JP5558801B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
本実施例の固体撮像装置の上面図を図1(a)に示す。より具体的には、光電変換部が配された第1の半導体基板の上面図である。図1(a)のA−A´における断面図を図1(b)に示す。
100は画素領域である。画素を構成する要素が複数配された領域である。図では4×4の行列状に配されている。この構成に限らず更に多数の構成要素が配されていても良いし、ライン状に配されていても良い。
101は光電変換部である。入射光を電子とホールの電荷対に変換し、信号電荷として電子を収集する。例えばPN接合フォトダイオードを用いることができる。P型半導体領域がアノードとして機能し、アノードに基準電圧となる接地電位が供給される。
102は光電変換部の電荷をFDへ転送する転送トランジスタのゲート電極を構成するポリシリコンである。103はFDである。光電変換部101の電荷が転送トランジスタによって転送される。N型の半導体領域により構成される。
104a、bは転送トランジスタのゲートに駆動信号を供給する転送制御線である。
105は光電変換部に基準電圧を供給するための基準電圧供給線である。画素領域100内の複数の領域においてコンタクトプラグを介して光電変換部へ電位を供給する。コンタクトプラグが直接光電変換部を構成する半導体領域に接続されていても良いし、転送トランジスタのチャネル部を提供するP型半導体領域や、隣接画素間を分離するためのP型半導体領域を介して基準電圧を供給しても良い。転送トランジスタのチャネル部を提供するP型半導体領域はウエルと呼ぶこともでき、ウエル基準電圧を供給する場合には、基準電圧供給線はウエル電位供給線を兼ねることもできる。
106はFDとコンタクトプラグを介して電気的に接続される第1の電気的接続部である。FDと第2の半導体基板に配されたリセットトランジスタのソースもしくはドレイン及び増幅トランジスタのゲートの少なくとも一方と電気的に接続するためのである。本実施例においてはリセットトランジスタ及び増幅トランジスタの両者が第2の半導体基板に配される場合を説明するが、少なくとも一方が第2の半導体基板に配されていれば良い。両者が第2の半導体基板に配される場合には、FDとリセットトランジスタ及び増幅トランジスタの両者とが電気的に接続される。
109は第2の電気的接続部である。第2の電気的接続部109は基準電圧供給線105と第2の半導体基板に配された電源配線とを電気的に接続するものである。
107、108は第3の電気的接続部である。転送制御線104a、bと第2の半導体基板に配された転送走査回路とを電気的に接続するものである。
110はN型の半導体領域である。光電変換部を構成しており、信号電荷である電子を収集する。本実施例においては図面下方、つまり、トランジスタ及び配線が配される面とは反対側の主面から光が入射する裏面照射の構成となっている。
111はP型の半導体領域である。N型の半導体領域110とPN接合を構成する。光電変換部の共通アノードとして機能する。
112はP型の半導体領域である。転送トランジスタのチャネルを提供するための領域である。
113は高濃度のP型半導体領域である。高濃度P型半導体領域113は、コンタクトプラグ114を介して基準電圧供給線105と電気的に接続される。P型半導体領域111、112に基準電圧を与えるための領域である。
115はFDと第1の電気的接続部106とを電気的に接続するためのコンタクトプラグである。
201は光電変換部、202は転送トランジスタ、203は第3の電気的接続部、204は第1の電気的接続部、205は第2の電気的接続部をそれぞれ示す。ここでは光電変換部としてフォトダイオードを用いている。フォトダイオードのカソードが転送トランジスタのソースと接続され、転送トランジスタのドレインがFDとなっている。フォトダイオードのカソードと転送トランジスタは同一半導体領域を用いて同一ノードとなっていればよい。点線で囲った部分が1画素を示している。
301はリセットトランジスタ、302は増幅トランジスタである。点線内の斜め線でハッチングされた部分が各トランジスタのゲート電極を構成するポリシリコンである。ゲート電極を挟んで両側にソース、ドレイン領域が配されている。リセットトランジスタ301に比べて増幅トランジスタ302のゲート面積が大きい。このような構成とすることにより増幅トランジスタで発生する1/fノイズを抑制することが可能となる。ここでのゲート面積とはトランジスタのチャネル部を覆うポリシリコンの面積が1/fノイズに寄与するためチャネル部上の面積である。
303は第4の電気的接続部である。第1の半導体基板に配された第1の電気的接続部とマイクロバンプ等を介して電気的に接続される。更に、増幅トランジスタのゲート及びリセットトランジスタのソースと電気的に接続されている。
304はリセットトランジスタのドレインに電圧を供給するためのリセットドレイン供給配線である。305はリセットトランジスタのゲートに駆動信号を供給するためのリセットゲート制御線である。306はリセットトランジスタのソースと増幅トランジスタのゲートとを電気的に接続するためのローカル配線である。307は増幅トランジスタのドレインに電圧を供給するための電圧供給線である。
308は第5の電気的接続部である。第1の半導体基板の画素領域外に複数配された第2の電気的接続部とマイクロバンプ等を介して電気的に接続される。第5の電気的接続部も第2の電気的接続部と同様に画素領域外に複数設けられる。複数の第5の電気的接続部308には不図示の電源配線から基準電圧、例えば接地電位が供給されている。更に電源配線には第2の半導体基板外部から基準電圧が供給されている。
309は複数の第5の電気的接続部を接続する配線である。
310は第6の電気的接続部である。第1の半導体基板に配された第3の電気的接続部とマイクロバンプ等を介して電気的に接続される。
311は増幅トランジスタのゲートを構成するポリシリコンである。312は素子分離領域である。ポリシリコン311は増幅トランジスタのチャネル及び素子分離領域312の一部上部を覆って配されている。
501a、bはそれぞれ第1、第2の半導体基板を示している。502a、502bは各半導体基板における画素領域を示している。各画素領域には画素を構成する構成要素が配されている。
503aは複数の第2の電気的接続部が配される領域である。503bは複数の第5の電気的接続部が配される領域である。504aは複数の第3の電気的接続部が配される領域である。504bは複数の第6の電気的接続部が配される領域である。503a、503bは一方が他方に対して垂直投影した時に一部、一方が他方の領域全て重なる位置に配されている。504a、504bは一方が他方に対して垂直投影した時に一部が重なる位置に配されている。
505は信号処理部である。一例として複数の画素からの信号を並列に処理可能な回路である。具体的には画素列毎に設けられた増幅器、CDS回路、AD変換器などである。複数のトランジスタを含んで構成され、これらのトランジスタは通常のスイッチもしくは演算増幅器の一部として機能している。
506は水平出力線である。水平出力線506は信号処理部505により並列に処理された後、直列信号に変換された信号を外部に読み出す。
507は水平走査部である。信号処理部505で処理された後の信号を直列信号に変換すべく順次パルスを供給する。上述の走査部と同様に信号処理部207で並列処理された信号を順次選択する機能を有していればよい。
508は水平出力線506から出力された信号を増幅して外部に出力する増幅部である。増幅部508は必要に応じて設けられる。
509は垂直走査部である。シフトレジスタ、デコーダを用いて形成することができる。転送制御線104a、リセット制御線305に対して順次駆動パルスを供給する。
図6(a)、(b)に本実施例の各半導体基板の上面全体図を示す。実施例1との違いは第1の半導体基板の画素領域内に基準電圧供給線105と第2の半導体基板に配された電源配線とを電気的に接続するための第7の電気的接続部を設けた点にある。それ以外の構成は実施例1と同様の構成であり、同様の機能を有する部分には同様の符号を付し詳細な説明は省略する。
103 フローティングディフュージョン
106 第1の電気的接続部
109 第2の電気的接続部
301 リセットトランジスタ
302 増幅トランジスタ
Claims (7)
- 光電変換部とフローティングディフュージョンと前記光電変換部の電荷を前記フローティングディフュージョンへ転送する転送トランジスタとが複数配された画素領域と、
各々が、前記複数のフローティングディフュージョンの各々にリセット電位を供給する、複数のリセットトランジスタと、
各々が、前記複数のフローティングディフュージョンの各々の電位変化に基づく信号を増幅して出力する、複数の増幅トランジスタと、
前記光電変換部に基準電圧を供給するための基準電圧供給線と、を有し、
前記画素領域及び前記基準電圧供給線が第1の半導体基板に配され、前記複数のリセットトランジスタもしくは前記複数の増幅トランジスタの少なくとも一方が第2の半導体基板に配された固体撮像装置であって、
前記基準電圧供給線に電圧を供給するための電源線が前記第2の半導体基板に配されており、
前記フローティングディフュージョンと、前記第2の半導体基板に配された前記リセットトランジスタ及び前記増幅トランジスタとを電気的に接続するための複数の第1の電気的接続部と、
前記基準電圧供給線と前記電源線とを電気的に接続するための複数の第2の電気的接続部と、を有し、
前記複数の第1の電気的接続部は前記画素領域内に配され、
前記複数の第2の電気的接続部は前記画素領域外に配されており、
前記第2の半導体基板の画素領域内に、前記第2の半導体基板の画素領域内のウエルに、前記電源線からの基準電圧を供給するための複数のコンタクトプラグが配されていることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記転送トランジスタのゲートに駆動信号を供給する走査回路を前記第2の半導体基板に有し、
前記第1の半導体基板に、前記走査回路と電気的接続を行なう複数の第3の電気的接続部が配され、該複数の第3の電気的接続部は、前記画素領域外に配されていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記増幅トランジスタと前記リセットトランジスタの両者が前記第2の半導体基板に配されていることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記増幅トランジスタのゲート面積は前記リセットトランジスタのゲート面積よりも大きいことを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。
- 前記複数のコンタクトプラグは、
複数の前記増幅トランジスタごとに設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記画素領域内に配された前記第2の電気的接続部の数は、前記画素領域内に配された前記第1の電気的接続部の数よりも少ないことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記増幅トランジスタと前記リセットトランジスタは、前記第2の半導体基板の画素領域内のウエルに配されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
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