WO2020170936A1 - 撮像装置 - Google Patents

撮像装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2020170936A1
WO2020170936A1 PCT/JP2020/005581 JP2020005581W WO2020170936A1 WO 2020170936 A1 WO2020170936 A1 WO 2020170936A1 JP 2020005581 W JP2020005581 W JP 2020005581W WO 2020170936 A1 WO2020170936 A1 WO 2020170936A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
semiconductor substrate
insulating layer
imaging device
film
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/005581
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
宣年 藤井
克規 平松
圭一 中澤
Original Assignee
ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 filed Critical ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
Priority to US17/430,213 priority Critical patent/US20220165767A1/en
Priority to JP2021501912A priority patent/JPWO2020170936A1/ja
Publication of WO2020170936A1 publication Critical patent/WO2020170936A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14607—Geometry of the photosensitive area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14634—Assemblies, i.e. Hybrid structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/1469—Assemblies, i.e. hybrid integration
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors

Definitions

  • the present disclosure relates to an imaging device having a three-dimensional structure.
  • an image pickup device having a three-dimensional structure has been developed in order to further reduce the size of the image pickup device and increase the density of pixels.
  • an image pickup device having a three-dimensional structure for example, a semiconductor substrate having a plurality of sensor pixels and a semiconductor substrate having a signal processing circuit that processes a signal obtained by each sensor pixel are stacked (for example, Patent Document 1). 1).
  • An imaging device outputs a pixel signal based on a charge output from a sensor pixel to a first semiconductor substrate, a first substrate having a sensor pixel that performs photoelectric conversion, and a second semiconductor substrate.
  • a second insulating layer having a film density lower than that of the first insulating layer.
  • an imaging device in a stacked body of a first substrate and a second substrate, between a first semiconductor substrate forming a first substrate and a second semiconductor substrate forming a second substrate. , A first insulating layer and a second insulating layer having a film density lower than that of the first insulating layer are provided. As a result, water molecules (H 2 O) generated in the step of joining the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are absorbed by the second insulating layer.
  • H 2 O water molecules
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a sensor pixel and a readout circuit illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a sensor pixel and a readout circuit illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a sensor pixel and a readout circuit illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a sensor pixel and a readout circuit illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a sensor pixel and a readout circuit illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a horizontal cross-sectional configuration of the image pickup apparatus illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a horizontal cross-sectional configuration of the image pickup apparatus illustrated in FIG. 1.
  • FIG. shows an example of the wiring layout in the horizontal surface of the imaging device shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a manufacturing process of the image pickup apparatus illustrated in FIG. 1. It is a figure showing an example of the manufacturing process following FIG. 14A. It is a figure showing an example of the manufacturing process following FIG. 14B. It is a figure showing an example of the manufacturing process following FIG. 14C. It is a figure showing an example of the manufacturing process following FIG. 14D. It is a figure showing an example of the manufacturing process following FIG. 14E. It is a figure showing an example of the manufacturing process following FIG. 14F. It is a figure explaining the process of FIG. 14B in detail. It is a figure showing an example of the manufacturing process following FIG. 15A. It is a figure showing an example of the manufacturing process following FIG. 15B.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a vertical cross-sectional configuration of an image pickup apparatus according to Modification Example 1 of the present disclosure.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a vertical cross-sectional configuration of an imaging device according to a second modification of the present disclosure.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a horizontal cross-sectional configuration of an imaging device according to Modification 3 of the present disclosure.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating another example of the horizontal cross-sectional configuration of the imaging device according to the modified example 3 of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a vertical cross-sectional configuration of an image pickup apparatus according to Modification Example 1 of the present disclosure.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a vertical cross-sectional configuration of an imaging device according to a second modification of the present disclosure.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a horizontal cross-sectional configuration of an imaging device according to Modification 3 of the present
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a horizontal cross-sectional configuration of an imaging device according to Modification 4 of the present disclosure.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a horizontal cross-sectional configuration of an imaging device according to Modification Example 5 of the present disclosure.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a horizontal cross-sectional configuration of an imaging device according to Modification 6 of the present disclosure.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating another example of the horizontal cross-sectional configuration of the imaging device according to the modified example 6 of the present disclosure.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating another example of the horizontal cross-sectional configuration of the imaging device according to the modified example 6 of the present disclosure.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating another example of the horizontal cross-sectional configuration of the imaging device according to the modified example 6 of the present disclosure.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of an image pickup device in an image pickup device according to a modified example 7 of the present disclosure.
  • FIG. 27 is a diagram illustrating an example in which the imaging device in FIG. 26 according to Modification Example 8 of the present disclosure is configured by stacking three substrates.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example in which a logic circuit according to Modification 9 of the present disclosure is formed separately on a substrate on which a sensor pixel is provided and a substrate on which a readout circuit is provided.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example in which a logic circuit according to Modification Example 10 of the present disclosure is formed on a third substrate.
  • FIG. 1 It is a figure showing an example of schematic structure of an imaging system provided with an imaging device concerning the above-mentioned embodiment and its modification. It is a figure showing an example of the imaging procedure in the imaging system of FIG. It is a block diagram showing an example of a schematic structure of a vehicle control system. It is explanatory drawing which shows an example of the installation position of a vehicle exterior information detection part and an imaging part. It is a figure which shows an example of a schematic structure of an endoscopic surgery system. It is a block diagram showing an example of functional composition of a camera head and CCU.
  • Embodiment (example in which a hydrogen diffusion preventing layer is provided between a first semiconductor substrate and a second semiconductor substrate) 1-1.
  • Modification 3 (example in which an offset is provided between the sensor pixel and the readout circuit) 2-4.
  • Modification 4 (example in which the silicon substrate provided with the readout circuit has an island shape) 2-5.
  • Modification 5 (example in which the silicon substrate provided with the readout circuit has an island shape) 2-6.
  • Modification 6 (example in which FD is shared by four sensor pixels) 2-7.
  • Modification 7 (example in which the column signal processing circuit is configured by a general column ADC circuit) 2-8.
  • Modification 8 (an example in which an imaging device is configured by stacking three substrates) 2-9.
  • Modification 9 (example in which the logic circuit is provided on the first substrate and the second substrate) 2-10.
  • Modification 10 (example in which logic circuit is provided on third substrate) 3.
  • FIG. 1 illustrates an example of a vertical cross-sectional configuration of an imaging device (imaging device 1) according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 shows an example of a schematic configuration of the image pickup apparatus 1 shown in FIG.
  • the image pickup apparatus 1 has a semiconductor substrate 11 having a first substrate 10 having sensor pixels 12 for performing photoelectric conversion, and a semiconductor substrate 21 having a read circuit 22 for outputting an image signal based on the charges output from the sensor pixels 12.
  • the imaging device has a three-dimensional structure in which the second substrate 20 is laminated.
  • the insulating layer 46 including the insulating layers 46A, 46B, and 46C is provided between the semiconductor substrate 11 and the semiconductor substrate 21. It has been done.
  • the insulating layer 46B is composed of an insulating film having a lower film density than the insulating layers 46A and 46C.
  • the imaging device 1 has three substrates (first substrate 10, second substrate 20, and third substrate 30) stacked in this order.
  • the first substrate 10 includes the semiconductor substrate 11 and the plurality of sensor pixels 12 that perform photoelectric conversion.
  • the semiconductor substrate 11 corresponds to a specific but not limitative example of “first semiconductor substrate” of the present disclosure.
  • the plurality of sensor pixels 12 are arranged in a matrix in the pixel region 13 of the first substrate 10.
  • the second substrate 20 includes, on the semiconductor substrate 21, one read circuit 22 that outputs a pixel signal based on the charges output from the sensor pixels 12 for each of the four sensor pixels 12.
  • the semiconductor substrate 21 corresponds to a specific but not limitative example of “second semiconductor substrate” of the present disclosure.
  • the second substrate 20 has a plurality of pixel drive lines 23 extending in the row direction and a plurality of vertical signal lines 24 extending in the column direction.
  • the third substrate 30 includes a semiconductor substrate 31 and a logic circuit 32 that processes pixel signals.
  • the semiconductor substrate 31 corresponds to a specific but not limitative example of “third semiconductor substrate” of the present disclosure.
  • the logic circuit 32 has, for example, a vertical drive circuit 33, a column signal processing circuit 34, a horizontal drive circuit 35, and a system control circuit 36.
  • the logic circuit 32 (specifically, the horizontal drive circuit 35) outputs the output voltage Vout for each sensor pixel 12 to the outside.
  • a low resistance region made of silicide formed by using a salicide (Self Aligned Silicide) process such as CoSi 2 or NiSi is formed on the surface of the impurity diffusion region in contact with the source electrode and the drain electrode. May be.
  • the vertical drive circuit 33 sequentially selects a plurality of sensor pixels 12 row by row, for example.
  • the column signal processing circuit 34 for example, performs correlated double sampling (CDS) processing on the pixel signals output from the sensor pixels 12 in the row selected by the vertical drive circuit 33.
  • the column signal processing circuit 34 extracts the signal level of the pixel signal by performing CDS processing, for example, and holds pixel data according to the amount of light received by each sensor pixel 12.
  • the horizontal drive circuit 35 sequentially outputs the pixel data held in the column signal processing circuit 34 to the outside, for example.
  • the system control circuit 36 controls the drive of each block (vertical drive circuit 33, column signal processing circuit 34, and horizontal drive circuit 35) in the logic circuit 32, for example.
  • FIG. 3 shows an example of the sensor pixel 12 and the readout circuit 22. Below, as shown in FIG. 3, the case where four sensor pixels 12 share one readout circuit 22 will be described. Here, “shared” means that the outputs of the four sensor pixels 12 are input to the common readout circuit 22.
  • Each sensor pixel 12 has common constituent elements.
  • the identification numbers (1, 2, 3, 4) are given to the end of the reference numerals of the constituent elements of each sensor pixel 12.
  • an identification number is given to the end of the reference numeral of the constituent element of each sensor pixel 12, but the constituent elements of each sensor pixel 12 are distinguished from each other.
  • the identification number at the end of the reference numeral of the constituent element of each sensor pixel 12 is omitted.
  • Each sensor pixel 12 is, for example, a photodiode PD, a transfer transistor TR electrically connected to the photodiode PD, and a floating diffusion that temporarily holds the electric charge output from the photodiode PD via the transfer transistor TR. FD and.
  • the photodiode PD corresponds to a specific but not limitative example of “photoelectric conversion element” of the present disclosure.
  • the photodiode PD performs photoelectric conversion to generate electric charges according to the amount of received light.
  • the cathode of the photodiode PD is electrically connected to the source of the transfer transistor TR, and the anode of the photodiode PD is electrically connected to a reference potential line (eg ground).
  • the drain of the transfer transistor TR is electrically connected to the floating diffusion FD, and the gate of the transfer transistor TR is electrically connected to the pixel drive line 23.
  • the transfer transistor TR is, for example, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) transistor.
  • the floating diffusions FD of the sensor pixels 12 that share one readout circuit 22 are electrically connected to each other and also to the input end of the common readout circuit 22.
  • the read circuit 22 has, for example, a reset transistor RST, a selection transistor SEL, and an amplification transistor AMP.
  • the selection transistor SEL may be omitted if necessary.
  • the source of the reset transistor RST (the input end of the read circuit 22) is electrically connected to the floating diffusion FD, and the drain of the reset transistor RST is electrically connected to the power line VDD and the drain of the amplification transistor AMP.
  • the gate of the reset transistor RST is electrically connected to the pixel drive line 23.
  • the source of the amplification transistor AMP is electrically connected to the drain of the selection transistor SEL, and the gate of the amplification transistor AMP is electrically connected to the source of the reset transistor RST.
  • the source of the selection transistor SEL (the output end of the read circuit 22) is electrically connected to the vertical signal line 24, and the gate of the selection transistor SEL is electrically connected to the pixel drive line 23.
  • the transfer transistor TR transfers the charge of the photodiode PD to the floating diffusion FD when the transfer transistor TR is turned on.
  • the gate of the transfer transistor TR extends, for example, as shown in FIG. 1, from the surface of the semiconductor substrate 11 to a depth reaching the PD 41 through the p well layer 42.
  • the reset transistor RST resets the potential of the floating diffusion FD to a predetermined potential. When the reset transistor RST is turned on, the potential of the floating diffusion FD is reset to the potential of the power supply line VDD.
  • the selection transistor SEL controls the output timing of the pixel signal from the readout circuit 22.
  • the amplification transistor AMP generates, as a pixel signal, a signal having a voltage corresponding to the level of the charge held in the floating diffusion FD.
  • the amplification transistor AMP constitutes a source follower type amplifier, and outputs a pixel signal having a voltage corresponding to the level of the charge generated in the photodiode PD.
  • the selection transistor SEL When the selection transistor SEL is turned on, the amplification transistor AMP amplifies the potential of the floating diffusion FD and outputs a voltage corresponding to the potential to the column signal processing circuit 34 via the vertical signal line 24.
  • the reset transistor RST, the amplification transistor AMP, and the selection transistor SEL are CMOS transistors, for example.
  • the selection transistor SEL may be provided between the power supply line VDD and the amplification transistor AMP.
  • the drain of the reset transistor RST is electrically connected to the power supply line VDD and the drain of the selection transistor SEL.
  • the source of the selection transistor SEL is electrically connected to the drain of the amplification transistor AMP, and the gate of the selection transistor SEL is electrically connected to the pixel drive line 23.
  • the source of the amplification transistor AMP (the output end of the read circuit 22) is electrically connected to the vertical signal line 24, and the gate of the amplification transistor AMP is electrically connected to the source of the reset transistor RST.
  • the FD transfer transistor FDG may be provided between the source of the reset transistor RST and the gate of the amplification transistor AMP.
  • FD transfer transistor FDG is used when switching the conversion efficiency.
  • the pixel signal is small when photographing in a dark place.
  • the capacitance of the floating diffusion FD (FD capacitance C)
  • V when the voltage is converted by the amplification transistor AMP becomes small.
  • the pixel signal becomes large. Therefore, unless the FD capacitance C is large, the floating diffusion FD cannot receive the charge of the photodiode PD.
  • the FD capacitance C needs to be large so that V when converted into a voltage by the amplification transistor AMP does not become too large (in other words, becomes small).
  • FIG. 7 shows an example of a connection mode between the plurality of read circuits 22 and the plurality of vertical signal lines 24.
  • the plurality of read circuits 22 are arranged side by side in the extending direction of the vertical signal lines 24 (for example, the column direction)
  • the four vertical signal lines 24 are read.
  • One may be assigned to each.
  • an identification number (1, 2, 3, 4) is given to the end of the code of each vertical signal line 24.
  • the imaging device 1 has a configuration in which the first substrate 10, the second substrate 20, and the third substrate 30 are laminated in this order, and further, on the back surface (light incident surface) side of the first substrate 10. , A color filter 40 and a light receiving lens 50.
  • the color filter 40 and the light receiving lens 50 are provided, for example, one for each sensor pixel 12. That is, the imaging device 1 is a backside illumination type imaging device.
  • the first substrate 10 is configured by laminating an insulating layer 46 on the surface (surface 11S1) of the semiconductor substrate 11.
  • the first substrate 10 has an insulating layer 46 as a part of the interlayer insulating film 51.
  • the insulating layer 46 is provided between the semiconductor substrate 11 and the semiconductor substrate 21 described later.
  • the semiconductor substrate 11 is composed of a silicon substrate.
  • the semiconductor substrate 11 has, for example, a p-well layer 42 in a part of its surface and in the vicinity thereof, and in a region other than that (a region deeper than the p-well layer 42), conductivity different from that of the p-well layer 42.
  • the p well layer 42 is composed of a p type semiconductor region.
  • the PD 41 is composed of a semiconductor region of a conductivity type (specifically, n type) different from that of the p well layer 42.
  • the semiconductor substrate 11 has a floating diffusion FD in the p-well layer 42 as a semiconductor region of a conductivity type (specifically, n-type) different from that of the p-well layer 42.
  • the insulating layer 46 is composed of the insulating layers 46A, 46B and 46C as described above.
  • the insulating layers 46A, 46B, and 46C are sequentially stacked from the semiconductor substrate 11 side.
  • the insulating layer 46A is for protecting the surface of the semiconductor substrate 11.
  • the insulating layer 46A corresponds to a specific but not limitative example of “first insulating layer” of the present disclosure.
  • Examples of the material of the insulating layer 46A include silicon nitride (Si 3-x N 4-y , x and y each represent an atomic deficiency amount (the same applies hereinafter)), silicon carbide (SiC), and the like.
  • the insulating layer 46A has, for example, an insulating film 46A1 that flattens the surface of the semiconductor substrate 11 and an insulating film 46A2 that protects the surface of the semiconductor substrate 11 (see, for example, FIGS. 15A to 15C).
  • the insulating film 46A1 is formed using, for example, silicon oxide (SiO 2 ⁇ x , which indicates the amount of atomic defects (the same applies hereinafter)).
  • the insulating film 46A2 is formed using the above silicon nitride (Si 3-x N 4-y ) or silicon carbide (SiC).
  • the thickness of the insulating layer 46A in the vertical direction (hereinafter, simply referred to as thickness) is, for example, 20 nm or more and 200 nm or less. Note that the above chemical formula is an example, and in addition to the above notation, compounds of the same kind that do not comply with stoichiometry are also included. The same applies to the chemical formulas described below.
  • the insulating layer 46B has a gap in which drawing molecules can diffuse, and is composed of an insulating film having a lower film density than the insulating layer 46A.
  • the insulating layer 46B corresponds to a specific but not limitative example of “second insulating layer” of the present disclosure.
  • the moisture generated when the semiconductor substrate 11 and the semiconductor substrate 21 are bonded is absorbed by the insulating layer 46B.
  • Examples of the material of the insulating layer 46B include silicon oxide (SiO 2 ⁇ x ), silicon oxynitride (SiON), silicon oxycarbonitride (SiOCN), carbonitride (SiCN), and the like.
  • the 16) of the insulating layer 46B may be not less than the molecular length of the water molecule (H 2 O), for example, 2 nm or more, for example, 10 times or more the thickness of the water molecule (H 2 O) (about 200 nm) is preferable.
  • the upper limit of the thickness of the insulating layer 46B is not particularly limited, but is, for example, equal to or less than the thickness of the silicon nitride (Si 3-x N 4-y ) film (insulating film 46A2) forming the insulating layer 46A.
  • the insulating layer 46C is for protecting the back surface (the surface 21S2) of the semiconductor substrate 21.
  • the insulating layer 46C corresponds to a specific but not limitative example of “third insulating layer” of the present disclosure.
  • As the material of the insulating layer 46C similar to the insulating layer 46A, silicon nitride (Si 3-x N 4-y ) or silicon carbide (SiC) can be used.
  • the insulating layer 46C may be a single-layer film or may be, for example, a laminated film of an insulating film 46C1 and an insulating film 46C2 (see, for example, FIGS. 15A to 15C).
  • the insulating film 46C1 is formed by using, for example, silicon oxide (SiO 2 ⁇ x ).
  • the insulating film 46C2 is formed by using the above silicon nitride (Si 3-x N 4-y ) or silicon carbide (SiC).
  • the insulating layer 46C has a thickness of, for example, 20 nm or more and 200 nm or less.
  • the insulating layer 46C is not necessarily provided, and may be omitted as appropriate.
  • the first substrate 10 has a photodiode PD, a transfer transistor TR, and a floating diffusion FD for each sensor pixel 12.
  • the first substrate 10 has a configuration in which a transfer transistor TR and a floating diffusion FD are provided in a part of the surface 11S1 side (the side opposite to the light incident surface side, the second substrate 20 side) of the semiconductor substrate 11. ..
  • the first substrate 10 has an element isolation portion 43 that isolates each sensor pixel 12.
  • the element isolation portion 43 is formed to extend in the normal direction of the semiconductor substrate 11 (direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 11).
  • the element isolation part 43 is provided between two sensor pixels 12 adjacent to each other.
  • the element separating unit 43 electrically separates the sensor pixels 12 adjacent to each other.
  • the element isolation portion 43 is made of, for example, silicon oxide.
  • the element isolation portion 43 penetrates the semiconductor substrate 11, for example.
  • the first substrate 10 further includes, for example, a p-well layer 44 that is in contact with the side surface of the element isolation portion 43 and the surface on the photodiode PD side.
  • the p well layer 44 is composed of a semiconductor region of a conductivity type (specifically, p type) different from that of the photodiode PD.
  • the first substrate 10 further has, for example, a fixed charge film 45 in contact with the back surface (the surface 11S2, another surface) of the semiconductor substrate 11.
  • the fixed charge film 45 is negatively charged in order to suppress the generation of dark current due to the interface state on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 11.
  • the fixed charge film 45 is formed of, for example, an insulating film having a negative fixed charge.
  • examples of the material for such an insulating film include hafnium oxide, zircon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, and tantalum oxide.
  • An electric field induced by the fixed charge film 45 forms a hole accumulation layer at the interface of the semiconductor substrate 11 on the light receiving surface side.
  • the hole accumulation layer suppresses the generation of electrons from the interface.
  • the color filter 40 is provided on the back surface side of the semiconductor substrate 11.
  • the color filter 40 is provided, for example, in contact with the fixed charge film 45, and is provided at a position facing the sensor pixel 12 via the fixed charge film 45.
  • the light receiving lens 50 is provided, for example, in contact with the color filter 40, and is provided at a position facing the sensor pixel 12 via the color filter 40 and the fixed charge film 45.
  • the second substrate 20 is configured by laminating the insulating layer 52 on the semiconductor substrate 21.
  • the second substrate 20 has the insulating layer 52 as a part of the interlayer insulating film 51.
  • the insulating layer 52 is provided between the semiconductor substrate 21 and the semiconductor substrate 31.
  • the semiconductor substrate 21 is composed of a silicon substrate.
  • the second substrate 20 has one readout circuit 22 for each of the four sensor pixels 12.
  • the second substrate 20 has a configuration in which the read circuit 22 is provided on a part of the front surface of the semiconductor substrate 21 (the surface 21S1 facing the third substrate 30, the one surface).
  • the second substrate 20 is attached to the first substrate 10 with the back surface (surface 21S2) of the semiconductor substrate 21 facing the front surface (surface 11S1) of the semiconductor substrate 11.
  • the second substrate 20 is bonded to the first substrate 10 by face-to-back.
  • the second substrate 20 further has an insulating layer 53 penetrating the semiconductor substrate 21 in the same layer as the semiconductor substrate 21.
  • the second substrate 20 has an insulating layer 53 as a part of the interlayer insulating film 51.
  • the insulating layer 53 is provided so as to cover the side surface of the through wiring 54 described later.
  • the laminated body including the first substrate 10 and the second substrate 20 has an interlayer insulating film 51 and a through wiring 54 provided in the interlayer insulating film 51.
  • the through wiring 54 corresponds to a specific but not limitative example of “first through wiring” in the present disclosure.
  • the stacked body has one through wiring 54 for each sensor pixel 12.
  • the through wiring 54 extends in the normal line direction of the semiconductor substrate 21, and is provided so as to penetrate through the interlayer insulating film 51 at a portion including the insulating layer 53.
  • the first substrate 10 and the second substrate 20 are electrically connected to each other by a through wiring 54.
  • the through wiring 54 is electrically connected to the floating diffusion FD and a connection wiring 55 described later.
  • the laminated body including the first substrate 10 and the second substrate 20 further has penetrating wirings 47 and 48 (see FIG. 8 described later) provided in the interlayer insulating film 51.
  • the through wirings 47 and 48 correspond to a specific but not limitative example of “second through wiring” in the present disclosure.
  • the stacked body has one through wiring 47 and one through wiring 48 for each sensor pixel 12.
  • the through wirings 47 and 48 extend in the normal direction of the semiconductor substrate 21, respectively, and are provided so as to penetrate a portion of the interlayer insulating film 51 including the insulating layer 53.
  • the first substrate 10 and the second substrate 20 are electrically connected to each other by through wirings 47 and 48.
  • the through wiring 47 is electrically connected to the p well layer 42 of the semiconductor substrate 11 and the wiring in the second substrate 20.
  • the through wiring 48 is electrically connected to the transfer gate TG and the pixel drive line 23.
  • the second substrate 20 has, for example, a plurality of connecting portions 59 electrically connected to the read circuit 22 and the semiconductor substrate 21 in the insulating layer 52.
  • the second substrate 20 further has, for example, a wiring layer 56 on the insulating layer 52.
  • the wiring layer 56 has, for example, an insulating layer 57, a plurality of pixel drive lines 23 and a plurality of vertical signal lines 24 provided in the insulating layer 57.
  • the wiring layer 56 further has, for example, a plurality of connection wirings 55 in the insulating layer 57, one for each of the four sensor pixels 12.
  • the connection wiring 55 electrically connects the through wirings 54 electrically connected to the floating diffusions FD included in the four sensor pixels 12 sharing the readout circuit 22.
  • the total number of the through wirings 54 and 48 is larger than the total number of the sensor pixels 12 included in the first substrate 10, and is twice the total number of the sensor pixels 12 included in the first substrate 10. Further, the total number of the through wirings 54, 48, 47 is larger than the total number of the sensor pixels 12 included in the first substrate 10, and is three times the total number of the sensor pixels 12 included in the first substrate 10.
  • the wiring layer 56 further has, for example, a plurality of pad electrodes 58 in the insulating layer 57.
  • Each pad electrode 58 is formed of a metal such as Cu (copper) or Al (aluminum). Each pad electrode 58 is exposed on the surface of the wiring layer 56.
  • Each pad electrode 58 is used to electrically connect the second substrate 20 and the third substrate 30 and to bond the second substrate 20 and the third substrate 30 together.
  • the plurality of pad electrodes 58 are provided, for example, one for each pixel drive line 23 and each vertical signal line 24.
  • the total number of pad electrodes 58 (or the total number of bonds between the pad electrodes 58 and the pad electrodes 64 (described later) is smaller than the total number of sensor pixels 12 included in the first substrate 10 ).
  • the third substrate 30 is formed by stacking an interlayer insulating film 61 on the semiconductor substrate 31, for example. As described below, the third substrate 30 is attached to the second substrate 20 with the front side surfaces facing each other. Therefore, when describing the configuration inside the third substrate 30, the description above and below will be omitted. , It is the opposite of the vertical direction in the drawing.
  • the semiconductor substrate 31 is composed of a silicon substrate.
  • the third substrate 30 has a structure in which a logic circuit 32 is provided on a part of the front surface (face 31S1) of the semiconductor substrate 31.
  • the third substrate 30 further has, for example, a wiring layer 62 on the interlayer insulating film 61.
  • the wiring layer 62 has, for example, an insulating layer 63 and a plurality of pad electrodes 64 provided in the insulating layer 63.
  • the plurality of pad electrodes 64 are electrically connected to the logic circuit 32.
  • Each pad electrode 64 is formed of Cu (copper), for example.
  • Each pad electrode 64 is exposed on the surface of the wiring layer 62.
  • Each pad electrode 64 is used to electrically connect the second substrate 20 and the third substrate 30 and to bond the second substrate 20 and the third substrate 30 together. Further, the pad electrode 64 does not necessarily have to be plural, and even one pad electrode can be electrically connected to the logic circuit 32.
  • the second substrate 20 and the third substrate 30 are electrically connected to each other by bonding the pad electrodes 58 and 64 to each other.
  • the gate (transfer gate TG) of the transfer transistor TR is electrically connected to the logic circuit 32 via the through wiring 54 and the pad electrodes 58 and 64.
  • the third substrate 30 is attached to the second substrate 20 with the surface (surface 31S1) of the semiconductor substrate 31 facing the surface (surface 21S1) of the semiconductor substrate 21. That is, the third substrate 30 is attached to the second substrate 20 face to face.
  • FIGS. 8 and 9 show an example of a horizontal sectional configuration of the imaging device 1.
  • 8 and 9 are diagrams showing an example of the cross-sectional configuration at the cross section Sec1 of FIG. 1, and the bottom diagrams of FIGS. 8 and 9 show the cross-sectional configuration at the cross section Sec2 of FIG. It is a figure showing an example.
  • FIG. 8 illustrates a configuration in which two sets of four 2 ⁇ 2 sensor pixels 12 are arranged in the second direction H
  • FIG. 9 illustrates four sets of four 2 ⁇ 2 sensor pixels 12, A configuration in which they are arranged in the first direction V and the second direction H is illustrated.
  • FIGS. 8 and 9 a view showing an example of the surface configuration of the semiconductor substrate 11 is overlapped with a view showing an example of the cross-sectional configuration at the cross section Sec1 of FIG. Is omitted. Further, in the lower sectional views of FIGS. 8 and 9, a diagram showing an example of the surface configuration of the semiconductor substrate 21 is superimposed on a diagram showing an example of the sectional configuration at the section Sec2 of FIG.
  • the plurality of through wirings 54, the plurality of through wirings 48, and the plurality of through wirings 47 are arranged in the first direction V (the vertical direction in FIG. 9 are arranged side by side in a strip shape.
  • 8 and 9 exemplify a case where the plurality of through wirings 54, the plurality of through wirings 48, and the plurality of through wirings 47 are arranged side by side in two rows in the first direction V.
  • the first direction V is parallel to one of the two array directions (for example, the row direction and the column direction) of the plurality of sensor pixels 12 arranged in a matrix (for example, the column direction).
  • the four floating diffusions FD are arranged close to each other, for example, with the element separating unit 43 interposed therebetween.
  • the four transfer gates TG are arranged so as to surround the four floating diffusions FD, and for example, the four transfer gates TG have an annular shape. ing.
  • the insulating layer 53 is composed of a plurality of blocks extending in the first direction V.
  • the semiconductor substrate 21 includes a plurality of island-shaped blocks 21A that extend in the first direction V and are arranged side by side in the second direction H that is orthogonal to the first direction V with the insulating layer 53 interposed therebetween. ..
  • Each block 21A is provided with, for example, a plurality of sets of reset transistors RST, amplification transistors AMP, and selection transistors SEL.
  • One readout circuit 22 shared by the four sensor pixels 12 is configured by, for example, a reset transistor RST, an amplification transistor AMP, and a selection transistor SEL in a region facing the four sensor pixels 12.
  • One readout circuit 22 shared by the four sensor pixels 12 includes, for example, an amplification transistor AMP in the block 21A adjacent to the left of the insulating layer 53, a reset transistor RST in the block 21A adjacent to the right of the insulating layer 53, and a selection transistor RST. It is composed of a transistor SEL.
  • FIG. 10, FIG. 11, FIG. 12 and FIG. 13 show an example of a wiring layout in the horizontal plane of the image pickup apparatus 1.
  • 10 to 13 exemplify a case where one readout circuit 22 shared by the four sensor pixels 12 is provided in a region facing the four sensor pixels 12.
  • the wirings shown in FIGS. 10 to 13 are provided in different layers in the wiring layer 56, for example.
  • the four penetrating wirings 54 adjacent to each other are electrically connected to the connecting wiring 55, for example, as shown in FIG.
  • the four through wirings 54 adjacent to each other are further connected to the gate of the amplification transistor AMP included in the left adjacent block 21A of the insulating layer 53 via the connection wiring 55 and the connection portion 59, as shown in FIG. 10, for example.
  • And is electrically connected to the gate of the reset transistor RST included in the right adjacent block 21A of the insulating layer 53.
  • the power supply line VDD is arranged at a position facing each read circuit 22 arranged side by side in the second direction H, as shown in FIG. 11, for example.
  • the power supply line VDD is electrically connected to the drain of the amplification transistor AMP and the drain of the reset transistor RST of the read circuits 22 arranged side by side in the second direction H, for example, as shown in FIG. Connected to each other.
  • the two pixel drive lines 23 are arranged at positions facing the respective readout circuits 22 arranged side by side in the second direction H.
  • One pixel drive line 23 (second control line) is electrically connected to the gate of the reset transistor RST of each readout circuit 22 arranged in the second direction H, for example, as shown in FIG. Wiring RSTG.
  • the other pixel drive line 23 (third control line) is electrically connected to the gates of the selection transistors SEL of the readout circuits 22 arranged in the second direction H, for example, as shown in FIG.
  • the wiring SELG In each read circuit 22, the source of the amplification transistor AMP and the drain of the selection transistor SEL are electrically connected to each other via the wiring 25, for example, as shown in FIG.
  • the two power supply lines VSS are arranged at positions facing the read circuits 22 arranged side by side in the second direction H, for example, as shown in FIG.
  • each power supply line VSS is electrically connected to the plurality of through wirings 47 at positions facing the respective sensor pixels 12 arranged side by side in the second direction H.
  • the four pixel drive lines 23 are arranged at positions facing the respective readout circuits 22 arranged side by side in the second direction H.
  • Each of the four pixel drive lines 23 is, for example, as shown in FIG. 12, one of the four sensor pixels 12 corresponding to each readout circuit 22 arranged in the second direction H.
  • the wiring TRG is electrically connected to the twelve through wirings 48.
  • the four pixel drive lines 23 are electrically connected to the gates (transfer gates TG) of the transfer transistors TR of the sensor pixels 12 arranged side by side in the second direction H. ..
  • an identifier (1, 2, 3, 4) is given to the end of each wiring TRG.
  • the vertical signal line 24 is arranged, for example, as shown in FIG. 13, at a position facing the read circuits 22 arranged side by side in the first direction V.
  • the vertical signal line 24 (output line) is electrically connected to the output end (source of the amplification transistor AMP) of each read circuit 22 arranged side by side in the first direction V, as shown in FIG. 13, for example. ing.
  • the p well layer 42, the element isolation portion 43, and the p well layer 44 are formed on the semiconductor substrate 11.
  • the photodiode PD, the transfer transistor TR, and the floating diffusion FD are formed on the semiconductor substrate 11 (FIG. 14A).
  • the sensor pixel 12 is formed on the semiconductor substrate 11.
  • a material having high heat resistance include polysilicon.
  • the insulating layer 46 (insulating layers 46A and 46B) is formed on the semiconductor substrate 11 (FIG. 14A). In this way, the first substrate 10 is formed.
  • the semiconductor substrate 21 is attached to the first substrate 10 (insulating layer 46B) (FIG. 14B). Then, the semiconductor substrate 21 is thinned if necessary. At this time, the thickness of the semiconductor substrate 21 is set to a film thickness required for forming the readout circuit 22.
  • the bonding of the semiconductor substrate 11 and the semiconductor substrate 21 will be described later in detail with reference to FIGS. 15A to 15C and 16.
  • the thickness of the semiconductor substrate 21 is generally about several hundreds nm. However, depending on the concept of the read circuit 22, an FD (Fully Depletion) type is also possible, and in that case, the thickness of the semiconductor substrate 21 can be in the range of several nm to several ⁇ m.
  • the insulating layer 53 is formed in the same layer as the semiconductor substrate 21 (FIG. 14C).
  • the insulating layer 53 is formed, for example, at a position facing the floating diffusion FD.
  • a slit (opening 21H) penetrating the semiconductor substrate 21 is formed in the semiconductor substrate 21 to divide the semiconductor substrate 21 into a plurality of blocks 21A.
  • the insulating layer 53 is formed so as to fill the slit.
  • the readout circuit 22 including the amplification transistor AMP and the like is formed in each block 21A of the semiconductor substrate 21 (FIG. 14C).
  • the gate insulating film of the readout circuit 22 can be formed by thermal oxidation.
  • the insulating layer 52 is formed on the semiconductor substrate 21.
  • the interlayer insulating film 51 including the insulating layers 46, 52 and 53 is formed.
  • through holes 51A and 51B are formed in the interlayer insulating film 51 (FIG. 14D).
  • a through hole 51B penetrating the insulating layer 52 is formed in a portion of the insulating layer 52 facing the read circuit 22.
  • a through hole 51A penetrating the interlayer insulating film 51 is formed in a portion of the interlayer insulating film 51 facing the floating diffusion FD (that is, a portion facing the insulating layer 53).
  • the through wiring 54 is formed in the through hole 51A and the connection portion 59 is formed in the through hole 51B (FIG. 14E). Further, the connection wiring 55 that electrically connects the through wiring 54 and the connection portion 59 to each other is formed on the insulating layer 52 (FIG. 14E). Then, the wiring layer 56 is formed on the insulating layer 52 (FIG. 14F). In this way, the second substrate 20 is formed.
  • the second substrate 20 is attached to the third substrate 30 on which the logic circuit 32 and the wiring layer 62 are formed, with the surface of the semiconductor substrate 21 facing the surface of the semiconductor substrate 31 (FIG. 14G).
  • the pad electrode 58 of the second substrate 20 and the pad electrode 64 of the third substrate 30 are bonded to each other, so that the second substrate 20 and the third substrate 30 are electrically connected to each other. In this way, the imaging device 1 is manufactured.
  • 15A to 15C show an example of a step of joining the semiconductor substrate 11 and the semiconductor substrate 21.
  • the transfer transistor TR after the photodiode PD, the transfer transistor TR, and the floating diffusion FD are formed on the semiconductor substrate 11, as shown in FIG. 15A, for example, high density plasma chemical vapor deposition (CVD) is used to form silicon oxide.
  • An insulating film 46A1 made of a (SiO 2 ⁇ x ) film is formed and the surface is flattened.
  • an insulating film 46A2 made of a silicon nitride (Si 3-x N 4-y ) film is formed on the insulating film 46A1 by using, for example, low pressure plasma CVD to form the insulating layer 46A.
  • the insulating film 46C1 including the insulating film 46C1 and the insulating film 46C2 is formed on the bonding surface (back surface, surface 21S2) of the semiconductor substrate 21 with the semiconductor substrate 11.
  • an insulating layer 46B made of, for example, a silicon oxide (SiO 2 ⁇ x ) film is formed on the insulating layer 46A by, for example, chemical vapor deposition (CVD).
  • FIG. 15B shows an example in which the insulating layer 46B is provided on the semiconductor substrate 11 side, it may be provided on the semiconductor substrate 21 side.
  • each of the semiconductor substrate 11 and the semiconductor substrate 21 may be provided with a silicon oxide (SiO 2 ⁇ x ) film to be the insulating layer 46B.
  • the insulating layer 46B can be easily formed on the semiconductor substrate 21 side.
  • the insulating layer 46C formed on the back surface (surface 21S2) of the semiconductor substrate 21 may be omitted.
  • the insulating layer 46A, the insulating layer 46B having a lower film density than the insulating layer 46A, and the insulating layer 46C having the same film density as the insulating layer 46A are stacked in this order between the semiconductor substrate 11 and the semiconductor substrate 21.
  • the insulating layer 46 is formed.
  • the difference in film density can be confirmed as a contrast by a transmission electron microscope (TEM), for example.
  • FIG. 16 illustrates a state of a bonding surface when the semiconductor substrate 11 and the semiconductor substrate 21 are bonded.
  • oxygen atoms (O) and hydroxyl groups (—OH) are present on the surfaces of the insulating layers 46B and 46C as shown in FIG. Is generated.
  • the semiconductor substrate 11 and the semiconductor substrate 21 are bonded to each other by applying pressure.
  • water molecules (H 2 O) are generated at the bonding interface by dehydration condensation.
  • the bonding surface is a silicon nitride (Si 3-x N 4-y ) film/silicon nitride (Si 3-x N 4-y ) film, water molecules (H 2 O) are not absorbed. It becomes a void (pore).
  • the voids formed on the bonding surface reduce the bonding strength between the semiconductor substrate 11 and the semiconductor substrate 21, and the bonding surface is destroyed during the heat treatment in the formation process of the read circuit 22 described above.
  • the insulating layer 46B made of a silicon oxide (SiO 2-x ) film is provided on the insulating film 46A2 made of a silicon nitride (Si 3-x N 4-y ) film, and the semiconductor substrate
  • the bonding surface between 11 and the semiconductor substrate 21 was made to be a silicon nitride (Si 3-x N 4-y ) film/silicon oxide (SiO 2-x ) film.
  • the silicon oxide (SiO 2-x ) film has gaps (crystal defects) in the film and has a lower film density than the silicon nitride (Si 3-x N 4-y ) film.
  • a film having a low film density can diffuse more water molecules than a film having a high film density. As a result, the water molecules (H 2 O) generated at the bonding interface are absorbed by the insulating layer 46B, as shown in FIG. Therefore, the generation of voids at the bonding interface is suppressed.
  • an image pickup device having a three-dimensional structure has been developed.
  • an imaging device having a three-dimensional structure for example, a semiconductor substrate having a plurality of sensor pixels (first semiconductor substrate) and a semiconductor substrate having a signal processing circuit for processing a signal obtained by each sensor pixel (second semiconductor substrate) And are stacked on top of each other.
  • the semiconductor substrate 11 that constitutes the first substrate 10 and the semiconductor substrate that constitutes the second substrate 20 in the laminated body in which the first substrate 10 and the second substrate 20 are laminated, the semiconductor substrate 11 that constitutes the first substrate 10 and the semiconductor substrate that constitutes the second substrate 20.
  • the insulating layer 46 provided between the insulating layer 46 and the insulating layer 46 has a laminated structure including an insulating layer 46A, an insulating layer 46B having a film density lower than that of the insulating layer 46A, and an insulating layer 46C having the same configuration as the insulating layer 46A.
  • the semiconductor substrate 11 and the semiconductor substrate 21 are attached to each other by using one of the joining surfaces as the insulating layer 46B.
  • water molecules (H 2 O) generated in the step of joining the semiconductor substrate 11 and the semiconductor substrate 21 are absorbed by the insulating layer 46B, and the generation of voids at the joining interface is suppressed.
  • the imaging device 1 since the generation of voids at the bonding interface between the semiconductor substrate 11 and the semiconductor substrate 21 is suppressed, it is possible to improve the flexibility of the manufacturing process. Further, as a result, the image pickup apparatus 1 having a three-dimensional structure can be realized and the manufacturing yield can be improved.
  • FIG. 17 illustrates an example of a vertical cross-sectional configuration of an imaging device (imaging device 1) according to a modification (modification 1) of the above embodiment.
  • the transfer transistor TR has a planar transfer gate TG. Therefore, the transfer gate TG does not penetrate the p well layer 42 and is formed only on the surface of the semiconductor substrate 11. Even when the planar transfer gate TG is used for the transfer transistor TR, the imaging device 1 has the same effect as the above-described embodiment.
  • FIG. 18 illustrates an example of a vertical cross-sectional configuration of an imaging device (imaging device 1) according to a modification (modification 2) of the above embodiment.
  • the second substrate 20 and the third substrate 30 are electrically connected to each other in a region of the first substrate 10 facing the peripheral region 14.
  • the peripheral region 14 corresponds to the frame region of the first substrate 10 and is provided on the periphery of the pixel region 13.
  • the second substrate 20 has a plurality of pad electrodes 58 in the region facing the peripheral region 14, and the third substrate 30 has a plurality of pad electrodes in the region facing the peripheral region 14. It has 64.
  • the second substrate 20 and the third substrate 30 are electrically connected to each other by the bonding of the pad electrodes 58 and 64 provided in the region facing the peripheral region 14.
  • the second substrate 20 and the third substrate 30 are electrically connected to each other by the bonding of the pad electrodes 58 and 64 provided in the region facing the peripheral region 14.
  • the pad electrodes 58 and 64 are bonded to each other in the region facing the pixel region 13. Therefore, in addition to the effects of the above-described embodiment, it is possible to provide the image pickup device 1 having a three-layer structure with the same chip size as before, which does not hinder the miniaturization of the area per pixel.
  • FIG. 19 illustrates an example of a vertical cross-sectional configuration of an imaging device (imaging device 1) according to a modification (modification 3) of the above embodiment.
  • FIG. 20 illustrates another example of the vertical cross-sectional configuration of the image pickup apparatus (image pickup apparatus 1) according to the modified example (Modification 3) of the above-described embodiment.
  • the upper drawings of FIGS. 19 and 20 show a modified example of the cross-sectional structure at the cross section Sec1 of FIG. 1, and the lower drawings of FIG. 19 show a modified example of the cross-sectional structure at the cross section Sec2 of FIG. is there. Note that in the upper cross-sectional views of FIGS. 19 and 20, a modification of the surface configuration of the semiconductor substrate 11 of FIG.
  • the plurality of through wirings 54, the plurality of through wirings 48, and the plurality of through wirings 47 are formed on the surface of the first substrate 10. Inside, they are arranged side by side in a strip shape in the first direction V (the left-right direction in FIGS. 19 and 20).
  • 19 and 20 exemplify a case where the plurality of through wirings 54, the plurality of through wirings 48, and the plurality of through wirings 47 are arranged side by side in two rows in the first direction V.
  • the four floating diffusions FD are arranged close to each other, for example, with the element separating unit 43 interposed therebetween.
  • the four transfer gates TG (TG1, TG2, TG3, TG4) are arranged so as to surround the four floating diffusions FD, and for example, the four transfer gates TG. Has become a ring shape.
  • the insulating layer 53 is composed of a plurality of blocks extending in the first direction V.
  • the semiconductor substrate 21 includes a plurality of island-shaped blocks 21A that extend in the first direction V and are arranged side by side in the second direction H that is orthogonal to the first direction V with the insulating layer 53 interposed therebetween. ..
  • Each block 21A is provided with, for example, a reset transistor RST, an amplification transistor AMP, and a selection transistor SEL.
  • the one readout circuit 22 shared by the four sensor pixels 12 is not arranged, for example, directly facing the four sensor pixels 12, but is arranged so as to be displaced in the second direction H.
  • one read circuit 22 shared by four sensor pixels 12 is a reset transistor in a region of the second substrate 20 that is opposed to the four sensor pixels 12 in the second direction H. It is composed of an RST, an amplification transistor AMP and a selection transistor SEL.
  • One readout circuit 22 shared by the four sensor pixels 12 is configured of, for example, the amplification transistor AMP, the reset transistor RST, and the selection transistor SEL in one block 21A.
  • one readout circuit 22 shared by the four sensor pixels 12 is a reset transistor located in a region of the second substrate 20 that is opposed to the four sensor pixels 12 in the second direction H.
  • One readout circuit 22 shared by the four sensor pixels 12 is configured by, for example, the amplification transistor AMP, the reset transistor RST, the selection transistor SEL, and the FD transfer transistor FDG in one block 21A.
  • the one readout circuit 22 shared by the four sensor pixels 12 is not arranged, for example, so as to face the four sensor pixels 12 and is located second from the position where the four sensor pixels 12 face each other. They are displaced in the direction H.
  • the wiring 25 can be shortened, or the wiring 25 can be omitted and the source of the amplification transistor AMP and the drain of the selection transistor SEL can be formed by a common impurity region. ..
  • FIG. 21 illustrates an example of a horizontal cross-sectional configuration of an imaging device (imaging device 1) according to a modification (modification 4) of the above embodiment.
  • FIG. 21 shows a modification of the sectional configuration of FIG.
  • the semiconductor substrate 21 is composed of a plurality of island-shaped blocks 21A arranged side by side in the first direction V and the second direction H with the insulating layer 53 interposed therebetween.
  • Each block 21A is provided with, for example, a set of a reset transistor RST, an amplification transistor AMP, and a selection transistor SEL.
  • RST reset transistor
  • AMP amplification transistor
  • SEL selection transistor
  • FIG. 22 illustrates an example of a horizontal cross-sectional configuration of an imaging device (imaging device 1) according to a modification (modification 5) of the above embodiment.
  • FIG. 22 shows a modification of the sectional configuration of FIG.
  • one read circuit 22 shared by the four sensor pixels 12 is not arranged, for example, directly facing the four sensor pixels 12, but is arranged so as to be displaced in the first direction V.
  • the semiconductor substrate 21 is composed of a plurality of island-shaped blocks 21A arranged side by side in the first direction V and the second direction H with the insulating layer 53 interposed therebetween. There is.
  • Each block 21A is provided with, for example, a set of a reset transistor RST, an amplification transistor AMP, and a selection transistor SEL.
  • the plurality of through wirings 47 and the plurality of through wirings 54 are further arranged in the second direction H.
  • the plurality of through wirings 47 share four through wirings 54 that share a certain read circuit 22 and four through wirings that share another read circuit 22 adjacent to the read circuit 22 in the second direction H. 54 and 54.
  • the crosstalk between the read circuits 22 adjacent to each other can be suppressed by the insulating layer 53 and the through wiring 47, and the deterioration of the resolution on the reproduced image and the deterioration of the image quality due to the color mixture can be suppressed.
  • FIG. 23 illustrates an example of a horizontal cross-sectional configuration of an imaging device (imaging device 1) according to a modification (modification 6) of the above embodiment.
  • FIG. 23 shows a modification of the sectional configuration of FIG.
  • the first substrate 10 has the photodiode PD and the transfer transistor TR for each sensor pixel 12, and the floating diffusion FD is shared by every four sensor pixels 12. Therefore, in this modification, one through wiring 54 is provided for each of the four sensor pixels 12.
  • the unit area corresponding to four sensor pixels 12 sharing one floating diffusion FD is obtained by shifting one sensor pixel 12 in the first direction V.
  • the four sensor pixels 12 corresponding to the area will be referred to as four sensor pixels 12A.
  • the first substrate 10 shares the through wiring 47 for each of the four sensor pixels 12A. Therefore, in this modification, one through wiring 47 is provided for each of the four sensor pixels 12A.
  • the first substrate 10 has an element isolation section 43 that isolates the photodiode PD and the transfer transistor TR for each sensor pixel 12.
  • the element isolation portion 43 does not completely surround the sensor pixel 12 when viewed from the normal line direction of the semiconductor substrate 11, and a gap (near the floating diffusion FD (through wiring 54) and near the through wiring 47 is formed. Has an unformed area). The gap allows the four sensor pixels 12 to share one through wiring 54 and the four sensor pixels 12A to share one through wiring 47.
  • the second substrate 20 has the readout circuit 22 for each of the four sensor pixels 12 that share the floating diffusion FD.
  • FIG. 24 illustrates another example of the horizontal cross-sectional configuration of the imaging device 1 according to the present modification.
  • FIG. 24 shows a modification of the sectional configuration of FIG.
  • the first substrate 10 has the photodiode PD and the transfer transistor TR for each sensor pixel 12, and the floating diffusion FD is shared by every four sensor pixels 12. Further, the first substrate 10 has an element isolation section 43 that isolates the photodiode PD and the transfer transistor TR for each sensor pixel 12.
  • FIG. 25 shows another example of the horizontal cross-sectional configuration of the image pickup apparatus 1 according to the present modification.
  • FIG. 43 shows a modification of the sectional configuration of FIG.
  • the first substrate 10 has the photodiode PD and the transfer transistor TR for each sensor pixel 12, and the floating diffusion FD is shared by every four sensor pixels 12. Further, the first substrate 10 has an element isolation section 43 that isolates the photodiode PD and the transfer transistor TR for each sensor pixel 12.
  • FIG. 26 illustrates an example of a circuit configuration of an image pickup apparatus (image pickup apparatus 1) according to a modified example (Modified Example 7) of the above-described embodiment and modified examples 1 to 6.
  • the image pickup apparatus 1 according to this modification is a CMOS image sensor equipped with a column parallel ADC.
  • the imaging device 1 in addition to the pixel region 13 in which a plurality of sensor pixels 12 including photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged in a matrix (matrix), vertical driving is performed.
  • the circuit 33, the column signal processing circuit 34, the reference voltage supply unit 38, the horizontal drive circuit 35, the horizontal output line 37, and the system control circuit 36 are provided.
  • the system control circuit 36 uses the master clock MCK as a reference clock signal or control for operations of the vertical drive circuit 33, the column signal processing circuit 34, the reference voltage supply unit 38, the horizontal drive circuit 35, and the like.
  • a signal or the like is generated and given to the vertical drive circuit 33, the column signal processing circuit 34, the reference voltage supply unit 38, the horizontal drive circuit 35, and the like.
  • the vertical drive circuit 33 is also formed on the first substrate 10 together with the sensor pixels 12 in the pixel region 13, and is also formed on the second substrate 20 on which the readout circuit 22 is formed.
  • the column signal processing circuit 34, the reference voltage supply unit 38, the horizontal drive circuit 35, the horizontal output line 37, and the system control circuit 36 are formed on the third substrate 30.
  • the sensor pixel 12 has, for example, a configuration including a photodiode PD and a transfer transistor TR that transfers charges obtained by photoelectric conversion in the photodiode PD to the floating diffusion FD.
  • the read circuit 22 includes, for example, a reset transistor RST that controls the potential of the floating diffusion FD, an amplification transistor AMP that outputs a signal according to the potential of the floating diffusion FD, and a pixel selection.
  • a three-transistor configuration having a selection transistor SEL for performing the above can be used.
  • the sensor pixels 12 are two-dimensionally arranged, and the pixel drive lines 23 are arranged in each row and the vertical signal lines 24 are arranged in each column with respect to the pixel arrangement of m rows and n columns. There is.
  • One end of each of the plurality of pixel drive lines 23 is connected to each output end corresponding to each row of the vertical drive circuit 33.
  • the vertical drive circuit 33 is composed of a shift register or the like, and controls the row address and the row scan of the pixel region 13 via the plurality of pixel drive lines 23.
  • the column signal processing circuit 34 has, for example, ADCs (analog-digital conversion circuits) 34-1 to 34-m provided for each pixel column of the pixel region 13, that is, for each vertical signal line 24.
  • ADCs analog-digital conversion circuits
  • the reference voltage supply unit 38 has, for example, a DAC (digital-analog conversion circuit) 38A as a means for generating a reference voltage Vref having a so-called ramp (RAMP) waveform, the level of which changes in an inclined manner as time passes. There is.
  • the means for generating the reference voltage Vref having the ramp waveform is not limited to the DAC 38A.
  • the DAC 38A Under the control of the control signal CS1 given from the system control circuit 36, the DAC 38A generates a reference voltage Vref having a ramp waveform based on the clock CK given from the system control circuit 36, and the ADC 34- of the column signal processing circuit 34. Supply for 1 to 34-m.
  • each of the ADCs 34-1 to 34-m has an exposure time of 1/N of the sensor pixel 12 as compared with the normal frame rate mode in the progressive scanning method for reading out all the information of the sensor pixel 12 and the normal frame rate mode.
  • Is set to, and the AD conversion operation corresponding to each operation mode such as a high-speed frame rate mode for increasing the frame rate by N times, for example, by 2 times can be selectively performed.
  • the switching of the operation mode is executed under the control of the control signals CS2 and CS3 provided from the system control circuit 36.
  • the system control circuit 36 is provided with instruction information for switching between the normal frame rate mode and each operation mode of the high frame rate mode from an external system controller (not shown).
  • the ADC 34-m includes a comparator 34A, a counting unit such as an up/down counter (denoted as U/DCNT in the drawing) 34B, a transfer switch 34C, and a memory device 34D.
  • the comparator 34A includes a signal voltage Vx of the vertical signal line 24 corresponding to a signal output from each sensor pixel 12 in the n-th column of the pixel region 13 and a reference voltage Vref of a ramp waveform supplied from the reference voltage supply unit 38. And the output voltage Vco becomes "H” level when the reference voltage Vref is higher than the signal voltage Vx, and the output voltage Vco becomes “L” level when the reference voltage Vref is equal to or lower than the signal voltage Vx. ..
  • the up/down counter 34B is an asynchronous counter, and under the control of the control signal CS2 given from the system control circuit 36, the clock CK is given from the system control circuit 36 at the same time as the DAC 18A, and is down in synchronization with the clock CK.
  • the clock CK is given from the system control circuit 36 at the same time as the DAC 18A, and is down in synchronization with the clock CK.
  • the comparison time at the first read time is measured by down-counting at the first read operation, and the second read operation is performed. By performing the up-count during the read operation of, the comparison time at the second read is measured.
  • the count result for the sensor pixel 12 in a certain row is held as it is, and then the sensor pixel 12 in the next row is down-counted from the previous count result at the first read operation.
  • the comparison time at the time of the first read is measured, and by counting up at the time of the second read operation, the comparison time at the time of the second read is measured.
  • the transfer switch 34C is turned on at the time when the counting operation of the up/down counter 34B for the sensor pixel 12 in a certain row is completed in the normal frame rate mode ( In the closed state, the count result of the up/down counter 34B is transferred to the memory device 34D.
  • the analog signal supplied from each sensor pixel 12 in the pixel region 13 via the vertical signal line 24 for each column is converted into the analog signal of the comparator 34A and the up/down counter 34B in the ADCs 34-1 to 34-m. By each operation, it is converted into an N-bit digital signal and stored in the memory device 34D.
  • the horizontal drive circuit 35 is composed of a shift register or the like, and controls the column address and column scan of the ADCs 34-1 to 34-m in the column signal processing circuit 34. Under the control of the horizontal drive circuit 35, the N-bit digital signal AD-converted by each of the ADCs 34-1 to 34-m is sequentially read out to the horizontal output line 37, and passes through the horizontal output line 37. It is output as imaging data.
  • a circuit or the like for performing various kinds of signal processing on the imaging data output via the horizontal output line 37 may be provided in addition to the above-described constituent elements. Is.
  • the count result of the up/down counter 34B can be selectively transferred to the memory device 34D via the transfer switch 34C. It is possible to independently control the count operation of the down counter 34B and the read operation of the count result of the up/down counter 34B to the horizontal output line 37.
  • FIG. 27 illustrates an example in which the imaging device of FIG. 26 is configured by stacking three substrates (first substrate 10, second substrate 20, third substrate 30).
  • a pixel region 13 including a plurality of sensor pixels 12 is formed in the central portion of the first substrate 10, and a vertical drive circuit 33 is formed around the pixel region 13.
  • a read circuit area 15 including a plurality of read circuits 22 is formed in the central portion, and a vertical drive circuit 33 is formed around the read circuit area 15.
  • a column signal processing circuit 34, a horizontal drive circuit 35, a system control circuit 36, a horizontal output line 37, and a reference voltage supply unit 38 are formed on the third substrate 30.
  • the vertical drive circuit 33 may be formed only on the first substrate 10 or only on the second substrate 20.
  • FIG. 28 illustrates an example of a cross-sectional configuration of an imaging device (imaging device 1) according to a modification (modification 9) of the above-described embodiment and modifications 1 to 8 thereof.
  • the image pickup device 1 is configured by stacking three substrates (first substrate 10, second substrate 20, third substrate 30).
  • the two substrates may be laminated.
  • the logic circuit 32 may be separately formed on the first substrate 10 and the second substrate 20 as shown in FIG. 28, for example.
  • a high dielectric constant film made of a material (for example, high-k) capable of withstanding a high temperature process and a metal gate electrode are laminated.
  • a transistor having a gate structure is provided.
  • a silicide formed using a salicide (Self Aligned Silicide) process such as CoSi 2 or NiSi is formed on the surface of the impurity diffusion region in contact with the source electrode and the drain electrode.
  • the low resistance region 26 is formed.
  • the low resistance region made of silicide is formed of a compound of a material of the semiconductor substrate and a metal.
  • a high temperature process such as thermal oxidation can be used.
  • the low resistance region 26 made of silicide is provided on the surface of the impurity diffusion region in contact with the source electrode and the drain electrode, contact is made. The resistance can be reduced. As a result, the operation speed in the logic circuit 32 can be increased.
  • FIG. 29 shows a modification of the sectional configuration of the imaging device 1 according to the modifications (Modification 10) of the first to fourth embodiments and Modifications 1 to 8 thereof.
  • a salicide (Self Aligned Silicide) process such as CoSi 2 or NiSi is formed on the surface of the impurity diffusion region in contact with the source electrode and the drain electrode.
  • the low resistance region 37 made of silicide may be formed. Accordingly, when forming the sensor pixel 12, a high temperature process such as thermal oxidation can be used.
  • the contact resistance can be reduced. As a result, the operation speed in the logic circuit 32 can be increased.
  • the conductivity types may be reversed in the above-described embodiment and the modified examples 1 to 10.
  • the p-type may be read as the n-type and the n-type may be read as the p-type. Even in such a case, the same effects as those of the above-described first to fifth embodiments and their modifications 1 to 10 can be obtained.
  • FIG. 30 illustrates an example of a schematic configuration of an imaging system 2 including the imaging device (imaging device 1) according to the above-described embodiment and the modified examples 1 to 10.
  • the imaging system 7 is, for example, an imaging device such as a digital still camera or a video camera, or an electronic device such as a mobile terminal device such as a smartphone or a tablet type terminal.
  • the imaging system 7 includes, for example, an optical system 141, a shutter device 142, an imaging device 1, a DSP circuit 143, a frame memory 144, a display unit 145, a storage unit 146, an operation unit 147, and a power supply unit 148.
  • the shutter device 142, the imaging device 1, the DSP circuit 143, the frame memory 144, the display unit 145, the storage unit 146, the operation unit 147, and the power supply unit 148 are connected to each other via the bus line 149. ..
  • the image pickup device 1 outputs image data according to incident light.
  • the optical system 141 has one or a plurality of lenses, and guides light (incident light) from a subject to the imaging device 1 and forms an image on the light receiving surface of the imaging device 1.
  • the shutter device 142 is arranged between the optical system 141 and the imaging device 1, and controls the light irradiation period and the light blocking period for the imaging device 1 under the control of the operation unit 147.
  • the DSP circuit 143 is a signal processing circuit that processes a signal (image data) output from the imaging device 1.
  • the frame memory 144 temporarily holds the image data processed by the DSP circuit 143 in frame units.
  • the display unit 145 includes, for example, a panel-type display device such as a liquid crystal panel or an organic EL (Electro Luminescence) panel, and displays a moving image or a still image captured by the imaging device 1.
  • the storage unit 146 records image data of a moving image or a still image captured by the image capturing apparatus 1 in a recording medium such as a semiconductor memory or a hard disk.
  • the operation unit 147 issues operation commands for various functions of the imaging system 7 according to the operation by the user.
  • the power supply unit 148 appropriately supplies various power supplies serving as operation power supplies of the imaging device 1, the DSP circuit 143, the frame memory 144, the display unit 145, the storage unit 146, and the operation unit 147 to these supply targets.
  • FIG. 31 shows an example of a flowchart of the imaging operation in the imaging system 7.
  • the user operates the operation unit 147 to instruct the start of imaging (step S101). Then, the operation unit 147 transmits an imaging command to the imaging device 1 (step S102). Upon receiving the image pickup command, the image pickup apparatus 1 (specifically, the system control circuit 36) executes image pickup by a predetermined image pickup method (step S103).
  • the image pickup apparatus 1 outputs the light (image data) imaged on the light receiving surface via the optical system 141 and the shutter device 142 to the DSP circuit 143.
  • the image data is data for all pixels of the pixel signal generated based on the electric charge temporarily held in the floating diffusion FD.
  • the DSP circuit 143 performs predetermined signal processing (for example, noise reduction processing) based on the image data input from the imaging device 1 (step S104).
  • the DSP circuit 143 causes the frame memory 144 to hold the image data subjected to the predetermined signal processing, and the frame memory 144 causes the storage unit 146 to store the image data (step S105). In this way, the image pickup by the image pickup system 7 is performed.
  • the imaging device 1 is applied to the imaging system 7.
  • the image pickup apparatus 1 can be made smaller or have a higher definition, so that the image pickup system 7 having a smaller size or a higher definition can be provided.
  • Application example 1 The technology according to the present disclosure (this technology) can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure is realized as a device mounted on any type of moving body such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, personal mobility, an airplane, a drone, a ship, and a robot. May be.
  • FIG. 32 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system which is an example of a mobile body control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • the vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via a communication network 12001.
  • the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, a vehicle exterior information detection unit 12030, a vehicle interior information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
  • a microcomputer 12051, an audio/video output unit 12052, and an in-vehicle network I/F (interface) 12053 are shown as the functional configuration of the integrated control unit 12050.
  • the drive system control unit 12010 controls the operation of devices related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the drive system control unit 12010 includes a drive force generation device for generating a drive force of a vehicle such as an internal combustion engine or a drive motor, a drive force transmission mechanism for transmitting the drive force to wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a steering mechanism for adjustment and a control device such as a braking device that generates a braking force of the vehicle.
  • the body system control unit 12020 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as a head lamp, a back lamp, a brake lamp, a winker, or a fog lamp.
  • the body system control unit 12020 may receive radio waves or signals of various switches transmitted from a portable device that substitutes for a key.
  • the body system control unit 12020 receives input of these radio waves or signals and controls the vehicle door lock device, power window device, lamp, and the like.
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 detects information outside the vehicle equipped with the vehicle control system 12000.
  • the imaging unit 12031 is connected to the vehicle outside information detection unit 12030.
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 causes the image capturing unit 12031 to capture an image of the vehicle exterior and receives the captured image.
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 may perform object detection processing or distance detection processing such as people, vehicles, obstacles, signs, or characters on the road surface based on the received image.
  • the image pickup unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electric signal according to the amount of received light.
  • the imaging unit 12031 can output the electric signal as an image or as distance measurement information.
  • the light received by the imaging unit 12031 may be visible light or invisible light such as infrared light.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 detects in-vehicle information.
  • a driver state detection unit 12041 that detects the state of the driver is connected.
  • the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that images the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 determines the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. It may be calculated or it may be determined whether the driver is asleep.
  • the microcomputer 12051 calculates a control target value of the driving force generation device, the steering mechanism, or the braking device based on the information inside or outside the vehicle acquired by the outside information detection unit 12030 or the inside information detection unit 12040, and the drive system control unit.
  • a control command can be output to 12010.
  • the microcomputer 12051 realizes a function of ADAS (Advanced Driver Assistance System) including avoidance or impact mitigation of a vehicle, follow-up traveling based on an inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance traveling, a vehicle collision warning, or a vehicle lane departure warning. It is possible to perform cooperative control for the purpose.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • the microcomputer 12051 controls the driving force generation device, the steering mechanism, the braking device, or the like based on the information around the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, so that the driver's It is possible to perform cooperative control for the purpose of autonomous driving or the like that autonomously travels without depending on the operation.
  • the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on the information outside the vehicle acquired by the outside information detection unit 12030.
  • the microcomputer 12051 controls the headlamp according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the vehicle exterior information detection unit 12030, and performs cooperative control for the purpose of antiglare such as switching the high beam to the low beam. It can be carried out.
  • the voice image output unit 12052 transmits an output signal of at least one of a voice and an image to an output device capable of visually or audibly notifying information to an occupant of the vehicle or the outside of the vehicle.
  • an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are illustrated as output devices.
  • the display unit 12062 may include, for example, at least one of an onboard display and a head-up display.
  • FIG. 33 is a diagram showing an example of the installation position of the imaging unit 12031.
  • the vehicle 12100 has image pickup units 12101, 12102, 12103, 12104, 12105 as the image pickup unit 12031.
  • the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, 12105 are provided at positions such as the front nose of the vehicle 12100, the side mirrors, the rear bumper, the back door, and the upper portion of the windshield inside the vehicle.
  • the image capturing unit 12101 provided on the front nose and the image capturing unit 12105 provided on the upper part of the windshield in the vehicle interior mainly acquire images in front of the vehicle 12100.
  • the imaging units 12102 and 12103 included in the side mirrors mainly acquire images of the side of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12104 provided on the rear bumper or the back door mainly acquires an image of the rear of the vehicle 12100.
  • the front images acquired by the imaging units 12101 and 12105 are mainly used for detecting a preceding vehicle or a pedestrian, an obstacle, a traffic signal, a traffic sign, a lane, or the like.
  • FIG. 33 shows an example of the shooting range of the imaging units 12101 to 12104.
  • the imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided on the front nose
  • the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided on the side mirrors
  • the imaging range 12114 indicates The imaging range of the imaging part 12104 provided in a rear bumper or a back door is shown.
  • a bird's-eye view image of the vehicle 12100 viewed from above can be obtained.
  • At least one of the image capturing units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information.
  • at least one of the image capturing units 12101 to 12104 may be a stereo camera including a plurality of image capturing elements, or may be an image capturing element having pixels for phase difference detection.
  • the microcomputer 12051 based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, the distance to each three-dimensional object within the imaging range 12111 to 12114 and the temporal change of this distance (relative speed with respect to the vehicle 12100).
  • the closest three-dimensional object on the traveling path of the vehicle 12100 which travels in the substantially same direction as the vehicle 12100 at a predetermined speed (for example, 0 km/h or more), can be extracted as a preceding vehicle by determining it can.
  • the microcomputer 12051 can set an inter-vehicle distance to be secured in advance before the preceding vehicle, and can perform automatic braking control (including follow-up stop control), automatic acceleration control (including follow-up start control), and the like. In this way, it is possible to perform cooperative control for the purpose of autonomous driving or the like that autonomously travels without depending on the operation of the driver.
  • the microcomputer 12051 uses the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104 to convert three-dimensional object data regarding a three-dimensional object into another three-dimensional object such as a two-wheeled vehicle, an ordinary vehicle, a large vehicle, a pedestrian, and a utility pole. It can be classified and extracted and used for automatic avoidance of obstacles. For example, the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into obstacles visible to the driver of the vehicle 12100 and obstacles difficult to see. Then, the microcomputer 12051 determines the collision risk indicating the risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or more than the set value and there is a possibility of collision, the microcomputer 12051 outputs the audio through the audio speaker 12061 and the display unit 12062. A driver can be assisted for collision avoidance by outputting an alarm to the driver and by performing forced deceleration or avoidance steering through the drive system control unit 12010.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays.
  • the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not a pedestrian is present in the images captured by the imaging units 12101 to 12104.
  • a procedure of extracting a feature point in an image captured by the image capturing units 12101 to 12104 as an infrared camera and a pattern matching process on a series of feature points indicating the contour of an object are performed to determine whether the pedestrian is a pedestrian. Is performed by the procedure for determining.
  • the audio image output unit 12052 causes the recognized pedestrian to have a rectangular contour line for emphasis.
  • the display unit 12062 is controlled so as to superimpose and display. Further, the audio image output unit 12052 may control the display unit 12062 so as to display an icon indicating a pedestrian or the like at a desired position.
  • the above has described an example of the mobile control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to the imaging unit 12031 among the configurations described above.
  • the imaging device 1 according to the above-described embodiment and its modification can be applied to the imaging unit 12031.
  • FIG. 34 is a diagram showing an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system to which the technology (the technology) according to the present disclosure can be applied.
  • FIG. 34 illustrates a situation in which an operator (doctor) 11131 is performing an operation on a patient 11132 on a patient bed 11133 using the endoscopic operation system 11000.
  • the endoscopic surgery system 11000 includes an endoscope 11100, other surgical tools 11110 such as a pneumoperitoneum tube 11111 and an energy treatment tool 11112, and a support arm device 11120 that supports the endoscope 11100.
  • a cart 11200 on which various devices for endoscopic surgery are mounted.
  • the endoscope 11100 is composed of a lens barrel 11101 into which a region having a predetermined length from the distal end is inserted into the body cavity of the patient 11132, and a camera head 11102 connected to the base end of the lens barrel 11101.
  • the endoscope 11100 configured as a so-called rigid mirror having the rigid barrel 11101 is illustrated, but the endoscope 11100 may be configured as a so-called flexible mirror having a flexible barrel. Good.
  • An opening in which an objective lens is fitted is provided at the tip of the lens barrel 11101.
  • a light source device 11203 is connected to the endoscope 11100, and light generated by the light source device 11203 is guided to the tip of the lens barrel by a light guide extending inside the lens barrel 11101. It is irradiated toward the observation target in the body cavity of the patient 11132 via the lens.
  • the endoscope 11100 may be a direct-viewing endoscope, or may be a perspective or side-viewing endoscope.
  • An optical system and an image pickup device are provided inside the camera head 11102, and the reflected light (observation light) from the observation target is condensed on the image pickup device by the optical system.
  • the observation light is photoelectrically converted by the imaging element, and an electric signal corresponding to the observation light, that is, an image signal corresponding to the observation image is generated.
  • the image signal is transmitted to the camera control unit (CCU: Camera Control Unit) 11201 as RAW data.
  • the CCU 11201 is composed of a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), etc., and controls the operations of the endoscope 11100 and the display device 11202 in a centralized manner. Further, the CCU 11201 receives the image signal from the camera head 11102, and performs various image processing such as development processing (demosaic processing) on the image signal for displaying an image based on the image signal.
  • image processing such as development processing (demosaic processing)
  • the display device 11202 displays an image based on an image signal subjected to image processing by the CCU 11201 under the control of the CCU 11201.
  • the light source device 11203 is composed of a light source such as an LED (Light Emitting Diode), for example, and supplies irradiation light to the endoscope 11100 when photographing a surgical site or the like.
  • a light source such as an LED (Light Emitting Diode), for example, and supplies irradiation light to the endoscope 11100 when photographing a surgical site or the like.
  • the input device 11204 is an input interface for the endoscopic surgery system 11000.
  • the user can input various kinds of information and instructions to the endoscopic surgery system 11000 via the input device 11204.
  • the user inputs an instruction to change the imaging conditions (type of irradiation light, magnification, focal length, etc.) by the endoscope 11100.
  • the treatment instrument control device 11205 controls driving of the energy treatment instrument 11112 for cauterization of tissue, incision, sealing of blood vessel, or the like.
  • the pneumoperitoneum device 11206 is used to inflate the body cavity of the patient 11132 through the pneumoperitoneum tube 11111 in order to inflate the body cavity of the patient 11132 for the purpose of securing the visual field by the endoscope 11100 and the working space of the operator.
  • the recorder 11207 is a device capable of recording various information regarding surgery.
  • the printer 11208 is a device that can print various types of information regarding surgery in various formats such as text, images, or graphs.
  • the light source device 11203 that supplies the endoscope 11100 with irradiation light when imaging a surgical site can be configured by, for example, an LED, a laser light source, or a white light source configured by a combination thereof.
  • a white light source is formed by a combination of RGB laser light sources
  • the output intensity and output timing of each color (each wavelength) can be controlled with high accuracy, so that the light source device 11203 adjusts the white balance of the captured image. It can be carried out.
  • the laser light from each of the RGB laser light sources is time-divisionally irradiated to the observation target, and the drive of the image pickup device of the camera head 11102 is controlled in synchronization with the irradiation timing to correspond to each of RGB. It is also possible to take the captured image in a time division manner. According to this method, a color image can be obtained without providing a color filter on the image sensor.
  • the drive of the light source device 11203 may be controlled so as to change the intensity of the output light at predetermined time intervals.
  • the drive of the image sensor of the camera head 11102 in synchronism with the timing of changing the intensity of the light to acquire an image in a time-division manner and synthesizing the images, a high dynamic image without so-called blackout and overexposure Images of the range can be generated.
  • the light source device 11203 may be configured to be able to supply light in a predetermined wavelength band corresponding to special light observation.
  • special light observation for example, by utilizing the wavelength dependence of absorption of light in body tissues, by irradiating a narrow band of light as compared with irradiation light (that is, white light) in normal observation, the mucosal surface layer
  • the so-called narrow band imaging is performed in which a predetermined tissue such as a blood vessel is imaged with high contrast.
  • fluorescence observation in which an image is obtained by the fluorescence generated by irradiating the excitation light may be performed.
  • the body tissue is irradiated with excitation light to observe fluorescence from the body tissue (autofluorescence observation), or a reagent such as indocyanine green (ICG) is locally injected into the body tissue and the body tissue is also injected.
  • the excitation light corresponding to the fluorescence wavelength of the reagent can be irradiated to obtain a fluorescence image or the like.
  • the light source device 11203 may be configured to be able to supply the narrow band light and/or the excitation light corresponding to such special light observation.
  • FIG. 35 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the camera head 11102 and the CCU 11201 shown in FIG.
  • the camera head 11102 includes a lens unit 11401, an imaging unit 11402, a driving unit 11403, a communication unit 11404, and a camera head control unit 11405.
  • the CCU 11201 has a communication unit 11411, an image processing unit 11412, and a control unit 11413.
  • the camera head 11102 and the CCU 11201 are communicably connected to each other via a transmission cable 11400.
  • the lens unit 11401 is an optical system provided at the connecting portion with the lens barrel 11101.
  • the observation light taken in from the tip of the lens barrel 11101 is guided to the camera head 11102 and enters the lens unit 11401.
  • the lens unit 11401 is configured by combining a plurality of lenses including a zoom lens and a focus lens.
  • the image pickup unit 11402 includes an image pickup element.
  • the number of image pickup elements forming the image pickup unit 11402 may be one (so-called single-plate type) or plural (so-called multi-plate type).
  • image signals corresponding to R, G, and B may be generated by the respective image pickup elements, and these may be combined to obtain a color image.
  • the image capturing unit 11402 may be configured to have a pair of image capturing elements for respectively acquiring the image signals for the right eye and the left eye corresponding to 3D (Dimensional) display.
  • the 3D display enables the operator 11131 to more accurately grasp the depth of the living tissue in the operation site.
  • a plurality of lens units 11401 may be provided corresponding to each image pickup element.
  • the image pickup unit 11402 does not necessarily have to be provided in the camera head 11102.
  • the imaging unit 11402 may be provided inside the lens barrel 11101 immediately after the objective lens.
  • the drive unit 11403 is composed of an actuator, and moves the zoom lens and the focus lens of the lens unit 11401 by a predetermined distance along the optical axis under the control of the camera head control unit 11405. Accordingly, the magnification and focus of the image captured by the image capturing unit 11402 can be adjusted as appropriate.
  • the communication unit 11404 is composed of a communication device for transmitting/receiving various information to/from the CCU 11201.
  • the communication unit 11404 transmits the image signal obtained from the imaging unit 11402 as RAW data to the CCU 11201 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11404 receives a control signal for controlling the driving of the camera head 11102 from the CCU 11201, and supplies it to the camera head control unit 11405.
  • the control signal includes, for example, information that specifies the frame rate of the captured image, information that specifies the exposure value at the time of capturing, and/or information that specifies the magnification and focus of the captured image. Contains information about the condition.
  • the image capturing conditions such as the frame rate, the exposure value, the magnification, and the focus may be appropriately designated by the user, or may be automatically set by the control unit 11413 of the CCU 11201 based on the acquired image signal. Good. In the latter case, the so-called AE (Auto Exposure) function, AF (Auto Focus) function, and AWB (Auto White Balance) function are mounted on the endoscope 11100.
  • AE Auto Exposure
  • AF Auto Focus
  • AWB Auto White Balance
  • the camera head control unit 11405 controls the driving of the camera head 11102 based on the control signal from the CCU 11201 received via the communication unit 11404.
  • the communication unit 11411 is composed of a communication device for transmitting and receiving various information to and from the camera head 11102.
  • the communication unit 11411 receives the image signal transmitted from the camera head 11102 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11411 transmits a control signal for controlling the driving of the camera head 11102 to the camera head 11102.
  • the image signal and the control signal can be transmitted by electric communication, optical communication, or the like.
  • the image processing unit 11412 performs various types of image processing on the image signal that is the RAW data transmitted from the camera head 11102.
  • the control unit 11413 performs various controls regarding imaging of a surgical site or the like by the endoscope 11100 and display of a captured image obtained by imaging the surgical site or the like. For example, the control unit 11413 generates a control signal for controlling the driving of the camera head 11102.
  • the control unit 11413 also causes the display device 11202 to display a captured image of the surgical site or the like based on the image signal subjected to the image processing by the image processing unit 11412. At this time, the control unit 11413 may recognize various objects in the captured image using various image recognition techniques. For example, the control unit 11413 detects a surgical instrument such as forceps, a specific body part, bleeding, and a mist when the energy treatment instrument 11112 is used by detecting the shape and color of the edge of the object included in the captured image. Can be recognized. When displaying the captured image on the display device 11202, the control unit 11413 may use the recognition result to superimpose and display various types of surgery support information on the image of the operation unit. By displaying the surgery support information in a superimposed manner and presenting it to the operator 11131, the burden on the operator 11131 can be reduced, and the operator 11131 can reliably proceed with the surgery.
  • a surgical instrument such as forceps, a specific body part, bleeding, and a mist when
  • the transmission cable 11400 that connects the camera head 11102 and the CCU 11201 is an electric signal cable compatible with electric signal communication, an optical fiber compatible with optical communication, or a composite cable of these.
  • wired communication is performed using the transmission cable 11400, but communication between the camera head 11102 and the CCU 11201 may be performed wirelessly.
  • the example of the endoscopic surgery system to which the technology according to the present disclosure can be applied has been described above.
  • the technology according to the present disclosure can be suitably applied to the imaging unit 11402 provided in the camera head 11102 of the endoscope 11100 among the configurations described above.
  • the image capturing unit 11402 can be downsized or high-definition, and thus a compact or high-definition endoscope 11100 can be provided.
  • the present disclosure has been described above with reference to the embodiments and the modifications 1 to 10 thereof, application examples, and application examples, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications can be made. ..
  • the present technology has been described by taking the imaging device 1 having a three-dimensional structure as an example, but the present invention is not limited to this.
  • the present technology can be applied to any three-dimensional stacked large-scale integrated (LSI) semiconductor device.
  • LSI large-scale integrated
  • the present disclosure may also have the following configurations. According to the present technology having the following configuration, since water molecules generated in the step of joining the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are absorbed by the second insulating layer, generation of voids on the joint surface is suppressed. Therefore, it is possible to improve the degree of freedom of the manufacturing process.
  • the second insulating layer has a film thickness of 2 nm or more and less than or equal to the first insulating layer.
  • the imaging device according to any one of (1) to (5), wherein the first insulating layer is a silicon nitride (Si 3-x N 4-y ) film or a silicon carbide (SiC) film.
  • the second insulating layer is a silicon oxide (SiO 2 ⁇ x ) film, a silicon oxynitride (SiON) film, a silicon oxycarbonitride (SiOCN) film, or a silicon carbonitride (SiCN) film.
  • the imaging device according to any one of (6).
  • (8) The imaging device according to any one of (5) to (7), wherein the third insulating film is formed using the same material as the first insulating layer.
  • a laminated body including the first substrate and the second substrate includes an interlayer insulating film between the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate, and a first through wiring provided in the interlayer insulating film.
  • the third semiconductor substrate further includes a third substrate having a logic circuit that processes the pixel signal, The imaging device according to (9) or (10), wherein the first substrate, the second substrate, and the third substrate are stacked in this order.
  • the imaging device includes a photoelectric conversion element, a transfer transistor electrically connected to the photoelectric conversion element, and a floating diffusion that temporarily holds charges output from the photoelectric conversion element via the transfer transistor.
  • the readout circuit includes a reset transistor that resets a potential of the floating diffusion to a predetermined potential, an amplification transistor that generates, as the pixel signal, a signal of a voltage corresponding to a level of charges held in the floating diffusion,
  • the first substrate has a configuration in which the photoelectric conversion element, the transfer transistor, and the floating diffusion are provided on one surface side of the first semiconductor substrate facing the second substrate
  • the second substrate has a configuration in which the read circuit is provided on one surface side of the second semiconductor substrate, and the front second semiconductor is provided on the one surface side of the first semiconductor substrate.
  • the third substrate has a configuration in which the logic circuit is provided on one surface side of the third semiconductor substrate, and the third semiconductor substrate is provided on the one surface side of the second semiconductor substrate.
  • the logic circuit is configured to include silicide on a surface of an impurity diffusion region that is in contact with the source electrode or the drain electrode.
  • the gate of the transfer transistor is electrically connected to the logic circuit via the first penetrating wire and the pad electrode or the second penetrating wire.
  • the first substrate further has a gate wiring extending in a direction parallel to the first substrate in the interlayer insulating film, The imaging device according to any one of (15) to (17), wherein the gate of the transfer transistor is electrically connected to the logic circuit via the gate wiring.
  • the second substrate has the readout circuit for each of the four sensor pixels, The imaging device according to any one of (13) to (18), wherein the plurality of first through-wirings are arranged side by side in a band shape in the first direction on the surface of the first substrate.
  • the sensor pixels are arranged in a matrix in the first direction and a second direction orthogonal to the first direction,
  • the second substrate is A first control line electrically connected to a gate of the transfer transistor of each of the sensor pixels arranged side by side in the second direction;
  • a second control line electrically connected to the gates of the reset transistors arranged side by side in the second direction;
  • a third control line electrically connected to a gate of each of the selection transistors arranged side by side in the second direction,

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

本開示の一実施形態の撮像装置は、第１半導体基板に、光電変換を行うセンサ画素を有する第１基板と、第２半導体基板に、センサ画素から出力された電荷に基づく画素信号を出力する読み出し回路を有すると共に、第１基板に積層された第２基板と、第１半導体基板と第２半導体基板との間に設けられた第１の絶縁層と、第１半導体基板と第２半導体基板との間に設けられると共に、第１の絶縁層よりも膜密度の低い第２の絶縁層とを備える。

Description

撮像装置
　本開示は、３次元構造を有する撮像装置に関する。
　従来、２次元構造の撮像装置の１画素あたりの面積の微細化は、微細プロセスの導入と実装密度の向上によって実現されてきた。近年、撮像装置のさらなる小型化および画素の高密度化を実現するため、３次元構造の撮像装置が開発されている。３次元構造の撮像装置では、例えば、複数のセンサ画素を有する半導体基板と、各センサ画素で得られた信号を処理する信号処理回路を有する半導体基板とが互いに積層されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１０－２４５５０６号公報
　ところで、３次元構造を有する撮像装置では製造プロセスの自由度の向上が求められている。
　製造プロセスの自由度を向上させることが可能な撮像装置を提供することが望ましい。
　本開示の一実施形態の撮像装置は、第１半導体基板に、光電変換を行うセンサ画素を有する第１基板と、第２半導体基板に、センサ画素から出力された電荷に基づく画素信号を出力する読み出し回路を有すると共に、第１基板に積層された第２基板と、第１半導体基板と第２半導体基板との間に設けられた第１の絶縁層と、第１半導体基板と第２半導体基板との間に設けられると共に、第１の絶縁層よりも膜密度の低い第２の絶縁層とを備えたものである。
　本開示の一実施形態の撮像装置では、第１基板と第２基板との積層体において、第１基板を構成する第１半導体基板と、第２基板を構成する第２半導体基板との間に、第１の絶縁層と、第１の絶縁層よりも膜密度の低い第２の絶縁層とを設ける。これにより、第１半導体基板と第２半導体基板との接合工程において発生する水分子（Ｈ2Ｏ）を第２の絶縁層で吸収する。
本開示の実施の形態に係る撮像装置の垂直方向の断面構成の一例を表す図である。 図１に示した撮像装置の概略構成の一例を表す図である。 図１に示したセンサ画素および読み出し回路の一例を表す図である。 図１に示したセンサ画素および読み出し回路の一例を表す図である。 図１に示したセンサ画素および読み出し回路の一例を表す図である。 図１に示したセンサ画素および読み出し回路の一例を表す図である。 複数の読み出し回路と複数の垂直信号線との接続態様の一例を表す図である。 図１に示した撮像装置の水平方向の断面構成の一例を表す図である。 図１に示した撮像装置の水平方向の断面構成の一例を表す図である。 図１に示した撮像装置の水平面内での配線レイアウトの一例を表す図である。 図１に示した撮像装置の水平面内での配線レイアウトの一例を表す図である。 図１に示した撮像装置の水平面内での配線レイアウトの一例を表す図である。 図１に示した撮像装置の水平面内での配線レイアウトの一例を表す図である。 図１に示した撮像装置の製造過程の一例を表す図である。 図１４Ａに続く製造過程の一例を表す図である。 図１４Ｂに続く製造過程の一例を表す図である。 図１４Ｃに続く製造過程の一例を表す図である。 図１４Ｄに続く製造過程の一例を表す図である。 図１４Ｅに続く製造過程の一例を表す図である。 図１４Ｆに続く製造過程の一例を表す図である。 図１４Ｂの工程を詳細に説明する図である。 図１５Ａに続く製造過程の一例を表す図である。 図１５Ｂに続く製造過程の一例を表す図である。 図１５Ｃの接合工程における接合面の様子を説明する図である。 本開示の変形例１に係る撮像装置の垂直方向の断面構成の一例を表す図である。 本開示の変形例２に係る撮像装置の垂直方向の断面構成の一例を表す図である。 本開示の変形例３に係る撮像装置の水平方向の断面構成の一例を表す図である。 本開示の変形例３に係る撮像装置の水平方向の断面構成の他の例を表す図である。 本開示の変形例４に係る撮像装置の水平方向の断面構成の一例を表す図である。 本開示の変形例５に係る撮像装置の水平方向の断面構成の一例を表す図である。 本開示の変形例６に係る撮像装置の水平方向の断面構成の一例を表す図である。 本開示の変形例６に係る撮像装置の水平方向の断面構成の他の例を表す図である。 本開示の変形例６に係る撮像装置の水平方向の断面構成の他の例を表す図である。 本開示の変形例７に係る撮像装置に撮像装置の回路構成の一例を表す図である。 本開示の変形例８に係る図２６の撮像装置を３つの基板を積層して構成した例を表す図である。 本開示の変形例９に係るロジック回路を、センサ画素の設けられた基板と、読み出し回路の設けられた基板とに分けて形成した例を表す図である。 本開示の変形例１０に係るロジック回路を、第３基板に形成した例を表す図である。 上記実施の形態およびその変形例に係る撮像装置を備えた撮像システムの概略構成の一例を表す図である。 図３０の撮像システムにおける撮像手順の一例を表す図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
　以下、本開示における一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。なお、説明する順序は、下記の通りである。
　１．実施の形態（第１半導体基板と第２半導体基板との間に水素拡散防止層を設けた例）
　　　１－１．撮像装置の構成
　　　１－２．撮像装置の製造方法
　　　１－３．作用・効果
　２．変形例
　　　２－１．変形例１（平面型ＴＧを用いた例）
　　　２－２．変形例２（パネル外縁でＣｕ－Ｃｕ接合を用いた例）
　　　２－３．変形例３（センサ画素と読み出し回路との間にオフセットを設けた例）
　　　２－４．変形例４（読み出し回路の設けられたシリコン基板が島状となっている例）
　　　２－５．変形例５（読み出し回路の設けられたシリコン基板が島状となっている例）
　　　２－６．変形例６（ＦＤを４つのセンサ画素で共有した例）
　　　２－７．変形例７（カラム信号処理回路を一般的なカラムＡＤＣ回路で構成した例）
　　　２－８．変形例８（撮像装置を、３つの基板を積層して構成した例）
　　　２－９．変形例９（ロジック回路を第１基板、第２基板に設けた例）
　　　２－１０．変形例１０（ロジック回路を第３基板に設けた例）
　３．適用例
　４．応用例
＜１．実施の形態＞
　図１は、本開示の一実施の形態に係る撮像装置（撮像装置１）の垂直方向の断面構成の一例を表したものである。図２は、図１に示した撮像装置１の概略構成の一例を表したものである。撮像装置１は、半導体基板１１に、光電変換を行うセンサ画素１２を有する第１基板１０と、半導体基板２１に、センサ画素１２から出力された電荷に基づく画像信号を出力する読み出し回路２２を有する第２基板２０とが積層された３次元構造を有する撮像装置である。本実施の形態の撮像装置１は、第１基板１０および第２基板２０の積層体において、半導体基板１１と半導体基板２１との間に、絶縁層４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃからなる絶縁層４６が設けられたものである。絶縁層４６Ｂは、絶縁層４６Ａ，４６Ｃよりも膜密度の低い絶縁膜で構成されている。
（１－１．撮像装置の構成）
　撮像装置１は、３つの基板（第１基板１０、第２基板２０および第３基板３０）がこの順に積層されたものである。
　第１基板１０は、上記のように、半導体基板１１に、光電変換を行う複数のセンサ画素１２を有している。半導体基板１１は、本開示の「第１半導体基板」の一具体例に相当する。複数のセンサ画素１２は、第１基板１０における画素領域１３内に行列状に設けられている。第２基板２０は、半導体基板２１に、センサ画素１２から出力された電荷に基づく画素信号を出力する読み出し回路２２を４つのセンサ画素１２ごとに１つずつ有している。半導体基板２１は、本開示の「第２半導体基板」の一具体例に相当する。第２基板２０は、行方向に延在する複数の画素駆動線２３と、列方向に延在する複数の垂直信号線２４とを有している。第３基板３０は、半導体基板３１に、画素信号を処理するロジック回路３２を有している。半導体基板３１は、本開示の「第３半導体基板」の一具体例に相当する。ロジック回路３２は、例えば、垂直駆動回路３３、カラム信号処理回路３４、水平駆動回路３５およびシステム制御回路３６を有している。ロジック回路３２（具体的には水平駆動回路３５）は、センサ画素１２ごとの出力電圧Ｖｏｕｔを外部に出力する。ロジック回路３２では、例えば、ソース電極およびドレイン電極と接する不純物拡散領域の表面に、ＣｏＳｉ2やＮｉＳｉ等のサリサイド (Self Aligned Silicide)プロセスを用いて形成されたシリサイドからなる低抵抗領域が形成されていてもよい。
　垂直駆動回路３３は、例えば、複数のセンサ画素１２を行単位で順に選択する。カラム信号処理回路３４は、例えば、垂直駆動回路３３によって選択された行の各センサ画素１２から出力される画素信号に対して、相関二重サンプリング（Correlated Double Sampling：ＣＤＳ）処理を施す。カラム信号処理回路３４は、例えば、ＣＤＳ処理を施すことにより、画素信号の信号レベルを抽出し、各センサ画素１２の受光量に応じた画素データを保持する。水平駆動回路３５は、例えば、カラム信号処理回路３４に保持されている画素データを順次、外部に出力する。システム制御回路３６は、例えば、ロジック回路３２内の各ブロック（垂直駆動回路３３、カラム信号処理回路３４および水平駆動回路３５）の駆動を制御する。
　図３は、センサ画素１２および読み出し回路２２の一例を表したものである。以下では、図３に示したように、４つのセンサ画素１２が１つの読み出し回路２２を共有している場合について説明する。ここで、「共有」とは、４つのセンサ画素１２の出力が共通の読み出し回路２２に入力されることを指している。
　各センサ画素１２は、互いに共通の構成要素を有している。図３には、各センサ画素１２の構成要素を互いに区別するために、各センサ画素１２の構成要素の符号の末尾に識別番号（１，２，３，４）が付与されている。以下では、各センサ画素１２の構成要素を互いに区別する必要のある場合には、各センサ画素１２の構成要素の符号の末尾に識別番号を付与するが、各センサ画素１２の構成要素を互いに区別する必要のない場合には、各センサ画素１２の構成要素の符号の末尾の識別番号を省略するものとする。
　各センサ画素１２は、例えば、フォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤと電気的に接続された転送トランジスタＴＲと、転送トランジスタＴＲを介してフォトダイオードＰＤから出力された電荷を一時的に保持するフローティングディフュージョンＦＤとを有している。フォトダイオードＰＤは、本開示の「光電変換素子」の一具体例に相当する。フォトダイオードＰＤは、光電変換を行って受光量に応じた電荷を発生する。フォトダイオードＰＤのカソードが転送トランジスタＴＲのソースに電気的に接続されており、フォトダイオードＰＤのアノードが基準電位線（例えばグラウンド）に電気的に接続されている。転送トランジスタＴＲのドレインがフローティングディフュージョンＦＤに電気的に接続され、転送トランジスタＴＲのゲートは画素駆動線２３に電気的に接続されている。転送トランジスタＴＲは、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）トランジスタである。
　１つの読み出し回路２２を共有する各センサ画素１２のフローティングディフュージョンＦＤは、互いに電気的に接続されると共に、共通の読み出し回路２２の入力端に電気的に接続されている。読み出し回路２２は、例えば、リセットトランジスタＲＳＴと、選択トランジスタＳＥＬと、増幅トランジスタＡＭＰとを有している。なお、選択トランジスタＳＥＬは、必要に応じて省略してもよい。リセットトランジスタＲＳＴのソース（読み出し回路２２の入力端）がフローティングディフュージョンＦＤに電気的に接続されており、リセットトランジスタＲＳＴのドレインが電源線ＶＤＤおよび増幅トランジスタＡＭＰのドレインに電気的に接続されている。リセットトランジスタＲＳＴのゲートは画素駆動線２３に電気的に接続されている。増幅トランジスタＡＭＰのソースが選択トランジスタＳＥＬのドレインに電気的に接続されており、増幅トランジスタＡＭＰのゲートがリセットトランジスタＲＳＴのソースに電気的に接続されている。選択トランジスタＳＥＬのソース（読み出し回路２２の出力端）が垂直信号線２４に電気的に接続されており、選択トランジスタＳＥＬのゲートが画素駆動線２３に電気的に接続されている。
　転送トランジスタＴＲは、転送トランジスタＴＲがオン状態となると、フォトダイオードＰＤの電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。転送トランジスタＴＲのゲート（転送ゲートＴＧ）は、例えば、図１に示したように、半導体基板１１の表面からｐウェル層４２を貫通してＰＤ４１に達する深さまで延在している。リセットトランジスタＲＳＴは、フローティングディフュージョンＦＤの電位を所定の電位にリセットする。リセットトランジスタＲＳＴがオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤの電位を電源線ＶＤＤの電位にリセットする。選択トランジスタＳＥＬは、読み出し回路２２からの画素信号の出力タイミングを制御する。増幅トランジスタＡＭＰは、画素信号として、フローティングディフュージョンＦＤに保持された電荷のレベルに応じた電圧の信号を生成する。増幅トランジスタＡＭＰは、ソースフォロア型のアンプを構成しており、フォトダイオードＰＤで発生した電荷のレベルに応じた電圧の画素信号を出力するものである。増幅トランジスタＡＭＰは、選択トランジスタＳＥＬがオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤの電位を増幅して、その電位に応じた電圧を、垂直信号線２４を介してカラム信号処理回路３４に出力する。リセットトランジスタＲＳＴ、増幅トランジスタＡＭＰおよび選択トランジスタＳＥＬは、例えば、ＣＭＯＳトランジスタである。
　なお、図４に示したように、選択トランジスタＳＥＬが、電源線ＶＤＤと増幅トランジスタＡＭＰとの間に設けられていてもよい。この場合、リセットトランジスタＲＳＴのドレインが電源線ＶＤＤおよび選択トランジスタＳＥＬのドレインに電気的に接続されている。選択トランジスタＳＥＬのソースが増幅トランジスタＡＭＰのドレインに電気的に接続されており、選択トランジスタＳＥＬのゲートが画素駆動線２３に電気的に接続されている。増幅トランジスタＡＭＰのソース（読み出し回路２２の出力端）が垂直信号線２４に電気的に接続されており、増幅トランジスタＡＭＰのゲートがリセットトランジスタＲＳＴのソースに電気的に接続されている。また、図５および図６に示したように、ＦＤ転送トランジスタＦＤＧが、リセットトランジスタＲＳＴのソースと増幅トランジスタＡＭＰのゲートとの間に設けられていてもよい。
　ＦＤ転送トランジスタＦＤＧは、変換効率を切り替える際に用いられる。一般に、暗い場所での撮影時には画素信号が小さい。Ｑ＝ＣＶに基づき、電荷電圧変換を行う際に、フローティングディフュージョンＦＤの容量（ＦＤ容量Ｃ）が大きければ、増幅トランジスタＡＭＰで電圧に変換した際のＶが小さくなってしまう。一方、明るい場所では、画素信号が大きくなるので、ＦＤ容量Ｃが大きくなければ、フローティングディフュージョンＦＤで、フォトダイオードＰＤの電荷を受けきれない。さらに、増幅トランジスタＡＭＰで電圧に変換した際のＶが大きくなりすぎないように（言い換えると、小さくなるように）、ＦＤ容量Ｃが大きくなっている必要がある。これらを踏まえると、ＦＤ転送トランジスタＦＤＧをオンにしたときには、ＦＤ転送トランジスタＦＤＧ分のゲート容量が増えるので、全体のＦＤ容量Ｃが大きくなる。一方、ＦＤ転送トランジスタＦＤＧをオフにしたときには、全体のＦＤ容量Ｃが小さくなる。このように、ＦＤ転送トランジスタＦＤＧをオンオフ切り替えることで、ＦＤ容量Ｃを可変にし、変換効率を切り替えることができる。
　図７は、複数の読み出し回路２２と、複数の垂直信号線２４との接続態様の一例を表したものである。複数の読み出し回路２２が、垂直信号線２４の延在方向（例えば列方向）に並んで配置されている場合、複数の垂直信号線２４は、読み出し回路２２ごとに１つずつ割り当てられていてもよい。例えば、図７に示したように、４つの読み出し回路２２が、垂直信号線２４の延在方向（例えば列方向）に並んで配置されている場合、４つの垂直信号線２４が、読み出し回路２２ごとに１つずつ割り当てられていてもよい。なお、図７では、各垂直信号線２４を区別するために、各垂直信号線２４の符号の末尾に識別番号（１，２，３，４）が付与されている。
　次に、撮像装置１の垂直方向の断面構成について図１を用いて説明する。撮像装置１は、上記のように、第１基板１０、第２基板２０および第３基板３０がこの順に積層された構成を有し、さらに、第１基板１０の裏面（光入射面）側に、カラーフィルタ４０および受光レンズ５０を備えている。カラーフィルタ４０および受光レンズ５０は、それぞれ、例えば、センサ画素１２ごとに１つずつ設けられている。つまり、撮像装置１は、裏面照射型の撮像装置である。
　第１基板１０は、半導体基板１１の表面（面１１Ｓ１）上に絶縁層４６を積層して構成されている。第１基板１０は、層間絶縁膜５１の一部として、絶縁層４６を有している。絶縁層４６は、半導体基板１１と、後述の半導体基板２１との間に設けられている。半導体基板１１は、シリコン基板で構成されている。半導体基板１１は、例えば、表面の一部およびその近傍に、ｐウェル層４２を有しており、それ以外の領域（ｐウェル層４２よりも深い領域）に、ｐウェル層４２とは異なる導電型のＰＤ４１を有している。ｐウェル層４２は、ｐ型の半導体領域で構成されている。ＰＤ４１は、ｐウェル層４２とは異なる導電型（具体的にはｎ型）の半導体領域で構成されている。半導体基板１１は、ｐウェル層４２内に、ｐウェル層４２とは異なる導電型（具体的にはｎ型）の半導体領域として、フローティングディフュージョンＦＤを有している。
　本実施の形態では、絶縁層４６は、上記のように、絶縁層４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃによって構成されている。絶縁層４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃは、半導体基板１１側から順に積層されている。
　絶縁層４６Ａは、半導体基板１１の表面を保護するためのものである。絶縁層４６Ａは、本開示の「第１の絶縁層」の一具体例に相当する。絶縁層４６Ａの材料としては、窒化ケイ素（Ｓｉ3-xＮ4-y、ｘ，ｙは、それぞれ、原子の欠損量を示す（以下、同様とする））または炭化ケイ素（ＳｉＣ）等が挙げられる。絶縁層４６Ａは、例えば、半導体基板１１の表面を平坦化する絶縁膜４６Ａ１と、半導体基板１１の表面を保護する絶縁膜４６Ａ２とを有する（例えば、図１５Ａ～図１５Ｃ参照）。絶縁膜４６Ａ１は、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ2-x、原子の欠損量を示す（以下、同様とする））を用いて形成されている。絶縁膜４６Ａ２は、上記窒化ケイ素（Ｓｉ3-xＮ4-y）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いて形成されている。絶縁層４６Ａの垂直方向の膜厚（以下、単に厚みという）は、例えば２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。なお、上記化学式は一例であり、上記表記の他、化学量論に則さない同種の化合物も含むものとする。以下に記載する化学式についても同様である。
　絶縁層４６Ｂは、層内に図分子が拡散可能な隙間を有するものであり、絶縁層４６Ａよりも膜密度の低い絶縁膜で構成されている。絶縁層４６Ｂは、本開示の「第２の絶縁層」の一具体例に相当する。詳細は後述するが、半導体基板１１と半導体基板２１とを接合する際に発生する水分が絶縁層４６Ｂに吸収される。絶縁層４６Ｂの材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ2-x）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、酸炭化窒化ケイ素（ＳｉＯＣＮ）または炭化窒化（ＳｉＣＮ）等が挙げられる。絶縁層４６Ｂの厚み（ｗ：図１６参照）は、水分子（Ｈ2Ｏ）の分子長以上であればよく、例えば２ｎｍ以上、例えば水分子（Ｈ2Ｏ）の１０倍以上の厚み（約２００ｎｍ）であることが好ましい。絶縁層４６Ｂの厚みの上限は、特に問わないが、例えば絶縁層４６Ａを構成する窒化ケイ素（Ｓｉ3-xＮ4-y）膜（絶縁膜４６Ａ２）の厚み以下である。
　絶縁層４６Ｃは、半導体基板２１の裏面（面２１Ｓ２）を保護するためのものである。絶縁層４６Ｃは、本開示の「第３の絶縁層」の一具体例に相当する。絶縁層４６Ｃの材料としては、絶縁層４６Ａと同様に、窒化ケイ素（Ｓｉ3-xＮ4-y）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）等が挙げられる。絶縁層４６Ｃは、単層膜でもよいし、例えば、絶縁膜４６Ｃ１と絶縁膜４６Ｃ２との積層膜としてもよい（例えば、図１５Ａ～図１５Ｃ参照）。絶縁膜４６Ｃ１は、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ2-x）を用いて形成されている。絶縁膜４６Ｃ２は、上記窒化ケイ素（Ｓｉ3-xＮ4-y）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いて形成されている。絶縁層４６Ｃの厚みは、例えば２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。なお、絶縁層４６Ｃは必ずしも設ける必要はなく、適宜省略しても構わない。
　第１基板１０は、フォトダイオードＰＤ、転送トランジスタＴＲおよびフローティングディフュージョンＦＤをセンサ画素１２ごとに有している。第１基板１０は、半導体基板１１の面１１Ｓ１側（光入射面側とは反対側、第２基板２０側）の一部に、転送トランジスタＴＲおよびフローティングディフュージョンＦＤが設けられた構成となっている。第１基板１０は、各センサ画素１２を分離する素子分離部４３を有している。素子分離部４３は、半導体基板１１の法線方向（半導体基板１１の表面に対して垂直な方向）に延在して形成されている。素子分離部４３は、互いに隣接する２つのセンサ画素１２の間に設けられている。素子分離部４３は、互いに隣接するセンサ画素１２同士を電気的に分離する。素子分離部４３は、例えば、酸化シリコンによって構成されている。素子分離部４３は、例えば、半導体基板１１を貫通している。第１基板１０は、例えば、さらに、素子分離部４３の側面であって、且つ、フォトダイオードＰＤ側の面に接するｐウェル層４４を有している。ｐウェル層４４は、フォトダイオードＰＤとは異なる導電型（具体的にはｐ型）の半導体領域で構成されている。第１基板１０は、例えば、さらに、半導体基板１１の裏面（面１１Ｓ２、他の面）に接する固定電荷膜４５を有している。固定電荷膜４５は、半導体基板１１の受光面側の界面準位に起因する暗電流の発生を抑制するため、負に帯電している。固定電荷膜４５は、例えば、負の固定電荷を有する絶縁膜によって形成されている。そのような絶縁膜の材料としては、例えば、酸化ハフニウム、酸化ジルコン、酸化アルミニウム、酸化チタンまたは酸化タンタルが挙げられる。固定電荷膜４５が誘起する電界により、半導体基板１１の受光面側の界面にホール蓄積層が形成される。このホール蓄積層によって、界面からの電子の発生が抑制される。カラーフィルタ４０は、半導体基板１１の裏面側に設けられている。カラーフィルタ４０は、例えば、固定電荷膜４５に接して設けられており、固定電荷膜４５を介してセンサ画素１２と対向する位置に設けられている。受光レンズ５０は、例えば、カラーフィルタ４０に接して設けられており、カラーフィルタ４０および固定電荷膜４５を介してセンサ画素１２と対向する位置に設けられている。
　第２基板２０は、半導体基板２１上に絶縁層５２を積層して構成されている。絶縁層５２は、第２基板２０は、層間絶縁膜５１の一部として、絶縁層５２を有している。絶縁層５２は、半導体基板２１と、半導体基板３１との間に設けられている。半導体基板２１は、シリコン基板で構成されている。第２基板２０は、４つのセンサ画素１２ごとに、１つの読み出し回路２２を有している。第２基板２０は、半導体基板２１の表面（第３基板３０と対向する面２１Ｓ１、一の面）側の一部に読み出し回路２２が設けられた構成となっている。第２基板２０は、半導体基板１１の表面（面１１Ｓ１）に対して半導体基板２１の裏面（面２１Ｓ２）を向けて第１基板１０に貼り合わされている。つまり、第２基板２０は、第１基板１０に、フェイストゥーバックで貼り合わされている。第２基板２０は、さらに、半導体基板２１と同一の層内に、半導体基板２１を貫通する絶縁層５３を有している。第２基板２０は、層間絶縁膜５１の一部として、絶縁層５３を有している。絶縁層５３は、後述の貫通配線５４の側面を覆うように設けられている。
　第１基板１０および第２基板２０からなる積層体は、層間絶縁膜５１と、層間絶縁膜５１内に設けられた貫通配線５４を有している。貫通配線５４は、本開示の「第１貫通配線」の一具体例に相当する。上記積層体は、センサ画素１２ごとに、１つの貫通配線５４を有している。貫通配線５４は、半導体基板２１の法線方向に延びており、層間絶縁膜５１のうち、絶縁層５３を含む箇所を貫通して設けられている。第１基板１０および第２基板２０は、貫通配線５４によって互いに電気的に接続されている。具体的には、貫通配線５４は、フローティングディフュージョンＦＤおよび後述の接続配線５５に電気的に接続されている。
　第１基板１０および第２基板２０からなる積層体は、さらに、層間絶縁膜５１内に設けられた貫通配線４７，４８（後述の図８参照）を有している。貫通配線４７，４８は、本開示の「第２貫通配線」の一具体例に相当する。上記積層体は、センサ画素１２ごとに、１つの貫通配線４７と、１つの貫通配線４８とを有している。貫通配線４７，４８は、それぞれ、半導体基板２１の法線方向に延びており、層間絶縁膜５１のうち、絶縁層５３を含む箇所を貫通して設けられている。第１基板１０および第２基板２０は、貫通配線４７，４８によって互いに電気的に接続されている。具体的には、貫通配線４７は、半導体基板１１のｐウェル層４２と、第２基板２０内の配線とに電気的に接続されている。貫通配線４８は、転送ゲートＴＧおよび画素駆動線２３に電気的に接続されている。
　第２基板２０は、例えば、絶縁層５２内に、読み出し回路２２や半導体基板２１と電気的に接続された複数の接続部５９を有している。第２基板２０は、さらに、例えば、絶縁層５２上に配線層５６を有している。配線層５６は、例えば、絶縁層５７と、絶縁層５７内に設けられた複数の画素駆動線２３および複数の垂直信号線２４を有している。配線層５６は、さらに、例えば、絶縁層５７内に複数の接続配線５５を４つのセンサ画素１２ごとに１つずつ有している。接続配線５５は、読み出し回路２２を共有する４つのセンサ画素１２に含まれるフローティングディフュージョンＦＤに電気的に接続された各貫通配線５４を互いに電気的に接続している。ここで、貫通配線５４，４８の総数は、第１基板１０に含まれるセンサ画素１２の総数よりも多く、第１基板１０に含まれるセンサ画素１２の総数の２倍となっている。また、貫通配線５４，４８，４７の総数は、第１基板１０に含まれるセンサ画素１２の総数よりも多く、第１基板１０に含まれるセンサ画素１２の総数の３倍となっている。
　配線層５６は、さらに、例えば、絶縁層５７内に複数のパッド電極５８を有している。各パッド電極５８は、例えば、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）等の金属で形成されている。各パッド電極５８は、配線層５６の表面に露出している。各パッド電極５８は、第２基板２０と第３基板３０との電気的な接続と、第２基板２０と第３基板３０との貼り合わせに用いられる。複数のパッド電極５８は、例えば、画素駆動線２３および垂直信号線２４ごとに１つずつ設けられている。ここで、パッド電極５８の総数（または、パッド電極５８とパッド電極６４（後述）との接合の総数は、第１基板１０に含まれるセンサ画素１２の総数よりも少ない。
　第３基板３０は、例えば、半導体基板３１上に層間絶縁膜６１を積層して構成されている。なお、第３基板３０は、後述するように、第２基板２０に、表面側の面同士で貼り合わされていることから、第３基板３０内の構成について説明する際には、上下の説明が、図面での上下方向とは逆となっている。半導体基板３１は、シリコン基板で構成されている。第３基板３０は、半導体基板３１の表面（面３１Ｓ１）側の一部にロジック回路３２が設けられた構成となっている。第３基板３０は、さらに、例えば、層間絶縁膜６１上に配線層６２を有している。配線層６２は、例えば、絶縁層６３と、絶縁層６３内に設けられた複数のパッド電極６４を有している。複数のパッド電極６４は、ロジック回路３２と電気的に接続されている。各パッド電極６４は、例えば、Ｃｕ（銅）で形成されている。各パッド電極６４は、配線層６２の表面に露出している。各パッド電極６４は、第２基板２０と第３基板３０との電気的な接続と、第２基板２０と第３基板３０との貼り合わせに用いられる。また、パッド電極６４は、必ずしも複数でなくてもよく、１つでもロジック回路３２と電気的に接続が可能である。第２基板２０および第３基板３０は、パッド電極５８，６４同士の接合によって、互いに電気的に接続されている。つまり、転送トランジスタＴＲのゲート（転送ゲートＴＧ）は、貫通配線５４と、パッド電極５８，６４とを介して、ロジック回路３２に電気的に接続されている。第３基板３０は、半導体基板２１の表面（面２１Ｓ１）側に半導体基板３１の表面（面３１Ｓ１）を向けて第２基板２０に貼り合わされている。つまり、第３基板３０は、第２基板２０に、フェイストゥーフェイスで貼り合わされている。
　図８および図９は、撮像装置１の水平方向の断面構成の一例を表したものである。図８および図９の上側の図は、図１の断面Ｓｅｃ１での断面構成の一例を表す図であり、図８および図９の下側の図は、図１の断面Ｓｅｃ２での断面構成の一例を表す図である。図８には、２×２の４つのセンサ画素１２を２組、第２方向Ｈに並べた構成が例示されており、図９には、２×２の４つのセンサ画素１２を４組、第１方向Ｖおよび第２方向Ｈに並べた構成が例示されている。なお、図８および図９の上側の断面図では、図１の断面Ｓｅｃ１での断面構成の一例を表す図に、半導体基板１１の表面構成の一例を表す図が重ね合わされると共に、絶縁層４６が省略されている。また、図８および図９の下側の断面図では、図１の断面Ｓｅｃ２での断面構成の一例を表す図に、半導体基板２１の表面構成の一例を表す図が重ね合わされている。
　図８および図９に示したように、複数の貫通配線５４、複数の貫通配線４８および複数の貫通配線４７は、第１基板１０の面内において第１方向Ｖ（図８の上下方向、図９の左右方向）に帯状に並んで配置されている。なお、図８および図９には、複数の貫通配線５４、複数の貫通配線４８および複数の貫通配線４７が第１方向Ｖに２列に並んで配置されている場合が例示されている。第１方向Ｖは、マトリクス状の配置された複数のセンサ画素１２の２つの配列方向（例えば行方向および列方向）のうち一方の配列方向（例えば列方向）と平行となっている。読み出し回路２２を共有する４つのセンサ画素１２において、４つのフローティングディフュージョンＦＤは、例えば、素子分離部４３を介して互いに近接して配置されている。読み出し回路２２を共有する４つのセンサ画素１２において、４つの転送ゲートＴＧは、４つのフローティングディフュージョンＦＤを囲むように配置されており、例えば、４つの転送ゲートＴＧによって円環形状となる形状となっている。
　絶縁層５３は、第１方向Ｖに延在する複数のブロックで構成されている。半導体基板２１は、第１方向Ｖに延在すると共に、絶縁層５３を介して第１方向Ｖと直交する第２方向Ｈに並んで配置された複数の島状のブロック２１Ａで構成されている。各ブロック２１Ａには、例えば、複数組のリセットトランジスタＲＳＴ、増幅トランジスタＡＭＰおよび選択トランジスタＳＥＬが設けられている。４つのセンサ画素１２によって共有される１つの読み出し回路２２は、例えば、４つのセンサ画素１２と対向する領域内にある、リセットトランジスタＲＳＴ、増幅トランジスタＡＭＰおよび選択トランジスタＳＥＬによって構成されている。４つのセンサ画素１２によって共有される１つの読み出し回路２２は、例えば、絶縁層５３の左隣りのブロック２１Ａ内の増幅トランジスタＡＭＰと、絶縁層５３の右隣りのブロック２１Ａ内のリセットトランジスタＲＳＴおよび選択トランジスタＳＥＬとによって構成されている。
　図１０、図１１、図１２および図１３は、撮像装置１の水平面内での配線レイアウトの一例を表したものである。図１０～図１３には、４つのセンサ画素１２によって共有される１つの読み出し回路２２が４つのセンサ画素１２と対向する領域内に設けられている場合が例示されている。図１０～図１３に記載の配線は、例えば、配線層５６において互いに異なる層内に設けられている。
　互いに隣接する４つの貫通配線５４は、例えば、図１０に示したように、接続配線５５と電気的に接続されている。互いに隣接する４つの貫通配線５４は、さらに、例えば、図１０に示したように、接続配線５５および接続部５９を介して、絶縁層５３の左隣りブロック２１Ａに含まれる増幅トランジスタＡＭＰのゲートと、絶縁層５３の右隣りブロック２１Ａに含まれるリセットトランジスタＲＳＴのゲートとに電気的に接続されている。
　電源線ＶＤＤは、例えば、図１１に示したように、第２方向Ｈに並んで配置された各読み出し回路２２と対向する位置に配置されている。電源線ＶＤＤは、例えば、図１１に示したように、接続部５９を介して、第２方向Ｈに並んで配置された各読み出し回路２２の増幅トランジスタＡＭＰのドレインおよびリセットトランジスタＲＳＴのドレインに電気的に接続されている。２本の画素駆動線２３が、例えば、図１１に示したように、第２方向Ｈに並んで配置された各読み出し回路２２と対向する位置に配置されている。一方の画素駆動線２３（第２制御線）は、例えば、図１１に示したように、第２方向Ｈに並んで配置された各読み出し回路２２のリセットトランジスタＲＳＴのゲートに電気的に接続された配線ＲＳＴＧである。他方の画素駆動線２３（第３制御線）は、例えば、図１１に示したように、第２方向Ｈに並んで配置された各読み出し回路２２の選択トランジスタＳＥＬのゲートに電気的に接続された配線ＳＥＬＧである。各読み出し回路２２において、増幅トランジスタＡＭＰのソースと、選択トランジスタＳＥＬのドレインとが、例えば、図１１に示したように、配線２５を介して、互いに電気的に接続されている。
　２本の電源線ＶＳＳが、例えば、図１２に示したように、第２方向Ｈに並んで配置された各読み出し回路２２と対向する位置に配置されている。各電源線ＶＳＳは、例えば、図１２に示したように、第２方向Ｈに並んで配置された各センサ画素１２と対向する位置において、複数の貫通配線４７に電気的に接続されている。４本の画素駆動線２３が、例えば、図１２に示したように、第２方向Ｈに並んで配置された各読み出し回路２２と対向する位置に配置されている。４本の画素駆動線２３の各々は、例えば、図１２に示したように、第２方向Ｈに並んで配置された各読み出し回路２２に対応する４つのセンサ画素１２のうちの１つのセンサ画素１２の貫通配線４８に電気的に接続された配線ＴＲＧである。つまり、４本の画素駆動線２３（第１制御線）は、第２方向Ｈに並んで配置された各センサ画素１２の転送トランジスタＴＲのゲート（転送ゲートＴＧ）に電気的に接続されている。図１２では、各配線ＴＲＧを区別するために、各配線ＴＲＧの末尾に識別子（１，２，３，４）が付与されている。
　垂直信号線２４は、例えば、図１３に示したように、第１方向Ｖに並んで配置された各読み出し回路２２と対向する位置に配置されている。垂直信号線２４（出力線）は、例えば、図１３に示したように、第１方向Ｖに並んで配置された各読み出し回路２２の出力端（増幅トランジスタＡＭＰのソース）に電気的に接続されている。
（１－２．撮像装置の製造方法）
　次に、撮像装置１の製造方法について説明する。図１４Ａ～図１４Ｆは、撮像装置１の製造過程の一例を表したものである。
　まず、半導体基板１１に、ｐウェル層４２や、素子分離部４３、ｐウェル層４４を形成する。次に、半導体基板１１に、フォトダイオードＰＤ、転送トランジスタＴＲおよびフローティングディフュージョンＦＤを形成する（図１４Ａ）。これにより、半導体基板１１に、センサ画素１２が形成される。このとき、センサ画素１２に用いる電極材料として、サリサイドプロセスによるＣｏＳｉ2やＮｉＳｉ等の耐熱性の低い材料を用いないことが好ましい。むしろ、センサ画素１２に用いる電極材料としては、耐熱性の高い材料を用いることが好ましい。耐熱性の高い材料としては、例えば、ポリシリコンが挙げられる。その後、半導体基板１１上に、絶縁層４６（絶縁層４６Ａ，４６Ｂ）を形成する（図１４Ａ）。このようにして、第１基板１０が形成される。
　次に、第１基板１０（絶縁層４６Ｂ）上に、半導体基板２１を貼り合わせる（図１４Ｂ）。その後、必要に応じて半導体基板２１を薄肉化する。この際、半導体基板２１の厚さを、読み出し回路２２の形成に必要な膜厚にする。この半導体基板１１と半導体基板２１との貼り合わせについて、図１５Ａ～図１５Ｃおよび図１６を用いて詳細を後述する。半導体基板２１の厚さは、一般的には数百ｎｍ程度である。しかし、読み出し回路２２のコンセプトによっては、ＦＤ（Fully Depletion）型も可能であるので、その場合には、半導体基板２１の厚さとしては、数ｎｍ～数μｍの範囲を採り得る。
　続いて、半導体基板２１と同一の層内に、絶縁層５３を形成する（図１４Ｃ）。絶縁層５３を、例えば、フローティングディフュージョンＦＤと対向する箇所に形成する。例えば、半導体基板２１に対して、半導体基板２１を貫通するスリット（開口２１Ｈ）を形成して、半導体基板２１を複数のブロック２１Ａに分離する。その後、スリットを埋め込むように、絶縁層５３を形成する。その後、半導体基板２１の各ブロック２１Ａに、増幅トランジスタＡＭＰ等を含む読み出し回路２２を形成する（図１４Ｃ）。このとき、センサ画素１２の電極材料として、耐熱性の高い金属材料が用いられている場合には、読み出し回路２２のゲート絶縁膜を、熱酸化により形成することが可能である。
　次に、半導体基板２１上に絶縁層５２を形成する。このようにして、絶縁層４６，５２，５３からなる層間絶縁膜５１を形成する。続いて、層間絶縁膜５１に貫通孔５１Ａ，５１Ｂを形成する（図１４Ｄ）。具体的には、絶縁層５２のうち、読み出し回路２２と対向する箇所に、絶縁層５２を貫通する貫通孔５１Ｂを形成する。また、層間絶縁膜５１のうち、フローティングディフュージョンＦＤと対向する箇所（つまり、絶縁層５３と対向する箇所）に、層間絶縁膜５１を貫通する貫通孔５１Ａを形成する。
　続いて、貫通孔５１Ａ，５１Ｂに導電性材料を埋め込むことにより、貫通孔５１Ａ内に貫通配線５４を形成すると共に、貫通孔５１Ｂ内に接続部５９を形成する（図１４Ｅ）。さらに、絶縁層５２上に、貫通配線５４と接続部５９とを互いに電気的に接続する接続配線５５を形成する（図１４Ｅ）。その後、配線層５６を、絶縁層５２上に形成する（図１４Ｆ）。このようにして、第２基板２０が形成される。
　次に、第２基板２０を、半導体基板３１の表面側に半導体基板２１の表面を向けて、ロジック回路３２や配線層６２が形成された第３基板３０に貼り合わせる（図１４Ｇ）。このとき、第２基板２０のパッド電極５８と、第３基板３０のパッド電極６４とを互いに接合することにより、第２基板２０と第３基板３０とを互いに電気的に接続する。このようにして、撮像装置１が製造される。
　図１５Ａ～図１５Ｃは、半導体基板１１と半導体基板２１との接合工程の一例を表したものである。本実施の形態では、半導体基板１１にフォトダイオードＰＤ、転送トランジスタＴＲおよびフローティングディフュージョンＦＤを形成したのち、図１５Ａに示したように、例えば高密度プラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）を用いて酸化ケイ素（ＳｉＯ2-x）膜からなる絶縁膜４６Ａ１を成膜し、表面を平坦化する。その後、絶縁膜４６Ａ１上に、例えば減圧プラズマＣＶＤを用いて窒化ケイ素（Ｓｉ3-xＮ4-y）膜からなる絶縁膜４６Ａ２を成膜し、絶縁層４６Ａを形成する。また、同様に、半導体基板２１の半導体基板１１との接合面（裏面、面２１Ｓ２）上に、絶縁膜４６Ｃ１および絶縁膜４６Ｃ２からなる絶縁膜４６Ｃ１を形成する。
　次に、図１５Ｂに示したように、例えば絶縁層４６Ａ上に、例えば化学気相成長法（ＣＶＤ）を用いて例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ2-x）膜からなる絶縁層４６Ｂを形成する。なお、図１５Ｂでは、絶縁層４６Ｂを半導体基板１１側に設けた例を示したが、半導体基板２１側に設けるようにしてもよい。あるいは、半導体基板１１および半導体基板２１のそれぞれに、絶縁層４６Ｂとなる酸化ケイ素（ＳｉＯ2-x）膜を設けるようにしてもよい。この時点では、半導体基板２１には読み出し回路２２を構成する各種トランジスタおよび配線等は形成されていないため、半導体基板２１側に絶縁層４６Ｂを容易に成膜することができる。また、半導体基板２１側に絶縁層４６Ｂを形成する場合には、半導体基板２１の裏面（面２１Ｓ２）に形成される絶縁層４６Ｃは省略しても構わない。
　続いて、図１５Ｃに示したように、例えば酸素プラズマを照射して表面を活性化し、半導体基板１１と半導体基板２１とを接合する。これにより、半導体基板１１と半導体基板２１との間には、絶縁層４６Ａ、絶縁層４６Ａよりも膜密度の低い絶縁層４６Ｂおよび絶縁層４６Ａ同様の膜密度を有する絶縁層４６Ｃがこの順に積層された絶縁層４６が形成される。絶縁層４６のような積層構造は、例えば透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって膜密度の差をコントラストとして確認することができる。
　図１６は、半導体基板１１と半導体基板２１との接合時における接合面の様子を表したものである。上記のように、酸素プラズマを照射して表面を活性化した場合、絶縁層４６Ｂおよび絶縁層４６Ｃの表面には、図１６に示したように、酸素原子（Ｏ）や水酸基（－ＯＨ）が生成される。その後、加圧することで半導体基板１１と半導体基板２１とは接合されるが、その際、接合界面では、脱水縮合によって水分子（Ｈ2Ｏ）が生成される。このとき、接合面が窒化ケイ素（Ｓｉ3-xＮ4-y）膜／窒化ケイ素（Ｓｉ3-xＮ4-y）膜であった場合、水分子（Ｈ2Ｏ）は吸収されずにボイド（気孔）となる。接合面に形成されたボイドは、半導体基板１１と半導体基板２１との接合強度を低下させると共に、上述した読み出し回路２２の形成工程等における加熱処理時に接合面が破壊される。これに対して、本実施の形態では、窒化ケイ素（Ｓｉ3-xＮ4-y）膜からなる絶縁膜４６Ａ２上に酸化ケイ素（ＳｉＯ2-x）膜からなる絶縁層４６Ｂを設け、半導体基板１１と半導体基板２１との接合面を窒化ケイ素（Ｓｉ3-xＮ4-y）膜／酸化ケイ素（ＳｉＯ2-x）膜となるようにした。酸化ケイ素（ＳｉＯ2-x）膜は窒化ケイ素（Ｓｉ3-xＮ4-y）膜と比較して、膜内に隙間（結晶欠陥）を有し、膜密度が低い。膜密度の低い膜は、膜密度が高い膜よりも多くの水分子が拡散可能となっている。これにより、接合界面で発生した水分子（Ｈ2Ｏ）は、図１６に示したように、絶縁層４６Ｂに吸収される。よって、接合界面におけるボイドの発生が抑制される。
（１－３．作用・効果）
　従来、２次元構造の撮像装置の１画素あたりの面積の微細化は、微細プロセスの導入と実装密度の向上によって実現されてきた。近年、撮像装置のさらなる小型化および１画素あたりの面積の微細化を実現するため、３次元構造の撮像装置が開発されている。３次元構造の撮像装置では、例えば、複数のセンサ画素を有する半導体基板（第１半導体基板）と、各センサ画素で得られた信号を処理する信号処理回路を有する半導体基板（第２半導体基板）とが互いに積層されている。これにより、今までと同等のチップサイズで、センサ画素の集積度をより高くしたり、信号処理回路のサイズをより大きくしたりすることができる。
　ところで、３次元構造を有する撮像装置では、上記第１半導体基板にトランジスタを形成した後に、第２半導体基板を接合し、Front End Of the Line（ＦＥＯＬ）を流動する工程がある。このため、高温条件（例えば８００℃超）でも変化しない接合技術および接合構造の開発が求められている。
　これに対して、本実施の形態では、第１基板１０と第２基板２０とが積層された積層体において、第１基板１０を構成する半導体基板１１と、第２基板２０を構成する半導体基板２１との間に設けられる絶縁層４６を、絶縁層４６Ａと、絶縁層４６Ａよりも膜密度の低い絶縁層４６Ｂと、絶縁層４６Ａと同様の構成を有する絶縁層４６Ｃとの積層構造とした。また、半導体基板１１と半導体基板２１との接合工程において、接合面の一方を絶縁層４６Ｂとして半導体基板１１と半導体基板２１とを貼り合わせるようにした。これにより、半導体基板１１と半導体基板２１との接合工程において発生する水分子（Ｈ2Ｏ）が絶縁層４６Ｂに吸収されるようになり、接合界面におけるボイドの発生が抑制される。
　以上により、本実施の形態の撮像装置１では、半導体基板１１と半導体基板２１との接合界面におけるボイドの発生が抑制されるため、製造プロセスの自由度を向上させることが可能となる。また、これにより、３次元構造を有する撮像装置１を実現できると共に、製造歩留まりを向上させることが可能となる。
　以下に、変形例１～１０について説明する。なお、以下の説明において上記実施の形態と同一構成部分については同一符号を付してその説明は適宜省略する。
＜２．変形例＞
（２－１．変形例１）
　図１７は、上記実施の形態の変形例（変形例１）に係る撮像装置（撮像装置１）の垂直方向の断面構成の一例を表したものである。本変形例では、転送トランジスタＴＲが、平面型の転送ゲートＴＧを有している。そのため、転送ゲートＴＧは、ｐウェル層４２を貫通しておらず、半導体基板１１の表面だけに形成されている。転送トランジスタＴＲに平面型の転送ゲートＴＧが用いられる場合であっても、撮像装置１は、上記実施の形態と同様の効果を有する。
（２－２．変形例２）
　図１８は、上記実施の形態の変形例（変形例２）に係る撮像装置（撮像装置１）の垂直方向の断面構成の一例を表したものである。本変形例では、第２基板２０と第３基板３０との電気的な接続が、第１基板１０における周辺領域１４と対向する領域でなされている。周辺領域１４は、第１基板１０の額縁領域に相当しており、画素領域１３の周縁に設けられている。本変形例では、第２基板２０は、周辺領域１４と対向する領域に、複数のパッド電極５８を有しており、第３基板３０は、周辺領域１４と対向する領域に、複数のパッド電極６４を有している。第２基板２０および第３基板３０は、周辺領域１４と対向する領域に設けられたパッド電極５８，６４同士の接合によって、互いに電気的に接続されている。
　このように、本変形例では、第２基板２０および第３基板３０が、周辺領域１４と対向する領域に設けられたパッド電極５８，６４同士の接合によって、互いに電気的に接続されている。これにより、画素領域１３と対向する領域で、パッド電極５８，６４同士を接合する場合と比べて、１画素あたりの面積の微細化を阻害するおそれを低減することができる。従って、上記実施の形態の効果に加えて、今までと同等のチップサイズで、１画素あたりの面積の微細化を阻害することのない３層構造の撮像装置１を提供することができる。
（２－３．変形例３）
　図１９は、上記実施の形態の変形例（変形例３）に係る撮像装置（撮像装置１）の垂直方向の断面構成の一例を表したものである。図２０は、上記実施の形態の変形例（変形例３）に係る撮像装置（撮像装置１）の垂直方向の断面構成の他の例を表すものである。図１９および図２０の上側の図は、図１の断面Ｓｅｃ１での断面構成の一変形例であり、図１９の下側の図は、図１の断面Ｓｅｃ２での断面構成の一変形例である。なお、図１９および図２０の上側の断面図では、図１の断面Ｓｅｃ１での断面構成の一変形例を表す図に、図１の半導体基板１１の表面構成の一変形例を表す図が重ね合わされると共に、絶縁層４６が省略されている。また、図１９および図２０の下側の断面図では、図１の断面Ｓｅｃ２での断面構成の一変形例を表す図に、半導体基板２１の表面構成の一変形例を表す図が重ね合わされている。
　図１９および図２０に示したように、複数の貫通配線５４、複数の貫通配線４８および複数の貫通配線４７（図中の行列状に配置された複数のドット）は、第１基板１０の面内において第１方向Ｖ（図１９および図２０の左右方向）に帯状に並んで配置されている。なお、図１９および図２０には、複数の貫通配線５４、複数の貫通配線４８および複数の貫通配線４７が第１方向Ｖに２列に並んで配置されている場合が例示されている。読み出し回路２２を共有する４つのセンサ画素１２において、４つのフローティングディフュージョンＦＤは、例えば、素子分離部４３を介して互いに近接して配置されている。読み出し回路２２を共有する４つのセンサ画素１２において、４つの転送ゲートＴＧ（ＴＧ１，ＴＧ２，ＴＧ３，ＴＧ４）は、４つのフローティングディフュージョンＦＤを囲むように配置されており、例えば、４つの転送ゲートＴＧによって円環形状となる形状となっている。
　絶縁層５３は、第１方向Ｖに延在する複数のブロックで構成されている。半導体基板２１は、第１方向Ｖに延在すると共に、絶縁層５３を介して第１方向Ｖと直交する第２方向Ｈに並んで配置された複数の島状のブロック２１Ａで構成されている。各ブロック２１Ａには、例えば、リセットトランジスタＲＳＴ、増幅トランジスタＡＭＰおよび選択トランジスタＳＥＬが設けられている。４つのセンサ画素１２によって共有される１つの読み出し回路２２は、例えば、４つのセンサ画素１２と正対して配置されておらず、第２方向Ｈにずれて配置されている。
　図１９では、４つのセンサ画素１２によって共有される１つの読み出し回路２２は、第２基板２０において、４つのセンサ画素１２と対向する領域を第２方向Ｈにずらした領域内にある、リセットトランジスタＲＳＴ、増幅トランジスタＡＭＰおよび選択トランジスタＳＥＬによって構成されている。４つのセンサ画素１２によって共有される１つの読み出し回路２２は、例えば、１つのブロック２１Ａ内の増幅トランジスタＡＭＰ、リセットトランジスタＲＳＴおよび選択トランジスタＳＥＬによって構成されている。
　図２０では、４つのセンサ画素１２によって共有される１つの読み出し回路２２は、第２基板２０において、４つのセンサ画素１２と対向する領域を第２方向Ｈにずらした領域内にある、リセットトランジスタＲＳＴ、増幅トランジスタＡＭＰ、選択トランジスタＳＥＬおよびＦＤ転送トランジスタＦＤＧによって構成されている。４つのセンサ画素１２によって共有される１つの読み出し回路２２は、例えば、１つのブロック２１Ａ内の増幅トランジスタＡＭＰ、リセットトランジスタＲＳＴ、選択トランジスタＳＥＬおよびＦＤ転送トランジスタＦＤＧによって構成されている。
　本変形例では、４つのセンサ画素１２によって共有される１つの読み出し回路２２は、例えば、４つのセンサ画素１２と正対して配置されておらず、４つのセンサ画素１２と正対する位置から第２方向Ｈにずれて配置されている。このようにした場合には、配線２５を短くすることができ、または、配線２５を省略して、増幅トランジスタＡＭＰのソースと、選択トランジスタＳＥＬのドレインとを共通の不純物領域で構成することもできる。その結果、読み出し回路２２のサイズを小さくしたり、読み出し回路２２内の他の箇所のサイズを大きくしたりすることができる。
（２－４．変形例４）
　図２１は、上記実施の形態の変形例（変形例４）に係る撮像装置（撮像装置１）の水平方向の断面構成の一例を表したものである。図２１には、図９の断面構成の一変形例が示されている。
　本変形例では、半導体基板２１が、絶縁層５３を介して第１方向Ｖおよび第２方向Ｈに並んで配置された複数の島状のブロック２１Ａで構成されている。各ブロック２１Ａには、例えば、一組のリセットトランジスタＲＳＴ、増幅トランジスタＡＭＰおよび選択トランジスタＳＥＬが設けられている。このようにした場合には、互いに隣接する読み出し回路２２同士のクロストークを、絶縁層５３によって抑制することができ、再生画像上での解像度低下や混色による画質劣化を抑制することができる。
（２－５．変形例５）
　図２２は、上記実施の形態の変形例（変形例５）に係る撮像装置（撮像装置１）の水平方向の断面構成の一例を表したものである。図２２には、図２１の断面構成の一変形例が示されている。
　本変形例では、４つのセンサ画素１２によって共有される１つの読み出し回路２２が、例えば、４つのセンサ画素１２と正対して配置されておらず、第１方向Ｖにずれて配置されている。本変形例では、さらに、変形例４と同様、半導体基板２１が、絶縁層５３を介して第１方向Ｖおよび第２方向Ｈに並んで配置された複数の島状のブロック２１Ａで構成されている。各ブロック２１Ａには、例えば、一組のリセットトランジスタＲＳＴ、増幅トランジスタＡＭＰおよび選択トランジスタＳＥＬが設けられている。本変形例では、さらに、複数の貫通配線４７および複数の貫通配線５４が、第２方向Ｈにも配列されている。具体的には、複数の貫通配線４７が、ある読み出し回路２２を共有する４つの貫通配線５４と、その読み出し回路２２の第２方向Ｈに隣接する他の読み出し回路２２を共有する４つの貫通配線５４との間に配置されている。このようにした場合には、互いに隣接する読み出し回路２２同士のクロストークを、絶縁層５３および貫通配線４７によって抑制することができ、再生画像上での解像度低下や混色による画質劣化を抑制することができる。
（２－６．変形例６）
　図２３は、上記実施の形態の変形例（変形例６）に係る撮像装置（撮像装置１）の水平方向の断面構成の一例を表したものである。図２３には、図８の断面構成の一変形例が示されている。
　本変形例では、第１基板１０は、フォトダイオードＰＤおよび転送トランジスタＴＲをセンサ画素１２ごとに有し、フローティングディフュージョンＦＤを４つのセンサ画素１２ごとに共有している。従って、本変形例では、４つのセンサ画素１２ごとに、１つの貫通配線５４が設けられている。
　マトリクス状に配置された複数のセンサ画素１２において、１つのフローティングディフュージョンＦＤを共有する４つのセンサ画素１２に対応する単位領域を、１つのセンサ画素１２分だけ第１方向Ｖにずらすことにより得られる領域に対応する４つのセンサ画素１２を、便宜的に、４つのセンサ画素１２Ａと称することとする。このとき、本変形例では、第１基板１０は、貫通配線４７を４つのセンサ画素１２Ａごとに共有している。従って、本変形例では、４つのセンサ画素１２Ａごとに、１つの貫通配線４７が設けられている。
　本変形例では、第１基板１０は、フォトダイオードＰＤおよび転送トランジスタＴＲをセンサ画素１２ごとに分離する素子分離部４３を有している。素子分離部４３は、半導体基板１１の法線方向から見て、センサ画素１２を完全には囲っておらず、フローティングディフュージョンＦＤ（貫通配線５４）の近傍と、貫通配線４７の近傍に、隙間（未形成領域）を有している。そして、その隙間によって、４つのセンサ画素１２による１つの貫通配線５４の共有や、４つのセンサ画素１２Ａによる１つの貫通配線４７の共有を可能にしている。本変形例では、第２基板２０は、フローティングディフュージョンＦＤを共有する４つのセンサ画素１２ごとに読み出し回路２２を有している。
　図２４は、本変形例に係る撮像装置１の水平方向の断面構成の他の例を表したものである。図２４には、図２１の断面構成の一変形例が示されている。本変形例では、第１基板１０は、フォトダイオードＰＤおよび転送トランジスタＴＲをセンサ画素１２ごとに有し、フローティングディフュージョンＦＤを４つのセンサ画素１２ごとに共有している。更に、第１基板１０は、フォトダイオードＰＤおよび転送トランジスタＴＲをセンサ画素１２ごとに分離する素子分離部４３を有している。
　図２５は、本変形例に係る撮像装置１の水平方向の断面構成の他の例を表したものである。図４３には、図２２の断面構成の一変形例が示されている。本変形例では、第１基板１０は、フォトダイオードＰＤおよび転送トランジスタＴＲをセンサ画素１２ごとに有し、フローティングディフュージョンＦＤを４つのセンサ画素１２ごとに共有している。更に、第１基板１０は、フォトダイオードＰＤおよび転送トランジスタＴＲをセンサ画素１２ごとに分離する素子分離部４３を有している。
（２－７．変形例７）
　図２６は、上記実施の形態および変形例１～６の変形例（変形例７）に係る撮像装置（撮像装置１）の回路構成の一例を表したものである。本変形例に係る撮像装置１は、列並列ＡＤＣ搭載のＣＭＯＳイメージセンサである。
　図２６に示すように、本変形例に係る撮像装置１は、光電変換素子を含む複数のセンサ画素１２が行列状（マトリクス状）に２次元配置されてなる画素領域１３に加えて、垂直駆動回路３３、カラム信号処理回路３４、参照電圧供給部３８、水平駆動回路３５、水平出力線３７およびシステム制御回路３６を有する構成となっている。
　このシステム構成において、システム制御回路３６は、マスタークロックＭＣＫに基づいて、垂直駆動回路３３、カラム信号処理回路３４、参照電圧供給部３８および水平駆動回路３５等の動作の基準となるクロック信号や制御信号等を生成し、垂直駆動回路３３、カラム信号処理回路３４、参照電圧供給部３８および水平駆動回路３５等に対して与える。
　また、垂直駆動回路３３は、画素領域１３の各センサ画素１２と共に、第１基板１０形成されており、さらに、読み出し回路２２の形成されている第２基板２０にも形成される。カラム信号処理回路３４、参照電圧供給部３８、水平駆動回路３５、水平出力線３７およびシステム制御回路３６は、第３基板３０に形成される。
　センサ画素１２としては、ここでは図示を省略するが、例えば、フォトダイオードＰＤの他に、フォトダイオードＰＤで光電変換して得られる電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する転送トランジスタＴＲとを有する構成のものを用いることができる。また、読み出し回路２２としては、ここでは図示を省略するが、例えば、フローティングディフュージョンＦＤの電位を制御するリセットトランジスタＲＳＴと、フローティングディフュージョンＦＤの電位に応じた信号を出力する増幅トランジスタＡＭＰと、画素選択を行うための選択トランジスタＳＥＬとを有する３トランジスタ構成のものを用いることができる。
　画素領域１３には、センサ画素１２が２次元配置されると共に、このｍ行ｎ列の画素配置に対して行毎に画素駆動線２３が配線され、列毎に垂直信号線２４が配線されている。複数の画素駆動線２３の各一端は、垂直駆動回路３３の各行に対応した各出力端に接続されている。垂直駆動回路３３は、シフトレジスタ等によって構成され、複数の画素駆動線２３を介して画素領域１３の行アドレスや行走査の制御を行う。
　カラム信号処理回路３４は、例えば、画素領域１３の画素列毎、即ち、垂直信号線２４毎に設けられたＡＤＣ（アナログ－デジタル変換回路）３４－１～３４－ｍを有し、画素領域１３の各センサ画素１２から列毎に出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。
　参照電圧供給部３８は、時間が経過するにつれてレベルが傾斜状に変化する、いわゆるランプ（ＲＡＭＰ）波形の参照電圧Ｖｒｅｆを生成する手段として、例えばＤＡＣ（デジタル－アナログ変換回路）３８Ａを有している。なお、ランプ波形の参照電圧Ｖｒｅｆを生成する手段としては、ＤＡＣ３８Ａに限られるものではない。
　ＤＡＣ３８Ａは、システム制御回路３６から与えられる制御信号ＣＳ１による制御の下に、当該システム制御回路３６から与えられるクロックＣＫに基づいてランプ波形の参照電圧Ｖｒｅｆを生成してカラム信号処理回路３４のＡＤＣ３４－１～３４－ｍに対して供給する。
　なお、ＡＤＣ３４－１～３４－ｍの各々は、センサ画素１２全ての情報を読み出すプログレッシブ走査方式での通常フレームレートモードと、通常フレームレートモード時に比べて、センサ画素１２の露光時間を１／Ｎに設定してフレームレートをＮ倍、例えば２倍に上げる高速フレームレートモードとの各動作モードに対応したＡＤ変換動作を選択的に行い得る構成となっている。この動作モードの切り替えは、システム制御回路３６から与えられる制御信号ＣＳ２，ＣＳ３による制御によって実行される。また、システム制御回路３６に対しては、外部のシステムコントローラ（図示せず）から、通常フレームレートモードと高速フレームレートモードの各動作モードとを切り替えるための指示情報が与えられる。
　ＡＤＣ３４－１～３４－ｍは全て同じ構成となっており、ここでは、ＡＤＣ３４－ｍを例に挙げて説明するものとする。ＡＤＣ３４－ｍは、比較器３４Ａ、計数手段である例えばアップ／ダウンカウンタ（図中、Ｕ／ＤＣＮＴと記している）３４Ｂ、転送スイッチ３４Ｃおよびメモリ装置３４Ｄを有する構成となっている。
　比較器３４Ａは、画素領域１３のｎ列目の各センサ画素１２から出力される信号に応じた垂直信号線２４の信号電圧Ｖｘと、参照電圧供給部３８から供給されるランプ波形の参照電圧Ｖｒｅｆとを比較し、例えば、参照電圧Ｖｒｅｆが信号電圧Ｖｘよりも大なるときに出力Ｖｃｏが"Ｈ"レベルになり、参照電圧Ｖｒｅｆが信号電圧Ｖｘ以下のときに出力Ｖｃｏが"Ｌ"レベルになる。
　アップ／ダウンカウンタ３４Ｂは非同期カウンタであり、システム制御回路３６から与えられる制御信号ＣＳ２による制御の下に、システム制御回路３６からクロックＣＫがＤＡＣ１８Ａと同時に与えられ、当該クロックＣＫに同期してダウン（ＤＯＷＮ）カウントまたはアップ（ＵＰ）カウントを行うことにより、比較器３４Ａでの比較動作の開始から比較動作の終了までの比較期間を計測する。
　具体的には、通常フレームレートモードでは、１つのセンサ画素１２からの信号の読み出し動作において、１回目の読み出し動作時にダウンカウントを行うことにより１回目の読み出し時の比較時間を計測し、２回目の読み出し動作時にアップカウントを行うことにより２回目の読み出し時の比較時間を計測する。
　一方、高速フレームレートモードでは、ある行のセンサ画素１２についてのカウント結果をそのまま保持しておき、引き続き、次の行のセンサ画素１２について、前回のカウント結果から１回目の読み出し動作時にダウンカウントを行うことで１回目の読み出し時の比較時間を計測し、２回目の読み出し動作時にアップカウントを行うことで２回目の読み出し時の比較時間を計測する。
　転送スイッチ３４Ｃは、システム制御回路３６から与えられる制御信号ＣＳ３による制御の下に、通常フレームレートモードでは、ある行のセンサ画素１２についてのアップ／ダウンカウンタ３４Ｂのカウント動作が完了した時点でオン（閉）状態となって当該アップ／ダウンカウンタ３４Ｂのカウント結果をメモリ装置３４Ｄに転送する。
　一方、例えばＮ＝２の高速フレームレートでは、ある行のセンサ画素１２についてのアップ／ダウンカウンタ３４Ｂのカウント動作が完了した時点でオフ（開）状態のままであり、引き続き、次の行のセンサ画素１２についてのアップ／ダウンカウンタ３４Ｂのカウント動作が完了した時点でオン状態となって当該アップ／ダウンカウンタ３４Ｂの垂直２画素分についてのカウント結果をメモリ装置３４Ｄに転送する。
　このようにして、画素領域１３の各センサ画素１２から垂直信号線２４を経由して列毎に供給されるアナログ信号が、ＡＤＣ３４－１～３４－ｍにおける比較器３４Ａおよびアップ／ダウンカウンタ３４Ｂの各動作により、Ｎビットのデジタル信号に変換されてメモリ装置３４Ｄに格納される。
　水平駆動回路３５は、シフトレジスタ等によって構成され、カラム信号処理回路３４におけるＡＤＣ３４－１～３４－ｍの列アドレスや列走査の制御を行う。この水平駆動回路３５による制御の下に、ＡＤＣ３４－１～３４－ｍの各々でＡＤ変換されたＮビットのデジタル信号は順に水平出力線３７に読み出され、当該水平出力線３７を経由して撮像データとして出力される。
　なお、本開示には直接関連しないため特に図示しないが、水平出力線３７を経由して出力される撮像データに対して各種の信号処理を施す回路等を、上記構成要素以外に設けることも可能である。
　上記構成の本変形例に係る列並列ＡＤＣ搭載の撮像装置１では、アップ／ダウンカウンタ３４Ｂのカウント結果を、転送スイッチ３４Ｃを介して選択的にメモリ装置３４Ｄに転送することができるため、アップ／ダウンカウンタ３４Ｂのカウント動作と、当該アップ／ダウンカウンタ３４Ｂのカウント結果の水平出力線３７への読み出し動作とを独立して制御することが可能である。
（２－８．変形例８）
　図２７は、図２６の撮像装置を３つの基板（第１基板１０，第２基板２０，第３基板３０）を積層して構成した例を表したものである。本変形例では、第１基板１０において、中央部分に、複数のセンサ画素１２を含む画素領域１３が形成されており、画素領域１３の周囲に垂直駆動回路３３が形成されている。また、第２基板２０において、中央部分に、複数の読み出し回路２２を含む読み出し回路領域１５が形成されており、読み出し回路領域１５の周囲に垂直駆動回路３３が形成されている。第３基板３０において、カラム信号処理回路３４、水平駆動回路３５、システム制御回路３６、水平出力線３７および参照電圧供給部３８が形成されている。これにより、上記実施の形態およびその変形例と同様、基板同士を電気的に接続する構造に起因して、チップサイズが大きくなったり、１画素あたりの面積の微細化を阻害したりしてしまうことがない。その結果、今までと同等のチップサイズで、１画素あたりの面積の微細化を阻害することのない３層構造の撮像装置１を提供することができる。なお、垂直駆動回路３３は、第１基板１０のみに形成されても、第２基板２０のみに形成されてもよい。
（２－９．変形例９）
　図２８は、上記実施の形態およびその変形例１～８の変形例（変形例９）に係る撮像装置（撮像装置１）の断面構成の一例を表したものである。上記実施および変形例１～８等では、撮像装置１は、３つの基板（第１基板１０，第２基板２０，第３基板３０）を積層して構成されていた。しかし、上記第５の実施の形態における撮像装置５，６のように、２つの基板（第１基板１０，第２基板２０）を積層して構成されていてもよい。このとき、ロジック回路３２は、例えば、図２８に示したように、第１基板１０と、第２基板２０とに分けて形成されていてもよい。ここで、ロジック回路３２のうち、第１基板１０側に設けられた回路３２Ａでは、高温プロセスに耐え得る材料（例えば、ｈｉｇｈ－ｋ）からなる高誘電率膜とメタルゲート電極とが積層されたゲート構造を有するトランジスタが設けられている。一方、第２基板２０側に設けられた回路３２Ｂでは、ソース電極およびドレイン電極と接する不純物拡散領域の表面に、ＣｏＳｉ2やＮｉＳｉ等のサリサイド（Self Aligned Silicide）プロセスを用いて形成されたシリサイドからなる低抵抗領域２６が形成されている。シリサイドからなる低抵抗領域は、半導体基板の材料と金属との化合物で形成されている。これにより、センサ画素１２を形成する際に、熱酸化等の高温プロセスを用いることができる。また、ロジック回路３２のうち、第２基板２０側に設けられた回路３２Ｂにおいて、ソース電極およびドレイン電極と接する不純物拡散領域の表面に、シリサイドからなる低抵抗領域２６を設けた場合には、接触抵抗を低減することができる。その結果、ロジック回路３２での演算速度を高速化することができる。
（２－１０．変形例１０）
　図２９は、上記第１～第４の実施の形態およびその変形例１～８の変形例（変形例１０）に係る撮像装置１の断面構成の一変形例を表す。上記実施の形態およびその変形例１～８に係る第３基板３０のロジック回路３２において、ソース電極およびドレイン電極と接する不純物拡散領域の表面に、ＣｏＳｉ2やＮｉＳｉ等のサリサイド (Self Aligned Silicide)プロセスを用いて形成されたシリサイドからなる低抵抗領域３７が形成されていてもよい。これにより、センサ画素１２を形成する際に、熱酸化等の高温プロセスを用いることができる。また、ロジック回路３２において、ソース電極およびドレイン電極と接する不純物拡散領域の表面に、シリサイドからなる低抵抗領域３７を設けた場合には、接触抵抗を低減することができる。その結果、ロジック回路３２での演算速度を高速化することができる。
　なお、上記実施の形態およびその変形例１～１０では、導電型が逆になっていてもよい。例えば、上記実施の形態およびその変形例１～１０の記載において、ｐ型をｎ型に読み替えると共に、ｎ型をｐ型に読み替えてもよい。このようにした場合であっても、上記１～第５の実施の形態およびその変形例１～１０と同様の効果を得ることができる。
＜３．適用例＞
　図３０は、上記実施の形態およびその変形例１～１０に係る撮像装置（撮像装置１）を備えた撮像システム２の概略構成の一例を表したものである。
　撮像システム７は、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯端末装置等の電子機器である。撮像システム７は、例えば、光学系１４１、シャッタ装置１４２、撮像装置１、ＤＳＰ回路１４３、フレームメモリ１４４、表示部１４５、記憶部１４６、操作部１４７および電源部１４８を備えている。撮像システム７において、シャッタ装置１４２、撮像装置１、ＤＳＰ回路１４３、フレームメモリ１４４、表示部１４５、記憶部１４６、操作部１４７および電源部１４８は、バスライン１４９を介して相互に接続されている。
　撮像装置１は、入射光に応じた画像データを出力する。光学系１４１は、１枚または複数枚のレンズを有するものであり、被写体からの光（入射光）を撮像装置１に導き、撮像装置１の受光面に結像させる。シャッタ装置１４２は、光学系１４１および撮像装置１の間に配置され、操作部１４７の制御に従って、撮像装置１への光照射期間および遮光期間を制御する。ＤＳＰ回路１４３は、撮像装置１から出力される信号（画像データ）を処理する信号処理回路である。フレームメモリ１４４は、ＤＳＰ回路１４３により処理された画像データを、フレーム単位で一時的に保持する。表示部１４５は、例えば、液晶パネルや有機ＥＬ（Electro  Luminescence）パネル等のパネル型表示装置からなり、撮像装置１で撮像された動画又は静止画を表示する。記憶部１４６は、撮像装置１で撮像された動画又は静止画の画像データを、半導体メモリやハードディスク等の記録媒体に記録する。操作部１４７は、ユーザによる操作に従い、撮像システム７が有する各種の機能についての操作指令を発する。電源部１４８は、撮像装置１、ＤＳＰ回路１４３、フレームメモリ１４４、表示部１４５、記憶部１４６および操作部１４７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
　次に、撮像システム７における撮像手順について説明する。
　図３１は、撮像システム７における撮像動作のフローチャートの一例を表す。ユーザは、操作部１４７を操作することにより撮像開始を指示する（ステップＳ１０１）。すると、操作部１４７は、撮像指令を撮像装置１に送信する（ステップＳ１０２）。撮像装置１（具体的にはシステム制御回路３６）は、撮像指令を受けると、所定の撮像方式での撮像を実行する（ステップＳ１０３）。
　撮像装置１は、光学系１４１およびシャッタ装置１４２を介して受光面に結像された光（画像データ）をＤＳＰ回路１４３に出力する。ここで、画像データとは、フローティングディフュージョンＦＤに一時的に保持された電荷に基づいて生成された画素信号の全画素分のデータである。ＤＳＰ回路１４３は、撮像装置１から入力された画像データに基づいて所定の信号処理（例えばノイズ低減処理等）を行う（ステップＳ１０４）。ＤＳＰ回路１４３は、所定の信号処理がなされた画像データをフレームメモリ１４４に保持させ、フレームメモリ１４４は、画像データを記憶部１４６に記憶させる（ステップＳ１０５）。このようにして、撮像システム７における撮像が行われる。
　本適用例では、撮像装置１が撮像システム７に適用される。これにより、撮像装置１を小型化もしくは高精細化することができるので、小型もしくは高精細な撮像システム７を提供することができる。
＜４．応用例＞
（応用例１）
　本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
　図３２は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
　車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図３２に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
　駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
　ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
　車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させると共に、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
　撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
　車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
　マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｄｒｉｖｅｒ　Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
　音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図３２の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
　図３３は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　図３３では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
　撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
　なお、図３３には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。更に、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、上記実施の形態およびその変形例に係る撮像装置１は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、ノイズの少ない高精細な撮影画像を得ることができるので、移動体制御システムにおいて撮影画像を利用した高精度な制御を行うことができる。
（応用例２）
　図３４は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
　図３４では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
　内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
　鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向且つて照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
　カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ：　Ｃａｍｅｒａ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）１１２０１に送信される。
　ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。更に、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
　表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
　光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
　入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
　処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
　なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
　また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
　また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Ｎａｒｒｏｗ　Ｂａｎｄ　Ｉｍａｇｉｎｇ）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の試薬を体組織に局注すると共に当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
　図３５は、図３４に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
　カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
　レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
　撮像部１１４０２は、撮像素子で構成される。撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
　また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
　駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
　通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
　また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
　なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Ａｕｔｏ　Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）機能、ＡＦ（Ａｕｔｏ　Ｆｏｃｕｓ）機能及びＡＷＢ（Ａｕｔｏ　Ｗｈｉｔｅ　Ｂａｌａｎｃｅ）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
　カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
　通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
　また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
　画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
　制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
　また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
　カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
　ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、内視鏡１１１００のカメラヘッド１１１０２に設けられた撮像部１１４０２に好適に適用され得る。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、撮像部１１４０２を小型化もしくは高精細化することができるので、小型もしくは高精細な内視鏡１１１００を提供することができる。
　以上、実施の形態およびその変形例１～１０、適用例ならびに応用例を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、３次元構造を有する撮像装置１を例に本技術を説明したがこれに限らない。本技術は、３次元積層型の大規模集積化（ＬＳＩ）されたあらゆる半導体装置に適用することができる。
　なお、本明細書中に記載された効果は、あくまで例示である。本開示の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されるものではない。本開示が、本明細書中に記載された効果以外の効果を持っていてもよい。
　なお、本開示は以下のような構成をとることも可能である。以下の構成の本技術によれば、第１半導体基板と第２半導体基板との接合工程において発生する水分子が第２の絶縁層によって吸収されるため、接合面におけるボイドの発生が抑えられる。よって、製造プロセスの自由度を向上させることが可能となる。
（１）
　第１半導体基板に、光電変換を行うセンサ画素を有する第１基板と、
　第２半導体基板に、前記センサ画素から出力された電荷に基づく画素信号を出力する読み出し回路を有すると共に、前記第１基板に積層された第２基板と、
　前記第１半導体基板と前記第２半導体基板との間に設けられた第１の絶縁層と、
　前記第１半導体基板と前記第２半導体基板との間に設けられると共に、前記第１の絶縁層よりも膜密度の低い第２の絶縁層と
　を備えた撮像装置。
（２）
　前記第２の絶縁層は、２ｎｍ以上前記第１の絶縁層以下の膜厚を有する、前記（１）に記載の撮像装置。
（３）
　前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層は、前記第１半導体基板側からこの順に積層されている、前記（１）または（２）に記載の撮像装置。
（４）
　前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層は、前記第２半導体基板側からこの順に積層されている、前記（１）乃至（３）のうちのいずれかに記載の撮像装置。
（５）
　前記第１半導体基板と前記第２半導体基板との間に第３の絶縁膜をさらに有し、
　前記第１の絶縁層、前記第２の絶縁層および前記第３の絶縁膜は、この順に積層されている、前記（１）乃至（４）のうちのいずれかに記載の撮像装置。
（６）
　前記第１の絶縁層は、窒化ケイ素（Ｓｉ3-xＮ4-y）膜または炭化ケイ素（ＳｉＣ）膜である、前記（１）乃至（５）のうちのいずれかに記載の撮像装置。
（７）
　前記第２の絶縁層は、酸化ケイ素（ＳｉＯ2-x）膜、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）膜、酸炭化窒化ケイ素（ＳｉＯＣＮ）膜または炭化窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）膜である、前記（１）乃至（６）のうちのいずれかに記載の撮像装置。
（８）
　前記第３の絶縁膜は、前記第１の絶縁層と同じ材料を用いて形成されている、前記（５）乃至（７）のうちのいずれかに記載の撮像装置。
（９）
　前記第１基板および前記第２基板からなる積層体は、前記第１半導体基板と前記第２半導体基板との間に、層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜内に設けられた第１貫通配線とを有し、
　前記第１基板および前記第２基板は、前記第１貫通配線によって互いに電気的に接続されている、前記（１）乃至（８）のうちのいずれかに記載の撮像装置。
（１０）
　前記層間絶縁膜は、前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層を含む、前記（９）に記載の撮像装置。
（１１）
　第３半導体基板に、前記画素信号を処理するロジック回路を有する第３基板をさらに有し、
　前記第１基板、前記第２基板および前記第３基板はこの順に積層されている、前記（９）または（１０）に記載の撮像装置。
（１２）
　前記第２基板および前記第３基板は、前記第２基板および前記第３基板がそれぞれ、パッド電極を有する場合には前記パッド電極同士の接合によって、前記第３基板が前記第３半導体基板を貫通する第２貫通配線を有する場合には前記第２貫通配線によって、互いに電気的に接続されている、前記（１１）に記載の撮像装置。
（１３）
　前記センサ画素は、光電変換素子と、前記光電変換素子と電気的に接続された転送トランジスタと、前記転送トランジスタを介して前記光電変換素子から出力された電荷を一時的に保持するフローティングディフュージョンとを有し、
　前記読み出し回路は、前記フローティングディフュージョンの電位を所定の電位にリセットするリセットトランジスタと、前記画素信号として、前記フローティングディフュージョンに保持された電荷のレベルに応じた電圧の信号を生成する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタからの前記画素信号の出力タイミングを制御する選択トランジスタとを有する、前記（１２）に記載の撮像装置。
（１４）
　前記第１基板は、前記第２基板と対向する前記第１半導体基板の一の面側に、前記光電変換素子、前記転送トランジスタおよび前記フローティングディフュージョンが設けられた構成となっており、
　前記第２基板は、前記第２半導体基板の一の面側に前記読み出し回路が設けられた構成となっており、且つ、前記第１半導体基板の前記一の面側に、前前記第２半導体基板の前記一の面と対向する他の面を向けて前記第１基板に貼り合わされている、前記（１３）に記載の撮像装置。
（１５）
　前記第３基板は、前記第３半導体基板の一の面側に前記ロジック回路が設けられた構成となっており、且つ、前記第２半導体基板の前記一の面側に、前記第３半導体基板の前記一の面と対向する他の面を向けて前記第２基板に貼り合わされている、前記（１４）に記載の撮像装置。
（１６）
　前記ロジック回路は、ソース電極またはドレイン電極と接する不純物拡散領域の表面に、シリサイドを含んで構成されている、前記（１５）に記載の撮像装置。
（１７）
　前記転送トランジスタのゲートは、前記第１貫通配線と、前記パッド電極もしくは前記第２貫通配線とを介して、前記ロジック回路に電気的に接続されている、前記（１５）または（１６）に記載の撮像装置。
（１８）
　前記第１基板は、前記層間絶縁膜内に、前記第１基板と平行な方向に延在するゲート配線をさらに有し、
　前記転送トランジスタのゲートは、前記ゲート配線を介して、前記ロジック回路に電気的に接続されている、前記（１５）乃至（１７）のうちのいずれかに記載の撮像装置。
（１９）
　前記第２基板は、４つの前記センサ画素ごとに前記読み出し回路を有し、
　複数の前記第１貫通配線は、前記第１基板の面内において第１方向に帯状に並んで配置されている、前記（１３）乃至（１８）のうちのいずれかに記載の撮像装置。
（２０）
　各前記センサ画素は、前記第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向とに、マトリクス状に配置され、
　前記第２基板は、
　前記第２方向に並んで配置された各前記センサ画素の前記転送トランジスタのゲートに電気的に接続された第１制御線と、
　前記第２方向に並んで配置された各前記リセットトランジスタのゲートに電気的に接続された第２制御線と、
　前記第２方向に並んで配置された各前記選択トランジスタのゲートに電気的に接続された第３制御線と、
　前記第１方向に並んで配置された各前記読み出し回路の出力端に電気的に接続された出力線とをさらに有する、前記（１９）に記載の撮像装置。
　本出願は、日本国特許庁において２０１９年２月２０日に出願された日本特許出願番号２０１９－０２８０６２号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (20)

  1. 　第１半導体基板に、光電変換を行うセンサ画素を有する第１基板と、
    　第２半導体基板に、前記センサ画素から出力された電荷に基づく画素信号を出力する読み出し回路を有すると共に、前記第１基板に積層された第２基板と、
    　前記第１半導体基板と前記第２半導体基板との間に設けられた第１の絶縁層と、
    　前記第１半導体基板と前記第２半導体基板との間に設けられると共に、前記第１の絶縁層よりも膜密度の低い第２の絶縁層と
    　を備えた撮像装置。
  2. 　前記第２の絶縁層は、２ｎｍ以上前記第１の絶縁層以下の膜厚を有する、請求項１に記載の撮像装置。
  3. 　前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層は、前記第１半導体基板側からこの順に積層されている、請求項１に記載の撮像装置。
  4. 　前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層は、前記第２半導体基板側からこの順に積層されている、請求項１に記載の撮像装置。
  5. 　前記第１半導体基板と前記第２半導体基板との間に第３の絶縁膜をさらに有し、
    　前記第１の絶縁層、前記第２の絶縁層および前記第３の絶縁膜は、この順に積層されている、請求項１に記載の撮像装置。
  6. 　前記第１の絶縁層は、窒化ケイ素（Ｓｉ3-xＮ4-y）膜または炭化ケイ素（ＳｉＣ）膜である、請求項１に記載の撮像装置。
  7. 　前記第２の絶縁層は、酸化ケイ素（ＳｉＯ2-x）膜、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）膜、酸炭化窒化ケイ素（ＳｉＯＣＮ）膜または炭化窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）膜である、請求項１に記載の撮像装置。
  8. 　前記第３の絶縁膜は、前記第１の絶縁層と同じ材料を用いて形成されている、請求項５に記載の撮像装置。
  9. 　前記第１基板および前記第２基板からなる積層体は、前記第１半導体基板と前記第２半導体基板との間に、層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜内に設けられた第１貫通配線とを有し、
    　前記第１基板および前記第２基板は、前記第１貫通配線によって互いに電気的に接続されている、請求項１に記載の撮像装置。
  10. 　前記層間絶縁膜は、前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層を含む、請求項９に記載の撮像装置。
  11. 　第３半導体基板に、前記画素信号を処理するロジック回路を有する第３基板をさらに有し、
    　前記第１基板、前記第２基板および前記第３基板はこの順に積層されている、請求項９に記載の撮像装置。
  12. 　前記第２基板および前記第３基板は、前記第２基板および前記第３基板がそれぞれ、パッド電極を有する場合には前記パッド電極同士の接合によって、前記第３基板が前記第３半導体基板を貫通する第２貫通配線を有する場合には前記第２貫通配線によって、互いに電気的に接続されている、請求項１１に記載の撮像装置。
  13. 　前記センサ画素は、光電変換素子と、前記光電変換素子と電気的に接続された転送トランジスタと、前記転送トランジスタを介して前記光電変換素子から出力された電荷を一時的に保持するフローティングディフュージョンとを有し、
    　前記読み出し回路は、前記フローティングディフュージョンの電位を所定の電位にリセットするリセットトランジスタと、前記画素信号として、前記フローティングディフュージョンに保持された電荷のレベルに応じた電圧の信号を生成する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタからの前記画素信号の出力タイミングを制御する選択トランジスタとを有する、請求項１２に記載の撮像装置。
  14. 　前記第１基板は、前記第２基板と対向する前記第１半導体基板の一の面側に、前記光電変換素子、前記転送トランジスタおよび前記フローティングディフュージョンが設けられた構成となっており、
    　前記第２基板は、前記第２半導体基板の一の面側に前記読み出し回路が設けられた構成となっており、且つ、前記第１半導体基板の前記一の面側に、前前記第２半導体基板の前記一の面と対向する他の面を向けて前記第１基板に貼り合わされている、請求項１３に記載の撮像装置。
  15. 　前記第３基板は、前記第３半導体基板の前記一の面側に前記ロジック回路が設けられた構成となっており、且つ、前記第２半導体基板の前記一の面側に、前記第３半導体基板の前記一の面と対向する他の面を向けて前記第２基板に貼り合わされている、請求項１４に記載の撮像装置。
  16. 　前記ロジック回路は、ソース電極またはドレイン電極と接する不純物拡散領域の表面に、シリサイドを含んで構成されている、請求項１５に記載の撮像装置。
  17. 　前記転送トランジスタのゲートは、前記第１貫通配線と、前記パッド電極もしくは前記第２貫通配線とを介して、前記ロジック回路に電気的に接続されている、請求項１５に記載の撮像装置。
  18. 　前記第１基板は、前記層間絶縁膜内に、前記第１基板と平行な方向に延在するゲート配線をさらに有し、
    　前記転送トランジスタのゲートは、前記ゲート配線を介して、前記ロジック回路に電気的に接続されている、請求項１５に記載の撮像装置。
  19. 　前記第２基板は、４つの前記センサ画素ごとに前記読み出し回路を有し、
    　複数の前記第１貫通配線は、前記第１基板の面内において第１方向に帯状に並んで配置されている、請求項１３に記載の撮像装置。
  20. 　各前記センサ画素は、前記第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向とに、マトリクス状に配置され、
    　前記第２基板は、
    　前記第２方向に並んで配置された各前記センサ画素の前記転送トランジスタのゲートに電気的に接続された第１制御線と、
    　前記第２方向に並んで配置された各前記リセットトランジスタのゲートに電気的に接続された第２制御線と、
    　前記第２方向に並んで配置された各前記選択トランジスタのゲートに電気的に接続された第３制御線と、
    　前記第１方向に並んで配置された各前記読み出し回路の出力端に電気的に接続された出力線とをさらに有する、請求項１９に記載の撮像装置。
PCT/JP2020/005581 2019-02-20 2020-02-13 撮像装置 WO2020170936A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/430,213 US20220165767A1 (en) 2019-02-20 2020-02-13 Imaging device
JP2021501912A JPWO2020170936A1 (ja) 2019-02-20 2020-02-13 撮像装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-028062 2019-02-20
JP2019028062 2019-02-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020170936A1 true WO2020170936A1 (ja) 2020-08-27

Family

ID=72144973

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/005581 WO2020170936A1 (ja) 2019-02-20 2020-02-13 撮像装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220165767A1 (ja)
JP (1) JPWO2020170936A1 (ja)
TW (1) TW202044333A (ja)
WO (1) WO2020170936A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022138097A1 (ja) * 2020-12-25 2022-06-30 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置およびその製造方法
WO2023095893A1 (ja) * 2021-11-26 2023-06-01 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置及び電子機器
EP4276905A4 (en) * 2021-01-06 2024-05-29 Sony Semiconductor Solutions Corp LIGHT RECEIVING ELEMENT AND DISTANCE MEASURING SYSTEM

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6957559B2 (ja) * 2019-06-24 2021-11-02 キヤノン株式会社 半導体装置および機器
US11735616B2 (en) * 2021-12-29 2023-08-22 Nanya Technology Corporation Optical semiconductor device with integrated dies

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011114326A (ja) * 2009-11-30 2011-06-09 Sony Corp 接合基板の製造方法、接合基板、固体撮像装置の製造方法、固体撮像装置並びにカメラ
WO2011077580A1 (ja) * 2009-12-26 2011-06-30 キヤノン株式会社 固体撮像装置および撮像システム
WO2013190759A1 (ja) * 2012-06-21 2013-12-27 パナソニック株式会社 固体撮像素子及びその製造方法
JP2014022561A (ja) * 2012-07-18 2014-02-03 Sony Corp 固体撮像装置、及び、電子機器
JP2015135938A (ja) * 2013-12-19 2015-07-27 ソニー株式会社 半導体装置、半導体装置の製造方法、及び電子機器
JP2016009739A (ja) * 2014-06-24 2016-01-18 ソニー株式会社 撮像素子、電子機器
JP2018125325A (ja) * 2017-01-30 2018-08-09 パナソニック・タワージャズセミコンダクター株式会社 半導体装置及びその製造方法
WO2018186192A1 (ja) * 2017-04-04 2018-10-11 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置、及び電子機器

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011114326A (ja) * 2009-11-30 2011-06-09 Sony Corp 接合基板の製造方法、接合基板、固体撮像装置の製造方法、固体撮像装置並びにカメラ
WO2011077580A1 (ja) * 2009-12-26 2011-06-30 キヤノン株式会社 固体撮像装置および撮像システム
WO2013190759A1 (ja) * 2012-06-21 2013-12-27 パナソニック株式会社 固体撮像素子及びその製造方法
JP2014022561A (ja) * 2012-07-18 2014-02-03 Sony Corp 固体撮像装置、及び、電子機器
JP2015135938A (ja) * 2013-12-19 2015-07-27 ソニー株式会社 半導体装置、半導体装置の製造方法、及び電子機器
JP2016009739A (ja) * 2014-06-24 2016-01-18 ソニー株式会社 撮像素子、電子機器
JP2018125325A (ja) * 2017-01-30 2018-08-09 パナソニック・タワージャズセミコンダクター株式会社 半導体装置及びその製造方法
WO2018186192A1 (ja) * 2017-04-04 2018-10-11 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置、及び電子機器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022138097A1 (ja) * 2020-12-25 2022-06-30 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置およびその製造方法
EP4276905A4 (en) * 2021-01-06 2024-05-29 Sony Semiconductor Solutions Corp LIGHT RECEIVING ELEMENT AND DISTANCE MEASURING SYSTEM
WO2023095893A1 (ja) * 2021-11-26 2023-06-01 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置及び電子機器

Also Published As

Publication number Publication date
US20220165767A1 (en) 2022-05-26
TW202044333A (zh) 2020-12-01
JPWO2020170936A1 (ja) 2021-12-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230420478A1 (en) Imaging element
WO2020170936A1 (ja) 撮像装置
JP7399105B2 (ja) 固体撮像素子および映像記録装置
WO2020100607A1 (ja) 撮像装置
WO2020100577A1 (ja) 固体撮像装置および電子機器
TWI774113B (zh) 攝像元件及攝像元件之製造方法
WO2020179494A1 (ja) 半導体装置および撮像装置
WO2020241717A1 (ja) 固体撮像装置
JP7472032B2 (ja) 撮像素子および電子機器
WO2020189473A1 (ja) 撮像装置および撮像装置の製造方法ならびに半導体装置
WO2020129712A1 (ja) 撮像装置
WO2022014400A1 (ja) 配線構造およびその製造方法、ならびに撮像装置
WO2022254824A1 (ja) 撮像素子
WO2022014461A1 (ja) 撮像素子
WO2023135934A1 (ja) 撮像素子および撮像素子の製造方法
US20220359602A1 (en) Imaging device
JP2024061777A (ja) 撮像装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20759212

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021501912

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20759212

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1