摄像装置

技术领域

本发明涉及具有三维结构的摄像装置。

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装置的每个像素的面积的小型化。近年来，为了实现摄像装置的更小尺寸和像素的更高密度，已经开发出三维结构的摄像装置。在三维结构的摄像装置中，例如，包括多个传感器像素的半导体基板和包括信号处理电路的半导体基板彼此层叠，该信号处理电路对在每个传感器像素中获得的信号进行处理。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本未经审查的专利申请特开第2010-245506号

发明内容

顺便提及，在摄像装置中，为了降低作为使图像质量劣化的因素的像素晶体管中的噪声，例如，在某些情况下，可以使氢原子从钝化膜(SiN膜)解吸，以将氢供应给像素晶体管。然而，在具有上述构造的摄像装置中，从SiN膜解吸的氢原子扩散至包括多个传感器像素的半导体基板。氢原子可能引起构成传感器像素的光电二极管PD的脱钉(depinning)，从而可能导致摄像特性的劣化。

期望提供一种可以实现噪声特性和光电二极管特性两者的摄像装置。

根据本发明实施例的摄像装置包括：第一基板，其包括位于第一半导体基板中的用于进行光电转换的传感器像素；第二基板，其包括位于第二半导体基板中的读出电路，所述读出电路用于输出基于从所述传感器像素输出的电荷的像素信号，所述第二基板层叠在所述第一基板上；以及第一氢扩散防止层，其设置在所述第一半导体基板与所述第二半导体基板之间。

在根据本发明实施例的摄像装置中，在第一基板和第二基板层叠的层叠体中，在第一半导体基板与第二半导体基板之间设置有氢扩散防止层(第一氢扩散防止层)，第一基板设置有包括用于进行光电转换的传感器像素的第一半导体基板，第二基板设置有包括读出电路的第二半导体基板，该读出电路用于输出基于从传感器像素输出的电荷的像素信号。这使得氢原子能够选择性地扩散至期望的区域。

附图说明

图1图示了根据本发明的第一实施例的摄像装置的在垂直方向上的截面构造的示例。

图2图示了图1所示的摄像装置的示意性构造的示例。

图3图示了图1所示的传感器像素和读出电路的示例。

图4图示了图1所示的传感器像素和读出电路的示例。

图5图示了图1所示的传感器像素和读出电路的示例。

图6图示了图1所示的传感器像素和读出电路的示例。

图7图示了多个读出电路与多个垂直信号线之间的连接模式的示例。

图8图示了根据本发明的第一实施例的摄像装置的在垂直方向上的截面构造的另一示例。

图9图示了图1所示的摄像装置的在水平方向上的截面构造的示例。

图10图示了图1所示的摄像装置的在水平方向上的截面构造的示例。

图11图示了图1所示的摄像装置的在水平平面内的配线布局的示例。

图12图示了图1所示的摄像装置的在水平平面内的配线布局的示例。

图13图示了图1所示的摄像装置的在水平平面内的配线布局的示例。

图14图示了图1所示的摄像装置的在水平平面内的配线布局的示例。

图15A图示了图1所示的摄像装置的制造过程的示例。

图15B图示了继图15A之后的制造过程的示例。

图15C图示了继图15B之后的制造过程的示例。

图15D图示了继图15C之后的制造过程的示例。

图15E图示了继图15D之后的制造过程的示例。

图15F图示了继图15E之后的制造过程的示例。

图15G图示了继图15F之后的制造过程的示例。

图15H图示了继图15G之后的制造过程的示例。

图16图示了根据本发明的第二实施例的摄像装置的在垂直方向上的截面构造的示例。

图17图示了根据本发明的第三实施例的摄像装置的在垂直方向上的截面构造的示例。

图18图示了根据本发明的第四实施例的摄像装置的在垂直方向上的截面构造的示例。

图19图示了根据本发明的第五实施例的摄像装置的在垂直方向上的截面构造的示例。

图20图示了根据本发明的第五实施例的摄像装置的在垂直方向上的截面构造的另一示例。

图21图示了根据本发明的变形例1的摄像装置的在垂直方向上的截面构造的示例。

图22图示了根据本发明的变形例2的摄像装置的在垂直方向上的截面构造的示例。

图23图示了根据本发明的变形例3的摄像装置的在水平方向上的截面构造的示例。

图24图示了根据本发明的变形例3的摄像装置的在水平方向上的截面构造的另一示例。

图25图示了根据本发明的变形例4的摄像装置的在水平方向上的截面构造的示例。

图26图示了根据本发明的变形例5的摄像装置的在水平方向上的截面构造的示例。

图27图示了根据本发明的变形例6的摄像装置的在水平方向上的截面构造的示例。

图28图示了根据本发明的变形例6的摄像装置的在水平方向上的截面构造的另一示例。

图29图示了根据本发明的变形例6的摄像装置的在水平方向上的截面构造的又一示例。

图30图示了根据本发明的变形例7的摄像装置的电路构造的示例。

图31图示了根据变形例8的层叠有三个基板的图30的摄像装置的构造的示例。

图32图示了根据本发明的变形例9的在包括传感器像素的基板和包括读出电路的基板中分别形成有逻辑电路的示例。

图33图示了根据本发明的变形例10的在第三基板中形成有逻辑电路的示例。

图34图示了包括根据前述第一至第五实施例及其变形例1至10中任一者的摄像装置的摄像系统的示意性构造的示例。

图35图示了图34的摄像系统中的摄像程序的示例。

图36是示出了车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。

图37是辅助说明车外信息检测部和摄像部的安装位置的示例的图。

图38是示出了内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。

图39是示出了摄像头和相机控制单元(CCU：Camera Control Unit)的功能构造的示例的框图。

具体实施方式

在下文中，参照附图详细地说明本发明的实施例。以下说明仅是本发明的具体示例，并且本发明不应当限于以下方面。此外，本发明不限于附图中所示的每个组件的布置、尺寸和尺寸比例等。需要注意，按以下顺序给出说明。

1.第一实施例(在第一半导体基板与第二半导体基板之间设置有氢扩散防止层的示例)

1-1.摄像装置的构造

1-2.摄像装置的制造方法

1-3.作用和效果

2.第二实施例(使用TCV连接像素阵列部和逻辑电路的示例)

3.第三实施例(设置有有机光电转换部并且在第一半导体基板与有机光电转换部之间还包括氢扩散防止层的示例)

4.第四实施例(进一步层叠包括存储器的基板的示例)

5.第五实施例(在包括传感器像素的第一基板中设置有逻辑电路的示例)

6.变形例

6-1.变形例1(使用平面型TG的示例)

6-2.变形例2(在面板外边缘处使用Cu-Cu接合的示例)

6-3.变形例3(在传感器像素与读出电路之间设置有偏移的示例)

6-4.变形例4(设置有读出电路的硅基板为岛状的示例)

6-5.变形例5(设置有读出电路的硅基板为岛状的示例)

6-6.变形例6(四个传感器像素共用FD的示例)

6-7.变形例7(列信号处理电路由典型的列ADC电路构成的示例)

6-8.变形例8(通过层叠三个基板来构成摄像装置的示例)

6-9.变形例9(将逻辑电路设置在第一基板和第二基板中的示例)

6-10.变形例10(将逻辑电路设置在第三基板中的示例)

7.适用例

8.应用例

<1.第一实施例>

图1图示了根据本发明的第一实施例的摄像装置(摄像装置1)的在垂直方向上的截面构造的示例。图2图示了图1所示的摄像装置1的示意性构造的示例。摄像装置1是层叠有第一基板10和第二基板20的具有三维结构的摄像装置，第一基板10包括位于半导体基板11中的用于进行光电转换的传感器像素12，第二基板20包括位于半导体基板21中的读出电路22，该读出电路22用于输出基于从传感器像素12输出的电荷的图像信号。在第一基板10和第二基板20的层叠体中，本实施例的摄像装置1设置有位于半导体基板11与半导体基板21之间的氢扩散防止层71(第一氢扩散防止层)。

(1-1.摄像装置的构造)

在摄像装置1中，依次层叠有三个基板(第一基板10、第二基板20和第三基板30)。

如上所述，第一基板10包括位于半导体基板11中的用于进行光电转换的多个传感器像素12。半导体基板11对应于本发明的“第一半导体基板”的具体示例。多个传感器像素12以矩阵方式设置在第一基板10中的像素区域13内。第二基板20包括位于半导体基板21中的读出电路22，每个读出电路22用于输出基于从传感器像素12输出的电荷的像素信号，并且针对每四个传感器像素12设置一个读出电路22。半导体基板21对应于本发明的“第二半导体基板”的具体示例。第二基板20包括沿行方向延伸的多个像素驱动线23和沿列方向延伸的多个垂直信号线24。第三基板30包括位于半导体基板31中的用于对像素信号进行处理的逻辑电路32。半导体基板31对应于本发明的“第三半导体基板”的具体示例。逻辑电路32例如包括垂直驱动电路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)将每个传感器像素12的输出电压Vout输出至外部。在逻辑电路32中，例如，可以在与源极电极和漏极电极接触的杂质扩散区域的正面上形成由诸如CoSi

垂直驱动电路33例如以行为单位顺序地选择多个传感器像素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输出的像素信号进行例如相关双采样(CDS：Correlated Double Sampling)处理。列信号处理电路34进行例如CDS处理，从而提取像素信号的信号电平并且保持与每个传感器像素12的光接收量对应的像素数据。水平驱动电路35例如将保持在列信号处理电路34中的像素数据顺序地输出至外部。系统控制电路36例如控制逻辑电路32内的每个区块(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3图示了传感器像素12和读出电路22的示例。在下文中，如图3所示，说明四个传感器像素12共用一个读出电路22的情况。在此，“共用”是指将四个传感器像素12的输出输入至共同的读出电路22。

每个传感器像素12包括彼此共同的组件。在图3中，为了彼此区分每个传感器像素12的组件，在每个传感器像素12的组件的符号末尾分配识别序号(1、2、3或4)。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，在每个传感器像素12的组件的符号末尾分配识别序号；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，省略每个传感器像素12的组件的符号末尾的识别序号。

每个传感器像素12例如包括光电二极管PD、电连接至光电二极管PD的传输晶体管TR、以及暂时保持经由传输晶体管TR从光电二极管PD输出的电荷的浮动扩散部FD。光电二极管PD对应于本发明的“光电转换元件”的具体示例。光电二极管PD进行光电转换以产生与光接收量对应的电荷。光电二极管PD的阴极电连接至传输晶体管TR的源极，并且光电二极管PD的阳极电连接至基准电位线(例如，接地)。传输晶体管TR的漏极电连接至浮动扩散部FD，并且传输晶体管TR的栅极电连接至像素驱动线23。传输晶体管TR例如是互补金属氧化物半导体(CMOS：Complementary Metal Oxide Semiconductor)晶体管。

共用一个读出电路22的各个传感器像素12的浮动扩散部FD彼此电连接，并且电连接至共同的读出电路22的输入端。读出电路22例如包括复位晶体管RST、选择晶体管SEL和放大晶体管AMP。需要注意，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)电连接至浮动扩散部FD，并且复位晶体管RST的漏极电连接至电源线VDD和放大晶体管AMP的漏极。复位晶体管RST的栅极电连接至像素驱动线23(参见图2)。放大晶体管AMP的源极电连接至选择晶体管SEL的漏极，并且放大晶体管AMP的栅极电连接至复位晶体管RST的源极。选择晶体管SEL的源极(读出电路22的输出端)电连接至垂直信号线24，并且选择晶体管SEL的栅极电连接至像素驱动线23(参见图2)。

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的电荷传输至浮动扩散部FD。如图1所示，例如，传输晶体管TR的栅极(传输栅极TG)从半导体基板11的正面延伸至贯穿p阱层42并到达PD 41的深度。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进入导通状态时，浮动扩散部FD的电位复位为电源线VDD的电位。选择晶体管SEL控制来自读出电路22的像素信号的输出时序。放大晶体管AMP产生与保持在浮动扩散部FD中的电荷的电平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，并且输出与在光电二极管PD中产生的电荷的电平对应的电压的像素信号。当选择晶体管SEL进入导通状态时，放大晶体管AMP对浮动扩散部FD的电位进行放大，并且经由垂直信号线24将与该电位对应的电压输出至列信号处理电路34。复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL例如分别是CMOS晶体管。

需要注意，如图4所示，选择晶体管SEL可以设置在电源线VDD与放大晶体管AMP之间。在这种情况下，复位晶体管RST的漏极电连接至电源线VDD和选择晶体管SEL的漏极。选择晶体管SEL的源极电连接至放大晶体管AMP的漏极，并且选择晶体管SEL的栅极电连接至像素驱动线23(参见图2)。放大晶体管AMP的源极(读出电路22的输出端)电连接至垂直信号线24，并且放大晶体管AMP的栅极电连接至复位晶体管RST的源极。另外，如图5和图6所示，可以将FD传输晶体管FDG设置在复位晶体管RST的源极与放大晶体管AMP的栅极之间。

当切换转换效率时，使用FD传输晶体管FDG。通常，当在黑暗场所中摄影时，像素信号小。当基于Q＝CV进行电荷电压转换时，如果浮动扩散部FD的电容(FD电容C)较大，则在放大晶体管AMP中转换为电压时的值V较小。同时，在明亮场所中，像素信号变大；因此，除非FD电容C很大，否则浮动扩散部FD不可能完全接收光电二极管PD的电荷。此外，需要FD电容C变大，以使得在放大晶体管AMP中转换为电压时的值V不会太大(换句话说，变小)。考虑到这些情况，当FD传输晶体管FDG导通时，FD传输晶体管FDG的栅极电容增大，从而导致整个FD电容C变大。同时，当FD传输晶体管FDG截止时，整个FD电容C变小。以此方式，通过进行FD传输晶体管FDG的导通/截止切换，使FD电容C能够变化，从而可以切换转换效率。

图7图示了多个读出电路22与多个垂直信号线24之间的连接模式的示例。在沿垂直信号线24延伸的方向(例如，列方向)并排布置多个读出电路22的情况下，可以将多个垂直信号线24逐一分配给各个读出电路22。例如，如图7所示，在沿垂直信号线24延伸的方向(例如，列方向)并排布置四个读出电路22的情况下，可以将四个垂直信号线24逐一分配给各个读出电路22。需要注意，在图7中，为了区分每个垂直信号线24，在每个垂直信号线24的符号末尾分配识别序号(1、2、3或4)。

接下来，参照图1说明摄像装置1的在垂直方向上的截面构造。如上所述，摄像装置1具有第一基板10、第二基板20和第三基板30依次层叠的构造，并且摄像装置1在第一基板10的背面(光入射表面)侧还包括滤色器40和光接收透镜50。滤色器40和光接收透镜50例如针对每个传感器像素12分别以一对一的方式设置。也就是说，摄像装置1是背面照射型摄像装置。

第一基板10具有其中绝缘层46层叠在半导体基板11的正面(表面11S1，一个表面)上的构造。第一基板10包括作为层间绝缘膜51的一部分的绝缘层46。绝缘层46设置在半导体基板11与稍后说明的半导体基板21之间。半导体基板11由硅基板构成。半导体基板11例如包括位于正面的一部分中及其附近的p阱层42，并且包括位于另一区域(比p阱层42更深的区域)中的导电类型与p阱层42的导电类型不同的PD 41。p阱层42由p型半导体区域构成。PD 41由导电类型(具体地，n型)与p阱层42的导电类型不同的半导体区域构成。半导体基板11包括位于p阱层42内的作为导电类型(具体地，n型)与p阱层42的导电类型不同的半导体区域的浮动扩散部FD。

在本实施例中，第一基板10还包括位于绝缘层46上的氢扩散防止层71。例如，氢扩散防止层71用于防止从稍后说明的氢供应层72扩散的氢原子向半导体基板11扩散。具体地，氢扩散防止层71将构成传感器像素12的光电二极管PD和设置在第二基板20中的诸如复位晶体管RST、选择晶体管SEL和放大晶体管AMP等像素晶体管彼此物理分离。通过设置氢扩散防止层71，在通过在光电二极管PD的表面上掺杂诸如B等受主而形成的P型层中，能够抑制由于氢引起的硼(B)的失活，从而抑制脱钉的发生。优选地，氢扩散防止层71例如由膜密度为2.7g/cm～3.5g/cm的氮化硅膜形成。例如，可以通过使用低压化学气相沉积(LP-CVD：Low Pressure-Chemical Vapor Deposition)来形成如上所述的膜密度高的膜。氢扩散防止层71在垂直方向上的膜厚度(在下文中，简称为厚度)例如优选为10nm～200nm，更优选为50nm～100nm。图1例示了在绝缘层46上的与半导体基板21接触的位置处设置氢扩散防止层71的情况；然而，这不是限制性的。例如，氢扩散防止层71可以设置在半导体基板11的正上方(在图1中，半导体基板21与绝缘层46之间)。在这种情况下，可以以遍及稍后说明的元件分离部43的侧面和底面的方式形成。另外，氢扩散防止层71可以至少部分地设置在半导体基板11与半导体基板21之间，但是优选设置在例如像素区域13的整个表面上。

针对每个传感器像素12，第一基板10包括光电二极管PD、传输晶体管TR和浮动扩散部FD。第一基板10具有其中传输晶体管TR和浮动扩散部FD设置在半导体基板11的表面11S1侧(第二基板20侧，与光入射表面侧相反的一侧)的一部分中的构造。第一基板10包括将传感器像素12彼此分离的元件分离部43。元件分离部43被形成为沿半导体基板11的法线方向(与半导体基板11的正面垂直的方向)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彼此电分离。元件分离部43例如由氧化硅构成。元件分离部43例如贯穿半导体基板11。第一基板10例如还包括p阱层44，该p阱层44是元件分离部43的侧面并且与光电二极管PD侧的表面接触。p阱层44由导电类型(具体地，p型)与光电二极管PD的导电类型不同的半导体区域构成。第一基板10例如还包括与半导体基板11的背面(表面11S2，另一个表面)接触的固定电荷膜45。为了抑制由于半导体基板11的光接收表面侧的界面态而产生的暗电流，固定电荷膜45具有负的固定电荷。固定电荷膜45例如由具有负的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感应的电场在半导体基板11的光接收表面侧的界面处形成空穴累积层。该空穴累积层可以抑制从该界面产生电子。滤色器40设置在半导体基板11的背面侧。滤色器40被设置成例如与固定电荷膜45接触，并且隔着固定电荷膜45设置在与传感器像素12相对的位置处。光接收透镜50被设置成例如与滤色器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具有其中绝缘层52层叠在半导体基板21上的构造。关于绝缘层52，第二基板20包括作为层间绝缘膜51的一部分的绝缘层52。绝缘层52设置在半导体基板21与半导体基板31之间。半导体基板21由硅基板构成。第二基板20针对每四个传感器像素12包括一个读出电路22。第二基板20具有其中读出电路22设置在半导体基板21的正面(与第三基板30相对的表面21S1，一个表面)侧的一部分中的构造。第二基板20以半导体基板21的背面(表面21S2，另一个表面)与半导体基板11的正面(表面11S1)相对的方式附接至第一基板10。也就是说，第二基板20以面对背的方式附接至第一基板10。第二基板20还包括位于与半导体基板21相同的层中的贯穿半导体基板21的绝缘层53。第二基板20包括作为层间绝缘膜51的一部分的绝缘层53。绝缘层53被设置成覆盖稍后说明的贯通配线54的侧面。

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内的贯通配线54。贯通配线54对应于本发明的“第一贯通配线”的具体示例。上述层叠体针对每个传感器像素12包括一个贯通配线54。贯通配线54沿半导体基板21的法线方向延伸，并且被设置成贯穿层间绝缘膜51的包括绝缘层53的位置。第一基板10和第二基板20通过贯通配线54彼此电连接。具体地，贯通配线54电连接至浮动扩散部FD和稍后说明的连接配线55。需要注意，优选地，贯通配线54在与周围的绝缘层46、52和53中的各者之间包括例如金属层，该金属层包含具有氧吸收效果的金属。这可以防止氧经由由于形成贯通配线54而形成的开口进入。

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中的贯通配线47和48(参见稍后说明的图9)。贯通配线48对应于本发明的“第一贯通配线”的具体示例。上述层叠体针对每个传感器像素12包括一个贯通配线47和一个贯通配线48。贯通配线47和48分别沿半导体基板21的法线方向延伸，并且被设置成贯穿层间绝缘膜51的包括绝缘层53的位置。第一基板10和第二基板20通过贯通配线47和48彼此电连接。具体地，贯通配线47电连接至半导体基板11的p阱层42和第二基板20内的配线。贯通配线48电连接至传输栅极TG和像素驱动线23。

第二基板20例如包括位于绝缘层52内的多个连接部59，多个连接部59电连接至读出电路22和半导体基板21。第二基板20例如还包括位于绝缘层52上的配线层56。配线层56例如包括绝缘层57以及设置在绝缘层57内的多个像素驱动线23和多个垂直信号线24。配线层56例如还包括位于绝缘层57内的多个连接配线55，针对每四个传感器像素12设置一个连接配线55。连接配线55将与共用读出电路22的四个传感器像素12中所包括的浮动扩散部FD电连接的各个贯通配线54电连接。在此，贯通配线54和48的总数多于第一基板10中所包括的传感器像素12的总数，并且是第一基板10中所包括的传感器像素12的总数的两倍。另外，贯通配线54、48和47的总数多于第一基板10中所包括的传感器像素12的总数，并且是第一基板10中所包括的传感器像素12的总数的三倍。

配线层56例如还包括位于绝缘层57内的多个焊盘电极58。例如，每个焊盘电极58由诸如Cu(铜)和Al(铝)等金属形成。每个焊盘电极58暴露于配线层56的正面。每个焊盘电极58用于第二基板20与第三基板30之间的电连接并且用于将第二基板20和第三基板30附接在一起。例如，多个焊盘电极58针对各个像素驱动线23和各个垂直信号线24以一对一的方式设置。在此，焊盘电极58的总数(或焊盘电极58与焊盘电极64(稍后说明)之间的接合部的总数)少于第一基板10中所包括的传感器像素12的总数。

在本实施例中，配线层56还包括位于绝缘层57内的氢供应层72。氢供应层72用于供应使设置在第二基板20中的诸如复位晶体管RST、选择晶体管SEL和放大晶体管AMP等像素晶体管的器件界面(半导体基板21的表面21S1的正面)的悬挂键终止的氢原子。通过设置氢供应层72，能够减少在半导体基板21的表面21S1的正面上的暗电流的产生，从而改善了像素晶体管的闪烁噪声特性和随机电报噪声特性。氢供应层72优选在该层内含有许多氢，并且优选由例如通过等离子体CVD形成的氮化硅膜形成。氢供应层72的厚度例如优选为100nm～2000nm，更优选为200nm～500nm。图1图示了在焊盘电极58与构成设置于绝缘层57内的像素驱动线23和垂直信号线24的配线之间设置氢供应层72的示例；然而，这不是限制性的。氢供应层72例如可以设置在绝缘层52的正上方，或者可以设置在绝缘层57的正上方(在图1中，与第三基板30接触的位置)。另外，氢供应层72可以设置在比氢扩散防止层71更靠近第二基板20侧的位置，例如，如图8所示，可以设置在半导体基板21的背面(表面21S2)上的位置，例如与氢扩散防止层71接触的位置。

在本实施例中，如上所述，氢扩散防止层71设置在第一基板10与第二基板20之间，并且氢供应层72进一步设置在比氢扩散防止层71更靠近第二基板20侧的位置。这使得形成有传输晶体管TR的传输栅极TG的半导体基板11的界面(表面11S1)和形成有放大晶体管AMP等的半导体基板21的界面(表面21S1)能够具有互不相同的界面态密度。

第三基板30例如具有其中层间绝缘膜61层叠在半导体基板31上的构造。需要注意，如稍后说明，第三基板30通过正面侧的表面附接至第二基板20；因此，在说明第三基板30内的构造时，将要说明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具有其中逻辑电路32设置在半导体基板31的正面(表面31S1)侧的一部分中的构造。第三基板30例如还包括位于层间绝缘膜61上的配线层62。配线层62例如包括绝缘层63和设置在绝缘层63内的多个焊盘电极64。多个焊盘电极64电连接至逻辑电路32。每个焊盘电极64例如由铜(Cu)形成。每个焊盘电极64暴露于配线层62的正面。每个焊盘电极64用于第二基板20与第三基板30之间的电连接并且用于将第二基板20和第三基板30附接在一起。另外，焊盘电极64不必一定是多个焊盘电极；即使一个焊盘电极也能够电连接至逻辑电路32。第二基板20和第三基板30通过焊盘电极58和64之间的接合彼此电连接。也就是说，传输晶体管TR的栅极(传输栅极TG)经由贯通配线54以及焊盘电极58和64电连接至逻辑电路32。第三基板30以半导体基板31的正面(表面31S1)面向半导体基板21的正面(表面21S1)侧的方式附接至第二基板20。也就是说，第三基板30以面对面的方式附接至第二基板20。

图9和图10分别图示了摄像装置1的在水平方向上的截面构造的示例。图9和图10中上侧的图分别图示了沿着图1的截面Sec1的截面构造的示例，并且图9和图10中下侧的图分别图示了沿着图1的截面Sec2的截面构造的示例。图9例示了其中沿第二方向H布置两组2×2的4个传感器像素12的构造，并且图10例示了其中沿第一方向V和第二方向H布置四组2×2的4个传感器像素12的构造。需要注意，在图9和图10中上侧的每个截面图中，将图示了半导体基板11的正面构造的示例的图叠加在图示了沿着图1的截面Sec1的截面构造的示例的图上，并且省略绝缘层46。另外，在图9和图10中下侧的每个截面图中，将图示了半导体基板21的正面构造的示例的图叠加在图示了沿着图1的截面Sec2的截面构造的示例的图上。

如图9和图10所示，多个贯通配线54、多个贯通配线48和多个贯通配线47在第一基板10的平面内沿第一方向V(图9中的垂直方向，图10中的水平方向)以带状并排布置。需要注意，图9和图10分别例示了多个贯通配线54、多个贯通配线48和多个贯通配线47沿第一方向V并排布置成两行的情况。第一方向V与以矩阵方式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)之中的一个布置方向(例如，列方向)平行。在共用读出电路22的四个传感器像素12中，四个浮动扩散部FD例如隔着元件分离部43被布置成彼此接近。在共用读出电路22的四个传感器像素12中，四个传输栅极TG被布置成包围四个浮动扩散部FD，并且四个传输栅极TG例如形成环形形状。

绝缘层53由沿第一方向V延伸的多个区块构成。半导体基板21沿第一方向V延伸，并且由隔着绝缘层53沿与第一方向V正交的第二方向H并排布置的多个岛状区块21A构成。每个区块21A例如设置有多组复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL。由四个传感器像素12共用的一个读出电路22例如由在面对四个传感器像素12的区域中的复位晶体管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共用的一个读出电路22例如由绝缘层53的左相邻区块21A内的放大晶体管AMP以及绝缘层53的右相邻区块21A内的复位晶体管RST和选择晶体管SEL构成。

图11、图12、图13和图14分别图示了摄像装置1的在水平平面内的配线布局的示例。图11至图14分别例示了在面对四个传感器像素12的区域内设置由四个传感器像素12共用的一个读出电路22的情况。图11至图14所示的配线例如设置在配线层56中互不相同的层内。

如图11所示，例如，彼此相邻的四个贯通配线54电连接至连接配线55。如图11所示，例如，彼此相邻的四个贯通配线54经由连接配线55和连接部59进一步电连接至绝缘层53的左相邻区块21A中所包括的放大晶体管AMP的栅极和绝缘层53的右相邻区块21A中所包括的复位晶体管RST的栅极。

如图12所示，例如，电源线VDD布置在面对沿第二方向H并排布置的读出电路22的位置处。如图12所示，例如，电源线VDD经由连接部59电连接至沿第二方向H并排布置的读出电路22中的各者的放大晶体管AMP的漏极和复位晶体管RST的漏极。如图12所示，例如，两个像素驱动线23布置在面对沿第二方向H并排布置的读出电路22的位置处。如图12所示，例如，一个像素驱动线23(第二控制线)是电连接至沿第二方向H并排布置的读出电路22中的各者的复位晶体管RST的栅极的配线RSTG。如图12所示，例如，另一个像素驱动线23(第三控制线)是电连接至沿第二方向H并排布置的读出电路22中的各者的选择晶体管SEL的栅极的配线SELG。如图12所示，例如，在每个读出电路22中，放大晶体管AMP的源极和选择晶体管SEL的漏极经由配线25彼此电连接。

如图13所示，例如，两个电源线VSS布置在面对沿第二方向H并排布置的读出电路22的位置处。如图13所示，例如，每个电源线VSS在面对沿第二方向H并排布置的各个传感器像素12的位置处电连接至多个贯通配线47。如图13所示，例如，四个像素驱动线23布置在面对沿第二方向H并排布置的读出电路22的位置处。如图13所示，例如，四个像素驱动线23中的各者是电连接至与沿第二方向H并排布置的读出电路22中的各者对应的四个传感器像素12之中的一个传感器像素12的贯通配线48的配线TRG。也就是说，四个像素驱动线23(第一控制线)分别电连接至沿第二方向H并排布置的传感器像素12中的各者的传输晶体管TR的栅极(传输栅极TG)。在图13中，为了彼此区分配线TRG，在每个配线TRG的末尾分配识别码(1、2、3或4)。

如图14所示，例如，垂直信号线24布置在面对沿第一方向V并排布置的读出电路22的位置处。如图14所示，例如，垂直信号线24(输出线)电连接至沿第一方向V并排布置的读出电路22中的各者的输出端(放大晶体管AMP的源极)。

(1-2.摄像装置的制造方法)

接下来，说明摄像装置1的制造方法。图15A至图15H分别图示了摄像装置1的制造过程的示例。

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(图15A)。这使得在半导体基板11中能够形成传感器像素12。此时，作为用于传感器像素12的电极材料，优选地，不使用通过自对准硅化物工艺制造的诸如CoSi

随后，准备在表面21S2上形成有氢扩散防止层71的半导体基板21(图15B)。氢扩散防止层71例如可以通过使用LP-CVD形成氮化硅膜而形成。接下来，将半导体基板21附接在第一基板10上以面对氢扩散防止层71(图15C)。此时，根据需要减薄半导体基板21。在这种情况下，将半导体基板21的厚度设定为形成读出电路22所需的膜厚度。半导体基板21的厚度通常约为几百nm。然而，根据读出电路22的概念，也可以使用完全耗尽(FD：FullyDepletion)型；在这种情况下，可以采用几nm至几μm的范围作为半导体基板21的厚度。

需要注意，氢扩散防止层71可以形成在第一基板10侧。在以遍及元件分离部43的侧面和底面的方式将氢扩散防止层71形成在半导体基板11的正上方的情况下，例如，形成其中将要设置元件分离部43的开口，其后，例如，使用ALD在例如半导体基板11上以及开口的侧面和底面上形成磷硅玻璃(PSG：Phosphorus Silicon Glass)或硼硅玻璃(BSG：BoronSilicon Glass)作为膜。随后，进行退火处理以将磷或硼扩散至开口的侧面和底面上，然后去除PSG或BSG。其后，形成氢扩散防止层71，然后，例如，在开口内埋设氧化硅以形成元件分离部43。

随后，在与半导体基板21相同的层内形成绝缘层53(图15D)。例如，将绝缘层53形成在面对浮动扩散部FD的位置处。例如，在半导体基板21中形成贯穿半导体基板21的狭缝，以将半导体基板21分离成多个区块21A。其后，形成绝缘层53以填充狭缝。其后，在半导体基板21的每个区块21A中形成包括放大晶体管AMP等的读出电路22(图15D)。此时，在使用耐热性高的金属材料作为传感器像素12的电极材料的情况下，可以通过热氧化形成读出电路22的栅极绝缘膜。

接下来，在半导体基板21上形成绝缘层52。以此方式，形成了包括绝缘层46、52和53的层间绝缘膜51。随后，在层间绝缘膜51中形成贯通孔51A和51B(图15E)。具体地，在绝缘层52的面对读出电路22的位置处形成贯穿绝缘层52的贯通孔51B。另外，在层间绝缘膜51的面对浮动扩散部FD的位置(即，面对绝缘层53的位置)处形成贯穿层间绝缘膜51的贯通孔51A。

接下来，通过在贯通孔51A和51B中埋入导电材料，能够在贯通孔51A内形成贯通配线54，并且能够在贯通孔51B内形成连接部59(图15F)。此时，贯穿氢扩散防止层71的贯通配线54优选具有两层结构，该两层结构例如是诸如具有氢吸收效果的钛(Ti)等阻挡金属和诸如钨(W)等导电材料。也就是说，例如，在贯通孔51A的侧面和底面上形成钛膜，然后，在贯通孔51A中埋入例如钨(W)，从而形成了贯通配线。此时，类似于贯通孔51A，也可以在贯通孔51B的侧面和底面上形成钛膜作为阻挡金属；然而，在改善诸如放大晶体管(AMP)等像素晶体管的界面终止性的情况下，可以形成例如氢吸收效果低的钽(Ta)等作为阻挡金属。随后，在绝缘层52上形成将贯通配线54和连接部59彼此电连接的连接配线55(图15G)。其后，在绝缘层52上形成包括氢供应层72和焊盘电极58的配线层56。以此方式，形成了第二基板20。

接下来，以半导体基板21的正面面向半导体基板31的正面侧的方式将第二基板20附接至形成有逻辑电路32和配线层62的第三基板30(图15H)。此时，第二基板20的焊盘电极58和第三基板30的焊盘电极64彼此接合，从而将第二基板20和第三基板30彼此电连接。以此方式，制造了摄像装置1。

(1-3.作用和效果)

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装置的每个像素的面积的小型化。近年来，为了实现摄像装置的更小尺寸及其每个像素的面积的小型化，已经开发出三维结构的摄像装置。在三维结构的摄像装置中，例如，包括多个传感器像素的半导体基板和包括信号处理电路的半导体基板彼此层叠，该信号处理电路对在每个传感器像素中获得的信号进行处理。这使得在具有与现有芯片尺寸相等的芯片尺寸的同时，传感器像素能够具有更高的集成度，并且信号处理电路能够具有更大的尺寸。

顺便提及，需要摄像装置减小作为使图像质量劣化的因素的在半导体基板的正面上的暗电流，并且需要摄像装置改善像素晶体管的闪烁噪声特性和随机电报噪声特性。在摄像装置的制造过程中，半导体基板的界面能级由于等离子体处理(CVD和干法蚀刻)期间的充电和诸如UV照射等等离子体损伤而增大，这是暗电流的一个因素。为了减小暗电流并因此改善图像传感器的像素特性，使用一种利用诸如氢和氟等原子来终止器件界面的悬挂键的方法。例如，存在如下技术：其中，使氢从钝化膜(SiN膜)解吸，并且将氢键合至光电二极管的表面上的悬挂键，以减小该表面的暗电流，光电二极管是半导体基板的光接收元件。

然而，在典型的摄像装置中，从SiN膜解吸的氢扩散至包括多个传感器像素的半导体基板，从而引起构成传感器像素的光电二极管PD的脱钉，从而可能导致特性劣化。

相比之下，在第一基板10和第二基板20层叠的层叠体中，本实施例的摄像装置1包括位于构成第一基板10并且包括传感器像素12的半导体基板11与构成第二基板20并且包括读出电路的半导体基板21之间的氢扩散防止层71。这使得用于改善像素晶体管的特性的氢原子能够选择性地扩散至期望的区域。具体地，例如，可以防止氢原子从设置在半导体基板21的与面对第一基板10的背面(表面21S2)相反的正面(表面21S1)侧的氢供应层72扩散至包括传感器像素12的半导体基板11。

如上所述，在本实施例中，在第一基板10和第二基板20层叠的层叠体中，由于氢扩散防止层71设置在包括传感器像素12的半导体基板11与包括用于输出基于从传感器像素12输出的电荷的图像信号的读出电路22的半导体基板21之间，因此使得用于改善像素晶体管的特性的氢原子能够选择性地扩散至期望的区域。这可以减少设置在半导体基板11中的光电二极管PD的脱钉。因此，可以减小作为图像质量劣化的因素的半导体基板21的正面上的暗电流、改善像素晶体管的闪烁噪声特性和随机电报噪声特性以及减少光电二极管PD的脱钉。这可以实现噪声特性和光电二极管特性两者。因此，可以提供具有优异的摄像特性的摄像装置1。

此外，在本实施例中，设置在第一基板10中的传输晶体管TR的栅极(传输栅极TG)和设置在第二基板20中的像素晶体管(例如，放大晶体管AMP)彼此电连接，并且在其中形成有贯穿氢扩散防止层71的贯通配线54的贯通孔51A的侧面和底面上形成具有氢吸收效果的钛(Ti)等作为阻挡金属。这能够防止氢原子经由贯通孔51A扩散至半导体基板11侧，从而可以使氢原子更有选择性地扩散。

在下文中，说明第二至第五实施例以及变形例1至10。需要注意，在以下说明中，与前述第一实施例相同的组件由相同的附图标记表示，并且适当地省略其说明。

<2.第二实施例>

图16图示了根据本发明的第二实施例的摄像装置(摄像装置2)的在垂直方向上的截面构造的示例。类似于前述第一实施例中的摄像装置1，在第一基板10和第二基板20的层叠体中，摄像装置2包括位于半导体基板11与半导体基板21之间的氢扩散防止层71。作为将第二基板20和第三基板30彼此电连接的结构，本实施例的摄像装置2具有使用贯穿第二基板20和第三基板30的贯通配线65的构造来代替焊盘电极58和64之间的接合。

也就是说，由于第三基板30包括用于第二基板20与第三基板30之间的电连接的贯通配线65，因此如图16所示，第二基板20和第三基板30通过贯通配线65彼此电连接。也就是说，传输晶体管TR的栅极(传输栅极TG)经由贯通配线54、焊盘电极58和贯通配线65电连接至逻辑电路32。在此，贯通配线65的总数少于第一基板10中所包括的传感器像素12的总数。贯通配线65对应于本发明的“第二贯通配线”的具体示例。贯通配线65例如由所谓的芯片贯通过孔(TCV：Thorough Chip Via)构成。

如上所述，在本实施例的摄像装置2中，即使在使用贯通配线65作为将第二基板20和第三基板30彼此电连接的结构的情况下，摄像装置2也具有与前述第一实施例类似的效果。

<3.第三实施例>

图17图示了根据本发明的第三实施例的摄像装置(摄像装置3)的在垂直方向上的截面构造的示例。类似于前述第一实施例中的摄像装置1，在第一基板10和第二基板20的层叠体中，摄像装置3包括位于半导体基板11与半导体基板21之间的氢扩散防止层71。本实施例的摄像装置3例如在第一基板10的光入射表面侧具有包含有机半导体材料的有机光电转换部80，并且本实施例的摄像装置3具有其中在有机光电转换部80与第一基板10之间设置有氢扩散防止层73的构造。氢扩散防止层73对应于本发明的“第二氢扩散防止层”的具体示例。

以此方式，在第一基板10的光入射表面侧设置容易含有氢原子的有机膜的情况下，优选地，也在半导体基板11的背面(表面11S2)侧设置氢扩散防止层73。这可以减少由于来自半导体基板11的背面(表面11S2)的氢原子的扩散而引起的光电二极管PD的脱钉。

<4.第四实施例>

图18图示了根据本发明的第四实施例的摄像装置(摄像装置4)的在垂直方向上的截面构造的示例。类似于前述第一实施例中的摄像装置1，在第一基板10和第二基板20的层叠体中，摄像装置4包括位于半导体基板11与半导体基板21之间的氢扩散防止层71。除了第一基板10、第二基板20和第三基板30之外，本发明的摄像装置4例如还包括第四基板90，该第四基板90包括诸如存储器等功能元件，第一基板10、第二基板20、第三基板30和第四基板90依次层叠。

第四基板90具有其中例如层间绝缘膜93层叠在半导体基板91上的构造。需要注意，类似于第三基板30，第四基板90的正面侧的表面附接至第三基板30。半导体基板91由硅基板构成。第四基板90具有其中存储元件92设置在半导体基板91的正面(表面91S1)侧的一部分中的构造。第四基板90例如还包括位于层间绝缘膜93上的配线层94。配线层94例如包括绝缘层95和设置在绝缘层95内的多个焊盘电极96。多个焊盘电极96电连接至存储元件92。每个焊盘电极96例如由铜(Cu)形成。每个焊盘电极96暴露于配线层94的正面。每个焊盘电极96用于将第三基板30和第四基板90彼此电连接，并且用于将第三基板30和第四基板90彼此附接。另外，焊盘电极96不必一定是多个焊盘电极；即使一个焊盘电极也能够电连接至逻辑电路32。第三基板30和第四基板90通过焊盘电极66和96之间的接合彼此电连接。

如上所述，在具有三维结构的摄像装置中，如在本实施例的摄像装置3中一样，可以在包括逻辑电路32的第三基板30上进一步层叠包括诸如存储器等功能元件的第四基板90。另外，在第三基板30上，可以形成有机膜等，而不限于包括功能元件的基板。

<5.第五实施例>

图19图示了根据本发明的第五实施例的摄像装置(摄像装置5)的在垂直方向上的截面构造的示例。类似于前述第一实施例中的摄像装置1，在第一基板10和第二基板20的层叠体中，摄像装置5包括位于半导体基板11与半导体基板21之间的氢扩散防止层71。本发明的摄像装置5具有如下构造：其中，在构成第一基板10的半导体基板11的正面(表面11S1)上部分地设置有例如在前述第一实施例中单独设置在第三基板中的逻辑电路32。在本实施例中，传输晶体管TR的栅极(传输栅极TG)和逻辑电路32经由贯通配线54、设置在第二基板20的配线层62中的连接配线97、以及贯穿第二基板20的贯通配线98而彼此电连接。

需要注意，尽管图19图示了在第一基板10的整个表面上设置有氢扩散防止层71的示例，但是这不是限制性的。例如，如在图20所示的摄像装置8中一样，可以在第一基板10的一部分中，例如在形成光电二极管PD的区域中选择性地形成。

如上所述，即使在逻辑电路32形成于第一基板10中的情况下，摄像装置5和6也具有与前述第一实施例类似的效果。

<6.变形例>

(6-1.变形例1)

图21图示了根据前述第一至第五实施例中任一实施例的变形例(变形例1)的摄像装置(例如，摄像装置1)的在垂直方向上的截面构造的示例。在本变形例中，传输晶体管TR包括平面型传输栅极TG。因此，传输栅极TG未贯穿p阱层42，并且仅形成在半导体基板11的正面上。即使在将平面型传输栅极TG用于传输晶体管TR的情况下，摄像装置1也具有与前述第一实施例类似的效果。

(变形例2)

图22图示了根据前述第一至第五实施例中任一实施例的变形例(变形例2)的摄像装置(例如，摄像装置1)的在垂直方向上的截面构造的示例。在本变形例中，在第一基板10中的面对周边区域14的区域中进行第二基板20与第三基板30之间的电连接。周边区域14对应于第一基板10的框架区域，并且设置在像素区域13的周边。在本变形例中，第二基板20包括位于面对周边区域14的区域中的多个焊盘电极58，并且第三基板30包括位于面对周边区域14的区域中的多个焊盘电极64。第二基板20和第三基板30通过设置在面对周边区域14的区域中的焊盘电极58和64之间的接合而彼此电连接。

以此方式，在本变形例中，第二基板20和第三基板30通过设置在面对周边区域14的区域中的焊盘电极58和64之间的接合而彼此电连接。与在面对像素区域13的区域中将焊盘电极58和64彼此接合的情况相比，这可以减小抑制每个像素的面积的小型化的可能性。因此，除了前述第一实施例的效果之外，还可以提供具有三层结构的摄像装置1，该摄像装置1在具有与现有芯片尺寸相等的芯片尺寸的同时，不会抑制每个像素的面积的小型化。

(变形例3)

图23图示了根据前述第一至第五实施例中任一实施例的变形例(变形例3)的摄像装置(例如，摄像装置1)的在垂直方向上的截面构造的示例。图24图示了根据前述第一至第五实施例中任一实施例的变形例(变形例3)的摄像装置(例如，摄像装置1)的在垂直方向上的截面构造的另一示例。图23和图24中上侧的图分别是沿着图1的截面Sec1的截面构造的变形例，并且图23中下侧的图是沿着图1的截面Sec2的截面构造的变形例。需要注意，在图23和图24中上侧的每个截面图中，将图示了图1的半导体基板11的正面构造的变形例的图叠加在图示了沿着图1的截面Sec1的截面构造的变形例的图上，并且省略绝缘层46。另外，在图23和图24中下侧的每个截面图中，将图示了半导体基板21的正面构造的变形例的图叠加在图示了沿着图1的截面Sec2的截面构造的变形例的图上。

如图23和图24所示，多个贯通配线54、多个贯通配线48和多个贯通配线47(图中以矩阵方式布置的多个点)在第一基板10的平面内沿第一方向V(图23和图24中的水平方向)以带状并排布置。需要注意，图23和图24分别例示了多个贯通配线54、多个贯通配线48和多个贯通配线47沿第一方向V并排布置成两行的情况。在共用读出电路22的四个传感器像素12中，四个浮动扩散部FD例如隔着元件分离部43被布置成彼此接近。在共用读出电路22的四个传感器像素12中，四个传输栅极TG(TG1、TG2、TG3和TG4)被布置成包围四个浮动扩散部FD，并且四个传输栅极TG例如形成环形形状。

绝缘层53由沿第一方向V延伸的多个区块构成。半导体基板21沿第一方向V延伸，并且由隔着绝缘层53沿与第一方向V正交的第二方向H并排布置的多个岛状区块21A构成。每个区块21A例如包括复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL。由四个传感器像素12共用的一个读出电路22例如没有被布置成正对四个传感器像素12，而是被布置成在第二方向H上偏移。

在图23中，由四个传感器像素12共用的一个读出电路22由位于第二基板20的从面对四个传感器像素12的区域在第二方向H上偏移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共用的一个读出电路22例如由一个区块21A内的放大晶体管AMP、复位晶体管RST和选择晶体管SEL构成。

在图24中，由四个传感器像素12共用的一个读出电路22由位于第二基板20的从面对四个传感器像素12的区域在第二方向H上偏移的区域内的复位晶体管RST、放大晶体管AMP、选择晶体管SEL和FD传输晶体管FDG构成。由四个传感器像素12共用的一个读出电路22例如由一个区块21A内的放大晶体管AMP、复位晶体管RST、选择晶体管SEL和FD传输晶体管FDG构成。

在本变形例中，由四个传感器像素12共用的一个读出电路22例如没有被布置成正对四个传感器像素12，而是被布置成从正对四个传感器像素12的位置在第二方向H上偏移。在这种情况下，可以缩短配线25，或者可以省略配线25并且可以使用共同的杂质区域来构成放大晶体管AMP的源极和选择晶体管SEL的漏极。结果，可以减小读出电路22的尺寸，或者可以增大读出电路22内的其他位置的尺寸。

(变形例4)

图25图示了根据前述第一至第五实施例中任一实施例的变形例(变形例4)的摄像装置(例如，摄像装置1)的在水平方向上的截面构造的示例。图25图示了图9的截面构造的变形例。

在本变形例中，半导体基板21由隔着绝缘层53沿第一方向V和第二方向H并排布置的多个岛状区块21A构成。每个区块21A例如包括一组复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL。在这种情况下，可以使绝缘层53抑制彼此相邻的读出电路22之间的串扰，从而可以抑制由于再现图像上的分辨率降低和混色而引起的图像质量劣化。

(变形例5)

图26图示了根据前述第一至第五实施例中任一实施例的变形例(变形例5)的摄像装置(例如，摄像装置1)的在水平方向上的截面构造的示例。图26图示了图25的截面构造的变形例。

在本变形例中，由四个传感器像素12共用的一个读出电路22例如没有被布置成正对四个传感器像素12，而是被布置成在第一方向V上偏移。在本变形例中，类似于变形例4，半导体基板21进一步由隔着绝缘层53沿第一方向V和第二方向H并排布置的多个岛状区块21A构成。每个区块21A例如包括一组复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL。在本变形例中，多个贯通配线47和多个贯通配线54进一步也沿第二方向H布置。具体地，多个贯通配线47设置在共用某一读出电路22的四个贯通配线54和共用在第二方向H上与所述某一读出电路22相邻的另一读出电路22的四个贯通配线54之间。在这种情况下，可以使绝缘层53和贯通配线47抑制彼此相邻的读出电路22之间的串扰，从而可以抑制由于再现图像上的分辨率降低和混色而引起的图像质量劣化。

(变形例6)

图27图示了根据前述第一至第五实施例中任一实施例的变形例(变形例6)的摄像装置(例如，摄像装置1)的在水平方向上的截面构造的示例。图27图示了图9的截面构造的变形例。

在本变形例中，第一基板10针对每个传感器像素12包括光电二极管PD和传输晶体管TR，并且包括由每四个传感器像素12共用的浮动扩散部FD。因此，在本变形例中，针对每四个传感器像素12设置一个贯通配线54。

在以矩阵方式布置的多个传感器像素12中，为了方便起见，将与如下区域对应的四个传感器像素12称为四个传感器像素12A，该区域是通过使与共用一个浮动扩散部FD的四个传感器像素12对应的单位区域沿第一方向V偏移一个传感器像素12而获得的区域。此时，在本变形例中，第一基板10包括由每四个传感器像素12A共用的贯通配线47。因此，在本变形例中，针对每四个传感器像素12A设置一个贯通配线47。

在本变形例中，第一基板10包括针对各个传感器像素12将光电二极管PD和传输晶体管TR分离的元件分离部43。当从半导体基板11的法线方向观察时，元件分离部43没有完全包围传感器像素12，并且元件分离部43在浮动扩散部FD(贯通配线54)附近和贯通配线47附近具有间隙(未形成区域)。另外，该间隙使得四个传感器像素12能够共用一个贯通配线54并且使得四个传感器像素12A能够共用一个贯通配线47。在本变形例中，第二基板20针对共用浮动扩散部FD的每四个传感器像素12包括读出电路22。

图28图示了根据本变形例的摄像装置1的在水平方向上的截面构造的另一示例。图28图示了图25的截面构造的变形例。在本变形例中，第一基板10针对每个传感器像素12包括光电二极管PD和传输晶体管TR，并且包括由每四个传感器像素12共用的浮动扩散部FD。此外，第一基板10包括针对各个传感器像素12将光电二极管PD和传输晶体管TR分离的元件分离部43。

图29图示了根据本变形例的摄像装置1的在水平方向上的截面构造的又一示例。图43图示了图26的截面构造的变形例。在本变形例中，第一基板10针对每个传感器像素12包括光电二极管PD和传输晶体管TR，并且包括由每四个传感器像素12共用的浮动扩散部FD。此外，第一基板10包括针对各个传感器像素12将光电二极管PD和传输晶体管TR分离的元件分离部43。

(变形例7)

图30图示了根据前述第一至第五实施例和变形例1至6中任一者的变形例(变形例7)的摄像装置(例如，摄像装置1)的电路构造的示例。根据本变形例的摄像装置1是安装有列并行ADC的CMOS图像传感器。

如图30所示，除了像素区域13之外，根据本变形例的摄像装置1还包括垂直驱动电路33、列信号处理电路34、参考电压供应部38、水平驱动电路35、水平输出线37和系统控制电路36，在像素区域13中，均包括光电转换元件的多个传感器像素12以矩阵方式(矩阵形状)二维布置。

在该系统构造中，基于主时钟MCK，系统控制电路36产生用作垂直驱动电路33、列信号处理电路34、参考电压供应部38和水平驱动电路35等的操作的基准的时钟信号或控制信号等，并且将时钟信号或控制信号等提供给垂直驱动电路33、列信号处理电路34、参考电压供应部38和水平驱动电路35等。

另外，垂直驱动电路33与像素区域13的每个传感器像素12一起形成在第一基板10中，并且垂直驱动电路33进一步还形成在其中形成有读出电路22的第二基板20中。列信号处理电路34、参考电压供应部38、水平驱动电路35、水平输出线37和系统控制电路36形成在第三基板30中。

尽管在此省略了图示，但是可以使用例如如下构造作为传感器像素12：除了光电二极管PD之外，该构造还包括将通过光电二极管PD的光电转换而获得的电荷传输至浮动扩散部FD的传输晶体管TR。另外，尽管在此省略了图示，但是可以使用例如三晶体管构造作为读出电路22，该三晶体管构造包括：控制浮动扩散部FD的电位的复位晶体管RST、输出与浮动扩散部FD的电位对应的信号的放大晶体管AMP、以及用于选择像素的选择晶体管SEL。

在像素区域13中，传感器像素12二维布置；相对于m行n列的这种像素布置，像素驱动线23针对各个行而连线，并且垂直信号线24针对各个列而连线。多个像素驱动线23的一端分别连接至垂直驱动电路33的行的对应输出端。垂直驱动电路33由移位寄存器等构成，并且经由多个像素驱动线23控制像素区域13的行地址和行扫描。

列信号处理电路34例如包括针对像素区域13的各个像素列(即，各个垂直信号线24)设置的ADC(模数转换电路)34-1至34-m，并且将从像素区域13的传感器像素12针对各个列输出的模拟信号转换为数字信号以用于输出。

参考电压供应部38例如包括DAC(数模转换电路)38A作为用于产生所谓的斜坡(RAMP)波形的参考电压Vref的手段，该斜坡波形的参考电压Vref的电平随时间流逝以倾斜方式变化。需要注意，用于产生斜坡波形的参考电压Vref的手段不限于DAC 38A。

在从系统控制电路36提供的控制信号CS1的控制下，DAC 38A基于从该系统控制电路36提供的时钟CK产生斜坡波形的参考电压Vref，以将产生的参考电压Vref供应给ADC34-1至34-m。

需要注意，ADC 34-1至34-m中的各者被构造成选择性地进行与用于读取所有传感器像素12的信息的逐行扫描系统中的正常帧速率模式和和高速帧速率模式的每个操作模式对应的AD转换操作，与正常帧速率模式的时间相比，高速帧速率模式将传感器像素12的曝光时间设定为1/N，以将帧速率提高至N倍，例如两倍。通过从系统控制电路36提供的控制信号CS2和CS3进行的控制来执行操作模式之间的切换。另外，从外部系统控制器(未图示)向系统控制电路36提供用于在正常帧速率模式和高速帧速率模式的每种操作模式之间切换的指令信息。

所有ADC 34-1至34-m都具有相同的构造；在此参照ADC 34-m的示例进行说明。ADC34-m被构造成包括比较器34A、例如作为计数手段的递增/递减计数器(图中称为U/D CNT)34B、传输开关34C和存储器34D。

比较器34A将与从像素区域13的第n列的每个传感器像素12输出的信号对应的垂直信号线24的信号电压Vx和从参考电压供应部38供应的斜坡波形的参考电压Vref彼此进行比较。例如，当参考电压Vref大于信号电压Vx时，输出Vco变为“H”电平，而当参考电压Vref小于或等于信号电压Vx时，输出Vco变为“L”电平。

递增/递减计数器34B是异步计数器；在从系统控制电路36提供的控制信号CS2的控制下，递增/递减计数器34B与DAC 18A同时被提供来自系统控制电路36的时钟CK，并且递增/递减计数器34B以与时钟CK同步的方式进行递减(DOWN)计数或递增(UP)计数，从而测量比较器34A的从比较操作开始至比较操作结束的比较周期。

具体地，在正常帧速率模式下，当进行来自一个传感器像素12的信号的读取操作时，在第一次读取操作时进行递减计数，从而测量第一次读取时的比较时间，而在第二次读取操作时进行递增计数，从而测量第二次读取时的比较时间。

同时，在高速帧速率模式下，在按照原样保持某一行的传感器像素12的计数结果的同时，随后，对于下一行的传感器像素12，根据前一次的计数结果在第一次读取操作时进行递减计数，从而测量第一次读取时的比较时间，并且在第二次读取操作时进行递增计数，从而测量第二次读取时的比较时间。

在从系统控制电路36提供的控制信号CS3的控制下，在正常帧速率模式下，传输开关34C在递增/递减计数器34B完成对某一行的传感器像素12的计数操作时进入接通(闭合)状态，以将递增/递减计数器34B的计数结果传输至存储器34D。

同时，例如，在N＝2的高速帧速率下，在递增/递减计数器34B完成对某一行的传感器像素12的计数操作时，保持断开(打开)状态，随后，在递增/递减计数器34B完成对下一行的传感器像素12的计数操作时，获得接通状态，以将递增/递减计数器34B的针对垂直的两个像素的计数结果传输至存储器34D。

以此方式，通过ADC 34-1至34-m中的比较器34A和递增/递减计数器34B的各个操作，从像素区域13的各个传感器像素12经由垂直信号线24针对各列供应的模拟信号被转换为N位数字信号，并且被存储在存储器34D中。

水平驱动电路35由移位寄存器等构成，并且控制列信号处理电路34中的ADC 34-1至34-m的列地址和列扫描。在水平驱动电路35的控制下，在各个ADC 34-1至34-m中已经进行了AD转换的N位数字信号被依次读取至水平输出线37，并且经由水平输出线37作为摄像数据被输出。

需要注意，尽管因为与本发明没有直接关系而没有给出具体的图示，但是除了上述组件之外，还可以设置对经由水平输出线37输出的摄像数据进行各种类型的信号处理的电路等。

在根据具有以上构造的本变形例的安装有列并行ADC的摄像装置1中，递增/递减计数器34B的计数结果能够经由传输开关34C被选择性地传输至存储器34D。这可以彼此独立地控制递增/递减计数器34B的计数操作和将递增/递减计数器34B的计数结果读取至水平输出线37的读取操作。

(变形例8)

图31图示了层叠有三个基板(第一基板10、第二基板20和第三基板30)的图30的摄像装置的构造的示例。在本变形例中，在第一基板10的中央部分形成有包括多个传感器像素12的像素区域13，并且在像素区域13周围形成有垂直驱动电路33。另外，在第二基板20的中央部分形成有包括多个读出电路22的读出电路区域15，并且在读出电路区域15周围形成有垂直驱动电路33。在第三基板30中，形成有列信号处理电路34、水平驱动电路35、系统控制电路36、水平输出线37和参考电压供应部38。类似于前述实施例及其变形例，这消除了由于基板彼此电连接的结构而引起的芯片尺寸的增大和对每个像素的面积的小型化的抑制。结果，可以提供具有三层结构的摄像装置1，该摄像装置1在具有与现有芯片尺寸相等的芯片尺寸的同时，不会抑制每个像素的面积的小型化。需要注意，垂直驱动电路33可以仅形成在第一基板10中，或者可以仅形成在第二基板20中。

(变形例9)

图32图示了根据前述第一至第五实施例及其变形例1至8中任一者的变形例(变形例9)的摄像装置(例如，摄像装置1)的截面构造的示例。在前述第一至第四实施例及其变形例1至8等中，摄像装置1是通过层叠三个基板(第一基板10、第二基板20和第三基板30)构成的。然而，如在前述第五实施例中的摄像装置5和6中一样，可以层叠两个基板(第一基板10和第二基板20)。此时，例如，如图32所示，可以在第一基板10和第二基板20中分别形成逻辑电路32。在此，逻辑电路32的设置在第一基板10侧的电路32A设置有具有如下栅极结构的晶体管：其中，金属栅极电极和包含能够经受高温工艺的材料(例如，高k)的高介电常数膜层叠。同时，在设置于第二基板20侧的电路32B中，在与源极电极和漏极电极接触的杂质扩散区域的正面上形成有低电阻区域26，该低电阻区域26包含诸如CoSi

(变形例10)

图33图示了根据前述第一至第四实施例及其变形例1至8的变形例(变形例10)的摄像装置1的截面构造的变形例。在根据前述第一至第四实施例及其变形例1至8的第三基板30的逻辑电路32中，在与源极电极和漏极电极接触的杂质扩散区域的正面上，可以形成包含诸如CoSi

需要注意，在前述第一至第五实施例及其变形例1至10中，导电类型可以是相反的。例如，在前述第一至第五实施例及其变形例1至10的说明中，可以将p型理解为n型，并且可以将n型理解为p型。即使在这种情况下，也可以获得与前述第一至第五实施例及其变形例1至10类似的效果。

<7.适用例>

图34图示了包括根据前述第一至第五实施例及其变形例1至10中任一者的摄像装置(例如，摄像装置1)的摄像系统7的示意性构造的示例。

摄像系统7例如是包括诸如数码相机或摄像机等摄像装置或诸如智能手机或平板型终端等便携式终端装置的电子设备。摄像系统7例如包括光学系统141、快门装置142、摄像装置1、DSP电路143、帧存储器144、显示单元145、存储单元146、操作单元147和电源单元148。在摄像系统7中，快门装置142、摄像装置1、DSP电路143、帧存储器144、显示单元145、存储单元146、操作单元147和电源单元148经由总线149彼此连接。

摄像装置1输出与入射光对应的图像数据。光学系统141包括一个或多个透镜，并且将来自被摄体的光(入射光)引导至摄像装置1，以在摄像装置1的光接收表面上形成图像。快门装置142设置在光学系统141与摄像装置1之间，并且在操作单元147的控制下，快门装置142控制摄像装置1的光照时段和遮光时段。DSP电路143是对从摄像装置1输出的信号(图像数据)进行处理的信号处理电路。帧存储器144以帧为单位暂时保持由DSP电路143处理后的图像数据。显示单元145例如包括诸如液晶面板或有机电致发光(EL：ElectroLuminescence)面板等面板型显示装置，并且显示由摄像装置1拍摄的运动图像或静止图像。存储单元146将由摄像装置1拍摄的运动图像或静止图像的图像数据记录在诸如半导体存储器或硬盘等记录介质中。操作单元147根据用户的操作发出用于摄像系统7的各种功能的操作命令。电源单元148将各种类型的操作电源适当地供应给作为供应目标的摄像装置1、DSP电路143、帧存储器144、显示单元145、存储单元146和操作单元147。

接下来，说明摄像系统7中的摄像程序。

图35图示了摄像系统7中的摄像操作的流程图的示例。用户通过操作操作单元147来指示摄像开始(步骤S101)。然后，操作单元147将摄像命令传输至摄像装置1(步骤S102)。摄像装置1(具体地，系统控制电路36)在接收到摄像命令时以预定的摄像方法执行摄像(步骤S103)。

摄像装置1将经由光学系统141和快门装置142形成在光接收表面上的光(图像数据)输出至DSP电路143。如在本文中所使用的，图像数据是指基于暂时保持在浮动扩散部FD中的电荷而产生的像素信号的所有像素的数据。DSP电路143基于从摄像装置1输入的图像数据进行预定的信号处理(例如，降噪处理等)(步骤S104)。DSP电路143使帧存储器144保持已经进行了预定的信号处理的图像数据，并且帧存储器144使存储单元146存储图像数据(步骤S105)。以此方式，进行摄像系统7中的摄像。

在本适用例中，将摄像装置1应用于摄像系统7。这使得摄像装置1能够小型化或者具有更高的清晰度，从而可以提供小型或高清晰度的摄像系统7。

<8.应用例>

(应用例1)

根据本发明实施例的技术(本技术)能够应用于各种产品。例如，根据本发明实施例的技术可以以安装在任何种类的移动体上的装置的形式被实现。所述移动体的非限制性示例可以包括汽车、电动汽车、混合动力电动汽车、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)、船舶和机器人。

图36是示出了作为能够应用根据本发明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的示例的框图。

车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图36所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和综合控制单元12050。另外，作为综合控制单元12050的功能构造，图示了微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络接口(I/F)12053。

驱动系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统有关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010起到以下装置的控制装置的作用：诸如内燃机或驱动电机等用于产生车辆驱动力的驱动力产生装置；用于将驱动力传递至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；以及用于产生车辆制动力的制动装置等。

车身系统控制单元12020根据各种程序控制设置在车体上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020起到无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置、或诸如车头灯、车尾灯、刹车灯、转向信号灯或雾灯等各种灯的控制装置的作用。在这种情况下，能够将从替代钥匙的移动装置传输的无线电波或各种开关的信号输入至车身系统控制单元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装置、电动窗装置或灯等。

车外信息检测单元12030检测包括车辆控制系统12000的车辆外部的信息。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对车辆外部的图像进行摄像，并且接收摄像的图像。基于接收到的图像，车外信息检测单元12030可以进行诸如人、车辆、障碍物、标志或路面上的文字等物体的检测处理，或者可以进行与上述物体之间的距离的检测处理。

摄像部12031是用于接收光并且输出与接收的光的光量对应的电信号的光学传感器。摄像部12031能够将电信号作为图像输出，或者能够将电信号作为测距信息输出。另外，由摄像部12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等不可见光。

车内信息检测单元12040检测车辆内部的信息。车内信息检测单元12040例如与用于检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部12041连接。例如，驾驶员状态检测部12041包括用于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，或者可以判断驾驶员是否正在打瞌睡。

基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆外部或内部的信息，微型计算机12051能够计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且能够将控制命令输出至驱动系统控制单元12010。例如，微型计算机12051能够进行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS：Advanced Driver Assistance System)功能的协同控制，该功能包括车辆的碰撞规避或冲击缓和、基于车间距离的跟车驾驶、车速保持驾驶、车辆碰撞警告或车辆偏离车道警告等。

另外，基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆外部或内部的信息，微型计算机12051能够通过控制驱动力产生装置、转向机构或制动装置等来进行旨在自动驾驶等的协同控制，自动驾驶使车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作。

另外，基于由车外信息检测单元12030获得的车辆外部的信息，微型计算机12051能够将控制命令输出至车身系统控制单元12020。例如，通过例如根据由车外信息检测单元12030检测到的前行车辆或对向车辆的位置来控制车头灯以从远光变为近光，微型计算机12051能够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至输出装置，该输出装置能够将信息以视觉或听觉的方式通知车辆的乘员或车辆的外部。在图36的示例中，作为输出装置，图示了音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063。例如，显示部12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。

图37是示出了摄像部12031的安装位置的示例的图。

在图37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例如被设置于车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上的位置处以及车内挡风玻璃的上部位置处。设置于前鼻上的摄像部12101和设置于车内挡风玻璃的上部上的摄像部12105主要获得车辆12100前方的图像。设置于侧视镜上的摄像部12102和12103主要获得车辆12100侧面的图像。设置于后保险杠或后门上的摄像部12104主要获得车辆12100后方的图像。设置于车内挡风玻璃的上部上的摄像部12105主要用于检测前行车辆、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志或车道等。

顺便提及，图37示出了摄像部12101～12104的摄影范围的示例。摄像范围12111表示设置于前鼻上的摄像部12101的摄像范围。摄像范围12112和12113分别表示设置于侧视镜上的摄像部12102和12103的摄像范围。摄像范围12114表示设置于后保险杠或后门上的摄像部12104的摄像范围。例如，通过将由摄像部12101～12104摄像的图像数据叠加，获得了从上方观察的车辆12100的鸟瞰图像。

摄像部12101～12104中的至少一者可以具有获得距离信息的功能。例如，摄像部12101～12104中的至少一者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，基于从摄像部12101～12104获得的距离信息，微型计算机12051能够求出与摄像范围12111～12114内的每个三维物体之间的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，由此特别地提取如下的最近三维物体作为前行车辆：该三维物体存在于车辆12100的行驶路径上，并且在与车辆12100大致相同的方向上以预定速度(例如，大于或等于0km/h)行驶。此外，微型计算机12051能够预先设定在前行车辆的前方要保持的车间距离，并且能够进行自动制动控制(包括跟随停止控制)或自动加速控制(包括跟随启动控制)等。因此，可以进行旨在使车辆不依赖于驾驶员的操作而自主行驶的自动驾驶等的协同控制。

例如，基于从摄像部12101～12104获得的距离信息，微型计算机12051能够将关于三维物体的三维物体数据分类为两轮车辆、标准尺寸车辆、大型车辆、行人、电线杆和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，并且使用提取的三维物体数据以自动规避障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员能够视觉识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051判断表示与每个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并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，并且经由驱动系统控制单元12010进行强制减速或规避转向。由此，微型计算机12051能够辅助驾驶以规避碰撞。

摄像部12101～12104中的至少一者可以是用于检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051能够通过判断摄像部12101～12104的摄像图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过如下的过程进行这种行人识别：在作为红外相机的摄像部12101至12104的摄像图像中提取特征点的过程；以及通过对表示物体轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理来判断是否是行人的过程。当微型计算机12051判断摄像部12101～12104的摄像图像中存在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，使得以叠加在识别出的行人上的方式显示用于强调的矩形轮廓线。声音/图像输出部12052还可以控制显示部12062，使得在期望的位置处显示表示行人的图标等。

在上文中，已经说明了可以应用根据本发明实施例的技术的移动体控制系统的一个示例。根据本发明实施例的技术可以应用于上述构造的组件之中的摄像部12031。具体地，根据前述实施例及其变形例中任一者的摄像装置1能够应用于摄像部12031。通过将根据本发明实施例的技术应用于摄像部12031，能够获得具有较少噪声的高清晰度的拍摄图像，从而可以在移动体控制系统中利用拍摄图像进行高精度的控制。

(应用例2)

图38是示出了能够应用根据本发明实施例的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。

在图38中，图示了外科医生(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、诸如气腹管11111和能量装置11112等的其他手术工具11110、支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120、和安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。

内窥镜11100包括：镜筒11101，从镜筒11101的远端起具有预定长度的区域被插入患者11132的体腔中；以及摄像头11102，其连接至镜筒11101的近端。在所示的示例中，将内窥镜11100示出为包括具有硬型镜筒11101的刚性内窥镜。然而，内窥镜11100可以另外地包括具有柔型镜筒11101的柔性内窥镜。

镜筒11101在其远端处具有开口部，在该开口部中安装有物镜。光源装置11203连接至内窥镜11100，使得由光源装置11203产生的光通过在镜筒11101内延伸的导光件被引入至镜筒11101的远端，并且该光通过物镜朝着患者11132的体腔中的观察目标照射。需要注意，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。

在摄像头11102内设置有光学系统和摄像元件，使得来自观察目标的反射光(观察光)通过光学系统被会聚在摄像元件上。观察光通过摄像元件进行光电转换，以产生对应于观察光的电信号，即，对应于观察图像的图像信号。该图像信号作为RAW数据被传输至CCU11201。

CCU 11201包括中央处理单元(CPU：Central Processing Unit)或图形处理单元(GPU：Graphics Processing Unit)等，并且CCU 11201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，并且例如对该图像信号进行诸如显像处理(去马赛克处理)等各种图像处理以显示基于该图像信号的图像。

在CCU 11201的控制下，显示装置11202在其上显示基于已经由CCU 11201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：Light Emitting Diode)等光源，并且将在对手术部位进行摄像时的照射光供应给内窥镜11100。

输入装置11204是内窥镜手术系统11000的输入接口。用户能够通过输入装置11204将各种信息或指令输入至内窥镜手术系统11000。例如，用户可以输入指令等以改变内窥镜11100的摄像条件(照射光的类型、放大倍率或焦距等)。

治疗工具控制装置11205控制用于组织烧灼或切割、或血管封止等的能量装置11112的驱动。为了确保内窥镜11100的视野并确保外科医生的工作空间，气腹装置11206通过气腹管11111将气体馈送至患者11132的体腔中以使体腔膨胀。记录仪11207是能够记录与手术有关的各种信息的装置。打印机11208是能够以诸如文本、图像或图表等各种形式打印与手术有关的各种信息的装置。

需要注意，将在对手术部位进行摄像时的照射光供应给内窥镜11100的光源装置11203可以包括白色光源，该白色光源例如包括LED、激光光源或二者的组合。在白色光源包括红色、绿色和蓝色(RGB)激光光源的组合的情况下，由于能够针对每种颜色(每种波长)高精度地控制输出强度和输出时序，因此光源装置11203能够进行拍摄图像的白平衡调节。此外，在这种情况下，如果来自各个RGB激光光源的激光束以时分方式照射在观察目标上并且以与照射时序同步的方式控制摄像头11102的摄像元件的驱动，则也能够以时分方式对分别与R、G和B颜色对应的图像进行拍摄。根据该方法，即使针对摄像元件没有设置滤色器，也能够获得彩色图像。

此外，可以以在每个预定时间改变待输出的光的强度的方式来控制光源装置11203。通过以与光强度的变化的时序同步的方式控制摄像头11102的摄像元件的驱动以便以时分的方式获取图像并且合成图像，能够产生没有曝光不足的遮挡阴影和曝光过度的高光的高动态范围图像。

此外，光源装置11203可以被构造成供应为特殊光观察准备的预定波段的光。在特殊光观察中，例如，通过利用身体组织中光吸收的波长依赖性来照射与普通观察时的照射光(即白光)相比的窄带光，能够执行以高对比度对诸如粘膜的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，可以进行荧光观察，以根据通过激发光的照射而产生的荧光来获得图像。在荧光观察中，可以通过将激发光照射在身体组织上来进行来自身体组织的荧光的观察(自发荧光观察)，或者可以通过将诸如吲哚菁绿(ICG)等试剂局部地注入到身体组织中并将与该试剂的荧光波长对应的激发光照射在该身体组织上来获得荧光图像。光源装置11203可以被构造成供应适合于如上所述的特殊光观察的这种窄带光和/或激发光。

图39是示出了图38所示的摄像头11102和CCU 11201的功能构造的示例的框图。

摄像头11102包括透镜单元11401、摄像单元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通过传输线缆11400彼此可通信地连接。

透镜单元11401是设置在与镜筒11101的连接位置处的光学系统。从镜筒11101的远端获取的观察光被引导至摄像头11102，并且被引入至透镜单元11401中。透镜单元11401包括多个透镜的组合，该多个透镜包括变焦透镜和聚焦透镜。

摄像单元11402所包括的摄像元件的数量可以是一个(单板型)或多个(多板型)。例如，在摄像单元11402被构造为多板型摄像单元的情况下，摄像元件产生分别与R、G和B对应的图像信号，并且可以合成这些图像信号以获得彩色图像。摄像单元11402还可以被构造为具有一对摄像元件，以分别获取为三维(3D)显示准备的右眼用图像信号和左眼用图像信号。如果进行3D显示，则外科医生11131能够更准确地掌握手术部位中的活体组织的深度。需要注意，在摄像单元11402被构造为立体型摄像元件的情况下，以与各个摄像元件对应的方式设置多个系统的透镜单元11401。

此外，摄像单元11402可以不必设置在摄像头11102上。例如，摄像单元11402可以在镜筒11101内紧接在物镜后方设置。

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，驱动单元11403使透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定距离。因此，能够适当地调节摄像单元11402拍摄的图像的放大倍率和焦点。

通信单元11404包括通信装置，以将各种信息传输至CCU 11201并且从CCU 11201接收各种信息。通信单元11404通过传输电缆11400将从摄像单元11402获取的图像信号作为RAW数据传输至CCU 11201。

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，并且将该控制信号供应给摄像头控制单元11405。例如，控制信号包括与摄像条件有关的信息，诸如指定拍摄图像的帧速率的信息、指定摄像时的曝光值的信息和/或指定拍摄图像的放大倍率和焦点的信息等。

需要注意，诸如帧速率、曝光值、放大倍率或焦点等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定。在后一种情况下，可以将自动曝光(AE：Auto Exposure)功能、自动聚焦(AF：Auto Focus)功能和自动白平衡(AWB：Auto White Balance)功能并入内窥镜11100中。

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包括通信装置，以将各种信息传输至摄像头11102并且从摄像头11102接收各种信息。通信单元11411通过传输电缆11400接收从摄像头11102传输至此的图像信号。

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至摄像头11102。图像信号和控制信号能够通过电通信或光通信等进行传输。

图像处理单元11412对从摄像头11102传输至此的RAW数据形式的图像信号进行各种图像处理。

控制单元11413进行与内窥镜11100对手术部位等的摄像和通过对手术部位等的摄像而获得的拍摄图像的显示有关的各种控制。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进行了图像处理的图像信号来控制显示装置11202，以显示对手术部位等进行摄像的拍摄图像。于是，控制单元11413可以使用各种图像识别技术来识别拍摄图像中的各种物体。例如，控制单元11413能够通过检测拍摄图像中所包括的物体的边缘的形状和颜色等来识别诸如钳子等手术工具、特定的活体部位、出血和使用能量装置11112时的薄雾等。当控制显示装置11202以显示拍摄图像时，控制单元11413可以利用识别结果使各种手术支持信息以重叠方式与手术部位的图像一起显示。在以重叠方式显示手术支持信息并将其呈现给外科医生11131的情况下，可以减轻外科医生11131的负担，并且外科医生11131能够确定无疑地进行手术。

将摄像头11102和CCU 11201彼此连接的传输线缆11400是为电信号通信准备的电信号电缆、为光通信准备的光纤或为电通信和光通信两者准备的复合电缆。

在此，虽然在所示的示例中，通过使用传输电缆11400的有线通信来进行通信，但是可以通过无线通信进行摄像头11102与CCU 11201之间的通信。

上面已经说明了能够应用根据本发明实施例的技术的内窥镜手术系统的一个示例。根据本发明实施例的技术例如能够适当地应用于上述构造之中的设置在内窥镜11100的摄像头11102中的摄像单元11402。通过将根据本发明实施例的技术应用于摄像单元11402，使得摄像单元11402能够小型化或者具有更高的清晰度，从而可以提供小型化或高清晰度的内窥镜11100。

尽管在上文中已经参照第一至第五实施例及其变形例1至10、适用例和应用例说明了本发明，但是本发明不限于前述实施例等，而是可以进行各种变形。需要注意，在本文中描述的效果仅是说明性的。本发明的效果不限于在本文中描述的效果。本发明还可以具有除在本文中描述的效果以外的其他效果。

需要注意，本发明还可以具有以下构造。根据具有以下构造的本技术，在包括第一基板和第二基板的层叠体中，在包括用于进行光电转换的传感器像素并且构成第一基板的第一半导体基板与包括读出电路并且构成第二基板的第二半导体基板之间设置有第一氢扩散防止层，该读出电路用于输出基于从传感器像素输出的电荷的像素信号。因此，氢选择性地扩散至期望的区域。这可以实现噪声特性和光电二极管特性两者。

(1)一种摄像装置，其包括：

第一基板，其包括位于第一半导体基板中的用于进行光电转换的传感器像素；

第二基板，其包括位于第二半导体基板中的读出电路，所述读出电路用于输出基于从所述传感器像素输出的电荷的像素信号，所述第二基板层叠在所述第一基板上；以及

第一氢扩散防止层，其设置在所述第一半导体基板与所述第二半导体基板之间。

(2)根据(1)所述的摄像装置，其中，所述第一氢扩散防止层的膜密度为2.7g/cm～3.5g/cm。

(3)根据(1)或(2)所述的摄像装置，其中，包括所述第一基板和所述第二基板的层叠体还包括氢供应层，所述氢供应层比所述第一氢扩散防止层更靠近所述第二基板侧。

(4)根据(1)至(3)中任一项所述的摄像装置，其中，

所述第一半导体基板具有与所述第二基板相对的一个表面和与所述一个表面相反的另一个表面，并且

相对于所述第一半导体基板，包括所述第一基板和所述第二基板的层叠体在所述一个表面侧包括所述第一氢扩散防止层，并且在所述另一个表面侧还包括第二氢扩散防止层。

(5)根据(1)至(4)中任一项所述的摄像装置，其中，

包括所述第一基板和所述第二基板的层叠体包括位于所述第一半导体基板与所述第二半导体基板之间的层间绝缘膜和设置在所述层间绝缘膜内的第一贯通配线，并且

所述第一基板和所述第二基板通过所述第一贯通配线彼此电连接。

(6)根据(5)所述的摄像装置，其中，所述第一贯通配线在与所述层间绝缘膜之间包括金属层，所述金属层包含具有氧吸收效果的金属。

(7)根据(1)至(6)中任一项所述的摄像装置，其中，所述第一基板还包括用于对所述像素信号进行处理的逻辑电路。

(8)根据(1)至(7)中任一项所述的摄像装置，其中，

所述传感器像素包括：光电转换元件；传输晶体管，其电连接至所述光电转换元件；以及浮动扩散部，其暂时保持经由所述传输晶体管从所述光电转换元件输出的电荷，并且

所述读出电路包括：复位晶体管，其将所述浮动扩散部的电位复位为预定电位；放大晶体管，其产生与保持在所述浮动扩散部中的电荷的电平对应的电压的信号作为所述像素信号；以及选择晶体管，其控制来自所述放大晶体管的所述像素信号的输出时序。

(9)根据(8)所述的摄像装置，其中，

所述第一基板在所述第一半导体基板的与所述第二基板相对的一个表面侧包括所述光电转换元件、所述传输晶体管和所述浮动扩散部，并且

所述第二基板在所述第二半导体基板的一个表面侧包括所述读出电路，并且所述第二基板以所述第二半导体基板的与所述一个表面相反的另一个表面面向所述第一半导体基板的所述一个表面侧的方式被附接至所述第一基板。

(10)根据(9)所述的摄像装置，其中，所述第一半导体基板的所述一个表面和所述第二半导体基板的所述一个表面具有互不相同的界面态密度。

(11)根据(1)至(10)中任一项所述的摄像装置，其还包括第三基板，所述第三基板包括位于第三半导体基板中的用于对所述像素信号进行处理的逻辑电路，其中，

所述第一基板、所述第二基板和所述第三基板依次层叠。

(12)根据(11)所述的摄像装置，其中，

在所述第二基板和所述第三基板分别包括焊盘电极的情况下，所述第二基板和所述第三基板通过所述焊盘电极之间的接合彼此电连接，并且

在所述第三基板包括贯穿所述第三半导体基板的第二贯通配线的情况下，所述第二基板和所述第三基板通过所述第二贯通配线彼此电连接。

(13)根据(9)至(12)中任一项所述的摄像装置，其还包括第三基板，所述第三基板包括位于第三半导体基板中的用于对所述像素信号进行处理的逻辑电路，其中，

所述第三基板在所述第三半导体基板的一个表面侧包括所述逻辑电路，并且所述第三基板以所述第三半导体基板的与所述一个表面相反的另一个表面面向所述第二半导体基板的所述一个表面侧的方式被附接至所述第二基板。

(14)根据(13)所述的摄像装置，其中，所述逻辑电路在与源极电极或漏极电极接触的杂质扩散区域的正面上包含硅化物。

(15)根据(12)至(14)中任一项所述的摄像装置，其中，

所述传感器像素包括：光电转换元件；传输晶体管，其电连接至所述光电转换元件；以及浮动扩散部，其暂时保持经由所述传输晶体管从所述光电转换元件输出的电荷，

所述读出电路包括：复位晶体管，其将所述浮动扩散部的电位复位为预定电位；放大晶体管，其产生与保持在所述浮动扩散部中的电荷的电平对应的电压的信号作为所述像素信号；以及选择晶体管，其控制来自所述放大晶体管的所述像素信号的输出时序，

包括所述第一基板和所述第二基板的层叠体包括位于所述第一半导体基板与所述第二半导体基板之间的层间绝缘膜和设置在所述层间绝缘膜内的第一贯通配线，并且

所述传输晶体管的栅极经由所述第一贯通配线、和所述焊盘电极或所述第二贯通配线电连接至所述逻辑电路。

(16)根据(13)至(15)中任一项所述的摄像装置，其包括位于所述第一半导体基板与所述第二半导体基板之间的层间绝缘膜，其中，

所述第一基板还包括位于所述层间绝缘膜内的沿与所述第一基板平行的方向延伸的栅极配线，并且

所述传输晶体管的栅极经由所述栅极配线电连接至所述逻辑电路。

(17)根据(15)或(16)所述的摄像装置，其中，

所述第二基板针对每四个所述传感器像素包括所述读出电路，并且

多个所述第一贯通配线在所述第一基板的平面内沿第一方向以带状并排布置。

(18)根据(17)所述的摄像装置，其中，所述传感器像素沿所述第一方向和与所述第一方向正交的第二方向以矩阵方式布置，并且

所述第二基板还包括：

第一控制线，其电连接至沿所述第二方向并排布置的所述传感器像素中各者的所述传输晶体管的所述栅极；

第二控制线，其电连接至沿所述第二方向并排布置的所述复位晶体管中各者的栅极；

第三控制线，其电连接至沿所述第二方向并排布置的所述选择晶体管中各者的栅极；以及

输出线，其电连接至沿所述第一方向并排布置的所述读出电路中各者的输出端。

本申请要求2018年12月20日向日本专利局提交的日本专利申请JP2018-238179的优先权，因此将该日本专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。

本领域技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种变形、组合、子组合和变更，只要这些变形、组合、子组合和变更在随附权利要求或其等同物的范围内即可。