JP2007228460A - 集積センサを搭載した積層型半導体装置 - Google Patents
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Abstract
全画素についての信号電荷の実質的同時蓄積が可能であると共に、高い画素開口率を実現できるセンサ回路及びアドレス指定型イメージセンサを提供する。
【解決手段】
マトリックス状に配置された複数の画素11をn個毎に共通ノード13に並列接続して、複数の画素ブロック12を構成する。各画素ブロック12は、共通ノード13に並列接続されたn個の光電変換素子PD1〜PDnと、光電変換素子PD1〜PDnの各々と共通ノード13とを結ぶ経路をそれぞれ開閉するn個のトランスファゲートTG1〜TGnを含む。各画素ブロック12に対しては、その外部に、全画素11をリセットする共通のリセットトランジスタTrRSTと、n個の画素11から読み出される信号を増幅する共通の増幅トランジスタTrAMPとが設けられる。
【選択図】 図4
Description
栗野ら、「三次元構造を持つインテリジェント・イメージセンサ・チップ」、1999年アイ・イー・ディー・エム テクニカル・ダイジェストp.36.4.1〜36.4.4(H. Kurino et al., "Intelligent Image Sensor Chip with Three Dimensional Structure", 1999 IEDM Technical Digest, pp. 36.4.1 - 36.4.4, 1999) 李ら、「高度並列画像処理チップ用の三次元集積技術の開発」、「日本応用物理学会誌」第39巻、p.2473〜2477、第1部4B、2000年4月、(K. Lee et al., "Development of Three-Dimensional Integration Technology for Highly Parallel Image-Processing Chip", Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 39, pp. 2474 - 2477, April 2000)
マトリックス状に配置された複数の画素を有すると共に、アドレス指定によって前記画素の各々を選択するアドレス指定型イメージセンサに使用されるセンサ回路であって、
複数の前記画素を所定数毎に共通ノードに並列接続して構成された複数の画素ブロックと、
前記画素ブロックの各々の前記共通ノードに接続された、当該画素ブロック内の複数の前記画素をリセットするためのリセットトランジスタと、
複数の前記画素ブロックの各々の前記共通ノードに接続された、当該画素ブロック内の複数の前記画素から送出される信号を増幅する増幅トランジスタとを備え、
前記画素ブロックの各々において、前記画素の各々は、照射された光に応じて信号電荷を生成する光電変換素子と、その光電変換素子と当該画素ブロックの前記共通ノードとの間の経路に設けられた第1ゲート素子とを含んでいることを特徴とするものである。
マトリックス状に配置された複数の画素を有すると共に、アドレス指定によって前記画素の各々を選択するアドレス指定型イメージセンサに使用されるセンサ回路であって、
複数の前記画素を所定数毎に共通ノードに並列接続して構成された複数の画素ブロックと、
複数の前記画素ブロックの各々の前記共通ノードに接続された、当該画素ブロック内の複数の前記画素から送出される信号を増幅する増幅トランジスタとを備え、
前記画素ブロックの各々において、前記画素の各々は、照射された光に応じて信号電荷を生成する光電変換素子と、その光電変換素子と当該画素ブロックの前記共通ノードとの間の経路に設けられた第1ゲート素子と、当該光電変換素子と前記第1ゲート素子との接続点に接続された、当該画素をリセットするためのリセットトランジスタとを含んでいることを特徴とするものである。
マトリックス状に配置された複数の画素を有すると共に、アドレス指定によって前記画素の各々を選択する、三次元積層構造を持つアドレス指定型イメージセンサであって、
複数の前記画素を所定数毎に共通ノードに並列接続して構成された複数の画素ブロックと、
前記画素ブロックの各々の前記共通ノードに接続された、当該画素ブロック内の複数の前記画素をリセットするためのリセットトランジスタと、
複数の前記画素ブロックの各々の前記共通ノードに接続された、当該画素ブロック内の複数の前記画素から送出される信号を増幅する増幅トランジスタとを備え、
前記画素ブロックの各々において、前記画素の各々は、照射された光に応じて信号電荷を生成する光電変換素子と、その光電変換素子と当該画素ブロックの前記共通ノードとの間の経路に設けられた第1ゲート素子とを含んでおり、
少なくとも前記光電変換素子は、前記三次元積層構造を構成する第1半導体回路層の中に形成され、前記第1ゲート素子と前記リセットトランジスタと前記増幅トランジスタは、前記三次元積層構造を構成する第2あるいは第3以降の半導体回路層の中に形成されていることを特徴とするものである。
マトリックス状に配置された複数の画素を有すると共に、アドレス指定によって前記画素の各々を選択する、三次元積層構造を持つアドレス指定型イメージセンサであって、
複数の前記画素を所定数毎に共通ノードに並列接続して構成された複数の画素ブロックと、
複数の前記画素ブロックの各々の前記共通ノードに接続された、当該画素ブロック内の複数の前記画素から送出される信号を増幅する増幅トランジスタとを備え、
前記画素ブロックの各々において、前記画素の各々は、照射された光に応じて信号電荷を生成する光電変換素子と、その光電変換素子と当該画素ブロックの前記共通ノードとの間の経路に設けられた第1ゲート素子と、当該光電変換素子と前記第1ゲート素子との接続点に接続された、当該画素をリセットするためのリセットトランジスタとを含んでおり、
少なくとも前記光電変換素子は、前記三次元積層構造を構成する第1半導体回路層の中に形成され、前記第1ゲート素子と前記リセットトランジスタと前記増幅トランジスタは、前記三次元積層構造を構成する第2あるいはそれ以降の半導体回路層の中に形成されていることを特徴とするものである。
図2は、本発明の第1実施形態に係るセンサ回路1の要部回路構成を示す図である。図1は、このセンサ回路1が使用されるアドレス指定型イメージセンサ(以下、CMOSイメージセンサともいう)の全体構成を示す機能ブロック図である。このセンサ回路1は、本発明の第1の観点によるセンサ回路に対応する。
まず、全画素11のフォトダイオードPD1〜PDnの各々に対して設けられたトランスファゲートTG1〜TGn(第1ゲート素子)を構成するMOSトランジスタのゲート電極にそれぞれ印加されるパルス信号(トランスファゲート制御信号)φT1〜φTnの論理状態をHigh(H)とし、もって全トランスファゲートTG1〜TGnを導通状態とする。
次に、全画素11のトランスファゲートTG1〜TGnに印加されるトランスファゲート制御信号φT1〜φTnの論理状態をLow(L)とし、すべてのトランスファゲートTG1〜TGnを遮断状態とする。また、それと同時に、リセット制御信号φRSTの論理状態をLとし、全リセットトランジスタTrRSTも一括して遮断状態とする。
上記のようにして全フォトダイオードPD1〜PDnに生成・蓄積せしめられた電荷量に比例する信号は、電圧の形式で次のようにして各画素11から読み出され、増幅される。
図3は、本発明の第2実施形態に係るセンサ回路1Aの構成を示す回路図である。このセンサ回路1Aが使用されるアドレス指定型イメージセンサの全体構成は、図1に示したものと同じであるから、その説明は省略する。このセンサ回路1Aは本発明の第1の観点によるセンサ回路に対応する。
図4は、本発明の第3実施形態に係るセンサ回路1Bの構成を示す回路図である。このセンサ回路1Bが使用されるアドレス指定型イメージセンサの全体構成は、図1に示したものと同じであるから、その説明は省略する。このセンサ回路1Bは本発明の第1の観点によるセンサ回路に対応する。
図5は、本発明の第4実施形態に係るセンサ回路1Cの構成を示す回路図である。このセンサ回路1Cが使用されるアドレス指定型イメージセンサの全体構成は、図1に示したものと同じであるから、その説明は省略する。このセンサ回路1Cは本発明の第1の観点によるセンサ回路に対応する。
図6は、本発明の第5実施形態に係るアドレス指定型イメージセンサ2の要部の回路構成を示す回路図であり、図8はそのイメージセンサ2の実際構造を示す要部断面図である。このイメージセンサ2は、上述した第3実施形態のセンサ回路1B(図4参照)を使用したものであり、上位半導体回路層21と下位半導体回路層22を積層して二段の三次元積層構造とされている。このイメージセンサ2は、本発明の第3の観点によるイメージセンサに対応する。
図7は、本発明の第6実施形態に係るアドレス指定型イメージセンサ2Aの要部の回路構成を示す回路図であり、図9は、同イメージセンサ2Aの実際構造を示す要部断面図である。このイメージセンサ2Aは、上述した第4実施形態のセンサ回路1C(図5参照)を使用したものであり、上位半導体回路層21と下位半導体回路層22’を積層して二段の三次元積層構造とされている。このイメージセンサ2Aは、本発明の第3の観点によるイメージセンサに対応する。
図10は、本発明の第7実施形態に係るアドレス指定型イメージセンサ2Bの要部の回路構成を示す回路図であり、図11は、イメージセンサ2Bの実際構造を示す要部断面図である。このイメージセンサ2Bは、上記第4実施形態のセンサ回路1C(図5参照)を使用したものであり、上位半導体回路層21Aと下位半導体回路層22A’を積層して二段の三次元積層構造とされている。イメージセンサ2Bは、本発明の第3の観点によるイメージセンサに対応する。
図12は、本発明の第8実施形態に係るアドレス指定型イメージセンサ2Cの実際構造を示す要部断面図である。このイメージセンサ2Cは、上述した第7実施形態のイメージセンサ2B(図10及び図11参照)において、記憶用容量素子CST1〜CSTnと出力トランジスタTrOUT1〜TrOUTnを削除したものに相当する。このイメージセンサ2Cは、本発明の第3の観点によるアドレス指定型イメージセンサに対応する。
図13は、本発明の第9実施形態に係るアドレス指定型イメージセンサ2Dの要部の回路構成を示す回路図であり、図14は、イメージセンサ2Dの実際構造を示す要部断面図である。このイメージセンサ2Dは、上記第4実施形態のセンサ回路1C(図5参照)を使用したものであり、上位半導体回路層21Bと下位半導体回路層22B’を積層して二段の三次元積層構造とされている。イメージセンサ2Bは、本発明の第3の観点によるイメージセンサに対応する。
図15は、本発明の第10実施形態に係るアドレス指定型イメージセンサ2Eの実際構造を示す要部断面図である。このイメージセンサ2Eは、上述した第9実施形態のイメージセンサ2C(図13及び図14参照)において、記憶用容量素子CST1〜CSTnと出力トランジスタTrOUT1〜TrOUTnを削除したものに相当する。このイメージセンサ2Eは、本発明の第3の観点によるアドレス指定型イメージセンサに対応する。
図16は、本発明の第11実施形態に係るアドレス指定型イメージセンサ2Fの要部の回路構成を示す回路図であり、図17は、イメージセンサ2Fの実際構造を示す要部断面図である。このイメージセンサ2Fは、上記第4実施形態のセンサ回路1C(図5参照)を使用したものであり、上位半導体回路層21Cと下位半導体回路層22C’を積層して二段の三次元積層構造とされている。イメージセンサ2Fは、本発明の第3の観点によるイメージセンサに対応する。
図18は、本発明の第12実施形態に係るアドレス指定型イメージセンサ2Gの実際構造を示す要部断面図である。このイメージセンサ2Gは、上述した第11実施形態のイメージセンサ2F(図16及び図17参照)において、下位半導体回路層22C’をそのままにして、上位半導体回路層21C中の基板40を上下逆向きにしたものに相当する。このイメージセンサ2Gは、本発明の第3の観点によるアドレス指定型イメージセンサに対応する。
図20は、本発明の第13実施形態に係るセンサ回路3の要部回路構成を示す図である。図19は、このセンサ回路3が使用されるアドレス指定型イメージセンサの全体構成を示す機能ブロック図である。このセンサ回路3は、本発明の第2の観点によるセンサ回路に対応する。
まず、全画素11aのフォトダイオードPD1〜PDnの各々に対して設けられたトランスファゲートTG1〜TGn(第1ゲート素子)を構成するn個のMOSトランジスタのゲート電極に印加されるトランスファゲート制御信号φT1〜φTnの論理状態をHとし、もって全トランスファゲートTG1〜TGnを導通状態とする。
次に、トランスファゲートTG1〜TGnに印加されるトランスファゲート制御信号φT1〜φTnの論理状態をLとし、すべてのトランスファゲートTG1〜TGnを遮断状態とする。また、それと同時に、リセット制御信号φRSTの論理状態をLとして全リセットトランジスタTrRST1〜TrRSTnも遮断状態とする。
上記のようにして全フォトダイオードPD1〜PDnに生成・蓄積された電荷量に比例する信号は、電圧の形式で次のようにして各画素11aから読み出され、増幅される。
図21は、本発明の第14実施形態に係るアドレス指定型イメージセンサ4の要部の回路構成を示す回路図であり、図23はそのイメージセンサ4の実際構造を示す要部断面図である。このイメージセンサ4は、上述した第13実施形態のセンサ回路3(図20参照)において、各画素ブロック12aに対して設けられた増幅トランジスタTrAMPの出力側のソース・ドレイン領域に、n個の選択トランジスタTrSEL1〜TrSELn(第2ゲート素子)が接続されていて、増幅されたn個のフォトダイオードPD1〜PDnからのn個の出力信号が、選択トランジスタTrSEL1〜TrSELnを介して並列的に出力されるようにしたセンサ回路を使用しており、上位半導体回路層21Eと下位半導体回路層22Eを積層して二段の三次元積層構造とされている。このイメージセンサ4は、本発明の第4の観点によるイメージセンサに対応し、その中に使用されているセンサ回路は、本発明の第2の観点によるセンサ回路に対応する。
図22は、本発明の第15実施形態に係るアドレス指定型イメージセンサ4Aの要部の回路構成を示す回路図であり、図24は、同イメージセンサ4Aの実際構造を示す要部断面図である。このイメージセンサ4Aは、上述した第14実施形態のイメージセンサ4で使用されたセンサ回路(図21を参照)において、n個の選択トランジスタTrSEL1〜TrSELnの出力側にそれぞれ記憶用容量素子CST1〜CSTnと出力トランジスタTrOUT1〜TrOUTnとが追加接続されたセンサ回路を使用したものであり、上位半導体回路層21Eと下位半導体回路層22E’を積層して二段の三次元積層構造とされている。このイメージセンサ4Aは、本発明の第4の観点によるイメージセンサに対応する。
上述した第5〜第12実施形態に係るアドレス指定型イメージセンサ2〜2Gと第14及び第15実施形態に係るアドレス指定型イメージセンサ4及び4Aは、いずれも上位及び下位の二つの半導体回路層を積層してなる二層構造であるが、本発明のイメージセンサは二層構造に限定されるものではない。三層あるいは四層以上の半導体回路層を積層して構成することも可能である。その一例として、上位、中位及び下位の三層の半導体回路層から構成された例について以下に説明する。
図25〜図27は、上述した実施形態に使用された記憶用容量素子の構成例を示す。これらの図では、選択トランジスタTrSEL1と出力トランジスタTrOUT1の間に設けられる記憶用容量素子CST1について示している。
上述した第1〜第16の実施形態は本発明を具体化した例を示すものであり、したがって本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を外れることなく種々の変形が可能であることは言うまでもない。例えば、上述した実施形態のほとんどでは、上位半導体回路層と下位半導体回路層、あるいは上位半導体回路層と中位半導体回路層、中位半導体回路層と下位半導体回路層をそれぞれバンプ電極と埋込配線を用いて相互に電気的に接続しているが、本発明はこれに限定されない。上述した第12実施形態のように、上位半導体回路層と下位半導体回路層をバンプ電極と配線膜を用いて相互に電気的に接続してもよい。要は、上位半導体回路層と下位半導体回路層とを相互に電気的に接続する構造であれば、任意のものを使用できる。
2、2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G、2H アドレス指定型イメージセンサ
3 センサ回路
4、4A アドレス指定型イメージセンサ
11、11a 画素
12、12a 画素ブロック
13,13a 共通ノード
14、15 ノード
21、21A、21B、21C、21D、21E、21F 上位半導体回路層
22Fa 中位半導体回路層
22、22’、22A、22A’、22B、22B’、22C’、22D’、22E、22E’、22Fb下位半導体回路層
23、23’ 埋込配線
23a、23a’ 導電性コンタクトプラグ
24、24’ 絶縁膜
31 リセット線
32 読出制御線
33 水平信号線
34 垂直走査回路
35 水平走査回路
36 CDS回路
37 列信号線
38 列選択信号
39 出力選択線
39a 出力制御線
40 p型シリコン基板
41 素子分離絶縁膜
42、43 n+型領域
44 ゲート電極
45 導電性コンタクトプラグ
46 配線膜
47 配線構造
48 n+型領域
49 ゲート電極
50 導電性コンタクトプラグ
52 n+型領域
53 ゲート電極
54、55 導電性コンタクトプラグ
56、57 配線膜
58 導電性コンタクトプラグ
59 配線膜
60、60’ p型シリコン基板
61、61’ 素子分離絶縁膜
62、64、66、66a、66b n+型領域
63、65、67、67a、67b ゲート電極
67aa 容量素子
68、69、70、71 導電性コンタクトプラグ
72、72a、73 配線膜
74、74’ 配線構造
74a、74a、74a’ 導電性コンタクトプラグ
75、75’ 配線膜
76 n+型領域
77 ゲート電極
78、80、82 導電性コンタクトプラグ
79、81、83 配線膜
90、90’ バンプ電極
91、91’ 電気的絶縁性接着剤
PD1〜PDn フォトダイオード
TG1〜TGn トランスファゲート
TrRST、TrRST1〜TrRSTn リセットトランジスタ
TrAMP 増幅トランジスタ
TrSEL1〜TrSELn 選択トランジスタ
R 抵抗器
CST、CST1〜CSTn 記憶用容量素子
R0 寄生抵抗
Csn、C01、C02 寄生容量
Claims (32)
- マトリックス状に配置された複数の画素を有すると共に、アドレス指定によって前記画素の各々を選択するアドレス指定型イメージセンサに使用されるセンサ回路であって、
複数の前記画素を所定数毎に共通ノードに並列接続して構成された複数の画素ブロックと、
前記画素ブロックの各々の前記共通ノードに接続された、当該画素ブロック内の複数の前記画素をリセットするためのリセットトランジスタと、
複数の前記画素ブロックの各々の前記共通ノードに接続された、当該画素ブロック内の複数の前記画素から送出される信号を増幅する増幅トランジスタとを備え、
前記画素ブロックの各々において、前記画素の各々は、照射された光に応じて信号電荷を生成する光電変換素子と、その光電変換素子と当該画素ブロックの前記共通ノードとの間の経路に設けられた第1ゲート素子とを含んでいることを特徴とするセンサ回路。 - 前記増幅トランジスタが、単一の出力端を有している請求項1に記載のセンサ回路。
- 前記増幅トランジスタの出力端に接続された記憶用容量素子と、当該容量素子に記憶された信号の出力を制御する出力トランジスタとを、さらに備えている請求項1に記載のセンサ回路。
- 前記増幅トランジスタが、当該増幅トランジスタに対応する前記画素ブロック中の前記画素の総数に等しい数の出力端を有していると共に、それら出力端の各々に第2ゲート素子が接続されている請求項1に記載のセンサ回路。
- 前記増幅トランジスタの複数の前記出力端にそれぞれ接続された複数の記憶用容量素子と、これら容量素子に記憶された信号の出力を制御する複数の出力トランジスタとを、さらに備えている請求項4に記載のセンサ回路。
- 前記画素のすべてに一括して信号電荷を生成・蓄積させる前に、前記リセットトランジスタのすべてを用いて前記画素のすべてについて一括してリセットが行われ、前記画素ブロックの各々において、前記画素に蓄積された信号電荷に対応する信号が、対応する前記共通ノードを介して時系列的に読み出されてから対応する前記増幅トランジスタに送られる請求項1〜5のいずれか1項に記載のセンサ回路。
- マトリックス状に配置された複数の画素を有していると共に、アドレス指定によって前記画素の各々を選択するアドレス指定型イメージセンサに使用されるセンサ回路であって、
複数の前記画素を所定数毎に共通ノードに並列接続して構成された複数の画素ブロックと、
複数の前記画素ブロックの各々の前記共通ノードに接続された、当該画素ブロック内の複数の前記画素から送出される信号を増幅する増幅トランジスタとを備え、
前記画素ブロックの各々において、前記画素の各々は、照射された光に応じて信号電荷を生成する光電変換素子と、その光電変換素子と当該画素ブロックの前記共通ノードとの間の経路に設けられた第1ゲート素子と、当該光電変換素子と前記第1ゲート素子との接続点に接続された、当該画素をリセットするためのリセットトランジスタとを含んでいることを特徴とするセンサ回路。 - 前記増幅トランジスタが、単一の出力端を有している請求項7に記載のセンサ回路。
- 前記増幅トランジスタの出力端に接続された記憶用容量素子と、当該容量素子に記憶された信号の出力を制御する出力トランジスタとを、さらに備えている請求項7に記載のセンサ回路。
- 前記増幅トランジスタが、当該増幅トランジスタに対応する前記画素ブロック中の前記画素の総数に等しい数の出力端を有していると共に、それら出力端の各々に第2ゲート素子が接続されている請求項7に記載のセンサ回路。
- 前記増幅トランジスタの複数の前記出力端にそれぞれ接続された複数の記憶用容量素子と、これら容量素子に記憶された信号の出力を制御する複数の出力トランジスタとを、さらに備えている請求項10に記載のセンサ回路。
- 前記画素のすべてに一括して信号電荷を生成・蓄積させる前に、前記リセットトランジスタのすべてを用いて前記画素のすべてについて一括してリセットが行われ、前記画素ブロックの各々において、前記画素に蓄積された信号電荷に対応する信号が、対応する前記共通ノードを介して時系列的に読み出されてから対応する前記増幅トランジスタに送られる請求項7〜11のいずれか1項に記載のセンサ回路。
- マトリックス状に配置された複数の画素を有すると共に、アドレス指定によって前記画素の各々を選択する、三次元積層構造を持つアドレス指定型イメージセンサであって、
複数の前記画素を所定数毎に共通ノードに並列接続して構成された複数の画素ブロックと、
前記画素ブロックの各々の前記共通ノードに接続された、当該画素ブロック内の複数の前記画素をリセットするためのリセットトランジスタと、
複数の前記画素ブロックの各々の前記共通ノードに接続された、当該画素ブロック内の複数の前記画素から送出される信号を増幅する増幅トランジスタとを備え、
前記画素ブロックの各々において、前記画素の各々は、照射された光に応じて信号電荷を生成する光電変換素子と、その光電変換素子と当該画素ブロックの前記共通ノードとの間の経路に設けられた第1ゲート素子とを含んでおり、
少なくとも前記光電変換素子は、前記三次元積層構造を構成する第1半導体回路層の中に形成され、前記第1ゲート素子と前記リセットトランジスタと前記増幅トランジスタは、前記三次元積層構造を構成する第2あるいは第3以降の半導体回路層の中に形成されていることを特徴とするアドレス指定型イメージセンサ。 - 複数の前記光電変換素子に加えて、複数の前記第1ゲート素子が前記第1半導体回路層の中に形成され、複数の前記増幅トランジスタと複数の前記リセットトランジスタが前記第2あるいは第3以降の半導体回路層の中に形成されている請求項13に記載のアドレス指定型イメージセンサ。
- 複数の前記光電変換素子に加えて、複数の前記第1ゲート素子及び複数の前記リセットトランジスタが前記第1半導体回路層の中に形成され、複数の前記増幅トランジスタが前記第2あるいは第3以降の半導体回路層の中に形成されている請求項13に記載のアドレス指定型イメージセンサ。
- 前記増幅トランジスタが、当該増幅トランジスタに対応する前記画素ブロック中の前記画素の総数に等しい数の出力端を有していると共に、それら出力端の各々に第2ゲート素子(選択トランジスタ)が接続されており、
複数の前記光電変換素子に加えて、複数の前記第1ゲート素子、複数の前記リセットトランジスタ及び複数の前記増幅トランジスタが前記第1半導体回路層の中に形成され、複数の前記第2ゲート素子(選択トランジスタ)が前記第2あるいは第3以降の半導体回路層の中に形成されている請求項13に記載のアドレス指定型イメージセンサ。 - 複数の前記光電変換素子のみが前記第1半導体回路層の中に形成され、複数の前記第1ゲート素子と複数の前記リセットトランジスタと複数の前記増幅トランジスタが前記第2あるいは第3以降の半導体回路層の中に形成されている請求項13に記載のアドレス指定型イメージセンサ。
- 前記増幅トランジスタの各々が、単一の出力端を有している請求項13に記載のアドレス指定型イメージセンサ。
- 前記第2あるいは第3以降の半導体回路層の中に、前記増幅トランジスタの出力端に接続された記憶用容量素子と、当該容量素子に記憶された信号の出力を制御する出力トランジスタとを、さらに備えている請求項18に記載のアドレス指定型イメージセンサ。
- 前記増幅トランジスタの各々が、当該増幅トランジスタに対応する前記画素ブロック中の前記画素の総数に等しい数の出力端を有していると共に、それら出力端の各々に第2ゲート素子が接続されている請求項18に記載のアドレス指定型イメージセンサ。
- 前記第2あるいは第3以降の半導体回路層の中に、前記増幅トランジスタの複数の前記出力端にそれぞれ接続された複数の記憶用容量素子と、これら容量素子に記憶された信号の出力を制御する複数の出力トランジスタとを、さらに備えている請求項20に記載のアドレス指定型イメージセンサ。
- 前記画素のすべてに一括して信号電荷を生成・蓄積させる前に、前記リセットトランジスタのすべてを用いて前記画素のすべてについて一括してリセットが行われ、前記画素ブロックの各々において、前記画素に蓄積された信号電荷に対応する信号が、対応する前記共通ノードを介して時系列的に読み出されてから対応する前記増幅トランジスタに送られる請求項13〜21のいずれか1項に記載のアドレス指定型イメージセンサ。
- マトリックス状に配置された複数の画素を有すると共に、アドレス指定によって前記画素の各々を選択する、三次元積層構造を持つアドレス指定型イメージセンサであって、
複数の前記画素を所定数毎に共通ノードに並列接続して構成された複数の画素ブロックと、
複数の前記画素ブロックの各々の前記共通ノードに接続された、当該画素ブロック内の複数の前記画素から送出される信号を増幅する増幅トランジスタとを備え、
前記画素ブロックの各々において、前記画素の各々は、照射された光に応じて信号電荷を生成する光電変換素子と、その光電変換素子と当該画素ブロックの前記共通ノードとの間の経路に設けられた第1ゲート素子と、当該光電変換素子と前記第1ゲート素子との接続点に接続された、当該画素をリセットするためのリセットトランジスタとを含んでおり、
少なくとも前記光電変換素子は、前記三次元積層構造を構成する第1半導体回路層の中に形成され、前記第1ゲート素子と前記リセットトランジスタと前記増幅トランジスタは、前記三次元積層構造を構成する第2あるいはそれ以降の半導体回路層の中に形成されていることを特徴とするアドレス指定型イメージセンサ。 - 複数の前記光電変換素子に加えて、複数の前記第1ゲート素子が前記第1半導体回路層の中に形成され、複数の前記増幅トランジスタと複数の前記リセットトランジスタが前記第2あるいは第3以降の半導体回路層の中に形成されている請求項23に記載のアドレス指定型イメージセンサ。
- 複数の前記光電変換素子に加えて、複数の前記第1ゲート素子及び複数の前記リセットトランジスタが前記第1半導体回路層の中に形成され、複数の前記増幅トランジスタが前記第2あるいは第3以降の半導体回路層の中に形成されている請求項23に記載のアドレス指定型イメージセンサ。
- 前記増幅トランジスタが、当該増幅トランジスタに対応する前記画素ブロック中の前記画素の総数に等しい数の出力端を有していると共に、それら出力端の各々に第2ゲート素子(選択トランジスタ)が接続されており、
複数の前記光電変換素子に加えて、複数の前記第1ゲート素子、複数の前記リセットトランジスタ及び複数の前記増幅トランジスタが前記第1半導体回路層の中に形成され、複数の前記第2ゲート素子(選択トランジスタ)が前記第2あるいは第3以降の半導体回路層の中に形成されている請求項23に記載のアドレス指定型イメージセンサ。 - 複数の前記光電変換素子のみが前記第1半導体回路層の中に形成され、複数の前記第1ゲート素子と複数の前記リセットトランジスタと複数の前記増幅トランジスタが前記第2あるいは第3以降の半導体回路層の中に形成されている請求項23に記載のアドレス指定型イメージセンサ。
- 前記増幅トランジスタの各々が、単一の出力端を有している請求項23に記載のアドレス指定型イメージセンサ。
- 前記第2あるいは第3以降の半導体回路層の中に、前記増幅トランジスタの出力端に接続された記憶用容量素子と、当該容量素子に記憶された信号の出力を制御する出力トランジスタとを、さらに備えている請求項28に記載のアドレス指定型イメージセンサ。
- 前記増幅トランジスタの各々が、当該増幅トランジスタに対応する前記画素ブロック中の前記画素の総数に等しい数の出力端を有していると共に、それら出力端の各々に第2ゲート素子が接続されている請求項23に記載のアドレス指定型イメージセンサ。
- 前記第2あるいは第3以降の半導体回路層の中に、前記増幅トランジスタの複数の前記出力端にそれぞれ接続された複数の記憶用容量素子と、これら容量素子に記憶された信号の出力を制御する複数の出力トランジスタとを、さらに備えている請求項30に記載のアドレス指定型イメージセンサ。
- 前記画素のすべてに一括して信号電荷を生成・蓄積させる前に、前記リセットトランジスタのすべてを用いて前記画素のすべてについて一括してリセットが行われ、前記画素ブロックの各々において、前記画素に蓄積された信号電荷に対応する信号が、対応する前記共通ノードを介して時系列的に読み出されてから対応する前記増幅トランジスタに送られる請求項23〜31のいずれか1項に記載のアドレス指定型イメージセンサ。
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