CN113287204A - 雪崩光电二极管传感器和测距装置 - Google Patents

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八木慎一郎
若野寿史
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Sony Semiconductor Solutions Corp
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Abstract

本发明旨在提高测距精度。根据本发明的雪崩光电二极管传感器包括第一半导体基板(51)和与所述第一半导体基板的第一面接合的第二半导体基板(52)。所述第一半导体基板包括以矩阵状排列的多个光电转换部(21)和用于将所述多个光电转换部彼此元件分离的元件分离部(157)。所述多个光电转换部具有第一光电转换部(21)。所述元件分离部具有第一元件分离区域(157A)和第二元件分离区域(157B)。所述第一光电转换部布置在所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域之间。所述第一半导体基板还包括排列于与第一面相对的一侧的第二面上并且排列于所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域之间的多个凹凸部(181)。所述第二半导体基板包括连接到所述多个光电转换部各者的读出电路(22)。

Description

雪崩光电二极管传感器和测距装置
技术领域
本发明涉及雪崩光电二极管传感器(avalanche photodiode sensor)和测距装置。
背景技术
近年来，利用飞行时间(ToF：Time-of-Flight)技术来测量距离的测距图像传感器已经备受关注。例如，在测距图像传感器中，可以使用通过利用CMOS(互补金属氧化物半导体：Complementary Metal Oxide Semiconductor)半导体集成电路技术在平面中布置多个单光子雪崩二极管(SPAD：Single Photon Avalanche Diode)像素而形成的像素阵列。在SPAD像素中，在正在施加远高于击穿电压的电压的状态下如果有一个光子进入高电场的PN结区域，则会发生雪崩放大。此时，检测电流瞬间流过时的时间，就能够高精度地进行距离测量。
[引用文献列表]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开JP 2018-88488 A
[专利文献2]日本专利特开JP 2017-108062 A
[专利文献3]国际申请公布WO 2018/074530
发明内容
[要解决的技术问题]
当使用如上所述的测距图像传感器来测量距物体的距离时，基于由物体反射的反射光来计算距物体的距离。因此，当反射光的光量(例如，来自远处物体等的反射光的光量)较小时，反射光可能被淹没在环境光(也称为干扰光)中，并且测距精度可能会降低。
因此，本发明提出了能够提高测距精度的雪崩光电二极管传感器和测距装置。
[解决问题的技术方案]
为了解决上述问题，根据本发明一个方面的雪崩光电二极管传感器包括：第一半导体基板；和第二半导体基板，其接合到所述第一半导体基板的第一面。这里，所述第一半导体基板包括：以矩阵状排列的多个光电转换部；和用于将所述多个光电转换部彼此元件分离的元件分离部。所述多个光电转换部包括第一光电转换部。所述元件分离部具有第一元件分离区域和第二元件分离区域。所述第一光电转换部布置在所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域之间。所述第一半导体基板还包括多个凹凸部，所述多个凹凸部排列于与所述第一面相对的一侧的第二面上且排列于所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域之间。此外，所述第二半导体基板包括连接到所述多个光电转换部各者的读出电路。
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传感器的示意性构造示例的框图。
图2是用于说明根据第一实施方案的ToF传感器的光学系统的图。
图3是示出根据第一实施方案的光接收部的示意性构造示例的框图。
图4是示出根据第一实施方案的SPAD阵列中的有效区域的示意性构造示例的示意图。
图5是示出根据第一实施方案的SPAD像素的示意性构造示例的电路图。
图6是示出根据第一实施方案的SPAD加法部的更详细构造示例的框图。
图7是示出根据第一实施方案的光接收部的芯片构造示例的图。
图8是示出根据第一实施方案的第一芯片的截面构造示例的截面图。
图9是示出图8中的A-A面的截面构造的截面图。
图10是用于说明根据第一实施方案的蛾眼结构的示例的图。
图11是用于说明根据第一实施方案的蛾眼结构的另一示例的图。
图12是示出根据第一实施方案的第一变形例的第一芯片的截面构造示例的截面图。
图13是示出图12中的B-B面的截面构造的截面图。
图14是示出根据第一实施方案的第二变形例的第一芯片的截面构造示例的截面图。
图15是示出图14中的C-C面的截面构造的截面图。
图16是示出根据第一实施方案的第三变形例的第一芯片的截面构造示例的截面图。
图17是示出根据第一实施方案的第四变形例的第一芯片的截面构造示例的截面图。
图18是示出根据第一实施方案的第五变形例的第一芯片的截面构造示例的截面图。
图19是示出根据第二实施方案的第一芯片的截面构造示例的截面图。
图20是示出图19中的G-G面的截面构造的截面图。
图21是示出根据第二实施方案的第一变形例的第一芯片的截面构造示例的截面图。
图22是示出图21中的H-H面的截面构造的截面图。
图23是示出根据第二实施方案的第二变形例的第一芯片的截面构造示例的截面图。
图24是示出图23中的J-J面的截面构造的截面图。
图25是示出根据第二实施方案的第三变形例的第一芯片的截面构造示例的截面图。
图26是示出根据第二实施方案的第四变形例的第一芯片的截面构造示例的截面图。
图27是示出根据第二实施方案的第五变形例的第一芯片的截面构造示例的截面图。
图28是示出车辆控制系统的示意性构造示例的框图。
图29是示出车外信息检测器和摄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，将参照附图来详细说明本发明的实施方案。在以下的实施方案中，相同的部分由相同的附图标记表示，并且因此将会省略对它们的重复说明。
将按照以下所给出的条目顺序来说明本发明。
1.第一实施方案
1.1 测距装置(ToF传感器)
1.2 光学系统
1.3 光接收部
1.4 SPAD阵列
1.5 SPAD像素
1.6 SPAD像素的示意性操作示例
1.7 SPAD加法部
1.8 采样周期
1.9 芯片构造示例
1.10 截面构造示例
1.11 蛾眼结构
1.12 作用与效果
1.13 变形例
1.13.1 第一变形例
1.13.2 第二变形例
1.13.3 第三变形例
1.13.4 第四变形例
1.13.5 第五变形例
2.第二实施方案
2.1 截面构造示例
2.2 作用与效果
2.3 变形例
2.3.1 第一变形例
2.3.2 第二变形例
2.3.3 第三变形例
2.3.4 第四变形例
2.3.5 第五变形例
3.应用例
1.第一实施方案
首先，下面将参照附图来详细说明第一实施方案。
1.1测距装置(ToF传感器)
图1是示出根据第一实施方案的作为测距装置的ToF传感器的示意性构造示例的框图。如图1所示，ToF传感器1包括控制器11、光发射部13、光接收部14、运算单元15和外部接口(I/F：interface)19。
例如，控制器11由诸如中央处理单元(CPU：Central Processing Unit)等信息处理装置构成，并且控制ToF传感器1的各部件。
例如，外部接口19可以是能够经由符合诸如无线LAN(局域网：Local AreaNetwork)、有线LAN、控制器局域网(CAN：Controller Area Network)、局域互连网(LIN：Local Interconnect Network)或FlexRay(注册商标)等任何标准的通信网络与外部的主机80建立通信的通信适配器。
这里，例如，在ToF传感器1安装于汽车等上的情况下，主机80可以是搭载于该汽车等上的引擎控制单元(ECU：Engine Control Unit)。又例如，在ToF传感器1安装于自主移动体上的情况下，主机80可以是能够控制该自主移动体的控制装置，上述自主移动体例如是诸如家用宠物机器人等自主移动机器人、机器人真空吸尘器、无人驾驶航空器或追踪搬运机器人等。
例如，光发射部13包括一个或多个半导体激光二极管作为光源，并且以预定周期(也称为发光周期)发射出具有预定时间宽度的脉冲形式的激光L1。例如，光发射部13以100MHz(兆赫兹)为周期发射出具有10纳秒(ns)的时间宽度的激光L1。例如，当在测距范围内存在物体90时，从光发射部13发射出的激光L1被物体90反射，并且反射光L2入射到光接收部14上。
光接收部14是雪崩光电二极管传感器，其细节将会稍后进行说明，而且例如，其包括以矩阵状排列的多个SPAD像素并且输出与在光发射部13发光之后已经分别检测到光子的入射的SPAD像素的数量(在下文中，称为检测数)有关的信息(例如，相当于稍后所述的检测信号的数量)。例如，光接收部14针对光发射部13的一次发光以预定的采样周期检测光子的入射并且输出检测数。
运算单元15针对多个SPAD像素(例如，相当于将在后面进行说明的一个或多个宏像素(macro pixel))中的每一者分别对从光接收部14输出的检测数进行计数，并且基于通过该计数而获得的像素值来创建横轴为飞行时间且纵轴为累积像素值的柱状图。例如，对于光发射部13的多次发光各者，运算单元15反复地执行针对光发射部13的一次发光以预定的采样频率进行检测数的计数从而求出像素值，藉此，创建出如下的柱状图：其中，横轴(柱状图的组(bin))是对应于飞行时间的采样周期，并且纵轴是通过累积各个采样周期中求出的像素值而获得的累积像素值。
此外，运算单元15对所创建的柱状图实施预定的滤波处理，然后，从经过滤波处理后的柱状图中确定出累积像素值达到峰值时的飞行时间。然后，运算单元15基于所确定出的飞行时间来计算从ToF传感器1或安装有ToF传感器1的设备到存在于测距范围内的物体90的距离。例如，由运算单元15计算出的距离的信息可以经由外部接口19输出到主机80等。
1.2光学系统
图2是用于说明根据第一实施方案的ToF传感器的光学系统的图。图2例示了其中光接收部14的视角在水平方向上扫描的所谓扫描型光学系统。然而，ToF传感器的光学系统不限于此，并且例如，可以是其中光接收部14的视角为固定的所谓快闪型ToF传感器的光学系统。
如图2所示，ToF传感器1的光学系统包括光源131、准直透镜132、半反射镜133、检流计反射镜135、光接收透镜146和SPAD阵列141。例如，光源131、准直透镜132、半反射镜133和检流计反射镜135包含于图1的光发射部13中。例如，光接收透镜146和SPAD阵列141包含于图1的光接收部14中。
在图2所示的构造中，从光源131发射的激光L1通过准直透镜132被转换成其截面强度谱在垂直方向上较长的矩形平行光，然后入射到半反射镜133上。半反射镜133把入射过来的激光L1的一部分反射。由半反射镜133反射的激光L1入射到检流计反射镜135上。例如，通过在控制器11的控制下进行操作的驱动单元134，使得检流计反射镜135以预定的旋转轴为振动中心在水平方向上振动。藉此，激光L1进行水平扫描，使得由检流计反射镜135反射的激光L1的视角SR跨测距范围AR在水平方向上进行往复扫描。另外，作为驱动单元134，可以使用微机电系统(MEMS：Micro-Electro-Mechanical System)、或微电机等。
由检流计反射镜135反射的激光L1被存在于测距范围AR内的物体90反射，并且反射光L2入射到检流计反射镜135上。入射到检流计反射镜135上的反射光L2的一部分从半反射镜133中透过并且入射到光接收透镜146上，从而在SPAD阵列141中的特定区域(在下文中，称为有效区域)142上成像。此外，有效区域142可以是SPAD阵列141的全部或一部分。
1.3光接收部
图3是示出根据第一实施方案的光接收部的示意性构造示例的框图。如图3所示，光接收部14包括SPAD阵列141、时序控制电路143、驱动电路144和输出电路145。在下面的说明中，时序控制电路143、驱动电路144和输出电路145有时可以称为周边电路。
SPAD阵列141包括以矩阵状排列的多个SPAD像素20。针对多个SPAD像素20的各列，分别连接有像素驱动线LD(它们在图中的垂直方向上延伸)，并且针对多个SPAD像素20的各行，分别连接有输出信号线LS(它们在图中的水平方向上延伸)。各像素驱动线LD的一端连接到驱动电路144的与各列相对应的输出端，并且各输出信号线LS的一端连接到输出电路145的与各行相对应的输入端。
在本实施方案中，SPAD阵列141的全部或一部分被用来检测反射光L2。当激光L1全部被反射为反射光L2时，SPAD阵列141中的有效区域142可以是与在SPAD阵列141上成像的反射光L2的像相似的在垂直方向上较长的矩形。然而，SPAD阵列141中的有效区域142不限于此，并且可以做出各种变形例，例如其是比在SPAD阵列141上成像的反射光L2的像更大的区域或更小的区域等。
驱动电路144包括移位寄存器和地址解码器等，并且针对SPAD阵列141中的各SPAD像素20，对全部像素同时进行驱动或者以列为单位进行驱动或者以其他方式进行驱动。因此，驱动电路144至少包括：用于向SPAD阵列141的所选列中的各SPAD像素20施加稍后所述的猝灭电压V_QCH的电路；以及用于向所选列中的各SPAD像素20施加稍后所述的选择控制电压V_SEL的电路。然后，驱动电路144通过向与要被读出的列对应的像素驱动线LD施加选择控制电压V_SEL，针对被用来检测光子的入射的SPAD像素20以列为单位进行选择。
从由驱动电路144选择且扫描的列中的各SPAD像素20输出的信号(称为检测信号)V_OUT通过各条输出信号线LS输入到输出电路145。输出电路145将从各SPAD像素20输入过来的检测信号V_OUT输出到稍后所述的针对每个宏像素而分别设置着的SPAD加法部40。
时序控制电路143包括用于产生各种时序信号的时序发生器等，并且基于由时序发生器产生的各种时序信号来控制驱动电路144和输出电路145。
1.4 SPAD阵列
图4是示出根据第一实施方案的SPAD阵列中的有效区域的示意性构造示例的示意图。如图4所示，例如，有效区域142具有其中多个SPAD像素20以矩阵状排列着的构造。多个SPAD像素20被分组为多个宏像素30，各宏像素30分别由在行和/或列方向上排列的预定数量的SPAD像素20组成。通过把各宏像素30的位于最外周上的SPAD像素20的外侧边缘连结起来而界定的区域具有预定的形状(例如，矩形)。
例如，有效区域142由在垂直方向(相当于列方向)上排列着的多个宏像素30组成。在本实施方案中，例如，有效区域142在垂直方向上被分割成多个区域(在下文中，称为SPAD区域)。在图4所示的示例中，有效区域142被分割成四个SPAD区域142-1至142-4。最下方位置处的SPAD区域142-1例如相当于有效区域142的视角SR中的最下方四分之一区域，位于SPAD区域142-1之上的SPAD区域142-2例如相当于视角SR中的从最下方起的第2个四分之一区域，位于SPAD区域142-2之上的SPAD区域142-3例如相当于视角SR中的从最下方起的第3个四分之一区域，最上方位置处的SPAD区域142-4例如相当于视角SR中的最上方四分之一区域。
1.5 SPAD像素
图5是示出根据第一实施方案的SPAD像素的示意性构造示例的电路图。如图5所示，SPAD像素20包括：作为光接收元件的光电转换部21；以及用于检测光子已入射到光电转换部21上的情况的读出电路22。
读出电路22包括猝灭电阻器23、数字转换器25、反相器26、缓冲器27和选择晶体管24。例如，猝灭电阻器23由N型MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管：Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor)(在下文中，称为NMOS晶体管)构成，其漏极连接到光电转换部21的阳极，并且其源极经由选择晶体管24接地。此外，从驱动电路144经由像素驱动线LD把预先设定的猝灭电压V_QCH施加给构成猝灭电阻器23的NMOS晶体管的栅极，该猝灭电压V_QCH用于使该NMOS晶体管能够作为猝灭电阻器而发挥作用。
在本实施方案中，光电转换部21是SPAD。SPAD是若其阳极和阴极之间被施加了击穿电压(breakdown voltage)以上的反向偏置电压就以盖革(Geiger)模式进行动作的雪崩光电二极管，并且能够检测到一个光子的入射。即，当在光电转换部21的阳极和阴极之间施加了击穿电压以上的反向偏置电压V_SPAD的状态下有光子入射时，光电转换部21就产生雪崩电流。
数字转换器25包括电阻器251和NMOS晶体管252。NMOS晶体管252的漏极经由电阻器251连接到电源电压VDD，并且NMOS晶体管252的源极接地。光电转换部21的阳极和猝灭电阻器23之间的连接点N1处的电压被施加到NMOS晶体管252的栅极。
反相器26包括P型MOSFET(在下文中，称为PMOS晶体管)261和NMOS晶体管262。PMOS晶体管261的漏极连接到电源电压VDD，并且PMOS晶体管261的源极连接到NMOS晶体管262的漏极。NMOS晶体管262的漏极连接到PMOS晶体管261的源极，并且NMOS晶体管262的源极接地。电阻器251和NMOS晶体管252的漏极之间的连接点N2处的电压被施加到PMOS晶体管261的栅极及NMOS晶体管262的栅极。反相器26的输出被输入到缓冲器27。
缓冲器27是用于阻抗转换的电路。当输出信号从反相器26输入到缓冲器27时，缓冲器27对输入过来的输出信号进行阻抗转换，并且将经过转换后的信号作为检测信号V_OUT输出。
例如，选择晶体管24是NMOS晶体管，选择晶体管24的漏极连接到构成猝灭电阻器23的NMOS晶体管的源极，并且选择晶体管24的源极接地。选择晶体管24连接到驱动电路144。当来自驱动电路144的选择控制电压V_SEL已经经由像素驱动线LD施加到选择晶体管24的栅极时，选择晶体管24从关断状态变为接通状态。
1.6SPAD像素的示意性操作示例
例如，图5所示的读出电路22按如下方式进行操作。首先，在从驱动电路144将选择控制电压V_SEL施加到选择晶体管24因而选择晶体管24处于接通状态的期间，将击穿电压以上的反向偏置电压V_SPAD施加到光电转换部21。藉此，光电转换部21的操作被准许。
另一方面，在没有从驱动电路144将选择控制电压V_SEL施加到选择晶体管24因而选择晶体管24处于关断状态的期间，不将反向偏置电压V_SPAD施加到光电转换部21，故而光电转换部21的操作被禁止。
如果在选择晶体管24处于接通状态时有光子入射到光电转换部21上，则在光电转换部21中产生雪崩电流。因此，雪崩电流流过猝灭电阻器23，并且连接点N1处的电压上升。当连接点N1处的电压变得高于NMOS晶体管252的接通电压时，NMOS晶体管252变成接通状态，并且连接点N2处的电压从电源电压VDD变为0V。于是，当连接点N2处的电压从电源电压VDD变为0V时，PMOS晶体管261从关断状态变为接通状态，NMOS晶体管262从接通状态变为关断状态，连接点N3处的电压从0V变为电源电压VDD。结果，从缓冲器27输出高电平检测信号V_OUT。
此后，当连接点N1处的电压继续上升时，施加于光电转换部21的阳极和阴极之间的电压变得小于击穿电压，藉此，雪崩电流停止且连接点N1处的电压下降。于是，当连接点N1处的电压变得低于NMOS晶体管252的接通电压时，NMOS晶体管252变成关断状态，并且来自缓冲器27的检测信号V_OUT的输出就停止(变为低电平)。
以这种方式，在从有光子入射到光电转换部21上因而产生雪崩电流从而使得NMOS晶体管252变为接通状态的时间起到雪崩电流停止从而使得NMOS晶体管252变为关断状态的时间的期间内，读出电路22输出高电平检测信号V_OUT。输出的检测信号V_OUT经由输出电路145被输入到针对每个宏像素30而分别设置的SPAD加法部40。因此，与构成一个宏像素30的多个SPAD像素20之中的检测到光子的入射的SPAD像素20的数量(检测数)相同数量的检测信号V_OUT被输入到各SPAD加法部40。
1.7 SPAD加法部
图6是示出根据第一实施方案的SPAD加法部的更详细构造示例的框图。SPAD加法部40可以被构造成包含于光接收部14中或者被构造成包含于运算单元15中。
如图6所示，例如，SPAD加法部40包括脉冲整形单元41和光接收数计数单元42。
脉冲整形单元41将从SPAD阵列141经由输出电路145输入过来的检测信号V_OUT的脉冲波形整形为具有与SPAD加法部40的操作时钟相对应的时间宽度的脉冲波形。
光接收数计数单元42针对在每个采样周期中分别从相应的宏像素30输入过来的检测信号V_OUT进行计数，藉此在每个采样周期中分别对检测到光子的入射的SPAD像素20的个数(检测数)进行计数，并且输出该计数值作为宏像素30的像素值。
1.8采样周期
这里，采样周期是指对从由光发射部13发射出激光L1到由光接收部14检测到光子的入射为止的时间(飞行时间)进行测量的周期。关于该采样周期，其设定为比光发射部13的发光周期更短的周期。例如，通过缩短采样周期，能够以更高的时间分辨率计算出从光发射部13发射后被物体90反射的光子的飞行时间。这意味着：通过增大采样频率，能够以更高的测距分辨率计算出距物体90的距离。
例如，假设t是从激光L1由光发射部13发射出来然后该激光L1被物体90反射直到反射光L2入射到光接收部14上为止的飞行时间，由于光速C是恒定的(C≈300,000,000米/秒(m/s))，因此距物体90的距离L可以通过下式(1)来计算。
L＝C×t/2 (1)
因此，当采样频率为1GHz时，采样周期为1纳秒(ns)。在这种情况下，一个采样周期相当于15厘米(cm)。这表明：在采样频率为1GHz时，测距分辨率为15cm。此外，当采样频率加倍为2GHz时，采样周期为0.5纳秒(ns)，因此一个采样周期相当于7.5厘米(cm)。这表明：当采样频率加倍时，测距分辨率可以减半。因此，通过增大采样频率且缩短采样周期，能够以更高的精度计算出距物体90的距离。
1.9芯片构造示例
图7是示出根据第一实施方案的光接收部的芯片构造示例的图。如图7所示，例如，ToF传感器1具有其中第一芯片51和第二芯片52上下贴合而形成的接合芯片50的结构。例如，第一芯片51是其中SPAD像素20的光电转换部21以矩阵状排列着的半导体芯片，而且例如，第二芯片52是其中形成有SPAD像素20的读出电路22且形成有周边电路等的半导体芯片。
例如，其中第一芯片51和第二芯片52的接合可以使用所谓的直接接合。在所谓的直接接合中，将第一芯片51和第二芯片52各自的接合面平坦化然后通过电子间力将第一芯片51和第二芯片52贴合在一起。然而，本发明不限于此，并且例如，上述接合可以使用所谓的Cu-Cu接合或者除此之外的凸块接合等。在所谓的Cu-Cu接合中，把形成在第一芯片51和第二芯片52各自的接合面上的由铜(Cu)制成的电极焊盘相互结合到一起。
例如，第一芯片51和第二芯片52经由诸如贯穿半导体基板的硅贯穿通路(TSV：Through-Silicon Via)等连接部而相互电气连接。例如，使用TSV而实现的连接可以采用所谓的双TSV法、或者所谓的共用TSV法等。在所谓的双TSV法中，把设置在第一芯片51中的TSV和从第一芯片51设置至第二芯片52中的TSV这两个TSV在这些芯片的外侧表面处相互连接。在所谓的共用TSV法中，利用从第一芯片51贯穿到第二芯片52的TSV来将第一芯片51和第二芯片52相互连接。
然而，在第一芯片51和第二芯片52的接合采用了Cu-Cu接合或凸块接合的情况下，经由Cu-Cu接合部或凸块接合部将第一芯片51和第二芯片52相互电气连接。
图7所示的接合芯片50除了包括光接收部14以外，还可以包括运算单元15、光发射部13和控制器11等。
1.10截面构造示例
图8是示出根据第一实施方案的第一芯片的截面构造示例的截面图。图9是示出图8中的A-A面的截面构造的截面图。图8示出了一个SPAD像素20中的光电转换部21的截面构造示例。然而，实际上，如图9所示，在第一芯片51中，具有图8所例示的截面构造的光电转换部21以矩阵状排列着。在图8中，第一芯片51的下表面是光入射面。
如图8所示，第一芯片51包括半导体基板150、配线层170、平坦化膜161和芯片上透镜162。
半导体基板150可以是由诸如硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、砷化铟镓(InGaAs)、磷化镓(GaP)或磷化铟(InP)等半导体材料或化合物半导体材料制成的半导体基板。
在半导体基板150中，形成有包括N-型半导体区域151、P型半导体区域153、P+型半导体区域154和触点层156的光电转换部21。
例如，N-型半导体区域151是阱区域，并且可以是包含低浓度的施主(donors)的区域。例如，N-型半导体区域151可以是这样的长方体区域：它的与半导体基板150的背面平行的截面是正方形或矩形。
例如，P型半导体区域153是包含预定浓度的受主(acceptors)的区域，并且可以是围绕N-型半导体区域151的至少侧面及底面的区域。
例如，N+型半导体区域155是包含高浓度的施主的区域，并且布置在半导体基板150的正面上。例如，P+型半导体区域154是包含比P型半导体区域153更高浓度的受主的区域，并且布置在半导体基板150的正面附近，且P+型半导体区域154接触N+型半导体区域155。
P+型半导体区域154和N+型半导体区域155形成了产生雪崩电流的PN结。因此，在N-型半导体区域151中通过光电转换而产生的电荷被撷取到P+型半导体区域154中，然后因P+型半导体区域154和N+型半导体区域155之间所赋予的相对较大的电位差而被放大(雪崩放大)。
N+型半导体区域155还用作光电转换部21的阴极，并且用作把所产生的雪崩电流提取到半导体基板150外部的触点层。另一方面，在P型半导体区域153中，在处于半导体基板150的正面上且与N+型半导体区域155分隔开的区域中还形成有触点层156。例如，触点层156是包含更高浓度的受主的P++型区域，并且还用作光电转换部21的阳极。例如，在平面图中观察形成有触点层156的半导体基板150的正面的情况下(例如，参见稍后所说明的图9)，触点层156在半导体基板150的正面上沿着由元件分离部157围绕的区域的内外周而形成。如图8所示，当在将元件分离部157视为被分成左右两个区域(将其称为元件分离区域)157A和157B而看到的截面构造中进行观察时，触点层156形成在由左右两个元件分离区域157A和157B划分出的区域之中的如下两个区域中：这两个区域在半导体基板150的正面侧上且分别接近元件分离区域157A和157B。
N+型半导体区域155也可以用作光电转换部21的阳极。在这种情况下，触点层156用作光电转换部21的阴极。
如上所述，具有上述构造的光电转换部21由元件分离部157划分出。例如，如图8和图9所示，当从半导体基板150的正面或背面侧观察时，元件分离部157设置在以格子状形成的沟槽中。
例如，各元件分离部157包括：绝缘膜159，其覆盖形成在半导体基板150中的沟槽的内侧表面；以及反射膜158，其埋入到在内侧表面上形成有绝缘膜159的沟槽中。这里，沟槽并非必须由反射膜158完全填埋，并且在沟槽的一部分中可以留有空隙。
例如，反射膜158是用于把入射到元件分离部157上的光反射的膜。例如，作为反射膜158，不仅可以使用诸如钨(W)等能够反射可见光或红外光等的反射材料，也可以使用诸如硅(Si)、锗(Ge)、磷化镓(GaP)、氧化铝(Al2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化铪(HfO2)、氧化铟(In2O3)、氧化锡(SnO2)、五氧化二铌(Nb2O5)、氧化镁(MgO)、五氧化二钽(Ta2O5)、五氧化三钛(Ti3O5)、其他氧化钛(诸如TiO或TiO2等)、氧化钨(WO3)、氧化钇(Y2O3)、氧化锌(ZnO)、氧化锆(ZrO2)、氟化铈(CeF3)、氟化钆(GdF3)、氟化镧(LaF3)或氟化钕(NdF3)等高折射率材料。所谓高折射率材料可以是具有比半导体基板150的基板材料的折射率更高的折射率的材料。
例如，绝缘膜159是用于防止半导体基板150和反射膜158之间发生电性接触的膜。例如，作为绝缘膜159，可以使用诸如氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)等绝缘材料。然而，在反射膜158采用绝缘材料的情况下，可以省略绝缘膜159。
以这种方式，通过利用元件分离部157将相邻的SPAD像素20光学分离，可以减少光向相邻的SPAD像素20中的漏入，从而可以抑制相邻像素之间的混色。
图8示出了从半导体基板150的正面贯穿到背面的所谓的正向全沟槽隔离(FFTI：Front Full Trench Isolation)型元件分离部157。然而，元件分离部157的构造不限于FFTI型。例如，可以做出各种变形例，例如：从半导体基板150的正面存在至中部为止的所谓的深沟槽隔离(DTI：Deep Trench Isolation)型元件分离部，或者，从半导体基板150的背面存在至中部为止的所谓的反向深沟槽隔离(RDTI：Reverse Deep Trench Isolation)型元件分离部，等等。
此外，如图8和图9所示，在半导体基板150的背面上，在由元件分离部157划分出的各个区域180的整个区域上，即，在半导体基板150的有效的光入射面上，设置有规则地或随机地排列着的多个凹凸部181。
例如，各个凹凸部181可以具有诸如下列之类的各种形状：诸如四棱柱、三棱柱或六棱柱等多棱柱；诸如四棱锥、三棱锥或六棱锥等多棱锥；诸如四棱锥台、三棱锥台或六棱锥台等多棱锥台；圆锥体(包括椭圆锥体)；或圆锥台等。例如，通过设定为随着靠近前端而直径减小的形状，能够使得沿光的行进方向的折射率变化更加平缓。此外，该形状还包括前端为钝角的形状或前端为平坦状的形状(诸如多棱锥台或圆锥台等)。
凹凸部181的内部可以由诸如氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)等绝缘膜填埋。各凹凸部181的尺寸可以做出各种变形，只要其是诸如几微米(μm)或几纳米(nm)等能够减小半导体基板150的背面的反射率的尺寸即可。
通过以这种方式将半导体基板150的背面形成为包括多个凹凸部181的蛾眼结构，能够减小半导体基板150的背面的反射率。由此，能够提高光朝着光电转换部21的入射效率，结果，能够提高光电转换部21的量子效率。
此外，通过把元件分离部157中的反射膜158与蛾眼结构组合起来，能够利用反射膜158来反射因蛾眼结构而散射或衍射的光。由此，可以让入射至半导体基板150的光在光电转换部21内的飞行距离变长，结果，能够提高光电转换部21的量子效率。
在半导体基板150的背面上，隔着由氧化硅膜或氮化硅膜等制成的平坦化膜161而设置有芯片上透镜162。平坦化膜161可以包括设置在其与半导体基板150的交界部分处的钉扎层等。例如，芯片上透镜162的表面被赋予使入射光在光电转换部21的中央附近聚集的曲率。
另一方面，上述配线层170设置在半导体基板150的正面侧上。配线层170包括诸如氧化硅膜或氮化硅膜等绝缘膜171。例如，在绝缘膜171中设置有：通路配线172，其与还用作光电转换部21的阴极的N+型半导体区域155接触；以及通路配线176，其与还用作光电转换部21的阳极的触点层156接触。
此外，例如，在绝缘膜171的正面(与半导体基板150相反的一侧的表面)上设置有：与通路配线172接触的由铜(Cu)制成的电极焊盘173；以及与通路配线176接触的由铜(Cu)制成的电极焊盘177。这些电极焊盘173和177被用作当第一芯片51和第二芯片52进行Cu-Cu接合时的电极焊盘。因此，当第一芯片51和第二芯片52以其他接合形式进行电气且机械地接合时，电极焊盘173和177可以被替换为能够用于该接合的部件。
在图8中尽管省略了第二芯片52的详细图示，但是示出了：用于Cu-Cu接合的由铜(Cu)制成的电极焊盘191和195；用于将电位(例如，+3伏(V))施加到光电转换部21的阴极的端子192；以及用于将电位(例如，-20伏(V))施加到光电转换部21的阳极的端子196。
例如，若经由端子192将+3伏(V)施加到光电转换部21的阴极(N+型半导体区域155)，并且经由端子196将-20V施加到光电转换部21的阳极(触点层156)时，则理论上将23V的反向偏置电压V_SPAD施加在N+型半导体区域155和P+型半导体区域154之间。因为该反向偏置电压V_SPAD是在N+型半导体区域155及P+型半导体区域154的击穿电压以上的电位差，所以，通过光电转换而产生的电荷由于在N-型半导体区域151中形成的电场而移动且被撷取到P+型半导体区域154中，从而在由N+型半导体区域155和P+型半导体区域154组成的PN结区域中产生雪崩电流。该雪崩电流经由端子192输入到读出电路22。
在上述构造中，P型和N型可以互换。在这种情况下，N-型半导体区域151被替换为P-型半导体区域，P型半导体区域153被替换为N型半导体区域，P+型半导体区域154替换为N+型半导体区域，并且N+型半导体区域155被替换为P+型半导体区域。此外，触点层156被替换为N++型区域。
1.11蛾眼结构
这里，将参照图10来说明蛾眼结构。蛾眼结构是其中形成有微细的凹凸部181的区域。然而，凹部和凸部可以根据把作为基准的面(在下文中，称为基准面)设于何处而变化。
蛾眼结构是在作为电荷存储区域的N-型半导体区域151上方的P型半导体区域153的界面(光接收表面侧的界面)处形成的、具有微细的凹凸结构的区域。该凹凸结构形成在P型半导体区域153上，即，半导体基板150的光接收表面侧上。因此，基准面可以是半导体基板150的特定面。将会参照作为示例的其中把半导体基板150的一部分用作基准面的情况来继续进行说明。
图10是凹凸部181附近的放大图。在本说明书中将会示出的情况是：平坦化膜161包括作为其底层(在半导体基板150侧)的钉扎层163和在钉扎层163的上层处的透明绝缘膜164。
在图10所示的示例中，假定凹凸部181中的钉扎层163和透明绝缘膜164的交界面是上表面181-1。此外，钉扎层163和半导体基板150的交界面是下表面181-2。
此外，假定基准面A是形成有上表面181-1的位置处的表面，并且基准面C是形成有下表面181-2的位置处的表面。假定基准面B是位于基准面A和基准面C之间的位置处的面，即，位于上表面181-1和下表面181-2之间的位置处的面。
当基准面A用作基准时，凹凸部181的形状相对于基准面A是凹部的形状。即，当基准面A用作基准时，下表面181-2位于相对于基准面A(＝上表面181-1)朝着下方凹陷的位置处，并且凹凸部181是形成有微细的凹部的区域。换句话说，当基准面A用作基准时，在上表面181-1和上表面181-1之间形成有凹部，并且因此，凹凸部181可以说是其中形成有微细的凹部的区域。
当基准面C用作基准时，凹凸部181的形状相对于基准面C是凸部的形状。即，当基准面C用作基准时，上表面181-1位于相对于基准面C(＝下表面181-2)朝着上方突出的位置处，并且凹凸部181是形成有微细的凸部的区域。换句话说，当基准面C用作基准时，在下表面181-2和下表面181-2之间形成有凸部，并且因此，凹凸部181可以说是其中形成有微细的凸部的区域。
当基准面B用作基准时，凹凸部181的形状相对于基准面B是凹部和凸部的形状。即，当基准面B用作基准时，下表面181-2位于相对于基准面B(＝位于上表面181-1和下表面181-2之间的中途位置处的表面)朝着下方凹陷的位置处，并且因此，凹凸部181可以说是其中形成有微细的凹部的区域。
而且，当基准面B用作基准时，上表面181-1位于相对于基准面B朝着上方突出的位置处，并且因此，凹凸部181可以说是其中形成有微细的凸部的区域。
如上所述，蛾眼结构可以是如下的区域：在SPAD像素20的截面图中，取决于将基准面设于何处，该区域可以表现为形成有微细的凹部的区域、形成有微细的凸部的区域、或者形成有微细的凹部和凸部的区域。
在下面的说明中，将参照作为示例的其中把基准面A(即，上表面181-1)用作基准面的情况来对凹凸部181进行说明，并且将会假定凹凸部181是其中形成有微细的凹部的区域来继续进行说明。
例如，凹凸部181中的相当于凹部周期的凹部间距设定为250nm以上。
在图10所示的示例中，示出了作为示例的其中凹凸部181具有把上表面181-1和下表面181-2的平面组合而成的形状的情况，但是，本技术适用的凹凸部181还包括具有如图11所示的形状的那些凹凸部。
图11所示的凹凸部181形成为截面图中的三角形状。即使具有这种形状，也可以设定基准面，并且可以以该基准面为基准来定义凹部或凸部。
由于图11所示的凹凸部181形成为截面图中的三角形状，因此，作为基准面的一个示例，把顶点连接起来的表面被设定为基准面。
在截面图中，把包含将凹凸部181的三角形的顶点之中的处于透明绝缘膜164侧的顶点连接起来的线的平面定义为基准面A。把包含将凹凸部181的三角形的顶点之中的位于底边侧的顶点(即，N-型半导体区域151侧的顶点)连接起来的线的平面定义为基准面C。基准面A与基准面C之间的平面被定义为基准面B。
由此，即使在将基准面设定于凹凸部181的三角形的顶点的位置处的情况下，与参照图10所说明的情况相似，也可以取决于将基准面设于何处而让凹凸部181的形状有不同的表现。
即，当基准面A用作基准时，凹凸部181的形状是相对于基准面A具有朝着下方的三角形(谷状)凹部的形状。即，当基准面A用作基准时，谷间区域相对于基准面A而位于下方，并且该谷间区域相当于凹部，并且因此，凹凸部181是其中形成有微细的凹部的区域。换句话说，当基准面A用作基准时，在三角形的顶点与相邻的三角形的顶点之间形成有凹部，并且因此，凹凸部181可以说是其中形成有微细的凹部的区域。
当基准面C用作基准时，凹凸部181的形状是相对于基准面C具有朝着上方的三角形(峰状)凸部的形状。即，当基准面C用作基准时，峰区域相对于基准面C而位于上方，并且该峰区域相当于凸部，并且因此，凹凸部181是其中形成有微细的凸部的区域。换句话说，当基准面C用作基准时，在三角形的底边的顶点之间形成有凸部，并且因此，凹凸部181可以说是其中形成有微细的凸部的区域。
当基准面B用作基准时，凹凸部181的形状是相对于基准面B具有凹部和凸部(谷和峰)的形状。即，当基准面B用作基准时，因为相对于基准面B在下方具有形成谷的凹部并且相对于基准面B在上方具有形成峰的凸部，所以，凹凸部181可以说是其中形成有微细的凹部和凸部的区域。
如图11所示，即使在凹凸部181的形状为具有峰和谷的锯齿形状的情况下，也可以将凹凸部181定义为如下的区域：在SPAD像素20的截面图中，取决于如上所述的将基准面设于何处，该区域可以表现为形成有微细的凹部的区域、形成有微细的凸部的区域、或者形成有微细的凹部和凸部的区域。
此外，例如，在图10或图11所示的凹凸部181中，当基准面设为平坦化膜161中的透明绝缘膜164上方的层与该透明绝缘膜164之间的界面时，由于凹凸部181的形状具有凹陷区域(谷)，因此凹凸部181可以说是形成有微细的凹部的区域。
此外，当基准面设为P型半导体区域153与N-型半导体区域151之间的交界面时，由于凹凸部181的形状具有突出区域(峰)，因此凹凸部181可以说是形成有微细的凸部的区域。
这样，在SPAD像素20的截面图中，通过将预定的平坦面设为基准面，并且取决于相对于该基准面被形成为谷状还是被形成为峰状，凹凸部181的形状可以如上所述地表现。
此外，SPAD像素20彼此之间的区域，即，与元件分离部157相对应的区域可以被形成为其中未形成有凹凸部181的平坦区域。在这种情况下，包含平坦区域的平面也可以设为基准面。
当包含平坦区域的平面被设为基准面时，由于凹凸部181可以说其形状具有凹陷至基准面下方的部分，即，其形状具有谷状部分，因此，凹凸部181可以说是其中形成有微细的凹部的区域。
如上所述，凹凸部181可以是如下的区域：在SPAD像素20的截面图中，取决于将基准面设于何处，该区域可以表现为形成有微细的凹部的区域、形成有微细的凸部的区域、或者形成有微细的凹部和凸部的区域。
此外，取决于凹凸部181的形成方法，凹凸部181可以表现为：形成由微细的凹部形成的区域、形成由微细的凸部形成的区域、或者形成由微细的凹部和凸部形成的区域。
例如，在形成图10所示的凹凸部181的情况下，如果将该凹凸部181形成为具有其中上表面181-1被形成得比下表面181-2大的形状，那么可以说通过切削基板(半导体基板150)来形成成为凹部的部分，也可以说使得成为凸部的部分保留下来。
当基板的切削量超过50％时，就成为如下状态：凹部的面积被形成得大于凸部的面积，切削掉的基板(硅)的量多于保留的基板的量。即，在这种形成方法中，凹部和凸部被形成得让凹部占支配地位，并且因此，可以表现为通过设置多个凸部来形成凹凸部181。
此外，当基板的切削量为50％以下时，就成为如下状态：凹部的面积被形成得小于凸部的面积，切削掉的基板(硅)的量少于保留的基板的量。即，在这种形成方法中，凹部和凸部被形成得让凸部占支配地位，并且因此，可以表现为通过设置多个凹部来形成凹凸部181。
由这些事实可以表明，取决于凹凸部181的形成方法，当凹部占支配地位时可以表现为设置有多个凸部，并且当凸部占支配地位时可以表现为设置有多个凹部。
由此，取决于如上所述的凹凸部181的形成方法，凹凸部181可以是如下的区域：在SPAD像素20的截面图中，该区域可以表现为形成有微细的凹部的区域、形成有微细的凸部的区域、或者形成有微细的凹部和凸部的区域。
在以下的说明中尽管将会假定凹凸部181是形成有微细的凹部的区域来继续进行说明，但是如上所述，凹凸部181也包括被表现为诸如形成有微细的凸部的区域或者形成有微细的凹部和凸部的区域等区域。
1.12作用与效果
根据本实施方案，通过提供上述构造，能够减小半导体基板150的背面的反射率。由此，能够提高光入射到光电转换部21上的效率，并且其结果是，能够提高光电转换部21的量子效率。
此外，通过把元件分离部157中的反射膜158和蛾眼结构组合起来，就可以利用反射膜158来反射因蛾眼结构而散射或衍射的光，因此就能够使其飞行距离变长，并且其结果是，能够提高光电转换部21的量子效率。
1.13变形例
在上述第一实施方案中，示出了在半导体基板150的背面上的整个有效光入射面(区域180)上设置有凹凸部181以形成蛾眼结构的情况。然而，其中形成有凹凸部181的区域不限于半导体基板150的背面上的整个有效光入射面(区域180)。因此，下面将参照一些示例来说明其中形成有凹凸部181的区域180的变形例。
1.13.1第一变形例
图12是示出根据第一变形例的第一芯片的截面构造示例的截面图。图13是示出图12中的B-B面的截面构造的截面图。与图8相似，图12示出了一个SPAD像素20中的光电转换部21的截面构造示例。然而，实际上，如图13所示，在第一芯片51中，具有图12所示的截面构造的光电转换部21以矩阵状排列着。在图12中，第一芯片51的下表面是光入射面。
如图12和图13所示，其中形成有凹凸部181的区域180B可以是半导体基板150的背面上的位于由元件分离部157划分出的区域(在下文中，称为像素区域)的中央部分处的区域，例如，位于N+型半导体区域155和P+型半导体区域154上方的区域。换句话说，例如，在像素区域的外周，例如，在触点层156的上方，可以存在有其中未形成有凹凸部181的区域(平坦部)。在本说明书中，“上方”可以是在半导体基板150的基板厚度方向上且从半导体基板150的背面去往正面的方向。
1.13.2第二变形例
图14是示出根据第二变形例的第一芯片的截面构造示例的截面图。图15是示出图14中的C-C面的截面构造的截面图。与图8相似，图14示出了一个SPAD像素20中的光电转换部21的截面构造示例。然而，实际上，如图15所示，在第一芯片51中，具有图14所示的截面构造的光电转换部21以矩阵状排列着。在图14中，第一芯片51的下表面是光入射面。
如图14和图15所示，其中形成有凹凸部181的区域180C可以是像素区域中的外周部分，例如，位于触点层156上方的区域。换句话说，在像素区域的中央，例如，在N+型半导体区域155和P+型半导体区域154的上方，可以存在有其中未形成有凹凸部181的区域(平坦部)。
1.13.3第三变形例
图16是示出根据第三变形例的第一芯片的截面构造示例的截面图。图16示出了例如与图8所示的第一芯片51的截面构造示例中的A-A面相对应的平面的截面构造示例。
如图16所示，其中形成有凹凸部181的区域180D可以是将像素区域分割为2×2矩阵的十字形区域。换句话说，在像素区域的四角，可以存在有其中未形成有凹凸部181的区域。
1.13.4第四变形例
图17是示出根据第四变形例的第一芯片的截面构造示例的截面图。与图16相似，图17示出了例如与图8所示的第一芯片51的截面构造示例中的A-A面相对应的平面的截面构造示例。
如图17所示，其中形成有凹凸部181的区域180E可以是像素区域的四角。换句话说，在将像素区域分割为2×2矩阵的十字形区域中，可以存在有其中未形成有凹凸部181的区域。
1.13.5第五变形例
图18是示出根据第五变形例的第一芯片的截面构造示例的截面图。与图16或图17相似，图18示出了例如与图8所示的第一芯片51的截面构造示例中的A-A面相对应的平面的截面构造示例。
如图18所示，其中形成有凹凸部181的区域180F可以是位于像素区域的中央，例如位于N+型半导体区域155和P+型半导体区域154的区域上方的十字形区域。
如上面说明的第一至第五变形例中那样，根据第一实施方案的凹凸部181不必形成在整个像素区域中，只要形成在像素区域的至少一部分中即可。上述第一实施方案及其变形例仅是示例，并且可以进行各种变形。
2.第二实施方案
接下来，下面将参照附图来详细说明第二实施方案。
在第一实施方案及其变形例中示出了用于光电转换的区域，即，N-型半导体区域151为长方体的情况。然而，例如，由于在半导体基板150的背面附近、尤其是在像素区域中的元件分离部157附近与P+型半导体区域154相距的距离较长，故而直到该区域中所产生的电荷被撷取到P+型半导体区域154为止所用的时间变长。因此，有可能会由于直到在半导体基板150的正面侧或在P+型半导体区域154附近产生的电荷被撷取至P+型半导体区域154为止所用的时间的差异，而发生时间抖动，从而存在测距精度降低的可能性。
因此，在本实施方案中，将参照示例来说明能够减少时间抖动从而限制测距精度降低的固态成像装置和测距装置。在下面的说明中，与上述实施方案或其变形例中的部件相同的部件将会由相同的附图标记表示，并且将会省略它们的详细说明。
根据本实施方案的固态成像装置及测距装置的基本构造和操作可以与上述实施方案或其变形例中的构造和操作相同。然而，在本实施方案中，形成在第一芯片51上的光电转换部21的截面构造被替代为稍后所述的截面构造示例。
2.1截面构造示例
图19是示出根据第二实施方案的第一芯片的截面构造示例的截面图。图20是示出图19中的G-G面的截面构造的截面图。图19示出了一个SPAD像素20中的光电转换部21的截面构造示例。然而，实际上，如图20所示，在第一芯片51中，具有图19所示的截面构造的光电转换部21以矩阵状排列着。在图19中，第一芯片51的下表面是光入射面。
如图19和图20所示，根据本实施方案的第一芯片51具有如下构造(在下文中，称为“抬高部”)：即，在与第一实施方案的第一变形例中参照图12和图13所说明的第一芯片51的截面构造相同的截面构造中，在半导体基板150的背面上的像素区域的外周(例如，位于触点层156上方的区域280G)中设置有沟槽202G，从而使得该部分的光入射面203G(即，沟槽202G的底面)接近P+型半导体区域154。
在N-型半导体区域151及P型半导体区域153中的与区域280G相对应的部分中设置有台阶，以确保用来布置沟槽202G的区域。
例如，在沟槽202G的内部，可以设置有透光膜201G，该透光膜201G用于将经由平坦化膜161入射的光引导至光电转换部21。例如，作为透光膜201G，可以使用诸如氧化硅膜或氮化硅膜等能够让可见光或红外光等透过的材料。
在沟槽202G的底面(光入射面203G)处，与半导体基板150的背面上的像素区域的中央(例如，位于N+型半导体区域155和P+型半导体区域154上方的区域180B)相似地，可以设置有规则地或随机地布置着的多个凹凸部181。
2.2作用与效果
根据本实施方案，通过提供上述构造，能够减小由光电转换产生的电荷的移动距离的差异，因而能够减小由于直至电荷被撷取到P+型半导体区域154为止所用的时间的差异而引起的时间抖动，并且由此抑制了测距精度的降低。
其他构造、操作和效果可以与上述实施方案或其变形例的构造、操作和效果相同，因此这里将省略它们的详细说明。
2.3变形例
在上述第二实施方案中示出的情况是：半导体区域150的背面上的像素区域的外周部分(例如，位于触点层156上方的区域)被抬高，并且在被抬高的区域280G和像素区域的中央(例如，位于N+型半导体区域155和P+型半导体区域154上方的区域180B)各者中都设置有凹凸部181。然而，被抬高的区域以及其中形成有凹凸部181的区域不限于此。因此，下面将参照一些示例来说明其中形成有沟槽的区域和其中形成有凹凸部的区域的变形例。
2.3.1第一变形例
图21是示出根据第一变形例的第一芯片的截面构造示例的截面图。图22是示出图21中的H-H面的截面构造的截面图。与图8相似，图21示出了一个SPAD像素20中的光电转换部21的截面构造示例。然而，实际上，如图22所示，在第一芯片51中，具有图21所示的截面构造的光电转换部21以矩阵状排列着。在图21中，第一芯片51的下表面是光入射面。
如图21和图22所示，根据本实施方案的第一芯片51具有如下构造(在下文中，称为“抬高部”)：即，在与第一实施方案的第二变形例中的参照图14和图15所说明的第一芯片51的截面构造相同的截面构造中，在半导体基板150的背面上的像素区域的中央(例如，位于N+型半导体区域155和P+型半导体区域154上方的区域280H)中设置有沟槽202H，从而使得该部分的光入射面203H(即，沟槽202H的底面)接近P+型半导体区域154。
在N-型半导体区域151及P型半导体区域153中的与区域280H相对应的部分中设置有凹入部，以确保用来布置沟槽202H的区域。
例如，在沟槽202H的内部，与第一变形例相似，可以设置有透光膜201H，该透光膜201H用于将经由平坦化膜161入射的光引导至光电转换部21。例如，作为透光膜201H，可以使用诸如氧化硅膜或氮化硅膜等能够让可见光或红外光等透过的材料。
在沟槽202H的底面(光入射面203H)，与半导体基板150的背面上的像素区域的外周(例如，位于触点层156上方的区域180C)相似地，可以设置有规则地或随机地布置着的多个凹凸部181。
2.3.2第二变形例
图23是示出根据第二变形例的第一芯片的截面构造示例的截面图。图24是示出图23中的J-J面的截面构造的截面图。与图8相似，图23示出了一个SPAD像素20中的光电转换部21的截面构造示例。然而，实际上，如图24所示，在第一芯片51中，具有图23所示的截面构造的光电转换部21以矩阵状排列着。在图23中，第一芯片51的下表面是光入射面。
在上述第一变形例中，示出了在半导体基板150的背面上的像素区域的外周(例如，位于触点层156上方的区域180C)以及该像素区域的中央(例如，位于N+型半导体区域155和P+型半导体区域154上方的区域280H)两者中都设置有规则地或随机地布置着的多个凹凸部181的情况。然而，本发明不限于这种构造，并且，例如，如图23和图24所示，可以具有其中在区域180C和区域280H中的一者中未形成有凹凸部181的构造。在图23和图24中示出了已经省去了区域180C的凹凸部181的情况。
2.3.3第三变形例
图25是示出根据第三变形例的第一芯片的截面构造示例的截面图。图25示出了例如与图19所示的第一芯片51的截面构造示例中的G-G面相对应的平面的截面构造示例。
如图25所示，抬高区域280K可以是将像素区域分割为2×2矩阵的十字形区域。凹凸部181可以形成在抬高区域280K中，或者可以形成在非抬高区域(各像素区域之中的除了区域280K以外的区域)中，或者可以形成在所有这些区域中。
2.3.4第四变形例
图26是示出根据第四变形例的第一芯片的截面构造示例的截面图。与图25相似地，图26示出了例如与图19所示的第一芯片51的截面构造示例中的G-G面相对应的平面的截面构造示例。
如图26所示，抬高区域280L可以是像素区域的四角。凹凸部181可以形成在四个抬高区域280L各者中，或者可以形成在非抬高区域(各像素区域之中的除了区域280L以外的区域)中，或者可以形成在所有这些区域中。
2.3.5第五变形例
图27是示出根据第五变形例的第一芯片的截面构造示例的截面图。与图25或图26相似地，图27示出了例如与图19所示的第一芯片51的截面构造示例中的G-G面相对应的平面的截面构造示例。
如图27所示，抬高区域280M可以是像素区域的中央，例如，位于N+型半导体区域155和P+型半导体区域154上方的十字形区域。凹凸部181可以形成在抬高区域280M中，或者可以形成在非抬高区域(各像素区域之中的除了区域280M以外的区域)中，或者可以形成在所有这些区域中。
如上述第一至第五变形例中那样，抬高区域不限于像素区域的外周(例如，触点层156上方的区域附近)，并且可以进行各种变形。上述第二实施方案及其变形例仅是示例，并且可以进行各种变形。
3.应用例
根据本发明的技术可以应用于各种产品。例如，根据本发明的技术可以被实现为安装在任何类型的移动体上的装置，这些移动体例如是汽车、电动汽车、混合动力汽车、摩托车、自行车、个人移动载具、飞机、无人机、船舶、建筑机械或农业机械(拖拉机)等。
图28是示出作为根据本发明的技术可以适用的移动体控制系统的示例的车辆控制系统7000的示意性构造示例的框图。车辆控制系统7000包括经由通信网络7010而相互连接的多个电子控制单元。在图28所示的示例中，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。把这些控制单元相互连接起来的通信网络7010可以是符合诸如控制器局域网(CAN：controller area network)、局域互连网(LIN：localinterconnect network)、局域网(LAN：local area network)或FlexRay(注册商标)等任意标准的车载通信网络。
各控制单元包括：微型计算机，其按照各种程序来执行运算处理；存储单元，其存储由微型计算机运行的程序或用于各种运算的参数；以及驱动电路，其驱动作为控制对象的各种设备。各控制单元还包括：用于经由通信网络7010与其他控制单元进行通信的网络接口；以及用于通过有线通信或无线通信与车辆内外的设备或传感器等进行通信的通信接口。在图28中，作为综合控制单元7600的功能构造，示出了微型计算机7610、通用通信接口7620、专用通信接口7630、定位单元7640、信标接收单元7650、车载设备接口7660、声音/图像输出单元7670、车载网络接口7680和存储单元7690。其他控制单元也包括微型计算机、通信接口和存储单元等。
驱动系统控制单元7100按照各种程序来控制与车辆的驱动系统有关的设备的操作。例如，驱动系统控制单元7100起到以下设备的控制装置的作用：诸如内燃机或驱动电机等用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置；用于将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构；用于调整车辆的转向角的转向机构；以及用于产生车辆的制动力的制动装置等。驱动系统控制单元7100可以起到防锁死制动系统(ABS：antilock brake system)、电子稳定控制系统(ESC：electronic stability control)等的控制装置的作用。
车辆状况检测器7110连接到驱动系统控制单元7100。例如，车辆状况检测器7110可以包括下列中的至少一者：用于检测车身的轴旋转运动的角速度的陀螺仪传感器；用于检测车辆的加速度的加速度传感器；以及用于检测加速踏板的操作量、制动踏板的操作量、方向盘的转向角、引擎转数或车轮转速等的传感器。驱动系统控制单元7100使用从车辆状况检测器7110输入过来的信号执行运算处理，以控制内燃机、驱动电机、电动助力转向装置或制动装置等。
车身系统控制单元7200按照各种程序来控制搭载于车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元7200起到以下设备的控制装置的作用：无钥匙进入系统；智能钥匙系统；电动窗装置；或诸如车头灯、车尾灯、刹车灯、转向灯或雾灯等各种灯。在这种情况下，从替代钥匙的便携式装置发送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接收这些无线电波或信号的输入，并且控制车辆的门锁装置、电动窗装置和灯等。
电池控制单元7300按照各种程序来控制作为驱动电机的电源的二次电池7310。例如，从包括二次电池7310的电池装置将诸如电池温度、电池输出电压或电池的剩余电量等信息输入到电池控制单元7300。电池控制单元7300使用这些信号执行运算处理，并且执行二次电池7310的温度调节控制或装配于电池装置中的冷却装置等的控制。
车外信息检测单元7400检测其中安装有车辆控制系统7000的车辆的外部的信息。例如，摄像单元7410和车外信息检测器7420中的至少一者连接到车外信息检测单元7400。摄像单元7410包括飞行时间(ToF：time of flight)相机、立体相机、单目相机、红外相机和其他相机中的至少一者。例如，车外信息检测器7420包括下列中的至少一者：用于检测当前天气或气象的环境传感器；以及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、行人等的环境信息检测传感器。
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、以及检测降雪的雪传感器中的至少一者。环境信息检测传感器可以是超声波传感器、雷达设备、以及LIDAR、(例如light detection and ranging(光探测及测距)和laser imaging detection and ranging(激光成像探测及测距))设备中的至少一者。摄像单元7410和车外信息检测器7420可以被设置为独立的传感器或设备，或者可以被设置为其中集成有多个传感器或设备的装置。
这里，图29示出了摄像单元7410和车外信息检测器7420的安装位置的示例。例如，摄像单元7910、7912、7914、7916和7918设置在车辆7900的前鼻、侧视镜、后保险杠、尾门和车厢内的挡风玻璃的上部的位置处。设置在前鼻处的摄像单元7910和设置在车厢内的挡风玻璃的上部处的摄像单元7918主要获取车辆7900前方的图像。设置在侧视镜处的摄像单元7912和7914主要获取车辆7900侧方的图像。设置在后保险杠或尾门处的摄像单元7916主要获取车辆7900后方的图像。设置在车厢内的挡风玻璃的上部处的摄像单元7918主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志、车道线等。
图29还示出了摄像单元7910、7912、7914和7916的摄像范围的示例。摄像范围a表示设置在前鼻处的摄像单元7910的摄像范围，摄像范围b和c表示分别设置在侧视镜处的摄像单元7912和7914的摄像范围，并且摄像范围d表示设置在后保险杠或尾门处的摄像单元7916的摄像范围。例如，通过把由摄像单元7910、7912、7914和7916摄取到的图像数据叠加，可以获得从上方看到的车辆7900的俯瞰图像。
例如，设置在车辆7900的前面、后面、侧面、角落和车厢内的挡风玻璃的上部处的车外信息检测器7920、7922、7924、7926、7928和7930可以分别是超声波传感器或雷达设备。例如，设置在车辆7900的前鼻、后保险杠、尾门和车厢内的挡风玻璃的上部处的车外信息检测器7920、7926和7930可以分别是LIDAR设备。这些车外信息检测器7920至7930主要用于检测前方车辆、行人、或障碍物等。
返回图28继续进行说明。车外信息检测单元7400使摄像单元7410拍摄车辆外部的图像并且接收所拍摄的图像数据。车外信息检测单元7400还从所连接的车外信息检测器7420接收检测信息。当车外信息检测器7420分别是超声传感器、雷达设备或LIDAR设备时，车外信息检测单元7400发送超声波、或电磁波等，并且接收所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行人、车辆、障碍物、标志、或路面上的文字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用于识别降雨、起雾、或路面状况等的环境识别处理。车外信息检测单元7400可以基于接收到的信息来计算与车辆外部的物体相距的距离。
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行人、车辆、障碍物、标志、或路面上的文字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位置对准等处理，并且可以把由不同的摄像单元7410拍摄的图像数据合成，以生成俯瞰图像或全景图像。车外信息检测单元7400可以使用由不同的摄像单元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，用于检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测器7510连接到车内信息检测单元7500。驾驶员状态检测器7510可以包括拍摄驾驶员的相机、检测驾驶员的生物体信息的生物体传感器、或者对车厢内的声音进行收音的麦克风等。例如，生物体传感器设置在座椅表面或方向盘等上，并且检测坐在座椅上的乘客或手握方向盘的驾驶员的生物体信息。车内信息检测单元7500可以基于从驾驶员状态检测器7510输入的检测信息来计算出驾驶员的疲劳度或专注度，并且可以判别出驾驶员是否在打瞌睡。车内信息检测单元7500可以对所收集的音频信号执行诸如噪声去除处理等处理。
综合控制单元7600根据各种程序来控制车辆控制系统7000内的整体操作。输入单元7800连接到综合控制单元7600。例如，输入单元7800由诸如触摸面板、按钮、麦克风、开关、或控制杆等可供乘客在其上执行输入操作的设备来实现。通过对经由麦克风输入的音频执行语音识别而获得的数据可以被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设备，或者可以是支持车辆控制系统7000上的操作的诸如移动电话或个人数字助理(PDA：Personal Digital Assistant)等外连设备。例如，输入单元7800可以是相机，在这种情况下，乘客可以通过手势而输入信息。可替代地，可以输入通过检测乘客所佩戴的可穿戴设备的动作而获得的数据。此外，例如，输入单元7800可以包括输入控制电路，其基于由乘客等使用输入单元7800而输入的信息来生成输入信号，并且将该输入信号输出到综合控制单元7600。通过操作输入单元7800，乘客等可以将各种数据输入到车辆控制系统7000，并且可以指示车辆控制系统7000执行处理操作。
存储单元7690可以包括用于存储由微型计算机运行的各种程序的只读存储器(ROM：read only memory)和用于存储各种参数、运算结果、感测值等的随机存取存储器(RAM：random access memory)。存储单元7690可以由诸如硬盘驱动器(HDD：hard diskdrive)等磁存储器件、半导体存储器件、光学存储器件、磁光存储器件等来实现。
通用通信接口7620是用于协调与外部环境7750中存在的各种设备的通信的通用性通信接口。通用通信接口7620可以实施诸如GSM(global system of mobilecommunications(全球移动通信系统)，注册商标)、WiMAX(注册商标)、LTE(long termevolution(长期演进技术)，注册商标)或LTE-A(高级LTE)等蜂窝通信协议或者诸如无线LAN(也称为Wi-Fi(注册商标))或Bluetooth(注册商标)等其他无线通信协议。例如，通用通信接口7620可以经由基站或接入点与存在于外部网络(例如，因特网、云网络或运营商固有网络)上的设备(例如，应用程序伺服器或控制伺服器)连接。例如，通用通信接口7620还可以使用点对点(P2P：peer to peer)技术与存在于车辆附近的终端(例如，驾驶员、行人或店铺终端或者机器型通信(MTC：Machine Type Communication)终端)连接。
专用通信接口7630是支持被制定用于车辆上的通信协议的通信接口。例如，专用通信接口7630可以实施诸如作为下层IEEE802.11p和上层IEEE1609的组合的WAVE(wireless access in vehicle environment：车辆环境中的无线访问)、DSRC(dedicatedshort range communications：专用短程通信技术)、或蜂窝通信协议等标准协议。专用通信接口7630通常执行V2X通信，该V2X通信是包括车辆与车辆之间通信、车辆与基础设施之间通信、车辆与家庭之间通信以及车辆与行人之间通信中的一者以上的概念。
例如，定位单元7640接收来自GNSS(global navigation satellite system：全球导航卫星系统)卫星的GNSS信号(例如，来自GPS(global positioning system：全球定位系统)卫星的GPS信号)，并且执行定位，以生成包括车辆的纬度、经度和高度的位置信息。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(personal handy-phone system：个人手持电话通信系统)或智能手机等终端获取位置信息。
例如，信标接收单元7650接收从安装在道路上的无线电台等发送的无线电波或电磁波，并且获取诸如当前位置、交通拥堵、道路封闭或所需时间等信息。信标接收单元7650的功能可以被包含于上述专用通信接口7630中。
车载设备接口7660是用于协调微型计算机7610与存在于车辆中的各种车载设备7760之间的连接的通信接口。车载设备接口7660可以使用诸如无线LAN、Bluetooth(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。车载设备接口7660还可以经由连接端子(如果需要，还有电缆)(未显示)建立诸如USB(通用串行总线)、HDMI(高清多媒体接口)(注册商标)或MHL(移动高清链接)等有线连接。例如，车载设备7760可以包括乘客所拥有的移动设备或可穿戴设备或者搬入或安装于车辆中的信息设备中的至少一者。车载设备7760还可以包括能够搜索前往任意目的地的路线的导航设备。车载设备接口7660与这些车载设备7760交换控制信号或数据信号。
车载网络接口7680是用于协调微型计算机7610与通信网络7010之间的通信的接口。车载网络接口7680遵循由通信网络7010支持的预定协议来发送和接收信号等。
综合控制单元7600的微型计算机7610基于经由通用通信接口7620、专用通信接口7630、定位单元7640、信标接收单元7650、车载设备接口7660和车载网络接口7680中的至少一者而获取到的信息，根据各种程序来控制车辆控制系统7000。例如，微型计算机7610可以基于所获取的车辆内部和外部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，并且将控制命令输出到驱动系统控制单元7100。例如，微型计算机7610可以执行协调控制，以实现包括车辆的碰撞规避或撞击缓和、基于车辆之间距离的跟车行驶、车辆定速行驶、车辆碰撞警告、或车辆偏离车道警告等在内的高级驾驶员辅助系统(ADAS：advanceddriver assistance system)的功能。微型计算机7610还可以通过基于所获取的车辆周围的信息来控制驱动力产生装置、转向机构、或制动装置等来进行协调控制，以实现车辆不依赖于驾驶员的操作而自主行驶的自动驾驶等。
微型计算机7610可以基于经由通用通信接口7620、专用通信接口7630、定位单元7640、信标接收单元7650、车载设备接口7660和车载网络接口7680中的至少一者而获取的信息，生成车辆与车辆周围的诸如建筑物或行人等物体之间的三维距离信息，并且创建包括关于车辆当前位置的周围信息的区域地图信息。微型计算机7610还可以基于所获取的信息来预测诸如车辆碰撞、有行人等接近车辆、或即将进入封闭道路等危险，并且生成警告信号。例如，警告信号可以是用于生成警告声音或让警告灯点亮的信号。
声音/图像输出单元7670将作为声音和图像中的至少一者的输出信号发送到能够在视觉上或在听觉上向车辆乘客或车辆外部通知信息的输出装置。在图28的示例中，作为输出装置，示出了音频扬声器7710、显示单元7720和仪表板7730。例如，显示单元7720可以包括板载显示器(onboard display)和平视显示器(heads-up display)中的至少一者。显示单元7720可以具有增强现实(AR：Augmented Reality)显示功能。输出装置可以是除了这些设备以外的例如头戴式耳机、诸如乘客所佩戴的眼镜式显示器等可穿戴设备、投影仪、或灯等其他设备。当输出装置是显示装置时，显示装置以诸如文本、图像、表格或曲线图等各种形式在视觉上显示出由微型计算机7610执行了各种处理而获得的结果或者从其他控制单元接收到的信息。当输出装置是音频输出装置时，音频输出装置把将包含了所播放的音频数据或音响数据等的音频信号转换为模拟信号，并且在听觉上输出该模拟信号。
在图28所示的示例中，经由通信网络7010相互连接的至少两个控制单元可以被一体化为一个控制单元。可替代地，各控制单元可以由多个控制单元组成。此外，车辆控制系统7000可以包括其他不同的控制单元(未示出)。在以上说明中，由任何控制单元负责的功能的一部分或全部可以包含于另一控制单元中。即，预定的运算处理可以由任何控制单元来执行，只要经由通信网络7010进行信息的发送和接收即可。类似地，连接到任一控制单元的传感器或设备可以连接到另一控制单元，并且多个控制单元可以经由通信网络7010相互发送和接收检测信息。
用于实现根据参照图1所说明的本实施方案的ToF传感器1的各功能的计算机程序可以安装在任何控制单元等中。可以提供其中存储有这种计算机程序的计算机可读记录介质。例如，记录介质是磁盘、光盘、磁光盘或闪存。例如，计算机程序可以在不使用记录介质的情况下经由网络进行配发。
在上述车辆控制系统7000中，根据参照图1所说明的本实施方案的ToF传感器1可以应用于图28所示的示例性应用中的综合控制单元7600。例如，ToF传感器1的控制器11、运算单元15和外部接口19相当于综合控制单元7600的微型计算机7610、存储单元7690和车载网络接口7680。然而，本发明不限于此，并且车辆控制系统7000可以相当于图1中的主机80。
此外，根据参照图1所说明的本实施方案的ToF传感器1的至少一部分构成要素可以在图28所示的用于综合控制单元7600的模块(例如，由一个晶片制成的集成电路模块)中实现。可替代地，根据参照图1所说明的本实施方案的ToF传感器1可以由图28所示的车辆控制系统7000中的多个控制单元来实现。
尽管上面已经说明了本发明的实施方案，但是本发明的技术范围不限于上述实施方案，并且在不脱离本发明的主旨的情况下可以进行各种变形。不同的实施方案和变形例中的构成要素也可以适当地组合。
此外，在本说明书中所记载的各实施方案中的效果仅是示例，而非限制性的，并且还可以实现其他效果。
本技术还可以采用以下技术方案。
(1)一种雪崩光电二极管传感器，包括：
第一半导体基板；和
第二半导体基板，其接合到所述第一半导体基板的第一面，
其中，所述第一半导体基板包括：
以矩阵状排列的多个光电转换部；和
用于将所述多个光电转换部彼此元件分离的元件分离部，
所述多个光电转换部包括第一光电转换部，
所述元件分离部具有第一元件分离区域和第二元件分离区域，
所述第一光电转换部布置在所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域之间，
所述第一半导体基板还包括多个凹凸部，所述多个凹凸部排列于与所述第一面相对的一侧的第二面上且排列于所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域之间，并且
所述第二半导体基板包括连接到所述多个光电转换部各者的读出电路。
(2)根据(1)所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述第一光电转换部包括：设置在所述第一半导体基板的所述第一面上且具有第一导电类型的阴极区域；以及设置在所述第一半导体基板的所述第一面上且具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的阳极区域。
(3)根据(2)所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述多个凹凸部至少排列于与所述阴极区域或所述阳极区域在所述第一半导体基板的基板厚度方向上相对应的区域中。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述第一光电转换部是雪崩光电二极管。
(5)根据(1)至(4)中任一项所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域各者包括反射膜或高折射率膜。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域各者将所述第一半导体基板从所述第一面到所述第二面贯穿。
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述多个凹凸部布置在所述第二面上的由所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域划分出的整个区域中。
(8)根据(2)所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述多个凹凸部布置在所述第二面上的与所述阴极区域在所述第一半导体基板的基板厚度方向上相对应的区域中。
(9)根据(2)所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述多个凹凸部布置在所述第二面上的与所述阳极区域在所述第一半导体基板的基板厚度方向上相对应的区域中。
(10)根据(2)所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述元件分离部还包括第三元件分离区域和第四元件分离区域，所述第三元件分离区域和所述第四元件分离区域在与所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域不同的方向上划分出所述第一光电转换部，并且
所述多个凹凸部布置在所述第二面上的把由所述第一元件分离区域至所述第四元件分离区域划分出的矩形区域分割为四份的十字形区域中。
(11)根据(2)所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述元件分离部还包括第三元件分离区域和第四元件分离区域，所述第三元件分离区域和所述第四元件分离区域在与所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域不同的方向上划分出所述第一光电转换部，并且
所述多个凹凸部布置在所述第二面上的由所述第一元件分离区域至所述第四元件分离区域划分出的矩形区域的四角各者处。
(12)根据(2)所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述多个凹凸部布置在所述第二面上的与所述阴极区域在所述第一半导体基板的基板厚度方向上相对应的十字形区域中。
(13)根据(1)至(12)中任一项所述的雪崩光电二极管传感器，其中，在所述第一半导体基板的所述第二面上的由所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域划分出的区域的至少一部分中，设置有沟槽。
(14)根据(13)所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述多个凹凸部设置在所述沟槽的底面上。
(15)根据(13)所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述第一半导体基板还包括设置在所述沟槽的底面上的多个凹凸部。
(16)根据(13)至(15)中任一项所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述第一半导体基板还包括设置在所述沟槽的内部的透光膜。
(17)一种测距装置，包括：
光发射部，其被构造成发出预定波长的光；
雪崩光电二极管传感器，其被构造成根据所接收到的光产生像素信号；和
运算单元，其被构造成基于由所述雪崩光电二极管传感器产生的所述像素信号来计算距物体的距离，
其中，所述雪崩光电二极管传感器包括：
第一半导体基板；和
第二半导体基板，其接合到所述第一半导体基板的第一面，所述第一半导体基板包括：
以矩阵状排列的多个光电转换部；和
用于将所述多个光电转换部彼此元件分离的元件分离部，
所述多个光电转换部包括第一光电转换部，
所述元件分离部具有第一元件分离区域和第二元件分离区域，
所述第一光电转换部布置在所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域之间，
所述第一半导体基板还包括多个凹凸部，所述多个凹凸部排列于与所述第一面相对的一侧的第二面上且排列于所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域之间，并且
所述第二半导体基板包括连接到所述多个光电转换部各者的读出电路。
[附图标记说明]
1：ToF传感器
11：控制器
13：光发射部
14：光接收部
15：运算单元
19：外部接口
20：SPAD像素
21：光电转换部
22：读出电路
23：猝灭电阻器(quench resistor)
24：选择晶体管
25：数字转换器
251：电阻器
252：NMOS晶体管
26：反相器(inverter)
261：PMOS晶体管
262：NMOS晶体管
27：缓冲器(buffer)
30：宏像素(macro-pixel)
40：SPAD加法部
41：脉冲整形单元
42：光接收数计数单元
50：接合芯片(bonded chip)
51：第一芯片
52：第二芯片
80：主机
90：物体
131：光源
132：准直透镜(collimator lens)
133：半反射镜(half mirror)
134：驱动单元
135：检流计反射镜(galvanometer mirror)
141：SPAD阵列
142：有效区域
142-1至142-4：SPAD区域
143：时序控制电路
144：驱动电路
145：输出电路
146：光接收透镜
150：半导体基板
151：N-型半导体区域
153：P型半导体区域
154：P+型半导体区域
155：N+型半导体区域
156：触点层
157：元件分离部
157A、157B：元件分离区域
158：反射膜
159：绝缘膜
161：平坦化膜
162：芯片上透镜(on-chip lens)
163：钉扎层(pinning layer)
164：透明绝缘膜
170：配线层
171：绝缘膜
172、176：通路配线(via wiring)
173、177、191和195：电极焊盘
180、180B、180C、180D、180E、180F、280G、280H、280K、280L、280M：区域
181：凹凸部(concave-convex portion)
192、196：端子
201G、201H：透光膜
202G、202H：沟槽
203G、203H：入射面
AR：测距范围
L1：激光
L2：反射光
LD：像素驱动线
LS：输出信号线
SR：视角

Claims (17)

1.一种雪崩光电二极管传感器，包括：
第一半导体基板；和
第二半导体基板，其接合到所述第一半导体基板的第一面，
其中，所述第一半导体基板包括：
以矩阵状排列的多个光电转换部；和
用于将所述多个光电转换部彼此元件分离的元件分离部，
所述多个光电转换部包括第一光电转换部，
所述元件分离部具有第一元件分离区域和第二元件分离区域，
所述第一光电转换部布置在所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域之间，
所述第一半导体基板还包括多个凹凸部，所述多个凹凸部排列于与所述第一面相对的一侧的第二面上且排列于所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域之间，并且
所述第二半导体基板包括连接到所述多个光电转换部各者的读出电路。
2.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述第一光电转换部包括：设置在所述第一半导体基板的所述第一面上且具有第一导电类型的阴极区域；以及设置在所述第一半导体基板的所述第一面上且具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的阳极区域。
3.根据权利要求2所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述多个凹凸部至少排列于与所述阴极区域或所述阳极区域在所述第一半导体基板的基板厚度方向上相对应的区域中。
4.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述第一光电转换部是雪崩光电二极管。
5.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域各者包括反射膜或高折射率膜。
6.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域各者将所述第一半导体基板从所述第一面到所述第二面贯穿。
7.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述多个凹凸部布置在所述第二面上的由所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域划分出的整个区域中。
8.根据权利要求2所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述多个凹凸部布置在所述第二面上的与所述阴极区域在所述第一半导体基板的基板厚度方向上相对应的区域中。
9.根据权利要求2所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述多个凹凸部布置在所述第二面上的与所述阳极区域在所述第一半导体基板的基板厚度方向上相对应的区域中。
10.根据权利要求2所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述元件分离部还包括第三元件分离区域和第四元件分离区域，所述第三元件分离区域和所述第四元件分离区域在与所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域不同的方向上划分出所述第一光电转换部，并且
所述多个凹凸部布置在所述第二面上的把由所述第一元件分离区域至所述第四元件分离区域划分出的矩形区域分割为四份的十字形区域中。
11.根据权利要求2所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述元件分离部还包括第三元件分离区域和第四元件分离区域，所述第三元件分离区域和所述第四元件分离区域在与所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域不同的方向上划分出所述第一光电转换部，并且
所述多个凹凸部布置在所述第二面上的由所述第一元件分离区域至所述第四元件分离区域划分出的矩形区域的四角各者处。
12.根据权利要求2所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述多个凹凸部布置在所述第二面上的与所述阴极区域在所述第一半导体基板的基板厚度方向上相对应的十字形区域中。
13.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管传感器，其中，在所述第一半导体基板的所述第二面上的由所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域划分出的区域的至少一部分中，设置有沟槽。
14.根据权利要求13所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述多个凹凸部设置在所述沟槽的底面上。
15.根据权利要求13所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述第一半导体基板还包括设置在所述沟槽的底面上的多个凹凸部。
16.根据权利要求13所述的雪崩光电二极管传感器，其中，所述第一半导体基板还包括设置在所述沟槽的内部的透光膜。
17.一种测距装置，包括：
光发射部，其被构造成发出预定波长的光；
雪崩光电二极管传感器，其被构造成根据所接收到的光产生像素信号；和
运算单元，其被构造成基于由所述雪崩光电二极管传感器产生的所述像素信号来计算距物体的距离，
其中，所述雪崩光电二极管传感器包括：
第一半导体基板；和
第二半导体基板，其接合到所述第一半导体基板的第一面，所述第一半导体基板包括：
以矩阵状排列的多个光电转换部；和
用于将所述多个光电转换部彼此元件分离的元件分离部，
所述多个光电转换部包括第一光电转换部，
所述元件分离部具有第一元件分离区域和第二元件分离区域，
所述第一光电转换部布置在所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域之间，
所述第一半导体基板还包括多个凹凸部，所述多个凹凸部排列于与所述第一面相对的一侧的第二面上且排列于所述第一元件分离区域和所述第二元件分离区域之间，并且
所述第二半导体基板包括连接到所述多个光电转换部各者的读出电路。
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