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公開番号2025056825
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-09
出願番号2023166309
出願日2023-09-27
発明の名称光検出素子
出願人ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
代理人個人
主分類H10F 39/12 20250101AFI20250401BHJP()
要約【課題】層間絶縁層に配置される複数の配線層の干渉を抑制でき、画素設計の自由度を向上させる。
【解決手段】光検出素子は、入射光の光量に応じた電荷を蓄積する光電変換素子が配置される第1基板と、前記第1基板に積層され、前記光電変換素子に蓄積された電荷に応じた画素信号を生成する画素回路の少なくとも一部が配置される第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に配置され、積層される2層以上の配線層を有する層間絶縁層と、を備える。
【選択図】図5B
特許請求の範囲【請求項１】
光電変換素子が配置される第１基板と、
前記第１基板に積層され、前記光電変換素子から出力された電荷に応じた画素信号を生成する画素回路の少なくとも一部が配置される第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に配置され、積層される２層以上の配線層を有する層間絶縁層と、を備える、
光検出素子。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記第２基板における前記画素回路は、増幅トランジスタ、リセットトランジスタ、又は選択トランジスタの少なくとも一つを含む画素トランジスタを有する、
請求項１に記載の光検出素子。
【請求項３】
前記配線層は、ポリシリコン層又は金属層である、
請求項１に記載の光検出素子。
【請求項４】
前記２層以上の配線層に含まれる不純物イオンの種類及び濃度の少なくとも一方はそれぞれ相違する、
請求項１に記載の光検出素子。
【請求項５】
前記２層以上の配線層の少なくとも一部は、平面視したときに交差するように配置される、
請求項１に記載の光検出素子。
【請求項６】
前記２層以上の配線層は、前記第１基板における前記光電変換素子で生成された電荷が転送されるフローティングディフュージョン、前記フローティングディフュージョンとは異なる導電型のウェル領域、前記第１基板における前記光電変換素子で生成された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送するか否かを切り替える転送トランジスタ、又は前記第１基板の画素境界領域のうち少なくとも２つにそれぞれ接続される複数の配線層を含む、
請求項１に記載の光検出素子。
【請求項７】
前記２層以上の配線層は、前記層間絶縁層のそれぞれ異なるレイヤに配置される２以上の配線層と、前記層間絶縁層の同一のレイヤに配置される２以上の配線層とを含む、
請求項６に記載の光検出素子。
【請求項８】
前記層間絶縁層は、
前記２層以上の配線層のうち少なくとも一部の配線層からそれぞれ前記第２基板に延びる複数の第１コンタクトと、
前記複数の配線層から前記第１基板に延びる複数の第２コンタクトと、を有する、
請求項６に記載の光検出素子。
【請求項９】
前記層間絶縁層は、フローティングディフュージョンとは別個に前記光電変換素子から転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部を有し、
前記電荷蓄積部は、前記２層以上の配線層のうち対向して配置される２つの配線層を用いて構成される、
請求項１に記載の光検出素子。
【請求項１０】
光電変換効率の切替を行う変換効率切替トランジスタを備え、
前記電荷蓄積部は、前記変換効率切替トランジスタがオンのときに前記光電変換素子から転送された電荷を蓄積する、
請求項９に記載の光検出素子。
（【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】
本開示は、光検出素子に関する。
続きを表示（約 1,100 文字）【背景技術】
【０００２】
光電変換素子が配置される第１基板と、画素回路が配置される第２基板と、画素信号に対する信号処理を行う回路が配置される第３基板とを積層させた３層構造の撮像素子が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
画素回路を光電変換素子とは異なる第２基板に配置することで、第１基板に配置される光電変換素子のサイズを大きくすることができ、感度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
国際公開２０１９／１３０７０２Ａ１明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
３層構造の撮像素子では、第１基板と第２基板との間に層間絶縁層が配置される。層間絶縁層には、フローティングディフュージョンに蓄積された電荷を第２基板の画素回路に転送するための配線層と、第１基板の接地ノードに接続される配線層とが配置される。
【０００６】
既存の３層構造の撮像素子では、層間絶縁層に配置可能な配線層は１つのレイヤだけである。層間絶縁層には、接続先がそれぞれ異なる複数の配線層を配置する必要があり、配線層同士の距離が短くなり、干渉が生じやすくなる。特に、不純物の種類又は量の異なる配線層同士は、干渉を避けるためにできるだけ離して配置するのが望ましいが、１つのレイヤだけで複数の配線層を配置する場合には、配線層同士の干渉を避けるのが困難になる。また、１つのレイヤに複数の配線層を配置する場合、レイアウト設計に手間がかかり、設計コストが上昇する。
【０００７】
そこで、本開示では、層間絶縁層に配置される複数の配線層の干渉を抑制でき、画素設計の自由度を向上できる光検出素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本開示によれば、光電変換素子が配置される第１基板と、
前記第１基板に積層され、前記光電変換素子から出力された電荷に応じた画素信号を生成する画素回路の少なくとも一部が配置される第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に配置され、積層される２層以上の配線層を有する層間絶縁層と、を備える、
光検出素子が提供される。
【０００９】
前記第２基板における前記画素回路は、増幅トランジスタ、リセットトランジスタ、又は選択トランジスタの少なくとも一つを含む画素トランジスタを有してもよい。
【００１０】
前記配線層は、ポリシリコン層又は金属層であってもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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