CN113228306A - 光接收元件、固态成像装置和测距装置 - Google Patents

光接收元件、固态成像装置和测距装置 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提高测距精度。根据本发明的实施方案的光接收元件包括：半导体基板(40)；和格子状像素分离部(46)，其将所述半导体基板分成以矩阵形式排列的多个像素区域。各个所述像素区域包括：第一半导体区域(30A)，其设置在所述半导体基板中的第一表面侧；第二半导体区域(30B)，其设置在所述半导体基板中的所述第一表面侧以与所述第一半导体区域分开；和第一阻挡区域(501)，其在所述半导体基板中的所述第一表面侧设置在所述第一半导体区域和所述第二半导体区域之间，并且具有与所述半导体基板不同的介电常数。

Description

光接收元件、固态成像装置和测距装置
技术领域
本公开涉及一种光接收元件、固态成像装置和测距装置。
背景技术
传统上，使用间接ToF(Time of Flight：飞行时间)方法的测距传感器是已知的。在该测距传感器中，基于通过从具有特定相位的光源发射光并接收其反射光而获得的信号电荷来测量到物体的距离。
在这种使用间接ToF方法的测距传感器(以下称为间接ToF传感器)中，能够将反射光的信号电荷快速地分布到不同区域的传感器是必不可少的。因此，下面的专利文献1公开了这样的技术：该技术例如通过将电压直接施加到传感器的基板上以在该基板中产生电流来快速地调制传感器的基板中的大范围区域。该传感器也被称为电流辅助光子解调器(CAPD：current assisted photonic demodulator)型间接ToF传感器。
[引用列表]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利申请特开第2011-86904号
发明内容
[技术问题]
然而，根据传统技术的CAPD型间接ToF传感器具有以下问题：像素没有充分地分离开，因此在特定像素中反射的光泄漏到相邻像素中并产生混色，从而导致测距精度降低。
因此，本公开提出了能够提高测距精度的光接收元件、固态成像装置和测距装置。
[问题的解决方案]
为了解决上述问题，根据本公开的一个方面的光接收元件包括：半导体基板；和格子状像素分离部，其将所述半导体基板分成以矩阵形式排列的多个像素区域，其中，各个所述像素区域包括：第一半导体区域，其设置在所述半导体基板中的第一表面侧；第二半导体区域，其与所述第一半导体区域分开地设置在所述半导体基板中的所述第一表面侧；和第一阻挡区域，其在所述半导体基板中的所述第一表面侧设置在所述第一半导体区域和所述第二半导体区域之间并且具有与所述半导体基板不同的介电常数。
附图说明
图1是示出根据第一实施方案的作为测距装置的ToF传感器的示意性构成例的框图。
图2是示出根据第一实施方案的作为光接收单元的固态成像装置的示意性构成例的框图。
图3是示出根据第一实施方案的单位像素的等效电路的示例的电路图。
图4是示出根据第一实施方案的固态成像装置的芯片构成例的图。
图5是示出根据第一实施方案的光接收元件的布局示例的平面图。
图6是示出图5所示的光接收元件的尺寸的示例的平面图。
图7是示出当在垂直于光入射面的方向上观察根据第一实施方案的半导体基板时光接收元件与遮光膜之间的位置关系的俯视图。
图8是用于说明入射到不包括像素分离部的光接收元件上的光的行进的图。
图9是示出根据第一实施方案的光接收元件的示意性构成例的截面图。
图10是示出当在垂直于光入射面的方向上观察图9所示的半导体基板时光接收元件与像素分离部之间的位置关系的俯视图。
图11是示出根据第一实施方案的第一变形例的光接收元件的示意性构成例的截面图。
图12是示出根据第一实施方案的第二变形例的光接收元件的示意性构成例的截面图。
图13是示出根据第二实施方案的光接收元件的布局示例的平面图。
图14是示出图13所示的光接收元件的尺寸的示例的平面图。
图15是示出根据第二实施方案的第一示例的像素分离部的平面布局示例的图。
图16是示出图15中的平面B-B的截面结构的示例的截面图。
图17是示出图15中的平面C-C的截面结构的示例的截面图。
图18是示出根据第二实施方案的第二示例的像素分离部的平面布局示例的图。
图19是示出图18中的平面D-D的截面结构的示例的截面图。
图20是示出根据第二实施方案的第三示例的像素分离部的平面布局示例的图。
图21是示出根据第三实施方案的光接收元件的布局示例的平面图。
图22是示出图21所示的光接收元件的尺寸的示例的平面图。
图23是示出根据第三实施方案的第一示例的像素分离部的平面布局示例的图。
图24是示出图23中的平面E-E的截面结构的示例的截面图。
图25是示出根据第三实施方案的第二示例的像素分离部的平面布局示例的图。
图26是示出根据第四实施方案的光接收元件的布局示例的平面图。
图27是示出根据第四实施方案的像素分离部的平面布局示例的图。
图28是示出根据第四实施方案的像素分离部的平面布局的另一示例的图。
图29是用于说明在光接收元件中产生的电荷的运动的图。
图30是示出根据第五实施方案的光接收元件的布局示例的平面图。
图31是示出图30中的平面F-F的截面结构的示例的截面图。
图32是示出根据第五实施方案的第一变形例的阻挡区域的构成例的平面图。
图33是示出根据第五实施方案的第二变形例的阻挡区域的构成例的平面图。
图34是示出根据第五实施方案的第三变形例的阻挡区域的构成例的平面图。
图35是示出根据第五实施方案的第四变形例的阻挡区域的构成例的平面图。
图36是示出根据第五实施方案的第五变形例的阻挡区域的构成例的平面图。
图37是示出根据第六实施方案的第一示例的阻挡区域的构成例的平面图。
图38是示出根据第六实施方案的第二示例的阻挡区域的构成例的平面图。
图39是示出根据第六实施方案的第三示例的阻挡区域的构成例的平面图。
图40是示出根据第六实施方案的第四示例的阻挡区域的构成例的平面图。
图41是示出根据第七实施方案的光接收元件的示意性构成例的截面图。
图42是示出车辆控制系统的示意性构成例的框图。
图43是示出车外信息检测单元和成像单元的安装位置的示例的说明图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细地说明本公开的实施方案。此外，以下实施方案中的相同部分由相同的附图标记表示并省略重复的说明。
另外，将按照以下项目的顺序说明本公开。
1.第一实施方案
1.1测距装置(ToF传感器)
1.2固态成像装置的构成例
1.3单位像素的电路构成例
1.4单位像素的读出操作的示例
1.5芯片构成例
1.6光接收元件的平面布局示例
1.7光接收元件之间的光学分离
1.8单位像素的截面结构的示例
1.9作用和效果
1.10像素分离部的变形例
1.10.1第一变形例
1.10.2第二变形例
2.第二实施方案
2.1光接收元件的平面布局示例
2.2像素分离部的平面布局示例
2.2.1第一示例
2.2.2第二示例
2.2.3第三示例
2.3作用和效果
3.第三实施方案
3.1光接收元件的平面布局示例
3.2像素分离部的平面布局示例
3.2.1第一示例
3.2.2第二示例
3.3作用和效果
4.第四实施方案
5.第五实施方案
5.1光接收元件的构成例
5.2作用和效果
5.3阻挡区域的变形例
5.3.1第一变形例
5.3.2第二变形例
5.3.3第三变形例
5.3.4第四变形例
5.3.5第五变形例
6.第六实施方案
6.1第一示例
6.2第二示例
6.3第三示例
6.4第四示例
6.5作用和效果
7.第七实施方案
8.应用例
1.第一实施方案
首先，将参考随附的附图详细地说明第一实施方案。此外，在第一实施方案中，例如，将说明使用间接ToF方法测量到物体的距离的光接收元件、固态成像装置和测距装置。
例如，根据本实施方案的光接收元件、固态成像装置和测距装置能够应用于：安装在车辆中并且测量到车辆外部的目标物的距离的车载系统；以及测量到目标物(例如，用户的手)的距离并且基于测量结果识别用户的手势的手势识别系统等。在这种情况下，手势识别结果也能够用于例如汽车导航系统的操作等。
1.1测距装置(ToF传感器)
图1是示出根据本实施方案的作为测距装置的ToF传感器的示意性构成例的框图。如图1所示，ToF传感器1包括控制单元11、发光单元13、光接收单元14、算术运算单元15和外部接口(I/F)19。
控制单元11例如包括诸如中央处理器(CPU：central processing unit)等信息处理装置，并且控制ToF传感器1的各部件。
外部I/F 19可以是用于基于除了无线局域网(LAN)和有线LAN之外还可以基于诸如控制器局域网(CAN)、本地互联网络(LIN)和FlexRay(注册商标)等任意标准通过通信网络与外部主机80建立通信的通信适配器。
这里，主机80可以是例如当将ToF传感器1设置在汽车等中时安装在汽车等中的发动机控制单元(ECU)。另外，当将ToF传感器1安装在诸如家用宠物机器人等自主移动机器人以及诸如机器人吸尘器、无人驾驶飞行器或跟踪运输机器人等自主移动体中时，主机80可以是控制上述自主移动体的控制装置等。
发光单元13例如包括作为光源的一个或多个半导体激光二极管，并且该发光单元13以预定周期(也称为发光周期)发射具有预定的持续时间的脉冲激光L1。发光单元13朝向至少等于或大于光接收单元14的视角的角度范围发射激光L1。另外，发光单元13例如以100MHz(兆赫兹)的周期发射持续时间为10ns(纳秒)的激光L1。例如，当在测距范围内存在物体90时，从发光单元13发射的激光L1被物体90反射并且作为反射光L2入射到光接收单元14上。
尽管稍后将详细说明光接收单元14，但是光接收单元14例如包括以二维格子状布置的多个像素并且输出在发光单元13发光之后通过各像素检测到的信号强度(以下称为像素信号)。
算术运算单元15基于从光接收单元14输出的像素信号在光接收单元14的视角内生成深度图像。这里，算术运算单元15可以对所生成的深度图像执行诸如噪声去除等预定处理。由算术运算单元15生成的深度图像例如可以通过外部I/F 19输出到主机80。
1.2.固态成像装置的构成例
图2是示出根据第一实施方案的作为光接收单元的固态成像装置的示意性构成例的框图。
图2所示的固态成像装置100设置在测距装置中，该测距装置是背面照射型CAPD间接ToF传感器(以下简称为CAPD传感器)并且具有测距功能。
固态成像装置100包括像素阵列单元101和外围电路。外围电路例如可以包括垂直驱动电路103、列处理电路104、水平驱动电路105和系统控制单元102。
固态成像装置100还可以包括信号处理单元106和数据存储单元107。此外，信号处理单元106和数据存储单元107可以安装在与固态成像装置100的基板相同的基板上，或者可以安装在测距装置中与固态成像装置100的基板不同的基板上。
像素阵列单元101包括其中在行方向上和列方向上(即，以二维格子状)布置像素(以下称为单位像素)20的构成，所述像素20响应于所接收的光量产生电荷并且响应于该电荷输出信号。即，像素阵列单元101包括多个单位像素20，所述多个单位像素对入射光进行光电转换并且响应于作为光电转换结果而获得的电荷输出信号。
这里，行方向是指像素行中的单位像素20的布置方向(图中的水平方向)，而列方向是指像素列中的单位像素20的布置方向(图中的垂直方向)。
在像素阵列单元101中，在矩阵状的像素阵列中，针对各像素行沿着行方向布设像素驱动线LD，并且针对各像素列沿着列方向布设两条垂直信号线VSL。例如，像素驱动线LD传送用于在从单位像素20读出信号时进行驱动的驱动信号。此外，尽管在图2中像素驱动线LD被示出为一条布线，但是并不限于一条布线。另外，像素驱动线LD的一端连接到垂直驱动电路103的与各行相对应的输出端。
垂直驱动电路103包括移位寄存器和地址解码器等，并且针对所有像素同时或以行为单位等驱动像素阵列单元101的各单位像素20。即，垂直驱动电路103与控制垂直驱动电路103的系统控制单元102一起构成控制像素阵列单元101的各单位像素20的操作的驱动单元。
此外，在使用间接ToF方法的测距中，被快速驱动并连接到一条控制线的元件(CAPD元件)的数量会影响快速驱动的可控制性和驱动精度。在许多情况下，用于使用间接ToF方法进行测距的固态成像元件包括在水平方向上长的像素阵列。因此，在这种情况下，对于被快速驱动的元件的控制线，也可以使用垂直信号线VSL和其他在垂直方向上长的控制线。在这种情况下，例如，在垂直方向上布置的多个单位像素20连接到垂直信号线VSL和其他在垂直方向上长的控制线，并且通过垂直信号线VSL和其他控制线，由与垂直驱动电路103分开设置的驱动单元和水平驱动电路105等驱动单位像素20，即固态成像装置100。
根据垂直驱动电路103的驱动控制从像素行的各单位像素20输出的信号通过垂直信号线VSL输入到列处理电路104。列处理电路104对通过垂直信号线VSL从各单位像素20输出的信号进行预定的信号处理并且临时保持信号处理后的像素信号。
具体地，列处理电路104执行作为信号处理的噪声去除和模数(AD)转换等。
水平驱动电路105包括移位寄存器和地址解码器等，并且依次选择与列处理电路104的像素列相对应的单位电路。通过水平驱动电路105进行的这种选择性扫描，由列处理电路104针对各个单位电路处理的像素信号被依次输出。
系统控制单元102包括用于产生各种定时信号的定时发生器等，并且基于由定时发生器产生的各种定时信号来执行垂直驱动电路103、列处理电路104和水平驱动电路105等的驱动控制。
信号处理单元106至少具有算术运算处理功能，并且信号处理单元106基于从列处理电路104输出的像素信号执行各种类型的信号处理(例如，算术运算处理)，并将通过信号处理计算出的各像素的距离信息输出到外部。数据存储单元107临时存储信号处理单元106中的信号处理所需的数据。
1.3单位像素的电路构成例
图3是示出根据本实施方案的单位像素的等效电路的示例的电路图。如图3所示，单位像素20具有如下构成：其中，在形成于半导体基板40中的两个信号提取部30A和30B中的一个信号提取部30A中，将用于电荷读出的电压(以下称为读出电压)VmixA施加到p+半导体区域(以下称为MIX)21，并且包括传输晶体管24、FD 26、复位晶体管23、放大晶体管27和选择晶体管28的读出电路20A连接到n+半导体区域(以下称为DET)22。
同样，单位像素20具有如下构成：其中，将读出电压VmixB施加到另一个信号提取部30B中的MIX 21，并且包括传输晶体管24、FD 26、复位晶体管23、放大晶体管27和选择晶体管28的读出电路20B连接到DET 22。
此外，半导体基板40中的两个信号提取部30A和30B是包括MIX 21和DET 22的PN半导体区域，并且包括这两个信号提取部30A和30B的区域用作各单位像素20的光接收元件。
垂直驱动电路103将读出电压VmixA施加到信号提取部30A的MIX 21并且将读出电压VmixB施加到信号提取部30B的MIX 21。例如，当从信号提取部30A提取信号(电荷)时，垂直驱动电路103将1.5V(伏特)的读出电压VmixA施加到信号提取部30A的MIX 21，并且将0V的读出电压VmixB施加到信号提取部30B的MIX 21。另一方面，当从信号提取部30B提取信号(电荷)时，垂直驱动电路103将1.5V(伏特)的读出电压VmixB施加到信号提取部30B的MIX21，并且将0V的读出电压VmixA施加到信号提取部30A的MIX 21。
信号提取部30A和30B各者中的DET 22是检测并累积根据入射到半导体基板40上的光的光电转换而产生的电荷的电荷检测部。
在读出电路20A和20B各者中，传输晶体管24响应于从垂直驱动电路103提供到其栅极的驱动信号TRG的激活状态而切换到导通状态，从而将与其相对应的DET 22中累积的电荷传输到FD 26。
FD 26具有电荷电压转换功能，该电荷电压转换功能产生具有与累积的电荷相对应的电压值的电压，并且通过临时保持从DET 22传输过来的电荷，将具有与电荷量相对应的电压值的电压施加到放大晶体管27的栅极。
复位晶体管23响应于从垂直驱动电路103提供给其栅极的驱动信号RST的激活状态而切换到导通状态，从而将FD 26的电位复位到预定电平(复位电平VDD)。此外，当复位晶体管23切换到激活状态以将累积在DET 22中的电荷复位时，传输晶体管24也可以切换到激活状态。
放大晶体管27的源极经由选择晶体管28与垂直信号线VSL0/VSL1连接，并与连接到垂直信号线VSL0/VSL1的一端的恒流电路29A/29B的负载MOS晶体管一起构成源极跟随器电路。
选择晶体管28连接在放大晶体管27的源极与垂直信号线VSL0/VSL1之间。选择晶体管28响应于从垂直驱动电路103提供给其栅极的选择信号SEL的激活状态而切换到导通状态，并且将从放大晶体管27输出的像素信号输出到垂直信号线VSL0/VSL1。
1.4单位像素的读出操作的示例
随后，将参考图3等详细地说明当根据使用具有上述结构的固态成像装置100的间接ToF方法测量到目标物的距离时的读出操作。
当根据间接ToF方法测量到目标物的距离时，从发光单元13(参考图1)向目标物发射具有特定波长的光(例如，红外光)。然后，当光被目标物反射并作为反射光入射到光接收单元14上时，固态成像装置100的半导体基板40对入射的反射光进行光电转换以产生与光量相对应的电荷。
这里，垂直驱动电路103驱动单位像素20，并且将与通过光电转换获得的电荷相对应的信号分配给两个读出电路20A和20B的FD 26。
例如，垂直驱动电路103在特定时刻将电压施加到同一单位像素20中的两个MIX21。具体地，例如，垂直驱动电路103将1.5V(伏特)的读出电压VmixA施加到信号提取部30A的MIX 21，并且将0V的读出电压VmixB施加到信号提取部30B的MIX 21。
在这种状态下，当光通过芯片上透镜45入射到半导体基板40中并且根据光的光电转换产生电荷时，这些产生的电荷被引导移动至信号提取部30A的MIX 21并在该信号提取部30A的DET 22中聚集。
在这种情况下，通过光电转换产生的电荷(即，电子)被用作信号载流子，用于检测入射到光接收元件31上的光量，即与所接收的光量相对应的信号。
聚集在信号提取部30A的DET 22中的电荷通过读出电路20A的传输晶体管24传输至FD 26。因此，具有与FD 26中累积的电荷相对应的电压值的电压被施加到读出电路20A中的放大晶体管27的栅极，结果，具有与FD 26中累积的电荷量相对应的电压值的电压通过选择晶体管28出现在垂直信号线VSL0上。
出现在垂直信号线VSL0上的电压作为数字像素信号被列处理电路104读出，并被输入到信号处理单元106。
另外，在下一个时刻，电压被施加到光接收元件31的两个MIX 21，使得在与直到该时间点之前在光接收元件31中产生的电场方向相反的方向上产生电场。具体地，例如，垂直驱动电路103将1.5V(伏特)的读出电压VmixB施加到信号提取部30B的MIX 21，并且将0V的读出电压VmixA施加到信号提取部30A的MIX 21。
在这种状态下，当光通过芯片上透镜45入射到半导体基板40中并且根据光的光电转换产生电荷时，这些产生的电荷被引导移动至信号提取部30B的MIX 21并在该信号提取部30B的DET 22中聚集。此外，如上所述，信号载流子可以是电子。
聚集在信号提取部30B的DET 22中的电荷通过读出电路20B的传输晶体管24传输至FD 26。因此，具有与FD 26中累积的电荷相对应的电压值的电压被施加到读出电路20B中的放大晶体管27的栅极，结果，具有与FD 26中累积的电荷量相对应的电压值的电压通过选择晶体管28出现在垂直信号线VSL1上。
出现在垂直信号线VSL1上的电压作为数字像素信号被列处理电路104读出，并被输入到信号处理单元106。
例如，信号处理单元106基于由两个读出电路20A和20B读出的像素信号之间的差来计算表示到目标物的距离的距离信息，并且将计算出的距离信息输出到外部。
如上所述，将信号载流子分配给两个信号提取部30A和30B并且基于由读出电路20A和20B读出的像素信号来计算距离信息的方法被称为间接ToF方法。
1.5芯片构成例
图4是示出根据本实施方案的固态成像装置的芯片构成例的图。如图4所示，固态成像装置100具有层叠芯片50的结构，该层叠芯片50例如具有上下层叠的光接收芯片51和电路芯片52。光接收芯片51例如是包括在单位像素20中用作光接收元件的半导体基板40的半导体芯片，并且电路芯片52例如是其中形成有单位像素20中的读出电路20A和20B以及外围电路等的半导体芯片。
为了将光接收芯片51和电路芯片52接合，例如，能够使用所谓的直接接合，其中使光接收芯片51和电路芯片52的接合面平坦化并且利用电子之间的力使它们接合。然而，本公开不限于此，并且也可以使用例如所谓的Cu-Cu接合以及凸块接合等，在Cu-Cu接合中，使形成在相互接合面上的由铜(Cu)制成的电极焊盘接合。
另外，例如，光接收芯片51和电路芯片52通过贯穿半导体基板的硅通孔(TSV：through-silicon via)等连接部电连接。对于使用TSV的连接，例如能够使用：所谓的双TSV方法，其中，将两个TSV(即设置在光接收芯片51中的TSV和从光接收芯片51到电路芯片52设置的TSV)连接到芯片的外表面；和所谓的共享TSV方法，其中，使用从光接收芯片51贯穿到电路芯片52的TSV连接光接收芯片51和电路芯片52。
然而，当将Cu-Cu接合或凸块接合用于光接收芯片51和电路芯片52的接合时，光接收芯片51和电路芯片52通过Cu-Cu接合部和凸块接合部电连接。
此外，除了固态成像装置100之外，图16所示的层叠芯片50还可以包括算术运算单元15、发光单元13和控制单元11等。
1.6光接收元件的平面布局示例
随后，将参考附图详细地说明像素阵列单元101中的光接收元件31的平面布局示例。图5是示出根据本实施方案的光接收元件的布局示例的平面图。另外，图6是示出图5所示的光接收元件的尺寸的示例的平面图。
如图5所示，像素阵列单元101具有其中多个光接收元件31以二维格子状布置的构成。例如，每个光接收元件31包括在其中心附近沿列方向分开设置的两个信号提取部30A和30B。例如，每个信号提取部30A/30B包括沿光接收元件31的布置平面具有圆形横截面的MIX21和设置成包围该MIX 21的DET 22。
这里，如图6所示，当各光接收元件31中的信号提取部30A与30B的中心之间的距离是a时，各光接收元件31设置在例如在列方向上具有2a的长度的矩形区域中。另一方面，尽管在图6中光接收元件31的区域在行方向上的长度也为2a并被示出为正方形，但是该区域不限于正方形并且可以具有各种变形形状。
1.7光接收元件之间的光学分离
例如，为了防止光泄漏到相邻像素中，可以在以二维格子状布置在像素阵列单元101中的光接收元件31之间的边界处设置遮光膜。图7是示出当在垂直于光入射面的方向上观察根据本实施方案的半导体基板时光接收元件与遮光膜之间的位置关系的俯视图。
如图7所示，例如，遮光膜44沿着以二维格子状布置的多个光接收元件31的边界BV和BH以格子状设置。在这种情况下，由遮光膜44形成的开口以二维格子状布置。
另外，如图7所示，当在垂直于半导体基板40中的光入射面的方向上观察时，各光接收元件31中的信号提取部30A和30B例如形成在与遮光膜44的开口的边缘相邻或重叠的区域中。
然而，如图8所示，当遮光膜44仅设置在半导体基板40的光入射面(图中的下表面侧，对应于半导体基板40的背面)上时，存在如下可能性：入射到形成于半导体基板40的前表面侧(图中的下表面侧)上的绝缘层41中的用于使各信号提取部30A/30B的MIX 21和DET22之间电分离的部分41a上的入射光L10被漫反射并且入射光L10的反射光L11入射到相邻像素的光接收元件31上，从而引起混色。
因此，在本实施方案中，如稍后使用图9和图10说明的那样，设置有用于在光接收元件31之间进行光学分离的像素分离部。因此，减少了由于被部分41a漫反射的反射光L11泄漏到相邻像素中引起的混色，从而能够改善在光接收元件31之间光学分离的像素分离特性。另一方面，图8示出了从稍后将说明的图9所示的结构的示例中省略像素分离部的情况下的截面结构的示例。
1.8单位像素的截面结构的示例
图9是示出根据本实施方案的光接收元件的示意性构成例的截面图。此外，图9示出了所谓的背面照射型固态成像装置100中的光接收芯片51的一部分的截面结构的示例，其对应于图7中的截面A-A。此外，图10是示出当在垂直于光入射面的方向上观察图9所示的半导体基板时光接收元件与像素分离部之间的位置关系的俯视图。
首先，如图9所示，各单位像素20中的光接收元件31例如包括：诸如具有p型阱(p阱)的硅基板等半导体基板40、设置在半导体基板40的背面侧(图中的上表面侧)的抗反射膜42、设置在抗反射膜42上的平坦化膜43和设置在平坦化膜43上的芯片上透镜45。此外，电路芯片52可以通过诸如氧化硅层等绝缘层41接合到半导体基板40的前表面侧(图中的下表面侧)。
另外，在平坦化膜43上，在相邻的光接收元件31之间的边界处设置有用于防止相邻像素之间的混色的遮光膜44。例如，遮光膜44可以使用具有遮光性的材料，例如钨(W)等。
此外，如图9和图10所示，例如，在半导体基板40中光接收元件31的边界BV和BH处设置有用于在相邻的光接收元件31之间进行光学分离的像素分离部46。换句话说，像素分离部46将半导体基板40光学地分成以矩阵状布置的多个像素区域(对应于光接收元件31)。例如，这些像素分离部46可以是从半导体基板40的背面(图中的上表面)向前表面侧(图中的下表面侧)突出的反向深沟槽隔离(RDTI：reverse deep trench isolation)型像素分离部。
另外，如图10所示，这些像素分离部46可以沿着光接收元件31的边界BV和BH以格子状设置。在这种情况下，像素分离部46设置在隔着半导体基板40的背面与遮光膜44相对应的位置处。即，当在垂直于光入射面的方向上观察半导体基板40时，像素分离部46被遮光膜44覆盖。
此外，可以使用绝缘层等将像素分离部46和半导体基板40彼此电分离。这在稍后将说明的实施方案中的像素分离部中是相同的。
能够使用诸如硅基板等半导体基板作为半导体基板40，并且将其基板厚度减小到例如20μm(微米)以下。此外，半导体基板40的厚度可以等于或大于20μm，并且可以根据固态成像装置100所针对的特性等适当地设定。
例如，抗反射膜42可以是使用诸如氮氧化硅(SiON)等高折射材料形成的膜。另外，例如，平坦化膜43可以是使用诸如氧化硅(SiO2)等绝缘材料形成的膜。
对于像素分离部46，可以使用诸如钨(W)等遮光材料或高折射率材料(例如，折射率高于半导体基板40的折射率的材料)。
在半导体基板40的前表面侧(图中的下表面侧)的区域中设置有一对信号提取部30A和30B。
这里，例如，各信号提取部30A/30B中的MIX 21可以是其中诸如硼(B)等受体在半导体基板40中扩散的区域，并且DET可以是其中诸如磷(P)或砷(As)等供体在半导体基板40中扩散的区域。
各信号提取部30A/30B的DET用作电荷检测部，用于检测从外部入射到光接收元件31上的光量，即，根据半导体基板40的光电转换产生的电荷量。
另一方面，MIX 21用作电压施加部，用于将大部分载流子电流注入到半导体基板40中，即，用于将电压直接施加到半导体基板40以在半导体基板40中产生电场。
在本实施方案中，例如，读出电路20A或20B的FD 26直接连接到信号提取部30A或30B的DET 22(参考图3)。
另外，例如，芯片上透镜45可以使用氧化硅(SiO2)或透明树脂等，并且将芯片上透镜45的曲率设置为使得入射光聚焦在光接收元件31的中心附近。
由于入射光L10通过芯片上透镜45聚焦在各光接收元件31的中心附近，因此减少了信号提取部30A或30B附近的入射光L10的光电转换，从而能够抑制过多的光电转换。因此，能够减少意外的电荷流入信号提取部30A或30B的DET 22，从而能够进一步改善像素分离特性。
1.9作用和效果
如上所述，根据本实施方案，将像素分离部46设置在光接收元件31之间，从而能够减少由于被部分41a漫反射的反射光L11泄漏到相邻像素中引起的混色。结果，改善了光接收元件31之间的光学分离的像素分离特性，因此能够抑制测距精度的降低。
此外，尽管在本实施方案中例示了其中半导体基板40是p型阱、MIX 21是导电类型为p的p+半导体区域以及DET 22是导电类型为n的n+半导体区域的情况，但是本公开不限于此，并且例如，半导体基板40可以是n型阱，MIX 21可以是导电类型为n的n+半导体区域，并且DET22可以是导电类型为p的p+半导体区域。这同样适用于稍后将说明的实施方案。
1.10像素分离部的变形例
另外，尽管在本实施方案中例示了从半导体基板40的背面(图中的上表面)到中间形成的所谓的RDTI型像素分离部46，但是本公开不限于此。因此，下面将举例说明像素分离部的一些变形例。
1.10.1第一变形例
图11是示出根据第一变形例的光接收元件的示意性构成例的截面图。此外，图11示出了如图9中那样的所谓的背面照射型固态成像装置100中的光接收芯片51的一部分的截面结构的示例，其对应于图7中的截面A-A。
如图11所示，根据第一变形例的光接收元件31具有如下这种截面结构：其中，图9中例示的像素分离部46已经被例如从半导体基板40的前表面(图中的下表面)向背面侧(图中的下表面侧)突出的DTI型像素分离部46a代替。与像素分离部46一样，这些像素分离部46a可以沿着光接收元件31的边界BV和BH以格子状设置(参考图10)。
以这种方式，也能够通过从半导体基板40的前表面侧形成的DTI型像素分离部46a来减少由于被部分41a漫反射的反射光L11泄漏到相邻像素中引起的混色。因此，改善了光接收元件31之间的光学分离的像素分离特性，从而能够抑制测距精度的降低。
1.10.2第二变形例
图12是示出根据第二变形例的光接收元件的示意性构成例的截面图。此外，图12示出了如图9和图11中那样的所谓的背面照射型固态成像装置100中的光接收芯片51的一部分的截面结构的示例，其对应于图7中的截面A-A。
如图12所示，根据第一变形例的光接收元件31具有如下这种截面结构：其中，图9中例示的像素分离部46已经被例如贯穿半导体基板40的前表面和背面的前全沟槽隔离(FFTI：front full trench isolation)型像素分离部46b代替。与像素分离部46一样，这些像素分离部46b可以沿着光接收元件31的边界BV和BH以格子状设置(参考图10)。
以这种方式，可以通过使用贯穿半导体基板40的前表面和背面的FFTI型像素分离部46b在光接收元件31之间进行光学分离来进一步改善像素分离特性，从而能够抑制测距精度的降低。
2.第二实施方案
接下来，下面将参考附图详细地说明第二实施方案。另一方面，通过在以下说明中引用上述实施方案，将省略与上述实施方案相同的构成、作用和效果的重复说明。
2.1光接收元件的平面布局示例
图13是示出根据本实施方案的光接收元件的布局示例的平面图，并且图14是示出图13所示的光接收元件的尺寸的示例的平面图。
如图13所示，根据本实施方案的像素阵列单元101具有其中多个光接收元件231以二维格子状布置的构成。在列方向(图中的垂直方向)上光接收元件231的各个边界处设置有PN半导体区域230。
例如，各PN半导体区域230包括位于光接收元件231的各边界处的MIX 21、在列方向上在MIX 21下方与该MIX 21相邻的DET 22A以及在列方向上在MIX 21上方与该MIX 21相邻的DET 22B。例如，DET 22A和DET 22B在相对于MIX 21的行方向上的长度可以比MIX 21在行方向上的长度短。在这种情况下，由于能够减小DET 22A和DET 22B对由光接收元件231中的两个MIX 21形成的电场的影响，因此电荷能够被有效地收集到DET 22A或22B中，从而能够抑制量子效率的降低。
在该构成中，各PN半导体区域230中的MIX 21和DET 22A构成用于形成各边界的两个光接收元件231之中的下侧光接收元件231的信号提取部30A，并且MIX 21和DET 22B构成上侧光接收元件231的信号提取部30B。即，位于两个光接收元件231之间的边界处的MIX 21由这两个光接收元件231共用。
这里，当如根据第一实施方案的光接收元件31中那样，信号提取部30A和30B中的MIX 21的中心之间的距离为a时，如图14所示，各光接收元件231能够是在列方向上具有长度a的矩形区域。即，如本实施方案中那样，通过采用其中垂直相邻的两个光接收元件231共用MIX 21的构成，MIX 21的中心之间的距离能够原样设定为光接收元件231的像素间距。因此，由于能够提高光接收元件231在列方向上的集成度，因此能够提高在列方向上的分辨率。这里，例如通过将光接收元件231的平面区域形成为正方形，也能够使行方向的分辨率加倍。
2.2像素分离部的平面布局示例
接下来，将举例说明根据本实施方案的像素分离部246的平面布局的一些示例。
2.2.1第一示例
图15是示出根据第一示例的像素分离部的平面布局示例的图以及是示出当在垂直于光入射面的方向上观察根据本实施方案的半导体基板时光接收元件与像素分离部之间的位置关系的俯视图。图16是示出图15中的平面B-B的截面结构的示例的截面图，图17是示出图15中的平面C-C的截面结构的示例的截面图。
如图15所示，例如，根据第一示例的像素分离部246是沿着光接收元件231的边界BV和BH中沿列方向延伸的边界BV形成的。
在这种情况下，如图16所示，例如在沿行方向切开光接收元件231的中心附近的平面B-B上，从半导体基板40的背面(图中的上表面)向前表面侧(图中的下表面侧)突出的RDTI型像素分离部246出现在光接收元件231的列方向上的边界BV处。
像素分离部246设置在隔着半导体基板40的背面与遮光膜44相对应的位置处。即，当在垂直于光入射面的方向上观察半导体基板40时，像素分离部246被遮光膜44的在列方向上延伸的部分覆盖。
此外，从半导体基板40的背面向前表面侧突出的RDTI型像素分离部246可以以各种方式变形为从半导体基板40的前表面向背面突出的DTI型像素分离部(参考图11)以及贯穿半导体基板40的前表面和背面的FFTI型像素分离部(参考图12)等。
另一方面，如图17所示，例如在沿列方向切开光接收元件231的中心附近的平面C-C上，MIX 21出现在光接收元件231的行方向上的边界BH处，并且DET 22A和DET 22B出现在其中MIX 21介于DET 22A和DET 22B之间的位置处。
在这种情况下，包括MIX 21、DET 22A和DET 22B的PN半导体区域230设置在隔着半导体基板40的背面与遮光膜44相对应的位置处。即，当在垂直于光入射面的方向上观察半导体基板40时，PN半导体区域230被遮光膜44的在行方向上延伸的部分覆盖。
如上所述，通过在沿行方向相邻的光接收元件231之间设置像素分离部246，可以减少反射光L11泄漏到在行方向上相邻的光接收元件231中。因此，改善了在光接收元件231之间的光学分离的像素分离特性，从而能够抑制测距精度的降低。
2.2.2第二示例
图18是示出根据第二示例的像素分离部的平面布局示例的图以及是示出当在垂直于光入射面的方向上观察根据本实施方案的半导体基板时光接收元件与像素分离部之间的位置关系的俯视图。图19是示出图18中的平面D-D的截面结构的示例的截面图。
如图18所示，例如，在第二示例中，像素分离部246a沿着光接收元件231的边界BV和BH以格子状设置。
在这种情况下，例如，如图19所示，在沿列方向切开光接收元件231的中心附近的平面D-D上，出现了位于光接收元件231的行方向上的边界BH处的PN半导体区域230和从半导体基板40的背面(图中的上表面)向前表面侧(图中的下表面侧)突出的RDTI型像素分离部246a。此外，例如，切开光接收元件231的中心附近的平面的截面结构可以与在第一示例中使用图17说明的截面结构相同。
像素分离部246a设置在隔着半导体基板40的背面与遮光膜44相对应的位置处。即，当在垂直于光入射面的方向上观察半导体基板40时，格子状的像素分离部246a被相同格子状的遮光膜44覆盖。
此外，从半导体基板40的背面向前表面侧突出的RDTI型像素分离部246a可以以各种方式变形为从半导体基板40的前表面向背面突出的DTI型像素分离部(参考图11)以及贯穿半导体基板40的前表面和背面的FFTI型像素分离部(参考图12)等。然而，当采用FFTI型时，如稍后将说明的第三示例那样，与PN半导体区域230交叉(重叠)的部分可以被切断，或者与PN半导体区域230重叠的部分可以被构造为RDTI型。
如上所述，通过以格子状的像素分离部246a包围各光接收元件231，能够减少反射光L11在列方向以及行方向上的泄漏。因此，改善了光接收元件231之间的光学分离的像素分离特性，从而能够进一步抑制测距精度的降低。
2.2.3第三示例
图20是示出根据第三示例的像素分离部的平面布局示例的图以及是示出当在垂直于光入射面的方向上观察根据本实施方案的半导体基板时光接收元件与像素分离部之间的位置关系的俯视图。
如图20所示，例如，在与根据第二示例的像素分离部246a相同的构成中，根据第三示例的像素分离部246b具有其中与PN半导体区域230交叉(重叠)的部分被切断的形状。
在这种情况下，例如，如使用图19的第二示例中说明的那样，在沿列方向切开光接收元件231的中心附近的平面上，出现了位于光接收元件231的行方向上的边界BH处的PN半导体区域230以及从半导体基板40的背面(图中的上表面)向前表面侧(图中的下表面侧)突出的RDTI型像素分离部246b。此外，例如，切开光接收元件231的中心附近的平面的截面结构可以与在第一示例中使用图17说明的截面结构相同。
像素分离部246b设置在隔着半导体基板40的背面与遮光膜44相对应的位置处。即，当在垂直于光入射面的方向上观察半导体基板40时，像素分离部246b被格子状的遮光膜44覆盖。
此外，从半导体基板40的背面向前表面侧突出的RDTI型像素分离部246b可以以各种方式变形为从半导体基板40的前表面向背面突出的DTI型像素分离部(参考图11)以及贯穿半导体基板40的前表面和背面的FFTI型像素分离部(参考图12)等。
如上所述，由于在其中各光接收元件231被格子状的像素分离部246b包围的结构中，通过切断与PN半导体区域230相对应的区域，能够减小像素分离部246b对由各光接收元件231中的两个MIX 21形成的电场的影响，因此电荷能够被有效地收集到DET 22A或22B中，从而能够抑制量子效率的降低。
2.3作用和效果
如上所述，根据本实施方案，由于垂直相邻的两个单位像素20共用一个MIX 21，因此MIX 21的中心之间的距离能够原样设定为单位像素20的像素间距。因此，由于能够提高单位像素20在列方向上的集成度，因此，能够在抑制分辨率降低的同时提高测距精度，或者能够在抑制测距精度降低的同时提高分辨率。
另外，根据本实施方案，能够减小在不是信号提取侧的信号提取部30B或30A周围形成的强电场区域。因此，在本实施方案中，在不是信号提取侧的信号提取部30B或30A附近产生的电荷也能够有效地聚集在信号提取侧的信号提取部30A的DET 22A或信号提取部30B的DET 22B中，因此，能够提高实质量子效率以提高像素之间的对比度。
此外，根据本实施方案，由于能够从半导体基板40的宽范围有效地将电荷收集到信号提取侧的DET 22A或22B中，因此能够获得快速读出操作和在低操作电压下进行读出的效果。
另一方面，由于其他构成、作用和效果与上述实施方案相同，因此省略其详细说明。
3.第三实施方案
接下来，下面将参考附图详细地说明第三实施方案。另一方面，通过在以下说明中引用上述实施方案，将省略与上述实施方案相同的构成、作用和效果的重复说明。
在第二实施方案中，已经举例说明了其中在列方向上布置的两个光接收元件231共用一个MIX 21的情况。另一方面，在第三实施方案中，将举例说明其中在列方向和行方向上相邻的四个光接收元件231共用一个MIX 21的情况。
3.1光接收元件的平面布局示例
图21是示出根据本实施方案的光接收元件的布局示例的平面图，图22是示出图21所示的光接收元件的尺寸的示例的平面图。
如图21所示，如第二实施方案中那样，根据本实施方案的像素阵列单元101具有其中多个光接收元件331以二维格子状布置的构造。
然而，在本实施方案中，在列方向和行方向上以2×2布置的四个光接收元件331被分为一个组，在四个光接收元件331的角部集中的中心部和由这四个光接收元件331形成的矩形区域的四个角部分别设置有MIX 21。换句话说，各MIX 21被设置成使得其被设置在各光接收元件31中的一对相对的角部处。此外，设置在由四个光接收元件331形成的矩形区域的四个角部中的每个角部处的MIX 21被中心具有该MIX 21的四个光接收元件331共用。
各MIX 21与分别设置在共用该MIX 21的四个光接收元件31中的DET 22A或22B一起构成信号提取部30A或30B。因此，根据本实施方案的PN半导体区域330包括两个信号提取部30A和两个信号提取部30B。
各光接收元件31中的DET 22A和22B的位置可以与第二实施方案中相同，例如，位于各光接收元件331的列方向上的边界的中心附近的位置。
这里，当信号提取部30A和30B中的MIX 21的中心之间的距离为a并且其中形成有各光接收元件331的区域是正方形时，与根据第二实施方案的光接收元件231一样，例如，如图22所示，各光接收元件331能够形成在沿列方向和行方向具有a/√2的长度的正方形区域中。即，如本实施方案中那样，通过采用其中以两行两列布置的四个光接收元件331共用一个MIX 21的构成，能够将光接收元件31的像素间距设定为第二实施方案中的像素间距a的1/√2。因此，由于能够提高光接收元件331在列方向和行方向上的集成度，所以能够提高列方向和行方向上的分辨率。另外，当根据第二实施方案的光接收元件31的平面区域是正方形时，行方向上的分辨率也可以是√2倍。
3.2像素分离部的平面布局示例
接下来，将举例说明根据本实施方案的像素分离部346的平面布局的一些示例。
3.2.1第一示例
图23是示出根据第一示例的像素分离部的平面布局示例的图以及是示出当在垂直于光入射面的方向上观察根据本实施方案的半导体基板时光接收元件与像素分离部之间的位置关系的俯视图。图24是示出图23中的平面E-E的截面结构的示例的截面图。
如图23所示，在第一示例中，例如，与根据第二实施方案的第二示例的像素分离部246a相同，沿着光接收元件331的边界BV和BH设置有格子状的像素分离部346。
在这种情况下，例如，如图24所示，在沿列方向切开光接收元件331的中心附近的平面上，出现了位于光接收元件331的行方向上的边界BH附近的DET 22A和22B以及从半导体基板40的背面(图中的上表面)向前表面侧(图中的下表面侧)突出的RDTI型像素分离部346。此外，例如，沿列方向切开光接收元件331的中心附近的平面的截面结构可以与在第二实施方案的第一示例中使用图17说明的截面结构相同。
像素分离部346设置在隔着半导体基板40的背面与遮光膜44相对应的位置处。即，当在垂直于光入射面的方向上观察半导体基板40时，格子状的像素分离部346被同样是格子状的遮光膜44覆盖。
此外，从半导体基板40的背面向前表面侧突出的RDTI型像素分离部346可以以各种方式变形为从半导体基板40的前表面向背面突出的DTI型像素分离部(参考图11)以及贯穿半导体基板40的前表面和背面的FFTI型像素分离部(参考图12)等。然而，当采用FFTI型时，如稍后将说明的第二示例那样，与PN半导体区域330交叉(重叠)的部分可以被切断，或者与PN半导体区域330重叠的部分可以被构造为RDTI型。
如上所述，通过以格子状的像素分离部346包围各光接收元件331，能够减少反射光L11在列方向以及行方向上的泄漏。因此，改善了光接收元件331之间的光学分离的像素分离特性，从而能够进一步抑制测距精度的降低。
3.2.2第二示例
图25是示出根据第二示例的像素分离部的平面布局示例的图以及是示出当在垂直于光入射面的方向上观察根据本实施方案的半导体基板时光接收元件与像素分离部之间的位置关系的俯视图。
如图25所示，在与根据第一示例的像素分离部346相同的构成中，根据第二示例的像素分离部346a例如具有其中与MIX 21重叠的交叉部分被切断的形状。
在这种情况下，例如，如第一示例中使用图24所说明的那样，在沿列方向切开光接收元件331的中心附近的平面上，出现了位于光接收元件331的行方向上的边界BH附近的DET 22A和22B以及从半导体基板40的背面(图中的上表面)向前表面侧(图中的下表面侧)突出的RDTI型像素分离部346a。此外，例如，沿列方向切开光接收元件331的中心附近的平面的截面结构可以与在第二实施方案的第一示例中使用图17说明的截面结构相同。
像素分离部346a设置在隔着半导体基板40的背面与遮光膜44相对应的位置处。即，当在垂直于光入射面的方向上观察半导体基板40时，像素分离部246b被格子状的遮光膜44覆盖。
此外，从半导体基板40的背面向前表面侧突出的RDTI型像素分离部346a可以以各种方式变形为从半导体基板40的前表面向背面突出的DTI型像素分离部(参考图11)以及贯穿半导体基板40的前表面和背面的FFTI型像素分离部(参考图12)等。
如上所述，由于在其中各光接收元件331被格子状的像素分离部346a包围的结构中，通过切断与MIX 21相对应的区域，能够减小像素分离部346a对由各光接收元件331中的两个MIX 21形成的电场的影响，因此电荷能够被有效地收集到DET 22A或22B中，从而能够抑制量子效率的降低。
3.3作用和效果
如上所述，根据本实施方案，由于垂直相邻和水平相邻的四个光接收元件331共用一个MIX 21并且MIX 21位于各光接收元件331的相对的角部处，因此能够将MIX 21的中心之间的距离的1/√2倍设为光接收元件331的像素间距。因此，能够提高光接收元件331在列方向和行方向上的集成度，从而能够在抑制分辨率降低的同时提高测距精度，或者能够在抑制测距精度降低的同时提高分辨率。
由于其他构成、作用和效果与上述实施方案相同，因此省略其详细说明。
4.第四实施方案
尽管在第三实施方案中举例说明了其中各光接收元件331中的DET 22A和22B的位置例如是各光接收元件331在列方向上的边界处的中心附近的位置的情况(参考图21)，但是也可以以各种方式改变各光接收元件331中的DET 22A和22B的位置。
例如，如图26所示，通过将各光接收元件431中的DET 22A和22B设置在设有MIX 21的角部附近，能够使移动到施加了读出电压VmixA或VmixB的MIX 21的电荷有效地聚集在DET 22A或22B中，从而能够提高实质量子效率并且能够提高像素之间的对比度。此外，在本实施方案中，与根据第三实施方案的PN半导体区域330一样，各PN半导体区域430包括两个信号提取部30A和两个信号提取部30B。
另外，例如，如图27所示，可以将根据第四实施方案的用于光接收元件431之间的光学分离的像素分离部构造为具有与根据第三实施方案的第一示例的像素分离部346相同的构成的像素分离部446，或者如图28所示，构造为具有与根据第三实施方案的第二示例的像素分离部346相同的构成的像素分离部446a。
由于其他构成、作用和效果与上述实施方案相同，因此省略其详细说明。
5.第五实施方案
接下来，下面将参考附图详细地说明第五实施方案。另一方面，通过在以下说明中引用上述实施方案，将省略与上述实施方案相同的构成、作用和效果的重复说明。
在本实施方案中，将说明其中在上述实施方案中抑制电荷流入DET 22/22A或22B中并因此控制读出时流动的电流量以减少功耗的情况。另一方面，尽管在以下说明中将举例说明基于第一实施方案的情况，但是作为基础的实施方案不限于第一实施方案并且可以是其他实施方案。
如图29所示，例如，当将用于信号提取的正读出电压VmixA施加到信号提取部30A的MIX 21并且将0或负读出电压VmixB施加到信号提取部30B时，根据入射到半导体基板40上的光的光电转换产生的电子(电子)被形成于光接收元件31中的电场引导以向信号提取部30A移动，然后流入信号提取部30A的DET 22中。
此时，尽管为了通过在所有光接收元件31中形成强电场来提高量子效率而必须施加较高的读出电压VmixA或VmixB，但是在这种情况下，当在信号提取部30A或30B附近发生光电转换时，在信号提取部30A或30B附近会产生大量的电荷，从而可能流过过大的电流并增加功耗。
因此，在本实施方案中，通过抑制在信号提取部30A或30B附近产生的电荷的流动，抑制了过大电流的产生并且减少了功耗的增加。
5.1光接收元件的构成例
图30是示出根据本实施方案的光接收元件的布局示例的平面图。图31是示出图30中的平面F-F的截面结构的示例的截面图。
如图30和图31所示，在根据本实施方案的各光接收元件531中，例如，在与根据第一实施方案的光接收元件31相同的构成中，在两个信号提取部30A和30B之间设置有阻挡区域501。
例如，阻挡区域501可以是使用介电常数与半导体基板40的介电常数不同的材料形成的结构，所述材料例如是诸如氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)或多晶硅(poly-Si)等绝缘材料；反射特定波长的光的反射材料，例如钨(W)；吸收特定波长的光的吸收材料；或高折射率材料。然而，阻挡区域501不限于此并且可以是通过将n型掺杂剂反掺杂到半导体基板40的p型阱的一部分区域中而具有高电阻的各种变形区域等。另外，当阻挡区域501使用诸如钨(W)等导电材料时，为了将阻挡区域501和半导体基板40彼此电分离，可以在阻挡区域501周围设置绝缘层。
例如，该阻挡区域501是从半导体基板40的前表面(图中的下表面)向背面侧(图中的上表面侧)突出的方形柱状区域，其高度(距离半导体基板40的前表面的深度)例如大于两个信号提取部30A和30B中的MIX 21的高度，并且其行方向上的宽度例如大于两个信号提取部30A和30B中的MIX 21的宽度。然而，阻挡区域501不限于这些形状和尺寸，并且可以至少位于在信号提取部30A和30B之间形成的电场的强度高的区域处。
5.2作用和效果
如上所述，当在信号提取部30A和30B之间形成有介电常数与半导体基板40的介电常数不同的阻挡区域501时，改变了由光接收元件531中的两个MIX 21形成的电场的电位分布。因此，能够抑制在强电场区域中产生的电荷的移动，并且能够延长其移动距离，从而能够抑制过大电流的产生，并且能够减少功耗的增加。
另外，例如，当阻挡区域501使用诸如钨(W)等反射材料或高折射率材料时，由于从阻挡区域501反射的入射光L10也会成为光电转换的对象，因此能够提高光接收元件531的量子效率。
由于其他构成、作用和效果与上述实施方案的相同，因此省略其详细说明。
5.3阻挡区域的变形例
另外，尽管在本实施方案中举例说明了其中阻挡区域501具有方形柱状的情况，但是阻挡区域501的形状不限于此。因此，下面将举例说明阻挡区域的一些变形例。
5.3.1第一变形例
图32是示出根据第一变形例的阻挡区域的构成例的平面图。如图32所示，例如，阻挡区域502可以是具有圆柱形状的区域，其中与半导体基板40的表面平行的截面为圆形。然而，阻挡区域502不限于圆柱形状，并且可以具有椭圆圆柱形状等。
5.3.2第二变形例
图33是示出根据第二变形例的阻挡区域的构成例的平面图。如图33所示，例如，阻挡区域503可以是具有多边形柱状的区域，其中与半导体基板40的表面平行的截面的形状是诸如六边形等多边形。
5.3.3第三变形例
图34是示出根据第三变形例的阻挡区域的构成例的平面图。如图34所示，例如，阻挡区域504可以是具有锥体形状的区域，其中与半导体基板40的表面垂直的截面为三角形。这里，如上所述，与半导体基板40的表面平行的截面的形状可以是圆形(包括椭圆形)或多边形。另外，阻挡区域504不限于锥体形状，并且可以具有截头锥体形状。
5.3.4第四变形例
图35是示出根据第四变形例的阻挡区域的构成例的平面图。如图35所示，阻挡区域505的上部可以具有具有曲率的圆顶形状。此外，上部以外的形状可以是诸如圆柱形状和截头锥体形状等各种形状。另外，如上所述，与半导体基板40的表面平行的截面的形状可以是圆形(包括椭圆形)或多边形。
通过以这种方式形成上部具有曲率的阻挡区域505，能够在光接收元件531的宽范围内反射入射到阻挡区域505的上部上的光，因此能够提高光接收元件531的量子效率。
5.3.5第五变形例
图36是示出根据第五变形例的阻挡区域的构成例的平面图。如图36所示，阻挡区域506的上表面可以是粗糙不平的。此外，上表面以外的形状可以是诸如圆柱形状和截头锥体形状等各种变形形状。另外，如上所述，与半导体基板40的表面平行的截面的形状可以是圆形(包括椭圆形)或多边形。
通过以这种方式使阻挡区域505的上表面粗糙化，入射到上表面上的光能够朝向光接收元件531的宽范围漫反射，从而能够提高光接收元件531的量子效率。
6.第六实施方案
接下来，下面将参考附图详细地说明第六实施方案。同时，通过在以下说明中引用上述实施方案，将省略与上述实施方案相同的构成、作用和效果的重复说明。
尽管在上述第五实施方案中举例说明了在两个信号提取部30A和30B之间设置有阻挡区域501等的情况，但是设置阻挡区域的位置不限于此。因此，在本实施方案中，将举例说明设置阻挡区域的区域及其形状的一些示例。
6.1第一示例
图37是示出根据第一示例的阻挡区域的构成例的平面图。如图37所示，例如，除了两个信号提取部30A和30B之间的区域，阻挡区域601还能够以从半导体基板40的前表面向背面侧突出的方式设置在整个光接收元件631上。即，阻挡区域601也设置在各光接收元件631中的两个信号提取部30A和30B之间的区域以外的部分中。例如，各阻挡区域601也可以与根据第五实施方案的阻挡区域501及其变形例相同。
6.2第二示例
图38是示出根据第二示例的阻挡区域的构成例的平面图。如图38所示，例如，阻挡区域602可以是除了两个信号提取部30A和30B所存在的区域之外的包括在整个光接收元件631上沿行方向延伸的多个行的区域。
6.3第三示例
图39是示出根据第三示例的阻挡区域的构成例的平面图。如图39所示，例如，阻挡区域603可以是除了两个信号提取部30A和30B所存在的区域之外的包括在整个光接收元件631上沿列方向延伸的多个列的区域。
6.4第四示例
图40是示出根据第四示例的阻挡区域的构成例的平面图。如图40所示，例如，阻挡区域604可以是除了两个信号提取部30A和30B所存在的区域之外的其中在整个光接收元件631上规则地或随机地排列有细微的凸起区域的区域。此外，规则排列例如可以包括正方形排列和六边形密集排列等。另外，随机排列可以包括凸起区域之间的两种或更多种距离。
6.5作用和效果
如上所述，通过在整个光接收元件631上设置阻挡区域601至604，能够在形成有强电场和容易发生光电转换的半导体基板40的表面附近的区域中抑制电荷的移动，从而能够抑制过大电流的产生，并且能够减少功耗的增加。
此外，在上述第一至第四示例中，由于在位于两个信号提取部30A和30B之间的阻挡区域601、602、603或604使用反射入射光L10的材料(例如反射材料或高折射率材料)而使从阻挡区域601、602、603或604反射的入射光L10也能够成为光电转换的对象，因此能够提高光接收元件631的量子效率。
由于其他构成、作用和效果与上述实施方案相同，因此省略其详细说明。
7.第七实施方案
此外，在上述实施方案中，如图41所示，例如通过在半导体基板40的光入射面中设置圆锥形或四棱锥形状等的凹槽701，半导体基板40的光入射面可以形成为蛾眼结构。
通过以这种方式将半导体基板40的光入射面形成为蛾眼结构，能够减小光入射面上的反射率，使得大量的光能够入射到光接收元件731上，从而能够提高实质量子效率并且能够提高像素之间的对比度。
另一方面，凹槽701的形状不限于圆锥形状和四棱锥形状，并且凹槽701还可以具有诸如椭圆锥和多棱锥(例如，三角锥)等各种变形形状。
由于其他构成、作用和效果与上述实施方案相同，因此省略其详细说明。
8.应用例
根据本公开的技术可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以被实现为安装在包括汽车、电动汽车、混合动力电动汽车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船舶、机器人、建筑机械或农业机械(拖拉机)等任何类型的移动体上的装置。
图42是示出作为根据本公开的技术可适用的移动体控制系统的例子的车辆控制系统7000的示意性构成例的框图。车辆控制系统7000包括经由通信网络7010连接的多个电子控制单元。在图42所示的例子中，车辆控制系统7000包括驱动系统控制单元7100、车身系统控制单元7200、电池控制单元7300、车外信息检测单元7400、车内信息检测单元7500和综合控制单元7600。例如，连接这些多个控制单元的通信网络7010可以是基于诸如控制器局部网络(CAN)、局域互联网络(LIN)、局域网(LAN)或FlexRay(注册商标)等任意标准的车载通信网络。
各个控制单元包括：微型计算机，其根据各种程序来执行算术运算处理；存储单元，其存储由微型计算机执行的程序、用于各种算术运算的参数等；和驱动电路，其驱动作为控制目标的各种装置。各个控制单元包括经由通信网络7010与其他控制单元执行通信的网络I/F，并且各个控制单元包括通过有线通信或无线通信来执行与车辆内部/外部的装置、传感器等的通信的通信I/F。图42示出了微型计算机7610、通用通信I/F 7620、专用通信I/F 7630、定位单元7640、信标接收部7650、车载设备I/F 7660、声音和图像输出单元7670、车载网络I/F 7680和存储单元7690作为综合控制单元7600的功能部件。同样，其他控制单元也包括微型计算机、通信I/F、存储单元等。
驱动系统控制单元7100根据各种程序来控制与车辆的驱动系统有关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元7100用作以下装置的控制装置：用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置(如内燃机或驱动电机等)、用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构、调节车辆的转向角的转向机构和产生车辆的制动力的制动装置等。驱动系统控制单元7100可以具有作为诸如防抱死制动系统(ABS：Antilock Brake System)或电子稳定控制(ESC：Electronic Stability Control)等控制装置的功能。
车辆状态检测部7110连接到驱动系统控制单元7100。例如，车辆状态检测部7110包括检测车身的轴向旋转运动的角速度的陀螺仪传感器、检测车辆的加速度的加速度传感器和检测油门踏板的操作量、制动踏板的操作量、方向盘的转向角、发动机转速、车轮的旋转速度等的传感器中的至少一种。驱动系统控制单元7100使用从车辆状态检测部7110输入的信号来执行算术运算处理，并且控制内燃机、驱动电机、电动转向装置、制动装置等。
车身系统控制单元7200根据各种程序来控制安装到车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元7200用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置或诸如前灯、尾灯、刹车灯、转向灯或雾灯等各种类型的灯的控制装置。在这种情况下，代替按键的从便携式装置发射的无线电波或各种开关的信号可以输入到车身系统控制单元7200。车身系统控制单元7200接收无线电波或信号的输入并控制车辆的门锁装置、电动窗装置、灯等。
电池控制单元7300根据各种程序来控制作为驱动电机的电源的二次电池7310。例如，将诸如电池温度、电池输出电压或剩余电池容量等信息从包括二次电池7310的电池装置输入到电池控制单元7300。电池控制单元7300使用这些信号执行算术运算处理，并控制二次电池7310的温度调节和电池装置中包含的冷却装置等。
车外信息检测单元7400检测与安装有车辆控制系统7000的车辆的外部有关的信息。例如，成像单元7410和车外信息检测部7420中的至少一个与车外信息检测单元7400连接。成像单元7410包括飞行时间(ToF)相机、立体相机、单眼相机(monocular camera)、红外相机和其他相机中的至少一个。例如，车外信息检测部7420包括用于检测当前天气或天气状况的环境传感器和用于检测安装有车辆控制系统7000的车辆周围的其他车辆、障碍物、行人等的周边信息检测传感器中的至少一种。
例如，环境传感器可以是检测雨天的雨滴传感器、检测雾的雾传感器、检测日照程度的日照传感器和检测降雪的雪传感器中的至少一种。周边信息检测传感器可以是超声传感器、雷达装置以及光检测和测距、激光成像检测和测距(LIDAR)装置中的至少一种。成像单元7410和车外信息检测部7420可以设置为独立的传感器或装置，或者可以设置为其中集成有多个传感器或装置的装置。
这里，图43示出了成像单元7410和车外信息检测部7420的安装位置的例子。例如，成像单元7910、7912、7914、7916和7918分别设置在车辆7900的前鼻、侧视镜、后保险杠、后门和车厢内挡风玻璃的上部中的至少一个位置处。设置在前鼻的成像单元7910和设置在车厢内挡风玻璃的上部的成像单元7918主要获取车辆7900前方区域的图像。包括在侧视镜上的成像单元7912和7914主要获取车辆7900侧面的图像。包括在后保险杠或后门中的成像单元7916主要获取车辆7900后方区域的图像。设置在车厢内挡风玻璃的上部的成像单元7918主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号、交通标志、车道等。
此外，图43示出了成像单元7910、7912、7914和7916的成像范围的例子。成像范围a表示设置在前鼻上的成像单元7910的成像范围。成像范围b和c分别表示设置在侧视镜上的成像单元7912和7914的成像范围。成像范围d表示设置在后保险杠或后门上的成像单元7916的成像范围。例如，可以通过将成像单元7910、7912、7914和7916拍摄的图像数据彼此叠加来获取从上方看到的车辆7900的俯瞰图像。
例如，设置在车辆7900的前部、后部、侧面或拐角处以及车厢内挡风玻璃的上部的车外信息检测部7920、7922、7924、7926、7928和7930可以是超声波传感器或雷达装置。例如，设置在车辆7900的前鼻、后保险杠和后门上以及车厢内挡风玻璃的上部的车外信息检测部7920、7926和7930可以是LIDAR装置。这些车外信息检测部7920～7930主要用于检测前方车辆、行人、障碍物等。
返回参照图42，继续进行说明。车外信息检测单元7400使成像单元7410拍摄车辆外部的图像并接收所拍摄的图像数据。此外，车外信息检测单元7400从与其连接的车外信息检测部7420接收检测信息。当车外信息检测部7420是超声波传感器、雷达装置或LIDAR装置时，车外信息检测单元7400发射超声波、电磁波等并接收关于接收到的反射波的信息。车外信息检测单元7400可以基于接收到的信息，对人、车辆、障碍物、交通标志、路面上的字符等执行物体检测处理或距离检测处理。车外信息检测单元7400可以基于接收到的信息执行环境识别处理，以识别降雨、雾、路面状况等。车外信息检测单元7400可以基于接收到的信息来计算到车外物体的距离。
此外，车外信息检测单元7400可以基于接收到的图像数据，执行用于识别人、车辆、障碍物、交通标志、路面上的字符等的图像识别处理或距离检测处理。车外信息检测单元7400可以对接收到的图像数据执行诸如失真校正或对准等处理，并且合成由不同的成像单元7410拍摄的图像数据以产生俯瞰图像或全景图像。车外信息检测单元7400可以使用由不同的成像单元7410拍摄的图像数据来执行视点转换处理。
车内信息检测单元7500检测车内信息。例如，车内信息检测单元7500与检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部7510连接。驾驶员状态检测部7510可以包括拍摄驾驶员的图像的相机、检测驾驶员的生物信息的生物传感器、收集车厢内部的声音的麦克风等。例如，生物传感器设置在座椅表面、方向盘等上，并且检测坐在座椅上的乘客或抓握方向盘的驾驶员的生物信息。基于从驾驶员状态检测部7510输入的检测信息，车内信息检测单元7500可以计算驾驶员的疲劳度或集中度，或者可以判断驾驶员是否入睡。车内信息检测单元7500可以对所收集的声音信号执行诸如噪声消除处理等处理。
综合控制单元7600根据各种程序来控制车辆控制系统7000中的整体操作。输入单元7800与综合控制单元7600连接。例如，输入单元7800由诸如触摸面板、按钮、麦克风、开关、操纵杆等乘客可以通过其执行输入操作的装置来实现。可以将通过识别经由麦克风输入的声音而获取的数据输入到综合控制单元7600。例如，输入单元7800可以是使用红外线或其他无线电波的远程控制装置，或者也可以是响应于车辆控制系统7000的操作的诸如移动电话或个人数字助理(PDA)等外部连接装置。例如，输入单元7800可以是相机，并且在这种情况下，乘客可以通过手势输入信息。可选择地，可以输入通过检测乘客佩戴的可穿戴装置的运动而获取的数据。此外，例如，输入单元7800可以包括输入控制电路等，其基于由乘客等使用输入单元7800输入的信息来生成输入信号，并将该输入信号输出到综合控制单元7600。乘客等通过操作该输入单元7800，将各种类型的数据输入到车辆控制系统7000，并指示处理操作。
存储单元7690可以包括存储由微型计算机执行的各种程序的只读存储器(ROM)，以及存储各种参数、算术运算结果、传感器值等的随机存取存储器(RAM)。此外，存储单元7690也可以由诸如硬盘驱动器(HDD)等磁存储装置、半导体存储装置、光学存储装置、磁光存储装置等来实现。
通用通信I/F 7620是协调与外部环境7750中存在的各种装置的通信的通用通信I/F。通用通信I/F 7620可以具有诸如GSM(注册商标)(全球移动通信系统)、WiMAX(注册商标)、LTE(注册商标)(长期演进)或LTE-A((先进长期演进)LTE-Advanced)等的蜂窝通信协议，或者诸如无线LAN(也称为Wi-Fi(注册商标))和蓝牙(注册商标)等的其他无线通信协议。例如，通用通信I/F 7620可以经由基站或接入点与存在于外部网络(例如，因特网、云网络或公共通信运营商的网络等)上的装置(例如，应用服务器或控制服务器)连接。此外，例如，通用通信I/F 7620可以使用P2P(对等：Peer to Peer)技术与存在于车辆附近的终端(例如，驾驶员、行人或商店的终端，或者MTC(机器类型通信)终端等)连接。
专用通信I/F 7630是支持针对车辆使用制定的通信协议的通信I/F。例如，专用通信I/F 7630可以具有标准协议，如作为较低层的IEEE802.11p和较高层的IEEE1609的组合的WAVE(车辆环境中的无线访问)、DSRC(专用短距离通信)或蜂窝通信协议。专用通信I/F7630通常执行V2X通信，其是包括以下的至少一种的概念：车辆到车辆通信、车辆到基础设施通信、车辆到家庭通信以及车辆到行人通信。
例如，定位单元7640通过接收来自GNSS(全球导航卫星系统)卫星的GNSS信号(例如，来自GPS(全球定位系统)卫星的GPS信号)来执行定位，并生成包括车辆的纬度、经度和高度的位置信息。此外，定位单元7640可以通过与无线接入点交换信号来识别当前位置，或者可以从具有定位功能的诸如移动电话、PHS或智能手机等终端获取位置信息。
例如，信标接收部7650接收从安装在道路上的无线站等发射的无线电波或电磁波，并获取诸如当前位置、交通拥堵、交通封闭、所需时间等信息。此外，信标接收部7650的功能可以包含在上述专用通信I/F 7630中。
车载设备I/F 7660是协调微型计算机7610与车辆中存在的各种车载设备7760之间的连接的通信接口。车载设备I/F 7660可以使用诸如无线LAN、蓝牙(注册商标)、NFC(近场通信)或WUSB(无线USB)等无线通信协议来建立无线连接。此外，车载设备I/F 7660可以通过未示出的连接端子(必要时还有电缆)建立诸如USB(通用串行总线)、HDMI(注册商标)(高清多媒体接口)或MHL(移动高清链接)等有线连接。例如，车载设备7760可以包括由乘客携带的移动装置或可穿戴装置，以及携带在车辆中或附接到车辆的信息装置中的至少一个。此外，车载设备7760可以包括导航装置，该导航装置搜索通往任选目的地的路线。车载设备I/F 7660与这些车载设备7760交换控制信号或数据信号。
车载网络I/F 7680是协调微型计算机7610与通信网络7010之间的通信的接口。车载网络I/F 7680根据由通信网络7010支持的预定协议来发射和接收信号等。
综合控制单元7600的微型计算机7610基于通过通用通信I/F 7620、专用通信I/F7630、定位单元7640、信标接收部7650、车载设备I/F 7660和车载网络I/F 7680中的至少一个获取的信息根据各种程序来控制车辆控制系统7000。例如，微型计算机7610可以基于所获取的与车辆的内部或外部有关的信息计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且可以将控制指令输出到驱动系统控制单元7100。例如，微型计算机7610可以执行协同控制，其旨在实现包括车辆的碰撞避免或撞击减轻、基于车辆之间的距离的跟车行驶、车辆速度保持行驶、车辆碰撞警告、车辆的车道偏离警告等的ADAS(高级驾驶员辅助系统)的功能。此外，微型计算机7610可以基于所获取的与车辆附近有关的信息控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等以执行协同控制，其旨在实现车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作的自动驾驶等。
微型计算机7610可以基于通过通用通信I/F 7620、专用通信I/F 7630、定位单元7640、信标接收部7650、车载设备I/F 7660和车载网络I/F 7680中的至少一个获取的信息生成与车辆和车辆周边的诸如建筑物或人等物体之间距离有关的三维距离信息，并且可以生成包括与车辆的当前位置有关的周边信息的局部地图信息。此外，微型计算机7610可以基于所获取的信息预测车辆碰撞、接近行人等、进入封闭道路等的风险，并且可以生成用于警告的信号。例如，用于警告的信号可以是产生警告声音或打开警告灯的信号。
声音和图像输出单元7670将声音和图像中的至少一种的输出信号发送到能够以视觉或听觉方式向车辆的乘客或车辆的外部通知信息的输出装置。在图42的例子中，输出装置的例子包括音频扬声器7710、显示单元7720和仪表面板7730。例如，显示单元7720可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一种。显示单元7720可以具有AR(增强实境)显示功能。除了上述装置之外，输出装置可以是诸如耳机、乘客佩戴的诸如眼镜型显示器等可穿戴装置、投影仪、灯等其他装置。当输出装置是显示装置时，显示装置以诸如文本、图像、表格、图形等各种格式以可视方式显示根据由微型计算机7610执行的各种类型的处理获取的结果或从其他控制单元接收的信息。此外，当输出装置是声音输出装置时，声音输出装置将包括再现的声音数据、声学数据等的音频信号转换为模拟信号并以听觉方式输出该模拟信号。
需要指出的是，在图42所示的例子中，通过通信网络7010连接的至少两个控制单元可以集成为一个控制单元。可选择地，每个单独的控制单元可以构成为多个控制单元。此外，车辆控制系统7000可以包括未示出的其他控制单元。此外，在以上说明中，任意控制单元的一些或全部功能可以由其他控制单元执行。即，如果通过通信网络7010执行信息的发送和接收，那么就可以由任意控制单元执行预定的算术运算处理。类似地，连接到任意控制单元的传感器或装置可以与其他控制单元连接，并且多个控制单元可以通过通信网络7010相互发送和接收检测信息。
此外，能够在任意控制单元等中实现用于实现使用图1说明的根据本实施方案的ToF传感器1的各功能的计算机程序。另外，能够提供其中存储有该计算机程序的计算机可读记录介质。所述记录介质例如可以是磁盘、光盘、磁光盘或闪存等。此外，上述计算机程序可以例如通过网络分发而不使用记录介质。
在上述车辆控制系统7000中，能够将使用图1说明的根据本实施方案的ToF传感器1应用于图42所示的应用例中的综合控制单元7600。例如，ToF传感器1的控制单元11、算术运算单元15和外部I/F 19对应于综合控制单元7600的微型计算机7610、存储单元7690和车载网络I/F7680。然而，本公开不限于此，并且车辆控制系统7000可以对应于图1中的主机80。
另外，可以在图42所示的综合控制单元7600的模块(例如，使用单个裸片构造的集成电路模块)中实现使用图1说明的根据本实施方案的ToF传感器1的至少一些部件。可替代地，可以通过图42所示的车辆控制系统7000的多个控制单元来实现使用图1说明的根据本实施方案的ToF传感器1。
尽管上面已经说明了本公开的实施方案，但是本公开的技术范围不限于上述实施方案，并且能够在不脱离本公开的必要特征的情况下以各种方式进行变形。另外，可以适当地组合不同实施方案和变形例中的部件。
另外，在本说明书中描述的各实施方案中的效果仅仅是说明性的而不是限制性的，并且可以获得其他效果。
另一方面，本技术也可以具有以下构成。
(1)一种光接收元件，包括：
半导体基板；和
格子状像素分离部，其将所述半导体基板分成以矩阵形式排列的多个像素区域，
其中，
各个所述像素区域包括：
第一半导体区域，其设置在所述半导体基板中的第一表面侧；
第二半导体区域，其与所述第一半导体区域分开地设置在所述半导体基板中的所述第一表面侧；和
第一阻挡区域，其在所述半导体基板中的所述第一表面侧设置在所述第一半导体区域和所述第二半导体区域之间并且具有与所述半导体基板不同的介电常数。
(2)根据(1)所述的光接收元件，其中，所述第一阻挡区域从所述第一表面起的高度大于所述第一半导体区域和所述第二半导体区域从所述第一表面起的高度。
(3)根据(1)或(2)所述的光接收元件，其中，所述第一阻挡区域的与所述第一表面平行的截面具有圆形形状、椭圆形形状或多边形形状。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的光接收元件，其中，所述第一阻挡区域具有柱体形状、锥体形状或截头锥体形状。
(5)根据(1)至(4)中任一项所述的光接收元件，其中，所述第一阻挡区域的在所述第一表面的相反侧的上部具有曲率。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的光接收元件，其中，所述第一阻挡区域的在所述第一表面的相反侧的上部是粗糙的。
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的光接收元件，其中，所述第一阻挡区域的材料包括绝缘材料、反射或吸收具有特定波长的光的材料以及高折射率材料中的至少一种。
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的光接收元件，还包括一个或多个第二阻挡区域，所述一个或多个第二阻挡区域在所述半导体基板中的所述第一表面侧设置在所述第一半导体区域和所述第二半导体区域之间的区域以外的区域中。
(9)根据(8)所述的光接收元件，其中，所述第一阻挡区域和所述第二阻挡区域是包括沿行方向延伸的多个行的区域或包括沿列方向延伸的多个列的区域。
(10)根据(8)所述的光接收元件，其中，所述第一阻挡区域和所述第二阻挡区域是其中规则地或随机地布置有多个凸起区域的区域。
(11)根据(8)至(10)中任一项所述的光接收元件，其中，所述第一阻挡区域的材料是反射材料或高折射率材料。
(12)根据(8)至(11)中任一项所述的光接收元件，其中，所述第二阻挡区域的材料包括绝缘材料、反射或吸收具有特定波长的光的材料以及高折射率材料中的至少一种。
(13)根据(1)至(12)中任一项所述的光接收元件，其中，所述像素分离部从所述半导体基板中的与所述第一表面相反的第二表面向所述第一表面突出，或者从所述半导体基板的所述第一表面向所述第二表面突出。
(14)根据(1)至(12)中任一项所述的光接收元件，其中，所述像素分离部从所述半导体基板的所述第一表面贯穿到与所述第一表面相反的第二表面。
(15)根据(1)至(14)中任一项所述的光接收元件，其中，所述第一半导体区域和所述第二半导体区域各自包括：第三半导体区域，其位于所述像素区域之间的边界处；和两个第四半导体区域，所述两个第四半导体区域以所述边界介于所述两个第四半导体区域之间的方式与所述第三半导体区域相邻，并且
所述第三半导体区域由形成所述边界的两个所述像素区域共用。
(16)根据(15)所述的光接收元件，其中，所述像素分离部在与所述第一半导体区域和所述第二半导体区域交叉的部分处被切断。
(17)根据(1)至(14)中任一项所述的光接收元件，其中，所述第一半导体区域和所述第二半导体区域各自包括：第三半导体区域，其位于四个所述像素区域的角部集中的部分处；和第四半导体区域，其分别位于两个区域中，所述两个区域具有由所述四个像素区域中相邻的两个像素区域形成的边界并且所述边界介于所述两个区域之间，并且
所述第三半导体区域由所述两个像素区域共用。
(18)根据(17)所述的光接收元件，其中，所述像素分离部在所述四个像素区域的所述角部集中的所述部分处被切断。
(19)一种固态成像装置，包括：
半导体基板；和
格子状像素分离部，其将所述半导体基板分成以矩阵形式排列的多个像素区域，
其中，
各个所述像素区域包括：
第一半导体区域，其设置在所述半导体基板中的第一表面侧；
第二半导体区域，其与所述第一半导体区域分开地设置在所述半导体基板中的所述第一表面侧；和
第一阻挡区域，其在所述半导体基板中的所述第一表面侧设置在所述第一半导体区域和所述第二半导体区域之间并且具有与所述半导体基板不同的介电常数，并且
其中，所述固态成像装置还包括：
第一读出电路，其连接到所述第一半导体区域；和
第二读出电路，其连接到所述第二半导体区域。
(20)一种测距装置，包括：
发光单元，其发射具有预定波长的光；
固态成像装置，其从所接收的光生成像素信号；和
算术运算单元，其基于由所述固态成像装置生成的像素信号来计算到物体的距离，
其中，
所述固态成像装置包括：
半导体基板；和
格子状像素分离部，其将所述半导体基板分成以矩阵形式排列的多个像素区域，
其中，
各个所述像素区域包括：
第一半导体区域，其设置在所述半导体基板中的第一表面侧；
第二半导体区域，其与所述第一半导体区域分开地设置在所述半导体基板中的所述第一表面侧；和
第一阻挡区域，其在所述半导体基板中的所述第一表面侧设置在所述第一半导体区域和所述第二半导体区域之间并且具有与所述半导体基板不同的介电常数，并且
其中，所述固态成像装置还包括：
第一读出电路，其连接到所述第一半导体区域；和
第二读出电路，其连接到所述第二半导体区域。
[附图标记列表]
1 ToF传感器
11 控制单元
13 发光单元
14 光接收单元
15 算术运算单元
19 外部I/F
20 单位像素
20A,20B 读出电路
21 p+半导体区域(MIX)
22,22A,22B n+半导体区域(DET)
23 复位晶体管
24 传输晶体管
26 FD
27 放大晶体管
28 选择晶体管
29A,29B 恒流电路
30A,30B 信号提取部
31,231,331,431,531,631,731 光接收元件
40 半导体基板
41 绝缘层
42 抗反射膜
43 平坦化膜
44 遮光膜
45 芯片上透镜
46,46a,46b,246,246a,246b,346,346a,446,446a 像素分离部
50 层叠芯片
51 光接收芯片
52 电路芯片
80 主机
90 物体
100 固态成像装置
101 像素阵列单元
102 系统控制单元
103 垂直驱动电路
104 列处理电路
105 水平驱动电路
106 信号处理单元
107 数据存储单元
230,330,430 PN半导体区域
501,502,503,504,505,506,601,602,603,604 阻挡区域
701 凹槽
BH,BV 边界
L1 激光
L2,L11 反射光
L10 入射光
LD 像素驱动线
VSL,VSL0,VSL1 垂直信号线

Claims (20)

1.一种光接收元件，包括：
半导体基板；和
格子状像素分离部，其将所述半导体基板分成以矩阵形式排列的多个像素区域，
其中，
各个所述像素区域包括：
第一半导体区域，其设置在所述半导体基板中的第一表面侧；
第二半导体区域，其与所述第一半导体区域分开地设置在所述半导体基板中的所述第一表面侧；和
第一阻挡区域，其在所述半导体基板中的所述第一表面侧设置在所述第一半导体区域和所述第二半导体区域之间并且具有与所述半导体基板不同的介电常数。
2.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，所述第一阻挡区域从所述第一表面起的高度大于所述第一半导体区域和所述第二半导体区域从所述第一表面起的高度。
3.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，所述第一阻挡区域的与所述第一表面平行的截面具有圆形形状、椭圆形形状或多边形形状。
4.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，所述第一阻挡区域具有柱体形状、锥体形状或截头锥体形状。
5.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，所述第一阻挡区域的在所述第一表面的相反侧的上部具有曲率。
6.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，所述第一阻挡区域的在所述第一表面的相反侧的上部是粗糙的。
7.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，所述第一阻挡区域的材料包括绝缘材料、反射或吸收具有特定波长的光的材料以及高折射率材料中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的光接收元件，还包括一个或多个第二阻挡区域，所述一个或多个第二阻挡区域在所述半导体基板中的所述第一表面侧设置在所述第一半导体区域和所述第二半导体区域之间的区域以外的区域中。
9.根据权利要求8所述的光接收元件，其中，所述第一阻挡区域和所述第二阻挡区域是包括沿行方向延伸的多个行的区域或包括沿列方向延伸的多个列的区域。
10.根据权利要求8所述的光接收元件，其中，所述第一阻挡区域和所述第二阻挡区域是其中规则地或随机地布置有多个凸起区域的区域。
11.根据权利要求8所述的光接收元件，其中，所述第一阻挡区域的材料是反射材料或高折射率材料。
12.根据权利要求8所述的光接收元件，其中，所述第二阻挡区域的材料包括绝缘材料、反射或吸收具有特定波长的光的材料以及高折射率材料中的至少一种。
13.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，所述像素分离部从所述半导体基板中的与所述第一表面相反的第二表面向所述第一表面突出，或者从所述半导体基板的所述第一表面向所述第二表面突出。
14.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，所述像素分离部从所述半导体基板的所述第一表面贯穿到与所述第一表面相反的第二表面。
15.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，所述第一半导体区域和所述第二半导体区域各自包括：第三半导体区域，其位于所述像素区域之间的边界处；和两个第四半导体区域，所述两个第四半导体区域以所述边界介于所述两个第四半导体区域之间的方式与所述第三半导体区域相邻，并且
所述第三半导体区域由形成所述边界的两个所述像素区域共用。
16.根据权利要求15所述的光接收元件，其中，所述像素分离部在与所述第一半导体区域和所述第二半导体区域交叉的部分处被切断。
17.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，所述第一半导体区域和所述第二半导体区域各自包括：第三半导体区域，其位于四个所述像素区域的角部集中的部分处；和第四半导体区域，其分别位于两个区域中，所述两个区域具有由所述四个像素区域中相邻的两个像素区域形成的边界并且所述边界介于所述两个区域之间，并且
所述第三半导体区域由所述两个像素区域共用。
18.根据权利要求17所述的光接收元件，其中，所述像素分离部在所述四个像素区域的所述角部集中的所述部分处被切断。
19.一种固态成像装置，包括：
半导体基板；和
格子状像素分离部，其将所述半导体基板分成以矩阵形式排列的多个像素区域，
其中，
各个所述像素区域包括：
第一半导体区域，其设置在所述半导体基板中的第一表面侧；
第二半导体区域，其与所述第一半导体区域分开地设置在所述半导体基板中的所述第一表面侧；和
第一阻挡区域，其在所述半导体基板中的所述第一表面侧设置在所述第一半导体区域和所述第二半导体区域之间并且具有与所述半导体基板不同的介电常数，并且
其中，所述固态成像装置还包括：
第一读出电路，其连接到所述第一半导体区域；和
第二读出电路，其连接到所述第二半导体区域。
20.一种测距装置，包括：
发光单元，其发射具有预定波长的光；
固态成像装置，其从所接收的光生成像素信号；和
算术运算单元，其基于由所述固态成像装置生成的像素信号来计算到物体的距离，
其中，
所述固态成像装置包括：
半导体基板；和
格子状像素分离部，其将所述半导体基板分成以矩阵形式排列的多个像素区域，
其中，
各个所述像素区域包括：
第一半导体区域，其设置在所述半导体基板中的第一表面侧；
第二半导体区域，其与所述第一半导体区域分开地设置在所述半导体基板中的所述第一表面侧；和
第一阻挡区域，其在所述半导体基板中的所述第一表面侧设置在所述第一半导体区域和所述第二半导体区域之间并且具有与所述半导体基板不同的介电常数，并且
其中，所述固态成像装置还包括：
第一读出电路，其连接到所述第一半导体区域；和
第二读出电路，其连接到所述第二半导体区域。
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