WO2021066069A1 - 撮像素子及び撮像装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an image pickup device and an image pickup device.
- Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-128187
- heat is generated in the signal processing circuit in order to process the signal output from the pixel.
- a first layer having a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts light to generate an electric charge and a signal that is laminated with the first layer and is based on the electric charge generated by the photoelectric conversion unit are processed.
- an image pickup device including a third layer having a thermal conductivity layer having a thermal conductivity higher than that of an insulating layer.
- an image pickup device including the image pickup device of the first aspect is provided.
- FIG. 1 is a diagram showing an outline of the image pickup device 10 according to the present embodiment.
- the image sensor 10 generates image data based on the light incident from the subject.
- the image pickup device 10 has a laminated structure in which the first layer 100, the second layer 200, and the third layer 300 are laminated.
- FIG. 1 is a diagram for explaining the positional relationship of each layer in the image sensor 10 and the outline of the processing in each layer. Some members of each layer, for example, a wiring layer for joining the layers, wiring provided in the wiring layer, and the like shall be described with reference to a cross-sectional view of the image pickup device 10 shown in FIG. Omitted for brevity.
- the first layer 100 has pixels that output a signal generated based on the incident light.
- a plurality of pixels are provided on the first layer 100 and are arranged along the matrix direction.
- Each pixel has a photoelectric conversion unit 102, a transfer unit, a floating diffusion (FD), a reset unit, and an output unit, which will be described later.
- the pixel may have a configuration in which a plurality of photoelectric conversion units share the FD, the reset unit, and the output unit.
- the photoelectric conversion unit 102 photoelectrically converts the incident light to generate an electric charge.
- the photoelectric conversion unit 102 is, for example, a photoelectric conversion element such as a photodiode.
- the plurality of photoelectric conversion units 102 are provided on the first substrate 110 and are arranged along the matrix direction.
- the transfer unit is composed of a transfer transistor, and transfers the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 102 to the FD.
- the FD accumulates (holds) the electric charge transferred to the FD and converts it into a voltage divided by the capacitance value.
- the FD is a storage unit and stores the electric charge generated by the photoelectric conversion unit 102.
- the output unit has an amplification unit and a selection unit.
- the amplification unit is composed of an amplification transistor whose gate (terminal) is connected to the FD, and outputs a signal due to the electric charge accumulated in the FD.
- a power supply voltage is supplied to the drain (terminal) of the amplification transistor.
- the source (terminal) of the amplification transistor is connected to the signal line via the selection unit.
- the amplification transistor functions as part of the source follower circuit.
- the amplification unit and the selection unit constitute an output unit that generates and outputs a signal based on the electric charge generated by the photoelectric conversion unit 102.
- the reset unit is composed of a reset transistor and electrically connects or disconnects the FD and the power supply voltage.
- the reset unit resets the electric charge accumulated in the FD.
- the reset unit discharges the electric charge accumulated in the FD and resets the voltage of the FD.
- the selection unit is composed of a selection transistor, and electrically connects or disconnects the amplification unit and the signal line. When the selection transistor is in the ON state, the selection transistor outputs a signal from the amplification unit to the signal line.
- the transfer transistor, amplification transistor, selection transistor, and reset transistor are included in the transistor 105 described later.
- the second layer 200 has a signal processing unit for processing the signal output from the pixels provided in the first layer 100, and a control unit for controlling the pixels.
- the second layer 200 has a plurality of signal processing circuits 202 provided on the second substrate 210 as a signal processing unit.
- the signal processing circuit 202 is an example of the first circuit.
- the second layer 200 has a plurality of control circuits provided on the second substrate 210 as a control unit.
- the signal processing circuit 202 and the control circuit are provided for each photoelectric conversion unit 102.
- the signal processing circuit 202 and the control circuit may be provided for each of the plurality of photoelectric conversion units 102.
- the signal processing circuit 202 of this example has an AD conversion unit and the like.
- the AD conversion unit included in each signal processing circuit 202 converts the analog signal output from the pixels into a digital signal.
- the signal processing circuit 202 outputs the converted digital signal.
- the control circuit controls the start and end of light reception by the photoelectric conversion unit 102 by controlling the pixels (transfer unit, reset unit, selection unit).
- the third layer 300 has an image processing unit that processes the signal output from the signal processing circuit provided in the second layer 200.
- the third layer 300 has an image processing circuit 302 provided on the third substrate 310 as an image processing unit.
- the image processing circuit 302 is an example of the second circuit.
- the image processing circuit 302 of this example is provided for each of the plurality of signal processing circuits 202 and the control circuit, and is connected to each signal processing circuit 202 and the control circuit by a bus.
- the image processing circuit 302 processes the signal output from the signal processing circuit 202 to generate a signal, image data, or the like for controlling pixels (transfer unit, reset unit, selection unit).
- the signal for controlling the pixels generated by the image processing circuit 302 is transmitted to the control circuit of the second layer 200.
- the image data or the like generated by the image processing circuit 302 is transmitted to the first layer 100, and is output from the first layer 100 or the third layer 300 to the outside of the image sensor 10.
- the image processing circuit 302 may be provided for each signal processing circuit 202 and the control circuit.
- FIG. 2 is a diagram showing an example of a cross section of the image pickup device 10 according to the present embodiment in the XX direction.
- the back-illuminated image sensor 10 is shown, but the image sensor 10 is not limited to the back-illuminated image sensor 10.
- the image pickup device 10 of this example includes a first layer 100, a second layer 200, and a third layer 300. As shown in the figure, the light from the subject is incident in the direction indicated by the white arrow (the negative direction of the Z axis in the drawing).
- the surface of the first layer 100 on the side where light is incident (the Z-axis positive side in the figure) is referred to as a front surface, and the surface on the opposite side (Z-axis negative side in the figure) is the back surface. It may be called.
- the X-axis and Y-axis are orthogonal to each other, and the Z-axis is orthogonal to the XY plane.
- the direction parallel to the Z axis may be referred to as the stacking direction of the image sensor 10.
- the terms "up” and “down” are not limited to the up and down directions in the direction of gravity. These terms refer to the direction relative to the Z axis.
- the first layer 100 is a back-illuminated CMOS image sensor.
- the first layer 100 has a first substrate 110 and a first wiring layer 120.
- the first substrate 110 is provided on the Z-axis positive side of the first wiring layer 120.
- the first substrate 110 is arranged two-dimensionally and has a plurality of photoelectric conversion units 102 that accumulate electric charges based on incident light, and a plurality of transistors 105.
- a plurality of color filters 104 are provided on the positive side of the Z-axis with respect to the first substrate 110 via the passivation film 103.
- the color filter 104 is an optical filter that transmits light in a specific wavelength region.
- the plurality of color filters 104 transmit light in different wavelength regions and are provided in a specific arrangement (for example, a Bayer arrangement).
- a microlens 101 is provided on the positive side of the Z axis with respect to the color filter 104.
- the microlens 101 is provided for each photoelectric conversion unit 102, and collects the incident light on the photoelectric conversion unit 102.
- the first wiring layer 120 is provided on the second layer 200 side (Z-axis negative side in the drawing) with respect to the first substrate 110.
- the first wiring layer 120 has a plurality of wirings 180 made of a conductor film (metal film), a plurality of connecting portions 190, and an insulating film (insulating layer).
- the first wiring layer 120 is a wiring that is electrically connected to a power source, a circuit, or the like, a wiring that transmits a signal from the first layer 100 (pixels) to the second layer 200, and a first signal from the second layer 200. It has a plurality of wirings 180 of wirings to be transmitted to the layer 100 (pixels).
- the first wiring layer 120 may have multiple layers, and a passive element and an active element may be provided.
- connection portion 190 is provided on the surface (the surface on the negative side of the Z axis) of the first wiring layer 120 and is connected to the wiring 180. Further, as will be described later, the connecting portion 190 is also used to assist the connection between the layers.
- the connecting portion 190 is, for example, a bump, a pad, an electrode, or the like, and is made of a conductive material such as copper.
- the connecting portion may be made of gold, silver, or aluminum.
- An insulating layer (insulating film) is formed between the plurality of wirings 180 and between the plurality of connecting portions 190.
- the second layer 200 has a second substrate 210 provided with a signal processing circuit 202 and a control circuit, a second wiring layer 220, and a wiring layer 230.
- the second wiring layer 220 is provided on the first layer 100 side (Z-axis positive side in the drawing) with respect to the second substrate 210.
- the wiring layer 230 is provided on the third layer 300 side (Z-axis negative side in the drawing) with respect to the second substrate 210, and is provided between the second substrate 210 and the third layer 300.
- the second layer 200 includes a plurality of wirings 180 provided in the second wiring layer 220, a plurality of connection portions 190 provided in the second wiring layer 220 and the wiring layer 230, and a second layer 200. It has two wiring layers 220 and an insulating film (insulating layer) provided on the wiring layer 230.
- the second wiring layer 220 transmits the signal from the first layer 100 (pixels) to the signal processing circuit 202 in order to electrically connect to the power supply or the circuit, and thus transmits the signal from the control circuit to the first layer 100 (the first layer 100 (pixels). It has a plurality of wires 180 and a connection 190 for transmission to the pixels).
- the wiring 180 and the connection portion 190 may be further provided on the wiring layer 230.
- the second layer 200 further has TSVs (Through Silicon Vias) 106 that connect circuits provided on the front and back surfaces to each other.
- the TSV 106 is preferably provided in the peripheral region.
- the TSV 106 transmits the image data or the like generated by the image processing circuit 302 to the first layer 100.
- the TSV 106 may also be provided in the first layer 100 and the third layer 300.
- the signal processing circuit 202 and the control circuit are provided for each pixel having the photoelectric conversion unit 102 or for each block composed of a plurality of pixels.
- the signal line for transmitting the signal from the pixel to the AD conversion unit of the signal processing circuit 202 and the control line for transmitting the signal from the control circuit to the pixel are the photoelectric conversion unit 102 and the signal processing circuit. It is provided between the 202 and the control circuit.
- the signal processing circuit 202 can read the signal for each pixel or each block of pixels, and the control circuit can control each pixel or each block of pixels.
- the third layer 300 has a third substrate 310 provided with an image processing circuit 302 and a third wiring layer 320.
- the third wiring layer 320 is provided between the third substrate 310 and the second layer 200.
- the third layer 300 has a wiring 180 provided in the third wiring layer 320, a plurality of connecting portions 190, and an insulating film (insulating layer). Since the third wiring layer 320 is electrically connected to a power source or a circuit or the like, the signal from the signal processing circuit 202 is transmitted to the image processing circuit 302, so that the signal from the image processing circuit 302 is controlled by the second layer 200. It has a plurality of wires 180 and connections 190 for transmission to the circuit.
- the first layer 100, the second layer 200, and the third layer 300 are laminated by electrically connecting the connection portions 190 provided in each layer and joining the wiring layers (insulating layers) of each layer. Has been done.
- the laminated surface 150 is formed by the Z-axis negative side surface of the first wiring layer 120 and the Z-axis positive side surface of the second wiring layer 220. ..
- the laminated surface 160 is formed by the Z-axis negative side surface of the wiring layer 230 and the Z-axis positive side surface of the third wiring layer 320.
- a plurality of connecting portions 190 are arranged on the laminated surface 150 and the laminated surface 160. Specifically, the corresponding connecting portions 190 are aligned with each other, and the two layers are laminated so that the aligned connecting portions are electrically connected.
- the first layer 100, the second layer 200, and the third layer 300 are laminated in the state of the wafer before being chipped, and are formed (individualized) by dicing the laminated wafer.
- the surface on which the wafers are laminated is scanned with plasma by an activator to activate it.
- Wafers whose laminated surfaces are activated are bonded by hydrogen bonds, van der Waals bonds, covalent bonds, etc. generated by contact to form a laminated substrate.
- a covalent bond is formed between the wafers by forming the laminated substrate and then heating the laminated substrate with a heating device such as an annealing furnace.
- the activation of the wafer means at least one of the surfaces to which the wafers are laminated so that hydrogen bonds, van der Waals bonds, covalent bonds, etc. are formed by contact and are bonded in a solid phase without melting.
- activation involves promoting bonding by forming dangling bonds (unbonded hands) on the laminated surfaces of the wafer.
- the activator excites oxygen gas, which is a processing gas, into plasma under a reduced pressure atmosphere, and irradiates the surface on which oxygen ions are laminated.
- oxygen gas which is a processing gas
- the wafer is a silicon substrate on which an oxide film such as SiO is formed
- the bond of SiO on the laminated surface is broken by irradiation with oxygen ions, and Si and O dangling bonds are formed.
- the substrate surface on which the dangling bond is formed When the laminated surface on which the dangling bond is formed is exposed to the atmosphere, for example, the moisture in the air binds to the dangling bond, the substrate surface is covered with hydroxyl groups (OH groups), and the substrate surface is bonded to water molecules to be hydrophilic. It becomes easy to change. That is, activation promotes hydrophilicization of the laminated surface. Further, in solid phase bonding, the presence of impurities such as oxides and defects on the laminated surface affect the bonding strength, so the activation may include cleaning the laminated surface.
- OH groups hydroxyl groups
- activation of the wafer may include hydrophilization of the laminated surface by applying pure water or the like to the surface to be laminated using a hydrophilic device. Due to the hydrophilicity, the laminated surface of the wafer becomes a state in which OH groups are attached, that is, a state in which the wafer is terminated by OH groups.
- connection portions provided on each of the laminated surfaces of the wafer are integrated and electrically connected.
- the connecting portion is formed of a conductive material such as copper
- the aligned connecting portion is expanded by heat treatment and pressure-welded, and is joined by solid phase diffusion.
- a pixel having a photoelectric conversion unit, an AD conversion unit, a control unit, and the like are provided on the same substrate.
- the AD conversion unit, the control unit, and the like are provided in the area around the area in which the plurality of pixels are provided.
- the image sensor 10 according to the present embodiment has a laminated structure, and a pixel having a photoelectric conversion unit 102 is provided on the first layer 100, and a signal processing circuit 202 having an AD conversion unit and a control circuit are provided on the second layer 200. ..
- the signal processing circuit 202 reads out a signal for each pixel having the photoelectric conversion unit 102 or for each block composed of a plurality of pixels.
- the control circuit controls the pixels for each pixel having the photoelectric conversion unit 102 or for each block composed of a plurality of pixels.
- the image sensor 10 realizes faster signal processing than the conventional image sensor.
- the image sensor 10 since the image sensor 10 has more signal processing circuits 202 and control circuits than the conventional image sensor, the amount of heat generated by the signal processing circuit 202 and the control circuit increases as compared with the conventional image sensor. In particular, the amount of heat generated by the signal processing circuit 202 increases as compared with the conventional image sensor.
- an image processing unit for image processing a signal output from an image sensor has been provided separately from the image sensor.
- a third layer 300 having an image processing circuit 302 is laminated as an image processing unit.
- the image processing circuit 302 processes signals for each signal processing circuit 202 or for each block composed of a plurality of signal processing circuits 202.
- the image sensor 10 realizes faster image processing than the conventional image sensor.
- the image sensor 10 is provided with the image processing circuit 302, the amount of heat generated is further increased as compared with the conventional image sensor.
- the heat generated in the signal processing circuit 202 and the image processing circuit 302 is transferred to the first layer 100.
- the temperature of the pixels photoelectric conversion unit 102, FD, transfer unit, output unit
- noise such as dark current and shot noise is likely to occur. This increases the noise contained in the signal generated by the pixel. The increased noise causes deterioration of image quality.
- the image sensor 10 it is necessary to release the heat generated by the signal processing circuit 202 and the image processing circuit 302 to the outside.
- the heat conductive layer is provided on the third wiring layer 320.
- the heat conductive layer has a higher thermal conductivity than the insulating layer of the third wiring layer 320.
- the heat conductive layer is formed of, for example, copper.
- the heat conductive layer may be formed of gold, silver, or aluminum.
- the heat conductive layer of this example may be the heat conductive layer 410 formed in the same process as the wiring 180.
- the wiring 180 is electrically connected to the power supply or circuit or the like
- the heat conductive layer 410 is not electrically connected to the power supply or circuit or the like.
- the heat conductive layer 410 is shown as a multi-layer in FIG. 2, it may be a single layer.
- the heat generated by the image processing circuit 302 provided on the third substrate 310 is transferred to the heat conductive layer 410 provided on the third wiring layer 320.
- the heat transferred to the heat conductive layer 410 is released to the outside through the heat conductive layer 410. That is, the heat conductive layer 410 promotes heat dissipation of the heat generated in the image processing circuit 302. In this way, it is possible to suppress the heat generated in the image processing circuit 302 from being transferred to the first layer 100.
- the heat conductive layer 410 is provided in the third layer 300 in FIG. 2, it may be provided in the second layer 200. Further, it may be provided in the second layer 200 and the third layer 300.
- the wiring layer 230 is provided with a heat conductive layer 410 having a thermal conductivity higher than that of the wiring layer 230.
- the heat generated by the signal processing circuit 202 provided on the second substrate 210 is transferred to the heat conductive layer 410 provided on the wiring layer 230.
- the heat transferred to the heat conductive layer 410 is released to the outside through the heat conductive layer 410.
- the heat conductive layer 410 promotes heat dissipation of heat generated in the signal processing circuit 202.
- the heat conductive layer 410 is provided on the third layer 300 side (Z-axis negative side) of the second substrate 210, it is possible to suppress the heat generated in the signal processing circuit 202 from being transferred to the first layer 100.
- FIG. 3 is a diagram showing an example of a cross section of the image pickup device 10 according to the present embodiment in the XX direction.
- the same reference numerals are given to the elements common to those in FIG. 2, and the description thereof will be omitted.
- the heat conductive layer of this example is the first heat conductive layer 412 provided in the third wiring layer 320 and the third wiring layer 320 on the second layer 200 side (Z-axis positive side) of the first heat conductive layer 412. ), And has a second heat conductive layer 414 that is thicker than the first heat conductive layer 412.
- the first heat conductive layer 412 and the second heat conductive layer 414 are examples of the heat conductive layer 410 shown in FIG.
- "thick" means that the length in the XX direction is long.
- the second heat conductive layer 414 which is thicker than the first heat conductive layer 412, has a higher thermal conductivity than the first heat conductive layer 412. Therefore, not only the heat generated by the image processing circuit 302 but also the heat generated by the signal processing circuit 202 of the second layer 200 is transmitted to the second heat conductive layer 414 and released to the outside of the image pickup device 10. That is, the second heat conductive layer 414 promotes heat dissipation of the heat generated in the signal processing circuit 202. Further, it is possible to suppress the heat generated in the signal processing circuit 202 from being transferred to the first layer 100.
- the heat generated in the second layer 200 the heat from the signal processing circuit 202 has been described, but the heat is also generated in the control circuit of the second layer 200.
- the second heat conductive layer 414 may also be used to dissipate heat generated in the control circuit of the second layer 200.
- the control circuit of the second layer 200 is also included.
- FIG. 4 is a diagram showing an example of a cross section of the image pickup device 10 according to the present embodiment in the XX direction.
- the same reference numerals are given to the elements common to those in FIG. 2, and the description thereof will be omitted.
- the heat conductive layer of this example has a heat conductive plate that covers a light receiving region provided with one or more pixels.
- the light receiving region refers to a region in which one or a plurality of pixels are provided and projected onto a plane parallel to the XY plane.
- the heat conductive plate includes a first heat conductive plate 420 provided in the second layer 200 and a second heat conductive plate 421 provided in the third layer 300.
- the first heat conductive plate 420 is provided in the wiring layer 230
- the second heat conductive plate 421 is provided in the third wiring layer 320.
- the first heat conductive plate 420 and the second heat conductive plate 421 are formed of a heat conductive material such as copper or aluminum.
- the heat conductive layer may be formed of a metal such as gold or silver.
- the heat conductive plate either the first heat conductive plate 420 or the second heat conductive plate 421 may be provided.
- the area of the second heat conductive plate 421 is larger than the area of the first heat conductive plate 420.
- the second heat conductive plate 421, which is larger than the first heat conductive plate 420, has a higher thermal conductivity than the first heat conductive plate 420, so that more heat is transferred than the first heat conductive plate 420. Therefore, the heat generated in the signal processing circuit 202 is transferred to the first heat conductive plate 420 and also to the second heat conductive plate 421.
- the heat transferred to the first heat conductive plate 420 is released to the outside of the image pickup device 10 via the second heat conductive plate 421. Further, the heat generated in the image processing circuit 302 is transferred to the second heat conductive plate 421 and released to the outside of the image pickup device 10. That is, the first heat conductive plate 420 and the second heat conductive plate 421 promote heat dissipation of heat generated in the signal processing circuit 202 and the image processing circuit 302.
- the first heat conductive plate 420 and the second heat conductive plate 421 may be connected by a connecting portion 422.
- the connecting portion 422 is formed of a thermally conductive material extending in the stacking direction. As a result, the heat transferred to the first heat conductive plate 420 is more easily transferred to the second heat conductive plate 421 and is released to the outside of the image pickup device 10.
- the entire circumference of the first heat conductive plate 420 and the second heat conductive plate 421 may be covered with an insulating layer.
- the fact that the entire circumference is covered with an insulating layer means that the upper surface, the lower surface, and the side surface are all covered with the insulating layer.
- the insulating layer is an insulating layer included in the wiring layer 230 and the third wiring layer 320.
- FIG. 5 is a diagram showing an example of a cross section of the image pickup device 10 according to the present embodiment in the XY directions. Specifically, FIG. 5 shows a state in which the third layer 300 is viewed from the laminated surface 160 toward the negative side of the Z axis, and elements such as the third wiring layer 320 are omitted for the sake of simplicity. ..
- the laminated surface 160 of this example has a first region 162 including the vicinity of the center of the laminated surface 160, and a second region 164 between the outer circumference of the first region 162 and the outer circumference of the laminated surface 160. And have.
- the first region 162 refers to a region in which an element for joining (laminating) the second layer 200 and the third layer 300 is not arranged on the laminated surface 160
- the second region 164 refers to a region in which such an element is not arranged on the laminated surface 160. Refers to the area arranged in.
- a connecting portion 190 for electrically connecting the circuit provided in the second layer 200 and the circuit provided in the third layer 300 joins the second layer 200 and the third layer 300 ( It is arranged on the laminated surface 160 as an element for laminating).
- FIG. (B) shows an enlarged view of the vicinity of the boundary between the first region 162 and the second region 164.
- the connection portion 190 is arranged on the laminated surface 160 in the second region 164.
- the second heat conductive plate 421 is provided so as to cover the first region 162, and the connecting portion 190 is arranged on the laminated surface 160 in the second region 164.
- the second heat conductive plate 421 is an example of a heat conductive layer.
- the second region 164 has a plurality of third regions 166 in which the two connecting portions 190 are arranged diagonally.
- the number of connecting portions 190 arranged in the third region 166 may be one or more than two as long as the joint strength and flatness are ensured.
- the shape of the cross section of the connecting portion 190 in the XY directions is represented by a rectangle, but the shape is not limited to this, and other shapes may be used.
- the amount of heat generated by a circuit is larger near the center of the circuit than in the peripheral area.
- the amount of heat generated near the center of the second substrate 210 provided with the signal processing circuit 202 or near the center of the third substrate 310 provided with the image processing circuit 302 is different. It is larger than the peripheral area of the circuit. Therefore, by arranging a plurality of connecting portions 190 together on the outer periphery of the laminated surface 160 to maintain the bonding strength and arranging the second heat conductive plate 421 near the center where the amount of heat generated is large, the heat generated in the circuit can be removed. It can effectively dissipate heat to the outside.
- FIG. 6 is a diagram showing an example of a cross section of the image pickup device 10 according to the present embodiment in the XY directions.
- the same reference numerals are given to the elements common to those in FIG. 5, and the description thereof will be omitted.
- the connection portion 190 is arranged on the laminated surface 160 in the second region 164, as in FIG.
- the second heat conductive plate 421 is provided so as to cover the first region 162
- the connecting portion 190 is arranged on the laminated surface 160 in the second region 164.
- the first heat conductive plate 420 is provided so as to cover the first region 162.
- a connecting portion 422 is provided along the outer circumference of the second heat conductive plate 421. The connecting portion 422 connects the first heat conductive plate 420 and the second heat conductive plate 421 (not shown). As a result, the heat transferred to the first heat conductive plate 420 is further transferred to the second heat conductive plate 421 and released to the outside of the image sensor 10.
- FIG. 7 is a diagram showing an example of a cross section of the image pickup device 10 according to the present embodiment in the XX direction.
- the same reference numerals are given to the elements common to those in FIG. 2, and the description thereof will be omitted.
- the plurality of connecting portions arranged on the laminated surface 160 are a connecting portion 190 that is connected to the corresponding connecting portion so as to face each other in the stacking direction, and a non-connecting portion 430 that is not opposed to another connecting portion in the stacking direction. And have.
- the non-connecting portion 430 is an example of a heat conductive layer.
- the non-connecting portion 430 may be formed in the same process as the connecting portion 190.
- the connecting portion 190 electrically connects the circuit provided in the second layer 200 and the circuit provided in the third layer 300, but the non-connecting portion 430 is not connected to other connecting portions, and the second layer.
- the circuit provided in the 200 and the circuit provided in the third layer 300 are not electrically connected.
- the non-connecting part is a dummy connecting part.
- the non-connecting portion 430 of this example is provided in the third layer 300. Specifically, the plurality of non-connecting portions 430 are arranged on the laminated surface 160 in the third wiring layer 320, and are not arranged in the wiring layer 230. As a result, the heat generated in the signal processing circuit 202 and the image processing circuit 302 is transferred to the non-connecting portion 430 and discharged to the outside of the image sensor 10. Alternatively, the non-connecting portions 430 may be alternately arranged on the laminated surface 160 in the wiring layer 230 and the third wiring layer 320.
- FIG. 8 is a diagram showing an example of a cross section of the image pickup device 10 according to the present embodiment in the XY directions.
- the same reference numerals are given to the elements common to those in FIG. 5, and the description thereof will be omitted.
- the non-connecting portion 430 is arranged in the first region 162, and the connecting portion 190 is arranged in the second region 164.
- FIG. 9 is a diagram showing an example of a cross section of the image pickup device 10 according to the present embodiment in the XY directions.
- the same reference numerals are given to the elements common to those in FIG. 5, and the description thereof will be omitted.
- the non-connecting portion 430 is arranged in the first region 162, and the connecting portion 190 is arranged in the second region 164.
- the density at which the non-connecting portion 430 is arranged is higher than the density at which the connecting portion 190 is arranged.
- two connecting portions 190 are arranged diagonally for each third region 166, whereas in the first region 162, four non-connecting portions 430 are arranged for each third region 166. Have been placed.
- FIG. 10 is a diagram showing an example of a cross section of the image pickup device 10 according to the present embodiment in the XY directions.
- the same reference numerals are given to the elements common to those in FIG. 5, and the description thereof will be omitted.
- the connecting portion 190 has a rectangular cross section in the stacking direction, but the non-connecting portion 430 has a circular cross section in the stacking direction. Further, the distance between the adjacent non-connecting portions 430 is shorter than the distance between the adjacent connecting portions 190. In this way, by making the non-connecting portion 430 a circular cross section, fine filling becomes possible, and the non-connecting portion 430 can be arranged with a higher arrangement density.
- FIG. 11 is a diagram showing an example of a cross section of the image pickup device 10 according to the present embodiment in the XY directions.
- the same reference numerals are given to the elements common to those in FIG. 5, and the description thereof will be omitted.
- the arrangement density of the non-connecting portion 430 per the third region 166 is as large as that of the third region 166, which is closer to the center of the laminated surface 160.
- the amount of heat generated by the circuit increases toward the center of the circuit and decreases toward the peripheral region. In this way, heat can be dissipated uniformly by increasing the density of arranging the non-connection portion 430 toward the center of the laminated surface 160 according to the amount of heat generated by the circuit.
- heat is uniformly transferred to the plurality of pixels (photoelectric conversion unit 102), so that deterioration of image quality due to temperature unevenness can be prevented.
- FIG. 12 is a diagram showing an example of a cross section of the image pickup device 10 according to the present embodiment in the XX direction.
- the same reference numerals are given to the elements common to those in FIG. 2, and the description thereof will be omitted.
- the heat dissipation layer 450 extending in the stacking direction is provided in the peripheral region corresponding to the invalid pixel.
- the heat radiating layer 450 is an example of a heat conductive layer.
- the heat radiating layer 450 is formed of a metal such as gold, silver, copper, or aluminum.
- the heat dissipation layer 450 may be a multi-layer or a single layer.
- the heat radiating layer 450 may be provided in the peripheral region of the signal processing circuit 202 of the second layer 200, and may extend from the second wiring layer 220 to the inside of the second substrate 210 in the stacking direction.
- the heat radiating layer 450 may be further provided in the peripheral region of the image processing circuit 302 of the third layer 300, and may extend from the third wiring layer 320 to the inside of the third substrate 310 in the stacking direction.
- the heat radiating layer 450 since the heat radiating layer 450 is provided in the peripheral region, it does not interfere with other elements. Further, since the heat radiating layer 450 can be formed by the same process as the TSV 106, the process is not complicated.
- FIG. 13 is a diagram showing an example of a cross section of the image pickup device 10 according to the present embodiment in the XX direction.
- the same reference numerals are given to the elements common to those in FIG. 2, and the description thereof will be omitted.
- the heat conductive plate 460 is provided on the negative side of the Z axis with respect to the third layer 300.
- the heat conductive plate 460 is an example of a heat conductive layer. Since the heat conductive plate 460 is provided on the negative side of the Z axis with respect to the third layer 300 on the opposite side of the pixel provided on the positive side of the Z axis of the first layer 100, heat is transferred to the heat conductive plate 460. , It is possible to prevent heat transfer to the pixels.
- the heat conductive plate 460 may be directly adhered to the surface of the third substrate 310.
- the surface of the third substrate 310 may be polished. This improves the flatness of the third substrate 310. Further, by fixing the heat conductive plate 460 to the surface of the third substrate 310, the strength of the third substrate 310 can be improved.
- the heat conductive plate 460 is a copper plate. Since the copper plate can easily secure the flatness, the flatness of the image sensor 10 can be ensured.
- the thermal conductivity plate 460 may be formed of a metal such as gold, silver, or aluminum.
- the heat conductive plate 460 may be directly connected to the housing of the image pickup device provided with the image pickup element 10. As a result, the heat transferred from the image sensor 10 to the heat conductive plate 460 can be further transferred to the housing of the image pickup device to promote heat dissipation.
- the heat conductive plate 460 may cover the entire surface of the third substrate 310, or may have a surface area larger than the surface area (area on the XY surface) of the third substrate 310. As a result, the heat dissipation effect can be enhanced, especially when air-cooled by a fan or the like.
- FIG. 14 is a diagram showing an example of a cross section of the image pickup device 10 according to the present embodiment in the XX direction.
- the same reference numerals are given to the elements common to those in FIG. 2, and the description thereof will be omitted.
- a concavo-convex region 470 in which a plurality of concavities and convexities are formed is provided on the positive side of the Z-axis of the first substrate 110.
- the uneven region 470 is an example of a heat conductive layer.
- the uneven region 470 is provided on the Z-axis positive side of the first substrate 110 in the peripheral region where the pixels are not provided. Since there is room in the peripheral area, a plurality of irregularities can be easily formed.
- the uneven region 470 may be formed from a plurality of triangular pyramids or conical protrusions arranged on the positive side of the Z axis of the first substrate 110.
- the uneven region 470 may be formed from a plurality of grooves provided on the positive side of the Z axis of the first substrate 110. As a result, the surface area of the first substrate 110 is increased, and heat dissipation can be promoted.
- a transmission unit may be provided to exhaust the heat from the heat conductive layer to the outside of the image pickup device 10.
- One end of the transmission unit is connected to the heat conductive layer, and the other end extends to the outside of the image sensor 10.
- the transfer unit exhausts the heat transmitted through the heat conductive layer to the outside of the image pickup device 10.
- the transmission portion may be a section formed of a metal such as gold, silver, copper or aluminum.
- one end of the transmission unit may be connected to the pixel (photoelectric conversion unit 102) by a connection unit 190, a bonding wire, or the like, and the other end may extend to the outside of the image sensor 10.
- FIG. 15 is a diagram showing an example of a cross section of the image pickup device 10 according to the present embodiment in the XX direction.
- the same reference numerals are given to the elements common to those in FIG. 2, and the description thereof will be omitted.
- the heat shield layer 440 is provided on the second wiring layer 220.
- the heat shield layer 440 has a lower thermal conductivity than the second wiring layer 220.
- the heat shield layer 440 is formed of alumina, zirconia, tungsten, or the like.
- the heat shield layer 440 has an area that covers one or more pixels. By blocking the heat generated in the signal processing circuit 202 and the image processing circuit 302 by the heat shield layer 440 in this way, it is possible to prevent the heat from being transferred to the pixels (photoelectric conversion unit 102).
- the heat shield layer 440 is provided on both the first wiring layer 120 and the second wiring layer 220, but is not limited thereto.
- the heat shield layer 440 may be provided on either the first wiring layer 120 or the second wiring layer 220. Further, by using the heat shield layer 440 together with the heat conductive layer, it is possible to suppress heat transfer to the pixels and effectively dissipate heat to the outside.
- FIG. 16 is a block diagram showing a configuration example of the image pickup apparatus 500 according to the present embodiment.
- the image pickup device 500 includes an image pickup device 10, a control unit 501, a photometric unit 503, a recording unit 505, a display unit 506, and a drive unit 514.
- the photographing lens 520 guides the light from the subject to the image pickup device 10 and forms a subject image on the image pickup device 10.
- the photographing lens 520 may be attached to and detached from the imaging device 500.
- the photographing lens 520 is composed of a plurality of optical lens groups including a focus adjustment lens (focus lens) and an aperture diaphragm, and forms an image of light from a subject in the vicinity of the focal plane. Note that FIG. 16 shows a virtual single lens arranged in the vicinity of the pupil of the photographing lens 520 as a representative.
- the drive unit 514 moves the position of the photographing lens 520. More specifically, the drive unit 514 moves the optical lens group of the photographing lens 520 to change the focusing position. Further, the aperture in the photographing lens 520 is driven to control the amount of light incident on the image sensor 10.
- the image pickup device 10 is the same as the image pickup device 10 described in relation to FIGS. 1 to 15.
- the image sensor 10 photoelectrically converts the received light to generate a signal, and outputs the generated signal to the image processing unit 511 of the control unit 501.
- the image processing unit 511 performs various image processing on the signal output from the image sensor 10 to generate still image data and moving image data.
- the image processing unit 511 executes image processing such as gradation conversion processing, color interpolation processing, and compression processing.
- the recording unit 505 is a recording medium such as a memory card. Image data, a control program, and the like are recorded in the recording unit 505. The writing of data to the recording unit 505 and the reading of data from the recording unit 505 are controlled by the control unit 501.
- the display unit 506 displays an image based on the image data, information on shooting such as a shutter speed and an aperture value, a menu screen, and the like.
- the operation unit 508 includes various setting switches such as a release button, a power switch, and a switch for switching various modes, and outputs a signal based on the operation from the imager to the control unit 501.
- the photometric unit 503 detects the brightness distribution of the subject or scene prior to a series of shooting sequences that generate image data.
- the photometric unit 503 includes, for example, a sensor having about 1 million pixels.
- the calculation unit 512 of the control unit 501 calculates the brightness of the subject or the subject based on the output of the photometric unit 503.
- the calculation unit 512 determines the shutter speed, aperture value, and ISO sensitivity according to the calculated brightness distribution.
- the light measuring unit 503 may also be used by the image sensor 10.
- the calculation unit 512 also executes various calculations for operating the image pickup apparatus 500.
- a part of the control unit 501 may be mounted on the image sensor 10.
- the control unit 501 is composed of a CPU, a processor such as FPGA and ASIC, and a memory such as ROM and RAM, and controls each part of the image pickup apparatus 500 based on a control program. For example, the control unit 501 supplies a signal for controlling the image sensor 10 to the image sensor 10 to control the operation of the image sensor 10.
- 10 image pickup element 100 first layer, 101 microlens, 102 photoelectric conversion part, 103 passion film, 104 color filter, 105 transistor, 106 TSV, 110 first substrate, 120 first wiring layer, 150 laminated surface, 160 laminated surface , 162 1st area, 164 2nd area, 166 3rd area, 180 wiring, 190 connection part, 200 2nd layer, 202 signal processing circuit, 210 2nd board, 220 2nd wiring layer, 230 wiring layer, 300th 3 layers, 302 image processing circuit, 310 3rd substrate, 320 3rd wiring layer, 410 heat conductive layer, 412 1st heat conductive layer, 414 2nd heat conductive layer, 420 1st heat conductive plate, 421 2nd heat conduction Board, 422 connecting part, 430 non-connecting part, 440 heat shield layer, 450 heat dissipation layer, 460 heat conductive plate, 470 uneven area, 500 imaging device, 501 control unit, 503 photometric unit, 505 recording unit, 506 display unit,
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Abstract
光を光電変換して電荷を生成する光電変換部を有する第１層と、第１層と積層され、光電変換部で生成された電荷に基づく信号を処理する第１回路を有する第２層と、第２層と積層され、第１回路で処理された信号を処理する第２回路と、第２層との間に設けられた絶縁層と、絶縁層に設けられ絶縁層より高い熱伝導率を有する熱伝導層とを有する第３層とを有する撮像素子を提供する。
Description
本発明は、撮像素子及び撮像装置に関する。
撮像素子において、光電変換部を含む複数の画素が配置された層と、信号処理回路が設けられた層とが積層された構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２０１５－１２８１８７号公報
特許文献１ 特開２０１５－１２８１８７号公報
上述した撮像素子では、画素から出力された信号を処理するために信号処理回路で熱が発生する。
本発明の第１の態様においては、光を光電変換して電荷を生成する光電変換部を有する第１層と、第１層と積層され、光電変換部で生成された電荷に基づく信号を処理する第１回路を有する第２層と、第２層と積層され、第１回路で処理された信号を処理する第２回路と、第２層との間に設けられた絶縁層と、絶縁層に設けられ絶縁層より高い熱伝導率を有する熱伝導層とを有する第３層と、を備える撮像素子を提供する。
本発明の第２の態様においては、第１の態様の撮像素子を備える撮像装置を提供する。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、本実施形態に係る撮像素子１０の概要を示す図である。撮像素子１０は、被写体から入射した光に基づいて画像データを生成する。撮像素子１０は、第１層１００、第２層２００及び第３層３００が積層された積層構造である。なお、図１は、撮像素子１０における各層の位置関係及び各層における処理の概要を説明するための図である。各層が有する一部の部材、例えば層同士を接合する配線層、配線層に設けられた配線等は、図２に示す撮像素子１０の断面図等を参照して説明するものとし、図１では簡潔性のため省略する。
第１層１００は、入射した光に基づいて生成された信号を出力する画素を有する。複数の画素が、第１層１００に設けられ、行列方向に沿って配置される。それぞれの画素は、後述する光電変換部１０２と、転送部と、フローティングディフュージョン（ＦＤ）と、リセット部と、出力部とを有する。なお、画素は、複数の光電変換部がＦＤとリセット部と出力部とを共有する構成であってもよい。
光電変換部１０２は、入射した光を光電変換して電荷を生成する。光電変換部１０２は、例えば、フォトダイオード等の光電変換素子である。複数の光電変換部１０２は、第１基板１１０に設けられ、行列方向に沿って配置される。
転送部は、転送トランジスタから構成され、光電変換部１０２で光電変換された電荷をＦＤに転送する。ＦＤは、ＦＤに転送された電荷を蓄積（保持）して、容量値で除算した電圧に変換する。ＦＤは、蓄積部であり、光電変換部１０２で生成された電荷を蓄積する。出力部は、増幅部と選択部を有する。
増幅部は、ゲート（端子）がＦＤに接続される増幅トランジスタから構成され、ＦＤに蓄積された電荷による信号を出力する。増幅トランジスタのドレイン（端子）は、電源電圧が供給される。増幅トランジスタのソース（端子）は、選択部を介して信号線に接続される。増幅トランジスタは、ソースフォロワ回路の一部として機能する。増幅部と選択部とは、光電変換部１０２により生成された電荷に基づく信号を生成し出力する出力部を構成する。
リセット部は、リセットトランジスタから構成され、ＦＤと電源電圧とを電気的に接続又は切断する。リセット部は、ＦＤに蓄積された電荷をリセットする。リセット部は、ＦＤに蓄積された電荷を排出して、ＦＤの電圧をリセットする。
選択部は、選択トランジスタから構成され、増幅部と信号線とを電気的に接続又は切断する。選択トランジスタは、オン状態のとき、増幅部からの信号を信号線に出力する。なお、転送トランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタは、後述するトランジスタ１０５に含まれる。
第２層２００は、第１層１００に設けられた画素から出力された信号を処理する信号処理部と、画素を制御するための制御部とを有する。第２層２００は、信号処理部として、第２基板２１０に設けられた複数の信号処理回路２０２を有する。信号処理回路２０２は、第１回路の一例である。また、第２層２００は、制御部として、第２基板２１０に設けられた複数の制御回路を有する。信号処理回路２０２及び制御回路は、光電変換部１０２毎に設けられる。なお、信号処理回路２０２及び制御回路は、複数の光電変換部１０２毎に設けられてもよい。
本例の信号処理回路２０２は、ＡＤ変換部等を有する。それぞれの信号処理回路２０２が有するＡＤ変換部は、画素から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。信号処理回路２０２は、変換されたデジタル信号を出力する。制御回路は、画素（転送部、リセット部、選択部）を制御することで、光電変換部１０２の受光の開始と終了とを制御する。
第３層３００は、第２層２００に設けられた信号処理回路から出力された信号を処理する画像処理部を有する。第３層３００は、画像処理部として、第３基板３１０に設けられた画像処理回路３０２を有する。画像処理回路３０２は、第２回路の一例である。本例の画像処理回路３０２は、複数の信号処理回路２０２及び制御回路毎に一つ設けられており、それぞれの信号処理回路２０２及び制御回路とバスで接続される。画像処理回路３０２は、信号処理回路２０２から出力された信号を処理して、画素（転送部、リセット部、選択部）を制御するための信号や画像データ等を生成する。画像処理回路３０２で生成された画素を制御するための信号は、第２層２００の制御回路に伝送される。画像処理回路３０２で生成された画像データ等は第１層１００に伝送され、第１層１００又は第３層３００から撮像素子１０の外部に出力される。なお、画像処理回路３０２は、１つの信号処理回路２０２及び制御回路毎に設けられてもよい。
図２は、本実施形態に係る撮像素子１０のＸ－Ｚ方向断面の一例を示す図である。本例では、裏面照射型の撮像素子１０を示すが、撮像素子１０は裏面照射型に限定されない。本例の撮像素子１０は、第１層１００と、第２層２００と、第３層３００とを備える。なお、図示するように、被写体からの光は白抜き矢印で示す方向（図中においてＺ軸負方向）へ入射する。本実施形態においては、第１層１００において光が入射してくる側（図中においてＺ軸正側）の面を表面と称し、その反対側（図中においてＺ軸負側）の面を裏面と称する場合がある。
Ｘ軸とＹ軸とは互いに直交し、Ｚ軸はＸ－Ｙ平面に直交する。なお、Ｚ軸と平行な方向を撮像素子１０の積層方向と称する場合がある。「上」及び「下」の用語は、重力方向における上下方向に限定されない。これらの用語は、Ｚ軸に対する相対的な方向を指す。
第１層１００の一例は、裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサである。第１層１００は、第１基板１１０と、第１配線層１２０とを有する。第１基板１１０は、第１配線層１２０よりもＺ軸正側に設けられている。第１基板１１０は、二次元的に配置され、入射した光に基づいて電荷を蓄積する複数の光電変換部１０２と、複数のトランジスタ１０５とを有する。
第１基板１１０よりもＺ軸正側にはパッシベーション膜１０３を介して複数のカラーフィルタ１０４が設けられる。カラーフィルタ１０４は、特定の波長領域の光を透過する光学フィルタである。複数のカラーフィルタ１０４は、互いに異なる波長領域の光を透過し、特定の配列（例えばベイヤー配列）で設けられる。
カラーフィルタ１０４よりもＺ軸正側には、マイクロレンズ１０１が設けられる。マイクロレンズ１０１は、光電変換部１０２毎に設けられ、入射した光を光電変換部１０２に集光する。
第１配線層１２０は、第１基板１１０よりも第２層２００側（図中においてＺ軸負側）に設けられている。第１配線層１２０は、導体膜（金属膜）からなる複数の配線１８０と、複数の接続部１９０と、絶縁膜（絶縁層）とを有する。第１配線層１２０は、電源又は回路等と電気的に接続される配線、第１層１００（画素）からの信号を第２層２００に伝送する配線、第２層２００からの信号を第１層１００（画素）に伝送する配線の複数の配線１８０を有する。第１配線層１２０は多層であってよく、また、受動素子及び能動素子が設けられてもよい。接続部１９０は、第１配線層１２０の表面（Ｚ軸負側の面）に設けられ、配線１８０と接続される。また後述するように、接続部１９０は、層同士の接続を補助にも用いられる。接続部１９０は、例えば、バンプやパッド、電極等であり、銅等の導電性材料で形成される。なお、接続部は金又は銀、アルミから形成されてもよい。複数の配線１８０の間および複数の接続部１９０の間には絶縁層（絶縁膜）が形成される。
第２層２００は、信号処理回路２０２及び制御回路が設けられた第２基板２１０と、第２配線層２２０と配線層２３０とを有する。第２配線層２２０は、第２基板２１０よりも第１層１００側（図中においてＺ軸正側）に設けられている。配線層２３０は、第２基板２１０よりも第３層３００側（図中においてＺ軸負側）に設けられ、第２基板２１０と第３層３００との間に設けられている。
第２層２００は、第１層１００と同様に、第２配線層２２０に設けられた複数の配線１８０と、第２配線層２２０及び配線層２３０に設けられた複数の接続部１９０と、第２配線層２２０及び配線層２３０に設けられた絶縁膜（絶縁層）とを有する。第２配線層２２０は、電源又は回路等と電気的に接続するため、第１層１００（画素）からの信号を信号処理回路２０２に伝送するため、制御回路からの信号を第１層１００（画素）に伝送するための、複数の配線１８０および接続部１９０を有する。配線１８０および接続部１９０は、配線層２３０にさらに設けられてもよい。
第２層２００は、表裏面にそれぞれ設けられた回路を互いに接続するＴＳＶ（シリコン貫通電極）１０６をさらに有する。ＴＳＶ１０６は、周辺領域に設けられることが好ましい。ＴＳＶ１０６は、画像処理回路３０２で生成された画像データ等を第１層１００に伝送する。ＴＳＶ１０６は、第１層１００及び第３層３００にも設けられてよい。
なお、上述したように、信号処理回路２０２及び制御回路は、光電変換部１０２を有する画素毎、又は複数の画素からなるブロック毎に設けられている。複数の配線１８０のうち、画素からの信号を信号処理回路２０２のＡＤ変換部に伝送する信号線、及び制御回路からの信号を画素に伝送する制御線が、光電変換部１０２と、信号処理回路２０２及び制御回路との間に設けられている。これにより、信号処理回路２０２は、画素毎又は画素のブロック毎に信号を読み出すことができる、また、制御回路は、画素毎に制御又は画素のブロック毎に画素を制御できる。
第３層３００は、画像処理回路３０２が設けられた第３基板３１０と、第３配線層３２０とを有する。第３配線層３２０は、第３基板３１０と第２層２００との間に設けられている。
第３層３００は、第１層１００と同様に、第３配線層３２０に設けられた配線１８０及び複数の接続部１９０と、絶縁膜（絶縁層）とを有する。第３配線層３２０は、電源又は回路等と電気的に接続するため、信号処理回路２０２からの信号を画像処理回路３０２に伝送するため、画像処理回路３０２からの信号を第２層２００の制御回路に伝送するための、複数の配線１８０および接続部１９０を有する。
なお、第１層１００、第２層２００及び第３層３００は、各層に設けられた接続部１９０同士の電気的接続と、各層の配線層（絶縁層）同士の接合とにより、各層が積層されている。
第１層１００と第２層２００とが積層されると、第１配線層１２０のＺ軸負側の面と第２配線層２２０のＺ軸正側の面とで積層面１５０が構成される。同様に、第２層２００と第３層３００とが積層されると、配線層２３０のＺ軸負側の面と第３配線層３２０のＺ軸正側の面とで積層面１６０が構成される。積層面１５０及び積層面１６０には、複数の接続部１９０が配置される。具体的には、対応する接続部１９０同士が位置合わせされ、２つの層が積層されることにより、位置合わせされた接続部が電気的に接続される。
第１層１００、第２層２００及び第３層３００は、チップ化される前のウエハの状態で積層され、積層されたウエハをダイシングすることにより形成（個片化）される。
ウエハを積層する際、ウエハの積層される面を活性化装置によりプラズマで走査して活性化させる。積層面が活性化されたウエハは、接触により生じる水素結合、ファンデルワールス結合及び共有結合等により接合され、積層基板を形成する。ウエハが相互の接触により水素結合をしている場合は、積層基板を形成した後、アニール炉等の加熱装置で積層基板を加熱することにより、ウエハ間に共有結合を生じさせる。
なおウエハの活性化とは、ウエハの積層される面同士が、接触により水素結合、ファンデルワールス結合、共有結合等を生じ、溶融することなく固相で接合される状態にすべく、少なくとも一方の積層面を処理する場合を指す。例えば活性化は、ウエハの積層面にダングリングボンド（未結合手）を生じさせることによって、結合を促進することを含む。
より具体的には、活性化装置は、例えば減圧雰囲気下において処理ガスである酸素ガスを励起してプラズマ化し、酸素イオンを積層される面に照射する。例えば、ウエハがＳｉＯ等の酸化膜を形成したシリコン基板である場合には、酸素イオンの照射によって、積層面におけるＳｉＯの結合が切断され、Ｓｉ及びＯのダングリングボンドが形成される。
ダングリングボンドが形成された積層面を、例えば大気に晒した場合、空気中の水分がダングリングボンドに結合して、基板表面が水酸基（ＯＨ基）で覆われ、水分子と結合して親水化しやすい状態となる。つまり、活性化により、積層面の親水化が促進される。また、固相の接合では、積層される面における酸化物等の不純物の存在、欠陥等が接合強度に影響するので、活性化は積層される面の清浄化を含んでもよい。
さらに、ウエハの活性化は、親水化装置を用いて積層される面に純水等を塗布することによる積層面の親水化を含んでもよい。親水化により、ウエハの積層面は、ＯＨ基が付着した状態、すなわちＯＨ基で終端された状態となる。
積層基板を加熱処理することにより、ウエハの積層面のそれぞれに設けられた接続部が一体化され、電気的に接続される。接続部が銅等の導電性材料で形成される場合、位置合わせされた接続部は加熱処理によって膨張して圧接され、固相拡散により接合される。
従来、光電変換部を有する画素、ＡＤ変換部、制御部等は、同じ基板に設けられていた。ＡＤ変換部、制御部等は、複数の画素が設けられた領域の周辺の領域に設けられていた。本実施形態に係る撮像素子１０は積層構造であり、光電変換部１０２を有する画素が第１層１００に、ＡＤ変換部を有する信号処理回路２０２及び制御回路が第２層２００に設けられている。信号処理回路２０２は、光電変換部１０２を有する画素毎、又は複数の画素からなるブロック毎に信号の読み出しを行う。制御回路は、光電変換部１０２を有する画素毎、又は複数の画素からなるブロック毎に画素を制御する。これにより、撮像素子１０は従来の撮像素子よりも高速な信号処理を実現する。一方で、撮像素子１０は従来の撮像素子よりも多くの信号処理回路２０２及び制御回路を有することになるため、従来の撮像素子よりも信号処理回路２０２及び制御回路による発熱量が増加する。特に、従来の撮像素子よりも信号処理回路２０２による発熱量が増加する。
また従来、撮像素子から出力された信号を画像処理する画像処理部は、撮像素子とは別に設けられていた。本実施形態に係る撮像素子１０は、画像処理部として画像処理回路３０２を有する第３層３００が積層されている。画像処理回路３０２は、信号処理回路２０２毎、又は複数の信号処理回路２０２からなるブロック毎に信号の処理を行う。これにより、撮像素子１０は従来の撮像素子よりも高速な画像処理を実現する。その一方で、撮像素子１０は画像処理回路３０２が設けられるため、従来の撮像素子よりもさらに発熱量が増加する。
そのため、信号処理回路２０２及び画像処理回路３０２で発生した熱が、第１層１００に伝達してしまう。熱が第１層に伝わり、画素（光電変換部１０２、ＦＤ、転送部、出力部）の温度が上昇すると、暗電流やショットノイズといったノイズが発生しやすくなる。これにより、画素が生成する信号に含まれるノイズが増加する。増加したノイズは、画質低下の原因となる。
そのため、撮像素子１０においては、信号処理回路２０２及び画像処理回路３０２で発生した熱を外部に放出させる必要がある。特に、画素に熱が伝わらないよう、信号処理回路２０２及び画像処理回路３０２で発生した熱を第１層よりもＺ軸負側に放出させる必要がある。または、熱が画素に伝わらないよう、熱を画素よりもＺ軸負側で遮る必要がある。
本例では、熱伝導層が第３配線層３２０に設けられる。熱伝導層は、第３配線層３２０が有する絶縁層より高い熱伝導率を有する。熱伝導層は、例えば銅から形成される。なお熱伝導層は、金又は銀、アルミから形成されてもよい。
本例の熱伝導層は、図２に示すように、配線１８０と同じ工程で形成される熱伝導層４１０であってよい。ただし、配線１８０は電源又は回路等と電気的に接続されているが、熱伝導層４１０は電源又は回路等と電気的に接続されていない。図２において、熱伝導層４１０は多層として示されているが、単一層であってもよい。
本例では、第３基板３１０に設けられた画像処理回路３０２で発生した熱は、第３配線層３２０に設けられた熱伝導層４１０に伝達する。熱伝導層４１０に伝達した熱は、熱伝導層４１０を介して外部へ放出される。つまり、熱伝導層４１０により、画像処理回路３０２で発生した熱の放熱が促進される。このように、画像処理回路３０２で発生した熱が第１層１００に伝達することを抑制できる。
なお、図２において、熱伝導層４１０は第３層３００に設けられているが、第２層２００に設けられてもよい。また、第２層２００と第３層３００とに設けられてもよい。具体的には、配線層２３０より高い熱伝導率を有する熱伝導層４１０が、配線層２３０に設けられる。これにより、第２基板２１０に設けられた信号処理回路２０２で発生した熱が配線層２３０に設けられた熱伝導層４１０に伝達する。熱伝導層４１０に伝達した熱は、熱伝導層４１０を介して外部へ放出される。熱伝導層４１０により、信号処理回路２０２で発生した熱の放熱が促進される。また、熱伝導層４１０が第２基板２１０よりも第３層３００側（Ｚ軸負側）に設けられるため、信号処理回路２０２で発生した熱が第１層１００に伝達することを抑制できる。
図３は、本実施形態に係る撮像素子１０のＸ－Ｚ方向断面の一例を示す図である。ここで、図２と共通する要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
本例の熱伝導層は、第３配線層３２０に設けられた第１熱伝導層４１２と、第３配線層３２０において、第１熱伝導層４１２よりも第２層２００側（Ｚ軸正側）に設けられ、第１熱伝導層４１２よりも厚い第２熱伝導層４１４とを有する。第１熱伝導層４１２及び第２熱伝導層４１４は、図２に示した熱伝導層４１０の一例である。ここで、「厚い」とは、Ｘ－Ｚ方向の長さが長いことをいう。
第１熱伝導層４１２よりも厚い第２熱伝導層４１４は、第１熱伝導層４１２より高い熱伝導率を有する。そのため、画像処理回路３０２で発生した熱だけでなく、第２層２００の信号処理回路２０２で発生した熱も、第２熱伝導層４１４に伝達し、撮像素子１０の外部へ放出される。つまり、第２熱伝導層４１４により、信号処理回路２０２で発生した熱の放熱が促進される。また、信号処理回路２０２で発生した熱が第１層１００に伝達することを抑制できる。
なお、第２層２００で発生する熱については、信号処理回路２０２からの熱を説明してきたが、第２層２００の制御回路においても熱が発生する。第２熱伝導層４１４は、第２層２００の制御回路で発生した熱を放熱するためにも用いられてよい。発熱対策に関して信号処理回路２０２に言及する場合、第２層２００の制御回路も含まれるものとする。
図４は、本実施形態に係る撮像素子１０のＸ－Ｚ方向断面の一例を示す図である。ここで、図２と共通する要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
本例の熱伝導層は、１つ又は複数の画素が設けられた受光領域を覆う熱伝導板を有する。ここで、受光領域とは、１つ又は複数の画素が設けられた領域をＸ－Ｙ平面と平行な面に投影した領域を指す。
一例として、熱伝導板は、第２層２００に設けられた第１熱伝導板４２０と、第３層３００に設けられた第２熱伝導板４２１とを含む。第１熱伝導板４２０は、配線層２３０に設けられ、第２熱伝導板４２１は、第３配線層３２０に設けられる。第１熱伝導板４２０及び第２熱伝導板４２１は、銅、アルミ等の熱伝導性材料から形成される。なお、熱伝導層は金又は銀等の金属から形成されてもよい。なお、熱伝導板は、第１熱伝導板４２０または第２熱伝導板４２１のどちらか一方が設けられてもよい。
第２熱伝導板４２１の面積は、第１熱伝導板４２０の面積より大きい。第１熱伝導板４２０よりも大きい第２熱伝導板４２１は、第１熱伝導板４２０より高い熱伝導率を有するので、第１熱伝導板４２０より多くの熱が伝達する。そのため、信号処理回路２０２で発生した熱は、第１熱伝導板４２０に伝達するとともに第２熱伝導板４２１にも伝達する。第１熱伝導板４２０に伝達した熱は、第２熱伝導板４２１を介して、撮像素子１０の外部へ放出される。また、画像処理回路３０２で発生した熱は、第２熱伝導板４２１に伝達し、撮像素子１０の外部へ放出される。つまり、第１熱伝導板４２０および第２熱伝導板４２１により、信号処理回路２０２および画像処理回路３０２で発生した熱の放熱が促進される。
第１熱伝導板４２０と第２熱伝導板４２１とは、連結部４２２によって接続されてもよい。連結部４２２は、積層方向に延びる熱伝導性材料から形成される。これにより、第１熱伝導板４２０に伝達した熱は、さらに第２熱伝導板４２１に伝達しやすくなり、撮像素子１０の外部へ放出される。
第１熱伝導板４２０及び第２熱伝導板４２１の全周は、絶縁層で覆われてよい。全周が絶縁層で覆われるとは、上面、下面及び側面が全て絶縁層で覆われることを指す。例えば絶縁層は、配線層２３０及び第３配線層３２０が有する絶縁層である。これにより、第１熱伝導板４２０及び第２熱伝導板４２１は、他の要素と電気的に遮断される。
図５は、本実施形態に係る撮像素子１０のＸ－Ｙ方向断面の一例を示す図である。具体的には、図５は、第３層３００を積層面１６０からＺ軸負側に向かって見た状態を示し、簡潔性のために、第３配線層３２０等の要素は省略されている。
（ａ）に示すように、本例の積層面１６０は、積層面１６０の中央付近を含む第１領域１６２と、第１領域１６２の外周と積層面１６０の外周との間の第２領域１６４とを有する。第１領域１６２は、第２層２００と第３層３００とを接合（積層）するための要素が積層面１６０に配置されていない領域を指し、第２領域１６４は、かかる要素が積層面１６０に配されている領域を指す。第２領域１６４は、第２層２００に設けられる回路と第３層３００に設けられる回路とを電気的に接続するための接続部１９０が、第２層２００と第３層３００とを接合（積層）するための要素として積層面１６０に配置される。
第１領域１６２と第２領域１６４との境界付近の拡大図を（ｂ）に示す。本例では、配線層２３０において、接続部１９０が第２領域１６４において積層面１６０に配置されている。また、第３配線層３２０において、第２熱伝導板４２１が第１領域１６２を覆うように設けられており、接続部１９０が第２領域１６４において積層面１６０に配置されている。第２熱伝導板４２１は、熱伝導層の一例である。本例では、第２領域１６４は、２つの接続部１９０が対角上に配置される複数の第３領域１６６を有する。なお、第３領域１６６に配置される接続部１９０の数は、接合強度及び平坦性が確保される限り、１つであってもよく、あるいは２つより多くてもよい。なお、接続部１９０のＸ－Ｙ方向断面の形状は矩形で表されているが、これに限定されず、他の形状であってもよい。
一般に、回路の発熱量は、回路の中央付近が周辺領域よりも大きくなる。本実施形態に関わる撮像素子１０は、信号処理回路２０２が設けられた第２基板２１０の中央付近、または画像処理回路３０２が設けられた第３基板３１０の中央付近で発生する熱量が、それぞれの回路の周辺領域よりも大きくなる。そこで、複数の接続部１９０を積層面１６０の外周にまとめて配置して接合強度を保ちつつ、発熱量の大きい中央付近に第２熱伝導板４２１を配置することにより、回路で発生した熱を効果的に外部に放熱することができる。
図６は、本実施形態に係る撮像素子１０のＸ－Ｙ方向断面の一例を示す図である。ここで、図５と共通する要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
（ｂ）に示すように、本例では、図５と同様に、配線層２３０において、接続部１９０が第２領域１６４において積層面１６０に配置されている。また、第３配線層３２０において、第２熱伝導板４２１が第１領域１６２を覆うように設けられており、接続部１９０が第２領域１６４において積層面１６０に配置されている。本例では、配線層２３０において、第１熱伝導板４２０が第１領域１６２を覆うように設けられている。また、連結部４２２が第２熱伝導板４２１の外周に沿って設けられている。連結部４２２は、図示されていない第１熱伝導板４２０と第２熱伝導板４２１とを接続する。これにより、第１熱伝導板４２０に伝達した熱は、さらに第２熱伝導板４２１に伝達し、撮像素子１０の外部へ放出される。
図７は、本実施形態に係る撮像素子１０のＸ－Ｚ方向断面の一例を示す図である。ここで、図２と共通する要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
本例では、積層面１６０に配置された複数の接続部は、対応する接続部と積層方向において互いに対向して接続する接続部１９０と、他の接続部と積層方向において対向しない非接続部４３０とを有する。非接続部４３０は、熱伝導層の一例である。非接続部４３０は、接続部１９０と同じ工程で形成されてよい。ただし、接続部１９０は、第２層２００に設けられる回路と第３層３００に設けられる回路とを電気的に接続するが、非接続部４３０は他の接続部と接続されず、第２層２００に設けられる回路と第３層３００に設けられる回路とを電気的に接続しない。言い換えれば、非接続部はダミー接続部である。
本例の非接続部４３０は、第３層３００に設けられる。具体的には、複数の非接続部４３０が、第３配線層３２０において積層面１６０に配置され、配線層２３０には配置されない。これにより、信号処理回路２０２及び画像処理回路３０２で発生した熱が非接続部４３０に伝達し、撮像素子１０の外部へ放出される。あるいは、非接続部４３０は、配線層２３０と第３配線層３２０とにおいて、互い違いに積層面１６０に配置されてもよい。
図８は、本実施形態に係る撮像素子１０のＸ－Ｙ方向断面の一例を示す図である。ここで、図５と共通する要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
本例では、非接続部４３０は第１領域１６２に配置され、接続部１９０は第２領域１６４に配置される。このように、複数の接続部１９０を積層面１６０の外周に配置することにより、層間の接合強度を保ちつつ、第１領域１６２に、熱伝導層を設けることができる。
図９は、本実施形態に係る撮像素子１０のＸ－Ｙ方向断面の一例を示す図である。ここで、図５と共通する要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
本例では、図８と同様に、非接続部４３０は第１領域１６２に配置され、接続部１９０は第２領域１６４に配置される。ただし、非接続部４３０が配置される密度は、接続部１９０が配置される密度よりも高い。一例として、第２領域１６４では、第３領域１６６毎に２つの接続部１９０が対角上に配置されているが、第１領域１６２では、第３領域１６６毎に４つの非接続部４３０が配置されている。このように、第２領域１６４よりも高い密度で非接続部４３０を配置することにより、回路で発生した熱を効果的に外部に放熱できる。
図１０は、本実施形態に係る撮像素子１０のＸ－Ｙ方向断面の一例を示す図である。ここで、図５と共通する要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
本例では、接続部１９０が積層方向において矩形断面を有するが、非接続部４３０は積層方向において円形断面を有する。また、隣り合う非接続部４３０同士の距離は、隣り合う接続部１９０同士の距離より短い。このように、非接続部４３０を円形断面にすることによって細密充填が可能となり、さらに高い配置密度で非接続部４３０を配置できる。
図１１は、本実施形態に係る撮像素子１０のＸ－Ｙ方向断面の一例を示す図である。ここで、図５と共通する要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
本例では、第３領域１６６あたりの非接続部４３０の配置密度は、積層面１６０の中央により近接する第３領域１６６ほど大きい。回路の発熱量は、回路の中央付近へ向かうにつれて大きくなり、周辺領域へ向かうにつれて小さくなる。このように、回路の発熱量に合わせて、積層面１６０の中央に近くなるほど非接続部４３０を配置する密度を高めることによって、均一に熱を放熱できる。これにより、複数の画素（光電変換部１０２）に均一に熱が伝達するので、温度ムラによる画質悪化を防止できる。
図１２は、本実施形態に係る撮像素子１０のＸ－Ｚ方向断面の一例を示す図である。ここで、図２と共通する要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
本例では、積層方向に延びる放熱層４５０が、無効画素に対応する周辺領域に設けられる。放熱層４５０は、熱伝導層の一例である。放熱層４５０は、金、銀、銅、アルミ等の金属から形成される。
放熱層４５０は多層であってよく、あるいは単一の層であってもよい。放熱層４５０は、第２層２００の信号処理回路２０２の周辺領域に設けられ、第２配線層２２０から第２基板２１０の内部まで積層方向に延伸してもよい。放熱層４５０は、第３層３００の画像処理回路３０２の周辺領域にさらに設けられ、第３配線層３２０から第３基板３１０の内部まで積層方向に延伸してもよい。
このように、放熱層４５０は周辺領域に設けられるので、他の要素の支障とならない。また、放熱層４５０は、ＴＳＶ１０６と同様の工程で形成できるので、プロセスが複雑にならない。
図１３は、本実施形態に係る撮像素子１０のＸ－Ｚ方向断面の一例を示す図である。ここで、図２と共通する要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
本例では、熱伝導板４６０が、第３層３００よりもＺ軸負側に設けられている。熱伝導板４６０は、熱伝導層の一例である。熱伝導板４６０は、第１層１００のＺ軸正側に設けられた画素と反対側の第３層３００よりもＺ軸負側に設けられるので、熱伝導板４６０へ熱が伝達することで、画素へ熱が伝達することを抑止できる。
熱伝導板４６０は、第３基板３１０の表面に直接接着されてよい。第３基板３１０の表面は、研磨されてよい。これにより、第３基板３１０の平坦性が向上する。また、熱伝導板４６０を第３基板３１０の表面に固着させることにより、第３基板３１０の強度を向上させることができる。
一例として、熱伝導板４６０は銅プレートである。銅プレートは平坦性を確保しやすいため、撮像素子１０の平坦性を確保できる。熱伝導板４６０は、金また銀、アルミ等の金属から形成されてもよい。
熱伝導板４６０は、撮像素子１０が設けられる撮像装置の筐体と直接接続されてよい。これにより、撮像素子１０から熱伝導板４６０に伝達した熱は撮像装置の筐体へとさらに伝達し、放熱を促進できる。
熱伝導板４６０は、第３基板３１０の表面全面を覆ってよく、あるいは第３基板３１０の表面積（ＸＹ面における面積）より大きい表面積を有してよい。これにより、特にファン等で空冷する場合に、放熱効果を高めることができる。
図１４は、本実施形態に係る撮像素子１０のＸ－Ｚ方向断面の一例を示す図である。ここで、図２と共通する要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
本例では、第１基板１１０のＺ軸正側に複数の凹凸が形成された凹凸領域４７０が設けられている。凹凸領域４７０は、熱伝導層の一例である。
凹凸領域４７０は、画素が設けられていない周辺領域において、第１基板１１０のＺ軸正側に設けられている。周辺領域にはスペースの余裕があるため、複数の凹凸を容易に形成できる。
一例として、凹凸領域４７０は、第１基板１１０のＺ軸正側に配置された三角錐又は円錐状の複数の突起から形成されてよい。あるいは凹凸領域４７０は、第１基板１１０のＺ軸正側に設けられた複数の溝から形成されてもよい。これにより、第１基板１１０の表面積が増加し、放熱を促進できる。
また、熱伝導層からの熱を撮像素子１０の外部へ排熱する伝達部が設けられてよい。伝達部は、一端が熱伝導層に接続され、他端が撮像素子１０の外部へと延びる。これにより、伝達部は、熱伝導層を伝達してきた熱を撮像素子１０の外部へ排熱する。伝達部は、金、銀、銅、アルミ等の金属から形成される切片であってよい。あるいは伝達部は、一端が接続部１９０又はボンディングワイヤ等によって画素（光電変換部１０２）と接続され、他端が撮像素子１０の外部へと延びてもよい。
図１５は、本実施形態に係る撮像素子１０のＸ－Ｚ方向断面の一例を示す図である。ここで、図２と共通する要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
本例では、遮熱層４４０が、第２配線層２２０に設けられている。遮熱層４４０は、第２配線層２２０よりも熱伝導率が低い。遮熱層４４０は、アルミナ、ジルコニア又はタングステン等から形成される。
一例として、遮熱層４４０は、１つ又は複数の画素を覆う面積を有する。このように、信号処理回路２０２及び画像処理回路３０２で発生した熱を遮熱層４４０で遮断することにより、画素（光電変換部１０２）へ熱が伝達することを抑止できる。
図１５において、遮熱層４４０は、第１配線層１２０及び第２配線層２２０の両方に設けられているが、これに限定されない。遮熱層４４０は、第１配線層１２０または第２配線層２２０の一方に設けられてもよい。また、遮熱層４４０は、熱伝導層と併せて用いることにより、画素へ熱が伝達することを抑止するとともに、熱を効果的に外部に放熱できる。
図１６は、本実施形態に係る撮像装置５００の構成例を示すブロック図である。撮像装置５００は、撮像素子１０、制御部５０１、測光部５０３、記録部５０５、表示部５０６及び駆動部５１４を備える。撮影レンズ５２０は、被写体からの光を撮像素子１０へ導き、撮像素子１０に被写体像を結像する。まお、撮影レンズ５２０は、撮像装置５００に着脱可能であってもよい。
撮影レンズ５２０は、焦点調節レンズ（フォーカスレンズ）を含む複数の光学レンズ群及び開口絞りから構成され、被写体からの光を焦点面近傍に結像させる。なお、図１６では撮影レンズ５２０の瞳近傍に配置された仮想的な１枚のレンズを代表して示している。
駆動部５１４は撮影レンズ５２０の位置を移動させる。より具体的には駆動部５１４は撮影レンズ５２０の光学レンズ群を移動させて合焦位置を変更する。また、撮影レンズ５２０内の絞りを駆動して撮像素子１０へ入射する光の光量を制御する。
撮像素子１０は、図１から図１５に関連して説明した撮像素子１０と同一である。撮像素子１０は、受光した光を光電変換して信号を生成し、生成した信号を制御部５０１の画像処理部５１１へ出力する。画像処理部５１１は、撮像素子１０から出力された信号に種々の画像処理を施して、静止画像データ、動画像データを生成する。例えば、画像処理部５１１は、階調変換処理、色補間処理、圧縮処理等の画像処理を実行する。
記録部５０５は、メモリカード等の記録媒体である。記録部５０５には、画像データ、制御プログラム等が記録される。記録部５０５へのデータの書き込み、及び記録部５０５からのデータの読み出しは、制御部５０１によって制御される。表示部５０６は、画像データに基づく画像、シャッター速度、絞り値等の撮影に関する情報、及びメニュー画面等を表示する。操作部５０８はレリーズボタン、電源スイッチ、各種モードを切り替えるためのスイッチ等の各種設定スイッチ等を含み、撮像者からの操作に基づく信号を制御部５０１へ出力する。
測光部５０３は、画像データを生成する一連の撮影シーケンスに先立ち、被写体やシーンの輝度分布を検出する。測光部５０３は、例えば１００万画素程度のセンサを含む。制御部５０１の演算部５１２は、測光部５０３の出力に基づいて被写体やの輝度を算出する。
演算部５１２は、算出した輝度分布に従ってシャッター速度、絞り値、ＩＳＯ感度を決定する。測光部５０３は撮像素子１０で兼用してもよい。なお、演算部５１２は、撮像装置５００を動作させるための各種演算も実行する。制御部５０１の一部が撮像素子１０に搭載されていてもよい。
制御部５０１は、ＣＰＵ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等のプロセッサ、及びＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリにより構成され、制御プログラムに基づき撮像装置５００の各部を制御する。例えば、制御部５０１は、撮像素子１０を制御する信号を撮像素子１０に供給して、撮像素子１０の動作を制御する。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
１０ 撮像素子、１００ 第１層、１０１ マイクロレンズ、１０２ 光電変換部、１０３ パッシベーション膜、１０４ カラーフィルタ、１０５ トランジスタ、１０６ ＴＳＶ、１１０ 第１基板、１２０ 第１配線層、１５０ 積層面、１６０ 積層面、１６２ 第１領域、１６４ 第２領域、１６６ 第３領域、１８０ 配線、１９０ 接続部、２００ 第２層、２０２ 信号処理回路、２１０ 第２基板、２２０ 第２配線層、２３０ 配線層、３００ 第３層、３０２ 画像処理回路、３１０ 第３基板、３２０ 第３配線層、４１０ 熱伝導層、４１２ 第１熱伝導層、４１４ 第２熱伝導層、４２０ 第１熱伝導板、４２１ 第２熱伝導板、４２２ 連結部、４３０ 非接続部、４４０ 遮熱層、４５０ 放熱層、４６０ 熱伝導板、４７０ 凹凸領域、５００ 撮像装置、５０１ 制御部、５０３ 測光部、５０５ 記録部、５０６ 表示部、５０８ 操作部、５１１ 画像処理部、５１２ 演算部、５１４ 駆動部、５２０ 撮影レンズ
Claims (20)
- 光を光電変換して電荷を生成する光電変換部を有する第１層と、
前記第１層と積層され、前記光電変換部で生成された電荷に基づく信号を処理する第１回路を有する第２層と、
前記第２層と積層され、前記第１回路で処理された信号を処理する第２回路と、前記第２層との間に設けられた絶縁層と、前記絶縁層に設けられ前記絶縁層より高い熱伝導率を有する熱伝導層とを有する第３層と、
を備える撮像素子。 - 前記第３層は、前記第２回路が設けられた基板を有し、
前記絶縁層は、前記基板と前記第２層との間に設けられる
請求項１に記載の撮像素子。 - 前記第３層の熱伝導層は、
第１熱伝導層と、
前記第１熱伝導層よりも前記第２層側に設けられ、前記第１熱伝導層よりも厚い第２熱伝導層と
を有する
請求項１または２に記載の撮像素子。 - 前記第２層は、
前記第１回路が設けられた基板と、
前記第２層の基板と前記第３層との間に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層に設けられ、前記絶縁層より高い熱伝導率を有する熱伝導層と
を有する
請求項１から３のいずれか一項に記載の撮像素子。 - 前記第２層の熱伝導層と前記第３層の熱伝導層とを連結する連結部を備える
請求項４に記載の撮像素子。 - 前記第３層の熱伝導層の面積は、前記第２層の熱伝導層の面積より大きい
請求項４または５に記載の撮像素子。 - 前記熱伝導層は、前記光電変換部に光が入射する方向と交差する領域であって、１つ又は複数の光電変換部が設けられた領域を覆う
請求項１から６のいずれか一項に記載の撮像素子。 - 前記熱伝導層は熱伝導板である
請求項１から７のいずれか一項に記載の撮像素子。 - 前記熱伝導板の全周が絶縁層で 覆われている
請求項８に記載の撮像素子。 - 前記第２層と前記第３層とが積層される面に設けられた複数の接続部を備え、
前記複数の接続部は、
前記第１回路と前記第２回路とを接続するための第１接続部と、前記第２層と前記第３層とを接続するための第２接続部と、を有し、
前記熱伝導層は、前記第２接続部を含む
請求項１から９のいずれか一項に記載の撮像素子。 - 前記面は、
前記面の中央領域を含む第１領域と、
前記第１領域の外周と前記面の外周との間の第２領域と、
を有し、
前記第２接続部は、前記第１領域に設けられ、
前記第１接続部は、前記第２領域に設けられる
請求項１０に記載の撮像素子。 - 前記第２接続部は、前記第２層および前記第３層の少なくとも1方に設けられる
請求項１０又は１１に記載の撮像素子。 - 前記第２接続部が配置される密度は、前記第１接続部が配される置密度よりも高い
請求項１０から１２のいずれか一項に記載の撮像素子。 - 前記第２接続部が配置される密度は、前記面の中央に近くなるほど高くなる
請求項１０から１３のいずれか一項に記載の撮像素子。 - 前記第３層の基板の、前記第３層の絶縁層が設けられた面と反対側の面設けられ、前記第３層の絶縁層より高い熱伝導率を有する熱伝導板を備える
請求項１から１４のいずれか一項に記載の撮像素子。 - 前記熱伝導板は、前記第３層の基板より大きい面積を有する
請求項１５に記載の撮像素子。 - 前記第１層は、前記光電変換部が設けられた基板を有し、
前記第１層の当該は、前記光電変換部が設けられた面において、前記光電変換部が設けられた領域以外で凹凸が形成された領域を有する
請求項１から１６のいずれか一項に記載の撮像素子。 - 前記第２層は、
前記第１回路が設けられた基板と前記第１層との間に設けられた絶縁層に設けられ、前記絶縁層よりも熱伝導率が低い遮熱層
を有する
請求項１から１７のいずれか一項に記載の撮像素子。 - 前記熱伝導層からの熱を外へ伝達する伝達部を備える
請求項１から１８のいずれか一項に記載の撮像素子。 - 請求項１から１９のいずれか一項に記載の撮像素子を備える撮像装置。
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Legal Events
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| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20870905 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |