JP4720434B2 - Solid-state imaging device - Google Patents
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Description
本発明は固体撮像装置に係り、特に画素にリング状のゲート電極を持つ増幅素子を備えた固体撮像装置の構成に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a configuration of a solid-state imaging device including an amplifying element having a ring-shaped gate electrode in a pixel.
固体撮像装置は、大別するとCCD(Charge Coupled Device:電荷転送素子)とCMOS(Complementary MOS)センサの2種類に分けられる。 Solid-state imaging devices can be roughly classified into two types: CCD (Charge Coupled Device) and CMOS (Complementary MOS) sensors.
CCDは、画素内のフォトダイオードで光電変換して得られた電荷を垂直電荷転送路、水平電荷転送路を通して読出し部に転送し、そこで電圧に変換して出力信号を得る構造である。全画素で光電変換された電荷を単一の読出し部で電圧に変換するため、CCDは画素間の信号ばらつきが少なく、低雑音であるという特長を有する。また、フォトダイオードで光電変換された電荷を、全画素で同時に垂直電荷転送路に移してから順次転送して信号読出しを行えるので、いわゆるグローバルシャッタ(一括シャッタ)動作が容易に実現できる。一方、CCDは、電荷の転送に数種類の高い電圧が必要で消費電力が大きくなり、また画素数が多くなると電荷の転送、特に水平電荷転送に時間がかかり高速で動作できないなどの不具合がある。 The CCD has a structure in which charges obtained by photoelectric conversion by a photodiode in a pixel are transferred to a reading unit through a vertical charge transfer path and a horizontal charge transfer path, and converted into a voltage there to obtain an output signal. Since the charge photoelectrically converted in all pixels is converted into a voltage by a single readout unit, the CCD has the feature that there is little signal variation between pixels and low noise. In addition, since the charges photoelectrically converted by the photodiodes can be transferred to the vertical charge transfer path simultaneously in all pixels and then sequentially transferred to read the signals, a so-called global shutter (collective shutter) operation can be easily realized. On the other hand, the CCD requires several kinds of high voltages for charge transfer and consumes a large amount of power. When the number of pixels increases, the charge transfer, particularly horizontal charge transfer, takes time and cannot operate at high speed.
それに対して、CMOSセンサは、フォトダイオードで光電変換して得られた電荷を画素内で電圧または電流信号に変換し、その信号を画素内に設けた増幅用トランジスタで増幅してから画素外に出力する構造をとる。マトリクス状に並べた画素部をスイッチで切り替えて信号を読み出すので、CMOSセンサの動作速度は速く、また、画素部と周辺駆動回路をCMOSで構成するため、CMOSセンサは低電圧で駆動できて低消費電力となり、さらに、ADコンバータなどの信号処理回路も同一チップに搭載できる等々の特長を持っている。 On the other hand, a CMOS sensor converts a charge obtained by photoelectric conversion with a photodiode into a voltage or current signal in the pixel, amplifies the signal with an amplifying transistor provided in the pixel, and then out of the pixel. Take the structure to output. Since the pixel units arranged in a matrix are switched and switched to read out signals, the CMOS sensor operates at a high speed, and the pixel unit and the peripheral drive circuit are composed of CMOS, so the CMOS sensor can be driven at a low voltage and is low. The power consumption is reduced, and further, signal processing circuits such as AD converters can be mounted on the same chip.
一方で、CMOSセンサは、画素内に設けた個別の増幅用トランジスタで信号を増幅するため画素間の信号ばらつきが大きく、CCDに比べて雑音特性が不利になる。また、CCDで容易に実現できるグローバルシャッタ動作をしようとすると、CMOSセンサでは1画素あたりのトランジスタ数を4〜5個に増やす必要があり、チップ面積が大きくなってコスト高となる。このため、一般用途のCMOSセンサでは画面走査線の1ライン毎に信号を読み出す、いわゆるラインシャッタ(ローリングシャツタ)動作が基本となっている。 On the other hand, a CMOS sensor amplifies a signal with an individual amplifying transistor provided in a pixel, so that signal variation between pixels is large, and noise characteristics are disadvantageous compared to a CCD. In addition, when trying to perform a global shutter operation that can be easily realized with a CCD, it is necessary to increase the number of transistors per pixel to 4 to 5 in the CMOS sensor, which increases the chip area and the cost. For this reason, a general-purpose CMOS sensor is based on a so-called line shutter (rolling shirt) operation in which a signal is read out for each line of a screen scanning line.
ここで、固体撮像装置によって撮影した画像とシャッタ動作の関係について説明する。動きの速い被写体をラインシャッタ動作の撮像装置(CMOSセンサ)で撮ると画像が歪む。例えば、画面の上端から1ラインずつ読み出す方式のCMOSセンサで、図10(A)に示すような、上下に動く円形のボール100を撮ると、ボール100が上に動く場合は、その撮像画像は同図(B)に101で示すように水平方向に扁平な画像になり、ボール100が下に動く場合は、その撮像画像は同図(C)に102で示すように縦長の楕円状に伸びる。この現象は、撮影した画像を静止画として読み出す場合に特に目立つ不具合である。
Here, the relationship between the image captured by the solid-state imaging device and the shutter operation will be described. When a fast-moving subject is taken with an imaging device (CMOS sensor) that operates with a line shutter, the image is distorted. For example, when taking a
そのため、ラインシャッタ動作のセンサを動画・静止画撮影カメラに応用するときは、メカニカルシャッタを併用してフォトダイオードの受光時間を全画素同一にすることが行われるが、メカニカルシャッタを入れることにより光学系が大きくなり、コストが上がるなどの問題がある。 For this reason, when applying a line shutter sensor to a video / still image camera, it is possible to use a mechanical shutter together to make the light receiving time of the photodiodes the same for all pixels. There is a problem that the system becomes larger and costs increase.
そこで、CMOSセンサのラインシャッタ動作を高速化して動画歪みを改善した固体撮像装置が従来から知られている(例えば、特許文献1参照)。この従来の固体撮像装置では、光電変換素子と、画素信号増幅アンプと、光電変換素子の電荷を画素信号増幅アンプに転送するトランジスタと、光電変換素子をリセットするトランジスタとで単位画素を構成し、かつ、この単位画素を2次元に複数並べた撮像エリアの外に、画素数と同数の信号保持手段を備えている。 Thus, a solid-state imaging device that improves the distortion of moving images by increasing the speed of the line shutter operation of the CMOS sensor is conventionally known (see, for example, Patent Document 1). In this conventional solid-state imaging device, a unit pixel is composed of a photoelectric conversion element, a pixel signal amplification amplifier, a transistor that transfers the charge of the photoelectric conversion element to the pixel signal amplification amplifier, and a transistor that resets the photoelectric conversion element. In addition, the same number of signal holding means as the number of pixels are provided outside the imaging area in which a plurality of unit pixels are two-dimensionally arranged.
この従来の固体撮像素子の信号読み出し動作は、通常のCMOSセンサと同様に画面走査線の1ライン毎に信号の読み出しと光電変換素子のリセットを行うが、これらの読み出しを垂直帰線期間内に全画面分について行い、その画素信号を撮像エリア外の信号保持手段に蓄積し、その後、1フィールド(1フレーム)時間をかけて、蓄積された画素信号を読み出している。 In the signal readout operation of this conventional solid-state imaging device, signal readout and photoelectric conversion device reset are performed for each line of the screen scanning line as in a normal CMOS sensor, but these readouts are performed within the vertical blanking period. This is performed for the entire screen, and the pixel signals are accumulated in the signal holding means outside the imaging area, and then the accumulated pixel signals are read over one field (one frame) time.
従って、通常のCMOSセンサのラインシャッタ動作では、最上端の1ラインと最下端の1ラインとで信号読み出し後の光電変換素子のリセット時刻が1フィールド(1フレーム)時間分異なるが、上記の特許文献1記載の従来の固体撮像装置では、この時間差が1フィールド(フレーム)時間の百分の一くらいとなり、動画歪みは問題ないレベルとなる。
Accordingly, in the line shutter operation of a normal CMOS sensor, the reset time of the photoelectric conversion element after signal reading differs by one field (one frame) time between the uppermost one line and the lowermost one line. In the conventional solid-state imaging device described in
一方、CMOSセンサの画素構造そのものを改善し、1画素あたりのトランジスタを減らして、かつ、グローバルシャッタ機能を実現する試みとして、光電変換領域と、転送ゲートと、リング状ゲート読み出しトランジスタとで画素を構成し、グローバルシャッタ機能を実現した固体撮像装置が開示されている(例えば、特許文献2参照)。 On the other hand, as an attempt to improve the pixel structure of the CMOS sensor itself, reduce the number of transistors per pixel, and realize the global shutter function, the pixel is formed by a photoelectric conversion region, a transfer gate, and a ring-shaped gate readout transistor. A solid-state imaging device configured and realizing a global shutter function is disclosed (for example, see Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1記載の従来の固体撮像装置では、撮像エリア外に画素と同数の信号保持手段が必要となるので、画素密度の向上やチップ面積縮小に対しては不利になる。
However, since the conventional solid-state imaging device described in
一方、特許文献2記載の従来の固体撮像装置では、光電変換された電荷を、リング状ゲート電極の下に全面的に設置されたpウェルに転送するので、電荷電圧変換効率が悪く出力電圧が小さい不具合がある。また、この従来の固体撮像装置は、グローバルシャッタ機能付きCMOSセンサであり、1画素を2つのトランジスタで構成できるので画素ピッチを狭め易く、同じ光学システムを使って、高画素数の固体撮像装置を実現し易い。しかし、画素ピッチを2μm台以下にまで縮めていくと、配線の占める面積比率が高くなり、相対的に光電変換領域の面積比率が低下し信号出力電圧が小さくなる。
On the other hand, in the conventional solid-state imaging device described in
この悪意響を抑えるためには、配線幅を狭くする必要があるが、配線幅を狭めると配線抵抗が増大し、電圧降下が無視できなくなる。特に垂直出力線では画面の中央の画素と端の画素で配線抵抗の大きさが極端に異なり、配線抵抗による出力電圧の不均一(シェーディング)が発生する。また、1画素ピッチの幅の中に周辺駆動回路の1画素列分を配置する関係から、画素ピッチが狭まると1画素列分の周辺駆動回路の配置面積が細長くなり、結果として、画素エリア面積に対する周辺駆動回路面積の比が増し、せっかく画素エリアを縮小してもチップサイズを小さくし難い不具合がある。 In order to suppress this bad influence, it is necessary to reduce the wiring width. However, if the wiring width is reduced, the wiring resistance increases and the voltage drop cannot be ignored. In particular, in the vertical output line, the size of the wiring resistance is extremely different between the center pixel and the end pixel of the screen, and output voltage nonuniformity (shading) occurs due to the wiring resistance. Further, from the relationship of arranging one pixel column of the peripheral driving circuit within the width of one pixel pitch, when the pixel pitch is narrowed, the arrangement area of the peripheral driving circuit for one pixel column becomes long, and as a result, the pixel area area However, there is a problem that it is difficult to reduce the chip size even if the pixel area is reduced.
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、画素領域内の配線幅を狭めても信号電圧の不均一を発生させず、また、チップサイズを縮小できる固体撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of reducing the chip size without causing nonuniform signal voltage even when the wiring width in the pixel region is narrowed. To do.
上記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、被写体からの入射光をそれぞれ光電変換する複数の単位画素を規則的に配列した画素領域と、複数の単位画素を駆動し、かつ、各単位画素から出力される信号を処理する駆動回路とを有する固体撮像装置において、画素領域と駆動回路は異なる基板内に作成され、画素領域が作成された基板を貫通する配線により、画素領域と前記駆動回路は異なる基板内に作成され、前記画素領域が作成された基板を貫通する配線により、画素領域と駆動回路とを接続し、かつ、画素領域内の複数の単位画素の電極と接続し、
上記画素領域には、基板上において横方向に第1のピッチで、縦方向に第2のピッチでそれぞれ一定の間隔で並ぶ複数の光電変換領域の列と、基板上において横方向及び縦方向共に異なる間隔で並ぶ複数の信号出力手段の列と、複数の信号出力手段の列の空きスペースに配置された、基板を貫通する配線とが配置されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the solid-state imaging device of the present invention drives a plurality of unit pixels, a pixel region in which a plurality of unit pixels that photoelectrically convert incident light from a subject are regularly arranged, and In a solid-state imaging device having a drive circuit that processes a signal output from each unit pixel, the pixel region and the drive circuit are created in different substrates, and the pixel region is separated from the pixel region by wiring that passes through the substrate in which the pixel region is created. The drive circuit is formed on a different substrate, and the pixel region and the drive circuit are connected by a wiring penetrating the substrate on which the pixel region is formed, and connected to electrodes of a plurality of unit pixels in the pixel region. ,
The pixel region includes a plurality of rows of photoelectric conversion regions arranged at regular intervals at a first pitch in the horizontal direction and at a second pitch in the vertical direction on the substrate, and both in the horizontal and vertical directions on the substrate. A row of a plurality of signal output means arranged at different intervals and a wiring penetrating the substrate arranged in an empty space of the row of the plurality of signal output means are arranged .
ここで、上記の画素領域に配列されている複数の単位画素の各々は、リング状ゲート電極を持ち、入力された電荷の量をしきい値電圧の変化として出力する信号出力手段と、光を電荷に変換して蓄積する光電変換領域と、光電変換領域に蓄積された電荷を信号出力手段へ転送する電荷転送手段とを有することを特徴とする。 Here, each of the plurality of unit pixels arranged in the pixel region has a ring-shaped gate electrode, and outputs a signal output means for outputting the amount of input charge as a change in threshold voltage, and light. It is characterized by having a photoelectric conversion region that converts and accumulates charges and a charge transfer means that transfers the charges accumulated in the photoelectric conversion region to a signal output means.
また、上記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、被写体からの入射光をそれぞれ光電変換する複数の単位画素を規則的に配列した画素領域と、複数の単位画素を駆動し、かつ、各単位画素から出力される信号を処理する駆動回路とを有する固体撮像装置において、画素領域と駆動回路は異なる基板内に作成され、画素領域が作成された基板を貫通する配線により、画素領域と駆動回路とを接続し、かつ、画素領域内の複数の単位画素の電極と接続し、
上記画素領域には、リング状ゲート電極を持ち、入力された電荷の量をしきい値電圧の変化として出力する信号出力手段と、光を電荷に変換して蓄積する複数の光電変換領域と、複数の光電変換領域に蓄積された電荷を、共通する一つの信号出力手段へ別々に転送する複数の電荷転送手段とからなり、複数の光電変換領域及び複数の電荷転送手段が、共通の一つの信号出力手段を中心にして対称に配置された構造のブロックを単位として、2次元的に複数のブロックが配置されると共に、複数のブロックのそれぞれの境界には、画素領域が作成された基板を貫通する接続手段を配置したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the solid-state imaging device of the present invention drives a plurality of unit pixels and a pixel region in which a plurality of unit pixels that photoelectrically convert incident light from a subject are regularly arranged, In addition, in a solid-state imaging device having a drive circuit that processes a signal output from each unit pixel, the pixel region and the drive circuit are created in different substrates, and the pixel is formed by wiring that penetrates the substrate in which the pixel region is created. Connecting the region and the drive circuit, and connecting to the electrodes of a plurality of unit pixels in the pixel region,
The pixel region has a ring-shaped gate electrode, and a signal output unit that outputs the amount of input charge as a change in threshold voltage; a plurality of photoelectric conversion regions that convert light into charge and store; It comprises a plurality of charge transfer means for separately transferring charges accumulated in a plurality of photoelectric conversion regions to a common signal output means, and the plurality of photoelectric conversion regions and the plurality of charge transfer means are a common one A plurality of blocks are arranged two-dimensionally with blocks having a structure arranged symmetrically with respect to the signal output means, and a substrate on which a pixel region is created is provided at each boundary of the plurality of blocks. The connecting means that penetrates is arranged.
また、上記の目的を達成するため、本発明は、信号出力手段は、第1導電型の基板部上に形成された第2導電型のウェル領域上に絶縁膜を介して設けられたリング状ゲート電極と、リング状ゲート電極の中央開口部に対応する第2導電型のウェル領域内に設けられた第2導電型のソース領域と、第2導電型のソース領域を取り囲み、かつ、リング状ゲート電極の外周に達しないように第2導電型のウェル領域内に設けられた第1導電型のソース近傍領域とからなる信号出力用トランジスタであり、
電荷転送手段は、第2導電型のウェル領域内に設けられた第1導電型である光電変換領域に蓄積された電荷を、同じ画素内の対応する第1導電型のソース近傍領域へ全画素一斉に転送する手段であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the present invention, the signal output means is a ring-shaped device provided on the second conductivity type well region formed on the first conductivity type substrate portion via an insulating film. Surrounding the gate electrode, the second conductivity type source region provided in the second conductivity type well region corresponding to the central opening of the ring-shaped gate electrode, and the second conductivity type source region, and in a ring shape A signal output transistor comprising a first conductivity type source vicinity region provided in a second conductivity type well region so as not to reach the outer periphery of the gate electrode;
The charge transfer means transfers the charges accumulated in the first conductivity type photoelectric conversion region provided in the second conductivity type well region to the corresponding first conductivity type source vicinity region in the same pixel in all pixels. It is a means for transferring all at once.
本発明によれば、複数の画素(光電変換領域)の各電極において、接続手段である基板を貫通する接続手段である貫通配線を共用することにより、画素領域内の貫通電極を配置する面積を減らすことができ、例えば貫通配線の径が1μm以上の場合であっても、全体の画素ピッチを小さく保てる。 According to the present invention, each electrode of a plurality of pixels (photoelectric conversion regions) shares a through-wiring that is a connecting means that penetrates a substrate that is a connecting means, thereby reducing the area in which the through-electrodes are arranged in the pixel region. For example, even when the diameter of the through wiring is 1 μm or more, the entire pixel pitch can be kept small.
また、本発明によれば、画素領域内における、貫通配線から周辺画素の所定電極への配線は設計ルールで許される最小線幅で配線しても、配線長が短いので配線抵抗による電圧降下を抑えられる。また、本発明では、貫通配線を画素領域内に設置しても、光電変換領域の配列の規則性が乱されないので、画像目視上の不自然さは発生しない。 In addition, according to the present invention, even if the wiring from the through wiring to the predetermined electrode of the peripheral pixel in the pixel region is wired with the minimum line width permitted by the design rule, the wiring length is short, so that the voltage drop due to the wiring resistance is reduced. It can be suppressed. Further, in the present invention, even if the through wiring is provided in the pixel region, the regularity of the arrangement of the photoelectric conversion regions is not disturbed, so that unnaturalness in viewing the image does not occur.
更に、本発明によれば、周辺駆動回路を搭載した基板を、画素領域を作成する基板とは別の基板に作成するので、画素領域に相当する面積内に周辺駆動回路を配列することができ、更には、ADコンバータなどの信号処理回路も含めることができるため、平面的に見ると画素領域面積相当のチップで固体撮像装置(CMOSセンサ)が実現でき、固体撮像装置を小型化できる。 Furthermore, according to the present invention, since the substrate on which the peripheral drive circuit is mounted is formed on a substrate different from the substrate on which the pixel region is formed, the peripheral drive circuit can be arranged in an area corresponding to the pixel region. In addition, since a signal processing circuit such as an AD converter can be included, a solid-state imaging device (CMOS sensor) can be realized with a chip corresponding to the pixel area when viewed in plan, and the solid-state imaging device can be downsized.
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。最初に、本発明による貫通配線を設けた固体撮像装置の各実施の形態の構成について述べ、その後、貫通配線の製造工程を説明する。図1は本発明になる固体撮像装置の第1の実施の形態の概略平面図を示す。同図において、二重の円形はリング状ゲート読み出しトランジスタ31を示し、円形は光電変換領域33を示す。この光電変換領域33と上記のリング状ゲート読み出しトランジスタ31との間に電荷転送ゲート32がある。これら一つのリング状ゲート読み出しトランジスタ31と、一つの光電変換領域33と、それらの間にある一つの電荷転送ゲート32とは、単位画素を構成している。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the configuration of each embodiment of the solid-state imaging device provided with the through wiring according to the present invention will be described, and then the manufacturing process of the through wiring will be described. FIG. 1 is a schematic plan view of a first embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention. In the figure, a double circle indicates a ring-shaped
この単位画素の構成は本出願人が特願2004−021895号にて提案した固体撮像装置の単位画素の構成と同様である。そこで、この本出願人の提案になる固体撮像装置について説明する。図2は本出願人の提案になる固体撮像装置の単位画素の概略平面図、図3は図2のX−X’線に沿う断面図を示す。図2において、リング状ゲート電極12が上記のリング状ゲート読み出しトランジスタ31のゲート電極に相当し、p−型領域6が上記の光電変換領域33に相当し、転送ゲート電極16が上記の電荷転送ゲート32に相当する。
The configuration of this unit pixel is the same as the configuration of the unit pixel of the solid-state imaging device proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 2004-021895. Therefore, the solid-state imaging device proposed by the applicant will be described. 2 is a schematic plan view of a unit pixel of the solid-state imaging device proposed by the applicant, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line XX ′ of FIG. In FIG. 2, the ring-shaped
この固体撮像装置(CMOSセンサ)では、図3に示すように、基板として、p+シリコン1上にp−型エピタキシャル層2を成長させたものを使う。p−型エピタキシャル層2内にnウェル4があり、nウェル4上にはゲート酸化膜11を挟んでリング状ゲート電極12が形成されている。リング状ゲート電極12の中央開口部のnウェル4の表面にはn+型のソース領域15があり、ソース領域15に隣接してp型のソース近傍領域9がある。ソース近傍p型領域9の下のp−型エピタキシャル層2にはp+領域3を設ける。
In this solid-state imaging device (CMOS sensor), as shown in FIG. 3, a substrate in which a p −
ソース領域15、ソース近傍p型領域9と離れたnウェル4の表面には、n+型のドレイン領域10がある。リング状ゲート電極12の外のnウェル4中にはp−型領域6が形成され、nウェル4と共に埋め込みフォトダイオードを形成している。埋め込みフォトダイオードの表面にはn+層7があり、このn+層7は、単位画素エリアの外周でn+ドレイン領域10とつながっている。埋め込みフォトダイオードとリング状ゲート電極12の間には、転送ゲート電極16がある。
On the surface of the n-well 4 that is separated from the
図4はこの固体撮像装置の単位画素の等価回路図を示す。画素は画素敷き詰め領域にm行n列で配置されているが、そのうちの1画素だけを代表として等価回路で表現している。図4に示す画素等価回路はリング状ゲート電極12を持つMOSFET18、ドレイン23(図3のドレイン領域10、n+層7に相当)、転送ゲート電極16を持つ転送ゲートMOSFET20、埋め込み領域6によるフォトダイオード19からなっており、リング状ゲートMOSFET18のドレインがフォトダイオード19のn型に接続され、転送ゲートMOSFET20のソースがフォトダイオード19のp型に接続され、転送ゲートMOSFET20のドレインがリング状ゲートMOSFET18のバックゲート(図3のソース近傍p型領域9)と接続されている。
FIG. 4 shows an equivalent circuit diagram of a unit pixel of this solid-state imaging device. The pixels are arranged in m rows and n columns in the pixel spread area, but only one of them is represented by an equivalent circuit. The pixel equivalent circuit shown in FIG. 4 includes a
画素内のMOSFET18のリング状ゲート電極は垂直走査回路25に、MOSFET20の転送ゲート電極は転送ゲート駆動回路26に、MOSFET18のドレイン電極はドレイン電圧制御回路27に、それぞれ接続されている。リング状ゲート電極は行毎に制御するので、横方向に配線するが、転送ゲート電極は全画素一斉に制御するので、縦方向の配線でもよいが、ここでは横方向で表現している。ドレイン電圧制御回路27は、全画素一斉に制御する場合と、行毎に制御する場合とがあり、ここでは構方向で表現する。MOSFET18のソース電極につながる配線24は縦方向に配線され、配線24の一方はソース電位制御回路28に接続され、もう一方は信号出力回路29に接続されている。
The ring-shaped gate electrode of the
信号出力回路29は、図示していないクランプ回路やサンプルホールド回路、差動増幅器によって信号電圧とリセット電圧の差を読み出す、いわゆるCDS(相関二重サンプリング)の機能を備えている。信号出力回路29から出力された信号は、水平走査回路30により制御されるスイッチを介して出力される。
The
この等価回路の動作について、図5のタイミングチャートと共に説明する。図5の時刻t1までの期間で、埋め込みフォトダイオード19に光が入射し、光電効果により電子ホール対が発生し、フォトダイオード19のp−型領域(図3の6)にホールが蓄積される。時刻t1で図5(B)に示すように転送ゲート電極の電位VTGがローレベル(Low)となり、全画素で一斉にフォトダイオード19からリング状ゲートMOSFET18のバックゲートへ、ホール電荷が転送される。MOSFET18のソース電位VSは、図5(D)に示すようにソース電位制御回路28によりS1に設定される。S1>Lowであり、これによりリング状ゲートMOSFET18がオフのままであり、電流が流れないようにする。
The operation of this equivalent circuit will be described with reference to the timing chart of FIG. In the period up to time t1 in FIG. 5, light enters the embedded
時刻t2では、転送ゲート電極電位VTGが図5(B)に示すように再びハイレベル(Vdd)となり、転送ゲートMOSFET20がオフとなる。フォトダイオード19では再びホール電荷の蓄積が始まり、これは次の転送まで続く。画素の信号読み出しは各行毎に順番に行われるので、時刻t2からt3は信号を読み出すまでの待機状態となる。待機状態のリング状ゲートMOSFET18のゲート電位VRは図5(C)に示すようにローレベル(Low)、ソース電位VSは同図(D)に示すようにS1であり、オフ状態である。
At time t2, the transfer gate electrode potential VTG becomes high level (Vdd) again as shown in FIG. 5B, and the
ソース電位VSは他の行からの信号読み出しが行われている間、その画素からの信号の値により様々な値を取り得る。時刻t3で、図示した画素の読み出しが始まる。まず、時刻t3で図5(C)に示すようにリング状ゲート電極電位VRがVg1になる。このVg1はLowとVddとの間の電位である。 The source potential VS can take various values depending on the value of the signal from the pixel while the signal is read from another row. At time t3, reading of the illustrated pixel starts. First, at time t3, as shown in FIG. 5C, the ring-shaped gate electrode potential VR becomes Vg1. This Vg1 is a potential between Low and Vdd.
一方、信号出力回路29内のスイッチにより出力線24にソースフォロア回路が繋がり、リング状ゲートMOSFET18のソース電位VSは図5(D)に示すようにS2(=Vg1−Vth1)となる。ここで、Vth1はリング状ゲートMOSFET18のバックゲート(ソース近傍p型領域)にホールがある状態でのリング状ゲートMOSFET18のしきい値電圧である。このソース電位S2が信号出力回路29内の第1のキャパシタC1に記憶される。
On the other hand, a source follower circuit is connected to the
次に、時刻t4では、図5(C)に示すようにリング状ゲート電極電位VRがVg2になり、同図(D)に示すようにソース電極電位VSはS3になる。ここでVg2、S3>Lowであり、リング状ゲートMOSFET18がオンして電流が流れないような電位設定にするのが望ましい。また、Vg2、S3≦Vddが望ましい。簡便な設定では、Vg2=S3=Vddとする。このとき、図3に示したソース近傍p型領域9のポテンシャルが持ち上げられ、nウェル4のバリアを越えて、ホールがp型エピタキシャル層2に排出される(リセット)。図3のソース近傍p型領域9の下のp+層3は、このリセット電圧を適切な値に調整するために設けている。
Next, at time t4, the ring-shaped gate electrode potential VR becomes Vg2 as shown in FIG. 5C, and the source electrode potential VS becomes S3 as shown in FIG. 5D. Here, Vg2, S3> Low, and it is desirable to set the potential so that the ring-shaped
次に、時刻t5では、図5(C)に示すように再びリング状ゲート電極電位VRがVg1になる。一方、信号出力回路29で出力線24にソースフォロア回路が繋がり、リング状ゲートMOSFET18のソース電位VSは、図5(D)に示すようにS0(=Vg1−Vth0)となる。ここで、Vth0はリング状ゲートMOSFET18のバックゲート(ソース近傍p型領域9)にホールがない状態での、リング状ゲートMOSFET18のしきい値電圧である。このソース電位S0が、信号出力回路29内の第2のキャパシタC2に記憶され、差動アンプによってC1,C2の電位差、すなわち(Vth0−Vth1)を出力する。この出力値はホール電荷によるしきい値変化分である。この信号は水平走査回路30内のスイッチを通してセンサ外へ出力される。なお、時刻t1以降、ドレイン電圧制御回路27から出力されるドレイン電圧VDは、図5(A)に示すように、Vddとされている。
Next, at time t5, as shown in FIG. 5C, the ring-shaped gate electrode potential VR becomes Vg1 again. On the other hand, a source follower circuit is connected to the
なお、上記の説明では時刻t4〜t5のリセット時のソース電位S3をソース電位制御回路28から供給したが、その電位をフローティングにする方法もある。その場合は、リング状ゲート電極電位をVg2とするとリング状ゲートMOSFET18がオン状態となり、ソースにドレインから電流が供給されソース電極電位が上昇する。従って、図3のソース近傍p型領域9のポテンシャルが持ち上げられ、nウェル4のバリアを越えて、ホールがp型エピタキシャル層2に排出される(リセット)。ホールが完全に排出されたときのソース電極電位は、(Vg2−Vth0)になる。この方法では、ソース電位制御回路28のうち、S3を供給するトランジスタを削減することができ、チップ面積を減らすことができる。
In the above description, the source potential S3 at the time of resetting from time t4 to t5 is supplied from the source
以上述べてきた説明で明らかなように、この固体撮像装置では、1画素あたり2個のトランジスタでCMOSセンサを構成していながら、全画素一斉にフォトダイオード19から信号読出しトランジスタであるリング状ゲートMOSFET18へ電荷を転送するので、グローバルシャッタ機能が実現できる。また、光電変換された電荷は、面積の小さいソース近傍p型領域9に転送されるので、電荷電圧変換効率が高く、出力を大きくとれる。
As is apparent from the above description, in this solid-state imaging device, a CMOS sensor is formed by two transistors per pixel, but all the pixels all at once are ring-shaped
また、1画素あたりのトランジスタ数が少ないので、画素面積内のフォトダイオードの面積比率を上げられることも、信号出力が大きくなることに寄与する。更に、リング状ゲートMOSFET18をリセットするとき、ソース近傍p型領域9は完全に空乏化するので、リセット時の残留電荷量のばらつきによるリセット雑音が発生しない、などの優れた特長を有する。
Further, since the number of transistors per pixel is small, increasing the area ratio of the photodiode within the pixel area also contributes to an increase in signal output. Further, when the ring-shaped
再び図1に戻って説明する。図1に示す第1の実施の形態では、隣接する光電変換領域33は等間隔で配置されているが、隣接する読み出しトランジスタ31の縦方向及び横方向に少しずつ間隔が異なっている。単位画素を少しずつ回転させて、画素エリアに並べている形である。なお、複数の光電変換領域33は縦方向に第1のピッチで等間隔に配置されており、横方向に第2のピッチで等間隔に配置されているが、第1のピッチと第2のピッチとは同一でも、異なっていても構わない。
Returning again to FIG. In the first embodiment shown in FIG. 1, the adjacent
この配置法により、光電変換領域33のピッチは一定に保ったまま、読み出しトランジスタ31の列に空きスペ−スを作り、そこに転送ゲート用貫通配線35、40、ソース出力用貫通配線36、38、41、43、ドレイン用貫通配線37、42を配置している。
With this arrangement method, an empty space is created in the column of the read
各貫通配線から複数の画素の各電極へは通常のメタル配線で繋ぐ。図1ではソース出力線39を例示している。リング状ゲート読み出しトランジスタ31のドレイン(図4のリング状ゲートMOSFET18のドレイン23、図3ではn+領域7、10)は全画素共通であり、かつ、ウェル(図3ではnウェル4)で繋がっているので、各画素にメタル配線をする必要はない。電荷転送ゲート32の配線はソース出力線39と別の層のメタルで配線する。なお、リング状ゲート読み出しトランジスタ31のリング状ゲート電極(図3では12)は横方向にポリシリコンの配線34で接続し、画素エリアの外周部で貫通配線とつなげる。
Each through wiring is connected to each electrode of a plurality of pixels by a normal metal wiring. FIG. 1 illustrates the
以上述べてきた説明で明らかなように、この第1の実施の形態のCMOSセンサでは、複数の画素において貫通配線を共用するので、貫通配線を配置する面積を減らすことができ、例えば貫通配線の径が1μm以上の場合であっても、画素ピッチを小さく保てる。貫通配線から周辺の画素への配線は設計ルールで許される最小線幅で配線しても、配線長が短いので配線抵抗による電圧降下を抑えられる。また、本実施の形態では、単位画素の並びが不規則で、貫通配線を画素領域(画素エリア)内に設置しているにもかかわらず、光電変換領域の配列の規則性が乱されないので(光電変換領域は等間隔で並んでいるので)、画像目視上の不具合は発生しない。 As is clear from the above description, in the CMOS sensor of the first embodiment, since the through wiring is shared by a plurality of pixels, the area for arranging the through wiring can be reduced. Even when the diameter is 1 μm or more, the pixel pitch can be kept small. Even if the wiring from the through wiring to the peripheral pixels is wired with the minimum line width permitted by the design rule, the voltage drop due to the wiring resistance can be suppressed because the wiring length is short. Further, in this embodiment, the arrangement of unit pixels is irregular and the regularity of the arrangement of the photoelectric conversion regions is not disturbed even though the through wiring is provided in the pixel region (pixel area) ( Since the photoelectric conversion regions are arranged at equal intervals), there is no problem in visual observation.
更に、後述する図9に示すように、図1に示すように配列された本実施の形態の複数の単位画素を有する画素領域が作成された基板とは別に、周辺駆動回路を別の基板に作成して、画素領域が作成された基板を貫通する配線により、画素領域内の複数の単位画素のそれぞれの電極と駆動回路とを接続するので、画素エリアに相当する面積内に周辺駆動回路を配列することができ、さらには、ADコンバータなどの信号処理回路も含めることができる。結果として、平面的に見ると画素エリア面積相当のチップでCMOSセンサが実現でき、固体撮像装置を小型化できる。 Further, as shown in FIG. 9 to be described later, the peripheral drive circuit is arranged on a separate substrate, apart from the substrate on which the pixel region having the plurality of unit pixels of the present embodiment arranged as shown in FIG. 1 is created. Since the electrodes and the drive circuits of the plurality of unit pixels in the pixel region are connected to each other by the wiring that passes through the substrate on which the pixel region is created, the peripheral drive circuit is formed within the area corresponding to the pixel area. Further, a signal processing circuit such as an AD converter can be included. As a result, when viewed in plan, a CMOS sensor can be realized with a chip corresponding to the pixel area, and the solid-state imaging device can be downsized.
次に、本発明の固体撮像装置の第2の実施の形態について説明する。図6は本発明になる固体撮像装置の第2の実施の形態の1つの読み出しトランジスタの概略平面図を示す。この実施の形態は、4つの光電変換領域に蓄積した電荷を、1つの共通した読み出しトランジスタからしきい値電圧の変化として出力する例である。これは、画素ピッチを縮小するために有効な方法である。 Next, a second embodiment of the solid-state imaging device of the present invention will be described. FIG. 6 is a schematic plan view of one readout transistor of the second embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention. This embodiment is an example in which charges accumulated in four photoelectric conversion regions are output as a change in threshold voltage from one common readout transistor. This is an effective method for reducing the pixel pitch.
図6において、リング状ゲート電極50とソース領域51を中心として、4つのフォトダイオード52a、52b、52c、52dと、4つの転送ゲート電極53a、53b、53c、53dとが対称に配置されている。この図6の4画素1単位を多数並べて、その交点に貫通配線を設けた場合の平面図が図7である。
In FIG. 6, four
図7において、図6の4つの転送ゲート電極53a、53b、53c、53dをT1、T2、T3、T4で示し、また、これらの転送ゲート電極にそれぞれ別々につながる貫通配線をT11、T12、T13、T14としており、図7に示す貫通配線の配列は、最上端左から右へ1行目はT12、T11、T12、T11、2行目はT14、(S1)、T14、T13、3行目はT12、T11、T12、(VD)、4行目はT14、T13、T14、T13の順に並んでおり、T12、T11/T14、T13が繰り返す、転送ゲート電極の貫通配線の規則的配列の一部が、ソース出力用貫通配線S1やドレイン貫通配線VDに置き換わった形となっている。
In FIG. 7, the four
これは、4画素1単位の共通読み出しトランジスタユニットの配列の交点の貫通配線を原則として転送ゲート電極の配線に使って、転送ゲートの配線長を短くするためであり、一方、4画素共通の読み出しトランジスタの縦1列毎に共通のソースや、全画素共通のドレインについては、それらの配線の直列抵抗を下げるために必要な数だけ、転送ゲート電極の貫通配線に置き換えて、ソースやドレインの貫通配線を配置している。例えば、貫通配線T11に対しては、4画素1単位の共通読み出しトランジスタユニットの転送ゲート電極53a(T1)が向き合うように配置し、転送ゲート電極と貫通配線の配線長を減らすようにしている。他の貫通配線T12〜T14も同様である。
This is to shorten the wiring length of the transfer gate by using the penetrating wiring at the intersection of the arrangement of the common readout transistor units of one unit of four pixels as a principle of the wiring of the transfer gate, while reading common to the four pixels. For the common source for each vertical column of transistors and the common drain for all pixels, replace the necessary number of through-wirings for the transfer gate electrode to reduce the series resistance of those wirings. Wiring is placed. For example, with respect to the through wiring T11, the
また、S1はソース出力用貫通配線54を示し、ソース出力線55がつながっている。ソース出力線55の幅を狭くしても、一定数の画素毎にソース出力用貫通配線54につながっているので、ソース出力線の配線抵抗を下げられる。転送ゲート用貫通配線56(T14)は、その周囲にある転送ゲート電極57a(T4)、57b(T4)、57c(T4)、57d(T4)と接続するようになっているが、転送ゲート用貫通配線が無い場所(例えばドレイン貫通配線59(VD)の周辺)の転送ゲート電極には、近くにある同じ位相の転送ゲート電極の貫通配線60から通常のメタル配線61と接続する。また、読み出しトランジスタのリング状ゲート電極50は、横方向の列毎にポリシリコンの配線58で繋がれ、画素エリアの周辺で貫通配線と接続される。
S1 indicates a source output through
以上説明した、本発明の第2の実施の形態のCMOSセンサでは、4画素1単位の共通読み出しトランジスタユニットの配列の交点に貫通配線を形成しているので、例えば貫通配線の直径が1μm以上の場合であっても、全体の画素ピッチを小さく保てる。また、貫通配線から周辺の画素への配線は設計ルールで許される最小線幅で配線しても、配線長が短いので配線抵抗による電圧降下を防げる。また、本構成例でも、貫通配線を画素エリア内に設置しているにも拘らず、光電変換領域の配列の規則性が乱されないので、画像目視上の不具合は発生しない。 In the CMOS sensor according to the second embodiment of the present invention described above, since the through wiring is formed at the intersection of the arrangement of the common readout transistor unit of 4 pixels per unit, for example, the diameter of the through wiring is 1 μm or more. Even in this case, the entire pixel pitch can be kept small. Further, even if the wiring from the through wiring to the peripheral pixels is the minimum line width allowed by the design rule, the wiring length is short, so that a voltage drop due to the wiring resistance can be prevented. Also in this configuration example, the regularity of the arrangement of the photoelectric conversion regions is not disturbed even though the through wiring is provided in the pixel area, so that there is no problem in viewing the image.
次に、貫通配線の工程について説明する。上記の第1及び第2の実施の形態で説明した貫通配線は、例えば、公知文献(Kang Wook Lee,et al.,"Development of Three-Dimensional Integration Technology for Highly Parallel Image-Processing Chip",Japanese Journal Applied Physics Vol.39(2000),pp.2473-2477)に開示されているような通常の貫通配線工程で作成できる。この工程について図8及び図9と共に説明する。 Next, the process of through wiring will be described. The through wiring described in the first and second embodiments is described in, for example, a known document (Kang Wook Lee, et al., “Development of Three-Dimensional Integration Technology for Highly Parallel Image-Processing Chip”, Japanese Journal). Applied Physics Vol. 39 (2000), pp. 2473-2477). This process will be described with reference to FIGS.
まず、図8(A)に示すように、画素エリアのLSI作成工程を終了した基板71内にエッチング等により溝72を作り、溝72の内側に絶縁膜73を形成した後、タングステン74を埋め込み、表面をCMP(Chemical Mechanical Polish)で平坦にしてから、メタル75で画素エリア内の素子と接続する。メタル75はアルミニウム等の膜をスパッタで成膜し、フォトプロセスとエッチングを使って作成する。
First, as shown in FIG. 8A, a
次に、図8(B)に示すように、メタル75が設けられた基板71の表面にガラス板76を接着した後、基板71の裏面を研磨してタングステン74を裏面に露出させる。続いて、図8(C)に示すように、基板71の裏面全面に絶縁膜77を被覆し、その絶縁膜77のタングステン74の部分を開口してメタル電極78を作成し、さらに、下層基板の電極との接続用にマイクロバンプ79をメタル電極78上に形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, after a
一方、図9(A)に示すように、CMOSセンサの駆動回路や信号処理回路を作り込んだLSI基板80の表面に、画素エリアを有する上層基板との接続用のメタル電極81を作成する。その後、両面位置合わせ装置を使って、図8(C)に示す基板71のマイクロバンプ79と図9(A)に示す基板80のメタル電極81とを対向させて互いに接着剤で貼り合わせ、その後、上層基板71につけたガラス板76を取り除くことにより、図9(B)に示す固体撮像装置が製造される。この工程で形成可能な貫通配線となるタングステン74の最小径は1〜2μmである。
On the other hand, as shown in FIG. 9A, a
上記の説明で述べたCMOSセンサの構成と貫通電極作成工程によって、高画素密度でありながら、配線抵抗による出力電圧ばらつきが小さい固体撮像装置が実現できる。 With the configuration of the CMOS sensor and the through electrode creation process described in the above description, it is possible to realize a solid-state imaging device that has high pixel density and small output voltage variation due to wiring resistance.
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、例えば図7の第2の実施の形態では、共通読み出しトランジスタユニットは図6に示した4画素1単位としているが、4画素以外の複数画素1単位としてもよい。また、図8及び図9においてタングステン74以外の公知の配線材料を使用することも可能である。更に、画素内にリング状ゲート電極を持たない増幅用トランジスタ(読み出し用トランジスタ)を有するCMOSセンサにも本発明は原理的には適用可能である。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the second embodiment of FIG. 7, the common readout transistor unit is one unit of four pixels shown in FIG. It is good also as
18 リング状ゲートMOSFET
19、52a〜52d フォトダイオード
20 転送ゲートMOSFET
24、39、55 ソース出力配線
31 リング状ゲート読み出しトランジスタ
32 電荷転送ゲート
33 光電変換領域
34、58 ポリシリコンの配線
35〜38、40〜43 貫通配線
50 読み出しトランジスタのリング状ゲート電極
51 ソース領域
53a〜53d 転送ゲート電極
54 ソース出力用貫通配線(S1)
56 転送ゲート用貫通配線
57a〜57d 転送ゲート電極(T4)
59 ドレイン貫通配線(VD)
61 メタル配線
18 Ring-shaped gate MOSFET
19, 52a to
24, 39, 55
56 Transfer gate through
59 Drain through wiring (VD)
61 Metal wiring
Claims (4)
前記画素領域と前記駆動回路は異なる基板内に作成され、前記画素領域が作成された基板を貫通する配線により、前記画素領域と前記駆動回路とを接続し、かつ、前記画素領域内の前記複数の単位画素の電極と接続し、
前記画素領域には、
基板上において横方向に第1のピッチで、縦方向に第2のピッチでそれぞれ一定の間隔で並ぶ複数の前記光電変換領域の列と、
前記基板上において横方向及び縦方向共に異なる間隔で並ぶ複数の前記信号出力手段の列と、
複数の前記信号出力手段の列の空きスペースに配置された、前記基板を貫通する配線と が配置されていることを特徴とする固体撮像装置。 A pixel region in which a plurality of unit pixels that photoelectrically convert incident light from a subject are regularly arranged, and a drive circuit that drives the plurality of unit pixels and processes a signal output from each unit pixel; In a solid-state imaging device having
The pixel region and the driving circuit are formed in different substrates, the pixel region and the driving circuit are connected by a wiring penetrating the substrate in which the pixel region is formed, and the plurality of pixels in the pixel region are connected Connected to the electrode of the unit pixel of
In the pixel region,
A plurality of rows of the photoelectric conversion regions arranged at regular intervals on the substrate at a first pitch in the horizontal direction and at a second pitch in the vertical direction;
A plurality of rows of the signal output means arranged at different intervals in the horizontal direction and the vertical direction on the substrate;
A solid-state imaging device comprising: a plurality of the signal output means arranged in an empty space in a row and a wiring penetrating the substrate .
リング状ゲート電極を持ち、入力された電荷の量をしきい値電圧の変化として出力する信号出力手段と、
光を電荷に変換して蓄積する光電変換領域と、
前記光電変換領域に蓄積された前記電荷を前記信号出力手段へ転送する電荷転送手段と
を有することを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 Each of the plurality of unit pixels arranged in the pixel region is
A signal output means having a ring-shaped gate electrode and outputting the amount of input charge as a change in threshold voltage;
A photoelectric conversion region for converting light into electric charge and storing it;
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising: charge transfer means for transferring the charge accumulated in the photoelectric conversion region to the signal output means.
前記画素領域と前記駆動回路は異なる基板内に作成され、前記画素領域が作成された基板を貫通する配線により、前記画素領域と前記駆動回路とを接続し、かつ、前記画素領域内の前記複数の単位画素の電極と接続し、
前記画素領域には、
リング状ゲート電極を持ち、入力された電荷の量をしきい値電圧の変化として出力する信号出力手段と、
光を電荷に変換して蓄積する複数の光電変換領域と、
複数の前記光電変換領域に蓄積された前記電荷を、共通する一つの前記信号出力手段へ別々に転送する複数の電荷転送手段と
からなり、複数の前記光電変換領域及び複数の前記電荷転送手段が、共通の一つの前記信号出力手段を中心にして対称に配置された構造のブロックを単位として、2次元的に複数の前記ブロックが配置されると共に、複数の前記ブロックのそれぞれの境界には、前記画素領域が作成された基板を貫通する接続手段を配置したことを特徴とする固体撮像装置。 A pixel region in which a plurality of unit pixels that photoelectrically convert incident light from a subject are regularly arranged, and a drive circuit that drives the plurality of unit pixels and processes a signal output from each unit pixel; In a solid-state imaging device having
The pixel region and the driving circuit are formed in different substrates, the pixel region and the driving circuit are connected by a wiring penetrating the substrate in which the pixel region is formed, and the plurality of pixels in the pixel region are connected Connected to the electrode of the unit pixel of
In the pixel region,
A signal output means having a ring-shaped gate electrode and outputting the amount of input charge as a change in threshold voltage;
A plurality of photoelectric conversion regions for storing light by converting it into electric charges;
A plurality of charge transfer means for separately transferring the charges accumulated in the plurality of photoelectric conversion areas to one common signal output means, wherein the plurality of photoelectric conversion areas and the plurality of charge transfer means include A plurality of blocks are arranged two-dimensionally with a block having a structure arranged symmetrically around a common signal output means, and at each boundary of the plurality of blocks, solid-state image sensor you characterized in that a connecting means passing through the substrate on which the pixel region is created.
前記電荷転送手段は、前記第2導電型のウェル領域内に設けられた第1導電型である前記光電変換領域に蓄積された前記電荷を、同じ画素内の対応する前記第1導電型のソース近傍領域へ全画素一斉に転送する手段であることを特徴とする請求項2又は3記載の固体撮像装置。The charge transfer means converts the charge accumulated in the photoelectric conversion region of the first conductivity type provided in the well region of the second conductivity type into the corresponding source of the first conductivity type in the same pixel. 4. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the solid-state imaging device is a means for transferring all pixels simultaneously to a neighboring area.
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0539068U (en) * | 1991-10-25 | 1993-05-25 | 鐘淵化学工業株式会社 | Image sensor module |
JPH1041493A (en) * | 1996-07-24 | 1998-02-13 | Sony Corp | Solid-state image pickup device |
JP2001339057A (en) * | 2000-05-30 | 2001-12-07 | Mitsumasa Koyanagi | Method of manufacturing three-dimensional image processor |
JP2004207461A (en) * | 2002-12-25 | 2004-07-22 | Olympus Corp | Solid-state image pickup device and its manufacturing method |
JP2004349430A (en) * | 2003-05-21 | 2004-12-09 | Sharp Corp | Solid-state image pickup element and driving method thereof |
-
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0539068U (en) * | 1991-10-25 | 1993-05-25 | 鐘淵化学工業株式会社 | Image sensor module |
JPH1041493A (en) * | 1996-07-24 | 1998-02-13 | Sony Corp | Solid-state image pickup device |
JP2001339057A (en) * | 2000-05-30 | 2001-12-07 | Mitsumasa Koyanagi | Method of manufacturing three-dimensional image processor |
JP2004207461A (en) * | 2002-12-25 | 2004-07-22 | Olympus Corp | Solid-state image pickup device and its manufacturing method |
JP2004349430A (en) * | 2003-05-21 | 2004-12-09 | Sharp Corp | Solid-state image pickup element and driving method thereof |
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