JP2012244331A - 固体撮像装置、撮像装置および信号読み出し方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画素に含まれる光電変換素子が複数配置された第1基板に設けられた第1電極パッドと、画素の信号を読み出す読出し部を有する第2基板に設けられた第2電極パッドと、一端を第1電極パッドに接合し、他端を第2電極パッドに接合することで、第1電極パッドと第2電極パッドとを電気的に接続する接続部と、を有し、複数の画素を、単位画素セルまたは複数画素をまとめたセル毎に複数の領域に区分し、その区分された区分領域のそれぞれには、第1〜第nの第1電極パッド、および第1〜第mの第2電極パッドが割り当てられており、同一の区分領域に割り当てられた第1〜第nの第1電極パッド、および第1〜第mの第2電極パッドは、複数の接続部を介して電気的に接続されるよう構成される。
【選択図】図4
Description
以下、図面を参照し、本発明の第1の実施形態を説明する。以下の詳細な説明は、一例として特定の詳細な内容を含んでいる。以下の詳細な内容にいろいろなバリエーションや変更を加えたとしても、そのバリエーションや変更を加えた内容が本発明の範囲を超えないことは、当業者であれば当然理解できる。したがって、以下で説明する各種の実施形態は、権利を請求された発明の一般性を失わせることはなく、また、権利を請求された発明に対して何ら限定を加えることもない。
期間T1はリセット期間であり、この期間に各フォトダイオードPD1〜PD4のリセットを行う。まず、リセットパルスΦRST1をハイにすると同時に、各画素セル30の転送パルスΦTX1−1をハイにする。これによって、フォトダイオードPD1の電圧を電源電圧と同電位となるようにリセットする。
期間T2は、所望の露光期間経過後に行うクランプ動作とメモリ動作を行う期間である。所望の露光期間経過後、リセットパルスΦRST1,ΦRST2−1と、転送パルスΦTX2−1をハイにする。これによって、フローティングディフィージョン451がリセットされているときの電圧信号が、クランプ容量425にクランプされる。次に、リセットパルスΦRST1,ΦRST2−1をローにし、転送パルスΦTX1−1をハイにする。これによって、フォトダイオードPD1に蓄積された電荷に相当する信号電荷がフローティングディフィージョン451に転送される。フローティングディフィージョン451は、フォトダイオードPD1から転送された電荷を蓄積し、蓄積された電荷に対応する電圧を出力する。このとき、アナログメモリ421には、フローティングディフィージョン451に蓄積された電荷に対応する電圧がメモリされる。そして、転送パルスΦTX1−1をローにした後に転送パルスΦTX2−1をローにしてメモリ動作を終了する。
期間T3は読み出し期間である。なお、電気信号を読み出す際には、同一行の画素セル30からは、同時に各列の垂直信号線9に電気信号が出力される。期間T3では、まず、行選択パルスΦSEL1をハイにし、垂直信号線9を介して、アナログメモリ421にメモリされている電圧に基づく信号を列処理回路4に入力する。そして、リセットパルスΦRST2−1をハイにし、垂直信号線9を介して、アナログメモリ421がリセットされているときの電圧に基づく信号を列処理回路4に入力する。列処理回路4は、入力された信号を用いて、フォトダイオードPD1に蓄積された信号電荷に基づいた電気信号であり、ノイズ抑圧などが行われた電気信号を生成する。また、列処理回路4は、生成した電気信号を水平走査回路5に対して入力する。水平走査回路5は、入力された電気信号を出力アンプ6に対して順次出力する。これにより、フォトダイオードPD1に蓄積された信号電荷に基づいた電気信号を読み出すことができる。
次に、図面を参照し、本発明の第2の実施形態を説明する。本実施形態における撮像装置の構成は、第1の実施形態における撮像装置の構成と同様の構成である。また、本実施形態における固体撮像装置202の構成は、第1の実施形態における固体撮像装置202と同様の構成である。本実施形態と第1の実施形態とで異なる点は、各画素セル30の第1基板20に形成されているマイクロパッド22の位置と、第2基板21に形成されているマイクロパッド23の位置との関係である。
次に、図面を参照し、本発明の第3の実施形態を説明する。本実施形態における撮像装置の構成は、第1の実施形態における撮像装置の構成と同様の構成である。また、本実施形態における固体撮像装置202の構成は、第1の実施形態における固体撮像装置202と同様の構成である。本実施形態と第1の実施形態とで異なる点は、各画素セル30の第1基板20に形成されているマイクロパッド22の大きさと、第2基板21に形成されているマイクロパッド23の大きさとが異なる点である。
次に、図面を参照し、本発明の第4の実施形態を説明する。本実施形態における撮像装置の構成は、第1の実施形態における撮像装置の構成と同様の構成である。また、本実施形態における固体撮像装置202の構成は、第1の実施形態における固体撮像装置202と同様の構成である。本実施形態と第1の実施形態とで異なる点は、各画素セル30の第1基板20に形成されているマイクロパッド22の大きさおよび個数が異なる点である。
「画素に含まれる光電変換素子が複数配置された第1基板に設けられた第1電極手段と、
前記画素の信号を読み出す読出し部を有する第2基板に設けられた第2電極手段と、
一端を前記第1電極手段に接合し、他端を前記第2電極手段に接合することで、前記第1電極手段と前記第2電極手段とを電気的に接続する接続手段と、
を有し、
複数の前記画素を、単位画素セルまたは複数画素をまとめたセル毎に複数の領域に区分し、その区分された区分領域のそれぞれには、第1〜第nの前記第1電極手段、および第1〜第mの前記第2電極手段(nとmは1以上の整数)が割り当てられており、同一の前記区分領域に割り当てられた第1〜第nの前記第1電極手段、および第1〜第mの前記第2電極手段は、複数の前記接続手段を介して電気的に接続されるよう構成される
ことを特徴とする固体撮像装置。」
であってもよい。
「画素に含まれる光電変換素子が複数配置された第1基板に設けられた第1電極パッドと、
前記画素の信号を読み出す読出し部を有する第2基板に設けられた第2電極パッドと、
一端を前記第1電極パッドに接合し、他端を前記第2電極パッドに接合することで、前記第1電極パッドと前記第2電極パッドとを電気的に接続する接続部と、
を有し、
複数の前記画素を、単位画素セルまたは複数画素をまとめたセル毎に複数の領域に区分し、その区分された区分領域のそれぞれには、第1〜第nの前記第1電極パッド、および第1〜第mの前記第2電極パッド(nとmは1以上の整数)が割り当てられており、同一の前記区分領域に割り当てられた第1〜第nの前記第1電極パッド、および第1〜第mの前記第2電極パッドは、複数の前記接続部を介して電気的に接続されるよう構成される固体撮像装置の前記画素から信号を読み出す処理をコンピュータに実行させるためのプログラムコードが記録されたコンピュータプログラムプロダクトであって、
前記読み出し部が、前記第1基板に配置された前記光電変換素子で発生した信号を、前記第1電極パッドと、前記接続部と、前記第2電極パッドとを介して読み出す読み出しステップ
を含むプログラムコードが記録されたコンピュータプログラムプロダクト。」
であってもよい。
Claims (24)
- 画素に含まれる光電変換素子が複数配置された第1基板に設けられた第1電極パッドと、
前記画素の信号を読み出す読出し部を有する第2基板に設けられた第2電極パッドと、
一端を前記第1電極パッドに接合し、他端を前記第2電極パッドに接合することで、前記第1電極パッドと前記第2電極パッドとを電気的に接続する接続部と、
を有し、
複数の前記画素を、単位画素セルまたは複数画素をまとめたセル毎に複数の領域に区分し、その区分された区分領域のそれぞれには、第1〜第nの前記第1電極パッド、および第1〜第mの前記第2電極パッド(nとmは1以上の整数)が割り当てられており、同一の前記区分領域に割り当てられた第1〜第nの前記第1電極パッド、および第1〜第mの前記第2電極パッドは、複数の前記接続部を介して電気的に接続されるよう構成される
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記第1基板には複数の前記第1電極パッドが設けられ、
前記第2基板には、前記第1電極パッドの数と同数の前記第2電極パッドが設けられ、
前記第1基板における複数の前記第1電極パッドの中間点の位置と、前記第2基板における複数の前記第2電極パッドの中間点の位置とは同一であり、複数の前記第1電極パッド同士の距離と、複数の前記第2電極パッド同士の距離とは異なる
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記第1基板に設けられたn個(nは3以上の整数)の前記第1電極パッドは、前記第1基板上面からの射影図において正n角形となるように配置されており、
前記第2基板に設けられたn個の前記第2電極パッドは、前記第2基板上面からの射影図において正n角形となるように配置されており、
前記第1電極パッドが形成する前記正n角形の辺の長さと、前記第2電極パッドが形成する前記正n角形の辺の長さとは異なる
ことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。 - 前記第1基板上面からの射影図において正n角形となるように配置された前記第1電極パッドが形成する前記正n角形の中心位置と、前記第2基板上面からの射影図において正n角形となるように配置された前記第2電極パッドが形成する前記正n角形の中心位置とは同一である
ことを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。 - 前記第1電極パッドと前記第2電極パッドとの大きさは異なる
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 同一の前記区分領域内において、前記第1電極パッドの数と前記第2電極パッドの数とは異なる
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 同一の前記区分領域内において、前記第1電極パッドの数は前記第2電極パッドの数よりも多い
ことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置。 - 同一の前記区分領域内において、前記第1電極パッドの数は前記第2電極パッドの数よりも少ない
ことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置。 - 前記第1基板と前記第2基板とは積層されており、
前記接続部の両端に接合された前記第1電極パッドおよび前記第2電極パッドからなる一組の電極パッドを前記第1基板面および前記第2基板面に平行な仮想水平面に射影した場合に、前記一組の電極パッドのうち一方の電極パッドの射影像が他方の電極パッドの射影像を包含するよう、前記第1電極パッドと前記第2電極パッドとを配置する
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記一組の電極パッドは、一つの前記第1電極パッドと一つの前記第2電極パッドとの組み合わせにより構成される
ことを特徴とする請求項9に記載の固体撮像装置。 - 前記一組の電極パッドは、複数の前記第1電極パッドと一つの前記第2電極パッドとの組み合わせにより構成されており、
前記一方の電極パッドは、一つの第2電極パッドであり、
前記他方の電極パッドは、複数の第1電極パッドである
ことを特徴とする請求項9に記載の固体撮像装置。 - 前記一組の電極パッドは、一つの前記第1電極パッドと複数の前記第2電極パッドとの組み合わせにより構成されており、
前記一方の電極パッドは、一つの第1電極パッドであり、
前記他方の電極パッドは、複数の第2電極パッドである
ことを特徴とする請求項9に記載の固体撮像装置。 - 前記画素は、
前記第1基板に含まれる光電変換素子と、
前記第2基板に含まれ、前記光電変換素子で発生し前記接続部を経由した信号を蓄積する信号蓄積回路と、
前記信号蓄積回路に蓄積された信号を出力する出力回路と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記画素は、
前記第2基板に含まれ、前記光電変換素子で発生した信号を蓄積する信号蓄積回路と、
前記光電変換素子で発生した信号を増幅する増幅回路と、
をさらに備え、
前記信号蓄積回路は、前記増幅回路によって増幅された増幅信号を蓄積する
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記画素は、
前記増幅信号中のノイズを低減するノイズ低減回路
をさらに備え、
前記信号蓄積回路は、前記ノイズが低減された増幅信号を蓄積する
ことを特徴とする請求項14に記載の固体撮像装置。 - 前記増幅回路は、前記光電変換素子で発生した信号をゲートに受け、前記ゲートに受けた信号を増幅してソースおよびドレインの一方から増幅信号を出力する増幅トランジスタを含む
ことを特徴とする請求項15に記載の固体撮像装置。 - 前記ノイズ低減回路は、
前記増幅トランジスタから出力された前記増幅信号をクランプするクランプ容量と、
前記クランプ容量でクランプされた前記増幅信号に応じた信号をソースおよびドレインの一方に受け、当該ソースおよびドレインの一方に受けた信号をサンプルホールドして前記信号蓄積回路に蓄積するトランジスタと、
をさらに有することを特徴とする請求項16に記載の固体撮像装置。 - 前記接続部は、前記光電変換素子から前記信号蓄積回路までの電気的に接続された経路において、前記光電変換素子と前記増幅トランジスタの間、前記増幅トランジスタと前記クランプ容量の間、前記クランプ容量と前記トランジスタの間、または前記トランジスタと前記信号蓄積回路の間に配置されることを特徴とする請求項17に記載の固体撮像装置。
- 前記接続部はバンプであることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記接続部は、前記第1基板の表面に形成された第1の電極と、前記第2基板の表面に形成され、前記第1の電極と貼り合わされた第2の電極とを有することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記第2基板は、前記光電変換素子に入射する光が照射される前記第1基板の表面とは反対側の表面と接続されることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記光電変換素子をリセットする第1のリセット回路と、
前記増幅回路の入力部をリセットする第2のリセット回路と、
前記複数の光電変換素子のそれぞれで発生した信号を前記増幅回路の入力部に順次転送する転送回路と、
前記信号蓄積回路に蓄積された前記増幅信号を増幅して第2の増幅信号を出力する第2の増幅回路と、
前記第2の増幅回路の入力部をリセットする第3のリセット回路と、
をさらに有することを特徴とする請求項14に記載の固体撮像装置。 - 画素に含まれる光電変換素子が複数配置された第1基板に設けられた第1電極パッドと、
前記画素の信号を読み出す読出し部を有する第2基板に設けられた第2電極パッドと、
一端を前記第1電極パッドに接合し、他端を前記第2電極パッドに接合することで、前記第1電極パッドと前記第2電極パッドとを電気的に接続する接続部と、
を有し、
複数の前記画素を、単位画素セルまたは複数画素をまとめたセル毎に複数の領域に区分し、その区分された区分領域のそれぞれには、第1〜第nの前記第1電極パッド、および第1〜第mの前記第2電極パッド(nとmは1以上の整数)が割り当てられており、同一の前記区分領域に割り当てられた第1〜第nの前記第1電極パッド、および第1〜第mの前記第2電極パッドは、複数の前記接続部を介して電気的に接続されるよう構成される
ことを特徴とする撮像装置。 - 画素に含まれる光電変換素子が複数配置された第1基板に設けられた第1電極パッドと、
前記画素の信号を読み出す読出し部を有する第2基板に設けられた第2電極パッドと、
一端を前記第1電極パッドに接合し、他端を前記第2電極パッドに接合することで、前記第1電極パッドと前記第2電極パッドとを電気的に接続する接続部と、
を有し、
複数の前記画素を、単位画素セルまたは複数画素をまとめたセル毎に複数の領域に区分し、その区分された区分領域のそれぞれには、第1〜第nの前記第1電極パッド、および第1〜第mの前記第2電極パッド(nとmは1以上の整数)が割り当てられており、同一の前記区分領域に割り当てられた第1〜第nの前記第1電極パッド、および第1〜第mの前記第2電極パッドは、複数の前記接続部を介して電気的に接続されるよう構成される固体撮像装置の前記画素から信号を読み出す信号読み出し方法であって、
前記読み出し部が、前記第1基板に配置された前記光電変換素子で発生した信号を、前記第1電極パッドと、前記接続部と、前記第2電極パッドとを介して読み出す読み出しステップ
を有することを特徴とする信号読み出し方法。
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