WO2019244884A1 - 固体撮像装置および内視鏡カメラ - Google Patents

固体撮像装置および内視鏡カメラ Download PDF

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小野澤　和利
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    • H04N25/78—Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters

Definitions

  • the present disclosure relates to a solid-state imaging device and an endoscope camera.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of a conventional solid-state imaging device.
  • the solid-state imaging device 120 has a signal processing substrate 123 disposed on the back side of a pixel substrate 122 provided with a sensor unit 121 that photoelectrically converts a light signal from a subject into an electric signal, and has a two-layer structure.
  • the signal processing board 123 includes an image information processing unit 104 and an image information output unit 124.
  • the image information processing unit 104 converts an electric signal output from the sensor unit 121 from an analog signal to a digital signal into an analog / digital converter (A / D converter) 125 and an image obtained by the A / D converter 125.
  • a / D converter analog / digital converter
  • At least an integrated information forming unit 126 that forms integrated information in which the information and the image sensor identification information of the solid-state imaging device 120 are associated with each other.
  • the image information output unit 124 outputs the image information output from the A / D conversion unit 125 and the integrated information output from the integrated information forming unit 126 to the outside.
  • the solid-state imaging device of Patent Literature 1 attempts to guarantee the identity between the acquired image information and the captured image information.
  • a solid-state imaging device or a camera, for example, an endoscope camera equipped with a solid-state imaging device
  • a disposable solid-state imaging device delivered to a hospital in a package may be required.
  • the solid-state imaging device disclosed in the related art has a problem that it is not suitable for disposable use. For example, even if a conventional solid-state imaging device is used for a disposable purpose, it can be reused after it has been used once, and for example, it can be erroneously reused.
  • An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device and an endoscope camera that are made in view of the above-mentioned problem, are suitable for disposable use, and are difficult to reuse.
  • a solid-state imaging device includes a first semiconductor substrate having a light receiving unit that receives incident light, and an image processing that generates an image signal by processing a signal from the light receiving unit.
  • an endoscope camera includes the above-described solid-state imaging device.
  • the solid-state imaging device and the endoscope camera of the present invention are suitable for disposable use.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an endoscope camera system using the solid-state imaging device according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a distal end portion of the camera scope unit according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the solid-state imaging device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the second semiconductor substrate of the solid-state imaging device according to the first embodiment.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view illustrating an example of a stacked chip illustrating the solid-state imaging device according to Embodiment 1.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view illustrating another example of the laminated chip illustrating the solid-state imaging device according to Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a conventional solid-state imaging device.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an endoscope camera system 100 using a solid-state imaging device.
  • the endoscope camera system 100 includes at least a camera scope unit 10 for performing inspection and observation during surgery, and a system control unit 20 for processing observation images and controlling the camera scope unit.
  • a camera scope unit 10 and a system control unit 20 are connected to the system control unit 20 via a cable unit 30.
  • the cable section 30 has a scope controller 40.
  • the system control unit 20 includes a monitor and an information input device for performing inspection and observation during surgery.
  • the camera scope unit 10 corresponds to a disposable camera (endoscope camera).
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a distal end portion of the camera scope unit 10.
  • a solid-state imaging device 1 At the tip of the camera scope unit 10, a solid-state imaging device 1, an imaging lens 2, an illumination light source 3, and the like are provided. Once used, the camera scope unit 10 is discarded by a predetermined method without being used again.
  • the camera scope unit 10 is a disposable scope (that is, an endoscope camera) that has been sterilized, is attached to the cable unit 30, and is discarded after inspection or surgery.
  • the cable unit 30 is connected to the system control unit 20.
  • the cable unit 30 includes a scope controller 40 for controlling the operation of the camera scope unit 10.
  • the scope controller 40 outputs a control signal to each circuit such as the solid-state imaging device 1 and the illumination light source 3.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the solid-state imaging device 1 according to the first embodiment.
  • the solid-state imaging device 1 of FIG. 1 has a first semiconductor substrate 1A and a second semiconductor substrate 1B.
  • the first semiconductor substrate 1A includes a light receiving unit 11 on the surface.
  • the second semiconductor substrate 1B has an image processing circuit 12 and a control circuit 13.
  • the control circuit 13 is also called a use history securing circuit.
  • Light emitted from the illumination light source 3 is applied to an observation site.
  • the light reflected at the observation site passes through the imaging lens 2 and has a photoelectric conversion unit (pixel, for example, a photodiode) that photoelectrically converts incident light on the first semiconductor substrate 1A of the solid-state imaging device 1 illustrated in FIG.
  • pixel for example, a photodiode
  • the unit cells reach the light receiving unit (pixel unit) 11 in which the two-dimensional array is arranged, and a signal corresponding to the light amount is generated.
  • a signal corresponding to the light amount is generated.
  • the AD conversion circuit 12a After being sent to the second semiconductor substrate 1B, it is converted into a digital signal by the AD conversion circuit 12a.
  • the digital image signal is input to the control circuit 13 (use history ensuring circuit) of the second semiconductor substrate 1B.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the second semiconductor substrate 1B of the solid-state imaging device according to the first embodiment.
  • the second semiconductor substrate 1B includes an image processing circuit 12 and a control circuit 13.
  • the image processing circuit 12 has an AD conversion circuit 12a.
  • the control circuit 13 includes a nonvolatile memory 14, an encryption circuit 15, an input / output circuit 16, a determination circuit 17, a signal superimposition circuit 18, and a cutoff circuit 19.
  • the nonvolatile memory 14 has an area for storing usage history data, and when the camera scope unit 10 is used for the first time, the imaging device information and the imaging date and time transmitted from the system control unit 20 are used as usage history data. The data is written to the nonvolatile memory 14.
  • the image capturing device information, the image capturing date and time, and the identification ID stored in the non-volatile memory 14 are encrypted as a usage history information group by the encryption circuit 15 and are superimposed on the image signal by the signal superimposition circuit 18.
  • the signal superimposing circuit 18 may superimpose the image signal on a portion other than the effective pixel, or may superimpose the image signal on a portion within the effective pixel as a digital watermark. In this way, by outputting an image signal in which the identification ID, the imaging device information, the imaging date and time are encrypted and superimposed, it is possible to prevent a misdiagnosis or the like due to a mistake in image data obtained by imaging the subject, Forgery and tampering can also be prevented.
  • the camera scope unit 10 is removed and discarded after the inspection or the operation. If the camera scope unit 10 is reconnected to the cable unit 30 by mistake, the determination unit 17 of the use history assurance circuit determines the camera scope unit 10 in the nonvolatile memory 14. The use history information group is determined, and when the use history is confirmed, the image signal is cut off by the cutoff circuit 19. For example, the cutoff circuit 19 prohibits the output of the image signal in the input / output circuit 16. In this way, it can be assured that the disposable imaging device is properly used and not reused.
  • the cutoff circuit 19 may limit the output of the image signal instead of cutting off the image signal (that is, prohibiting the output of the entire image signal).
  • the cutoff circuit 19 may prohibit the output of the effective pixel portion of the image signal, or may replace the effective pixel portion with specific image data.
  • the specific image data may be, for example, image data indicating a blue screen or a message image indicating “used”.
  • the solid-state imaging device 1 includes a first semiconductor substrate 1A having a light receiving unit 11 for receiving incident light from an imaging optical system, and an image processing circuit 12 for processing a signal from the light receiving unit 11. And two semiconductor substrates 1B.
  • FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views illustrating an example of a laminated chip illustrating the solid-state imaging device 1 according to Embodiment 1.
  • FIG. 5A shows a structure in which light reaches the photoelectric conversion unit 61 from the side where the Cu wiring (metal wiring) 62 is formed, that is, a so-called front-illuminated structure (FSI (Front Side Illumination) structure).
  • FSI Front Side Illumination
  • FIG. 5B the solid-state imaging device 1 according to Embodiment 1 has a structure in which light reaches the photoelectric conversion unit 61 from the opposite side where the Cu wiring (metal wiring) 62 is formed, that is, a so-called back-illuminated structure. (BSI (Back ⁇ Side ⁇ Illumination) structure) can also be used.
  • BSI Back ⁇ Side ⁇ Illumination
  • the first semiconductor substrate 1A includes a first silicon substrate 60, a photoelectric conversion unit 61, a Cu wiring (metal wiring) 62, a color filter 63, a light collecting element 64, a through electrode 65, and an electrode pad. 66.
  • the photoelectric conversion unit 61 is formed on the first silicon substrate 60.
  • an SiO 2 film oxide film
  • a Cu wiring 62 and the like are formed inside the SiO 2 film.
  • the second semiconductor substrate 1B includes a second silicon substrate 50, a transistor 51, a Cu wiring 52, and a memory element 53 of a nonvolatile memory.
  • a second silicon substrate 50 On the second silicon substrate 50, an SiO 2 film is formed. Inside the SiO 2 film, a transistor 51, a Cu wiring 52, a memory element 53 of the nonvolatile memory 14, and the like are formed.
  • a SiO 2 film formed on the surface of the first semiconductor substrate 1A, and joined with the SiO 2 film and the plasma activation is a surface formed of the second semiconductor substrate 1B.
  • the steps of plasma activated bonding include a step of flattening the surfaces of the first semiconductor substrate 1A and the second semiconductor substrate 1B by CMP or the like, a step of activating the surfaces of the respective substrates by plasma treatment, and a step of bonding the surfaces.
  • the method includes a step of superimposing and annealing at 200 to 400 ° C. for joining. As the annealing temperature, it is preferable to perform the process at a low temperature of 400 ° C. or less which does not affect the wiring and the like. However, at a temperature of 200 ° C. or less, the bonding strength becomes weak.
  • the solid-state imaging device 1 can be miniaturized by thus joining the light receiving unit 11 and the image processing circuit 12 for processing signals to separate semiconductor substrates. Then, by reducing the size of the solid-state imaging device 1, the scope diameter of the endoscope camera can be reduced.
  • the nonvolatile memory 14 of the second semiconductor substrate 1B is formed on the bonding surface side with the first semiconductor substrate 1A, the use history data stored in the nonvolatile memory 14 is physically analyzed. It is difficult. Further, by making the non-volatile memory 14 a FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory) or a ReRAM (Resistive Random Access Memory), it becomes more difficult to physically analyze the change in the dielectric constant of the FeRAM and the change in the resistance value of the ReRAM. The replacement in the nonvolatile memory 14 can be prevented and the validity of the usage history data can be secured.
  • FeRAM Feroelectric Random Access Memory
  • ReRAM Resistive Random Access Memory
  • the formation process of the solid-state imaging device 1 and the formation process of FeRAM and ReRAM are greatly different, it is difficult to form the solid-state imaging device 1 in a mixed manner.
  • the first semiconductor substrate 1A and the second semiconductor substrate 1B are separately provided. By forming and bonding, a solid-state imaging device equipped with FeRAM or ReRAM can be realized.
  • the solid-state imaging device 1 processes the signal from the first semiconductor substrate 1A having the light receiving unit 11 that receives the incident light from the imaging optical system, and the signal from the light receiving unit 11.
  • the second semiconductor substrate 1B having the image processing circuit 12 is laminated and joined.
  • the second semiconductor substrate 1 ⁇ / b> B has a usage history ensuring circuit including a nonvolatile memory 14, a signal superimposing circuit 18, an encryption circuit 15, an input / output circuit 16, a determination circuit 17, and a cutoff circuit 19.
  • the nonvolatile memory 14 stores imaging device information, imaging date and time, identification ID of the solid-state imaging device, and the like. With this configuration, the usage history and the identification of the solid-state imaging device can be guaranteed.
  • the information stored in the nonvolatile memory 14 is encrypted as use history data by an encryption circuit, and is superimposed on the image signal by the signal superimposition circuit 18. Further, the usage history data is superimposed on a portion other than the effective pixels in the image signal. Further, the usage history data may be configured to be superimposed as a digital watermark on a portion within an effective pixel of the image signal.
  • the nonvolatile memory 14 of the second semiconductor substrate 1B is formed on the bonding surface side with the first semiconductor substrate 1A.
  • the nonvolatile memory 14 may be a FeRAM or a ReRAM. With this configuration, it is more difficult to physically analyze the change in the dielectric constant of the FeRAM and the change in the resistance value of the ReRAM, and replacement of the memory and use history can be secured.
  • the solid-state imaging device generates the image signal by processing the signal from the first semiconductor substrate 1A having the light receiving unit 11 that receives the incident light and the signal from the light receiving unit 11.
  • a second semiconductor substrate having an image processing circuit wherein the second semiconductor substrate has a nonvolatile memory having an area for storing usage history data, and the usage history data is stored in the nonvolatile memory.
  • a control circuit 13 use history ensuring circuit for limiting the output of the image signal.
  • the non-volatile memory 14 may store, as usage history data, at least one of imaging device information indicating a device including the solid-state imaging device, an imaging date and time, and an identification ID of the solid-state imaging device.
  • control circuit 13 includes an encryption circuit 15 for encrypting the usage history data stored in the nonvolatile memory 14 and a signal superimposing circuit 18 for superimposing the encrypted usage history data on the image signal. You may.
  • the signal superimposing circuit 18 may superimpose the usage history data on a portion other than the effective pixels in the image signal.
  • the signal superimposing circuit 18 may superimpose the usage history data on the effective pixel portion of the image signal as a digital watermark.
  • the second semiconductor substrate 1B has a bonding surface bonded to the first semiconductor substrate 1A, and the nonvolatile memory 14 may be formed on the bonding surface side of the second semiconductor substrate 1B.
  • the non-volatile memory 14 may be FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory) or ReRAM (Resistive Random Access Memory).
  • control circuit 13 determines whether or not the use history data exists in the nonvolatile memory 14 when the power is turned on.
  • the control circuit 13 determines whether the use history data exists in the nonvolatile memory 14.
  • a cutoff circuit 19 for cutting off the output of the image signal.
  • the endoscope camera according to Embodiment 1 includes the solid-state imaging device described above.
  • the present disclosure is suitable for a solid-state imaging device and a camera (endoscope camera) and is industrially useful.
  • Reference Signs List 1 solid-state imaging device 1A first semiconductor substrate 1B second semiconductor substrate 11 light receiving unit 12 image processing circuit 13 control circuit (use history ensuring circuit) 14 Non-volatile memory 15 Encryption circuit 17 Judgment circuit 18 Signal superposition circuit 19 Cutoff circuit

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Abstract

固体撮像装置（１）は、入射光を受光する受光部（１１）を有する第１の半導体基板（１Ａ）と、受光部（１１）からの信号を処理して画像信号を生成する画像処理回路（１２）を有する第２の半導体基板（１Ｂ）と、を備え、第２の半導体基板（１Ｂ）は、使用履歴データを格納する領域を有する不揮発性メモリ（１４）と、不揮発性メモリ（１４）に使用履歴データが格納されているとき、画像信号の出力を制限する制御回路（使用履歴担保回路）（１３）とを有する。

Description

固体撮像装置および内視鏡カメラ
　本開示は、固体撮像装置および内視鏡カメラに関する。
　以下、図面を参照に、特許文献１で開示された従来技術の固体撮像装置について、説明する。図６は、従来技術の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
　図６より、固体撮像装置１２０は、被写体からの光の信号を電気信号に光電変換するセンサ部１２１が備えられた画素基板１２２の裏面側に信号処理基板１２３が配置されて、二層に積層されている。信号処理基板１２３には、画像情報処理部１０４および画像情報出力部１２４が備えられている。
　画像情報処理部１０４は、センサ部１２１から出力された電気信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換するアナログデジタル変換部（Ａ／Ｄ変換部）１２５と、Ａ／Ｄ変換部１２５により得られた画像情報と固体撮像装置１２０のイメージセンサ識別情報とが関連付けされた統合情報を形成する統合情報形成部１２６と、を少なくとも備えている。
　画像情報出力部１２４は、Ａ／Ｄ変換部１２５から出力された画像情報および統合情報形成部１２６から出力された統合情報を外部へ出力する。
　このような構成よって特許文献１の固体撮像装置は、取得した画像情報と撮像した画像情報との同一性を保証することを図っている。
特開２０１７－１８４１９８号公報
　近年、例えば医療現場では、検査や手術のたびに再度使える状態に滅菌された固体撮像装置（または、カメラ、一例として、固体撮像装置が搭載された内視鏡カメラ）を使用する代わりに、使い捨ての固体撮像装置（一例として、パッケージで病院に届けられる使い捨ての固体撮像装置）を使用することが求められる場合がある。
　しかしながら、従来技術で開示された固体撮像装置は、使い捨て用途には適していないという課題を有する。例えば、従来の固体撮像装置を使い捨て用途にしたとしても、一度使用した後に再使用可能であり、例えば、誤って再使用されることが起こり得る。
　上記課題に鑑みてなされたものであり、使い捨て用途に適し、再使用されることを困難にする固体撮像装置および内視鏡カメラを提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するために本開示に係る固体撮像装置は、入射光を受光する受光部を有する第１の半導体基板と、前記受光部からの信号を処理して画像信号を生成する画像処理回路を有する第２の半導体基板とを備え、前記第２の半導体基板は、使用履歴データを格納する領域を有する不揮発性メモリと、前記不揮発性メモリに使用履歴データが格納されているとき、前記画像信号の出力を制限する制御回路とを有する。
　また、本開示に係る内視鏡カメラは、上記の固体撮像装置を備える。
　本発明の固体撮像装置および内視鏡カメラによれば、使い捨て用途に適している。
図１は、実施の形態１に係る固体撮像装置を用いた内視鏡カメラシステムの構成例を示すブロック図である。 図２は、実施の形態１に係るカメラスコープ部の先端部分の構成例を示す図である。 図３は、実施の形態１に係る固体撮像装置の構成例を示す図である。 図４は、実施の形態１に係る固体撮像装置の第２の半導体基板の構成例を示す図である。 図５Ａは、実施の形態１に係る固体撮像装置を示す積層チップの例を示す断面図である。 図５Ｂは、実施の形態１に係る固体撮像装置を示す積層チップの他の例を示す断面図である。 図６は、従来技術を固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
　以下、本開示に係る実施の形態について、図面を参照しながら、さらに具体的に説明する。
　なお、以下で説明する各実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　（実施の形態１）
　図１は、固体撮像装置を用いた内視鏡カメラシステム１００構成例を示すブロック図である。
　この内視鏡カメラシステム１００は、検査および手術時における観察を行うカメラスコープ部１０と、観察画像の処理やカメラスコープ部の制御を行うシステム制御部２０とを少なくとも備えている。同図の内視鏡カメラシステム１００は、カメラスコープ部１０とシステム制御部２０がケーブル部３０を介してシステム制御部２０に接続されている。ケーブル部３０にはスコープコントローラ４０を有する。システム制御部２０には検査および手術時における観察を行うモニターや情報入力装置を備えている。
　カメラスコープ部１０は、使い捨て型のカメラ（内視鏡カメラ）に相当する。図２は、カメラスコープ部１０の先端部分の構成例を示す図である。カメラスコープ部１０の先端には、固体撮像装置１、撮像レンズ２、照明光源３などを備えている。カメラスコープ部１０は、一度使用すると再度使用されることなく所定の方法により廃棄処分される。カメラスコープ部１０は、無菌化処理された使い捨て型のスコープ（つまり内視鏡カメラ）であり、ケーブル部３０に装着され、検査や手術後に廃棄される。
　ケーブル部３０はシステム制御部２０に接続されている。
　ケーブル部３０には、カメラスコープ部１０の動作を制御するスコープコントローラ４０が備えられ、スコープコントローラ４０は、固体撮像装置１、照明光源３などの各回路へ制御信号を出力する。
　図３は、実施の形態１に係る固体撮像装置１の構成例を示す図である。同図の固体撮像装置１は、第１の半導体基板１Ａと第２の半導体基板１Ｂとを有する。第１の半導体基板１Ａは、表面に受光部１１を備える。第２の半導体基板１Ｂは、画像処理回路１２と制御回路１３とを有する。制御回路１３は、使用履歴担保回路とも呼ぶ。照明光源３から放射された光は、観察部位に照射される。観察部位において反射した光は、撮像レンズ２を通り、図３に示す固体撮像装置１の第１の半導体基板１Ａの入射光を光電変換する光電変換部（画素、一例として、フォトダイオード）を有する単位セル（画素セル）が２次元配列された受光部（画素部）１１に到達し、光量に応じた信号が生成される。次に、第２の半導体基板１Ｂに送られた後、ＡＤ変換回路１２ａでデジタル信号に変換される。デジタル信号となった画像信号は、第２の半導体基板１Ｂの制御回路１３（使用履歴担保回路）に入力される。
　図４は、実施の形態１に係る固体撮像装置の第２の半導体基板１Ｂの構成例を示す図である。図４に示すように、第２の半導体基板１Ｂは、画像処理回路１２と制御回路１３とを備える。画像処理回路１２は、ＡＤ変換回路１２ａを有する。制御回路１３は、不揮発性メモリ１４、暗号化回路１５、入出力回路１６、判定回路１７、信号重畳回路１８および遮断回路１９を有する。
　不揮発性メモリ１４には、あらかじめ固体撮像装置１に固有の識別ＩＤが書き込まれている。さらに、不揮発性メモリ１４は、使用履歴データを格納する領域を有し、カメラスコープ部１０を初めて使用するときに、システム制御部２０から送られた撮像機器情報、撮像日時などが使用履歴データとして不揮発性メモリ１４に書き込まれる。
　不揮発性メモリ１４に格納された撮像機器情報、撮像日時、識別ＩＤを使用履歴情報群として暗号化回路１５により暗号化し、信号重畳回路１８により画像信号に重畳する。その時、信号重畳回路１８は、画像信号のうち有効画素以外の部分に重畳してもよく、また、画像信号のうち有効画素内の部分に電子透かしとして重畳しても良い。このようにして、識別ＩＤ、撮像機器情報、撮像日時などを暗号化されて重畳された画像信号が出力されることにより、被写体を撮像して得られる画像データの取り違えによる誤診などを防止でき、偽造や改竄も防止できる。
　カメラスコープ部１０は、検査や手術後、取り外されて廃棄されるが、もし、間違ってケーブル部３０に再接続した場合には、使用履歴担保回路の判定回路１７により、不揮発性メモリ１４内の使用履歴情報群の判定が行われ、使用履歴が確認された場合には、遮断回路１９により画像信号が遮断される。例えば、遮断回路１９は、入出力回路１６における画像信号の出力を禁止する。このようにして、使い捨て用撮像機器が適切に使用され、かつ再利用されないことが保証できる。
　なお、遮断回路１９は、画像信号を遮断する（つまり画像信号全部の出力を禁止する）代わりに画像信号の出力を制限してもよい。例えば、遮断回路１９は、画像信号のうち有効画素の部分の出力を禁止してもよいし、有効画素の部分を特定の画像データに置き換えてもよい。特定の画像データは、例えば、青色画面を示す画像データや「使用済」であることを示すメッセージ画像であってもよい。
　本実施形態の固体撮像装置１は、撮像光学系からの入射光を受光する受光部１１を有する第１の半導体基板１Ａと、前記受光部１１からの信号を処理する画像処理回路１２を有する第２の半導体基板１Ｂとが積層して接合されている。
　図５Ａおよび図５Ｂは、実施の形態１に係る固体撮像装置１を示す積層チップの例を示す断面図である。同図のように、固体撮像装置１は、第２の半導体基板１Ｂと、その上に接合された第１の半導体基板１Ａとの積層体である。
　なお、図５Ａは、Ｃｕ配線（金属配線）６２が形成された側から光が光電変換部６１に到達する構造、所謂、表面照射型構造（ＦＳＩ（Front Side Illumination）構造）であるが、本実施の形態１に係る固体撮像装置１は、図５Ｂに示すように、Ｃｕ配線（金属配線）６２が形成された反対側から光が光電変換部６１に到達する構造、所謂、裏面照射型構造（ＢＳＩ（Back Side Illumination）構造）を用いることも出来る。
　図５Ａおよび図５Ｂにおいて、第１の半導体基板１Ａは、第１のシリコン基板６０、光電変換部６１、Ｃｕ配線（金属配線）６２、カラーフィルタ６３、集光素子６４、貫通電極６５、電極パッド６６を含む。第１のシリコン基板６０には光電変換部６１が形成される。第１のシリコン基板６０上には、ＳｉＯ２膜（酸化膜）が形成される。このＳｉＯ２膜内部には、Ｃｕ配線６２等が形成されている。
　第２の半導体基板１Ｂは、第２のシリコン基板５０、トランジスタ５１、Ｃｕ配線５２、不揮発性メモリのメモリ素子５３を含む。第２のシリコン基板５０上には、ＳｉＯ２膜が形成される。このＳｉＯ２膜内部には、トランジスタ５１、Ｃｕ配線５２、不揮発性メモリ１４のメモリ素子５３等が形成されている。
　第１の半導体基板１Ａと第２の半導体基板１Ｂとの貼り合わせには、接着剤による接合や、基板の表面をプラズマで活性化して接合するプラズマ活性化接合などを用いることができる。本実施形態では、第１の半導体基板１Ａの表面に形成されたＳｉＯ２膜と、第２の半導体基板１Ｂの表面形成されたＳｉＯ２膜とプラズマ活性化で接合した。プラズマ活性化接合の工程としては、第１の半導体基板１Ａと第２の半導体基板１Ｂの表面をＣＭＰなどにより平坦化する工程、各基板の表面をプラズマ処理して活性化する工程、接合面を重ね合わせて２００～４００℃のアニール処理をして接合する工程を有する。アニール処理温度としては、配線などに影響を与えない４００℃以下の低温でプロセスを行うことが好ましいが、２００℃以下では接合強度が弱くなる。
　このようにして受光部１１と信号を処理する画像処理回路１２とを別の半導体基板に分けて接合することにより、固体撮像装置１を小型化できる。そして、固体撮像装置１の小型化により、内視鏡カメラのスコープ径を細径化できる。
　さらに、第２の半導体基板１Ｂの不揮発性メモリ１４は、第１の半導体基板１Ａとの接合面側に形成されるため、不揮発性メモリ１４内に格納された使用履歴データを物理的に解析することが困難である。さらに、不揮発性メモリ１４をＦｅＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory）またはＲｅＲＡＭ（Resistive Random Access Memory）とすることにより、ＦｅＲＡＭの誘電率変化やＲｅＲＡＭの抵抗値変化を物理的に解析することはさらに困難となり、不揮発性メモリ１４内のすり替え防止や使用履歴データの正当性を担保できる。
　通常、固体撮像装置１の形成プロセスと、ＦｅＲＡＭやＲｅＲＡＭの形成プロセスは大きく異なるため、混載して形成することが困難であるが、第１の半導体基板１Ａと第２の半導体基板１Ｂと分けて形成し、貼り合わせることにより、ＦｅＲＡＭやＲｅＲＡＭを搭載した固体撮像装置を実現できる。
　つまり、例えば医療現場等において、固体撮像装置１が搭載された内視鏡カメラ（カメラスコープ部１０）による検査や手術では、検査および手術に用いる機器は、厳密な滅菌や高い無菌性を必要とし、検査あるいは手術の際に使用された後、内視鏡ならびにその構成部品などの患者に接触するものを蒸気による高温や薬剤で滅菌する必要し、内視鏡カメラには蒸気による高温や薬剤への耐性が求められる高額な内視鏡カメラを使用する代わりに、何度も行われる蒸気による高温や薬剤への耐性が求められないために低価格化が可能となる無菌性製品としてパッケージされた使い捨て（ディスポーサブル）の内視鏡カメラが求められる場合がある。そのような場合でも、カメラスコープ部１０は、その使い捨て用の内視鏡カメラとして適切に使用され、かつ再利用されないことを保証することができる。
　言い換えると、本開示の実施の形態に係る固体撮像装置１は、撮像光学系からの入射光を受光する受光部１１を有する第１の半導体基板１Ａと、前記受光部１１からの信号を処理する画像処理回路１２を有する第２の半導体基板１Ｂとが積層して接合されている。第２の半導体基板１Ｂは、不揮発性メモリ１４と信号重畳回路１８と暗号化回路１５と入出力回路１６と判定回路１７と遮断回路１９とから構成される使用履歴担保回路を有する。この構成により、小型かつ使用履歴を担保でき、使い捨て用撮像機器が適切に使用され、かつ再利用されないことを保証できる固体撮像装置１を実現することができる。
　さらに、不揮発性メモリ１４は、撮像機器情報、撮像日時、固体撮像装置の識別ＩＤなど格納する。この構成により、使用履歴と固体撮像装置の識別を保証することができる。
　さらに、不揮発性メモリ１４に格納された情報を使用履歴データとして暗号化回路により暗号化し、信号重畳回路１８により画像信号に重畳する。さらに、使用履歴データは、画像信号のうちの有効画素以外の部分に重畳されている。さらに、使用履歴データは、画像信号のうちの有効画素内の部分に電子透かしとして重畳されている構成としても良い。この構成により、識別ＩＤ、撮像機器情報、撮像日時などを暗号化されて重畳された画像信号が出力されることにより、被写体を撮像して得られる画像データの偽造や改竄を防止できる。
　さらに、第２の半導体基板１Ｂの不揮発性メモリ１４は、第１の半導体基板１Ａとの接合面側に形成されている。この構成により、不揮発性メモリ１４の上に第１の半導体基板１Ａが存在するため、不揮発性メモリ１４内に格納された使用履歴データを物理的に解析することが困難である。
　さらに、不揮発性メモリ１４は、ＦｅＲＡＭまたはＲｅＲＡＭとしても良い。この構成により、ＦｅＲＡＭの誘電率変化やＲｅＲＡＭの抵抗値変化を物理的に解析することはさらに困難であり、メモリ内のすり替えや使用履歴を担保できる。
　以上説明してきたように実施の形態１に係る固体撮像装置は、入射光を受光する受光部１１を有する第１の半導体基板１Ａと、受光部１１からの信号を処理して画像信号を生成する画像処理回路１２を有する第２の半導体基板と、を備え、第２の半導体基板１Ｂは、使用履歴データを格納する領域を有する不揮発性メモリ１４と、不揮発性メモリ１４に使用履歴データが格納されているとき、画像信号の出力を制限する制御回路１３（使用履歴担保回路）とを有する。
　これによれば、使い捨て用途に適している。例えば、一度使用した後に、再使用することが困難である。すなわち、再使用されないことを保証することができる。
　ここで、不揮発性メモリ１４は、使用履歴データとして、固体撮像装置を備える機器を示す撮像機器情報、撮像日時、および、固体撮像装置の識別ＩＤの少なくとも１つを格納してもよい。
　これによれば、被写体を撮像して得られる画像データの取り違えによる誤診などを防止でき、また、画像データの偽造や改竄も防止できる。
　ここで、制御回路１３は、不揮発性メモリ１４に格納された使用履歴データを暗号化する暗号化回路１５と、暗号化された使用履歴データを画像信号に重畳する信号重畳回路１８とを備えしてもよい。
　ここで、信号重畳回路１８は、使用履歴データを、画像信号のうち有効画素以外の部分に重畳してもよい。
　ここで、信号重畳回路１８は、使用履歴データを、画像信号のうち有効画素の部分に電子透かしとして重畳してもよい。
　ここで、第２の半導体基板１Ｂは、第１の半導体基板１Ａと接合された接合面を有し、不揮発性メモリ１４は、第２の半導体基板１Ｂの接合面側に形成されてもよい。
　これによれば、不揮発性メモリ１４に格納された使用履歴データを物理的に解析することが困難になり、使用履歴データの正当性を担保することができる。
　ここで、不揮発性メモリ１４は、ＦｅＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory）またはＲｅＲＡＭ（Resistive Random Access Memory）であってもよい。
　これによれば、ＦｅＲＡＭの誘電率変化やＲｅＲＡＭの抵抗値変化を物理的に解析することはさらに困難となり、使用履歴データのすり替えを防止して正当性を担保することができる。
　ここで、制御回路１３は、電源投入時に不揮発性メモリ１４に使用履歴データが存在するか否かを判定する判定回路１７と、不揮発性メモリ１４に使用履歴データが存在すると判定された場合に、画像信号の出力を遮断する遮断回路１９とを有していてもよい。
　これによれば、使用履歴データが存在する場合に、画像信号の出力を遮断することによって再使用されないことを保証することができる。
　また、実施の形態１に係る内視鏡カメラは、上記の固体撮像装置を備える。
　これによれば、使い捨て用途に適している。例えば、一度使用した後に、再使用することが困難である。すなわち、再使用されないことを保証することができる。
　本開示は、固体撮像装置およびカメラ（内視鏡カメラ）に適しており産業上有用である。
１　　固体撮像装置
１Ａ　　第１の半導体基板
１Ｂ　　第２の半導体基板
１１　　受光部
１２　　画像処理回路
１３　　制御回路（使用履歴担保回路）
１４　　不揮発性メモリ
１５　　暗号化回路
１７　　判定回路
１８　　信号重畳回路
１９　　遮断回路

Claims (9)

  1. 　入射光を受光する受光部を有する第１の半導体基板と、前記受光部１１からの信号を処理して画像信号を生成する画像処理回路を有する第２の半導体基板と、を備え、
    　前記第２の半導体基板は、
    　使用履歴データを格納する領域を有する不揮発性メモリと、
    　前記不揮発性メモリに使用履歴データが格納されているとき、前記画像信号の出力を制限する制御回路とを有する
    　固体撮像装置。
  2. 　前記不揮発性メモリは、前記使用履歴データとして、前記固体撮像装置を備える機器を示す撮像機器情報、撮像日時、および、前記固体撮像装置の識別ＩＤの少なくとも１つを格納する
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 　前記制御回路は、
    　前記不揮発性メモリに格納された前記使用履歴データを暗号化する暗号化回路と、
    　暗号化された前記使用履歴データを前記画像信号に重畳する信号重畳回路とを備える、
    　請求項１または２に記載の固体撮像装置。
  4. 　前記信号重畳回路は、前記使用履歴データを、前記画像信号のうち有効画素以外の部分に重畳する
    　請求項３に記載の固体撮像装置。
  5. 　前記信号重畳回路は、前記使用履歴データを、前記画像信号のうち有効画素の部分に電子透かしとして重畳する
    　請求項３に記載の固体撮像装置。
  6. 　前記第２の半導体基板は、前記第１の半導体基板と接合された接合面を有し、
    　前記不揮発性メモリは、前記第２の半導体基板の接合面側に形成されている
    　請求項１～５のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
  7. 　前記不揮発性メモリは、ＦｅＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory）またはＲｅＲＡＭ（Resistive Random Access Memory）である
    　請求項６に記載の固体撮像装置。
  8. 　前記制御回路は、
    　電源投入時に前記不揮発性メモリに前記使用履歴データが存在するか否かを判定する判定回路と、
    　前記不揮発性メモリに前記使用履歴データが存在すると判定された場合に、前記画像信号の出力を制限する遮断回路とを有する
    　請求項１～７のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
  9. 　請求項１～８のいずれか一項に記載の固体撮像装置を備える
    　内視鏡カメラ。
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