JP2023084281A - 光電変換装置、機器 - Google Patents
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Abstract
Description
第1の基板と第2の基板とが積層された光電変換装置であって、
前記第1の基板は、画素信号を取得する光電変換素子を有する画素領域を有し、
前記第2の基板は、前記画素信号を処理する処理回路を有し、
複数の配線層を含む配線であって、前記画素領域における複数の画素に共通に接続する共通配線である第1の配線が配置されており、
複数の配線層を含む配線であって、前記処理回路に電源電圧を供給する配線である第2の配線が配置されており、
前記第1の配線と前記第2の配線との間に、前記第1の配線および前記第2の配線のいずれにも電気的に接続しないシールド配線の少なくとも一部が配置されている、
ことを特徴とする光電変換装置である。
実施形態1に係る固体撮像素子(光電変換装置)では、画素基板(画素チップ)と信号処理基板(信号処理チップ)とが積層されている。以下では、信号処理基板に対して画素基板が積層される方向を「積層方向」と称する。
図1Aは、実施形態1に係る画素基板(画素チップ)のブロック図である。図1Aは、画素基板を積層方向から見た図である。画素基板では、半導体基板1(例えば、シリコン基板)において画素信号を取得する画素20が2次元的に配列されることにより、画素領域2が形成されている。
図2は、信号処理基板(信号処理チップ)のブロック図である。図2は、信号処理基板を積層方向から見た図である。信号処理基板は、AD変換回路31-1,31-2、処理回路32-1,32-2、タイミング発生回路33、および電圧発生回路34を、半導体基板3(シリコン基板)上に有する。
図3は、画素基板および信号処理基板のそれぞれの駆動タイミング(信号の信号レベルの変化)を説明するタイミングチャートである。
スタ16は、それぞれにタイミング発生回路33から供給される制御信号に応じて動作する。これらのトランジスタは、Highレベル(以下、Hレベル)の信号が制御信号として供給されると、導通(オン)状態に変化する。また、これらのトランジスタは、Lowレベル(以下、Lレベル)の信号が制御信号として供給されると、非導通(オフ)状態に変化する。
力される。本実施形態では、信号DOUTのHレベルの期間において、デジタルN信号とデジタルS+N信号が出力される、信号DOUTのLレベルの期間では、デジタルN信号とデジタルS信号とが出力されない。
図4A~図4Cは、本実施形態における画素基板と信号処理基板の積層される配線を表すブロック図である。図4Aは、画素基板における配線を表す。図4Bおよび図4Cは、信号処理基板における配線を表す。図4Bは、シールド配線53以外の配線を表すブロック図であり、図4Cは、図4Bが表す配線に加えてシールド配線53を表す図である。
レベルがHレベルであり、S+N信号の読み出しなどを行っている時刻t7~t11の期間で信号DOUTの信号レベルがLレベルである場合には、特に画質が悪化する。これは、S+N期間(S+N信号の読み出しやAD変換を行っている期間)とN期間(N信号の読み出しやAD変換を行っている期間)の間において、電源の電圧の変動量が異なるため、S+N信号とN信号の差分を適切にとることができないためである。
図5は、画素基板と信号処理基板が積層された状態の固体撮像素子を積層方向に切断した断面図である。
まず、信号処理基板502の層構成を説明する。配線層506は、接続面503に最も近い配線層(金属配線)である。信号処理基板では、接続面503に近い順に、配線層506、配線層507、配線層508、配線層509が形成されている。
置されるが、図5においては説明の簡略化のため省略する。
続いて、画素基板501の層構成を説明する。配線層516、配線層517、および配線層518は、画素基板の金属配線である。また、ビア521は、配線層516と配線層517を電気的に接続するビアである。ビア520は、配線層517と配線層518を電気的に接続するビアである。ビア519は、配線層518とPOLシリコンゲート528とを電気的に接続するビアである。また、ビア519は、配線層518とシリコン基板(半導体)とを電気的に接続することにも使われる。ビア515は、接続部505と配線層516とを電気的に接続するビアである。
、垂直出力線38は、構成上、画素基板501と信号処理基板502の双方で使用される可能性があり、接続部504,505が配線RD、配線RC、および配線REの一部となり得るからである。よって、配線RBの少なくとも一部が、配線RC、配線RD、および配線REの少なくともいずれかの接続部504(接続領域)と、配線RAとの間に配置されていることが望ましい。
図6は、実施形態2に係る固体撮像素子(光電変換装置)の断面図である。図6では、図5を用いて説明した構成に対しては図5と同じ符号を付しているため、当該構成についての説明は省略する。
実施形態3には、実施形態1,2のいずれも適用可能である。図7は本実施形態の半導体装置930を備えた機器9191を説明する模式図である。半導体装置930は、実施形態1,2で説明した固体撮像素子のいずれか、あるいは複数の実施形態を組み合わせた固体撮像素子とすることができる。半導体装置930を備える機器9191について詳細に説明する。半導体装置930は、上述のように、半導体層10を有する半導体デバイス910のほかに、半導体デバイス910を収容するパッケージ920を含むことができる。パッケージ920は、半導体デバイス910が固定された基体と、半導体デバイス910に対向するガラスなどの蓋体と、を含むことができる。パッケージ920は、さらに、基体に設けられた端子と半導体デバイス910に設けられた端子とを接続するボンディングワイヤやバンプなどの接合部材を含むことができる。
置940は、半導体装置930に対応する。光学装置940は、例えばレンズやシャッター、ミラーである。制御装置950は、半導体装置930を制御する。制御装置950は、例えばASICなどの半導体装置である。
び本明細書に添付した図面から把握可能な全ての事項を含む。また本明細書の開示内容は、本明細書に記載した概念の補集合を含んでいる。すなわち、本明細書に例えば「AはBよりも大きい」旨の記載があれば、「AはBよりも大きくない」旨の記載を省略しても、本明細書は「AはBよりも大きくない」旨を開示しているといえる。なぜなら、「AはBよりも大きい」旨を記載している場合には、「AはBよりも大きくない」場合を考慮していることが前提だからである。
17:転送制御線、18:リセット制御線、19:セレクト制御線、
21:第1配線、22:第2配線、
51:第1配線、52:第2配線、53:シールド配線
Claims (13)
- 第1の基板と第2の基板とが積層された光電変換装置であって、
前記第1の基板は、画素信号を取得する光電変換素子を有する画素領域を有し、
前記第2の基板は、前記画素信号を処理する処理回路を有し、
複数の配線層を含む配線であって、前記画素領域における複数の画素に共通に接続する共通配線である第1の配線が配置されており、
複数の配線層を含む配線であって、前記処理回路に電源電圧を供給する配線である第2の配線が配置されており、
前記第1の配線と前記第2の配線との間に、前記第1の配線および前記第2の配線のいずれにも電気的に接続しないシールド配線の少なくとも一部が配置されている、
ことを特徴とする光電変換装置。 - 前記第1の配線は、前記画素領域の電源配線である、
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 - 前記第1の配線は、前記画素領域のグランド配線である、
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 - 前記第1の配線は、前記画素領域の垂直出力線である、
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 - 前記第1の配線は、前記画素領域の制御線である、
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 - 前記第2の配線は、前記処理回路のグランド配線とは異なる配線であり、かつ、前記処理回路の電源配線である、
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記第2の配線は、前記処理回路のグランド配線である、
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記第1の配線は、前記第1の基板と前記第2の基板とを接続する接続領域を有し、
前記シールド配線の少なくとも一部は、前記接続領域と前記第2の配線との間に配置されている、
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記シールド配線の少なくとも一部は、前記第2の基板に配置されている、
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記シールド配線の少なくとも一部は、前記第1の基板に配置されている、
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記第2の基板は、前記光電変換装置の外部から電圧が供給されるパッドを有し、
前記シールド配線の少なくとも一部は、前記第2の配線のうち前記パッドと前記処理回路とを接続する部分と、前記第1の配線との間に配置されている、
ことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記第2の基板は、前記処理回路に制御信号を供給するタイミング発生回路を有し、
前記シールド配線は、前記タイミング発生回路のグランド配線に接続されている、
ことを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 請求項1から12のいずれか1項に記載の光電変換装置を備える機器であって、
前記光電変換装置に対応した光学装置、
前記光電変換装置を制御する制御装置、
前記光電変換装置から出力された信号を処理する処理装置、
前記光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置、
前記光電変換装置で得られた情報を記憶する記憶装置、および、
前記光電変換装置で得られた情報に基づいて動作する機械装置、の少なくともいずれかをさらに備えることを特徴とする機器。
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