JP2017183658A - 固体撮像素子、撮像装置、および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】露光装置よりも大判の画素アレイ部に、複数の分割露光で形成された信号処理回路とを積層させる構造の撮像素子において、複数の分割露光された信号処理回路の最上層に信号処理回路毎に独立した配線パターンで、一括露光により形成された配線層を積層する。これにより、信号処理回路毎に必要な素子だけが効率よく使用できるようになる。本開示は、固体撮像素子に適用することができる。
【選択図】図8
Description
1.第1の実施の形態(配線層の最上層に一括露光により左右が異なる配線パターンの配線層を積層する例)
2.第2の実施の形態(配置に応じて左右の信号処理回路の機能を切り替える例)
3.第3の実施の形態(左右の信号処理回路に基準クロック信号を供給する例)
4.第4の実施の形態(ADC群の特性差分を補正する例)
5.電子機器への適用例
6.固体撮像素子の使用例
{1−1.システム構成}
図1は、本技術の第1の実際の形態に係る固体撮像素子1の構成例を模式的に示す斜視図である。なお、ここでは、固体撮像素子1がCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサの場合を例に挙げて説明するが、本技術はCMOSイメージセンサへの適用に限られるものではない。
図2は、固体撮像素子1の画素基板11側の画素回路21、並びに、ロジック基板12側の信号処理回路41L及び41Rの具体的な構成を示す回路図である。なお、上述したように、画素回路21と信号処理回路41L及び41Rとの電気的な接続は、図示せぬビアを介して行われる。
まず、画素基板11側の画素回路21の構成について説明する。画素回路21には、単位画素32が行列状に2次元に配列された画素アレイ部31の他に、ロジック基板12側から与えられるアドレス信号を基に、画素アレイ部31の各単位画素32を行単位で選択する行選択部33が設けられている。なお、ここでは、行選択部33を画素基板11側に設けるようにしたが、ロジック基板12側に設けることも可能である。
次に、ロジック基板12側の信号処理回路41L及び41Rの構成について説明する。なお、上述したように、信号処理回路41Lと信号処理回路41Rは同じ回路パターンを有しており、ここでは、信号処理回路41Lの構成を中心に説明する。
図4は、ロジック基板12のレイアウトの例を示している。この図に示されるように、ロジック基板12の信号処理回路41Lと信号処理回路41Rは、同じ左右対称のレイアウトを有している。
次に、図5及び図6を参照して、固体撮像素子1の撮像処理について簡単に説明する。
ところで、以上においては、信号処理回路41L及び41Rは、同一の回路パターンを有していると説明してきたが、実質的な機能上の回路パターンについては、同一ではあるが、左右で信号処理すべき画素アレイ部31上の領域内の単位画素32からの画素信号を処理する上で、いずれか一方に設ければ足りるものであり、複数に必要のない構成も存在する。
以上においては、基板層151上に、信号処理回路41L及び41Rに対応する領域でそれぞれ分割露光した配線層161と、その上層に、信号処理回路41L及び41Rに対応する領域で、それぞれ異なる配線パターンからなる、一括露光した配線層162が形成される例について説明してきたが、基板層151より上層の配線層を全層に渡って一括露光し、信号処理回路41L及び41Rに対応する領域のそれぞれについて異なる配線パターンとするようにしてもよい。
以上においては、最上層の配線層を一括露光により信号処理回路41L及び41Rのそれぞれの領域において、異なる配線パターンとすることで、信号処理回路41L及び41Rで異なる機能を実現させるようにすることについて説明してきた。しかしながら、信号処理回路41L及び41Rで、例えば、相互に異なる2つの機能を備え、それぞれの信号処理回路41に信号線より供給される1ビットの切り替え信号におけるHiまたはLowにより、異なる2つの機能を切り替えてしようするようにしてもよい。
以上においては、配線層152より供給されてくる切り替え信号を端子181L,181Rに供給する例について説明してきたが、図11で示されるように、ロジック基板12に切り替え信号が供給されてくる信号線をボンディング12L,12Rでそれぞれ接続するようにしてもよい。
また、図12で示されるように、信号処理回路41L及び41Rのそれぞれにレジスタ201L,201Rを設けるようにしてもよい。レジスタ201L,201Rは、図示せぬ装置の制御装置等により所定の値が書き込まれると記憶し、記憶した値に対応するHiまたはLowの切り替え信号を出力する。
さらに、図13で示されるように、信号処理回路41L及び41Rのそれぞれに、電気または紫外線など光を含む電磁波のストレスによって、一度だけ出力値を切り替えることが可能なeFuse(図中のfuse)221L,221Rを設けるようにしてもよい。eFuse(図中のfuse)221L,221Rは、電気または紫外線など光を含む電磁波のストレスによって、一度だけの処理で所定の値を記憶し、記憶した値に対応するHiまたはLowの切り替え信号を出力する。
また、図14で示されるように、信号処理回路41L及び41Rのそれぞれに、図示せぬ制御装置により外部より出力値を制御可能な、例えば、不揮発性メモリであるEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-only Memory)(図中のe2p)241L,241Rを設けるようにしてもよい。EEPROM241L,241Rは、図示せぬ装置の制御装置等により外部より所定の出力値が書き込まれると記憶し、記憶した出力値に対応するHiまたはLowの切り替え信号を出力する。
さらに、図15で示されるように、信号処理回路41L及び41Rのそれぞれに、外部端子251L,251Rを設けるようにしてもよい。
以上においては、信号処理回路41L及び41Rについて、それぞれ異なる機能を実現させる構成について説明してきたが、信号処理回路41L及び41Rのそれぞれが同期した動作を実現するために、信号処理回路41L及び41Rのそれぞれに同一の基準クロック信号が供給されるようにしてもよい。
以上においては、信号処理部271L,271Rが、供給されてくる基準クロック信号をそのまま使用する例について説明してきたが、PLL(Phase Locked Loop)などからなる逓倍機能を用いて基準クロック信号が所定の割合で逓倍されたクロック信号を利用するようにしてもよい。
以上においては、信号処理回路41L及び41Rのそれぞれに基準クロック信号が供給されてくる例について説明してきたが、信号処理回路41L及び41Rのいずれかに基準クロック信号が供給されるようにして、基準クロック信号が供給されている信号処理回路41が、基準クロック信号が供給されていない信号処理回路41に基準クロック信号を供給するようにしてもよい。
以上においては、信号処理回路41L及び41Rのいずれかに基準クロック信号が供給されるようにして、基準クロック信号が供給されている信号処理回路41が、基準クロック信号が供給されていない信号処理回路41に基準クロック信号を供給するようにした例について説明してきた。
以上においては、信号処理回路41L及び41Rのいずれかに基準クロック信号、または、基準クロック信号が逓倍されたクロック信号のいずれかが供給される例について説明してきたが、それらが混在した状態で供給されるようにしてもよい。
以上においては、基準クロック信号の供給を受けて、信号処理回路41L及び41Rの信号処理部の動作を同期させる例について説明してきたが、信号処理回路41L及び41Rのそれぞれに設けられるADC群のリファレンスを揃えるようにすることで、ADCに係る特性の差分を補正するようにしてもよい。
次に、図22のフローチャートを参照して、図21の信号処理回路41L及び41RによるADC群間差分補正処理について説明する。尚、この処理に当たっては、画素アレイ部31内の画素を構成するフォトダイオードより順次、光電変換により発生されるアナログ信号からなる画素信号が順次供給されてくることを前提する。
次に、図23のフローチャートを参照して、特性差分記憶処理について説明する。
上述した固体撮像素子1は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
<6.固体撮像素子の使用例>
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
<1> 画素アレイ部を含む画素回路が形成されている第1の基板と、
複数の信号処理回路が形成されている第2の基板とが積層され、
前記第2の基板に複数に形成された前記信号処理回路毎の配線パターンを変えて回路構成を変更する一括露光の配線層が、前記第2の基板の最上層に積層される
固体撮像素子。
<2> 前記一括露光の配線層は、前記第2の基板における全配線層の一部であって、前記一部を除く配線層の上層に積層される
<1>に記載の固体撮像素子。
<3> 前記一括露光の配線層は、前記第2の基板における全配線層である
<1>に記載の固体撮像素子。
<4> 前記一括露光の配線層は、前記第2の基板におけるロジック回路が形成される部位において、前記信号処理回路毎に独立して配線パターンが形成される
<1>乃至<3>のいずれかに記載の固体撮像素子。
<5> 各前記信号処理回路における基板層は、同一の素子が同一のパターンで形成される
<1>乃至<4>のいずれかに記載の固体撮像素子。
<6> 画素アレイ部を含む画素回路が形成されている第1の基板と、
複数の信号処理回路が形成されている第2の基板とが積層され、
前記第2の基板に複数に形成された前記信号処理回路毎の配線パターンを変えて回路構成を変更する一括露光の配線層が、前記第2の基板の最上層に積層される
撮像装置。
<7> 画素アレイ部を含む画素回路が形成されている第1の基板と、
複数の信号処理回路が形成されている第2の基板とが積層され、
前記第2の基板に複数に形成された前記信号処理回路毎の配線パターンを変えて回路構成を変更する一括露光の配線層が、前記第2の基板の最上層に積層される
電子機器。
<8> 画素アレイ部を含む画素回路が形成されている第1の基板と、
複数の信号処理回路が形成されている第2の基板とが積層され、
前記信号処理回路は、2n種類の機能を備えた構成であり、nビットの切り替え信号により前記機能を切り替える
固体撮像素子。
<9> 前記nビットの切り替え信号線は、プロセス工程でHiまたはLowに固定される
<8>に記載の固体撮像素子。
<10> 前記nビットの切り替え信号線は、ロジック基板内部のボンディングを介してHiまたLowに固定される
<8>に記載の固体撮像素子。
<11> 前記nビットの切り替え信号線は、レジスタに接続され、外部から制御される
<8>に記載の固体撮像素子。
<12> 前記nビットの切り替え信号線は、電気または紫外線など光を含む電磁波のストレスによって状態をHiまたLowに固定される構成に接続される
<8>に記載の固体撮像素子。
<13> 前記nビットの切り替え信号線は、不揮発性メモリに接続され、前記不揮発性メモリの状態は外部から設定される
<8>に記載の固体撮像素子。
<14> 前記nビットの切り替え信号線は、外部端子に接続されており、前記切り替え信号は、前記外部端子を介して外部装置により設定される
<8>に記載の固体撮像素子。
<15> 画素アレイ部を含む画素回路が形成されている第1の基板と、
複数の信号処理回路が形成されている第2の基板とが積層され、
前記信号処理回路は、2n種類の機能の回路から構成され、nビットの切り替え信号により前記機能を切り替える
撮像装置。
<16> 画素アレイ部を含む画素回路が形成されている第1の基板と、
複数の信号処理回路が形成されている第2の基板とが積層され、
前記信号処理回路は、2n種類の機能の回路から構成され、nビットの切り替え信号により前記機能を切り替える
電子機器。
Claims (16)
- 画素アレイ部を含む画素回路が形成されている第1の基板と、
複数の信号処理回路が形成されている第2の基板とが積層され、
前記第2の基板に複数に形成された前記信号処理回路毎の配線パターンを変えて回路構成を変更する一括露光の配線層が、前記第2の基板の最上層に積層される
固体撮像素子。 - 前記一括露光の配線層は、前記第2の基板における全配線層の一部であって、前記一部を除く配線層の上層に積層される
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記一括露光の配線層は、前記第2の基板における全配線層である
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記一括露光の配線層は、前記第2の基板におけるロジック回路が形成される部位において、前記信号処理回路毎に独立して配線パターンが形成される
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 各前記信号処理回路における基板層は、同一の素子が同一のパターンで形成される
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 画素アレイ部を含む画素回路が形成されている第1の基板と、
複数の信号処理回路が形成されている第2の基板とが積層され、
前記第2の基板に複数に形成された前記信号処理回路毎の配線パターンを変えて回路構成を変更する一括露光の配線層が、前記第2の基板の最上層に積層される
撮像装置。 - 画素アレイ部を含む画素回路が形成されている第1の基板と、
複数の信号処理回路が形成されている第2の基板とが積層され、
前記第2の基板に複数に形成された前記信号処理回路毎の配線パターンを変えて回路構成を変更する一括露光の配線層が、前記第2の基板の最上層に積層される
電子機器。 - 画素アレイ部を含む画素回路が形成されている第1の基板と、
複数の信号処理回路が形成されている第2の基板とが積層され、
前記信号処理回路は、2n種類の機能を備えた構成であり、nビットの切り替え信号により前記機能を切り替える
固体撮像素子。 - 前記nビットの切り替え信号線は、プロセス工程でHiまたはLowに固定される
請求項8に記載の固体撮像素子。 - 前記nビットの切り替え信号線は、ロジック基板内部のボンディングを介してHiまたLowに固定される
請求項8に記載の固体撮像素子。 - 前記nビットの切り替え信号線は、レジスタに接続され、外部から制御される
請求項8に記載の固体撮像素子。 - 前記nビットの切り替え信号線は、電気または紫外線など光を含む電磁波のストレスによって状態をHiまたLowに固定される構成に接続される
請求項8に記載の固体撮像素子。 - 前記nビットの切り替え信号線は、不揮発性メモリに接続され、前記不揮発性メモリの状態は外部から設定される
請求項8に記載の固体撮像素子。 - 前記nビットの切り替え信号線は、外部端子に接続されており、前記切り替え信号は、前記外部端子を介して外部装置により設定される
請求項8に記載の固体撮像素子。 - 画素アレイ部を含む画素回路が形成されている第1の基板と、
複数の信号処理回路が形成されている第2の基板とが積層され、
前記信号処理回路は、2n種類の機能の回路から構成され、nビットの切り替え信号により前記機能を切り替える
撮像装置。 - 画素アレイ部を含む画素回路が形成されている第1の基板と、
複数の信号処理回路が形成されている第2の基板とが積層され、
前記信号処理回路は、2n種類の機能の回路から構成され、nビットの切り替え信号により前記機能を切り替える
電子機器。
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