[发明专利]固态成像设备和电子装置

说明书

技术领域

本公开涉及固态成像设备，具体地，涉及CMOS固态成像设备和具有该固态成像设备的诸如照相机的电子装置。

背景技术

作为固态成像设备(图像传感器)，CMOS固态成像设备是本领域中著名的。CMOS固态成像设备用于各种便携式终端，比如数字静态照相机、数字摄像机以及嵌有照相机的蜂窝电话。

在普通的CMOS固态成像设备中，通常向在其中排列了多个像素的像素单元的一端处的每个像素列提供用于接收像素信号和对其进行CDS(相关双采样)或AD(模拟/数字)转换的电路，如日本未审查专利申请公开No.2003-18471中公开的那样。在此将此电路称为列电路，因为其被提供给每列。

作为另一CMOS固态成像设备，同样著名的是其中在半导体芯片被层叠的前提下向每个像素或者多个像素的每个部分而不是向每个像素列提供用于接收像素信号和进行CDS或者AD转换的电路的固态成像设备，如日本未审查专利申请公开No.2006-49361中所公开的。在对于多个像素的每个部分接收像素信号的情况下，如图15A的示意图所示，在其中以二维形状排列多个像素的像素单元201中，将像素分划为多个部分，以便将包括多个像素的区域设置为一个部分202。另外，每个像素部分202被配置为接收来自一个如以上的电路的信号。在每个像素部分202中，按照如实线箭头203和虚线箭头204所示的顺序来读取像素信号。在每个像素部分202处同时读取各信号。

顺便提及，作为CMOS固态成像设备的相关技术，在国际公开No.WO2006/129762和日本未审查专利申请公开No.2007-013089中公开了其中半导体芯片按后面入射型被层叠的CMOS固态成像设备。

发明内容

然而，在为每个像素列提供列电路的CMOS固态成像设备中，长的垂直信号线在像素单元上行进，并且列电路在其端处接收信号。由于此原因，由于垂直信号线的布线电阻引起的电压降，来自在像素单元的垂直方向上的上端像素的信号处于与来自下端的像素的信号不同的电平。由CDS来抵消和消除此信号电平差，但是稍有阴影，因为CDS的抵消抑制比(offset suppression ratio)不是无限大。另外，抵消使得CDS的操作范围更窄或者变为对电压降低的阻碍。

另外，在向像素单元的上端和下端两者提供列电路的情况下，抵消取决于是由上部列电路还是下部列电路处的像素读取信号而改变，即使像素位于基本相同的位置处，这导致了特性上的差别。由于近来因CMOS固态成像设备中的速度增加引起的像素电流的增大、因尺寸增长而增加像素单元、因像素小型化而通过使布线变细、或者通过对图像质量应用严格的要求，此问题变得更严重。

在这点上，在为每个像素或多个像素的每个部分提供用于进行CDS或AD转换的电路的方法中，通过像素或多个像素的部分的尺寸确定电路在长度和宽度上的尺寸。由于此原因，可能没有包括需要的功能，或者电路可能具有被浪费的多余空间。另外，在为多个像素的每个部分提供电路的情况下，除非使用确保屏幕中的曝光时间的同时性的方法，其称为全局快门(global shutter)，否则，如图15B所示，当对在箭头方向205上移动的物体206成像时，在像素单元201的上半部分中的像素较后被读取，在下半部分中的像素较先被读取，如图15C所示，导致移动的物体206的失真成像。对于图像质量恶化和像素尺寸增加，需要全局快门。

鉴于这样的情况，提出了本公开，希望提供固态成像设备，其降低垂直信号线的电压降，并通过改善阴影(shading)等来改善图像质量。

还希望提供具有该固态成像设备的诸如照相机的电子装置。

根据本公开的实施例，固态成像设备包括：像素单元，其中，将物理量转换为电信号的多个像素以二维形状排列；垂直信号线，用于从像素读取信号；以及列电路，与像素单元的列对应地排列，并从在像素单元内部的垂直信号线收集信号。

在根据本公开的实施例的固态成像设备中，由于不从像素单元的一端而是从垂直信号线从像素单元的内部将像素信号收集到列电路，因此由垂直信号线的布线电阻引起的电压降降低。

根据本公开的实施例，固态成像设备包括：上基板，具有其中将物理量转换为电信号的多个后面入射型像素以二维形状排列的像素单元；以及下基板，面对上基板，并具有与像素单元的列对应地排列的多个列电路，其中，上基板和下基板在它们的布线表面处连接，其中，在下基板表面的、列电路在垂直方向上彼此面对的一侧，在上基板处形成的并读取来自像素的信号的垂直信号线连接到下基板的列电路，以及其中，列电路的信号输出到列电路不彼此面对的一侧。