JP6777204B2 - 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.

近年、電子カメラなどの撮像装置では、CMOS型の撮像素子が注目されている。これら撮像素子の受光面には、光電変換を行って電気信号を出力する画素部が配列される。さらに、この受光面には、電気信号を外部に読み出すための信号線や、画素部を駆動するための制御線なども近接して設けられる。 In recent years, CMOS type image pickup devices have attracted attention in image pickup devices such as electronic cameras. On the light receiving surface of these image pickup devices, pixel portions that perform photoelectric conversion and output an electric signal are arranged. Further, a signal line for reading an electric signal to the outside, a control line for driving the pixel unit, and the like are also provided close to the light receiving surface.

なお、特許文献1には、受光面で電気信号を生成し、その電気信号を反対面の電極に出力する構成が開示されている。 In addition, Patent Document 1 discloses a configuration in which an electric signal is generated on the light receiving surface and the electric signal is output to an electrode on the opposite surface.

また、特許文献2には、受光面で生成した電気信号を反対面の配線層で読み出す裏面入射型の撮像素子が開示されている。この裏面入射型の撮像素子は、配線層側の電極を介して、別の信号処理チップに接続される。 Further, Patent Document 2 discloses a back surface incident type image sensor that reads out an electric signal generated on the light receiving surface by a wiring layer on the opposite surface. This backside incident type image sensor is connected to another signal processing chip via an electrode on the wiring layer side.

特願2003−543107号公報Japanese Patent Application No. 2003-543107 特開2006−49361号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-49361

上述した従来技術では、半導体基板の受光面に、画素部や配線構造などを複雑に集積する必要がある。そのため、撮像素子の製造プロセスは、工程数が多くかつ複雑になる。そのため、従来技術では、撮像素子の撮像性能を最優先した設計ルールや製造プロセスを実施しづらいという問題点がある。 In the above-mentioned conventional technique, it is necessary to complicatedly integrate the pixel portion, the wiring structure, and the like on the light receiving surface of the semiconductor substrate. Therefore, the manufacturing process of the image sensor has many steps and is complicated. Therefore, in the prior art, there is a problem that it is difficult to implement a design rule or a manufacturing process that gives the highest priority to the imaging performance of the image sensor.

本発明の一例の撮像素子は、光が入射される第1チップと第1チップに接続される第2チップとを有する撮像素子であって、光を電荷に変換する光電変換部と光電変換部に接続され、光電変換部で変換された電荷に基づく信号を読出線に読み出すためのトランジスタを含む読出回路とを有する複数の画素と、トランジスタのゲートに接続され、トランジスタを制御するための制御信号が出力される制御線と、を備え、光電変換部は、第1チップに配置され、トランジスタおよび制御線は、第2チップに配置される。 An image pickup device of an example of the present invention is an image pickup device having a first chip on which light is incident and a second chip connected to the first chip, and is a photoelectric conversion unit and a photoelectric conversion unit that convert light into charges. A plurality of pixels having a read circuit including a transistor for reading a signal based on the charge converted by the photoelectric conversion unit to the read line, and a control connected to the gate of the transistor to control the transistor. A control line from which a signal is output is provided, a photoelectric conversion unit is arranged on the first chip, and a transistor and a control line are arranged on the second chip.

本発明の一例によれば、撮像性能の向上に適した撮像素子の構造を提供できる。 According to an example of the present invention, it is possible to provide a structure of an image pickup device suitable for improving image pickup performance.

撮像素子10の断面図である。It is sectional drawing of the image sensor 10. 撮像素子10の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the image sensor 10. 第1チップ11および第2チップ12の上面図である。It is a top view of the 1st chip 11 and the 2nd chip 12. 撮像素子10aの画素部分の断面図である。It is sectional drawing of the pixel part of the image sensor 10a. 撮像素子10aの1画素分の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram for one pixel of the image pickup element 10a. 第1チップ11aおよび第2チップ12aの上面図である。It is a top view of the 1st chip 11a and the 2nd chip 12a. 撮像素子10bの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image sensor 10b. 撮像素子10cの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image sensor 10c. 撮像素子10dの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image sensor 10d. 撮像素子10fの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image sensor 10f. 撮像素子10fの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the image sensor 10f. 撮像素子10hの素子構造を示す図である。It is a figure which shows the element structure of the image sensor 10h.

《第1実施形態》
第1実施形態は、第1チップに受光素子を配置し、第2チップに転送トランジスタなどを配置する。
<< First Embodiment >>
In the first embodiment, the light receiving element is arranged on the first chip, and the transfer transistor or the like is arranged on the second chip.

図1は、撮像素子10の画素断面を示す図である。図2は、撮像素子10の1画素分の等価回路図である。図3は、第1チップ11および第2チップ12の上面図である。なお、図1に示す画素断面は、図3中に示す点線箇所の断面である。 FIG. 1 is a diagram showing a pixel cross section of the image sensor 10. FIG. 2 is an equivalent circuit diagram for one pixel of the image sensor 10. FIG. 3 is a top view of the first chip 11 and the second chip 12. The pixel cross section shown in FIG. 1 is a cross section of a dotted line portion shown in FIG.

これらの図に示すように、第1チップ11は、半導体の基板11xを土台にして形成される。この基板11xの受光面16x側には、受光画素1が形成される。この受光画素1には、受光素子PDが設けられる。受光素子PDの上方には、層間膜11yを介して、マイクロレンズ23が形成される。この受光素子PDは、配線層17を介して貫通配線20に電気接続される。貫通配線20は、素子分離域22に設けたスルーホールに形成される。この貫通配線20は、導電性の埋め込み配線18と、スルーホールの内周壁を絶縁する絶縁膜19とから構成される。基板11xの反対面16yには、絶縁膜11zが膜形成される。貫通配線20は、この絶縁膜11zを貫通して反対面16yに現れる。この貫通箇所にはマイクロパッド13が形成される。 As shown in these figures, the first chip 11 is formed on the basis of the semiconductor substrate 11x. The light receiving pixel 1 is formed on the light receiving surface 16x side of the substrate 11x. A light receiving element PD is provided on the light receiving pixel 1. A microlens 23 is formed above the light receiving element PD via the interlayer film 11y. The light receiving element PD is electrically connected to the through wiring 20 via the wiring layer 17. The through wiring 20 is formed in a through hole provided in the element separation region 22. The through wiring 20 is composed of a conductive embedded wiring 18 and an insulating film 19 that insulates the inner peripheral wall of the through hole. An insulating film 11z is formed on the opposite surface 16y of the substrate 11x. The through wiring 20 penetrates the insulating film 11z and appears on the opposite surface 16y. A micro pad 13 is formed at this penetrating portion.

第2チップ12は、半導体の基板12xを土台にして形成される。この基板12xの少なくとも一方の面(形成面)には、貫通配線20に各対応して読み出し回路30が形成される。この形成面には、対向するマイクロパッド13と位置を合わせて、マイクロパッド14がそれぞれ形成される。このマイクロパッド14の直下にはスルーホール25が形成される。このスルーホール25の内周壁には、絶縁膜26が形成される。このスルーホール25を介して、マイクロパッド14は、転送トランジスタQTのソース/ドレイン領域27にオーミック接触する。このソース/ドレイン領域27とフローティングディフュージョンFDとの領域間には、絶縁膜を介して転送トランジスタQTのゲート28が設けられる。さらに、フローティングディフュージョンFDと、基準電圧VDDが印加されるリセットドレイン31との領域間には、絶縁膜を介してリセットトランジスタQRのゲート29が設けられる。なお、フローティングディフュージョンFDの電圧は、不図示の配線層を介して、増幅素子QAのゲート32に供給される。増幅素子QAのソース33と、選択トランジスタQSのソース/ドレイン領域35との領域間には、絶縁膜を介して選択トランジスタQSのゲート34が設けられる。このソース/ドレイン領域35は、読み出し線36に接続される。 The second chip 12 is formed on the basis of the semiconductor substrate 12x. A read circuit 30 is formed on at least one surface (forming surface) of the substrate 12x corresponding to the through wiring 20. Micropads 14 are formed on the forming surface by aligning with the opposing micropads 13. A through hole 25 is formed directly below the micro pad 14. An insulating film 26 is formed on the inner peripheral wall of the through hole 25. Through the through hole 25, the micropad 14 makes ohmic contact with the source / drain region 27 of the transfer transistor QT. A gate 28 of the transfer transistor QT is provided between the source / drain region 27 and the floating diffusion FD region via an insulating film. Further, a gate 29 of the reset transistor QR is provided between the floating diffusion FD and the reset drain 31 to which the reference voltage VDD is applied via an insulating film. The voltage of the floating diffusion FD is supplied to the gate 32 of the amplification element QA via a wiring layer (not shown). A gate 34 of the selection transistor QS is provided between the source 33 of the amplification element QA and the source / drain region 35 of the selection transistor QS via an insulating film. The source / drain region 35 is connected to the read line 36.

上述した構成に加えて、第2チップ12には、読み出し回路30に制御信号を与える垂直走査回路、リセットノイズを除去するための相関二重サンプリング回路、読み出し回路30の出力(画像信号)を主走査方向に順次読み出すための水平走査回路、および画像信号を増幅する出力アンプなども形成される。 In addition to the above-described configuration, the second chip 12 mainly includes a vertical scanning circuit that gives a control signal to the read circuit 30, a correlated double sampling circuit for removing reset noise, and an output (image signal) of the read circuit 30. A horizontal scanning circuit for sequentially reading in the scanning direction, an output amplifier for amplifying an image signal, and the like are also formed.

上述した第1チップ11および第2チップ12は、それぞれ独立した製造工程を経て完成する。この第1チップ11の反対面16yと、第2チップ12の読み出し回路30とは対向する向きに重ねて配置される。この状態で、貫通配線20のマイクロパッド13と、読み出し回路30のマイクロパッド14との間は、マイクロバンプ15によって電気的に接合される。 The first chip 11 and the second chip 12 described above are completed through independent manufacturing processes. The opposite surface 16y of the first chip 11 and the read circuit 30 of the second chip 12 are arranged so as to face each other. In this state, the micro pad 13 of the through wiring 20 and the micro pad 14 of the read circuit 30 are electrically joined by the micro bump 15.

(画像信号の読み出し手順)
第1チップ11側の受光素子PDは、入射光を光電変換して信号電荷を生成する。このとき、転送トランジスタQTを非導通に保つことにより、受光素子PDは信号電荷を蓄積する。
(Procedure for reading image signal)
The light receiving element PD on the first chip 11 side photoelectrically converts the incident light to generate a signal charge. At this time, by keeping the transfer transistor QT non-conducting, the light receiving element PD accumulates signal charges.

一方、第2チップ12側のフローティングディフュージョンFDには、リセットトランジスタQRを導通させることによって、基準電位VDDが印加される。その後に、リセットトランジスタQRが遮断されることにより、フローティングディフュージョンFDはフローティング状態となり、遮断時の電位をリセット電位として保持する。 On the other hand, the reference potential VDD is applied to the floating diffusion FD on the second chip 12 side by conducting the reset transistor QR. After that, when the reset transistor QR is cut off, the floating diffusion FD is put into a floating state, and the potential at the time of cutoff is held as the reset potential.

選択トランジスタQSは、読み出し行の選択タイミングに合わせて導通制御される。このとき、読み出し線36および選択トランジスタQSを介して、増幅素子QAに電流が供給されてソースホロワ回路を構成する。その結果、フローティングディフュージョンFDのリセット電位は、読み出し線36へ出力される。相関二重サンプリング回路は、このリセット電位を保持する。 The selection transistor QS is conduction-controlled according to the selection timing of the read line. At this time, a current is supplied to the amplification element QA via the read line 36 and the selection transistor QS to form a source follower circuit. As a result, the reset potential of the floating diffusion FD is output to the read line 36. The correlated double sampling circuit holds this reset potential.

次に、第2チップ12側において、転送トランジスタQTが一時的に導通する。その結果、第1チップ11側の受光素子PDと、第2チップ12側のフローティングディフュージョンFDとが電気的に接続される。このとき、受光素子PDに蓄積された信号電荷は、このフローティングディフュージョンFDとの間の電位差によって誘引される。すると、第1チップ11a側の信号電荷は、配線層17、貫通配線20、マイクロパッド13、マイクロバンプ15、マイクロパッド14、および転送トランジスタQTという経路を通って、第2チップ12a側のフローティングディフュージョンFDまで転送される。 Next, the transfer transistor QT temporarily conducts on the second chip 12 side. As a result, the light receiving element PD on the first chip 11 side and the floating diffusion FD on the second chip 12 side are electrically connected. At this time, the signal charge accumulated in the light receiving element PD is attracted by the potential difference with the floating diffusion FD. Then, the signal charge on the first chip 11a side passes through the path of the wiring layer 17, the through wiring 20, the micro pad 13, the micro bump 15, the micro pad 14, and the transfer transistor QT, and the floating diffusion on the second chip 12a side. Transferred to FD.

この信号電荷の分だけ、フローティングディフュージョンFDのリセット電位が変化し、信号電位となる。この信号電位は、増幅素子QAおよび選択トランジスタQSを経て、読み出し線36に出力される。相関二重サンプリング回路は、この信号電位と、先に保持したリセット電位との差分を生成し、真の画像信号として出力する。この画像信号は、水平走査回路、出力アンプを経て、外部に読み出される。 The reset potential of the floating diffusion FD changes by the amount of this signal charge, and becomes a signal potential. This signal potential is output to the read line 36 via the amplification element QA and the selection transistor QS. The correlated double sampling circuit generates a difference between this signal potential and the reset potential held earlier, and outputs it as a true image signal. This image signal is read out to the outside through a horizontal scanning circuit and an output amplifier.

(第1実施形態の効果など)
第1実施形態では、第1チップ11に受光素子PDおよび貫通配線20を配置し、第2チップ12に読み出し回路30を配置する。このように素子構造を2分割することにより、第1チップ11の製造工程では、読み出し回路30の形成工程が不要となる。そのため、受光素子PDの素子性能に特化した設計ルールや製造プロセスを採用することが可能になる。したがって、撮像性能の高い撮像素子10を実現することが可能になる。
(Effects of the first embodiment, etc.)
In the first embodiment, the light receiving element PD and the through wiring 20 are arranged on the first chip 11, and the readout circuit 30 is arranged on the second chip 12. By dividing the element structure into two in this way, the step of forming the readout circuit 30 becomes unnecessary in the manufacturing process of the first chip 11. Therefore, it becomes possible to adopt a design rule and a manufacturing process specialized for the element performance of the light receiving element PD. Therefore, it becomes possible to realize an image pickup device 10 having high imaging performance.

また、第2チップ12側では、受光素子PDのスペースが不要となる。そのため、回路設計上の余裕が広く、デザインルールの緩和によって歩留り向上が可能になる。さらに、このスペースの余裕分を活かして、画素ごとに信号電荷のメモリ領域などを設けることにより、グローバル電子シャッターを実現することも可能になる。また、画素単位または行単位にAD変換回路を追加することによって、デジタル画像信号を出力する撮像素子10を実現することも可能になる。 Further, on the second chip 12 side, the space of the light receiving element PD becomes unnecessary. Therefore, there is a wide margin in circuit design, and it is possible to improve the yield by relaxing the design rules. Further, by utilizing the margin of this space and providing a memory area for signal charges for each pixel, it is possible to realize a global electronic shutter. Further, by adding an AD conversion circuit for each pixel or line, it is possible to realize an image sensor 10 that outputs a digital image signal.

特に、第1実施形態では、第1チップ11の受光素子PDには、信号読み出しに関する制御信号を与える必要がない。そのため、第1チップ11には、制御信号を与えるための配線層を設ける必要がない。したがって、受光素子PDの上の層に配線層を設ける必要がなく、配線層による受光ケラレなどの弊害は生じない。 In particular, in the first embodiment, it is not necessary to give a control signal related to signal reading to the light receiving element PD of the first chip 11. Therefore, it is not necessary to provide the first chip 11 with a wiring layer for giving a control signal. Therefore, it is not necessary to provide a wiring layer on the layer above the light receiving element PD, and there is no adverse effect such as light receiving eclipse due to the wiring layer.

また、制御信号の配線層を第1チップ11から省くことにより、受光面の層構造を薄膜化することが可能になる。その結果、マイクロレンズ23と受光素子PDを一段と近接させることが可能になり、マイクロレンズ23の斜入射光を受光素子PDに効率入射させることが可能になる。特に、一眼レフ用の大型撮像素子では、撮像エリアの周辺端における輝度シェーディングが改善し、撮像画像の周辺画質を高めることが可能になる。 Further, by omitting the wiring layer for the control signal from the first chip 11, the layer structure of the light receiving surface can be thinned. As a result, the microlens 23 and the light receiving element PD can be brought closer to each other, and the obliquely incident light of the microlens 23 can be efficiently incident on the light receiving element PD. In particular, in a large image sensor for a single-lens reflex camera, the luminance shading at the peripheral edge of the imaging area is improved, and the peripheral image quality of the captured image can be improved.

なお、第2チップ12側には、読み出し回路30が存在する。そのため、この読み出し回路30を遮光することが好ましい。しかし、読み出し回路30の上方は、第1チップ11で覆われるため、遮光層を省略したり薄膜化することが可能になる。 A read circuit 30 exists on the second chip 12 side. Therefore, it is preferable to shield the reading circuit 30 from light. However, since the upper part of the readout circuit 30 is covered with the first chip 11, the light-shielding layer can be omitted or thinned.

さらに、第1実施形態では、受光面16xに従来配置されていた読み出し回路30を、第2チップ12に移したため、受光画素1の実装スペースに余裕が生じる。そのため、受光素子PDの面積を拡大して、撮像素子10の受光性能を高めることが可能になる。逆に、受光画素1を縮小することによって、更なる高画素化を図ることも可能になる。 Further, in the first embodiment, since the readout circuit 30 conventionally arranged on the light receiving surface 16x is moved to the second chip 12, there is a margin in the mounting space of the light receiving pixel 1. Therefore, the area of the light receiving element PD can be expanded to improve the light receiving performance of the image sensor 10. On the contrary, by reducing the light receiving pixel 1, it is possible to further increase the number of pixels.

また、受光素子PDの受光形状の等方性を高めることにより、撮像素子10の受光性能を高めることも可能になる。 Further, by improving the isotropic shape of the light receiving element PD, it is possible to improve the light receiving performance of the image sensor 10.

さらに、第2チップ12側では、受光素子PDが無い分だけ実装スペースに余裕が生じる。この実装スペースの余裕を活かして、読み出し回路30内の信号線の短縮を行うことができる。その結果、信号遅延の低減、ノイズ低減、動作速度の向上などを達成できる。 Further, on the second chip 12 side, there is a margin in the mounting space because there is no light receiving element PD. The signal line in the readout circuit 30 can be shortened by utilizing the margin of the mounting space. As a result, it is possible to reduce signal delay, reduce noise, improve operating speed, and the like.

また、第1チップ11と第2チップ12との特性や相性を選んで組み立てることにより、撮像素子10の歩留まりを一段と高めることが可能になる。 Further, by selecting and assembling the characteristics and compatibility of the first chip 11 and the second chip 12, the yield of the image pickup device 10 can be further increased.

《第2実施形態》
第2実施形態は、第1チップに受光素子と転送トランジスタを配置し、第2チップにリセットトランジスタなどを配置する。なお、画像信号の読み出し手順については、第1実施形態と同様のため、ここでの説明を省略する。
<< Second Embodiment >>
In the second embodiment, the light receiving element and the transfer transistor are arranged on the first chip, and the reset transistor and the like are arranged on the second chip. Since the procedure for reading the image signal is the same as that in the first embodiment, the description thereof will be omitted here.

図4は、撮像素子10aの画素断面を示す図である。図5は、撮像素子10aの1画素分の等価回路図である。図6は、第1チップ11aおよび第2チップ12aの上面図である。なお、図4に示す画素断面は、図6中に示す点線部分の断面である。 FIG. 4 is a diagram showing a pixel cross section of the image sensor 10a. FIG. 5 is an equivalent circuit diagram for one pixel of the image sensor 10a. FIG. 6 is a top view of the first chip 11a and the second chip 12a. The pixel cross section shown in FIG. 4 is a cross section of the dotted line portion shown in FIG.

以下、これらの図を参照して、撮像素子10aの構成を説明する。 Hereinafter, the configuration of the image pickup device 10a will be described with reference to these figures.

第1チップ11aの受光画素1aには、受光素子PDおよび転送トランジスタQTが形成される。この転送トランジスタQTのゲート28aは、受光素子PDと拡散領域FDxとの領域間に、絶縁膜を介して設けられる。この拡散領域FDxは、配線層17aを介して貫通配線20に接続される。この貫通配線20は、受光画素1aの素子分離域22に設けたスルーホールを介して、反対面16yまで貫通する。この反対面16yの貫通箇所にはマイクロパッド13が形成される。 A light receiving element PD and a transfer transistor QT are formed on the light receiving pixel 1a of the first chip 11a. The gate 28a of the transfer transistor QT is provided between the light receiving element PD and the diffusion region FDx via an insulating film. This diffusion region FDx is connected to the through wiring 20 via the wiring layer 17a. The through wiring 20 penetrates to the opposite surface 16y through a through hole provided in the element separation region 22 of the light receiving pixel 1a. A micro pad 13 is formed at the penetrating portion of the opposite surface 16y.

第2チップ12aの形成面には、貫通配線20に各対応して、読み出し回路30aが形成される。この読み出し回路30aには、対向するマイクロパッド13と位置を合わせるように、マイクロパッド14がそれぞれ設けられる。このマイクロパッド14は、スルーホール25を介して拡散領域FDyにオーミック接触する。これらの拡散領域FDx,貫通配線20,拡散領域FDyは電気的に一体接続され、フローティングディフュージョンFDとして機能する。拡散領域FDyと、基準電圧VDDが印加されるリセットドレイン31との領域間には、絶縁膜を介してリセットトランジスタQRのゲート29aが設けられる。なお、拡散領域FDyの電圧は、不図示の配線層を介して、増幅素子QAのゲート32aに供給される。増幅素子QAのソース33aと、選択トランジスタQSのソース/ドレイン領域35aとの領域間には、絶縁膜を介して選択トランジスタQSのゲート34aが設けられる。このソース/ドレイン領域35aは、読み出し線36に接続される。 A read-out circuit 30a is formed on the forming surface of the second chip 12a corresponding to the through wiring 20. The reading circuit 30a is provided with micropads 14 so as to align with the opposing micropads 13. The micropad 14 makes ohmic contact with the diffusion region FDy via the through hole 25. These diffusion region FDx, through wiring 20, and diffusion region FDy are electrically integrally connected and function as a floating diffusion FD. A gate 29a of the reset transistor QR is provided between the diffusion region FDy and the reset drain 31 to which the reference voltage VDD is applied via an insulating film. The voltage of the diffusion region FDy is supplied to the gate 32a of the amplification element QA via a wiring layer (not shown). A gate 34a of the selection transistor QS is provided between the source 33a of the amplification element QA and the source / drain region 35a of the selection transistor QS via an insulating film. The source / drain region 35a is connected to the read line 36.

なお、第1チップ11aには、転送トランジスタQTのゲート28aに制御信号を与えるための駆動回路が設けられる。 The first chip 11a is provided with a drive circuit for giving a control signal to the gate 28a of the transfer transistor QT.

また、第2チップ12aには、読み出し回路30aに制御信号を与える垂直走査回路、リセットノイズを除去するための相関二重サンプリング回路、読み出し回路30aの出力(画像信号)を主走査方向に順次読み出すための水平走査回路、および画像信号を増幅する出力アンプなども形成される。 Further, the second chip 12a sequentially reads out a vertical scanning circuit that gives a control signal to the reading circuit 30a, a correlated double sampling circuit for removing reset noise, and an output (image signal) of the reading circuit 30a in the main scanning direction. A horizontal scanning circuit for this purpose, an output amplifier for amplifying an image signal, and the like are also formed.

上述した貫通配線20のマイクロパッド13と、読み出し回路30aのマイクロパッド14とは、マイクロバンプ15を介して電気的に接合される。 The micropad 13 of the through wiring 20 described above and the micropad 14 of the readout circuit 30a are electrically joined via the microbump 15.

第2実施形態においても、素子構造を、第1チップ11aと第2チップ12aとに分けることにより、第1実施形態と同様の作用効果を得ることできる。 Also in the second embodiment, by dividing the element structure into the first chip 11a and the second chip 12a, the same effects as those in the first embodiment can be obtained.

さらに、第2実施形態では、第1チップ11a上に受光素子PDと転送トランジスタQTを配置するため、信号電荷の転送残りを防ぐことが可能になる。 Further, in the second embodiment, since the light receiving element PD and the transfer transistor QT are arranged on the first chip 11a, it is possible to prevent the remaining transfer of the signal charge.

《第3実施形態》
第3実施形態は、第1チップに受光素子と転送トランジスタとリセットトランジスタを配置し、第2チップに増幅素子などを配置する。なお、画像信号の読み出し手順については、第1実施形態と同様のため、ここでの説明を省略する。
<< Third Embodiment >>
In the third embodiment, a light receiving element, a transfer transistor, and a reset transistor are arranged on the first chip, and an amplification element or the like is arranged on the second chip. Since the procedure for reading the image signal is the same as that in the first embodiment, the description thereof will be omitted here.

図7[A]は、撮像素子10bの構成部品である第1チップ11bの上面図(1画素分)である。図7[B]は、撮像素子10bの構成部品である第2チップ12bの上面図(1画素分)である。図7[C]は、撮像素子10bの1画素分の等価回路図である。 FIG. 7A is a top view (for one pixel) of the first chip 11b, which is a component of the image sensor 10b. FIG. 7B is a top view (for one pixel) of the second chip 12b, which is a component of the image sensor 10b. FIG. 7C is an equivalent circuit diagram for one pixel of the image sensor 10b.

以下、これらの図を参照して、撮像素子10bの構成を説明する。 Hereinafter, the configuration of the image pickup device 10b will be described with reference to these figures.

第1チップ11bの受光画素1bには、受光素子PD、転送トランジスタQT、およびリセットトランジスタQRが形成される。この転送トランジスタQTのゲート28bは、受光素子PDとフローティングディフュージョンFDとの領域間に、絶縁膜を介して設けられる。フローティングディフュージョンFDと、基準電圧VDDが印加されるリセットドレイン31bとの領域間には、絶縁膜を介してリセットトランジスタQRのゲート29bが設けられる。また、フローティングディフュージョンFDは、貫通配線20に接続される。この貫通配線20は、スルーホールを介して反対面まで貫通する。この貫通箇所にはマイクロパッド13が設けられる。 A light receiving element PD, a transfer transistor QT, and a reset transistor QR are formed on the light receiving pixel 1b of the first chip 11b. The gate 28b of the transfer transistor QT is provided between the region of the light receiving element PD and the floating diffusion FD via an insulating film. A gate 29b of the reset transistor QR is provided between the floating diffusion FD and the reset drain 31b to which the reference voltage VDD is applied via an insulating film. Further, the floating diffusion FD is connected to the through wiring 20. The through wiring 20 penetrates to the opposite surface through the through hole. A micro pad 13 is provided at this penetrating portion.

一方、第2チップ12bには、貫通配線20に各対応して読み出し回路30bが形成される。この読み出し回路30bのマイクロパッド14は、マイクロバンプによって、第1チップ11bのマイクロパッド13と電気的に接合される。このマイクロパッド14は、増幅素子QAのゲート32bに接続される。一方、増幅素子QAのドレインには電源電圧が印加される。増幅素子QAのソース33bと、選択トランジスタQSのソース/ドレイン領域35bとの領域間には、絶縁膜を介して選択トランジスタQSのゲート34bが設けられる。このソース/ドレイン領域35bは、読み出し線36に接続される。 On the other hand, a read-out circuit 30b is formed on the second chip 12b corresponding to the through wiring 20. The micro pad 14 of the readout circuit 30b is electrically joined to the micro pad 13 of the first chip 11b by a micro bump. The micropad 14 is connected to the gate 32b of the amplification element QA. On the other hand, a power supply voltage is applied to the drain of the amplification element QA. A gate 34b of the selection transistor QS is provided between the source 33b of the amplification element QA and the source / drain region 35b of the selection transistor QS via an insulating film. The source / drain region 35b is connected to the read line 36.

なお、第1チップ11bには、ゲート28b、29bに制御信号を与えるための駆動回路が設けられる。 The first chip 11b is provided with a drive circuit for giving control signals to the gates 28b and 29b.

また、第2チップ12bには、読み出し回路30bに制御信号を与える垂直走査回路、リセットノイズを除去するための相関二重サンプリング回路、読み出し回路30bの出力(画像信号)を主走査方向に順次読み出すための水平走査回路、および画像信号を増幅する出力アンプなども形成される。 Further, the second chip 12b sequentially reads out a vertical scanning circuit that gives a control signal to the reading circuit 30b, a correlated double sampling circuit for removing reset noise, and an output (image signal) of the reading circuit 30b in the main scanning direction. A horizontal scanning circuit for this purpose, an output amplifier for amplifying an image signal, and the like are also formed.

第3実施形態においても、素子構造を、第1チップ11bと第2チップ12bとに分けることにより、第2実施形態と同様の効果を得ることできる。 Also in the third embodiment, the same effect as that of the second embodiment can be obtained by dividing the element structure into the first chip 11b and the second chip 12b.

さらに、第3実施形態では、第1チップ11a上に受光素子PDとリセットトランジスタQRを配置するため、信号電荷のリセット残りを防ぐことが可能になる。 Further, in the third embodiment, since the light receiving element PD and the reset transistor QR are arranged on the first chip 11a, it is possible to prevent the remaining reset of the signal charge.

《第4実施形態》
第4実施形態は、第1チップに受光素子と転送トランジスタとリセットトランジスタと増幅素子を配置し、第2チップに選択トランジスタなどを配置する。なお、画像信号の読み出し手順については、第1実施形態と同様のため、ここでの説明を省略する。
<< Fourth Embodiment >>
In the fourth embodiment, a light receiving element, a transfer transistor, a reset transistor, and an amplification element are arranged on the first chip, and a selection transistor or the like is arranged on the second chip. Since the procedure for reading the image signal is the same as that in the first embodiment, the description thereof will be omitted here.

図8[A]は、撮像素子10cの構成部品である第1チップ11cの上面図(1画素分)である。図8[B]は、撮像素子10cの構成部品である第2チップ12cの上面図(1画素分)である。図8[C]は、撮像素子10cの1画素分の等価回路図である。 FIG. 8A is a top view (for one pixel) of the first chip 11c, which is a component of the image sensor 10c. FIG. 8B is a top view (for one pixel) of the second chip 12c, which is a component of the image sensor 10c. FIG. 8C is an equivalent circuit diagram for one pixel of the image sensor 10c.

以下、これらの図を参照して、撮像素子10cの構成を説明する。 Hereinafter, the configuration of the image pickup device 10c will be described with reference to these figures.

第1チップ11cの受光画素1cには、受光素子PD、転送トランジスタQT、リセットトランジスタQR、および増幅素子QAが形成される。この転送トランジスタQTのゲート28cは、受光素子PDとフローティングディフュージョンFDとの領域間に、絶縁膜を介して設けられる。フローティングディフュージョンFDと、基準電圧VDDが印加されるリセットドレイン31cとの領域間には、絶縁膜を介してリセットトランジスタQRのゲート29cが設けられる。なお、フローティングディフュージョンFDの電圧は、不図示の配線層を介して、増幅素子QAのゲート32cに供給される。増幅素子QAのソース33cは、貫通配線20に接続される。この貫通配線20は、スルーホールを介して反対面まで貫通する。この反対面の貫通箇所には、マイクロパッド13が設けられる。 A light receiving element PD, a transfer transistor QT, a reset transistor QR, and an amplification element QA are formed on the light receiving pixel 1c of the first chip 11c. The gate 28c of the transfer transistor QT is provided between the region of the light receiving element PD and the floating diffusion FD via an insulating film. A gate 29c of the reset transistor QR is provided between the floating diffusion FD and the reset drain 31c to which the reference voltage VDD is applied via an insulating film. The voltage of the floating diffusion FD is supplied to the gate 32c of the amplification element QA via a wiring layer (not shown). The source 33c of the amplification element QA is connected to the through wiring 20. The through wiring 20 penetrates to the opposite surface through the through hole. A micro pad 13 is provided at the penetrating portion on the opposite surface.

一方、第2チップ12cには、貫通配線20に各対応して、読み出し回路30cが形成される。この読み出し回路30cのマイクロパッド14は、マイクロバンプによって、第1チップ11cのマイクロパッド13と電気的に接合される。このマイクロパッド14は、選択トランジスタQSの一方のソース/ドレイン領域38に接続される。このソース/ドレイン領域38と、他方のソース/ドレイン領域35cとの領域間には、絶縁膜を介して選択トランジスタQSのゲート34cが設けられる。このソース/ドレイン領域35cは、読み出し線36に接続される。 On the other hand, a read circuit 30c is formed on the second chip 12c corresponding to the through wiring 20. The micro pad 14 of the readout circuit 30c is electrically joined to the micro pad 13 of the first chip 11c by a micro bump. The micropad 14 is connected to one source / drain region 38 of the selection transistor QS. A gate 34c of the selection transistor QS is provided between the source / drain region 38 and the other source / drain region 35c via an insulating film. The source / drain region 35c is connected to the read line 36.

なお、第1チップ11cには、ゲート28c、29cに制御信号を与えるための駆動回路が設けられる。 The first chip 11c is provided with a drive circuit for giving control signals to the gates 28c and 29c.

また、第2チップ12cには、読み出し回路30cに制御信号を与える垂直走査回路、リセットノイズを除去するための相関二重サンプリング回路、読み出し回路30cの出力(画像信号)を主走査方向に順次読み出すための水平走査回路、および画像信号を増幅する出力アンプなども形成される。 Further, the second chip 12c sequentially reads out a vertical scanning circuit that gives a control signal to the reading circuit 30c, a correlated double sampling circuit for removing reset noise, and an output (image signal) of the reading circuit 30c in the main scanning direction. A horizontal scanning circuit for this purpose, an output amplifier for amplifying an image signal, and the like are also formed.

第4実施形態においても、素子構造を、第1チップ11cと第2チップ12cとに分けることにより、第3実施形態と同様の効果を得ることできる。 Also in the fourth embodiment, the same effect as that of the third embodiment can be obtained by dividing the element structure into the first chip 11c and the second chip 12c.

さらに、第4実施形態では、第1チップ11a上に受光素子PDから増幅素子QAまでを近接して配置する。そのため、短い配線距離で信号電荷をソースホロワ出力に変換することが可能になり、ノイズの悪影響を低減することができる。 Further, in the fourth embodiment, the light receiving element PD to the amplification element QA are arranged close to each other on the first chip 11a. Therefore, it is possible to convert the signal charge into the source hollower output with a short wiring distance, and it is possible to reduce the adverse effect of noise.

《第5実施形態》
第5実施形態は、第1チップに受光素子と転送トランジスタとリセットトランジスタと増幅素子と選択トランジスタを配置し、第2チップに後段の処理回路などを配置する。なお、画像信号の読み出し手順については、第1実施形態と同様のため、ここでの説明を省略する。
<< Fifth Embodiment >>
In the fifth embodiment, the light receiving element, the transfer transistor, the reset transistor, the amplification element, and the selection transistor are arranged on the first chip, and the processing circuit of the subsequent stage is arranged on the second chip. Since the procedure for reading the image signal is the same as that in the first embodiment, the description thereof will be omitted here.

図9[A]は、撮像素子10dの構成部品である第1チップ11dの上面図(1画素分)である。図9[B]は、撮像素子10dの構成部品である第2チップ12dの上面図(1画素分)である。図9[C]は、撮像素子10dの1画素分の等価回路図である。 FIG. 9A is a top view (for one pixel) of the first chip 11d, which is a component of the image sensor 10d. FIG. 9B is a top view (for one pixel) of the second chip 12d, which is a component of the image sensor 10d. FIG. 9C is an equivalent circuit diagram for one pixel of the image sensor 10d.

以下、これらの図を参照して、撮像素子10dの構成を説明する。 Hereinafter, the configuration of the image pickup device 10d will be described with reference to these figures.

第1チップ11dの受光画素1dには、受光素子PD、転送トランジスタQT、リセットトランジスタQR、増幅素子QA、および選択トランジスタQSが形成される。この転送トランジスタQTのゲート28dは、受光素子PDとフローティングディフュージョンFDとの領域間に、絶縁膜を介して設けられる。フローティングディフュージョンFDと、基準電圧VDDが印加されるリセットドレイン31dとの領域間には、絶縁膜を介してリセットトランジスタQRのゲート29dが設けられる。なお、フローティングディフュージョンFDの電圧は、不図示の配線層を介して、増幅素子QAのゲート32dに供給される。増幅素子QAのソース33dと、選択トランジスタQSのソース/ドレイン領域35dとの領域間には、絶縁膜を介して選択トランジスタQSのゲート34dが設けられる。このソース/ドレイン領域35dは、読み出し線36に接続される。この読み出し線36は、貫通配線20に接続される。この貫通配線20は、スルーホールを介して反対面まで貫通する。この反対面の貫通箇所には、マイクロパッド13が設けられる。 A light receiving element PD, a transfer transistor QT, a reset transistor QR, an amplification element QA, and a selection transistor QS are formed on the light receiving pixel 1d of the first chip 11d. The gate 28d of the transfer transistor QT is provided between the region of the light receiving element PD and the floating diffusion FD via an insulating film. A gate 29d of the reset transistor QR is provided between the floating diffusion FD and the reset drain 31d to which the reference voltage VDD is applied via an insulating film. The voltage of the floating diffusion FD is supplied to the gate 32d of the amplification element QA via a wiring layer (not shown). A gate 34d of the selection transistor QS is provided between the source 33d of the amplification element QA and the source / drain region 35d of the selection transistor QS via an insulating film. The source / drain region 35d is connected to the read line 36. The read line 36 is connected to the through wiring 20. The through wiring 20 penetrates to the opposite surface through the through hole. A micro pad 13 is provided at the penetrating portion on the opposite surface.

一方、第2チップ12dには、貫通配線20に各対応して、読み出し回路30dが形成される。この読み出し回路30dのマイクロパッド14は、マイクロバンプによって、第1チップ11dのマイクロパッド13と電気的に接合される。この読み出し回路30dには、相関二重サンプリング回路(CDS)、カラムアンプ(CA)、またはカラムAD変換回路などを画素行の単位に備える。さらに、読み出し回路30dには、画像信号の前処理回路などを含めてもよい。 On the other hand, a read circuit 30d is formed on the second chip 12d corresponding to the through wiring 20. The micro pad 14 of the readout circuit 30d is electrically joined to the micro pad 13 of the first chip 11d by a micro bump. The read circuit 30d includes a correlated double sampling circuit (CDS), a column amplifier (CA), a column AD conversion circuit, and the like in units of pixel rows. Further, the readout circuit 30d may include a preprocessing circuit for an image signal and the like.

第5実施形態では、第2チップ12d側に、相関二重サンプリング回路や、AD変換回路などを余裕をもって搭載することが可能になる。さらに、読み出し回路30dを複数設けて画像信号を同時並行に処理させることにより、画像信号の出力を多チャンネル化することが可能になる。その結果、画像信号の読み出し時間および信号処理時間を短縮することが可能になる。 In the fifth embodiment, a correlated double sampling circuit, an AD conversion circuit, and the like can be mounted on the second chip 12d side with a margin. Further, by providing a plurality of readout circuits 30d and processing the image signals in parallel, it is possible to increase the number of channels of the image signal output. As a result, it becomes possible to shorten the reading time of the image signal and the signal processing time.

《第6実施形態》
第6実施形態は、複数の受光画素を貫通配線に共通接続する実施形態である。
<< 6th Embodiment >>
The sixth embodiment is an embodiment in which a plurality of light receiving pixels are commonly connected to the through wiring.

図10[A]は、撮像素子10fの構成部品である第1チップ11fの上面図(4画素分)である。図10[B]は、撮像素子10fの構成部品である第2チップ12fの上面図(4画素分)である。図11は、撮像素子10fの4画素分の等価回路図である。 FIG. 10A is a top view (for 4 pixels) of the first chip 11f, which is a component of the image sensor 10f. FIG. 10B is a top view (for 4 pixels) of the second chip 12f, which is a component of the image sensor 10f. FIG. 11 is an equivalent circuit diagram for four pixels of the image sensor 10f.

以下、これらの図を参照して、撮像素子10fの構成を説明する。 Hereinafter, the configuration of the image pickup device 10f will be described with reference to these figures.

第1チップ11fの受光画素1fは、複数画素(ここでは横2画素×縦2画素)ごとに区画が設定される。この区画内には、4つの受光素子PD1〜PD4が設けられる。これらの受光素子PD1〜PD4には、転送トランジスタQT1〜QT4がそれぞれ設けられる。転送トランジスタQT1〜QT4のドレインは、共通配線71を介して貫通配線20に共通接続される。この貫通配線20は、スルーホールを介して反対面まで貫通する。この反対面の貫通箇所には、マイクロパッド13が設けられる。 The light receiving pixel 1f of the first chip 11f is divided into sections for each of a plurality of pixels (here, 2 horizontal pixels × 2 vertical pixels). Four light receiving elements PD1 to PD4 are provided in this section. Transfer transistors QT1 to QT4 are provided on each of these light receiving elements PD1 to PD4. The drains of the transfer transistors QT1 to QT4 are commonly connected to the through wiring 20 via the common wiring 71. The through wiring 20 penetrates to the opposite surface through the through hole. A micro pad 13 is provided at the penetrating portion on the opposite surface.

一方、第2チップ12fには、貫通配線20に各対応して、読み出し回路30fが形成される。この読み出し回路30fのマイクロパッド14は、マイクロバンプによって、第1チップ11fのマイクロパッド13と電気的に接合される。この読み出し回路30fは、第2実施形態の読み出し回路30aと同様の回路構成を有する。その他、読み出し回路30fには、画素メモリ部や、AD変換回路などを設けてもよい。 On the other hand, a read circuit 30f is formed on the second chip 12f corresponding to the through wiring 20. The micro pad 14 of the readout circuit 30f is electrically joined to the micro pad 13 of the first chip 11f by a micro bump. The read-out circuit 30f has the same circuit configuration as the read-out circuit 30a of the second embodiment. In addition, the read circuit 30f may be provided with a pixel memory unit, an AD conversion circuit, or the like.

このような構成では、転送トランジスタQT1〜QT4を、制御信号φTx1〜φTx4を用いて順次に導通させることにより、受光素子PD1〜PD4の信号電荷を時分割に読み出し回路30fに与えることができる。読み出し回路30fは、これらの信号電荷を時分割に取り込み、画像信号として順次に出力する。 In such a configuration, the signal charges of the light receiving elements PD1 to PD4 can be given to the readout circuit 30f in a time-division manner by sequentially conducting the transfer transistors QT1 to QT4 using the control signals φTx1 to φTx4. The readout circuit 30f takes in these signal charges in a time-division manner and sequentially outputs them as image signals.

第6実施形態では、複数画素の区画ごとに一つの読み出し回路30fを備える。そのため、読み出し回路30fの設置数を、全画素数の数分の1まで減らすことが可能になる。 In the sixth embodiment, one read circuit 30f is provided for each section of a plurality of pixels. Therefore, the number of reading circuits 30f installed can be reduced to a fraction of the total number of pixels.

特に、第6実施形態では、横2画素×縦2画素を区画とするため、ベイヤ配列の最小色配列を一つの読み出し回路30fで処理することができる。したがって、読み出し回路30f内に、近接する信号間の処理回路(色差変換回路、画素数変換回路など)を実装することも可能になる。 In particular, in the sixth embodiment, since the division is 2 horizontal pixels x 2 vertical pixels, the minimum color array of the Bayer array can be processed by one readout circuit 30f. Therefore, it is also possible to mount a processing circuit (color difference conversion circuit, pixel number conversion circuit, etc.) between adjacent signals in the readout circuit 30f.

なお、第6実施形態では、区画のレイアウトを柔軟に設計することができる。例えば、列単位の受光画素1fを区画とし、列単位に読み出し回路30fを設けることも可能である。この場合、読み出し回路30f内にAD変換回路を設けることにより、列単位にAD変換を実施することが可能になる。 In the sixth embodiment, the layout of the section can be flexibly designed. For example, it is also possible to divide the light receiving pixel 1f in a row unit and provide a read circuit 30f in a row unit. In this case, by providing the AD conversion circuit in the read circuit 30f, the AD conversion can be performed in column units.

なお、第6実施形態では、転送トランジスタQTの出力を貫通配線20に共通接続している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第3実施形態〜第5実施形態の素子構造において、複数の受光画素を1区画として、貫通配線20に共通接続してもよい。この場合、区画内の転送トランジスタQTを順次に導通させることにより、読み出し回路は、区画内の受光画素の電気信号を時分割に取り込むことが可能になる。 In the sixth embodiment, the output of the transfer transistor QT is commonly connected to the through wiring 20. However, the present invention is not limited to this. For example, in the element structures of the third to fifth embodiments, a plurality of light receiving pixels may be set as one section and commonly connected to the through wiring 20. In this case, by sequentially conducting the transfer transistors QT in the compartment, the readout circuit can take in the electric signals of the light receiving pixels in the compartment in a time division manner.

《第7実施形態》
第7実施形態は、第1チップと第2チップの層間にインターポーザを設ける実施形態である。
<< 7th Embodiment >>
The seventh embodiment is an embodiment in which an interposer is provided between the layers of the first chip and the second chip.

図12は、第7実施形態の素子構造を示す図である。 FIG. 12 is a diagram showing an element structure of the seventh embodiment.

第7実施形態は、撮像素子10hを構成する第1チップ11hと、第2チップ12hとの層間に、貫通配線20を延長するインターポーザ81を配置する。このインターポーザ81の貫通配線82と、第1チップ11hのマイクロパッド13とは、マイクロバンプ15xによって電気的に接合される。また、インターポーザ81の貫通配線82と、第2チップ12hのマイクロパッド14は、マイクロバンプ15yによって電気的に接合される。 In the seventh embodiment, an interposer 81 extending the through wiring 20 is arranged between the first chip 11h and the second chip 12h constituting the image sensor 10h. The through wiring 82 of the interposer 81 and the micro pad 13 of the first chip 11h are electrically joined by the micro bump 15x. Further, the through wiring 82 of the interposer 81 and the micro pad 14 of the second chip 12h are electrically joined by the micro bump 15y.

なお、このような構成は、第1実施形態〜第6実施形態のいずれの素子構造においても実現可能である。貫通配線20をインターポーザ81を用いて延長することが可能である。 It should be noted that such a configuration can be realized in any of the element structures of the first to sixth embodiments. The through wiring 20 can be extended by using the interposer 81.

このように、インターポーザ81を層間に挿入することにより、第2チップ12h側で発生する熱を、インターポーザ81で断熱することが可能になる。また、インターポーザ81をヒートシンクとして利用することで、第2チップ12h側で発生する熱を効率的に排熱することが可能になる。そのため、受光素子PDが温度上昇して生じる熱ノイズなどの画質劣化を抑制することができる。 By inserting the interposer 81 between the layers in this way, the heat generated on the second chip 12h side can be insulated by the interposer 81. Further, by using the interposer 81 as a heat sink, the heat generated on the second chip 12h side can be efficiently exhausted. Therefore, deterioration of image quality such as thermal noise caused by the temperature rise of the light receiving element PD can be suppressed.

また、インターポーザ81を層間に挿入することにより、撮像素子10hの機械的強度を高めることが可能になる。 Further, by inserting the interposer 81 between the layers, it is possible to increase the mechanical strength of the image pickup device 10h.

PD…受光素子,QT…転送トランジスタ,FD…フローティングディフュージョン,QR…リセットトランジスタ,QA…増幅素子,QS…選択トランジスタ,1…単位画素,11…第1チップ,12…第2チップ,13…マイクロパッド,14…マイクロパッド,15…マイクロバンプ,16x…受光面,20…貫通配線,23…マイクロレンズ,30…読み出し回路,81…インターポーザ,82…貫通配線 PD ... light receiving element, QT ... transfer transistor, FD ... floating diffusion, QR ... reset transistor, QA ... amplification element, QS ... selection transistor, 1 ... unit pixel, 11 ... first chip, 12 ... second chip, 13 ... micro Pad, 14 ... Micro pad, 15 ... Micro bump, 16x ... Light receiving surface, 20 ... Through wiring, 23 ... Micro lens, 30 ... Read circuit, 81 ... Interposer, 82 ... Through wiring

Claims (18)

光が入射される第1チップと前記第1チップに接続される第2チップとを有する撮像素子であって、
光を電荷に変換する光電変換部と前記光電変換部に接続され、前記光電変換部で変換された電荷に基づく信号を読出線に読み出すためのトランジスタを含む読出回路とを有する複数の画素と、
前記トランジスタのゲートに接続され、前記トランジスタを制御するための制御信号が出力される制御線と、を備え、
前記光電変換部は、前記第1チップに配置され、
前記トランジスタおよび前記制御線は、前記第2チップに配置される撮像素子。
An image sensor having a first chip into which light is incident and a second chip connected to the first chip.
A plurality of pixels having a photoelectric conversion unit that converts light into electric charges and a reading circuit that is connected to the photoelectric conversion unit and includes a transistor for reading a signal based on the electric charge converted by the photoelectric conversion unit to a reading line. ,
A control line connected to the gate of the transistor and outputting a control signal for controlling the transistor is provided.
The photoelectric conversion unit is arranged on the first chip.
The transistor and the control line are image pickup devices arranged on the second chip.
前記光電変換部は、少なくとも行方向においてそれぞれ並んで配置され、The photoelectric conversion units are arranged side by side at least in the row direction.
前記トランジスタは、少なくとも前記行方向においてそれぞれ並んで配置される請求項1に記載の撮像素子。The image pickup device according to claim 1, wherein the transistors are arranged side by side at least in the row direction.
前記読出回路は、前記光電変換部で変換された電荷を転送する転送トランジスタを前記トランジスタとして有し、The read circuit has a transfer transistor for transferring the electric charge converted by the photoelectric conversion unit as the transistor.
前記制御線は、前記転送トランジスタのゲートに接続される請求項1または請求項2に記載の撮像素子。The image pickup device according to claim 1 or 2, wherein the control line is connected to the gate of the transfer transistor.
前記読出回路は、前記光電変換部で変換された電荷が転送されるフローティングディフュージョンの電位をリセットするリセットトランジスタを前記トランジスタとして有し、The read circuit has a reset transistor as the transistor that resets the potential of the floating diffusion to which the electric charge converted by the photoelectric conversion unit is transferred.
前記制御線は、前記リセットトランジスタのゲートに接続される請求項1または請求項2に記載の撮像素子。The image pickup device according to claim 1 or 2, wherein the control line is connected to the gate of the reset transistor.
前記読出回路は、前記画素と前記読出線との間の接続を制御する選択トランジスタを前記トランジスタとして有し、The read circuit has a selection transistor as the transistor that controls the connection between the pixel and the read line.
前記制御線は、前記選択トランジスタのゲートに接続される請求項1または請求項2に記載の撮像素子。The image pickup device according to claim 1 or 2, wherein the control line is connected to the gate of the selection transistor.
前記第2チップは、前記読出回路により前記読出線に読み出された前記信号をデジタル信号に変換するための変換回路が配置される請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の撮像素子。 The second chip, according to any one of claims 1 to 5 conversion circuit for converting the signal read out to the readout line by the reading circuit into a digital signal is assigned Image sensor. 前記変換回路は、前記第2チップにおいて前記画素毎に配置される請求項6に記載の撮像素子。The image pickup device according to claim 6, wherein the conversion circuit is arranged for each pixel in the second chip. 前記読出回路は、前記光電変換部からの電荷を保持する保持部を有する請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の撮像素子。 The image pickup device according to any one of claims 1 to 7, wherein the reading circuit has a holding unit that holds a charge from the photoelectric conversion unit. 前記第1チップは、前記光電変換部と前記読出回路とを電気的に接続するための貫通配線が配置される請求項1から請求項のいずれか一項に記載の撮像素子。 The image pickup device according to any one of claims 1 to 8 , wherein the first chip is provided with a through wiring for electrically connecting the photoelectric conversion unit and the read circuit. 前記貫通配線は、前記第1チップに設けられたスルーホールに形成され、導電部と前記スルーホールの内周壁を絶縁する絶縁部とを有する請求項に記載の撮像素子。 The image pickup device according to claim 9 , wherein the through wiring is formed in a through hole provided in the first chip, and has a conductive portion and an insulating portion that insulates an inner peripheral wall of the through hole. 前記第1チップは、光が入射する第1面と前記第1面とは反対側の第2面とを有し、
前記第2チップは、前記第1チップの前記第2面と対向する第3面を有し、
前記第1チップと前記第2チップとは、前記第2面に配置され、前記光電変換部と電気的に接続される第1パッドと、前記第3面に配置され、前記読出回路と電気的に接続される第2パッドと、により電気的に接続されている請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の撮像素子。
The first chip has a first surface on which light is incident and a second surface opposite to the first surface.
The second chip has a third surface facing the second surface of the first chip.
The first chip and the second chip are arranged on the second surface and electrically connected to the photoelectric conversion unit, and are arranged on the third surface and electrically with the read circuit. The image pickup device according to any one of claims 1 to 10 , which is electrically connected to a second pad connected to.
前記第1チップは、前記読出回路を覆うように前記第2チップに重なって配置される請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の撮像素子。 The image pickup device according to any one of claims 1 to 11 , wherein the first chip is arranged so as to overlap the second chip so as to cover the read circuit. 前記第1チップは、前記読出回路を遮光するように前記第2チップに重なって配置される請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の撮像素子。 The image pickup device according to any one of claims 1 to 12 , wherein the first chip is arranged so as to overlap the second chip so as to block the reading circuit. 光が入射される第1チップと前記第1チップに接続される第2チップとを有する撮像素子であって、An image sensor having a first chip into which light is incident and a second chip connected to the first chip.
光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部で変換された電荷に基づく信号を読出線に読み出すための複数のトランジスタを含む読出回路と、を有する複数の画素と、A plurality of pixels having a photoelectric conversion unit that converts light into electric charges and a reading circuit including a plurality of transistors for reading a signal based on the electric charge converted by the photoelectric conversion unit to a reading line.
前記複数のトランジスタのうち第1トランジスタのゲートに接続され、前記第1トランジスタを制御するための制御信号が出力される第1制御線と、A first control line that is connected to the gate of the first transistor among the plurality of transistors and outputs a control signal for controlling the first transistor.
前記複数のトランジスタのうち第2トランジスタのゲートに接続され、前記第2トランジスタを制御するための制御信号が出力される第2制御線と、を備え、A second control line, which is connected to the gate of the second transistor among the plurality of transistors and outputs a control signal for controlling the second transistor, is provided.
前記光電変換部は、前記第1チップに配置され、The photoelectric conversion unit is arranged on the first chip.
前記第1トランジスタ、前記第2トランジスタ、前記第1制御線および前記第2制御線は、前記第2チップに配置される撮像素子。The first transistor, the second transistor, the first control line, and the second control line are image pickup devices arranged on the second chip.
前記読出回路は、前記光電変換部で変換された電荷を転送する転送トランジスタを前記第1トランジスタとして含み、前記光電変換部からの電荷が転送されるフローティングディフュージョンの電位をリセットするリセットトランジスタを前記第2トランジスタとして含む請求項14に記載の撮像素子。The read circuit includes a transfer transistor that transfers the charge converted by the photoelectric conversion unit as the first transistor, and includes a reset transistor that resets the potential of the floating diffusion to which the charge transferred from the photoelectric conversion unit is transferred. The image pickup device according to claim 14, which includes two transistors. 前記読出回路は、前記光電変換部からの電荷が転送されるフローティングディフュージョンの電位をリセットするリセットトランジスタを前記第1トランジスタとして含み、前記画素と前記読出線との間の接続を制御する選択トランジスタを前記第2トランジスタとして含む請求項14に記載の撮像素子。The read circuit includes a reset transistor as the first transistor that resets the potential of the floating diffusion to which the electric charge from the photoelectric conversion unit is transferred, and includes a selection transistor that controls the connection between the pixel and the read line. The image pickup device according to claim 14, which is included as the second transistor. 前記第2チップは、前記読出回路により前記読出線に読み出された前記信号をデジタル信号に変換するための変換回路が配置される請求項14または請求項15に記載の撮像素子。The image pickup device according to claim 14 or 15, wherein the second chip is provided with a conversion circuit for converting the signal read on the read line by the read circuit into a digital signal. 前記変換回路は、前記第2チップにおいて前記画素毎に配置される請求項17に記載の撮像素子。The image pickup device according to claim 17, wherein the conversion circuit is arranged for each pixel in the second chip.
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