JP2013168720A - Solid-state imaging device and imaging device - Google Patents

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直史 坂口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging device and an imaging device that are capable of suppressing a change in characteristics at a connection part connecting two substrates.SOLUTION: A first substrate 20 has a connection part 250a, a second substrate 21 has a connection part 250b, and the first substrate 20 and the second substrate 21 are electrically connected via the connection parts. The area of a portion where the connection part 250a and the connection part 250b overlap each other when being viewed in a direction perpendicular to a main surface of the first substrate 20 or a main surface of the second substrate 21 is maintained almost equal between a case where a relative displacement between the connection part 250a and the connection part 250b occurs and a case where it does not occur.

Description

本発明は、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが電気的に接続されている固体撮像装置および撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging device in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected.

近年、ビデオカメラや電子スチルカメラなどが広く一般に普及している。これらのカメラには、CCD(Charge Coupled Device)型や増幅型の固体撮像装置が使用されている。増幅型の固体撮像装置は、光が入射する画素の光電変換部が生成・蓄積した信号電荷を、画素に設けられた増幅部に導き、増幅部が増幅した信号を画素から出力する。増幅型の固体撮像装置では、このような画素が二次元マトリクス状に複数配置されている。増幅型の固体撮像装置には、例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)トランジスタを用いたCMOS型固体撮像装置等がある。   In recent years, video cameras, electronic still cameras, and the like have been widely used. For these cameras, CCD (Charge Coupled Device) type and amplification type solid-state imaging devices are used. An amplification type solid-state imaging device guides signal charges generated and accumulated by a photoelectric conversion unit of a pixel on which light is incident to an amplification unit provided in the pixel, and outputs a signal amplified by the amplification unit from the pixel. In an amplification type solid-state imaging device, a plurality of such pixels are arranged in a two-dimensional matrix. Examples of the amplification type solid-state imaging device include a CMOS-type solid-state imaging device using a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) transistor.

従来、一般的なCMOS型固体撮像装置は、二次元マトリクス状に配列された各画素の光電変換部が生成した信号電荷を行毎に順次読み出す方式を採用している。この方式では、各画素の光電変換部における露光のタイミングは、信号電荷の読み出しの開始と終了によって決まるため、行毎に露光のタイミングが異なる。このため、このようなCMOS型固体撮像装置を用いて動きの速い被写体を撮像すると、撮像した画像内で被写体が歪んでしまう。   Conventionally, a general CMOS-type solid-state imaging device employs a method of sequentially reading out signal charges generated by photoelectric conversion units of pixels arranged in a two-dimensional matrix for each row. In this method, since the exposure timing in the photoelectric conversion unit of each pixel is determined by the start and end of reading of the signal charge, the exposure timing is different for each row. For this reason, when a fast moving subject is imaged using such a CMOS solid-state imaging device, the subject is distorted in the captured image.

この被写体の歪みを無くすために、信号電荷の蓄積の同時性を実現する同時撮像機能(グローバルシャッタ機能)が提案されている。また、グローバルシャッタ機能を有するCMOS型固体撮像装置の用途が多くなりつつある。グローバルシャッタ機能を有するCMOS型固体撮像装置では、通常、光電変換部が生成した信号電荷を、読み出しが行われるまで蓄えておくために、遮光性を持った蓄積容量部を有することが必要となる。このような従来のCMOS型固体撮像装置は、全画素を同時に露光した後、各光電変換部が生成した信号電荷を全画素で同時に各蓄積容量部に転送して一旦蓄積しておき、この信号電荷を所定の読み出しタイミングで順次画素信号に変換して読み出している。   In order to eliminate the distortion of the subject, a simultaneous imaging function (global shutter function) that realizes the simultaneous accumulation of signal charges has been proposed. In addition, applications of CMOS solid-state imaging devices having a global shutter function are increasing. In a CMOS type solid-state imaging device having a global shutter function, it is usually necessary to have a storage capacitor unit having a light shielding property in order to store signal charges generated by a photoelectric conversion unit until reading is performed. . In such a conventional CMOS type solid-state imaging device, after exposing all pixels simultaneously, the signal charges generated by each photoelectric conversion unit are simultaneously transferred to each storage capacitor unit by all pixels and temporarily stored. The charges are sequentially converted into pixel signals at a predetermined readout timing and read out.

ただし、従来のグローバルシャッタ機能を有するCMOS型固体撮像装置では、光電変換部と蓄積容量部とを同一基板の同一平面上に作りこまねばならず、チップ面積の増大が避けられない。さらに、蓄積容量部に蓄積された信号電荷を読み出すまでの待機期間中に、光に起因するノイズや、蓄積容量部で発生するリーク電流(暗電流)に起因するノイズにより信号の品質が劣化してしまうという問題がある。   However, in a conventional CMOS solid-state imaging device having a global shutter function, the photoelectric conversion unit and the storage capacitor unit must be formed on the same plane of the same substrate, and an increase in chip area is inevitable. In addition, during the standby period until the signal charge accumulated in the storage capacitor section is read, the signal quality deteriorates due to noise caused by light and noise caused by leakage current (dark current) generated in the storage capacitor section. There is a problem that it ends up.

この問題を解決するために、単位セル毎に配線層側にマイクロパッドを形成したMOSイメージセンサチップと、MOSイメージセンサチップのマイクロパッドに対応する位置の配線層側にマイクロパッドを形成した信号処理チップとをマイクロバンプによって接続してなる固体撮像装置が特許文献1に開示されている。また、光電変換部が形成された第1の基板と、複数のMOSトランジスタが形成された第2の基板とを貼り合わせた固体撮像装置によりチップ面積の増大を防ぐ方法が特許文献2に開示されている。   In order to solve this problem, a MOS image sensor chip in which a micropad is formed on the wiring layer side for each unit cell, and a signal processing in which a micropad is formed on the wiring layer side at a position corresponding to the micropad of the MOS image sensor chip Patent Document 1 discloses a solid-state imaging device in which a chip is connected by micro bumps. Further, Patent Document 2 discloses a method of preventing an increase in chip area by a solid-state imaging device in which a first substrate on which a photoelectric conversion unit is formed and a second substrate on which a plurality of MOS transistors are formed are bonded. ing.

図13(a)は、上述した2枚の基板が貼り合わされて構成される固体撮像装置の断面構成を示している。第1基板90と第2基板91が、マイクロパッドおよびマイクロバンプを含む接続部900によって電気的に接続されている。図13(b)は固体撮像装置の第1基板90の平面構成を示している。第1基板90において2次元の行列状に画素910が配列されている。   FIG. 13 (a) shows a cross-sectional configuration of a solid-state imaging device configured by bonding the two substrates described above. The first substrate 90 and the second substrate 91 are electrically connected by a connection part 900 including micropads and microbumps. FIG. 13B shows a planar configuration of the first substrate 90 of the solid-state imaging device. Pixels 910 are arranged in a two-dimensional matrix on the first substrate 90.

特開2006−49361号公報JP 2006-49361 A 特開2010−219339号公報JP 2010-219339 A

しかしながら、2枚の基板を貼り合わせる際に、ウエハの反りなどの影響により、接続部の位置合わせが困難になる。図14は、ウエハの反りが発生した場合の接続部の状態を模式的に示している。図14に示すように、第1基板90に設けられた接続部900aと第2基板91に設けられた接続部900bとを介して2枚の基板が接続されている。この状態でウエハに反りが発生した場合、基板内のある位置で接続部同士の位置合わせを行っても、基板内の他の位置で接続部同士の相対的な位置がずれてしまう。接続部同士の相対的な位置がずれると、接続部同士が接触している部分の面積がずれに応じて変化し、互いに接続される接続部900a,900bにおける特性(例えば抵抗値などの電気的特性)が変化することがある。   However, when the two substrates are bonded together, it is difficult to align the connecting portions due to the influence of the warp of the wafer. FIG. 14 schematically shows the state of the connecting portion when the wafer is warped. As shown in FIG. 14, two substrates are connected via a connection portion 900 a provided on the first substrate 90 and a connection portion 900 b provided on the second substrate 91. When the wafer is warped in this state, even if the connection portions are aligned at a certain position in the substrate, the relative positions of the connection portions are shifted at other positions in the substrate. When the relative positions of the connection portions are shifted, the area of the portion where the connection portions are in contact changes according to the shift, and characteristics (for example, electrical resistance such as resistance value) in the connection portions 900a and 900b connected to each other are changed. Characteristics) may change.

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、2枚の基板を接続する接続部における特性の変化を抑制することができる固体撮像装置および撮像装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device and an imaging device that can suppress a change in characteristics at a connection portion that connects two substrates. .

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、画素を構成する第1の回路要素と第1の接続部とを有する第1の基板と、前記画素を構成する第2の回路要素と第2の接続部とを有する第2の基板と、を有し、前記第1の接続部および前記第2の接続部を介して前記第1の基板および前記第2の基板が電気的に接続され、前記第1の接続部および前記第2の接続部の相対的なずれが発生する場合と発生しない場合とで、前記第1の基板の主面または前記第2の基板の主面に垂直な方向に見て前記第1の接続部および前記第2の接続部が重なる部分の面積が略同一に保たれることを特徴とする固体撮像装置である。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and includes a first substrate having a first circuit element and a first connection part constituting a pixel, and a second circuit constituting the pixel. A second substrate having an element and a second connection portion, wherein the first substrate and the second substrate are electrically connected via the first connection portion and the second connection portion. The main surface of the first substrate or the main surface of the second substrate depending on whether or not the relative displacement between the first connection portion and the second connection portion occurs. The solid-state imaging device is characterized in that the area of the overlapping portion of the first connection portion and the second connection portion is kept substantially the same when viewed in a direction perpendicular to the vertical direction.

また、本発明の固体撮像装置において、前記第1の基板の主面または前記第2の基板の主面に垂直な方向に見て前記第1の接続部の形状は、第1の方向に平行な2つの第1の長辺と、2つの前記第1の長辺よりも短い2つの第1の短辺とを有する形状であり、前記第1の基板の主面または前記第2の基板の主面に垂直な方向に見て前記第2の接続部の形状は、第2の方向に平行な2つの第2の長辺と、2つの前記第2の長辺よりも短い2つの第2の短辺とを有する形状であり、前記第1の方向と前記第2の方向とが異なることを特徴とする。   In the solid-state imaging device of the present invention, the shape of the first connection portion is parallel to the first direction when viewed in a direction perpendicular to the main surface of the first substrate or the main surface of the second substrate. Two first long sides and two first short sides shorter than the two first long sides, and the main surface of the first substrate or the second substrate. The shape of the second connection portion when viewed in the direction perpendicular to the main surface is two second long sides parallel to the second direction and two second long sides shorter than the two second long sides. The first direction is different from the second direction.

また、本発明の固体撮像装置において、前記第1の基板の主面または前記第2の基板の主面に垂直な方向に見て前記第1の接続部の形状は、第1の方向に平行な2つの第1の長辺と、2つの前記第1の長辺よりも短い2つの第1の短辺とを有する長方形であり、前記第1の基板の主面または前記第2の基板の主面に垂直な方向に見て前記第2の接続部の形状は、第2の方向に平行な2つの第2の長辺と、2つの前記第2の長辺よりも短い2つの第2の短辺とを有する長方形であり、前記第1の方向と前記第2の方向とが異なることを特徴とする。   In the solid-state imaging device of the present invention, the shape of the first connection portion is parallel to the first direction when viewed in a direction perpendicular to the main surface of the first substrate or the main surface of the second substrate. A first rectangular side having two first long sides and two first short sides shorter than the two first long sides, and the main surface of the first substrate or the second substrate. The shape of the second connection portion when viewed in the direction perpendicular to the main surface is two second long sides parallel to the second direction and two second long sides shorter than the two second long sides. The rectangle has a short side, and the first direction and the second direction are different.

また、本発明の固体撮像装置において、前記第1の方向と前記第2の方向が直交することを特徴とする。   In the solid-state imaging device of the present invention, the first direction and the second direction are orthogonal to each other.

また、本発明の固体撮像装置において、前記第1の基板の主面または前記第2の基板の主面に垂直な方向に見て前記第1の接続部の重心位置と前記第2の接続部の重心位置とが一致することを特徴とする。   In the solid-state imaging device according to the present invention, the position of the center of gravity of the first connection portion and the second connection portion when viewed in a direction perpendicular to the main surface of the first substrate or the main surface of the second substrate. It is characterized in that the position of the center of gravity coincides.

また、本発明の固体撮像装置において、前記第1の基板は複数の前記第1の接続部を有し、前記第2の基板は複数の前記第2の接続部を有し、複数の前記第1の接続部において前記第1の方向は同一であり、複数の前記第2の接続部において前記第2の方向は同一であることを特徴とする。   In the solid-state imaging device of the present invention, the first substrate includes a plurality of the first connection portions, the second substrate includes a plurality of the second connection portions, and a plurality of the first connection portions. In one connection portion, the first direction is the same, and in the plurality of second connection portions, the second direction is the same.

また、本発明の固体撮像装置において、前記第1の基板は複数の前記第1の接続部を有し、前記第2の基板は複数の前記第2の接続部を有し、前記第1の基板の主面または前記第2の基板の主面に垂直な方向に見て複数の前記第1の接続部の形状が同一かつ複数の前記第2の接続部の形状が同一であることを特徴とする。   In the solid-state imaging device of the present invention, the first substrate has a plurality of the first connection portions, the second substrate has a plurality of the second connection portions, and the first substrate The plurality of first connection portions have the same shape and the plurality of second connection portions have the same shape when viewed in a direction perpendicular to the main surface of the substrate or the main surface of the second substrate. And

また、本発明の固体撮像装置において、前記第1の基板は複数の前記第1の接続部を有し、前記第2の基板は複数の前記第2の接続部を有し、前記第1の基板の主面または前記第2の基板の主面に垂直な方向に見て複数の前記第1の接続部の面積が同一かつ複数の前記第2の接続部の面積が同一であることを特徴とする。   In the solid-state imaging device of the present invention, the first substrate has a plurality of the first connection portions, the second substrate has a plurality of the second connection portions, and the first substrate The areas of the plurality of first connection portions are the same and the areas of the plurality of second connection portions are the same when viewed in a direction perpendicular to the main surface of the substrate or the main surface of the second substrate. And

また、本発明は、画素を構成する第1の回路要素と第1の接続部とを有する第1の基板と、前記画素を構成する第2の回路要素と第2の接続部とを有する第2の基板と、を有し、前記第1の接続部および前記第2の接続部を介して前記第1の基板および前記第2の基板が電気的に接続され、前記第1の接続部および前記第2の接続部の相対的なずれが発生する場合と発生しない場合とで、前記第1の基板の主面または前記第2の基板の主面に垂直な方向に見て前記第1の接続部および前記第2の接続部が重なる部分の面積が略同一に保たれることを特徴とする撮像装置である。   In addition, the present invention provides a first substrate having a first circuit element and a first connection portion constituting a pixel, and a second substrate having a second circuit element and a second connection portion constituting the pixel. Two substrates, and the first substrate and the second substrate are electrically connected via the first connection portion and the second connection portion, and the first connection portion and Whether the relative displacement of the second connection portion occurs or not occurs, the first substrate viewed in the direction perpendicular to the main surface of the first substrate or the main surface of the second substrate. The imaging device is characterized in that the area of the overlapping portion of the connecting portion and the second connecting portion is kept substantially the same.

本発明によれば、第1の接続部および第2の接続部の相対的なずれが発生する場合と発生しない場合とで、第1の基板の主面または第2の基板の主面に垂直な方向に見て第1の接続部および第2の接続部が重なる部分の面積が略同一に保たれるため、2枚の基板を接続する接続部における特性の変化を抑制することができる。   According to the present invention, the first connecting portion and the second connecting portion are perpendicular to the main surface of the first substrate or the main surface of the second substrate depending on whether or not the relative displacement occurs. Since the area of the portion where the first connection portion and the second connection portion overlap is kept substantially the same when viewed in any direction, it is possible to suppress changes in characteristics at the connection portion connecting the two substrates.

本発明の一実施形態による固体撮像装置を適用した撮像装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the imaging device to which the solid-state imaging device by one Embodiment of this invention is applied. 本発明の一実施形態による固体撮像装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the solid-state imaging device by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体撮像装置の断面図である。It is sectional drawing of the solid-state imaging device by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体撮像装置が備える画素の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the pixel with which the solid-state imaging device by one Embodiment of this invention is provided. 本発明の一実施形態による固体撮像装置が備える画素の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation | movement of the pixel with which the solid-state imaging device by one Embodiment of this invention is provided. 本発明の一実施形態による固体撮像装置が備える画素の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation | movement of the pixel with which the solid-state imaging device by one Embodiment of this invention is provided. 本発明の一実施形態による固体撮像装置が備える接続部の状態を示す平面図および断面図である。It is the top view and sectional view which show the state of the connection part with which the solid-state imaging device by one Embodiment of this invention is provided. 本発明の一実施形態による固体撮像装置が備える接続部の状態を示す平面図および断面図である。It is the top view and sectional view which show the state of the connection part with which the solid-state imaging device by one Embodiment of this invention is provided. 本発明の一実施形態による固体撮像装置が備える接続部の状態を示す参考図である。It is a reference figure showing the state of the connection part with which the solid imaging device by one embodiment of the present invention is provided. 本発明の一実施形態による固体撮像装置が備える接続部の状態を示す参考図である。It is a reference figure showing the state of the connection part with which the solid imaging device by one embodiment of the present invention is provided. 本発明の一実施形態による固体撮像装置が備える接続部の状態を示す参考図である。It is a reference figure showing the state of the connection part with which the solid imaging device by one embodiment of the present invention is provided. 本発明の一実施形態による固体撮像装置が備える接続部の形状を示す参考図である。It is a reference figure showing the shape of the connection part with which the solid-state imaging device by one embodiment of the present invention is provided. 従来の固体撮像装置の断面図および平面図である。It is sectional drawing and a top view of the conventional solid-state imaging device. ウエハの反りが発生した場合の接続部の状態を示す参考図である。FIG. 6 is a reference diagram illustrating a state of a connection portion when a wafer warps.

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。図1は、本実施形態による固体撮像装置を適用した撮像装置の一例としてデジタルカメラの構成を示している。本発明の一態様に係る撮像装置は、撮像機能を有する電子機器であればよく、デジタルカメラのほか、デジタルビデオカメラ、内視鏡等であってもよい。図1に示すデジタルカメラ10は、レンズ部1、レンズ制御装置2、固体撮像装置3、駆動回路4、メモリ5、信号処理回路6、記録装置7、制御装置8、および表示装置9を備える。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of a digital camera as an example of an imaging apparatus to which the solid-state imaging apparatus according to the present embodiment is applied. The imaging device according to one embodiment of the present invention may be an electronic device having an imaging function, and may be a digital video camera, an endoscope, or the like in addition to a digital camera. A digital camera 10 shown in FIG. 1 includes a lens unit 1, a lens control device 2, a solid-state imaging device 3, a drive circuit 4, a memory 5, a signal processing circuit 6, a recording device 7, a control device 8, and a display device 9.

レンズ部1はズームレンズやフォーカスレンズを備えており、被写体からの光を固体撮像装置3の受光面に被写体像として結像する。レンズ制御装置2は、レンズ部1のズーム、フォーカス、絞りなどを制御する。レンズ部1を介して取り込まれた光は固体撮像装置3の受光面で結像される。固体撮像装置3は、受光面に結像された被写体像を画像信号に変換して出力する。固体撮像装置3の受光面には、複数の画素が行方向および列方向に2次元的に配列されている。   The lens unit 1 includes a zoom lens and a focus lens, and forms light from the subject as a subject image on the light receiving surface of the solid-state imaging device 3. The lens control device 2 controls zoom, focus, aperture, and the like of the lens unit 1. The light taken in via the lens unit 1 is imaged on the light receiving surface of the solid-state imaging device 3. The solid-state imaging device 3 converts the subject image formed on the light receiving surface into an image signal and outputs the image signal. On the light receiving surface of the solid-state imaging device 3, a plurality of pixels are two-dimensionally arranged in the row direction and the column direction.

駆動回路4は、固体撮像装置3を駆動し、その動作を制御する。メモリ5は、画像データを一時的に記憶する。信号処理回路6は、固体撮像装置3から出力された画像信号に対して、予め定められた処理を行う。信号処理回路6によって行われる処理には、画像信号の増幅、画像データの各種の補正、画像データの圧縮などがある。   The drive circuit 4 drives the solid-state imaging device 3 and controls its operation. The memory 5 temporarily stores image data. The signal processing circuit 6 performs a predetermined process on the image signal output from the solid-state imaging device 3. The processing performed by the signal processing circuit 6 includes amplification of an image signal, various corrections of image data, compression of image data, and the like.

記録装置7は、画像データの記録または読み出しを行うための半導体メモリなどによって構成されており、着脱可能な状態でデジタルカメラ10に内蔵される。表示装置9は、動画像(ライブビュー画像)の表示、静止画像の表示、記録装置7に記録された動画像や静止画像の表示、デジタルカメラ10の状態の表示などを行う。   The recording device 7 includes a semiconductor memory for recording or reading image data, and is built in the digital camera 10 in a detachable state. The display device 9 displays a moving image (live view image), displays a still image, displays a moving image and a still image recorded in the recording device 7, displays a state of the digital camera 10, and the like.

制御装置8は、デジタルカメラ10全体の制御を行う。制御装置8の動作は、デジタルカメラ10が内蔵するROMに格納されているプログラムに規定されている。制御装置8は、このプログラムを読み出して、プログラムが規定する内容に従って、各種の制御を行う。   The control device 8 controls the entire digital camera 10. The operation of the control device 8 is defined by a program stored in a ROM built in the digital camera 10. The control device 8 reads this program and performs various controls according to the contents defined by the program.

図2は、固体撮像装置3の構成を示している。図2に示す固体撮像装置は、画素部200(画素アレイ)、垂直走査回路300、列処理回路350、水平走査回路400、および出力アンプ410を備えている。図2に示す各回路要素の配置位置は実際の配置位置と必ずしも一致するわけではない。   FIG. 2 shows the configuration of the solid-state imaging device 3. The solid-state imaging device shown in FIG. 2 includes a pixel unit 200 (pixel array), a vertical scanning circuit 300, a column processing circuit 350, a horizontal scanning circuit 400, and an output amplifier 410. The arrangement position of each circuit element shown in FIG. 2 does not necessarily coincide with the actual arrangement position.

画素部200は、2次元の行列状に配列された画素100と、列毎に設けられた電流源130とを有する。本実施形態では、固体撮像装置3が有する全画素からなる領域を画素信号の読み出し対象領域とするが、固体撮像装置3が有する全画素からなる領域の一部を読み出し対象領域としてもよい。読み出し対象領域は、少なくとも有効画素領域の全画素を含むことが望ましい。また、読み出し対象領域は、有効画素領域の外側に配置されているオプティカルブラック画素(常時遮光されている画素)を含んでもよい。オプティカルブラック画素から読み出した画素信号は、例えば暗電流成分の補正に使用される。   The pixel unit 200 includes pixels 100 arranged in a two-dimensional matrix and a current source 130 provided for each column. In the present embodiment, the area composed of all pixels of the solid-state imaging device 3 is set as a pixel signal readout target area, but a part of the area composed of all pixels of the solid-state imaging apparatus 3 may be set as the readout target area. It is desirable that the read target area includes at least all pixels in the effective pixel area. Further, the read target area may include an optical black pixel (a pixel that is always shielded from light) arranged outside the effective pixel area. The pixel signal read from the optical black pixel is used for correcting a dark current component, for example.

垂直走査回路300は行単位で画素部200の駆動制御を行う。この駆動制御を行うために、垂直走査回路300は、行数と同じ数の単位回路301-1,301-2,・・・,301-n(nは行数)で構成されている。   The vertical scanning circuit 300 performs drive control of the pixel unit 200 in units of rows. In order to perform this drive control, the vertical scanning circuit 300 includes unit circuits 301-1, 301-2,..., 301-n (n is the number of rows) as many as the number of rows.

各単位回路301-i(i=1,2,・・・,n)は、1行分の画素100を制御するための制御信号を、行毎に設けられている信号線110へ出力する。信号線110は画素100に接続されており、単位回路301-iから出力された制御信号を画素100に供給する。図2では、各行に対応する各信号線110が1本の線で表現されているが、各信号線110は複数の信号線を含む。制御信号により選択された行の画素100の信号は、列毎に設けられている垂直信号線120へ出力されるようになっている。   Each unit circuit 301-i (i = 1, 2,..., N) outputs a control signal for controlling the pixels 100 for one row to the signal line 110 provided for each row. The signal line 110 is connected to the pixel 100, and supplies the control signal output from the unit circuit 301-i to the pixel 100. In FIG. 2, each signal line 110 corresponding to each row is represented by one line, but each signal line 110 includes a plurality of signal lines. The signal of the pixel 100 in the row selected by the control signal is output to the vertical signal line 120 provided for each column.

電流源130は垂直信号線120に接続されており、画素100内の増幅トランジスタ(後述する第2増幅トランジスタ241,242,243,244)とソースフォロア回路を構成する。列処理回路350は、垂直信号線120に出力された画素信号に対してノイズ抑圧などの信号処理を行う。水平走査回路400は、垂直信号線120に出力されて列処理回路350によって処理された1行分の画素100の画素信号を水平方向の並びの順で時系列に出力アンプ410へ出力する。出力アンプ410は、水平走査回路400から出力された画素信号を増幅し、画像信号として固体撮像装置3の外部へ出力する。   The current source 130 is connected to the vertical signal line 120, and forms a source follower circuit with amplification transistors (second amplification transistors 241, 242, 243, and 244 described later) in the pixel 100. The column processing circuit 350 performs signal processing such as noise suppression on the pixel signal output to the vertical signal line 120. The horizontal scanning circuit 400 outputs the pixel signals of one row of pixels 100 output to the vertical signal line 120 and processed by the column processing circuit 350 to the output amplifier 410 in time series in the order of horizontal alignment. The output amplifier 410 amplifies the pixel signal output from the horizontal scanning circuit 400 and outputs it as an image signal to the outside of the solid-state imaging device 3.

図3は固体撮像装置3の断面構造を示している。固体撮像装置3は、画素100を構成する回路要素(光電変換素子や、トランジスタ、容量等)が配置された2枚の基板(第1基板20、第2基板21)が重なった構造を有する。画素100を構成する回路要素は第1基板20と第2基板21に分配して配置されている。第1基板20と第2基板21は、画素100の駆動時に2枚の基板間で電気信号を授受可能なように電気的に接続されている。   FIG. 3 shows a cross-sectional structure of the solid-state imaging device 3. The solid-state imaging device 3 has a structure in which two substrates (first substrate 20 and second substrate 21) on which circuit elements (photoelectric conversion elements, transistors, capacitors, etc.) constituting the pixel 100 are arranged overlap each other. Circuit elements constituting the pixel 100 are distributed and arranged on the first substrate 20 and the second substrate 21. The first substrate 20 and the second substrate 21 are electrically connected so that an electric signal can be exchanged between the two substrates when the pixel 100 is driven.

第1基板20の2つの主面(側面よりも相対的に表面積が大きい表面)のうち、光Lが照射される側の主面側に光電変換素子が形成されており、第1基板20に照射された光は光電変換素子に入射する。第1基板20の2つの主面のうち、光Lが照射される側の主面とは反対側の主面には、第2基板21と接続するための接続部250が形成されている。第1基板20に配置されている光電変換素子で発生した信号電荷に基づく信号は、接続部250を介して第2基板21へ出力される。図3に示す例では第1基板20と第2基板21の主面の面積が異なるが、第1基板20と第2基板21の主面の面積が同じであってもよい。   Of the two main surfaces of the first substrate 20 (surface having a relatively larger surface area than the side surface), a photoelectric conversion element is formed on the main surface side on which the light L is irradiated. The irradiated light enters the photoelectric conversion element. Of the two main surfaces of the first substrate 20, a connecting portion 250 for connecting to the second substrate 21 is formed on the main surface opposite to the main surface on which the light L is irradiated. A signal based on the signal charge generated by the photoelectric conversion element disposed on the first substrate 20 is output to the second substrate 21 via the connection unit 250. In the example shown in FIG. 3, the areas of the main surfaces of the first substrate 20 and the second substrate 21 are different, but the areas of the main surfaces of the first substrate 20 and the second substrate 21 may be the same.

画素100以外の垂直走査回路300、列処理回路350、水平走査回路400、出力アンプ410に関しては、それぞれ第1基板20と第2基板21のどちらに配置されていてもよい。また、垂直走査回路300、列処理回路350、水平走査回路400、出力アンプ410のそれぞれを構成する回路要素が第1基板20と第2基板21に分散して配置されていてもよい。   The vertical scanning circuit 300, the column processing circuit 350, the horizontal scanning circuit 400, and the output amplifier 410 other than the pixel 100 may be arranged on either the first substrate 20 or the second substrate 21, respectively. Further, the circuit elements constituting each of the vertical scanning circuit 300, the column processing circuit 350, the horizontal scanning circuit 400, and the output amplifier 410 may be distributed on the first substrate 20 and the second substrate 21.

図4は、4画素分の画素100で構成された画素セルの回路構成を示している。本実施形態では、垂直方向に並んだ4画素で一部の回路要素を共有する例を説明する。4画素分の画素100で構成される画素セルは、光電変換素子201,202,203,204と、第1転送トランジスタ211,212,213,214と、電荷保持部230(フローティングディフュージョン)と、第1リセットトランジスタ220と、第1増幅トランジスタ240と、電流源280と、クランプ容量260と、第2転送トランジスタ271,272,273,274と、第2リセットトランジスタ221,222,223,224と、アナログメモリ231,232,233,234と、第2増幅トランジスタ241,242,243,244と、選択トランジスタ291,292,293,294とを有する。図4に示す各回路要素の配置位置は実際の配置位置と必ずしも一致するわけではない。   FIG. 4 shows a circuit configuration of a pixel cell composed of four pixels 100. In the present embodiment, an example in which some circuit elements are shared by four pixels arranged in the vertical direction will be described. A pixel cell composed of four pixels 100 includes photoelectric conversion elements 201, 202, 203, 204, first transfer transistors 211, 212, 213, 214, a charge holding unit 230 (floating diffusion), 1 reset transistor 220, first amplification transistor 240, current source 280, clamp capacitor 260, second transfer transistors 271, 272, 273, 274, second reset transistors 221, 222, 223, 224, analog Memory 231, 232, 233, 234, second amplification transistor 241, 242, 243, 244 and selection transistor 291, 292, 293, 294. The arrangement position of each circuit element shown in FIG. 4 does not necessarily coincide with the actual arrangement position.

画素セルには4つの画素100の回路要素が含まれる。第1画素は、光電変換素子201と、第1転送トランジスタ211と、電荷保持部230と、第1リセットトランジスタ220と、第1増幅トランジスタ240と、電流源280と、クランプ容量260と、第2転送トランジスタ271と、第2リセットトランジスタ221と、アナログメモリ231と、第2増幅トランジスタ241と、選択トランジスタ291とを有する。第2画素は、光電変換素子202と、第1転送トランジスタ212と、電荷保持部230と、第1リセットトランジスタ220と、第1増幅トランジスタ240と、電流源280と、クランプ容量260と、第2転送トランジスタ272と、第2リセットトランジスタ222と、アナログメモリ232と、第2増幅トランジスタ242と、選択トランジスタ292とを有する。   The pixel cell includes circuit elements of four pixels 100. The first pixel includes a photoelectric conversion element 201, a first transfer transistor 211, a charge holding unit 230, a first reset transistor 220, a first amplification transistor 240, a current source 280, a clamp capacitor 260, a second capacitor It includes a transfer transistor 271, a second reset transistor 221, an analog memory 231, a second amplification transistor 241, and a selection transistor 291. The second pixel includes a photoelectric conversion element 202, a first transfer transistor 212, a charge holding unit 230, a first reset transistor 220, a first amplification transistor 240, a current source 280, a clamp capacitor 260, a second capacitor A transfer transistor 272, a second reset transistor 222, an analog memory 232, a second amplification transistor 242 and a selection transistor 292 are included.

第3画素は、光電変換素子203と、第1転送トランジスタ213と、電荷保持部230と、第1リセットトランジスタ220と、第1増幅トランジスタ240と、電流源280と、クランプ容量260と、第2転送トランジスタ273と、第2リセットトランジスタ223と、アナログメモリ233と、第2増幅トランジスタ243と、選択トランジスタ293とを有する。第4画素は、光電変換素子204と、第1転送トランジスタ214と、電荷保持部230と、第1リセットトランジスタ220と、第1増幅トランジスタ240と、電流源280と、クランプ容量260と、第2転送トランジスタ274と、第2リセットトランジスタ224と、アナログメモリ234と、第2増幅トランジスタ244と、選択トランジスタ294とを有する。電荷保持部230と、第1リセットトランジスタ220と、第1増幅トランジスタ240と、電流源280と、クランプ容量260とは、4つの画素100で共有されている。   The third pixel includes a photoelectric conversion element 203, a first transfer transistor 213, a charge holding unit 230, a first reset transistor 220, a first amplification transistor 240, a current source 280, a clamp capacitor 260, a second capacitor It includes a transfer transistor 273, a second reset transistor 223, an analog memory 233, a second amplification transistor 243, and a selection transistor 293. The fourth pixel includes a photoelectric conversion element 204, a first transfer transistor 214, a charge holding unit 230, a first reset transistor 220, a first amplification transistor 240, a current source 280, a clamp capacitor 260, a second capacitance, It has a transfer transistor 274, a second reset transistor 224, an analog memory 234, a second amplification transistor 244, and a selection transistor 294. The charge holding unit 230, the first reset transistor 220, the first amplification transistor 240, the current source 280, and the clamp capacitor 260 are shared by the four pixels 100.

光電変換素子201,202,203,204の一端は接地されている。第1転送トランジスタ211,212,213,214のドレイン端子は光電変換素子201,202,203,204の他端に接続されている。第1転送トランジスタ211,212,213,214のゲート端子は垂直走査回路300に接続されており、転送パルスΦTX1-1,ΦTX1-2,ΦTX1-3,ΦTX1-4が供給される。   One ends of the photoelectric conversion elements 201, 202, 203, and 204 are grounded. The drain terminals of the first transfer transistors 211, 212, 213, and 214 are connected to the other ends of the photoelectric conversion elements 201, 202, 203, and 204. The gate terminals of the first transfer transistors 211, 212, 213, and 214 are connected to the vertical scanning circuit 300, and transfer pulses ΦTX1-1, ΦTX1-2, ΦTX1-3, and ΦTX1-4 are supplied.

電荷保持部230の一端は第1転送トランジスタ211,212,213,214のソース端子に接続されており、電荷保持部230の他端は接地されている。第1リセットトランジスタ220のドレイン端子は電源電圧VDDに接続されており、第1リセットトランジスタ220のソース端子は第1転送トランジスタ211,212,213,214のソース端子に接続されている。第1リセットトランジスタ220のゲート端子は垂直走査回路300に接続されており、リセットパルスΦRST1が供給される。   One end of the charge holding unit 230 is connected to the source terminals of the first transfer transistors 211, 212, 213, and 214, and the other end of the charge holding unit 230 is grounded. The drain terminal of the first reset transistor 220 is connected to the power supply voltage VDD, and the source terminal of the first reset transistor 220 is connected to the source terminals of the first transfer transistors 211, 212, 213, and 214. The gate terminal of the first reset transistor 220 is connected to the vertical scanning circuit 300, and a reset pulse ΦRST1 is supplied.

第1増幅トランジスタ240のドレイン端子は電源電圧VDDに接続されている。第1増幅トランジスタ240の入力部であるゲート端子は第1転送トランジスタ211,212,213,214のソース端子に接続されている。電流源280の一端は第1増幅トランジスタ240のソース端子に接続されており、電流源280の他端は接地されている。一例として、ドレイン端子が第1増幅トランジスタ240のソース端子に接続され、ソース端子が接地され、ゲート端子が垂直走査回路300に接続されたトランジスタで電流源280を構成してもよい。クランプ容量260の一端は、接続部250を介して第1増幅トランジスタ240のソース端子および電流源280の一端に接続されている。   The drain terminal of the first amplification transistor 240 is connected to the power supply voltage VDD. A gate terminal which is an input portion of the first amplification transistor 240 is connected to the source terminals of the first transfer transistors 211, 212, 213 and 214. One end of the current source 280 is connected to the source terminal of the first amplification transistor 240, and the other end of the current source 280 is grounded. As an example, the current source 280 may be configured by a transistor whose drain terminal is connected to the source terminal of the first amplification transistor 240, whose source terminal is grounded, and whose gate terminal is connected to the vertical scanning circuit 300. One end of the clamp capacitor 260 is connected to the source terminal of the first amplification transistor 240 and one end of the current source 280 via the connection portion 250.

第2転送トランジスタ271,272,273,274のドレイン端子はクランプ容量260の他端に接続されている。第2転送トランジスタ271,272,273,274のゲート端子は垂直走査回路300に接続されており、転送パルスΦTX2-1,ΦTX2-2,ΦTX2-3,ΦTX2-4が供給される。第2リセットトランジスタ221,222,223,224のドレイン端子は電源電圧VDDに接続されており、第2リセットトランジスタ221,222,223,224のソース端子は第2転送トランジスタ271,272,273,274のソース端子に接続されている。第2リセットトランジスタ221,222,223,224のゲート端子は垂直走査回路300に接続されており、リセットパルスΦRST2-1,ΦRST2-2,ΦRST2-3,ΦRST2-4が供給される。   The drain terminals of the second transfer transistors 271, 272, 273, 274 are connected to the other end of the clamp capacitor 260. The gate terminals of the second transfer transistors 271, 272, 273, and 274 are connected to the vertical scanning circuit 300, and are supplied with transfer pulses ΦTX2-1, ΦTX2-2, ΦTX2-3, and ΦTX2-4. The drain terminals of the second reset transistors 221, 222, 223, 224 are connected to the power supply voltage VDD, and the source terminals of the second reset transistors 221, 222, 223, 224 are the second transfer transistors 271, 272, 273, 274. Connected to the source terminal. The gate terminals of the second reset transistors 221, 222, 223, and 224 are connected to the vertical scanning circuit 300, and reset pulses ΦRST2-1, ΦRST2-2, ΦRST2-3, and ΦRST2-4 are supplied.

アナログメモリ231,232,233,234の一端は第2転送トランジスタ271,272,273,274のソース端子に接続されており、アナログメモリ231,232,233,234の他端は接地されている。第2増幅トランジスタ241,242,243,244のドレイン端子は電源電圧VDDに接続されている。第2増幅トランジスタ241,242,243,244の入力部を構成するゲート端子は第2転送トランジスタ271,272,273,274のソース端子に接続されている。選択トランジスタ291,292,293,294のドレイン端子は第2増幅トランジスタ241,242,243,244のソース端子に接続されており、選択トランジスタ291,292,293,294のソース端子は垂直信号線120に接続されている。選択トランジスタ291,292,293,294のゲート端子は垂直走査回路300に接続されており、選択パルスΦSEL1,ΦSEL2,ΦSEL3,ΦSEL4が供給される。上述した各トランジスタに関しては極性を逆にし、ソース端子とドレイン端子を上記と逆にしてもよい。   One end of the analog memories 231, 232, 233, and 234 is connected to the source terminals of the second transfer transistors 271, 272, 273, and 274, and the other ends of the analog memories 231, 232, 233, and 234 are grounded. The drain terminals of the second amplification transistors 241, 242, 243, and 244 are connected to the power supply voltage VDD. The gate terminals constituting the input parts of the second amplification transistors 241, 242, 243, 244 are connected to the source terminals of the second transfer transistors 271, 272, 273, 274. The drain terminals of the selection transistors 291, 292, 293 and 294 are connected to the source terminals of the second amplification transistors 241, 242, 243 and 244, and the source terminals of the selection transistors 291, 292, 293 and 294 are the vertical signal line 120. It is connected to the. The gate terminals of the selection transistors 291, 292, 293, and 294 are connected to the vertical scanning circuit 300 and are supplied with selection pulses ΦSEL 1, ΦSEL 2, ΦSEL 3, and ΦSEL 4. For each of the transistors described above, the polarity may be reversed, and the source terminal and the drain terminal may be reversed.

光電変換素子201,202,203,204は、例えばフォトダイオードであり、入射した光に基づく信号電荷を生成(発生)し、生成(発生)した信号電荷を保持・蓄積する。第1転送トランジスタ211,212,213,214は、光電変換素子201,202,203,204に蓄積された信号電荷を電荷保持部230に転送するトランジスタである。第1転送トランジスタ211,212,213,214のオン/オフは、垂直走査回路300からの転送パルスΦTX1-1,ΦTX1-2,ΦTX1-3,ΦTX1-4によって制御される。電荷保持部230は、光電変換素子201,202,203,204から転送された信号電荷を一時的に保持・蓄積する浮遊拡散容量である。   The photoelectric conversion elements 201, 202, 203, and 204 are, for example, photodiodes, generate (generate) signal charges based on incident light, and hold and store the generated (generated) signal charges. The first transfer transistors 211, 212, 213, and 214 are transistors that transfer signal charges accumulated in the photoelectric conversion elements 201, 202, 203, and 204 to the charge holding unit 230. On / off of the first transfer transistors 211, 212, 213, and 214 is controlled by transfer pulses ΦTX1-1, ΦTX1-2, ΦTX1-3, and ΦTX1-4 from the vertical scanning circuit 300. The charge holding unit 230 is a floating diffusion capacitor that temporarily holds and accumulates signal charges transferred from the photoelectric conversion elements 201, 202, 203, and 204.

第1リセットトランジスタ220は、電荷保持部230をリセットするトランジスタである。第1リセットトランジスタ220のオン/オフは、垂直走査回路300からのリセットパルスΦRST1によって制御される。第1リセットトランジスタ220と第1転送トランジスタ211,212,213,214を同時にオンにすることによって、光電変換素子201,202,203,204をリセットすることも可能である。電荷保持部230/光電変換素子201,202,203,204のリセットは、電荷保持部230/光電変換素子201,202,203,204に蓄積されている電荷量を制御して電荷保持部230/光電変換素子201,202,203,204の状態(電位)を基準状態(基準電位、リセットレベル)に設定することである。   The first reset transistor 220 is a transistor that resets the charge holding unit 230. ON / OFF of the first reset transistor 220 is controlled by a reset pulse ΦRST1 from the vertical scanning circuit 300. It is also possible to reset the photoelectric conversion elements 201, 202, 203, and 204 by simultaneously turning on the first reset transistor 220 and the first transfer transistors 211, 212, 213, and 214. The reset of the charge holding unit 230 / photoelectric conversion elements 201, 202, 203, 204 is performed by controlling the amount of charge accumulated in the charge holding unit 230 / photoelectric conversion elements 201, 202, 203, 204. The state (potential) of the photoelectric conversion elements 201, 202, 203, 204 is set to the reference state (reference potential, reset level).

第1増幅トランジスタ240は、ゲート端子に入力される、電荷保持部230に蓄積されている信号電荷に基づく信号を増幅した増幅信号をソース端子から出力するトランジスタである。電流源280は、第1増幅トランジスタ240の負荷として機能し、第1増幅トランジスタ240を駆動する電流を第1増幅トランジスタ240に供給する。第1増幅トランジスタ240と電流源280はソースフォロワ回路を構成する。   The first amplifying transistor 240 is a transistor that outputs an amplified signal obtained by amplifying a signal based on the signal charge stored in the charge holding unit 230, which is input to the gate terminal, from the source terminal. The current source 280 functions as a load of the first amplification transistor 240 and supplies a current for driving the first amplification transistor 240 to the first amplification transistor 240. The first amplification transistor 240 and the current source 280 constitute a source follower circuit.

クランプ容量260は、第1増幅トランジスタ240から出力される増幅信号の電圧レベルをクランプ(固定)する容量である。第2転送トランジスタ271,272,273,274は、クランプ容量260の他端の電圧レベルをサンプルホールドし、アナログメモリ231,232,233,234に蓄積するトランジスタである。第2転送トランジスタ271,272,273,274のオン/オフは、垂直走査回路300からの転送パルスΦTX2-1,ΦTX2-2,ΦTX2-3,ΦTX2-4によって制御される。   The clamp capacitor 260 is a capacitor that clamps (fixes) the voltage level of the amplified signal output from the first amplification transistor 240. The second transfer transistors 271, 272, 273, and 274 are transistors that sample and hold the voltage level at the other end of the clamp capacitor 260 and store them in the analog memories 231, 232, 233, and 234. On / off of the second transfer transistors 271, 272, 273, 274 is controlled by transfer pulses ΦTX2-1, ΦTX2-2, ΦTX2-3, and ΦTX2-4 from the vertical scanning circuit 300.

第2リセットトランジスタ221,222,223,224は、アナログメモリ231,232,233,234をリセットするトランジスタである。第2リセットトランジスタ221,222,223,224のオン/オフは、垂直走査回路300からのリセットパルスΦRST2-1,ΦRST2-2,ΦRST2-3,ΦRST2-4によって制御される。アナログメモリ231,232,233,234のリセットは、アナログメモリ231,232,233,234に蓄積されている電荷量を制御してアナログメモリ231,232,233,234の状態(電位)を基準状態(基準電位、リセットレベル)に設定することである。アナログメモリ231,232,233,234は、第2転送トランジスタ271,272,273,274によってサンプルホールドされたアナログ信号を保持・蓄積する。   The second reset transistors 221, 222, 223, and 224 are transistors that reset the analog memories 231, 232, 233, and 234. On / off of the second reset transistors 221, 222, 223, and 224 is controlled by reset pulses ΦRST2-1, ΦRST2-2, ΦRST2-3, and ΦRST2-4 from the vertical scanning circuit 300. The analog memory 231,232,233,234 is reset by controlling the amount of charge stored in the analog memory 231,232,233,234 and the state (potential) of the analog memory 231,232,233,234 as a reference state. (Reference potential, reset level). The analog memories 231, 232, 233, and 234 hold and store analog signals sampled and held by the second transfer transistors 271, 272, 273, and 274.

アナログメモリ231,232,233,234の容量は、電荷保持部230の容量よりも大きな容量に設定される。アナログメモリ231,232,233,234には、単位面積当たりのリーク電流(暗電流)の少ない容量であるMIM(Metal Insulator Metal)容量やMOS(Metal Oxide Semiconductor)容量を使用することがより望ましい。これによって、ノイズに対する耐性が向上し、高品質な信号が得られる。   The capacity of the analog memories 231, 232, 233, and 234 is set to be larger than the capacity of the charge holding unit 230. For the analog memories 231, 232, 233, and 234, it is more preferable to use a MIM (Metal Insulator Metal) capacity or a MOS (Metal Oxide Semiconductor) capacity, which is a capacity with a small leakage current (dark current) per unit area. Thereby, resistance to noise is improved, and a high-quality signal can be obtained.

第2増幅トランジスタ241,242,243,244は、ゲート端子に入力される、アナログメモリ231,232,233,234に蓄積されている信号電荷に基づく信号を増幅した増幅信号をソース端子から出力するトランジスタである。第2増幅トランジスタ241,242,243,244と、垂直信号線120に接続された電流源130とはソースフォロワ回路を構成する。選択トランジスタ291,292,293,294は、画素100を選択し、第2増幅トランジスタ241,242,243,244の出力を垂直信号線120に伝えるトランジスタである。選択トランジスタ291,292,293,294のオン/オフは、垂直走査回路300からの選択パルスΦSEL1,ΦSEL2,ΦSEL3,ΦSEL4によって制御される。   The second amplification transistors 241, 242, 243, and 244 output from the source terminal an amplified signal obtained by amplifying a signal based on the signal charges stored in the analog memories 231, 232, 233, and 234, which is input to the gate terminal. It is a transistor. The second amplification transistors 241, 242, 243, and 244 and the current source 130 connected to the vertical signal line 120 constitute a source follower circuit. The selection transistors 291, 292, 293, and 294 are transistors that select the pixel 100 and transmit the outputs of the second amplification transistors 241, 242, 243, and 244 to the vertical signal line 120. ON / OFF of the selection transistors 291, 292, 293 and 294 is controlled by selection pulses ΦSEL 1, ΦSEL 2, ΦSEL 3 and ΦSEL 4 from the vertical scanning circuit 300.

図4に示す回路要素のうち、光電変換素子201,202,203,204、第1転送トランジスタ211,212,213,214、電荷保持部230、第1リセットトランジスタ220、第1増幅トランジスタ240、電流源280は第1基板20に配置されている。また、クランプ容量260、第2転送トランジスタ271,272,273,274、第2リセットトランジスタ221,222,223,224、アナログメモリ231,232,233,234、第2増幅トランジスタ241,242,243,244、選択トランジスタ291,292,293,294は第2基板21に配置されている。   Among the circuit elements shown in FIG. 4, photoelectric conversion elements 201, 202, 203, 204, first transfer transistors 211, 212, 213, 214, a charge holding unit 230, a first reset transistor 220, a first amplification transistor 240, a current The source 280 is disposed on the first substrate 20. In addition, a clamp capacitor 260, second transfer transistors 271, 272, 273, 274, second reset transistors 221, 222, 223, 224, analog memories 231, 232, 233, 234, second amplification transistors 241, 242, 243, 244 and selection transistors 291, 292, 293 and 294 are arranged on the second substrate 21.

第1基板20と第2基板21の間には、接続部250が配置されている。第1基板20の第1増幅トランジスタ240から出力された増幅信号は、接続部250を介して第2基板21へ出力される。   A connection portion 250 is disposed between the first substrate 20 and the second substrate 21. The amplified signal output from the first amplification transistor 240 on the first substrate 20 is output to the second substrate 21 via the connection unit 250.

図4では、接続部250が第1増幅トランジスタ240のソース端子および電流源280の一端とクランプ容量260の一端との間の経路に配置されているが、これに限らない。接続部250は、第1転送トランジスタ211,212,213,214から第2転送トランジスタ271,272,273,274までの電気的に接続された経路上のどこに配置されていてもよい。   In FIG. 4, the connection part 250 is arranged on the path between the source terminal of the first amplification transistor 240 and one end of the current source 280 and one end of the clamp capacitor 260, but this is not restrictive. The connecting portion 250 may be disposed anywhere on the electrically connected path from the first transfer transistors 211, 212, 213, 214 to the second transfer transistors 271, 272, 273, 274.

例えば、第1転送トランジスタ211,212,213,214のソース端子と、電荷保持部230の一端、第1リセットトランジスタ220のソース端子、および第1増幅トランジスタ240のゲート端子との間の経路に接続部250が配置されていてもよい。あるいは、クランプ容量260の他端と、第2転送トランジスタ271,272,273,274のドレイン端子との間の経路に接続部250が配置されていてもよい。   For example, it is connected to a path between the source terminals of the first transfer transistors 211, 212, 213, and 214, one end of the charge holding unit 230, the source terminal of the first reset transistor 220, and the gate terminal of the first amplification transistor 240. The part 250 may be arranged. Alternatively, the connection part 250 may be disposed in a path between the other end of the clamp capacitor 260 and the drain terminals of the second transfer transistors 271, 272, 273, and 274.

次に、図5を参照し、画素100の動作を説明する。図5は、垂直走査回路300から行毎に画素100に供給される制御信号を示している。以下では、図4に示した4画素で構成される画素セルの単位で動作を説明する。   Next, the operation of the pixel 100 will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows control signals supplied from the vertical scanning circuit 300 to the pixels 100 for each row. Hereinafter, the operation will be described in units of pixel cells including the four pixels shown in FIG.

[期間T1の動作]
まず、リセットパルスΦRST1が“L”(Low)レベルから“H”(High)レベルに変化することで、第1リセットトランジスタ220がオンとなる。同時に、転送パルスΦTX1-1が“L”レベルから“H”レベルに変化することで、第1転送トランジスタ211がオンとなる。これによって、第1画素の光電変換素子201がリセットされる。
[Operation during period T1]
First, when the reset pulse ΦRST1 changes from “L” (Low) level to “H” (High) level, the first reset transistor 220 is turned on. At the same time, the transfer pulse ΦTX1-1 changes from the “L” level to the “H” level, whereby the first transfer transistor 211 is turned on. As a result, the photoelectric conversion element 201 of the first pixel is reset.

続いて、リセットパルスΦRST1および転送パルスΦTX1-1が“H”レベルから“L”レベルに変化することで、第1リセットトランジスタ220および第1転送トランジスタ211がオフとなる。これによって、第1画素の光電変換素子201のリセットが終了し、第1画素の露光(信号電荷の蓄積)が開始される。上記と同様にして、第2画素の光電変換素子202、第3画素の光電変換素子203、第4画素の光電変換素子204が順にリセットされ、各画素の露光が開始される。図4では、転送パルスΦTX1-1,ΦTX1-2,ΦTX1-3,ΦTX1-4が“H”レベルになるタイミングでリセットパルスΦRST1が“H”レベルになっているが、光電変換素子201,202,203,204をリセットする期間中、リセットパルスΦRST1が常に“H”レベルであってもよい。   Subsequently, when the reset pulse ΦRST1 and the transfer pulse ΦTX1-1 change from the “H” level to the “L” level, the first reset transistor 220 and the first transfer transistor 211 are turned off. Thereby, the reset of the photoelectric conversion element 201 of the first pixel is finished, and exposure of the first pixel (accumulation of signal charge) is started. In the same manner as described above, the photoelectric conversion element 202 of the second pixel, the photoelectric conversion element 203 of the third pixel, and the photoelectric conversion element 204 of the fourth pixel are sequentially reset, and exposure of each pixel is started. In FIG. 4, the reset pulse ΦRST1 becomes “H” level at the timing when the transfer pulses ΦTX1-1, ΦTX1-2, ΦTX1-3, and ΦTX1-4 become “H” level. , 203, and 204, the reset pulse ΦRST1 may always be at “H” level.

[期間T2の動作]
続いて、リセットパルスΦRST2-1が“L”レベルから“H”レベルに変化することで、第2リセットトランジスタ221がオンとなる。これによって、アナログメモリ231がリセットされる。同時に、転送パルスΦTX2-1が“L”レベルから“H”レベルに変化することで、第2転送トランジスタ271がオンとなる。これによって、クランプ容量260の他端の電位が電源電圧VDDにリセットされると共に、第2転送トランジスタ271がクランプ容量260の他端の電位のサンプルホールドを開始する。
[Operation during period T2]
Subsequently, when the reset pulse ΦRST2-1 changes from the “L” level to the “H” level, the second reset transistor 221 is turned on. As a result, the analog memory 231 is reset. At the same time, the transfer pulse ΦTX2-1 changes from the “L” level to the “H” level, whereby the second transfer transistor 271 is turned on. As a result, the potential at the other end of the clamp capacitor 260 is reset to the power supply voltage VDD, and the second transfer transistor 271 starts to sample and hold the potential at the other end of the clamp capacitor 260.

続いて、リセットパルスΦRST1が“L”レベルから“H”レベルに変化することで、第1リセットトランジスタ220がオンとなる。これによって、電荷保持部230がリセットされる。続いて、リセットパルスΦRST1が“H”レベルから“L”レベルに変化することで、第1リセットトランジスタ220がオフとなる。これによって、電荷保持部230のリセットが終了する。電荷保持部230のリセットを行うタイミングは露光期間中であればよいが、露光期間の終了直前のタイミングで電荷保持部230のリセットを行うことによって、電荷保持部230のリーク電流によるノイズをより低減することができる。   Subsequently, when the reset pulse ΦRST1 changes from the “L” level to the “H” level, the first reset transistor 220 is turned on. As a result, the charge holding unit 230 is reset. Subsequently, when the reset pulse ΦRST1 changes from the “H” level to the “L” level, the first reset transistor 220 is turned off. Thereby, the reset of the charge holding unit 230 is completed. The timing for resetting the charge holding unit 230 may be during the exposure period, but noise due to the leakage current of the charge holding unit 230 is further reduced by resetting the charge holding unit 230 at a timing immediately before the end of the exposure period. can do.

続いて、リセットパルスΦRST2-1が“H”レベルから“L”レベルに変化することで、第2リセットトランジスタ221がオフとなる。これによって、アナログメモリ231のリセットが終了する。この時点でクランプ容量260は、第1増幅トランジスタ240から出力される増幅信号(電荷保持部230のリセット後の増幅信号)をクランプしている。   Subsequently, when the reset pulse ΦRST2-1 changes from the “H” level to the “L” level, the second reset transistor 221 is turned off. Thereby, the reset of the analog memory 231 is completed. At this time, the clamp capacitor 260 clamps the amplified signal (the amplified signal after resetting the charge holding unit 230) output from the first amplification transistor 240.

[期間T3の動作]
まず、転送パルスΦTX1-1が“L”レベルから“H”レベルに変化することで、第1転送トランジスタ211がオンとなる。これによって、光電変換素子201に蓄積されている信号電荷が、第1転送トランジスタ211を介して電荷保持部230に転送され、電荷保持部230に蓄積される。これによって、第1画素の露光(信号電荷の蓄積)が終了する。期間T1における第1画素の露光開始から期間T3における第1画素の露光終了までの期間が露光期間(信号蓄積期間)である。続いて、転送パルスΦTX1-1が“H”レベルから“L”レベルに変化することで、第1転送トランジスタ211がオフとなる。
[Operation during period T3]
First, when the transfer pulse ΦTX1-1 changes from the “L” level to the “H” level, the first transfer transistor 211 is turned on. As a result, the signal charge accumulated in the photoelectric conversion element 201 is transferred to the charge holding unit 230 via the first transfer transistor 211 and accumulated in the charge holding unit 230. Thereby, the exposure (accumulation of signal charge) of the first pixel is completed. The period from the start of exposure of the first pixel in the period T1 to the end of exposure of the first pixel in the period T3 is an exposure period (signal accumulation period). Subsequently, when the transfer pulse ΦTX1-1 changes from the “H” level to the “L” level, the first transfer transistor 211 is turned off.

続いて、転送パルスΦTX2-1が“H”レベルから“L”レベルに変化することで、第2転送トランジスタ271がオフとなる。これによって、第2転送トランジスタ271がクランプ容量260の他端の電位のサンプルホールドを終了する。   Subsequently, when the transfer pulse ΦTX2-1 changes from “H” level to “L” level, the second transfer transistor 271 is turned off. As a result, the second transfer transistor 271 finishes sampling and holding the potential at the other end of the clamp capacitor 260.

[期間T4の動作]
上述した期間T2,T3の動作は第1画素の動作である。期間T4では、第2画素、第3画素、第4画素の各画素について、期間T2,T3の動作と同様の動作が行われる。各画素の露光期間の長さを同一とすることがより望ましい。
[Operation during period T4]
The operations in the above-described periods T2 and T3 are operations of the first pixel. In the period T4, operations similar to those in the periods T2 and T3 are performed for the second pixel, the third pixel, and the fourth pixel. It is more desirable that the length of the exposure period of each pixel is the same.

以下では、アナログメモリ231の一端の電位の変化について説明する。アナログメモリ232,233,234の一端の電位の変化についても同様である。電荷保持部230のリセットが終了した後に光電変換素子201から電荷保持部230に信号電荷が転送されることによる電荷保持部230の一端の電位の変化をΔVfd、第1増幅トランジスタ240のゲインをα1とすると、光電変換素子201から電荷保持部230に信号電荷が転送されることによる第1増幅トランジスタ240のソース端子の電位の変化ΔVamp1はα1×ΔVfdとなる。   Hereinafter, a change in potential at one end of the analog memory 231 will be described. The same applies to changes in the potential at one end of the analog memories 232, 233, and 234. The change in potential at one end of the charge holding unit 230 due to the transfer of the signal charge from the photoelectric conversion element 201 to the charge holding unit 230 after the reset of the charge holding unit 230 is completed, and the gain of the first amplification transistor 240 is α1. Then, the change ΔVamp1 of the source terminal of the first amplification transistor 240 due to the transfer of the signal charge from the photoelectric conversion element 201 to the charge holding unit 230 is α1 × ΔVfd.

アナログメモリ231と第2転送トランジスタ271の合計のゲインをα2とすると、光電変換素子201から電荷保持部230に信号電荷が転送された後の第2転送トランジスタ271のサンプルホールドによるアナログメモリ231の一端の電位の変化ΔVmemはα2×ΔVamp1、すなわちα1×α2×ΔVfdとなる。ΔVfdは、信号電荷の転送による電荷保持部230の一端の電位の変化量であり、電荷保持部230をリセットすることにより発生するリセットノイズを含んでいない。したがって、第2転送トランジスタ271がサンプルホールドを行うことによって、光電変換素子201で発生するノイズの影響を低減することができる。   Assuming that the total gain of the analog memory 231 and the second transfer transistor 271 is α2, one end of the analog memory 231 by the sample hold of the second transfer transistor 271 after the signal charge is transferred from the photoelectric conversion element 201 to the charge holding unit 230. The potential change ΔVmem is α2 × ΔVamp1, that is, α1 × α2 × ΔVfd. ΔVfd is the amount of change in the potential of one end of the charge holding unit 230 due to the transfer of signal charge, and does not include reset noise generated by resetting the charge holding unit 230. Therefore, when the second transfer transistor 271 performs sample hold, the influence of noise generated in the photoelectric conversion element 201 can be reduced.

アナログメモリ231のリセットが終了した時点のアナログメモリ231の一端の電位は電源電圧VDDであるため、光電変換素子201から電荷保持部230に信号電荷が転送された後、第2転送トランジスタ271によってサンプルホールドされたアナログメモリ231の一端の電位Vmemは以下の(1)式となる。(1)式において、ΔVmem<0、ΔVfd<0である。
Vmem=VDD+ΔVmem
=VDD+α1×α2×ΔVfd ・・・(1)
Since the potential at one end of the analog memory 231 when the reset of the analog memory 231 is completed is the power supply voltage VDD, the signal charge is transferred from the photoelectric conversion element 201 to the charge holding unit 230 and then sampled by the second transfer transistor 271. The held potential Vmem at one end of the analog memory 231 is expressed by the following equation (1). In the equation (1), ΔVmem <0 and ΔVfd <0.
Vmem = VDD + ΔVmem
= VDD + α1 × α2 × ΔVfd (1)

また、α2は以下の(2)式となる。(2)式において、CLはクランプ容量260の容量値であり、CSHはアナログメモリ231の容量値である。ゲインの低下をより小さくするため、クランプ容量260の容量CLはアナログメモリ231の容量CSHよりも大きいことがより望ましい。   Α2 is expressed by the following equation (2). In the equation (2), CL is a capacitance value of the clamp capacitor 260, and CSH is a capacitance value of the analog memory 231. In order to further reduce the decrease in gain, it is more desirable that the capacitance CL of the clamp capacitor 260 is larger than the capacitance CSH of the analog memory 231.

Figure 2013168720
Figure 2013168720

[期間T5の動作]
期間T5では、アナログメモリ231,232,233,234に蓄積されている信号電荷に基づく信号が行毎に順次読み出される。まず、第1画素からの信号の読み出しが行われる。選択パルスΦSET1が“L”レベルから“H”レベルに変化することで、選択トランジスタ291がオンとなる。これによって、(1)式に示した電位Vmemに基づく信号が選択トランジスタ291を介して垂直信号線120へ出力される。
[Operation during period T5]
In the period T5, signals based on the signal charges accumulated in the analog memories 231, 232, 233, and 234 are sequentially read for each row. First, a signal is read from the first pixel. When the selection pulse ΦSET1 changes from the “L” level to the “H” level, the selection transistor 291 is turned on. As a result, a signal based on the potential Vmem shown in the equation (1) is output to the vertical signal line 120 via the selection transistor 291.

続いて、リセットパルスΦRST2-1が“L”レベルから“H”レベルに変化することで、第2リセットトランジスタ221がオンとなる。これによって、アナログメモリ231がリセットされ、リセット時のアナログメモリ231の一端の電位に基づく信号が選択トランジスタ291を介して垂直信号線120へ出力される。   Subsequently, when the reset pulse ΦRST2-1 changes from the “L” level to the “H” level, the second reset transistor 221 is turned on. As a result, the analog memory 231 is reset, and a signal based on the potential at one end of the analog memory 231 at the time of reset is output to the vertical signal line 120 via the selection transistor 291.

続いて、リセットパルスΦRST2-1が“H”レベルから“L”レベルに変化することで、第2リセットトランジスタ221がオフとなる。続いて、選択パルスΦSET1が“H”レベルから“L”レベルに変化することで、選択トランジスタ291がオフとなる。   Subsequently, when the reset pulse ΦRST2-1 changes from the “H” level to the “L” level, the second reset transistor 221 is turned off. Subsequently, when the selection pulse ΦSET1 changes from the “H” level to the “L” level, the selection transistor 291 is turned off.

列処理回路350は、(1)式に示した電位Vmemに基づく信号と、アナログメモリ231をリセットしたときのアナログメモリ231の一端の電位に基づく信号との差分をとった差分信号を生成する。この差分信号は、(1)式に示した電位Vmemと電源電圧VDDとの差分に基づく信号であり、光電変換素子201に蓄積された信号電荷が電荷保持部230に転送された直後の電荷保持部230の一端の電位と、電荷保持部230の一端がリセットされた直後の電荷保持部230の電位との差分ΔVfdに基づく信号である。したがって、アナログメモリ231をリセットすることによるノイズ成分と、電荷保持部230をリセットすることによるノイズ成分とを抑圧した、光電変換素子201に蓄積された信号電荷に基づく信号成分を得ることができる。   The column processing circuit 350 generates a difference signal obtained by taking a difference between a signal based on the potential Vmem shown in the equation (1) and a signal based on the potential of one end of the analog memory 231 when the analog memory 231 is reset. This difference signal is a signal based on the difference between the potential Vmem and the power supply voltage VDD shown in the equation (1), and holds the charge immediately after the signal charge accumulated in the photoelectric conversion element 201 is transferred to the charge holding unit 230. This is a signal based on the difference ΔVfd between the potential at one end of the unit 230 and the potential of the charge holding unit 230 immediately after one end of the charge holding unit 230 is reset. Accordingly, it is possible to obtain a signal component based on the signal charge accumulated in the photoelectric conversion element 201, in which a noise component due to resetting the analog memory 231 and a noise component due to resetting the charge holding unit 230 are suppressed.

列処理回路350から出力された信号は、水平走査回路400によって出力アンプ410へ出力される。出力アンプ410は、水平走査回路400から出力された信号を処理し、画像信号として出力する。以上で、第1画素からの信号の読み出しが終了する。   The signal output from the column processing circuit 350 is output to the output amplifier 410 by the horizontal scanning circuit 400. The output amplifier 410 processes the signal output from the horizontal scanning circuit 400 and outputs it as an image signal. Thus, reading of the signal from the first pixel is completed.

[期間T6の動作]
続いて、第2画素、第3画素、第4画素の各画素について、期間T5における第1画素の動作と同様の動作が行われる。
[Operation during period T6]
Subsequently, the same operation as the operation of the first pixel in the period T5 is performed on each of the second pixel, the third pixel, and the fourth pixel.

上記の動作では、光電変換素子201,202,203,204から電荷保持部230に転送された信号電荷を電荷保持部230が各画素100の読み出しタイミングまで保持していなければならない。電荷保持部230が信号電荷を保持している期間中にノイズが発生すると、電荷保持部230が保持している信号電荷にノイズが重畳され、信号品質(S/N)が劣化する。   In the above operation, the signal holding unit 230 must hold the signal charge transferred from the photoelectric conversion elements 201, 202, 203, 204 to the charge holding unit 230 until the readout timing of each pixel 100. When noise is generated during the period in which the charge holding unit 230 holds the signal charge, the noise is superimposed on the signal charge held by the charge holding unit 230, and the signal quality (S / N) is deteriorated.

電荷保持部230が信号電荷を保持している期間(以下、保持期間と記載)中に発生するノイズの主な要因は、電荷保持部230のリーク電流による電荷(以下、リーク電荷と記載)と、光電変換素子201,202,203,204以外の部分に入射する光に起因する電荷(以下、光電荷と記載)である。単位時間に発生するリーク電荷と光電荷をそれぞれqid、qpnとし、保持期間の長さをtcとすると、保持期間中に発生するノイズ電荷Qnは(qid+qpn)tcとなる。   The main causes of noise generated during the period in which the charge holding unit 230 holds the signal charge (hereinafter referred to as the holding period) are the charge due to the leakage current of the charge holding unit 230 (hereinafter referred to as the leakage charge) and , Charge caused by light incident on portions other than the photoelectric conversion elements 201, 202, 203, and 204 (hereinafter referred to as photocharge). Assuming that the leak charge and photocharge generated in the unit time are qid and qpn, respectively, and the length of the holding period is tc, the noise charge Qn generated during the holding period is (qid + qpn) tc.

電荷保持部230の容量をCfd、アナログメモリ231,232,233,234の容量をCmemとし、CfdとCmemの比(Cmem/Cfd)をAとする。また、前述したように、第1増幅トランジスタ240のゲインをα1、アナログメモリ231,232,233,234と第2転送トランジスタ271,272,273,274の合計のゲインをα2とする。露光期間中に光電変換素子201,202,203,204で発生した信号電荷をQphとすると、露光期間の終了後にアナログメモリ231,232,233,234に保持される信号電荷はA×α1×α2×Qphとなる。   The capacity of the charge holding unit 230 is Cfd, the capacity of the analog memories 231, 232, 233, and 234 is Cmem, and the ratio of Cfd to Cmem (Cmem / Cfd) is A. As described above, the gain of the first amplification transistor 240 is α1, and the total gain of the analog memories 231, 232, 233, 234 and the second transfer transistors 271, 272, 273, 274 is α2. If the signal charges generated in the photoelectric conversion elements 201, 202, 203, and 204 during the exposure period are Qph, the signal charges held in the analog memories 231, 232, 233, and 234 after the end of the exposure period are A × α1 × α2. × Qph.

光電変換素子201,202,203,204から電荷保持部230に転送された信号電荷に基づく信号は第2転送トランジスタ271,272,273,274によってサンプルホールドされ、アナログメモリ231,232,233,234に格納される。したがって、電荷保持部230に信号電荷が転送されてからアナログメモリ231,232,233,234に信号電荷が格納されるまでの時間は短く、電荷保持部230で発生したノイズは無視することができる。アナログメモリ231,232,233,234が信号電荷を保持している期間に発生するノイズを上記と同じQnと仮定すると、S/NはA×α1×α2×Qph/Qnとなる。   Signals based on the signal charges transferred from the photoelectric conversion elements 201, 202, 203, 204 to the charge holding unit 230 are sampled and held by the second transfer transistors 271, 272, 273, 274, and analog memories 231, 232, 233, 234 Stored in Therefore, the time from when the signal charge is transferred to the charge holding unit 230 until the signal charge is stored in the analog memories 231, 232, 233, 234 is short, and noise generated in the charge holding unit 230 can be ignored. . S / N is A × α1 × α2 × Qph / Qn assuming that the noise generated during the period in which the analog memories 231, 232, 233, and 234 hold signal charges is the same Qn as described above.

一方、特許文献2に記載された従来技術のように、容量蓄積部に保持された信号電荷を、増幅トランジスタを介して画素から読み出す場合のS/NはQph/Qnとなる。したがって、本実施形態のS/Nは従来技術のS/NのA×α1×α2倍となる。A×α1×α2が1よりも大きくなるようにアナログメモリ231,232,233,234の容量値を設定する(例えば、アナログメモリ231,232,233,234の容量値を電荷保持部230の容量値よりも十分大きくする)ことによって、信号品質の劣化を低減することができる。   On the other hand, as in the prior art described in Patent Document 2, the S / N when the signal charge held in the capacitor storage unit is read from the pixel via the amplification transistor is Qph / Qn. Therefore, the S / N of this embodiment is A × α1 × α2 times the S / N of the prior art. The capacity values of the analog memories 231, 232, 233, and 234 are set so that A × α1 × α2 is greater than 1 (for example, the capacity values of the analog memories 231, 232, 233, and 234 are set to the capacity of the charge holding unit 230 By making it sufficiently larger than the value, it is possible to reduce degradation of signal quality.

本実施形態では、垂直方向の位置(以下、垂直位置と記載)が同一である画素セルの動作のタイミングは同一であるが、垂直位置が異なる画素セルの動作のタイミングは異なる。図6は、垂直位置(V1,V2,・・・,Vn)が異なる画素セルの動作のタイミングを模式的に示している。図6の垂直方向の位置が画素セルの配列における垂直位置を示し、水平方向の位置が時間位置を示している。   In the present embodiment, the operation timings of pixel cells having the same vertical position (hereinafter referred to as vertical positions) are the same, but the operation timings of pixel cells having different vertical positions are different. FIG. 6 schematically shows the operation timing of pixel cells having different vertical positions (V1, V2,..., Vn). The vertical position in FIG. 6 indicates the vertical position in the pixel cell array, and the horizontal position indicates the time position.

リセット期間は図5の期間T1に相当し、信号転送期間は図5の期間T2,T3,T4に相当し、読み出し期間は図5の期間T5,T6に相当する。図6に示すように、垂直位置が異なる画素セルではリセット期間および信号転送期間は同一である。一方、垂直位置が異なる画素セルでは読み出し期間が異なる。上述した動作では、同一の画素セル内の画素毎に露光のタイミングが異なるが、画素セルの全体では露光の同時性を実現することができる。   The reset period corresponds to the period T1 in FIG. 5, the signal transfer period corresponds to the periods T2, T3, and T4 in FIG. 5, and the read period corresponds to the periods T5 and T6 in FIG. As shown in FIG. 6, the reset period and the signal transfer period are the same in pixel cells having different vertical positions. On the other hand, readout periods are different in pixel cells having different vertical positions. In the above-described operation, the exposure timing is different for each pixel in the same pixel cell, but it is possible to realize exposure synchronism in the entire pixel cell.

次に、第1基板20と第2基板21を接続する接続部250の詳細を説明する。図7は接続部250の状態を模式的に示している。図7(a)は第1基板20における接続部250の状態を示し、図7(b)は第2基板21における接続部250の状態を示している。図7(a)(b)の上側は、第1基板20と第2基板21のそれぞれの主面に垂直な方向(それぞれの主面の法線に平行な方向)に見た場合の接続部250の状態を示し、図7(a)(b)の下側は、第1基板20と第2基板21のそれぞれの主面に平行な方向(それぞれの主面の法線に垂直な方向)に見た場合の接続部250の状態を示している。   Next, details of the connecting portion 250 that connects the first substrate 20 and the second substrate 21 will be described. FIG. 7 schematically shows the state of the connecting portion 250. FIG. 7A shows the state of the connecting portion 250 on the first substrate 20, and FIG. 7B shows the state of the connecting portion 250 on the second substrate 21. The upper side of FIGS. 7 (a) and 7 (b) is a connection portion when viewed in a direction perpendicular to the main surfaces of the first substrate 20 and the second substrate 21 (a direction parallel to the normal line of each main surface). 7 shows the state of 250, and the lower side of FIGS. 7 (a) and 7 (b) is a direction parallel to the main surfaces of the first substrate 20 and the second substrate 21 (a direction perpendicular to the normal line of each main surface). The state of the connection part 250 when seen in FIG.

第1基板20の2つの主面のうち第2基板21と対向する主面には複数の接続部250aが2次元の行列状に配置されている。第2基板21の2つの主面のうち第1基板20と対向する主面には複数の接続部250bが2次元の行列状に配置されている。接続部250a,250bは、例えば金属で形成されたマイクロバンプである。図7では画素100の配列が2行3列である場合を例として接続部250a,250bの配列が示されているが、接続部250a,250bの配列はこれに限らない。   A plurality of connecting portions 250a are arranged in a two-dimensional matrix on the main surface facing the second substrate 21 of the two main surfaces of the first substrate 20. A plurality of connection portions 250b are arranged in a two-dimensional matrix on the main surface facing the first substrate 20 out of the two main surfaces of the second substrate 21. The connection parts 250a and 250b are micro bumps made of metal, for example. In FIG. 7, the arrangement of the connection portions 250a and 250b is shown as an example in which the arrangement of the pixels 100 is 2 rows and 3 columns, but the arrangement of the connection portions 250a and 250b is not limited thereto.

第1基板20のそれぞれの接続部250aの形状と第2基板21のそれぞれの接続部250bの形状は、面積が同一の長方形で統一されている。第1基板20の主面に垂直な方向に見て、第1基板20の接続部250aの形状は、図7のY方向に平行な2つの長辺と、図7のX方向(Y方向に垂直な方向)に平行な2つの短辺とを有する長方形である。また、第2基板21の主面に垂直な方向に見て、第2基板21の接続部250bの形状は、図7のX方向に平行な2つの長辺と、図7のY方向(X方向に垂直な方向)に平行な2つの短辺とを有する長方形である。第1基板20の全ての接続部250aの長方形の長辺の方向(Y方向)は同一であり、第2基板21の全ての接続部250bの長方形の長辺の方向(X方向)も同一である。このように、第1基板20の接続部250aの長方形の長辺の方向(Y方向)と、第2基板21の接続部250bの長方形の長辺の方向(X方向)とが異なっており、全ての接続部に関して、図7ではこれらの方向は直交している。   The shape of each connecting portion 250a of the first substrate 20 and the shape of each connecting portion 250b of the second substrate 21 are unified with a rectangle having the same area. When viewed in a direction perpendicular to the main surface of the first substrate 20, the shape of the connecting portion 250a of the first substrate 20 is two long sides parallel to the Y direction in FIG. 7 and the X direction (in the Y direction in FIG. 7). It is a rectangle with two short sides parallel to the vertical direction. Further, when viewed in a direction perpendicular to the main surface of the second substrate 21, the shape of the connecting portion 250b of the second substrate 21 is two long sides parallel to the X direction in FIG. 7 and the Y direction (X It is a rectangle having two short sides parallel to the direction perpendicular to the direction. The directions of the long sides of the rectangles (Y direction) of all the connection portions 250a of the first substrate 20 are the same, and the directions of the long sides of the rectangles (X direction) of all the connection portions 250b of the second substrate 21 are also the same. is there. Thus, the direction of the long side of the rectangle of the connection part 250a of the first substrate 20 (Y direction) is different from the direction of the long side of the rectangle of the connection part 250b of the second substrate 21 (X direction). For all connections, these directions are orthogonal in FIG.

図8は、第1基板20と第2基板21が接続された場合の接続部250の状態を模式的に示している。図8の上側は、第1基板20と第2基板21のそれぞれの主面に垂直な方向に見た場合の接続部250の状態を示し、図8の下側は、第1基板20と第2基板21のそれぞれの主面に平行な方向に見た場合の接続部250の状態を示している。第1基板20と第2基板21が接続された状態で第1基板20と第2基板21のそれぞれの主面に垂直な方向に見て、第1基板20の接続部250aの重心と第2基板21の接続部250bの重心とが一致するように第1基板20の接続部250aと第2基板21の接続部250bがそれぞれの基板に配置されている。   FIG. 8 schematically shows the state of the connecting portion 250 when the first substrate 20 and the second substrate 21 are connected. The upper side of FIG. 8 shows the state of the connecting portion 250 when viewed in the direction perpendicular to the main surfaces of the first substrate 20 and the second substrate 21, and the lower side of FIG. The state of the connecting portion 250 when viewed in the direction parallel to the main surfaces of the two substrates 21 is shown. When the first substrate 20 and the second substrate 21 are connected, the center of gravity of the connection portion 250a of the first substrate 20 and the second substrate 20 are viewed in a direction perpendicular to the main surfaces of the first substrate 20 and the second substrate 21, respectively. The connection portion 250a of the first substrate 20 and the connection portion 250b of the second substrate 21 are arranged on each substrate so that the center of gravity of the connection portion 250b of the substrate 21 coincides.

図9は、第1基板20と第2基板21が接続された場合の接続部250のみを示している。図9(a)は、第1基板20と第2基板21のそれぞれの主面に垂直な方向に見て、第1基板20の接続部250aの重心と第2基板21の接続部250bの重心とが一致するように第1基板20の接続部250aと第2基板21の接続部250bの位置合わせが行われている状態を示している。図9(a)における第1基板20の接続部250aと第2基板21の接続部250bの相対的な位置関係は、図8における第1基板20の接続部250aと第2基板21の接続部250bの相対的な位置関係と同一である。図9(b)は、第1基板20と第2基板21のそれぞれの主面に垂直な方向に見て、ウエハの反りなどにより、第1基板20と第2基板21のそれぞれの主面に平行な方向に、第1基板20の接続部250aと第2基板21の接続部250bの相対的な位置ずれが発生している状態を示している。図9(b)では、第2基板21の接続部250bに対して第1基板20の接続部250aが右側にずれる位置ずれが発生している。   FIG. 9 shows only the connection part 250 when the first substrate 20 and the second substrate 21 are connected. FIG. 9A shows the center of gravity of the connection portion 250a of the first substrate 20 and the center of gravity of the connection portion 250b of the second substrate 21 when viewed in the direction perpendicular to the main surfaces of the first substrate 20 and the second substrate 21, respectively. This shows a state in which the connection portion 250a of the first substrate 20 and the connection portion 250b of the second substrate 21 are aligned so as to match. The relative positional relationship between the connecting portion 250a of the first substrate 20 and the connecting portion 250b of the second substrate 21 in FIG. 9A is the same as the connecting portion 250a of the first substrate 20 and the connecting portion of the second substrate 21 in FIG. It is the same as the relative positional relationship of 250b. FIG. 9 (b) shows the main surfaces of the first substrate 20 and the second substrate 21 due to warpage of the wafer when viewed in the direction perpendicular to the main surfaces of the first substrate 20 and the second substrate 21, respectively. A state is shown in which the relative displacement between the connecting portion 250a of the first substrate 20 and the connecting portion 250b of the second substrate 21 occurs in a parallel direction. In FIG. 9 (b), there is a positional shift in which the connecting portion 250a of the first substrate 20 is shifted to the right side with respect to the connecting portion 250b of the second substrate 21.

第1基板20の接続部250aと第2基板21の接続部250bの相対的な位置ずれが発生している状態(図9(b))と発生していない状態(図9(a))とを比較した場合、第1基板20と第2基板21のそれぞれの主面に垂直な方向に見て、第1基板20の接続部250aと第2基板21の接続部250bとが重なる部分(正方形の部分)の面積が略同一に保たれている。このため、互いに接続される第1基板20の接続部250aと第2基板21の接続部250bにおける特性の変化を抑制することができる。   A state in which the relative displacement between the connection part 250a of the first substrate 20 and the connection part 250b of the second substrate 21 has occurred (FIG. 9B) and a state in which it has not occurred (FIG. 9A) Are compared with each other when the connection portion 250a of the first substrate 20 and the connection portion 250b of the second substrate 21 overlap each other when viewed in the direction perpendicular to the main surfaces of the first substrate 20 and the second substrate 21 (square shape). Area) is kept substantially the same. For this reason, it is possible to suppress a change in characteristics in the connection portion 250a of the first substrate 20 and the connection portion 250b of the second substrate 21 that are connected to each other.

前述したように、第1基板20と第2基板21のそれぞれの主面に垂直な方向に見て、第1基板20の接続部250aの長方形の長辺の方向と、第2基板21の接続部250bの長方形の長辺の方向とが直交している。これらの長方形の長辺の方向は直交していなくてもよいが、直交していることがより望ましい。以下、この理由を説明する。   As described above, the direction of the long side of the rectangular shape of the connection portion 250a of the first substrate 20 and the connection of the second substrate 21 when viewed in the direction perpendicular to the main surfaces of the first substrate 20 and the second substrate 21. The direction of the long side of the rectangle of the portion 250b is orthogonal. The directions of the long sides of these rectangles do not have to be orthogonal, but are more preferably orthogonal. Hereinafter, the reason will be described.

図10は、第1基板20と第2基板21が接続された場合の接続部250のみを示している。図10(a)は、第1基板20と第2基板21のそれぞれの主面に垂直な方向に見て、第1基板20の接続部250aの長方形の長辺の方向と、第2基板21の接続部250bの長方形の長辺の方向とが直交している状態を示している。図10(a)における第1基板20の接続部250aと第2基板21の接続部250bの相対的な位置関係は、図8における第1基板20の接続部250aと第2基板21の接続部250bの相対的な位置関係と同一である。図10(b)は、第1基板20と第2基板21のそれぞれの主面に垂直な方向に見て、第1基板20の接続部250aの長方形の長辺の方向と、第2基板21の接続部250bの長方形の長辺の方向とが直交していない状態を示している。   FIG. 10 shows only the connection part 250 when the first substrate 20 and the second substrate 21 are connected. FIG. 10A shows the direction of the long side of the rectangular shape of the connecting portion 250a of the first substrate 20 and the second substrate 21 when viewed in the direction perpendicular to the main surfaces of the first substrate 20 and the second substrate 21. This shows a state in which the direction of the long side of the rectangle of the connecting portion 250b is orthogonal. The relative positional relationship between the connecting portion 250a of the first substrate 20 and the connecting portion 250b of the second substrate 21 in FIG. 10 (a) is the same as the connecting portion 250a of the first substrate 20 and the connecting portion of the second substrate 21 in FIG. It is the same as the relative positional relationship of 250b. FIG. 10B shows the direction of the long side of the rectangle of the connecting portion 250a of the first substrate 20 and the second substrate 21 when viewed in the direction perpendicular to the main surfaces of the first substrate 20 and the second substrate 21. This shows a state where the direction of the long side of the rectangle of the connecting portion 250b is not orthogonal.

以下、第1基板20の接続部250aと第2基板21の接続部250bの相対的な位置ずれ量に関して、第1基板20の接続部250aと第2基板21の接続部250bとが重なる部分の面積が略同一に保たれるという条件を満たす範囲に収まる位置ずれ量を説明する。図10(a)では、第2基板21の接続部250bの長辺に平行な方向(図10(a)の左右方向)に位置ずれが発生する場合、第2基板21の接続部250bに対して第1基板20の接続部250aがずれる方向が左方向・右方向のどちらであっても、上記の条件を満たす範囲に収まる位置ずれ量の最大量はD1である。   Hereinafter, with respect to the relative displacement amount between the connection portion 250a of the first substrate 20 and the connection portion 250b of the second substrate 21, the portion where the connection portion 250a of the first substrate 20 and the connection portion 250b of the second substrate 21 overlap. A positional deviation amount that falls within a range that satisfies the condition that the areas are kept substantially the same will be described. In FIG. 10 (a), when a displacement occurs in a direction parallel to the long side of the connection part 250b of the second substrate 21 (left and right direction in FIG. 10 (a)), the connection part 250b of the second substrate 21 Thus, regardless of whether the connecting portion 250a of the first substrate 20 is displaced in the left direction or the right direction, the maximum amount of positional deviation that falls within the range that satisfies the above condition is D1.

一方、図10(b)では、第2基板21の接続部250bの長辺に平行な方向(図10(b)の左右方向)に位置ずれが発生する場合、第2基板21の接続部250bに対して第1基板20の接続部250aが相対的に左方向にずれるときは上記の条件を満たす範囲に収まる位置ずれ量の最大量はD2であり、第2基板21の接続部250bに対して第1基板20の接続部250aが相対的に右方向にずれるときは上記の条件を満たす範囲に収まる位置ずれ量の最大量はD3である。D2<D1<D3であるため、図10(b)では、左右方向の位置ずれに対するずれの許容量(D2)が図10(a)におけるずれの許容量(D1)よりも小さくなる。したがって、図10(a)のように、第1基板20の接続部250aと第2基板21の接続部250bのそれぞれの長方形の長辺の方向が直交するようにそれぞれの基板にそれぞれの接続部を配置することによって、位置ずれの許容量をより大きくすることができる。   On the other hand, in FIG. 10B, when a displacement occurs in the direction parallel to the long side of the connection part 250b of the second substrate 21 (the left-right direction of FIG. 10B), the connection part 250b of the second substrate 21. On the other hand, when the connecting portion 250a of the first substrate 20 is shifted to the left relative to the connecting portion 250b of the second substrate 21, the maximum amount of displacement that falls within the range satisfying the above condition is D2. Thus, when the connecting portion 250a of the first substrate 20 is relatively shifted to the right, the maximum amount of displacement that falls within the range satisfying the above condition is D3. Since D2 <D1 <D3, in FIG. 10B, the allowable amount of deviation (D2) with respect to the positional deviation in the left-right direction is smaller than the allowable amount of deviation (D1) in FIG. Therefore, as shown in FIG. 10 (a), each connection portion is connected to each substrate so that the directions of the long sides of the rectangles of the connection portion 250a of the first substrate 20 and the connection portion 250b of the second substrate 21 are orthogonal to each other. By disposing, the allowable amount of positional deviation can be further increased.

前述したように、第1基板20と第2基板21のそれぞれの主面に垂直な方向に見て、第1基板20の接続部250aの長方形の重心と、第2基板21の接続部250bの長方形の重心とが一致している。これらの長方形の重心は一致していなくてもよいが、一致していることがより望ましい。以下、この理由を説明する。   As described above, the rectangular center of gravity of the connecting portion 250a of the first substrate 20 and the connecting portion 250b of the second substrate 21 are viewed in the direction perpendicular to the main surfaces of the first substrate 20 and the second substrate 21, respectively. The center of gravity of the rectangle matches. The centroids of these rectangles do not need to match, but more preferably match. Hereinafter, the reason will be described.

図11は、第1基板20と第2基板21が接続された場合の接続部250のみを示している。図11(a)は、第1基板20と第2基板21のそれぞれの主面に垂直な方向に見て、第1基板20の接続部250aの長方形の重心G1と、第2基板21の接続部250bの長方形の重心G2とが一致している状態を示している。図11(a)における第1基板20の接続部250aと第2基板21の接続部250bの相対的な位置関係は、図8における第1基板20の接続部250aと第2基板21の接続部250bの相対的な位置関係と同一である。図11(b)は、第1基板20と第2基板21のそれぞれの主面に垂直な方向に見て、第1基板20の接続部250aの長方形の重心G1と、第2基板21の接続部250bの長方形の重心G2とが一致していない状態を示している。   FIG. 11 shows only the connection part 250 when the first substrate 20 and the second substrate 21 are connected. FIG. 11A shows the connection between the second substrate 21 and the rectangular center of gravity G1 of the connecting portion 250a of the first substrate 20 when viewed in the direction perpendicular to the main surfaces of the first substrate 20 and the second substrate 21. A state in which the rectangular center of gravity G2 of the portion 250b matches is shown. The relative positional relationship between the connecting portion 250a of the first substrate 20 and the connecting portion 250b of the second substrate 21 in FIG. 11 (a) is the same as the connecting portion 250a of the first substrate 20 and the connecting portion of the second substrate 21 in FIG. It is the same as the relative positional relationship of 250b. FIG. 11B shows the connection between the second substrate 21 and the rectangular center of gravity G1 of the connecting portion 250a of the first substrate 20 when viewed in the direction perpendicular to the main surfaces of the first substrate 20 and the second substrate 21. A state in which the rectangular center of gravity G2 of the portion 250b does not match is shown.

以下、第1基板20の接続部250aと第2基板21の接続部250bの相対的な位置ずれ量に関して、第1基板20の接続部250aと第2基板21の接続部250bとが重なる部分の面積が略同一に保たれるという条件を満たす範囲に収まる位置ずれ量を説明する。図11(a)では、第2基板21の接続部250bの長辺に平行な方向(図11(a)の左右方向)に位置ずれが発生する場合、第2基板21の接続部250bに対して第1基板20の接続部250aがずれる方向が左方向・右方向のどちらであっても、上記の条件を満たす範囲に収まる位置ずれ量の最大量はD1である。   Hereinafter, with respect to the relative displacement amount between the connection portion 250a of the first substrate 20 and the connection portion 250b of the second substrate 21, the portion where the connection portion 250a of the first substrate 20 and the connection portion 250b of the second substrate 21 overlap. A positional deviation amount that falls within a range that satisfies the condition that the areas are kept substantially the same will be described. In FIG. 11 (a), when a displacement occurs in the direction parallel to the long side of the connection part 250b of the second substrate 21 (the left-right direction of FIG. 11 (a)), the connection part 250b of the second substrate 21 Thus, regardless of whether the connecting portion 250a of the first substrate 20 is displaced in the left direction or the right direction, the maximum amount of positional deviation that falls within the range that satisfies the above condition is D1.

一方、図11(b)では、第2基板21の接続部250bの長辺に平行な方向(図11(b)の左右方向)に位置ずれが発生する場合、第2基板21の接続部250bに対して第1基板20の接続部250aが相対的に左方向にずれるときは上記の条件を満たす範囲に収まる位置ずれ量の最大量はD4であり、第2基板21の接続部250bに対して第1基板20の接続部250aが相対的に右方向にずれるときは上記の条件を満たす範囲に収まる位置ずれ量の最大量はD5である。D5<D1<D4であるため、図11(b)では、左右方向の位置ずれに対するずれの許容量(D5)が図11(a)におけるずれの許容量(D1)よりも小さくなる。したがって、図11(a)のように、第1基板20の接続部250aと第2基板21の接続部250bのそれぞれの長方形の重心が一致するようにそれぞれの基板にそれぞれの接続部を配置することによって、位置ずれの許容量をより大きくすることができる。   On the other hand, in FIG. 11 (b), when a displacement occurs in a direction parallel to the long side of the connection portion 250b of the second substrate 21 (the left-right direction of FIG. 11 (b)), the connection portion 250b of the second substrate 21. On the other hand, when the connecting portion 250a of the first substrate 20 is shifted to the left relative to the connecting portion 250b of the second substrate 21, the maximum amount of displacement that falls within the range satisfying the above condition is D4. Thus, when the connecting portion 250a of the first substrate 20 is relatively shifted to the right, the maximum amount of displacement that falls within the range satisfying the above condition is D5. Since D5 <D1 <D4, in FIG. 11 (b), the allowable displacement (D5) with respect to the lateral displacement is smaller than the allowable displacement (D1) in FIG. 11 (a). Accordingly, as shown in FIG. 11 (a), the respective connection portions are arranged on the respective substrates so that the respective rectangular centers of gravity of the connection portions 250a of the first substrate 20 and the connection portions 250b of the second substrate 21 coincide with each other. As a result, the allowable amount of positional deviation can be increased.

図7に示すように、第1基板20のそれぞれの接続部250aの形状と第2基板21のそれぞれの接続部250bの形状は、面積が同一の長方形で統一されている。それぞれの基板のそれぞれの接続部の形状や面積は統一されていなくてもよいが、統一されていることがより望ましい。   As shown in FIG. 7, the shape of each connecting portion 250a of the first substrate 20 and the shape of each connecting portion 250b of the second substrate 21 are unified with a rectangle having the same area. Although the shape and area of each connection portion of each substrate need not be unified, it is more desirable that they be unified.

また、図7に示すように、第1基板20の全ての接続部250aの長方形の長辺の方向(Y方向)は同じであり、第2基板21の全ての接続部250bの長方形の長辺の方向(X方向)も同じである。それぞれの基板のそれぞれの接続部の長方形の長辺の方向が統一されていなくてもよいが、統一されていることがより望ましい。   Further, as shown in FIG. 7, the direction (Y direction) of the long sides of the rectangles of all the connection portions 250a of the first substrate 20 is the same, and the long sides of the rectangles of all the connection portions 250b of the second substrate 21 are the same. The direction of (X direction) is the same. The directions of the long sides of the rectangles of the respective connecting portions of the respective substrates do not have to be unified, but are preferably unified.

上記のようにそれぞれの基板のそれぞれの接続部の形状や面積、長辺の方向を統一することによって、位置ずれの許容量を全ての接続部で同一にすることができる。   As described above, by unifying the shape, area, and long side direction of each connection portion of each substrate, the allowable amount of positional deviation can be made the same for all connection portions.

第1基板20と第2基板21のそれぞれの主面に垂直な方向に見て、第1基板20の接続部250aの形状と第2基板21の接続部250bの形状は長方形以外でもよい。図12は長方形以外の形状の例を示している。図12に示す形状は、左右方向に細長い形状の代表例である。   The shape of the connecting portion 250a of the first substrate 20 and the shape of the connecting portion 250b of the second substrate 21 may be other than a rectangle when viewed in the direction perpendicular to the main surfaces of the first substrate 20 and the second substrate 21. FIG. 12 shows an example of a shape other than a rectangle. The shape shown in FIG. 12 is a representative example of a shape elongated in the left-right direction.

図12(a)は、平行な2つの長辺と円弧状の2つの短辺を有する形状で構成される接続部を示している。図12(b)は、平行な2つの長辺と平行な2つの短辺を有する平行四辺形で構成される接続部を示している。図12(c)は、平行な2つの長辺と非平行な2つの短辺を有する台形で構成される接続部を示している。   FIG. 12 (a) shows a connecting portion having a shape having two parallel long sides and two arc-shaped short sides. FIG. 12 (b) shows a connecting portion formed of a parallelogram having two parallel long sides and two short sides. FIG. 12 (c) shows a connecting portion formed of a trapezoid having two parallel long sides and two non-parallel short sides.

上述したように、本実施形態によれば、第1基板20の接続部250aおよび第2基板21の接続部250bの相対的なずれが発生する場合と発生しない場合とで、第1基板20の主面または第2基板21の主面に垂直な方向に見て、接続部250aおよび接続部250bが重なる部分の面積が略同一に保たれるため、2枚の基板を接続する接続部における特性の変化を抑制することができる。   As described above, according to the present embodiment, the first substrate 20 has a case where the relative displacement between the connection portion 250a of the first substrate 20 and the connection portion 250b of the second substrate 21 occurs or does not occur. When viewed in the direction perpendicular to the main surface or the main surface of the second substrate 21, the area where the connection part 250a and the connection part 250b overlap is kept substantially the same, so the characteristics of the connection part connecting the two substrates Can be suppressed.

また、複数の画素間で一部の回路要素を共有しているため、複数の画素間で回路要素を共有しない場合と比較して、チップ面積を低減することができる。さらに、複数の画素間で第1増幅トランジスタ240および電流源280を共有しているため、同時に動作する電流源の数を抑えることができる。このため、多数の電流源が同時に動作することによる電源電圧の電圧降下やGND(グランド)電圧の上昇等の発生を低減することができる。   In addition, since some circuit elements are shared among a plurality of pixels, the chip area can be reduced as compared with the case where the circuit elements are not shared between the plurality of pixels. Furthermore, since the first amplification transistor 240 and the current source 280 are shared among a plurality of pixels, the number of current sources that operate simultaneously can be suppressed. For this reason, it is possible to reduce the occurrence of a power supply voltage drop or a GND (ground) voltage rise due to simultaneous operation of a large number of current sources.

また、画素の全ての回路要素を1枚の基板に配置する場合と比較して、第1基板20の光電変換素子の面積を大きくすることが可能となるため、感度が向上する。さらに、アナログメモリを用いることによって、第2基板21に設ける信号蓄積用の領域の面積を小さくすることができる。   In addition, the area of the photoelectric conversion element on the first substrate 20 can be increased as compared with the case where all the circuit elements of the pixel are arranged on one substrate, so that the sensitivity is improved. Further, by using an analog memory, the area of the signal storage region provided on the second substrate 21 can be reduced.

また、アナログメモリ231,232,233,234を設けたことによって、信号品質の劣化を低減することができる。特に、アナログメモリの容量値を電荷保持部の容量値よりも大きくする(例えば、アナログメモリの容量値を電荷保持部の容量値の5倍以上にする)ことによって、アナログメモリが保持する信号電荷が、電荷保持部が保持する信号電荷よりも大きくなる。このため、アナログメモリのリーク電流による信号劣化の影響を小さくすることができる。   Further, by providing the analog memories 231, 232, 233, and 234, it is possible to reduce degradation of signal quality. In particular, the signal charge held in the analog memory by making the capacitance value of the analog memory larger than the capacitance value of the charge holding portion (for example, making the capacitance value of the analog memory more than five times the capacitance value of the charge holding portion). However, it becomes larger than the signal charge held by the charge holding unit. For this reason, it is possible to reduce the influence of signal deterioration due to the leak current of the analog memory.

また、クランプ容量260および第2転送トランジスタ271,272,273,274を設けることによって、第1基板20で発生するノイズの影響を低減することができる。第1基板20で発生するノイズには、第1増幅トランジスタ240に接続される回路(例えば第1リセットトランジスタ220)の動作に由来して第1増幅トランジスタ240の入力部で発生するノイズ(例えばリセットノイズ)や、第1増幅トランジスタ240の動作特性に由来するノイズ(例えば第1増幅トランジスタ240の回路閾値のばらつきによるノイズ)等がある。   Further, by providing the clamp capacitor 260 and the second transfer transistors 271, 272, 273, and 274, the influence of noise generated in the first substrate 20 can be reduced. The noise generated in the first substrate 20 includes noise (for example, reset) generated at the input portion of the first amplification transistor 240 resulting from the operation of a circuit (for example, the first reset transistor 220) connected to the first amplification transistor 240. Noise), noise derived from the operating characteristics of the first amplification transistor 240 (for example, noise due to variations in the circuit threshold of the first amplification transistor 240), and the like.

また、アナログメモリ231,232,233,234をリセットしたときの信号と、光電変換素子201,202,203,204から電荷保持部230へ信号電荷を転送することによって発生する第1増幅トランジスタ240の出力の変動に応じた信号とを時分割で画素100から出力し、画素100の外部で各信号の差分処理を行うことによって、第2基板21で発生するノイズの影響を低減することができる。第2基板21で発生するノイズには、第2増幅トランジスタ241,242,243,244に接続される回路(例えば第2リセットトランジスタ221,222,223,224)の動作に由来して第2増幅トランジスタ241,242,243,244の入力部で発生するノイズ(例えばリセットノイズ)等がある。   Further, the signal when the analog memories 231, 232, 233 and 234 are reset and the first amplification transistor 240 generated by transferring the signal charges from the photoelectric conversion elements 201, 202, 203 and 204 to the charge holding unit 230. By outputting a signal corresponding to the output fluctuation from the pixel 100 in a time-sharing manner and performing differential processing of each signal outside the pixel 100, the influence of noise generated in the second substrate 21 can be reduced. The noise generated in the second substrate 21 is derived from the operation of a circuit (for example, the second reset transistors 221, 222, 223, 224) connected to the second amplification transistors 241, 242, 243, 244. There is noise (for example, reset noise) generated at the input portion of the transistors 241, 242, 243, and 244.

以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。上記では、2枚の基板が接続部で接続されている固体撮像装置の構成を示したが、3枚以上の基板が接続部で接続されていてもよい。3枚以上の基板が接続部で接続される固体撮像装置の場合、3枚以上の基板のうち2枚の基板が第1の基板と第2の基板に相当する。   As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the above-described embodiments, and includes design changes and the like without departing from the gist of the present invention. . In the above description, the configuration of the solid-state imaging device in which two substrates are connected by the connection unit is shown, but three or more substrates may be connected by the connection unit. In the case of a solid-state imaging device in which three or more substrates are connected at the connection portion, two of the three or more substrates correspond to the first substrate and the second substrate.

1・・・レンズ部、2・・・レンズ制御装置、3・・・固体撮像装置、4・・・駆動回路、5・・・メモリ、6・・・信号処理回路、7・・・記録装置、8・・・制御装置、9・・・表示装置、100・・・画素、130,280・・・電流源、200・・・画素部、201,202,203,204・・・光電変換素子、211,212,213,214・・・第1転送トランジスタ、220・・・第1リセットトランジスタ、221,222,223,224・・・第2リセットトランジスタ、230・・・電荷保持部、231,232,233,234・・・アナログメモリ、240・・・第1増幅トランジスタ、241,242,243,244・・・第2増幅トランジスタ、250,250a,250b・・・接続部、260・・・クランプ容量、271,272,273,274・・・第2転送トランジスタ、291,292,293,294・・・選択トランジスタ、300・・・垂直走査回路、350・・・列処理回路、400・・・水平走査回路、410・・・出力アンプ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lens part, 2 ... Lens control apparatus, 3 ... Solid-state imaging device, 4 ... Drive circuit, 5 ... Memory, 6 ... Signal processing circuit, 7 ... Recording device , 8 ... Control device, 9 ... Display device, 100 ... Pixel, 130, 280 ... Current source, 200 ... Pixel unit, 201, 202, 203, 204 ... Photoelectric conversion element 211, 212, 213, 214 ... first transfer transistor, 220 ... first reset transistor, 221, 222, 223, 224 ... second reset transistor, 230 ... charge holding unit, 231, 232, 233, 234 ... Analog memory, 240 ... First amplification transistor, 241, 242, 243, 244 ... Second amplification transistor, 250, 250a, 250b ... Connection, 260 ... Clamp capacitance, 271, 272, 273, 274 ... second transfer transistor, 291,292,293,294 ... select transistor, 300 ... vertical scanning circuit, 350 ... column processing circuit, 40 0 ... Horizontal scanning circuit, 410 ... Output amplifier

Claims (9)

画素を構成する第1の回路要素と第1の接続部とを有する第1の基板と、
前記画素を構成する第2の回路要素と第2の接続部とを有する第2の基板と、
を有し、
前記第1の接続部および前記第2の接続部を介して前記第1の基板および前記第2の基板が電気的に接続され、
前記第1の接続部および前記第2の接続部の相対的なずれが発生する場合と発生しない場合とで、前記第1の基板の主面または前記第2の基板の主面に垂直な方向に見て前記第1の接続部および前記第2の接続部が重なる部分の面積が略同一に保たれる
ことを特徴とする固体撮像装置。
A first substrate having a first circuit element constituting the pixel and a first connection portion;
A second substrate having a second circuit element and a second connection part constituting the pixel;
Have
The first substrate and the second substrate are electrically connected via the first connection portion and the second connection portion,
A direction perpendicular to the main surface of the first substrate or the main surface of the second substrate depending on whether or not the relative displacement between the first connection portion and the second connection portion occurs. The solid-state imaging device is characterized in that the area of the portion where the first connection portion and the second connection portion overlap is kept substantially the same.
前記第1の基板の主面または前記第2の基板の主面に垂直な方向に見て前記第1の接続部の形状は、第1の方向に平行な2つの第1の長辺と、2つの前記第1の長辺よりも短い2つの第1の短辺とを有する形状であり、
前記第1の基板の主面または前記第2の基板の主面に垂直な方向に見て前記第2の接続部の形状は、第2の方向に平行な2つの第2の長辺と、2つの前記第2の長辺よりも短い2つの第2の短辺とを有する形状であり、
前記第1の方向と前記第2の方向とが異なる
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
The shape of the first connection portion when viewed in a direction perpendicular to the main surface of the first substrate or the main surface of the second substrate is two first long sides parallel to the first direction, and A shape having two first short sides shorter than the two first long sides;
The shape of the second connection portion when viewed in a direction perpendicular to the main surface of the first substrate or the main surface of the second substrate is two second long sides parallel to the second direction, A shape having two second short sides shorter than the two second long sides,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first direction is different from the second direction.
前記第1の基板の主面または前記第2の基板の主面に垂直な方向に見て前記第1の接続部の形状は、第1の方向に平行な2つの第1の長辺と、2つの前記第1の長辺よりも短い2つの第1の短辺とを有する長方形であり、
前記第1の基板の主面または前記第2の基板の主面に垂直な方向に見て前記第2の接続部の形状は、第2の方向に平行な2つの第2の長辺と、2つの前記第2の長辺よりも短い2つの第2の短辺とを有する長方形であり、
前記第1の方向と前記第2の方向とが異なる
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
The shape of the first connection portion when viewed in a direction perpendicular to the main surface of the first substrate or the main surface of the second substrate is two first long sides parallel to the first direction, and A rectangle having two first short sides shorter than the two first long sides;
The shape of the second connection portion when viewed in a direction perpendicular to the main surface of the first substrate or the main surface of the second substrate is two second long sides parallel to the second direction, A rectangle having two second short sides shorter than the two second long sides;
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first direction is different from the second direction.
前記第1の方向と前記第2の方向が直交することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the first direction and the second direction are orthogonal to each other. 前記第1の基板の主面または前記第2の基板の主面に垂直な方向に見て前記第1の接続部の重心位置と前記第2の接続部の重心位置とが一致することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の固体撮像装置。   The position of the center of gravity of the first connection portion and the position of the center of gravity of the second connection portion coincide with each other when viewed in a direction perpendicular to the main surface of the first substrate or the main surface of the second substrate. The solid-state imaging device according to claim 2 or 3. 前記第1の基板は複数の前記第1の接続部を有し、
前記第2の基板は複数の前記第2の接続部を有し、
複数の前記第1の接続部において前記第1の方向は同一であり、
複数の前記第2の接続部において前記第2の方向は同一である
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の固体撮像装置。
The first substrate has a plurality of the first connection portions,
The second substrate has a plurality of the second connection portions,
In the plurality of first connection portions, the first direction is the same,
4. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the second direction is the same in a plurality of the second connection portions. 5.
前記第1の基板は複数の前記第1の接続部を有し、
前記第2の基板は複数の前記第2の接続部を有し、
前記第1の基板の主面または前記第2の基板の主面に垂直な方向に見て複数の前記第1の接続部の形状が同一かつ複数の前記第2の接続部の形状が同一である
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の固体撮像装置。
The first substrate has a plurality of the first connection portions,
The second substrate has a plurality of the second connection portions,
The plurality of first connection portions have the same shape and the plurality of second connection portions have the same shape when viewed in a direction perpendicular to the main surface of the first substrate or the main surface of the second substrate. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the solid-state imaging device is provided.
前記第1の基板は複数の前記第1の接続部を有し、
前記第2の基板は複数の前記第2の接続部を有し、
前記第1の基板の主面または前記第2の基板の主面に垂直な方向に見て複数の前記第1の接続部の面積が同一かつ複数の前記第2の接続部の面積が同一である
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の固体撮像装置。
The first substrate has a plurality of the first connection portions,
The second substrate has a plurality of the second connection portions,
The areas of the plurality of first connection portions are the same and the areas of the plurality of second connection portions are the same when viewed in a direction perpendicular to the main surface of the first substrate or the main surface of the second substrate. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the solid-state imaging device is provided.
画素を構成する第1の回路要素と第1の接続部とを有する第1の基板と、
前記画素を構成する第2の回路要素と第2の接続部とを有する第2の基板と、
を有し、
前記第1の接続部および前記第2の接続部を介して前記第1の基板および前記第2の基板が電気的に接続され、
前記第1の接続部および前記第2の接続部の相対的なずれが発生する場合と発生しない場合とで、前記第1の基板の主面または前記第2の基板の主面に垂直な方向に見て前記第1の接続部および前記第2の接続部が重なる部分の面積が略同一に保たれる
ことを特徴とする撮像装置。
A first substrate having a first circuit element constituting the pixel and a first connection portion;
A second substrate having a second circuit element and a second connection part constituting the pixel;
Have
The first substrate and the second substrate are electrically connected via the first connection portion and the second connection portion,
A direction perpendicular to the main surface of the first substrate or the main surface of the second substrate depending on whether or not the relative displacement between the first connection portion and the second connection portion occurs. The imaging device is characterized in that the area of the portion where the first connection portion and the second connection portion overlap is kept substantially the same.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017060948A1 (en) * 2015-10-05 2017-04-13 オリンパス株式会社 Solid-state image pickup device and image pickup device
WO2019229835A1 (en) * 2018-05-29 2019-12-05 オリンパス株式会社 Solid-state imaging device and imaging system

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017060948A1 (en) * 2015-10-05 2017-04-13 オリンパス株式会社 Solid-state image pickup device and image pickup device
JPWO2017060948A1 (en) * 2015-10-05 2018-07-19 オリンパス株式会社 Solid-state imaging device and imaging device
US10304892B2 (en) 2015-10-05 2019-05-28 Olympus Corporation Solid-state imaging device and imaging apparatus
WO2019229835A1 (en) * 2018-05-29 2019-12-05 オリンパス株式会社 Solid-state imaging device and imaging system
JPWO2019229835A1 (en) * 2018-05-29 2021-06-24 オリンパス株式会社 Solid-state image sensor and imaging system
JP7111810B2 (en) 2018-05-29 2022-08-02 オリンパス株式会社 Solid-state imaging device and imaging system
US11425319B2 (en) * 2018-05-29 2022-08-23 Olympus Corporation Solid-state imaging device and imaging system

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