可W包含光电二极管。因 此，在一像素内最大形成=个光电二极管。
[0320] CMOS图像传感器1400仅将具有成像功能的一层构件添加到上述说明的CMOS图像 传感器1000。因此，可W通过使用前述的CMOS图像传感器1000的制造方法制造CMOS图像 传感器1400。
[0321] 更具体地说，在参照图14的流程图说明的支承基板制造处理的步骤S1203中，由 娃基板构成的支承基板1012接合到具有成像功能的构件1011。然而，根据本示例中的处 理，包含具有成像功能的构件的支承基板W与图16中步骤S1223的处理类似的方式接合到 具有成像功能的构件1011。
[0322] 因此，通过递归重复处理获得不同的娃层中形成的S层或更多层的光电二极管。 通过控制包含光电二极管的娃（Si)的各膜厚度来控制由各层接收到的（光电转换过的） 光的波长。例如，各光电二极管可W构成为从上W该个顺序来接收藍、绿和红的光（通过利 用对各颜色不同的娃吸收率）。此外，该种结构在接收红外区域的光方面相当有利，并实现 高灵敏度的优点。
[0323] 各层的像素大小不需要相同。
[0324] 下面说明驱动/信号处理的示例。
[0扣引[示例句
[0326] 可W如上所述地对层叠的多个光电二极管中的每一个配备独立的布线层。该种结 构在驱动各光电二极管时提高了自由度。例如，在图22的A中图解的双层的CMOS图像传 感器1000的情况下，如图22的B所示，由光电二极管1021获得的信号值和由光电二极管 1031获得的信号可W单独地输出，或如图22的C所示，可化合成并输出。
[0327] 当如图22的C所示地将上下光电二极管的信号值合成并输出时，光接收灵敏度提 高。因此，该种结构可W用作高灵敏度模式。例如，对不由一个光电二极管充分光电转换的 光（例如红外光）获得高输出。
[0328] 娃（Si)在短波长侧有较高的光吸收系数，因此上表面相对于光进入面吸收大量 的短波长光。换句话说，光谱特性在上层中的光电二极管1021和下层中的光电二极管1031 之间不同。更具体地说，如图22的B所示，下层中的光电二极管1031有该样的光谱特性： 相比上层中的光电二极管1021，峰值在长波长侧（因为短波长容易由上层中的光电二极管 1021吸收）。
[0329] 在图22的B中的示例的情况下，绿色滤色器配备在巧片上透镜下面。因此，进入上 层中的光电二极管1021的光是绿色光。在该种情况下，在光正在行进通过光电二极管1021 的内部时短波长侧被特别地吸收，因此到相对于上层，进入到下层中的光电二极管1031的 光移位到长波长侧。
[0330] 因此，在上层中的光电二极管1021的信号值和下层中的光电二极管1031的信号 值被输出而不合成时，为一像素生成多个波长光的信号。
[0331] 如示例2所述，通过在光电二极管之间插入依赖波长的吸光材料，可W进一步实 现波长控制。
[0332] 在信号处理中，从一像素获得包含多个光谱的数据显现极大的优点。例如，可W由 上表面光电二极管光电转换可见光，并且由下表面光电二极管光电转换近红外光。图23图 解颜色排列的示例。首先，在图23的A中配备红色（时、绿色佑）和藍色炬）滤色器。上表 面光电二极管（PD) 1501光电转换波长区域（颜色）中已经通过滤色器的分量。下表面光 电二极管1502仅接收未被上表面光电二极管1501吸收的分量，因而光电转换在比由上表 面光电二极管1501吸收的光的波长区域更长的波长区域中的分量。在图23的A的示例的 情况下，对于对应于红色（时滤色器的像素，由上表面光电二极管1501光电转换红色（时 分量，而对于同一像素，由下表面光电二极管1502光电转换红外（包括近红外）（IR)分量。 另一方面，对于对应于绿色佑）滤色器的像素，由上表面光电二极管1501光电转换绿色佑） 分量，而对于同一像素，由下表面光电二极管1502光电转换红色巧'）分量。
[0333] 在该种情况下，对于对应于藍色炬）滤色器的像素，由上表面光电二极管1501光 电转换藍色炬）分量，而在同一像素之下不配备光电二极管。该是因为在仅对应于短波 长的藍色分量进入上表面光电二极管1501时，基本上没有光分量进入下表面光电二极管 1502。
[0334] 例如，如图24的B中所示，可W在光电二极管之间配备许多布线，而不是提供下表 面光电二极管1502。作为替代，例如，如图23的B中所示，下表面光电二极管1502 (的一 部分像素）可W用作OPB(光学黑）体。在该种情况下，例如，如图24的C中所示，通过使 用不透射光的材料制成的遮光膜1511等故意完全遮挡光，光电二极管1031可W用作OPB。 像素区域内配备的(PB允许对各位置估计黑电平或混色量。
[033引 图25图解另一个布局。在图25的A中配备红色佩、绿色似和白色（W)滤色 器。对于对应于红色（时滤色器的像素，由上表面光电二极管1531光电转换红色（时分量， 而对于同一像素，由下表面光电二极管1532光电转换红外（包括近红外）（IR)分量。对于 对应于白色（所有颜色透射）（W)滤色器的像素，由上表面光电二极管1531光电转换白色 (W)分量（即，所有分量），而对于同一像素，由下表面光电二极管1502光电转换在入射光 中包含的作为没有由上表面光电二极管1531光电转换并具有达到下表面光电二极管1532 的长波长的分量的红外（IR'）分量或红色化'）分量。对于对应于绿色佑）滤色器的像素， 由上表面光电二极管1531光电转换绿色佑）分量，而对于同一像素，由下表面光电二极管 1532光电转换红色化"）分量。
[0336] 本示例的特征在于，由上表面上光电二极管接收到的相同颜色的光（图25的A 的示例中的情况下为白色）在由下表面上的光电二极管接收时，能够改变为不同颜色的光 (图25的A的示例中为红色和红外）。在该种情况下，可W通过使用示例2中说明的吸光 材料等或通过改变如图26的示例中图解的光电二极管的位置来控制波长。（随着娃（Si) 位置的深度变得距巧片上透镜越大，更长的波长分量越占优势。）
[0337] 包括白色（W)滤色器的滤色器的颜色的排列模式不限于图25的A中的示例，而可 W任意确定。此外，滤色器的颜色数可W任意确定，例如四种或更多种。例如，如图25的B 中所示，可W配备红色（时、绿色佑)、藍色炬）和白色（W)滤色器。在该种情况下，对每个 像素，由上表面光电二极管1533光电转换红色（时、绿色佑)、藍色炬）和白色（W)分量。
[0338] 另一方面，由下表面光电二极管1534光电转换的分量仅需要包含在比由上表面 光电二极管1533光电转换的分量的波长区域更长的波长区域中。例如，如图25的B中所 示，无论滤色器的颜色如何，对所有像素，都可W由下表面光电二极管1534光电转换红外 (IR)分量。可W基于在形成下表面光电二极管的深度方向上的位置、厚度等，或通过在（例 如，在布线层中）上表面光电二极管和下表面光电二极管之间配备的吸光材料控制由前述 下表面光电二极管光电转换的频带。
[0339] 从该些光电二极管获得的信号可W如上述说明的单独地读出和相加，或被处理而 不用关于信号处理的相加。光电二极管1021的电荷读出定时和光电二极管1031的电荷读 出定时可W相同，或可W彼此不同。
[0340] 图27图解根据本技术实现成像元件的框图的示例。图27中图解的成像装置1600 成像被摄体，输出被摄体的图像作为电信号（图像数据）。如图27中所示，成像装置1600 包括镜头系统1601、成像元件1602、A/D转换器1603、猜位单元1604、去马赛克单元1605、 线性矩阵（线性矩阵）单元1606、伽玛校正单元1607、亮度色度信号产生单元1608和视频 接口（I巧 1609。
[0341] 已经适用了本技术的CMOS图像传感器（例如CMOS图像传感器1000或1400)可 应用于成像元件1602, W对一像素获得在垂直方向上提供多个光谱的高灵敏度特性。
[0342] A/D转换器1603将由成像元件1602光电转换的被摄体图像的模拟信号转换为数 字值。猜位单元1604从A/D转换器1603提供的被摄体的图像的数字数据（图像数据）中 减去黑电平。去马赛克单元1605根据需要用颜色信号增补从猜位单元1604提供的图像数 据。线性矩阵单元1606根据需要通过对从去马赛克单元1605提供的图像数据应用线性矩 阵来提高颜色再现性等。伽玛校正单元1607执行用于自然化从线性矩阵单元1606提供的 图像数据的亮度表达的伽玛校正。亮度色度信号产生单元1608根据从伽玛校正单元1607 提供的图像数据生成亮度信号和色度信号。视频接口 1609输出从亮度色度信号产生单元 1608提供的亮度信号和色度信号。
[03创[示例引
[0344] 下面解释在W示例4中说明的方式单独地提取信号后信号处理的利用和应用示 例。
[0345] 1.颜色再现性的提高
[0346] 例如，假设由上表面光电二极管获得RGB,并假设由下表面光电二极管获得不同波 长带中的颜色。在该种情况下，信号处理可用的光谱（颜色）类型的数量进一步增加。例 如，可W附加成像可用的光谱（诸如翠绿色W及RGB) W提高颜色再现性。该种方法对同一 像素建立多种颜色，因此颜色再现性提高而不降低分辨率。
[0347] 在可用像素的数量增加时，在图27中图解的成像装置1600中，来自成像元件1602 的输入增加。因此，允许由线性矩阵单元1606使用的系数的数量增加，因此颜色再现性提 局。
[0348] 例如，在要接收的（光电转换过的）波长分量仅为R、G和B时，线性矩阵单元1606 仅应用下式（1)所示的模式A的线性矩阵（左侧：线性矩阵后的值，右侧：计算公式）。
[0349] [数学公式U
[0 巧 0]
【主权项】
1. 一种成像元件，包括： 光电转换元件层，其包含光电转换入射光的光电转换元件； 布线层，其形成在所述光电转换元件层上与所述入射光的光入射面相对的侧上，并且 包含用于从所述光电转换元件中读出电荷的布线；W及 支承基板，其层叠在所述光电转换元件层和所述布线层上，并包含另一个光电转换元 件。
2. 如权利要求1所述的成像元件，其中， 所述光电转换元件层的所述光电转换元件和所述支承基板的所述光电转换元件光电 转换所述入射光的不同波长区域中的分量。
3. 如权利要求2所述的成像元件，其中， 所述光电转换元件层的所述光电转换元件光电转换可见光波长区域中的分量，并且 所述支承基板的所述光电转换元件光电转换近红外光波长区域中的分量。
4. 如权利要求1所述的成像元件，其中， 所述光电转换元件层的所述光电转换元件的厚度与所述支承基板的所述光电转换元 件的厚度不同。
5. 如权利要求1所述的成像元件，其中， 所述光电转换元件层的所述光电转换元件和所述支承基板的所述光电转换元件W相 同定时输出由所述入射光的光电转换累积的电荷。
6. 如权利要求1所述的成像元件，其中， 所述光电转换元件层的所述光电转换元件和所述支承基板的所述光电转换元件W不 同定时输出由所述入射光的光电转换累积的电荷。
7. 如权利要求1所述的成像元件，其中， 所述光电转换元件层的所述光电转换元件和所述支承基板的所述光电转换元件通过 输出由所述入射光的光电转换累积的电荷，输出通过合成所述光电转换元件层中获得的图 像和所述支承基板中获得的图像所产生的合成图像。
8. 如权利要求1所述的成像元件，其中， 所述光电转换元件层的所述光电转换元件用于累积由所述入射光的光电转换产生的 电荷的所述电荷累积时间，与所述支承基板的所述光电转换元件的相应电荷累积时间不 同。
9. 如权利要求1所述的成像元件，其中， 所述布线层的布线布置在保护入射光从所述布线层的一侧透射到另一侧的光程的那 种位置上。
10. 如权利要求9所述的成像元件，其中， 在所述布线层的所述光程上配备由具有比围绕物的折射率更大的折射率的材料形成 的波导。
11. 如权利要求9所述的成像元件，其中， 在所述布线层的所述光程上配备吸光材料。
12. 如权利要求1所述的成像元件，其中， 所述支承基板还包括形成在所述支承基板的所述光电转换元件与所述入射光的光入 射面相对的一侧上、用于从所述支承基板的所述光电转换元件读出电荷的布线， 所述布线层的所述布线的外部端子和所述支承基板的所述布线的外部端子通过贯通 孔彼此连接。
13. 如权利要求1所述的成像元件，其中， 在从所述光电转换元件层的所述光电转换元件读出的电荷超过预定阔值时，从所述支 承基板的所述光电转换元件读出电荷。
14. 如权利要求1所述的成像元件，其中， 各个所述光电转换元件包括有机光电转换膜。
15. 如权利要求1所述的成像元件，还包括： 白色滤光器， 其中， 所述光电转换元件层的所述光电转换元件光电转换所述入射光已经通过所述白色滤 光器的白色分量， 所述支承基板的所述光电转换元件光电转换其他颜色分量。
16. 如权利要求1所述的成像元件，其中， 使用由所述光电转换元件光电转换后的红外光获得表示至目标的深度的深度信息。
17. 如权利要求1所述的成像元件，其中， 控制单独输出由所述光电转换元件层的所述光电转换元件和所述支承基板的所述光 电转换元件光电转换的所述入射光的数据，还是在所述数据相加后输出。
18. 如权利要求1所述的成像元件，其中， 所述支承基板包括： 光电转换元件层，其包含所述支承基板的所述光电转换元件； 布线层，其形成在与所述入射光的光入射面相对的侧上的所述支承基板上的所述光电 转换元件层中，并包含用于从所述支承基板的所述光电转换元件读出电荷的布线；W及 支承基板，其层叠在所述光电转换元件层和所述布线层上，并包含另一个光电转换元 件。
19. 一种电子装置，包括： 成像元件，其成像被摄体并包括 光电转换元件层，其包含光电转换入射光的光电转换元件； 布线层，其形成在所述光电转换元件层上与所述入射光的光入射面相对的侧上，并且 包含用于从所述光电转换元件中读出电荷的布线；W及 支承基板，其层叠在所述光电转换元件层和所述布线层上，并包含另一个光电转换元 件讯 图像处理单元，其使用由所述成像元件的所述光电转换元件生成的信号，执行图像处 理。
20. -种信息处理装置，包括： 成像元件，其包括： 光电转换元件层，其包含光电转换入射光的光电转换元件； 布线层，其形成在所述光电转换元件层上与所述入射光的光入射面相对的侧上，并且 包含用于从所述光电转换元件中读出电荷的布线；w及 支承基板，其层叠在所述光电转换元件层和所述布线层上，并包含另一个光电转换元 件讯 信号处理单元，其使用由所述成像元件的所述光电转换元件生成的多个波长频带中的 信号来执行分析。
【专利摘要】本公开涉及可以更容易获得多种多样的光电转换输出的图像拾取元件、电子装置和信息处理装置。根据本公开的图像拾取元件配备有：光电转换元件层，在那里形成用于进行入射光的光电转换的光电转换元件；布线层，其形成在光电转换元件层上与入射光的光入射面相对的侧上，在那里形成用于从光电转换元件读出电荷的布线；以及支承基板，其层叠在光电转换元件层和布线层上，并包含另一个光电转换元件。本公开可以适用于图像拾取元件、电子装置以及信息处理装置。
【IPC分类】H04N5-347, H04N5-374, H01L27-146, H04N9-07
【公开号】CN104541372
【申请号】CN201380042909
【发明人】大木进, 中田征志
【申请人】索尼公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2013年7月12日
【公告号】EP2879181A1, US20150171146, WO2014017314A1