KR20220139302A - 고체 촬상 소자 및 촬상 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 개시에 관한 고체 촬상 소자(200)는 제1 기판(수광 칩(201))과, 제2 기판(검출 칩(202))을 구비한다. 제1 기판(수광 칩(201))은 입사광을 광전 변환하여 광전류를 생성하는 포토 다이오드(221)가 마련된다. 제2 기판(검출 칩(202))은 광전류를 전압 신호로 변환하는 변환 회로(전류 전압 변환 회로(310))에 의해 변환된 전압 신호에 의거하여 입사광의 휘도의 변화를 검출하는 휘도 변화 검출 회로(전류 전압 변환 회로(310))가 마련되고, 제1 기판(수광 칩(201))과 첩합된다. 제1 기판(수광 칩(201)) 및 제2 기판(검출 칩(202)) 중, 적어도 어느 일방의 기판에 마련되고, 제2 기판(검출 칩(202))에 마련되는 능동 소자(트랜지스터(TR))와, 포토 다이오드(221) 사이를 차광하는 차광부(차광막(700))를 가진다.
Description
본 개시는 고체 촬상 소자 및 촬상 시스템에 관한 것이다.
다이내믹 비전 시스템(dynamic vision system)에 사용되는 고체 촬상 소자는 입사광을 전압 신호로 광전 변환하고, 전압 신호에 의거하여 입사광의 휘도 변화를 검출한다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
그렇지만, 입사광의 휘도 변화를 검출하는 고체 촬상 소자는 내부에서 미광(迷光, stray light)의 조사(照射)가 발생한 경우에, 전압 신호의 전압이 변동하여 휘도 변화의 검출 정밀도가 저하되는 일이 있다.
그래서, 본 개시에서는, 휘도 변화의 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있는 고체 촬상 소자 및 촬상 시스템을 제안한다.
본 개시에 관한 고체 촬상 소자는 제1 기판과, 제2 기판을 구비한다. 제1 기판은 입사광을 광전 변환하여 광전류를 생성하는 포토 다이오드가 마련된다. 제2 기판은 상기 광전류를 전압 신호로 변환하는 변환 회로에 의해 변환된 상기 전압 신호에 의거하여 상기 입사광의 휘도의 변화를 검출하는 휘도 변화 검출 회로가 마련되고, 상기 제1 기판과 첩합(貼合)된다. 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 어느 일방의 기판에 마련되고, 상기 제2 기판에 마련되는 능동 소자와, 상기 포토 다이오드 사이를 차광하는 차광부를 가진다.
도 1은 본 개시에 관한 촬상 장치의 한 구성례를 도시하는 블록도.
도 2는 본 개시에 관한 고체 촬상 소자의 적층 구조의 한 예를 도시하는 도면.
도 3은 본 개시에 관한 수광 칩의 평면도의 한 예.
도 4는 본 개시에 관한 검출 칩의 평면도의 한 예.
도 5는 본 개시에 관한 어드레스 이벤트 검출부의 평면도의 한 예.
도 6은 본 개시에 관한 어드레스 이벤트 검출 회로의 한 구성례를 도시하는 블록도.
도 7은 본 개시에 관한 전류 전압 변환 회로의 한 구성례를 도시하는 회로도.
도 8a는 본 개시에 관한 감산기 및 양자화기의 한 구성례를 도시하는 회로도.
도 8b는 본 개시에 관한 양자화기의 변형례를 도시하는 회로도.
도 9는 본 개시에 관한 고체 촬상 소자의 단면 설명도.
도 10a는 본 개시에 관한 수광 칩측 차광 배선의 배치례를 도시하는 단면 설명도.
도 10b는 본 개시에 관한 수광 칩측 차광 배선의 배치례를 도시하는 단면 설명도.
도 10c는 본 개시에 관한 수광 칩측 차광 배선의 배치례를 도시하는 평면 설명도.
도 10d는 본 개시에 관한 수광 칩측 차광 배선의 배치례를 도시하는 측면 설명도.
도 11a는 본 개시에 관한 검출 칩측 차광 배선의 배치례를 도시하는 평면 설명도.
도 11b는 본 개시에 관한 검출 칩측 차광 배선의 배치례를 도시하는 평면 설명도.
도 11c는 본 개시에 관한 검출 칩측 차광 배선의 배치례를 도시하는 측면 설명도.
도 12는 본 개시에 관한 차광막의 다른 배치례를 도시하는 단면 설명도.
도 13은 본 개시에 관한 차광 트렌치 구조를 도시하는 단면 설명도.
도 14a는 본 개시에 관한 제1 차광 구조례를 도시하는 평면 설명도.
도 14b는 도 14a에서의 A-A'선에 의한 단면 설명도.
도 15a는 본 개시에 관한 제2 차광 구조례를 도시하는 평면 설명도.
도 15b는 도 15a에서의 B-B'선에 의한 단면 설명도.
도 16은 본 개시에 관한 어드레스 이벤트 검출 회로의 다른 구성례를 도시하는 블록도.
도 17은 본 개시에 관한 스캔 방식의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도.
도 18은 본 개시의 실시 형태에 관한 거리 측정 시스템의 구성례를 도시하는 개략도.
도 19는 본 개시의 실시 형태에 관한 거리 측정 시스템의 회로 구성례를 도시하는 블록도.
도 2는 본 개시에 관한 고체 촬상 소자의 적층 구조의 한 예를 도시하는 도면.
도 3은 본 개시에 관한 수광 칩의 평면도의 한 예.
도 4는 본 개시에 관한 검출 칩의 평면도의 한 예.
도 5는 본 개시에 관한 어드레스 이벤트 검출부의 평면도의 한 예.
도 6은 본 개시에 관한 어드레스 이벤트 검출 회로의 한 구성례를 도시하는 블록도.
도 7은 본 개시에 관한 전류 전압 변환 회로의 한 구성례를 도시하는 회로도.
도 8a는 본 개시에 관한 감산기 및 양자화기의 한 구성례를 도시하는 회로도.
도 8b는 본 개시에 관한 양자화기의 변형례를 도시하는 회로도.
도 9는 본 개시에 관한 고체 촬상 소자의 단면 설명도.
도 10a는 본 개시에 관한 수광 칩측 차광 배선의 배치례를 도시하는 단면 설명도.
도 10b는 본 개시에 관한 수광 칩측 차광 배선의 배치례를 도시하는 단면 설명도.
도 10c는 본 개시에 관한 수광 칩측 차광 배선의 배치례를 도시하는 평면 설명도.
도 10d는 본 개시에 관한 수광 칩측 차광 배선의 배치례를 도시하는 측면 설명도.
도 11a는 본 개시에 관한 검출 칩측 차광 배선의 배치례를 도시하는 평면 설명도.
도 11b는 본 개시에 관한 검출 칩측 차광 배선의 배치례를 도시하는 평면 설명도.
도 11c는 본 개시에 관한 검출 칩측 차광 배선의 배치례를 도시하는 측면 설명도.
도 12는 본 개시에 관한 차광막의 다른 배치례를 도시하는 단면 설명도.
도 13은 본 개시에 관한 차광 트렌치 구조를 도시하는 단면 설명도.
도 14a는 본 개시에 관한 제1 차광 구조례를 도시하는 평면 설명도.
도 14b는 도 14a에서의 A-A'선에 의한 단면 설명도.
도 15a는 본 개시에 관한 제2 차광 구조례를 도시하는 평면 설명도.
도 15b는 도 15a에서의 B-B'선에 의한 단면 설명도.
도 16은 본 개시에 관한 어드레스 이벤트 검출 회로의 다른 구성례를 도시하는 블록도.
도 17은 본 개시에 관한 스캔 방식의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도.
도 18은 본 개시의 실시 형태에 관한 거리 측정 시스템의 구성례를 도시하는 개략도.
도 19는 본 개시의 실시 형태에 관한 거리 측정 시스템의 회로 구성례를 도시하는 블록도.
이하에, 본 개시의 실시 형태에 관해 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 또한, 이하의 각 실시 형태에서, 동일한 부위에는 동일한 부호를 붙임에 의해 중복되는 설명을 생략한다.
[1. 촬상 장치의 구성례]
도 1은 본 개시에 관한 촬상 장치(100)의 한 구성례를 도시하는 블록도이다. 이 촬상 장치(100)는 화상 데이터를 촬상하는 촬상 시스템의 한 예이고, 촬상 렌즈(110), 고체 촬상 소자(200), 기록부(120) 및 제어부(130)를 구비한다. 촬상 장치(100)로서는, 산업용 로봇에 탑재되는 카메라나, 차량 탑재 카메라 등이 상정된다.
촬상 렌즈(110)는 입사광을 집광하여 고체 촬상 소자(200)에 유도하는 것이다. 고체 촬상 소자(200)는 입사광을 광전 변환하여 화상 데이터를 촬상하는 것이다. 이 고체 촬상 소자(200)는 촬상한 화상 데이터에 대해 화상 인식 처리 등의 소정의 신호 처리를 화상 데이터에 대해 실행하고, 그 처리 후의 데이터를 기록부(120)에 신호선(209)을 통하여 출력한다.
기록부(120)는 고체 촬상 소자(200)로부터의 데이터를 기록하는 것이다. 제어부(130)는 고체 촬상 소자(200)를 제어하여 화상 데이터를 촬상시키는 것이다.
[2. 고체 촬상 소자의 구성례]
도 2는 본 개시에 관한 고체 촬상 소자(200)의 적층 구조의 한 예를 도시하는 도면이다. 이 고체 촬상 소자(200)는 검출 칩(202)과, 그 검출 칩(202)에 적층된 수광 칩(201)을 구비한다. 이들 칩은 비아 등에 의해 접합된다. 또한, 비아 외에, Cu-Cu 접합이나 범프에 의해 접합할 수도 있다. 검출 칩(202)은 고체 촬상 소자(200)로부터의 출력을 신호 처리하는 신호 처리 칩의 한 예이다.
도 3은 본 개시에 관한 수광 칩(201)의 평면도의 한 예이다. 수광 칩(201)에는, 수광부(220)와, 비아 배치부(211, 212 및 213)가 마련된다.
비아 배치부(211, 212 및 213)에는, 검출 칩(202)과 접속되는 비아가 배치된다. 또한, 수광부(220)에는, 2차원 격자형상으로 복수의 포토 다이오드(221)가 배열된다. 포토 다이오드(221)는 입사광을 광전 변환하여 광전류를 생성하는 것이다. 이들 포토 다이오드(221)의 각각에는, 행 어드레스 및 열 어드레스로 이루어지는 화소 어드레스가 할당되고, 화소로서 다루어진다.
도 4는 본 개시에 관한 검출 칩(202)의 평면도의 한 예이다. 이 검출 칩(202)에는, 비아 배치부(231, 232 및 233)와, 신호 처리 회로(240)와, 행 구동 회로(251)와, 열 구동 회로(252)와, 어드레스 이벤트 검출부(260)가 마련된다. 비아 배치부(231, 232 및 233)에는, 수광 칩(201)과 접속되는 비아가 배치된다.
어드레스 이벤트 검출부(260)는 복수의 포토 다이오드(221)의 각각의 광전류로부터 검출 신호를 생성하여 신호 처리 회로(240)에 출력하는 것이다. 이 검출 신호는 입사광의 광량이 소정의 임계치를 초과한 취지를 어드레스 이벤트로서 검출했는지의 여부를 나타내는 1비트의 신호이다.
행 구동 회로(251)는 행 어드레스를 선택하여, 그 행 어드레스에 대응하는 검출 신호를 어드레스 이벤트 검출부(260)에 출력시키는 것이다.
열 구동 회로(252)는 열 어드레스를 선택하고, 그 열 어드레스에 대응하는 검출 신호를 어드레스 이벤트 검출부(260)에 출력시키는 것이다.
신호 처리 회로(240)는 어드레스 이벤트 검출부(260)로부터의 검출 신호에 대해 소정의 신호 처리를 실행하는 것이다. 이 신호 처리 회로(240)는 검출 신호를 화소 신호로서 2차원 격자형상으로 배열하고, 화소마다 1비트의 정보를 갖는 화상 데이터를 취득한다. 그리고, 신호 처리 회로(240)는 그 화상 데이터에 대해 화상 인식 처리 등의 신호 처리를 실행한다.
도 5는 본 개시에 관한 어드레스 이벤트 검출부(260)의 평면도의 한 예이다. 이 어드레스 이벤트 검출부(260)에는, 2차원 격자형상으로 복수의 어드레스 이벤트 검출 회로(300)가 배열된다. 어드레스 이벤트 검출 회로(300)의 각각에는 화소 어드레스가 할당되고, 동일 어드레스의 포토 다이오드(221)와 접속된다.
어드레스 이벤트 검출 회로(300)는 대응하는 포토 다이오드(221)로부터의 광전류에 응한 전압 신호를 양자화하여 검출 신호로서 출력하는 것이다.
[3. 어드레스 이벤트 검출 회로의 구성례]
도 6은 본 개시에 관한 어드레스 이벤트 검출 회로(300)의 한 구성례를 도시하는 블록도이다. 이 어드레스 이벤트 검출 회로(300)는 전류 전압 변환 회로(310), 버퍼(320), 감산기(330), 양자화기(340) 및 전송 회로(350)를 구비한다.
전류 전압 변환 회로(310)는 대응하는 포토 다이오드(221)로부터의 광전류를 전압 신호로 변환하는 것이다. 이 전류 전압 변환 회로(310)는 전압 신호를 버퍼(320)에 공급한다.
버퍼(320)는 전류 전압 변환 회로(310)로부터의 전압 신호를 보정하는 것이다. 이 버퍼(320)는 보정 후의 전압 신호를 감산기(330)에 출력한다.
감산기(330)는 행 구동 회로(251)로부터의 행 구동 신호에 따라 버퍼(320)로부터의 전압 신호의 레벨을 저하시키는 것이다. 이 감산기(330)는 저하 후의 전압 신호를 양자화기(340)에 공급한다.
양자화기(340)는 감산기(330)로부터의 전압 신호를 디지털 신호로 양자화하여 검출 신호로서 전송 회로(350)에 출력하는 것이다.
전송 회로(350)는 열 구동 회로(252)로부터의 열 구동 신호에 따라, 검출 신호를 양자화기(340)로부터 신호 처리 회로(240)에 전송하는 것이다.
[4. 전류 전압 변환 회로의 구성례]
도 7은 본 기술의 본 개시에 관한 전류 전압 변환 회로(310)의 한 구성례를 도시하는 회로도이다. 이 전류 전압 변환 회로(310)는 변환 트랜지스터(311), 전류원 트랜지스터(312) 및 전압 공급 트랜지스터(313)를 구비한다. 변환 트랜지스터(311) 및 전압 공급 트랜지스터(313)로서, 예를 들면, N형의 MOS(Metal-Oxide-Semiconductor) 트랜지스터가 이용된다. 또한, 전류원 트랜지스터(312)로서, 예를 들면, P형의 MOS 트랜지스터가 이용된다.
변환 트랜지스터(311)는 대응하는 포토 다이오드(221)로부터의 광전류(Iin)를 전압 신호(Vout)로 변환하여 게이트로부터 출력하는 것이다. 이 변환 트랜지스터(311)의 소스는 입력 신호선(314)을 통하여 포토 다이오드(221)의 캐소드와 전압 공급 트랜지스터(313)의 게이트에 접속된다. 또한, 변환 트랜지스터(311)의 드레인은 전원에 접속되고, 게이트는, 출력 신호선(315)을 통하여 전류원 트랜지스터(312)의 드레인과 전압 공급 트랜지스터(313)의 드레인과, 버퍼(320)의 입력 단자에 접속된다.
전류원 트랜지스터(312)는 소정의 정전류를 출력 신호선(315)에 공급하는 것이다. 이 전류원 트랜지스터(312)의 게이트에는 소정의 바이어스 전류(Vbias)가 인가된다. 소스는 전원에 접속되고, 드레인은 출력 신호선(315)에 접속된다.
전압 공급 트랜지스터(313)는 출력 신호선(315)으로부터의 정전류에 응한 일정한 전압을 입력 신호선(314)을 통하여 변환 트랜지스터(311)의 소스에 공급하는 것이다. 이에 의해, 변환 트랜지스터(311)의 소스 전압은 일정 전압으로 고정된다. 따라서, 광이 입사했을 때에, 변환 트랜지스터(311)의 게이트-소스 사이 전압이 광전류에 응하여 상승하고, 전압 신호(Vout)의 레벨이 상승한다.
[5. 감산기 및 양자화기의 구성례]
도 8a는 본 개시에 관한 감산기(330) 및 양자화기(340)의 한 구성례를 도시하는 회로도이다. 감산기(330)는 콘덴서(331 및 333)와, 인버터(332)와, 스위치(334)를 구비한다. 또한, 양자화기(340)는 콤퍼레이터(341)를 구비한다.
콘덴서(331)의 일단은 버퍼(320)의 출력 단자에 접속되고, 타단은 인버터(332)의 입력 단자에 접속된다. 콘덴서(333)는 인버터(332)에 병렬로 접속된다.
스위치(334)는 예를 들면 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)에 의해 구성되고, 콘덴서(333)의 양단을 접속하는 경로를 행 구동 신호에 따라 개폐하는 것이다. 스위치(334)는 콘덴서(333)의 양단을 접속함에 의해, 콘덴서(333)를 방전시켜서 리셋하는 리셋 트랜지스터로서 기능한다.
인버터(332)는 콘덴서(331)를 통하여 입력된 전압 신호를 반전하는 것이다. 이 인버터(332)는 반전한 신호를 콤퍼레이터(341)의 비반전 입력 단자(+)에 출력한다.
콤퍼레이터(341)는 예를 들면 반전 증폭기이고, 감산기(330)로부터 입력되는 전압 신호에 의거하여, 포토 다이오드(221)에 입사하는 입사광의 휘도의 변화를 검출하는 휘도 변화 검출 회로로서 기능한다.
콤퍼레이터(341)는 감산기(330)로부터의 전압 신호와, 반전 입력 단자(-)에 인가되는 소정의 임계치 전압(VthON, VthOFF)을 비교함에 의해, 입사광의 휘도의 변화를 검출한다. 콤퍼레이터(341)는 비교 결과를 나타내는 신호를 검출 신호로서 전송 회로(350)에 출력한다.
콤퍼레이터(341)는 예를 들면 촬상 장치(100)가 얼굴 인증에 이용되는 경우, 피사체가 되는 얼굴에 점멸광을 조사하는 광원의 점멸 주기에 동기하여 입력되는 임계치 전압(VthON, VthOFF)이 전환된다. 콤퍼레이터(341)는 광원이 점등하는 기간에 입력되는 전압 신호와 임계치 전압(VthON)을 비교한다. 또한, 콤퍼레이터(341)는 광원이 소등하고 있는 기간에, 입력되는 전압 신호와 임계치 전압(VthOFF)을 비교한다.
또한, 양자화기(340)의 구성은 도 8a에 도시하는 구성으로 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 도 8b에 도시하는 구성이라도 좋다. 도 8은 본 개시에 관한 양자화기의 변형례를 도시하는 회로도이다. 도 8b에 도시하는 바와 같이, 변형례에 관한 양자화기(340a)는 입력에 대해 병렬로 접속되는 2개의 콤퍼레이터(341a, 341b)를 구비한다.
콤퍼레이터(341a, 341b)의 비반전 입력 단자(+)에는, 감산기(330)로부터 전압 신호가 입력된다. 콤퍼레이터(341a)의 반전 입력 단자(-)에는, 임계치 전압(VthON)이 입력된다. 콤퍼레이터(341b)의 반전 입력 단자(-)에는, 임계치 전압(VthOFF)이 입력된다.
콤퍼레이터(341a)는 전압 신호와 임계치 전압(VthON)의 비교 결과를 나타내는 검출 신호(SigON)를 전송 회로(350)에 출력한다. 콤퍼레이터(341b)는 전압 신호와 임계치 전압(VthOFF)의 비교 결과를 나타내는 검출 신호(SigOFF)를 전송 회로(350)에 출력한다.
이러한 구성의 양자화기(340a)에 의해서도, 도 8a에 도시하는 양자화기(340)와 마찬가지로, 감산기(330)로부터 입력되는 전압 신호에 의거하여, 포토 다이오드(221)에 입사하는 입사광의 휘도의 변화를 검출하고, 검출 결과를 전송 회로(350)에 출력할 수 있다.
여기에서, 양자화기(340, 340a)는 감산기(330)의 기생광 감도(PLS: Parasitic Light Sensitivity)가 높으면, 감산기(330)에의 미광의 조사나 광발생 전하의 확산에 기인하여, 입력되는 전압 신호의 전압이 변동하고, 휘도 변화의 검출 정밀도가 저하된다.
예를 들면, 도 8a에 도시하는 구성인 경우, 감산기(330)가 구비하는 콘덴서(331, 333)에 접속되어 있는 불순물 확산 영역(A1, A2)에 대해, 미광의 조사나 광발생 전하의 확산이 발생하면 광전 변환이 일어나, 양자화기(340)에 입력되는 전압 신호의 전압이 변동한다.
또한, 스위치(334)의 게이트에 접속되어 있는 불순물 확산 영역(A3)에 대해, 미광의 조사나 광발생 전하의 확산이 발생하면, 스위치(334)의 개폐 동작이 이상을 초래하고, 양자화기(340)에 입력되는 전압 신호의 전압이 변동하는 일이 있다.
또한, 예를 들면, 어드레스 이벤트 검출 회로(300)에서, 비교적 전류량이 많은 트랜지스터의 게이트 전극 부근에서는, 핫 캐리어의 발생에 수반하는 발광 현상(이하, HC 발광이라고 기재한다)이 일어나는 일이 있다.
HC 발광에 의한 광이 고체 촬상 소자(200)의 내부를 투과하고, 포토 다이오드(221)에 의해 수광되면 광전 변환이 일어나, 암전류나 랜덤 노이즈가 증대하여, 휘도 변화의 검출 정밀도가 저하된다.
그래서, 본 개시에 관한 고체 촬상 소자(200)는 미광의 조사나 광발생 전하의 확산에 의한 휘도 변화의 검출 정밀도의 저하를 억제하는 구성을 구비한다. 이하, 본 개시에 관한 휘도 변화의 검출 정밀도의 저하를 억제하는 구성을 구비하는 고체 촬상 소자에 관해 구체적으로 설명한다.
[6. 본 개시에 관한 고체 촬상 소자]
[6-1. 본 개시에 관한 고체 촬상 소자의 전체 구성]
다음으로, 도 9를 참조하여, 본 개시에 관한 고체 촬상 소자에 관해 설명한다. 도 9는 본 개시에 관한 고체 촬상 소자의 단면 설명도이다. 또한, 이하에서는, 편의상, 고체 촬상 소자에서의 광이 입사하는 면측을 위, 광이 입사하는 면과는 반대면측을 아래로 하여 설명한다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 본 개시에 관한 고체 촬상 소자(200)는 포토 다이오드(221)가 마련되는 제1 기판의 한 예인 수광 칩(201)과, 수광 칩(201)에 첩합되는 제2 기판의 한 예인 검출 칩(202)을 구비한다. 수광 칩(201)에는, 온 칩 렌즈(600)가 적층된다.
수광 칩(201)은 복수의 포토 다이오드(221)가 행렬형상으로 배치되는 반도체층(400)과, 반도체층(400)에서의 광이 입사하는 면과는 반대면측에 마련되는 제1 배선층(500)을 구비한다.
반도체층(400)은 예를 들면 B(붕소) 등의 P형 불순물이 도프된 Si(실리콘) 기판이다. 포토 다이오드(221)는 반도체층(400)에 예를 들면 P(인) 등의 N형의 불순물이 확산된 영역이다. 각 포토 다이오드(221) 사이에는, 각 포토 다이오드(221)를 전기적 및 광학적으로 분리하는 DTI(Deep Trench Isolation)(401)가 마련된다.
제1 배선층(500)은 예를 들면 SiO2(산화 실리콘)막 등의 층간 절연막(501)과, 층간 절연막(501)의 내부에 마련되는 제1 배선(M1), 제2 배선(M2), 및 제3 배선(M3) 등의 다층 배선과, 접속 전극(MCu)을 포함한다. 접속 전극(MCu)은 수광 칩(201x)과 검출 칩(202x)을 전기적으로 Cu(구리)-Cu(구리) 접속하는 전극이다.
검출 칩(202)은 예를 들면 어드레스 이벤트 검출 회로(300) 등의 신호 처리 회로에 포함되는 트랜지스터(TR) 등의 회로 소자가 마련되는 반도체층(410)과, 반도체층(410)에서의 광이 입사하는 면측에 마련되는 제2 배선층(510)을 구비한다.
반도체층(410)은 예를 들면 B(붕소) 등의 P형 불순물이 도프된 Si(실리콘) 기판이다. 반도체층(410)에는, 예를 들면, P(인) 등의 N형의 불순물이 확산된 영역이 마련된다. N형의 불순물이 확산된 영역은 예를 들면 트랜지스터(TR)의 소스(S)나 드레인(D) 등이 된다.
제2 배선층(510)은 예를 들면 SiO2(산화 실리콘)막 등의 층간 절연막(511)과, 층간 절연막(511)의 내부에 마련되는 다층 배선(M)과, 접속 전극(MCu)을 포함한다. 접속 전극(MCu)은 검출 칩(202x)과 수광 칩(201x)을 전기적으로 Cu(구리)-Cu(구리) 접속하는 전극이다. 또한, 제2 배선층(510)에는, 트랜지스터(TR)의 게이트 전극(G)이 마련된다.
여기에서, 고체 촬상 소자(200)는 온 칩 렌즈(600)에 입사하는 광(800)이 포토 다이오드(221), 제1 배선층(500) 및 제2 배선층(510)을 투과하여 검출 칩(202x)의 반도체층(410)에 입사하면, 휘도 변화의 검출 정밀도가 저하되는 일이 있다.
상기한 바와 같이, 광(800)이 예를 들면 감산기(330)에서의 콘덴서(331, 333)나, 스위치(334)의 게이트에 접속되어 있는 불순물 확산 영역에 입사하면, 불순물 확산 영역에서 광전 변환이 일어나고, 양자화기(340)에 입력되는 전압 신호의 전압이 변동한다. 이에 의해, 고체 촬상 소자(200)는 휘도 변화의 검출 정밀도가 저하된다.
또한, 고체 촬상 소자(200)는 트랜지스터(TR)의 게이트 전극(G) 부근에서 발생하는 HC 발광(801)에 의한 광(802)이 제2 배선층(510) 및 제1 배선층(500)을 투과하여, 포토 다이오드(221)에 입사하면, 암전류나 랜덤 노이즈가 증대한다. 이에 의해, 고체 촬상 소자(200)는 휘도 변화의 검출 정밀도가 저하된다.
그래서, 본 개시에 관한 수광 칩(201)은 반도체층(400)과 검출 칩(202) 사이에 마련되는 제1 배선층(500)에, 검출 칩(202)에 마련되는 능동 소자와 포토 다이오드(221) 사이를 차광하는 차광부가 되는 차광막(700)을 구비한다.
이러한 수광 칩(201)에 의하면, 온 칩 렌즈(600)에 입사하여 포토 다이오드(221)를 투과하는 광(800)이 제1 배선층(500)을 투과하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 고체 촬상 소자(200)는 온 칩 렌즈(600)에 입사하는 광(800)이 검출 칩(202)에 입사함에 의한 휘도 변화의 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 수광 칩(201)은 차광막(700)이 마련되는 위치에, 차광막(700)에 대신하여 차광을 목적으로 하는 배선(이하, 「차광 배선」이라고 기재한다)을 구비하는 구성이라도 좋다. 이에 의해, 예를 들면, 도 9에 도시하는 예에서는, 제2 배선(M2)의 배선 패턴을 변경하는 것만으로, 별도, 차광막(700)을 형성하는 공정을 추가하는 일 없이, 광(800)의 투과를 방지할 수 있다.
이 경우, 차광 배선은 제1 배선(M1), 제2 배선(M2) 및 제3 배선(M3) 등과 접속되어 있어도 좋고, 제1 배선(M1), 제2 배선(M2) 및 제3 배선(M3) 등과 접속되지 않는 더미 배선이라도 좋다.
한편, 검출 칩(202)은 반도체층(410)과 수광 칩(201) 사이에 마련되는 제2 배선층(510)에, 검출 칩(202)에 마련되는 능동 소자와 포토 다이오드(221) 사이를 차광하는 차광부가 되는 차광 배선(701)을 구비한다.
이러한 검출 칩(202)에 의하면, HC 발광(801)에 의한 광(802)이 제2 배선층(510)을 투과하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 고체 촬상 소자(200)는 HC 발광(801)에 의한 광(802)이 포토 다이오드(221)에 입사함에 의한 휘도 변화의 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 차광 배선(701)은 제2 배선층(510)에 마련되는 다른 다층 배선(M) 등과 접속되어 있어도 좋고, 다른 다층 배선(M)과 접속되지 않는 더미 배선이라도 좋다. 또한, 검출 칩(202)은 차광 배선(701)이 마련되는 위치에, 차광 배선(701)에 대신하여 차광막을 구비하는 구성이라도 좋다.
여기에서는, 고체 촬상 소자(200)가 차광막(700)과 차광 배선(701)을 구비하는 경우에 관해 설명했지만, 고체 촬상 소자(200)는 차광막(700) 및 차광 배선(701) 중 적어도 어느 일방을 구비하는 구성이라도 좋다.
또한, 여기에서는, 수광 칩(201) 및 검출 칩(202)의 쌍방에 차광막이나 차광 배선 등의 차광부가 마련되는 경우에 관해 설명했지만, 차광부는, 수광 칩(201) 및 검출 칩(202) 중, 적어도 어느 일방에 마련되는 구성이라도 좋다.
[6-2. 본 개시에 관한 수광 칩측 차광 배선의 배치례]
다음으로, 도 10a∼도 10d를 참조하여, 수광 칩측 차광 배선의 배치례에 관해 설명한다. 도 10a 및 도 10b는 본 개시에 관한 수광 칩측 차광 배선의 배치례를 도시하는 단면 설명도이다. 도 10c는 본 개시에 관한 수광 칩측 차광 배선의 배치례를 도시하는 평면 설명도이다. 도 10d는 본 개시에 관한 수광 칩측 차광 배선의 배치례를 도시하는 측면 설명도이다.
도 10a에 도시하는 바와 같이, 수광 칩(201)은 제1 배선층(500) 내의 배선 패턴이 규칙적으로 반복되는 구조로 되어 있다. 도 10a에 도시하는 예에서는, 인접하는 3화소마다, 같은 배선 패턴이 반복되는 구조로 되어 있다.
이에 의해, 수광 칩(201)은 온 칩 렌즈(600)를 통하여 입사하는 광(800)이 가령 차광 배선(710), 제1 배선(M1), 제2 배선(M2) 및 제3 배선(M3)에 반사해도, 3화소 단위의 포토 다이오드(221)에는, 균등하게 반사광이 입사한다.
이에 의해, 수광 칩(201)은 차광 배선(710), 제1 배선(M1), 제2 배선(M2) 및 제3 배선(M3)에 의한 반사광에 의해, 3화소 단위의 포토 다이오드(221) 사이에, 수광 휘도의 얼룩이 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 10a에는, 제1 배선층(500)에서의 동일한 층에 차광 배선(710)이 마련되는 경우를 도시했지만, 이것은 한 예이고, 예를 들면, 도 10b에 도시하는 바와 같이, 제1 배선층(500)에서의 복수의 층 내에, 차광 배선(711, 712, 713)이 마련되어도 좋다.
도 10b에 도시하는 수광 칩(201a)은 제1 배선층(500)에서의 제1 배선(M1)과 같은 층에 차광 배선(711)이 마련되고, 제3 배선(M3)과 같은 층에 차광 배선(712)이 마련되고, 접속 전극(MCu)과 같은 층에 차광 배선(713)이 마련된다. 제1 배선층(500)에 마련되는 복수의 차광 배선(711, 712, 713)은 평면에서 볼 때 적어도 일부가 겹쳐지는 위치에 마련된다.
예를 들면, 도 10c에 도시하는 바와 같이, 가장 반도체층(400)에 가까운 차광 배선(711)은 하층의 차광 배선(712)의 양단과 평면에서 볼 때 일부가 겹쳐지는 위치에 마련된다. 또한, 여기에서는, 도시를 생략했지만, 하층의 차광 배선(712)도 마찬가지로, 더욱 하층의 차광 배선(713)의 양단과 평면에서 볼 때 일부가 겹쳐지는 위치에 마련된다.
이에 의해, 수광 칩(201)은 예를 들면 상층의 차광 배선(711)으로부터 누설된 광(800)을 하층의 차광 배선(712)에 의해 차광하고, 하층의 차광 배선(712)으로부터 누설된 광(800)을 더욱 하층의 차광 배선(713)에 의해 차광함에 의해, 보다 확실한 차광이 가능해진다.
또한, 도 10d에 도시하는 바와 같이, 상층의 차광 배선(711)은, 측면에서 볼 때 하층의 차광 배선(712)과 겹쳐지는 폭(DB)이 하층의 차광 배선(712)과의 상하 방향의 거리(DA) 및 이웃해서 마련(隣設)되는 차광 배선(711)의 간격(DC) 이상이 되도록 형성된다.
또한, 여기에서는, 도시를 생략했지만, 하층의 차광 배선(712)에 관해서도 마찬가지로, 측면에서 볼 때, 더욱 하층의 차광 배선(713)과 겹쳐지는 폭이 차광 배선(713)과의 상하 방향의 거리 및 이웃해서 마련되는 차광 배선(712)의 간격 이상이 되도록 형성된다. 이에 의해, 수광 칩(201)은 경사 방향으로부터 입사하는 광(800)을 보다 확실하게 차광할 수 있다.
[6-3. 본 개시에 관한 검출 칩측 차광 배선의 배치례]
다음으로, 도 11a 및 도 11b를 참조하여, 검출 칩측 차광 배선의 배치례에 관해 설명한다. 도 11a 및 도 11b는 본 개시에 관한 검출 칩측 차광 배선의 배치례를 도시하는 평면 설명도이다. 도 11c는 본 개시에 관한 검출 칩측 차광 배선의 배치례를 도시하는 측면 설명도이다.
도 11a에 도시하는 바와 같이, 검출 칩(202)에 마련되는 차광 배선(701)은 예를 들면 트랜지스터(TR) 등의 HC 발광(801)이 발생하는 능동 소자를 포함하는 회로 블록(411, 412, 413)과 겹쳐지는 위치에 마련된다. 그리고, 차광 배선(701)은 평면에서 볼 때 회로 블록(411, 412, 413)을 내포하는 넓이를 가진다.
즉, 차광 배선(701)은 100% 이상의 피복율에 의해 회로 블록(411, 412, 413)을 피복하다. 또한, 회로 블록(411, 412, 413)은 HC 발광(801)이 발생하는 능동 소자 그 자체라도 좋고, 복수의 불순물 확산 영역을 포함하는 영역이라도 좋다. 이에 의해, 차광 배선(701)은 검출 칩(202)에서 발생하는 HC 발광(801)에 의한 광(802)이 포토 다이오드(221)에 입사하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 11b에 도시하는 바와 같이, 검출 칩(202)의 제2 배선층(510)에는, 회로 블록(411, 412, 413)마다, 차광 배선(721, 722, 723)이 마련되어도 좋다. 이 경우, 도 11c에 도시하는 바와 같이, 예를 들면, 차광 배선(721)은 측면에서 볼 때의 회로 블록(411)의 외주로부터의 돌출 폭(protrusion width)(DB1)이 측면에서 볼 때의 회로 블록(411)과의 상하 방향의 거리(DA1) 이상이 되도록 형성된다.
또한, 차광 배선(722, 723)에 관해서도 마찬가지로, 대응하는 회로 블록(412, 413)의 측면에서 볼 때의 외주로부터의 돌출 폭이 회로 블록(412, 413)과의 상하 방향의 거리 이상이 되도록 형성된다.
또한, 도 11a에 도시하는 예에서는, 차광 배선(701)은 측면에서 볼 때의 회로 블록(411, 412, 413)을 포함하는 영역의 외주로부터의 돌출 폭이 측면에서 볼 때의 회로 블록(11, 412, 413)과의 상하 방향의 거리 이상이 되도록 형성된다.
이에 의해, 차광 배선(701, 721, 722)은 HC 발광(801)에 의한 광(802)이 방사형상으로 확산해도, 광(802)이 포토 다이오드(221)에 입사하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 여기에서는, 검출 칩(202)의 제2 배선층(510)에, 1층의 차광 배선(701, 721, 722)이 마련되는 경우에 관해 설명했지만, 이것은 한 예이다. 제2 배선층(510)에는, 도 11b에 도시하는 제1 배선층(500)과 같이, 복수의 층 내에 차광 배선(711, 712, 713)이 마련되어도 좋다.
[6-4. 본 개시에 관한 차광막의 다른 배치례]
다음으로, 도 12를 참조하여, 본 개시에 관한 차광막의 다른 배치례에 관해 설명한다. 도 12는 본 개시에 관한 차광막의 다른 배치례를 도시하는 단면 설명도이다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 수광 칩(201b)은 복수의 포토 다이오드(221)가 배열되는 수광 영역과 평면에서 볼 때 겹쳐지는 영역 일면에 전면에 놓이는 차광막(730)을 제1 배선층(500)의 내부에 구비한다. 또한, 차광막(730)에는, 수광 영역의 외측에, 포토 다이오드(221)와, 광전류의 판독 전극을 접속하기 위한 개구가 마련된다.
이에 의해, 수광 칩(201b)은 포토 다이오드(221)를 투과하는 광(800) 및 HC 발광(801)에 의한 광(802)이 제1 배선층(500)을 투과하는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 차광막(730)은 제1 배선층(500)에 마련되는 다층 배선 중, 반도체층(400)에 가장 가까운 제1 배선(M1)과 반도체층(400) 사이에 마련된다. 이에 의해, 수광 칩(201b)은 차광막(730)과 포토 다이오드(221)의 거리가 더욱 짧아지기 때문에, 포토 다이오드(221)를 투과하는 광(800)이 차광막(730)에 반사해도, 인접하는 포토 다이오드에 입사하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 수광 칩(201b)에 의하면, 차광막(730)에 의한 반사광의 크로스토크(crosstalk)를 저감할 수 있다.
[6-5. 본 개시에 관한 차광 트렌치 구조]
다음으로, 도 13을 참조하여, 본 개시에 관한 차광 트렌치 구조에 관해 설명한다. 도 13은 본 개시에 관한 차광 트렌치 구조를 도시하는 단면 설명도이다.
도 13에 도시하는 바와 같이, 수광 칩(201c)은 인접하는 포토 다이오드(221)의 경계 영역으로부터 제1 배선층(500)의 내부를 향하여 연신(延伸)하는 트렌치에 매설된 차광 부재(740)를 구비한다. 이에 의해, 수광 칩(201c)은 포토 다이오드(221)를 경사 방향으로 입사하는 광(800)을 차광 부재(740)에 의해 차광할 수 있다.
또한, 차광 부재(740)는 전술한 다른 수광 칩(201, 201a, 201b)의 구성에 추가하여 마련됨에 의해, 수광 칩(201, 201a, 201b)의 차광 성능을 더욱 향상시키고, 반사광의 크로스토크를 저감시킬 수 있다.
[6-6. 본 개시에 관한 제1 차광 구조례]
다음으로, 도 14a 및 도 14b를 참조하여, 제1 차광 구조례에 관해 설명한다. 도 14a는 본 개시에 관한 제1 차광 구조례를 도시하는 평면 설명도이다. 도 14b는 도 14a에서의 A-A'선에 의한 단면 설명도이다. 또한, 도 14a 및 도 14b에는, 수광 칩(201d)에서의 1화소에 대응하는 부분을 도시하고 있다.
도 14a 및 도 14b에 도시하는 바와 같이, 수광 칩(201d)에는, 차광이 필요한 포토 다이오드 영역(APD)과, 차광이 불필요한 화소 트랜지스터 영역(ATr)이 있다. 그래서, 포토 다이오드 영역(APD)에는, 포토 다이오드(221)의 하층에, 제1 배선층(500)의 면방향으로 연신하는 띠형상을 가진 평행한 복수의 제1 배선(M1)이 등간격을 두고 줄무늬형상으로 마련된다. 또한, 제1 배선(M1)의 하층에는, 띠형상을 가진 평행한 복수의 제2 배선(M2)이 등간격을 두고, 제1 배선과 평행한 줄무늬형상으로 마련된다.
제1 배선(M1)과 제2 배선(M2)은 평면에서 볼 때 교대로 배치되고, 제2 배선(M2)에서의 짧은 방향(lateral direction)의 단부(端部)가 평면에서 볼 때 제1 배선(M1)의 짧은 방향의 단부에 의해 피복되도록 마련된다. 이에 의해, 수광 칩(201d)은 제1 배선(M1) 및 제2 배선(M2)에 의해 포토 다이오드(221)와 검출 칩(202) 사이를 차광할 수 있다.
[6-7. 본 개시에 관한 제2 차광 구조례]
다음으로, 도 15a 및 도 15b를 참조하여, 제2 차광 구조례에 관해 설명한다. 도 15a는 본 개시에 관한 제2 차광 구조례를 도시하는 평면 설명도이다. 도 15b는 도 15a에서의 B-B'선에 의한 단면 설명도이다. 도 15a 및 도 15b에는, 수광 칩(201d)에서의 1화소에 대응하는 부분을 도시하고 있다.
도 15a 및 도 15b에 도시하는 바와 같이, 수광 칩(201e)에도, 차광이 필요한 포토 다이오드 영역(APD)과, 차광이 불필요한 화소 트랜지스터 영역(ATr)이 있다. 그래서, 포토 다이오드 영역(APD)에는, 포토 다이오드(221)의 하층에, 제1 배선층(500)의 면방향으로 연신하는 띠형상을 가진 평행한 복수의 제1 배선(M1)이 등간격을 두고 줄무늬형상으로 마련된다.
그리고, 제1 배선(M1)의 하층에는, 띠형상을 가진 평행한 복수의 제2 배선(M2)이 등간격을 두고, 제1 배선과 직교하는 줄무늬형상으로 마련된다. 즉, 제1 배선(M1) 및 제2 배선(M2)은 평면에서 볼 때 격자형상으로 마련된다. 또한, 제2 배선(M2)의 하층에는, 평면에서 볼 때 포토 다이오드(221)와 겹쳐지는 영역에 접속 전극(MCu)이 마련된다.
이에 의해, 수광 칩(201e)은 제1 배선(M1), 제2 배선(M2) 및 접속 전극(MCu)에 의해, 포토 다이오드(221)와 검출 칩(202) 사이를 차광할 수 있다.
[7. 어드레스 이벤트 검출 회로의 다른 구성례]
도 16은 어드레스 이벤트 검출 회로(1000)의 제2 구성례를 도시하는 블록도이다. 도 16에 도시하는 바와 같이, 본 구성례에 관한 어드레스 이벤트 검출 회로(1000)는 전류 전압 변환부(1331), 버퍼(1332), 감산기(1333), 양자화기(1334) 및 전송부(1335) 외에, 기억부(1336) 및 제어부(1337)를 갖는 구성으로 되어 있다.
기억부(1336)는 양자화기(1334)와 전송부(1335) 사이에 마련되어 있고, 제어부(1337)로부터 공급되는 샘플 신호에 의거하여, 양자화기(1334)의 출력, 즉, 콤퍼레이터(1334a)의 비교 결과를 축적한다. 기억부(1336)는 스위치, 플라스틱, 용량 등의 샘플링 회로라도 좋고, 래치나 플립플롭 등의 디지털 메모리 회로라도 좋다.
제어부(1337)는 콤퍼레이터(1334a)의 반전(-) 입력 단자에 대해 소정의 임계치 전압(Vth)을 공급한다. 제어부(1337)로부터 콤퍼레이터(1334a)에 공급되는 임계치 전압(Vth)은 시분할로 다른 전압치라도 좋다. 예를 들면, 제어부(1337)는 광전류의 변화량이 상한의 임계치를 초과한 취지를 나타내는 온 이벤트에 대응하는 임계치 전압(Vth1) 및 그 변화량이 하한의 임계치를 하회한 취지를 나타내는 오프 이벤트에 대응하는 임계치 전압(Vth2)을 다른 타이밍에 공급함으로써, 하나의 콤퍼레이터(1334a)에서 복수 종류의 어드레스 이벤트의 검출이 가능해진다.
기억부(1336)는 예를 들면 제어부(1337)로부터 콤퍼레이터(1334a)의 반전(-) 입력 단자에, 오프 이벤트에 대응하는 임계치 전압(Vth2)이 공급되어 있는 기간에, 온 이벤트에 대응하는 임계치 전압(Vth1)을 이용한 콤퍼레이터(1334a)의 비교 결과를 축적하도록 해도 좋다. 또한, 기억부(1336)는 화소(2030)(도 17 참조)의 내부에 있어도 좋고, 화소(2030)의 외부에 있어도 좋다. 또한, 기억부(1336)는 어드레스 이벤트 검출 회로(1000)의 필수의 구성 요소가 아니다. 즉, 기억부(1336)는 없어도 좋다.
[8. 본 개시에 관한 스캔 방식의 촬상 장치의 구성례]
상술한 촬상 장치(100)는 비동기형의 판독 방식에 이벤트를 판독하는 비동기형의 촬상 장치이다. 단, 이벤트의 판독 방식으로서는, 비동기형의 판독 방식으로 한정되는 것이 아니고, 동기형의 판독 방식이라도 좋다. 동기형의 판독 방식이 적용되는 촬상 장치는 소정의 프레임 레이트로 촬상을 행하는 통상의 촬상 장치와 같은 스캔 방식의 촬상 장치이다.
도 17은 본 개시에 관한 스캔 방식의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도이다. 도 17에 도시하는 바와 같이, 본 개시에 관한 촬상 장치(2000)는 화소 어레이부(2021), 구동부(2022), 신호 처리부(2025), 판독 영역 선택부(2027) 및 신호 생성부(2028)를 구비하는 구성으로 되어 있다.
화소 어레이부(2021)는 복수의 화소(2030)를 포함한다. 복수의 화소(2030)는 판독 영역 선택부(2027)의 선택 신호에 응답하여 출력 신호를 출력한다. 복수의 화소(2030)의 각각에 관해서는, 화소 내에 양자화기 콤퍼레이터를 갖는 구성으로 할 수도 있다. 복수의 화소(2030)는 광의 강도의 변화량에 대응하는 출력 신호를 출력한다. 복수의 화소(2030)는 도 17에 도시하는 바와 같이 행렬형상으로 2차원 배치되어 있어도 좋다.
구동부(2022)는 복수의 화소(2030)의 각각을 구동하여, 각 화소(2030)에서 생성된 화소 신호를 신호 처리부(2025)에 출력시킨다. 또한, 구동부(2022) 및 신호 처리부(2025)에 관해서는, 계조(階調) 정보를 취득하기 위한 회로부이다. 따라서, 이벤트 정보만을 취득하는 경우는, 구동부(2022) 및 신호 처리부(2025)는 없어도 좋다.
판독 영역 선택부(2027)는 화소 어레이부(2021)에 포함되는 복수의 화소(2030) 중의 일부를 선택한다. 구체적으로는, 판독 영역 선택부(2027)는 화소 어레이부(2021)의 각 화소(2030)로부터의 리퀘스트에 응하여 선택 영역을 결정한다. 예를 들면, 판독 영역 선택부(2027)는 화소 어레이부(2021)에 대응하는 2차원 행렬의 구조에 포함되는 행 중의 어느 하나 또는 복수의 행을 선택한다. 판독 영역 선택부(2027)는 미리 설정된 주기에 응하여 하나 또는 복수의 행을 순차적으로 선택한다. 또한, 판독 영역 선택부(2027)는 화소 어레이부(2021)의 각 화소(2030)로부터의 리퀘스트에 응하여 선택 영역을 결정해도 좋다.
신호 생성부(2028)는 판독 영역 선택부(2027)에 의해 선택된 화소의 출력 신호에 의거하여, 선택된 화소 중의 이벤트를 검출한 활성 화소에 대응하는 이벤트 신호를 생성한다. 이벤트는 광의 강도가 변화하는 이벤트이다. 활성 화소는 출력 신호에 대응하는 광의 강도의 변화량이 미리 설정된 임계치를 초과하는, 또는, 하회하는 화소이다. 예를 들면, 신호 생성부(2028)는 화소의 출력 신호를 기준 신호와 비교하고, 기준 신호보다도 큰 또는 작은 경우에 출력 신호를 출력하는 활성 화소를 검출하고, 당해 활성 화소에 대응하는 이벤트 신호를 생성한다.
신호 생성부(2028)에 관해서는 예를 들면 신호 생성부(2028)에 들어오는 신호를 조정하는 열 선택 회로를 포함하는 구성으로 할 수 있다. 또한, 신호 생성부(2028)에 관해서는 이벤트를 검출한 활성 화소의 정보의 출력뿐만 아니라, 이벤트를 검출하지 않은 비활성 화소의 정보도 출력하는 구성으로 할 수 있다.
신호 생성부(2028)로부터는, 출력선(2015)를 통하여, 이벤트를 검출하는 활성 화소의 어드레스 정보 및 타임 스탬프 정보(예를 들면, (X, Y, T))가 출력된다. 단, 신호 생성부(2028)로부터 출력되는 데이터에 관해서는 어드레스 정보 및 타임 스탬프 정보뿐만 아니라, 프레임 형식의 정보(예를 들면, (0, 0, 1, 0, ···))라도 좋다.
[9. 거리 측정 시스템]
본 개시의 실시 형태에 관한 거리 측정 시스템은 스트럭처드·라이트 방식(structured light method)의 기술을 이용하여, 피사체까지의 거리를 측정하기 위한 시스템이다. 또한, 본 개시의 실시 형태에 관한 거리 측정 시스템은 3차원(3D) 화상을 취득하는 시스템으로서 이용할 수도 있고, 이 경우에는, 3차원 화상 취득 시스템이라고 할 수 있다. 스트럭처드·라이트 방식에서는, 점상(点像)의 좌표와 그 점상이 어느 광원(이른바, 점광원)으로부터 투영된 것인지를 패턴 매칭으로 동정(同定)함에 의해 거리 측정이 행해진다.
도 18은 본 개시의 실시 형태에 관한 거리 측정 시스템의 구성의 한 예를 도시하는 개략도이고, 도 19는 회로 구성의 한 예를 도시하는 블록도이다.
본 실시 형태에 관한 거리 측정 시스템(3000)은 광원부로서 면 발광 반도체 레이저, 예를 들어 수직 공진기형 면 발광 레이저(VCSEL)(3010)를 이용하고, 수광부로서, DVS라고 불리는 이벤트 검출 센서(3020)를 이용하고 있다. 수직 공진기형 면 발광 레이저(VCSEL)(3010)는 피사체에 대해 소정의 패턴의 광을 투영한다. 본 실시 형태에 관한 거리 측정 시스템(3000)은 수직 공진기형 면 발광 레이저(3010) 및 이벤트 검출 센서(3020) 외에, 시스템 제어부(3030), 광원 구동부(3040), 센서 제어부(3050), 광원측 광학계(3060) 및 카메라측 광학계(3070)를 구비하고 있다.
시스템 제어부(3030)은 예를 들어 프로세서(CPU)에 의해 구성되어 있고, 광원 구동부(3040)를 통하여 수직 공진기형 면 발광 레이저(3010)를 구동하고, 센서 제어부(3050)를 통하여 이벤트 검출 센서(3020)를 구동한다. 보다 구체적으로는, 시스템 제어부(3030)는 수직 공진기형 면 발광 레이저(3010)와 이벤트 검출 센서(3020)를 동기시켜서 제어한다.
상기 구성의 본 실시 형태에 관한 거리 측정 시스템(3000)에서, 수직 공진기형 면 발광 레이저(3010)로부터 출사(出射)되는 미리 정해진 패턴의 광은 광원측 광학계(3060)를 투과하여 피사체(측정 대상물)(3100)에 대해 투영된다. 이 투영된 광은 피사체(3100)에서 반사된다. 그리고, 피사체(3100)에서 반사된 광은 카메라측 광학계(3070)를 투과하여 이벤트 검출 센서(3020)에 입사한다. 이벤트 검출 센서(3020)는 피사체(3100)에서 반사되는 광을 수광하고, 화소의 휘도 변화가 소정의 임계치를 초과한 것을 이벤트로서 검출한다. 이벤트 검출 센서(3020)가 검출한 이벤트 정보는 거리 측정 시스템(3000)의 외부의 어플리케이션 프로세서(3200)에 공급된다. 어플리케이션 프로세서(3200)는 이벤트 검출 센서(3020)가 검출한 이벤트 정보에 대해 소정의 처리를 행한다.
[10. 효과]
본 개시에 관한 고체 촬상 소자는 제1 기판과, 제2 기판을 구비한다. 제1 기판은 입사광을 광전 변환하여 광전류를 생성하는 포토 다이오드가 마련된다. 제2 기판은 광전류를 전압 신호로 변환하는 변환 회로에 의해 변환된 전압 신호에 의거하여 입사광의 휘도의 변화를 검출하는 휘도 변화 검출 회로가 마련되고, 제1 기판과 첩합된다. 제1 기판 및 제2 기판 중, 적어도 어느 일방의 기판에 마련되고, 제2 기판에 마련되는 능동 소자와, 포토 다이오드 사이를 차광하는 차광부를 가진다. 이에 의해, 고체 촬상 소자는 차광부에 의해 제1 기판과 제2 기판을 차광함으로써, 휘도 변화의 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 차광부는 제1 기판에서의 포토 다이오드를 포함하는 반도체층과 제2 기판 사이에 마련되는 제1 배선층에 마련되는 차광막이다. 이에 의해, 고체 촬상 소자는 차광막에 의해 제1 기판과 제2 기판을 차광함으로써, 휘도 변화의 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 차광막은 복수의 포토 다이오드가 배열되는 수광 영역과 평면에서 볼 때 겹쳐지는 영역에 마련된다. 이에 의해, 고체 촬상 소자는 수광 영역과 평면에서 볼 때 겹쳐지는 영역 일면에 마련되는 차광막에 의해, 제1 기판과 제2 기판을 차광함으로써, 휘도 변화의 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 차광막은 제1 배선층에 마련되는 다층 배선 중, 반도체층에 가장 가까운 배선과 반도체층 사이에 마련된다. 차광막에 의한 반사광의 크로스토크를 저감할 수 있다.
또한, 차광부는 제1 기판에서의 포토 다이오드를 포함하는 반도체층과 제2 기판 사이에 마련되는 제1 배선층에 마련되는 차광 배선이다. 이에 의해, 고체 촬상 소자는 제1 배선층에 마련되는 배선의 배선 패턴을 변경하는 것만으로, 별도, 차광막을 형성하는 공정을 추가하는 일 없이, 광의 투과를 방지할 수 있다.
또한, 제1 배선층에 마련되는 차광 배선은 평면에서 볼 때 적어도 일부가 겹쳐지는 복수 층의 배선을 포함한다. 이에 의해, 고체 촬상 소자는 단층의 차광 배선보다도 확실하게 광의 투과를 방지할 수 있다.
또한, 차광부는 제2 기판에서의 능동 소자를 포함하는 반도체층과 제1 기판 사이에 마련되는 제2 배선층에 마련되는 차광 배선이다. 이에 의해, 고체 촬상 소자는 능동 소자에서 발생하는 HC 발광의 광이 포토 다이오드에 입사하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제2 배선층에 마련되는 차광 배선은 평면에서 볼 때 적어도 일부가 겹쳐지는 복수 층의 배선을 포함한다. 이에 의해, 고체 촬상 소자는 단층의 차광 배선보다도 확실하게 광의 투과를 방지할 수 있다.
또한, 차광부는 제1 기판과 제2 기판을 전기적으로 접속하는 접속 전극이다. 이에 의해, 고체 촬상 소자는 예를 들면 기존의 Cu-Cu 접속을 행하는 접속 전극의 배선 패턴을 변경하는 것만으로, 별도, 차광막을 형성하는 공정을 추가하는 일 없이, 광의 투과를 방지할 수 있다.
또한, 고체 촬상 소자는 인접하는 포토 다이오드의 경계 영역으로부터 제1 기판에서의 포토 다이오드를 포함하는 반도체층과 제2 기판 사이에 마련되는 제1 배선층의 내부를 향하여 연신하는 트렌치에 매설된 차광 부재를 가진다. 이에 의해, 고체 촬상 소자는 경사 방향으로 입사하는 광을 차광 부재에 의해 차광할 수 있다.
또한, 촬상 시스템은 고체 촬상 소자와, 신호 처리 칩을 가진다. 고체 촬상 소자는 렌즈와, 제1 기판과, 제2 기판을 구비한다. 제1 기판은 입사광을 광전 변환하여 광전류를 생성하는 포토 다이오드가 마련된다. 제2 기판은 광전류를 전압 신호로 변환하는 변환 회로에 의해 변환된 전압 신호에 의거하여 입사광의 휘도의 변화를 검출하는 휘도 변화 검출 회로가 마련되고, 제1 기판과 첩합된다. 고체 촬상 소자는 차광부를 가진다. 차광부는 제1 기판 및 제2 기판 중, 적어도 어느 일방의 기판에 마련되고, 제2 기판에 마련되는 능동 소자와, 포토 다이오드 사이를 차광한다. 신호 처리 칩은 고체 촬상 소자로부터의 출력을 신호 처리한다. 이에 의해, 촬상 시스템은 차광부에 의해 제1 기판과 제2 기판을 차광함으로써, 휘도 변화의 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시로서 한정되는 것이 아니라, 또한 다른 효과가 있어도 좋다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1)
입사광을 광전 변환하여 광전류를 생성하는 포토 다이오드가 마련되는 제1 기판과,
상기 광전류를 전압 신호로 변환하는 변환 회로에 의해 변환된 상기 전압 신호에 의거하여 상기 입사광의 휘도의 변화를 검출하는 휘도 변화 검출 회로가 마련되고, 상기 제1 기판과 첩합되는 제2 기판을 구비하고,
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중, 적어도 어느 일방의 기판에 마련되고, 상기 제2 기판에 마련되는 능동 소자와, 상기 포토 다이오드 사이를 차광하는 차광부를 갖는 고체 촬상 소자.
(2)
상기 차광부는,
상기 제1 기판에서의 상기 포토 다이오드를 포함하는 반도체층과 상기 제2 기판 사이에 마련되는 제1 배선층에 마련되는 차광막인 상기 (1)에 기재된 고체 촬상 소자.
(3)
상기 차광막은,
복수의 상기 포토 다이오드가 배열되는 수광 영역과 평면에서 볼 때 겹쳐지는 영역에 마련되는 상기 (2)에 기재된 고체 촬상 소자.
(4)
상기 차광막은,
상기 제1 배선층에 마련되는 다층 배선 중, 상기 반도체층에 가장 가까운 배선과 상기 반도체층 사이에 마련되는 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 고체 촬상 소자.
(5)
상기 차광부는,
상기 제1 기판에서의 상기 포토 다이오드를 포함하는 반도체층과 상기 제2 기판 사이에 마련되는 제1 배선층에 마련되는 차광 배선인 상기 (1)∼(4)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(6)
상기 제1 배선층에 마련되는 상기 차광 배선은,
평면에서 볼 때 적어도 일부가 겹쳐지는 복수 층의 배선을 포함하는 상기 (5)에 기재된 고체 촬상 소자.
(7)
상기 차광부는,
상기 제2 기판에서의 상기 능동 소자를 포함하는 반도체층과 상기 제1 기판 사이에 마련되는 제2 배선층에 마련되는 차광 배선인 상기 (1)∼(6)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(8)
상기 제2 배선층에 마련되는 차광 배선은,
평면에서 볼 때 적어도 일부가 겹쳐지는 복수 층의 배선을 포함하는 상기 (7)에 기재된 고체 촬상 소자.
(9)
상기 차광부는,
상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 전기적으로 접속하는 접속 전극인 상기 (1)∼(8)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(10)
인접하는 상기 포토 다이오드의 경계 영역으로부터 상기 제1 기판에서의 상기 포토 다이오드를 포함하는 반도체층과 상기 제2 기판 사이에 마련되는 제1 배선층의 내부를 향하여 연신하는 트렌치에 매설된 차광 부재를 갖는 상기 (1)∼(9)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(11)
렌즈와
입사광을 광전 변환하여 광전류를 생성하는 포토 다이오드가 마련되는 제1 기판과,
상기 광전류를 전압 신호로 변환하는 변환 회로에 의해 변환된 상기 전압 신호에 의거하여 상기 입사광의 휘도의 변화를 검출하는 휘도 변화 검출 회로가 마련되고, 상기 제1 기판과 첩합되는 제2 기판을 구비하고,
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중, 적어도 어느 일방의 기판에 마련되고, 상기 제2 기판에 마련되는 능동 소자와, 상기 포토 다이오드 사이를 차광하는 차광부를 갖는 고체 촬상 소자와,
상기 고체 촬상 소자로부터의 출력을 신호 처리하는 신호 처리 칩을 갖는 촬상 시스템.
100: 촬상 장치
110: 촬상 렌즈
120: 기록부
130: 제어부
200: 고체 촬상 소자
201, 201a∼201e: 수광 칩
202: 검출 칩
211, 212, 213, 231, 232, 233: 비아 배치부
220: 수광부
221: 포토 다이오드
240: 신호 처리 회로
251: 행 구동 회로
252: 열 구동 회로
260: 어드레스 이벤트 검출부
300: 어드레스 이벤트 검출 회로
310: 전류 전압 변환 회로
311: 변환 트랜지스터
331, 333: 콘덴서
312: 전류원 트랜지스터
313: 전압 공급 트랜지스터
320: 버퍼
330: 감산기
332: 인버터
334: 스위치
340, 340a: 양자화기
341: 콤퍼레이터
350: 전송 회로
400, 410: 반도체층
500: 제1 배선층
510: 제2 배선층
600: 온 칩 렌즈
700, 730: 차광막
701, 710∼713, 721∼723: 차광 배선
740: 차광 부재
M: 다층 배선
M1: 제1 배선
M2: 제2 배선
M3: 제3 배선
MCu: 접속 전극
110: 촬상 렌즈
120: 기록부
130: 제어부
200: 고체 촬상 소자
201, 201a∼201e: 수광 칩
202: 검출 칩
211, 212, 213, 231, 232, 233: 비아 배치부
220: 수광부
221: 포토 다이오드
240: 신호 처리 회로
251: 행 구동 회로
252: 열 구동 회로
260: 어드레스 이벤트 검출부
300: 어드레스 이벤트 검출 회로
310: 전류 전압 변환 회로
311: 변환 트랜지스터
331, 333: 콘덴서
312: 전류원 트랜지스터
313: 전압 공급 트랜지스터
320: 버퍼
330: 감산기
332: 인버터
334: 스위치
340, 340a: 양자화기
341: 콤퍼레이터
350: 전송 회로
400, 410: 반도체층
500: 제1 배선층
510: 제2 배선층
600: 온 칩 렌즈
700, 730: 차광막
701, 710∼713, 721∼723: 차광 배선
740: 차광 부재
M: 다층 배선
M1: 제1 배선
M2: 제2 배선
M3: 제3 배선
MCu: 접속 전극
Claims (11)
- 입사광을 광전 변환하여 광전류를 생성하는 포토 다이오드가 마련되는 제1 기판과,
상기 광전류를 전압 신호로 변환하는 변환 회로에 의해 변환된 상기 전압 신호에 의거하여 상기 입사광의 휘도의 변화를 검출하는 휘도 변화 검출 회로가 마련되고, 상기 제1 기판과 첩합되는 제2 기판을 구비하고,
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중, 적어도 어느 일방의 기판에 마련되고, 상기 제2 기판에 마련되는 능동 소자와, 상기 포토 다이오드 사이를 차광하는 차광부를 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자. - 제1항에 있어서,
상기 차광부는,
상기 제1 기판에서의 상기 포토 다이오드를 포함하는 반도체층과 상기 제2 기판 사이에 마련되는 제1 배선층에 마련되는 차광막인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자. - 제2항에 있어서,
상기 차광막은,
복수의 상기 포토 다이오드가 배열되는 수광 영역과 평면에서 볼 때 겹쳐지는 영역에 마련되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자. - 제2항에 있어서,
상기 차광막은,
상기 제1 배선층에 마련되는 다층 배선 중, 상기 반도체층에 가장 가까운 배선과 상기 반도체층 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자. - 제1항에 있어서,
상기 차광부는,
상기 제1 기판에서의 상기 포토 다이오드를 포함하는 반도체층과 상기 제2 기판 사이에 마련되는 제1 배선층에 마련되는 차광 배선인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자. - 제5항에 있어서,
상기 제1 배선층에 마련되는 상기 차광 배선은,
평면에서 볼 때 적어도 일부가 겹쳐지는 복수 층의 배선을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자. - 제1항에 있어서,
상기 차광부는,
상기 제2 기판에서의 상기 능동 소자를 포함하는 반도체층과 상기 제1 기판 사이에 마련되는 제2 배선층에 마련되는 차광 배선인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자. - 제7항에 있어서,
상기 제2 배선층에 마련되는 차광 배선은,
평면에서 볼 때 적어도 일부가 겹쳐지는 복수 층의 배선을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자. - 제1항에 있어서,
상기 차광부는,
상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 전기적으로 접속하는 접속 전극인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자. - 제1항에 있어서,
인접하는 상기 포토 다이오드의 경계 영역으로부터 상기 제1 기판에서의 상기 포토 다이오드를 포함하는 반도체층과 상기 제2 기판 사이에 마련되는 제1 배선층의 내부를 향하여 연신하는 트렌치에 매설된 차광 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자. - 렌즈와
입사광을 광전 변환하여 광전류를 생성하는 포토 다이오드가 마련되는 제1 기판과,
상기 광전류를 전압 신호로 변환하는 변환 회로에 의해 변환된 상기 전압 신호에 의거하여 상기 입사광의 휘도의 변화를 검출하는 휘도 변화 검출 회로가 마련되고, 상기 제1 기판과 첩합되는 제2 기판을 구비하고,
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중, 적어도 어느 일방의 기판에 마련되고, 상기 제2 기판에 마련되는 능동 소자와, 상기 포토 다이오드 사이를 차광하는 차광부를 갖는 고체 촬상 소자와,
상기 고체 촬상 소자로부터의 출력을 신호 처리하는 신호 처리 칩을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 시스템.
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