WO2016103315A1 - 固体撮像装置および撮像装置 - Google Patents

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青木　潤
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オリンパス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging device having a structure in which a plurality of substrates are stacked.
  • Patent Document 1 discloses a solid-state imaging device in which a first substrate and a second substrate are stacked.
  • a plurality of pixels are separately arranged on a first substrate and a second substrate. For this reason, the resolution of the imaging signal is improved.
  • FIG. 8 shows the configuration of the solid-state imaging device 1000.
  • FIG. 8 shows a cross section of the solid-state imaging device 1000.
  • the solid-state imaging device 1000 includes a first substrate 70, a second substrate 80, a microlens 901, and a color filter 902.
  • the first substrate 70 and the second substrate 80 are stacked.
  • the color filter 902 is disposed on the main surface of the first substrate 70 (the widest surface among the plurality of surfaces constituting the surface of the substrate), and the microlens 901 is disposed on the color filter 902.
  • FIG. 8 there are a plurality of microlenses 901, but a reference numeral of one microlens 901 is shown as a representative.
  • FIG. 8 there are a plurality of color filters 902, but a symbol of one color filter 902 is shown as a representative.
  • the light from the subject that has passed through the imaging lens disposed optically in front of the solid-state imaging device 1000 enters the microlens 901.
  • the micro lens 901 forms an image of light that has passed through the imaging lens.
  • the color filter 902 transmits light having a wavelength corresponding to a predetermined color.
  • the first substrate 70 includes a first semiconductor layer 700 and a first wiring layer 710.
  • the first semiconductor layer 700 includes a first photoelectric conversion unit 701. Although there are a plurality of first photoelectric conversion units 701 in FIG. 8, the reference numerals of one first photoelectric conversion unit 701 are shown as representatives.
  • the first photoelectric conversion unit 701 converts incident light into a signal.
  • the first wiring layer 710 includes a first wiring 711 and a first interlayer insulating film 712.
  • first wiring 711 includes a first wiring 711 and a first interlayer insulating film 712.
  • FIG. 8 there are a plurality of first wirings 711, but a symbol of one first wiring 711 is shown as a representative.
  • the first wiring 711 is a thin film on which a wiring pattern is formed.
  • the first wiring 711 transmits the signal generated by the first photoelectric conversion unit 701 and other signals (power supply voltage, ground voltage, and the like). In the example shown in FIG. 8, four layers of first wirings 711 are formed.
  • portions other than the first wiring 711 are constituted by a first interlayer insulating film 712.
  • the second substrate 80 includes a second semiconductor layer 800 and a second wiring layer 810.
  • the second semiconductor layer 800 includes a second photoelectric conversion unit 801.
  • FIG. 8 there are a plurality of second photoelectric conversion units 801, but a symbol of one second photoelectric conversion unit 801 is shown as a representative.
  • the second photoelectric conversion unit 801 converts incident light into a signal.
  • the second wiring layer 810 includes a second wiring 811 and a second interlayer insulating film 812.
  • a second wiring 811 there are a plurality of second wirings 811, but a reference numeral of one second wiring 811 is shown as a representative.
  • the second wiring 811 is a thin film on which a wiring pattern is formed.
  • the second wiring 811 transmits the signal generated by the second photoelectric conversion unit 801 and other signals (power supply voltage, ground voltage, and the like). In the example shown in FIG. 8, four layers of second wirings 811 are formed.
  • the portion other than the second wiring 811 is configured by the second interlayer insulating film 812.
  • the first substrate 70 and the second substrate 80 are electrically connected at the interface between the first substrate 70 and the second substrate 80.
  • the first photoelectric conversion unit 701 may acquire an imaging signal
  • the second photoelectric conversion unit 801 may acquire a focus detection signal.
  • the first substrate and the second substrate are made of silicon (Si).
  • the amount of light that can reach the second substrate varies depending on the wavelength of the light incident on the first substrate. The shorter the wavelength, the more difficult it is for the light to reach the second substrate. This is because the light absorption coefficient for silicon constituting the first substrate and the second substrate differs depending on the wavelength of light. For example, red (R) or green (G) light having a longer wavelength is likely to pass through the first substrate and reach the second substrate. However, blue (B) light having a shorter wavelength is easily absorbed by the first substrate and hardly reaches the second substrate.
  • a solid-state imaging device having a first substrate on which pixels that receive blue light are arranged and a second substrate on which pixels that receive red and green light are arranged It is possible to configure.
  • the first substrate is thin.
  • the thickness of the first substrate is 0.5 ⁇ m to 1 ⁇ m.
  • the impedance of the first substrate is large. For this reason, noise in peripheral circuits arranged around the pixels on the first substrate increases.
  • the structure of the peripheral circuit is greatly limited.
  • the present invention provides a solid-state imaging device and an imaging device in which peripheral circuit noise is reduced and restrictions on the structure of the peripheral circuit are reduced.
  • the solid-state imaging device includes a first photoelectric conversion unit and a peripheral circuit, and the first photoelectric conversion unit is disposed in a first region having a first thickness.
  • the peripheral circuit is disposed in a second region having a second thickness, the first photoelectric conversion unit converts light having a first wavelength into a signal, and the second thickness is the first thickness.
  • a first semiconductor substrate having a thickness greater than the thickness of the first semiconductor substrate and a second photoelectric conversion unit, and is stacked on the first semiconductor substrate, wherein the second photoelectric conversion unit converts light of a second wavelength into a signal.
  • the second wavelength is a second semiconductor substrate longer than the first wavelength
  • the peripheral circuit includes at least the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit.
  • Control of pixels including one, processing of a signal generated by at least one of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit, and the first At least a control for outputting the generated signal to the external one and the second photoelectric conversion unit and the photoelectric conversion unit, at least one of performing.
  • the peripheral circuit may include a triple well structure.
  • the second semiconductor substrate may further include a third photoelectric conversion unit.
  • the third photoelectric conversion unit may be stacked in the thickness direction of the second semiconductor substrate with respect to the second photoelectric conversion unit.
  • the distance between the center of gravity of the third photoelectric conversion unit and the first semiconductor substrate may be greater than the distance between the center of gravity of the second photoelectric conversion unit and the second semiconductor substrate.
  • the third photoelectric conversion unit may convert light having a third wavelength into a signal.
  • the third wavelength may be longer than the second wavelength.
  • the light of the first wavelength may include blue light.
  • the light of the second wavelength may include green light.
  • the light of the third wavelength may include red light.
  • the peripheral circuit may include at least one of a vertical scanning circuit, a column processing circuit, and a horizontal scanning circuit.
  • the imaging device includes the solid-state imaging device.
  • the first photoelectric conversion unit is arranged in the first region having the first thickness
  • the peripheral circuit is arranged in the second region having the second thickness
  • the second thickness is arranged.
  • the thickness is greater than the first thickness. For this reason, the noise of the peripheral circuit is reduced, and the restriction on the structure of the peripheral circuit is reduced.
  • FIG. 1 shows the configuration of a solid-state imaging device 1a according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a cross section of the solid-state imaging device 1a.
  • the solid-state imaging device 1a includes a first substrate 10 (first semiconductor substrate), a second substrate 20 (second semiconductor substrate), a microlens 301, a color filter 302, and the like. And a color filter 303 and a resin layer 304.
  • the first substrate 10 and the second substrate 20 are stacked.
  • the dimensions of the parts constituting the solid-state imaging device 1a do not follow the dimensions shown in FIG.
  • the dimension of the part which comprises the solid-state imaging device 1a may be arbitrary.
  • the microlens 301 is disposed on the surface of the first substrate 10. In FIG. 1, there are a plurality of microlenses 301, but a symbol of one microlens 301 is shown as a representative. Light from the subject that has passed through an imaging lens disposed optically in front of the solid-state imaging device 1 a is incident on the microlens 301. The micro lens 301 forms an image of light that has passed through the imaging lens.
  • the first substrate 10 includes a first semiconductor layer 100 and a first wiring layer 110.
  • the first semiconductor layer 100 and the first wiring layer 110 are formed in a direction (for example, substantially on the main surface) across the main surface of the first substrate 10 (the widest surface among a plurality of surfaces constituting the surface of the substrate). (Vertical direction). Further, the first semiconductor layer 100 and the first wiring layer 110 are in contact with each other.
  • the first semiconductor layer 100 includes a first photoelectric conversion unit 101 and a peripheral circuit 102.
  • first photoelectric conversion units 101 there are a plurality of first photoelectric conversion units 101, but a symbol of one first photoelectric conversion unit 101 is shown as a representative.
  • peripheral circuits 102 there are a plurality of peripheral circuits 102, but a symbol of one peripheral circuit 102 is shown as a representative.
  • the first semiconductor layer 100 is made of a material containing a semiconductor such as silicon (Si).
  • the first semiconductor layer 100 has a first surface that is in contact with the first wiring layer 110. The surface of the first semiconductor layer 100 opposite to the first surface is in contact with the microlens 301.
  • the first photoelectric conversion unit 101 is made of a semiconductor material having an impurity concentration different from that of the semiconductor material constituting the first semiconductor layer 100.
  • the first photoelectric conversion unit 101 is formed in the first region A1 having the first thickness in the first substrate 10.
  • the first region A1 is a region where pixels that receive light are arranged.
  • the first thickness is between the surface of the first semiconductor layer 100 in contact with the microlens 301 and the first surface of the first semiconductor layer 100 in contact with the first wiring layer 110. Is equal to the distance.
  • the light transmitted through the microlens 301 is incident on the first semiconductor layer 100 in the first region A1.
  • the light that has entered the first semiconductor layer 100 in the first region A1 travels through the first semiconductor layer 100 and enters the first photoelectric conversion unit 101.
  • the first photoelectric conversion unit 101 converts light having the first wavelength into a signal.
  • the first wavelength includes blue (B) light
  • the first photoelectric conversion unit 101 converts the blue light into a signal.
  • the peripheral circuit 102 is formed in the second region A2 having the second thickness in the first substrate 10.
  • the second thickness is equal to the distance between the surface of the first semiconductor layer 100 and the first surface of the first semiconductor layer 100 that is in contact with the first wiring layer 110.
  • the first region A1 and the second region A2 are included in the first semiconductor layer 100.
  • the second thickness of the second region A2 is larger than the first thickness of the first region A1.
  • the first wiring layer 110 includes a first wiring 111 and a first interlayer insulating film 112.
  • the first wiring layer 110 includes a first gate 107 and a second gate 108 which are part of the peripheral circuit 102.
  • FIG. 1 there are a plurality of first wirings 111, but a symbol of one first wiring 111 is shown as a representative.
  • the first wiring 111 is made of a conductive material (for example, a metal such as aluminum (Al) or copper (Cu)).
  • the first wiring layer 110 has a first surface and a second surface. The first surface of the first wiring layer 110 is in contact with the color filter 302, the color filter 303, and the resin layer 304. The second surface opposite to the first surface of the first wiring layer 110 is in contact with the first semiconductor layer 100.
  • the first surface of the first wiring layer 110 constitutes the main surface of the first substrate 10.
  • the first wiring 111 is a thin film on which a wiring pattern is formed.
  • the first wiring 111 transmits a signal generated by the first photoelectric conversion unit 101 and other signals (power supply voltage, ground voltage, etc.). Only one layer of the first wiring 111 may be formed, or a plurality of layers of the first wiring 111 may be formed. In the example shown in FIG. 1, four layers of first wirings 111 are formed. The multiple layers of first wirings 111 are connected by vias (not shown).
  • first interlayer insulating film 112 formed of silicon dioxide (SiO 2) or the like. It consists of
  • the color filter 302, the color filter 303, and the resin layer 304 are formed between the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • FIG. 1 there are a plurality of color filters 302, but a symbol of one color filter 302 is shown as a representative.
  • FIG. 1 there are a plurality of color filters 303, but a symbol of one color filter 303 is shown as a representative.
  • the color filter 302 and the color filter 303 are formed at positions corresponding to the first photoelectric conversion unit 101. That is, the color filter 302 and the color filter 303 are formed at positions where light transmitted through the first photoelectric conversion unit 101 is incident. For example, the color filter 302 transmits light having a red (R) wavelength among incident light. The color filter 303 transmits light having a wavelength of green (G) out of incident light.
  • R red
  • G green
  • the resin layer 304 is formed around the color filter 302 and the color filter 303.
  • the resin layer 304 bonds the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • the second substrate 20 includes a second semiconductor layer 200 and a second wiring layer 210.
  • the second semiconductor layer 200 and the second wiring layer 210 overlap in a direction crossing the main surface of the second substrate 20 (for example, a direction substantially perpendicular to the main surface). Further, the second semiconductor layer 200 and the second wiring layer 210 are in contact with each other.
  • the second semiconductor layer 200 includes a second photoelectric conversion unit 201.
  • the second semiconductor layer 200 is made of a material containing a semiconductor such as silicon (Si).
  • the second photoelectric conversion unit 201 is made of a semiconductor material having an impurity concentration different from that of the semiconductor material forming the second semiconductor layer 200.
  • a second photoelectric conversion unit 201 is formed in a region corresponding to the first photoelectric conversion unit 101. That is, the second photoelectric conversion unit 201 is formed at a position where light transmitted through the first photoelectric conversion unit 101 enters.
  • the second semiconductor layer 200 has a first surface and a second surface.
  • the first surface of the second semiconductor layer 200 is in contact with the second wiring layer 210.
  • the second surface of the second semiconductor layer 200 constitutes one of the main surfaces of the second substrate 20.
  • the second photoelectric conversion unit 201 is formed in the second semiconductor layer 200 in the vicinity of the first surface on which light is incident.
  • the light that has passed through the first photoelectric conversion unit 101 passes through the first wiring layer 110 and enters the color filter 302 or the color filter 303.
  • the light transmitted through the color filter 302 or the color filter 303 is incident on the second wiring layer 210 of the second substrate 20.
  • the light incident on the second wiring layer 210 passes through the second wiring layer 210 and enters the second semiconductor layer 200.
  • the light incident on the second semiconductor layer 200 travels through the second semiconductor layer 200 and enters the second photoelectric conversion unit 201.
  • the second photoelectric conversion unit 201 converts incident light into a signal.
  • Light having a second wavelength longer than the first wavelength is incident on the second photoelectric conversion unit 201.
  • the second photoelectric conversion unit 201 converts light having a second wavelength longer than the first wavelength into a signal.
  • the second wavelength includes red or green light
  • the second photoelectric conversion unit 201 converts the red or green light into a signal.
  • the second wiring layer 210 includes a second wiring 211 and a second interlayer insulating film 212.
  • FIG. 1 there are a plurality of second wirings 211, but a symbol of one second wiring 211 is shown as a representative.
  • the second wiring 211 is made of a conductive material (for example, a metal such as aluminum (Al) or copper (Cu)).
  • the second wiring layer 210 has a first surface and a second surface.
  • the first surface of the second wiring layer 210 is in contact with the color filter 302, the color filter 303, and the resin layer 304.
  • the second surface opposite to the first surface of the second wiring layer 210 is in contact with the second semiconductor layer 200.
  • the first surface of the second wiring layer 210 constitutes one of the main surfaces of the second substrate 20.
  • the second wiring 211 is a thin film on which a wiring pattern is formed.
  • the second wiring 211 transmits the signal generated by the second photoelectric conversion unit 201 and other signals (power supply voltage, ground voltage, etc.). Only one layer of the second wiring 211 may be formed, or a plurality of layers of the second wiring 211 may be formed. In the example shown in FIG. 1, four layers of second wirings 211 are formed. The plurality of layers of second wirings 211 are connected by vias not shown.
  • the first substrate 10 and the second substrate 20 are stacked with the first wiring layer 110 of the first substrate 10 and the second wiring layer 210 of the second substrate 20 facing each other.
  • the first substrate 10 and the second substrate 20 are electrically connected.
  • Peripheral circuit 102 includes a triple well structure.
  • the peripheral circuit 102 is formed in the first well 103, the second well 104, the first region 105 a and the first region 105 b formed in the first well 103, and the second well 104.
  • a second region 106 a and a second region 106 b, a first gate 107, and a second gate 108 are included.
  • the first semiconductor layer 100 is made of P-type silicon
  • the first well 103 is made of N-type silicon
  • the second well 104 is made of P-type silicon.
  • the first region 105a and the first region 105b are made of P-type silicon having a high impurity concentration.
  • the second region 106a and the second region 106b are made of N-type silicon having a high impurity concentration.
  • the first well 103 is in contact with the first wiring layer 110.
  • the first region 105 a and the first region 105 b are formed in the first well 103.
  • the first region 105 a and the first region 105 b are in contact with the first wiring layer 110.
  • the second well 104 is formed in the first well 103.
  • the second well 104 is in contact with the first wiring layer 110.
  • the second region 106 a and the second region 106 b are formed in the second well 104.
  • the second region 106 a and the second region 106 b are in contact with the first wiring layer 110.
  • the first well 103, the second well 104, the second region 106a, and the second region 106b constitute a triple well structure.
  • the first gate 107 and the second gate 108 are formed in the first wiring layer 110.
  • the first region 105a, the first region 105b, and the first gate 107 form a transistor.
  • One of the first region 105a and the first region 105b is a source, and the other of the first region 105a and the first region 105b is a drain.
  • the second region 106a, the second region 106b, and the second gate 108 form a transistor.
  • One of the second region 106a and the second region 106b is a source, and the other of the second region 106a and the second region 106b is a drain.
  • the peripheral circuit 102 controls at least one pixel including at least one of the first photoelectric conversion unit 101 and the second photoelectric conversion unit 201, and at least includes the first photoelectric conversion unit 101 and the second photoelectric conversion unit 201. At least one of processing of the signal generated by one and control of outputting a signal generated by at least one of the first photoelectric conversion unit 101 and the second photoelectric conversion unit 201 to the outside is performed.
  • the second thickness of the second region A2 in which the peripheral circuit 102 is formed is greater than the first thickness of the first region A1 in which the first photoelectric conversion unit 101 is formed. Is also big. For example, when the first photoelectric conversion unit 101 acquires a signal corresponding to blue light, the first thickness of the first region A1 is about 0.5 ⁇ m.
  • the second thickness of the second region A2 having a triple well structure is at least 1.5 ⁇ m. Since the second thickness of the second region A2 is larger than the first thickness of the first region A1, noise in the peripheral circuit 102 is reduced. In addition, since the second region A2 can be formed thick, restrictions on the structure of the peripheral circuit 102 are reduced.
  • FIG. 2 shows the arrangement of the first photoelectric conversion units 101.
  • a cross section of the first substrate 10 parallel to the main surface of the first substrate 10 is shown.
  • the first substrate 10 includes a plurality of first photoelectric conversion units 101.
  • symbol of one 1st photoelectric conversion part 101 is shown as a representative.
  • the plurality of first photoelectric conversion units 101 are arranged in a matrix.
  • the plurality of first photoelectric conversion units 101 convert blue (B) light into a signal.
  • the peripheral circuit 102 is formed around the plurality of first photoelectric conversion units 101. That is, the peripheral circuit 102 is formed outside the array of the plurality of first photoelectric conversion units 101.
  • FIG. 3 shows an arrangement of the second photoelectric conversion unit 201.
  • a cross section of the second substrate 20 parallel to the main surface of the second substrate 20 is shown.
  • the second substrate 20 includes a plurality of second photoelectric conversion units 201.
  • symbol of one 2nd photoelectric conversion part 201 is shown as a representative.
  • the plurality of second photoelectric conversion units 201 are arranged in a matrix.
  • a second photoelectric conversion unit 201 that converts red (R) light into a signal and a second photoelectric conversion unit 201 that converts green (G) light into a signal are alternately arranged in the row direction and the column direction. Has been.
  • FIG. 4 shows a circuit configuration of the solid-state imaging device 1a.
  • the solid-state imaging device 1a includes a pixel unit C200 (pixel array), a vertical scanning circuit C300, a column processing circuit C350, a horizontal scanning circuit C400, an output amplifier C410, and a control circuit C500.
  • pixel unit C200 pixel array
  • vertical scanning circuit C300 a vertical scanning circuit
  • column processing circuit C350 a horizontal scanning circuit
  • C400 an output amplifier
  • C500 control circuit
  • the arrangement position of each circuit element shown in FIG. 4 does not necessarily match the actual arrangement position.
  • the pixel unit C200 includes a plurality of pixels C100 arranged in a two-dimensional matrix, and a current source C130 provided for each column of the arrangement of the plurality of pixels C100.
  • a current source C130 provided for each column of the arrangement of the plurality of pixels C100.
  • FIG. 4 there are a plurality of pixels C100, but a symbol of one pixel C100 is shown as a representative.
  • FIG. 4 there are a plurality of current sources C ⁇ b> 130, but a symbol of one current source C ⁇ b> 130 is shown as a representative.
  • the plurality of pixels C100 include a plurality of first photoelectric conversion units 101 and a plurality of second photoelectric conversion units 201.
  • One pixel C100 includes at least one of the first photoelectric conversion unit 101 and the second photoelectric conversion unit 201.
  • the first photoelectric conversion unit 101 and the second photoelectric conversion unit 201 are included in the same pixel C100.
  • the first photoelectric conversion unit 101 is included in the pixel C100 of the first substrate 10
  • the second photoelectric conversion unit 201 is included in the pixel C100 of the second substrate 20.
  • the vertical scanning circuit C300 controls the driving of the pixel unit C200 in units of rows in the arrangement of the plurality of pixels C100.
  • the vertical scanning circuit C300 includes the same number of unit circuits C301 as the number of rows.
  • Each unit circuit C301 outputs a control signal for controlling one row of pixels C100 to the signal line C110.
  • the signal line C110 is arranged for each row of the array of the plurality of pixels C100.
  • there are a plurality of signal lines C110 but a symbol of one signal line C110 is shown as a representative.
  • the signal line C110 is connected to the pixel C100.
  • the signal line C110 supplies the control signal output from the unit circuit C301 to the pixel C100.
  • the signal line C110 is represented by one line, but each signal line C110 includes a plurality of signal lines.
  • the signal of the pixel C100 in the row selected by the control signal is output to the vertical signal line C120.
  • the vertical signal line C120 is arranged for each column of the plurality of pixels C100. In FIG. 4, there are a plurality of vertical signal lines C120, but a symbol of one vertical signal line C120 is shown as a representative.
  • the vertical signal line C120 is connected to the pixel C100.
  • the vertical signal line C120 supplies the pixel signal output from the pixel C100 to the column processing circuit C350.
  • the current source C130 is connected to the vertical signal line C120.
  • the current source C130 outputs a current necessary for reading the pixel signal.
  • the column processing circuit C350 performs signal processing such as noise suppression on the pixel signal output to the vertical signal line C120.
  • FIG. 4 there are a plurality of column processing circuits C350, but a reference numeral of one column processing circuit C350 is shown as a representative.
  • the horizontal scanning circuit C400 outputs the pixel signals of the pixels C100 for one row processed by the column processing circuit C350 to the output amplifier C410 in time series.
  • the output amplifier C410 amplifies the pixel signal output from the horizontal scanning circuit C400.
  • the output amplifier C410 outputs the pixel signal to the outside of the solid-state imaging device 1a.
  • the control circuit C500 controls the reading of the pixel signal by controlling the vertical scanning circuit C300, the column processing circuit C350, and the horizontal scanning circuit C400.
  • the peripheral circuit 102 includes at least one of a vertical scanning circuit C300, a column processing circuit C350, and a horizontal scanning circuit C400.
  • the vertical scanning circuit C300 controls the pixel C100.
  • the column processing circuit C350 processes a signal generated by at least one of the first photoelectric conversion unit 101 and the second photoelectric conversion unit 201, that is, a pixel signal.
  • the horizontal scanning circuit C400 performs control to output a signal generated by at least one of the first photoelectric conversion unit 101 and the second photoelectric conversion unit 201, that is, a pixel signal, to the outside of the solid-state imaging device 1a.
  • FIG. 5 shows an arrangement of the second photoelectric conversion units 201 in the modification of the first embodiment.
  • a cross section of the second substrate 20 parallel to the main surface of the second substrate 20 is shown.
  • the second substrate 20 includes a plurality of second photoelectric conversion units 201.
  • symbol of one 2nd photoelectric conversion part 201 is shown as a representative.
  • the plurality of second photoelectric conversion units 201 are arranged in a matrix. In some rows and columns, the second photoelectric conversion unit 201 that converts red (R) light into a signal and the second photoelectric conversion unit 201 that converts green (G) light into a signal alternate. Is arranged.
  • the second photoelectric conversion unit 201 that converts green (G) light into a signal is arranged.
  • the number of second photoelectric conversion units 201 that convert green (G) light into signals is greater than the number of second photoelectric conversion units 201 that convert red (R) light into signals. For this reason, the resolution of the pixel corresponding to green increases.
  • the solid-state imaging device includes at least one of the first wiring layer 110, the second wiring layer 210, the microlens 301, the color filter 302, the color filter 303, and the resin layer 304. It is not necessary to have the structure corresponding to.
  • the solid-state imaging device 1a including the first semiconductor substrate (first substrate 10) and the second semiconductor substrate (second substrate 20) is configured.
  • the first semiconductor substrate includes a first photoelectric conversion unit 101 and a peripheral circuit 102.
  • the first photoelectric conversion unit 101 is disposed in the first region A1 having the first thickness
  • the peripheral circuit 102 is disposed in the second region A2 having the second thickness.
  • the first photoelectric conversion unit 101 converts light having the first wavelength into a signal.
  • the second thickness is greater than the first thickness.
  • the second semiconductor substrate has a second photoelectric conversion unit 201.
  • the second semiconductor substrate is stacked on the first semiconductor substrate.
  • the second photoelectric conversion unit 201 converts light having the second wavelength into a signal.
  • the second wavelength is longer than the first wavelength.
  • the peripheral circuit 102 controls the pixel C100 including at least one of the first photoelectric conversion unit 101 and the second photoelectric conversion unit 201, and the first photoelectric conversion unit 101 and the second photoelectric conversion unit 201. At least one of processing of the signal generated by at least one and control for outputting the signal generated by at least one of the first photoelectric conversion unit 101 and the second photoelectric conversion unit 201 to the outside Do.
  • the first photoelectric conversion unit 101 is disposed in the first region A1 having the first thickness
  • the peripheral circuit 102 is disposed in the second region A2 having the second thickness
  • the thickness of 2 is thicker than the first thickness. For this reason, the noise of the peripheral circuit 102 is reduced, and the restriction on the structure of the peripheral circuit 102 is reduced.
  • FIG. 6 shows a configuration of a solid-state imaging device 1b according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows a cross section of the solid-state imaging device 1b.
  • the solid-state imaging device 1 b includes a first substrate 10 (first semiconductor substrate), a second substrate 20 (second semiconductor substrate) stacked on the first substrate 10, and And a microlens 301.
  • the color filter 302, the color filter 303, and the resin layer 304 are not arranged in the solid-state imaging device 1b.
  • the second semiconductor layer 200 includes a second photoelectric conversion unit 201 and a third photoelectric conversion unit 202.
  • FIG. 6 there are a plurality of second photoelectric conversion units 201, but a symbol of one second photoelectric conversion unit 201 is shown as a representative.
  • FIG. 6 there are a plurality of third photoelectric conversion units 202, but a symbol of one third photoelectric conversion unit 202 is shown as a representative.
  • the second photoelectric conversion unit 201 and the third photoelectric conversion unit 202 are made of a semiconductor material having an impurity concentration different from that of the semiconductor material forming the second semiconductor layer 200.
  • a second photoelectric conversion unit 201 and a third photoelectric conversion unit 202 are formed in a region corresponding to the first photoelectric conversion unit 101.
  • the second photoelectric conversion unit 201 and the third photoelectric conversion unit 202 are formed at positions where light transmitted through the first photoelectric conversion unit 101 is incident.
  • the second photoelectric conversion unit 201 and the third photoelectric conversion unit 202 are formed in the vicinity of the first surface on which light is incident in the second semiconductor layer 200.
  • the third photoelectric conversion unit 202 is stacked in the thickness direction of the second substrate 20 with respect to the second photoelectric conversion unit 201.
  • the distance between the center of gravity of the third photoelectric conversion unit 202 and the first substrate 10 is larger than the distance between the center of gravity of the second photoelectric conversion unit 201 and the first substrate 10. That is, the second photoelectric conversion unit 201 is arranged at a position closer to the first substrate 10 than the third photoelectric conversion unit 202.
  • the second photoelectric conversion unit 201 and the third photoelectric conversion unit 202 overlap in a direction perpendicular to the main surface of the second substrate 20.
  • the second photoelectric conversion unit 201 converts light having the second wavelength into a signal.
  • the third photoelectric conversion unit 202 converts light having the third wavelength into a signal.
  • the third wavelength is longer than the second wavelength.
  • the first photoelectric conversion unit 101 converts light having the first wavelength into a signal.
  • the first wavelength includes blue (B) light
  • the first photoelectric conversion unit 101 converts the blue light into a signal.
  • the light transmitted through the first photoelectric conversion unit 101 passes through the first wiring layer 110 and the second wiring layer 210 and then enters the second semiconductor layer 200.
  • the light incident on the second semiconductor layer 200 travels through the second semiconductor layer 200 and enters the second photoelectric conversion unit 201.
  • Light having a second wavelength longer than the first wavelength is incident on the second photoelectric conversion unit 201.
  • the second photoelectric conversion unit 201 converts light having a second wavelength longer than the first wavelength into a signal.
  • the second wavelength includes green light
  • the second photoelectric conversion unit 201 converts the green light into a signal.
  • the light transmitted through the second photoelectric conversion unit 201 enters the third photoelectric conversion unit 202.
  • Light having a third wavelength longer than the second wavelength is incident on the third photoelectric conversion unit 202.
  • the 3rd photoelectric conversion part 202 converts the light of the 3rd wavelength longer than a 2nd wavelength into a signal.
  • the third wavelength includes red light
  • the third photoelectric conversion unit 202 converts the red light into a signal.
  • the second photoelectric conversion unit 201 and the third photoelectric conversion unit 202 are arranged in a direction perpendicular to the main surface of the second substrate 20, the light of the second wavelength and the light of the third wavelength are Can be separated. For this reason, in the second embodiment, the color filter 302 and the color filter 303 are unnecessary.
  • the second photoelectric conversion unit 201 and the third photoelectric conversion unit 202 are arranged in a direction perpendicular to the main surface of the second substrate 20, the number of pixels that receive light of the second wavelength The number of pixels that receive light of the third wavelength can be larger than in the first embodiment. For this reason, in the second embodiment, the pixel resolution is higher than that in the first embodiment.
  • FIG. 7 shows a configuration of an imaging apparatus 7 according to the third embodiment of the present invention.
  • the imaging device 7 may be an electronic device having an imaging function.
  • the imaging device 7 is any one of a digital camera, a digital video camera, an endoscope, and a microscope.
  • the imaging device 7 includes a solid-state imaging device 1, a lens unit portion 2, an image signal processing device 3, a recording device 4, a camera control device 5, and a display device 6.
  • the solid-state imaging device 1 is one of the solid-state imaging device 1a of the first embodiment and the solid-state imaging device 1b of the second embodiment.
  • the lens unit 2 has a zoom lens and a focus lens.
  • the lens unit 2 forms a subject image based on light from the subject on the light receiving surface of the solid-state imaging device 1.
  • the light taken in through the lens unit 2 is imaged on the light receiving surface of the solid-state imaging device 1.
  • the solid-state imaging device 1 converts the subject image formed on the light receiving surface into a signal such as an imaging signal and outputs the signal.
  • the image signal processing device 3 performs a predetermined process on the signal output from the solid-state imaging device 1.
  • the processing performed by the image signal processing device 3 includes conversion to image data, various corrections of the image data, and compression of the image data.
  • the recording device 4 includes a semiconductor memory for recording or reading image data.
  • the recording device 4 is detachable from the imaging device 7.
  • the display device 6 displays an image based on the image data processed by the image signal processing device 3 or the image data read from the recording device 4.
  • the camera control device 5 controls the entire imaging device 7.
  • the operation of the camera control device 5 is defined by a program stored in a ROM built in the imaging device 7.
  • the camera control device 5 reads out this program and performs various controls according to the contents defined by the program.
  • the imaging device has a configuration corresponding to at least one of the lens unit unit 2, the image signal processing device 3, the recording device 4, the camera control device 5, and the display device 6. It does not have to be.
  • the imaging device 7 having the solid-state imaging device 1 is configured.
  • the first photoelectric conversion unit 101 is disposed in the first region A1 having the first thickness
  • the peripheral circuit 102 is disposed in the second region A2 having the second thickness, Is thicker than the first thickness. For this reason, the noise of the peripheral circuit 102 is reduced, and the restriction on the structure of the peripheral circuit 102 is reduced.
  • the first photoelectric conversion unit is disposed in the first region having the first thickness
  • the peripheral circuit is disposed in the second region having the second thickness
  • the second Is thicker than the first thickness For this reason, noise in peripheral circuits is reduced.
  • Solid-state imaging device 2 Lens unit section 3 Image signal processing device 4 Recording device 5 Camera control device 6

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Abstract

　固体撮像装置は、第１の半導体基板と第２の半導体基板とを有する。前記第１の半導体基板は、第１の光電変換部と周辺回路とを有する。前記第１の光電変換部は第１の厚さの第１の領域に配置される。前記周辺回路は第２の厚さの第２の領域に配置される。前記第１の光電変換部は第１の波長の光を信号に変換する。前記第２の厚さは前記第１の厚さよりも大きい。前記第２の半導体基板は、第２の光電変換部を有し、前記第１の半導体基板に積層される。前記第２の光電変換部は第２の波長の光を信号に変換する。前記第２の波長は前記第１の波長よりも長い。

Description

固体撮像装置および撮像装置
　本発明は、複数の基板が積層された構造を有する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に開示されている。特許文献１に開示された固体撮像装置では、複数の画素が第１の基板と第２の基板とに別々に配置されている。このため、撮像信号の解像度が向上する。
　複数の基板を有する固体撮像装置の１つの例を説明する。図８は、固体撮像装置１０００の構成を示している。図８では固体撮像装置１０００の断面が示されている。図８に示すように、固体撮像装置１０００は、第１の基板７０と、第２の基板８０と、マイクロレンズ９０１と、カラーフィルタ９０２とを有する。第１の基板７０と、第２の基板８０とは積層されている。
　第１の基板７０の主面（基板の表面を構成する複数の面のうち最も広い面）にカラーフィルタ９０２が配置され、カラーフィルタ９０２上にマイクロレンズ９０１が配置されている。図８では複数のマイクロレンズ９０１が存在するが、代表として１つのマイクロレンズ９０１の符号が示されている。また、図８では複数のカラーフィルタ９０２が存在するが、代表として１つのカラーフィルタ９０２の符号が示されている。
　固体撮像装置１０００の光学的前方に配置された撮像レンズを通過した、被写体からの光がマイクロレンズ９０１に入射する。マイクロレンズ９０１は、撮像レンズを透過した光を結像する。カラーフィルタ９０２は、所定の色に対応した波長の光を透過させる。
　第１の基板７０は、第１の半導体層７００と、第１の配線層７１０とを有する。第１の半導体層７００は、第１の光電変換部７０１を有する。図８では複数の第１の光電変換部７０１が存在するが、代表として１つの第１の光電変換部７０１の符号が示されている。第１の光電変換部７０１は、入射した光を信号に変換する。
　第１の配線層７１０は、第１の配線７１１と、第１の層間絶縁膜７１２とを有する。図８では複数の第１の配線７１１が存在するが、代表として１つの第１の配線７１１の符号が示されている。
　第１の配線７１１は、配線パターンが形成された薄膜である。第１の配線７１１は、第１の光電変換部７０１で生成された信号と、その他の信号（電源電圧、グランド電圧等）とを伝送する。図８に示す例では、４層の第１の配線７１１が形成されている。第１の配線層７１０において、第１の配線７１１以外の部分は、第１の層間絶縁膜７１２で構成されている。
　第２の基板８０は、第２の半導体層８００と、第２の配線層８１０とを有する。第２の半導体層８００は、第２の光電変換部８０１を有する。図８では複数の第２の光電変換部８０１が存在するが、代表として１つの第２の光電変換部８０１の符号が示されている。第２の光電変換部８０１は、入射した光を信号に変換する。
　第２の配線層８１０は、第２の配線８１１と、第２の層間絶縁膜８１２とを有する。図８では複数の第２の配線８１１が存在するが、代表として１つの第２の配線８１１の符号が示されている。
　第２の配線８１１は、配線パターンが形成された薄膜である。第２の配線８１１は、第２の光電変換部８０１で生成された信号と、その他の信号（電源電圧、グランド電圧等）とを伝送する。図８に示す例では、４層の第２の配線８１１が形成されている。第２の配線層８１０において、第２の配線８１１以外の部分は、第２の層間絶縁膜８１２で構成されている。
　第１の基板７０と第２の基板８０とは、第１の基板７０と第２の基板８０との界面で電気的に接続されている。第１の光電変換部７０１が撮像信号を取得し、第２の光電変換部８０１が焦点検出用の信号を取得してもよい。
日本国特開２０１３－７００３０号公報
　例えば、第１の基板と第２の基板とを有する固体撮像装置において、第１の基板と第２の基板とは、シリコン（Ｓｉ）で構成されている。第１の基板に入射する光の波長に応じて、第２の基板に到達可能な光の量が異なる。波長が短くなるほど光が第２の基板に到達しにくくなる。これは、光の波長に応じて、第１の基板と第２の基板とを構成するシリコンに対する光の吸収係数が異なるためである。例えば、より波長が長い赤（Ｒ）または緑（Ｇ）の光は第１の基板を透過して第２の基板に到達しやすい。しかし、より波長が短い青（Ｂ）の光は第１の基板で吸収されやすく、第２の基板に到達しにくい。
　上記の特徴を利用することにより、青の光を受光する画素が配置された第１の基板と、赤および緑の光を受光する画素が配置された第２の基板とを有する固体撮像装置を構成することが可能である。青の光を吸収するために、第１の基板は薄い。例えば、第１の基板の厚さは０．５μｍから１μｍである。
　しかし、第１の基板が薄い場合、第１の基板のインピーダンスが大きい。このため、第１の基板において画素の周辺に配置される周辺回路のノイズが増加する。また、第１の基板が薄い場合、周辺回路の構造の制約が大きい。
　本発明は、周辺回路のノイズが低減し、周辺回路の構造の制約が低減する固体撮像装置および撮像装置を提供する。
　本発明の第１の態様によれば、固体撮像装置は、第１の光電変換部と周辺回路とを有し、前記第１の光電変換部は第１の厚さの第１の領域に配置され、前記周辺回路は第２の厚さの第２の領域に配置され、前記第１の光電変換部は第１の波長の光を信号に変換し、前記第２の厚さは前記第１の厚さよりも大きい第１の半導体基板と、第２の光電変換部を有し、前記第１の半導体基板に積層され、前記第２の光電変換部は第２の波長の光を信号に変換し、前記第２の波長は前記第１の波長よりも長い第２の半導体基板と、を有し、前記周辺回路は、前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部との少なくとも１つを含む画素の制御と、前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部との少なくとも１つで生成された信号の処理と、前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部との少なくとも１つで生成された信号を外部に出力する制御と、の少なくとも１つを行う。
　本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、前記周辺回路はトリプルウェル構造を含んでもよい。
　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２の半導体基板はさらに第３の光電変換部を有してもよい。前記第３の光電変換部は前記第２の光電変換部に対して、前記第２の半導体基板の厚さ方向に積層されてもよい。前記第３の光電変換部の重心と前記第１の半導体基板との距離は前記第２の光電変換部の重心と前記第２の半導体基板との距離よりも大きくてもよい。前記第３の光電変換部は第３の波長の光を信号に変換してもよい。前記第３の波長は前記第２の波長よりも長くてもよい。
　本発明の第４の態様によれば、第３の態様において、前記第１の波長の光は青の光を含んでもよい。前記第２の波長の光は緑の光を含んでもよい。前記第３の波長の光は赤の光を含んでもよい。
　本発明の第５の態様によれば、第１の態様において、前記周辺回路は、垂直走査回路と、列処理回路と、水平走査回路との少なくとも１つを含んでもよい。
　本発明の第６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の光電変換部は第１の厚さの第１の領域に配置され、周辺回路は第２の厚さの第２の領域に配置され、第２の厚さは第１の厚さよりも厚い。このため、周辺回路のノイズが低減し、周辺回路の構造の制約が低減する。
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における第１の基板の断面図である。 本発明の第１の実施形態の固体撮像装置における第２の基板の断面図である。 本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の回路構成を示すブロック図である。 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２の基板の断面図である。 本発明の第２の実施形態の固体撮像装置の断面図である。 本発明の第３の実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図である。 従来の固体撮像装置の断面図である。
　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１ａの構成を示している。図１では固体撮像装置１ａの断面が示されている。図１に示すように、固体撮像装置１ａは、第１の基板１０（第１の半導体基板）と、第２の基板２０（第２の半導体基板）と、マイクロレンズ３０１と、カラーフィルタ３０２と、カラーフィルタ３０３と、樹脂層３０４とを有する。第１の基板１０と、第２の基板２０とは積層されている。
　固体撮像装置１ａを構成する部分の寸法は、図１に示される寸法に従うわけではない。固体撮像装置１ａを構成する部分の寸法は任意であってよい。
　マイクロレンズ３０１は、第１の基板１０の表面に配置されている。図１では複数のマイクロレンズ３０１が存在するが、代表として１つのマイクロレンズ３０１の符号が示されている。固体撮像装置１ａの光学的前方に配置された撮像レンズを通過した、被写体からの光がマイクロレンズ３０１に入射する。マイクロレンズ３０１は、撮像レンズを透過した光を結像する。
　第１の基板１０は、第１の半導体層１００と、第１の配線層１１０とを有する。第１の半導体層１００と第１の配線層１１０とは、第１の基板１０の主面（基板の表面を構成する複数の面のうち最も広い面）を横切る方向（例えば、主面にほぼ垂直な方向）に重なっている。また、第１の半導体層１００と第１の配線層１１０とは互いに接触している。
　第１の半導体層１００は、第１の光電変換部１０１と、周辺回路１０２とを有する。図１では複数の第１の光電変換部１０１が存在するが、代表として１つの第１の光電変換部１０１の符号が示されている。また、図１では複数の周辺回路１０２が存在するが、代表として１つの周辺回路１０２の符号が示されている。第１の半導体層１００は、シリコン（Ｓｉ）等の半導体を含む材料で構成されている。第１の半導体層１００は、第１の配線層１１０と接触している第１の面を有する。第１の半導体層１００において第１の面と反対側の表面は、マイクロレンズ３０１と接触している。
　例えば、第１の光電変換部１０１は、第１の半導体層１００を構成する半導体材料とは不純物濃度が異なる半導体材料で構成されている。第１の光電変換部１０１は、第１の基板１０において第１の厚さの第１の領域Ａ１に形成されている。第１の領域Ａ１は、光を受光する画素が配置された領域である。第１の厚さは、マイクロレンズ３０１と接触している第１の半導体層１００の表面と、第１の配線層１１０と接触している第１の半導体層１００の第１の面との間の距離に等しい。
　マイクロレンズ３０１を透過した光は、第１の領域Ａ１における第１の半導体層１００に入射する。第１の領域Ａ１における第１の半導体層１００に入射した光は、第１の半導体層１００内を進んで第１の光電変換部１０１に入射する。第１の光電変換部１０１は第１の波長の光を信号に変換する。例えば、第１の波長は青（Ｂ）の光を含み、第１の光電変換部１０１は青の光を信号に変換する。
　周辺回路１０２は、第１の基板１０において第２の厚さの第２の領域Ａ２に形成されている。第２の厚さは、第１の半導体層１００の表面と、第１の配線層１１０と接触している第１の半導体層１００の第１の面との間の距離に等しい。第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２とは第１の半導体層１００に含まれる。第２の領域Ａ２の第２の厚さは第１の領域Ａ１の第１の厚さよりも大きい。
　第１の配線層１１０は、第１の配線１１１と、第１の層間絶縁膜１１２とを有する。また、第１の配線層１１０は、周辺回路１０２の一部である第１のゲート１０７と第２のゲート１０８とを有する。図１では複数の第１の配線１１１が存在するが、代表として１つの第１の配線１１１の符号が示されている。
　第１の配線１１１は、導電性を有する材料（例えば、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）等の金属）で構成されている。第１の配線層１１０は、第１の面と第２の面とを有する。第１の配線層１１０の第１の面は、カラーフィルタ３０２と、カラーフィルタ３０３と、樹脂層３０４と接触している。第１の配線層１１０の第１の面と反対側の第２の面は第１の半導体層１００と接触している。第１の配線層１１０の第１の面は第１の基板１０の主面を構成する。
　第１の配線１１１は、配線パターンが形成された薄膜である。第１の配線１１１は、第１の光電変換部１０１で生成された信号と、その他の信号（電源電圧、グランド電圧等）とを伝送する。１層のみの第１の配線１１１が形成されていてもよいし、複数層の第１の配線１１１が形成されていてもよい。図１に示す例では、４層の第１の配線１１１が形成されている。複数層の第１の配線１１１は、図示されていないビアによって接続されている。
　第１の配線層１１０において、第１の配線１１１と、第１のゲート１０７と、第２のゲート１０８と以外の部分は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）等で形成された第１の層間絶縁膜１１２で構成されている。
　カラーフィルタ３０２と、カラーフィルタ３０３と、樹脂層３０４とは、第１の基板１０と第２の基板２０との間に形成されている。図１では複数のカラーフィルタ３０２が存在するが、代表として１つのカラーフィルタ３０２の符号が示されている。また、図１では複数のカラーフィルタ３０３が存在するが、代表として１つのカラーフィルタ３０３の符号が示されている。
　カラーフィルタ３０２とカラーフィルタ３０３とは、第１の光電変換部１０１に対応する位置に形成されている。つまり、カラーフィルタ３０２とカラーフィルタ３０３とは、第１の光電変換部１０１を透過した光が入射する位置に形成されている。例えば、カラーフィルタ３０２は、入射した光のうち赤（Ｒ）の波長の光を透過させる。カラーフィルタ３０３は、入射した光のうち緑（Ｇ）の波長の光を透過させる。
　樹脂層３０４は、カラーフィルタ３０２とカラーフィルタ３０３との周辺に形成されている。樹脂層３０４は、第１の基板１０と第２の基板２０とを接着している。
　第２の基板２０は、第２の半導体層２００と、第２の配線層２１０とを有する。第２の半導体層２００と第２の配線層２１０とは、第２の基板２０の主面を横切る方向（例えば、主面にほぼ垂直な方向）に重なっている。また、第２の半導体層２００と第２の配線層２１０とは互いに接触している。
　第２の半導体層２００は、第２の光電変換部２０１を有する。図１では複数の第２の光電変換部２０１が存在するが、代表として１つの第２の光電変換部２０１の符号が示されている。第２の半導体層２００は、シリコン（Ｓｉ）等の半導体を含む材料で構成されている。例えば、第２の光電変換部２０１は、第２の半導体層２００を構成する半導体材料とは不純物濃度が異なる半導体材料で構成されている。第１の光電変換部１０１に対応する領域に第２の光電変換部２０１が形成されている。つまり、第２の光電変換部２０１は、第１の光電変換部１０１を透過した光が入射する位置に形成されている。第２の半導体層２００は、第１の面と第２の面とを有する。第２の半導体層２００の第１の面は第２の配線層２１０と接触している。第２の半導体層２００の第２の面は第２の基板２０の主面の１つを構成する。第２の光電変換部２０１は、第２の半導体層２００において、光が入射する第１の面の近傍に形成されている。
　第１の光電変換部１０１を透過した光は、第１の配線層１１０を透過し、カラーフィルタ３０２またはカラーフィルタ３０３に入射する。カラーフィルタ３０２またはカラーフィルタ３０３を透過した光は、第２の基板２０の第２の配線層２１０に入射する。第２の配線層２１０に入射した光は、第２の配線層２１０を透過し、第２の半導体層２００に入射する。第２の半導体層２００に入射した光は、第２の半導体層２００内を進んで第２の光電変換部２０１に入射する。第２の光電変換部２０１は、入射した光を信号に変換する。第１の波長よりも長い第２の波長の光が第２の光電変換部２０１に入射する。このため、第２の光電変換部２０１は、第１の波長よりも長い第２の波長の光を信号に変換する。例えば、第２の波長は赤または緑の光を含み、第２の光電変換部２０１は赤または緑の光を信号に変換する。
　第２の配線層２１０は、第２の配線２１１と、第２の層間絶縁膜２１２とを有する。図１では複数の第２の配線２１１が存在するが、代表として１つの第２の配線２１１の符号が示されている。
　第２の配線２１１は、導電性を有する材料（例えば、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）等の金属）で構成されている。第２の配線層２１０は、第１の面と第２の面とを有する。第２の配線層２１０の第１の面はカラーフィルタ３０２と、カラーフィルタ３０３と、樹脂層３０４と接触している。第２の配線層２１０の第１の面と反対側の第２の面は第２の半導体層２００と接触している。第２の配線層２１０の第１の面は第２の基板２０の主面の１つを構成する。
　第２の配線２１１は、配線パターンが形成された薄膜である。第２の配線２１１は、第２の光電変換部２０１で生成された信号と、その他の信号（電源電圧、グランド電圧等）とを伝送する。１層のみの第２の配線２１１が形成されていてもよいし、複数層の第２の配線２１１が形成されていてもよい。図１に示す例では、４層の第２の配線２１１が形成されている。複数層の第２の配線２１１は、図示されていないビアによって接続されている。
　第１の基板１０と第２の基板２０とは、第１の基板１０の第１の配線層１１０と第２の基板２０の第２の配線層２１０とが向かい合った状態で積層されている。第１の基板１０と第２の基板２０とは、電気的に接続されている。
　周辺回路１０２の構造を説明する。周辺回路１０２は、トリプルウェル構造を含む。周辺回路１０２は、第１のウェル１０３と、第２のウェル１０４と、第１のウェル１０３に形成された第１の領域１０５ａおよび第１の領域１０５ｂと、第２のウェル１０４に形成された第２の領域１０６ａおよび第２の領域１０６ｂと、第１のゲート１０７と、第２のゲート１０８とを有する。
　例えば、第１の半導体層１００がＰ型のシリコンで構成される場合、第１のウェル１０３はＮ型のシリコンで構成され、第２のウェル１０４はＰ型のシリコンで構成される。例えば、第１の領域１０５ａと第１の領域１０５ｂとは、不純物濃度が高いＰ型のシリコンで構成される。例えば、第２の領域１０６ａと第２の領域１０６ｂとは、不純物濃度が高いＮ型のシリコンで構成される。
　第１のウェル１０３は第１の配線層１１０と接触している。第１の領域１０５ａと第１の領域１０５ｂとは、第１のウェル１０３内に形成されている。第１の領域１０５ａと第１の領域１０５ｂとは第１の配線層１１０と接触している。
　第２のウェル１０４は第１のウェル１０３内に形成されている。第２のウェル１０４は第１の配線層１１０と接触している。第２の領域１０６ａと第２の領域１０６ｂとは、第２のウェル１０４内に形成されている。第２の領域１０６ａと第２の領域１０６ｂとは第１の配線層１１０と接触している。第１のウェル１０３と、第２のウェル１０４と、第２の領域１０６ａと、第２の領域１０６ｂとは、トリプルウェル構造を構成する。
　第１のゲート１０７と第２のゲート１０８とは、第１の配線層１１０に形成されている。第１の領域１０５ａと、第１の領域１０５ｂと、第１のゲート１０７とはトランジスタを構成する。第１の領域１０５ａと第１の領域１０５ｂとの一方がソースであり、第１の領域１０５ａと第１の領域１０５ｂとの他方がドレインである。第２の領域１０６ａと、第２の領域１０６ｂと、第２のゲート１０８とはトランジスタを構成する。第２の領域１０６ａと第２の領域１０６ｂとの一方がソースであり、第２の領域１０６ａと第２の領域１０６ｂとの他方がドレインである。
　周辺回路１０２は、第１の光電変換部１０１と第２の光電変換部２０１との少なくとも１つを含む画素の制御と、第１の光電変換部１０１と第２の光電変換部２０１との少なくとも１つで生成された信号の処理と、第１の光電変換部１０１と第２の光電変換部２０１との少なくとも１つで生成された信号を外部に出力する制御との少なくとも１つを行う。
　第１の半導体層１００において、周辺回路１０２が形成された第２の領域Ａ２の第２の厚さは、第１の光電変換部１０１が形成された第１の領域Ａ１の第１の厚さよりも大きい。例えば、第１の光電変換部１０１が、青の光に対応する信号を取得する場合、第１の領域Ａ１の第１の厚さは０．５μｍ程度である。また、トリプルウェル構造を有する第２の領域Ａ２の第２の厚さは少なくとも１．５μｍである。第２の領域Ａ２の第２の厚さが第１の領域Ａ１の第１の厚さよりも大きいため、周辺回路１０２のノイズが低減する。また、第２の領域Ａ２を厚く形成することが可能であるため、周辺回路１０２の構造の制約が低減する。
　図２は、第１の光電変換部１０１の配列を示している。図２では、第１の基板１０の主面に平行な第１の基板１０の断面が示されている。図２に示すように、第１の基板１０は、複数の第１の光電変換部１０１を有する。図２では代表として１つの第１の光電変換部１０１の符号が示されている。複数の第１の光電変換部１０１は行列状に配置されている。複数の第１の光電変換部１０１は、青（Ｂ）の光を信号に変換する。
　周辺回路１０２は複数の第１の光電変換部１０１の周辺に形成されている。つまり、周辺回路１０２は、複数の第１の光電変換部１０１の配列の外側に形成されている。
　図３は、第２の光電変換部２０１の配列を示している。図３では、第２の基板２０の主面に平行な第２の基板２０の断面が示されている。図３に示すように、第２の基板２０は、複数の第２の光電変換部２０１を有する。図３では代表として１つの第２の光電変換部２０１の符号が示されている。複数の第２の光電変換部２０１は行列状に配置されている。赤（Ｒ）の光を信号に変換する第２の光電変換部２０１と、緑（Ｇ）の光を信号に変換する第２の光電変換部２０１とが行方向と列方向とに交互に配置されている。
　図４は、固体撮像装置１ａの回路構成を示している。図４に示すように、固体撮像装置１ａは、画素部Ｃ２００（画素アレイ）と、垂直走査回路Ｃ３００と、列処理回路Ｃ３５０と、水平走査回路Ｃ４００と、出力アンプＣ４１０と、制御回路Ｃ５００とを有する。図４に示す各回路要素の配置位置は実際の配置位置と必ずしも一致しない。
　画素部Ｃ２００は、２次元の行列状に配列された複数の画素Ｃ１００と、複数の画素Ｃ１００の配列の列毎に設けられた電流源Ｃ１３０とを有する。図４では複数の画素Ｃ１００が存在するが、代表として１つの画素Ｃ１００の符号が示されている。また、図４では複数の電流源Ｃ１３０が存在するが、代表として１つの電流源Ｃ１３０の符号が示されている。複数の画素Ｃ１００は、複数の第１の光電変換部１０１と複数の第２の光電変換部２０１とを有する。１つの画素Ｃ１００は、第１の光電変換部１０１と第２の光電変換部２０１との少なくとも１つを有する。例えば、第１の光電変換部１０１と第２の光電変換部２０１とは同じ画素Ｃ１００に含まれる。あるいは、第１の光電変換部１０１は第１の基板１０の画素Ｃ１００に含まれ、第２の光電変換部２０１は第２の基板２０の画素Ｃ１００に含まれる。
　垂直走査回路Ｃ３００は、複数の画素Ｃ１００の配列の行単位で画素部Ｃ２００の駆動制御を行う。この駆動制御を行うために、垂直走査回路Ｃ３００は、行数と同じ数の単位回路Ｃ３０１を有する。各単位回路Ｃ３０１は、１行分の画素Ｃ１００を制御するための制御信号を信号線Ｃ１１０に出力する。
　信号線Ｃ１１０は、複数の画素Ｃ１００の配列の行毎に配置されている。図４では複数の信号線Ｃ１１０が存在するが、代表として１つの信号線Ｃ１１０の符号が示されている。信号線Ｃ１１０は画素Ｃ１００に接続されている。信号線Ｃ１１０は、単位回路Ｃ３０１から出力された制御信号を画素Ｃ１００に供給する。図４では、信号線Ｃ１１０が１本の線で表現されているが、各信号線Ｃ１１０は複数の信号線を含む。制御信号により選択された行の画素Ｃ１００の信号は、垂直信号線Ｃ１２０に出力される。
　垂直信号線Ｃ１２０は、複数の画素Ｃ１００の配列の列毎に配置されている。図４では複数の垂直信号線Ｃ１２０が存在するが、代表として１つの垂直信号線Ｃ１２０の符号が示されている。垂直信号線Ｃ１２０は画素Ｃ１００に接続されている。垂直信号線Ｃ１２０は、画素Ｃ１００から出力された画素信号を列処理回路Ｃ３５０に供給する。
　電流源Ｃ１３０は垂直信号線Ｃ１２０に接続されている。電流源Ｃ１３０は、画素信号の読み出しに必要な電流を出力する。列処理回路Ｃ３５０は、垂直信号線Ｃ１２０に出力された画素信号に対してノイズ抑圧などの信号処理を行う。図４では複数の列処理回路Ｃ３５０が存在するが、代表として１つの列処理回路Ｃ３５０の符号が示されている。水平走査回路Ｃ４００は、列処理回路Ｃ３５０によって処理された１行分の画素Ｃ１００の画素信号を時系列に出力アンプＣ４１０に出力する。出力アンプＣ４１０は、水平走査回路Ｃ４００から出力された画素信号を増幅する。また、出力アンプＣ４１０は、画素信号を固体撮像装置１ａの外部に出力する。制御回路Ｃ５００は、垂直走査回路Ｃ３００と、列処理回路Ｃ３５０と、水平走査回路Ｃ４００とを制御することによって、画素信号の読み出しを制御する。
　周辺回路１０２は、垂直走査回路Ｃ３００と、列処理回路Ｃ３５０と、水平走査回路Ｃ４００との少なくとも１つを含む。垂直走査回路Ｃ３００は、画素Ｃ１００の制御を行う。列処理回路Ｃ３５０は、第１の光電変換部１０１と第２の光電変換部２０１との少なくとも１つで生成された信号すなわち画素信号の処理を行う。水平走査回路Ｃ４００は、第１の光電変換部１０１と第２の光電変換部２０１との少なくとも１つで生成された信号すなわち画素信号を固体撮像装置１ａの外部に出力する制御を行う。
　（変形例）
　図５は、第１の実施形態の変形例における第２の光電変換部２０１の配列を示している。図５では、第２の基板２０の主面に平行な第２の基板２０の断面が示されている。図５に示すように、第２の基板２０は、複数の第２の光電変換部２０１を有する。図５では代表として１つの第２の光電変換部２０１の符号が示されている。複数の第２の光電変換部２０１は行列状に配置されている。一部の行と列とでは、赤（Ｒ）の光を信号に変換する第２の光電変換部２０１と、緑（Ｇ）の光を信号に変換する第２の光電変換部２０１とが交互に配置されている。他の一部の行と列とでは、緑（Ｇ）の光を信号に変換する第２の光電変換部２０１のみが配置されている。図５では、緑（Ｇ）の光を信号に変換する第２の光電変換部２０１の数が、赤（Ｒ）の光を信号に変換する第２の光電変換部２０１の数よりも多い。このため、緑に対応する画素の解像度が上がる。
　本発明の各態様の固体撮像装置は、第１の配線層１１０と、第２の配線層２１０と、マイクロレンズ３０１と、カラーフィルタ３０２と、カラーフィルタ３０３と、樹脂層３０４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１の実施形態によれば、第１の半導体基板（第１の基板１０）と、第２の半導体基板（第２の基板２０）と、を有する固体撮像装置１ａが構成される。第１の半導体基板は、第１の光電変換部１０１と周辺回路１０２とを有する。第１の光電変換部１０１は第１の厚さの第１の領域Ａ１に配置され、周辺回路１０２は第２の厚さの第２の領域Ａ２に配置されている。第１の光電変換部１０１は第１の波長の光を信号に変換する。第２の厚さは第１の厚さよりも大きい。第２の半導体基板は、第２の光電変換部２０１を有する。第２の半導体基板は、第１の半導体基板に積層されている。第２の光電変換部２０１は第２の波長の光を信号に変換する。第２の波長は第１の波長よりも長い。周辺回路１０２は、第１の光電変換部１０１と第２の光電変換部２０１との少なくとも１つを含む画素Ｃ１００の制御と、第１の光電変換部１０１と第２の光電変換部２０１との少なくとも１つで生成された信号の処理と、第１の光電変換部１０１と第２の光電変換部２０１との少なくとも１つで生成された信号を外部に出力する制御と、の少なくとも１つを行う。
　第１の実施形態では、第１の光電変換部１０１は第１の厚さの第１の領域Ａ１に配置され、周辺回路１０２は第２の厚さの第２の領域Ａ２に配置され、第２の厚さは第１の厚さよりも厚い。このため、周辺回路１０２のノイズが低減し、周辺回路１０２の構造の制約が低減する。
　（第２の実施形態）
　図６は、本発明の第２の実施形態の固体撮像装置１ｂの構成を示している。図６では固体撮像装置１ｂの断面が示されている。図６に示すように、固体撮像装置１ｂは、第１の基板１０（第１の半導体基板）と、第１の基板１０に積層された第２の基板２０（第２の半導体基板）と、マイクロレンズ３０１とを有する。
　図６に示す構成について、図１に示す構成と異なる点を説明する。
　カラーフィルタ３０２と、カラーフィルタ３０３と、樹脂層３０４とは固体撮像装置１ｂに配置されていない。
　第２の半導体層２００は、第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２とを有する。図６では複数の第２の光電変換部２０１が存在するが、代表として１つの第２の光電変換部２０１の符号が示されている。また、図６では複数の第３の光電変換部２０２が存在するが、代表として１つの第３の光電変換部２０２の符号が示されている。例えば、第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２とは、第２の半導体層２００を構成する半導体材料とは不純物濃度が異なる半導体材料で構成されている。第１の光電変換部１０１に対応する領域に第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２とが形成されている。つまり、第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２とは、第１の光電変換部１０１を透過した光が入射する位置に形成されている。第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２とは、第２の半導体層２００において、光が入射する第１の面の近傍に形成されている。
　第３の光電変換部２０２は第２の光電変換部２０１に対して、第２の基板２０の厚さ方向に積層されている。第３の光電変換部２０２の重心と第１の基板１０との距離は、第２の光電変換部２０１の重心と第１の基板１０との距離よりも大きい。つまり、第２の光電変換部２０１は第３の光電変換部２０２よりも第１の基板１０に近い位置に配置されている。第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２とは、第２の基板２０の主面に垂直な方向に重なる。第２の光電変換部２０１は第２の波長の光を信号に変換する。第３の光電変換部２０２は第３の波長の光を信号に変換する。第３の波長は第２の波長よりも長い。
　第１の光電変換部１０１は第１の波長の光を信号に変換する。例えば、第１の波長は青（Ｂ）の光を含み、第１の光電変換部１０１は青の光を信号に変換する。第１の光電変換部１０１を透過した光は、第１の配線層１１０と第２の配線層２１０とを透過した後、第２の半導体層２００に入射する。第２の半導体層２００に入射した光は、第２の半導体層２００内を進んで第２の光電変換部２０１に入射する。第１の波長よりも長い第２の波長の光が第２の光電変換部２０１に入射する。このため、第２の光電変換部２０１は、第１の波長よりも長い第２の波長の光を信号に変換する。例えば、第２の波長は緑の光を含み、第２の光電変換部２０１は緑の光を信号に変換する。
　第２の光電変換部２０１を透過した光は第３の光電変換部２０２に入射する。第２の波長よりも長い第３の波長の光が第３の光電変換部２０２に入射する。このため、第３の光電変換部２０２は、第２の波長よりも長い第３の波長の光を信号に変換する。例えば、第３の波長は赤の光を含み、第３の光電変換部２０２は赤の光を信号に変換する。
　上記以外の点については、図６に示す構成は図１に示す構成と同様である。
　第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２とが第２の基板２０の主面に垂直な方向に並んでいるため、第２の波長の光と第３の波長の光とを分離できる。このため、第２の実施形態では、カラーフィルタ３０２とカラーフィルタ３０３とが不要である。
　また、第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２とが第２の基板２０の主面に垂直な方向に並んでいるため、第２の波長の光を受光する画素の数と、第３の波長の光を受光する画素の数とが第１の実施形態よりも多くなりうる。このため、第２の実施形態では、第１の実施形態よりも画素の解像度が上がる。
（第３の実施形態）
　図７は、本発明の第３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７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１ａと第２の実施形態の固体撮像装置１ｂとのいずれか１つである。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。
　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３の実施形態によれば、固体撮像装置１を有する撮像装置７が構成される。固体撮像装置１において、第１の光電変換部１０１は第１の厚さの第１の領域Ａ１に配置され、周辺回路１０２は第２の厚さの第２の領域Ａ２に配置され、第２の厚さは第１の厚さよりも厚い。このため、周辺回路１０２のノイズが低減し、周辺回路１０２の構造の制約が低減する。
　以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
　本発明の各実施形態によれば、第１の光電変換部は第１の厚さの第１の領域に配置され、周辺回路は第２の厚さの第２の領域に配置され、第２の厚さは第１の厚さよりも厚い。このため、周辺回路のノイズが低減する。
　１，１ａ，１ｂ，１０００　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
　１０，７０　第１の基板
　２０，８０　第２の基板
　１００，７００　第１の半導体層
　１０１，７０１　第１の光電変換部
　１０２　周辺回路
　１０３　第１のウェル
　１０４　第２のウェル
　１０５ａ，１０５ｂ，Ａ１　第１の領域
　１０６ａ，１０６ｂ，Ａ２　第２の領域
　１０７　第１のゲート
　１０８　第２のゲート
　１１０，７１０　第１の配線層
　１１１，７１１　第１の配線
　１１２，７１２　第１の層間絶縁膜
　２００，８００　第２の半導体層
　２０１，８０１　第２の光電変換部
　２０２　第３の光電変換部
　２１０，８１０　第２の配線層
　２１１，８１１　第２の配線
　２１２，８１２　第２の層間絶縁膜
　３０１，９０１　マイクロレンズ
　３０２，３０３，９０２　カラーフィルタ
　３０４　樹脂層

Claims (6)

  1. 　第１の光電変換部と周辺回路とを有し、前記第１の光電変換部は第１の厚さの第１の領域に配置され、前記周辺回路は第２の厚さの第２の領域に配置され、前記第１の光電変換部は第１の波長の光を信号に変換し、前記第２の厚さは前記第１の厚さよりも大きい第１の半導体基板と、
    　第２の光電変換部を有し、前記第１の半導体基板に積層され、前記第２の光電変換部は第２の波長の光を信号に変換し、前記第２の波長は前記第１の波長よりも長い第２の半導体基板と、
    　を有し、
    　前記周辺回路は、前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部との少なくとも１つを含む画素の制御と、前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部との少なくとも１つで生成された信号の処理と、前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部との少なくとも１つで生成された信号を外部に出力する制御と、の少なくとも１つを行う
    　固体撮像装置。
  2. 　前記周辺回路はトリプルウェル構造を含む請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 　前記第２の半導体基板はさらに第３の光電変換部を有し、
    　前記第３の光電変換部は前記第２の光電変換部に対して、前記第２の半導体基板の厚さ方向に積層され、
    　前記第３の光電変換部の重心と前記第１の半導体基板との距離は前記第２の光電変換部の重心と前記第２の半導体基板との距離よりも大きく、
    　前記第３の光電変換部は第３の波長の光を信号に変換し、
    　前記第３の波長は前記第２の波長よりも長い
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  4. 　前記第１の波長の光は青の光を含み、
    　前記第２の波長の光は緑の光を含み、
    　前記第３の波長の光は赤の光を含む
    　請求項３に記載の固体撮像装置。
  5. 　前記周辺回路は、垂直走査回路と、列処理回路と、水平走査回路との少なくとも１つを含む請求項１に記載の固体撮像装置。
  6. 　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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