CN112970116A - 固态成像器件和成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是改善噪声性能。根据本发明实施例的固态成像器件包括：多个光电转换元件(333)，在行和列方向上以二维晶格排列，并根据接收的光量分别生成电荷；以及检测单元(400)，基于在多个光电转换元件中生成的电荷来检测光电流。光电转换元件和检测单元的至少一部分设置在不同的芯片(201a、201b)中。

Description

固态成像器件和成像装置
技术领域
本公开涉及一种固态成像器件和一种成像装置。
背景技术
传统的成像装置等包括同步型固态成像器件，其与同步信号(例如，垂直同步信号)同步地捕捉图像数据(帧)。允许这种典型的同步型固态成像器件在同步信号的每个周期(例如，1/60秒)中仅获取一次图像数据。在这种情况下，难以满足在与交通、机器人等相关的领域中对更高速处理的需求。因此，已经提出了一种非同步型固态成像器件，其包括为每个像素提供的检测电路，以实时检测作为地址事件的接收光量超过阈值。检测每个像素的地址事件的非同步型固态成像器件也被称为DVS(动态视觉传感器)。
[引用列表]
[专利文献]
[PTL 1]
JP-T-2016-533140
发明内容
[技术问题]
然而，典型的DVS被配置为使得用于生成对应于接收光量的电荷的光电转换元件和用于基于由光电转换元件中生成的电荷产生的光电流的电流值的变化来检测地址事件触发的存在或不存在的电路(以下称为像素电路)被集成在相同的基板上。在这种情况下，来自光电转换元件的暗电流流入构成像素电路的晶体管，并且导致DVS的噪声特性劣化的问题。
因此，本公开提出了一种能够改善噪声特性的固态成像器件和成像装置。
[问题的解决方案]
为了解决上述问题，根据本公开的一个方面的固态成像器件包括：多个光电转换元件，其在矩阵方向上排列成二维网格形状，并且每个光电转换元件生成对应于接收光量的电荷；以及检测单元，其检测由多个光电转换元件中的每一个中生成的电荷产生的光电流。光电转换元件和检测单元的至少一部分设置在不同的芯片上。
附图说明
图1是描绘根据第一实施例的固态成像器件和成像装置的示意性配置示例的框图。
图2是描绘根据第一实施例的固态成像器件的堆叠结构示例的示图。
图3是描绘根据第一实施例的固态成像器件的功能配置示例的框图。
图4是描绘根据第一实施例的单位像素的示意性配置示例的电路图。
图5是描绘根据第一实施例的地址事件检测单元的示意性配置示例的框图。
图6是描绘根据第一实施例的电流电压转换电路的另一示意性配置示例的电路图。
图7是描绘根据第一实施例的减法器和量化器的示意性配置示例的电路图。
图8是描绘根据第一实施例的固态成像器件的截面结构示例的截面图。
图9是描述根据第一实施例的第一芯片的层板图示例的平面图。
图10是描绘根据第一实施例的第二芯片的层板图示例的平面图。
图11是描绘根据第一实施例的第二芯片的另一层板图示例的平面图。
图12是表示晶体管的电流和噪声之间的关系的曲线图。
图13是描绘根据第二实施例的晶体管的示意性配置示例的截面图。
图14是通过实例方式表示图13所示的晶体管的电流电压特性的曲线图。
图15是描绘根据第二实施例的晶体管的另一配置示例的示意图。
图16是描绘根据第二实施例的晶体管的又一配置示例的示意图。
图17是描绘根据第三实施例的固态成像器件的制造过程的示例的截面图(1)。
图18是描绘根据第三实施例的固态成像器件的制造过程的示例的截面图(2)。
图19是描绘根据第三实施例的固态成像器件的制造过程的示例的截面图(3)。
图20是描绘根据第三实施例的固态成像器件的制造过程的示例的截面图(4)。
图21是描绘根据第三实施例的固态成像器件的制造过程的示例的截面图(5)。
图22是描绘根据第三实施例的固态成像器件的制造过程的示例的截面图(6)。
图23是描绘根据第三实施例的固态成像器件的制造过程的示例的截面图(7)。
图24是描绘根据第三实施例的固态成像器件的制造过程的示例的截面图(8)。
图25是描绘根据第三实施例的固态成像器件的制造过程的示例的截面图(9)。
图26是描绘根据第三实施例的固态成像器件的制造过程的示例的截面图(10)。
图27是描绘根据第三实施例的固态成像器件的制造过程的示例的截面图(11)。
图28是描绘根据第三实施例的固态成像器件的制造过程的示例的截面图(12)。
图29是描绘根据第四实施例的单位像素的示意性配置示例的电路图。
图30是描绘根据第四实施例的固态成像器件的截面结构示例的截面图。
图31是描绘根据第四实施例的第一芯片的层板图示例的平面图。
图32是描绘根据第五实施例的单位像素的示意性配置示例的电路图。
图33是描绘根据第五实施例的单位像素的另一示意性配置示例的电路图。
图34是描绘根据第六实施例的固态成像器件的堆叠结构示例的示图。
图35是描绘根据第六实施例的单位像素的示意性配置示例的电路图。
图36是描绘根据第七实施例的固态成像器件的截面结构示例的截面图。
图37是描绘根据第八实施例的固态成像器件的功能配置示例的框图。
图38是描绘根据第八实施例的列ADC的示意性配置示例的框图。
图39是描绘根据第八实施例的单位像素的示意性配置示例的电路图。
图40是表示根据第八实施例的固态成像器件的操作示例的时间图。
图41是表示根据第八实施例的固态成像器件的操作示例的流程图。
图42是描绘根据第八实施例的固态成像器件的截面结构示例的截面图。
图43是描绘根据第八实施例的第一芯片的层板图示例的平面图。
图44是描绘根据第八实施例的第二芯片的层板图示例的平面图。
图45是描绘根据第九实施例的固态成像器件的堆叠结构示例的示图。
图46是描绘根据第九实施例的单位像素的示意性配置示例的电路图。
图47是描绘根据第九实施例的固态成像器件的截面结构示例的截面图。
图48是描绘根据第十实施例的像素阵列单元的示意性配置示例的框图。
图49是描绘采用拜耳阵列作为滤色器阵列的像素块的配置示例的示意图。
图50是描绘采用X-Trans(注册商标)型阵列作为滤色器阵列的像素块的配置示例的示意图。
图51是描绘采用四拜耳阵列(Quad Bayer array)作为滤色器阵列的像素块的配置示例的示意图。
图52是描绘采用白色RGB阵列作为滤色器阵列的像素块的配置示例的示意图。
图53是描绘根据第十实施例的像素块的示意性配置示例的电路图。
图54是表示根据第十实施例的固态成像器件的操作示例的时间图。
图55是表示根据第十实施例的固态成像器件的操作示例的流程图。
图56是描绘根据第十实施例的第一示例的第一芯片的层板图示例的平面图。
图57是描绘根据第十实施例的第一示例的第二芯片的层板图示例的平面图。
图58是描绘根据第十实施例的第二示例的第一芯片的层板图示例的平面图。
图59是描绘根据第十实施例的第二示例的第二芯片的层板图示例的平面图。
图60是描绘根据第十实施例的第三示例的第一芯片的层板图示例的平面图。
图61是描绘根据第十实施例的第三示例的第二芯片的层板图示例的平面图。
图62是描绘车辆控制系统的示意性配置的示例的框图。
图63是帮助解释车外信息检测部分和成像部分的安装位置的示例的示图。
具体实施方式
下文将参考附图详细描述本公开的一个实施例。注意，在以下实施例中，相同的部分具有相同的附图标记，以省略重复的描述。
此外，将按照以下项目顺序描述本公开。
1.前言
2.第一实施例
2.1成像装置的配置示例
2.2固态成像器件的配置示例
2.2.1固态成像器件的堆叠结构示例
2.2.2固态成像器件的功能配置示例
2.3单位像素的配置示例
2.4地址事件检测单元的配置示例
2.4.1电流电压转换单元的配置示例
2.4.2减法器和量化器的配置示例
2.5各层的设置
2.6固态成像器件的截面结构示例
2.7层板图示例
2.7.1第一芯片
2.7.2第二芯片
2.7.2.1源极跟随器类型
2.7.2.2增益升压型
2.8操作和效果
3.第二实施例
3.1晶体管的噪声特性的改善
3.1.1使用FDSOI(全耗尽绝缘体上硅)
3.1.2隧道FET和鳍式FET的使用
3.2操作和效果
4.第三实施例
4.1固态成像器件的制造过程
4.2操作和效果
5.第四实施例
5.1单位像素的配置示例
5.2固态成像器件的截面结构示例
5.3层板图示例
5.4操作和效果
6.第五实施例
7.第六实施例
7.1固态成像器件的堆叠结构示例
7.2单位像素的配置示例
8.第七实施例
8.1固态成像器件的截面结构示例
9.第八实施例
9.1固态成像器件的功能配置示例
9.1.1列ADC的配置示例
9.2单位像素的配置示例
9.3固态成像器件的操作示例
9.3.1时间图
9.3.2流程图
9.4固态成像器件的截面结构示例
9.5层板图示例
9.5.1第一芯片
9.5.2第二芯片
9.6操作和效果
10.第九实施例
10.1固态成像器件的截面结构示例
10.2操作和效果
11.第十实施例
11.1像素阵列单元的配置示例
11.2像素块的示例
11.2.1拜耳阵列
11.2.2X-Trans(注册商标)型阵列
11.2.3四拜耳阵列
11.2.4白色RGB阵列
11.3像素块的配置示例
11.4固态成像器件的操作示例
11.4.1时间图
11.4.2流程图
11.5层板图示例
11.5.1第一示例
11.5.1.1第一芯片
11.5.1.2第二芯片
11.5.2第二示例
11.5.3第三示例
11.6操作和效果
12.移动体的应用示例
1.前言
典型的DVS采用所谓的事件驱动型驱动系统，该系统检测每个单位像素的地址事件触发的存在或不存在，并且在检测到该地址事件触发的情况下，从对应于地址事件触发的单位像素读取像素信号。
注意，本说明书中的单位像素是包括一个光电转换元件(也称为光接收元件)的像素的最小单位，并且对应于例如从图像传感器读取的图像数据中的点。此外，地址事件是针对分配给以二维网格形状排列的多个单位像素中的每一个的每个地址而引起的事件，例如，由光电转换元件中生成的电荷所产生的电流(以下称为光电流)的电流值过量或者电流值的变化量超过特定阈值。
如上所述，典型的DVS采用这样的配置，其中，光电转换元件和像素电路设置在同一基板上。在光电转换元件和电路元件设置在同一基板上的上述配置中，暗电流从光电转换元件流入构成像素电路的每个晶体管。因此，可能导致DVS的噪声特性劣化。
此外，在光电转换元件和电路元件设置在同一基板上的配置中，光电转换元件在光接收表面中的比例降低。结果，出现了噪声特性随着入射光的量子效率(以下称为光接收效率)的下降而劣化的问题。
此外，在光电转换元件和电路元件设置在同一基板上的配置中，通常难以保证构成像素电路的每个晶体管的足够面积。在这种情况下，每个晶体管的噪声特性劣化，因此出现DVS噪声特性劣化的问题。
因此，以下详细描述的实施例是能够减少噪声特性劣化的固态成像器件和成像装置的几个示例。
2.第一实施例
首先将参考附图详细描述根据第一实施例的固态成像器件和成像装置。
2.1成像装置的配置示例
图1是描绘根据第一实施例的固态成像器件和成像装置的示意性配置示例的框图。如图1所示，例如，成像装置100包括成像透镜110、固态成像器件200、记录单元120和控制单元130。假设成像装置100构成安装在工业机器人上的相机、车载相机等。
成像透镜110是光学系统的示例，该光学系统会聚入射光并在固态成像器件200的光接收表面上形成光的图像。光接收表面可以是设置固态成像器件200的光电转换元件的表面。固态成像器件200对入射光进行光电转换，以生成图像数据。此外，固态成像器件200对生成的图像数据执行预定的信号处理，例如，噪声去除和白平衡调整。通过该信号处理获得的结果和指示地址事件触发的存在或不存在的检测信号经由信号线209输出到记录单元120。注意，下面将描述用于生成指示地址事件触发的存在或不存在的检测信号的方法。
例如，记录单元120包括闪存、DRAM(动态随机存取存储器)、SRAM(静态随机存取存储器)等，并且记录从固态成像器件200输入的数据。
例如，控制单元130包括CPU(中央处理单元)等，并且经由信号线139输出各种指令，以控制成像装置100的各个单元，例如，固态成像器件200。
2.2固态成像器件的配置示例
接下来将参考附图详细描述固态成像器件200的配置示例。
2.2.1固态成像器件的堆叠结构示例
图2是描绘根据第一实施例的固态成像器件的堆叠结构示例的示图。如图2所示，固态成像器件200具有光接收芯片201和检测芯片202沿上下方向堆叠的结构。例如，光接收芯片201具有双层结构，其包括彼此固定的第一芯片201a和第二芯片201b。光电转换元件设置在第一芯片201a上，像素电路设置在第二芯片201b上。
第一芯片201a和第二芯片201b之间的接合以及光接收芯片201(具体而言，第二芯片201b)和检测芯片202之间的接合可以通过例如所谓的直接接合来实现，该直接接合使各个接合表面变平并且通过电子间力来固定两个表面。然而，不要求采用这种接合方法。例如，可以采用诸如所谓的Cu-Cu接合等接合方法，该Cu-Cu接合包括铜(Cu)并且形成在各个接合表面和凸块接合上的电极焊盘。
此外，例如，光接收芯片201和检测芯片202经由诸如穿透半导体基板的TSV(硅通孔)等连接部分彼此电连接。适用于使用TSV的连接的示例包括：所谓的双TSV方法，该方法在芯片外表面上连接两个TSV，即设置在光接收芯片201上的TSV和从光接收芯片201至检测芯片202提供的TSV；以及所谓的共享TSV方法，该方法通过从光接收芯片201穿透到检测芯片202的TSV将光接收芯片201和检测芯片202连接。
然而，在Cu-Cu接合或凸块接合用于光接收芯片201和检测芯片202之间的接合的情况下，两个芯片经由Cu-Cu接合部分或凸块接合部分电连接。
2.2.2固态成像器件的功能配置示例
图3是描绘根据第一实施例的固态成像器件的功能配置示例的框图。如图3所示，固态成像器件200包括驱动电路211、信号处理单元212、仲裁器213和像素阵列单元300。
多个单位像素以二维网格形状排列在像素阵列单元300上。如下文详细描述的，例如，单位像素包括光电转换元件(例如，光电二极管)和像素电路(对应于下面在本实施例中描述的地址事件检测单元400)，该像素电路基于由光电转换元件中生成的电荷产生的光电流的电流值或电流值的变化量是否超过预定阈值，来检测地址事件触发的存在或不存在。此处的像素电路可以由多个光电转换元件共享。在这种情况下，每个单位像素包括要共享的一个光电转换元件和像素电路。
像素阵列单元300的多个单位像素可以被分组为多个像素块，每个像素块包括预定数量的单位像素。在下文中，沿水平方向排列的一组单位像素或像素块将被称为“行”，沿垂直于行的方向排列的一组单位像素或像素块将被称为“列”
当在像素电路中检测到地址事件触发时，每个单位像素向仲裁器213输出从单位像素读取信号的请求。
仲裁器213对来自一个或多个单位像素的请求进行仲裁，并且基于该仲裁的结果，向已经发出请求的单位像素发送预定响应。已经接收到该响应的单位像素向驱动电路211和信号处理单元212输出指示地址事件触发的检测信号。
驱动电路211依次驱动都输出了检测信号的单位像素，以使对应于检测到的地址事件触发的单位像素向例如信号处理单元212输出对应于接收到的光量的信号。
信号处理单元212对从单位像素输入的信号执行预定的信号处理，并且经由信号线209将该信号处理的结果和指示地址事件的检测信号提供给记录单元120。
2.3单位像素的配置示例
接下来将描述单位像素310的配置示例。图4是描绘根据第一实施例的单位像素的示意性配置示例的电路图。如图4所示，例如，单位像素310包括光接收单元330和地址事件检测单元400。注意，例如，图4中的逻辑电路210可以是包括图3中的驱动电路211、信号处理单元212和仲裁器213的逻辑电路。
例如，光接收单元330包括光电转换元件333，例如，光电二极管。光接收单元330的输出连接到地址事件检测单元400。
例如，地址事件检测单元400包括电流电压转换单元410和减法器430。注意，地址事件检测单元400还包括缓冲器、量化器和传输单元。下面将参考图5和其他附图描述地址事件检测单元400的细节。
在这种配置中，光接收单元330的光电转换元件333对入射光进行光电转换，以生成电荷。由光电转换元件333生成的电荷作为对应于电荷量的电流值的光电流被输入到地址事件检测单元400。
2.4地址事件检测单元的配置示例
图5是描述根据第一实施例的地址事件检测单元的示意性配置示例的框图。如图5所示，除了图4所示的电流电压转换单元410、减法器430和量化器440之外，地址事件检测单元400还包括缓冲器420和传输单元450。
电流电压转换单元410将从光接收单元330接收的光电流转换成指示光电流的对数的电压信号，并将如此生成的电压信号输出到缓冲器420。
缓冲器420校正从电流电压转换单元410接收的电压信号，并将校正后的电压信号输出到减法器430。
减法器430根据从驱动电路211接收的行驱动信号降低从缓冲器420接收的电压信号的电压电平，并将降低的电压信号输出到量化器440。
量化器440将从减法器430接收的电压信号量化为数字信号，并将如此生成的数字信号作为检测信号输出到传输单元450。
传输单元450将从量化器440接收的检测信号传输到信号处理单元212和其他单元。例如，在检测到地址事件触发时，传输单元450向仲裁器213输出用于将指示地址事件的检测信号从传输单元450传输到驱动电路211和信号处理单元212的请求。此后，当从仲裁器213接收到对请求的响应时，传输单元450向驱动电路211和信号处理单元212输出检测信号。
2.4.1电流电压转换单元的配置示例
例如，如图5所示配置的电流电压转换单元410可以是所谓的源极跟随器型电流电压转换单元，其包括LG晶体管411、放大晶体管412和恒流电路415，如图4所示。然而，不要求采用这种配置。例如，电流电压转换单元410可以是所谓的增益升压型电流电压转换器，其包括两个LG晶体管411和413、两个放大晶体管412和414、以及恒流电路415，如图6的示例所示。
如图4所示，例如，LG晶体管411的源极和放大晶体管412的栅极连接到光接收单元330的光电转换元件333的阴极。例如，LG晶体管411的漏极连接到电源端子VDD。
此外，例如，放大晶体管412的源极接地，而放大晶体管412的漏极经由恒流电路415连接到电源端子VDD。例如，恒流电路415可以包括负载MOS(金属氧化物半导体)晶体管，例如，P型MOS晶体管。
同时，在增益升压型的情况下，例如，如图6所示，LG晶体管411的源极和放大晶体管412的栅极连接到光接收单元330的光电转换元件333的阴极。另外，例如，LG晶体管411的漏极连接到LG晶体管413的源极和放大晶体管412的栅极。例如，LG晶体管413的漏极连接到电源端子VDD。
此外，例如，放大晶体管414的源极连接到LG晶体管411的栅极和放大晶体管412的漏极。例如，放大晶体管414的漏极经由恒流电路415连接到电源端子VDD。
图4或图6中描绘的连接关系构成了环形源极跟随器电路。在该配置中，从光接收单元330接收的光电流被转换成指示对应于光电流的电荷量的对数值的电压信号。注意，例如，LG晶体管411和413以及放大晶体管412和414中的每一个可以包括NMOS晶体管。
2.4.2减法器和量化器的配置示例
图7是描述根据第一实施例的减法器和量化器的示意性配置示例的电路图。如图7所示，减法器430包括电容器431和433、反相器432和开关434。此外，量化器440包括比较器441。
电容器431的一端连接到缓冲器420的输出端，而另一端连接到反相器432的输入端。电容器433与反相器432并联连接。开关434根据行驱动信号打开和关闭连接电容器433两端的路径。
反相器432将经由电容器431输入的电压信号反转。反相器432将反转信号输出到比较器441的非反转输入端(+)。
当开关434接通时，电压信号Vinit被输入到电容器431的缓冲器420侧。此外，对侧成为虚拟接地端子。为了方便起见，假设该虚拟接地端子的电势为零。此时，在假设电容器431的容量为C1的情况下，电容器431中累积的电势Qinit由以下等式(1)表示。另一方面，电容器433的两端短路。因此，电容器433的累积电荷变为零。
Qin it＝C1×Vinit (1)
随后，考虑到通过关断开关434将电容器431的缓冲器420侧的电压变为Vafter的情况，电容器431中累积的电荷Qafter由以下等式(2)表不。
Qafter＝C1×Vafter (2)
另一方面，在假设输出电压为Vout的情况下，电容器433中累积的电荷Q2由以下等式(3)表示。
Q2＝-C2×Vout (3)
此时，电容器431和433的总电荷量不变。因此，下面的等式(4)成立。
Qinit＝Qafter+Q2 (4)
通过用等式(1)至(3)代替等式(4)变形而获得下面的等式(5)。
Vout＝-(C1/C2)×(Vafter-Vinit) (5)
等式(5)表示电压信号的减法运算。减法结果的增益是C1/C2。通常希望最大化增益。因此，为C1指定大值而为C2指定小值的设计是优选的。另一方面，当C2过小时，噪声特性可能随着kTC噪声的增加而劣化。因此，C2的容量减少仅限于噪声允许范围。此外，为每个单位像素安装包括减法器430的地址事件检测单元400。因此，电容C1和C2的面积有限。根据这些条件确定电容C1和C2的值。
比较器441将从减法器430接收的电压信号与施加到反转输入端(-)的预定阈值电压Vth进行比较。比较器441向传输单元450输出指示比较结果的信号，作为检测信号。
此外，在假设电流电压转换单元410的转换增益为CGlog并且缓冲器420的增益为“1”的情况下，上述地址事件检测单元400的整个增益A由以下等式(6)表示。
【数学公式1]
Figure BDA0003054517730000211
在等式(6)中，iphoto_n是第n个单位像素的光电流，并且例如以安培(A)为单位来表示。在这种情况下，N表示像素块中的单位像素310的数量，并且在本实施例中被设置为“1”。
2.5各层的设置
如图4所示，上述配置中的光接收单元330例如设置在图2所示的光接收芯片201的第一芯片201a上，并且像素电路(地址事件检测单元400)的电流电压转换单元410的LG晶体管411和放大晶体管412例如设置在图2所示的光接收芯片201的第二芯片201b上。另外，另一种配置(另一种电路配置将在下文中具有参考编号“510”)例如设置在检测芯片202上。注意，为了清楚起见，在以下描述中，设置在第二芯片201b上的配置将被称为上层像素电路500。在电流电压转换单元410是源极跟随器类型的情况下(见图4)，上层像素电路500包括LG晶体管411和放大晶体管412。另一方面，在电流电压转换单元410是增益升压型的情况下，上层像素电路500包括两个LG晶体管411和413以及两个放大晶体管412和414。
如图4所示，例如，光接收芯片201中设置在第一芯片201a上的光接收单元330和设置在第二芯片201b上的上层像素电路500经由从第一芯片201a穿透到第二芯片201b的连接部分501彼此电连接。
此外，例如，设置在第二芯片201b上的上层像素电路500和设置在检测芯片202上的另一电路配置510经由从第二芯片201b穿透到检测芯片202的连接部分502彼此电接合。
注意，连接部分501和502中的每一个可以包括例如TSV、Cu-Cu接合部分、凸块接合部分等。
2.6固态成像器件的截面结构示例
图8是描绘根据第一实施例的固态成像器件的截面结构示例的截面图。注意，图8描绘了沿着垂直于光入射表面(光接收表面)的平面截取的固态成像器件200的截面结构示例。
如图8所示，固态成像器件200具有这样的结构，即检测芯片202进一步固定到光接收芯片201，光接收芯片201具有通过固定第一芯片201a和第二芯片201b而产生的堆叠结构。
例如，第一芯片201a和第二芯片201b之间的接合表面610以及光接收芯片201和检测芯片202之间的接合表面620中的每一个可以是直接接合的表面。然而，如上所述，可以使用Cu-Cu接合、凸块接合等来代替直接接合。
例如，第一芯片201a包括半导体基板601和层间电介质608。
半导体基板601包括光电转换元件333(光接收单元330)，光电转换元件333包括n型半导体区域606和围绕n型半导体区域606的p型半导体区域605。光电转换元件333接收经由片上透镜602从半导体基板601的背面侧进入的入射光。可以在光电转换元件333和片上透镜602之间设置平坦化膜603、未示出的滤色器等，该平坦化膜603用于将安装片上透镜602的表面平坦化。
n型半导体区域606是电荷累积区域，由光电转换生成的电荷(电子)累积在其中。围绕n型半导体区域606的p型半导体区域605中与光入射表面相对的一侧(上表面侧)的杂质浓度可以高于光入射表面侧(下表面侧)的杂质浓度。具体地，光电转换元件333可以具有HAD(空穴累积二极管)结构，并且p型半导体区域605可以形成为减少在n型半导体区域606的下表面侧和上表面侧的每个界面中暗电流的产生。
从背面侧看，将多个光电转换元件333电分离和光分离的像素分离单元604以二维网格形状设置在半导体基板601上。每个光电转换元件333设置在由像素分离单元604分割的矩形区域中。
在每个光电转换元件333中，阳极接地，而阴极包括接触层607，从该接触层607中提取光电转换元件333中生成的电荷。
层间电介质608是用于第一芯片201a和第二芯片201b之间的电隔离的绝缘体，并且设置在半导体基板601的前表面侧，即，在与第二芯片201b接合的一侧。例如，层间电介质608的接合表面610被平坦化，以直接接合到第二芯片201b。
例如，第二芯片201b包括半导体基板611、层间电介质612和布线层613。
半导体基板611包括构成上层像素电路500的LG晶体管411和放大晶体管412。例如，LG晶体管411的源极和放大晶体管412的栅极经由TSV 501a、TSV 501b、TSV 501c以及布线501d电连接到光电转换元件333的接触层607，该TSV 501a从层间电介质612的上表面经由半导体基板611和层间电介质608穿透到形成在半导体基板601上的接触层607，TSV 501b从层间电介质612的上表面穿透到LG晶体管411的源极，TSV 501c也从层间电介质612的上表面穿透到放大晶体管412的栅极，布线501d电连接层间电介质612的上表面侧的TSV501a、501b和501c。TSV 501a、TSV 501b和TSV 501c以及布线501d构成图4中的连接部分501。
例如，布线层613包括绝缘层和形成在绝缘层中的多层布线。例如，该布线连接到LG晶体管411的栅极和放大晶体管412的漏极。
此外，布线层613包括焊盘(Cu焊盘)619，其由铜(Cu)制成并且暴露在接合到检测芯片202的接合表面620上。Cu焊盘619经由布线层613的布线连接到LG晶体管411的栅极和放大晶体管412的漏极。
例如，检测芯片202包括半导体基板621、层间电介质622和布线层623。
例如，作为另一电路配置510，半导体基板621包括电路元件511，该电路元件511包括电流电压转换单元410的恒流电路415、除了地址事件检测单元400之外的电路、逻辑电路210等。
例如，与第二芯片201b的布线层613类似，布线层623包括绝缘层和形成在绝缘层中的多层布线。例如，该布线电连接到设置在半导体基板621上的电路元件511。
此外，布线层623包括暴露在接合到第二芯片201b的接合表面620上的Cu焊盘629。Cu焊盘629经由布线层623的布线连接到电路元件511。
暴露在第二芯片201b的布线层613的表面上的Cu焊盘619和暴露在检测芯片202的布线层623的表面上的Cu焊盘629构成电接合和机械接合第二芯片201b和检测芯片202的Cu-Cu接合部分。具体地，在图8所示的示例中，图4中的连接部分502包括Cu-Cu接合部分。
2.7层板图示例
接下来将描述第一芯片201a和第二芯片201b的各个层板图的示例。
2.7.1第一芯片
图9是描绘根据本实施例的第一芯片的层板图示例的平面图。如图9所示，光接收单元330的光电转换元件333以二维网格形状设置在第一芯片201a上。例如，每个光电转换元件333设置在矩形区域中。此外，每个光电转换元件333包括连接到构成连接部分501的TSV 501a的接触层607。
2.7.2第二芯片
2.7.2.1源极跟随器类型
图10是描绘在电流电压转换单元410是源极跟随器类型(参见图4)的情况下第二芯片的层板图示例的平面图。如图10所示，均包括LG晶体管411和放大晶体管412的上层像素电路500以二维网格形状设置在第二芯片201b上。例如，每个上层像素电路500形成在与设置在第一芯片201a上的每个光电转换元件333的区域基本上等同的区域中。
例如，每个上层像素电路500中的LG晶体管411包括栅极4111、相对于栅极4111形成在源极侧的扩散区域416、以及相对于栅极4111形成在漏极侧的扩散区域417。此外，例如，放大晶体管412包括栅极4121、相对于栅极4121形成在源极侧的扩散区域418、以及相对于栅极4121形成在漏极侧的扩散区域419。
构成连接部分501的TSV 501a和放大晶体管412的栅极4121连接到LG晶体管411的源极侧的扩散区域416。另一方面，电源电压VDD连接到漏极侧的扩散区域417。
接地电压VSS连接到放大晶体管412的源极侧的扩散区域418。另一方面，LG晶体管411的栅极4111连接到漏极侧的扩散区域419。
2.7.2.2增益升压型
图11是描述在电流电压转换单元410是增益升压型(参见图6)的情况下第二芯片的层板图示例的平面图。如图11所示，均包括LG晶体管411和413以及放大晶体管412和414的上层像素电路500以二维网格形状设置在第二芯片201b上。例如，每个上层像素电路500形成在与设置在第一芯片201a上的每个光电转换元件333的区域基本上等同的区域中。
在每个上层像素电路500中，LG晶体管413的栅极4131设置在LG晶体管411的漏极侧，放大晶体管414的栅极4141设置在放大晶体管412的漏极侧，其设置类似于图10所示的每个上层像素电路500的设置。
相对于LG晶体管413的栅极4131的源极侧的扩散区域417由LG晶体管411共享。另一方面，电源电压VDD连接到漏极侧的扩散区域4171，而不是扩散区域417。
放大晶体管412共享相对于放大晶体管414的栅极4141的源极侧的扩散区域419。另一方面，漏极侧的扩散区域4191连接到LG晶体管413的栅极4131。
2.8操作和效果
根据本实施例，如上所述，光接收单元330的光电转换元件333和上层像素电路500分别设置在半导体基板601和611上，半导体基板601和611经由层间电介质608彼此电分离。这种设置可以减少暗电流从光电转换元件333进入构成上层像素电路500的每个晶体管。因此，可以实现DVS噪声特性劣化的减少。
此外，光电转换元件333和上层像素电路500均设置在不同基板上的布置可以增加光电转换元件333在光接收表面中的比例。在这种情况下，可以提高入射光的光接收效率。因此，可以进一步降低DVS噪声特性的劣化。
此外，光电转换元件333和上层像素电路500均设置在不同基板上的布置可以为构成上层像素电路500的每个晶体管确保足够的面积。因此，通过减少每个晶体管的噪声特性的劣化，可以进一步减少DVS噪声特性的劣化。
3.第二实施例
接下来将参考附图详细描述根据第二实施例的固态成像器件和成像装置。
3.1晶体管的噪声特性的改善
如上所述，DVS噪声特性不仅由于暗电流从光电转换元件333流入上层像素电路500而劣化，还由于构成上层像素电路500的每个晶体管的噪声特性的劣化而劣化。在此处，图12表示构成上层像素电路500的每个晶体管的噪声和电流之间的关系。在图12中，横轴表示每个晶体管的漏极电流，而纵轴表示每个晶体管的噪声分量。
如图12所示，构成上层像素电路500的每个晶体管的噪声与电流量成比例地增加。这表明热噪声SVg在晶体管的噪声特性中占主导地位。晶体管饱和区域中的热噪声SVg可以由以下等式(7)表示。在等式(7)中，k是玻尔兹曼系数，T是绝对温度，gm是跨导。
[数学公式2]
Figure BDA0003054517730000281
从等式(7)可以明显看出，增加晶体管的跨导gm以降低晶体管饱和区域的热噪声SVg是有效的。晶体管的跨导gm可以由下面的等式(8)表示。在等式(8)中，W是晶体管的栅极面积。
[数学公式3]
Figure BDA0003054517730000291
从等式(8)可以明显看出，为了增加晶体管的跨导gm，存在一种增加晶体管的栅极面积W的方法。例如，在第一实施例中，通过增加构成像素电路的LG晶体管411和放大晶体管412的栅极面积，可以实现通过降低LG晶体管411和放大晶体管412的热噪声SVg来改善噪声特性。
此外，还有以下方法作为增加晶体管的跨导gm的另一种方法。
3.1.1使用FDSOI(全耗尽绝缘体上硅)
有一种方法使用FDSOI基板作为构成上层像素电路500的第二芯片201b的半导体基板611，作为增加晶体管跨导gm的一种方法。
图13是描绘形成在FDSOI基板上的晶体管的示意性配置示例的截面图。如图13所示，例如，FDSOI基板701包括支撑基板704(例如，硅基板)、位于支撑基板704上的嵌入氧化膜703(例如，氧化硅膜)、以及薄且位于嵌入氧化膜703上的硅薄膜702。
上层像素电路500中的每个晶体管700(对应于第一实施例中的LG晶体管411和放大晶体管412，或者LG晶体管411和413以及放大晶体管412和414)包括设置在硅薄膜702上的源极707和漏极708以及设置在硅薄膜702中夹在源极707和漏极708之间的区域中的栅极绝缘膜706和栅极705。
在这样的配置中，可以通过向支撑基板704施加反向偏置来增强晶体管700的栅极可控性。注意，例如，反向偏压可以从背面或侧面直接施加到支撑基板704，或者可以施加到形成在支撑基板704上并暴露于从硅薄膜702穿透到嵌入氧化物膜703的沟槽的底部的接触层。
图14是举例说明图13所示的晶体管的电流电压特性的曲线图。图14中的实线表示施加与施加到栅极705的电压等效的电压作为反向偏置的情况，而虚线表示支撑基板704接地(没有反向偏置)的情况。
如图14所示，通过向晶体管700施加反向偏置，漏极电流加倍或更多。这表明通过施加反向偏置实现了晶体管700的跨导gm的加倍或更多的改善。因此，通过使用FDSOI基板701作为第二芯片201b的半导体基板611，并且向形成在FDSOI基板701上的LG晶体管411和放大晶体管412施加反向偏置，热噪声SVg可以降低到1/2或更低。
3.1.2隧道FET和鳍式FET的使用
此外，晶体管的亚阈值区域中的热噪声SVg可以由以下等式(9)表示。在等式(9)中，q是基本电荷，S是亚阈值系数，Vd是漏极电压。
【数学公式4]
Figure BDA0003054517730000301
从等式(9)中可以明显看出，降低晶体管的亚阈值系数S，以降低晶体管的亚阈值区域中的热噪声SVg是有效的。
具有小亚阈值系数S的晶体管的示例包括具有由隧穿电流产生的急剧开-关特性(亚阈值特性)的晶体管，例如，以示例方式在图15中描述的隧道FET 710和以示例方式在图16中描述的鳍式FET 720。
通过使用如上所述的对于构成上层像素电路500的每个晶体管具有小亚阈值系数S的晶体管，可实现通过降低晶体管的热噪声SVg来改善噪声特性。例如，通过使用具有降低到1/2的亚阈值系数S的晶体管，热噪声SVg理论上可以降低到1/4。
3.2操作和效果
根据本实施例，如上所述，具有优选跨导gm或亚阈值系数S的晶体管可以用于构成上层像素电路500的晶体管，以降低晶体管的热噪声。结果，可以实现DVS噪声特性劣化的减少。
注意，其他配置、操作和效果可以类似于上述实施例的配置、操作和效果，因此在此不再详细描述。
4.第三实施例
在第三实施例中将描述根据本公开的固态成像器件200的制造过程的示例。注意，以示例方式呈现的本实施例是第二实施例中以示例方式呈现的FDSOI基板701用于第二芯片201b的半导体基板611的情况。然而，本实施例类似地适用于具有其他配置的固态成像器件200。
4.1固态成像器件的制造过程
图17至28是均描绘根据第三实施例的固态成像器件的制造过程的示例的截面图。在本制造过程中，首先在p型半导体基板601上提供具有网格形状的像素分离单元604，其中，受体扩散到分隔区域，在每个分隔区域中，形成相应的光电转换元件333。
随后，从半导体基板601的前表面侧将供体离子注入到由像素分离单元604分隔的每个区域中，以形成包括p型半导体区域605和n型半导体区域606的光电转换元件333。
此后，以到达n型半导体区域606的方式将供体离子注入到半导体基板601的前表面侧，以形成电连接到n型半导体区域606的接触层607。
然后，通过使用例如等离子体CVD(化学气相沉积)方法在半导体基板601上沉积氧化硅(SiO2)，以形成层间电介质608。随后，例如，使用CMP(化学机械抛光)将层间电介质608的表面平坦化。
此后，平坦化膜603和片上透镜602设置在半导体基板601的背面侧。以这种方式，如图17所示，形成个体化之前的第一芯片201a。
然后，如图18所示，在其背面上形成氧化硅膜731的SOI基板701A(支撑基板(例如，硅基板)704、嵌入氧化膜(例如，氧化硅膜)703和硅层702A)的氧化硅膜731的表面固定到第一芯片201a的层间电介质608的表面，以直接接合SOI基板701A和第一芯片201a。注意，氧化硅膜731的表面例如通过CMP平坦化。
随后，如图19所示，减小SOI基板701A的硅层702A的厚度，以形成硅薄膜702。
此后，如图20所示，形成都从硅薄膜702到达支撑基板704的中部的元件分离绝缘膜(也称为沟道停止层)732。注意，每个元件分离绝缘膜732不仅形成在分隔上层像素电路500的LG晶体管411和放大晶体管412的区域中，而且形成在LG晶体管411和放大晶体管412中的每个中施加反向偏压的区域中。注意，在下面的描述中，低于第一芯片201a的层间电介质608的层没有在图中示出。
随后，如图21所示，在已经形成元件分离绝缘膜732的硅薄膜702的表面上形成氧化硅膜706A。
然后，如图22所示，通过例如RIE(反应离子蚀刻)蚀刻在由元件分离绝缘膜732分隔的区域中施加反向偏压的区域，以形成沟槽733，支撑基板704通过该沟槽733暴露。
此后，如图23所示，每个晶体管(411和412)的栅极705(对应于栅极4111或4121)形成在由元件分离绝缘膜732分隔的并且形成LG晶体管411和放大晶体管412的区域中的氧化硅膜706A上。
随后，如图24所示，例如，形成栅极705的FDSOI基板701的表面被回蚀，以去除暴露的氧化硅膜706A并在栅极705下方形成栅极绝缘膜706。此后，如图25所示，使用栅极705和元件分离绝缘膜732作为掩模，将预定的掺杂剂离子注入到FDSOI基板701的表面中，例如，以形成源极707和漏极708，在源极707和漏极708之间夹有包括在硅薄膜702中并且位于栅极705下方的区域，并且形成接触层734，在包括在支撑基板704中并且通过沟槽733暴露的区域中施加反向偏置。
然后，如图26所示，例如，使用等离子体CVD法在FDSOI基板701上沉积氮化硅(SiN)，以形成层间电介质612。
随后，如图27所示，在层间电介质612中形成通过其暴露栅极705和接触层734的通孔，并且形成穿透层间电介质612、FDSOI基板701、氧化硅膜731和层间电介质608并且形成为通过其暴露接触层607的孔的通孔。连接到接触层607的TSV 501a、连接到栅极705的TSV501c和连接到接触层734的TSV 736形成在如此形成的相应通孔中。注意，连接到LG晶体管411的源极的TSV 501b类似地形成，但是在图中未示出。
此后，如图28所示，在层间电介质612上形成连接TSV 501a、TSV 501b和TSV 501c的布线501d，并且形成将TSV 736连接到预定布线的布线737。以这种方式，包括LG晶体管411和放大晶体管412的上层像素电路500形成在FDSOI基板701上。
然后，布线层613形成在FDSOI基板701上，并且布线层613的Cu焊盘619和检测芯片202的布线层623的Cu焊盘629彼此接合(Cu-Cu接合)，以制造根据本实施例的固态成像器件200(见图8)。注意，检测芯片202是单独生产的。
4.2操作和效果
如上所述，根据本实施例可制造固态成像器件200，该固态成像器件200包括光接收单元330的光电转换元件333和上层像素电路500，该上层像素电路500分别设置在半导体基板601和FDSOI基板701(或可代替FDSOI基板701的半导体基板611)上，这些基板是不同的基板并且经由层间电介质608彼此电分离。
注意，其他配置、操作和效果可以类似于上述实施例的配置、操作和效果，因此在此不再详细描述。
5.第四实施例
根据第四实施例，在上述实施例的固态成像器件200中，在光电转换元件333和地址事件检测单元400之间提供溢出门(OFG)。下面将参考附图详细描述根据第四实施例的固态成像器件和成像装置。
在本实施例中，成像装置和固态成像器件的配置和操作可以类似于上述实施例的配置和操作。然而，在本实施例中，单位像素310的光接收单元330被图29所示的光接收单元730代替。
5.1单位像素的配置示例
图29是描绘根据本实施例的单位像素的示意性配置示例的电路图。如图29所示，在根据本实施例的单位像素310中，上述实施例的光接收单元330(见图4和其他图)被图29所示的光接收单元730代替。
光接收单元730包括OFG(溢出门)晶体管332以及光电转换元件333。例如，OFG晶体管332可以包括N型MOS晶体管(以下简称为NMOS晶体管)。
OFG晶体管332的源极连接到光电转换元件333的阴极，而OFG晶体管332的漏极经由连接部分501连接到地址事件检测单元400。另外，用于控制光电转换元件333中生成的电荷传输到地址事件检测单元400的控制信号OFG从驱动电路211施加到OFG晶体管332的栅极。
5.2固态成像器件的截面结构示例
图30是描绘根据本实施例的固态成像器件的截面结构示例的截面图。注意，图30描绘了类似于图8沿着垂直于光入射表面(光接收表面)的平面截取的固态成像器件200的截面结构示例。
如图30所示，例如，固态成像器件200包括以堆叠结构和截面结构设置在第一芯片201a的半导体基板601上的OFG晶体管332，该堆叠结构和截面结构类似于通过示例的图8所示的固态成像器件200的堆叠结构和截面结构。
因此，根据本实施例，除了用于光电转换元件333的n型半导体区域606之外，成为OFG晶体管332的漏极的n型半导体区域3322设置在半导体基板601上。例如，n型半导体区域606和n型半导体区域3322经由p型半导体区域715彼此电分离。连接部分501的TSV 501a经由接触层607电连接到n型半导体区域3322。
此外，OFG晶体管332的栅极3321也设置在半导体基板601上。栅极3321从n型半导体区域3322经由p型半导体区域715到达n型半导体区域606的中部。因此，通过向栅极3321施加高电平控制信号OFG，累积在光电转换元件333的n型半导体区域606中的电荷开始经由OFG晶体管332和TSV 501a流入第二芯片201b。
5.3层板图示例
另外，根据本实施例的第二芯片201b的层板图示例可以类似于例如参考图10或图11在第一实施例中解释的层板图示例。另一方面，第一芯片201a的层板图示例被图31所示的层板图示例代替。
如图31所示，根据本实施例的第一芯片201a的层板图示例，OFG晶体管332的栅极3321以类似于图9所示的层板图示例的布局设置在光电转换元件333和接触层607之间。
5.4操作和效果
根据本实施例，如上所述，用于控制从光电转换元件333读出电荷的OFG晶体管332设置在光电转换元件333和地址事件检测单元400之间。此外，OFG晶体管332设置在与光电转换元件333相同的第一芯片201a上。根据本实施例，这种配置实现了在必要的时间从光电转换元件333读出电荷。
注意，其他配置、操作和效果可以类似于上述实施例的配置、操作和效果，因此在此不再详细描述。
6.第五实施例
接下来将参考附图详细描述根据第五实施例的成像装置和固态成像器件。
根据上述实施例，设置在第二芯片201b上的上层像素电路500是地址事件检测单元400中的电流电压转换单元410的晶体管(LG晶体管411(或LG晶体管411和413)和放大晶体管412(或放大晶体管412和414))的一部分。然而，设置在第二芯片201b上的上层像素电路500不限于包括这些电路元件的电路。例如，如图32所示，通过示例，整个地址事件检测单元400可以设置在第二芯片201b上。或者，如图33所示，通过示例，除了整个地址事件检测单元400之外，逻辑电路210的驱动电路211可以设置在第二芯片201b上。
如上所述，可以以各种方式修改设置在第二芯片201b上的配置。即使在这种情况下，光接收单元330的光电转换元件333和设置在第二芯片201b上的电路元件分别设置在半导体基板601和611上，半导体基板601和611是经由层间电介质608彼此电分离的不同基板。因此，可以通过减少来自光电转换元件333的暗电流的进入来减少DVS噪声特性的劣化。
注意，图32和33均通过示例描绘了基于参考图29在第四实施例中描述的固态成像器件200的情况。然而，本实施例不限于该示例，并且可以是基于根据其他实施例的固态成像器件200的情况，例如，在图4中通过示例描绘的固态成像器件200。
此外，其他配置、操作和效果可以类似于上述实施例的配置、操作和效果，因此在此不再详细描述。
7.第六实施例
接下来将参考附图详细描述根据第六实施例的成像装置和固态成像器件。
7.1固态成像器件的堆叠结构示例
根据上述实施例，光接收芯片201具有包括第一芯片201a和第二芯片201b的双层配置，并且检测芯片202固定到该配置，以构成具有三层堆叠结构的固态成像器件200(参见图2)。然而，堆叠层数不限于三层。例如，如图34所示，通过示例，可采用四层堆叠结构，其中，除了双层结构的光接收芯片201和检测芯片202之外，还堆叠逻辑芯片203。
7.2单位像素的配置示例
图35是描绘在固态成像器件具有四层堆叠结构的情况下单位像素的示意性配置示例的电路图。在固态成像器件200具有如图35所示的四层堆叠结构的情况下，例如，允许诸如驱动电路211、信号处理单元212和仲裁器213等逻辑电路210设置在最底层(第四层)的逻辑芯片203。然而，不要求采用这种配置，而是可以以各种方式进行修改。例如，逻辑电路210的一部分(例如，驱动电路211)可以设置在第二芯片201b或检测芯片202上，其余电路可以设置在逻辑芯片203上。或者，地址事件检测单元400的一部分可以设置在逻辑芯片203上。
如上所述，通过采用四层堆叠结构，允许将更大的面积分配给构成像素电路的晶体管。因此，通过进一步降低晶体管的热噪声，可以进一步改善DVS噪声特性。
注意，图35通过示例描述了基于参考图29在第四实施例中描述的固态成像器件200的情况。然而，本实施例不限于该示例，而是可应用于基于根据其他实施例的固态成像器件200的情况，例如，通过示例在图4中描绘的固态成像器件200。
此外，其他配置、操作和效果可以类似于上述实施例的配置、操作和效果，因此在此不再详细描述。
8.第七实施例
接下来将参考附图详细描述根据第七实施例的成像装置和固态成像器件。
8.1固态成像器件的截面结构示例
图36是描绘根据本实施例的固态成像器件的截面结构示例的截面图。如图36所示，例如，固态成像器件200具有一种结构，该结构将氢供应膜751添加到第二芯片201b的布线层613，并且在第一芯片201a和第二芯片201b之间添加防氢扩散膜752，其截面结构类似于参考图30在第四实施例中描述的固态成像器件200的截面结构。注意，布线层613和623以及层间电介质612和622中的每一个都包括氮化硅膜。
例如，氢供应膜751可以包括具有大氢含量并且通过等离子体CVD法等形成的氮化硅膜(以下称为等离子体SiN膜)。如上所述，具有大氢含量的等离子体SiN膜(氢供应膜751)设置在各层之间的界面附近，各层均包括氮化硅膜(布线层613和623以及层间电介质612和622)。在这种情况下，可以修复由从等离子体SiN膜扩散的氢原子在界面上产生的网格缺陷。以这种方式，构成像素电路的电路元件的噪声特性得到改善。结果，可以实现DVS噪声特性的改善。
同时，例如，防氢扩散膜752可以包括具有小氢含量并且通过低压等离子体CVD等形成的氮化硅膜(以下称为LP-SiN膜)。如上所述，通过在像素电路和光电转换元件333之间提供具有低氢含量的LP-SiN膜(防氢扩散膜752)，可以减少氢原子从像素电路到光电转换元件333的扩散。以这种方式，可以降低由像素之间的分箱引起的量子效率的降低。
注意，图36通过示例描述了基于参考图30在第四实施例中描述的固态成像器件200的情况。然而，本实施例不限于该示例，而是可以是基于根据其他实施例的固态成像器件200的情况，例如，通过示例在图8中描绘的固态成像器件200。
此外，其他配置、操作和效果可以类似于上述实施例的配置、操作和效果，因此在此不再详细描述。
9.第八实施例
接下来将参考附图详细描述根据第八实施例的固态成像器件和成像装置。
在上述实施例中已经主要描述了用于检测地址事件触发的配置的示例。然而，根据本实施例，除了用于检测地址事件触发的配置之外，将描述用于从对应于检测到的地址事件触发的单位像素读取像素信号的配置的示例。
注意，根据本实施例的成像装置的示意性配置和堆叠结构可以类似于例如参考图1和图2在第一实施例中描述的成像装置100的示意性配置示例和堆叠结构示例。因此，省略了对这些的详细描述。
9.1固态成像器件的功能配置示例
图37是描绘根据第八实施例的固态成像器件的功能配置示例的框图。如图37所示，除了与图3所示的固态成像器件200的配置类似的配置之外，固态成像器件200还包括列ADC 220。
驱动电路211根据来自仲裁器213的预定响应依次驱动均输出了检测信号的单位像素810，以使得对应于检测到的地址事件触发的单位像素810例如向信号处理单元212输出对应于接收到的光量的模拟像素信号。
列ADC 220将从单位像素810的每一列接收的模拟像素信号转换成数字信号。此后，列ADC 220将通过转换而生成的数字像素信号提供给信号处理单元212。
信号处理单元212对从列ADC 220接收的像素信号执行预定的信号处理，例如，CDS(相关双采样)处理(噪声去除)和白平衡调整。然后，信号处理单元212经由信号线209将信号处理的结果和地址事件的检测信号提供给记录单元120。
9.1.1列ADC的配置示例
图38是描绘根据本实施例的列ADC的示意性配置示例的框图。如图38所示，列ADC220包括为单位像素810的每一列提供的多个ADC 230。
每个ADC 230将垂直信号线VSL中获取的模拟像素信号转换成数字信号。例如，ADC230将模拟像素信号转换成具有比检测信号的位数更大的位数的数字信号。此后，ADC 230将生成的数字信号提供给信号处理单元212。
9.2单位像素的配置示例
接下来将描述根据本实施例的单位像素的配置示例。图39是描绘根据本实施例的单位像素的示意性配置示例的电路图。如图39所示，例如，单位像素810包括代替光接收单元730的光接收单元830，并且还包括像素信号生成单元320，其配置类似于作为示例的图29所示的单位像素310的配置。
除了与图29中的光接收单元730的配置类似的配置之外，光接收单元830还包括传输晶体管331。类似于OFG晶体管332，传输晶体管331的源极连接到光电转换元件333的阴极，而传输晶体管331的漏极经由连接部分801连接到像素信号生成单元320。注意，例如，与连接部分501类似，连接部分801可以是从第一芯片201a穿透到第二芯片201b的TSV、Cu-Cu接合部分、凸块接合部分等。
例如，像素信号生成单元320包括复位晶体管321、放大晶体管322、选择晶体管323和浮动扩散层(浮动扩散：FD)324。
例如，光接收单元830的传输晶体管331和OFG晶体管332中的每一个可以包括NMOS晶体管。类似地，例如，像素信号生成单元320的复位晶体管321、放大晶体管322和选择晶体管323中的每一个可以包括NMOS晶体管。
传输晶体管331根据来自驱动电路211的控制信号TRG将光电转换元件333中生成的电荷传输到浮动扩散层324。根据来自驱动电路211的控制信号OFG，OFG晶体管332将基于光电转换元件333中生成的电荷的电信号(光电流)提供给地址事件检测单元400。
浮动扩散层324累积从光电转换元件333经由传输晶体管331传输的电荷。复位晶体管321根据来自驱动电路211的复位信号释放(初始化)累积在浮动扩散层324中的电荷。放大晶体管322在垂直信号线VSL中获取像素信号，该像素信号指示对应于累积在浮动扩散层324中的电荷的电荷量的电压值。选择晶体管323根据来自驱动电路211的选择信号SEL切换放大晶体管322和垂直信号线VSL之间的连接。注意，在垂直信号线VSL中获取的模拟像素信号由列ADC 220读取并转换成数字像素信号。
响应于控制单元130的地址事件检测开始的指令，逻辑电路210的驱动电路211输出用于导通像素阵列单元300中包括的所有光接收单元830的OFG晶体管332的控制信号OFG。结果，在光接收单元830的相应光电转换元件333中产生的光电流经由OFG晶体管332被提供给每个单位像素810的地址事件检测单元400。
在基于来自光接收单元830的光电流检测到地址事件触发时，每个单位像素810的地址事件检测单元400向仲裁器213输出请求。响应于该请求，仲裁器213仲裁来自各个单位像素810的请求，并且基于该仲裁的结果，向已经发出请求的每个单位像素810发送预定响应。已经接收到该请求的每个单位像素810向逻辑电路210的驱动电路211和信号处理单元212提供指示地址事件触发的存在或不存在的检测信号。
驱动电路211使作为检测信号的供应者的单位像素810的OFG晶体管332进入断开状态。结果，停止从光接收单元830向单位像素810中的地址事件检测单元400提供光电流。
随后，驱动电路211根据控制信号TRG使单位像素810的光接收单元830中的传输晶体管331进入导通状态。结果，光接收单元830的光电转换元件333中生成的电荷经由传输晶体管331传输到浮动扩散层324。此后，在连接到像素信号生成单元320的选择晶体管323的垂直信号线VSL中获取指示与累积在浮动扩散层324中的电荷的电荷量相对应的电压值的像素信号。
如上所述，固态成像器件200将对应于检测到的地址事件触发的来自单位像素810的像素信号输出到列ADC 220。
根据这样的配置，与上述实施例类似，设置在第二芯片201b上的上层像素电路500可以包括地址事件检测单元400的电流电压转换单元410中的LG晶体管411和放大晶体管412(或者LG晶体管411和413以及放大晶体管412和414)。此外，在本实施例中，例如，上层像素电路500可以还包括构成像素信号生成单元320的复位晶体管321、放大晶体管322和选择晶体管323。注意，浮动扩散层324包括从光电转换元件333的阴极经由连接部分801延伸到复位晶体管321的源极和放大晶体管322的栅极的布线。另外，在以下描述中，包括在上层像素电路500中的电流电压转换单元410的晶体管(LG晶体管411和放大晶体管412或LG晶体管411和413以及放大晶体管412和414)将被称为上层检测电路410A。
9.3固态成像器件的操作示例
接下来将参考附图描述根据本实施例的固态成像器件800的操作。
9.3.1时间图
首先将参考时间图描述固态成像器件800的操作的示例。图40是表示根据本实施例的固态成像器件的操作示例的时间图。
如图40所示，当控制单元130在时间T0指示地址事件的检测开始时，驱动电路211将施加到像素阵列单元300中的所有光接收单元830的OFG晶体管332的栅极的控制信号OFG升到高电平。结果，所有光接收单元830的OFG晶体管332进入导通状态，并且基于各个光接收单元830的光电转换元件333中生成的电荷的光电流从各个光接收单元830被提供给各个地址事件检测单元400。
此外，在控制信号OFG的高电平周期期间，施加到各个光接收单元830中的传输晶体管331的栅极的所有控制信号TRG保持在低电平。因此，在此期间，所有光接收单元830的传输晶体管331处于断开状态。
接下来假设这样的情况，其中，单位像素810之一的地址事件检测单元400在控制信号OFG的高电平周期期间检测地址事件触发。在这种情况下，已经检测到地址事件触发的地址事件检测单元400向仲裁器213发送请求。响应于该请求，仲裁器213仲裁该请求，然后向已经发出该请求的地址事件检测单元400返回对该请求的响应。
例如，已经接收到响应的地址事件检测单元400在时间T1到T2的周期期间将输入到驱动电路211和信号处理单元212的检测信号升到高电平。在本解释中，假设检测信号是指示导通事件检测结果的一位信号。
在时间T1已经从地址事件检测单元400接收到高电平检测信号的驱动电路211在下一个时间T2将所有控制信号OFG降低到低电平。结果，停止从像素阵列单元300的所有光接收单元830向地址事件检测单元400供应光电流。
此外，驱动电路211在时间T2将施加到对应于检测到的地址事件触发的单位像素810(以下称为读出目标单位像素)中的像素信号生成单元320的选择晶体管323的栅极的选择信号SEL升到高电平，并且还将施加到同一像素信号生成单元320的复位晶体管321的栅极的复位信号RST升高到高电平达固定脉冲周期。结果，释放累积在像素信号生成单元320的浮动扩散层324中的电荷，并且浮动扩散层324复位(初始化)。以这种方式，在浮动扩散层324的初始化状态下在垂直信号线VSL中获取的电压被包括在列ADC 220中并连接到垂直信号VSL的ADC 230读取，作为复位电平(以下简称为复位电平)的像素信号，并被转换成数字信号。
在读出复位电平之后的时间T3，驱动电路211随后将固定脉冲周期的控制信号TRG施加到读出目标单元像素810中的光接收单元830的传输晶体管331的栅极。结果，光接收单元830的光电转换元件333中生成的电荷被传输到像素信号生成单元320的浮动扩散层324，并且在垂直信号线VSL中获取对应于浮动扩散层324中累积的电荷的电压。以这种方式，在垂直信号线VSL中获取的电压被包括在列ADC 220中并连接到垂直信号VSL的ADC 230读取，作为光接收单元830的信号电平(以下简称为信号电平)的像素信号，并被转换成数字值。
信号处理单元212执行CDS处理，用于获得复位电平和以前述方式读取的信号电平之间的差异，作为对应于光电转换元件333的光接收量的净像素信号。
此后，驱动电路211在时间T4将施加到读出目标单元像素810的像素信号生成单元320的选择晶体管323的栅极的选择信号SEL降低到低电平，并且还将施加到所有光接收单元830的OFG晶体管332的栅极的控制信号OFG升到高电平。结果，对所有光接收单元830的地址事件触发的检测重新开始。
9.3.2流程图
接下来将参考流程图描述固态成像器件800的操作的示例。图41是表示根据本实施例的固态成像器件的操作示例的流程图。例如，当执行用于检测地址事件的预定应用时，该操作开始。
如图10所示，像素阵列单元300中的每个单位像素810首先检测当前操作中地址事件触发的存在或不存在(步骤S101)。然后，驱动电路211确定在任何一个单位像素810中是否已经检测到地址事件触发(步骤S102)。
在没有检测到地址事件触发的情况下(步骤S102中为否)，当前操作前进到步骤S104。另一方面，在检测到地址事件触发的情况下(步骤S102中为是)，驱动电路211从对应于检测到的地址事件触发的单位像素810读取像素信号(步骤S103)，并且流程前进到步骤S104。
在步骤S104中，确定是否结束当前操作。在当前操作不结束的情况下(步骤S104中为否)，当前操作返回到步骤S101，并且重复该步骤和随后的步骤。另一方面，在当前操作将要结束的情况下(步骤S104中为是)，当前操作结束。
9.4固态成像器件的截面结构示例
图42是描绘根据本实施例的固态成像器件的截面结构示例的截面图。注意，图42描绘了例如类似于图30沿着垂直于光入射表面(光接收表面)的平面截取的固态成像器件800的截面配置示例。
如图42所示，例如，固态成像器件800包括以堆叠结构和截面结构设置在第一芯片201a的半导体基板601上的传输晶体管331，该堆叠结构和截面结构类似于作为示例的图29所示的固态成像器件200的堆叠结构和截面结构。
因此，根据本实施例，半导体基板601包括传输晶体管331的栅极3311、作为传输晶体管331的漏极的n型半导体区域3312、以及用于经由传输晶体管331提取光电转换元件333中生成的电荷的接触层807。例如，与n型半导体区域606和n型半导体区域3322之间的电分离类似，通过p型半导体区域715在n型半导体区域606和n型半导体区域3312之间进行电分离。
例如，接触层807经由从层间电介质612的上表面穿过半导体基板611和层间电介质608到达形成在半导体基板601上的接触层807的TSV 801a、从层间电介质612的上表面穿透到复位晶体管321的源极的TSV 801b、以及电连接层间电介质612的上表面侧的TSV 801a和501b的布线801d，电连接到复位晶体管321的源极。此外，接触层807经由从层间电介质612的上表面穿透到放大晶体管412的栅极的未示出的TSV 801c和布线801d连接到放大晶体管322的栅极(未示出)。TSV 801a、TSV 801b和TSV 801c以及布线801d构成图39中的连接部分801。
传输晶体管331的栅极3311从n型半导体区域3312经由p型半导体区域715到达n型半导体区域606的中部。因此，根据施加到栅极3311的高电平控制信号TRG，累积在光电转换元件333的n型半导体区域606中的电荷开始经由传输晶体管331和TSV 801a流入第二芯片201b。
9.5层板图示例
接下来将描述根据本实施例的第一芯片201a和第二芯片201b的层板图的示例。
9.5.1第一芯片
图43是描述根据本实施例的第一芯片的层板图示例的平面图。如图43所示，根据本实施例的第一芯片201a的层板图示例，以类似于图31所示的层板图示例的布局，传输晶体管331的栅极3311和接触层807设置在相对于光电转换元件333设置OFG晶体管332的栅极3321和接触层607的拐角的对角处。
9.5.2第二芯片
图44是描述根据本实施例的第二芯片的层板图示例的平面图。虽然图44描绘了源极跟随器类型的电流电压转换单元410的示例(参见图4)，但是也可以采用其他类型。例如，电流电压转换单元410类似地适用于增益升压型(参见图6)。
如图44所示，第二芯片201b包括以二维网格形状排列的上层像素电路500。上层像素电路500包括包含LG晶体管411和放大晶体管412的上层检测电路410A，以及包含复位晶体管321、放大晶体管322、选择晶体管323和浮动扩散层324的像素信号生成单元320。例如，每个上层像素电路500形成在与设置在第一芯片201a上的每个光电转换元件333的区域基本上等同的区域中。注意，上层检测电路410A可以类似于上述实施例中的上层像素电路500。
例如，每个像素信号生成单元320中的复位晶体管321包括栅极3211、相对于栅极3211形成在源极侧的扩散区域325、以及相对于栅极3211形成在漏极侧的扩散区域326。例如，源极侧的扩散区域325连接到构成连接部分801的TSV 801a。漏极侧的扩散区域326连接到电源电压VDD。
例如，放大晶体管322包括栅极3221和相对于栅极3221形成在漏极侧的扩散区域327。相对于栅极3221的源极侧的扩散区域326由复位晶体管321共享。栅极3221连接到复位晶体管321的源极侧的扩散区域325，并连接到TSV 801a。连接栅极3221与复位晶体管321的扩散区域325和TSV 801a的布线3241用作浮动扩散层324。
例如，选择晶体管323包括栅极3231和相对于栅极3231形成在漏极侧的扩散区域328。相对于栅极3231的源极侧的扩散区域327由放大晶体管322共享。垂直信号线VSL连接到漏极侧的扩散区域328。
9.6操作和效果
如上所述，即使在除了用于检测地址事件触发的地址事件检测单元400之外，还提供了用于从单位像素810读取像素信号的像素信号生成单元320的情况下，通过在第二芯片201b上或者在比第二芯片201b更低的层中的芯片上提供像素信号生成单元320，可以减少从光电转换元件333流入构成像素信号生成单元320的每个晶体管的暗电流。因此，可以实现DVS噪声特性劣化的减少。
注意，在本实施例中通过示例呈现了基于根据第四实施例的固态成像器件200的情况。然而，本实施例不限于该示例，而是可以是基于根据其他实施例的固态成像器件200的情况，例如，根据第一实施例的固态成像器件200。
此外，其他配置、操作和效果可以类似于上述实施例的配置、操作和效果，因此在此不再详细描述。
10.第九实施例
接下来将参考附图详细描述根据第九实施例的固态成像器件和成像装置。
虽然在上述第八实施例中已经呈现了像素信号生成单元320设置在第二芯片201b上的情况，但是设置像素信号生成单元320的层不限于第二芯片201b。例如，第三芯片201c可以被添加到光接收芯片201，如图45所示，并且像素信号生成单元320可以被设置在第三芯片201c上，如图46所示。
10.1固态成像器件的截面结构示例
图47是描绘根据本实施例的固态成像器件的截面结构示例的截面图。注意，图47描绘了例如类似于图42沿着垂直于光入射表面(光接收表面)的平面截取的固态成像器件800的截面结构示例。
如图47所示，例如，根据本实施例的固态成像器件800包括第三芯片，该第三芯片包括半导体基板821、层间电介质822、布线层613和层间绝缘膜811，并且以类似于参考图42在第八实施例中描述的固态成像器件800的截面结构设置在第二芯片201b和检测芯片202之间。
根据这种层结构，像素信号生成单元320(例如，复位晶体管321)设置在半导体基板821上。此外，连接复位晶体管321的源极和放大晶体管322的栅极与传输晶体管331的漏极的连接部分801中的TSV 801a从层间电介质822的上表面穿过半导体基板821、层间绝缘膜811、半导体基板611和层间电介质608，到达形成在半导体基板601上的接触层807，以连接到接触层807。
注意，第二芯片201b和第三芯片201c之间的层间绝缘膜811不需要设置在第三芯片201c侧，而是可以设置在第二芯片201b侧。
10.2操作和效果
如上所述，通过增加设置上层像素电路500的芯片(例如，第三芯片201c)，允许增加分配给构成上层像素电路500的每个晶体管的面积。以这种方式，可以为构成上层像素电路500的每个晶体管确保足够的面积。因此，通过减少每个晶体管的噪声特性的劣化，可以进一步减少DVS噪声特性的劣化。
注意，在本实施例中通过示例呈现了基于根据第八实施例的固态成像器件800的情况。然而，本实施例不限于该示例，而是可以是基于根据其他实施例的固态成像器件200的情况，例如，根据第一实施例的固态成像器件200。
此外，其他配置、操作和效果可以类似于上述实施例的配置、操作和效果，因此在此不再详细描述。
11.第十实施例
接下来将参考附图详细描述根据第十实施例的固态成像器件和成像装置。
如上所述，像素阵列单元300的多个单位像素可以被分组为多个像素块，每个像素块包括预定数量的单位像素。因此，在本实施例中将参考附图详细描述像素阵列单元300的多个单位像素被分组为多个像素块的情况。注意，下文将呈现基于根据第八实施例的固态成像器件800的情况。然而，本实施例不限于该示例，而是可以是基于根据其他实施例的固态成像器件200的情况，例如，根据第一实施例的固态成像器件200。
11.1像素阵列单元的配置示例
图48是描绘根据本实施例的像素阵列单元的示意性配置示例的框图。如上所述，本实施例中的多个单位像素被分组为多个像素块1010。因此，如图48所示，本实施例中的像素阵列单元300的多个光电转换元件333被分组为多个像素块1010。每个像素块1010包括排列成I行×J列(I和J：正整数)的多个光电转换元件333。因此，每个像素块1010包括排列成多个I行×J列(I和J：正整数)的多个单位像素。
除了排列成I行×J列的多个光电转换元件333之外，每个像素块1010还包括像素信号生成单元320和地址事件检测单元400。像素信号生成单元320和地址事件检测单元400由每个像素块1010中的多个光电转换元件333共享。换言之，同一像素块1010中的每个单位像素包括一个光电转换元件333、作为共享单元的像素信号生成单元320和地址事件检测单元400。根据固态成像器件800的光接收表面上以二维网格形状排列的光电转换元件333的坐标，定义每个单位像素的坐标。
一条垂直信号线VSL被布线在像素块1010的一列中。因此，假设像素块1010的列数是m(m：正整数)，m条垂直信号线VSL被设置在像素阵列单元300中。
像素信号生成单元320生成指示对应于从每个光电转换元件333供应的光电流的电荷量的电压值的信号，作为像素信号。像素信号生成单元320经由垂直信号线VSL将生成的像素信号提供给列ADC 220。
地址事件检测单元400基于从同一像素块1010中的每个光电转换元件333提供的光电流的电流值或电流值的变化量是否已经超过预定阈值，来检测地址事件触发的存在或不存在。例如，该地址事件可以包括指示变化量已经超过上限阈值的导通事件和指示变化量小于下限阈值的断开事件。此外，例如，地址事件的检测信号可以包括指示导通事件的检测结果的一比特和指示断开事件的检测结果的一比特。注意，地址事件检测单元400可以被配置为检测导通事件或断开事件。
在地址事件触发时，地址事件检测单元400向仲裁器213提供发送检测信号的请求。此后，当从仲裁器213接收到对请求的响应时，地址事件检测单元400将检测信号提供给驱动电路211和信号处理单元212。
已经接收到检测信号供应的驱动电路211执行从属于像素块1010(像素块1010包括已经供应检测信号的地址事件检测单元400)的每个单位像素的读出。响应于该读出，具有模拟值的像素信号从对应于读出目标的像素块1010中的每个单位像素依次输入到列ADC220。
11.2像素块的示例
例如，在图48所示的配置中，像素块1010包括光电转换元件333的组合，用于接收重构颜色所需的波长分量。例如，在基于RGB三原色重新配置颜色的情况下，一个像素块1010包括用于接收红色(R)光的光电转换元件333、用于接收绿色(G)光的光电转换元件333和用于接收蓝色(B)光的光电转换元件333的组合。
因此，根据本实施例，例如，基于为每个光电转换元件333(以下称为滤色器阵列)提供的波长选择元件(例如，滤色器)阵列，将像素阵列单元300中以二维网格形状设置的多个光电转换元件333被分组为多个像素块1010。
存在各种类型的滤色器阵列，例如，2×2像素拜耳阵列、用于X-Trans(注册商标)CMOS传感器的3×3像素滤色器阵列(以下称为X-Trans(注册商标)型阵列)、4×4像素四拜耳阵列(也称为Quadra阵列)、以及组合拜耳阵列和白色RGB滤色器(以下称为白色RGB阵列)的4×4像素滤色器。
因此，下文将描述采用典型滤色器阵列的像素块1010的几个示例。
11.2.1拜耳阵列
图49是描绘采用拜耳阵列作为滤色器阵列的像素块的配置示例的示意图。在采用如图49所示的拜耳阵列的情况下，一个像素块1010A具有包括2×2个单元(即总共4个)的光电转换元件333的基本图案(以下也称为单位图案)，所述光电转换元件333是拜耳阵列中的重复单元。因此，例如，本示例中的每个像素块1010A包括具有红色(R)滤色器的光电转换元件333R、具有绿色(Gr)滤色器的光电转换元件333Gr、具有绿色(Gb)滤色器的光电转换元件333Gb和具有蓝色(B)滤色器的光电转换元件333B。
11.2.2X-Trans(注册商标)型阵列
图50是描绘采用X-Trans(注册商标)型阵列作为滤色器阵列的像素块的配置示例的示意图。如图50所示，本示例中的一个像素块1010B具有基本图案(以下类似地称为单位图案)，该基本图案包括3×3像素(即总共9个)的光电转换元件333，所述光电转换元件333是X-Trans(注册商标)型阵列中的重复单元。因此，例如，本示例中的每个像素块1010B包括：五个光电转换元件333G，每个光电转换元件333G具有沿形成单位图案的矩形区域中的两条对角线设置的绿色(G)滤色器；两个光电转换元件333R，每个光电转换元件333R具有相对于对应于位于矩形区域中心的光电转换元件333G的中心轴点对称设置的红色(R)滤色器；以及两个光电转换元件333B，每个光电转换元件333B具有相对于对应于位于矩形区域中心的光电转换元件333G的中心轴类似地点对称设置的蓝色(B)滤色器。
11.2.3四拜耳阵列
图51是描绘采用四拜耳阵列作为滤色器阵列的像素块的配置示例的示意图。在采用如图51所示的拜耳阵列的情况下，一个像素块1010C具有基本图案(以下类似地称为单位图案)，包括4×4个单元(即，总共16个)的光电转换元件333，所述光电转换元件333是四拜耳阵列中的重复单元。因此，例如，本示例中的每个像素块1010C包括：2×2个(即总共四个)像素光电转换元件33R，每个像素光电转换元件33R具有红色(R)滤色器；2×2个(即总共四个)光电转换元件33Gr，每个光电转换元件33Gr具有绿色(Gr)滤色器；2×2个(即总共四个)光电转换元件333Gb，每个光电转换元件333Gb具有绿色(Gb)滤色器；以及2×2个(即总共四个)光电转换元件333B，每个光电转换元件333B具有蓝色(B)滤色器。
11.2.4白色RGB阵列
图52是描绘采用白色RGB阵列作为滤色器阵列的像素块的配置示例的示意图。在采用如图52所示的白色RGB阵列的情况下，一个像素块1010D具有基本图案(以下类似地称为单位图案)，包括4×4个单元(即总共16个)的光电转换元件333，所述光电转换元件333是白色RGB拜耳阵列中的重复单元。因此，例如，本示例中的每个像素块1010D包括光电转换元件333W，每个光电转换元件333W具有用于接收RGB三原色的光的各个波长分量的白色RGB滤色器，并且设置在每个光电转换元件333R、光电转换元件333G和光电转换元件333G之间，每个光电转换元件333R具有红色(R)滤色器，每个光电转换元件333G具有绿色(G)滤色器，每个光电转换元件333B具有蓝色(B)滤色器。
在采用白色RGB阵列的情况下，注意，例如，通过使用信号处理单元212基于从各个光电转换元件333R、333G、333B和333W传输的电荷对像素信号执行信号处理，可以将指示从像素阵列单元300读取的一帧的图像数据转换成拜耳阵列中的图像数据。
如上所述，在为光电转换元件333提供滤色器的情况下，在滤色器阵列中构成重复单位图案的一组光电转换元件333可以用作光电转换元件333的组合，用于接收重构颜色所需的光的波长分量。
然而，不要求采用这种配置。一个像素块1010可以包括多个单位图案。此外，不要求采用单位图案。像素阵列单元300中的多个光电转换元件333可以被分组为多个像素块1010，使得每个像素块1010包括重建颜色所需的光电转换元件333。
此外，例如，在四拜耳阵列的情况下，一个像素块1010可以在单位图案中包括相同颜色的光电转换元件组，或者一个像素块1010可以包括总共四个光电转换元件333R、333Gr、333Gb和333B，以包括相应颜色的光电转换元件333，每个光电转换元件333具有一种颜色。
11.3像素块的配置示例
接下来将描述像素块1010的配置示例。图53是描绘根据第十实施例的像素块的示意性配置示例的电路图。如图53所示，例如，像素块1010包括像素信号生成单元320、光接收单元1030和地址事件检测单元400。注意，例如，图53中的逻辑电路210可以是包括图37中的驱动电路211、信号处理单元212和仲裁器213的逻辑电路。
例如，光接收单元1030包括具有红色(R)滤色器的光电转换元件333R、具有绿色(Gr)滤色器的光电转换元件333Gr、具有绿色(Gb)滤色器的光电转换元件333Gb和具有蓝色(B)滤色器的光电转换元件333B。此外，光接收单元1030包括以一一对应的方式为四个光电转换元件333R、333Gr、333Gb和333B提供的四个传输晶体管331R、331Gr、331Gb和331B，并且包括传输晶体管331和OFG晶体管332。
控制信号TRGR、TRGGr、TRGGb或TRGB从驱动电路211分别提供给传输晶体管331R、331Gr、331Gb和331B的栅极。此外，控制信号TRG从驱动电路211提供给传输晶体管331的栅极。控制信号OFG从驱动电路211提供给OFG晶体管332的栅极。经由各个传输晶体管331R、331Gr、331Gb和331B的输出被集成在节点334处。节点334经由传输晶体管331连接到像素信号生成单元320，并且还经由OFG晶体管332连接到地址事件检测单元400。注意，可以省略传输晶体管331。
例如，光接收单元1030的传输晶体管331R、331Gr、331Gb和331B、传输晶体管331和OFG晶体管332中的每一个都包括NMOS晶体管。
光接收单元1030的光电转换元件333R、333Gr、333Gb和333B中的每一个光电转换包括在入射光中并且具有特定波长分量的光，以生成电荷。
传输晶体管331R、331Gr、331Gb和331B根据施加到各个栅极的控制信号TRGR、TRGGr、TRGGb和TRGB将光电转换元件333R、333Gr、333Gb和333B中分别生成的电荷传输到节点334。
传输晶体管331根据控制信号TRG将节点334处的电荷传输到像素信号生成单元320的浮动扩散层324。另一方面，OFG晶体管332根据控制信号OFG将节点334处的电荷作为光电流提供给地址事件检测单元400。
响应于从控制单元130发出的地址事件检测开始的指令，逻辑电路210的驱动电路211输出控制信号OFG、TRGR、TRGGr、TRGGb和TRGB，用于使包括在像素阵列单元300中的所有光接收单元1030的OFG晶体管332和所有传输晶体管331R、331Gr、331Gb和331B进入导通状态，并且还输出控制信号TRG，用于使所有光接收单元1030的传输晶体管331进入断开状态。结果，在光接收单元1030的每个光电转换元件333R、333Gr、333Gb和333B中生成的光电流经由节点334和OFG晶体管332被提供给每个像素块1010的地址事件检测单元400。
当基于来自光接收单元1030的光电流检测到地址事件触发时，每个像素块1010的地址事件检测单元400向仲裁器213输出请求。响应于该请求，仲裁器213仲裁来自各个像素块1010的请求，并且基于该仲裁的结果，向已经发出请求的每个像素块1010发送预定响应。已经接收到该请求的每个像素块1010向逻辑电路210的驱动电路211和信号处理单元212提供指示地址事件触发的存在或不存在的检测信号。
驱动电路211使作为地址事件检测信号的提供者的像素块1010的OFG晶体管332进入断开状态。结果，停止从光接收单元1030向像素块1010中的地址事件检测单元400提供光电流。
随后，驱动电路211输出用于导通像素块1010的光接收单元1030中的传输晶体管331的控制信号TRG。随后，驱动电路211依次输出控制信号TRGR、TRGGr、TRGGb和TRGB，用于在不同的时间导通光接收单元1030的传输晶体管331R、331Gr、331Gb和331B。结果，在光接收单元1030的光电转换元件333R、333Gr、333Gb和333B中生成的电荷经由传输晶体管331R、331Gr、331Gb和331B以及传输晶体管331依次传输到浮动扩散层324。此后，在连接到像素信号生成单元320的选择晶体管323的垂直信号线VSL中，依次获取指示对应于累积在浮动扩散层324中的电荷的电荷量的电压值的像素信号。
如上所述，固态成像器件200从属于对应于检测到的地址事件触发的像素块1010的单位像素依次向列ADC 220输出像素信号。
根据这样的配置，设置在第二芯片201b上的上层像素电路500可以包括地址事件检测单元400的电流电压转换单元410中的LG晶体管411和放大晶体管412(或者LG晶体管411和413以及放大晶体管412和414)以及构成像素信号生成单元320的复位晶体管321、放大晶体管322和选择晶体管323，类似于上述第八实施例。
11.4固态成像器件的操作示例
接下来将参考附图详细描述根据本实施例的固态成像器件800的操作。
11.4.1时间图
首先将参考时间图描述固态成像器件200的操作的示例。图54是表示根据本实施例的固态成像器件的操作示例的时间图。
如图54所示，当控制单元130在时间T0指示地址事件的检测开始时，驱动电路211将施加到像素阵列单元300中的所有光接收单元1030的OFG晶体管332的栅极的控制信号OFG提高到高电平，并且还将施加到所有光接收单元的传输晶体管331R、331Gr、331Gb和331B的栅极的控制信号TRGR、TRGGr、TRGGb和TRGB提高到高电平。结果，所有光接收单元1030的OFG晶体管332和传输晶体管331R、331Gr、331Gb和331B进入导通状态，并且由各个光电转换元件333R、333Gr、333Gb和333B中生成的电荷产生的光电流从各个光接收单元330提供给各个地址事件检测单元400。注意，在此期间，像素阵列单元300中的所有光接收单元1030的传输晶体管331进入断开状态。
接下来假设这样的情况，其中，一个像素块1010的地址事件检测单元400在控制信号OFG的高电平周期期间检测地址事件触发。在这种情况下，已经检测到地址事件触发的地址事件检测单元400向仲裁器213发送请求。对请求的响应从仲裁器213返回到已经发出请求的地址事件检测单元400。
例如，已经接收到响应的地址事件检测单元400在时间T1到T2的周期期间将输入到驱动电路211和信号处理单元212的检测信号升高到高电平。在本解释中，假设检测信号是指示导通事件检测结果的一位信号。
在时间T1已经从地址事件检测单元400接收到高电平检测信号的驱动电路211在下一个时间T2将所有控制信号OFG以及所有控制信号TRGR、TRGGr、TRGGb和TRGB降低到低电平。结果，停止从像素阵列单元300的所有光接收单元1030向地址事件检测单元400供应光电流。
此外，在时间T2，驱动电路211将施加到对应于读出目标的像素块1010中的像素信号生成单元320的选择晶体管323的栅极的选择信号SEL升高到高电平，并且还将施加到同一像素信号生成单元320的复位晶体管321的栅极的复位信号RST在固定的脉冲周期内升高到高电平。结果，累积在像素信号生成单元320的浮动扩散层324中的电荷放电(初始化)，并且单位像素以像素块为单位复位。以这种方式，在浮动扩散层324的初始化状态下在垂直信号线VSL中获取的电压被包括在列ADC 220中并被连接到垂直信号VSL的ADC 230读取，作为每个像素块1010的复位电平，并被转换成数字值。
在读出复位电平之后的时间T3，施加到对应于读出目标的像素块1010中的传输晶体管331的栅极的控制信号TRG随后被升高到高电平。此外，驱动电路211例如在对应于读出目标的像素块1010中将固定脉冲周期的控制信号TRGR施加到传输晶体管331R的栅极。结果，光电转换元件333中生成的电荷被传输到像素信号生成单元320的浮动扩散层324，并且在垂直信号线VSL中获取对应于浮动扩散层324中累积的电荷的电压。以这种方式，在垂直信号线VSL中获取的电压被包括在列ADC 220中并连接到垂直信号VSL的ADC 230读取，作为红色信号电平，并被转换成数字值。
信号处理单元212执行CDS处理，用于获得复位电平和以前述方式读取的信号电平之间的差异，作为对应于光电转换元件333R的接收光量的净像素信号。
随后，驱动电路211在基于光电转换元件333R读出信号电平之后的时间T4，将固定脉冲周期的控制信号TRGGr施加到例如类似地对应于读出目标的像素块1010中的传输晶体管331Gr的栅极。结果，光电转换元件333Gr中生成的电荷被传输到像素信号生成单元320的浮动扩散层324，并且在垂直信号线VSL中获取对应于浮动扩散层324中累积的电荷的电压。此后，列ADC 220的ADC 230读取垂直信号线VSL中获取的电压，作为绿色(Gr)信号电平，并将其转换成数字值。
此后，列ADC 220的ADC 230以类似的方式读取基于对应于读出目标的像素块1010的各个光电转换元件333Gb和333B的信号电平，并将其转换成数字值(时间T5和T6)。
随后，当基于对应于读出目标的像素块1010中的所有光电转换元件333的信号电平的读出完成时，驱动电路211将施加到像素阵列单元300中的所有光接收单元330的传输晶体管331的栅极的控制信号TRG降低到低电平，并且类似地，在所有光接收单元330中，还将施加到传输晶体管331R、331Gr、331Gb和331B的栅极的控制信号TRGR、TRGGr、TRGGb和TRGB升高到高电平。结果，地址事件触发的检测在像素阵列单元300的所有光接收单元330中重新开始。
11.4.2流程图
接下来将参考流程图描述固态成像器件800的操作的示例。图55是表示根据本实施例的固态成像器件的操作示例的流程图。例如，当执行用于检测地址事件的预定应用时，该操作开始。
如图55所示，像素阵列单元300的每个像素块1010首先检测当前操作中地址事件触发的存在或不存在(步骤S1001)。然后，驱动电路211确定在任何一个像素块1010中是否已经检测到地址事件触发(步骤S1002)。
在没有检测到地址事件触发的情况下(步骤S1002中为否)，当前操作前进到步骤S1004。另一方面，在检测到地址事件触发的情况下(步骤S1002中为是)，驱动电路211从属于对应于检测到的地址事件触发的像素块1010的单位像素依次读取像素信号，以从属于对应于读出目标的像素块1010的每个单位像素依次读取像素信号(步骤S1003)，并且流程前进到步骤S1004。
在步骤S1004中，确定是否结束当前操作。在当前操作不结束的情况下(步骤S1004中为否)，当前操作返回到步骤S1001，并且重复该步骤和随后的步骤。另一方面，在当前操作将要结束的情况下(步骤S1004中为是)，当前操作结束。
11.5层板图示例
接下来将描述根据本实施例的第一芯片201a和第二芯片201b的各个层板图的几个示例。虽然在以下描述中将呈现源极跟随器类型的电流电压转换单元410的示例(参见图4)，但是也可以采用其他类型。例如，电流电压转换单元410类似地适用于增益升压型(参见图6)。
11.5.1第一示例
11.5.1.1第一芯片
图56是描绘根据第一示例的第一芯片的层板图示例的平面图。如图56所示，第一芯片201a包括二维网格形状的光接收单元1030。在每个光接收单元1030中，构成像素块1010的多个光电转换元件333形成为I行×J列。在本示例中，构成拜耳阵列的单位图案的四个光电转换元件333R、333Gr、333Gb和333B形成为两行×两列。
构成单位图案的四个光电转换元件333R、333Gr、333Gb和333B分别在彼此面对的角落处包括传输晶体管331R、331Gr、331Gb和331B。传输晶体管331R、331Gr、331Gb和331B的漏极连接到作为公共节点的节点334(见图53)。OFG晶体管332设置在连接节点334和连接部分501的TSV 501a的布线上。传输晶体管331设置在连接节点334和连接部分801的TSV 801a的布线上。
11.5.1.2第二芯片
图57是描绘根据第一示例的第二芯片的层板图示例的平面图。如图57所示，第二芯片201b包括二维网格形状的上层像素电路500，类似于参考图44在第八实施例中描述的第二芯片201b。每个上层像素电路500包括上层检测电路410A和像素信号生成单元320，上层检测电路410A包括LG晶体管411和放大晶体管412，像素信号生成单元320包括复位晶体管321、放大晶体管322、选择晶体管323和浮动扩散层324。例如，每个上层像素电路500形成在与形成在第一芯片201a上的每个光电转换元件333的区域基本上等同的区域中。注意，上层检测电路410A可以类似于上述实施例中的上层像素电路500。
11.5.2第二示例
图58是描绘根据第二示例的第一芯片的层板图示例的平面图。图59是描绘根据第二示例的第二芯片的层板图示例的平面图。
根据本实施例，地址事件检测单元400监视地址事件触发的存在或不存在的一组光电转换元件333和像素信号生成单元320读取像素信号的一组光电转换元件333不一定需要彼此一致。例如，如图58所示，每个地址事件检测单元400可以被配置为监视(2i+1)行和(2i+2)行(i：0或更大的整数)中的光电转换元件333中的(2j+1)列和(2j+2)列(j：0或更大的整数)中的光电转换元件333R、333Gr、333Gb和333B，并且从在(2i+1)行和(2i+2)行的光电转换元件333中的(2j)列和(2j+1)列中的光电转换元件333R、333Gr、333Gb和333B读取像素信号。
在这种情况下，如图59所示，第二芯片201b具有这样的布局，即地址事件检测单元400设置在偶数列中，并且像素信号生成单元320设置在奇数列中。
注意，均处理由地址事件检测单元400监视的多个光电转换元件333中的至少一个的所有像素信号生成单元320可以被配置为在由一个地址事件检测单元400检测到地址事件触发时，从由每个像素信号生成单元320处理的多个光电转换元件333读取像素信号。地址事件检测单元400和像素信号生成单元320可以预先彼此关联，并且在一个地址事件检测单元400检测到地址事件触发时，与对应的地址事件检测单元400关联的像素信号生成单元320可以被配置为读取像素信号。
11.5.3第三示例
图60是描绘根据第三示例的第一芯片的层板图示例的平面图。图61是描绘根据第三示例的第二芯片的层板图示例的平面图。
在上述第二示例中呈现地址事件检测单元400和像素信号生成单元320在行方向上交替设置的情况的示例。另一方面，在第三示例中呈现地址事件检测单元400和像素信号生成单元320不仅在行方向上而且在列方向上交替设置的情况。
在第三示例中，如图60所示，每个地址事件检测单元400可以被配置为监视(2i+1)行(2j+1)列、(2i+1)行(2j+2)列、(2i+2)行(2j+1)列和(2i+2)行(2j+2)列中总共四个(或两个)光电转换元件333R、333Gr、333Gb和333B，并且每个像素信号生成单元320可以被配置为从2i行2j列、2i行(2j+1)列、(2i+1)行2j列和(2i+1)行(2j+1)列中的总共四个(或一个或两个)光电转换元件333R、333Gr、333Gb和333B读取像素信号。
在这种情况下，如图61所示，第二芯片201b具有这样的布局，使得地址事件检测单元400设置在偶数列的奇数行中，并且像素信号生成单元320设置在奇数列的偶数行中。
注意，类似于第二示例，在由一个地址事件检测单元400检测到地址事件触发时，均处理由地址事件检测单元400监视的多个光电转换元件333中的至少一个的所有像素信号生成单元320可以被配置为从由每个像素信号生成单元320处理的多个光电转换元件333中读取像素信号。地址事件检测单元400和像素信号生成单元320可以预先彼此关联，并且在一个地址事件检测单元400检测到地址事件触发时，与对应的地址事件检测单元400关联的像素信号生成单元320可以被配置为读取像素信号。
11.6操作和效果
根据本实施例的配置，如上所述，用于接收颜色重新配置所需的光的波长分量的一组多个(N)单位像素(像素块1010)被指定为用于检测地址事件触发的存在或不存在的单元(像素块单元)。在以像素块为单位检测到地址事件触发的情况下，以像素块为单位读取像素信号。在这种情况下，在某个波长分量的单位像素上地址事件触发时，同步读取具有颜色重新配置所需的所有波长分量的像素信号。因此，可以实现正确颜色的重新配置。结果，可以获得能够获取具有正确重新配置的颜色的彩色图像的固态成像器件和事件驱动型成像装置。
注意，在本实施例中通过示例呈现了基于根据第八实施例的固态成像器件800的情况。然而，本实施例不限于该示例，而是可以是基于根据其他实施例的固态成像器件200的情况，例如，根据第一实施例的固态成像器件200。
此外，其他配置、操作和效果可以类似于上述实施例的配置、操作和效果，因此此处不再详细描述。
12.移动体的应用示例
根据本公开的技术(本技术)适用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以实现为安装在任何类型的移动体(例如，汽车、电动车、混合电动车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人驾驶飞机、轮船和机器人)上的装置。
图62是描绘作为可应用根据本公开实施方式的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性配置的示例的框图。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图62所示的示例中，车辆控制系统12000包括驾驶系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和集成控制单元12050。另外，微型计算机12051、声音/图像输出部分12052和车载网络接口12053被示为集成控制单元12050的功能配置。
驾驶系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆驾驶系统相关的装置的操作。例如，驾驶系统控制单元12010用作用于生成车辆驱动力的驱动力生成装置的控制装置(例如，内燃机、驱动电机等)、用于将驱动力传输到车轮的驱动力传输机构、用于调节车辆转向角的转向机构、用于生成车辆制动力的制动装置等。
车身系统控制单元12020根据各种程序控制提供给车身的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置或各种灯(例如，头灯、倒车灯、刹车灯、转向信号灯、雾灯等)的控制装置。在这种情况下，从移动装置发送的作为钥匙的替代的无线电波或各种开关的信号可以输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入无线电波或信号，并控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、灯等。
车外信息检测单元12030检测关于包括车辆控制系统12000的车辆外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与成像部分12031连接。车外信息检测单元12030使成像部分12031对车辆外部的图像进行成像，并接收成像的图像。基于接收到的图像，车外信息检测单元12030可以执行检测诸如人、车辆、障碍物、标志、路面上的字符等的对象的处理，或者检测到其的距离的处理。
成像部分12031是光学传感器，其接收光并且输出与光的接收光量对应的电信号。成像部分12031可以输出电信号，作为图像，或者可以输出电信号，作为关于测量距离的信息。另外，由成像部分12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等不可见光。
车内信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息。车内信息检测单元12040例如与检测驾驶员状态的驾驶员状态检测部分12041连接。驾驶员状态检测部分12041例如包括对驾驶员成像的相机。基于从驾驶员状态检测部分12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的集中程度，或者可以确定驾驶员是否正在打瞌睡。
微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆内部或外部的信息来计算驱动力生成装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且向驾驶系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能的协同控制，这些功能包括车辆的碰撞避免或冲击减轻、基于跟随距离的跟随驾驶、车辆速度保持驾驶、车辆碰撞警告、车辆偏离车道警告等。
此外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆外部或内部的信息，通过控制驱动力生成装置、转向机构、制动装置等，执行旨在用于自动驾驶的协作控制，这使得车辆自主行驶，而不依赖于驾驶员的操作等。
另外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的关于车辆外部的信息，向车身系统控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051可以例如根据由车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或迎面而来的车辆的位置，通过控制前照灯以从远光变为近光来执行旨在防止眩光的协同控制。
声音/图像输出部分12052将声音和图像中的至少一个的输出信号发送到能够视觉或听觉地向车辆的乘员或车辆外部通知信息的输出装置。在图62的示例中，音频扬声器12061、显示部分12062和仪表板12063被示为输出装置。显示部分12062可以例如包括车载显示器和平视显示器中的至少一个。
图63是描绘成像部分12031的安装位置的示例的示图。
在图63中，成像部分12031包括成像部分12101、12102、12103、12104和12105。
成像部分12101、12102、12103、12104和12105例如设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门的位置以及车辆内部的挡风玻璃的上部的位置。设置在前鼻的成像部分12101和设置在车辆内部的挡风玻璃上部的成像部分12105主要获得车辆12100前方的图像。设置到侧视镜的成像部分12102和12103主要获得车辆12100的侧面的图像。设置在后保险杠或后门的成像部分12104主要获得车辆12100后部的图像。设置在车辆内部的挡风玻璃上部的成像部分12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志、车道等。
顺便提及，图63描绘了成像部分12101至12104的拍摄范围的示例。成像范围12111表示设置在前鼻的成像部分12101的成像范围。成像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜的成像部分12102和12103的成像范围。成像范围12114表示设置在后保险杠或后门的成像部分12104的成像范围。例如，通过叠加由成像部分12101至12104成像的图像数据，获得从上方观看的车辆12100的鸟瞰图像。
成像部分12101至12104中的至少一个可以具有获得距离信息的功能。例如，成像部分12101至12104中的至少一个可以是由多个成像元件构成的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的成像元件。
例如，微型计算机12051可以基于从成像部分12101至12104获得的距离信息来确定到成像范围12111至12114内的每个三维对象的距离以及距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而提取特别是存在于车辆12100的行驶路径上并且以预定速度(例如，等于或大于0km/小时)在与车辆12100基本相同的方向上行驶的最近的三维对象，作为前方车辆。此外，微型计算机12051可以预先设定要保持在前方车辆前方的跟随距离，并且执行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随启动控制)等。因此，可以执行用于自动驾驶的协作控制，使得车辆自主行驶，而不依赖于驾驶员等的操作。
例如，微型计算机12051可以基于从成像部分12101至12104获得的距离信息，将关于三维对象的三维对象数据分类为两轮车辆、标准尺寸车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维对象的三维对象数据，提取分类的三维对象数据，并将提取的三维对象数据用于自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员能够视觉识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定指示与每个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部分12062向驾驶员输出警告，并且经由驾驶系统控制单元12010执行强制减速或回避转向。微型计算机12051因此可以帮助驾驶，以避免碰撞。
成像部分12101至12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。微型计算机12051例如可以通过确定在成像部分12101至12104的成像图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过提取作为红外相机的成像部分12101至12104的成像图像中的特征点的过程和通过对表示对象轮廓的一系列特征点执行模式匹配处理来确定是否是行人的过程，来执行行人的这种识别。当微型计算机12051确定在成像部分12101至12104的成像图像中存在行人，并且因此识别出行人时，声音/图像输出部分12052控制显示部分12062，使得显示用于强调的方形轮廓线，以便叠加在识别出的行人上。声音/图像输出部分12052还可以控制显示部分12062，使得在期望的位置显示表示行人的图标等。
上文已经描述了本公开适用的车辆控制系统的示例。根据本公开的技术适用于上述配置中的成像部分12031、驾驶员状态检测部分12041等。
本公开的技术范围不限于本公开的上述实施例，而是在不脱离本公开的主题的范围的情况下，可以以各种方式进行修改。此外，可以适当修改不同实施例和修改的组成元素。
此外，在本说明书中描述的各个实施例的有利效果仅通过示例的方式呈现。有利效果不限于这些效果，而是可以包括其他有利效果。
注意，本技术也可以采用以下配置。
(1)一种固态成像器件，包括：
多个光电转换元件，在矩阵方向上排列成二维网格形状，并且每个光电转换元件生成与接收光量对应的电荷；以及
检测单元，检测由所述多个光电转换元件中的每一个光电转换元件中生成的电荷产生的光电流，其中，
所述光电转换元件和至少一部分所述检测单元设置在不同的芯片上。
(2)根据上述(1)所述的固态成像器件，其中，
所述检测单元包括电流电压转换电路，所述电流电压转换电路包括具有环形形状的源极跟随器电路，
所述光电转换元件设置在第一芯片上，并且
所述源极跟随器电路设置在接合到所述第一芯片的第二芯片上。
(3)根据上述(2)所述的固态成像器件，其中，所述检测单元设置在所述第二芯片上。
(4)根据上述(2)或(3)所述的固态成像器件，还包括：
第一晶体管，设置在所述光电转换元件和所述检测单元之间，其中，
所述第一晶体管设置在所述第一芯片上。
(5)根据上述(2)至(4)中任一项所述的固态成像器件，还包括：
逻辑电路，接合到所述检测单元，其中，
所述逻辑电路设置在不同于所述第一芯片和所述第二芯片的第三芯片上。
(6)根据上述(2)至(5)中任一项所述的固态成像器件，还包括：
驱动电路，控制从所述光电转换元件读出电荷，其中，
所述驱动电路设置在所述第二芯片上。
(7)根据上述(2)至(6)中任一项所述的固态成像器件，还包括：
生成单元，生成像素信号，所述像素信号具有与在所述光电转换元件中生成的电荷的电荷量对应的电压值，其中，
所述生成单元设置在所述第二芯片上。
(8)根据上述(2)至(6)中任一项所述的固态成像器件，还包括：
生成单元，生成像素信号，所述像素信号具有与在所述光电转换元件中生成的电荷的电荷量对应的电压值，其中，
所述生成单元设置在接合在所述第一芯片和所述第二芯片之间的第四芯片上。
(9)根据上述(7)或(8)所述的固态成像器件，还包括：
第二晶体管，设置在所述光电转换元件和所述生成单元之间，其中，
所述第二晶体管设置在所述第一芯片上。
(10)根据上述(7)至(9)中任一项所述的固态成像器件，其中，
所述多个光电转换元件被分成多组，每一组由一个或多个光电转换元件构成，并且
为所述多组中的每一组设置所述检测单元和所述生成单元。
(11)根据上述(10)所述的固态成像器件，其中，所述多组中的每一组由光电转换元件的组合构成，每个光电转换元件接收重新配置入射光的颜色所需的光的波长分量。
(12)根据上述(10)或(11)所述的固态成像器件，其中，
所述检测单元接合到所述多组中的第一组，
所述生成单元接合到所述多组中的第二组，并且
属于所述第一组的光电转换元件中的至少一者也属于所述第二组。
(13)根据上述(2)至(12)中任一项所述的固态成像器件，其中，
所述源极跟随器电路包括
第三晶体管，所述第三晶体管中的源极接合到所述光电转换元件，以及
第四晶体管，所述第四晶体管的栅极接合到所述光电转换元件，所述第四晶体管的漏极接合到所述第三晶体管的栅极。
(14)根据上述(13)所述的固态成像器件，其中，
所述源极跟随器电路还包括
第五晶体管，所述第五晶体管中的源极接合到所述第三晶体管的漏极，以及
第六晶体管，所述第六晶体管中的源极接合到所述第三晶体管的栅极和所述第四晶体管的漏极，所述第六晶体管中的栅极接合到所述第三晶体管的漏极和所述第五晶体管的源极。
(15)根据上述(13)或(14)所述的固态成像器件，其中，所述第三晶体管和第四晶体管是MOS(金属氧化物半导体)晶体管。
(16)根据上述(13)或(14)所述的固态成像器件，其中，所述第三晶体管和所述第四晶体管包括将被施加反向偏置的端子。
(17)根据上述(16)所述的固态成像器件，其中，所述第二芯片是SOI(绝缘体上硅)基板。
(18)根据上述(13)或(14)所述的固态成像器件，其中，所述第三晶体管和所述第四晶体管是隧道FET(场效应晶体管)或鳍状FET。
(19)根据上述(2)至(18)中任一项所述的固态成像器件，还包括：
氢供应膜，设置在所述第二芯片上，并且所述氢供应膜向所述第二芯片供应氢原子；以及
防扩散膜，插在所述第一芯片和所述第二芯片之间，并且所述防扩散膜防止氢原子从所述第二芯片扩散到所述光电转换元件。
(20)一种成像装置，包括：
固态成像器件；
光学系统，在所述固态成像器件的光接收表面上形成入射光的图像；以及
控制单元，控制所述固态成像器件，其中，
所述固态成像器件包括：
多个光电转换元件，在矩阵方向上排列成二维网格形状，并且每个光电转换元件生成与接收光量对应的电荷；以及
检测单元，检测由所述多个光电转换元件中的每一个光电转换元件中生成的电荷产生的光电流，其中，
所述光电转换元件和至少一部分所述检测单元设置在不同的芯片上。
[附图标记列表]
100 成像装置
110 成像透镜
120 记录单元
130 控制单元
139、209 信号线
200 固态成像器件
201 光接收芯片
201a 第一芯片
201b 第二芯片
201c 第三芯片
202 检测芯片
203 逻辑芯片
210 逻辑电路
211 驱动电路
212 信号处理单元
213 仲裁器
220 列ADC
230 ADC
300 像素阵列单元
310 单位像素
320 像素信号生成单元
321 复位晶体管
322 放大晶体管
323 选择晶体管
324 浮动扩散层
325、326、327、328、416、417、418、419、4171、4191 扩散区域
3211、3221、3231、3311、3321、4111、4121、4131、4141 栅极
330、730、830、1030 光接收单元
331、331B、331Gb、331Gr、331R 传输晶体管
332 OFG晶体管
333、333B、333G、333Gb、333Gr、333R、333W 光电转换元件
334 节点
400 地址事件检测单元
410 电流电压转换单元
410A 上层检测电路
411、413 LG晶体管
412、414 放大晶体管
415 恒流电路
420 缓冲器
430 减法器
431、433 电容器
432 反相器
434 开关
440 量化器
441 比较器
450 传输单元
500 上层像素电路
501、502、801 连接部分
501a、501b、501c、736、801a、801b、801c TSV
501d、737、801d、3241 布线
510 电路配置
511 电路元件
601、611、621 半导体基板
602 片上透镜
603 平坦化膜
604 像素分离单元
605 p型半导体区域
606、3312、3322n 型半导体区域
607、734、807 接触层
608、612、622 层间电介质
610、620 接合表面
613、623 布线层
619、629 Cu焊盘
700 晶体管
701 FDSOI基板
701A SOI基板
702 硅薄膜
702A 硅层
703 嵌入氧化膜
704 支撑基板
705 栅极
706 栅极绝缘膜
706A、731 氧化硅膜
707 源极
708 漏极
710 隧道FET
720 鳍状FET
732 元件分离绝缘膜
733 沟槽
751 氢供应膜
752 防氢扩散膜
1010、1010A、1010B、1010C、1010D 像素块
VSL 垂直信号线。

Claims (20)

1.一种固态成像器件，包括：
多个光电转换元件，在矩阵方向上排列成二维网格形状，并且每个光电转换元件生成与接收光量对应的电荷；以及
检测单元，检测由所述多个光电转换元件的每一个光电转换元件中生成的电荷产生的光电流，其中，
所述光电转换元件和至少一部分所述检测单元设置在不同的芯片上。
2.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中，
所述检测单元包括电流电压转换电路，所述电流电压转换电路包括具有环形形状的源极跟随器电路，
所述光电转换元件设置在第一芯片上，并且
所述源极跟随器电路设置在接合到所述第一芯片的第二芯片上。
3.根据权利要求2所述的固态成像器件，其中，所述检测单元设置在所述第二芯片上。
4.根据权利要求2所述的固态成像器件，还包括：
第一晶体管，设置在所述光电转换元件和所述检测单元之间，其中，
所述第一晶体管设置在所述第一芯片上。
5.根据权利要求2所述的固态成像器件，还包括：
逻辑电路，连接到所述检测单元，其中，
所述逻辑电路设置在不同于所述第一芯片和所述第二芯片的第三芯片上。
6.根据权利要求2所述的固态成像器件，还包括：
驱动电路，控制从所述光电转换元件读出电荷，其中，
所述驱动电路设置在所述第二芯片上。
7.根据权利要求2所述的固态成像器件，还包括：
生成单元，生成像素信号，所述像素信号具有与在所述光电转换元件中生成的电荷的电荷量对应的电压值，其中，
所述生成单元设置在所述第二芯片上。
8.根据权利要求2所述的固态成像器件，还包括：
生成单元，生成像素信号，所述像素信号具有与在所述光电转换元件中生成的电荷的电荷量对应的电压值，其中，
所述生成单元设置于接合在所述第一芯片和所述第二芯片之间的第四芯片上。
9.根据权利要求7所述的固态成像器件，还包括：
第二晶体管，设置在所述光电转换元件和所述生成单元之间，其中，
所述第二晶体管设置在所述第一芯片上。
10.根据权利要求7所述的固态成像器件，其中，
所述多个光电转换元件被分成多组，每一组由一个或多个光电转换元件构成，并且
为所述多组中的每一组设置所述检测单元和所述生成单元。
11.根据权利要求10所述的固态成像器件，其中，所述多组中的每一组由光电转换元件的组合构成，每个光电转换元件接收重新配置入射光的颜色所需的光的波长分量。
12.根据权利要求10所述的固态成像器件，其中，
所述检测单元连接到所述多组中的第一组，
所述生成单元连接到所述多组中的第二组，并且
属于所述第一组的光电转换元件中的至少一者也属于所述第二组。
13.根据权利要求2所述的固态成像器件，其中，
所述源极跟随器电路包括
第三晶体管，所述第三晶体管中的源极连接到所述光电转换元件，以及
第四晶体管，所述第四晶体管的栅极连接到所述光电转换元件，所述第四晶体管的漏极连接到所述第三晶体管的栅极。
14.根据权利要求13所述的固态成像器件，其中，
所述源极跟随器电路还包括
第五晶体管，所述第五晶体管中的源极连接到所述第三晶体管的漏极，以及
第六晶体管，所述第六晶体管中的源极连接到所述第三晶体管的栅极和所述第四晶体管的漏极，所述第六晶体管中的栅极连接到所述第三晶体管的漏极和所述第五晶体管的源极。
15.根据权利要求13所述的固态成像器件，其中，所述第三晶体管和第四晶体管包括MOS(金属氧化物半导体)晶体管。
16.根据权利要求13所述的固态成像器件，其中，所述第三晶体管和所述第四晶体管均包括将被施加反向偏置的端子。
17.根据权利要求16所述的固态成像器件，其中，所述第二芯片包括SOI(绝缘体上硅)基板。
18.根据权利要求13所述的固态成像器件，其中，所述第三晶体管和所述第四晶体管是隧道FET(场效应晶体管)或鳍状FET。
19.根据权利要求2所述的固态成像器件，还包括：
氢供应膜，设置在所述第二芯片上，并且所述氢供应膜向所述第二芯片供应氢原子；以及
防扩散膜，介于所述第一芯片和所述第二芯片之间，并且所述防扩散膜防止氢原子从所述第二芯片扩散到所述光电转换元件。
20.一种成像装置，包括：
固态成像器件；
光学系统，在所述固态成像器件的光接收表面上形成入射光的图像；以及
控制单元，控制所述固态成像器件，其中，
所述固态成像器件包括：
多个光电转换元件，在矩阵方向上排列成二维网格形状，
并且每个光电转换元件生成与接收光量对应的电荷；以及
检测单元，检测由所述多个光电转换元件中的每一个光电转换元件中生成的电荷产生的光电流，其中，
所述光电转换元件和至少一部分所述检测单元设置在不同的芯片上。
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