CN102386195B - 半导体集成电路、电子设备、固态摄像装置和摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体集成电路、电子设备、固态摄像装置和摄像装置。它们均包括：第一半导体基板，在所述第一半导体基板中形成模拟电路和数字电路之中的所述模拟电路的一部分，所述数字电路对输出自所述模拟电路的模拟输出信号进行数字转换；第二半导体基板，在所述第二半导体基板中形成所述模拟电路的其余部分和所述数字电路；和基板连接部，其将所述第一半导体基板和所述第二半导体基板彼此连接，其中，所述基板连接部将所述第一半导体基板中的所述模拟电路的所述一部分产生的模拟信号传输到所述第二半导体基板。根据本发明，能够抑制由于多个电路块划分到多个芯片而导致的基板总面积的增加。

Description

半导体集成电路、电子设备、固态摄像装置和摄像装置
相关申请的交叉参考
本申请包含与2010年9月3日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP2010-197730的公开内容相关的主题，在这里将该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及共存有模拟和数字电路的半导体集成电路、电子设备、固态摄像装置和摄像装置。
背景技术
近年来，许多MOS型固态摄像装置具有多个像素电路，上述像素电路具有用于对光进行光电转换的光电二极管及用于将各像素电路输出的像素信号转换和处理成数字值的信号处理电路。
在诸如上述这类固态摄像装置等高功能或高速半导体集成电路中，当在半导体基板中设置像素的光电二极管或模拟电路以及数字电路时，它们所分别使用的元件的处理要求之间存在巨大差异。
因此，在半导体集成电路中，由于处理次数增加的原因，导致了成本增加，以及由于最佳处理中存在差异的原因，导致了传感器特性劣化等等。
在所谓的三维大规模集成电路(LargeScaleIntegration，LSI)结构(在其结构中，多个芯片彼此重叠)中，能够通过堆叠由不同处理制造的芯片来构造LSI。因此，在三维LSI结构中，能够解决上述问题(参见日本未审查专利申请JP2004-146816，及国际专利申请WO2006/129762)。
然而，在具有多个芯片的半导体集成电路中，在半导体集成电路中实现的多个电路块以被划分到多个芯片中的方式形成，因此，增加了半导体基板的总面积。
例如，在从形成在另一半导体基板上的模拟电路输入有模拟信号的数字电路中，由于数字电路的输入端子通过焊盘等暴露于外部，所以需要增加输入保护电路。
发明内容
在上述共存有模拟和数字电路的半导体集成电路中，当这些电路以被划分到多个半导体基板中的方式形成时，需要防止基板的总面积的增加。
本发明第一实施例的半导体集成电路包括：第一半导体基板，在所述第一半导体基板中形成模拟电路和数字电路之中的所述模拟电路的一部分，所述数字电路对输出自所述模拟电路的模拟输出信号进行数字转换；第二半导体基板，在所述第二半导体基板中形成所述模拟电路的其余部分和所述数字电路；和基板连接部，其将所述第一半导体基板和所述第二半导体基板彼此连接，其中，所述基板连接部将所述第一半导体基板中的所述模拟电路的所述一部分产生的模拟信号传输到所述第二半导体基板。
在第一实施例中，模拟电路被划分到第一半导体基板和第二半导体基板中。
因此，第二半导体基板的模拟电路的其余部分用作第二半导体基板的数字电路的输入保护电路。
因此，第二半导体基板没有设置数字电路的输入保护电路。
本发明第二实施例的电子设备包括：半导体集成电路，在所述半导体集成电路中，模拟电路和用于将所述模拟电路输出的模拟输出信号进行数字转换的数字电路共存。所述半导体集成电路具有：第一半导体基板，在所述第一半导体基板中形成所述模拟电路的一部分；第二半导体基板，在所述第二半导体基板中形成所述模拟电路的其余部分和所述数字电路；和基板连接部，其将所述第一半导体基板和所述第二半导体基板彼此连接，其中，所述基板连接部将所述第一半导体基板中的所述模拟电路的所述一部分产生的模拟信号传输到所述第二半导体基板。
本发明第三实施例的固态摄像装置包括：第一半导体基板，在所述第一半导体基板中形成模拟电路和数字电路之中的所述模拟电路的一部分，所述模拟电路包括多个光电转换元件，所述数字电路对所述模拟电路输出的模拟输出信号进行数字转换；第二半导体基板，在所述第二半导体基板中形成所述模拟电路的其余部分和所述数字电路；和基板连接部，其将所述第一半导体基板和所述第二半导体基板彼此连接，其中，所述基板连接部将所述第一半导体基板中的所述模拟电路的所述一部分产生的模拟信号传输到所述第二半导体基板。
本发明第四实施例的摄像装置包括：光学系统，其用于收集光；和固态摄像部，其具有使所述光学系统收集的光进行光电转换的多个光电转换元件。所述固态摄像部具有：第一半导体基板，在所述第一半导体基板中形成模拟电路和数字电路之中的所述模拟电路的一部分，所述模拟电路包括多个光电转换元件，所述数字电路对所述模拟电路输出的模拟输出信号进行数字转换；第二半导体基板，在所述第二半导体基板中形成所述模拟电路的其余部分和所述数字电路；和基板连接部，其将所述第一半导体基板和所述第二半导体基板彼此连接，其中，所述基板连接部将所述第一半导体基板中的所述模拟电路的所述一部分产生的模拟信号传输到所述第二半导体基板。
在本发明中，当共存有模拟和数字电路的半导体集成电路被划分到多个半导体基板中时，能够抑制基板总面积的增加。
附图说明
图1是本发明第一实施例的互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS)传感器型固态摄像装置的框图。
图2是图1中的一列情况下的像素阵列部和列电路的电路图。
图3A和图3B表示图1中的固态摄像装置的三维结构。
图4表示像素阵列部和列电路在图3A和图3B中的传感器芯片和信号处理芯片中的分布方法。
图5表示一列像素阵列部和列电路在图3A和3B中的传感器芯片和信号处理芯片中的分布方法。
图6A和6B表示像素阵列部中的形成在图3A和3B的信号处理芯片中的电流源。
图7表示比较示例的固态摄像装置中的芯片分布。
图8表示图2中传感器芯片和信号处理芯片的光学结构。
图9表示本发明第二实施例的传感器芯片和信号处理芯片的光学结构。
图10表示本发明第三实施例的一列像素阵列部和列电路在传感器芯片和信号处理芯片中的分布方法。
图11表示本发明第四实施例中电荷耦合器件(ChargeCoupledDevice，CCD)传感器型固态摄像装置的结构和芯片分布方法。
图12表示图11的垂直传输部的位于电荷传输侧上的端部处的布局的示例
图13是本发明第五实施例的摄像装置的框图。
图14A和14B表示用于移除模拟信号的DC分量的DC去除电路。
具体实施方式
下文将参考附图说明本发明的各个实施例。
根据下述顺序进行说明。
1.第一实施例(具有CMOS传感器系统的固态摄像装置的示例)
2.第二实施例(固态摄像装置的光学结构的变化例)
3.第三实施例(固态摄像装置的芯片划分的变化例)
4.第四实施例(具有CCD传感器系统的固态摄像装置的示例)
5.第五实施例(摄像装置的示例)
1.第一实施例
具有CMOS传感器系统的固态摄像装置1的结构
图1是本发明第一实施例的具有CMOS传感器系统的固态摄像装置1的框图。
图1的固态摄像装置1具有时序控制电路11、行扫描电路12、像素阵列部13、列电路14、列扫描电路15、水平扫描输出信号线16、(自动增益控制，AutoGainControl)运算电路17和输出电路18。
像素阵列部13具有多个像素电路19，多个像素电路19以二维矩阵形式布置在半导体基板的一个表面中。
多个像素电路19连接到多个对应于各行的行选择信号线20。多个行选择信号线20连接到行扫描电路12。
此外，多个像素电路19连接到多个对应于各列的列输出信号线21。多个列输出信号线21连接到列电路14。
图2是图1中的一列像素阵列部13和列电路14的电路图。
如图2所示，布置在一列中的多个像素电路19连接到列输出信号线21。
图2中的像素电路19具有光电二极管31、传输晶体管32、浮动扩散部(FD)33、放大晶体管34、选择晶体管35和复位晶体管36。
例如，传输晶体管32、放大晶体管34、选择晶体管35和复位晶体管36是形成在半导体基板中的金属氧化物半导体(MetalOxideSemiconductor，MOS)场效应晶体管。
光电二极管31将入射光光电转换成电荷(在此为电子)，所转换的电荷的量对应于入射光的光强度。
在传输晶体管32中，漏极连接到光电二极管31，源极连接到FD33，栅极连接到传输信号线(未图示)。
当传输晶体管32导通时，其将光电二极管31产生的电荷传输到浮动扩散部33。
在复位晶体管36中，漏极连接到电源Vdd，源极连接到FD33，栅极连接到复位信号线(未图示)。
当复位晶体管36导通时，其将FD33复位到电源Vdd的电位。
在放大晶体管34中，漏极连接到电源Vdd，源极连接到选择晶体管35的漏极，栅极连接到FD33。
在选择晶体管35中，漏极连接到放大晶体管34的源极，源极连接到列输出信号线21，栅极连接到行选择信号线20。
此外，列输出信号线21连接到电流源37。
以此方式，当选择晶体管35导通时，放大晶体管34构成源极跟随器型放大器(sourcefollower-typeamplifier)。
当选择晶体管35导通时，放大晶体管34将与FD33的电位相对应的像素信号(模拟信号)输出到列输出信号线21。
此外，在图2的像素电路19中，例如，由于传输晶体管32和复位晶体管36导通而对光电二极管31和FD33进行复位。FD33复位后的电压电平变成电源Vdd。
此后，当传输晶体管32导通时，光电二极管31在复位之后产生的电荷传输到FD33。FD33的电压电平变成与上述电荷的量相对应的电压。
此外，当选择晶体管35导通时，放大晶体管34将像素信号输出到列输出信号线21，所输出的像素信号的电平对应于输入到放大晶体管34的栅极的电压电平(FD33的电压电平)。
图1的行扫描电路12连接到时序控制电路11和多个行选择信号线20。
行扫描电路12基于输入自时序控制电路11的垂直同步信号，顺序对多个行选择信号线20进行选择。行扫描电路12基于水平扫描周期，顺序对多个行选择信号线20进行选择。
连接到所选择的行选择信号线20的像素电路19将模拟像素信号输出到列输出信号线21，所输出的模拟像素信号的电平对应于光电二极管31的光电转换所产生电荷的量。
如图2所示，列电路14具有多个对应于各列的比较器41、上/下计数器42和存储器43组。
在比较器41中，其一对输入端子中的一个输入端子连接到列输出信号线21，而另一个输入端子连接到DA转换器(DAC)44。DAC44基于时序控制电路11所输入的值输出灯信号(lampsignal)，所输出的灯信号的电平以灯的形式变化。
比较器41将DAC44所输入的灯信号的电平与列输出信号线21所输入的像素信号的电平进行比较。
例如，当像素信号的电平低于灯信号的电平时，比较器41输出高电平比较信号。当像素信号的电平高于灯信号的电平时，比较器41输出低电平比较信号。
上/下计数器42连接到比较器41。
例如，上/下计数器42对比较信号的电平为高或低时的周期进行计数。通过该计数，各像素电路19的像素信号完全转换成数字值。
可在比较器41和上/下计数器42之间设置AND电路，且可通过上/下计数器42对输入到该AND电路的脉冲信号的数量进行计数。
存储器43连接到上/下计数器42、水平扫描输出信号线16和列扫描电路15。
存储器43存储上/下计数器42所计数的计数值。
此外，列电路14可基于像素电路19复位时的像素信号计数出与复位电平相对应的计数值，可基于预定摄像时间之后的像素信号计数出计数值，并可将上述数值之间的差值存储在存储器43中。
图1的列扫描电路15连接到时序控制电路11和列电路14的多个存储器43。
列扫描电路15基于输入自时序控制电路11的水平同步信号，顺序对多个存储器43进行选择。所选择的存储器43将包含有存储的计数值的信号输出到水平扫描输出信号线16。
以此方式，在每个水平同步期间，通过对一行中的多个像素电路19的像素信号进行数字化而得到的多个计数值输出到水平扫描输出信号线16。
运算电路17连接到水平扫描输出信号线16。
运算电路17对接收自水平扫描输出信号线16的信号进行加法运算等，从而将该信号转换成符合输出规格的数据阵列(dataarray)。
输出电路18连接到运算电路17。
电路在传感器芯片6和信号处理芯片7中的分布方法
图3A和图3B表示图1的固态摄像装置1的三维结构。
图3A是图1的固态摄像装置1的侧视图。图3B是图1的固态摄像装置1的正面图。
在图3A和图3B中，固态摄像装置1具有传感器芯片6、信号处理芯片7和密封树脂8。
传感器芯片6具有矩形的第一半导体基板51和多个微焊盘52，多个微焊盘52布置在第一半导体基板51的后表面中。
信号处理芯片7具有矩形的第二半导体基板53、多个焊盘和多个微焊盘54，第二半导体基板53大于第一半导体基板51，上述多个焊盘布置在第二半导体基板53的位于长度方向上的两个端部中，多个微焊盘54布置在第二半导体基板53的上表面的中心部分中。
传感器芯片6的第一半导体基板51布置成与信号处理芯片7的第二半导体基板53的中心部分重叠。
此外，布置在第一半导体基板51的后表面中的多个微焊盘52和布置在第二半导体基板53的表面中的多个微焊盘54通过多个微凸块55彼此电连接。
第一半导体基板51和第二半导体基板53通过密封树脂8彼此固定。
在图3A和图3B中，第一半导体基板51的上表面是感光表面。
图1的固态摄像装置1的多个电路块形成为在图3A和图3B的传感器芯片6和信号处理芯片7中分布。
总的来说，多个电路块分布在多个芯片中。
在固态摄像装置1中，由于传感器芯片6具有感光表面，所以例如可考虑将像素阵列部13形成在传感器芯片6中。
在此情况下，其余的数字电路(即，时序控制电路11、行扫描电路12、列电路14、行扫描电路15、水平扫描输出信号线16、运算电路17和输出电路18)形成在信号处理芯片7中。
以此方式，由于固态摄像装置1的模拟电路形成在传感器芯片6中，而其余的数字电路形成在信号处理芯片7中，所以模拟和数字电路可形成在不同的半导体基板中。
因此，可通过适于模拟电路的半导体基板及其制造过程来形成传感器芯片6，可通过适于列电路14、列扫描电路15等执行高速数字操作的半导体基板及其制造方法来形成信号处理芯片7。
由此，与图1中的多个电路块形成在一个半导体基板的情况相比，能够高水准地平衡模拟和数字电路的性能。
尤其是，对于CMOS图像传感器，由于在模拟像素阵列部13和逻辑电路形成在同一半导体基板情况下处理要求存在差异，所以会产生如下问题，即，由于处理数量增加而导致成本增加，以及由于最佳处理中存在差异而导致传感器特性劣化等。
然而，在所谓的三维LSI结构(在其结构中，堆叠有芯片)中，能够通过堆叠由不同过程形成的芯片来构成一个LSI，从而能够解决上述问题。
此外，在三维LSI结构中，能够在其间距小于芯片与封装之间间距的芯片之间实现多个连接，且能够通过芯片内部布线实现该多个连接，而不是通过所谓的接口电路实现。
基于上述原因，能够认为LSI结构是一种能够有效用于高速和高功能CMOS图像传感器的结构。
然而，在堆叠芯片时，对电路的哪个部分进行划分以及在电路的哪个部分处实现芯片间连接对电路产生重要影响。
由接合线在芯片间所实现的连接所需的接口电路具有防静电击穿功能，并能够抑制由制造过程中的等离子装置等所引起的电荷产生的击穿。
由于芯片堆叠结构使用了多个微焊盘52和54，所以不用执行与传统接口相同等级的静电防护。然而，需要在晶片间连接过程中防止静电击穿。
当每个连接端子均设置有此类静电保护元件时，连接部的面积增加，因此连接部的电路负荷容量增加。
因此，如上所述，例如，当像素阵列部13形成在传感器芯片6中时，为布置在图像传感器中每列上的每个读取电路实现芯片间连接，由此增加了连接的数量。
因此，增加了连接端子组的占用面积，从而给电路面积带来压力。
此外，由于保护电路的连接而导致的容量负荷的增加引起了传输信号时的充放电量的增加，由此增加了功耗。
同时，在所谓的CMOS逻辑电路中，当输入信号的波形变得极度钝化(dull)时，产生从电源到GND的直通电流(throughcurrent)，从而进一步增加了功耗。
此外，为了抑制功耗增加，需要使用数级缓冲电路来增加传输侧上的晶体管的尺寸，以由此增加电流源能力，因而增加了面积。
下面将给出具体说明。
如上所述，例如，当图2的像素阵列部13形成在传感器芯片6中，而列电路14形成在信号处理芯片7中时，图2中的列电路14的比较器41的输入端子连接到微焊盘54。微焊盘54通过微凸块55和微焊盘52连接到列输出信号线21。
在制造过程中，当静电噪声输入到比较器41的输入端子时，可能损坏比较器41。
因此，在信号处理芯片7中，在比较器41的输入端子与连接到输入端子的微焊盘54之间增加输入保护电路。
此外，还需要向用于驱动形成在另一芯片7中的数字电路的模拟电路中增加驱动电路，以增加驱动能力。为实现上述目的而形成在输出级处的驱动电路具有较大面积。
在像素阵列部13中，由于像素电路19的放大晶体管34形成为将电流源37用作负荷的源极跟随器电路，所以这不会造成任何问题。
基于这些原因，将各个电路块分布到传感器芯片6和信号处理芯片7中，从而在传感器芯片6中形成像素阵列部13以及在信号处理芯片7中形成列电路14的情况下，半导体基板的总面积由于产生额外电路的原因而增加。
图4表示将像素阵列部13和列电路14分布到图3A和图3B的传感器芯片6和信号处理芯片7中的方法。
图5表示将一列像素阵列部13和列电路14分布到图3A和图3B的传感器芯片6和信号处理芯片7中的方法。
在此实施例中，虽然不针对每个电路块进行分布，但将模拟电路的一部分分布到传感器芯片6中，且将模拟电路的其余部分和数字电路分布到信号处理芯片7中。
具体地，如图4和图5所示，在传感器芯片6中，形成像素阵列部13中的作为模拟电路一部分的多个像素电路19和作为数字电路的行扫描电路12。
此外，在信号处理芯片7中，形成像素阵列部13中的作为模拟电路其余部分的多个电流源37和作为数字电路的列电路14、列扫描电路15、水平扫描输出信号线16、时序控制电路11、运算电路17和输出电路18。
行扫描电路12是数字电路。然而，在此，行扫描电路12形成在传感器芯片6中。
这是因为，行扫描电路12相对较慢地操作以在各水平扫描周期上切换信号，而不是如列电路14等那样快速地操作，因此行扫描电路12不具有高的数字特性。
此外，行扫描电路12和像素阵列部13通过多个行选择信号线20彼此连接。
由此，如果行扫描电路12形成在信号处理芯片7中，则需要通过微凸块55连接该多条行选择信号线20，因此使用了大量的微凸块55。
图6A和图6B表示像素阵列部13中的形成在图3A和图3B的信号处理芯片7中的电流源37。
图6A是电流源37的电路图。
图6B是信号处理芯片7的第二半导体基板53的示意性剖面图。
如上所述，像素阵列部13的电流源37是像素阵列部13中的模拟电路部分，但其可形成在信号处理芯片7中。
此外，像素阵列部13的电流源37具有连接到列输出信号线21的电流源晶体管38。
电流源晶体管38例如是MOS场效应晶体管。
在电流源晶体管38中，源极连接到信号处理芯片7的微焊盘54，漏极接地，栅极连接到偏置电源(未图示)。
因此，电流源晶体管38用作具有与偏置电源的偏置电压相对应的电流的电流源37。
如图6B所示，电流源晶体管38具有源极扩散层61、漏极扩散层62和栅极布线部63，源极扩散层61形成在第二半导体基板53中，栅极布线部63通过第二半导体基板53和氧化物膜(薄绝缘膜)而堆叠。
源极扩散层61通过布线连接到信号处理芯片7的微焊盘54。
漏极扩散层62通过布线连接到信号处理芯片7的接地电压。
由于如图6B所示，电流源晶体管38的源极节点连接到信号处理芯片7的微焊盘54，所以微焊盘54连接到电流源晶体管38的扩散层。
因此，电流源晶体管38的扩散层61和62用于保护电路，能够使信号处理芯片7的微焊盘54所输入的静电噪声进入地面。
也就是说，由于信号处理芯片7的微焊盘54所输入的静电噪声从图4中的电流源37进入地面，所以静电噪声难以输入到列电路14的比较器41的输入端子。
比较示例：电路在传感器芯片6和信号处理芯片7中的分布方法的比较示例
图7表示比较示例的固态摄像装置1中的芯片分布。
在图7的比较示例中，与电流源37和列输出信号线21连接的AD转换器71设置在传感器芯片6中，AD转换器71的数字输出信号连接到微焊盘52。
此外，在图7的比较示例中，CMOS缓冲器72和保护二极管73连接到信号处理芯片7的微焊盘54。
CMOS缓冲器72例如连接到列电路14的比较器41的输入端子。
在图7的比较示例中，像素阵列部13中的所有作为模拟电路的电路都设置在传感器芯片6中，列电路14中的所有作为数字电路的部分都设置在信号处理芯片7中。
此外，由于保护二极管73的原因，在制造过程中从信号处理芯片7的微焊盘54输入的静电噪声进入地面。
由于保护二极管73的原因，保护了CMOS缓冲器72的输入端子。
然而，在比较示例的电路中，在传感器芯片6中加入了AD转换器71，在信号处理芯片7中加入了CMOS缓冲器72和保护二极管73。
因此，在比较示例的电路中，由于固态摄像装置1的电路块划分到两个芯片中，所以半导体基板的总面积显著增加。
光学布局
图8表示图2的传感器芯片6和信号处理芯片7的光学结构。
如图8所示，传感器芯片6的第一半导体基板51设置为重叠在信号处理芯片7的第二半导体基板53上。
在第一半导体基板51的上表面中，形成有多个像素电路19，且列输出信号线21等布置在第一半导体基板51的上表面中。
此外，在第二半导体基板53的上表面中，形成有诸如列电路14等数字电路和电流源37等。
形成在第一半导体基板51的上表面中的列输出信号线21连接到第一半导体基板51的后表面的微焊盘52，并通过微凸块55连接到第二半导体基板53的上表面的微焊盘54。
当将MOS晶体管用作电流源37时，在该MOS晶体管的栅极和源极之间施加高电压。
施加第一半导体基板51所产生的电源电压VDD。当增加MOS晶体管的栅极和源极之间的电压时，由于电流流过基板等PN结表面而产生热载流子的原因，MOS晶体管可发出光。
当形成在第二半导体基板53中的电流源晶体管38发光时，光可进入到第一半导体基板51的光电二极管31。
因此，在第一实施例中，如图8所示，列电路14等形成在第二半导体基板53中的与多个像素电路19重叠的位置处，且电流源37形成在不与多个像素电路19重叠的位置处。
以此方式，在第一实施例中，形成在第二半导体基板53中的电流源37的形成位置在不与第一半导体基板51的像素阵列部13重叠。
因此，即使电流源晶体管38发光，光也不会进入第一半导体基板51的光电二极管31。
如上所述，在第一实施例中，在构成模拟电路的多个像素电路19和电流源37之中，使用晶体管在信号处理芯片7中形成电流源37。
以此方式，电流源晶体管38也能够用作数字电路的输入保护电路。
因此，没有必要额外增加数字电路的输入保护电路，因此能够抑制负荷的增加和面积的增加。
此外，在第一实施例中，固态摄像装置1在与源极跟随器电路连接的列输出信号线21处划分到两个芯片中。
CMOS图像传感器具有源极跟随器电路，所述源极跟随器电路与多个像素电路19共享电流源晶体管38。最初，在电流源晶体管38和放大晶体管34(用作源极跟随器电路的驱动器)之间，存在有高布线电阻、大的扩散层电容和布线电容。即使由于芯片间连接导致的电阻和电容加重了上述电容和电阻，也不会对模拟特性有较大影响。
以此方式，在第一实施例中，能够降低芯片间连接中的连接部的电容和电阻的影响，从而能够降低由制造期间的损坏所导致晶体管毁坏的风险。
2.第二实施例
第二实施例的固态摄像装置1的电路块、电路块在传感器芯片6和信号处理芯片7中的分布方法、以及电源晶体管38的结构与第一实施例中相同。
也就是说，像素阵列部13的多个像素电路19形成在传感器芯片6中，电流源晶体管38与列电路14等形成在信号处理芯片7中。
因此，在第二实施例中，使用与第一实施例中相同的附图标记来表示固态摄像装置1中的相同部分，并省略其说明。
光学布局
图9表示本发明第二实施例的传感器芯片6和信号处理芯片7的光学结构。
在第二实施例中，如图9所示，除列电路14等之外，电流源37也形成在第二半导体基板53中的与多个像素电路19重叠的位置处。
此外，在第二实施例中，在第一半导体基板51和第二半导体基板52之间布置遮光金属膜81。遮光金属膜81例如是由铝、铜等形成。
以此方式，例如，即使当电流源晶体管38发光时，光也不会进入第一半导体基板51的光电二极管31。
在第二实施例中，在第一半导体基板51和第二半导体基板53之间布置遮光金属膜81。
此外，也可在第二半导体基板53的顶部处形成具有实体图案(solidpattern)的布线层，由此在电流源晶体管38和多个像素电路19之间布置遮光金属膜81。
另外，也可以在第一半导体基板51的后表面上形成金属实体图案，由此在电流源晶体管38和多个像素电路19之间布置遮光金属膜81。
例如，在所谓后表面照射型(即，在第一半导体基板51的后表面上形成有布线层)的情况下，可在后表面上的布线层的最上层中形成实体图案。
另外，代替遮光金属膜81和金属实体图案，可在第一半导体基板51和第二半导体基板53之间设置光吸收膜(light-absorbingfilm)或光散射膜(light-scatteringfilm)。例如，能够通过在第一半导体基板51和第二半导体基板53之间应用硅类粘结剂来散射或吸收光。
3.第三实施例
第三实施例的固态摄像装置1的电路块和电流源晶体管38的结构与第一实施例中相同。
也就是说，像素阵列部13的多个像素电路19形成在传感器芯片6中，电流源晶体管38与列电路14等形成在信号处理芯片7中。
因此，在第三实施例中，使用与第一实施例中相同的附图标记来表示固态摄像装置1的相同部分，并省略其说明。
电路在传感器芯片6和信号处理芯片7中的分布方法
图10表示将一列像素阵列部13和列电路14分布到本发明第三实施例的传感器芯片6和信号处理芯片7中的方法。
在图10的固态摄像装置1中，在信号处理芯片7中形成电压源电路91，电压源电路91用于将放大器电源电压VDC提供到传感器芯片6的像素阵列部13。
电压源电路91连接到信号处理芯片7的第二半导体基板53的微焊盘54，并通过微凸块55连接到第一半导体基板51的微焊盘52。于是，微焊盘52连接到多个像素电路19中每个像素电路的放大晶体管34的漏极。
如同在第一实施例中，通过形成在传感器芯片6中的电流源电路37(未图示)，向多个像素电路19中每个像素电路的复位晶体管36的漏极提供电源电压VDD。
由图10的电压源电路91提供到放大晶体管34的漏极的电源电压VDC低于电源电压VDD。
因此，在信号处理芯片7中，没有必要使用高击穿电压元件等来应对传感器芯片6的高电源电压。此外，还能够通过使用信号处理芯片7中的低击穿电压元件来降低1/f噪声。
4.第四实施例
第四实施例的固态摄像装置1是与第一至第三实施例的CMOS传感器型装置不同的CCD传感器型装置。
CCD传感器型固态摄像装置1的结构和芯片分布方法
图11表示本发明第四实施例的固态摄像装置1的结构和芯片分布方法。
图11的固态摄像装置1具有多个光电二极管31、多个垂直传输部101、多个复位晶体管102、多个放大晶体管103、多个列输出信号线21、多个电流源37、多个放大器104和水平传输信号线105。这些电路是处理模拟信号的模拟电路。
此外，图11的固态摄像装置1具有AD转换器106和输出缓冲器107。这些电路是将模拟信号转换并处理成数字值的数字电路。
多个光电二极管31二维地布置在传感器芯片6的第一半导体基板51中。
垂直传输部101形成在第一半导体基板51中，垂直传输部101临近各列的多个光电二极管31。
例如，复位晶体管102是MOS晶体管。复位晶体管102连接到第一半导体基板51中的各垂直传输部101在电荷传输方向上的末端部。在复位晶体管102中，源极连接到垂直传输部101，漏极连接到电源电压。
例如，放大晶体管103是MOS场效应晶体管。放大晶体管103连接到第一半导体基板51的各垂直传输部101在电荷传输方向上的末端部。在放大晶体管103中，源极连接到电源电压，漏极连接到列输出信号线21，栅极连接到垂直传输部101。
图12表示垂直传输部101在传输方向上的末端部的布局的示例。
在图12中，垂直传输部101在垂直方向上延伸。
复位晶体管36的栅电极111形成为与垂直传输部101的下端部交叉。
此外，位于垂直传输部101的末级与复位晶体管36的栅电极111之间的部分连接到放大晶体管34的栅极。
基于这种结构，放大晶体管34能够放大并输出从垂直传输部101传输的电荷。
此外，能够通过复位晶体管36将垂直传输部101复位到电源电压。
图11的列输出信号线21包括第一半导体基板51的微焊盘52和信号处理芯片7的第二半导体基板53的微焊盘54，并通过微凸块55连接。
电流源37具有形成在第二半导体基板53中的电流源晶体管38。
例如，电流源晶体管38为MOS场效应晶体管。
在电流源晶体管38中，源极连接到信号处理芯片7的列输出信号线21，漏极接地，栅极连接到偏置电源(未图示)。
以此方式，放大晶体管34构成了将电流源晶体管38用作负荷的源极跟随器电路。
放大器104连接到列输出信号线21和第二半导体基板53中的水平传输信号线105。列输出信号线21所输入的电压被放大，并被输出到水平传输线105。
AD转换器106在第二半导体基板53中连接到水平传输信号线105。AD转换器106将水平传输信号线105所输入的电压转换成数字值。
输出缓冲器107在第二半导体基板53中连接到AD转换器。输出缓冲器107将AD转换器106的输出信号输出到固态摄像装置1的外部。
此外，在图11的固态摄像装置中，复位晶体管102对多个光电二极管31和垂直传输部101进行复位。
在复位之后，多个光电二极管31将入射光进行光电转换。
垂直传输部101传输各列的光电二极管31中的光电转换所产生的电荷。
放大晶体管103将像素信号输出到列输出信号线21，所输出的像素信号的电压对应于通过垂直传输部101传输的由各光电二极管31所产生的电荷。
放大器104放大像素信号，并将像素信号输出到水平传输信号线105。
AD转换器106将像素信号转换成数字值。
输出缓冲器107输出转换成数字值的像素信号。
同样，在第四实施例的情况下，作为模拟电路的电流源37设置在信号处理芯片7中。也就是说，在此实施例中，虽然不对所有电路块均实施分布，但将模拟电路的一部分分布到传感器芯片6中，而将模拟电路的其余部分和数字电路分布到信号处理芯片7中。
在第四实施例中，如同第一实施例，作为模拟电路的电流源37设置在信号处理芯片7中。
此外，如同第三实施例，连接到传感器芯片6中的放大晶体管34的漏极的电压源电路91可设置在信号处理芯片7中。
在第四实施例的CCD传感器型固态摄像装置1中，从复位晶体管102到水平传输信号线105等电路连接在多个垂直传输部101和AD转换器106之间。
此外，例如，如在普通的CCD传感器固态摄像装置1中，即使在水平传输部设置在多个垂直传输部101和AD转换器106之间时，仍能够应用本发明。
在此情况下，例如，多个垂直传输部101可通过布线连接到水平传输部，且通过此布线，第一半导体基板51和第二半导体基板53可彼此连接。
5.第五实施例
图13是本发明第五实施例的摄像装置2的框图。
图13的摄像装置2具有光学系统121、固态摄像装置1和信号处理电路122。
图13的摄像装置2例如是摄像机、数码照相、用于电子内窥镜(electronicendoscope)的相机等。
光学系统121使得固态摄像装置1形成来自物体的图像光(入射光)的图像。
以此方式，在固态摄像装置1的光电二极管31中，入射光转换成与入射光的强度相对应的信号电荷，从而在光电二极管31中产生电荷。
例如，固态摄像装置1是第一实施例中的固态摄像装置1。固态摄像装置1也可以是第二至第四实施例中的固态摄像装置1。
固态摄像装置1基于多个光电二极管31中产生的电荷输出摄像信号。该摄像信号包括像素的与多个光电二极管31中所产生的电荷相对应的数字值。
信号处理电路122连接到固态摄像装置1。
信号处理电路122对固态摄像装置1输出的摄像信号进行各种信号处理，从而产生及输出视频信号。
上述实施例仅是本发明的优选实施例的示例。然而，本发明并不限于此。在不背离本发明精神的情况下也可以进行各种变形和修改。
例如，在上述实施例中，与多个像素电路19连接的各列输出信号线21连接到列电路14的比较器41。
像素的信号通过包含有比较器41和计数器42的ADC进行数字化，并通过存储器43连接到水平扫描信号线16。用于放大像素信号的电压的模拟放大器可取代该ADC，模拟信号可通过水平扫描信号线16传输，以在水平扫描信号线16的端部进行数字转换。
上述第五实施例的摄像装置2可用作摄像机、数码相机、监控相机、用于电子内窥镜的相机等。
此外，例如，固态摄像装置1可在诸如移动电话、个人数字助理(PDA)、电子书、计算机和便携游戏机等电子设备中使用。
上述实施例示出了如下示例，即，固态摄像装置1的模拟和数字电路划分到两个半导体基板51和53中。
此外，对于安装有模拟和数字电路的半导体集成电路，存在用于对声音进行数字化及处理的集成电路和用于检测并处理诸如温度、浓度、湿度和重量等物理量的各种控制传感器集成电路。在这些集成电路中，例如，将电荷累积在电容器中，并将对电荷进行电荷-电压转换以被输出。
在这些半导体集成电路中将模拟和数字电路划分到两个半导体基板中时，也能够应用本发明。
此外，这些半导体集成电路能够在诸如摄像装置、记录设备、测量设备和测试设备等各种电子设备中使用。
在上述实施例中，传感器芯片6的微焊盘52和信号处理芯片7的微焊盘通过微凸块55彼此连接。
此外，例如，传感器芯片6和信号处理芯片7也可通过接合布线等彼此连接。传感器芯片6和信号处理芯片7也可在如下状态下密封，即，它们的微焊盘52和54彼此接触。
在上述实施例中，在信号处理芯片7中，向像素阵列部中的各列所设置的多个电流源37中每个电流源设置电流源晶体管38。
此外，例如，当诸如像素阵列部13等模拟电路具有用于移除信号中DC分量的电容器时，可使用具有形成在信号处理芯片7中的电容器的扩散层。
图14A和图14B表示用于移除模拟信号的DC分量的DC去除电路。
图14A和图14B的DC去除电路具有用于移除模拟信号的DC分量的电容器131。
此外，图14A和图14B还示出了晶体管132，晶体管132的栅极输入有被电容器131去除了DC分量的信号。
如图14A和图14B所示，电容器131可通过使用半导体基板141中的扩散层142来形成。
图14A和图14B的电容器131具有形成在半导体基板141中的扩散层142、连接到扩散层142一端的第一布线143和隔着绝缘膜与扩散层142重叠的第二布线144。
以此方式，当使用形成在半导体基板141中的扩散层142的电容器131形成在信号处理芯片中时，没有必要在图14A和图14B的输入有模拟信号的晶体管132和数字电路中设置输入保护电路。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其它因素，可以在本发明所附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合及改变。

Claims (15)

1.一种半导体集成电路，其包括：
第一半导体基板，在所述第一半导体基板中形成模拟电路和数字电路之中的所述模拟电路的一部分，所述数字电路对输出自所述模拟电路的模拟输出信号进行数字转换；
第二半导体基板，在所述第二半导体基板中形成所述模拟电路的其余部分和所述数字电路；和
基板连接部，其将所述第一半导体基板和所述第二半导体基板彼此连接，
其中，所述基板连接部将所述第一半导体基板中的所述模拟电路的所述一部分产生的模拟信号传输到所述第二半导体基板，并且
所述模拟电路的所述一部分包括第一晶体管，所述模拟电路的其余部分包括第二晶体管，所述第二晶体管是所述第一晶体管的电流源，并且所述第一晶体管构成将所述第二半导体基板的所述第二晶体管用作负荷的源极跟随器电路。
2.如权利要求1所述的半导体集成电路，
其中，所述第一半导体基板具有：
输出端子，其连接到所述第一晶体管和所述基板连接部，且
所述第二半导体基板具有：
输入端子，其连接到所述基板连接部，和
扩散层，其包含在所述模拟电路的所述其余部分中，并连接到所述输入端子。
3.如权利要求2所述的半导体集成电路，其中，所述扩散层是所述第二晶体管的扩散层。
4.如权利要求3所述的半导体集成电路，
其中，所述第二半导体基板是不同于形成有所述第一晶体管的所述第一半导体基板的半导体基板，
所述第二半导体基板的所述模拟电路的所述其余部分用作所述第二半导体基板的所述数字电路的输入保护电路。
5.如权利要求2-4中任一权利要求所述的半导体集成电路，
其中，所述半导体集成电路具有：
多个像素电路，其具有光电转换元件，并输出像素信号，
输出信号线，其连接到所述多个像素电路，并传输所述像素信号，
电流源，其连接到所述输出信号线，和
转换部，其连接到所述输出信号线，并将所述输出信号线传输的所述像素信号转换成数字值，
所述多个像素电路形成为所述第一半导体基板中的所述模拟电路的所述一部分，
所述电流源形成为所述第二半导体基板中的所述模拟电路的所述其余部分，
所述转换部形成为所述第二半导体基板中的所述数字电路，且
所述输出信号线包括所述基板连接部，所述输出信号线从所述第一半导体基板形成到所述第二半导体基板。
6.如权利要求5所述的半导体集成电路，
其中，形成在所述第一半导体基板中的各个所述像素电路具有第一场效应晶体管，所述第一场效应晶体管的源极节点连接到所述输出信号线，所述第一场效应晶体管用作所述第一晶体管，
形成在所述第二半导体基板中的所述电流源具有第二场效应晶体管，所述第二场效应晶体管的源极节点连接到所述输出信号线，所述第二场效应晶体管用作所述第二晶体管，且
所述第一场效应晶体管构成将所述第二场效应晶体管用作负荷的源极跟随器电路。
7.如权利要求6所述的半导体集成电路，其中，所述第二半导体基板具有电源部，所述电源部向形成在所述第一半导体基板中的所述第一场效应晶体管的漏极供应电源电压。
8.如权利要求5所述的半导体集成电路，
其中，所述第二半导体基板与所述第一半导体基板重叠，使得所述第二晶体管不与所述第一半导体基板中的所述多个像素电路重叠，且使得所述第二晶体管发出的光难以进入所述多个像素电路。
9.如权利要求5所述的半导体集成电路，
其中，所述第一半导体基板与所述第二半导体基板重叠，且
在形成在所述第二半导体基板中的所述第二晶体管与形成在所述第一半导体基板中的所述多个像素电路之间设置遮光部，使得所述第二晶体管发出的光难以进入所述多个像素电路。
10.如权利要求2-4中任一权利要求所述的半导体集成电路，
其中，所述半导体集成电路具有：
多个光电转换元件，其产生电荷，
传输部，其传输所述多个光电转换元件产生的所述电荷，和
转换部，其将所述传输部传输的所述电荷转换成数字值，
所述多个光电转换元件形成为所述第一半导体基板中的所述模拟电路的所述一部分，
所述转换部形成为所述第二半导体基板中的所述数字电路，且
所述传输部包括所述基板连接部，所述传输部从所述第一半导体基板形成到所述第二半导体基板。
11.如权利要求10所述的半导体集成电路，
其中，所述传输部具有：
第一传输部，其形成在所述第一半导体基板中，所述第一传输部接收并传输所述多个光电转换元件产生的所述电荷，
第一场效应晶体管，其栅极连接到所述第一半导体基板中的所述第一传输部，所述第一场效应晶体管用作所述第一晶体管，和
第二场效应晶体管，其用作所述第二半导体基板中的所述第二晶体管，且
所述第一场效应晶体管构成将所述第二场效应晶体管用作负荷的源极跟随器电路。
12.如权利要求2所述的半导体集成电路，其中，所述扩散层用作电容器的一个电极，所述电容器移除来自所述输入端子的模拟信号输入中的DC分量。
13.一种电子设备，其包括前述权利要求1-12中任一权利要求所述的半导体集成电路。
14.一种固态摄像器件，其包括：
第一半导体基板，在所述第一半导体基板中形成模拟电路和数字电路之中的所述模拟电路的一部分，所述模拟电路包括多个光电转换元件，所述数字电路对所述模拟电路输出的模拟输出信号进行数字转换；
第二半导体基板，在所述第二半导体基板中形成所述模拟电路的其余部分和所述数字电路；和
基板连接部，其将所述第一半导体基板和所述第二半导体基板彼此连接，
其中，所述基板连接部将所述第一半导体基板中的所述模拟电路的所述一部分产生的模拟信号传输到所述第二半导体基板，并且
所述模拟电路的所述一部分包括第一晶体管，所述模拟电路的其余部分包括第二晶体管，所述第二晶体管是所述第一晶体管的电流源，并且所述第一晶体管构成将所述第二半导体基板的所述第二晶体管用作负荷的源极跟随器电路。
15.一种摄像装置，其包括：
光学系统，其用于收集光；和
固态摄像部，其具有多个光电转换元件，所述多个光电转换元件对所述光学系统收集的光进行光电转换，
其中，所述固态摄像部包括：
第一半导体基板，在所述第一半导体基板中形成模拟电路和数字电路之中的所述模拟电路的一部分，所述模拟电路包括多个光电转换元件，所述数字电路对所述模拟电路输出的模拟输出信号进行数字转换；
第二半导体基板，在所述第二半导体基板中形成所述模拟电路的其余部分和所述数字电路；和
基板连接部，其将所述第一半导体基板和所述第二半导体基板彼此连接，且
所述基板连接部将所述第一半导体基板中的所述模拟电路的所述一部分产生的模拟信号传输到所述第二半导体基板，
所述模拟电路的所述一部分包括第一晶体管，所述模拟电路的其余部分包括第二晶体管，所述第二晶体管是所述第一晶体管的电流源，并且所述第一晶体管构成将所述第二半导体基板的所述第二晶体管用作负荷的源极跟随器电路。
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