CN112689900A - 摄像元件和电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明包括：第一基板，在所述第一基板上形成有多个光电转换元件；第二基板，其针对将两个以上的所述光电转换元件作为单元的各组形成有像素晶体管，所述像素晶体管由所述组共用；以及第二布线，其连接到形成于所述第一基板上的多个元件中针对各光电转换元件的所述多个第一元件共用的第二元件，且经一个接触部连接到形成于所述第二基板上的第一布线，并且连接有多个第一元件。

Description

摄像元件和电子装置
技术领域
本公开涉及摄像元件以及诸如相机等设有该摄像元件的电子装置。
背景技术
在诸如互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)等摄像装置中，在一个示例中，已知这样的配置：具有像素区域的第一半导体基板和具有逻辑电路的第二半导体基板彼此层叠(例如，参见专利文献1或其它相关技术)。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2010-245506A
发明内容
本发明解决的技术问题
专利文献1公开的摄像装置具有布置在同一半导体基板上的光电变换器和像素晶体管。像素晶体管读出与光电变换器接收的光量对应的电信号。然而，这种配置不能令人满意地减少基板的面积(其上形成有诸如晶体管等电路元件的基板表面的空间)。
因此，在一个示例中，可以想到其上形成有光电变换器的基板(第一基板)和其上形成有像素晶体管的基板(第二基板)分别彼此层叠。在这种配置中，在一个示例中，设定与多个像素一一对应的多个光电变换器共用一个像素晶体管。在此情况下，在布置在第一基板上的元件(例如，诸如晶体管等电路元件)中，针对各相应的光电变换器设置的多个第一元件共同连接到将作为共用元件的第二元件。
上述配置需要利用触点逐个地将第一基板上的多个第一元件连接到导引至第二元件(由第一元件共用且形成于第二基板上)的布线。这将增加用于布线的触点的个数，导致面积大。
本公开旨在提供一种能够减少基板安装面积的摄像元件和电子装置。
技术方案
为了实现上述目的，根据本公开的摄像元件是这样的摄像元件，其包括：第一基板，在所述第一基板上形成有多个光电变换器；第二基板，其针对将两个以上的所述光电变换器作为构成单元的各组形成有像素晶体管，所述像素晶体管由所述组共用；以及第二布线，其经一个接触部连接到形成于所述第二基板上的第一布线，并且连接有多个第一元件，所述第一布线通向由形成于所述第一基板上的多个元件中的所述多个第一元件共用的第二元件，所述多个第一元件中的各者针对各所述光电变换器形成。
这里所用的术语“元件”是包括形成于基板(半导体基板)上的诸如光电变换器、晶体管和布线(包括电极)等电路构件的全部或部分的概念。另外，术语“像素晶体管”是用于读出对应于光电变换器所接收的光量的电信号并且能够被多个光电变换器(像素)共用的晶体管。在一个示例中，像素晶体管至少包括放大并输出从光电变换器提供的电信号的放大晶体管。
(操作的方式)本公开的摄像元件设有第一布线和第二布线。形成于第二基板上的第一布线通向第一基板上的多个第一元件共用的第二元件。第二布线经一个接触部连接到第一布线并且连接到多个第一元件。换言之，第二布线聚集多个第一元件并且经一个接触部连接到通向由多个第一元件共用(共同连接)的第二元件的布线。这使得足以将形成于第一布线中的接触部(用于将作为聚集的构成单元的多个第一元件连接到第一布线)的个数设为一个。因此，能够减少接触部的个数和第一布线的面积。
另外，本公开的摄像元件具有其上形成有光电变换器的第一基板和其上形成有像素晶体管的第二基板。第一基板和第二基板分别彼此层叠。因此，能够减小基板的面积。
本发明的效果
根据本公开，能够减小基板的面积。应当指出，这里所述的有益效果并非是限制性的，可以获得本公开所述的任何有益效果。
附图说明
图1是示出应用于本公开的各实施例的摄像元件的示意配置的示例的图。
图2是示出图1所示的传感器像素和读出电路的示例的图。
图3是示出图1所示的传感器像素和读出电路的示例的图。
图4是示出图1所示的传感器像素和读出电路的示例的图。
图5是示出图1所示的传感器像素和读出电路的示例的图。
图6是示出多个读出电路和多个垂直信号线之间连接方式的示例的图。
图7是示出图1的摄像元件的垂直方向的截面配置的示例的图。
图8是示出构成第一实施例的光电二极管的N型半导体区域的变形例的图。
图9是示出第一实施例的摄像元件的结构的变形例的图。
图10是示出第二基板和第三基板之间连接点的布置的图。
图11是示出第二基板和第三基板之间连接点的布置的变形例的图。
图12是示出图1的摄像元件的水平方向的截面配置的示例的图。
图13是示出图1的摄像元件的水平方向的截面配置的示例的图。
图14是示出图1的摄像元件在水平面中的布线布局的示例的图。
图15是示出图1的摄像元件在水平面中的布线布局的示例的图。
图16是示出图1的摄像元件在水平面中的布线布局的示例的图。
图17是示出图1的摄像元件在水平面中的布线布局的示例的图。
图18是用于说明第一实施例的摄像元件的制造方法的示例的图。
图19是用于说明第一实施例的摄像元件的制造方法的示例的图。
图20是用于说明第一实施例的摄像元件的制造方法的示例的图。
图21是用于说明第一实施例的摄像元件的制造方法的示例的图。
图22是用于说明第一实施例的摄像元件的制造方法的示例的图。.
图23是用于说明第一实施例的摄像元件的制造方法的示例的图。
图24是用于说明第一实施例的摄像元件的制造方法的示例的图。
图25是用于说明第一实施例的摄像元件的制造方法的示例的图。
图26是示出采用其中未设有布线的配置时摄像元件的一部分截面的图。
图27是示出第一实施例的摄像元件的一部分截面的图。
图28是第一实施例的第一基板的示意平面图。
图29是第一实施例的第二基板的示意平面图。
图30是根据第一实施例的第二基板和第一基板彼此层叠排列的布置的示意平面图。
图31是示出布线布局的变形例的图。
图32是根据第一实施例的变形例的第一基板的示意平面图。
图33是根据第一实施例的变形例的第二基板的示意平面图。
图34是示出第四实施例的摄像元件的一部分截面的图。
图35是示出第五实施例的摄像元件的一部分截面的图。
图36是示出第六实施例的摄像元件的一部分截面的图。
图37是示出根据第六实施例的变形例的摄像元件的一部分截面的图。
图38是示出作为采用本公开的摄像元件的电子装置的示例的相机的配置示例的图。
图39是示出图1的传感器像素和读出电路的示例的图。
图40是示出图1的传感器像素和读出电路的示例的图。
图41是示出图1的传感器像素和读出电路的示例的图。
图42是示出图1的传感器像素和读出电路的示例的图。
图43是示出图1的摄像元件的垂直方向的截面配置的示例的图。
图44是示出图1的摄像元件的水平方向的截面配置的示例的图。
图45是示出图1的摄像元件的水平方向的截面配置的示例的图。
图46是示出图1的摄像元件的水平方向的截面配置的示例的图。
图47是示出图1的摄像元件的水平方向的截面配置的示例的图。
图48是示出图1的摄像元件的水平方向的截面配置的示例的图。
图49是示出图1的摄像元件的水平方向的截面配置的示例的图。
图50是示出图1的摄像元件的水平方向的截面配置的示例的图。
图51是示出包括根据上述的实施例及其变形例的摄像元件的摄像装置的电路配置的示例的图。
图52是示出通过彼此层叠三个基板而构成图51的摄像元件的示例的图。
图53是示出逻辑电路分别形成在设有传感器像素的基板上以及设有读出电路的基板上的示例的图。
图54是示出逻辑电路形成于第三基板上的示例的图。
图55是示出具有摄像元件的摄像系统的示意配置的示例的图。
图56是示出图55的摄像系统中的摄像步骤的示例的图。
图57是示出车辆控制系统的示意配置的示例的框图。
图58是辅助说明车外信息检测部和摄像单元的安装位置的示例的图。
图59是示出内窥镜手术系统的示意配置的图。
图60是示出摄像头和相机控制单元(CCU)的功能性结构的示例的框图。
具体实施方式
现在参照附图具体说明根据本公开的实施例的摄像元件和电子装置的示例。按以下顺序进行说明。
1.摄像元件的示意性配置示例
2.第一实施例(摄像元件的配置示例)
3.第二实施例(摄像元件的配置示例)
4.第三实施例(摄像元件的配置示例)
5.第四实施例(摄像元件的配置示例)
6.第五实施例(摄像元件的配置示例)
7.第六实施例(摄像元件的配置示例)
8.第七实施例(电子装置的配置示例)
9.变形例
10.应用例
11.使用例
<1.摄像元件的示意性配置示例>
图1是示出应用于本公开的各实施例的摄像元件1的示意配置的示例的图。摄像元件1将接收光转换成电信号并且作为像素信号输出。在该示例中，摄像元件1配置为CMOS摄像元件。
图1示出了根据本公开的实施例的摄像元件1的示意配置的示例。摄像元件1包括三个基板(第一基板10、第二基板20和第三基板30)。摄像元件1是具有三个基板(第一基板10、第二基板20和第三基板30)结合在一起的三维结构的摄像装置。第一基板10、第二基板20和第三基板30依次彼此层叠。
第一基板10具有进行光电转换的多个传感器像素12。传感器像素12布置在半导体基板11上。多个传感器像素12以矩阵形式设置在第一基板10的像素区域13中。第二基板20针对每四个传感器像素12具有一个读出电路22。读出电路22将基于传感器像素12输出的电荷的像素信号输出到半导体基板303。第二基板20具有沿行方向延伸的多个像素驱动线23以及沿列方向延伸的多个垂直信号线24。第三基板30具有形成于半导体基板31上的逻辑电路32。逻辑电路32处理像素信号。在一个示例中，逻辑电路32具有垂直驱动电路33、列信号处理电路34、水平驱动电路35和系统控制电路36。逻辑电路32(具体地，其水平驱动电路35)将针对各传感器像素12的输出电压Vout输出到外部。在一个示例中，逻辑电路32可以具有包括硅化物的低电阻区域，硅化物是在与源极和漏极接触的杂质扩散区域的表面上利用诸如CoSi2或NiSi等自对准硅化物(self-aligned silicide，salicide)进行处理而制成的。
在一个示例中，垂直驱动电路33以行为单位依次选择多个传感器像素12。在一个示例中，列信号处理电路34对垂直驱动电路33所选的行中的各传感器像素12输出的像素信号进行相关双采样(correlated double sampling，CDS)处理。在一个示例中，列信号处理电路34提取通过CDS处理的像素信号的信号电平并且保持对应于各传感器像素12接收的光量的像素数据。在一个示例中，水平驱动电路35将列信号处理电路34中保持的像素数据依次输出到外部。在一个示例中，系统控制电路36控制逻辑电路32中各模块(即垂直驱动电路33、列信号处理电路34和水平驱动电路35)的驱动。
图2是示出传感器像素12和读出电路22的示例的图。以下对如图2所示的四个传感器像素12共用一个读出电路22的情况进行说明。这里所用的术语“共用”表示将四个传感器像素12的输出输入到共同的读出电路22。
传感器像素12各自具有彼此共有的构成元件。在图2中，将标识号(即，1、2、3或4)附在表示各传感器像素12的构件的附图标记尾部以彼此区分各传感器像素12的构件。在需要彼此区分各传感器像素12的构件的情况下，将标识号附在各传感器像素12的构件的附图标记尾部。然而，在不需要彼此区分各传感器像素12的构件的情况下，可以省略各传感器像素12的构件的附图标记尾部的标识号。
在一个示例中，传感器像素12各自具有光电二极管PD、电连接到光电二极管PD的传输晶体管TR以及临时保持经传输晶体管TR从光电二极管PD输出的电荷的浮动扩散部FD。光电二极管PD对应于本公开的“光电变换器”的具体实施示例。光电二极管PD进行光电转换以产生对应于接收光量的电荷。光电二极管PD的负极电连接到传输晶体管TR的源极，光电二极管PD的正极电连接到参考电位线(例如，接地)。传输晶体管TR的漏极电连接到浮动扩散部FD，传输晶体管TR的栅极电连接到像素驱动线23。在一个示例中，传输晶体管TR是互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管。
共用一个读出电路22的传感器像素12的浮动扩散部区域FD彼此电连接，还电连接到共同的读出电路22的输入端。在一个示例中，读出电路22具有复位晶体管RST、选择晶体管SEL和放大晶体管AMP。而且，如果必要的话，可以省略选择晶体管SEL。复位晶体管RST的源极(读出电路22的输入端)电连接到浮动扩散部FD，复位晶体管RST的漏极电连接到电源线VDD和放大晶体管AMP的漏极。复位晶体管RST的栅极电连接到像素驱动线23(见图1)。放大晶体管AMP的源极电连接到选择晶体管SEL的漏极，放大晶体管AMP的栅极电连接到复位晶体管RST的源极。选择晶体管SEL的源极(读出电路22的输出端)电连接到垂直信号线24，选择晶体管SEL的栅极电连接到像素驱动线23(见图1)。
当传输晶体管TR导通时，将光电二极管PD的电荷传输到浮动扩散部FD。复位晶体管RST将浮动扩散部FD的电位复位到预定电位。当复位晶体管RST导通时，将浮动扩散部FD的电位复位到电源线VDD的电位。选择晶体管SEL控制像素信号从读出电路22的输出时序。放大晶体管AMP产生对应于保持在浮动扩散部FD中的电荷的电平的电压信号作为像素信号。放大晶体管AMP构成源极跟随器放大器并且输出具有对应于光电二极管PD产生的电荷的电平的电压的像素信号。在选择晶体管SEL导通的情况下，放大晶体管AMP放大浮动扩散部FD的电位，并且经垂直信号线24将对应于放大的电位的电压输出到列信号处理电路34。在一个示例中，复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL为CMOS晶体管。
如上所述，对于其中共用一个读出电路22的四个传感器像素12的各构成单元(下文可以称为“共用构成单元”或“共用构成单元电路”)，包括四个光电变换器PD、四个传输晶体管TR、一个放大晶体管AMP、一个复位晶体管RST和一个选择晶体管SEL。传输晶体管TR与光电变换器PD一一对应。在该示例中，四个像素(至少包括光电变换器PD的传感器像素12)共用一个放大晶体管AMP、一个复位晶体管RST和一个选择晶体管SEL的组合。在该示例中，一个放大晶体管AMP、一个复位晶体管RST和一个选择晶体管SEL的组合对应于“像素晶体管”。
而且，如上所述，与多个像素一一对应的多个光电二极管PD形成在对应于本公开的“第一基板”的第一基板10上。更具体地，用于将光电二极管PD输出的电信号传输到像素晶体管的传输晶体管TR也针对多个光电二极管PD中的各者形成在第一基板10上。在该说明中，形成于第一基板10上的多个光电二极管PD中包括的两个光电二极管PD，分别对应于“第一光电变换器”和“第二光电变换器”。并且，连接到对应于第一光电变换器的光电二极管PD的传输晶体管TR对应于“第一传输晶体管”，连接到对应于第二光电变换器的光电二极管PD的传输晶体管TR对应于“第二传输晶体管”。换言之，第一光电变换器和第二光电变换器形成在第一基板10上。因此，可以认为，第一基板10具有连接到第一光电变换器的第一传输晶体管和连接到第二光电变换器的第二传输晶体管。
而且，对于作为构成单元的各组的两个以上的(在该示例中为四个)光电二极管PD，一组共用的像素晶体管形成在对应于本公开的“第二基板”的第二基板20上。更具体地，包括至少一个放大晶体管AMP(其放大并输出从一组中包括的两个以上的传输晶体管TR中的各者传输来的电信号)的像素晶体管针对各组或多组形成在第二基板20上。在该说明中，可以认为，连接到第一光电变换器和第二光电变换器的像素晶体管形成在第二基板上。
而且，如图3所示，选择晶体管SEL可以设置在电源线VDD和放大晶体管AMP之间。在此情况下，复位晶体管RST的漏极电连接到电源线VDD和选择晶体管SEL的漏极。选择晶体管SEL的源极电连接到放大晶体管AMP的漏极，选择晶体管SEL的栅极电连接到像素驱动线23(见图1)。放大晶体管AMP的源极(读出电路22的输出端)电连接到垂直信号线24，放大晶体管AMP的栅极电连接到复位晶体管RST的源极。另外，如图4和图5所示，可以在复位晶体管RST的源极和放大晶体管AMP的栅极之间设置FD传输晶体管FDG。
FD传输晶体管FDG用于切换转换效率。当在暗处拍摄时像素信号通常较小。如果在基于公式Q＝CV进行电荷至电压转换时浮动扩散部FD的电容(FD电容C)大，则通过放大晶体管AMP的电压转换时V较小。另一方面，在明亮的地方，因为像素信号大，所以除非FD电容C大，否则浮动扩散部FD不能接收光电二极管PD的电荷。而且，需要FD电容C大，使得通过放大晶体管AMP的电压转换时V不会变得太大(换言之，保持较小)。鉴于此，在FD传输晶体管FDG导通的情况下，由于FD传输晶体管FDG的栅极电容增大，所以总的FD电容C增大。另一方面，在FD传输晶体管FDG截止的情况下，总的FD电容C较小。因此，FD传输晶体管FDG的导通/截止切换使得FD电容C可变，使得能够切换转换效率。
图6是示出多个读出电路22和多个垂直信号线24之间连接方式的示例的图。在多个读出电路22在垂直信号线24的延伸方向(例如，列方向)上并排布置的情况下，可以将多个垂直信号线24分别分配给读出电路22。在一个示例中，如图6所示，在四个读出电路22在垂直信号线24的延伸方向(例如，列方向)上并排布置的情况下，可以将四个垂直信号线24分配给各相应的读出电路22。而且，在图6中，为了区分各垂直信号线24，将标识号(1、2、3或4)附在各垂直信号线24的附图标记的尾部。
<2.第一实施例>
(摄像元件的配置示例)
现在说明根据第一示例的摄像元件1的配置及其制造方法。
图7是示出根据本实施例的摄像元件1的对应于一个共用构成单元电路的一部分截面图的图。如图7所示，摄像元件1包括彼此层叠且电连接的第一基板10、第二基板20和第三基板30。在第三基板30上形成有周边电路。在该示例中，周边电路包括具有垂直驱动电路33、列信号处理电路34、水平驱动电路35和系统控制电路36的逻辑电路32。周边电路形成于第三基板30上。此外，在一个示例中，周边电路中包括的全部或部分元件(例如垂直驱动电路33、列信号处理电路34、水平驱动电路35和系统控制电路36)可以形成在第一基板10或第二基板20上。在该示例中，第三基板30至少包括逻辑电路32。逻辑电路32对应于“用于处理第一光电变换器或第二光电变换器产生的信号的形成于第二基板上的逻辑电路”。第三基板30对应于本公开的“第三基板”。而且，图7所示的表面501表示第一基板10和第二基板20结合在一起的表面。另外，图7所示的表面502表示第二基板20和第三基板30结合在一起的表面。
根据本实施例的摄像元件1包括第一布线和第二布线。第一布线形成于第二基板20上并且通向形成于第一基板10上的多个元件中针对各光电二极管PD设置的多个第一元件共用的第二元件。第二布线经由一个接触部连接到第一布线。多个第一元件连接到第二布线。在图7的示例中，摄像元件1设有布线301(“第二布线”)，布线301经一个接触部将多个传输晶体管TR的输出端侧(“第一元件”)连接到形成于第二基板20上的布线D1(“第一布线”)。布线D1通向多个传输晶体管TR的输出端侧共用的(共同连接的)放大晶体管AMP的栅极(“第二元件”)。后文将具体说明。
现在说明图7所示的摄像元件1的配置。如图7所示，第一基板10是通过将绝缘层240层叠在半导体基板11的上方而构成。第一基板10具有作为层间绝缘膜51的一部分的绝缘层240。绝缘层240设置在半导体基板11与后文所述的半导体基板303之间的间隙中。半导体基板11配置为硅基板。在一个示例中，半导体基板11在一部分表面中或表面附近具有P型半导体区域204(P阱)，在其它区域(比P型半导体区域204深的区域)中具有不同于P型半导体区域204的导电(N型)光电二极管PD。
多个光电二极管PD形成在第一基板10上。另外，与多个光电二极管PD一一对应的多个传输晶体管TR形成在第一基板10上。在图7的示例中，光电二极管PD形成在N型半导体区域中，不同于光电二极管PD的P型半导体区域202形成为覆盖其侧面。光电二极管PD由用于隔离(分隔)像素的像素隔离部203彼此电隔离。在一个示例中，像素隔离部203包括金属、绝缘膜(例如，SiO2)、二者的组合等。
在光电二极管PD的下表面上，绝缘膜211形成为覆盖第一基板10。在一个示例中，绝缘膜211包括具有固定电荷的膜等。可以在绝缘膜211和滤色器212之间形成作为平坦化膜213的另外的绝缘膜。绝缘膜211包括诸如氧化铪、氧化钽或氧化铝等金属氧化物膜。平坦化膜213包括诸如氧化硅或氮化硅等绝缘膜。而且，绝缘膜211和平坦化膜213均可以设置为多层的形式。片上透镜214形成在滤色器212的下面。片上透镜214聚集照射光，并且所聚集的光通过滤色器212被导引到光电二极管PD。
而且，N型传输晶体管TR形成在光电二极管PD上。更具体地，P型半导体区域204(P阱)形成在第一基板10中的光电二极管PD上，并且N型漏极区域221和N型源极区域222形成在半导体区域204的表面的附近。并且，栅极223形成在半导体区域204上的N型漏极区域221和N型源极区域222之间。在该示例中，栅极223通向光电二极管PD。另外，在该示例中，覆盖光电二极管PD的侧面的P型半导体区域202伸出以覆盖半导体区域204的侧面的一部分，但是其构造不限于以上示例。P型半导体区域202可以具有任意深度。在一个示例中，半导体区域202的上表面可以与半导体区域204的下表面齐平。
而且，光电二极管PD可以具有任意深度，在一个示例中，如图8所示，光电二极管PD的一部分到达与其上形成有传输晶体管TR的P型半导体区域204的表面相同的高度。在这种情况下，P型半导体区域优选地形成在N型光电二极管PD上，但是其布置可以是图8所示的配置之外的形式。而且，在一个示例中，如图9所示，传输晶体管TR的栅极223可以形成在半导体区域204上，而不通向光电二极管PD。换言之，传输晶体管TR可以具有平坦的栅极(栅极223)。
再参照图7继续说明。如图7所示，各传输晶体管TR的源极区域222连接到布线301。在该示例中，由于源极区域222为N型半导体区域，所以布线301形成为P型多晶硅。各传输晶体管TR和布线301被绝缘层240覆盖，并且半导体基板303形成在绝缘层240上。
而且，可以认为，半导体基板303和形成于半导体基板303上的各元件的组合对应于本公开的“第二基板”，或者也可以认为只有半导体基板303对应于本公开的“第二基板”。类似地，对于第一基板10，可以认为，基底硅基板和形成于该硅基板上的各元件的组合对应于本公开的“第一基板”，或者也可以认为只有硅基板对应于本公开的“第一基板”。
如上所述，在第二基板20上形成有像素晶体管。像素晶体管至少包括放大晶体管AMP。在该示例中，像素晶体管中包括的各晶体管为N沟道MOS晶体管，半导体基板303为P型硅基板。
布线301经贯穿半导体基板303的接触部Ct连接到形成于第二基板20上的布线D1。在该示例中，第二基板20是通过将绝缘层245层叠在半导体基板303的上方而构成的。第二基板20具有作为层间绝缘膜51的一部分的绝缘层245。绝缘层245设置在半导体基板303和后文所述的半导体基板31之间的间隙中。第二基板20针对每四个传感器像素12具有一个读出电路22。第二基板20布置为读出电路22设置在半导体基板303的表面侧(第三基板30侧)。第二基板20结合到第一基板10，半导体基板303的后表面面对半导体基板11的前表面侧。换言之，第二基板20以面对背的取向结合到第一基板10。第二基板20还具有在与半导体基板303相同的层中的贯穿半导体基板303的绝缘层53。第二基板20具有作为层间绝缘膜51的一部分的绝缘层53。绝缘层53设置为覆盖贯穿半导体基板303的接触部Ct的侧面。
具有第一基板10和第二基板20的层叠结构针对各传感器像素12具有一个接触部Ct。第一基板10和第二基板20通过接触部Ct彼此电连接。具体地，接触部Ct电连接到后文所述的浮动扩散部FD和布线D1。
具有第一基板10和第二基板20的层叠结构还具有设于层间绝缘膜51中的贯通布线47和48(见后文所述的图12等)。该层叠结构针对各传感器像素12具有一个贯通布线47和一个贯通布线48。贯通布线47和48在半导体基板303的法向延伸并且设置为贯穿半导体基板303。第一基板10和第二基板20通过贯通布线47和48彼此电连接。具体地，贯通布线47电连接到半导体基板11的P型半导体区域204和第二基板20中的布线。贯通布线48电连接到传输晶体管TR的栅极223和像素驱动线23。
上述的接触部Ct贯穿绝缘层245并且连接到形成于绝缘层245上的布线层246中包括的布线D1。在一个示例中，布线层246包括绝缘层247以及设于绝缘层247中的多个像素驱动线23、多个垂直信号线24等。在一个示例中，布线层246在绝缘层247中还具有多个焊盘电极58。在一个示例中，各焊盘电极58包括诸如铜(Cu)或铝(Al)等金属。各焊盘电极58在布线层246的表面上露出。各焊盘电极58用于第二基板20和第三基板30之间的电连接并且用于将第二基板20和第三基板30彼此结合。在一个示例中，多个焊盘电极58针对像素驱动线23和垂直信号线24中的各者逐一设置。在该示例中，焊盘电极58的总数或者焊盘电极58与焊盘电极64(后文所述)之间的接点的总数小于第一基板10中包括的传感器像素12的总数。
上述的布线D1经接触部Ct2连接到放大晶体管AMP的栅极311。而且，从源极区域222经布线301和布线D1到栅极311的区域是用作上述的浮动扩散部FD的区域。
换言之，布线301聚集了第一基板10的各传输晶体管TR的源极区域222(输出端侧)。并且，布线301经一个接触部Ct将聚集的源极区域222连接到第二基板20的布线D1。布线D1通向各传输晶体管TR的源极区域222共用的放大晶体管AMP的栅极311。而且，在该示例中，布线301整体地形成，但是其配置不限于上述示例，在一个示例中，形成为不同材料的布线可以彼此连接。在一个示例中，从各传输晶体管TR的源极区域222(输出端侧或FD)起在垂直方向上延伸的布线和在水平方向上延伸的共用布线形成为不同的材料，并且它们可以彼此连接以构成布线301。
在该示例中，传输晶体管TR的源极区域222(输出端侧)对应于针对形成于第一基板10上的多个元件中的各光电二极管PD设置的“第一元件”。此外，放大晶体管AMP的栅极311(栅极)对应于多个第一元件所共同连接的“第二元件”。另外，布线D1是通向多个第一元件共用的第二元件的布线并且对应于形成于第二基板20上的“第一布线”。另外，布线D1还对应于“形成于第二基板20上的第二布线”。而且，布线301对应于“第二布线”，其经一个接触部Ct连接到第一布线并且与多个第一元件相连。另外，如上所述，布线301经传输晶体管TR的源极区域222连接(间接连接)到各相应的光电二极管PD。换言之，可以认为，布线301是“形成于第一基板10上并且连接到第一光电变换器和第二光电变换器的第一布线”。而且，这里所用的术语“连接”不仅包括直接连接的形式，而且包括如上所述的间接连接的形式。另外，布线301连接到各传输晶体管TR的源极区域222。换言之，可以认为，布线301连接到与第一传输晶体管相连的第一浮动扩散部区域和与第二传输晶体管连接的第二浮动扩散部区域。另外，接触部Ct对应于“形成为贯穿第一基板10和第二基板20并且连接到第一布线和第二布线的第三布线”。
在一个示例中，第三基板30是通过在半导体基板31上层叠层间绝缘膜61构成的。半导体基板31配置为硅基板。第三基板30具有设于半导体基板31的前表面侧的逻辑电路32。在一个示例中，第三基板30在层间绝缘膜61上还具有布线层62。在一个示例中，布线层62具有绝缘层63以及设于绝缘层63中的多个焊盘电极64。多个焊盘电极64电连接到逻辑电路32。各焊盘电极64例如包括铜(Cu)。各焊盘电极64在布线层62的前表面露出。各焊盘电极用于第二基板20和第三基板30之间的电连接并且用于将第二基板20和第三基板30结合。另外，焊盘电极64的个数并非必须是多个，即使一个焊盘电极64也可以电连接到逻辑电路32。第二基板20和第三基板30是通过使焊盘电极58和64相互连接而彼此电连接。换言之，传输晶体管TR的栅极223经上述的接触部Ct以及焊盘电极58和64电连接到逻辑电路32。第三基板30结合到第二基板20，半导体基板31的表面面对半导体基板303的前表面侧。换言之，第三基板30以面对面的取向结合到第二基板20。
如图10所示，第二基板20的焊盘电极58和第三基板30的焊盘电极64之间的结合点503布置在像素区域13的上方。然而，该布置不限于上述的示例，在一个示例中，可以采用如图11所示的形式。在图11的形式中，第二基板20的焊盘电极58和第三基板30的焊盘电极64之间的结合点503布置在像素区域13的外部区域的上方。换言之，第二基板20的焊盘电极58可以布置在像素区域13的外部，并且能够连接到第三基板30的焊盘电极64。
图12和图13示出了摄像元件1的水平方向的截面配置的示例。图12和图13的上图示出了图7的截面Sec1的截面配置的示例，图12和图13的下图示出了图7的截面Sec2的截面配置。图12示出了两组的二乘二四个传感器像素12沿第二方向V2排列的配置。图13示出了四组的二乘二四个传感器像素12沿第一方向V1和第二方向V2排列的配置。而且，在图12和图13的上方的截面图中，示出了半导体基板11的前表面配置的示例的图叠加在示出了图7的截面Sec1的截面配置的示例的图上，但省略了绝缘层240。另外，在图12和图13的下方的截面图中，示出了半导体基板303的前表面配置的示例的图叠加在示出了图7的截面Sec2的截面配置的示例的图上。
如图12和图13所示，多个贯通布线54、多个贯通布线48和多个贯通布线47在第一方向V1上(图12中的垂直方向和图13中的水平方向)以条状并排布置在第一基板10的平面中。而且，图12和图13示出了这样的情况：多个贯通布线54、多个贯通布线48和多个贯通布线47在第一方向V1上以两行并排布置。第一方向V1平行于矩阵式排列的多个传感器像素12的两个排列方向(例如，行方向和列方向)中的一个排列方向(例如，列方向)。在一个示例中，在共用读出电路22的四个传感器像素12中，四个浮动扩散部区域FD隔着像素隔离部203彼此靠近排列。在共用读出电路22的四个传感器像素12中，四个传输晶体管TR的栅极223排列为围绕四个浮动扩散部区域FD。在一个示例中，四个栅极223形成环形。
处于上述的半导体基板303的部分中的、接触部Ct所贯穿的绝缘层53包括在第一方向V1上延伸的多个块。半导体基板303在第一方向V1上延伸，并且包括隔着上述的绝缘层53在垂直于第一方向V1的第二方向V2上并排布置的多个岛状的块303A。在一个示例中，各块303A设有多组的复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL。在一个示例中，四个传感器像素12共用的一个读出电路22在面对四个传感器像素12的区域中包括复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL。在一个示例中，四个传感器像素12共用的一个读出电路22在绝缘层53的最左的块303A中包括放大晶体管AMP，并且在绝缘层53的最右的块303A中包括复位晶体管RST和选择晶体管SEL。
图14、图15、图16和图17示出了摄像元件1在水平面中的布线布局的示例。图14至图17示出了示例情况：四个传感器像素12共用的一个读出电路22设于面对四个传感器像素12的区域中。在一个示例中，图14至图17示出的布线设置在不同层的布线层246中。
在一个示例中，如图14所示，彼此相邻的四个接触部Ct电连接到布线D1。彼此相邻的四个接触部Ct还电连接到绝缘层53的最左的块303A中包括的放大晶体管AMP的栅极。接触部Ct还电连接到绝缘层53的最右的块303A中包括的复位晶体管RST的栅极。在一个示例中，如图14所示，经布线D1和接触部Ct2进行这种连接。
在一个示例中，如图15所示，电源线VDD布置在面对在第二方向V2上并排排列的各读出电路22的位置处。在一个示例中，如图15所示，电源线VDD经接触部Ct2电连接到在第二方向V2上并排排列的各读出电路22的放大晶体管AMP的漏极和复位晶体管RST的漏极。在一个示例中，如图15所示，两个像素驱动线23布置在面对在第二方向V2上并排排列的各读出电路22的位置处。在一个示例中，如图15所示，像素驱动线23中的一者是电连接到在第二方向V2上并排排列的各读出电路22的复位晶体管RST的栅极的布线RSTG。在一个示例中，如图15所示，另一个像素驱动线23是电连接到在第二方向V2上并排排列的各读出电路22的选择晶体管SEL的栅极的布线SELG。在一个示例中，如图15所示，在各读出电路22中，放大晶体管AMP的源极和选择晶体管SEL的漏极经布线25彼此电连接。
在一个示例中，如图16所示，两个电源线VSS布置在面对在第二方向V2上并排排列的各读出电路22的位置处。在一个示例中，如图16所示，各电源线VS电连接到面对在第二方向V2上并排排列的各传感器像素12的位置处的多个贯通布线47。在一个示例中，如图16所示，四个像素驱动线23布置在面对在第二方向V2上并排排列的各读出电路22的位置处。在一个示例中，如图16所示，四个像素驱动线23中的各者为这样的布线TRG，布线TRG电连接到对应于在第二方向V2上并排排列的各读出电路22的四个传感器像素12中的一者的贯通布线48。换言之，四个像素驱动线23(第一控制线)电连接到在第二方向V2上并排排列的各传感器像素12的传输晶体管TR的栅极223。在图16中，将标识号(1、2、3或4)附在各布线TRG的尾部以在布线TRG间进行区分。
在一个示例中，如图17所示，垂直信号线24布置在面对在第二方向V2上并排排列的各读出电路22的位置处。在一个示例中，如图17所示，垂直信号线24(输出线)电连接到在第一方向V1上并排排列的各读出电路22的输出端(放大晶体管AMP的源极)。
现在说明根据本实施例的摄像元件1的制造方法。首先在作为硅基板的第一基板10中形成半导体区域和像素隔离部203，并且针对各像素设置光电二极管PD和传输晶体管TR。如图18所示，在由像素隔离部203分开的P型半导体区域(P阱)204的表面附近形成N型漏极区域221和N型源极区域222。然后，在它们之间形成栅极223。更具体地，在P型半导体区域204的N型漏极区域221和N型源极区域222之间限定开口。该开口通向处于下方的光电二极管PD(图18未示出)。之后，形成栅极223以填充该开口。在该示例中，栅极223通向形成于半导体区域204下方的光电二极管PD(见图7)。而且，图18所示的区域205表示由像素隔离部203分开的针对一个像素的区域。
而且，在P型半导体区域204上，形成电极230。电极230用于将光电二极管PD引导至被提供有参考电位(例如，地线)的参考电位线。电极230针对各像素设置并且通向光电二极管PD(未图示)。
在该示例中，传输晶体管TR为N沟道型MOS晶体管，其漏极区域221为N型半导体区域。因此，传输晶体管TR的漏极区域221通向覆盖光电二极管PD的侧面的P型半导体区域202。从图2的电路图可以看出，光电二极管PD的两个端子中未连接到传输晶体管TR的端子(输入侧端)通向参考电位线。因此，在该示例中，光电二极管PD经电极230连接到参考电位线。因此，连接到形成在N型半导体区域中的光电二极管PD的电极230形成为P型多晶硅。
如上所述，在P型半导体区域204中针对各像素设置N型漏极区域221、N型源极区域222、栅极223和电极230，然后用绝缘层240覆盖它们。绝缘层240配置为诸如SiO2等氧化膜。
随后，如图19所示，蚀刻绝缘层240以形成布线凹槽241和布线凹槽242。布线凹槽241用于形成聚集多个传输晶体管TR的源极区域222的布线301a。布线凹槽242用于形成聚集多个电极230的布线301b。在不需要进行区分时，布线301a和布线301b在这里通常简称为“布线301”。
如上所述，在该示例中，由于传输晶体管TR的源极区域222为N型半导体区域，所以连接到源极区域222的布线301a形成为P型多晶硅。另外，由于电极230为P型多晶硅，所以连接到电极230的布线301b形成为N型多晶硅。
换言之，在传输晶体管TR为N型晶体管的情况下，聚集多个传输晶体管TR的输出端侧的布线301a形成为P型多晶硅。另外，如上所述，在此情况下，连接到形成在N型半导体区域中的光电二极管PD的电极230形成为P型多晶硅。因此，聚集多个电极230的布线301b形成为N型多晶硅。
随后，沉积作为布线301a的材料的P型多晶硅以填充图19中所形成的布线凹槽241。沉积作为布线301b的材料的N型多晶硅以填充布线凹槽242。然后，利用化学机械抛光(CMP)研磨所得到的沉积物以形成布线301a和布线301b(见图20)。
在该示例中，对于四个光电二极管PD中的各者(对于各组的四个光电二极管PD)，布线301a连接到与四个光电二极管PD一一对应的四个传输晶体管TR的源极区域222。换言之，布线301a针对四个光电二极管PD中的各者聚集与四个光电二极管PD一一对应的四个传输晶体管TR的源极区域222。然后，布线301a经一个接触部Ct连接到布线D1以将聚集的源极区域222连接到通向源极区域222共用的放大晶体管AMP的栅极311的第二基板20的布线D1。在该示例中，针对每四个源极区域222设置一个接触部Ct。另外，在该示例中，传输晶体管TR的源极区域222对应于“第一元件”，放大晶体管AMP的栅极311对应于“第二元件”。布线D1对应于“第一布线”或“形成于第二基板上的第二布线”，布线301a对应于“第二布线”或“形成于第一基板上并且连接到第一光电变换器和第二光电变换器的第一布线”。而且，由布线301a聚集的作为构成单元的像素的个数不限于四个，是可选的。
而且，在该示例中，针对四个光电二极管PD中的各者，布线301b连接到与四个光电二极管PD一一对应的四个电极230。换言之，针对四个光电二极管PD中的各者，布线301b聚集与四个光电二极管PD一一对应的四个电极230。并且，布线301b经一个接触部Ct连接到布线D1以将聚集的电极230连接到通向电极230共用的参考电位线的第二基板20的布线D1。在该示例中，针对每四个电极230设置一个接触部Ct。而且，通向参考电位线的布线D1不同于通向如上所述的放大晶体管AMP的栅极311的布线D1(然而，都是形成于第二基板20的绝缘层245上的布线)。另外，在该示例中，电极230对应于“第一元件”，参考电位线对应于“第二元件”。布线D1对应于“第一布线”，布线301b对应于“第二布线”。而且，由布线301b聚集的作为构成单元的像素的个数不限于四个，可以任选。另外，如上所述，布线301b经各电极230连接(间接连接)到各对应的光电二极管PD。换言之，可以认为，布线301b也对应于“形成于第一基板上并且连接到第一光电变换器和第二光电变换器的第一布线”。另外，可以认为，布线D1也对应于“形成于第二基板上的第二布线”。
而且，在该示例中，设定参考电位线形成在第二基板20上，但是其配置不限于上述示例，在一个示例中，参考电位线可以形成在另一基板(例如第三基板30)上。简言之，“第二元件”不限于形成于第二基板20上的元件。
接着，如图21所示，在布线301a和布线301b上沉积绝缘层240。并且，将P型半导体基板303连接到绝缘层240的上方，并进行减薄。
接着，如图22所示，开放面对布线301的半导体基板303的一部分以在半导体基板303上形成像素晶体管。而且，在图22的示例中，示出了放大晶体管AMP和选择晶体管SEL，而复位晶体管RST(未图示)也形成在半导体基板303上。如图22所示，在半导体基板303的表面附近形成N型漏极区域312和N型源极区域313。然后，在它们之间形成栅极311以形成放大晶体管AMP。
类似于上述说明，在半导体基板303的表面附近形成N型漏极区域321和N型源极区域322，在它们之间形成栅极323以形成选择晶体管SEL。而且，也以类似的方式形成复位晶体管RST(未图示)。然后，形成(沉积)绝缘层245，使得其覆盖如上所述形成的开口和像素晶体管(例如放大晶体管AMP和选择晶体管SEL)。
接着，如图23所示，形成接触部Ct和Ct2以将布线301和第二基板20的各元件连接到布线D1。在该示例中，针对放大晶体管AMP的漏极区域312、布线301和选择晶体管SEL的源极区域322中的各者设置接触部Ct。针对放大晶体管AMP的栅极311设置接触部Ct2。
作为形成接触部Ct和Ct2的方法，在一个示例中，考虑这样的方式：蚀刻绝缘层以形成限定接触部Ct和Ct2的开口，在开口的内表面上形成用于电隔离的阻挡层，然后用接触部Ct和Ct2的材料进行填充。在该示例中，设置在半导体基板303的开口处的绝缘层(覆盖接触部Ct的侧面的绝缘层)为上述的绝缘层53。接触部Ct和Ct2的材料的示例包括钨等。在一个示例中，阻挡层包括Ti、TiN、Ta、TaN等作为材料。然而，形成接触部Ct和Ct2的方法及其材料不限于上述示例，是可选的，可以采用各种已知的技术。
接下来，如图24所示，在绝缘层245上形成与接触部Ct和Ct2相连的布线D1。在该示例中，布线D1包括铜(Cu)作为其材料。而且，形成布线D1的方法和材料是可选的，可以采用各种已知的技术。
接下来，如图25所示，在绝缘层245上形成上述的布线层246。然后，结合其上形成有周边电路的第三基板30以针对各像素形成滤色器和片上透镜。然后，能够获得图7所示的配置。
现在说明根据本实施例的摄像元件1的操作和效果。在该说明中，在一个示例中，设定不形成上述的布线301(布线301a或布线301b)。在该配置中，如图26所示，传输晶体管TR的源极区域222(输出端侧)经接触部Ct分别连接到通向放大晶体管AMP的栅极311的布线D1。考虑到一个共用构成单元，需要将与四个传输晶体管TR的源极区域222一一对应的四个接触部Ct连接到通向放大晶体管AMP的栅极311的第二基板20的布线D1。这增加了布线D1的接触部的个数，面积也将增大。另外，用于通过接触部Ct的半导体基板303的开口面积也将变大。
另外，在上述配置(图26所示的配置)中，电极230还经接触部Ct分别连接到通向参考电位线的布线D1。考虑到一个共用构成单元，需要将与四个电极230一一对应的四个接触部Ct连接到通向参考电位线的第二基板20的布线D1。这增加了布线D1的接触部的个数，面积也将增大。另外，用于通过接触部Ct的半导体基板303的开口面积也将变大。
因此，在上述的配置中，与形成于第二基板20上的布线D1相关联的电容(寄生电容)大，影响了光电转换的转换效率。在一个示例中，光电转换的转换效率可能降低。
因此，本实施例设有布线301，布线301通向诸如传输晶体管TR的输出端侧和电极230等多个第一元件共用的第二元件(放大晶体管AMP的栅极311或参考电位线)。该布线301经一个接触部Ct连接到形成于第二基板20上的布线D1并且连接到多个第一元件。
换言之，布线301聚集多个第一元件并且经一个接触部Ct连接到通向多个第一元件共用的第二元件的布线D1。因此，形成于布线D1中的、用于将聚集的构成单元的多个第一元件连接到布线D1的接触部Ct的个数仅一个就足够了，所以能够减少布线D1的接触部的个数和面积。因此，能够降低与布线D1相关联的电容，提高光电转换的转换效率。
更具体地，如图27所示，根据本实施例的摄像元件1设有布线301a，布线301a用于将各传输晶体管TR的源极区域222(输出端侧)经一个接触部Ct连接到形成于第二基板20上的布线D1。布线D1通向各传输晶体管TR的源极区域222共用的放大晶体管AMP的栅极311。另外，根据本实施例的摄像元件1还设有布线301b，布线301b用于将各电极230经一个接触部Ct连接到形成于第二基板20上的布线D1。布线D1是通向各电极230所共同连接的参考电位线的布线。
图28是根据本实施例的第一基板10的示意平面图。分别由像素隔离部203分隔开的多个区域250中的各者为对应于一个像素的区域。如图28所示，区域260表示针对作为共用像素晶体管的构成单元的与四个光电二极管PD一一对应的四个传输晶体管TR中的各者在源极区域222和布线301a之间的一组连接点261。另外，如图28所示，区域270表示针对作为共用参考电位线的构成单元的与四个光电二极管PD一一对应的四个电极230中的各者在电极230和布线301b之间的一组连接点271。
图29是根据本实施例的第二基板20的示意平面图。如上所述，针对四个光电二极管PD中的各者，四个光电二极管PD共用的像素晶体管形成于第二基板20上。如图29所示，区域280表示形成有一个共用构成单元电路的像素晶体管的栅极的区域。更具体地，区域280表示形成有放大晶体管AMP的栅极311、选择晶体管SEL的栅极323和复位晶体管RST的栅极333的区域。
图30是本实施例中彼此层叠的第二基板20和第一基板10的示意平面图。在图30的示例中，针对各组的四个光电二极管PD(组数是可选的)，布线301a连接到与一组中包括的四个光电二极管PD一一对应的四个传输晶体管TR的源极区域222。并且，布线301a经一个接触部Ct连接到通向四个源极区域222共用的放大晶体管AMP的栅极311的布线D1(未图示)。换言之，针对四个光电二极管PD中的各者，布线301a聚集与四个光电二极管PD一一对应的四个传输晶体管TR的源极区域222。并且，经一个接触部Ct实现连接到导向源极区域222共用的放大晶体管AMP的栅极的布线D1。
因此，即使形成在布线D1中的一个接触部也足够将源极区域222连接到布线D1。具体地，该接触部用于将聚集的与作为构成单元的四个光电二极管PD一一对应的四个传输晶体管TR的源极区域222连接到布线D1。这使得能够减少接触部的个数和布线D1的面积。因此，能够降低与布线D1相关联的电容，提高光电转换的转换效率。
另外，在图30的示例中，针对各组的四个光电二极管PD，布线301b连接到与一组中包括的四个光电二极管PD一一对应的四个电极230。并且，布线301b经一个接触部Ct连接到通向四个电极230共用的参考电位线的布线D1(未图示)。换言之，针对四个光电二极管PD中的各者，布线301b聚集与四个光电二极管PD一一对应的四个电极230，并且经一个接触部Ct连接到通向电极230共用的参考电位线的布线D1。
因此，即使形成在布线D1中的一个接触部也足够将电极230连接到布线D1。具体地，该接触部用于将聚集的与作为构成单元的四个光电二极管PD一一对应的四个电极230连接到布线D1。这使得能够减少接触部的个数和布线D1的面积。因此，能够降低与布线D1相关联的电容，提高光电转换的转换效率。而且，如上所述，布线301(布线301a或布线301b)聚集多个第一元件并且经一个接触部Ct连接到通向多个第一元件共用的第二元件的布线D1。然而，接触部Ct的个数不限于上述示例，可以为两个以上。简言之，布线301仅需要具有这样的形式：其经由比聚集的构成单元的个数少的接触部Ct连接到布线D1。这种形式使得能够减少接触部的个数和布线D1的面积。
而且，在该示例中，布线301a聚集的作为构成单元的四个像素和布线301b聚集的作为构成单元的四个像素不完全匹配。它们中的一些(在该示例中为两个像素)重叠，但该配置不限于上述示例。
另外，在本实施例中，由于其上形成有光电二极管PD的第一基板10和其上形成有像素晶体管的第二基板20分别彼此层叠，所以能够减小基板的面积(平面空间)。更具体地，相比于光电二极管PD和像素晶体管设于同一基板上的配置，彼此分开的第一基板10和第二基板20使得能够增加光电二极管PD和像素晶体管的面积。这使得能够提高光电转换效率并降低晶体管噪声。
另外，相比于光电二极管PD和像素晶体管设于同一基板上的配置，彼此分开的第一基板10和第二基板20使得能够增加每单位面积像素的个数，提高分辨率。
而且，如上所述，在本实施例中，对于基板间连接，第一基板10和第二基板20利用像素区域13中的贯通电极(接触部Ct和贯通布线47或48)相连。第二基板20和第三基板30利用焊盘电极58和64连接。相比于贯通孔(硅通孔，TSV)设在像素区域13的周围边缘的周边区域中以使基板彼此相连的配置，这减少了基板间连接所需的面积，由此降低了芯片尺寸。或者，即使具有相同的芯片面积，也能够增大像素区域13。而且，如果能够在所有像素区域内实现基板间连接，将更有效。
而且，在本实施例中，布线301(布线301a或布线301b)设置在第二基板20的光入射表面侧(在该示例中为第二基板20的下层)(例如，见图17)。该配置使得形成在第二基板20的半导体基板303的区域中的面对布线301的开口足够具有允许一个接触部Ct通过的尺寸。因此，根据本实施例，能够降低形成在半导体基板303中的开口的尺寸。
而且，在上述的本实施例中，给出传输晶体管TR的输出端侧或电极230作为“第一元件”的示例，给出放大晶体管AMP的栅极311或参考电位线作为“第二元件”的示例。然而，根据本公开的实施例的配置不限于以上示例。简言之，仅需要第一元件为形成于第一基板10上的多个元件中的针对各光电二极管PD设置的元件。仅需要第二元件为形成于第二基板20上的元件中的多个第一元件共用的元件。
另外，在本实施例中，布线301a和布线301b沿垂直方向交替布置(见图30)，但是布线的布置不限于该示例，可以根据设计条件等随意改变布线301的布局。在一个示例中，如图31所示，布线301a和布线301b可以沿水平方向交替布置。图32示出了在上述示例的情况下第一基板10的示意平面图，图33示出了在上述示例的情况下第二基板20的示意平面图。在图32和图33中，与上述实施例中共同的元件由相同的附图标记表示。
<3.第二实施例>
(摄像元件的配置示例)
现在说明根据第二实施例的摄像元件的配置的示例。而且，由于根据本实施例的摄像元件的基本配置与根据上述第一实施例的摄像元件1的基本配置相同，所以只说明与上述第一实施例的区别。区别之外的配置类似于上述第一实施例的配置。
在上述第一实施例中，传输晶体管TR配置为N沟道型MOS晶体管，但是在本实施例中，传输晶体管TR配置为P沟道型MOS晶体管(P型晶体管的示例)。因此，形成于光电二极管PD上的半导体区域204为N型半导体区域。形成于半导体区域204的前表面附近的传输晶体管TR的漏极区域221和源极区域222为P型半导体区域。因此，聚集传输晶体管TR的源极区域222的布线301a形成为N型多晶硅。
换言之，在传输晶体管TR为P型晶体管的情况下，用于将多个传输晶体管TR的输出端侧经一个接触部连接到布线D1的布线301a配置为N型多晶硅。
另外，由于传输晶体管TR的N型漏极区域221通向覆盖光电二极管PD的侧面的P型半导体区域，所以光电二极管PD连接到电极230。因此，在该示例中，电极230形成为N型多晶硅，聚集电极230的布线301b形成为P型多晶硅。
换言之，在本实施例中，连接到光电二极管PD的电极230形成为N型多晶硅。用于将多个电极230经一个接触部连接到布线D1的布线301b形成为P型多晶硅。
上述本实施例的配置也实现了与上述第一实施例类似的效果。换言之，形成在布线D1中的接触部Ct的个数仅一个就足够了，接触部Ct用于将诸如形成在第一基板10上的传输晶体管TR的输出端侧和电极230等多个第一元件(作为聚集的构成单元的多个第一元件)连接到布线D1。因此，能够减少布线D1的接触部的个数和面积，使得能够降低与布线D1相关的电容。这使得能够提高光电转换效率。
<4.第三实施例>
(摄像元件的配置示例)
现在说明根据第三实施例的摄像元件的配置的示例。而且，由于根据本实施例的摄像元件的基本配置与根据上述第一实施例的摄像元件1的基本配置相同，所以只说明与上述第一实施例的区别。区别之外的配置类似于上述第一实施例的配置。
在上述第一实施例中，布线(布线301a或布线301b)形成为多晶硅，但是其配置不限于以上示例，在一个示例中，可以形成包括钨(W)的布线301。相比于布线301形成为多晶硅的情况，这使得能够降低布线301的电阻。
另外，这种配置也实现了与上述第一实施例类似的效果。换言之，形成在布线D1中的接触部Ct的个数仅一个就足够了，接触部Ct用于将诸如形成在第一基板10上的传输晶体管TR的输出端侧和电极230等多个第一元件(作为聚集的构成单元的多个第一元件)连接到布线D1。因此，能够减少布线D1的接触部的个数和面积，使得能够降低与布线D1相关的电容。这使得能够提高光电转换效率。
<5.第四实施例>
(摄像元件的配置示例)
现在说明根据第四实施例的摄像元件的配置的示例。而且，由于根据本实施例的摄像元件的基本配置与根据上述第一实施例的摄像元件1的基本配置相同，所以只说明与上述第一实施例的区别。区别之外的配置类似于上述第一实施例的配置。
在本实施例中，如图34所示，布线301a和布线301b布置在形成于第二基板20(半导体基板303)中的各自对应的开口中。在该说明中，“形成于第二基板20中的开口”对应于绝缘膜230的区域的内部(在绝缘区域中)。绝缘膜230形成在第二基板20的第一半导体区域(例如，其中形成有放大晶体管AMP的区域)与第二基板20的第二半导体区域(例如，其中形成有选择晶体管SEL的区域)之间。这实现了降低层叠方向上的高度的有益效果。
另外，这种配置也实现了与上述第一实施例类似的效果。换言之，形成在布线D1中的接触部Ct的个数仅一个就足够了，接触部Ct用于将诸如形成在第一基板10上的传输晶体管TR的输出端侧和电极230等多个第一元件(作为聚集的构成单元的多个第一元件)连接到布线D1。因此，能够减少布线D1的接触部的个数和面积，使得能够降低与布线D1相关的电容。这使得能够提高光电转换效率。
而且，本实施例适用于上述第二实施例。在一个示例中，布线301a可以布置在形成于第二基板20中的开口中，传输晶体管TR可以是P型晶体管，布线301a可以形成为N型多晶硅。另外，在一个示例中，布线301b可以布置在形成于第二基板20中的开口中，连接到光电二极管PD的电极230可以形成为N型多晶硅，布线301b可以形成为P型多晶硅。
另外，本实施例也适用于上述第三实施例。在一个示例中，布线301(布线301a或布线301b)可以布置在形成于第二基板20中的开口中，布线301可以包括钨(W)。
<6.第五实施例>
(摄像元件的配置示例)
现在说明根据第五实施例的摄像元件的配置的示例。而且，由于根据本实施例的摄像元件的基本配置与根据上述第一实施例的摄像元件1的基本配置相同，所以只说明与上述第一实施例的区别。区别之外的配置类似于上述第一实施例的配置。
在本实施例中，布线301(布线301a或布线301b)布置在第二元件(放大晶体管AMP的栅极311或参考电位线)和布线D1之间。在一个示例中，如图35所示，布线301a布置在形成于第二基板20上的放大晶体管AMP的栅极311和布线D1之间。
这种配置也实现了与上述第一实施例类似的效果。换言之，形成在布线D1中的接触部Ct的个数仅一个就足够了，接触部Ct用于将诸如形成在第一基板10上的传输晶体管TR的输出端侧和电极230等多个第一元件(作为聚集的构成单元的多个第一元件)连接到布线D1。因此，能够减少布线D1的接触部的个数和面积，使得能够降低与布线D1相关的电容。这使得能够提高光电转换效率。
而且，本实施例适用于上述第二实施例。在一个示例中，布线301a可以布置在形成于第二基板20中的开口中，并且可以布置在放大晶体管AMP的栅极311和布线D1之间，传输晶体管TR可以是P型晶体管，布线301a可以形成为N型多晶硅。另外，在一个示例中，布线301可以布置在参考电位线和布线D1之间，连接到光电二极管PD的电极230可以形成为N型多晶硅，布线301b可以形成为P型多晶硅。
另外，本实施例也适用于上述第三实施例。在一个示例中，布线301a可以布置在放大晶体管AMP的栅极311和布线D1之间，布线301a可以包括钨(W)。另外，在一个示例中，布线301b可以布置在参考电位线和布线D1之间，布线301b可以包括钨(W)。
<7.第六实施例>
(摄像元件的配置示例)
现在说明根据第六实施例的摄像元件的配置的示例。而且，由于根据本实施例的摄像元件的基本配置与根据上述第一实施例的摄像元件1的基本配置相同，所以只说明与上述第一实施例的区别。区别之外的配置类似于上述第一实施例的配置。
在本实施例中，如图36所示，只设置布线301a。在该示例中，不设置上述的布线301b，并且电极230经各自的接触部连接到布线D1。
该配置使得将形成在布线D1中的接触部Ct的个数设为一个就足够了。具体地，接触部Ct用于将形成在第一基板10上的多个传输晶体管TR的输出端侧共同连接到布线D1(通向放大晶体管AMP的栅极311的布线D1)。因此，能够减小通向放大晶体管AMP的栅极311的布线D1的接触部的个数和面积。
另外，在一个示例中，如图37所示，只设置布线301b的配置是可实施的。在该示例中，不设置上述的布线301a，传输晶体管TR的输出端侧(在该示例中为源极区域222)经各自的接触部连接到布线D1。
该配置也使得将形成在布线D1中的接触部Ct的个数设为一个就足够了。具体地，接触部Ct用于将形成在第一基板10上的多个电极230共同连接到布线D1(通向参考电位线的布线D1)。因此，能够减小通向参考电位线的布线D1的接触部的个数和面积。
简言之，设置布线301a而不设置布线301b的配置是可实施的。相反地，设置布线301b而不设置布线301a的配置是可实施的。
而且，本实施例也适用于上述第二实施例。传输晶体管TR可以是P型晶体管，布线301a可以形成为N型多晶硅。另外，连接到光电二极管PD的电极230可以形成为N型多晶硅，布线301b可以形成为P型多晶硅。
另外，本实施例也适用于上述第三实施例，布线301(布线301a或布线301b)可以包括钨(W)。
另外，本实施例也适用于上述第四实施例。在一个示例中，在设置布线301a而不设置布线301b的配置中，布线301a可以布置在第二基板20中的开口中。另外，在一个示例中，在设置布线301b而不设置布线301a的配置中，布线301b可以布置在形成在第二基板20中的开口中。
而且，本实施例也适用于上述第五实施例。在一个示例中，在设置布线301a而不设置布线301b的配置中，布线301a可以布置在放大晶体管AMP的栅极311和布线D1之间。另外，在一个示例中，在设置布线301b而不设置布线301a的配置中，布线301b可以布置在参考电位线和布线D1之间。
简言之，本实施例适用于上述第二实施例至第五实施例中的各者。
<8.第七实施例>
(电子装置的配置示例)
在一个示例中，上述各实施例所述的摄像元件适用于包括诸如数码相机、数码摄像机和安装有相机的移动电话等各种移动终端装置或打印机的电子装置。图38是示出了相机1000的配置示例的图，相机1000是采用了本公开的摄像元件的电子装置的示例。相机1000是能够拍摄静止图像或动态图像的摄像机的示例。
如图38所示，相机1000至少包括透镜组1011、摄像元件1012和DSP电路1013。
透镜组1011获取来自物体的入射光(图像光)并将其导引到摄像元件1012。在该示例中，透镜组1011对应于用于将入射光导引到摄像元件的“光学系统”的示例。
摄像元件1012将入射光转换成电信号并且将其作为像素信号提供给DSP电路1013。在像素单元中进行转换。作为摄像元件1012，可以采用上述各实施例的任一摄像元件。
DSP电路1013对摄像元件1012提供的像素信号执行预定图像处理。DSP电路1013输出在像素单元中经过处理的一组像素信号(针对一帧的一组像素信号)作为视频信号。在该示例中，DSP电路1013对应于处理摄像元件输出的信号的“处理单元”的示例。
DSP电路1013输出的视频信号临时存储在帧存储器等中，然后被记录在诸如数字多用盘(DVD)或闪存等记录介质中。或者，在诸如液晶面板或有机电致发光(EL)面板等显示装置上显示视频信号。
<9.变形例>
现在说明摄像元件1的变形例。
[变形例A]
在上述各实施例中，共用构成单元中像素的个数为四个，但是共用构成单元中像素的个数不限于以上示例，可以可选择地改变共用构成单元中像素的个数。在一个示例中，如图39和图40所示，共用构成单元中像素的个数可以为两个。换言之，第二基板20可以针对两个传感器像素12中的各者具有一个读出电路22。图39示出了图2所示的传感器像素12和读出电路22的变形例。图40示出了图3所示的传感器像素12和读出电路22的变形例。
另外，在一个示例中，如图41和图42所示，共用构成单元中像素的个数可以为一个。换言之，第二基板20可以针对两个传感器像素12中的各者具有一个读出电路22。图41示出了图2所示的传感器像素12和读出电路22的变形例。图42示出了图3所示的传感器像素12和读出电路22的变形例。
[变形例B]
图43示出了摄像元件1在垂直方向上的截面配置的变形例。在本变形例中，在面对第一基板10的周边区域14的区域中进行第二基板20和第三基板30之间的电连接。周边区域14对应于第一基板10的框架区域，并且设置在像素区域13的周围边缘。在本变形例中，第二基板20在面对周边区域14的区域中具有多个焊盘电极58，第三基板30在面对周边区域14的区域中具有多个焊盘电极64。通过连接设于面对周边区域14的区域中的焊盘电极58和64来将第二基板20和第三基板30彼此电连接。
如上所述，在本变形例中，通过连接设于面对周边区域14的区域中的焊盘电极58和64来将第二基板20和第三基板30彼此电连接。相比于焊盘电极58和64在面对像素区域13的区域中彼此连接的情况，这使得能够降低阻碍每像素面积小型化的可能性。因此，能够提供具有三层结构的摄像元件1，该结构在与相关技术具有相同芯片尺寸的同时不阻碍每像素面积的小型化。
[变形例C]
图44和图45是示出在摄像元件1的水平方向上的截面配置的变形例的图。图44和图45的上图示出了图7的截面Sec1的截面配置的变形例，图23的下图示出了图7的截面Sec2的截面配置的变形例。而且，在图44和图45的上截面图中，示出了图7的半导体基板11的前表面配置的变形例的图叠加在示出了图7的截面Sec1的截面配置的变形例的图上，但是省略了绝缘层240。另外，在图44和图45的下截面图中，示出了半导体基板303的前表面配置的变形例的图叠加在示出了图7的截面Sec2的截面配置的变形例的图上。
如图44和图45所示，多个接触部Ct、多个贯通布线47和多个贯通布线48(图中以矩阵形式设置的多个点)沿第一方向V1(图44和图45中的水平方向)在第一基板10的平面中以条状并排布置。而且，图44和图45示出了这样的情况，多个接触部Ct、多个贯通布线47和多个贯通布线48沿第一方向V1以两行并排布置。在一个示例中，在共用读出电路22的四个传感器像素12中，四个浮动扩散部区域FD隔着像素隔离部203彼此靠近地布置。在共用读出电路22的四个传感器像素12中，四个传输栅极TG(TG1、TG2、TG3和TG4)布置为围绕四个浮动扩散部区域FD。在一个示例中，四个传输栅极TG形成环形。
绝缘层53包括在第一方向V1上延伸的多个块。半导体基板303在第一方向V1上延伸，并且包括隔着绝缘层53在垂直于第一方向V1的第二方向V2上并排布置的多个岛状的块303A。在一个示例中，各块303A设有复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL。四个传感器像素12共用的一个读出电路22不正对着四个传感器像素12布置，在一个示例中，偏离第二方向V2布置。
在图44中，在第二基板20中，四个传感器像素12共用的一个读出电路22在偏离在第二方向V2上面对四个传感器像素12的区域的区域中包括复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL。在一个示例中，四个传感器像素12共用的一个读出电路22在一个块303A中包括放大晶体管AMP、复位晶体管RST和选择晶体管SEL。
在图45中，在第二基板20中，四个传感器像素12共用的一个读出电路22在偏离在第二方向V2上面对四个传感器像素12的区域的区域中包括复位晶体管RST、放大晶体管AMP、选择晶体管SEL和FD传输晶体管FDG。在一个示例中，四个传感器像素12共用的一个读出电路22在一个块303A中包括放大晶体管AMP、复位晶体管RST、选择晶体管SEL和FD传输晶体管FDG。
在本变形例中，四个传感器像素12共用的一个读出电路22不正对着四个传感器像素12布置，在一个示例中，从正对着四个传感器像素12的位置偏离第二方向V2布置。在这种情况下，能够缩短布线25，或者能够省略布线25并且在共同的杂质区域中配置放大晶体管AMP的源极和选择晶体管SEL的漏极。因此，能够减小读出电路22的尺寸或者增大读出电路22的其它部分的尺寸。
[变形例D]
图46示出了摄像元件1在水平方向的截面配置的变形例。图46示出了图12的截面配置的变形例。
在本变形例中，半导体基板303包括隔着绝缘层53在第一方向V1和第二方向V2并排布置的多个岛状的块303A。在一个示例中，各块303A设有一组复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL。在这种情况下，使用绝缘层53使得能够降低或消除彼此相邻的读出电路22之间的串扰。也能够降低或消除再现图像的分辨率劣化和由于混色的图像质量劣化。
[变形例E]
图47示出了摄像元件1在水平方向的截面配置的变形例。图47示出了图46的截面配置的变形例。
在本变形例中，四个传感器像素12共用的一个读出电路22不正对着四个传感器像素12布置，在一个示例中，偏离第一方向V1布置。而且，在本变形例中，类似于变形例D，半导体基板303包括隔着绝缘层53在第一方向V1和第二方向V2上并排布置的多个岛状的块303A。在一个示例中，各块303A设有一组复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL。另外，在本变形例中，多个贯通布线47和多个接触部Ct沿第二方向V2布置。具体地，多个贯通布线47布置在共用一个读出电路22的四个接触部Ct和共用在该读出电路22的第二方向V2上相邻的另一个读出电路22的四个贯通布线接触部Ct之间。在这种情况下，使用绝缘层53和贯通布线47使得能够降低或消除彼此相邻的读出电路22之间的串扰。也能够降低或消除再现图像的分辨率劣化和由于混色的图像质量劣化。
[变形例F]
图48示出了摄像元件1在水平方向的截面配置的示例。图48示出了图12的截面配置的变形例。
在本变形例中，第一基板10具有针对各传感器像素12的光电二极管PD和传输晶体管TR，浮动扩散部FD对于四个传感器像素12中的各者共用。因此，在本变形例中，针对四个传感器像素12中的各者设置一个接触部Ct。
在以矩阵形式布置的多个传感器像素12中，方便起见，对应于区域(该区域是通过将对应于共用一个浮动扩散部FD的四个传感器像素12的单位区域向第一方向V1偏移一个传感器像素12所得到的)的四个传感器像素12称为四个传感器像素12A。在此情况下，在本变形例中，第一基板10针对四个传感器像素12A中的各者共用贯通布线47。因此，在本变形例中，针对四个传感器像素12A中的各者设置一个贯通布线47。
在本变形例中，第一基板10具有针对各传感器像素12将光电二极管PD和传输晶体管TR隔离的像素隔离部203。当从半导体基板11的法向所视时像素隔离部203不完全围绕传感器像素12，并且在浮动扩散部FD(贯通布线54)附近以及在贯通布线47附近具有间隙(未形成的区域)。并且，该间隙使得四个传感器像素12能够共用一个贯通布线54并且使得四个传感器像素12A共用一个贯通布线47。在本变形例中，第二基板20针对共用浮动扩散部FD的四个传感器像素12中的各者具有读出电路22。
图49示出了在根据本变形例的摄像元件1的水平方向上的截面配置的示例。图49示出了图46的截面配置的变形例。在本变形例中，第一基板10针对各传感器像素12具有光电二极管PD和传输晶体管TR，浮动扩散部FD对于四个传感器像素12中的各者共用。而且，第一基板10具有针对各传感器像素12将光电二极管PD和传输晶体管TR隔离的像素隔离部203。
图50示出了根据本变形例的摄像元件1在水平方向上的截面配置的示例。图50示出了图47的截面配置的变形例。在本变形例中，第一基板10针对各传感器像素12具有光电二极管PD和传输晶体管TR，浮动扩散部FD对于四个传感器像素12中的各者共用。而且，第一基板10具有针对各传感器像素12将光电二极管PD和传输晶体管TR隔离的像素隔离部203。
[变形例G]
图51示出了根据变形例的摄像元件1的电路配置的示例。根据本变形例的摄像元件1为安装有列并行ADC的CMOS摄像元件。
如图51所示，根据本变形例的摄像元件1具有像素区域13，包括光电变换器的多个传感器像素12以矩阵形式二维布置在像素区域13中。摄像元件1还具有垂直驱动电路33、列信号处理电路34、参考电压提供单元38、水平驱动电路35、水平输出线37和系统控制电路36。
在该系统配置中，系统控制电路36基于主时钟MCK生成时钟信号、控制信号等作为垂直驱动电路33、列信号处理电路34、参考电压提供单元38、水平驱动电路35等的操作的参考。系统控制电路36将生成的信号提供给垂直驱动电路33、列信号处理电路34、参考电压提供单元38、水平驱动电路35等。
另外，垂直驱动电路33连同像素区域13中的各传感器像素12一起形成于第一基板10上，并且垂直驱动电路33还形成在其上形成有读出电路22的第二基板20上。列信号处理电路34、参考电压提供单元38、水平驱动电路35、水平输出线37和系统控制电路36形成于第三基板30上。
尽管图中未示出，但是，在一个示例中，传感器像素12可以具有这样的配置：除了光电二极管PD之外，包括将在光电二极管PD中通过光电转换得到的电荷传输到浮动扩散部FD的传输晶体管TR。另外，尽管图中未示出，但是读出电路22可以具有三个晶体管的配置。在一个示例中，三个晶体管的配置包括：控制浮动扩散部FD的电位的复位晶体管RST，输出对应于浮动扩散部FD的电位的信号的放大晶体管AMP，和进行像素选择的选择晶体管SEL。
在像素区域13中，传感器像素12二维布置，像素驱动线23针对m行和n列的像素排列的各行布线，垂直信号线24针对各列布线。多个像素驱动线23中各者的各端连接到与垂直驱动电路33的各行对应的各输出端。垂直驱动电路33配置为移位寄存器等，并且经多个像素驱动线23控制像素区域13的行寻址和行扫描。
在一个示例中，列信号处理电路34具有针对像素区域13中的各像素行(即针对各垂直信号线24)设置的模数转换电路(ADC)34-1至34-m。列信号处理电路34将从像素区域13中各传感器像素12的各列输出的模拟信号转换成数字信号并输出。
在一个示例中，参考电压提供单元38具有数模转换电路(DAC)38A作为产生所谓的斜坡波形(其电平随时间以斜坡的方式变化)的参考电压Vref的元件。而且，用于产生斜坡波形的参考电压Vref的元件不限于DAC 38A。
DAC 38A在系统控制电路36给出的控制信号CS1的控制下基于系统控制电路36给出的时钟CK产生斜坡波形的参考电压Vref并且提供给列信号处理电路34的ADC 34-1至34-m。
而且，ADC 34-1至34-m中的各者的配置为，能够选择性地执行对应于各操作模式(包括普通帧率模式和高速帧率模式)的AD转换操作。普通帧率模式是从所有的传感器像素12读出信息的逐行扫描模式。高速帧率模式是这样的模式：传感器像素12的曝光时间设为1/N，帧率增加N倍，例如，为普通帧率模式的两倍。该操作模式切换的执行是通过系统控制电路36给出的控制信号CS2和CS3来控制的。另外，从外部系统控制器(未图示)向系统控制电路36给出用于在普通帧率模式和高速帧率模式之间切换操作模式的指令信息。
ADC 34-1至34-m具有相同的配置，在该示例中，作为一个示例说明ADC 34-m。ADC34-m具有比较器34A、诸如上/下计数器(图中表示为U/D CNT)34B等计数装置、传输开关34C和存储器件34D。
比较器34A将与像素区域13的第n行的各传感器像素12输出的信号对应的垂直信号线24的信号电压Vx与参考电压提供单元38提供的斜坡波形的参考电压Vref进行比较。在一个示例中，如果参考电压Vref大于信号电压Vx，则比较器的输出Vco为“H”电平，如果参考电压Vref等于或小于信号电压Vx，则输出Vco为“L”电平。
上/下计数器34B为异步计数器。在系统控制电路36给出的控制信号CS2的控制下将来自系统控制电路36的时钟CK同时给予上/下计数器34B和DAC 38A。上/下计数器34B通过与时钟CK同步地执行向下计数或向上计数来测量比较器34A中从比较操作的开始到比较操作的结束的比较时段。
具体地，在普通帧率模式中，在来自一个传感器像素12的信号的读出操作中，通过在第一读出操作时执行向下计数来测量第一读出操作时的比较时间。通过在第二读出操作时执行向上计数来测量第二读出操作时的比较。
另一方面，在高速帧率模式中，通过原样地保持针对一行的传感器像素12的计数结果并且在第一读出操作时从针对下一行的传感器像素12的先前的计数结果执行向下计数，来测量第一读出操作时的比较时间。通过在第二读出操作时执行向上计数来测量第二读出操作时的比较时间。
在普通帧率模式中，在系统控制电路36给出的控制信号CS3的控制下，在针对一行的传感器像素12的上/下计数器34B的计数操作完成时，传输开关34C导通(闭合)。传输开关34C将上/下计数器34B的计数结果传输到存储器件34D。
另一方面，在一个示例中，在N＝2的高速帧率下，在针对一行的传感器像素12的上/下计数器34B的计数操作完成时，传输开关34C断开(打开)，在针对下一行的传感器像素12的上/下计数器34B的计数操作完成时，传输开关34C导通。将针对上/下计数器34B的两个垂直像素的计数结果传输到存储器件34D。
这样，像素区域13中的各传感器像素12经针对各列的垂直信号线24提供的模拟信号通过ADC 34-1至34-m中的比较器34A和上/下计数器34B的各操作被转换成N位的数字信号，并且存储在存储器件34D。
水平驱动电路35包括移位寄存器等，并且控制列信号处理电路34中的ADC 34-1至34-m的列寻址和列扫描。在水平驱动电路35的控制下，通过ADC 34-1至34-m中的各者进行AD转换的N位数字信号被依次读出到水平输出线37，并且经水平输出线37作为图像拍摄数据输出。
而且，尽管因为与本公开不直接相关而未具体示出，但是除了上述的构成元件之外，可以设置对经水平输出线37输出的图像拍摄数据进行各种信号处理的电路等。
在根据具有上述配置的本变形例的安装有列并行ADC的摄像元件1中，能够选择性地将上/下计数器34B的计数结果经传输开关34C传输到存储器件34D。因此，能够分别控制上/下计数器34B的计数操作上/下计数器34B的计数结果到水平输出线37的读出操作。
[变形例H]
图52示出了通过将三个基板(第一基板10、第二基板20和第三基板30)彼此层叠而构成图51的摄像元件1的示例。在本变形例中，在第一基板10上，包括多个传感器像素12的像素区域13形成在第一基板10的中心部中，垂直驱动电路33形成在像素区域13周围。另外，在第二基板20上，包括多个读出电路22的读出电路区域15形成在第二基板20的中心部中，垂直驱动电路33形成在读出电路区域15周围。在第三基板30上，形成有列信号处理电路34、水平驱动电路35、系统控制电路36、水平输出线37和参考电压提供单元38。因此，类似于上述实施例及其变形例，基板彼此电连接的结构可以防止芯片的尺寸增大和阻碍每像素面积的小型化。因此，能够提供具有三层结构的摄像元件1，其能够在与相关技术具有相同芯片尺寸的同时不阻碍每像素面积的小型化。而且，垂直驱动电路33可以只形成在第一基板10上或者只形成在第二基板20上。
[变形例I]
图53示出了根据本变形例的摄像元件1的截面配置的变形例。在第一实施例及其变形例中，摄像元件1是通过彼此层叠三个基板(第一基板10、第二基板20和第三基板30)而构成的。然而，在第一实施例及其变形例中，摄像元件1可以通过彼此层叠两个基板(第一基板10和第二基板20)而构成。在此情况下，在一个示例中，如图53所示，逻辑电路32分别形成在第一基板10和第二基板20中。在该示例中，逻辑电路32的一个电路32A设于第一基板10侧。电路32A设有具有栅极结构的晶体管，在该结构中，具有能够经受高温处理的材料的高介电常数膜(例如，高k)和金属栅极彼此层叠。另一方面，另一电路32B设于第二基板20侧，并且其上形成有低电阻区域26。低电阻区域26包括利用诸如CoSi2或NiSi等自对准硅化物(自对准硅化物，salicide)进行处理而在与源极和漏极接触的杂质扩散区域的表面上制得的硅化物。包括硅化物的低电阻区域形成为半导体基板和金属的材料的化合物。因此，在形成传感器像素12时可以采用诸如热氧化等高温处理。另外，在设于逻辑电路32的第二基板20侧的电路32B设有低电阻区域26(包括在与源极和漏极接触的杂质扩散区域的表面上的硅化物)的情况下，能够降低接触电阻。因此，能够提高逻辑电路32的计算速度。
图54示出了根据上述第一实施例及其变形例的摄像元件1的截面配置的变形例。在根据上述第一实施例及其变形例的第三基板30的逻辑电路32上可以形成有低电阻区域37。低电阻区域37包括利用诸如CoSi2或NiSi等自对准硅化物(自对准硅化物，salicide)进行处理而在与源极和漏极接触的杂质扩散区域的表面上制得的硅化物。因此，在形成传感器像素12时可以采用诸如热氧化等高温处理。另外，在逻辑电路32设有低电阻区域37(包括在与源极和漏极接触的杂质扩散区域的表面上的硅化物)的情况下，能够降低接触电阻。因此，能够提高逻辑电路32的计算速度。
<10.应用例>
图55示出了具有摄像元件1的摄像系统2的示意配置的示例。
在一个示例中，摄像系统2是包括诸如数码相机或摄像机等摄像装置以及诸如智能手机或平板电脑终端等移动终端装置的电子装置。摄像系统2例如包括摄像元件1、DSP电路141、帧存储器142、显示单元143、存储单元144、操作单元145和电源单元146。在摄像系统2中，摄像元件1、DSP电路141、帧存储器142、显示单元143、存储单元144、操作单元145和电源单元146经总线147彼此连接。
摄像元件1输出与入射光对应的图像数据。DSP电路141是处理从摄像元件1输出的信号(图像)的信号处理电路。帧存储器142以帧为单位临时保持由DSP电路141处理的图像数据。显示单元143是诸如液晶显示面板或有机电致发光(EL)面板等平板型显示装置并且显示由摄像元件1拍摄的动态图像或静止图像。存储单元144将由摄像元件1拍摄的动态图像或静止图像的图像数据记录在诸如半导体存储器或硬盘等记录介质上。操作单元145发出针对响应于用户操作的摄像系统2的各种功能的操作指令。电源单元146针对摄像元件1、DSP电路141、帧存储器142、显示单元143、存储单元144和操作单元145向待供电的目标适当地提供用作操作电源的各种电源。
现在说明摄像系统2的摄像步骤。
图56示出了摄像系统2中摄像操作的流程图的示例。用户通过操作操作单元145指令开始摄像(步骤S101)。然后，操作单元145将摄像命令发送到摄像元件1(步骤S102)。一接收到摄像命令，摄像元件1(具体地，系统控制电路36)根据预定的摄像模式执行摄像(步骤S103)。
摄像元件1将通过摄像获得的图像数据输出到DSP电路141。在该说明中，图像数据是针对基于临时保持在浮动扩散部FD中的电荷生成的像素信号的所有像素的数据。DSP电路141基于从摄像元件1输入的图像数据执行预定信号处理(例如，降噪处理)(步骤S104)。DSP电路141使得帧存储器142保持经过预定信号处理的图像数据，帧存储器142将图像数据存储在存储单元144中(步骤S105)。这样，在摄像系统2中执行摄像。
在本应用例中，摄像元件1应用于摄像系统2。因此，能够减小摄像元件1的尺寸或者实现高分辨率的摄像元件，由此提供小尺寸或高分辨率的摄像系统2。
<11.使用例>
[使用例1]
根据本公开的实施例的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开的实施例的技术可以实现为安装到以下任何一种移动体的装置，例如，汽车、电动汽车、混合动力电动汽车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船或机器人等。
图57是示出车辆控制系统的示意结构的示例的框图，该车辆控制系统作为采用了根据本公开的技术的移动体控制系统的示例。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图57所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、主体系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和总体控制单元12050。另外，示出了微型计算机12051、声音/图像输出单元12052和车载网络接口(I/F)12053作为总体控制单元12050的功能性配置。
驱动系统控制单元12010根据各种程序控制有关车辆的驱动系统的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作以下装置的控制装置，用于产生车辆的驱动力的驱动力生成装置(诸如内燃机、驱动电机等)、用于将驱动力传输给车轮的驱动力传输机构、用于调节车辆的转向角度的转向机构、用于产生车辆的制动力的制动装置等。
主体系统控制单元12020根据各种程序控制设于车辆主体上的各种装置的操作。例如，主体系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置或者诸如前照灯、备用灯、制动灯、转向信号灯、雾灯等各种灯的控制装置。在此情况下，代替钥匙的从移动装置发送的无线电波或者各种开关的信号可以被输入到主体系统控制单元12020。主体系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、灯等。
车外信息检测单元12030检测有关具有车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与摄像单元12031相连。车外信息检测单元12030使摄像单元12031拍摄车辆外部的图像，并且接收所拍摄的图像。基于所接收到的图像，车外信息检测单元12030可以进行检测路面上的诸如人、车辆、障碍物、标记、符号等目标的处理，或者进行检测到此的距离的处理。
摄像单元12031是接收光的光学传感器，并且输出与接收光的光量对应的电信号。摄像单元12031能够输出电信号作为图像，或者输出电信号作为有关测量距离的信息。另外，由摄像单元12031接收到的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等不可见光。
车内信息检测单元12040检测有关车辆内部的信息。例如，车内信息检测单元12040与检测驾驶员状态的驾驶员状态检测部12041相连接。驾驶员状态检测部12041例如包括拍摄驾驶员的相机。基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的专心程度，或者可以判断驾驶员是否打瞌睡。
基于通过车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的有关车辆的内部或外部的信息，微型计算机12051能够计算驱动力生成装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且将控制命令输出到驱动系统控制单元12010。例如，微型计算机12051能够进行协同控制以实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能，该功能包括车辆防止碰撞或减震、基于车间距的跟随驾驶、车速保持驾驶、车辆碰撞警告、车辆偏离车道的警告等。
另外，基于通过车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的有关车辆的外部或内部的信息，微型计算机12051能够通过控制驱动力生成装置、转向机构、制动装置等，执行协同控制以进行使车辆自主行驶而无需依靠驾驶员的操作的自动驾驶等。
另外，基于通过车外信息检测单元12030获得的有关车辆外部的信息，微型计算机12051能够将控制命令输出到主体系统控制单元12020。例如，微型计算机12051能够根据车外信息检测单元12030检测到的前面车辆或迎面来车的位置例如来控制前照灯，以将远光切换为近光，从而执行协同控制以实现抗眩光。
声音/图像输出单元12052将声音或图像中至少一者的输出信号发送到能够在视觉或听觉上向车辆的乘客或车辆外部指示信息的输出装置。在图57的示例中，示出了音频扬声器12061、显示单元12062和仪表板12063作为输出装置。例如，显示单元12062可包括车载显示器和/或平视显示器(head-up display)中的至少一者。
图58是示出摄像单元12031的安装位置的示例的图。
在图58中，车辆12100包括作为摄像单元12031的摄像单元12101、12102、12103、12104和12105。
例如，摄像单元12101、12102、12103、12104和12105位于车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠、后门、车辆内部的挡风玻璃的上部等。设于前鼻的摄像单元12101和设在车辆内部的挡风玻璃的上部的摄像单元12105主要获取车辆12100的前方的图像。设于侧视镜的摄像单元12102和12103主要获取车辆12100的侧面区域的图像。设于后保险杠或后门的摄像单元12104主要获取车辆12100的后方的图像。摄像单元12101和12105获取的车辆前方图像主要用于检测前方行驶的车辆、行人、障碍物、交通信号、交通标志、车道等。
另外，图58示出了摄像单元12101到12104的摄像范围的示例。摄像范围12111表示设于前鼻的摄像单元12101的摄像范围。摄像范围12112和12113分别表示设于侧视镜的摄像单元12102和12103的摄像范围。摄像范围12114表示设于后保险杠或后门的摄像单元12104的摄像范围。例如，通过叠加由摄像单元12101到12104拍摄的图像数据可获得从上方所视的车辆12100的鸟瞰图。
摄像单元12101到12104中的至少一者可具有获取距离信息的功能。例如，摄像单元12101到12104中的至少一者可以是由多个摄像元件构成的立体照相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的摄像元件。
例如，根据从摄像单元12101到12104获得的距离信息，微型计算机12051能够确定到摄像范围12111至12114内各三维目标的距离以及距离的时间变化(相对车辆12100的相对速度)，由此提取最近的三维目标(特别是在车辆12100的行驶路径上并且以预定速度(例如，0km/h以上)在与车辆12100基本相同的方向上行驶)作为前方行驶的车辆。而且，微型计算机12051能够预先设定要保持的与车辆12100前行车辆的车间距，并且能够进行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随启动控制)等。这样，能够执行协同控制以进行使车辆自主行驶而无需依靠驾驶员的操作的自动驾驶等。
例如，基于从摄像单元12101到12104获得的距离信息，微型计算机12051能够将有关三维目标的三维目标数据分为两轮车辆、标准型车辆、大型车辆、行人、诸如公用电线杆等其它三维目标的三维目标数据，提取分类的三维目标数据，并使用提取的三维目标数据自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员能够视觉识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051判断表明与各障碍物相碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且有可能碰撞的情况下，微型计算机12051通过音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警告，并且经驱动系统控制单元12010进行强制减速或转向避让。微型计算机12051由此能够辅助驾驶而避免碰撞。
摄像单元12101到12104中的至少一者可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051能够通过判断在摄像单元12101到12104的拍摄图像中是否有行人来识别行人。例如，通过从作为红外相机的摄像单元12101到12104的拍摄图像中提取特征点的步骤，以及通过对表示目标的轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理来判断是否是行人的步骤，来实现这种行人的识别。当微型计算机12051判断出在摄像单元12101到12104的拍摄图像中有行人，并因此识别出行人，声音/图像输出单元12052控制显示单元12062，使得用于强调的矩形轮廓线显示为叠加在识别出的行人上。另外，声音/图像输出单元12052也可以控制显示单元12062，使得在期望的位置处显示表示行人的图标等。
上文说明了能够采用根据本公开的技术的示例移动控制系统。根据本公开的技术能够应用于上述构造中的摄像单元12031。具体地，根据上述实施例及其变形例的摄像元件1可以应用于摄像单元12031。应用于摄像单元12031的根据本公开的技术使得能够获得噪声小的拍摄的高分辨率图像。因此，能够利用在移动体控制系统中拍摄的图像执行高精度控制。
[使用例2]
图59是示出可以应用根据本公开的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意配置的示例的图。
在图59中，示出了手术人员(医生)11131使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132进行手术的状态。如图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、诸如气腹管(pneumoperitoneum tube)11111和能量装置11112等其他手术用具11110、支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120、和安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。
内窥镜11100包括镜筒11101和摄像头11102，从镜筒11101的末端起的预定长度的区域被插入患者11132的体腔中，摄像头11102连接到镜筒11101的近端。在所示的示例中，示出内窥镜11100作为具有刚性的镜筒11101的刚性内窥镜。然而，内窥镜11100还可以作为具有柔性镜筒的柔性内窥镜。
在镜筒11101的末端处设有开口，物镜嵌入在开口中。光源装置11203连接到内窥镜11100，使得由光源装置11203产生的光通过在镜筒11101内延伸的光导被引导到镜筒的末端，并且该光通过物镜照向患者11132体腔中的观察对象。应当指出，内窥镜11100可以是前视内窥镜(forward-viewing endoscope)或者可以是斜视内窥镜(oblique-viewingendoscope)或侧视内窥镜(side-viewing endoscope)。
在摄像头11102的内部设置有光学系统和摄像器件，使得来自观察对象的反射光(观察光)被光学系统聚集在摄像元件上。观察光经过摄像元件进行光电转换，产生对应于观察光的电信号，即对应于观察图像的图像信号。该图像信号作为RAW数据被发送到相机控制单元(CCU)11201。
CCU 11201包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等，并且整体地控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。此外，CCU 11201接收来自摄像头11102的图像信号，并且例如对图像信号进行诸如显像处理(去马赛克处理)等各种图像处理以基于图像信号显示图像。
在CCU 11201的控制下，显示装置11202显示基于图像信号(已经由CCU 11201进行了图像处理)的图像。
例如，光源装置11203包括诸如发光二极管(LED)等光源，并且在拍摄手术部位等时将照射光提供给内窥镜11100。
输入装置11204是内窥镜手术系统11000的输入接口。用户可以通过输入装置11204向内窥镜手术系统11000输入各种信息或指令。例如，用户可以输入指令等以改变内窥镜11100的摄像条件(照射光的类型、倍率、焦距等)。
治疗工具控制装置11205控制用于组织烧灼或切割、血管封合等的能量装置11112的驱动。气腹装置11206通过气腹管11111将气体供给到患者11132的体腔中以使体腔膨胀，以便确保内窥镜11100的视野和手术人员的操作空间。记录仪11207是能够记录与手术有关的各种信息的装置。打印机11208是能够打印诸如文本、图像或图表等各种格式的与手术有关的各种信息的装置。
应当指出，在拍摄手术部位时向内窥镜11100提供照射光的光源装置11203可以包括白光源，例如包括LED、激光光源或LED和激光光源的组合。在白光源包括红、绿和蓝(RGB)激光光源的组合的情况下，由于能够高精度地控制各颜色(各波长)的输出强度和输出时序，因此能够调整通过光源装置11203拍摄的图像的白平衡。另外，在这种情况下，如果来自各RGB激光光源的激光以时分方式照射到观察对象上，并且可以与发光时序同步地控制摄像头11102的摄像元件的驱动，则也能够以时分的方式获取对应于R、G和B各颜色的图像。根据上述方法，即使在摄像元件中没有设置滤色器的情况下也能够获得彩色图像。
另外，可以控制光源装置11203，使得要输出的光强度在各预定时间改变。与光强度变化的时序同步地控制摄像头11102的摄像元件的驱动，以时分的方式获取图像，并且合成图像，能够产生高动态范围的图像，而没有曝光不足的阴影和过度曝光的亮点。
另外，光源装置11203也可以配置成提供适于特殊光观察的预定波长带的光。在特殊光观察中，例如，利用人体组织中的光吸收的波长依赖性，通过发出相比于普通观察时的照射光(即白光)窄带的光，以高对比度执行窄带光观察(窄带摄像)以拍摄诸如黏膜表层的血管等预定组织。可替代地，在特殊光观察中，也可以执行通过发射激发光而产生的荧光来获得图像的荧光观察。在荧光观察中，通过向人体组织发出激发光，能够观察来自人体组织的荧光(自发荧光观察)，或者，例如，将诸如吲哚菁绿(ICG，indocyanine green)等试剂局部注射到人体组织中，并且向人体组织发出与试剂的荧光波长对应的激发光，能够获得荧光图像。光源装置11203可以配置成提供适用于如上所述特殊光观察的窄带光和/或激发光。
图60是示出图59所示的摄像头11102和CCU 11201的功能构造的示例的框图。
摄像头11102包括透镜单元11401、摄像单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和摄像头控制部11405。CCU 11201包括通信单元11411、图像处理单元11412和控制部11413。摄像头11102和CCU 11201通过传输线缆11400彼此可通信地连接。
透镜单元11401是设置在与镜筒11101连接位置处的光学系统。从镜筒11101的末端所获取的观察光被引导到摄像头11102，并进入透镜单元11401中。透镜单元11401包括多个透镜的组合(包括变焦透镜和聚焦透镜)。
摄像单元11402包括摄像元件。摄像单元11402包括的摄像元件的个数可以是一个(所谓的单板型)或者多个(所谓的多板型)。例如，在摄像单元11402配置为多板型的情况下，摄像元件产生与R、G和B各颜色对应的图像信号，可以合成图像信号以获得彩色图像。摄像单元11402也可以配置成，具有用于获取适于三维(3D)显示的右眼和左眼的各图像信号的一对摄像元件。如果进行3D显示，则手术人员11131能够更精确地掌握手术部位的身体组织的深度。应当指出，在摄像单元11402配置为多板型的情况下，对应于各摄像元件设置多个系统的透镜单元11401。
另外，摄像单元11402并非必须设置在摄像头11102上。例如，摄像单元11402可以设置在镜筒11101内紧跟在物镜的后方。
驱动单元11403包括致动器，并且在摄像头控制部11405的控制下将透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定距离。因此，能够适当地调整摄像单元11402拍摄的图像的倍率和焦点。
通信单元11404包括用于向CCU 11201发送各种信息和从CCU11201接收各种信息的通信装置。通信单元11404将从摄像单元11402作为RAW数据获得的图像信号通过传输线缆11400发送到CCU 11201。
另外，通信单元11404从CCU 11201接收用于控制摄像头11102的驱动的控制信号，并将控制信号提供给摄像头控制部11405。例如，控制信号包括与摄像条件相关的信息，例如，指定所拍摄图像的帧率的信息、指定摄像时的曝光值的信息、和/或指定所拍摄图像的倍率和焦点的信息等。
应当指出，诸如帧率、曝光值、倍率或焦点等摄像条件可以由用户适当地指定，或者可以由CCU 11201的控制部11413基于所获取的图像信号来自动地设置。在后一种情况下，自动曝光(AE，auto exposure)功能、自动聚焦(AF，auto focus)功能和自动白平衡(AWB，auto white balance)功能合并在内窥镜11100中。
摄像头控制部11405基于通过通信单元11404接收的来自CCU11201的控制信号来控制摄像头11102的驱动。
通信单元11411包括用于向摄像头11102发送各种信息和从摄像头11102接收各种信息的通信装置。通信单元11411接收通过传输线缆11400从摄像头11102发送来的图像信号。
另外，通信单元11411将用于控制摄像头11102的驱动的控制信号发送到摄像头11102。该图像信号和控制信号能够通过电通信、光通信等进行传输。
图像处理单元11412对从摄像头11102发送来的RAW数据形式的图像信号执行各种图像处理。
控制部11413执行与内窥镜11100对手术部位等的图像拍摄有关的各种控制，以及与通过对手术部位等的图像拍摄而获得的拍摄图像的显示有关的各种控制。例如，控制部11413产生用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。
另外，基于经过图像处理单元11412进行图像处理的图像信号，控制部11413控制显示装置11202显示拍摄有手术部位等的拍摄图像。这样，控制部11413可以利用各种图像识别技术来识别所拍摄的图像中的各种物体。例如，控制部11413能够通过检测所拍摄图像中包括的物体的边缘的形状、颜色等，来识别诸如镊子等手术用具、特定身体部位、出血、在使用能量装置11112时的薄雾等。当控制部11413控制显示装置11202显示所拍摄的图像时，控制部11413可以利用识别结果使得各种手术辅助信息以叠加到手术部位的图像的方式显示。在手术辅助信息叠加显示并且呈现给手术人员11131的情况下，能够减少手术人员11131的负担，并且手术人员11131能够确定无疑地进行手术。
将摄像头11102和CCU 11201彼此连接的传输线缆11400是适用于电信号通信的电信号线缆、适用于光通信的光纤、或者适用于电通信和光通信二者的复合线缆。
这里，在所示的示例中，尽管使用传输线缆11400以有线方式执行通信，然而也可以以无线方式执行摄像头11102与CCU 11201之间的通信。
上文已经说明了可采用根据本公开的技术的内窥镜手术系统的示例。根据本公开的技术适用于上述构造中的内窥镜11100的摄像头11102的摄像单元11402。将根据本公开的技术应用于摄像单元11402使得能够减小摄像单元11402的尺寸或者实现高分辨率的摄像单元。因此，能够提供小尺寸的或高分辨率的内窥镜11100。
尽管上文通过实施例及其变形例、应用例和使用例对本公开进行说明，但是本公开的技术范围不限于原本的上述实施例等，可以在不脱离本公开的实质和范围的情况下对其进行各种改变和变形。另外，在不同的实施例和变形例中所述的构成元件可以任意组合。
而且，本说明书中所述的实施例的效果只是示例性的，不是限制性的，并且可以获得其它效果。
另外，本技术也可以按下述方式配置。
(1)
一种摄像元件，其包括：
第一基板，在所述第一基板上形成有多个光电变换器；
第二基板，其针对将两个以上的所述光电变换器作为构成单元的各组形成有像素晶体管，所述像素晶体管由所述组共用；以及
第二布线，其经一个接触部连接到形成于所述第二基板上的第一布线，并且连接有多个第一元件，所述第一布线通向由形成于所述第一基板上的多个元件中的所述多个第一元件共用的第二元件，所述多个第一元件中的各者针对各所述光电变换器形成。
(2)
根据(1)的摄像元件，其中，
所述第二布线针对各组的两个以上的所述光电变换器连接到与所述组中包括的两个以上的所述光电变换器一一对应的多个所述第一元件，并且所述第二布线经一个接触部连接到通向多个所述第一元件共用的所述第二元件的所述第一布线。
(3)
根据(1)或(2)的摄像元件，
其中，所述第二布线布置为比所述第二基板离光入射表面侧更近。
(4)
根据(1)至(3)中任一项的摄像元件，其中，
所述第一基板具有传输晶体管，所述传输晶体管形成于所述第一基板上，并且用于针对各光电变换器将从所述光电变换器输出的电信号传输到所述像素晶体管，
所述第二基板具有形成于所述第二基板上的所述像素晶体管，所述像素晶体管至少包括一个放大晶体管，所述放大晶体管配置为针对所述组中的各组或多个组放大并输出所述组中包括的两个以上的所述传输晶体管中的各者传输的电信号，
所述第一元件包括所述传输晶体管的输出端侧，并且
所述第二元件包括所述放大晶体管的栅极。
(5)
根据(4)的摄像元件，
其中，所述传输晶体管的所述输出端侧为临时保持从所述光电变换器输出的所述电信号的浮动扩散部。
(6)
根据(4)或(5)的摄像元件，其中，
所述传输晶体管为N型晶体管，并且
所述第二布线形成为P型多晶硅。
(7)
根据(6)的摄像元件，其中，
所述第一元件包括连接到所述光电变换器的电极，
所述第二元件包括被提供有参考电位的参考电位线，
所述电极形成为P型多晶硅，并且
用于经一个接触部将多个所述电极连接到通向所述参考电位线的所述第一布线的所述第二布线形成为N型多晶硅。
(8)
根据(4)的摄像元件，
所述传输晶体管为P型晶体管，并且
所述第二布线形成为N型多晶硅。
(9)
根据(8)的摄像元件，其中，
所述第一元件包括连接到所述光电变换器的电极，
所述第二元件包括被提供有参考电位的参考电位线，
所述电极形成为N型多晶硅，并且
用于经一个接触部将多个所述电极连接到通向所述参考电位线的所述第一布线的所述第二布线形成为P型多晶硅。
(10)
根据(1)至(4)中任一项的摄像元件，其中，
所述第一元件包括连接到所述光电变换器的电极，并且
所述第二元件包括被提供有参考电位的参考电位线。
(11)
根据(1)至(4)中任一项或(10)的摄像元件，
其中，所述第二布线形成为包括钨。
(12)
根据(1)、(2)或者(4)至(11)中任一项的摄像元件，
其中，所述第二布线布置在形成于所述第二基板的第一半导体区域和所述第二基板的第二半导体区域之间的绝缘区域中。
(13)
根据(1)、(2)或者(4)至(11)中任一项的摄像元件，
其中，所述第二布线布置在所述第二元件和所述第一布线之间。
(14)
一种电子装置，其包括：
摄像元件；
光学系统，其配置成将入射光导引到所述摄像元件；以及
处理单元，其配置成处理从所述摄像元件输出的信号，
其中，所述摄像元件包括，
第一基板，在所述第一基板上形成有多个光电变换器，
第二基板，其针对将两个以上的所述光电变换器作为构成单元的各组形成有像素晶体管，所述像素晶体管由所述组共用，以及
经一个接触部连接到形成于所述第二基板上的第一布线的第二布线，所述第一布线用于通向由形成于所述第一基板上的多个元件中的多个第一元件共用的第二元件，所述多个第一元件中的各者针对各所述光电变换器形成。
(15)
一种摄像元件，其包括：
第一基板，其具有形成于所述第一基板上的第一光电变换器和第二光电变换器；
第一布线，其形成于所述第一基板上并且连接到所述第一光电变换器和所述第二光电变换器；
第二基板，其具有形成于所述第二基板上的像素晶体管，所述像素晶体管连接到所述第一光电变换器和所述第二光电变换器；
第二布线，其形成于所述第二基板上；以及
第三布线，其形成为贯穿所述第一基板和所述第二基板并且连接到所述第一布线和所述第二布线。
(16)
根据(15)的摄像元件，
其中，所述像素晶体管具有放大晶体管、复位晶体管和选择晶体管中的至少一者。
(17)
根据(15)或(16)的摄像元件，
其中，所述第一基板具有连接到所述第一光电变换器的第一传输晶体管和连接到所述第二光电变换器的第二传输晶体管。
(18)
根据(17)的摄像元件，
其中，所述第一布线连接到与所述第一传输晶体管相连的第一浮动扩散区域和与所述第二传输晶体管相连的第二浮动扩散区域。
(19)
根据(18)的摄像元件，还包括：
第三基板，其层叠在所述第二基板上并且具有逻辑电路，所述逻辑电路配置为处理由所述第一光电变换器或所述第二光电变换器产生的信号。
(20)
一种电子装置，其包括：
摄像元件；
光学系统，其配置成将入射光导引到所述摄像元件；以及
处理单元，其配置成处理从所述摄像元件输出的信号，
其中，所述摄像元件包括，
第一基板，其具有形成于所述第一基板上的第一光电变换器和第二光电变换器；
第一布线，其形成于所述第一基板上并且连接到所述第一光电变换器和所述第二光电变换器；
第二基板，其具有形成于所述第二基板上的像素晶体管，所述像素晶体管连接到所述第一光电变换器和所述第二光电变换器；
第二布线，其形成于所述第二基板上；以及
第三布线，其形成为贯穿所述第一基板和所述第二基板并且连接到所述第一布线和所述第二布线。
附图标记列表
1 摄像元件
10 第一基板
20 第二基板
30 第三基板
202 半导体区域
203 像素隔离部
204 半导体区域
221 漏极区域
222 源极区域
223 栅极
301a，301b 布线
311 栅极
312 漏极区域
313 源极区域
321 漏极区域
322 源极区域
323 栅极
AMP 放大晶体管
Ct，Ct2 接触部
D1 布线
PD 光电二极管
RST 复位晶体管
SEL 选择晶体管
TR 传输晶体管

Claims (20)

1.一种摄像元件，其包括：
第一基板，在所述第一基板上形成有多个光电变换器；
第二基板，其针对将两个以上的所述光电变换器作为构成单元的各组形成有像素晶体管，所述像素晶体管由所述组共用；以及
第二布线，其经一个接触部连接到形成于所述第二基板上的第一布线，并且连接有多个第一元件，所述第一布线通向由形成于所述第一基板上的多个元件中的所述多个第一元件共用的第二元件，所述多个第一元件中的各者针对各所述光电变换器形成。
2.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第二布线针对各组的两个以上的所述光电变换器连接到与所述组中包括的两个以上的所述光电变换器一一对应的多个所述第一元件，并且所述第二布线经一个接触部与通向由多个所述第一元件共用的所述第二元件的所述第一布线相连。
3.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第二布线布置为比所述第二基板离光入射表面侧更近。
4.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第一基板上形成有传输晶体管，所述传输晶体管用于针对各光电变换器将从所述光电变换器输出的电信号传输到所述像素晶体管，
所述第二基板上形成有所述像素晶体管，所述像素晶体管至少包括一个放大晶体管，所述放大晶体管配置为针对一个以上的所述组放大并输出从所述组中包括的两个以上的所述传输晶体管中的各者传输的电信号，
所述第一元件包括所述传输晶体管的输出端侧，并且
所述第二元件包括所述放大晶体管的栅极。
5.根据权利要求4所述的摄像元件，其中，
所述传输晶体管的所述输出端侧为临时保持从所述光电变换器输出的所述电信号的浮动扩散部。
6.根据权利要求4所述的摄像元件，其中，
所述传输晶体管为N型晶体管，并且
所述第二布线由P型多晶硅形成。
7.根据权利要求6所述的摄像元件，其中，
所述第一元件包括连接到所述光电变换器的电极，
所述第二元件包括被提供有参考电位的参考电位线，
所述电极由P型多晶硅形成，并且
用于经一个接触部将多个所述电极连接到通向所述参考电位线的所述第一布线的所述第二布线由N型多晶硅形成。
8.根据权利要求4所述的摄像元件，其中，
所述传输晶体管为P型晶体管，并且
所述第二布线由N型多晶硅形成。
9.根据权利要求8所述的摄像元件，其中，
所述第一元件包括连接到所述光电变换器的电极，
所述第二元件包括被提供有参考电位的参考电位线，
所述电极由N型多晶硅形成，并且
用于经一个接触部将多个所述电极连接到通向所述参考电位线的所述第一布线的所述第二布线由P型多晶硅形成。
10.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第一元件包括连接到所述光电变换器的电极，并且
所述第二元件包括被提供有参考电位的参考电位线。
11.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第二布线形成为包括钨。
12.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第二布线布置在形成于所述第二基板的第一半导体区域和所述第二基板的第二半导体区域之间的绝缘区域中。
13.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第二布线布置在所述第二元件和所述第一布线之间。
14.一种电子装置，其包括：
摄像元件；
光学系统，其将入射光导引到所述摄像元件；以及
处理单元，其处理从所述摄像元件输出的信号，
其中，所述摄像元件包括，
第一基板，在所述第一基板上形成有多个光电变换器，
第二基板，其针对将两个以上的所述光电变换器作为构成单元的各组形成有像素晶体管，所述像素晶体管由所述组共用，以及
经一个接触部连接到形成于所述第二基板上的第一布线的第二布线，所述第一布线用于通向由形成于所述第一基板上的多个元件中的多个第一元件共用的第二元件，所述多个第一元件中的各者针对各所述光电变换器形成。
15.一种摄像元件，其包括：
第一基板，其形成有第一光电变换器和第二光电变换器；
第一布线，其形成于所述第一基板上并且连接到所述第一光电变换器和所述第二光电变换器；
第二基板，其形成有像素晶体管，所述像素晶体管连接到所述第一光电变换器和所述第二光电变换器；
第二布线，其形成于所述第二基板上；以及
第三布线，其形成为贯穿所述第一基板和所述第二基板并且连接到所述第一布线和所述第二布线。
16.根据权利要求15所述的摄像元件，其中，
所述像素晶体管具有放大晶体管、复位晶体管和选择晶体管中的至少一者。
17.根据权利要求15所述的摄像元件，其中，
所述第一基板具有连接到所述第一光电变换器的第一传输晶体管和连接到所述第二光电变换器的第二传输晶体管。
18.根据权利要求17所述的摄像元件，其中，
所述第一布线连接到与所述第一传输晶体管相连的第一浮动扩散区域和与所述第二传输晶体管相连的第二浮动扩散区域。
19.根据权利要求18所述的摄像元件，还包括：
第三基板，其层叠在所述第二基板上并且具有逻辑电路，所述逻辑电路处理由所述第一光电变换器或所述第二光电变换器产生的信号。
20.一种电子装置，其包括：
摄像元件；
光学系统，其将入射光导引到所述摄像元件；以及
处理单元，其处理从所述摄像元件输出的信号，
其中，所述摄像元件包括，
第一基板，其形成有第一光电变换器和第二光电变换器；
第一布线，其形成于所述第一基板上并且连接到所述第一光电变换器和所述第二光电变换器；
第二基板，其形成有像素晶体管，所述像素晶体管连接到所述第一光电变换器和所述第二光电变换器；
第二布线，其形成于所述第二基板上；以及
第三布线，其形成为贯穿所述第一基板和所述第二基板并且连接到所述第一布线和所述第二布线。
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