[发明专利]成像装置

说明书

本申请是2012年10月10日提交的申请号为201280050495.8的发明专利申请“半导体装置、固态图像感测装置和相机系统”的分案申请。

技术领域

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。

背景技术

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，Through Contact(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(sample hold，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。