JP2024011770A - Imaging element, imaging apparatus and manufacturing method of imaging element - Google Patents

Imaging element, imaging apparatus and manufacturing method of imaging element Download PDF

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Hiroto Sato
俊克 堺
Toshikatsu Sakai
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聡 相原
Satoshi Aihara
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging element, an imaging apparatus and a manufacturing method of the imaging element which can shorten the selection time required for one line in the time of image acquisition and acquire images in the number required for a moving image even when a pixel number significantly increases due to increase in an area of the imaging element.
SOLUTION: An imaging element includes: a substrate 10; a plurality of penetration electrodes (115) which vertically penetrate a prescribed position of the substrate 10; a pixel structure which is arranged on the substrate 10; and a wiring electrode (118) which is electrically connected to each desired pixel and is arranged so as to pass through a space between the pixels. The pixel structure is divided into each drive area 11 made of pixel groups including prescribed number of pixels. Each drive area 11 is configured such that the corresponding penetration electrode (115) is directly or indirectly electrically connected to each wiring electrode (118) for each drive area 11, and signal read-out of the pixels included in the drive area 11 is performed in parallel to each other.
SELECTED DRAWING: Figure 1
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本発明は、広視野角映像の取得に有利な撮像素子、特に素子の撮像面積が大サイズの撮像素子、その撮像素子を備えた監視カメラ等の撮像装置、およびその撮像素子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to an imaging device that is advantageous for acquiring wide-viewing-angle images, particularly an imaging device with a large imaging area, an imaging device such as a surveillance camera equipped with the imaging device, and a method for manufacturing the imaging device. It is.

現在の撮影システムでは、一般に、CMOS撮像素子とレンズを組み合わせた構成が用いられる。CMOS撮像素子により高精細で明るい映像を取得するためには、撮像素子のサイズを大きくするとともに受光面積を広くとる構成とすることが望まれる。
このような構成とするためには、Si基板を大型化して多画素化する必要があるが、一般のCMOSの微細加工では大面積化に伴って製造コストが大幅に上昇する他、特にCMOS撮像素子では、配線を素子の周辺部から外部に取り出すようにしているため、大面積化に応じて画素数が増加した場合、信号読出し時における1ライン分の選択時間が長くなってしまい、動画に必要な枚数の画像を取得することが困難になるという課題があった。
Current photographic systems generally use a configuration that combines a CMOS image sensor and a lens. In order to obtain high-definition and bright images using a CMOS image sensor, it is desirable to increase the size of the image sensor and to have a configuration that has a wide light-receiving area.
In order to create such a configuration, it is necessary to increase the size of the Si substrate and increase the number of pixels, but in general CMOS microfabrication, the manufacturing cost increases significantly as the area increases, and in particular, CMOS imaging In the device, the wiring is taken out from the periphery of the device, so if the number of pixels increases due to the enlargement of the area, the selection time for one line when reading out the signal becomes longer, making it difficult to produce a moving image. There was a problem that it became difficult to obtain the required number of images.

このような課題に対して、4枚のCMOS撮像素子を組み合わせたタイル型の大面積素子に関する従来技術が知られている(下記非特許文献1を参照)。
また、大面積撮像素子を用いて広視野角映像を取得するために、大型で大重量の広角レンズに替えて、複数の小レンズからなるレンズアレイを採用し、このレンズアレイとCMOS撮像素子を組み合わせた撮像システムが知られている(下記特許文献1~3を参照)。
To address this problem, a conventional technique related to a tile-type large-area device that combines four CMOS image pickup devices is known (see Non-Patent Document 1 below).
In addition, in order to obtain wide viewing angle images using a large-area image sensor, a lens array consisting of multiple small lenses is used instead of a large and heavy wide-angle lens, and this lens array and CMOS image sensor are used. A combined imaging system is known (see Patent Documents 1 to 3 below).

特開2001-61109号公報Japanese Patent Application Publication No. 2001-61109 特開2003-163938号公報Japanese Patent Application Publication No. 2003-163938 特開2005-167484号公報Japanese Patent Application Publication No. 2005-167484

Hein Loijens et.al., "A 23 x 25.9cm2 RGB color CMOS Imager System for Digital Photography", IISW, R46, pp.289-292(2011)Hein Loijens et.al., "A 23 x 25.9cm2 RGB color CMOS Imager System for Digital Photography", IISW, R46, pp.289-292(2011)

しかしながら、上述した非特許文献1に記載の従来技術によっては、各CMOS撮像素子間の隣接領域における画素が欠損するとの課題の他、各CMOS撮像素子間での位置合わせのずれに伴う欠陥が視認されやすいという課題がある。
また、上述した特許文献1~3に記載の従来技術によっては、CMOS撮像素子の大面積化に伴う課題を根本的に解決することは困難である。
However, depending on the conventional technology described in Non-Patent Document 1 mentioned above, in addition to the problem of missing pixels in adjacent areas between each CMOS image sensor, defects due to misalignment between each CMOS image sensor can be visually recognized. The problem is that it is easy to be attacked.
Furthermore, it is difficult to fundamentally solve the problems associated with the increase in the area of CMOS image pickup devices using the conventional techniques described in Patent Documents 1 to 3 mentioned above.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、撮像素子の大面積化により大幅に画素数が増加しても、画素信号読出し時における1ライン分に要する選択時間を短縮することができ、動画に必要な枚数の画像を取得することが可能な撮像素子、撮像装置および撮像素子の製造方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to shorten the selection time required for one line when reading out pixel signals even if the number of pixels increases significantly due to the enlargement of the area of the image sensor. An object of the present invention is to provide an imaging device, an imaging device, and a method for manufacturing the imaging device, which are capable of capturing the required number of images for a moving image.

以上の目的を達成するため、本発明の撮像素子、撮像装置および撮像素子の製造方法は以下のような構成とされている。
すなわち、本発明の撮像素子は、
上方向からの光を受けて該光が担持する被写体像情報を撮影する撮像素子において、
基板と、
該基板の所定の位置において、この基板を上下に貫通する貫通電極と、
該基板の上方に配された、画素電極と半導体素子を含む画素をアレイ状に配してなる画素構造と、
所望の前記画素に電気的に接続されるとともに、これら画素同士の間を通過するように配された配線電極と、
前記画素構造の上方に配された光電変換膜と、
該光電変換膜の上方に配された対向電極と、
該対向電極の上方に配され、前記被写体像情報を前記光電変換膜上に結像させる結像レンズとを備え、
前記画素構造は、所望の数の前記画素を含む画素グループからなる駆動エリア毎に区分され、
前記駆動エリア毎の前記配線電極の各々に、対応する前記貫通電極が電気的に接続されるように、かつ各前記駆動エリアは、互いに並行して、これら駆動エリアの各々に含まれる画素を読み出すように構成されていることを特徴とするものである。
ここで、上記「並行して」とは、必ずしも、全ての駆動エリアにおける画素信号読出し動作が同期して行われることまでを意味するものではなく、少なくとも複数の駆動エリアの画素信号読取りの少なくとも一部が、互いに重複した期間に重複して行われ、その結果、画像取得時における1ライン分に要する選択時間を短縮することができるものであればよい。下記撮像素子の製造方法において用いられる用語についても同様である。
また、上記「上方向」とは、撮像素子の各部の相対的な位置関係を規定するために用いられる便宜的な表現である。なお、下記撮像素子の製造方法において用いられる用語についても同様である。
また、「前記貫通電極が電気的に接続されるように」とは、貫通電極と配線電極が必ずしも直接接続されることを意味するものではなく、貫通電極と配線電極が、他の導電部材を介して間接的に接続される場合も含まれるものとする。なお、下記撮像素子の製造方法において用いられる用語についても同様である。
In order to achieve the above object, an image sensor, an image sensor, and a method for manufacturing an image sensor according to the present invention have the following configuration.
That is, the image sensor of the present invention has the following characteristics:
In an image sensor that receives light from above and captures subject image information carried by the light,
A substrate and
a through electrode that vertically penetrates the substrate at a predetermined position of the substrate;
a pixel structure in which pixels including pixel electrodes and semiconductor elements are arranged in an array above the substrate;
a wiring electrode electrically connected to the desired pixels and arranged to pass between the pixels;
a photoelectric conversion film arranged above the pixel structure;
a counter electrode arranged above the photoelectric conversion film;
an imaging lens disposed above the counter electrode to form an image of the subject image information on the photoelectric conversion film;
The pixel structure is divided into drive areas each consisting of a pixel group including a desired number of the pixels,
The pixels included in each of the drive areas are read out in parallel with each other so that the corresponding through electrode is electrically connected to each of the wiring electrodes of each of the drive areas. It is characterized by being configured as follows.
Here, the above-mentioned "in parallel" does not necessarily mean that the pixel signal readout operations in all drive areas are performed synchronously, but at least one of the pixel signal readout operations in a plurality of drive areas. Any selection method may be used as long as the sections are performed overlappingly in mutually overlapping periods and, as a result, the selection time required for one line at the time of image acquisition can be shortened. The same applies to terms used in the method for manufacturing an image sensor described below.
Moreover, the above-mentioned "upward direction" is a convenient expression used to define the relative positional relationship of each part of the image sensor. Note that the same applies to terms used in the method for manufacturing an image sensor described below.
Furthermore, "so that the through electrodes are electrically connected" does not necessarily mean that the through electrodes and wiring electrodes are directly connected, but that the through electrodes and wiring electrodes are connected to other conductive members. This also includes cases where the connection is made indirectly through the Note that the same applies to terms used in the method for manufacturing an image sensor described below.

また、前記結像レンズが、複数のレンズを配列したレンズアレイからなるものとすることができる。
また、前記駆動エリアの存在によっても、前記画素構造内の前記画素は等間隔に配されていることが好ましい。
また、本発明の撮像装置は、例えば、上記いずれかの撮像素子を備え、前記基板をフレキシブルな材料にて形成し、少なくとも一部が湾曲形状をなすように構成される。または、本発明の撮像装置は、例えば、上記いずれかの撮像素子を備え、前記基板をフレキシブルな材料にて形成し、全体として円筒形状をなすように構成される。この場合において、撮像面を円筒の内側表面としてもよいし、外側表面としてもよく、用途に応じて適宜設定され、また、結像レンズは、レンズアレイとすることが好ましい。
さらに、本発明の撮像装置は、例えば、前記基板をフレキシブルな材料にて形成し、ウェラブルな装置に収容可能に構成される。この場合にも、結像レンズは、レンズアレイとすることが好ましい。
Further, the imaging lens may be composed of a lens array in which a plurality of lenses are arranged.
Furthermore, it is preferable that the pixels in the pixel structure are equally spaced due to the presence of the drive area.
Further, the imaging device of the present invention includes, for example, any one of the above-mentioned imaging elements, and the substrate is made of a flexible material, and at least a portion thereof is configured to have a curved shape. Alternatively, the imaging device of the present invention includes, for example, any of the above-mentioned imaging elements, the substrate is made of a flexible material, and the imaging device is configured to have a cylindrical shape as a whole. In this case, the imaging surface may be the inner surface or the outer surface of the cylinder, and is appropriately set depending on the application, and the imaging lens is preferably a lens array.
Further, in the imaging device of the present invention, for example, the substrate is formed of a flexible material and is configured to be accommodated in a wearable device. Also in this case, the imaging lens is preferably a lens array.

また、本発明の撮像素子の製造方法は、
上方向からの光を受けて該光が担持する被写体像情報を撮影する撮像素子の製造方法において、
基板を配設する基板配設工程と、
該基板の所定の位置において、この基板を上下に貫通する貫通電極を形成する貫通電極形成工程と、
該基板の上方に、画素電極と半導体素子を含む画素をアレイ状に配して画素構造を形成する画素構造形成工程と、
所望の前記画素に電気的に接続される配線電極が、これら画素同士の間を通過するように配する配線電極形成工程と、
前記画素構造の上方に光電変換膜を積層する光電変換膜積層工程と、
該光電変換膜の上方に対向電極を積層する対向電極積層工程と、
該対向電極の上方に、前記被写体像情報を前記光電変換膜上に結像させる結像レンズを配設する結像レンズ配設工程とを、この順に行い、
前記画素構造を、所望の数の前記画素を含む画素グループからなる駆動エリア毎に区分し、前記駆動エリア毎の前記配線電極の各々に、対応する前記貫通電極が電気的に接続されるように、かつ各前記駆動エリアは、互いに並行して、これら駆動エリアの各々に含まれる画素が読み出されるように、画素信号の読出しタイミングを設定する画素信号読出しタイミング設定工程を行うことを特徴とするものである。
Further, the method for manufacturing an image sensor of the present invention includes:
In a method for manufacturing an image sensor that receives light from above and captures subject image information carried by the light,
a board placement process for placing the board;
a through electrode forming step of forming a through electrode that vertically penetrates the substrate at a predetermined position of the substrate;
a pixel structure forming step of arranging pixels including pixel electrodes and semiconductor elements in an array above the substrate to form a pixel structure;
a wiring electrode forming step in which a wiring electrode electrically connected to the desired pixel is arranged so as to pass between the pixels;
a photoelectric conversion film lamination step of laminating a photoelectric conversion film above the pixel structure;
a counter electrode lamination step of laminating a counter electrode above the photoelectric conversion film;
performing in this order an imaging lens arranging step of arranging an imaging lens above the counter electrode to form an image of the subject image information onto the photoelectric conversion film;
The pixel structure is divided into drive areas each consisting of a pixel group including a desired number of pixels, and the corresponding through electrode is electrically connected to each of the wiring electrodes in each drive area. , and each of the driving areas is characterized in that a pixel signal readout timing setting step of setting the readout timing of the pixel signal is performed in parallel with each other so that the pixels included in each of these drive areas are read out. It is.

本発明の撮像素子および撮像装置によれば、全画素に対して、少数の画素にグループ分けされてなる駆動エリア毎に、光電変換された画素信号を読み出すように、かつ互いに並行して該画素信号を読み出すように構成されているので、撮像素子が大面積で画素数が大幅に増加した場合であっても、画素信号読出し時における1ライン分に要する選択時間を短縮することができ、動画に必要な枚数の画像を取得することが可能である。また本発明の撮像素子の製造方法を用いることで、撮像素子が大面積で画素数が大幅に増加した場合であっても、動画に必要な枚数の画像を取得し得る撮像素子を製造することができる。 According to the imaging device and the imaging device of the present invention, photoelectrically converted pixel signals are read out for each drive area, which is grouped into a small number of pixels, for all pixels, and in parallel to each other. Since it is configured to read out signals, even if the image sensor has a large area and the number of pixels has increased significantly, the selection time required for one line when reading out pixel signals can be shortened, and even if the image sensor has a large area and the number of pixels has increased significantly, it is possible to shorten the selection time required for one line when reading out pixel signals. It is possible to acquire the required number of images. Furthermore, by using the method for manufacturing an image sensor of the present invention, it is possible to manufacture an image sensor that can acquire the number of images required for a moving image even if the image sensor has a large area and the number of pixels has increased significantly. Can be done.

本発明に係る撮像素子の概念的な構成を示す概略断面図であって、(a)大型の撮像レンズを用いた例、および(b)レンズアレイを撮像レンズに用いた例、を示すものである。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the conceptual configuration of an image sensor according to the present invention, showing (a) an example using a large imaging lens, and (b) an example using a lens array as the imaging lens. be. 本発明の実施形態1に係る撮像素子を示す概念図である。1 is a conceptual diagram showing an image sensor according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施形態2に係る撮像素子を示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing an image sensor according to Embodiment 2 of the present invention.

以下、本発明の実施形態に係る撮像素子、撮像装置および撮像素子の製造方法について図面を用いて説明する。なお、図1~3は、各構成要素の配置の理解を容易とするための模式図である(実際には、各部材が間隔を空けずに積み重ねられた構造とされている)。
まず、図1を用いて、本発明の撮像素子の概念について簡単に説明する。なお、図1(a)の撮像素子1では、撮像レンズが1つの大径のレンズ13からなるのに対し、図1(b)の撮像素子1Aでは、撮像レンズが多数の小径のレンズを縦横に配列してなるレンズアレイ13Aから構成される。なお、撮像素子1Aでは、その他の部材のうち撮像素子1の部材(基板10、駆動エリア11、光電変換膜12)に対応するものは、撮像素子1の部材に付した符号にAを付した符号(基板10A、駆動エリア11A、光電変換膜12A)により表される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An image sensor, an image sensor, and a method for manufacturing an image sensor according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that FIGS. 1 to 3 are schematic diagrams to facilitate understanding of the arrangement of each component (actually, each component is stacked one on top of the other with no gaps left between each other).
First, the concept of the image sensor of the present invention will be briefly explained using FIG. Note that in the image sensor 1 in FIG. 1(a), the imaging lens consists of one large-diameter lens 13, whereas in the image sensor 1A in FIG. 1(b), the imaging lens consists of many small-diameter lenses vertically and horizontally It is composed of a lens array 13A arranged in the following manner. In addition, in the image sensor 1A, among other members, those corresponding to the members of the image sensor 1 (substrate 10, drive area 11, photoelectric conversion film 12) are indicated by adding A to the reference numerals attached to the members of the image sensor 1. It is represented by a symbol (substrate 10A, drive area 11A, photoelectric conversion film 12A).

<本発明の撮像素子の概念>
本発明の撮像素子1、1Aの構成のポイントとしては、基板10、10A上に設けられた画素アレイを構成する全ての画素を、図1(a)、(b)に示すように、複数の領域(駆動エリア11)に分割し、各駆動エリア11、11Aの信号読出しを個別かつ互いに並行して行うように構成されている、ことにある。
各駆動エリア11、11Aに含まれる画素数を適切に設定することにより、1画素または1ライン当たりの選択時間を十分に確保することができるため、撮像素子1、1Aの画素数が増加しても画素信号の高速読出しが可能となる。例えば各駆動エリア11、11Aに含まれる画素数をより少なく設定することにより、各駆動エリア11、11Aでは、より高い周波数での動画読出しも可能となる。例えば120Hz以上の応答も容易に行うことが可能である。
ただし、画素信号の読出し処理を行った後、後段の回路によって画像合成等の演算処理が必要とされる。
<Concept of the image sensor of the present invention>
The key point of the configuration of the image sensor 1, 1A of the present invention is that all the pixels constituting the pixel array provided on the substrate 10, 10A are arranged in a plurality of pixels as shown in FIGS. The driving area 11 is divided into regions (drive areas 11), and the signal readout of each drive area 11, 11A is performed individually and in parallel.
By appropriately setting the number of pixels included in each drive area 11, 11A, sufficient selection time can be secured for each pixel or line, so the number of pixels of the image sensor 1, 1A can be increased. It also becomes possible to read out pixel signals at high speed. For example, by setting the number of pixels included in each drive area 11, 11A to be smaller, it is also possible to read out a moving image at a higher frequency in each drive area 11, 11A. For example, a response of 120 Hz or more can be easily achieved.
However, after the pixel signal readout process is performed, arithmetic processing such as image synthesis is required by a subsequent circuit.

すなわち、駆動エリア11、11A毎に、従来のCMOSセンサや有機撮像デバイス等と同様に信号読出しの画素回路が構築されることにより、入射光に伴う信号を駆動エリア11、11A毎に並行して個別に読み出すことが可能である。それらは画素毎に従来の撮像素子と同様に画像信号に変換され、最終的には既存の画像処理により繋ぎ合わせた1枚の画像に変換することができる。このとき、駆動エリア11、11A同士の信号読出しについて適切に同期を取ることでフレームレートを制御することが可能となる。 That is, by constructing a signal readout pixel circuit for each drive area 11, 11A, similar to conventional CMOS sensors, organic imaging devices, etc., signals associated with incident light are transmitted in parallel to each drive area 11, 11A. It is possible to read them individually. They are converted pixel by pixel into image signals in the same way as in conventional image sensors, and finally can be converted into a single image that is stitched together using existing image processing. At this time, it becomes possible to control the frame rate by appropriately synchronizing signal readout between the drive areas 11 and 11A.

またレンズアレイ13Aの隣り合うレンズで取得される画像同士が、位置ずれのために互いに重複するような場合には、各画像に対して簡単な演算処理を行うことで、より解像度の高い画像を得ることも可能である。これらの画像処理は、各駆動エリア11、11Aで取得される画像に応じて、適切な画像処理法を採用すればよい。また画素信号は貫通電極(115、215)を介して裏面で読み出されるため、貫通電極(115、215)に接続するICなどを、裏面に取り付けることができる。なお、駆動エリア11、11A毎に並列に処理されることから、画素数を相対的に小さくすることができるため、超多画素化を行うことも可能である。
駆動エリア11、11Aの数に上限はなく、超大面積化や超多層化等により表現される、従来のCMOSデバイスでは作成が困難な撮像素子を構築することができる。
Furthermore, if images acquired by adjacent lenses of the lens array 13A overlap each other due to positional deviation, a higher resolution image can be obtained by performing simple arithmetic processing on each image. It is also possible to obtain For these image processes, an appropriate image processing method may be adopted depending on the images acquired in each drive area 11, 11A. Furthermore, since pixel signals are read out on the back surface via the through electrodes (115, 215), an IC or the like connected to the through electrodes (115, 215) can be attached to the back surface. Note that since the driving areas 11 and 11A are processed in parallel, the number of pixels can be relatively reduced, so it is also possible to increase the number of pixels.
There is no upper limit to the number of driving areas 11, 11A, and it is possible to construct an image sensor that is difficult to create with a conventional CMOS device, which is expressed by an extremely large area or extremely multilayered structure.

また、撮像レンズとしては、図1(a)に示すような1つのレンズ13から、図1(b)に示すようなレンズアレイ13Aまで、種々のレンズを用途に応じて選択することが可能である。そのため、例えば天体望遠鏡のような大口径レンズを適用した撮影システムや、大型の広角レンズを適用した広視野角の撮影システム、さらにはマルチレンズを適用した超広視野角の撮影システムに至るまで、種々のカメラへの適用が可能である。
また、プラスティック基板への適用も可能であるため、360度に亘る全周撮影が可能な映像システムを1つの撮像素子により構成することができるので、複数台のカメラを並べて撮影するような状況をとる必要がなくなり、複数台のカメラ間の複雑な位置合わせが不要となる。
以下、本願発明の撮像素子について、実施形態1、2を用いて、具体的に説明する。
Furthermore, as the imaging lens, various lenses can be selected depending on the purpose, from a single lens 13 as shown in FIG. 1(a) to a lens array 13A as shown in FIG. 1(b). be. For this reason, for example, we have developed a wide range of systems, including imaging systems that use large-diameter lenses such as those used in astronomical telescopes, wide viewing angle imaging systems that use large wide-angle lenses, and even ultra-wide viewing angle imaging systems that use multiple lenses. Application to various cameras is possible.
In addition, since it can be applied to plastic substrates, a video system capable of 360-degree imaging can be configured with a single image sensor, making it possible to create a situation where multiple cameras are lined up to take pictures. This eliminates the need for complicated alignment between multiple cameras.
Hereinafter, the image sensor of the present invention will be specifically described using Embodiments 1 and 2.

<撮像素子>
◎実施形態1
実施形態1に係る撮像素子101は、図2に、その一部が示されるように、図面上方向からの光を受けてその光が担持する被写体像情報を撮影する撮像素子であって、複数の貫通電極115が、上下方向に貫通するように形成されてなる基板110と、この基板110上に形成された、画素電極116と半導体素子117からなる画素120を縦横にアレイ状に配列してなる画素構造と、所定の画素120に電気的に接続されるとともに、各画素120同士の間を通過するように配される配線電極118と、画素構造の上方に配された光電変換膜112と、光電変換膜112の上方に配された対向電極119と、対向電極119の上方に配され、被写体像情報を光電変換膜112上に結像させるレンズアレイ113とを備えている。
<Image sensor>
Embodiment 1
As partially shown in FIG. 2, the image sensor 101 according to the first embodiment is an image sensor that receives light from above in the drawing and captures subject image information carried by the light. A substrate 110 in which a through electrode 115 is formed so as to penetrate in the vertical direction, and pixels 120 formed on this substrate 110 and consisting of a pixel electrode 116 and a semiconductor element 117 are arranged in an array in a vertical and horizontal direction. a pixel structure, a wiring electrode 118 electrically connected to a predetermined pixel 120 and arranged to pass between each pixel 120, and a photoelectric conversion film 112 arranged above the pixel structure. , a counter electrode 119 disposed above the photoelectric conversion film 112 , and a lens array 113 disposed above the counter electrode 119 for focusing object image information onto the photoelectric conversion film 112 .

また、画素構造は、所定個の画素120を含む画素グループからなる駆動エリア111毎に区分され(図2では、1つの駆動エリア111の一部に含まれる複数個の画素120が示されている)、駆動エリア111毎の配線電極118の各々に、対応する貫通電極115が電気的に接続されるように、かつ各駆動エリア111は、これら駆動エリア111の各々に含まれる画素120を、互いに並行して(時間的に重複して)読み出すように構成されている。なお、貫通電極115は、図示される、縦の配線にも横の配線にも接続することになる。なお、配線の数は画素回路によって異なるので、図2、3に示される配線の数や配置は、適宜変更されるものである。 Furthermore, the pixel structure is divided into drive areas 111 each consisting of a pixel group containing a predetermined number of pixels 120 (in FIG. 2, a plurality of pixels 120 included in a part of one drive area 111 are shown). ), each drive area 111 connects the pixels 120 included in each drive area 111 to each other so that the corresponding through electrode 115 is electrically connected to each of the wiring electrodes 118 of each drive area 111. They are configured to be read out in parallel (overlapping in time). Note that the through electrode 115 is connected to both the vertical wiring and the horizontal wiring shown in the figure. Note that since the number of wires varies depending on the pixel circuit, the number and arrangement of wires shown in FIGS. 2 and 3 may be changed as appropriate.

すなわち、駆動エリア111の全ての配線電極118(例えばゲート配線、リセット配線、電源ライン等)に対して、少なくとも1個の貫通電極115が割り当てられて接続されているので、駆動エリア111の各画素で発生した画素信号は、基板110の裏面側において貫通電極115と接続された配線により外部に取り出される。
なお、駆動エリア111は全て同じサイズ(同じ数の画素を含むもの)であってもよいし、互いに異なるサイズ(異なる数の画素を含むもの)であってもよい。
That is, since at least one through electrode 115 is assigned and connected to all wiring electrodes 118 (for example, gate wiring, reset wiring, power supply line, etc.) in the driving area 111, each pixel in the driving area 111 The pixel signals generated are taken out to the outside through wiring connected to the through electrodes 115 on the back side of the substrate 110.
Note that the driving areas 111 may all have the same size (containing the same number of pixels), or may have mutually different sizes (containing different numbers of pixels).

このように、実施形態1の撮像素子101においては、全画素120に対して、適切に設定された画素数毎にグループ分けされてなる駆動エリア111毎に光電変換された信号を読み出すように、かつこれらの駆動エリア111が互いに並行して画素信号を読み出すように構成されているので、撮像素子101が大面積で画素数が大幅に増加した場合であっても、画素信号読出し時における1ライン分に要する選択時間を短縮することができ、動画に必要な枚数の画像を取得することができる。 In this way, in the image sensor 101 of the first embodiment, the photoelectrically converted signals are read out for each drive area 111 that is grouped by an appropriately set number of pixels for all pixels 120. In addition, since these drive areas 111 are configured to read out pixel signals in parallel with each other, even if the image sensor 101 has a large area and the number of pixels has increased significantly, one line when reading out pixel signals The selection time required for the video can be shortened, and the number of images required for the video can be acquired.

以下、上述した実施形態1に係る撮像素子101の各部材について、さらに詳細に説明する。
各画素120に配設される上記半導体素子117は、画素当たり1つ、または複数個設けることが可能である。例えば、3トランジスタ型の撮像素子101の場合、半導体素子117は、スイッチングトランジスタ、増幅トランジスタおよびリセットトランジスタにより構成され、さらに画素120の外部には負荷トランジスタが配置され、これにより構成されたソースフォロワ回路により電荷増幅を行うことができるように構成される。
Each member of the image sensor 101 according to the first embodiment described above will be described in more detail below.
One or more semiconductor elements 117 can be provided in each pixel 120. For example, in the case of a three-transistor type image sensor 101, the semiconductor element 117 is configured with a switching transistor, an amplification transistor, and a reset transistor, and a load transistor is further arranged outside the pixel 120, and a source follower circuit configured with this. The configuration is such that charge amplification can be performed by.

また、ソースフォロワ回路を構成する負荷トランジスタは、各々の電荷が各読出し信号線に対して形成されるが、これを基板110の裏側に配置し、貫通電極115を介して表側の配線電極118と接続されるように構成することもできる。一方、負荷トランジスタを駆動エリア111の下層に配設することにより、画素120の配置を変えることなく基板110の表面に配置することが可能である。
なお、上記画素構造としては、上述した構成に拘わらず、通常のCMOS撮像素子に適用される種々の画素回路を用いることが可能である。
In addition, the load transistors forming the source follower circuit, each of which has charges formed for each readout signal line, are arranged on the back side of the substrate 110 and connected to the wiring electrodes 118 on the front side via the through electrodes 115. It can also be configured to be connected. On the other hand, by arranging the load transistor in the lower layer of the drive area 111, it is possible to arrange it on the surface of the substrate 110 without changing the arrangement of the pixels 120.
Note that, as the pixel structure, various pixel circuits applied to a normal CMOS image sensor can be used, regardless of the above-described configuration.

また、上記半導体素子117はTFTであってもよく、TFTを、例えば酸化物半導体により形成した場合、ガラスに比べて耐熱性の低いプラスティックによる基板上にも大面積で形成することが可能である。
また、上記貫通電極115は基板110の表面側と裏面側を電気的に接続するものであり、構成材料としては、金属や導電性材料等を適用し得るが、抵抗はできるだけ小さいものとすることが望ましい。
Further, the semiconductor element 117 may be a TFT, and if the TFT is formed of, for example, an oxide semiconductor, it can be formed over a large area even on a substrate made of plastic, which has lower heat resistance than glass. .
The through electrode 115 electrically connects the front side and the back side of the substrate 110, and may be made of metal, conductive material, etc., but the resistance should be as low as possible. is desirable.

◎実施形態2
次に、図3を用いて、実施形態2に係る撮像素子について説明する。なお、実施形態1の撮像素子と共通する部材も多いので、実施形態1の部材に対応する実施形態2の部材については、実施形態1の部材に付した符号に100を加えて実施形態2の部材の符号とする。
本実施形態に係る撮像素子の特徴は、上記基板210上に、貫通電極215と各種配線を接続するための中間配線層223を設けたものである。これにより貫通電極215の径を大きくすることができ、基板210の孔開け処理や電極形成プロセスを容易に行うことができ、また、回路が形成される表面の平坦性を高くすることも可能となる。
中間配線層223の内部に構築された接続電極221およびビア222は、金属や導電性高分子材料等を用いて自由に形成することが可能であるが、抵抗はできるだけ小さいものとすることが望ましい。
◎Embodiment 2
Next, an image sensor according to the second embodiment will be described using FIG. 3. Note that there are many members common to the image sensor of Embodiment 1, so for the members of Embodiment 2 that correspond to the members of Embodiment 1, add 100 to the reference numerals given to the members of Embodiment 1 and use the same numbers as those of Embodiment 2. This shall be the code of the member.
A feature of the image sensor according to this embodiment is that an intermediate wiring layer 223 is provided on the substrate 210 to connect the through electrodes 215 and various wirings. This allows the diameter of the through-hole electrode 215 to be increased, making it easier to perform hole-drilling and electrode-forming processes on the substrate 210, and to increase the flatness of the surface on which the circuit is formed. Become.
The connection electrodes 221 and vias 222 constructed inside the intermediate wiring layer 223 can be freely formed using metals, conductive polymer materials, etc., but it is desirable that the resistance be as small as possible. .

撮像レンズとしては、1つの大きなレンズであってもよいし、複数のレンズを組み合わせた組み合わせレンズとしてもよいし、複数の小径のレンズをデバイス面内に縦横に配置したレンズアレイとしてもよい(図3ではレンズアレイ213とされている)。図3に示すようなレンズアレイ213を用いた複眼方式とした場合は、各レンズで取得された映像を合成することにより、高解像度化や広視野角化を実現することができる。またレンズアレイ213を適用した場合、各レンズの大きさは、必ずしも同じである必要はない。また、レンズアレイ213においては、各レンズの間隔、個数、配置、光軸、材質等は一定である必要はなく、取得する映像、画角、または撮影する対象物の方向に応じて自由に選択し、配置することができる。 The imaging lens may be a single large lens, a combination of multiple lenses, or a lens array with multiple small diameter lenses arranged vertically and horizontally within the device plane (see Figure 3, it is referred to as a lens array 213). In the case of a compound eye system using a lens array 213 as shown in FIG. 3, high resolution and wide viewing angle can be realized by combining images acquired by each lens. Furthermore, when the lens array 213 is applied, the size of each lens does not necessarily have to be the same. In addition, in the lens array 213, the spacing, number, arrangement, optical axis, material, etc. of each lens do not need to be constant, and can be freely selected depending on the image to be acquired, the angle of view, or the direction of the object to be photographed. and can be placed.

また、図3では、レンズアレイ213とされているので、各駆動エリア211に対して1つのレンズを対応させて配置すれば、1つの駆動エリア211で1つの要素画像を取得することができる。
また、レンズアレイ213の下方には、各レンズに対応させて、図3に示すようなアパーチャ板(所定位置に透孔を設けた板状部材)225や隔壁を形成することも可能であり、これによって、各画素において、隣接するレンズからの光を遮光することが可能となる。また、これらアパーチャ板225等の構造は、レンズアレイ213の上方に配置することも可能である。
Further, in FIG. 3, since the lens array 213 is used, if one lens is arranged in correspondence with each drive area 211, one element image can be acquired in one drive area 211.
Further, below the lens array 213, it is also possible to form an aperture plate (a plate-like member with a through hole at a predetermined position) 225 or a partition wall as shown in FIG. 3 in correspondence with each lens. This allows each pixel to block light from adjacent lenses. Further, the structures such as the aperture plate 225 can also be arranged above the lens array 213.

結像用のレンズまたはレンズアレイとして、メタレンズやフレネルレンズ等の平面レンズを適用することも可能であり、これにより大面積でも薄型の撮像素子を構築することができる。 It is also possible to use a flat lens such as a metalens or a Fresnel lens as an imaging lens or lens array, and thereby a thin imaging device can be constructed even with a large area.

また、画素毎に異なる色情報を取得する場合には、上述した結像用のレンズまたはレンズアレイの下方に、カラーフィルタや紫外線カットフィルタ、赤外線カットフィルタ等を配設することも可能である。 Further, when obtaining different color information for each pixel, it is also possible to arrange a color filter, an ultraviolet cut filter, an infrared cut filter, etc. below the above-mentioned imaging lens or lens array.

上述した光電変換膜212は、有機膜やSe(セレン)等からなる無機材料で光電変換機能を有するものであれば、種々の材料を適用することが可能である。例えば各色(例えば赤色・緑色・青色の3原色)に感度を有する複数の有機膜を用いた場合には、それら各色に対応する有機膜を画素毎に適宜配置することにより、カラーフィルタを使用することなくカラー画像を取得することが可能である。 The photoelectric conversion film 212 described above can be made of various materials as long as it is an organic film or an inorganic material such as Se (selenium) and has a photoelectric conversion function. For example, when using multiple organic films that are sensitive to each color (for example, the three primary colors of red, green, and blue), a color filter can be used by appropriately arranging organic films corresponding to each color for each pixel. It is possible to obtain color images without

また、光電変換膜212は可視光以外に感度を有する材料を用いることにより、赤外線センサや紫外線センサ等を構築することも可能である。
また、光電変換膜212として、複数の材料を混合した材料を用いることが可能である。また、例えば各色(例えば赤色・緑色・青色の3原色)に感度を有する複数の有機膜を積層した構成とすることも可能であり、必要に応じて既存の材料構成を適宜用いることが可能である。
Furthermore, by using a material that is sensitive to light other than visible light for the photoelectric conversion film 212, it is also possible to construct an infrared sensor, an ultraviolet sensor, or the like.
Further, as the photoelectric conversion film 212, it is possible to use a material that is a mixture of a plurality of materials. In addition, it is also possible to have a structure in which multiple organic films that are sensitive to each color (for example, the three primary colors of red, green, and blue) are laminated, and existing material structures can be used as necessary. be.

基板210の構成材料としては、大面積化に適した材料が好ましく、例えばガラスやプラスティック、あるいはゴム等を用いることが可能である。表面や裏面に配線を形成しやすいように、基板210の表面および裏面はできるだけ平坦性の高いものとすることが好ましい。 As the constituent material of the substrate 210, a material suitable for increasing the area is preferable, and for example, glass, plastic, rubber, or the like can be used. The front and back surfaces of the substrate 210 are preferably made as highly flat as possible so that wiring can be easily formed on the front and back surfaces.

<撮像装置>
また、基板210にプラスティックやゴム等の柔軟な材料を用いることによって、撮像素子を湾曲形状とすることが可能である。その際、結像レンズとしてレンズアレイを用いることで、異なる方向の画像を効率よく取得することが可能となる。例えば、円筒状の撮像素子201を構成することにより、360度全周に亘る映像を取得可能な超広視野角カメラを構成することが可能である。
また、大面積撮像素子とレンズアレイを用いることにより、超大面積の壁型の撮像装置等への適用も可能である。
<Imaging device>
Further, by using a flexible material such as plastic or rubber for the substrate 210, it is possible to form the image sensor into a curved shape. In this case, by using a lens array as an imaging lens, it becomes possible to efficiently acquire images in different directions. For example, by configuring the cylindrical image sensor 201, it is possible to configure an ultra-wide viewing angle camera that can capture images over the entire circumference of 360 degrees.
Further, by using a large-area image sensor and a lens array, it is also possible to apply the present invention to a wall-type image pickup device with an extremely large area.

さらに、撮像素子201を円筒状の壁体の内側に形成することにより、その円筒状の壁体の内側に配置した物体(例えば、美術品)の360度全周映像を撮影することも可能である。この場合には、結像レンズとしてレンズアレイ213を用いることが好ましい。
さらに、柔軟な基板を適用することにより、例えば、腕に装着するウェアラブルカメラとして用いることも可能である。この場合にも、結像レンズとしてレンズアレイ213を用いることが好ましい。
なお、本発明の撮像素子においては基本的な構成のみを示してあり、例えば、上記では説明していない層、例えば、対向電極219の上部に透明な保護層等を適宜、配設することができる。
Furthermore, by forming the image sensor 201 inside a cylindrical wall, it is possible to capture a 360-degree image of an object (for example, a work of art) placed inside the cylindrical wall. be. In this case, it is preferable to use the lens array 213 as the imaging lens.
Furthermore, by applying a flexible substrate, it is also possible to use it as a wearable camera worn on the arm, for example. In this case as well, it is preferable to use the lens array 213 as the imaging lens.
Note that in the image sensor of the present invention, only the basic configuration is shown, and for example, a layer not explained above, such as a transparent protective layer etc., may be provided as appropriate over the counter electrode 219. can.

<撮像素子の製造方法>
以下、本発明に係る撮像素子の製造方法について、下記実施形態1、2を用いて説明する。
なお、実施形態1に係る撮像素子の製造方法は、上記実施形態1に係る撮像素子を製造する方法であり、実施形態2に係る撮像素子の製造方法は、上記実施形態2に係る撮像素子を製造する方法であるが、各実施形態は一部のみにおいて互いに異なるので、まずは、図2を用いて実施形態1に係る撮像素子の製造方法について説明し、次に実施形態2に係る撮像素子の製造方法については、実施形態1に係る撮像素子の製造方法と相違する部分について、図3を用いて説明するものとする。
<Manufacturing method of image sensor>
Hereinafter, a method for manufacturing an image sensor according to the present invention will be described using Embodiments 1 and 2 below.
Note that the method for manufacturing an image sensor according to Embodiment 1 is a method for manufacturing an image sensor according to Embodiment 1, and the method for manufacturing an image sensor according to Embodiment 2 is a method for manufacturing an image sensor according to Embodiment 2 above. However, each embodiment differs from each other only in part, so first, the method for manufacturing the image sensor according to Embodiment 1 will be explained using FIG. 2, and then the method for manufacturing the image sensor according to Embodiment 2 will be explained. Regarding the manufacturing method, the differences from the manufacturing method of the image sensor according to the first embodiment will be explained using FIG. 3.

◎実施形態1
(1)基板に貫通電極を形成する工程
本実施形態方法では、まず、基板110内に貫通電極115を形成する。
この工程での、貫通電極115を形成する技術としては、既存の全ての製造技術を適用することが可能である。
例えば、基板110に、フォトリソグラフィ法等を用いて開口部を設け、この開口部内に、めっき法等を用いて貫通電極を115を形成する。
あるいは、例えば、貫通電極115とされる柱状の金属材料を所定位置に配置した状態で、基板110の材料を流し込んで貫通電極115付きの基板110を形成してもよい。
また、例えば、貫通電極115を形成した後に、形成されたその貫通電極115の表面を研磨することにより平坦性を高める手法を適用することも可能である。
Embodiment 1
(1) Step of forming a through electrode in the substrate In the method of this embodiment, first, the through electrode 115 is formed in the substrate 110.
As a technique for forming the through electrode 115 in this step, all existing manufacturing techniques can be applied.
For example, an opening is provided in the substrate 110 using a photolithography method or the like, and a through electrode 115 is formed in the opening using a plating method or the like.
Alternatively, for example, the substrate 110 with the through electrodes 115 may be formed by pouring the material of the substrate 110 while a columnar metal material serving as the through electrodes 115 is placed at a predetermined position.
Further, for example, it is also possible to apply a method of improving flatness by polishing the surface of the formed through electrode 115 after forming the through electrode 115.

(2)配線電極、半導体素子および画素電極を形成する工程
貫通電極115を形成した基板110上に、順番を問わず、配線電極118、半導体素子117および画素電極116を形成する。これら、配線電極118、半導体素子117および画素電極116のパターニングは、フォトリソグラフィ法や、パターニング用マスク上から各種材料を所望の方法で成膜する手法等の中から自由に選択することができる。
これら、配線電極118、半導体素子117および画素電極116は、構成する材料に応じてスパッタ法、蒸着法、CVD法、各種コーティング法(スピンコート法、インクジェット法および各種の印刷技術等)等の種々の成膜技術を適用することが可能である。
(2) Step of forming wiring electrodes, semiconductor elements, and pixel electrodes On the substrate 110 on which the through electrodes 115 are formed, the wiring electrodes 118, the semiconductor elements 117, and the pixel electrodes 116 are formed in any order. Patterning of the wiring electrode 118, the semiconductor element 117, and the pixel electrode 116 can be freely selected from photolithography, a method of forming a film of various materials on a patterning mask by a desired method, and the like.
These wiring electrodes 118, semiconductor elements 117, and pixel electrodes 116 can be formed using various methods such as sputtering, vapor deposition, CVD, and various coating methods (spin coating, inkjet methods, various printing techniques, etc.) depending on the constituent materials. It is possible to apply the following film-forming technology.

(3)光電変換膜を形成する工程
光電変換膜112を構成する材料に応じて、スパッタ法、蒸着法、CVD法および各種コーティング法(スピンコート法、インクジェット法、各種の印刷技術等)等の種々の成膜技術の中から所望の技術を用いて、配線電極118、半導体素子117および画素電極116の上に光電変換膜112を形成する。
光電変換膜112の形成には、パターニングは特に必要とされないが、例えば赤色、緑色、青色用の有機膜を用いてカラー化する際には、フォトリソグラフィ法等の既存技術を用いてパターニングするようにしてもよい。
また、この光電変換膜112を蒸着法を用いて形成する場合には、マスク蒸着等を適用することで成膜後のパターニングを不要とすることができる。さらに、塗布法による形成が可能な材料の場合には、インクジェット法等を用いて塗布材料を塗り分けることができる。
(3) Step of forming a photoelectric conversion film Depending on the material constituting the photoelectric conversion film 112, sputtering method, vapor deposition method, CVD method, various coating methods (spin coating method, inkjet method, various printing techniques, etc.), etc. The photoelectric conversion film 112 is formed on the wiring electrode 118, the semiconductor element 117, and the pixel electrode 116 using a desired technique from among various film forming techniques.
Patterning is not particularly required to form the photoelectric conversion film 112, but when coloring is performed using organic films for red, green, and blue, for example, patterning may be performed using existing techniques such as photolithography. You can also do this.
Further, when the photoelectric conversion film 112 is formed using a vapor deposition method, patterning after film formation can be made unnecessary by applying mask vapor deposition or the like. Furthermore, in the case of a material that can be formed by a coating method, the coating material can be applied separately using an inkjet method or the like.

(4)対向電極を形成する工程
光電変換膜112上に、スパッタ法、蒸着法、CVD法および各種コーティング法(スピンコート法、インクジェット法、各種の印刷技術等)等の種々の成膜技術の中から所望の技術を用いて、対向電極119を形成する。対向電極は単層構造であっても多層構造であってもよく、各々の材料に応じた成膜法を適用することができる。
対向電極119の形成には、パターニングは特に必要とされないが、周辺部等は、必要に応じて所望の形状にパターニングすることも可能である。パターニングは材料に応じて所望の成膜手法を適用することが可能である。
(4) Step of forming a counter electrode Various film forming techniques such as sputtering, vapor deposition, CVD, and various coating methods (spin coating, inkjet, various printing techniques, etc.) are applied on the photoelectric conversion film 112. A counter electrode 119 is formed using a desired technique. The counter electrode may have a single layer structure or a multilayer structure, and a film formation method suitable for each material can be applied.
Although patterning is not particularly required to form the counter electrode 119, the peripheral portion etc. can be patterned into a desired shape as necessary. For patterning, a desired film formation method can be applied depending on the material.

(5)レンズを形成する工程
形成された対向電極119上に、レンズアレイ113を形成する。その形成手法は、既存の撮像素子の場合と同様の手法を用いることができ、光学系の設計に応じてレンズアレイ113を適切な位置に配置する。レンズアレイ113に替えて、単一のレンズを用いる場合も同様である。また、これらのレンズを所定部材上に積層することにより形成することも可能である。その場合、3次元プリンタ等を用いてレンズの形状となるよう形成する手法や、レンズを構成する材料を所定部材上に積層した後に表面をレンズの形状に加工する手法等を適用することが可能である。
また、上記(1)~(5)の形成工程において、必要に応じて加熱処理(アニール)を施すことも可能である。
(5) Step of forming lenses A lens array 113 is formed on the formed counter electrode 119. The method for forming the lens array 113 can be the same as that for existing image sensors, and the lens array 113 is placed at an appropriate position depending on the design of the optical system. The same applies when a single lens is used instead of the lens array 113. It is also possible to form these lenses by laminating them on a predetermined member. In that case, it is possible to apply methods such as forming the lens into the shape of a lens using a three-dimensional printer, or laminating the materials that make up the lens on a predetermined member and then processing the surface into the lens shape. It is.
Furthermore, in the formation steps (1) to (5) above, heat treatment (annealing) can be performed as necessary.

以上の各工程(1)~(5)を順次行うことにより、実施形態1に係る撮像素子101を作成することができる。
これにより、撮像素子101が大面積で画素数が大幅に増加した場合であっても、動画に必要な枚数の画像を取得し得る撮像素子101を製造することができる。
By sequentially performing the above steps (1) to (5), the image sensor 101 according to the first embodiment can be created.
Thereby, even if the image sensor 101 has a large area and the number of pixels has increased significantly, it is possible to manufacture the image sensor 101 that can acquire the necessary number of images for a moving image.

◎実施形態2
次に、図3を用いて、実施形態2に係る撮像素子の製造方法について説明するが、この説明においては、前述したように、実施形態1に係る撮像素子の製造方法と相違する部分についてのみ説明する。
実施形態2に係る撮像素子の製造方法においては、図3(b)に示すように構成された、貫通電極215と接続電極221を介して接続されるビア222が、各画素電極216と接続されている。すなわち、貫通電極215よりも外径の小さいビア222を用いて、1つの配線電極218のみに接続し易いように構成されている(図3(a)を参照)。そのため、実施形態1における上記(2)配線電極、半導体素子および画素電極を形成する工程を行う前(または行った後)に、下記(1´)(または(2´))の中間配線層を形成する工程を行う。
◎Embodiment 2
Next, a method for manufacturing an image sensor according to Embodiment 2 will be explained using FIG. 3. In this explanation, as described above, only the parts that are different from the method for manufacturing an image sensor according to Embodiment 1 will be described. explain.
In the method for manufacturing an image sensor according to the second embodiment, the via 222 configured as shown in FIG. ing. That is, the via 222 having an outer diameter smaller than that of the through electrode 215 is used to facilitate connection to only one wiring electrode 218 (see FIG. 3(a)). Therefore, before (or after) performing the step (2) of forming wiring electrodes, semiconductor elements, and pixel electrodes in Embodiment 1, the following intermediate wiring layer (1') (or (2')) is formed. Perform the forming process.

(1´)(または(2´))中間配線層を形成する工程
すなわち、貫通電極215の上部に、この貫通電極215に対して垂直方向に延びる接続電極221を接続し、フォトリソグラフィ法等の製法によりパターニングを行う。
貫通電極215をめっき法により形成する際には、基板210の表面上に残された電極をパターニングすることにより、接続電極221を形成することも可能である。
マスク蒸着法により予めパターニングしておく手法や、印刷技術を適用してパターニングする手法等の既存のパターニング技術を、材料に応じて、適宜選択すればよい。
(1') (or (2')) Step of forming an intermediate wiring layer In other words, a connection electrode 221 extending perpendicularly to the through electrode 215 is connected to the upper part of the through electrode 215, and a photolithography method or the like is used. Patterning is performed using the manufacturing method.
When forming the through electrode 215 by plating, it is also possible to form the connection electrode 221 by patterning the electrode left on the surface of the substrate 210.
Existing patterning techniques such as a method of patterning in advance using a mask vapor deposition method and a method of patterning by applying a printing technique may be appropriately selected depending on the material.

また、例えば、接続電極221上に絶縁膜を形成し、接続する配線電極218の位置に開口部を設けて導電性材料からなるビア222を形成する。ビア222は配線電極218の一部で構成してもよいが、上記開口部を予め導電性材料で埋めた後に、各種配線電極218を形成してもよい。
なお、導電性材料の形成やパターニングには、既存の種々の加工技術を適用することができる。
Further, for example, an insulating film is formed on the connection electrode 221, an opening is provided at the position of the wiring electrode 218 to be connected, and a via 222 made of a conductive material is formed. The via 222 may be formed from a part of the wiring electrode 218, but the various wiring electrodes 218 may be formed after the opening is filled with a conductive material in advance.
Note that various existing processing techniques can be applied to the formation and patterning of the conductive material.

また、実施形態2に係る撮像素子の製造方法においては、上記(4)の対向電極を形成する工程を行った後、上記(5)のレンズを形成する工程を行う前に、下記(4´)のアパーチャ板(および/または隔壁)を形成する工程を行う。
(4´)アパーチャ板(隔壁)を形成する工程
この(4´)のアパーチャ板225を形成する工程を行うことにより、対向電極219とレンズアレイ213の間にアパーチャ板225が配され、アパーチャ板225の各透孔はレンズアレイ213の各レンズに対応した配置とされる。これにより、隣接するレンズからの光が取り込まれることによる画質低下の虞を排除することができる。
In addition, in the method for manufacturing an image sensor according to the second embodiment, after performing the step of forming a counter electrode in the above (4), and before performing the step of forming a lens in the above (5), the following step (4' ) to form an aperture plate (and/or partition wall).
(4') Step of forming an aperture plate (partition wall) By performing this step (4') of forming an aperture plate 225, the aperture plate 225 is arranged between the counter electrode 219 and the lens array 213, and the aperture plate Each of the through holes 225 is arranged to correspond to each lens of the lens array 213. Thereby, it is possible to eliminate the risk of image quality deterioration due to light being taken in from adjacent lenses.

なお、図3には記載されていないが、アパーチャ板225に替えて、またはアパーチャ板225とともに、隔壁を配設しても同様の効果を奏することができる。
さらに、撮像素子の上部に遮光用の材料を形成してパターニングする手法、画素に合わせた開口部が形成されているシートを配置する手法、および格子状の壁構造のシートを所望の位置に配設する手法等の中から、所望の手法を適宜選択して適用することも可能である。
なお、上記(4´)のアパーチャ板(隔壁)を形成する工程は、上述した実施形態1に係る撮像素子の製造方法の一工程として取り入れることも可能である。
Although not shown in FIG. 3, the same effect can be achieved even if a partition is provided in place of or together with the aperture plate 225.
Furthermore, we have developed a method of forming and patterning a light-shielding material on top of the image sensor, a method of arranging a sheet with openings that match the pixels, and a method of arranging a sheet with a lattice-like wall structure at a desired position. It is also possible to appropriately select and apply a desired method from among the methods provided.
Note that the step (4') of forming the aperture plate (partition wall) can also be incorporated as one step in the method for manufacturing the image sensor according to the first embodiment described above.

本発明の撮像素子としては上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様のものに変更が可能である。例えば、上記実施形態のものでは、駆動エリアが正方形状とされ、この駆動エリアがマトリクス状とされているが、駆動エリアとしては、長方形状やハニカム形状等の他の形状とすることも可能である。
また、上記実施形態のものでは、走査される方向に配列された複数の駆動エリアの信号読出しが、並行して行われることを前提としているが、一部の駆動エリアの信号読出しが、並行して行われるように、構成することも可能である。
The image pickup device of the present invention is not limited to that of the above-described embodiments, but can be modified to various other types. For example, in the above embodiment, the drive area is square and has a matrix shape, but the drive area can also have other shapes such as a rectangle or a honeycomb shape. be.
Further, in the above embodiment, it is assumed that the signal readout of a plurality of drive areas arranged in the scanning direction is performed in parallel, but the signal readout of some drive areas is performed in parallel. It is also possible to configure it so that it is done.

1、1A、101、201 撮像素子
10、10A、110、210 基板
11、11A、111(一部)、211(一部) 駆動エリア
12、12A、112、212 光電変換膜
13 レンズ
13A、113、213 レンズアレイ
115、215 貫通電極
116、216 画素電極
117、217 半導体素子(TFT)
118、218 配線電極
119、219 対向電極
120、220 画素
221 接続電極
222 ビア
223 中間配線層
225 アパーチャ板
1, 1A, 101, 201 Image sensor 10, 10A, 110, 210 Substrate 11, 11A, 111 (part), 211 (part) Drive area 12, 12A, 112, 212 Photoelectric conversion film 13 Lens 13A, 113, 213 Lens array 115, 215 Through electrode 116, 216 Pixel electrode 117, 217 Semiconductor element (TFT)
118, 218 Wiring electrode 119, 219 Counter electrode 120, 220 Pixel 221 Connection electrode 222 Via 223 Intermediate wiring layer 225 Aperture plate

Claims (7)

上方向からの光を受けて該光が担持する被写体像情報を撮影する撮像素子において、
基板と、
該基板の所定の位置において、この基板を上下に貫通する貫通電極と、
該基板の上方に配された、画素電極と半導体素子を含む画素をアレイ状に配してなる画素構造と、
所望の前記画素に電気的に接続されるとともに、これら画素同士の間を通過するように配された配線電極と、
前記画素構造の上方に配された光電変換膜と、
該光電変換膜の上方に配された対向電極と、
該対向電極の上方に配され、前記被写体像情報を前記光電変換膜上に結像させる結像レンズとを備え、
前記画素構造は、所望の数の前記画素を含む画素グループからなる駆動エリア毎に区分され、
前記駆動エリア毎の前記配線電極の各々に、対応する前記貫通電極が電気的に接続されるように、かつ各前記駆動エリアは、互いに並行して、これら駆動エリアの各々に含まれる画素を読み出すように構成されていることを特徴とする撮像素子。
In an image sensor that receives light from above and captures subject image information carried by the light,
A substrate and
a through electrode that vertically penetrates the substrate at a predetermined position of the substrate;
a pixel structure in which pixels including pixel electrodes and semiconductor elements are arranged in an array above the substrate;
a wiring electrode electrically connected to the desired pixels and arranged to pass between the pixels;
a photoelectric conversion film arranged above the pixel structure;
a counter electrode arranged above the photoelectric conversion film;
an imaging lens disposed above the counter electrode to form an image of the subject image information on the photoelectric conversion film;
The pixel structure is divided into drive areas each consisting of a pixel group including a desired number of the pixels,
The pixels included in each of the drive areas are read out in parallel with each other so that the corresponding through electrode is electrically connected to each of the wiring electrodes of each of the drive areas. An image sensor characterized by being configured as follows.
前記結像レンズが、複数のレンズを配列したレンズアレイからなることを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。 2. The image sensor according to claim 1, wherein the imaging lens comprises a lens array in which a plurality of lenses are arranged. 前記駆動エリアの存在によっても、前記画素構造内の前記画素は等間隔に配されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。 2. The image sensor according to claim 1, wherein the pixels in the pixel structure are equally spaced due to the presence of the drive area. 請求項1から3のうちいずれか1項に記載の撮像素子を備え、前記基板をフレキシブルな材料にて形成し、少なくとも一部が湾曲形状をなすように構成されたことを特徴とする撮像装置。 An imaging device comprising the imaging device according to any one of claims 1 to 3, wherein the substrate is made of a flexible material and at least a portion thereof is configured to have a curved shape. . 請求項2または3に記載の撮像素子を備え、前記基板をフレキシブルな材料にて形成し、全体として円筒形状をなすように構成されたことを特徴とする撮像装置。 An imaging device comprising the imaging device according to claim 2 or 3, wherein the substrate is made of a flexible material and is configured to have a cylindrical shape as a whole. 請求項2または3に記載の撮像素子を備え、前記基板をフレキシブルな材料にて形成し、ウェラブルな装置に収容可能に構成されたことを特徴とする撮像装置。 An imaging device comprising the imaging device according to claim 2 or 3, wherein the substrate is made of a flexible material and is configured to be housed in a wearable device. 上方向からの光を受けて該光が担持する被写体像情報を撮影する撮像素子の製造方法において、
基板を配設する基板配設工程と、
該基板の所定の位置において、この基板を上下に貫通する貫通電極を形成する貫通電極形成工程と、
該基板の上方に、画素電極と半導体素子を含む画素をアレイ状に配して画素構造を形成する画素構造形成工程と、
所望の前記画素に電気的に接続される配線電極が、これら画素同士の間を通過するように配する配線電極形成工程と、
前記画素構造の上方に光電変換膜を積層する光電変換膜積層工程と、
該光電変換膜の上方に対向電極を積層する対向電極積層工程と、
該対向電極の上方に、前記被写体像情報を前記光電変換膜上に結像させる結像レンズを配設する結像レンズ配設工程とを、この順に行い、
前記画素構造を、所望の数の前記画素を含む画素グループからなる駆動エリア毎に区分し、前記駆動エリア毎の前記配線電極の各々に、対応する前記貫通電極が電気的に接続されるように、かつ各前記駆動エリアは、互いに並行して、これら駆動エリアの各々に含まれる画素が読み出されるように、画素信号の読出しタイミングを設定する画素信号読出しタイミング設定工程を行うことを特徴とする撮像素子の製造方法。
In a method for manufacturing an image sensor that receives light from above and captures subject image information carried by the light,
a board placement process for placing the board;
a through electrode forming step of forming a through electrode that vertically penetrates the substrate at a predetermined position of the substrate;
a pixel structure forming step of arranging pixels including pixel electrodes and semiconductor elements in an array above the substrate to form a pixel structure;
a wiring electrode forming step in which a wiring electrode electrically connected to the desired pixel is arranged so as to pass between the pixels;
a photoelectric conversion film lamination step of laminating a photoelectric conversion film above the pixel structure;
a counter electrode lamination step of laminating a counter electrode above the photoelectric conversion film;
performing in this order an imaging lens arranging step of arranging an imaging lens above the counter electrode to form an image of the subject image information onto the photoelectric conversion film;
The pixel structure is divided into drive areas each consisting of a pixel group including a desired number of pixels, and the corresponding through electrode is electrically connected to each of the wiring electrodes in each drive area. , and each of the drive areas performs a pixel signal readout timing setting step of setting the readout timing of the pixel signal so that the pixels included in each of the drive areas are read out in parallel with each other. Method of manufacturing elements.
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