JP6600000B2 - 固体撮像装置および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置および撮像装置に関する。

複数の基板を有する固体撮像装置が開示されている。例えば、第１の基板と第２の基板とが積層された固体撮像装置が特許文献１と特許文献２とに開示されている。特許文献１と特許文献２とに開示された固体撮像装置では、複数の画素が第１の基板に配置され、かつ画素以外の回路の一部が第２の基板に配置されている。このため、チップのフットプリントに対する画素の占有率が向上する。

日本国特開２０１５−０３２６６３号公報 日本国特開２０１４−１６５３９６号公報

第１の基板と第２の基板とは、複数の接続部によって電気的に接続される。画素に対する制御信号と、画素からの画素信号とが複数の接続部によって伝送される。開示された従来技術では、接続部によって伝送される信号の種類によらず、接続部の面積が一様である。このため、接続部の面積を低減させ、かつ画素の占有率を向上させることが必ずしも十分に実現されていない。

本発明は、接続部の面積を低減させることができる固体撮像装置および撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、固体撮像装置は、第１の基板と、第２の基板と、複数の第１の接続部と、複数の第２の接続部とを有する。前記第１の基板は、主面を有し、かつ行列状に配置された複数の画素を有する。前記第２の基板は、前記第１の基板に積層されている。前記複数の第１の接続部は、前記第１の基板と前記第２の基板とを電気的に接続し、かつ第１の信号を伝送する。前記複数の第２の接続部は、前記第１の基板と前記第２の基板とを電気的に接続し、かつ第２の信号を伝送する。前記第１の信号は、少なくとも２つのレベルを有し、前記複数の画素を制御するための信号であって、かつ前記第１の信号のレベルは前記少なくとも２つのレベルの各々の間で離散的に変化する。前記第２の信号は、前記複数の画素で生成された画素信号を示す連続時間信号である。第１の領域の第１の面積は、第２の領域の第２の面積よりも小さい。前記第１の領域は、前記主面において前記複数の第１の接続部の各々の投影領域である。前記第２の領域は、前記主面において前記複数の第２の接続部の各々の投影領域である。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、前記第１の領域の第１の幅は、前記第２の領域の第２の幅よりも小さくてもよい。前記第１の幅と前記第２の幅とは、前記複数の画素の配列における行または列の方向における幅であってもよい。

本発明の第３の態様によれば、第１の態様において、前記第１の信号は、前記複数の画素を制御するための転送制御信号とリセット制御信号と選択制御信号とを含んでもよい。前記選択制御信号を伝送するための前記第１の接続部に対応する前記第１の面積は、前記転送制御信号を伝送するための前記第１の接続部に対応する前記第１の面積よりも小さくてもよい。前記選択制御信号を伝送するための前記第１の接続部に対応する前記第１の面積は、前記リセット制御信号を伝送するための前記第１の接続部に対応する前記第１の面積よりも小さくてもよい。

本発明の第４の態様によれば、第３の態様において、前記リセット制御信号を伝送するための前記第１の接続部に対応する前記第１の面積は、前記転送制御信号を伝送するための前記第１の接続部に対応する前記第１の面積よりも小さくてもよい。

本発明の第５の態様によれば、第１から第４の態様のいずれか１つにおいて、前記複数の第１の接続部と前記複数の第２の接続部との各々は、互いに接触する第１の電極と第２の電極とを含んでもよい。前記第１の電極は、前記第１の基板と接触し、かつ前記第２の電極は、前記第２の基板と接触してもよい。

本発明の第６の態様によれば、第１から第４の態様のいずれか１つにおいて、前記複数の第１の接続部と前記複数の第２の接続部との各々は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置されたバンプを含んでもよい。

本発明の第７の態様によれば、第１から第４の態様のいずれか１つにおいて、前記複数の第１の接続部と前記複数の第２の接続部との各々は、前記第１の基板と前記第２の基板とに渡って配置された貫通電極を含んでもよい。

本発明の第８の態様によれば、第１から第４の態様のいずれか１つにおいて、前記複数の第１の接続部の各々は、互いに接触する第１の電極と第２の電極とを含んでもよい。前記第１の電極は、前記第１の基板と接触し、かつ前記第２の電極は、前記第２の基板と接触してもよい。前記複数の第２の接続部の各々は、前記第１の基板と前記第２の基板とに渡って配置された貫通電極を含んでもよい。

本発明の第９の態様によれば、撮像装置は、前記固体撮像装置を有する。

上記の各態様によれば、第１の領域の第１の面積は、第２の領域の第２の面積よりも小さい。このため、固体撮像装置および撮像装置は、接続部の面積を低減させることができる。

本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の断面図および平面図である。 本発明の第１の実施形態の固体撮像装置における画素の構成を示す回路図である。 本発明の第１の実施形態の固体撮像装置における第１の基板の平面図である。 本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の断面図である。 本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の断面図である。 本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の断面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例の固体撮像装置における第１の基板の平面図である。 本発明の第２の実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図である。

図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の固体撮像装置１の構成を示している。図１は、固体撮像装置１の断面図と、固体撮像装置１に含まれる第１の基板１０と第２の基板２０との各々の平面図とを含む。

図１に示すように、固体撮像装置１は、第１の基板１０と、第２の基板２０と、複数の第１の接続部３０と、複数の第２の接続部４０とを有する。図１において、複数の第１の接続部３０と複数の第２の接続部４０とは、複数の接続部の集合体として示されている。

第１の基板１０と第２の基板２０とは、第１の基板１０の厚さ方向Ｄ１に積層されている。第１の基板１０は、第１の主面１０ａと第２の主面１０ｂとを有する。第２の基板２０は、第１の主面２０ａと第２の主面２０ｂとを有する。第１の主面１０ａと第２の主面１０ｂとは、第１の基板１０の表面を構成する複数の面のうち相対的に広い面である。第１の主面２０ａと第２の主面２０ｂとは、第２の基板２０の表面を構成する複数の面のうち相対的に広い面である。第１の主面１０ａと第１の主面２０ａとは、対向する。

複数の第１の接続部３０と複数の第２の接続部４０とは、第１の基板１０と第２の基板２０との間に配置されている。複数の第１の接続部３０と複数の第２の接続部４０とは、第１の基板１０と第２の基板２０とに接触する。複数の第１の接続部３０と複数の第２の接続部４０とは、第１の基板１０と第２の基板２０とを電気的に接続する。

第１の基板１０の平面図は、第１の基板１０における各構成の配置を模式的に示している。第１の基板１０の平面図は、透過図として示されている。第１の基板１０における各構成が第１の主面１０ａ上に配置されているとは限らない。第１の基板１０における各構成の少なくとも一部が第１の基板１０の内部に配置されてもよい。第１の基板１０において信号を伝送する配線の図示は省略されている。

第１の基板１０は、画素部１００を有する。画素部１００は、複数の画素１０１を有する。複数の画素１０１は、行列状に配置されている。複数の画素１０１の配列における行数と列数とは２以上である。図１において、行数と列数とが６である例が示されている。行数と列数とは、同一でなくてもよい。複数の画素１０１は、固体撮像装置１に入射した光の量に応じた画素信号を出力する。画素信号は、連続時間信号である。

複数の第１の接続部３０と複数の第２の接続部４０とは、画素部１００の周囲に配置されている。複数の第１の接続部３０と複数の第２の接続部４０とは、画素部１００と電気的に接続されている。複数の第１の接続部３０は、複数の画素１０１を制御するための制御信号を第２の基板２０から第１の基板１０に伝送する。制御信号は、レベルが離散的に変化する信号である。複数の第１の接続部３０は、制御信号を複数の画素１０１に出力する。複数の画素１０１は、画素信号を複数の第２の接続部４０に出力する。複数の第２の接続部４０は、複数の画素１０１から出力された画素信号を第１の基板１０から第２の基板２０に伝送する。

第２の基板２０の平面図は、第２の基板２０における各構成の配置を模式的に示している。第２の基板２０の平面図は、透過図として示されている。第２の基板２０における各構成が第１の主面２０ａ上に配置されているとは限らない。第２の基板２０における各構成の少なくとも一部が第２の基板２０の内部に配置されてもよい。第２の基板２０において信号を伝送する配線の図示は省略されている。

第２の基板２０は、垂直走査回路２００と、列処理回路２１０と、水平走査回路２２０と、タイミングジェネレータ２３０とを有する。垂直走査回路２００は、複数の画素１０１の動作を制御するための制御信号を生成する。垂直走査回路２００は、複数の画素１０１の配列における複数の行の各々に対応する制御信号を生成する。列処理回路２１０は、画素信号に対して信号処理を行う。例えば、列処理回路２１０によって行われる信号処理は、ノイズ低減を含む。水平走査回路２２０は、複数の画素１０１の配列における列を順次選択する。水平走査回路２２０によって選択された列に対応する画素信号は、固体撮像装置１の外部に順次出力される。タイミングジェネレータ２３０は、駆動クロックを生成する。タイミングジェネレータ２３０によって生成された駆動クロックは、垂直走査回路２００と、列処理回路２１０と、水平走査回路２２０とに供給される。

複数の第１の接続部３０は、垂直走査回路２００と電気的に接続されている。垂直走査回路２００は、制御信号を複数の第１の接続部３０に出力する。複数の第２の接続部４０は、列処理回路２１０と電気的に接続されている。複数の第２の接続部４０は、画素信号を列処理回路２１０に出力する。

図２は、画素１０１の構成を示している。図２に示すように、画素１０１は、光電変換素子ＰＤと、転送トランジスタＴ１と、リセットトランジスタＴ２と、増幅トランジスタＴ３と、選択トランジスタＴ４とを有する。

光電変換素子ＰＤは、第１の端子と第２の端子とを有する。光電変換素子ＰＤの第１の端子はグランドに接続されている。転送トランジスタＴ１は、第１の端子と、第２の端子と、ゲートとを有する。転送トランジスタＴ１の第１の端子と第２の端子とは、ソースまたはドレインである。転送トランジスタＴ１の第１の端子は、光電変換素子ＰＤの第２の端子に接続されている。転送制御信号φＴＲＮが転送トランジスタＴ１のゲートに供給される。

リセットトランジスタＴ２は、第１の端子と、第２の端子と、ゲートとを有する。リセットトランジスタＴ２の第１の端子と第２の端子とは、ソースまたはドレインである。電源電圧がリセットトランジスタＴ２の第１の端子に供給される。リセットトランジスタＴ２の第２の端子は、転送トランジスタＴ１の第２の端子に接続されている。リセット制御信号φＲＳＴがリセットトランジスタＴ２のゲートに供給される。

増幅トランジスタＴ３は、第１の端子と、第２の端子と、ゲートとを有する。増幅トランジスタＴ３の第１の端子と第２の端子とは、ソースまたはドレインである。電源電圧が増幅トランジスタＴ３の第１の端子に供給される。増幅トランジスタＴ３のゲートは、転送トランジスタＴ１の第２の端子に接続されている。増幅トランジスタＴ３のゲートは、電荷を蓄積するフローティングディフュージョンを構成する。

選択トランジスタＴ４は、第１の端子と、第２の端子と、ゲートとを有する。選択トランジスタＴ４の第１の端子と第２の端子とは、ソースまたはドレインである。選択トランジスタＴ４の第１の端子は増幅トランジスタＴ３の第２の端子に接続されている。選択トランジスタＴ４の第２の端子は、垂直信号線１１０に接続されている。垂直信号線１１０は、第２の接続部４０に電気的に接続されている。選択制御信号φＳＥＬが選択トランジスタＴ４のゲートに供給される。

例えば、光電変換素子ＰＤはフォトダイオードである。光電変換素子ＰＤは、画素１０１に入射した光に基づく電荷を生成し、かつ、生成された電荷を蓄積する。転送トランジスタＴ１は、光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷を増幅トランジスタＴ３のゲートに転送する。転送トランジスタＴ１のオン／オフは、転送制御信号φＴＲＮによって制御される。

リセットトランジスタＴ２は、増幅トランジスタＴ３のゲートをリセットする。リセットトランジスタＴ２のオン／オフは、リセット制御信号φＲＳＴによって制御される。リセットトランジスタＴ２と転送トランジスタＴ１とが同時にオンになることによって、光電変換素子ＰＤがリセットされてもよい。増幅トランジスタＴ３のゲートと光電変換素子ＰＤとがリセットされることにより、増幅トランジスタＴ３のゲートと光電変換素子ＰＤとに蓄積されている電荷量が制御される。この結果、増幅トランジスタＴ３のゲートと光電変換素子ＰＤとの状態（電位）が基準状態（基準電位、リセットレベル）に設定される。増幅トランジスタＴ３は、ゲートに蓄積された電荷に基づく信号を増幅した画素信号Ｖｓｉｇを第２の端子から出力する。選択トランジスタＴ４は、画素信号Ｖｓｉｇを垂直信号線１１０に出力する。選択トランジスタＴ４のオン／オフは、選択制御信号φＳＥＬによって制御される。

複数の第１の接続部３０によって伝送される制御信号は、転送制御信号φＴＲＮとリセット制御信号φＲＳＴと選択制御信号φＳＥＬとを含む。制御信号は、少なくとも２つのレベルを有し、かつ制御信号のレベルは少なくとも２つのレベルの各々の間で離散的に変化する。例えば、制御信号は、ハイレベルとローレベルとを有する。例えば、トランジスタがＮ型トランジスタである場合、制御信号がハイレベルであるときにトランジスタがオンになり、かつ制御信号がローレベルであるときにトランジスタがオフになる。

制御信号は、３つの値を有してもよい。例えば、固体撮像装置１は、複数のフレームレートで動作することができる。固体撮像装置１が第１のフレームレートで動作するとき、転送制御信号φＴＲＮのレベルは第１のハイレベル（３．３Ｖ）またはローレベル（０Ｖ）である。固体撮像装置１が第２のフレームレートで動作するとき、転送制御信号φＴＲＮのレベルは第２のハイレベル（４．０Ｖ）またはローレベル（０Ｖ）である。第２のフレームレートは、第１のフレームレートよりも高い。転送制御信号φＴＲＮのレベルがより高くなることにより、転送トランジスタＴ１による電荷の転送が速くなる。

図３は、第１の基板１０における各構成の配置を模式的に示している。図３は、第１の基板１０の透過図として示されている。図３において、第１の主面１０ａに対して垂直な方向に第１の基板１０を見たときの状態が示されている。

複数の第１の接続部３０の各々は、複数の画素１０１の配列における複数の行の各々に対応する位置に配置されている。複数の第１の接続部３０は、複数の第１の接続部３１と複数の第１の接続部３２と複数の第１の接続部３３とを含む。複数の第１の接続部３１は、転送制御信号φＴＲＮ（ｍ）を伝送する。複数の第１の接続部３２は、リセット制御信号φＲＳＴ（ｍ）を伝送する。複数の第１の接続部３３は、選択制御信号φＳＥＬ（ｍ）を伝送する。ｍは、各制御信号が供給される画素１０１が配置された行の番号である。図３において、複数の第１の接続部３０の一部が示され、かつ残りの図示は省略されている。

複数の第２の接続部４０の各々は、複数の画素１０１の配列における複数の列の各々に対応する位置に配置されている。複数の第２の接続部４０は、画素信号Ｖｓｉｇ（ｎ）を伝送する。ｎは、各画素信号を出力する画素１０１が配置された列の番号である。図３において、複数の第２の接続部４０の一部が示され、かつ残りの図示は省略されている。

図３において、複数の第１の接続部３０と複数の第２の接続部４０との形状は、矩形である。例えば、複数の第１の接続部３０と複数の第２の接続部４０との形状は、正方形である。複数の第１の接続部３０と複数の第２の接続部４０との形状は、矩形に限らない。例えば、複数の第１の接続部３０と複数の第２の接続部４０との形状は、円または５角形以上の多角形であってもよい。

複数の第１の接続部３０の各々は、第１の主面１０ａにおける第１の領域と重なる。第１の領域は、第１の主面１０ａにおいて複数の第１の接続部３０の各々の投影領域である。つまり、第１の領域は、複数の第１の接続部３０の各々が第１の主面１０ａに仮想的に投影された場合に第１の接続部３０の投影像が占める領域である。第１の主面１０ａに対して垂直な方向に第１の基板１０を見たときに複数の第１の接続部３０の各々の輪郭線は第１の領域の輪郭線と重なる。複数の第１の接続部３０が第１の主面１０ａと接触する場合、第１の領域は、複数の第１の接続部３０の各々と第１の主面１０ａとが接触する領域である。複数の第１の接続部３０の各々は、異なる位置に配置された第１の領域に対応する。第１の接続部３０の数と第１の領域の数とは、同一である。第１の領域は、第２の主面１０ｂにおいて複数の第１の接続部３０の各々の投影領域であってもよい。第１の接続部３１に対応する第１の領域の面積と、第１の接続部３２に対応する第１の領域の面積と、第１の接続部３３に対応する第１の領域の面積とは、同一である。

複数の第２の接続部４０の各々は、第１の主面１０ａにおける第２の領域と重なる。第２の領域は、第１の主面１０ａにおいて複数の第２の接続部４０の各々の投影領域である。つまり、第２の領域は、複数の第２の接続部４０の各々が第１の主面１０ａに仮想的に投影された場合に第２の接続部４０の投影像が占める領域である。第１の主面１０ａに対して垂直な方向に第１の基板１０を見たときに複数の第２の接続部４０の各々の輪郭線は第２の領域の輪郭線と重なる。複数の第２の接続部４０が第１の主面１０ａと接触する場合、第２の領域は、複数の第２の接続部４０の各々と第１の主面１０ａとが接触する領域である。複数の第２の接続部４０の各々は、異なる位置に配置された第２の領域に対応する。第２の接続部４０の数と第２の領域の数とは、同一である。第２の領域は、第２の主面１０ｂにおいて複数の第２の接続部４０の各々の投影領域であってもよい。

第１の領域の面積は、第２の領域の面積よりも小さい。行方向Ｄ２における第１の領域の幅は、行方向Ｄ２における第２の領域の幅よりも小さい。列方向Ｄ３における第１の領域の幅は、列方向Ｄ３における第２の領域の幅よりも小さい。例えば、複数の第１の接続部３０と複数の第２の接続部４０との形状が正方形である場合、第１の接続部３０の行方向Ｄ２の幅および列方向Ｄ３の幅はＷ１であり、かつ第２の接続部４０の行方向Ｄ２の幅および列方向Ｄ３の幅はＷ２である。つまり、第１の領域の行方向Ｄ２の幅および列方向Ｄ３の幅はＷ１であり、かつ第２の領域の行方向Ｄ２の幅および列方向Ｄ３の幅はＷ２である。Ｗ１は、Ｗ２よりも小さい。このため、第１の領域の面積（Ｗ１×Ｗ１）は、第２の領域の面積（Ｗ２×Ｗ２）よりも小さい。

上記のように、固体撮像装置１は、第１の基板１０と、第２の基板２０と、複数の第１の接続部３０と、複数の第２の接続部４０とを有する。第１の基板１０は、主面（第１の主面１０ａおよび第２の主面１０ｂ）を有し、かつ行列状に配置された複数の画素１０１を有する。第２の基板２０は、第１の基板１０に積層されている。複数の第１の接続部３０は、第１の基板１０と第２の基板２０とを電気的に接続し、かつ制御信号（第１の信号）を伝送する。複数の第２の接続部４０は、第１の基板１０と第２の基板２０とを電気的に接続し、かつ画素信号（第２の信号）を伝送する。制御信号は、少なくとも２つのレベルを有し、かつ制御信号のレベルは少なくとも２つのレベルの各々の間で離散的に変化する。画素信号は、連続時間信号である。第１の領域の第１の面積は、第２の領域の第２の面積よりも小さい。第１の領域は、主面において複数の第１の接続部３０の各々の投影領域である。第２の領域は、主面において複数の第２の接続部４０の各々の投影領域である。

第１の領域の第１の幅は、第２の領域の第２の幅よりも小さい。第１の幅と第２の幅とは、複数の画素１０１の配列における行または列の方向（行方向Ｄ２または列方向Ｄ３）における幅である。

第１の幅と第２の幅とは、第１の主面１０ａに平行な任意の方向における幅であってもよい。

第１の基板１０および第２の基板２０に対する第１の接続部３０の接触抵抗がある。この接触抵抗は、第１の接続部３０の面積のばらつきに応じたばらつきを有する。第１の接続部３０が２つの電極で構成される場合、２つの電極の間の接触抵抗もある。この接触抵抗は、２つの電極の位置ずれによる面積のばらつきに応じたばらつきを有する。

同様に、第１の基板１０および第２の基板２０に対する第２の接続部４０の接触抵抗がある。この接触抵抗は、第２の接続部４０の面積のばらつきに応じたばらつきを有する。第２の接続部４０が２つの電極で構成される場合、２つの電極の間の接触抵抗もある。この接触抵抗は、２つの電極の位置ずれによる面積のばらつきに応じたばらつきを有する。

制御信号によって、画素１０１のトランジスタのオンとオフとが制御される。第１の接続部３０の接触抵抗のばらつきによる制御信号の微小な電圧の変動がトランジスタの動作に与える影響は相対的に小さい。一方、第２の接続部４０の接触抵抗のばらつきによる画素信号の微小な電圧の変動は、画素信号の出力値に直接現れる。つまり、第１の接続部３０の接触抵抗のばらつきによる制御信号への影響は、第２の接続部４０の接触抵抗のばらつきによる画素信号への影響よりも小さい。

したがって、第１の接続部３０の面積を第２の接続部４０の面積よりも小さくすることができる。このため、複数の第１の接続部３０の配置ピッチをより小さくすることができる。この結果、第１の基板１０において複数の第１の接続部３０が占める面積がより小さくなる。

図４は、第１の接続部３１の構造の例を示している。図４では固体撮像装置１の断面が示されている。

第１の基板１０は、第１の半導体層１１と、第１の配線層１２とを有する。第１の半導体層１１と第１の配線層１２とは、第１の基板１０の厚さ方向Ｄ１に重なっている。また、第１の半導体層１１と第１の配線層１２とは、互いに接触する。

第１の半導体層１１は、第１の半導体材料で構成されている。例えば、第１の半導体材料は、シリコン（Ｓｉ）である。第１の半導体層１１の表面は、第１の基板１０の第２の主面１０ｂを構成する。第１の配線層１２は、第２の基板２０と対向する。第１の配線層１２の表面は、第１の基板１０の第１の主面１０ａを構成する。第１の配線層１２は、第１の配線１３と、第１のビア１４と、第１の層間絶縁膜１５とを有する。図４では複数の第１の配線１３が存在するが、代表として１つの第１の配線１３の符号が示されている。図４では複数の第１のビア１４が存在するが、代表として１つの第１のビア１４の符号が示されている。

第１の配線１３と第１のビア１４とは、第１の導電材料で構成されている。例えば、第１の導電材料は、アルミニウム（Ａｌ）および銅（Ｃｕ）等の金属である。第１の配線１３と第１のビア１４とが、互いに異なる導電材料で構成されてもよい。第１の配線１３は、配線パターンが形成された薄膜である。第１の配線１３は、制御信号を伝送する。１層のみの第１の配線１３が配置されてもよいし、複数層の第１の配線１３が配置されてもよい。図４に示す例では、３層の第１の配線１３が配置されている。

第１のビア１４は、異なる層の第１の配線１３を接続する。第１の配線層１２において、第１の配線１３および第１のビア１４以外の部分は、第１の層間絶縁膜１５で構成されている。第１の層間絶縁膜１５は、第１の絶縁材料で構成されている。例えば、第１の絶縁材料は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）である。

第２の基板２０は、第２の半導体層２１と、第２の配線層２２とを有する。第２の半導体層２１と第２の配線層２２とは、第１の基板１０の厚さ方向Ｄ１に重なっている。また、第２の半導体層２１と第２の配線層２２とは、互いに接触する。

第２の半導体層２１は、第２の半導体材料で構成されている。第２の半導体材料は、第１の半導体層１１を構成する第１の半導体材料と同一である。あるいは、第２の半導体材料は、第１の半導体材料と異なる。例えば、第２の半導体材料は、シリコン（Ｓｉ）である。第２の半導体層２１の表面は、第２の基板２０の第２の主面２０ｂを構成する。第２の配線層２２は、第１の基板１０と対向する。第２の配線層２２の表面は、第２の基板２０の第１の主面２０ａを構成する。第２の配線層２２は、第２の配線２３と、第２のビア２４と、第２の層間絶縁膜２５とを有する。図４では複数の第２の配線２３が存在するが、代表として１つの第２の配線２３の符号が示されている。図４では複数の第２のビア２４が存在するが、代表として１つの第２のビア２４の符号が示されている。

第２の配線２３と第２のビア２４とは、第２の導電材料で構成されている。第２の導電材料は、第１の配線１３と第１のビア１４とを構成する第１の導電材料と同一である。あるいは、第２の導電材料は、第１の導電材料と異なる。例えば、第２の導電材料は、アルミニウム（Ａｌ）および銅（Ｃｕ）等の金属である。第２の配線２３と第２のビア２４とが、互いに異なる導電材料で構成されてもよい。第２の配線２３は、配線パターンが形成された薄膜である。第２の配線２３は、制御信号を伝送する。１層のみの第２の配線２３が配置されてもよいし、複数層の第２の配線２３が配置されてもよい。図４に示す例では、３層の第２の配線２３が配置されている。

第２のビア２４は、異なる層の第２の配線２３を接続する。第２の配線層２２において、第２の配線２３および第２のビア２４以外の部分は、第２の層間絶縁膜２５で構成されている。第２の層間絶縁膜２５は、第２の絶縁材料で構成されている。第２の絶縁材料は、第１の層間絶縁膜１５を構成する第１の絶縁材料と同一である。あるいは、第２の絶縁材料は、第１の絶縁材料と異なる。例えば、第２の絶縁材料は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）である。

第１の接続部３１は、第１の電極３１０と第２の電極３１１とを有する。第１の電極３１０と第２の電極３１１とは、第１の基板１０の厚さ方向Ｄ１に重なっている。また、第１の電極３１０と第２の電極３１１とは、互いに接触する。第１の電極３１０は、第１の主面１０ａと接触する。また、第１の電極３１０は、第１の主面１０ａにおいて第１のビア１４と接触する。このため、第１の電極３１０は、第１の配線１３と電気的に接続されている。第２の電極３１１は、第１の主面２０ａと接触する。また、第２の電極３１１は、第１の主面２０ａにおいて第２のビア２４と接触する。このため、第２の電極３１１は、第２の配線２３と電気的に接続されている。

第１の電極３１０と第２の電極３１１とは、薄板状の平面電極である。第１の電極３１０と第２の電極３１１とは、第３の導電材料で構成されている。第３の導電材料は、第１の導電材料および第２の導電材料のいずれか１つと同一である。あるいは、第３の導電材料は、第１の導電材料および第２の導電材料のいずれとも異なる。例えば、第３の導電材料は、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、および銅（Ｃｕ）等の金属である。第１の電極３１０と第２の電極３１１とが、互いに異なる導電材料で構成されてもよい。

複数の第１の接続部３２と複数の第１の接続部３３との各々は、図４に示す第１の接続部３１と同様に構成されてもよい。複数の第２の接続部４０の各々は、図４に示す第１の接続部３１と同様に構成されてもよい。

上記のように、複数の第１の接続部３０と複数の第２の接続部４０との各々は、互いに接触する第１の電極３１０と第２の電極３１１とを含んでもよい。第１の電極３１０は、第１の基板１０と接触し、かつ第２の電極３１１は、第２の基板２０と接触してもよい。

図５は、第１の接続部３２の構造の例を示している。図５では固体撮像装置１の断面が示されている。図５に示す構造において、図４に示す構造と異なる点を説明する。

第１の接続部３２は、第１の電極３２０と、第２の電極３２１と、バンプ３２２とを有する。第１の電極３２０は、第１の主面１０ａと接触する。また、第１の電極３２０は、第１の主面１０ａにおいて第１のビア１４と接触する。このため、第１の電極３２０は、第１の配線１３と電気的に接続されている。第２の電極３２１は、第１の主面２０ａと接触する。また、第２の電極３２１は、第１の主面２０ａにおいて第２のビア２４と接触する。このため、第２の電極３２１は、第２の配線２３と電気的に接続されている。バンプ３２２は、第１の電極３２０と第２の電極３２１との間に配置されている。バンプ３２２は、第１の電極３２０および第２の電極３２１と接触する。

第１の電極３２０と第２の電極３２１とは、薄板状の平面電極である。バンプ３２２は、球状または半球状の電極である。第１の電極３２０と第２の電極３２１とバンプ３２２とは、第４の導電材料で構成されている。第４の導電材料は、第１の導電材料、第２の導電材料、および第３の導電材料のいずれか１つと同一である。あるいは、第４の導電材料は、第１の導電材料、第２の導電材料、および第３の導電材料のいずれとも異なる。例えば、第４の導電材料は、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、および銅（Ｃｕ）等の金属である。第１の電極３２０と第２の電極３２１とバンプ３２２とが、互いに異なる導電材料で構成されてもよい。

上記以外の点については、図５に示す構造は、図４に示す構造と同様である。

第１の電極３２０と第２の電極３２１との少なくとも１つが配置されていなくてもよい。つまり、バンプ３２２は、第１の基板１０と接触してもよい。あるいは、バンプ３２２は、第２の基板２０と接触してもよい。

複数の第１の接続部３１と複数の第１の接続部３３との各々は、図５に示す第１の接続部３２と同様に構成されてもよい。複数の第２の接続部４０の各々は、図５に示す第１の接続部３２と同様に構成されてもよい。

上記のように、複数の第１の接続部３０と複数の第２の接続部４０との各々は、第１の基板１０と第２の基板２０との間に配置されたバンプ３２２を含んでもよい。

複数の第１の接続部３０と複数の第２の接続部４０との各々は、第１の基板１０と接触する第１の電極３２０と、第２の基板２０と接触する第２の電極３２１とを含んでもよい。バンプ３２２は、第１の電極３２０と第２の電極３２１との間に配置される。

図６は、第１の接続部３３の構造の例を示している。図６では固体撮像装置１の断面が示されている。図６に示す構造において、図４に示す構造と異なる点を説明する。

第１の主面１０ａと第１の主面２０ａとは、互いに接触する。つまり、第１の基板１０と第２の基板２０とは、互いに接触する。図６に示す例では、２層の第１の配線１３が配置されている。

第１の接続部３３は、貫通電極である。第１の接続部３３は、第１の半導体層１１と第１の配線層１２とを貫通するように配置されている。つまり、第１の接続部３３は、第１の基板１０を貫通するように配置されている。第１の接続部３３は、第１の基板１０を貫通しなくてもよい。第１の接続部３３は、第１の配線１３の一部を貫通する。第１の接続部３３は、第１の配線１３と接触する。つまり、第１の接続部３３は、第１の配線１３と電気的に接続されている。第１の接続部３３の一部は、第２の基板２０の内部に配置されている。第１の接続部３３は、第２の配線２３と接触する。つまり、第１の接続部３３は、第２の配線２３と電気的に接続されている。上記のように、第１の接続部３３は、第１の基板１０と第２の基板２０とを構成する複数の層の少なくとも１つを貫通する。例えば、第１の接続部３３は、ＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ）である。

第１の接続部３３は、第５の導電材料で構成されている。第５の導電材料は、第１の導電材料、第２の導電材料、第３の導電材料、および第４の導電材料のいずれか１つと同一である。あるいは、第５の導電材料は、第１の導電材料、第２の導電材料、第３の導電材料、および第４の導電材料のいずれとも異なる。例えば、第５の導電材料は、アルミニウム（Ａｌ）および銅（Ｃｕ）等の金属である。

上記以外の点については、図６に示す構造は、図４に示す構造と同様である。

複数の第１の接続部３１と複数の第１の接続部３２との各々は、図６に示す第１の接続部３３と同様に構成されてもよい。複数の第２の接続部４０の各々は、図６に示す第１の接続部３３と同様に構成されてもよい。

上記のように、複数の第１の接続部３０と複数の第２の接続部４０との各々は、第１の基板１０と第２の基板２０とに渡って配置された貫通電極を含んでもよい。

第１の基板１０と第２の基板２０との構造は、図４から図６に示す構造に限らない。

複数の第１の接続部３０の各々は、互いに接触する第１の電極３２０と第２の電極３２１とを含んでもよい。第１の電極３２０は、第１の基板１０と接触し、かつ第２の電極３２１は、第２の基板２０と接触する。さらに、複数の第２の接続部４０の各々は、第１の基板１０と第２の基板２０とに渡って配置された貫通電極を含んでもよい。

細い貫通電極を形成することが難しい。一般的に、平面電極の面積は、貫通電極の面積よりも小さくすることができる。このため、全ての接続部が貫通電極として形成される場合と比較して、接続部の面積が低減する。第２の接続部４０の面積が第１の接続部３０の面積よりも大きいため、第２の接続部４０を貫通電極として形成することは、第１の接続部３０を貫通電極として形成することよりも容易である。全ての接続部が平面電極として形成される場合と比較して、２つの電極の位置ずれによる面積のばらつきが低減する。

本発明の各態様の固体撮像装置は、垂直走査回路２００と、列処理回路２１０と、水平走査回路２２０と、タイミングジェネレータ２３０との少なくとも１つに対応する構成を有していなくてもよい。本発明の各態様の固体撮像装置は、３枚以上の基板を有していてもよい。固体撮像装置が３枚以上の基板を有する場合、隣接する２枚の基板が第１の基板１０と第２の基板２０とに対応する。

第１の実施形態では、第１の領域の第１の面積は、第２の領域の第２の面積よりも小さい。このため、固体撮像装置１は、接続部の面積を低減させることができる。したがって、固体撮像装置１において、画素１０１の占有率が向上する。

（変形例）
第１の実施形態の変形例を説明する。図７は、第１の基板１０における各構成の配置を模式的に示している。図７は、第１の基板１０の透過図として示されている。図７において、第１の主面１０ａに対して垂直な方向に第１の基板１０を見たときの状態が示されている。図７に示す構成について、図３に示す構成と異なる点を説明する。

第１の接続部３２に対応する第１の領域の面積は、第１の接続部３１に対応する第１の領域の面積よりも小さい。第１の接続部３３に対応する第１の領域の面積は、第１の接続部３２に対応する第１の領域の面積よりも小さい。

上記以外の点については、図７に示す構成は、図３に示す構成と同様である。

選択トランジスタＴ４は、単純なスイッチとして機能する。第１の接続部３３の接触抵抗のばらつきによる選択制御信号φＳＥＬの微小な電圧の変動が選択トランジスタＴ４の動作に与える第１の影響は相対的に小さい。このため、第１の接続部３３に対応する第１の領域の面積は、第１の接続部３１または第１の接続部３２に対応する第１の領域の面積よりも小さくてもよい。

転送トランジスタＴ１がオンであるときにゲート電圧に応じてゲート下のポテンシャルが変化する。この変化によって、転送トランジスタＴ１による電荷の転送特性すなわち転送速度が変化する。このため、第１の接続部３１の接触抵抗のばらつきによる転送制御信号φＴＲＮの微小な電圧の変動が転送トランジスタＴ１の動作に与える第２の影響は相対的に大きい。したがって、第１の接続部３１に対応する第１の領域の面積は、第１の接続部３２または第１の接続部３３に対応する第１の領域の面積よりも大きくてもよい。

リセットトランジスタＴ２がオンであるときにゲート電圧に応じて、増幅トランジスタＴ３のゲートの電位が変化する。この変化によって、画素信号Ｖｓｉｇのダイナミックレンジが変化する。このため、第１の接続部３２の接触抵抗のばらつきによるリセット制御信号φＲＳＴの微小な電圧の変動がリセットトランジスタＴ２の動作に第３の影響を与える。しかし、第３の影響は、第２の影響よりも小さい。したがって、第１の接続部３２に対応する第１の領域の面積は、第１の接続部３１に対応する第１の領域の面積よりも小さくてもよい。

上記のように、制御信号は、複数の画素１０１を制御するための転送制御信号φＴＲＮとリセット制御信号φＲＳＴと選択制御信号φＳＥＬとを含む。選択制御信号φＳＥＬを伝送するための第１の接続部３３に対応する第１の面積は、転送制御信号φＴＲＮを伝送するための第１の接続部３１に対応する第１の面積よりも小さくてもよい。選択制御信号φＳＥＬを伝送するための第１の接続部３３に対応する第１の面積は、リセット制御信号φＲＳＴを伝送するための第１の接続部３２に対応する第１の面積よりも小さくてもよい。

さらに、リセット制御信号φＲＳＴを伝送するための第１の接続部３２に対応する第１の面積は、転送制御信号φＴＲＮを伝送するための第１の接続部３１に対応する第１の面積よりも小さくてもよい。

（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態の撮像装置７の構成を示している。撮像装置７は、撮像機能を有する電子機器であればよい。例えば、撮像装置７は、デジタルカメラと、デジタルビデオカメラと、内視鏡と、顕微鏡とのいずれか１つである。図８に示すように、撮像装置７は、固体撮像装置１と、レンズユニット部２と、画像信号処理装置３と、記録装置４と、カメラ制御装置５と、表示装置６とを有する。

固体撮像装置１は、第１の実施形態の固体撮像装置１である。レンズユニット部２は、ズームレンズとフォーカスレンズとを有する。レンズユニット部２は、被写体からの光に基づく被写体像を固体撮像装置１の受光面に形成する。レンズユニット部２を介して取り込まれた光は固体撮像装置１の受光面に結像される。固体撮像装置１は、受光面に結像された被写体像を撮像信号等の信号に変換し、その信号を出力する。

画像信号処理装置３は、固体撮像装置１から出力された信号に対して、予め定められた処理を行う。画像信号処理装置３によって行われる処理は、画像データへの変換、画像データの各種の補正、および画像データの圧縮などである。

記録装置４は、画像データの記録または読み出しを行うための半導体メモリなどを有する。記録装置４は、撮像装置７に対して着脱可能である。表示装置６は、画像信号処理装置３によって処理された画像データ、または記録装置４から読み出された画像データに基づく画像を表示する。

カメラ制御装置５は、撮像装置７全体の制御を行う。カメラ制御装置５の動作は、撮像装置７に内蔵されたＲＯＭに格納されているプログラムに規定されている。カメラ制御装置５は、このプログラムを読み出して、プログラムが規定する内容に従って、各種の制御を行う。

上記のように、撮像装置７は、固体撮像装置１を有する。本発明の各態様の撮像装置は、レンズユニット部２と、画像信号処理装置３と、記録装置４と、カメラ制御装置５と、表示装置６との少なくとも１つに対応する構成を有していなくてもよい。

第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、第１の領域の第１の面積は、第２の領域の第２の面積よりも小さい。このため、固体撮像装置１を有する撮像装置７は、接続部の面積を低減させることができる。したがって、固体撮像装置１において、画素１０１の占有率が向上する。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態およびその変形例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。

本発明の各実施形態によれば、固体撮像装置および撮像装置は、接続部の面積を低減させることができる。

１ 固体撮像装置
２ レンズユニット部
３ 画像信号処理装置
４ 記録装置
５ カメラ制御装置
６ 表示装置
７ 撮像装置
１０ 第１の基板
１１ 第１の半導体層
１２ 第１の配線層
１３ 第１の配線
１４ 第１のビア
１５ 第１の層間絶縁膜
２０ 第２の基板
２１ 第２の半導体層
２２ 第２の配線層
２３ 第２の配線
２４ 第２のビア
２５ 第２の層間絶縁膜
３０，３１，３２，３３ 第１の接続部
４０ 第２の接続部
１００ 画素部
１０１ 画素
２００ 垂直走査回路
２１０ 列処理回路
２２０ 水平走査回路
２３０ タイミングジェネレータ
３１０，３２０ 第１の電極
３１１，３２１ 第２の電極
３２２ バンプ

Claims (9)

1. 主面を有し、かつ行列状に配置された複数の画素を有する第１の基板と、
   前記第１の基板に積層された第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板とを電気的に接続し、かつ第１の信号を伝送する複数の第１の接続部と、
   前記第１の基板と前記第２の基板とを電気的に接続し、かつ第２の信号を伝送する複数の第２の接続部と、
   を有し、
   前記第１の信号は、少なくとも２つのレベルを有し、前記複数の画素を制御するための信号であって、かつ前記第１の信号のレベルは前記少なくとも２つのレベルの各々の間で離散的に変化し、
   前記第２の信号は、前記複数の画素で生成された画素信号を示す連続時間信号であり、
   第１の領域の第１の面積は、第２の領域の第２の面積よりも小さく、
   前記第１の領域は、前記主面において前記複数の第１の接続部の各々の投影領域であり、
   前記第２の領域は、前記主面において前記複数の第２の接続部の各々の投影領域である
   固体撮像装置。
2. 前記第１の領域の第１の幅は、前記第２の領域の第２の幅よりも小さく、
   前記第１の幅と前記第２の幅とは、前記複数の画素の配列における行または列の方向における幅である
   請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記第１の信号は、前記複数の画素を制御するための転送制御信号とリセット制御信号と選択制御信号とを含み、
   前記選択制御信号を伝送するための前記第１の接続部に対応する前記第１の面積は、前記転送制御信号を伝送するための前記第１の接続部に対応する前記第１の面積よりも小さく、
   前記選択制御信号を伝送するための前記第１の接続部に対応する前記第１の面積は、前記リセット制御信号を伝送するための前記第１の接続部に対応する前記第１の面積よりも小さい
   請求項１に記載の固体撮像装置。
4. 前記リセット制御信号を伝送するための前記第１の接続部に対応する前記第１の面積は、前記転送制御信号を伝送するための前記第１の接続部に対応する前記第１の面積よりも小さい
   請求項３に記載の固体撮像装置。
5. 前記複数の第１の接続部と前記複数の第２の接続部との各々は、互いに接触する第１の電極と第２の電極とを含み、
   前記第１の電極は、前記第１の基板と接触し、かつ前記第２の電極は、前記第２の基板と接触する
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
6. 前記複数の第１の接続部と前記複数の第２の接続部との各々は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置されたバンプを含む
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
7. 前記複数の第１の接続部と前記複数の第２の接続部との各々は、前記第１の基板と前記第２の基板とに渡って配置された貫通電極を含む
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
8. 前記複数の第１の接続部の各々は、互いに接触する第１の電極と第２の電極とを含み、
   前記第１の電極は、前記第１の基板と接触し、かつ前記第２の電極は、前記第２の基板と接触し、
   前記複数の第２の接続部の各々は、前記第１の基板と前記第２の基板とに渡って配置された貫通電極を含む
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
9. 請求項１に記載の固体撮像装置を有する撮像装置。

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