特許ウォッチ

公開番号2025044387
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-02
出願番号2023151929
出願日2023-09-20
発明の名称固体撮像素子
出願人三星電子株式会社,Samsung Electronics Co.,Ltd.
代理人IBC一番町弁理士法人
主分類H04N 25/773 20230101AFI20250326BHJP(電気通信技術)
要約【課題】集積度を高めた固体撮像素子を提供する。
【解決手段】固体撮像素子10の画素は、光電変換部21と、光電変換部21に入射した光量に応じて出力されるパルス信号をカウントするカウンタ30とを備え、
カウンタ30は、下位ビット群31および上位ビット群32に分割され、下位ビット群31と上位ビット群32との間に、第1の集約回路40が配置され、第1の集約回路40は、複数の画素の前記下位ビット群および前記上位ビット群を接続する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
複数の画素と、第１の集約回路を備える、固体撮像素子であって、
前記画素は、
光電変換部と、
前記光電変換部に入射した光量に応じて出力されるパルス信号をカウントするカウンタと、
を備え、
前記カウンタは、下位ビット群および上位ビット群に分割され、
前記下位ビット群と前記上位ビット群との間に、前記第１の集約回路が配置され、
前記第１の集約回路は、複数の画素の前記下位ビット群および複数の画素の前記上位ビット群を接続する、固体撮像素子。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記光電変換部は、ＳＰＡＤ型である、請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記固体撮像素子は、積層構造であり、
前記下位ビット群は、１つの層に形成され、前記上位ビット群は前記下位ビット群が形成された前記層とは異なる層に形成される、請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記第１の集約回路は、時分割切替機能を有し、同じカウンタの対応する前記下位ビット群と前記上位ビット群とを時間的に切り替えて接続することで、前記下位ビット群から前記上位ビット群へのカウンタ信号を送る、請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記固体撮像素子は、積層構造であり、
前記下位ビット群は、１つの層に形成され、前記上位ビット群は前記下位ビット群が形成された層とは異なる１つまたは複数の層に形成され、
前記下位ビット群が形成された層、および前記上位ビット群が形成された層の層間に層間接続用の電極が設けられ、
前記下位ビット群は、前記第１の集約回路と前記層間接続用の電極を介して前記上位ビット群に接続されている、請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記第１の集約回路を共有する複数の画素で構成される画素ユニットにおいて、
前記画素ユニットに属する複数の画素それぞれに対応する前記上位ビット群は、２つ以上の異なる層に形成されるとともに、前記下位ビット群が形成された層、および前記上位ビット群が形成された複数の層における前記層間接続用の電極の配置は、層の面方向のＸＹ座標位置が略同じである、請求項５に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記画素ユニットに属する複数の画素それぞれに対応する前記上位ビット群は、２つ以上の異なる層に形成されるとともに、上位ビット群が配置された２つ以上の異なる前記層の層構造が略同じである、請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記上位ビット群が形成された前記層それぞれには、分配回路が設けられており、前記分配回路は、前記層間接続用の電極を介した下位ビット群からのカウンタ信号を、対応する前記上位ビット群に分配する、請求項５、または請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記画素ユニットに属する複数の画素それぞれに対応する複数の前記上位ビット群が、画素毎に１つの前記層に形成されるとともに、該層に分配回路が設けられており、
該分配回路は、前記第１の集約回路から送られた前記下位ビット群からのカウンタ信号を、対応する前記上位ビット群に分配する、請求項８に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記光電変換部、前記下位ビット群、および上記上位ビット群は、それぞれ異なる層に形成され、前記光電変換部の層と前記下位ビット群の層との層間、および前記下位ビット群の層と上記上位ビット群の層との層間は、それぞれ層間接続用の電極を介して接続されている、請求項１に記載の固体撮像素子。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
イメージセンサ（固体撮像素子）は、被写体から入射される光を受光し、受光された光を光電変換し、電気的信号を生成する。近年では、光電変換されたアナログ信号をイメージセンサ内でＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換し、デジタルデータとして出力する技術が用いられている（例えば特許文献１）。特許文献１では、画素毎に１ビット型Ａ／Ｄ変換回路を備え、光電変換部に入射した光量に応じて出力されるパルス信号をカウンタでカウントすることで、入力可能な光量が光電変換部の蓄積容量で制限されずに、イメージセンサのダイナミックレンジを格段に向上している。
【０００３】
また、新たな技術として、単光子アバランシェダイオード（SPAD：single-photon avalanche diode）が利用される（例えば特許文献２）。このＳＰＡＤでは、一定時間の間、入射する光子の数がカウントとして出力されるため、光電変換素子の出力自体をデジタル信号として取り扱える。
【０００４】
また、特許文献１のイメージセンサでは、画素毎の１６ビットカウンタ回路を平面的にアレイ配置すると、カウンタ回路の面積が大きいために画素を小さくできずに高解像度できないという問題に対して、３次元集積回路で、画素の光電変換部とカウンタ回路を別の層に配置し、また、カウンタ回路を複数層に配置することで、高密度化を図る技術が提案されている。この際に、特許文献１に開示された技術では、複数層間のカウンタ信号の伝達のための貫通電極の数を減らすことで、より高密度化を図るために、複数層に配置したカウンタ回路間のカウンタ信号の伝達は、共通の信号線（７４）および出力パッド（７５）用いるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１８－０１９２７６号公報
特開２０２３－０６６３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されたイメージセンサでは、カウンタアレイのカウンタに接続した水平走査ライン（７１）と、垂直信号線（７２）で構成される選択スイッチにより、共通の信号線（７４）および出力パッド（７５）を用いるカウンタを順次選択している。そのため、画素数を増加させ、高解像度を図る場合には、同じフレームレート（撮影周期）を維持するためには、選択スイッチにより、より高速での切り替えが必要となり、高解像度化には限界がある。また、共有配線における充放電電力が大きくなり、省電力化が難しいという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、集積度を高めた固体撮像素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【０００９】
複数の画素と、第１の集約回路を備える、固体撮像素子であって、前記画素は、光電変換部と、前記光電変換部に入射した光量に応じて出力されるパルス信号をカウントするカウンタと、を備え、前記カウンタは、下位ビット群および上位ビット群に分割され、前記下位ビット群と前記上位ビット群との間に、前記第１の集約回路が配置され、前記第１の集約回路は、複数の画素の前記下位ビット群および前記上位ビット群を接続する、固体撮像素子。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る固体撮像素子は、光電変換部に入射した光量に応じて出力されるパルス信号をカウントするカウンタを備え、カウンタは、下位ビット群および上位ビット群に分割され、下位ビット群と前記上位ビット群との間に、前記第１の集約回路が配置され、第１の集約回路は、複数の画素の下位ビット群および上位ビット群を接続する。これにより、回路配線を集約し、高集積化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許