JP6119118B2 - Image sensor - Google Patents
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Description
本発明は、撮像素子に関する。 The present invention relates to an image sensor.
裏面照射型撮像チップと信号処理チップが、複数画素をまとめたセル単位ごとにマイクロバンプを介して接続された撮像ユニットが知られている。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1]特開2006−49361号公報
There is known an imaging unit in which a back-illuminated imaging chip and a signal processing chip are connected via a micro bump for each cell unit in which a plurality of pixels are combined.
[Prior art documents]
[Patent Literature]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-49361
しかしながら上記撮像ユニットにあっては、画素が設けられている領域内においてマイクロバンプが均一に配されており、設計の自由度が非常に低い、という課題がある。 However, the imaging unit has a problem that the microbumps are uniformly arranged in the region where the pixels are provided, and the degree of freedom in design is very low.
本発明の第1の態様においては、撮像素子であって、入射光を画素信号に変換する複数の画素を含む単位グループと、単位グループに対応して設けられ、単位グループの複数の画素のそれぞれから読み出される画素信号が出力される出力線との組を複数有する撮像チップと、複数の出力線から入力された画素信号をデジタル化して出力するA/D変換部を複数有し、撮像チップに積層された信号処理チップと、複数の出力線と、対応するA/D変換部とを電気的に接続し、撮像チップと信号処理チップとの積層面内において不均一な密度で配された複数の接続バンプとを備える。 In the first aspect of the present invention, the imaging device is a unit group including a plurality of pixels that convert incident light into a pixel signal, and each of the plurality of pixels of the unit group is provided corresponding to the unit group. An imaging chip having a plurality of sets of output lines from which pixel signals read out from the output are output, and a plurality of A / D converters that digitize and output pixel signals input from the plurality of output lines. A plurality of signal processing chips, a plurality of output lines, and corresponding A / D converters are electrically connected to each other, and a plurality of signals are arranged at a non-uniform density in the stacked surface of the imaging chip and the signal processing chip. Connection bumps.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
図1は、本実施形態に係る裏面照射型の撮像素子100の断面図である。撮像素子100は、入射光に対応した画素信号を出力する撮像チップと113と、画素信号を処理する信号処理チップ111と、画素信号を記憶するメモリチップ112とを備える。これら撮像チップ113、信号処理チップ111およびメモリチップ112は積層されており、Cu等の導電性を有する接続バンプ200により互いに電気的に接続される。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a back-illuminated
なお、図示するように、入射光は主に白抜き矢印で示すZ軸プラス方向へ向かって入射する。本実施形態においては、撮像チップ113において、入射光が入射する側の面を裏面と称する。また、座標軸に示すように、Z軸に直交する紙面右方向をX軸プラス方向、Z軸およびX軸に直交する紙面手前方向をY軸プラス方向とする。以降のいくつかの図においては、図1の座標軸を基準として、それぞれの図の向きがわかるように座標軸を表示する。
As shown in the figure, incident light is incident mainly in the positive direction of the Z-axis indicated by a white arrow. In the present embodiment, in the
撮像チップ113の一例は、裏面照射型のMOSイメージセンサである。PD層106は、配線層108の裏面側に配されている。PD層106は、二次元的に配された複数のPD(フォトダイオード)104、および、PD104に対応して設けられたトランジスタ105を有する。
An example of the
PD層106における入射光の入射側にはパッシベーション膜103を介してカラーフィルタ102が設けられる。カラーフィルタ102は、互いに異なる波長領域を透過する複数の種類を有しており、PD104のそれぞれに対応して特定の配列を有している。カラーフィルタ102、PD104およびトランジスタ105の組が一つの画素を形成する。
A
カラーフィルタ102における入射光の入射側には、それぞれの画素に対応して、マイクロレンズ101が設けられる。マイクロレンズ101は、対応するPD104へ向けて入射光を集光する。
On the incident light incident side of the
配線層108は、PD層106からの画素信号を信号処理チップ111に伝送する配線107を有する。配線107は多層であってもよく、また、受動素子および能動素子が設けられてもよい。
The
配線層108の表面には複数の接続バンプ200が配される。当該複数の接続バンプ200が信号処理チップ111の対向する面に設けられた複数の接続バンプ200と位置合わせされて、撮像チップ113と信号処理チップ111とが加圧等されることにより、位置合わせされた接続バンプ200同士が接合されて、電気的に接続される。
A plurality of
同様に、信号処理チップ111およびメモリチップ112の互いに対向する面には、複数のバンプ109が配される。これらのバンプ109が互いに位置合わせされて、信号処理チップ111とメモリチップ112とが加圧等されることにより、位置合わせされたバンプ109同士が接合されて、電気的に接続される。なお、接続バンプ200間およびバンプ109間の接合には、固相拡散によるCuバンプ接合に限らず、はんだ溶融によるマイクロバンプ結合を採用しても良い。
Similarly, a plurality of
信号処理チップ111は、表裏面にそれぞれ設けられた回路を互いに接続するTSV(シリコン貫通電極)110を有する。TSV110は、周辺領域に設けられることが好ましい。また、TSV110は、撮像チップ113の周辺領域、メモリチップ112にも設けられて良い。
The
図2は、撮像チップ113の単位グループ130を説明する図である。特に、撮像チップ113を裏面側から観察した様子を示す。画素領域には1400万個以上もの画素141がマトリックス状に配列されている。
FIG. 2 is a diagram illustrating the
本実施形態においては、隣接するX軸方向の32画素、Y軸方向の64画素の、計2048画素が一つの単位グループ131を形成する。撮像チップ113の全体には、当該単位グループ131がX軸方向に144個、Y軸方向に48個並んでいる。なお、単位グループ131に含まれる画素数はこれに限られない。また、単位グループ131の個数もこれに限られない。
In this embodiment, a total of 2048 pixels of 32 pixels in the adjacent X-axis direction and 64 pixels in the Y-axis direction form one
図3は、単位グループ130を模式的に示す。図4は、単位グループ130内の画素ユニット140の回路図を示す。なお、図3におけるXYZは単位グループ130に対しての方向を示すものであって、処理回路部144の空間的な方向を示すものではない。
FIG. 3 schematically shows the
単位グループ130には、いわゆるベイヤー配列で画素141が二次元的に配列されている。ベイヤー配列における一単位が画素ユニット140を形成している。すなわち、画素ユニット140は4画素Gb、Gr、B、Rを有する。
In the
緑色画素Gb、Grは、カラーフィルタ102として緑色フィルタを有し、入射光のうち緑色波長帯の光を受光する。同様に、青色画素Bは、カラーフィルタ102として青色フィルタを有し、青色波長帯の光を受光し、赤色画素Rは、カラーフィルタ102として赤色フィルタを有し、赤色波長帯の光を受光する。
The green pixels Gb and Gr have a green filter as the
単位グループ130において、行選択線は2行の画素に一つずつ設けられおり、各行選択線に2行分の画素が共通に接続されている。図3の例では、Y軸方向に64画素あることに対応して、32本の行選択線が設けられている。
In the
出力配線142は2列の画素に一つずつ設けられており、各出力配線142に2列分の画素が共通に接続されている。図3の例では、X軸方向に32画素あることに対応して、16本の出力配線142が設けられている。
One
これらの出力配線142は接続バンプ200を介して、信号処理チップ111に設けられた処理回路部144に電気的に接続される。単位グループ130と、当該単位グループ130に電気的に接続された処理回路部144とは、撮像チップ113と信号処理チップ111とが積層された方向からみて重複した領域に設けられる。
These output wirings 142 are electrically connected to the
図4の電源配線Vdd、リセット配線は、単位グループ130に含まれる画素141全体で共通に接続されている。また、Gb転送配線は、単位グループ130のうち画素Gbで共通に接続されている。同様に、Gr転送配線は単位グループ130のうち画素Grで共通に接続され、B転送配線は単位グループ130のうち画素Bで共通に接続され、R転送配線は単位グループ131のうち画素Rで共通に接続されている。さらに、リセット配線および各転送配線は複数の単位グループ130間では別個に設けられる。
The power supply wiring Vdd and the reset wiring in FIG. 4 are commonly connected to the
画素ユニット140の画素Gb、Gr、B、Rはリセットトランジスタ150、増幅トランジスタ152、選択トランジスタ154を共有している。また、画素Gb1は転送トランジスタ156、158を有する。同様に、画素Grは転送トランジスタ160、162を有し、画素Bは転送トランジスタ164、166を有し、画素Rは転送トランジスタ168、170を有する。これらのトランジスタの少なくとも一部は図1のトランジスタ105に対応する。
The pixels Gb, Gr, B, and R of the
以下、画素Gbを例に各トランジスタの接続関係を説明する。なお、各トランジスタの例はnチャンネル型FETであるが、トランジスタの種類はこれに限られない。 Hereinafter, the connection relationship of each transistor will be described using the pixel Gb as an example. An example of each transistor is an n-channel FET, but the type of transistor is not limited to this.
画素Gbの転送トランジスタ156のゲート、ドレイン、ソースはそれぞれ、Gb転送配線、行選択線1、転送トランジスタ158のゲートに接続される。また、転送トランジスタ158のソース、ドレインはそれぞれ、画素GbのPDの一端、増幅トランジスタ152のゲートに接続される。また、リセットトランジスタ150のドレインは電源配線Vddに接続され、ソースは増幅トランジスタ152のゲートに接続される。増幅トランジスタ152のドレインは電源配線Vddに接続され、ソースは選択トランジスタ154のドレインに接続される。選択トランジスタ154のゲートは行選択配線1に接続され、ソースは出力配線142に接続されている。画素Gr、B、Rの接続関係も同様であるので説明を省略する。
The gate, drain, and source of the
出力配線142のそれぞれは、撮像チップ113と信号処理チップ111とを電気的に接続する接続バンプ200を介してCDS回路146に一対一に接続されている。これらのCDS回路146の出力はマルチプレクサ148に入力される。さらにマルチプレクサ148からの出力はA/D変換回路149に入力され、A/D変換回路149の出力は、メモリチップ112に設けられた画素メモリ180に接続される。図3に示す例においては、一つの単位グループ130に対して一つのA/D変換回路149が設けられているが、A/D変換回路149が複数設けられていてもよい。
Each of the
図3および図4に示す形態において、各画素141の画像信号は下記の通りに読み出される。なお、説明を簡単にするためにリセット動作の説明を省く。
3 and FIG. 4, the image signal of each
行選択線のいずれか、例えば行選択線1がオンされる。その状態でいずれかの転送配線、例えばGb転送配線がオンされる。これにより、画素Gbの転送トランジスタ156、158が両方オンになり、画素Gbの電荷が増幅トランジスタ152のゲートに転送される。ここで、行選択線1がオン状態なので、選択トランジスタ154もオンになっており、増幅トランジスタ152のゲートに転送された電荷に応じて増幅された画素信号が出力配線142から出力される。
One of the row selection lines, for example, the row selection line 1 is turned on. In this state, one of the transfer wirings, for example, the Gb transfer wiring is turned on. As a result, both
行選択線1は単位グループ130内の2行の画素に対して共通であり、Gb転送配線は単位グループ130内の画素Gbに対して共通なので、単位グループ130の1行分の画素Gbの画素信号が、それぞれ対応する出力配線142に同時に出力される。ここで、出力配線142には一対一にCDS回路146が配されているので、それぞれの画素信号はノイズが除かれた状態で個々のCDS回路146に一時的に保持される。
Since the row selection line 1 is common to the pixels in two rows in the
マルチプレクサ148は複数のCDS回路146に一時的に保持された画素信号を順次読出し、A/D変換回路149に引き渡す。A/D変換回路149は当該画素信号を順次デジタル化して画素メモリ180に書き込む。これにより、単位グループ130の1行分の画素Gbの画素信号のそれぞれが、他の画素信号の影響を受けることなく画素メモリ180に格納される。
The
次に、行選択線1がオンされた状態で、Gr転送配線がオンされることにより、単位グループ130の1行分の画素Grの画素信号のそれぞれが、他の画素信号の影響を受けることなく順次読み出される。同様に、行選択線1がオンされた状態でB転送配線がオンされることにより、単位グループ130の1行分の画素Bの画素信号のそれぞれが読み出されて画素メモリ180に格納され、行選択線1がオンされた状態でR転送配線がオンされることにより、単位グループ130の1行分の画素Rの画素信号のそれぞれが読み出されて画素メモリ180に格納される。以上により、単位グループ130の2行分の画素の画素信号が読み出される。
Next, when the Gr transfer wiring is turned on while the row selection line 1 is turned on, each of the pixel signals of the pixels Gr for one row of the
次に行選択線2をオンにして上記手順を繰り返すことにより単位グループ130の次の2行分の画素の画素信号が読み出される。すべての行選択線に対して上記手順を繰り返すことにより、単位グループ130内のすべての画素の画素信号が読み出される。
Next, the
図3および図4に示す形態によれば、各単位グループ130について行選択線を2行の画素に対して一つ設ければよいので、配線の引き回しが容易になる。また、各単位グループ130について出力配線を2列の画素に対して一つ設ければよいので、配線の引き回しが容易になる。
According to the embodiment shown in FIG. 3 and FIG. 4, it is only necessary to provide one row selection line for two rows of pixels for each
図5は、本実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。撮像装置500は、撮影光学系としての撮影レンズ520を備え、撮影レンズ520は、光軸OAに沿って入射する被写体光束を撮像素子100へ導く。撮影レンズ520は、撮像装置500に対して着脱できる交換式レンズであっても構わない。撮像装置500は、撮像素子100、システム制御部501、駆動部502、測光部503、ワークメモリ504、記録部505、および表示部506を主に備える。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of the imaging apparatus according to the present embodiment. The imaging apparatus 500 includes a
撮影レンズ520は、複数の光学レンズ群から構成され、シーンからの被写体光束をその焦点面近傍に結像させる。なお、図5では瞳近傍に配置された仮想的な1枚のレンズで当該撮影レンズ520を代表して表している。駆動部502は、システム制御部501からの指示に従って撮像素子100のタイミング制御、領域制御等の電荷蓄積制御を実行する制御回路である。この意味において駆動部502は、撮像素子100に対して電荷蓄積を実行させて画素信号を出力させる撮像素子制御部の機能を担うと言える。
The photographing
撮像素子100は、画素信号をシステム制御部501の画像処理部511へ引き渡す。画像処理部511は、ワークメモリ504をワークスペースとして種々の画像処理を施し、画像データを生成する。例えば、JPEGファイル形式の画像データを生成する場合は、ベイヤー配列で得られた信号からカラー映像信号を生成した後に圧縮処理を実行する。生成された画像データは、記録部505に記録されるとともに、表示信号に変換されて予め設定された時間の間、表示部506に表示される。
The
測光部503は、画像データを生成する一連の撮影シーケンスに先立ち、シーンの輝度分布を検出する。測光部503は、例えば100万画素程度のAEセンサを含む。システム制御部501の演算部512は、測光部503の出力を受けてシーンの領域ごとの輝度を算出する。演算部512は、算出した輝度分布に従ってシャッタ速度、絞り値、ISO感度を決定する。測光部503は撮像素子100で兼用してもよい。なお、演算部512は、撮像装置500を動作させるための各種演算も実行する。
The
駆動部502は、一部または全部が撮像チップ113に搭載されてもよいし、一部または全部が信号処理チップ111に搭載されてもよい。システム制御部501の一部が撮像チップ113または信号処理チップ111に搭載されてもよい。
A part or all of the
図6は、単位グループ130および当該単位グループ130に対応する処理回路部144のレイアウトの一例を示す。図6において、単位グループ130と処理回路部144とはZ軸方向に重なっているが、説明のためにそれらをX軸方向にずらして示した。また、単位グループ130内の画素141配列を示すのに画素間の境界線をXYで4本ずつ代表して示した。
FIG. 6 shows an example of the layout of the
1つの単位グループ130は、それに含まれる画素141の繰り返しの単位が正方形の場合、XYの画素数を反映してY軸方向に長い1:2の長方形となる。ここで一画素が例えば3μm角である場合に、1つの単位グループ130は、X軸方向の長さが96μm、Y軸方向の長さが192μm、面積が約18000μm2となる。
When the repeating unit of the
1つの単位グループ130に対応して設けられる1つの処理回路部144も、当該単位グループ130と同形状である。なお、単位グループ130と処理回路部144とは同形状でなくてもよい。
One
処理回路部144には、図6の例において+Y側から順に、CDS回路146、マルチプレクサ148およびA/D変換回路149、ロジックとしての駆動部502の一部、が配される。マルチプレクサ148およびA/D変換回路149はCDS回路146等に比較して素子数が多いので、処理回路部144において中央付近に配され、優先的にレイアウトが決定されることが好ましい。
In the
CDS回路146はX軸方向に一行に並んでおり、図3の例に対応して16個設けられる。これにより、1つの出力配線142に対応する2列の画素と、これに対応するCDS回路146とがZ軸方向において重なる。
The
画素141の出力配線142とCDS回路146とを接続する接続バンプ200は、対応する2列の画素の下かつCDS回路146の上に配される。すなわち、CDS回路146一つずつの上に接続バンプ202一つが配される。この場合に、接続バンプ200は、Z軸方向から見て画素が設けられた領域に重畳して配されることになる。接続バンプ202は、対応する画素列とCDS回路146とに重畳して配されるので、単位グループ130および処理回路部144のそれぞれの面内での配線の引き回しを簡便にすることができる。
The connection bumps 200 that connect the
図6に示す例において、接続バンプ200は、1つ置きにX軸方向に8個並んでおり、Y軸方向には1つ分オフセットして2行に配置されている。これにより、接続バンプ200の径をCDS回路146の幅と同程度にした場合に、接続バンプ200同士が近づくことによる短絡またはノイズの発生等を防ぐことができる。
In the example shown in FIG. 6, every eight
さらに、駆動部502と単位グループ130側とを接続する接続バンプ202、204が処理回路部144の駆動部502が配された領域に重畳して配される。図6の例において、図4に対応して、リセット、行選択線、Gb転送線、Gr転送線、B転送線およびR転送線にそれぞれ接続される6つの接続バンプ202が等間隔に配される。さらにそれらと等間隔に接地用の1つの接続バンプ204が配される。
Further, connection bumps 202 and 204 that connect the
ここで、接続バンプ200、202、204は、単位グループ130の領域全体でみた場合に、不均一な密度で配される。特に、接続バンプ200は単位グループ130内における+Y側に偏って配されるとともに、接続バンプ200は−Y側に偏って配される。
Here, the connection bumps 200, 202, and 204 are arranged with a non-uniform density when viewed in the entire region of the
以上、図6に示す例によれば、接続バンプ200が不均一な密度で配されるので、配置の自由度が高くなる。さらに、接続バンプ200同士の短絡等を防ぎつつ、単位グループ130および処理回路部144のそれぞれの面内での配線の引き回しを簡便にすることができる。なお、接続バンプ200と接続バンプ202、204とは同じ径および同じ間隔で設けられることが好ましいが、異なる径または異なる間隔で設けられてもよい。
As described above, according to the example shown in FIG. 6, since the connection bumps 200 are arranged with a non-uniform density, the degree of freedom in arrangement increases. Furthermore, it is possible to simplify the routing of the wiring in the respective surfaces of the
図7は、単位グループ130および当該単位グループ130に対応する処理回路部144のレイアウトの他の例を示す。図7において、図6と同じ構成には同じ参照番号を付して、説明を省略する。
FIG. 7 shows another example of the layout of the
図7において、CDS回路146は、X軸方向とY軸方向とに二次元的に配される。具体的には、X方向に8列、Y軸方向に2行配される。これにより、個々のCDS回路146の領域の縦横比を1に近づけて、CDS回路146内の設計の自由度を上げることができる。
In FIG. 7, the
これらCDS回路146と画素141からの出力配線142とを接続する接続バンプ210は、対応するCDS回路146上に配される。すなわち、CDS回路146一つずつの上に接続バンプ202一つが配される。この場合にCDS回路146が8列×2行に配されていることに対応して、接続バンプ202も8列X2行に配されている。
The connection bumps 210 that connect the
さらにこれら接続バンプ210は、1行内では等間隔であって、列間で整列している。なお、1行内では等間隔でなくてもよいし、列間でオフセットしていてもよい。 Further, these connection bumps 210 are equally spaced within one row and are aligned between columns. In addition, it does not need to be equally spaced within one row, and may be offset between columns.
図7においても、図6の場合と同様に、接続バンプ210は、単位グループ130の領域全体でみた場合に、不均一な密度で+Y側に偏って配される。なお、接続バンプ210の位置とこれに対応する画素列の位置とが一致しないので、単位グループ130側ではそれらを接続する面内の配線を設ける。
Also in FIG. 7, as in the case of FIG. 6, the connection bumps 210 are arranged with a nonuniform density biased toward the + Y side when viewed in the entire region of the
以上、図7に示す例によれば、図6の場合と同様に、接続バンプ210が不均一な密度で配されるので、配置の自由度が高くなる。さらに、CDS回路146の縦横比を1に近づけつつ、単位グループ130および処理回路部144のそれぞれの面内での配線の引き回しを簡便にすることができる。
As described above, according to the example shown in FIG. 7, as in the case of FIG. 6, since the connection bumps 210 are arranged at a non-uniform density, the degree of freedom in arrangement increases. Furthermore, it is possible to simplify the routing of wiring in the planes of the
図8は、単位グループ130および当該単位グループ130に対応する処理回路部144のレイアウトのさらに他の例を示す。図8において、図6と同じ構成には同じ参照番号を付して、説明を省略する。
FIG. 8 shows still another example of the layout of the
図8において、CDS回路146、147は、当該単位グループ130に対応するマルチプレクサ148およびA/D変換回路149をY軸方向に跨いでその両側に配される。+Y側に8列のCDS回路146と、−Y側に8列のCDS回路147とが配される。これにより、個々のCDS回路146、147の領域の縦横比を1に近づけて、CDS回路146、147内の設計の自由度を上げることができる。
In FIG. 8,
これらCDS回路146と画素141からの出力配線142とを接続する接続バンプ220は、対応する2列の画素の下かつ1つのCDS回路146の上に配される。同様に、これらCDS回路147と画素141からの出力配線142とを接続する接続バンプ226は、対応する2列の画素の下かつ1つのCDS回路147の上に配される。よって、接続バンプ220の群と接続バンプ226の群とはオフセットした位置に配される。なお、画素列の位置と接続バンプ220、226とを接続する配線を面内に設けることにより、オフセットなしでこれらを配してもよい。
The connection bumps 220 that connect the
図8においても、図6の場合と同様に、接続バンプ220、226が不均一な密度で配されるので、配置の自由度が高くなる。さらに、接続バンプ210は、単位グループ130の領域全体でみた場合に、不均一な密度で、+Y側に偏って配される。以上、図8に示す例によれば、接続バンプ220、226は、対応する画素列とCDS回路146、147とに重畳して配されるので、単位グループ130および処理回路部144のそれぞれの面内での配線の引き回しを簡便にすることができる。さらに、CDS回路146、147の縦横比を1に近づけて設計の自由度を上げることができる。
Also in FIG. 8, as in the case of FIG. 6, the connection bumps 220 and 226 are arranged at a non-uniform density, so that the degree of freedom in arrangement becomes high. Furthermore, the connection bumps 210 are arranged with a nonuniform density and biased toward the + Y side when viewed in the entire region of the
図9は、単位グループ130および当該単位グループ130に対応する処理回路部144のレイアウトのさらに他の例を示す。図9において、図7と同じ構成には同じ参照番号を付して、説明を省略する。図9において、CDS回路146は、図7と同様にX軸方向とY軸方向とに二次元的に配される。
FIG. 9 shows still another example of the layout of the
これらCDS回路146と画素141からの出力配線142とを接続する接続バンプ230は、マルチプレクサ148およびA/D変換回路149が配された領域に重畳して配される。さらに接続バンプ230のそれぞれは、対応するCDS回路146に、面内配線236により接続される。これら面内配線236は同じ配線距離であることが好ましいが、互いに異なる配線距離であってもよい。
The connection bumps 230 that connect the
また、図9に示す例において、接続バンプ230は、1つ置きにX軸方向に4個並んでおり、Y軸方向には1つ分オフセットして4行に配置されている。これにより、接続バンプ230をCDS回路146の幅程度に大きくしつつ、接続バンプ230同士が近づくことによる短絡またはノイズの発生等を防ぐことができる。
In the example shown in FIG. 9, four
駆動部502の接続バンプ232、234も、上記接続バンプ230と同じ径および同じ間隔で配される。図9の例において4個の接続バンプ232の列と3個の接続バンプ232、234とがオフセットして配されている。
The connection bumps 232 and 234 of the
図9においても、図6の場合と同様に、接続バンプ230は、単位グループ130の領域全体でみた場合に、不均一な密度で、+Y側に偏って配される。なお、接続バンプ230の位置とこれに対応する画素列の位置とが一致しないので、単位グループ130側ではそれらを接続する面内の配線を設ける。
Also in FIG. 9, as in the case of FIG. 6, the connection bumps 230 are arranged with a nonuniform density and biased toward the + Y side when viewed in the entire region of the
以上、図9に示す例によれば、図6の場合と同様に、接続バンプ230が不均一な密度で配されるので、配置の自由度が高くなる。さらに、接続バンプ230の径をCDS回路146の幅程度に大きくして、電気的な接続の信頼性を向上することができる。
As described above, according to the example shown in FIG. 9, as in the case of FIG. 6, since the connection bumps 230 are arranged with a non-uniform density, the degree of freedom in arrangement increases. Furthermore, the reliability of the electrical connection can be improved by increasing the diameter of the
図10は、単位グループ130および当該単位グループ130に対応する処理回路部144のレイアウトのさらに他の例を示す。図10において、図9と同じ構成には同じ参照番号を付して、説明を省略する。
FIG. 10 shows still another example of the layout of the
図10において、CDS回路146、147は、Y軸方向に2つを一組として、X軸方向に、A/D変換回路149等を跨いでかつ互い違いに配される。これらCDS回路146、147と画素141からの出力配線142とを接続する接続バンプ230、237は、マルチプレクサ148およびA/D変換回路149が配された領域に重畳して配される。
In FIG. 10, the
接続バンプ230のそれぞれは、対応するCDS回路146に、面内配線236により接続される。同様に、接続バンプ237のそれぞれは、対応するCDS回路147に、面内配線238により接続される。これら面内配線236、238は同じ配線距離であることが好ましいが、互いに異なる配線距離であってもよい。
Each of the connection bumps 230 is connected to the
以上、図10に示す例によれば、図9の場合と同様に、接続バンプ230、237が不均一な密度で配されるので、配置の自由度が高くなる。さらに、接続バンプ230、237の径をCDS回路146、147の幅よりも大きくしつつ、対応するCDS回路146、147へ配線距離を略同じにすることができる。
As described above, according to the example shown in FIG. 10, as in the case of FIG. 9, since the connection bumps 230 and 237 are arranged with a non-uniform density, the degree of freedom in arrangement increases. Further, the wiring distances to the
図11は、単位グループ130および当該単位グループ130に対応する処理回路部144のレイアウトのさらに他の例を示す。図11において、図6と同じ構成には同じ参照番号を付して、説明を省略する。
FIG. 11 shows still another example of the layout of the
図11の例において、図6の接続バンプ200、202、204と別個に、複数のダミーバンプ206が配される。ダミーバンプ206は、接続バンプ200、202、204が疎な領域に配される。図11の場合、ダミーバンプ206は、接続バンプ200、202、204が疎な領域である、マルチプレクサ148およびA/D変換回路149が配された領域に重畳して配される。
In the example of FIG. 11, a plurality of dummy bumps 206 are arranged separately from the connection bumps 200, 202, and 204 of FIG. The
この場合に、ダミーバンプ206は、接続バンプ200等と同一の径および同一の密度で配されることが好ましいが、異なる径または異なる密度で配されてもよい。また、図11の例においては、CDS回路146の領域および駆動部502の領域にはダミーバンプ206が配されていないが、これらの領域にダミーバンプ206を配してもよい。この場合に、接続バンプ200、202、204およびダミーバンプ206を含んで同一間隔で配置されてもよい。
In this case, the dummy bumps 206 are preferably arranged with the same diameter and the same density as the connection bumps 200 and the like, but may be arranged with different diameters or different densities. In the example of FIG. 11, the dummy bumps 206 are not disposed in the region of the
以上、図11の例においては、ダミーバンプ206を設けることにより、単位グループ130と処理回路部144との機械的な接続強度が向上するとともに、CMP等における平坦性を向上することができる。なお、図7から図9の例に対してもダミーバンプを設けてもよい。
As described above, in the example of FIG. 11, by providing the
図12は、複数の単位グループ130の配置例を示す。図12に示す例において、複数の単位グループ130は、互いに接続バンプ200等が同一のレイアウトになっている。これにより、各単位グループ130に対して同一の設計およびプロセスにより、当該複数の単位グループ130を含む撮像チップ113を簡便に作ることができる。
FIG. 12 shows an arrangement example of a plurality of unit groups 130. In the example shown in FIG. 12, the plurality of
図13は、複数の単位グループ130の他の配置例を示す。図13に示す例において、互いに隣接する単位グループ130と単位グループ131とは、互いに接続バンプ200等のレイアウトが異なっている。図13の例では、単位グループ130と単位グループ131とは、互いにX軸に対して反転したレイアウトを有する。これにより、撮像チップ113の全体で接続バンプ200等の偏りを低減することができる。
FIG. 13 shows another arrangement example of the plurality of unit groups 130. In the example shown in FIG. 13, the
なお、単位グループ130と単位グループ131とは交互に配置されていなくてもよい。撮像チップ113に含まれる複数の単位グループうちの少なくともいずれか一つが、少なくとも他のいずれか一つと、複数の接続バンプが偏っている位置が異なっていれば、撮像チップ113の全体で接続バンプの偏りを低減することができる。
Note that the
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.
100 撮像素子、101 マイクロレンズ、102 カラーフィルタ、103 パッシベーション膜、104 PD、105 トランジスタ、106 PD層、107 配線、108 配線層、109 バンプ、110 TSV、111 信号処理チップ、112 メモリチップ、113 撮像チップ、130 単位グループ、131 単位グループ、140 画素ユニット、141 画素、142 出力配線、144 処理回路部、146 CDS回路、147 CDS回路、148 マルチプレクサ、149 A/D変換回路、150 リセットトランジスタ、152 増幅トランジスタ、154 選択トランジスタ、156 転送トランジスタ、158 転送トランジスタ、160 転送トランジスタ、162 転送トランジスタ、164 転送トランジスタ、166 転送トランジスタ、168 転送トランジスタ、170 転送トランジスタ、180 画素メモリ、200 接続バンプ、202 接続バンプ、204 接続バンプ、206 ダミーバンプ、210 接続バンプ、220 接続バンプ、226 接続バンプ、230 接続バンプ、232 接続バンプ、234 接続バンプ、236 面内配線、237 接続バンプ、238 面内配線、500 撮像装置、520 撮影レンズ、501 システム制御部、502 駆動部、503 測光部、504 ワークメモリ、505 記録部、506 表示部、511 画像処理部、512 演算部
100 imaging device, 101 microlens, 102 color filter, 103 passivation film, 104 PD, 105 transistor, 106 PD layer, 107 wiring, 108 wiring layer, 109 bump, 110 TSV, 111 signal processing chip, 112 memory chip, 113 imaging Chip, 130 unit group, 131 unit group, 140 pixel unit, 141 pixel, 142 output wiring, 144 processing circuit unit, 146 CDS circuit, 147 CDS circuit, 148 multiplexer, 149 A / D conversion circuit, 150 reset transistor, 152 amplification Transistor, 154 Select transistor, 156 Transfer transistor, 158 Transfer transistor, 160 Transfer transistor, 162 Transfer transistor, 164
Claims (7)
複数の前記画素群のそれぞれに対応して設けられた複数の処理回路であって、前記複数の画素群から出力された前記画素信号を処理する複数の処理回路を有し、前記撮像チップに積層された信号処理チップと、
前記複数の画素群のそれぞれと、前記複数の画素群のそれぞれに対応する前記複数の処理回路のそれぞれとを、電気的に接続する複数の接続部とを備え、
前記複数の画素群は、前記撮像チップに第1の方向に沿って配列されており、
前記第1の方向に互いに隣り合った前記複数の画素群のそれぞれに対応する前記複数の接続部の各々は、前記第1の方向と交差する第2の方向に互いにずれた位置に配置されており、
前記複数の接続部は、前記信号処理チップにおいて前記複数の処理回路とは別の領域に配置され、前記複数の処理回路のうち対応する処理回路に配線により接続されており、
前記複数の接続部は、前記複数の画素群の下に配されている撮像素子。 An imaging chip provided with a plurality of pixel groups each having at least one pixel that outputs a pixel signal corresponding to incident light;
A plurality of processing circuits provided corresponding to each of the plurality of pixel groups, the plurality of processing circuits processing the pixel signals output from the plurality of pixel groups, and stacked on the imaging chip Signal processing chip,
A plurality of connection portions that electrically connect each of the plurality of pixel groups and each of the plurality of processing circuits corresponding to each of the plurality of pixel groups;
The plurality of pixel groups are arranged along a first direction on the imaging chip,
Each of the plurality of connection portions corresponding to each of the plurality of pixel groups adjacent to each other in the first direction is disposed at a position shifted from each other in a second direction intersecting with the first direction. And
The plurality of connecting portions are arranged in a region different from the plurality of processing circuits in the signal processing chip, and are connected to corresponding processing circuits among the plurality of processing circuits by wiring ,
The plurality of connection portions are image sensors arranged under the plurality of pixel groups .
前記複数の接続部のそれぞれは、複数の前記出力線のそれぞれに対応して設けられ、複数の前記出力線と前記複数の処理回路とを電気的に接続する請求項1または2に記載の撮像素子。 The imaging chip is provided corresponding to each of the plurality of pixel groups, wired along the second direction, and outputs the pixel signal read from each pixel of the plurality of pixel groups. Has an output line,
3. The imaging according to claim 1, wherein each of the plurality of connection portions is provided corresponding to each of the plurality of output lines, and electrically connects the plurality of output lines and the plurality of processing circuits. element.
前記複数の接続部のそれぞれは、前記複数の相関二重サンプリング部のそれぞれに対応して設けられている請求項3に記載の撮像素子。 The plurality of processing circuits include a plurality of correlated double sampling units that remove noise from the pixel signals input from the plurality of output lines,
The imaging device according to claim 3, wherein each of the plurality of connection units is provided corresponding to each of the plurality of correlated double sampling units.
前記複数の接続部は、前記複数の単位グループ内のそれぞれにおける前記複数の画素が設けられた領域内で一方に偏って配される請求項1から4のいずれか一項に記載の撮像素子。 The imaging chip has a plurality of unit groups each including the plurality of pixel groups,
Wherein the plurality of connecting portions, the imaging device according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of pixels are arranged unevenly on one in a region provided in each of the plurality of unit groups.
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