CN111052404B - 雪崩光电二极管传感器和电子装置 - Google Patents

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Abstract

雪崩光电二极管(APD)传感器包括：光电转换区域，所述光电转换区域被布置在基板中并且将入射到所述基板的第一侧的光转换成电荷；和阴极区域，所述阴极区域被布置在所述基板的第二侧。所述第二侧与所述第一侧相反。所述APD传感器包括：阳极区域，所述阳极区域被布置在所述基板的所述第二侧；第一导电类型的第一区域，所述第一区域被布置在所述基板中；以及第二导电类型的第二区域，所述第二区域被布置在所述基板中。所述第二导电类型与所述第一导电类型不同。在截面图中，所述第一区域和所述第二区域位于所述光电转换区域和所述基板的所述第二侧之间。在所述截面图中，所述第一区域和所述第二区域之间的界面具有不平坦图案。

Description

雪崩光电二极管传感器和电子装置
技术领域
本技术涉及光电二极管、雪崩光电二极管传感器和电子装置，并且具体涉及能够放大光电流的雪崩光电二极管传感器和电子装置。
背景技术
近来，已经开发和研究出一种被称为单光子雪崩二极管(SPAD：Single PhotonAvalance Diode)的器件，其通过感测非常微弱的光信号来实现光学通信、距离测量和光子计数等。SPAD是具有能够检测一个光子的高灵敏度的雪崩光电二极管。例如，提出了一种进行雪崩放大的放大区被布置为与光入射表面平行的SPAD(例如，参照专利文献1)。这里，雪崩放大是如下的现象：其中，电荷由于雪崩击穿而被加速，且来自光电转换单元的光电流被放大。
引用列表
专利文献
PTL 1：JP 2015-41746A
发明内容
技术问题
在现有技术中，光电流通过放大区被放大。因此，即使入射光微弱，也能够检测到入射光。然而，存在着放大区的面积随着像素尺寸的减小而变窄的问题，且因此，放大率减小。当放大率减小时，诸如像素的灵敏度、量子效率和光子检测效率(PDE：PhotonDetection Efficiency)之类的像素特征劣化，因此，优选的是，放大率高。
本技术是鉴于上述情形而被做出的，并且期望的是，在设置有雪崩光电二极管的固态摄像元件中提高光电流的放大率。
解决技术问题的技术方案
本技术是为了解决上述问题而被做出的。根据第一方面，雪崩光电二极管(APD)传感器包括：光电转换区域，其被布置在基板中并且将入射到所述基板的第一侧的光转换成电荷；和阴极区域，其被布置在所述基板的第二侧。所述第二侧与所述第一侧相反。所述APD传感器包括：阳极区域，其被布置在所述基板的所述第二侧；第一导电类型的第一区域，其被布置在所述基板中；以及第二导电类型的第二区域，其被布置在所述基板中。所述第二导电类型与所述第一导电类型不同。在截面图中，所述第一区域和所述第二区域位于所述光电转换区域和所述基板的所述第二侧之间。在所述截面图中，所述第一区域和所述第二区域之间的界面具有不平坦图案。
在所述截面图中，所述不平坦图案是具有多个齿部的梳状图案。
在所述截面图中，所述第一区域围绕所述阴极区域的三个侧面。
所述APD传感器包括至少一个沟槽，所述至少一个沟槽从所述第二侧贯穿所述第一区域和所述阴极区域。所述至少一个沟槽含有氧化物材料或半导体材料，所述半导体材料具有与所述基板不同的晶体结构。例如，所述至少一个沟槽填充有所述氧化物材料或具有与所述基板不同的所述晶体结构的所述半导体材料。
所述至少一个沟槽含有氧化物材料、半导体材料或导电材料。例如，所述至少一个沟槽填充有所述氧化物材料、所述半导体材料或所述导电材料。所述氧化物材料包括氧化硅或氧化铪，所述半导体材料包括具有与所述基板不同的晶体结构的硅，并且所述导电材料包括钨或铜。
所述至少一个沟槽包括多个沟槽，且在平面图中，所述多个沟槽形成多个线性形状、被布置成矩阵的多个形状或网格形状。
在所述截面图中，所述多个沟槽中的至少一个沟槽包括如下的部分：该部分延伸至所述第一区域中，以便位于所述界面的所述不平坦图案的各部分之间。
所述APD传感器还包括像素隔离层，所述像素隔离层被形成在所述基板中，以使所述光电转换区域与邻近的所述光电转换区域隔离。
根据本技术的第二方面，APD传感器包括：光电转换区域，其被布置在基板中并且将入射到所述基板的第一侧的光转换成电荷；和阴极区域，其被布置在所述基板的第二侧。所述第二侧与所述第一侧相反。所述APD传感器包括：阳极区域，其被布置在所述基板的所述第二侧；第一导电类型的第一区域，其被布置在所述基板中；以及第二导电类型的第二区域，其被布置在所述基板中。所述第二导电类型与所述第一导电类型不同。所述APD传感器包括至少一个沟槽，所述至少一个沟槽从所述第二侧贯穿所述第一区域和所述阴极区域。在截面图中，所述第一区域和所述第二区域位于所述光电转换区域和所述基板的所述第二侧之间。在所述截面图中，所述第一区域和所述第二区域之间的界面具有不平坦图案。
在所述截面图中，所述不平坦图案是具有多个齿部的梳状图案。
在所述截面图中，所述至少一个沟槽包括如下的部分：该部分延伸至所述第一区域中，以便位于邻近的所述齿部之间。
所述至少一个沟槽包括多个沟槽。在平面图中，所述多个沟槽形成多个线性形状、被布置成矩阵的多个形状或网格形状。
所述多个沟槽含有氧化物材料或半导体材料，所述半导体材料具有与所述基板不同的晶体结构。
所述多个沟槽含有氧化物材料、半导体材料或导电材料。
所述APD传感器还包括像素隔离层，所述像素隔离层被形成在所述基板中，以使所述光电转换区域与邻近的所述光电转换区域隔离。
在平面图中，所述阳极区域围绕所述第一区域、所述第二区域和所述阴极区域。
根据本技术的第三方面，电子装置包括控制器和APD传感器。所述APD传感器包括：光电转换区域，其被布置在基板中并且将入射到所述基板的第一侧的光转换成电荷；和阴极区域，其被布置在所述基板的第二侧。所述第二侧与所述第一侧相反。所述APD传感器包括：阳极区域，其被布置在所述基板的所述第二侧；第一导电类型的第一区域，其被布置在所述基板中；以及第二导电类型的第二区域，其被布置在所述基板中。所述第二导电类型与所述第一导电类型不同。在截面图中，所述第一区域和所述第二区域位于所述光电转换区域和所述基板的所述第二侧之间。在所述截面图中，所述第一区域和所述第二区域之间的界面具有不平坦图案。
在平面图中，所述阳极区域围绕所述第一区域、所述第二区域和所述阴极区域。
本发明的有益效果
根据本技术，可以在设置有雪崩光电二极管的固态摄像元件中获得能够提高光电流的放大率的优异效果。此外，这里所述的效果不是限制性的，并且可以是本技术中所述的任一效果。
附图说明
图1是图示了根据本技术的第一实施例的测距模块的构造示例的框图。
图2是图示了根据本技术的第一实施例的固态摄像元件的构造示例的框图。
图3是图示了根据本技术的第一实施例的像素电路的构造示例的电路图。
图4是根据本技术的第一实施例的光电二极管的平面图的示例。
图5是根据本技术的第一实施例的光电二极管的截面图的示例。
图6中的a至c是图示了根据本技术的第一实施例的在热处理之前的光电二极管的制造方法的视图。
图7是根据本技术的第一实施例的在热处理之后的光电二极管的截面图的示例。
图8是图示了根据本技术的第一实施例的光电二极管的制造方法的示例的流程图。
图9是根据本技术的第一实施例的第一变形例的光电二极管的截面图的示例。
图10是根据本技术的第一实施例的第二变形例的光电二极管的平面图的示例。
图11是根据本技术的第一实施例的第三变形例的光电二极管的平面图的示例。
图12是根据本技术的第一实施例的第三变形例的沟槽数量增加的光电二极管的平面图的示例。
图13是根据本技术的第二实施例的光电二极管的截面图的示例。
图14是根据本技术的第二实施例的变形例的光电二极管的截面图的示例。
图15是图示了根据本技术的第三实施例的固态摄像元件的构造示例的框图。
图16是图示了根据本技术的第三实施例的固态摄像元件的堆叠结构的视图。
图17是根据本技术的第四实施例的像素电路的截面图的示例。
图18是根据本技术的第五实施例的像素电路的截面图的示例。
图19是根据本技术的第六实施例的像素电路的截面图的示例。
图20是根据本技术的第七实施例的像素电路的截面图的示例。
图21是图示了根据本技术的第八实施例的摄像装置的构造示例的框图。
图22是图示了车辆控制系统的示意性构造示例的框图。
图23是图示了摄像单元的安装位置的示例的视图。
具体实施方式
在下文中，将描述用于实施本技术的实施方式(在下文中，被称为实施例)。将按照下面的顺序进行描述。
1.第一实施例(在放大区中设置凹陷部的示例)
2.第二实施例(在基板中埋设n型层并且在放大区中设置凹陷部的示例)
3.第三实施例(在堆叠芯片的放大区中设置凹陷部的示例)
4.第四实施例(布置反射板并且在放大区中设置凹陷部的示例)
5.第五实施例(布置遮光壁并且在放大区中设置凹陷部的示例)
6.第六实施例(布置片上透镜并且在放大区中设置凹陷部的示例)
7.第七实施例(布置反射板、遮光壁和片上透镜并且在放大区中设置凹陷部的示例)
8.第八实施例(在摄像装置的放大区中设置凹陷部的示例)
9.移动体的应用示例
<1.第一实施例>
“测距模块的构造示例”
图1是图示了根据本技术的该实施例的测距模块100的构造示例的框图。测距模块100是通过飞行时间(ToF：Time of Flight)方法测量距离的电子装置，且包括发光单元110、控制单元120和固态摄像元件(或雪崩光电二极管(APD)传感器)200。此外，测距模块100是随附权利要求中所述的电子装置的示例。
发光单元110间歇地发射照射光，以使用照射光照射对象。例如，发光单元110与矩形波形式的发光控制信号同步地产生照射光。此外，例如，光电二极管能够用作发光单元110，且近红外光等能够用作照射光。此外，发光控制信号不限于矩形波，只要发光控制信号是周期性信号。例如，发光控制信号可以是正弦波。此外，照射光可以是可见光等，而不限于近红外光。
控制单元120控制发光单元110和固态摄像元件200。控制单元120产生发光控制信号，且通过信号线128和129将发光控制信号供应给发光单元110和固态摄像元件200。例如，发光控制信号的频率可以是20兆赫兹(MHz)。此外，发光控制信号的频率可以是5兆赫兹(MHz)等，而不限于20兆赫兹(MHz)。
固态摄像元件200接收间歇性照射光的反射光，且通过ToF方法测量与对象之间的距离。固态摄像元件200产生表示测量的距离的测距数据，且将测距数据输出到外侧。
“固态摄像元件的构造示例”
图2是图示了根据本技术的第一实施例的固态摄像元件200的构造示例的框图。固态摄像元件200包括像素阵列单元210、读出电路230及信号处理单元241和242。这些电路被设置在单个半导体芯片中。在像素阵列单元210中，多个像素电路220被布置成二维格子形状。
各像素电路220通过入射光的光电转换来产生脉冲信号。读出电路230从像素电路220读出脉冲信号。读出电路230将读出的脉冲信号的大约一半供应给信号处理单元241，且将剩余的脉冲信号供应给信号处理单元242。
信号处理单元241通过使用时间数字转换器(TDC：Time to Digital Converter)等对从发光控制信号表示的发光时序到脉冲信号表示的光接收时序的周转时间进行计时。信号处理单元241将通过计时的周转时间乘以光速而获得的值除以2，以计算与对象之间的距离，且信号处理单元241产生表示该距离的距离数据。信号处理单元242的构造类似于信号处理单元241的构造。
“像素电路的构造示例”
图3是图示了根据本技术的第一实施例的像素电路220的构造示例的电路图。像素电路220包括电阻器221和光电二极管300。此外，在本图中，省略了除电阻器221和光电二极管300之外的电路和元件。
电阻器221插入在光电二极管300的阴极(或阴极区域)和电源之间。光电二极管300通过光电转换来放大光。例如，SPAD能够用作光电二极管300。
光电二极管300的暗态(dark-state)阴极电位被设定为Vop。当光电二极管300接收反射光且进行雪崩放大时，大电流流向电阻器221，且发生电压降。当阴极电位减小到不会由于电压降而发生雪崩放大的电位Vbd时，大电流停止。这种现象被称为“淬灭(quench)”。
接下来，光电二极管300中收集的电荷由于因电位Vop的再充电而泄漏，且阴极电位在淬灭之后立即从电位Vbd返回到电位Vop。由于返回到电位Vop，光电二极管300能够对光子作出响应。
此外，像素电路220被设置在测距模块100中，但是像素电路220可以被设置在除测距模块100之外的电子装置中。例如，像素电路220能够在进行光学通信的电路等中或进行光子计数的电路等中使用。
“光电二极管的构造示例”
图4是根据本技术的第一实施例的光电二极管300的平面图的示例。光电二极管300被形成在预定的半导体基板303中，半导体基板303具有第一侧和与第一侧相反的第二侧，并且将与基板平面垂直的预定方向设定为Z方向。此外，将与基板平面平行的预定方向设定为X方向，且将与X方向和Z方向垂直的方向设定为Y方向。
在基板平面中，使像素隔离的像素间隔离层(或像素隔离层)301被形成在光电二极管300的外周边处。例如，像素间隔离层301使光电转换单元309与邻近的光电转换单元隔离。此外，阳极(或阳极区域)302被布置在像素间隔离层301的内侧。含有n型杂质的n型层(或n型区)304被形成在阳极302的内侧。在n型层304中，沟槽305被形成为网格形状。
图5是根据本技术的第一实施例的光电二极管300的截面图的示例。本图是在沿着与图4中的X方向平行的X-X’轴线切割光电二极管300时的截面图。
在半导体基板303的两个表面中，将布置有电路的表面设定为正面，且使用光照射与正面相反的背面。图5中的箭头表示光的入射方向。其背面被光照射的固态摄像元件200被称为背面照射型固态摄像元件。此外，固态摄像元件200可以具有正面被光照射的正面照射型的构造。
像素间隔离层301沿着Z方向被形成在光电二极管300的侧面上。此外，存储电荷的电荷存储层310沿着所述背面和像素间隔离层301的内侧被形成。
将入射光转换成电荷的光电转换单元(或光电转换区)309在电荷存储层310的内侧被形成在半导体基板303中。在将从背面到正面的方向设定为向上方向的状态下，含有p型杂质的p型层(或p型区)307被形成在光电转换单元309的上侧。此外，n型层304被形成在p型层307的上侧。
这里，假定：半导体基板303含有n型杂质或p型杂质，且与n型层304和p型层307相比，半导体基板303的杂质浓度低。例如，将半导体基板303的杂质浓度设定为1E-14或更小。此外，粗线表示n型层304和p型层307之间的界面，且该界面对应于对光电转换后的电荷进行雪崩放大的放大区308。如图所示，该界面可以具有不平坦图案。例如，该不平坦图案可以是具有多个齿部的梳状图案。一个(多个)沟槽305可以包括如下的部分：该部分延伸至区域304中，以便位于界面的不均匀图案的各部分之间。例如，各沟槽305可以包括延伸至区域304中以便位于梳状图案中的邻近齿部之间的部分。
n型层304的一部分暴露于半导体基板303的正面。此外，沿着与正面垂直的Z方向延伸的沟槽305被形成在半导体基板303的正面中。沟槽305含有或填充有预定的填充材料。作为填充材料，能够使用与半导体基板303的材料不同的材料(氧化膜等)，或使用具有与半导体基板303的材料不同的晶体结构的硅(例如，Si和/或多晶硅等)。填充材料还可以包括导电材料(例如，不同于多晶硅的导电材料)。例如，氧化物材料可以包括氧化硅(例如，SiO2)或氧化铪(例如，HfO)，半导体材料可以包括具有与基板303不同的晶体结构的硅，且导电材料可以包括钨或铜。
此外，阳极302和阴极306被形成在半导体基板303的正面上。阴极306连接至电阻器221，且放大后的电荷(电子)从该电极输出。此外，将预定的阳极电位施加到阳极302。此外，阴极306是随附权利要求中所述的电极的示例。
此外，放大区308沿着在Z方向上延伸的沟槽305的侧面被形成。因此，在放大区308中，在与半导体基板303的正面垂直的Z方向上凹陷的凹陷部被形成为与沟槽305的数量对应的数量(例如，三个)。在放大区308中，由单点划线围绕的部分表示三个凹陷部之中的一个。此外，在图5的截面图中，沟槽305的数量被设定为三个，但是为了方便起见，省略了图4中的X-X’轴线上的五个沟槽之中的两个沟槽。
当凹陷部被形成在放大区308中且因此放大区308变成复杂形状时，与放大区308具有平面形状而没有设置凹陷部的情况相比，可以进一步扩大放大区308的表面积。
这里，在通常进行雪崩放大的雪崩光电二极管中，像素制作得越细小，放大区308的表面积就变得越窄。此外，雪崩放大通常不会在光子入射时发生，且雪崩放大以恒定的概率发生。放大区308的表面积越窄，该概率就越小。在小型雪崩光电二极管中，担心灵敏度、量子效率和光子检测效率可能会由于雪崩放大发生的概率减小而劣化。此外，还会发生光学串扰劣化的问题。
相比之下，在光电二极管300中，因为凹陷部被设置在放大区308中且放大区308的表面积扩大，所以提高了放大率，因此，可以抑制灵敏度和光子检测效率的降低。
“光电二极管的制造方法”
图6中的a至c是图示了根据本技术的第一实施例的在热处理之前的光电二极管300的制造方法的视图。图6中的a表示开始制造时的半导体基板303的截面图。图6中的b表示形成沟槽之后的半导体基板303的截面图。图6中的c表示杂质被埋设在沟槽中的半导体基板303的截面图。
光电二极管300的制造系统对图6中的a中的半导体基板303进行处理，并且形成如图6中的b所示的沟槽。此外，如图6中的c所示，制造系统将p型或n型杂质埋设在沟槽中。
图7是根据本技术的第一实施例的在热处理之后的光电二极管的截面图的示例。制造系统进行诸如退火之类的热处理，以将杂质扩散到沟槽的周边。据此，n型层304或p型层307被形成在沟槽的周边。在本图中，省略了形成p型层307之后的视图。
图8是图示了根据本技术的第一实施例的光电二极管的制造方法的示例的流程图。制造系统在半导体基板中形成沟槽(步骤S901)，且将杂质埋设在沟槽中(步骤S902)。
此外，制造系统通过热处理形成n型层304等(步骤S903)。在使用沟槽的情况下，更有效的是通过等离子体掺杂或固相扩散来形成放大区308。此外，制造系统形成阳极和阴极等(步骤S904)，且终止光电二极管300的制造过程。
如上所述，根据本技术的第一实施例，凹陷部被形成在对电荷进行雪崩放大的放大区308中，因此，与没有形成凹陷部的情况相比，可以进一步扩大放大区308的表面积。据此，提高了进行雪崩放大的概率，且因此，可以抑制光电二极管300的灵敏度和光子检测效率的降低。
“第一变形例”
在第一实施例中，放大区308是通过热处理形成的，但是担心可能会由于热处理而产生诸如半导体基板303的变形之类的不利影响。第一实施例的第一变形例的光电二极管300与第一实施例的不同之处在于：放大区308是通过离子注入形成的。
图9是根据本技术的第一实施例的第一变形例的光电二极管300的截面图的示例。在第一实施例的第一变形例中，制造系统通过离子注入形成放大区308。制造系统通过离子注入形成p型层307，且随后形成n型层304。当形成n型层304时，制造系统将离子放入到将要形成凹陷部的部位中，直至与其他部位相比更深的位置。据此，即使在形成沟槽之后不进行热处理，也可以形成具有凹陷部的放大区308。
如上所述，在本技术的第一实施例的第一变形例中，放大区308是通过离子注入形成的，因此，可以在不进行热处理的情况下制造光电二极管300。
“第二变形例”
在第一实施例中，沟槽305在半导体基板303的表面中被形成为网格形状，且沟槽的形状越复杂，放大区308的表面积就越宽。另一方面，担心表面上的缺陷增加。该缺陷成为在图像数据上产生噪声的原因。根据第一实施例的第二变形例的光电二极管300与第一实施例的不同之处在于：沟槽的形状被简化成线性形状。
图10是根据本技术的第一实施例的第二变形例的光电二极管300的平面图的示例。在第一实施例的第二变形例的光电二极管300中，当从基板正面观看时，沟槽被形成为线性形状。例如，在Y方向上延伸的多个线性沟槽305被形成。此外，在放大区308中，线性的凹陷部沿着沟槽305被形成。此外，本图是从半导体基板303的正面观看时的视图，并且放大区308被形成在半导体基板303的内部且不暴露于正面。
当沟槽305和凹陷部的形状被简化时，由于处理而产生的缺陷会减少。另一方面，放大区308的表面积变窄。据此，在比较地考虑由于缺陷引起的缺点和由于表面积的增加引起的优点的情况下，确定沟槽305等的形状。
如上所述，根据本技术的第一实施例的第二变形例，沟槽305被形成为线性形状，因此，与沟槽305被形成为网格形状的情况相比，可以进一步减少缺陷。
“第三变形例”
在第一实施例的第二变形例中，沟槽305的形状被简化成线性形状。然而，即使在这种形状中，也可能难以充分减少缺陷。第一实施例的第三变形例的光电二极管300与第一实施例的第二变形例的不同之处在于：沟槽的形状被简化且被设定为矩形形状。
图11是根据本技术的第一实施例的第三变形例的光电二极管的平面图的示例。在第一实施例的第三变形例的光电二极管300中，当从基板正面观看时，一个矩形沟槽305被布置在中央处。此外，在放大区308中，矩形凹陷部沿着沟槽305被形成。
此外，沟槽305的数量不限于一个，并且可以是两个或更多个。例如，如图12所示，四个沟槽305可以被布置成二维格子形状(或矩阵)。在布置多个沟槽305的情况下，优选的是，在基板正面上，沟槽305的密度随着其朝向中心而增大(即，密度随着其远离中心而减小)。
如上所述，根据第一实施例的第三变形例，形成矩形沟槽305，因此，与沟槽305被形成为线性形状的情况相比，可以进一步减少缺陷。
<2.第二实施例>
在第一实施例中，n型层304暴露于基板正面。然而，在这种构造中，担心在处理等期间可能会在n型层304中产生缺陷。第二实施例的光电二极管300与第一实施例的不同之处在于：n型层304被埋设在半导体基板303的内部。
图13是根据本技术的第二实施例的光电二极管300的截面图的示例。第二实施例的光电二极管300与第一实施例的不同之处在于：n型层304没有暴露于基板正面，并且n型层304被埋设在半导体基板303的内部。阴极306和阳极302被形成在n型层304的上侧。此外，在第二实施例中，如在第一实施例的第二和第三变形例中一样，沟槽305的形状可以被设定为线性形状或矩形形状。
如上所述，在本技术的第二实施例中，因为n型层304被埋设在半导体基板303的内部，所以可以抑制在n型层304中产生缺陷。
“第一变形例”
在第二实施例中，放大区308是通过热处理形成的，但是担心可能会由于热处理而产生诸如半导体基板303的变形之类的不利影响。第二实施例的第一变形例的光电二极管300与第二实施例的不同之处在于：放大区308是通过离子注入形成的。
图14是根据本技术的第二实施例的第一变形例的光电二极管300的截面图的示例。在第二实施例的第一变形例中，制造系统通过离子注入形成放大区308。据此，即使在形成沟槽之后不进行热处理，也可以形成具有凹陷部的放大区308。此外，在第二实施例中，如在第一实施例的第二和第三变形例中一样，沟槽305的形状可以被设定为线性形状或矩形形状。
如上所述，在本技术的第二实施例的第一变形例中，放大区308是通过离子注入形成的，因此，可以在不进行热处理的情况下制造光电二极管300。
<3.第三实施例>
在第一实施例中，固态摄像元件200中的所有电路都被布置在单个半导体芯片中，但是担心这些电路的电路尺寸或安装面积随着像素数量的增加而增大。第三实施例的固态摄像元件200与第一实施例的不同之处在于：电路被布置为分散到堆叠的两个半导体芯片。
图15是图示了根据本技术的第三实施例的固态摄像元件200的构造示例的框图。固态摄像元件200包括传感器芯片201和堆叠在传感器芯片201上的电路芯片202。
像素阵列单元210被布置在传感器芯片201中。此外，读出电路230和信号处理单元240被布置在电路芯片202中。信号处理单元240具有与第一实施例的信号处理单元241和242的构造类似的构造。
图16是图示了根据本技术的第三实施例的固态摄像元件200的堆叠结构的视图。传感器芯片201和电路芯片202通过Cu-Cu接合等在接合部222和223处彼此接合。光电二极管300的阳极通过接合部222连接至电路芯片202中的阳极电压供应电路250。此外，光电二极管300的阴极通过接合部223连接至电路芯片202中的读出电路230。
如上所述，根据本技术的第三实施例，固态摄像元件200中的电路被布置为分散到传感器芯片201和电路芯片202，因此，可以减小每个芯片的电路尺寸和安装面积。
<4.第四实施例>
在第一实施例中，光电转换单元309进行光电转换。然而，担心难以对整个光束进行光电转换，特别是当光的波长长时，光电转换单元309的转换效率降低，因此光可能透射通过像素。第四实施例的固态摄像元件200与第一实施例的不同之处在于：光电二极管300的下侧布置有反射板。
图17是根据本技术的第四实施例的像素电路220的截面图的示例。该像素电路220与第一实施例的不同之处在于：还设置有反射板311。
反射板311被布置在光电二极管300的基板正面的下侧，且对透射通过光电二极管300的光进行反射。反射的光由光电二极管300再次进行光电转换，因此，可以提高转换效率。作为反射板311，例如，能够使用含有诸如铝之类的金属的平板。
如上所述，根据本技术的第四实施例，透射通过光电二极管300的光被反射板311反射，因此，与没有设置反射板311的情况相比，可以进一步提高光电转换的转换效率。
<5.第五实施例>
在第一实施例中，多个像素电路220被布置成二维格子形状。然而，担心从邻近的像素电路220泄漏的光(所谓的杂散光)可能入射到各像素电路220，且可能发生混色。第五实施例的像素电路220与第一实施例的不同之处在于：像素之间设置有用于遮挡杂散光的遮光壁。
图18是根据本技术的第五实施例的像素电路220的截面图的示例。第五实施例的像素电路220与第一实施例的不同之处在于：还设置有遮光壁312和孔径比调节金属313。
遮光壁312遮挡杂散光。例如，遮光壁312通过在像素之间设置在Z方向上延伸的沟槽并且通过将金属埋设在沟槽中而被形成。
孔径比调节金属313遮挡入射光的一部分，且调节孔径比。孔径比调节金属313在遮光壁312的位置处被设置在半导体基板303的背面上。
如上所述，根据本技术的第五实施例，因为布置有用于遮挡杂散光的遮光壁312，所以可以防止(或可替代地，减少)混色。
<6.第六实施例>
在第一实施例中，在像素电路220中，光电二极管300对光进行光电转换，但是担心当光的波长长时，光电转换单元309的转换效率降低。第六实施例的像素电路220与第一实施例的不同之处在于：还设置有会聚光的片上透镜314。
图19是根据本技术的第六实施例的像素电路220的截面图的示例。该像素电路220与第一实施例的不同之处在于：还设置有片上透镜314。
片上透镜314会聚入射光，且将该光引导到光电二极管300。片上透镜314被布置在半导体基板303的背面上。
如上所述，根据本技术的第六实施例，因为设置有会聚入射光的片上透镜314，所以与没有设置片上透镜314的情况相比，可以进一步提高光电转换的转换效率。
<7.第七实施例>
在第六实施例中，多个像素电路220被布置成二维格子形状。然而，担心从邻近的像素电路220泄漏的光可能入射到各像素电路220，且可能发生混色。此外，当光的波长长时，担心光电转换单元309的转换效率降低。第七实施例的像素电路220与第六实施例的不同之处在于：布置有遮光壁和反射板。
图20是根据本技术的第七实施例的像素电路220的截面图的示例。第七实施例的像素电路220与第六实施例的不同之处在于：还设置有反射板311、遮光壁312和孔径比调节金属313。反射板311、遮光壁312和孔径比调节金属313的构造和布置类似于第四和第五实施例中的构造和布置。
如上所述，根据本技术的第七实施例，因为还布置有用于遮挡杂散光的遮光壁312，所以可以防止(或可替代地，减少)混色。此外，透射通过光电二极管300的光被反射板311反射，因此，可以提高光电转换的转换效率。
<8.第八实施例>
在第一实施例中，固态摄像元件200被布置在测距模块100中，但是可以被布置在摄像装置中。第八实施例的固态摄像元件200与第一实施例的不同之处在于：固态摄像元件200被布置在摄像装置中。
图21是图示了根据本技术的第八实施例的摄像装置101的构造示例的框图。摄像装置101是对图像数据进行摄像的装置，且摄像装置101包括摄像透镜111、固态摄像元件200、图像处理单元121、摄像控制单元130和记录单元140。作为摄像装置101，假定为数码相机、智能手机和个人计算机等。此外，摄像装置101是随附权利要求中所述的电子装置的示例。
摄像透镜111会聚来自被摄体的光，且将该光引导到固态摄像元件200。
固态摄像元件200根据摄像控制单元130的控制对图像数据进行摄像。固态摄像元件200中的信号处理单元241和242例如通过使用计数器对来自像素电路220的脉冲信号的脉冲数量进行计数，且通过信号线209将计数值作为像素数据供应给图像处理单元121。
摄像控制单元130通过信号线139供应垂直同步信号等来控制固态摄像元件200。图像处理单元121对图像数据执行各种图像处理。图像处理单元121通过信号线127将处理之后的图像数据供应给记录单元140。记录单元140记录图像数据。
<9.移动体的应用示例>
根据本发明的技术(本技术)可应用于各种产品。例如，根据本发明的技术能够被实现为安装在汽车、电动汽车、混合动力电动汽车、摩托车、自行车、个人移动设备、飞机、无人机、船舶和机器人等之中的任何一种移动体上的装置。
图22是图示了作为可应用根据本发明的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构造示例的框图。
车辆控制系统12000包括通过通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图22所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和集成控制单元12050。此外，作为集成控制单元12050的功能构造，本图图示了微型计算机12051、声音图像输出单元12052和车载网络接口(I/F)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010起到下列装置的控制装置的作用：产生车辆的驱动力的驱动力产生装置，诸如内燃机和驱动电机；将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构；对车辆的转向角度进行调节的转向机构；以及产生车辆的制动力的制动装置等。
车身系统控制单元12020根据各种程序来控制安装到车体的各种装置的操作。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、电动车窗装置和诸如车头灯、车尾灯、刹车灯、闪光灯和雾灯之类的各种灯的控制装置的作用。在这种情况下，从取代钥匙的便携式装置传输的电波或各种开关的信号能够被输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收输入的电波或信号，且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置和灯等。
车外信息检测单元12030检测安装有车辆控制系统12000的车辆的外侧的信息。例如，摄像单元12031连接至车外信息检测单元12030。车外信息检测单元12030允许摄像单元12031拍摄车辆外部图像，并且接收拍摄的图像。车外信息检测单元12030可以基于接收到的图像进行人、车辆、障碍物、标志或道路上的文字的对象检测处理或距离检测处理。
摄像单元12031是光学传感器，其接收光且输出与接收到的光量对应的电信号。摄像单元12031能够将电信号输出为图像或测距信息。此外，摄像单元12031接收的光可以是可见光或诸如红外线之类的不可见光。
车内信息检测单元12040检测车辆内部信息。例如，用于检测驾驶员状态的驾驶员状态检测单元12041连接至车内信息检测单元12040。例如，驾驶员状态检测单元12041包括对驾驶员进行摄像的相机，且车内信息检测单元12040可以基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息来计算驾驶员的疲劳程度或精力集中程度，或者可以判定驾驶员是否在打瞌睡。
微型计算机12051基于车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆外部信息或车辆内部信息来计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且能够将控制指令输出到驱动系统控制单元12010。例如，微型计算机12051能够进行为了实现先进驾驶辅助系统(ADAS)的功能的协作控制，该功能包括车辆碰撞规避或冲击减缓、基于车间距离的跟车行驶、车速保持行驶、车辆碰撞警告和车辆偏离车道警告等。
此外，基于车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆附近的信息，微型计算机12051能够通过控制驱动力产生装置、转向机构和制动装置等来进行车辆不依赖驾驶员的操作而自主行驶的自动驾驶等的协作控制。
此外，微型计算机12051能够基于车外信息检测单元12030获取的车辆外部信息而将控制指令输出到车身系统控制单元12020。例如，微型计算机12051能够通过与车外信息检测单元12030检测到的前行车辆或对向车辆的位置对应地控制车头灯来进行为了实现炫光保护的协作控制，诸如将远光灯切换为近光灯。
声音图像输出单元12052将声音和图像中的至少一者的输出信号传输到输出装置，该输出装置能够在视觉或听觉上将信息通知到车辆中的乘客或车辆的外侧。在图22的示例中，作为输出装置，例示了音频扬声器12061、显示单元12062和仪表板12063。例如，显示单元12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。
图23是图示了摄像单元12031的安装位置的示例的视图。
在图23中，作为摄像单元12031，设置有摄像单元12101、12102、12103、12104和12105。
例如，摄像单元12101、12102、12103、12104和12105安装在诸如车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠、后门以及车厢内车辆挡风玻璃的上侧之类的位置处。设置在前鼻处的摄像单元12101和设置在车厢内车辆挡风玻璃的上侧的摄像单元12105主要获取车辆12100前方的图像。设置在侧视镜中的摄像单元12102和12103主要获取车辆12100侧面的图像。设置在后保险杠或后门中的摄像单元12104主要获取车辆12100后方的图像。设置在车厢内车辆挡风玻璃的上侧的摄像单元12105能够主要用于检测前行车辆、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志和车道等。
此外，图23图示了摄像单元12101至12104的拍摄范围的示例。摄像范围12111表示设置在前鼻中的摄像单元12101的摄像范围，摄像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜中的摄像单元12102和12103的摄像范围，摄像范围12114表示设置在后保险杠或后门中的摄像单元12104的摄像范围。例如，当将摄像单元12101至12104拍摄的多个图像数据彼此叠加时，可以获得从上侧观看车辆12100时的俯瞰图像。
摄像单元12101至12104中的至少一者可以具有获取距离信息的功能。例如，摄像单元12101至12104中的至少一者可以是包括多个摄像元件的立体相机，或可以是包括用于相位差检测的像素的摄像元件。
例如，通过基于从摄像单元12101至12104获得的距离信息来获得与摄像范围12111至12114内的各三维对象之间的距离以及该距离随时间的变化(相对于车辆12100的相对速度)，微型计算机12051能够将如下的三维对象提取为前行车辆：特别地，该三维对象是在车辆12100的行进路径上最靠近的三维对象并且在与以预定速度(例如，0km/h以上)行驶的车辆12100大致相同的方向上行驶。此外，微型计算机12051能够设定预先在前行车辆的前方要确保的车间距离，以进行自动制动控制(也包括跟随停止控制)和自动加速控制(也包括跟随加速控制)等。如上所述，可以进行车辆不依赖驾驶员的操作而自主行驶的自动驾驶等的协作控制。
例如，通过基于从摄像单元12101至12104获得的距离信息将多个三维对象数据分类成两轮车的数据、常规车辆的数据、大型车辆的数据、行人的数据和诸如电线杆之类的其他三维对象的数据，微型计算机12051能够提取与三维对象相关的三维对象数据，且微型计算机12051能够使用该三维对象数据来自动规避障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物区分为车辆12100的驾驶员能够视觉识别的障碍物和驾驶员难以视觉识别的障碍物。此外，微型计算机12051确定碰撞风险，该碰撞风险表示与各障碍物发生碰撞的危险程度。在碰撞风险等于或大于设定值且可能发生碰撞的情形下，微型计算机12051能够通过音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警告或通过驱动系统控制单元12010进行强制减速或规避转向来辅助驾驶以避免碰撞。
摄像单元12101至12104中的至少一者可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051能够通过判定摄像单元12101至12104拍摄的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行人识别：提取作为红外相机的摄像单元12101至12104拍摄的图像中的特定点的过程；以及对表示对象的轮廓线的一系列特定点进行图案匹配处理以判定该对象是否是行人的过程。当微型计算机12051判定摄像单元12101至12104拍摄的图像上存在行人且识别出行人时，声音图像输出单元12052控制显示单元12062将用于强调的四边形轮廓线重叠并显示在识别出的行人上。此外，声音图像输出单元12052可以控制显示单元12062将表示行人的图标等显示在期望的位置处。
在上文中，已经描述了可应用与本发明相关的技术的车辆控制系统的示例。例如，与本发明相关的技术可应用于上述构造之中的摄像单元12031。具体地，可以将图21中例示的摄像装置101应用于摄像单元12031。当将与本发明相关的技术应用于摄像单元12031时，可以增加灵敏度和光电转换效率，且可以获得更容易观看的拍摄图像。结果，可以减轻驾驶员的疲劳。
此外，上述的实施例图示了本技术的实施方式的示例，且实施例中的事项和随附权利要求中的特定发明事项具有对应关系。类似地，随附权利要求中的特定发明事项和本技术的实施方式中的被赋予相同术语的事项具有对应关系。然而，本技术不限于上述实施例，并且本技术能够通过在不脱离主旨的范围内对实施例进行各种修改来体现。
此外，本说明书中所述的效果仅是说明性的且不限于此，并且可以存在其他效果。
此外，本技术能够具有下面的构造。
(1)一种光电二极管，其包括：
光电转换单元，所述光电转换单元将入射光转换成电荷；
放大区，所述放大区中形成有凹陷部，且所述放大区放大所述电荷；以及
电极，放大后的所述电荷从所述电极输出。
(2)根据(1)所述的光电二极管，
其中，所述光电转换单元被形成在预定的半导体基板中，且
所述凹陷部是在与所述预定的半导体基板的基板平面垂直的方向上凹陷的部分。
(3)根据(2)所述的光电二极管，
其中，所述凹陷部在与所述基板平面平行的预定平面内被形成为网格形状。
(4)根据(2)所述的光电二极管，
其中，所述凹陷部在与所述基板平面平行的预定平面内被形成为线性形状。
(5)根据(2)所述的光电二极管，
其中，当从与所述基板平面平行的预定平面观看时，所述凹陷部的形状是矩形形状。
(6)根据(2)所述的光电二极管，其还包括：
沟槽，所述沟槽被形成在所述基板平面内，
其中，所述凹陷部沿着所述沟槽被形成。
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的光电二极管，其还包括：
含有n型杂质的n型层；和
含有p型杂质的p型层，
其中，所述放大区被形成在所述n型层和所述p型层之间的界面处。
(8)根据(7)所述的光电二极管，
其中，所述n型层被埋设在预定的半导体基板中。
(9)根据(7)或(8)所述的光电二极管，
其中，所述预定的半导体基板含有杂质浓度比所述n型层和所述p型层的杂质浓度低的杂质。
(10)根据(9)所述的光电二极管，
其中，所述预定的半导体基板中所含的所述杂质是n型杂质。
(11)根据(9)所述的光电二极管，
其中，所述预定的半导体基板中所含的所述杂质是p型杂质。
(12)根据(1)至(11)中任一项所述的光电二极管，
其中，所述放大区对所述电荷进行雪崩放大。
(13)一种像素电路，其包括：
光电转换单元，所述光电转换单元将入射光转换成电荷；
放大区，所述放大区中形成有凹陷部，且所述放大区放大所述电荷；
电极，放大后的所述电荷从所述电极输出；以及
电阻器，所述电阻器连接至所述电极。
(14)根据(13)所述的像素电路，其还包括：
反射板，所述反射板对透射通过所述光电转换单元和所述放大区的所述入射光进行反射。
(15)根据(13)或(14)所述的像素电路，其还包括：
遮光壁，所述遮光壁遮挡来自邻近像素的杂散光。
(16)根据(13)至(15)中任一项所述的像素电路，其包括：
片上透镜，所述片上透镜会聚所述入射光，且将所述入射光引导到所述光电转换单元。
(17)一种电子装置，其包括：
光电转换单元，所述光电转换单元将入射光转换成电荷；
放大区，所述放大区中形成有凹陷部，且所述放大区放大所述电荷；
电极，放大后的所述电荷从所述电极输出；以及
读出电路，所述读出电路读出包括输出的所述电荷的信号。
(18)根据(17)所述的电子装置，
其中，所述光电转换单元、所述放大区和所述电极被布置在预定的传感器芯片中，且
所述读出电路被布置在电路芯片中，所述电路芯片堆叠在所述预定的传感器芯片上。
(19)一种光电二极管的制造方法，所述方法包括：
放大区形成过程：形成放大区，其中，凹陷部被设置在预定的半导体基板中，所述预定的半导体基板中形成有将入射光转换成电荷的光电转换单元；以及
电极布置过程：将电极布置在所述预定的半导体基板中，由所述放大区放大的电荷从所述电极输出。
(20)根据(19)所述的光电二极管的制造方法，
其中，所述放大区形成过程包括：
沟槽形成过程：在所述预定的半导体基板的基板平面内形成沟槽；以及
热处理过程：通过使用预定杂质对所述沟槽进行填充并进行热处理来形成所述放大区。
(21)一种雪崩光电二极管(APD)传感器，其包括：
光电转换区域，所述光电转换区域被布置在基板中并且将入射到所述基板的第一侧的光转换成电荷；
阴极区域，所述阴极区域被布置在所述基板的第二侧，所述第二侧与所述第一侧相反；
阳极区域，所述阳极区域被布置在所述基板的所述第二侧；
第一导电类型的第一区域，所述第一区域被布置在所述基板中；以及
第二导电类型的第二区域，所述第二区域被布置在所述基板中，所述第二导电类型与所述第一导电类型不同，
其中，在截面图中，所述第一区域和所述第二区域位于所述光电转换区域和所述基板的所述第二侧之间，并且
其中，在所述截面图中，所述第一区域和所述第二区域之间的界面具有不平坦图案。
(22)如(21)所述的APD传感器，其中，在所述截面图中，所述不平坦图案是具有多个齿部的梳状图案。
(23)如(21)至(22)中的一者或多者所述的APD传感器，其中，在所述截面图中，所述第一区域围绕所述阴极区域的三个侧面。
(24)如(21)至(23)中的一者或多者所述的APD传感器，其中，在平面图中，所述阳极区域围绕所述第一区域、所述第二区域和所述阴极区域。
(25)如(21)至(24)中的一者或多者所述的APD传感器，其还包括：
至少一个沟槽，所述至少一个沟槽从所述第二侧贯穿第一区域和所述阴极区域。
(26)如(21)至(25)中的一者或多者所述的APD传感器，其中，所述至少一个沟槽含有氧化物材料或半导体材料，所述半导体材料具有与所述基板不同的晶体结构。
(27)如(21)至(26)中的一者或多者所述的APD传感器，其中，所述至少一个沟槽填充有所述氧化物材料或具有与所述基板不同的所述晶体结构的所述半导体材料。
(28)如(21)至(27)中的一者或多者所述的APD传感器，其中，所述至少一个沟槽含有氧化物材料、半导体材料或导电材料。
(29)如(21)至(28)中的一者或多者所述的APD传感器，其中，所述至少一个沟槽填充有所述氧化物材料、所述半导体材料或所述导电材料。
(30)如(21)至(29)中的一者或多者所述的APD传感器，其中，所述氧化物材料包括氧化硅或氧化铪，其中，所述半导体材料包括具有与所述基板不同的晶体结构的硅，且其中，所述导电材料包括钨或铜。
(31)如(21)至(30)中的一者或多者所述的APD传感器，其中，所述至少一个沟槽包括多个沟槽，且其中，在平面图中，所述多个沟槽形成多个线性形状、被布置成矩阵的多个形状或网格形状。
(32)如(21)至(31)中的一者或多者所述的APD传感器，其中，在所述截面图中，所述多个沟槽中的至少一个沟槽包括如下的部分：该部分延伸至所述第一区域中，以便位于所述界面的所述不平坦图案的各部分之间。
(33)如(21)至(32)中的一者或多者所述的APD传感器，其还包括：
像素隔离层，所述像素隔离层被形成在所述基板中，以使所述光电转换区域与邻近的光电转换区域隔离。
(34)一种雪崩光电二极管(APD)传感器，其包括：
光电转换区域，所述光电转换区域被布置在基板中并且将入射到所述基板的第一侧的光转换成电荷；
阴极区域，所述阴极区域被布置在所述基板的第二侧，所述第二侧与所述第一侧相反；
阳极区域，所述阳极区域被布置在所述基板的所述第二侧；
第一导电类型的第一区域，所述第一区域被布置在所述基板中；
第二导电类型的第二区域，所述第二区域被布置在所述基板中，所述第二导电类型与所述第一导电类型不同；以及
至少一个沟槽，所述至少一个沟槽从所述第二侧贯穿所述第一区域和所述阴极区域，
其中，在截面图中，所述第一区域和所述第二区域位于所述光电转换区域和所述基板的所述第二侧之间，并且
其中，在所述截面图中，所述第一区域和所述第二区域之间的界面具有不平坦图案。
(35)如(34)所述的APD传感器，其中，在所述截面图中，所述不平坦图案是具有多个齿部的梳状图案。
(36)如(34)至(35)中的一者或多者所述的APD传感器，其中，在所述截面图中，所述至少一个沟槽包括如下的部分：该部分延伸至所述第一区域中，以便位于邻近的齿部之间。
(37)如(34)至(36)中的一者或多者所述的APD传感器，其中，所述至少一个沟槽包括多个沟槽，且其中，在平面图中，所述多个沟槽形成多个线性形状、被布置成矩阵的多个形状或网格形状。
(38)如(34)至(37)中的一者或多者所述的APD传感器，其中，所述多个沟槽含有氧化物材料或半导体材料，所述半导体材料具有与所述基板不同的晶体结构。
(39)如(34)至(38)中的一者或多者所述的APD传感器，其中，所述多个沟槽含有氧化物材料、半导体材料或导电材料。
(40)如(34)至(39)中的一者或多者所述的APD传感器，其中，所述氧化物材料包括氧化硅或氧化铪，其中，所述半导体材料包括具有与所述基板不同的晶体结构的硅，且其中，所述导电材料包括钨或铜。
(41)如(34)至(40)中的一者或多者所述的APD传感器，其还包括：
像素隔离层，所述像素隔离层被形成在所述基板中，以使所述光电转换区域与邻近的光电转换区域隔离。
(42)一种电子装置，其包括：
控制器；和
雪崩光电二极管传感器，所述雪崩光电二极管传感器包括：
光电转换区域，所述光电转换区域被布置在基板中并且将入射到所述基板的第一侧的光转换成电荷；
阴极区域，所述阴极区域被布置在所述基板的第二侧，所述第二侧与所述第一侧相反；
阳极区域，所述阳极区域被布置在所述基板的所述第二侧；
第一导电类型的第一区域，所述第一区域被布置在所述基板中；以及
第二导电类型的第二区域，所述第二区域被布置在所述基板中，所述第二导电类型与所述第一导电类型不同，
其中，在截面图中，所述第一区域和所述第二区域位于所述光电转换区域和所述基板的所述第二侧之间，并且
其中，在所述截面图中，所述第一区域和所述第二区域之间的界面具有不平坦图案。
本领域技术人员应当理解，在随附权利要求或其等同物的范围内，可以根据设计要求和其他因素产生各种修改、组合、次组合和变更。
附图标记列表
100 测距模块
101 摄像装置
110 发光单元
111 摄像透镜
120 控制单元
121 图像处理单元
130 摄像控制单元
140 记录单元
200 固态摄像元件
201 传感器芯片
202 电路芯片
210 像素阵列单元
220 像素电路
221 电阻器
230 读出电路
240、241、242 信号处理单元
250 阳极电压供应电路
300 光电二极管
301 像素间隔离层
302 阳极
303 半导体基板
304 n型层
305 沟槽
306 阴极
307 p型层
308 放大区
309 光电转换单元
310 电荷存储层
311 反射板
312 遮光壁
313 孔径比调节金属
314 片上透镜
12031 摄像单元

Claims (19)

1.一种APD传感器，其包括：
光电转换区域，所述光电转换区域被布置在基板中并且将入射到所述基板的第一侧的光转换成电荷；
阴极区域，所述阴极区域被布置在所述基板的第二侧，所述第二侧与所述第一侧相反；
阳极区域，所述阳极区域被布置在所述基板的所述第二侧；
第一导电类型的第一区域，所述第一区域被布置在所述基板中；以及
第二导电类型的第二区域，所述第二区域被布置在所述基板中，所述第二导电类型与所述第一导电类型不同，
其中，在截面图中，所述第一区域和所述第二区域位于所述光电转换区域和所述基板的所述第二侧之间，
其中，在所述截面图中，所述第一区域和所述第二区域之间的界面具有不平坦图案，
其中，所述第一区域被埋设在所述基板的内部，且没有暴露于所述基板在所述第二侧的表面，并且
其中，在所述截面图中，所述不平坦图案是具有多个齿部的梳状图案。
2.如权利要求1所述的APD传感器，其中，在所述截面图中，所述第一区域围绕所述阴极区域的三个侧面。
3.如权利要求2所述的APD传感器，其中，在平面图中，所述阳极区域围绕所述第一区域、所述第二区域和所述阴极区域。
4.如权利要求2或3所述的APD传感器，其还包括：
至少一个沟槽，所述至少一个沟槽从所述第二侧贯穿所述第一区域和所述阴极区域。
5.如权利要求4所述的APD传感器，其中，所述至少一个沟槽含有氧化物材料、半导体材料或导电材料，所述半导体材料具有与所述基板不同的晶体结构。
6.如权利要求5所述的APD传感器，其中，所述至少一个沟槽填充有所述氧化物材料或具有与所述基板不同的所述晶体结构的所述半导体材料。
7.如权利要求5所述的APD传感器，其中，所述至少一个沟槽填充有所述半导体材料或所述导电材料。
8.如权利要求5所述的APD传感器，其中，所述氧化物材料包括氧化硅或氧化铪，其中，所述半导体材料包括具有与所述基板不同的晶体结构的硅，且其中，所述导电材料包括钨或铜。
9.如权利要求4所述的APD传感器，其中，所述至少一个沟槽包括多个沟槽，且其中，在平面图中，所述多个沟槽形成多个线性形状、被布置成矩阵的多个形状或网格形状。
10.如权利要求9所述的APD传感器，其中，在所述截面图中，所述多个沟槽中的至少一个沟槽包括如下的部分：该部分延伸至所述第一区域中，以便位于所述界面的所述不平坦图案的各部分之间。
11.如权利要求1至3中任一项所述的APD传感器，其还包括：
像素隔离层，所述像素隔离层被形成在所述基板中，以使所述光电转换区域与邻近的所述光电转换区域隔离。
12.一种APD传感器，其包括：
光电转换区域，所述光电转换区域被布置在基板中并且将入射到所述基板的第一侧的光转换成电荷；
阴极区域，所述阴极区域被布置在所述基板的第二侧，所述第二侧与所述第一侧相反；
阳极区域，所述阳极区域被布置在所述基板的所述第二侧；
第一导电类型的第一区域，所述第一区域被布置在所述基板中；
第二导电类型的第二区域，所述第二区域被布置在所述基板中，所述第二导电类型与所述第一导电类型不同；以及
至少一个沟槽，所述至少一个沟槽从所述第二侧贯穿所述第一区域和所述阴极区域，
其中，在截面图中，所述第一区域和所述第二区域位于所述光电转换区域和所述基板的所述第二侧之间，
其中，在所述截面图中，所述第一区域和所述第二区域之间的界面具有不平坦图案，
其中，所述第一区域被埋设在所述基板的内部，且没有暴露于所述基板在所述第二侧的表面，并且
其中，在所述截面图中，所述不平坦图案是具有多个齿部的梳状图案。
13.如权利要求12所述的APD传感器，其中，在所述截面图中，所述至少一个沟槽包括如下的部分：该部分延伸至所述第一区域中，以便位于邻近的所述齿部之间。
14.如权利要求13所述的APD传感器，其中，所述至少一个沟槽包括多个沟槽，且其中，在平面图中，所述多个沟槽形成多个线性形状、被布置成矩阵的多个形状或网格形状。
15.如权利要求14所述的APD传感器，其中，所述多个沟槽含有氧化物材料或半导体材料，所述半导体材料具有与所述基板不同的晶体结构。
16.如权利要求14所述的APD传感器，其中，所述多个沟槽含有氧化物材料、半导体材料或导电材料。
17.如权利要求16所述的APD传感器，其中，所述氧化物材料包括氧化硅或氧化铪，其中，所述半导体材料包括具有与所述基板不同的晶体结构的硅，且其中，所述导电材料包括钨或铜。
18.如权利要求12至17中任一项所述的APD传感器，其还包括：
像素隔离层，所述像素隔离层被形成在所述基板中，以使所述光电转换区域与邻近的所述光电转换区域隔离。
19.一种电子装置，其包括：
控制器；和
如权利要求1至11中任一项所述的APD传感器。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11143827B1 (en) * 2020-08-03 2021-10-12 Kyoto Semiconductor Co., Ltd. Light receiving element unit
JP2022114788A (ja) * 2021-01-27 2022-08-08 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 受光素子、受光素子の製造方法及び測距システム
US20240072080A1 (en) * 2021-01-27 2024-02-29 Sony Semiconductor Solutions Corporation Light detection device and distance measurement apparatus

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4406913A (en) * 1980-12-16 1983-09-27 Siemens Aktiengesellschaft Solar cell with increased efficiency
CN101836292A (zh) * 2007-10-25 2010-09-15 Nxp股份有限公司 具有改进的esd保护的半导体器件
CN102082153A (zh) * 2009-10-30 2011-06-01 索尼公司 固体摄像器件、其制造方法、照相机和电子设备
US8093624B1 (en) * 2006-02-15 2012-01-10 Massachusetts Institute Of Technology High fill-factor avalanche photodiode
WO2017047422A1 (ja) * 2015-09-17 2017-03-23 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子、電子機器、及び、固体撮像素子の製造方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56690B2 (zh) 1973-08-29 1981-01-09
US5162887A (en) * 1988-10-31 1992-11-10 Texas Instruments Incorporated Buried junction photodiode
US6707075B1 (en) * 2002-12-10 2004-03-16 International Business Machines Corporation Method for fabricating avalanche trench photodetectors
JP5185208B2 (ja) 2009-02-24 2013-04-17 浜松ホトニクス株式会社 フォトダイオード及びフォトダイオードアレイ
IT1393781B1 (it) * 2009-04-23 2012-05-08 St Microelectronics Rousset Fotodiodo operante in modalita' geiger con resistore di soppressione integrato e controllabile ad effetto jfet, schiera di fotodiodi e relativo procedimento di fabbricazione
WO2011087068A1 (ja) 2010-01-15 2011-07-21 浜松ホトニクス株式会社 アバランシェフォトダイオード及びその製造方法
GB201014843D0 (en) * 2010-09-08 2010-10-20 Univ Edinburgh Single photon avalanche diode for CMOS circuits
JP6090060B2 (ja) 2013-08-23 2017-03-08 株式会社豊田中央研究所 シングルフォトンアバランシェダイオード
US9762565B2 (en) * 2015-06-26 2017-09-12 Washington State University Spatial-light-modulator-based signatures of intrinsic and extrinsic scattering surface markers for secure authentication
FR3041817B1 (fr) * 2015-09-30 2017-10-13 Commissariat Energie Atomique Photodiode de type spad
US10153310B2 (en) * 2016-07-18 2018-12-11 Omnivision Technologies, Inc. Stacked-chip backside-illuminated SPAD sensor with high fill-factor
KR20180078418A (ko) * 2016-12-29 2018-07-10 삼성전자주식회사 이미지 센서
US10388816B2 (en) * 2017-09-22 2019-08-20 Stmicroelectronics (Research & Development) Limited Deep trench isolation (DTI) bounded single photon avalanche diode (SPAD) on a silicon on insulator (SOI) substrate

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4406913A (en) * 1980-12-16 1983-09-27 Siemens Aktiengesellschaft Solar cell with increased efficiency
US8093624B1 (en) * 2006-02-15 2012-01-10 Massachusetts Institute Of Technology High fill-factor avalanche photodiode
CN101836292A (zh) * 2007-10-25 2010-09-15 Nxp股份有限公司 具有改进的esd保护的半导体器件
CN102082153A (zh) * 2009-10-30 2011-06-01 索尼公司 固体摄像器件、其制造方法、照相机和电子设备
WO2017047422A1 (ja) * 2015-09-17 2017-03-23 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子、電子機器、及び、固体撮像素子の製造方法

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