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JP2024127607A - Photoelectric conversion device and photoelectric conversion system - Google Patents

Photoelectric conversion device and photoelectric conversion system Download PDF

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JP2024127607A
JP2024127607A JP2023036869A JP2023036869A JP2024127607A JP 2024127607 A JP2024127607 A JP 2024127607A JP 2023036869 A JP2023036869 A JP 2023036869A JP 2023036869 A JP2023036869 A JP 2023036869A JP 2024127607 A JP2024127607 A JP 2024127607A
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photoelectric conversion
transistor
conversion device
substrate
semiconductor layer
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大貴 白髭
崇史 三木
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Canon Inc
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Abstract

【課題】積層型の光電変換装置の機能や特性を更に向上するための技術を提供する。【解決手段】光電変換装置は、第1基板と第2基板とを含む複数の基板が積層されてなり、入射光に応じた信号を出力する画素を有する。画素は、入射光の光量に応じた電荷を生成する光電変換素子と、光電変換素子が保持する電荷を第1ノードに転送する第1トランジスタと、ソース及びドレインのうちの一方が第1ノードに電気的に接続された第2トランジスタと、ゲートが第1ノードに電気的に接続された第3トランジスタと、を有する。第1基板は、光電変換素子、第1トランジスタ及び第2トランジスタが設けられた第1半導体層を有し、第2基板は、第3トランジスタが設けられた第2半導体層を有する。【選択図】図5[Problem] To provide a technology for further improving the functions and characteristics of a stacked photoelectric conversion device. [Solution] The photoelectric conversion device is formed by stacking a plurality of substrates including a first substrate and a second substrate, and has a pixel that outputs a signal according to incident light. The pixel has a photoelectric conversion element that generates a charge according to the amount of incident light, a first transistor that transfers the charge held by the photoelectric conversion element to a first node, a second transistor having one of its source and drain electrically connected to the first node, and a third transistor having a gate electrically connected to the first node. The first substrate has a first semiconductor layer in which the photoelectric conversion element, the first transistor, and the second transistor are provided, and the second substrate has a second semiconductor layer in which the third transistor is provided. [Selected Figure] Figure 5

Description

本発明は、光電変換装置及び光電変換システムに関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion device and a photoelectric conversion system.

CMOSイメージセンサなどに代表される光電変換装置の更なる高性能化・高機能化の要求に伴い、光電変換素子とその他の回路要素とを別々の基板に配置した積層型の光電変換装置が提案されている。特許文献1には、光電変換素子が設けられた第1基板と、画素回路が設けられた第2基板と、信号処理回路が設けられた第3基板とを積層した積層型の撮像装置が記載されている。 In response to demands for even higher performance and functionality in photoelectric conversion devices such as CMOS image sensors, stacked photoelectric conversion devices have been proposed in which photoelectric conversion elements and other circuit elements are arranged on separate substrates. Patent Document 1 describes a stacked imaging device in which a first substrate on which photoelectric conversion elements are provided, a second substrate on which pixel circuits are provided, and a third substrate on which signal processing circuits are provided are stacked.

国際公開第2019/130702号International Publication No. 2019/130702

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、各基板に設けられる回路要素が必ずしも適切に配置されているとは言えず、微細化やノイズ抑制が十分に図られているとは言えなかった。 However, in the technology described in Patent Document 1, the circuit elements on each board are not necessarily appropriately arranged, and it cannot be said that miniaturization or noise suppression is adequately achieved.

本発明の目的は、積層型の光電変換装置の機能や特性を更に向上するための技術を提供することにある。 The object of the present invention is to provide technology to further improve the functions and characteristics of stacked photoelectric conversion devices.

本明細書の一開示によれば、第1基板と第2基板とを含む複数の基板が積層されてなり、入射光に応じた信号を出力する画素を有する光電変換装置であって、前記画素は、入射光の光量に応じた電荷を生成する光電変換素子と、前記光電変換素子が保持する電荷を第1ノードに転送する第1トランジスタと、ソース及びドレインのうちの一方が前記第1ノードに電気的に接続された第2トランジスタと、ゲートが前記第1ノードに電気的に接続された第3トランジスタと、を有し、前記第1基板は、前記光電変換素子、前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタが設けられた第1半導体層を有し、前記第2基板は、前記第3トランジスタが設けられた第2半導体層を有する光電変換装置が提供される。 According to one disclosure of the present specification, a photoelectric conversion device is provided in which a plurality of substrates including a first substrate and a second substrate are stacked, and the pixel has a signal that corresponds to incident light, the pixel has a photoelectric conversion element that generates a charge corresponding to the amount of incident light, a first transistor that transfers the charge held by the photoelectric conversion element to a first node, a second transistor having one of a source and a drain electrically connected to the first node, and a third transistor having a gate electrically connected to the first node, the first substrate has a first semiconductor layer in which the photoelectric conversion element, the first transistor, and the second transistor are provided, and the second substrate has a second semiconductor layer in which the third transistor is provided.

また、本明細書の他の一開示によれば、第1基板と第2基板とを含む複数の基板が積層されてなり、入射光に応じた信号を出力する画素を有する光電変換装置であって、前記画素は、入射光の光量に応じた電荷を生成する光電変換素子と、前記光電変換素子が保持する電荷を第1ノードに転送する第1トランジスタと、ソース及びドレインのうちの一方が前記第1ノードに電気的に接続された第2トランジスタと、ゲートが前記第1ノードに電気的に接続された第3トランジスタと、を有し、前記第1基板は、前記光電変換素子及び前記第1トランジスタが設けられた第1半導体層を有し、前記第2基板は、前記第2トランジスタ及び前記第3トランジスタが設けられた第2半導体層を有し、前記第1トランジスタのゲートは、前記第1ノードとの間に容量を構成する要素と平面視において重ならない光電変換装置が提供される。 According to another disclosure of this specification, there is provided a photoelectric conversion device having a pixel that outputs a signal according to incident light, the pixel having a photoelectric conversion element that generates a charge according to the amount of incident light, a first transistor that transfers the charge held by the photoelectric conversion element to a first node, a second transistor having one of a source and a drain electrically connected to the first node, and a third transistor having a gate electrically connected to the first node, the first substrate having a first semiconductor layer in which the photoelectric conversion element and the first transistor are provided, the second substrate having a second semiconductor layer in which the second transistor and the third transistor are provided, and the gate of the first transistor does not overlap an element that constitutes a capacitance between the first node and the first substrate in a plan view.

本発明によれば、積層型の光電変換装置において、機能や特性を更に向上することができる。 The present invention can further improve the functionality and characteristics of stacked photoelectric conversion devices.

本発明の第1実施形態による光電変換装置の概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a photoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による光電変換装置の構成例を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a configuration example of a photoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による光電変換装置における画素の等価回路図(その1)である。1 is an equivalent circuit diagram (part 1) of a pixel in a photoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 本発明の第1実施形態による光電変換装置における画素の等価回路図(その2)である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram (part 2) of a pixel in the photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による光電変換装置の構成例を示す概略断面図(その1)である。1 is a schematic cross-sectional view (part 1) showing a configuration example of a photoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による光電変換装置の構成例を示す概略断面図(その2)である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view (part 2) showing an example of the configuration of the photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による光電変換装置の構成例を示す概略断面図(その3)である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view (part 3) showing a configuration example of the photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による光電変換装置の構成例を示す概略断面図(その4)である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view (part 4) showing a configuration example of the photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による光電変換装置の構成例を示す平面図である。1 is a plan view showing an example of the configuration of a photoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示す等価回路図である。FIG. 11 is an equivalent circuit diagram showing an example of the configuration of a pixel of a photoelectric conversion device according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態による光電変換装置の構成例を示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a photoelectric conversion device according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示す等価回路図である。FIG. 11 is an equivalent circuit diagram showing an example of the configuration of a pixel of a photoelectric conversion device according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態による光電変換装置の構成例を示す概略断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a photoelectric conversion device according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態による光電変換装置の構成例を示す平面図(その1)である。FIG. 11 is a plan view (part 1) showing a configuration example of a photoelectric conversion device according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態による光電変換装置の構成例を示す概略断面図(その1)である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view (part 1) showing a configuration example of a photoelectric conversion device according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態による光電変換装置の構成例を示す概略断面図(その2)である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view (part 2) showing a configuration example of a photoelectric conversion device according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態による光電変換装置の構成例を示す平面図(その2)である。FIG. 13 is a plan view (part 2) showing a configuration example of a photoelectric conversion device according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第5実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図である。13A to 13C are cross-sectional views illustrating steps in a method for manufacturing a photoelectric conversion device according to a fifth embodiment of the present invention. 本発明の第5実施形態による光電変換装置を示す概略断面図である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a photoelectric conversion device according to a fifth embodiment of the present invention. 本発明の第6実施形態による光電変換システムの概略構成を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of a photoelectric conversion system according to a sixth embodiment of the present invention. 本発明の第7実施形態による光電変換システム及び移動体の構成例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a photoelectric conversion system and a moving object according to a seventh embodiment of the present invention. 本発明の第8実施形態による機器の概略構成を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of an apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.

以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を限定するものではない。各図面が示す部材の大きさや位置関係は、説明を明確にするために誇張していることがある。以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語(例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語)を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。すなわち、上下が逆転した構成であっても、本発明の技術的範囲に属する。 The embodiments shown below are intended to embody the technical ideas of the present invention, but are not intended to limit the present invention. The sizes and positional relationships of the components shown in each drawing may be exaggerated for clarity. In the following description, terms indicating specific directions or positions (e.g., "upper," "lower," "right," "left," and other terms that include these terms) are used as necessary. The use of these terms is intended to facilitate understanding of the invention with reference to the drawings, and the technical scope of the present invention is not limited by the meaning of these terms. In other words, even a configuration in which the top and bottom are inverted falls within the technical scope of the present invention.

また、以下に述べる各実施形態では、光電変換装置の一例として撮像装置を中心に説明する。ただし、各実施形態は、撮像装置に限られるものではなく、光電変換装置の他の例にも適用可能である。光電変換装置の他の例としては、例えば、測距装置(焦点検出やTOF(Time Of Flight)を用いた距離測定等の装置)、測光装置(入射光量の測定等の装置)などがある。 In addition, in each of the embodiments described below, an imaging device will be mainly described as an example of a photoelectric conversion device. However, each of the embodiments is not limited to imaging devices, and can also be applied to other examples of photoelectric conversion devices. Other examples of photoelectric conversion devices include, for example, distance measuring devices (devices that measure distance using focus detection or TOF (Time Of Flight)), photometric devices (devices that measure the amount of incident light, etc.), etc.

[第1実施形態]
本発明の第1実施形態による光電変換装置について、図1乃至図9を用いて説明する。図1は、本実施形態による光電変換装置の概略構成を示すブロック図である。図2は、本実施形態による光電変換装置の構成例を示す模式図である。図3及び図4は、本実施形態による光電変換装置における画素の等価回路図である。図5乃至図8は、本実施形態による光電変換装置の構成例を示す概略断面図である。図9は、本実施形態による光電変換装置の構成例を示す平面図である。
[First embodiment]
A photoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. 1 to 9. Fig. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the photoelectric conversion device according to this embodiment. Fig. 2 is a schematic diagram showing a configuration example of the photoelectric conversion device according to this embodiment. Figs. 3 and 4 are equivalent circuit diagrams of pixels in the photoelectric conversion device according to this embodiment. Figs. 5 to 8 are schematic cross-sectional views showing a configuration example of the photoelectric conversion device according to this embodiment. Fig. 9 is a plan view showing a configuration example of the photoelectric conversion device according to this embodiment.

本実施形態による光電変換装置は、図1に示すように、画素アレイ部10と、垂直走査回路20と、読み出し回路30と、水平走査回路40と、出力回路50と、制御回路60と、により構成され得る。光電変換装置100は、シリコン基板等の半導体基板の上に形成される半導体装置であり、例えばCMOSイメージセンサであり得る。 As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion device according to this embodiment may be configured with a pixel array section 10, a vertical scanning circuit 20, a readout circuit 30, a horizontal scanning circuit 40, an output circuit 50, and a control circuit 60. The photoelectric conversion device 100 is a semiconductor device formed on a semiconductor substrate such as a silicon substrate, and may be, for example, a CMOS image sensor.

画素アレイ部10には、各々が光電変換部を含む複数の画素12が複数の行及び複数の列をなすように2次元状に配列されている。各々の画素12は、フォトダイオード等の光電変換素子を含み、入射光の光量に応じた画素信号を出力するように構成されている。画素アレイ部10に配される画素アレイの行数及び列数は、特に限定されるものではない。また、画素アレイ部10には、入射光の光量に応じた画素信号を出力する有効画素のほか、光電変換部が遮光されたオプティカルブラック画素や、信号を出力しないダミー画素などが配置されていてもよい。 In the pixel array section 10, a plurality of pixels 12, each of which includes a photoelectric conversion section, are two-dimensionally arranged in a plurality of rows and a plurality of columns. Each pixel 12 includes a photoelectric conversion element such as a photodiode, and is configured to output a pixel signal according to the amount of incident light. The number of rows and columns of the pixel array arranged in the pixel array section 10 is not particularly limited. In addition to effective pixels that output pixel signals according to the amount of incident light, the pixel array section 10 may also include optical black pixels in which the photoelectric conversion section is shielded from light, dummy pixels that do not output signals, and the like.

画素アレイ部10の各行には、第1の方向(図1において横方向)に延在して、制御線14が配されている。制御線14の各々は、第1の方向に並ぶ画素12にそれぞれ接続され、これら画素12に共通の信号線をなしている。制御線14の延在する第1の方向は、行方向或いは水平方向と呼ぶことがある。制御線14は、垂直走査回路20に接続されている。 In each row of the pixel array section 10, a control line 14 is arranged, extending in a first direction (horizontal direction in FIG. 1). Each of the control lines 14 is connected to the pixels 12 arranged in the first direction, and serves as a signal line common to these pixels 12. The first direction in which the control lines 14 extend is sometimes called the row direction or horizontal direction. The control lines 14 are connected to a vertical scanning circuit 20.

画素アレイ部10の各列には、第1の方向と交差する第2の方向(図1において縦方向)に延在して、出力線16が配されている。出力線16の各々は、第2の方向に並ぶ画素12にそれぞれ接続され、これら画素12に共通の信号線をなしている。出力線16の延在する第2の方向は、列方向或いは垂直方向と呼ぶことがある。出力線16は、読み出し回路30に接続されている。 In each column of the pixel array section 10, an output line 16 is arranged, extending in a second direction (vertical direction in FIG. 1) intersecting the first direction. Each output line 16 is connected to the pixels 12 aligned in the second direction, and serves as a common signal line for these pixels 12. The second direction in which the output lines 16 extend is sometimes called the column direction or vertical direction. The output lines 16 are connected to a readout circuit 30.

垂直走査回路20は、制御回路60からの制御信号に応じて画素12を駆動するための制御信号を生成し、制御線14を介して画素12に供給する機能を備える制御回路である。垂直走査回路20は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどの論理回路を用いて構成され得る。垂直走査回路20は、制御線14を介して供給する制御信号によって画素アレイ部10の画素12を行単位で駆動する。行単位で画素12から読み出された信号は、画素アレイ部10の各列に配された出力線16を介して読み出し回路30に入力される。 The vertical scanning circuit 20 is a control circuit that generates control signals for driving the pixels 12 in response to control signals from the control circuit 60 and supplies the control signals to the pixels 12 via the control lines 14. The vertical scanning circuit 20 can be configured using logic circuits such as shift registers and address decoders. The vertical scanning circuit 20 drives the pixels 12 of the pixel array section 10 on a row-by-row basis using control signals supplied via the control lines 14. The signals read out from the pixels 12 on a row-by-row basis are input to the readout circuit 30 via the output lines 16 arranged in each column of the pixel array section 10.

読み出し回路30は、画素アレイ部10から読み出された画素信号に対して所定の処理、例えば、相関二重サンプリングによる補正処理、増幅処理、アナログ・デジタル変換処理等の信号処理を実施する回路部である。読み出し回路30は、画素アレイ部10から出力された画素信号や信号処理後の画素信号を保持するための信号保持回路を含み得る。 The readout circuit 30 is a circuit section that performs predetermined processing on the pixel signals read out from the pixel array section 10, such as signal processing such as correction processing using correlated double sampling, amplification processing, and analog-to-digital conversion processing. The readout circuit 30 may include a signal holding circuit for holding the pixel signals output from the pixel array section 10 and the pixel signals after signal processing.

水平走査回路40は、制御部70からの制御信号に応じて、読み出し回路30で処理された画素信号を列毎に順次、出力回路50に転送するための制御信号を読み出し回路30に供給する機能を備える制御回路である。水平走査回路40は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどの論理回路を用いて構成され得る。 The horizontal scanning circuit 40 is a control circuit that has the function of supplying a control signal to the readout circuit 30 for transferring the pixel signals processed by the readout circuit 30 to the output circuit 50 sequentially for each column in response to a control signal from the control unit 70. The horizontal scanning circuit 40 can be configured using logic circuits such as a shift register and an address decoder.

出力回路50は、読み出し回路30から読み出された画素信号に対して所定の信号処理を実施するためのバッファアンプや差動増幅器や、信号処理後の画素信号を外部へ出力するための外部インターフェース回路などを含んで構成され得る。出力回路50が行う信号処理としては、例えば、相関二重サンプリングによる補正処理、増幅処理などが挙げられる。出力回路50が備える外部インターフェース回路は、特に限定されるものではない。外部インターフェース回路には、例えば、LVDS(Low Voltage Differential Signaling)回路、SLVS(Scalable Low Voltage Signaling)回路等のSerDes(SERializer/DESerializer)送信回路を適用可能である。 The output circuit 50 may be configured to include a buffer amplifier or a differential amplifier for performing predetermined signal processing on the pixel signals read out from the readout circuit 30, and an external interface circuit for outputting the pixel signals after signal processing to the outside. Examples of the signal processing performed by the output circuit 50 include correction processing using correlated double sampling and amplification processing. The external interface circuit provided in the output circuit 50 is not particularly limited. For example, a SerDes (SERializer/DESerializer) transmission circuit such as an LVDS (Low Voltage Differential Signaling) circuit or an SLVS (Scalable Low Voltage Signaling) circuit can be used as the external interface circuit.

制御回路60は、垂直走査回路20、読み出し回路30、水平走査回路40、出力回路50などの機能ブロックに、これらの動作やタイミングを制御する制御信号を供給するための回路部である。各機能ブロックに供給される制御信号の一部又は総ては、光電変換装置100の外部から供給されてもよい。 The control circuit 60 is a circuit section for supplying control signals to functional blocks such as the vertical scanning circuit 20, the readout circuit 30, the horizontal scanning circuit 40, and the output circuit 50, which control their operation and timing. Some or all of the control signals supplied to each functional block may be supplied from outside the photoelectric conversion device 100.

本実施形態の光電変換装置100は、上述の複数の機能ブロックを構成する回路要素を複数の基板に作り分け、これら複数の基板を積層した積層型の光電変換装置として構成される。図2(a)は、第1基板110と第2基板140とを積層して光電変換装置を構成する場合の模式図である。この場合、例えば、第1基板110には画素アレイ部10を構成する複数の画素12の各々の少なくとも光電変換素子を、第2基板140には複数の画素12のその他の回路要素及びその他の機能ブロックを、それぞれ配置することができる。図2(b)は、第1基板110と第2基板140と第3基板170とを積層して光電変換装置を構成する場合の模式図である。この場合、例えば、第1基板110には画素アレイ部10を構成する複数の画素12の各々の少なくとも光電変換素子を、第2基板140には複数の画素12のその他の回路要素を、第3基板170にはその他の機能ブロックを、それぞれ配置することができる。なお、光電変換装置100を構成する基板の枚数は、4枚以上であってもよい。また、1つの機能ブロックを構成する回路要素は、必ずしも同じ基板に配置する必要はなく、別々の基板に配置してもよい。 The photoelectric conversion device 100 of this embodiment is configured as a stacked photoelectric conversion device in which the circuit elements constituting the above-mentioned multiple functional blocks are made on multiple substrates and these multiple substrates are stacked. FIG. 2(a) is a schematic diagram of a case in which a photoelectric conversion device is configured by stacking a first substrate 110 and a second substrate 140. In this case, for example, at least the photoelectric conversion elements of each of the multiple pixels 12 constituting the pixel array section 10 can be arranged on the first substrate 110, and other circuit elements and other functional blocks of the multiple pixels 12 can be arranged on the second substrate 140. FIG. 2(b) is a schematic diagram of a case in which a photoelectric conversion device is configured by stacking a first substrate 110, a second substrate 140, and a third substrate 170. In this case, for example, at least the photoelectric conversion elements of each of the multiple pixels 12 constituting the pixel array section 10 can be arranged on the first substrate 110, other circuit elements of the multiple pixels 12 can be arranged on the second substrate 140, and other functional blocks can be arranged on the third substrate 170. The number of substrates constituting the photoelectric conversion device 100 may be four or more. Also, the circuit elements constituting one functional block do not necessarily have to be placed on the same substrate, and may be placed on separate substrates.

このようにして積層型の光電変換装置を構成することで、光電変換部の面積を犠牲にすることなく光電変換装置の小型化を図ることが可能となる。また、画素回路を形成する基板とロジック回路を形成する基板とを別々の基板とすることで、各基板を各々に好適なウェーハプロセスを用いて製造することができる。これにより、更なる高性能化や高機能化を図ることも可能となる。なお、画素12を構成する回路要素を複数の基板に作り分けることによる効果については後述する。 By constructing a stacked photoelectric conversion device in this manner, it is possible to miniaturize the photoelectric conversion device without sacrificing the area of the photoelectric conversion section. In addition, by using separate substrates for forming the pixel circuit and the logic circuit, each substrate can be manufactured using a wafer process that is suitable for each. This makes it possible to achieve even higher performance and functionality. The effects of producing the circuit elements that make up the pixel 12 on multiple substrates will be described later.

次に、画素アレイ部10を構成する各画素12の構成例について、図3及び図4を用いて説明する。ここでは画素12の構成例として2つの等価回路図を示すが、画素12はこれらの回路に限定されるものではない。 Next, configuration examples of each pixel 12 constituting the pixel array section 10 will be described with reference to Figures 3 and 4. Here, two equivalent circuit diagrams are shown as configuration examples of the pixel 12, but the pixel 12 is not limited to these circuits.

図3に例示する画素12は、光電変換素子PDと、転送トランジスタM1と、リセットトランジスタM2と、増幅トランジスタM3と、選択トランジスタM4と、により構成されている。光電変換素子PDは、例えばフォトダイオードにより構成され、転送トランジスタM1、リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4は、MOSトランジスタにより構成され得る。画素12は、入射光が光電変換素子PDに導かれるまでの光路上に配されたマイクロレンズ及びカラーフィルタを更に有していてもよい。マイクロレンズは、入射光を光電変換素子PDに集光する。カラーフィルタは、所定の色の光を選択的に透過する。 The pixel 12 illustrated in FIG. 3 is composed of a photoelectric conversion element PD, a transfer transistor M1, a reset transistor M2, an amplification transistor M3, and a selection transistor M4. The photoelectric conversion element PD may be composed of, for example, a photodiode, and the transfer transistor M1, the reset transistor M2, the amplification transistor M3, and the selection transistor M4 may be composed of MOS transistors. The pixel 12 may further have a microlens and a color filter arranged on the optical path along which incident light is guided to the photoelectric conversion element PD. The microlens focuses the incident light on the photoelectric conversion element PD. The color filter selectively transmits light of a predetermined color.

図3に示す点線は、第1基板110と第2基板140との間の境界を示している。すなわち、画素12の上記構成要素のうち、光電変換素子PD、転送トランジスタM1及びリセットトランジスタM2は第1基板110に設けられ、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4は第2基板140に設けられる。 The dotted line in FIG. 3 indicates the boundary between the first substrate 110 and the second substrate 140. That is, of the above components of the pixel 12, the photoelectric conversion element PD, the transfer transistor M1, and the reset transistor M2 are provided on the first substrate 110, and the amplification transistor M3 and the selection transistor M4 are provided on the second substrate 140.

光電変換素子PDは、アノードが基準電圧線(例えば接地電圧線)に電気的に接続され、カソードが転送トランジスタM1のソースに電気的に接続されている。転送トランジスタM1のドレインは、リセットトランジスタM2のソース及び増幅トランジスタM3のゲートに電気的に接続されている。転送トランジスタM1のドレイン、リセットトランジスタM2のソース及び増幅トランジスタM3のゲートが接続されるノードFDは、いわゆる浮遊拡散部(フローティングディフュージョン)である。浮遊拡散部は、容量成分(浮遊拡散容量)を含み、電荷保持部としての機能を備える。浮遊拡散容量には、トランジスタのゲート容量、ソース/ドレイン部のpn接合容量、配線容量などが含まれ得る。リセットトランジスタM2のドレイン及び増幅トランジスタM3のドレインは、電源電圧線(例えば電圧VDD)に電気的に接続されている。増幅トランジスタM3のソースは、選択トランジスタM4のドレインに電気的に接続されている。選択トランジスタM4のソースは、出力線16に電気的に接続されている。 The photoelectric conversion element PD has an anode electrically connected to a reference voltage line (e.g., a ground voltage line) and a cathode electrically connected to the source of the transfer transistor M1. The drain of the transfer transistor M1 is electrically connected to the source of the reset transistor M2 and the gate of the amplification transistor M3. The node FD to which the drain of the transfer transistor M1, the source of the reset transistor M2, and the gate of the amplification transistor M3 are connected is a so-called floating diffusion portion. The floating diffusion portion includes a capacitance component (floating diffusion capacitance) and functions as a charge storage portion. The floating diffusion capacitance may include the gate capacitance of the transistor, the pn junction capacitance of the source/drain portion, the wiring capacitance, and the like. The drain of the reset transistor M2 and the drain of the amplification transistor M3 are electrically connected to a power supply voltage line (e.g., voltage VDD). The source of the amplification transistor M3 is electrically connected to the drain of the selection transistor M4. The source of the selection transistor M4 is electrically connected to the output line 16.

なお、画素12は必ずしも選択トランジスタM4を有する必要はなく、選択トランジスタM4は省略することもできる。また、選択トランジスタM4は、電源電圧線と増幅トランジスタM3との間に設けられていてもよい。この場合、選択トランジスタM4のドレインが電源電圧線に接続され、選択トランジスタM4のソースが増幅トランジスタM3のドレインに接続され、増幅トランジスタのソースが出力線16に接続され得る。 Note that pixel 12 does not necessarily have to have selection transistor M4, and selection transistor M4 can be omitted. Selection transistor M4 may also be provided between the power supply voltage line and amplification transistor M3. In this case, the drain of selection transistor M4 is connected to the power supply voltage line, the source of selection transistor M4 is connected to the drain of amplification transistor M3, and the source of the amplification transistor is connected to output line 16.

図3の回路構成の場合、各行の制御線14は、転送トランジスタM1のゲート、リセットトランジスタM2のゲート及び選択トランジスタM4のゲートに接続された3本の信号線を含む。転送トランジスタM1のゲートには、垂直走査回路20から制御信号PTXが供給される。リセットトランジスタM2のゲートには、垂直走査回路20から制御信号PRESが供給される。選択トランジスタM4のゲートには、垂直走査回路20から制御信号PSELが供給される。各トランジスタがN型MOSトランジスタで構成される場合、垂直走査回路20からハイレベルの制御信号が供給されると対応するトランジスタがオンになる。また、垂直走査回路20からローレベルの制御信号が供給されると対応するトランジスタがオフになる。 In the case of the circuit configuration of FIG. 3, the control line 14 of each row includes three signal lines connected to the gate of the transfer transistor M1, the gate of the reset transistor M2, and the gate of the selection transistor M4. A control signal PTX is supplied from the vertical scanning circuit 20 to the gate of the transfer transistor M1. A control signal PRES is supplied from the vertical scanning circuit 20 to the gate of the reset transistor M2. A control signal PSEL is supplied from the vertical scanning circuit 20 to the gate of the selection transistor M4. When each transistor is an N-type MOS transistor, when a high-level control signal is supplied from the vertical scanning circuit 20, the corresponding transistor is turned on. Also, when a low-level control signal is supplied from the vertical scanning circuit 20, the corresponding transistor is turned off.

本実施形態では、光入射によって光電変換素子PDで生成される電子正孔対のうち、電子を信号電荷として用いる場合を想定して説明を行う。信号電荷として電子を用いる場合、画素12を構成する各トランジスタは、N型MOSトランジスタによって構成され得る。ただし、信号電荷は電子に限られるものではなく、正孔を信号電荷として用いてもよい。信号電荷として正孔を用いる場合、各トランジスタの導電型は、本実施形態で説明するものとは逆導電型となる。また、MOSトランジスタのソース及びドレインの呼称はトランジスタの導電型や着目する機能によって異なることがある。本実施形態において使用するソース及びドレインの名称の一部又は全部は、逆の名称で呼ばれることもあり得る。また、ソース及びドレインを、一方及び他方と区別することがある。例えば、ソース及びドレインのうちの一方がソースである場合、ソース及びドレインのうちの他方はドレインである。 In this embodiment, the description will be made assuming that, of the electron-hole pairs generated in the photoelectric conversion element PD by the incidence of light, the electrons are used as signal charges. When electrons are used as signal charges, each transistor constituting the pixel 12 may be composed of an N-type MOS transistor. However, the signal charge is not limited to electrons, and holes may be used as signal charges. When holes are used as signal charges, the conductivity type of each transistor is the opposite conductivity type to that described in this embodiment. In addition, the names of the source and drain of a MOS transistor may differ depending on the conductivity type of the transistor and the function of interest. Some or all of the names of the source and drain used in this embodiment may be called by the opposite names. In addition, the source and drain may be distinguished from one another. For example, when one of the source and drain is a source, the other of the source and drain is a drain.

光電変換素子PDは、入射光をその光量に応じた量の電荷に変換(光電変換)し、生じた電荷を蓄積する。転送トランジスタM1は、オンになることにより光電変換素子PDが保持する電荷をノードFDに転送する。光電変換素子PDから転送された電荷は、ノードFDの容量(浮遊拡散容量)によって保持される。その結果、ノードFDは、浮遊拡散容量による電荷電圧変換によって、光電変換素子PDから転送された電荷の量に応じた電位となる。 The photoelectric conversion element PD converts incident light into an amount of charge corresponding to the amount of light (photoelectric conversion) and accumulates the resulting charge. When the transfer transistor M1 is turned on, it transfers the charge held by the photoelectric conversion element PD to the node FD. The charge transferred from the photoelectric conversion element PD is held by the capacitance (floating diffusion capacitance) of the node FD. As a result, the node FD has a potential corresponding to the amount of charge transferred from the photoelectric conversion element PD through charge-voltage conversion by the floating diffusion capacitance.

選択トランジスタM4は、オンになることにより増幅トランジスタM3を出力線16に接続する。増幅トランジスタM3は、ドレインに電圧VDDが供給されソースに選択トランジスタM4を介して不図示の電流源からバイアス電流が供給される構成となっており、ゲートを入力ノードとする増幅部(ソースフォロワ回路)を構成する。これにより増幅トランジスタM3は、ノードFDの電位に基づく信号を、選択トランジスタM4を介して出力線16に出力する。この意味で、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4は、ノードFDに保持された電荷の量に応じた画素信号を出力する出力部である。 When the selection transistor M4 is turned on, it connects the amplification transistor M3 to the output line 16. The amplification transistor M3 has a configuration in which a voltage VDD is supplied to the drain and a bias current is supplied to the source from a current source (not shown) via the selection transistor M4, forming an amplification section (source follower circuit) with the gate as the input node. As a result, the amplification transistor M3 outputs a signal based on the potential of the node FD to the output line 16 via the selection transistor M4. In this sense, the amplification transistor M3 and the selection transistor M4 are an output section that outputs a pixel signal according to the amount of charge held in the node FD.

リセットトランジスタM2は、電荷保持部としてのノードFDをリセットするための電圧(電圧VDD)のFDノードへの供給を制御する機能を備える。リセットトランジスタM2は、オンになることによりノードFDを電圧VDDに応じた電圧にリセットする。 The reset transistor M2 has the function of controlling the supply of a voltage (voltage VDD) to the FD node to reset the node FD, which serves as a charge storage unit. When the reset transistor M2 is turned on, it resets the node FD to a voltage corresponding to the voltage VDD.

図4に例示する画素12は、4つの画素12A,12B,12C,12DにおいてノードFD、リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4を共有した場合の構成例である。ここで、画素12Aは、光電変換素子PDAと、転送トランジスタM1Aと、リセットトランジスタM2と、増幅トランジスタM3と、選択トランジスタM4と、により構成される。画素12Bは、光電変換素子PDBと、転送トランジスタM1Bと、リセットトランジスタM2と、増幅トランジスタM3と、選択トランジスタM4と、により構成される。画素12Cは、光電変換素子PDCと、転送トランジスタM1Cと、リセットトランジスタM2と、増幅トランジスタM3と、選択トランジスタM4と、により構成される。画素12Dは、光電変換素子PDDと、転送トランジスタM1Dと、リセットトランジスタM2と、増幅トランジスタM3と、選択トランジスタM4と、により構成される。 The pixel 12 illustrated in FIG. 4 is a configuration example in which the node FD, the reset transistor M2, the amplification transistor M3, and the selection transistor M4 are shared among four pixels 12A, 12B, 12C, and 12D. Here, the pixel 12A is composed of a photoelectric conversion element PDA, a transfer transistor M1A, a reset transistor M2, an amplification transistor M3, and a selection transistor M4. The pixel 12B is composed of a photoelectric conversion element PDB, a transfer transistor M1B, a reset transistor M2, an amplification transistor M3, and a selection transistor M4. The pixel 12C is composed of a photoelectric conversion element PDC, a transfer transistor M1C, a reset transistor M2, an amplification transistor M3, and a selection transistor M4. The pixel 12D is composed of a photoelectric conversion element PDD, a transfer transistor M1D, a reset transistor M2, an amplification transistor M3, and a selection transistor M4.

光電変換素子PDAは、アノードが基準電圧線に電気的に接続され、カソードが転送トランジスタM1Aのソースに電気的に接続されている。光電変換素子PDBは、アノードが基準電圧線に電気的に接続され、カソードが転送トランジスタM1Bのソースに電気的に接続されている。光電変換素子PDCは、アノードが基準電圧線に電気的に接続され、カソードが転送トランジスタM1Cのソースに電気的に接続されている。光電変換素子PDDは、アノードが基準電圧線に電気的に接続され、カソードが転送トランジスタM1Dのソースに電気的に接続されている。転送トランジスタM1A,M1B,M1C,M1Dのドレインは、リセットトランジスタM2のソース及び増幅トランジスタM3のゲートに電気的に接続されている。転送トランジスタM1A,M1B,M1C,M1Dのドレイン、リセットトランジスタM2のソース及び増幅トランジスタM3のゲートが接続されるノードFDは、浮遊拡散部である。リセットトランジスタM2のドレイン及び増幅トランジスタM3のドレインは、電源電圧線に電気的に接続されている。増幅トランジスタM3のソースは、選択トランジスタM4のドレインに電気的に接続されている。選択トランジスタM4のソースは、出力線16に電気的に接続されている。 The photoelectric conversion element PDA has an anode electrically connected to a reference voltage line and a cathode electrically connected to the source of the transfer transistor M1A. The photoelectric conversion element PDB has an anode electrically connected to a reference voltage line and a cathode electrically connected to the source of the transfer transistor M1B. The photoelectric conversion element PDC has an anode electrically connected to a reference voltage line and a cathode electrically connected to the source of the transfer transistor M1C. The photoelectric conversion element PDD has an anode electrically connected to a reference voltage line and a cathode electrically connected to the source of the transfer transistor M1D. The drains of the transfer transistors M1A, M1B, M1C, and M1D are electrically connected to the source of the reset transistor M2 and the gate of the amplification transistor M3. The node FD to which the drains of the transfer transistors M1A, M1B, M1C, and M1D, the source of the reset transistor M2, and the gate of the amplification transistor M3 are connected is a floating diffusion portion. The drain of the reset transistor M2 and the drain of the amplification transistor M3 are electrically connected to the power supply voltage line. The source of the amplification transistor M3 is electrically connected to the drain of the selection transistor M4. The source of the selection transistor M4 is electrically connected to the output line 16.

画素12A,12B,12C,12DがノードFD、リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4を共有する構成とすることにより、光電変換装置の全体において画素回路が占める面積を小さくすることができる。なお、ノードFD、リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4を共有する画素12の数は、必ずしも4つである必要はなく、2つ又は3つであってもよいし、5つ以上であってもよい。 By configuring pixels 12A, 12B, 12C, and 12D to share node FD, reset transistor M2, amplification transistor M3, and selection transistor M4, the area occupied by the pixel circuit in the entire photoelectric conversion device can be reduced. Note that the number of pixels 12 that share node FD, reset transistor M2, amplification transistor M3, and selection transistor M4 does not necessarily have to be four, and may be two or three, or five or more.

図4に示す点線は、第1基板110と第2基板140との間の境界を示している。すなわち、画素12の上記構成要素のうち、光電変換素子PDA,PDB,PDC,PDD、転送トランジスタM1A,M1B,M1C,M1D及びリセットトランジスタM2は、第1基板110に設けられる。また、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4は、第2基板140に設けられる。 The dotted line in FIG. 4 indicates the boundary between the first substrate 110 and the second substrate 140. That is, of the above components of the pixel 12, the photoelectric conversion elements PDA, PDB, PDC, and PDD, the transfer transistors M1A, M1B, M1C, and M1D, and the reset transistor M2 are provided on the first substrate 110. Furthermore, the amplification transistor M3 and the selection transistor M4 are provided on the second substrate 140.

図4に示す画素12の動作は、基本的に図3に示す画素12の動作と同様である。すなわち、転送トランジスタM1Aは、オンになることにより光電変換素子PDAが保持する電荷をノードFDに転送する。転送トランジスタM1Bは、オンになることにより光電変換素子PDBが保持する電荷をノードFDに転送する。転送トランジスタM1Cは、オンになることにより光電変換素子PDCが保持する電荷をノードFDに転送する。転送トランジスタM1Dは、オンになることにより光電変換素子PDDが保持する電荷をノードFDに転送する。リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4の動作は、図3に示す画素12と同様である。 The operation of pixel 12 shown in FIG. 4 is basically the same as that of pixel 12 shown in FIG. 3. That is, when transfer transistor M1A is turned on, it transfers the charge held by photoelectric conversion element PDA to node FD. When transfer transistor M1B is turned on, it transfers the charge held by photoelectric conversion element PDB to node FD. When transfer transistor M1C is turned on, it transfers the charge held by photoelectric conversion element PDC to node FD. When transfer transistor M1D is turned on, it transfers the charge held by photoelectric conversion element PDD to node FD. The operations of reset transistor M2, amplification transistor M3, and selection transistor M4 are the same as those of pixel 12 shown in FIG. 3.

次に、本実施形態による光電変換装置の具体的な構成例について、図5乃至図9を用いて説明する。ここでは、3枚の基板が積層されてなる積層型の光電変換装置を例に挙げ、本実施形態による光電変換装置100のいくつかの構成例を示す。 Next, specific configuration examples of the photoelectric conversion device according to this embodiment will be described with reference to Figs. 5 to 9. Here, a stacked photoelectric conversion device formed by stacking three substrates is taken as an example, and several configuration examples of the photoelectric conversion device 100 according to this embodiment are shown.

本実施形態による光電変換装置100は、図5に示すように、第1基板110と、第2基板140と、第3基板170と、が積層されてなる積層型の光電変換装置である。第1基板110、第2基板140及び第3基板170の基板は、この順番で積層されている。 As shown in FIG. 5, the photoelectric conversion device 100 according to this embodiment is a stacked photoelectric conversion device in which a first substrate 110, a second substrate 140, and a third substrate 170 are stacked. The first substrate 110, the second substrate 140, and the third substrate 170 are stacked in this order.

第1基板110は、第1面114及び第2面116を有する半導体層112と、半導体層112の第1面114の側に配された配線構造体層130と、を有する。第1基板110には、画素12の構成要素のうち、光電変換素子PDと、転送トランジスタM1と、リセットトランジスタM2と、が設けられている。これらのうち、図5には、光電変換素子PD及び転送トランジスタM1の構成要素が示されている。 The first substrate 110 has a semiconductor layer 112 having a first surface 114 and a second surface 116, and a wiring structure layer 130 arranged on the first surface 114 side of the semiconductor layer 112. Among the components of the pixel 12, the photoelectric conversion element PD, the transfer transistor M1, and the reset transistor M2 are provided on the first substrate 110. Of these, FIG. 5 shows the components of the photoelectric conversion element PD and the transfer transistor M1.

光電変換素子PDは、半導体層112に設けられた第1導電型の半導体領域118と、第2導電型の半導体領域122,124と、を含んで構成され得る。半導体領域118は、例えばN型の半導体領域であり、光電変換素子PDのカソードとしての役割を有する。半導体領域122,124は、例えばP型の半導体領域であり、光電変換素子PDのアノードとしての役割を有する。半導体領域122には、第1面114の側において不図示の貫通電極に接続されており、この貫通電極を介して第2基板140の側から半導体領域122,124に基準電位(例えば接地電位)が供給されるようになっている。半導体領域122,124は、半導体領域118の第2面116の側及び側面部を囲うように配されており、隣り合って配された他の画素12の光電変換素子PDとの間を分離する役割をも有する。半導体領域122の内側には、画素分離部126が更に設けられていてもよい。画素分離部126は、例えば半導体層112を貫通するように設けられたDTI(Deep Trench Isolation)であり、半導体層112を貫通する開口部に絶縁材料や金属材料などが充填されることにより構成され得る。半導体層112の第1面114の表面部には、半導体領域118から離間して第1導電型の半導体領域120が設けられている。 The photoelectric conversion element PD may be configured to include a first conductive type semiconductor region 118 and second conductive type semiconductor regions 122, 124 provided in the semiconductor layer 112. The semiconductor region 118 is, for example, an N-type semiconductor region and serves as a cathode of the photoelectric conversion element PD. The semiconductor regions 122, 124 are, for example, P-type semiconductor regions and serve as an anode of the photoelectric conversion element PD. The semiconductor region 122 is connected to a through electrode (not shown) on the first surface 114 side, and a reference potential (for example, a ground potential) is supplied to the semiconductor regions 122, 124 from the second substrate 140 side through this through electrode. The semiconductor regions 122, 124 are arranged to surround the second surface 116 side and side portions of the semiconductor region 118, and also serve to separate the photoelectric conversion elements PD of other pixels 12 arranged adjacent to each other. A pixel separator 126 may be further provided inside the semiconductor region 122. The pixel separator 126 is, for example, a deep trench isolation (DTI) provided to penetrate the semiconductor layer 112, and may be configured by filling an opening that penetrates the semiconductor layer 112 with an insulating material, a metal material, or the like. A first conductivity type semiconductor region 120 is provided on the surface portion of the first face 114 of the semiconductor layer 112, separated from the semiconductor region 118.

半導体層112の第1面114の上には、絶縁層132と、その中に配された転送トランジスタM1のゲート電極128と、を含む配線構造体層130が設けられている。ゲート電極128は、平面視において半導体領域118と半導体領域120との間の領域に重なるように、ゲート絶縁膜を介して半導体層112の第1面114の上に設けられている。転送トランジスタM1は、半導体領域118に蓄積された信号電荷を半導体領域120に転送する役割を有しており、半導体領域118は転送トランジスタM1のソースを、半導体領域120は転送トランジスタM1のドレインを、それぞれ構成しているとも言える。半導体領域120は、ノードFDの一部をも構成している。転送トランジスタM1のゲート電極128には、不図示の貫通電極を介して、第2基板140の側から制御信号PTXが供給される。 On the first surface 114 of the semiconductor layer 112, a wiring structure layer 130 including an insulating layer 132 and a gate electrode 128 of the transfer transistor M1 arranged therein is provided. The gate electrode 128 is provided on the first surface 114 of the semiconductor layer 112 via a gate insulating film so as to overlap the region between the semiconductor region 118 and the semiconductor region 120 in a plan view. The transfer transistor M1 has a role of transferring the signal charge accumulated in the semiconductor region 118 to the semiconductor region 120, and it can be said that the semiconductor region 118 constitutes the source of the transfer transistor M1 and the semiconductor region 120 constitutes the drain of the transfer transistor M1. The semiconductor region 120 also constitutes a part of the node FD. A control signal PTX is supplied to the gate electrode 128 of the transfer transistor M1 from the second substrate 140 side via a through electrode (not shown).

半導体層112の第2面116の側には、ピニング層192と、平坦化膜194と、マイクロレンズ196と、がこの順番で設けられている。ピニング層192は、例えば負の固定電荷を含む膜であり、具体的には、酸化ハフニウム、酸化ジルコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタルなどにより構成され得る。ピニング層192によって半導体層112の第2面116の側に正孔を励起することにより、半導体領域124内に仮に暗電子が生じたとしてもこの暗電子を正孔と再結合させ、ノイズ信号に寄与する暗電子を消滅させることができる。ピニング層192とマイクロレンズ196との間には、カラーフィルタ層(不図示)を更に設けてもよい。なお、マイクロレンズ196は、半導体層112の素子形成面とは反対の面(裏面)の側から入射した光を光電変換素子PDに集光するように構成されている。すなわち、本実施形態の光電変換装置は、いわゆる裏面照射型の光電変換装置である。 On the second surface 116 side of the semiconductor layer 112, a pinning layer 192, a planarization film 194, and a microlens 196 are provided in this order. The pinning layer 192 is, for example, a film containing a negative fixed charge, and specifically, may be composed of hafnium oxide, zirconium oxide, aluminum oxide, titanium oxide, tantalum oxide, or the like. By exciting holes on the second surface 116 side of the semiconductor layer 112 by the pinning layer 192, even if dark electrons are generated in the semiconductor region 124, the dark electrons can be recombined with holes, and the dark electrons that contribute to the noise signal can be eliminated. A color filter layer (not shown) may be further provided between the pinning layer 192 and the microlens 196. The microlens 196 is configured to focus light incident from the surface (back surface) opposite to the element formation surface of the semiconductor layer 112 onto the photoelectric conversion element PD. That is, the photoelectric conversion device of this embodiment is a so-called back-illuminated photoelectric conversion device.

第2基板140は、第1面144及び第2面146を有する半導体層142と、半導体層142の第1面144の側に配された配線構造体層150と、を有する。第2基板140は、第1基板110の配線構造体層130の側に第2面146が対向するように第1基板110に貼り合わされている。別の言い方をすると、第2基板140は、半導体層112の表面(第1面114)の側に半導体層142の裏面(第2面146)の側が向くように第1基板110に貼り合わされている。つまり、第2基板140は、第1基板110に対してフェイス・トゥ・バックで貼り合わされている。第2基板140には、少なくとも、画素12の構成要素のうち、増幅トランジスタM3と、選択トランジスタM4と、が設けられる。これらのうち、図5には、増幅トランジスタM3の構成要素が示されている。 The second substrate 140 has a semiconductor layer 142 having a first surface 144 and a second surface 146, and a wiring structure layer 150 arranged on the first surface 144 side of the semiconductor layer 142. The second substrate 140 is bonded to the first substrate 110 so that the second surface 146 faces the wiring structure layer 130 side of the first substrate 110. In other words, the second substrate 140 is bonded to the first substrate 110 so that the back surface (second surface 146) of the semiconductor layer 142 faces the front surface (first surface 114) of the semiconductor layer 112. In other words, the second substrate 140 is bonded to the first substrate 110 face-to-back. At least the amplification transistor M3 and the selection transistor M4, which are among the components of the pixel 12, are provided on the second substrate 140. Of these, FIG. 5 shows the components of the amplification transistor M3.

半導体層142の第1面144の側には、増幅トランジスタM3や選択トランジスタM4のソース・ドレインなどを構成する半導体領域が設けられる。半導体層142の第1面144の上には、絶縁層152及びその中に配された電極や配線を含む配線構造体層150が設けられている。配線構造体層150は、増幅トランジスタM3のゲート電極154、貫通電極156、配線162,164を含む。ゲート電極154は、ゲート絶縁膜を介して半導体層142の第1面144の上に設けられている。ゲート電極154は、貫通電極156を介して半導体領域120に電気的に接続されている。貫通電極156は、絶縁層152の中に配されるととともに、半導体層142及び絶縁層132を貫通して半導体領域120に達している。半導体層142と貫通電極156とは、絶縁層148により絶縁されている。絶縁層148は、例えば、半導体層142の一部に開口部を形成し、この開口部を絶縁材料で充填することにより形成され得る。図5には、配線構造体層150を、ゲート層を含み4層の配線層で構成する例を示したが、配線構造体層150を構成する配線層の層数は、任意に設定することができる。 On the first surface 144 side of the semiconductor layer 142, a semiconductor region constituting the source and drain of the amplification transistor M3 and the selection transistor M4 is provided. On the first surface 144 of the semiconductor layer 142, a wiring structure layer 150 including an insulating layer 152 and electrodes and wirings arranged therein is provided. The wiring structure layer 150 includes a gate electrode 154 of the amplification transistor M3, a through electrode 156, and wirings 162 and 164. The gate electrode 154 is provided on the first surface 144 of the semiconductor layer 142 via a gate insulating film. The gate electrode 154 is electrically connected to the semiconductor region 120 via the through electrode 156. The through electrode 156 is arranged in the insulating layer 152 and reaches the semiconductor region 120 by penetrating the semiconductor layer 142 and the insulating layer 132. The semiconductor layer 142 and the through electrode 156 are insulated by the insulating layer 148. The insulating layer 148 can be formed, for example, by forming an opening in a part of the semiconductor layer 142 and filling the opening with an insulating material. Although FIG. 5 shows an example in which the wiring structure layer 150 is composed of four wiring layers including a gate layer, the number of wiring layers that compose the wiring structure layer 150 can be set arbitrarily.

第3基板170は、第1面174及び第2面176を有する半導体層172と、半導体層172の第1面174の側に配された配線構造体層180と、を有する。第3基板170は、第2基板140の配線構造体層150の側に配線構造体層180が対向するように第2基板140に貼り合わされている。別の言い方をすると、第3基板170は、半導体層142の表面(第1面144)の側に半導体層172の表面(第1面174)の側が向くように第2基板140に貼り合わされている。つまり、第3基板170は、第2基板140に対してフェイス・トゥ・フェイスで貼り合わされている。第3基板170には、画素12の駆動回路や画素12からの出力信号を処理する処理回路などが配置され得る。例えば、第3基板170には、垂直走査回路20、読み出し回路30、水平走査回路40、出力回路50、制御回路60などの機能ブロックや、これらの一部が設けられ得る。 The third substrate 170 has a semiconductor layer 172 having a first surface 174 and a second surface 176, and a wiring structure layer 180 arranged on the first surface 174 side of the semiconductor layer 172. The third substrate 170 is bonded to the second substrate 140 so that the wiring structure layer 180 faces the wiring structure layer 150 side of the second substrate 140. In other words, the third substrate 170 is bonded to the second substrate 140 so that the surface (first surface 174) of the semiconductor layer 172 faces the surface (first surface 144) of the semiconductor layer 142. In other words, the third substrate 170 is bonded to the second substrate 140 face-to-face. A driving circuit for the pixel 12, a processing circuit for processing an output signal from the pixel 12, and the like may be arranged on the third substrate 170. For example, the third substrate 170 may be provided with functional blocks such as a vertical scanning circuit 20, a readout circuit 30, a horizontal scanning circuit 40, an output circuit 50, and a control circuit 60, or parts of these functional blocks.

半導体層172の第1面174の側には、第3基板170に配される機能ブロックを構成するトランジスタなどの素子が設けられ得る。図5にはその一例として、ゲート電極178を有するトランジスタを示している。垂直走査回路20、読み出し回路30、水平走査回路40、出力回路50、制御回路60などのロジック回路を構成するトランジスタにはサリサイドプロセスを適用し、ソース・ドレインやゲートの表面部にシリサイドの低抵抗領域を設けてもよい。シリサイドとしては、例えばニッケルシリサイド(NiSi)やコバルトシリサイド(CoSi)を適用することができる。 Elements such as transistors constituting functional blocks arranged on the third substrate 170 may be provided on the first surface 174 of the semiconductor layer 172. FIG. 5 shows an example of a transistor having a gate electrode 178. A salicide process may be applied to transistors constituting logic circuits such as the vertical scanning circuit 20, readout circuit 30, horizontal scanning circuit 40, output circuit 50, and control circuit 60, and low-resistance silicide regions may be provided on the surface of the source/drain or gate. For example, nickel silicide (NiSi) or cobalt silicide (CoSi) may be used as the silicide.

半導体層172の第1面174の上には、絶縁層182及びその中に配された電極や配線を含む配線構造体層180が設けられている。配線構造体層180は、ゲート電極178や配線184を含む。図5には、ゲート層を含み4層の配線層を含む配線構造体層180を示したが、配線構造体層180を構成する配線層の層数は、任意に設定することができる。 On the first surface 174 of the semiconductor layer 172, a wiring structure layer 180 including an insulating layer 182 and electrodes and wiring arranged therein is provided. The wiring structure layer 180 includes a gate electrode 178 and wiring 184. Although FIG. 5 shows the wiring structure layer 180 including a gate layer and four wiring layers, the number of wiring layers constituting the wiring structure layer 180 can be set arbitrarily.

各基板を構成する半導体層112,142,172は、例えば単結晶シリコンにより構成され得る。絶縁層132,152,182は、例えば酸化シリコン(SiO)により構成され得る。絶縁層132,152,182の少なくとも一部は、導電層からの金属拡散を抑制するために、炭化シリコン(SiC)や窒化シリコン(SiN)を含んでもよい。ゲート電極128,154,178は、多結晶シリコンの単層構造、ポリサイド構造、ポリメタル構造などにより構成され得る。配線層は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)などの金属材料などにより構成され得る。基板間の貼り合わせに配線層を構成する金属材料の金属間結合を用いる場合には、少なくとも最上層の配線層は銅や金(Au)を用いて構成することが望ましい。これら配線材料の周囲には、金属拡散防止機能を有するバリア層が適宜設けられ得る。 The semiconductor layers 112, 142, 172 constituting each substrate may be made of, for example, single crystal silicon. The insulating layers 132, 152, 182 may be made of, for example, silicon oxide (SiO). At least a portion of the insulating layers 132, 152, 182 may contain silicon carbide (SiC) or silicon nitride (SiN) to suppress metal diffusion from the conductive layer. The gate electrodes 128, 154, 178 may be made of a single layer structure of polycrystalline silicon, a polycide structure, a polymetal structure, or the like. The wiring layer may be made of metal materials such as aluminum (Al) and copper (Cu). When using intermetallic bonding of the metal materials constituting the wiring layer to bond the substrates together, it is desirable to make at least the topmost wiring layer using copper or gold (Au). A barrier layer having a metal diffusion prevention function may be appropriately provided around these wiring materials.

図6に示す光電変換装置100は、転送トランジスタM1のゲート電極128の構成が異なるほかは、図5に示す光電変換装置と同様である。すなわち、図5に示す光電変換装置の転送トランジスタM1は平面型のゲート電極128を有しているのに対し、図6に示す光電変換装置の転送トランジスタM1は縦型のゲート電極128を有している。 The photoelectric conversion device 100 shown in FIG. 6 is similar to the photoelectric conversion device shown in FIG. 5, except for the configuration of the gate electrode 128 of the transfer transistor M1. That is, the transfer transistor M1 of the photoelectric conversion device shown in FIG. 5 has a planar gate electrode 128, whereas the transfer transistor M1 of the photoelectric conversion device shown in FIG. 6 has a vertical gate electrode 128.

転送トランジスタM1が縦型のゲート電極128も平面型のゲート電極128を有する場合と同様、ゲート電極128はノードFDを構成する半導体領域120に隣接して配置される。また、ゲート電極128は、半導体領域118に対しては少なくとも一部が重なるように配置されており、半導体領域118に蓄積された信号電荷を転送トランジスタM1によりノードFDに転送できるように構成されている。 As in the case where the transfer transistor M1 has a vertical gate electrode 128 or a planar gate electrode 128, the gate electrode 128 is disposed adjacent to the semiconductor region 120 that constitutes the node FD. In addition, the gate electrode 128 is disposed so as to overlap at least a portion of the semiconductor region 118, and is configured so that the signal charge accumulated in the semiconductor region 118 can be transferred to the node FD by the transfer transistor M1.

ゲート電極128は、図6に示すように、半導体層112の第1面114の側から第2面116に向かって半導体層112の中に延在するように設けられる。このように構成することで、光電変換素子PDのカソードを構成する半導体領域118を半導体層112の第1面114から離れた深い領域に配置した場合にも、半導体領域118に蓄積された信号電荷をノードFDに転送できるようになる。これにより、光電変換素子PDに干渉することなく半導体層112の第1面114の側に他の素子を形成することが可能になる。また、縦型のゲート電極128では、平面型のゲート電極128の場合と比較して半導体領域118内の電位をより大きく変化させることができるため、飽和電子数を大きくしつつ電荷の転送残りを減らすことができる。 As shown in FIG. 6, the gate electrode 128 is provided so as to extend into the semiconductor layer 112 from the first surface 114 side of the semiconductor layer 112 toward the second surface 116. By configuring in this manner, even if the semiconductor region 118 constituting the cathode of the photoelectric conversion element PD is disposed in a deep region away from the first surface 114 of the semiconductor layer 112, the signal charge accumulated in the semiconductor region 118 can be transferred to the node FD. This makes it possible to form other elements on the first surface 114 side of the semiconductor layer 112 without interfering with the photoelectric conversion element PD. In addition, the vertical gate electrode 128 can change the potential in the semiconductor region 118 more greatly than the planar gate electrode 128, so that the number of saturated electrons can be increased while the remaining charge can be reduced.

図7に示す光電変換装置100は、図4に示した等価回路図に対応する構成例である。図7には、1つのノードFDを共有する4つの画素12のうち、2つの画素12の対応部分を示している。各画素12の半導体領域120の各々は、例えば、貫通電極156と配線構造体層150の1層目の金属配線層とを介して増幅トランジスタM3のゲート電極154に電気的に接続することができる。 The photoelectric conversion device 100 shown in FIG. 7 is a configuration example corresponding to the equivalent circuit diagram shown in FIG. 4. FIG. 7 shows corresponding portions of two of the four pixels 12 that share one node FD. Each of the semiconductor regions 120 of each pixel 12 can be electrically connected to the gate electrode 154 of the amplification transistor M3, for example, via the through electrode 156 and the first metal wiring layer of the wiring structure layer 150.

図8に示す光電変換装置100は、図4に示した等価回路図に対応する他の構成例である。図8には、1つのノードFDを共有する4つの画素12のうち、2つの画素12の対応部分を示している。本構成例では、1つのノードFDを共有する4つの画素12の半導体領域120を、半導体領域122を挟んで隣り合うように配置し、第1面114の上に配された配線134によって互いに電気的に接続している。配線134は、不純物が添加された多結晶シリコンや、耐熱性の高い導電性材料、例えばタングステンやチタンなどで構成することができる。各画素12の半導体領域120の各々は、配線134、貫通電極156及び配線構造体層150の1層目の金属配線層を介して増幅トランジスタM3のゲート電極154に電気的に接続することができる。 The photoelectric conversion device 100 shown in FIG. 8 is another example of a configuration corresponding to the equivalent circuit diagram shown in FIG. 4. FIG. 8 shows the corresponding portions of two pixels 12 among the four pixels 12 sharing one node FD. In this example, the semiconductor regions 120 of the four pixels 12 sharing one node FD are arranged adjacent to each other with the semiconductor region 122 in between, and are electrically connected to each other by the wiring 134 arranged on the first surface 114. The wiring 134 can be made of polycrystalline silicon doped with impurities or a conductive material with high heat resistance, such as tungsten or titanium. Each of the semiconductor regions 120 of each pixel 12 can be electrically connected to the gate electrode 154 of the amplification transistor M3 via the wiring 134, the through electrode 156, and the first metal wiring layer of the wiring structure layer 150.

図9は、図6に示す構成例における画素12の平面図である。図9(a)は半導体層112を第1面114の側から視た平面図であり、図9(b)は半導体層142を第1面144の側から視た平面図である。図9(a)及び図9(b)には、1つのノードFDを共有する4つの画素12を2組、計8つの画素12を示している。 Figure 9 is a plan view of a pixel 12 in the configuration example shown in Figure 6. Figure 9(a) is a plan view of the semiconductor layer 112 viewed from the first surface 114 side, and Figure 9(b) is a plan view of the semiconductor layer 142 viewed from the first surface 144 side. Figures 9(a) and 9(b) show two groups of four pixels 12 sharing one node FD, for a total of eight pixels 12.

図9(a)には、画素分離部126と、転送トランジスタM1のゲート電極128と、リセットトランジスタM2のゲート電極136と、貫通電極156,168と、を示している。また、図9(a)には、貫通電極156が接続される転送トランジスタM1及びリセットトランジスタM2のソース領域と、貫通電極168が接続されるリセットトランジスタM2のドレイン領域と、を示している。これら領域の中に示されている円形の領域は、第2基板140の側から各々に貫通電極が電気的に接続される部分を模式的に示している。図9(b)には、増幅トランジスタM3のゲート電極154と、選択トランジスタM4のゲート電極166と、を示している。また、図9(b)に示される円形の領域は、図9(a)の円形の領域に対応している。増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4は、絶縁層148が配される領域を避けて半導体層142に設けられる。 9(a) shows the pixel separation section 126, the gate electrode 128 of the transfer transistor M1, the gate electrode 136 of the reset transistor M2, and the through electrodes 156 and 168. Also, FIG. 9(a) shows the source regions of the transfer transistor M1 and the reset transistor M2 to which the through electrode 156 is connected, and the drain region of the reset transistor M2 to which the through electrode 168 is connected. The circular regions shown in these regions are schematic representations of the portions to which the through electrodes are electrically connected from the second substrate 140 side. FIG. 9(b) shows the gate electrode 154 of the amplification transistor M3 and the gate electrode 166 of the selection transistor M4. Also, the circular region shown in FIG. 9(b) corresponds to the circular region in FIG. 9(a). The amplification transistor M3 and the selection transistor M4 are provided in the semiconductor layer 142, avoiding the region in which the insulating layer 148 is arranged.

本実施形態の光電変換装置においては、前述のように、転送トランジスタM1及びリセットトランジスタM2を第1基板110の半導体層112に配置し、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4を第2基板140の半導体層142に配置している。リセットトランジスタM2を半導体層112に配置することにより、リセットトランジスタM2を半導体層142に配置する場合と比較して、半導体層142の素子形成領域の面積に余裕ができる。これにより、半導体層142におけるレイアウトの自由度が向上し、例えば増幅トランジスタM3の面積を増やすことができ、ランダムテレグラフシグナル(RTS)ノイズや1/fノイズなどのノイズを抑制することができる。 In the photoelectric conversion device of this embodiment, as described above, the transfer transistor M1 and the reset transistor M2 are disposed in the semiconductor layer 112 of the first substrate 110, and the amplification transistor M3 and the selection transistor M4 are disposed in the semiconductor layer 142 of the second substrate 140. By disposing the reset transistor M2 in the semiconductor layer 112, there is more room in the area of the element formation region of the semiconductor layer 142 compared to when the reset transistor M2 is disposed in the semiconductor layer 142. This improves the degree of freedom of layout in the semiconductor layer 142, and for example, the area of the amplification transistor M3 can be increased, and noise such as random telegraph signal (RTS) noise and 1/f noise can be suppressed.

リセットトランジスタM2など、画素回路の一部の素子を半導体層112に配置する構成を採用する場合、転送トランジスタM1のゲート電極128としては図6に示すような縦型のゲート電極を採用することが特に好ましい。転送トランジスタM1を縦型のゲート電極128で構成することで、半導体領域118を第1面114から離して配置することができるため、光電変換素子PDと干渉することなくトランジスタなどの素子を半導体層112に容易に配置することができる。 When adopting a configuration in which some elements of the pixel circuit, such as the reset transistor M2, are arranged in the semiconductor layer 112, it is particularly preferable to adopt a vertical gate electrode as shown in FIG. 6 as the gate electrode 128 of the transfer transistor M1. By configuring the transfer transistor M1 with a vertical gate electrode 128, the semiconductor region 118 can be arranged away from the first surface 114, so that elements such as transistors can be easily arranged in the semiconductor layer 112 without interfering with the photoelectric conversion element PD.

リセットトランジスタM2を半導体層112に配置する場合、リセットトランジスタM2のドレインに供給される電源電圧は、第2基板140の側から貫通電極168を介して供給され得る。このように構成することで、製造工程における熱負荷の大きい第1基板110に電源配線を配置することなく、リセットトランジスタM2への電源の供給が可能となる。 When the reset transistor M2 is disposed in the semiconductor layer 112, the power supply voltage supplied to the drain of the reset transistor M2 can be supplied from the second substrate 140 side via the through electrode 168. By configuring it in this way, it becomes possible to supply power to the reset transistor M2 without placing power supply wiring on the first substrate 110, which is subject to a large thermal load during the manufacturing process.

このように、本実施形態によれば、積層型の光電変換装置において、機能や特性を更に向上することができる。 In this way, according to this embodiment, the functionality and characteristics of a stacked photoelectric conversion device can be further improved.

[第2実施形態]
本発明の第2実施形態による光電変換装置について、図10及び図11を用いて説明する。第1実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図10は、本実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示す等価回路図である。図11は、本実施形態による光電変換装置の構成例を示す概略断面図である。
[Second embodiment]
A photoelectric conversion device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 10 and Fig. 11. Components similar to those in the photoelectric conversion device according to the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted or simplified. Fig. 10 is an equivalent circuit diagram showing a configuration example of a pixel of the photoelectric conversion device according to this embodiment. Fig. 11 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the photoelectric conversion device according to this embodiment.

本実施形態による光電変換装置は、画素12の構成が異なるほかは、第1実施形態による光電変換装置と同様である。本実施形態では、第1実施形態の光電変換装置と異なる点を中心に説明し、第1実施形態の光電変換装置と同様の部分については適宜説明を省略する。 The photoelectric conversion device according to this embodiment is similar to the photoelectric conversion device according to the first embodiment, except for the configuration of the pixel 12. In this embodiment, the differences from the photoelectric conversion device of the first embodiment will be mainly described, and descriptions of the parts that are similar to the photoelectric conversion device of the first embodiment will be omitted as appropriate.

本実施形態による光電変換装置の画素12は、図10に示すように、光電変換素子PD、転送トランジスタM1、リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4に加え、蓄積トランジスタM5を更に有している。蓄積トランジスタM5のソースは、転送トランジスタM1のドレイン及び増幅トランジスタM3のゲートに接続されている。蓄積トランジスタM5のドレインは、リセットトランジスタM2のソースに接続されている。本実施形態の画素12においては、転送トランジスタM1のドレイン、蓄積トランジスタM5のソース及び増幅トランジスタM3のゲートの接続ノードがノードFDとなる。蓄積トランジスタM5は、例えば制御線14を介して垂直走査回路20から供給される制御信号FDINCにより制御され得る。本実施形態の画素12のその他の構成要素の接続関係は、第1実施形態の画素12と同様である。 As shown in FIG. 10, the pixel 12 of the photoelectric conversion device according to this embodiment further includes a storage transistor M5 in addition to the photoelectric conversion element PD, the transfer transistor M1, the reset transistor M2, the amplification transistor M3, and the selection transistor M4. The source of the storage transistor M5 is connected to the drain of the transfer transistor M1 and the gate of the amplification transistor M3. The drain of the storage transistor M5 is connected to the source of the reset transistor M2. In the pixel 12 of this embodiment, the connection node of the drain of the transfer transistor M1, the source of the storage transistor M5, and the gate of the amplification transistor M3 is the node FD. The storage transistor M5 can be controlled by a control signal FDINC supplied from the vertical scanning circuit 20 via the control line 14, for example. The connection relationship of the other components of the pixel 12 of this embodiment is the same as that of the pixel 12 of the first embodiment.

一般に、暗い場所における撮影時には画素信号の信号レベルは小さい。ノードFDにおいてQ=CVの関係に基づいて電荷電圧変換を行う際、浮遊拡散容量が大きすぎれば増幅トランジスタM3で電圧に変換した際の電圧が小さくなってしまう。逆に、明るい場所における撮影時には画素信号の信号レベルは大きくなるので、浮遊拡散容量が大きくなければ光電変換素子PDで生じた信号電荷をノードFDで受けきれない。更に、増幅トランジスタM3で電圧に変換した際の電圧レベルが大きくなりすぎないように、浮遊拡散容量は大きいことが求められる。 In general, the signal level of the pixel signal is small when shooting in a dark place. When charge-to-voltage conversion is performed at node FD based on the relationship Q=CV, if the floating diffusion capacitance is too large, the voltage converted to a voltage by amplifying transistor M3 will be small. Conversely, the signal level of the pixel signal is high when shooting in a bright place, so if the floating diffusion capacitance is not large, node FD will not be able to receive all of the signal charge generated by photoelectric conversion element PD. Furthermore, a large floating diffusion capacitance is required so that the voltage level does not become too high when converted to a voltage by amplifying transistor M3.

蓄積トランジスタM5は、これら要求に応じたものであり、画素12の電荷電圧変換効率を切り替える際に用いられる。すなわち、蓄積トランジスタM5をオンにしたときには蓄積トランジスタM5のゲート容量が増加するため、蓄積トランジスタM5のゲート容量が並列に接続されるノードFDの容量、すなわち浮遊拡散容量も大きくなる。一方、蓄積トランジスタM5をオフにしたときには蓄積トランジスタM5のゲート容量は減少するため、浮遊拡散容量も小さくなる。このように蓄積トランジスタM5のオンとオフとを切り替えることで、浮遊拡散容量を可変にし、電荷電圧変換効率を切り替えることができる。 The storage transistor M5 meets these requirements, and is used when switching the charge-voltage conversion efficiency of pixel 12. That is, when the storage transistor M5 is turned on, the gate capacitance of the storage transistor M5 increases, and therefore the capacitance of the node FD to which the gate capacitance of the storage transistor M5 is connected in parallel, i.e., the floating diffusion capacitance, also increases. On the other hand, when the storage transistor M5 is turned off, the gate capacitance of the storage transistor M5 decreases, and therefore the floating diffusion capacitance also decreases. In this way, by switching the storage transistor M5 on and off, the floating diffusion capacitance can be made variable, and the charge-voltage conversion efficiency can be switched.

図11は、図10に示す構成例における画素12の平面図である。図11(a)は半導体層112を第1面114の側から視た平面図であり、図11(b)は半導体層142を第1面144の側から視た平面図である。図11(a)及び図11(b)には、1つのノードFDを共有する4つの画素12を2組、計8つの画素12を示している。 Figure 11 is a plan view of a pixel 12 in the configuration example shown in Figure 10. Figure 11(a) is a plan view of the semiconductor layer 112 viewed from the first surface 114 side, and Figure 11(b) is a plan view of the semiconductor layer 142 viewed from the first surface 144 side. Figures 11(a) and 11(b) show two groups of four pixels 12 sharing one node FD, for a total of eight pixels 12.

図11(a)には、画素分離部126と、転送トランジスタM1のゲート電極128と、蓄積トランジスタM5のゲート電極138と、貫通電極156と、を示している。また、図11(a)には、貫通電極156が接続される転送トランジスタM1及び蓄積トランジスタM5のソース領域と、蓄積トランジスタM5のドレイン領域と、を示している。これら領域の中に示されている円形の領域は、第2基板140の側から各々に貫通電極が電気的に接続される部分を模式的に示している。図11(b)には、リセットトランジスタM2のゲート電極136と、増幅トランジスタM3のゲート電極154と、選択トランジスタM4のゲート電極166と、を示している。また、図11(b)に示される円形の領域は、図11(a)の円形の領域に対応している。リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4は、絶縁層148が配される領域を避けて半導体層142に設けられる。 11(a) shows the pixel separation section 126, the gate electrode 128 of the transfer transistor M1, the gate electrode 138 of the storage transistor M5, and the through electrode 156. FIG. 11(a) also shows the source regions of the transfer transistor M1 and the storage transistor M5 to which the through electrode 156 is connected, and the drain region of the storage transistor M5. The circular regions shown in these regions are schematic representations of the portions to which the through electrodes are electrically connected from the second substrate 140 side. FIG. 11(b) shows the gate electrode 136 of the reset transistor M2, the gate electrode 154 of the amplification transistor M3, and the gate electrode 166 of the selection transistor M4. The circular regions shown in FIG. 11(b) correspond to the circular regions in FIG. 11(a). The reset transistor M2, the amplification transistor M3, and the selection transistor M4 are provided in the semiconductor layer 142, avoiding the region in which the insulating layer 148 is disposed.

本実施形態においては、蓄積トランジスタM5を含む画素構成において、光電変換素子PD、転送トランジスタM1及び蓄積トランジスタM5を第1基板110の半導体層112に配置している。そして、リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4を第2基板140の半導体層142に配置している。 In this embodiment, in a pixel configuration including a storage transistor M5, a photoelectric conversion element PD, a transfer transistor M1, and a storage transistor M5 are disposed in the semiconductor layer 112 of the first substrate 110. A reset transistor M2, an amplification transistor M3, and a selection transistor M4 are disposed in the semiconductor layer 142 of the second substrate 140.

蓄積トランジスタM5は、高照度撮影時にも信号電荷を転送しきれるだけの容量を有していることが求められるが、特に微細画素においては、十分な容量を有する蓄積トランジスタM5を配置するための面積を確保することは困難である。この点、本実施形態においては、リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4が配される第2基板140の半導体層142ではなく、第1基板110の半導体層112に蓄積トランジスタM5を配置している。したがって、蓄積トランジスタM5を半導体層142に配置した場合と比較して蓄積トランジスタM5に対してより面積的に余裕のあるレイアウトが可能となり、例えばより大きな浮遊拡散容量を備える光電変換装置を実現することができるようになる。 The storage transistor M5 is required to have a capacity sufficient to transfer signal charges even during high-illumination shooting, but it is difficult to secure the area for arranging a storage transistor M5 with sufficient capacity, especially in fine pixels. In this regard, in this embodiment, the storage transistor M5 is arranged in the semiconductor layer 112 of the first substrate 110, rather than in the semiconductor layer 142 of the second substrate 140 in which the reset transistor M2, the amplification transistor M3, and the selection transistor M4 are arranged. Therefore, a layout with more area for the storage transistor M5 is possible compared to when the storage transistor M5 is arranged in the semiconductor layer 142, and it becomes possible to realize a photoelectric conversion device with, for example, a larger floating diffusion capacitance.

なお、図10及び図11には、ノードFDに蓄積トランジスタM5を1つ接続した構成例を示したが、ノードFDに複数の蓄積トランジスタM5を接続するように構成してもよい。この場合、複数の蓄積トランジスタM5はノードFDに対して直列に接続してもよいし並列に接続してもよい。 Note that although FIG. 10 and FIG. 11 show a configuration example in which one storage transistor M5 is connected to node FD, multiple storage transistors M5 may be connected to node FD. In this case, the multiple storage transistors M5 may be connected in series or in parallel to node FD.

このように、本実施形態によれば、積層型の光電変換装置において、機能や特性を更に向上することができる。 In this way, according to this embodiment, the functionality and characteristics of a stacked photoelectric conversion device can be further improved.

[第3実施形態]
本発明の第3実施形態による光電変換装置について、図12及び図13を用いて説明する。第1又は第2実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図12は、本実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示す等価回路図である。図13は、本実施形態による光電変換装置の構成例を示す概略断面図である。
[Third embodiment]
A photoelectric conversion device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 12 and Fig. 13. Components similar to those of the photoelectric conversion device according to the first or second embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted or simplified. Fig. 12 is an equivalent circuit diagram showing a configuration example of a pixel of the photoelectric conversion device according to this embodiment. Fig. 13 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the photoelectric conversion device according to this embodiment.

本実施形態による光電変換装置は、画素12の構成が異なるほかは、第2実施形態による光電変換装置と同様である。本実施形態では、第2実施形態の光電変換装置と異なる点を中心に説明し、第2実施形態の光電変換装置と同様の部分については適宜説明を省略する。 The photoelectric conversion device according to this embodiment is similar to the photoelectric conversion device according to the second embodiment, except for the configuration of the pixel 12. In this embodiment, the differences from the photoelectric conversion device of the second embodiment will be mainly described, and descriptions of the parts that are similar to the photoelectric conversion device of the second embodiment will be omitted as appropriate.

本実施形態の画素12は、ノードFDとリセットトランジスタM2のソースとの間に接続された蓄積トランジスタM5を有する点で、第2実施形態の画素12と同様である。一方、本実施形態の画素12は、図12に示すように、リセットトランジスタM2が第1基板110の半導体層112に配置されている点で、リセットトランジスタM2が第2基板140の半導体層142に配置されている第2実施形態の画素12とは異なっている。 The pixel 12 of this embodiment is similar to the pixel 12 of the second embodiment in that it has a storage transistor M5 connected between the node FD and the source of the reset transistor M2. On the other hand, the pixel 12 of this embodiment differs from the pixel 12 of the second embodiment in that the reset transistor M2 is disposed in the semiconductor layer 112 of the first substrate 110 as shown in FIG. 12, in that the reset transistor M2 is disposed in the semiconductor layer 142 of the second substrate 140.

図13は、図12に示す構成例における画素12の平面図である。図13(a)は半導体層112を第1面114の側から視た平面図であり、図13(b)は半導体層142を第1面144の側から視た平面図である。図13(a)及び図13(b)には、1つのノードFDを共有する4つの画素12を2組、計8つの画素12を示している。 Figure 13 is a plan view of a pixel 12 in the configuration example shown in Figure 12. Figure 13(a) is a plan view of the semiconductor layer 112 viewed from the first surface 114 side, and Figure 13(b) is a plan view of the semiconductor layer 142 viewed from the first surface 144 side. Figures 13(a) and 13(b) show two groups of four pixels 12 sharing one node FD, for a total of eight pixels 12.

図13(a)には、画素分離部126と、転送トランジスタM1のゲート電極128と、リセットトランジスタM2のゲート電極136と、蓄積トランジスタM5のゲート電極138と、貫通電極156と、を示している。また、図13(a)には、貫通電極156が接続される転送トランジスタM1及び蓄積トランジスタM5のソース領域と、リセットトランジスタM2のドレイン領域と、蓄積トランジスタM5のドレイン領域と、を示している。これら領域の中に示されている円形の領域は、第2基板140の側から各々に貫通電極が電気的に接続される部分を模式的に示している。図13(b)には、増幅トランジスタM3のゲート電極154と、選択トランジスタM4のゲート電極166と、を示している。また、図13(b)に示される円形の領域は、図13(a)の円形の領域に対応している。増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4は、絶縁層148が配される領域を避けて半導体層142に設けられる。 13(a) shows the pixel separation section 126, the gate electrode 128 of the transfer transistor M1, the gate electrode 136 of the reset transistor M2, the gate electrode 138 of the storage transistor M5, and the through electrode 156. Also, FIG. 13(a) shows the source regions of the transfer transistor M1 and the storage transistor M5 to which the through electrode 156 is connected, the drain region of the reset transistor M2, and the drain region of the storage transistor M5. The circular regions shown in these regions are schematic representations of the portions to which the through electrodes are electrically connected from the second substrate 140 side. FIG. 13(b) shows the gate electrode 154 of the amplification transistor M3 and the gate electrode 166 of the selection transistor M4. Also, the circular region shown in FIG. 13(b) corresponds to the circular region in FIG. 13(a). The amplification transistor M3 and the selection transistor M4 are provided in the semiconductor layer 142, avoiding the region in which the insulating layer 148 is arranged.

蓄積トランジスタM5を第1基板110の半導体層112に配置することで、蓄積トランジスタM5をノードFDに接続して浮遊拡散容量を可変に構成にした場合にも、半導体層142に配置される増幅トランジスタM3などの素子を面積的に圧迫しない。これにより、増幅トランジスタM3の面積が小さくなることで生じるランダムテレグラフシグナル(RTS)ノイズや1/fノイズなどのノイズを抑制することができる。 By disposing the storage transistor M5 in the semiconductor layer 112 of the first substrate 110, even when the storage transistor M5 is connected to the node FD to configure the floating diffusion capacitance as variable, the area of elements such as the amplification transistor M3 disposed in the semiconductor layer 142 is not compressed. This makes it possible to suppress noise such as random telegraph signal (RTS) noise and 1/f noise that occurs when the area of the amplification transistor M3 is reduced.

このように、本実施形態によれば、積層型の光電変換装置において、機能や特性を更に向上することができる。 In this way, according to this embodiment, the functionality and characteristics of a stacked photoelectric conversion device can be further improved.

[第4実施形態]
本発明の第4実施形態による光電変換装置について、図14乃至図17を用いて説明する。第1乃至第3実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図14及び図17は、本実施形態による光電変換装置の構成例を示す平面図である。図15及び図16は、本実施形態による光電変換装置の構成例を示す概略断面図である。
[Fourth embodiment]
A photoelectric conversion device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. 14 to 17. Components similar to those of the photoelectric conversion devices according to the first to third embodiments are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted or simplified. Figs. 14 and 17 are plan views showing a configuration example of the photoelectric conversion device according to this embodiment. Figs. 15 and 16 are schematic cross-sectional views showing a configuration example of the photoelectric conversion device according to this embodiment.

本実施形態による光電変換装置は、転送トランジスタM1のゲート電極128が、浮遊拡散容量を構成する素子と平面視において重ならないように配置されている点で、第1乃至第3実施形態による光電変換装置とは異なっている。本実施形態による光電変換装置のその他の構成は、第1乃至第3実施形態のいずれかに記載の光電変換装置と同様であり得る。また、第1乃至第3実施形態に示す構成例のほか、リセットトランジスタM2が第2基板140に配されている場合にも適用可能である。 The photoelectric conversion device according to this embodiment differs from the photoelectric conversion devices according to the first to third embodiments in that the gate electrode 128 of the transfer transistor M1 is arranged so as not to overlap with the elements constituting the floating diffusion capacitance in a planar view. The other configurations of the photoelectric conversion device according to this embodiment may be similar to those of the photoelectric conversion device described in any of the first to third embodiments. In addition to the configuration examples shown in the first to third embodiments, the present invention can also be applied to a case where the reset transistor M2 is arranged on the second substrate 140.

図14は、本実施形態による光電変換装置における画素12の平面図である。図14(a)は半導体層112を第1面114の側から視た平面図であり、図14(b)は半導体層142を第1面144の側から視た平面図である。図14(a)及び図14(b)には、1つのノードFDを共有する4つの画素12を2組、計8つの画素12を示している。 Figure 14 is a plan view of a pixel 12 in a photoelectric conversion device according to this embodiment. Figure 14(a) is a plan view of the semiconductor layer 112 viewed from the first surface 114 side, and Figure 14(b) is a plan view of the semiconductor layer 142 viewed from the first surface 144 side. Figures 14(a) and 14(b) show two groups of four pixels 12 sharing one node FD, for a total of eight pixels 12.

図14に示す構成例では、光電変換素子PD及び転送トランジスタM1が第1基板110に配置され、リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4が第2基板140に配置されている。図14(a)には、第1基板110に配置される要素のうち、画素分離部126と、半導体領域118,120と、転送トランジスタM1のゲート電極128と、半導体領域118,120と、配線134と、貫通電極156と、を示している。これら領域の中に示されている円形の領域は、第2基板140の側から各々に貫通電極が電気的に接続される部分を模式的に示している。図14(b)には、第2基板に配される要素のうち、リセットトランジスタM2のゲート電極136と、増幅トランジスタM3のゲート電極154と、選択トランジスタM4のゲート電極166と、これらトランジスタのソース・ドレイン領域と、を示している。図14(b)に示される円形の領域は、図14(a)の円形の領域に対応している。リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4は、絶縁層148が配される領域を避けて半導体層142に設けられる。 In the configuration example shown in FIG. 14, the photoelectric conversion element PD and the transfer transistor M1 are arranged on the first substrate 110, and the reset transistor M2, the amplification transistor M3, and the selection transistor M4 are arranged on the second substrate 140. FIG. 14(a) shows the pixel separation section 126, the semiconductor regions 118 and 120, the gate electrode 128 of the transfer transistor M1, the semiconductor regions 118 and 120, the wiring 134, and the through electrode 156, among the elements arranged on the first substrate 110. The circular regions shown in these regions are schematic representations of the portions to which the through electrodes are electrically connected from the second substrate 140 side. FIG. 14(b) shows the gate electrode 136 of the reset transistor M2, the gate electrode 154 of the amplification transistor M3, the gate electrode 166 of the selection transistor M4, and the source and drain regions of these transistors, among the elements arranged on the second substrate. The circular regions shown in FIG. 14(b) correspond to the circular regions in FIG. 14(a). The reset transistor M2, the amplification transistor M3, and the selection transistor M4 are provided in the semiconductor layer 142, avoiding the area where the insulating layer 148 is arranged.

図14に示す構成例では、第1基板110においてノードFDを構成する半導体領域120として、図8に示す構成例と同様の構造を想定している。半導体領域120は、図14(a)に示すように、平面視において転送トランジスタM1のゲート電極128に隣接して配置されている。光電変換素子PDのカソード(半導体領域118)に蓄積された信号電荷は、転送トランジスタM1がオンになることにより半導体領域120に転送される。半導体領域120は、配線134及び貫通電極156を介して第2基板140に導かれ、第2基板140に配されたリセットトランジスタM2のソース及び増幅トランジスタM3のゲートに電気的に接続される。つまり、ノードFDの寄生容量である浮遊拡散容量の一部は、第2基板140の側にも形成されることになる。例えば、図14の構成例においてリセットトランジスタM2のソース領域は半導体層142に配置されるが、このリセットトランジスタM2のソース領域が形成するPN接合容量も、浮遊拡散容量の一部となる。 14, the semiconductor region 120 constituting the node FD in the first substrate 110 is assumed to have the same structure as the configuration example shown in FIG. 8. As shown in FIG. 14(a), the semiconductor region 120 is arranged adjacent to the gate electrode 128 of the transfer transistor M1 in a plan view. The signal charge accumulated in the cathode (semiconductor region 118) of the photoelectric conversion element PD is transferred to the semiconductor region 120 when the transfer transistor M1 is turned on. The semiconductor region 120 is led to the second substrate 140 via the wiring 134 and the through electrode 156, and is electrically connected to the source of the reset transistor M2 and the gate of the amplification transistor M3 arranged on the second substrate 140. In other words, a part of the floating diffusion capacitance, which is the parasitic capacitance of the node FD, is also formed on the second substrate 140 side. For example, in the configuration example of FIG. 14, the source region of the reset transistor M2 is arranged in the semiconductor layer 142, but the PN junction capacitance formed by the source region of this reset transistor M2 also becomes part of the floating diffusion capacitance.

このような構成において転送トランジスタM1のゲート電極128と浮遊拡散容量を構成する素子とが平面視において重なるように配置されていると、転送トランジスタM1の制御信号PTXによる電位変動がノードFDの電位の静定に影響を及ぼすことがある。制御信号PTXによるノードFDの電位変動の影響が無視できないほどに大きくなると、画素信号の信号レベルを正確に読み出すことができなくなる。特に、1つのノードFDを複数の画素12で共有する構成においては、複数の転送トランジスタM1がノードFDの付近に配置される。各転送トランジスタM1とノードFDとの位置関係によって制御信号PTXによる電位変動から受ける影響が変化するため、画素12ごとに静定特性がばらついてしまう。 In such a configuration, if the gate electrode 128 of the transfer transistor M1 and the element constituting the floating diffusion capacitance are arranged so as to overlap in a planar view, potential fluctuations due to the control signal PTX of the transfer transistor M1 may affect the stabilization of the potential of the node FD. If the influence of the potential fluctuations of the node FD due to the control signal PTX becomes too large to be ignored, the signal level of the pixel signal cannot be read accurately. In particular, in a configuration in which one node FD is shared by multiple pixels 12, multiple transfer transistors M1 are arranged near the node FD. Since the influence of the potential fluctuations due to the control signal PTX changes depending on the positional relationship between each transfer transistor M1 and the node FD, the stabilization characteristics vary from pixel 12 to pixel 12.

このような観点から、本実施形態の光電変換装置においては、転送トランジスタM1のゲート電極136と浮遊拡散容量を構成する素子とが平面視において重ならないように配置している。 From this perspective, in the photoelectric conversion device of this embodiment, the gate electrode 136 of the transfer transistor M1 and the element that constitutes the floating diffusion capacitance are arranged so as not to overlap in a planar view.

図15は図14のXV-XV’線断面図であり、図16は図14のXVI-XVI’線断面図である。図17は、転送トランジスタM1のゲート電極128と第2基板140に配される要素との位置関係が明確になるように、図14(b)の平面図に転送トランジスタM1のゲート電極128のパターンを重ねて描いた平面図である。図15乃至図17に示すように、本実施形態の光電変換装置においては、転送トランジスタM1のゲート電極128に対し、リセットトランジスタM2のソース領域などの浮遊拡散容量を構成する素子が平面視において重なる位置には位置されていない。したがって、本実施形態の光電変換装置によれば、転送トランジスタM1の制御信号PTXによる電位変動がノードFDの電位に与える影響を低減することができる。 Figure 15 is a cross-sectional view taken along line XV-XV' in Figure 14, and Figure 16 is a cross-sectional view taken along line XVI-XVI' in Figure 14. Figure 17 is a plan view in which the pattern of the gate electrode 128 of the transfer transistor M1 is superimposed on the plan view of Figure 14(b) so as to clarify the positional relationship between the gate electrode 128 of the transfer transistor M1 and the elements arranged on the second substrate 140. As shown in Figures 15 to 17, in the photoelectric conversion device of this embodiment, the gate electrode 128 of the transfer transistor M1 and elements constituting the floating diffusion capacitance such as the source region of the reset transistor M2 are not positioned so as to overlap with each other in a plan view. Therefore, according to the photoelectric conversion device of this embodiment, the effect of potential fluctuation due to the control signal PTX of the transfer transistor M1 on the potential of the node FD can be reduced.

このように、本実施形態によれば、積層型の光電変換装置において、機能や特性を更に向上することができる。 In this way, according to this embodiment, the functionality and characteristics of a stacked photoelectric conversion device can be further improved.

[第5実施形態]
本発明の第5実施形態による光電変換装置及びその製造方法について、図18及び図19を用いて説明する。第1乃至第4実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図18は、本実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図である。図19は、本実施形態による光電変換装置を示す概略断面図である。
[Fifth embodiment]
A photoelectric conversion device and a manufacturing method thereof according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 18 and Fig. 19. Components similar to those of the photoelectric conversion devices according to the first to fourth embodiments are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted or simplified. Fig. 18 is a process cross-sectional view showing a manufacturing method of the photoelectric conversion device according to this embodiment. Fig. 19 is a schematic cross-sectional view showing the photoelectric conversion device according to this embodiment.

本実施形態では、第1乃至第4実施形態による光電変換装置の製造方法の一例を説明する。本実施形態の製造方法では、第2基板140の半導体層142をSOI(Semiconductor-On-Insulator)ウェーハを用いて形成する。以下、半導体層142の製造工程について、図18を用いて説明する。 In this embodiment, an example of a method for manufacturing the photoelectric conversion device according to the first to fourth embodiments will be described. In the manufacturing method of this embodiment, the semiconductor layer 142 of the second substrate 140 is formed using an SOI (Semiconductor-On-Insulator) wafer. The manufacturing process of the semiconductor layer 142 will be described below with reference to FIG. 18.

まず、光電変換素子PDや転送トランジスタM1などが形成された半導体層112と絶縁層132と、を有する第1基板110を形成する(図18(a))。 First, a first substrate 110 is formed, which has a semiconductor layer 112 in which a photoelectric conversion element PD, a transfer transistor M1, etc. are formed, and an insulating layer 132 (Figure 18 (a)).

また、第1基板110とは別に、半導体基板252の上に埋め込み絶縁層254と半導体層256とが設けられたSOI(Semiconductor On Insulator)基板250を用意する。そして、SOI基板250の半導体層256の上に絶縁層258を形成した後、このSOI基板250を、絶縁層132と絶縁層258とが向き合うように第1基板110の上に貼り合わせる(図18(b))。 In addition to the first substrate 110, an SOI (Semiconductor On Insulator) substrate 250 is prepared, in which a buried insulating layer 254 and a semiconductor layer 256 are provided on a semiconductor substrate 252. Then, after forming an insulating layer 258 on the semiconductor layer 256 of the SOI substrate 250, the SOI substrate 250 is bonded onto the first substrate 110 so that the insulating layer 132 and the insulating layer 258 face each other (FIG. 18(b)).

次いで、SOI基板250の裏面の側から半導体基板252及び埋め込み絶縁層254を研磨し、半導体基板252及び埋め込み絶縁層254を除去する。このようにして第1基板110の上に残された半導体層256が、第2基板140の半導体層142となる(図18(c))。なお、以後の説明において、絶縁層258は、第1基板110の絶縁層132の一部として説明する。 Next, the semiconductor substrate 252 and the buried insulating layer 254 are polished from the back surface side of the SOI substrate 250, and the semiconductor substrate 252 and the buried insulating layer 254 are removed. The semiconductor layer 256 thus left on the first substrate 110 becomes the semiconductor layer 142 of the second substrate 140 (FIG. 18(c)). In the following explanation, the insulating layer 258 will be described as part of the insulating layer 132 of the first substrate 110.

次いで、このように形成した半導体層142に、絶縁層148、増幅トランジスタM3などを形成する(図18(d))。そして、半導体層142の上に、絶縁層152を形成する(図18(e))。 Next, an insulating layer 148, an amplifying transistor M3, and the like are formed on the semiconductor layer 142 thus formed (FIG. 18(d)). Then, an insulating layer 152 is formed on the semiconductor layer 142 (FIG. 18(e)).

次いで、絶縁層152に、絶縁層148及び絶縁層132を貫通してゲート電極128に接続された貫通電極156などを含む配線を形成し、配線構造体層150を形成する(図18(f))。 Next, wiring including a through electrode 156 that penetrates the insulating layer 148 and the insulating layer 132 and is connected to the gate electrode 128 is formed in the insulating layer 152, forming a wiring structure layer 150 (Figure 18 (f)).

SOI基板を用いない典型的な製造プロセスとしては、絶縁層132の上にSOI基板ではないバルク基板を貼り合わせ、このバルク基板を裏面の側から研磨することにより薄化し、半導体層142を形成する方法が挙げられる。この方法では、バルク基板を研磨する工程における研磨量によって半導体層142の厚みが決定される。この際、バルク基板を研磨する工程における研磨量は、特性のばらつきなどを考慮し、厚みに余裕をもって設定される。 A typical manufacturing process that does not use an SOI substrate is to bond a bulk substrate that is not an SOI substrate onto the insulating layer 132, and then thin the bulk substrate by polishing it from the back side to form the semiconductor layer 142. In this method, the thickness of the semiconductor layer 142 is determined by the amount of polishing in the process of polishing the bulk substrate. At this time, the amount of polishing in the process of polishing the bulk substrate is set with a margin of thickness, taking into account the variation in characteristics, etc.

これに対し、SOI基板を用いた場合には、半導体層142の厚みはSOI層(半導体層256)の厚みによって決まるため、半導体層142の厚みを制御しやすくなり、バルク基板を用いた場合より薄くすることも可能となる。したがって、SOI基板を用いて半導体層142を形成することで、例えば図19に示すように、半導体層142の厚みを薄くすることができる。 In contrast, when an SOI substrate is used, the thickness of the semiconductor layer 142 is determined by the thickness of the SOI layer (semiconductor layer 256), making it easier to control the thickness of the semiconductor layer 142 and making it thinner than when a bulk substrate is used. Therefore, by forming the semiconductor layer 142 using an SOI substrate, the thickness of the semiconductor layer 142 can be made thinner, for example, as shown in FIG. 19.

半導体層142を薄くすることには、寄生容量を減らす効果があり、動作速度の向上、消費電力の低減、ノイズ低減などが期待できる。また、貫通電極156を形成する際のエッチング量を減らすことができるため。貫通電極156をより容易に形成できるというメリットもある。その一方で、半導体層142が薄くなると転送トランジスタM1からの電位変動の影響を受けやすくなるとも言える。しかしながら、第4実施形態において説明したように転送トランジスタM1と浮遊拡散容量を構成する素子とが平面視において重ならないようなレイアウトとすることで、電位変動の影響を抑制することは可能である。 Thinning the semiconductor layer 142 has the effect of reducing parasitic capacitance, and is expected to improve operating speed, reduce power consumption, and reduce noise. In addition, the amount of etching required when forming the through electrode 156 can be reduced. This has the advantage of making it easier to form the through electrode 156. On the other hand, it can also be said that a thinner semiconductor layer 142 makes it more susceptible to potential fluctuations from the transfer transistor M1. However, as explained in the fourth embodiment, it is possible to suppress the effects of potential fluctuations by using a layout in which the transfer transistor M1 and the elements that make up the floating diffusion capacitance do not overlap in a planar view.

このように、本実施形態によれば、積層型の光電変換装置において、機能や特性を更に向上することができる。 In this way, according to this embodiment, the functionality and characteristics of a stacked photoelectric conversion device can be further improved.

[第6実施形態]
本発明の第6実施形態による光電変換システムについて、図20を用いて説明する。図12は、本実施形態による光電変換システムの概略構成を示すブロック図である。
Sixth Embodiment
A photoelectric conversion system according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 20. Fig. 12 is a block diagram showing a schematic configuration of the photoelectric conversion system according to this embodiment.

上記第1乃至第5実施形態で述べた光電変換装置100は、種々の光電変換システムに適用可能である。適用可能な光電変換システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、光電変換システムに含まれる。図12には、これらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。 The photoelectric conversion device 100 described in the first to fifth embodiments above is applicable to various photoelectric conversion systems. Examples of applicable photoelectric conversion systems include digital still cameras, digital camcorders, surveillance cameras, copiers, fax machines, mobile phones, vehicle-mounted cameras, and observation satellites. Camera modules equipped with an optical system such as a lens and an imaging device are also included in photoelectric conversion systems. Figure 12 shows a block diagram of a digital still camera as an example of these.

図20に例示した光電変換システム200は、撮像装置201、被写体の光学像を撮像装置201に結像させるレンズ202、レンズ202を通過する光量を可変にするための絞り204、レンズ202の保護のためのバリア206を有する。レンズ202及び絞り204は、撮像装置201に光を集光する光学系である。撮像装置201は、第1乃至第5実施形態のいずれかで説明した光電変換装置100であって、レンズ202により結像された光学像を画像データに変換する。 The photoelectric conversion system 200 illustrated in FIG. 20 includes an image capture device 201, a lens 202 that forms an optical image of a subject on the image capture device 201, an aperture 204 that varies the amount of light passing through the lens 202, and a barrier 206 that protects the lens 202. The lens 202 and the aperture 204 form an optical system that focuses light on the image capture device 201. The image capture device 201 is the photoelectric conversion device 100 described in any one of the first to fifth embodiments, and converts the optical image formed by the lens 202 into image data.

光電変換システム200は、また、撮像装置201より出力される出力信号の処理を行う信号処理部208を有する。信号処理部208は、撮像装置201が出力するデジタル信号から画像データの生成を行う。また、信号処理部208は必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。撮像装置201は、信号処理部208で処理されるデジタル信号を生成するAD変換部を備えうる。AD変換部は、撮像装置201の光電変換部が形成された半導体層(半導体基板)に形成されていてもよいし、撮像装置201の光電変換部が形成された半導体層とは別の半導体基板に形成されていてもよい。また、信号処理部208が撮像装置201と同一の半導体基板に形成されていてもよい。 The photoelectric conversion system 200 also has a signal processing unit 208 that processes the output signal output from the imaging device 201. The signal processing unit 208 generates image data from the digital signal output by the imaging device 201. The signal processing unit 208 also performs various corrections and compression as necessary to output the image data. The imaging device 201 may be equipped with an AD conversion unit that generates a digital signal to be processed by the signal processing unit 208. The AD conversion unit may be formed in a semiconductor layer (semiconductor substrate) in which the photoelectric conversion unit of the imaging device 201 is formed, or may be formed in a semiconductor substrate different from the semiconductor layer in which the photoelectric conversion unit of the imaging device 201 is formed. The signal processing unit 208 may also be formed in the same semiconductor substrate as the imaging device 201.

光電変換システム200は、更に、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部210、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部(外部I/F部)212を有する。更に光電変換システム200は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体214、記録媒体214に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部(記録媒体制御I/F部)216を有する。なお、記録媒体214は、光電変換システム200に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。 The photoelectric conversion system 200 further includes a memory unit 210 for temporarily storing image data, and an external interface unit (external I/F unit) 212 for communicating with an external computer or the like. The photoelectric conversion system 200 further includes a recording medium 214 such as a semiconductor memory for recording or reading out imaging data, and a recording medium control interface unit (recording medium control I/F unit) 216 for recording or reading out on the recording medium 214. The recording medium 214 may be built into the photoelectric conversion system 200, or may be removable.

更に光電変換システム200は、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部218、撮像装置201と信号処理部208に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部220を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、光電変換システム200は少なくとも撮像装置201と、撮像装置201から出力された出力信号を処理する信号処理部208とを有すればよい。 The photoelectric conversion system 200 further includes an overall control/calculation unit 218 that performs various calculations and controls the entire digital still camera, and a timing generation unit 220 that outputs various timing signals to the imaging device 201 and the signal processing unit 208. Here, timing signals and the like may be input from the outside, and the photoelectric conversion system 200 only needs to include at least the imaging device 201 and the signal processing unit 208 that processes the output signal output from the imaging device 201.

撮像装置201は、撮像信号を信号処理部208に出力する。信号処理部208は、撮像装置201から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部208は、撮像信号を用いて、画像を生成する。 The imaging device 201 outputs an imaging signal to the signal processing unit 208. The signal processing unit 208 performs a predetermined signal processing on the imaging signal output from the imaging device 201 and outputs image data. The signal processing unit 208 generates an image using the imaging signal.

このように、本実施形態によれば、第1乃至第5実施形態による光電変換装置100を適用した光電変換システムを実現することができる。 In this way, according to this embodiment, a photoelectric conversion system can be realized that applies the photoelectric conversion device 100 according to the first to fifth embodiments.

[第7実施形態]
本発明の第7実施形態による光電変換システム及び移動体について、図21を用いて説明する。図21は、本実施形態による光電変換システム及び移動体の構成を示す図である。
[Seventh embodiment]
A photoelectric conversion system and a moving object according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 21. Fig. 21 is a diagram showing the configuration of the photoelectric conversion system and the moving object according to this embodiment.

図21(a)は、車載カメラに関する光電変換システムの一例を示したものである。光電変換システム300は、撮像装置310を有する。撮像装置310は、上記第1乃至第5実施形態のいずれかに記載の光電変換装置100である。光電変換システム300は、撮像装置310により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部312と、光電変換システム300により取得された複数の画像データから視差(視差画像の位相差)の算出を行う視差取得部314を有する。また、光電変換システム300は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部316と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部318と、を有する。ここで、視差取得部314や距離取得部316は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部318はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、FPGA(Field Programmable Gate Array)やASIC(Application Specific Integrated circuit)等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。 Figure 21 (a) shows an example of a photoelectric conversion system related to an in-vehicle camera. The photoelectric conversion system 300 has an imaging device 310. The imaging device 310 is the photoelectric conversion device 100 described in any one of the first to fifth embodiments. The photoelectric conversion system 300 has an image processing unit 312 that performs image processing on multiple image data acquired by the imaging device 310, and a parallax acquisition unit 314 that calculates parallax (phase difference of parallax images) from multiple image data acquired by the photoelectric conversion system 300. The photoelectric conversion system 300 also has a distance acquisition unit 316 that calculates the distance to an object based on the calculated parallax, and a collision determination unit 318 that determines whether or not there is a possibility of a collision based on the calculated distance. Here, the parallax acquisition unit 314 and the distance acquisition unit 316 are examples of distance information acquisition means that acquire distance information to the object. In other words, the distance information is information on the parallax, the defocus amount, the distance to the object, etc. The collision determination unit 318 may use any of these pieces of distance information to determine the possibility of a collision. The distance information acquisition means may be realized by dedicated hardware or by a software module. It may also be realized by a field programmable gate array (FPGA) or an application specific integrated circuit (ASIC), or by a combination of these.

光電変換システム300は車両情報取得装置320と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、光電変換システム300は、衝突判定部318での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ECU330が接続されている。また、光電変換システム300は、衝突判定部318での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置340とも接続されている。例えば、衝突判定部318の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ECU330はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置340は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。 The photoelectric conversion system 300 is connected to a vehicle information acquisition device 320, and can acquire vehicle information such as vehicle speed, yaw rate, and steering angle. The photoelectric conversion system 300 is also connected to a control ECU 330, which is a control device that outputs a control signal to generate a braking force for the vehicle based on the judgment result of the collision judgment unit 318. The photoelectric conversion system 300 is also connected to an alarm device 340 that issues an alarm to the driver based on the judgment result of the collision judgment unit 318. For example, if the judgment result of the collision judgment unit 318 indicates that there is a high possibility of a collision, the control ECU 330 applies the brakes, releases the accelerator, suppresses engine output, etc., to avoid the collision and reduce damage by performing vehicle control. The alarm device 340 warns the user by sounding an alarm, displaying alarm information on the screen of a car navigation system, etc., or vibrating the seat belt or steering wheel.

本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を光電変換システム300で撮像する。図21(b)に、車両前方(撮像範囲350)を撮像する場合の光電変換システムを示した。車両情報取得装置320が、光電変換システム300ないしは撮像装置310に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。 In this embodiment, the photoelectric conversion system 300 captures the surroundings of the vehicle, for example the front or rear. Figure 21 (b) shows a photoelectric conversion system for capturing an image of the area in front of the vehicle (imaging range 350). The vehicle information acquisition device 320 sends instructions to the photoelectric conversion system 300 or the imaging device 310. This configuration can further improve the accuracy of distance measurement.

上記では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。更に、光電変換システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体(移動装置)に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム(ITS)等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。 Although the above describes an example of control to prevent collisions with other vehicles, the system can also be applied to control of automatic driving to follow other vehicles, and control of automatic driving to avoid straying from lanes. Furthermore, the photoelectric conversion system is not limited to vehicles such as the vehicle itself, but can be applied to moving bodies (moving devices) such as ships, aircraft, and industrial robots. In addition, the system can be applied not only to moving bodies, but also to a wide range of equipment that uses object recognition, such as intelligent transport systems (ITS).

[第8実施形態]
本発明の第8実施形態による機器について、図22を用いて説明する。図22は、本実施形態による機器の概略構成を示すブロック図である。
[Eighth embodiment]
An apparatus according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 22. Fig. 22 is a block diagram showing a schematic configuration of the apparatus according to this embodiment.

図22は、光電変換装置APRを含む機器EQPを示す模式図である。光電変換装置APRは、第1乃至第5実施形態のいずれかの光電変換装置100の機能を備える。光電変換装置APRの全部又は一部が、半導体デバイスICである。本例の光電変換装置APRは、例えば、イメージセンサやAF(Auto Focus)センサ、測光センサ、測距センサとして用いることができる。半導体デバイスICは、光電変換部を含む画素回路PXCが行列状に配列された画素エリアPXを有する。半導体デバイスICは画素エリアPXの周囲に周辺エリアPRを有することができる。周辺エリアPRには画素回路以外の回路を配置することができる。 Figure 22 is a schematic diagram showing an equipment EQP including a photoelectric conversion device APR. The photoelectric conversion device APR has the functions of the photoelectric conversion device 100 of any one of the first to fifth embodiments. All or a part of the photoelectric conversion device APR is a semiconductor device IC. The photoelectric conversion device APR of this example can be used, for example, as an image sensor, an AF (Auto Focus) sensor, a photometry sensor, or a distance measurement sensor. The semiconductor device IC has a pixel area PX in which pixel circuits PXC including photoelectric conversion units are arranged in a matrix. The semiconductor device IC can have a peripheral area PR around the pixel area PX. Circuits other than pixel circuits can be arranged in the peripheral area PR.

光電変換装置APRは、複数の光電変換部が設けられた第1半導体チップと、周辺回路が設けられた第2半導体チップとを積層した構造(チップ積層構造)を有していてもよい。第2半導体チップにおける周辺回路は、ぞれぞれ、第1半導体チップの画素列に対応した列回路とすることができる。また、第2半導体チップにおける周辺回路は、それぞれ、第1半導体チップの画素あるいは画素ブロックに対応したマトリクス回路とすることもできる。第1半導体チップと第2半導体チップとの接続は、貫通電極(TSV)、銅等の導電体の直接接合によるチップ間配線、チップ間のマイクロバンプによる接続、ワイヤボンディングによる接続などを採用することができる。 The photoelectric conversion device APR may have a structure (chip stacking structure) in which a first semiconductor chip provided with a plurality of photoelectric conversion units and a second semiconductor chip provided with peripheral circuits are stacked. The peripheral circuits in the second semiconductor chip may be column circuits corresponding to the pixel columns of the first semiconductor chip. The peripheral circuits in the second semiconductor chip may also be matrix circuits corresponding to the pixels or pixel blocks of the first semiconductor chip. The first and second semiconductor chips may be connected by through-hole vias (TSVs), inter-chip wiring by direct bonding of a conductor such as copper, connection by microbumps between chips, connection by wire bonding, or the like.

光電変換装置APRは、半導体デバイスICの他に、半導体デバイスICを収容するパッケージPKGを含みうる。パッケージPKGは、半導体デバイスICが固定された基体と、半導体デバイスICに対向するガラス等の蓋体と、基体に設けられた端子と半導体デバイスICに設けられた端子とを接続するボンディングワイヤやバンプ等の接続部材と、を含みうる。 The photoelectric conversion device APR may include, in addition to the semiconductor device IC, a package PKG that houses the semiconductor device IC. The package PKG may include a base to which the semiconductor device IC is fixed, a cover such as glass that faces the semiconductor device IC, and connection members such as bonding wires or bumps that connect terminals provided on the base to terminals provided on the semiconductor device IC.

機器EQPは、光学装置OPT、制御装置CTRL、処理装置PRCS、表示装置DSPL、記憶装置MMRY及び機械装置MCHNのうちの少なくともいずれかを更に備えうる。光学装置OPTは、光電変換装置としての光電変換装置APRに対応するものであり、例えばレンズやシャッター、ミラーである。制御装置CTRLは、光電変換装置APRを制御するものであり、例えばASICなどの半導体デバイスである。処理装置PRCSは、光電変換装置APRから出力された信号を処理するものであり、AFE(アナログフロントエンド)あるいはDFE(デジタルフロントエンド)を構成する。処理装置PRCSは、CPU(中央処理装置)やASIC(特定用途向け集積回路)などの半導体デバイスである。表示装置DSPLは、光電変換装置APRで得られた情報(画像)を表示する、EL表示装置や液晶表示装置である。記憶装置MMRYは、光電変換装置APRで得られた情報(画像)を記憶する、磁気デバイスや半導体デバイスである。記憶装置MMRYは、SRAMやDRAMなどの揮発性メモリ、或いは、フラッシュメモリやハードディスクドライブなどの不揮発性メモリである。機械装置MCHNは、モーターやエンジン等の可動部あるいは推進部を有する。機器EQPでは、光電変換装置APRから出力された信号を表示装置DSPLに表示したり、機器EQPが備える通信装置(不図示)によって外部に送信したりする。そのために、機器EQPは、光電変換装置APRが有する記憶回路部や演算回路部とは別に、記憶装置MMRYや処理装置PRCSを更に備えることが好ましい。 The equipment EQP may further include at least one of an optical device OPT, a control device CTRL, a processing device PRCS, a display device DSPL, a memory device MMRY, and a mechanical device MCHN. The optical device OPT corresponds to the photoelectric conversion device APR as a photoelectric conversion device, and is, for example, a lens, a shutter, or a mirror. The control device CTRL controls the photoelectric conversion device APR, and is, for example, a semiconductor device such as an ASIC. The processing device PRCS processes the signal output from the photoelectric conversion device APR, and constitutes an AFE (analog front end) or a DFE (digital front end). The processing device PRCS is a semiconductor device such as a CPU (central processing unit) or an ASIC (application-specific integrated circuit). The display device DSPL is an EL display device or a liquid crystal display device that displays information (images) obtained by the photoelectric conversion device APR. The memory device MMRY is a magnetic device or a semiconductor device that stores information (images) obtained by the photoelectric conversion device APR. The memory device MMRY is a volatile memory such as SRAM or DRAM, or a non-volatile memory such as a flash memory or a hard disk drive. The mechanical device MCHN has a moving part or a propulsion part such as a motor or an engine. In the device EQP, the signal output from the photoelectric conversion device APR is displayed on the display device DSPL, or transmitted to the outside by a communication device (not shown) provided in the device EQP. For this reason, it is preferable that the device EQP further includes a memory device MMRY and a processing device PRCS in addition to the memory circuit unit and arithmetic circuit unit provided in the photoelectric conversion device APR.

図22に示した機器EQPは、撮影機能を有する情報端末(例えばスマートフォンやウエアラブル端末)やカメラ(例えばレンズ交換式カメラ、コンパクトカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ)などの電子機器でありうる。カメラにおける機械装置MCHNはズーミングや合焦、シャッター動作のために光学装置OPTの部品を駆動することができる。また、機器EQPは、車両や船舶、飛行体などの輸送機器(移動体)でありうる。また、機器EQPは、内視鏡やCTスキャナーなどの医療機器でありうる。また、機器EQPは、内視鏡やCTスキャナーなどの医療機器でありうる。 The equipment EQP shown in FIG. 22 can be an electronic device such as an information terminal with a shooting function (e.g., a smartphone or a wearable terminal) or a camera (e.g., an interchangeable lens camera, a compact camera, a video camera, a surveillance camera). The mechanical device MCHN in the camera can drive parts of the optical device OPT for zooming, focusing, and shutter operation. The equipment EQP can also be transportation equipment (mobile body) such as a vehicle, a ship, or an aircraft. The equipment EQP can also be medical equipment such as an endoscope or a CT scanner. The equipment EQP can also be medical equipment such as an endoscope or a CT scanner.

輸送機器における機械装置MCHNは移動装置として用いられうる。輸送機器としての機器EQPは、光電変換装置APRを輸送するものや、撮影機能により運転(操縦)の補助及び/又は自動化を行うものに好適である。運転(操縦)の補助及び/又は自動化のための処理装置PRCSは、光電変換装置APRで得られた情報に基づいて移動装置としての機械装置MCHNを操作するための処理を行うことができる。 The mechanical device MCHN in the transport equipment can be used as a moving device. The equipment EQP as a transport equipment is suitable for transporting the photoelectric conversion device APR and for assisting and/or automating driving (piloting) using a photographing function. The processing device PRCS for assisting and/or automating driving (piloting) can perform processing to operate the mechanical device MCHN as a moving device based on information obtained by the photoelectric conversion device APR.

本実施形態による光電変換装置APRは、その設計者、製造者、販売者、購入者及び/又は使用者に、高い価値を提供することができる。そのため、光電変換装置APRを機器EQPに搭載すれば、機器EQPの価値も高めることができる。よって、機器EQPの製造、販売を行う上で、本実施形態の光電変換装置APRの機器EQPへの搭載を決定することは、機器EQPの価値を高める上で有利である。 The photoelectric conversion device APR according to this embodiment can provide high value to its designer, manufacturer, seller, purchaser and/or user. Therefore, by installing the photoelectric conversion device APR in equipment EQP, the value of the equipment EQP can also be increased. Therefore, when manufacturing and selling equipment EQP, deciding to install the photoelectric conversion device APR of this embodiment in the equipment EQP is advantageous in terms of increasing the value of the equipment EQP.

[変形実施形態]
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
[Modified embodiment]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible.

例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。 For example, adding part of the configuration of one embodiment to another embodiment, or replacing part of the configuration of another embodiment, are also embodiments of the present invention.

また、図3、図4、図10及び図12に示した画素12の回路構成は例示であり、適宜変更が可能である。例えば、各々の画素12が2つ以上の光電変換素子を備えていてもよい。この場合、複数の光電変換素子が1つのFDノードを共有する構成としてもよい。また、複数の光電変換素子が1つのマイクロレンズを共有する瞳分割画素とし、位相差を検出可能な構成としてもよい。また、選択トランジスタM4は、電源電圧線と増幅トランジスタM3の間に設けられていてもよい。また、画素12は、必ずしも選択トランジスタM4を有する必要はない。 The circuit configurations of the pixels 12 shown in Figures 3, 4, 10, and 12 are examples and can be modified as appropriate. For example, each pixel 12 may have two or more photoelectric conversion elements. In this case, a configuration in which multiple photoelectric conversion elements share one FD node may be used. A configuration in which multiple photoelectric conversion elements share one microlens to detect a phase difference may also be used as a pupil-splitting pixel. The selection transistor M4 may be provided between the power supply voltage line and the amplification transistor M3. The pixel 12 does not necessarily have to have the selection transistor M4.

また、上記第6及び第7実施形態に示した光電変換システムは、本発明の光電変換装置を適用しうる光電変換システム例を示したものであり、本発明の光電変換装置を適用可能な光電変換システムは図20及び図21に示した構成に限定されるものではない。 The photoelectric conversion systems shown in the sixth and seventh embodiments are examples of photoelectric conversion systems to which the photoelectric conversion device of the present invention can be applied, and photoelectric conversion systems to which the photoelectric conversion device of the present invention can be applied are not limited to the configurations shown in Figures 20 and 21.

本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。 The present invention can also be realized by supplying a program that realizes one or more of the functions of the above-mentioned embodiments to a system or device via a network or a storage medium, and having one or more processors in the computer of the system or device read and execute the program. It can also be realized by a circuit (e.g., an ASIC) that realizes one or more functions.

なお、上記実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 The above embodiments are merely examples of how the present invention can be implemented, and the technical scope of the present invention should not be interpreted in a limiting manner. In other words, the present invention can be implemented in various forms without departing from its technical concept or main features.

上記実施形態の開示は、以下の構成を含む。
(構成1)
第1基板と第2基板とを含む複数の基板が積層されてなり、入射光に応じた信号を出力する画素を有する光電変換装置であって、
前記画素は、入射光の光量に応じた電荷を生成する光電変換素子と、前記光電変換素子が保持する電荷を第1ノードに転送する第1トランジスタと、ソース及びドレインのうちの一方が前記第1ノードに電気的に接続された第2トランジスタと、ゲートが前記第1ノードに電気的に接続された第3トランジスタと、を有し、
前記第1基板は、前記光電変換素子、前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタが設けられた第1半導体層を有し、
前記第2基板は、前記第3トランジスタが設けられた第2半導体層を有する
ことを特徴とする光電変換装置。
(構成2)
前記第2トランジスタは、前記第1ノードの電位をリセットするためのリセットトランジスタである
ことを特徴とする構成1記載の光電変換装置。
(構成3)
前記第2基板は、前記第1基板に対してフェイス・トゥ・バックで貼り合わされており、
前記第2トランジスタの前記ソース及び前記ドレインのうちの他方に、前記第2半導体層を貫通するように設けられた第1貫通電極を介して電源配線が電気的に接続されている
ことを特徴とする構成2記載の光電変換装置。
(構成4)
前記第2トランジスタは、前記第1ノードの容量を切り替えるための蓄積トランジスタである
ことを特徴とする構成1記載の光電変換装置。
(構成5)
前記画素は、前記第2トランジスタのソース及びドレインのうちの一方が電気的に接続されたリセットトランジスタを更に有する
ことを特徴とする構成4記載の光電変換装置。
(構成6)
前記リセットトランジスタは、前記第1半導体層に設けられている
ことを特徴とする構成5記載の光電変換装置。
(構成7)
前記第2基板は、前記第1基板に対してフェイス・トゥ・バックで貼り合わされており、
前記リセットトランジスタの前記ソース及び前記ドレインのうちの他方に、前記第2半導体層を貫通するように設けられた第1貫通電極を介して電源配線が電気的に接続されている
ことを特徴とする構成6記載の光電変換装置。
(構成8)
前記リセットトランジスタは、前記第2半導体層に設けられている
ことを特徴とする構成5記載の光電変換装置。
(構成9)
前記第2基板は、前記第1基板に対してフェイス・トゥ・バックで貼り合わされており、
前記第2トランジスタの前記ソース及び前記ドレインのうちの他方に、前記第2半導体層を貫通するように設けられた第1貫通電極を介して前記リセットトランジスタが電気的に接続されている
ことを特徴とする構成8記載の光電変換装置。
(構成10)
前記第2基板は、前記第1基板に対してフェイス・トゥ・バックで貼り合わされており、
前記第3トランジスタは、前記第2半導体層を貫通するように設けられた第2貫通電極を介して前記第1ノードに電気的に接続されている
ことを特徴とする構成1乃至9のいずれかに記載の光電変換装置。
(構成11)
前記第1ノード及び前記第3トランジスタを共有する複数の画素を有し、
前記第2貫通電極は、前記複数の画素において共通である
ことを特徴とする構成10記載の光電変換装置。
(構成12)
前記第1基板は、Al又はCuを含む配線を含まない
ことを特徴とする構成1乃至11のいずれかに記載の光電変換装置。
(構成13)
前記第1トランジスタのゲートは、前記第1ノードとの間に容量を構成する要素と平面視において重ならない
ことを特徴とする構成1乃至12のいずれかに記載の光電変換装置。
(構成14)
第1基板と第2基板とを含む複数の基板が積層されてなり、入射光に応じた信号を出力する画素を有する光電変換装置であって、
前記画素は、入射光の光量に応じた電荷を生成する光電変換素子と、前記光電変換素子が保持する電荷を第1ノードに転送する第1トランジスタと、ソース及びドレインのうちの一方が前記第1ノードに電気的に接続された第2トランジスタと、ゲートが前記第1ノードに電気的に接続された第3トランジスタと、を有し、
前記第1基板は、前記光電変換素子及び前記第1トランジスタが設けられた第1半導体層を有し、
前記第2基板は、前記第2トランジスタ及び前記第3トランジスタが設けられた第2半導体層を有し、
前記第1トランジスタのゲートは、前記第1ノードとの間に容量を構成する要素と平面視において重ならない
ことを特徴とする光電変換装置。
(構成15)
前記要素は、前記第2トランジスタの前記ソース及び前記ドレインのうちの前記一方である
ことを特徴とする構成14記載の光電変換装置。
(構成16)
前記要素は、前記第3トランジスタのゲートである
ことを特徴とする構成14記載の光電変換装置。
(構成17)
前記画素は、前記第2半導体層に設けられ、前記第3トランジスタのソース及びドレインのうちの一方に電気的に接続された選択トランジスタを更に有する
ことを特徴とする構成1乃至16のいずれかに記載の光電変換装置。
(構成18)
前記複数の基板は、前記画素から出力される前記信号を処理する信号処理回路が設けられた第3基板を更に有する
ことを特徴とする構成1乃至17のいずれかに記載の光電変換装置。
(構成19)
構成1乃至18のいずれかに記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置から出力される信号を処理する信号処理装置と
を有することを特徴とする光電変換システム。
(構成20)
移動体であって、
構成1乃至18のいずれかに記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置からの信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と
を有することを特徴とする移動体。
(構成21)
構成1乃至18のいずれかに記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置に対応する光学装置、
前記光電変換装置を制御する制御装置、
前記光電変換装置から出力された信号を処理する処理装置、
前記光電変換装置で得られた情報に基づいて制御される機械装置、
前記光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置、及び、
前記光電変換装置で得られた情報を記憶する記憶装置、の少なくともいずれかと
を備えることを特徴とする機器。
The disclosure of the above embodiment includes the following configurations.
(Configuration 1)
A photoelectric conversion device including a plurality of substrates including a first substrate and a second substrate stacked on top of each other, the photoelectric conversion device having pixels that output signals in response to incident light,
The pixel includes a photoelectric conversion element that generates a charge according to an amount of incident light, a first transistor that transfers the charge held by the photoelectric conversion element to a first node, a second transistor having one of a source and a drain electrically connected to the first node, and a third transistor having a gate electrically connected to the first node,
the first substrate has a first semiconductor layer in which the photoelectric conversion element, the first transistor, and the second transistor are provided;
the second substrate has a second semiconductor layer on which the third transistor is provided.
(Configuration 2)
2. The photoelectric conversion device according to configuration 1, wherein the second transistor is a reset transistor for resetting a potential of the first node.
(Configuration 3)
the second substrate is bonded to the first substrate face-to-back;
The photoelectric conversion device according to configuration 2, characterized in that a power supply wiring is electrically connected to the other of the source and the drain of the second transistor via a first through electrode provided to penetrate the second semiconductor layer.
(Configuration 4)
2. The photoelectric conversion device according to configuration 1, wherein the second transistor is a storage transistor for switching a capacitance of the first node.
(Configuration 5)
5. The photoelectric conversion device according to claim 4, wherein the pixel further includes a reset transistor to which one of a source and a drain of the second transistor is electrically connected.
(Configuration 6)
The photoelectric conversion device according to configuration 5, wherein the reset transistor is provided in the first semiconductor layer.
(Configuration 7)
the second substrate is bonded to the first substrate face-to-back;
The photoelectric conversion device according to configuration 6, wherein a power supply wiring is electrically connected to the other of the source and the drain of the reset transistor via a first through electrode provided to penetrate the second semiconductor layer.
(Configuration 8)
The photoelectric conversion device according to configuration 5, wherein the reset transistor is provided in the second semiconductor layer.
(Configuration 9)
the second substrate is bonded to the first substrate face-to-back;
The photoelectric conversion device according to configuration 8, wherein the reset transistor is electrically connected to the other of the source and the drain of the second transistor via a first through electrode provided to penetrate the second semiconductor layer.
(Configuration 10)
the second substrate is bonded to the first substrate face-to-back;
The photoelectric conversion device according to any one of structures 1 to 9, wherein the third transistor is electrically connected to the first node via a second through electrode provided to penetrate the second semiconductor layer.
(Configuration 11)
a plurality of pixels sharing the first node and the third transistor;
The photoelectric conversion device according to configuration 10, wherein the second through electrode is common to the plurality of pixels.
(Configuration 12)
12. The photoelectric conversion device according to any one of Structures 1 to 11, wherein the first substrate does not include wiring containing Al or Cu.
(Configuration 13)
13. The photoelectric conversion device according to any one of Structures 1 to 12, wherein a gate of the first transistor does not overlap an element forming a capacitance between the first node and the gate of the first transistor in a plan view.
(Configuration 14)
A photoelectric conversion device including a plurality of substrates including a first substrate and a second substrate stacked on top of each other, the photoelectric conversion device having pixels that output signals in response to incident light,
The pixel includes a photoelectric conversion element that generates a charge according to an amount of incident light, a first transistor that transfers the charge held by the photoelectric conversion element to a first node, a second transistor having one of a source and a drain electrically connected to the first node, and a third transistor having a gate electrically connected to the first node,
the first substrate has a first semiconductor layer in which the photoelectric conversion element and the first transistor are provided,
the second substrate has a second semiconductor layer in which the second transistor and the third transistor are provided,
a gate of the first transistor does not overlap an element forming a capacitance between the first node and the gate of the first transistor in a plan view.
(Configuration 15)
15. The photoelectric conversion device according to configuration 14, wherein the element is one of the source and the drain of the second transistor.
(Configuration 16)
15. The photoelectric conversion device according to claim 14, wherein the element is a gate of the third transistor.
(Configuration 17)
17. The photoelectric conversion device according to any one of structures 1 to 16, wherein the pixel further includes a selection transistor provided in the second semiconductor layer and electrically connected to one of a source and a drain of the third transistor.
(Configuration 18)
18. The photoelectric conversion device according to any one of Structures 1 to 17, wherein the plurality of substrates further include a third substrate provided with a signal processing circuit that processes the signal output from the pixel.
(Configuration 19)
A photoelectric conversion device according to any one of structures 1 to 18,
and a signal processing device that processes a signal output from the photoelectric conversion device.
(Configuration 20)
A mobile object,
A photoelectric conversion device according to any one of structures 1 to 18,
a distance information acquiring means for acquiring distance information to an object from a parallax image based on a signal from the photoelectric conversion device;
and a control means for controlling the moving body based on the distance information.
(Configuration 21)
A photoelectric conversion device according to any one of structures 1 to 18,
an optical device corresponding to the photoelectric conversion device;
A control device for controlling the photoelectric conversion device;
a processing device that processes a signal output from the photoelectric conversion device;
a mechanical device controlled based on information obtained by the photoelectric conversion device;
A display device that displays information obtained by the photoelectric conversion device; and
and a storage device that stores information obtained by the photoelectric conversion device.

M1,M1A,M1B,M1C,M1D…転送トランジスタ
M2…リセットトランジスタ
M3…増幅トランジスタ
M4…選択トランジスタ
M5…蓄積トランジスタ
PD,PDA,PDB,PDC,PDD…光電変換素子
110…第1基板
112…第1半導体層
140…第2基板
142…第2半導体層
170…第3基板
172…第3半導体層
M1, M1A, M1B, M1C, M1D...transfer transistor M2...reset transistor M3...amplification transistor M4...selection transistor M5...storage transistors PD, PDA, PDB, PDC, PDD...photoelectric conversion element 110...first substrate 112...first semiconductor layer 140...second substrate 142...second semiconductor layer 170...third substrate 172...third semiconductor layer

Claims (21)

第1基板と第2基板とを含む複数の基板が積層されてなり、入射光に応じた信号を出力する画素を有する光電変換装置であって、
前記画素は、入射光の光量に応じた電荷を生成する光電変換素子と、前記光電変換素子が保持する電荷を第1ノードに転送する第1トランジスタと、ソース及びドレインのうちの一方が前記第1ノードに電気的に接続された第2トランジスタと、ゲートが前記第1ノードに電気的に接続された第3トランジスタと、を有し、
前記第1基板は、前記光電変換素子、前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタが設けられた第1半導体層を有し、
前記第2基板は、前記第3トランジスタが設けられた第2半導体層を有する
ことを特徴とする光電変換装置。
A photoelectric conversion device including a plurality of substrates including a first substrate and a second substrate stacked on top of each other, the photoelectric conversion device having pixels that output signals in response to incident light,
The pixel includes a photoelectric conversion element that generates a charge according to an amount of incident light, a first transistor that transfers the charge held by the photoelectric conversion element to a first node, a second transistor having one of a source and a drain electrically connected to the first node, and a third transistor having a gate electrically connected to the first node,
the first substrate has a first semiconductor layer in which the photoelectric conversion element, the first transistor, and the second transistor are provided;
the second substrate has a second semiconductor layer on which the third transistor is provided.
前記第2トランジスタは、前記第1ノードの電位をリセットするためのリセットトランジスタである
ことを特徴とする請求項1記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to claim 1 , wherein the second transistor is a reset transistor for resetting a potential of the first node.
前記第2基板は、前記第1基板に対してフェイス・トゥ・バックで貼り合わされており、
前記第2トランジスタの前記ソース及び前記ドレインのうちの他方に、前記第2半導体層を貫通するように設けられた第1貫通電極を介して電源配線が電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項2記載の光電変換装置。
the second substrate is bonded to the first substrate face-to-back;
The photoelectric conversion device according to claim 2 , characterized in that a power supply wiring is electrically connected to the other of the source and the drain of the second transistor via a first through electrode provided to penetrate the second semiconductor layer.
前記第2トランジスタは、前記第1ノードの容量を切り替えるための蓄積トランジスタである
ことを特徴とする請求項1記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to claim 1 , wherein the second transistor is a storage transistor for switching a capacitance of the first node.
前記画素は、前記第2トランジスタのソース及びドレインのうちの一方が電気的に接続されたリセットトランジスタを更に有する
ことを特徴とする請求項4記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to claim 4 , wherein the pixel further comprises a reset transistor to which one of a source and a drain of the second transistor is electrically connected.
前記リセットトランジスタは、前記第1半導体層に設けられている
ことを特徴とする請求項5記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to claim 5 , wherein the reset transistor is provided in the first semiconductor layer.
前記第2基板は、前記第1基板に対してフェイス・トゥ・バックで貼り合わされており、
前記リセットトランジスタの前記ソース及び前記ドレインのうちの他方に、前記第2半導体層を貫通するように設けられた第1貫通電極を介して電源配線が電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項6記載の光電変換装置。
the second substrate is bonded to the first substrate face-to-back;
The photoelectric conversion device according to claim 6 , characterized in that a power supply wiring is electrically connected to the other of the source and the drain of the reset transistor via a first through electrode provided to penetrate the second semiconductor layer.
前記リセットトランジスタは、前記第2半導体層に設けられている
ことを特徴とする請求項5記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to claim 5 , wherein the reset transistor is provided in the second semiconductor layer.
前記第2基板は、前記第1基板に対してフェイス・トゥ・バックで貼り合わされており、
前記第2トランジスタの前記ソース及び前記ドレインのうちの他方に、前記第2半導体層を貫通するように設けられた第1貫通電極を介して前記リセットトランジスタが電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項8記載の光電変換装置。
the second substrate is bonded to the first substrate face-to-back;
The photoelectric conversion device according to claim 8 , characterized in that the reset transistor is electrically connected to the other of the source and the drain of the second transistor via a first through electrode provided to penetrate the second semiconductor layer.
前記第2基板は、前記第1基板に対してフェイス・トゥ・バックで貼り合わされており、
前記第3トランジスタは、前記第2半導体層を貫通するように設けられた第2貫通電極を介して前記第1ノードに電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光電変換装置。
the second substrate is bonded to the first substrate face-to-back;
10. The photoelectric conversion device according to claim 1 , wherein the third transistor is electrically connected to the first node via a second through electrode provided to penetrate the second semiconductor layer.
前記第1ノード及び前記第3トランジスタを共有する複数の画素を有し、
前記第2貫通電極は、前記複数の画素において共通である
ことを特徴とする請求項10記載の光電変換装置。
a plurality of pixels sharing the first node and the third transistor;
The photoelectric conversion device according to claim 10 , wherein the second through electrode is common to the plurality of pixels.
前記第1基板は、Al又はCuを含む配線を含まない
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to claim 1 , wherein the first substrate does not include wiring containing Al or Cu.
前記第1トランジスタのゲートは、前記第1ノードとの間に容量を構成する要素と平面視において重ならない
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光電変換装置。
10 . The photoelectric conversion device according to claim 1 , wherein a gate of the first transistor does not overlap an element forming a capacitance between the first node and the gate of the first transistor in a plan view.
第1基板と第2基板とを含む複数の基板が積層されてなり、入射光に応じた信号を出力する画素を有する光電変換装置であって、
前記画素は、入射光の光量に応じた電荷を生成する光電変換素子と、前記光電変換素子が保持する電荷を第1ノードに転送する第1トランジスタと、ソース及びドレインのうちの一方が前記第1ノードに電気的に接続された第2トランジスタと、ゲートが前記第1ノードに電気的に接続された第3トランジスタと、を有し、
前記第1基板は、前記光電変換素子及び前記第1トランジスタが設けられた第1半導体層を有し、
前記第2基板は、前記第2トランジスタ及び前記第3トランジスタが設けられた第2半導体層を有し、
前記第1トランジスタのゲートは、前記第1ノードとの間に容量を構成する要素と平面視において重ならない
ことを特徴とする光電変換装置。
A photoelectric conversion device including a plurality of substrates including a first substrate and a second substrate stacked on top of each other, the photoelectric conversion device having pixels that output signals in response to incident light,
The pixel includes a photoelectric conversion element that generates a charge according to an amount of incident light, a first transistor that transfers the charge held by the photoelectric conversion element to a first node, a second transistor having one of a source and a drain electrically connected to the first node, and a third transistor having a gate electrically connected to the first node,
the first substrate has a first semiconductor layer in which the photoelectric conversion element and the first transistor are provided,
the second substrate has a second semiconductor layer in which the second transistor and the third transistor are provided,
a gate of the first transistor does not overlap an element forming a capacitance between the first node and the gate of the first transistor in a plan view.
前記要素は、前記第2トランジスタの前記ソース及び前記ドレインのうちの前記一方である
ことを特徴とする請求項14記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to claim 14 , wherein the element is the one of the source and the drain of the second transistor.
前記要素は、前記第3トランジスタのゲートである
ことを特徴とする請求項14記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to claim 14 , wherein the element is a gate of the third transistor.
前記画素は、前記第2半導体層に設けられ、前記第3トランジスタのソース及びドレインのうちの一方に電気的に接続された選択トランジスタを更に有する
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光電変換装置。
10. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the pixel further includes a selection transistor provided in the second semiconductor layer and electrically connected to one of a source and a drain of the third transistor.
前記複数の基板は、前記画素から出力される前記信号を処理する信号処理回路が設けられた第3基板を更に有する
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光電変換装置。
10. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the plurality of substrates further include a third substrate provided with a signal processing circuit that processes the signal output from the pixel.
請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置から出力される信号を処理する信号処理装置と
を有することを特徴とする光電変換システム。
The photoelectric conversion device according to claim 1 ,
and a signal processing device that processes a signal output from the photoelectric conversion device.
移動体であって、
請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置からの信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と
を有することを特徴とする移動体。
A mobile object,
The photoelectric conversion device according to claim 1 ,
a distance information acquiring means for acquiring distance information to an object from a parallax image based on a signal from the photoelectric conversion device;
and a control means for controlling the moving body based on the distance information.
請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置に対応する光学装置、
前記光電変換装置を制御する制御装置、
前記光電変換装置から出力された信号を処理する処理装置、
前記光電変換装置で得られた情報に基づいて制御される機械装置、
前記光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置、及び、
前記光電変換装置で得られた情報を記憶する記憶装置、の少なくともいずれかと
を備えることを特徴とする機器。
The photoelectric conversion device according to claim 1 ,
an optical device corresponding to the photoelectric conversion device;
A control device for controlling the photoelectric conversion device;
a processing device that processes a signal output from the photoelectric conversion device;
a mechanical device controlled based on information obtained by the photoelectric conversion device;
A display device that displays information obtained by the photoelectric conversion device; and
and a storage device that stores information obtained by the photoelectric conversion device.
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