲート14c及び第1選択ゲート15cと同様に構成する。また、この例では、第2トランジスタ群34の第5ソース/ドレイン34a〜第8ソース/ドレイン34dを、それぞれ、第1トランジスタ群33の第1ソース/ドレイン33a〜第4ソース/ドレイン33dと同様に構成する。すなわち、この例では、第2トランジスタ群34の各種ゲート及び各種ソース/ドレインのレイアウトパターン及びサイズ(面積)は、第1トランジスタ群33のそれと同じになる。
なお、この例の共有画素単位部120では、図3に示す等価回路が得られるように、第1トランジスタ群33内の各種ゲート及び各種ソース/ドレインと、第2トランジスタ群34内のそれらとを図示しないコンタクト及び内部配線を用いて電気的に接続する。この際、第1トランジスタ群33内の第1の増幅トランジスタと、第2トランジスタ群34内の第2の増幅トランジスタとを、コンタクト及び内部配線(不図示)を介して並列接続する。また、第1トランジスタ群33内の第1のリセットトランジスタと、第2トランジスタ群34内の第2のリセットトランジスタとを、コンタクト及び内部配線(不図示)を介して並列接続する。さらに、第1トランジスタ群33内の第1の選択トランジスタと、第2トランジスタ群34内の第2の選択トランジスタとを、コンタクト及び内部配線(不図示)を介して並列接続する。
上述のようにして各トランジスタ群を構成した場合、この例においても、共有画素単位部120内において、第1トランジスタ群33のレイアウト構成が第2トランジスタ群34のそれと対称となる。ただし、この例では、第1トランジスタ群33の各種ゲート及び各種ソース/ドレインのサイズ(占有面積)だけでなく、レイアウトパターンも、第2トランジスタ群34のそれと同じになる。それゆえ、この例のCMOSイメージセンサにおいても、第1トランジスタ群33及び第2トランジスタ群34間のレイアウト構成の非対称性により発生する上記問題を解消することができ、上記第1の実施形態と同様の効果が得られる。
なお、この例においても、同じ機能を有する2つのトランジスタのうち、一方のトランジスタをトランジスタとして機能させないように構成してもよい。
また、この例では、第1トランジスタ群33の第2ソース/ドレイン33b及び第2トランジスタ群34の第6ソース/ドレイン34bを電源電圧Vddの供給端子に接続して、増幅トランジスタ13及びリセットトランジスタ14間で共用する例を説明した。しかしながら、本開示はこれに限定されない。第2ソース/ドレイン33b及び第6ソース/ドレイン34bを増幅トランジスタ13及びリセットトランジスタ14間で共用しない場合には、これらのソース/ドレインを2つに分割してもよい。この場合、分割された2つのソース/ドレインのうち、増幅ゲート側のソース/ドレインを増幅トランジスタ13のドレインとして用い、リセットゲート側のソース/ドレインをリセットトランジスタ14のソースとして用いてもよい。
[変形例2]
上述のように、2つのトランジスタ群間のレイアウト構成の非対称性により発生する問題の要因としては2つの要因(ゲートの影響及びソース/ドレインの影響)が考えられる。上記第1の実施形態では、この2つの要因による影響を、複数のフォトダイオード間で均一にすることができる構成であるが、本開示はこれに限定されず、2つの要因のうち、一方の要因による影響を、複数のフォトダイオード間で均一にする構成にしてもよい。変形例2では、フォトダイオードの出力特性(感度特性)に対するゲートの影響を、複数のフォトダイオード間で均一にする構成例を説明する。
図6に、変形例2のCMOSイメージセンサにおける共有画素単位部のレイアウト構成の概略平面図を示す。なお、図6に示す変形例2の共有画素単位部130において、図4に示す第1の実施形態の共有画素単位部110と同様の構成には同じ符号を付して示す。
共有画素単位部130は、8つの画素を共有する共有画素単位部であり、第1受光部21と、第2受光部22と、第1ウエルコンタクト23aと、第2ウエルコンタクト23bと、第1トランジスタ群31と、第2トランジスタ群35とで構成される。
図6と図4との比較から明らかなように、この例の共有画素単位部130は、上記第1の実施形態の共有画素単位部110において、第2トランジスタ群の構成を変えたものである。この例における第2トランジスタ群35以外の構成は、上記第1の実施形態の対応する構成と同様である。それゆえ、ここでは、第2トランジスタ群35の構成についてのみ説明する。
第2トランジスタ群35は、図6に示すように、第2受光部22の周辺領域において、第2受光部22の第1トランジスタ群31の配置側とは反対側の領域に配置される。また、第2トランジスタ群35は、リセットトランジスタ14のリセットゲート14eと、ダミーゲート35aと、第4ソース/ドレイン35bと、第5ソース/ドレイン35cとを有する。
そして、この例では、図6に示すように、第4ソース/ドレイン35b、リセットゲート14e、第5ソース/ドレイン35c及びダミーゲート35aは、横方向(X方向)に沿って、この順で配置される。この際、ダミーゲート35aが、横方向において、第5ソース/ドレイン35cと所定距離だけ離れて配置され、かつ、第2ウエルコンタクト23b側に位置するように、各ゲート及び各ソース/ドレインを配置する。また、この際、リセットゲート14e及びダミーゲート35aは、第2受光部22を間に挟んで、それぞれ第1トランジスタ群31の増幅ゲート13a及び選択ゲート15aと略対向する位置に配置される。
なお、第2トランジスタ群35では、第4ソース/ドレイン35b、リセットゲート14e及び第5ソース/ドレイン35cでリセットトランジスタ14が構成される。そして、第4ソース/ドレイン35bがリセットトランジスタ14のソース及びドレインの一方として作用し、第5ソース/ドレイン35cがリセットトランジスタ14のソース及びドレインの他方として作用する。
また、この例の共有画素単位部130では、図3に示す等価回路が得られるように、第1トランジスタ群31内の各種ゲート及び各種ソース/ドレインと、第2トランジスタ群35内のそれらとを図示しないコンタクト及び内部配線を用いて電気的に接続する。ただし、この例では、ダミーゲート35aには内部配線を接続せず、電気的に浮いた状態にする。
そして、この例では、ダミーゲート35aの面積をリセットゲート14eの面積と同程度とする。さらに、この例では、第1トランジスタ群31内の各種ゲートの面積の総和と、第2トランジスタ群35内の各種ゲートの面積の総和とが略同じになるように、ダミーゲート35a及びリセットゲート14eの面積及び形状を設定する。
上述のようにして各トランジスタ群を構成した場合、第1トランジスタ群31におけるゲートの占有面積と、第2トランジスタ群35におけるゲートの占有面積とが略対称となる。すなわち、この例においても、共有画素単位部130内において、第1トランジスタ群31のレイアウト構成が第2トランジスタ群35のそれと略対称となる。
この場合、ゲート付近に光が照射された際にゲートで発生する光の吸収及び/又は反射によるフォトダイオードの出力特性への影響を、共有する複数のフォトダイオード間で均一にすることができる。それゆえ、この例のCMOSイメージセンサにおいても、第1トランジスタ群31及び第2トランジスタ群35間のレイアウト構成の非対称性により発生する上記問題を解消することができ、上記第1の実施形態と同様の効果が得られる。
[変形例3]
変形例3では、フォトダイオードの出力特性(感度特性)に対するソース/ドレインの影響を、複数のフォトダイオード間で均一にする構成例を説明する。
図7に、変形例3のCMOSイメージセンサにおける共有画素単位部のレイアウト構成の概略平面図を示す。なお、図7に示す変形例3の共有画素単位部140において、図4に示す第1の実施形態の共有画素単位部110と同様の構成には同じ符号を付して示す。
共有画素単位部140は、8つの画素を共有する共有画素単位部であり、第1受光部21と、第2受光部22と、第1ウエルコンタクト23aと、第2ウエルコンタクト23bと、第1トランジスタ群31と、第2トランジスタ群36とで構成される。
図7と図4との比較から明らかなように、この例の共有画素単位部140は、上記第1の実施形態の共有画素単位部110において、第2トランジスタ群の構成を変えたものである。この例における第2トランジスタ群36以外の構成は、上記第1の実施形態の対応する構成と同様である。それゆえ、ここでは、第2トランジスタ群36の構成についてのみ説明する。
第2トランジスタ群36は、図7に示すように、第2受光部22の周辺領域において、第2受光部22の第1トランジスタ群31の配置側とは反対側の領域に配置される。また、各トランジスタ群は、横方向(X方向)に沿って、受光部の一方の端部付近の位置から他方の端部付近の位置まで延在して形成される。そして、横方向における第2トランジスタ群36の両端の位置が、それぞれ第1トランジスタ群31の両端の位置と略同じになるように、各トランジスタ群を配置する。
また、第2トランジスタ群36は、リセットトランジスタ14のリセットゲート14fと、第4ソース/ドレイン36aと、第5ソース/ドレイン36bとを有する。そして、第4ソース/ドレイン36a、リセットゲート14f及び第5ソース/ドレイン36bは、横方向(図7中のX方向)に沿って、この順で配置される。この際、第5ソース/ドレイン36bは、図7に示すように、横方向において、第2ウエルコンタクト23b側に位置するように、各ゲート及び各ソース/ドレインを配置する。また、この際、リセットゲート14fは、縦方向(Y方向)において、第8フォトダイオード118と略対向する領域に配置される。
なお、第2トランジスタ群36では、第4ソース/ドレイン36a、リセットゲート14f及び第5ソース/ドレイン36bでリセットトランジスタ14が構成される。そして、第4ソース/ドレイン36aがリセットトランジスタ14のソース及びドレインの一方として作用し、第5ソース/ドレイン36bがリセットトランジスタ14のソース及びドレインの他方として作用する。
また、この例の共有画素単位部140では、図3に示す等価回路が得られるように、第1トランジスタ群31内の各種ゲート及び各種ソース/ドレインと、第2トランジスタ群36内のそれらとを図示しないコンタクト及び内部配線を用いて電気的に接続する。
そして、この例では、第5ソース/ドレイン36bを、リセットゲート14fの第4ソース/ドレイン36a側とは反対側の端部から第2受光部22の第2ウエルコンタクト23b側の端部位置付近まで、横方向(図7中のX方向)に沿って延在して形成する。すなわち、この例では、縦方向(Y方向)において、第7フォトダイオード117と対向する第2トランジスタ群35内のトランジスタが形成されない領域には、ソース/ドレインのみを形成する。
上述のようにして各トランジスタ群を構成した場合、第1トランジスタ群31のソース/ドレインのレイアウトパターンと、第2トランジスタ群36のソース/ドレインのレイアウトパターンとが略対称となる。すなわち、この例においても、共有画素単位部140内において、第1トランジスタ群31のレイアウト構成が第2トランジスタ群36のそれと略対称となる。
この場合、ソース/ドレインによるフォトダイオードの出力特性(感度特性)への影響を、共有する複数のフォトダイオード間で均一にすることができる。それゆえ、この例のCMOSイメージセンサにおいても、第1トランジスタ群31及び第2トランジスタ群36間のレイアウト構成の非対称性により発生する上記問題を解消することができ、上記第1の実施形態と同様の効果が得られる。
[変形例4]
上記第1の実施形態では、リセットトランジスタを一つ追加することにより、第1トランジスタ群のレイアウト構成と第2トランジスタ群のそれとの対称性を向上させる例を説明したが、本開示はこれに限定されない。トランジスタを追加せずに、第1トランジスタ群のレイアウト構成と第2トランジスタ群のそれとの対称性を向上させる構成にしてもよい。変形例4では、その一例を説明する。
図8に、変形例4のCMOSイメージセンサにおける共有画素単位部のレイアウト構成の概略平面図を示す。なお、図8に示す変形例4の共有画素単位部150において、図4に示す第1の実施形態の共有画素単位部110と同様の構成には同じ符号を付して示す。
共有画素単位部150は、8つの画素を共有する共有画素単位部であり、第1受光部21と、第2受光部22と、第1ウエルコンタクト23aと、第2ウエルコンタクト23bと、第1トランジスタ群37と、第2トランジスタ群38とで構成される。
図8と図4との比較から明らかなように、この例の共有画素単位部150は、上記第1の実施形態の共有画素単位部110において、第1トランジスタ群及び第2トランジスタ群の構成を変えたものである。この例における第1トランジスタ群37及び第2トランジスタ群38以外の構成は、上記第1の実施形態の対応する構成と同様である。それゆえ、ここでは、第1トランジスタ群37及び第2トランジスタ群38の構成についてのみ説明する。
第1トランジスタ群37は、図8に示すように、第1受光部21と第2受光部22との間に配置される。また、第2トランジスタ群38は、第2受光部22の周辺領域において、第2受光部22の第1トランジスタ群37の配置側とは反対側の領域に配置される。また、各トランジスタ群は、横方向(X方向)に沿って、受光部の一方の端部付近の位置から他方の端部付近の位置まで延在して形成される。そして、横方向における第1トランジスタ群37の両端の位置が、それぞれ第2トランジスタ群38の両端の位置と略同じになるように、各トランジスタ群を配置する。
また、第1トランジスタ群37は、増幅トランジスタ13の増幅ゲート13gと、第1ソース/ドレイン37aと、第2ソース/ドレイン37bとを有する。そして、第1ソース/ドレイン37a、増幅ゲート13g及び第2ソース/ドレイン37bは、横方向(図8中のX方向)に沿って、この順で配置される。なお、この際、第2ソース/ドレイン37bが、横方向(図8中のX方向)において、第1ウエルコンタクト23a側に位置するように、各ゲート及び各ソース/ドレインを配置する。また、この例では、図8に示すように、増幅ゲート13gを第1トランジスタ群37の形成領域の略中央に配置する。
この例では、第1ソース/ドレイン37a、増幅ゲート13g及び第2ソース/ドレイン37bで増幅トランジスタ13が構成される。そして、第1ソース/ドレイン37a及び第2ソース/ドレイン37bの一方が、増幅トランジスタ13のソースとして作用し、他方がドレインとして作用する。
第2トランジスタ群38は、リセットトランジスタ14のリセットゲート14gと、選択トランジスタ15の選択ゲート15gと、第3ソース/ドレイン38a〜第6ソース/ドレイン38dとを有する。そして、第3ソース/ドレイン38a、リセットゲート14g、第4ソース/ドレイン38b、第5ソース/ドレイン38c、選択ゲート15g及び第6ソース/ドレイン38dは、横方向(図8中のX方向)に沿って、この順で配置される。
なお、この際、第4ソース/ドレイン38bは、図8に示すように、第5ソース/ドレイン38cと所定間隔離して配置される。また、この例では、第6ソース/ドレイン38dが、横方向(X方向)において、第2ウエルコンタクト23b側に位置するように、各ゲート及び各ソース/ドレインを配置する。さらに、この例では、リセットゲート14g及び選択ゲート15gは、縦方向(Y方向)において、それぞれ第8フォトダイオード118及び第7フォトダイオード117と略対向する位置に配置される。
第2トランジスタ群38では、第3ソース/ドレイン38a、リセットゲート14g及び第4ソース/ドレイン38bでリセットトランジスタ14が構成される。そして、第3ソース/ドレイン38a及び第4ソース/ドレイン38bの一方が、リセットトランジスタ14のソースとして作用し、他方がドレインとして作用する。また、第2トランジスタ群38では、第5ソース/ドレイン38c、選択ゲート15g及び第6ソース/ドレイン38dで選択トランジスタ15が構成される。そして、第5ソース/ドレイン38c及び第6ソース/ドレイン38dの一方が、選択トランジスタ15のソースとして作用し、他方がドレインとして作用する。また、この例では、リセットゲート14gの面積を選択ゲート15gの面積と同程度とする。
そして、この例では、増幅ゲート13gの面積を、第2トランジスタ群38内の各ゲート(リセットゲート14g,選択ゲート15g)の面積より大きくする。具体的には、増幅ゲート13gの横方向(図8中のX方向)の延在長さを、第2トランジスタ群38内の各ゲートのそれより長くする。ただし、この際、増幅ゲート13gの面積が第2トランジスタ群38内のリセットゲート14gの面積と選択ゲート15gの面積との総和と略同じになるように、増幅ゲート13gの面積及び形状を設定する。
上述のようにして各トランジスタ群を構成した場合、共有画素単位部150内において、第1トランジスタ群37におけるゲート(ソース/ドレイン)の占有面積と、第2トランジスタ群38におけるゲート(ソース/ドレイン)のそれとが略対称となる。すなわち、この例においても、第1トランジスタ群37のレイアウト構成が第2トランジスタ群38のそれと略対称となる。それゆえ、この例のCMOSイメージセンサにおいても、第1トランジスタ群37及び第2トランジスタ群38間のレイアウト構成の非対称性により発生する上記問題を解消することができ、上記第1の実施形態と同様の効果が得られる。
なお、この例では、第1トランジスタ群37に増幅トランジスタ13を設け、第2トランジスタ群38にリセットトランジスタ14及び選択トランジスタ15を設ける例を説明したが、本開示はこれに限定されない。各トランジスタ群に設けるトランジスタの種類(機能)の振り分けは、任意に設定することができる。例えば、第1トランジスタ群37に選択トランジスタ15を設け、第2トランジスタ群38に増幅トランジスタ13及びリセットトランジスタ14を設けてもよい。また、この例では第1トランジスタ群37に増幅トランジスタ13を一つ設ける例を説明したが、本開示はこれに限定されず、第1トランジスタ群37に複数の増幅トランジスタ13を設けてもよい。
<3.第2の実施形態>
第2の実施形態では、4トランジスタ型のCMOSイメージセンサにおいて、一つの共有画素単位部で4つの画素を共有する構成例について説明する。なお、本実施形態に係るCMOSイメージセンサの全体構成は、上記第1の実施形態(図1)と同様の構成であるので、ここでは、その説明を省略する。
[共有画素単位部の構成]
4トランジスタ型のCMOSイメージセンサにおいて4つの画素を共有する場合の共有画素単位部の構成を、図3を参照しながら説明する。4つの画素を共有する場合、図3中の一点鎖線で囲まれた領域の等価回路が共有画素単位部160の等価回路となる。
共有画素単位部160は、4つのフォトダイオード(第1フォトダイオード111〜第4フォトダイオード114)を備える。また、共有画素単位部160は、第1フォトダイオード111〜第4フォトダイオード114にそれぞれ対応して設けられた4つの転送トランジスタ(第1転送トランジスタ121〜第4転送トランジスタ124)を備える。さらに、共有画素単位部160は、4つの画素で共有される、増幅トランジスタ13、リセットトランジスタ14、選択トランジスタ15及びFD領域16を備える。
そして、共有画素単位部160では、図3に示すように、転送トランジスタ及びそれに対応するフォトダイオードからなる回路を4つ設け、該4つの回路がFD領域16及びグランド間に並列接続された構成となる。本実施形態において、FD領域16に接続される転送トランジスタ及びフォトダイオードからなる回路の数が上記第1の実施形態のそれと異なること以外の構成は、上記第1の実施形態の構成と同様である。それゆえ、ここでは、共有画素単位部160の等価回路における、各種フォトダイオード、各種トランジスタ及びFD領域16間の接続関係についての詳細な説明は省略する。
[共有画素単位部のレイアウト]
(1)共有画素単位部全体のレイアウト
図9に、本実施形態の共有画素単位部160のレイアウト構成の概略平面図を示す。なお、図9に示す共有画素単位部160のレイアウト構成において、図3に示す共有画素単位部160の等価回路内の構成に対応する構成には同じ符号を付して示す。
共有画素単位部160は、第1受光部41と、第2受光部42と、第1ウエルコンタクト23aと、第2ウエルコンタクト23bと、第1トランジスタ群51と、第2トランジスタ群52とで構成される。
本実施形態では、図9に示すように、共有画素単位部160内において、第1受光部41及び第2受光部42を縦方向(Y方向)に配列する。また、第1トランジスタ群51は、第1受光部41と第2受光部42との間に配置され、第2トランジスタ群52は、第2受光部42の周辺領域において、第2受光部42の第1トランジスタ群51の配置側とは反対側の領域に配置される。
また、本実施形態では、各トランジスタ群は、横方向(図9中のX方向)に沿って、受光部の一方の端部付近の位置から他方の端部付近の位置まで延在して形成される。この際、本実施形態では、横方向における第1トランジスタ群51の両端の位置が、それぞれ第2トランジスタ群52の両端の位置と略同じになるように、各トランジスタ群を配置する。
なお、本実施形態では、第1トランジスタ群51に増幅トランジスタ13及び選択トランジスタ15を配置し、第2トランジスタ群52にリセットトランジスタ14を配置する。また、本実施形態においても、4つの画素で共有されるFD領域16(フローティングディフュージョン部)を、各受光部にそれぞれ分けて設ける(第1FD領域16a及び第2FD領域16b)。
また、第1ウエルコンタクト23a及び第2ウエルコンタクト23bは、第1受光部41及び第2受光部42に対してそれぞれ設けられる。なお、第1ウエルコンタクト23aは、第1受光部41の周辺領域において、第1受光部41の横方向(図9中のX方向)の一方の側(図9では左側)の領域に配置され、かつ、第1FD領域16aと対向する位置に配置される。また、第2ウエルコンタクト23bは、第2受光部42の周辺領域において、第2受光部42の横方向(図9中のX方向)の一方の側(図9では左側)の領域に配置され、かつ、第2FD領域16bと対向する位置に配置される。ただし、各ウエルコンタクトの配置位置は、図9に示す例に限定されない。例えば、各ウエルコンタクトを、対応する受光部の周辺領域において、該受光部の横方向(図9中のX方向)の他方の側(図9では右側)の位置に配置し、かつ、対応する受光部内のFD領域と対向する位置に配置してもよい。
本実施形態のCMOSイメージセンサでは、上述のようにして、共有画素単位部160内の各部を配置し、かつ、図3に示す等価回路における各部の接続関係が満たされるように、各種コンタクト及び内部配線(不図示)を用いて各部を電気的に接続する。
なお、本実施形態では、後述のように、第2トランジスタ群52にリセットトランジスタを一つ追加する。しかしながら、本実施形態では、図9に示すように、第2ウエルコンタクト23bを第2トランジスタ群52の周辺に配置しないので、第2トランジスタ群52の形成領域内にリセットトランジスタを一つ追加するための領域を効率よく確保することができる。
(2)共有画素単位部の各部のレイアウト
次に、共有画素単位部160内の各部のレイアウト構成について、図9を参照しながら説明する。
第1受光部41は、縦方向(図9中のY方向)に配列された第1フォトダイオード111及び第2フォトダイオード112(光電変換部)と、それらにそれぞれ対応して設けられた第1転送トランジスタ121及び第2転送トランジスタ122(転送部)とを有する。また、第1受光部41は、2つの画素で共有される、第1FD領域16aを有する。なお、図9では、説明を簡略化するため、第1転送トランジスタ121及び第2転送トランジスタ122の各ゲート(第1転送ゲート121a及び第2転送ゲート122a)のみを図示する。
本実施形態では、第1FD領域16aは、図9に示すように、第1フォトダイオード111及び第2フォトダイオード112間の対向領域において、第1ウエルコンタクト23a側とは反対側の端部付近に配置される。また、第1転送ゲート121a及び第2転送ゲート122aは、第1フォトダイオード111及び第2フォトダイオード112と第1FD領域16aとの間にそれぞれ配置される。なお、この際、第1転送ゲート121a及び第2転送ゲート122aは、それぞれ、第1フォトダイオード111及び第2フォトダイオード112に直結して配置される。
第2受光部42は、縦方向(図9中のY方向)に配列された第3フォトダイオード113及び第4フォトダイオード114(光電変換部)と、それらにそれぞれ対応して設けられた第3転送トランジスタ123及び第4転送トランジスタ124(転送部)とを有する。また、第2受光部42は、2つの画素で共有される、第2FD領域16bを有する。なお、図9では、説明を簡略化するため、第3転送トランジスタ123及び第4転送トランジスタ124の各ゲート(第3転送ゲート123a及び第4転送ゲート124a)のみを図示する。
本実施形態では、第2FD領域16bは、図9に示すように、第3フォトダイオード113及び第4フォトダイオード114間の対向領域において、第2ウエルコンタクト23b側とは反対側の端部付近に配置される。また、第3転送ゲート123a及び第4転送ゲート124aは、第3フォトダイオード113及び第4フォトダイオード114と第2FD領域16bとの間にそれぞれ配置される。なお、この際、第3転送ゲート123a及び第4転送ゲート124aは、それぞれ、第3フォトダイオード113及び第4フォトダイオード114に直結して配置される。すなわち、第2受光部42を構成する各部の配置形態は、第1受光部41のそれと同様である。
第1トランジスタ群51は、増幅トランジスタ13の増幅ゲート13hと、選択トランジスタ15の選択ゲート15hと、第1ソース/ドレイン51a〜第3ソース/ドレイン51cとを有する。そして、本実施形態では、横方向(図9中のX方向)に沿って、第1ソース/ドレイン51a、増幅ゲート13h、第2ソース/ドレイン51b、選択ゲート15h及び第3ソース/ドレイン51cがこの順で配置される。なお、この際、第3ソース/ドレイン51cが、横方向において、第1ウエルコンタクト23a側に位置するように、各ゲート及び各ソース/ドレインを配置する。
第1トランジスタ群51では、第1ソース/ドレイン51a、増幅ゲート13h及び第2ソース/ドレイン51bで増幅トランジスタ13が構成される。そして、第1ソース/ドレイン51a及び第2ソース/ドレイン51bは、それぞれ、増幅トランジスタ13のドレイン及びソースとして作用する。また、第1トランジスタ群51では、第2ソース/ドレイン51b、選択ゲート15h及び第3ソース/ドレイン51cで選択トランジスタ15が構成される。そして、第2ソース/ドレイン51b及び第3ソース/ドレイン51cは、それぞれ、選択トランジスタ15のドレイン及びソースとして作用する。すなわち、第1トランジスタ群51内では、第2ソース/ドレイン51bは、増幅トランジスタ13のソース及び選択トランジスタ15のドレインとして共用される。
なお、本実施形態では、図9に示すように、増幅ゲート13hの面積を選択ゲート15hの面積より大きくする。具体的には、増幅ゲート13hの横方向(X方向)の延在長さを、選択ゲート15hのそれより長くする。
第2トランジスタ群52は、2つのリセットトランジスタで構成し、2つのリセットトランジスタを横方向(図9中のX方向)に沿って配置する。すなわち、本実施形態では、上記第1の実施形態と同様に、リセットトランジスタを一つ追加する。
第2トランジスタ群52は、第1のリセットトランジスタの第1リセットゲート14hと、第2のリセットトランジスタの第2リセットゲート14iと、第4ソース/ドレイン52a〜第6ソース/ドレイン52cとを有する。そして、本実施形態では、横方向(図9中のX方向)に沿って、第4ソース/ドレイン52a、第1リセットゲート14h、第5ソース/ドレイン52b、第2リセットゲート14i及び第6ソース/ドレイン52cがこの順で配置される。なお、この際、第6ソース/ドレイン52cが、横方向において、第2ウエルコンタクト23b側に位置するように、各ゲート及び各ソース/ドレインを配置する。
第2トランジスタ群52では、第4ソース/ドレイン52a、第1リセットゲート14h及び第5ソース/ドレイン52bで第1のリセットトランジスタが構成される。また、第2トランジスタ群52では、第5ソース/ドレイン52b、第2リセットゲート14i及び第6ソース/ドレイン52cで第2のリセットトランジスタが構成される。
なお、本実施形態では、2つのリセットトランジスタを電源電圧Vdd及びFD領域16間において並列接続する。それゆえ、第2トランジスタ群52では、第5ソース/ドレイン52bが2つのリセットトランジスタのソース又はドレインとして共用される。そして、第5ソース/ドレイン52bを2つのリセットトランジスタのソースとして用いた場合には、第4ソース/ドレイン52a及び第6ソース/ドレイン52cは、ドレインとして作用する。逆に、第5ソース/ドレイン52bを2つのリセットトランジスタのドレインとして用いた場合には、第4ソース/ドレイン52a及び第6ソース/ドレイン52cは、ソースとして作用する。
そして、本実施形態では、第1リセットゲート14hの面積を、第2リセットゲート14iの面積と同一とする。また、本実施形態では、各リセットゲートの面積を、増幅ゲート13hの面積より小さくする。ただし、この際、増幅ゲート13hの面積と選択ゲート15hの面積との総和が、第1リセットゲート14hの面積と第2リセットゲート14iの面積との総和と略同じになるように、各ゲート及びソース/ドレインの面積及び形状を設定する。すなわち、第1トランジスタ群31におけるゲート及びソース/ドレインの占有面積が、それぞれ第2トランジスタ群32におけるゲート及びソース/ドレインの占有面積と略同じになるように、各ゲート及びソース/ドレインの面積及び形状を設定する。
上述のようにして各トランジスタ群を構成した場合、第1トランジスタ群51のレイアウト構成(第1のレイアウト構成:ゲート及びソース/ドレインのパターン及びサイズ)が、第2トランジスタ群52のレイアウト構成(第2のレイアウト構成)と略対称となる。より詳細には、図9に示すように、第1トランジスタ群51及び第2トランジスタ群52間の中心を通りかつ両トランジスタ群間の配置方向(Y方向)と直交する方向(X方向)に延在する直線L2に対して両トランジスタ群のレイアウト構成が互いに略対称になる。
それゆえ、本実施形態では、第1トランジスタ群51及び第2トランジスタ群52間のレイアウト構成の非対称性により発生する上記問題を解消することができ、上記第1の実施形態と同様の効果が得られる。
なお、本実施形態においても、第2トランジスタ群52に設けた2つのリセットトランジスタのうち、一方のリセットトランジスタの構成をトランジスタとして機能させないような構成にしてもよい。また、本実施形態においても、各トランジスタ群に設けるトランジスタの種類(機能)の振り分けは、任意に設定することができる。ただし、一つの種類のトランジスタのみが配置されるトランジスタ群では、図9と同様に、該トランジスタを一つ追加して、2つのトランジスタ群のレイアウト構成が互いに略対称となるように構成する。
さらに、本実施形態の共有画素単位部160のレイアウト構成は、図9に示す例に限定されない。例えば、本実施形態の共有画素単位部160の各トランジスタ群のレイアウト構成に、上記変形例1〜4(図5〜8)で説明した各トランジスタ群のレイアウト構成を適用してもよい。
<4.第3の実施形態>
第3の実施形態では、4トランジスタ型のCMOSイメージセンサにおいて、一つの共有画素単位部で2つの画素を共有する構成例について説明する。なお、本実施形態に係るCMOSイメージセンサの全体構成は、上記第1の実施形態(図1)と同様の構成であるので、ここでは、その説明を省略する。
[共有画素単位部の構成]
4トランジスタ型のCMOSイメージセンサにおいて2つの画素を共有する場合の共有画素単位部の構成を、図3を参照しながら説明する。2つの画素を共有する場合、図3中の点線で囲まれた領域の等価回路が共有画素単位部170の等価回路となる。
共有画素単位部170は、2つのフォトダイオード(第1フォトダイオード111及び第2フォトダイオード112)を備える。また、共有画素単位部170は、第1フォトダイオード111及び第2フォトダイオード112にそれぞれ対応して設けられた2つの転送トランジスタ(第1転送トランジスタ121及び第2転送トランジスタ122)を備える。さらに、共有画素単位部170は、2つの画素で共有される、増幅トランジスタ13、リセットトランジスタ14、選択トランジスタ15及びFD領域16を備える。
そして、共有画素単位部170では、図3に示すように、転送トランジスタ及びそれに対応するフォトダイオードからなる回路を2つ設け、該2つの回路がFD領域16及びグランド間に並列接続された構成となる。本実施形態において、FD領域16に接続される転送トランジスタ及びフォトダイオードからなる回路の数が上記第1の実施形態のそれと異なること以外の構成は、上記第1の実施形態の構成と同様である。それゆえ、ここでは、共有画素単位部170の等価回路における、各種フォトダイオード、各種トランジスタ及びFD領域16間の接続関係についての詳細な説明は省略する。
[共有画素単位部のレイアウト]
(1)共有画素単位部全体のレイアウト
図10に、本実施形態の共有画素単位部170のレイアウト構成の概略平面図を示す。なお、図10に示す共有画素単位部170のレイアウト構成において、図3に示す共有画素単位部170の等価回路内の構成に対応する構成には同じ符号を付して示す。
共有画素単位部170は、受光部60と、ウエルコンタクト23と、第1トランジスタ群61と、第2トランジスタ群62とで構成される。すなわち、本実施形態の共有画素単位部170内には、ウエルコンタクト23及び受光部60をそれぞれ一つずつ設ける。
また、本実施形態では、受光部60の横方向(図10中のX方向)において、ウエルコンタクト23は、受光部60の一方の側(図10では左側)の周辺領域に配置され、各トランジスタ群は、受光部60の他方の側(図10では右側)の周辺領域に配置される。この際、ウエルコンタクト23は、受光部60内のFD領域16と対向する位置に配置される。ただし、ウエルコンタクト23及び各トランジスタ群の配置位置は、図10に示す例に限定されず、受光部60に対するウエルコンタクト23と各トランジスタ群との配置関係が、図10に示す配置関係と逆になっていてもよい。
第1トランジスタ群61及び第2トランジスタ群62は、受光部60の縦方向(図10中のY方向)に沿って、互いに所定間隔、離して配置される。そして、この際、第1トランジスタ群61及び第2トランジスタ群62はそれぞれ、受光部60の第1フォトダイオード111及び第2フォトダイオード112と対向する位置に配置される。
なお、各トランジスタ群は、縦方向(図10中のY方向)に沿って、対応するフォトダイオードの一方の端部付近の位置から他方の端部付近の位置まで延在して形成される。また、本実施形態では、第1トランジスタ群61に増幅トランジスタ13及び選択トランジスタ15を配置し、第2トランジスタ群62にリセットトランジスタ14を配置する。
本実施形態のCMOSイメージセンサでは、上述のようにして、共有画素単位部170内の各部を配置し、かつ、図3に示す等価回路における各部の接続関係が満たされるように、各種コンタクト及び内部配線(不図示)を用いて各部を電気的に接続する。
なお、本実施形態では、後述のように、第2トランジスタ群62にリセットトランジスタを一つ追加する。しかしながら、本実施形態では、図10に示すように、ウエルコンタクト23をトランジスタ群の周辺に配置しないので、第2トランジスタ群62の形成領域内にリセットトランジスタを一つ追加するための領域を効率よく確保することができる。
(2)共有画素単位部の各部のレイアウト
次に、共有画素単位部170内の各部のレイアウト構成について、図10を参照しながら説明する。
受光部60は、縦方向(図10中のY方向)に配列された第1フォトダイオード111及び第2フォトダイオード112(光電変換部)と、それらにそれぞれ対応して設けられた第1転送トランジスタ121及び第2転送トランジスタ122(転送部)とを有する。また、受光部60は、2つの画素で共有されるFD領域16(フローティングディフュージョン部)を有する。なお、図10では、説明を簡略化するため、第1転送トランジスタ121及び第2転送トランジスタ122の各ゲート(第1転送ゲート121a及び第2転送ゲート122a)のみを図示する。
本実施形態では、FD領域16は、第1フォトダイオード111及び第2フォトダイオード112間の対向領域において、ウエルコンタクト23側とは反対側の端部付近に配置される。また、第1転送ゲート121a及び第2転送ゲート122aは、第1フォトダイオード111及び第2フォトダイオード112とFD領域16との間にそれぞれ配置される。なお、この際、第1転送ゲート121a及び第2転送ゲート122aは、それぞれ、第1フォトダイオード111及び第2フォトダイオード112に直結して配置される。
第1トランジスタ群61は、増幅トランジスタ13の増幅ゲート13jと、選択トランジスタ15の選択ゲート15jと、第1ソース/ドレイン61a〜第3ソース/ドレイン61cとを有する。そして、本実施形態では、縦方向(図10中のY方向)に沿って、第1ソース/ドレイン61a、増幅ゲート13j、第2ソース/ドレイン61b、選択ゲート15j及び第3ソース/ドレイン61cがこの順で配置される。なお、この際、第1ソース/ドレイン61aが、縦方向において、FD領域16側に位置するように、各ゲート及び各ソース/ドレインを配置する。
第1トランジスタ群61では、第1ソース/ドレイン61a、増幅ゲート13j及び第2ソース/ドレイン61bで増幅トランジスタ13が構成される。そして、第1ソース/ドレイン61a及び第2ソース/ドレイン61bは、それぞれ、増幅トランジスタ13のドレイン及びソースとして作用する。また、第1トランジスタ群61では、第2ソース/ドレイン61b、選択ゲート15j及び第3ソース/ドレイン61cで選択トランジスタ15が構成される。そして、第2ソース/ドレイン61b及び第3ソース/ドレイン61cは、それぞれ、選択トランジスタ15のドレイン及びソースとして作用する。すなわち、第1トランジスタ群61内では、第2ソース/ドレイン61bは、増幅トランジスタ13のソース及び選択トランジスタ15のドレインとして共用される。
なお、本実施形態では、図10に示すように、増幅ゲート13jの面積を選択ゲート15jの面積より大きくする。具体的には、増幅ゲート13jの縦方向(Y方向)の延在長さを、選択ゲート15jのそれより長くする。
第2トランジスタ群62は、2つのリセットトランジスタで構成し、2つのリセットトランジスタを縦方向(図10中のY方向)に沿って配置する。すなわち、本実施形態では、上記第1の実施形態と同様に、リセットトランジスタを一つ追加する。
第2トランジスタ群62は、第1のリセットトランジスタの第1リセットゲート14jと、第2のリセットトランジスタの第2リセットゲート14kと、第4ソース/ドレイン62a〜第6ソース/ドレイン62cとを有する。そして、本実施形態では、縦方向(図10中のY方向)に沿って、第4ソース/ドレイン62a、第1リセットゲート14j、第5ソース/ドレイン62b、第2リセットゲート14k及び第6ソース/ドレイン62cがこの順で配置される。なお、この際、第6ソース/ドレイン62cが、縦方向において、FD領域16側に位置するように、各ゲート及び各ソース/ドレインを配置する。
第2トランジスタ群62では、第4ソース/ドレイン62a、第1リセットゲート14j及び第5ソース/ドレイン62bで第1のリセットトランジスタが構成される。また、第2トランジスタ群62では、第5ソース/ドレイン62b、第2リセットゲート14k及び第6ソース/ドレイン62cで第2のリセットトランジスタが構成される。
なお、本実施形態では、2つのリセットトランジスタを電源電圧Vdd及びFD領域16間において並列接続する。それゆえ、第2トランジスタ群62では、第5ソース/ドレイン62bが2つのリセットトランジスタのソース又はドレインとして共有される。そして、第5ソース/ドレイン62bを2つのリセットトランジスタのソースとして用いた場合には、第4ソース/ドレイン62a及び第6ソース/ドレイン62cは、ドレインとして作用する。逆に、第5ソース/ドレイン62bを2つのリセットトランジスタのドレインとして用いた場合には、第4ソース/ドレイン62a及び第6ソース/ドレイン62cは、ソースとして作用する。
そして、本実施形態では、第1リセットゲート14jの面積を、第2リセットゲート14kの面積と同一とする。また、本実施形態では、各リセットゲートの面積を、増幅ゲート13jの面積より小さくする。ただし、この際、増幅ゲート13jの面積と選択ゲート15jの面積との総和が、第1リセットゲート14jの面積と第2リセットゲート14kの面積との総和と略同じになるように、各ゲート及びソース/ドレインの面積及び形状を設定する。すなわち、第1トランジスタ群61におけるゲート及びソース/ドレインの占有面積が、それぞれ第2トランジスタ群62におけるゲート及びソース/ドレインの占有面積と略同じになるように、各ゲート及びソース/ドレインの面積及び形状を設定する。
上述のようにして各トランジスタ群を構成した場合、第1トランジスタ群61のレイアウト構成(第1のレイアウト構成:ゲート及びソース/ドレインのパターン及びサイズ)が、第2トランジスタ群62のレイアウト構成(第2のレイアウト構成)と略対称となる。より詳細には、図10に示すように、第1トランジスタ群61及び第2トランジスタ群62間の中心を通りかつ両トランジスタ群間の配置方向(Y方向)と直交する方向(X方向)に延在する直線L3に対して両トランジスタ群のレイアウト構成が互いに略対称になる。
それゆえ、本実施形態では、第1トランジスタ群61及び第2トランジスタ群62間のレイアウト構成の非対称性により発生する上記問題を解消することができ、上記第1の実施形態と同様の効果が得られる。
なお、本実施形態においても、第2トランジスタ群62に設けた2つのリセットトランジスタのうち、一方のリセットトランジスタの構成をトランジスタとして機能させないような構成にしてもよい。また、本実施形態においても、各トランジスタ群に設けるトランジスタの種類(機能)の振り分けは、任意に設定することができる。ただし、一つの種類のトランジスタのみが配置されるトランジスタ群では、図10と同様に、該トランジスタを一つ追加して、2つのトランジスタ群のレイアウト構成が互いに略対称となるように構成する。
さらに、本実施形態の共有画素単位部170のレイアウト構成は、図10に示す例に限定されない。例えば、本実施形態の共有画素単位部170の各トランジスタ群のレイアウト構成に、上記変形例1〜4(図5〜8)で説明した各トランジスタ群のレイアウト構成を適用してもよい。
<5.第4の実施形態>
上記第1〜3の実施形態では、4トランジスタ型の裏面照射型CMOSイメージセンサの構成例について説明したが、第4の実施形態では、3トランジスタ型の裏面照射型CMOSイメージセンサの構成例について説明する。なお、本実施形態に係るCMOSイメージセンサの全体構成は、上記第1の実施形態(図1)と同様の構成であるので、ここでは、その説明を省略する。
[共有画素単位部の構成]
まず、本実施形態の共有画素単位部の構成を説明する前に、比較のため、3トランジスタ型のCMOSイメージセンサにおいて、画素共有技術を用いない場合の各画素の構成を説明する。図11に、画素共有技術を用いない場合の画素の等価回路を示す。なお、図11に示す画素80の等価回路において、図2に示す4トランジスタ型のCMOSイメージセンサの画素10の等価回路と同様の構成には同じ符号を付して示す。
3トランジスタ型のCMOSイメージセンサでは、画素80は、フォトダイオード11、転送トランジスタ12、増幅トランジスタ13、リセットトランジスタ14及びFD領域16を備える。図11と図2との比較から明らかなように、3トランジスタ型のCMOSイメージセンサの画素80の構成は、図2に示す4トランジスタ型のCMOSイメージセンサの画素10において、選択トランジスタ15を省略した構成である。
画素80において、選択トランジスタ15を省略したこと以外の構成は、4トランジスタ型のCMOSイメージセンサの画素10のそれと同様である。また、画素を構成するフォトダイオード11、FD領域16及び各種トランジスタも、4トランジスタ型のCMOSイメージセンサの画素10の対応するそれらと同様の構成である。なお、3トランジスタ型のCMOSイメージセンサでは、画素80の選択及び非選択の区別はFD領域16の電位によって行われる。
次に、3トランジスタ型のCMOSイメージセンサにおいて、画素共有技術を用いた場合の共有画素単位部の構成を説明する。図12に、3トランジスタ型のCMOSイメージセンサにおける共有画素単位部の等価回路を示す。なお、図12には、一つの共有画素単位部200で8つの画素を共有する例を示す。また、図12に示す共有画素単位部200において、図11に示す画素80と同様の構成には、同じ符号を付して示す。
共有画素単位部200は、8つのフォトダイオード(第1フォトダイオード111〜第8フォトダイオード118)を備える。また、共有画素単位部200は、第1フォトダイオード111〜第8フォトダイオード118にそれぞれ対応して設けられた8つの転送トランジスタ(第1転送トランジスタ121〜第8転送トランジスタ128)を備える。さらに、共有画素単位部200は、8つの画素で共有される、増幅トランジスタ13、リセットトランジスタ14及びFD領域16を備える。
図12と図3との比較から明らかなように、3トランジスタ型のCMOSイメージセンサの共有画素単位部200の構成は、図3に示す4トランジスタ型のCMOSイメージセンサの共有画素単位部110において、選択トランジスタ15を省略した構成である。共有画素単位部200において、選択トランジスタ15を省略したこと以外の構成は、4トランジスタ型のCMOSイメージセンサの共有画素単位部110のそれと同様である。それゆえ、ここでは、共有画素単位部200の等価回路における、各種フォトダイオード、各種トランジスタ及びFD領域16間の接続関係についての詳細な説明は省略する。
[共有画素単位部のレイアウト]
(1)共有画素単位部全体のレイアウト
図13に、本実施形態の共有画素単位部200のレイアウト構成の概略平面図を示す。なお、図13に示す共有画素単位部200のレイアウト構成において、図12に示す共有画素単位部200の等価回路内の構成に対応する構成には同じ符号を付して示す。また、図13に示す共有画素単位部200のレイアウト構成において、図4に示す第1の実施形態の共有画素単位部110と同様の構成には同じ符号を付して示す。
共有画素単位部200は、第1受光部21と、第2受光部22と、第1ウエルコンタクト23aと、第2ウエルコンタクト23bと、第1トランジスタ群71と、第2トランジスタ群32とで構成される。
図13と図4との比較から明らかなように、本実施形態の第1受光部21、第2受光部22、第1ウエルコンタクト23a及び第2ウエルコンタクト23bの構成は、上記第1の実施形態の対応する各部の構成と同様である。それゆえ、ここでは、これらの各部のレイアウト構成の説明は省略する。
本実施形態のCMOSイメージセンサは3トランジスタ型のCMOSイメージセンサであるので、上記第1の実施形態のように共有画素単位部200には選択トランジスタを設けない。それゆえ、本実施形態では、第1トランジスタ群71に増幅トランジスタ13を配置し、第2トランジスタ群32にリセットトランジスタ14を配置する。
第1トランジスタ群71は、図13に示すように、上記第1の実施形態と同様に、第1受光部21と第2受光部22との間に配置される。また、第2トランジスタ群32は、第2受光部22の周辺領域において、第2受光部22の第1トランジスタ群71の配置側とは反対側の領域に配置される。
なお、本実施形態においても、上記第1の実施形態と同様に、各トランジスタ群は、横方向(図13中のX方向)に沿って、対応する受光部の一方の端部付近の位置から他方の端部付近の位置まで延在して形成される。また、この際、本実施形態では、横方向における第1トランジスタ群71の両端の位置が、それぞれ第2トランジスタ群32の両端の位置と略同じになるように、各トランジスタ群を配置する。
本実施形態のCMOSイメージセンサでは、上述のようにして、共有画素単位部200内の各部を配置し、かつ、図12に示す等価回路における各部の接続関係が満たされるように、各種コンタクト及び内部配線(不図示)を用いて各部を電気的に接続する。
(2)共有画素単位部の各部のレイアウト
次に、共有画素単位部200内の各部のレイアウト構成について、図13を参照しながら説明する。
第2トランジスタ群32は、上記第1の実施形態のそれと同様の構成であり、2つのリセットトランジスタで構成する。すなわち、本実施形態では、上記第1の実施形態と同様に、リセットトランジスタを一つ追加する。そして、2つのリセットトランジスタを横方向(図13中のX方向)に沿って配置する。
第1トランジスタ群71は、一つの増幅トランジスタ13で構成され、増幅トランジスタ13の増幅ゲート13mと、第1ソース/ドレイン71aと、第2ソース/ドレイン71bとを有する。そして、第1ソース/ドレイン71a、増幅ゲート13m及び第2ソース/ドレイン71bは、横方向(図13中のX方向)に沿って、この順で配置される。なお、この際、第2ソース/ドレイン71bが、横方向において、第1ウエルコンタクト23a側に位置するように、各ゲート及び各ソース/ドレインを配置する。また、この際、増幅ゲート13mは、第1トランジスタ群71の形成領域の略中央に配置される。
第1トランジスタ群71では、第1ソース/ドレイン71a、増幅ゲート13m及び第2ソース/ドレイン71bで増幅トランジスタ13が構成される。なお、第1トランジスタ群71では、第1ソース/ドレイン71a及び第2ソース/ドレイン71bの一方が、増幅トランジスタ13のソースとして作用し、他方がドレインとして作用する。
そして、本実施形態では、増幅ゲート13mの面積を、第2トランジスタ群32内の各リセットゲートの面積より大きくする。具体的には、増幅ゲート13mの横方向(図13中のX方向)の延在長さを、各リセットゲートのそれより長くする。ただし、この際、増幅ゲート13mの面積が、第2トランジスタ群32内の第1リセットゲート14aの面積と第2リセットゲート14bの面積との総和と略同じになるように、増幅ゲート13mの面積及び形状を設定する。すなわち、第1トランジスタ群71におけるゲート及びソース/ドレインの占有面積が、それぞれ第2トランジスタ群32におけるゲート及びソース/ドレインの占有面積と略同じになるように、各ゲート及びソース/ドレインの面積及び形状を設定する。
上述のようにして各トランジスタ群を構成した場合、本実施形態においても、上記第1の実施形態と同様に、第1トランジスタ群71のレイアウト構成(第1のレイアウト構成)が、第2トランジスタ群32のレイアウト構成(第2のレイアウト構成)と略対称となる。それゆえ、本実施形態では、第1トランジスタ群71及び第2トランジスタ群32間のレイアウト構成の非対称性により発生する上記問題を解消することができ、上記第1の実施形態と同様の効果が得られる。
なお、本実施形態においても、第2トランジスタ群32に設けた2つのリセットトランジスタのうち、一方のリセットトランジスタの構成をトランジスタとして機能させないような構成にしてもよい。また、本実施形態の共有画素単位部200のレイアウト構成は、図13に示す例に限定されない。例えば、本実施形態の共有画素単位部200の各トランジスタ群のレイアウト構成に、上記変形例1〜3(図5〜7)で説明した各トランジスタ群のレイアウト構成を適用してもよい。また、本実施形態では、第1トランジスタ群71に増幅トランジスタ13を一つ設ける例を説明したが、本開示はこれに限定されず、第1トランジスタ群71に複数の増幅トランジスタ13を設けてもよい。
<6.第5の実施形態>
第5の実施形態では、3トランジスタ型のCMOSイメージセンサにおいて、一つの共有画素単位部で4つの画素を共有する構成例について説明する。なお、本実施形態に係るCMOSイメージセンサの全体構成は、上記第1の実施形態(図1)と同様の構成であるので、ここでは、その説明を省略する。
[共有画素単位部の構成]
3トランジスタ型のCMOSイメージセンサにおいて4つの画素を共有する場合の共有画素単位部の構成を、図12を参照しながら説明する。4つの画素を共有する場合、図12中の一点鎖線で囲まれた領域の等価回路が共有画素単位部220の等価回路となる。
共有画素単位部220は、4つのフォトダイオード(第1フォトダイオード111〜第4フォトダイオード114)を備える。また、共有画素単位部220は、第1フォトダイオード111〜第4フォトダイオード114にそれぞれ対応して設けられた4つの転送トランジスタ(第1転送トランジスタ121〜第4転送トランジスタ124)を備える。さらに、共有画素単位部220は、4つの画素で共有される、増幅トランジスタ13、リセットトランジスタ14及びFD領域16を備える。
そして、共有画素単位部220では、図12に示すように、転送トランジスタ及びそれに対応するフォトダイオードからなる回路を4つ設け、該4つの回路がFD領域16及びグランド間に並列接続された構成となる。本実施形態において、FD領域16に接続される転送トランジスタ及びフォトダイオードからなる回路の数が上記第4の実施形態のそれと異なること以外の構成は、上記第4の実施形態の構成と同様である。それゆえ、ここでは、共有画素単位部220の等価回路における、各種フォトダイオード、各種トランジスタ及びFD領域16間の接続関係についての詳細な説明は省略する。
[共有画素単位部のレイアウト]
(1)共有画素単位部全体のレイアウト
図14に、本実施形態の共有画素単位部220のレイアウト構成の概略平面図を示す。なお、図14に示す共有画素単位部220のレイアウト構成において、図12に示す共有画素単位部220の等価回路内の構成に対応する構成には同じ符号を付して示す。また、図14に示す本実施形態の共有画素単位部220において、図9に示す上記第2の実施形態の共有画素単位部160と同様の構成には同じ符号を付して示す。
共有画素単位部220は、第1受光部41と、第2受光部42と、第1ウエルコンタクト23aと、第2ウエルコンタクト23bと、第1トランジスタ群72と、第2トランジスタ群52とで構成される。
図14と図9との比較から明らかなように、本実施形態の第1受光部41、第2受光部42、第1ウエルコンタクト23a及び第2ウエルコンタクト23bの構成は、上記第2の実施形態の対応する各部の構成と同様である。それゆえ、ここでは、これらの各部の構成の説明は省略する。なお、本実施形態では、第1トランジスタ群72に増幅トランジスタ13を配置し、第2トランジスタ群52にリセットトランジスタ14を配置する。
第1トランジスタ群72は、図14に示すように、上記第2の実施形態と同様に、第1受光部41と第2受光部42との間に配置される。また、第2トランジスタ群52は、第2受光部42の周辺領域において、第2受光部42の第1トランジスタ群72の配置側とは反対側の領域に配置される。
なお、本実施形態では、上記第2の実施形態と同様に、各トランジスタ群は、横方向(図14中のX方向)に沿って、受光部の一方の端部付近の位置から他方の端部付近の位置まで延在して形成される。また、この際、本実施形態では、横方向における第1トランジスタ群72の両端の位置が、それぞれ第2トランジスタ群52の両端の位置と略同じになるように、各トランジスタ群を配置する。
本実施形態のCMOSイメージセンサでは、上述のようにして、共有画素単位部220内の各部を配置し、かつ、図12に示す等価回路における各部の接続関係が満たされるように、各種コンタクト及び内部配線(不図示)を用いて各部を電気的に接続する。
(2)共有画素単位部の各部のレイアウト
次に、共有画素単位部220内の各部のレイアウト構成について、図14を参照しながら説明する。
第2トランジスタ群52は、上記第2の実施形態のそれと同様の構成であり、2つのリセットトランジスタで構成する。すなわち、本実施形態では、上記第2の実施形態と同様に、リセットトランジスタを一つ追加する。そして、2つのリセットトランジスタを横方向(図14中のX方向)に沿って配置する。
第1トランジスタ群72は、一つの増幅トランジスタ13で構成され、増幅トランジスタ13の増幅ゲート13nと、第1ソース/ドレイン72aと、第2ソース/ドレイン72bとを有する。そして、第1ソース/ドレイン72a、増幅ゲート13n及び第2ソース/ドレイン72bは、横方向(図14中のX方向)に沿って、この順で配置される。なお、この際、第2ソース/ドレイン72bが、横方向において、第1ウエルコンタクト23a側に位置するように、各ゲート及び各ソース/ドレインを配置する。また、この際、増幅ゲート13nは、第1トランジスタ群72の形成領域の略中央に配置される。
第1トランジスタ群72では、第1ソース/ドレイン72a、増幅ゲート13n及び第2ソース/ドレイン72bで増幅トランジスタ13が構成される。なお、第1トランジスタ群72では、第1ソース/ドレイン72a及び第2ソース/ドレイン72bの一方が、増幅トランジスタ13のソースとして作用し、他方がドレインとして作用する。
そして、本実施形態では、増幅ゲート13nの面積を、第2トランジスタ群52内の各リセットゲートの面積より大きくする。具体的には、増幅ゲート13nの横方向(図14中のX方向)の延在長さを、各リセットゲートのそれより長くする。ただし、この際、増幅ゲート13nの面積が、第2トランジスタ群52内の第1リセットゲート14hの面積と第2リセットゲート14iの面積との総和と略同じになるように、増幅ゲート13nの面積及び形状を設定する。すなわち、第1トランジスタ群72におけるゲート及びソース/ドレインの占有面積が、それぞれ第2トランジスタ群52におけるゲート及びソース/ドレインの占有面積と略同じになるように、各ゲート及びソース/ドレインの面積及び形状を設定する。
上述のようにして各トランジスタ群を構成した場合、本実施形態においても、第1トランジスタ群72のレイアウト構成(第1のレイアウト構成)が、第2トランジスタ群52のレイアウト構成(第2のレイアウト構成)と略対称となる。それゆえ、本実施形態では、第1トランジスタ群72及び第2トランジスタ群52間のレイアウト構成の非対称性により発生する上記問題を解消することができ、上記第1の実施形態と同様の効果が得られる。
なお、本実施形態においても、第2トランジスタ群52に設けた2つのリセットトランジスタのうち、一方のリセットトランジスタの構成をトランジスタとして機能させないような構成にしてもよい。また、本実施形態の共有画素単位部220のレイアウト構成は、図14に示す例に限定されない。例えば、本実施形態の共有画素単位部220の各トランジスタ群のレイアウト構成に、上記変形例1〜3(図5〜7)で説明した各トランジスタ群のレイアウト構成を適用してもよい。また、本実施形態では、第1トランジスタ群72に増幅トランジスタ13を一つ設ける例を説明したが、本開示はこれに限定されず、第1トランジスタ群72に複数の増幅トランジスタ13を設けてもよい。
<7.第6の実施形態>
第6の実施形態では、3トランジスタ型のCMOSイメージセンサにおいて、一つの共有画素単位部で2つの画素を共有する構成例について説明する。なお、本実施形態に係るCMOSイメージセンサの全体構成は、上記第1の実施形態(図1)と同様の構成であるので、ここでは、その説明を省略する。
[共有画素単位部の構成]
3トランジスタ型のCMOSイメージセンサにおいて2つの画素を共有する場合の共有画素単位部の構成を、図12を参照しながら説明する。2つの画素を共有する場合、図12中の点線で囲まれた領域の等価回路が共有画素単位部230の等価回路となる。
共有画素単位部230は、2つのフォトダイオード(第1フォトダイオード111及び第2フォトダイオード112)を備える。また、共有画素単位部230は、第1フォトダイオード111及び第2フォトダイオード112にそれぞれ対応して設けられた2つの転送トランジスタ(第1転送トランジスタ121及び第2転送トランジスタ122)を備える。さらに、共有画素単位部230は、2つの画素で共有される、増幅トランジスタ13、リセットトランジスタ14及びFD領域16を備える。
そして、共有画素単位部230では、図12に示すように、転送トランジスタ及びそれに対応するフォトダイオードからなる回路を2つ設け、該2つの回路がFD領域16及びグランド間に並列接続された構成となる。本実施形態において、FD領域16に接続される転送トランジスタ及びフォトダイオードからなる回路の数が上記第4の実施形態のそれと異なること以外の構成は、上記第4の実施形態の構成と同様である。それゆえ、ここでは、共有画素単位部230の等価回路における、各種フォトダイオード、各種トランジスタ及びFD領域16間の接続関係についての詳細な説明は省略する。
[共有画素単位部のレイアウトパターン]
(1)共有画素単位部全体のレイアウト
図15に、本実施形態の共有画素単位部230のレイアウト構成の概略平面図を示す。なお、図15に示す共有画素単位部230のレイアウト構成において、図12に示す共有画素単位部230の等価回路内の構成に対応する構成には同じ符号を付して示す。また、図15に示す本実施形態の共有画素単位部230において、図10に示す上記第3の実施形態の共有画素単位部170と同様の構成には同じ符号を付して示す。
共有画素単位部230は、受光部60と、ウエルコンタクト23と、第1トランジスタ群73と、第2トランジスタ群62とで構成される。
図15と図10との比較から明らかなように、本実施形態の受光部60及びウエルコンタクト23の構成は、上記第3の実施形態の対応する各部の構成と同様である。それゆえ、ここでは、これらの各部の構成の説明は省略する。なお、本実施形態では、第1トランジスタ群73に増幅トランジスタ13を配置し、第2トランジスタ群62にリセットトランジスタ14を配置する。
第1トランジスタ群73及び第2トランジスタ群62は、受光部60のウエルコンタクト23側とは反対側の周辺領域に配置され、かつ、縦方向(図15中のY方向)に沿って、互いに所定間隔離して配置される。また、この際、第1トランジスタ群73及び第2トランジスタ群62は、受光部60の第1フォトダイオード111及び第2フォトダイオード112とそれぞれ対向する位置に配置される。なお、各トランジスタ群は、受光部60の縦方向(図15中のY方向)に沿って、対応するフォトダイオードの一方の端部付近から他方の端部付近までの領域に渡って形成される。
本実施形態のCMOSイメージセンサでは、上述のようにして、共有画素単位部230内の各部を配置し、かつ、図12に示す等価回路における各部の接続関係が満たされるように、各種コンタクト及び内部配線(不図示)を用いて各部を電気的に接続する。
(2)共有画素単位部の各部のレイアウト
次に、共有画素単位部230内の各部のレイアウト構成について、図15を参照しながら説明する。
第2トランジスタ群62は、上記第3の実施形態のそれと同様の構成であり、2つのリセットトランジスタで構成する。すなわち、本実施形態では、上記第3の実施形態と同様に、リセットトランジスタを一つ追加する。そして、2つのリセットトランジスタを縦方向(図15中のY方向)に沿って配置する。
第1トランジスタ群73は、一つの増幅トランジスタ13で構成され、増幅トランジスタ13の増幅ゲート13oと、第1ソース/ドレイン73aと、第2ソース/ドレイン73bとを有する。そして、第1ソース/ドレイン73a、増幅ゲート13o及び第2ソース/ドレイン73bは、縦方向(図15中のY方向)に沿って、この順で配置される。なお、この際、第1ソース/ドレイン73aが、縦方向において、FD領域16側に位置するように、各ゲート及び各ソース/ドレインを配置する。また、この際、増幅ゲート13oは、第1トランジスタ群73の形成領域の略中央に配置される。
第1トランジスタ群73では、第1ソース/ドレイン73a、増幅ゲート13o及び第2ソース/ドレイン73bで増幅トランジスタ13が構成される。なお、第1トランジスタ群73では、第1ソース/ドレイン73a及び第2ソース/ドレイン73bの一方が、増幅トランジスタ13のソースとして作用し、他方がドレインとして作用する。
そして、本実施形態では、増幅ゲート13oの面積を、第2トランジスタ群62内の各リセットゲートの面積より大きくする。具体的には、増幅ゲート13oの縦方向(図15中のY方向)の延在長さを、各リセットゲートのそれより長くする。ただし、この際、増幅ゲート13oの面積が、第2トランジスタ群62内の第1リセットゲート14jの面積と第2リセットゲート14kの面積との総和と略同じになるように、増幅ゲート13oの面積及び形状を設定する。すなわち、第1トランジスタ群73におけるゲート及びソース/ドレインの占有面積が、それぞれ第2トランジスタ群62におけるゲート及びソース/ドレインの占有面積と略同じになるように、各ゲート及びソース/ドレインの面積及び形状を設定する。
上述のようにして各トランジスタ群を構成した場合、本実施形態においても、第1トランジスタ群73のレイアウト構成(第1のレイアウト構成)が、第2トランジスタ群62のレイアウト構成(第2のレイアウト構成)と略対称となる。それゆえ、本実施形態では、第1トランジスタ群73及び第2トランジスタ群62間のレイアウト構成の非対称性により発生する上記問題を解消することができ、上記第1の実施形態と同様の効果が得られる。
なお、本実施形態においても、第2トランジスタ群62に設けた2つのリセットトランジスタのうち、一方のリセットトランジスタの構成をトランジスタとして機能させないような構成にしてもよい。また、本実施形態の共有画素単位部230のレイアウト構成は、図15に示す例に限定されない。例えば、本実施形態の共有画素単位部230の各トランジスタ群のレイアウト構成に、上記変形例1〜3(図5〜7)で説明した各トランジスタ群のレイアウト構成を適用してもよい。また、本実施形態では、第1トランジスタ群73に増幅トランジスタ13を一つ設ける例を説明したが、本開示はこれに限定されず、第1トランジスタ群73に複数の増幅トランジスタ13を設けてもよい。
<8.第7の実施形態>
第7の実施形態では、上記第1〜3の実施形態とは構成が異なる、4トランジスタ型の裏面照射型CMOSイメージセンサの構成例を示す。なお、本実施形態に係るCMOSイメージセンサの全体構成は、上記第1の実施形態(図1)と同様の構成であるので、ここでは、その説明を省略する。
[共有画素単位部の構成]
本実施形態において、共有画素単位部の構成は、詳細を後述するように、図3に示した上記第1の実施形態の共有画素単位部の構成に対して、増幅トランジスタを一つ追加して、二つの増幅トランジスタを設けた構成となっている。
[共有画素単位部のレイアウト]
図16に、本実施形態のCMOSイメージセンサ(固体撮像装置)における共有画素単位部のレイアウト構成の概略平面図を示す。なお、図16に示す本実施形態の共有画素単位部180において、図4に示す第1の実施形態の共有画素単位部110と同様の構成には、同じ符号を付して示す。
共有画素単位部180は、8つの画素を共有する共有画素単位部であり、第1受光部21と、第2受光部22と、第1トランジスタ群31と、第2トランジスタ群39とで構成される。なお、図16では図示を省略しているが、図4に示した第1のウエルコンタクト23a及び第2のウエルコンタクト23bと同様に、ウエルコンタクトが設けられている。一方で、図16では、図4では図示を省略した、FD領域16a,16bやトランジスタ群31,39の間を接続する、配線24及び配線25を図示している。
図16に示すように、本実施形態の共有画素単位部180は、第1の実施形態の共有画素単位部110に対して、第1の実施形態と同様の構成の第1トランジスタ群31と、第1の実施形態とは異なる構成の第2トランジスタ39とを有している。そして、本実施形態において、第1受光部21及び第2受光部22の構成は、図4に示した第1の実施の形態と同様であるので、ここでは、第1トランジスタ群31及び第2トランジスタ群39の構成について説明する。
第1トランジスタ群31は、図16に示すように、第1受光部21と第2受光部22との間に配置される。また、第2トランジスタ群39は、第2受光部22の周辺領域において、第2受光部22の第1トランジスタ群31の配置側とは反対側の領域に配置される。
なお、本実施形態においても、上記第1の実施形態と同様に、各トランジスタ群は、横方向(図16中のX方向)に沿って、受光部の一方の端部付近の位置から他方の端部付近の位置まで延在して形成される。
さらに、図16には示さないが、第1受光部21、第2受光部22、第1トランジスタ群31及び第2トランジスタ群39は、Si基板内に形成された所定のウエル領域に形成される。そして、本実施形態では、図示しないが、第1の実施形態と同様に、該ウエル領域と内部配線とを電気的に接続するウエルコンタクトを2つに分けて設ける。
第1トランジスタ群31は、図16に示すように、第1の増幅トランジスタの第1増幅ゲート13aと、選択トランジスタの選択ゲート15aと、第1ソース/ドレイン31a〜第3ソース/ドレイン31cとを有する。そして、本実施形態では、横方向(図16中のX方向)に沿って、右から左へ、第1ソース/ドレイン31a、第1増幅ゲート13a、第2ソース/ドレイン31b、選択ゲート15a及び第3ソース/ドレイン31cをこの順で配置する。図16では、ゲート13a,15aやソース/ドレイン31a,31b,31cの、横方向(X方向)の長さや縦方向(Y方向)の幅が図4の第1の実施形態とは異なっている。一方、ゲート13a,15aやソース/ドレイン31a,31b,31cの配置は、図4の第1の実施形態と同じ配置である。なお、図16では、図4には示していない、増幅ゲート13aや各ソース/ドレイン31a,31b,31cと配線とのコンタクトを示している。第1増幅ゲート13aは、コンタクトを介して、配線24に接続される。第1ソース/ドレイン31aは、コンタクトを介して、電源電圧Vddを供給する配線(図17を参照)に接続される。第2ソース/ドレイン31bは、コンタクトを介して、配線25に接続される。第3ソース/ドレイン31cは、コンタクトを介して、垂直信号線107(図17を参照)に接続される。また、配線24は、コンタクトを介して、FD領域16a,16bに接続される。
第2トランジスタ群39は、リセットトランジスタと第2の増幅トランジスタで構成し、図16に示すように、リセットゲート14pと、第2増幅トランジスタの第2増幅ゲート13pと、第4ソース/ドレイン39a〜第7ソース/ドレイン39dとを有する。そして、第4ソース/ドレイン39a、リセットゲート14p、第5ソース/ドレイン39b、第6ソース/ドレイン39c、第2増幅ゲート13p及び第7ソース/ドレイン39dは、横方向(図16中のX方向)に沿って、右から左へ、この順で配置される。なお、図16では、図4には示していない、増幅ゲート13pや各ソース/ドレイン39a,39b,39c,39dと配線とのコンタクトを示している。第4ソース/ドレイン39aは、コンタクトを介して、電源電圧Vddを供給する配線に接続される。第5ソース/ドレイン39bは、コンタクトを介して、配線24に接続される。第6ソース/ドレイン39cは、コンタクトを介して、配線25に接続される。第2増幅ゲート13pは、コンタクトを介して、配線24に接続される。第7ソース/ドレイン39dは、コンタクトを介して、電源電圧Vddを供給する配線に接続される。
なお、この際、第5ソース/ドレイン39bは、図16に示すように、第6ソース/ドレイン39cと所定間隔離して配置される。
第2トランジスタ群39では、第4ソース/ドレイン39a、リセットゲート14p及び第5ソース/ドレイン39bでリセットトランジスタが構成される。また、第6ソース/ドレイン39c、第2増幅ゲート13p及び第7ソース/ドレイン39dで第2増幅トランジスタが構成される。
図17に、本実施形態の固体撮像装置における共有画素単位部の等価回路図を示す。
図17では、選択ゲート15aから成る選択トランジスタに接続された配線25、及び、電源電位Vddを供給する配線の間に、第1増幅トランジスタ及び第2増幅トランジスタが並列接続されている。すなわち、図17の等価回路図は、第1の実施形態で説明した図3の等価回路図において、選択トランジスタ15と電源電位Vddを供給する配線との間に、2つの増幅トランジスタを並列接続させた構成となっている。なお、選択ゲート15aから成る選択トランジスタの、配線25とは反対の側のソース/ドレインは、垂直信号線107に接続されている。
本実施形態では、第1トランジスタ群31の第1増幅ゲート13aと第2トランジスタ群39の第2増幅ゲート13pを、同等の寸法及び面積としている。また、本実施形態では、これらの増幅ゲート13a,13pの面積を、選択ゲート15aやリセットゲート14pの面積よりも大きくしている。
また、図16では、選択ゲート15aとリセットゲート14pも、同等の寸法及び面積としており、ゲートの面積の総和が、第1トランジスタ群31及び第2トランジスタ群39で同程度となっている。これにより、共有画素単位部180内において、第1トランジスタ群31におけるゲートの占有面積と、第2トランジスタ群39におけるゲートの占有面積とが略対称となる。すなわち、本実施形態においても、第1トランジスタ群31のレイアウト構成が第2トランジスタ群39のレイアウト構成と略対称となる。それゆえ、本実施形態のCMOSイメージセンサにおいても、第1トランジスタ群31及び第2トランジスタ群39間のレイアウト構成の非対称性により発生する上記問題を解消することができ、上記第1の実施形態と同様の効果が得られる。
ここで、図18に、本実施形態に係る固体撮像装置における画素アレイ部の概略レイアウト平面図を示す。図18は、図16に示した8画素の構成を、縦方向に3つ、横方向に6つ並べて示している。本実施形態では、第1トランジスタ群31のレイアウト構成が第2トランジスタ群39のレイアウト構成と略対称となっているため、図18からもわかるように、トランジスタのゲートを構成する膜(例えば、多結晶シリコン膜)の密度が、第1トランジスタ群31と第2トランジスタ群39で同等となる。これにより、トランジスタ群の間のフォトダイオードPDにおいて感度がほぼ同等となる。
また、対照例として、図27に、第2トランジスタ群をリセットトランジスタのみとした場合の画素アレイ部の概略レイアウト平面図を示す。図27では、リセットトランジスタ14のみで第2トランジスタ群90を構成している。第1トランジスタ群31は、本実施形態の図16及び図18と同様である。図27より、第2トランジスタ群90をリセットトランジスタのみとした場合には、リセットトランジスタが小さいので、第2トランジスタ群90の他の部分は空白になる。そのため、トランジスタのゲートを構成する膜(例えば、多結晶シリコン膜)の密度が、第2トランジスタ群90では第1トランジスタ群31よりも小さくなる。この密度の差によって、トランジスタ群の間のフォトダイオードPDにおいて感度差が生じることにより、画像に筋状の明度変化を生じることがある。
図27と比較すると、図18では、第2トランジスタ群39にリセットトランジスタに加えて第2増幅トランジスタを設けていることにより、第1トランジスタ群31及び第2トランジスタ群39間のレイアウト構成の対称性が大幅に向上している。
さらに、本実施形態では、8画素を共有する共有画素単位部180において、2つの増幅トランジスタを設けていることにより、1つの増幅トランジスタのみを設けた場合と比較して、増幅トランジスタ全体の面積を増大させることができる。これにより、ランダムノイズを改善することができる。また、並列した2つの増幅トランジスタによって増幅トランジスタの幅Wを増大させて、W/Lに従って増大する相互コンダクタンスgmも増大させることができ、増幅トランジスタの駆動能力を向上して、高速化や適合性の向上を図ることができる。そして、並列した2つの増幅トランジスタを第1トランジスタ群31及び第2トランジスタ群39に振り分けているので、並列した2つの増幅トランジスタを同一トランジスタ群に形成した構成と比較して、トランジスタ群のレイアウト構成の対称性を向上できる。
<9.第8の実施形態>
第8の実施形態では、上記第1〜3の実施形態とは構成が異なる、4トランジスタ型の裏面照射型CMOSイメージセンサのさらに他の構成例を示す。なお、本実施形態に係るCMOSイメージセンサの全体構成は、上記第1の実施形態(図1)と同様の構成であるので、ここでは、その説明を省略する。
[共有画素単位部の構成]
本実施形態において、共有画素単位部の構成は、第7の実施形態と同様に、図3に示した上記第1の実施形態の共有画素単位部の構成に対して、増幅トランジスタを一つ追加して、二つの増幅トランジスタを設けた構成となっている。
[共有画素単位部のレイアウト]
図19に、本実施形態のCMOSイメージセンサ(固体撮像装置)における共有画素単位部のレイアウト構成の概略平面図を示す。なお、図19に示す本実施形態の共有画素単位部190において、図4に示す第1の実施形態の共有画素単位部110や、図16に示す第7の実施形態の共有画素単位部180と同様の構成には、同じ符号を付して示す。
共有画素単位部190は、8つの画素を共有する共有画素単位部であり、第1受光部21と、第2受光部22と、第1トランジスタ群40と、第2トランジスタ群39とで構成される。なお、図19では図示を省略しているが、図4に示した第1のウエルコンタクト23a及び第2のウエルコンタクト23bと同様に、ウエルコンタクトが設けられている。一方で、図19では、図4では図示を省略した、FD領域16a,16bやトランジスタ群40,39の間を接続する、配線24,28を図示している。
図19に示すように、本実施形態の共有画素単位部190は、第7の実施形態の共有画素単位部180に対して、トランジスタの左右の配置を逆にした構成の第1トランジスタ群40と、同じ構成の第2トランジスタ群39とを有している。そして、本実施形態において、第1受光部21及び第2受光部22の構成は、図4に示した第1の実施の形態と同様であるので、ここでは、第1トランジスタ群40及び第2トランジスタ群39の構成について説明する。
第1トランジスタ群40は、図19に示すように、第1受光部21と第2受光部22との間に配置される。また、第2トランジスタ群39は、第2受光部22の周辺領域において、第2受光部22の第1トランジスタ群40の配置側とは反対側の領域に配置される。
なお、本実施形態においても、上記第1の実施形態と同様に、各トランジスタ群は、横方向(図19中のX方向)に沿って、受光部の一方の端部付近の位置から他方の端部付近の位置まで延在して形成される。
さらに、図19には示さないが、第1受光部21、第2受光部22、第1トランジスタ群40及び第2トランジスタ群39は、Si基板内に形成された所定のウエル領域に形成される。そして、本実施形態では、図示しないが、第1の実施形態と同様に、該ウエル領域と内部配線とを電気的に接続するウエルコンタクトを2つに分けて設ける。
第1トランジスタ群40は、図19に示すように、選択トランジスタの選択ゲート15rと、第1増幅トランジスタの第1増幅ゲート13rと、第1ソース/ドレイン40a〜第3ソース/ドレイン40cとを有する。そして、本実施形態では、横方向(図19中のX方向)に沿って、右から左へ、第1ソース/ドレイン40a、選択ゲート15r、第2ソース/ドレイン40b、第1増幅ゲート13r及び第3ソース/ドレイン40cをこの順で配置する。図19では、ゲート13r,15rやソース/ドレイン40a,40b,40cの、横方向(X方向)の長さや縦方向(Y方向)の幅が図16の第7の実施形態とほぼ同等になっている。一方、ゲート13r,15rやソース/ドレイン40a,40b,40cの配置は、図16の第7の実施形態とは左右が逆の配置である。なお、図19では、図4には示していない、増幅ゲート13rや各ソース/ドレイン40a,40b,40cと配線とのコンタクトを示している。第1増幅ゲート13rは、コンタクトを介して、配線24に接続される。第1ソース/ドレイン40aは、コンタクトを介して、垂直信号線107(図20を参照)に接続される。第2ソース/ドレイン40bは、コンタクトを介して、第1層の配線26に接続される。第3ソース/ドレイン40cは、コンタクトを介して、電源電圧Vddを供給する配線(図20を参照)に接続される。また、配線24は、コンタクトを介して、FD領域16a,16bに接続される。第1層の配線26は、第2層の配線28に接続される。
第2トランジスタ群39は、リセットトランジスタと第2増幅トランジスタで構成し、図19に示すように、リセットゲート14pと、第2増幅トランジスタの第2増幅ゲート13pと、第4ソース/ドレイン39a〜第7ソース/ドレイン39dとを有する。そして、第4ソース/ドレイン39a、リセットゲート14p、第5ソース/ドレイン39b、第6ソース/ドレイン39c、第2増幅ゲート13p及び第7ソース/ドレイン39dは、横方向(図19中のX方向)に沿って、右から左へ、この順で配置される。なお、図19では、図4には示していない、増幅ゲート13pや各ソース/ドレイン39a,39b,39c,39dと配線とのコンタクトを示している。第4ソース/ドレイン39aは、コンタクトを介して、電源電圧Vddを供給する配線に接続される。第5ソース/ドレイン39bは、コンタクトを介して、配線24に接続される。第6ソース/ドレイン39cは、コンタクトを介して、第1層の配線27に接続される。第2増幅ゲート13pは、コンタクトを介して、配線24に接続される。第7ソース/ドレイン39dは、コンタクトを介して、電源電圧Vddを供給する配線に接続される。第1層の配線27は、第2層の配線28に接続される。
なお、この際、第5ソース/ドレイン39bは、図19に示すように、第6ソース/ドレイン39cと所定間隔離して配置される。
第2トランジスタ群39では、第4ソース/ドレイン39a、リセットゲート14p及び第5ソース/ドレイン39bでリセットトランジスタが構成される。また、第6ソース/ドレイン39c、第2増幅ゲート13p及び第7ソース/ドレイン39dで第2増幅トランジスタが構成される。
図20に、本実施形態の固体撮像装置における共有画素単位部の等価回路図を示す。
図20では、選択ゲート15rから成る選択トランジスタに接続された第2層の配線28、及び、電源電位Vddを供給する配線の間に、第1増幅トランジスタ及び第2増幅トランジスタが並列接続されている。すなわち、図20の等価回路図は、第1の実施形態で説明した図3の等価回路図において、選択トランジスタ15と電源電位Vddを供給する配線との間に、2つの増幅トランジスタを並列接続させた構成となっている。なお、選択ゲート15rから成る選択トランジスタの、配線28とは反対の側のソース/ドレインは、垂直信号線107に接続されている。
本実施形態では、第1トランジスタ群40の第1増幅ゲート13rと第2トランジスタ群39の第2増幅ゲート13pを、同等の寸法及び面積としている。また、本実施形態では、これらの増幅ゲート13r,13pの面積を、選択ゲート15rやリセットゲート14pの面積よりも大きくしている。
また、図19では、選択ゲート15rとリセットゲート14pも、同等の寸法及び面積としており、ゲートの面積の総和が、第1トランジスタ群40及び第2トランジスタ群39で同程度となっている。これにより、共有画素単位部190内において、第1トランジスタ群40におけるゲートの占有面積と、第2トランジスタ群39におけるゲートの占有面積とが略対称となる。すなわち、本実施形態においても、第1トランジスタ群40のレイアウト構成が第2トランジスタ群39のレイアウト構成と略対称となる。それゆえ、本実施形態のCMOSイメージセンサにおいても、第1トランジスタ群40及び第2トランジスタ群39間のレイアウト構成の非対称性により発生する上記問題を解消することができ、上記第1の実施形態と同様の効果が得られる。
さらに、本実施形態では、8画素を共有する共有画素単位部190において、2つの増幅トランジスタを設けていることにより、1つの増幅トランジスタのみを設けた場合と比較して、増幅トランジスタ全体の面積を増大させることができる。これにより、ランダムノイズを改善することができる。また、並列した2つの増幅トランジスタによって増幅トランジスタの幅Wを増大させて、W/Lに従って増大する相互コンダクタンスgmも増大させることができ、増幅トランジスタの駆動能力を向上して、高速化や適合性の向上を図ることができる。そして、並列した2つの増幅トランジスタを第1トランジスタ群40及び第2トランジスタ群39に振り分けているので、並列した2つの増幅トランジスタを同一トランジスタ群に形成した構成と比較して、トランジスタ群のレイアウト構成の対称性を向上できる。
<10.第9の実施形態>
第9の実施形態では、上記第4〜6の実施形態とは構成が異なる、3トランジスタ型の裏面照射型CMOSイメージセンサの構成例を示す。なお、本実施形態に係るCMOSイメージセンサの全体構成は、上記第1の実施形態(図1)と同様の構成であるので、ここでは、その説明を省略する。
[共有画素単位部の構成]
本実施形態において、共有画素単位部の構成は、図12に示した上記第4の実施形態の共有画素単位部の構成に対して、増幅トランジスタを一つ追加して、二つの増幅トランジスタを設けた構成となっている。
[共有画素単位部のレイアウト]
図21に、本実施形態のCMOSイメージセンサ(固体撮像装置)における共有画素単位部のレイアウト構成の概略平面図を示す。なお、図21に示す本実施形態の共有画素単位部240において、図4に示す第1の実施形態の共有画素単位部110や、図13に示す第4の実施形態の共有画素単位部200と同様の構成には、同じ符号を付して示す。
共有画素単位部240は、8つの画素を共有する共有画素単位部であり、第1受光部21と、第2受光部22と、第1トランジスタ群74と、第2トランジスタ群39とで構成される。なお、図21では図示を省略しているが、図13に示した第1のウエルコンタクト23a及び第2のウエルコンタクト23bと同様に、ウエルコンタクトが設けられている。一方で、図21では、図13では図示を省略した、FD領域16a,16bやトランジスタ群74,39の間を接続する、配線24及び垂直信号線107を図示している。
図21に示すように、本実施形態の共有画素単位部240は、第8の実施形態の共有画素単位部190に対して、選択トランジスタをリセットトランジスタに入れ替えた構成の第1トランジスタ群74と、同じ構成の第2トランジスタ39とを有している。そして、本実施形態において、第1受光部21及び第2受光部22の構成は、図4に示した第1の実施の形態と同様であるので、ここでは、第1トランジスタ群74及び第2トランジスタ群39の構成について説明する。
第1トランジスタ群74は、図21に示すように、第1受光部21と第2受光部22との間に配置される。また、第2トランジスタ群39は、第2受光部22の周辺領域において、第2受光部22の第1トランジスタ群74の配置側とは反対側の領域に配置される。
なお、本実施形態においても、上記第1の実施形態と同様に、各トランジスタ群は、横方向(図21中のX方向)に沿って、受光部の一方の端部付近の位置から他方の端部付近の位置まで延在して形成される。
さらに、図21には示さないが、第1受光部21、第2受光部22、第1トランジスタ群74及び第2トランジスタ群39は、Si基板内に形成された所定のウエル領域に形成される。そして、本実施形態では、図示しないが、第1の実施形態と同様に、該ウエル領域と内部配線とを電気的に接続するウエルコンタクトを2つに分けて設ける。
第1トランジスタ群74は、図21に示すように、第1リセットトランジスタの第1リセットゲート14sと、第1増幅トランジスタの第1増幅ゲート13sと、第1ソース/ドレイン74a〜第4ソース/ドレイン74dとを有する。そして、本実施形態では、横方向(X方向)に沿って右から、第1ソース/ドレイン74a、第1リセットゲート14s、第2ソース/ドレイン74b、第3ソース/ドレイン74c、第1増幅ゲート13s及び第4ソース/ドレイン74dをこの順で配置する。図21では、ゲート13s,14sやソース/ドレイン74a,74b,74c,74dの、横方向(X方向)の長さや縦方向(Y方向)の幅、並びに、これらの配置関係が、図16の第7の実施形態の第2トランジスタ群39とほぼ同等になっている。なお、図21では、図4には示していない、増幅ゲート13sや各ソース/ドレイン74a,74b,74c,74dと配線とのコンタクトを示している。第1増幅ゲート13sは、コンタクトを介して、配線24に接続される。第1ソース/ドレイン74aは、コンタクトを介して、電源電圧Vddを供給する配線(図22を参照)に接続される。第2ソース/ドレイン74bは、コンタクトを介して、配線24に接続される。第3ソース/ドレイン74cは、コンタクトを介して、第1層の配線29に接続される。第4ソース/ドレイン74dは、コンタクトを介して、電源電圧Vddを供給する配線に接続される。また、配線24は、コンタクトを介して、FD領域16a,16bに接続される。第1層の配線29は、垂直信号線107に接続される。
なお、この際、第2ソース/ドレイン74bは、図21に示すように、第3ソース/ドレイン74cと所定間隔離して配置される。
第1トランジスタ群74では、第1ソース/ドレイン74a、第1リセットゲート14s及び第2ソース/ドレイン74bで第1リセットトランジスタが構成される。また、第3ソース/ドレイン74c、第1増幅ゲート13s及び第4ソース/ドレイン74dで第1増幅トランジスタが構成される。
第2トランジスタ群39は、第2リセットトランジスタと第2増幅トランジスタで構成し、図21に示すように、第2リセットゲート14pと、第2増幅ゲート13pと、第5ソース/ドレイン39a〜第8ソース/ドレイン39dとを有する。そして、第5ソース/ドレイン39a、第2リセットゲート14p、第6ソース/ドレイン39b、第7ソース/ドレイン39c、第2増幅ゲート13p及び第8ソース/ドレイン39dは、横方向(図21中のX方向)に沿って、右から左へ、この順で配置される。なお、図21では、図4には示していない、増幅ゲート13pや各ソース/ドレイン39a,39b,39c,39dと配線とのコンタクトを示している。第5ソース/ドレイン39aは、コンタクトを介して、電源電圧Vddを供給する配線に接続される。第6ソース/ドレイン39bは、コンタクトを介して、配線24に接続される。第7ソース/ドレイン39cは、コンタクトを介して、第1層の配線29に接続される。第2増幅ゲート13pは、コンタクトを介して、配線24に接続される。第8ソース/ドレイン39dは、コンタクトを介して、電源電圧Vddを供給する配線に接続される。第1層の配線29は、垂直信号線107に接続される。
なお、この際、第6ソース/ドレイン39bは、図21に示すように、第7ソース/ドレイン39cと所定間隔離して配置される。
第2トランジスタ群39では、第5ソース/ドレイン39a、第2リセットゲート14p及び第6ソース/ドレイン39bで第2リセットトランジスタが構成される。また、第7ソース/ドレイン39c、第2増幅ゲート13p及び第8ソース/ドレイン39dで第2増幅トランジスタが構成される。
図22に、本実施形態の固体撮像装置における共有画素単位部の等価回路図を示す。
図22では、電源電位Vddを供給する配線、及び、FD領域に接続された配線24の間に、第1リセットトランジスタ及び第2リセットトランジスタが並列接続されている。また、垂直信号線107、及び、電源電位Vddを供給する配線の間に、第1増幅トランジスタ及び第2増幅トランジスタが並列接続されている。すなわち、図22の等価回路図は、第4の実施形態で説明した図12の等価回路図において、電源電位Vddを供給する配線とFD領域16との間に、2つのリセットトランジスタを並列接続させた構成となっている。また、垂直信号線107と電源電位Vddを供給する配線とFD領域16との間に、2つの増幅トランジスタを並列接続させた構成となっている。
本実施形態では、第1トランジスタ群74の第1増幅ゲート13sと第2トランジスタ群39の第2増幅ゲート13pを、同等の寸法及び面積としている。また、第1トランジスタ群74の第1リセットゲート14sと第2トランジスタ群39の第2リセットゲート14pを、同等の寸法及び面積としている。また、本実施形態では、増幅ゲート13s,13pの面積を、リセットゲート14s,14pの面積よりも大きくしている。
図21では、ゲートの面積の総和が、第1トランジスタ群74及び第2トランジスタ群39で同程度となっている。これにより、共有画素単位部240内において、第1トランジスタ群74におけるゲートの占有面積と、第2トランジスタ群39におけるゲートの占有面積とが略対称となる。すなわち、本実施形態においても、第1トランジスタ群74のレイアウト構成が第2トランジスタ群39のレイアウト構成と略対称となる。それゆえ、本実施形態のCMOSイメージセンサにおいても、第1トランジスタ群74及び第2トランジスタ群39間のレイアウト構成の非対称性により発生する上記問題を解消することができ、上記第1の実施形態と同様の効果が得られる。
さらに、本実施形態では、8画素を共有する共有画素単位部240において、2つの増幅トランジスタを設けていることにより、1つの増幅トランジスタのみを設けた場合と比較して、増幅トランジスタ全体の面積を増大させることができる。これにより、ランダムノイズを改善することができる。また、並列した2つの増幅トランジスタによって増幅トランジスタの幅Wを増大させて、W/Lに従って増大する相互コンダクタンスgmも増大させることができ、増幅トランジスタの駆動能力を向上して、高速化や適合性の向上を図ることができる。そして、並列した2つの増幅トランジスタ及び並列した2つのリセットトランジスタを、第1トランジスタ群74及び第2トランジスタ群39に振り分けている。それゆえ、並列した2つの増幅トランジスタ及び並列した2つのリセットトランジスタを同一トランジスタ群に形成した構成と比較して、トランジスタ群のレイアウト構成の対称性を向上できる。
<11.第10の実施形態>
第10の実施形態では、上記第4〜6の実施形態とは構成が異なる、3トランジスタ型の裏面照射型CMOSイメージセンサのさらに他の構成例を示す。なお、本実施形態に係るCMOSイメージセンサの全体構成は、上記第1の実施形態(図1)と同様の構成であるので、ここでは、その説明を省略する。
[共有画素単位部の構成]
本実施形態において、共有画素単位部の構成は、図12に示した上記第4の実施形態の共有画素単位部の構成に対して、増幅トランジスタを一つ追加して、二つの増幅トランジスタを設けた構成となっている。
[共有画素単位部のレイアウト]
図23に、本実施形態のCMOSイメージセンサ(固体撮像装置)における共有画素単位部のレイアウト構成の概略平面図を示す。なお、図23に示す本実施形態の共有画素単位部250において、図4に示す第1の実施形態の共有画素単位部110や、図13に示す第4の実施形態の共有画素単位部200と同様の構成には、同じ符号を付して示す。
共有画素単位部250は、8つの画素を共有する共有画素単位部であり、第1受光部21と、第2受光部22と、第1トランジスタ群75と、第2トランジスタ群39とで構成される。なお、図23では図示を省略しているが、図13に示した第1のウエルコンタクト23a及び第2のウエルコンタクト23bと同様に、ウエルコンタクトが設けられている。一方で、図23では、図13では図示を省略した、FD領域16a,16bやトランジスタ群75,39の間を接続する、配線24及び垂直信号線107を図示している。
図23に示すように、本実施形態の共有画素単位部250は、第9の実施形態の共有画素単位部240に対して、リセットトランジスタをダミートランジスタに入れ替えた構成の第1トランジスタ群75と、同じ構成の第2トランジスタ39とを有している。そして、本実施形態において、第1受光部21及び第2受光部22の構成は、図4に示した第1の実施の形態と同様であるので、ここでは、第1トランジスタ群75及び第2トランジスタ群39の構成について説明する。
第1トランジスタ群75は、図23に示すように、第1受光部21と第2受光部22との間に配置される。また、第2トランジスタ群39は、第2受光部22の周辺領域において、第2受光部22の第1トランジスタ群75の配置側とは反対側の領域に配置される。
なお、本実施形態においても、上記第1の実施形態と同様に、各トランジスタ群は、横方向(図23中のX方向)に沿って、受光部の一方の端部付近の位置から他方の端部付近の位置まで延在して形成される。
さらに、図23には示さないが、第1受光部21、第2受光部22、第1トランジスタ群75及び第2トランジスタ群39は、Si基板内に形成された所定のウエル領域に形成される。そして、本実施形態では、図示しないが、第1の実施形態と同様に、該ウエル領域と内部配線とを電気的に接続するウエルコンタクトを2つに分けて設ける。
第1トランジスタ群75は、図23に示すように、ダミートランジスタのダミーゲート75bと、第1増幅トランジスタの第1増幅ゲート13tと、第1ソース/ドレイン75a、第2ソース/ドレイン75c〜第4ソース/ドレイン75eとを有する。そして、本実施形態では、横方向(X方向)に沿って右から、第1ソース/ドレイン75a、ダミーゲート75b、第2ソース/ドレイン75c、第3ソース/ドレイン75d、第1増幅ゲート13t及び第4ソース/ドレイン75eをこの順で配置する。図23では、ゲート13t,75bやソース/ドレイン75a,75c,75d,75eの、横方向(X方向)の長さや縦方向(Y方向)の幅が、図21の第9の実施形態の第1トランジスタ群74とほぼ同等になっている。なお、図23では、増幅ゲート13tや第3ソース/ドレイン75d、第4ソース/ドレイン75eと配線とのコンタクトを示している。第1増幅ゲート13tは、コンタクトを介して、配線24に接続される。第3ソース/ドレイン75dは、コンタクトを介して、第1層の配線29に接続される。第4ソース/ドレイン75eは、コンタクトを介して、電源電圧Vddを供給する配線(図24を参照)に接続される。また、配線24は、コンタクトを介して、FD領域16a,16bに接続される。第1層の配線29は、垂直信号線107に接続される。
なお、この際、第2ソース/ドレイン75cは、図23に示すように、第3ソース/ドレイン75dと所定間隔離して配置される。
第1トランジスタ群75では、第1ソース/ドレイン75a、ダミーゲート75b及び第2ソース/ドレイン75cでダミートランジスタが構成される。なお、これらダミートランジスタの各部75a,75b,75cには、配線とのコンタクトが設けられていない。また、第3ソース/ドレイン75d、第1増幅ゲート13t及び第4ソース/ドレイン75eで第1増幅トランジスタが構成される。
第2トランジスタ群39は、リセットトランジスタと第2増幅トランジスタで構成し、図23に示すように、リセットゲート14pと、第2増幅ゲート13pと、第5ソース/ドレイン39a〜第8ソース/ドレイン39dとを有する。そして、第5ソース/ドレイン39a、リセットゲート14p、第6ソース/ドレイン39b、第7ソース/ドレイン39c、第2増幅ゲート13p及び第8ソース/ドレイン39dは、横方向(図23中のX方向)に沿って、右から左へ、この順で配置される。なお、図23では、図4には示していない、増幅ゲート13pや各ソース/ドレイン39a,39b,39c,39dと配線とのコンタクトを示している。第5ソース/ドレイン39aは、コンタクトを介して、電源電圧Vddを供給する配線に接続される。第6ソース/ドレイン39bは、コンタクトを介して、配線24に接続される。第7ソース/ドレイン39cは、コンタクトを介して、第1層の配線29に接続される。第2増幅ゲート13pは、コンタクトを介して、配線24に接続される。第8ソース/ドレイン39dは、コンタクトを介して、電源電圧Vddを供給する配線に接続される。第1層の配線29は、垂直信号線107に接続される。
なお、この際、第6ソース/ドレイン39bは、図23に示すように、第7ソース/ドレイン39cと所定間隔離して配置される。
第2トランジスタ群39では、第5ソース/ドレイン39a、リセットゲート14p及び第6ソース/ドレイン39bでリセットトランジスタが構成される。また、第7ソース/ドレイン39c、第2増幅ゲート13p及び第8ソース/ドレイン39dで第2増幅トランジスタが構成される。
図24に、本実施形態の固体撮像装置における共有画素単位部の等価回路図を示す。
図24では、垂直信号線107、及び、電源電位Vddを供給する配線の間に、第1増幅トランジスタ及び第2増幅トランジスタが並列接続されている。すなわち、図24の等価回路図は、第4の実施形態で説明した図12の等価回路図において、垂直信号線107と電源電位Vddを供給する配線との間に、2つの増幅トランジスタを並列接続させた構成となっている。また、図23のダミートランジスタは、配線と接続されていないため、図24の等価回路図には示されていない。本実施形態の図24と第9の実施形態の図22とを比較すると、リセットトランジスタがダミートランジスタに入れ替わったことにより、図22のリセットトランジスタが1つなくなっている。
本実施形態では、第1トランジスタ群75の第1増幅ゲート13tと第2トランジスタ群39の第2増幅ゲート13pを、同等の寸法及び面積としている。また、第1トランジスタ群75のダミーゲート75bと第2トランジスタ群39のリセットゲート14pを、同等の寸法及び面積としている。また、本実施形態では、増幅ゲート13t,13pの面積を、ダミーゲート75b及びリセットゲート14pの面積よりも大きくしている。
図23では、ゲートの面積の総和が、第1トランジスタ群75及び第2トランジスタ群39で同程度となっている。これにより、共有画素単位部250内において、第1トランジスタ群75におけるゲートの占有面積と、第2トランジスタ群39におけるゲートの占有面積とが略対称となる。すなわち、本実施形態においても、第1トランジスタ群75のレイアウト構成が第2トランジスタ39のレイアウト構成と略対称となる。それゆえ、本実施形態のCMOSイメージセンサにおいても、第1トランジスタ群75及び第2トランジスタ群39間のレイアウト構成の非対称性により発生する上記問題を解消することができ、上記第1の実施形態と同様の効果が得られる。
さらに、本実施形態では、8画素を共有する共有画素単位部250において、2つの増幅トランジスタを設けていることにより、1つの増幅トランジスタのみを設けた場合と比較して、増幅トランジスタ全体の面積を増大させることができる。これにより、ランダムノイズを改善することができる。また、並列した2つの増幅トランジスタによって増幅トランジスタの幅Wを増大させて、W/Lに従って増大する相互コンダクタンスgmも増大させることができ、増幅トランジスタの駆動能力を向上して、高速化や適合性の向上を図ることができる。そして、並列した2つの増幅トランジスタを第1トランジスタ群75及び第2トランジスタ群39に振り分けているので、並列した2つの増幅トランジスタを同一トランジスタ群に形成した構成と比較して、トランジスタ群のレイアウト構成の対称性を向上できる。
第7〜10の実施形態の、画素を共有する共有画素単位部において、2つの増幅トランジスタを設けている構成は、これらの実施形態の8画素を共有する構成に限定されない。4画素共有のFD領域を2n(nは2以上の整数)個接続して、8n画素を共有する構成においても、同様に増幅トランジスタを複数個設けて、相互コンダクタンスを増大させることができる。これにより、増幅トランジスタの駆動能力を向上して、高速化や適合性の向上を図ることができる。
<12.第11の実施形態>
第11の実施形態では、上記第1〜3、7〜8の実施形態とは構成が異なる、4トランジスタ型の裏面照射型CMOSイメージセンサの他の構成例を示す。なお、本実施形態に係るCMOSイメージセンサの全体構成は、上記第1の実施形態(図1)と同様の構成であるので、ここでは、その説明を省略する。
[共有画素単位部の構成]
本実施形態において、共有画素単位部の構成は、図3に示した上記第1の実施形態の共有画素単位部の構成に対して、図3の8画素を4画素ずつに分けて、それぞれを4画素共有とした構成となっている。すなわち、図3において、第1フォトダイオード111〜第4フォトダイオード114と、第5フォトダイオード115〜第8フォトダイオード118を、それぞれ独立した4画素共有の構成としている。
[共有画素単位部のレイアウト]
図25に、本実施形態のCMOSイメージセンサ(固体撮像装置)における共有画素単位部のレイアウト構成の概略平面図を示す。なお、図25に示す本実施形態の共有画素単位部400において、図4に示す第1の実施形態の共有画素単位部110や、図16に示す第7の実施形態の共有画素単位部180と同様の構成には、同じ符号を付して示す。
共有画素単位部400は、4つの画素を共有する共有画素単位部であり、第1受光部21と、第2受光部22と、第1トランジスタ群401と、第2トランジスタ群402とで構成される。なお、図25では図示を省略しているが、図4に示した第1のウエルコンタクト23a及び第2のウエルコンタクト23bと同様に、ウエルコンタクトが設けられている。一方で、図25では、図4では図示を省略した、FD領域16a,16bやトランジスタ群401,402の間を接続する、配線403,404,405,406及び垂直信号線411,412を図示している。
図25に示すように、本実施形態の共有画素単位部400は、図5の共有画素単位部120に対して、3つのトランジスタの左右の配置を同じにした構成の第1トランジスタ群401と、左右の配置を逆にした構成の第2トランジスタ群402とを有している。そして、本実施形態において、第1受光部21及び第2受光部22の構成は、図4に示した第1の実施形態と同様であるが、第1受光部21と第2受光部22が電気的に接続されていない点で第1の実施形態とは異なっている。
第1トランジスタ群401は、図25に示すように、第1受光部21と第2受光部22との間に配置される。また、第2トランジスタ群402は、第2受光部22の周辺領域において、第2受光部22の第1トランジスタ群401の配置側とは反対側の領域に配置される。
なお、本実施形態においても、上記第1の実施形態と同様に、各トランジスタ群は、横方向(図25中のX方向)に沿って、受光部の一方の端部付近の位置から他方の端部付近の位置まで延在して形成される。
さらに、図25には示さないが、第1受光部21、第2受光部22、第1トランジスタ群401及び第2トランジスタ群402は、Si基板内に形成された所定のウエル領域に形成される。そして、本実施形態では、図示しないが、第1の実施形態と同様に、該ウエル領域と内部配線とを電気的に接続するウエルコンタクトを2つに分けて設ける。
第1トランジスタ群401は、リセットトランジスタと増幅トランジスタと選択トランジスタの3つのトランジスタで構成する。第1トランジスタ群401は、図25に示すように、リセットトランジスタのリセットゲート14vと、増幅トランジスタの増幅ゲート13vと、選択トランジスタの選択ゲート15vと、第1ソース/ドレイン401a〜第4ソース/ドレイン401dを有する。本実施形態では、図中X方向に沿って右から左へ、第1ソース/ドレイン401a、リセットゲート14v、第2ソース/ドレイン401b、増幅ゲート13v、第3ソース/ドレイン401c、選択ゲート15v、第4ソース/ドレイン401dの順で配置する。なお、図25では、図4には示していない、増幅ゲート13vや第1ソース/ドレイン401a、第4ソース/ドレイン401dと配線とのコンタクトを示している。増幅ゲート13vは、コンタクトを介して、配線403に接続される。第1ソース/ドレイン401aは、コンタクトを介して、配線403に接続される。第4ソース/ドレイン401dは、コンタクトを介して、配線405に接続される。また、配線403は、コンタクトを介して、第1受光部21のFD領域16aに接続される。配線405は、コンタクトを介して、第1垂直信号線411に接続される。
第2トランジスタ群402も、リセットトランジスタと増幅トランジスタと選択トランジスタの3つのトランジスタで構成する。第2トランジスタ群402は、図25に示すように、リセットトランジスタのリセットゲート14wと、増幅トランジスタの増幅ゲート13wと、選択トランジスタの選択ゲート15wと、第5ソース/ドレイン402a〜第8ソース/ドレイン402dを有する。本実施形態では、図中X方向に沿って右から左へ、第5ソース/ドレイン402a、選択ゲート15w、第6ソース/ドレイン402b、増幅ゲート13w、第7ソース/ドレイン402c、リセットゲート14w、第8ソース/ドレイン402dの順で配置する。なお、図25では、図4には示していない、増幅ゲート13wや第5ソース/ドレイン402a、第8ソース/ドレイン402dと配線とのコンタクトを示している。増幅ゲート13wは、コンタクトを介して、配線404に接続される。第5ソース/ドレイン402aは、コンタクトを介して、配線406に接続される。第8ソース/ドレイン402dは、コンタクトを介して、配線404に接続される。また、配線404は、コンタクトを介して、第2受光部22のFD領域16bに接続される。配線406は、コンタクトを介して、第2垂直信号線412に接続される。
配線403及び配線404は、転送ゲート121a〜128aや増幅ゲート13v,13w、リセットゲート14v,14w、選択ゲート15v,15wよりも上層の配線として形成されている。第1垂直信号線411及び第2垂直信号線412は、配線403及び配線404よりもさらに上層の配線として形成されている。なお、配線405及び配線406は、図25ではL字状の1本の配線としているが、Y方向に延びる下層の配線とX方向に延びる上層の配線とをコンタクトして形成してもよい。
第1垂直信号線411と、第2垂直信号線412とは、受光部21,22の中心線に対して線対称に配置されている。また、第1垂直信号線411と第2垂直信号線412とは、図1のカラム処理部103の別々のカラムに接続されており、それぞれのカラムから信号が読み出される。
第1垂直信号線411が、第1のトランジスタ群401の第4ソース/ドレイン401dに接続され、第1トランジスタ群401の第1ソース/ドレイン401aが、配線403により第1受光部21のFD領域16aに接続されている。これにより、第1受光部21のFD領域16aにおける電荷に基づく信号が、第1垂直信号線411に読み出される。
第2垂直信号線412が、第2のトランジスタ群402の第5ソース/ドレイン402aに接続され、第2トランジスタ群402の第8ソース/ドレイン402dが、配線404により第2受光部22のFD領域16bに接続されている。これにより、第2受光部22のFD領域16bにおける電荷に基づく信号が、第2垂直信号線412に読み出される。
このように、第1受光部21及び第2受光部22について、それぞれの電荷に基づく信号を、異なる垂直信号線に読み出すことにより、高速化を図ることができる。
本実施形態では、第1トランジスタ群401の増幅ゲート13vと第2トランジスタ群402の増幅ゲート13wを、同等の寸法及び面積としている。第1トランジスタ群401のリセット14vと第2トランジスタ群402のリセットゲート14wを、同等の寸法及び面積としている。第1トランジスタ群401の選択ゲート15vと第2トランジスタ群402の選択ゲート15wを、同等の寸法及び面積としている。
すなわち、図25では、ゲートの面積の総和が、第1トランジスタ群401及び第2トランジスタ群402で同程度となっている。これにより、共有画素単位部400内において、第1トランジスタ群401におけるゲートの占有面積と、第2トランジスタ群402におけるゲートの占有面積とが略対称となる。すなわち、本実施形態においても、第1トランジスタ群401のレイアウト構成が第2トランジスタ群402のレイアウト構成と略対称となる。それゆえ、本実施形態のCMOSイメージセンサにおいても、第1トランジスタ群401及び第2トランジスタ群402間のレイアウト構成の非対称性により発生する上記問題を解消することができ、上記第1の実施形態と同様の効果が得られる。
本実施形態では、さらに、配線403及び第1トランジスタ群401の3つのトランジスタと、配線404及び第2トランジスタ群402の3つのトランジスタとで、左右逆に(受光部21,22の中心線に対して線対称に)配置している。すなわち、第1トランジスタ群401及び第2トランジスタ群402において、各トランジスタ群のトランジスタとトランジスタに接続された配線を、左右逆に(受光部21,22の中心線に対して線対称に)配置している。これにより、配線403と第2垂直信号線412との距離、配線404と第1垂直信号線411との距離が、等しくなる。即ち、その受光部のFD領域に接続された配線と、その受光部には接続されていない方の垂直信号線との距離が、第1受光部21及び第2受光部22で等しくなる。従って、FD領域に接続された配線と垂直信号線との間で生じる容量が、第1受光部21及び第2受光部22で等しくなり、ノイズ耐性や各種の電気的クロストークが均一になって、良質な画像が得られる。
これに対して、第1受光部21及び第2受光部22で、FD領域に接続された配線及びトランジスタ群の3つのトランジスタの配置を同じ配置とした場合には、FD領域に接続された配線と垂直信号線との距離が異なるので、この間に生じる容量に差を生じる。この場合、容量の差に起因して、画像に差を生じて、線欠陥や点欠陥等として現れることがある。
なお、上記各実施形態の構成において、第1トランジスタ群と第2トランジスタ群とを入れ替えた構成とすることも可能であり、そのような構成も本開示による技術の範囲内に含まれる。
<13.第12の実施形態>
上述した各種実施形態及び各種変形例のCMOSイメージセンサ(固体撮像装置)は、固体撮像装置で画像を取り込む機能を有する任意の電子機器に搭載して用いることができる。電子機器としては、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置(カメラシステム)、携帯電話機等の撮像機能を有する携帯端末装置、又は、固体撮像装置を含む画像取り込み部を備えた複写機などが挙げられる。ここでは、電子機器として撮像装置を例に挙げ、その構成について説明する。なお、電子機器に搭載されるカメラモジュールを撮像装置と称する場合もある。
図26に、上記各種実施形態及び各種変形例のCMOSイメージセンサを適用した撮像装置の概略ブロック構成を示す。
撮像装置300は、光学部301、CMOSイメージセンサ302、及び、カメラ信号処理回路であるDSP回路303(信号処理回路)を備える。また、撮像装置300は、フレームメモリ304、表示部305、記録部306、操作部307及び電源部308を備える。なお、DSP回路303、フレームメモリ304、表示部305、記録部306、操作部307及び電源部308は、バスライン309を介して互いに電気的に接続される。
光学部301は、例えばレンズ群等で構成される。光学部301は、被写体からの入射光(像光)を取り込んで、CMOSイメージセンサ302の撮像面上に入射光を結像する。
CMOSイメージセンサ302は、光学部301によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。なお、CMOSイメージセンサ302は、例えば、上述した各種実施形態及び各種変形例で説明したCMOSイメージセンサで構成される。それゆえ、本実施形態の撮像装置300では、例えば画素の微細化が進んでも複数のフォトダイオード間における例えば感度や飽和電荷量等の特性のばらつきを小さくすることができ、高画質画像の撮影が可能になる。
表示部305は、例えば液晶パネル、有機EL(Electro Luminescence)パネル等のパネルを備える表示装置で構成され、CMOSイメージセンサ302で撮像された動画又は静止画を表示する。記録部306は、CMOSイメージセンサ302で撮像された動画又は静止画を、例えば、ビデオテープ、DVD(Digital Versatile Disk)等の記録媒体に記録する。
操作部307は、ユーザの所定操作に基づいて、撮像装置300が有する各種機能を動作させるための操作指令信号を出力する。電源部308は、CMOSイメージセンサ302、DSP回路303、フレームメモリ304、表示部305、記録部306及び操作部307の動作電源となる各種電源を、それぞれ対応する各部に適宜供給する。
なお、図26に示す撮像装置300において、CMOSイメージセンサ302は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部又は光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
以上、本開示に係る各種実施形態及び各種変形例の固体撮像装置及びそれを備える電子機器について説明したが、本開示は、上記各種実施形態及び各種変形例に限定されない。例えば、上述した第1トランジスタ群及び第2トランジスタ群間のレイアウト構成の非対称性により発生するフォトダイオードの出力特性への悪影響を十分抑制できる範囲内であれば、共有画素単位部のレイアウト構成を任意に設定することができる。より具体的には、現状では、感度のばらつきが例えば約0.1%以下等であれば実用上問題は無いので、例えば、感度のばらつきが約0.1%以下となるような構成であれば、共有画素単位部のレイアウト構成を任意に設定することができる。
また、上記各種実施形態及び各種変形例では、共有画素単位部内に2つのトランジスタ群を設ける例を説明したが、本開示は、これに限定されず、共有画素単位部内に3つ以上のトランジスタ群を設けてもよい。この場合、少なくとも2つのトランジスタ群間においてゲート及び/又はソース/ドレインのレイアウト構成が対称であればよい。
さらに、第1トランジスタ群及び第2トランジスタ群間のレイアウト構成の非対称性により発生する問題は、上述のように、フォトダイオードの光入射側に設けられた配線層のレイアウト形態によっては、表面照射型CMOSイメージセンサでも起こり得る。それゆえ、上述した各種実施形態及び各種変形例の共有画素単位部のレイアウトは、画素共有技術を用いた表面照射型CMOSイメージセンサにも適用可能であり、同様の効果が得られる。
また、本開示に係る各種実施形態及び各種変形例の共有画素単位部のレイアウト構成は、共有画素単位部内で共有する各種トランジスタを複数個のトランジスタ群に配置する任意に用途に適宜適用することができる。
なお、本開示は、以下のような構成も取ることができる。
(1)
複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部で共有され、前記複数の光電変換部のそれぞれで生成された電荷を電圧信号に変換するフローティングディフュージョン部と、
前記複数の光電変換部に対してそれぞれ設けられ、前記複数の光電変換部で生成された電荷を前記フローティングディフュージョン部にそれぞれ転送する複数の転送部と、
前記フローティングディフュージョン部に電気的に接続され、かつ、第1のレイアウト構成で配置されたゲート及びソース/ドレインを有する第1トランジスタ群と、
前記フローティングディフュージョン部に電気的に接続され、前記第1のレイアウト構成と対称的な第2のレイアウト構成で配置されたゲート及びソース/ドレインを有し、かつ、前記第1トランジスタ群とは別の領域に設けられた第2トランジスタ群と
を備える固体撮像装置。
(2)
前記フローティングディフュージョン部で変換された前記電圧信号に対して同じ動作を行う複数のトランジスタのゲート及びソース/ドレインが、前記第1トランジスタ群及び前記第2トランジスタ群の一方に設けられた
(1)に記載の固体撮像装置。
(3)
前記フローティングディフュージョン部で変換された前記電圧信号に対して同じ動作を行う複数のトランジスタのうち、一部のトランジスタのゲート及びソース/ドレインが前記第1トランジスタ群に設けられ、残りのトランジスタのゲート及びソース/ドレインが前記第2トランジスタ群に設けられた
(1)に記載の固体撮像装置。
(4)
前記同じ動作を行う複数のトランジスタのうち、一部のトランジスタがトランジスタとして作用しない
(2)又は(3)に記載の固体撮像装置。
(5)
前記第1トランジスタ群及び前記第2トランジスタ群の少なくとも一方に、ダミーゲートが設けられた
(1)〜(4)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(6)
前記フローティングディフュージョン部で変換された前記電圧信号に対して互いに異なる動作を行う複数のトランジスタのうち、一部のトランジスタのゲート及びソース/ドレインが前記第1トランジスタ群に設けられ、残りのトランジスタのゲート及びソース/ドレインが前記第2トランジスタ群に設けられた
(1)に記載の固体撮像装置。
(7)
さらに、ウエルコンタクトを備え、
前記ウエルコンタクトが、前記複数の光電変換部の形成領域の周辺領域において、前記第1トランジスタ群及び前記第2トランジスタ群の形成領域とは別の領域に形成され、かつ、前記第1トランジスタ群から前記第2トランジスタ群に向かう方向と該ウエルコンタクトから前記フローティングディフュージョン部に向かう方向とが互いに直交するような位置に形成された
(1)〜(6)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(8)
さらに、前記複数の光電変換部の光照射側とは反対側に設けられた配線部を備える
(1)〜(7)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(9)
前記第1トランジスタ群及び前記第2トランジスタ群のそれぞれに増幅トランジスタが設けられ、前記第1トランジスタ群の増幅トランジスタと前記第2トランジスタ群の増幅トランジスタが並列接続された
(1)に記載の固体撮像装置。
(10)
前記第1トランジスタ群及び前記第2トランジスタ群のうちの一方のトランジスタ群のみに、リセットトランジスタが設けられた
(9)に記載の固体撮像装置。
(11)
前記第1トランジスタ群及び前記第2トランジスタ群のそれぞれにリセットトランジスタが設けられ、前記第1トランジスタ群のリセットトランジスタと前記第2トランジスタ群のリセットトランジスタが並列接続された
(9)に記載の固体撮像装置。
(12)
前記第1トランジスタ群及び前記第2トランジスタ群のうちの他方のトランジスタ群に、選択トランジスタが設けられた
(10)に記載の固体撮像装置。
(13)
前記第1トランジスタ群及び前記第2トランジスタ群のうちの他方のトランジスタ群に、ダミーゲートが設けられた
(10)に記載の固体撮像装置。
(14)
前記複数の光電変換部、前記フローティングディフュージョン部、及び前記複数の転送部を含んで受光部が構成され、
前記第1トランジスタ群及び前記第2トランジスタ群において、各トランジスタ群のトランジスタ及びトランジスタに接続された配線の配置が、前記受光部の中心線に対して対称な関係にある
(1)に記載の固体撮像装置。
(15)
複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部で共有され、前記複数の光電変換部のそれぞれで生成された電荷を電圧信号に変換するフローティングディフュージョン部と、前記複数の光電変換部に対してそれぞれ設けられ、前記複数の光電変換部で生成された電荷を前記フローティングディフュージョン部にそれぞれ転送する複数の転送部と、前記フローティングディフュージョン部に電気的に接続され、かつ、第1のレイアウト構成で配置されたゲート及びソース/ドレインを有する第1トランジスタ群と、前記フローティングディフュージョン部に電気的に接続され、前記第1のレイアウト構成と対称的な第2のレイアウト構成で配置されたゲート及びソース/ドレインを有し、かつ、前記第1トランジスタ群とは別の領域に設けられた第2トランジスタ群とを含む固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の出力信号に対して所定の処理を施す信号処理回路と
を備える電子機器。