JP2022095477A - Imaging element, manufacturing method thereof, and imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像素子、撮像素子の製造方法、および撮像装置に関する。 The present invention relates to an image pickup device, a method for manufacturing the image pickup device, and an image pickup device.
AD変換回路等の信号処理回路が設けられた撮像素子が知られている(例えば特許文献1)。従来より、信号処理の速度向上が求められている。 An image pickup device provided with a signal processing circuit such as an AD conversion circuit is known (for example, Patent Document 1). Conventionally, it has been required to improve the speed of signal processing.
本発明の第1の態様によると、撮像素子は、光を電荷に変換する光電変換部および前記光電変換部で変換された電荷に基づく信号を読み出す読出部を有する第1基板の第1面に形成され、前記読出部が読み出した信号を出力する出力部と、前記第1面と交差する第2面に沿って配置された複数の回路を含み、前記光電変換部で変換された電荷に基づく信号を処理する信号処理部と、前記信号処理部と前記出力部とを電気的に接続する接続部と、を備える。
本発明の第2の態様によると、撮像素子の製造方法は、第1基板に、光を電荷に変換する光電変換部および前記光電変換部で変換された電荷に基づく信号を読み出す読出部を形成すること、前記第1基板の第1面に、前記読出部が読み出した信号を出力する出力部を形成すること、第2基板の第2面に沿って複数の回路を含む信号処理部を形成すること、前記信号処理部と電気的に接続され、少なくとも一部が前記第2基板の第1側面に露出する接続部を形成すること、前記第2基板の前記第1側面を、第1基板の前記第1面に接続し、前記接続部と前記出力部とを電気的に接続すること、を備える。
本発明の第3の態様によると、撮像装置は、第1の態様の撮像素子と、前記撮像素子から出力された信号に基づいて画像データを生成する生成部とを備える。
According to the first aspect of the present invention, the image pickup element is on the first surface of a first substrate having a photoelectric conversion unit that converts light into electric charge and a reading unit that reads out a signal based on the charge converted by the photoelectric conversion unit. It includes an output unit that is formed and outputs a signal read by the reading unit, and a plurality of circuits arranged along a second surface that intersects the first surface, and is based on the charge converted by the photoelectric conversion unit. A signal processing unit that processes a signal and a connection unit that electrically connects the signal processing unit and the output unit are provided.
According to the second aspect of the present invention, in the method for manufacturing an image pickup element, a photoelectric conversion unit that converts light into electric charge and a reading unit that reads out a signal based on the electric charge converted by the photoelectric conversion unit are formed on a first substrate. That is, an output unit that outputs a signal read by the reading unit is formed on the first surface of the first board, and a signal processing unit including a plurality of circuits is formed along the second surface of the second substrate. To form a connection portion that is electrically connected to the signal processing unit and at least a part of which is exposed to the first side surface of the second substrate, the first side surface of the second substrate is connected to the first substrate. It is provided that the connection portion and the output portion are electrically connected by connecting to the first surface of the above.
According to the third aspect of the present invention, the image pickup apparatus includes the image pickup device of the first aspect and a generation unit that generates image data based on the signal output from the image pickup device.
(撮像装置の第1実施形態)
図1は、撮像装置の第1実施形態であるカメラ1の構成例を示す図である。
図1に矢印で示したX方向、Y方向、およびZ方向は、その矢印の指し示す方向を+方向とする。X方向、Y方向、およびZ方向は、相互に直交する方向である。また、以降の各図に示したX方向、Y方向、およびZ方向も、図1に示したX方向、Y方向、およびZ方向と同一の方向である。
(First Embodiment of Imaging Device)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a
In the X, Y, and Z directions indicated by the arrows in FIG. 1, the direction indicated by the arrows is the + direction. The X, Y, and Z directions are orthogonal to each other. Further, the X direction, the Y direction, and the Z direction shown in the following figures are also the same directions as the X direction, the Y direction, and the Z direction shown in FIG.
カメラ1は、撮影光学系(結像光学系)2、撮像素子3、撮像制御部4、メモリ5、表示部6、及び操作部7を備える。撮影光学系2は、焦点調節レンズ(フォーカスレンズ)を含む複数のレンズ及び開口絞りを有し、撮像素子3に被写体像を結像する。なお、撮影光学系2は、カメラ1から着脱可能にしても良い。
The
撮像素子3は、CMOSイメージセンサ、CCDイメージセンサ等の撮像素子である。撮像素子3は、撮影光学系2を通過した光束を受光し、撮影光学系2により形成される被写体像を撮像する。撮像素子3には、光電変換部を有する複数の画素が二次元状(行方向及び列方向)に配置される。光電変換部は、フォトダイオード(PD)によって構成される。撮像素子3は、受光した光を光電変換して信号を生成し、生成した信号を撮像制御部4に出力する。
The
メモリ5は、メモリカード等の記録媒体である。メモリ5には、画像データ、制御プログラム等が記録される。メモリ5へのデータの書き込み、及びメモリ5からのデータの読み出しは、撮像制御部4によって制御される。表示部6は、画像データに基づく画像、シャッター速度、絞り値等の撮影に関する情報、及びメニュー画面等を表示する。操作部7は、レリーズボタン、電源スイッチ、各種モードを切り替えるためのスイッチ等の各種設定スイッチ等を含み、それぞれの操作に基づく信号を撮像制御部4へ出力する。
The
撮像制御部4は、CPU、FPGA、ASIC等のプロセッサ、及びROM、RAM等のメモリにより構成され、制御プログラムに基づきカメラ1の各部を制御する。撮像制御部4は、撮像素子3を制御する信号を撮像素子3に供給して、撮像素子3の動作を制御する。撮像制御部4は、静止画撮影を行う場合、動画撮影を行う場合、または表示部6に被写体のスルー画像(ライブビュー画像)を表示する場合等において、撮像素子3に被写体像を撮像させて信号を出力させる。
The image
撮像制御部4は、撮像素子3から出力される信号に各種の画像処理を行って画像データを生成する。撮像制御部4は、画像データを生成する生成部4でもあり、撮像素子3から出力される信号に基づいて静止画像データ、動画像データを生成する。画像処理には、階調変換処理、色補間処理等の画像処理が含まれる。
The image
(撮像素子の第1実施形態)
図2を参照して、第1実施形態の撮像素子3の構成について説明する。図2(a)は、第1実施形態の撮像素子3を撮像面側から、すなわち図1の+Z側から見た図である。撮像素子3は、X方向およびY方向に配列される複数の画素11を有している。図2では図面の複雑化を避けるために、X方向に10個、Y方向に8個の画素11が並んだ状態を示しているが、画素11は、X方向およびY方向にそれぞれ例えば1000個以上に渡って配列されていても良い。
X方向を第1方向ということもでき、Y方向を第2方向ということもできる。
(First Embodiment of Image Sensor)
The configuration of the
The X direction can be referred to as the first direction, and the Y direction can be referred to as the second direction.
複数の画素11が配列された領域(画素領域)の、-X方向の端部には水平制御部HCが設けられ、+Y方向の端部には垂直制御部VCが設けられている。水平制御部HCと垂直制御部VCを合わせて、素子制御部CUとも呼ぶ。
複数の画素11のそれぞれは、一例として、いわゆるベイヤー配列で規定される分光感度特性を有していても良い。
また、いくつかの画素11は、いわゆる像面位相差式のフォーカス検出用の画素であっても良い。フォーカス検出用の画素の構成は公知であるので、本明細書では説明を省略する。
A horizontal control unit HC is provided at an end portion in the −X direction of a region (pixel region) in which a plurality of
As an example, each of the plurality of
Further, some
図2(b)は、撮像素子3のうち、図2(a)に破線で示した線分Aの部分におけるYZ平面での断面を示す図である。一方、図2(c)は、撮像素子3のうち、図2(a)に破線で示した線分Bの部分におけるXZ平面での断面を示す図である。撮像素子3は、一例として、シリコン等の半導体から成る第1基板10、絶縁部材27を介してY方向に積層された複数の第2基板20a~20hを含む積層部200M、およびシリコン等の半導体から成る第3基板30が、Z方向に積層された積層型の撮像素子である。図2(c)は、積層部200Mとして積層された第2基板20a~20hのうちの第2基板20dを含む部分のXZ断面を示している。積層部200Mの詳細については、後述する。
FIG. 2B is a diagram showing a cross section of the
第1基板10に形成されている画素11は、一例としてフォトダイオードから成る光電変換部13を含み、光電変換部13は、概ね+Z方向から第1基板10に入射した光を光電変換する。画素11の光の入射側(+Z側)には、画素11に入射する光を効率良く光電変換部13に導光するためのマイクロレンズ15が設けられている。また、光電変換部13とマイクロレンズ15の間には各光電変換部13に入射する光の波長特性を規定するカラーフィルタ14が設けられている。
The
また、第1基板10には、光電変換部13により光から変換された電荷に基づく信号を出力する読出部12が設けられている。読出部12は、一例として、転送トランジスタ、フローティングデフュージョン(FD)、増幅トランジスタ、選択トランジスタ、およびリセットトランジスタを有し、この場合、画素11は、いわゆる4トランジスタ型のCMOS型撮像画素として構成されている。画素11は、3トランジスタ型のCMOS型撮像画素等であっても良い。
Further, the
第1基板10の-Z側の面(以降、「第1面」S1と呼ぶ)には、金属プラグ等の出力部16が形成されている。出力部16は、読出部12を構成する選択トランジスタの出力側と電気的に接続されており、出力部16はそれぞれの読出部12と電気的に接続され、読出部12が読み出した光電変換部13で変換された電荷に基づく信号を出力する。
第1面S1は、XY平面に平行な面である。
An
The first surface S1 is a surface parallel to the XY plane.
積層部200Mは、図2(c)に示した第2基板20dと同様の複数の第2基板20a~20hが、所定の間隔でY方向に積層されたものである。複数の第2基板20a~20hの間には、絶縁部材27が充填されている。また、複数の第2基板20a~20hのY方向の配置(積層)の間隔は、第1基板10上に形成されている光電変換部13のY方向の配置の間隔と等しく、出力部16のY方向の配置の間隔とも等しい。
なお、本明細書では、間隔とは、複数の物体の間の中心間隔をいう。
The
In addition, in this specification, an interval means a center interval between a plurality of objects.
一例として、第1基板10上に形成されている光電変換部13のX方向およびY方向の配置の間隔は、0.5から20μm程度である。また、第2基板20a~20hのZ方向の長さは、5から500μm程度である。
As an example, the distance between the arrangements of the
図2(b)および図2(c)に示したように、1つの第2基板20a~20hには、信号処理部21、電流源22、および信号処理部21と電流源22を電気的に接続する配線36等が配置されている。
図3は、信号処理部21の概略構成の一例を示す図である。信号処理部21は、アナログデジタル変換回路(AD変換回路)211、および一時記憶回路212等の複数の回路を含み、それらの複数の回路は、XZ平面に沿って配置されている。
As shown in FIGS. 2 (b) and 2 (c), the
FIG. 3 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the
図2(b)を参照して説明すれば、信号処理部21に含まれるAD変換回路211、および一時記憶回路212等の複数の回路は、XZ平面の1つである破線で示した第2面S2に沿って配置されている。第2面S2は、第2基板20dの-Y側の表面のみを指すものではなく、第2基板20dの-Y側の表面を含み、±Z方向および±Y方向に広がるXZ平面である。
第2面S2は、第1基板10の第1面S1と交差する。すなわち、第2面S2と第1面S1とは、平行ではない。
Explaining with reference to FIG. 2B, a plurality of circuits such as the
The second surface S2 intersects the first surface S1 of the
第1実施形態の撮像素子3においては、Y方向の異なる位置にそれぞれ配置されている複数の第2基板20a~20hを有し、複数の第2基板20a~20hのそれぞれに信号処理部21および電流源22等が形成されているので、第2面S2も複数存在している。
ただし、煩雑化を避けるために、図2(b)には、第2基板20dの-Y側の表面にのみ、第2面S2を示す破線を付している。
The
However, in order to avoid complication, FIG. 2B has a broken line indicating the second surface S2 only on the surface of the
図2(c)に示したように、複数の第2基板20a~20hのそれぞれには、信号処理部21、電流源22、および配線36等が、X方向にそれぞれ複数個並んで配置されている。また、第2基板20a~20hの-X方向の端部には、水平制御部HCと電気的に接続されている水平制御回路29hが配置されている。
As shown in FIG. 2C, a plurality of
第2基板20a~20h上での複数の信号処理部21および電流源22のX方向の配置の間隔は、第1基板10上に形成されている光電変換部13のX方向の配置の間隔と等しく、出力部16のX方向の配置の間隔とも等しい。また、上述したとおり、複数の第2基板20a~20hのY方向の配置の間隔は、第1基板10上に形成されている光電変換部13のY方向の配置の間隔に等しい。
The spacing between the arrangements of the plurality of
従って、第1実施形態の撮像素子3においては、第1基板10上のそれぞれの光電変換部13の1つに対応して、それぞれ1つの信号処理部21がX方向およびY方向に沿って積層部200M中に配置されている。この構成により、それぞれの画素11の光電変換部13により光電変換で生成された信号を、高速に信号処理部21に出力し、高速で信号処理することができる。
Therefore, in the
第1基板10の出力部16から出力されるアナログ信号は、第1端子24および第1接続線23を介して、それぞれ対応する信号処理部21に入力される。すなわち、第1端子24および第1接続線23は、第2基板20a~20h上に第2面S2に沿って配置された信号処理部21と出力部16とを電気的に接続する接続部である。従って、以下では、第1端子24と第1接続線23とを、合わせて「接続部」とも呼ぶ。
The analog signal output from the
第1端子24は、積層部200Mの+Z方向の端面の近傍に形成されている金属プラグ等からなり、出力部16と機械的および電気的に接続されている。第1接続線23は、一端が第1端子24と機械的および電気的に接続されている金属等の配線であり、その他端は、信号処理部21の信号入力部に接続されている。
The
信号処理部21には、水平制御回路29hから延びる配線281、282、283(以降、配線281~283を総称して配線28とも呼ぶ)を介して、水平制御回路29hから、制御信号、ランプ信号、および符号信号等の信号が供給される。また、信号処理部21には、一例として第2面S2に沿って形成された配線36を介して、電流源22から電流が供給される。
The
信号処理部21は、AD変換等の信号処理のされたデジタル信号を、金属配線等の第2接続線25、および金属プラグ等の第2端子26、および金属プラグ等の第3端子32を介して、第3基板30に設けられている第2の回路31に出力する。第2の回路31は、第3基板30の+Z側の面(以降、「第3面」S3と呼ぶ)に沿って設けられている。
The
以下では、第2接続線25と第2端子26とを、合わせて「第2の接続部」とも呼ぶ。
第3面S3は、信号処理部21に対して第1基板10とは反対側にあり、第2面S2と交差する面である。すなわち、第3面S3と第2面S2とは、平行ではない。
Hereinafter, the
The third surface S3 is on the side opposite to the
第2の回路31は、複数の信号処理部21から出力されたデジタル信号を、例えば、図1に示した撮像制御部4等の撮像素子3の外部に出力する。
また、第2の回路31は、第3端子32と同様に第3基板30上に形成されている第2端子26と同様に積層部200Mに形成されている端子、および配線を介して、電流源22に電流を供給する。
第2の回路31はさらに、信号処理部21から出力されたデジタル信号を一時的に記憶するメモリ回路を含んでいても良く、デジタル信号に対して、圧縮またはノイズ除去等の信号処理を行う回路を含んでいても良い。
The
Further, the
The
図2(b)に示したように、積層部200Mの+Y方向の端部には、垂直制御回路29vを含む基板20zが配置されている。基板20zは、第2基板20a~20hと同様にX方向およびZ方向に延在する基板である。垂直制御回路29vは、上述の接続部(第1端子24と第1接続線23)と同様の接続部分を介して、垂直制御部VCと電気的に接続されている。また、垂直制御回路29vは、上述の第2の接続部(第2接続線25と第2端子26)と同様の接続部分を介して、第2の回路31と電気的に接続されている。
As shown in FIG. 2B, a
第2基板20a~20hおよび基板20zの+Z方向の端部と第1基板10との間には、出力部16および第1端子24等の端子が配置されている部分を除いて、絶縁部材27が充填されている。また、第2基板20a~20hおよび基板20zの-Z方向の端部と第3基板30との間にも、第2端子26および第3端子32等の端子が配置されている部分を除いて、絶縁部材27が充填されている。
The insulating
(変形例1の撮像素子)
変形例1の撮像素子の撮像素子の構成は、多くの部分が上述の第1実施形態の撮像素子の構成と同一であるので、以下では第1実施形態の撮像素子との相違点について説明し、共通する構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。
変形例1の撮像素子を+Z方向から見た図は、図2(a)に示した第1実施形態の撮像素子3を+Z方向から見た図と同一になる。
(Image sensor of Modification 1)
Since many parts of the configuration of the image pickup device of the image pickup device of the first modification are the same as the configuration of the image pickup device of the first embodiment described above, the differences from the image pickup device of the first embodiment will be described below. , The common configurations are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted as appropriate.
The view of the image pickup device of the modified example 1 from the + Z direction is the same as the view of the
図4は、変形例1の撮像素子について、図2(a)に破線で示した線分Bの部分におけるXZ平面での断面を示す図であり、上述の第1実施形態の撮像素子において図2(c)に示したものと同様の断面図を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a cross section of the image pickup device of
変形例1の撮像素子においては、第2基板20d等の複数の第2基板20a~20hにおいては、信号処理部21a、21bのX方向の大きさが、第1基板10における画素11に含まれる光電変換部13のX方向の配置の間隔よりも大きく設定されている。そして、2つの信号処理部21a、21bは、Z方向の異なる位置に配置されている。なお、Z方向は、換言すれば、第2面S2内の方向であって、第1面S1と交差する方向であり、第3方向ということもできる。
In the image pickup device of the first modification, in the plurality of
このうち、信号処理部21aは、X方向に隣り合う2つの出力部16a、16bの一方(16a)と、接続部(第1端子24aと第1接続線23a)により接続されている。信号処理部21bは、X方向に隣り合う2つの出力部16a、16bの他方(16b)と、接続部(第1端子24bと第1接続線23b)により接続されている。
Of these, the
変形例1の撮像素子においては、複数の信号処理部21a、21bをZ方向の異なる位置に配置に配置したので、各信号処理部21a、21bのX方向の大きさを、第1基板10における光電変換部13の配置のX方向の間隔よりも大きくすることができる。これにより、信号処理部21a、21b等の信号処理部を、スペース的に余裕を持って設計および製造することができるので、ノイズが一層低減された信号処理部を実現することができる。
In the image pickup device of the first modification, since the plurality of
なお、変形例1の撮像素子においても、2個の信号処理部21a,21bに電流を供給する2個の電流源22は、Z方向の同じ位置に配置するものとしている。そして、-X側の端から数えて奇数番目の電流源22は、配線36bにより信号処理部21bと接続されており、-X側の端から数えて偶数番目の電流源22は、配線36aにより信号処理部21aと接続されている。
ただし、2個の信号処理部21a,21bに電流を供給する2個の電流源22についても、そのZ方向の位置を異ならせて配置しても良い。
Also in the image pickup device of the first modification, the two
However, the two
なお、上記においては、Z方向の異なる位置に配置される信号処理部21a、21bの数は2個であるとした。しかし、2個に限らず、より多くの数の信号処理部21a、21bをZ方向の異なる位置に配置、すなわちZ方向に並べて配置しても良い。この場合、信号処理部21a,21bのX方向の幅を、第1基板10における光電変換部13のX方向の配置の間隔の2倍よりも大きく設定しても良い。
In the above, it is assumed that the number of
(変形例2の撮像素子)
変形例2の撮像素子の撮像素子の構成は、多くの部分が上述の第1実施形態の撮像素子の構成と同一であるので、以下では第1実施形態の撮像素子との相違点について説明し、共通する構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。
変形例2の撮像素子を+Z方向から見た図は、図2(a)に示した第1実施形態の撮像素子3を+Z方向から見た図と同一になる。
(Image sensor of Modification 2)
Since many parts of the configuration of the image pickup device of the image pickup device of the second modification are the same as the configuration of the image pickup device of the first embodiment described above, the differences from the image pickup device of the first embodiment will be described below. , The common configurations are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted as appropriate.
The view of the image pickup device of the modified example 2 from the + Z direction is the same as the view of the
図5は、変形例2の撮像素子について、図2(a)に破線で示した線分Aの部分におけるYZ平面での断面を示す図であり、上述の第1実施形態の撮像素子において図2(b)に示したものと同様の断面図を示す図である。
なお、図5においては、図中に付した符号の視認性を確保するために、図2(b)、図2(c)および図4とは異なり、絶縁部材27が示されている部分へのドットの記入を省略している。
FIG. 5 is a diagram showing a cross section of the image pickup device of the modified example 2 in the YZ plane at the portion of the line segment A shown by the broken line in FIG. 2 (a), and is a diagram of the image pickup device of the first embodiment described above. 2 (b) is a diagram showing a cross-sectional view similar to that shown in 2 (b).
In FIG. 5, unlike FIGS. 2 (b), 2 (c) and 4, in order to ensure the visibility of the reference numerals attached in the drawings, the portion where the insulating
変形例2の撮像素子においては、信号処理部21c~21f、および電流源22c~22f等を備える複数の第2基板20a、20eが、Y方向に、第1基板10上の光電変換部13および出力部16のY方向の配置の間隔の4倍の間隔で配置されている。それぞれの第2基板20a、20e上には、信号処理部21c~21fおよび電流源22c~22fが、Z方向のそれぞれ異なる位置に4個配置されている。なお、Z方向は、換言すれば、第2面S2内の方向であって、第1面S1と交差する方向であり、第3方向ということもできる。
In the image pickup device of the second modification, the plurality of
図5には不図示ではあるが、図2(c)に示した第1実施形態における第2基板20dと同様に、第2基板20a、20eの-X方向の端部には水平制御回路29hが配置されている。そして、信号処理部21c~21fには、水平制御回路29hから延びる4つの配線28c~28fを介して、水平制御回路29hから、制御信号、ランプ信号、および符号信号等の信号が供給される。
Although not shown in FIG. 5, as in the case of the
第2基板20aに含まれる複数の信号処理部21c~21fは、それぞれ異なる第1接続線23c~23fおよび第1端子24c~24fを介して、Y方向沿って配置されるそれぞれ異なる出力部16c~16fと接続されている。すなわち、出力部16cから出力される信号は、第1端子24cおよび第1接続線23cを介して、信号処理部21cの信号入力部に入力される。また、出力部16dから出力される信号は、第1端子24dおよび第1接続線23dを介して、信号処理部21dの信号入力部に入力される。
The plurality of
出力部16eから出力される信号も同様にして、信号処理部21eの信号入力部に入力され、出力部16fから出力される信号は、信号処理部21fの信号入力部に入力される。
それぞれの信号処理部21c~21fから出力される出力信号は、それぞれ異なる第2接続線25c~25fおよび第2端子26c~26fを介して、それぞれ第3基板30上に形成されている第3端子32c~32fに伝達され、第2の回路31に入力される。第2の回路31は、上述の第1実施形態におけるものと同様である。
Similarly, the signal output from the
The output signals output from the respective
複数の第1接続線23c~23fのうちのZ方向に延在する部分、および第1端子24c~24fのY方向の間隔は、第1基板10上に形成されている光電変換部13および出力部16c~16fのY方向の配置の間隔に概ね等しい。
また、複数の信号処理部21c~21fは、図2(c)に示した第1実施形態における信号処理部21と同様に、第2基板20a、20e上に、第1基板10における光電変換部13のX方向の配置の間隔と同じ間隔で、さらにX方向にも複数配置されている。そして、X方向に複数配置されている信号処理部21c~21fのそれぞれは、上記と同様に対応する出力部16に接続されている。
The portion of the plurality of
Further, the plurality of
従って、変形例2においても、上述の第1実施形態および変形例1と同様に、第1基板10上のそれぞれの光電変換部13の1つに対応して、それぞれ1つの信号処理部21c~21fが積層部200M中に配置されている。
Therefore, also in the second modification, similarly to the first embodiment and the first modification described above, one
なお、複数の第2基板20a、20e等のY方向の配置の間隔は、上述の光電変換部13および出力部16のY方向の配置の間隔の4倍に限られるわけではなく、光電変換部13および出力部16のY方向の配置の間隔のm倍(mは2以上の整数)であっても良い。
この場合には、それぞれの第2基板20a、20eには、m個の信号処理部21c~21fをそれぞれZ方向の異なる位置に並べて配置する。そして、m個の信号処理部21c~21fとY方向に沿って配置されるm個の出力部16c~16fとを、それぞれ接続部(第1接続線23c~23f、第1端子24c~24f)で電気的に接続する。
The interval between the arrangements of the plurality of
In this case, m
また、変形例2においても、上述の変形例1と同様に、信号処理部21c~21fのX方向の大きさを、第1基板10における光電変換部13のX方向の配置の間隔よりも大きくしても良い。この場合には、信号処理部21c~21fのX方向の重なりを避けるために、上述の変形例1と同様に、X方向に隣り合う2つの出力部16の一方に接続される信号処理部21c~21fと、他方に接続される信号処理部21c~21fとを、Z方向のそれぞれ異なる位置に配置する。
Further, also in the second modification, the size of the
(変形例3の撮像素子)
変形例3の撮像素子の撮像素子の構成は、多くの部分が上述の第1実施形態の撮像素子の構成と同一であるので、以下では第1実施形態の撮像素子との相違点について説明し、共通する構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。
変形例3の撮像素子を+Z方向から見た図は、図2(a)に示した第1実施形態の撮像素子3を+Z方向から見た図と同一になる。
(Image sensor of Modification 3)
Since many parts of the configuration of the image pickup device of the image pickup device of the third modification are the same as the configuration of the image pickup device of the first embodiment described above, the differences from the image pickup device of the first embodiment will be described below. , The common configurations are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted as appropriate.
The view of the image pickup device of the modified example 3 from the + Z direction is the same as the view of the
図6は、変形例3の撮像素子について、図2(a)に破線で示した線分Aの部分におけるYZ平面での断面を示す図であり、上述の第1実施形態の撮像素子において図2(b)に示したものと同様の断面図を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing a cross section of the image pickup device of the modified example 3 in the YZ plane at the portion of the line segment A shown by the broken line in FIG. 2 (a), and is a diagram of the image pickup device of the first embodiment described above. 2 (b) is a diagram showing a cross-sectional view similar to that shown in 2 (b).
変形例3の撮像素子においては、信号処理部21を備える第2基板20oが、撮像素子の-Y方向の端部にのみ配置されている。第2基板20oの構成は、図2(b)および図2(c)に示した第1実施形態における第2基板20dの構成と同様である。従って、第2基板20oには、信号処理部21が、第1基板10における光電変換部13のX方向の配置の間隔と同じ間隔で、X方向に複数配置されている。
In the image pickup device of the third modification, the second substrate 20o including the
変形例3の撮像素子においては、第1面S1に沿って、Y方向に延在する信号線DLが、第1基板10における光電変換部13のX方向の配置の間隔と同じ間隔で、X方向に複数配置されている。1つの信号線DLは、Y方向に沿って配置される複数の光電変換部13のそれぞれの読出部12と電気的に接続されている。各信号線DLの-Y方向の端部には、それぞれ出力部16が設けられており、出力部16は第1端子24と電気的に接続されている。
In the image pickup device of the third modification, the signal line DL extending in the Y direction along the first surface S1 is X at the same interval as the arrangement interval of the
従って、各光電変換部13により光から変換された電荷に基づく信号は、信号線DL、出力部16、第1端子24、および第1接続線23を経て、第2基板20oに設けられている信号処理部21に入力される。
信号処理部21によりAD変換されたデジタル信号は、第2接続線25、第2端子26、および第3端子32を介して、第3基板30に設けられている第2の回路31に出力される。
Therefore, the signal based on the electric charge converted from the light by each
The digital signal AD-converted by the
変形例3の撮像素子においては、1つの信号処理部21は、Y方向に沿って配置される複数の光電変換部13に対応して配置されている。
なお、変形例3の撮像素子においても、出力部16、および信号処理部21のそれぞれが、第1面S1および第2面S2に対して平行なX方向に沿って複数配置されている点については、上述の第1実施形態および各変形例の撮像素子と同様である。
In the image pickup device of the third modification, one
Also in the image pickup device of the
(変形例4の撮像素子)
変形例4の撮像素子の撮像素子の構成は、多くの部分が上述の第1実施形態の撮像素子の構成と同一であるので、以下では第1実施形態の撮像素子との相違点について説明し、共通する構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。
変形例4の撮像素子を+Z方向から見た図は、図2(a)に示した第1実施形態の撮像素子3を+Z方向から見た図と同一になる。
(Image sensor of Modification 4)
Since many parts of the configuration of the image pickup device of the image pickup device of the modified example 4 are the same as the configuration of the image pickup device of the first embodiment described above, the differences from the image pickup device of the first embodiment will be described below. , The common configurations are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted as appropriate.
The view of the image pickup device of the modified example 4 from the + Z direction is the same as the view of the
図7は、変形例4の撮像素子に含まれる第1基板10の第1面S1を-Z方向から見た断面図を示している。なお、図7では、水平制御部HCおよび垂直制御部VCの図示を省略している。
変形例4の撮像素子においては、X方向に4個、Y方向に4個の計16個の光電変換部13毎に、1つの出力部16が設けられている。16個の光電変換部13のそれぞれから信号を読み出す読出部12と出力部16とは、配線17により電気的に接続されている。
変形例4の撮像素子においては、1つの出力部16に接続されている16個の光電変換部13が光を光電変換して生成されたそれぞれの信号は、一例としてそれぞれ異なる時間に配線17を経由して出力部16から出力される。
FIG. 7 shows a cross-sectional view of the first surface S1 of the
In the image pickup device of the modified example 4, one
In the image sensor of
不図示ではあるが、それぞれの出力部16の-Z側には、上述の第1実施形態、変形例1および変形例2の撮像素子と同様に、図2(b)、図2(c)等に示した接続部(第1接続線23、第1端子24)、および積層部200M等が設けられている。
複数の接続部(第1接続線23、第1端子24)、および信号処理部21が配置されるX方向およびY方向の間隔は、複数の出力部16の配置の間隔と同じであり、すなわち画素11の間隔の4倍である。
Although not shown, on the −Z side of each
The spacing in the X and Y directions in which the plurality of connection units (
変形例4の撮像素子においては、信号処理部21の数を削減することができ、上述の第1実施形態、変形例1および変形例2の撮像素子に比べて撮像素子の低コスト化が実現できる。
なお、配線17により1つの出力部16に接続される読出部12(光電変換部13)の数は、上述の4×4=16個に限られるわけではなく、X方向、Y方向ともに、任意の個数であっても良い。
In the image pickup device of the modified example 4, the number of
The number of reading units 12 (photoelectric conversion units 13) connected to one
例えば、配線17により1つの出力部16に接続される読出部12(光電変換部13)の数がY方向にn個(nは2以上の整数)であれば、複数の出力部16のY方向の間隔は、複数の出力部16の配置のY方向の間隔のn倍となる。
また、配線17により1つの出力部16に接続される読出部12(光電変換部13)の数がX方向にk個(kは2以上の整数)であれば、複数の出力部16のX方向の間隔は、複数の出力部16の配置のX方向の間隔のk倍となる。
For example, if the number of reading units 12 (photoelectric conversion units 13) connected to one
Further, if the number of reading units 12 (photoelectric conversion units 13) connected to one
(変形例5の撮像素子)
変形例5の撮像素子の撮像素子の構成は、多くの部分が上述の第1実施形態の撮像素子の構成と同一であるので、以下では第1実施形態の撮像素子との相違点について説明し、共通する構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。
変形例5の撮像素子を+Z方向から見た図は、図2(a)に示した第1実施形態の撮像素子3を+Z方向から見た図と同一になる。
(Image sensor of Modification 5)
Since many parts of the configuration of the image pickup device of the image pickup device of the modified example 5 are the same as the configuration of the image pickup device of the first embodiment described above, the differences from the image pickup device of the first embodiment will be described below. , The common configurations are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted as appropriate.
The view of the image pickup device of the modified example 5 from the + Z direction is the same as the view of the
図8は、変形例5の撮像素子に含まれる第1基板10の第1面S1を-Z方向から見た断面図を示している。なお、図8では、水平制御部HCおよび垂直制御部VCの図示を省略している。
FIG. 8 shows a cross-sectional view of the first surface S1 of the
変形例5の撮像素子においては、X方向に2個、Y方向に2個の計4個の光電変換部13毎に、1つの読出部12が設けられている。換言すれば、読出部12は、その一部が、4個の光電変換部13により共有されている。
一例として、読出部12のうちの、転送トランジスタは各光電変換部13に設けられ、FD、増幅トランジスタ、選択トランジスタ、およびリセットトランジスタは、各光電変換部13により共有されている。
In the image pickup device of the modified example 5, one
As an example, in the
それぞれの読出部12に対応して、出力部16がそれぞれ設けられている。
変形例5の撮像素子においては、1つの読出部12に接続されている4個の光電変換部13が光を光電変換して生成されたそれぞれの信号は、それぞれ異なる時間に、読出部12を経由して出力部16から出力される。
An
In the image pickup device of the modified example 5, each signal generated by photoelectric conversion of light by the four
不図示ではあるが、それぞれの出力部16の-Z側には、上述の変形例4の撮像素子と同様に、X方向およびY方向に、複数の出力部16の配置の間隔と同じ間隔で、図2(b)および図2(c)等に示した接続部(第1接続線23、第1端子24)および信号処理部21a~21f等が設けられている。
Although not shown, on the −Z side of each
変形例5の撮像素子においては、信号処理部21(21a~21f)の数を光電変換部13に比べて削減することができ、上述の第1実施形態、変形例1および変形例2の撮像素子に比べて撮像素子の低コスト化が実現できる。
なお、1つの読出部12に接続される光電変換部13の数は、上述の2×2=4個に限られるわけではなく、X方向、Y方向ともに、任意の個数であっても良い。
In the image pickup device of the modified example 5, the number of signal processing units 21 (21a to 21f) can be reduced as compared with the
The number of
以上の第1実施形態および各変形例の撮像素子3は、第3基板30を有する構成としたが、必ずしも第3基板30を有しなくても良い。
この場合、例えば、第2の回路31に相当する回路を複数に分割して、第2基板20a~20hの-Z方向の端部の近傍にそれぞれ形成しても良い。そして、複数の第2基板20a~20hをTSV(Through Silicon VIA)等で相互に電気的に接続して、第2の回路31に相当する回路を形成しても良い。
Although the
In this case, for example, the circuit corresponding to the
以上の第1実施形態および各変形例の撮像素子3は、水平制御部HCおよび垂直制御部VCは第1基板10上に設けられているとした。ただし、水平制御部HCおよび垂直制御部VCを、第3基板30に形成しても良く、複数に分割して複数の第2基板20a~20hのそれぞれに形成しても良い。あるいは、それらの一部を第3基板30に形成し、残りを複数に分割して複数の第2基板20a~20hのそれぞれに形成しても良い。
In the
この場合には、上述の出力部16とは別の金属プラグ等、ならびに上述の第1接続線23および第1端子24とは別の接続線および接続端子を複数形成して、第2基板20a~20hから第1基板10上の読出部12に対して複数の制御信号を送る構成とする。また、上述の第2接続線25および第2端子26とは別の接続線および接続端子、ならびに第3端子32とは別の接続端子を形成して、第3基板30上の第2の回路31から第2基板20a~20hに対して、上述の制御信号を形成するための1つ以上の信号を送る構成とする。
In this case, a metal plug or the like different from the
このような構成とすることで、複数の読出部12のそれぞれに含まれる、リセットトランジスタ、転送トランジスタ、選択トランジスタのon/off等の制御を、読出部12毎に独立して行うこともできる。従って、複数の光電変換部16の光電変換時間(リセットトランジスタをoffしてから転送トランジスタをonするまでの時間)をそれぞれ独立して制御することもできる。
With such a configuration, it is possible to independently control the on / off of the reset transistor, the transfer transistor, the selection transistor, etc. included in each of the plurality of reading
以上の第1実施形態および各変形例の撮像素子3において、制御信号等が入力される入力端子、および撮像素子3から信号を出力する出力端子は、第1基板10の+Z側の面に設けられていても良く、第3基板30の-Z側の面に設けられていても良い。あるいは、積層部200Mの側面(+Y側、-Y側、+X側、または-X側の端面)に、設けられていても良い。
In the
以上の第1実施形態および各変形例の撮像素子3において、出力部16および接続部の一部である第1端子24のうち、少なくとも相互に接続される部分は銅を含むものであっても良い。この構成とすることにより、出力部16と第1端子24とを、後述するように低温で接合することができる。
In the
以上の第1実施形態および各変形例の撮像素子3においては、電流源22が信号処理部21のそれぞれに対応して設けられているものとしたが、電流源22は複数の信号処理部21に対して1つ設けられるものであっても良い。また、電流源22は第2の回路31の中に設けられていても良い。
In the above-mentioned first embodiment and the
以上の第1実施形態および各変形例の撮像素子3においては、複数の画素11は、直交するX方向およびY方向に沿って配置されるものとしたが、複数の画素11の配置はこれに限定されるものではない。すなわち、上述のX方向およびY方向は、直交しない2方向であっても良い。
In the above-mentioned first embodiment and the
また、以上の第1実施形態および各変形例の撮像素子3においては、第2面S2はXZ平面であり、Z方向はX方向およびY方向と直交する方向であるとしたが、Z方向はX方向またはY方向と直交しない方向であっても良い。この場合であっても、第1面S1と第2面S2とがなす角(交差角)は、80°以上、かつ90°以下であっても良い。
なお、X方向、Y方向およびY方向が相互に直交する場合には、第1面S1と第2面S2とがなす角は、90°である。
Further, in the above-mentioned first embodiment and the
When the X direction, the Y direction, and the Y direction are orthogonal to each other, the angle formed by the first surface S1 and the second surface S2 is 90 °.
(撮像素子の実施形態および各変形例の効果)
(1)上述の第1実施形態、および各変形例の撮像素子3は、光を電荷に変換する光電変換部13および光電変換部13で変換された電荷に基づく信号を読み出す読出部12を有する第1基板10の第1面S1に形成され、読出部12が読み出した信号を出力する出力部16と、第1面S1と交差する第2面S2に沿って配置された複数の回路(211、212)を含み、光電変換部13で変換された電荷に基づく信号を処理する信号処理部21、21a~21fと、信号処理部21と出力部16とを電気的に接続する接続部(第1接続線23、23a~23f、第1端子24、24a~24f)と、を備えている。
この構成により、1つまたは少数の光電変換部13毎に信号処理部21、21a~21fが形成された撮像素子3を実現することができる。
(Effects of Embodiments of Image Sensors and Modifications)
(1) The
With this configuration, it is possible to realize the
また、この構成により、光電変換部13の第1面S1内の方向における配置の間隔に制約されることなく、信号処理部21、21a~21f等の大きさを、第2面S2に沿った方向であって、かつ第1面S1とは交差する方向(Z方向等)に大きく設定することができる。これにより、信号処理部を構成する回路に含まれるトランジスタ等の回路素子の大きさ、および配置の間隔を大きくすることができ、ノイズが抑制された撮像素子3を実現することができる。
Further, with this configuration, the sizes of the
なお、AD変換回路等の信号処理回路は光電変換部および読出部よりも大面積を必要とするため、従来においては、1つまたは少数の光電変換部毎に、信号処理回路を形成することは困難であった。 Since a signal processing circuit such as an AD conversion circuit requires a larger area than a photoelectric conversion unit and a reading unit, conventionally, it is not possible to form a signal processing circuit for each one or a small number of photoelectric conversion units. It was difficult.
(2)信号処理部21に対し第1基板10とは反対側にあり、第2面S2と交差する第3面S3に沿って配置された第2の回路31と、信号処理部21と第2の回路31とを電気的に接続する第2の接続部(第2接続線25、25a~25f、第2端子26a~26f)とをさらに備えても良い。この構成により、第2面S2に沿って配置された信号処理部21により処理された信号を、第2の回路31を介して効率良く出力することができる。
(2) A
(撮像素子の製造方法の一例)
以下、図9から図13を参照して、上述の第1実施形態および各変形例の撮像素子3の製造方法の一例について説明する。なお、図9(a)~図13(b)の各図には、各図に示されている構成部品が撮像素子3に組み込まれた状態におけるX方向、Y方向、およびZ方向を矢印で示している。
(Example of manufacturing method of image sensor)
Hereinafter, an example of the method for manufacturing the
初めに、第1基板10に関する製造工程について説明する。
(工程1)
第1基板10のXZ平面での断面図である図9(a)に示したように、第1基板10に、光を電荷に変換する光電変換部13および光電変換部13で変換された電荷に基づく信号を読み出す読出部12を形成する。読出部12は、第1基板10の-Z側の面である第1面S1側に形成する。読出部12の形成と合わせて、第1基板10の第1面S1側に水平制御部HC、および不図示の垂直制御部VCも形成する。さらに、第1基板10の+Z側の面に、カラーフィルタ14、マイクロレンズ15等を形成する。光電変換部13、読出部12、水平制御部HC、垂直制御部VC、カラーフィルタ14、およびマイクロレンズ15等の形成は、公知の方法で行うことができるので、ここでは説明を省略する。
First, a manufacturing process relating to the
(Step 1)
As shown in FIG. 9A, which is a cross-sectional view of the
(工程2)
図9(b)に示したように、第1基板10の第1面S1に、読出部12と電気的に接続された出力部16を形成する。出力部16の形成は、第1基板10の第1面S1の全面に金属膜を形成し、出力部16に相当する部分以外の金属膜をエッチングで除去することにより形成する。その後、第1面S1のうちの出力部16が形成されていない部分に、SiO2等の絶縁材料から成る第1の絶縁膜27cを形成する。
(Step 2)
As shown in FIG. 9B, an
なお、第1面S1に金属膜よりも先に第1の絶縁膜27cを形成し、第1の絶縁膜27c上の出力部16に相当する部分に開口を形成し、その開口内に金属を埋め込むことで、出力部16を形成しても良い。
以上の工程により、第1基板10に、光電変換部13、読出部12、および出力部16が形成された、第1中間基板100が完成する。
A first insulating
By the above steps, the first
次に、上述の積層部200Mの製造工程について、説明する。
(工程3)
図10(a)に示したように、シリコン等の半導体から成る第2基板20を用意する。第2基板20として、X方向およびY方向の大きさが上述の積層部200Mに含まれる第2基板20a~20hよりも大きなものを使用する。
Next, the manufacturing process of the above-mentioned
(Step 3)
As shown in FIG. 10A, a
そして、第2基板20の-Y側の面の、相互にZ方向に離れた、X方向に延びる領域に、それぞれ絶縁部材27a、27bを埋め込む。
図10(b)は、図10(a)に示したCC線における第2基板20の断面を-X方向から見た図である。絶縁部材27a、27bを埋め込むY方向の深さは、一例として上述の第1中間基板100に形成された複数の出力部16のY方向の間隔の1/5から5/4程度とする。
Then, the insulating
FIG. 10B is a view of a cross section of the
第2基板20への絶縁部材27a、27bの埋め込みは、一般的なリソグラフィ技術を用いて行うことができる。すなわち、第2基板20の-Y側の面にレジストを形成し、絶縁部材27a、27bを埋め込むべき領域に形成されているレジストを露光および現像等により除去する。そして残存するレジストをマスクとして第2基板20の-Y側をエッチングにより彫り込み、彫り込まれた第2基板20内にSiO2等の絶縁部材27a、27bを埋め込んで形成する。その後、必要に応じて第2基板20の-Y側面に残存するSiO2等の絶縁材を除去する。
The insulating
(工程4)
図10(c)に示したように、第2基板20の-Y側の面であって絶縁部材27a、27bが埋め込まれていない部分に、信号処理部21、電流源22、配線28、36、および水平制御回路29h等の各種の回路を形成する。第2基板20の-Y側の面は、完成後の撮像素子3において、上述の第2面S2に含まれる面であるので、第2基板20の第2面S2ということもできる。
信号処理部21、電流源22、配線28、36、および水平制御回路29hの形成は、公知の方法により行うことができるので、ここでは説明は省略する。
(Step 4)
As shown in FIG. 10 (c), the
Since the
(工程5)
図11(a)および図11(b)に示したように、第2基板20上に第1接続線23および第2接続線25を形成する。図11(b)および後述する図11(c)、図11(d)は、図11(a)に示した第2基板20のDD線における断面を-X方向から見た図である。
(Step 5)
As shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b), the
なお、工程5の完了後には、第2基板20の-Y側の全面が、後述する第2の絶縁膜27dおよび第3の絶縁膜27eにより覆われる。しかし、図11(a)においては、理解を容易にするために、+X側の端部の近傍、および-X側の端部の近傍については、第2の絶縁膜27dおよび第3の絶縁膜27eの図示を省略している。
After the completion of
工程5においては、初めに、信号処理部21等が形成された第2基板20の第2面S2にSiO2等の絶縁材料から成る第2の絶縁膜27dを形成する。そして、リソグラフィにより第2の絶縁膜27dの所定の位置に開口を形成し、形成した開口内に金属等を埋め込む。
In
次に、第2の絶縁膜27dの表面に金属膜を形成し、リソグラフィにより、第1接続線23および第2接続線25に相当する部分以外の金属膜を除去する。この結果、除去されずに残存した金属膜、および上述の開口内に埋め込まれた金属により、第1接続線23および第2接続線25が形成される。
Next, a metal film is formed on the surface of the second
その後、第2の絶縁膜27d、第1接続線23および第2接続線25の-Y側に、SiO2等の絶縁材料から成る第3の絶縁膜27eを形成する。
なお、第1接続線23および第2接続線25は、いわゆるデュアルダマシン工程により形成しても良い。
After that, a third
The first connecting
(工程6)
図11(c)に示したように、第2基板20上に形成した第2の絶縁膜27dおよび第3の絶縁膜27eの一部に、銅等の金属からなる第1端子24および第2端子26を形成する。第1端子24は、第1接続線23の+Z方向の端部と機械的に接続される位置に、第2端子26は、第2接続線25の-Z方向の端部と機械的に接続される位置に、それぞれ形成する。
(Step 6)
As shown in FIG. 11 (c), a
なお、第1端子24の+Z側の端部が絶縁部材27aの+Z側の端部よりも-Z側に配置されるように、また、第2端子26の-Z側の端部が絶縁部材27bの-Z側の端部よりも+Z側に配置されるように、第1端子24および第2端子26を形成しても良い。
It should be noted that the + Z side end of the
第1端子24および第2端子26を形成に際しては、一例として、初めに第3の絶縁膜27eの上面(-Y側の面)にレジストを形成し、レジストに対し、XZ平面内の第1端子24および第2端子26を形成すべき位置に開口を形成する。そして、レジストをマスクとして上記の開口が形成された位置における第3の絶縁膜27eおよび第2の絶縁膜27dを所定の深さまでエッチングし、空洞部を形成する。そして、この空洞部に銅等の金属を充填して第1端子24および第2端子26を形成する。なお、必要に応じて第3の絶縁膜27eの上(-Y側)に残存する上述の金属を除去しても良い。
When forming the
(工程7)
図11(d)に示したように、第1端子24および第2端子26を形成した第2基板20上にSiO2等の絶縁材料から成る第4の絶縁膜27fを形成し、その後、第2基板20の裏面(+Y側の面)を研磨して、第2基板20の厚さを所定の厚さに設定する。第2基板20に、信号処理部21、電流源22、第1接続線23、第2接続線25、および第2から第4の絶縁膜27d~27fが形成され、裏面が研磨された基板を、以下では回路付基板200と呼ぶ。
(Step 7)
As shown in FIG. 11D, a fourth
なお、上述の裏面の研磨では、回路付基板200のY方向の厚さを、一例として上述の第1中間基板100に形成された複数の出力部16のY方向の間隔と等しい厚さとなるように設定する。
なお、図11(d)では、絶縁部材27aおよび絶縁部材27bが、回路付基板200の+Y側の面に露出した状態を示しているが、絶縁部材27aおよび絶縁部材27bは、必ずしも回路付基板200の+Y側の面に露出していなくても良い。
In the above-mentioned polishing of the back surface, the thickness of the
Note that FIG. 11D shows a state in which the insulating
図11(e)は、回路付基板200を―Y方向から見た図である。なお、図11(e)においても、上述の図11(a)と同様に、理解を容易にするために、+X側の端部の近傍、および-X側の端部の近傍については、第2~第4の絶縁膜27d~27fの図示を省略している。
FIG. 11 (e) is a view of the
(工程8)
図12(a)に示したように、複数の回路付基板200a~200eを、X方向およびZ方向に位置整合させた状態で、Y方向に積層して、順次接合する。複数の回路付基板200a~200eのそれぞれは上述の回路付基板200であり、回路付基板200a~200eのそれぞれに含まれる第2基板20a~20eは、上述の第2基板20である。また、複数の回路付基板200a~200eの+Y側の端部には、垂直制御回路29vを含む基板20zを配置し、回路付基板200aと積層して接合する。
(Step 8)
As shown in FIG. 12A, a plurality of circuits-equipped
垂直制御回路29vを含む基板20zは、上述の工程1から工程7までと同様の工程により製造すれば良いので、その製法の説明は省略する。なお、基板20zのY方向の厚さは、回路付基板200a~200eよりも厚くても良く、従って、基板20zの製造においては、上述の工程7における裏面研磨を省略しても良い。
Since the
複数の回路付基板200a~200e等の接合は、例えば加熱により、1つの回路付基板200中の第4の絶縁膜27fと、-Y方向に隣り合う回路付基板200中の第2基板20、絶縁部材27aおよび絶縁部材27bの+Y側の端面とを接合することにより行う。
The bonding of the plurality of
あるいは、1つの回路付基板200中の第4の絶縁膜27fと、-Y方向に隣り合う回路付基板200中の第2基板20、絶縁部材27aおよび絶縁部材27bの+Y側の端面とのそれぞれの表面をプラズマ処理等により活性化することにより、低温で接合しても良い。
複数の回路付基板200a~200eおよび基板20zがY方向に積層されたものを、以下では、積層基板200Lと呼ぶ。
Alternatively, the fourth insulating
A board in which a plurality of boards with
(工程9)
積層基板200Lの+Z側の端面を、図12(a)に破線で示したXY平面である第1側面ES1まで研磨し、第1端子24および絶縁部材27aを第1側面ES1に露出させる。同様に、積層基板200Lの-Z側の端面を、図12(a)に破線で示したXY平面である第2側面ES2まで研磨し、第2端子26および絶縁部材27bを第2側面ES2に露出させる。
(Step 9)
The end face on the + Z side of the
なお、この研磨に先立って、積層基板200Lの第1側面ES1より+Z側および第2側面ES2より-Z側を切断しても良い。
なお、これらの切断において、第1端子24および絶縁部材27aが露出した第1側面ES1、および第2端子26および絶縁部材27bが露出した第2側面ES2を形成できるのであれば、上述の研磨は省略しても良い。
Prior to this polishing, the + Z side from the first side surface ES1 and the −Z side from the second side surface ES2 of the
If the first side surface ES1 in which the
積層基板200Lを、第1側面ES1および第2側面ES2まで研磨(または切断)したものが、上述の積層部200Mである。
図12(b)は、積層部200Mを+Y方向から見た図である。なお、図12(b)においても、上述の図11(e)と同様に、理解を容易にするために、+X側の端部の近傍、および-X側の端部の近傍については、第2~第4の絶縁膜27d~27fの図示を省略している。
The above-mentioned
FIG. 12B is a view of the
それぞれの第2基板20a~20eに含まれる第1端子24は、第2基板20a~20eの-Z方向の端面である積層部200Mの第1側面ES1に露出している。また、第1端子24は、上述したとおり第1接続線23と機械的に接続されており、すなわち電気的にも接続されている。そして、第1接続線23は、それぞれの第2基板20a~20eに形成されている信号処理部21と電気的に接続されている。
The
従って、第1接続線23と第1端子24とは、信号処理部21と電気的に接続され、少なくとも一部が第2基板20a~20eの第1側面ES1に露出する接続部を構成している。ここで、接続部のうち第2基板20a~20eの第1側面ES1に露出する部分(露出部)は、第1端子24の+Z側の面である。
Therefore, the
また、第2接続線25と第2端子26とは、信号処理部21と電気的に接続され、少なくとも一部が第2基板20a~20eの第2側面ES2に露出する接続部を構成している。ここで、接続部のうち第2基板20a~20eの第2側面ES2に露出する部分(露出部)は、第2端子26の-Z側の面である。
Further, the
なお、上述の工程3から工程8においては、大面積の基板を用意し、その大面積の基板上に上述の回路付基板200を、X方向およびZ方向に沿って複数形成しても良い。そして、工程9の前に、大面積の基板を切断して複数の回路付基板200に分離しても良い。
In the above-mentioned
次に、上述の第3基板30に関する製造工程について、説明する。
(工程10)
図13(a)に示したように、シリコン等の半導体から成る第3基板30を用意する。第3基板30のX方向およびY方向の大きさは、上述の第1中間基板100の大きさとほぼ同じである。
そして、第3基板30の+Z側の面である第3面S3に、第2の回路31を形成する。第2の回路31の形成は、公知の方法により行うことができるので、ここでは説明は省略する。
Next, the manufacturing process relating to the above-mentioned
(Step 10)
As shown in FIG. 13A, a
Then, the
さらに、図13(a)に示したように、第3基板30の第3面S3に、第2の回路31と電気的に接続された第3端子32および第5の絶縁膜27gを形成する。第3端子32の+Z側の端面は第5の絶縁膜27gに覆われることなく、露出している。第3端子32および第5の絶縁膜27gの形成は、上述の工程2における出力部16および第1の絶縁膜27cの形成と同様に行う。
第3基板30の第3面S3に、第2の回路31、第3端子32および第5の絶縁膜27gが形成されたものを、以下では、第3中間基板300と呼ぶ。
Further, as shown in FIG. 13A, a
A circuit board with a
(工程11)
以上の工程により製造された、第1中間基板100、積層部200M、および第3中間基板300を接合する。
図13(b)は、接合前の第1中間基板100、積層部200M、および第3中間基板300を示す図である。なお、図12(a)等に示した積層部200M中の絶縁部材27a、27a、および絶縁膜27d~27fを、図13(b)では一体的に絶縁部材27jとして示している。
(Step 11)
The first
FIG. 13B is a diagram showing the first
第1中間基板100を構成する第1基板10の第1面S1と、積層部200Mの第1側面ES1、すなわち第2基板20の第1側面とを接合する。このとき、複数の出力部16のそれぞれは、対応する第1端子24と機械的に接続され、従って電気的にも接続される。
The first surface S1 of the
第3中間基板300を構成する第3基板30の第3面S3と、積層部200Mの第2側面ES2、すなわち第2基板20の第2側面とを接合する。このとき、複数の第2端子26のそれぞれは、対応する第3端子32と機械的に接続され、従って電気的にも接続される。
The third surface S3 of the
第1中間基板100に形成されている第1の絶縁膜27c、および第3中間基板300に形成されている第5の絶縁膜27gは、接合により積層部200M中の絶縁部材27jと一体化し、図2(b)および図2(c)等に示した絶縁部材27となる。
The first
上述の第1面S1と第1側面ES1との接合、および第3面S3と第2側面ES2との接合は、各接合部を加熱して接合しても良く、各接合部の表面をプラズマ処理等により活性化することにより、低温で接合しても良い。
上述の第1面S1と第1側面ES1との接合、および第3面S3と第2側面ES2との接合は、どちらを先に行っても良い。
In the above-mentioned joining of the first surface S1 and the first side surface ES1 and the joining of the third surface S3 and the second side surface ES2, each joint portion may be heated and joined, and the surface of each joint portion is plasma. By activating by treatment or the like, joining may be performed at a low temperature.
Either of the above-mentioned joining of the first surface S1 and the first side surface ES1 and the joining of the third surface S3 and the second side surface ES2 may be performed first.
以上の工程により、図2(a)から図2(c)に示した第1実施形態の撮像素子3が完成する。
なお、上述の工程4において、第2基板20上に形成する信号処理部21、電流源22、配線28、36の配置および形状を、図4に示した配置および形状とすることにより、上述の図4に示した変形例1の撮像素子3を製造することもできる。
Through the above steps, the
In the above-mentioned
また、上述の工程8において、複数の回路付基板200a~200eと基板20zとをY方向に積層する代わりに、1つの回路付基板200(200o)と基板20zとを、絶縁性の基板等を介して貼り合わせることにより、図6に示した変形例3の撮像素子3を製造することもできる。
Further, in the
また、上述の工程2において、形成する複数の出力部16のX方向およびX方向の間隔を所定の値に設定し、その位置も所定の位置に設定するとともに、1つの出力部16と複数の読出部12とを電気的に接続する配線17を形成しても良い。これにより、図7に示した変形例4の撮像素子の第1基板10(第1中間基板100)を製造することができ、すなわち変形例4の撮像素子を製造することができる。このような配線17の形成は、公知の技術により行うことができるので、説明は省略する。
Further, in the above-mentioned
また、上述の工程1において、複数の光電変換部13が1つの読出部12を共有するように製造することで、図8に示した変形例5の撮像素子の第1基板10(第1中間基板100)を製造することができ、すなわち変形例5の撮像素子を製造することができる。複数の光電変換部13が1つの読出部12を共有するように製造する技術は、公知であるので説明は省略する。
Further, in the above-mentioned
(撮像素子の製造方法の変形例1)
図14は、撮像素子3の製造方法の変形例1を示す図である。変形例1の製造方法により、図5に示した変形例2の撮像素子3を製造することができる。ただし、変形例1の製造方法は、大部分が上述の製造方法の一例と共通するので、以下では相違点についてのみ説明し、共通する部分については説明を省略する。
(
FIG. 14 is a diagram showing a modified example 1 of the manufacturing method of the
図14(a)は、上述の図11(c)と同様に、上述の工程6までが終了し、第2基板20上に、第2の絶縁膜27d、第3の絶縁膜27e、第1端子24c、第2端子26c等が形成された状態を示している。
ただし、変形例1においては、図5に示した変形例2の撮像素子3を製造するために、上述の工程4において、第2基板20上には、4つの信号処理部21c~21f、電流源22c~22f、配線28c~28fを、Z方向の異なる位置にそれぞれ形成しておく。
14 (a) shows the second
However, in the modified example 1, in order to manufacture the
そして、上述の工程5において、上述の製造方法の一例と同様に、信号処理部21cと電気的に接続される第1接続線23および第2接続線25を形成する。
なお、図14(a)においては、図5に示した第1接続線23を、Y方向に延在する第1垂直接続線23cvと、Z方向に延在する第1水平接続線23chとに分けて示している。同様に、第2接続線25を、Y方向に延在する第2垂直接続線25cvと、Z方向に延在する第2水平接続線25chとに分けて示している。
Then, in the above-mentioned
In FIG. 14A, the
変形例1においては、上述の工程5において第1垂直接続線23cvおよび第2垂直接続線25cvを形成する際に、合わせて信号処理部21d~21fのそれぞれと電気的に接続される第1垂直接続線23dv1~23fv1、および第2垂直接続線25dv1~25fv1を形成する。
In the first modification, when the first vertical connection line 23cv and the second vertical connection line 25cv are formed in the
なお、図14(a)においては、第1垂直接続線23dv1~23fv1および第2垂直接続線25dv1~25fv1と電気的に接続されていないことを明示するために、第2水平接続線25chを意図的に分断して示している。しかし、実際には、第2水平接続線25chは、Z方向に連続しており、第2水平接続線25chは、第1垂直接続線23dv1~23fv1および第2垂直接続線25dv1~25fv1を、+X方向または-X方向に迂回している。 In FIG. 14A, the second horizontal connection line 25ch is intended to clearly indicate that the first vertical connection lines 23dv1 to 23fv1 and the second vertical connection lines 25dv1 to 25fv1 are not electrically connected. It is divided and shown. However, in reality, the second horizontal connection line 25ch is continuous in the Z direction, and the second horizontal connection line 25ch has the first vertical connection lines 23dv1 to 23fv1 and the second vertical connection lines 25dv1 to 25fv1 + X. Detouring in the direction or -X direction.
(工程6A)
第3の絶縁膜27eの上(-Y側)に、SiO2等の絶縁材料から成る第6の絶縁膜27hを形成する。そして、第6の絶縁膜27hの、上述の第1垂直接続線23dv1~23fv1および第2垂直接続線25dv1~25fv1に対応する位置に、リソグラフィにより開口を形成し、形成した開口内に金属等を埋め込む。これにより、図14(b)に示した第1延長垂直接続線23dv2~23fv2、および第2延長垂直接続線25dv2~25fv2が形成される。
(Step 6A)
A sixth
その後、第6の絶縁膜27hの上(-Y側)に、第1延長垂直接続線23dv2と電気的に接続される第1水平接続線23dhを形成し、第2延長垂直接続線25dv2と電気的に接続される第2水平接続線25dhを形成する。
なお、図14(b)においては、第2水平接続線25dhを分断して示しているが、上述の第2水平接続線25chと同様に、第2水平接続線25dhもZ方向に連続している。
After that, a first
Although the second
(工程6B)
続いて、第6の絶縁膜27h、第1水平接続線23dh、および第2水平接続線25dhの上(-Y側)に、SiO2等の絶縁材料から成る第7の絶縁膜27iを形成する。そして、第7の絶縁膜27iおよび第6の絶縁膜27hの一部に、第1端子24cおよび第2端子26cを形成した方法と同様の方法により、第1端子24dおよび第2端子26dを形成する。第1端子24dは第1水平接続線23dhの+Z側の端部と、第2端子26dは第2水平接続線25dhの-Z側の端部と、機械的に接続される位置に形成する。
(Step 6B)
Subsequently, a seventh
以上の工程6Aおよび工程6Bにより、図5に示した変形例2の撮像素子3のうちの、第1接続線23d、第1端子24d、第2接続線25d、および第2端子26dが形成される。
そして、以上の工程6Aおよび工程6Bとほぼ同様の工程を、さらに2回繰り返すことにより、図5に示した変形例2の撮像素子3のうちの、第1接続線23e~23f、第1端子24e~24f、第2接続線25e~25f、および第2端子26e~26fを形成することができる。
By the above steps 6A and 6B, the
Then, by repeating the same steps as those in the above steps 6A and 6B two more times, the
なお、第6の絶縁膜27hおよび第7の絶縁膜27iのY方向の厚さの合計を、第1基板10上の出力部16のY方向の間隔と等しくすることにより、第1端子24c~24fのY方向の間隔を、第1基板10上の出力部16のY方向の間隔と等しくすることができる。
また、第2基板20の裏面(+Y方向の面)を研磨し、第2基板20のY方向の厚さを適当な値に設定する。これにより、第6の絶縁膜27hおよび第7の絶縁膜27i等の多層の絶縁膜が形成された第2基板20を積層した積層部200M(図5参照)における、複数の第2基板20a、20eのY方向の間隔を、第1基板10上の出力部16のY方向の間隔の4倍に設定することができる。
By making the total thickness of the sixth
Further, the back surface (the surface in the + Y direction) of the
なお、積層部200M(図5参照)における、複数の第2基板20a、20eのY方向の間隔は、上述の第1基板10上の出力部16のY方向の間隔の4倍に限られるわけでなく2倍以上の任意の整数であるm倍であっても良い。この場合には、上述の工程6Aおよび工程6Bを(m-1)回繰り返すことで、第2基板20の第2面S2に、第1水平接続線23ch~23dh、および第2水平接続線25ch~25dhを、Y方向にm層積層して形成する。
The distance between the plurality of
(撮像素子の製造方法の変形例2)
図15は、撮像素子3の製造方法の変形例2を示す図である。製造方法の変形例2においては、撮像素子3をX方向およびY方向にいくつかに分割したユニット撮像素子3a~3d等を個別に製造し、ユニット撮像素子3a~3d等を接合することにより撮像素子3を形成する。
(
FIG. 15 is a diagram showing a
一例として、ユニット撮像素子3aは、図2(a)に示した撮像素子3の画素11が配置される領域(画素領域)をX方向に6分割、Y方向に4分割したものである。また、図2(a)に示した水平制御部HCをX方向に6分割したものを水平ユニットHC1と呼び、図2(a)に示した垂直制御部VCをY方向に4分割したものを垂直ユニットVC1と呼ぶ。
なお、撮像素子3の分割数は、上記の6分割や4分割に限らず、何分割であっても良い。
As an example, the
The number of divisions of the
このうち、ユニット撮像素子3aは、上述の製造方法の一例および変形例1において、第2基板20の-X方向の端部に水平制御回路29hを形成せず、また積層部200Mの+Y方向の端部に基板20zを積層しないことにより、製造することができる。
Of these, the
逆に、水平ユニットHC1は、上述の製造方法の一例および変形例1において、第2基板20に水平制御回路29hのみを形成することにより、製造することができる。そして、垂直ユニットVC1は、上述の製造方法の一例および変形例1において、基板20zのみを第1基板10および第3基板30と接合することにより、製造できる。
On the contrary, the horizontal unit HC1 can be manufactured by forming only the
なお、ユニット撮像素子3a、水平ユニットHC1、および垂直ユニットVC1の製造に際しては、使用する第2基板20のX方向の大きさ、第2の回路31の回路設計等について変更が必要になるが、それらは当業者にとって容易な程度の変更である。
When manufacturing the unit
製造方法の変形例2においては、上記のように製造した複数のユニット撮像素子3a、水平ユニットHC1、および垂直ユニットVC1を、それらに含まれる画素11が概ね同一の平面に配置されるように、X方向およびY方向に相互に接合する。接合は、加熱により行っても良く、上述のプラズマ処理等を併用して低温で行っても良い。
In the second modification of the manufacturing method, the plurality of unit
接合に際しては、X方向に隣り合って配置されるユニット撮像素子3aにおいて、図2(c)等に示した第2基板20上の配線28を相互に接続する。同様に、第3基板30の第3面S3に形成されている第2の回路31を相互に接続する。
At the time of joining, the
製造方法の変形例2においては、分割して製造したユニット撮像素子3a等を接合して撮像素子3を形成するため、画素11の配置されるエリア(画素領域)の大きな大型の撮像素子3を製造することができる。
In the second modification of the manufacturing method, in order to form the
なお、水平ユニットHC1または垂直ユニットVC1と隣接するユニット撮像素子3aについては、水平ユニットHC1または垂直ユニットVC1と一体的に製造しても良い。
例えば、+Y方向の端部に配置されるユニット撮像素子3aについては、垂直ユニットVC1と一体的に製造しても良い。この場合には、上述の製造方法の一例および変形例1において、第2基板20の-X方向の端部には水平制御回路29hを形成しないが、積層部200Mの+Y方向の端部には基板20zを積層する。
The
For example, the
また、-X方向の端部に配置されるユニット撮像素子3aについては、水平ユニットHC1と一体的に製造しても良い。この場合には、上述の製造方法の一例および変形例1において、第2基板20の-X方向の端部に水平制御回路29hを形成し、積層部200Mの+Y方向の端部には基板20zを積層しない。
Further, the
また、-X方向の端部かつ+Y方向の端部に配置されるユニット撮像素子3aについては、垂直ユニットVC1とおよび水平ユニットHC1と一体的に製造しても良い。この場合には、上述の製造方法の一例および変形例1を用いて製造すれば良い。
Further, the
なお、以上の撮像素子3の製造方法の一例および各変形例においても、上述したように、撮像素子3が第3基板30を有しない場合には、第3基板30を製造し、および第3基板30と積層部200Mとを接合する工程は、不要である。
In addition, also in the above-mentioned example of the manufacturing method of the
(撮像素子の製造方法の一例および各変形例の効果)
(3)上述の製造方法の一例および各変形例は、第1基板10に、光を電荷に変換する光電変換部13および光電変換部13で変換された電荷に基づく信号を読み出す読出部12を形成すること、第1基板10の第1面S1に、読出部12が読み出した信号を出力する出力部16を形成すること、第2基板20の第2面S2に沿って複数の回路(211、212)を含む信号処理部21を形成すること、信号処理部21と電気的に接続され、少なくとも一部が第2基板20の第1側面ES1に露出する接続部(第1端子24、第1接続線23)を形成すること、第2基板20の第1側面ES1を、第1基板10の第1面S1に接続し、接続部と出力部16とを電気的に接続すること、を備えている。
この構成により、1つまたは少数の光電変換部13毎に信号処理部21、21a~21fが形成された撮像素子3を製造することができる。
また、この構成により、光電変換部13の第1面S1内の方向における配置の間隔に制約されることなく、信号処理部21、21a~21f等の大きさを、第2面S2に沿った方向であって、かつ第1面S1とは交差する方向(Z方向等)に拡大できる。これにより、信号処理部を構成する回路に含まれるトランジスタ等の回路素子の大きさ、および配置の間隔を大きくすることができ、ノイズが抑制された撮像素子3を製造することができる。
(Example of manufacturing method of image sensor and effect of each modification)
(3) In one example of the above-mentioned manufacturing method and each modification, the
With this configuration, it is possible to manufacture an
Further, with this configuration, the sizes of the
(4)第3基板30の第3面S3に沿って第2の回路31を形成すること、信号処理部21、21a~21fと電気的に接続され、少なくとも一部が第2基板20の第1側面ES1とは反対側の第2側面ES2に露出する第2の接続部(第2接続線25、25a~25f、第2端子26a~26f)を形成すること、第2基板20の第2側面ES2を、第3基板30の第3面S3に接続し、第2の接続部と第2の回路31とを電気的に接続すること、をさらに備えていても良い。
この構成により、第2面S2に沿って配置された信号処理部21により処理された信号を、第2の回路31を介して効率良く出力可能な撮像措置3を製造することができる。
(4) The
With this configuration, it is possible to manufacture the
(5)第2基板20の第2面S2に、絶縁膜(27d、27e)、および少なくとも一部が絶縁膜(27d、27e)に覆われた金属部(第1端子24)を形成した後、金属部(第1端子24)が第1側面ES1に露出するように第2基板20を切断または研磨して、接続部(第1端子24、第1接続線23)のうちの第1側面ES1に露出する露出部を形成しても良い。
この方法により、第2基板20の第1側面ES1に金属部(第1端子24)を露出させることができ、露出した第1端子24を、上述の第1基板10上の出力部16に接合させることができる。
(5) After forming an insulating film (27d, 27e) and a metal portion (first terminal 24) partially covered with an insulating film (27d, 27e) on the second surface S2 of the
By this method, the metal portion (first terminal 24) can be exposed on the first side surface ES1 of the
上記では、種々の実施形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、各実施形態および変形例は、それぞれ単独で適用しても良いし、組み合わせて用いても良い。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Moreover, each embodiment and modification may be applied individually or may be used in combination. Other aspects considered within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention.
1:撮像装置、2:撮像レンズ、3:撮像素子、4:撮像制御部(生成部)、5:メモリ、HC:水平制御部、VC:垂直制御部、CU:素子制御部、10:第1基板、S1:第1面、11:画素、12:読出部、13:光電変換部、14:カラーフィルタ、15:マイクロレンズ、16、16a、16b:出力部、17:配線、20,20a~20h:第2基板、S2:第2面、21,21a~21f:信号処理部、211:AD変換回路、22:電流源、23:第1接続線、24:第1端子、25:第2接続線、26:第2端子、27,27a~27b,27j:絶縁部材、27c~27i:絶縁膜、28,36:配線、ES1:第1側面、ES2:第2側面、30:第3基板、S3:第3面、31:第2の回路、32:第3端子
1: Image pickup device, 2: Image pickup lens, 3: Image pickup element, 4: Image pickup control unit (generation unit), 5: Memory, HC: Horizontal control unit, VC: Vertical control unit, CU: Element control unit, 10: No. 1 substrate, S1: 1st surface, 11: pixel, 12: reading unit, 13: photoelectric conversion unit, 14: color filter, 15: microlens, 16, 16a, 16b: output unit, 17: wiring, 20, 20a ~ 20h: 2nd board, S2: 2nd surface, 21 / 21a ~ 21f: Signal processing unit, 211: AD conversion circuit, 22: Current source, 23: 1st connection line, 24: 1st terminal, 25:
Claims (23)
前記第1面と交差する第2面に沿って配置された複数の回路を含み、前記光電変換部で変換された電荷に基づく信号を処理する信号処理部と、
前記信号処理部と前記出力部とを電気的に接続する接続部と、
を備える、撮像素子。 An output formed on the first surface of a first substrate having a photoelectric conversion unit that converts light into electric charges and a reading unit that reads out a signal based on the charges converted by the photoelectric conversion unit, and outputs a signal read by the reading unit. Department and
A signal processing unit that includes a plurality of circuits arranged along a second surface that intersects the first surface and processes a signal based on the charge converted by the photoelectric conversion unit.
A connection unit that electrically connects the signal processing unit and the output unit,
An image sensor.
前記信号処理部に対し前記第1基板とは反対側にあり、第2面と交差する第3面に沿って配置された第2の回路と、
前記信号処理部と前記第2の回路とを電気的に接続する第2の接続部と、
をさらに備える、撮像素子。 In the image pickup device according to claim 1,
A second circuit located on the opposite side of the signal processing unit from the first substrate and arranged along a third surface intersecting the second surface.
A second connection unit that electrically connects the signal processing unit and the second circuit, and a second connection unit.
An image sensor further equipped with.
前記出力部、および前記信号処理部のそれぞれが、前記第1面および前記第2面に対して平行な第1方向に沿って複数配置されている、撮像素子。 In the image pickup device according to claim 1 or 2.
An image pickup device in which a plurality of the output unit and the signal processing unit are arranged along a first direction parallel to the first surface and the second surface.
前記出力部、および前記信号処理部のそれぞれが、前記第1面と平行な方向であって、かつ前記第2面と交差する第2方向に沿って複数配置されている、撮像素子。 In the image pickup device according to claim 3,
An image pickup device in which a plurality of the output unit and the signal processing unit are arranged in a direction parallel to the first surface and along a second direction intersecting with the second surface.
複数の前記信号処理部の前記第2方向の間隔は、複数の前記出力部の前記第2方向の間隔に等しい、撮像素子。 In the image pickup device according to claim 4,
An image pickup device in which the distance between the plurality of signal processing units in the second direction is equal to the distance between the plurality of output units in the second direction.
前記第2面内の方向であって、前記第1面と交差する第3方向のそれぞれ異なる位置にm個(mは2以上の整数)の前記信号処理部が配置され、
前記m個の信号処理部が、前記第2方向に沿って、複数の前記出力部の前記第2方向の間隔のm倍の間隔で複数配置されており、
前記m個の信号処理部のそれぞれは、前記接続部により、前記第2方向に沿って配置されるm個の前記出力部の中のそれぞれ異なる出力部と接続されている、撮像素子。 In the image pickup device according to claim 4,
M (m is an integer of 2 or more) of the signal processing units are arranged at different positions in the third direction intersecting the first surface in the direction within the second surface.
A plurality of the m signal processing units are arranged along the second direction at intervals of m times the distance between the plurality of output units in the second direction.
An image pickup device in which each of the m signal processing units is connected by the connection unit to a different output unit among the m output units arranged along the second direction.
複数の前記出力部の前記第2方向の間隔は、複数の前記読出部の前記第2方向の間隔に等しい、撮像素子。 The image pickup device according to any one of claims 4 to 6.
An image pickup device in which the distance between the plurality of output units in the second direction is equal to the distance between the plurality of output units in the second direction.
複数の前記出力部の前記第1方向の間隔は、複数の前記読出部の前記第1方向の間隔に等しい、撮像素子。 In the image pickup device according to claim 7,
An image pickup device in which the distance between the plurality of output units in the first direction is equal to the distance between the plurality of output units in the first direction.
複数の前記出力部の前記第2方向の間隔は、複数の前記読出部の前記第2方向の間隔のn倍(nは2以上の整数)であり、
前記出力部は、n個以上の前記読出部が読み出した信号を出力する、撮像素子。 The image pickup device according to any one of claims 4 to 6.
The distance between the plurality of output units in the second direction is n times the distance between the plurality of output units in the second direction (n is an integer of 2 or more).
The output unit is an image pickup device that outputs signals read by n or more of the reading units.
複数の前記出力部の前記第1方向の間隔は、複数の前記読出部の前記第1方向の間隔のk倍(kは2以上の整数)であり、
前記出力部は、n×k個の前記読出部が読み出した信号を出力する、撮像素子。 In the image pickup device according to claim 9,
The distance between the plurality of output units in the first direction is k times (k is an integer of 2 or more) the distance between the plurality of output units in the first direction.
The output unit is an image pickup device that outputs signals read by the n × k reading units.
前記信号処理部の前記第1方向の大きさは、前記光電変換部の前記第1方向の配置の間隔よりも大きく、
前記接続部により、第1方向に隣り合う2つの前記出力部の一方に接続されている前記信号処理部と、他方に接続されている前記信号処理部とは、前記第2面内の方向であって、前記第1面と交差する第3方向の位置が異なる、撮像素子。 The image pickup device according to any one of claims 3 to 10.
The size of the signal processing unit in the first direction is larger than the interval of arrangement of the photoelectric conversion unit in the first direction.
The signal processing unit connected to one of the two output units adjacent to each other in the first direction by the connection unit and the signal processing unit connected to the other are connected to each other in the direction in the second surface. An image sensor having a different position in the third direction that intersects the first surface.
前記接続部および前記出力部のうち、少なくとも相互に接続される部分は銅を含む、撮像素子。 The image pickup device according to any one of claims 1 to 11.
An image pickup device in which at least the portions of the connection portion and the output portion that are connected to each other contain copper.
前記信号処理部は、前記出力部から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換回路を含む、撮像素子。 The image pickup device according to any one of claims 1 to 12.
The signal processing unit is an image pickup element including an analog-digital conversion circuit that converts an analog signal output from the output unit into a digital signal.
前記光は、前記光電変換部に対する前記第1面の側とは反対側から前記光電変換部に入射する、撮像素子。 The image pickup device according to any one of claims 1 to 13.
An image pickup device in which the light is incident on the photoelectric conversion unit from a side opposite to the side of the first surface with respect to the photoelectric conversion unit.
前記第1面と前記第2面とのなす角度は80°以上、かつ90°以下である、撮像素子。 The image pickup device according to any one of claims 1 to 14.
An image pickup device having an angle formed by the first surface and the second surface of 80 ° or more and 90 ° or less.
前記第1基板の第1面に、前記読出部が読み出した信号を出力する出力部を形成すること、
第2基板の第2面に沿って複数の回路を含む信号処理部を形成すること、
前記信号処理部と電気的に接続され、少なくとも一部が前記第2基板の第1側面に露出する接続部を形成すること、
前記第2基板の前記第1側面を、第1基板の前記第1面に接続し、前記接続部と前記出力部とを電気的に接続すること、
を備える、撮像素子の製造方法。 Forming a photoelectric conversion unit that converts light into electric charges and a reading unit that reads out a signal based on the charges converted by the photoelectric conversion unit on the first substrate.
Forming an output unit that outputs a signal read by the reading unit on the first surface of the first substrate.
Forming a signal processing unit including a plurality of circuits along the second surface of the second substrate,
Forming a connection portion that is electrically connected to the signal processing portion and at least a part of which is exposed on the first side surface of the second substrate.
Connecting the first side surface of the second substrate to the first surface of the first substrate, and electrically connecting the connection portion and the output portion.
A method for manufacturing an image sensor.
第3基板の第3面に沿って第2の回路を形成すること、
前記信号処理部と電気的に接続され、少なくとも一部が前記第2基板の前記第1側面とは反対側の第2側面に露出する第2の接続部を形成すること、
前記第2基板の前記第2側面を、第3基板の前記第3面に接続し、前記第2の接続部と前記第2の回路とを電気的に接続すること、
をさらに備える、撮像素子の製造方法。 In the method for manufacturing an image sensor according to claim 16,
Forming a second circuit along the third surface of the third substrate,
Forming a second connection portion that is electrically connected to the signal processing unit and at least a part of which is exposed on a second side surface opposite to the first side surface of the second substrate.
Connecting the second side surface of the second substrate to the third surface of the third substrate, and electrically connecting the second connection portion and the second circuit.
A method for manufacturing an image sensor, further comprising.
前記第2基板の前記第2面に、絶縁膜、および少なくとも一部が前記絶縁膜に覆われた金属部を形成した後、前記金属部が前記第1側面に露出するように前記第2基板を切断または研磨して、前記接続部のうちの前記第1側面に露出する露出部を形成する、撮像素子の製造方法。 In the method for manufacturing an image sensor according to claim 16 or 17.
After forming an insulating film and a metal portion at least partially covered with the insulating film on the second surface of the second substrate, the second substrate is exposed so that the metal portion is exposed on the first side surface. A method for manufacturing an image pickup device, which forms an exposed portion exposed on the first side surface of the connection portion by cutting or polishing the image sensor.
前記第2基板の一部の内部に絶縁部を形成した後、前記絶縁部が前記第1側面に露出するように前記第2基板を切断または研磨して、前記第2基板の前記第1側面に絶縁部を露出させ、
露出した前記絶縁部を前記第1面と接続する、撮像素子の製造方法。 The method for manufacturing an image sensor according to any one of claims 16 to 18.
After forming an insulating portion inside a part of the second substrate, the second substrate is cut or polished so that the insulating portion is exposed on the first side surface, and the first side surface of the second substrate is formed. To expose the insulation to
A method for manufacturing an image pickup device, in which the exposed insulating portion is connected to the first surface.
前記出力部を、前記第1基板の第1面に第1の間隔で複数形成し、
前記信号処理部および前記接続部が形成された複数の前記第2基板を、第1の間隔のm倍(mは1以上の整数)の間隔で積層し、
積層された複数の前記第2基板のそれぞれの前記第1側面を、第1基板の前記第1面に接続する、撮像素子の製造方法。 The method for manufacturing an image sensor according to any one of claims 16 to 19.
A plurality of the output units are formed on the first surface of the first substrate at a first interval.
A plurality of the second substrates on which the signal processing unit and the connection unit are formed are laminated at intervals of m times the first interval (m is an integer of 1 or more).
A method for manufacturing an image pickup device, in which the first side surface of each of a plurality of laminated second substrates is connected to the first surface of the first substrate.
前記mは2以上の整数であり、
前記接続部の一部を、前記第2基板の前記第2面に、m層の配線を前記第1の間隔で積層して形成する、撮像素子の製造方法。 In the method for manufacturing an image sensor according to claim 20,
The m is an integer of 2 or more, and is
A method for manufacturing an image sensor, wherein a part of the connection portion is formed by laminating m-layer wiring on the second surface of the second substrate at the first interval.
前記第1面と平行な第1方向、および前記第1面と平行であって前記第1方向と交差する第2方向の少なくとも一方に沿って複数配置する、撮像素子の製造方法。 The image pickup device manufactured by the method for manufacturing an image pickup device according to any one of claims 16 to 21.
A method for manufacturing an image pickup device, wherein a plurality of image sensors are arranged along at least one of a first direction parallel to the first surface and a second direction parallel to the first surface and intersecting the first direction.
前記撮像素子から出力された信号に基づいて画像データを生成する生成部と、
を備える、撮像装置。 The image pickup device according to any one of claims 1 to 15,
A generator that generates image data based on the signal output from the image sensor,
An image pickup device.
Priority Applications (1)
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JP2020208831A JP2022095477A (en) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | Imaging element, manufacturing method thereof, and imaging device |
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