CN104681570A - 固体摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够防止收纳于存储器的信息通过从像素阵列透射的光而被改写的固体摄像装置。实施方式的固体摄像装置具备第一芯片和第二芯片。第一芯片具有与摄像图像的各像素对应的多个光电转换元件被配置成2维阵列状的像素阵列，按像素输出与通过光电转换元件而被光电转换的信号电荷对应的像素信号。第二芯片上层积有第一芯片，并在将像素阵列沿第一芯片的厚度方向投影所形成的投影区域的外侧，具有收纳从第一芯片输出的像素信号的存储器。

Description

固体摄像装置
技术领域
本发明的实施方式涉及固体摄像装置。
背景技术
以往，存在如下的固体摄像装置，即，将具有与摄像图像对应的多个光电转换元件呈2维阵列状配置的像素阵列的第一芯片和具有存储器等存储电路的第二芯片贴合层积起来，由此降低了装置的专用面积。
但是，在该固体摄像装置中，从像素阵列透射的光照射到存储器的情况下，收纳于存储器的信息有时会通过光的照射而被改写。
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的一个实施方式的目的在于提供一种能够防止收纳于存储器的信息通过从像素阵列透射的光而被改写的固体摄像装置。
用于解决课题的方法
本发明的一个实施方式的固体摄像装置，其特征在于，具备：第一芯片，具有与摄像图像的各像素对应的多个光电转换元件呈2维阵列状配置的像素阵列，按上述像素输出与通过上述光电转换元件而被光电转换的信号电荷对应的像素信号；第二芯片，层积有上述第一芯片，并在将上述像素阵列沿上述第一芯片的厚度方向投影所形成的投影区域的外侧，具有收纳从上述第一芯片输出的上述像素信号的存储器。
发明效果
根据上述构成的固体摄像装置，能够防止收纳于存储器的信息通过从像素阵列透射的光而被改写。
附图说明
图1为表示具备实施方式的固体摄像装置的数字摄像机的示意构成的框图。
图2为表示实施方式的固体摄像装置的示意构成的框图。
图3为表示实施方式的固体摄像装置的构成的立体说明图。
图4为沿图3所示的A－A’线的固体摄像装置的剖面模式图。
图5为表示实施方式的固体摄像装置的构成要素的配置的分解立体图。
图6为表示实施方式的变形例1的固体摄像装置的构成要素的配置的分解立体图。
图7为表示实施方式的变形例2的固体摄像装置的构成要素的配置的分解立体图。
图中：
1   数字摄像机
11  摄像机模块
12  后级处理部
13  摄像光学系统
14，14a，14b  固体摄像装置
15  ISP
16  存储部
17  显示部
2   像素阵列
3   VSR
4   CDS/ADC
5   存储器
6   HSR
71，72  TG
PD  光电转换元件
TRS 传输晶体管
FD  浮动扩散
RST 复位晶体管
ADR 地址晶体管
AMP 放大晶体管
L1～L4  信号线
10，10a，10b  第一芯片
20，20a，20b  第二芯片
具体实施方式
以下参照附图，对实施方式的固体摄像装置加以详细说明。另外，本发明不会由于该实施方式而受到限定。图1为表示具备实施方式的固体摄像装置14的数字摄像机(digital camera)1的示意构成的框图。如图1所示，数字摄像机1具备摄像机模块11和后级处理部12。
摄像机模块(camera module)11具备摄像光学系统13和固体摄像装置14。摄像光学系统13摄入来自被摄体的光，使被摄体像成像。固体摄像装置14对通过摄像光学系统13成像的被摄体像进行摄像，并向后级处理部12输出与通过摄像而获得的图像的各像素对应的像素信号。该摄像机模块11除了数字摄像机1以外，例如，还适用于带摄像头的便携式终端等电子设备。
后级处理部12具备ISP(Image Signal Processor，图像信号处理器)15、存储部16以及显示部17。ISP15对从固体摄像装置14输入的像素信号进行信号处理。该ISP15例如进行噪声去除处理、缺陷像素校正处理、分辨率转换处理等高画质化处理。
而且，ISP15向存储部16、显示部17以及摄像机模块11内的固体摄像装置14输出信号处理后的像素信号。从ISP15向摄像机模块11反馈的像素信号被用于固体摄像装置14的调整和控制。
存储部16将从ISP15输入的像素信号作为图像存储。此外，存储部16根据用户的操作等，向显示部17输出所存储的图像的像素信号。显示部17根据从ISP15或者存储部16输入的像素信号来显示图像。该显示部17例如为液晶显示器。
接着，参照图2对摄像机模块11所具备的固体摄像装置14加以说明。图2为表示实施方式的固体摄像装置14的示意构成的框图。在此，对固体摄像装置14为在光入射的面的相反侧形成配线层的所谓背面照射型CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)图像传感器的情况加以说明。
另外，本实施方式的固体摄像装置14并不限于背面照射型CMOS图像传感器，也可以是表面照射型CMOS图像传感器或CCD(ChargeCoupled Device：电荷耦合器件)图像传感器等任意的图像传感器。
如图2所示，固体摄像装置14具备：像素阵列2、垂直选择电路(以下记载为“VSR(Vertical Shift Register)3”)、信号处理电路(以下记载为“CDS/ADC(Correlated Double Sampling/Analog toDigital Converter)4”)、存储器5、水平选择电路(以下记载为“HSR(Horizontal Shift Register)6”)以及TG(Timing Generator：时序发生器)71、72。
在像素阵列2，向水平方向(行方向)以及垂直方向(列方向)呈2维阵列状地配置有与摄像图像的各像素对应的多个光电转换元件PD。另外，在图2中，选择性地对与作为摄像图像的单位像素PIC的1个像素对应的电路元件加以图示。在本实施方式中，对单位像素PIC具备2个光电转换元件PD的情况加以说明，但单位像素PIC所具备的光电转换元件PD的个数可以是1个，也可以是3个以上。
各单位像素PIC具备：2个光电转换元件PD，PD；2个传输晶体管(transfer transistor)TRS，TRS；浮动扩散FD(floating diffusion)；放大晶体管AMP；复位晶体管RST；地址晶体管ADR。
各光电转换元件PD为阴极接地、阳极连接于传输晶体管TRS的源极的光电二极管。2个传输晶体管TRS的各漏极连接于1个浮动扩散FD。
传输晶体管TRS的栅极介由信号线L1连接于VSR3。而且，若转送信号被输入到各传输晶体管TRS的栅极，则向浮动扩散FD转送通过光电转换元件PD进行了光电转换后的信号电荷。复位晶体管RST的源极连接于浮动扩散FD。
此外，复位晶体管RST的栅极介由信号线L3连接于VSR3，漏极连接于电源电压线Vdd。若在向浮动扩散FD转送信号电荷之前，向栅极输入复位信号，则该复位晶体管RST使浮动扩散FD的电位恢复到电源电压的电位。
此外，放大晶体管AMP的栅极连接于浮动扩散FD。放大晶体管AMP的漏极连接于地址晶体管ADR的源极，源极连接于信号线L4。信号线L4的一端连接于CDS/ADC4，另一端介由电流源I接地。
该放大晶体管AMP向CDS/ADC4输出与向浮动扩散FD转送的信号电荷的电荷量对应的像素信号。即，放大晶体管AMP向CDS/ADC4输出对通过单位像素PIC所具备的2个光电转换元件PD被光电转换后的信号电荷进行了放大的像素信号。此外，地址晶体管ADR的栅极介由信号线L2连接于VSR3，漏极连接于电源电压线Vdd。
TG71为对VSR3输出成为动作定时的基准的脉冲信号的处理部。VSR3为以行为单位依次从配置成2维阵列(行列)状的多个光电转换元件PD中选择读出信号电荷的光电转换元件的处理部。
具体地讲，VSR3首先介由信号线L3向复位晶体管RST的栅极输出复位信号，由此，使浮动扩散FD复位。接着，VSR3介由信号线L1，L1向传输晶体管TRS，TRS的栅极输出转送信号，由此，使信号电荷从光电转换元件PD向浮动扩散FD转送。
其后，VSR3介由信号线L2向地址晶体管ADR的栅极输出选择信号，由此，使像素信号从所选择的单位像素PIC向CDS/ADC4输出。
此外，TG72为对CDS/ADC4、存储器5以及HSR6输出成为动作定时的基准的脉冲信号的处理部。CDS/ADC4为通过相关二次采样从由像素阵列2输入的像素信号去除噪声，将去除噪声后的模拟的像素信号转换为数字的像素信号并向存储器5输出的处理部。
存储器5为暂时收纳从CDS/ADC4输入的像素信号的挥发性信息存储设备。在本实施方式中，作为存储器5，例如通过采用DRAM(Dynamic Random Access Memory：动态随机存取存储器)，与采用SRAM(Static Random Access Memory：静态随机存储器)等其他存储器的情况相比，减少了存储器5的占有面积。
HSR6为按摄像图像的水平扫描线，从存储器5读出像素信号并向ISP15输出的处理部。像这样，在固体摄像装置14中，配置于像素阵列2的多个光电转换元件PD将入射光向与感光量对应的量的信号电荷进行光电转换并蓄积，通过将蓄积于各光电转换元件PD的信号电荷作为像素信号读出并进行摄像。
该固体摄像装置14中，在将像素阵列2和存储器5设于1个芯片上的情况下，要在芯片上设置具有与像素阵列2的面积相同程度的面积的存储器5。具体地讲，为了抑制光电转换元件PD和浮动扩散FD中的泄漏电流的发生，像素阵列2在制造工序中要进行较高温度下的热处理。
另一方面，为了形成面积比像素阵列2小的存储器5，需要采用能够形成极微小电路元件的最新的设计规则。不过，采用最新的设计规则所形成的极微小电路元件的耐热处理性低。
因此，在将像素阵列2和存储器5设于1个芯片上的情况下，不能在存储器5的形成上采用最新的设计规则，结果，要在芯片上形成具有与像素阵列2的面积相同程度的面积的存储器5，芯片面积变大。
因此，在本实施方式中，将像素阵列2和存储器5设于不同的芯片，将这2张芯片层积起来，由此，减少固体摄像装置14的专用面积。并且，通过在芯片上的存储器5的配设位置上下功夫，防止收纳于存储器5的信息通过从像素阵列2透射的光而被改写。
接下来，参照图3以及图4，对能够减少专用面积以及透射光所引起的不良影响的固体摄像装置14的构成加以说明。图3为表示实施方式的固体摄像装置14的构成的立体说明图，图4为沿图3所示的A－A’线的固体摄像装置14的剖面示意图。
另外，为了易于理解存储器5的配设位置，图3中的一部分被设为立体图。此外，在图3以及图4中，选择性地对固体摄像装置14的构成要素中的像素阵列2以及存储器5进行图示。
如图3所示，固体摄像装置14具备在中央设有像素阵列2的第一芯片10和设有存储器5并层积有第一芯片10的第二芯片20。即，固体摄像装置14具备在第二芯片20上载置连接第一芯片10的层积构造。由此，固体摄像装置14与在1个芯片上设置像素阵列2以及存储器5的情况相比，能够减少芯片的占有面积。
像这样，第一芯片10的中央设有像素阵列2，因此，能够在第一芯片10的中央区域上设置与第一芯片10大致同一面积的摄像透镜。由此，能够使摄像透镜的中心位置与像素阵列2的中心位置对齐，并能够使像素阵列2的整个感光面作为感光区域发挥作用。
此外，根据该固体摄像装置14，只要存在与摄像透镜的面积大致同一面积的设置区域就能够进行配设，因此，能够使配设有固体摄像装置14的设备的尺寸小型化。
此外，在固体摄像装置14中，第一芯片10上形成有制造工序中包含多次热处理的像素阵列2，在与该第一芯片10分体的第二芯片20上设置存储器5，因此，在存储器5的形成上能够采用最新的设计规则。所以，根据固体摄像装置14，能够将存储器5的面积抑制得比像素阵列2的面积小，因此，对于第二芯片20，也能够减少占有面积。
此外，在固体摄像装置14中，采用电路构成比SRAM简易且电路面积也小的DRAM来作为存储器5，所以，由此也能够减少第二芯片20的占有面积。
不过，像DRAM这样通过在电容器内保持电荷来收纳信息的存储器，例如在太阳光或宇宙射线等强光照射到电容器的情况下，所收纳的信息有时会通过光的照射而被改写。
因此，固体摄像装置14的存储器5被设置于第二芯片20上表面中、将像素阵列2沿第一芯片10的厚度方向上投影所形成的投影区域2a的外侧。另外，除了第一芯片10上表面的像素阵列2的区域以外的区域通过遮光膜8被覆盖。
由此，在固体摄像装置14中，即使射入像素阵列2的光100假设从第一芯片10透射并到达了第二芯片20，光100只是照射到上述的投影区域2a，不会照射到存储器5上。
另外，照射到像素阵列2的外侧的光100通过遮光膜8而被遮光，因此，不会照射到存储器5。所以，根据固体摄像装置14，能够防止收纳于存储器5的像素信号的信息通过从像素阵列2透射的光100而被改写。
此外，如图4所示，第一芯片10具备沿厚度方向贯通第一芯片10并向第二芯片输出像素信号的多个贯通电极(例如，Through SiliconVia：硅通孔)91。各贯通电极91构成图2中的信号线L4的一部分。
该各贯通电极91的一端连接于像素阵列2的各单位像素PIC，具体地讲，连接于单位像素PIC的放大晶体管AMP的源极，另一端连接于设在第一芯片10的感光面的相反侧的凸起92。另外，图4中选择性地示出像素阵列2所具备的多个单位像素PIC中的4个单位像素PIC。
此外，第二芯片20在与第一芯片10的各凸起92相对的位置上具备凸起93。此外，第二芯片20具备连接各凸起93、CDS/ADC4(参照图2)、存储器5以及HSR6的配线层94。而且，通过将相对的凸起92、93之间熔敷起来，将第一芯片10与第二芯片20电连接。
由此，与像素阵列2以及存储器5设于1个芯片上的情况相比，固体摄像装置14能够缩短从像素阵列2输出像素信号所需的时间。
具体地讲，在像素阵列2以及存储器5设于1个芯片上的情况下，来自像素阵列2的像素信号的输出是从呈行列状配置的单位像素PIC中选择1行的单位像素PIC的列，并逐行依次进行的。
对此，在固体摄像装置14中，从VSR3向所有的单位像素PIC同时依次输出转送信号和选择信号，由此，能够从所有的单位像素PIC同时输出像素信号。所以，根据固体摄像装置14，与像素阵列2以及存储器5设于1个芯片上的情况相比，能够缩短从像素阵列2输出像素信号所需的时间。
接下来，参照图5，对固体摄像装置14的各构成要素的配置加以说明。图5为表示实施方式的固体摄像装置14的构成要素的配置的分解立体图。另外，图5中选择性地示出像素阵列2所具备的多个单位像素PIC中的6个单位像素PIC。
此外，以下，对图5所示的构成要素中与图2或图3所示的构成要素相同的构成要素，赋予与图2或图3所示的符号相同的符号，由此省略其说明。
如图5所示，第一芯片10的中央设有像素阵列2，在像素阵列2的侧面，具体地讲，在呈行列状配设的单位像素PIC的行方向的侧方设有VSR3。此外，第一芯片10在设有像素阵列2的区域的外侧的角部设有TG71。
另一方面，第二芯片20在通过将像素阵列2沿第一芯片10的厚度方向投影所形成的投影区域2a的内部设有上述凸起93。此外，第二芯片20在投影区域2a的近身侧，具体地讲，呈行列状配设的单位像素PIC的列方向的下侧，自距离投影区域2a较近的位置起分别设有CDS/ADC4、存储器5以及HSR6。
像这样，第二芯片20中，在距离投影区域2a最近的位置设有CDS/ADC4，隔着CDS/ADC4在像素阵列2的相反侧设有存储器5。由此，在固体摄像装置14中，即使光沿倾斜方向从像素阵列2透射，并稍稍漏到投影区域2a的情况下，也能够抑制光漏至存储器5。
所以，根据固体摄像装置14，即使在光倾斜地向像素阵列2射入的情况下，也能够抑制收纳于存储器5的信息通过射入的光而被改写。
此外，第二芯片20的投影区域2a的外侧的角部设有TG72。像这样，在固体摄像装置14中，TG71设于第一芯片10，TG72设于第二芯片20，因此，与将TG71以及TG72设于1个芯片的情况相比，能够减小第一芯片10以及第二芯片20的占有面积。
如上所述，实施方式的固体摄像装置具备：第一芯片，具有像素阵列；和第二芯片，层积有第一芯片，在通过将像素阵列沿第一芯片的厚度方向投影所形成的投影区域的外侧具有存储器。
根据该实施方式的固体摄像装置，能够抑制从像素阵列透射的光照射到存储器，所以，能够防止收纳于存储器的信息通过从像素阵列透射的光而被改写。
另外，上述实施方式的固体摄像装置14的构成为一个例子，能够进行各种变形。接下来，参照图6以及图7，对实施方式的变形例的固体摄像装置14a、14b加以说明。
图6为表示实施方式的变形例1的固体摄像装置14a的构成要素的配置的分解立体图，图7为表示实施方式的变形例2的固体摄像装置14b的构成要素的配置的分解立体图。另外，以下，对图6以及图7所示的构成要素中与图5所示的构成要素相同的构成要素，赋予与图5所示的符号相同的符号，由此省略其说明。
如图6所示，变形例1的固体摄像装置14a的第一芯片10a隔着像素阵列2在两侧具备VSR3。具体地讲，VSR3在呈行列状配设的单位像素PIC的行方向上，配设于像素阵列2的两侧。
2个各VSR3对呈行列状配设的多个单位像素PIC中位于接近VSR3侧的半数的单位像素PIC，分别输出转送信号以及选择信号。由此，能够缩短从各VSR3向各单位像素PIC输出转送信号以及选择信号之后到从各单位像素PIC输出像素信号的时间。
具体地讲，从VSR3到各单位像素PIC的信号线L1、L2(参照图2)的配线容量越大，转送信号以及选择信号的传输所需的时间变得越长。因此，在固体摄像装置14a中，例如，通过设于像素阵列2的右侧的VSR3，向设于像素阵列2内的右半部分的区域的单位像素PIC输出转送信号以及选择信号。而且，通过设于像素阵列2的左侧的VSR3，向设于像素阵列2内的左半部分的区域的单位像素PIC输出转送信号以及选择信号。
由此，在固体摄像装置14a中，从VSR3至各单位像素PIC的信号线L1、L2的长度变短，因此，从VSR3至各单位像素PIC的信号线L1、L2的配线容量变小。所以，根据固体摄像装置14a，能够缩短从转送信号以及选择信号的输出到输出像素信号的时间。
此外，固体摄像装置14a的第二芯片20a隔着投影区域2a在两侧分别具备CDS/ADC4、存储器5、HSR6。具体地讲，CDS/ADC4、存储器5以及HSR6在与呈行列状配设的单位像素PIC的行方向平行的方向上，配设于投影区域2a的两侧。
设于投影区域2a的一侧的CDS/ADC4、存储器5以及HSR6对从呈行列状配设的多个单位像素PIC中的例如偶数行的单位像素PIC输出的像素信号进行处理。
该情况下，设于投影区域2a的另一侧的CDS/ADC4、存储器5以及HSR6对从呈行列状配设的多个单位像素PIC中的奇数行的单位像素PIC输出的像素信号进行处理。
由此，在固体摄像装置14a中，通过2组CDS/ADC4、存储器5以及HSR6，能够并行地处理像素信号。所以，根据固体摄像装置14a，能够使对像素信号的信号处理所需的时间减半。
接下来，对变形例2的固体摄像装置14b加以说明。如图7所示，变形例2的固体摄像装置14b除了第一芯片10b具备模拟电路30，第二芯片20b具备逻辑电路40这一点以外，与变形例1的固体摄像装置14a的构成相同。
模拟电路30例如包含有向VSR3供给电压的升压电路等。该模拟电路30隔着像素阵列2配设于两侧。具体地讲，模拟电路30在呈行列状配设的单位像素PIC的列方向上，配设于像素阵列2的两侧。
像这样，在固体摄像装置14b中，如果是以1个芯片来构成的情况，则在本该设置CDS/ADC4、存储器5以及HSR6等的空间设置模拟电路30。
所以，根据固体摄像装置14b，如果是以1个芯片构成的情况下，能够将设于芯片外侧的模拟电路30收纳于第一芯片10b内，所以，能够实现设有固体摄像装置14b的设备整体尺寸的小型化。
此外，逻辑电路40例如含有ISP15(参照图1)等信号处理电路。该逻辑电路40隔着投影区域2a配置于两侧。具体地讲，逻辑电路40在呈行列状配设的单位像素PIC的行方向上，配设于投影区域2a的两侧。
像这样，在固体摄像装置14b中，如果是以1个芯片构成的情况下，在本该设置VSR3等的空间设置逻辑电路40。所以，根据固体摄像装置14b，如果是以1个芯片构成的情况下，能够将设于芯片外侧的逻辑电路40收纳于第二芯片20b内，所以，能够实现设有固体摄像装置14b的设备整体尺寸的小型化。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子公开的，其意图并不在于限定发明的范围。这些新颖的实施方式能够以其他各种方式加以实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围和主旨中，也包含于权利要求书中所述的发明及其等同的范围内。

Claims (7)

1.一种固体摄像装置，其特征在于，具备：
第一芯片，具有与摄像图像的各像素对应的多个光电转换元件被配置成2维阵列状的像素阵列，按上述像素输出与通过上述光电转换元件而被光电转换的信号电荷对应的像素信号；以及
第二芯片，层积有上述第一芯片，并在将上述像素阵列沿上述第一芯片的厚度方向投影所形成的投影区域的外侧，具有收纳从上述第一芯片输出的上述像素信号的存储器。
2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，
上述第一芯片具备沿厚度方向贯通该第一芯片并向上述第二芯片输出上述像素信号的贯通电极。
3.根据权利要求1或2所述的固体摄像装置，其特征在于，
上述第一芯片隔着上述像素阵列，在两侧具备以上述光电转换元件的行为单位来选择使上述像素信号输出的上述像素的垂直选择电路。
4.根据权利要求1或2所述的固体摄像装置，其特征在于，
上述第二芯片隔着上述投影区域，在两侧分别具备对上述像素信号进行信号处理的信号处理电路以及上述存储器。
5.根据权利要求3所述的固体摄像装置，其特征在于，
上述第二芯片隔着上述投影区域，在两侧分别具备对上述像素信号进行信号处理的信号处理电路以及上述存储器。
6.根据权利要求1或2所述的固体摄像装置，其特征在于，
上述存储器为动态随机存取存储器。
7.根据权利要求3或4所述的固体摄像装置，其特征在于，
上述存储器为动态随机存取存储器。
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