摄像元件和半导体元件

技术领域

本公开涉及一种摄像元件和半导体元件。

背景技术

迄今为止，通过引入小型化工艺和提高封装密度，已经实现了二维结构的摄像元件的单位像素面积的小型化。近年来，为了进一步减小摄像元件的尺寸并增加像素密度，已经开发了三维结构的摄像元件。在三维结构的摄像元件中，例如，包括多个光电转换部的半导体基板和包括产生与在每个光电转换部获得的电荷水平相对应的电压信号的放大晶体管的半导体基板彼此层叠。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本未审查专利申请公开第2010-245506号

发明内容

然而，在使用布线将下部半导体基板和上部半导体基板连接在一起的情况下，布线的长度变长，增加的寄生电容可能使有效转换变差。这是不仅在摄像元件中而且在整个半导体元件中都可能发生的问题。因此，期望提供一种能够抑制有效转换降低的摄像元件和半导体元件。

根据本公开的实施例的摄像元件包括第一半导体基板和隔着绝缘层层叠在所述第一半导体基板上的第二半导体基板。所述第一半导体基板包括光电转换部和保持从所述光电转换部传输的电荷的电荷保持部。所述第二半导体基板包括产生与保持在所述电荷保持部中的电荷电平相对应的电压信号的放大晶体管。所述放大晶体管包括在与所述第二半导体基板的前表面相交的平面中的沟道区、源极区和漏极区，并且包括隔着栅极绝缘膜与沟道区相对并电耦合到所述电荷保持部的栅极电极。

在根据本公开实施例的摄像元件中，设置了放大晶体管，放大晶体管包括在与所述第二半导体基板的前表面相交的平面中的沟道区、源极区和漏极区，并且包括隔着栅极绝缘膜与沟道区相对并电耦合到所述电荷保持部的栅极电极。这使得可以缩短将放大晶体管和电荷保持部耦合在一起的布线的长度，从而减少寄生电容。

根据本公开实施例的半导体元件包括第一半导体基板，所述第一半导体基板包括第一晶体管或光电转换部；以及第二半导体基板，所述第二半导体基板隔着绝缘层层叠在所述第一半导体基板上，所述第二半导体基板包括第二晶体管。所述第二晶体管包括在与所述第二半导体基板的前表面相交的平面中的沟道区、源极区和漏极区，并且包括隔着栅极绝缘膜与所述沟道区相对并电耦合到所述第一半导体基板的栅极电极。

在根据本公开实施例的半导体元件中，设置了放大晶体管，放大晶体管包括在与所述第二半导体基板的前表面相交的平面中的沟道区、源极区和漏极区，并且包括隔着栅极绝缘膜与沟道区相对并电耦合到所述电荷保持部的栅极电极。这使得可以缩短将第二晶体管和第一半导体基板耦合在一起的布线的长度，从而减少寄生电容。

附图说明

图1示出了根据本公开的实施例的摄像元件的示意性构造的示例。

图2示出了图1的传感器像素和读出电路的电路构造的示例。

图3示出了图1的传感器像素的截面构造的示例。

图4是图3的截面构造的一部分的放大图。

图5示出了沿着图4的Sec1和Sec2的每个截面构造的示例。

图6示出了沿着图4的Sec2的截面构造的变形例。

图7示出了图4的截面构造的变形例。

图8示出了沿着图4的Sec2的截面构造的变形例。

图9示出了图7和图8中的每一个AMP的平面构造示例。

图10示出了图4的截面构造的变形例。

图11示出了沿着图4的Sec2的截面构造的变形例。

图12示出了图11的RST和SEL的垂直方向上的截面构造的示例。

图13示出了沿着图4的Sec2的截面构造的变形例。

图14示出了在图13的RST和SEL的垂直方向上的截面构造的示例。

图15示出了在图13的RST和SEL的垂直方向上的截面构造的示例。

图16示出了图1的传感器像素和读出电路的电路构造的示例。

图17示出了沿着包括图16的电路的摄像元件的Sec2的截面构造的示例。

图18示出了沿着包括图16的电路的摄像元件的Sec2的截面构造的变形例。

图19示出了沿着包括图16的电路的摄像元件的Sec2的截面构造的变形例。

图20示出了沿着包括图16的电路的摄像元件的Sec2的截面构造的变形例。

图21示出了沿着包括图16的电路的摄像元件的Sec2的截面构造的变形例。

图22示出了图4的截面构造的变形例。

图23示出了图4的截面构造的变形例。

图24示出了图1的传感器像素和读出电路的电路构造的变形例。

图25示出了图1的传感器像素和读出电路的电路构造的变形例。

图26示出了图4的截面构造的变形例。

图27示出了图4的截面构造的变形例。

图28示出了图26和图27的两个AMP的平面构造示例。

图29示出了图4的截面构造的变形例。

图30示出了图4的截面构造的变形例。

图31示出了图29和图40的SEL和四个AMP的平面构造示例。

图32示出了图31的平面构造的变形例。

图33示出了图4的截面构造的变形例。

图34示出了图4的截面构造的变形例。

图35示出了图4的截面构造的变形例。

图36示出了图4的截面构造的变形例。

图37示出了图4的截面构造的变形例。

图38示出了图4的截面构造的变形例。

图39示出了图22的截面构造的变形例。

图40示出了图23的截面构造的变形例。

图41示出了图33的截面构造的变形例。

图42示出了图34的截面构造的变形例。

图43示出了图2的电路构造的变形例。

图44示出了具有图43的电路构造的传感器像素的截面构造的变形例。

图45示出了包括根据前述实施例及其变形例中的任一个的摄像元件的摄像系统的示意性构造的示例。

图46示出了图45的摄像系统中的摄像过程的示例。

图47是示出车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。

图48是辅助说明车外信息检测部和摄像部的设置位置的示例的图。

图49是示出内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。

图50是示出摄像头和相机控制单元(CCU)的功能构造的示例的框图。

图51示出了将前述实施例的摄像元件等的构造应用于半导体元件的示例。

图52示出了将前述实施例的摄像元件等的构造应用于半导体元件的示例。

具体实施方式

在下文中，参考附图详细描述本公开的实施例。要注意的是，将以下面的顺序进行描述。

1.实施例(摄像元件)

在垂直平面上形成AMP栅极的示例(图1至图5)

2.变形例(摄像元件)

变形例A：四端子结构的示例(图6)

变形例B：双栅极结构的示例(图7至图9)

变形例C：三栅极结构的示例(图10)

变形例D：在垂直平面中也形成RST和SEL的栅极的示例(图11至图15)。

变形例E：形成FDG的示例(图16至图21)

变形例F：在元件分离部上形成AMP的示例(图22和图23)

变形例G：多个AMP并联耦合，并且FD和AMP通过耦合焊盘耦合的示例(图24至图32)

变形例H：共享FD的示例(图33至图38)

变形例I：AMP的栅极直接耦合至FD的示例(图39至图42)

变形例J：对各个传感器像素依次设置读出电路的示例(图43和图44)

3.应用示例

将根据前述实施例及其变形例的摄像元件应用于摄像系统的示例(图45和图46)

4.实际应用示例

实际应用示例1...将根据前述实施例及其变形例的摄像元件应用于移动体的示例(图47和图48)

实际应用示例2...将根据前述实施例及其变形例的摄像元件应用于手术系统的示例(图49和图50)

5.其他应用示例

将前述实施例的摄像元件等构造应用于半导体元件的示例(图51和图52)

<1.实施例>

[构造]

对根据本公开的实施例的摄像元件1进行描述。摄像元件1是例如包括CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器的背面照明型图像传感器等。摄像元件1接收来自被摄体的光并进行光电转换以生成图像信号，从而拍摄图像。摄像元件1输出与入射光相对应的像素信号。

背面照明型图像传感器是指在入射有来自被摄体的光的受光面与设有诸如驱动各像素的晶体管等的布线的布线层之间设置接收来自被摄体的光并将所接收的光转换成电信号的诸如光电二极管等光电转换部的结构的图像传感器。本公开不限于应用于CMOS图像传感器。

图1示出了根据本公开的实施例的摄像元件1的示意性构造的示例。摄像元件1包括三个基板(第一基板10、第二基板20和第三基板30)。摄像元件1是三维结构的摄像设备，其中三个基板(第一基板10、第二基板20和第三基板30)附接在一起。第一基板10、第二基板20和第三基板30以该顺序层叠。

第一基板10包括像素区域13，在该像素区域13中以矩阵形式布置了多个执行光电转换的传感器像素12。像素区域13形成在半导体基板11上。第二基板20包括多个基于从传感器像素12输出的电荷来输出像素信号的读出电路22。在半导体基板21上形成有多个读出电路22，并且例如为一个传感器像素12分配一个读出电路22。第二基板20包括在行方向上延伸的多条像素驱动线23和在列方向上延伸的多条垂直信号线24。第三基板30包括处理像素信号的逻辑电路32。逻辑电路32形成在半导体基板31上。逻辑电路32包括例如垂直驱动电路33、列信号处理电路34、水平驱动电路35和系统控制电路36。逻辑电路32(具体地，水平驱动电路35)将用于每个传感器像素12的输出电压Vout输出到外部。

垂直驱动电路33以行为单位依次选择例如多个传感器像素12。列信号处理电路34对从垂直驱动电路33选择的行的每个传感器像素12输出的像素信号执行例如相关双采样(Correlated Double Sampling：CDS)处理。列信号处理电路34执行例如CDS处理从而提取像素信号的信号电平并保持与每个传感器像素12的光接收量相对应的像素数据。水平驱动电路35将例如列信号处理电路34中保持的像素数据依次输出到外部。系统控制电路36控制例如逻辑电路32内部的每个块(垂直驱动电路33、列信号处理电路34和水平驱动电路35)的驱动。

图2示出了传感器像素12和读出电路22的示例。在下文中，对如图2所示的四个传感器像素12共享一个读出电路22的情况进行描述。这里，术语“共享”是指四个传感器像素12的输出被输入到共同的读出电路22。

每个传感器像素12具有共同的组件。在图2中，将识别号(1、2、3和4)分配给各个传感器像素12的组件的符号的末端，以便将各个传感器像素12的组件彼此区分开。在下文中，在需要彼此区分各个传感器像素12的组件的情况下，将识别号分配给各个传感器像素12的组件的符号的末端；然而，在不需要彼此区分各个传感器像素12的组件的情况下，省略了各个传感器像素12的组件的符号的末端处的识别号。

每个传感器像素12包括，例如，光电二极管PD、电耦合至光电二极管PD的传输晶体管TR和临时保持从光电二极管PD经由传输晶体管TR传输的电荷的浮动扩散部FD。光电二极管PD对应于本公开的“光电转换部”的具体示例。光电二极管PD执行光电转换以产生与光接收量相对应的电荷。光电二极管PD的阴极电耦合至传输晶体管TR的源极，并且光电二极管PD的阳极电耦合至参考电位线(例如，接地)。传输晶体管TR的漏极电耦合至浮动扩散部FD，传输晶体管TR的栅极电耦合至像素驱动线23。传输晶体管TR例如是CMOS(互补金属氧化物半导体)晶体管。

共享一个读出电路22的各个传感器像素12的浮动扩散部FD彼此电耦合，并且电耦合至共同的读出电路22的输入端。读出电路22包括例如复位晶体管RST、选择晶体管SEL和放大晶体管AMP。注意，根据需要可以省略选择晶体管SEL。复位晶体管RST的源极(读出电路22的输入端)电耦合至浮动扩散部FD，并且复位晶体管RST的漏极电耦合至电源线VDD和放大晶体管AMP的漏极。复位晶体管RST的栅极电耦合至像素驱动线23(参见图1)。放大晶体管AMP的源极电耦合至选择晶体管SEL的漏极，并且放大晶体管AMP的栅极电耦合至复位晶体管RST的源极。选择晶体管SEL的源极(读出电路22的输出端)电耦合至垂直信号线24，选择晶体管SEL的栅极电耦合至像素驱动线23(见图1)。

当传输晶体管TR进入导通状态时，传输晶体管TR将光电二极管PD的电荷传输到浮动扩散部FD。传输晶体管TR的栅极(传输栅极TG)从半导体基板11的前表面延伸贯穿p阱层42以例如达到PD 41的深度，如稍后所述的图3所示。复位晶体管RST将浮动扩散部FD的电位复位为预定电位。当复位晶体管RST处于导通状态时，浮动扩散部FD的电位被复位为电源线VDD的电位。选择晶体管SEL控制来自读出电路22的像素信号的输出定时。放大晶体管AMP生成与浮动扩散部FD中保持的电荷水平相对应的电压的信号作为像素信号。放大晶体管AMP构成源极跟随器型放大器，并输出电压与在光电二极管PD中产生的电荷的水平相对应的像素信号。当选择晶体管SEL进入导通状态时，放大晶体管AMP放大浮动扩散部FD的电位，并经由垂直信号线24向列信号处理电路34输出与该电位对应的电压。复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL分别是例如CMOS晶体管。

注意，选择晶体管SEL可以设置在电源线VDD和放大晶体管AMP之间。在这种情况下，复位晶体管RST的漏极电耦合至电源线VDD和选择晶体管SEL的漏极。选择晶体管SEL的源极电耦合至放大晶体管AMP的漏极，选择晶体管SEL的栅极电耦合至像素驱动线23(见图1)。放大晶体管AMP的源极(读出电路22的输出端)电耦合到垂直信号线24，并且放大晶体管AMP的栅极电耦合到复位晶体管RST的源极。

图3示出了摄像元件1垂直方向的截面构造示例。图3示出了摄像元件1面对传感器像素12的位置的截面构造。图4是摄像元件1中在第一基板10与第二基板20之间的耦合位置的放大图。摄像元件1具有第一基板10、第二基板20、第三基板30依次层叠的构造，其还包括，在第一基板10的背面侧(光入射面侧)的滤色器40和光接收镜头50。例如，为每个传感器像素12分别设置一个滤色器40和一个光接收镜头50。即，摄像元件1是背面照明型的摄像装置。

第一基板10具有绝缘层46层叠在半导体基板11上的构造。绝缘层46对应于本公开的“绝缘层”的具体示例。例如，绝缘层46由诸如SiO

第一基板10(半导体基板11)包括用于每个传感器像素12的光电二极管PD、传输晶体管TR和浮动扩散部FD。第一基板10具有传输晶体管TR和浮动扩散部FD设置在前表面侧(与光入射面相反的一侧；在第二基板20侧)的半导体基板11的部分处的构造。第一基板10(半导体基板11)包括将传感器像素12彼此分开的元件分离部43。元件分离部43形成为沿半导体基板11的法线方向(与半导体基板11的前表面垂直的方向)延伸。元件分离部43设置在彼此相邻的两个传感器像素12之间。元件分离部43将相邻的传感器像素12彼此电隔离。元件分离部43例如由氧化硅构成。例如，元件分离部43贯穿半导体基板11。

第一基板10还包括例如与位于光电二极管PD侧的为元件分离部43的侧表面的表面接触的p阱层44。p阱层44由与光电二极管PD不同的导电类型(具体地，p型)的半导体区域构成。第一基板10还包括例如与半导体基板11的背面接触的固定电荷膜45。为了抑制由于半导体基板11的在受光面侧的界面状态而产生的暗电流的发生，固定电荷膜45带负电。固定电荷膜45例如由具有负固定电荷的绝缘膜形成。这种绝缘膜的材料的示例包括氧化铪、氧化锆、氧化铝、氧化钛和氧化钽。由固定电荷膜45引起的电场在半导体基板11的受光面侧的界面上形成空穴累积层。该空穴累积层抑制了从该界面产生电子。滤色器40设置在半导体基板11的背面侧。滤色器40例如形成为与固定电荷膜45接触，并隔着固定电荷膜45设置在与传感器像素12相对的位置。光接收镜头50例如设置为与滤色器40接触，并且隔着滤色器40和固定电荷膜45设置在与传感器像素12相对的位置处。

第二基板20具有绝缘层52层叠在半导体基板21上的构造。绝缘层52例如由诸如SiO

包括第一基板10和第二基板20的层叠体包括层间绝缘膜51和设置在层间绝缘膜51内部的多个耦合部54。层叠体包括用于每个传感器像素12的一个耦合部54。耦合部54在半导体基板21的法线方向上延伸。第一基板10和第二基板20通过多个耦合部54彼此电耦合。具体地，耦合部54与浮动扩散部FD和放大晶体管AMP的栅极电极74(后述)下端相连，并电耦合到对应的浮动扩散部FD和放大晶体管AMP的栅极电极74。

包括第一基板10和第二基板20的层叠体还包括设置在层间绝缘膜51内部的贯通布线47和48(参见后面描述的图5)。上述层叠体包括用于每个传感器像素12的一条贯通布线47和一条贯通布线48。贯通布线47和48均在半导体基板21的法线方向上延伸，并且被设置为贯穿层间绝缘膜51的包括绝缘层53的位置。第一基板10和第二基板20通过贯通布线47和48彼此电耦合。具体地，贯通布线47电耦合到半导体基板11的p阱层42并且电耦合到第二基板20内部的布线。贯通布线48电耦合到传输栅极TG和像素驱动线23。

第二基板20例如在绝缘层2内部包括多个与读出电路22和半导体基板21电耦合的耦合部59。第二基板20还包括例如在绝缘层52上的布线层56。布线层56包括例如绝缘层57以及设置在绝缘层57内部的多条像素驱动线23和多条垂直信号线24。布线层56在绝缘层57内部还包括，例如，为各个读出电路22一一设置的多条耦合布线55。耦合布线55将放大晶体管AMP的栅极电极74和复位电阻RST的源极彼此电耦合。此处，贯通布线47和48的总数大于第一基板10中包含的传感器像素12的总数，并且是第一基板10中包含的传感器像素12的总数的两倍。另外，贯通布线47、48和耦合部54的总像多于第一基板10所包含的传感器像素12的总数，并且是第一基板10所包含的传感器像素12的总数的三倍。

布线层56还包括例如多个位于绝缘层57内部的焊盘电极58。每个焊盘电极58例如由诸如Cu(铜)或铝(Al)的金属形成。每个焊盘电极58暴露于布线层56的前表面。每个焊盘电极58用于第二基板20和第三基板30之间的电耦合以及用于将第二基板20和第三基板30附接在一起。例如，为各个像素驱动线23和各个垂直信号线24一一设置多个焊盘电极58。这里，焊盘电极58的总数(或焊盘电极58和焊盘电极64(稍后描述)之间的结点总数)小于第一基板10中包括的传感器像素12的总数。

例如，第三基板30具有层间绝缘膜61层叠在半导体基板31上的构造。需要注意的是，如后所述，第三基板30通过前表面侧的面与第二基板20贴合；因此，在描述第三基板30内部的构造时，将要描述的垂直关系与图中的垂直方向相反。半导体基板31由硅基板构成。第三基板30具有在半导体基板31的前表面侧的一部分设置有逻辑电路32的结构。第三基板30还包括例如位于层间绝缘膜61上的布线层62。布线层62包括例如绝缘层63和设置在绝缘层63内部的多个焊盘电极64。多个焊盘电极64与逻辑电路32电耦合。例如，每个焊盘电极64由Cu(铜)形成。每一焊盘电极64暴露于布线层62的前表面。每一焊盘电极64用于第二基板20与第三基板30之间的电耦合以及用于将第二基板20与第三基板30附接在一起。另外，焊盘电极64不一定是多个焊盘电极，甚至一个焊盘电极也能够电耦合到逻辑电路32。第二基板20和第三基板30通过焊盘电极58和64之间的结点而彼此电耦合。即，传输晶体管TR的栅极(传输栅极TG)通过耦合部54和焊盘电极58和64电耦合到逻辑电路32。第三基板30附接到第二基板20，半导体基板31的前表面与半导体基板21的前表面侧相对。

如图3和图4所示，第一基板10和第二基板20通过耦合部54彼此电耦合。另外，如图3所示，第二基板20和第三基板30通过焊盘电极58和64之间的结点而彼此电耦合。这里，读出电路22形成在第二基板20中，逻辑电路32形成在第三基板30中，从而可以形成将第二基板20和第三基板30彼此电耦合的结构，与用于将第一基板10和第二基板20彼此电耦合的结构相比，在用于布置和耦合的触点数量等方面具有更自由的布局。因此，可以使用焊盘电极58和64之间的结点作为用于将第二基板20和第三基板30彼此电耦合的结构。

图5示出了摄像元件1水平方向的截面构造示例。图5的上侧的图示出了沿图3的截面Sec1的截面构造示例，图5的下侧的图示出了沿图3的截面Sec2的截面构造的示例。图5例示了沿第一方向H和第二方向V布置四组2×2的四个传感器像素12的构造。注意，在图5的上侧的截面图中，示出半导体基板11的前表面结构的示例的图叠加在示出沿图3的截面Sec1的截面构造的示例的图上，省略了绝缘层46。另外，在图5的下侧的截面图中，示出半导体基板21的前表面构造的示例的图叠加在示出沿图3的截面Sec2的截面构造的示例的图上。

如图5所示，多个耦合部54、多个贯通布线48和多个贯通布线47在第一基板10的平面中在第一方向H(图5中的水平方向)上呈条状并排布置。注意，图5例示了多个耦合部54、多个贯通布线48和多个贯通布线47在第一方向H上并排布置成两行的情况。第一方向H平行于以矩阵布置的多个传感器像素12的两个布置方向(例如，行方向和列方向)中的一个方向(例如，列方向)。在共享读出电路22的四个传感器像素12中，四个浮动扩散部FD彼此靠近布置，例如在其间插入元件分离部43。例如，在共享读出电路22的四个传感器像素12中，四个传输栅极TG被布置为围绕四个浮动扩散部FD，并且四个传输栅极TG形成环形。即，包括在第一基板10中的多个浮动扩散部FD被同等地划分为多个组。

绝缘层53由沿第一方向H延伸的多个块构成。半导体基板21在第一方向H中延伸，并且由并排布置在与第一方向H正交的第二方向V的多个岛状块21A构成，其中绝缘层53插入它们之间。每个块21A设置有例如多组的复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL。由四个传感器像素12(即，四个浮动扩散部)共享的一个读出电路22由例如面向四个传感器像素12的区域内的复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL构成。由四个传感器像素12共享的一个读出电路22由例如绝缘层53的左相邻块21A内的放大晶体管AMP和绝缘层53的右相邻块21A内的复位体管RST和选择晶体管SEL构成。也就是说，多个读出电路22被同等地划分用于上述相应的组，并且一一分配给上述相应的组。

例如，彼此相邻的四个耦合部54各自与放大晶体管AMP的栅极电极74的下端接触，并且各自电耦合到放大晶体管AMP的栅极电极74。，彼此相邻的四个耦合部54，例如，通过放大晶体管AMP的栅极电极74、耦合布线55和耦合部59各自进一步电耦合到复位晶体管RST的栅极。即，四个浮动扩散部FD经由耦合部54各自连接到栅极电极74的下端，从而电耦合到相应的放大晶体管AMP。应注意，浮动扩散部FD可以直接连接到栅极电极74的下端，从而电耦合到相应的放大晶体管AMP。

接下来，对放大晶体管AMP、复位体体管RST和选择晶体管SEL进行描述。

在本实施例中，例如，如图4和图5所示，复位体管RST和选择晶体管SEL是平面型。同时，如图4和图5所示，放大晶体管AMP包括例如通过相对于半导体基板21选择性蚀刻形成的开口的内表面内的沟道区71、源极区72和漏极区73。即，放大晶体管AMP包括在与半导体基板21的前表面相交的平面内的沟道区71、源极区72和漏极区73。放大晶体管AMP还包括与沟道区71接触的栅极绝缘膜76，并且包括隔着栅极绝缘膜76与沟道区71相对的栅极电极74。即，放大晶体管AMP是垂直栅极型。例如，放大晶体管AMP可以是沟道区71、源极区72和漏极区73具有相同极性的无结晶体管。

栅极电极74例如由杂质掺杂的多晶硅、硅化硅(silicided silicon)或控制功函数的金属材料形成。栅极电极74在平行于形成沟道区71、源极区72和漏极区73的平面的方向(即，半导体基板21的厚度方向)上延伸。也就是说，在放大晶体管AMP中，沟道宽度不限于形成在第一基板10中的传感器像素12的尺寸。栅极电极74还延伸到绝缘层46中。栅极电极74的下端与多个耦合部54接触，并且电耦合到由一个读出电路22共享的多个浮动扩散部FD。即，在不通过布线层56的情况下，在栅极电极74和浮动扩散部FD之间的最短距离处形成电耦合栅极电极74和浮动扩散部FD的布线。

应当注意，在栅极电极74中，与沟道区71相对的部分和耦合到多个耦合部54的部分可以共同形成，或者可以在制造过程中单独形成。在栅极电极74中，与沟道区71相对的部分和耦合到多个耦合部54的部分在制造过程中单独形成的情况下，与沟道区71相对的部分和耦合到多个耦合部54的部分可以由相同的材料形成在栅极电极74中，或者可以通过不同的材料形成在栅极电极74中。

另外，在本实施例中，用于选择性蚀刻的硬掩模75保留在沟道区71的顶表面上，并且硬掩模75不用作栅极绝缘膜。

[制造方法]

接下来，对摄像元件1的制造方法进行描述。

首先，在半导体基板11中形成p阱层42、元件分离部43和p阱层44。接下来，在半导体基板11中形成光电二极管PD、传输晶体管TR和浮动扩散部FD。这允许在半导体基板11中形成传感器像素12。此后，在半导体基板11上形成绝缘层46。

此时，例如，使用光刻或干法蚀刻，以预先在绝缘层46内形成多个耦合部54和栅极电极74的一部分(下文中，称为“栅极电极层74'”)，以与多个耦合部54的上部接触。当除去形成每个耦合部54和栅极电极层74'时产生的多余材料时，例如使用干法蚀刻或CMP。以这种方式，形成第一基板10。

接下来，半导体基板21附接到第一基板10(绝缘层46)上。此时，根据需要使半导体基板21变薄。在这种情况下，半导体基板21的厚度被设定为形成读出电路22所需的膜厚度。此外，在这种情况下，可以进行注入以调节半导体基板21中包含的杂质的浓度。

接下来，在半导体基板21的前表面上形成具有预定图案形状的硬掩模75。随后，在半导体基板21上通过硬掩模75执行干法蚀刻，从而形成放大晶体管AMP的沟道区71。此时，过度蚀刻半导体基板21使得在绝缘层46中的栅极电极层74'的前表面暴露。沟道区71位于形成在半导体基板21中的开口的内表面上。

接下来，通过在半导体基板21中形成的开口的内表面的氧化或成膜形成栅极绝缘膜76。此时，栅极绝缘膜76例如由诸如SiO

接下来，例如，使用诸如掺杂多晶硅、硅化的Si(硅)、W(钨)或Cu(铜)等低电阻材料，在包括剩余导电材料以及栅极电极层74'的前表面的整个前表面上形成膜。随后，例如，使用光刻或干法蚀刻来选择性地去除低电阻材料。这允许形成放大晶体管AMP的栅极电极74等。此时，去除不需要位置上形成的栅极绝缘膜76。

接下来，例如，使用离子注入、固相扩散等来形成放大晶体管AMP的源极区72和漏极区73。这允许放大晶体管AMP的源极区72和漏极区73形成在半导体基板21的开口的侧表面的未涂覆有栅极电极74等的位置上。

接着，形成绝缘层53和52以嵌入放大晶体管AMP等。随后，在绝缘层52的预定位置处设置开口，然后，使用诸如掺杂多晶硅、硅化的Si(硅)、W(钨)或Cu(铜)等低电阻材料，在包括绝缘层52的开口的整个前表面上形成膜。随后，例如，使用光刻或干法蚀刻来选择性地去除低电阻材料。这允许形成多个耦合部9、多个耦合布线55、以及多个贯通布线47和48。

此后，使用常规方法在多个耦合布线55上形成布线层56。这允许形成第二基板20。此外，使用常规方法在半导体基板31上形成层间绝缘膜61和布线层62，然后将第三基板30附接到第二基板20，其中布线层62的一侧面向布线层56。这允许第二基板20和第三基板之间的电耦合。最后，将滤色器40和光接收镜头50附接在第一基板10的背面(受光面)上。用这种方式，制备了本实施例的摄像元件1。

[效果]

下面对本实施例摄像元件1的效果进行说明。

迄今为止，二维结构摄像元件的单位像素面积的小型化是通过引入小型化工艺和改进封装密度来实现的。近年来，为了进一步缩小摄像元件的体积并提高像素密度，开发了三维结构的摄像元件。在三维结构的摄像元件中，例如，包括多个光电转换部的半导体基板和包括产生与在每个光电转换部获得的电荷电平相对应的电压信号的放大晶体管的半导体基板彼此层叠。然而，在使用布线将下半导体基板和上半导体基板耦合在一起的情况下，布线的长度变长，并且寄生电容增加可能会降低有效转换。

同时，在本实施例中，放大晶体管AMP被设置为：在与半导体基板21的前表面相交的平面内包括沟道区71、源极区72和漏极区73，并且还包括隔着栅极绝缘膜76与沟道区71相对且与浮动扩散部FD电耦合的栅极电极74。这使得将放大晶体管AMP和浮动扩散部FD耦合在一起的布线长度更短，从而可以减小寄生电容。结果，可以抑制有效转换的降低。

另外，在本实施例中，栅极电极74在平行于形成沟道区71、源极区72和漏极区73的平面的方向(即半导体基板21的厚度方向)延伸。因此，在放大晶体管AMP中，沟道宽度不限于形成在第一基板10中的传感器像素12的尺寸，从而可以通过增加沟道宽度来降低放大晶体管AMP的导通电阻，这可以实现更低的噪音。另外，在放大晶体管AMP中，能够扩大沟道区，从而能够提高转换效率。

另外，在本实施例中，所述栅极电极74的下端与所述多个耦合部54接触，并电耦合至由一个读出电路22共享的多个浮动扩散部FD。这使得电耦合栅极电极74和浮动扩散部FD的布线可以形成在栅极电极74和浮动扩散部FD之间的最短距离处，而无需穿过布线层56。结果，可以减小布线电容，从而抑制有效转换的降低。

<2.变形例>

以下，对上述实施例的摄像元件1的变形例进行说明。

[变形例A]

在上述实施例中，放大晶体管AMP具有全耗尽型三端(栅极、源极和漏极)器件结构。然而，在上述实施例中，在半导体基板21包括围绕沟道区71、源极区72和漏极区73的阱区25的情况下，例如，如图6所示，第二基板20可以设置有与阱区25接触的耦合部59，并且可以将耦合部59设置为放大晶体管AMP的第四端。在这种情况下，可以通过耦合部59固定阱区25的电位，这使得可以抑制放大晶体管AMP的基板浮动效应并因此抑制特性的分散。

[变形例B]

在根据前述实施例的放大晶体管AMP中，例如，如图7、图8和图9所示，栅极电极74可以具有从平行于半导体基板21的前表面的方向夹住沟道区71的双栅极结构。图9示出了图7的放大晶体管的平面构造示例。此时，放大晶体管AMP例如可以是沟道区71、源极区72和漏极区73具有相同极性的无结晶体管。此外，栅极电极74由从平行于半导体基板21的前表面的方向夹住沟道区71的第一局部电极74A与第二局部电极74B以及电耦合至第一局部电极74A与第二局部电极74B的第三局部电极74C构成。在这种情况下，沟道宽度增加了两倍，从而进一步降低导通电阻并降低噪声。

[变形例C]

在根据前述实施例的放大晶体管AMP中，例如，如图8和图10所示，栅极电极74可以具有从平行于半导体基板21的前表面的方向夹着沟道区71且在与半导体基板21的前表面交叉的方向上隔着栅极绝缘膜76与沟道区71相对的三栅极结构。此时，放大晶体管AMP可以是例如无结晶体管，其中沟道区71、源极区72和漏极区73具有相同的极性。此外，所述栅极电极74由从平行于半导体基板21前表面的方向夹着沟道区71的第一局部电极74A和第二局部电极74B以及电耦合至第一局部电极74A和第二局部电极74B且隔着栅极绝缘膜76与沟道区71相对的第三局部电极74C构成。在这种情况下，阻抗可以增加两倍或更多，从而进一步降低导通电阻。还可以期待进一步的降噪效果。

[变形例D]

在上述实施例和变形例A至C中，例如，如图11和图12所示，复位晶体管RST和选择晶体管SEL也可以各自具有类似于图4中所示的放大晶体管AMP的垂直栅极结构。应当注意的是，图12示出了图11的复位晶体管RST和选择晶体管SEL在垂直方向上的截面构造示例。

复位晶体管RST包括例如在相对于半导体基板21选择性蚀刻形成的开口的内表面内的沟道区81、源极区和漏极区，如图12所示。即，复位晶体管RST包括在与半导体基板21的前表面相交的平面中的沟道区81、源极区和漏极区。复位晶体管RST还包括与沟道区81接触的栅极绝缘膜83，并包括隔着栅极绝缘膜83与沟道区81相对的栅极电极82。需要说明的是，用于选择性刻蚀的硬掩模75保留在沟道区81的顶面上；硬掩模75不用作栅极绝缘膜。

栅极电极82例如由掺杂多晶硅、硅化硅或控制功函数的金属材料形成。栅极电极82沿平行于形成沟道区81、源极区和漏极区的平面的方向(即半导体基板21的厚度方向)延伸。即，在复位晶体管RST中，沟道宽度不限于形成在第一基板10中的传感器像素12的尺寸。

如图12所示，选择晶体管SEL包括例如在通过相对于半导体基板21选择性蚀刻形成的开口的内表面内的沟道区91、源极区和漏极区。即，选择晶体管SEL在与半导体基板21的前表面相交的平面中包括沟道区91、源极区和漏极区。选择晶体管SEL还包括与沟道区91接触的栅极绝缘膜93，并包括隔着栅极绝缘膜93与沟道区91相对的栅极电极92。需要说明的是，用于选择性蚀刻的硬掩模75保留在沟道区91的顶面上；硬掩模75不用作栅极绝缘膜。

栅极电极92例如由掺杂多晶硅、硅化硅或控制功函数的金属材料形成。栅极电极92沿平行于形成沟道区91、源极区和漏极区的平面的方向(即半导体基板21的厚度方向)延伸。即，在选择晶体管SEL中，沟道宽度不限于形成在第一基板10中的传感器像素12的尺寸。

在复位晶体管RST和选择晶体管SEL也分别以该方式具有与图4所示的放大晶体管AMP类似的垂直栅极结构的情况下，放大晶体管AMP、复位晶体管RST和选择晶体管SEL可以在制造过程中通过共同的工艺形成，从而可以简化制造过程。另外，在这种情况下，复位晶体管RST和选择晶体管SEL的栅极电极可以直接耦合到其他布线(例如驱动复位晶体管RST和选择晶体管SEL的布线)。

此外，在上述实施例及变形例A至C中，复位晶体管的RST和选择晶体管SEL也可以分别具有类似于图7所示的放大晶体管AMP的垂直栅极结构，例如，如图13和图14所示。需要注意的是，图14示出了图13的复位晶体管RST和选择晶体管SEL在垂直方向上的截面构造的示例。

如图14所示，复位晶体管RST例如包括在通过相对于半导体基板21选择性蚀刻形成的开口的内表面内的沟道区81、源极区和漏极区。即，复位晶体管RST包括在与半导体基板21的前表面相交的平面中的沟道区81、源极区和漏极区。复位晶体管RST还包括与沟道区81接触的栅极绝缘膜83，并包括隔着栅极绝缘膜83与沟道区81相对的栅极电极82。

栅极电极82具有从平行于半导体基板21前表面的方向夹住沟道区81的双栅极结构。栅极电极82由从平行于半导体基板21的前表面的方向夹住沟道区81的第一局部电极82A和第二局部电极82B以及电耦合至第一局部电极82A和第二局部电极82B的第三局部电极82C构成。在这种情况下，沟道宽度增加了两倍，从而能够进一步降低导通电阻并降低噪声。

选择晶体管SEL包括例如在通过相对于半导体基板21选择性蚀刻形成的开口的内表面内的沟道区91、源极区和漏极区，如图14所示。即，选择晶体管SEL在与半导体基板21的前表面相交的平面中包括沟道区91、源极区和漏极区。选择晶体管SEL还包括与沟道区91接触的栅极绝缘膜93，并且包括隔着栅极绝缘膜93与沟道区91相对的栅极电极92。

栅极电极92具有从平行于半导体基板21前表面的方向夹住沟道区91的双栅极结构。栅极电极92由从平行于半导体基板21前表面的方向夹住沟道区91的第一局部电极92A和第二局部电极92B以及电耦合至第一局部电极92A和第二局部电极92B的第三局部电极92C构成。在这种情况下，沟道宽度增加了两倍，从而能够进一步降低导通电阻并降低噪声。

在复位晶体管RST和选择晶体管SEL以该方式也具有与图7所示的双栅极型放大晶体管AMP类似的结构的情况下，放大晶体管AMP、复位晶体管RST和选择晶体管SEL能够在制造过程中通过共同工艺形成，从而能够简化制造工艺。另外，在这种情况下，复位晶体管RST和选择晶体管SEL的栅极电极可以直接耦合到其他布线(例如驱动复位晶体管RST和选择晶体管SEL的布线)。

另外，在上述实施例和变形例A至C中，复位晶体管RST和选择晶体管SEL也可以各自具有类似于图10所示的放大晶体管AMP的垂直栅极结构，例如，如图13和图15所示。应当注意，图15示出了图13的复位晶体管RST和选择晶体管SEL在垂直方向上的截面构造的示例。

如图15所示，复位晶体管RST例如包括在通过相对于半导体基板21选择性蚀刻形成的开口的内表面内的沟道区81、源极区和漏极区。即，复位晶体管RST包括在与半导体基板21的前表面相交的平面中的沟道区81、源极区和漏极区。复位晶体管RST还包括与沟道区81接触的栅极绝缘膜83，并包括隔着栅极绝缘膜83与沟道区81相对的栅极电极82。

栅极电极82可以具有从平行于半导体基板21的前表面的方向夹住沟道区81并在与半导体基板21的前表面相交的方向隔着栅极绝缘膜83与沟道区81相对的三栅极结构。栅极电极82由从平行于半导体基板21的前表面的方向夹住沟道区81的第一局部电极82A和第二局部电极82B以及电耦合至第一局部电极82A和第二局部电极82B并隔着栅极绝缘膜83与沟道区81相对的第三局部电极82C构成。在这种情况下，沟道宽度能够增加两倍或更多，从而能够进一步降低导通电阻。还可以期待进一步的降噪效果。

如图15所示，选择晶体管SEL包括例如在通过相对于半导体基板21选择性蚀刻形成的开口的内表面内的沟道区91、源极区和漏极区。即，选择晶体管SEL在与半导体基板21的前表面相交的平面中包括沟道区91、源极区和漏极区。选择晶体管SEL还包括与沟道区91接触的栅极绝缘膜93，并包括隔着栅极绝缘膜93与沟道区91相对的栅极电极92。

栅极电极92可具有从平行于半导体基板21的前表面的方向夹住沟道区91并在与半导体基板21的前表面相交的方向上隔着栅极绝缘膜93与沟道区91相对的三栅极结构。栅极电极92由从平行于半导体基板21的前表面的方向夹住通道区91的第一局部电极92A和第二局部电极92B以及电耦合至第一局部电极92A和第二局部电极92B并隔着栅极绝缘膜93与沟道区81相对的第三局部电极92C构成。在这种情况下，沟道宽度能够增加两倍或更多，从而能够进一步降低导通电阻。还可以期待进一步的降噪效果。

在复位晶体管RST和选择晶体管SEL以该方式也各自具有与放大晶体管AMP类似的结构的情况下，放大晶体管AMP、复位晶体管RST和选择晶体管SEL能够在制造过程中通过共同的工艺形成，从而可以简化制造过程。另外，在这种情况下，复位晶体管RST和选择晶体管SEL的栅极电极可以直接耦合到其他布线(例如驱动复位晶体管RST和选择晶体管SEL的布线)。

[变形例E]

在前述实施例和变形例A至D中，摄像元件1可以包括FD传输晶体管FDG，例如，如图16所示。在这种情况下，FD传输晶体管FDG例如设置在复位晶体管RST的源极和放大晶体管AMP的栅极之间。

FD传输晶体管FDG用于切换转换效率。一般来说，在暗处拍摄时，像素信号较小。在Q＝CV的基础上进行电荷-电压转换时，浮动扩散部FD(FD电容C)电容较大，则放大晶体管AMP转换为电压时的V较小。同时，在较亮的位置，像素信号变大，因此除非FD电容C大，否则浮动扩散部FD无法接收光电二极管PD的电荷。此外，FD电容C需要大以不允许放大晶体管AMP转换为电压时的V太大(换言之，允许V小)。考虑到这一点，当FD传输晶体管FDG导通时，FD传输晶体管FDG的栅极电容增加，因此总FD电容C增加。同时，当FD传输晶体管FDG截止时，总FD电容C变小。以此方式，切换FD传输晶体管FDG的导通/截止以允许FD电容C可变，从而可以切换转换效率。

在前述实施例中，FD传输晶体管FDG具有与复位晶体管RST和选择晶体管SEL共同的构造(平面型)，例如，如图17所示。此外，在前述变形例A中，FD传输晶体管FDG具有与复位晶体管RST和选择晶体管SEL共同的构造(平面型)，例如，如图18所示。此外，在前述变形例B和C中，FD传输晶体管FDG具有与复位晶体管RST和选择晶体管SEL共同的构造(平面型)，例如，如图19所示。此外，在前述变形例D中，FD传输晶体管FDG具有与放大晶体管AMP共同的构造(垂直栅极型)，例如，如图20和图21所示。

[变形例F]

在前述实施例和变形例A至E中，放大晶体管AMP可以形成在与元件分离部43相对的位置，例如，如图22和图23所示。在这种情况下，当放大晶体管AMP具有上述双栅极结构或三栅极结构时，第一局部电极74A和第二局部电极74B中的每个可以与一个或多个耦合部54耦合，并能通过一个或多个耦合部54与一个或多个浮动扩散部FD电耦合。即，四个浮动扩散部FD通过耦合部54分别与第一局部电极74A或第二局部电极74B的下端相连，从而与相应的放大晶体管AMP电耦合。注意，浮动扩散部FD可以直接与第一局部电极74A或第二局部电极74B的下端相连，从而与对应的放大晶体管AMP电耦合。结果，通过放大晶体管AMP的栅极电极74，即可实现多个浮动扩散部FD的电耦合，从而消除了单独设置布线的需要。因此，可以减少寄生电容。结果，可以抑制有效转换的降低。

另外，在本变形例中，所述多个浮动扩散部FD与第一局部电极74A和第二局部电极74B中的一个接触，从而与相应的放大晶体管AMP电耦合。这使得通过放大晶体管AMP的栅极电极74可以将多个浮动扩散部FD电耦合，从而消除了单独设置布线的需要。因此，可以减少寄生电容。结果，可以抑制有效转换的降低。

另外，在本变形例中，与放大晶体管AMP形成在不与元件分离部43相对的位置的情况相比，可以在半导体基板21中的与元件分离部43不相对的位置形成放大晶体管AMP以外的元件。结果，可以提高半导体基板21的集成度，从而能够减小摄像元件1的尺寸。

【变形例G】

在前述实施例和变形例A至F中，读出电路22可以包括彼此并联耦合的多个放大晶体管AMP，例如，如图24、图25、图26、图27和图28所示。短语“彼此并联耦合的多个放大晶体管AMP”可以被解释为一个放大晶体管AMP，其包括在预定方向上并排布置的多组沟道区71、源极区72和漏极区73，并且栅极电极74隔着栅极绝缘膜76与各沟道区71相对设置。图26示出了两个双栅极型放大晶体管AMP彼此并联耦合的示例，并且图27示出了两个三栅极型放大晶体管AMP彼此并联耦合的示例。图28示出了图26和图27所示的彼此并联耦合的两个放大晶体管AMP的平面构造示例。在彼此并联耦合的两个放大晶体管AMP中，一个放大晶体管AMP和另一个放大晶体管AMP共享第一局部电极74A，如图28所示。

在这种情况下，读出电路22可以包括为上述各个组一一分配的多个耦合焊盘77。在这种情况下，所述多个浮动扩散部FD还可以通过上述各组中耦合焊盘77与相应的放大晶体管AMP电耦合。与将耦合部59耦合到浮动扩散部FD的情况相比，这使得可以减小浮动扩散部FD的尺寸。因此，可以减小摄像元件1的尺寸。

在根据本变形例的读出电路22中，包括彼此并联耦合的多个放大晶体管AMP的多组放大晶体管组可以通过例如耦合布线55彼此并联耦合，如图29、图30、图31、图32所示。图29示出了两组双栅极型放大晶体管组并联耦合的示例，图30示出了两组三栅极型放大晶体管组彼此并联耦合的示例。图31示出了图29和图30中所示的放大晶体管组和选择晶体管SEL的平面构造示例。图32示出了图31的平面构造的变形例。图32示出了代替图31的平面型选择晶体管SEL设置垂直栅极型选择晶体管SEL的情况下的平面构造示例。如图31和图32所示，两个放大晶体管组和选择晶体管SEL形成在彼此分离的块21A中。

在这种情况下，能够容易地增加属于上述组的传感器像素12(浮动扩散部FD)的数量。根据前述实施例和变形例A至F中的任一个的读出电路22能够由例如2×4像素而不是2×2像素共享。

[变形例H]

在根据前述实施例和变形例A至G中的任一个的读出电路22中，元件分离部43可以形成为不贯穿半导体基板11并且不从半导体基板11的受光面(背面)到达半导体基板11的顶面(形成浮动扩散部FD等的表面)的深度，例如，如图33、图34、图35、图36、图37和图38所示。图33示出了两组双栅极型放大晶体管组彼此并联耦合的示例，并且图34示出了两组三栅极型放大晶体管组彼此并联耦合的示例。图35例示了双栅极型放大晶体管AMP的第一局部电极74A和第二局部电极74B都与浮动扩散部FD接触的情况，图36例示了三栅极型放大晶体管AMP的第一局部电极74A和第二局部电极74B都与浮动扩散部FD接触的情况。图37示出了两组双栅极型放大晶体管组彼此并联耦合的示例，并且图38示出了两组三栅极型放大晶体管组彼此并联耦合的示例。

在这样的情况下，多个光电二极管PD中彼此相邻的多个光电二极管PD能够共享浮动扩散部FD。此时，为多个光电二极管PD所共享的每一个浮动扩散部FD均等划分多个放大晶体管AMP，并将多个放大晶体管AMP一一分配给多个光电二极管PD所共享的各自的浮动扩散部FD。此外，栅极电极74与多个光电二极管PD共享的浮动扩散部FD电耦合。这使得与不共享浮动扩散部FD的情况相比，可以提高半导体基板11的集成度，从而能够减小摄像元件1的尺寸。

[变形例I]

在根据前述实施例和变形例A至H中的任一个的读出电路22中，放大晶体管AMP的栅极电极74可以与浮动扩散部FD直接接触，例如，如图39、图40、图41、图42所示。此时，放大晶体管AMP的栅极电极74沿层叠方向延伸，并且放大晶体管AMP的栅极电极74的下端与浮动扩散部FD直接接触。注意，图39示出了图22中所示的截面构造的变形例。图40示出了图23中所示的截面构造的变形例。图41示出了图33中图示的截面构造的变形例。图42示出了图34中所示的截面构造的变形例。在这种情况下，可以省略将放大晶体管AMP的栅极电极74和浮动扩散部FD耦合在一起的耦合部54，从而可以通过省略耦合部54来减少制造步骤。此外，浮动扩散部FD到放大晶体管AMP的栅极电极74的振动传输距离缩短，这使得信号传输速度更快，从而实现降噪。

[变形例J]

在根据前述实施例和变形例A至I中的任一个的读出电路22中，可以为每个传感器像素12设置一个读出电路22，例如，如图43所示。在这种情况下，放大晶体管AMP的栅极电极74可以与浮动扩散部FD直接接触，例如，如图44所示。此时，放大晶体管AMP的栅极电极74在层叠方向延伸，放大晶体管AMP的栅极电极74的下端与浮动扩散部FD直接接触。在这种情况下，可以省略将放大晶体管AMP的栅极电极74和浮动扩散部FD耦合在一起的耦合部54，从而可以通过省略耦合部54来减少制造步骤。此外，浮动扩散部FD到放大晶体管AMP的栅极电极74的振动传输距离缩短，这使得信号传输更快，从而实现降噪。

[变形例K]

在根据前述实施例和变形例A至J中任一个的第二基板20中，能够构造读出电路22的放大晶体管AMP、复位晶体管RST和选择晶体管SEL形成在同一半导体基板21中。然而，在根据前述实施例和变形例A至J中的任一个的第二基板20中，例如，包括在读出电路22中的至少一个晶体管可以形成在半导体基板21中，其余的晶体管可以形成在不同于半导体基板11和21的半导体基板21A中。此时，虽然没有给出其说明，但是，例如，第二基板20可以通过在半导体基板21上形成绝缘层52和57、耦合部59和耦合布线55，并进一步层叠半导体基板21A而形成。半导体基板21A以相对于层间绝缘膜51的位置关系层叠在与半导体基板11侧相反的一侧的区域内，从而能够形成期望的晶体管。作为示例，放大晶体管AMP可以形成在半导体基板21中，并且复位晶体管RST和/或选择晶体管SEL可以形成在半导体基板21A中。

另外，可以为根据前述实施例和变形例A至J中的任一个的第二基板20设置多个新的半导体基板，并且可以为其每个提供包括在读出电路22中的期望的晶体管。作为示例，放大晶体管AMP可以形成在半导体基板21中。进一步地，绝缘层、耦合部和耦合布线层叠在半导体基板21上，并且半导体基板21A被层叠在其上，从而能够形成半导体基板21A中的复位晶体管RST。在半导体基板21A上层叠绝缘层、耦合部和耦合布线，并在其上层叠半导体基板21B，从而能够在半导体基板21B中形成选择晶体管SEL。待在半导体基板21、21A和21B中形成的晶体管可以是构成读出电路22的任何晶体管。

以这种方式，通过在第二基板20中设置多个半导体基板，能够减少一个读出电路22占用的半导体基板21的面积。能够减小每个读出电路22的面积或者使每个晶体管小型化也能够减小芯片的面积。此外，可以扩大能够构造读出电路22的放大晶体管AMP、复位晶体管RST和选择晶体管SEL中的期望晶体管的面积。特别地，还可以通过扩大放大晶体管AMP的面积来期待降噪效果。

<3.应用示例>

图45示出了包括根据前述实施例及其变形例中的任一个的摄像元件1的摄像系统2的示意性构造的示例。

摄像系统2是电子装置，例如包括诸如数码相机或摄像机等摄像装置，或者诸如智能电话或平板型终端等便携式终端装置。摄像系统2包括例如根据前述实施例及其变形例中的任一个的摄像元件1、光学系统141、快门设备142、控制电路143、DSP电路144、帧存储器145、显示单元146、存储单元147、操作单元148和电源单元149。在摄像系统2中，根据前述实施例及其变形例中的任一个的摄像元件1、DSP电路144、帧存储器145、显示单元146、存储单元147、操作单元148和电源单元149通过总线150相互耦合。

光学系统141由一个或多个镜头构成，将来自被摄体的光线(入射光)引导至摄像元件1，以在摄像元件1的受光面上成像。快门设备142设置在光学系统141和摄像元件1之间，在控制电路143的控制下控制摄像元件1的光照和遮光周期。摄像元件1响应于通过光学系统141和快门设备142在受光面上成像的光线，在一定时间内积累信号电荷。根据从控制电路143提供的驱动信号(时序信号)，在摄像元件1中累积的信号电荷作为像素信号(图像数据)被传送到DSP电路144。即，摄像元件1接收通过光学系统141和快门设备142入射的图像光(入射光)，并将与接收到的图像光(入射光)对应的像素信号输出到DSP电路144。控制电路143输出驱动信号控制摄像元件1的传输操作和快门设备142的快门操作，从而驱动摄像元件1和快门设备142。

DSP电路144是对摄像元件1输出的像素信号(图像数据)进行处理的信号处理电路。帧存储器145以帧为单位临时保存DSP电路144处理后的图像数据。显示单元146例如包括诸如液晶面板或有机EL(Electro Luminescence，电致发光)面板等面板型的显示设备，并显示摄像元件1拍摄的动态图像或静态图像。存储元件147将摄像元件1拍摄的动态图像或静态图像的图像数据记录在诸如半导体存储器或硬盘的记录介质中。操作单元148根据用户的操作发出针对摄像系统2的各种功能的操作命令。电源单元149适当地向为供给目标的摄像元件1、DSP电路144、帧存储器145、显示单元146、存储单元147和操作单元148提供用于操作的各种类型的电源。

下面对摄像系统2中的摄像过程进行说明。

图46示出了摄像系统2中的摄像操作的流程图的示例。用户通过操作操作单元148来指示开始摄像(步骤S101)。然后，操作单元148向控制电路143传输摄像命令(步骤S102)。控制电路143接收到摄像命令后，开始控制快门设备142和摄像元件1。摄像元件1(具体为系统控制电路32d)在控制电路143的控制下，按照预定的摄像方式执行摄像(步骤S103)。快门设备142在控制电路143的控制下控制摄像元件1的光照和遮光周期。

摄像元件1将通过摄像获得的图像数据输出到DSP电路144。如在此使用的，图像数据是指针对基于临时保持在浮动扩散部FD中的电荷产生的所有像素的像素信号的数据。DSP电路144根据从摄像元件1输入的图像数据执行预定的信号处理(例如降噪处理等)(步骤S104)。DSP电路144使帧存储器145保持已经过预定的信号处理的图像数据，并且帧存储器145使存储单元147存储图像数据(步骤S105)。这样就完成了摄像系统2中的摄像。

在本应用示例中，根据前述实施例及其变形例的摄像元件1适用于摄像系统2。这使得摄像元件1的尺寸更小，清晰度更高，从而使其可以提供小的或高清晰度的摄像系统2。

<4.实际应用示例>

[实际应用示例1]

根据本公开的实施例的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开的实施例的技术可以以将被安装到任何种类的移动体的装置的形式来实现。移动体的非限制示例可以包括汽车、电动车辆、混合动力电动车辆、摩托车、自行车、任何个人移动设备、飞机、无人驾驶飞行器(无人机)、船只和机器人。

图47是示出作为能够应用根据本公开实施例的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构造示例的框图。

车辆控制系统12000包括通过通信网络12001相互连接的多个电子控制单元。在图47所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和集成控制单元12050。此外，微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络接口(I/F)12053被图示为集成控制单元12050的功能性构造。

驱动系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驱动系统有关的设备的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作如下各设备的控制装置：例如内燃机或驱动电机等产生车辆的驱动力的驱动力产生设备、用于将驱动力传递给车轮的驱动力传递机构、用于调节车辆的转向角的转向机构、用于产生车辆的制动力的制动设备。

车身系统控制单元12020根据各种程序控制设置于车身的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元12020用作用于无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗设备；或各种灯(如前照灯、倒车灯、刹车灯、转向信号灯或雾灯等)的控制设备。在这种情况下，从代替钥匙的移动设备发送的无线电波或各种开关的信号能够被输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁设备、电动车窗设备、灯等。

车外信息检测单元12030检测关于包括车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与摄像部12031连接。车外信息检测单元12030使摄像部12031拍摄车辆外部的图像，并接收所拍摄的图像。基于接收到的图像，车外信息检测单元12030可以对诸如人、车辆、障碍物、标志、路面上的文字等物体执行检测处理，或者执行检测到其距离的处理。

摄像部12031是接收光并且输出与接收的光的光量相对应的电信号的光学传感器。摄像部12031可以将电信号输出为图像，或者可以将电信号输出为与所测距离相关的信息。另外，由摄像部12031接收的光可以是可见光，或者可以是红外线等非可见光。

车内信息检测单元12040检测与车辆内部相关的信息。车内信息检测单元12040例如与检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部12041连接。驾驶员状态检测部12041例如包括对驾驶员进行摄像的相机。基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的专注程度，或者可以确定驾驶员是否在打瞌睡。

微型计算机12051可以基于通过车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆内部或外部的信息来计算驱动力产生设备、转向机构或制动设备的控制目标值，并向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)功能的协同控制，该功能包括车辆的碰撞避免或撞击减轻、基于跟随距离的跟随驾驶、定速巡航、车辆碰撞预警、车辆偏离车道预警等。

另外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆外部或内部的信息通过控制驱动力产生设备、转向机构、制动设备来执行旨在用于自动驾驶的协同控制，以使车辆不依赖于驾驶员的操作而自主地行驶。

另外，微型计算机12051可以基于车外信息检测单元12030获得的关于车辆外部的信息将控制命令输出到车身系统控制单元12020。例如，微型计算机12051例如可以根据由车外信息检测单元12030检测到的在前车辆或对向驶来的车辆的位置，通过控制前照灯将远光灯改变为近光灯，进行旨在防止眩光的协同控制。

声音/图像输出部12052将声音和图像中的至少一者的输出信号传输到能够在视觉上或听觉上将信息通知给车辆的乘员或车辆的外部的输出设备。在图47的示例中，音频扬声器12061、显示部12062和仪表盘12063被示为输出设备。显示部12062可以例如包括车载显示器和平视显示器中的至少之一。

图48是示出摄像部12031的安装位置的示例的图。

在图48中，摄像部12031包括摄像部12101、12102、12103、12104和12105。

摄像部12101、12102、12103、12104和12105例如设置在车辆12100的前鼻、后视镜、后保险杠和后门上的位置以及在车辆内部的挡风玻璃上部的位置。设置在前鼻的摄像部12101和设置在车辆内部的挡风玻璃的上部的摄像部12105主要获得车辆12100的前部的图像。设置在后视镜的摄像部12102和12103主要获得车辆12100侧面的图像。设置在后保险杠或后门上的摄像部12104主要获得车辆12100后部的图像。设置在车辆内部的挡风玻璃的上部的摄像部12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志或车道等。

顺便提及地，图48示出了摄像部12101至12104的拍摄范围的示例。摄像范围12111表示设置在前鼻的摄像部12101的摄像范围。摄像范围12112和12113分别表示设置在后视镜的摄像部12102和12103的摄像范围。摄像范围12114表示设置在后保险杠或后门的摄像部12104的摄像范围。例如，通过叠加由摄像部12101至12104拍摄的图像数据来获得从上方观看的车辆12100的鸟瞰图像。

摄像部12101至12104中的至少一个可以具有获得距离信息的功能。例如，摄像部12101至12104中的至少一个可以是由多个摄像元件构成的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的摄像元件。

例如，微型计算机12051可以基于从摄像部12101至12104获得的距离信息来确定到摄像范围12111至12114内的各个三维物体的距离以及该距离随时间的变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而提取特别是在车辆12100的行进路径上的并且在与车辆12100基本相同的方向上以预定速度(例如等于或大于0公里/小时)行进的最近的三维物体作为前方车辆。此外，微型计算机12051可以预先设置要保持在前方车辆之前的跟随距离，并且执行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随开始控制)等。因此，能够执行旨在用于自动驾驶的协同控制，该协同控制使车辆自主地行驶而无需依赖驾驶员等的操作。

例如，微型计算机12051可以基于从摄像部12101至12104获得的距离信息将关于三维物体的三维物体数据分类为两轮车、标准车辆、大型车辆、行人、电线杆以及其他三维物体的三维物体数据，提取分类后的三维物体数据，并将提取的三维物体数据用于自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以视觉识别的障碍物以及车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定表示与各个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或大于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，并通过驱动系统控制单元12010进行强制减速或回避转向。微型计算机12051由此能够辅助驾驶以避免碰撞。

摄像部12101至12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。微型计算机12051可以例如通过确定摄像部12101至12104所拍摄的图像中是否存在行人来识别行人。这种行人的识别例如通过如下过程来进行：提取作为红外摄像机的摄像部12101至12104的拍摄图像中的特征点；以及通过对表示对象的轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理来判定是否是行人。当微型计算机12051判定在摄像部12101至12104所拍摄图像中有行人并因此识别出行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062显示用于强调的正方形轮廓线，以使其叠加在识别出的行人上。声音/图像输出部12052还可以控制显示部12062，使得表示行人的图标等显示在期望的位置。

上文已经给出了可以应用根据本公开的实施例的技术的移动体控制系统的一个示例的描述。根据本公开的实施例的技术可以应用于上述构造的组件中的摄像部12031。具体地，根据前述实施例及其变形例中的任一个的摄像元件1适用于摄像部12031。根据本公开的实施例的技术应用于摄像部12031使得能够抑制摄像部12031的有效转换的降低，从而使得可以提供具有高图像质量的移动体控制系统。

[实际应用示例2]

图49是示出能够应用根据本公开的实施例的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性构造的示例的视图。

在图49中，示出外科医生(医师)11131正在使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132进行手术的状态。如图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、例如气腹管11111和能量装置11112等其它手术工具11110、支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120以及其上装载用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。

内窥镜11100包括镜筒11101，该镜筒具有从其远端起预定长度的区域以插入患者11132的体腔中；以及连接到该镜筒11101的近端的摄像头11102。在所示示例中，示出了内窥镜11100，其包括具有刚性镜筒11101的刚性内窥镜。然而，内窥镜11100也可以被构造为具有柔性镜筒11101的柔性内窥镜。

镜筒11101在其远端具有开口，在该开口中安装有物镜。光源装置11203连接到内窥镜11100，使得由光源装置11203产生的光通过在镜筒11101内部延伸的光导被引入到镜筒11101的远端，并且通过物镜朝着患者11132的体腔中的观察目标照射。注意，内窥镜11100可以是前视内窥镜、或者可以是斜视内窥镜或侧视内窥镜。

光学系统和图像拾取元件设置在摄像头11102的内部，以使得来自观察目标的反射光(观察光)通过光学系统而被会聚在图像拾取元件上。通过图像拾取元件对观察光进行光电转换，以产生与观察光相对应的电信号，即，与观察图像相对应的图像信号。图像信号作为RAW数据(原始数据)被传输到CCU 11201。

CCU 11201包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等，并且整体地控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。此外，CCU 11201接收来自摄像头11102的图像信号，并例如针对该图像信号执行诸如显影处理(去马赛克处理)等各种图像处理，用于显示基于图像信号的图像。

在CCU 11201的控制下，显示装置11202在其上显示基于由CCU1121进行了图像处理的图像信号的图像。

例如，光源装置11203包括诸如发光二极管(LED)等光源，并且在对手术区域摄像时向内窥镜11100提供照射光。

输入装置11204是用于内窥镜手术系统11000的输入接口。用户可以通过输入装置11204向内窥镜手术系统11000输入各种信息或指令。例如，用户能够输入指令等以改变内窥镜11100的摄像条件(照射光的类型、放大率、焦距等)。

处理工具控制装置11205控制能量装置11112的驱动，以进行组织的烧灼或切割、血管的密封等。气腹装置11206通过气腹管11111将气体送到患者11132的体腔中以使体腔膨胀，从而确保内窥镜11100的视野并确保外科医生的工作空间。记录器11207是能够记录与手术有关的各种信息的装置。打印机11208是能够打印诸如文本、图像或图形等各种形式的与手术有关的各种信息的装置。

注意，当对手术部位进行拍摄时，向内窥镜11100提供照射光的光源装置1203可以包括白光源，该白光源例如包括LED、激光光源或由其组合。在白光源包括红、绿和蓝(RGB)激光光源的组合的情况下，由于可以针对每种颜色(每种波长)以较高的精度控制输出强度和输出时序，因此，光源装置11203可以执行所拍摄图像的白平衡的调节。此外，在这种情况下，如果来自各个RGB激光源的激光束以时分的方式照射在观察目标上，并且与照射时序同步地控制摄像头11102的图像拾取元件的驱动。那么还能够以时分的方式拍摄分别对应于R、G和B颜色的图像。根据该方法，即使没有为图像拾取元件设置滤色器，也可以获得彩色图像。

此外，可以控制光源装置11203，从而改变每预定时间要输出的光强度。通过与光强度的变化的时序同步地控制摄像头11102的图像拾取元件的驱动，从而以时分方式获取图像并合成图像，能够创建高动态范围的图像，这样的图像没有曝光不足的阴影遮挡和曝光过度的高亮。

此外，光源装置11203可以被构造为提供准备用于特殊光观察的预定波长带的光。在特殊光观察中，例如，通过利用身体组织中的光的吸收的波长依赖性，照射带域比普通观察时的照射光(即，白光)更窄的光，执行以高对比度对诸如黏膜表层部分的血管等预定组织进行摄像的窄带观察(窄带摄像)。可替代地，在特殊光观察中，可以执行通过照射激发光而产生的荧光来获取图像的荧光观察。在荧光观察中，可以通过将激发光照射到人体组织上来观察来自人体组织的荧光(自发荧光观察)，或者通过将诸如吲哚花菁绿(ICG)等试剂局部注入到人体组织中并在人体组织上照射与试剂的荧光波长相对应的激发光来获得荧光图像。如上所述，光源装置11203可以被构造为提供适于特殊光观察的窄带光和/或激发光。

图50是示出图49中所示的摄像头11102和CCU 11201的功能构造的示例的框图。

摄像头11102包括镜头单元11401、图像拾取单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和摄像头控制单元11405。CCU 11201包括通信单元11411、图像处理单元11412和控制单元11413。摄像头11102和CCU11201通过传输电缆11400相互连接以进行通信。

镜头单元11401是光学系统，设置在与镜筒11101的连接位置。从镜筒11101的远端入射的观察光被引导至摄像头11102，并被引入到镜头单元11401中。镜头单元11401包括多个镜头(包括变焦镜头和聚焦镜头)的组合。

图像拾取单元11402所包括的图像拾取元件的数量可以是一个(单板型)或多个(多板型)。在将图像拾取单元11402构造为多板型的情况下，例如，通过图像拾取元件生成分别与R、G和B相对应的图像信号，并且可以合成图像信号以获得彩色图像。图像拾取单元11402还可以被构造为具有用于获取准备用于三维(3D)显示的右眼图像信号和左眼图像信号的一对图像拾取元件。如果执行3D显示，则外科医生11131可以更准确地掌握手术区域中生物体组织的深度。要注意，在图像拾取单元11402被构造为多板型的情况下，与各个图像拾取元件对应地设置多个镜头单元11401系统。

此外，图像拾取单元11402可以不必设置在摄像头11102上。例如，图像拾取单元11402可以在镜筒11101内部被设置为紧接在物镜之后。

驱动单元11403包括致动器，并且在摄像头控制单元11405的控制下，使镜头单元11401的变焦镜头和聚焦镜头沿光轴移动预定距离。因此，可以适当地调整由图像拾取单元11402拍摄图像的放大率和焦点。

通信单元11404包括用于向CCU 11201传输各种信息以及从CCU11201接收各种信息的通信装置。通信单元11404将从图像拾取单元11402获取的图像信号作为RAW数据通过传输电缆11400传输至CCU11201。

另外，通信单元11404从CCU 11201接收用于控制摄像头11102的驱动的控制信号，并将该控制信号提供给摄像头控制单元11405。例如，该控制信号包括与摄像条件有关的信息，诸如，指定被摄图像的帧率的信息、指定图像拍摄时的曝光值的信息和/或指定拍摄图像的放大率和焦点的信息。

应当注意，诸如帧率、曝光值，放大率或焦点之类的摄像条件可以由用户指定或者可以由CCU 11201的控制单元11413基于获取的图像信号来自动设置。在后一种情况下，内窥镜11100内置有自动曝光(AE)功能、自动聚焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能。

摄像头控制单元11405基于通过通信单元11404接收的来自CCU11201的控制信号来控制摄像头11102的驱动。

通信单元11411包括用于向摄像头11102传输各种信息以及从摄像头11102接收各种信息的通信装置。通信单元11411通过传输电缆11400接收从摄像头11102向其传输的图像信号。

此外，通信单元11411将用于控制摄像头11102的驱动的控制信号传输到摄像头11102。可以通过电通信、光通信等来传输图像信号和控制信号。

图像处理单元11412对从摄像头11102传输来的RAW数据形式的图像信号执行各种图像处理。

控制单元11413执行与通过内窥镜11100对手术区域等进行图像拍摄以及显示通过对手术区域等进行图像拍摄获得的拍摄图像有关的各种控制。例如，控制单元11413产生用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。

此外，控制单元11413基于已经由图像处理单元11412执行了图像处理的图像信号来控制显示装置11202，使其显示对手术区域等进行摄像的被摄图像。于是，控制单元11413可以使用各种图像识别技术来识别所摄图像中的各种对象。例如，控制单元11413可以通过检测所摄图像中包括的物体边缘的形状和颜色等，来识别诸如镊子等手术工具、特定的活体区域、出血、使用能量装置11112时的薄雾等。当控制单元11413控制显示装置11202来显示所摄图像时，控制单元11413可以利用识别结果使各种手术支持信息与手术区域的图像以叠加的方式显示。在以叠加的方式显示手术支持信息并将其提供给外科医生11131的情况下，可以减轻外科医生11131的负担，并且外科医生11131可以可靠地进行手术。

将摄像头11102和CCU 11201彼此连接的传输电缆11400是用于电信号通信的电信号电缆、用于光通信的光纤或用于电通信和光通信两者的复合电缆。

这里，尽管在所示的示例中，通过使用传输电缆11400以有线通信来执行通信，但是摄像头11102与CCU 11201之间的通信也可以通过无线通信来执行。

上面已经给出了可应用根据本公开的实施例的技术的内窥镜手术系统的一个示例的描述。在上述构造中，根据本公开的实施例的技术可适当地应用于例如设置在内窥镜11100的摄像头11102中的图像拾取单元11402。将根据本公开的实施例的技术应用于图像拾取单元11402能够抑制图像拾取单元11402的有效转换的降低，从而使得能够提供具有高图像质量的内窥镜11100。

以上，参照实施例及其变形例、应用示例、实际应用示例对本公开进行了说明，但本公开不限于上述实施例等，可以进行各种变形。应当注意，这里描述的效果仅仅是说明性的。本公开的效果不限于本文描述的那些。本公开可以具有除本文所述的那些效果之外的其他效果。

<5.其他应用示例>

本公开不限于例如摄像元件，还可以应用于例如半导体元件。例如，根据上述实施例及其变形例的摄像元件1的组件均适用于半导体元件。

例如，根据上述实施例及其变形例的摄像元件1的组件也适用于半导体元件3，例如如图51所示。

半导体元件3是半导体基板310、绝缘层330、半导体基板320和绝缘层340依次层叠而成的层叠体。半导体基板310、320例如均是硅基板。例如，绝缘层330和340均由诸如SiO

例如，半导体基板310包括晶体管311。晶体管311对应于本公开的“第一晶体管”的具体示例。半导体基板320隔着绝缘层330层叠在半导体基板310上，例如包括晶体管322和具有与上述实施例等中说明的放大晶体管AMP共同的结构的晶体管321。晶体管321对应于本公开的“第二晶体管”的具体示例。晶体管321的栅极电极321B与晶体管322的源极或漏极例如通过设置在绝缘层340内的耦合部341和342和设置在绝缘层340上的布线343电耦合在一起。所述栅极电极321B由掺杂多晶硅、硅化硅或控制功函数的金属材料形成。

晶体管321包括例如在通过相对于半导体基板320选择性蚀刻形成的开口的内表面内部的沟道区321A、源极区和漏极区。即，晶体管321在与半导体基板320的前表面相交的平面中包括沟道区321A、源极区和漏极区。晶体管321还包括与沟道区321A接触的栅极绝缘膜321D，并且包括隔着栅极绝缘膜321D与沟道区321A相对的栅极电极321B。

栅极电极321B沿平行于形成沟道区321A、源极区和漏极区的平面的方向(即，半导体基板320的厚度方向)延伸。栅极电极321B进一步延伸至绝缘层330中。栅极电极321B的下端与耦合部331接触，并通过耦合部331电耦接晶体管311的源极或漏极。即，将栅极电极321B与晶体管311的源极或漏极电性连接在一起的布线形成在栅极电极321B与晶体管311的源极或漏极之间最短距离处，而不穿过绝缘层340内。

注意，栅极电极321B例如可以是从平行于半导体基板320的前表面的方向夹住沟道区的双栅极结构，类似于图7所示的栅极电极74。此时，晶体管321例如可以是沟道区321A、源极区和漏极区具有相同极性的无结晶体管。此外，类似于图10所示的栅极电极74，栅极电极321B例如可以具有从平行于半导体基板320的前表面的方向夹住沟道区321A并在与半导体基板320的前表面相交的方向上隔着栅极绝缘膜321D与沟道区321A相对的三栅极结构。此时，晶体管321例如可以是沟道区321A、源极区和漏极区具有相同极性的无结晶体管。

此外，栅极电极321B中与沟道区321A相对的部分和耦合部331可以一起形成，或者在制造过程中分别形成。在栅极电极321B中的与沟道区321A相对的部分和耦合部331在制造过程中分别形成的情况下，栅极电极321B中与沟道区321A相对的部分和耦合部31可以由相同的材料形成，也可以由不同的材料形成。

此外，半导体基板320可以具有多个彼此并联耦合的晶体管321，例如，类似于图26、图27、图29和图30中所示的放大晶体管AMP。短语“多个彼此并联耦合的晶体管321”可以解释为一个晶体管，其包括在预定方向并排布置的多组沟道区321A、源极区和漏极区以及隔着栅极绝缘膜321D与每个沟道区321A相对设置的栅极电极321B。

另外，例如，根据上述实施例及其变形例的摄像元件1的组件例如适用于如图52所示的半导体元件4。半导体元件4具有在半导体元件3中取代晶体管311而设置光电二极管312的结构。光电二极管312电耦合到耦合部331。

此外，本公开还可以具有以下构造。

(1)

一种摄像元件，所述摄像元件包括：

第一半导体基板，所述第一半导体基板包括光电转换部和保持从所述光电转换部传输的电荷的电荷保持部；和

第二半导体基板，所述第二半导体基板隔着绝缘层层叠在所述第一半导体基板上，所述第二半导体基板包括放大晶体管，所述放大晶体管产生与保持在所述电荷保持部中的电荷电平相对应的电压信号，

所述放大晶体管包括在与所述第二半导体基板的表面相交的平面中的沟道区、源极区和漏极区，并且包括隔着栅极绝缘膜与所述沟道区相对并电耦合到所述电荷保持部的栅极电极。

(2)

根据(1)所述的摄像元件，其中，所述栅极电极具有从平行于所述第二半导体基板的所述表面的第一方向夹住所述沟道区的双栅极结构。

(3)

根据(1)所述的摄像元件，其中，所述栅极电极具有从平行于所述第二半导体基板的所述表面的第一方向夹住所述沟道区并在与所述第二半导体基板的所述表面相交的第二方向上隔着所述栅极绝缘膜与所述沟道区相对的三栅极结构。

(4)

根据(1)至(3)中任一项所述的摄像元件，其中，所述放大晶体管包括所述沟道区、所述源极区和所述漏极区具有相同极性的无结晶体管。

(5)

根据(1)至(4)中任一项所述的摄像元件，其中，

所述放大晶体管包括在所述第一方向上并排布置的多组所述沟道区、所述源极区和所述漏极区，并且

在所述放大晶体管中，所述栅极电极被设置为隔着所述栅极绝缘膜与各所述沟道区相对。

(6)

根据(1)至(5)中任一项所述的摄像元件，其中，所述栅极电极由掺杂多晶硅、硅化硅或控制功函数的金属材料形成。

(7)

根据(2)所述的摄像元件，其中，

所述第一半导体基板包括针对各个所述光电转换部分离多个所述光电转换部的元件分离部，并且

所述放大晶体管形成在与所述元件分离部相对的位置。

(8)

根据(7)所述的摄像元件，其中，

多个所述电荷保持部被均分成多个组，

多个所述放大晶体管被均分用于各所述组，

所述栅极电极包括从所述第一方向夹住所述沟道区的第一局部电极和第二局部电极，并且

各所述组中，多个所述电荷保持部直接地或经由耦合部连接至所述第一局部电极和所述第二局部电极中的一个的下端，电耦合至相应的所述放大晶体管。

(9)

根据(7)所述的摄像元件，其中，

多个所述电荷保持部被均分成多个组，

多个所述放大晶体管被均分用于各所述组，

所述摄像元件还包括分配给各组的多个耦合焊盘，并且

多个所述电荷保持部通过各组中的所述耦合焊盘电耦合到所述放大晶体管中相应的放大晶体管。

(10)

根据(7)所述的摄像元件，其中，

多个所述光电转换部中彼此相邻的多个所述光电转换部共享所述电荷保持部，

多个所述放大晶体管被等分用于被多个所述光电转换部共享的每个电荷保持部，并且

所述栅极电极电耦合至被多个所述光电转换部共享的所述电荷保持部。

(11)

根据(3)所述的摄像元件，其中，

所述第一半导体基板包括针对各个光电转换部分离多个所述光电转换部的元件分离部，并且

所述放大晶体管形成在与所述元件分离部相对的位置。

(12)

根据(11)所述的摄像元件，其中，

多个所述电荷保持部被均分成多个组，

多个所述放大晶体管被均分用于各所述组，

所述栅极电极包括从所述第一方向夹住所述沟道区的第一局部电极和第二局部电极以及在所述第二方向隔着所述栅极绝缘膜与所述沟道区相对并且与所述第一局部电极和所述第二局部电极接触的第三局部电极，并且

各所述组中，多个所述电荷保持部直接地或经由耦合部连接至所述第一局部电极和所述第二局部电极中的一个的下端，电耦合至相应的所述放大晶体管。

(13)

根据(11)所述的摄像元件，其中，

多个所述电荷保持部被均分成多个组，

多个所述放大晶体管被均分用于各所述组，

所述摄像元件还包括分配给各组的多个耦合焊盘，并且

各所述组中，多个所述电荷保持部通过所述耦合焊盘电耦合到相应的所述放大晶体管。

(14)

根据(11)所述的摄像元件，其中，

多个所述光电转换部中彼此相邻的多个所述光电转换部共享所述电荷保持部，

多个所述放大晶体管被等分用于被多个所述光电转换部共享的每个所述电荷保持部，并且

所述栅极电极电耦合至被多个所述光电转换部共享的所述电荷保持部。

(15)

一种半导体元件，所述半导体元件包括：

第一半导体基板，所述第一半导体基板包括第一晶体管或光电转换部；和

第二半导体基板，所述第二半导体基板隔着绝缘层层叠在所述第一半导体基板上，所述第二半导体基板包括第二晶体管，

所述第二晶体管包括在与所述第二半导体基板的表面相交的平面中的沟道区、源极区和漏极区，并且包括隔着栅极绝缘膜与所述沟道区相对并电耦合到所述第一半导体基板的栅极电极。

(16)

根据(15)所述的半导体元件，其中，所述栅极电极具有从平行于所述第二半导体基板的所述表面的第一方向夹住所述沟道区的双栅极结构。

(17)

根据(15)所述的半导体元件，其中，所述栅极电极具有从平行于所述第二半导体基板的所述表面的第一方向夹住所述沟道区并在与所述第二半导体基板的所述表面相交的第二方向上隔着所述栅极绝缘层与所述沟道区相对的三栅极结构。

(18)

根据(15)所述的半导体元件，其中，所述第二晶体管包括所述沟道区、所述源极区和所述漏极区具有相同极性的无结晶体管。

(19)

根据(15)所述的半导体元件，其中，

所述第二晶体管包括在所述第一方向上并排布置的多组所述沟道区、所述源极区和所述漏极区，并且

在所述第二晶体管中，所述栅极电极被设置为隔着所述栅极绝缘膜与各所述沟道区相对。

(20)

根据(15)所述的半导体元件，其中，所述栅极电极由掺杂多晶硅、硅化硅或控制功函数的金属材料形成。

根据本公开实施例的摄像元件，可以缩短将放大晶体管与电荷保持部耦合在一起的布线长度，从而降低寄生电容。这使得能够抑制有效转换的降低。

根据本公开实施例的半导体元件，可以缩短将第二晶体管与第一半导体基板耦合在一起的布线长度，从而降低寄生电容。这使得能够抑制有效转换的降低。

要注意，本技术的效果不一定限于这里描述的效果，并且可以是这里描述的任何效果。

本申请要求于2019年3月15日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2019-048551的权益，其全部内容通过引用并入本文。

本领域技术人员应当理解，在所附权利要求或其等同物的范围内，可以根据设计要求和其他因素进行各种变形、组合、子组合和变更。