JP2662075B2 - Stacked three-dimensional semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、三次元回路、特に基本回路ブロックをm
行n列に並べて積層した構成の積層型三次元半導体集積
回路に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a three-dimensional circuit, particularly
The present invention relates to a stacked three-dimensional semiconductor integrated circuit having a configuration in which the three-dimensional semiconductor integrated circuits are arranged in rows and n columns.
[従来の技術] 第3図は例えば電子上方通信学会論文誌Vol.J72−C
−II,No.5(1989年5月号)に開示された従来の積層型
三次元半導体集積回路、例えば3層構造のイメージセン
サ回路の一例を示す斜視図である。図において、1は1
画素に相当する光センサブロック、2はこの光センサブ
ロック1の下層でこれに接続される1画層分のA/Dコン
バータブロック、そして3はこのA/Dコンバータブロッ
ク2の下層でこれに接続される1画素分のロジック回路
(ALU)ブロックである。[Prior Art] FIG. 3 shows, for example, IEEJ Transactions on Electronics Vol. J72-C.
FIG. 2 is a perspective view showing an example of a conventional stacked three-dimensional semiconductor integrated circuit disclosed in No. 5 (May 1989), for example, an image sensor circuit having a three-layer structure. In the figure, 1 is 1
A light sensor block corresponding to a pixel, 2 is an A / D converter block for one layer connected to the lower layer of the light sensor block 1, and 3 is connected to the lower layer of the A / D converter block 2. Is a logic circuit (ALU) block for one pixel.
第4図(A)は第3図のイメージセンサ回路を電源
線、グランド線について着目した斜視図であり、そして
第4図(B)は上面図である。11は光センサ用電源線、
12は光センサ用グランド線、21はA/Dコンバータ用電源
線、22はA/Dコンバータ用グランド線、31はロジック回
路用電源線、32はロジック回路用グランド線を示す。ま
た、14は光センサブロック1をm行n列に並べて形成し
たセンサ領域、24はA/Dコンバータブロック2をm行n
列に並べて形成したA/Dコンバータ領域、34はロジック
回路ブロック3をm行n列に並べて形成したロジック回
路領域である。FIG. 4A is a perspective view of the image sensor circuit of FIG. 3 focusing on a power supply line and a ground line, and FIG. 4B is a top view. 11 is power line for optical sensor,
Reference numeral 12 denotes an optical sensor ground line, 21 denotes an A / D converter power line, 22 denotes an A / D converter ground line, 31 denotes a logic circuit power line, and 32 denotes a logic circuit ground line. Reference numeral 14 denotes a sensor area formed by arranging the optical sensor blocks 1 in m rows and n columns, and 24 denotes an A / D converter block 2 in m rows and n columns.
An A / D converter area 34 is formed by arranging the logic circuit blocks 3, and a logic circuit area 34 is formed by arranging the logic circuit blocks 3 in m rows and n columns.
次にこのように構成されたイメージセンサ回路の動作
を説明する。Next, the operation of the thus configured image sensor circuit will be described.
センサ領域14に光が当たると、そのイメージ(像)に
応じて、m行n列に並べた光センサブロック1はそれぞ
れの画素毎に光の強度に応じた電圧を出力し、その各電
圧を下層のA/Dコンバータブロック2がそれぞれディジ
タル値に変換する。更にそのディジタル値は下層のロジ
ック回路ブロック3で隣接画素間でのディジタル演算な
どを行ない、エッジ検出などの処理を行う。また、ロジ
ック回路用電源線31、ロジック回路用グランド線32と、
A/Dコンバータ用電源線21、A/Dコンバータ用グランド線
22とはその回路ブロック3,2が積層構造の最下層とその
すぐ上の層とに形成されており、最下層から作っていく
プロセスでは、最上層ではないこれらの配線は通常、高
融点材料で形成されている。つまり、後のプロセス工程
の熱処理がなされても、それ以前に形成された配線はそ
の熱に耐えなければならないためである。When light strikes the sensor area 14, the photosensor blocks 1 arranged in m rows and n columns output a voltage corresponding to the light intensity for each pixel in accordance with the image (image). The lower-layer A / D converter block 2 converts each into a digital value. Further, the digital value is subjected to digital operation between adjacent pixels in the lower logic circuit block 3 to perform processing such as edge detection. Also, a logic circuit power supply line 31, a logic circuit ground line 32,
Power line 21 for A / D converter, Ground line for A / D converter
22 means that the circuit blocks 3 and 2 are formed in the lowermost layer of the laminated structure and the layer immediately above it, and in the process of making from the lowermost layer, these wirings that are not the uppermost layer usually use high melting point materials. It is formed with. That is, even if a heat treatment in a later process step is performed, the wiring formed before that must endure the heat.
[発明が解決しようとする課題] 従来の積層型三次元半導体集積回路は以上のように構
成されているため、積層構造の最上層あるいはその付近
の層以外では高融点材料が配線材料として用いられてい
る。しかし、高融点材料は例えばタングステンシリサイ
ドで代表されるようにその抵抗率が非常に高く、シート
値で数オームにもなることが知られている(アルミ配線
は融点が低いが、シート抵抗は数十ミリオームであ
る)。このため、高融点金属配線を用いる場合、電流が
流れる径路ほどその電圧降下が著しく、m行n列に回路
ブロックを並べる場合の電源線、グランド線などは、そ
の規模が大きくなるほどパッドから距離の遠い回路ブロ
ックには電圧がかからなくなり、グランド電位が浮き上
がるという問題がある。この電圧降下はその回路ブロッ
クがA/Dコンバータのようなアナログ回路であればさら
に大きく影響し、A/Dコンバータの場合ではA/D変換の誤
動作の原因になる。[Problems to be Solved by the Invention] Since the conventional stacked three-dimensional semiconductor integrated circuit is configured as described above, a high melting point material is used as a wiring material in layers other than the uppermost layer of the stacked structure or a layer near the uppermost layer. ing. However, it is known that the high melting point material has a very high resistivity as represented by, for example, tungsten silicide, and can have a sheet value of several ohms (the melting point of an aluminum wiring is low, but the sheet resistance is several ohms). 10 milliohms). For this reason, when a high melting point metal wiring is used, the voltage drop is more remarkable in a path through which a current flows, and a power supply line, a ground line, and the like when arranging circuit blocks in m rows and n columns have a greater distance from a pad as the size thereof increases. There is a problem that a voltage is not applied to a distant circuit block and the ground potential rises. This voltage drop has a greater effect if the circuit block is an analog circuit such as an A / D converter. In the case of an A / D converter, this causes a malfunction of A / D conversion.
第5図はパッドから列方向に見た光センサブロック
1、A/Dコンバータブロック2に印加される電源電圧を
位置の関数として示したグラフ図である。この場合、光
センサブロック1が作られている層はアルミ配線、A/D
コンバータブロック2のある層はタングステンシリサイ
ド配線を用いている。どちらもパッドに近い左端のブロ
ックでは電源電圧VDDが印加されているとした。光セン
サブロック1もA/Dコンバータブロック2も列の右端で
はそれぞれΔV1,ΔV2だけ電圧が降下しているが、ΔV1
はほとんど降下していないのに対して、ΔV2は元の電源
電圧5Vに対して1〜2Vくらいには及んでしまう。つま
り、イメージセンサ回路全体としては、センサ領域14の
場合によってそのセンサ特性が異なり、全体の性能が損
われるという問題点があつた。FIG. 5 is a graph showing the power supply voltage applied to the photosensor block 1 and the A / D converter block 2 as a function of the position as viewed from the pad in the column direction. In this case, the layer on which the optical sensor block 1 is made is aluminum wiring, A / D
One layer of the converter block 2 uses a tungsten silicide wiring. In both cases, it is assumed that the power supply voltage V DD is applied to the leftmost block near the pad. Both the optical sensor block 1 and the A / D converter block 2 have a voltage drop of ΔV1 and ΔV2 at the right end of the row, respectively.
Does not drop, whereas ΔV2 reaches about 1 to 2 V with respect to the original power supply voltage of 5 V. That is, there is a problem that the sensor characteristics of the entire image sensor circuit differ depending on the case of the sensor region 14, and the overall performance is impaired.
この発明は、このような問題点を解決するためになさ
れたもので、m行n列の回路ブロックの規模、つまり画
素数が多くなっても、各画素の特性を均一にし、センサ
性能を向上させる積層型三次元半導体集積回路を得るこ
とを目的とする。The present invention has been made to solve such a problem, and even if the size of a circuit block of m rows and n columns, that is, the number of pixels is increased, the characteristics of each pixel are made uniform and the sensor performance is improved. It is an object of the present invention to obtain a laminated three-dimensional semiconductor integrated circuit.
[課題を解決するための手段] この発明に係る積層型三次元半導体集積回路は、セン
サ領域の電源配線、グランド配線から下層の領域へ、m
行n列のマトリックス状に配列された各ブロック毎にス
ルーホールを用いてそれぞれ電源線、グランド線を配線
したものである。[Means for Solving the Problems] A stacked three-dimensional semiconductor integrated circuit according to the present invention has a structure in which a power supply line and a ground line in a sensor region are moved from a ground line to a lower region.
A power supply line and a ground line are wired using through holes for each block arranged in a matrix of rows and n columns.
[作 用] この発明においては、光センサブロックからA/Dコン
バータブロックに下ろしたスルーホールの抵抗がたとえ
大きくても、A/Dコンバータブロックには電圧降下の差
を殆ど与えないので、A/Dコンバータブロックはほゞ同
一の電源電圧で動作させられる。[Operation] In the present invention, even if the resistance of the through hole dropped from the optical sensor block to the A / D converter block is large, the A / D converter block hardly gives a difference in voltage drop. The D converter block is operated with almost the same power supply voltage.
[実施例] 以下、この発明の一実施例を第1図の斜視図について
説明する。図において1,2,3は第3図について上述した
それぞれ光センサブロック、A/Dコンバータブロック、
ロジック回路ブロックであり、そして14,24,34は第4図
について上述したそれぞれセンサ領域、A/Dコンバータ
領域、ロジック回路領域であり、その内部回路は図示し
ていないが、第3図に示したものと同じである。410は
低抵抗配線材料を使用できる層すなわちセンサ領域14の
ための電源用パッドであり、41はこの電源用パッド410
に接続されかつ低抵抗配線材料による電源配線である。
420は同じく、低抵抗配線材料を使用できるセンサ領域1
4のグランド用パッドであり、42はこのグランド用パッ
ド420に接続されかつ低抵抗配線材料によるグランド配
線である。51,52はそれぞれ各画素毎に低抵抗配線材料
で形成された電源配線41とグランド配線42に接続された
スルーホールによる配線でA/Dコンバータ領域24の電源
線、グランド線である。同様に、61,62はそれぞれ各画
素毎に低抵抗配線材料で形成された電源配線41とグラン
ドは線42に接続されたスルーホールによる配線でロジッ
ク回路領域34の電源線、グランド線である。Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the perspective view of FIG. In the figure, 1, 2, and 3 denote an optical sensor block, an A / D converter block, respectively, as described above with reference to FIG.
Logic circuit blocks, and 14, 24, and 34 are a sensor area, an A / D converter area, and a logic circuit area, respectively, as described above with reference to FIG. 4, and the internal circuits thereof are not shown but are shown in FIG. Is the same as Reference numeral 410 denotes a power supply pad for the layer in which a low-resistance wiring material can be used, that is, the sensor area 14, and 41 denotes a power supply pad.
And a power supply wiring made of a low-resistance wiring material.
420 is also the sensor area 1 where low resistance wiring material can be used
Reference numeral 4 denotes a ground pad, and reference numeral 42 denotes a ground wiring made of a low-resistance wiring material and connected to the ground pad 420. Reference numerals 51 and 52 denote a power supply line and a ground line of the A / D converter region 24, which are formed by through holes connected to the power supply line 41 and the ground line 42 formed of a low-resistance wiring material for each pixel. Similarly, reference numerals 61 and 62 denote a power supply line 41 formed of a low-resistance wiring material for each pixel and a ground line, which is a power supply line and a ground line of the logic circuit area 34, which are formed by through holes connected to a line 42.
次にこのように構成された一実施例の動作を説明す
る。Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described.
基本的な動作は第3図に示したものと同じである、し
かし、この発明では、m行n列の各画素に対応する光セ
ンサブロック1から成るセンサ領域14では、電源配線41
およびグランド配線42の両方に低抵抗配線材料を使用し
て配線し(この場合、最上層はアルミ配線)、その下層
には電源配線41およびグランド配線42よりスルーホール
線を提供する形をとっている。このため、低抵抗配線材
料による電源配線41、グランド配線42の各画素の位置に
よる電圧降下の度合の差は従来通り小さく、各画素に同
一の電源が供給されていると云っても良く、更にその各
画素から各A/Dコンバータブロック2に下ろしているス
ルーホールは、たとえその抵抗が大きくとも、各A/Dコ
ンバータブロック2に同様な電圧降下として影響する。
このため各A/Dコンバータブロック2はほぼ同一の電源
電圧で動作させられることになり、同一のA/D変換特性
を示すことになる。これはA/Dコンバータブロック2の
基準電圧配線についても同様のことが云える。つまり、
センサの特性が向上するといえる。The basic operation is the same as that shown in FIG. 3. However, in the present invention, the power supply wiring 41 is provided in the sensor area 14 including the photosensor blocks 1 corresponding to the pixels in m rows and n columns.
And the ground wiring 42 using a low-resistance wiring material (in this case, the uppermost layer is aluminum wiring). In the lower layer, the power supply wiring 41 and the ground wiring 42 provide through-hole lines. I have. For this reason, the difference in the degree of voltage drop depending on the position of each pixel of the power supply wiring 41 and the ground wiring 42 made of a low-resistance wiring material is small as before, and it may be said that the same power is supplied to each pixel. A through hole extending from each pixel to each A / D converter block 2 has a similar voltage drop on each A / D converter block 2 even if its resistance is large.
Therefore, each A / D converter block 2 is operated at substantially the same power supply voltage, and exhibits the same A / D conversion characteristics. The same can be said for the reference voltage wiring of the A / D converter block 2. That is,
It can be said that the characteristics of the sensor are improved.
第2図は第5図と同様にパッドから列方向に見た光セ
ンサブロック1、A/Dコンバータブロック2に印加され
る電源電圧を位置の関数として示したグラフ図である。
A/Dコンバータブロック2に印加される電圧は電源電圧
からは幾分電圧降下を起こしているが、各A/Dコンバー
タブロック2にはほぼ均一の電圧が印加される。これに
より各A/Dコンバータブロック2は均一な特性を示すこ
とになる。FIG. 2 is a graph showing the power supply voltage applied to the photosensor block 1 and the A / D converter block 2 as a function of the position as viewed from the pad in the column direction, similarly to FIG.
Although the voltage applied to the A / D converter block 2 slightly drops from the power supply voltage, a substantially uniform voltage is applied to each A / D converter block 2. As a result, each A / D converter block 2 exhibits uniform characteristics.
上記実施例ではA/Dコンバータブロック2の電源線5
1、グランド線52と、ロジック回路のブロック3の電源
線61、グランド線62とを同一の電源線、グランド線によ
り提供したが、これらを分離して同様にスルーホールを
介して提供しても良い。また、電源線とグランド線につ
いて述べたが、A/Dコンバーブロックの基準電圧線につ
いても同様のことが云える。In the above embodiment, the power supply line 5 of the A / D converter block 2
1. Although the ground line 52 and the power line 61 and the ground line 62 of the logic circuit block 3 are provided by the same power line and ground line, they may be separated and provided similarly through through holes. good. Although the power supply line and the ground line have been described, the same can be said for the reference voltage line of the A / D converter block.
第1図はこの発明の一実施例を示す斜視図、第2図はこ
の発明における電源電圧と位置の関係を示すグラフ図、
第3図は従来の積層型三次元半導体集積回路を示す斜視
図、第4図(A),(B)は従来の積層型三次元半導体
集積回路を電源線,グランド線と共に示すそれぞれ斜視
図,上面図、第5図は従来の積層型三次元半導体集積回
路における電源電圧と位置の関係を示すグラフ図であ
る。 図において、1は光センサブロック、2はA/Dコンバー
タブロック、3はロジック回路ブロック、14はセンサ領
域、24はA/Dコンバータ領域、34はロジック回路領域、4
1は電源配線、42はグランド配線、51,52はA/Dコンバー
タブロックのそれぞれ電源線,グランド線、61,62はロ
ジック回路ブロックのそれぞれ電源線、グランド線であ
る。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a graph showing a relationship between a power supply voltage and a position in the present invention,
FIG. 3 is a perspective view showing a conventional stacked three-dimensional semiconductor integrated circuit, and FIGS. 4A and 4B are perspective views showing the conventional stacked three-dimensional semiconductor integrated circuit together with a power supply line and a ground line. FIG. 5 is a top view and FIG. 5 is a graph showing the relationship between the power supply voltage and the position in the conventional stacked three-dimensional semiconductor integrated circuit. In the figure, 1 is an optical sensor block, 2 is an A / D converter block, 3 is a logic circuit block, 14 is a sensor area, 24 is an A / D converter area, 34 is a logic circuit area, 4
1 is a power supply wiring, 42 is a ground wiring, 51 and 52 are a power supply line and a ground line of the A / D converter block, and 61 and 62 are a power supply line and a ground line of the logic circuit block, respectively.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 25/18 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical display location H01L 25/18
Claims (1)
状に配列された光センサブロックから成りかつ低抵抗線
材料で形成された電源配線およびグランド配線が施され
たセンサ領域と、このセンサ領域の下層であって、m行
n列のマトリックス状に配列されたA/Dコンバータブロ
ックから成るA/Dコンバータ領域を含む少なくとも1つ
の領域とを備え、m行n列のマトリクス状に配列された
前記各ブロックを積層構造にした積層型三次元半導体集
積回路において、前記電源配線、前記グランド配線から
下層の領域へ、m行n列のマトリックス状に配列された
前記各ブロック毎にスルーホールを用いてそれぞれ電源
線、グランド線を配線したことを特徴とする積層型三次
元半導体集積回路。1. A sensor region comprising photosensor blocks arranged in a matrix of m rows and n columns (m and n are integers) and provided with power supply wiring and ground wiring formed of a low resistance wire material; At least one region including an A / D converter region, which is a lower layer of the sensor region and includes A / D converter blocks arranged in a matrix of m rows and n columns, and having a matrix of m rows and n columns. In the stacked three-dimensional semiconductor integrated circuit in which each of the arranged blocks is formed in a stacked structure, a through hole is provided for each of the blocks arranged in a matrix of m rows and n columns from the power supply wiring and the ground wiring to a lower layer area. A stacked three-dimensional semiconductor integrated circuit, wherein a power line and a ground line are wired using holes.
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