[發明專利]固態成像設備和電子裝置

有效

• 申請號: 201110344662.7
• 申請日: 2011-11-04
• 公開（公告）號: CN102468316B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 馬渕圭司
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H04N5/374
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 黃小臨

技術領域

本公開涉及固態成像設備，具體地，涉及CMOS固態成像設備和具有該固態成像設備的諸如照相機的電子裝置。

背景技術

作為固態成像設備(圖像傳感器)，CMOS固態成像設備是本領域中著名的。CMOS固態成像設備用于各種便攜式終端，比如數字靜態照相機、數字攝像機以及嵌有照相機的蜂窩電話。

在普通的CMOS固態成像設備中，通常向在其中排列了多個像素的像素單元的一端處的每個像素列提供用于接收像素信號和對其進行CDS(相關雙采樣)或AD(模擬/數字)轉換的電路，如日本未審查專利申請公開No.2003-18471中公開的那樣。在此將此電路稱為列電路，因為其被提供給每列。

作為另一CMOS固態成像設備，同樣著名的是其中在半導體芯片被層疊的前提下向每個像素或者多個像素的每個部分而不是向每個像素列提供用于接收像素信號和進行CDS或者AD轉換的電路的固態成像設備，如日本未審查專利申請公開No.2006-49361中所公開的。在對于多個像素的每個部分接收像素信號的情況下，如圖15A的示意圖所示，在其中以二維形狀排列多個像素的像素單元201中，將像素分劃為多個部分，以便將包括多個像素的區域設置為一個部分202。另外，每個像素部分202被配置為接收來自一個如以上的電路的信號。在每個像素部分202中，按照如實線箭頭203和虛線箭頭204所示的順序來讀取像素信號。在每個像素部分202處同時讀取各信號。

順便提及，作為CMOS固態成像設備的相關技術，在國際公開No.WO2006/129762和日本未審查專利申請公開No.2007-013089中公開了其中半導體芯片按后面入射型被層疊的CMOS固態成像設備。

發明內容

然而，在為每個像素列提供列電路的CMOS固態成像設備中，長的垂直信號線在像素單元上行進，并且列電路在其端處接收信號。由于此原因，由于垂直信號線的布線電阻引起的電壓降，來自在像素單元的垂直方向上的上端像素的信號處于與來自下端的像素的信號不同的電平。由CDS來抵消和消除此信號電平差，但是稍有陰影，因為CDS的抵消抑制比(offset?suppression?ratio)不是無限大。另外，抵消使得CDS的操作范圍更窄或者變為對電壓降低的阻礙。

另外，在向像素單元的上端和下端兩者提供列電路的情況下，抵消取決于是由上部列電路還是下部列電路處的像素讀取信號而改變，即使像素位于基本相同的位置處，這導致了特性上的差別。由于近來因CMOS固態成像設備中的速度增加引起的像素電流的增大、因尺寸增長而增加像素單元、因像素小型化而通過使布線變細、或者通過對圖像質量應用嚴格的要求，此問題變得更嚴重。

在這點上，在為每個像素或多個像素的每個部分提供用于進行CDS或AD轉換的電路的方法中，通過像素或多個像素的部分的尺寸確定電路在長度和寬度上的尺寸。由于此原因，可能沒有包括需要的功能，或者電路可能具有被浪費的多余空間。另外，在為多個像素的每個部分提供電路的情況下，除非使用確保屏幕中的曝光時間的同時性的方法，其稱為全局快門(global?shutter)，否則，如圖15B所示，當對在箭頭方向205上移動的物體206成像時，在像素單元201的上半部分中的像素較后被讀取，在下半部分中的像素較先被讀取，如圖15C所示，導致移動的物體206的失真成像。對于圖像質量惡化和像素尺寸增加，需要全局快門。

鑒于這樣的情況，提出了本公開，希望提供固態成像設備，其降低垂直信號線的電壓降，并通過改善陰影(shading)等來改善圖像質量。

還希望提供具有該固態成像設備的諸如照相機的電子裝置。

根據本公開的實施例，固態成像設備包括：像素單元，其中，將物理量轉換為電信號的多個像素以二維形狀排列；垂直信號線，用于從像素讀取信號；以及列電路，與像素單元的列對應地排列，并從在像素單元內部的垂直信號線收集信號。

在根據本公開的實施例的固態成像設備中，由于不從像素單元的一端而是從垂直信號線從像素單元的內部將像素信號收集到列電路，因此由垂直信號線的布線電阻引起的電壓降降低。

根據本公開的實施例，固態成像設備包括：上基板，具有其中將物理量轉換為電信號的多個后面入射型像素以二維形狀排列的像素單元；以及下基板，面對上基板，并具有與像素單元的列對應地排列的多個列電路，其中，上基板和下基板在它們的布線表面處連接，其中，在下基板表面的、列電路在垂直方向上彼此面對的一側，在上基板處形成的并讀取來自像素的信號的垂直信號線連接到下基板的列電路，以及其中，列電路的信號輸出到列電路不彼此面對的一側。