特許ウォッチ

公開番号2025081246
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-27
出願番号2024192212
出願日2024-10-31
発明の名称イメージセンサ
出願人三星電子株式会社,Samsung Electronics Co.,Ltd.
代理人弁理士法人共生国際特許事務所
主分類H10F 39/18 20250101AFI20250520BHJP()
要約【課題】ピクセル小型化に対応し、ノイズ20を改善したイメージセンサを提供する。
【解決手段】イメージセンサEX1は、ピクセルを構成するフォトダイオードで生成された電気的信号を伝送するための伝送トランジスタが配置された最上層200と、伝送トランジスタに連結された第1出力ノードを介して連結された複数のキャパシタに連結され、キャパシタをスイッチングするための複数のサンプリングトランジスタが配置されて、最上層の下部に最上層とボンディングされた第1中間層300と、サンプリングトランジスタに連結された第2出力ノードを介して連結されたソースフォロワが配置され、第1中間層の下部に第1中間層とボンディングされた第2中間層400と、ソースフォロワを介して出力されたピクセル信号が入力されて処理されるADC回路が配置されている第2中間層の下部に第2中間層とボンディングされた最下層500と、を含む。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
ピクセルを構成するフォトダイオードを含み、前記フォトダイオードで生成された電気的信号を伝送するための伝送トランジスタが配置された最上層と、
前記伝送トランジスタに連結された第１出力ノードを介して連結された複数個のキャパシタ、前記キャパシタに連結されて前記キャパシタをスイッチングするための複数個のサンプリングトランジスタが配置されている、前記最上層の下部に前記最上層とボンディングされた第１中間層と、
前記サンプリングトランジスタに連結された第２出力ノードを介して連結されたソースフォロワが配置されている、前記第１中間層の下部に前記第１中間層とボンディングされた第２中間層と、
前記ソースフォロワを介して出力されたピクセル信号が入力されて処理されるＡＤＣ回路が配置されている、前記第２中間層の下部に前記第２中間層とボンディングされた最下層と、を含むことを特徴とするイメージセンサ。
続きを表示（約 2,600 文字）【請求項２】
前記第１中間層には、前記伝送トランジスタに連結されたフローティングディフュージョンノード、前記フローティングディフュージョンノードに連結されたコンバージョンゲイントランジスタ、前記コンバージョンゲイントランジスタに連結されたリセットトランジスタがさらに配置されていることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
前記最上層は、第１前面ボンディングパッドを備え、前記第１中間層は、第２前面ボンディングパッド及び第２背面ボンディングパッドを含み、前記最上層の第１前面ボンディングパッドは、前記第１中間層の前記第２前面ボンディングパッドまたは前記第２背面ボンディングパッドとボンディングされており、前記第１中間層には、前記第２前面ボンディングパッドと前記第１中間層に含まれている第２配線層に連結される第１連結ビアプラグがさらに配置されていることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記第１中間層は、第２前面ボンディングパッドを備え、前記第２中間層は、第３前面ボンディングパッドまたは第３背面ボンディング貫通ビアを含み、前記第１中間層の前記第２前面ボンディングパッドは、前記第２中間層の前記第３前面ボンディングパッドまたは前記第３背面ボンディング貫通ビアとボンディングされており、前記第１中間層及び前記第２中間層には、前記第１中間層に含まれている第２配線層と前記第２中間層に含まれている第３配線層を連結する第２連結ビアプラグがさらに配置されていることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項５】
前記第２中間層は、第３背面ボンディングパッド、第３背面ボンディング貫通ビアまたは第３前面ボンディングパッドを備え、前記最下層は、第４前面ボンディングパッドを含み、前記第２中間層の前記第３背面ボンディングパッド、前記第３背面ボンディング貫通ビア、または前記第３前面ボンディングパッドは、前記最下層の前記第４前面ボンディングパッドとボンディングされていることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項６】
ピクセルを構成するフォトダイオードを含み、前記フォトダイオードで生成された電気的信号を伝送するための伝送トランジスタが配置された最上層と、
前記伝送トランジスタに連結されたフローティングディフュージョンノードを介して連結されたソースフォロワが配置された、前記最上層の下部に前記最上層とボンディングされた第１中間層と、
前記伝送トランジスタに連結されたフローティングディフュージョンノードを介して連結された複数個のキャパシタ、前記キャパシタに連結されて前記キャパシタをスイッチングするための複数個の変換効率スイッチングトランジスタが配置された、前記第１中間層の下部に前記第１中間層とボンディングされた第２中間層と、
前記ソースフォロワを介して出力されたピクセル信号が入力されて処理されるＡＤＣ回路が配置されている、前記第２中間層の下部に前記第２中間層とボンディングされた最下層と、を含むことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項７】
ピクセルを構成するフォトダイオードを含み、前記フォトダイオードで生成された電気的信号を伝送するための伝送トランジスタが配置された最上層と、
前記伝送トランジスタに連結されて前記電気的信号を処理するＡＤＣ回路が配置された、前記最上層の下部に前記最上層とボンディングされた第１中間層と、
前記伝送トランジスタに連結されたフローティングディフュージョンノードを介して連結された複数個のキャパシタ、前記キャパシタに連結されて前記キャパシタをスイッチングするための複数個の変換効率スイッチングトランジスタが配置された、前記第１中間層の下部に前記第１中間層とボンディングされた第２中間層と、
前記ピクセルを駆動する追加トランジスタが配置されている、前記第２中間層の下部に前記第２中間層とボンディングされた最下層と、を含むことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項８】
前記第１中間層には、前記伝送トランジスタに連結されたソースフォロワ、及びソースフォロワで生成されるピクセル信号と比較するためのランプ信号を生成するランプ信号生成器がさらに配置されていることを特徴とする請求項７に記載のイメージセンサ。
【請求項９】
ピクセルを構成するフォトダイオードを含み、前記フォトダイオードで生成された電気的信号を伝送するための伝送トランジスタが配置された最上層と、
前記伝送トランジスタに連結された第１出力ノードを介して連結されたソースフォロワが配置されている、前記最上層の下部に前記最上層とボンディングされた第１中間層と、
前記ソースフォロワに連結された複数個のキャパシタ、前記キャパシタに連結されて前記キャパシタをスイッチングするための複数個のサンプリングトランジスタが配置されている、前記第１中間層の下部に前記第１中間層とボンディングされた第２中間層と、
前記ソースフォロワを介して出力されたピクセル信号が入力されて処理されるＡＤＣ回路が配置されている、前記第２中間層の下部に前記第２中間層とボンディングされた最下層と、を含むことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項１０】
ピクセルを構成するフォトダイオードを含み、前記フォトダイオードで生成された電気的信号を伝送するための伝送トランジスタが配置された最上層と、
前記伝送トランジスタに連結されたフローティングディフュージョンノードを介して連結された複数個のキャパシタ、前記キャパシタに連結されて前記キャパシタをスイッチングするための複数個の変換効率スイッチングトランジスタが配置された、前記最上層の下部に前記最上層とボンディングされた第１中間層と、
前記伝送トランジスタに連結されて前記電気的信号を処理するＡＤＣ回路が配置された、前記第１中間層の下部に前記第１中間層とボンディングされた第２中間層と、
前記ピクセルを駆動する追加トランジスタが配置されている、前記第２中間層の下部に前記第２中間層とボンディングされた最下層と、を含むことを特徴とするイメージセンサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサに関し、より詳細には、ピクセルの小型化に対応しつつ、ノイズを改善することができるイメージセンサに関する。
続きを表示（約 3,800 文字）【背景技術】
【０００２】
画像を撮影して電気的信号に変換するイメージセンサは、デジタルカメラ、携帯電話用カメラ、及び携帯用カムコーダのような一般消費者用電子機器だけではなく、自動車、保安装置、及びロボットに装着されるカメラにも使用される。イメージセンサは、ピクセルが次第に小さくなっており、ピクセル小型化によるノイズを改善することが必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって本発明の目的は、ピクセル小型化に対応すると共に、ノイズを改善することができるイメージセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるイメージセンサは、ピクセルを構成するフォトダイオードを含み、前記フォトダイオードで生成された電気的信号を伝送するための伝送トランジスタが配置された最上層と、前記伝送トランジスタに連結された第１出力ノードを介して連結された複数個のキャパシタ、前記キャパシタに連結されて前記キャパシタをスイッチングするための複数個のサンプリングトランジスタが配置されている、前記最上層の下部に前記最上層とボンディングされた第１中間層と、前記サンプリングトランジスタに連結された第２出力ノードを介して連結されたソースフォロワが配置され、前記第１中間層の下部に前記第１中間層とボンディングされた第２中間層と、前記ソースフォロワを介して出力されたピクセル信号が入力されて処理されるＡＤＣ回路が配置されている、前記第２中間層の下部に前記第２中間層とボンディングされた最下層と、を含む。
【０００５】
上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様によるイメージセンサは、ピクセルを構成するフォトダイオードを含み、前記フォトダイオードで生成された電気的信号を伝送するための伝送トランジスタが配置された最上層と、前記伝送トランジスタに連結されたフローティングディフュージョンノードを介して連結されたソースフォロワが配置された、前記最上層の下部に前記最上層とボンディングされた第１中間層と、前記伝送トランジスタに連結されたフローティングディフュージョンノードを介して連結された複数個のキャパシタ、前記キャパシタに連結されて前記キャパシタをスイッチングするための複数個の変換効率スイッチングトランジスタが配置された、前記第１中間層の下部に前記第１中間層とボンディングされた第２中間層と、前記ソースフォロワを介して出力されたピクセル信号が入力されて処理されるＡＤＣ回路が配置されている、前記第２中間層の下部に前記第２中間層とボンディングされた最下層と、を含む。
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様によるイメージセンサは、ピクセルを構成するフォトダイオードを含み、前記フォトダイオードで生成された電気的信号を伝送するための伝送トランジスタが配置された最上層と、前記伝送トランジスタに連結されて前記電気的信号を処理するＡＤＣ回路が配置された、前記最上層の下部に前記最上層とボンディングされた第１中間層と、前記伝送トランジスタに連結されたフローティングディフュージョンノードを介して連結された複数個のキャパシタ、前記キャパシタに連結されて前記キャパシタをスイッチングするための複数個の変換効率スイッチングトランジスタが配置された、前記第１中間層の下部に前記第１中間層とボンディングされた第２中間層と、前記ピクセルを駆動する追加トランジスタが配置されている、前記第２中間層の下部に前記第２中間層とボンディングされた最下層と、を含む。
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本発明のさらに他の態様によるイメージセンサは、ピクセルを構成するフォトダイオードを含み、前記フォトダイオードで生成された電気的信号を伝送するための伝送トランジスタが配置された最上層と、前記伝送トランジスタに連結された第１出力ノードを介して連結されたソースフォロワが配置されている、前記最上層の下部に前記最上層とボンディングされた第１中間層と、前記ソースフォロワに連結された複数個のキャパシタ、前記キャパシタに連結されて前記キャパシタをスイッチングするための複数個のサンプリングトランジスタが配置されている。前記第１中間層の下部に前記第１中間層とボンディングされた第２中間層と、前記ソースフォロワを介して出力されたピクセル信号が入力されて処理されるＡＤＣ回路が配置されている、前記第２中間層の下部に前記第２中間層とボンディングされた最下層と、を含む。
【０００８】
上記目的を達成するためになされた本発明のさらに他の態様によるイメージセンサは、ピクセルを構成するフォトダイオードを含み、前記フォトダイオードで生成された電気的信号を伝送するための伝送トランジスタが配置された最上層と、前記伝送トランジスタに連結されたフローティングディフュージョンノードを介して連結された複数個のキャパシタ、前記キャパシタに連結されて前記キャパシタをスイッチングするための複数個の変換効率スイッチングトランジスタが配置され、前記最上層の下部に前記最上層とボンディングされた第１中間層と、前記伝送トランジスタに連結されて前記電気的信号を処理するＡＤＣ回路が配置された、前記第１中間層の下部に前記第１中間層とボンディングされた第２中間層と、前記ピクセルを駆動する追加トランジスタが配置されている、前記第２中間層の下部に前記第２中間層とボンディングされた最下層と、を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によるイメージセンサは、最上層、第１中間層、第２中間層、及び最下層を、ボンディングパッドやボンディング貫通ビアにボンディングすると共に、最上層、第１中間層、第２中間層、及び最下層にピクセル回路の構成要素を分離して配置することができる。そのように構成することで、本発明によるイメージセンサは、ピクセルの小型化に対応すると共に、ノイズを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の一実施例によるイメージセンサを示すブロック図である。
本発明の一実施例によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
本発明の一実施例によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
本発明の一実施例によるイメージセンサの構造を説明するための概略的な断面図である。
本発明の一実施例によるイメージセンサの回路図である。
本発明の一実施例によるイメージセンサの回路図である。
本発明の一実施例によるイメージセンサの回路図である。
本発明の一実施例によるイメージセンサの構造を説明するための概略的な断面図である。
本発明の一実施例によるイメージセンサの構造を説明するための概略的な断面図である。
本発明の一実施例によるイメージセンサの構造を説明するための概略的な断面図である。
本発明の一実施例によるイメージセンサの構造を説明するための概略的な断面図である。
本発明の一実施例によるイメージセンサの構造を説明するための概略的な断面図である。
本発明の一実施例によるイメージセンサの構造を説明するための概略的な断面図である。
本発明の一実施例によるイメージセンサの構造を説明するための概略的な断面図である。
本発明の一実施例によって図３のイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
本発明の一実施例によって図３のイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
本発明の一実施例によって図３のイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
本発明の一実施例によって図３のイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
本発明の一実施例によって図３のイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
本発明の一実施例によって図３のイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
本発明の一実施例によって図３のイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
本発明の一実施例によって図３のイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
本発明の一実施例によって図３のイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
本発明の一実施例によって図３のイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
本発明の一実施例によって図３のイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
本発明の一実施例によって図３のイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許