CN104681572B - 固态成像装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可以高速地进行焦点控制的固态成像装置，其包括具有以像素为单位分割的光电转换部并且叠置的两层以上的光电转换层。入射到靠近光学透镜的第一光电转换层的1个像素的光被远离所述光学透镜的第二光电转换层的多个像素的光电转换部接收。

Description

固态成像装置和电子设备
相关申请的交叉参考
本申请要求享有于2013年11月27日提交的日本在先专利申请JP 2013-244952和2014年7月15日提交的日本在先专利申请JP 2014-145101的权益，它们的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本公开涉及一种固态成像装置和电子设备。具体地，本公开涉及一种能够高速地进行焦点控制的固态成像装置和电子设备。
背景技术
作为提供给成像装置等的一般自动对焦方法，存在两种方法：对比度法和位相差法。在对比度法中，通过在移动聚焦透镜位置的同时检测对比度变化，将对比度调节到最大。在位相差法中，通过使用不同于图像传感器的位相差传感器，根据基于三角测量法的距离测量结果一次设定聚焦透镜的位置。
在对比度法中，基于图像自身进行检测，因此可以精确地调节焦点。然而，焦点方向是不确定的，除非多个图像被捕获，因此需要花费时间来进行会聚。相反，在位相差法中，聚焦透镜的位置被一次设定，因此高速地进行焦点调节。然而，通过在透镜中间的副反射镜，在位相差传感器上形成图像，因此，可能会发生偏差，并且聚焦率可能达不到100％。
因此，近年来，其中位相差像素被设置在图像传感器的一部分上的像面位相差传感器等已被开发(例如，参照日本未审查专利申请公开No.2001-250931和2000-292685)。
然而，在像面位相差传感器中，空间采样频率低，因而在焦点位置附近不能确保精度。因此，结果，传感器用作混杂型的，其中在焦点位置附近组合使用对比度法，因此其聚焦速度不足够高。
发明内容
根据本公开，希望高速地进行焦点控制。
根据本公开的第一实施方案，提供了一种固态成像装置，包括具有以像素为单位分割的光电转换部并且叠置的两层以上的光电转换层，其中入射到靠近光学透镜的第一光电转换层的1个像素的光被远离所述光学透镜的第二光电转换层的多个像素的光电转换部接收。
根据本公开的第二实施方案，提供了一种电子设备，包括固态成像装置，所述固态成像装置中叠置有具有以像素为单位分割的光电转换部的两层以上的光电转换层，其中入射到靠近光学透镜的第一光电转换层的1个像素的光被远离所述光学透镜的第二光电转换层的多个像素的光电转换部接收。
本公开的第一和第二实施方案中，叠置有具有以像素为单位分割的光电转换部的两层以上的光电转换层，和入射到靠近光学透镜的第一光电转换层的1个像素的光被远离所述光学透镜的第二光电转换层的多个像素的光电转换部接收。
根据本公开的第三实施方案，提供了一种固态成像装置，包括：其上形成有信号处理电路并且叠置的半导体基板；和具有以像素为单位分割的光电转换部并且叠置的光电转换层，其中所述半导体基板具有对应于所述光电转换层的1个像素并且透过光到所述光电转换层的透过像素，和其中入射到所述半导体基板的透过像素的光被所述光电转换层的多个像素的光电转换部接收，和通过使用由所述光电转换层的多个像素获得的位相差进行焦点控制。
在本公开的第三实施方案中，叠置有其上形成有信号处理电路的半导体基板和具有以像素为单位分割的光电转换部的光电转换层，所述半导体基板具有对应于所述光电转换层的1个像素并且透过光到所述光电转换层的透过像素，入射到所述半导体基板的透过像素的光被所述光电转换层的多个像素的光电转换部接收，和通过使用由所述光电转换层的多个像素获得的位相差进行焦点控制。
所述固态成像装置和所述电子设备可以适用于独立的装置，并且可以适用于在不同装置中安装的模块。
根据本公开的第一至第三实施方案，可以高速地进行焦点控制。
应当指出的是，本文记载的效果不必须受到限制，可以是本公开中记载的任一种效果。
附图说明
图1是示出包括根据本公开实施方案的固态成像装置的成像机构的图；
图2是示出上侧基板和下侧基板的示意性构成的图；
图3是示出上侧基板和下侧基板的示意性构成的图；
图4是示出对比度法的焦点控制的图；
图5是示出在上侧基板和下侧基板上入射的光的分光特性的图；
图6是示出入射光的分光特性的图；
图7是示出上侧基板的信号和下侧基板的信号的分光特性的图；
图8是示出上侧基板和下侧基板的示意性构成的图；
图9是固态成像装置的断面构成图；
图10是固态成像装置的断面构成图；
图11是示出上侧基板的信号和下侧基板的信号的分光特性的图；
图12是示出根据本公开第二实施方案的固态成像装置的图；
图13是示出上侧基板、下侧基板和孔板的示意性构成的图；
图14是根据第二实施方案的固态成像装置的断面构成图；
图15是根据第二实施方案的固态成像装置的另一断面构成图；
图16是根据第二实施方案的固态成像装置的另一断面构成图；
图17是根据第二实施方案的固态成像装置的另一断面构成图；
图18是示出其中曝光控制用传感器被添加的变形例的图；
图19是示出其中曝光控制用传感器被添加的变形例的图；
图20是示出其中曝光控制用传感器被添加的变形例的图；
图21是示出其中位相差检测传感器被添加的变形例的图；
图22是示出其中位相差检测传感器被添加的变形例的图；
图23是示出其中位相差检测传感器被添加的变形例的图；
图24是示出根据本公开第三实施方案的固态成像装置的图；
图25是示出上侧基板、下侧基板和孔板的示意性构成的图；
图26是示出上侧基板的透过像素和下侧基板的光接收像素之间的关系的图；
图27是示出上侧基板的透过像素和下侧基板的光接收像素之间的关系的图；
图28是根据第三实施方案的固态成像装置的第一断面构成图；
图29是固态成像装置的断面构成图；
图30是示出上侧基板和下侧基板的示意性构成的图；
图31是示出上侧基板和下侧基板的示意性构成的图；
图32是示出其中焦距通过光学变焦改变的状态的图；
图33是示出其中焦距通过光学变焦改变的状态的图；
图34是示出其中曝光控制用传感器被添加的变形例的图；
图35是示出其中曝光控制用传感器被添加的变形例的图；
图36是示出其中曝光控制用传感器被添加的变形例的图；
图37是示出根据第三实施方案的固态成像装置的变形例的图；
图38是示出根据第三实施方案的固态成像装置的变形例的图；
图39是示出根据第三实施方案的固态成像装置的变形例的图；
图40是根据第三实施方案的固态成像装置的第二断面构成图；
图41是根据第三实施方案的固态成像装置的第三断面构成图；
图42是根据第三实施方案的固态成像装置的第四断面构成图；
图43是示出其中G像素被形成为透过像素的例子的图；
图44是示出其中R像素被形成为透过像素的例子的图；
图45是示出其中R像素被形成为透过像素的例子的图；
图46是根据第四实施方案的固态成像装置的断面构成图；
图47A和图47B是示出第三实施方案的固态成像装置的光接收感度的图；
图48是比较性示出位相差专用传感器的信号量的图；
图49A和图49B是示出第四实施方案的固态成像装置的光接收感度的图；
图50A和图50B是示出2层叠置结构的固态成像装置的电路配置构成例的图；
图51是示出3层叠置结构的固态成像装置的电路配置构成例的图；
图52是3层叠置结构的固态成像装置的断面构成图；和
图53是示出作为根据本公开实施方案的电子设备的成像装置的构成例的方框图。
具体实施方式
下面将说明本公开的形态。将按以下顺序进行说明。
1.第一实施方案(通过上下基板检测出对比度差的第一构成例)；
2.第二实施方案(通过上下基板检测出对比度差的第二构成例)；
3.第三实施方案(其中通过下基板检测出位相差的构成例)；
4.第四实施方案(其中上基板形成为薄膜的构成例)；和
5.电子设备的应用例。
1.固态成像装置的第一实施方案
成像机构的构成
图1是示出包括根据本公开实施方案的固态成像装置的成像机构的图。
如图1所示，根据本公开实施方案的固态成像装置1接收通过光学透镜2集中的对象3的光。
固态成像装置1例如是其中两个半导体基板11A和11B叠置的组合型的固态成像装置。具有以像素为单位分割的光电转换部的光电转换层分别形成在半导体基板11A和11B上。半导体基板11A和11B的半导体例如是硅(Si)。
应当指出的是，在下文中，在两个半导体基板11A和11B中，靠近光学透镜2的半导体基板11A被称为上侧基板11A，远离光学透镜2的半导体基板11B被称为下侧基板11B。此外，如果两个半导体基板11A和11B没有特别的区分，则基板简称为基板11。
图2是示出固态成像装置1的上侧基板11A和下侧基板11B的示意性构成的图。
其中形成红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的滤色片的多个像素21A以二维阵列状配置在上侧基板11A上。
多个像素21B以对应于在上侧基板11A上形成的多个像素行中的一部分像素行的形状形成在下侧基板11B上。在其中未形成下侧基板11B的像素21B的区域中，形成逻辑电路22B，它包括处理由上侧基板11A的像素21A和下侧基板11B的像素21B检测到的信号的信号处理电路。
如图3所示，形成在上侧基板11A的像素21A上的滤色片例如以拜耳(Bayer)阵列配置。因此，上侧基板11A可以用作输出R，G和B色信号的彩色图像传感器。
应当指出的是，滤色片的色排列不限于拜耳阵列，可以采用其他排列方法。在下文中，其中R滤色片形成在上侧基板11A的像素21A被称为R像素，其中形成G滤色片的像素21A被称为G像素，其中形成B滤色片的像素21A被称为B像素。
在其中形成下侧基板11B的像素21B的区域中，例如，各像素21B在对应于上侧基板11A的像素21A的位置处形成与上侧基板11A的像素21A相同的像素大小。其中通过上侧基板11A的R，G和B光散射(混合)的光入射到下侧基板11B的各像素21B。因此，下侧基板11B也起到输出其中R，G和B混合的单色信号的单色图像传感器的作用。
按此方式构成的固态成像装置1计算通过上侧基板11A的各像素21A获得的图像(信号)与通过下侧基板11B的像素21B获得的图像(信号)之间的对比度差，并且基于计算结果进行焦点控制。
对比度法的焦点控制
图4是示出由固态成像装置1执行的对比度法的焦点控制的图。
在图4左侧所示的远对象状态时，即，其中对象3比焦点位置4更远离的状态，由上侧基板11A获得的图像的对比度高于由下侧基板11B获得的图像的对比度。
相反，在图4右侧所示的近对象状态时，即，其中对象3比焦点位置4更靠近的状态，由下侧基板11B获得的图像的对比度高于由上侧基板11A获得的图像的对比度。
此外，在图4中央所示的正焦状态时，即，其中对象3的位置与焦点位置4一致的状态，由上侧基板11A获得的图像的对比度与由下侧基板11B获得的图像的对比度一致。应当注意的是，将在后面描述图4中央的正焦状态所示的虚线。
如上所述，由上侧基板11A获得的图像的对比度与由下侧基板11B获得的图像的对比度之间的差异视焦点位置引起。因此，经过比较由上侧基板11A获得的图像的对比度与由下侧基板11B获得的图像的对比度，进行焦点控制。
此外，通过检测由上侧基板11A获得的图像的对比度与由下侧基板11B获得的图像的对比度之间哪一个较高，可以检测自动对焦的调整方向。因此，可以高速地执行自动对焦。
此外，距离对象3的距离也可以从由上侧基板11A获得的图像的对比度与由下侧基板11B获得的图像的对比度之间的差异来估计，并且通过一次成像操作也可以调整焦点位置。
半导体基板11A和11B的分光特性
参照图5和图6中，对入射在上侧基板11A上和下侧基板11B上的光的分光特性进行说明。
在图5中，由IRCF表示的曲线表示红外截止滤波器的分光特性。具有这样的分光特性的红外截止滤波器例如设置在光学透镜2和上侧基板11A之间，或者光学透镜2形成为具有这种分光特性的透镜。由此，可以使其中红外线被截断的光入射在固态成像装置1上。
此外，在图5中，由上Si表示的曲线表示入射在没有滤色片的上侧基板11A的硅层上的光的分光特性。由下Si表示的曲线表示光入射在没有滤色片的下侧基板11B的硅层上的光的分光特性。
透过上侧基板11A的光入射到下侧基板11B上。因此，分光特性的差异在入射在上侧基板11A上的光和入射在下侧基板11B上的光之间发生。如图5所示，从短波长到长波长范围内的光基本上均匀地入射在上侧基板11A上。相比而言，具有长波长的大多数光入射在下侧基板11B上。
图6示出其中在R，G或B滤色片形成在上侧基板11A上的状态下，入射在上侧基板11A的硅层上的光的分光特性和入射在下侧基板11B的硅层上的光的分光特性。
在图6中，由上-G表的示曲线表示入射在其上形成G滤色片的上侧基板11A的像素21A的硅层上的光的分光特性。由下-g表示的曲线表示对应于上侧基板11A的G像素入射在下侧基板11B的像素21B的硅层上的光的分光特性。
此外，在图6中，由上-R表示的曲线表示入射在其上形成R滤色片的上侧基板11A的像素21A的硅层上的光的分光特性。由下-r表示的曲线表示对应于上侧基板11A的R像素入射在下侧基板11B的像素21B的硅层上的光的分光特性。
此外，在图6中，由上-B表示的曲线表示入射在其上形成B滤色片的上侧基板11A的像素21A的硅层上的光的分光特性。由下-b表示的曲线表示对应于上侧基板11A的B像素入射在下侧基板11B的像素21B的硅层上的光的分光特性。
从图6可以看出，R，G和B光以大致相同的强度入射在上侧基板11A上。然而，如参照图5所示，仅有具有长波长的光入射在下侧基板11B上，因此R和G光入射，但几乎没有任何B光入射。此外，入射在上侧基板11A上的光的强度与入射在下侧基板11B上的光的强度极为不同。
因此，为了通过计算由上侧基板11A获得的图像的对比度与由下侧基板11B获得的图像的对比度之间的差异来进行焦点控制，前提是，必须使由上侧基板11A获得的信号与由下侧基板11B获得的信号的分光特性相匹配。
在本说明书中，作为使由上侧基板11A获得的信号与由下侧基板11B获得的信号的分光特性相匹配的方法，给出以下两种方法：
(1)通过对由基板11获得的信号进行加权相加使分光特性相匹配的方法；和
(2)通过在上侧基板11A和下侧基板11B之间设置用于控制透过率的遮光层使分光特性相匹配的方法。
在下文中，对使分光特性相匹配的两种方法进行详细说明。
通过加权相加使分光特性相匹配的方法
首先，作为使分光特性相匹配的第一种方法，说明通过对由基板11获得的信号进行加权相加而使分光特性相匹配的方法。
例如，对由上侧基板11A获得的信号进行以下的加权相加
wU1＝0.21G+0.5R (1)，和
对由下侧基板11B获得的信号进行以下的加权相加
wL1＝2g+r+b (2)。
由此，式(1)和式(2)的加权相加的结果用在根据对比度法的焦点控制中。
这里，式(1)表示信号是用于焦点控制的上侧基板11A的信号wU1的信号，其中由上侧基板11A的G像素获得的G信号的0.21倍的值被加到由上侧基板11A的R像素获得的R信号的0.5倍的值上。
式(2)表示信号是用于焦点控制的下侧基板11B的信号wL1的信号，其中g信号2倍的值(对应于两个像素的值)、r信号和b信号相加。这里，g信号由对应于上侧基板11A的G像素的下侧基板11B的像素21B获得，r信号由对应于上侧基板11A的R像素的下侧基板11B的像素21B获得，b信号由对应于上侧基板11A的B像素的下侧基板11B的像素21B获得。
图7是示出通过加权相加获得的上侧基板11A的信号wU1和下侧基板11B的信号wL1的分光特性的图。
按与上述式(1)和(2)类似的方式，通过对由基板11获得的信号进行加权相加，如图7所示，可以使由上侧基板11A获得的信号和由下侧基板11B获得的信号的分光特性相匹配。由此，可以使用由上侧基板11A获得的图像的对比度与由下侧基板11B获得的图像的对比度之间的差异进行焦点控制。
这里，由式(2)表示并且由下侧基板11B获得的信号wL1相当于作为其中2个G像素、1个R像素和1个B像素的滤色片排列的拜耳阵列的重复单元的色阵列的颜色组合。
因此，如图8所示，1个像素21C可以形成在下侧基板11B上，使得对应于相当于拜耳阵列的色阵列的重复单元并由上侧基板11A的2×2像素形成的4个像素。
换句话说，如图3所示，像素21B可以形成在下侧基板11B上，具有对应于上侧基板11A的像素21A的像素间距。此外，如图8所示，像素21C可以形成在下侧基板11B上，具有上侧基板11A的滤色片的色阵列的重复节距。
图9是沿着图8的线IX-IX的固态成像装置1的断面构成图。
如图9所示，固态成像装置1被构造成使得背面照射型的上侧基板11A(半导体基板11A)和前面照射型的下侧基板11B(半导体基板11B)叠置。
更具体地，上侧基板11A包括例如作为n型(第一导电型)半导体区域的硅层51。在硅层51内，通过pn结针对每个像素形成作为光电转换部的光电二极管(PD)52。
作为上侧基板11A的背面侧，平坦化膜54形成在其上入射光的上侧基板11A的上侧，以覆盖遮光膜53，此外，R，G和B滤色片55和片上透镜56形成在平坦化膜54的上侧。
相比而言，包括多个配线层61和层间绝缘膜62的多层配线层63形成在上侧基板11A的下侧(前面侧)。在多层配线层63中，构成读取在光电二极管52中累积的信号电荷的读取电路的多个晶体管电路64形成在硅层51附近。
下侧基板11B包括例如作为n型(第一导电型)半导体区域的硅层70。在硅层70内，通过pn结针对每个像素形成作为光电转换部的光电二极管(PD)71。这里，下侧基板11B的像素大小被设定为对应于上侧基板11A的2个像素的大小。
多层配线层75形成在下侧基板11B的上侧。多层配线层75包括构成读取在光电二极管71中累积的信号电荷的读取电路的多个晶体管电路72、多个配线层73、层间绝缘膜74等。保护膜76形成在多层配线层75上，上侧基板11A和下侧基板11B经由其间的保护膜76接合(附着)。
在下侧基板11B的光电二极管71中，如上所述，对应于上侧基板11A的多个像素的区域的信号被用于检测对比度差。因此，没有必要使下侧基板11B的光接收区域对应于上侧基板11A的像素21A。因此，如图9中的箭头所示，下侧基板11B的光电二极管71可以构造成使得入射在上侧基板11A的1个像素上的光在行进到下侧基板11B的同时散射，并且入射在多个像素的区域上。
因此，没有必要在上侧基板11A的光电二极管52和下侧基板11B的光电二极管的71之间设置层间透镜。层间透镜用于将通过上侧基板11A的光电二极管52的光集光在光电二极管71上。
此外，在下侧基板11B中，像素21C可以形成有上侧基板11A的滤色片的色阵列的重复间距，并且下侧基板11B的像素21C在平面方向的位置没有必要与上侧基板11A的像素区域一致。
因此，例如，如图10所示，下侧基板11B的像素21C在平面方向的位置可以偏离上侧基板11A的像素区域。在图9中，如图中的点划线所示，上侧基板11A的晶体管电路64的位置与下侧基板11B的晶体管电路72的位置一致。然而，在图10中，电路的位置不一致。
固态成像装置1具有图9或图10所示的截面构成，因而能够通过使由上侧基板11A获得的信号与由下侧基板11B获得的信号的分光特性相匹配并且计算由上下基板11获得的图像之间的对比度差来控制焦点。
在使用由上下基板11获得的图像之间的对比度差进行焦点控制的方法中，上下像素位置没有必要彼此精确地重合。因此，对于未对准的不敏感性(robustness)优异。
通过设置遮光层使分光特性相匹配的方法
接下来，作为使分光特性相匹配的第二种方法，说明通过设置遮光层使分光特性相匹配的方法。
图11是示出根据第二种方法的由上侧基板11A获得的信号和由下侧基板11B获得的信号的分光特性的图。
在图11中，由上-R表示的曲线表示入射在上侧基板11A的R像素上的光的分光特性。
在图11中，由3*(r+b)表示的曲线表示当通过上侧基板11A的G像素的光被遮光并且通过上侧基板11A的R像素和B像素的光入射在下侧基板11B上时，作为r信号和b信号的相加结果的3倍的信号的分光特性。由对应于上侧基板11A的R像素的下侧基板11B的像素21B获得r信号。由对应于上侧基板11A的B像素的下侧基板11B的像素21B获得b信号。
如图11所示，上侧基板11A的R信号被设定为用于焦点控制的上侧基板11A的信号wU2，并且作为下侧基板11B的r信号和b信号之和3倍的信号被设定为用于焦点控制的下侧基板11B的信号wL2。由此，可以使上下基板11A和11B的分光特性相匹配。
即，下式(3)和(4)的信号用在根据对比度法的焦点控制中。
wU2＝R (3)
wL2＝3(r+b) (4)
应当注意的是，在第二种方法中，如上所述，使用R信号和B信号计算对比度差。通常，当存在色差时，R信号的焦点位置最远离对象3，随后G信号和B信号的焦点位置按顺序排开。在图4中央所示的正焦状态时，如实线所示，当对比度被调节居于R信号的中心时，由于具有上述色差的信号的关系，G信号的焦点位置在上侧基板11A上，如虚线所示。G信号对于人眼具有高分辨率，并且G信号用作信号处理中的亮度信号。因此，优选的是，G信号被精确地聚焦在上侧基板11A上。因此，优选的是，即使在具有色差的信号的关系方面，也计算居于R信号中心的对比度差。然而，由于G信号的光被遮光，所以感度降低。结果，在S/N比方面，这种方法是不利的。
下面对用于实施第二种方法的固态成像装置1的构成进行说明。
2.固态成像装置的第二实施方案
图12是示出根据本公开第二实施方案的固态成像装置1的图。
应当注意的是，在图12和下面的附图中，对应于上述各图中的元件用相同的附图标记和符号来表示，并且将适当地省略对它们的说明。
在根据第二实施方案的固态成像装置1中，部分地阻挡入射光的作为遮光层的孔板11C进一步设置在上侧基板11A和下侧基板11B之间。
图13是示出图12的上侧基板11A、下侧基板11B和孔板11C的示意性构成的图。
遮光图案81P形成在孔板11C上，如图13所示，遮光图案81P被划分为对应于上侧基板11A的各像素21A的区域，并且形成为用于在对应于上侧基板11A的G像素的区域中遮光的图案。
图14是沿着图13的XIV-XIV的固态成像装置1的断面构成图。
在根据第二实施方案的固态成像装置1中，如图14所示，孔板11C插入夹在上侧基板11A和下侧基板11B的保护膜76之间。
孔板11C例如被构造成使得遮光图案81P沉积在对应于玻璃层81的靠近上侧基板11A的表面上的G像素的区域中。
图14的固态成像装置1的其他构成与图9等所示的第一实施方案相同。然而，在图9的断面构成图中，下侧基板11B的1个像素具有对应于上侧基板11A的2个像素的大小。相比而言，在图14中，下侧基板11B的1个像素被形成为具有对应于上侧基板11A的1个像素的大小。
图15是根据第二实施方案的固态成像装置1的另一断面构成图。
在图15的断面构成中，孔板11C由遮光性与作为多层配线层63的一部分的配线层6相同的导电性材料形成。作为孔板11C的配线层91形成在对应于上侧基板11A的G像素的区域中。
图16是根据第二实施方案的固态成像装置1的另一断面构成图。
在图16的断面构成中，与图15的断面构成相比，作为孔板11C的配线层92的区域形成为小于图15的配线层91的区域。在这种情况下，通过上侧基板11A的G像素的入射光也部分地入射在下侧基板11B上。如上所述，还可以通过孔板11C控制从上侧基板11A入射到下侧基板11B色信号(R信号、G信号和B信号)的透过率。
如上所述，孔板11C可以由玻璃层81形成，并且可以通过配线层91(92)形成。然而，优选的是，由配线层91(92)形成孔板11C，原因在于可以利用半导体制程的高精度的匹配。
图17是根据第二实施方案的固态成像装置1的另一断面构成图。
在图17的断面构成中，与图15的断面构成相比，作为中间层93的玻璃层被插入夹在上侧基板11A和下侧基板11B的保护膜76之间。当上侧基板11A和下侧基板11B的图像对比度差异很小时，可以采用其中上侧基板11A和下侧基板11B通过插入这种中间层93隔开的构成。应当指出的是，中间层93不限于玻璃，可以由透明材料形成。
第一和第二实施方案的变形例
下面说明固态成像装置的第一和第二实施方案的变形例。
曝光控制用传感器的添加
在成像装置中，自动对焦、自动曝光和自动白平衡这三个要素(所谓的3A)对于控制很重要。
作为自动对焦用的图像信号，没有必要在生成捕获图像的上侧基板11A的整个区域上检测到。因此，如参照图2说明的，多个像素21B形成在下侧基板11B上，从而仅对应于上侧基板11A的一部分。
因此，如图18所示，在其中未形成下侧基板11B的自动对焦用的多个像素21B的区域中，可以形成作为曝光控制用检测传感器的多个像素31B。
在具有多层结构之外的单层结构的图像传感器中，基于被捕获图像的输出水平进行曝光控制。因此，例如，当亮度突然变化时，图像的读取速度缓慢，因此进行逐渐缩短曝光时间的控制。因此，一旦图像饱和，则逐渐进行适当的曝光，因此，可以获得在视觉上不希望的图像。
相比而言，在固态成像装置1中，通过不同于上侧基板11A的图像传感器的设置在下侧基板11B上的多个像素31B检测曝光控制用信号。此外，由于像素21B和31B以行单位被驱动，所以可以通过对独立于自动对焦用的多个像素21B的曝光控制用的多个像素31B设定曝光和读取时间来进行驱动。因此，可以高速地进行曝光控制，从而可以立即进行上侧基板11D的图像传感器的适当曝光。
图19示出其中下侧基板11B的像素大小与上侧基板11A的像素大小相同并因而自动对焦用的多个像素21B和曝光控制用的多个像素31B以行单位配置的例子。
图20示出其中下侧基板11B的像素大小设定为上侧基板11A的滤色片的色阵列的重复间距并因而自动对焦用的多个像素21C和曝光控制用的多个像素31C以行单位配置的例子。
位相差检测传感器的添加
作为焦点控制方法，对比度法在焦点位置附近是有效的手段，像面位相差法在焦点显著移位的位置是有效的手段。
因此，位相差像素可以额外地设置在上侧基板11A的一部分上。
图21～23是其中位相差像素101额外地设置在上侧基板11A的一部分上的例子。
图21示出其中在下侧基板11B的像素大小与上侧基板11A的像素大小相同的固态成像装置1中，上侧基板11A的成像用像素21A的一些形成为位相差检测用像素101的例子。作为位相差检测用像素101，例如，两个像素101A和101B对称地设置，使得遮光区域对称，象右侧遮光区域和左侧遮光区域。
图22示出其中在下侧基板11B的像素大小被设定为上侧基板11A的滤色片的色阵列的重复间距的固态成像装置1中，上侧基板11A的成像用像素21A的一些形成为位相差检测用像素101的例子。
在各个位相差检测用像素101中，像素区域的一部分被遮光。因此，入射在下侧基板11B上的光的强度很弱，因而不适宜作为对比度法的信号。因此，如图21和图22所示，其中配置位相差检测用像素101的像素行被孔板11C遮光，并且其中通过像面位相差法进行焦点控制的区域和其中通过对比度法进行焦点控制的区域可以以行单位进行分割。
分割其中通过像面位相差法进行焦点控制的区域和其中通过对比度法进行焦点控制的区域的方法可以是图21和图22所示的行单位以外的图23所示的以色单位进行。
G信号对于人眼具有高分辨率，并且G信号即使在信号处理中也用作亮度信号。因此，优选的是，位相差检测用像素101配置在R，G和B像素中的G像素上。在这种情况下，如图23所示，G像素必须被孔板11C遮光。然而，在使分光特性相匹配的第二种方法中，G像素被遮光。因此，图23的配置适合于使分光特性相匹配的第二种方法。
即，图23所示的固态成像装置1的构成最适合于混杂型自动对焦。在自动对焦时，通过利用第二种方法使分光特性相匹配进行对比度法的焦点控制，并且通过位相差检测进行焦点控制。
相比而言，在图21和图22所示的固态成像装置1的构成中，G信号也可以用在对比度法的焦点控制中。因此，存在即使在黑暗场景下对焦精度也很高的优点。此外，以行单位控制曝光读取时机，因此曝光控制用的多个像素31B可以设置在下侧基板11B上。
3.固态成像装置的第三实施方案
图24是示出根据本公开第三实施方案的固态成像装置1的图。
根据第三实施方案的固态成像装置1例如是组合型的固态成像装置，其中两个半导体基板(硅基板)11D和11E经由孔板11F叠置。
另外，在第三实施方案中，按与上述实施方案类似的方式，在两个半导体基板11D和11E中，靠近光学透镜2的半导体基板11D被称为上侧基板11D，远离光学透镜2的半导体基板11E被称为下侧基板11E。此外，如果两个半导体基板11D和11E没有特别的区分，则基板简称为基板11。
图25是示出固态成像装置1的上侧基板11D和下侧基板11E的示意性构成的图。
其中形成红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的滤色片的多个像素21A以二维阵列状配置在上侧基板11D上。按与第一和第二实施方案类似的方式，形成在上侧基板11D的像素21A上的滤色片例如以拜耳阵列配置。因此，上侧基板11D可以用作输出R，G和B色信号的彩色图像传感器。
多个像素21B以仅对应于在上侧基板11D上形成的多个像素行中的一部分像素行的形状形成在下侧基板11E上。与第一和第二实施方案相反，在下侧基板11E上形成的多个像素21B用于位相差检测。在其中未形成下侧基板11E的像素21B的区域中，形成逻辑电路22B，它包括处理由下侧基板11E的像素21B检测到的信号的信号处理电路。
与上述第一和第二实施方案相反，如图25所示，大小与上侧基板11D的像素21A的1个像素大小相同的开口部111以预定间隔形成在孔板11F上。
如图26所示，通过对应于孔板11F的开口部111的上侧基板11D的1个像素(下文中称为透过像素)的入射光入射在下侧基板11E的2×2像素的4个像素上。
下侧基板11E的像素21B是位相差检测用像素。因此，通过上侧基板11D的透过像素的入射光可以被多个像素接收。例如，如图27所示，光可以入射在4×4像素的16像素上。
此外，图26和图27是示出上侧基板11D的透过像素和从透过像素接收入射光的下侧基板11E的光接收像素之间的关系的图。在附图中，上侧基板11D和下侧基板11E的像素大小的尺度是不同的。
在其中位相差像素设置在具有多层结构之外的单层结构的图像传感器的一部分上的像面位相差传感器中，微透镜的集光点理想地在硅层的光电二极管的表面上，但实际上在硅层的深处。因此，成像用的集光点不同于位相差检测用的集光点。因此，存在难以优化微透镜的问题。
因此，在根据第三实施方案的固态成像装置1中，位相差检测用像素配置在下侧基板11E上。由此，即使在微透镜的曲率对于成像用的上侧基板11D的像素21A最优化的状态下，也可以最大化位相差像素的分离性能。
此外，当通过上侧基板11D的1个像素的入射光被大小大于2×2的多个像素接收时，可以进行多视点分离，因此可以提高自动对焦性能。
图28是根据第三实施方案的固态成像装置1的断面构成图。
图28中的上侧基板11D、下侧基板11E和孔板11F对应于图15中的上侧基板11A、下侧基板11B和孔板11C。对应的元件由相同的附图标记和符号来表示，因此在下文仅描述与图15不同的构成。
代替光电二极管52，不吸收光的透明层131形成在上侧基板11D的透过像素的硅层51上。来自对象3的光通过片上透镜56、滤色片55、透明层131和孔板11F的开口部111入射在下侧基板11E的光电二极管71上。透明层131可以例如由作为被氧化的硅(Si)的SiO2等形成。
如参照图5所说明的，当光电二极管52形成在上侧基板11D的硅层51上时，仅有长波长的入射光的一半量透过。代替光电二极管52，通过使用不吸收光的透明层131，可以使所有波长的光到达下侧基板11E。
通过相邻像素的像素信号之间的内插获得其中形成透明层131的上侧基板11D的像素21A的像素信号。此外，即使当形成光电二极管52时，强度也弱，但是处于可以接收光的水平。因此，光电二极管52可以没有改变地提供。
此外，在第三实施方案中，如第二实施方案的图14所示，孔板11F可以形成为其上沉积遮光图案81P的玻璃层81。
此外，如图29所示，通过插入作为中间层93的玻璃层，上侧基板11D和下侧基板11E以适当的距离分离。由此，例如，通过上侧基板11D的透过像素的入射光在下侧基板11E上的视点可以从2×2像素的4个像素增加，使得光入射在4×4像素的16个像素的区域中。通过增加观点，在距离方向上的分辨率提高。结果，可以提高距离测量的性能。
然而，当对应于上侧基板11D的透过像素的下侧基板11E的光接收像素的数量被设置为很大时，必须没有混色地增大上侧基板11D的透过像素的间距。因此，减薄增大。
作为减薄的方法，在上侧基板11D的色阵列是拜耳阵列的情况下，当透过像素以像素大小偶数倍的像素间距设置在上侧基板11D上时，同色的像素形成为透过像素。结果，可以从下侧基板11E获得单色信息。
相比而言，当透过像素以像素大小奇数倍的像素间距设置在上侧基板11D上时，透过像素的色阵列形成为拜耳阵列。结果，可以从下侧基板11E获得色信息。
图30示出其中透过像素以作为像素大小奇数倍的3-像素间距配置使得通过上侧基板11D的1个透过像素的入射光被下侧基板11E上6×6像素的36个像素接收的例子。
在此示例性情况下，其中6×6像素的36个像素以色单位配置的拜耳阵列的图像信息可以从下侧基板11E获得。因此，通过再合成由下侧基板11E获得的信号，可以生成捕获的图像。
图31示出其中透过像素以作为像素大小偶数倍的6-像素间距配置使得通过上侧基板11D的1个透过像素的入射光被下侧基板11E上6×6像素的36个像素接收的例子。
在此示例性实施方案中，上侧基板11D的透过像素是G像素，因此下侧基板11E也接收所有G信号。透过像素的色像素可以是R，G和B像素中的任一个。然而，如上所述，在人类感度特性等的观点来看，优选的是，透过像素被配置在G像素上以对G信号进行焦点控制。
如上所述，取决于上侧基板11D的透过像素处于哪个位置(间距)，或者取决于下侧基板11E的哪个像素接收通过透过像素的光，可以适当地使用位相差检测的视点数或由下侧基板11E获得的图像信息的种类(彩色和单色)。
此外，通过减薄，逻辑电路22B可以设置在其中位相差检测用的像素21B未形成在下侧基板11E上的冗余区域中。
此外，在具有固态成像装置1的成像装置具有光学变焦功能的情况下，当焦距通过光学变焦改变时，光的入射角由图像高度改变。因此，其中接收通过上侧基板11D的透过像素的光的下侧基板11E的像素区域改变。
例如，图32示出其中与图30所示的状态相比焦距变短的状态，图33示出其中与图31所示的状态相比焦距变短的状态。
在图32和图33的任一个中，与图30和图31相比，其中接收通过上侧基板11D的透过像素的光的下侧基板11E的像素区域改变。
此外，在具有固态成像装置1的成像装置具有光学变焦功能的情况下，下侧基板11E的像素区域通过光学变焦而改变。因此，即使当通过减薄产生冗余区域时，由于存在冗余区域，所以可能是有利的，因为可以应付由光学变焦引起的下侧基板11E的像素区域的变化，从而容易进行信号处理。
第三实施方案的变形例
下面说明固态成像装置的第三实施方案的变形例。
曝光控制用传感器的添加
此外，根据第三实施方案的固态成像装置1，按与上述第一和第二实施方案类似的方式，如图34所示，在其中未形成下侧基板11E的位相差检测用的多个像素21B的区域中，可以形成作为曝光控制用检测传感器的多个像素31B。
图35示出其中在图26所示的通过上侧基板11D的1个透过像素的入射光入射在下侧基板11E的2×2像素的4个像素上的构成中，配置曝光控制用的多个像素31B的例子。
图36示出其中在图27所示的通过上侧基板11D的1个透过像素的入射光入射在下侧基板11E的4×4像素的16个像素上的构成中，配置曝光控制用的多个像素31B的例子。
在根据第三实施方案的固态成像装置1中，通过不同于上侧基板11D的图像传感器的设置在下侧基板11E上的多个像素31B检测曝光控制用信号。此外，由于像素21B和31B以行单位被驱动，所以可以通过对独立于位相差检测用的多个像素21B的曝光控制用的多个像素31B设定曝光和读取时间来进行驱动。因此，可以高速地进行曝光控制，从而可以立即进行上侧基板11A的图像传感器的适当曝光。
对比度检测传感器的添加
在其中未形成根据第三实施方案的固态成像装置1的下侧基板11E的位相差检测用的多个像素21B的区域中，可以形成作为对比度焦点用的检测传感器的多个像素。在这种情况下，可以实施根据对比度法进行焦点控制和根据位相差法进行焦点控制的混杂型自动对焦。使用由上侧基板11D的图像传感器获得的信号以及由下侧基板11E的对比度焦点用的检测传感器获得的信号进行根据对比度法的焦点控制。使用通过下侧基板11E的位相差检测用的多个像素21B获得的信号进行根据位相差法的焦点控制。
此外，在其中未形成根据第三实施方案的固态成像装置1的下侧基板11E的位相差检测用的多个像素21B的区域中，可以配置对比度焦点用的检测传感器和曝光控制用检测传感器。
上侧基板的逻辑电路的例子
在上述第三实施方案中，作为图像生成用的检测传感器(图像传感器)的多个像素21A配置在上侧基板11D上，但是可以想到的是，在一些情况下，二维图像可能不是必需的。在这种情况下，如图37所示，在上侧基板11D上，未形成多个像素21A，并且可以形成信号处理电路151，如逻辑电路和存储电路等。信号处理电路151处理由下侧基板11E的多个像素21B获得的位相差检测用的信号。
在一般的多视点光场相机中，如图38所示，微透镜阵列163设置在主透镜162和图像传感器164之间，并且来自对象161的光首先通过主透镜162在微透镜阵列163上成像。
在微透镜阵列163中，如图39所示，具有大透镜直径的微透镜171在相邻透镜之间以小间隙配置。在这种情况下，微透镜阵列163和图像传感器164之间的间距为数mm，因此具有大透镜直径的微透镜171难以在半导体制程中形成。此外，具有大透镜直径的微透镜171形成为粘合透镜，因此粘合管理困难。
相比而言，在图37所示的固态成像装置1的构成中，形成在上侧基板11D的透过像素上的片上透镜具有可以在半导体制程中制作的图像传感器的像素大小。在这种情况下，上侧基板11D和下侧基板11E之间的间隔可以设定为可以通过半导体基板的贴合而形成的距离，因而在半导体制程中可以进行高精度对准。
上述各实施方案说明了其中具有作为光电转换层的硅层51的半导体基板11A(11D)和具有作为光电转换层的硅层70的半导体基板11B(11E)叠置的固态成像装置1的构成。
半导体基板11A(11D)和半导体基板11B(11E)可以以晶片状态贴合，并且可以以在切割晶片之后的半导体芯片状态贴合。
此外，叠置的光电转换层可以例如由具有黄铜矿结构的化合物半导体或者有机光电转换膜形成。此外，光电转换层可以是三层以上的叠层。
第三实施方案的上下基板组合的例子
在上述实施方案中，半导体基板11A(11D)形成为背面照射型的，并且半导体基板11B(11E)形成为前面照射型的。然而，半导体基板11A(11D)和半导体基板11B(11E)中的任一个可以是背面照射型和前面照射型中的任一个。
在第三实施方案的说明中，在图28所示的固态成像装置1的断面构成中，说明了其中背面照射型的上侧基板11D和前面照射型的下侧基板11E叠置的构成例。然而，参照图40～42说明其他组合例子。
在图40～42中，对应于图28的元件用相同的附图标记和符号来表示，并且将适当地省略对它们的说明。
图40是根据第三实施方案的固态成像装置1的断面构成图，其中上侧基板11D和下侧基板11E都叠置为前面照射型的。
由于上侧基板11D是前面照射型的，因此滤色片55和片上透镜56形成在多层配线层63上，而多层配线层形成在(形成有光电二极管52的)硅层51的上侧。作为孔板11F的配线层91形成在硅层51的背面侧，即，其一侧面对下侧基板11E。配线层91用保护膜301覆盖。
此外，由于下侧基板11E也是前面照射型的，因此下侧基板11E和上侧基板11D经由保护膜76接合，使得形成在(形成有光电二极管71的)硅层70上侧的多层配线层75面对上侧基板11D。
图41是根据第三实施方案的固态成像装置1的断面构成图，其中上侧基板11D叠置为前面照射型的并且下侧基板11E叠置为背面照射型的。
由于上侧基板11D是前面照射型的，因此滤色片55和片上透镜56形成在多层配线层63上，而多层配线层形成在(形成有光电二极管52的)硅层51的上侧。作为孔板11F的配线层91形成在硅层51的背面侧，即，其一侧面对下侧基板11E。配线层91用保护膜301覆盖。
相比而言，由于下侧基板11E是背面照射型的，因此下侧基板11E和上侧基板11D经由保护膜302和76接合，使得与形成在硅层70上的多层配线层75相对的下侧基板11E侧面对上侧基板11D。
图42是根据第三实施方案的固态成像装置1的断面构成图，其中上侧基板11D和下侧基板11E都叠置为背面照射型的。
由于上侧基板11D是背面照射型的，因此遮光膜53、平坦化膜54、滤色片55和片上透镜56都形成在与形成在硅层51上的多层配线层63相对的上侧基板11D侧(背面侧)。
相比而言，由于下侧基板11E也是背面照射型的，因此下侧基板11E和上侧基板11D经由保护膜302和76接合，使得与形成在硅层70上的多层配线层75相对的下侧基板11E侧面对上侧基板11D。
图28和图40～42示出在接合上侧基板11D和下侧基板11E的情况下前面照射型或背面照射型的全部组合。
图28和图40对应于其中通过透过像素的入射光入射在下侧基板11E的2×2像素的4个像素上的例子，如图26所示。
图41和图42对应于其中通过透过像素的入射光入射在下侧基板11E的4×4像素的16个像素上的例子，如图27所示。
如图40和图41所示，当上侧基板11D形成为前面照射型的情况下，配线层61兼用作遮光膜，因此在背面照射型的情况下设置遮光膜53是没有必要的。因此，从片上透镜56到孔板11F的高度(厚度)可以被最小化，因而由虚线箭头表示的大量倾斜入射光也在下侧基板11E的光电二极管71中被接收。即，当上侧基板11D形成为前面照射型时，可以改善倾斜入射光的特性。
如图40和图41所示，当下侧基板11E形成为前面照射型时，下侧基板11E的面向多层配线层75的那侧被设置为图中的下侧。因此，没有什么阻挡通过孔板11F的开口部111并入射在下侧基板11E的光电二极管71上的光。由此，可以进一步改善下侧基板11E的光电二极管71的光接收感度。
此外，在图28和图40～42中，代替光电二极管52，入射光全部透过的透明层131形成在对应于透过像素的硅层51的区域中。然而，按与其他像素21A类似的方式，光电二极管52可以未经改变地设置，如上所述。
R像素作为透过像素的例子
另一方面，如图26和图27所示，上述第三实施方案说明了其中G像素被形成为透过像素的例子。然而，如上所述，透过像素的色像素可以是R像素、G像素和B像素中的任一个。例如，从重视人类感度特性等的观点来看，如上所述，优选的是，G像素被形成为透过像素。
另一方面，当G像素被形成为透过像素时，在拜耳阵列中的G像素以方格图案形式配置。如图26和图27所示，通过上侧基板11D的1个透过像素的光被由下侧基板11E的多个像素接收。因此，上侧基板11D的透过像素之间的间隔必须增加，以对应于下侧基板11E的光接收像素。
因此，G像素没有完全形成为透过像素。G像素包括与R像素配置在同一行的G像素(下文中称为Gr像素)和与B像素配置在同一行的G像素(下文中称为Gb像素)。例如，如图43所示，仅有Gr像素被设置为透过像素。
在这种情况下，孔板11F的开口部111设置在Gr像素下方。因此，入射在Gr像素上的光透过到下侧基板11E，但是入射在Gb像素上的光由于开口部111没有形成在Gb像素下方而被孔板11F反射。因此，存在的问题是，根据孔板11F是否存在，Gr像素和Gb像素之间可能存在光接收特性的差别。
相比而言，当R像素被形成为透过像素时，不存在象G像素被形成为透过像素的情况那样可能发生光接收特性差异的问题。
图44和图45示出在上述第三实施方案中R像素被形成为透过像素的例子。
图44示出其中R像素被形成为透过像素并且通过透过像素的入射光入射在下侧基板11E的2×2像素的4个像素上的例子。
图45示出其中R像素被形成为透过像素并且通过透过像素的入射光入射在下侧基板11E的4×4像素的16个像素上的例子。
当R像素被形成为透过像素时，在拜耳阵列中，R像素的配置间距比G像素大。因此，所有的R像素被形成为透过像素，因此可以防止象在G像素中那样成为问题的同一色像素之间的光接收特性差异的发生。
4.固态成像装置的第四实施方案
图46是示出根据本公开第四实施方案的固态成像装置1的断面构成图。
在根据第四实施方案的固态成像装置1中，如图44和图45所示，通过在R像素下方设置孔板11F的开口部111，R像素被形成为透过像素。
此外，在根据第四实施方案的固态成像装置1中，在上侧基板11D的透过像素的硅层51中，而不是透明层131，形成光电二极管52。然而，在第四实施方案中硅层51的厚度被形成为小于在上述第三实施方案中的厚度。
即，在根据第四实施方案的固态成像装置1的构成中，即使在作为上侧基板11D的透过像素的R像素中也形成光电二极管52，并且像素信号可以由上侧基板11D的所有像素获取。
此外，在根据第四实施方案的固态成像装置1的构成中，通过减薄上侧基板11D的硅层51，透过光电二极管52的光的量被调整。
图46的固态成像装置1的其他构成与第三实施方案的构成相同，并且省略对它们的说明。
此外，在图46的固态成像装置1的构成例中，按与第三实施方案的图42的构成类似的方式，上侧基板11D和下侧基板11E被形成为背面照射型的。
第三和第四实施方案的效果
图47A和图47B示出在标准厚度下(上述第三实施方案中的硅层51的厚度作为标准厚度)固态成像装置1的光接收感度。
图47A示出入射在标准厚度的上侧基板11D和下侧基板11E上的光的分光特性，类似于图5和图6。
图47B示出标准厚度的上侧基板11D和下侧基板11E的R，G和B像素的积分感度(相对感度)。例如，在上侧基板11D的R像素的情况下，其积分感度对应于通过对图47A的上-R所示的曲线求积分而获得的面积。
如图47B所示，下侧基板11E的R和G像素的积分感度为约3[％]其与上侧基板11D的R像素的积分感度之比为约15％(＝(3/19)×100)。
看起来下侧基板11E的R和G像素的积分感度很低。然而，如以下说明的，在第三实施方案中，下侧基板11E的光接收面的面积与上侧基板11D的光接收面的面积相同。因此，可以认为，积分感度对于由整个下侧基板11E获得的光接收感度足够大。
与通过副反射镜分离入射光以通过独立于图像传感器设置的位相差专用传感器生成位相差信号的方法相比，对在第三实施方案中下侧基板11E的位相差传感器的光接收感度进行说明。
图48示出具有一个芯片大小的下侧基板11E的光接收区域311和电路区域312。例如，当固态成像装置1具有APS-C大小时，光接收区域311的大小为约15.75mm×23.6mm。
此外，为了比较，图48还示出了在通过独立于图像传感器设置的位相差专用传感器生成位相差信号的方法的情况下，具有APS-C大小的位相差专用传感器区域313。
从图48可以看出，用于进行位相差检测的下侧基板11E的光接收区域311的面积是位相差专用传感器区域313面积的约9倍。
因此，即使当入射在下侧基板11E上的光的量为上侧基板11D的约15％时，在下侧基板11E的整个光接收区域311中，也可以获得约135％＝9×15％的感度。
如上所述，上侧基板11D的硅层51的厚度被设定为标准厚度。在这种情况下，即使当光电二极管52也设置在上侧基板11D的透过像素中并且透过光电二极管52的光入射在下侧基板11E上，也可以精确地进行位相差检测。
接下来，对在第四实施方案中上侧基板11D的硅层51减薄的效果进行说明。
图49A和图49B示出根据第四实施方案的固态成像装置1的光接收感度，其中上侧基板11D的硅层51形成为很薄。
此外，图49A和图49B示出其中上侧基板11D的硅层51形成为比第三实施方案的标准厚度薄约25％的例子。
图49A示出当上侧基板11D的硅层51形成为薄约25％时入射在上侧基板11D和下侧基板11E上的光的分光特性。
图49B示出当上侧基板11D的硅层51形成为薄约25％时上侧基板11D和下侧基板11E的R，G和B像素的积分感度(相对感度)。
通过减薄硅层51约25％，上侧基板11D的R，G和B像素的积分感度以与硅层51具有标准厚度的情况相比降低。例如，与G像素相比，当硅层51形成为薄约25％时获得的积分感度由(17.1/19.1)×100＝89.52…表示，与标准厚度相比变低约10％。
另一方面，通过减薄硅层51约25％，下侧基板11E的R，G和B像素的积分感度变得大于在标准厚度时。例如，与R像素相比，当硅层51减薄约25％时获得的积分感度由(4.26/2.96)×100＝143.91…表示，并且比标准厚度变大约44％。下侧基板11E的R像素的积分感度与上侧基板11D的G像素的积分感度之比为(4.26/17.1)×100＝24.91…，达到约25％。
如上所述，通过减薄硅层51约25％，与上侧基板11D的各像素21A的光接收感度的劣化相比，下侧基板11E的各像素21B的光接收感度大大提高。通过调整上侧基板11D的硅层51的厚度，可以控制下侧基板11E的像素21B的入射光量。
即，根据第四实施方案的固态成像装置1，在最小化上侧基板11D的各像素的感度损失的同时，可以使用所有的像素作为成像传感器。此外，也可以在下侧基板11E中精确地进行位相差检测。
多层结构的构成例
图50A和图50B示出在固态成像装置1被构造成具有上侧基板11D和下侧基板11E的2层结构的情况下基板11的电路配置的构成例。
图50A示出电路配置的构成例。在本例子中，上侧基板11D的光接收区域321和下侧基板11E的光接收区域311具有相同的大小，并且下侧基板11E的位相差传感器区域对上侧基板11D的光接收区域321的覆盖率设置为100％。
在这种情况下，上侧基板11D的电路区域322具有与下侧基板11E的电路区域312相同的大小。
图50B示出了在其中1个芯片大小被制成尽可能小而不劣化图像传感器的光接收感度的2层结构的情况下，固态成像装置1的各基板11的电路装置的构成例。
仅有光接收区域321形成在上侧基板11D上。
另一方面，作为位相差传感器区域的光接收区域331和电路区域332形成在下侧基板11E上。图50A的上侧基板11D的电路区域322和下侧基板11E的电路区域312的各个电路被设置成集成在电路区域332中。因此，电路区域332的大小大于图50A中的下侧基板11E的电路区域312的大小。然而，作为下侧基板11E的位相差传感器区域对上侧基板11D的光接收区域321的覆盖率，可以确保至少80％。
图51示出在固态成像装置1被构造成具有3个基板11的多层结构的情况下，基板11的电路配置的构成例。
仅有光接收区域321形成在作为3层结构的最上层的上侧基板11G上。光接收区域311形成在作为中间层的中间基板11H上。光接收区域311具有与光接收区域321相同的大小，并且被形成为使得中间基板11H的位相差传感器区域对上侧基板11G的光接收区域321覆盖率为100％。
电路区域341形成在作为3层结构的最下层的下侧基板11J上。
如上所述，通过形成作为3层结构的固态成像装置1，例如，可以使其芯片大小具有与APS-C相同的大小，并且使芯片大小比具有图50A的2层叠置结构的固态成像装置1更小。此外，可以确保位相差传感器区域的覆盖率大于具有图50B的2层叠置结构的固态成像装置1的覆盖率。
此外，作为最下层的整个下侧基板11J被用作电路区域341。因此，不仅驱动中间基板11H的光接收区域311和上侧基板11G的光接收区域321的像素的驱动电路，而且模拟-数字转换器(ADC)、逻辑电路、存储器等也可以配置在下侧基板11J的电路区域341中。
此外，当电路被设置在最下层的下侧基板11J上以便平行地处理最上层的图像传感器的信号处理和中间层的位相差传感器的信号处理时，可以提高位相差自动对焦的检测速度。
图52示出在固态成像装置1被构造成具有3个基板11的多层结构的情况下，固态成像装置1的断面构成图。
上侧基板11G和中间基板11H对应于图46的2层叠置结构的固态成像装置1的上侧基板11D和下侧基板11E，并且省略对它们的说明。上侧基板11G和中间基板11H都接合成为背面照射型的。
然后，中间基板11H的多层配线层75和下侧基板11J的多层配线层374通过例如Cu-Cu的金属结合而接合。多层配线层374由一个以上的配线层372和层间绝缘膜373形成。
包括多个晶体管371的信号处理电路形成在下侧基板11J的硅层361上。
5.电子设备的应用例
上述固态成像装置1可以适用于各种电子设备，例如，诸如数字静态相机或数字摄相机等成像装置、具有成像功能的移动电话以及具有成像功能的音频播放器。
图53是示出作为根据本公开实施方案的电子设备的成像装置的构成例的方框图。
图53所示的成像装置201包括光学系统202、快门装置203、固态成像装置204、控制电路205、信号处理电路206、监视器207和存储器208，并且能够捕获静止图像和运动图像。
光学系统202由单个透镜或多个透镜形成，引导来自对象的光(入射光)进入固态成像装置204，并且在固态成像装置204的光接收表上形成图像。
快门装置203被设置在光学系统202和固态成像装置204之间，并且在控制电路205的控制下控制到固态成像装置204的光照射时间和遮光时间。
固态成像装置204由上述固态成像装置1形成。固态成像装置204响应于经由光学系统202和快门装置203在光接收面上成像的光而累积信号电荷一定时间。固态成像装置204中累积的信号电荷根据从控制电路205供给的驱动信号(定时信号)而传递。固态成像装置204可以被形成为自身的单芯片，并且可以形成为与光学系统202、信号处理电路206等一起封装的相机模块的一部分。
控制电路205输出用于控制固态成像装置204的传递操作和快门装置203的快门操作的驱动信号，并且驱动固态成像装置204和快门装置203。
信号处理电路206向从固态成像装置204输出的像素信号施加各种信号处理。通过施加信号处理的信号处理电路206获得的图像(图像数据)被供给并在监视器207上显示，并且被供给和存储(记录)在存储器208中。
通过使用根据上述实施方案的固态成像装置1作为固态成像装置204，可以进行高速和高精度的自动对焦和自动曝光。因此，可以在诸如摄像机、数字静态相机和用于移动电话等的移动装置的相机模块等成像装置201中实现捕获图像的高图像质量。
本公开的实施方案不限于上述实施方案，并且可以在不脱离本公开的技术范围内修改成各种形式。
在上述例子中，对其中当第一导电型是p型和第二导电型是n型时电子作为信号电荷的固态成像装置进行了说明。然而，本公开的技术也可以适用于其中空穴作为信号电荷的固态成像装置。即，当第一导电型是n型和第二导电型是p型时，上述各半导体区域可以形成为具有反转导电型的半导体区域。
此外，本公开的技术不限于适用于检测可见光的入射光量的分布并且捕获作为图像的分布的固态成像装置。本技术可以适用于其中捕获红外线、X射线或粒子的入射量的分布的大多数固态成像装置，以及在更广泛的意义上，诸如检测诸如压力和电容等其他物理量的分布并捕获作为图像的分布的指纹检测传感器等固态成像装置(物理量分布检测装置)。
本公开的实施方案不限于上述实施方案，并且可以在不脱离本公开的技术范围内修改成各种形式。
例如，可以采用上述多个实施方案的全部或一部分的组合形式。
应当指出的是，本说明书中记载的效果仅仅是示例，而不是限制，并且存在本说明书的记载之外的其他效果。
应当指出的是，本公开可以采用以下构成。
(1)一种固态成像装置，包括具有以像素为单位分割的光电转换部并且叠置的两层以上的光电转换层，
其中入射到靠近光学透镜的第一光电转换层的1个像素的光被远离所述光学透镜的第二光电转换层的多个像素的光电转换部接收。
(2)根据(1)所述的固态成像装置，其中通过使用由第一光电转换层获得的信号与由第二光电转换层获得的信号之间的对比度差进行焦点控制。
(3)根据(1)或(2)所述的固态成像装置，其中由第一光电转换层获得的信号是彩色图像信号，和由第二光电转换层获得的信号是单色图像信号。
(4)根据(1)～(3)中任一项所述的固态成像装置，其中第二光电转换层的1个像素的像素大小等于第一光电转换层的滤色片阵列的重复间距。
(5)根据(1)～(4)中任一项所述的固态成像装置，其中检测第二光电转换层中的信号的像素是第一光电转换层的预定色的像素。
(6)根据(1)～(5)中任一项所述的固态成像装置，还包括根据第一光电转换层的像素的滤色片的颜色具有不同的透过率并且夹在第一光电转换层和第二光电转换层之间的中间层。
(7)根据(6)所述的固态成像装置，其中仅有所述中间层的红色和蓝色滤色片的像素透过光到第二光电转换层。
(8)根据(2)～(7)中任一项所述的固态成像装置，其中使用对多个像素的信号进行加权相加获得的信号来计算由第一光电转换层获得的信号和由第二光电转换层获得的信号中的至少一个的对比度差。
(9)根据(2)～(8)中任一项所述的固态成像装置，其中所述像素包括检测位相差的像素。
(10)根据(9)所述的固态成像装置，其中检测位相差的像素是第一光电转换层的像素。
(11)根据(9)所述的固态成像装置，其中检测对比度差的像素和检测位相差的像素以行单位分割。
(12)根据(9)所述的固态成像装置，其中检测对比度差的像素和检测位相差的像素针对滤色片的各色分割。
(13)根据(12)所述的固态成像装置，其中检测位相差的像素是绿色像素。
(14)根据(1)所述的固态成像装置，
其中第二光电转换层的多个像素至少包括检测位相差的像素，和
其中通过使用位相差进行焦点控制。
(15)根据(14)所述的固态成像装置，其中第一光电转换层的多个像素包括透过光到第二光电转换层的像素和未透过光到第二光电转换层的像素。
(16)根据(14)或(15)所述的固态成像装置，其中通过片上透镜和滤色片的光入射在透过光到第二光电转换层的像素上。
(17)根据(14)或(16)所述的固态成像装置，其中代替所述光电转换部，在透过光到第二光电转换层的第一光电转换层的像素上形成不吸收光的层。
(18)根据(14)～(17)中任一项所述的固态成像装置，其中入射到第一光电转换层的1个像素的光在水平和垂直方向上被第二光电转换层的三个以上的像素的光电转换部接收。
(19)根据(14)～(18)中任一项所述的固态成像装置，还包括未透过光到第二光电转换层的遮光层。
(20)根据(19)所述的固态成像装置，其中所述遮光层是配线层。
(21)根据(19)所述的固态成像装置，其中所述遮光层是其上沉积有图案的玻璃层。
(22)根据(1)～(21)中任一项所述的固态成像装置，其中读取由第一光电转换层获得的信号的晶体管电路的位置在平面方向上不同于读取由第二光电转换层获得的信号的晶体管电路的位置。
(23)根据(1)～(22)中任一项所述的固态成像装置，其中第二光电转换层的多个像素还包括控制曝光的像素。
(24)根据(1)～(23)中任一项所述的固态成像装置，其中第一光电转换层的滤色片阵列是拜耳阵列。
(25)根据(1)～(24)中任一项所述的固态成像装置，其中第二光电转换层的像素行配置成仅对应于第一光电转换层的像素行的一部分。
(26)根据(1)～(25)中任一项所述的固态成像装置，还包括夹在第一光电转换层和第二光电转换层之间的透明中间层。
(27)根据(1)～(26)中任一项所述的固态成像装置，其中逻辑电路形成在其上形成有第二光电转换层的基板上。
(28)根据(1)～(27)中任一项所述的固态成像装置，其中其上形成有第二光电转换层的基板是背面照射型的。
(29)根据(1)～(28)中任一项所述的固态成像装置，其中其上形成有第二光电转换层的基板配置在光学透镜侧的相对侧，并且接合到其上形成有电路的基板。
(30)一种电子设备，包括固态成像装置，所述固态成像装置中叠置有具有以像素为单位分割的光电转换部的两层以上的光电转换层，
其中入射到靠近光学透镜的第一光电转换层的1个像素的光被远离所述光学透镜的第二光电转换层的多个像素的光电转换部接收。
(31)一种固态成像装置，包括：
其上形成有信号处理电路并且叠置的半导体基板；和
具有以像素为单位分割的光电转换部并且叠置的光电转换层，
其中所述半导体基板具有对应于所述光电转换层的1个像素并且透过光到所述光电转换层的透过像素，和
其中入射到所述半导体基板的透过像素的光被所述光电转换层的多个像素的光电转换部接收，和通过使用由所述光电转换层的多个像素获得的位相差进行焦点控制。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明所附的权利要求书或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。

Claims (30)

1.一种固态成像装置，包括具有以像素为单位分割的光电转换部并且叠置的两层以上的光电转换层，
其中入射到靠近光学透镜的第一光电转换层的1个像素的光被远离所述光学透镜的第二光电转换层的多个像素的光电转换部接收，和
其中第一光电转换层的多个像素包括透过光到第二光电转换层的像素和未透过光到第二光电转换层的像素。
2.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中通过使用由第一光电转换层获得的信号与由第二光电转换层获得的信号之间的对比度差进行焦点控制。
3.根据权利要求2所述的固态成像装置，其中由第一光电转换层获得的信号是彩色图像信号，和由第二光电转换层获得的信号是单色图像信号。
4.根据权利要求2所述的固态成像装置，其中第二光电转换层的1个像素的像素大小等于第一光电转换层的滤色片阵列的重复间距。
5.根据权利要求2所述的固态成像装置，其中检测第二光电转换层中的信号的像素是第一光电转换层的预定色的像素。
6.根据权利要求2所述的固态成像装置，还包括根据第一光电转换层的像素的滤色片的颜色具有不同的透过率并且夹在第一光电转换层和第二光电转换层之间的中间层。
7.根据权利要求6所述的固态成像装置，其中仅有所述中间层的红色和蓝色滤色片的像素透过光到第二光电转换层。
8.根据权利要求2所述的固态成像装置，其中使用对多个像素的信号进行加权相加获得的信号来计算由第一光电转换层获得的信号和由第二光电转换层获得的信号中的至少一个的对比度差。
9.根据权利要求2所述的固态成像装置，其中所述像素包括检测位相差的像素。
10.根据权利要求9所述的固态成像装置，其中检测位相差的像素是第一光电转换层的像素。
11.根据权利要求9所述的固态成像装置，其中检测对比度差的像素和检测位相差的像素以行单位分割。
12.根据权利要求9所述的固态成像装置，其中检测对比度差的像素和检测位相差的像素针对滤色片的各色分割。
13.根据权利要求12所述的固态成像装置，其中检测位相差的像素是绿色像素。
14.根据权利要求1所述的固态成像装置，
其中第二光电转换层的多个像素至少包括检测位相差的像素，和
其中通过使用位相差进行焦点控制。
15.根据权利要求14所述的固态成像装置，其中通过片上透镜和滤色片的光入射在透过光到第二光电转换层的像素上。
16.根据权利要求14所述的固态成像装置，其中代替所述光电转换部，在透过光到第二光电转换层的第一光电转换层的像素上形成不吸收光的层。
17.根据权利要求14所述的固态成像装置，其中入射到第一光电转换层的1个像素的光在水平和垂直方向上被第二光电转换层的三个以上的像素的光电转换部接收。
18.根据权利要求14所述的固态成像装置，还包括未透过光到第二光电转换层的遮光层。
19.根据权利要求18所述的固态成像装置，其中所述遮光层是配线层。
20.根据权利要求18所述的固态成像装置，其中所述遮光层是其上沉积有图案的玻璃层。
21.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中读取由第一光电转换层获得的信号的晶体管电路的位置在平面方向上不同于读取由第二光电转换层获得的信号的晶体管电路的位置。
22.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中第二光电转换层的多个像素还包括控制曝光的像素。
23.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中第一光电转换层的滤色片阵列是拜耳阵列。
24.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中第二光电转换层的像素行配置成仅对应于第一光电转换层的像素行的一部分。
25.根据权利要求1所述的固态成像装置，还包括夹在第一光电转换层和第二光电转换层之间的透明中间层。
26.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中逻辑电路形成在其上形成有第二光电转换层的基板上。
27.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中其上形成有第二光电转换层的基板是背面照射型的。
28.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中其上形成有第二光电转换层的基板配置在光学透镜侧的相对侧，并且接合到其上形成有电路的基板。
29.一种电子设备，包括固态成像装置，所述固态成像装置中叠置有具有以像素为单位分割的光电转换部的两层以上的光电转换层，
其中入射到靠近光学透镜的第一光电转换层的1个像素的光被远离所述光学透镜的第二光电转换层的多个像素的光电转换部接收，和
其中第一光电转换层的多个像素包括透过光到第二光电转换层的像素和未透过光到第二光电转换层的像素。
30.一种固态成像装置，包括：
其上形成有信号处理电路并且叠置的半导体基板；和
具有以像素为单位分割的光电转换部并且叠置的光电转换层，
其中所述半导体基板具有对应于所述光电转换层的1个像素并且透过光到所述光电转换层的透过像素，
其中入射到所述半导体基板的透过像素的光被所述光电转换层的多个像素的光电转换部接收，和通过使用由所述光电转换层的多个像素获得的位相差进行焦点控制，和
其中所述半导体基板包括未透过光到所述光电转换层的像素。
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