CN116802809A - 光检测装置及测距装置 - Google Patents

光检测装置及测距装置 Download PDF

Info

Publication number
CN116802809A
CN116802809A CN202280011062.5A CN202280011062A CN116802809A CN 116802809 A CN116802809 A CN 116802809A CN 202280011062 A CN202280011062 A CN 202280011062A CN 116802809 A CN116802809 A CN 116802809A
Authority
CN
China
Prior art keywords
detection device
light detection
light
semiconductor layer
semiconductor substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280011062.5A
Other languages
English (en)
Inventor
大竹悠介
若野寿史
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Semiconductor Solutions Corp
Original Assignee
Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Semiconductor Solutions Corp filed Critical Sony Semiconductor Solutions Corp
Publication of CN116802809A publication Critical patent/CN116802809A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/1461—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements characterised by the photosensitive area
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14623—Optical shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14629—Reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiode
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

根据本公开的实施例的光检测装置包括：半导体衬底，包括彼此相对的第一表面和第二表面，并且包括像素阵列，多个像素以阵列设置在像素阵列中；半导体层，设置在半导体衬底的第一表面侧上；光接收器，对于每个像素设置在半导体衬底中，并且通过光电转换生成对应于所接收的光量的载流子；倍增器，包括顺次堆叠在第一表面侧的第一导电型区域和第二导电型区域，至少第二导电型区域设置在半导体层中，并且倍增器对由光接收器生成的载流子执行雪崩倍增；第一电极，设置在第一表面侧上，并且电耦接至光接收器；以及第二电极，设置在第一表面侧上，并且电耦接到倍增器。

Description

光检测装置及测距装置
技术领域
本公开涉及：光检测装置，包括例如雪崩光电二极管；以及测距装置，包括光检测装置。
背景技术
例如，PTL1公开了一种光检测装置，其中，为每个像素设置雪崩光电二极管，并且通过设置围绕雪崩光电二极管的半导体区域使像素与相邻像素隔离。
引用列表
专利文献
专利文献1：国际公开号WO 2018/074530。
发明内容
因此，在包括在测距装置中的光检测装置中，需要抑制不期望的边缘断裂(edgebreakdown)。
期望提供一种光检测装置和测距装置，其能够抑制非预期的边缘断裂。
根据本公开的实施例的光检测装置包括：半导体衬底，该半导体衬底包括彼此相对的第一表面和第二表面，并且包括像素阵列，在像素阵列中多个像素以阵列设置；半导体层，设置在半导体衬底的第一表面侧上；光接收器，对于每个像素设置在半导体衬底的内部，并且通过光电转换生成对应于所接收的光量的载流子；倍增器，包括顺次堆叠在第一表面侧的第一导电型区域和第二导电型区域，至少第二导电型区域设置在半导体层中，并且倍增器对由光接收器生成的载流子执行雪崩倍增；第一电极，设置在第一表面侧上，并且电耦接至光接收器；以及第二电极，设置在第一表面侧上，并且电耦接到倍增器。
根据本公开的实施例的测距装置包括光学系统、光检测装置以及基于来自光检测装置的输出信号计算到测量对象的距离的信号处理电路。光检测装置包括根据本公开的实施例的上述光检测装置。
根据本公开的实施例的光检测装置和本公开的实施例的测距装置，半导体层设置在半导体衬底的第一表面侧，半导体衬底具有彼此相对的第一表面和第二表面，并且倍增器中包括的第一导电类型区域和第二导电类型区域之中的至少第二导电类型区域设置在半导体层中。由此，确保了与光接收器电耦接的第一电极与倍增器所包含的第二导电型区域之间的距离。
附图说明
图1是根据本公开的实施例的光检测装置的配置实例的截面示意图。
图2是示出图1中所示的光检测装置的示意性配置的实例的框图。
图3是图1中所示的光检测装置的单位像素的等效电路图的实例。
图4是根据本公开的变形例1的光检测装置的配置实例的截面示意图。
图5是根据本公开的变形例2的光检测装置的配置实例的截面示意图。
图6A是在图5中示出的光检测装置的单位像素中的半导体层的平面形状的实例的示意图。
图6B是在图5中示出的光检测装置的单位像素中的半导体层的平面形状的另一实例的示意图。
图6C是图5中示出的光检测装置的单位像素中的半导体层的平面形状的另一实例的示意图。
图7是根据本公开的变形例3的光检测装置的配置实例的截面示意图。
图8是根据本公开的变形例4的光检测装置的配置实例的截面示意图。
图9是根据本公开的变形例5的光检测装置的配置实例的截面示意图。
图10是根据本公开的变形例6的光检测装置的配置实例的截面示意图。
图11根据本公开的变形例7的光检测装置的配置实例的截面示意图。
图12是根据本公开的变形例8的光检测装置的配置实例的截面示意图。
图13是在图12中示出的光检测装置的单位像素中的p型半导体区域和n型半导体区域的平面布局实例的平面示意图。
图14是根据本公开的变形例9的光检测装置的配置实例的截面示意图。
图15是在图14中示出的光检测装置的单位像素中的反射层的布局的实例的平面示意图。
图16是根据本公开的变形例10的光检测装置的配置实例的截面示意图。
图17是在图16中示出的光检测装置的单位像素中相对于反射层的布线布局的实例的平面示意图。
图18是根据本公开的变形例11的光检测装置的配置实例的截面示意图。
图19是示出包括图1中所示的光检测装置等的电子装置的实例的功能框图。
图20是描述车辆控制系统的示意性配置的实例的框图。
图21是帮助说明车辆外部信息检测单元和成像单元的安装位置的实例的示图。
具体实施方式
下面参考附图详细描述本公开的实施例。以下描述是本公开的具体实例，但是本公开不限于以下实施例。此外，本公开不限于在附图中示出的部件的布置、尺寸、尺寸比率等。应注意，按照下列顺序进行描述。
1.实施例
(光检测装置，其中包括在倍增器中的n型半导体区域被设置在已设置在半导体衬底上的半导体层中)
1-1.光检测装置的配置
1-2.光检测装置的制造方法
1-3.工作和效果
2.变形例
2-1.变形例1
(在半导体层中设置包括在倍增器中的n型半导体区域和p型半导体区域的实例)
2-2.变形例2
(为每个像素设置半导体层并且在半导体层周围设置绝缘层的实例)
2-3.变形例3
(包括在倍增器中的n型半导体区域和p型半导体区域被设置在为每个像素设置的半导体层中的实例)
2-4.变形例4
(像素分离器突出到半导体层中的实例)
2-5.变形例5
(半导体层的侧表面是倾斜面的实例)
2-6.变形例6
(包括在倍增器中的n-型半导体区域设置在相对于半导体层的侧表面的内侧上的实例)
2-7.变形例7
(包括在倍增器中的n型半导体区域和p型半导体区域被设置在半导体层的侧表面的内侧上的实例)
2-8.变形例8
(包括在倍增器中的多个n型半导体区域设置在半导体层中的实例)
2-9.变形例9
(反射层设置在围绕半导体层的绝缘层中的实例)
2-10.变形例10
(反射层用作读出电路的电阻器的实例)
2-11.变形例11
(多层布线层中的配线用作反射层的实例)
3.应用实例
4.实际应用实例
<1.实施例>
图1示意性地示出了根据本公开的实施例的光检测装置(光检测装置1)的截面配置的示例。图2是示出图1中所示的光检测装置1的示意性配置的框图，并且图3示出图1中所示的光检测装置1的单位像素P的等效电路的实例。光检测装置1将被应用于，例如，通过ToF(飞行时间)方法执行距离测量的距离图像传感器(稍后描述的距离图像装置1000，参见图19)、图像传感器等。
(1-1.光检测器的配置)
光检测装置1例如包括其中多个单位像素P沿行方向和列方向排列的像素阵列100A。如图2所示，光检测装置1包括与像素阵列100A一起的偏置电压施加器110。偏置电压施加器110将偏置电压施加至像素阵列100A中的每个单位像素P。在本实施例中，将描述电子被读出为信号电荷的实例。
如图3所示，单位像素P包括光接收元件12、包括p型MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的淬灭电阻器120、以及包括例如互补型MOSFET的反相器130。
光接收元件12通过光电转换将入射光转换为电信号并输出转换的光。光接收元件12通过光电转换将入射光(光子)间接转换为电信号，并且输出对应于光子的入射的脉冲。例如，光接收元件12是SPAD器件，并且SPAD器件具有例如雪崩倍增区域(耗尽层)12X通过施加至阴极的大负电压形成，并且响应于一个光子的入射而生成的电子引起雪崩倍增以及大电流流动的特性。光接收元件12具有，例如，耦接至偏置电压施加器110的阳极和耦接至淬灭电阻器120的源极端子的阴极。器件电压VB从器件电压施加器施加到光接收元件12的阳极。
淬灭电阻器120与光接收元件12串联耦接，并且具有耦接至光接收元件12的阴极的源极端子和耦接至未示出的电源的漏极端子。激励电压VE从电源施加到淬灭电阻器120的漏极端子。淬灭电阻器120执行淬灭，其中，当已经经历由光接收元件12的雪崩倍增的电子的电压达到负电压VBD时，发射由光接收元件12倍增的电子，以使电压返回至初始电压。
反相器130具有耦接至光接收元件12的阴极和淬灭电阻器120的源极端子的输入端子，以及耦接至未示出的后续运算处理单元的输出端子。反相器130基于由光接收元件12倍增的载波(信号电荷)输出光接收信号。更具体地，反相器130整形由光接收元件12倍增的电子生成的电压。此后，反相器130将其中生成了图3中所示的脉冲波形的光接收信号(APD输出)以例如一个字体(front)的到达时间作为起始点输出至运算处理单元。例如，运算处理单元执行用于基于在每个光接收信号中生成表示一个字体的到达时间的脉冲的定时，来确定到对象的距离的运算处理，并且确定每个单位像素P的距离。此后，基于距离，生成其中到由多个单位像素P检测的对象的距离以平面方式布置的距离图像。
光检测装置1是例如所谓的背面照明型光检测装置，其中，逻辑板20堆叠在传感器板10的前表面侧(例如，包括在传感器板10中的半导体衬底11的前表面(第一表面11S1)侧)上，并且从传感器板10的后表面侧(例如，包括在传感器板10中的半导体衬底11的后表面(第二表面11S2)侧)接收光。根据本实施例的光检测器1包括用于每个单位像素P的光接收元件12。光接收元件12包括光接收器13和倍增器14，并且光接收器13嵌入并形成在半导体衬底11中。半导体衬底11在包括在倍增器14中的p型半导体区域(p+)14X和n型半导体区域(n+)14Y中进一步包括在第一表面11S1上的p型半导体区域(p+)14X。半导体层15设置在半导体衬底11的第一表面11S1侧上，并且包括在倍增器14中的n型半导体区域(n+)14Y设置在半导体层15上。
在附图中，符号“p”和“n”分别表示p型半导体区域和n型半导体区域。此外，在“p”末端的“+”或“-”表示p型半导体区域的杂质浓度。类似地，在“n”末端的“+”或“-”表示n型半导体区域的杂质浓度。在此，“+”的数目越大，杂质浓度越高，并且“-”的数目越大，杂质浓度越低。这同样适用于以下附图。
传感器板10包括例如半导体衬底11，该半导体衬底11包括硅衬底、半导体层15和多层布线层18。半导体衬底11具有彼此相对的第一表面11S1和第二表面11S2。半导体衬底11包括针对多个单位像素P共用的p阱(p)111。为每个单位像素P设置半导体衬底11，该半导体衬底11具有例如n型半导体区域(n)112，在该n型半导体区域中杂质浓度被控制为处于n型，由此为每个单位像素P形成光接收元件12。半导体衬底11进一步设置有在第一表面1S1与第二表面11S2之间延伸的像素分离器17。
光接收元件12具有用于通过高电场区域对载流子执行雪崩倍增的倍增区域(雪崩倍增区域)，并且如上所述，是能够通过施加至阴极的大正电压形成雪崩倍增区域(耗尽层)并且能够对由一个光子的入射生成的电子执行雪崩倍增的SPAD器件。
光接收元件12包括光接收器13和倍增器14。
光接收器13对应于根据本公开的“光接收器”的具体实例。光接收器13具有光电转换功能，该光电转换功能吸收从半导体衬底11的第二表面11S2侧入射的光，生成与接收的光量对应的载流子。如上所述，光接收器13具有将杂质浓度控制为n型的n型半导体区域(n)112，并且由光接收器13生成的载流子(电子)通过电位梯度向倍增器14传递。
倍增器14对应于根据本公开的“倍增器”的具体实例。倍增器14对光接收器13生成的载流子(这里是电子)进行雪崩倍增。倍增器14包括例如杂质浓度高于p阱(p)111的p型半导体区域(p+)14X和杂质浓度高于n型半导体区域(n)112的n型半导体区域(n+)14Y。p型半导体区域(p+)14X面向第一表面11S1设置在半导体衬底11中。n型半导体区域(n+)14Y以从半导体衬底11的第一表面11S1突出的方式设置。具体地，如上所述，n型半导体区域(n+)14Y形成为以面向半导体层15的第二表面15S2的方式，嵌入在设置在半导体衬底11的第一表面上的半导体层15中。
在光接收元件12中，雪崩倍增区域12X形成在面向半导体衬底11的第一表面11S1的p型半导体区域(p+)14X与面向半导体层15的第二表面15S2的n型半导体区域(n+)14Y之间的结点处。雪崩倍增区域12X是高电场区域(耗尽层)，通过施加至阴极的大负电压形成在p型半导体区域(p+)14X与n型半导体区域(n+)14Y之间的界面处。在雪崩倍增区域12X中，由进入光接收元件12的一个光子生成的电子(e-)被倍增。
例如，半导体层15是包括例如硅的半导体层，该半导体层使用例如外延晶体生长方法形成在半导体衬底11的第一表面11S1上，并且对应于根据本公开的“半导体层”的具体实例。半导体层15具有第一表面15S1和第二表面15S2。第一表面15S1面向多层布线层18并且第二表面15S2面向半导体衬底11。如上所述，n型半导体区域(n+)14Y形成为以面向第二表面15S2的方式嵌入在半导体层15中。
半导体层15进一步设置有接触电极16，该接触电极16在面向第一表面15S1的n型半导体区(n+)14Y上将对应于根据本公开的“第二电极”的具体实例的阴极和倍增器14彼此电连接。接触电极16包括例如杂质浓度高于n型半导体区域(n+)14Y的杂质浓度的n型半导体区域(n++)。
像素分离器17将彼此相邻并且例如在像素阵列100A中以网格图案布置的单位像素P电分离和/或光分离。像素分离器17包括例如在半导体衬底11的第一表面11S1和第二表面11S2之间延伸的遮光膜17A、以及设置在遮光膜17A和半导体衬底11之间的绝缘膜17B和17C。遮光膜17A具有以延伸的方式形成在半导体衬底11的第二表面11S2上的遮光部17X。遮光部17X抑制倾斜入射光在相邻单位像素P之间的串扰。例如，使用具有遮光特性的导电材料分别形成遮光膜17A和遮光部17X。这样的材料包括例如钨(W)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、或Al和铜(Cu)的合金。绝缘膜17B、17C例如由硅氧化物(SiOx)膜等构成。
在像素分离器17的周围设置杂质浓度高于p阱111的杂质浓度的p型半导体区域(p+)113。p型半导体区域(p+)113朝向半导体衬底11的第一表面11S1附近的单位像素P的内侧延伸(延伸部113X)。延伸部113X还用作将对应于根据本公开的“第一电极”的具体实例的阳极与光接收器13彼此电耦接的接触电极。p型半导体区域(p+)113进一步在半导体衬底11的第二表面11S2的附近延伸，例如在像素阵列100A上方。
多层布线层18设置在半导体衬底11的与光入射表面侧(第二表面11S2)相对的第一表面11S1侧上，半导体层15介于其间。在多层布线层18中，在层间绝缘层182中形成包括一个或多个布线的布线层181。布线层181例如用于提供待施加到半导体衬底11或光接收元件12的电压，或者用于提取由光接收元件12生成的载流子。布线层181中的一些布线经由过孔V1电耦合至接触电极16或延伸部113X。多个焊盘电极183嵌入在层间绝缘层182的与半导体衬底11侧相对侧的前表面(层间绝缘层182的前表面18S1)中。多个焊盘电极183经由过孔V2电耦接至布线层181中的一些布线。应注意，图1示出了在多层布线层18中形成一个布线层181的实例；然而，多层布线层18中的布线层的总数不受限制，并且可以形成两个或更多个布线层。
例如，层间绝缘层182包括包含氧化硅(SiOx)、TEOS、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(SiOxNy)等中的一个的单层膜，或者包含它们中的两种以上的叠层膜。
布线层181包括例如铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)等。
焊盘电极183在待接合至逻辑板20的表面(多层布线层18的前表面18S1)上暴露，并且例如用于耦接至逻辑板20。焊盘电极183包括例如铜(Cu)。
逻辑板20例如包括半导体衬底21和多层布线层22，该半导体衬底21包括硅衬底。逻辑板20包括逻辑电路(其包括例如上述偏置电压施加器110)、基于从像素阵列100A的单位像素P输出的电荷输出像素信号的读出电路、垂直驱动电路、列信号处理电路、水平驱动电路、输出电路等。
在多层布线层22中，例如，读出电路中包括的晶体管的栅极布线221和各自包括一个或多个布线的布线层222、223、224和225从半导体衬底21侧依次堆叠，层间绝缘层226介于其间。多个焊盘电极227嵌入在层间绝缘层226的与半导体衬底21侧相对侧的前表面(多层布线层22的前表面22S1)中。多个焊盘电极227经由过孔V3电耦接至布线层225中的一些布线。
与层间绝缘层182一样，层间绝缘层226包括，例如，包括氧化硅(SiOx)、TEOS、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(SiOxNy)等中的一个的单层膜，或包括它们中的两种以上的叠层膜。
与布线层181一样，栅极布线221和布线层222、223、224和225包括例如铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)等。
焊盘电极227在待接合至传感器板10的表面(多层布线层22的前表面22S1)上暴露并且被用于例如耦接至传感器板10。与焊盘电极183一样，焊盘电极227包括例如铜(Cu)。
在光检测装置1中，例如，在焊盘电极183和焊盘电极227之间执行Cu-Cu接合。因此，光接收元件12的阴极电耦接至设置在逻辑板20侧上的淬灭电阻器120，并且光接收元件12的阳极电耦接至偏置电压施加器110。
在半导体衬底11的光入射表面(第二表面11S2)侧上，例如，经由钝化膜31和滤色器32为每个单位像素P设置微透镜33。
微透镜33将从上方进入的光会聚到光接收元件12，并且包括例如氧化硅(SiOx)等。
(1-2.光检测装置的制造方法)
可以例如如下制造传感器板10。首先，通过控制p型或n型杂质浓度，执行离子注入以在半导体衬底11中形成p阱(p)111、n型半导体区域(n)112和p型半导体区域(p+)14X。此后，在半导体衬底11的第一表面11S1上，例如，包括氧化硅(SiOx)等的氧化膜或包括(SiNx)等的氮化膜被图案化为硬掩模，并且此后，例如，通过蚀刻形成穿透半导体衬底11的通孔。此后，绝缘膜17B和17C以及遮光膜17A通过例如CVD(化学气相沉积)方法、PVD(物理气相沉积)方法、ALD(原子层沉积)方法、气相沉积方法等在通孔中顺序形成。
之后，通过例如MOCVD(金属有机化学气相沉积)法的外延晶体生长法在半导体衬底11的第一表面11S1上形成包括例如硅(Si)的半导体层15。此后，通过CMP(化学机械抛光)使半导体层15的前表面平坦化，此后，通过离子注入在半导体层15中形成n型半导体区域(n+)14Y和接触电极16(n型半导体区域(n++))。这使得可以形成膜厚度例如小于或等于1μm的n型半导体区域(n+)14Y。
之后，通过CMP对半导体层15的第一表面15S1进行抛光，例如，之后，在半导体层15的第一表面15S1上形成多层布线层18。此后，将已经单独制备的逻辑板20接合。此时，暴露于多层布线层18的接合表面(前表面18S1)上的多个焊盘电极183和暴露于逻辑板20侧上的多层布线层22的接合表面(前表面22S)上的多个焊盘电机227经受Cu-Cu接合。
之后，例如，通过CMP对半导体衬底11的第二表面11S2进行抛光，之后依次形成遮光部17X、钝化膜31、滤色器32和微透镜33。因此，完成了图1中示出的光检测装置1。
(1-3.工作和效果)
在根据本实施例的光检测装置1中，半导体层15设置在半导体衬底11的第一表面1S1上，并且包括在倍增器14中的n型半导体区域(n+)14Y设置在半导体层15中。由此，能够确保与光接收器13电耦接的阳极、与倍增器14中包含的n型半导体区域(n+)14Y和阴极之间的距离。下面将对此进行描述。
在具有如上所述的普通SPAD结构的光传感器中，要求雪崩光电二极管(APD)的阳极和n型半导体区域彼此横向间隔开，以便抑制边缘断裂。因此，不适合小型化。
作为解决这种问题的方法，给出了其中阳极被嵌入硅衬底中的嵌入结构。然而，这种结构使得制造工艺复杂，因为在硅衬底中形成用于阳极的开口之后执行接触离子注入。
相反，在本实施例中，通过外延晶体生长方法在半导体衬底11的第一表面1S1上设置半导体层15，并且通过离子注入将包含在倍增器14中的n型半导体区域(n+)14Y设置在半导体层15中。与具有普通SPAD结构的光传感器一样，与在半导体衬底11中形成n型半导体区域(n+)14Y的情况相比，这使得可以抑制杂质扩散并且快速地增加电荷。
如上所述，根据本实施例的光检测器1能够确保电耦接至光接收器13的阳极与包括在倍增器14中的n型半导体区域(n+)14Y和阴极之间的距离，并且抑制不期望的边缘断裂。
进一步地，在根据本实施例的光检测装置1中，包括在倍增器14中的n型半导体区域(n+)14Y被设置在半导体层15中，这使得可以针对n型半导体区域(n+)14Y的量增大光接收区域(光接收器13)。因此，可以提高灵敏度。
接下来，将描述根据本公开的变形例1至11、应用实例和实际应用实例。在下文中，与上述实施例的那些相似的部件由相同的参考标号表示，并且适当地省略其描述。
<2.变形例>
(2-1.变形例1)
图4示意性示出了根据本公开的变形例1的光检测装置(光检测装置1A)的截面配置的示例。例如，与上述实施例一样，光检测装置1A将被应用于通过ToF方法执行距离测量的距离图像传感器(距离图像装置1000)、图像传感器等。根据本变形例的光检测装置1A与上述实施例的不同之处在于倍增器14中包括的p型半导体区域(p+)14X和n型半导体区域(n+)14Y两者设置在半导体层15中。
如上所述，在根据本变形例的光检测装置1A中，包括在倍增器14中的p型半导体区域(p+)14X和n型半导体区域(n+)14Y两者形成在半导体层15中。由此，除了上述实施例的效果以外，还能够针对p型半导体区域(p+)14X的量进一步增大光接收区域(光接收器13)。因此，可以进一步提高灵敏度。
(2-2.变形例2)
图5示意性示出了根据本公开的变形例2的光检测装置(光检测装置1B)的截面配置的示例。例如，与上述实施例一样，光检测装置1B将被应用于通过ToF方法执行距离测量的距离图像传感器(距离图像装置1000)、图像传感器等。根据本变形例的光检测装置1B与上述实施例的不同之处在于半导体层15针对每个单位像素P部分地设置在半导体衬底11的第一表面11S1上。
图6A至图6C各自示意性地示出半导体层15的平面形状的实例。半导体层15可以具有例如与图6A所示的单位像素P相同的矩形形状，或者可以具有与图6B所示的矩形形状不同的多边形形状。可替代地，半导体层15可以具有如图6C所示的圆形形状。具体地，在像素的尺寸较小的情况下，从在横向方向(例如，XY平面方向)上的边缘场松弛的角度来看，优选地具有在图6C中示出的圆形形状。
可以如下制造这种半导体层15。例如，与上述实施例一样，p阱(p)111、n型半导体区域(n)112和p型半导体区域(p+)14X形成在半导体衬底11上。此后，在半导体衬底11的第一表面11S1上的预定位置处具有开口的绝缘层19被图案化。绝缘层19可以通过使用例如氧化硅(SiOx)或氮化硅(SiNx)形成。此后，在开口中通过外延晶体生长方法形成半导体层15。
此外，在如在本变形例中为每个单位像素P部分地设置半导体层15的情况下，可以通过处理半导体衬底11形成凸状结构，并且凸状结构部分可以用作半导体层15。
如上所述，在根据本变形例的光检测装置1B中，针对每个单位像素P，半导体层15被嵌入并形成在绝缘层19中，并且包括在倍增器14中的n型半导体区域(n+)14Y被设置在半导体层15中。与上述实施例相比，这使得可以更可靠地确保阳极与包括在倍增器14中的n型半导体区域(n+)14Y之间的距离。因此，除了上述实施例的效果之外，可以进一步抑制不期望的边缘断裂。
(2-3.变形例3)
图7示意性示出了根据本公开的变形例3的光检测装置(光检测装置1C)的截面配置的示例。例如，与上述实施例一样，光检测装置1C将被应用于通过ToF方法执行距离测量的距离图像传感器(距离图像装置1000)、图像传感器等。根据本变形例的光检测装置1C是上述变形例1和变形例2的组合。半导体层15针对每个单位像素P部分地设置在半导体衬底11的第一表面11S1上，并且包括在倍增器14中的p型半导体区域(p+)14X和n型半导体区域(n+)14Y两者设置在半导体层15中。
如上所述，可以针对每个单位像素P部分地设置半导体层15，并且包括在倍增器14中的p型半导体区域(p+)14X和n型半导体区域(n+)14Y两者可以设置在半导体层15中。由此，能够更可靠地确保阳极与包括在倍增器14中的n型半导体区域(n+)14Y之间的距离，并且能够针对P型半导体区域(p+)14X的量进一步增大光接收区域(光接收器13)。因此，可以进一步抑制不期望的边缘断裂并且进一步提高灵敏度。
(2-4.变形例4)
图8示意性示出了根据本公开的变形例4的光检测装置(光检测装置1D)的截面配置的示例。例如，与上述实施例一样，光检测装置1D将被应用于通过ToF方法执行距离测量的距离图像传感器(距离图像装置1000)、图像传感器等。根据本变形例的光检测装置1D与上述实施例不同之处在于像素分离器17进一步延伸到半导体层15内，并且像素分离器17穿透半导体层15。
进一步地，在本变形例中，p型半导体区域(p+)113与像素分离器17一起延伸到半导体层15中，并且朝向半导体层15的第一表面15S1附近的单位像素P的内部延伸(延伸部113X)。
如上所述，在根据本变形例的光检测装置1D中，像素分离器17从半导体衬底11延伸到半导体层15内，并且半导体层15被像素分离器17针对每个单位像素P隔开。这使得可以抑制在倍增器14中雪崩倍增时由光发射引起的串扰。因此，除了上述实施例的效果之外，可以改善设备特性。
(2-5.变形例5)
图9示意性示出了根据本公开的变形例5的光检测装置(光检测装置1E)的截面配置的示例。例如，与上述实施例一样，光检测装置1E将被应用于通过ToF方法执行距离测量的距离图像传感器(距离图像装置1000)、图像传感器等。根据本变形例的光检测装置1E与上述实施例的不同之处在于，在通过组合上述变形例1和变形例2获得的配置中，针对单位像素P部分设置的半导体层15的侧表面具有倾斜面。
如上所述，针对每个单位像素P部分地设置的半导体层15的侧表面的角度不受特别限制，并且可以垂直于半导体衬底11的第一表面11S1，或者可以相对于半导体衬底11的第一表面11S1倾斜。
(2-6.变形例6)
图10示意性示出了根据本公开的变形例6的光检测装置(光检测装置1F)的截面配置的示例。例如，与上述实施例一样，光检测装置1F将被应用于通过ToF方法执行距离测量的距离图像传感器(距离图像装置1000)、图像传感器等。根据本变形例的光检测装置1F是上述变形例2的进一步的变形例，并且与上述实施例的不同之处在于，形成在为每个单位像素P部分地设置的半导体层15中的n型半导体区域(n+)14Y的端面形成在半导体层15的侧面的内侧。
如上所述，在根据本变形例的光检测装置1F中，n型半导体区域(n+)14Y的端面形成在相对于为每个单位像素P设置的半导体层15的侧表面的内侧，并且n型半导体区域(n+)14Y未成形区域设置在半导体层15的外围。因此，可以降低在半导体层15的侧表面的界面处生成的暗电流的雪崩倍增。
(2-7.变形例7)
图11示意性地示出根据本公开的变形例7的光检测装置(光检测装置1G)的截面配置的示例。例如，与上述实施例一样，光检测装置1G被应用于通过ToF方法执行距离测量的距离图像传感器(距离图像装置1000)、图像传感器等。根据本变形例的光检测器1G是上述变形例1和变形例6的组合。包括在倍增器14中的p型半导体区域(p+)14X和n型半导体区域(n+)14Y的相应端面形成在相对于为每个单位像素P部分地设置的半导体层15的侧表面的内侧。
相应地，可以进一步增加光接收区域(光接收器13)，并且可以减少在半导体层15的侧表面的界面处生成的暗电流的雪崩倍增。
(2-8.变形例8)
图12示意性示出了根据本公开的变形例8的光检测装置(光检测装置1H)的截面配置的示例。图13示意性示出了在图12中示出的光检测装置1H的单位像素P中的p型半导体区域(p+)14X和n型半导体区域(n+)14Y的平面布局。例如，与上述实施例一样，光检测装置1H将被应用于通过ToF方法执行距离测量的距离图像传感器(距离图像装置1000)、图像传感器等。根据本变形例的光检测装置1H与上述变形例2的不同之处在于为每个单位像素P设置多个半导体层15，在该半导体层中形成包括在倍增器14中的n型半导体区域(n+)14Y。
如上所述，可以为每个单位像素P提供其中形成包括在倍增器14中的n型半导体区域(n+)14Y的多个半导体层15。因此，除了上述实施例的效果之外，可以改善光吸收效率。
(2-9.变形例9)
图14示意性示出了根据本公开的变形例9的光检测装置(光检测装置1I)的截面配置的示例。图15示意性示出了光检测装置1I的单位像素P中的反射层41的平面布局。例如，与上述实施例一样，光检测装置1I被应用于通过ToF方法执行距离测量的距离图像传感器(距离图像装置1000)、图像传感器等。例如，根据本变形例的光检测装置1I具有这样的配置，其中，除了上述变形例2的配置以外，反射层41以在围绕半导体层15设置的绝缘层19中围绕半导体层15的方式设置。
例如，反射层41可通过使用诸如铝(Al)的光反射布线材料形成。
如上所述，在光检测装置1I的本变形例中，例如，围绕半导体层15的反射层41设置在围绕半导体层15设置的绝缘层19中。由此，未被光接收器13吸收而透射的光被反射层41反射，再次入射到光接收器13。因此，除了上述变形例2的效果之外，可以进一步提高灵敏度。
(2-10.变形例10)
图16示意性示出了根据本公开的变形例10的光检测装置(光检测装置1J)的截面配置的示例。图17示意性示出了相对于图16中所示的反射层41的布线布局的实例。例如，与上述实施例一样，光检测装置1J被应用于通过ToF方法执行距离测量的距离图像传感器(距离图像装置1000)、图像传感器等。反射层41的一部分可以被分割。其一端和阴极(接触电极16)可以例如经由通孔V1彼此电耦接，并且其另一端可以电耦接到读出电路。因此，可以使用反射层41作为读出电路的电阻器。因此，可以提高读出电路的面积效率。
(2-11.变形例11)
图18示意性示出了根据本公开的变形例11的光检测装置(光检测装置1K)的截面配置的示例。例如，与上述实施例一样，光检测装置1K被应用于通过ToF方法执行距离测量的距离图像传感器(距离图像装置1000)、图像传感器等。在上述变形例9中，在设置于半导体层15周围的绝缘层19中设置有反射层41，并且使未被光接收器13吸收而透射的光再次进入光接收器13。相反，在本变形例中，设置在层间绝缘层182中的布线层181中的任何布线(例如，布线181A)在XY平面方向上扩展，并且这用作反射层。由此，与上述变形例9同样地，能够使未被光接收器13吸收而透射的光再次入射到光接收器13。
<3.应用实例>
图19示出了用作包括根据上述实施例和变形例1至11的光检测装置(例如，光检测装置1)的电子装置的距离图像装置1000的示意性配置的实例。距离图像装置1000对应于根据本公开的“测距装置”的具体实例。
距离图像装置1000包括例如光源装置1100、光学系统1200、光检测装置1、图像处理电路1300、监视器1400和存储器1500。
距离图像装置1000接收从光源装置1100朝向照射目标对象2000投射并且由照射目标对象2000的前表面反射的光(调制光或脉冲光)，从而获得与到照射目标对象2000的距离对应的距离图像。
光学系统1200包括一个或多个透镜，并且将来自照射目标对象2000的图像光(入射光)引导到光检测装置1以在光检测装置1的光接收表面(传感器单元)上形成图像。
图像处理电路1300基于从光检测装置1提供的距离信号执行用于构造距离图像的图像处理，并且通过图像处理获得的距离图像(图像数据)被提供给监视器1400并显示，或者被提供给存储器1500并存储(记录)。
在如上所述配置的距离图像装置1000中，上述光检测装置(例如，光检测装置1)的应用使得可以仅基于来自高度稳定的单位像素P的光接收信号计算到照射目标对象2000的距离，并生成高精度的距离图像。即，距离图像装置1000能够获取更精确的距离图像。
<4.实际应用实例>
(移动体的实际应用实例)
根据本公开的技术可应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可实现为安装在任何类型的移动体(诸如车辆、电动车辆、混合电动车辆、摩托车、自行车、个人移动体、飞机、无人机、船舶、机器人、建筑机器或农业机器(牵引车))上的装置。
图20是描述了车辆控制系统的示意性配置的实例的方框图，车辆控制系统作为可以应用根据本公开的实施例的技术的移动体控制系统的实例。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图20所示的实例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车辆外部信息检测单元12030、车辆内部信息检测单元12040以及集成控制部12050。另外，作为集成控制单元12050的功能配合，例示了微计算机12051、声音/图像输出单元12052、车载网络接口(I/F)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置(诸如内燃机、驱动电机等)、用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构、用于调节车辆的转向角的转向机构、用于产生车辆的制动力的制动装置等的控制装置。
车身系统控制单元12020根据各种程序控制提供给车身的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作用于无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置或诸如前照灯、后备灯、制动灯、转向信号、雾灯等的各种灯的控制装置。在这种情况下，从作为按键的替代物的移动装置发送的无线电波或各种开关的信号可以被输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、灯等。
车辆外部信息检测单元12030检测与包括车辆控制系统12000的车辆外部有关的信息。例如，在车辆外部信息检测单元12030上连接有成像单元12031。车辆外部信息检测单元12030使成像单元12031拍摄车外的图像，并接收该拍摄图像。另外，车辆外部信息检测单元12030也可以基于接收到的图像，进行检测人、车辆、障碍物、标志、路面上的文字等对象物的处理、或者检测其距离的处理等。
成像单元12031是接收光并且输出与光的接收光量对应的电信号的光学传感器。成像单元12031可以输出电信号作为图像，或者可以输出电信号作为关于测量距离的信息。此外，成像单元12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等不可见光。
车辆内部信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息。车辆内部信息检测单元12040例如与检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测器12041连接。驾驶员状态检测器12041例如包括拍摄驾驶员的相机。基于从驾驶员状态检测器12041输入的检测信息，车辆内部信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳度或驾驶员的集中度，或者可以确定驾驶员是否打瞌睡。
微计算机12051可以基于由车辆外部信息检测单元12030或车辆内部信息检测单元12040获得的关于车辆内部或外部的信息来计算用于驱动力生成装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能的协作控制，该功能包括用于车辆的防碰撞或减震、基于跟随距离的跟随驾驶、维持驾驶的车辆速度、车辆碰撞的警告、车辆与车道的偏离的警告等。
另外，微计算机12051可以通过基于由车辆外部信息检测单元12030或车辆内部信息检测单元12040获得的关于车辆外部或内部的信息，控制驱动力生成装置、转向机构、制动装置等，来执行用于自动驾驶的协作控制，这使得车辆不依赖于驾驶员的操作等而自动行驶。
此外，微计算机12051可以基于由车辆外部信息检测单元12030获得的关于车辆外部的信息将控制命令输出到车身系统控制单元12020。例如，微计算机12051可以通过根据由车辆外部信息检测单元12030检测的前方车辆或对面车辆的位置，控制前照灯以从远光改变到近光，来执行旨在防止眩光的协作控制。
声音/图像输出单元12052将声音和图像中的至少一个的输出信号传输到输出装置，该输出装置能够视觉或听觉地将信息通知给车辆的乘员或车辆外部。在图20的实例中，音频扬声器12061、显示单元12062和仪表板12063被示出为输出装置。例如，显示单元12062可包括板上显示器和平视显示器中的至少一个。
图21是描绘了成像单元12031的安装位置的实例的示意图。
在图21中，成像单元12031包括成像单元12101、12102、12103、12104和12105。
成像单元12101、12102、12103、12104和12105例如设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上的位置以及车辆内部挡风玻璃的上部上的位置处。设置在车辆内部内的前鼻部的成像单元12101和设置在挡风玻璃的上部的成像单元12105主要获得车辆12100的前方的图像。设置到侧视镜的成像单元12102和12103主要获得车辆12100的侧面的图像。设置到后保险杠或后门的成像单元12104主要获得车辆12100的后部的图像。设置在车辆内部内的挡风玻璃的上部的成像单元12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志、车道等。
顺便提及，图21描述了成像单元12101至12104的拍摄范围的实例。成像范围12111表示设置到前鼻的成像单元12101的成像范围。成像范围12112和12113分别表示设置到侧视镜的成像单元12102和12103的成像范围。成像范围12114表示设置到后保险杠或后门的成像单元12104的成像范围。例如，通过叠加由成像单元12101至12104成像的图像数据来获得从上方观看的车辆12100的鸟瞰图像。
成像单元12101至12104中的至少一个可以具有获得距离信息的功能。例如，成像单元12101至12104中的至少一个可以是由多个成像元件构成的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的成像元件。
例如，微计算机12051可以基于从成像单元12101至12104获得的距离信息确定到成像范围12111至12114内的每个三维对象的距离以及距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，由此，提取存在于车辆12100的行驶路径上、以与车辆12100大致相同的方向以规定的速度(例如，等于或大于0km/小时)作为前方车辆。另外，微计算机12051可以预先设定跟随距离以保持在前行车辆的前方，并且执行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随起动控制)等。由此，能够进行不依赖于驾驶员的操作等而使车辆自动行驶的自动驾驶用的协调控制。
例如，微计算机12051可以基于从成像单元12101至12104获得的距离信息将与三维对象有关的三维对象数据分类为二轮车、标准尺寸车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维对象的三维对象数据，提取分类的三维物体数据，并且将所提取的三维对象数据用于自动躲避障碍物。例如，微计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以视觉识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微计算机12051确定指示与每个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微计算机12051经由音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警告，并且经由驱动系统控制单元12010执行强制减速或躲避转向。微计算机12051可由此辅助驾驶以避免碰撞。
成像单元12101至12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。微计算机12051例如可以通过确定在成像单元12101至12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。行人的这种识别例如通过提取作为红外相机的成像单元12101至12104的成像图像中的特征点的过程以及通过对表示对象的轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理来确定是否是行人的过程来执行。当微计算机12051确定在成像单元12101到12104的成像图像中存在行人并因此识别出行人时，声音/图像输出单元12052控制显示单元12062，使得用于强调的正方形轮廓线被显示为叠加在识别出的行人上。声音/图像输出单元12052还可控制显示单元12062，使得在期望位置处显示表示行人的图标等。
尽管已经参考实施例、变形例1至11、应用实例和实际应用实例进行了描述，但是本公开的内容不限于上述实施例等。本公开可以以各种方式修改。例如，本公开的光检测装置不必包括在上述实施例等中描述的所有部件，并且可包括其他层。例如，在光检测装置1检测除了可见光之外的光(例如，近红外光(IR))的情况下，可以省去滤色器32。
进一步地，包括在根据本公开的光检测装置中的半导体区域的极性可以被反转。此外，在根据本公开的光检测装置中，空穴可以用作信号电荷。
更进一步地，只要根据本公开的光检测装置处于雪崩倍增通过在阳极和阴极之间施加反向偏压而发生的状态，相应的电势不受限制。
进一步地，在上述实施例等中，以半导体衬底11和半导体层15均包括硅为例进行了说明；然而，半导体衬底11和半导体层15可以各自包括例如锗(Ge)、或硅(Si)和锗(Ge)的化合物半导体(例如，硅锗(SiGe))。
应当理解，在此描述的效果仅是示例。本公开可以包括除本文描述的效果之外的任何效果，或者可以进一步包括除本文描述的效果之外的其他效果。
应注意，本公开可具有以下配置。根据具有以下配置的本技术，在半导体衬底的第一表面侧设置半导体层，该半导体衬底具有彼此相对的第一表面和第二表面，并且倍增器所包括的第一导电型区域和第二导电型区域中的至少第二导电型区域设置在半导体层中。由此，能够确保与光接收器电耦接的第一电极与倍增器所包含的第二导电型区域之间的距离，能够抑制不希望的边缘断裂。
(1)
一种光检测装置，包括：
半导体衬底，包括彼此相对的第一表面和第二表面，并且包括像素阵列，在像素阵列中，多个像素以阵列设置；
半导体层，设置在所述半导体衬底的所述第一表面侧上；
光接收器，对于每个所述像素设置在所述半导体衬底的内部，并且通过光电转换产生对应于所接收的光量的载流子；
倍增器，包括顺次堆叠在所述第一表面侧的第一导电型区域和第二导电型区域，至少所述第二导电型区域设置在所述半导体层中，并且所述倍增器对由所述光接收器生成的载流子执行雪崩倍增；
第一电极，设置在所述第一表面侧上，并且电耦接至所述光接收器；以及
第二电极，设置在所述第一表面侧上，并且电耦接至所述倍增器。
(2)
根据(1)的光检测装置，其中，倍增器包括第一导电型区域和第二导电型区域，第一导电型区域和第二导电型区域两者都设置在半导体层中。
(3)
根据(1)或(2)的光检测装置，进一步包括：
绝缘层，在所述半导体衬底的所述第一表面侧上，其中
对于每个像素，半导体层嵌入并形成在绝缘层中。
(4)
根据(3)的光检测装置，其中，在半导体层中形成的倍增器具有相对于半导体层的侧表面的位于内侧上的端面。
(5)
根据(1)至(4)中任一项的光检测装置，其中，半导体层的侧表面相对于第一表面倾斜。
(6)
根据(1)至(5)中任一项的光检测装置，其中，所述半导体衬底还包括像素分离器，所述像素分离器将所述多个像素彼此分离并且在所述第一表面与所述第二表面之间穿透所述半导体衬底。
(7)
根据(6)的光检测装置，其中，像素分离器进一步穿透半导体层。
(8)
根据(6)或(7)的光检测装置，其中，像素分离器包括导电膜和绝缘膜，导电膜具有遮光特性，绝缘膜设置在导电膜与半导体衬底之间。
(9)
根据(6)至(8)中任一项的光检测装置，进一步包括：
在所述像素分离器周围的第一导电型杂质区域，其中，
光接收器与第一电极通过第一导电型杂质区域电连接。
(10)
根据(1)至(9)中任一项的光检测装置，进一步包括：
所述半导体层中的第二导电型杂质区域，其中
所述倍增器和所述第二电极经由所述第二导电型杂质区域彼此电耦接。
(11)
根据(3)至(10)中任一项的光检测装置，进一步包括：
反射层，设置在所述绝缘层中并且围绕所述半导体层。
(12)
根据(11)的光检测装置，其中，反射层被分割，一端耦接到第二电极，并且另一端耦接到读出由倍增器倍增的载流子的读出电路。
(13)
根据(1)至(12)中任一项的光检测装置，其中，半导体衬底和半导体层均包括硅。
(14)
一种测距装置，包括：
光学系统；
光检测装置；以及
信号处理电路，基于来自所述光检测装置的输出信号计算距测量对象的距离，其中
所述光检测装置包括：
半导体衬底，包括彼此相对的第一表面和第二表面，并且包括像素阵列，在像素阵列中，多个像素以阵列设置；
半导体层，设置在所述半导体衬底的所述第一表面侧上；
光接收器，对于每个所述像素设置在所述半导体衬底的内部，并且通过光电转换生成对应于所接收的光量的载流子；
倍增器，包括顺次堆叠在所述第一表面侧的第一导电型区域和第二导电型区域，至少所述第二导电型区域设置在所述半导体层中，并且所述倍增器对由所述光接收器生成的载流子执行雪崩倍增；
第一电极，设置在所述第一表面侧上，并且电耦接至所述光接收器；以及
第二电极，设置在所述第一表面侧上，并且电耦接至所述倍增器。
本申请要求2021年1月27日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2021-011535的权益，其全部内容通过引用并入本文。
本领域技术人员应理解，根据设计需求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变更，只要它们在所附权利要求或其等效物的范围内。

Claims (14)

1.一种光检测装置，包括：
半导体衬底，包括彼此相对的第一表面和第二表面，并且包括像素阵列，在所述像素阵列中，多个像素以阵列设置；
半导体层，设置在所述半导体衬底的第一表面侧；
光接收器，对于每个所述像素，设置在所述半导体衬底的内部，并且通过光电转换生成对应于所接收的光量的载流子；
倍增器，包括顺次堆叠在所述第一表面侧上的第一导电型区域和第二导电型区域，至少所述第二导电型区域设置在所述半导体层中，并且所述倍增器对由所述光接收器生成的所述载流子执行雪崩倍增；
第一电极，设置在所述第一表面侧上，并且电耦接至所述光接收器；以及
第二电极，设置在所述第一表面侧上，并且电耦接至所述倍增器。
2.根据权利要求1所述的光检测装置，其中，所述倍增器具有设置在所述半导体层中的所述第一导电型区域和所述第二导电型区域。
3.根据权利要求1所述的光检测装置，其中：
所述光检测装置在所述半导体衬底的所述第一表面侧上进一步包括绝缘层，
其中对于每个像素，所述半导体层嵌入并形成在所述绝缘层中。
4.根据权利要求3所述的光检测装置，其中，形成在所述半导体层中的所述倍增器在相对于所述半导体层的侧表面的内侧具有端面。
5.根据权利要求1所述的光检测装置，其中，所述半导体层的侧表面相对于所述第一表面倾斜。
6.根据权利要求1所述的光检测装置，其中，所述半导体衬底还包括像素分离器，所述像素分离器将所述多个像素彼此分离并且在所述第一表面与所述第二表面之间穿透所述半导体衬底。
7.根据权利要求6所述的光检测装置，其中，所述像素分离器还穿透所述半导体层。
8.根据权利要求6所述的光检测装置，其中，所述像素分离器包括导电膜和绝缘膜，所述导电膜具有遮光特性，所述绝缘膜被设置在所述导电膜与所述半导体衬底之间。
9.根据权利要求6所述的光检测装置，其中：
所述光检测装置在所述像素分离器周围进一步包括第一导电型杂质区域，
所述光接收器与所述第一电极经由所述第一导电型杂质区域电耦接。
10.根据权利要求1所述的光检测装置，其中：
所述光检测装置在所述半导体层中进一步包括第二导电型杂质区域，
所述倍增器和所述第二电极经由所述第二导电型杂质区域彼此电耦接。
11.根据权利要求3所述的光检测装置，进一步包括：
反射层，设置在所述绝缘层中并且围绕所述半导体层。
12.根据权利要求11所述的光检测装置，其中，所述反射层被分割，一端与所述第二电极耦接，另一端与读出电路耦接，所述读出电路读出在所述倍增器倍增后的载流子。
13.根据权利要求1所述的光检测装置，其中，所述半导体衬底和所述半导体层形成为包括硅。
14.一种测距装置，包括：
光学系统；
光检测装置；以及
信号处理电路，基于来自所述光检测装置的输出信号计算到测量对象的距离，其中
所述光检测装置包括：
半导体衬底，包括彼此相对的第一表面和第二表面，并且所述半导体衬底包括像素阵列，在所述像素阵列中，多个像素以阵列设置；
半导体层，设置在所述半导体衬底的第一表面侧上；
光接收器，对于每个所述像素，设置在所述半导体衬底的内部，并且通过光电转换生成对应于所接收的光量的载流子；
倍增器，包括顺次堆叠在所述第一表面侧的第一导电型区域和第二导电型区域，至少所述第二导电型区域设置在所述半导体层中，并且所述倍增器对由所述光接收器生成的所述载流子执行雪崩倍增；
第一电极，设置在所述第一表面侧上，并且与所述光接收器电耦接；以及
第二电极，设置在所述第一表面侧上，并且与所述倍增器电耦接。
CN202280011062.5A 2021-01-27 2022-01-13 光检测装置及测距装置 Pending CN116802809A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021-011535 2021-01-27
JP2021011535 2021-01-27
PCT/JP2022/000991 WO2022163373A1 (ja) 2021-01-27 2022-01-13 光検出装置および測距装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116802809A true CN116802809A (zh) 2023-09-22

Family

ID=82653377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280011062.5A Pending CN116802809A (zh) 2021-01-27 2022-01-13 光检测装置及测距装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240072080A1 (zh)
JP (1) JPWO2022163373A1 (zh)
CN (1) CN116802809A (zh)
WO (1) WO2022163373A1 (zh)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109155325A (zh) * 2017-03-22 2019-01-04 索尼半导体解决方案公司 摄像装置和信号处理装置
JP2019102675A (ja) * 2017-12-05 2019-06-24 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 フォトダイオード、画素回路、電子機器、および、フォトダイオードの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2022163373A1 (zh) 2022-08-04
US20240072080A1 (en) 2024-02-29
WO2022163373A1 (ja) 2022-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11049896B2 (en) Light receiving element, ranging module, and electronic apparatus
KR20240042189A (ko) 광검출기
US20210293956A1 (en) Light-receiving element and distance-measuring module
CN110036491B (zh) 雪崩光电二极管传感器
KR102613094B1 (ko) 수광 소자 및 거리측정 모듈
US20210270940A1 (en) Light-receiving element and distance-measuring module
CN111052404B (zh) 雪崩光电二极管传感器和电子装置
KR20210142617A (ko) 센서 칩, 전자 기기 및 거리측정 장치
WO2021020472A1 (en) Light receiving element and electronic device
WO2022158288A1 (ja) 光検出装置
US20210320218A1 (en) Light-receiving element and distance-measuring module
US20210270941A1 (en) Light-receiving element and distance-measuring module
US20220181363A1 (en) Sensor chip and distance measurement device
US20240038913A1 (en) Light receiving element, distance measuring system, and electronic device
US20240072080A1 (en) Light detection device and distance measurement apparatus
WO2022244384A1 (ja) 光検出装置および測距装置
WO2024004222A1 (ja) 光検出装置およびその製造方法
WO2022118635A1 (ja) 光検出装置および測距装置
WO2023132052A1 (ja) 光検出素子
WO2023195235A1 (en) Photodetector and distance measurement apparatus
WO2024048267A1 (ja) 光検出装置および測距装置
WO2023157497A1 (ja) 光検出装置およびその製造方法
WO2021100314A1 (ja) 固体撮像装置及び測距システム
EP4361670A1 (en) Light-receiving element
WO2023234070A1 (ja) 光検出装置および測距装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination