CN116982157A - 固态摄像装置 - Google Patents

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大石秀俊
安茂博章
三宅慎一
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Abstract

提供了一种能够在实现像素小型化的同时改善像素电路的晶体管的电属性的固态摄像装置。所述固态摄像装置包括第一半导体层和第二半导体层。所述第一半导体层具有沿着平面方向排布成矩阵的多个像素，所述像素包括光电转换元件。所述第二半导体层在所述像素的光入射侧的相反侧堆叠在所述第一半导体层上。电连接至所述像素的第一晶体管布置在所述第二半导体层上。所述第一晶体管具有相对于所述像素的排布方向倾斜的栅极长度方向。

Description

固态摄像装置
技术领域
本发明涉及固态摄像装置。
背景技术
专利文献1公开了一种摄像装置。在该摄像装置中，第二基板堆叠在第一基板上。执行光电转换的像素(传感器像素)布置在第一基板中。基于从像素输出的电荷输出像素信号的像素电路(读取电路)布置在第二基板中。
在摄像装置中，像素和像素电路分别布置在不同的基板中。这使得不论像素的小型化的进展如何，都能够确保足够的空间来布置像素电路。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：国际公开第WO 2019/131965A1号
发明内容
上述摄像装置经历了像素的进一步小型化。像素的小型化导致用于布置根据像素配置的像素电路的晶体管的面积减小。因此，为了防止短沟道效应的发生并且有效地抑制噪声的影响以改善晶体管的属性，存在改进的空间。
本发明提供了一种能够实现像素小型化并改善像素电路的晶体管的电属性的固态摄像装置。
根据本发明实施方案的固态摄像装置包括第一半导体层和第二半导体层。在所述第一半导体层中，像素沿着平面方向布置成矩阵。所述像素包括光电转换元件。像素数目为两个以上。所述第二半导体层在所述像素的光入射侧的相反侧堆叠在所述第一半导体层上，并且包括第一晶体管。所述第一晶体管电连接至所述像素，并且具有相对于所述像素的排布方向倾斜的栅极长度方向。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方案的固态摄像装置的像素电路的示意性平面图。
图2是包括图1所示的像素电路的固态摄像装置的示意性横截面图。
图3是包括图1和图2所示的固态摄像装置的像素和像素电路的电路图。
图4是与图3相对应的根据本发明第二实施方案的固态摄像装置的电路图。
图5是与图1相对应的图4所示的固态摄像装置的像素电路的示意性平面图。
图6是示出了根据本发明第三实施方案的固态摄像装置的像素和像素电路的主要部分的与图2相对应的示意性横截面图。
图7是与图1相对应的根据本发明第四实施方案的固态摄像装置的像素电路的示意性平面图。
图8是与图1相对应的根据本发明第五实施方案的固态摄像装置的像素电路的示意性平面图。
图9是示出了根据本发明第六实施方案的固态摄像装置的像素和像素电路的主要部分的与图2相对应的示意性横截面图。
图10是将安装在根据本发明第七实施方案的固态摄像装置上的电容器的示意性截面图。
图11是将安装在根据本发明第八实施方案的固态摄像装置上的电阻器的示意性截面图。
图12是将安装在根据本发明第九实施方案的固态摄像装置上的存储器元件的示意性截面图。
图13是示出了车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。
图14是辅助说明车外信息检测部和摄像部的安装位置的示例的图。
图15是示出了内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。
图16是示出了摄像头和相机控制单元(CCU)的功能构造的示例的框图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的实施方案进行详细说明。应当注意的是，将按照以下顺序进行说明。
1.第一实施方案
在第一实施方案中，将对将本技术应用于固态摄像装置的示例进行说明。
2.第二实施方案
在第二实施方案中，将对根据第一实施方案的固态摄像装置中的一个像素电路设置多个放大晶体管的示例的进行说明。
3.第三实施方案
在第三实施方案中，将对在根据第一实施方案的固态摄像装置中改变将第一半导体层和第二半导体层彼此接合的方式的示例进行说明。
4.第四实施方案
在第四实施方案中，将对在根据第一实施方案的固态摄像装置中改变像素电路的平面形状的示例进行说明。
5.第五实施方案
在第五实施方案中，将对根据第一实施方案的固态摄像装置中的像素电路的晶体管的排列布局的变形例进行说明。
6.第六实施方案
在第六实施方案中，将对在根据第三实施方案的固态摄像装置中改变其中设置有像素电路的第二半导体层的晶体取向的示例进行说明。
7.第七实施方案
在第七实施方案中，将对在根据第一实施方案的固态摄像装置中的第二半导体层中设置电容器的示例进行说明。
8.第八实施方案
在第八实施方案中，将对在根据第一实施方案的固态摄像装置中的第二半导体层中设置电阻器的示例进行说明。
9.第九实施方案
在第九实施方案中，将对在根据第一实施方案的固态摄像装置中的第二半导体层中设置存储器元件的示例进行说明。
10.移动体的应用示例
将对将本技术应用于作为移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示例进行说明。
11.内窥镜手术系统的应用示例
将对将本技术应用于内窥镜手术系统的示例进行说明。
12.其他实施方案
<1.第一实施方案>
使用图1至图3，将对根据本发明第一实施方案的固态摄像装置1进行说明。
这里，如果需要，为了方便起见，图中所示的箭头X方向表示放置在平坦表面上的固态摄像装置1的一个平面方向。箭头Y方向表示与箭头X方向正交的另一平面方向。另外，箭头Z方向表示与箭头X方向和箭头Y方向正交的上方向。即，箭头X方向、箭头Y方向和箭头Z方向分别精确地对应于三维坐标轴系统的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向。
应当注意的是，示出这些方向仅用于说明目的，而不是为了限制根据本技术的方向。
[固态摄像装置1的构造]
(1)固态摄像装置1的像素100和像素电路200的电路构造
图3示出了构造固态摄像装置1的像素100和像素电路200的电路构造示例。
一个像素100包括含有光电转换元件(光电二极管)101和传输晶体管102的串联电路。
光电转换元件101的阳极端子连接至基准电位GND，并且其阴极端子连接至传输晶体管102的一个端子。光电转换元件101将从固态摄像装置1外部入射的光转换为电信号。
传输晶体管102的另一端子连接至像素电路200。传输晶体管102的控制端子连接至水平信号线103。
像素电路200包括浮动扩散(FD)转换增益切换晶体管201、复位晶体管202、放大晶体管203和选择晶体管204。
传输晶体管102的另一端子连接至FD转换增益切换晶体管201的一个端子和放大晶体管203的控制端子。FD转换增益切换晶体管201的另一端子连接至复位晶体管202的一个端子。复位晶体管202的另一端子连接至电源电位VDD。放大晶体管203的一个端子连接至选择晶体管204的一个端子。放大晶体管203的另一端子连接至电源电位VDD。选择晶体管204的另一端子连接至垂直信号线205。
在根据第一实施方案的固态摄像装置1中，针对四个像素100设置一个像素电路200。
(2)固态摄像装置1的垂直截面构造
图2示出了固态摄像装置1的垂直截面构造的示例。
这里，固态摄像装置1构造为背面照射式图像传感器。固态摄像装置1包括当从箭头Y方向(在下文中，简称为“侧视图”)观察时按顺序堆叠的第一基底10、第二基底20和第三基底30。即，第二基底20堆叠在第一基底10上，并且第二基底20接合至第一基底10。第三基底30堆叠在第二基底20上，并且第三基底30接合至第二基底20。
第一基底10包括第一半导体层11和设置在第一半导体层11的朝向第二基底20的一侧的第一配线层12。第一半导体层11由单晶硅(Si)形成。
像素100设置在第一半导体层11中。各个像素100的光电转换元件101包括n型半导体区域和p型半导体区域，并且包括它们的pn结。省略了光电转换元件101的详细结构。
光接收透镜13设置在光电转换元件101的光入射侧，其间夹有未图示的电荷固定膜和未图示的绝缘膜。针对各个像素100设置光接收透镜13。光接收透镜13构造为集中进入光电转换元件101的光。这里，光入射侧是与第一半导体层11的朝向第二基底20的一侧相反的一侧。
各个像素100的传输晶体管102设置在第一半导体层11的朝向第二基底20一侧的表面部分上。传输晶体管102的详细结构也省略了。传输晶体管102包括n沟道绝缘栅极场效应晶体管(IGFET：绝缘栅极场效应晶体管)。传输晶体管102包括成对的主电极(端子)、沟道形成区域、栅极绝缘膜和栅极电极(控制端子)。成对的主电极是源极区域和漏极区域。
这里，IGFET至少包括金属体/氧化物膜/半导体场效应晶体管(MOSFET：金属氧化物半导体场效应晶体管)和金属体/绝缘体/半导体场效晶体管(MISFET：金属绝缘体半导体场效晶体管)。
另外，在像素100中的相邻像素之间设置有像素隔离区域14。像素隔离区域14将像素100中的相邻像素彼此光学分离和电学分离。
应当注意的是，稍后将与构成像素电路200的放大晶体管203等的排列布局一起详细说明像素100的排列布局和像素隔离区域14的排列布局中的各者。
第一配线层12包括配线121、多层配线122、第一端子123和绝缘体124。
配线121的一端连接至传输晶体管102，并且配线121的另一端连接至多层配线122。配线121被构造为在厚度方向上穿透第一配线层12的穿透配线，并且例如由诸如钨(W)等配线材料形成。
尽管不限制层数，但是多层配线122包括三层配线结构。多层配线122的各层的配线通过连接孔连接。例如，多层配线122由诸如铝(Al)等配线材料形成。
第一端子123的一端连接至多层配线122，并且第一端子123的另一端子123设置为在第一配线层12的朝向第二基底20侧的表面上露出。第一端子123例如由铜(Cu)形成。
绝缘体124设置为使得配线121、多层配线122和第一端子123中的各者嵌入其中。绝缘体124实际上包括多层绝缘膜的堆叠。绝缘体124由氧化硅膜(SiO)、氮化硅膜(SiN)或它们的组合形成。
第二基底20包括第二半导体层21和设置在第二半导体层21的朝向第一基底10的一侧的第二配线层22。第二半导体层21由单晶硅形成。
像素电路200设置在第二半导体层21中。换言之，第二半导体层21包括FD转换增益切换晶体管201、复位晶体管202、放大晶体管203和选择晶体管204(参照图3)。构成像素电路200的FD转换增益切换晶体管201、复位晶体管202、放大晶体管203和选择晶体管204各自对应于根据本技术的“第一晶体管”。
像素电路200设置在第二半导体层21的朝向第一基底10侧的主表面部分中。这里，主表面部分用于指设置有晶体管、电容器、电阻器等的主要表面部分。
复位晶体管202设置在第二半导体层21的位于由元件隔离区域28包围的区域内的主表面部分中。结构不限于特定的结构；然而，这里使用具有沟槽结构的元件隔离区域28来提高集成度。
复位晶体管202包括成对的主电极23、沟道形成区域、栅极绝缘膜25和栅极电极26。成对的主电极23是源极区域和漏极区域，并且包括n型半导体区域。沟道形成区域包括在成对的主电极23之间的第二半导体层21。栅极绝缘膜25沿着沟道形成区域设置，并且例如由氧化硅膜、氮化硅膜或它们的堆叠膜形成。栅极电极26沿着栅极绝缘膜25设置，并且例如由多晶硅形成。类似于传输晶体管102，复位晶体管202包括n沟道IGFET(绝缘栅场效应晶体管)。
这里，包括复位晶体管202的根据本技术的第一晶体管的栅极长度方向是载流子在成对的主电极23之间流动的方向，并且是与沟道长度方向相同的方向。
与复位晶体管202一样，选择晶体管204设置在第二半导体层21的位于由元件隔离区域28包围的区域内的主表面部分中。选择晶体管204包括成对的主电极23、沟道形成区域、栅极绝缘膜25和栅极电极26。选择晶体管204包括n沟道IGFET。
尽管在图2中省略了图示，但是与复位晶体管202(参照图1)一样，FD转换增益切换晶体管201设置在第二半导体层21的位于由元件隔离区域28包围的区域内的主表面部分中。FD转换增益切换晶体管201包括成对的主电极23、沟道形成区域、栅极绝缘膜25和栅极电极26。FD转换增益切换晶体管201包括n沟道IGFET。
与复位晶体管202一样，放大晶体管203设置在第二半导体层21的位于由元件隔离区域28包围的区域内的主表面部分中。放大晶体管203包括成对的主电极23、沟道形成区域、栅极绝缘膜25和栅极电极26。放大晶体管203包括n沟道IGFET。
这里，放大晶体管203包括鳍形结构。鳍形结构是栅极电极26(和栅极绝缘膜25)的栅极宽度方向上的两个端部在深度方向上从第二半导体层21的主表面延伸且栅极宽度尺寸在深度方向上扩展的结构。采用鳍形结构使得能够增加放大晶体管203的电流量。
第二配线层22包括配线221、多层配线222、第二端子223和绝缘体224。
配线221的一端连接至放大晶体管203，并且配线221的另一端连接至多层配线222。与配线121一样，配线221构造为在厚度方向上穿透第二配线层22的穿透配线。
尽管不限制层数，但是与多层配线122一样，多层配线222包括三层配线结构。
与第一端子123一样，第二端子223的一端连接至多层配线222，并且第二端子223的另一端子设置为在第二配线层22的朝向第一基底10侧的表面上露出。第二端子223设置在与第一端子123相对应的位置处，并且接合至第一端子123并且电连接至第一端子123。
绝缘体224设置为使得配线221、多层配线222和第二端子223中的各者均嵌入其中。绝缘体224由与绝缘体124的材料类似的材料形成。
在根据第一实施方案的固态摄像装置1中，第一基底10的第一端子123和第二基底20的第二端子223彼此面对以彼此接合。换言之，第一基底10和第二基底20通过面对面(Face to Face)接合结构彼此连接。
第三基底30包括第三半导体层31和设置在所述第三半导体层31的朝向第二基底20的一侧的第三配线层32。第三半导体层31由单晶硅形成。
在第三半导体层31中设置有控制像素电路200的操作的外围电路300。尽管省略了详细说明，但是外围电路300包括例如输入部、时序控制器、行驱动器、列信号处理器、图像信号处理器和输出部。外围电路300包括互补型IGFET，互补型IGFET包括n沟道IGFET 301和p沟道IGFET 302。互补型IGFET对应于根据本技术的“第二晶体管”。
n沟道IGFET 301设置在第三半导体层31的由元件隔离区域38包围的区域内的主表面部分中。与元件隔离区域28一样，沟槽结构被应用于元件隔离区域38。
n沟道IGFET 301包括成对的主电极33、沟道形成区域、栅极绝缘膜35和栅极电极36。成对的主电极33是源极区域和漏极区域，并且包括n型半导体区域。沟道形成区域包括在成对的主电极33之间的第三半导体层31。栅极绝缘膜35沿着沟道形成区域设置，并且例如由与栅极绝缘膜25的材料类似的材料形成。栅极电极36沿着栅极绝缘膜35设置，并且例如由与栅极电极26的材料类似的材料形成。
p沟道IGFET 302包括成对的主电极34、沟道形成区域、栅极绝缘膜35和栅极电极36。成对的主电极34是源极区域和漏极区域，并且包括p型半导体区域。沟道形成区域包括在成对的主电极34之间的第三半导体层31。
应当注意的是，尽管省略了图示，但是n沟道IGFET 301设置在第三半导体层31的主表面部分中的p型阱区域中。p沟道IGFET 302设置在设置于第三半导体层31的主表面部分中的n型阱区域中。
第三配线层32包括配线321、多层配线322和绝缘体324。
配线321的一端连接至互补型IGFET，并且配线321的另一端连接至多层配线322。与配线121一样，配线321构造为在厚度方向上穿透第三配线层32的穿透配线。
尽管不限制层数，但是与多层配线122一样，多层配线322包括三层配线结构。多层配线322通过未图示的穿透配线连接至第二基底20的多层配线222。
绝缘体324被设置为使得配线321和多层配线322中的各者嵌入其中。绝缘体324由与绝缘体124的材料类似的材料形成。
(3)像素100和像素电路200的平面构造
图1示出了当从光入射侧沿箭头Z方向观察固态摄像装置1时(在下文中，简称为“平面图”)像素100的排列布局和像素电路200的排列布局的示例。
多个像素100沿着与第一基底10的第一半导体层11的表面平行的平面方向布置成矩阵。即，像素100在箭头X方向和箭头Y方向上以规则间隔布置着。各个像素隔离区域14设置在沿箭头X方向相邻的那些像素100之间以及沿箭头Y方向相邻的那些像素100之间。在第一实施方案中，像素100分别在平面图中具有矩形形状，更具体地，正方形形状。
在像素电路200中，FD转换增益切换晶体管201和复位晶体管202沿着第二半导体层21的主表面配置成行，其各自的栅极长度方向一致。这里，栅极长度方向是标有附图标记“Lg”的箭头方向。另外，栅极宽度方向是标有附图标记“Lw”的箭头方向。FD转换增益切换晶体管201的主电极23中的一个与复位晶体管202的主电极23中的一个一体地形成。FD转换增益切换晶体管201和复位晶体管202的栅极长度方向相对于像素100的布置方向(箭头X方向或箭头Y方向)倾斜。在第一实施方案中，FD转换增益切换晶体管201和复位晶体管202设置有与像素100的矩形形状的对角线方向一致的栅极长度方向，即，栅极长度方向平行于像素100的长方形形状的对角线方向。
另外，在像素电路200中，放大晶体管203和选择晶体管204沿着第二半导体层21的主表面配置成行，其各自的栅极长度方向一致。放大晶体管203的主电极23中的一个与选择晶体管204的主电极23中的一个一体地形成。与FD转换增益切换晶体管201和复位晶体管202的栅极长度方向一样，放大晶体管203和选择晶体管204的栅极长度方向相对于像素100的布置方向(箭头X方向或箭头Y方向)倾斜。放大晶体管203和选择晶体管204相对于FD转换增益切换晶体管201和复位晶体管202在栅极宽度方向上间隔开，同时放大晶体管203和选择晶体管204的栅极长度方向与FD转换增益切换晶体管201和复位晶体管202的栅极长度方向平行。
此外，针对四个像素100设置一个像素电路200。一个像素电路200的FD转换增益切换晶体管201设置有与四个像素100中的一个像素的对角线方向一致的栅极长度方向。同样地，一个像素电路200的复位晶体管202配置有与四个像素100中的一个像素的对角线方向一致的栅极长度方向。一个像素电路200的放大晶体管203配置有与四个像素100中的一个像素的对角线方向一致的栅极长度方向。此外，一个像素电路200的选择晶体管204配置有与四个像素100中的一个像素的对角线方向一致的栅极长度方向。
这里，例如，一个像素100的一边的尺寸设定在从0.4μm到2.0μm(包括0.4μm和2.0μm)的范围内；然而，这些数值不是限制性的。同时，例如，像素电路200的FD转换增益切换晶体管201、复位晶体管202和选择晶体管204中的各者的栅极长度尺寸设定在从150nm到300nm(包括150nm和300nm)的范围内。此外，例如，放大晶体管203的栅极长度尺寸比复位晶体管202等的栅极长度尺寸长，并且例如，设定在从300nm到600nm(包括300nm和600nm)的范围内。
另外，如以另一方式表示的，像素隔离区域14设置在像素100之间，并且在平面图中，像素隔离区域14具有栅格形状。即，像素隔离区域14包括在箭头X方向上延伸并且在箭头Y方向上以规则间隔布置的第一分隔壁141，并且包括在箭头Y的方向上延伸并且在箭头X的方向上以规则间隔布置的第二分隔壁142。因此，像素电路200的FD转换增益切换晶体管201等的栅极长度方向相对于第一分隔壁141或第二分隔壁142的延伸方向倾斜。
这里，尽管省略了图示，但是构造外围电路300的n沟道IGFET 301和p沟道IGFET302的各自的栅极长度方向与像素100的布置方向平行。
[作用和效果]
根据第一实施方案的固态摄像装置1包括第一半导体层11和第二半导体层21，如图2所示。如图1所示，像素100在第一半导体层11中沿着平面方向布置成矩阵。像素100包括光电转换元件101。像素100的数量是两个以上。第二半导体层21在像素100的光入射侧的相反侧堆叠在第一半导体层11上。第一晶体管设置在第二半导体层21中。第一晶体管电连接至像素100，并且具有相对于像素100的布置方向倾斜的栅极长度方向。第一晶体管包括构成像素电路200的FD转换增益切换晶体管201、复位晶体管202、放大晶体管203或选择晶体管204。
像素100配置在第一半导体层11中，并且第一晶体管独立于像素100设置在第二半导体层21中。这使得即使布置的像素100的数量随着像素100的小型化而增加，也能够在第二半导体层21中确保布置第一晶体管的面积。
此外，第一晶体管的栅极长度方向相对于像素100的布置方向倾斜，这使得能够增大第一晶体管的栅极长度尺寸。这使得能够有效地抑制或防止在第一晶体管中出现短沟道效应或出现噪声，并且因此改善第一晶体管的电属性。特别地，能够有效地抑制或防止在用作第一晶体管的放大晶体管203中出现RTS(随机电报信号)噪声。因此，能够改善像素电路200的电属性。
此外，第一晶体管的栅极长度方向相对于像素100的布置方向倾斜，这使得能够扩展第一晶体管的栅极宽度尺寸。特别地，能够扩展放大晶体管203和选择晶体管204各自的栅极宽度尺寸。这使得能够提高放大晶体管203和选择晶体管204中的各者的跨导(gm)，并且因此，有效地抑制或防止热噪声。另外，跨导的改善使得能够加快像素电路200的操作速度。
另外，如图1所示，在固态摄像装置1中，像素100在平面图中具有矩形形状。此外，在平面图中，第一晶体管的栅极长度方向与像素100的对角线方向平行。这使得能够最大化第一晶体管的栅极长度尺寸。
具体地，能够使得第一晶体管的栅极长度尺寸是在栅极长度方向与像素100的布置方向平行的情况下的栅极长度尺寸的大致1.4倍。因此，能够进一步改善第一晶体管的电属性。
此外，如图3所示，在固态摄像装置1中，第一晶体管构成连接至像素100的像素电路200。即，如图2所示，像素100设置在第一半导体层11中，并且像素电路200设置在第二半导体层21中。这使得无论布置像素电路200的面积如何，均能够小型化像素100并且增加布置的像素100的数量。
另外，在固态摄像装置1中，如图1所示，用作第一晶体管的放大晶体管203的栅极长度尺寸比选择晶体管204或复位晶体管202的栅极长度尺寸长。这使得可以更有效地抑制或防止在放大晶体管203中出现RTS噪声，并且因此，进一步改善电属性。
此外，如图2所示，固态摄像装置1包括第一端子123和第二端子223。第一端子123设置在第一半导体层11的朝向第二半导体层21的一侧，并且经由第一配线层12电连接至像素100。第二端子223设置在第二半导体层21的朝向第一半导体层11的一侧，经由第二配线层22电连接至第一晶体管，并且接合至第一端子123。即，包括第一半导体层11的第一基底10和包括第二半导体层21的第二基底20通过面对面接合结构彼此连接。在面对面接合结构中，第二配线层222在像素100与第一晶体管之间的连接路径中被设置于第二端子223与第一晶体管之间的连接路径上。
这使得能够在第二配线层22中布置配线，并且因此能够自由地排布用于布置第一晶体管的位置。
另外，固态摄像装置1包括如图2所示的第三半导体层31。第三半导体层31堆叠在第二半导体层21的与第一半导体层11相反的一侧上。第三半导体层31包括第二晶体管，并且第二晶体管构成控制像素电路200的外围电路300。第二晶体管例如是互补型IGFET。即，像素100设置在第一半导体层11中，像素电路200设置在第二半导体层21中，并且外围电路300设置在第三半导体层31中。
这使得能够将像素100主要布置在第一半导体层11中，并且因此，增加布置的像素100的数量。
此外，在固态摄像装置1中，图2所示的第二晶体管的栅极长度方向与像素100的布置方向平行。换言之，构成像素电路200的第一晶体管的栅极长度方向相对于第二晶体管的栅极长度方向倾斜。
这使得能够独立于第二晶体管实现第一晶体管的电属性的优化。
<2.第二实施方案>
使用图4和图5，将对根据本发明第二实施方案的固态摄像装置2进行说明。应当注意的是，在第二实施方案和此后说明的实施方案中，相同的附图标记用于指代与根据第一实施方案的固态摄像装置1的部件相同或基本相同的部件，并且将省略其冗余说明。
[固态摄像装置2的构造]
图4示出了构成固态摄像装置2的像素100和像素电路200的示例的电路构造。
根据第二实施方案的固态摄像装置2的像素电路200包括FD转换增益切换晶体管201、复位晶体管202、两个放大晶体管203和选择晶体管204。即，针对一个像素电路200设置两个放大晶体管203。两个放大晶体管203并联地电连接。
图5在平面图中示出了固态摄像装置2的像素100的排列布局和像素电路200的排列布局的示例。
在像素电路200中，FD转换增益切换晶体管201和复位晶体管202沿着第二半导体层21的主表面配置成行，其各自的栅极长度方向一致。FD转换增益切换晶体管201的主电极23中的一个与复位晶体管202的主电极23中的一个一体地形成。FD转换增益切换晶体管201和复位晶体管202的栅极长度方向相对于像素100的布置方向倾斜。在第二实施方案中，与根据第一实施方案的固态摄像装置1一样地，FD转换增益切换晶体管201和复位晶体管202中的各者的栅极长度方向与像素100的矩形形状的对角线方向一致。
选择晶体管204的栅极长度方向在FD转换增益切换晶体管201和复位晶体管202的栅极长度方向的延长上一致地设置。
另外，在像素电路200中，两个放大晶体管203沿着第二半导体层21的主表面配置成行，其各自的栅极长度方向一致。两个放大晶体管203的主电极23中的各个主电极一体地形成。与FD转换增益切换晶体管201、复位晶体管202和选择晶体管204的栅极长度方向一样，两个放大晶体管203的栅极长度方向相对于像素100的布置方向倾斜。两个放大晶体管203相对于FD转换增益切换晶体管201、复位晶体管202和选择晶体管204在栅极宽度方向上间隔开，同时两个放大晶体管203的栅极长度方向与FD转换增益切换晶体管201、复位晶体管202和选择晶体管204的栅极长度方向平行。
除了上述像素电路200之外的部件与根据第一实施方案的固态摄像装置1的部件相同。
[作用和效果]
根据第二实施方案的固态摄像装置2使得能够实现与根据第一实施方案的固体摄像装置1能够实现的作用和效果类似的作用和效果。
另外，在固态摄像装置2中，如图4和图5所示，多个放大晶体管203相对于一个像素电路200并联地电连接。这里，两个放大晶体管203并联地电连接。这使得能够更有效地抑制或防止在放大晶体管203中出现RTS噪声，并且因此，进一步改善电属性。
<3.第三实施方案>
将使用图6对根据本发明第三实施方案的固态摄像装置3进行说明。
[固态摄像装置3的构造]
图6示出了表示固态摄像装置3的像素100和像素电路200的主要部分的垂直截面构造的示例。
与根据第一实施方案的固态摄像装置1一样，根据第三实施方案的固态摄像装置3包括在侧视图中按顺序堆叠的第一基底10、第二基底20和未图示的第三基底30。这里，第二基底20包括设置在朝向第一基底10的一侧的第二半导体层21和设置在朝向第三基底30的一侧的第二配线层22。第二半导体层21的主表面限定在朝向第三基底30的一侧，并且构成像素电路200(参照图3或图4)的放大晶体管203等设置在第二半导体层21的主表面部分中。
像素100和像素电路200经由穿透配线125彼此电连接。穿透配线125的一端连接至像素100的传输晶体管102。穿透配线125的另一端在厚度方向上穿透第二半导体层21并且连接至第二配线层22。第二配线层22连接至放大晶体管203和未图示的FD转换增益切换晶体管201。
即，第一基底10和第二基底20通过面对背(Face to Back)接合结构彼此接合。
除了上述接合结构之外的部件与根据第一实施方案的固态摄像装置1的部件相同。
[作用和效果]
根据第三实施方案的固态摄像装置3使得可以实现与根据第一实施方案的固态摄像装置1可实现的作用和效果类似的作用和效果。
此外，在固态摄像装置3中，包括第一半导体层11的第一基底10和包括第二半导体层21的第二基底通过如图6所示的面对背接合结构彼此连接。此外，像素100和像素电路200经由穿透配线125彼此连接。
例如与根据第一实施方案的固态摄像装置1相比，这能够使将像素100和像素电路200彼此连接的信号路径的长度变短。因此，能够降低信噪比(SN比：信噪比)。
<4.第四实施方案>
将使用图7对根据本发明第四实施方案的固态摄像装置4进行说明。
[固态摄像装置4的构造]
图7示出了固态摄像装置4的像素100的排列布局和像素电路200的排列布局的示例。
在根据第四实施方案的固态摄像装置4中，像素100在平面图中分别具有平行于箭头Y方向的边比平行于箭头X方向的边更长的四边形形状。此外，诸如放大晶体管203等构成像素电路200的第一晶体管设置有与像素100的对角线方向平行的栅极长度方向。
[作用和效果]
根据第四实施方案的固态摄像装置4使得能够实现与根据第一实施方案的固体摄像装置1可实现的作用和效果类似的作用和效果。
<5.第五实施方案>
使用图8，将对根据本发明第五实施方案的固态摄像装置5进行说明。
[固态摄像装置5的构造]
图8示出了固态摄像装置5的像素100的排列布局和像素电路200的排列布局的示例。
根据第五实施方案的固态摄像装置5在平面图中包括多个像素区域。这里，出于简化说明的目的，固态摄像装置5包括两个像素区域，即，第一像素区域15和第二像素区域16。
在第一像素区域15中，与在根据第一实施方案的固态摄像装置1中一样，布置有第一晶体管。即，构成像素电路200的FD转换增益切换晶体管201、复位晶体管202、放大晶体管203和选择晶体管204布置有相对于像素100的排布方向倾斜的栅极长度方向。放大晶体管203等的栅极长度方向与像素100的对角线方向平行。
参照在第一像素区域15和第二像素区域16之间的边界上虚拟设置的边界线C-C，放大晶体管203等的栅极长度方向沿逆时针方向设置成角度α1。角度α1在这里是45度。
在第二像素区域16中，构成像素电路200的FD转换增益切换晶体管201、复位晶体管202、放大晶体管203和选择晶体管204被布置为栅极长度方向相对于像素100的排布方向倾斜。放大晶体管203等的栅极长度方向与像素100的对角线方向平行。
在第二像素区域16中，参照边界线C-C，放大晶体管203等的栅极长度方向沿顺时针方向设置成角度α2。角度α2在这里是45度。
即，第一像素区域15的栅极长度方向设置为与第二像素区域16的栅极长度方向正交。换言之，第二像素区域16的栅极长度方向与第一像素区域15的栅极宽度方向平行。
[作用和效果]
根据第五实施方案的固态摄像装置5使得能够实现与根据第一实施方案的固体摄像装置1能够实现的作用和效果类似的作用和效果。
<6.第六实施方案>
将使用图9对根据本发明第六实施方案的固态摄像装置6进行说明。
[固态摄像装置6的构造]
图9示出了表示固态摄像装置6的像素100和像素电路200的主要部分的垂直截面构造的示例。这里，将作为根据第三实施方案的固态摄像装置3的变形例说明。
根据第六实施方案的固态摄像装置包括第二半导体层21N，以代替根据第三实施方案的固态摄像装置3的第二基底20的第二半导体层21。第二半导体层21N从用于制造固态摄像装置6的过程的具有0(零)度凹口(notch)的半导体晶片(单晶硅基板)切割而成。第二半导体层21N的已经进行切割的侧表面是<110>晶面。
设置在第二半导体层21N的主表面部分中的放大晶体管203采用如上所述的鳍形结构，其栅极长度方向相对于像素100的排布方向倾斜45度。这使得放大晶体管203的沟道形成区域(第二半导体层21N)的侧壁被设定为<100>晶面。
[作用和效果]
根据第六实施方案的固态摄像装置6使得能够实现与根据第三实施方案的固态摄像装置3能够实现的作用和效果类似的作用和效果。
此外，固态摄像装置6包括从具有0度凹口的半导体晶片切割出的第二半导体层21N。在第二半导体层21N中，采用鳍状结构的放大晶体管203设置有与像素100的排布方向平行的栅极长度方向。
这使得放大晶体管203的沟道形成区域的侧壁为<100>晶面。在单晶硅中，导致噪声恶化的界面态在<100>晶面中变得比在<110>晶面中更低。因此，能够有效地抑制或防止放大晶体管203的噪声。
应当注意的是，在根据第一实施方案的固态摄像装置1中，在用第二半导体层21N替换第二半导体层21的情况下，也能够实现与根据第六实施方案的固体摄像装置6能够实现的作用和效果类似的作用和效果。
<7.第七实施方案>
使用图10，将对根据本发明第七实施方案的固态摄像装置7进行说明。
[固态摄像装置7的构造]
图10示出了将安装在固态摄像装置7的第二基底20上的电容器206的垂直截面构造的示例。
固态摄像装置7包含在第二基底20的第二半导体层21处的位于像素电路200内或者像素电路200外部的区域中的电容器(电容器元件)206。电容器206包括用作第二电极的第二半导体层21、设置在第二半导体层21上的介电体25A以及用作第一电极并且设置在介电体25A上的金属体26A。即，电容器206构造为金属体/介电体/半导体电容器。
电容器206的第二半导体层21由单晶硅形成。例如，介电体25A由与构成像素电路200的选择晶体管204等的栅极绝缘膜25(参照图2)的材料相同的材料形成。例如，金属体26A由与选择晶体管204等的栅极电极26的材料相同的材料形成。
在介电体25A由氧化硅形成的情况下，电容器206构造为MOS(金属氧化物半导体)电容器。相比之下，在介电体25A由氧化硅以外的绝缘体(例如，氮化硅)形成的情况下，电容器206构造为MIS(金属绝缘体半导体)电容器。
此外，电容器206设置在第二半导体层21处，并且沿着金属体26A的平面方向的中心线Lc例如与选择晶体管204等的栅极长度方向平行。
[作用和效果]
根据第七实施方案的固态摄像装置7使得能够实现与根据第一实施方案的固体摄像装置能够实现的作用和效果类似的作用和效果。
另外，如图10所示，固态摄像装置7包括位于第二基底20的第二半导体层21处的电容器206。因此，能够有效地使用第二半导体层21。例如，包括电容器206的电路能够安装在第二半导体层21上。
此外，在固态摄像装置7中，电容器206设置在第二半导体层21处，并且用作第一电极的金属体26A的中心线Lc与选择晶体管204等的栅极长度方向平行。这使得能够增加在中心线Lc的方向和与中心线Lc正交的方向上的尺寸，以增大电容器面积，并且因此增大电容器206的电容值。
<8.第八实施方案>
将使用图11对根据本发明第八实施方案的固态摄像装置8进行说明。
[固态摄像装置8的构造]
图11示出了将安装在固态摄像装置8的第二基底20上的电阻器207的垂直截面构造的示例。
固态摄像装置8包括在第二基底20的第二半导体层21处的位于像素电路200内或者像素电路200外部的区域中的电阻器(电阻器元件)207。电阻器207包括设置在第二半导体层21的主表面部分中的半导体区域(扩散层)23A。即，电阻器207是扩散层电阻器。
例如，半导体区域23A包括与构成像素电路200的选择晶体管204等的主电极23的结构相同的结构。这里，半导体区域23A是n型半导体区域。
或者，半导体区域23A可以包括p型半导体区域、或者未图示的p型阱区域、或者未图示的n型阱区域。
此外，例如，电阻器207可以包括与选择晶体管204等的栅极电极26的材料相同的材料。例如，在栅极电极26由多晶硅形成的情况下，电阻器207是多晶硅电阻器。
此外，电阻器207设置在第二半导体层21中，例如，电阻器长度方向Lr与选择晶体管204等的栅极长度方向平行。
[作用和效果]
根据第八实施方案的固态摄像装置8使得能够实现与根据第一实施方案的固体摄像装置能够实现的作用和效果类似的作用和效果。
另外，如图11所示，固态摄像装置8包括在第二基底20的第二半导体层21处的电阻器207。因此，能够有效地使用第二半导体层21。例如，包括电阻器207的电路能够安装在第二半导体层21上。
此外，在固态摄像装置8中，电阻器207设置在第二半导体层21处，并且电阻器长度方向Lr与选择晶体管204等的栅极长度方向平行。这使得能够增加电阻器207的电阻器长度尺寸，并且因此能够增大电阻器207的电阻值。
应当注意的是，根据第八实施方案的固态摄像装置8可以与根据第七实施方案的固体摄像装置7组合，以提供具有电阻器207和电容器206的第二半导体层21。
<9.第九实施方案>
使用图12，将对根据本发明第九实施方案的固态摄像装置9进行说明。
[固态摄像装置9的构造]
图12示出了将安装在固态摄像装置9的第二基底20上的存储器元件208的垂直截面构造的示例。
固态摄像装置9包括在第二基底20的第二半导体层21处的位于像素电路200内或者像素电路200外部的区域中的存储器元件208。在第九实施方案中，存储器元件208是采用铁电存储器(FeRAM：铁电随机存取存储器)的一个晶体管结构的存储器单元。另外，尽管仅示出了单个存储器元件208，但是实际上多个存储器元件208以矩阵形式布置。
存储器元件208包括成对的主电极23B、沟道形成区域、铁电体25B和栅极电极26B。成对的主电极23B是源极区域和漏极区域。
例如，主电极23B包括与构成像素电路200的选择晶体管204等的主电极23的结构相同的结构。即，主电极23B是n型半导体区域。应当注意的是，在栅极电极26B的侧壁上设置有省略了其附图标记的侧壁间隔物。主电极23B利用侧壁间隔物形成LDD(轻掺杂漏极)结构。
沟道形成区域包括在成对的主电极23B之间的第二半导体层21。
铁电体25B设置在沟道形成区域上。铁电体25B包括介电常数高于例如二氧化硅的高kappa(高-κ)绝缘体。具体地，铁电体25B例如由氧化锆铪(HfZrO)、氧化锆(ZrO)或氧化铪(HfO)等形成。
栅极电极26B设置在铁电体25B上。例如，栅极电极26B由与选择晶体管204等的栅极电极26的材料相同的材料形成。
此外，存储器元件208设置在第二半导体层21中，并且存储器元件208的栅极长度方向与选择晶体管204等的栅极长度方向平行。
[作用和效果]
根据第九实施方案的固态摄像装置9使得能够实现与根据第一实施方案的固体摄像装置能够实现的作用和效果类似的作用和效果。
另外，如图12所示，固态摄像装置9包括在第二基底20的第二半导体层21上的存储器元件208。因此，能够有效地使用第二半导体层21。例如，包括铁电存储器的电路能够安装在第二半导体层21上。
此外，在固态摄像装置9中，存储器元件208设置在第二半导体层21中，并且存储器元件208的栅极长度方向与构成像素电路200的选择晶体管204等的栅极长度方向(参照图1)平行。这使得能够有效地抑制或防止在存储器元件208中出现短沟道效应或噪声，并且因此提高电可靠性。
此外，能够扩展存储器元件208的在栅极宽度方向上的尺寸，并且因此能够提高跨导。
应当注意的是，根据第九实施方案的固态摄像装置9可以与根据第七实施方案的固体摄像装置7或根据第八实施方案的固相摄像装置8组合，以提供具有存储器元件208和电容器206或电阻器207的第二半导体层21。
此外，根据第九实施方案的固态摄像装置9可以与根据第七实施方案的固态摄像装置7和根据第八实施方案的固态摄像装置8组合，以提供具有存储器元件208、电容器206和电阻器207的第二半导体层21。
<10.移动体的应用示例>
根据本公开的技术(本技术)可以适用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以被实现为安装在任何类型的移动体(例如，汽车、电动汽车、混合电动汽车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人飞行器、船舶或机器人)上的装置。
图13是示出作为根据本公开的技术可以适用的作为移动体控制系统的车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。
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13所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和综合控制单元12050。此外，作为综合控制单元12050的功能构造，示出了微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络接口(I/F)12053。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001连接的多个电子控制单元。在图20所示的例子中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040以及综合控制单元12050。另外，作为综合控制单元12050的功能结构，示出了微型计算机12051、声音/图像输出部12052以及车载网络I/F(interface)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驱动系统有关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作下列机构的控制装置：诸如内燃机或驱动电机等用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置、用于向车轮传递驱动力的驱动力传递机构、用于调整车辆的转向角的转向机构、用于产生车辆的制动力的制动装置等。
车身系统控制单元12020根据各种程序来控制安装到车体的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置或诸如头灯、尾灯、刹车灯、转向信号灯或雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，从用于代替钥匙的便携式装置发送的无线电波或各种开关的信号可以被输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收无线电波或信号的输入并控制车辆的门锁装置、电动窗装置、灯等。
车外信息检测单元12030检测关于含有车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，车外信息检测单元12030连接有摄像部12031。车外信息检测单元12030使摄像部12031捕获车辆外部的图像并接收所拍摄的图像。车外信息检测单元12030可以基于接收到的图像进行检测诸如人、汽车、障碍物、标志、路面上的文字等的物体的处理或检测到这些物体的距离的处理。
摄像部12031是接收光并输出与光的受光量相对应的电气信号的光学传感器。摄像部12031能够输出电气信号作为图像，或者能够输出电气信号作为测距信息。此外，由摄像部12031接收的光可以是可见光或诸如红外线等不可见光。
车内信息检测单元12040检测车内的信息。车内信息检测单元12040例如与检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部12041连接。例如，驾驶员状态检测部12041包括对驾驶员成像的相机。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精神集中度，或者可以判断驾驶员是否正在打瞌睡。
微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆内部和外部的信息来计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且可以向驱动系统控制单元12010输出控制指令。例如，微型计算机12051可以进行协调控制，以实现包括车辆的碰撞避免或碰撞缓和、基于车辆之间的距离的跟车行驶、车辆速度保持行驶、车辆碰撞警告和车辆的车道偏离警告等功能的高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能。
此外，微型计算机12051可以根据基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆周围的信息来控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等来进行协调控制，以实现使得车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作的自动驾驶等。
此外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的车辆外部的信息将控制指令输出到车身系统控制单元12020。例如，微型计算机12051可以通过根据由车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置控制车前灯以例如将远光灯切换为近光灯，由此进行旨在防止眩光的协调控制。
声音/图像输出部12052将声音和图像中的至少一者的输出信号传递到能够在视觉上或听觉上通知车辆乘员或车辆外部的信息的输出装置。在图13的示例中，作为输出装置，音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063被示出。例如，显示部12062可以包括车载显示器和抬头显示器中的至少一种。
图14是示出摄像部12031的安装位置的示例的图。
在图14中，摄像部12031包括摄像部12101、12102、12103、12104和12105。
摄像部12101、12102、12103、12104和12105设置在例如车辆12100的车头、侧视镜、后保险杠、后门以及车内的挡风玻璃的上部等位置。设置在车头的摄像部12101和设置在车内的挡风玻璃上部的摄像部12105主要获得车辆12100的前方的图像。设置在侧视镜的摄像部12102和12103主要获得车辆12100的侧方的图像。设置在后保险杠或后门的摄像部12104主要获得车辆12100的后方的图像。由摄像部12101和12105获取的前方图像主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号、交通标志、车道等。
此外，图14示出了摄像部12101至12104的成像范围的示例。成像范围12111表示设置在车头的摄像部12101的成像范围，成像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜的摄像部12102和12103的成像范围，并且成像范围12114表示设置在后保险杠或后门的摄像部12104的成像范围。例如，通过叠加由摄像部12101至12104捕获的图像数据，获得车辆12100的从上方看到的鸟瞰图像。
摄像部12101至12104中的至少一个可以具有获取距离信息的功能。例如，摄像部12101至12104中的至少一个可以是包括多个摄像元件的立体相机，或者可以是具有相位差检测用的像素的摄像元件。
例如，基于从摄像部12101至12104获得的距离信息，微型计算机12051能够确定距成像范围12111至12114内的各三维物体的距离和距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，并由此提取特别是在车辆12100的行驶路线上的且在与车辆12100的大致相同的方向上以预定速度(例如，0km/h以上)行驶的最靠近的三维物体作为前方车辆。此外，微型计算机12051可以提前设定与前方车辆之间需要保持的车辆间距离，并且能够进行自动制动控制(包括跟车行驶停止控制)、自动加速控制(包括跟车行驶开始控制)等。因此，能够进行用于使得车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作的自动驾驶等的协调控制。
例如，基于从摄像部12101至12104获得的距离信息，微型计算机12051可以将关于三维物体的三维物体数据分类为两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人和诸如电线杆等其他三维物体，提取分类的三维物体数据，并且使用三维物体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可以由车辆12100的驾驶员视觉识别的障碍物和难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051判断指示与每个障碍物碰撞的危险度的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且存在碰撞的可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061和显示部12062向驾驶者输出警告或者经由驱动系统控制单元12010进行强制减速或回避转向。微型计算机12051由此能够辅助驾驶以避免碰撞。
摄像部12101至12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过判断行人是否存在于由摄像部12101至12104捕获的图像中来识别行人。例如，通过提取由作为红外相机的摄像部12101至12104的拍摄图像中的特征点的步骤以及对指示物体的轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理以判断该物体是否为行人的步骤来进行行人的识别。当微型计算机12051判断行人存在于由摄像部12101至12104捕获的图像中并且因此识别出行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062使得在所识别的行人上叠加并显示用于强调的四边形轮廓线。此外，声音/图像输出部12052可以控制显示部12062使得在期望的位置显示指示行人的图标等。
在上文中，说明了根据本发明的技术可应用的车辆控制系统的一个示例。根据本发明的技术可应用于上述组件中的摄像部12031。将根据本发明的技术应用于摄像部12031使得能够实现具有更简单构造的摄像部12031。
<11.内窥镜手术系统的应用示例>
根据本发明的技术(本技术)适用于各种产品。例如，根据本发明的技术可以应用于内窥镜手术系统。
图15是示出能够应用根据本公开的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。
在图15中，示出了其中手术者(医生)11131正在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11111和能量处置器械11112等其他手术器械11110、支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120和其上安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。
内窥镜11100包括其中距远端预定长度的区域被插入患者11132的体腔内的透镜筒11101和连接到透镜筒11101的近端的摄像头11102。在所示的示例中，示出了被构造为具有硬性透镜筒11101的所谓硬镜的内窥镜11100，但是内窥镜11100可以被构造为具有软性透镜筒的所谓的软镜。
在透镜筒11101的远端设置有装配有物镜的开口部。光源装置11203连接到内窥镜11100，使得由光源装置11203生成的光被在透镜筒11101内部延伸的光导引导至透镜筒11101的远端，并且经由物镜朝向患者11132的体腔内的观察对象发射。注意，内窥镜11100可以是直视内窥镜、斜视内窥镜或侧视内窥镜。
光学系统和摄像元件设置在摄像头11102内部，并且来自观察对象的反射光(观察光)通过光学系统会聚在摄像元件上。观察光由摄像元件执行光电转换，并且生成与观察光相对应的电气信号，即，与观察图像相对应的图像信号。图像信号作为RAW数据被传输到CCU11201。
CCU 11201包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等，并且综合控制内窥镜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执行诸如显像处理(去马赛克处理)等用于显示基于该图像信号的图像的各种图像处理。
显示装置11202在CCU 11201的控制下显示基于由CCU 11201进行过图像处理的图像信号的图像。
例如，光源装置11203包括诸如发光二极管(LED)等光源，并且将对手术部位进行成像时的照射光供给到内窥镜11100。
输入装置11204是用于内窥镜手术系统11000的输入接口。使用者可以经由输入装置11204向内窥镜手术系统11000输入各种信息和指令。例如，使用者输入指令等改变内窥镜11100的摄像条件(照射光的类型、放大率、焦距等)。
处置器械控制装置11205控制能量处置器械11112的驱动，能量处置器械11112用于组织的烧灼和切开、血管的密封等。气腹装置11206经由气腹管11111向患者11132的体腔内注入气体以使患者11132的体腔膨胀，从而确保内窥镜11100的视野并确保手术者的工作空间。记录器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、图表等各种形式的与手术有关的各种信息的装置。
注意，将手术部位被成像时的照射光供给到内窥镜11100的光源装置11203可以由包括例如LED、激光光源或它们的组合的白色光源构成。在白色光源通过红色、绿色和蓝色(RGB)激光光源的组合构成的情况下，由于能够高精度地控制各种颜色(各波长)的输出强度和输出时序，因此能够由光源装置11203进行所拍摄的图像的白平衡的调整。此外，在这种情况下，通过将来自各个RGB激光光源的激光束以分时的方式照射到观察对象上并且与照射时序同步地控制摄像头11102的摄像元件的驱动，则也能够以分时的方式拍摄对应于RGB的各者的图像。根据该方法，能够在摄像元件中未设置滤色器的情况下获得彩色图像。
此外，可以控制光源装置11203的驱动，从而使得每隔预定的时间改变要输出的光的强度。通过与光强度的改变的时序同步地控制摄像头11102的摄像元件的驱动以按时间分割地获取图像并合成这些图像，可以生成没有所谓的曝光不足阴影和曝光过度高亮的高动态范围的图像。
此外，光源装置11203可以被构造为供给用于特殊光观察的预定波长带的光。在特殊光观察中，例如，通过使用身体组织中的光吸收的波长依赖性，用与普通观察时的照射光(即，白光)相比更窄带域的光进行照射，进行以高对比度对诸如粘膜表层的血管等预定组织进行成像的所谓的窄带域光观察(窄带域成像)。可选择地，在特殊光观察中，可以进行用于通过照射激发光产生的荧光获得图像的荧光观察。在荧光观察中，例如，能够通过用激发光照射身体组织以进行来自身体组织的荧光的观察(自体荧光观察)，或者将诸如吲哚菁绿(ICG)等试剂局部地注射到身体组织中并用与试剂的荧光波长相对应的激发光照射身体组织来获得荧光图像。光源装置11203可以被构造为供给适合于如上所述的特殊光观察的窄带域光和/或激发光。
图16是示出了图15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、摄像部11402、驱动部11403、通信部11404和摄像头控制部11405。CCU 11201包括通信部11411、图像处理部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是设置在与透镜筒11101的连接部分处的光学系统。从透镜筒11101的远端接收的观察光被引导到摄像头11102，并且入射到透镜单元11401。透镜单元11401包括含有变焦透镜和焦点透镜的多个透镜的组合。
摄像部11402包括的摄像元件的数量可以是一个(所谓的单板型)或多个(所谓的多板型)元件。当摄像部11402被构造为多板型时，例如，可以通过每个摄像元件生成与RGB的各者相对应的图像信号，并且可以通过组合图像信号来获得彩色图像。摄像部11402也可以被构造为具有一对摄像元件，以用于获取能够用于三维(3D)显示的右眼和左眼用图像信号。通过进行3D显示，手术者11131能够更加准确地把握手术区域中的身体组织的深度。注意，当摄像部11402被构造为多板型时，可以设置与每个摄像元件相对应的透镜单元11401的多个系统。
此外，摄像部11402不一定设置在摄像头11102上。例如，摄像部11402可以设置在透镜筒11101内部的物镜的正后方。
驱动部11403包括致动器，并且在摄像头控制部11405的控制下使透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿光轴移动预定距离。因此，能够适当地调整由摄像部11402拍摄的图像的放大率和焦点。
通信部11404包括用于向CCU 11201发送和从CCU 11201接收各种信息的通信装置。通信部11404将从摄像部11402获取的图像信号作为RAW数据经由传输线缆11400传输到CCU 11201。
此外，通信部11404从CCU 11201接收用于控制摄像头11102的驱动的控制信号，并且将控制信号供给到摄像头控制部11405。控制信号例如包括与摄像条件有关的信息，诸如用于指定所拍摄的图像的帧速率的信息、用于指定在摄像时的曝光值的信息和/或用于指定所拍摄的图像的放大率和焦点的信息等。
注意，诸如帧速率、曝光值、放大率和焦点等摄像条件可以由使用者适当地指定，或者可以由CCU 11201的控制部11413基于被获取的图像信号来自动设定。在后一种情况下，所谓的自动曝光(AE)功能、自动对焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能被搭载在内窥镜11100中。
摄像头控制部11405基于经由通信部11404从CCU 11201接收的控制信号来控制摄像头11102的驱动。
通信部11411包括用于向摄像头11102发送和从摄像头11102接收各种信息的通信装置。通信部11411经由传输线缆11400接收从摄像头11102发送的图像信号。
此外，通信部11411将用于控制摄像头11102的驱动的控制信号传输到摄像头11102。图像信号和控制信号可以通过电气通信、光通信等传输。
图像处理部11412对从摄像头11102发送来的RAW数据形式的图像信号进行各种图像处理。
控制部11413进行与通过使用内窥镜11100进行的手术部位等的摄像以及通过对手术部位等摄像获得的被摄图像的显示有关的各种控制。例如，控制部11413生成用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。
此外，控制部11413基于由图像处理部11412进行了图像处理的图像信号使显示装置11202显示手术部位等的被摄图像。此时，控制部11413可以通过使用各种图像识别技术来识别被摄图像内的各种物体。例如，控制部11413可以通过检测包括在被摄图像中的物体的边缘形状和/或颜色等识别诸如钳子等手术器械、特定活体部位、出血、使用能量处置器械11112时的雾等。当在显示装置11202中显示被摄图像时，通过使用识别结果，控制部11413可以叠加并显示与手术部位的图像有关的各种手术支持信息。由于手术支持信息被叠加并显示，并且呈现给手术者11131，因此能够减轻手术者11131的负担，并且手术者11131能够可靠地进行手术。
将摄像头11102和CCU 11201彼此连接的传输线缆11400是准备用于电气信号的通信的电气信号线缆、准备用于光通信的光纤或准备用于电气通信和光通信的复合线缆。
这里，虽然在所示的示例中通过使用传输电缆11400的有线通信进行通信，但是摄像头11102和CCU 11201之间的通信也可以通过无线通信进行。
在上文中，说明了可以应用根据本发明的技术的内窥镜手术系统的示例。根据本发明的技术可以应用于上述构造之中的摄像头11102的摄像部11402。将根据本发明的技术应用于摄像部11402，使得能够实现结构的简化并且获得手术部位的良好的图像。
应当注意的是，尽管这里作为示例说明了内窥镜手术系统，但是根据本公开的技术除此之外还可以应用于例如显微镜手术系统等。
<12.其他实施方案>
本技术不限于上述实施方案，并且可以在不偏离其主旨的情况下以各种方式变形。
例如，在上述根据第一实施方案至第九实施方案的固态摄像装置中，可以组合根据两个或多个实施方案的固体摄像装置。
另外，本技术应用于包括第三基底上的两层(即，第一半导体层和第二半导体层)的固态摄像装置；然而，它也适用于在第三基底上设置有三个以上半导体层的情况。
在本发明中，固态摄像装置包括第一半导体层和第二半导体层。像素在第一半导体层中沿着平面方向布置成矩阵。像素包括光电转换元件。像素的数量为两个以上。第二半导体层在像素的光入射侧的相反侧堆叠在第一半导体层上。第二半导体层包括连接至像素并且具有相对于像素的排布方向倾斜的栅极长度方向的第一晶体管。
因此，第一晶体管独立于像素的排布而设置在第二半导体层中，这使得能够实现第一半导体层中的像素的小型化。此外，能够通过使第一晶体管的栅极长度方向相对于像素的排布方向倾斜来增大第一晶体管的栅极长度尺寸，这使得能够改善第一晶体管的电属性。
<本技术的构造>
本技术包括以下构造。
(1)
一种固态摄像装置，包括：
第一半导体层，其中像素沿着平面方向排布成矩阵，所述像素包括光电转换元件，所述像素的数量为两个以上；和
第二半导体层，所述第二半导体层在所述像素的光入射侧的相反侧堆叠在所述第一半导体层上，并且所述第二半导体层包含第一晶体管，所述第一晶体管电连接至所述像素并且具有相对于所述像素的排布方向倾斜的栅极长度方向。
(2)
根据前述(2)记载的固态摄像装置，其中
所述像素在平面图中具有矩形形状，并且
所述第一晶体管的所述栅极长度方向在所述平面图中与所述像素的对角线方向平行。
(3)
根据前述(1)或(2)记载的固态摄像装置，其中所述第一晶体管构成连接至所述像素的像素电路。
(4)
根据前述(3)记载的固态摄像装置，其中所述第一晶体管是构成所述像素电路的放大晶体管、选择晶体管、复位晶体管或浮动扩散转换增益切换晶体管。
(5)
根据前述(4)记载的固态摄像装置，其中所述放大晶体管的栅极长度比所述选择晶体管或所述复位晶体管的栅极长度长。
(6)
根据前述(4)或(5)记载的固态摄像装置，其中对于一个所述像素电路并联地电连接有多个所述放大晶体管。
(7)
根据前述(1)至(6)中任一项记载的固态摄像装置，还包括：
第一端子，所述第一端子设置在所述第一半导体层的朝向所述第二半导体层的一侧，所述第一端子经由第一配线层电连接至所述像素；和
第二端子，所述第二端子设置在所述第二半导体层的朝向所述第一半导体层的一侧，所述第二端子经由第二配线层电连接至所述第一晶体管并且接合到所述第一端子。
(8)
根据前述(1)至(6)中任一项记载的固态摄像装置，还包括从所述第一半导体层穿透所述第二半导体层以将所述像素和所述第一晶体管彼此电连接的穿透配线。
(9)
根据前述(3)至(8)中任一项记载的固态摄像装置，还包括第三半导体层，所述第三半导体层堆叠在所述第二半导体层的与所述第一半导体层相反的一侧并且在所述第三半导体层上安装有外围电路，所述外围电路包括第二晶体管并且控制所述像素电路。
(10)
根据前述(9)记载的固态摄像装置，其中所述第二晶体管的栅极长度方向与所述像素的排布方向平行。
(11)
根据前述(1)至(10)中任一项记载的固态摄像装置，其中在所述第二半导体层中还设置有从金属体/介电体/半导体电容器、电阻器和存储器元件中选择的一个或多个元件。
(12)
根据前述(11)记载的固态摄像装置，其中
所述金属体/介电体/半导体电容器包括作为第一电极的金属体和作为第二电极的半导体，所述金属体在平面图中具有矩形形状，并且
所述第一电极的中心线与所述第一晶体管的所述栅极长度方向平行。
(13)
根据前述(11)或(12)记载的固态摄像装置，其中所述电阻器的电阻器长度方向与所述第一晶体管的所述栅极长度方向平行。
(14)
根据前述(11)至(13)中任一项记载的的固态摄像装置，其中
所述存储器元件包括成对的主电极、设置在所述主电极之间的沟道形成区域、设置在所述沟道形成区域上的铁电体以及设置在所述铁电体上的栅极电极，并且
所述存储器元件的栅极长度方向与所述第一晶体管的所述栅极长度方向平行。
本申请要求基于于2021年3月15日向日本专利局提交的日本专利申请第2021-041892号的优先权，其全部内容通过引用并入本申请中。
本领域技术人员应该理解的是，只要在所附权利要求书或其等同物的范围内，根据设计要求和其他因素可以进行各种变形、组合、子组合和替换。

Claims (14)

1.一种固态摄像装置，包括：
第一半导体层，其中像素沿着平面方向排布成矩阵，所述像素包括光电转换元件，所述像素的数量为两个以上；和
第二半导体层，所述第二半导体层在所述像素的光入射侧的相反侧堆叠在所述第一半导体层上，并且所述第二半导体层包含第一晶体管，所述第一晶体管电连接至所述像素并且具有相对于所述像素的排布方向倾斜的栅极长度方向。
2.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中
所述像素在平面图中具有矩形形状，并且
所述第一晶体管的所述栅极长度方向在所述平面图中与所述像素的对角线方向平行。
3.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中所述第一晶体管构成连接至所述像素的像素电路。
4.根据权利要求3所述的固态摄像装置，其中所述第一晶体管是构成所述像素电路的放大晶体管、选择晶体管、复位晶体管或浮动扩散转换增益切换晶体管。
5.根据权利要求4所述的固态摄像装置，其中所述放大晶体管的栅极长度比所述选择晶体管或所述复位晶体管的栅极长度长。
6.根据权利要求4所述的固态摄像装置，其中多个所述放大晶体管相对于一个所述像素电路并联地电连接。
7.根据权利要求1所述的固态摄像装置，还包括：
第一端子，所述第一端子设置在所述第一半导体层的朝向所述第二半导体层的一侧，所述第一端子经由第一配线层电连接至所述像素；和
第二端子，所述第二端子设置在所述第二半导体层的朝向所述第一半导体层的一侧，所述第二端子经由第二配线层电连接至所述第一晶体管并且接合到所述第一端子。
8.根据权利要求1所述的固态摄像装置，还包括从所述第一半导体层穿透所述第二半导体层以将所述像素和所述第一晶体管彼此电连接的穿透配线。
9.根据权利要求3所述的固态摄像装置，还包括第三半导体层，所述第三半导体层堆叠在所述第二半导体层的与所述第一半导体层相反的一侧并且在所述第三半导体层上安装有外围电路，所述外围电路包括第二晶体管并且控制所述像素电路。
10.根据权利要求9的固态摄像装置，其中所述第二晶体管的栅极长度方向与所述像素的排布方向平行。
11.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中在所述第二半导体层中还设置有从金属体/介电体/半导体电容器、电阻器和存储器元件中选择的一个或多个元件。
12.根据权利要求11所述的固态摄像装置，其中
所述金属体/介电体/半导体电容器包括作为第一电极的金属体和作为第二电极的半导体，所述金属体在平面图中具有矩形形状，并且
所述第一电极的中心线与所述第一晶体管的所述栅极长度方向平行。
13.根据权利要求11所述的固态摄像装置，其中所述电阻器的电阻器长度方向与所述第一晶体管的所述栅极长度方向平行。
14.根据权利要求11所述的固态摄像装置，其中
所述存储器元件包括成对的主电极、设置在所述主电极之间的沟道形成区域、设置在所述沟道形成区域上的铁电体以及设置在所述铁电体上的栅极电极，并且
所述存储器元件的栅极长度方向与所述第一晶体管的所述栅极长度方向平行。
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