(57)【要約】【課題】第1の基板の動作確認および特性確認の少なくとも一方を行う際に光電変換部に到達する光を増加させることができる固体撮像装置および撮像装置を提供する。【解決手段】第1の基板20は、第1の半導体層210と、1層または複数層の第1の配線層221とを有する。第2の基板21は、第2の半導体層230と、1層または複数層の第2の配線層241とを有する。第1の基板20を平面的に見た場合に、第1の光電変換部211上の全ての位置において、第1の光電変換部211が1層または複数層の第1の配線層221のいずれかと重なる。第1の基板20を平面的に見た場合に、第2の光電変換部212上のいずれかの位置において、第2の光電変換部212が1層または複数層の第1の配線層221のいずれとも重ならない。【選択図】図３
2015035492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1の画素および第2の画素を含む画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されている固体撮像装置であって、
前記第1の基板は、
第1の半導体層と、
前記第1の半導体層と前記第2の基板との間に配置された1層または複数層の第1の配線層と、
を有し、
前記第2の基板は、
第2の半導体層と、
前記第2の半導体層と前記第1の基板との間に配置された1層または複数層の第2の配線層と、
を有し、
前記第1の画素は、前記第1の半導体層に形成され、光を第1の電気信号に変換する第1の光電変換部を有し、
前記第2の画素は、前記第1の半導体層に形成され、光を第2の電気信号に変換する第2の光電変換部を有し、
前記第1の基板を平面的に見た場合に、前記第1の光電変換部上の全ての位置において、前記第1の光電変換部が1層または複数層の前記第1の配線層のいずれかと重なり、
前記第1の基板を平面的に見た場合に、前記第2の光電変換部上のいずれかの位置において、前記第2の光電変換部が1層または複数層の前記第1の配線層のいずれとも重ならない
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第1の基板は、前記第2の光電変換部に入射する光を遮光する遮光膜を有し、
前記遮光膜と1層または複数層の前記第1の配線層との間に前記第1の半導体層が配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第1の基板は、前記第2の電気信号に基づく画素信号のみを外部に出力する制御を行う第1の制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第1の基板または前記第2の基板は、前記第1の電気信号に基づく画素信号のみを外部に出力する制御を行う第2の制御部を備えることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第2の画素は、前記画素が配置された画素領域の端部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第2の画素は、前記画素が配置された画素領域の内部の複数箇所に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
請求項１に記載の固体撮像装置を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の画素を備え、当該画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されている固体撮像装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラや電子スチルカメラなどが広く一般に普及している。これらのカメラには、CCD（Charge Coupled Device）型や増幅型の固体撮像装置が使用されている。増幅型の固体撮像装置は、光が入射する画素の光電変換部が生成・蓄積した信号電荷を、画素に設けられた増幅部に導き、増幅部が増幅した信号を画素から出力する。増幅型の固体撮像装置では、このような画素が二次元マトリクス状に複数配置されている。増幅型の固体撮像装置には、例えばCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）トランジスタを用いたCMOS型固体撮像装置等がある。
【０００３】
従来、一般的なCMOS型固体撮像装置は、二次元マトリクス状に配列された各画素の光電変換部が生成した信号電荷を行毎に順次読み出す方式を採用している。この方式では、各画素の光電変換部における露光のタイミングは、信号電荷の読み出しの開始と終了によって決まるため、行毎に露光のタイミングが異なる。このため、このようなCMOS型固体撮像装置を用いて動きの速い被写体を撮像すると、撮像した画像内で被写体が歪んでしまう。
【０００４】
この被写体の歪みを無くすために、信号電荷の蓄積の同時性を実現する同時撮像機能（グローバルシャッタ機能）が提案されている。また、グローバルシャッタ機能を有するCMOS型固体撮像装置の用途が多くなりつつある。グローバルシャッタ機能を有するCMOS型固体撮像装置では、通常、光電変換部が生成した信号電荷を、読み出しが行われるまで蓄えておくために、遮光されたメモリ部を有することが必要となる。このような従来のCMOS型固体撮像装置は、全画素を同時に露光した後、各光電変換部が生成した信号電荷を全画素で同時に各メモリ部に転送して一旦蓄積しておき、この信号電荷を所定の読み出しタイミングで順次画素信号に変換して読み出している。
【０００５】
ただし、従来のグローバルシャッタ機能を有するCMOS型固体撮像装置では、光電変換部とメモリ部とを同一基板の同一平面上に作りこまねばならず、チップ面積の増大が避けられない。さらに、メモリ部に蓄積された信号電荷を読み出すまでの待機期間中に、光に起因するノイズや、メモリ部で発生するリーク電流（暗電流）に起因するノイズにより信号の品質が劣化してしまうという問題がある。
【０００６】
この問題を解決するために、光電変換部が形成された第1の基板と、光電変換部で生成された信号電荷（電気信号）を蓄積するメモリ部とが形成された第2の基板とを貼り合わせた固体撮像装置により、チップ面積の増大を防ぐと共にノイズを低減する方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−７９８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図8は、2枚の基板を貼り合わせた固体撮像装置を製造する工程の一例を示している。図8では、2枚の基板の断面が模式的に示されている。以下、図8に示す工程を説明する。
【０００９】
まず、第1の基板90と第2の基板91とが用意され、両者が貼り合わされる。第1の基板90は、光電変換部911が形成された第1の半導体層910と、第1の配線層921が形成された第1の層間膜920とを有する。第2の基板91は、光電変換部911で生成された電気信号を蓄積するメモリ部（図示せず）が形成された第2の半導体層930と、第2の配線層941が形成された第2の層間膜940とを有する。第1の層間膜920と第2の層間膜940とが向かい合った状態で第1の基板90と第2の基板91とが貼り合わされる。第1の基板90と第2の基板91とが貼り合わされた状態では、第1の配線層921と第2の配線層941は接続部950によって接続されている。
【００１０】
第1の基板90の第1の半導体層910において、光電変換部911は第1の半導体層910の表面側（第1の層間膜920が形成されている側）に形成されている。第1の層間膜920と接する表面とは反対側の表面（外部に露出している表面）が第1の半導体層910の裏面である。
【００１１】
貼り合わせが行われた後、光電変換部911に光が入射するように第1の半導体層910の裏面が研磨される。第1の層間膜920が非常に薄いため、一般的に、第1の半導体層910の裏面の研磨は、2枚の基板が貼り合わされた後に行われる。研磨後は、第1の半導体層910の裏面側から入射した多くの光は第1の半導体層910で吸収等されて失われるが、第1の半導体層910が薄いため、一部の光は第1の半導体層910を透過して第1の層間膜920に入射する。第1の半導体層910を透過した光が、第2の基板91の第2の半導体層930に形成されているメモリ部に入射すると信号にノイズが混入する。これを防ぐため、第1の半導体層910を透過した光を遮光するように第1の配線層921および第2の配線層941が配置されている。
【００１２】
第1の基板90と第2の基板91とが貼り合わされる前に、個々の基板に対して動作確認および特性確認が行われる。動作確認とは、外部から制御信号が供給されたときに固体撮像装置が制御信号に従って動作するかどうかの確認である。特性確認とは、入射した光の光量に対して固体撮像装置で生成される信号が線形性を有するかどうかの確認である。光電変換部911に光が入射している状態で第1の基板90および第2の基板91の動作確認および特性確認が行われる。
【００１３】
貼り合わせが行われる前は、第1の基板90の第1の半導体層910が厚いため、図9(a)に示すように第1の半導体層910の裏面側から光が入射した場合、十分な量の光が光電変換部911に到達しない。また、図9(a)に示すように第1の半導体層910の表面側（第1の層間膜920）から光が入射した場合、光が第1の配線層921によって遮光されるため、十分な量の光が光電変換部911に到達しない。上記のように十分な量の光が光電変換部911に到達しないため、第1の基板90および第2の基板91の動作確認および特性確認を十分に行うことができない。
【００１４】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、第1の基板の動作確認および特性確認の少なくとも一方を行う際に光電変換部に到達する光を増加させることができる固体撮像装置および撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、第1の画素および第2の画素を含む画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されている固体撮像装置であって、前記第1の基板は、第1の半導体層と、前記第1の半導体層と前記第2の基板との間に配置された1層または複数層の第1の配線層と、を有し、前記第2の基板は、第2の半導体層と、前記第2の半導体層と前記第1の基板との間に配置された1層または複数層の第2の配線層と、を有し、前記第1の画素は、前記第1の半導体層に形成され、光を第1の電気信号に変換する第1の光電変換部を有し、前記第2の画素は、前記第1の半導体層に形成され、光を第2の電気信号に変換する第2の光電変換部を有し、前記第1の基板を平面的に見た場合に、前記第1の光電変換部上の全ての位置において、前記第1の光電変換部が1層または複数層の前記第1の配線層のいずれかと重なり、前記第1の基板を平面的に見た場合に、前記第2の光電変換部上のいずれかの位置において、前記第2の光電変換部が1層または複数層の前記第1の配線層のいずれとも重ならないことを特徴とする固体撮像装置である。
【００１６】
また、本発明は、上記の固体撮像装置を備える撮像装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、第2の光電変換部上のいずれかの位置において、第2の光電変換部が1層または複数層の第1の配線層のいずれとも重ならないので、第1の基板の動作確認および特性確認の少なくとも一方を行う際に光電変換部に到達する光を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第1の実施形態による固体撮像装置を適用した撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第1の実施形態による固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第1の実施形態による固体撮像装置の断面図である。
【図４】本発明の第1の実施形態による固体撮像装置が有する光電変換部と配線層の位置関係を示す平面図である。
【図５】本発明の第2の実施形態による固体撮像装置の断面図である。
【図６】本発明の第2の実施形態における画素領域を示す平面図である。
【図７】本発明の第3の実施形態における画素領域を示す平面図である。
【図８】固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。
【図９】2枚の基板を貼り合わせる前の第1の基板の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
【００２０】
（第1の実施形態）
まず、本発明の第1の実施形態を説明する。図１は、本実施形態による固体撮像装置を適用した撮像装置の一例としてデジタルカメラの構成を示している。本発明の一態様に係る撮像装置は、撮像機能を有する電子機器であればよく、デジタルカメラのほか、デジタルビデオカメラ、内視鏡等であってもよい。図1に示すデジタルカメラ10は、レンズ部1、レンズ制御装置2、固体撮像装置3、駆動回路4、メモリ5、信号処理回路6、記録装置7、制御装置8、および表示装置9を備える。
【００２１】
レンズ部1はズームレンズやフォーカスレンズを備えており、被写体からの光を固体撮像装置3の受光面に被写体像として結像する。レンズ制御装置2は、レンズ部1のズーム、フォーカス、絞りなどを制御する。レンズ部1を介して取り込まれた光は固体撮像装置3の受光面で結像される。固体撮像装置3は、受光面に結像された被写体像を画像信号に変換して出力する。固体撮像装置3の受光面には、複数の画素が行方向および列方向に2次元的に配列されている。
【００２２】
駆動回路4は、固体撮像装置3を駆動し、その動作を制御する。メモリ5は、画像データを一時的に記憶する。信号処理回路6は、固体撮像装置3から出力された画像信号に対して、予め定められた処理を行う。信号処理回路6によって行われる処理には、画像信号の増幅、画像データの各種の補正、画像データの圧縮などがある。
【００２３】
記録装置7は、画像データの記録または読み出しを行うための半導体メモリなどによって構成されており、着脱可能な状態でデジタルカメラ10に内蔵される。表示装置9は、動画像（ライブビュー画像）の表示、静止画像の表示、記録装置7に記録された動画像や静止画像の表示、デジタルカメラ10の状態の表示などを行う。
【００２４】
制御装置8は、デジタルカメラ10全体の制御を行う。制御装置8の動作は、デジタルカメラ10が内蔵するROMに格納されているプログラムに規定されている。制御装置8は、このプログラムを読み出して、プログラムが規定する内容に従って、各種の制御を行う。
【００２５】
図2は、固体撮像装置3の構成を示している。図2に示す固体撮像装置は、画素部200（画素アレイ）、垂直走査回路300、列処理回路350、水平走査回路400、出力部410、および制御部500を備えている。図2に示す各回路要素の配置位置は実際の配置位置と必ずしも一致するわけではない。
【００２６】
画素部200は、2次元の行列状に配列された画素100と、列毎に設けられた電流源130とを有する。本実施形態では、固体撮像装置3が有する全画素からなる領域を画素信号の読み出し対象領域とするが、固体撮像装置3が有する全画素からなる領域の一部を読み出し対象領域としてもよい。読み出し対象領域は、少なくとも有効画素領域の全画素を含むことが望ましい。また、読み出し対象領域は、有効画素領域の外側に配置されているオプティカルブラック画素（常時遮光されている画素）を含んでもよい。オプティカルブラック画素から読み出した画素信号は、例えば暗電流成分の補正に使用される。
【００２７】
垂直走査回路300は行単位で画素部200の駆動制御を行う。この駆動制御を行うために、垂直走査回路300は、行数と同じ数の単位回路301-1，301-2，・・・，301-n（nは行数）で構成されている。
【００２８】
各単位回路301-i（i=1，2，・・・，n）は、1行分の画素100を制御するための制御信号を、行毎に設けられている信号線110へ出力する。信号線110は画素100に接続されており、単位回路301-iから出力された制御信号を画素100に供給する。図2では、各行に対応する各信号線110が1本の線で表現されているが、各信号線110は複数の信号線を含む。制御信号により選択された行の画素100の信号は、列毎に設けられている垂直信号線120へ出力されるようになっている。
【００２９】
電流源130は垂直信号線120に接続されており、画素100内の増幅トランジスタとソースフォロア回路を構成する。列処理回路350は、垂直信号線120に出力された画素信号に対してノイズ抑圧などの信号処理を行う。水平走査回路400は、垂直信号線120に出力されて列処理回路350によって処理された1行分の画素100の画素信号を水平方向の並びの順で時系列に出力部410へ出力する。出力部410は、水平走査回路400から出力された画素信号を増幅し、画像信号として固体撮像装置3の外部へ出力する。制御部500は制御信号を生成して垂直走査回路300および水平走査回路400へ出力し、垂直走査回路300および水平走査回路400を制御する。
【００３０】
図3は固体撮像装置3の断面構造を模式的に示している。固体撮像装置3は、画素100を構成する回路要素（光電変換部や、トランジスタ、容量等）が配置された2枚の基板（第1の基板20、第2の基板21）を有し、それらが重なっている。画素100を構成する回路要素は第1の基板20と第2の基板21に分散して配置されている。第1の基板20と第2の基板21は、画素100の駆動時に2枚の基板間で電気信号を授受可能なように電気的に接続されている。
【００３１】
画素100以外の垂直走査回路300、列処理回路350、水平走査回路400、出力部410、制御部500に関しては、それぞれ第1の基板20と第2の基板21のどちらに配置されていてもよい。また、垂直走査回路300、列処理回路350、水平走査回路400、出力部410、制御部500のそれぞれを構成する回路要素が第1の基板20と第2の基板21に分散して配置されていてもよい。
【００３２】
第1の基板20は、第1の光電変換部211および第2の光電変換部212が形成された第1の半導体層210と、第1の半導体層210と第2の基板21との間に配置された1層または複数層の第1の配線層221が形成された第1の層間膜220とを有する。第2の基板21は、第1の光電変換部211および第2の光電変換部212で生成された電気信号を蓄積するメモリ部（図示せず）が形成された第2の半導体層230と、第2の半導体層230と第1の基板20との間に配置された1層または複数層の第2の配線層241が形成された第2の層間膜240とを有する。
【００３３】
第1の層間膜220と第2の層間膜240とが向かい合った状態で第1の基板20と第2の基板21とが貼り合わされている。第1の基板20と第2の基板21とが貼り合わされた状態では、第1の配線層221と第2の配線層241は接続部250によって接続されている。接続部250は、第1の半導体層210を構成する半導体材料よりも導電率が高い材料、例えばアルミニウム（Al）や銅（Cu）等の金属材料で構成されている。
【００３４】
第1の半導体層210は珪素（Si）等の半導体材料で構成されている。固体撮像装置3の製造時に第1の半導体層210が研磨されるので、第1の半導体層210は第2の半導体層230よりも薄い。第1の半導体層210の厚さは、例えば3μmである。第1の半導体層210において、第1の層間膜220と接する表面とは反対側の表面（外部に露出している表面）が第1の半導体層210の裏面である。
【００３５】
第1の光電変換部211は、第1の半導体層210に形成され、光を第1の電気信号に変換する。第2の光電変換部212は、第1の半導体層210に形成され、光を第2の電気信号に変換する。第1の光電変換部211および第2の光電変換部212は、第1の半導体層210を構成する半導体材料とは不純物濃度が異なる半導体材料で構成されている。本実施形態の画素100は、第1の光電変換部211が形成された第1の画素100aと、第2の光電変換部212が形成された第2の画素100bとで構成されている。第1の画素100aと、第2の画素100bとでは、第1の配線層221のパターンが異なる。第1の画素100aおよび第2の画素100bを画素部200内でどのように配置するのかについては、本実施形態では特に規定しない。
【００３６】
第1の層間膜220は第1の半導体層210の表面上に形成されており、第1の半導体層210と第2の基板21との間に配置されている。第1の層間膜220は二酸化珪素（SiO2）等の絶縁材料で構成されている。第1の層間膜220の厚さは、例えば10μmである。
【００３７】
第1の配線層221は、第1の層間膜220に形成され、第1の光電変換部211および第2の光電変換部212で生成された電気信号等の信号を伝送する。第1の配線層221は、第1の半導体層210を構成する半導体材料よりも光の反射率が高く（光の透過率が低く）、かつ、その半導体材料よりも導電率が高い材料、例えばアルミニウム（Al）や銅（Cu）等の金属材料で構成されている。図3に示す例では、3層の第1の配線層221が形成されている。
【００３８】
第1の層間膜220において、3層の第1の配線層221はそれぞれ、第1の基板20の主面（側面よりも相対的に表面積が大きい表面）に垂直な方向に離間している。第1の配線層221は接続部250に接続されており、第1の配線層221を伝送した信号が接続部250を介して第2の基板21に転送される。また、第2の基板21内で伝送した信号を、接続部250を介して第1の配線層221に転送することも可能である。第1の層間膜220と第2の層間膜240とが向かい合った状態で第1の基板20と第2の基板21とが貼り合わされているため、第1の基板20において、第1の半導体層210と第2の基板21との間に第1の配線層221が配置されている。
【００３９】
第2の半導体層230は珪素（Si）等の半導体材料で構成されている。第2の半導体層230の厚さは、例えば300〜500μmである。第2の半導体層230において、第2の層間膜240と接する表面とは反対側の表面（外部に露出している表面）が第2の半導体層230の裏面である。
【００４０】
第2の層間膜240は第2の半導体層230の表面上に形成されており、第2の半導体層230と第1の基板20との間に配置されている。第2の層間膜240は二酸化珪素（SiO2）等の絶縁材料で構成されている。第2の層間膜240の厚さは、例えば10μmである。
【００４１】
第2の配線層241は、第2の層間膜240に形成され、第1の光電変換部211および第2の光電変換部212で生成された電気信号等の信号を伝送する。第2の配線層241は、第2の半導体層230を構成する半導体材料よりも光の反射率が高く（光の透過率が低く）、かつ、その半導体材料よりも導電率が高い材料、例えばアルミニウム（Al）や銅（Cu）等の金属材料で構成されている。図3に示す例では、3層の第2の配線層241が形成されている。
【００４２】
第2の層間膜240において、3層の第2の配線層241はそれぞれ、第2の基板21の主面に垂直な方向に離間している。第2の配線層241は接続部250に接続されており、第1の基板20から接続部250を介して入力された信号を第2の基板21内で伝送する。また、第2の基板21内で伝送した信号を、接続部250を介して第1の基板20に転送することも可能である。
【００４３】
上記の材料や厚さは一例である。したがって、第1の基板20および第2の基板21のそれぞれを構成する半導体層や層間膜の材料や厚さは適宜決定されてよい。また、本実施形態の例では第1の配線層221および第2の配線層241が3層ずつ形成されているが、第1の配線層221および第2の配線層241の層数は任意であり、第1の配線層221の層数と第2の配線層241の層数とが一致していなくてもよい。
【００４４】
第1の基板20と第2の基板21とが貼り合わされる前に、個々の基板に対して動作確認および特性確認が行われる。第1の配線層221は、第2の光電変換部212が形成されている位置で例えば開口部が形成されるようにパターンニングされている。このため、第1の基板20の動作確認および特性確認が行われるとき、第1の半導体層210の表面側（第1の層間膜220）から入射した光の一部は第1の配線層221で反射されずに第2の光電変換部212に入射する。したがって、第1の基板20の動作確認および特性確認を行う際に光電変換部に到達する光を増加させることができる。
【００４５】
一方、第1の基板20と第2の基板21とが貼り合わされた状態で固体撮像装置3が動作するとき、第1の半導体層210の裏面に入射した光のうち、第1の光電変換部211を含む第1の画素100aに入射して第1の半導体層210を透過した光は第1の配線層221で反射される。このため、第1の半導体層210を透過した光は、第2の半導体層230に形成されているメモリ部に入射しない。したがって、固体撮像装置3の動作時に、メモリ部に光が入射することにより発生するノイズを低減し、画素信号の品質を保つことができる。
【００４６】
図4は、第1の光電変換部211および第2の光電変換部212と第1の配線層221との位置関係を示している。図4では、第1の基板20の主面に垂直な方向に第1の基板20を平面的に見た状態が示されている。第1の配線層221は、3層の第1の配線層221a，221b，221cで構成されている。
【００４７】
第1の基板20を平面的に見た場合に、第1の光電変換部211上の全ての位置において、第1の光電変換部211が第1の配線層221a，221b，221cのいずれかと重なる。例えば、第1の光電変換部211上の点P1の位置では、第1の光電変換部211と第1の配線層221a，221bは重ならないが、第1の光電変換部211と第1の配線層221cが重なる。また、第1の光電変換部211上の点P2の位置では、第1の光電変換部211と第1の配線層221bは重ならないが、第1の光電変換部211と第1の配線層221a，221cが重なる。また、第1の光電変換部211上の点P3の位置では、第1の光電変換部211と第1の配線層221aは重ならないが、第1の光電変換部211と第1の配線層221b，221cが重なる。このため、第1の半導体層210の裏面側から第1の光電変換部211に入射して第1の光電変換部211を透過した光は第1の配線層221a，221b，221cのいずれかで反射される。したがって、第2の半導体層230に配置されているメモリ部を遮光することができる。
【００４８】
また、第1の基板20を平面的に見た場合に、第2の光電変換部212上のいずれかの位置において、第2の光電変換部212が第1の配線層221a，221b，221cのいずれとも重ならない。例えば、第2の光電変換部212上の点P4の位置では、第2の光電変換部212と第1の配線層221a，221b，221cは重ならない。このため、第1の半導体層210の表面側（第1の層間膜220）から入射した光の一部は第1の配線層221a，221b，221cのいずれでも反射されずに第2の光電変換部212に入射する。したがって、第2の光電変換部212で生成された電気信号に基づく画素信号に基づいて第1の基板20の動作確認および特性確認を行うことができる。
【００４９】
第1の基板20を平面的に見た場合に、第2の光電変換部212上の全ての位置において、第2の光電変換部212が第1の配線層221a，221b，221cのいずれとも重ならなくてもよいし、第2の光電変換部212上の一部のみの領域内の位置において第2の光電変換部212が第1の配線層221a，221b，221cのいずれかと重なってもよい。第1の基板20を平面的に見た場合に、第2の光電変換部212において、第1の配線層221a，221b，221cのいずれとも重ならない点からなる領域の面積が、第2の光電変換部212の全体の面積の例えば50％以上であることが望ましい。
【００５０】
第1の基板20の動作確認および特性確認が行われるとき、第2の光電変換部212で生成された電気信号に基づく画素信号のみが読み出される。例えば、制御部500が第1の基板20に配置されている場合、第1の基板20の動作確認および特性確認が行われるとき、制御部500（第1の制御部）は、第2の光電変換部212で生成された電気信号に基づく画素信号のみを読み出す制御を行う。制御部500が、第1の基板20に配置された第1の制御回路と、第2の基板21に配置された第2の制御回路とを有する場合には、第1の制御回路（第1の制御部）が上記の制御を行う。
【００５１】
垂直走査回路300および水平走査回路400についても、回路の全体が第1の基板20に配置されている場合と、回路が第1の基板と第2の基板とに分散して配置されている場合とがある。いずれの場合であっても、第1の基板20の動作確認および特性確認が行われるとき、第1の基板20に配置されている回路が、制御部500からの制御信号に従って、画素信号の読み出しを行う。
【００５２】
また、第1の基板20と第2の基板21とが貼り合わされた後、撮像が行われるとき、第1の光電変換部211で生成された電気信号に基づく画素信号のみが読み出される。このとき、制御部500（第2の制御部）は、第1の光電変換部211で生成された電気信号に基づく画素信号のみを読み出すように垂直走査回路300および水平走査回路400を制御する。
【００５３】
固体撮像装置3の動作時に第1の半導体層210の裏面に入射して第1の半導体層210を透過した光の一部が第1の配線層221で反射されて第1の光電変換部211および第2の光電変換部212に入射することがある。第1の光電変換部211が配置されている位置と、第2の光電変換部212が配置されている位置とでは、上記のように第1の配線層221のパターンが異なる。このため、均一な光が入射する場合でも、第1の配線層221で反射されて第1の光電変換部211に入射する光の量と、第1の配線層221で反射されて第2の光電変換部212に入射する光の量との違いにより、第1の光電変換部211と第2の光電変換部212とで、生成される電気信号が異なることがある。これを考慮して、本実施形態では撮像が行われるとき、第1の光電変換部211で生成された電気信号に基づく画素信号のみが読み出される。第2の画素100bからは画素信号が読み出されないので、例えば第1の画素100aから読み出された画素信号を用いて第2の画素100bの画素信号を補間してもよい。
【００５４】
上述したように、本実施形態によれば、第2の光電変換部212上のいずれかの位置において、第2の光電変換部212が1層または複数層の第1の配線層221のいずれとも重ならないので、第1の基板20の動作確認および特性確認の少なくとも一方を行う際に光電変換部に到達する光を増加させることができる。
【００５５】
（第2の実施形態）
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。図5は、本実施形態による固体撮像装置3aの断面構造を模式的に示している。図5において、図3に示した構成と同一の構成には同一の符号が付与されている。本実施形態による固体撮像装置3aは、第1の基板20aと第2の基板21とが重なった構造を有する。第2の基板21は、第1の実施形態における第2の基板21と同一である。
【００５６】
第1の基板20aは、第1の半導体層210と、第1の層間膜220と、遮光膜261が形成された絶縁膜260とを有する。第1の基板20aにおいて、第1の実施形態における第1の基板20と異なる点は、第1の半導体層210の裏面上に絶縁膜260が形成されていることである。
【００５７】
絶縁膜260は二酸化珪素（SiO2）等の絶縁材料で構成されている。絶縁膜260には、第2の光電変換部212に入射する光を遮光する遮光膜261が形成されている。遮光膜261と第1の層間膜220および第1の配線層221との間に第1の半導体層210が配置されている。絶縁膜260において、遮光膜261は、第2の光電変換部212に対応する位置に形成されている。遮光膜261は、第1の半導体層210を構成する半導体材料よりも光の反射率が高い（光の透過率が低い）材料、例えばタングステン（W）等の金属材料で構成されている。本実施形態では第2の光電変換部212を有する第2の画素100bが、遮光されたオプティカルブラック画素として用いられる。
【００５８】
図6は、画素100が配置された画素部200が占める画素領域Spを示している。図6では、第1の基板20の主面に垂直な方向に画素領域Spを平面的に見た状態が示されている。画素領域Spは、第1の画素100aからなる第1の画素領域Sp1と、第2の画素100bからなる第2の画素領域Sp2とを有する。図6(a)〜(d)のいずれにおいても、第2の画素領域Sp2は画素領域Spの端部に配置されている。すなわち、第2の画素100bは画素領域Spの端部に配置されている。
【００５９】
より具体的には、図6(a)では、第2の画素領域Sp2は画素領域Spの左端に配置されている。第2の画素領域Sp2は画素領域Spの右端に配置されてもよい。図6(b)では、第2の画素領域Sp2は画素領域Spの下端に配置されている。第2の画素領域Sp2は画素領域Spの上端に配置されてもよい。
【００６０】
図6(c)では、第2の画素領域Sp2は画素領域Spの左下隅に配置されている。第2の画素領域Sp2は画素領域Spの左上隅、右上隅、右下隅に配置されてもよい。図6(d)では、第2の画素領域Sp2は、画素領域Spの下端であって左下隅と右下隅を除く部分に配置されている。第2の画素領域Sp2は、画素領域Spの上端であって左上隅と右上隅を除く部分に配置されてもよい。第2の画素領域Sp2は、画素領域Spの左端であって左上隅と左下隅を除く部分に配置されてもよい。第2の画素領域Sp2は、画素領域Spの右端であって右上隅と右下隅を除く部分に配置されてもよい。
【００６１】
第1の基板20の動作確認および特性確認が行われるとき、第1の実施形態と同様に、第2の光電変換部212で生成された電気信号に基づく画素信号のみが読み出される。この読み出しに係る制御は、制御部500によって行われる。制御部500が第1の基板20に配置されている場合、制御部500（第1の制御部）が上記の制御を行う。制御部500が、第1の基板20に配置された第1の制御回路と、第2の基板21に配置された第2の制御回路とを有する場合には、第1の制御回路（第1の制御部）が上記の制御を行う。
【００６２】
垂直走査回路300および水平走査回路400についても、回路の全体が第1の基板20に配置されている場合と、回路が第1の基板と第2の基板とに分散して配置されている場合とがある。いずれの場合であっても、第1の基板20の動作確認および特性確認が行われるとき、第1の基板20に配置されている回路が、制御部500からの制御信号に従って、画素信号の読み出しを行う。
【００６３】
また、第1の基板20と第2の基板21とが貼り合わされた後、撮像が行われるとき、第1の光電変換部211で生成された電気信号に基づく画素信号のみが読み出される。このとき、制御部500（第2の制御部）は、第1の光電変換部211で生成された電気信号に基づく画素信号のみを読み出すように垂直走査回路300および水平走査回路400を制御する。さらに、撮像の直前または直後において、オプティカルブラック画素から補正用の画素信号を取得するとき、第2の光電変換部212で生成された電気信号に基づく画素信号のみが読み出される。このとき、制御部500は、第2の光電変換部212で生成された電気信号に基づく画素信号のみを読み出すように垂直走査回路300および水平走査回路400を制御する。
【００６４】
したがって、第1の基板20と第2の基板21とが貼り合わされた後、固体撮像装置3の動作時に制御部500は、2種類のモードを切り替える制御を行う。2種類のモードの一方は、第1の光電変換部211で生成された電気信号に基づく画素信号のみを外部に出力するモードである。2種類のモードの他方は、第2の光電変換部212で生成された電気信号に基づく画素信号のみを外部に出力するモードである。
【００６５】
上述したように、本実施形態によれば、第2の画素100bをオプティカルブラック画素として用いることができる。また、制御部500が第1のモードと第2のモードとを切り替える制御を行うことによって、第1の光電変換部211と第2の光電変換部212のそれぞれで生成された電気信号に基づく画素信号のみを独立に読み出すことができる。
【００６６】
（第3の実施形態）
次に、本発明の第3の実施形態を説明する。本実施形態による固体撮像装置の構成は、第1の実施形態による固体撮像装置3の構成と同様である。
【００６７】
図7は、画素100が配置された画素部200が占める画素領域Spを示している。図7では、第1の基板20の主面に垂直な方向に画素領域Spを平面的に見た状態が示されている。画素領域Spの内部には、第2の画素100bからなる第2の画素領域Sp2が複数含まれている。複数の第2の画素領域Sp2は、画素領域Spの内部に分散的に配置されている。すなわち、第2の画素100bは画素領域Spの内部の複数箇所に配置されている。画素領域Spにおいて第2の画素領域Sp2以外の領域が、第1の画素100aからなる領域である。
【００６８】
第1の基板20の動作確認および特性確認が行われるとき、第1の実施形態と同様に、第2の光電変換部212で生成された電気信号に基づく画素信号のみが読み出される。この読み出しに係る制御は、制御部500によって行われる。制御部500が第1の基板20に配置されている場合、制御部500（第1の制御部）が上記の制御を行う。制御部500が、第1の基板20に配置された第1の制御回路と、第2の基板21に配置された第2の制御回路とを有する場合には、第1の制御回路（第1の制御部）が上記の制御を行う。
【００６９】
垂直走査回路300および水平走査回路400についても、回路の全体が第1の基板20に配置されている場合と、回路が第1の基板と第2の基板とに分散して配置されている場合とがある。いずれの場合であっても、第1の基板20の動作確認および特性確認が行われるとき、第1の基板20に配置されている回路が、制御部500からの制御信号に従って、画素信号の読み出しを行う。
【００７０】
また、第1の基板20と第2の基板21とが貼り合わされた後、撮像が行われるとき、第1の光電変換部211で生成された電気信号に基づく画素信号のみが読み出される。このとき、制御部500（第2の制御部）は、第1の光電変換部211で生成された電気信号に基づく画素信号のみを読み出すように垂直走査回路300および水平走査回路400を制御する。第2の画素100bからは画素信号が読み出されないので、例えば第1の画素100aから読み出された画素信号を用いて第2の画素100bの画素信号が補間される。
【００７１】
上述したように、本実施形態によれば、第1の基板20の動作確認および特性確認が行われるとき、画素領域の全体に分散して配置された第2の画素100bの第2の光電変換部212で生成された電気信号に基づく画素信号が読み出される。このため、画素領域の全体にわたって動作確認および特性確認を行うことができる。
【００７２】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００７３】
1  レンズ部、2  レンズ制御装置、3，3a  固体撮像装置、4  駆動回路、5  メモリ、6  信号処理回路、7  記録装置、8  制御装置、9  表示装置、20，20a，90  第1の基板、21，91  第2の基板、100  画素、100a  第1の画素、100b  第2の画素、130  電流源、200  画素部、210，910  第1の半導体層、211  第1の光電変換部、212  第2の光電変換部、220，920  第1の層間膜、221，221a，221b，221c，921  第1の配線層、230，930  第2の半導体層、240，940  第2の層間膜、241，941  第2の配線層、250，950  接続部、260  絶縁膜、261  遮光膜、300  垂直走査回路、350  列処理回路、400  水平走査回路、410  出力部、500  制御部、911  光電変換部
【図１】
2015035492.tif 000003
【図２】
2015035492.tif 000004
【図３】
2015035492.tif 000005
【図４】
2015035492.tif 000006
【図５】
2015035492.tif 000007
【図６】
2015035492.tif 000008
【図７】
2015035492.tif 000009
【図８】
2015035492.tif 000010
【図９】
2015035492.tif 000011