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1. (WO2018186196) SOLID STATE IMAGING DEVICE AND ELECTRONIC APPARATUS
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明 細 書

発明の名称 固体撮像装置、及び電子機器

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006  

課題を解決するための手段

0007   0008   0009  

発明の効果

0010  

図面の簡単な説明

0011  

発明を実施するための形態

0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116   0117   0118   0119   0120   0121   0122   0123   0124   0125   0126   0127   0128   0129   0130   0131   0132   0133   0134   0135   0136   0137   0138   0139   0140   0141   0142   0143   0144   0145   0146   0147   0148   0149   0150   0151   0152   0153   0154   0155   0156   0157   0158   0159   0160   0161   0162   0163   0164   0165   0166   0167   0168   0169   0170   0171   0172   0173   0174   0175   0176   0177   0178   0179   0180   0181   0182   0183   0184   0185   0186   0187   0188   0189   0190   0191   0192   0193   0194   0195   0196   0197   0198   0199   0200   0201   0202   0203   0204   0205   0206   0207   0208   0209   0210   0211   0212   0213   0214   0215   0216   0217   0218   0219   0220   0221   0222   0223   0224   0225   0226   0227   0228   0229   0230   0231   0232   0233   0234   0235   0236   0237   0238   0239   0240   0241   0242   0243   0244   0245   0246   0247   0248   0249   0250   0251   0252   0253   0254   0255   0256   0257   0258   0259   0260   0261   0262   0263   0264   0265   0266   0267   0268   0269   0270   0271   0272   0273   0274   0275   0276   0277   0278   0279   0280   0281   0282   0283   0284   0285  

符号の説明

0286  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18  

図面

1   2A   2B   2C   2D   2E   2F   3A   3B   4A   4B   5A   5B   5C   6A   6B   7A   7B   7C   7D   7E   8A   8B   8C   8D   8E   8F   8G   9A   9B   9C   9D   9E   9F   10A   10B   10C   10D   10E   11A   11B   11C   12A   12B   12C   12D   12E   12F   13A   13B   13C   13D   13E   14A   14B   14C   14D   14E   14F   15A   15B   15C   15D   15E   16A   16B   16C   17A   17B   17C   17D   17E   17F   17G  

明 細 書

発明の名称 : 固体撮像装置、及び電子機器

技術分野

[0001]
 本開示は、固体撮像装置、及び電子機器に関する。

背景技術

[0002]
 固体撮像装置として、画素部が設けられる画素チップと、固体撮像装置の動作に係る各種の信号処理を実行するロジック回路が搭載されるロジックチップ等と、が積層された構造を有するものが開発されている。例えば、特許文献1には、画素チップと、ロジックチップと、画素チップの画素部において取得された画素信号を保持するメモリ回路が搭載されるメモリチップと、が積層された3層積層型の固体撮像装置が開示されている。
[0003]
 なお、本明細書では、固体撮像装置の構造について説明する際に、画素チップ、ロジックチップ、又はメモリチップが形成される半導体基板と、当該半導体基板上に形成される多層配線層と、を合わせた構成を、「基板」とも呼称する。そして、当該「基板」のことを、積層構造における上側(観察光が入射する側)から下側に向かって、順に、「第1基板」、「第2基板」、「第3基板」、・・・と、それぞれ呼称して、区別する。なお、積層型の固体撮像装置は、各基板がウエハの状態で積層された後、複数個の積層型固体撮像装置(即ち、積層型固体撮像装置チップ)へとダイシングされることにより、製造される。本明細書では、便宜的に、「基板」とは、ダイシング前のウエハの状態も意味し得るし、ダイシング後のチップの状態も意味し得ることとする。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特開2014-99582号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 特許文献1に記載されているような積層型の固体撮像装置においては、上下の基板に備わる信号線間及び電源線間の電気的な接続方法として、いくつかの方法が考案されている。例えば、パッドを介してチップの外部で接続する方法や、TSV(Through-Silicon Via)によってチップの内部で接続する方法等が存在する。これまで、この基板に備わる信号線間及び電源線間の電気的な接続方法のバリエーションについては、必ずしも詳細な検討が行われているとは言えなかった。かかるバリエーションについて詳細に検討を行うことにより、より高性能な固体撮像装置を得るための適切な構造についての知見が得られる可能性がある。
[0006]
 そこで、本開示では、性能をより向上させることが可能な、新規かつ改良された固体撮像装置及び電子機器を提案する。

課題を解決するための手段

[0007]
 本開示によれば、画素が配列された画素部が形成された第1半導体基板と、前記第1半導体基板上に積層された第1多層配線層と、を有する第1基板と、所定の機能を有する回路が形成された第2半導体基板と、前記第2半導体基板上に積層された第2多層配線層と、を有する第2基板と、所定の機能を有する回路が形成された第3半導体基板と、前記第3半導体基板上に積層された第3多層配線層と、を有する第3基板と、がこの順に積層されて構成され、前記第1基板と前記第2基板とは、前記第1多層配線層と前記第2半導体基板とが対向するように貼り合わされ、前記第1基板の回路と前記第2基板の回路とを電気的に接続するための第1の接続構造は、前記第1基板を基点として形成される前記第1基板と前記第2基板との貼り合わせ面を介した接続構造を含まない、又は、前記第1の接続構造が、存在しない、固体撮像装置が提供される。
[0008]
 また、本開示によれば、観察対象を電子的に撮影する固体撮像装置、を備え、前記固体撮像装置は、画素が配列された画素部が形成された第1半導体基板と、前記第1半導体基板上に積層された第1多層配線層と、を有する第1基板と、所定の機能を有する回路が形成された第2半導体基板と、前記第2半導体基板上に積層された第2多層配線層と、を有する第2基板と、所定の機能を有する回路が形成された第3半導体基板と、前記第3半導体基板上に積層された第3多層配線層と、を有する第3基板と、がこの順に積層されて構成され、前記第1基板と前記第2基板とは、前記第1多層配線層と前記第2半導体基板とが対向するように貼り合わされ、前記第1基板の回路と前記第2基板の回路とを電気的に接続するための第1の接続構造は、前記第1基板を基点として形成される前記第1基板と前記第2基板との貼り合わせ面を介した接続構造を含まない、又は、前記第1の接続構造が、存在しない、電子機器が提供される。
[0009]
 本開示によれば、積層される各基板に備えられる信号線及び電源線を、より適切な電気的な接続方法によってそれぞれ接続することが可能である。

発明の効果

[0010]
 以上説明したように本開示によれば、固体撮像装置の性能をより向上させることが可能になる。なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。

図面の簡単な説明

[0011]
[図1] 本開示の一実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す縦断面図である。
[図2A] 固体撮像装置における接続構造の水平面内での配置の一例について説明するための図である。
[図2B] 固体撮像装置における接続構造の水平面内での配置の一例について説明するための図である。
[図2C] 固体撮像装置における接続構造の水平面内での配置の他の例について説明するための図である。
[図2D] 固体撮像装置における接続構造の水平面内での配置の他の例について説明するための図である。
[図2E] 固体撮像装置における接続構造の水平面内での配置の更に他の例について説明するための図である。
[図2F] 固体撮像装置における接続構造の水平面内での配置の更に他の例について説明するための図である。
[図3A] 第1基板と第2基板とがFtoFで貼り合わされた固体撮像装置の概略構成を示す縦断面図である。
[図3B] 第1基板と第2基板とがFtoBで貼り合わされた固体撮像装置の概略構成を示す縦断面図である。
[図4A] 図3Aに示す固体撮像装置における、PWELLと電源配線との間の寄生容量について説明するための図である。
[図4B] 図3Bに示す固体撮像装置における、PWELLと電源配線との間の寄生容量について説明するための図である。
[図5A] 図3Aに示す固体撮像装置における、電源配線及びGND配線の配置を概略的に示す図である。
[図5B] 図3Bに示す固体撮像装置における、電源配線及びGND配線の配置を概略的に示す図である。
[図5C] 図5Aに示す固体撮像装置におけるインピーダンスを低下させるための一構成例を示す図である。
[図6A] 第1の構成例に係る固体撮像装置の一例を示す縦断面図である。
[図6B] 第1の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図7A] 第2の構成例に係る固体撮像装置の一例を示す縦断面図である。
[図7B] 第2の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図7C] 第2の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図7D] 第2の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図7E] 第2の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図8A] 第3の構成例に係る固体撮像装置の一例を示す縦断面図である。
[図8B] 第3の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図8C] 第3の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図8D] 第3の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図8E] 第3の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図8F] 第3の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図8G] 第3の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図9A] 第4の構成例に係る固体撮像装置の一例を示す縦断面図である。
[図9B] 第4の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図9C] 第4の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図9D] 第4の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図9E] 第4の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図9F] 第4の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図10A] 第5の構成例に係る固体撮像装置の一例を示す縦断面図である。
[図10B] 第5の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図10C] 第5の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図10D] 第5の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図10E] 第5の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図11A] 第6の構成例に係る固体撮像装置の一例を示す縦断面図である。
[図11B] 第6の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図11C] 第6の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図12A] 第7の構成例に係る固体撮像装置の一例を示す縦断面図である。
[図12B] 第7の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図12C] 第7の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図12D] 第7の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図12E] 第7の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図12F] 第7の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図13A] 第8の構成例に係る固体撮像装置の一例を示す縦断面図である。
[図13B] 第8の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図13C] 第8の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図13D] 第8の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図13E] 第8の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図14A] 第9の構成例に係る固体撮像装置の一例を示す縦断面図である。
[図14B] 第9の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図14C] 第9の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図14D] 第9の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図14E] 第9の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図14F] 第9の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図15A] 第10の構成例に係る固体撮像装置の一例を示す縦断面図である。
[図15B] 第10の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図15C] 第10の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図15D] 第10の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図15E] 第10の構成例に係る固体撮像装置の他の例を示す縦断面図である。
[図16A] 本実施形態に係る固体撮像装置1~15Eが適用され得る電子機器の一例である、スマートフォンの外観を示す図である。
[図16B] 本実施形態に係る固体撮像装置1~15Eが適用され得る電子機器の他の例である、デジタルカメラの外観を示す図である。
[図16C] 本実施形態に係る固体撮像装置1~15Eが適用され得る電子機器の他の例である、デジタルカメラの外観を示す図である。
[図17A] 本開示に係る技術を適用し得る固体撮像装置の構成例を示す断面図である。
[図17B] 本開示に係る技術が適用され得る固体撮像装置の概略構成を示す説明図である。
[図17C] 本開示に係る技術が適用され得るビデオカメラの構成例を示す説明図である。
[図17D] 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17E] 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。
[図17F] 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。
[図17G] 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。

発明を実施するための形態

[0012]
 以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
[0013]
 なお、説明は以下の順序で行うものとする。
 1.固体撮像装置の全体構成
 2.接続構造の配置について
 3.第2基板の方向について
  3-1.PWELLの面積に基づく検討
  3-2.消費電力及びGND配線の配置に基づく検討
 4.接続構造のバリエーション
  4-1.第1の構成例
  4-2.第2の構成例
  4-3.第3の構成例
  4-4.第4の構成例
  4-5.第5の構成例
  4-6.第6の構成例
  4-7.第7の構成例
  4-8.第8の構成例
  4-9.第9の構成例
  4-10.第10の構成例
 5.適用例
 6.補足
[0014]
 (1.固体撮像装置の全体構成)
 図1は、本開示の一実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す縦断面図である。図1に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置1は、第1基板110Aと、第2基板110Bと、第3基板110Cと、が積層されて構成される、3層積層型の固体撮像装置である。図中において、破線A-Aは、第1基板110Aと第2基板110Bとの貼り合わせ面を示しており、破線B-Bは、第2基板110Bと第3基板110Cとの貼り合わせ面を示している。第1基板110Aは、画素部が設けられる画素基板である。第2基板110B及び第3基板110Cには、固体撮像装置1の動作に係る各種の信号処理を行うための回路が設けられる。第2基板110B及び第3基板110Cは、例えば、ロジック回路が設けられるロジック基板又はメモリ回路が設けられるメモリ基板である。固体撮像装置1は、第1基板110Aの後述する裏面側から入射した光を画素部において光電変換する、裏面照射型のCMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)イメージセンサである。なお、以下、図1についての説明では、一例として、第2基板110Bがロジック基板であり、第3基板110Cがメモリ基板である場合について説明する。
[0015]
 積層型の固体撮像装置1では、各基板の機能に対応するように、各回路をより適切に構成することが可能であるため、固体撮像装置1の高機能化をより容易に実現することができる。図示する構成例であれば、第1基板110Aにおける画素部と、第2基板110B及び第3基板110Cにおけるロジック回路又はメモリ回路と、を各基板の機能に対応するように適切に構成することができるため、高機能な固体撮像装置1を実現することができる。
[0016]
 なお、以下では、第1基板110A、第2基板110B及び第3基板110Cの積層方向をz軸方向とも呼称する。また、z軸方向において第1基板110Aが位置する方向をz軸の正方向と定義する。また、z軸方向と垂直な面(水平面)上において互いに直交する2方向を、それぞれ、x軸方向及びy軸方向とも呼称する。また、以下では、各基板において、後述する半導体基板101、121、131が基板主面方向に対向して備える2つの面のうち、トランジスタなどの機能部品が設けられる側の面、又は当該機能部品を動作させる後述する多層配線層105、125、135が設けられる一側の面を表面(フロントサイドサーフェイスともいう)とも呼称し、当該表面に対向する他側の面を裏面(バックサイドサーフェイス)とも呼称する。
[0017]
 第1基板110Aは、例えばシリコン(Si)からなる半導体基板101と、当該半導体基板101上に形成される多層配線層105と、を主に有する。半導体基板101上には、画素が所定の配置に並べられた画素部と、画素信号を処理する画素信号処理回路と、が主に形成される。各画素は、観察対象からの光(観察光)を受光し光電変換するフォトダイオード(PD)と、当該PDによって取得された観察光に対応する電気信号(画素信号)を読み出すためのトランジスタ等を有する駆動回路と、から主に構成される。画素信号処理回路において、画素信号に対して、例えばアナログ-デジタル変換(AD変換)等の各種の信号処理が実行される。なお、第1基板110Aは、半導体基板101に替えて、半導体以外の材料を用いて形成した基板を用いることも可能である。例えば、第1基板110Aは、半導体以外の材料の基板であるサファイア基板の上に、光電変換を行う膜(例えば、一般的な有機光電変換膜)を成膜して画素を形成した形態であってもよい。
[0018]
 画素部及び画素信号処理回路が形成された半導体基板101の表面側には、絶縁膜103が積層される。絶縁膜103の内部には、画素信号、及び駆動回路のトランジスタを駆動するための駆動信号等の各種の信号を伝達するための多層配線層105が形成される。多層配線層105には、更に、電源配線やグランド配線(GND配線)等が含まれる。多層配線層105の最下層の配線は、例えばタングステン(W)等の導電材料が埋め込まれたコンタクト107によって、画素部又は画素信号処理回路と電気的に接続され得る。なお、実際には、所定の厚さの層間絶縁膜の形成と、金属膜の形成及びパターニングと、を繰り返すことにより、複数層の配線層が形成され得るが、図1では、簡単のため、これら複数層の層間絶縁膜を絶縁膜103と総称し、複数層の配線層を多層配線層105と総称する。
[0019]
 なお、多層配線層105には、外部との間で各種の信号のやり取りを行うための外部入出力部(I/O部)として機能するパッド151が形成され得る。パッド151は、チップの外周に沿って設けられ得る。
[0020]
 第2基板110Bは、例えばロジック基板である。第2基板110Bは、例えばSiからなる半導体基板121と、当該半導体基板121上に形成される多層配線層125と、を主に有する。半導体基板121上には、ロジック回路が形成される。当該ロジック回路では、固体撮像装置1の動作に係る各種の信号処理が実行される。例えば、当該ロジック回路では、第1基板110Aの画素部を駆動するための駆動信号の制御(すなわち、画素部の駆動制御)や、外部との信号のやり取りが制御され得る。なお、第2基板110Bは、半導体基板121に替えて、半導体以外の材料を用いて形成した基板を用いることも可能である。例えば、第2基板110Bは、半導体以外の材料の基板であるサファイア基板の上に、回路素子が形成可能な半導体膜(例えば、シリコン膜など)を成膜して回路を形成した形態であってもよい。
[0021]
 ロジック回路が形成された半導体基板121の表面側には、絶縁膜123が積層される。絶縁膜123の内部には、ロジック回路の動作に係る各種の信号を伝達するための多層配線層125が形成される。多層配線層125には、更に、電源配線やGND配線等が含まれる。多層配線層125の最下層の配線は、例えばW等の導電材料が埋め込まれたコンタクト127によって、ロジック回路と電気的に接続され得る。なお、第1基板110Aの絶縁膜103及び多層配線層105と同様に、第2基板110Bについても、絶縁膜123は複数層の層間絶縁膜の総称であり、多層配線層125は複数層の配線層の総称であり得る。
[0022]
 なお、半導体基板121の裏面側には、所定の厚さの絶縁膜129が形成される。また、多層配線層125には、外部との間で各種の信号のやり取りを行うための外部入出力部(I/O部)として機能するパッド151が形成され得る。パッド151は、チップの外周に沿って設けられ得る。
[0023]
 第3基板110Cは、例えばメモリ基板である。第3基板110Cは、例えばSiからなる半導体基板131と、当該半導体基板131上に形成される多層配線層135と、を主に有する。半導体基板131上には、メモリ回路が形成される。当該メモリ回路では、第1基板110Aの画素部で取得され、画素信号処理回路によってAD変換された画素信号が、一時的に保持される。メモリ回路に画素信号を一旦保持することにより、グローバルシャッター方式が実現されるとともに、固体撮像装置1から外部への当該画素信号の読み出しをより高速で行うことが可能になる。従って、高速撮影時においても、歪みの抑制された、より高品質な画像を撮影することが可能になる。なお、第3基板110Cは、半導体基板131に替えて、半導体以外の材料を用いて形成した基板を用いることも可能である。例えば、第3基板110Cは、半導体以外の材料の基板であるサファイア基板の上に、メモリ素子が形成可能な膜(例えば、相変化材料膜など)を成膜して回路を形成した形態であってもよい。
[0024]
 メモリ回路が形成された半導体基板131の表面側には、絶縁膜133が積層される。絶縁膜133の内部には、メモリ回路の動作に係る各種の信号を伝達するための多層配線層135が形成される。多層配線層135には、更に、電源配線やGND配線等が含まれる。多層配線層135の最下層の配線は、例えばW等の導電材料が埋め込まれたコンタクト137によって、メモリ回路と電気的に接続され得る。なお、第1基板110Aの絶縁膜103及び多層配線層105と同様に、第3基板110Cについても、絶縁膜133は複数層の層間絶縁膜の総称であり、多層配線層135は複数層の配線層の総称であり得る。
[0025]
 なお、多層配線層135には、外部との間で各種の信号のやり取りを行うためのI/O部として機能するパッド151が形成され得る。パッド151は、チップの外周に沿って設けられ得る。
[0026]
 第1基板110A、第2基板110B、及び第3基板110Cが、それぞれウエハの状態で作製される。その後、これらが貼り合わされ、第1基板110A、第2基板110B、及び第3基板110Cにそれぞれ備えられる信号線同士及び電源線同士を電気的に接続するための各工程が行われる。
[0027]
 具体的には、まず、ウエハ状態の第2基板110Bの表面(多層配線層125が設けられる側の面)と、ウエハ状態の第3基板110Cの表面(多層配線層135が設けられる側の面)と、が対向するように、当該第2基板110Bと当該第3基板110Cとが貼り合わされる。続いて、第2基板110Bの裏面(多層配線層125が設けられる側の面と対向する面)を薄肉化した後、貼り合わされた第2基板110Bの裏面には、所定の厚さの絶縁膜129が形成される。以下では、このような、2つの基板が表面と表面とを対向させて貼り合わされる状態を、Face to Face(FtoF)ともいう。
[0028]
 次に、第2基板110Bの裏面(多層配線層125が設けられる側の面と対向する面)と、第1基板110Aの表面(多層配線層105が設けられる側の面)と、が対向するように、第2基板110B及び第3基板110Cの積層体と、ウエハ状態の第1基板110Aと、がさらに貼り合わされる。以下では、このような、2つの基板が表面と裏面を対向させて貼り合わされる状態を、Face to Back(FtoB)ともいう。
[0029]
 以上にて形成された第1基板110A、第2基板110B、及び第3基板110Cの積層構造体に対して、第1基板110Aの半導体基板101の裏面側に、絶縁膜109を介して、カラーフィルタ層111(CF層111)及びマイクロレンズアレイ113(MLアレイ113)が形成される。
[0030]
 CF層111は、複数のCFが画素に対応するように配列されて構成される。MLアレイ113は、複数のMLが画素に対応するように配列されて構成される。CF層111及びMLアレイ113は、画素部の直上に形成され、1つの画素のPDに対して1つのCF及び1つのMLが配設される。
[0031]
 CF層111の各CFは、例えば赤色、緑色、及び青色のいずれかの色を有する。CFを通過した観察光が画素のPDに入射し、画素信号が取得されることにより、観察対象について、当該カラーフィルタの色の成分の画素信号が取得されることとなる(すなわち、カラーでの撮像が可能となる)。実際には、1つのCFに対応する1つの画素が副画素として機能し、複数の副画素によって1つの画素が形成され得る。例えば、固体撮像装置1では、赤色のCFが設けられる画素(すなわち、赤色の画素)、緑色のCFが設けられる画素(すなわち、緑色の画素)、青色のCFが設けられる画素(すなわち、青色の画素)、及びCFが設けられない画素(すなわち、白色の画素)の4色の副画素によって、1つの画素が形成され得る。ただし、本明細書では、説明のため、便宜的に、副画素と画素を区別せず、1つの副画素に対応する構成のことも、単に画素と呼称することとする。なお、CFの配列方法は特に限定されず、例えば、デルタ配列、ストライプ配列、ダイアゴナル配列、又はレクタングル配列等、各種の配列であってよい。
[0032]
 MLアレイ113は、各CFの直上に各MLが位置するように形成される。MLアレイ113が設けられることにより、MLによって集光された観察光がCFを介して画素のPDに入射することとなるため、観察光の集光効率を向上させ、固体撮像装置1としての感度を向上させる効果を得ることができる。
[0033]
 そして、第1基板110Aの多層配線層105、第2基板110Bの多層配線層125、及び第3基板110Cの多層配線層135に設けられるパッド151の外部入力との接続面を露出させるために、パッド開口部153a、153b、153cが形成される。パッド開口部153aは、第1基板110Aの裏面側から、半導体基板101を貫通し、第1基板110Aの多層配線層105に設けられるパッド151の接続面まで達するように形成される。パッド開口部153bは、第1基板110Aの裏面側から、第1基板110Aを貫通し、第2基板110Bの多層配線層125に設けられるパッド151の接続面まで達するように形成される。パッド開口部153cは、第1基板110Aの裏面側から、第1基板110A及び第2基板110Bを貫通し、第3基板110Cの多層配線層135に設けられるパッド151の接続面まで達するように形成される。パッド開口部153a、153b、153cを介して、例えばワイヤボンディングによって、パッド151と外部の回路とが電気的に接続される。つまり、当該外部の回路を介して、第1基板110A内の各種配線と、第2基板110B内の各種配線と、及び第3基板110C内の各種配線と、が電気的に接続され得る。
[0034]
 このように、固体撮像装置1では、パッド151、及びパッド開口部153a、153b、153cを介して第1基板110A内の各種配線、第2基板110B内の各種配線、及び第3基板110C内の各種配線が電気的に接続され得る。具体的には、固体撮像装置1では、固体撮像装置1の外部に備わる配線や基板などの電気的接続手段を介して、パッド151を接続することによって、第1基板110A、第2基板110B及び第3基板110Cの各々に備わる、信号を伝達するための信号配線が複数の基板に亘って相互に電気的に接続され得る。同様にして、第1基板110A、第2基板110B、及び第3基板110Cの各々に備わる、電源を供給するための電源配線(さらには、グランド(GND)に地絡するGND配線)が、複数の基板に渡って相互に電気的に接続され得る。
[0035]
 なお、以下では、簡略化のため、信号配線、電源配線、およびGND配線などの各種配線を併せて単に「配線」と記載する場合もある。本明細書では、図1に示すパッド151及びパッド開口部153a、153b、153cのような、基板同士に備えられる各種配線を電気的に接続する構造のことを、接続構造とも総称する。図1に示す構成では用いられていないが、後述するTSV(第1基板110A、第2基板110B、及び第3基板110Cのうちのいずれかの基板の一面から、半導体基板101、121、131のうちの少なくとも1つの半導体基板を貫通して設けられるビア)、及び電極接合構造(第1基板110Aと第2基板110Bとの貼り合わせ面、又は第2基板110Bと第3基板110Cとの貼り合わせ面にそれぞれ形成される電極同士が直接接触した状態で接合された構造)も接続構造に含まれる。ただし、前述のように本実施形態において、半導体基板101、121、131は、シリコン等の半導体以外の材料を用いることも可能であるため、本明細書で呼称されるTSVは、基板を貫通して設けられるものを表し、基板の材質については特に限定していないものとする。
[0036]
 TSVは、第1基板110A、第2基板110B、及び第3基板110Cのうちのいずれかの一面側から、半導体基板101、121、131のうちの少なくとも1つ以上を貫通して設けられ、各基板に備えられる各配線(例えば、信号線及び電源線)と接触することで、これら各配線を電気的に接続する構造である。TSVは、例えば、それぞれ異なる多層配線層内の配線を2つの貫通孔によってそれぞれ露出させ、該2つの貫通孔に導電材料を埋め込むことで形成されるツインコンタクト構造と、複数の多層配線層内の配線の側面および上面を1つの貫通孔によってそれぞれ露出させ、該1つの貫通孔に導電材料を埋め込むことで形成されるシェアードコンタクト構造と、に分けられる。また、電極接合構造は、例えば、一方の基板の多層配線層の最上層に形成された電極と、他方の基板の多層配線層の最上層に形成された電極とを直接接触させた状態で熱処理し、互いの電極を接合させることで形成される構造である。電極接合構造は、貼り合わせ面に電極接合構造が形成された基板同士に備えられる信号線及び電源線の各々を互いに電気的に接続する。
[0037]
 ただし、本実施形態に係る固体撮像装置1では、第1基板110Aの信号線及び電源線と第2基板110Bの信号線及び電源線とを電気的に接続するための接続構造は、第1基板110Aと第2基板110Bとの貼り合わせ面を介した接続構造(例えば、後述するTSV及び電極接合構造)を含まない。すなわち、固体撮像装置1では、第1基板110Aの信号線及び電源線と第2基板110Bの信号線及び電源線とは、パッド151、パッド開口部153a、153b、153c、及びワイヤボンディングなどによって接続された外部の他の回路を介して電気的に接続され得る。また、固体撮像装置1では、第1基板110Aの信号線及び電源線と第2基板110Bの信号線及び電源線とを電気的に接続するための接続構造が存在しない場合もあり得る。このような場合、固体撮像装置1では、第2基板110Bの信号線及び電源線と第3基板110Cの信号線及び電源線とを電気的に接続する接続構造、及び第1基板110Aの信号線及び電源線と第3基板110Cの信号線及び電源線とを電気的に接続する接続構造が設けられることにより、第1基板110A、第2基板110B、及び第3基板110Cの各信号線及び電源線が電気的に接続され得る。
[0038]
 なお、第1基板110Aの多層配線層105、第2基板110Bの多層配線層125、及び第3基板110Cの多層配線層135は、比較的低抵抗である第1の金属によって形成される複数の第1金属配線層141が含まれる。第1の金属は例えば銅(Cu)である。Cu配線を用いることにより、より高速での信号のやり取りが可能となる。ただし、パッド151については、ワイヤボンディングのワイヤとの接着性等を考慮して、第1の金属とは異なる第2の金属によって形成され得る。従って、第1基板110Aの多層配線層105、第2基板110Bの多層配線層125、及び第3基板110Cの多層配線層135には、パッド151と同層に、第2の金属によって形成される第2金属配線層143が含まれ得る。第2の金属は例えばアルミニウム(Al)である。Al配線は、パッド151の他、例えば、一般的に幅広な配線として形成される電源配線やGND配線として用いられ得る。また、コンタクト107、127、137については、成膜時の充填性等を考慮して、第1の金属及び第2の金属とは異なる第3の金属によって形成され得る。第3の金属は例えばタングステン(W)である。Wビアは、成膜時の充填性が高いため、より小さな開口のビアとして形成し得る。Wビアを用いることで、例えば、より微細な大きさ及び間隔で設けられるファインピッチビアを容易に形成することが可能である。
[0039]
 なお、第1の金属、第2の金属及び第3の金属は、上記で例示したCu、Al及びWに限定されない。第1の金属、第2の金属及び第3の金属としては、各種の金属が用いられてよい。あるいは、多層配線層105、125、135に含まれる各配線層は、金属以外の導電材料によって形成されてもよい。これらの配線層は、導電材料によって形成されればよく、その材料は限定されない。また、2種類の導電材料を用いるのではなく、多層配線層115、125、135のパッド151を含む全ての配線層が同一の導電材料によって形成されてもよい。
[0040]
 なお、本実施形態では、後述するTSV、並びに電極接合構造を構成する電極及びビアは、第1の金属(例えばCu)によって形成され得る。例えば、第1の金属がCuである場合、これらの構造は、シングルダマシン法、又はデュアルダマシン法によって形成され得る。ただし、本実施形態はかかる例に限定されず、これらの構造のうちの一部又は全てが、第1の金属及び第2の金属のいずれとも異なる他の金属、又は他の非金属の導電材料によって形成されてもよい。
[0041]
 ここで、図1及び以降の各図面においては図示を省略している場合があるが、固体撮像装置1において、第1の金属及び第2の金属等の導電材料が半導体基板101、121、131と接触している部位については、この両者を電気的に絶縁するための絶縁材料が存在している。当該絶縁材料は、例えば、SiO 又はSiN等、各種の公知の材料であってよい。当該絶縁材料は、導電材料と半導体基板101、121、131との間に介在するように存在してもよいし、両者の接触部位から離れた半導体基板101、121、131の内部に存在してもよい。例えば、後述するTSV157については、半導体基板101、121、131に設けられる貫通孔の内側壁と、当該貫通孔に埋め込まれる導電材料との間に、絶縁材料が存在し得る(すなわち、当該貫通孔の内側壁に絶縁材料が成膜され得る)。あるいは、後述するTSV157については、半導体基板101、121、131の内部の部位であって、当該半導体基板101、121、131に設けられる貫通孔から水平面内方向に所定の距離だけ離れた部位に、絶縁材料が存在していてもよい。
[0042]
 このようにしてウエハ状態で積層された後、加工された積層構造体を固体撮像装置1ごとにダイシングすることにより、固体撮像装置1が完成する。
[0043]
 以上、固体撮像装置1の概略構成について説明した。なお、各基板の半導体基板101、121、131に形成される各構成(第1基板110Aに設けられる画素部及び画素信号処理回路、第2基板110Bに設けられるロジック回路、及び第3基板110Cに設けられるメモリ回路)、多層配線層105、125、135、並びに絶縁膜103、109、123、129、133の具体的な構成や、形成方法は、各種の公知のものと同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
[0044]
 例えば、絶縁膜103、109、123、129、133は、絶縁性を有する材料によって形成されればよく、その材料は限定されない。絶縁膜103、109、123、129、133は、例えば、シリコン酸化物(SiO )、シリコン窒化物(SiN)等によって形成され得る。また、絶縁膜103、109、123、129、133のそれぞれは、1つの種類の絶縁材料によって形成されなくてもよく、複数の種類の絶縁材料が積層されて形成されてもよい。また、例えば、絶縁膜103、123、133において、より高速での信号の伝達を実現するためには、絶縁性を有し、比誘電率が低いLow-k材料が用いられてもよい。Low-k材料を用いることにより、配線間の寄生容量を小さくすることができるため、信号伝送の高速化にさらに寄与することが可能になる。
[0045]
 その他、各基板の半導体基板101、121、131に形成される各構成、多層配線層105、125、135、及び絶縁膜103、109、123、129、133の具体的な構成や形成方法については、例えば、本願出願人による先行出願である特許文献1に記載のものを適宜適用することができる。
[0046]
 また、以上説明した構成例では、第1基板110Aに、画素信号に対してAD変換などの信号処理を行う画素信号処理回路が搭載されていたが、本実施形態はかかる例に限定されない。当該画素信号処理回路の機能のうちの一部又は全てが、第2基板110Bに設けられてもよい。この場合には、例えば、複数の画素を列(カラム)方向および行(ロウ)方向の双方にアレイ状に配列させた画素アレイにおいて、各画素に備えられるPDによって取得された画素信号が、画素ごとに第2基板110Bの画素信号処理回路に伝送されて、画素ごとにAD変換が行われる、いわゆる画素毎アナログ-デジタル変換(画素ADC)方式の固体撮像装置が実現され得る。これにより、画素アレイの列ごとに1つのAD変換回路を備え、列に含まれる複数の画素のAD変換を逐次行う、一般的なカラム毎アナログデジタル変換(カラムADC)方式の固体撮像装置に比べて、より高速で画素信号のAD変換及び読み出しを行うことが可能となる。なお、画素ADCを実行可能に固体撮像装置1を構成する場合には、画素ごとに、第1基板110Aの信号線及び電源線と第2基板110Bの信号線及び電源線とを電気的に接続する電極接合構造が設けられることとなる。
[0047]
 また、以上説明した構成例では、第2基板110Bがロジック基板であり、第3基板110Cがメモリ基板である場合について説明したが、本実施形態はかかる例に限定されない。第2基板110B及び第3基板110Cは画素基板以外の機能を有する基板であればよく、その機能は任意に決定されてよい。例えば、固体撮像装置1は、メモリ回路を有しなくてもよい。この場合には、例えば、第2基板110B及び第3基板110Cは、いずれもロジック基板として機能し得る。あるいは、ロジック回路及びメモリ回路が、第2基板110B及び第3基板110Cに分散して形成され、これらの基板が協働して、ロジック基板及びメモリ基板としての機能を果たしてもよい。または、第2基板110Bはメモリ基板であり、第3基板110Cはロジック基板であってもよい。
[0048]
 また、以上説明した構成例では、各基板において、半導体基板101、121、131としてSi基板が用いられていたが、本実施形態はかかる例に限定されない。半導体基板101、121、131としては、例えば、ガリウムヒ素(GaAs)基板や、シリコンカーバイド(SiC)基板等、他の種類の半導体基板が用いられてもよい。また、半導体基板101、121、131に替えて、サファイア基板等の非半導体材料からなる基板が用いられてもよい。
[0049]
 (2.接続構造の配置について)
 図1を参照して説明したように、固体撮像装置1では、第1基板110A、第2基板110Bおよび第3基板110Cのいずれかに設けられたパッド151は、固体撮像装置1の外部に備えられる配線および基板などの電気的接続手段によって、互いに接続する接続構造となっている。したがって、第1基板110A、第2基板110Bおよび第3基板110Cに備えられる信号線及び電源線は、これらの接続構造を介することで、複数の基板に亘って相互に電気的に接続し得る。これらの接続構造の水平面内での配置は、各基板(各チップ)の構成、性能等を考慮して、固体撮像装置1全体としての性能が向上し得るように、適宜決定され得る。ここでは、固体撮像装置1における接続構造の水平面内での配置のいくつかのバリエーションについて説明する。
[0050]
 図2A及び図2Bは、固体撮像装置1における接続構造の水平面内での配置の一例について説明するための図である。図2A及び図2Bは、例えば、固体撮像装置1において、第1基板110Aに画素信号に対してAD変換等の処理を行う画素信号処理回路が搭載される場合における、接続構造の配置を示している。
[0051]
 図2Aでは、固体撮像装置1を構成する第1基板110A、第2基板110B、及び第3基板110Cを概略的に示している。そして、第1基板110Aの下面(第2基板110Bと対向する面)と第2基板110Bの上面(第1基板110Aと対向する面)との接続構造を介した電気的接続を破線で模擬的に示し、第2基板110Bの下面(第3基板110Cと対向する面)と第3基板110Cの上面(第2基板110Bと対向する面)との接続構造を介した電気的接続を実線で模擬的に示している。
[0052]
 第1基板110Aの上面には、画素部206及び接続構造201の位置を示している。接続構造201は、電源信号及びGND信号等の各種の信号を外部とやり取りするための外部入出力部(I/O部)として機能する。具体的には、接続構造201は、第1基板110Aの上面に設けられるパッド151であり得る。あるいは、図1に示すように、第1基板110Aの多層配線層105、第2基板110Bの多層配線層125、又は第3基板110Cの多層配線層135内にパッド151が埋め込まれている場合には、接続構造201は、当該パッド151の外部入力との接続面を露出させるように設けられるパッド開口部153であり得る。図2Aに示すように、第1基板110Aでは、そのチップの中央に画素部206が設けられ、I/O部を構成する接続構造201は、当該画素部206の周囲に(すなわち、チップの外周に沿って)配置されている。また、図示しないが、画素信号処理回路も、当該画素部206の周囲に配置され得る。
[0053]
 図2Bでは、第1基板110Aの下面における接続構造202の位置、第2基板110Bの上面における接続構造203の位置、第2基板110Bの下面における接続構造204の位置、及び第3基板110Cの上面における接続構造205の位置を概略的に示している。これら接続構造202~205は、基板間に設けられるTSV又は電極接合構造であり得る。あるいは、第2基板110Bの多層配線層125、又は第3基板110Cの多層配線層135内にパッド151が埋め込まれている場合には、接続構造202~205のうち接続構造201の直下に位置するものは、当該パッド151の外部入力との接続面を露出させるように設けられるパッド開口部153であり得る。なお、図2Bでは、図2Aに示す電気的な接続を表す直線の形態に合わせて、接続構造202~205を示している。つまり、第1基板110Aの下面における接続構造202、及び第2基板110Bの上面における接続構造203については破線で示し、第2基板110Bの下面における接続構造204、及び第3基板110Cの上面における接続構造205については実線で示している。
[0054]
 上述したように、図示する構成例では、画素信号処理回路が、第1基板110Aの画素部206の周囲に搭載されている。従って、第1基板110Aにおいて、画素部206で取得された画素信号は、当該画素信号処理回路においてAD変換等の処理が行われた後、第2基板110Bに伝送される。また、上述したように、第1基板110Aにおいては、I/O部を構成する接続構造201も、第1基板110Aの画素部206の周囲に配置されている。よって、図2Bに示すように、第1基板110Aの下面における接続構造202は、画素信号処理回路及びI/O部を第2基板110Bに備えられる配線と電気的に接続するために、当該画素信号処理回路及び当該I/O部が存在する領域に対応して、チップの外周に沿って配置される。また、これに対応して、第2基板110Bの上面における接続構造203も、チップの外周に沿って配置される。
[0055]
 一方、第2基板110B及び第3基板110Cに搭載されるロジック回路又はメモリ回路は、チップの全面に形成され得るため、この回路が搭載される位置に対応して、図2Bに示すように、第2基板110Bの下面における接続構造204、及び第3基板110Cの上面における接続構造205は、チップの全面に渡って配置される。
[0056]
 図2C及び図2Dは、固体撮像装置1における接続構造の水平面内での配置の他の例について説明するための図である。図2C及び図2Dは、例えば、固体撮像装置1が画素ADCを実行可能に構成される場合における、接続構造の配置を示している。この場合、画素信号処理回路が、第1基板110Aではなく、第2基板110Bに搭載されることとなる。
[0057]
 図2Cでは、図2Aと同様に、固体撮像装置1を構成する第1基板110A、第2基板110B、及び第3基板110Cを概略的に示している。そして、第1基板110Aの下面(第2基板110Bと対向する面)と第2基板110Bの上面(第1基板110Aと対向する面)との接続構造を介した電気的接続を破線又は点線で模擬的に示し、第2基板110Bの下面(第3基板110Cと対向する面)と第3基板110Cの上面(第2基板110Bと対向する面)との接続構造を介した電気的接続を実線で模擬的に示している。第1基板110Aの下面と第2基板110Bの上面との電気的接続を示す線のうち、破線は、図2Aにおいても存在した、例えばI/O部に係る電気的接続を示しており、点線は、図2Aにおいては存在していなかった、画素ADCに係る電気的接続を示している。
[0058]
 図2Dでは、図2Bと同様に、第1基板110Aの下面における接続構造202の位置、第2基板110Bの上面における接続構造203の位置、第2基板110Bの下面における接続構造204の位置、及び第3基板110Cの上面における接続構造205の位置を概略的に示している。なお、図2Dでは、図2Cに示す電気的な接続を表す直線の形態に合わせて、接続構造202~205を示している。つまり、第1基板110Aの下面における接続構造202及び第2基板110Bの上面における接続構造203のうち、図2Aにおいても存在した、例えばI/O部に係る電気的接続に対応するものについては破線で示し、画素ADCに係る電気的接続に対応し得るものについては点線で示している。また、第2基板110Bの下面における接続構造204、及び第3基板110Cの上面における接続構造205については実線で示している。
[0059]
 上述したように、図示する構成例では、画素信号処理回路が第2基板110Bに搭載されており、画素ADCが可能に構成されている。つまり、画素部206の各画素で取得された画素信号は、画素ごとに、直下の第2基板110Bに搭載される画素信号処理回路に伝送され、当該画素信号処理回路においてAD変換等の処理が行われる。従って、図2C及び図2Dに示すように、当該構成例では、第1基板110Aの下面における接続構造202は、I/O部からの信号を第2基板110Bに伝送するために、当該I/O部が存在する領域に対応してチップの外周に沿って配置されるとともに(図中破線で示す接続構造202)、画素部206の各画素からの画素信号を第2基板110Bに伝送するために、当該画素部206が存在する領域の全体に渡って配置されることとなる(図中点線で示す接続構造202)。
[0060]
 第2基板110Bの信号線及び電源線と第3基板110Cの信号線及び電源線との電気的な接続については、図2A及び図2Bに示す構成例と同様であるため、図2C及び図2Dに示すように、第2基板110Bの下面における接続構造204、及び第3基板110Cの上面における接続構造205は、チップの全面に渡って配置される。
[0061]
 図2E及び図2Fは、固体撮像装置1における接続構造の水平面内での配置の更に他の例について説明するための図である。図2E及び図2Fは、例えば、第2基板110Bにメモリ回路が搭載される場合における、接続構造の配置を示している。
[0062]
 図2Eでは、図2Aと同様に、固体撮像装置1を構成する第1基板110A、第2基板110B、及び第3基板110Cを概略的に示している。そして、第1基板110Aの下面(第2基板110Bと対向する面)と第2基板110Bの上面(第1基板110Aと対向する面)との接続構造を介した電気的接続を破線又は点線で模擬的に示し、第2基板110Bの下面(第3基板110Cと対向する面)と第3基板110Cの上面(第2基板110Bと対向する面)との接続構造を介した電気的接続を実線又は点線で模擬的に示している。第1基板110Aの下面と第2基板110Bの上面との電気的接続を示す線のうち、破線は、図2Aにおいても存在した、例えばI/O部に係る電気的接続を示しており、点線は、図2Aにおいては存在していなかったメモリ回路に係る電気的接続を示している。また、第2基板110Bの下面と第3基板110Cの上面との電気的接続を示す線のうち、実線は、図2Aにおいても存在した、例えばメモリ回路の動作とは直接的には関係しない信号に係る電気的接続を示しており、点線は、図2Aにおいては存在していなかったメモリ回路に係る電気的接続を示している。
[0063]
 図2Fでは、図2Bと同様に、第1基板110Aの下面における接続構造202の位置、第2基板110Bの上面における接続構造203の位置、第2基板110Bの下面における接続構造204の位置、及び第3基板110Cの上面における接続構造205の位置を概略的に示している。なお、図2Fでは、図2Eに示す電気的な接続を表す直線の形態に合わせて、接続構造202~205を示している。つまり、第1基板110Aの下面における接続構造202及び第2基板110Bの上面における接続構造203のうち、図2Aにおいても存在した、例えばI/O部に係る電気的接続に対応するものについては破線で示し、メモリ回路に係る電気的接続に対応し得るものについては点線で示している。また、第2基板110Bの下面における接続構造204及び第3基板110Cの上面における接続構造205のうち、図2Aにおいても存在した、例えばメモリ回路の動作とは直接的には関係しない信号に係る電気的接続に対応するものについては実線で示し、メモリ回路に係る電気的接続に対応し得るものについては点線で示している。
[0064]
 上述したように、図示する構成例では、メモリ回路が第2基板110Bに搭載されている。この場合、画素信号処理回路は第1基板110Aに搭載されており、第1基板110Aにおいて画素部206によって取得され当該画素信号処理回路によってAD変換された画素信号が、第2基板110Bのメモリ回路に伝送され、保持され得る。そして、第2基板110Bのメモリ回路に保持された画素信号を例えば外部に読み出すために、第2基板110Bのメモリ回路と第3基板110Cのロジック回路との間で信号の伝送が行われる。
[0065]
 従って、当該構成例では、第1基板110Aの下面における接続構造202としては、I/O部及び画素信号処理回路からの信号を第2基板110Bに備えられる配線に伝送するために、当該I/O部及び画素信号処理回路が搭載される領域に対応してチップの外周に沿って配置されるもの(図中破線で示す接続構造202)とともに、AD変換された画素信号を第2基板110Bのメモリ回路に伝送するためのもの(図中点線で示す接続構造202)が配置されることとなる。このとき、遅延時間を揃えるために、第1基板110Aから第2基板110Bのメモリ回路への画素信号の伝送経路の配線長、及び第2基板110Bのメモリ回路と第3基板110Cのロジック回路との間の信号の伝送経路の配線長は、それぞれ、できるだけ均等であることが望ましい。従って、例えば、図2Fに示すように、第1基板110Aと第2基板110Bのメモリ回路との間、及び第2基板110Bのメモリ回路と第3基板110Cとの間で信号をやり取りするための接続構造202~205は、水平面内の中央付近に集中的に設けられ得る。ただし、配線長を略均一にできるのであれば、接続構造202~205は、必ずしも図示する例のように水平面内の中央付近に設けられなくてもよい。
[0066]
 以上、固体撮像装置1における接続構造の水平面内での配置のいくつかの例について説明した。なお、本実施形態は以上説明した例に限定されない。固体撮像装置1において各基板に搭載される構成は適宜決定されてよく、その構成に応じて、固体撮像装置1における接続構造の水平面内での配置も適宜決定されてよい。各基板に搭載される構成、及びそれに応じた接続構造の水平面内での配置としては、各種の公知のものが適用されてよい。また、図2A~図2Fに示す例では、I/O部を構成する接続構造201が、チップの外周の3辺に沿うように配置されていたが、本実施形態はかかる例に限定されない。I/O部の配置についても、各種の公知のものが適用されてよい。例えば、I/O部を構成する接続構造201は、チップの外周の1辺、2辺又は4辺に沿うように配置されてもよい。
[0067]
 (3.第2基板の方向について)
 図1に示す構成例では、固体撮像装置1において、第1基板110Aと第2基板110BとがFtoBで貼り合わされていた(すなわち、第2基板110Bの裏面側は第1基板110Aの表面側を向いていた)。一方、固体撮像装置1は、第1基板110Aと第2基板110BとがFtoFで貼り合わされて構成されてもよい(すなわち、第2基板110Bの表面側は第1基板110Aの表面側を向いていてもよい)。
[0068]
 第2基板110Bの方向をどちらにするかは、例えば各基板(各チップ)の構成、性能等を考慮して、固体撮像装置1全体としての性能が向上し得るように、適宜決定されてよい。ここでは、例として、第2基板110Bの方向を決定する際の2つの考え方について説明する。
[0069]
 (3-1.PWELLの面積に基づく検討)
 図3Aは、図1に示す構成例とは異なり、第1基板110Aと第2基板110BとがFtoFで貼り合わされた固体撮像装置1aの概略構成を示す縦断面図である。図3Bは、図1に示す構成例と同様に、第1基板110Aと第2基板110BとがFtoBで貼り合わされた固体撮像装置1の概略構成を示す縦断面図である。固体撮像装置1aの構成は、第2基板110Bの方向が逆向きであること以外は、図1に示す固体撮像装置1と同様である。
[0070]
 図3A及び図3Bでは、多層配線層105、125、135に含まれる各配線の機能(信号配線、GND配線又は電源配線)を、凡例に示すハッチングによって表し、各配線の機能を表すこれらのハッチングを図1で示す配線のハッチングに重畳することにより表現している。図示するように、固体撮像装置1、1aにおいては、信号配線、GND配線及び電源配線を外部に引き出すための端子(上述したパッド151に対応する)が、チップの外周に沿って設けられている。これらの端子のそれぞれは、水平面内において画素部206を挟む位置に、対になって設けられる。従って、固体撮像装置1、1aの内部においては、信号配線、GND配線及び電源配線が、これらの端子間を接続するように延設されることとなり、水平面内に張り巡らされることとなる。
[0071]
 また、図3A及び図3Bでは、第1基板110A、第2基板110B、及び第3基板110Cに設けられるPWELLに「P」を、NWELLに「N」を付している。例えば、図示する構成では、画素部の各画素に備えられるフォトダイオードは、入射光を光電変換し、電子を取り出すために、PWELL中にN型拡散領域を形成したフォトダイオードとなっている。また、各画素に備えられるトランジスタは、フォトダイオードで発生した電子を読み出すために、N型MOSトランジスタとなっている。このため、当該画素部のWELLはPWELLである。一方、第2基板110B及び第3基板110Cに設けられるロジック回路及びメモリ回路については、CMOS回路で構成されるため、PMOS及びNMOSが混在し得る。このため、PWELL及びNWELLが、例えば同程度の面積で存在している。従って、図示する構成例では、第1基板110Aの方が、第2基板110B及び第3基板110Cよりも、PWELLの面積が大きい。
[0072]
 ここで、固体撮像装置1、1aにおいては、PWELLにはGND電位が与えられ得る。従って、PWELLと電源配線とが絶縁体を挟んで対向する構成が存在すると、両者の間に寄生容量が形成されることとなる。
[0073]
 このPWELLと電源配線との間に形成される寄生容量について、図4A及び図4Bを参照して説明する。図4Aは、図3Aに示す固体撮像装置1aにおける、PWELLと電源配線との間の寄生容量について説明するための図である。図4Aでは、図3Aに示す固体撮像装置1aを簡略化して示し、図3Aと同様に、図1で示す配線のハッチングに重畳されたハッチングによって各配線の機能を示す。図4Aに示すように、固体撮像装置1aでは、第1基板110Aと第2基板110BとがFtoFで貼り合わされるため、第1基板110Aの画素部のPWELLと、第2基板110Bの多層配線層125内の電源配線とが、絶縁膜103、123を構成する絶縁体を挟んで対向することとなる。従って、両者の間に寄生容量が形成され得る(図4Aでは、当該寄生容量を、模擬的に、二点鎖線で示している)。
[0074]
 一方、図4Bは、図3Bに示す固体撮像装置1における、PWELLと電源配線との間の寄生容量について説明するための図である。図4Bでは、図3Bに示す固体撮像装置1を簡略化して示し、図3Bと同様に、図1で示す配線のハッチングに重畳されたハッチングによって各配線の機能を示す。図4Bに示すように、固体撮像装置1では、第2基板110Bと第3基板110CとがFtoFで貼り合わされるため、第3基板110Cのロジック回路又はメモリ回路のPWELLと、第2基板110Bの多層配線層125内の電源配線とが、絶縁膜123、133を構成する絶縁体を挟んで対向することとなる。従って、両者の間に寄生容量が形成され得る(図4Bでは、当該寄生容量を、模擬的に、二点鎖線で示している)。
[0075]
 上記寄生容量は、PWELLの面積が大きいほど大きくなると考えられる。従って、図4A及び図4Bに示す構成例であれば、図4Aに示す第1基板110Aと第2基板110BとがFtoFで貼り合わされる構成の方が、図4Bに示す第2基板110Bと第3基板110CとがFtoFで貼り合わされる構成よりも、寄生容量が大きくなる。
[0076]
 第2基板110Bにおける電源配線に係る寄生容量が大きければ、当該第2基板110Bにおける電源-GNDの電流経路についてのインピーダンスが低下する。従って、当該第2基板110Bにおける電源系をより安定化することが可能になる。具体的には、例えば第2基板110Bにおける回路の動作の変動に伴って消費電力が変動した場合であっても、その消費電力の変動による電源レベルの揺らぎが抑制され得る。よって、第2基板110Bに係る回路を高速で動作させた場合であっても、その動作をより安定化させることができ、固体撮像装置1a全体の性能の向上を図ることが可能になる。
[0077]
 このように、PWELLの面積に注目すると、図3A~図4Bに示す構成例では、第1基板110Aと第2基板110BとがFtoFで貼り合わされる固体撮像装置1aの方が、第1基板110Aと第2基板110BとがFtoBで貼り合わされる固体撮像装置1よりも、第2基板110Bの電源配線についてより大きな寄生容量が形成され、高速動作させた際に高い安定性を得ることができる。つまり、固体撮像装置1aの方がより好ましい構成であると言える。
[0078]
 ただし、各基板の設計によっては、第3基板110Cの方が第1基板110AよりもPWELLの面積が大きい場合もあり得る。この場合には、第2基板110Bの電源配線と第3基板110CのPWELLとの間により大きな寄生容量が形成される、固体撮像装置1の構成の方が、固体撮像装置1aよりも、高速動作させた際に高い安定性を得ることができると考えられる。
[0079]
 まとめると、第2基板110Bの方向について、PWELLの面積に基づいて検討すると、第1基板110AのPWELLの面積が第3基板110CのPWELLの面積よりも大きい場合には、第2基板110Bの表面側が第1基板110Aの表面側を向くように、すなわち第1基板110Aと第2基板110BとがFtoFで貼り合わされるように、固体撮像装置1aが構成されることが好ましい。逆に、第3基板110CのPWELLの面積が第1基板110AのPWELLの面積よりも大きい場合には、第2基板110Bの表面側が第3基板110Cの表面側を向くように、すなわち第1基板110Aと第2基板110BとがFtoBで貼り合わされるように、固体撮像装置1が構成されることが好ましい。
[0080]
 本実施形態では、このようなPWELLの面積に基づく観点から、第2基板110Bの方向が決定されてよい。図1及び後述する図6A~図15Eに示す本実施形態に係る固体撮像装置1~15Eは、例えば、第1基板110AのPWELLの面積が第3基板110CのPWELLの面積よりも小さく構成されており、それに応じて、第1基板110Aと第2基板110BとがFtoBで貼り合わされるように構成されている。従って、固体撮像装置1~15Eによれば、高速動作時においても高い動作安定性を得ることが可能になる。
[0081]
 なお、第1基板110AのPWELLの面積が第3基板110CのPWELLの面積よりも大きい場合としては、例えば、第1基板110Aには、入射光を光電変換し、電子を取り出すフォトダイオード、及び当該フォトダイオードから電子を読み出すためのNMOSトランジスタをPWELL中に備えた画素部のみが搭載され、第2基板110B及び第3基板110Cに各種の回路(画素信号処理回路、ロジック回路、及びメモリ回路等)が搭載される場合が考えられる。一方、第3基板110CのPWELLの面積が第1基板110AのPWELLの面積よりも大きい場合としては、例えば、第1基板110Aに、画素部及び各種の回路がともに搭載され、第1基板110Aにおける当該各種の回路が占める面積が比較的大きい場合が考えられる。
[0082]
 (3-2.消費電力及びGND配線の配置に基づく検討)
 図3Aに示す固体撮像装置1aと図3Bに示す固体撮像装置1について、上記ではPWELLの面積に注目したが、ここでは、各基板における消費電力とGND配線の配置に注目する。
[0083]
 図5Aは、図3Aに示す固体撮像装置1aにおける、電源配線及びGND配線の配置を概略的に示す図である。図5Bは、図3Bに示す固体撮像装置1における、電源配線及びGND配線の配置を概略的に示す図である。図5A及び図5Bでは、固体撮像装置1、1aの構造を簡易的に図示するとともに、電源配線及びGND配線の概略的な配置を、電源配線を二点鎖線で示し、GND配線を一点鎖線で示すことで表している。また、図中の矢印の大きさは、電源配線及びGND配線を流れる電流量を模擬的に表している。
[0084]
 図5A及び図5Bに示すように、電源配線は、第1基板110Aの上面(すなわち、固体撮像装置1、1aの上面)に設けられる電源端子(VCC)からz軸方向に延伸する垂直電源配線303と、第1基板110Aの多層配線層105、第2基板110Bの多層配線層125、及び第3基板110Cの多層配線層135内において水平方向に延伸する水平電源配線304と、から主に構成されるとみなすことができる。以下、垂直電源配線303及び水平電源配線304を総称して電源配線303、304とも記載する。なお、実際には、第1基板110Aの多層配線層105及び第2基板110Bの多層配線層125内にも水平電源配線304が存在し得るが、図5A及び図5Bでは、簡単のため、その図示を省略し、第3基板110Cの多層配線層135内の水平電源配線304のみを図示している。
[0085]
 また、GND配線は、第1基板110Aの上面に設けられるGND端子からz軸方向に延伸する垂直GND配線305と、第1基板110Aの多層配線層105、第2基板110Bの多層配線層125、及び第3基板110Cの多層配線層135内において水平方向に延伸する水平GND配線306と、から主に構成されるとみなすことができる。以下、垂直GND配線305及び水平GND配線306を総称してGND配線305、306とも記載する。なお、区別のため、第1基板110Aの水平GND配線306を水平GND配線306aとも記載し、第2基板110Bの水平GND配線306を水平GND配線306bとも記載し、第3基板110Cの水平GND配線306を水平GND配線306cとも記載することとする。
[0086]
 ここでは、一例として、第1基板110Aの消費電力よりも、第3基板110Cの消費電力の方が大きい場合について考える。例えば、第3基板110Cは、ロジック基板であるとする。ロジック回路は、複数の回路ブロックに分かれており、処理する内容によって動作する回路ブロックも変化する。つまり、固体撮像装置1、1aにおける一連の動作中に、ロジック回路内において主に動作する場所は変動し得る。従って、ロジック回路内において電源電流が流れる場所には偏りがあり(例えば、電源電流は、回路の動作に伴うトランジスタゲート容量と配線容量の充放電に起因して発生する)、しかもその場所は変動し得る。
[0087]
 今、図5A及び図5Bに示すように、第3基板110Cのロジック回路内の2つの回路ブロック301、302に注目する。これら2つの回路ブロック301、302が動作する際には、電源端子-電源配線303、304-回路ブロック301、302-GND配線305、306-GND端子の電流経路が形成される。
[0088]
 ここで、あるタイミングでの消費電力について、回路ブロック301の方が回路ブロック302よりも大きいとする。この場合、図5A及び図5Bに示すように、当該タイミングでは、電源配線303、304から、回路ブロック301に対して、回路ブロック302よりも多くの電流が供給されることとなる。この消費電力の差に起因して、回路ブロック301、302を介して垂直GND配線305に流れる電流量についても、回路ブロック301の近くの垂直GND配線305(区別のため、垂直GND配線305aとも記載することとする)の方が、回路ブロック302の近くの垂直GND配線305(区別のため、垂直GND配線305bとも記載することとする)よりも大きくなる。
[0089]
 第1基板110A及び第2基板110Bには、水平GND配線306a、306bが存在するから、この垂直GND配線305a、305b間における電流量の不均衡は、第1基板110Aの上面のGND端子に向かう途中で、第1基板110A及び第2基板110Bの当該水平GND配線306a、306bによって解消される。つまり、垂直GND配線305a、305b間における電流量の不均衡を解消するように、第1基板110A及び第2基板110Bの水平GND配線306a、306bに電流が流れることとなる。従って、固体撮像装置1、1aには、図5A及び図5Bにおいて実線の矢印で示すように、水平電源配線304-回路ブロック301、302-水平GND配線306c-垂直GND配線305a-水平GND配線306a、306bというループ状の電流経路が形成される。
[0090]
 このとき、図5Aに示すように、第1基板110Aと第2基板110BとがFtoFで貼り合わされる固体撮像装置1aでは、第1基板110A及び第2基板110Bの水平GND配線306a、306bが、いずれも、第3基板110Cの水平電源配線304から比較的遠いところに配置されることとなる。従って、上記ループ状の電流経路において、ループの開口幅が大きくなるため、上記ループ状の電流経路のインダクタンスが大きくなる。つまり、インピーダンスが高くなる。よって、電源電流の安定性が低下し、固体撮像装置1a全体としての性能が低下してしまう恐れがある。
[0091]
 一方、図5Bに示すように、第1基板110Aと第2基板110BとがFtoBで貼り合わされる固体撮像装置1では、第1基板110Aの水平GND配線306aは、第3基板110Cの水平電源配線304から比較的遠いところに配置されるものの、第2基板110Bの水平GND配線306bは、第3基板110Cの水平電源配線304から比較的近いところに配置されることとなる。従って、上記ループ状の電流経路において、ループの開口幅が小さくなるため、上記ループ状の電流経路のインダクタンスが小さくなる。つまり、インピーダンスが低くなる。よって、電源電流をより安定化させることができ、固体撮像装置1全体としての性能をより向上させることが可能となる。
[0092]
 このように、消費電力及びGND配線の配置に注目すると、第3基板110Cの消費電力が第1基板110Aの消費電力よりも大きい場合には、当該第3基板110Cの水平電源配線304のより近くに第2基板110Bの水平GND配線306bを配置させることができる、第1基板110Aと第2基板110BとがFtoBで貼り合わされる固体撮像装置1の方が、第1基板110Aと第2基板110BとがFtoFで貼り合わされる固体撮像装置1aよりも、より安定的な動作が実現できると考えられる。つまり、固体撮像装置1の方がより好ましい構成であると言える。
[0093]
 ただし、各基板の設計によっては、第1基板110Aの方が第3基板110Cよりも消費電力が大きい場合もあり得る。この場合には、第1基板110Aの水平電源配線と第2基板110Bの水平GND配線306bとの距離をより近くすることができる、固体撮像装置1aの構成の方が、固体撮像装置1よりも、より安定的な動作が期待できると考えられる。
[0094]
 まとめると、第2基板110Bの方向について、消費電力及びGND配線の配置に基づいて検討すると、第1基板110Aの消費電力が第3基板110Cの消費電力よりも大きい場合には、第2基板110Bの表面側が第1基板110Aの表面側を向くように、すなわち第1基板110Aと第2基板110BとがFtoFで貼り合わされるように、固体撮像装置1aが構成されることが好ましい。逆に、第3基板110Cの消費電力が第1基板110Aの消費電力よりも大きい場合には、第2基板110Bの表面側が第3基板110Cの表面側を向くように、すなわち第1基板110Aと第2基板110BとがFtoBで貼り合わされるように、固体撮像装置1が構成されることが好ましい。
[0095]
 本実施形態では、このような消費電力及びGND配線の配置に基づく観点から、第2基板110Bの方向が決定されてよい。図1及び後述する図6A~図15Eに示す本実施形態に係る固体撮像装置1~15Eは、例えば、第1基板110Aの消費電力が第3基板110Cの消費電力よりも小さく構成されており、それに応じて、第1基板110Aと第2基板110BとがFtoBで貼り合わされるように構成されている。従って、固体撮像装置1~15Eによれば、より安定的な動作が実現され得る。
[0096]
 なお、第3基板110Cの消費電力が第1基板110Aの消費電力よりも大きい場合としては、例えば、第1基板110Aには画素部のみが搭載され、第2基板110B及び第3基板110Cに多くの回路(例えば、画素信号処理回路、ロジック回路、及びメモリ回路等)が搭載される場合が考えられる。このような構成としては、具体的には、例えば、第1基板110Aには画素部のみが搭載され、第2基板110Bには画素信号処理回路及びメモリ回路が搭載され、第3基板110Cにロジック回路が搭載される構成等が考えられる。この際、画素信号処理回路におけるデジタル回路(例えば、AD変換のための参照電圧を生成するデジタル回路等)は、第3基板110Cに搭載されてもよい。あるいは、第3基板110Cに、アクセス頻度の高いメモリ回路(例えば、1フレームに複数回、画素信号が書き込み又は読み出しされるメモリ回路)が搭載される場合にも、当該第3基板110Cの消費電力は大きくなると考えられる。
[0097]
 一方、第1基板110Aの消費電力が第3基板110Cの消費電力よりも大きい場合としては、例えば、第1基板110Aに、画素部及び各種の回路がともに搭載され、第1基板110Aにおける当該各種の回路が占める面積が比較的大きい場合が考えられる。あるいは、第3基板110Cに、アクセス頻度の低いメモリ回路(例えば、1フレームに1回だけ、画素信号が書き込み又は読み出しされるメモリ回路)が搭載される場合にも、第3基板110Cの消費電力が小さくなり、相対的に第1基板110Aの消費電力が大きくなると考えられる。
[0098]
 なお、第1基板110A及び第3基板110Cの消費電力を比較する際には、消費電力そのものが比較されてもよいし、消費電力の大小を表し得る他の指標が比較されてもよい。当該他の指標としては、例えば、各基板の回路に搭載されるゲート数(例えば、100ゲートと1Mゲート)や、各基板の回路の動作周波数(例えば、100MHzと1GHz)等が挙げられる。
[0099]
 ここで、図5Aに示す、第1基板110Aと第2基板110BとがFtoFで貼り合わされる固体撮像装置1aにおいて、上記ループ状の電流経路におけるインピーダンスを低下させるための方法として、図5Cに示すように、第1基板110Aの水平GND配線306aと、第2基板110Bの水平GND配線306bとの間を、z軸方向に延伸する複数の配線(すなわち、垂直GND配線)で接続する方法が考えられる。図5Cは、図5Aに示す固体撮像装置1aにおけるインピーダンスを低下させるための一構成例を示す図である。なお、図5Cに示す固体撮像装置1bは、図5Aに示す固体撮像装置1aに対して、第1基板110Aの水平GND配線306aと、第2基板110Bの水平GND配線306bとを、複数の垂直GND配線で接続したものに対応し、その他の構成は固体撮像装置1aと同様である。
[0100]
 図5Cに示す構成を採用することにより、水平GND配線306a、306bが強化され、上記ループ状の電流経路におけるインピーダンスを低下させることができるため、固体撮像装置1bは、固体撮像装置1aよりも全体としての性能をより向上させることが可能となると考えられる。なお、図5Cでは、一例として、第3基板110Cの消費電力が第1基板110Aの消費電力よりも大きく、かつ、第1基板110Aと第2基板110BとがFtoFで貼り合わされる場合において、そのループ状の電流経路のインピーダンスを低下させ得る構成を示しているが、第1基板110Aの消費電力が第3基板110Cの消費電力よりも大きく、かつ、第1基板110Aと第2基板110BとがFtoBで貼り合わされる場合において、そのループ状の電流経路のインピーダンスを低下させるためには、第2基板110Bの水平GND配線306bと、第3基板110Cの水平GND配線306cとの間を、複数の垂直GND配線で接続すればよい。
[0101]
 しかしながら、図5Cに示す構成を実現するためには、第1基板110Aの多層配線層105と、第2基板110Bの多層配線層125に、そのGND配線同士を接続するための接続構造を設ける必要がある。従って、多層配線層105、125内におけるGND配線の配置、及び他の配線の配置が、当該接続構造が設けられることを考慮した制約を受けることとなる。具体的には、図5Cに示す構成では、第1基板110A及び第2基板110Bにおいて、垂直GND配線、及びそれらを基板間で接続するための接続構造が、水平面内におけるチップの外周部だけでなく、チップの中央部にもより多く分布することとなるため、そのことを考慮して各配線を配置させる必要がある。つまり、多層配線層105、125における各配線の設計の自由度が低下する。
[0102]
 これに対して、上述したように、本実施形態では、第2基板110Bの向きを調整することにより、上記ループ状の電流経路のインピーダンスを低下させる。従って、図5Cに示す構成とは異なり、水平面内において、垂直GND配線がチップの外周部により多く分布するように、当該垂直GND配線を配置させることができる。よって、多層配線層105、125における各配線の設計の自由度を低下させることなく、電流経路におけるインピーダンスの低下、すなわち固体撮像装置1、1aの動作の安定化を図ることができる。
[0103]
 なお、水平面内のチップの外周部及びチップの中央部における垂直GND配線の配置の疎密については、例えば以下のように判断できる。例えば、チップを水平面内で3×3の領域に等分した9つの領域において、中央の1つの領域に存在する垂直GND配線の数が、周囲の8つの領域に存在する垂直GND配線の数よりも多い場合には、チップの中央部における垂直GND配線の数が多いと判断できる(すなわち、図5Cに示す固体撮像装置1bの構成が適用されている可能性があると判断できる)。一方、中央の1つの領域に存在する垂直GND配線の数が、周囲の8つの領域に存在する垂直GND配線の数よりも少ない場合には、チップの外周部における垂直GND配線の数が多いと判断できる(すなわち、図5A及び図5Bに示す固体撮像装置1、1aの構成が適用されている可能性があると判断できる)。
[0104]
 ここでは一例としてチップを水平面内で9つの領域に等分した場合について説明したが、分割する領域の数はかかる例に限定されず、4×4の16個の領域、又は5×5の25個の領域等、適宜変更されてよい。例えば、チップを4×4の16個の領域に分割する場合には、中央の4つの領域と、その周囲の12個の領域と、における垂直GND配線の数で、粗密を判断すればよい。あるいは、チップを5×5の25個の領域に分割する場合には、中央の1つの領域とその周囲の24個の領域と、又は中央の9つの領域とその周囲の16個の領域と、における垂直GND配線の数で、粗密を判断すればよい。
[0105]
 (4.接続構造のバリエーション)
 図1に示す固体撮像装置1の構成は、本実施形態に係る固体撮像装置の一例である。本実施形態に係る固体撮像装置は、図1に示すものとは異なる接続構造を有するように構成されてもよい。以下、本実施形態に係る固体撮像装置の、接続構造の異なる他の構成例について説明する。
[0106]
 なお、以下に説明する各固体撮像装置の構成は、図1に示す固体撮像装置1の構成の一部を変更したものに対応する。従って、図1を参照して既に説明している構成については、その詳細な説明を省略する。また、以下に説明する各固体撮像装置の概略構成を示す各図面については、図面が煩雑になることを避けるために、図1では付していた一部の符号を省略している。また、図1及び以下の各図面について、同一の種類のハッチングを付している部材は、同一の材料によって形成されていることを表す。
[0107]
 なお、以下で説明する各構成例は、第1基板110A及び第2基板110Bの信号線同士及び電源線同士を電気的に接続する接続構造として、第1基板110Aと第2基板110Bとの貼り合わせ面を介した接続構造を含まない点が共通する。また、以下で説明する各構成例では、第2基板110Bの配線及び第3基板110Cの信号線同士及び電源線同士を電気的に接続する接続構造、並びに第1基板110A及び第3基板110Cの信号線同士及び電源線同士を電気的に接続する接続構造が設けられる場合、第1基板110A及び第2基板110Bの信号線同士及び電源線同士を電気的に接続する接続構造が設けられないことがあり得る。ここで、第1基板110Aと第2基板110Bとの貼り合わせ面を介した接続構造とは、第1基板110Aと第2基板110Bとの貼り合わせ面に存在する電極接合構造だけでなく、第1基板110Aと第2基板110Bとの貼り合わせ面を貫通するTSVをも含む。以下では、それぞれの構成例の差分について主として説明することとする。
[0108]
 (4-1.第1の構成例)
 まず、図6A~図6Bを参照して、第1の構成例に係る固体撮像装置6A~6Bについて説明する。図6A~図6Bは、第1の構成例に係る固体撮像装置6A~6Bの一例を示す縦断面図である。
[0109]
 第1の構成例に係る固体撮像装置6A~6Bは、図1で示す固体撮像装置1に対して、パッド151が第1基板110Aの裏面側に設けられ、引き出し線開口部155a、155b、155cの内壁に成膜された導電材料層510を介して、多層配線層105、125、135内の配線と電気的に接続されている点が異なる。
[0110]
 具体的には、図6Aに示すように、引き出し線開口部155aは、第1基板110Aの裏面側から半導体基板101を貫通し、第1基板110Aの多層配線層105内の配線を露出させるように形成される。引き出し線開口部155bは、第1基板110Aの裏面側から第1基板110Aを貫通し、第2基板110Bの多層配線層125内の配線を露出させるように形成される。引き出し線開口部155cは、第1基板110Aの裏面側から第1基板110A及び第2基板110Bを貫通し、第3基板110Cの多層配線層135内の配線を露出させるように形成される。
[0111]
 また、引き出し線開口部155a、155b、155cの内壁には、タングステン(W)などで形成された導電材料層510が成膜され、導電材料層510は、それぞれ第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109の上まで延伸される。さらに、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109の上に延伸された導電材料層510の上には、パッド151が設けられる。これにより、固体撮像装置6Aでは、パッド151を介して第1基板110A、第2基板110B及び第3基板110Cの各配線が互いに電気的に接続される。このような引き出し線開口部155a、155b、155cの内壁に成膜された導電材料層510を介して、パッド151が多層配線層105、125、135内の配線と電気的に接続されている構造を、以下ではパッド引き出し構造とも称する。
[0112]
 また、図6Bに示すように、パッド151は、絶縁膜109の内部に埋め込まれて形成されてもよい。
[0113]
 なお、図6A~図6Bで示した固体撮像装置6A~6Bにおいて、導電材料層510は、引き出し線開口部155a、155b、155cごとに電気的に離隔されて設けられてもよい。また、パッド151は、引き出し線開口部155a、155b、155cごとに設けられていてもよく、1つの引き出し線開口部155a、155b、155cにつき複数設けられてもよい。
[0114]
 (4-2.第2の構成例)
 次に、図7A~図7Eを参照して、第2の構成例に係る固体撮像装置7A~7Eについて説明する。図7A~図7Eは、第2の構成例に係る固体撮像装置7A~7Eの一例を示す縦断面図である。
[0115]
 第2の構成例に係る固体撮像装置7A~7Eでは、第2基板110Bの裏面側または第3基板110Cの裏面側のいずれかから、第2基板110Bの多層配線層125内の配線を露出させる第1の貫通孔と、第3基板110Cの多層配線層135内の配線を露出させる第2の貫通孔とに導電材料が埋め込まれたツインコンタクト構造のTSV157が設けられる。
[0116]
 具体的には、図7Aに示すように、TSV157は、第3基板110Cの裏面側から第3基板110Cを貫通して設けられる。例えば、TSV157は、第3基板110Cを貫通し、第2基板110Bの多層配線層125内の配線を露出させる第1の貫通孔と、半導体基板131を貫通し、第3基板110Cの多層配線層135内の配線を露出させる第2の貫通孔とに導電材料が埋め込まれた構造にて設けられる。なお、TSV157は、パッド151と同様の第2の金属によって形成される配線に接続され得る。また、固体撮像装置7Aでは、第1基板110Aの多層配線層105、及び第2基板110Bの多層配線層125の内部にパッド151が設けられ、パッド151は、パッド開口部153a、153bによって露出される。これにより、固体撮像装置7Aでは、TSV157及びパッド151、パッド開口部153a、153bを介して、第1基板110A、第2基板110B及び第3基板110Cの信号線及び電源線が互いに電気的に接続される。
[0117]
 また、図7Bに示すように、パッド151は、第1基板110Aの裏面側に設けられ、引き出し線開口部155a、155bの内壁に成膜された導電材料層510によって、第1基板110Aの多層配線層105内の配線、及び第2基板110Bの多層配線層125内の配線と電気的に接続してもよい。また、TSV157は、通常の配線と同様の第1の金属によって形成される配線に接続してもよい。
[0118]
 具体的には、引き出し線開口部155aは、第1基板110Aの裏面側から半導体基板101を貫通し、第1基板110Aの多層配線層105内の配線を露出させるように形成される。引き出し線開口部155bは、第1基板110Aの裏面側から、第1基板110Aを貫通し、第2基板110Bの多層配線層125内の配線を露出させるように形成される。また、引き出し線開口部155a、155bの内壁には、タングステン(W)などで形成された導電材料層510が成膜され、導電材料層510は、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109の上まで延伸される。さらに、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109の上に延伸された導電材料層510の上には、パッド151が設けられる。すなわち、パッド151は、第1基板110Aの裏面上に設けられ、導電材料層510を介して各基板の多層配線層105、125、135と電気的に接続してもよい。
[0119]
 さらに、図7Cに示すように、固体撮像装置7Bの構造に対して、パッド151は、絶縁膜109の内部に埋め込まれて形成されてもよい。
[0120]
 また、図7Dに示すように、TSV157は、第2基板110Bの裏面側から第2基板を貫通して設けられてもよい。具体的には、TSV157は、第2基板110Bの裏面側から半導体基板121を貫通し、第2基板110Bの多層配線層125内の配線を露出させる第1の貫通孔と、第2基板110Bの裏面側から第3基板110Cを貫通し、第3基板110Cの多層配線層135内の配線を露出させる第2の貫通孔とに導電材料が埋め込まれた構造にて設けられてもよい。これによっても、TSV157は、第2基板110Bの信号線及び電源線及び第3基板110Cの信号線及び電源線を電気的に接続することができるため、第1基板110A、第2基板110B及び第3基板110Cの信号線及び電源線は互いに電気的に接続され得る。また、パッド151は、絶縁膜109の上に設けられてもよく、第1基板110Aの多層配線層105、及び第2基板110Bの多層配線層125の内部に設けられてもよい。
[0121]
 また、図7Eに示すように、固体撮像装置7Dの構造に対して、パッド151は、絶縁膜109の内部に埋め込まれて形成されてもよい。
[0122]
 なお、図7A~図7Eで示した固体撮像装置7A~7Eにおいて、パッド151は、第1基板110Aの多層配線層105、及び第3基板110Cの多層配線層135の内部に設けられてもよい。また、導電材料層510は、引き出し線開口部155a、155bごとに電気的に離隔されて設けられてもよい。さらに、パッド151は、引き出し線開口部155a、155bごとに設けられていてもよく、1つの引き出し線開口部155a、155bにつき複数設けられてもよい。
[0123]
 (4-3.第3の構成例)
 続いて、図8A~図8Gを参照して、第3の構成例に係る固体撮像装置8A~8Gについて説明する。図8A~図8Gは、第3の構成例に係る固体撮像装置8A~8Gの一例を示す縦断面図である。
[0124]
 第3の構成例に係る固体撮像装置8A~8Gでは、第1基板110Aの裏面側から第2基板110Bの多層配線層125内の配線を露出させる第1の貫通孔と、第1基板110Aの裏面側から第3基板110Cの多層配線層135内の配線を露出させる第2の貫通孔とに導電材料が埋め込まれたツインコンタクト構造のTSV157が設けられる。
[0125]
 具体的には、図8Aに示すように、TSV157は、第1基板110Aの裏面側から第1基板110Aを貫通し、第2基板110Bの多層配線層125内の配線を露出させる第1の貫通孔と、第1基板110A及び第2基板110Bを貫通し、第3基板110Cの多層配線層135内の配線を露出させる第2の貫通孔とに導電材料が埋め込まれた構造にて設けられる。なお、TSV157は、パッド151と同様の第2の金属によって形成される配線に接続してもよく、通常の配線と同様の第1の金属によって形成される配線に接続してもよい。また、固体撮像装置8Aでは、第1基板110Aの多層配線層105、及び第2基板110Bの多層配線層125の内部にパッド151が設けられ、パッド151は、パッド開口部153a、153bによって露出される。これにより、固体撮像装置8Aでは、TSV157及びパッド151、パッド開口部153a、153bを介して、第1基板110A、第2基板110B及び第3基板110Cの信号線及び電源線が互いに電気的に接続される。
[0126]
 また、図8Bに示すように、パッド151は、第1基板110Aの裏面側に設けられ、引き出し線開口部155の内壁に成膜された導電材料層510によって第1基板110Aの多層配線層105内の配線と電気的に接続してもよい。具体的には、引き出し線開口部155は、第1基板110Aの裏面側から半導体基板101を貫通し、第1基板110Aの多層配線層105内の配線を露出させるように形成される。また、引き出し線開口部155の内壁には、タングステン(W)などで形成された導電材料層510が成膜され、導電材料層510は、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109及びTSV157の上まで延伸される。さらに、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109の上に延伸された導電材料層510の上には、パッド151が設けられる。パッド151は、第1基板110Aの裏面に露出したTSV157の上に延伸される導電材料層510を介して、第2基板110Bの信号線及び電源線及び第3基板110Cの信号線及び電源線と電気的に接続してもよい。
[0127]
 さらに、図8Cに示すように、固体撮像装置8Bの構造に対して、パッド151は、絶縁膜109の内部に埋め込まれて形成されてもよい。
[0128]
 また、図8Dに示すように、固体撮像装置8Cの構造に対して、TSV157は、第1の貫通孔及び第2の貫通孔に導電材料が埋め込まれた構造に替えて、第1の貫通孔及び第2の貫通孔の内壁に導電材料が成膜された構造にて設けられてもよい。具体的には、TSV157の第1の貫通孔及び第2の貫通孔(すなわち、引き出し線開口部155b、155a)に導電材料層510が成膜され、導電材料層510によって、第2基板110Bの多層配線層125内の配線、及び第3基板110Cの多層配線層135内の配線は、電気的に接続される。このような場合、TSV157は、引き出し線開口部155a、155bの内壁に成膜された導電材料層510によって、パッド151と、各基板の多層配線層内の配線とを電気的に接続するパッド引き出し構造と類似した構造を取り得る。よって、TSV157は、パッド引き出し構造の機能を兼務することも可能であり、引き出し線開口部155cを含むパッド引き出し構造と同時に形成することが可能である。
[0129]
 さらに、図8Eに示すように、固体撮像装置8Dの構造に対して、パッド151は、第1基板110Aの裏面内から突出するように、絶縁膜109の上に設けられてもよい。
[0130]
 また、図8F及び図8Gに示すように、固体撮像装置8D及び8Eの構造に対して、導電材料層510は、パッド151と同様の第2の金属によって形成される配線に接続してもよく、通常の配線と同様の第1の金属によって形成される配線に接続してもよい。
[0131]
 なお、図8A~図8Gで示した固体撮像装置8A~8Gにおいて、導電材料層510は、引き出し線開口部155a、155b、155cごとに電気的に離隔されて設けられてもよい。また、パッド151は、引き出し線開口部155a、155b、155cごとに設けられていてもよく、1つの引き出し線開口部155a、155b、155cにつき複数設けられてもよい。
[0132]
 (4-4.第4の構成例)
 次に、図9A~図9Fを参照して、第4の構成例に係る固体撮像装置9A~9Fについて説明する。図9A~図9Fは、第4の構成例に係る固体撮像装置9A~9Fの一例を示す縦断面図である。
[0133]
 第4の構成例に係る固体撮像装置9A~9Fでは、第2基板110Bの多層配線層125内の配線、及び第3基板110Cの多層配線層135内の配線と接続し、1つの貫通孔に導電材料が埋め込まれたシェアードコンタクト構造のTSV157が設けられる。
[0134]
 具体的には、図9Aに示すように、TSV157は、第3基板110Cの裏面側から第3基板110Cを貫通して設けられ、第3基板110Cの多層配線層135内の配線と接触して、第2基板110Bの多層配線層125内の配線を露出させる1つの貫通孔に導電材料が埋め込まれた構造にて設けられる。換言すると、TSV157は、多層配線層135に含まれる配線の少なくとも側面を露出させ、多層配線層125に含まれる配線の上面を露出させる貫通孔を導電材料で埋め込んだ構造にて形成され得る。シェアードコンタクト構造のTSV157は、第3基板110Cの多層配線層135内の複数の配線と両側で接触してもよく、第3基板110Cの多層配線層135内の一つの配線と片側で接触してもよい。以下で説明する他のシェアードコンタクト構造のTSV157についても同様に、TSV157は、多層配線層105、125、135内の配線と両側または片側のいずれにて接触していてもよい。なお、TSV157は、パッド151と同様の第2の金属によって形成される配線に接続されてもよく、通常の配線と同様の第1の金属によって形成される配線に接続されてもよい。また、固体撮像装置9Aでは、第1基板110Aの多層配線層105、及び第2基板110Bの多層配線層125の内部にパッド151が設けられ、パッド151は、パッド開口部153a、153bによって露出される。これにより、固体撮像装置9Aでは、TSV157及びパッド151、パッド開口部153a、153bを介して、第1基板110A、第2基板110B及び第3基板110Cの信号線及び電源線が互いに電気的に接続される。
[0135]
 また、図9Bに示すように、パッド151は、第1基板110Aの裏面側に設けられ、引き出し線開口部155a、155bの内壁に成膜された導電材料層510によって第1基板110Aの多層配線層105内の配線、及び第2基板110Bの多層配線層125内の配線と電気的に接続してもよい。具体的には、引き出し線開口部155aは、第1基板110Aの裏面側から半導体基板101を貫通し、第1基板110Aの多層配線層105内の配線を露出させるように形成され、引き出し線開口部155bは、第1基板110Aの裏面側から第1基板110Aを貫通し、第2基板110Bの多層配線層125内の配線を露出させるように形成される。また、引き出し線開口部155a、155bの内壁には、タングステン(W)などで形成された導電材料層510が成膜され、導電材料層510は、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109の上まで延伸される。さらに、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109の上に延伸された導電材料層510の上には、パッド151が設けられる。すなわち、パッド151は、第1基板110Aの裏面上に設けられ、導電材料層510を介して各基板の多層配線層105、125、135と電気的に接続してもよい。
[0136]
 さらに、図9Cに示すように、固体撮像装置9Bの構造に対して、パッド151は、絶縁膜109の内部に埋め込まれて形成されてもよい。
[0137]
 また、図9Dに示すように、TSV157は、第2基板110Bの裏面側から第2基板110Bを貫通して設けられ、第2基板110Bの多層配線層125内の配線と接触して第3基板110Cの多層配線層135内の配線を露出させる1つの貫通孔に導電材料が埋め込まれた構造にて設けられてもよい。なお、TSV157は、パッド151と同様の第2の金属によって形成される配線に接続してもよく、通常の配線と同様の第1の金属によって形成される配線に接続してもよい。これによっても、TSV157は、第2基板110Bの配線及び第3基板110Cの配線を電気的に接続することができるため、第1基板110A、第2基板110B及び第3基板110Cの信号線及び電源線は互いに電気的に接続され得る。
[0138]
 また、図9Eに示すように、固体撮像装置9Dの構造に対して、パッド151は、第1基板110Aの裏面側に設けられてもよい。このような場合、パッド151は、引き出し線開口部155a、155bの内壁に成膜された導電材料層510を介して、第1基板110Aの多層配線層105内の配線、及び第2基板110Bの多層配線層125内の配線と電気的に接続してもよい。
[0139]
 さらに、図9Fに示すように、固体撮像装置9Eの構造に対して、パッド151は、絶縁膜109の内部に埋め込まれて形成されてもよい。
[0140]
 なお、図9A~図9Fで示した固体撮像装置9A~9Fにおいて、導電材料層510は、引き出し線開口部155a、155bごとに電気的に離隔されて設けられてもよい。また、パッド151は、引き出し線開口部155a、155bごとに設けられていてもよく、1つの引き出し線開口部155a、155bにつき複数設けられてもよい。
[0141]
 (4-5.第5の構成例)
 続いて、図10A~図10Eを参照して、第5の構成例に係る固体撮像装置10A~10Eについて説明する。図10A~図10Eは、第5の構成例に係る固体撮像装置10A~10Eの一例を示す縦断面図である。
[0142]
 第5の構成例に係る固体撮像装置10A~10Eでは、第1基板110Aの裏面側から第1基板110A及び第2基板110Bを貫通して設けられた1つの貫通孔に導電材料が埋め込まれたシェアードコンタクト構造のTSV157が設けられる。
[0143]
 具体的には、図10Aに示すように、TSV157は、第1基板110Aの裏面側から第1基板110A及び第2基板110Bを貫通して設けられ、第2基板110Bの多層配線層125内の配線と接触して、第3基板110Cの多層配線層135内の配線を露出させる1つの貫通孔に導電材料が埋め込まれた構造にて設けられる。なお、TSV157は、パッド151と同様の第2の金属によって形成される配線に接続してもよく、通常の配線と同様の第1の金属によって形成される配線に接続してもよい。また、固体撮像装置10Aでは、第1基板110Aの多層配線層105、及び第2基板110Bの多層配線層125の内部にパッド151が設けられ、パッド151は、パッド開口部153a、153bによって露出される。これにより、固体撮像装置10Aでは、TSV157及びパッド151、パッド開口部153a、153bを介して、第1基板110A、第2基板110B及び第3基板110Cの信号線及び電源線が互いに電気的に接続される。
[0144]
 また、図10Bに示すように、パッド151は、第1基板110Aの裏面側に設けられ、引き出し線開口部155の内壁に成膜された導電材料層510によって第1基板110Aの多層配線層105内の配線と電気的に接続してもよい。具体的には、引き出し線開口部155は、第1基板110Aの裏面側から半導体基板101を貫通し、第1基板110Aの多層配線層105内の配線を露出させるように形成される。また、引き出し線開口部155の内壁には、タングステン(W)などで形成された導電材料層510が成膜され、導電材料層510は、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109及びTSV157の上まで延伸される。さらに、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109の上に延伸された導電材料層510の上には、パッド151が設けられる。パッド151は、第1基板110Aの裏面に露出したTSV157の上に延伸される導電材料層510を介して、第2基板110B及び第3基板110Cの信号線及び電源線と電気的に接続してもよい。
[0145]
 さらに、図10Cに示すように、パッド151は、絶縁膜109の内部に埋め込まれて形成されてもよい。
[0146]
 また、図10Dに示すように、固体撮像装置10Cの構造に対して、TSV157は、1つの貫通孔に導電材料が埋め込まれた構造に替えて、1つの貫通孔の内壁に導電材料が成膜された構造にて設けられてもよい。具体的には、TSV157の貫通孔(すなわち、引き出し線開口部155a)の内壁に導電材料層510が成膜され、導電材料層510によって、第2基板110Bの多層配線層125内の配線、及び第3基板110Cの多層配線層135内の配線は、電気的に接続される。このような場合、TSV157は、引き出し線開口部155aの内壁に成膜された導電材料層510によって、パッド151と、各基板の多層配線層内の配線とを電気的に接続するパッド引き出し構造と類似した構造を取り得る。よって、TSV157は、パッド引き出し構造の機能を兼務することも可能であり、引き出し線開口部155bを含むパッド引き出し構造と同時に形成することが可能である。
[0147]
 さらに、図10Eに示すように、固体撮像装置10Dの構造に対して、パッド151は、絶縁膜109の内部に埋め込まれて形成されてもよい。
[0148]
 なお、図10A~図10Eで示した固体撮像装置10A~10Eにおいて、導電材料層510は、引き出し線開口部155a、155bごとに電気的に離隔されて設けられてもよい。また、パッド151は、引き出し線開口部155a、155bごとに設けられていてもよく、1つの引き出し線開口部155a、155bにつき複数設けられてもよい。
[0149]
 (4-6.第6の構成例)
 次に、図11A~図11Cを参照して、第6の構成例に係る固体撮像装置11A~11Cについて説明する。図11A~図11Cは、第6の構成例に係る固体撮像装置11A~11Cの一例を示す縦断面図である。
[0150]
 第6の構成例に係る固体撮像装置11A~11Cでは、第2基板110B及び第3基板110Cの貼り合わせ面に設けられた互いの電極を直接接触した状態で接合した電極接合構造159が設けられる。
[0151]
 具体的には、図11Aに示すように、電極接合構造159は、第2基板110Bの多層配線層125の最上層に形成された電極と、第3基板110Cの多層配線層135の最上層に形成された電極とが直接接触した状態で接合されることで形成される。なお、電極接合構造159は、パッド151と同様の第2の金属によって形成される配線に接続してもよく、通常の配線と同様の第1の金属によって形成される配線に接続してもよい。また、固体撮像装置11Aでは、第1基板110Aの多層配線層105、及び第2基板110Bの多層配線層125の内部にパッド151が設けられ、パッド151は、パッド開口部153a、153bによって露出される。これにより、固体撮像装置11Aでは、電極接合構造159及びパッド151、パッド開口部153a、153bを介して、第1基板110A、第2基板110B及び第3基板110Cの信号線及び電源線が互いに電気的に接続される。
[0152]
 また、図11Bに示すように、パッド151は、第1基板110Aの裏面側に設けられ、引き出し線開口部155a、155bの内壁に成膜された導電材料層510によって第1基板110Aの多層配線層105内の配線、及び第2基板110Bの多層配線層125内の配線と電気的に接続してもよい。具体的には、引き出し線開口部155aは、第1基板110Aの裏面側から半導体基板101を貫通し、第1基板110Aの多層配線層105内の配線を露出させるように形成され、引き出し線開口部155bは、第1基板110Aの裏面側から第1基板110Aを貫通し、第2基板110Bの多層配線層125内の配線を露出させるように形成される。また、引き出し線開口部155a、155bの内壁には、タングステン(W)などで形成された導電材料層510が成膜され、導電材料層510は、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109の上まで延伸される。さらに、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109の上に延伸された導電材料層510の上には、パッド151が設けられる。すなわち、パッド151は、第1基板110Aの裏面上に設けられ、導電材料層510を介して各基板の多層配線層105、125、135内の配線と電気的に接続してもよい。
[0153]
 さらに、図11Cに示すように、固体撮像装置11Bの構造に対して、パッド151は、絶縁膜109の内部に埋め込まれて形成されてもよい。
[0154]
 なお、図11A~図11Cで示した固体撮像装置11A~11Cにおいて、導電材料層510は、引き出し線開口部155a、155bごとに電気的に離隔されて設けられてもよい。また、パッド151は、引き出し線開口部155a、155bごとに設けられていてもよく、1つの引き出し線開口部155a、155bにつき複数設けられてもよい。
[0155]
 (4-7.第7の構成例)
 続いて、図12A~図12Fを参照して、第7の構成例に係る固体撮像装置12A~12Fについて説明する。図12A~図12Fは、第7の構成例に係る固体撮像装置12A~12Fの一例を示す縦断面図である。
[0156]
 第7の構成例に係る固体撮像装置12A~12Fでは、第2基板110Bの多層配線層125内の配線を露出させる第1の貫通孔と、第3基板110Cの多層配線層135内の配線を露出させる第2の貫通孔とに導電材料が埋め込まれたツインコンタクト構造のTSV157、並びに第2基板110B及び第3基板110Cの貼り合わせ面に設けられた互いの電極を接触状態で接合した電極接合構造159が設けられる。
[0157]
 具体的には、図12Aに示すように、TSV157は、第3基板110Cの裏面側から第3基板110Cを貫通し、第2基板110Bの多層配線層125内の配線を露出させる第1の貫通孔と、半導体基板131を貫通し、第3基板110Cの多層配線層135内の配線を露出させる第2の貫通孔とに導電材料が埋め込まれた構造にて設けられる。また、電極接合構造159は、第2基板110Bの多層配線層125の最上層に設けられた電極と、第3基板110Cの多層配線層135の最上層に設けられた電極とを直接接触した状態で接合することで形成される。これにより、固体撮像装置12Aでは、TSV157、電極接合構造159、及びパッド151、パッド開口部153a、153bを介して、第1基板110A、第2基板110B及び第3基板110Cの信号線及び電源線が互いに電気的に接続される。
[0158]
 また、図12Bに示すように、パッド151は、第1基板110Aの裏面側に設けられ、引き出し線開口部155a、155bの内壁に成膜された導電材料層510によって第1基板110Aの多層配線層105内の配線、及び第2基板110Bの多層配線層125内の配線と電気的に接続してもよい。具体的には、引き出し線開口部155aは、第1基板110Aの裏面側から半導体基板101を貫通し、第1基板110Aの多層配線層105内の配線を露出させるように形成され、引き出し線開口部155bは、第1基板110Aの裏面側から第1基板110Aを貫通し、第2基板110Bの多層配線層125内の配線を露出させるように形成される。また、引き出し線開口部155a、155bの内壁には、タングステン(W)などで形成された導電材料層510が成膜され、導電材料層510は、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109の上まで延伸される。さらに、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109の上に延伸された導電材料層510の上には、パッド151が設けられる。すなわち、パッド151は、第1基板110Aの裏面上に設けられ、導電材料層510を介して各基板の多層配線層105、125、135内の配線と電気的に接続してもよい。
[0159]
 さらに、図12Cに示すように、固体撮像装置12Bの構造に対して、パッド151は、絶縁膜109の内部に埋め込まれていてもよい。
[0160]
 また、図12Dに示すように、TSV157は、第2基板110Bの裏面側から第2基板を貫通して設けられてもよい。具体的には、TSV157は、第2基板110Bの裏面側から半導体基板121を貫通し、第2基板110Bの多層配線層125内の配線を露出させる第1の貫通孔と、第2基板110Bの裏面側から第3基板110Cを貫通し、第3基板110Cの多層配線層135内の配線を露出させる第2の貫通孔とに導電材料が埋め込まれた構造にて設けられてもよい。これによっても、TSV157は、第2基板110Bの配線及び第3基板110Cの配線を電気的に接続することができるため、第1基板110A、第2基板110B及び第3基板110Cの信号線及び電源線は互いに電気的に接続され得る。
[0161]
 また、図12Eに示すように、固体撮像装置12Dの構造に対して、パッド151は、第1基板110Aの裏面側に設けられ、引き出し線開口部155a、155bの内壁に成膜された導電材料層510によって第1基板110Aの多層配線層105内の配線、及び第2基板110Bの多層配線層125内の配線と電気的に接続してもよい。具体的には、引き出し線開口部155aは、第1基板110Aの裏面側から半導体基板101を貫通し、第1基板110Aの多層配線層105内の配線を露出させるように形成され、引き出し線開口部155bは、第1基板110Aの裏面側から第1基板110Aを貫通し、第2基板110Bの多層配線層125内の配線を露出させるように形成される。また、引き出し線開口部155a、155bの内壁には、タングステン(W)などで形成された導電材料層510が成膜され、導電材料層510は、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109の上まで延伸される。さらに、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109の上に延伸された導電材料層510の上には、パッド151が設けられる。すなわち、パッド151は、第1基板110Aの裏面上に設けられ、導電材料層510を介して各基板の多層配線層105、125、135内の配線と電気的に接続してもよい。
[0162]
 また、図12Fに示すように、固体撮像装置12Eの構造に対して、パッド151は、絶縁膜109の内部に埋め込まれて形成されてもよい。
[0163]
 なお、図12A~図12Fで示した固体撮像装置12A~12Fにおいて、導電材料層510は、引き出し線開口部155a、155bごとに電気的に離隔されて設けられてもよい。また、パッド151は、引き出し線開口部155a、155bごとに設けられていてもよく、1つの引き出し線開口部155a、155bにつき複数設けられてもよい。また、TSV157及び電極接合構造159は、パッド151と同様の第2の金属によって形成される配線に接続してもよく、通常の配線と同様の第1の金属によって形成される配線に接続してもよい。
[0164]
 (4-8.第8の構成例)
 次に、図13A~図13Eを参照して、第8の構成例に係る固体撮像装置13A~13Eについて説明する。図13A~図13Eは、第8の構成例に係る固体撮像装置13A~13Eの一例を示す縦断面図である。
[0165]
 第8の構成例に係る固体撮像装置13A~13Eでは、第1基板110Aの裏面側から第2基板110Bの多層配線層125内の配線を露出させる第1の貫通孔と、第1基板110Aの裏面側から第3基板110Cの多層配線層135内の配線を露出させる第2の貫通孔とに導電材料が埋め込まれたツインコンタクト構造のTSV157、並びに第2基板110B及び第3基板110Cの貼り合わせ面に設けられた互いの電極を接触状態で接合した電極接合構造159が設けられる。
[0166]
 具体的には、図13Aに示すように、TSV157は、第1基板110Aの裏面側から第1基板110Aを貫通し、第2基板110Bの多層配線層125内の配線を露出させる第1の貫通孔と、第1基板110A及び第2基板110Bを貫通し、第3基板110Cの多層配線層135内の配線を露出させる第2の貫通孔とに導電材料が埋め込まれた構造にて設けられる。なお、TSV157は、パッド151と同様の第2の金属によって形成される配線に接続してもよく、通常の配線と同様の第1の金属によって形成される配線に接続してもよい。また、電極接合構造159は、第2基板110Bの多層配線層125の最上層に設けられた電極と、第3基板110Cの多層配線層135の最上層に設けられた電極とを直接接触した状態で接合することで形成される。これにより、固体撮像装置13Aでは、TSV157、電極接合構造159、及びパッド151、パッド開口部153a、153bを介して、第1基板110A、第2基板110B及び第3基板110Cの信号線及び電源線が互いに電気的に接続される。
[0167]
 また、図13Bに示すように、パッド151は、第1基板110Aの裏面側に設けられ、引き出し線開口部155の内壁に成膜された導電材料層510によって第1基板110Aの多層配線層105内の配線と電気的に接続してもよい。具体的には、引き出し線開口部155は、第1基板110Aの裏面側から半導体基板101を貫通し、第1基板110Aの多層配線層105内の配線を露出させるように形成される。また、引き出し線開口部155の内壁には、タングステン(W)などで形成された導電材料層510が成膜され、導電材料層510は、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109及びTSV157の上まで延伸される。さらに、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109の上に延伸された導電材料層510の上には、パッド151が設けられる。すなわち、パッド151は、第1基板110Aの裏面上に設けられ、導電材料層510を介して各基板の多層配線層105、125、135内の配線と電気的に接続してもよい。
[0168]
 さらに、図13Cに示すように、固体撮像装置13Bの構造に対して、パッド151は、絶縁膜109の内部に埋め込まれて形成されてもよい。
[0169]
 また、図13Dに示すように、固体撮像装置13Cの構造に対して、TSV157は、第1の貫通孔及び第2の貫通孔に導電材料が埋め込まれた構造に替えて、第1の貫通孔及び第2の貫通孔の内壁に導電材料が成膜された構造にて設けられてもよい。具体的には、TSV157の第1の貫通孔及び第2の貫通孔(すなわち、引き出し線開口部155b、155a)の内壁に導電材料層510が成膜され、導電材料層510によって、第2基板110Bの多層配線層125内の配線、及び第3基板110Cの多層配線層135内の配線は、電気的に接続される。このような場合、TSV157は、引き出し線開口部155a、155bの内壁に成膜された導電材料層510によって、パッド151と、各基板の多層配線層内の配線とを電気的に接続するパッド引き出し構造と類似した構造を取り得る。よって、TSV157は、パッド引き出し構造の機能を兼務することも可能であり、引き出し線開口部155cを含むパッド引き出し構造と同時に形成することが可能である。
[0170]
 さらに、図13Eに示すように、固体撮像装置13Dの構造に対して、パッド151は、絶縁膜109の内部に埋め込まれて形成されてもよい。
[0171]
 なお、図13A~図13Eで示した固体撮像装置13A~13Eにおいて、導電材料層510は、引き出し線開口部155a、155b、155cごとに電気的に離隔されて設けられてもよい。また、パッド151は、引き出し線開口部155a、155b、155cごとに設けられていてもよく、1つの引き出し線開口部155a、155b、155cにつき複数設けられてもよい。
[0172]
 (4-9.第9の構成例)
 続いて、図14A~図14Fを参照して、第9の構成例に係る固体撮像装置14A~14Fについて説明する。図14A~図14Fは、第9の構成例に係る固体撮像装置14A~14Fの一例を示す縦断面図である。
[0173]
 第9の構成例に係る固体撮像装置14A~14Fでは、第2基板110Bの多層配線層125内の配線、及び第3基板110Cの多層配線層135内の配線と接続し、1つの貫通孔に導電材料が埋め込まれたシェアードコンタクト構造のTSV157、並びに第2基板110B及び第3基板110Cの貼り合わせ面に設けられた互いの電極を接触状態で接合した電極接合構造159が設けられる。
[0174]
 具体的には、図14Aに示すように、TSV157は、第3基板110Cの裏面側から第3基板110Cを貫通して設けられ、第3基板110Cの多層配線層135内の配線と接触して第2基板110Bの多層配線層125内の配線を露出させる1つの貫通孔に導電材料が埋め込まれた構造にて設けられる。なお、TSV157は、パッド151と同様の第2の金属によって形成される配線に接続してもよく、通常の配線と同様の第1の金属によって形成される配線に接続してもよい。また、電極接合構造159は、第2基板110Bの多層配線層125の最上層に設けられた電極と、第3基板110Cの多層配線層135の最上層に設けられた電極とを直接接触した状態で接合することで形成される。これにより、固体撮像装置14Aでは、TSV157、電極接合構造159、及びパッド151、パッド開口部153a、153bを介して、第1基板110A、第2基板110B及び第3基板110Cの信号線及び電源線が互いに電気的に接続される。
[0175]
 また、図14Bに示すように、パッド151は、第1基板110Aの裏面側に設けられ、引き出し線開口部155a、155bの内壁に成膜された導電材料層510によって第1基板110Aの多層配線層105内の配線、及び第2基板110Bの多層配線層125内の配線と電気的に接続してもよい。具体的には、引き出し線開口部155aは、第1基板110Aの裏面側から半導体基板101を貫通し、第1基板110Aの多層配線層105内の配線を露出させるように形成され、引き出し線開口部155bは、第1基板110Aの裏面側から第1基板110Aを貫通し、第2基板110Bの多層配線層125内の配線を露出させるように形成される。また、引き出し線開口部155a、155bの内壁には、タングステン(W)などで形成された導電材料層510が成膜され、導電材料層510は、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109の上まで延伸される。さらに、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109の上に延伸された導電材料層510の上には、パッド151が設けられる。すなわち、パッド151は、第1基板110Aの裏面上に設けられ、導電材料層510を介して各基板の多層配線層105、125、135内の配線と電気的に接続してもよい。
[0176]
 さらに、図14Cに示すように、固体撮像装置14Bの構造に対して、パッド151は、絶縁膜109の内部に埋め込まれていてもよい。
[0177]
 また、図14Dに示すように、TSV157は、第2基板110Bの裏面側から第2基板110Bを貫通して設けられ、第2基板110Bの多層配線層125内の配線と接触して第3基板110Cの多層配線層135内の配線を露出させる1つの貫通孔に導電材料が埋め込まれた構造にて設けられてもよい。なお、TSV157は、パッド151と同様の第2の金属によって形成される配線に接続してもよく、通常の配線と同様の第1の金属によって形成される配線に接続してもよい。これによっても、TSV157は、第2基板110Bの配線及び第3基板110Cの配線を電気的に接続することができるため、第1基板110A、第2基板110B及び第3基板110Cの信号線及び電源線は互いに電気的に接続され得る。
[0178]
 また、図14Eに示すように、固体撮像装置14Dの構造に対して、パッド151は、第1基板110Aの裏面側に設けられ、引き出し線開口部155a、155bの内壁に成膜された導電材料層510によって第1基板110Aの多層配線層105内の配線、及び第2基板110Bの多層配線層125内の配線と電気的に接続してもよい。具体的には、引き出し線開口部155aは、第1基板110Aの裏面側から半導体基板101を貫通し、第1基板110Aの多層配線層105内の配線を露出させるように形成され、引き出し線開口部155bは、第1基板110Aの裏面側から第1基板110Aを貫通し、第2基板110Bの多層配線層125内の配線を露出させるように形成される。また、引き出し線開口部155a、155bの内壁には、タングステン(W)などで形成された導電材料層510が成膜され、導電材料層510は、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109の上まで延伸される。さらに、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109の上に延伸された導電材料層510の上には、パッド151が設けられる。すなわち、パッド151は、第1基板110Aの裏面上に設けられ、導電材料層510を介して各基板の多層配線層105、125、135内の配線と電気的に接続してもよい。
[0179]
 また、図14Fに示すように、固体撮像装置14Eの構造に対して、パッド151は、絶縁膜109の内部に埋め込まれて形成されてもよい。
[0180]
 なお、図14A~図14Fで示した固体撮像装置14A~14Fにおいて、導電材料層510は、引き出し線開口部155a、155bごとに電気的に離隔されて設けられてもよい。また、パッド151は、引き出し線開口部155a、155bごとに設けられていてもよく、1つの引き出し線開口部155a、155bにつき複数設けられてもよい。
[0181]
 (4-10.第10の構成例)
 次に、図15A~図15Eを参照して、第10の構成例に係る固体撮像装置15A~15Eについて説明する。図15A~図15Eは、第10の構成例に係る固体撮像装置15A~15Eの一例を示す縦断面図である。
[0182]
 第10の構成例に係る固体撮像装置15A~15Eでは、第1基板110Aの裏面側から第1基板110A及び第2基板110Bを貫通して設けられた1つの貫通孔に導電材料が埋め込まれたシェアードコンタクト構造のTSV157、並びに第2基板110B及び第3基板110Cの貼り合わせ面に設けられた互いの電極を接触状態で接合した電極接合構造159が設けられる。
[0183]
 具体的には、図15Aに示すように、TSV157は、第1基板110Aの裏面側から第1基板110A及び第2基板110Bを貫通して設けられ、第2基板110Bの多層配線層125内の配線と接触して、第3基板110Cの多層配線層135内の配線を露出させる1つの貫通孔に導電材料が埋め込まれた構造にて設けられる。なお、TSV157は、パッド151と同様の第2の金属によって形成される配線に接続してもよく、通常の配線と同様の第1の金属によって形成される配線に接続してもよい。また、電極接合構造159は、第2基板110Bの多層配線層125の最上層に設けられた電極と、第3基板110Cの多層配線層135の最上層に設けられた電極とを直接接触した状態で接合することで形成される。これにより、固体撮像装置15Aでは、TSV157、電極接合構造159、及びパッド151、パッド開口部153a、153bを介して、第1基板110A、第2基板110B及び第3基板110Cの信号線及び電源線が互いに電気的に接続される。
[0184]
 また、図15Bに示すように、パッド151は、第1基板110Aの裏面側に設けられ、引き出し線開口部155の内壁に成膜された導電材料層510によって第1基板110Aの多層配線層105内の配線と電気的に接続してもよい。具体的には、引き出し線開口部155は、第1基板110Aの裏面側から半導体基板101を貫通し、第1基板110Aの多層配線層105内の配線を露出させるように形成される。また、引き出し線開口部155の内壁には、タングステン(W)などで形成された導電材料層510が成膜され、導電材料層510は、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109及びTSV157の上まで延伸される。さらに、第1基板110Aの裏面側の絶縁膜109の上に延伸された導電材料層510の上には、パッド151が設けられる。パッド151は、第1基板110Aの裏面に露出したTSV157の上に延伸される導電材料層510を介して、第2基板110B及び第3基板110Cの信号線及び電源線と電気的に接続してもよい。
[0185]
 さらに、図15Cに示すように、固体撮像装置15Bの構造に対して、パッド151は、絶縁膜109の内部に埋め込まれて形成されてもよい。
[0186]
 また、図15Dに示すように、固体撮像装置15Cの構造に対して、TSV157は、1つの貫通孔に導電材料が埋め込まれた構造に替えて、1つの貫通孔の内壁に導電材料が成膜された構造にて設けられてもよい。具体的には、TSV157の貫通孔(すなわち、引き出し線開口部155a)の内壁に導電材料層510が成膜され、導電材料層510によって、第2基板110Bの多層配線層125内の配線、及び第3基板110Cの多層配線層135内の配線は、電気的に接続される。このような場合、TSV157は、引き出し線開口部155の内壁に成膜された導電材料層510によって、パッド151と、各基板の多層配線層内の配線とを電気的に接続するパッド引き出し構造と類似した構造を取り得る。よって、TSV157は、パッド引き出し構造の機能を兼務することも可能であり、引き出し線開口部155bを含むパッド引き出し構造と同時に形成することが可能である。
[0187]
 さらに、図15Eに示すように、固体撮像装置15Dの構造に対して、パッド151は、絶縁膜109の内部に埋め込まれて形成されてもよい。
[0188]
 なお、図15A~図15Eで示した固体撮像装置15A~15Eにおいて、導電材料層510は、引き出し線開口部155a、155bごとに電気的に離隔されて設けられてもよい。また、パッド151は、引き出し線開口部155a、155bごとに設けられていてもよく、1つの引き出し線開口部155a、155bにつき複数設けられてもよい。
[0189]
 (5.適用例)
 (電子機器への応用)
 以上説明した本実施形態に係る固体撮像装置1~15Eの適用例について説明する。ここでは、図16A~図16Cを参照して、固体撮像装置1~15Eが適用され得る電子機器のいくつかの例について説明する。
[0190]
 図16Aは、本実施形態に係る固体撮像装置1~15Eが適用され得る電子機器の一例である、スマートフォンの外観を示す図である。図16Aに示すように、スマートフォン901は、ボタンから構成されユーザによる操作入力を受け付ける操作部903と、各種の情報を表示する表示部905と、筐体内に設けられ、観察対象を電子的に撮影する撮像部(図示せず)と、を有する。当該撮像部が、固体撮像装置1~15Eによって構成され得る。
[0191]
 図16B及び図16Cは、本実施形態に係る固体撮像装置1~15Eが適用され得る電子機器の他の例である、デジタルカメラの外観を示す図である。図16Bは、デジタルカメラ911を前方(被写体側)から眺めた外観を示しており、図16Cは、デジタルカメラ911を後方から眺めた外観を示している。図16B及び図16Cに示すように、デジタルカメラ911は、本体部(カメラボディ)913と、交換式のレンズユニット915と、撮影時にユーザによって把持されるグリップ部917と、各種の情報を表示するモニタ919と、撮影時にユーザによって観察されるスルー画を表示するEVF921と、筐体内に設けられ、観察対象を電子的に撮影する撮像部(図示せず)と、を有する。当該撮像部が、固体撮像装置1~15Eによって構成され得る。
[0192]
 以上、本実施形態に係る固体撮像装置1~15Eが適用され得る電子機器のいくつかの例について説明した。なお、固体撮像装置1~15Eが適用され得る電子機器は上記で例示したものに限定されず、当該固体撮像装置1~15Eは、ビデオカメラ、眼鏡型のウェアラブルデバイス、HMD(Head Mounted Display)、タブレットPC、又はゲーム機器等、あらゆる電子機器に搭載される撮像部として適用することが可能である。
[0193]
 (固体撮像装置の他の構造への応用)
 なお、本開示に係る技術は、図17Aで示す固体撮像装置に適用されてもよい。図17Aは、本開示に係る技術を適用し得る固体撮像装置の構成例を示す断面図である。
[0194]
 固体撮像装置では、PD(フォトダイオード)20019が、半導体基板20018の裏面(図では上面)側から入射する入射光20001を受光する。PD20019の上方には、平坦化膜20013,CF(カラーフィルタ)20012,マイクロレンズ20011が設けられており、各部を順次介して入射した入射光20001を、受光面20017で受光して光電変換が行われる。
[0195]
 例えば、PD20019は、n型半導体領域20020が、電荷(電子)を蓄積する電荷蓄積領域として形成されている。PD20019においては、n型半導体領域20020は、半導体基板20018のp型半導体領域20016,20041の内部に設けられている。n型半導体領域20020の、半導体基板20018の表面(下面)側には、裏面(上面)側よりも不純物濃度が高いp型半導体領域20041が設けられている。つまり、PD20019は、HAD(Hole-Accumulation Diode)構造になっており、n型半導体領域20020の上面側と下面側との各界面において、暗電流が発生することを抑制するように、p型半導体領域20016,20041が形成されている。
[0196]
 半導体基板20018の内部には、複数の画素20010の間を電気的に分離する画素分離部20030が設けられており、この画素分離部20030で区画された領域に、PD20019が設けられている。図中、上面側から、固体撮像装置を見た場合、画素分離部20030は、例えば、複数の画素20010の間に介在するように格子状に形成されており、PD20019は、この画素分離部20030で区画された領域内に形成されている。
[0197]
 各PD20019では、アノードが接地されており、固体撮像装置において、PD20019が蓄積した信号電荷(例えば、電子)は、図示せぬ転送Tr(MOS FET)等を介して読み出され、電気信号として、図示せぬVSL(垂直信号線)へ出力される。
[0198]
 配線層20050は、半導体基板20018のうち、遮光膜20014、CF20012、マイクロレンズ20011等の各部が設けられた裏面(上面)とは反対側の表面(下面)に設けられている。
[0199]
 配線層20050は、配線20051と絶縁層20052とを含み、絶縁層20052内において、配線20051が各素子に電気的に接続するように形成されている。配線層20050は、いわゆる多層配線の層になっており、絶縁層20052を構成する層間絶縁膜と配線20051とが交互に複数回積層されて形成されている。ここでは、配線20051としては、転送Tr等のPD20019から電荷を読み出すためのTrへの配線や、VSL等の各配線が、絶縁層20052を介して積層されている。
[0200]
 配線層20050の、PD20019が設けられている側に対して反対側の面には、支持基板20061が設けられている。例えば、厚みが数百μmのシリコン半導体からなる基板が、支持基板20061として設けられている。
[0201]
 遮光膜20014は、半導体基板20018の裏面(図では上面)の側に設けられている。
[0202]
 遮光膜20014は、半導体基板20018の上方から半導体基板20018の裏面へ向かう入射光20001の一部を、遮光するように構成されている。
[0203]
 遮光膜20014は、半導体基板20018の内部に設けられた画素分離部20030の上方に設けられている。ここでは、遮光膜20014は、半導体基板20018の裏面(上面)上において、シリコン酸化膜等の絶縁膜20015を介して、凸形状に突き出るように設けられている。これに対して、半導体基板20018の内部に設けられたPD20019の上方においては、PD20019に入射光20001が入射するように、遮光膜20014は、設けられておらず、開口している。
[0204]
 つまり、図中、上面側から、固体撮像装置を見た場合、遮光膜20014の平面形状は、格子状になっており、入射光20001が受光面20017へ通過する開口が形成されている。
[0205]
 遮光膜20014は、光を遮光する遮光材料で形成されている。例えば、チタン(Ti)膜とタングステン(W)膜とを、順次、積層することで、遮光膜20014が形成されている。この他に、遮光膜20014は、例えば、窒化チタン(TiN)膜とタングステン(W)膜とを、順次、積層することで形成することができる。
[0206]
 遮光膜20014は、平坦化膜20013によって被覆されている。平坦化膜20013は、光を透過する絶縁材料を用いて形成されている。
[0207]
 画素分離部20030は、溝部20031、固定電荷膜20032、及び、絶縁膜20033を有する。
[0208]
 固定電荷膜20032は、半導体基板20018の裏面(上面)の側において、複数の画素20010の間を区画している溝部20031を覆うように形成されている。
[0209]
 具体的には、固定電荷膜20032は、半導体基板20018において裏面(上面)側に形成された溝部20031の内側の面を一定の厚みで被覆するように設けられている。そして、その固定電荷膜20032で被覆された溝部20031の内部を埋め込むように、絶縁膜20033が設けられている(充填されている)。
[0210]
 ここでは、固定電荷膜20032は、半導体基板20018との界面部分において正電荷(ホール)蓄積領域が形成されて暗電流の発生が抑制されるように、負の固定電荷を有する高誘電体を用いて形成されている。固定電荷膜20032が負の固定電荷を有するように形成されていることで、その負の固定電荷によって、半導体基板20018との界面に電界が加わり、正電荷(ホール)蓄積領域が形成される。
[0211]
 固定電荷膜20032は、例えば、ハフニウム酸化膜(HfO 膜)で形成することができる。また、固定電荷膜20032は、その他、例えば、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、タンタル、チタン、マグネシウム、イットリウム、ランタノイド元素等の酸化物の少なくとも1つを含むように形成することができる。
[0212]
 また、本開示に係る技術は、図17Bで示す固体撮像装置に適用されてもよい。図17Bは、本開示に係る技術が適用され得る固体撮像装置の概略構成を示す。
[0213]
 固体撮像装置30001は、複数の画素30002が規則性をもって2次元配列された撮像部(いわゆる画素部)30003と、撮像部30003の周辺に配置された周辺回路、すなわち垂直駆動部30004、水平転送部30005及び出力部30006とを有して構成される。画素30002は、1つの光電変換素子であるフォトダイオード30021と、複数の画素トランジスタ(MOSトランジスタ)Tr1、Tr2、Tr3、Tr4とにより構成される。
[0214]
 フォトダイオード30021は、光入射で光電変換され、その光電変換で生成された信号電荷を蓄積する領域を有して成る。複数の画素トランジスタは、本例では転送トランジスタTr1、リセットトランジスタTr2、増幅トランジスタTr3及び選択トランジスタTr4の4つのMOSトランジスタを有している。転送トランジスタTr1は、フォトダイオード30021に蓄積された信号電荷を後述するフローティングディフージョン(FD)領域30022に読み出すトランジスタである。リセットトランジスタTr2は、FD領域30022の電位を規定の値に設定するためのトランジスタである。増幅トランジスタTr3は、FD領域30022に読み出された信号電荷を電気的に増幅するためのトランジスタである。選択トランジスタTr4は、画素1行を選択して画素信号を垂直信号線30008に読み出すためのトランジスタである。
[0215]
 なお、図示しないが、選択トランジスタTr4を省略した3トランジスタとフォトダイオードPDで画素を構成することも可能である。
[0216]
 画素30002の回路構成では、転送トランジスタTr1のソースがフォトダイオード30021に接続され、そのドレインがリセットトランジスタTr2のソースに接続される。転送トランジスタTr1とリセットトランジスタTr2間の電荷-電圧変換手段となるFD領域30022(転送トランジスタのドレイン領域、リセットトランジスタのソース領域に相当する)が増幅トランジスタTr3のゲートに接続される。増幅トランジスタTr3のソースは選択トランジスタTr4のドレインに接続される。リセットトランジスタTr2のドレイン及び増幅トランジスタTr3のドレインは、電源電圧供給部に接続される。また、選択トランジスタTr4のソースが垂直信号線30008に接続される。
[0217]
 垂直駆動部30004からは、1行に配列された画素のリセットトランジスタTr2のゲートに共通に印加される行リセット信号φRSTが、同じく1行の画素の転送トランジスタTr1のゲートに共通に印加される行転送信号φTRGが、同じく1行の選択トランジスタTr4のゲートに共通に印加される行選択信号φSELが、それぞれ供給されるようになされる。
[0218]
 水平転送部30005は、各列の垂直信号線30008に接続された増幅器またはアナログ/デジタル変換器(ADC)、本例ではアナログ/デジタル変換器30009と、列選択回路(スイッチ手段)30007と、水平転送線(例えばデータビット線と同数の配線で構成されたバス配線)30010とを有して構成される。出力部30006は、増幅器又は、アナログ/デジタル変換器及び/又は信号処理回路、本例では水平転送線30010からの出力を処理する信号処理回路30011と、出力バッファ30012とを有して構成される。
[0219]
 この固体撮像装置30001では、各行の画素30002の信号が各アナログ/デジタル変換器30009にてアナログ/デジタル変換され、順次選択される列選択回路30007を通じて水平転送線30010に読み出され、順次に水平転送される。水平転送線30010に読み出された画像データは、信号処理回路30011を通じて出力バッファ30012より出力される。
[0220]
 画素3002における一般的な動作は、最初に転送トランジスタTr1のゲートとリセットトランジスタTr2のゲートをオン状態にしてフォトダイオード30021の電荷を全て空にする。次いで、転送トランジスタTr1のゲートとリセットトランジスタTr2のゲートをオフ状態にして電荷蓄積を行う。次に、フォトダイオード30021の電荷を読み出す直前にリセットトランジスタTr2のゲートをオン状態にしてFD領域30022の電位をリセットする。その後、リセットトランジスタTr2のゲートをオフ状態にし、転送トランジスタTr1のゲートをオン状態にしてフォトダイオード30021からの電荷をFD領域30022へ転送する。増幅トランジスタTr3ではゲートに電荷が印加されたことを受けて信号電荷を電気的に増幅する。一方、選択トランジスタTr4は前記読み出し直前のFDリセット時から読み出し対象画素のみオン状態になり、該当画素内増幅トランジスタTr3からの電荷-電圧変換された画像信号が垂直信号線30008に読み出されることになる。
[0221]
 以上、本開示に係る技術が適用され得る固体撮像装置の他の構造例について説明した。
[0222]
 (カメラへの適用例)
 上述の固体撮像装置は、例えば、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラシステム、撮像機能を有する携帯電話、又は、撮像機能を備えた他の機器などの電子機器に適用することができる。以下、電子機器の一構成例として、カメラを例に挙げ説明する。図17Cは、本開示に係る技術が適用され得るビデオカメラの構成例を示す説明図である。
[0223]
 この例のカメラ10000は、固体撮像装置10001と、固体撮像装置10001の受光センサ部に入射光を導く光学系10002と、固体撮像装置10001及び光学系10002間に設けられたシャッタ装置10003と、固体撮像装置10001を駆動する駆動回路10004とを備える。さらに、カメラ10000は、固体撮像装置10001の出力信号を処理する信号処理回路10005を備える。
[0224]
 光学系(光学レンズ)10002は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置10001の撮像面(不図示)上に結像させる。これにより、固体撮像装置10001内に、一定期間、信号電荷が蓄積される。なお、光学系10002は、複数の光学レンズを含む光学レンズ群で構成してもよい。また、シャッタ装置10003は、入射光の固体撮像装置10001への光照射期間及び遮光期間を制御する。
[0225]
 駆動回路10004は、固体撮像装置10001及びシャッタ装置10003に駆動信号を供給する。そして、駆動回路10004は、供給した駆動信号により、固体撮像装置10001の信号処理回路10005への信号出力動作、及び、シャッタ装置10003のシャッタ動作を制御する。すなわち、この例では、駆動回路10004から供給される駆動信号(タイミング信号)により、固体撮像装置10001から信号処理回路10005への信号転送動作を行う。
[0226]
 信号処理回路10005は、固体撮像装置10001から転送された信号に対して、各種の信号処理を施す。そして、各種信号処理が施された信号(AV-SIGNAL)は、メモリなどの記憶媒体(不図示)に記憶される、又は、モニタ(不図示)に出力される。
[0227]
 以上、本開示に係る技術が適用され得るカメラの一例について説明した。
[0228]
 (内視鏡手術システムへの適用例)
 例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
[0229]
 図17D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。
[0230]
 図17D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。
[0231]
 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。
[0232]
 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かって照射される。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。
[0233]
 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。
[0234]
 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。さらに、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。
[0235]
 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。
[0236]
 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。
[0237]
 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。
[0238]
 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。
[0239]
 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。
[0240]
 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。
[0241]
 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とも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。
[0242]
 図17Eは、図17D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。
[0243]
 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。
[0244]
 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。
[0245]
 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。
[0246]
 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。
[0247]
 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。
[0248]
 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。
[0249]
 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。
[0250]
 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。
[0251]
 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。
[0252]
 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。
[0253]
 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。
[0254]
 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。
[0255]
 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。
[0256]
 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。
[0257]
 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。
[0258]
 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。
[0259]
 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、例えば、カメラヘッド11102の撮像部11402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、より鮮明な術部画像を得ることができるため、術者が術部を確実に確認することが可能になる。
[0260]
 なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
[0261]
 (移動体への適用例)
 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。
[0262]
 図17F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。
[0263]
 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17F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。
[0264]
 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。
[0265]
 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。
[0266]
 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ともに、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。
[0267]
 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。
[0268]
 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。
[0269]
 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。
[0270]
 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。
[0271]
 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。
[0272]
 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17F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。
[0273]
 図17Gは、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。
[0274]
 図17Gでは、撮像部12031として、撮像部12101、12102、12103、12104、12105を有する。
[0275]
 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。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。
[0276]
 なお、図1022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。
[0277]
 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。
[0278]
 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。さらに、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。
[0279]
 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。
[0280]
 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。
[0281]
 以上、本開示に係る技術が適用され得る車両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等に適用され得る。撮像部12031に本開示に係る技術を適用することにより、より見やすい撮影画像を得ることができるため、ドライバの疲労を軽減することが可能になる。また、より認識しやすい撮影画像を得ることができるため、運転支援の精度を向上させることができる。
[0282]
 (6.補足)
 以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、添付図面は、本開示の一実施形態を模式的に示すものであるため、添付図面に示す各構成の大きさの割合は、実際の各構成の大きさの割合と異なる場合があり得る。
[0283]
 なお、本実施形態に係る固体撮像装置1~15Eでは、上述した第1の接続構造、第2の接続構造、及び第3の接続構造以外に、必要に応じて、各基板の間を電気的に接続することが可能な構造を備えていてもよいことは言うまでもない。また、固体撮像装置1~15Eが備える各種配線は、本実施形態に係る固体撮像装置1~15Eの機能を実現するために、図示しない断面において、互いに接続されていることがあり得ることは言うまでもない。
[0284]
 また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
[0285]
 なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
(1)
 画素が配列された画素部が形成された第1半導体基板と、前記第1半導体基板上に積層された第1多層配線層と、を有する第1基板と、
 所定の機能を有する回路が形成された第2半導体基板と、前記第2半導体基板上に積層された第2多層配線層と、を有する第2基板と、
 所定の機能を有する回路が形成された第3半導体基板と、前記第3半導体基板上に積層された第3多層配線層と、を有する第3基板と、
 がこの順に積層されて構成され、
 前記第1基板と前記第2基板とは、前記第1多層配線層と前記第2半導体基板とが対向するように貼り合わされ、
 前記第1基板の回路と前記第2基板の回路とを電気的に接続するための第1の接続構造は、前記第1基板を基点として形成される前記第1基板と前記第2基板との貼り合わせ面を介した接続構造を含まない、又は、前記第1の接続構造が、存在しない、
 固体撮像装置。
(2)
 前記第1の接続構造は、前記第1多層配線層内の所定の配線を露出させるように前記第1基板の裏面側から設けられる開口部、及び前記第2多層配線層内の所定の配線を露出させるように前記第1基板の裏面側から少なくとも前記第1基板を貫通して設けられる開口部、を含む、
 前記(1)に記載の固体撮像装置。
(3)
 前記第2基板の回路と前記第3基板の回路とを電気的に接続するための第2の接続構造を更に有し、
 前記第2の接続構造は、前記第2多層配線層内の所定の配線を露出させるように前記第2基板の裏面側から少なくとも前記第1基板を貫通して設けられる開口部、及び前記第3多層配線層内の所定の配線を露出させるように前記第1基板の裏面側から少なくとも前記第1基板及び前記第2基板を貫通して設けられる開口部、を含む、
 前記(2)に記載の固体撮像装置。
(4)
 前記開口部によって露出させられる前記第2多層配線層内の前記所定の配線及び前記第3多層配線層内の前記所定の配線は、I/O部として機能するパッドである、
 前記(3)に記載の固体撮像装置。
(5)
 前記第1基板の裏面上にI/O部として機能するパッドが存在し、
 前記開口部の内壁には導電材料が成膜されており、
 前記導電材料によって、前記開口部によって露出させられる前記第2多層配線層内の前記所定の配線及び前記第3多層配線層内の前記所定の配線が、前記パッドと電気的に接続されている、
 前記(3)に記載の固体撮像装置。
(6)
 前記第2多層配線層内の前記所定の配線及び前記第3多層配線層内の前記所定の配線が、前記導電材料によって、同一の前記パッドと電気的に接続される、
 前記(5)に記載の固体撮像装置。
(7)
 前記第2多層配線層内の前記所定の配線及び前記第3多層配線層内の前記所定の配線が、前記導電材料によって、それぞれ異なる前記パッドと電気的に接続される、
 前記(5)に記載の固体撮像装置。
(8)
 前記第2基板の回路と前記第3基板の回路とを電気的に接続するための第2の接続構造を更に有し、
 前記第2基板と前記第3基板とは、前記第2多層配線層と前記第3多層配線層とが対向するように貼り合わされ、
 前記第2の接続構造は、前記第2基板又は前記第3基板を貫通して設けられ、前記第2多層配線層内の所定の配線と、前記第3多層配線層内の所定の配線と、を電気的に接続するビア、を含む、
 前記(1)に記載の固体撮像装置。
(9)
 前記ビアは、前記第2多層配線層内の前記所定の配線を露出させる第1の貫通孔と、前記第3多層配線層内の前記所定の配線を露出させる前記第1の貫通孔とは異なる第2の貫通孔と、に導電材料が埋め込まれた構造、又は前記第1の貫通孔及び前記第2の貫通孔の内壁に導電材料が成膜された構造、を有する、
 前記(8)に記載の固体撮像装置。
(10)
 前記ビアは、前記第2多層配線層内の前記所定の配線と接触して前記第3多層配線層内の前記所定の配線を露出させるように設けられる1つの貫通孔、若しくは前記第3多層配線層内の前記所定の配線と接触して前記第2多層配線層内の前記所定の配線を露出させるように設けられる1つの貫通孔、に導電材料が埋め込まれた構造、又は前記1つの貫通孔の内壁に導電材料が成膜された構造、を有する、
 前記(8)に記載の固体撮像装置。
(11)
 前記第1基板の回路と前記第3基板の回路とを電気的に接続するための第3の接続構造を更に有し、
 前記第2基板と前記第3基板とは、前記第2多層配線層と前記第3多層配線層とが対向するように貼り合わされ、
 前記第3の接続構造は、前記第1基板の裏面側又は前記第3基板の裏面側から少なくとも前記第2基板を貫通して設けられ、前記第1多層配線層内の所定の配線と、前記第3多層配線層内の所定の配線と、を電気的に接続するビア、を含む、
 前記(1)に記載の固体撮像装置。
(12)
 前記ビアは、前記第1多層配線層内の前記所定の配線を露出させる第1の貫通孔と、前記第3多層配線層内の前記所定の配線を露出させる前記第1の貫通孔とは異なる第2の貫通孔と、に導電材料が埋め込まれた構造、又は前記第1の貫通孔及び前記第2の貫通孔の内壁に導電材料が成膜された構造、を有する、
 前記(11)に記載の固体撮像装置。
(13)
 前記ビアは、前記第3多層配線層内の前記所定の配線と接触して前記第1多層配線層内の前記所定の配線を露出させるように設けられる1つの貫通孔、又は前記第3多層配線層内の前記所定の配線と接触して前記第1多層配線層内の前記所定の配線を露出させるように設けられる1つの貫通孔に、導電材料が埋め込まれた構造、又は前記貫通孔の内壁に導電材料が成膜された構造、を有する、
 前記(11)に記載の固体撮像装置。
(14)
 前記ビアは、前記第2多層配線層内の所定の配線とも電気的に接続されている、
 前記(13)に記載の固体撮像装置。
(15)
 前記第2基板の回路と前記第3基板の回路とを電気的に接続するための第2の接続構造を更に有し、
 前記第2の接続構造は、前記第2基板及び前記第3基板の貼り合わせ面に存在し、前記貼り合わせ面にそれぞれ形成される電極同士が直接接触した状態で接合している電極接合構造、を含む、
 前記(1)~(14)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(16)
 前記第2基板及び前記第3基板は、前記固体撮像装置の動作に係る各種の信号処理を実行するロジック回路、及び前記第1基板の前記画素の各々によって取得された画素信号を一時的に保持するメモリ回路、の少なくともいずれかを有する、
 前記(1)~(15)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(17)
 前記第2基板は、前記第1基板の前記画素の各々によって取得された画素信号をAD変換する画素信号処理回路を有し、
 前記第1の接続構造は、前記画素信号を前記画素信号処理回路に伝送するために、前記画素の各々に対応して存在する、
 前記(1)~(16)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(18)
 観察対象を電子的に撮影する固体撮像装置、を備え、
 前記固体撮像装置は、
 画素が配列された画素部が形成された第1半導体基板と、前記第1半導体基板上に積層された第1多層配線層と、を有する第1基板と、
 所定の機能を有する回路が形成された第2半導体基板と、前記第2半導体基板上に積層された第2多層配線層と、を有する第2基板と、
 所定の機能を有する回路が形成された第3半導体基板と、前記第3半導体基板上に積層された第3多層配線層と、を有する第3基板と、
 がこの順に積層されて構成され、
 前記第1基板と前記第2基板とは、前記第1多層配線層と前記第2半導体基板とが対向するように貼り合わされ、
 前記第1基板の回路と前記第2基板の回路とを電気的に接続するための第1の接続構造は、前記第1基板を基点として形成される前記第1基板と前記第2基板との貼り合わせ面を介した接続構造を含まない、又は、前記第1の接続構造が、存在しない、
 電子機器。

符号の説明

[0286]
 1、1a、1b、6A~6B、7A~7E、8A~8G、9A~9F、10A~10E、11A~11C、12A~12F、13A~13E、14A~14F、15A~15E  固体撮像装置
 101、121、131  半導体基板
 103、109、123、129、133  絶縁膜
 105、125、135  多層配線層
 110A  第1基板
 110B  第2基板
 110C  第3基板
 111  CF層
 113  MLアレイ
 151  パッド
 153、153a、153b、153c  パッド開口部
 155、155a、155b、155c  引き出し線開口部
 157、157a、157b  TSV
 159  電極接合構造
 510  導電材料層
 901  スマートフォン(電子機器)
 911  デジタルカメラ(電子機器)

請求の範囲

[請求項1]
 画素が配列された画素部が形成された第1半導体基板と、前記第1半導体基板上に積層された第1多層配線層と、を有する第1基板と、
 所定の機能を有する回路が形成された第2半導体基板と、前記第2半導体基板上に積層された第2多層配線層と、を有する第2基板と、
 所定の機能を有する回路が形成された第3半導体基板と、前記第3半導体基板上に積層された第3多層配線層と、を有する第3基板と、
 がこの順に積層されて構成され、
 前記第1基板と前記第2基板とは、前記第1多層配線層と前記第2半導体基板とが対向するように貼り合わされ、
 前記第1基板の回路と前記第2基板の回路とを電気的に接続するための第1の接続構造は、前記第1基板を基点として形成される前記第1基板と前記第2基板との貼り合わせ面を介した接続構造を含まない、又は、前記第1の接続構造が、存在しない、
 固体撮像装置。
[請求項2]
 前記第1の接続構造は、前記第1多層配線層内の所定の配線を露出させるように前記第1基板の裏面側から設けられる開口部、及び前記第2多層配線層内の所定の配線を露出させるように前記第1基板の裏面側から少なくとも前記第1基板を貫通して設けられる開口部、を含む、
 請求項1に記載の固体撮像装置。
[請求項3]
 前記第2基板の回路と前記第3基板の回路とを電気的に接続するための第2の接続構造を更に有し、
 前記第2の接続構造は、前記第2多層配線層内の所定の配線を露出させるように前記第2基板の裏面側から少なくとも前記第1基板を貫通して設けられる開口部、及び前記第3多層配線層内の所定の配線を露出させるように前記第1基板の裏面側から少なくとも前記第1基板及び前記第2基板を貫通して設けられる開口部、を含む、
 請求項2に記載の固体撮像装置。
[請求項4]
 前記開口部によって露出させられる前記第2多層配線層内の前記所定の配線及び前記第3多層配線層内の前記所定の配線は、I/O部として機能するパッドである、
 請求項3に記載の固体撮像装置。
[請求項5]
 前記第1基板の裏面上にI/O部として機能するパッドが存在し、
 前記開口部の内壁には導電材料が成膜されており、
 前記導電材料によって、前記開口部によって露出させられる前記第2多層配線層内の前記所定の配線及び前記第3多層配線層内の前記所定の配線が、前記パッドと電気的に接続されている、
 請求項3に記載の固体撮像装置。
[請求項6]
 前記第2多層配線層内の前記所定の配線及び前記第3多層配線層内の前記所定の配線が、前記導電材料によって、同一の前記パッドと電気的に接続される、
 請求項5に記載の固体撮像装置。
[請求項7]
 前記第2多層配線層内の前記所定の配線及び前記第3多層配線層内の前記所定の配線が、前記導電材料によって、それぞれ異なる前記パッドと電気的に接続される、
 請求項5に記載の固体撮像装置。
[請求項8]
 前記第2基板の回路と前記第3基板の回路とを電気的に接続するための第2の接続構造を更に有し、
 前記第2基板と前記第3基板とは、前記第2多層配線層と前記第3多層配線層とが対向するように貼り合わされ、
 前記第2の接続構造は、前記第2基板又は前記第3基板を貫通して設けられ、前記第2多層配線層内の所定の配線と、前記第3多層配線層内の所定の配線と、を電気的に接続するビア、を含む、
 請求項1に記載の固体撮像装置。
[請求項9]
 前記ビアは、前記第2多層配線層内の前記所定の配線を露出させる第1の貫通孔と、前記第3多層配線層内の前記所定の配線を露出させる前記第1の貫通孔とは異なる第2の貫通孔と、に導電材料が埋め込まれた構造、又は前記第1の貫通孔及び前記第2の貫通孔の内壁に導電材料が成膜された構造、を有する、
 請求項8に記載の固体撮像装置。
[請求項10]
 前記ビアは、前記第2多層配線層内の前記所定の配線と接触して前記第3多層配線層内の前記所定の配線を露出させるように設けられる1つの貫通孔、若しくは前記第3多層配線層内の前記所定の配線と接触して前記第2多層配線層内の前記所定の配線を露出させるように設けられる1つの貫通孔、に導電材料が埋め込まれた構造、又は前記1つの貫通孔の内壁に導電材料が成膜された構造、を有する、
 請求項8に記載の固体撮像装置。
[請求項11]
 前記第1基板の回路と前記第3基板の回路とを電気的に接続するための第3の接続構造を更に有し、
 前記第2基板と前記第3基板とは、前記第2多層配線層と前記第3多層配線層とが対向するように貼り合わされ、
 前記第3の接続構造は、前記第1基板の裏面側又は前記第3基板の裏面側から少なくとも前記第2基板を貫通して設けられ、前記第1多層配線層内の所定の配線と、前記第3多層配線層内の所定の配線と、を電気的に接続するビア、を含む、
 請求項1に記載の固体撮像装置。
[請求項12]
 前記ビアは、前記第1多層配線層内の前記所定の配線を露出させる第1の貫通孔と、前記第3多層配線層内の前記所定の配線を露出させる前記第1の貫通孔とは異なる第2の貫通孔と、に導電材料が埋め込まれた構造、又は前記第1の貫通孔及び前記第2の貫通孔の内壁に導電材料が成膜された構造、を有する、
 請求項11に記載の固体撮像装置。
[請求項13]
 前記ビアは、前記第3多層配線層内の前記所定の配線と接触して前記第1多層配線層内の前記所定の配線を露出させるように設けられる1つの貫通孔、又は前記第3多層配線層内の前記所定の配線と接触して前記第1多層配線層内の前記所定の配線を露出させるように設けられる1つの貫通孔に、導電材料が埋め込まれた構造、又は前記貫通孔の内壁に導電材料が成膜された構造、を有する、
 請求項11に記載の固体撮像装置。
[請求項14]
 前記ビアは、前記第2多層配線層内の所定の配線とも電気的に接続されている、
 請求項13に記載の固体撮像装置。
[請求項15]
 前記第2基板の回路と前記第3基板の回路とを電気的に接続するための第2の接続構造を更に有し、
 前記第2の接続構造は、前記第2基板及び前記第3基板の貼り合わせ面に存在し、前記貼り合わせ面にそれぞれ形成される電極同士が直接接触した状態で接合している電極接合構造、を含む、
 請求項1に記載の固体撮像装置。
[請求項16]
 前記第2基板及び前記第3基板は、前記固体撮像装置の動作に係る各種の信号処理を実行するロジック回路、及び前記第1基板の前記画素の各々によって取得された画素信号を一時的に保持するメモリ回路、の少なくともいずれかを有する、
 請求項1に記載の固体撮像装置。
[請求項17]
 前記第2基板は、前記第1基板の前記画素の各々によって取得された画素信号をAD変換する画素信号処理回路を有し、
 前記第1の接続構造は、前記画素信号を前記画素信号処理回路に伝送するために、前記画素の各々に対応して存在する、
 請求項1に記載の固体撮像装置。
[請求項18]
 観察対象を電子的に撮影する固体撮像装置、を備え、
 前記固体撮像装置は、
 画素が配列された画素部が形成された第1半導体基板と、前記第1半導体基板上に積層された第1多層配線層と、を有する第1基板と、
 所定の機能を有する回路が形成された第2半導体基板と、前記第2半導体基板上に積層された第2多層配線層と、を有する第2基板と、
 所定の機能を有する回路が形成された第3半導体基板と、前記第3半導体基板上に積層された第3多層配線層と、を有する第3基板と、
 がこの順に積層されて構成され、
 前記第1基板の回路と前記第2基板の回路とは、前記第1多層配線層と前記第2半導体基板とが対向するように貼り合わされ、
 前記第1基板と前記第2基板とを電気的に接続するための第1の接続構造は、前記第1基板を基点として形成される前記第1基板と前記第2基板との貼り合わせ面を介した接続構造を含まない、又は、前記第1の接続構造が、存在しない、
 電子機器。

図面

[ 図 1]

[ 図 2A]

[ 図 2B]

[ 図 2C]

[ 図 2D]

[ 図 2E]

[ 図 2F]

[ 図 3A]

[ 図 3B]

[ 図 4A]

[ 図 4B]

[ 図 5A]

[ 図 5B]

[ 図 5C]

[ 図 6A]

[ 図 6B]

[ 図 7A]

[ 図 7B]

[ 図 7C]

[ 図 7D]

[ 図 7E]

[ 図 8A]

[ 図 8B]

[ 図 8C]

[ 図 8D]

[ 図 8E]

[ 図 8F]

[ 図 8G]

[ 図 9A]

[ 図 9B]

[ 図 9C]

[ 図 9D]

[ 図 9E]

[ 図 9F]

[ 図 10A]

[ 図 10B]

[ 図 10C]

[ 図 10D]

[ 図 10E]

[ 図 11A]

[ 図 11B]

[ 図 11C]

[ 図 12A]

[ 図 12B]

[ 図 12C]

[ 図 12D]

[ 図 12E]

[ 図 12F]

[ 図 13A]

[ 図 13B]

[ 図 13C]

[ 図 13D]

[ 図 13E]

[ 図 14A]

[ 図 14B]

[ 図 14C]

[ 図 14D]

[ 図 14E]

[ 図 14F]

[ 図 15A]

[ 図 15B]

[ 図 15C]

[ 図 15D]

[ 図 15E]

[ 図 16A]

[ 図 16B]

[ 図 16C]

[ 図 17A]

[ 図 17B]

[ 図 17C]

[ 図 17D]

[ 図 17E]

[ 図 17F]

[ 図 17G]