JP2016171179A - Solid-state imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
実施形態は、概して、固体撮像装置に関する。 Embodiments generally relate to solid state imaging devices.
複数の画素を有する固体撮像装置では、制御回路及び複数の画素が配線で接続され、各画素が制御回路から供給された信号で駆動される。このとき、各画素を駆動するための時間を短縮することが望まれる。 In a solid-state imaging device having a plurality of pixels, a control circuit and a plurality of pixels are connected by wiring, and each pixel is driven by a signal supplied from the control circuit. At this time, it is desired to shorten the time for driving each pixel.
一つの実施形態は、各画素を駆動するための時間を短縮できる固体撮像装置を提供することを目的とする。 An object of one embodiment is to provide a solid-state imaging device capable of shortening the time for driving each pixel.
一つの実施形態によれば、第1の半導体チップと第2の半導体チップとを有する固体撮像装置が提供される。第1の半導体チップは、複数の画素を有する。第2の半導体チップには、第1の半導体チップが積層される。第2の半導体チップは、AD変換回路と制御回路とリピータ線と配線と複数のリピータとを有する。リピータ線は、制御回路から延びている。配線は、リピータ線を複数の画素に3次元的に接続する。複数のリピータは、リピータ線上に複数の画素に対応して配されている。 According to one embodiment, a solid-state imaging device having a first semiconductor chip and a second semiconductor chip is provided. The first semiconductor chip has a plurality of pixels. The first semiconductor chip is stacked on the second semiconductor chip. The second semiconductor chip includes an AD conversion circuit, a control circuit, a repeater line, a wiring, and a plurality of repeaters. The repeater line extends from the control circuit. The wiring connects the repeater line to a plurality of pixels three-dimensionally. The plurality of repeaters are arranged corresponding to the plurality of pixels on the repeater line.
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる固体撮像装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。 Exemplary embodiments of a solid-state imaging device will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments.
(第1の実施形態)
第1の実施形態にかかる固体撮像装置について説明する。固体撮像装置は、例えば、図1及び図2に示す撮像システムに適用される。図1及び図2は、撮像システムの概略構成を示す図である。図1において、OPは光軸を示している。
(First embodiment)
A solid-state imaging device according to the first embodiment will be described. The solid-state imaging device is applied to the imaging system shown in FIGS. 1 and 2, for example. 1 and 2 are diagrams illustrating a schematic configuration of an imaging system. In FIG. 1, OP indicates an optical axis.
撮像システム81は、例えば、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどであってもよいし、カメラモジュールが電子機器に適用されたもの(例えばカメラ付き携帯端末等)でもよい。撮像システム81は、図2に示すように、撮像部82及び後段処理部83を有する。撮像部82は、例えば、カメラモジュールである。撮像部82は、撮像光学系84及び固体撮像装置100を有する。後段処理部83は、ISP(Image Signal Processor)86、記憶部87、及び表示部88を有する。
The
撮像光学系84は、撮影レンズ47、ハーフミラー49、メカシャッタ46、レンズ44、プリズム45、及びファインダー48を有する。撮影レンズ47は、撮影レンズ47a,47b、絞り(図示せず)、及びレンズ駆動機構47cを有する。絞りは、撮影レンズ47aと撮影レンズ47bとの間に配され、撮影レンズ47bへ導かれる光量を調節する。なお、図1では、撮影レンズ47が2枚の撮影レンズ47a,47bを有する場合が例示的に示されているが、撮影レンズ47は多数枚の撮影レンズを有していてもよい。
The imaging
固体撮像装置100は、撮影レンズ47の予定結像面に配置されている。例えば、撮影レンズ47は、入射した光を屈折させて、ハーフミラー49及びメカシャッタ46経由で固体撮像装置100の撮像面へ導き、固体撮像装置100の撮像面に被写体の像を形成する。固体撮像装置100は、被写体像に応じた画像信号を生成する。
The solid-
固体撮像装置100は、図3に示すように、イメージセンサ90、及び信号処理回路91を有する。図3は、固体撮像装置100の回路構成を示す図である。イメージセンサ90は、例えば、CMOSイメージセンサであってもよいし、CCDイメージセンサであっても良い。イメージセンサ90は、画素配列PA、ローデコーダー93、タイミング制御部95、CDS+ADC97及びラインメモリ98を有する。
As shown in FIG. 3, the solid-
画素配列PAでは、複数の画素Pが例えば行方向及び列方向に配列されている。ローデコーダー93は、タイミング制御部95からの制御信号に応じて、画素配列PAを例えば行単位で制御する。
In the pixel array PA, a plurality of pixels P are arranged in, for example, the row direction and the column direction. The
各画素Pは、図4に示すように、例えば、光電変換部3、転送部8、電荷電圧変換部4、リセット部7、増幅部5、及び選択部6を有する。図4は、各画素Pの構成を示す図である。図4では、n行m列目の画素P(n,m)について例示的に示されているが、他の画素についても同様である。
As shown in FIG. 4, each pixel P includes, for example, a
光電変換部3は、光電変換を行い、受けた光に応じた電荷を発生させて蓄積する。光電変換部3は、例えば、フォトダイオードPDを有する。
The
転送部8は、活性状態において、光電変換部3の電荷を電荷電圧変換部4へ転送し、非活性状態において、光電変換部3の電荷を電荷電圧変換部4へ転送しない。転送部8は、ローデコーダー93から駆動線DL(n)−3経由でアクティブレベルの制御信号φREADnを受けた場合に、光電変換部3の電荷を電荷電圧変換部4へ転送する。転送部8は、ローデコーダー93から駆動線DL(n)−3経由でノンアクティブレベルの制御信号φREADnを受けた場合に、光電変換部3の電荷を電荷電圧変換部4へ転送しない。転送部8は、例えば、トランスファーゲートとして機能する転送トランジスタTdを有し、そのゲートにアクティブレベルの制御信号φREADnを受けた場合にオンすることにより、光電変換部3の電荷を電荷電圧変換部4へ転送し、そのゲートにノンアクティブレベルの制御信号φREADnを受けた場合にオフすることにより、光電変換部3の電荷を電荷電圧変換部4へ転送しない。
The
電荷電圧変換部4は、その寄生容量を用いて、転送された電荷を電圧に変換する。電荷電圧変換部4は、例えば、フローティングジャンクションFJを有する。
The charge-
光電変換部3は、転送部8による電荷の転送が完了してから電荷の蓄積を開始し、転送部8により電荷が次に電荷電圧変換部4へ転送されるまで電荷の蓄積を行う。すなわち、光電変換部3は、転送部8による転送動作の完了タイミングから転送部8による次の転送動作の開始タイミングまでの電荷蓄積期間において、電荷蓄積動作を行う。
The
リセット部7は、ローデコーダー93から駆動線DL(n)−2経由でアクティブレベルの制御信号φRESET_FJnを受けた場合に、電荷電圧変換部4の電位を所定の電位(例えば、VDDreset)にリセットする。リセット部7は、例えば、リセットトランジスタTcを有し、そのゲートにアクティブレベルの制御信号φRESET_FJnを受けた場合にオンすることにより、電荷電圧変換部4の電位を所定の電位(例えば、VDDreset)にリセットする。
The
増幅部5は、画素P(n,m)が選択状態になった際に、電荷電圧変換部4の電圧に基づく信号を信号線SLへ出力する。増幅部5は、例えば、アンプトランジスタTbを有し、画素P(n,m)が選択状態になった際に、信号線SLを介して接続された負荷電流源CSとともにソースフォロワ動作を行うことにより、電荷電圧変換部4の電圧に応じた信号を信号線SLへ出力する。なお、負荷電流源CSは負荷トランジスタTLM及びバイアス発生回路9を有する。
The amplifying unit 5 outputs a signal based on the voltage of the charge
選択部6は、ローデコーダー93から駆動線DL(n)−1経由でアクティブレベルの制御信号φADRESnを受けた場合に、画素P(n,m)を選択状態にし、ローデコーダー93から駆動線DL(n)−1経由でノンアクティブレベルの制御信号φADRESnを受けた場合に、画素P(n,m)を非選択状態にする。選択部6は、例えば、選択トランジスタTaを有し、そのゲートにアクティブレベルの制御信号φADRESnを受けた際にオンすることにより、画素P(n,m)を選択状態にし、そのゲートにノンアクティブレベルの制御信号φADRESnを受けた際にオフすることにより、画素P(n,m)を非選択状態にする。選択トランジスタTaのドレインは、電源電位VDDsfに接続されている。電源電位VDDsfと電源電位VDDresetとは、ショート可能である。
When receiving the active level control signal φADRESn from the
図4では、選択トランジスタTaが電源電位VDDsf側に接続されアンプトランジスタTbが信号線SL側に接続された構成が例示されているが、アンプトランジスタTbが電源電位VDDsf側に接続され選択トランジスタTaが信号線SL側に接続された構成であってもよい。 4 illustrates a configuration in which the selection transistor Ta is connected to the power supply potential VDDsf side and the amplifier transistor Tb is connected to the signal line SL side. However, the amplifier transistor Tb is connected to the power supply potential VDDsf side and the selection transistor Ta is It may be configured to be connected to the signal line SL side.
また、画素Pは、選択部6が省略された構成であってもよい。その場合、駆動線DL(n)−1が省略されるとともに、リセット部7が画素Pを選択状態/非選択状態にするための動作を行ってもよい。例えば、リセット部7は、電荷電圧変換部4の電位を第1の電位(例えば、VDDレベル)にリセットすることにより画素Pを選択状態にし、電荷電圧変換部4の電位を第2の電位(増幅部5(アンプトランジスタTb)がオフするような電位、例えば、GNDレベル)にリセットすることにより画素Pを非選択状態にしてもよい。
Further, the pixel P may have a configuration in which the selection unit 6 is omitted. In that case, the drive line DL (n) -1 may be omitted, and the
なお、各画素Pには複数の駆動線DL(n)が延びているが、以下では、説明の簡略化のため、各画素Pに1つの駆動線DL(n)が延びているものとする。また、各画素Pには複数の制御信号が供給されているが、説明の簡略化のため、各画素Pに1つの制御信号が供給されているものとする。 A plurality of drive lines DL (n) extend to each pixel P. In the following, for the sake of simplicity of explanation, it is assumed that one drive line DL (n) extends to each pixel P. . Further, although a plurality of control signals are supplied to each pixel P, it is assumed that one control signal is supplied to each pixel P for simplification of description.
図3に戻って、各画素Pで生成された画像信号は、タイミング制御部95及びローデコーダー93によりCDS+ADC97側へ読み出され、CDS+ADC97を経て画像データへ変換され、ラインメモリ98経由で信号処理回路91に出力される。信号処理回路91では、信号処理が行われる。これらの信号処理された画像データは、ISP86に出力される。
Returning to FIG. 3, the image signal generated in each pixel P is read to the CDS +
図3、図4に示すように、ローデコーダー93は、画素配列PAの周辺に配され、各駆動線DLがローデコーダー93から対応する行の各画素まで行方向に延びている。ローデコーダー93は、画素配列PAにおける複数行のうち駆動対象の行を1行目、2行目、・・・と順次に選択していき、選択行の駆動線DL経由で画素配列PAにおける選択行に含まれた複数の画素に制御信号を供給して制御する。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
例えば、画素配列PAが多画素化の要求を満たすために多くの画素を含んでいると、駆動線DLが長くなるので駆動線DLの抵抗値が増大しやすい。また、駆動線DLに接続される画素数が多くなるので、駆動線DLの容量値が増大しやすい。そのため、ローデコーダー93が駆動線DLを介して画素を駆動する際の画素駆動時間が長時間化する可能性がある。
For example, if the pixel array PA includes a large number of pixels in order to satisfy the demand for increasing the number of pixels, the drive line DL becomes long and the resistance value of the drive line DL tends to increase. Further, since the number of pixels connected to the drive line DL is increased, the capacitance value of the drive line DL is likely to increase. Therefore, there is a possibility that the pixel drive time when the
画素駆動時間が長時間化すると、固体撮像装置100から出力される画像信号のフレームレートが要求される速度を満たせない可能性がある。フレームレートが要求される速度を満たせないと、画像信号により得られる画像が動画像である場合、所定時間内におけるコマ数の確保が困難になり、滑らかな動画像を得ることが困難になる。あるいは、画像信号により得られる画像が静止画像である場合、レリーズタイムラグが増大し、シャッターチャンスをとらえることが困難になる可能性がある。
If the pixel drive time is prolonged, there is a possibility that the required frame rate of the image signal output from the solid-
このとき、画素特性を確保するため、駆動線DLの抵抗値/容量値を減らすことが困難である。駆動線DL上におけるローデコーダー93と画素配列PAとの間の位置に制御信号をドライブするためのリピータを挿入する場合を考える。この場合、挿入されたリピータは、駆動線DLに接続された複数の画素に対して、駆動線DLの一端側から画素を駆動するため、容量による遅延の影響を大きくうける。このため、画素駆動時間を短縮することが困難であると考えられる。
At this time, in order to ensure pixel characteristics, it is difficult to reduce the resistance value / capacitance value of the drive line DL. Consider a case where a repeater for driving a control signal is inserted at a position between the
また、画素配列PAでは、画素特性(画素配置ピッチ)を確保するため、駆動線DL上における画素間の位置にリピータを追加することが困難である。 Further, in the pixel array PA, it is difficult to add repeaters at positions between the pixels on the drive line DL in order to ensure pixel characteristics (pixel arrangement pitch).
そこで、第1の実施形態では、基板接合を用いたチップ積層化により、画素領域下に電極の接合点を配置できるようにし、下チップのリピータ線内における複数の画素に対応した位置に複数のリピータを挿入し、ドライブされた制御信号を下チップから上チップへ供給することで、制御信号の遅延を小さくする。 Therefore, in the first embodiment, by stacking chips using substrate bonding, electrode junctions can be arranged below the pixel region, and a plurality of pixels are arranged at positions corresponding to a plurality of pixels in the repeater line of the lower chip. By inserting a repeater and supplying the driven control signal from the lower chip to the upper chip, the delay of the control signal is reduced.
具体的には、図5及び図6に示すように、固体撮像装置100は、半導体チップCH1及び半導体チップCH2を有する。図5は、固体撮像装置100の積層構成を示す分解斜視図である。図6は、固体撮像装置100の積層構成を示す回路図である。
Specifically, as shown in FIGS. 5 and 6, the solid-
半導体チップCH2には、半導体チップCH1が積層されている。半導体チップCH1及び半導体チップCH2は、基板接合で接合されている。半導体チップCH1及び半導体チップCH2は、互いに表面側が接合され、互いの電極EL同士を接合(例えば、Cu−Cu接合)させることができる。半導体チップCH1及び半導体チップCH2は、それぞれ、表面側に多層配線構造が形成されており、最上の配線層上に表面が露出された電極ELを有する。 The semiconductor chip CH1 is stacked on the semiconductor chip CH2. The semiconductor chip CH1 and the semiconductor chip CH2 are bonded by substrate bonding. The semiconductor chip CH1 and the semiconductor chip CH2 are bonded to each other on the surface side, and the electrodes EL can be bonded (for example, Cu—Cu bonding). Each of the semiconductor chip CH1 and the semiconductor chip CH2 has a multilayer wiring structure formed on the surface side, and has an electrode EL whose surface is exposed on the uppermost wiring layer.
半導体チップCH1には、図3に示す固体撮像装置100内の構成のうち画素配列PAが配される。例えば、半導体チップCH1は、複数の画素P(1,1)〜P(4,4)、複数の駆動線DL(1)〜DL(4)、複数の配線WR(1,1)〜WR(4,4)、及び複数の信号線(図示せず)を有する。複数の画素P(1,1)〜P(4,4)は、行方向及び列方向に配列され、例えば4行4列を構成する。図5及び図6では、画素配列PAにおける画素の配列数が4行4列である場合を例示するが、画素の配列数はこれに限定されない。なお、図示しないが、各画素P(1,1)〜P(4,4)は、裏面照射型の画素構成を有する。
Of the components in the solid-
複数の駆動線DL(1)〜DL(4)は、画素の複数行に対応している。各駆動線DL(1)〜DL(4)は、行方向に延び、対応する行の各画素に接続されている。例えば、駆動線DL(1)は、1行目の画素P(1,1)〜P(1,4)に対応し、1行目の各画素P(1,1)〜P(1,4)に接続されている。 The plurality of drive lines DL (1) to DL (4) correspond to a plurality of rows of pixels. Each drive line DL (1) to DL (4) extends in the row direction and is connected to each pixel in the corresponding row. For example, the drive line DL (1) corresponds to the pixels P (1,1) to P (1,4) in the first row, and the pixels P (1,1) to P (1,4) in the first row. )It is connected to the.
複数の配線WR(1,1)〜WR(4,4)のそれぞれは、駆動線DL(1)〜DL(4)を半導体チップCH2側へ3次元的に接続する。例えば、配線WR(1,1)〜WR(1,4)は、それぞれ、駆動線DL(1)上のノードDN(1,1)〜DN(1,4)をその下方に設けられた電極ELへ接続する。 Each of the plurality of wirings WR (1, 1) to WR (4, 4) three-dimensionally connects the drive lines DL (1) to DL (4) to the semiconductor chip CH2 side. For example, the wirings WR (1,1) to WR (1,4) are electrodes provided with nodes DN (1,1) to DN (1,4) on the drive line DL (1) below, respectively. Connect to EL.
半導体チップCH2には、図3に示す固体撮像装置100内の構成のうち画素配列PA以外が配される。例えば、半導体チップCH2は、ADC97、ロジック回路99、ローデコーダー(制御回路)93、複数のリピータ線RL(1)〜RL(4)、複数の配線LWR(1,1)〜LWR(4,4)、及び複数のリピータRP(1,1)〜RP(4,4)を有する。半導体チップCH2では、ローデコーダー93が端部付近に配置されている。ローデコーダー93の配置領域の近くには、ADC配置領域11〜14、ロジック回路配置領域15〜18が設けられている。ADC配置領域11〜14には、例えば、ADC97が分割配置されている。ロジック回路配置領域15〜18には、ロジック回路99が分割配置されている。ロジック回路99は、信号処理回路91などを含む(図3参照)。
Of the configuration in the solid-
複数のリピータ線RL(1)〜RL(4)は、複数の駆動線DL(1)〜DL(4)に対応している。各リピータ線RL(1)〜RL(4)は、対応する駆動線DLに沿って延びている。例えば、リピータ線RL(1),RL(2)は、ローデコーダー93から行方向に延び、ロジック回路配置領域15〜18を通っている。なお、リピータ線RL(1),RL(2)は、ロジック回路配置領域15〜18を通るが、ロジック回路99には接続されない。例えば、リピータ線RL(3),RL(4)は、ローデコーダー93から行方向に延び、ADC配置領域11〜14を通っている。なお、リピータ線RL(3),RL(4)は、ADC配置領域11〜14を通るが、ADC97には接続されない。
The plurality of repeater lines RL (1) to RL (4) correspond to the plurality of drive lines DL (1) to DL (4). Each repeater line RL (1) to RL (4) extends along a corresponding drive line DL. For example, the repeater lines RL (1) and RL (2) extend from the
複数の配線LWR(1,1)〜LWR(4,4)のそれぞれは、リピータ線RL(1)〜RL(4)を半導体チップCH1側へ3次元的に接続する。例えば、配線LWR(1,1)〜LWR(1,4)は、それぞれ、リピータ線RL(1)上のノードRN(1,1)〜RN(1,4)をその上方に設けられた電極ELへ接続する。 Each of the plurality of wirings LWR (1, 1) to LWR (4, 4) three-dimensionally connects the repeater lines RL (1) to RL (4) to the semiconductor chip CH1 side. For example, the wirings LWR (1, 1) to LWR (1, 4) are respectively electrodes provided with nodes RN (1, 1) to RN (1, 4) on the repeater line RL (1) above them. Connect to EL.
例えば、ノードRN(1,1)→配線LWR(1,1)→半導体チップCH2の電極EL→半導体チップCH1の電極EL→配線WR(1,1)→ノードDN(1,1)→画素P(1,1)と接続されている。ノードRN(1,4)→配線LWR(1,4)→半導体チップCH2の電極EL→半導体チップCH1の電極EL→配線WR(1,4)→ノードDN(1,4)→画素P(1,4)と接続されている。すなわち、複数の配線LWR(1,1)〜LWR(4,4)のそれぞれは、リピータ線RL(1)〜RL(4)を複数の画素へ3次元的に接続する。 For example, node RN (1, 1) → wiring LWR (1,1) → electrode EL of semiconductor chip CH2 → electrode EL of semiconductor chip CH1 → wiring WR (1,1) → node DN (1,1) → pixel P (1, 1). Node RN (1, 4) → wiring LWR (1,4) → electrode EL of semiconductor chip CH2 → electrode EL of semiconductor chip CH1 → wiring WR (1,4) → node DN (1,4) → pixel P (1 , 4). That is, each of the plurality of wirings LWR (1, 1) to LWR (4, 4) connects the repeater lines RL (1) to RL (4) to the plurality of pixels three-dimensionally.
複数のリピータRP(1,1)〜RP(4,4)は、複数のリピータ線RL(1)〜RL(4)に対応する。複数のリピータRP(1,1)〜RP(1,4)は、リピータ線RL(1)上に複数の画素P(1,1)〜P(1,4)に対応して配されている。複数のリピータRP(1,1)〜RP(1,4)は、画素配列PAにおける同一行の画素P(1,1)〜P(1,4)を駆動できる。 The plurality of repeaters RP (1,1) to RP (4,4) correspond to the plurality of repeater lines RL (1) to RL (4). The plurality of repeaters RP (1,1) to RP (1,4) are arranged on the repeater line RL (1) corresponding to the plurality of pixels P (1,1) to P (1,4). . The plurality of repeaters RP (1,1) to RP (1,4) can drive the pixels P (1,1) to P (1,4) in the same row in the pixel array PA.
例えば、リピータRP(1,1)は、図7に示すように、入力端子がリピータ線RL(1)経由でローデコーダー93に接続されている。図7は、リピータと画素との接続構成を示す回路図である。リピータRP(1,1)は、出力端子が、リピータ線RL(1)及び配線LWR(1,1),WR(1,1)経由で画素P(1,1)に接続されているとともに、リピータ線RL(1)経由で次段のリピータRP(1,2)の入力端子に接続されている。これにより、リピータRP(1,1)は、画素P(1,1)への制御信号をドライブしながら次段のリピータRP(1,2)への制御信号もドライブすることができる。
For example, as shown in FIG. 7, the repeater RP (1,1) has an input terminal connected to the
リピータRP(1,2)は、入力端子がリピータ線RL(1)経由でリピータRP(1,1)に接続されている。リピータRP(1,2)は、出力端子が、リピータ線RL(1)及び配線LWR(1,2),WR(1,2)経由で画素P(1,2)に接続されているとともに、リピータ線RL(1)経由で次段のリピータRP(1,3)の入力端子に接続されている。これにより、リピータRP(1,2)は、画素P(1,2)への制御信号をドライブしながら次段のリピータRP(1,3)への制御信号もドライブすることができる。 The repeater RP (1, 2) has an input terminal connected to the repeater RP (1, 1) via the repeater line RL (1). The repeater RP (1,2) has an output terminal connected to the pixel P (1,2) via the repeater line RL (1) and the wirings LWR (1,2), WR (1,2). It is connected to the input terminal of the next-stage repeater RP (1, 3) via the repeater line RL (1). Thus, the repeater RP (1,2) can drive the control signal to the next-stage repeater RP (1,3) while driving the control signal to the pixel P (1,2).
リピータRP(1,3)は、入力端子がリピータ線RL(1)経由でリピータRP(1,2)に接続されている。リピータRP(1,3)は、出力端子が、リピータ線RL(1)及び配線LWR(1,3),WR(1,3)経由で画素P(1,3)に接続されているとともに、リピータ線RL(1)経由で次段のリピータRP(1,4)の入力端子に接続されている。これにより、リピータRP(1,3)は、画素P(1,3)への制御信号をドライブしながら次段のリピータRP(1,4)への制御信号もドライブすることができる。 The repeater RP (1,3) has an input terminal connected to the repeater RP (1,2) via the repeater line RL (1). The repeater RP (1,3) has an output terminal connected to the pixel P (1,3) via the repeater line RL (1) and the wirings LWR (1,3), WR (1,3). It is connected to the input terminal of the next-stage repeater RP (1, 4) via the repeater line RL (1). Thus, the repeater RP (1,3) can drive the control signal to the next-stage repeater RP (1,4) while driving the control signal to the pixel P (1,3).
リピータRP(1,4)は、入力端子がリピータ線RL(1)経由でリピータRP(1,3)に接続されている。リピータRP(1,4)は、出力端子が、リピータ線RL(1)及び配線LWR(1,4),WR(1,4)経由で画素P(1,4)に接続されている。これにより、リピータRP(1,4)は、画素P(1,4)への制御信号をドライブすることができる。 The repeater RP (1, 4) has an input terminal connected to the repeater RP (1, 3) via the repeater line RL (1). The output terminal of the repeater RP (1, 4) is connected to the pixel P (1, 4) via the repeater line RL (1) and the wirings LWR (1, 4), WR (1, 4). Thereby, repeater RP (1, 4) can drive a control signal to pixel P (1, 4).
同様に、複数のリピータRP(4,1)〜RP(4,4)は、リピータ線RL(4)上に複数の画素P(4,1)〜P(4,4)に対応して配されている。複数のリピータRP(4,1)〜RP(4,4)は、画素配列PAにおける同一行の画素P(4,1)〜P(4,4)を駆動できる。 Similarly, the plurality of repeaters RP (4,1) to RP (4,4) are arranged on the repeater line RL (4) corresponding to the plurality of pixels P (4,1) to P (4,4). Has been. The plurality of repeaters RP (4,1) to RP (4,4) can drive the pixels P (4,1) to P (4,4) in the same row in the pixel array PA.
以上のように、第1の実施形態では、固体撮像装置100において、基板接合を用いたチップ積層化により、画素領域下に電極の接合点を配置できるようにし、下チップのリピータ線内における複数の画素に対応した位置に複数のリピータを挿入し、ドライブされた制御信号を下チップから上チップへ供給する。これにより、ローデコーダー93から画素に至る制御信号の経路の途中において制御信号をドライブできるので、駆動線DLの一端側から制御信号をドライブする場合に比べて、制御信号の遅延を容易に小さくでき、画素駆動時間を容易に短縮できる。この結果、フレームレートの高速化が可能となり、フレームレートが要求される速度を満たすことができる。
As described above, in the first embodiment, in the solid-
また、第1の実施形態では、固体撮像装置100において、例えばリピータRP(1,1)〜RP(1,3)は、画素P(1,1)〜P(1,3)への制御信号をドライブしながら次段のリピータRP(1,2)〜RP(1,4)への制御信号もドライブすることができる。これにより、駆動線DLの一端側から制御信号をドライブする場合に比べて、各リピータRP(1,1)〜RP(1,3)のドライブ能力を小さくでき、制御信号の遅延を容易に小さくできる。また、ローデコーダー93から遠い画素ほど繰り返しドライブされるので、ローデコーダー93に近い画素P(1,1)と遠い画素P(1,4)との間における制御信号の波形歪みの差異を低減できる。さらに、ローデコーダー93に近い画素P(1,1)と遠い画素P(1,4)とに対して共通のリピータ線RL(1)で制御信号を伝送するので、リピータ線RL(1)の配線密度を抑えることができ、リピータ線RL(1)の配線抵抗がつかないようにリピータ線RL(1)を太くすることが容易である。
In the first embodiment, in the solid-
なお、各リピータ線RL上には、1画素ごとに対応するリピータRPが配されているが、複数画素ごとに対応するリピータRPが配されていてもよい。 Note that a repeater RP corresponding to each pixel is arranged on each repeater line RL, but a repeater RP corresponding to each of a plurality of pixels may be arranged.
半導体チップCH1における各行の駆動線DLは、リピータRPごとに分割されていてもよい。例えば、図6に示す1行目の駆動線DL(1)において、図8に示す破線の部分をカットして、図8に示すように、1行目の駆動線DL(1)が複数の駆動線DL(1)_1〜DL(1)_4に分割されていてもよい。図8は、第1の実施形態の変形例にかかる固体撮像装置100iの積層構成を示す回路図である。他の行の駆動線についても同様に構成されていてもよい。これにより、例えば、各リピータRPに接続された駆動線DLに接続される画素Pの数を1つに低減できるので、固体撮像装置100iにおいて、駆動線DLの容量値を効果的に低減でき、制御信号の遅延を容易に小さくできる。
The drive lines DL in each row in the semiconductor chip CH1 may be divided for each repeater RP. For example, in the drive line DL (1) in the first row shown in FIG. 6, the broken line portion shown in FIG. 8 is cut, and as shown in FIG. The driving lines DL (1) _1 to DL (1) _4 may be divided. FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a stacked configuration of a solid-
あるいは、半導体チップCH2におけるローデコーダーは、リピータ線の両側で制御信号を駆動してもよい。例えば、図9に示すように、各リピータ線RL(1)〜RL(4)におけるローデコーダー93の反対側にローデコーダー93’が接続されていてよい。図9は、第1の実施形態の変形例にかかる固体撮像装置100jの積層構成を示す回路図である。例えば、ローデコーダー93は、リピータRP(1,1),RP(1,2)、配線LWR(1,1),LWR(1,2),WR(1,1),WR(1,2)経由で画素P(1,1),P(1,2)を駆動できる。例えば、ローデコーダー93’は、リピータRP(1,4),RP(1,3)、配線LWR(1,4),LWR(1,3),WR(1,4),WR(1,3)経由で画素P(1,4),P(1,3)を駆動できる。このように、各行の画素を駆動線の両側から駆動できるので、固体撮像装置100jにおいて、制御信号のドライブ能力を高くすることができ、制御信号の遅延をさらに小さくできる。
Alternatively, the row decoder in the semiconductor chip CH2 may drive the control signal on both sides of the repeater line. For example, as shown in FIG. 9, a row decoder 93 'may be connected to the opposite side of the
あるいは、図9に示す構成において、半導体チップCH2における各行のリピータ線RLは、ローデコーダー93,93’ごとに分割されていてもよい。例えば、図9に示す1行目のリピータ線RL(1)において、図10に示す破線の部分をカットして、図10に示すように、1行目のリピータ線RL(1)が複数のリピータ線RL(1)_1,RL(1)_2に分割されていてもよい。図10は、第1の実施形態の変形例にかかる固体撮像装置100kの積層構成を示す回路図である。他の行の駆動線についても同様に構成されていてもよい。これにより、例えば、各ローデコーダー93,93’に接続されたリピータ線RLに接続されるリピータRPの数を半分に低減できるので、固体撮像装置100kにおいて、リピータ線RLの容量値を効果的に低減でき、制御信号の遅延を容易に小さくできる。
Alternatively, in the configuration shown in FIG. 9, the repeater lines RL in each row in the semiconductor chip CH2 may be divided for each of the
あるいは、図10に示す構成において、半導体チップCH1における各行の駆動線DLは、リピータRPごとに分割されていてもよい。例えば、図10に示す1行目の駆動線DL(1)において、図11に示す破線の部分をカットして、図11に示すように、1行目の駆動線DL(1)が複数の駆動線DL(1)_1〜DL(1)_4に分割されていてもよい。図11は、第1の実施形態の変形例にかかる固体撮像装置100pの積層構成を示す回路図である。他の行の駆動線についても同様に構成されていてもよい。これにより、例えば、各リピータRPに接続された駆動線DLに接続される画素Pの数を1つに低減できるので、固体撮像装置100pにおいて、駆動線DLの容量値を効果的に低減でき、制御信号の遅延を容易に小さくできる。
Alternatively, in the configuration shown in FIG. 10, the drive lines DL in each row in the semiconductor chip CH1 may be divided for each repeater RP. For example, in the drive line DL (1) in the first row shown in FIG. 10, the broken line portion shown in FIG. 11 is cut and the drive line DL (1) in the first row has a plurality of drive lines DL (1) as shown in FIG. The driving lines DL (1) _1 to DL (1) _4 may be divided. FIG. 11 is a circuit diagram illustrating a stacked configuration of a solid-
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態にかかる固体撮像装置200について説明する。以下では、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Next, a solid-
第1の実施形態では、ローデコーダー93から出力されリピータRPでドライブされた制御信号が配線LWR,WR経由で画素Pに供給され、画素Pが駆動される。
In the first embodiment, the control signal output from the
しかし、低消費電力化等のため、ローデコーダー93及びリピータRPの動作電圧の低電圧化が進むと、画素Pに供給される制御信号のレベルがそのままでは要求されるレベルに不十分な場合が生じ得る。例えば、制御信号φREADnのアクティブレベルが比較的低いレベルのままであると、転送部8がオンして光電変換部3の電荷を電荷電圧変換部4へ転送した際に、一部の電荷が転送されずに光電変換部3内に残ることに起因した残像が発生する可能性がある。
However, if the operating voltage of the
そこで、第2の実施形態では、ローデコーダー93から出力されリピータRPでドライブされた制御信号を、画素Pに供給する前に所望の電圧振幅(所望のレベル)に変換しておく。
Therefore, in the second embodiment, the control signal output from the
具体的には、図12に示すように、半導体チップCH202は、複数のレベルシフタLS(1,1)〜LS(4,4)をさらに有する。図12は、固体撮像装置200の積層構成を示す回路図である。複数のレベルシフタLS(1,1)〜LS(1,4)は、配線LWR(1,1)〜LWR(1,4)上に複数の画素P(1,1)〜P(1,4)に対応して配されている。複数のレベルシフタLS(1,1)〜LS(1,4)は、画素配列PAにおける同一行の画素P(1,1)〜P(1,4)を駆動できる。
Specifically, as shown in FIG. 12, the semiconductor chip CH202 further includes a plurality of level shifters LS (1,1) to LS (4,4). FIG. 12 is a circuit diagram illustrating a stacked configuration of the solid-
例えば、レベルシフタLS(1,1)は、配線LWR(1,1)上に配されている。ローデコーダー93から出力されリピータRP(1,1)でドライブされた制御信号の振幅がV1である場合、レベルシフタLS(1,1)は、制御信号の振幅をV1からV2(>V1)に変換する。レベルシフタLS(1,1)は、振幅がV2に変換された制御信号を配線LWR(1,1),WR(1,1)経由で画素P(1,1)に供給する。これにより、画素P(1,1)を所望のレベルの制御信号で動作させることができる。
For example, the level shifter LS (1, 1) is disposed on the wiring LWR (1, 1). When the amplitude of the control signal output from the
レベルシフタLS(1,4)は、配線LWR(1,4)上に配されている。ローデコーダー93から出力されリピータRP(1,1)〜RP(1,4)のそれぞれでドライブされた制御信号の振幅がV1である場合、レベルシフタLS(1,4)は、制御信号の振幅をV1からV2(>V1)に変換する。レベルシフタLS(1,4)は、振幅がV2に変換された制御信号を配線LWR(1,4),WR(1,4)経由で画素P(1,4)に供給する。これにより、画素P(1,4)を所望のレベルの制御信号で動作させることができる。
The level shifter LS (1, 4) is disposed on the wiring LWR (1, 4). When the amplitude of the control signal output from the
以上のように、第2の実施形態では、固体撮像装置200において、ローデコーダー93から出力されリピータRPでドライブされた制御信号を、画素Pに供給する前にレベルシフタLSで所望の電圧振幅(所望のレベル)に変換しておく。これにより、低消費電力化等のため、ローデコーダー93及びリピータRPの動作電圧を低電圧化した場合に、画素Pを所望のレベルの制御信号で動作させることができ、画素Pの特性を向上させることができる。
As described above, in the second embodiment, in the solid-
なお、レベルシフタは、各配線LWR上に配される代わりに、各リピータ線RL上に配されていてもよい。例えば、図13に示すように、固体撮像装置200’において、半導体チップCH202’は、複数のレベルシフタLS’(1)〜LS’(4)を有してもよい。図13は、固体撮像装置の積層構成を示す回路図である。レベルシフタLS’(1)〜LS’(4)は、リピータ線RL(1)〜RL(4)上におけるローデコーダー93と複数のリピータPRとの間に配されている。
The level shifter may be arranged on each repeater line RL instead of being arranged on each wiring LWR. For example, as shown in FIG. 13, in the solid-state imaging device 200 ', the semiconductor chip CH202' may include a plurality of level shifters LS '(1) to LS' (4). FIG. 13 is a circuit diagram illustrating a stacked configuration of the solid-state imaging device. The level shifters LS ′ (1) to LS ′ (4) are arranged between the
例えば、レベルシフタLS’(1)は、リピータ線RL(1)上におけるローデコーダー93と複数のリピータPR(1,1)〜RP(1,4)との間に配されている。ローデコーダー93から出力された制御信号の振幅がV1である場合、レベルシフタLS’(1)は、制御信号の振幅をV1からV2(>V1)に変換する。レベルシフタLS’(1)は、振幅がV2に変換された制御信号をリピータ線RL(1)、リピータPR(1,1)、配線LWR(1,1),WR(1,1)経由で画素P(1,1)に供給する。これにより、画素P(1,1)を所望のレベルの制御信号で動作させることができる。
For example, the level shifter LS ′ (1) is disposed between the
このように、レベルシフタLS’を各配線LWR上に配する代わりに各リピータ線RL上におけるローデコーダー93と複数のリピータPRとの間に配した場合、用意すべきレベルシフタLS’の数を減らすことができ、固体撮像装置200’を低コスト化できる。
Thus, when the level shifter LS ′ is arranged between the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
81 撮像システム、100 固体撮像装置。 81 imaging system, 100 solid-state imaging device.
Claims (5)
前記第1の半導体チップが積層され、AD変換回路と、制御回路と、前記制御回路から延びたリピータ線と、前記リピータ線を前記複数の画素に3次元的に接続する配線と、前記リピータ線上に前記複数の画素に対応して配された複数のリピータとを有する第2の半導体チップと、
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。 A first semiconductor chip having a plurality of pixels;
The first semiconductor chip is stacked, an AD conversion circuit, a control circuit, a repeater line extending from the control circuit, a wiring for connecting the repeater line to the plurality of pixels three-dimensionally, and the repeater line A second semiconductor chip having a plurality of repeaters arranged corresponding to the plurality of pixels;
A solid-state imaging device comprising:
前記複数のリピータは、
前記制御回路に前記リピータ線経由で接続された入力端子と前記第1の画素に前記リピータ線及び前記配線経由で接続された出力端子とを有する第1のリピータと、
前記第1のリピータの出力端子に前記リピータ線経由で接続された入力端子と前記第2の画素に前記リピータ線及び前記配線経由で接続された出力端子とを有する第2のリピータと、
を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The plurality of pixels includes a first pixel and a second pixel,
The plurality of repeaters are:
A first repeater having an input terminal connected to the control circuit via the repeater line and an output terminal connected to the first pixel via the repeater line and the wiring;
A second repeater having an input terminal connected to the output terminal of the first repeater via the repeater line and an output terminal connected to the second pixel via the repeater line and the wiring;
The solid-state imaging device according to claim 1, comprising:
前記リピータ線は、行方向に延び、
前記配線は、前記リピータ線を同一行の複数の画素に3次元的に接続する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の固体撮像装置。 The plurality of pixels are arranged at least in the row direction,
The repeater line extends in a row direction,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the wiring three-dimensionally connects the repeater line to a plurality of pixels in the same row.
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 4. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second semiconductor chip further includes a plurality of level shifters arranged on the wiring corresponding to the plurality of pixels. 5. .
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 4. The solid state according to claim 1, wherein the second semiconductor chip further includes a level shifter disposed between the control circuit and the plurality of repeaters on the repeater line. 5. Imaging device.
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