CN114097085A - 光电转换元件、摄像元件以及摄像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的光电转换元件具有基板以及光学元件，对使用射出光的光源、上述光被物体反射而得的反射光进行受光。当将向上述光电转换元件入射的上述反射光的入射能量设为I，将上述光源的平均波长为λ时的上述基板中的上述反射光的吸收系数设为α(λ)，将上述第一面上的预定区域中的上述反射光的入射能量设为A1，将上述光电转换元件不具有上述光学元件的情况下的上述第一面上的上述预定区域中的上述反射光的入射能量设为A2，将在上述基板的厚度方向上从上述预定区域平行移动了规定的距离z后的区域中的上述反射光的入射能量设为B(z)时，当满足A1≧A2且设为距离z0＝ln(2)/α(λ)时，在z＝z0的情况下，0.95＊exp(‑α(λ)＊z)≦B(z)/A≦1.05＊exp(‑α(λ)＊z)的关系式成立。

Description

光电转换元件、摄像元件以及摄像系统
技术领域
本发明涉及光电转换元件、配置有该光电转换元件的摄像元件以及具备该摄像元件的摄像系统。
本申请基于2019年8月30日在日本提交的特愿2019-157643号并主张优先权，将其内容援用于此。
背景技术
一直以来，作为用于计测与物体之间的距离的技术，存在如下技术：对物体照射近红外区域的光脉冲，计测照射该光脉冲的时刻、与检测到所照射的光脉冲被物体反射来的反射光的时刻之间的时间差，即计测光脉冲的飞行时间。这样的根据光脉冲的飞行时间来计测与物体之间的距离的技术被称为飞行时间(Time of Flight：TOF)。然后，使用光电转换元件来进行基于飞行时间技术的与物体之间的距离的计测的测距传感器也被实用化。
并且，近年来，使用光电转换元件来进行基于飞行时间技术的与物体之间的距离的计测的构成得到发展，还实用化出了下述的测距传感器，该测距传感器不仅能够得到与物体之间的距离，还能够得到包含物体的二维图像，即能够得到针对物体的三维信息。这种测距传感器也被称为距离图像传感器。在距离图像传感器中，在硅基板上以二维矩阵状配置有多个像素，该像素包括对由物体反射来的光脉冲的反射光进行受光的受光部即光电二极管。然后，在距离图像传感器中，通过将基于多个像素分别受光的光脉冲的反射光的光量而得到的光电转换信号输出一个图像的量，由此能够得到包含物体的二维图像、以及构成该图像的多个像素各自的距离信息。由此，在距离图像传感器中，能够得到对包含物体的二维图像组合了多个像素各自的距离信息的三维信息。
然而，在距离图像传感器中能够计测的距离的精度，根据多个像素各自在相同时间能够受光的光脉冲的反射光的光量而发生改变。即，在距离图像传感器中，如果多个像素各自在相同时间能够对更多反射光进行受光，则能够高精度地计测距离。因此，在距离图像传感器中，希望使多个像素各自能够受光的光脉冲的反射光的光量增多，即希望提高多个像素各自针对近红外区域的光的灵敏度。
此外，在取得图像的图像传感器中，例如专利文献1所公开的技术那样，提出有用于提高针对光的灵敏度的各种技术。在专利文献1所公开的技术中，在传感器系统的半导体基板上所形成的构成各个传感器单元(像素)的多个光栅对的各自上，形成有多个微透镜。由此，在应用了专利文献1所公开那样的技术的传感器系统中，阵列的受光面积增加，使传感器系统的灵敏度增加。因此，在距离图像传感器中，为了提高多个像素各自针对近红外区域的光的灵敏度，可以考虑应用专利文献1所公开那样的形成微透镜的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6001236号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在距离图像传感器中，多个像素各自的灵敏度与光的受光部即光电二极管的构造、特别是光轴方向的距离存在关联。即，距离图像传感器中的多个像素各自的灵敏度，与在硅基板上形成光电二极管时的扩散层的深度(厚度)也存在关联。其理由在于，在距离图像传感器中，如上所述，对近红外区域的光脉冲被物体反射来的反射光进行受光，但由于该反射光也是近红外区域的光脉冲，因此在硅基板的较深位置处被更多地进行光电转换。
然而，专利文献1所公开的技术，是在图像传感器中在多个像素各自的位置处形成微透镜的技术。因此，通过应用专利文献1所公开的技术，在距离图像传感器中虽然也能够形成与多个像素分别对应的微透镜，但所形成的微透镜不一定适合于距离图像传感器。其理由在于，在专利文献1所公开的技术中形成的微透镜的焦点位置处于光栅对的受光面、即光向形成有光栅的半导体基板入射的入射侧的表面附近。然后，作为与距离图像传感器相关的技术，未公开在形成与多个像素分别对应的微透镜时、对微透镜对光进行聚光的位置即微透镜的焦点位置与形成多个像素各自中的受光部即光电二极管时的扩散层的深度(厚度)之间的关系进行规定的技术。
本发明是基于上述课题而进行的，其目的在于提供光电转换元件、配置有该光电转换元件的摄像元件、以及具备该摄像元件的摄像系统，该光电转换元件的构造为，在形成有与多个像素分别对应的微透镜的距离图像传感器中，能够提高多个像素各自针对光的灵敏度。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的一个方式的光电转换元件，是对使用射出规定波段的光的光源、上述光被物体反射而得的反射光进行受光的光电转换元件。该光电转换元件具有：基板，具有上述反射光入射的表面即第一面、由第一导电型半导体构成的第一半导体区域、以及由导电型与上述第一导电型半导体不同的第二导电型半导体构成且在与上述第一面垂直的方向上从上述第一面朝向内部扩展地形成的第二半导体区域；以及光学元件，配置于上述基板的上述第一面侧，使上述反射光聚光于上述第二半导体区域。当将向上述光电转换元件入射的上述反射光的入射能量设为I，将上述光源的平均波长为λ时的上述基板中的上述反射光的吸收系数设为α(λ)，将上述第一面上的预定区域中的上述反射光的入射能量设为A1，将上述光电转换元件不具有上述光学元件的情况下的上述第一面上的上述预定区域中的上述反射光的入射能量设为A2，将在上述基板的厚度方向上从上述预定区域平行移动了规定距离z后的区域中的上述反射光的入射能量设为B(z)时，当满足A1≧A2且设为距离z0＝ln(2)/α(λ)时，在z＝z0的情况下，0.95＊exp(-α(λ)＊z)≦B(z)/A≦1.05＊exp(-α(λ)＊z)的关系式成立。
为了解决上述课题，本发明的一个方式的光电转换元件，是对使用射出规定波段的光的光源、上述光被物体反射而得的反射光进行受光的光电转换元件。该光电转换元件具有：基板，具有上述反射光入射的表面即第一面、由第一导电型半导体构成的第一半导体区域、以及由导电型与上述第一导电型半导体不同的第二导电型半导体构成且在与上述第一面垂直的方向上从上述第一面朝向内部扩展地形成的第二半导体区域；以及光学元件，配置于上述基板的上述第一面侧，使上述反射光聚光于上述第二半导体区域。当将向上述光电转换元件入射的上述反射光的入射能量设为I，将上述光源的平均波长为λ时的上述基板中的上述反射光的吸收系数设为α(λ)，将上述第一面上的预定区域中的上述反射光的入射能量设为A1，将上述光电转换元件不具有上述光学元件的情况下的上述第一面上的上述预定区域中的上述反射光的入射能量设为A2，将在上述基板的厚度方向上从上述预定区域平行移动了规定距离z后的区域中的上述反射光的入射能量设为B(z)时，当满足A1≧A2且设为距离z0＝ln(2)/α(λ)时，在满足0≦z≦z0的全部z中，0.95＊exp(-α(λ)＊z)≦B(z)/A≦1.05＊exp(-α(λ)＊z)的关系式成立。
在本发明的一个方式的光电转换元件中也可以是，上述预定区域是将上述第二半导体区域相对于上述第一面垂直地投影而得的区域。
在本发明的一个方式的光电转换元件中也可以是，上述波段是近红外的波段。
在本发明的一个方式的光电转换元件中也可以是，上述近红外的波段是850nm～940nm的波段。
本发明的一个方式的摄像元件，是对使用射出规定波段的光的光源、上述光被物体反射而得的反射光进行受光的摄像元件，具有上述方式的多个光电转换元件，该光电转换元件具备以二维矩阵状配置有多个像素的受光区域。在上述受光区域中，多个像素沿着相互正交的第1方向以及第2方向排列。在沿着上述第1方向以及上述第2方向将上述光学元件切断时，将相互邻接的两个上述光学元件的谷部的高度设为第1高度。在沿着上述像素的对角线方向将上述光学元件切断时，将相互邻接的两个上述光学元件的谷部的高度设为第2高度。上述第1高度以及上述第2高度相互不同。
本发明的一个方式的摄像系统具有：射出规定波段的光的光源部；上述方式的摄像元件；以及对上述光被物体反射而得的反射光进行受光的受光部。
发明的效果
根据本发明的一个方式的摄像系统，能够得到如下效果：能够提供光电转换元件、配置有该光电转换元件的摄像元件以及具备该摄像元件的摄像系统，该光电转换元件的构造为，在形成有与多个像素分别对应的微透镜的距离图像传感器中能够提高多个像素各自针对光的灵敏度。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的摄像元件整体的概略构成的框图。
图2是示意地表示形成有本发明的实施方式的光电转换元件的摄像元件的截面的概略构成的截面图。
图3是表示产生了与入射到形成有本发明的实施方式的光电转换元件的摄像元件中的光相应的电子的样态的像素的截面图。
图4是示意地表示形成本发明的实施方式的光电转换元件时的思考方式的像素的截面图。
图5是表示入射到形成有本发明的实施方式的光电转换元件的摄像元件中的光的入射能量的衰减的曲线图。
图6是说明在形成有本发明的实施方式的光电转换元件的摄像元件中形成微透镜时所进行的模拟的参数的图。
图7A是说明在形成有本发明的实施方式的光电转换元件的摄像元件中形成微透镜时所进行的模拟的参数的图。
图7B是说明在形成有本发明的实施方式的光电转换元件的摄像元件中形成微透镜时所进行的模拟的参数的图。
图8是表示对入射到形成有本发明的实施方式的光电转换元件的摄像元件中的光的入射能量的衰减进行了模拟的结果的一个例子的曲线图。
图9A是表示将入射到摄像元件中的光的入射能量的衰减进行比较的模拟的结果的一个例子的曲线图。
图9B是表示将入射到摄像元件中的光的入射能量的衰减进行比较的模拟的结果的一个例子的曲线图。
图10是表示搭载了本发明的实施方式的摄像元件的本发明的实施方式的摄像系统的概略构成的框图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
本发明的实施方式的光电转换元件是具备硅基板(基板)、布线层W以及微透镜(光学元件)的像素。在硅基板的内部设置有作为光电转换部起作用的光电二极管。
光电转换元件(像素)搭载于通过飞行时间(Time of Flight：TOF)技术来计测与物体之间的距离的本发明的实施方式的摄像系统。并且，光电转换元件(像素)形成于本发明的实施方式的摄像元件即距离图像传感器。即，在以下的说明中，本发明的实施方式的光电转换元件形成为，对本发明的实施方式的摄像系统射出的波长较长的近红外波段的光(例如，波长为850nm～940nm波段的光)被物体反射而得的反射光进行受光并输出用于计测与物体之间的距离的信号的本发明的实施方式的光电转换元件(距离图像传感器)。
图1是表示本发明的实施方式的摄像元件的整体的概略构成的框图。在图1中，距离图像传感器10具备配置有多个像素101(像素阵列)的受光区域100、控制电路200、垂直驱动电路300、水平驱动电路400、AD转换电路500以及输出电路600。此外，在图1所示的距离图像传感器10中，示出了多个像素101配置为6行8列的二维矩阵状以形成多个像素列的、受光区域100的一个例子。换言之，构成用于构成距离图像传感器10的像素阵列的多个像素101沿着相互正交的第1方向以及第2方向排列。
控制电路200对距离图像传感器10所具备的构成要素、如垂直驱动电路300、水平驱动电路400以及AD转换电路500等进行控制。控制电路200例如根据来自摄像系统所具备的未图示的控制装置的控制，对距离图像传感器10所具备的构成要素的动作进行控制。
垂直驱动电路300是根据来自控制电路200的控制，对受光区域100内所配置的多个像素101分别进行控制的驱动电路。通过垂直驱动电路300的驱动，多个像素101分别将入射到像素101中的光(入射光)进行光电转换，而产生信号电荷。垂直驱动电路300使与多个像素101各自的信号电荷相应的像素信号向对应的垂直信号线输出(读出)。垂直驱动电路300按照受光区域100所配置的像素101的每行输出用于驱动(控制)像素101的驱动信号。由此，像素101所输出的像素信号按照每行被读出到垂直信号线，并被输出至AD转换电路500。
受光区域100内所配置的各个像素101，输出将所入射的光转换成了电信号的像素信号。像素101构成为，包括通过产生与所入射的光的量(光量)相应的信号电荷并蓄积、从而将所入射的光转换为电信号的光电二极管(光电转换部)等构成要素。多个像素101分别根据从垂直驱动电路300输入的驱动信号，将与所入射的光的量(光量)相应的像素信号向对应的垂直信号线输出。此外，关于像素101的构造的详细说明将后述。
AD转换电路500是根据来自控制电路200的控制，将从对应的列的像素101向对应的垂直信号线输出的模拟的像素信号转换为表示像素信号的大小的数字值的模拟/数字转换电路。此外，AD转换电路500也可以是由与在受光区域100中像素101配置的多个列分别对应的多个AD转换电路构成的AD转换电路组。AD转换电路500将根据来自水平驱动电路400的控制进行了模拟/数字转换之后的像素信号，作为输出信号而向水平信号线输出。
水平驱动电路400是将进行了模拟/数字转换之后的像素信号(输出信号)向水平信号线依次输出(读出)的驱动电路。即，通过水平驱动电路400的驱动，根据来自控制电路200的控制，从AD转换电路500输出的与受光区域100内所配置的像素101的各个列(像素列)对应的进行了模拟/数字转换之后的像素信号，向水平信号线依次输出。水平驱动电路400将用于输出与多个列各自中的像素101对应的输出信号的控制信号，向AD转换电路500依次输出。由此，AD转换电路500所输出的输出信号经由水平信号线向输出电路600依次输出。
输出电路600是将由水平驱动电路400向水平信号线输出的来自AD转换电路500的输出信号，向距离图像传感器10外部输出的电路。输出电路600例如是输出放大器等。
接下来，说明构成在距离图像传感器10所具备的受光区域100中配置的像素101的半导体基板的构造。图2是示意地表示形成有本发明的实施方式的光电转换元件的摄像元件(距离图像传感器10)的截面的概略构成的截面图。此外，在距离图像传感器10中，包括本发明的光电转换元件的像素101，在形成于距离图像传感器10的半导体基板的受光区域100内以二维矩阵状配置有多个。图2中示意地表示在从光入射的入射方向观察距离图像传感器10的受光区域100的情况下，在横宽方向(水平方向H)上邻接的2个像素量的区域的半导体基板的截面的一个例子。像素101至少包括光电二极管PD、浮动扩散区FD以及栅电极G而构成。
光电二极管PD是产生与所入射的光的量(光量)相应的信号电荷并蓄积的嵌入型的光电二极管。栅电极G是用于从像素101的外部施加将光电二极管PD所产生并蓄积的信号电荷向浮动扩散区FD传送所需要的电位的电极。栅电极G作为相对于对所入射的光进行受光的光电二极管PD而言的快门起作用。浮动扩散区FD是对由栅电极G传送的信号电荷进行蓄积的电荷蓄积电容。在距离图像传感器10中，多个像素101分别具备的浮动扩散区FD所蓄积的信号电荷被作为像素信号读出到AD转换电路500。
此外，当比喻成一般的图像传感器时，图2所示的距离图像传感器10的构成成为相当于表面照射(Front Side Illumination：FSI)型的图像传感器的构造。因此，图2所示的距离图像传感器10，具备成为距离图像传感器10的由第一导电型半导体(P型半导体)构成的半导体基板即硅基板Si(基板)。在光向硅基板Si入射的入射侧即硅基板Si的表面侧，形成有包括构成像素101的光电二极管PD的多个构成要素。
更具体地说，如图2所示，从硅基板Si的表面(以下，称为“第一面”)起形成构成像素101的光电二极管PD(光电转换部)。如图2所示那样，硅基板Si具有供反射光入射的表面即第一面、由第一导电型半导体(P+型半导体)构成的第一半导体区域、以及由导电型与第一导电型半导体不同的第二导电型半导体(N型半导体)构成的第二半导体区域。由此，形成具有将与所入射的光的量(光量)相应的电子作为信号电荷产生并蓄积的构成的、光电二极管PD。具有图2所示的构成的光电二极管PD能够通过如下来实现：将成为第二导电型半导体(N型半导体)的杂质掺杂于硅基板Si而形成N型半导体区域(第二半导体区域)，然后，将成为第一导电型半导体(P+型半导体)的杂质掺杂于硅基板Si而形成P+型半导体区域。即，第二半导体区域形成为，在与第一面垂直的方向上朝向硅基板Si的内部扩展。在硅基板Si的内部，第二半导体区域由第一半导体区域包围。
此外，在形成光电二极管PD时形成图2所示的浮动扩散区FD。在图2中，在硅基板Si的第一面形成N+型半导体的浮动扩散区FD。
然后，如图2所示，在形成了光电二极管PD的硅基板Si的第一面上，形成有包括栅电极G的布线层W。图2中表示以4层形成有布线的布线层W。布线层W所形成的多条布线分别由多晶硅(poly-Si)、铝(Al)形成。此外，图2所示的栅电极G例如是由多晶硅形成的多晶硅栅电极。此外，图2所示的其他布线例如是由铝形成，并与构成像素101的其他构成要素、形成于距离图像传感器10的未图示的电路要素连接的布线。
然后，如图2所示，在布线层W的表面侧、即光向距离图像传感器10入射的入射面(表面、第一面)上所形成的微透镜层L中，形成使所入射的光聚光于光电二极管PD的光学元件即微透镜ML。此外，在距离图像传感器10中，在与构成多个像素101各自的光电二极管PD对应的位置处形成微透镜ML。
在图2所示的例子中，示出相互邻接的两个像素101、即第1像素和第2像素。在第1像素以及第2像素中分别形成有微透镜ML。在该构造中，形成有相互邻接的两个微透镜ML、即第1微透镜和第2微透镜。
此时，在距离图像传感器10中，如图2所示，以与邻接的像素对应的微透镜ML彼此之间没有间隙的方式、即以所谓的透镜间隙为0的方式，形成多个微透镜ML的各自。但是，在微透镜ML的形成方法中，还存在无法使透镜间隙成为0的方法。当在距离图像传感器10中通过无法使透镜间隙成为0的方法来形成微透镜ML的情况下，使相互邻接的两个微透镜ML之间的谷部的高度不同。
谷部的高度是指从布线层W与微透镜ML之间的面起到在谷部中处于最低位置的部分为止的距离。
具体地说，在沿着图1所示的像素阵列中的多个像素101所排列的第1方向以及第2方向(相互正交的方向、垂直方向V以及水平方向H)将微透镜ML进行了切断时，将相互邻接的两个微透镜ML之间的谷部高度设为高度H1(第1高度)。
另一方面，在沿着相对于多个像素101所排列的第1方向以及第2方向倾斜45°的方向、即像素101的对角线方向将微透镜ML进行了切断时，将相互邻接的两个微透镜ML之间的谷部的高度设为高度H2(第2高度)。在该情况下，使高度H1、H2相互不同，使高度H1比高度H2高。
与像素101相关的上述构成，可以说是与一般的表面照射型的图像传感器相同的构成。即，能够通过与一般的表面照射型的图像传感器相同的工序来制造像素101。但是，在距离图像传感器10中，向构成多个像素101各自的光电二极管PD入射的光，是波长较长的近红外波段的光。因此，在距离图像传感器10中，入射到多个像素101各自中的近红外波段的光，到达硅基板Si中较深的位置、即微透镜ML所聚光的近红外波段的光的光轴方向的距离较长(远)的位置。因此，在距离图像传感器10中，在构成多个像素101各自的光电二极管PD中，即使在较深位置的区域中，也产生与近红外波段的光相应的电子。
图3是表示产生了与入射到形成有本发明的实施方式的光电转换元件(像素101)的摄像元件(距离图像传感器10)中的光(近红外波段的光)相应的电子的样态的像素101的截面图。图3中示意地示出如下样态：在距离图像传感器10中所配置的一个像素101中，在向微透镜ML入射了近红外波段的平行光(所谓的准直光)的情况下，在硅基板Si的内部产生了与近红外波段的光相应的电子e-。
在距离图像传感器10中，在多个像素101的各自中，如图3所示，即使在硅基板Si中的较深位置的区域中，也产生与近红外波段的光相应的电子e-。因此，在距离图像传感器10中，使构成像素101的光电二极管PD的构造成为适合于近红外波段的光的构造。更具体地说，将硅基板Si中的在N型半导体区域的深度方向、即从硅基板Si的表面(第一面)朝向背面的厚度方向D上扩展的N型半导体区域形成为，与在一般的表面照射型的图像传感器的像素中形成的光电二极管PD的N型半导体区域相比扩展到更深的位置。换言之，在与硅基板Si的表面垂直的方向上，N型半导体区域以从其表面朝向硅基板Si的内部扩展的方式形成于硅基板Si的一部分。
图3中表示使N型半导体区域所扩展的范围R1在厚度方向D上扩展成为范围R2的样态。此外，在图3中表示N型半导体区域的范围R2在横宽的方向(水平方向X)上也扩展的情况。由此，在距离图像传感器10中，多个像素101分别能够将与入射到像素的近红外波段的光相应地由光电二极管PD在硅基板Si的较深位置处产生的电子e-，也作为光电二极管PD产生的信号电荷，向浮动扩散区FD传送并蓄积。由此，在距离图像传感器10中，能够提高各个像素101针对近红外波段的光的灵敏度。即，在距离图像传感器10中，能够输出更大值的像素信号。
因此，在距离图像传感器10中，使在形成构成多个像素101各自的光电二极管PD时进行的成为N型半导体的杂质的掺杂的控制，成为与一般的表面照射型的图像传感器不同的控制。
＜思考方式＞
在此，说明在距离图像传感器10中对构成多个像素101各自的光电二极管PD进行形成时的思考方式。更具体地说，说明在距离图像传感器10中对构成多个像素101各自的光电二极管PD进行形成时，对成为N型半导体的杂质的掺杂进行控制时的思考方式。图4是示意地表示形成本发明的实施方式的光电转换元件(像素101)时的思考方式的像素101的截面图。
在形成距离图像传感器10中的光电二极管PD时的思考方式中，基于光向硅基板Si入射的第一面上的预定区域(第一区域)中的光的强度A、与从第一面在厚度方向D(硅基板Si的深度方向)上离开预定距离后的位置处的预定区域(第二区域)中的光的强度B之比B/A，对成为N型半导体的杂质的掺杂进行控制。
具体地说，将从上述预定区域(第一区域)在硅基板Si的厚度方向上平行移动了规定距离z后的区域(第二区域)中的反射光的入射能量(强度)定义为B(z)。然后，基于光的强度A与光的强度B(z)之比B(z)/A，对成为N型半导体的杂质的掺杂进行控制。
即，在形成距离图像传感器10中的光电二极管PD时的思考方式中，基于入射到光电二极管PD的光的衰减率，对光电二极管PD中的N型半导体区域的深度进行控制。
并且，“预定区域”是将第二半导体区域相对于第一面垂直地投影而得到的区域。
更具体地说，如图4所示，将向光电二极管PD入射的反射光的入射能量设为I，将未图示的光源的平均波长为λ时的硅基板Si中的反射光的吸收系数设为α(λ)，将第一面上的预定区域中的反射光的入射能量设为A，将在硅基板Si的厚度方向D上从第一面在厚度方向D上离开规定距离z后的预定区域中的反射光的入射能量设为B(z)。然后，如下式(1)那样，当定义了在硅基板Si的厚度方向D上从第一面离开的规定距离z0时，以下式(2)以及下式(3)的关系式成立的方式，对成为N型半导体的杂质的掺杂进行控制。
z0＝ln(2)/α(λ)……(1)
A≧0.5＊I……(2)
Figure BDA0003461932410000121
此外，光源的平均波长由以下的式(4)定义。
[数1]
Figure BDA0003461932410000122
在此，
I(λ)表示光源的强度分布。
λ0表示光源强度的峰值波长。
Λ表示用于计算平均值的波长范围，例如被设定为10nm。
接下来，对上述条件进行说明。在图4中，入射到像素101中的入射能量I的光由微透镜ML聚光，透射布线层W后向硅基板Si入射。在此，将向硅基板Si的第一面FS上的预定区域110a入射的光的入射能量设为A。在图4中，预定区域110a是将形成于布线层W的布线Wi的开口部(光透射区域)向硅基板Si垂直地投影而得到的区域。
将从第一面FS在厚度方向D(深度方向)上离开距离z的、硅基板Si内部的预定区域110b中的入射能量设为B(z)。此时，以满足上式(2)的方式，决定微透镜ML和布线层W的厚度、布线Wi的宽度。例如，在微透镜ML的厚度、即微透镜ML的纵横比较小的情况下，入射光由布线Wi反射，所入射的光的入射能量A变得不满足上式(2)。因此，微透镜ML需要设定为满足上式(2)的适当的厚度(纵横比)。
在此，将未图示的光源的平均波长为λ时的硅基板Si的吸收系数设为α(λ)。此时，在如上式(1)那样定义了距离z0时，使得满足上式(3)。此外，距离z0是exp(-α(λ)＊z)＝0.5的解，表示向硅基板Si的表面垂直地入射的光衰减到一半的深度。因此，从第一面FS在厚度方向D(深度方向)上离开距离z0的硅基板Si内部的预定区域110c中的入射能量由B(z0)表示。
图5是表示入射到形成有本发明的实施方式的光电转换元件(像素101)的摄像元件(距离图像传感器10)中的光(近红外波段的光)的入射能量的衰减的曲线图。在考虑到入射光被硅基板Si吸收的情况下，理论上入射能量B(z)/A不会超过exp(-α(λ)＊z)。入射能量B(z)/A成为exp(-α(λ)＊z)，是入射光从预定区域的侧面120a以及侧面120b完全不漏出的情况。在该情况下，入射能量B(z)/A描绘出图5表示的实线(a)所示那样的指数函数的曲线图。
在由第一导电型半导体(P型半导体)构成的半导体基板即硅基板Si上形成的由第二导电型半导体(N型半导体)构成的半导体区域，一般形成为包含预定的区域110a～区域110c那样的区域。即，在预定的区域110a～区域110c中，形成有由于第一导电型半导体(P型半导体)的第一半导体区域与第二导电型半导体(N型半导体)的第二半导体区域的接合而产生的较高的内置电场。因此，为了高速传送光电转换后的电子，优选将光电转换元件(像素101)设计为，向预定的区域110a～区域110c入射的光量成为最大的入射能量B(z)/A处于图5所示的实线(a)上。但是，图5所示的实线(a)表示理想的情况。由于构成像素101的微透镜ML、布线层W的厚度、布线Wi的宽度等尺寸、微透镜ML中的光学常数等的差别，实际的光电二极管PD的特性与通过模拟求出的特性即实线(a)完全一致的情况较少。因此，例如图5所示，假设实际的光电二极管PD的特性与模拟地求出的光电二极管PD的特性之间产生5％的误差。然后，将图5中实线(a’)所示的入射能量B(z)/A＝0.95＊exp(-α(λ)＊z)设为能够允许的下限值，将图5中实线(a”)所示的入射能量B(z)/A＝1.05＊exp(-α(λ)＊z)设为能够允许的上限值。即，上式(3)是假设实际的光电二极管PD的特性与模拟地求出的光电二极管PD的特性产生5％的误差的情况下的式子。
此外，在上述说明中，在入射光从预定区域的侧面120a以及侧面120b完全不漏出的情况下，将入射能量B(z)/A所取的理论值设为exp(-α(λ)＊z)。然而，更严格来说，该理论值是预定的区域110a～区域110c中的入射光相对于像素101垂直地入射的平行光线的情况下的数值。因此，在如像素101那样将由微透镜ML聚光后的光作为入射光的情况下，入射能量B(z)/A变得小于exp(-α(λ)＊z)。但是，基于上述理由而产生的理论值的差异较微小。因此，可以认为，在通过模拟求出光电二极管PD的特性时，即使忽略由入射的光线之差导致的入射能量B(z)/A之差，也不会对所求出的光电二极管PD的特性产生影响。
此外，在各个光电二极管PD中，使从第一面FS在厚度方向D(深度方向)上离开距离z后的区域110b中的入射能量B(z)成为入射能量B(z0)。换言之，在光电二极管PD中，区域110b的深度成为向硅基板Si的表面垂直入射的光衰减到一半的深度。即，使距离z成为距离z0(距离z＝距离z0)。在该情况下，上式(3)为，通过代入上式(1)、即exp(-α(λ)＊z0)＝0.5，能够如下式(5)那样表示。
Figure BDA0003461932410000141
因此，在对构成各个像素101的光电二极管PD进行形成时，以上式(2)以及上式(5)的关系式成立的方式，对成为N型半导体的杂质的掺杂进行控制。
通过这样的思考方式，在距离图像传感器10中，对构成多个像素101各自的光电二极管PD的N型半导体区域进行形成。由此，在距离图像传感器10中，特别是构成多个像素101各自中的光电二极管PD的N型半导体区域的深度，变得比在一般的表面照射型的图像传感器中形成的光电二极管中的N型半导体区域的深度更深。由此，在距离图像传感器10中，在构成多个像素101各自的光电二极管PD中，能够提高针对近红外波段的光的灵敏度。
＜微透镜ML的纵横比＞
此外，如上所述，在距离图像传感器10中，为了使入射到多个像素101各自中的近红外波段的光到达在硅基板Si中形成到较深位置的N型半导体区域、即为了在N型半导体区域中产生与近红外波段的光相应的电子，将微透镜ML的厚度(纵横比)设定为满足上式(2)。微透镜ML所聚光的近红外波段的光所到达的光轴方向的距离(深度)，能够通过模拟来确认。然后，在距离图像传感器10中，各个像素101中形成的微透镜ML的纵横比为，能够通过进行一般的光学透镜的模拟来决定满足上式(2)那样的适当的厚度(纵横比)。
在光学透镜的模拟中，设定像素101的构造、微透镜ML的形状、形成像素101以及微透镜ML各自的材料针对光的特性等各种参数。作为在光学透镜的模拟中设定的与像素101的构造、微透镜ML的形状相关的参数，例如具有像素101的像素尺寸、微透镜ML的高度、像素101中的布线层W的厚度等。此外，作为在光学透镜的模拟中设定的与材料的特性相关的参数，例如存在微透镜ML、布线层W、布线Wi等各自的材料针对光的折射率或消光系数等。通过设定这些参数并进行光学透镜的模拟，能够确认硅基板Si的厚度方向(深度方向)上的所入射的光(近红外波段的光)的强度变化，并决定微透镜ML的纵横比。
在此，说明变更了微透镜ML的厚度(纵横比)的情况下的模拟的一个例子。首先，说明进行模拟时的各个参数。图6、图7A以及图7B是说明在形成有本发明的实施方式的光电转换元件(像素101)的摄像元件(距离图像传感器10)中形成微透镜ML时所进行的模拟的参数的图。图6、图7A以及图7B表示距离图像传感器10中所配置的一个像素101。然后，图6表示从光入射的入射方向观察像素101的俯视图。此外，图7A以及图7B表示从横向观察图6所示的像素101的截面图。更具体地说，图7A表示图6所示的像素101的俯视图中的A-A’截面的截面图。图7B表示图6所示的像素101的俯视图中的B-B’截面的截面图。
图6、图7A以及图7B是像素尺寸为16μm见方、开口部为8.5μm见方的像素101的一个例子。此外，在图6、图7A以及图7B中表示如下情况：为了使模拟容易进行，在开口部以外的区域中，在深度方向的整体上存在有铝(Al)以块的方式形成的布线Wi。考虑在这种构成的像素101中形成直径为
Figure BDA0003461932410000151
的微透镜ML的情况。此外，在像素101中，如图7A以及图7B所示，在形成有布线Wi的布线层W的表面侧、即光入射到像素101中的入射侧的布线层W的面上形成平坦化层FL，在平坦化层FL的上方、即光向像素101入射的入射侧形成微透镜ML。平坦化层FL是在微透镜层L中成为微透镜ML的基底的层(基底层)，是微透镜ML的一部分。因此，平坦化层FL的厚度为一定厚度，但微透镜ML所聚光的近红外波段的光到达的光轴方向的距离(深度)取决于从布线层W的表面侧起的将微透镜ML本身与平坦化层FL合起来的光轴方向上的高度(厚度)。
如图7A以及图7B所示，微透镜ML的形状可以认为是椭圆的一部分。在图7A以及图7B中表示微透镜ML的形状为
Figure BDA0003461932410000162
即短轴为20μm、长轴为26μm的椭圆的一部分的情况。此外，图7A以及图7B示出了可认为是微透镜ML的椭圆的短轴的一半长度(短半径)的10μm、以及长轴的一半长度(长半径)的13μm的值。微透镜ML的高度是从光向平坦化层FL入射的表面侧的面起的高度。然后，在图7A以及图7B中，椭圆的短轴沿着平坦化层FL的表面侧的面。在图7A以及图7B所示的像素101的情况下，微透镜ML的高度为长半径的长度、即13μm。然后，微透镜ML的纵横比能够根据表示椭圆的各个值，通过下式(6)计算出。
微透镜ML的纵横比
＝微透镜ML的高度/微透镜ML的直径
＝长半径/短轴
＝13μm/20μm
＝0.65……(6)
此外，在16μm见方的像素101中形成
Figure BDA0003461932410000161
的微透镜ML的情况下，如图6所示，在像素101的垂直方向(图6的上下方向)以及水平方向(图6的左右方向)的边上，微透镜ML的一部分区域伸出。微透镜ML中从像素101的区域伸出的一部分区域，与在形成于邻接的像素101的微透镜ML中从像素101的区域伸出的一部分区域重复。此外，如图6所示，在像素101的对角线方向(图6的斜向45°的方向)上，在像素101的一部分存在未形成微透镜ML的区域。该未形成微透镜ML的区域，仅成为平坦化层FL。在图7A以及图7B中，将成为微透镜ML的基底的平坦化层FL的光轴方向的高度(厚度)设为2μm。此外，平坦化层FL的厚度与微透镜ML的高度无关而为一定厚度(在此为2μm)。此外，在图7A以及图7B中，将构成像素101的布线层W的厚度、即开口部以外的区域的高度设为3μm。此外，微透镜ML也可以形成为，使与在邻接的像素101中形成的微透镜ML的一部分区域重复的区域增大，使未形成微透镜ML的区域消失。即，也可以形成为，使微透镜ML的直径增长，使仅形成有平坦化层FL的区域消失。
说明在形成有具有这种构成的微透镜ML的像素101中，对硅基板Si的厚度方向(深度方向)上的所入射的近红外波段的光的强度变化进行模拟的结果的一个例子。图8是表示对入射到形成有本发明的实施方式的光电转换元件(像素101)的摄像元件(距离图像传感器10)中的光(近红外波段的光)的入射能量的衰减进行了模拟的结果的一个例子的曲线图。图8所示的模拟结果的曲线图，是在图6、图7A以及图7B所示的像素101的构造以及微透镜ML的形状下，对根据硅基板Si的深度而940nm波长的近红外光的强度衰减的状态进行模拟，并以相对值表示近红外光的强度变化的曲线图。
此外，在进行模拟时，将硅基板Si、即硅(Si)中的光的折射率设为3.59。将微透镜ML(包括平坦化层FL)的材料中的光的折射率设为1.6。将形成为布线Wi的铝(Al)中的光的折射率设为1.66。将在像素101中作为绝缘材料而形成为包括开口部等的布线层W的二氧化碳硅(SiO2)中的光的折射率设为1.46。此外，在进行模拟时，将硅(Si)中的光的消光系数设为0.01，将铝中的光的消光系数设为8.71。
此外，在图8中为了进行比较而同时示出微透镜ML的高度为15μm(纵横比＝0.75)的情况以及为19μm(纵横比＝0.95)的情况。此外，若随着微透镜ML的纵横比的变更而微透镜ML本身的高度改变，则与在邻接的像素101中形成的微透镜ML的区域重复的微透镜ML的光轴方向的高度(厚度)、即平坦化层FL以外的光轴方向的高度(厚度)改变。此外，若与在邻接的像素101中形成的微透镜ML的区域重复的微透镜ML的光轴方向的高度(厚度)改变，则光从邻接的像素101的漏入量、即光从位于进行模拟的对象的像素101周边的像素101(在图1所示的像素阵列中的上下方向以及左右方向(即垂直方向V以及水平方向H)上位于相邻位置的像素)的漏入量也改变。图8所示的模拟结果，是还对与微透镜ML的纵横比的变更相伴随的、与在邻接的像素101中形成的微透镜ML的区域重复的微透镜ML的光轴方向的高度(厚度)、光的漏入量进行了考虑的结果。即，图8所示的模拟结果，是反映了随着微透镜ML本身的高度(微透镜ML的纵横比)的变更而变化的各个参数的结果。
在微透镜ML的高度为13μm(纵横比＝0.65)的情况下，如图8所示，940nm波长的近红外光的强度相对于硅基板Si的深度以指数函数方式降低。与此相对，在微透镜ML的高度为15μm(纵横比＝0.75)的情况下，近红外光的强度为，到硅基板Si的深度例如为与图4所示的距离z0相当的20μm前后为止、与微透镜ML的高度为13μm的情况同样地相对于硅基板Si的深度以指数函数方式降低。并且，在该情况下，近红外光的强度从硅基板Si的深度超过20μm前后附近起急剧地降低。此外，在微透镜ML的高度为19μm(纵横比＝0.95)的情况下，近红外光的强度从硅基板Si的深度为6～7μm附近起急剧地降低。
在此，在微透镜ML的高度为15μm以及19μm的情况下，近红外光的强度急剧地降低的原因表明若使微透镜ML的纵横比过高则超过微透镜ML的聚光点、即焦点位置而扩散的近红外光变多。超过该聚光点之后的近红外光的扩散，使在硅基板Si中形成到较深位置的N型半导体区域中的电子的产生效率降低，即，成为光电二极管PD针对近红外波段的光的灵敏度降低的重要原因。因此，在图8所示的模拟结果的一个例子中，图6、图7A以及图7B所示的像素101的构造中的适当的微透镜ML的厚度(纵横比)能够为高度13μm(纵横比＝0.65)。
此外，在实际决定满足上式(2)那样的微透镜ML的厚度(纵横比)时，可以考虑将在模拟中设定的各个参数的精度增高。但是，如图8所示，即使简单地设定了模拟的参数的情况下，也能够确认到与硅基板Si的深度相对的近红外光的强度衰减的状态、即强度的变化。
接下来，为了进行比较，说明由于一般的表面照射型的图像传感器的像素中形成的微透镜、与本实施方式的距离图像传感器10的像素101中形成的微透镜ML之间的高度不同而引起的硅基板Si的厚度方向(深度方向)的光的强度变化的不同的一个例子。图9A以及图8B是表示对入射到摄像元件的光的入射能量的衰减进行比较的模拟结果的一个例子的曲线图。在图9A以及图8B所示的模拟结果的曲线图中，同时显示图8所示的模拟结果、以及将微透镜ML的高度设为一般的图像传感器的像素中形成的微透镜的高度的情况下的模拟结果。即，图9A以及图8B所示的模拟结果，是对940nm波长的近红外光的强度根据硅基板Si的深度而衰减的状态进行了模拟的结果。图9A示出以相对值表示与硅基板Si的深度相对的近红外光的强度变化的曲线图，图9B示出以绝对值表示与硅基板Si的深度相对的近红外光的强度变化的曲线图。
在图9A以及图9B所示的模拟结果中，将像素101中形成的微透镜ML的高度设为13μm(纵横比＝0.65)，将一般的图像传感器的像素中形成的微透镜的高度设为3μm(纵横比＝0.15)。此外，图9A以及图9B所示的模拟结果也是，微透镜ML的高度以外的参数与图8所示的模拟结果相同。
如图9A所示，当以相对值表示近红外光的强度变化时，在微透镜ML的高度为13μm(纵横比＝0.65)的情况以及微透镜的高度为3μm(纵横比＝0.15)的情况下，与硅基板Si的深度相对的近红外光的强度变化类似。即，无论微透镜ML的高度是13μm还是3μm，940nm波长的近红外光的强度相对于硅基板Si的深度都同样以指数函数的方式降低。
然而，如图9B所示，当以绝对值表示近红外光的强度变化时，微透镜的高度为3μm的情况下的近红外光的强度，与微透镜ML的高度为13μm的情况下的近红外光的强度相比整体地降低。更具体地说，在将向像素101入射的近红外光的强度设为100％的情况下，光向硅基板Si入射的表面(第一面)上的近红外光的强度为，在微透镜ML的高度为13μm的情况下为70％以上，而在微透镜的高度为3μm的情况下为40％。其理由在于，在微透镜的高度为3μm的情况下，微透镜ML的纵横比较低，因此微透镜ML对光的聚光较弱(聚光特性较低)，在到达硅基板Si的第一面之前所透射的布线层W的区域中，近红外光衰减较多。因此，在微透镜的高度为3μm的情况下到达硅基板Si的第一面的近红外光的光量，与微透镜的高度为13μm的情况下相比减少，其强度相应地降低。
此外，如上所述，在像素101中，需要使光电二极管PD的N型半导体区域形成到硅基板Si中的较深位置，并将微透镜ML决定为满足上式(2)那样的厚度(纵横比)。即，在像素101中，需要使向硅基板Si的第一面上的预定区域(在此为开口部的区域)入射的光的入射能量A，为向像素101入射的光的入射能量I的50％以上。因此，根据图9A以及图9B所示的模拟结果，能够确认在一般的图像传感器的像素中形成的高度为3μm那样的纵横比较小的微透镜ML，不满足上式(2)而不是像素101的构造中的适合厚度(纵横比)的微透镜ML。
如此，在距离图像传感器10中，能够通过模拟来确认微透镜ML的厚度是否是适合于像素101的厚度(纵横比)。即，在距离图像传感器10中，在多个像素101各自中形成的微透镜ML使N型半导体区域的深度比一般的表面照射型的图像传感器中形成的光电二极管中的N型半导体区域的深度更深的光电二极管PD中，能够确认是否是适合于提高针对近红外波段的光的灵敏度的厚度(纵横比)。
如此，在距离图像传感器10中，通过构成光电二极管PD的N型半导体区域的深度、以及微透镜ML的适合的厚度(纵横比)，能够提高多个像素101各自针对近红外波段的光的灵敏度。
由此，在搭载了距离图像传感器10的本发明的实施方式的摄像系统中，能够更高精度地进行使用了飞行时间(TOF)技术的与物体之间的距离的计测。在此，对本发明的实施方式的摄像系统进行说明。
图10是表示搭载了本发明的实施方式的摄像元件(距离图像传感器10)的本发明的实施方式的摄像系统的概略构成的框图。图10所示的本发明的实施方式的摄像系统即TOF传感器模块1具备光源部2以及受光部3。此外，光源部2具备光源装置21以及扩散板22。此外，受光部3具备距离图像传感器10以及透镜31。此外，图10中还同时示出了在本发明的实施方式的摄像系统即TOF传感器模块1中计测距离的物体O。
在具有图10所示的构成的TOF传感器模块1中，从光源部2向物体O照射近红外波段的光脉冲PL。然后，在TOF传感器模块1中，受光部3对由物体O反射的光脉冲PL的反射光RL进行受光，并输出用于计测与物体O之间的距离的信号(以下，称为“计测信号”)。
光源部2向在TOF传感器模块1中计测距离的对象的物体O照射光脉冲PL。光源部2例如是垂直共振器面发光激光器(VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser)等面发光型的半导体激光模块。光源装置21是发出向物体O照射的作为光脉冲PL的近红外波段(例如，波长为850nm～940nm波段)的激光的光源。光源装置21例如是半导体激光发光元件。光源装置21根据来自未图示的光源控制部的控制而发出脉冲状的激光。扩散板22是将光源装置21所发出的近红外波段的激光扩散成向物体O照射的面的面积的光学透镜。扩散板22扩散后的脉冲状的激光被作为光脉冲PL而从光源部2射出，并向物体O照射。
受光部3为，对由在TOF传感器模块1中计测距离的对象的物体O反射的光脉冲PL的反射光RL进行受光，并输出与所受光的反射光RL相应的计测信号。透镜31是将所入射的反射光RL向距离图像传感器10引导的光学透镜。透镜31将所入射的反射光RL向距离图像传感器10侧射出，并使距离图像传感器10所具备的受光区域100的整个面、即受光区域100中所配置的多个像素101分别受光(入射)。
根据这样的构成，在TOF传感器模块1中，光源部2向物体O照射的近红外波段的光脉冲PL被物体O反射而得的反射光RL由受光部3受光，受光部3所具备的距离图像传感器10输出用于计测与物体O之间的距离的计测信号。
此外，在TOF传感器模块1中，光源部2对光脉冲PL的照射、受光部3对反射光RL的受光，例如通过TOF传感器模块1的外部或者内部所具备的未图示的模块控制部来进行。更具体地说，光源部2向物体O照射的光脉冲PL的脉冲的周期、受光部3所具备的距离图像传感器10对反射光RL进行受光的定时，通过未图示的模块控制部来进行。此外，TOF传感器模块1(更具体地说是距离图像传感器10)输出的计测信号，例如由TOF传感器模块1的外部或者内部所具备的未图示的距离图像处理部处理，生成包含物体O的二维图像以及与物体O之间的距离的信息。此外，未图示的距离图像处理部例如也可以生成将与物体O之间的距离的信息区分颜色进行表示的包含物体O的二维图像(距离图像)。
如上述那样，根据本发明的实施方式，在成为本发明的摄像元件(距离图像传感器)的硅基板中，使构成配置于受光区域的像素的、本发明的光电转换元件(像素)的构造成为适合于近红外波段的光的构造。更具体地说，在形成光电转换元件时形成为，使构成光电转换元件的N型半导体区域在硅基板中扩展的深度(厚度)，比在一般的表面照射型的图像传感器的像素中形成的光电转换元件中的N型半导体区域扩展得更深。由此，在本发明的实施方式的摄像元件中，在构成多个像素各自的光电转换元件中，能够提高针对近红外波段的光的灵敏度。即，在本发明的实施方式的摄像元件中，能够输出更正确地表示所入射的近红外波段的光的量(光量)的信号。
此外，在本发明的实施方式中，搭载了本发明的摄像元件的本发明的摄像系统(TOF传感器模块1)，输出更正确地表示了摄像元件输出的近红外波段的光的量(光量)的信号。由此，在搭载了本发明的摄像元件的本发明的摄像系统中，使用飞行时间(TOF)技术，能够输出使得能够更高精度地进行与物体之间的距离计测的计测信号。
此外，在本发明的实施方式中，说明了本发明的摄像元件为与表面照射型的图像传感器相当的构造的情况。但是，本发明的摄像元件的构造不限定于在本发明的实施方式中示出的与表面照射型的图像传感器相当的构造。即，在一般的图像传感器中，除了表面照射型的图像传感器以外，还存在背面照射(BSI：Back Side illumination)型的图像传感器。因此，本发明的摄像元件的构造也能够成为与背面照射型的图像传感器相当的构造。此外，在本发明的摄像元件的构造是与背面照射型的图像传感器相当的构造的情况下也是，形成本发明的光电转换元件时的思考方式与在本发明的实施方式中示出的思考方式相同。并且，该情况下的本发明的摄像元件的构造能够根据一般的背面照射型的图像传感器的构造而容易地想到。因此，省略本发明的摄像元件为与背面照射型的图像传感器相当的构造的情况下详细说明。
此外，在本发明的实施方式中说明了如下情况：在本发明的摄像元件中配置于受光区域的像素的构成，是通过一个栅电极G与一个浮动扩散区FD的组来对本发明的光电转换元件所产生并蓄积的信号电荷进行传送并蓄积的构成。但是，在本发明的摄像元件中配置于受光区域的像素所具备的栅电极G与浮动扩散区FD的组，不限定于本发明的实施方式中所示出的1组。即，也能够将在本发明的摄像元件中配置于受光区域的像素设为具备2组以上的栅电极G与浮动扩散区FD的组的构成。由此，在配置有具备2组以上的栅电极G与浮动扩散区FD的组的像素的本发明的摄像元件中，能够将本发明的光电转换元件所产生并蓄积的信号电荷向各个浮动扩散区FD分配传送并蓄积。即，在配置有具备2组以上的栅电极G与浮动扩散区FD的组的像素的本发明的摄像元件中，能够更有效地应用本发明的光电转换元件所产生并蓄积的高灵敏度的信号电荷。由此，在搭载了配置有具备2组以上的栅电极G与浮动扩散区FD的组的像素的本发明的摄像元件的本发明的摄像系统中，能够进一步提高使用了飞行时间(TOF)技术的距离计测的精度。
此外，在本发明的实施方式中说明了如下情况：构成在本发明的摄像元件中配置于受光区域的像素的本发明的光电转换元件，是将与所入射的光的量(光量)相应的电子作为信号电荷而产生并蓄积的形式的光电转换元件。但是，本发明的光电转换元件不限定于在本发明的实施方式中示出的将电子作为信号电荷而产生并蓄积的形式。即，构成在一般的图像传感器中配置的像素的光电转换元件，不仅存在将电子作为信号电荷的形式的光电转换元件，还存在将与所入射的光的量(光量)相应的正孔(所谓的空穴)作为信号电荷而产生并蓄积的形式的光电转换元件。因此，本发明的光电转换元件也能够设为将正孔(空穴)作为信号电荷而产生并蓄积的形式。此外，在本发明的光电转换元件为将正孔(空穴)作为信号电荷而产生并蓄积的形式的情况下也是，形成本发明的光电转换元件时的思考方式与在本发明的实施方式中示出的思考方式相同。并且，该情况下的本发明的光电转换元件的构造，通过在本发明的实施方式的说明中将电子置换为正孔(空穴)，由此包括硅基板Si、光电二极管PD中的半导体的导电型在内都能够容易地想到。因此，省略本发明的光电转换元件将正孔(空穴)作为信号电荷而产生并蓄积的形式的情况下的详细说明。
以上，参照附图对本发明的实施方式进行了说明，但具体的构成不限定于该实施方式，也包括不脱离本发明主旨的范围内的各种变更。
符号的说明
1：TOF传感器模块
2：光源部
21：光源装置
22：扩散板
3：受光部
31：透镜
10：距离图像传感器
101：像素(光电转换元件)
Si：硅基板
PD：光电二极管(光电转换部)
FD：浮动扩散区
G：栅电极
W：布线层
Wi：布线
FS：第一面
L：微透镜层
ML：微透镜
FL：平坦化层
e-：电子
PL：光脉冲
RL：反射光
O：物体
110a、110b、110c：区域
120a、120b：侧面
I、A、B(z)、B(z0)：入射能量

Claims (7)

1.一种光电转换元件，对使用射出规定波段的光的光源、上述光被物体反射而得的反射光进行受光，具有：
基板，具有上述反射光入射的表面即第一面、由第一导电型半导体构成的第一半导体区域、以及由导电型与上述第一导电型半导体不同的第二导电型半导体构成且在与上述第一面垂直的方向上从上述第一面朝向内部扩展地形成的第二半导体区域；以及
光学元件，配置于上述基板的上述第一面侧，使上述反射光聚光于上述第二半导体区域，
当将向上述光电转换元件入射的上述反射光的入射能量设为I，
将上述光源的平均波长为λ时的上述基板中的上述反射光的吸收系数设为α(λ)，
将上述第一面上的预定区域中的上述反射光的入射能量设为A1，
将上述光电转换元件不具有上述光学元件的情况下的上述第一面上的上述预定区域中的上述反射光的入射能量设为A2，
将在上述基板的厚度方向上从上述预定区域平行移动了规定距离z后的区域中的上述反射光的入射能量设为B(z)时，
当满足A1≧A2且设为距离z0＝ln(2)/α(λ)时，
在z＝z0的情况下，
0.95＊exp(-α(λ)＊z)≦B(z)/A≦1.05＊exp(-α(λ)＊z)的关系式成立。
2.一种光电转换元件，对使用射出规定波段的光的光源、上述光被物体反射而得的反射光进行受光，具有：
基板，具有上述反射光入射的表面即第一面、由第一导电型半导体构成的第一半导体区域、以及由导电型与上述第一导电型半导体不同的第二导电型半导体构成且在与上述第一面垂直的方向上从上述第一面朝向内部扩展地形成的第二半导体区域；以及
光学元件，配置于上述基板的上述第一面侧，使上述反射光聚光于上述第二半导体区域，
当将向上述光电转换元件入射的上述反射光的入射能量设为I，
将上述光源的平均波长为λ时的上述基板中的上述反射光的吸收系数设为α(λ)，
将上述第一面上的预定区域中的上述反射光的入射能量设为A1，
将上述光电转换元件不具有上述光学元件的情况下的上述第一面上的上述预定区域中的上述反射光的入射能量设为A2，
将在上述基板的厚度方向上从上述预定区域平行移动了规定距离z后的区域中的上述反射光的入射能量设为B(z)时，
当满足A1≧A2且设为距离z0＝ln(2)/α(λ)时，
在满足0≦z≦z0的全部z中，
0.95＊exp(-α(λ)＊z)≦B(z)/A≦1.05＊exp(-α(λ)＊z)的关系式成立。
3.如权利要求1或2所述的光电转换元件，其中，
上述预定区域是将上述第二半导体区域相对于上述第一面垂直地投影而得的区域。
4.如权利要求1至3中任一项所述的光电转换元件，其中，
上述波段是近红外波段。
5.如权利要求4所述的光电转换元件，其中，
上述近红外波段是850nm～940nm的波段。
6.一种摄像元件，对使用射出规定波段的光的光源、上述光被物体反射而得的反射光进行受光，其中，
具有权利要求1至5中任一项所述的光电转换元件，该光电转换元件具备以二维矩阵状配置有多个像素的受光区域，
在上述受光区域中，多个像素沿着相互正交的第1方向以及第2方向排列，
在沿着上述第1方向以及上述第2方向将上述光学元件切断时，将相互邻接的两个上述光学元件的谷部的高度设为第1高度，
在沿着上述像素的对角线方向将上述光学元件切断时，将相互邻接的两个上述光学元件的谷部的高度设为第2高度，
上述第1高度以及上述第2高度相互不同。
7.一种摄像系统，具有：
射出规定波段的光的光源部；
权利要求6所述的摄像元件；以及
对上述光被物体反射而得的反射光进行受光的受光部。
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