CN108886047B - 固态摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及能够更紧凑的固态摄像装置。该固态摄像装置通过层叠第一结构体和第二结构体而形成，第一结构体处形成有像素阵列单元，在像素阵列单元中用于执行光电转换的像素二维排列，第二结构体形成有用于将从像素输出的像素信号输出到该装置的外部的输出电路单元。输出电路单元、穿过构成第二结构体的一部分的半导体基板的贯通孔、以及连接到该装置的外部的外部信号输出端子位于第一结构体的像素阵列单元的下方。输出电路单元经由贯通孔连接到外部信号输出端子。该装置的最外表面是形成在像素阵列单元的片上透镜的顶层上的树脂层。例如，可采用本技术作为嵌入到可穿戴产品等中的固态摄像装置。

Description

固态摄像装置
技术领域
本发明涉及固态摄像装置，更具体地，涉及能够进一步减小设备尺 寸的固态摄像装置。
背景技术
现已提出将多个半导体基板层叠的构造等，以进一步减小诸如互补 金属氧化物半导体(CMOS：complementary metal oxide semiconductor) 图像传感器等固态摄像装置的尺寸(例如，参见专利文献1)。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开2014-72294号公报
发明内容
本发明要解决的问题
随着固态摄像装置的尺寸减小，相对于装置的平面尺寸而言，用于 获取输出信号的终端单元占据的面积变大，从而使小型化困难。
本发明是鉴于这种情况而作出的，能够进一步减小装置的尺寸。
解决问题的方案
根据本技术的第一方面的固态摄像装置是通过层叠第一结构体和第 二结构体而构成的，在第一结构体处形成有像素阵列单元，在像素阵列 单元中用于执行光电转换的像素二维地排列，在第二结构体处形成有输 出电路单元，输出电路单元用于将从像素输出的像素信号输出到装置的 外部，其中，输出电路单元、穿过构成第二结构体的一部分的半导体基 板的贯通孔、以及连接到装置外部的信号输出外部端子布置在第一结构 体的像素阵列单元的下方，输出电路单元通过贯通孔连接到信号输出外 部端子，并且装置的最外表面是形成在像素阵列单元的片上透镜的上层 上的树脂层。
根据本技术的第一方面，将第一结构体和第二结构体层叠来构造， 在第一结构体处形成有像素阵列单元，在像素阵列单元中用于执行光电 转换的像素二维地排列，在第二结构体处形成有输出电路单元，输出电 路单元用于将从像素输出的像素信号输出到装置的外部，输出电路单元、 穿过构成第二结构体的一部分的半导体基板的贯通孔、以及连接到装置 外部的信号输出外部端子布置在第一结构体的像素阵列单元的下方，输 出电路单元通过贯通孔连接到信号输出外部端子，并且装置的最外表面 是形成在像素阵列单元的片上透镜的上层上的树脂层。
根据本技术的第二方面的固态摄像装置是通过层叠第一结构体和第 二结构体而构成的，在第一结构体处形成有像素阵列单元，在像素阵列 单元中用于执行光电转换的像素二维地排列，在第二结构体处形成有输 出电路单元，输出电路单元用于将从像素输出的像素信号输出到装置的 外部，其中，输出电路单元、穿过构成第二结构体的一部分的半导体基 板的贯通孔、以及连接到装置外部的信号输出外部端子布置在第一结构 体的像素阵列单元的下方，输出电路单元通过贯通孔连接到信号输出外 部端子，并且装置的最外表面是形成在像素阵列单元的片上透镜的表面 上的抗反射膜。
根据本技术的第二方面，将第一结构体和第二结构体层叠来构造， 在第一结构体处形成有像素阵列单元，在像素阵列单元中用于执行光电 转换的像素二维地排列，在第二结构体处形成有输出电路单元，输出电 路单元用于将从像素输出的像素信号输出到装置的外部，输出电路单元、 穿过构成第二结构体的一部分的半导体基板的贯通孔、以及连接到装置 外部的信号输出外部端子布置在第一结构体的像素阵列单元的下方，输 出电路单元通过贯通孔连接到信号输出外部端子，并且装置的最外表面 是形成在像素阵列单元的片上透镜的表面上的抗反射膜。
根据本技术的第三方面的固态摄像装置是通过层叠第一结构体、位 于第一结构体上方的微透镜阵列基板或层叠透镜结构体、以及第二结构 体而构成的，在第一结构体处形成有像素阵列单元，在像素阵列单元中 用于执行光电转换的像素二维地排列，在第二结构体处形成有输出电路 单元，输出电路单元用于将从像素输出的像素信号输出到装置的外部， 其中，输出电路单元、穿过构成第二结构体的一部分的半导体基板的贯 通孔、以及连接到装置外部的信号输出外部端子布置在第一结构体的像 素阵列单元的下方，并且输出电路单元通过贯通孔连接到信号输出外部 端子。
根据本技术的第三方面，将第一结构体、位于第一结构体上方的微 透镜阵列基板或层叠透镜结构体、以及第二结构体层叠来构造，在第一 结构体处形成有像素阵列单元，在像素阵列单元中用于执行光电转换的 像素二维排列，在第二结构体处形成有输出电路单元，输出电路单元用 于将从像素输出的像素信号输出到装置的外部，输出电路单元、穿过构 成第二结构体的一部分的半导体基板的贯通孔、以及连接到装置外部的 信号输出外部端子布置在第一结构体的像素阵列单元的下方，并且输出 电路单元通过贯通孔连接到信号输出外部端子。
根据本技术的第四方面的固态摄像装置是通过层叠第一结构体和第 二结构体而构成的，在第一结构体处形成有像素阵列单元，在像素阵列 单元中用于执行光电转换的像素二维排列，在第二结构体处形成有输出 电路单元，输出电路单元用于将从像素输出的像素信号输出到装置的外 部，其中，输出电路单元、穿过构成第二结构体的一部分的半导体基板 的贯通孔、以及连接到装置外部的信号输出外部端子布置在第一结构体 的像素阵列单元的下方，输出电路单元通过贯通孔连接到信号输出外部 端子，并且装置的最外表面是形成在像素阵列单元的片上透镜的上层上 的荧光材料。
根据本技术的第四方面，将第一结构体和第二结构体层叠来构造， 在第一结构体处形成有像素阵列单元，在像素阵列单元中用于执行光电 转换的像素二维排列，在第二结构体处形成有输出电路单元，输出电路 单元用于将从像素输出的像素信号输出到装置的外部，输出电路单元、 穿过构成第二结构体的一部分的半导体基板的贯通孔、以及连接到装置 外部的信号输出外部端子布置在第一结构体的像素阵列单元的下方，输 出电路单元通过贯通孔连接到信号输出外部端子，并且装置的最外表面 是形成在像素阵列单元的片上透镜的上层上的荧光材料。
根据本技术的第五方面的固态摄像装置是通过层叠第一结构体和第 二结构体而构成的，在第一结构体处形成有像素阵列单元，在像素阵列 单元中用于执行光电转换的像素二维排列，在第二结构体处形成有输出 电路单元，输出电路单元用于将从像素输出的像素信号输出到装置的外 部，其中，输出电路单元、穿过构成第二结构体的一部分的半导体基板 的贯通孔、以及连接到装置外部的信号输出外部端子布置在第一结构体 的像素阵列单元的下方，输出电路单元通过贯通孔连接到信号输出外部 端子，并且装置的最外表面是形成在像素阵列单元的上层上且与荧光蛋 白反应的抗体。
根据本技术的第五方面，将第一结构体和第二结构体层叠来构造， 在第一结构体处形成有像素阵列单元，在像素阵列单元中用于执行光电 转换的像素二维排列，在第二结构体处形成有输出电路单元，输出电路 单元用于将从像素输出的像素信号输出到装置的外部，输出电路单元、 穿过构成第二结构体的一部分的半导体基板的贯通孔、以及连接到装置 外部的信号输出外部端子布置在第一结构体的像素阵列单元的下方，输 出电路单元通过贯通孔连接到信号输出外部端子，并且装置的最外表面 是形成在像素阵列单元的上层上且与荧光蛋白反应的抗体。
根据本技术的第六方面的固态摄像装置是通过层叠第一结构体和第 二结构体而构造的，在第一结构体处形成有像素阵列单元，在像素阵列 单元中用于执行光电转换的像素二维排列，在第二结构体处形成有输出 电路单元，输出电路单元用于将从像素输出的像素信号输出到装置的外 部，其中，输出电路单元、穿过构成第二结构体的一部分的半导体基板 的贯通孔、以及连接到装置外部的信号输出外部端子布置在第一结构体 的像素阵列单元的下方，输出电路单元通过贯通孔连接到信号输出外部 端子，并且装置的最外表面是形成在像素阵列单元的上层上且附有电荷 的化学改性膜。
根据本技术的第六方面，将第一结构体和第二结构体层叠来构造， 在第一结构体处形成有像素阵列单元，在像素阵列单元中用于执行光电 转换的像素二维排列，在第二结构体处形成有输出电路单元，输出电路 单元用于将从像素输出的像素信号输出到装置的外部，输出电路单元、 穿过构成第二结构体的一部分的半导体基板的贯通孔、以及连接到装置 外部的信号输出外部端子布置在第一结构体的像素阵列单元的下方，输 出电路单元通过贯通孔连接到信号输出外部端子，并且装置的最外表面 是形成在像素阵列单元的上层上且附有电荷的化学改性膜。
固态摄像装置可以是独立的装置，也可以是并入其他装置的模块。
本发明的效果
根据本发明的第一至第六方面，能够进一步减小装置的尺寸。
注意，这里说明的效果并不一定是限制性的，而可以是本发明中说 明的任何效果。
附图说明
图1是示出固态摄像装置的第一实施例的示意性结构的截面图。
图2是示出固态摄像装置的系统构造示例的框图。
图3是示出像素的电路布置构造示例的图。
图4是示出输入电路单元和输出电路单元的构造示例的图。
图5是示出固态摄像装置中的电路布置的第一电路布置构造示例的 图。
图6是示出沿着图5中的线A-A'截取的截面结构的图。
图7是示出固态摄像装置中的电路布置的第二电路布置构造示例的 图。
图8是示出沿着图7中的线B-B'截取的截面结构的图。
图9是示出作为比较例1的固态摄像装置的最终形状的截面的图。
图10是示出作为比较例2的固态摄像装置的最终形状的截面的图。
图11是示出作为比较例3的固态摄像装置的最终形状的截面的图。
图12是示出固态摄像装置中的电路布置的第三电路布置构造示例的 图。
图13是示出固态摄像装置中的电路布置的第四电路布置构造示例的 图。
图14是示出沿着图13中的线C-C'截取的截面结构的图。
图15是示出固态摄像装置中的电路布置的第五电路布置构造示例的 图。
图16是示出固态摄像装置中的电路布置的第六电路布置构造示例的 图。
图17是示出固态摄像装置中的电路布置的第七电路布置构造示例的 图。
图18是示出固态摄像装置中的电路布置的第八电路布置构造示例的 图。
图19是示出固态摄像装置中的电路布置的第九电路布置构造示例的 图。
图20是示出固态摄像装置中的电路布置的第十电路布置构造示例的 图。
图21是示出沿着图20中的线D-D'截取的截面结构的图。
图22是示出固态摄像装置中的电路布置的第十一电路布置构造示例 的图。
图23是固态摄像装置1的外周附近的放大截面图。
图24是示出具有双接触结构的固态摄像装置的制造方法的图。
图25是示出具有双接触结构的固态摄像装置的制造方法的图。
图26是示出具有双接触结构的固态摄像装置的制造方法的图。
图27是示出具有双接触结构的固态摄像装置的制造方法的图。
图28是示出具有双接触结构的固态摄像装置的制造方法的图。
图29是示出具有双接触结构的固态摄像装置的制造方法的图。
图30是示出具有双接触结构的固态摄像装置的制造方法的图。
图31是示出具有双接触结构的固态摄像装置的制造方法的图。
图32是示出具有双接触结构的固态摄像装置的制造方法的图。
图33是示出具有双接触结构的固态摄像装置的制造方法的图。
图34是示出具有双接触结构的固态摄像装置的制造方法的图。
图35是示出具有双接触结构的固态摄像装置的制造方法的图。
图36是示出具有双接触结构的固态摄像装置的制造方法的图。
图37是示出具有双接触结构的固态摄像装置的制造方法的图。
图38是示出具有双接触结构的固态摄像装置的制造方法的图。
图39是示出具有图5中的Cu-Cu直接键合结构的固态摄像装置的制 造方法的图。
图40是示出具有图5中的Cu-Cu直接键合结构的固态摄像装置的制 造方法的图。
图41是示出具有图5中的Cu-Cu直接键合结构的固态摄像装置的制 造方法的图。
图42是示出具有图5中的Cu-Cu直接键合结构的固态摄像装置的制 造方法的图。
图43是示出具有图5中的Cu-Cu直接键合结构的固态摄像装置的制 造方法的图。
图44示出了固态摄像装置的进一步变形例1。
图45示出了固态摄像装置的进一步变形例2。
图46示出了固态摄像装置的进一步变形例3。
图47示出了固态摄像装置的进一步变形例4。
图48是示出固态摄像装置的第二实施例的示意性结构的截面图。
图49是示出固态摄像装置的第三实施例的示意性结构的截面图。
图50是示出固态摄像装置的第四实施例的示意性结构的截面图。
图51是示出固态摄像装置的第五实施例的示意性结构的截面图。
图52是示出固态摄像装置的第六实施例的示意性结构的截面图。
图53是示出根据第二实施例的固态摄像装置的安装示例的图。
图54是示出根据第六实施例的固态摄像装置的安装示例的图。
图55是示出根据第四实施例的固态摄像装置的制造方法的图。
图56是示出根据第四实施例的固态摄像装置的制造方法的图。
图57是示出根据第四实施例的固态摄像装置的制造方法的图。
图58是示出根据第四实施例的固态摄像装置的制造方法的图。
图59是示出根据第四实施例的固态摄像装置的制造方法的图。
图60是示出根据第四实施例的固态摄像装置的制造方法的图。
图61是示出根据第四实施例的固态摄像装置的制造方法的图。
图62是示出根据第四实施例的固态摄像装置的制造方法的图。
图63是示出根据第四实施例的固态摄像装置的制造方法的图。
图64是示出根据第四实施例的固态摄像装置的制造方法的图。
图65是示出根据第四实施例的固态摄像装置的制造方法的图。
图66是示出根据第四实施例的固态摄像装置的制造方法的图。
图67是示出根据第四实施例的固态摄像装置的制造方法的图。
图68是示出根据第四实施例的固态摄像装置的制造方法的图。
图69是示出根据第四实施例的固态摄像装置的制造方法的图。
图70是示出根据第四实施例的固态摄像装置的制造方法的图。
图71是示出根据第五实施例和第六实施例的固态摄像装置的制造方 法的图。
图72是示出根据第五实施例和第六实施例的固态摄像装置的制造方 法的图。
图73是示出固态摄像装置的第七实施例的示意性结构的截面图。
图74是示出根据第七实施例的固态摄像装置的制造方法的图。
图75是示出根据第七实施例的固态摄像装置的制造方法的图。
图76是示出根据第七实施例的固态摄像装置的制造方法的图。
图77是示出根据第七实施例的固态摄像装置的制造方法的图。
图78是示出根据第七实施例的固态摄像装置的制造方法的图。
图79是示出固态摄像装置由三层层叠结构体构成的示例的图。
图80是示出固态摄像装置由三层层叠结构体构成的示例的图。
图81是示出作为应用本技术的电子设备的摄像装置的构造示例的框 图。
图82是示出图1中的固态摄像装置的使用示例的图。
具体实施方式
在下文中，将说明实施本技术的方式(在下文中称为实施例)。注意， 按以下顺序进行说明。
1.固态摄像装置的第一实施例
2.固态摄像装置的系统构造
3.像素的电路布置构造示例
4.输入电路和输出电路的构造示例
5.固态摄像装置的电路布置构造示例
6.固态摄像装置的截面结构
7.在使用另一上下配线连接结构的情况下的固态摄像装置的电路布 置
8.与其他固态摄像装置的比较例
9.固态摄像装置的其他电路布置构造示例
10.固态摄像装置的详细结构
11.第一实施例的制造方法
12.其他变形例
13.固态摄像装置的第二实施例
14.固态摄像装置的第三实施例
15.固态摄像装置的第四实施例
16.固态摄像装置的第五实施例
17.固态摄像装置的第六实施例
18.固态摄像装置的安装示例
19.第四实施例的制造方法
20.固态摄像装置的第七实施例
21.第七实施例的制造方法
22.三层层叠结构体的示例
23.电子设备的应用示例
24.图像传感器的使用示例
<1.固态摄像装置的第一实施例>
图1示出了作为采用本技术的半导体装置的固态摄像装置的第一实 施例的示意性结构。
图1所示的固态摄像装置1将沿着图中箭头方向入射到装置上的光 或电磁波转换成电信号。在下文中，在本发明中为了方便起见，作为示 例将说明用于将作为要被转换成电信号的目标的光转换成电信号的装 置。
固态摄像装置1包括：层叠有第一结构体11和第二结构体12的层 叠结构体13、外部端子14以及形成在第一结构体11上侧的保护基板18。 注意，在下文中，为了方便，将第一结构体11称为上结构体11，将第二 结构体12称为下结构体12，其中，在图1中，光入射至装置的入射面侧 是上侧，装置的与入射面相对的另一面的那侧是下侧。
如稍后将描述的，该固态摄像装置1通过如下方式形成：将构成上 结构体11的一部分的半导体基板(晶片)、构成下结构体12的一部分的 半导体基板(晶片)以及晶圆级的保护基板18贴合在一起，然后将其单 片化为单个固态摄像装置1。
在单片化之前，上结构体11是在半导体基板(晶片)上形成有用于 将入射光转换成电信号的像素的结构体。例如，该像素包括用于光电转 换的光电二极管(PD)以及用于控制光电转换操作和光电转换的电信号 的读出操作的多个像素晶体管。在单片化之后，固态摄像装置1中所包 括的上结构体11在某些情况下可以称为上芯片、图像传感器基板或者图像传感器芯片。
期望的是，固态摄像装置1中所包括的像素晶体管例如是MOS晶体 管。
在上结构体11的上面，例如，形成有红色(R)、绿色(G)或蓝色 (B)的滤色器15和片上透镜16。在片上透镜16的上侧，布置有用于 保护固态摄像装置1的结构件(特别是片上透镜16和滤色器15)的保护 基板18。例如，保护基板18是透明玻璃基板。当保护基板18的硬度高 于片上透镜16的硬度时，其保护片上透镜16的作用得到增强。
在单片化之前，下结构体12是在半导体基板(晶片)上形成有包括 晶体管和配线的半导体电路的结构体。在单片化之后，固态摄像装置1 中所包括的下结构体12在某些情况下可以称为下芯片、信号处理基板或 者信号处理芯片。在下结构体12处，形成有用于与装置外部的配线(未 示出)电连接的多个外部端子14。例如，外部端子14是焊球。
固态摄像装置1形成无腔结构，其中，保护基板18通过设置在片上 透镜16上的密封树脂17固定至上结构体11的上侧或片上透镜16的上 侧。由于密封树脂17的硬度低于保护基板18的硬度，所以与不存在密 封树脂的情况相比，密封树脂17能够用于减轻从固态摄像装置1的外部 施加到保护基板18的应力传递到装置内部。
注意，作为与无腔结构不同的结构，固态摄像装置1也可以形成空 腔结构，其中，在上结构体11的上表面上形成柱状或壁状结构，并且保 护基板18被固定至柱状或壁状结构，使得以一定间隙被支撑在片上透镜 16的上方。
<2.固态摄像装置的系统构造>
图2是示出固态摄像装置1的系统构造示例的框图。
图2中的固态摄像装置1包括像素阵列单元24，其中，各自具有光 电转换单元(PD)的多个像素31在行方向和列方向上排列。
像素阵列单元24包括用于逐行驱动像素31的行驱动信号线32和用 于读出以各行为单位驱动的多个像素31的光电转换而产生的信号的垂直 信号线(列读出线)33。如图2所示，在行方向上排列的多个像素31连 接到一条行驱动信号线32。在列方向上排列的多个像素31连接到一条垂 直信号线33。
固态摄像装置1进一步包括行驱动单元22和列信号处理单元25。
例如，行驱动单元22包括确定用于驱动像素的行的位置的行地址控 制单元(换句话说，行解码器单元)以及产生用于驱动像素31的信号的 行驱动电路单元。
例如，列信号处理单元25包括连接到垂直信号线33并与像素31形 成源极跟随器电路的负载电路单元。此外，列信号处理单元25可以包括 用于放大通过垂直信号线33从像素31读出的信号的放大器电路单元。 此外，列信号处理单元25可以进一步包括噪声处理单元，其用于从因光 电转换而从像素31读出的信号中去除系统噪声电平。
列信号处理单元25包括模数转换器(ADC：analog-to-digital converter)，其用于将从像素31读出的信号或经噪声处理的模拟信号转 换成数字信号。ADC包括：比较器单元，其用于将作为转换目标的模拟 信号与作为比较目标的参考扫描信号进行比较；以及计数器单元，其测 量比较器单元中的比较结果反转之前的时间。列信号处理单元25可以进一步包括用于执行对扫描读出列的控制的水平扫描电路单元。
固态摄像装置1进一步包括时序控制单元23。基于输入到装置中的 参考时钟信号或时序控制信号，时序控制单元23将控制时序的信号提供 给行驱动单元22和列信号处理单元25。以下，在本发明中，行驱动单元 22、列信号处理单元25和时序控制单元23中的所有或一部分在某些情 况下可以简称为像素周边电路单元、周边电路单元或控制电路部。
固态摄像装置1进一步包括图像信号处理单元26。图像信号处理单 元26是用于对由光电转换而获得的数据(换句话说，由于固态摄像装置 1中的摄像操作而获得的数据)执行各种信号处理的电路。例如，图像信 号处理单元26配置成包括图像信号处理电路单元和数据保持单元。图像 信号处理单元26可以进一步包括处理器单元。
在图像信号处理单元26中执行的信号处理的一个示例是色调曲线校 正处理，其中，在成像数据是通过拍摄暗对象而获得的数据的情况下， 对经过AD转换的成像数据给予较多的色调，而在成像数据是通过拍摄 亮对象而获得的数据的情况下，对成像数据给予较少的色调。在这种情 况下，希望预先将色调曲线的特征数据存储在图像信号处理单元26的数 据保持单元中，以用于成像数据的色调被校正的色调曲线类型的基础。
固态摄像装置1进一步包括输入单元21A。例如，输入单元21A将 参考时钟信号、诸如垂直同步信号和水平同步信号等时序控制信号、以 及储存在图像信号处理单元26的数据保持单元中的特征数据等从装置的 外部输入到固态摄像装置1中。输入单元21A包括：输入端子41，其是 用于将数据输入到固态摄像装置1中的外部端子14；以及输入电路单元42，其将输入到输入端子41中的信号输入到固态摄像装置1的内部。
输入单元21A进一步包括输入幅度改变单元43，其将输入电路单元 42输入的信号的幅度改变为在固态摄像装置1内易于使用的幅度。
输入单元21A进一步包括用于改变输入数据的数据字符串的排列方 式的输入数据转换电路单元44。例如，输入数据转换电路单元44是接收 串行信号作为输入数据并将串行信号转换成并行信号的串行-并行转换 电路。
注意，在某些情况下，可以省略输入幅度改变单元43和输入数据转 换电路单元44。
在固态摄像装置1连接到诸如闪存、SRAM或DRAM等外部存储装 置的情况下，输入单元21A可进一步包括从这些外部存储装置接收数据 的存储器接口电路。
固态摄像装置1进一步包括输出单元21B。输出单元21B从固态摄 像装置1向装置的外部输出由固态摄像装置1获取的图像数据和经过图 像信号处理单元26进行信号处理的图像数据。输出单元21B包括：输出 端子48，其是用于从固态摄像装置1向装置的外部输出数据的外部端子 14；以及输出电路单元47，其是从固态摄像装置1的内部向装置的外部输出数据的电路和用于驱动固态摄像装置1外的连接到输出端子48的外 部配线的电路。
输出单元21B进一步包括输出幅度改变单元46，其将固态摄像装置 1内所使用的信号的幅度变为连接到固态摄像装置1的外部的外部装置 易于使用的幅度。
输出单元21B进一步包括用于改变输出数据的数据字符串的排列的 输出数据转换电路单元45。例如，输出数据转换电路单元45是将固态摄 像装置1内使用的并行信号转换成串行信号的并行-串行转换电路。
在某些情况下，可以省略输出数据转换电路单元45和输出幅度改变 单元46。
在固态摄像装置1连接到诸如闪存、SRAM或DRAM等外部存储装 置的情况下，输出单元21B能够进一步包括将数据输出到这些外部存储 装置的存储器接口电路。
注意，在本发明中，为了方便起见，在某些情况下，包括输入单元 21A和输出单元21B中的两者或至少一者的电路块可以被称为输入/输出 单元21。此外，在某些情况下，包括输入电路单元42和输出电路单元 47中的两者或至少一者的电路单元可以被称为输入/输出电路单元49。
<3.像素的电路布置构造示例>
图3示出了根据第一实施例的固态摄像装置1的像素31的电路布置 构造示例。
像素31具有作为光电转换元件的光电二极管51、传输晶体管52、 浮动扩散部(FD)53、复位晶体管54、放大晶体管55和选择晶体管56。
光电二极管51根据所接收的光量产生并累积电荷(信号电荷)。光 电二极管51的阳极端子接地，其阴极端子通过传输晶体管52连接到FD 53。
当通过传输信号TR而被导通时，传输晶体管52读出由光电二极管 51产生的电荷并将电荷传输到FD 53。
FD 53保持从光电二极管51读出的电荷。当通过复位信号RST而被 导通时，复位晶体管54通过将FD 53中累积的电荷排放到漏极(恒压源Vdd)来复位FD 53的电位。
放大晶体管55输出与FD 53的电位对应的像素信号。即，放大晶体 管55与经由垂直信号线33连接的作为恒流源的负载MOS(未示出)一 起构成源极跟随器电路，并且表示与FD 53中累积的电荷对应的电平的 像素信号从放大晶体管55经由选择晶体管56和垂直信号线33输出到列 信号处理单元25。
选择晶体管56在通过选择信号SEL选择像素31时导通，并通过垂 直信号线33将像素31的像素信号输出到列信号处理单元25。用于传输 传输信号TR、选择信号SEL和复位信号RST的每条信号线对应于图2 中的行驱动信号线32。
像素31能够按如上所述的方式来构造。然而，该构造不限于这种构 造，也可采用其他构造。
<4.输入电路单元和输出电路单元的构造示例>
图4示出了根据第一实施例的固态摄像装置1的输入单元21A所包 括的输入电路单元42和输出单元21B所包括的输出电路单元47的电路 布置构造示例。
注意，输入/输出电路单元49可以通过针对一个外部端子14包括输 入电路单元42和输出电路单元47中的一者来构造，或者可以被构造为 并行地包括输入电路单元42和输出电路单元47的双向输入/输出电路。
输入电路单元42是具有如下特征的电路。
(1)输入电路单元42是对以下数据具有相同逻辑的电路或者仅对 以下数据进行反转：从固态摄像装置1的输入端子41输入到输入电路单 元42中的数据和从输入电路单元42输出到固态摄像装置1的内部电路 的数据。换句话说，输入电路单元42是不改变信号字符串中数据排列的 电路。换句话说，输入电路单元42是不改变信号字符串中逻辑的“1” 和“0”或者“高”和“低”的切换位置的电路。
(2)输入电路单元42是将输入到固态摄像装置1的输入端子41中 的信号的电压幅度转换成对于在输入电路单元42后面布置的电路(换句 话说，在固态摄像装置1内用于接收的电路)而言优选的电压幅度的电 路。在某些情况下，该电路将输入到电路中的数据转换为电压幅度减小 的方向。
(2)’可替代地，输入电路单元42是如下电路：将输入到输入电路 单元42中的信号(例如，LVDS的小幅度差分信号)转换为对于输入电 路单元42后面布置的电路(换句话说，在固态摄像装置1内用于接收的 电路)而言优选的格式或电压幅度(例如，单端全摆幅数字信号)输出。 在某些情况下，该电路将输入到电路中的数据转换为电压幅度增加的方 向。
(3)此外，在过多的噪声被输入到输入电路单元42中的情况下， 输入电路单元42在某些情况下可以包括保护电路，该保护电路不将这样 的噪声传播到布置在输入电路单元42后面的电路(换句话说，设置在固 态摄像装置1内的电路)并阻挡噪声。
输出电路单元47是具有以下特征的电路。
(1)输出电路单元47是对以下数据具有相同逻辑的电路或仅对以 下数据进行反转：从固态摄像装置1的内部电路输入到输出电路单元47 的数据和通过固态摄像装置1的输出端子48从输出电路单元47输出到 固态摄像装置1的外部的数据。换句话说，输出电路单元47是不改变信 号字符串中数据排列的电路。换句话说，输出电路单元47是不改变信号字符串中逻辑的“1”和“0”或“高”和“低”的切换位置的电路。
(2)输出电路单元47是增强用于驱动固态摄像装置1的输出端子 48与连接到固态摄像装置1的外部元件之间的信号线的电流能力的电 路。可替代地，输出电路单元47是增大信号线的电压幅度的电路。在某 些情况下，该电路将输入到电路中的数据转换为电压幅度增加的方向。
(2)’可替代地，输出电路单元47是如下电路：将从固态摄像装置 1的内部电路输入到输出电路单元47的信号(例如，单端全摆幅数字信 号)转换成对于连接到输出端子48以接收信号的外部元件而言优选的格 式或电压幅度(例如，LVDS的小幅度差分信号)以被输出。在某些情况 下，该电路将输入到电路中的数据转换为电压幅度减小的方向。
如图4所示，包括输入电路单元42和输出电路单元47中至少一者 的输入/输出电路单元49包括至少一个晶体管。在本发明中，为了方便 起见，在某些情况下，包括在输入/输出电路单元49中的晶体管可以被 称为输入/输出晶体管。输入/输出电路单元49可以包括反相器电路、缓 冲电路等，或者可以进一步包括控制输入操作或输出操作的使能电路。
输入电路单元42或输出电路单元47还能通过适当地设置电路中使 用的电源电压来用作输入信号或输出信号的幅度改变单元。例如，在如 下情况下，即固态摄像装置1的像素周边电路单元的一部分或图像信号 处理单元26中的信号幅度是V2，而从固态摄像装置1的外部输入到输 入端子41的信号幅度或从输出端子48输出到固态摄像装置1的外部的 信号幅度是V1，其中V1大于V2，当输入电路单元42或输出电路单元 47的电路例如是图4所述的电路时，通过将更接近固态摄像装置1的内 部电路的反相器的电源电压设为V2，并且将位于固态摄像装置1的向外 方向上的反相器的电源电压设为V1，输入电路单元42能从外部接收幅 度为V1的信号，并将其幅度减小至V2，以使该信号被输入到固态摄像 装置1的内部电路，并且输出电路单元47能从固态摄像装置1的内部电 路接收幅度为V2的信号，并将其幅度增大到V1，以使该信号被输出到 外部。注意，在将图4所示的电压V1和V2设为相同电压的情况下，该 构造不具有改变信号幅度的功能。
注意，在包括以上描述的本发明中，在某些情况下，晶体管电路中 的参考电压(在图4中电路的情况下的接地电压)与作为提供给电路的 电源电压且不同于参考电压的电压(例如，在图4中电路的情况下的V1) 之间的电压差可以被简称为电源电压。
<5.固态摄像装置的电路布置构造示例>
接着，将描述根据第一实施例的固态摄像装置1的电路布置，即，
图2所示的固态摄像装置1的各模块如何分别安装在上结构体11和下结 构体12中。
图5是示出固态摄像装置1中的电路布置的第一电路布置构造示例 的图。
在第一电路布置构造示例中，像素阵列单元24布置在上结构体11 处。
在固态摄像装置1中包括的像素周边电路单元之中，行驱动单元22 的一部分布置在上结构体11处，并且行驱动单元22的一部分布置在下 结构体12处。例如，在行驱动单元22中，行驱动电路单元布置在上结 构体11处，并且行解码器单元布置在下结构体12处。
布置在上结构体11处的行驱动单元22在行方向上布置在像素阵列 单元24的外侧，布置在下结构体12处的行驱动单元22至少部分地布置 在上结构体11中包括的行驱动单元22的下侧。
在固态摄像装置1所包括的像素周边电路单元之中，列信号处理单 元25的一部分布置在上结构体11处，并且列信号处理单元25的一部分 布置在下结构体12处。例如，在列信号处理单元25中，ADC的负载电 路单元、放大器电路单元、噪声处理单元和比较器单元布置在上结构体 11处，并且ADC的计数器单元布置在下结构体12处。
布置在上结构体11处的列信号处理单元25在列方向上布置在像素 阵列单元24外侧，布置在下结构体12处的列信号处理单元25至少部分 地布置在上结构体11中包括的列信号处理单元25的下侧。
在布置在上结构体11处的行驱动单元22的外侧和布置在下结构体 12处的行驱动单元22的外侧布置有配线连接单元29，以连接这两个行 驱动单元22的配线。
在布置在上结构体11处的列信号处理单元25的外侧和布置在下结 构体12处的列信号处理单元25的外侧也布置有配线连接单元29，以连 接这两个列信号处理单元25的配线。对于这些配线连接单元29，使用稍 后通过图6进行描述的配线连接结构。
在布置在下结构体12处的行驱动单元22和列信号处理单元25的内 侧布置图像信号处理单元26。
在下结构体12处，在位于上结构体11的像素阵列单元24的下侧的 区域中布置输入/输出电路单元49。
输入/输出电路单元49是包括输入电路单元42和输出电路单元47 中的两者或至少一者的电路单元。在输入/输出电路单元49由输入电路 单元42和输出电路单元47构成的情况下，输入/输出电路单元49针对 每个外部端子14划分，并且多个输入/输出电路单元49布置在下结构体 12处。在输入/输出电路单元49仅由输入电路单元42构成的情况下，输 入电路单元42针对每个外部端子14(输入端子41)划分，并且多个输 入电路单元42布置在下结构体12处。在输入/输出电路单元49仅由输 出电路单元47构成的情况下，输出电路单元47针对每个外部端子14(输 出端子48)划分，并且多个输出电路单元47布置在下结构体12处。在 多个这些被划分布置的输入/输出电路单元49中的每一个周围布置有图 像信号处理单元26。换句话说，输入/输出电路单元49布置在布置有图 像信号处理单元26的区域中。
注意，在下结构体12处，可以在上结构体11的行驱动单元22的下 侧或列信号处理单元25的下侧的区域中布置输入/输出电路单元49。
换句话说，输入/输出电路单元49能够布置在形成有外部端子14的 下结构体12侧的任何区域中以及上结构体11的像素阵列单元24的区域 下方或上结构体11的像素周边电路单元(形成在图6中的像素周边电路 区域313中的上结构体11处的电路单元)下方。
注意，在布置有输入端子41、输入电路单元42、输出电路单元47 和输出端子48的区域中，可以在根据第一实施例(包括稍后描述的其他 构造示例)的固态摄像装置1中布置电源端子和接地端子来代替以上这 些构件。
在布置在下结构体12处的晶体管电路之中，构成输入电路单元42 和输出电路单元47的晶体管电路的电源电压可以高于构成图像信号处理 单元26的晶体管电路的电源电压。
例如，构成输入电路单元42和输出电路单元47的晶体管电路的电 源电压可以是1.8V～3.3V，而构成图像信号处理单元26的晶体管电路的 电源电压可以是1.2V～1.5V。由于前者(构成输入电路单元42和输出电 路单元47的晶体管电路)的电源电压和后者(构成图像信号处理单元26 的晶体管电路)的电源电压不同，所以，期望的是，在输入电路单元42和输出电路47中施加电源电压的阱区域与在该阱区域周围布置的图像信 号处理单元26中施加电源电压的阱区域被间隔开，并且间隔距离(所谓 的阱隔离区域的宽度)大于在图像信号处理单元26中施加电源电压的多 个阱区域之间设置的距离。
此外，输入电路单元42和输出电路单元47中所包括的元件隔离区 域的深度可以比图像信号处理单元26中所包括的元件隔离区域的深度 深。此外，期望的是，输入电路单元42和输出电路单元47中所包括的 晶体管的栅极长度比图像信号处理单元26中所包括的晶体管的栅极长度 长。
在固态摄像装置1中包括的像素周边电路单元之中，构成布置在上 结构体11处的像素周边电路单元的一部分(例如，列信号处理单元25 中包括的负载电路单元、放大电路单元、噪声处理单元和ADC的比较器 单元中的一者)的晶体管电路的电源电压可以高于构成布置在下结构体 12处的像素周边电路单元的一部分(例如，列信号处理单元25中包括的ADC的计数器单元)的晶体管电路的电源电压。作为示例，构成前者(布 置在上结构体11处的像素周边电路单元，例如，列信号处理单元25中 包括的ADC的负载电路单元、放大电路单元、噪声处理单元和比较器单 元中的一者)的晶体管电路的电源电压可以是1.8V～3.3V，后者(布置 在下结构体12处的像素周边电路单元，例如，ADC的计数器单元)的 晶体管电路的电源电压可以是1.2V～1.5V。后者晶体管电路的电源电压 可以与构成布置在下结构体12处的图像信号处理单元26的晶体管电路 的电源电压相同。由于前者晶体管电路的电源电压高于后者晶体管电路 的电源电压，所以期望的是，在前者晶体管电路中施加电源电压的多个 阱区域之间设置的距离大于在后者晶体管电路中施加电源电压的多个阱 区域之间设置的距离。此外，期望的是，前者晶体管电路中所包括的元 件隔离区域的深度深于后者晶体管电路中所包括的元件隔离区域的深 度。此外，期望的是，前者晶体管电路中所包括的晶体管的栅极长度长 于后者晶体管电路中所包括的晶体管的栅极长度。
此外，构成布置在上结构体11处的像素31的像素晶体管电路的电 源电压可以与构成布置在上结构体11处的像素周边电路单元(例如，列 信号处理单元25中所包括的ADC的负载电路单元、放大电路单元、噪 声处理单元和比较器单元中的一者)的晶体管电路的电源电压相同。
构成布置在上结构体11处的像素31的像素晶体管电路的电源电压 可以高于构成布置在下结构体12处的像素周边电路单元(例如，ADC 的计数器单元)或图像信号处理单元26的晶体管电路的电源电压。因此， 在将具有挖掘半导体基板的结构的元件隔离区域用作元件隔离区域的情 况下，在布置于上结构体11处的像素晶体管周围设置的元件隔离区域的 一部分的深度可以深于在布置于下结构体12处的像素周边电路单元或图 像信号处理单元26的晶体管周围设置的元件隔离区域的深度。可替代地， 作为像素晶体管周围的元件隔离区域，代替挖掘半导体基板的元件隔离 区域地，形成杂质区域(具有与像素晶体管的扩散层区域的导电类型相 反的导电类型)的元件隔离区域可部分地用于像素晶体管周围。
此外，布置在上结构体11处的像素晶体管的栅极长度可以长于布置 在下结构体12处的像素周边电路单元或图像信号处理单元26的晶体管 的栅极长度。另一方面，为了抑制担心因元件隔离区域加深而引起噪声 电荷增加的元件隔离区域附近出现噪声电荷，在布置于上结构体11处的 像素晶体管周围设置的元件隔离区域的深度可以比在构成布置于上结构 体11处的像素周边电路单元的晶体管周围设置的元件隔离区域的深度 浅。可替代地，作为像素晶体管周围的元件隔离区域，代替挖掘半导体 基板的元件隔离区域地，形成杂质区域(具有与像素晶体管的扩散层区 域的导电类型相反的导电类型)的元件隔离区域可部分地用在像素晶体 管周围。
<6.固态摄像装置的截面结构>
将参照图6进一步描述根据第一实施例的固态摄像装置1的截面结 构和电路布置。
图6是示出沿着图5中的线A-A'截取的固态摄像装置1的截面结构 的图。注意，为方便起见，用稍后所述的本技术的另一构造示例中的截 面结构代替图6的一部分来说明。
在包括设置在固态摄像装置1中的上结构体11及其上方的部分处， 布置有像素阵列单元24，其中，多个片上透镜16、滤色器15和各自具 有像素晶体管和光电二极管51的像素31以阵列方式布置。在像素阵列 单元24的区域(像素阵列区域)中，还布置有像素晶体管区域301。像 素晶体管区域301是形成有传输晶体管52、放大晶体管55和复位晶体管 54之中的至少一个像素晶体管的区域。
多个外部端子14被布置在以下区域中：该区域在下结构体12中所 包括的半导体基板81的下表面上，并且位于上结构体11中所包括的像 素阵列单元24下方。
注意，在对图6的描述中，“在下结构体12中所包括的半导体基板 81的下表面上并且位于上结构体11中所包括的像素阵列单元24下方的 区域”被称为第一特定区域，“在下结构体12中所包括的半导体基板81 的上表面上并且位于上结构体11中所包括的像素阵列单元24下方的区 域”被称为第二特定区域。
布置在第一特定区域中的多个外部端子14的至少一部分是用于从外 部向固态摄像装置1输入信号的信号输入端子14A或者用于从固态摄像 装置1向外部输出信号的信号输出端子14B。换句话说，信号输入端子 14A和信号输出端子14B是从外部端子14之中除了电源端子和接地端子 之外的外部端子14。在本发明中，信号输入端子14A或信号输出端子14B 被称为信号输入/输出端子14C。
穿透半导体基板81的贯通孔88布置在信号输入/输出端子14C附近 的第一特定区域中。注意，在本发明中，在某些情况下，穿透半导体基 板81的通孔和形成在通孔内的通孔配线可以共同简称为贯通孔88。
期望的是，该贯通孔具有通过从半导体基板81的下表面挖掘到导电 焊盘322(在下文中，在某些情况下可以称为通孔焊盘322)而形成的结 构，该导电焊盘322是布置在半导体基板81的上表面上方的多层配线层 82的一部分，并且是通孔的末端(底部)。
布置在第一特定区域中的信号输入/输出端子14C电连接到也布置在 第一特定区域中的贯通孔88(更具体地，电连接至形成在贯通孔内的通 孔配线)。
在信号输入/输出端子14C和贯通孔附近的区域中，包括输入电路单 元42或输出电路单元47的输入/输出电路单元49布置在第二特定区域 中。
布置在第一特定区域中的信号输入/输出端子14C通过贯通孔88和 通孔焊盘322或者多层配线层82的一部分电连接到输入/输出电路单元 49。
布置有输入/输出电路单元49的区域被称为输入/输出电路区域311。 在下结构体12中包括的半导体基板81的上表面上，信号处理电路区域 312与输入/输出电路区域311相邻地形成。信号处理电路区域312是形 成有参照图2说明的图像信号处理单元26的区域。
将布置有包括参照图2所述的行驱动单元22和列信号处理单元25 的全部或一部分的像素周边电路单元的区域称为像素周边电路区域313。 像素周边电路区域313布置在以下区域中：在上结构体11中所包括的半 导体基板101的下表面上以及下结构体12中所包括的半导体基板81的 上表面上的像素阵列单元24外部的区域。
信号输入/输出端子14C可以布置在下结构体12处布置的输入/输出 电路区域311的下部区域中，或者可以布置在信号处理电路区域312的 下部区域中。可替代地，信号输入/输出端子14C可以布置在像素周边电 路单元(例如布置在下结构体12处的行驱动单元22或列信号处理单元 25)的下侧。
在本发明中，在某些情况下，可以将配线连接结构(其连接上结构 体11的多层配线层102中包括的配线和下结构体12的多层配线层82中 包括的配线)称为上下配线连接结构，并且在某些情况下，可以将布置 有该结构的区域称为上下配线连接区域314。
通过从上结构体11的上表面穿透半导体基板101到达多层配线层 102的第一贯通电极(硅穿透电极)109、从上结构体11的上表面穿透半 导体基板101和多层配线层102到达下结构体12的多层配线层82的第 二贯通电极(芯片贯通电极)105、以及用于连接这两个贯通电极(硅贯 通孔(TSV))的连接配线106，来形成上下配线连接结构。在本发明中， 在某些情况下，可以将这样的上下配线连接结构称为双接触结构。
在像素周边电路区域313外部布置上下配线连接区域314。
在第一实施例中，像素周边电路区域313形成在上结构体11和下结 构体12中，但是也可仅形成在这两个结构体中的一个中。
此外，在第一实施例中，上下配线连接区域314在像素周边电路区 域313外布置在像素阵列单元24外，但是也可以在像素周边电路区域313 内布置在像素阵列单元24外。
此外，在第一实施例中，采用双接触结构作为电连接上结构体11的 多层配线层102和下结构体12的多层配线层82的结构，该双接触结构 通过使用两个贯通电极(硅贯通电极109和芯片贯通电极105)来连接各 层。
例如，电连接上结构体11的多层配线层102和下结构体12的多层 配线层82的结构可以是共用接触结构，在共用接触结构中，上结构体11 的配线层103和下结构体12的配线层83共同连接到一个贯通电极。
<7.在使用另一上下配线连接结构的情况下的固态摄像装置的电路 布置>
在使用另一上下配线连接结构的情况下，将参照图7和图8描述固 态摄像装置的1的电路布置和截面结构。
图8是示出在使用与图6所示的上下配线连接结构不同的结构的情 况下沿着图7的线B-B'截取的固态摄像装置1的截面结构的图。注意， 为方便起见，用稍后描述的本技术的另一构造示例中的截面结构替换图8 的一部分来描述。
在图8的像素周边电路区域313中，在多层配线层102的最下面处 (换句话说，在上结构体11和下结构体12的接合面处)布置有上结构 体11的多层配线层102的配线的一部分。此外，在多层配线层82的最 上面处(换句话说，在上结构体11和下结构体12的接合面处)也布置 有下结构体12的多层配线层82的配线的一部分。此外，多层配线层102 的配线的一部分和多层配线层82的配线的一部分布置在该接合面上基本 相同的位置处，并且这些配线彼此电连接。将配线彼此电连接的方式可 以是将两条配线直接接触的方式，或者可以是在两个配线之间形成薄绝 缘膜或高电阻膜的方式，其中，所形成的膜部分地导电。可替代地，该 方式可以是在两个配线之间形成薄绝缘膜或高电阻膜的方式，其中，两 个配线通过电容耦合传播电信号。
在本发明中，在某些情况下，可以将该结构(其中，在接合面上基 本相同的位置处形成上结构体11的多层配线层102的配线的一部分和下 结构体12的多层配线层82的配线的一部分，并且两个配线彼此电连接) 统称为上下配线直接连接结构或简称为配线直接连接结构。
例如，基本相同的位置的具体示例可以包括：在固态摄像装置1的 平面图中，电连接的两个配线的至少一部分在从上侧到下侧的方向上重 叠的位置。例如，在将铜(Cu)用作连接两个配线的材料的情况下，可 以将该连接结构称为Cu-Cu直接键合结构或简称为Cu-Cu键合结构。
在使用上下配线直接连接结构的情况下，该连接结构可布置在像素 阵列单元24的外部。可替代地，该连接结构能够布置在上结构体11中 包括的像素周边电路区域313内和下结构体12中包括的像素周边电路区 域313内。更具体地，在构成上下配线直接连接结构的配线之中，布置 在接合面的上结构体11侧的配线可布置在上结构体11的像素周边电路 区域313中包括的电路的下侧。此外，在构成上下配线直接连接结构的 配线之中，布置在接合面的下结构体12侧的配线可布置在下结构体12 的像素周边电路区域313中包括的电路的上侧。可替代地，通过使用布 置在像素阵列单元24(像素晶体管区域301)处的配线作为上结构体11 的配线，能够在像素阵列单元24(像素晶体管区域301)下方布置通过 该配线和下结构体12的配线形成的上下配线直接连接结构。
<第二电路布置构造示例>
图7是示出固态摄像装置1的第二电路布置构造示例的图。
在第二电路布置构造示例中，将上述上下配线直接连接结构用作上 下配线连接结构。
如图7所示，像素阵列单元24在第二电路布置构造示例中的布置与 其在图5所示的第一电路布置构造示例中的布置类似。即，在上结构体 11处布置像素阵列单元24。
此外，如图7所示，固态摄像装置1的行驱动单元22和列信号处理 单元25在第二电路布置构造示例中的布置也与其在图5所示的第一电路 布置构造示例中的布置类似。
另一方面，上下配线连接单元在第二电路布置构造示例中的布置与 其在图5所示的第一电路布置构造示例中的布置不同。
在布置于上结构体11处的行驱动单元22和布置于下结构体12处的 行驱动单元22重叠的区域中，通过使用上下配线直接连接结构，形成布 置于上结构体11处的行驱动单元22的配线和布置于下结构体12处的行 驱动单元22的配线之间的连接。
在布置于上结构体11处的列信号处理单元25和布置于下结构体12 处的列信号处理单元25重叠的区域中，通过使用上下配线直接连接结构， 形成布置于上结构体11处的列信号处理单元25的配线和布置于下结构 体12处的列信号处理单元25的配线之间的连接。
在图5所示的第一电路布置构造示例中，在行驱动单元22外部的配 线连接单元29处和列信号处理单元25外部的配线连接单元29处分别布 置连接行驱动单元22的配线的上下配线连接结构和连接列信号处理单元 25的配线的上下配线连接结构。另一方面，在图7所示的第二电路布置 构造示例中，在行驱动单元22的区域中和列信号处理单元25的区域中 分别形成连接行驱动单元22的配线的上下配线连接结构和连接列信号处 理单元25的配线的上下配线连接结构。因此，在第二电路布置构造示例 中所示的固态摄像装置1中，省略了上结构体11中的配线连接单元29 和下结构体12中的配线连接单元29，并且能够实现外部尺寸比第一电路 布置构造示例中所示的固态摄像装置1的外部尺寸更小的装置。
<8.与其他固态摄像装置的比较例>
<比较例1>
与其他固态摄像装置的结构相比，来描述固态摄像装置1的结构特 征。
图9是示出作为比较例1的日本专利申请特开第2014-72294号(以 下称为比较结构公开文献1)中公开的固态摄像装置的最终形状的截面的 图。
图9中的固态摄像装置600具有将第一部分623和第二部分643层 叠的结构，其中，第一部分623包括具有第一半导体层611的第一元件 单元621和第一配线单元622；第二部分643包括具有第二半导体层631 的第二元件单元641和第二配线单元642。在第一部分623的背侧，布置 有光学构件653，在光学构件653中，形成滤色器651、片上透镜652等。
在固态摄像装置600中，在构成控制单元的晶体管Tr3和Tr4外部 和布置有构成信号处理单元的晶体管Tr5～Tr8的区域外部形成了通过导 电构件662连接第一配线661和第二配线663的结构，并且在该连接结 构外部布置外部端子664。注意，没有说明布置输入/输出电路的位置。
另一方面，本技术能够通过以下结构使外部尺寸小于图9中的固态 摄像装置600的外部尺寸：其中，(1)外部端子14，(2)形成有连接到 外部端子14的输入电路单元42或输出电路单元47的半导体区域，(3) 形成有执行成像的光电二极管51和像素晶体管的半导体区域，(4)滤色 器15和片上透镜16，以及(5)保护基板18在基本相同的区域中层叠。
在图9中的固态摄像装置600的最终形状中，在片上透镜652的上 侧未设置有用于保护片上透镜652的保护基板。此外，在比较结构公开 文献1中，说明了图9中的固态摄像装置600的制造方法，其中，将第 一部分623和第二部分643接合，形成滤色器651和片上透镜652，其后， 将基板反转，然后形成使电极单元露出的开口和外部端子664。为了形成 外部端子664，需要通过施加不小于特定值的应力将外部端子664压接到 金属配线上。当在片上透镜652上没有保护基板的情况下在固态摄像装 置600中通过以上制造方法形成外部端子664时，外部端子664被压接 时片上透镜652被压靠在制造装置上，可能会损坏片上透镜652。
此外，在图9的固态摄像装置600中，外部端子664形成在像素阵 列单元外部的区域中，并且不形成在片上透镜652的正下方。在这种情 况下，外部端子664被压接时施加到片上透镜652的力使得被施加用来 压接外部端子664的力被倾斜地分散。
在为了实现小外部尺寸的固态摄像装置而将外部端子664形成在像 素区域正下方，即，在片上透镜652的正下方的情况下，由于片上透镜 652位于施加用于压接外部端子664的力的方向的延长线上，所以施加到 片上透镜652的力变大，并且对片上透镜652产生的损坏会变得更严重。
此外，比较结构公开文献1还公开了一种制造方法，其中，在形成 外部端子664之后，形成滤色器651和片上透镜652。
然而，在这种制造方法的情况下，当在固态摄像装置的表面上设有 由外部端子664引起的大量突起的状态下形成滤色器651和片上透镜652 时，可能难以通过一般方法(例如真空抽吸法)将固态摄像装置固定至 制造这些构件的装置。
另一方面，图1中的固态摄像装置1具有在片上透镜16上的保护基 板18。因此，可以在不将片上透镜16压靠至外部端子14的制造装置的 情况下形成外部端子14。固态摄像装置1能够实现这样的结构：其中， (1)外部端子14，(2)形成有连接到外部端子14的输入电路单元42 或输出电路单元47的半导体区域，(3)形成有执行成像的光电二极管51 和像素晶体管的半导体区域，(4)滤色器15和片上透镜16，以及(5) 保护基板18在基本相同的区域层叠，并且能够使外部尺寸小于图9中的 固态摄像装置600的外部尺寸。
<比较例2>
图10是示出作为比较例2的日本专利申请特开第2010-50149号(比 较结构公开文献2)中公开的固态摄像装置的最终形状的截面的图。
图10中的固态摄像装置700被分成形成有光电二极管(未示出)、 滤色器711、片上透镜712等的成像区域722和在其周围形成的周边区域 723。
在周边区域723中布置用于输入/输出驱动脉冲和信号的第一焊盘 724。接合配线725连接到第一焊盘724。然后，在成像区域722中布置 用于提供参考电位Vss的第二焊盘726。在第二焊盘726上设置外部端子 (焊球)727。
如上所述，固态摄像装置700包括位于像素阵列下侧的外部端子 727。
固态摄像装置1能够通过以下结构使外部尺寸小于图10中的固态摄 像装置700的外部尺寸：其中，(1)外部端子14，(2)形成有连接到外 部端子14的输入电路单元42或输出电路单元47的半导体区域，(3)形 成有执行成像的光电二极管51和像素晶体管的半导体区域，(4)滤色器 15和片上透镜16，以及(5)保护基板18在基本相同的区域中层叠。
图10中的固态摄像装置700是这样的固态半导体装置：其不包括固 态成像元件1的上结构体11和下结构体12的层叠结构，换句话说，其 仅包括形成有晶体管电路的一层半导体基板。
在图10中公开的固态摄像装置700的最终形状中，在成像区域722 中的像素阵列的下侧形成穿过支撑基板731的通孔732和外部端子727。
然而，图10中形成的外部端子727是用于参考电位Vss(接地电位) 的端子。当参考电位Vss被提供到固态摄像装置的内部时，用于参考电 位Vss的端子不需要由晶体管电路构成的输入电路。因此，在图10中公 开的固态摄像装置700中，可在成像区域722的下侧布置针对参考电位 Vss的外部端子727。
另一方面，在成像区域722中，各自包括光电二极管和像素晶体管 的像素并排布置。因此，在结构中仅包括其上形成有晶体管电路的一层 半导体基板741的情况下，难以在其上形成有像素的半导体基板741中 的像素区域中一起形成输入电路。因此，在固态摄像装置700仅包括图 10中公开的一层半导体基板741的情况下，可以在像素区域的下侧布置不需要输入/输出电路的电源端子，但是不能布置需要输入电路或输出电 路的外部端子(换句话说，用于信号输入或信号输出的外部端子)。
此外，与图9所示的固态摄像装置600类似，图10中的固态摄像装 置700不包括片上透镜712上的保护基板。因此，存在一个问题：当外 部端子被压接时，会损坏片上透镜712。
另一方面，固态摄像装置1包括层叠有多层半导体基板(其上形成 有晶体管电路)的结构。利用该布置，能够布置需要输入电路或输出电 路的外部端子14(换句话说，在像素区域下侧用于信号输入或信号输出 的信号输入/输出端子14C)。此外，固态摄像装置1具有片上透镜16上 的保护基板18。因此，可以在不将片上透镜16压靠在外部端子14的制 造装置上的情况下形成外部端子14。因此，固态摄像装置1能够实现以 下结构，其中，(1)外部端子14，(2)形成有连接到外部端子14的输入 电路单元42或输出电路单元47的半导体区域，(3)形成有执行成像的 光电二极管51和像素晶体管的半导体区域，(4)滤色器15和片上透镜 16，以及(5)保护基板18在基本相同的区域中层叠，并且能够使外部 尺寸小于图10中的固态摄像装置700的外部尺寸。
<比较例3>
图11是示出作为比较例3的日本专利申请公告特开第2011-9645号 (比较结构公开文献3)中公开的固态摄像装置的最终形状的截面的图。
在图11中的固态摄像装置800中，在半导体基板811的第一主面(上 表面)上形成各自包括光电二极管和晶体管的成像元件812。在成像元件 812的上侧，形成有多层配线层813、滤色器814、保护层815和片上透 镜816。此外，固态摄像装置800包括在片上透镜816的上侧的保护基板 817。
在形成有成像元件812、滤色器814和片上透镜816的成像像素单元 822外布置周边电路单元823，在周边电路单元823中，形成有穿透半导 体基板811的硅贯通电极831、连接到外部的外部端子(焊球)832等。
与比较例2中的固态摄像装置700类似，图11中的固态摄像装置800 是这样的固态半导体装置：其不包括将上结构体和下结构体层叠的层叠 结构，换句话说，其仅包括其上形成有晶体管电路的一层半导体基板。 因此，不能布置需要输入电路或输出电路的外部端子(换句话说，位于 像素区域下侧用于信号输入或信号输出的外部端子)。
另一方面，固态摄像装置1包括层叠有多层半导体基板的结构，在 该多层半导体基板上，形成有晶体管电路。利用该布置，可以布置需要 输入电路或输出电路的外部端子14(换句话说，像素区域的下侧用于信 号输入或信号输出的外部端子14)。因此，固态摄像装置1能够实现以下 结构：其中，(1)外部端子14，(2)形成有连接到外部端子14的输入电路单元42或输出电路单元47的半导体区域，(3)形成有执行成像的光 电二极管51和像素晶体管的半导体区域，(4)滤色器15和片上透镜16， 以及(5)保护基板18在基本相同的区域中层叠，并且能够使外部尺寸 小于图11中的固态摄像装置800的外部尺寸。
此外，在如图11中的固态摄像装置800那样仅在装置的外围单元(周 边电路单元823)中形成硅贯通电极831的情况下，电源端子和接地端子 也类似地仅布置在装置的外围单元中。在这种情况下，为了防止IR下降 和配线延迟，需要布置大量的电源端子和接地端子。另一方面，在固态 摄像装置1中，由于能够将贯通孔88布置在下结构体12的任何区域中(其比上下基板连接区域314更靠内)，所以一些贯通孔88能够用于电 源端子和接地端子。即，电源端子和接地端子也能够被布置在任何区域 中。与电源端子和接地端子仅布置在外围单元中的情况相比，这能够减 少电源端子和接地端子的数量。因此，能够减少整个固态摄像装置1的 电路面积。
<图1中的固态摄像装置与比较例的差异>
固态摄像装置1能够通过以下结构使外部尺寸更小：其中，(1)外 部端子14，(2)形成有连接到外部端子14的输入电路单元42或输出电 路单元47的半导体区域，(3)形成有执行成像的光电二极管51和像素 晶体管的半导体区域，(4)滤色器15和片上透镜16，以及(5)保护基 板18在基本相同的区域中层叠。
在比较例1和2所示的具有半导体层叠结构的固态摄像装置没有保 护基板的情况下，片上透镜可能被损坏。即，通过采用将上述(1)～(4) 层叠在基本相同的区域中的结构，获得具有与本技术相同的外部尺寸的 固态摄像装置存在阻碍因素。换句话说，“通过将上述(1)～(4)层叠 在基本相同的区域中来实现小型固态摄像装置”的功能和作用是比较例1和2所示的没有保护基板的具有半导体层叠结构的固态摄像装置所不能 实现的。
在固态半导体装置仅包括比较例3中所示的其上形成有晶体管电路 的一层半导体基板的情况下，通过采用将上述(1)～(5)层叠在基本相 同的区域中的结构，不能获得具有与本技术相同的外部尺寸的固态摄像 装置。换句话说，存在阻碍因素。即，“通过将上述(1)～(5)层叠在 基本相同的区域中来实现小型固态摄像装置”的功能和作用是仅包括比较例3中所示的其上形成有晶体管电路的一层半导体基板的固态摄像装 置所不能实现的。
因此，根据本技术的“通过将上述(1)～(5)层叠在基本相同的区 域中的结构来实现固态摄像装置的外部尺寸小于没有该结构的固态摄像 装置的外部尺寸”的功能和作用，是比较例1和2所示的“具有半导体 层叠结构而没有保护基板的固态摄像装置”的单一构造所不能实现的， 并且也是比较例3中所示的“仅包括其上形成有晶体管电路的一层半导 体基板的固态摄像装置”的单一构造所不能实现的。
<9.固态摄像装置的其他电路布置构造示例>
<第三电路布置构造示例>
图12是示出作为固态摄像装置1的另一电路布置构造示例和第一电 路布置构造示例的变形的第三电路布置构造示例的图。
在图5中所示的第一电路布置构造示例中，输入/输出电路单元49 被划分并布置用于针对外部端子14中的每一个。并且，图像信号处理单 元26包围每个输入/输出电路单元49的周边。
另一方面，在图12中所示的第三电路布置构造示例中，输入/输出 电路单元49针对多个外部端子14中的每一个共同布置。在输入/输出电 路单元49的一个区域中，例如，某个外部端子14的输入/输出电路单元 49和另一个外部端子14的输入/输出电路单元49被布置成彼此接触，并 且图像信号处理单元26不布置在这些输入/输出电路单元49之间。由于在第三电路布置构造示例(其中具有相同电源电压的多个输入/输出电路 单元49被共同布置为输入/输出电路单元区域的一个块)中，在不同电 源电压的阱之间被隔离的布置位置数较少，所以，与第一电路布置构造 示例(其中具有不同电源电压的输入/输出电路单元49和图像信号处理 单元26被交替且相邻地布置)相比，即使固态摄像装置1的外部尺寸相同，也有可能将更多电路安装到例如下结构体12中的图像信号处理单元 26。
此外，在图12中所示的第三电路布置构造示例中，输入/输出电路 单元49的一部分可以不布置在上结构体11中包括的像素阵列单元24的 下侧，但是可以布置在上结构体11中包括的像素周边电路单元的下侧， 例如，上结构体11中包括的行驱动单元22的下侧，或者布置有下结构 体12中包括的图像信号处理单元26的区域之外。利用该布置，即使固态摄像装置1的外部尺寸相同，也有可能将更多电路安装到例如下结构 体12中的图像信号处理单元26。
<第四电路布置构造示例>
图13是示出作为固态摄像装置1的另一电路布置构造示例以及第一 和第三电路布置构造示例的变形的第四电路布置构造示例的图。
图14是示出沿着图13中的线C-C'截取的固态摄像装置1的截面结 构的图。注意，为方便起见，用在稍后描述的本技术的另一构造示例中 的截面结构代替图14的一部分来描述。
在图13和图14中所示的第四电路布置构造示例中，在布置有下结 构体12中包括的图像信号处理单元26的区域的外围部分处布置所有的 输入/输出电路单元49(换句话说，输入电路单元42和输出电路单元47)。 布置有这些输入/输出电路单元49的区域可以位于上结构体11中包括的 行驱动单元22和列信号处理单元25(像素周边电路区域313)的下侧， 或者可以位于上结构体11中包括的像素阵列单元24的外周部分的下侧。
注意，例如在列信号处理单元25的整个行方向上没有任何不连续性 的情况下，不需要布置布置有输入/输出电路单元49的区域，并且在列 信号处理单元25和图像信号处理单元26之间可以存在没有布置输入/输 出电路单元49的区域。
此外，在行驱动单元22的整个列方向上没有任何不连续性的情况下， 不需要布置布置有输入/输出电路单元49的区域，并且在行驱动单元22 和图像信号处理单元26之间可以存在没有布置输入/输出电路单元49的 区域。
由于在第四电路布置构造示例中，与第三电路布置构造示例相比， 在具有不同电源电压的阱之间隔离的布置位置数较少，所以即使固态摄 像装置1的外部尺寸相同，也有可能将更多电路安装到例如下结构体12 中的图像信号处理单元26。
<第五电路布置构造示例>
图15是示出第五电路布置构造示例的图，其是固态摄像装置1的另 一电路布置构造示例以及第一、第三和第四电路布置构造示例的变形。
在图13中所示的第四电路布置构造示例中，存在以下区域：输入/ 输出电路单元49既没有布置在列信号处理单元25与图像信号处理单元 26之间，也没有布置在行驱动单元22与图像信号处理单元26之间。
另一方面，在图15中所示的第五电路布置构造示例中，输入/输出 电路单元49在列信号处理单元25的整个行方向上和行驱动单元22的整 个列方向上布置成列。利用该布置，输入/输出电路单元49的面积能够 扩大。
此外，在第五电路布置构造示例中，即使固态摄像装置1的外部尺 寸与第一和第三电路布置构造示例中的固态摄像装置1的外部尺寸相同， 也能够将更多电路安装到例如下结构体12中的图像信号处理单元26。
<第六电路布置构造示例>
图16是示出作为固态摄像装置1的另一电路布置构造示例以及第一 和第三电路布置构造示例的变形的第六电路布置构造示例的图。
在第一和第三电路布置构造示例中，输入/输出电路单元49布置在 下结构体12中的位于上结构体11的像素阵列单元24下侧的区域中，并 且图像信号处理单元26布置在其周围。
在图16中的第六电路布置构造示例中，下结构体12的图像信号处 理单元26布置有包括由虚线划分的多个(图16中的三个)电路块的构 造。并且，在第六电路布置构造示例中，输入/输出电路单元49布置在 图像信号处理单元26中包括的电路块的块边界处，或者布置在与行驱动 单元22的边界的部分处。
在图像信号处理单元26被划分为待布置的多个电路块的情况下，在 某些情况下，连接至每个电路块中所包括的电路的电源线和接地线可以 布置在块边界部。因此，在某些情况下，可以将块边界部处的电路之间 的距离设置得比电路块内的电路之间的距离长。通过这样将输入/输出电 路单元49布置在电路密度相对较低的电路块的边界部分处，与将输入/ 输出电路单元49布置在电路块内部的情况相比，能够将输入/输出电路 单元49容易地布置在电路布局设计中并且几乎不降低电路的集成度。利 用这样的布置，即使固态摄像装置1的外部尺寸相同，也能够通过使用 第六电路布置构造示例将更多电路安装到例如下结构体12中的图像信号 处理单元26。
<第七电路布置构造示例>
图17是示出作为固态摄像装置1的另一电路布置构造示例以及第五 电路布置构造示例的变形的第七电路布置构造示例的图。
在图17中的第七电路布置构造示例中，布置在下结构体12处的行 驱动单元22的面积形成为大于布置在上结构体11处的行驱动单元22的 面积。此外，布置在下结构体12处的行驱动单元22布置成比布置在上 结构体11处的行驱动单元22朝向装置的内部方向延伸得更远。
类似地，布置在下结构体12处的列信号处理单元25的面积形成为 大于布置在上结构体11处的列信号处理单元25的面积。此外，布置在 下结构体12处的列信号处理单元25布置成比布置在上结构体11处的列 信号处理单元25朝向装置的内部方向延伸得更远。
利用该布置，即使固态摄像装置1的像素阵列单元24的尺寸相同， 也能够使第七电路布置构造示例中的固态摄像装置1的外部尺寸小于图 15中所示的第五电路布置构造示例中的固态摄像装置1的外部尺寸。
注意，第七电路布置构造示例中所示的行驱动单元22和列信号处理 单元25的布置示例也能应用于本技术的其他构造示例。
<第八电路布置构造示例>
图18是示出作为固态摄像装置1的另一电路布置构造示例和第七电 路布置构造示例的变形的第八电路布置构造示例的图。
在图17中所示的第七电路布置构造示例中，行驱动单元22也被布 置在上结构体11处，但其面积小于布置在下结构体12处的行驱动单元 22的面积。类似地，列信号处理单元25也被布置在上结构体11处，但 其面积小于布置在下结构体12处的列信号处理单元25的面积。
另一方面，在图18中的第八电路布置构造示例中，仅在下结构体12 处布置行驱动单元22和列信号处理单元25。通过图8中所示的像素周边 电路区域313中的具有上下配线连接结构的配线连接单元29，从行驱动 单元22输出到像素阵列单元24的信号从布置在下结构体12处的行驱动 单元22被发送到布置在上结构体11处的像素阵列单元24。类似地，通过图8中所示的像素周边电路区域313中的具有上下配线连接结构的配 线连接单元29，从像素阵列单元24输入到列信号处理单元25的信号从 布置在上结构体11处的像素阵列单元24被发送到布置在下结构体12处 的列信号处理单元25。利用该布置，即使固态摄像装置1的像素阵列单 元24的尺寸相同，也能够使第八电路布置构造示例中的固态摄像装置1 的外部尺寸小于图17中所示的第七电路布置构造示例中的固态摄像装置 1的外部尺寸。
注意，第八电路布置构造示例中所示的行驱动单元22和列信号处理 单元25的布置示例也能应用于本技术的其他构造示例。
<第九电路布置构造示例>
图19是示出作为固态摄像装置1的另一电路布置构造示例和第五电 路布置构造示例的变形的第九电路布置构造示例的图。
在图19中所示的电路布置构造示例中，行驱动单元22和列信号处 理单元25都布置在上结构体11处。并且，在下结构体12处，在布置在 上结构体11处的行驱动单元22和列信号处理单元25的下侧的区域中， 与图15中所示的第五电路布置构造示例相比，图像信号处理单元26布 置成在外周方向上延伸。此外，可以在位于布置在上结构体11处的行驱 动单元22和列信号处理单元25下侧的区域中布置输入/输出电路单元 49。利用该布置，即使固态摄像装置1的像素阵列单元24的尺寸相同， 与图15中所示的第五电路布置构造示例相比，在第九电路布置构造示例 中，也能够扩大图像信号处理单元26的面积，以将更多电路安装到图像 信号处理单元26。
注意，第九电路布置构造示例中所示的行驱动单元22和列信号处理 单元25的布置示例也能应用于本技术的其他构造示例。
<第十电路布置构造示例>
图20是示出作为固态摄像装置1的另一电路布置构造示例和第二电 路布置构造示例的变形的第十电路布置构造示例的图。
图21是示出沿图20中的线D-D'截取的固态摄像装置1的截面结构 的图。注意，为方便起见，用稍后所述的本技术的另一构造示例中截面 结构代替图21的一部分来描述。
在图20和图21中所示的第十电路布置构造示例中，与图7和图8 所示的第二电路布置构造示例类似，能够在上结构体11中包括的像素周 边电路区域313的内部和下结构体12中包括的像素周边电路区域313的 内部布置上下配线直接连接结构。
此外，在图20和图21所示的第十电路布置构造示例中，所有的输 入/输出电路单元49(换句话说，输入电路单元42和输出电路单元47) 都布置在布置有下结构体12的图像信号处理单元26的区域外部。布置 有输入/输出电路单元49的这些区域可以位于上结构体11中包括的行驱 动单元22和列信号处理单元25的下侧，或者可以位于上结构体11中包 括的像素阵列单元24的下侧。
注意，例如，在列信号处理单元25的整个行方向上没有任何不连续 的情况下，不需要布置布置有输入/输出电路单元49的区域，并且在列 信号处理单元25与图像信号处理单元26之间可以存在没有布置输入/输 出电路单元49的区域。
此外，在行驱动单元22的整个列方向上没有任何不连续的情况下， 不需要布置布置有输入/输出电路单元49的区域，并且在行驱动单元22 与图像信号处理单元26之间可以存在没有布置输入/输出电路单元49的 区域。通过第十电路布置构造示例，即使固态摄像装置1的外部尺寸与 图7中所示的第二电路布置构造示例中的固态摄像装置1的外部尺寸相 同，也能够将更多电路安装到例如下结构体12中的图像信号处理单元 26。
注意，第十电路布置构造示例中所示的电路的布置示例也能应用于 本技术的其他构造示例。
<第十一电路布置构造示例>
图22是示出作为固态摄像装置1的另一电路布置构造示例和第十电 路布置构造示例的变形的第十一电路布置构造示例的图。
在图20中所示的第十电路布置构造示例中，行驱动单元22的一部 分和列信号处理单元25的一部分布置在上结构体11和下结构体12处。 并且，在下结构体12中，在布置在上结构体11处的行驱动单元22的下 侧的区域中布置输入/输出电路单元49，并且该输入/输出电路单元49比 布置在下结构体12处的行驱动单元22更靠近装置的内侧。类似地，在下结构体12中，在布置在上结构体11处的列信号处理单元25的下侧的 区域中布置输入/输出电路单元49，并且该输入/输出电路单元49比布置 在下结构体12处的列信号处理单元25更靠近装置的内侧。
在图22中所示的第十一电路布置构造示例中，行驱动单元22的一 部分和列信号处理单元25的一部分布置在上结构体11和下结构体12处。 并且，在下结构体12中，在布置在上结构体11处的行驱动单元22的下 侧的区域中布置输入/输出电路单元49，并且该输入/输出电路单元49比 布置在下结构体12处的行驱动单元22更靠近装置的外侧。类似地，在 下结构体12中，在布置在上结构体11处的列信号处理单元25的下侧的 区域中布置输入/输出电路单元49，并且该输入/输出电路单元49比布置 在下结构体12处的列信号处理单元25更靠近装置的外侧。
利用该布置，与图20中所示的第十电路布置构造示例相比，例如， 在下结构体12中，能够实现：布置在下结构体12处的图像信号处理单 元26与行驱动单元22之间的信号线的布置以及图像信号处理单元26与 列信号处理单元25之间的信号线的布置变得容易，或者能够以高密度来 布置这些信号线。
注意，第十一电路布置构造示例中所示的电路的布置示例也能应用 于本技术的其他构造示例。
<10.固态摄像装置的详细结构>
接着，将参照图23描述固态摄像装置1的详细结构。图23是具有 双接触结构的固态摄像装置1的外周附近的放大剖视图。
在下结构体12中，在例如包括硅(Si)的半导体基板81的上侧(上 结构体11侧)形成多层配线层82。该多层配线层82形成图6中所示的 输入/输出电路区域311、信号处理电路区域312(图23中未示出)、像素 周边电路区域313等。
多层配线层82由多个配线层83和在各个配线层83之间形成的层间 绝缘膜84构成，所述配线层83包括最靠近上结构体11的最上配线层 83a、中间配线层83b、最靠近半导体基板81的最下配线层83c等。
多个配线层83通过使用示例如铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)等来形 成，并且层间绝缘膜84由例如氧化硅膜、氮化硅膜等形成。多个配线层 83中的每一个和层间绝缘膜84均可以包括用于所有层的相同材料，或者 可以根据层分别使用两种以上的材料。
穿过半导体基板81的硅贯通孔85形成在半导体基板81的预定位置 处，并且连接导体87被埋入到硅贯通孔85的内壁中，绝缘膜86介于连 接导体87和硅贯通孔85之间，从而形成贯通孔(贯通硅通孔(TSV)) 88。例如，绝缘膜86由SiO2膜或SiN膜等形成。在第一实施例中，贯 通孔88具有倒锥形形状，其中，配线层83侧的平面面积小于外部端子 14侧的平面面积，但是相反地，贯通孔88也可以具有向前地锥形形状， 其中，外部端子14侧的平面面积较小，或者贯通孔88可以具有非锥形 形状，其中，外部端子14侧的面积和配线层83侧的面积基本相同。
贯通孔88的连接导体87连接到形成在半导体基板81的下表面侧的 再配线90，并且再配线90连接到外部端子14。例如，连接导体87和再 配线90包括铜(Cu)、钨(W)、钛(Ti)、钽(Ta)、钛钨合金(TiW)、 多晶硅等。
此外，在半导体基板81的下表面侧形成焊接掩模(阻焊剂)91，以 覆盖除了形成有外部端子14的区域之外的再配线90和绝缘膜86。
另一方面，在上结构体11中，多层配线层102形成在例如包括硅(Si) 的半导体基板101的下侧(下结构体12侧)。该多层配线层102形成图3 中所示的像素31的电路。
多层配线层102由多个配线层103和在各个配线层103之间形成的 层间绝缘膜104构成，所述多个配线层103包括最靠近半导体基板101 的最上配线层103a、中间配线层103b、最靠近下结构体12的最下配线 层103c等。
对于用作多个配线层103和层间绝缘膜104的材料，可采用与上述 配线层83和层间绝缘膜84相同的材料。此外，多个配线层103和层间 绝缘膜104与上述配线层83和层间绝缘膜84的相似之处在于：配线层 103和层间绝缘膜104可以分别包括一种材料或两种以上的材料。
注意，在图23的示例中，上结构体11的多层配线层102构造有五 个配线层103，并且下结构体12的多层配线层82构造有四个配线层83， 但是配线层的总数不限于此，配线层可由任何数量的层形成。
在半导体基板101中，针对各像素31，形成由PN结形成的光电二 极管51。
此外，尽管省略了详细的图示，但是在多层配线层102和半导体基 板101中也形成了诸如传输晶体管52、放大晶体管55等多个像素晶体管 和FD 53。
在半导体基板101的未形成有滤色器15和片上透镜16的预定位置 处，形成了连接到上结构体11的预定配线层103的硅贯通电极109和连 接到下结构体12的预定配线层83的芯片贯通电极105。
芯片贯通电极105和硅贯通电极109通过形成在半导体基板101的 上表面上的连接配线106连接。此外，在硅贯通电极109和芯片贯通电 极105的各者与半导体基板101之间均形成有绝缘膜107。
在半导体基板101的光电二极管51与滤色器15之间形成有平坦化 膜108，并且在片上透镜16与密封树脂17之间也形成有平坦化膜110。
如上所述，图1中所示的固态摄像装置1的层叠结构体13具有以下 层叠结构，其中，将下结构体12的多层配线层82侧和上结构体11的多 层配线层102侧贴合在一起。在图23中，下结构体12的多层配线层82 与上结构体11的多层配线层102之间的贴合面由交替的长短虚线表示。
此外，在固态摄像装置1的层叠结构体13中，上结构体11的配线 层103和下结构体12的配线层83通过两个贯通电极(硅贯通电极109 和芯片贯通电极105)连接，并且下结构体12的配线层83和外部端子(背 面电极)14通过贯通孔88和再配线90连接。利用该布置，由上结构体 11的像素31产生的像素信号被发送到下结构体12，在下结构体12处经 过信号处理，并且从外部端子14输出到装置的外部。
<11.第一实施例的制造方法>
<双接触结构的情况下的制造方法>
接下来，将参照图24～图38说明具有双接触结构的固态摄像装置1 的制造方法。
首先，分别制造晶片状态的下结构体12和上结构体11。
对于下结构体12，在成为半导体基板(硅基板)81的各个芯片部分 的区域中形成多层配线层82(其成为输入/输出电路单元49以及行驱动 单元22或列信号处理单元25的一部分)。此时，半导体基板81处于变 薄之前的状态，具有例如约600μm的厚度。
另一方面，对于上结构体11，在成为半导体基板(硅基板)101的 芯片部的区域中形成各像素31的光电二极管51和像素晶体管的源极/漏 极区域。此外，在半导体基板101的一个表面上形成构成行驱动信号线 32、垂直信号线33等的多层配线层102。此时，半导体基板101也处于 变薄之前的状态，具有例如约600μm的厚度。
然后，如图24所示，将制造的晶片状态的下结构体12的多层配线 层82侧和上结构体11的多层配线层102侧贴合在一起以彼此面对着。 此后，如图25所示，将上结构体11的半导体基板101变薄。例如，贴 合是等离子体接合或用粘合剂接合，但是在第一实施例中，贴合是通过 等离子体接合进行的。在等离子体接合的情况下，在上结构体11的接合 面和下结构体12的接合面上形成诸如等离子体TEOS膜、等离子体SiN 膜、SiON膜(阻挡膜)或SiC膜等膜，并且接合面通过等离子体处理重 叠，然后进行退火处理使得两个接合面接合。
在将上结构体11的半导体基板101变薄之后，如图26所示，通过 在要成为上下配线连接区域314的区域中使用镶嵌方法等形成硅贯通电 极109、芯片贯通电极105和连接在它们之间的连接配线106。
接下来，如图27所示，在各像素31的光电二极管51上方形成滤色 器15和片上透镜16(光电二极管51与滤色器15之间设置有平坦化膜 108)。
然后，如图28所示，在其上形成有贴合的上结构体11和下结构体 12的片上透镜16的整个表面上涂覆平坦化膜110和密封树脂17，并且 如图29所示，保护基板18与无腔结构连接。
接下来，如图30所示，在将整个贴合的上结构体11和下结构体12 翻转之后，将下结构体12的半导体基板81减薄至不影响装置特性的厚 度，例如约30～100μm。
接下来，如图31所示，在将光致抗蚀剂221进行图案化以在变薄的 半导体基板81上布置有贯通孔88(未示出)的位置处开口之后，通过干 法蚀刻去除半导体基板81的一部分和下面的层间绝缘膜84的一部分， 从而形成包括硅贯通孔85的开口部222。
接下来，如图32所示，通过在包括开口部222的半导体基板81的 整个上表面上例如使用等离子体CVD法形成绝缘膜(隔离膜)86。如上 所述，例如，绝缘膜86可以是SiO2膜、SiN膜等。
接下来，如图33所示，通过使用回蚀法去除开口部222的底面上的 绝缘膜86，并且使最靠近半导体基板81的配线层83c露出。
接下来，如图34所示，通过使用溅射方法形成阻挡金属膜(未示出) 和Cu籽晶层231。阻挡金属膜是用于防止图35所示的连接导体87(Cu) 扩散的膜，Cu籽晶层231用作通过电镀方法埋入连接导体87的电极。 作为阻挡金属膜的材料，可使用钽(Ta)、钛(Ti)、钨(W)、锆(Zr)、 其氮化膜、其碳化膜等。在第一实施例中，使用钛作为阻挡金属膜。
接下来，如图35所示，在Cu籽晶层231上的预定区域上形成抗蚀 剂图案241之后，通过电镀方法使用作为连接导体87的铜(Cu)进行电 镀。因此，形成贯通孔88，以及在半导体基板81的上侧也形成再配线 90。
接下来，如图36所示，在去除抗蚀剂图案241之后，通过湿法蚀刻 去除抗蚀剂图案241下方的阻挡金属膜(未示出)和Cu籽晶层231。
接下来，如图37所示，在形成焊接掩模91以保护再配线90之后， 仅在安装有外部端子14的区域中去除焊接掩模91，从而形成焊接掩模开 口部242。
此时，如图38所示，通过焊球安装法等在图37中的焊接掩模开口 部242中形成外部端子14。
如上所述，根据参照图24～图38所述的制造方法，首先，上结构体 11(第一半导体基板)和下结构体12(第二半导体基板)贴合在一起使 得配线层彼此面对着，在上结构体11处，形成执行光电转换的光电二极 管51、像素晶体管电路等，并且在下结构体12处，在像素阵列单元24 下方形成用于将从像素31输出的像素信号输出到固态摄像装置1的外部 的输入/输出电路单元49。然后，形成穿过下结构体12的贯通孔88，并 且形成通过输入/输出电路单元49和贯通孔88电连接到固态摄像装置1 的外部的外部端子14。因此，能够制造图5中所示的固态摄像装置1。
根据参照图24～图38所述的制造方法，由于使用保护基板18作为 支撑基板形成贯通孔88，所以贯通孔88具有从外部端子14侧挖入至配 线层83(电路)侧的形状。
<在Cu-Cu直接键合结构的情况下的制造方法>
接下来，参照图39～图43，说明在下结构体12和上结构体11通过 Cu-Cu直接键合结构连接的情况下的固态摄像装置1的制造方法。
首先，与采用双接触结构作为上下配线连接结构的情况下的制造方 法类似，分别制造晶片状态的下结构体12和上结构体11。
然而，如图39所示，作为位于像素阵列单元24更外侧的上下配线 连接区域314的与双接触结构不同的点，在上结构体11中，用于与下结 构体12的配线层83x直接连接的配线层103x形成在比最靠近下结构体 12的最下配线层103c更靠近下结构体12侧。
类似的，同样在下结构体12中，上下配线连接区域314的用于与上 结构体11的配线层103x直接连接的配线层83x形成在比最靠近上结构 体11的最上配线层83a更靠近上结构体11侧。
然后，如图40所示，将下结构体12的多层配线层82侧和上结构体 11的多层配线层102侧贴合在一起以彼此面对着，此后，将上结构体11 的半导体基板101变薄。通过这种贴合，下结构体12的配线层83x和上 结构体11的配线层103x通过金属接合(Cu-Cu键合)连接。
接下来，如图41所示，在各像素31的光电二极管51上方形成滤色 器15和片上透镜16，在光电二极管51和滤色器15之间形成平坦化膜 108。
然后，如图42所示，在形成有贴合的下结构体12和上结构体11的 片上透镜16的整个表面上涂覆密封树脂17，其中平坦化膜110介于片上 透镜16和密封树脂17之间，并且保护基板18与无腔结构连接。
注意，在该示例中，尽管在下结构体12中，除了成为输入/输出电 路单元49以及行驱动单元22或列信号处理单元25的一部分的配线层 83a～83c之外，还形成用于与上结构体11的配线层103直接连接的配线 层83x，并且在上结构体11中，除了成为像素晶体管等的驱动配线的配 线层103a～103c之外，还形成用于与下结构体12的配线层83直接连接 的配线层103x，但不用说，下结构体12的最上配线层83a和上结构体 11的最下配线层103c可以通过金属接合(Cu-Cu键合)连接。
在图42所示的步骤之后的步骤与采用双接触结构作为上下配线连接 结构的情况下参照图30～图38所述的步骤类似。最终状态是图43中所 示的状态。
<12.进一步的变形例>
<进一步的变形例1>
接下来，将参照图44描述固态摄像装置1的进一步的变形例。
图44的A是根据进一步的变形例1的固态摄像装置1的外周附近的 截面图，图44的B是根据进一步的变形例1的固态摄像装置1的外部端 子14侧的平面图。
在进一步的变形例1中，如图44的A所示，外部端子14形成在贯 通孔88的正上方，以在平面位置处叠置在贯通孔88的位置上。利用该 布置，如图44的B所示，由于在固态摄像装置1的后侧不需要用于形成 再配线90的区域，所以能够解决用于形成输入/输出单元21的区域的不 足。
<进一步的变形例2>
接下来，将参照图45描述固态摄像装置1的进一步的变形例。
图45是根据进一步的变形例2的固态摄像装置1的截面图。
在进一步的变形例2中，为了在固态摄像装置1未被单个化的状态 下(换句话说，在多个固态摄像装置1形成在晶片上的状态下)通过例 如通用针立式半导体装置测量机(general needle standing type semiconductor apparatus measuring machine)来测量固态摄像装置1的操 作，固态摄像装置1包括用于竖立测量针的导电焊盘411。
如图45所示，例如，在形成有行驱动单元22和列信号处理单元25 等的像素周边电路区域313的上侧，在像素阵列单元24外的区域中形成 针立测量导电焊盘411。导电焊盘411通过硅贯通电极412连接到上结构 体11的预定配线层103。
期望的是，在固态摄像装置1的表面上布置保护基板18之前形成针 立测量导电焊盘411。这使得能够在保护基板18被固定之前在晶片上形 成多个固态摄像装置1的状态下测量固态摄像装置1的操作。
可以在上结构体11中包括的多层配线层102的一部分处形成针立测 量导电焊盘411。
此外，可以在固态摄像装置1中所包括的且用于获取参考电平信号 (换句话说，暗电平信号)的区域(通常被称为光学暗像素区域或简称 为光学暗区域(未示出))的上侧形成针立测量导电焊盘411。
通过在固定固态摄像装置1的保护基板18之前在固态摄像装置1中 形成针立测量导电焊盘411，能够在形成保护基板18之前在多个固态摄 像装置1形成在晶片上的状态下通过使用针立式半导体装置测量装置来 测量固态摄像装置1的操作。
<进一步的变形例3>
接下来，将参照图46描述固态摄像装置1的进一步的变形例。
图46是根据进一步的变形例3的固态摄像装置1的截面图。
为了在固态摄像装置1未被单个化的状态下(换句话说，在多个固 态摄像装置1形成在晶片上的状态下)通过例如通用针立式半导体装置 测量机来测量固态摄像装置1的操作，根据进一步的变形例3的固态摄 像装置1还包括用于竖立测量针的导电焊盘421。
如图46所示，在各个固态摄像装置1之间的划片槽(切割线)上形 成针立测量导电焊盘421。
期望的是，在固态摄像装置1的表面上布置保护基板18之前形成针 立测量导电焊盘421。这使得能够在保护基板18被固定之前在晶片上形 成多个固态摄像装置1的状态下测量固态摄像装置1的操作。
针立测量导电焊盘421可以形成在上结构体11中包括的多层配线层 102的一部分处，可以形成在下结构体12中包括的多层配线层82的一部 分处，或者可以形成在作为用于上下配线连接结构的导电层的一部分的 同一层处。并且，针立测量导电焊盘421可以通过上结构体11中包括的 多层配线层102的一部分连接到固态摄像装置1的内部，或者可以通过 下结构体12中包括的多层配线层82的一部分连接到固态摄像装置1的 内部。
通过在固定固态摄像装置1的保护基板18之前在固态摄像装置1中 形成针立测量导电焊盘421，能够在形成保护基板18之前在多个固态摄 像装置1形成在晶片上的状态下通过使用针立式半导体装置测量装置来 测量固态摄像装置1的操作。
<进一步的变形例4>
接下来，将参照图47描述固态摄像装置1的进一步的变形例。
图47是根据进一步的变形例4的固态摄像装置1的截面图。
为了在晶片上形成多个固态摄像装置1的状态下测量固态摄像装置 1的操作，根据进一步的变形例4的固态摄像装置1还包括用于竖立测量 针的导电焊盘422。
如图47所示，在晶片上形成多个固态摄像装置1的状态下，在下结 构体12的下侧形成针立测量导电焊盘422。针立测量导电焊盘422可以 由例如下结构体12中所包括的再配线90形成。
在晶片上形成有多个固态摄像装置1的状态下，在固态摄像装置1 的表面上布置保护基板18之后，将晶片翻转，以将保护基板18布置在 下侧，并将针立测量导电焊盘422布置在上侧，从而能够测量固态摄像 装置1的操作。在这种情况下，可以利用使光从固态摄像装置1的下侧 入射的装置来测量固态摄像装置1的操作。
<13.固态摄像装置的第二实施例>
那么，在上述的第一实施例中，如图1中的示意性截面图所示，固 态摄像装置1被构造为包括保护基板18，例如，保护基板18包括透明玻 璃基板等。
然而，固态摄像装置1可以具有省略保护基板18的构造，或者可以 包括保护基板18的替代物。在下文中，将说明省略了保护基板18的固 态摄像装置1的模式和包括替换保护基板18的构造的固态摄像装置1的 模式。
注意，在各实施例的以下描述中，适当地省略与上述第一实施例相 同的部分的描述，将描述与第一实施例不同的部分。在第二实施例和后 文的附图中，将与上述第一实施例对应的部分用相同的附图标记表示。
图48示出了固态摄像装置的第二实施例的示意性结构。
在根据图48中所示的第二实施例的固态摄像装置1中，在上结构体 11的上方设置层叠透镜结构体1012，而不是第一实施例中的保护基板 18，该层叠透镜结构体1012通过将多个附有透镜的基板1011层叠而构 成。利用该布置，该装置的光入射侧的最上面是层叠透镜结构体1012。 在图48的示例中，层叠透镜结构体1012通过将两个附有透镜的基板 1011a和1011b层叠而构成。
构成层叠透镜结构体1012的各附有透镜的基板1011具有以下构造， 其中，将透镜树脂部1002添加到包括硅基板等的载体基板1001。载体基 板1001具有贯通孔1003，并且在贯通孔1003内部形成透镜树脂部1002。 即，附有透镜的基板1011a是由具有贯通孔1003a的载体基板1001a和 透镜树脂部1002a构成，并且附有透镜的基板1011b是由具有贯通孔1003b的载体基板1001b和透镜树脂部1002b构成。透镜树脂部1002由 透镜部和延伸到载体基板1001并承载透镜部的部位构成。
在图48的示例中，层叠透镜结构体1012是通过将两个附有透镜的 基板1011层叠而构成，但是也可以由一个附有透镜的基板1011构成或 者通过将三个以上的附有透镜的基板1011层叠而构成。
例如，按如下方式制备层叠透镜结构体1012。在处于基板状态(晶 片状态)的载体基板1001中形成多个贯通孔1003，并且将透镜树脂(能 量固化树脂)注入到形成的多个贯通孔1003中的每一个中，并通过使用 金属模具模制，从而形成透镜树脂部1002。然后，利用粘合剂通过直接 接合等将被类似地制备且处于基板状态的多个透镜基板1011粘合，然后在芯片的基础上单个化，从而完成层叠透镜结构体1012。
<14.固态摄像装置的第三实施例>
图49示出了固态摄像装置的第三实施例的示意性结构。
在根据图49所示的第三实施例的固态摄像装置1中，在上结构体11 上方设置有微透镜阵列基板1041，而不是第一实施例中的保护基板18。 利用该布置，该装置的光入射侧的最外表面是微透镜阵列基板1041。
微透镜阵列基板1041包括位于包括硅基板等的载体基板1042的多 个光导路径1043和形成在各个光导路径1043的上表面(光入射侧)上 的微透镜1044。
图48所示的第二实施例的层叠透镜结构体1012被构造成使得入射 光通过分别附有透镜的基板1011的透镜树脂部1002而被聚焦，以在上 结构体11的光电二极管51中形成一个图像。
另一方面，在第三实施例的微透镜阵列基板1041中，在载体基板 1042上布置的多个微透镜1044上聚焦入射光，以在上结构体11的光电 二极管51中形成图像。
在第一实施例中参照图24～图38所述的双接触结构的情况下的制造 方法和参照图39～图43所述的Cu-Cu直接键合结构的情况下的制造方法 能够应用于根据第二实施例的固态摄像装置1的制造方法和根据第三实 施例的固态摄像装置1的制造方法。然而，根据第二实施例的固态摄像 装置1中的层叠透镜结构体1012和根据第三实施例的固态摄像装置1中 的微透镜阵列基板1041取代上述每种制造方法中的保护基板18。
<15.固态摄像装置的第四实施例>
图50示出了固态摄像装置的第四实施例的示意性结构。
在根据图50所示的第四实施例的固态摄像装置1中，省略了第一实 施例中的保护基板18，装置的光入射侧的最外表面是形成在片上透镜16 的上层上的树脂层1051。
树脂层1051可以包括与第一实施例的密封树脂17相同的材料，或 者例如可以是含有荧光颜料等的有机树脂。在树脂层1051是含有荧光颜 料的有机树脂的情况下，上结构体11的光电二极管51感测树脂层1051 中含有的荧光颜料的发光。
可替代地，可以用基于硅酸盐(例如，(Ba、Sr、Ca)2SiO4：Eu2+或Sr3SiO5：Eu2+)或者基于氮化物(例如，CaAlSiN3：Eu2+)的荧光材 料取代树脂层1051，使得光电二极管51被构造成感测这些荧光材料的发 光。
<16.固态摄像装置的第五实施例>
图51示出了固态摄像装置的第五实施例的示意性结构。
根据图51所示的第五实施例的固态摄像装置1具有以下结构：其中， 图50所示的第四实施例的结构进一步添加有肋结构体1061。
具体地，肋结构体1061形成在像素阵列单元24(图51中未示出) 外的上结构体11的上表面上，其中，以像素为单位形成滤色器15和片 上透镜16。例如，该肋结构体1061可以形成为矩形，以包围固态摄像装 置1的外周，或者形成在矩形的四个角处，或仅形成在从上侧(即，固 态摄像装置1的光入射侧)观察时每边的中心部分。换句话说，肋结构 体1061应该形成在比像素阵列单元24更靠外侧的外周部分的至少一部 分上。肋结构体1061可由铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)等的金属膜、硅、 氧化膜、氮化膜等形成。
<17.固态摄像装置的第六实施例>
图52示出了固态摄像装置的第六实施例的示意性结构。
根据图52所示的第六实施例的固态摄像装置1具有省略了图51所 示的第五实施例的结构的树脂层1051的结构。利用该布置，该装置的光 入射侧的最外表面是片上透镜16和位于其外侧的外周部分处的肋结构体 1061。此外，严格地讲，由于在片上透镜16的最外表面上形成有包括氧 化膜、氮化膜等的抗反射膜1062，所以形成有片上透镜16的区域的最外 表面是抗反射膜1062。
即使在省略了树脂层1051的情况下，由于形成了肋结构体1061，所 以还是能够保护片上透镜16。此外，在图52中的固态摄像装置1与包括 肋结构体的封装组合的情况下，可以省略根据图52中的第六实施例的固 态摄像装置1的肋结构体1061。换句话说，可以采用未形成有肋结构体 的模式，即是省略了图50所示的第四实施例的结构的树脂层1051的结构。
<18.固态摄像装置的安装示例>
图53示出了将根据图48所示的第二实施例的固态摄像装置1安装 在眼镜上的示例。
在图53所示的眼镜1081中，眼镜框1082的桥接部1083被构造成 例如利用透明丙烯酸树脂等来透光，并且将根据第二实施例的固态摄像 装置1附接到桥接部1083的内侧(用户佩戴侧)。桥接部1083也用作第 一实施例的保护基板18。
作为眼镜1081的一部分并入的固态摄像装置1例如拍摄与佩戴眼镜 1081的用户的视野对应的图像。
固态摄像装置1的外部端子14连接到柔性基板1084，并通过柔性基 板1084执行在固态摄像装置1中产生的图像数据的输出和提供给固态摄 像装置1的时序控制信号和电源电压的输入。
图54示出了根据图52所示的第六实施例的固态摄像装置1被安装 在笔记本电脑(PC)上的示例。
在图54所示的笔记本电脑1091中，例如，其上布置有键盘(未示 出)的操作面1092的一部分例如是被构造为利用透明丙烯酸树脂等透光 的检测窗口1093，并且将根据第六实施例的固态摄像装置1附接到检测 窗口1093的下侧并且位于笔记本电脑1091内部。附接到检测窗口1093 下侧的固态摄像装置1例如用作检测用户指纹的指纹传感器。
固态摄像装置1的外部端子14连接到柔性基板1094，并通过柔性基 板1094执行在固态摄像装置1中产生的图像数据的输出和提供给固态摄 像装置1的时序控制信号和电源电压的输入。
图53所示的眼镜1081和图54所示的笔记本电脑1091都是根据各 实施例的固态摄像装置1的安装示例的示例，并且根据各实施例的固态 摄像装置1也能够应用于其他可穿戴产品、便携式终端、内窥镜等医疗 装置等。
根据图48所示的第二实施例和图52所示的第六实施例的固态摄像 装置1被用作并入到图53和图54中的其他产品中的固态摄像装置1。然 而，也可以使用根据图49～图51所述的第三至第五实施例的固态摄像装 置1。
此外，在图53和图54中，在其上安装有固态摄像装置1的装置中， 该装置的一部分包括透过入射在固态摄像装置1上的光的透光构件，固 态摄像装置1布置在比该透光构件更靠装置的内部方向，换句话说，布 置在通过透光构件透射的光入射的位置，并且固态摄像装置1被直接固 定到透光构件。
除此之外，固态摄像装置1还可以间接固定到透光构件。即，固态 摄像装置1可以固定至第二构件，第二构件固定至透光构件。例如，尽 管图53中固态摄像装置1被固定到透光的桥接部1083，但是通过将固态 摄像装置1固定到眼镜框1082，固态摄像装置1也可以间接固定到透光 的桥接部1083。
因此，在其上安装有根据图48至图52所述的第二至第六实施例中 的任一实施例的固态摄像装置1的装置中，该装置的一部分包括透过入 射在固态摄像装置1上的光的透光构件，固态摄像装置1布置在比该透 光构件更靠该装置内部的方向，换句话说，布置在通过透光构件透射的 光入射的位置，并且固态摄像装置1可以直接固定至透光构件。
可替代地，在其上安装有根据图48至图52所述的第二至第六实施 例中的任一实施例的固态摄像装置1的装置中，该装置的一部分包括透 过入射在固态摄像装置1上的光的透光构件，固态摄像装置1布置在比 该透光构件更靠该装置内部的方向，换句话说，布置在通过透光构件透 射的光入射的位置，并且固态摄像装置1可以间接固定至透光构件。即，固态摄像装置1可以固定至固定于透光构件的第二构件。
利用这些构造，能够通过透光构件来保护固态摄像装置1的表面， 例如，防止固态摄像装置1的表面被损坏。
<19.第四实施例的制造方法>
接下来，参照图55～图70，将说明根据图50中的第四实施例的固态 摄像装置1的制造方法，其中，省略了保护基板18。
注意，与参照图24～图38说明的制造方法一样，参照图55～图70说 明的制造方法是在上下配线连接结构是双接触结构的情况下的制造方 法。
首先，分别制造晶片状态的下结构体12和上结构体11。
对于下结构体12，在成为半导体基板(硅基板)81的各芯片部分的 区域中形成成为输入/输出电路单元49以及行驱动单元22或列信号处理 单元25的一部分的多层配线层82。此时，半导体基板81处于薄化前的 状态，具有例如约600μm的厚度。
另一方面，对于上结构体11，在成为半导体基板(硅基板)101的 芯片部分的区域中形成各像素31的光电二极管51和像素晶体管的源极/ 漏极区域。此外，在半导体基板101的一个表面上形成构成行驱动信号 线32、垂直信号线33等的多层配线层102。此时，半导体基板101也处 于薄化前的状态，具有例如约600μm的厚度。
然后，如图55所示，将制造的晶片状态的下结构体12的多层配线 层82侧和上结构体11的多层配线层102侧贴合在一起以彼此面对着。 此后，如图56所示，将上结构体11的半导体基板101变薄。例如，贴 合是等离子体接合或利用粘合剂的接合，但是第四实施例中的贴合是通 过等离子体接合而进行的。在等离子体接合的情况下，在上结构体11的 接合面和下结构体12的接合面上均形成诸如等离子体TEOS膜、等离子 体SiN膜、SiON膜(阻挡膜)或SiC膜等膜，并且接合面通过等离子体 处理而重叠，然后经过退火处理，使得两个接合面接合。
在将上结构体11的半导体基板101变薄之后，如图57所示，在将 要成为上下配线连接区域314的区域中通过使用镶嵌法等形成硅贯通电 极109、芯片贯通电极105和连接在它们之间的连接配线106。
接下来，如图58所示，在各像素31的光电二极管51上方形成滤色 器15和片上透镜16，其中，在光电二极管51与滤色器15之间形成有平 坦化膜108。此外，在片上透镜16的上表面上形成抗反射膜1062。
然后，如图59所示，在形成有贴合的上结构体11和下结构体12的 片上透镜16的整个表面上涂覆平坦化膜110和树脂层1051，并且如图 60所示，将作为支撑基板的硅基板1111连接到树脂层1051。在平坦化 膜110也具有抗反射膜的作用的情况下，可省略图58中所示的抗反射膜 1062。
接下来，如图61所示，在将整个贴合的上结构体11和下结构体12 翻转之后，将下结构体12的半导体基板81减薄至不影响装置特性的厚 度，例如约30～100μm。
接下来，如图62所示，在将光致抗蚀剂221进行图案化以在变薄的 半导体基板81上布置有贯通孔88(未示出)的位置开口之后，通过干法 蚀刻去除半导体基板81的一部分和下面的层间绝缘膜84的一部分，从 而形成包括硅贯通孔85的开口部222。
接下来，如图63所示，通过在包括开口部222的半导体基板81的 整个上表面上使用示例如等离子体CVD法形成绝缘膜86。如上所述， 例如，绝缘膜86可以是SiO2膜、SiN膜等。
接下来，如图64所示，例如通过使用回蚀法去除位于开口部分222 的底面上的绝缘膜86，并且使最靠近半导体基板81的配线层83c露出。
接下来，如图65所示，通过使用溅射方法形成阻挡金属膜(未示出) 和Cu籽晶层231。阻挡金属膜是用于防止图66所示的连接导体87(Cu) 扩散的膜，并且Cu籽晶层231用作通过电镀方法埋入连接导体87的电 极。作为阻挡金属膜的材料，可使用钽(Ta)、钛(Ti)、钨(W)、锆(Zr)、 它们的氮化膜或它们的碳化膜等。在第四实施例中，使用钛作为阻挡金 属膜。
接下来，如图66所示，在Cu籽晶层231上的预定区域上形成抗蚀 剂图案241之后，通过电镀方法使用作为连接导体87的铜(Cu)进行电 镀。因此，形成贯通孔88，以及在半导体基板81的上侧也形成再配线 90。
接下来，如图67所示，在去除抗蚀剂图案241之后，通过湿法蚀刻 去除抗蚀剂图案241下方的阻挡金属膜(未示出)和Cu籽晶层231。
接下来，如图68所示，在形成焊接掩模91以保护再配线90之后， 仅在安装外部端子14的区域中去除焊接掩模91，从而形成焊接掩模开口 部242。
然后，如图69所示，剥离连接到上结构体11的作为支撑基板的硅 基板1111。因此，上结构体11的最外表面变成树脂层1051。
最后，如图70所示，通过焊球安装法等在图69中的焊接掩模开口 部242中形成外部端子14。
如上所述，根据参照图55～图70所述的制造方法，首先，将上结构 体11(第一半导体基板)和下结构体12(第二半导体基板)贴合在一起 使得配线层彼此面对，在上结构体11处，形成执行光电转换的光电二极 管51、像素晶体管电路等，并且在下结构体12处，在像素阵列单元24 下方形成用于将从像素31输出的像素信号输出到固态摄像装置1的外部 的输入/输出电路单元49。然后，形成穿过下结构体12的贯通孔88，并 且形成通过输入/输出电路单元49和贯通孔88电连接到固态摄像装置1 的外部的外部端子14。因此，能够制造根据图50中所示的第四实施例的 固态摄像装置1。
注意，如上所述，由于在剥离作为支撑基板的硅基板1111之后形成 外部端子14，所以外部端子14可以通过不对树脂层1051施加力的方法 (例如，焊膏印刷)形成，而不是焊球安装法。可替代地，在不将外部 端子14设置在固态摄像装置1侧的情况下，焊球可以形成在其上安装有 固态摄像装置1的内插基板侧，并且电连接到固态摄像装置1的再配线 90。
上述第四实施例的制造方法是在上下配线连接结构是双接触结构的 情况下的制造方法。然而，即使上下配线连接结构是Cu-Cu直接键合结 构，不用说，也能够制备该装置。在这种情况下，能够将参照图24～图 38描述的制造方法与参照图55～图70描述的制造方法之间的区别类似地 应用于在参照图39～图43说明的Cu-Cu直接键合结构的情况下制造该装 置的制造方法。
注意，在如根据图51所示的第五实施例的固态摄像装置1中或根据 图52所示的第六实施例的固态摄像装置1中那样形成肋结构体1061的 情况下，例如，在形成图57中所示的硅贯通电极109、芯片贯通电极105 和连接配线106的步骤之后添加形成肋结构体1061的步骤。
具体地，如图71所示，在上结构体11的半导体基板101的整个表 面上形成钨(W)等的金属膜1141之后，通过使用光刻技术进行图案化， 并且通过干法蚀刻或湿法蚀刻在除了所需的区域之外的区域中去除金属 膜1141，从而能够形成肋结构体1061。
可替代地，将参照图60说明的将作为支撑基板的硅基板1111连接 到树脂层1051的步骤改变为如图72所示将硅基板1141(其被预先处理 以具有肋结构体1061的形状)连接到树脂层1051的步骤，并且通过化 学机械抛光(CMP：chemical mechanical polishing)去掉硅基板1141， 仅留下肋结构体1061，从而代替图69所示的剥离硅基板1111的步骤， 这样也能够形成肋结构体1061。
<20.固态摄像装置的第七实施例>
图73示出了固态摄像装置的第七实施例的示意性结构。
将根据图73所示的第七实施例的固态摄像装置1与根据图1所示的 第一实施例的固态摄像装置1相比，在根据第七实施例的固态摄像装置1 中没有形成在第一实施例中形成在上结构体11处的滤色器15、片上透镜 16和保护基板18。此外，在形成于上结构体11处的光电二极管51上方 涂覆有抗体1161，该抗体1161与用作分子或细胞标记物的荧光蛋白反 应，并且该装置的光入射侧的最上表面是抗体1161。
能够将根据第七实施例的固态摄像装置1用作DNA传感器。
此外，在图73中的固态摄像装置1中，在装置的光入射侧的最外表 面上形成附着电荷的化学改性膜而不是抗体1161的情况下，能够实现离 子传感器或电位传感器。对于化学改性膜，例如，可使用金属纳米颗粒、 多晶硅、碳、石墨等。例如，在通过固态摄像装置1实现表面等离子共 振生物传感器(SRP生物传感器)的情况下，使用金属纳米颗粒作为化 学改性膜来代替抗体1161。
<21.第七实施例的制造方法>
接下来，参照图74～图78，说明根据图73所示的第七实施例的固态 摄像装置1的制造方法。
从将上结构体11和下结构体12接合直到通过两个贯通电极(TSV)、 硅贯通电极109和芯片贯通电极105将上结构体11和下结构体12电连 接的步骤与参照图55～图57说明的步骤类似。
在形成两个贯通电极之后，如图74所示，对上结构体11的光电二 极管51上方的半导体基板101进行蚀刻以形成平坦化膜108。
接下来，如图75所示，通过使用易剥离的胶带1181，将作为支撑基 板的硅基板1182粘附到上结构体11的平坦化膜108上。
此后，在执行了与参照图61～图70说明的步骤类似的步骤之后，如 图76所示，例如通过焊膏印刷形成外部端子14。
然后，如图77所示，在将整个贴合的上结构体11和下结构体12翻 转后，将通过使用易剥离的胶带1181粘附的硅基板1182与胶带1181一 起从上结构体11剥离。
最后，如图78所示，在上结构体11的最上表面涂覆与用作分子或 细胞标记物的荧光蛋白反应的抗体1161，从而完成了根据第七实施例的 固态摄像装置1。此时，如图78所示，为了保护元件，可以在保留平坦 化膜108的同时涂覆抗体1161。可替代地，如图73所示，可以在去除平 坦化膜108之后涂覆抗体1161。
如上所述，作为第二至第七实施例，已经说明了固态摄像装置1的 结构，其中，第一实施例中的保护基板18被省略或用其他构造代替。在 第二至第七实施例中，对于上结构体11和下结构体12的其他结构(例 如，输入电路单元42和输出电路单元47等的电路布置构造)，能够采用 与第一实施例类似的各种结构。
<22.三层层叠结构体的示例>
在上述的每个实施例中，固态摄像装置1的层叠结构体13是由两层 (即，下结构体12和上结构体11)构成的，但是，也可以由三层以上来 构成。
参照图79和图80，将说明其中层叠结构体13由通过在下结构体12 与上结构体11之间设置第三结构体511而形成的三层构成的示例。
图79示出了像素阵列单元24具有像素共用结构的情况下的构造。
像素共用结构是以下结构：其中，各像素31具有光电二极管(PD) 51和传输晶体管52，但是多个像素共用FD 53、放大晶体管55、复位晶 体管54和选择晶体管56。
在图79中，作为共用单元520，结构为行方向上各两个像素以及列 方向上各两个像素(2×2)的四个像素共用FD 53、放大晶体管55、复位 晶体管54和选择晶体管56。
四个传输晶体管52的栅电极分别连接到在行方向上延伸的一条传输 晶体管驱动信号线521。分别连接到四个传输晶体管52的栅电极并在行 方向上延伸的四条传输晶体管驱动信号线521在列方向上并排平行布置。
FD 53通过配线(未示出)连接到放大晶体管55的栅电极和复位晶 体管54的扩散层。在行方向上延伸的一条复位晶体管驱动信号线522连 接到复位晶体管54的栅电极。
在行方向上延伸的一条选择晶体管驱动信号线523连接到选择晶体 管56的栅电极。在某些情况下，可以省略选择晶体管56。
在图2所示的固态摄像装置1的系统构造示例中，多个像素31分别 连接到在列方向上延伸的垂直信号线33。然后，多个垂直信号线33的各 者连接到布置在其目的地的列信号处理单元25，并且在列信号处理单元 25中进行噪声处理和AD转换处理。
另一方面，图79所示的具有三层层叠结构体13的固态摄像装置1 包括位于下结构体12与上结构体11之间的第三结构体511处的区域信 号处理单元531。
区域信号处理单元531包括具有噪声处理单元和ADC的读出信号处 理单元532以及保持AD转换之后的数字数据的数据保持单元533。
例如，在共用单元520的每个像素31在AD转换之后输出由16位 表示的数据的情况下，数据保持单元533包括诸如64位锁存器或移位寄 存器等数据保持装置来保存这些数据。
区域信号处理单元531进一步包括输出信号配线537，其用于将保存 在数据保持单元533中的数据输出到区域信号处理单元531的外部。例 如，该输出信号配线可以是64位信号线，其并行输出保存在数据保持单 元533中的64位数据，可以是16位信号线，每次一个像素地输出保存 在数据保持单元533中的四个像素的数据，或者可以是用于一个像素数据的一半的8位信号线，或者是用于两个像素的数据的32位信号线。可 替代地，输出信号配线可以是1位信号线，其逐位地读出保存在数据保 持单元533中的数据。
在图79所示的固态摄像装置1中，上结构体11的一个共用单元520 连接到第三结构体511的一个区域信号处理单元531。换句话说，共用单 元520和区域信号处理单元531彼此一一对应。因此，如图79所示，第 三结构体511包括区域信号处理单元阵列534，其中，多个区域信号处理 单元531在行方向和列方向上排列。
此外，第三结构体511包括行地址控制单元535，其读出在行方向上 和列方向上布置的多个区域信号处理单元531的每一个中包括的数据保 持单元533的数据。与通常的半导体存储装置一样，行地址控制单元535 确定行方向上的读出位置。
在区域信号处理单元阵列534的行方向上排列的区域信号处理单元 531连接到在行方向上从行地址控制单元535延伸的控制信号线，并且行 地址控制单元535控制区域信号处理单元531的操作。
在区域信号处理单元阵列534的列方向上排列的区域信号处理单元 531连接到在列方向上延伸的输出信号配线537，并且输出信号配线537 连接到也布置用于区域信号处理单元阵列534的列读出单元536。
对于在区域信号处理单元阵列534的各区域信号处理单元531的数 据保持单元533中保存的数据，在行方向上排列的所有区域信号处理单 元531的数据保持单元533的数据可以被同时读出到列读出单元536，或 者，可以仅读出由列读出单元536指定的特定区域信号处理单元531的 数据。
用于将从区域信号处理单元531读出的数据输出到第三结构体511 外部的配线连接到列读出单元536。
下结构体12连接到来自第三结构体511的列读出单元536的配线， 并且下结构体12包括用于接收从该列读出单元536输出的数据的读出单 元541。
此外，下结构体12包括用于对从第三结构体511接收的数据进行图 像信号处理的图像信号处理单元26。
此外，下结构体12包括输入/输出单元21，输入/输出单元21用于 经由图像信号处理单元26输出从第三结构体511接收的数据，或者不通 过图像信号处理单元26输出该数据。输入/输出单元21不仅可以包括输 出电路单元47，还可以包括输入电路单元42，输入电路单元42例如用 于从固态摄像装置1的外部将像素阵列单元24中使用的时序信号和图像信号处理单元26中使用的特征数据输入到装置中。
如图80的B所示，形成在上结构体11处的各共用单元520连接到 布置在共用单元520正下方的第三结构511的区域信号处理单元531。例 如，上结构体11与第三结构体511之间的这样的配线连接能够通过图8 所示的Cu-Cu直接键合结构而连接。
此外，如图80的B所示，形成在第三结构体511处的区域信号处理 单元阵列534外部的列读出单元536连接到布置在列读出单元536正下 方的下结构体12的读出单元541。例如，第三结构体511与下结构体12 之间的这样配线连接能够通过图8所示的Cu-Cu直接键合结构或图6所 示的双接触结构连接。
因此，如图80的A所示，形成在上结构体11处的各个共用单元520 的像素信号被输出到第三结构体511的相应区域信号处理单元531。保存 在区域信号处理单元531的数据保持单元533中的数据从列读出单元536 被输出并被提供给下结构体12的读出单元541。然后，在图像信号处理 单元26中，数据经过各种信号处理(例如，色调曲线校正处理)并从输入/输出单元21输出到装置的外部。
注意，在具有三层层叠结构体13的固态摄像装置1中，可以在第三 结构体511的行地址控制单元535的下侧布置形成在下结构体12处的输 入/输出单元21。
此外，在具有三层层叠结构体13的固态摄像装置1中，可以在第三 结构体511的区域信号处理单元531的下侧布置形成在下结构体12处的 输入/输出单元21。
此外，在具有三层层叠结构体13的固态摄像装置1中，可以在上结 构体11的像素阵列单元24的下侧布置形成在下结构体12处的输入/输出 单元21。
<23.电子设备的应用示例>
本技术不限于固态摄像装置的应用。即，本发明能够应用于在图像 采集单元(光电转换单元)中使用固态摄像装置的所有电子设备，例如， 包括数码相机和摄影机的成像设备、具有成像功能的便携式终端设备、 在图像读取单元中使用固态摄像装置的复印机等。固态摄像装置可以是 形成为单芯片的模式，或者是具有成像功能的模块化模式，在模块化模 中，成像单元和信号处理单元或光学系统被封装在一起。
图81是示出作为应用本技术的电子设备的成像设备的构造示例的框 图。
图81中的成像设备900包括：包括透镜组等的光学单元901、采用 图1中的固态摄像装置1的构造的固态摄像装置(摄像装置)902、和作 为相机信号处理电路的数字信号处理器(DSP)电路903。此外，成像设 备900还包括帧存储器904、显示单元905、记录单元906、操纵单元907 以及电源单元908。DSP电路903、帧存储器904、显示单元905、记录 单元906、操纵单元907和电源单元908通过总线909互相连接。
光学单元901获取来自被摄体的入射光(图像光)以将入射光成像 在固态摄像装置902的成像表面上。固态摄像装置902以像素为基础地 将由光学单元901在成像表面上成像的入射光的光量转换为电信号，并 将电信号作为像素信号输出。作为该固态摄像装置902，能够使用以下固 态摄像装置：其通过在外周部分处不设置用于树立用于测量图1中的固 态摄像装置1(即，层叠结构体13)的操作的测量针的导电焊盘，并且 通过将输入/输出电路单元49布置在上结构体11的像素阵列单元24的区 域的下方，或布置在上结构体11的像素周边电路区域313下方的区域中， 来减小尺寸。
例如，显示单元905由具有液晶面板、有机电致发光(EL：electro luminescence)面板等的面板型显示设备构成，并显示由固态摄像装置902 拍摄的运动图像或静止图像。记录单元906将由固态摄像装置902拍摄 的运动图像或静止图像记录在诸如硬盘或半导体存储器等的记录介质 上。
操纵单元907在用户的操纵下针对成像设备900的各种功能发出操 作命令。电源单元908适当地将用作DSP电路903、帧存储器904、显 示单元905、记录单元906和操纵单元907的操作电源的各种电源提供给 这些供应目标。
如上所述，通过使用根据上述各实施例的固态摄像装置1作为固态 摄像装置902，能够减小半导体封装的封装尺寸。因此，即使在诸如摄影 机、数码相机、用于移动设备(例如便携式电话)的相机模块等的成像 设备900中，也能够减小该设备的尺寸。
<24.图像传感器的使用示例>
图82是示出使用上述固态摄像装置1的使用示例的图。
如下文所描述的，作为固态摄像装置1的CMOS图像传感器例如能 够用于感测诸如可见光、红外光、紫外光或X射线等光的各种情况中。
-拍摄用于观赏的图像的设备，例如数码相机和具有相机功能的便携 式装置。
-用于交通的设备，例如，为了诸如自动停车、识别驾驶员状态等的 安全驾驶而用于拍摄车辆的前方、后方、周围、内部等的车载传感器， 监视行驶车辆和道路的监视相机，测量车辆之间的距离的距离测量传感 器等。
-用于诸如电视机、冰箱和空调等家用电器的设备，用于拍摄用户的 手势以根据该手势来执行设备操作。
-用于医疗护理和健康护理的设备，例如内窥镜、用于通过接收红外 光来进行血管造影的设备。
-用于安保的设备，例如用于预防犯罪的监控相机和用于个人认证用 途的相机。
-用于美容护理的设备，例如，对皮肤进行成像的皮肤测量仪和对头 皮进行成像的显微镜。
-用于运动的设备，例如，运动用途等的动作相机或可穿戴相机。
-用于农业的设备，例如，用于监测田地或农作物的状态的相机。
固态摄像装置1既能够应用于使用电子作为信号电荷的情况，也能 够应用于使用正空穴作为信号电荷的情况。
此外，本发明不限于应用于感测将作为图像而被成像的可见光的入 射光量的分布的固态摄像装置，而且还能应用于将红外光、X射线、粒 子等的入射量的分布成像为图像的所有固态摄像装置，以及应用于诸如 指纹检测传感器等用于感测将作为图像而被成像的压力或静电容量等其 他物理量的分布的广义上的所有固态摄像装置(物理量分布感测设备)。
此外，本发明不仅能应用于固态摄像装置，而且还能应用于具有其 他半导体集成电路的所有半导体装置。
本发明的实施例不限于上述实施例，并且在不脱离本发明的主旨的 范围内，可以进行各种变形。
例如，能够采用将上述多个实施例的所有或一部分进行组合的方式。
注意，这里描述的效果仅仅是示例而不受限制，并且可以取得除了 这里所述的效果之外的效果。
注意，本技术还能采用以下构造。
(1)
一种固态摄像装置，其中，
层叠有第一结构体和第二结构体，在所述第一结构体处形成有像素 阵列单元，在所述像素阵列单元中，用于执行光电转换的像素二维地排 列，在第二结构体处形成有输出电路单元，所述输出电路单元用于将从 所述像素输出的像素信号输出到装置的外部，
所述输出电路单元、穿过构成所述第二结构体的一部分的半导体基 板的贯通孔、以及连接到装置的外部的信号输出外部端子布置在所述第 一结构体的所述像素阵列单元的下方，
所述输出电路单元经由所述贯通孔连接到所述信号输出外部端子， 并且
装置的最外表面是形成在所述像素阵列单元的片上透镜的上层上的 树脂层。
(2)
根据(1)所述的固态摄像装置，包括肋结构体，所述肋结构体位于 比所述像素阵列单元更靠外侧的外周部上。
(3)
一种固态摄像装置，其中，
层叠有第一结构体和第二结构体，在所述第一结构体处形成有像素 阵列单元，在所述像素阵列单元中，用于执行光电转换的像素二维地排 列，在所述第二结构体处形成有输出电路单元，所述输出电路单元用于 将从所述像素输出的像素信号输出到装置的外部，
所述输出电路单元、穿过构成所述第二结构体的一部分的半导体基 板的贯通孔、以及连接到装置的外部的信号输出外部端子布置在所述第 一结构体的所述像素阵列单元的下方，
所述输出电路单元经由所述贯通孔连接到所述信号输出外部端子， 并且
装置的最外表面是形成在所述像素阵列单元的片上透镜的表面上的 抗反射膜。
(4)
一种固态摄像装置，其中，
层叠有第一结构体、位于所述第一结构体上方的微透镜阵列基板或 层叠透镜结构体、以及第二结构体，在所述第一结构体处形成有像素阵 列单元，在所述像素阵列单元中，用于执行光电转换的像素二维地排列， 在所述第二结构体处形成有输出电路单元，所述输出电路单元用于将从 所述像素输出的像素信号输出到装置的外部，
所述输出电路单元、穿过构成所述第二结构体的一部分的半导体基 板的贯通孔、以及连接到装置的外部的信号输出外部端子，布置在所述 第一结构体的所述像素阵列单元的下方，并且
所述输出电路单元经由所述贯通孔连接到所述信号输出外部端子。
(5)
一种固态摄像装置，其中，
层叠有第一结构体和第二结构体，在所述第一结构体处形成有像素 阵列单元，在所述像素阵列单元中，用于执行光电转换的像素二维地排 列，在所述第二结构体处形成有输出电路单元，所述输出电路单元用于 将从所述像素输出的像素信号输出到装置的外部，
所述输出电路单元、穿过构成所述第二结构体的一部分的半导体基 板的贯通孔、以及连接到装置的外部的信号输出外部端子布置在所述第 一结构体的所述像素阵列单元的下方，
所述输出电路单元经由所述贯通孔连接到所述信号输出外部端子， 并且
装置的最外表面是形成在所述像素阵列单元的片上透镜的上层上的 荧光材料。
(6)
一种固态摄像装置，其中，
层叠有第一结构体和第二结构体，在所述第一结构体处形成有像素 阵列单元，在所述像素阵列单元中，用于执行光电转换的像素二维排列， 在所述第二结构体处形成有输出电路单元，所述输出电路单元用于将从 所述像素输出的像素信号输出到装置的外部，
所述输出电路单元、穿过构成所述第二结构体的一部分的半导体基 板的贯通孔、以及连接到装置的外部的信号输出外部端子布置在所述第 一结构体的所述像素阵列单元的下方，
所述输出电路单元经由所述贯通孔连接到所述信号输出外部端子， 并且
装置的最外表面是形成在所述像素阵列单元的上层上并与荧光蛋白 反应的抗体。
(7)
一种固态摄像装置，其中，
层叠有第一结构体和第二结构体，在所述第一结构体处形成有像素 阵列单元，在所述像素阵列单元中，用于执行光电转换的像素二维排列， 在所述第二结构体处形成有输出电路单元，所述输出电路单元用于将从 所述像素输出的像素信号输出到装置的外部，
所述输出电路单元、穿过构成所述第二结构体的一部分的半导体基 板的贯通孔、以及连接到装置的外部的信号输出外部端子布置在所述第 一结构体的所述像素阵列单元的下方，
所述输出电路单元经由所述贯通孔连接到所述信号输出外部端子， 并且
装置的最外表面是形成在所述像素阵列单元的上层上并附有电荷的 化学改性膜。
(8)
一种电子设备，其包括根据(1)～(7)中任一项所述的固态摄像装 置。
附图标记列表
1 固态摄像装置
11 第一结构体(上结构体)
12 第二结构体(下结构体)
13 层叠结构体
14 外部端子(信号输入/输出端子)
15 滤色器
16 片上透镜
17 密封树脂
18 保护基板
21 输入/输出单元
22 行驱动单元
24 像素阵列单元
25 列信号处理单元
26 图像信号处理单元
31 像素
41 输入端子
42 输入电路单元
47 输出电路单元
48 输出端子
49 输入/输出电路单元
51 光电二极管
81 半导体基板
88 贯通孔
90 再配线
101 半导体基板
105 芯片贯通电极
106 连接配线
109 硅贯通电极
311 输入/输出电路区域
312 信号处理电路区域
313 像素周边电路区域
314 上下基板连接区域
321 I/O电路
351 存储板
352 存储电路
400 成像设备
402 固态摄像装置
511 第三结构体
531 区域信号处理单元
533 数据保持单元
900 成像设备
902 固态摄像装置
1011 附有透镜的基板
1012 层叠透镜结构体
1041 微透镜阵列基板
1042 载体基板
1043 光导路径
1044 微透镜
1051 树脂层
1061 肋结构体
1062 抗反射膜
1161 抗体

Claims (7)

1.一种固态摄像装置，其中，
层叠有第一结构体和第二结构体，在所述第一结构体处形成有像素阵列单元，在所述像素阵列单元中，用于执行光电转换的像素二维地排列，在所述第二结构体处形成有输出电路单元，所述输出电路单元用于将从所述像素输出的像素信号输出到所述固态摄像装置的外部，
所述输出电路单元、穿过构成所述第二结构体的一部分的半导体基板的贯通孔、以及连接到所述固态摄像装置的外部的信号输出外部端子布置在所述第一结构体的所述像素阵列单元的下方，
所述输出电路单元经由所述贯通孔连接到所述信号输出外部端子，并且
所述固态摄像装置的最外表面是位于所述第一结构体上方的层叠透镜结构体。
2.根据权利要求1所述的固态摄像装置，包括肋结构体，所述肋结构体位于比所述像素阵列单元更靠外侧的外周部上。
3.一种固态摄像装置，其中，
层叠有第一结构体和第二结构体，在所述第一结构体处形成有像素阵列单元，在所述像素阵列单元中，用于执行光电转换的像素二维地排列，在所述第二结构体处形成有输出电路单元，所述输出电路单元用于将从所述像素输出的像素信号输出到所述固态摄像装置的外部，
所述输出电路单元、穿过构成所述第二结构体的一部分的半导体基板的贯通孔、以及连接到所述固态摄像装置的外部的信号输出外部端子布置在所述第一结构体的所述像素阵列单元的下方，
所述输出电路单元经由所述贯通孔连接到所述信号输出外部端子，并且
所述固态摄像装置的最外表面是形成在所述像素阵列单元的片上透镜的表面上的抗反射膜，其中，肋结构体嵌入在所述像素阵列单元的外周部上的所述抗反射膜中。
4.一种固态摄像装置，其中，
层叠有第一结构体、微透镜阵列基板或层叠透镜结构体以及第二结构体，在所述第一结构体处形成有像素阵列单元，在所述像素阵列单元中用于执行光电转换的像素二维地排列，所述微透镜阵列基板位于所述第一结构体上方，在所述第二结构体处形成有输出电路单元，所述输出电路单元用于将从所述像素输出的像素信号输出到固态摄像装置的外部，
所述输出电路单元、穿过构成所述第二结构体的一部分的半导体基板的贯通孔、以及连接到固态摄像装置的外部的信号输出外部端子布置在所述第一结构体的所述像素阵列单元的下方，并且
所述输出电路单元经由所述贯通孔连接到所述信号输出外部端子。
5.一种固态摄像装置，其中，
层叠有第一结构体和第二结构体，在所述第一结构体处形成有像素阵列单元，在所述像素阵列单元中，用于执行光电转换的像素二维地排列，在所述第二结构体处形成有输出电路单元，所述输出电路单元用于将从所述像素输出的像素信号输出到所述固态摄像装置的外部，
所述输出电路单元、穿过构成所述第二结构体的一部分的半导体基板的贯通孔、以及连接到所述固态摄像装置的外部的信号输出外部端子布置在所述第一结构体的所述像素阵列单元的下方，
所述输出电路单元经由所述贯通孔连接到所述信号输出外部端子，并且
所述固态摄像装置的最外表面是形成在所述像素阵列单元的片上透镜的上层上的荧光材料，其中，肋结构体嵌入在所述像素阵列单元的外周部上的所述荧光材料中。
6.一种固态摄像装置，其中，
层叠有第一结构体和第二结构体，在所述第一结构体处形成有像素阵列单元，在所述像素阵列单元中，用于执行光电转换的像素二维地排列，在所述第二结构体处形成有输出电路单元，所述输出电路单元用于将从所述像素输出的像素信号输出到所述固态摄像装置的外部，
所述输出电路单元、穿过构成所述第二结构体的一部分的半导体基板的贯通孔、以及连接到所述固态摄像装置的外部的信号输出外部端子布置在所述第一结构体的所述像素阵列单元的下方，
所述输出电路单元经由所述贯通孔连接到所述信号输出外部端子，并且
所述固态摄像装置的最外表面是形成在所述像素阵列单元的上层上并与荧光蛋白反应的抗体。
7.一种固态摄像装置，其中，
层叠有第一结构体和第二结构体，在所述第一结构体处形成有像素阵列单元，在所述像素阵列单元中，用于执行光电转换的像素二维地排列，在所述第二结构体处形成有输出电路单元，所述输出电路单元用于将从所述像素输出的像素信号输出到所述固态摄像装置的外部，
所述输出电路单元、穿过构成所述第二结构体的一部分的半导体基板的贯通孔、以及连接到所述固态摄像装置的外部的信号输出外部端子布置在所述第一结构体的所述像素阵列单元的下方，
所述输出电路单元经由所述贯通孔连接到所述信号输出外部端子，并且
所述固态摄像装置的最外表面是形成在所述像素阵列单元的上层上并附有电荷的化学改性膜。
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