CN113099136A - 拍摄元件 - Google Patents

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Abstract

拍摄元件具备：第一半导体基板，所述第一半导体基板设置有多个像素，所述多个像素具有对入射光进行光电转换的光电转换部、传输并积蓄由所述光电转换部光电转换得到的电荷的积蓄部以及向所述积蓄部传输由所述光电转换部生成的电荷的传输部；和第二半导体基板，所述第二半导体基板按所述像素设置有供给部，所述供给部向所述传输部供给用于从所述光电转换部向所述积蓄部传输所述电荷的传输信号。

Description

拍摄元件
本申请是PCT国际申请号为PCT/JP2016/078521、申请日为2016年9月27日、国家申请号为201680056126.8、发明名称为“拍摄元件和电子照相机”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及拍摄元件和电子照相机。
背景技术
以往，已知将形成有像素的芯片、形成有驱动像素的像素驱动电路的芯片层叠而成的拍摄元件(例如专利文献1)。存在如下问题：为了在以往的拍摄元件中按像素控制曝光量，必须在各像素中设置传输脉冲的两个电源。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-225927号公报
发明内容
根据第一技术方案，拍摄元件具备：第一半导体基板，所述第一半导体基板设置有多个像素，所述多个像素具有对入射光进行光电转换的光电转换部、传输并积蓄由所述光电转换部光电转换得到的电荷的积蓄部以及向所述积蓄部传输由所述光电转换部生成的电荷的传输部；和第二半导体基板，所述第二半导体基板按像素设置有供给部，所述供给部向所述传输部供给用于从所述光电转换部向所述积蓄部传输所述电荷的传输信号。
根据第二技术方案，拍摄元件具备：光电转换部，所述光电转换部对入射光进行光电转换；传输部，所述传输部基于传输信号向积蓄部传输由所述光电转换部光电转换得到的电荷；传输信号供给部，所述传输信号供给部向所述传输部供给所述传输信号；第一复位部，所述第一复位部基于复位信号将积蓄于所述积蓄部的电荷复位；复位信号供给部，所述复位信号供给部向所述第一复位部供给所述复位信号；第一半导体基板，所述第一半导体基板设置有所述光电转换部、所述传输部以及所述第一复位部；以及第二半导体基板，所述第二半导体基板设置有配置于第一扩散层的所述复位信号供给部和配置于第二扩散层的所述传输信号供给部，所述第二扩散层具有与所述第一扩散层不同的极性。
附图说明
图1是示意地示出拍摄装置的结构的剖视图。
图2是拍摄元件的剖视图。
图3是示意地示出像素的结构的框图。
图4是模拟电路部和像素驱动部的电路图。
图5是示意地示出第一半导体基板和第二半导体基板的阱构造的图。
图6是示出使用拍摄元件的拍摄时序的时序图。
图7是示意地示出第一半导体基板、第二半导体基板以及第三半导体基板的阱构造的图。
图8是示意地示出第一半导体基板和第二半导体基板的阱构造的图。
图9是示意地示出第一半导体基板和第二半导体基板的阱构造的图。
图10是示意地示出第一半导体基板和第二半导体基板的阱构造的图。
图11是示意地示出第一半导体基板和第二半导体基板的阱构造的图。
具体实施方式
(第一实施方式)
图1是示意地示出使用第一实施方式的拍摄元件的拍摄装置的结构的剖视图。拍摄装置1具备拍摄光学系统2、拍摄元件3、控制部4、透镜驱动部5以及显示部6。
拍摄光学系统2使被摄体像成像在拍摄元件3的拍摄面上。拍摄光学系统2由透镜2a、聚焦透镜2b以及透镜2c构成。聚焦透镜2b是用于进行拍摄光学系统2的焦点调节的透镜。聚焦透镜2b构成为能够在光轴O方向上驱动。
透镜驱动部5具有未图示的致动器。透镜驱动部5利用该致动器在光轴O方向上将聚焦透镜2b驱动期望的量。拍摄元件3拍摄被摄体像并输出图像。控制部4控制拍摄元件3等各部。控制部4对利用拍摄元件3输出的图像信号实施图像处理等，并记录于未图示的记录介质或将图像显示于显示部6。显示部6例如是具有液晶面板等显示构件的显示装置。
图2是拍摄元件3的剖视图。需要说明的是，在图2中，仅示出拍摄元件3的整体中的一部分的剖面。拍摄元件3是所谓的背面照射型的拍摄元件。拍摄元件3对来自纸面上方的入射光进行光电转换。拍摄元件3具备第一半导体基板7和第二半导体基板8。
第一半导体基板7至少具备PD(Photo Diode：光电二极管)层71和布线层72。PD层71配置在布线层72的背面侧。在PD层71中，呈二维状配置有作为钉扎光电二极管(PinnedPhotodiode)的多个光电二极管31。因此，PD层71的布线层72侧的表面(即，与入射光的入射侧相反一侧的面)设为与PD层71相反的导电型。例如，如果PD层71为N型的半导体层，则布线层72侧的表面配置有浓度较高且厚度较薄的P型的半导体层。在第一半导体基板7上施加接地电压(GND)作为基板电压。在第二半导体基板8中至少配置有用于从光电二极管31读出信号的各种电路。具体而言，后述的像素驱动部307的一部分(处理负电压的传输信号供给部307a和第二复位信号供给部307c)配置于第二半导体基板8。在第二半导体基板8上施加后述的电压VTxL作为基板电压。
在PD层71上的入射光的入射侧，设置有与多个光电二极管31中的每一个对应的多个彩色滤光片73。例如存在透射与红(R)、绿(G)、蓝(B)分别对应的波长区域的多种彩色滤光片73。例如以形成拜耳阵列的方式排列有与红(R)、绿(G)、蓝(B)对应的三种彩色滤光片73。
在彩色滤光片73上的入射光的入射侧，设置有与多个彩色滤光片73中的每一个对应的多个微透镜74。微透镜74朝向对应的光电二极管31将入射光聚光。利用彩色滤光片73将通过微透镜74的入射光的仅一部分波长区域过滤，并入射到光电二极管31。光电二极管31对入射光进行光电转换并生成电荷。
在布线层72的表面上配置有多个凸块75。在第二半导体基板8的与布线层72相向的面上配置有与多个凸块75对应的多个凸块76。多个凸块75与多个凸块76相互接合。经由多个凸块75和多个凸块76，将第一半导体基板7与第二半导体基板8电连接。
后面将叙述详细情况，拍摄元件3具有多个像素30。一个像素30包含设置于第一半导体基板7的第一像素30x和设置于第二半导体基板8的第二像素30y。在一个第一像素30x中包含一个微透镜74、一个彩色滤光片73以及一个光电二极管31等。除此以外，在第一像素30x中还包含设置于第一半导体基板7的各种电路(后述)。在第二像素30y中包含设置于第二半导体基板8的各种电路(后述)。
图3是示意地示出像素30的结构的框图。像素30具备模拟电路部301、A/D转换部302、采样部303、像素值保持部304、像素驱动部307、单个像素控制部306以及运算部305。
模拟电路部301将对入射光进行光电转换得到的结果作为模拟信号向A/D转换部302输出。A/D转换部302对模拟电路部301输出的模拟信号进行采样，并输出规定的增益倍数后的数字信号。A/D转换部302对像素复位信号和像素信号进行重复采样，并将像素复位信号的采样结果和像素信号的采样结果作为数字信号分别独立地输出。
采样部303运算并保持像素复位信号的采样结果和像素信号的采样结果的积分值。采样部303具备像素复位信号用第一加法器308和第一存储器309、像素信号用第二加法器310和第二存储器311。
采样部303利用第一加法器308将由A/D转换部302输出的像素复位信号的采样结果和保持于第一存储器309的过去的采样结果的积分值相加。采样部303将该相加结果存储于第一存储器309。每当由A/D转换部302输出像素复位信号的采样结果时，采样部303更新存储于第一存储器309的值。
采样部303利用第二加法器310将由A/D转换部302输出的像素信号的采样结果和保持于第二存储器311的过去的采样结果的积分值相加。采样部303将该相加结果存储于第二存储器311。每当由A/D转换部302输出像素信号的采样结果时，采样部303更新存储于第二存储器311的值。
如以上，A/D转换部302和采样部303执行如下处理：对像素复位信号和像素信号重复采样，并将采样结果积分。该处理是所谓的相关多重采样处理。
当由单个像素控制部306预先确定的次数的采样完成时，采样部303向像素值保持部304输出数字值，所述数字值基于存储于第一存储器309的值和存储于第二存储器311的值。像素值保持部304将该数字值作为像素30的光电转换结果并存储。像素值保持部304与信号线340连接。可经由信号线340从外部读出存储于像素值保持部304的数字值。
运算部305基于从外部指示的曝光时间、保持于像素值保持部304的前次的光电转换结果，运算相关多重采样处理中的重复次数、曝光时间以及增益等。单个像素控制部306向A/D转换部302输出由运算部305运算得到的重复次数和增益。单个像素控制部306向像素驱动部307输出由运算部305运算得到的曝光时间和增益。像素驱动部307将驱动模拟电路部301的各部的各种信号(后述)向模拟电路部301输出。
图4是模拟电路部301、单个像素控制部306以及像素驱动部307的电路图。需要说明的是，在图4中，为了方便起见，仅图示单个像素控制部306和像素驱动部307的一部分。对于单个像素控制部306的一部分，如306a、306b这样赋予标号，对于像素驱动部307的一部分，如307a、307b这样赋予标号。
模拟电路部301具有：光电二极管31、传输晶体管Tx、浮动扩散FD、第一复位晶体管RST1、第二复位晶体管RST2、放大晶体管AMI、选择晶体管SEL、容量扩展晶体管FDS以及电容C1。
光电二极管31是对入射光进行光电转换并生成与入射光的光量对应的量的电荷的光电转换部。传输晶体管Tx是基于从后述的传输信号供给部307a供给的传输信号，向浮动扩散FD传输光电二极管31生成的电荷的传输部。浮动扩散FD是积蓄由传输晶体管Tx传输来的电荷的积蓄部。放大晶体管AMI输出与积蓄于浮动扩散FD的电荷的量对应的信号。当选择晶体管SEL导通时，由放大晶体管AMI输出的信号被输入A/D转换部302。
模拟电路部301具有第一复位晶体管RST1和第二复位晶体管RST2这两个复位晶体管。第一复位晶体管RST1在将浮动扩散FD复位时从后述的第一复位信号供给部307b接受第一复位信号的供给。后述的第一复位信号供给部307b将电压VDD的信号作为第一复位信号供给。第一复位晶体管RST1基于该第一复位信号，将浮动扩散FD复位。第二复位晶体管RST2在将光电二极管31复位时，从后述的第二复位信号供给部307c接受第二复位信号的供给。后述的第二复位信号供给部307c将电压VDD的信号作为第二复位信号供给。第二复位晶体管RST2基于该第二复位信号，将光电二极管31复位。
容量扩展晶体管FDS基于从后述的容量扩展信号供给部307d供给的容量扩展信号，切换浮动扩散FD与电容C1的连接。例如，在向光电二极管31的入射光量较大且浮动扩散FD饱和的情况下，通过使容量扩展晶体管FDS导通，将浮动扩散FD与电容C1连接。由此，浮动扩散FD的容量实质增加与电容C1对应的量，能够应对更大的光量。
第一复位信号供给部307b是由pMOS晶体管Tr7和nMOS晶体管Tr8构成的CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)电路。第一复位信号供给部307b基于第一复位控制部306b的输出信号，将VDD和GND中的任一个电压作为第一复位信号并向第一复位晶体管RST1的栅极供给。如上所述，第一复位控制部306b是单个像素控制部306的一部分，第一复位信号供给部307b是像素驱动部307的一部分。需要说明的是，在进行超频(over drive)时，第一复位控制部306b向第一复位晶体管RST1的栅极供给比电压VDD高的电压VRST1H来代替电压VDD即可。
容量扩展信号供给部307d是由pMOS晶体管Tr11和nMOS晶体管Tr12构成的CMOS电路。容量扩展信号供给部307d基于容量扩展控制部306d的输出信号，将VDD和GND中的任一个电压作为容量扩展信号向容量扩展晶体管FDS的栅极供给。如上所述，容量扩展控制部306d是单个像素控制部306的一部分，容量扩展信号供给部307d是像素驱动部307的一部分。需要说明的是，在进行超频时，容量扩展信号供给部307d向容量扩展晶体管FDS的栅极供给比电压VDD高的电压VFDSH来代替电压VDD即可。
传输信号供给部307a具有nMOS晶体管Tr1、nMOS晶体管Tr2、pMOS晶体管Tr3、nMOS晶体管Tr4、nMOS晶体管Tr5以及pMOS晶体管Tr6。
nMOS晶体管Tr2和pMOS晶体管Tr3构成CMOS电路。利用规定电源在pMOS晶体管Tr3的源极施加电压VTxH。利用传输控制部306a向nMOS晶体管Tr2和pMOS晶体管Tr3的栅极供给传输控制信号。nMOS晶体管Tr2的源极与nMOS晶体管Tr1的漏极连接。利用规定电源在nMOS晶体管Tr1的源极施加电压VTxL。电压VTxH是比作为第一半导体基板7的基板电压的接地电压高的电压(即正电压)，电压VTxL是比作为第一半导体基板7的基板电压的接地电压低的电压(即负电压)。
nMOS晶体管Tr5和pMOS晶体管Tr6构成CMOS电路。利用规定电源在pMOS晶体管Tr6的源极施加电压VTxH。利用传输控制部306a向nMOS晶体管Tr5和pMOS晶体管Tr6的栅极供给使传输控制信号的高电平和低电平反转而成的信号。nMOS晶体管Tr5的源极与nMOS晶体管Tr4的漏极连接。利用规定电源在nMOS晶体管Tr4的源极施加电压VTxL。
nMOS晶体管Tr4的栅极与nMOS晶体管Tr2和pMOS晶体管Tr3的漏极连接。nMOS晶体管Tr1的栅极与nMOS晶体管Tr5和pMOS晶体管Tr6的漏极连接。来自nMOS晶体管Tr5和pMOS晶体管Tr6的漏极的电压作为传输信号向传输晶体管Tx供给。
即，pMOS晶体管Tr6作为向传输晶体管Tx的栅极供给比第一半导体基板7的基板电压高的电压VTxH的第一电源部发挥功能。另外，nMOS晶体管Tr4和nMOS晶体管Tr5作为向传输晶体管Tx的栅极供给比第一半导体基板7的基板电压低的电压VTxL的第二电源部发挥功能。
传输信号供给部307a不仅具有构成CMOS的nMOS晶体管Tr5和pMOS晶体管Tr6，还具有nMOS晶体管Tr1、nMOS晶体管Tr2、pMOS晶体管Tr3以及nMOS晶体管Tr4。以下说明其理由。
使传输控制部306a供给的传输控制信号反转而成的信号是高电平为电压VDD且低电平为接地电压(GND)的信号。在向栅极施加低电平的信号即接地电压时，nMOS晶体管Tr5必须成为截止状态。
以下研究将nMOS晶体管Tr4省略并在nMOS晶体管Tr5的源极施加电压VTxL的电路。nMOS晶体管Tr5在栅极·源极间电压VGS比栅极阈值电压Vth低时成为截止状态。在向nMOS晶体管Tr5的栅极施加低电平的信号即接地电压时，栅极·源极间电压VGS比零大VTxL(VGS＝0-VTxL)。因此，上述电路在栅极阈值电压Vth比-VTxL小的情况下成为即使向nMOS晶体管Tr5的栅极供给低电平的信号，nMOS晶体管Tr5也不会完全截止的不稳定电路。
在本实施方式中使用的电路即使在nMOS晶体管Tr5没有成为完全地截止的状态下，nMOS晶体管Tr4也会切断向nMOS晶体管Tr5的源极的电压VTxL的供给。因此，不会产生上述的与栅极阈值电压Vth相关的问题。
需要说明的是，如果能够充分地增大nMOS晶体管Tr5的栅极阈值电压Vth，则也可以省略nMOS晶体管Tr1、nMOS晶体管Tr2、pMOS晶体管Tr3以及nMOS晶体管Tr4。
按以上方式构成的传输信号供给部307a基于传输控制部306a的输出信号，将VTxH和VTxL中的任一个电压作为传输信号向传输晶体管Tx的栅极供给。如上所述，传输控制部306a是单个像素控制部306的一部分，传输信号供给部307a是像素驱动部307的一部分。需要说明的是，在传输晶体管Tx的栅极施加比第一半导体基板7的基板电压低的电压VTxL是为了在传输晶体管Tx的截止时不从光电二极管31向浮动扩散FD传输电荷。
第二复位信号供给部307c具有nMOS晶体管Tr21、nMOS晶体管Tr22、pMOS晶体管Tr23、nMOS晶体管Tr24、nMOS晶体管Tr25以及pMOS晶体管Tr26。第二复位信号供给部307c基于第二复位控制部306c的输出信号，将VTxH和VTxL中的任一个电压作为第二复位信号并向第二复位晶体管RST2的栅极供给。由于第二复位信号供给部307c的结构与传输信号供给部307a相同，所以省略说明。如上所述，第二复位控制部306c是单个像素控制部306的一部分，第二复位信号供给部307c是像素驱动部307的一部分。
图5是示意地示出第一半导体基板7和第二半导体基板8的阱构造的图。入射光从纸面上方朝向第一半导体基板7入射。第一半导体基板7是P型的半导体基板。第一半导体基板7的基板电压设定为接地电压(GND)。第二半导体基板8是P型的半导体基板。第二半导体基板8的基板电压设定为与VTxL对应的电压。
在第一半导体基板7上配置有图4所示的各部中的模拟电路部301、传输控制部306a、第一复位控制部306b以及第一复位信号供给部307b。在第二半导体基板8上配置有图4所示的各部中的传输信号供给部307a。需要说明的是，虽然在图5中省略图示，其他各部配置在第一半导体基板7上。
图6是示出使用拍摄元件3的拍摄时序的时序图。拍摄元件3能够选择性地执行多重曝光和相关多重采样。首先，使用图6(a)说明多重曝光控制。
图6(a)是进行每个像素30的多重曝光的情况下的时序图。图6(a)的横轴是时间，向右方时间推进。图6(a)的写有“Dark”的四边形表示A/D转换部302进行像素复位信号的采样的定时。图6(a)的写有“Sig”的四边形表示A/D转换部302进行像素信号的采样的定时。图6(a)的写有“Out”的四边形表示经由信号线340向周边电路输出像素值保持部304存储的数字值(光电转换结果)的定时。在图6(a)中，按照入射光量的多少，将像素30分类为像素30a～像素30d这4种并进行多重曝光。
在曝光期间T1的开始时刻t0将光电二极管31和浮动扩散FD复位的工作对于全部像素30来说是相同的。其后，在入射光量极少的像素30a中，在时刻t3将浮动扩散FD复位，并进行像素复位信号的采样。时刻t3是从曝光期间T1的结束时刻t4减去浮动扩散FD的复位和像素复位信号的采样所需的时间得到的时刻。在曝光期间T1的结束时刻t4，向浮动扩散FD传输在时刻t0～t4中生成的、积蓄于光电二极管31的电荷，并进行像素信号的采样。其后，在时刻t5将光电转换结果存储于像素值保持部304。
在入射光量稍少的像素30b中，将从外部指定的曝光期间T1等分为期间T2和期间T3这两个期间并进行两次上述工作。具体而言，在时刻t1和时刻t3将浮动扩散FD复位，并进行像素复位信号的采样。时刻t1是从期间T2的结束时刻t2减去浮动扩散FD的复位和像素复位信号的采样所需的时间得到的时刻。其后，在时刻t2，向浮动扩散FD传输积蓄于光电二极管31的电荷，并进行像素信号的采样。时刻t3～t5的工作与像素30a的情况下相同。
在入射光量稍多的像素30c中，将从外部指定的曝光期间T1四等分，并进行4次上述工作。在入射光量极多的像素30d中，8等分从外部指定的曝光期间T1，并进行8次上述工作。
如以上，通过多重曝光控制，能够在入射光量较多的像素30和入射光量较少的像素30中使曝光时间独立地变化并进行拍摄。即使是在通常的拍摄中入射光量多到浮动扩散FD会饱和的程度的情况下，通过将曝光时间精细地划分并进行重复拍摄，从而能够使动态范围扩大。
接着，使用图6(b)说明相关多重采样控制。图6(b)是按像素30进行相关多重采样控制的情况下的时序图。图6(b)的横轴是时间，向右方时间推进。图6(b)的写有“Dark”的四边形表示A/D转换部302进行像素复位信号的采样的定时。图6(b)的写有“Sig”的四边形表示A/D转换部302进行像素信号的采样的定时。图6(b)的写有“Out”的四边形表示A/D转换部302向采样部303输出采样结果的定时。在图6(b)中，按照入射光量的多少，将像素30分类为像素30a～像素30d这4种并进行相关多重采样。
像素30a的曝光时间最长，像素30d的曝光时间最短。在相关多重采样控制中，越是曝光时间长的像素30，在越早的定时将浮动扩散FD复位。越是曝光时间长的像素30，在将浮动扩散FD复位后到对像素信号进行采样为止越空出时间。在该期间中，对像素复位信号进行重复采样。
例如，在图6(b)中，像素30a的曝光时间最长。在从像素30a的曝光时间T4的结束时刻t6起往前相隔期间T5的时刻t7，将浮动扩散FD复位。结果，在时刻t6之前，对像素复位信号进行4次采样。曝光时间T4结束后，下一个曝光时间T6结束为止的期间，这次对像素信号进行重复采样。
曝光时间长意味着入射光量少，像素信号中的放大晶体管AMI、选择晶体管SEL以及A/D转换部302的噪声的影响大。也就是说，越是上述噪声的影响大的像素30，对像素复位信号和像素信号进行越多次数的采样，能够以更高的灵敏度进行拍摄。
拍摄元件3对每一个像素30并行地执行以上工作。即，各个像素30并行地进行从光电二极管31的光电转换到向像素值保持部304的数字值的存储为止的工作。按像素30依次进行从像素值保持部304的拍摄结果的读出。
如以上，本实施方式的拍摄元件3能够按像素控制曝光时间。为了按像素控制曝光时间，必须能够按像素控制传输晶体管Tx的导通截止的定时。即，必须能够按像素控制向传输晶体管Tx的栅极供给的电压(在本实施方式中为电压VTxH和电压VTxL)。也就是说，必须按像素设置供给电压VTxH的第一电源部和供给电压VTxL的第二电源部。由于第一半导体基板7处理的电压与电压VTxH、电压VTxL不同，所以当想要将第一电源部和第二电源部设置在像素30内时，第一电源部和第二电源部占据较大的面积。特别是由于第一电源部处理比基板电压低的电压VTxL，所以为了不相对于基板成为正向偏置，需要三阱构造。因此，第一电源部需要特别大的面积。结果，光电二极管31在像素30中占据的面积大幅变小。也就是说，光电二极管31的开口率大幅下降，拍摄元件的微细化变困难。在本实施方式中，通过在第二半导体基板8上设置第一电源部和第二电源部，从而能够按像素控制曝光时间而不在第一半导体基板7的光电二极管31附近设置第一电源部和第二电源部(不使光电二极管31的开口率下降)。
根据上述实施方式，能够得到如下作用效果。
(1)在第一半导体基板7上设置有对入射光进行光电转换的光电二极管31和基于传输信号向浮动扩散FD传输由光电二极管31生成的电荷的传输晶体管Tx。但是，向传输晶体管Tx的栅电极供给传输信号的传输信号供给部307a不配置在第一半导体基板7上。在第二半导体基板8上设置有将比接地电压低的电压VTxL和比接地电压高的电压VTxH中的任一个作为传输信号向传输晶体管Tx的栅极供给的传输信号供给部307a。由于如此构成，所以能够使传输晶体管Tx可靠地截止，并抑制暗电流的增大。另外，由于处理负电源的电路不存在于第一半导体基板7，所以无需在第一半导体基板7上设置用于处理负电源的扩散层等，能够使光电二极管31的开口率提高。对于第二复位晶体管RST2，也能够得到同样的效果。
(2)第一半导体基板7分别具备多个光电二极管31、浮动扩散FD以及传输晶体管Tx。第二半导体基板8具备多个传输信号供给部307a。这些多个传输信号供给部307a中的一部分传输信号供给部307a使在第一期间中光电二极管31生成的电荷向浮动扩散FD传输。其他一部分传输信号供给部307a使在与第一期间长度不同的第二期间中光电二极管31生成的电荷向浮动扩散FD传输。由于如此构成，所以能够按像素30使曝光时间不同，并扩大拍摄元件3的动态范围。
(3)以第一期间的结束时刻与第二期间的结束时刻成为同一时刻的方式设定拍摄时序。由于如此构成，所以能够容易地进行拍摄控制。
(4)将第一半导体基板7的基板电压设定为接地电压，另一方面，将第二半导体基板8的基板电压设定为与接地电压不同的电压VTxL所对应的电压。由于如此构成，所以能够将向传输晶体管Tx的栅极供给的传输信号的信号电压的变动范围设定为与其他驱动信号不同的电压而不使扩散层增加。对于第二复位晶体管RST2，也能够得到同样的效果。
(5)作为传输信号的电压的电压VTxL和电压VTxH中的前者是基于第二半导体基板8的基板电压的电压。由于如此构成，所以能够将向传输晶体管Tx的栅极供给的传输信号的信号电压的变动范围设定为与其他驱动信号不同的电压而不使扩散层增加。对于第二复位晶体管RST2，也能够得到同样的效果。
(6)第一复位晶体管RST1设置于第一半导体基板7，基于第一复位信号将积蓄于浮动扩散FD的电荷复位。第一复位信号供给部307b设置于与第二半导体基板8不同的第一半导体基板7，将接地电压和比接地电压高的电压VDD中的任一个作为第一复位信号并向第一复位晶体管RST1供给。由于如此构成，所以能够设为如下通常的范围：在传输信号的信号电压的变动范围中包含负电压，另一方面，第一复位信号的信号电压的变动范围不包含负电压。
(7)作为第一复位信号的电压的接地电压和电压VDD中的前者是基于第一半导体基板7的基板电压的电压。由于如此构成，所以无需为了设置第一复位信号供给部307b而准备另一个扩散层。
(8)A/D转换部302和采样部303通过相关多重采样处理，对模拟信号进行模拟/数字转换，所述模拟信号基于积蓄在浮动扩散FD中的电荷的量。由于如此构成，所以拍摄信号的S/N比提高。
(9)设置有将积蓄于光电二极管31的电荷复位的第二复位晶体管RST2。由于如此构成，所以能够按像素30使曝光时间不同。
(10)拍摄元件3具备多个像素30，所述像素30具有光电二极管31、浮动扩散FD、传输晶体管Tx以及传输信号供给部307a。这些多个像素30中的一部分像素30具有的传输信号供给部307a供给使在第一期间中光电二极管31生成的电荷向浮动扩散FD传输的传输信号。其他一部分像素30具有的传输信号供给部307a供给使在与第一期间长度不同的第二期间中光电二极管31生成的电荷向浮动扩散FD传输的传输信号。由于如此构成，所以能够按像素30使曝光时间不同，并扩大拍摄元件3的动态范围。
需要说明的是，在上述第一实施方式中，如在图5中图示地，第二半导体基板8具有：供给与传输信号的高电平对应的电压VTxH的pMOS晶体管Tr6(第一电源部)、供给与传输信号的低电平对应的电压VTxL的nMOS晶体管Tr4和nMOS晶体管Tr5(第二电源部)双方。但是，也可以将这双方中的仅一方设置于第二半导体基板8，并将剩余一方设置于第一半导体基板7。在该情况下，优选的是，将面积较大的nMOS晶体管Tr4和nMOS晶体管Tr5(第二电源部)设置于第二半导体基板8，将面积较小的pMOS晶体管Tr6(第一电源部)设置于第一半导体基板7。
图10是示出在第一半导体基板7上设置有pMOS晶体管Tr6(第一电源部)的例子的图。在图10中图示了不仅是pMOS晶体管Tr6(第一电源部)，pMOS晶体管Tr3也设置于第一半导体基板7的例子。需要说明的是，在图10例示的结构中，电路的结构和工作与上述第一实施方式相同。
(第二实施方式)
第一实施方式的拍摄元件3具有第一半导体基板7和第二半导体基板8。第二实施方式的拍摄元件3还具有第三半导体基板9。以下，以与第一实施方式的拍摄元件3的差异为中心说明第二实施方式的拍摄元件3。需要说明的是，对于与第一实施方式相同的位置赋予与第一实施方式相同的标号，并省略说明。
图7是示意地示出第一半导体基板7、第二半导体基板8以及第三半导体基板9的阱构造的图。在本实施方式中，在第一半导体基板7上不设置第一复位控制部306b和第一复位信号供给部307b。作为替代，在第三半导体基板9上设置有第一复位控制部306b和第一复位信号供给部307b。第三半导体基板9是基板电压设定为接地电压的P型的半导体基板。
根据上述实施方式，除了在第一实施方式中说明的作用效果之外，还能够得到以下作用效果。
(11)拍摄元件3还具备设定为与第一半导体基板7相同的基板电压(接地电压)的第三半导体基板9。第一复位信号供给部307b设置于第三半导体基板9。由于如此构成，所以占据第一半导体基板7的电路比第一实施方式少，能够进一步增大光电二极管31的开口率。即，光电二极管31的光利用效率进一步提高。
需要说明的是，在上述第二实施方式中，如在图7中图示地，第二半导体基板8具有：供给与传输信号的高电平对应的电压VTxH的nMOS晶体管Tr6(第一电源部)、供给与传输信号的低电平对应的电压VTxL的pMO晶体管Tr4和pMOS晶体管Tr5(第二电源部)双方。但是，也可以将这双方中的仅一方设置于第二半导体基板8，并将剩余一方设置于第一半导体基板7。在该情况下，优选的是，将面积较大的pMOS晶体管Tr4和pMOS晶体管Tr5(第二电源部)设置于第二半导体基板8，将面积较小的nMOS晶体管Tr6(第一电源部)设置于第一半导体基板7。
需要说明的是，在上述第二实施方式中，如在图7中图示地，传输信号供给部307a具有的pMOS晶体管Tr1、pMOS晶体管Tr2、nMOS晶体管Tr3、pMOS晶体管Tr4、pMOS晶体管Tr5以及nMOS晶体管Tr6全部设置于第二半导体基板8。也可以将这些晶体管中的一部分设置于第一半导体基板7或第三半导体基板9。
(第三实施方式)
第一实施方式的拍摄元件3将第二半导体基板8构成作为P型的半导体基板。第三实施方式的拍摄元件3将第二半导体基板8构成作为N型的半导体基板。以下，以与第一实施方式的拍摄元件3的差异为中心说明第三实施方式的拍摄元件3。需要说明的是，对于与第一实施方式相同的位置赋予与第一实施方式相同的标号，并省略说明。
图8是示意地示出第一半导体基板7和第二半导体基板8的阱构造的图。第二半导体基板8是N型的半导体基板，基板电压设定为与电压VDD对应的电压。在本实施方式中，在第一半导体基板7上不设置传输控制部306a、第一复位控制部306b、传输信号供给部307a以及第一复位信号供给部307b。作为替代，在第二半导体基板8上设置有传输控制部306a、第一复位控制部306b、传输信号供给部307a以及第一复位信号供给部307b。需要说明的是，虽然在图8中省略图示，但优选的是，单个像素控制部306和像素驱动部307的剩余部分也配置于第二半导体基板8。
传输控制部306a、第一复位控制部306b、传输信号供给部307a以及第一复位信号供给部307b具有与第一实施方式相同的结构，但扩散层的极性与第一实施方式不同。这是因为第二半导体基板8为N型的半导体基板。因此，构成各部的晶体管中，在第一实施方式中为nMOS晶体管的晶体管置换为pMOS晶体管，且在第一实施方式中为pMOS晶体管的晶体管置换为nMOS晶体管。
本实施方式的传输信号供给部307a基于传输控制部306a的输出信号，将VDD和VTxL中的任一个电压作为传输信号向传输晶体管Tx的栅极供给。由于第二半导体基板8的基板电压成为与电压VDD对应的电压，所以通过使用电压VDD代替电压VTxH，从而能够避免电路规模的增大(另一个扩散层的追加等)。
根据上述实施方式，除了在第一实施方式中说明的作用效果之外，还能够得到以下作用效果。
(12)将第二半导体基板8构成作为N型的半导体基板，并将单个像素控制部306和像素驱动部307设置于第二半导体基板8。由于如此构成，所以占据第一半导体基板7的电路比第一实施方式、第二实施方式少，能够进一步增大光电二极管31的开口率。即，光电二极管31的光利用效率进一步提高。另外，无需如第二实施方式进一步追加半导体基板，能够降低材料费，且能够抑制拍摄元件3的厚度的增大。
需要说明的是，在上述第三实施方式中，如在图8中图示地，第二半导体基板8具有：供给与传输信号的高电平对应的电压VTxH的nMOS晶体管Tr6(第一电源部)、供给与传输信号的低电平对应的电压VTxL的pMOS晶体管Tr4和pMOS晶体管Tr5(第二电源部)双方。但是，也可以将这双方中的仅一方设置于第二半导体基板8，并将剩余一方设置于第一半导体基板7。在该情况下，优选的是，将面积较大的pMOS晶体管Tr4和pMOS晶体管Tr5(第二电源部)设置于第二半导体基板8，将面积较小的nMOS晶体管Tr6(第一电源部)设置于第一半导体基板7。
(第四实施方式)
第四实施方式的拍摄元件3与第三实施方式的拍摄元件3同样地，将单个像素控制部306和像素驱动部307设置于第二半导体基板8。但是，与第三实施方式的不同点在于：将第二半导体基板8构成作为P型的半导体基板。以下，以与第一实施方式的拍摄元件3的差异为中心说明第三实施方式的拍摄元件3。需要说明的是，对于与第一实施方式相同的位置赋予与第一实施方式相同的标号，并省略说明。
图9是示意地示出第一半导体基板7和第二半导体基板8的阱构造的图。第二半导体基板8与第一半导体基板7同样地是P型的半导体基板，基板电压也与第一半导体基板7同样地设定为接地电压。
为了在第二半导体基板8上设置处理电压VTxH和电压VTxL的传输信号供给部307a，在本实施方式中，在第二半导体基板8上设置有N型的扩散层81、82。在扩散层81、82中，与第三实施方式同样地，配置有在第一实施方式中为nMOS晶体管的晶体管置换为pMOS晶体管，且在第一实施方式中为pMOS晶体管的晶体管置换为nMOS晶体管而成的传输信号供给部307a。通过利用N型的扩散层81、82与P型基板电分离，从而传输信号供给部307a能够处理电压VTxH和电压VTxL。
根据上述实施方式，能够得到如下作用效果。
(13)光电二极管31对入射光进行光电转换。传输晶体管Tx基于传输信号，向浮动扩散FD传输利用光电二极管31光电转换得到的电荷。传输信号供给部307a向传输晶体管Tx的栅极供给传输信号。第一复位晶体管RST1基于第一复位信号将积蓄于浮动扩散FD的电荷复位。第一复位信号供给部307b向第一复位晶体管RST1供给复位信号。光电二极管31和传输晶体管Tx设置于第一半导体基板7。在第二半导体基板8上设置有配置于N型扩散层的第一复位信号供给部307b和配置于P型扩散层的传输信号供给部307a。由于如此构成，所以占据第一半导体基板7的电路比第一实施方式、第二实施方式少，与第三实施方式同样地，能够进一步增大光电二极管31的开口率。即，光电二极管31的光利用效率进一步提高。另外，无需如第二实施方式进一步追加半导体基板，能够降低材料费，且能够抑制拍摄元件3的厚度的增大。
需要说明的是，在上述第一实施方式中，如在图9中图示地，第二半导体基板8具有：供给与传输信号的高电平对应的电压VTxH的nMOS晶体管Tr6(第一电源部)、供给与传输信号的低电平对应的电压VTxL的pMOS晶体管Tr4和pMOS晶体管Tr5(第二电源部)双方。但是，也可以将这双方中的仅一方设置于第二半导体基板8，并将剩余一方设置于第一半导体基板7。在该情况下，优选的是，将面积较大的pMOS晶体管Tr4和pMOS晶体管Tr5(第二电源部)设置于第二半导体基板8，将面积较小的nMOS晶体管Tr6(第一电源部)设置于第一半导体基板7。
图11是示出在第一半导体基板7上设置有pMOS晶体管Tr4和pMOS晶体管Tr5(第二电源部)的例子的图。在图11中图示了不仅是pMOS晶体管Tr4和pMOS晶体管Tr5(第二电源部)，pMOS晶体管Tr1和pMOS晶体管Tr2也设置于第一半导体基板7的例子。需要说明的是，在图11例示的结构中，电路的结构和工作与上述第四实施方式相同。
以下的变形也在本发明的范围内，能够将变形例中的一个或多个与上述的实施方式进行组合。
(变形例1)
也可以在第二半导体基板8、第三半导体基板9上设置与在上述各实施方式中说明过的电路不同的电路。例如，通过将在上述各实施方式中搭载于第一半导体基板7的电路设置于第二半导体基板8、第三半导体基板9，能够将用于光电二极管31的空间取为更大，能够更高效地取入光。
在上述说明中对各种实施方式和变形例进行了说明，但本发明并不限定于这些内容。在本发明的技术思想的范围内考虑到的其他方案也包含在本发明的范围内。
上述实施方式和变形例也包括以下的拍摄装置和电子照相机。
(1)拍摄元件具备：第一半导体基板，所述第一半导体基板设置有多个像素，所述多个像素具有对入射光进行光电转换的光电转换部、传输并积蓄由上述光电转换部光电转换得到的电荷的积蓄部以及向上述积蓄部传输由上述光电转换部生成的电荷的传输部；和第二半导体基板，所述第二半导体基板按上述像素设置有供给部，所述供给部向上述传输部供给用于从上述光电转换部向上述积蓄部传输上述电荷的传输信号。
(2)在(1)的拍摄元件中，施加于上述第一半导体基板的第一基板电压与施加于上述第二半导体基板的第二基板电压不同。
(3)在(2)的拍摄元件中，上述供给部包括第一电源部和第二电源部，上述第一电源部和上述第二电源部中的至少一方设置于上述第二半导体基板。
(4)在(3)的拍摄元件中，上述第一电源部供给比上述第一基板电压高的第一电压，上述第二电源部供给比上述第一基板电压低的第二电压。
(5)在(4)的拍摄元件中，上述传输部使上述光电转换部与上述积蓄部之间电导通，并向上述积蓄部传输由上述光电转换部生成的电荷，上述供给部向上述传输部供给用于将上述光电转换部与上述积蓄部之间设为电导通或非电导通的上述传输信号。
(6)在(5)的拍摄元件中，上述传输部在被供给上述第一电压作为上述传输信号时使上述光电转换部与上述积蓄部之间电导通，在被供给上述第二电压作为上述传输信号时使上述光电转换部与上述积蓄部之间非电导通。
(7)在(4)～(6)的拍摄元件中，多个上述供给部中的一部分上述供给部使在第一期间中上述光电转换部生成的电荷向上述积蓄部传输，其他一部分上述供给部使在与上述第一期间长度不同的第二期间中上述光电转换部生成的电荷向上述积蓄部传输。
(8)在(7)的拍摄元件中，上述第一期间的结束时刻与上述第二期间的结束时刻相同。
(9)在(4)～(8)的拍摄元件中，上述第一电压和上述第二电压中的一方是上述第二基板电压。
(10)在(4)或(5)的拍摄元件中，还具备：第一复位部，所述第一复位部设置于上述第一半导体基板，并基于复位信号将积蓄于上述积蓄部的电荷复位；和复位信号供给部，所述复位信号供给部设置于与上述第二半导体基板不同的半导体基板，并将上述第一基板电压以上的第三电压和比上述第三电压高的第四电压中的任一个作为上述复位信号向上述第一复位部供给。
(11)在(10)的拍摄元件中，上述第三电压和上述第四电压中的一方是上述第一基板电压。
(12)在(10)的拍摄元件中，还具备被施加上述第一基板电压的第三半导体基板，上述复位信号供给部设置于上述第三半导体基板。
(13)在(1)～(6)的拍摄元件中，上述多个像素中的一部分像素具有的上述供给部供给使在第一期间中上述光电转换部生成的电荷向上述积蓄部传输的上述传输信号，上述多个像素中的其他一部分像素具有的上述供给部供给使在第二期间中上述光电转换部生成的电荷向上述积蓄部传输的上述传输信号，所述第二期间的长度与上述第一期间不同。
(14)拍摄元件具备：光电转换部，所述光电转换部对入射光进行光电转换；传输部，所述传输部基于传输信号向积蓄部传输由上述光电转换部光电转换得到的电荷；传输信号供给部，所述传输信号供给部向上述传输部供给上述传输信号；第一复位部，所述第一复位部基于复位信号将积蓄于上述积蓄部的电荷复位；复位信号供给部，所述复位信号供给部向上述第一复位部供给上述复位信号；第一半导体基板，所述第一半导体基板设置有上述光电转换部、上述传输部以及上述第一复位部；以及第二半导体基板，所述第二半导体基板设置有配置于第一扩散层的上述复位信号供给部和配置于第二扩散层的上述传输信号供给部，所述第二扩散层具有与上述第一扩散层不同的极性。
(15)在(1)～(14)的拍摄元件中，还具备通过相关多重采样处理对模拟信号进行模拟/数字转换的A/D转换部，所述模拟信号基于积蓄于上述积蓄部的电荷的量。
(16)在(1)～(15)的拍摄元件中，还具备将积蓄于上述光电转换部的电荷复位的第二复位部。
(17)在(1)～(16)的拍摄元件中，上述光电转换部为钉扎光电二极管。
(18)具有(1)～(16)的拍摄元件的电子照相机。
另外，上述实施方式和变形例也包括以下的拍摄元件。
(1)拍摄元件具备：第一半导体基板，所述第一半导体基板设置有对入射光进行光电转换的光电转换部、基于传输信号向积蓄部传输由上述光电转换部生成的电荷的传输部；和第二半导体基板，所述第二半导体基板设置有传输信号供给部，所述传输信号供给部将比接地电压低的第一电压和比接地电压高的第二电压中的任一个作为上述传输信号并向上述传输部供给。
(2)在(1)的拍摄元件中，上述第一半导体基板分别具备多个上述光电转换部、上述积蓄部以及上述传输部，上述第二半导体基板具备多个上述传输信号供给部，多个上述传输信号供给部中的一部分上述传输信号供给部使在第一期间中上述光电转换部生成的电荷向上述积蓄部传输，其他一部分上述传输信号供给部使在与上述第一期间长度不同的第二期间中上述光电转换部生成的电荷向上述积蓄部传输。
(3)在(2)的拍摄元件中，上述第一期间的结束时刻与上述第二期间的结束时刻相同。
(4)在(1)～(3)的拍摄元件中，在上述第一半导体基板中设定的第一基板电位与在上述第二半导体基板中设定的第二基板电位不同。
(5)在(4)的拍摄元件中，上述第一电压和上述第二电压中的一方是基于上述第二基板电位的电压。
(6)在(4)或(5)的拍摄元件中，还具备：第一复位部，所述第一复位部设置于上述第一半导体基板，并基于复位信号将积蓄于上述积蓄部的电荷复位；和复位信号供给部，所述复位信号供给部设置于与上述第二半导体基板不同的半导体基板，并将接地电压以上的第三电压和比上述第三电压高的第四电压中的任一个作为上述复位信号向上述第一复位部供给。
(7)在(6)的拍摄元件中，上述第三电压和上述第四电压中的一方是基于上述第一基板电位的电压。
(8)在(6)的拍摄元件中，还具备被设定上述第一基板电位的第三半导体基板，上述复位信号供给部设置于上述第三半导体基板。
(9)在(1)的拍摄元件中，具备多个像素，所述像素具有上述光电转换部、上述积蓄部、上述传输部以及上述传输信号供给部，上述多个像素中的一部分像素具有的上述传输信号供给部供给使在第一期间中上述光电转换部生成的电荷向上述积蓄部传输的上述传输信号，上述多个像素中的其他一部分像素具有的上述传输信号供给部供给使在第二期间中上述光电转换部生成的电荷向上述积蓄部传输的上述传输信号，所述第二期间的长度与上述第一期间不同。
(10)一种拍摄元件，具备：
光电转换部，所述光电转换部对入射光进行光电转换；传输部，所述传输部基于传输信号向积蓄部传输由上述光电转换部光电转换得到的电荷；传输信号供给部，所述传输信号供给部向上述传输部供给上述传输信号；第一复位部，所述第一复位部基于复位信号将积蓄于上述积蓄部的电荷复位；复位信号供给部，所述复位信号供给部向上述第一复位部供给上述复位信号；第一半导体基板，所述第一半导体基板设置有上述光电转换部、上述传输部以及上述第一复位部；以及
第二半导体基板，所述第二半导体基板设置有配置于第一扩散层的上述复位信号供给部和配置于第二扩散层的上述传输信号供给部，所述第二扩散层具有与上述第一扩散层不同的极性。
(11)在(1)～(10)的拍摄元件中，还具备通过相关多重采样处理对模拟信号进行模拟/数字转换的A/D转换部，所述模拟信号基于积蓄于上述积蓄部的电荷的量。
(12)在(1)～(11)的拍摄元件中，还具备将积蓄于上述光电转换部的电荷复位的第二复位部。
(13)在(1)～(12)的拍摄元件中，上述光电转换部为钉扎光电二极管。
下面的优先权基础申请的公开内容作为引用文编入于此。
日本专利申请2015年第195280号(2015年9月30日申请)
附图标记的说明
3…拍摄元件，7…第一半导体基板，8…第二半导体基板，30…像素，31…光电二极管，301…模拟电路部，302…A/D转换部，303…采样部，306…单个像素控制部，307…像素驱动部。

Claims (2)

1.一种拍摄元件，具备：
第一基板，所述第一基板具有像素，所述像素具有对光进行光电转换而生成电荷的光电转换部、积蓄由所述光电转换部生成的电荷的积蓄部以及向所述积蓄部传输由所述光电转换部生成的电荷的传输部；和
第二基板，所述第二基板具有供给对所述传输部进行控制的信号的供给部，所述第二基板层叠于所述第一基板。
2.根据权利要求1所述的拍摄元件，其中，
所述拍摄元件具有多个所述像素，按每个所述像素设置所述供给部。
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