成像装置和电子设备制造方法及图纸

公开了成像装置和电子设备。所述成像装置，包括：像素阵列单元，包括多个像素，所述多个像素中的像素被配置为接收入射光，并输出模拟信号；耦合到所述像素的多条信号线中的一条信号线；以及多个比较器和多个计数器；以及其中，所述多个比较器中的比较器包括第一放大器、第二放大器和布置在所述第一放大器的输出节点与所述第二放大器的输入节点之间的隔离器。

【技术实现步骤摘要】
成像装置和电子设备本申请是2012年10月10日提交的申请号为201280050495.8的专利技术专利申请“半导体装置、固态图像感测装置和相机系统”的分案申请。
本公开涉及具有多个传感器以阵列形式布置的结构的半导体装置、固态图像感测装置和相机系统。
技术介绍
对于诸如CMOS图像传感器之类的具有多个传感器以阵列形式布置的结构的半导体装置而言，针对高度发展的信号处理和小型化，已经存在增长的需求。为了将此实现，例如专利文献1已经提出了将芯片层压在一起以集成具有与以往相同芯片大小的更大信号处理电路的方法。这种半导体装置具有安放了用于产生模拟信号的传感器阵列的芯片(下文称为模拟芯片)和安放了用于信号处理的逻辑电路的芯片(下文称为数字芯片)的层压结构。然后，半导体装置通过在模拟芯片中形成的TC(S)V(穿透接触(硅)通孔，ThroughContact(Silicon)VIA)将这些芯片连接在一起以便所述芯片一个层压在另一个上面，从而实现小型化。对于利用这种方法的小型化的挑战是要将关于用于使传感器阵列输出的数据流动的信号路径的电路块划分到上下芯片。例如，在图像传感器中，上面的系统使用从传感器阵列取回信号的几千条或者更多布线，以便对应于布置在垂直或水平方向上的像素的数目。为此，需要集中TCV以将其放置在路径中。于是，与TCV中的另一个相邻的TCV中的一个的具有大幅值的信号的变化干扰目标TCV的信号，并且引起信号中的错误。作为针对这种干扰的对策，在现有技术中，通过TCV传送的信号不限于在电压方向上量化的那些(其使用一条或更多条二进制信号线)。下文详细描述这些对策。下文，作为第一对策，针对通过TCV传送的信号是时间离散并量化的信号(即，数字信号)的情况给出描述。然后，作为第二对策，针对通过TCV传送的信号是连续时间并量化的信号的情况给出描述。首先，针对通过TCV传送的信号是时间离散并量化的信号(即，数字信号)的对策给出描述。图1是示出使用层压芯片的半导体装置中通过TCV传送的信号是时间离散并量化的信号的第一配置示例的图。半导体装置1具有模拟芯片2和数字芯片3的层压结构。在层压芯片当中，根据模拟工艺制造的半导体装置1的模拟芯片2具有以阵列形式布置的多个传感器4(-0,-1,...)。传感器4的输出通过放大器5(-0,-1,...)连接至用于将信号进行时间离散的采样开关6(-0,-1,...)。这里，如果从传感器4输出的信号的功率充分大，那么传感器4的输出可以直接连接至采样开关，而不经过放大器。通过采样开关6进行时间离散的信号使用量化器7(-0,-1,...)在电压方向上被量化。量化器7由多个比较器构成，并且每个量化器将特定的信号电平与输入信号电平进行比较以量化该信号。这里，量化器7不必须每次完成量化，而可以是配置为执行多个阶段的电路。在这种处理中数字化的信号通过TCV8(-0,-1,...)传送至数字芯片3，然后由数字信号处理电路9处理。在这种情况下，通过TCV8传送的信号是电源电平或地(GND)电平的二进制信号，并且信号中不会产生错误，除非信号在大小上减小到电源电压的大约一半。进一步，即使TCV8的寄生电容导致信号中的延迟，也不会在信号处理电路9的设置裕量内出现问题。接下来，针对通过TCV传送的信号是数字信号的另一配置示例给出描述。图2是示出使用层压芯片的半导体装置中通过TCV传送的信号是时间离散并量化的信号的第二配置示例的图。在这种情况下，在半导体装置1A中，传感器4的输出信号不直接通过采样开关6进行时间离散，而是通过提供在传感器4附近的SH(samplehold，采样保持)电路10(-0,-1,...)进行时间离散。SH电路10可以以最简单的方式仅通过开关和电容来实现。接下来，针对通过TCV传送的信号是数字信号的图2中所示的配置示例应用于图像传感器的情况给出描述。图3是示出使用层压芯片的半导体装置中通过TCV传送的信号是时间离散并量化的信号的第三配置示例的图，并且是示出将图2中所示的配置示例应用于CMOS图像传感器的示例的图。注意，在图3中，用相同的符号表示与图1和2的那些组成部分相同的组成部分，以方便对于第三配置示例的理解。主流CMOS图像传感器具有用于每个像素的FD(FloatingDiffusion，浮空扩散)放大器，并且是选择像素阵列中的特定行并且在列方向上同时读取它们的列平行输出型。这是因为由于布置在像素中的FD放大器几乎难以提供令人满意的驱动性能，由此必须降低数据率的事实，而使得并行处理是有益的。这种CMOS图像传感器20配置为包括用作传感器阵列的像素阵列部分21和驱动像素的行选择电路(V扫描器)22。像素阵列部分21具有以M(行)×N(列)矩阵形式布置的像素电路30。行选择电路22控制像素阵列部分21的任何行中布置的像素的工作。行选择电路22通过控制线LSEL、LRST和LTRG控制像素。作为示例，图3示出像素电路30中的每一个均包括四个晶体管的情况。像素电路30具有例如由光电二极管(PD)构成的光电转换元件(下文在必要时简称为PD)31。关于一个光电转换元件31，像素电路30具有用作有源元件的四个晶体管，即：传输晶体管32、复位晶体管33、放大晶体管34和选择晶体管35。在CMOS图像传感器20中，FD(浮空扩散)(电容)和传输晶体管(传输开关)32实现图2的框图中所示的关于用作传感器的光电转换元件(光电二极管)31的采样保持电路的功能。第二，针对通过TCV传送的信号是连续时间并量化的信号的情况给出描述。图4是示出使用层压芯片的半导体装置中通过TCV传送的信号是连续时间并量化的信号的第一配置示例的图。如图2所示的半导体装置1A的情况中那样，图4所示的半导体装置1C促使比较器23(-0,-1,...)将SH电路10离散化的信号与斜坡信号发生器(未示出)产生的斜坡波进行比较，从而将从传感器4输出的模拟信号转换到时间轴信号。半导体装置1C通过TCV8将由此转换的量化的传感器信号传送到数字芯片2C，并且利用计数器(TDC：TimetoDigitalConverter，时间到数字转换器)24量化时间轴信息，从而获得数字信号。图5是在时间轴上使用波形示出以上操作的图。当模拟信号和斜坡波RAMP的比较结果作为信号S23从比较器23输出时，计数器24停止其计数操作并且确定出信号。这里，用于启动斜坡波RAMP的时刻与用于利用计数器24启动计数操作的时刻彼此同步。对于此操作，电压信息被转换到时间信息。当使用这种传送方法时，如同传送数字信号的情况下那样，通过TCV8传送的信号被量化到电源电平或地(GND)电平。图6是示出使用层压芯片的半导体装置中将图4中所示的配置应用于CMOS图像传感器的示例的图。注意在图6中，用相同的符号表示与图3和4的那些组成部分相同的组成部分，以方便对于半导体装置的理解。如图4中的情况下那样，半导体装置促使比较器23(-0,-1,...)进行斜坡信号发生器23产生的斜坡波的比较，从而将从像素30输出的模拟信号转换到时间轴信号。半导体装置通过TCV8将由此转换的量化的传感器信号传送到数字芯片3D，利用计数器(TDC)24量化时间轴信息，并且将获得的数字信号存储于锁存器(存储器)26。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成像装置，包括：像素阵列单元，包括多个像素，所述多个像素中的像素被配置为接收入射光，并输出模拟信号；耦合到所述像素的多条信号线中的一条信号线；以及多个比较器和多个计数器；以及其中，所述多个比较器中的比较器包括第一放大器、第二放大器和布置在所述第一放大器的输出节点与所述第二放大器的输入节点之间的隔离器。

【技术特征摘要】
2011.10.21 JP 2011-2322821.一种成像装置，包括：像素阵列单元，包括多个像素，所述多个像素中的像素被配置为接收入射光，并输出模拟信号；耦合到所述像素的多条信号线中的一条信号线；以及多个比较器和多个计数器；以及其中，所述多个比较器中的比较器包括第一放大器、第二放大器和布置在所述第一放大器的输出节点与所述第二放大器的输入节点之间的隔离器。2.根据权利要求1所述的成像装置，其中所述成像装置包括第一衬底和第二衬底，并且所述第一衬底和所述第二衬底彼此结合。3.根据权利要求2所述的成像装置，其中所述第一衬底包括所述像素阵列单元和所述多条信号线。4.根据权利要求3所述的成像装置，其中所述第二衬底包括所述多个比较器和所述多个计数器。5.根据权利要求4所述的成像装置，其中所述第二衬底包括控制电路的至少一部分。6.根据权利要求2所述的成像装置，进一步包括多个通孔，耦合到所述第一衬底和所述第二衬底。7.根据权利要求6所述的成像装置，其中所述多个通孔的至少一个包括金属。8.根据权利要求6所述的成像装置，其中所述多个通孔包括第一多个通孔和第二多个通孔。9.根据权利要求8所述的成像装置，其中所述第一多个通孔沿所述像素阵列的第一侧放置，而所述第二多个通孔沿所述像素阵列的第二侧放置。10.根据权利要求9所述的成像装置，其中所述第二侧垂直于所述第一侧。11.根据权利要求6所述的成像装置，其中所述多个通孔放置在所述像素阵列外部。12.根据权利要求6所述的成像装置，进一步包括多个垫，放置在所述第一多个通孔和所述第二多个通孔的外部。13.根据权利要求1所述的成像装置，其中所述像素耦合到浮空扩散、复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管中的至少一个。14.根据权利要求1所述的成像装置，其中所述隔离器包括电容器。15.根据权利要求1所述的成像装置，其中所述第一放大器被配置为比较基准电压和模拟信号。16.根据权利要求1所述的成像装置，其中所述第一放大器包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的栅极被配置为接收基准信号，并且所述第二晶体管的栅极被配置为接收模拟信号。17.根据权利要求1所述的成像装置，其中所述第二放大器包括第三晶体管，且所述第三晶体管的栅极被配置为从所述第一放大器接收输出信号。18.根据权利要求17所...

【专利技术属性】
技术研发人员：长井利明，小关贤，植野洋介，铃木敦史，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP