DE102019118868A1 - Lichtempfangselement und abstandsmessungsmodul - Google Patents

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Tsutomu Imoto
Yuji Isogai
Takuya Maruyama
Takuro Murase
Ryota Watanabe
Takeshi Yamazaki
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Sony Semiconductor Solutions Corp
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Abstract

Ein Lichtempfangselement enthält eine On-Chip-Linse; eine Zusammenschaltungsschicht; und eine Halbleiterschicht, die zwischen der On-Chip-Linse und der Zusammenschaltungsschicht angeordnet ist. Die Halbleiterschicht enthält eine erste Spannungsanlegeeinheit, an die eine erste Spannung angelegt wird, eine zweite Spannungsanlegeeinheit, an die eine zweite Spannung, die von der ersten Spannung verschieden ist, angelegt wird, eine erste Ladungsdetektionseinheit, die an der Peripherie der ersten Ladungsdetektionseinheit angeordnet ist, eine zweite Ladungsdetektionseinheit, die an der Peripherie der zweiten Spannungsanlegeeinheit angeordnet ist, und ein Ladungsentladegebiet, das an einer Außenseite eines effektiven Pixelgebiets vorgesehen ist. Beispielsweise ist die vorliegende Technologie auf ein Lichtempfangselement, das Abstandsinformationen in einem ToF-Verfahren erzeugt, oder dergleichen anwendbar.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der japanischen Prioritäts-Patentanmeldung JP 2018-135401 , eingereicht am 18. Juli 2018, deren Inhalt hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
  • Hintergrund
  • Die vorliegende Technologie bezieht sich auf eine Lichtempfangselement und ein Abstandsmessungsmodul und insbesondere auf ein Lichtempfangselement und ein Abstandsmessungsmodul, die zum Verbessern von Eigenschaften fähig sind.
  • Im Stand der Technik ist ein Abstandsmesssystem, das ein Flugzeit- (ToF-) Verfahren verwendet, bekannt. In dem Abstandsmesssystem gibt es die Notwendigkeit, dass ein Sensor, der zum Verteilen von Signalladungen, die durch Empfangen von reflektiertem Licht von aktivem Licht, das unter Verwendung einer Leuchtdiode (LED) oder eines Lasers an einer beliebigen Phase zu einem Zielobjekt emittiert wird, erhalten werden, zu einem weiteren Gebiet mit hoher Geschwindigkeit fähig ist.
  • Hier wird beispielsweise eine Technologie vorgeschlagen, in der eine Spannung direkt an ein Substrat eines Sensors angelegt ist, um Ströme in dem Substrat zu erzeugen, und die ein breites Gebiet innerhalb des Substrats mit hoher Geschwindigkeit modulieren kann (siehe beispielsweise JP-A-2011-86904 ). Dieser Sensor ist auch als stromunterstützter photonischer Demodulierer- (CAPD-) Sensor bezeichnet.
  • Zusammenfassung
  • In der Technologie ist es jedoch schwierig, einen CAPD-Sensor mit ausreichenden Eigenschaften zu erhalten.
  • Beispielsweise ist der CAPD-Sensor ein Sensor vom vorderseitig beleuchteten Typ, in dem eine Zusammenschaltung oder dergleichen auf einer Oberfläche des Substrats auf einer Seite, in der Licht von außen empfangen wird, angeordnet ist.
  • Es ist wünschenswert, dass kein Objekt wie z. B. eine Zusammenschaltung existiert, das einen optischen Pfad einfallenden Lichts blockiert, auf der Seite der lichtempfangenden Oberfläche einer Photodiode (PD), das heißt einer photoelektrischen Umsetzungseinheit aus Sicht der Sicherstellung eines photoelektrischen Umsetzungsgebiets. In dem CAPD-Sensor vom vorderseitig beleuchteten Typ ist es jedoch notwendig, eine Ladungsextraktionszusammenschaltung, verschiedene Steuerleitungen und Signalleitungen auf der Seite der lichtempfangenden Oberfläche der PD in Übereinstimmung mit einer Struktur anzuordnen, und somit ist das photoelektrische Umsetzungsgebiet eingeschränkt. Das heißt, es ist schwierig, ein ausreichendes photoelektrisches Umsetzungsgebiet sicherzustellen, und Eigenschaften wie z. B. die Pixelempfindlichkeit können sich verschlechtern.
  • Zusätzlich werden, wenn berücksichtigt wird, dass der CAPD-Sensor an einem Ort verwendet wird, in dem externes Licht existiert, externe Lichtkomponenten zu Rauschkomponenten in einem indirekten ToF-Verfahren, das Abstandsmessung unter Verwendung von aktivem Licht ausführt, und somit ist es notwendig, eine ausreichende Sättigungssignalgröße (Qs), um Abstandsinformationen zu erhalten, durch Sicherstellen eines ausreichenden Signal/Rausch-Verhältnisses (SN-Verhältnisses) sicherzustellen. In dem CAPD-Sensor vom vorderseitig beleuchteten Typ ist jedoch ein Zusammenschaltungs-Layout eingeschränkt, und somit ist es notwendig, die Verwendung eines Verfahrens zu untersuchen, das nicht Verdrahtung einer Kapazität ist, beispielsweise ein Verfahren, in dem ein zusätzlicher Transistor vorgesehen ist, um die Kapazität sicherzustellen.
  • Zusätzlich ist in dem CAPD-Sensor vom vorderseitig beleuchteten Typ eine Signalextraktionseinheit, die als eine Abzweigung bezeichnet ist, auf einer Seite des Lichteinfalls innerhalb des Substrats angeordnet. Andererseits existiert, wenn die photoelektrische Umsetzung in einem Si-Substrat berücksichtigt wird, eine Differenz einer Reduktionsrate zwischen Wellenlängen des Lichts, ein Verhältnis des Auftretens von photoelektrischer Umsetzung ist jedoch auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche höher. Dementsprechend ist in dem CAPD-Sensor vom vorderseitig beleuchteten Typ eine Möglichkeit vorhanden, dass eine Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von photoelektrischer Umsetzung in einem inaktiven Abzweigungsgebiet, das ein Signalladungs-Nichtverteilungs-Abzweigungsgebiet ist, in einem mit einer Signalextraktionseinheit ausgestatteten Abzweigungsgebiet höher wird. In dem indirekten ToF-Sensor werden Lichtmessungsinformationen durch Verwenden von Signalen erhalten, die zu entsprechenden Ladungsakkumulationsgebieten in Übereinstimmung mit einer Phase aktiven Lichts verteilt werden, eine Komponente, die in dem inaktiven Abzweigungsgebiet direkt photoelektrisch umgesetzt wird, wird zu Rauschen, und als ein Ergebnis ist eine Möglichkeit vorhanden, dass sich die Abstandsmessungsgenauigkeit verschlechtert. Das heißt, es ist eine Möglichkeit vorhanden, dass sich Eigenschaften des CAPD-Sensors verschlechtern können.
  • Die vorliegende Technologie ist unter Berücksichtigung solcher Umstände gemacht worden, und es ist ein Ziel davon, die Eigenschaften zu verbessern.
  • In Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der vorliegenden Technologie ist ein Lichtempfangselement geschaffen, das Folgendes enthält: eine On-Chip-Linse; eine Zusammenschaltungsschicht; und eine Halbleiterschicht, die zwischen der On-Chip-Linse und der Zusammenschaltungsschicht angeordnet ist. Die Halbleiterschicht enthält eine erste Spannungsanlegeeinheit, an die eine erste Spannung angelegt ist, eine zweite Spannungsanlegeeinheit, an die eine zweite Spannung, die von der ersten Spannung verschieden ist, angelegt ist, eine erste Ladungsdetektionseinheit, die an einer Peripherie der ersten Spannungsanlegeeinheit angeordnet ist, eine zweite Ladungsdetektionseinheit, die an der Peripherie der zweiten Spannungsanlegeeinheit angeordnet ist, und ein Ladungsentladegebiet, das auf einer Außenseite eines effektiven Pixelgebiets vorgesehen ist.
  • In dem ersten Aspekt der vorliegenden Technologie sind die On-Chip-Linse, die Zusammenschaltungsschicht und die Halbleiterschicht, die zwischen der On-Chip-Linse und der Zusammenschaltungsschicht angeordnet ist, vorgesehen. Die erste Spannungsanlegeeinheit, an die die erstes Spannung angelegt ist, die zweite Spannungsanlegeeinheit, an die die zweite Spannung, die von der ersten Spannung verschieden ist, angelegt ist, die erste Ladungsdetektionseinheit, die an der Peripherie der ersten Spannungsanlegeeinheit angeordnet ist, die zweite Ladungsdetektionseinheit, die an der Peripherie der zweiten Spannungsanlegeeinheit angeordnet ist, und das Ladungsentladegebiet, das auf einer Außenseite eines effektiven Pixelgebiets vorgesehen ist, sind in der Halbleiterschicht vorgesehen.
  • In Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt der vorliegenden Technologie ist ein Abstandsmessungsmodul bereitgestellt, das Folgendes enthält: ein Lichtempfangselement, das eine On-Chip-Linse, eine Zusammenschaltungsschicht und eine Halbleiterschicht, die zwischen der On-Chip-Linse und der Zusammenschaltungsschicht angeordnet ist, enthält, wobei die Halbleiterschicht eine erste Spannungsanlegeeinheit, an die eine erste Spannung angelegt ist, eine zweite Spannungsanlegeeinheit, an die eine zweite Spannung, die von der ersten Spannung verschieden ist, angelegt ist, eine erste Ladungsdetektionseinheit, die an einer Peripherie der ersten Spannungsanlegeeinheit angeordnet ist, eine zweite Ladungsdetektionseinheit, die an der Peripherie der zweiten Spannungsanlegeeinheit angeordnet ist, und ein Ladungsentladegebiet, das an einer Außenseite eines effektiven Pixelgebiets vorgesehen ist, enthält; eine Lichtquelle, die Bestrahlungslicht, dessen Helligkeit periodisch fluktuiert, emittiert; und eine Lichtemissionssteuereinheit, die eine Bestrahlungszeit des Bestrahlungslichts steuert.
  • In dem zweiten Aspekt der vorliegenden Technologie sind das Lichtempfangselement, das die On-Chip-Linse, die Zusammenschaltungsschicht und die Halbleiterschicht, die zwischen der On-Chip-Linse und der Zusammenschaltungsschicht angeordnet ist, enthält, wobei die Halbleiterschicht eine erste Spannungsanlegeeinheit, an die die erste Spannung angelegt ist, die zweite Spannungsanlegeeinheit, an die die zweite Spannung, die von der ersten Spannung verschieden ist, angelegt ist, die erste Ladungsdetektionseinheit, die an der Peripherie der ersten Spannungsanlegeeinheit angeordnet ist, die zweite Ladungsdetektionseinheit, die an der Peripherie der zweiten Spannungsanlegeeinheit angeordnet ist, und ein Ladungsentladegebiet, das an einer Außenseite des effektiven Pixelgebiets vorgesehen ist, enthält; die Lichtquelle, die Bestrahlungslicht, dessen Helligkeit periodisch fluktuiert, emittiert; und die Lichtemissionssteuereinheit, die eine Bestrahlungszeit des Bestrahlungslichts steuert, vorgesehen.
  • In Übereinstimmung mit dem ersten und dem zweiten Aspekt der vorliegenden Technologie ist es möglich, Eigenschaften zu verbessern.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass der hier beschriebene Effekt nicht eingeschränkt ist und irgendein in der vorliegenden Offenbarung beschriebener Effekt sein kann.
  • Diese und andere Objekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden mit Blick auf die folgende ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen des besten Modus, wie sie in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind, offensichtlicher.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Lichtempfangselements darstellt;
    • 2 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Pixels darstellt;
    • 3 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Abschnitts einer Signalextraktionseinheit des Pixels darstellt;
    • 4 ist eine Ansicht, die Empfindlichkeitsverbesserung beschreibt;
    • 5 ist eine Ansicht, die eine Verbesserung der Ladungstrennungseffizienz beschreibt;
    • 6 ist eine Ansicht, die eine Verbesserung der Elektronenextraktionseffizienz beschreibt;
    • 7 ist eine Ansicht, die eine Bewegungsgeschwindigkeit eines Signalladungsträgers in einem vorderseitig beleuchteten Typ beschreibt;
    • 8 ist eine Ansicht, die eine Bewegungsgeschwindigkeit eines Signalladungsträgers in einem rückseitig beleuchteten Typ beschreibt;
    • 9 ist eine Ansicht, die ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Abschnitts der Signalextraktionseinheit des Pixels darstellt;
    • 10 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen dem Pixel und einer On-Chip-Linse beschreibt;
    • 11 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Abschnitts der Signalextraktionseinheit des Pixels darstellt;
    • 12 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Abschnitts der Signalextraktionseinheit des Pixels darstellt;
    • 13 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Abschnitts der Signalextraktionseinheit des Pixels darstellt;
    • 14 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Abschnitts der Signalextraktionseinheit des Pixels darstellt;
    • 15 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Abschnitts der Signalextraktionseinheit des Pixels darstellt;
    • 16 ist eine Ansicht, die ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Pixels darstellt;
    • 17 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Pixels darstellt;
    • 18 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Pixels darstellt;
    • 19 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Pixels darstellt;
    • 20 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Pixels darstellt;
    • 21 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Pixels darstellt;
    • 22 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Pixels darstellt;
    • 23 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Pixels darstellt;
    • 24 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Pixels darstellt;
    • 25 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Pixels darstellt;
    • 26 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Pixels darstellt;
    • 27A und 27B sind Ansichten, die noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Pixels darstellen;
    • 28 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Pixels darstellt;
    • 29 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Pixels darstellt;
    • 30 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Pixels darstellt;
    • 31 ist eine Ansicht, die eine Ersatzschaltung des Pixels darstellt;
    • 32 ist eine Ansicht, die eine weitere Ersatzschaltung des Pixels darstellt;
    • 33A und 33B sind Ansichten, die ein Anordnungsbeispiel von Spannungsversorgungsleitungen, das eine periodische Anordnung einsetzt, darstellen;
    • 34A und 34B sind Ansichten, die ein Anordnungsbeispiel von Spannungsversorgungsleitungen, das eine Spiegelanordnung einsetzt, darstellen;
    • 35A und 35B sind Ansichten, die Eigenschaften der periodischen Anordnung und der Spiegelanordnung beschreiben;
    • 36 ist eine Querschnittsansicht mehrerer Pixel in einer vierzehnten Ausführungsform;
    • 37 ist eine Querschnittsansicht der mehreren Pixel in der vierzehnten Ausführungsform;
    • 38 ist eine Querschnittsansicht mehrerer Pixel in einer neunten Ausführungsform;
    • 39 ist eine Querschnittsansicht mehrerer Pixel in einem Modifikationsbeispiel 1 der neunten Ausführungsform;
    • 40 ist eine Querschnittsansicht mehrerer Pixel in einer fünfzehnten Ausführungsform;
    • 41 ist eine Querschnittsansicht mehrerer Pixel in einer zehnten Ausführungsform;
    • 42A bis 42C sind Ansichten, die fünfschichtige Metallfilme einer mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht beschreiben;
    • 43A und 43B sind Ansichten, die die fünfschichtigen Metallfilme der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht beschreiben;
    • 44A bis 44C sind Ansichten, die eine Polysiliziumschicht beschreiben;
    • 45A bis 45C sind Ansichten, die ein Modifikationsbeispiel eines Reflexionselements, das auf einem Metallfilm gebildet ist, darstellen;
    • 46A und 46B sind Ansichten, die ein Modifikationsbeispiel des Reflexionselements, das auf dem Metallfilm gebildet ist, darstellen;
    • 47A bis 47C sind Ansichten, die eine Substratkonfiguration des Lichtempfangselements beschreiben;
    • 48 ist eine Ansicht, die Rauschen an der Peripherie eines Pixeltransistorgebiets beschreibt;
    • 49A und 49B sind Ansichten, die die Rauschunterdrückungsstruktur an der Peripherie des Pixeltransistorgebiets beschreiben;
    • 50 ist eine Ansicht, die eine Ladungsentladestruktur an der Peripherie des Pixeltransistorgebiets beschreibt;
    • 51 ist eine Ansicht, die eine Ladungsentladestruktur an der Peripherie des Pixeltransistorgebiets beschreibt;
    • 52 ist eine Ansicht, die Ladungsentladen an der Peripherie eines effektiven Pixelgebiets beschreibt;
    • 53A bis 53D sind Draufsichten, die ein Konfigurationsbeispiel eines Ladungsentladegebiets, das an einer äußeren Peripherie des effektiven Pixelgebiets vorgesehen ist, darstellen.
    • 54 ist eine Querschnittsansicht in einem Fall, in dem das Ladungsentladegebiet ein Lichtabschirmungspixelgebiet und ein N-Typ-Gebiet enthält;
    • 55A und 55B sind Ansichten, die einen Stromfluss in einem Fall beschreiben, in dem die Pixeltransistoren in einem Substrat, das ein photoelektrisches Umsetzungsgebiet enthält, angeordnet sind;
    • 56 ist eine Querschnittsansicht mehrerer Pixel gemäß einer achtzehnten Ausführungsform;
    • 57 ist eine Ansicht, die das gemeinsame Verwenden einer Schaltung durch zwei Lagen von Substraten beschreibt;
    • 58 ist eine Ansicht, die eine Substratkonfiguration gemäß der achtzehnten Ausführungsform beschreibt;
    • 59 ist eine Draufsicht, die eine Anordnung eines MIX-Bindungsabschnitts und eines DET-Bindungsabschnitts darstellt;
    • 60 ist eine Draufsicht, die eine Anordnung des MIX-Bindungsabschnitts und des DET-Bindungsabschnitts darstellt;
    • 61 ist eine Ansicht, die ein Problem eines Anstiegs des Stromverbrauchs beschreibt;
    • 62A und 62B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines Pixels gemäß einem ersten Konfigurationsbeispiel einer neunzehnten Ausführungsform;
    • 63A und 63B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines Pixels gemäß einem zweiten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform;
    • 64A bis 64C sind Ansichten, die andere ebene Formen des ersten Konfigurationsbeispiels und des zweiten Konfigurationsbeispiels der neunzehnten Ausführungsform darstellen;
    • 65A bis 65C sind Ansichten, die andere ebene Formen des ersten Konfigurationsbeispiels und des zweiten Konfigurationsbeispiels der neunzehnten Ausführungsform darstellen;
    • 66A und 66B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines Pixels gemäß einem dritten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform;
    • 67A bis 67C sind Ansichten, die eine andere ebene Form des dritten Konfigurationsbeispiels der neunzehnten Ausführungsform darstellen;
    • 68A bis 68C sind Ansichten, die andere ebene Formen des dritten Konfigurationsbeispiels der neunzehnten Ausführungsform darstellen;
    • 69 ist eine Ansicht, die ein Schaltungskonfigurationsbeispiel einer Pixel-Array-Einheit in einem Fall, in dem Vier-Abzweigung-Pixelsignale gleichzeitig ausgegeben werden, darstellt;
    • 70 ist eine Ansicht, die ein Zusammenschaltungs-Layout, in dem vier vertikale Signalleitungen angeordnet sind, darstellt;
    • 71 ist eine Ansicht, die ein Modifikationsbeispiel 1 des Zusammenschaltung-Layouts, in dem die vier vertikalen Signalleitungen angeordnet sind, darstellt;
    • 72 ist eine Ansicht, die ein Modifikationsbeispiel 2 des Zusammenschaltung-Layouts, in dem die vier vertikalen Signalleitungen angeordnet sind, darstellt;
    • 73A und 73B sind Ansichten, die ein Modifikationsbeispiel eines Anordnungsbeispiels der Pixeltransistoren darstellt;
    • 74 ist eine Ansicht, die ein Verbindungs-Layout in dem Pixeltransistor-Layout in 73B darstellt;
    • 75 ist eine Ansicht, die ein Zusammenschaltungs-Layout in dem Pixeltransistor-Layout in 73B darstellt;
    • 76 ist eine Ansicht, die ein Zusammenschaltungs-Layout, in dem zwei Stromversorgungsleitungen in einer Pixelspalte eingestellt sind, darstellt;
    • 77 ist eine Draufsicht, die ein Verdrahtungsbeispiel einer VSS-Zusammenschaltung darstellt;
    • 78 ist eine Draufsicht, die ein Verdrahtungsbeispiel der VSS-Zusammenschaltung darstellt;
    • 79 ist eine Ansicht, die ein erstes Verfahren der Pupillenkorrektur beschreibt;
    • 80 ist eine Ansicht, die das erste Verfahren der Pupillenkorrektur beschreibt;
    • 81 ist eine Ansicht, die das erste Verfahren der Pupillenkorrektur beschreibt;
    • 82A bis 82C sind Ansichten, die das erste Verfahren der Pupillenkorrektur beschreiben;
    • 83 ist eine Ansicht, die eine Verschiebungsgröße der On-Chip-Linse in dem ersten Verfahren der Pupillenkorrektur beschreibt;
    • 84 ist eine Ansicht, die ein Zweiphasenverfahren und ein Vierphasenverfahren beschreibt;
    • 85 ist eine Ansicht, die ein Verdrahtungsbeispiel einer Spannungsversorgungsleitung beschreibt;
    • 86A bis 86C sind eine Querschnittsansicht und Draufsichten eines ersten Konfigurationsbeispiels einer zwanzigsten Ausführungsform;
    • 87A bis 87F sind Ansichten, die ein Anordnungsbeispiel der ersten und zweiten Abzweigung darstellen;
    • 88 ist eine Ansicht, die einen Ansteuermodus der ersten und der zweiten Abzweigung beschreibt;
    • 89 ist eine Querschnittsansicht und eine Draufsicht eines Pixels gemäß einem zweiten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform;
    • 90A bis 90F sind Ansichten, die ein Anordnungsbeispiel eines Phasendifferenzlichtabschirmungsfilms und der On-Chip-Linse zeigen;
    • 91 ist eine Querschnittsansicht eines Pixels gemäß der einundzwanzigsten Ausführungsform;
    • 92A und 92B sind Draufsichten des Pixels gemäß der einundzwanzigsten Ausführungsform;
    • 93A und 93B sind Querschnittsansichten eines Pixels gemäß einer zweiundzwanzigsten Ausführungsform;
    • 94A bis 94D sind Draufsichten, die das Pixel gemäß der zweiundzwanzigsten Ausführungsform darstellen;
    • 95 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Abstandsmessungsmoduls darstellt;
    • 96 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuersystems abbildet;
    • 97 ist ein Diagramm zur Unterstützung der Erläuterung eines Beispiels der Installationspositionen eines fahrzeugexternen Informationsdetektionsbereichs und eines Bildaufnahmebereichs.
  • Ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen
  • Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Technologie mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
  • <Erste Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel eines
  • Lichtempfangselements>
  • Die vorliegende Technologie konstruiert einen CAPD-Sensor in einem rückseitig beleuchteten Typ, um Eigenschaften wie z. B. Pixelempfindlichkeit zu verbessern.
  • Beispielsweise ist die vorliegende Technologie auf ein Lichtempfangselement, das ein Abstandsmessungssystem bildet, das Abstandsmessung durch ein indirektes ToF-Verfahren ausführt, eine Bildaufnahmevorrichtung, die das Lichtempfangselement enthält, oder dergleichen anwendbar.
  • Beispielsweise ist das Abstandsmessungssystem auf ein fahrzeuginternes System, das auf einem Fahrzeug montiert ist und einen Abstand bis zu einem Zielobjekt misst, ein Gestenerkennungssystem, in dem ein Abstand bis zu einem Zielobjekt wie z. B. den Händen eines Anwenders, und eine Geste eines Anwenders auf der Basis des Messergebnisses erkennt, oder dergleichen anwendbar. In diesem Fall kann ein Gestenerkennungsergebnis beispielsweise in einer Bedienung eines Fahrzeugnavigationssystems verwendet werden.
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Ausführungsform des Lichtempfangselements, auf das die vorliegende Technologie angewandt ist, darstellt.
  • Ein Lichtempfangselement 1, das in 1 dargestellt ist, ist ein CAPD-Sensor vom rückseitig beleuchteten Typ und ist beispielsweise in einer Bildaufnahmevorrichtung, die eine Abstandsmessungsfunktion aufweist, vorgesehen.
  • Das Lichtempfangselement 1 enthält eine Pixel-Array-Einheit 20, die auf einem Halbleitersubstrat (nicht dargestellt) gebildet ist, und eine periphere Schaltungseinheit, die auf demselben Halbleitersubstrat wie in der Pixel-Array-Einheit 20 integriert ist. Beispielsweise enthält die periphere Schaltungseinheit eine Abzweigungsansteuereinheit 21, eine vertikale Ansteuereinheit 22, eine Spaltenverarbeitungseinheit 23, eine horizontale Ansteuereinheit 24 und eine Systemsteuereinheit 25.
  • Eine Signalverarbeitungseinheit 31 und eine Datenspeichereinheit 32 sind ebenfalls in dem Lichtempfangselement 1 vorgesehen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Signalverarbeitungseinheit 31 und die Datenspeichereinheit 32 auf demselben Substrat wie das Lichtempfangselement 1 montiert sein können oder auf einen anderen Substrat, das von dem Substrat wie in dem Lichtempfangselement 1 verschieden ist, in einer Bildaufnahmevorrichtung angeordnet sein können.
  • Die Pixel-Array-Einheit 20 erzeugt Ladungen, die der empfangenen Lichtmenge entsprechen, und weist eine Konfiguration auf, in der Pixel 51, die Signale ausgeben, die den Ladungen entsprechen, zweidimensional in einer Matrixform in einer Zeilenrichtung und einer Spaltenrichtung angeordnet sind. Das heißt, die Pixel-Array-Einheit 20 enthält mehrere Pixel 51, die einfallendes Licht photoelektrisch umsetzen und Signale ausgeben, die den Ladungen entsprechen, die als ein Ergebnis der photoelektrischen Umsetzung erhalten werden. Hier repräsentiert die Zeilenrichtung eine Anordnungsrichtung der Pixel 51 in einer horizontalen Richtung, und die Spaltenrichtung repräsentiert eine Anordnungsrichtung der Pixel 51 in einer vertikalen Richtung. Die Zeilenrichtung ist die horizontale Richtung in der Zeichnung, und die Spaltenrichtung ist die vertikale Richtung in der Zeichnung.
  • Jedes der Pixel 51 empfängt einfallendes Licht, insbesondere Infrarotlicht, von außen und setzt es photoelektrisch um und gibt Pixelsignale aus, die Ladungen entsprechen, die als ein Ergebnis der photoelektrischen Umsetzung erhalten werden. Das Pixel 51 enthält eine erste Abzweigung TA, die eine vorbestimmte Spannung MIXO (eine erste Spannung) anlegt und photoelektrisch umgesetzte Ladungen detektiert, und eine zweite Abzweigung TB, die eine vorbestimmte Spannung MIX1 (eine zweite Spannung) anlegt und photoelektrisch umgesetzte Ladungen detektiert.
  • Die Abzweigungsansteuereinheit 21 führt der ersten Abzweigung TA des Pixels 51 der Pixel-Array-Einheit 20 eine vorbestimmte Spannung MIXO über eine vorbestimmte Spannungsversorgungsleitung 30 zu und führt der zweiten Abzweigung TB eine vorbestimmte Spannung MIX1 über eine vorbestimmte Spannungsversorgungsleitung 30 zu. Dementsprechend sind zwei Spannungsversorgungsleitungen 30, die die Spannungsversorgungsleitung 30, die die Spannung MIXO überträgt, und die Spannungsversorgungsleitung 30, die die Spannung MIX1 überträgt, in einer Pixelspalte der Pixel-Array-Einheit 20 verdrahtet.
  • In der Pixel-Array-Einheit 20 ist in Bezug auf eine matrixförmige Pixelanordnung eine Pixelansteuerleitung 28 in einer Zeilenrichtung für jede Pixelzeile verdrahtet, und zwei vertikale Signalleitungen 29 sind entlang einer Spaltenrichtung für jede Pixelspalte verdrahtet. Beispielsweise überträgt die Pixelansteuerleitung 28 ein Ansteuersignal zum Ausführen einer Operation, wenn ein Signal aus einem Pixel ausgelesen wird. Es wird darauf hingewiesen, dass in 1 die Pixelansteuerleitung 28 als eine Zusammenschaltung dargestellt ist, jedoch keine Einschränkung auf die eine Einheit vorhanden ist. Ein Ende der Pixelansteuerleitung 28 ist mit einem Ausgabeende verbunden, das jeder Zeile der vertikalen Ansteuereinheit 22 entspricht.
  • Die vertikale Ansteuereinheit 22 ist durch ein Schieberegister, einen Adressendecodierer oder dergleichen gebildet und steuert Pixel der Pixel-Array-Einheit 20 gleichzeitig oder in einer Zeileneinheit an. Das heißt, die vertikale Ansteuereinheit 22 bildet eine Ansteuereinheit, die einen Betrieb jedes Pixels der Pixel-Array-Einheit 20 in Kombination mit der Systemsteuereinheit 25 steuert, die die vertikale Ansteuereinheit 22 steuert.
  • Ein Signal, das aus jedem der Pixel 51 in einer Pixelzeile in Übereinstimmung mit der Ansteuerungssteuerung durch die vertikale Ansteuereinheit 22 ausgegeben wird, wird über die vertikale Signalleitung 29 in die Spaltenverarbeitungseinheit 23 eingegeben. Die Spaltenverarbeitungseinheit 23 führt vorbestimmte Signalverarbeitung in Bezug auf das Pixelsignal, das aus dem Pixel 51 über die vertikale Signalleitung 29 ausgegeben wird, aus und speichert das Pixelsignal nach der Signalverarbeitung temporär.
  • Insbesondere führt die Spaltenverarbeitungseinheit 23 Rauschentfernungsverarbeitung, Analog/Digital-(AD-) Umsetzungsverarbeitung oder dergleichen als die Signalverarbeitung aus.
  • Die horizontale Ansteuereinheit 24 ist durch ein Schieberegister, einen Adressendecodierer oder dergleichen gebildet und wählt sequenziell eine Schaltungseinheit, die einer Pixelspalte entspricht, der Spaltenverarbeitungseinheit 23 aus. Ein Pixelsignal, das der Signalverarbeitung für jede Schaltungseinheit in der Spaltenverarbeitungseinheit 23 unterzogen wird, wird aufgrund der selektiven Abtastung durch die horizontale Ansteuereinheit 24 sequenziell ausgegeben.
  • Die Systemsteuereinheit 25 ist durch einen Zeitgenerator, der verschiedene Zeitsignale erzeugt, oder dergleichen gebildet und führt Ansteuerungssteuerung der Abzweigungsansteuereinheit 21, der vertikalen Ansteuereinheit 22, der Spaltenverarbeitungseinheit 23, der horizontalen Ansteuereinheit 24 oder dergleichen auf der Basis der verschiedenen durch den Zeitgenerator erzeugten Zeitsignale aus.
  • Die Signalverarbeitungseinheit 31 weist wenigstens eine Berechnungsverarbeitungsfunktion auf und führt verschiedene Arten von Signalverarbeitung wie z. B. Berechnungsverarbeitung auf der Basis des aus der Spaltenverarbeitungseinheit 23 ausgegebenen Pixelsignals aus. Zur Zeit der Signalverarbeitung in der Signalverarbeitungseinheit 31 speichert die Datenspeichereinheit 32 für die Verarbeitung notwendige Daten temporär.
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel der Pixel, die in der Pixel-Array-Einheit 20 vorgesehen sind, beschrieben. Beispielsweise weisen die in der Pixel-Array-Einheit 20 vorgesehen Pixel eine Konfiguration auf, wie sie in 2 dargestellt ist.
  • 2 stellt einen Querschnitt eines Pixels 51 dar. das in der Pixel-Array-Einheit 20 vorgesehen ist, und das Pixel 51 empfängt von außen einfallendes Licht, insbesondere Infrarotlicht, photoelektrisch und setzt es photoelektrisch um und gibt Signale aus, die den als Ergebnis der photoelektrischen Umsetzung erhaltenen Ladungen entsprechen.
  • Beispielsweise enthält das Pixel 51 ein Substrat 61, das durch eine P-Typ-Halbleiterschicht gebildet ist, wie z. B. ein Siliziumsubstrat, und eine On-Chip-Linse, die auf dem Substrat 61 gebildet ist.
  • Beispielsweise ist in dem Substrat 661 die Dicke in einer vertikalen Richtung der Zeichnung, das heißt die Dicke senkrecht zu einer Oberfläche des Substrats 61, auf 20 µm oder weniger eingestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Dicke des Substrats 61 20 µm oder größer sein kann und die Dicke in Übereinstimmung mit Zieleigenschaften des Lichtempfangselements 1 oder dergleichen bestimmt werden kann.
  • Zusätzlich ist beispielsweise das Substrat 61 auf ein P-Epi-Substrat mit hohem Widerstand eingestellt, dessen Substratkonzentration auf die Größenordnung von 1E+13 oder weniger eingestellt ist, und der Widerstand (Widerstandswert) des Substrats ist beispielsweise auf 500 [Qcm] oder größer eingestellt.
  • Hier ist in Bezug auf eine Beziehung zwischen der Substratkonzentration und dem Widerstand des Substrats 61 der Widerstand beispielsweise auf 2000 [Qcm] eingestellt, wenn die Substratkonzentration 6,48E+12 [cm3] ist, der Widerstand ist auf 1000 [Qcm] eingestellt, wenn die Substratkonzentration 1,30E+13 [cm3] ist, der Widerstand ist auf 500 [Qcm] eingestellt, wenn die Substratkonzentration 2,59E+13 [cm3] ist, und der Widerstand ist auf 100 [Qcm] eingestellt, wenn die Substratkonzentration 1,30E+14 [cm3] ist.
  • In 2 ist eine Oberseite des Substrats 61 eine rückseitige Oberfläche des Substrats 61 und ist eine Lichteinfallsoberfläche, wenn Licht von außen auf das Substrat 61 einfällt. Andererseits ist eine Unterseite des Substrats 61 eine Vorderseite des Substrats 61, und eine mehrschichtige Zusammenschaltungsschicht (nicht dargestellt) ist in der Vorderseite gebildet. Ein Film 66 mit fester Ladung, der durch eine einzelnen Film oder einen laminierten Film, der eine positive feste Ladung aufweist, gebildet ist, ist auf der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 gebildet, und eine On-Chip-Linse 62, die das von außen einfallende Licht sammelt und es ermöglicht, dass das einfallende Licht in das Substrat 61 einfällt, ist auf einer Oberseite des Films 66 mit fester Ladung gebildet. Der Film 66 mit fester Ladung versetzt die Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 in einen Lochakkumulationszustand und unterdrückt das Auftreten eines Dunkelstroms.
  • Zusätzlich sind in dem Pixel 51 ein Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63-1 und ein Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63-2 zum Verhindern von Übersprechen zwischen benachbarten Pixeln jeweils an einem Endabschnitt des Pixels 51 auf einer Oberseite des Films 66 mit fester Ladung gebildet. Nachstehend sind in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, den Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63-1 und den Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63-2 besonders zu unterscheiden, die Filme auch einfach als Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63 bezeichnet.
  • In diesem Beispiel fällt von außen einfallendes Licht durch die On-Chip-Linse 62 in das Substrat 61, der Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63 ist jedoch gebildet, um nicht zu ermöglichen, dass von außen einfallendes Licht auf ein Gebiet eines anderen Pixels, das benachbart dem Pixel 51 in dem Substrat 61 angeordnet ist, einfällt. Das heißt, das Licht, das von außen auf die On-Chip-Linse 62 einfällt und zu dem Inneren des anderen Pixels, das dem Pixel 51 benachbart ist, weiterläuft, wird durch den Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63-1 oder den Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63-2 abgeschirmt, und es wird verhindert, dass es auf das benachbarte andere Pixel einfällt.
  • Das Lichtempfangselement 1 ist der CAPD-Sensor vom rückseitig beleuchteten Typ, und somit wird die Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 zu einer sogenannten Rückseite, und es wird keine Zusammenschaltungsschicht, die eine Zusammenschaltung oder dergleichen enthält, auf der Rückseite gebildet. Zusätzlich sind eine Zusammenschaltungsschicht, in der eine Zusammenschaltung zum Ansteuern eines Transistors oder dergleichen, der in dem Pixel 51 gebildet ist, eine Zusammenschaltung zum Auslesen eines Signals aus dem Pixel 51 und dergleichen gebildet sind, auf einem Abschnitt einer Oberfläche entgegensetzt der Lichteinfallsoberfläche durch Laminierung in dem Substrat 61 gebildet.
  • In dem Substrat 61 sind an einem Abschnitt auf einer Innenseite der Oberfläche entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche, das heißt, der Unterseite in der Zeichnung, ein Oxidfilm 64, eine Signalextraktionseinheit 65-1 und eine Signalextraktionseinheit 65-2 gebildet. Die Signalextraktionseinheit 65-1 entspricht der ersten in 1 beschriebenen Abzweigung TA, und die Signalextraktionseinheit 65-2 entspricht der zweiten in 1 beschriebenen Abzweigung TB.
  • In diesem Beispiel ist der Oxidfilm 64 in dem mittleren Abschnitt des Pixels 51 in der Nähe der Oberfläche entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 gebildet, und die Signalextraktionseinheit 65-1 und die Signalextraktionseinheit 65-2 sind jeweils auf beiden Enden des Oxidfilms 64 gebildet.
  • Hier enthält die Signalextraktionseinheit 65-1 ein N+-Halbleitergebiet 71-1, das ein N-Typ-Halbleitergebiet ist, ein N--Halbleitergebiet 72-1, in dem eine Konzentration von Donatorstörstellen im Vergleich zu dem N+-Halbleitergebiet 71-1 niedriger ist, ein P+-Halbleitergebiet 73-1, das ein P-Typ-Halbleitergebiet ist, und ein P--Halbleitergebiet 74-1, in dem eine Konzentration von Akzeptorstörstellen im Vergleich zu dem P+-Halbleitergebiet 73-1 niedriger ist. Hier enthalten in Bezug auf Si Beispiele für die Donatorstörstellen Elemente wie z. B. Phosphor (P) und Arsen (As), die zur Gruppe 5 in dem Periodensystem der Elemente gehören. In Bezug auf Si enthalten Beispiele für die Akzeptorstörstellen Elemente wie z. B. Bor (B), das zur Gruppe 3 in dem Periodensystem der Elemente gehört. Ein Element, das zu einer Donatorstörstelle wird, ist als ein Donatorelement bezeichnet, und ein Element, das zu einer Akzeptorstörstelle wird, ist als ein Akzeptorelement bezeichnet.
  • In 2 ist das N+-Halbleitergebiet 71-1 an einem Ort benachbart der rechten Seite des Oxidfilms 64 an einem Abschnitt auf einer Innenseite der Oberfläche entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 gebildet. Zusätzlich ist das N--Halbleitergebiet 72-1 auf einer Oberseite des N+-Halbleitergebiets 71-1 in der Zeichnung gebildet, um das N+-Halbleitergebiet 71-1 zu bedecken (zu umgeben).
  • Zusätzlich ist das P+-Halbleitergebiet 73-1 auf der rechten Seite des N+-Halbleitergebiets 71-1 gebildet. Zusätzlich ist das P--Halbleitergebiet 74-1 auf einer Oberseite des P+-Halbleitergebiets 73-1 in der Zeichnung gebildet, um das P+-Halbleitergebiet 73-1 zu bedecken (zu umgeben).
  • Zusätzlich ist das N+-Halbleitergebiet 71-1 auf der rechten Seite des P+-Halbleitergebiets 73-1 gebildet. Zusätzlich ist das N--Halbleitergebiet 72-1 auf einer Oberseite des N+-Halbleitergebiets 71-1 in der Zeichnung gebildet, um das N+-Halbleitergebiet 71-1 zu bedecken (zu umgeben).
  • Ähnlich enthält die Signalextraktionseinheit 65-2 ein N+-Halbleitergebiet 71-2, das ein N-Typ-Halbleitergebiet ist, ein N--Halbleitergebiet 72-2, in dem eine Konzentration von Donatorstörstellen im Vergleich zu dem N+-Halbleitergebiet 71-2 niedriger ist, ein P+-Halbleitergebiet 73-2, das ein P-Typ-Halbleitergebiet ist, und ein P--Halbleitergebiet 74-2, in dem eine Konzentration von Akzeptorstörstellen im Vergleich zu dem P+-Halbleitergebiet 73-2 niedriger ist.
  • In 2 ist das N+-Halbleitergebiet 71-2 an einem Ort benachbart der linken Seite des Oxidfilms 64 an dem Abschnitt auf der Innenseite der Oberfläche entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 gebildet. Zusätzlich ist das N--Halbleitergebiet 72-2 auf einer Oberseite des N+-Halbleitergebiets 71-2 in der Zeichnung gebildet, um das N+-Halbleitergebiet 71-2 zu bedecken (zu umgeben).
  • Zusätzlich ist das P+-Halbleitergebiet 73-2 auf der linken Seite des N+-Halbleitergebiets 71-2 gebildet. Zusätzlich ist das P--Halbleitergebiet 74-2 auf einer Oberseite des P+-Halbleitergebiets 73-2 in der Zeichnung gebildet, um das P+-Halbleitergebiet 73-2 zu bedecken (zu umgeben).
  • Zusätzlich ist das N+-Halbleitergebiet 71-2 auf der linken Seite des P+-Halbleitergebiets 73-2 gebildet. Zusätzlich ist das N--Halbleitergebiet 72-2 auf einer Oberseite des N+-Halbleitergebiets 71-2 in der Zeichnung gebildet, um das N+-Halbleitergebiet 71-2 zu bedecken (zu umgeben).
  • Der gleiche Oxidfilm 64 wie in dem mittleren Abschnitt des Pixels 51 ist an einem Endabschnitt des Pixels 51 in einem Abschnitt auf einer Innenseite der Oberfläche entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 gebildet.
  • Nachstehend sind in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, die Signalextraktionseinheit 65-1 und die Signalextraktionseinheit 65-2 besonders zu unterscheiden, die Einheiten auch einfach als eine Signalextraktionseinheit 65 bezeichnet.
  • Zusätzlich sind nachstehend in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, das N+-Halbleitergebiet 71-1 und das N+-Halbleitergebiet 71-2 besonders zu unterscheiden, die Gebiete auch einfach als ein N+-Halbleitergebiet 71 bezeichnet, und in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, das N--Halbleitergebiet 72-1 und das N--Halbleitergebiet 72-2 besonders zu unterscheiden, sind die Gebiete auch einfach als ein N- -Halbleitergebiet 72 bezeichnet.
  • Zusätzlich sind in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, das P+-Halbleitergebiet 73-1 und das P+-Halbleitergebiet 73-2 besonders zu unterscheiden, die Gebiete auch einfach als ein P+-Halbleitergebiet 73 bezeichnet, und in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, das P--Halbleitergebiet 74-1 und das P--Halbleitergebiet 74-2 besonders zu unterscheiden, sind die Gebiete einfach als ein P--Halbleitergebiet 74 bezeichnet.
  • Zusätzlich ist in dem Substrat 61 ein Isolationsabschnitt 75-1, der durch einen Oxidfilm oder dergleichen gebildet ist, zwischen dem N+-Halbleitergebiet 71-1 und dem P+-Halbleitergebiet 73-1 vorgesehen, um die Gebiete voneinander zu isolieren. Ähnlich ist ein Isolationsabschnitt 75-2, der durch einen Oxidfilm oder dergleichen gebildet ist, auch zwischen dem N+-Halbleitergebiet 71-2 und dem P+-Halbleitergebiet 73-2 vorgesehen, um die Gebiete voneinander zu isolieren. Nachstehend sind in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, den Isolationsabschnitt 75-1 und den Isolationsabschnitt 75-2 besonders zu unterscheiden, die Abschnitte auch einfach als ein Isolationsabschnitt 75 bezeichnet.
  • Das N+-Halbleitergebiet 71, das in dem Substrat 61 gebildet ist, funktioniert als eine Ladungsdetektionseinheit, die eine Lichtmenge des Lichts, das auf das Pixel 51 von außen einfällt, das heißt, die Menge von Signalladungsträgern, die aufgrund der photoelektrischen Umsetzung durch das Substrat 61 erzeugt werden, detektiert. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzlich zu dem N+-Halbleitergebiet 71 auch das N--Halbleitergebiet 72, in dem die Konzentration der Donatorstörstellen niedrig ist, als die Ladungsdetektionseinheit verstanden werden kann. Zusätzlich funktioniert das P+-Halbleitergebiet 73 als eine Spannungsanlegeeinheit, die eine Menge von Ladungsträgerströmen in das Substrat 61 injiziert, das heißt durch direktes Anlegen einer Spannung an das Substrat 61 ein elektrisches Feld in dem Substrat 61 erzeugt. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzlich zu dem P+-Halbleitergebiet 73 auch das P--Halbleitergebiet 74, in dem die Konzentration der Akzeptorstörstellen niedrig ist, als die Spannungsanlegeeinheit verstanden werden kann.
  • In dem Pixel 51 ist ein Abschnitt mit potentialfreier Diffusion (FD-Abschnitt), der ein Gebiet mit potentialfreier Diffusion (nicht dargestellt) ist (nachstehend auch als ein FD-Abschnitt A bezeichnet) mit dem N+-Halbleitergebiet 71-1 direkt verbunden, und der FD-Abschnitt A ist mit der vertikalen Signalleitung 29 über einen Verstärkungstransistor (nicht dargestellt) oder dergleichen verbunden.
  • Ähnlich ist ein weiterer FD-Abschnitt (nachstehend insbesondere auch als FD-Abschnitt B bezeichnet), der von dem FD-Abschnitt A verschieden ist, mit dem N+-Halbleitergebiet 71-2 direkt verbunden, und der FD-Abschnitt B ist mit der vertikalen Signalleitung 29 über einen Verstärkungstransistor (nicht dargestellt) oder dergleichen verbunden. Hier sind der FD-Abschnitt A bzw. der FD-Abschnitt B mit voneinander verschiedenen vertikalen Signalleitungen 29 verbunden.
  • Beispielsweise in dem Fall der Messung eines Abstands bis zu einem Zielobjekt durch das indirekte ToF-Verfahren wird Infrarotlicht von einer Bildaufnahmevorrichtung, in der das Lichtempfangselement 1 vorgesehen ist, zu dem Zielobjekt emittiert. Zusätzlich empfängt, wenn das Infrarotlicht von dem Zielobjekt reflektiert wird und als reflektiertes Licht zu der Bildaufnahmevorrichtung zurückkehrt, das Substrat 61 des Lichtempfangselements 1 das einfallende reflektierte Licht (Infrarotlicht) und setzt es photoelektrisch um. Die Abzweigungsansteuereinheit 21 steuert die ersten Abzweigung TA und die zweiten Abzweigung TB des Pixels 51 an und verteilt Signale, die den Ladungen DET, die durch die photoelektrische Umsetzung erhalten werden, entsprechen, zu dem FD-Abschnitt A und dem FD-Abschnitt B.
  • Beispielsweise legt zu einer beliebigen Zeit die Abzweigungsansteuereinheit 21 eine Spannung an zwei der P+-Halbleitergebiete 73 über einen Kontakt oder dergleichen an. Insbesondere legt beispielsweise die Abzweigungsansteuereinheit 21 eine Spannung von MIXO = 1,5 V an das P+-Halbleitergebiet 73-1, das die erste Abzweigung TA ist, an und legt eine Spannung von MIX1 = 0 V an das P+-Halbleitergebiet 73-2, das die zweite Abzweigung TB ist, an.
  • In diesem Zustand tritt ein elektrisches Feld zwischen den zwei der P+-Halbleitergebiete 73 in dem Substrat auf, und es fließen Ströme von dem P+-Halbleitergebiet 73-1 zu dem P+-Halbleitergebiet 73-2. In diesem Fall wandern Löcher innerhalb des Substrats 61 in eine Richtung des P+-Halbleitergebiets 73-2, und Elektronen wandern in einer Richtung des P+-Halbleitergebiets 73-1.
  • Dementsprechend werden in diesem Zustand, wenn Infrarotlicht (reflektiertes Licht) von außen auf das Substrat 61 von außen durch die On-Chip-Linse 62 einfällt und das Infrarotlicht im Inneren des Substrats photoelektrisch in Paare aus einem Elektron und einem Loch umgesetzt wird, erhaltene Elektronen in der Richtung des P+-Halbleitergebiets 73-1 aufgrund des elektrischen Felds zwischen den P+-Halbleitergebieten 73 geführt und wandern in das N+-Halbleitergebiet 71-1.
  • In diesem Fall können Elektronen, die in der photoelektrischen Umsetzung erzeugt werden, als Signalladungsträger zum Detektieren von Signalen, die der Menge des Infrarotlichts, das auf das Pixel 51 einfällt, das heißt einer Lichtmenge des empfangenem Infrarotlichts, entsprechen, verwendet werden.
  • Dementsprechend werden Ladungen, die Elektronen entsprechen, die in das N+-Halbleitergebiet 71-1 wandern, in dem N+-Halbleitergebiet 71-1 akkumuliert, und die Ladungen werden durch die Spaltenverarbeitungseinheit 23 über den FD-Abschnitt A, den Verstärkungstransistor, die vertikale Signalleitung 29 und dergleichen detektiert.
  • Das heißt, die akkumulierten Ladungen DETO des N+-Halbleitergebiets 71-1 werden zu dem FD-Abschnitt A, der mit dem N+-Halbleitergebiet 71-1 direkt verbunden ist, übertragen, und Signale, die den Ladungen DETO, die zu dem FD-Abschnitt A übertragen werden, entsprechen, werden durch die Spaltenverarbeitungseinheit 23 über den Verstärkungstransistor oder die vertikale Signalleitung 29 ausgelesen. Zusätzlich wird Verarbeitung wie z. B. AD-Umsetzungsverarbeitung in der Spaltenverarbeitungseinheit 23 in Bezug auf die ausgelesenen Signale ausgeführt, und Pixelsignale, die als ein Ergebnis davon erhalten werden, werden der Signalverarbeitungseinheit 31 zugeführt.
  • Die Pixelsignale werden zu Signalen, die eine Ladungsmenge angeben, die den in dem N+-Halbleitergebiet 71-1 detektierten Elektronen entsprechen, das heißt die Menge von Ladungen DETO, die in dem FD-Abschnitt A akkumuliert ist. Mit anderen Worten können die Pixelsignale auch als Signale bezeichnet werden, die die Lichtmenge des Infrarotlichts, das durch das Pixel 51 empfangen wird, angeben.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass auf die gleiche Weise wie in dem Fall des N+-Halbleitergebiets 71-1 Pixelsignale, die den in dem N+-Halbleitergebiet 71-2 detektierten Elektronen entsprechen, auf eine geeignete Weise zur Abstandsmessung werden können.
  • Zusätzlich wird zu einer nächsten Zeit eine Spannung an zwei der P+-Halbleitergebiete 73 durch die Abzweigungsansteuereinheit 21 über einen Kontakt oder dergleichen angelegt, so dass ein elektrisches Feld in einer Richtung entgegengesetzt derjenigen des elektrischen Felds in dem Substrat 61 bis jetzt auftrat, auftritt. Insbesondere wird beispielsweise eine Spannung von MIXO = 0 V an das P+-Halbleitergebiet 73-1, das die erste Abzweigung TA ist, angelegt, und eine Spannung von MIX1 = 1,5 V wird an das P+-Halbleitergebiet 73-2, das die zweite Abzweigung TB ist, angelegt.
  • Dementsprechend tritt ein elektrisches Feld zwischen den zwei P+-Halbleitergebieten 73 in dem Substrat 61 auf, und es fließen Ströme von dem P+-Halbleitergebiet 73-2 zu dem P+-Halbleitergebiet 73-1.
  • In diesem Zustand werden, wenn Infrarotlicht (reflektiertes Licht) in das Substrat 61 von außen durch die On-Chip-Linse 62 einfällt und das Infrarotlicht im Inneren des Substrats photoelektrisch in Paare aus einem Elektron und einem Loch umgesetzt wird, erhaltene Elektronen in einer Richtung des P+-Halbleitergebiets 73-2 aufgrund des elektrischen Felds zwischen den P+-Halbleitergebieten 73 geführt und wandern in das N+-Halbleitergebiet 71-2.
  • Dementsprechend werden Ladungen, die Elektronen entsprechen, die in das N+-Halbleitergebiet 71-2 wandern, in dem N+-Halbleitergebiet 71-2 akkumuliert, und die Ladungen werden durch die Spaltenverarbeitungseinheit 23 über den FD-Abschnitt B, den Verstärkungstransistor, die vertikale Signalleitung 29 und dergleichen detektiert.
  • Das heißt, die akkumulierten Ladungen DET1 in dem N+-Halbleitergebiets 71-2 werden zu dem FD-Abschnitt B, der mit dem N+-Halbleitergebiet 71-2 direkt verbunden ist, übertragen, und Signale, die den Ladungen DET1, die zu dem FD-Abschnitt B übertragen werden, entsprechen, werden durch die Spaltenverarbeitungseinheit 23 über den Verstärkungstransistor oder die vertikale Signalleitung 29 ausgelesen. Zusätzlich wird Verarbeitung wie z. B. AD-Umsetzungsverarbeitung in der Spaltenverarbeitungseinheit 23 in Bezug auf die ausgelesenen Signale ausgeführt, und Pixelsignale, die als ein Ergebnis davon erhalten werden, werden der Signalverarbeitungseinheit 31 zugeführt.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass auf eine ähnliche Weise wie in dem Fall des N+-Halbleitergebiets 71-2 Pixelsignale, die den in dem N+-Halbleitergebiet 71-1 detektierten Elektronen entsprechen, auf eine geeignete Weise zur Abstandsmessung verwendet werden können.
  • Wie vorstehend beschrieben berechnet, wenn Pixelsignale erhalten werden, die in der photoelektrischen Umsetzung in voneinander verschiedenen Zeitspannen in demselben Pixel 51 erhalten werden, die Signalverarbeitungseinheit 31 Abstandsinformationen, die einen Abstand zu einem Zielobjekt angeben, auf der Basis der Pixelsignale und gibt die Abstandsinformationen zu einer hinteren Stufe aus.
  • Wie vorstehend beschrieben ist ein Verfahren, in dem die Signalladungsträger zu den N+-Halbleitergebieten 71, die voneinander verschieden sind, verteilt werden und die Abstandsinformationen auf der Basis von Signalen, die den Signalladungsträgern entsprechen, berechnet werden, als das indirekte ToF-Verfahren bezeichnet.
  • Wenn der Abschnitt der Signalextraktionseinheit 65 in dem Pixel 51 von einer oberen Seite zu einer unteren Seite in 2, das heißt in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats 61, beispielsweise wie in 3 dargestellt, betrachtet wird, weist die Peripherie des P+-Halbleitergebiets 73 eine Struktur auf, die durch das N+-Halbleitergebiet 71 umgeben ist. Es wird darauf hingewiesen, dass in 3 die gleichen Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben werden, der dem Fall von 2 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • In einem in 3 dargestellten Beispiel ist ein Oxidfilm 64 (nicht dargestellt) an dem mittleren Abschnitt des Pixels 51 gebildet, und die Signalextraktionseinheit 65 ist an einem Abschnitt leicht an einer Endeseite von der Mitte des Pixels 51 gebildet. Insbesondere sind hier zwei der Signalextraktionseinheiten 65 in dem Pixel 51 gebildet.
  • Zusätzlich ist in den Signalextraktionseinheiten 65 das P+-Halbleitergebiet 73 in einer rechteckigen Form an der Mittenposition gebildet, und in einem Zustand, in dem das P+-Halbleitergebiet als die Mitte eingestellt ist, ist die Peripherie des P+-Halbleitergebiets 73 von dem N+-Halbleitergebiet 71 in einer rechteckigen Form, insbesondere in Form eines rechteckigen Rahmens, umgeben. Das heißt, das N+-Halbleitergebiet 71 ist so gebildet, dass es die Peripherie des P+-Halbleitergebiets 73 umgibt.
  • Zusätzlich ist in dem Pixel 51 die On-Chip-Linse 62 an dem mittleren Abschnitt des Pixels 51, das heißt an einem Abschnitt, der durch einen Pfeil A11 angegeben ist, gebildet, so dass Infrarotlicht, das von außen einfällt, gesammelt wird. Mit anderen Worten wird Infrarotlicht, das von außen auf die On-Chip-Linse 62 einfällt, durch die On-Chip-Linse 62 auf eine Position, die durch die Pfeil A11 angegeben ist, das heißt an einer Position auf einer Oberseite des Oxidfilms 64 in 2, gesammelt.
  • Dementsprechend wird Infrarotlicht an einer Position zwischen der Signalextraktionseinheit 65-1 und der Signalextraktionseinheit 65-2 gesammelt. Dementsprechend wird das Auftreten von Übersprechen aufgrund des Einfalls des Infrarotlichts auf ein Pixel benachbart dem Pixel 51 unterdrückt, und direkter Einfall des Infrarotlichts in die Signalextraktionseinheit 65 ist ebenfalls unterdrückt.
  • Beispielsweise verschlechtert sich, wenn das Infrarotlicht auf die Signalextraktionseinheit 65 einfällt, die Ladungstrennungseffizienz, das heißt der Kontrast zwischen aktiven und inaktiven Abzweigungen (Cmod) oder Modulationskontrast.
  • Hier ist angenommen, dass die Signalextraktionseinheit 65 auf einer Seite, in der das Auslesen von Signalen, die den in der photoelektrischen Umsetzung erhaltenen Ladungen DET entsprechen, ausgeführt wird, das heißt, die Signalextraktionseinheit 65, in der die in der photoelektrischen Umsetzung erhaltenen Ladungen DET detektiert werden sollen, auch als eine aktive Abzweigung bezeichnet ist.
  • Im Gegensatz dazu ist im Wesentlichen angenommen, dass die Signalextraktionseinheit 65, in der das Auslesen von Signalen, die den in der photoelektrischen Umsetzung erhaltenen Ladungen DET entsprechen, nicht ausgeführt wird, das heißt, die Signalextraktionseinheit 65, die nicht die aktive Abzweigung ist, auch als eine inaktive Abzweigung bezeichnet ist.
  • In dem vorstehend beschriebenen Beispiel ist die Signalextraktionseinheit 65 auf einer Seite, auf der eine Spannung von 1,5 V an das P+-Halbleitergebiet 73 angelegt ist, die aktive Abzweigung, und die Signalextraktionseinheit 65 auf einer Seite, auf der eine Spannung von 0 V an das P+-Halbleitergebiet 7 angelegt ist, ist die inaktive Abzweigung.
  • Der Cmod ist ein Index, der in Übereinstimmung mit dem folgenden Ausdruck (1) berechnet wird und angibt, mit einem wie großem prozentualem Anteil Ladungen unter den Ladungen, die in der photoelektrischen Umsetzung von einfallendem Licht erzeugt werden, in dem N+-Halbleitergebiet 71 der Signalextraktionseinheit 65, die die aktive Abzweigung ist, detektiert werden können, das heißt, Signale, die den Ladungen entsprechen extrahiert werden, und die Ladungstrennungseffizienz angibt. Im Ausdruck (1) repräsentiert 10 ein Signal, das auf einer Seite zwischen zwei Ladungsdetektionseinheiten (P+-Halbleitergebieten 73) detektiert wird, und I1 repräsentiert ein Signal das auf der anderen Seite detektiert wird. Cmod = { | I 0 − I 1 | / | I 0 + I1 | } × 100
    Figure DE102019118868A1_0001
  • Dementsprechend ist beispielsweise wenn Infrarotlicht, das von außen einfällt, auf das Gebiet der inaktiven Abzweigung einfällt und photoelektrische Umsetzung in der inaktiven Abzweigung ausgeführt wird, eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür vorhanden, dass Elektronen, die die Signalladungsträger sind, die durch die photoelektrische Umsetzung erzeugt werden, in das N+-Halbleitergebiet 71 innerhalb der inaktiven Abzweigung wandern. In diesem Fall werden die Ladungen eines Teils der Elektronen, die durch die photoelektrische Umsetzung erhalten werden, in dem N+-Halbleitergebiet 71 in der aktiven Abzweigung nicht detektiert, und der Cmod, das heißt die Ladungstrennungseffizienz, verschlechtert sich.
  • Hier wird in dem Pixel 51 Infrarotlicht in die Nähe der Mitte des Pixels 51, die sich ungefähr in dem gleichen Abstand von zwei der Signalextraktionseinheiten 65 befindet, gesammelt und somit ist eine Wahrscheinlichkeit, dass Infrarotlicht, das von außen einfällt, in dem Gebiet der inaktiven Abzweigung photoelektrisch elektrisch umgesetzt wird, reduziert. Als ein Ergebnis ist es möglich, die Ladungstrennungseffizienz zu verbessern. Zusätzlich ist es in dem Pixel 51 außerdem möglich, den Modulationskontrast zu verbessern. Mit anderen Worten ist es möglich, zu ermöglichen, dass Elektronen, die durch die photoelektrische Umsetzung erhalten werden, leicht zu dem N+-Halbleitergebiet 71 innerhalb der aktiven Abzweigung geführt werden.
  • In Übereinstimmung mit dem vorstehend beschriebenen Lichtempfangselement 1 ist es möglich, den folgenden Effekt zu erhalten.
  • Insbesondere ist das erste Lichtempfangselement 1 von einem rückseitig beleuchteten Typ, und somit ist es möglich, die Quantenausbeute (QE) × Öffnungsrate (Füllfaktor) (FF) zu maximieren, und somit ist es möglich, Abstandsmessungseigenschaften durch das Lichtempfangselement 1 zu verbessern.
  • Beispielsweise weist, wie in 4 durch einen Pfeil W11 dargestellt ist, ein typischer Bildsensor vom vorderseitig beleuchteten Typ eine Struktur auf, in der eine Zusammenschaltung 102 und eine Zusammenschaltung 103 auf einer Seite der Lichteinfallsoberflächen, auf die das Licht von außen einfällt, in einer PD 101, die eine photoelektrische Umsetzungseinheit ist, gebildet sind.
  • Dementsprechend wird beispielsweise ein Teil des Lichts, das schräg auf die PD 101 von außen in einem speziellen Winkel, wie durch einen Pfeil A21 oder einen Pfeil A22 dargestellt ist, durch die Zusammenschaltung 102 oder die Zusammenschaltung 103 blockiert und fällt nicht auf die PD 101 ein.
  • Im Gegensatz dazu weist, wie durch einen Pfeil W12 angegeben ist, ein Bildsensor vom rückseitig beleuchteten Typ eine Struktur auf, in der die Zusammenschaltung 105 und die Zusammenschaltung 106 auf einer Oberfläche auf einer Seite entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche, auf die das Licht von außen einfällt, in einer PD 104, die eine photoelektrische Umsetzungseinheit ist, gebildet sind.
  • Dementsprechend ist es möglich, eine ausreichende Öffnungsrate im Vergleich zu einem Fall in dem vorderseitig beleuchteten Typ sicherzustellen. Das heißt, es wird beispielsweise ein Teil des Lichts, das schräg auf die PD 104 von außen in einem speziellen Winkel, wie durch einen Pfeil A23 oder einen Pfeil A24 dargestellt ist, durch eine Zusammenschaltung nicht blockiert und fällt nicht auf die PD 104 ein. Dementsprechend werden viele Lichtstrahlen empfangen, und somit ist es möglich, die Empfindlichkeit eines Pixels zu verbessern.
  • Der Effekt zum Verbessern der Pixelempfindlichkeit aufgrund des rückseitig beleuchteten Typs kann auch in dem Lichtempfangselement 1, das ein CAPD-Sensor vom rückseitig beleuchteten Typ ist, erhalten werden.
  • Zusätzlich ist beispielsweise in dem CAPD-Sensor vom vorderseitig beleuchteten Typ, wie durch einen Pfeil W13 angegeben, eine Signalextraktionseinheit 112, die als eine Abzweigung bezeichnet ist, insbesondere ein P+-Halbleitergebiet oder ein N+-Halbleitergebiet einer Abzweigung, auf einer Lichteinfallsoberfläche, auf die Licht von außen einfällt, im Inneren einer PD 111, die eine photoelektrische Umsetzungseinheit ist, gebildet. Zusätzlich weist der CAPD-Sensor vom vorderseitig beleuchteten Typ eine Struktur auf, in der eine Zusammenschaltung 113 und eine Zusammenschaltung 114 wie z. B. ein Kontakt und ein Metall, der/das mit der Signalextraktionseinheit 112 verbunden ist, auf einer Seite der Lichteinfallsoberfläche gebildet sind.
  • Dementsprechend wird beispielsweise ein Teil des Lichts, das von außen schräg auf die PD 111 an einem speziellen Winkel einfällt, wie durch einen Pfeil A25 oder einen Pfeil A26 angegeben ist, durch die Zusammenschaltung 113 oder dergleichen blockiert und fällt nicht auf die PD 111 ein, und Licht, das vertikal auf die PD 111 einfällt, wie durch einen Pfeil A27 angegeben ist, wird durch die Zusammenschaltung 114 blockiert und fällt nicht auf die PD 111 ein.
  • Im Gegensatz dazu weist beispielsweise, wie durch einen Pfeil W14 angegeben ist, der CAPD-Sensor vom rückseitig beleuchteten Typ eine Struktur auf, in der eine Signalextraktionseinheit 116 in einem Abschnitt einer Oberfläche entgegengesetzt einer Lichteinfallsoberfläche, auf die Licht von außen in eine PD 115, die eine photoelektrische Umsetzungseinheit ist, einfällt, gebildet ist. Zusätzlich sind eine Zusammenschaltung 117 und eine Zusammenschaltung 118 wie z. B. ein Kontakt und ein Metall, der/das mit der Signalextraktionseinheit 116 verbunden ist, auf einer Oberfläche entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche in der PD 115 gebildet.
  • Hier entspricht die PD 115 dem in 2 dargestellten Substrat 61, und die Signalextraktionseinheit 116 entspricht der in 2 dargestellten Signalextraktionseinheit 65.
  • In dem CAPD-Sensor vom rückseitig beleuchteten Typ, der die vorstehend beschriebene Struktur aufweist, ist es möglich, eine ausreichende Öffnungsrate im Vergleich zu dem vorderseitig beleuchteten Typ sicherzustellen. Dementsprechend ist es möglich, die Quantenausbeute (QE) × Öffnungsrate (FF) zu maximieren, und somit ist es möglich, die Abstandsmessungseigenschaften zu verbessern.
  • Das heißt, dass beispielsweise Licht, das schräg von außen auf die PD 115 an einem speziellen Winkel einfällt, wie durch einen Pfeil A28 oder einen Pfeil A29 angegeben ist, nicht durch eine Zusammenschaltung blockiert wird und auf die PD 115 einfällt. Ähnlich wird Licht, das vertikal auf die PD 115 einfällt, wie durch einen Pfeil A30 angegeben ist, ebenfalls nicht durch eine Zusammenschaltung oder dergleichen blockiert und fällt auf die PD 115 ein.
  • Wie vorstehend beschrieben kann der CAPD-Sensor vom rückseitig beleuchteten Typ nicht nur Licht empfangen, das an einem bestimmten Winkel einfällt, sondern auch Licht, das vertikal auf die PD 115 einfällt und durch eine Zusammenschaltung oder dergleichen, die mit einer Signalextraktionseinheit (Abzweigung) in dem vorderseitig beleuchteten Typ verbunden ist, reflektiert wurde. Dementsprechend werden viele Lichtstrahlen empfangen, und somit ist es möglich, die Empfindlichkeit eines Pixels zu verbessern. Mit anderen Worten ist es möglich, die Quantenausbeute (QE) × Öffnungsrate (FF) zu maximieren, und ist es als ein Ergebnis möglich, die Abstandsmessungseigenschaften zu verbessern.
  • Insbesondere in einem Fall, in dem eine Abzweigung in der Nähe der Mitte eines Pixels anstatt eines Außenrands des Pixels angeordnet ist, ist es in dem CAPD-Sensor vom rückseitig beleuchteten Typ schwierig, eine ausreichende Öffnungsrate sicherzustellen, und die Empfindlichkeit des Pixels verschlechtert sich. In dem Lichtempfangselement 1, das der CAPD-Sensor vom rückseitig beleuchtete Typ ist, ist es jedoch möglich, eine ausreichende Öffnungsrate sicherzustellen, unabhängig von einer Anordnungsposition der Abzweigung, und es ist möglich, die Empfindlichkeit des Pixels zu verbessern.
  • Zusätzlich ist in dem Lichtempfangselement 1 vom rückseitig beleuchteten Typ die Signalextraktionseinheit 65 in der Nähe einer Oberfläche entgegengesetzt einer Lichteinfallsoberfläche, auf die Infrarotlicht von außen einfällt, in dem Substrat 61 gebildet, und somit ist es möglich, das Auftreten von photoelektrischer Umsetzung des Infrarotlichts in dem Gebiet der inaktiven Abzweigung zu reduzieren. Dementsprechend ist es möglich, die Cmod, das heißt die Ladungstrennungseffizienz, zu verbessern.
  • 5 stellt eine Pixelquerschnittsansicht der CAPD-Sensoren vom vorderseitig beleuchteten Typ und vom rückseitig beleuchteten Typ dar.
  • In dem CAPD-Sensor vom vorderseitig beleuchteten Typ auf der linken Seite in 5 ist eine Oberseite des Substrats 141 in der Zeichnung eine Lichteinfallsoberfläche, und eine Zusammenschaltungsschicht 152, die eine mehrschichtige Zusammenschaltung 152 enthält, ein Zwischenpixellichtabschirmungsabschnitt 153 und eine On-Chip-Linse 154 sind auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 141 laminiert.
  • In dem CAPD-Sensor vom rückseitig beleuchteten Typ auf der rechten Seite von 5 ist die Zusammenschaltungsschicht 152, die die mehrschichtige Zusammenschaltung enthält, auf einer Unterseite des Substrats 142, die der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist, gebildet, und der Zwischenpixellichtabschirmungsabschnitt 153 und die On-Chip-Linse 154 sind auf einer Oberseite des Substrats 142, die eine Seite der Lichteinfallsoberfläche ist, laminiert.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die graue Trapezform in 5 ein Gebiet repräsentiert, in dem die optische Intensität stark ist, wenn Infrarotlicht durch die On-Chip-Linse 154 gesammelt wird.
  • Beispielsweise befindet sich in dem CAPD-Sensor vom vorderseitig beleuchteten Typ ein Gebiet R11, in dem eine inaktive Abzweigung und eine aktive Abzweigung existieren, auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 141. Dementsprechend fallen viele Komponenten direkt auf die inaktive Abzweigung, und wenn photoelektrische Umsetzung in einem Gebiet der inaktiven Abzweigung ausgeführt wird, werden Signalladungsträger, die durch die photoelektrische Umsetzung erhalten werden, in einem N+-Halbleitergebiet der aktiven Abzweigung nicht detektiert.
  • In dem CAPD-Sensor vom vorderseitig beleuchteten Typ ist in dem Gebiet R11 in der Nähe der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 141 die Intensität des Infrarotlichts stark, und somit ist eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür vorhanden, dass in dem Gebiet R11 photoelektrische Umsetzung von Infrarotlicht ausgeführt wird. Das heißt, eine Lichtmenge des Infrarotlichts, das auf die Nähe der inaktiven Abzweigung einfällt, ist groß, und somit nehmen die Signalladungsträger, die durch die aktive Abzweigung nicht detektiert werden können, zu, und somit verschlechtert sich die Ladungstrennungseffizienz.
  • Im Gegensatz dazu befindet sich in dem CAPD-Sensor vom rückseitig beleuchteten Typ ein Gebiet R12, in dem sich eine inaktive Abzweigung und eine aktive Abzweigung befinden, an einer Position, die von einer Lichteinfallsoberfläche eines Substrats 142 entfernt ist, das heißt an einer Position nahe einer Oberfläche entgegengesetzt zu der Seite der Lichteinfallsoberfläche. Hier entspricht das Substrat 142 dem in 2 dargestellten Substrat 61.
  • In diesem Beispiel existiert das Gebiet R12 in einem Abschnitt der Oberfläche entgegengesetzt der Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 142, und das Gebiet R12 befindet sich an einer Position entfernt von der Lichteinfallsoberfläche, und somit ist die Intensität von Infrarotlicht, das einfällt, in der Nähe des Gebiets R12 relativ schwach.
  • In einem Gebiet wie in der Nähe der Mitte des Substrats 142 und der Nähe der Lichteinfallsoberfläche, in dem die Intensität des Infrarotlichts stark ist, werden Signalladungsträger, die durch photoelektrische Umsetzung erhalten werden, aufgrund eines elektrischen Felds, das innerhalb des Substrats 142 auftritt, zu der aktiven Abzweigung geführt und werden in einem N+-Halbleitergebiet der aktiven Abzweigung detektiert.
  • Andererseits ist in der Nähe des Gebiets R12, das die inaktive Abzweigung enthält, die Intensität des einfallenden Infrarotlichts relativ schwach, und somit ist eine geringe Wahrscheinlichkeit vorhanden, dass in dem Gebiet R12 photoelektrische Umsetzung von Infrarotlicht ausgeführt wird. Das heißt, eine Lichtmenge des Infrarotlichts, die auf die Nähe der inaktiven Abzweigung einfällt, ist klein, und somit nimmt die Anzahl von Signalladungsträgern, die aufgrund der photoelektrischen Umsetzung in der Nähe der inaktiven Abzweigung erzeugt werden und zu dem N+-Halbleitergebiet der inaktiven Abzweigung wandern, ab. Dementsprechend ist es möglich, die Ladungstrennungseffizienz zu verbessern. Als ein Ergebnis ist es möglich, die Abstandsmessungseigenschaften zu verbessern.
  • Zusätzlich ist es in dem Lichtempfangselement 1 vom rückseitig beleuchteten Typ möglich, eine Reduktion der Dicke des Substrats 61 zu realisieren, und somit ist es möglich, die Elektronenextraktionseffizienz von Elektronen (Ladungen), die Signalladungsträger sind, zu verbessern.
  • Beispielsweise ist es in dem CAPD-Sensor vom vorderseitig beleuchteten Typ schwierig, eine ausreichende Öffnungsrate sicherzustellen, und somit ist es notwendig, die Dicke des Substrats 171 in einem gewissen Grad zu vergrößern, um eine hohe Quantenausbeute sicherzustellen und ein Abnehmen der Quantenausbeute x Öffnungsrate, wie durch einen Pfeil W31 in 6 angegeben ist, zu unterdrücken.
  • In diesem Fall wird eine Steigung eines Potentials in einem Gebiet nahe der Oberfläche entgegengesetzt einer Lichteinfallsoberfläche in dem Inneren des Substrats 171, beispielsweise an einem Abschnitt eines Gebiets R21, sanft, und somit wird ein elektrisches Feld in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat 171 im Wesentlichen schwach. In diesem Fall wird eine Wanderungsgeschwindigkeit der Signalladungsträger langsam, und somit wird eine Zeit, die es dauert, bis die Signalladungsträger in dem N+-Halbleitergebiet der aktiven Abzweigung detektiert werden, nachdem die photoelektrische Umsetzung ausgeführt worden ist, verlängert. Es wird darauf hingewiesen, dass in 6 ein Pfeil innerhalb des Substrats 171 das elektrische Feld in dem Substrat 171 in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat 171 angibt.
  • Zusätzlich wird, wenn das Substrat 171 dick ist, eine Wanderungsstrecke der Signalladungsträger von einer Position entfernt von der aktiven Abzweigung innerhalb des Substrats 171 zu dem N+-Halbleitergebiet innerhalb der aktiven Abzweigung verlängert. Dementsprechend wird an einer Position entfernt von der aktiven Abzweigung eine Zeit, die es dauert, bis die Signalladungsträger in dem N+-Halbleitergebiet der aktiven Abzweigung detektiert werden, nachdem die photoelektrische Umsetzung ausgeführt worden ist, ebenfalls verlängert.
  • 7 stellt eine Beziehung zwischen einer Position in der Dickenrichtung des Substrats 171 und der Wanderungsgeschwindigkeit der Signalladungsträger dar. Ein Gebiet R21 entspricht einem Diffusionsstromgebiet.
  • Wie vorstehend beschrieben ist es, falls die Dicke des Substrats 171 groß ist, beispielsweise wenn die Ansteuerfrequenz hoch ist, das heißt, wenn das Schalten zwischen aktiv und inaktiv der Abzweigung (der Signalextraktionseinheit) mit einer hohen Geschwindigkeit ausgeführt wird, schwierig, die an einer Position wie z. B. dem Gebiet R21 entfernt von der aktiven Abzweigung erzeugten Elektronen vollständig in das N+-Halbleitergebiet der aktiven Abzweigung zu injizieren. Das heißt, in einem Fall, in dem eine Zeit, für die die Abzweigung aktiv ist, kurz ist, kann es schwierig sein, Elektronen (Ladungen), die innerhalb des Gebiets R21 erzeugt werden, in dem N+-Halbleitergebiet der aktiven Abzweigung zu detektieren, und somit verschlechtert sich die Elektronenextraktionseffizienz.
  • Im Gegensatz dazu ist es in dem CAPD-Sensor vom rückseitig beleuchteten Typ möglich, eine ausreichende Öffnungsrate sicherzustellen. Dementsprechend ist es beispielsweise dann, wenn das Substrat 172 dünn gemacht wird, wie durch einen Pfeil W32 in 6 angegeben ist, möglich, ausreichendes Quantenausbeute x Öffnungsrate sicherzustellen. Hier entspricht das Substrat 172 dem Substrat 61 in 2, und ein Pfeil innerhalb des Substrats 172 gibt ein elektrisches Feld in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat 172 an.
  • 8 stellt eine Beziehung zwischen einer Position in einer Dickenrichtung des Substrats 172 und der Wanderungsgeschwindigkeit der Signalladungsträger dar.
  • Wie vorstehend beschrieben wird, wenn die Dicke des Substrats 172 in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat 172 klein gemacht wird, ein elektrisches Feld in der Richtung senkrecht zu dem Substrat 172 im Wesentlichen stark, nur Elektronen (Ladungen) nur in einem Driftstromgebiet, in dem die Wanderungsgeschwindigkeit der Signalladungsträger schnell ist, werden verwendet, und Elektronen in einem Diffusionsstromgebiet, in dem die Wanderungsgeschwindigkeit der Signalladungsträger langsam ist, werden nicht verwendet. Da nur die Elektronen (Ladungen) nur in dem Driftstromgebiet verwendet werden, wird eine Zeit, die es dauert, bis die Signalladungsträger in dem N+-Halbleitergebiet der aktiven Abzweigung, nachdem die photoelektrische Umsetzung ausgeführt worden ist, detektiert werden, verkürzt. Zusätzlich wird, wenn die Dicke des Substrats 172 klein wird, eine Wanderungsstrecke der Signalladungsträger bis zu dem N+-Halbleitergebiet innerhalb der aktiven Abzweigung ebenfalls verkürzt.
  • Dementsprechend können in dem CAPD-Sensor vom rückseitig beleuchteten Typ, selbst wenn die Ansteuerfrequenz hoch ist, die Signalladungsträger (Elektronen), die in jedem Gebiet innerhalb des Substrats 172 erzeugt werden, ausreichend in das N+-Halbleitergebiet der aktiven Abzweigung injiziert werden, und somit ist es möglich, die Elektronenextraktionseffizienz zu verbessern.
  • Zusätzlich ist es möglich, aufgrund der Reduktion der Dicke des Substrats 172 selbst bei einer hohen Ansteuerfrequenz eine ausreichende Elektronenextraktionseffizienz sicherzustellen, und es ist möglich, eine Hochgeschwindigkeitsansteuerungstoleranz zu verbessern.
  • Insbesondere ist es in dem CAPD-Sensor vom rückseitig beleuchteten Typ möglich, eine Spannung direkt an das Substrat 172, das heißt das Substrat 61, anzulegen, und somit ist eine Reaktionsgeschwindigkeit zum Umschalten zwischen aktiv und inaktiv der Abzweigung schnell, und somit ist es möglich, den Sensor mit einer hohen Ansteuerfrequenz anzusteuern. Zusätzlich ist, da es möglich ist, eine Spannung direkt an das Substrat 61 anzulegen, ein Gebiet, in dem Modulation möglich ist, innerhalb des Substrats verbreitert.
  • Zusätzlich ist es in dem Lichtempfangselement 1 (CAPD-Sensor) vom rückseitig beleuchteten Typ möglich, eine ausreichende Öffnungsrate zu erhalten, und somit ist es möglich, ein Pixel im Verhältnis zu der Öffnungsrate zu miniaturisieren, und es ist möglich, die Miniaturisierungstoleranz des Pixels zu verbessern.
  • Zusätzlich ist in dem Lichtempfangselement 1 aufgrund des rückseitig beleuchteten Typs die Freiheit von der Kapazitätskonstruktion des hinteren Endes der Leitung (BEOL-Kapazität) möglich, und somit ist es möglich, den Freiheitsgrad der Konstruktion eines Sättigungssignalgröße (Qs) zu verbessern.
  • <Modifikationsbeispiel 1 der ersten Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die Beschreibung eines Falls, in dem ein Abschnitt der Signalextraktionseinheit 65 innerhalb des Substrats 61, das N+-Halbleitergebiet 771 und das P+-Halbleitergebiet 73 auf rechteckige Gebiete eingestellt sind, wie in 3 dargestellt, als ein Beispiel gegeben worden ist. Die Form des N+-Halbleitergebiets 71 und P+-Halbleitergebiets 73, gesehen aus einer Richtung senkrecht zu dem Substrat 61, kann jedoch eine beliebige Form sein.
  • Insbesondere können beispielsweise, wie in 9 dargestellt ist, das N+-Halbleitergebiet 71 und das P+-Halbleitergebiet 73 auf eine runde Form eingestellt sein. Es wird darauf hingewiesen, dass in 9 die gleichen Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben werden, der dem Fall in 3 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • 9 stellt das N+-Halbleitergebiet 71 und das P+-Halbleitergebiet 73 dar, wenn ein Abschnitt der Signalextraktionseinheit 65 in dem Pixel 51 aus einer Richtung senkrecht zu dem Substrat 61 gesehen wird.
  • In diesem Beispiel ist ein Oxidfilm 64 (nicht dargestellt) an einem mittleren Abschnitt des Pixels 51 gebildet, und die Signalextraktionseinheit 65 ist an dem Abschnitt leicht an einer Endeseite von der Mitte des Pixels 51 gebildet. Insbesondere sind hier zwei der Signalextraktionseinheiten 65 in dem Pixel 51 gebildet.
  • Zusätzlich ist in den Signalextraktionseinheiten 65 das P+-Halbleitergebiet 73, das eine runde Form aufweist, an der Mittenposition gebildet, und in einem Zustand, in dem das P+-Halbleitergebiet als die Mitte eingestellt ist, ist die Peripherie des P+-Halbleitergebiets 73 von dem N+-Halbleitergebiet 71, das eine runde Form, insbesondere eine ringförmige Form, aufweist, umgeben.
  • 10 ist eine Draufsicht, in der die On-Chip-Linse 62 auf einem Teil der Pixel-Array-Einheit 20 überlagert ist, wobei die Pixel 51, die die in 9 dargestellte Signalextraktionseinheit 65 enthalten, zweidimensional in einer Matrixform angeordnet sind.
  • Die On-Chip-Linse 62 ist in einer Pixeleinheit gebildet, wie in 10 dargestellt ist. Mit anderen Worten entspricht eine Gebietseinheit, in der eine der On-Chip-Linsen 62 gebildet ist, einem Pixel.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in 2 der Isolationsabschnitt 75, der durch einen Oxidfilm oder dergleichen gebildet ist, zwischen dem N+-Halbleitergebiet 71 und dem P+-Halbleitergebiet 73 angeordnet ist, der Isolationsabschnitt kann jedoch vorhanden sein oder fehlen.
  • <Modifikationsbeispiel 2 der ersten Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • 11 ist eine Draufsicht, die ein Modifikationsbeispiel einer ebenen Form der Signalextraktionseinheit 65 in dem Pixel 51 darstellt.
  • Die ebene Form der Signalextraktionseinheit 65 kann auf eine Form, die nicht die in 3 dargestellte rechteckige Form und die in 9 dargestellte runde Form ist, beispielsweise eine achteckige Form, wie in 11 dargestellt ist, eingestellt sein.
  • Zusätzlich stellt 11 eine Draufsicht in einem Fall dar, in dem der Isolationsabschnitt 75, der durch einen Oxidfilm oder dergleichen gebildet ist, zwischen dem N+-Halbleitergebiet 71 und dem P+-Halbleitergebiet 73 gebildet ist.
  • Eine Linie A-A', die in 11 dargestellt ist, repräsentiert eine Querschnittslinie in 37, die später beschrieben werden soll, und eine Linie B-B' repräsentiert eine Querschnittslinie in 36, die später beschrieben werden soll.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Zusätzlich ist eine Beschreibung einer Konfiguration gegeben worden, in der in der Signalextraktionseinheit 65 die Peripherie des P+-Halbleitergebiets 73 durch das N+-Halbleitergebiet 71 als ein Beispiel umgeben ist, jedoch kann die Peripherie des N+-Halbleitergebiets durch das P+-Halbleitergebiet umgeben sein.
  • In diesem Fall ist beispielsweise das Pixel 51 wie in 12 dargestellt konfiguriert. Es wird darauf hingewiesen, dass in 12 die gleichen Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben werden, der dem Fall in 3 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • 12 stellt eine Anordnung des N+-Halbleitergebiets und des P+-Halbleitergebiets dar, wenn ein Abschnitt der Signalextraktionseinheit 65 aus einer Richtung senkrecht zu dem Substrat 61 gesehen wird.
  • In diesem Beispiel ist der Oxidfilm 64 (nicht dargestellt) an dem mittleren Abschnitt des Pixels 51 gebildet, und die Signalextraktionseinheit 65-1 ist an einem Abschnitt auf einer Seite geringfügig oberhalb der Mitte des Pixels 51 in der Zeichnung gebildet, und die Signalextraktionseinheit 65-2 ist an einem Abschnitt auf einer Seite geringfügig unterhalb der Mitte des Pixels 51 in der Zeichnung gebildet. Insbesondere ist in diesem Beispiel eine Bildungsposition der Signalextraktionseinheit 65 in dem Pixel 51 auf die gleiche Position wie in dem Fall von 3 eingestellt.
  • In der Signalextraktionseinheit 65-1 ist ein rechteckiges N+-Halbleitergebiet 201-1, das dem in 3 dargestellten N+-Halbleitergebiet 71-1 entspricht, in der Mitte der Signalextraktionseinheit 65-1 gebildet. Zusätzlich ist die Peripherie des N+-Halbleitergebiets 201-1 von einem P+-Halbleitergebiet 202-1 umgeben, das dem in 3 dargestellten P+-Halbleitergebiet 73-1 entspricht und eine rechteckige Form, insbesondere die Form eines rechteckigen Rahmens, aufweist. Das heißt, das P+-Halbleitergebiet 202-1 ist so gebildet, dass es die Peripherie des N+-Halbleitergebiets 201-1 umgibt.
  • Ähnlich ist in der Signalextraktionseinheit 65-2 ein rechteckiges N+-Halbleitergebiet 201-2, das dem in 3 dargestellten N+-Halbleitergebiet 71-2 entspricht, in der Mitte der Signalextraktionseinheit 65-2 gebildet. Zusätzlich ist die Peripherie des N+-Halbleitergebiets 201-2 von einem P+-Halbleitergebiet 202-2 umgeben, das dem in 3 dargestellten P+-Halbleitergebiet 73-2 entspricht und eine rechteckige Form, insbesondere die Form eines rechteckigen Rahmens, aufweist.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass nachstehend in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, das N+-Halbleitergebiet 201-1 und das N+-Halbleitergebiet 201-2 besonders zu unterscheiden, die Gebiete einfach als ein N+-Halbleitergebiet 201 bezeichnet sind. Zusätzlich sind nachstehend in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, das P+-Halbleitergebiet 202-1 und das P+-Halbleitergebiet 202-2 besonders zu unterscheiden, die Gebiete einfach als P+-Halbleitergebiet 202 bezeichnet sind.
  • Selbst in einem Fall, in dem die Signalextraktionseinheit 65 die in 12 dargestellte Konfiguration aufweist, funktioniert wie in dem Fall der in 3 dargestellten Konfiguration das N+-Halbleitergebiet 201 als eine Ladungsdetektionseinheit, die die Menge von Signalladungsträgern detektiert, und das P+-Halbleitergebiet 202 funktioniert als eine Spannungsanlegeeinheit, die durch direktes Anlegen einer Spannung an das Substrat 61 ein elektrisches Feld erzeugt.
  • <Modifikationsbeispiel 1 der zweiten Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Zusätzlich können, wie in dem in 9 dargestellten Beispiel, selbst in einer Anordnung, in der die Peripherie des N+-Halbleitergebiets 201 von dem P+-Halbleitergebiet 202 umgeben ist, die Form des N+-Halbleitergebiets 201 und des P+-Halbleitergebiets 202 auf eine beliebige Form eingestellt sein.
  • Da heißt, es können beispielsweise, wie in 13 dargestellt ist, das N+-Halbleitergebiet 201 und das P+-Halbleitergebiet 202 auf eine runde Form eingestellt sein. Es wird darauf hingewiesen, dass in 13 die gleichen Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben werden, der dem Fall in 12 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • 13 stellt das N+-Halbleitergebiet 201 und das P+-Halbleitergebiet 202 dar, wenn ein Abschnitt der Signalextraktionseinheit 65 in dem Pixel 51 aus einer Richtung senkrecht zu dem Substrat 61 gesehen wird.
  • In diesem Beispiel ist ein Oxidfilm 64 (nicht dargestellt) an einem mittleren Abschnitt des Pixels 51 gebildet, und die Signalextraktionseinheit 65 ist an dem Abschnitt leicht an einer Endeseite von der Mitte des Pixels 51 gebildet. Insbesondere sind hier zwei der Signalextraktionseinheiten 65 in dem Pixel 51 gebildet.
  • Zusätzlich ist in der Signalextraktionseinheit 65 das N+-Halbleitergebiet 201, das eine runde Form aufweist, an der Mittenposition gebildet, und in einem Zustand, in dem das N+-Halbleitergebiet als die Mitte eingestellt ist, ist die Peripherie des N+-Halbleitergebiets 201 von dem P+-Halbleitergebiet 202, das eine runde Form, insbesondere eine ringförmige Form, aufweist, umgeben.
  • <Dritte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Zusätzlich können das N+-Halbleitergebiet und das P+-Halbleitergebiet, die innerhalb der Signalextraktionseinheit 65 gebildet sind, auf eine Bandform (rechteckige Form) eingestellt sein.
  • In diesem Fall ist beispielsweise das Pixel 51 wie in 14 dargestellt konfiguriert. Es wird darauf hingewiesen, dass in 14 das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben ist, der dem Fall in 3 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • 14 stellt eine Anordnung des N+-Halbleitergebiets und des P+-Halbleitergebiets dar, wenn ein Abschnitt der Signalextraktionseinheit 65 in dem Pixel 51 aus einer Richtung senkrecht zu dem Substrat 61 gesehen wird.
  • In diesem Beispiel ist der Oxidfilm 64 (nicht dargestellt) an dem mittleren Abschnitt des Pixels 51 gebildet, und die Signalextraktionseinheit 65-1 ist an einem Abschnitt auf einer Seite geringfügig oberhalb der Mitte des Pixels 51 in der Zeichnung gebildet, und die Signalextraktionseinheit 65-2 ist an einem Abschnitt auf einer Seite leicht unterhalb der Mitte des Pixels 51 in der Zeichnung gebildet. Insbesondere ist in diesem Beispiel eine Bildungsposition der Signalextraktionseinheit 65 in dem Pixel 51 die gleiche Position wie in dem Fall von 3.
  • In der Signalextraktionseinheit 65-1 ist ein bandförmiges P+-Halbleitergebiet 231, das dem in 3 dargestellten P+-Halbleitergebiet 73-1 entspricht, in der Mitte der Signalextraktionseinheit 65-1 gebildet. Zusätzlich sind ein bandförmiges N+-Halbleitergebiet 232-1 und ein bandförmiges N+-Halbleitergebiet 232-2, die dem in 3 dargestellten N+-Halbleitergebiet 71-1 entsprechen, an der Peripherie des P+-Halbleitergebiets 231 gebildet, wobei das P+-Halbleitergebiet 231 dazwischen eingeschoben ist. Das heißt, das P+-Halbleitergebiet 231 ist an einer Position gebildet, die zwischen dem N+-Halbleitergebiet 232-1 und dem N+-Halbleitergebiet 232-2 eingeschoben ist.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass nachstehend in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, das N+-Halbleitergebiet 232-1 und das N+-Halbleitergebiet 232-2 besonders zu unterscheiden, die Gebiete auch einfach als ein N+-Halbleitergebiet 232 bezeichnet sind.
  • Das in 3 dargestellte Beispiel weist eine Struktur auf, in der das P+-Halbleitergebiet 73 von dem N+-Halbleitergebiet 71 umgeben ist, das in 14 dargestellte Beispiel weist jedoch eine Struktur auf, in der das P+-Halbleitergebiet 231 zwischen zwei N+-Halbleitergebiete 232, die so vorgesehen sind, dass sie dem P+-Halbleitergebiet 231 benachbart sind, eingeschoben ist.
  • Ähnlich ist in der Signalextraktionseinheit 65-2 ist ein bandförmiges P+-Halbleitergebiet 233, das dem in 3 dargestellten P+-Halbleitergebiet 73-2 entspricht, in der Mitte der Signalextraktionseinheit 65-2 gebildet. Zusätzlich sind ein bandförmiges N+-Halbleitergebiet 234-1 und ein bandförmiges N+-Halbleitergebiet 234-2, die dem in 3 dargestellten N+-Halbleitergebiet 71-2 entsprechen, an der Peripherie des P+-Halbleitergebiets 233 gebildet, wobei das P+-Halbleitergebiet 233 dazwischen eingeschoben ist.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass nachstehend in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, das N+-Halbleitergebiet 234-1 und das N+-Halbleitergebiet 234-2 besonders zu unterscheiden, die Gebiete auch einfach als ein N+-Halbleitergebiet 234 bezeichnet sind.
  • In der in 14 dargestellten Signalextraktionseinheit 65 funktionieren das P+-Halbleitergebiet 231 und das P+-Halbleitergebiet 233 als eine Spannungsanlegeeinheit, die dem in 3 dargestellten P+-Halbleitergebiet 73 entspricht, und das N+-Halbleitergebiet 232 und das N+-Halbleitergebiet 234 funktionieren als eine Ladungsdetektionseinheit, die dem in 3 dargestellten N+-Halbleitergebiet 71 entspricht. In diesem Fall sind beispielsweise sowohl das N+-Halbleitergebiet 232-1 als auch das N+-Halbleitergebiet 232-2 mit dem FD-Abschnitt A verbunden.
  • Zusätzlich kann die Länge jedes aus dem P+-Halbleitergebiet 231, dem N+-Halbleitergebiet 232, dem P+-Halbleitergebiet 233 und dem N+-Halbleitergebiet 234, die eine Bandform aufweisen, in einer horizontalen Richtung der Zeichnung auf eine beliebige Länge eingestellt sein, und die jeweiligen Gebiete müssen nicht die gleiche Länge aufweisen.
  • <Vierte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Zusätzlich ist in dem in 14 dargestellten Beispiel eine Beschreibung einer Struktur gegeben worden, in der das P+-Halbleitergebiet 231 oder das P+-Halbleitergebiet 233 zwischen den N+-Halbleitergebieten 232 oder den N+-Halbleitergebieten 234 als ein Beispiel eingefügt ist, es kann jedoch eine Form, in der ein N+-Halbleitergebiet zwischen P+-Halbleitergebiete eingeschoben ist, eingesetzt werden.
  • In diesem Fall ist beispielsweise das Pixel 51 wie in 15 dargestellt konfiguriert. Es wird darauf hingewiesen, dass in 15 das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben wird, der dem Fall in 3 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • 15 stellt eine Anordnung des N+-Halbleitergebiets und des P+-Halbleitergebiets dar, wenn ein Abschnitt der Signalextraktionseinheit 65 in dem Pixel 51 aus einer Richtung senkrecht zu dem Substrat 61 gesehen wird.
  • In diesem Beispiel ist ein Oxidfilm 64 (nicht dargestellt) an einem mittleren Abschnitt des Pixels 51 gebildet, und die Signalextraktionseinheit 65 ist an dem Abschnitt leicht an einer Endeseite von der Mitte des Pixels 51 gebildet. Insbesondere ist in diesem Beispiel eine Bildungsposition von zwei der Signalextraktionseinheiten 65 in dem Pixel 51 die gleiche Position wie in dem Fall von 3.
  • In der Signalextraktionseinheit 65-1 ist ein bandförmiges N+-Halbleitergebiet 261, das dem in 3 dargestellten N+-Halbleitergebiet 71-1 entspricht, in der Mitte der Signalextraktionseinheit 65-1 gebildet. Zusätzlich sind ein bandförmiges P+-Halbleitergebiet 262-1 und ein bandförmiges P+-Halbleitergebiet 262-2, die dem in 3 dargestellten P+-Halbleitergebiet 73-1 entsprechen, an der Peripherie des N+-Halbleitergebiets 261 gebildet, wobei das N+-Halbleitergebiet 261 dazwischen eingeschoben ist. Das heißt, das N+-Halbleitergebiet 261 ist an einer Position gebildet, die zwischen das P+-Halbleitergebiet 262-1 und das P+-Halbleitergebiet 262-2 eingeschoben ist.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, das P+-Halbleitergebiet 262-1 und das P+-Halbleitergebiet 262-2 besonders zu unterscheiden, die Gebiete auch einfach als ein P+-Halbleitergebiet 262 bezeichnet sind.
  • Ähnlich ist in der Signalextraktionseinheit 65-2 ein bandförmiges N+-Halbleitergebiet 263, das dem in 3 dargestellten N+-Halbleitergebiet 71-2 entspricht, in der Mitte der Signalextraktionseinheit 65-2 gebildet. Zusätzlich sind ein bandförmiges P+-Halbleitergebiet 264-1 und ein bandförmiges P+-Halbleitergebiet 264-2, die dem in 3 dargestellten P+-Halbleitergebiet 73-2 entsprechen, an der Peripherie des N+-Halbleitergebiets 263 gebildet, wobei das N+-Halbleitergebiet 263 dazwischen eingeschoben ist.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass nachstehend in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, das P+-Halbleitergebiet 264-1 und das P+-Halbleitergebiet 264-2 besonders zu unterscheiden, die Gebiete auch einfach als ein P+-Halbleitergebiet 264 bezeichnet sind.
  • In der in 15 dargestellten Signalextraktionseinheit 65 funktionieren das P+-Halbleitergebiet 262 und das P+-Halbleitergebiet 264 als eine Spannungsanlegeeinheit, die dem in 3 dargestellten P+-Halbleitergebiet 73 entspricht, und das N+-Halbleitergebiet 261 und das N+-Halbleitergebiet 263 funktionieren als eine Ladungsdetektionseinheit, die dem in 3 dargestellten N+-Halbleitergebiet 71 entspricht. Es wird darauf hingewiesen, dass die Länge jedes aus dem N+-Halbleitergebiet 261, dem P+-Halbleitergebiet 262, dem N+-Halbleitergebiet 263 und dem P+-Halbleitergebiet 264, die eine Bandform aufweisen, in einer horizontalen Richtung der Zeichnung auf eine beliebige Länge eingestellt sein können und die jeweiligen Gebiete nicht die gleiche Länge aufweisen können.
  • <Fünfte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Zusätzlich ist eine Beschreibung für ein Beispiel gegeben worden, in dem zwei Signalextraktionseinheiten 65 in jedem Pixel vorgesehen sind, das die Pixel-Array-Einheit 20 bildet, die Anzahl der Signalextraktionseinheiten, die in dem Pixel vorgesehen sind, kann jedoch eine oder drei oder mehr sein.
  • Beispielsweise in einem Fall, in dem eine Signalextraktionseinheit in dem Pixel 51 gebildet ist, weist das Pixel beispielsweise eine Konfiguration wie in 16 dargestellt auf. Es wird darauf hingewiesen, dass in 16 das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben wird, der dem Fall in 3 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • 16 stellt eine Anordnung des N+-Halbleitergebiets und des P+-Halbleitergebiets dar, wenn ein Abschnitt der Signalextraktionseinheit in Teilpixeln, die in der Pixel-Array-Einheit 20 vorgesehen sind, aus einer Richtung senkrecht zu dem Substrat gesehen wird.
  • In diesem Beispiel sind das Pixel 51, das in der Pixel-Array-Einheit 20 vorgesehen ist, und wie die Pixel 51 benachbart dem Pixel 51, ein Pixel 291-1 bis ein Pixel 291-3, für die unterschiedliche Bezugszeichen vergeben sind, dargestellt, und eine Signalextraktionseinheit ist in jedem der Pixel gebildet.
  • Das heißt, eine Signalextraktionseinheit 65 ist an dem mittleren Abschnitt des Pixels 51 gebildet. Zusätzlich ist in der Signalextraktionseinheit 65 ein P+-Halbleitergebiet 301, das eine runde Form aufweist, an der Mittenposition gebildet, und in einem Zustand, in dem das P+-Halbleitergebiet als die Mitte eingestellt ist, ist die Peripherie des P+-Halbleitergebiets 301 von einem N+-Halbleitergebiet 302, das eine runde Form, insbesondere eine ringförmige Form, aufweist, umgeben.
  • Hier entspricht das P+-Halbleitergebiet 301 dem in 3 dargestellten P+-Halbleitergebiet 73 und funktioniert als eine Spannungsanlegeeinheit. Zusätzlich entspricht das N+-Halbleitergebiet 302 dem in 3 dargestellten N+-Halbleitergebiet 71 und funktioniert als eine Ladungsdetektionseinheit. Es wird darauf hingewiesen, dass das P+-Halbleitergebiet 301 und das N+-Halbleitergebiet 302 eine beliebige Form aufweisen können.
  • Zusätzlich weisen die Pixel 291-1 bis Pixel 291-3, die sich an der Peripherie des Pixels 51 befinden, die gleiche Struktur auf wie das Pixel 51.
  • Das heißt, es ist beispielsweise eine Signalextraktionseinheit 303 an dem mittleren Abschnitt des Pixels 291-1 gebildet. Zusätzlich ist in der Signalextraktionseinheit 303 ein P+-Halbleitergebiet 304, das eine runde Form aufweist, an der Mittenposition gebildet, und in einem Zustand, in dem das P+-Halbleitergebiet als die Mitte eingestellt ist, ist die Peripherie des P+-Halbleitergebiets 304 von einem N+-Halbleitergebiet 305, das eine runde Form, insbesondere eine ringförmige Form, aufweist, umgeben.
  • Das P+-Halbleitergebiet 304 und das N+-Halbleitergebiet 305 entsprechen dem P+-Halbleitergebiet 301 bzw. dem N+-Halbleitergebiet 302.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, das Pixel 291-1 bis Pixel 293-3 besonders zu unterscheiden, die Pixel auch einfach als ein Pixel 291 bezeichnet sind.
  • Wie vorstehend beschrieben werden in einem Fall, in dem eine Signalextraktionseinheit (ein Abzweigung) in jedem Pixel gebildet ist, wenn ein Abstand bis zu einem Zielobjekt durch das indirekte ToF-Verfahren gemessen wird, mehrere einander benachbarte Pixel verwendet, und Abstandsinformationen werden auf der Basis von Pixelsignalen, die in Bezug auf die Pixel erhalten werden, berechnet.
  • Beispielsweise werden, wenn der Fokus auf das Pixel 51 gelegt ist, in einem Zustand, in dem die Signalextraktionseinheit 65 des Pixels 51 als eine aktive Abzweigung eingestellt ist, Pixel beispielsweise so angesteuert, dass mehrere Signalextraktionseinheiten 303 mehrerer Pixel 291, die das Pixel 291-1 enthalten und dem Pixel 51 benachbart sind, zu einer inaktiven Abzweigung werden.
  • Als ein Beispiel werden beispielsweise die Signalextraktionseinheiten von Pixeln wie z. B. dem Pixel 291-1 und dem Pixel 291-2, die dem Pixel 51 an der oberen und unteren Seite und der rechten und linken Seite der Zeichnung benachbart sind, so angesteuert, dass sie zu einer inaktiven Abzweigung werden.
  • Dann, wenn eine angelegte Spannung umgeschaltet wird, so dass die Signalextraktionseinheit 65 des Pixels 51 zu der inaktiven Abzweigung wird, werden zu dieser Zeit die Signalextraktionseinheiten 303 mehrerer der Pixel 291, die das Pixel 291-1 enthalten und dem Pixel 51 benachbart sind, so eingestellt, dass sie die aktive Abzweigung sind.
  • Zusätzlich werden Abstandsinformationen auf der Basis eines Pixelsignals, das aus der Signalextraktionseinheit 65 in einem Zustand, in dem die Signalextraktionseinheit 65 auf die aktive Abzweigung eingestellt ist, ausgelesen wird, und einem Pixelsignal, das aus der Signalextraktionseinheit 393 in einem Zustand, in dem die Signalextraktionseinheit 303 auf die aktiven Abzweigung einstellt ist, ausgelesen wird, berechnet.
  • Wie vorstehend beschrieben ist es selbst in einem Fall, in dem eine Signalextraktionseinheit (Abzweigung) in einem Pixel vorgesehen ist, möglich, Abstandsmessung in Übereinstimmung mit dem indirekten ToF-Verfahren unter Verwendung von einander benachbarten Pixeln auszuführen.
  • <Sechste Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Zusätzlich können, wie vorstehend beschrieben, drei oder mehr Signalextraktionseinheiten (Abzweigungen) in jedem Pixel vorgesehen sein.
  • Beispielsweise ist in einem Fall, in dem vier Signalextraktionseinheiten (Abzweigungen) in dem Pixel vorgesehen sind, jedes Pixel der Pixel-Array-Einheit 20 wie in 17 dargestellt konfiguriert. Es wird darauf hingewiesen, dass in 17 das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben wird, der dem Fall in 16 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • 17 stellt eine Anordnung des N+-Halbleitergebiets und des P+-Halbleitergebiets dar, wenn ein Abschnitt der Signalextraktionseinheit in Teilpixeln in der Pixel-Array-Einheit 20 aus einer Richtung senkrecht zu dem Substrat gesehen wird.
  • Eine Querschnittsansicht, genommen entlang der Linie C-C' in 17, wird zu 36, die später beschrieben werden soll.
  • In diesem Beispiel sind das Pixel 51 und die Pixel 291, die in der Pixel-Array-Einheit 20 vorgesehen sind, dargestellt, und es sind vier Signalextraktionseinheiten in jedem der Pixel gebildet.
  • Das heißt, in dem Pixel 51 sind eine Signalextraktionseinheit 333-1, eine Signalextraktionseinheit 33-2, eine Signalextraktionseinheit 331-3 und eine Signalextraktionseinheit 331-4 jeweils an Positionen zwischen der Mitte des Pixels 51 und Endabschnitten des Pixels 51 gebildet, das heißt, einer Position an einer Seite unten links, einer Position an einer Seite oben links, einer Position an einer Seite oben rechts und einer Position an einer Seite unten rechts der Mitte des Pixels 51 in der Zeichnung.
  • Die Signalextraktionseinheit 331-1 bis Signalextraktionseinheit 331-4 entsprechen der in 16 dargestellten Signalextraktionseinheit 65.
  • Beispielsweise ist in der Signalextraktionseinheit 331-1 ein P+-Halbleitergebiet 341, das eine runde Form aufweist, an der Mittenposition gebildet, und in einem Zustand, in dem das P+-Halbleitergebiet 341 als die Mitte eingestellt ist, ist die Peripherie des P+-Halbleitergebiets 341 von einem N+-Halbleitergebiet 342, das eine runde Form, insbesondere eine ringförmige Form, aufweist, umgeben.
  • Hier entspricht das P+-Halbleitergebiet 341 dem in 16 dargestellten P+-Halbleitergebiet 301 und funktioniert als eine Spannungsanlegeeinheit. Zusätzlich entspricht das N+-Halbleitergebiet 342 dem in 16 dargestellten N+-Halbleitergebiet 302 und funktioniert als eine Ladungsdetektionseinheit. Es wird darauf hingewiesen, dass das P+-Halbleitergebiet 341 und das N+-Halbleitergebiet 342 eine beliebige Form aufweisen können.
  • Zusätzlich weisen die Signalextraktionseinheit 331-2 bis Signalextraktionseinheit 331-4 die gleiche Konfiguration auf wie die Signalextraktionseinheit 331-1 und enthalten das P+-Halbleitergebiet, das als eine Spannungsanlegeeinheit funktioniert, und das N+-Halbleitergebiet, das als eine Ladungsdetektionseinheit funktioniert. Zusätzlich weisen die an der Peripherie des Pixels 51 gebildeten Pixel 291 die gleiche Struktur wie das Pixel 51 auf.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, die Signalextraktionseinheit 331-1 bis Signalextraktionseinheit 331-4 besonders zu unterscheiden, die Einheiten auch einfach als eine Signalextraktionseinheit 331 bezeichnet sind.
  • Wie vorstehend beschrieben werden in einem Fall, in dem die vier Signalextraktionseinheiten in jedem Pixel vorgesehen sind, wenn eine Abstandsmessung ausgeführt wird, beispielsweise gemäß dem indirekten ToF-Verfahren, die vier Signalextraktionseinheiten in dem Pixel verwendet, und es werden Abstandsinformationen berechnet.
  • Als ein Beispiel wird, wenn der Fokus auf das Pixel 51 gelegt ist, beispielsweise in einem Zustand, in dem die Signalextraktionseinheit 331-1 und die Signalextraktionseinheit 331-3 als eine aktive Abzweigung eingestellt sind, das Pixel 51 so angesteuert, dass die Signalextraktionseinheit 331-2 und die Signalextraktionseinheit 331-4 zu einer inaktiven Abzweigung werden.
  • Dann wird eine Spannung, die an die Signalextraktionseinheit 331 angelegt ist, umgeschaltet. Das heißt, das Pixel 51 wird so angesteuert, dass die Signalextraktionseinheit 331-1 und die Signalextraktionseinheit 331-3 zu der inaktiven Abzweigung werden und die Signalextraktionseinheit 331-2 und die Signalextraktionseinheit 331-4 zu der aktiven Abzweigung werden.
  • Zusätzlich werden Abstandsinformationen auf der Basis von Pixelsignalen, die aus der Signalextraktionseinheit 331-1 und der Signalextraktionseinheit 331-3 in einem Zustand ausgelesen werden, in dem die Signalextraktionseinheit 331-1 und die Signalextraktionseinheit 331-3 als die aktive Abzweigung eingestellt sind, und Pixelsignalen, die aus der Signalextraktionseinheit 331-2 und der Signalextraktionseinheit 331-4 in einem Zustand, in dem die Signalextraktionseinheit 331-2 und die Signalextraktionseinheit 331-4 als die aktive Abzweigung eingestellt sind, berechnet.
  • <Siebte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Zusätzlich kann die Signalextraktionseinheit (Abzweigung) durch benachbarte Pixel der Pixel-Array-Einheit 20 gemeinsam verwendet werden.
  • In diesem Fall weist beispielsweise jedes Pixel der Pixel-Array-Einheit 20 eine Konfiguration wie in 18 dargestellt auf. Es wird darauf hingewiesen, dass in 18 das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben wird, der dem Fall in 16 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • 18 stellt eine Anordnung des N+-Halbleitergebiets und des P+-Halbleitergebiets dar, wenn ein Abschnitt der Signalextraktionseinheit in Teilpixeln, die in der Pixel-Array-Einheit 20 vorgesehen sind, aus einer Richtung senkrecht zu dem Substrat gesehen wird.
  • In diesem Beispiel sind das Pixel 51 und das Pixel 291, die in der Pixel-Array-Einheit 20 vorgesehen sind, und zwei Signalextraktionseinheiten in jedem der Pixel gebildet.
  • Beispielsweise ist in dem Pixel 51 eine Signalextraktionseinheit 371 an einem Endabschnitt auf einer Oberseite des Pixels 51 in der Zeichnung gebildet, und eine Signalextraktionseinheit 372 ist an einem Endabschnitt auf einer Unterseite des Pixels 51 in der Zeichnung gebildet.
  • Die Signalextraktionseinheit 371 wird durch das Pixel 51 und ein Pixel 291-1 gemeinsam verwendet. Das heißt, die Signalextraktionseinheit 371 wird als eine Abzweigung des Pixels 51 verwendet und wird als eine Abzweigung des Pixels 291-1 verwendet. Zusätzlich wird die Signalextraktionseinheit 372 durch das Pixel 51 und ein Pixel (nicht dargestellt), das einer Unterseite des Pixels 51 in der Zeichnung benachbart ist, gemeinsam verwendet.
  • In der Signalextraktionseinheit 371 ist ein bandförmiges P+-Halbleitergebiet 381, das dem in 14 dargestellten P+-Halbleitergebiet 231 entspricht, an der Mittenposition gebildet. Zusätzlich sind ein bandförmiges N+-Halbleitergebiet 382-1 und N+-Halbleitergebiet 382-2, die dem in 14 dargestellten N+-Halbleitergebiet 212 entsprechen, an oberen und unteren Positionen des P+-Halbleitergebiets 381 in der Zeichnung gebildet, wobei das P+-Halbleitergebiet 381 dazwischen eingeschoben ist.
  • Insbesondere ist in diesem Beispiel das P+-Halbleitergebiet 381 an einem Grenzabschnitt zwischen dem Pixel 51 und dem Pixel 291-1 gebildet. Zusätzlich ist das N+-Halbleitergebiet 381-1 in einem Gebiet innerhalb des Pixels 51 gebildet, und das N+-Halbleitergebiet 382-2 ist in einem Gebiet innerhalb des Pixels 291-1 gebildet.
  • Hier funktioniert das P+-Halbleitergebiet 381 als eine Spannungsanlegeeinheit, und das N+-Halbleitergebiet 382-1 und das N+-Halbleitergebiet 382-2 funktionieren als eine Ladungsdetektionseinheit. Es wird darauf hingewiesen, dass nachstehend in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, das N+-Halbleitergebiet 382-1 und das N+-Halbleitergebiet 382-2 besonders zu unterscheiden, die Gebiete auch einfach als ein N+-Halbleitergebiet 382 bezeichnet sind.
  • Zusätzlich können das P+-Halbleitergebiet 381 oder das N+-Halbleitergebiet 382 eine beliebige Form aufweisen. Zusätzlich können das N+-Halbleitergebiet 382-1 und das N+-Halbleitergebiet 382-2 mit demselben FD-Abschnitt verbunden sein, oder sie können mit voneinander verschiedenen FD-Abschnitten verbunden sein.
  • In der Signalextraktionseinheit 372 sind ein bandförmiges P+-Halbleitergebiet 383, N+-Halbleitergebiet 384-1 und N+-Halbleitergebiet 394-2 gebildet.
  • Das P+-Halbleitergebiet 383, das N+-Halbleitergebiet 384-1 und das N+-Halbleitergebiet 384-2 entsprechen jeweils dem P+-Halbleitergebiet 381, dem N+-Halbleitergebiet 382-1 und dem N+-Halbleitergebiet 382-2 und sind in der gleichen Anordnung, der gleichen Form und der gleichen Funktion wie in den Gebieten eingestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, das N+-Halbleitergebiet 384-1 und das N+-Halbleitergebiet 384-2 besonders zu unterscheiden, die Gebiete auch einfach als ein N+-Halbleitergebiet 384 bezeichnet sind.
  • Wie vorstehend beschrieben ist es selbst in einem Fall, in dem die Signalextraktionseinheit (Abzweigung) von benachbarten Pixeln gemeinsam verwendet wird, möglich, Abstandsmessung gemäß dem indirekten ToF-Verfahren durch die gleiche Operation wie in dem in 3 dargestellten Beispiel auszuführen.
  • Wie in 18 dargestellt ist, ist in einem Fall, in dem die Signalextraktionseinheit von Pixeln gemeinsam verwendet wird, beispielsweise ein Abstand zwischen dem P+-Halbleitergebiet 381 und dem P+-Halbleitergebiet 383 oder dergleichen, das heißt, ein Abstand zwischen einem Paar von P+-Halbleitergebieten zum Erzeugen eines elektrischen Felds, das heißt eines Stroms, verlängert. Mit anderen Worten ist es, wenn die Signalextraktionseinheit von Pixeln gemeinsam verwendet wird, möglich, den Abstand zwischen den P+-Halbleitergebieten auf ein Maximum zu verlängern.
  • Dementsprechend ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Strom zwischen den P+-Halbleitergebieten fließt, und somit ist es möglich, den Energieverbrauch in den Pixeln zu reduzieren. Zusätzlich ist die vorstehend beschriebene Konfiguration für die Miniaturisierung der Pixel vorteilhaft.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass eine Beschreibung für ein Beispiel gegeben worden ist, in dem eine Signalextraktionseinheit von zwei einander benachbarten Pixeln gemeinsam verwendet wird, eine Signalextraktionseinheit kann jedoch von drei oder mehr einander benachbarten Pixeln gemeinsam verwendet werden. Zusätzlich kann in einem Fall, in dem die Signalextraktionseinheit von zwei oder mehr einander benachbarten Pixeln gemeinsam verwendet wird, in der Signalextraktionseinheit nur eine Ladungsdetektionseinheit, die Signalladungsträger detektiert, gemeinsam verwendet werden, oder nur eine Spannungsanlegeeinheit, die ein elektrisches Feld erzeugt, kann gemeinsam verwendet werden.
  • <Achte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Zusätzlich können die On-Chip-Linse oder der Zwischenpixellichtabschirmungsabschnitt, die in jedem Pixel wie z. B. dem Pixel 51 der Pixel-Array-Einheit 20 vorgesehen sind, nicht besonders vorgesehen sein.
  • Insbesondere kann beispielsweise das Pixel 51 auf eine in 19 dargestellte Konfiguration eingestellt sein. Es wird darauf hingewiesen, dass in 19 das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben wird, der dem Fall in 2 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • Eine in 19 dargestellte Konfiguration des Pixels 51 ist von dem in 2 dargestellten Pixel 51 darin verschieden, dass die On-Chip-Linse 62 nicht vorgesehen ist, und die anderen Konfigurationen sind gleich denjenigen des Pixels 51 in 2.
  • In dem in 19 dargestellten Pixel 51 kann, da die On-Chip-Linse 62 nicht auf einer Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 vorgesehen ist, die Dämpfung des Infrarotlichts, das von außen auf das Substrat 61 einfällt, kleiner gemacht werden. Dementsprechend steigt eine Lichtmenge des Infrarotlichts, die durch das Substrat 61 empfangen werden kann, an, und somit ist es möglich, die Empfindlichkeit des Pixels 51 zu verbessern.
  • <Modifikationsbeispiel 1 der achten Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Zusätzlich kann die Konfiguration des Pixels 51 beispielsweise auf eine in 20 dargestellte Konfiguration eingestellt sein. Es wird darauf hingewiesen, dass in 20 das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben wird, der dem Fall in 2 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • Eine in 20 dargestellte Konfiguration des Pixels 51 ist von dem in 2 dargestellten Pixel 2 darin verschieden, dass der Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63-1 und der Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63-2 nicht vorgesehen sind, und die anderen Konfigurationen sind gleich denjenigen des Pixels 51 in 2.
  • In dem in 20 dargestellten Beispiel nimmt, da der Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63 auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 nicht vorgesehen ist, ein Übersprechunterdrückungseffekt ab, das Infrarotlicht, das durch den Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63 abgeschirmt wird, fällt jedoch auch in das Substrat 61 ein, und somit ist es möglich, die Empfindlichkeit des Pixels 51 zu verbessern.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass nicht nur die On-Chip-Linse 62 sondern auch der Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63 in dem Pixel 51 nicht vorgesehen sein kann.
  • <Modifikationsbeispiel 2 der achten Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Zusätzlich kann beispielsweise, wie in 21 dargestellt, die Dicke der On-Chip-Linse in einer Richtung der optischen Achse ebenfalls optimiert sein. Es wird darauf hingewiesen, dass in 21 das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben wird, der dem Fall in 2 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • Eine in 21 dargestellte Konfiguration des Pixels 51 ist von dem in 2 dargestellten Pixel 2 darin verschieden, dass die On-Chip-Linse 411 anstelle der On-Chip-Linse 62 vorgesehen ist, und die anderen Konfigurationen sind gleich denjenigen des Pixels 51 in 2.
  • In dem in 21 dargestellten Pixel 51 ist die On-Chip-Linse 411 auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61, das heißt auf einer Oberseite in der Zeichnung, gebildet. Die Dicke der On-Chip-Linse 411 in einer Richtung der optischen Achse, das heißt die Dicke in einer vertikalen Richtung in der Zeichnung, wird kleiner gemacht im Vergleich zu der in 2 dargestellten On-Chip-Linse 62.
  • Allgemein ist es, wenn die Dicke einer On-Chip-Linse, die auf einer Vorderseite des Substrats 61 vorgesehen ist, größer ist, vorteilhafter für das Sammeln von Licht, das auf die On-Chip-Linse einfällt. Wenn jedoch die Dicke der On-Chip-Linse 411 reduziert ist, wird eine Lichtdurchlässigkeit proportional zu der Reduktion höher, und somit ist es möglich, die Empfindlichkeit des Pixels 51 zu verbessern. Dementsprechend kann die Dicke der On-Chip-Linse 411 auf geeignete Weise in Übereinstimmung mit der Dicke des Substrats 61, einer Sammelposition des Infrarotlichts oder dergleichen bestimmt werden.
  • <Neunte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Zusätzlich kann ein Isolationsgebiet zwischen Pixeln, die in der Pixel-Array-Einheit 20 gebildet sind, vorgesehen sein, um Übersprechen durch Verbessern der Isolationseigenschaften zwischen benachbarten Pixeln zu unterdrücken.
  • In diesem Fall ist beispielsweise das Pixel 51 wie in 22 dargestellt konfiguriert. Es wird darauf hingewiesen, dass in 22 das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben wird, der dem Fall in 2 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • Eine Konfiguration des in 22 dargestellten Pixels 51 ist von dem in 2 dargestellten Pixel 51 darin verschieden, dass ein Isolationsgebiet 441-1 und ein Isolationsgebiet 441-2 innerhalb des Substrats 61 vorgesehen sind, und die anderen Konfigurationen sind gleich denjenigen des Pixels 51 in 2.
  • In dem in 22 dargestellten Pixel 51 sind das Isolationsgebiet 441-1 und das Isolationsgebiet 441-2, die benachbarte Pixel isolieren, an einem Grenzabschnitt zwischen dem Pixel 51 und anderen dem Pixel 51 benachbarten Pixeln im Inneren des Substrats 61, das heißt Endabschnitten auf der rechten und der linken Seite des Pixels 51 in der Zeichnung, durch einen lichtabschirmenden Film oder dergleichen gebildet. Es wird darauf hingewiesen, dass in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, das Isolationsgebiet 441-1 und das Isolationsgebiet 441-2 besonders zu unterscheiden, die Gebiete auch einfach als ein Isolationsgebiet 441 bezeichnet sind.
  • Beispielsweise wird, wenn das Isolationsgebiet 441 gebildet wird, eine langgestreckte Rille (Graben) in dem Substrat 61 an einer vorbestimmten Tiefe von der Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61, das heißt einer Oberseite in der Zeichnung zu einer Unterseite (in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats 61) in der Zeichnung, gebildet. Dann wird ein Lichtabschirmungsfilm in dem Rillenabschnitt durch Einbetten gebildet und wird zu dem Isolationsgebiet 441. Das Isolationsgebiet 441 funktioniert als ein Pixelisolationsgebiet, das Infrarotlicht abschirmt, das auf das Substrat 61 aus der Lichteinfallsoberfläche einfällt und zu den anderen Pixeln benachbart dem Pixel 51 weiter läuft.
  • Wie vorstehend beschrieben ist es, wenn das Isolationsgebiet 441 vom eingebetteten Typ gebildet wird, möglich, die Infrarotlichttrennungseigenschaften zwischen Pixeln zu verbessern, und somit ist es möglich, das Auftreten von Übersprechen zu unterdrücken.
  • <Modifikationsbeispiel 1 der neunten Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Zusätzlich können in dem Fall des Bildens des Isolationsgebiets vom eingebetteten Typ in dem Pixel 51 beispielsweise ein Isolationsgebiet 471-1 und ein Isolationsgebiet 471-2 vorgesehen sein, so dass sie das gesamte Substrat 61 durchdringen, wie in 23 dargestellt ist. Es wird darauf hingewiesen, dass in 23 das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben wird, der dem Fall in 2 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • Eine Konfiguration des in 23 dargestellten Pixels 51 ist von dem in 2 dargestellten Pixel 51 darin verschieden, dass das Isolationsgebiet 471-1 und das Isolationsgebiet 471-2 innerhalb des Substrats 61 vorgesehen sind, und die anderen Konfigurationen sind gleich denjenigen des Pixels 51 in 2. Das heißt, das in 23 dargestellte Pixel 51 weist eine Konfiguration auf, in der das Isolationsgebiet 471-1 und das Isolationsgebiet 471-2 anstelle des Isolationsgebiets 441 des in 22 dargestellten Pixels 51 vorgesehen sind.
  • In dem in 23 dargestellten Pixel 51 sind das Isolationsgebiet 471-1 und das Isolationsgebiet 471-2, die das gesamte Substrat 61 durchdringen, an einem Grenzabschnitt zwischen dem Pixel 51 und anderen dem Pixel 51 benachbarten Pixeln im Inneren des Substrats 61, das heißt an Endabschnitten auf der rechten und der linken Seite des Pixels 51 in der Zeichnung, durch einen Lichtabschirmungsfilm oder dergleichen gebildet. Es wird darauf hingewiesen, dass in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, das Isolationsgebiet 471-1 und das Isolationsgebiet 471-2 besonders zu unterscheiden, die Gebiete auch einfach als ein Isolationsgebiet 471 bezeichnet sind.
  • Beispielsweise wird, wenn das Isolationsgebiet 471 gebildet wird, eine langgestreckte Rille (Graben) in einer Oberfläche entgegengesetzt der Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 gebildet, das heißt von einer Oberfläche der Unterseite in der Zeichnung zu einer Oberseite in der Zeichnung. Zu dieser Zeit wird die Rille gebildet, bis sie die Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 erreicht, um das Substrat 61 zu durchdringen. Zusätzlich wird ein Lichtabschirmungsfilm in dem wie vorstehend beschrieben gebildeten Rillenabschnitt durch Einbetten gebildet und wird zu dem Isolationsgebiet 471.
  • In Übereinstimmung mit dem Isolationsgebiet 471 vom eingebetteten Typ ist es auch möglich, die Infrarotlichttrennungseigenschaften zwischen Pixeln zu verbessern, und somit ist es möglich, das Auftreten von Übersprechen zu unterdrücken.
  • <Zehnte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Zusätzlich kann die Dicke des Substrats, in dem die Signalextraktionseinheit 65 gebildet ist, in Übereinstimmung mit verschiedenen Eigenschaften der Pixel und dergleichen bestimmt werden.
  • Dementsprechend kann beispielsweise, wie in 24 dargestellt ist, ein Substrat 501, das das Pixel 51 bildet, im Vergleich zu dem in 2 dargestellten Substrat 61 dicker eingestellt sein. Es wird darauf hingewiesen, dass in 24 das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben wird, der dem Fall in 2 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • Eine Konfiguration des in 24 dargestellten Pixels 51 ist von dem in 2 dargestellten Pixel 51 darin verschieden, dass das Substrat 501 anstelle des Substrats 61 vorgesehen ist, und die anderen Konfigurationen sind gleich denjenigen des Pixels 51 in 2.
  • Das heißt, in dem in 24 dargestellten Pixel 51 sind die On-Chip-Linse 62, der Film 66 mit fester Ladung und der Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63 auf einer Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 501 gebildet. Zusätzlich sind der Oxidfilm 64, die Signalextraktionseinheit 65 und der Isolationsabschnitt 75 in der Nähe einer Vorderseite entgegengesetzt der Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 501 gebildet.
  • Beispielsweise ist das Substrat 501 durch ein P-Typ-Halbleitersubstrat gebildet, das eine Dicke von 20 µm. oder größer aufweist. Das Substrat 501 und das Substrat 61 unterscheiden sich nur in der Substratdicke, und die Positionen, an denen der Oxidfilm 64, die Signalextraktionseinheit 65 und der Isolationsabschnitt 75 gebildet sind, sind zwischen dem Substrat 501 und dem Substrat 61 gleich.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die Filmdicke verschiedener Schichten (Filme), die auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche oder dergleichen des Substrats 501 oder des Substrats 61 auf geeignete Weise gebildet sind, in Übereinstimmung mit Eigenschaften des Pixels 51 oder dergleichen optimiert sein können.
  • <Elfte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Zusätzlich ist eine Beschreibung für ein Beispiel gegeben worden, in dem das Substrat, das das Pixel 51 bildet, aus dem P-Typ-Halbleitersubstrat gebildet ist, das Substrat kann jedoch beispielsweise aus einem N-Typ-Halbleitersubstrat gebildet sein, wie in 25 dargestellt ist. Es wird darauf hingewiesen, dass in 25 das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben wird, der dem Fall in 2 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • Eine Konfiguration des in 25 dargestellten Pixels 51 ist von dem in 2 dargestellten Pixel 51 darin verschieden, dass ein Substrat 531 anstelle des Substrats 61 vorgesehen ist, und die anderen Konfigurationen sind gleich denjenigen des Pixels 51 in 2.
  • In dem in 25 dargestellten Pixel 51 sind beispielsweise die On-Chip-Linse 62, der Film 66 mit fester Ladung und der Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63 auf einer Seite der Lichteinfallsoberfläche in dem Substrat 531 gebildet, das durch eine N-Typ-Halbleiterschicht wie z. B. ein Siliziumsubstrat gebildet ist.
  • Zusätzlich sind der Oxidfilm 64, die Signalextraktionseinheit 65 und der Isolationsabschnitt 75 in der Nähe einer Oberfläche entgegengesetzt der Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 531 gebildet. Die Bildungspositionen des Oxidfilms 63, der Signalextraktionseinheit 65 und des Isolationsabschnitts 75 sind zwischen dem Substrat 531 und dem Substrat 61 gleich, und die Konfiguration der Signalextraktionseinheit 65 ist ebenfalls zwischen dem Substrat 531 und dem Substrat 61 gleich.
  • Beispielsweise ist die Dicke des Substrats 531 in einer vertikalen Richtung der Zeichnung, das heißt die Dicke in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche des Substrats 531, auf 20 µm oder weniger eingestellt.
  • Zusätzlich ist beispielsweise das Substrat 531 auf ein N-Epi-Substrat mit hohem Widerstand eingestellt, dessen Substratkonzentration auf die Größenordnung von 1E+13 oder weniger eingestellt ist, und der Widerstand (Widerstandswert) des Substrats ist beispielsweise auf 500 [Qcm] oder größer eingestellt. Dementsprechend ist es möglich, den Energieverbrauch in dem Pixel 51 zu reduzieren.
  • Hier ist in Bezug auf eine Beziehung zwischen der Substratkonzentration und dem Widerstand des Substrats 531 der Widerstand beispielsweise auf 2000 [Qcm] eingestellt, wenn die Substratkonzentration 2,15E+12 [cm3] ist, der Widerstand ist auf 1000 [Qcm] eingestellt, wenn die Substratkonzentration 4,30E+12 [cm3] ist, der Widerstand ist auf 500 [Qcm] eingestellt, wenn die Substratkonzentration 8,61E+12 [cm3] ist, und der Widerstand ist auf 100 [Qcm] eingestellt, wenn die Substratkonzentration 4,32E+13 [cm3] ist.
    Wie vorstehend beschrieben ist es, selbst wenn das Substrat 531 des Pixels 51 auf das N-Typ-Halbleitersubstrat eingestellt ist, möglich, den gleichen Effekt durch die gleiche Operation wie in dem in 2 dargestellten Beispiel zu erhalten.
  • <Zwölfte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Zusätzlich kann, wie in dem mit Bezug auf 24 beschriebenen Beispiel, die Dicke des N-Typ-Halbleitersubstrats ebenfalls in Übereinstimmung mit verschiedenen Eigenschaften von Pixeln oder dergleichen bestimmt werden.
  • Dementsprechend kann beispielsweise, wie in 26 dargestellt ist, ein Substrat 561, das das Pixel 51 bildet, im Vergleich zu dem in 25 dargestellten Substrat 531 dicker eingestellt sein. Es wird darauf hingewiesen, dass in 26 das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben wird, der dem Fall in 25 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • Eine Konfiguration des in 26 dargestellten Pixels 51 ist von dem in 25 dargestellten Pixel 51 darin verschieden, dass das Substrat 561 anstelle des Substrats 531 vorgesehen ist, und die anderen Konfigurationen sind gleich denjenigen des Pixels 51 in 25.
  • Das heißt, in dem in 26 dargestellten Pixel sind die On-Chip-Linse 62, der Film 66 mit fester Ladung und der Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63 auf einer Seite der Lichteinfallsoberfläche in dem Substrat 561 gebildet. Zusätzlich sind der Oxidfilm 64, die Signalextraktionseinheit 65 und der Isolationsabschnitt 75 in der Nähe einer Vorderseite, die eine Oberfläche entgegengesetzt der Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 561 ist, gebildet.
  • Beispielsweise ist das Substrat 561 durch ein N-Typ-Halbleitersubstrat gebildet, das eine Dicke von 20 µm oder größer aufweist. Das Substrat 561 und das Substrat 531 unterscheiden sich nur in der Substratdicke, und die Bildungspositionen des Oxidfilms 64, der Signalextraktionseinheit 65 und des Isolationsabschnitts 75 sind zwischen dem Substrat 561 und dem Substrat 531 gleich.
  • <Dreizehnte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Zusätzlich kann beispielsweise ein elektrisches Feld innerhalb des Substrats 61 in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche des Substrats 61 (nachstehend auch als eine Z-Richtung bezeichnet) durch Anlegen einer Vorspannung an die Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 verstärkt werden.
  • In diesem Fall weist beispielsweise das Pixel 51 eine in den 27A und 27B dargestellte Konfiguration auf. Es wird darauf hingewiesen, dass in den 27A und 27B das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben wird, der dem Fall in 2 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • 27A stellt das in 2 dargestellte Pixel 51 dar, und ein Pfeil innerhalb des Substrats 61 des Pixels 51 gibt die Stärke des elektrischen Felds in der Z-Richtung im Inneren des Substrats 61 an.
  • Im Gegensatz dazu stellt 27B eine Konfiguration des Pixels 51 in dem Fall des Anlegens der Vorspannung (Spannung) an die Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 dar. Die Konfiguration des Pixels 51 in 27B ist grundsätzlich gleich der Konfiguration des in 2 dargestellten Pixels 51, jedoch ist ein P+-Halbleitergebiet 601 zu einer Grenzfläche auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 neu hinzugefügt.
  • In dem P+-Halbleitergebiet 601, das an der Seite der Grenzfläche der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 gebildet ist, wird eine Spannung von 0 V oder weniger (negative Vorspannung) von dem Inneren oder dem Äußeren der Pixel-Array-Einheit 20 angelegt, und somit wird das elektrische Feld in der Z-Richtung verstärkt. Ein Pfeil innerhalb des Substrats 61 des Pixels 51 in 27B gibt die Stärke des elektrischen Felds innerhalb des Substrats 61 in der Z-Richtung an. Der innerhalb des Substrats 61 in 27B gezeichnete Pfeil ist fetter gezeichnet als der Pfeil in dem Pixel 51 in 27A, und das elektrische Feld in der Z-Richtung wird stärker. Wie vorstehend beschrieben wird, wenn die negative Vorspannung an das auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 gebildete P+-Halbleitergebiet 601 angelegt ist, das elektrische Feld in der Z-Richtung verstärkt, und somit ist es möglich, die Elektronenextraktionseffizienz in der Signalextraktionseinheit 65 zu verbessern.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die Konfiguration zum Anlegen einer Spannung an die Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 nicht auf die Konfiguration beschränkt ist, in der das P+-Halbleitergebiet 601 vorgesehen sind, und beliebige andere Konfigurationen sein kann. Beispielsweise kann ein lichtdurchlässiger Elektrodenfilm zwischen der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 und der On-Chip-Linse 62 durch Laminierung gebildet sein, und eine negative Vorspannung kann durch Anlegen einer Spannung an den lichtdurchlässigen Elektrodenfilm angelegt werden.
  • <Vierzehnte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Zusätzlich kann ein großflächiges Reflexionselement auf einer Oberfläche entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 vorgesehen sein, um die Empfindlichkeit des Pixels 51 in Bezug auf Infrarotlagen zu verbessern.
  • In diesem Fall ist beispielsweise das Pixel 51 wie in 28 dargestellt konfiguriert. Es wird darauf hingewiesen, dass in 28 das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben wird, der dem Fall in 2 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • Eine Konfiguration des in 28 dargestellten Pixels 51 ist von dem in 2 dargestellten Pixel 51 darin verschieden, dass ein Reflexionselement 631 auf einer Oberfläche entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 vorgesehen ist, und die anderen Konfigurationen sind gleich denjenigen des Pixels 51 in 2.
  • In einem in 28 dargestellten Beispiel ist das Reflexionselement 631, das Infrarotlicht reflektiert, vorgesehen, um eine gesamte Oberfläche entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 zu bedecken.
  • Das Reflexionselement 631 kann irgendein Element sein, solange das Reflexionsvermögen in Bezug auf Infrarotlicht hoch ist. Beispielsweise kann ein Metall wie z. B. Kupfer oder Aluminium, das innerhalb einer mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht, die auf der Oberfläche entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 laminiert ist, vorgesehen ist, als das Reflexionselement 631 verwendet werden, oder eine Reflexionsstruktur wie z. B. Polysilizium und ein Oxidfilm können auf der Oberfläche entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 als das Reflexionselement 631 gebildet sein.
  • Wie vorstehend beschrieben wird, wenn das Reflexionselement 631 in dem Pixel 51 vorgesehen ist, Infrarotlicht, das aus der Lichteinfallsoberfläche durch die On-Chip-Linse 62 in das Substrat 61 einfällt und durch das Substrat 61 geleitet wird, ohne photoelektrisch umgesetzt zu werden, durch das Reflexionselement 631 reflektiert und veranlasst, wieder in das Substrat 61 einzufallen. Dementsprechend ist es möglich, die Menge des Infrarotlichts, das im Inneren des Substrats 61 photoelektrisch umgesetzt wird, zu erhöhen, und somit ist es möglich, die Quantenausbeute (QE), das heißt die Empfindlichkeit des Pixels 51 in Bezug auf Infrarotlicht, zu verbessern.
  • <Fünfzehnte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Zusätzlich kann ein großflächiges lichtabschirmendes Element auf der Oberfläche entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 vorgesehen sein, um fälschliche Detektion von Licht in nahegelegenen Pixeln zu unterdrücken.
  • In diesem Fall kann beispielsweise das Pixel 51 eine Konfiguration aufweisen, in der das in 28 dargestellte Reflexionselement 631 durch ein Lichtabschirmungselement ersetzt ist. Das heißt, in dem in 28 dargestellten Pixel 51 ist das Reflexionselement 631, das eine gesamte Oberfläche entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 bedeckt, als ein Lichtabschirmungselement 631', das Infrarotlicht abschirmt, eingestellt. Das Lichtabschirmungselement 631' ersetzt das Reflexionselement 631 des Pixels 51 in 28.
  • Das Lichtabschirmungselement 631' kann irgendein Element sein, solange eine Lichtabschirmungsrate in Bezug auf Infrarotlicht hoch ist. Beispielsweise kann ein Metall wie z. B. Kupfer oder Aluminium, das innerhalb einer mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht, die auf der Oberfläche entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 laminiert ist, als das Lichtabschirmungselement 631' verwendet werden, oder eine Lichtabschirmungsstruktur wie z. B. Polysilizium und ein Oxidfilm kann auf der Oberfläche entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 als das Lichtabschirmungselement 631' gebildet sein.
  • Wie vorstehend beschrieben ist es, wenn das Lichtabschirmungselement 631' in dem Pixel 51 vorgesehen ist, möglich, zu unterdrücken, dass Infrarotlicht, das in das Substrat 61 aus der Lichteinfallsoberfläche durch die On-Chip-Linse 62 einfällt und durch das Substrat 61 geleitet wird, ohne im Inneren des Substrats 61 photoelektrisch umgesetzt zu werden, in einer Zusammenschaltungsschicht gestreut wird und auf nahegelegene Pixel einfällt. Dementsprechend ist es möglich zu verhindern, dass Licht fälschlicherweise in nahegelegenen Pixeln detektiert wird.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass beispielsweise dann, wenn das Lichtabschirmungselement 631' durch ein Material, das ein Metall enthält gebildet ist, das Lichtabschirmungselement 631' auch als das Reflexionselement 631 funktionieren kann.
  • <Sechzehnte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Zusätzlich kann ein P-Wannengebiet, das durch ein P-Typ-Halbleitergebiet gebildet ist, anstelle des Oxidfilms 64 in dem Substrat 61 des Pixels 51 vorgesehen sein.
  • In diesem Fall ist beispielsweise das Pixel 51 wie in 29 dargestellt konfiguriert. Es wird darauf hingewiesen, dass in 29 das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben wird, der dem Fall in 2 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • Eine Konfiguration des in 29 dargestellten Pixels 51 ist von dem in 2 dargestellten Pixel 2 darin verschieden, dass ein P-Wannengebiet 671, ein Isolationsabschnitt 672-1 und ein Isolationsabschnitt 672-2 anstelle des Oxidfilms 64 vorgesehen sind, und die anderen Konfigurationen sind gleich denjenigen des Pixels 51 in 2.
  • In dem in 29 dargestellten Beispiel ist das P-Wannengebiet 671, das durch ein P-Typ-Halbleitergebiet gebildet ist, an einem mittleren Abschnitt auf einer Oberflächenseite entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche im Inneren des Substrats 61, das heißt auf einer Innenseite einer Unterseite in der Zeichnung, gebildet. Zusätzlich ist der Isolationsabschnitt 672-1, der das P-Wannengebiet 671 und das N+-Halbleitergebiet 71-1 voneinander isoliert, zwischen den Gebieten mit einem Oxidfilm oder dergleichen gebildet. Ähnlich ist der Isolationsabschnitt 672-2, der das P-Wannengebiet 671 und das N+-Halbleitergebiet 71-2 voneinander isoliert, ebenfalls zwischen den Gebieten mit einem Oxidfilm oder dergleichen gebildet. In dem in 29 dargestellten Pixel 51 wie das P--Halbleitergebiet 74 ein breiteres Gebiet in einer Aufwärtsrichtung in der Zeichnung im Vergleich zu dem N--Halbleitergebiet 72.
  • <Siebzehnte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Zusätzlich kann außerdem ein P-Wannengebiet, das durch ein P-Typ-Halbleitergebiet gebildet ist, zusätzlich zu dem Oxidfilm 64 in dem Substrat 61 des Pixels 51 vorgesehen sein.
  • In diesem Fall ist beispielsweise das Pixel 51 wie in 30 dargestellt konfiguriert. Es wird darauf hingewiesen, dass in 30 das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben wird, der dem Fall in 2 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • Eine in 30 dargestellte Konfiguration des Pixels 51 ist von derjenigen des in 2 dargestellten Pixels 51 darin verschieden, dass ein P-Wannengebiet 701 neu vorgesehen ist, und die anderen Konfigurationen sind gleich denjenigen des Pixels 51 von 2. Das heißt, in einem in 30 dargestellten Beispiel ist das P-Wannengebiet 701, das durch ein P-Typ-Halbleitergebiet gebildet ist, auf einer Oberseite des Oxidfilms 64 im Inneren des Substrats 61 gebildet.
  • Wie vorstehend beschrieben ist es, da der CAPD-Sensor als der rückseitig beleuchtete Typ konfiguriert ist, gemäß der vorliegenden Technologie somit möglich, die Eigenschaften wie z. B. Pixelempfindlichkeit zu verbessern.
  • <Konfigurationsbeispiel einer Ersatzschaltung des Pixels>
  • 31 stellt eine Ersatzschaltung des Pixels 51 dar.
  • Das Pixel 51 enthält einen Übertragungstransistor 721A, eine FD 722A, einen Rücksetztransistor 723A, einen Verstärkungstransistor 724A und einen Auswahltransistor 725A in Bezug auf die Signalextraktionseinheit 65-1, die das N+-Halbleitergebiet 71-1, das P+-Halbleitergebiet 73-1 und dergleichen enthält.
  • Zusätzlich enthält das Pixel 51 einen Übertragungstransistor 721B, eine FD 722B, einen Rücksetztransistor 723B, einen Verstärkungstransistor 724B und einen Auswahltransistor 725B in Bezug auf die Signalextraktionseinheit 65-2, die das N+-Halbleitergebiet 71-2, das P+-Halbleitergebiet 73-2 und dergleichen enthält.
  • Die Abzweigungsansteuereinheit 21 legt eine vorbestimmte Spannung MIXO (erste Spannung) an das P+-Halbleitergebiet 73-1 an und legt eine vorbestimmte Spannung MIX1 (zweite Spannung) an das P+-Halbleitergebiet 73-2 an. In dem vorstehend beschriebenen Beispiel ist eine Spannung aus der Spannung MIXO und der Spannung MIX1 gleich 1,5 V, und die andere Spannung ist 0 V. Die P+-Halbleitergebiete 73-1 und 73-2 sind Spannungsanlegeeinheiten, an die die erste Spannung oder die zweite Spannung angelegt ist.
  • Die N+-Halbleitergebiete 71-1 und 71-2 sind Ladungsdetektionseinheiten, die Ladungen, die über photoelektrische Umsetzung des auf das Substrat 61 einfallenden Lichts erzeugte Ladungen detektieren und die Ladungen akkumulieren.
  • Wenn ein Ansteuersignal TRG, das einer Gate-Elektrode zugeführt wird, in einen aktiven Zustand eintritt, tritt der Übertragungstransistor 721A in Reaktion auf den aktiven Zustand in einen leitenden Zustand ein und überträgt Ladungen, die in dem N+-Halbleitergebiet 71-1 akkumuliert sind, zu der FD 722A. Wenn das Ansteuersignal TRG, das an eine Gate-Elektrode angelegt ist, in einen aktiven Zustand eintritt, tritt der Übertragungstransistor 721B in Reaktion auf den aktiven Zustand in einen leitenden Zustand ein und überträgt Ladungen, die in dem N+-Halbleitergebiet 71-2 akkumuliert sind, zu der FD 722B.
  • Die FD 722A hält temporär eine Ladung DET0, die von dem N+-Halbleitergebiet 71-1 zugeführt wird. Die FD 722B hält temporär eine Ladung DET1, die von dem N+-Halbleitergebiet 71-2 zugeführt wird. Die FD 722A entspricht dem FD-Abschnitt A, der mit Bezug auf 2 beschrieben ist, und die FD 722B entspricht dem FD-Abschnitt B, der mit Bezug auf 2 beschrieben ist.
  • Wenn ein Ansteuersignal RST, das einer Gate-Elektrode zugeführt wird, in einen aktiven Zustand eintritt, tritt der Rücksetztransistor 723A in Reaktion auf den aktiven Zustand in einen leitenden Zustand ein und setzt ein Potential der FD 722A auf einen vorbestimmten Pegel (Stromversorgungsspannung VDD) zurück. Wenn das Ansteuersignal RST, das einer Gate-Elektrode zugeführt wird, in einen aktiven Zustand eintritt, tritt der Rücksetztransistor 723B in Reaktion auf den aktiven Zustand in einen leitenden Zustand ein und setzt ein Potential der FD 722B auf einen vorbestimmten Pegel (Stromversorgungsspannung VDD) zurück. Es wird darauf hingewiesen, dass dann, wenn die Rücksetztransistoren 723A und 723B in den aktiven Zustand eintreten, gleichzeitig die Übertragungstransistoren 721A und 721B in den aktiven Zustand eintreten.
  • In dem Verstärkungstransistor 724A ist eine Source-Elektrode mit einer vertikalen Signalleitung 29A über den Auswahltransistor 725A verbunden, und der Verstärkungstransistor 724A bildet eine Source-Folgerschaltung in Kombination mit einem Last-MOS einer Konstantstrom-Stromquellen-Schaltungseinheit 726A, die mit einem Ende der vertikalen Signalleitung 29A verbunden ist. In dem Verstärkungstransistor 724B ist eine Source-Elektrode mit einer vertikalen Signalleitung 29B über den Auswahltransistor 725B verbunden, und der Verstärkungstransistor 724B bildet eine Source-Folgerschaltung in Kombination mit einem Last-MOS einer Konstantstrom-Stromquellen-Schaltungseinheit 726B, die mit einem Ende der vertikalen Signalleitung 29B verbunden ist.
  • Der Auswahltransistor 725A ist zwischen der Source-Elektrode des Verstärkungstransistors 724A und der vertikalen Signalleitung 29A verbunden. Wenn ein Auswahlsignal SEL, das an eine Gate-Elektrode angelegt ist, in einen aktiven Zustand eintritt, tritt der Auswahltransistor 725A in Reaktion auf den aktiven Zustand in einen leitenden Zustand ein und gibt Pixelsignale, die von dem Verstärkungstransistor 724A ausgegeben werden, zu der vertikalen Signalleitung 29A aus.
  • Der Auswahltransistor 725B ist zwischen der Source-Elektrode des Verstärkungstransistors 724B und einer vertikalen Signalleitung 29B verbunden. Wenn das Auswahlsignal SEL, das an einer Gate-Elektrode zugeführt wird, in einen aktiven Zustand eintritt, tritt der Auswahltransistor 725B in Reaktion auf den aktiven Zustand in einen leitenden Zustand ein und gibt Pixelsignale, die von dem Verstärkungstransistor 724B ausgegeben werden, zu der vertikalen Signalleitung 29B aus.
  • Die Übertragungstransistoren 721A und 721B, die Rücksetztransistoren 723A und 723B, die Verstärkungstransistoren 724A und 724B und die Auswahltransistoren 725A und 725B des Pixels 51 werden beispielsweise durch die vertikale Ansteuereinheit 22 gesteuert.
  • <Konfigurationsbeispiel einer weiteren Ersatzschaltung des Pixels>
  • 32 stellt eine andere Ersatzschaltung des Pixels 51 dar.
  • In 32 wird das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben, der 31 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • In der Ersatzschaltung in 32 sind ein zusätzlicher Kondensator 727 und ein Schalttransistor 728, der die Verbindung des zusätzlichen Kondensators 727 steuert, zu beiden Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2 im Vergleich zu der Ersatzschaltung in 31 hinzugefügt.
  • Insbesondere ist der zusätzliche Kondensator 727A zwischen dem Übertragungstransistor 721A und der FD 722A über einen Schalttransistor 728A verbunden, und ein zusätzlicher Kondensator 727B ist zwischen dem Übertragungstransistor 721B und der FD 722B über einen Schalttransistor 728B verbunden.
  • Wenn ein Ansteuersignal FDG, das einer Gate-Elektrode zugeführt wird, in einen aktiven Zustand eintritt, tritt der Schalttransistor 728A in Reaktion auf den aktiven Zustand in einen leitenden Zustand ein und verbindet den zusätzlichen Kondensator 727A mit der FD 722A. Wenn das Ansteuersignal FDG, das einer Gate-Elektrode zugeführt wird, in einen aktiven Zustand eintritt, tritt der Schalttransistor 728B in Reaktion auf den aktiven Zustand in einen leitenden Zustand ein und verbindet den zusätzlichen Kondensator 727B mit der FD 722B.
  • Beispielsweise stellt in einem Zustand mit hoher Beleuchtungsstärke, in dem eine Lichtmenge des einfallenden Lichts groß ist, die vertikale Ansteuereinheit 22 die Schalttransistoren 728A und 728B auf den aktiven Zustand ein, um die FD 722A und den zusätzlichen Kondensator 727A miteinander zu verbinden und um die FD 722B und den zusätzlichen Kondensator 727B miteinander zu verbinden. Dementsprechend ist es möglich, relativ viele Ladungen in dem Zustand mit hoher Beleuchtungsstärke zu akkumulieren.
  • Anderseits stellt in einem Zustand mit geringer Beleuchtungsstärke, in der die Lichtmenge des einfallenden Lichts klein ist, die vertikale Ansteuereinheit 22 die Schalttransistoren 728A und 728B auf einen inaktiven Zustand ein, um die zusätzlichen Kondensatoren 727A und 727B von der FD 722A bzw. FD 722B zu trennen.
  • Wie in der Ersatzschaltung in 31 kann der zusätzliche Kondensator 727 weggelassen sein, wenn jedoch der zusätzliche Kondensator 727 vorgesehen ist und selektiv und auf geeignete Weise in Übereinstimmung mit einer einfallenden Lichtmenge verwendet wird, ist es möglich, einen hohen Dynamikbereich sicherzustellen.
  • <Anordnungsbeispiel der Spannungsversorgungsleitung>
  • Als Nächstes wird eine Beschreibung einer Anordnung von Spannungsversorgungsleitungen zum Anlegen der vorbestimmten Spannung MIXO oder MIX1 an die P+-Halbleitergebiete 73-1 und 73-2, die Spannungsanlegeeinheiten der Signalextraktionseinheit 65 des Pixels 51 sind, mit Bezug auf die 33A bis 35B gegeben. Die in den 33A und 33B und den 34A und 34B dargestellten Spannungsversorgungsleitungen 741 entsprechen den in 1 dargestellten Spannungsversorgungsleitungen 30.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass mit Bezug auf die 33A und 33B und die 34A und 34B eine Beschreibung durch Einsetzen einer in 9 dargestellten runden Konfiguration als eine Konfiguration der Signalextraktionseinheit 65 des Pixels gegeben wird, aber natürlich können auch andere Konfigurationen eingesetzt werden.
  • 33A ist eine Draufsicht, die ein erstes Anordnungsbeispiel der Spannungsversorgungsleitungen darstellt.
  • In dem ersten Anordnungsbeispiel ist in Bezug auf mehrere Pixel 51, die dreidimensional in einer Matrixform angeordnet sind, eine Spannungsversorgungsleitung 741-1 oder 741-2 zwischen zwei einander in einer horizontalen Richtung (an ihrer Grenze) benachbarten Pixeln entlang einer vertikalen Richtung verdrahtet.
  • Die Spannungsversorgungsleitung 741-1 ist mit dem P+-Halbleitergebiet 73-1 der Signalextraktionseinheit 65-1 auf einer Seite zwischen zwei der Signalextraktionseinheiten 65 in jedem der Pixel 51 verbunden. Die Spannungsversorgungsleitung 741-2 ist mit dem P+-Halbleitergebiet 73-2 der Signalextraktionseinheit 65-2 auf der anderen Seite zwischen zwei der Signalextraktionseinheiten 65 in dem Pixel 51 verbunden.
  • In dem ersten Anordnungsbeispiel sind zwei der Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 in Bezug auf zwei Pixelspalten angeordnet, und somit wird die Anzahl von Spannungsversorgungsleitungen 741, die in der Pixel-Array-Einheit 20 angeordnet sind, im Wesentlichen gleich der Anzahl von Spalten der Pixel 51.
  • 33B ist eine Draufsicht, die ein zweites Anordnungsbeispiel der Spannungsversorgungsleitungen darstellt.
  • In dem zweiten Anordnungsbeispiel sind in Bezug auf eine Pixelspalte der mehreren Pixel 51, die zweidimensional in einer Matrixform angeordnet sind, zwei Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 entlang der vertikalen Richtung verdrahtet.
  • Die Spannungsversorgungsleitung 741-1 ist mit dem P+-Halbleitergebiet 73-1 der Signalextraktionseinheit 65-1 auf einer Seite zwischen zwei der Signalextraktionseinheiten 65 in jedem der Pixel 51 verbunden. Die Spannungsversorgungsleitung 741-2 ist mit dem P+-Halbleitergebiet 73-2 der Signalextraktionseinheit 65-2 auf der anderen Seite zwischen zwei der Signalextraktionseinheiten 65 in dem Pixel 51 verbunden.
  • In dem zweiten Anordnungsbeispiel sind zwei der Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 in Bezug auf eine Pixelspalte verdrahtet, und somit sind vier der Spannungsversorgungsleitungen 741 in Bezug auf zwei Pixelspalten angeordnet. Dementsprechend wird die Anzahl von Spannungsversorgungsleitungen 741, die angeordnet sind, annähernd das Doppelte der Anzahl von Spalten der Pixel 51.
  • Jedes der Anordnungsbeispiele in den 33A und 33B ist eine periodische Anordnung. In der periodischen Anordnung ist die Konfiguration, in der die Spannungsversorgungsleitung 741-1 mit dem P+-Halbleitergebiet 73-1 der Signalextraktionseinheit 65-1 verbunden ist und die Spannungsversorgungsleitung 741-2 mit dem P+-Halbleitergebiet 73-2 verbunden ist, in Bezug auf die in einer vertikalen Richtung angeordneten Pixel periodisch wiederholt.
  • In dem in 33A dargestellten ersten Anordnungsbeispiel ist es möglich, die Anzahl der Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2, die in Bezug auf die Pixel-Array-Einheit 20 verdrahtet sind, zu reduzieren.
  • In dem in 33B dargestellten zweiten Anordnungsbeispiel nimmt die Anzahl verdrahteter Teile im Vergleich zu dem ersten Anordnungsbeispiel zu, jedoch wird die Anzahl von Signalextraktionseinheiten 65, die mit einer Spannungsversorgungsleitung 741 verbunden sind, halbiert, und somit ist es möglich, eine Last einer Zusammenschaltung zu reduzieren, und somit ist das zweite Anordnungsbeispiel für eine Hochgeschwindigkeitsansteuerung oder einen Fall, in dem eine Gesamtzahl von Pixeln in der Pixel-Array-Einheit 20 groß ist, effektiv.
  • 34A ist eine Draufsicht, die ein drittes Anordnungsbeispiel der Spannungsversorgungsleitungen darstellt.
  • Das dritte Anordnungsbeispiel ist ein Beispiel, in dem zwei Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 in Bezug auf zwei Pixelspalten angeordnet sind, wie in dem ersten Anordnungsbeispiel in 33A.
  • Das dritte Anordnungsbeispiel ist von dem ersten Anordnungsbeispiel in 33A darin verschieden, dass Verbindungsziele der Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2 zwischen zwei Pixeln, die in einer Vertikalen Richtung angeordnet sind, voneinander verschieden sind.
  • Insbesondere ist beispielsweise in dem Pixel 51 die Spannungsversorgungsleitung 741-1 mit dem P+-Halbleitergebiet 73-1 der Signalextraktionseinheit 65-1 verbunden, und die Spannungsversorgungsleitung 741-2 ist mit dem P+-Halbleitergebiet 73-2 der Signalextraktionseinheit 65-2 verbunden, in einem Pixel 51 auf einer Unterseite oder einer Oberseite des Pixels 51 ist jedoch die Spannungsversorgungsleitung 741-1 mit dem P+-Halbleitergebiet 73-2 der Signalextraktionseinheit 65-2 verbunden, und die Spannungsversorgungsleitung 741-2 ist mit dem P+-Halbleitergebiet 73-1 der Signalextraktionseinheit 65-1 verbunden.
  • 34B ist eine Draufsicht, die ein viertes Anordnungsbeispiel der Spannungsversorgungsleitungen darstellt.
  • Das vierte Anordnungsbeispiel ist ein Beispiel, in dem zwei der Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 in Bezug auf zwei Pixelspalten angeordnet sind, wie in dem zweiten Anordnungsbeispiel in 33B.
  • Das vierte Anordnungsbeispiel ist von dem zweiten Anordnungsbeispiel in 33B darin verschieden, dass Verbindungsziele der Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2 zwischen zwei Pixeln, die in einer Vertikalen Richtung angeordnet sind, voneinander verschieden sind.
  • Insbesondere ist beispielsweise in dem Pixel 51 die Spannungsversorgungsleitung 741-1 mit dem P+-Halbleitergebiet 73-1 der Signalextraktionseinheit 65-1 verbunden, und die Spannungsversorgungsleitung 741-2 ist mit dem P+-Halbleitergebiet 73-2 der Signalextraktionseinheit 65-2 verbunden, in einem Pixel 51 auf einer Unterseite oder einer Oberseite des Pixels 51 ist jedoch die Spannungsversorgungsleitung 741-1 mit dem P+-Halbleitergebiet 73-2 der Signalextraktionseinheit 65-2 verbunden, und die Spannungsversorgungsleitung 741-2 ist mit dem P+-Halbleitergebiet 73-1 der Signalextraktionseinheit 65-1 verbunden.
  • In dem in 34A dargestellten dritten Anordnungsbeispiel ist es möglich, die Anzahl der Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2, die in Bezug auf die Pixel-Array-Einheit 20 verdrahtet sind, zu reduzieren.
  • In dem in 34B dargestellten vierten Anordnungsbeispiel nimmt die Anzahl verdrahteter Teile im Vergleich zu dem dritten Anordnungsbeispiel zu, jedoch wird die Anzahl von Signalextraktionseinheiten 65, die mit einer Spannungsversorgungsleitung 741 verbunden sind, halbiert, und somit ist es möglich, eine Last einer Zusammenschaltung zu reduzieren, und somit ist das vierte Anordnungsbeispiel für eine Hochgeschwindigkeitsansteuerung oder einen Fall, in dem eine Gesamtzahl von Pixeln in der Pixel-Array-Einheit 20 groß ist, effektiv.
  • Jedes der Anordnungsbeispiele in den 34A und 34B ist eine Spiegelanordnung, in der Verbindungsziele in Bezug auf zwei einander in einer Richtung nach oben und nach unten (vertikalen Richtung) benachbarte Pixel spiegelverkehrt sind.
  • Wie in 35A dargestellt ist, werden in der periodischen Anordnung Spannungen, die an zwei der Signalextraktionseinheiten 65, die einander mit einer dazwischen eingeschobenen Pixelgrenze benachbart sind, angelegt werden, voneinander verschieden, und somit tritt Ladungsaustausch zwischen den benachbarten Pixeln auf. Dementsprechend ist die Ladungsübertragungseffizienz der Spiegelanordnung überlegen, aber Übersprecheigenschaften benachbarter Pixel sind der Spiegelanordnung unterlegen.
  • Andererseits sind, wie in 35A dargestellt ist, in der Spiegelanordnung Spannungen, die an zwei der Signalextraktionseinheiten 65, die einander mit einer dazwischen eingeschobenen Pixelgrenze benachbart sind, angelegt werden, einander gleich, und somit wird Ladungsaustausch zwischen den benachbarten Pixeln unterdrückt. Dementsprechend ist die Ladungsübertragungseffizienz der periodischen Anordnung unterlegen, aber die Übersprecheigenschaften der benachbarten Pixel sind der periodischen Anordnung überlegen.
  • <Querschnittskonfiguration mehrerer Pixel in der vierzehnten Ausführungsform>
  • In einer Querschnittskonfiguration von Pixeln wie in 2 dargestellt oder dergleichen ist die Darstellung der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht, die auf der Vorderseite entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 gebildet ist, weggelassen.
  • Nachstehend ist in Bezug auf verschiedene vorstehend beschriebene Ausführungsformen eine Querschnittsansicht mehrerer einander benachbarter Pixel in einem Zustand, in dem die mehrschichtige Zusammenschaltungsschicht nicht weggelassen ist, dargestellt.
  • Zuerst ist eine Querschnittsansicht mehrerer Pixel in der vierzehnten Ausführungsform, die in 28 dargestellt ist, in 36 und 37 dargestellt.
  • Die in 28 dargestellte vierzehnte Ausführungsform bezieht sich auf eine Konfiguration von Pixeln, die das großflächige Reflexionselement 631 auf einer Seite entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 enthalten.
  • 36 entspricht einer Querschnittsansicht, genommen entlang der Linie B-B' in 11, und 37 entspricht einer Querschnittsansicht, genommen entlang der Linie A-A'. Zusätzlich kann eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie C-C' in 17 genommen ist, wie 36 gezeigt sein.
  • Wie in 36 dargestellt ist, ist in dem Pixel 51 der Oxidfilm 64 an einem mittleren Abschnitt gebildet, und die Signalextraktionseinheit 65-1 bzw. die Signalextraktionseinheit 65-2 sind auf beiden Seiten des Oxidfilms 64 gebildet.
  • In der Signalextraktionseinheit 65-1 sind in einem Zustand, in dem das P+-Halbleitergebiet 73-1 und das P--Halbleitergebiet 74-1 als die Mitte eingestellt sind, das N+-Halbleitergebiet 71-1 und das N--Halbleitergebiet 72-1 so gebildet, dass sie die Peripherie des P+-Halbleitergebiets 73-1 und des P--Halbleitergebiets 74-1 umgeben. Das P+-Halbleitergebiet 73-1 und das N+-Halbleitergebiet 71-1 sind mit einer mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 in Kontakt. Das P--Halbleitergebiet 74-1 ist auf einer aufwärts gelegenen Seite (auf der Seite der On-Chip-Linse 62) des P+-Halbleitergebiets 73-1 angeordnet, um das P+-Halbleitergebiet 73-1 zu bedecken, und das N--Halbleitergebiet 72-1 ist auf einer aufwärts gelegenen Seite (auf der Seite der On-Chip-Linse 62) des N+-Halbleitergebiets 71-1 angeordnet, um das N+-Halbleitergebiet 71-1 zu bedecken. Mit anderen Worten sind das P+-Halbleitergebiet 73-1 und das N+-Halbleitergebiet 71-1 auf der Seite der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 im Inneren des Substrats 61 gebildet, und das N--Halbleitergebiet 72-1 und das P--Halbleitergebiet 74-1 sind auf der Seite der On-Chip-Linse 62 im Inneren des Substrats 61 gebildet. Zusätzlich ist der Isolationsabschnitt 75-1, der das N+-Halbleitergebiet 71-1 und das P+-Halbleitergebiet 73-1 voneinander isoliert, zwischen den Gebieten mit einem Oxidfilm oder dergleichen gebildet.
  • In der Signalextraktionseinheit 65-2 sind in einem Zustand, in dem das P+-Halbleitergebiet 73-2 und das P--Halbleitergebiet 74-2 als die Mitte eingestellt sind, das N+-Halbleitergebiet 71-2 und das N--Halbleitergebiet 72-2 so gebildet, dass sie die Peripherie des P+-Halbleitergebiets 73-2 und des P--Halbleitergebiets 74-2 umgeben. Das P+-Halbleitergebiet 73-2 und das N+-Halbleitergebiet 71-2 sind in Kontakt mit der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811. Das P--Halbleitergebiet 74-2 ist auf einer aufwärts gelegenen Seite (auf der Seite der On-Chip-Linse 62) des P+-Halbleitergebiets 73-2 gebildet, um das P+-Halbleitergebiet 73-2 zu bedecken, und das N--Halbleitergebiet 72-2 ist auf einer aufwärts gelegenen Seite (auf der Seite der On-Chip-Linse 62) des N+-Halbleitergebiets 71-2 gebildet, um das N+-Halbleitergebiet 71-2 zu bedecken. Mit anderen Worten sind das P+-Halbleitergebiet 73-2 und das N+-Halbleitergebiet 71-2 auf der Seite der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 im Inneren des Substrats 61 gebildet, und das N--Halbleitergebiet 72-2 und das P--Halbleitergebiet 74-2 sind auf der Seite der On-Chip-Linse 62 im Inneren des Substrats 61 gebildet. Zusätzlich ist der Isolationsabschnitt 75-2, der das N+-Halbleitergebiet 71-2 und das P+-Halbleitergebiet 73-2 voneinander isoliert, ebenfalls zwischen den Gebieten mit einem Oxidfilm oder dergleichen gebildet.
  • Der Oxidfilm 64 ist auch in einem Grenzgebiet zwischen benachbarten Pixeln 51, das heißt zwischen dem N+-Halbleitergebiet 71-1 der Signalextraktionseinheit 65-1 eines vorbestimmten Pixels 51 und dem N+-Halbleitergebiet 71-2 der Signalextraktionseinheit 65-2 eines dem vorbestimmten Pixel 51 benachbarten Pixel 51, gebildet.
  • Der Film 66 mit fester Ladung ist an einer Grenzfläche auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 (Oberseite in 36 und 37) gebildet.
  • Wie in 36 dargestellt ist, wird dann, wenn die für jedes Pixel auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 gebildeten On-Chip-Linse 62 in einen ansteigenden Abschnitt 821, dessen Dicke über die gesamte Oberfläche eines Gebiets innerhalb eines Pixels gleichmäßig ansteigt, und einen gekrümmten Oberflächenabschnitt 822, dessen Dicke abhängig von einer Position innerhalb des Pixels in einer Höhenrichtung abhängig ist, unterteilt wird, ist die Dicke des ansteigenden Abschnitts 821 kleiner eingestellt als die Dicke des gekrümmten Oberflächenabschnitts 822. Je größer die Dicke des ansteigenden Abschnitts 821 ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass schräg einfallendes Licht durch den Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63 reflektiert wird. Dementsprechend ist es, wenn die Dicke des ansteigenden Abschnitts 821 kleiner eingestellt ist, möglich, das schräg einfallende Licht in dem Substrat 61 zu empfangen. Zusätzlich wird einfallendes Licht umso weiter zu der Mitte eines Pixels gesammelt, je größer die Dicke des gekrümmten Oberflächenabschnitts 822 ist.
  • Die mehrschichtige Zusammenschaltungsschicht 811 ist auf einer Seite entgegengesetzt der Seite der Lichteinfallsoberfläche 61, in der die On-Chip-Linse 62 für jedes Pixel gebildet ist, gebildet. Mit anderen Worten ist das Substrat 61, das eine Halbleiterschicht ist, zwischen der On-Chip-Linse 62 und der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 angeordnet. Die mehrschichtige Zusammenschaltungsschicht 811 enthält fünf Schichten aus Metallfilmen M1 bis M5, und ein Zwischenschichtisolationsfilm 812 ist zwischen den Metallfilmen angeordnet. Es wird darauf hingewiesen, dass in 5 unter den fünf Schichten der Metallfilme M1 bis M5 der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 der Metallfilm M5 auf der äußersten Seite an einem Ort existiert, an dem der Metallfilm M5 nicht zu sehen ist, und somit ist der Metallfilm M5 in der Querschnittsansicht von 36 nicht dargestellt. Der Metallfilm M5 ist jedoch in einer Querschnittsansicht von 37, die eine Querschnittsansicht gesehen aus einer Richtung ist, die von einer Richtung in 36 verschieden ist, dargestellt.
  • Wie in 37 dargestellt ist, ist ein Pixeltransistor Tr in einem Pixelgrenzgebiet eines Grenzflächenabschnitts zwischen der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 und dem Substrat 61 gebildet. Der Pixeltransistor Tr ist irgendeiner aus dem Übertragungstransistor 721, dem Rücksetztransistor 723, dem Verstärkungstransistor 724 und dem Auswahltransistor 725, die in 31 und 32 dargestellt sind.
  • Eine Stromversorgungsleitung 813, die eine Stromversorgungsspannung zuführt, eine Spannungsanlegungszusammenschaltung 814, die eine vorbestimmte Spannung dem P+-Halbleitergebiet 73-1 oder 73-2 zuführt, und ein Reflexionselement 815, das ein Element ist, das einfallendes Licht reflektiert, sind in dem Metallfilm M1, der dem Substrat 61 unter den fünf Schichten aus Metallfilmen M1 bis M5 der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 am nächsten ist, enthalten. In dem Metallfilm M1, der in 36 dargestellt ist, wird eine Zusammenschaltung, die nicht die Stromversorgungsleitung 813 und die Spannungsanlegungszusammenschaltung 814 ist, zu dem Reflexionselement 815, ein Teilbezugszeichen ist jedoch weggelassen, um die Verkomplizierung der Zeichnung zu vermeiden. Das Reflexionselement 815 ist eine Scheinzusammenschaltung, die vorgesehen ist, um einfallendes Licht zu reflektieren, und entspricht dem in 28 dargestellten Reflexionselement 631. Das Reflexionselement 815 ist auf einer nach unten gerichteten Seite der N+-Halbleitergebiete 71-1 und 71-2 angeordnet, um in einer Draufsicht mit den N+-Halbleitergebieten 71-1 und 71-2, die Ladungsdetektionseinheiten sind, zu überlappen. Es wird darauf hingewiesen, dass in einem Fall, in dem das Lichtabschirmungselement 631' der fünfzehnten Ausführungsform anstelle des Reflexionselements 631 der vierzehnten Ausführungsform, die in 28 dargestellt ist, vorgesehen ist, ein Abschnitt des Reflexionselements 815 in 36 zu dem Lichtabschirmungsabschnitt 631' wird.
  • Zusätzlich ist in dem Metallfilm M1 eine Ladungsextraktionszusammenschaltung (in 36 nicht dargestellt), die das N+-Halbleitergebiet 71 und den Übertragungstransistor 721 verbindet, gebildet, um Ladungen, die in dem N+-Halbleitergebiet 71 akkumuliert sind, zu der FD 722 zu übertragen.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in dem Beispiel das Reflexionselement 815 (Reflexionselement 631) und die Ladungsextraktionszusammenschaltung so eingestellt sind, dass sie in derselben Schicht des Metallfilms M1 angeordnet sind, es jedoch keine Einschränkung auf die Anordnung in derselben Schicht gibt.
  • In dem Metallfilm M2, der eine zweite Schicht von der Seite des Substrats 61 ist, sind beispielsweise eine Spannungsanlegungszusammenschaltung 816, die mit der Spannungsanlegungszusammenschaltung 814 des Metallfilms M1 verbunden ist, eine Steuerleitung 817, die das Ansteuersignal TRG, das Ansteuersignal RST, das Auswahlsignal SEL, das Ansteuersignal FDG und dergleichen überträgt, eine Masseleitung und dergleichen gebildet. Zusätzlich sind die FD 722B und der zusätzliche Kondensator 727A in dem Metallfilm M2 gebildet.
  • In dem Metallfilm M3, der eine dritte Schicht von der Seite des Substrats 61 ist, sind beispielsweise die vertikale Signalleitung 29, eine VSS-Zusammenschaltung zur Abschirmung und dergleichen gebildet.
  • In dem Metallfilm M4 und dem Metallfilm M5, die die vierte und die fünfte Schicht von der Seite des Substrats 61 sind, sind beispielsweise die Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 (33A und 33B und 34A und 34B), die eine vorbestimmte Spannung MIXO oder MIX1 an die P+-Halbleitergebiete 73-1 und 73-2, die Spannungsversorgungsleitungen der Signalextraktionseinheit 65 sind, anlegen, gebildet.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass eine ebene Anordnung der fünf Schichten der Metallfilme M1 bis M5 der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 später mit Bezug auf 42 und 43 beschrieben wird.
  • <Querschnittskonfiguration mehrerer Pixel der neunten Ausführungsform>
  • 38 ist eine Querschnittsansicht, die eine Pixelstruktur der neunten Ausführungsform, die in 22 dargestellt ist, in Bezug auf mehrere Pixel in einem Aspekt, in dem die mehrschichtige Zusammenschaltungsschicht nicht weggelassen ist, darstellt.
  • Die in 22 dargestellte neunte Ausführungsform ist eine Pixelkonfiguration, die das Isolationsgebiet 441 enthält, das durch Bilden einer langgestreckten Rille (Graben) bis zu einer vorbestimmten Tiefe von der Seite der rückseitigen Oberfläche (Lichteinfallsoberfläche) des Substrats 61 an einem Pixelgrenzabschnitt innerhalb des Substrats 61 und durch Einbetten eines Lichtabschirmungsfilms in die Rille erhalten wird.
  • Die anderen Konfigurationen, die die Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2, die fünf Schichten der Metallfilme M1 bis M5 der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 und dergleichen enthalten, sind ähnlich den in 36 dargestellten Konfigurationen.
  • <Querschnittskonfiguration mehrerer Pixel des Modifikationsbeispiels 1 der neunten Ausführungsform>
  • 39 ist eine Querschnittsansicht, die eine Pixelstruktur des Modifikationsbeispiels 1 der neunten Ausführungsform, die in 23 dargestellt ist, in Bezug auf mehrere Pixel in einem Aspekt, in dem die mehrschichtige Zusammenschaltungsschicht nicht weggelassen ist, darstellt.
  • Das Modifikationsbeispiel 1 der neunten Ausführungsform, die in 23 dargestellt ist, ist eine Pixelkonfiguration, die das Isolationsgebiet 471, das das gesamte Substrat 61 an einem Pixelgrenzabschnitt innerhalb des Substrats 61 durchdringt, enthält.
  • Die anderen Konfigurationen, die die Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2, die fünf Schichten der Metallfilme M1 bis M5 der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 und dergleichen enthalten, sind ähnlich den in 36 dargestellten Konfigurationen.
  • <Querschnittskonfiguration mehrerer Pixel der sechzehnten Ausführungsform>
  • 40 ist eine Querschnittsansicht, die eine Pixelstruktur der sechzehnten Ausführungsform, die in 29 dargestellt ist, in Bezug auf mehrere Pixel in einem Aspekt, in dem die mehrschichtige Zusammenschaltungsschicht nicht weggelassen ist, darstellt.
  • Die in 29 dargestellte sechzehnte Ausführungsform ist eine Konfiguration, die das P-Wannengebiet 671 an dem mittleren Abschnitt auf einer Oberflächenseite entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche im Inneren des Substrats 61, das heißt auf einer Innenseite der unteren Oberfläche in der Zeichnung, enthält. Zusätzlich ist der Trennungsabschnitt 672-1 zwischen dem P-Wannengebiet 671 und dem N+-Halbleitergebiet 71-1 mit einem Oxidfilm oder dergleichen gebildet. Ähnlich ist der Trennungsabschnitt 672-2 zwischen dem P-Wannengebiet 671 und dem N+-Halbleitergebiet 71-2 mit einem Oxidfilm oder dergleichen gebildet. Das P-Wannengebiet 671 ist auch an einem Pixelgrenzabschnitt an einer Unterseite des Substrats 61 gebildet.
  • Die anderen Konfigurationen, die die Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2, die fünf Schichten der Metallfilme M1 bis M5 der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 und dergleichen enthalten, sind ähnlich den in 36 dargestellten Konfigurationen.
  • <Querschnittskonfiguration mehrerer Pixel der zehnten Ausführungsform>
  • 41 ist eine Querschnittsansicht, die eine Pixelstruktur der zehnten Ausführungsform, die in 24 dargestellt ist, in Bezug auf mehrere Pixel in einem Aspekt, in dem die mehrschichtige Zusammenschaltungsschicht nicht weggelassen ist, darstellt.
  • Die in 24 dargestellte zehnte Ausführungsform ist eine Pixelkonfiguration, in der das Substrat 501, dessen Substratdicke größer ist, anstelle des Substrats 61 vorgesehen ist.
  • Die anderen Konfigurationen, die die Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2, die fünf Schichten der Metallfilme M1 bis M5 der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 und dergleichen enthalten, sind ähnlich den in 36 dargestellten Konfigurationen.
  • <Beispiel für die ebene Anordnung von fünf Schichten der Metallfilme M1 bis M5>
  • Als Nächstes wird eine Beschreibung eines Beispiels für die ebene Anordnung der fünf Schichten von Metallfilmen M1 bis M5 der in 36 bis 41 dargestellten mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 mit Bezug auf die 42A bis 42C und die 43A und 43B gegeben.
  • 42A stellt ein Beispiel für die ebene Anordnung des Metallfilms M1 der ersten Schicht unter den fünf Schichten aus Metallfilmen M1 bis M5 der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 dar.
  • 42B stellt ein Beispiel für die ebene Anordnung des Metallfilms M2 der zweiten Schicht unter den fünf Schichten aus Metallfilmen M1 bis M5 der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 dar.
  • 42C stellt ein Beispiel für die ebene Anordnung des Metallfilms M3 der dritten Schicht unter den fünf Schichten aus Metallfilmen M1 bis M5 der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 dar.
  • 43A stellt ein Beispiel für die ebene Anordnung des Metallfilms M4 der vierten Schicht unter den fünf Schichten aus Metallfilmen M1 bis M5 der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 dar.
  • 43B stellt ein Beispiel für die ebene Anordnung des Metallfilms M5 der fünften Schicht unter den fünf Schichten aus Metallfilmen M1 bis M5 der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 dar.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass ein Gebiet des Pixels 51 in den 42A bis 42C und den 43A und 43B und ein Gebiet der Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2, die die achteckige Form aufweisen, die in 11 dargestellt ist, durch eine gestrichelte Linie angegeben sind.
  • In den 42A bis 42C und den 42A und 43B ist eine vertikale Richtung in der Zeichnung eine vertikale Richtung der Pixel-Array-Einheit 20, und eine horizontale Richtung in der Zeichnung ist eine horizontale Richtung der Pixel-Array-Einheit 20.
  • In dem Metallfilm M1 der ersten Schicht der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811, wie sie in 42A dargestellt ist, ist das Reflexionselement 631, das Infrarotlicht reflektiert, gebildet. In einem Gebiet des Pixels 51 sind zwei Lagen des Reflexionselements 631 in Bezug auf jede der Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2 gebildet, und die zwei Lagen des Reflexionselements 631 der Signalextraktionseinheit 65-1 und die zwei Lagen des Reflexionselements 631 der Signalextraktionseinheit 65-2 sind in der vertikalen Richtung symmetrisch gebildet.
  • Zusätzlich ist in der horizontalen Richtung ein Pixeltransistorzusammenschaltungsgebiet 831 zwischen den Reflexionselementen 631 benachbarter Pixel 51 angeordnet. In dem Pixeltransistorzusammenschaltungsgebiet 831 ist eine Zusammenschaltung gebildet, die die Pixeltransistoren Tr des Übertragungstransistors 721, des Rücksetztransistors 723, des Verstärkungstransistors 724 oder des Auswahltransistors 725 verbindet. Die Zusammenschaltungen für den Pixeltransistor Tr sind symmetrisch in der vertikalen Richtung auf der Basis einer Zwischenleitung (nicht dargestellt) von zwei der Signalextraktionseinheit 65-1 und 65-2 gebildet.
  • Zusätzlich sind Zusammenschaltungen wie z. B. eine Masseleitung 832, eine Stromversorgungsleitung 833 und eine Masseleitung 834 zwischen den Reflexionselementen 631 benachbarter Pixel 51 gebildet. Die Zusammenschaltungen sind symmetrisch in der vertikalen Richtung auf der Basis einer Mittellinie der zwei der Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2 gebildet.
  • Wie vorstehend beschrieben ist in dem Metallfilm M1 der ersten Schicht, da ein Gebiet auf der Seite der Signalextraktionseinheit 65-1 und ein Gebiet auf der Seite der Signalextraktionseinheit 65-2 im Inneren des Pixels symmetrisch angeordnet sind, eine Zusammenschaltungslast gleichmäßig zwischen den Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2 angepasst. Dementsprechend ist eine Ansteuerungsvariation der Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2 reduziert.
  • In dem Metallfilm M1 der ersten Schicht wird, da das großflächige Reflexionselement 631 auf einer unteren Seite der in dem Substrat gebildeten der Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2 gebildet ist, Infrarotlicht, das über die On-Chip-Linse 62 in das Substrat 61 einfällt und durch das Substrat 61 durchgelassen wird, ohne in dem Substrat 61 photoelektrisch umgesetzt zu werden, durch das Reflexionselement 631 reflektiert und veranlasst, wieder in das Substrat 61 einzufallen. Dementsprechend ist es möglich, die Menge des Infrarotlichts, das im Inneren des Substrats 61 photoelektrisch umgesetzt wird, zu erhöhen, und somit ist es möglich, die Quantenausbeute (QE), das heißt die Empfindlichkeit des Pixels 51 in Bezug auf Infrarotlicht, zu verbessern.
  • Andererseits ist es in dem Metallfilm M1 der ersten Schicht in einem Fall, in dem das Lichtabschirmungselement 631' in demselben Gebiet wie das Reflexionselement 631 anstelle des Reflexionselements 631 angeordnet ist, möglich zu unterdrücken, dass Infrarotlicht, das in das Substrat 61 von der Lichteinfallsoberfläche über die On-Chip-Linse 62 einfällt und durch das Substrat 62 durchgelassen wird, ohne im Inneren des Substrats 62 photoelektrisch umgesetzt zu werden, in der Zusammenschaltungsschicht gestreut wird und auf nahegelegene Pixel einfällt. Dementsprechend ist es möglich zu verhindern, dass Licht fälschlicherweise in nahegelegenen Pixeln detektiert wird.
  • In dem Metallfilm M2 der zweiten Schicht der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811, wie sie in 42B dargestellt ist, ist ein Steuerleitungsgebiet 851, in dem die Steuerleitungen 841 bis 844, die ein vorbestimmtes Signal in einer horizontalen Richtung übertragen, und dergleichen gebildet sind, an einer Position zwischen den Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2 angeordnet. Beispielsweise sind die Steuerleitungen 841 bis 844 Leitungen, die das Ansteuersignal TRG, das Ansteuersignal RST, das Auswahlsignal SEL oder das Ansteuersignal RDG übertragen.
  • Wenn das Steuerleitungsgebiet 851 zwischen zwei der Signalextraktionseinheiten 65 angeordnet ist, wird ein Einfluss auf jede der Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2 gleich, und somit ist es möglich, eine Ansteuervariation zwischen den Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2 zu reduzieren.
  • Zusätzlich ist ein Kondensatorgebiet 852, in dem die FD 722B oder der zusätzliche Kondensator 727A gebildet ist, in einem vorbestimmten Gebiet, das nicht das Steuerleitungsgebiet 851 des Metallfilms M2 der zweiten Schicht ist, gebildet. In dem Kondensatorgebiet 852 ist der Metallfilm 1M2 strukturiert und in einer Kammzahnform gebildet, um die FD 722B oder den zusätzlichen Kondensator 727A zu konstruieren.
  • Wenn die FD 722B oder der zusätzliche Kondensator 727A in dem Metallfilm M2 der zweiten Schicht angeordnet ist, ist es möglich, eine Struktur der FD 722B oder des zusätzlichen Kondensators 727A in Übereinstimmung mit einer gewünschten Zusammenschaltungskapazität in der Konstruktion frei anzuordnen, und somit ist es möglich, den Freiheitsgrad der Konstruktion zu verbessern.
  • In dem Metallfilm M3 der dritten Schicht der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811, wie in 42C dargestellt, ist wenigstens eine vertikale Signalleitung 29, die ein Pixelsignal, das von jedem Pixel 51 ausgegeben wird, zu der Spaltenverarbeitungseinheit 23 überträgt, gebildet. Drei oder mehr der vertikalem Signalleitungen 29 können in Bezug auf eine Pixelspalte angeordnet sein, um eine Auslesegeschwindigkeit der Pixelsignale zu verbessern. Zusätzlich kann zusätzlich zu der vertikalen Signalleitung 29 eine Abschirmungszusammenschaltung angeordnet sein, um die Kopplungskapazität zu reduzieren.
  • In dem Metallfilm M4 der vierten Schicht und dem Metallfilm M5 der fünften Schicht der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 sind die Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2, die die vorbestimmte Spannung MIXO oder MIX1 an die P+-Halbleitergebiete 73-1 und 73-2 der Signalextraktionseinheit 65 in dem Pixel 51 anlegen, gebildet.
  • Der Metallfilm M4 und der Metallfilm M5, die in den 43A und 43B dargestellt sind, repräsentieren ein Beispiel in dem Fall des Einsetzens der Spannungsversorgungsleitung 741 in dem in 33A dargestellten ersten Anordnungsbeispiel.
  • Die Spannungsversorgungsleitung 741-1 des Metallfilms M4 ist mit der Spannungsanlegungszusammenschaltung 814 (beispielsweise 36) des Metallfilms M1 über die Metallfilme M3 und M2 verbunden, und die Spannungsanlegungszusammenschaltung 814 ist mit dem P+-Halbleitergebiet 73-1 der Signalextraktionseinheit 65-1 des Pixels 51 verbunden. Ähnlich ist die Spannungsversorgungsleitung 741-2 des Metallfilms M4 mit der Spannungsanlegungszusammenschaltung 814 (beispielsweise 36) des Metallfilms M1 über die Metallfilme M3 und M2 verbunden, und die Spannungsanlegungszusammenschaltung 814 ist mit dem P+-Halbleitergebiet 73-2 der Signalextraktionseinheit 65-2 des Pixels 51 verbunden.
  • Die Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 des Metallfilms M5 sind mit der Abzweigungsansteuereinheit 21 an der Peripherie der Pixel-Array-Einheit 20 verbunden. Die Spannungsversorgungsleitung 741-1 des Metallfilms M4 und die Spannungsversorgungsleitung 741-1 des Metallfilms M5 sind miteinander über eine Durchkontaktierung (nicht dargestellt) oder dergleichen an einer vorbestimmten Position in einem ebenen Gebiet, an dem beide Metallfilme existieren, verbunden. Die vorbestimmte Spannung MIXO oder MIX1 aus der Abzweigungsansteuereinheit 21 wird den Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 des Metallfilms M4 zugeführt, nachdem sie über die Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 des Metallfilms M5 übertragen worden sind, und werden von den Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 der Spannungsanlegungszusammenschaltung 814 des Metallfilms M1 über die Metallfilme M3 und M2 zugeführt.
  • Wenn das Lichtempfangselement 1 als der CAPD-Sensor vom rückseitig beleuchteten Typ eingestellt ist, beispielsweise wie in 43A und 43B dargestellt ist, ist es beispielsweise möglich, die Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 zum Anlegen der vorbestimmten Spannung MIXO oder MIX1 mit der Signalextraktionseinheit 65 des Pixels 51 in der vertikalen Richtung zu verdrahten, das heißt, es ist möglich, eine Verdrahtungsbreite und ein Layout der Ansteuerungszusammenschaltungen frei zu konstruieren. Zusätzlich ist es möglich, eine Verdrahtung, die für eine Hochgeschwindigkeitsansteuerung geeignet ist, oder eine Verdrahtung unter Berücksichtigung der Lastreduktion zu realisieren.
  • <Beispiel für die ebene Anordnung eines Pixeltransistors>
  • Die 44A bis 44 sind Draufsichten, die eine überlappende Struktur zwischen dem Metallfilm M1 der ersten Schicht, der in 42A dargestellt ist, und einer Polysiliziumschicht, die auf dem Metallfilm M1 gebildet ist und in der eine Gate-Elektrode des Pixeltransistors Tr und dergleichen gebildet sind, darstellen.
  • 44A ist eine Draufsicht, die durch Überlappen des Metallfilms M1 in 44C und der Polysiliziumschicht in 44B erhalten wird, 44B ist eine Draufsicht nur der Polysiliziumschicht, und 44C ist eine Draufsicht nur des Metallfilms M1. Die Draufsicht des Metallfilms M1 in 44C ist gleich der in 42A dargestellten Draufsicht, aber die Schraffur ist weggelassen.
  • Wie vorstehend mit Bezug auf 42A beschrieben, ist das Pixeltransistorzusammenschaltungsgebiet 831 zwischen den Reflexionselementen 631 der entsprechenden Pixel gebildet.
  • Der Pixeltransistor Tr, der jeder der Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2 entspricht, ist in dem Pixeltransistorzusammenschaltungsgebiet 831 gebildet, beispielsweise wie in 44B dargestellt.
  • In 44B sind auf der Basis einer Zwischenleitung (nicht dargestellt) von zwei der Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2 die Gate-Elektroden der Rücksetztransistoren 723A und 723B, der Übertragungstransistoren 721A und 721B, der Schalttransistoren 728A und 728B, der Auswahltransistoren 725A und 725B und der Verstärkungstransistoren 724A und 724B in dieser Reihenfolge ab einer Seite näher der Zwischenleitung gebildet.
  • Die Zusammenschaltung, die die Pixeltransistoren Tr des Metallfilms M1, der in 44C dargestellt ist, verbinden, sind symmetrisch in der vertikalen Richtung auf der Basis der Zwischenleitung (nicht dargestellt) der zwei der Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2 gebildet.
  • Wie vorstehend beschrieben sind mehrere Pixeltransistoren Tr innerhalb des Pixeltransistorzusammenschaltungsgebiets 831 in einem Gebiet auf der Seite der Signalextraktionseinheit 65-1 und einem Gebiet auf der Seite der Signalextraktionseinheit 65-2 auf symmetrische Weise angeordnet. Dementsprechend ist es möglich, eine Ansteuerungsvariation der Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2 zu reduzieren.
  • <Modifikationsbeispiel des Reflexionselements 631>
  • Als Nächstes wird ein Modifikationsbeispiel des Reflexionselements 631, das in dem Metallfilm M1 gebildet ist, mit Bezug auf die 45A bis 45C und die 46A und 46B beschrieben.
  • In dem vorstehend beschriebenen Beispiel ist, wie in 42A dargestellt ist, das großflächige Reflexionselement 631 in einem Gebiet an der Peripherie der Signalextraktionseinheit 65 innerhalb des Pixels 51 angeordnet.
  • Im Gegensatz dazu kann beispielsweise, wie in 45A dargestellt ist, das Reflexionselement 631 einer gitterförmigen Struktur angeordnet sein. Auf diese Weise ist es, wenn das Reflexionselement 631 in der gitterförmigen Struktur gebildet ist, möglich, eine Strukturanisotropie zu entfernen, und es ist möglich, die XY-Anisotropie der Reflexionsfähigkeit zu reduzieren. Mit anderen Worten ist, wenn das Reflexionselement 631 in der gitterförmigen Struktur gebildet ist, die Reflexion des einfallenden Lichts auf ein verzerrtes Teilgebiet reduziert, und es ist wahrscheinlich, dass einfallendes Licht gleichmäßig reflektiert wird. Dementsprechend ist die Genauigkeit der Abstandsmessung verbessert.
  • Alternativ kann beispielsweise, wie in 45B dargestellt ist, das Reflexionselement 631 in einer streifenförmigen Struktur angeordnet sein. Auf diese Weise kann, wenn das Reflexionselement 631 in der streifenförmigen Struktur gebildet ist, die Struktur des Reflexionselements 631 als ein Zusammenschaltungskondensator verwendet werden, und somit ist es möglich, eine Konfiguration zu realisieren, in der ein Dynamikbereich auf ein Maximum erweitert ist.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass 45B ein Beispiel einer vertikalen Streifenform darstellt, es ist jedoch auch eine horizontale Streifenform möglich.
  • Alternativ kann beispielsweise, wie in 45C dargestellt ist, das Reflexionselement 631 nur in einem Pixelmittelgebiet, insbesondere nur zwischen den zwei der Signalextraktionseinheiten 65, angeordnet sein. Auf diese Weise ist es, wenn das Reflexionselement 631 in dem Pixelmittelgebiet gebildet ist und nicht an einem Pixelende gebildet ist, möglich, Komponenten, die in einem Fall, in dem schräges Licht einfällt, zu benachbarten Pixeln reflektiert werden, zu unterdrücken, während ein Empfindlichkeitsverbesserungseffekt aufgrund des Reflexionselements 631 in Bezug auf das Pixelmittelgebiet erhalten wird, und somit ist es möglich, eine Konfiguration zu realisieren, in der die Unterdrückung von Übersprechen im Vordergrund steht.
  • Zusätzlich kann, beispielsweise wie in 46A dargestellt ist, wenn ein Teil des Reflexionselements 631 in einer Kammzahnform strukturell angeordnet ist, ein Teil des Metallfilms M1 der Zusammenschaltungskapazität der FD722 oder des zusätzlichen Kondensators 727 zugewiesen sein. In 46A bilden Kammzahlformen innerhalb der Gebiete 861 bis 864, die durch eine durchgezogene Linie umgeben sind, wenigstens einen Teil der FD 722 oder des zusätzlichen Kondensators 727. Die FD 722 oder der zusätzliche Kondensator 727 können so angeordnet sein, dass sie auf geeignete Weise auf den Metallfilm M1 und den Metallfilm M2 verteilt sind. Eine Struktur des Metallfilms M1 kann für das Reflexionselement 631 und die Kapazität der FD 722 oder des zusätzlichen Kondensators 727 mit einer Schürze angeordnet sein.
  • 46B stellt eine Struktur des Metallfilms M1 in einem Fall dar, in dem das Reflexionselement 631 nicht angeordnet ist. Es ist wünschenswert, das Reflexionselement 631 anzuordnen, um die Menge des Infrarotlichts, das im Inneren des Substrats 61 photoelektrisch umgesetzt wird, zu erhöhen und die Empfindlichkeit des Pixels 51 zu verbessern, es ist jedoch auch möglich, eine Konfiguration einzusetzen, in der das Reflexionselement 631 nicht angeordnet ist.
  • Das Anordnungsbeispiel des Reflexionselements 631, das in 45A bis 45C und 46A und 46B dargestellt ist, ist auch für das Lichtabschirmungselement 631' auf ähnliche Weise anwendbar.
  • <Substratkonfigurationsbeispiel des Lichtempfangselements>
  • Das Lichtempfangselement 1 in 1 kann eine Substratkonfiguration in irgendeiner der 47A bis 47C einsetzen.
  • 47A stellt ein Beispiel dar, in dem das Lichtempfangselement 1 aus einer Lage des Halbleitersubstrats 911 und einem Unterlagesubstrat 912, das sich an einer Unterseite des Halbleitersubstrats 911 befindet, gebildet ist.
  • In diesem Fall sind ein Pixel-Array-Gebiet 951, das der Pixel-Array-Einheit 20 entspricht, eine Steuerschaltung 952, die die jeweiligen Pixel des Pixel-Array-Gebiets 951 steuert, und eine Logikschaltung 953, die eine Signalverarbeitungsschaltung, die Pixelsignale verarbeitet, enthält, in dem Halbleitersubstrat 911 auf einer oberen Seite gebildet.
  • Die Abzweigungsansteuereinheit 21, die vertikale Ansteuereinheit 22, die horizontale Ansteuereinheit 24 und dergleichen sind in der Steuerschaltung 952 enthalten. Die Spaltenverarbeitungseinheit 23, die AD-Umsetzungsverarbeitung der Pixelsignale ausführt, und die Signalverarbeitungseinheit 31, die Abstandsberechnungsverarbeitung zum Berechnen eines Abstands aus einem Verhältnis der Pixelsignale, die aus zwei oder mehr der Signalverarbeitungseinheiten 65 innerhalb eines Pixels erfasst werden, Kalibrierungsverarbeitung und dergleichen ausführt, sind in der Logikschaltung 953 enthalten.
  • Alternativ kann, wie in 47B dargestellt ist, das Lichtempfangselement 1 auf eine Konfiguration eingestellt sein, in der ein erstes Halbleitersubstrat 921, in dem das Pixel-Array-Gebiet 951 und die Steuerschaltung 952 gebildet sind, und ein zweites Halbleitersubstrat 922, in dem die Logikschaltung 953 gebildet ist, laminiert sind. Es wird darauf hingewiesen, dass das erste Halbleitersubstrat 921 und das zweite Halbleitersubstrat 922 elektrisch miteinander verbunden sind, beispielsweise durch eine Durchkontaktierung oder eine metallische Bindung von Cu-Cu.
  • Alternativ kann, wie in 47C dargestellt ist, das Lichtempfangselement 1 auf eine Laminierungsstruktur aus einem ersten Halbleitersubstrat 931, in dem nur das Pixel-Array-Gebiet 951 gebildet ist, und einem zweiten Halbleitersubstrat 932, in dem eine Flächensteuerschaltung 954, die eine Steuerschaltung, die jedes Pixel steuert, und eine Signalverarbeitungsschaltung, die Pixelsignale verarbeitet, enthält, wobei die Steuerschaltung und die Signalverarbeitungsschaltung in einer Einpixeleinheit oder einer Flächeneinheit aus mehreren Pixeln vorgesehen sind, eingestellt sein. Das erste Halbleitersubstrat 931 und das zweite Halbleitersubstrat 932 sind elektrisch miteinander verbunden, beispielsweise durch eine Durchkontaktierung oder eine metallische Bindung von Cu-Cu.
  • Wie in dem Lichtempfangselement 1 in 47C ist es gemäß der Konfiguration, in der die Steuerschaltung und die Signalverarbeitungsschaltung in der Einpixeleinheit oder der Flächeneinheit vorgesehen sind, möglich, eine optimale Ansteuerzeit oder Verstärkung für jede Bereichssteuereinheit einzustellen, und es ist möglich, optimierte Abstandsinformationen unabhängig von einem Abstand oder einem Reflexionsgrad zu erfassen. Zusätzlich ist es möglich, Abstandsinformationen durch Ansteuern nur eines Teilgebiets anstatt des gesamten Pixel-Array-Gebiets 951 zu berechnen, und somit ist es auch möglich, Energieverbrauch in Übereinstimmung mit einer Betriebsart zu unterdrücken.
  • <Beispiel für Gegenmaßnahmen gegen Rauschen an der Peripherie des Pixeltransistors>
  • An einem Grenzabschnitt von Pixeln 51, die in einer horizontalen Richtung in der Pixel-Array-Einheit 20 angeordnet sind, wie in der Querschnittsansicht in 37 dargestellt ist, sind jedoch die Pixeltransistoren Tr wie z. B. der Rücksetztransistor 723, der Verstärkungstransistor 724 und der Auswahltransistor 725 angeordnet.
  • Wenn ein Pixeltransistoranordnungsgebiet des Pixelgrenzabschnitts, der in 37 dargestellt ist, genauer dargestellt wird, wie in 48 dargestellt ist, sind die Pixeltransistoren Tr wie z. B. der Rücksetztransistor 723, der Verstärkungstransistor 724 und der Auswahltransistor 725 in einem P-Wannengebiet 1011 gebildet, das auf einer Vorderseite des Substrats 61 gebildet ist.
  • Das P-Wannengebiet 1011 ist so gebildet, dass es von dem Oxidfilm 64 beabstandet ist, wie z. B. so, dass eine flache Grabenisolation (STI) an der Peripherie des N+-Halbleitergebiets 71 der Signalextraktionseinheit 65 mit vorbestimmten Zwischenräumen in einer Ebenenrichtung gebildet ist. Zusätzlich ist ein Oxidfilm 1012, der auch als ein Gate-Isolationsfilm der Pixeltransistoren Tr funktioniert, an einer Grenzfläche auf der Seite der rückseitigen Oberfläche des Substrats 61 gebildet.
  • Zu dieser Zeit ist es wahrscheinlich, dass auf der Seite der Grenzfläche der rückseitigen Oberfläche des Substrats 61 aufgrund eines Potentials, das durch positive Ladungen in dem Oxidfilm 1012 erhalten wird, Elektronen in einem Spaltgebiet 1013 zwischen dem Oxidfilm 64 und dem P-Wannengebiet 1011 akkumuliert werden. Dementsprechend laufen in einem Fall, in dem kein Elektronenentladungsmechanismus vorhanden ist, Elektronen über und diffundieren, und somit werden die Elektronen in einem N-Typ-Halbleitergebiet gesammelt und werden zu Rauschen.
  • Hier kann, wie in 49A dargestellt ist, ein P-Wannengebiet 1021 so gebildet sein, dass es sich so weit erstreckt, bis es in Kontakt mit Oxidfilmen 64 benachbart dem P-Wannengebiet 1021 in einer Ebenenrichtung kommt, so dass das Spaltgebiet 1013 an der Seite der Grenzfläche der rückseitigen Oberfläche des Substrats 61 nicht existiert. Dementsprechend ist es möglich zu verhindern, dass Elektronen in dem in 48 dargestellten Spaltgebiet 1013 akkumuliert werden, und somit ist es möglich, Rauschen zu unterdrücken. Eine Störstellenkonzentration des P-Wannengebiets 1021 ist so eingestellt, dass sie im Vergleich zu einem P-Typ-Halbleitergebiet 1022, das ein photoelektrisches Umsetzungsgebiet in dem Substrat 61 ist, höher ist.
  • Alternativ kann, wie in 49B dargestellt ist, wenn ein Oxidfilm 1032, der an der Peripherie des N+-Halbleitergebiets 71 der Signalextraktionseinheit 65 gebildet sein, so dass er sich bis zu einem P-Wannengebiet 1031 in einer ebenen Richtung erstreckt, so dass das Spaltgebiet 1013 an der Seite der Grenzfläche der rückseitigen Oberfläche des Substrats 61 nicht existiert. In diesem Fall sind die Pixeltransistoren Tr wie z. B. der Rücksetztransistor 723, der Verstärkungstransistor 724 und der Auswahltransistor 725 in dem P-Wannengebiet 1031 durch einen Oxidfilm 1033 element-isoliert. Beispielsweise ist der Oxidfilm 1033 mit der STI gebildet und kann in demselben Prozess wie der Oxidfilm 1032 gebildet werden.
  • In Übereinstimmung mit der Konfiguration in den 49A und 49B sind an der Seite der Grenzfläche der rückseitigen Oberfläche des Substrats 61 der Isolationsfilm (der Oxidfilm 64 und der Oxidfilm 1032) in dem Grenzabschnitt der Pixel und das P-Wannengebiet (das P-Wannengebiet 1021 und das P-Wannengebiet 1031) in Kontakt miteinander, und somit ist es möglich, das Spaltgebiet 1013 zu entfernen. Dementsprechend ist es möglich, Elektronenakkumulierung zu verhindern, und es ist möglich, Rauschen zu unterdrücken. Die Konfigurationen in 49A oder 49B sind auf jede in dieser Spezifikation beschriebene Ausführungsform anwendbar.
  • Alternativ ist es in dem Fall des Einsatzes einer Konfiguration, in der das Spaltgebiet 1013 unverändert bleibt, möglich, die Elektronenakkumulierung, die in dem Spaltgebiet 1013 auftritt, durch Einsetzen einer in 50 oder 51 dargestellten Konfiguration zu unterdrücken.
  • 50 stellt eine Anordnung des Oxidfilms 64, des P-Wannengebiets 1011 und des Spaltgebiets 1013 in einer Draufsicht dar, in der Zweiabzweigungs-Pixel 51, die zwei der Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2 für jedes Pixel enthalten, zweidimensional angeordnet sind.
  • In einem Fall, in dem zweidimensional angeordnete Pixel nicht durch die STI oder tiefe Grabenisolation (DTI) isoliert sind, wie in 50 dargestellt ist, sind mehrere P-Wannengebiete 1011 in einer Spaltenform gebildet, die zu mehreren Pixeln, die in einer Spaltenrichtung angeordnet sind, kontinuierlich sind.
  • Als ein Kanal zum Entladen von Ladungen ist eine N-Typ-Diffusionsschicht 1061 in dem Spaltgebiet 1013 des Pixels 51 in einem ineffektiven Pixelgebiet 1052, das an einer Außenseite eines effektiven Pixelgebiets 1051 der Pixel-Array-Einheit 20 angeordnet ist, vorgesehen, und Elektronen können zu der N-Typ-Diffusionsschicht 1061 entladen werden. Die N-Typ-Diffusionsschicht 1061 ist auf einer Seite der Grenzfläche der rückseitigen Oberfläche des Substrats 61 gebildet, und GND (0 V) oder eine positive Spannung ist an die N-Typ-Diffusionsschicht 1061 angelegt. Elektronen, die in dem Spaltgebiet 1013 des Pixels 51 erzeugt werden, wandern zu der N-Typ-Diffusionsschicht 1061 in dem ineffektiven Pixelgebiet 1052 in einer vertikalen Richtung (Spaltenrichtung) und werden in der N-Typ-Diffusionsschicht, die von den Pixelspalten gemeinsam verwendet wird, gesammelt, und somit ist es möglich, Rauschen zu unterdrücken.
  • Andererseits kann, wie in 51 dargestellt ist, in einem Fall, in dem Pixel durch einen Pixelisolationsabschnitt 1071 unter Verwendung der STI, der DTI oder dergleichen isoliert sind, die N-Typ-Diffusionsschicht 1061 in dem Spaltgebiet 1013 des Pixels 51 vorgesehen sein. Dementsprechend werden Elektronen, die in dem Spaltgebiet 1013 des Pixels 51 erzeugt werden, aus der N-Typ-Diffusionsschicht 1061 entladen, und somit ist es möglich, Rauschen zu unterdrücken. Die Konfigurationen in 50 und 51 sind auf jede in dieser Spezifikation beschriebene Ausführungsform anwendbar.
  • <Rauschen an der Peripherie des effektiven Pixelgebiets>
  • Als Nächstes wird das Entladen von Ladungen an der Peripherie des effektiven Pixelgebiets beschrieben.
  • Beispielsweise existiert ein Lichtabschirmungspixelgebiet, in dem ein Lichtabschirmungspixel angeordnet ist, an einem äußeren Peripherieabschnitt benachbart dem effektiven Pixelgebiet.
  • Wie in 52 dargestellt ist, sind in einem Lichtabschirmungspixel 51X in einem Lichtabschirmungspixelgebiet die Signalextraktionseinheit 65 und dergleichen auf ähnliche Weise wie in dem Pixel 51 des effektiven Pixelgebiets gebildet. Zusätzlich weist das Lichtabschirmungspixel 51X in dem Lichtabschirmungspixelgebiet eine Struktur auf, in der der Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63 auf einer gesamten Oberfläche des Pixelgebiets gebildet ist, und somit fällt kein Licht ein. Zusätzlich kann in dem Lichtabschirmungspixel 51X kein Ansteuersignal angelegt sein.
  • Andererseits fällt in dem Lichtabschirmungspixelgebiet benachbart dem effektiven Pixelgebiet schräges Licht aus einer Linse, gebeugtes Licht aus dem Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63 und reflektiertes Licht aus der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 ein, und es werden Photoelektronen erzeugt. Weil kein Entladungsziel vorhanden ist, werden die erzeugten Photoelektronen in dem Lichtabschirmungspixelgebiet akkumuliert, werden in das effektive Pixelgebiet aufgrund eines Konzentrationsgradienten diffundiert und werden mit Signalladungen vermischt. Dementsprechend werden die Photoelektronen zu Rauschen. Das Rauschen an der Peripherie des effektiven Pixelgebiets wird zur sogenannten Rahmenunebenheit.
  • Hier kann als eine Gegenmaßnahme für das Rauschen, das an der Peripherie des effektiven Pixelgebiets auftritt, in dem Lichtempfangselement 1 ein Ladungsentladegebiet 1101 in irgendeiner der 53A bis 53D an einer äußeren Peripherie des effektiven Pixelgebiets 1051 vorgesehen sein.
  • Die 53A bis 53D sind Draufsichten, die ein Konfigurationsbeispiel des Ladungsentladegebiets 1101, das an der äußeren Peripherie des effektiven Pixelgebiets 1051 vorgesehen ist, darstellen.
  • In jeder der 53A bis 53D ist das Ladungsentladegebiet 1101 an der äußeren Peripherie des effektiven Pixelgebiet 1051, das an dem mittleren Abschnitt des Substrats 61 angeordnet ist, vorgesehen, und ein OPB-Gebiet 1102 ist an einer Außenseite des Ladungsentladegebiets 1101 vorgesehen. Das Ladungsentladegebiet 1101 ist ein schraffiertes Gebiet zwischen einem inneren rechteckigen gestrichelten Gebiet und einem äußeren rechteckigen gestrichelten Gebiet. Das OPB-Gebiet 1102 ist ein Gebiet, in dem der Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63 auf der gesamten Oberfläche des Gebiets gebildet ist, und ein OPB-Pixel, das auf ähnliche Weise wie in dem Pixel 51 in dem effektiven Pixelgebiet arbeitet, um ein Schwarzpegelsignal zu detektieren, ist angeordnet. In den 53A bis 53D repräsentiert ein graues Gebiet ein Gebiet, in dem der Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63 gebildet ist und somit Licht abgeschirmt wird.
  • Das Ladungsentladegebiet 1101 in 53A enthält ein Öffnungspixelgebiet 1121, in dem ein Öffnungspixel angeordnet ist, und ein Lichtabschirmungspixelgebiet 1122, in dem das Lichtabschirmungspixel 51X angeordnet ist. Das Öffnungspixel in dem Öffnungspixelgebiet 1121 ist ein Pixel, das die gleiche Pixelstruktur wie in dem Pixel 51 in dem effektiven Pixelgebiet 1051 aufweist, und führt eine vorbestimmte Operation aus. Das Lichtabschirmungspixel 51X des Lichtabschirmungspixelgebiets 1122 ist ein Pixel, das die gleiche Pixelstruktur wie in dem Pixel 51 des effektiven Pixelgebiets 1051 aufweist und eine vorbestimmte Operation ausführt, außer dass der Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63 auf der gesamten Oberfläche des Pixelgebiets gebildet ist.
  • Das Öffnungspixelgebiet 1121 enthält eine Pixelspalte oder eine Pixelzeile aus einem oder mehreren Pixeln in jeder Spalte oder jeder Zeile von vier Seiten der äußeren Peripherie des effektiven Pixelgebiets 1051. Das Lichtabschirmungspixelgebiet 1122 enthält ebenfalls eine Pixelspalte oder eine Pixelzeile aus einem oder mehreren Pixeln in jeder Spalte oder jeder Zeile von vier Seiten der äußeren Peripherie des Öffnungspixelgebiets 1121.
  • Das Ladungsentladegebiet 1101 in 53B enthält das Lichtabschirmungspixelgebiet 1122, in dem das Lichtabschirmungspixel 51X angeordnet ist, und ein N-Typ-Gebiet 1123, in dem eine N-Typ-Diffusionsschicht angeordnet ist.
  • 54 ist eine Querschnittsansicht, wenn das Ladungsentladegebiet 1101 das Lichtabschirmungspixelgebiet 1122 und das N-Typ-Gebiet 1123 enthält.
  • Das N-Typ-Gebiet 1123 ist ein Gebiet, in dem die gesamte Oberfläche des Gebiets mit dem Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63 abgeschirmt ist, und eine N-Typ-Diffusionsschicht 1131, die ein N-Typ-Halbleitergebiet mit hoher Konzentration ist, ist in dem P-Typ-Halbleitergebiet 1022 des Substrats 61 anstelle der Signalextraktionseinheit 65 gebildet. Eine Spannung von 0 V oder eine positive Spannung ist immer oder intermittierend an die N-Typ-Diffusionsschicht 1131 aus dem Metallfilm M1 der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 angelegt. Beispielsweise kann die N-Typ-Diffusionsschicht 1131 an dem gesamten P-Typ-Halbleitergebiet 1022 in dem N-Typ-Gebiet 1123 in einer annähernd kontinuierlichen ringförmigen Form in einer Draufsicht gebildet sein. Alternativ kann die N-Typ-Diffusionsschicht 1131 teilweise an dem P-Typ-Halbleitergebiet 1022 in dem N-Typ-Gebiet 1123 gebildet sein, und mehrere N-Typ-Diffusionsschichten 1131 können so angeordnet sein, dass sie in einer ungefähr ringförmigen Form in einer Draufsicht verstreut sind.
  • Zurück zu 53B enthält das Lichtabschirmungspixelgebiet 1122 eine Pixelspalte oder eine Pixelzeile aus einem oder mehreren Pixeln in jeder Spalte oder in jeder Zeile von vier Seiten der äußeren Peripherie des effektiven Pixelgebiets 1051. Das N-Typ-Gebiet 1123 weist eine vorbestimmte Spaltenbreite oder Zeilenbreite in jeder Spalte oder in jeder Zeile von vier Seiten der äußeren Peripherie des Lichtabschirmungspixelgebiets 1122 auf.
  • Das Ladungsentladegebiet 1101 in 53C enthält das Lichtabschirmungspixelgebiet 1122, in dem ein Lichtabschirmungspixel angeordnet ist. Das Lichtabschirmungspixelgebiet 1122 enthält eine Pixelspalte oder Pixelzeile aus einem oder mehreren Pixeln in jeder Spalte oder in jeder Zeile von vier Seiten der äußeren Peripherie des effektiven Pixelgebiets 1051.
  • Das Ladungsentladegebiet 1101 in 53D enthält das Öffnungspixelgebiet 1121, in dem ein Öffnungspixel angeordnet ist, und das N-Typ-Gebiet 1123, in dem eine N-Typ-Diffusionsschicht angeordnet ist.
  • Eine vorbestimmte Operation, die durch ein Öffnungspixel in dem Öffnungspixelgebiet 1121 und ein Lichtabschirmungspixel 51X in dem Lichtabschirmungspixelgebiet 1122 ausgeführt wird kann eine Operation enthalten, in der eine positive Spannung immer oder intermittierend an ein N-Typ-Halbleitergebiet eines Pixels angelegt ist, und es ist wünschenswert, dass die Operation eine Operation ist, in der ein Ansteuersignal an einen Pixeltransistor, ein P-Typ-Halbleitergebiet oder ein N-Typ-Halbleitergebiet zu einer Zeit angelegt ist, die zu dem Pixel 51 in dem effektiven Pixelgebiet 1051 wie in der Operation in dem Pixel 51 passt.
  • Die Konfigurationsbeispiele des Ladungsentladegebiets 1101, die in den 53A bis 53D dargestellt sind, sind nur erläuternd, und es gibt keine Beschränkung darauf. Das Ladungsentladegebiet 1101 kann eine Konfiguration aufweisen, die irgendeines aus einem Öffnungspixel, das eine vorbestimmte Operation ausführt, einem Lichtabschirmungspixel, das eine vorbestimmte Operation ausführt, einem N-Typ-Gebiet, das eine N-Typ-Diffusionsschicht enthält, an die eine Spannung von 0 V oder eine positive Spannung immer oder intermittierend angelegt ist, enthält. Dementsprechend können beispielsweise das Öffnungspixel, das Lichtabschirmungspixel und das N-Typ-Gebiet in einer Pixelspalte oder Pixelzeile gemischt sein, oder unterschiedliche Arten des Öffnungspixels, des Lichtabschirmungspixels und des N-Typ-Gebiets können in einer Pixelzeile oder einer Pixelspalte von vier Seiten an der Peripherie des effektiven Pixelgebiets angeordnet sein.
  • Wie vorstehend beschrieben ist es, wenn das Ladungsentladegebiet 1101 an der äußeren Peripherie des effektiven Pixelgebiets 1051 vorgesehen ist, möglich, Elektronenakkumulierung in einem Gebiet, das nicht das effektive Pixelgebiet 1051 ist, zu unterdrücken. Dementsprechend ist es möglich, das Auftreten von Rauschen zu unterdrücken, wenn optische Ladungen, die von einer Außenseite des effektiven Pixelgebiets 1051 in das effektive Pixelgebiet 1051 diffundieren, zu den Signalladungen hinzugefügt werden.
  • Zusätzlich ist es, wenn das Ladungsentladegebiet 1101 vor dem OPB-Gebiet 1101 vorgesehen ist, möglich zu verhindern, dass Photoelektronen, die in einem Lichtabschirmungsgebiet auf einer Außenseite des effektiven Pixelgebiets 1051 erzeugt werden, in das OPB-Gebiet 1102 diffundieren, und somit ist es möglich zu verhindern, dass Rauschen zu dem Schwarzpegelsignal hinzugefügt wird. Die in den 53A bis 53D dargestellten Konfigurationen sind auf jede in dieser Spezifikation beschriebene Ausführungsform anwendbar.
  • <Achtzehnte Ausführungsform>
  • Als nächstes wir eine Beschreibung eines Stromflusses in einem Fall, in dem die Pixeltransistoren in dem Substrat 61, das ein photoelektrisches Umsetzungsgebiet enthält, angeordnet sind, mit Bezug auf die 55A und 55B gegeben.
  • In dem Pixel 51 tritt, wenn beispielsweise eine positive Spannung von 1,5 V bzw. eine Spannung von 0 B an das P+-Halbleitergebiet 73 von zwei der Signalextraktionseinheit 65 angelegt ist, ein elektrisches Feld zwischen den beiden P+-Halbleitergebiete 73 auf, und ein Strom fließt von dem P+-Halbleitergebiet 73, an das 1,5 V angelegt sind, zu dem P+-Halbleitergebiet 73, an das 0 V angelegt sind. Das P-Wannengebiet 1011, das an dem Pixelgrenzabschnitt gebildet ist, wird jedoch ebenfalls auf GND (0 V) eingestellt, und somit fließt ebenfalls ein Strom von dem P+-Halbleitergebiet 73, an das 1,5 V angelegt sind, zu dem P-Wannengebiet 1011, wie in 55A dargestellt ist, zusätzlich zu dem Stromfluss zwischen den beiden Signalextraktionseinheiten 65.
  • 55B ist eine Draufsicht, die eine Anordnung des in 42A dargestellten Pixeltransistorzusammenschaltungsgebiets 831 darstellt.
  • Eine Fläche der Signalextraktionseinheit 65 kann durch Änderung des Layouts reduziert sein. Im Gegensatz dazu wird eine Fläche des Pixeltransistorzusammenschaltungsgebiets 831 durch eine besetzte Fläche eines Pixeltransistors, die Anzahl von Pixeltransistoren und einer Zusammenschaltungsfläche bestimmt, und somit ist es schwierig, die Fläche nur durch Untersuchung der Layout-Konstruktion zu reduzieren. Dementsprechend wird, wenn gewünscht ist, eine Fläche des Pixels 51 zu reduzieren, die Fläche des Pixeltransistorzusammenschaltungsgebiets 831 zu dem Haupteinschränkungsfaktor. Es ist notwendig, eine Pixelgröße zu reduzieren, um hohe Auflösung zu realisieren, während eine optische Größe eines Sensors beibehalten wird, die Fläche des Pixeltransistorzusammenschaltungsgebiets 831 wird jedoch zur Einschränkung. Zusätzlich wird, wenn die Fläche des Pixels 51 reduziert wird, während die Fläche des Pixeltransistorzusammenschaltungsgebiets 831 beibehalten wird, ein Weg eines Stroms, der zu dem Pixeltransistorzusammenschaltungsgebiet 831 fließt, wie durch einen gestrichelten Pfeil in 55B angegeben ist, verkürzt, und somit wird der Widerstand erniedrigt, und die Ströme steigen an. Dementsprechend führt eine Reduktion der Fläche des Pixels 51 zu einem Anstieg des Energieverbrauchs.
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Hier ist es, wie in 56 dargestellt ist, möglich, eine Konfiguration einzusetzen, in der das Lichtempfangselement 1 auf eine Laminierungsstruktur eingestellt ist, in der zwei Lagen von Substraten laminiert sind und alle Pixeltransistoren in einem Substrat angeordnet sind, das von einem Substrat, das ein photoelektrisches Umsetzungsgebiet enthält, verschieden ist.
  • 56 ist eine Querschnittsansicht eines Pixels gemäß einer achtzehnten Ausführungsform.
  • 56 stellt eine Querschnittsansicht mehrerer Pixel dar und entspricht der Linie B-B' in 11, wie in dem Fall von 36 oder dergleichen.
  • In 56 wird das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben, der der Querschnittsansicht mehrerer Pixel gemäß der in 36 dargestellten vierzehnten Ausführungsform entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • In der in 56 dargestellten achtzehnten Ausführungsform ist das Lichtempfangselement 1 durch Laminieren von zwei Lagen von Substraten, die ein Substrat 1201 und ein Substrate 1211 enthalten, gebildet. Das Substrat 1201 entspricht dem Substrat 61 in der in 36 dargestellten vierzehnten Ausführungsform und ist beispielsweise durch ein Siliziumsubstrat, das ein P-Typ-Halbleitergebiet 1204 als ein photoelektrisches Umsetzungsgebiet enthält, oder dergleichen gebildet. Das Substrat 1211 ist ebenfalls durch ein Siliziumsubstrat oder dergleichen gebildet.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass das Substrat 1201, das das photoelektrische Umsetzungsgebiet enthält, beispielsweise durch einen Verbundhalbleiter wie z. B. GaAs, InP und GaSb, einen Halbleiter mit schmaler Bandlücke wie z. B. Ge oder einem Glassubstrat oder einem Kunststoffsubstrat, das mit einem organischen photoelektrischen Umsetzungsfilm zusätzlich beschichtet ist, zusätzlich zu dem Siliziumsubstrat oder dergleichen gebildet sein kann. In einem Fall, in dem das Substrat 1201 durch den Verbundhalbleiter gebildet ist, ist es möglich, eine Verbesserung der Quantenausbeute aufgrund einer Bandstruktur vom Typ mit direkten Übergang, eine Verbesserung der Empfindlichkeit und eine Reduktion der Höhe eines Sensors aufgrund einer Reduktion einer Substratdicke zu erwarten. Zusätzlich ist die Elektronenbeweglichkeit hoch, und somit ist es möglich die Elektronensammeleffizienz zu verbessern. Zusätzlich ist die Lochbeweglichkeit hoch, und somit ist es möglich, den Energieverbrauch zu reduzieren. In einem Fall, in dem das Substrat 1201 durch den Halbleiter mit schmaler Bandlücke gebildet ist, ist es möglich, eine Verbesserung der Quantenausbeute in einem nahen Infrarotbereich und eine Verbesserung der Empfindlichkeit aufgrund der schmalen Bandlücke zu erwarten.
  • Das Substrat 1201 und das Substrat 1211 sind in einem Zustand zusammengefügt, in dem eine Zusammenschaltungsschicht 1202 des Substrats 1201 und eine Zusammenschaltungsschicht 1212 des Substrats 1211 zueinander weisen. Zusätzlich sind eine Metallzusammenschaltung 1203 der Zusammenschaltungsschicht 1202 auf der Seite des Substrats 1201 und eine Metallzusammenschaltung 1213 der Zusammenschaltungsschicht 1212 auf der Seite des Substrats 1211 elektrisch miteinander verbunden, beispielsweise durch eine Cu-Cu-Bindung. Es wird darauf hingewiesen, dass die elektrische Verbindung zwischen den Zusammenschaltungsschichten nicht auf die Cu-Cu-Bindung beschränkt ist, und Beispiele davon enthalten eine Bindung ähnlicher Metalle wie z. B. Au-Au-Bindung und Al-Al-Bindung, eine Bindung unterschiedlicher Metalle wie z. B. Cu-Au-Bindung, Cu-Al-Bindung und Au-Al-Bindung und dergleichen. Zusätzlich können das Reflexionselement 631 der vierzehnten Ausführungsform oder das Lichtabschirmungselement 631' der fünfzehnten Ausführungsform ebenfalls in irgendeiner aus der Zusammenschaltungsschicht 1202 des Substrats 1201 und der Zusammenschaltungsschicht 1212 des Substrats 1211 vorgesehen sein.
  • Das Substrat 1201, das das photoelektrische Umsetzungsgebiet enthält, ist von dem Substrat 61 der ersten bis siebzehnten Ausführungsform darin verschieden, dass alle Pixeltransistoren Tr wie z. B. der Rücksetztransistor 723, der Verstärkungstransistor 724 und der Auswahltransistor 725 nicht in dem Substrat 1201 gebildet sind.
  • In der in 56 dargestellten achtzehnten Ausführungsform sind die Pixeltransistoren Tr wie z. B. der Rücksetztransistor 723, der Verstärkungstransistor 724 und der Auswahltransistor 725 auf der Seite des Substrats 1211 auf einer unteren Seite in der Zeichnung gebildet. In 56 sind der Rücksetztransistor 723, der Verstärkungstransistor 724 und der Auswahltransistor 725 in der Zeichnung dargestellt, der Übertragungstransistor 721 ist jedoch ebenfalls in einem Gebiet (nicht dargestellt) des Substrats 1211 gebildet.
  • Ein Isolationsfilm (Oxidfilm) 1214, der auch als ein Gate-Isolationsfilm eines Pixeltransistors funktioniert, ist zwischen dem Substrat 1211 und der Zusammenschaltungsschicht 1212 gebildet.
  • Dementsprechend ist, obwohl es in der Zeichnung nicht dargestellt ist, wenn das Pixel gemäß der achtzehnten Ausführungsform in einer Querschnittsansicht, die einer Linie A-A' in 11 entspricht, gesehen wird, der Pixeltransistor Tr, der an einem Pixelgrenzabschnitt in 37 gebildet ist, nicht in dem Substrat 1201 gebildet.
  • Wenn Elemente, die in jedem aus dem Substrat 1201 und dem Substrat 1211 angeordnet sind, unter Verwendung einer in 31 dargestellten Ersatzschaltung des Pixels 51 dargestellt sind, wie in 57 dargestellt ist, sind das P+-Halbleitergebiet 73 als die Spannungsanlegeeinheit und das N+-Halbleitergebiet 71 als die Ladungsdetektionseinheit in den Substrat 1201 gebildet, und der Übertragungstransistor 721, die FD 722, der Rücksetztransistor 723, der Verstärkungstransistor 724 und der Auswahltransistor 725 sind in dem Substrat 1211 gebildet.
  • Wenn das Lichtempfangselement 1 gemäß der achtzehnten Ausführungsform mit Bezug auf die 47A bis 47C dargestellt ist, wie in 58 dargestellt, wird das Lichtempfangselement 1 durch Laminieren des Substrats 1201 und des Substrats 1211 gebildet.
  • Ein Abschnitt, der den Übertragungstransistor 721, die FD 722, den Rücksetztransistor 723, den Verstärkungstransistor 724 und den Auswahltransistor 725 aus dem in 47 dargestellten Pixel-Array-Gebiet 951 ausschließt, ist in einem Pixel-Array-Gebiet 1231 des Substrats 1201 gebildet.
  • Zusätzlich zu der in 47C dargestellten Flächensteuerschaltung 954 sind der Übertragungstransistor 721, die FD 722, der Rücksetztransistor 723, der Verstärkungstransistor 724 und der Auswahltransistor 725 jedes Pixel der Pixel-Array-Einheit 20 in einer Flächensteuerschaltung 1232 des Substrats 1211 gebildet. Die Abzweigungsansteuereinheit 21, die vertikale Ansteuereinheit 22, die Spaltenverarbeitungseinheit 23, die horizontale Ansteuereinheit 24, die Systemsteuereinheit 25, die Signalverarbeitungseinheit 31 und die Datenspeichereinheit 32, die in 1 dargestellt sind, sind ebenfalls in dem Substrat 1211 gebildet.
  • 59 ist eine Draufsicht, die einen MIX-Bindungsabschnitt, der ein elektrischer Bindungsabschnitt zwischen dem Substrat 1201 und dem Substrat 1211 ist, die die Spannung MIX senden und empfangen, und ein DET-Bindungsabschnitt, der ein elektrischer Bindungsabschnitt zwischen dem Substrat 1201 und dem Substrat 1211 ist, die die Signalladung DET senden und empfangen, darstellt. Es wird darauf hingewiesen, dass in 59 Teile der Bezugszeichen eines MIX-Bindungsabschnitts 1251 und eines DET-Bindungsabschnitts 1252 weggelassen sind, um die Verkomplizierung der Zeichnung zu vermeiden.
  • Wie in 59 dargestellt ist, sind der MIX-Bindungsabschnitt 1251 zum Zuführen der Spannung MIX und der DET-Bindungsabschnitt 1252 zum Erfassen der Signalladung DET beispielsweise für jedes Pixel 51 vorgesehen. In diesem Fall werden die Spannung MIX und die Signalladung DET zwischen dem Substrat 1201 und dem Substrat 1211 in einer Pixeleinheit gesendet und empfangen.
  • Alternativ, wie in 60 dargestellt ist, ist der DET-Bindungsabschnitt 1252 zum Erfassen der Signalladung DET in einem Pixelgebiet in einer Pixeleinheit vorgesehen, der MIX-Bindungsabschnitt 1251 zum Zuführen der Spannung MIX kann jedoch in einem peripheren Abschnitt 1261 auf einer Außenseite der Pixel-Array-Einheit 20 gebildet sein. In dem peripheren Abschnitt 1261 wird die Spannung MIX, die aus dem Substrat 1211 zugeführt wird, dem P+-Halbleitergebiet 73, das die Spannungsanlegeeinheit des Pixels 51 ist, über eine Spannungsversorgungsleitung 1253, die in einer vertikalen Richtung in dem Substrat 1201 verdrahtet ist, zugeführt. Wie vorstehend beschrieben ist der MIX-Bindungsabschnitt 1251, der die Spannung MIX zuführt, so eingestellt, dass er mehreren Pixeln gemeinsam ist, und somit ist es möglich, die Anzahl der MIX-Bindungsabschnitte 1251 in dem gesamten Substrat zu reduzieren, und eine Reduktion einer Pixelgröße oder einer Chip-Größe wird leicht.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass das Beispiel in 60 ein Beispiel ist, in dem die Spannungsversorgungsleitung 1253 in der vertikalen Richtung verdrahtet ist und so eingestellt ist, dass sie in einer Pixelspalte gemeinsam ist, die Spannungsversorgungsleitung 1253 kann jedoch in einer horizontalen Richtung verdrahtet sein und kann so eingestellt sein, dass sie in einer Pixelzeile gemeinsam ist.
  • Zusätzlich ist in der achtzehnten Ausführungsform eine Beschreibung eines Beispiels gegeben worden, in dem eine elektrische Bindung zwischen dem Substrat 1201 und dem Substrat 1211 auf eine elektrische Verbindung durch die Cu-Cu-Bindung eingestellt ist, die anderen elektrischen Verbindungsverfahren, beispielsweise über eine Chip-Durchkontaktierung (TCV), Höckerbindung, die Mikrohöcker verwendet, und dergleichen können jedoch verwendet werden.
  • In Übereinstimmung mit der achtzehnten Ausführungsform ist das Lichtempfangselement 1 durch eine Laminierungsstruktur des Substrats 1201 und des Substrats 1211 gebildet, und alle Pixeltransistoren, die eine Operation zum Auslesen der Signalladung DET des N+-Halbleitergebiets 71 als die Ladungsdetektionseinheit ausführen, das heißt der Übertragungstransistor 721, der Rücksetztransistor 723, der Verstärkungstransistor 724 und der Auswahltransistor 725, sind in dem Substrat 1211 angeordnet, das von dem Substrat 1201, das das P-Typ-Halbleitergebiet 1204 als das photoelektrische Umsetzungsgebiet enthält, verschieden ist. Dementsprechend ist es möglich, die mit Bezug auf 55 beschriebene Aufgabe zu lösen.
  • Das heißt, eine Fläche des Pixels 51 kann unabhängig von einer Fläche des Pixeltransistorzusammenschaltungsgebiets 831 reduziert werden, und es ist möglich, eine hohe Auflösung ohne Änderung einer optischen Größe zu realisieren. Zusätzlich wird ein Anstieg des Stroms aus der Signalextraktionseinheit 65 zu dem Pixeltransistorzusammenschaltungsgebiet 831 vermieden, und somit ist es möglich, den Stromverbrauch zu reduzieren.
  • <Neunzehnte Ausführungsform>
  • Als Nächstes wird eine neunzehnte Ausführungsform beschrieben.
  • Es ist notwendig, ein Potential des P+-Halbleitergebiets 73 oder des P--Halbleitergebiets 74 als die Spannungsanlegeeinheit zu stärken, um die Ladungstrennungseffizienz Cmod des CAPD-Sensors zu verbessern. Insbesondere in einem Fall, in dem es notwendig ist, langwelliges Licht wie z. B. Infrarotlicht mit hoher Empfindlichkeit zu detektieren, wie in 61 dargestellt, ist es notwendig, das P-Halbleitergebiet 74 bis zu einer tiefen Position einer Halbleiterschicht zu verbreitern oder eine positive Spannung, die angelegt wird, auf eine Spannung VA2 höher als eine Spannung VA1 zu erhöhen. In diesem Fall ist es wahrscheinlich, dass ein Strom Imix aufgrund des geringen Widerstands zwischen den Spannungsanlegeeinheiten fließt, und somit wird ein Anstieg des Stromverbrauchs zu einem Problem. Zusätzlich wird in einem Fall, in dem eine Pixelgröße miniaturisiert wird, um eine Auflösung zu erhöhen, ein Abstand zwischen den Spannungsanlegeeinheiten verkürzt, und somit nimmt der Widerstand ab. Dementsprechend wird ein Anstieg des Stromverbrauchs zu einem Problem.
  • <Erstes Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform>
  • 62A ist eine Draufsicht eines Pixels gemäß einem ersten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform, und 62B ist eine Querschnittsansicht des Pixels gemäß dem ersten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform.
  • 62A ist eine Draufsicht, genommen entlang der Linie B-B' in 62B, und 62B ist eine Querschnittsansicht, genommen entlang der Linie A-A' in 62A.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in den 62A und 62B nur Abschnitte, die in dem Substrat 61 des Pixels 51 gebildet sind, dargestellt sind, und beispielsweise die auf einer Seite der Lichteinfallsoberfläche gebildete On-Chip-Linse 62, die auf einer Seite entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche gebildete mehrschichtige Zusammenschaltungsschicht 811 und dergleichen in den Zeichnungen weggelassen sind. Die Abschnitte, die nicht dargestellt sind, können auf ähnliche Weise wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gebildet sein. Beispielsweise können das Reflexionselement 631 oder das Lichtabschirmungselement 631' in der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche vorgesehen sein.
  • In dem ersten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform sind eine Elektrodeneinheit 1311-1, die als eine Spannungsanlegeeinheit, die eine vorbestimmte Spannung MIX0 anlegt, funktioniert, und eine Elektrodeneinheit 1311-2, die als eine Spannungsanlegeeinheit, die eine vorbestimmte Spannung MIX1 anlegt, funktioniert, an einer vorbestimmten Position eines P-Typ-Halbleitergebiets 1301 gebildet.
  • Die Elektrodeneinheit 1311-1 enthält einen eingebetteten Abschnitt 1311A-1, der in das P-Typ-Halbleitergebiet 1301 des Substrats 61 eingebettet ist, und einen hervorstehenden Abschnitt 1311B-1, der zu einer Oberseite einer ersten Oberfläche 1321 des Substrats 61 hervorsteht.
  • Ähnlich enthält die Elektrodeneinheit 1311-2 einen eingebetteten Abschnitt 1311A-2, der in das P-Typ-Halbleitergebiet 1301 des Substrats 61 eingebettet ist, und einen hervorstehenden Abschnitt 1311B-2, der zu einer Oberseite der ersten Oberfläche 1321 des Substrats 61 hervorsteht. Beispielsweise sind die Elektrodeneinheiten 1311-1 und 1311-2 aus einem metallischen Material wie z. B. Wolfram (W), Aluminium (AL) und Kupfer (Cu), Silizium oder einem leitfähigen Material wie z. B. Polysilizium gebildet.
  • Wie in 62A dargestellt ist, sind die Elektrodeneinheit 1311-1 (der eingebettete Abschnitt 1311A-1 davon) und die Elektrodeneinheit 1311-2 (der eingebettete Abschnitt 1311A-2 davon), deren ebene Form eine runde Form ist, in Punktsymmetrie zu dem Mittelpunkt eines Pixels, der als ein Symmetriepunkt eingestellt ist, angeordnet.
  • Ein N+-Halbleitergebiet 1312-1, das als eine Ladungsdetektionseinheit funktioniert, ist an der äußeren Peripherie (Peripherie) der Elektrodeneinheit 1311-1 gebildet, und ein Isolationsfilm 1313-1 und eine Lochkonzentrationsverstärkungsschicht 1314-1 sind zwischen der Elektrodeneinheit 1311-1 und dem N+-Halbleitergebiet 1312-1 eingefügt.
  • Ähnlich ist ein N+-Halbleitergebiet 1312-2, das als eine Ladungsdetektionseinheit funktioniert, an der äußeren Peripherie (Peripherie) der Elektrodeneinheit 1311-2 gebildet, und ein Isolationsfilm 1313-2 und eine Lochkonzentrationsverstärkungsschicht 1314-2 sind zwischen der Elektrodeneinheit 1311-2 und dem N+-Halbleitergebiet 1312-2 eingefügt.
  • Die Elektrodeneinheit 1311-1 und das N+-Halbleitergebiet 1312-1 bilden die Signalextraktionseinheit 65-1, und die Elektrodeneinheit 1311-2 und das N+-Halbleitergebiet 1312-2 bilden die Signalextraktionseinheit 65-2.
  • Im Inneren des Substrats 61, wie in 62B dargestellt, ist die Elektrodeneinheit 1311-1 mit dem Isolationsfilm 1313-1 bedeckt, und der Isolationsfilm 1313-1 ist mit der Lochkonzentrationsverstärkungsschicht 1314-1 bedeckt. Das gilt für eine Beziehung zwischen der Elektrodeneinheit 1311-2, dem Isolationsfilm 1313-2 und der Lochkonzentrationsverstärkungsschicht 1314-2.
  • Beispielsweise sind die Isolationsfilme 1313-1 und 1313-2 durch einen Oxidfilm (SiO2) gebildet und sind in dem gleichen Prozess gebildet wie ein Isolationsfilm 1322, der auf der ersten Oberfläche 1321 des Substrats 61 gebildet ist. Es wird darauf hingewiesen, dass der Isolationsfilm 1332 auch auf einer zweiten Oberfläche 1331 entgegengesetzt der ersten Oberfläche 1321 des Substrats 61 gebildet ist.
  • Die Lochkonzentrationsverstärkungsschichten 1314-1 und 1314-2 sind durch ein P-Typ-Halbleitergebiet gebildet und können beispielsweise durch ein Ionenimplantationsverfahren, ein Festphasendiffusionsverfahren, ein Plasmadotierungsverfahren oder dergleichen gebildet werden.
  • Nachstehend sind in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, die Elektrodeneinheit 1311-1 und die Elektrodeneinheit 1311-2 besonders zu unterscheiden, die Einheiten auch einfach als eine Elektrodeneinheit 1311 bezeichnet, und in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, das N+-Halbleitergebiet 1312-1 und das N+-Halbleitergebiet 1312-2 besonders zu unterscheiden, sind die Gebiete auch einfach als ein N+-Halbleitergebiet 1312 bezeichnet.
  • Zusätzlich sind, in einem Fall, in dem es nicht notwendig ist, die Lochkonzentrationsverstärkungsschicht 1314-1 und die Lochkonzentrationsverstärkungsschicht 1314-2 besonders zu unterscheiden, die Schichten einfach als eine Lochkonzentrationsverstärkungsschicht 1314 bezeichnet, und in einem Fall, in dem es nicht besonders notwendig ist, den Isolationsfilm 1313-1 und den Isolationsfilm 1313-2 besonders zu unterscheiden, sind die Schichten ebenfalls einfach als ein Isolationsfilm 1313 bezeichnet.
  • Die Elektrodeneinheit 1311, der Isolationsfilm 1313 und die Lochkonzentrationsverstärkungsschicht 1314 können in der folgenden Prozedur gebildet werden. Zuerst wird das P-Typ-Halbleitergebiet 1301 des Substrats 61 von der Seite der ersten Oberfläche 1321 geätzt, um einen Graben bis zu einer vorbestimmten Tiefe zu bilden. Als Nächstes wird die Lochkonzentrationsverstärkungsschicht 1314 auf einer inneren Peripherie des gebildeten Grabens durch das Ionenimplantationsverfahren, das Festphasendiffusionsverfahren, das Plasmadotierungsverfahren oder dergleichen gebildet, und dann wird der Isolationsfilm 1313 gebildet. Als Nächstes wird ein leitfähiges Material in den Isolationsfilm 1313 eingebettet, um den eingebetteten Abschnitt 1311A zu bilden. Dann wird ein leitfähiges Material wie z. B. ein metallisches Material auf der gesamten Oberfläche der ersten Oberfläche 1321 des Substrats 61 gebildet, und nur ein oberer Abschnitt der Elektrodeneinheit 1311 wird durch das Ätzen übrig gelassen und bildet dadurch den hervorstehenden Abschnitt 1311B-1.
  • Die Tiefe der Elektrodeneinheit 1311 ist so eingestellt, dass sie wenigstens im Vergleich zu dem N+-Halbleitergebiet 1312, das eine Ladungsdetektionseinheit ist, tiefer ist, und es ist wünschenswert, die Tiefe so einzustellen, dass sie tiefer als ungefähr die Hälfte der Dicke des Substrats ist.
  • In Übereinstimmung mit dem Pixel 51 gemäß dem ersten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform wird der Graben in einer Tiefenrichtung des Substrats 61 gebildet, und das leitfähige Material wird in den Graben eingebettet, um die Elektrodeneinheit 1311 zu bilden. Aufgrund der Elektrodeneinheit 1311 wird ein Ladungsverteilungseffekt in Bezug auf Ladungen, die photoelektrisch umgesetzt sind, in einem breiten Gebiet in der Tiefenrichtung des Substrats 61 erhalten, und somit ist es möglich, die Ladungstrennungseffizienz Cmod in Bezug auf langwelliges Licht zu steigern.
  • Zusätzlich wird ein Strom, der zwischen Spannungsanlegeeinheiten fließt, aufgrund einer Struktur, in der der äußere periphere Abschnitt der Elektrodeneinheit 1311 mit dem Isolationsfilm 1313 bedeckt ist, unterdrückt, und somit ist es möglich, den Stromverbrauch zu reduzieren. Zusätzlich ist es in dem Fall des Vergleichs mit dem gleichen Stromverbrauch möglich, eine hohe Spannung an die Spannungsanlegeeinheiten anzulegen. Zusätzlich ist es, selbst wenn der Abstand zwischen den Spannungsanlegeeinheiten verkürzt ist, möglich, den Stromverbrauch zu unterdrücken, und somit ist es möglich, durch Reduzieren einer Pixelgröße und durch Erhöhen der Anzahl der Pixel eine hohe Auflösung zu realisieren.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in dem ersten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform der hervorstehende Abschnitt 1311B der Elektrodeneinheit 1311 weggelassen sein kann, wenn der hervorstehende Abschnitt 1311B jedoch vorgesehen ist, wird ein elektrisches Feld in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat 61 stark, und somit ist es leicht, Ladungen zu sammeln.
  • Zusätzlich kann in dem Fall des Wunsches, den Grad der Modulation durch Anlegen einer Spannung zu erhöhen, und des Wunsches, die Ladungstrennungseffizienz Cmod zu steigern, die Lochkonzentrationsverstärkungsschicht 1314 weggelassen werden. In einem Fall, in dem die Lochkonzentrationsverstärkungsschicht 1314 vorgesehen ist, ist es möglich, die Elektronenerzeugung aufgrund von Beschädigungen oder Kontaminierungen, wenn das Ätzen zum Bilden des Grabens ausgeführt wird, zu unterdrücken.
  • In dem ersten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform kann entweder die erste Oberfläche 1321 oder die zweite Oberfläche 1331 des Substrats 61 als eine Lichteinfallsoberfläche eingestellt sein, und entweder der rückseitig beleuchtete Typ oder der vorderseitig beleuchtete Typ ist möglich, jedoch ist der rückseitig beleuchtete Typ wünschenswerter.
  • <Zweites Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform>
  • 63A ist eine Draufsicht eines Pixels gemäß einem zweiten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform, und 63B ist eine Querschnittsansicht des Pixels gemäß dem zweiten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform.
  • 63A ist eine Draufsicht, genommen entlang der Linie B-B' in 63B, und 63B ist eine Querschnittsansicht, genommen entlang der Linie A-A' in 63A.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in dem zweiten Konfigurationsbeispiel in den 63A und 63B das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt, der 62 entspricht, vergeben wird, und die Beschreibung wird mit einem Fokus auf einen Abschnitt, der von dem ersten Konfigurationsbeispiel in den 62A und 62B verschieden ist, gegeben, und die Beschreibung eines gemeinsamen Abschnitts wird demgemäß weggelassen.
  • Ein Unterschied des zweiten Konfigurationsbeispiels in den 63A und 63B liegt darin, dass der eingebettete Abschnitt 1311A der Elektrodeneinheit 1311 das Substrat 61, das eine Halbleiterschicht ist, durchdringt, und die anderen Konfigurationen sind gemeinsam. Der eingebettete Abschnitt 1311A der Elektrodeneinheit 1311 ist in einem Bereich von der ersten Oberfläche 1321 zu der zweiten Oberfläche 1331 des Substrats 61 gebildet, und der Isolationsfilm 1313 und die Lochkonzentrationsverstärkungsschicht 1314 sind ebenfalls an dem äußeren peripheren Abschnitt der Elektrodeneinheit 1311 gebildet. Mit Bezug auf die zweite Oberfläche 1331 auf einer Seite, auf der das N+-Halbleitergebiet 1312 als eine Ladungsdetektionseinheit nicht gebildet ist, ist eine gesamte Oberfläche davon mit dem Isolationsfilm 1332 bedeckt.
  • Wie in dem zweiten Konfigurationsbeispiel kann der eingebettete Abschnitt 1311A der Elektrodeneinheit 1311 als eine Spannungsanlegeeinheit so konfiguriert sein, dass er das Substrat 61 durchdringt. Selbst in diesem Fall wird ein Ladungsverteilungseffekt in Bezug auf Ladungen, die photoelektrisch umgesetzt sind, in einem breiten Gebiet in der Tiefenrichtung des Substrats 61 erhalten, und somit ist es möglich, die Ladungstrennungseffizienz Cmod in Bezug auf langwelliges Licht zu steigern.
  • Zusätzlich wird ein Strom, der zwischen Spannungsanlegeeinheiten fließt, aufgrund einer Struktur, in der der äußere periphere Abschnitt der Elektrodeneinheit 1311 mit dem Isolationsfilm 1313 bedeckt ist, unterdrückt, und somit ist es möglich, den Stromverbrauch zu reduzieren. Zusätzlich ist es in dem Fall des Vergleichs mit dem gleichen Stromverbrauch möglich, eine hohe Spannung an die Spannungsanlegeeinheiten anzulegen. Zusätzlich ist es, selbst wenn der Abstand zwischen den Spannungsanlegeeinheiten verkürzt ist, möglich, den Stromverbrauch zu unterdrücken, und somit ist es möglich, durch Reduzieren einer Pixelgröße und durch Erhöhen der Anzahl der Pixel eine hohe Auflösung zu realisieren.
  • In dem zweiten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform kann entweder die erste Oberfläche 1321 oder die zweite Oberfläche 1331 des Substrats 61 als eine Lichteinfallsoberfläche eingestellt sein, und entweder der rückseitig beleuchtete Typ oder der vorderseitig beleuchtete Typ ist möglich, jedoch ist der rückseitig beleuchtete Typ wünschenswerter.
  • <Andere Beispiele der ebenen Form>
  • In dem ersten Konfigurationsbeispiel und dem zweiten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform ist eine ebene Form der Elektrodeneinheit 1311, die eine Spannungsanlegeeinheit ist, und des N+-Halbleitergebiets 1312, das eine Ladungsdetektionseinheit ist, auf eine runde Form eingestellt.
  • Die ebene Form der Elektrodeneinheit 1311 und des N+-Halbleitergebiets 1312 ist jedoch nicht auf die runde Form beschränkt, und sie kann eine Form wie z. B. die in 11 dargestellte achteckige Form, die in 12 dargestellte rechteckige Form und eine quadratische Form sein. Zusätzlich ist die Anzahl der Signalextraktionseinheiten 65 (Abzweigungen), die in einem Pixel angeordnet sind, nicht auf zwei beschränkt, und es können vier, wie in 17 dargestellt ist, oder dergleichen sein.
  • Die 64A bis 64C sind Draufsichten, die der Linie B-B' in 62B entsprechen, und stellen ein Beispiel dar, in dem die Anzahl der Signalextraktionseinheiten 65 zwei ist, und eine ebene Form der Elektrodeneinheit 1311 und des N+-Halbleitergebiets 1312, die jede der Signalextraktionseinheiten 65 bilden, ist auf eine Form, die nicht die runde Form ist, eingestellt.
  • 64A stellt ein Beispiel dar, in dem die ebene Form der Elektrodeneinheit 1311 und des N+-Halbleitergebiets 1312 eine vertikal gestreckte rechteckige Form ist, die in einer vertikalen Richtung gestreckt ist.
  • In 64A sind die Elektrodeneinheit 1311-1 und die Elektrodeneinheit 1311-2 in Punktsymmetrie angeordnet, wobei der Mittelpunkt eines Pixels als ein Symmetriepunkt eingestellt ist. Zusätzlich sind die Elektrodeneinheit 1311-1 und die Elektrodeneinheit 1311-2 so angeordnet, dass sie einander entgegengesetzt sind. Eine Form und eine Positionsbeziehung des Isolationsfilms 1313, der Lochkonzentrationsverstärkungsschicht 1314 und des N+-Halbleitergebiets 1312, die an der äußeren Peripherie der Elektrodeneinheit 1311 gebildet sind, sind ebenfalls ähnlich denjenigen der Elektrodeneinheit 1311.
  • 64B stellt ein Beispiel dar, in dem die ebene Form der Elektrodeneinheit 1311 und des N+-Halbleitergebiets 1312 eine L-Form ist.
  • 64C stellt ein Beispiel dar, in dem die ebene Form der Elektrodeneinheit 1311 und des N+-Halbleitergebiets 1312 eine Kammform ist.
  • In den 64B und 64C sind die Elektrodeneinheit 1311-1 und die Elektrodeneinheit 1311-2 in Punktsymmetrie angeordnet, wobei der Mittelpunkt eines Pixels als ein Symmetriepunkt eingestellt ist. Zusätzlich sind die Elektrodeneinheit 1311-1 und die Elektrodeneinheit 1311-2 so angeordnet, dass sie einander entgegengesetzt sind. Eine Form und eine Positionsbeziehung des Isolationsfilms 1313, der Lochkonzentrationsverstärkungsschicht 1314 und des N+-Halbleitergebiets 1312, die an der äußeren Peripherie der Elektrodeneinheit 1311 gebildet sind, sind ebenfalls ähnlich denjenigen der Elektrodeneinheit 1311.
  • Die 65A bis 65C sind Draufsichten, die der Linie B-B' in 62B entsprechen, und stellen ein Beispiel dar, in dem die Anzahl der Signalextraktionseinheiten 65 vier ist, und die ebene Form der Elektrodeneinheit 1311 und des N+-Halbleitergebiets 1312, die jede der Signalextraktionseinheiten 65 bilden, ist auf eine Form, die nicht die runde Form ist, eingestellt.
  • 65A stellt ein Beispiel dar, in dem die ebene Form der Elektrodeneinheit 1311 und des N+-Halbleitergebiets 1312 eine vertikal gestreckte rechteckige Form ist, die in einer vertikalen Richtung gestreckt ist.
  • In 65A sind die vertikal gestreckten Elektrodeneinheiten 1311-1 bis 1311-4 mit vorbestimmten Zwischenräumen in einer horizontalen Richtung angeordnet und sind in Punktsymmetrie angeordnet, wobei der Mittelpunkt eines Pixels als ein Symmetriepunkt eingestellt ist. Zusätzlich sind die Elektrodeneinheiten 1311-1 und 1311-2 und die Elektrodeneinheiten 1311-3 und 1311-4 so angeordnet, dass sie einander entgegengesetzt sind.
  • Die Elektrodeneinheit 1311-1 und die Elektrodeneinheit 1311-3 sind durch eine Zusammenschaltung 1351 elektrisch miteinander verbunden und bilden beispielsweise eine Spannungsanlegeeinheit der Signalextraktionseinheit 65-1 (erste Abzweigung TA), an die die Spannung MIX0 angelegt ist. Ein N+-Halbleitergebiet 1312-1 und ein N+-Halbleitergebiet 1312-3 sind durch eine Zusammenschaltung 1352 elektrisch miteinander verbunden und bilden eine Ladungsdetektionseinheit der Signalextraktionseinheit 65-1 (erste Abzweigung TA), die die Signalladung DET1 detektiert.
  • Die Elektrodeneinheit 1311-2 und die Elektrodeneinheit 1311-4 sind durch eine Zusammenschaltung 1353 elektrisch miteinander verbunden und bilden beispielsweise eine Spannungsanlegeeinheit der Signalextraktionseinheit 65-2 (zweite Abzweigung TB), an die die Spannung MIX1 angelegt ist. Ein N+-Halbleitergebiet 1312-2 und ein N+-Halbleitergebiet 1312-4 sind durch eine Zusammenschaltung 1354 elektrisch miteinander verbunden und bilden eine Ladungsdetektionseinheit der Signalextraktionseinheit 65-2 (zweite Abzweigung TB), die die Signalladung DET2 detektiert.
  • Dementsprechend sind mit anderen Worten in der Anordnung in 65A eine Gruppe aus der Spannungsanlegeeinheit und der Ladungsdetektionseinheit der Signalextraktionseinheit 65-1, deren ebene Form eine rechteckige Form ist, und eine Gruppe aus der Spannungsanlegeeinheit und der Ladungsdetektionseinheit der Signalextraktionseinheit 65-2, deren ebene Form eine rechteckige Form ist, in einer horizontalen Richtung abwechselnd angeordnet.
  • Eine Form und eine Positionsbeziehung des Isolationsfilms 1313 und der Lochkonzentrationsverstärkungsschicht 1314, die an der äußeren Peripherie der Elektrodeneinheit 1311 gebildet sind, sind ähnlich der vorstehend beschriebenen Form und Positionsbeziehung.
  • 65B stellt ein Beispiel dar, in dem die ebene Form der Elektrodeneinheit 1311 und des N+-Halbleitergebiets 1312 eine quadratische Form ist.
  • In einer Anordnung in 65B ist eine Gruppe aus der Spannungsanlegeeinheit und der Ladungsdetektionseinheit der Signalextraktionseinheit 65-1, deren ebene Form eine rechteckige Form ist, so angeordnet dass sie einander in einer diagonalen Richtung des Pixels 51 entgegengesetzt sind, und eine Gruppe aus der Spannungsanlegeeinheit und der Ladungsdetektionseinheit der Signalextraktionseinheit 65-2, deren ebene Form eine rechteckige Form ist, ist so angeordnet, dass sie einander in einer diagonalen Richtung, die von der diagonalen Richtung der Signalextraktionseinheit 65-1 verschieden ist, entgegengesetzt sind.
  • 65C stellt ein Beispiel dar, in dem die ebene Form der Elektrodeneinheit 1311 und des N+-Halbleitergebiets 1312 eine dreieckige Form ist.
  • In einer Anordnung in 65C ist eine Gruppe aus der Spannungsanlegeeinheit und der Ladungsdetektionseinheit der Signalextraktionseinheit 65-1, deren ebene Form eine dreieckige Form ist, so angeordnet dass sie einander in einer ersten Richtung (horizontalen Richtung) des Pixels 51 entgegengesetzt sind, und eine Gruppe aus der Spannungsanlegeeinheit und der Ladungsdetektionseinheit der Signalextraktionseinheit 65-2, deren ebene Form eine dreieckige Form ist, ist so angeordnet, dass sie einander in einer zweiten Richtung (vertikalen Richtung), die zu der ersten Richtung senkrecht ist und von der Richtung der Signalextraktionseinheit 65-1 verschieden ist, entgegengesetzt sind.
  • Selbst in den 65B und 65C sind eine Konfiguration, in der die vier Elektrodeneinheiten 1311-1 bis 1311-4 punktsymmetrisch angeordnet sind , wobei der Mittelpunkt eines Pixels als Symmetriepunkt eingestellt ist, eine Konfiguration, in der die Elektrodeneinheit 1311-1 und die Elektrodeneinheit 1311-3 durch die Zusammenschaltung 1351 elektrisch miteinander verbunden sind, eine Konfiguration, in der das N+-Halbleitergebiet 1312-1 und das N+-Halbleitergebiet 1312-3 durch die Zusammenschaltung 1352 elektrisch miteinander verbunden sind, eine Konfiguration, in der die Elektrodeneinheit 1311-2 und die Elektrodeneinheit 1311-4 durch die Zusammenschaltung 1353 elektrisch miteinander verbunden sind, und eine Konfiguration, in der das N+-Halbleitergebiet 1312-2 und das N+-Halbleitergebiet 1312-4 durch die Zusammenschaltung 1354 elektrisch miteinander verbunden sind, ähnlich denjenigen in 65A. Eine Form und eine Positionsbeziehung des Isolationsfilms 1313 und der Lochkonzentrationsverstärkungsschicht 1314, die an der äußeren Peripherie der Elektrodeneinheit 1311 gebildet sind, sind ähnlich denen in der Elektrodeneinheit 1311.
  • <Drittes Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform>
  • 66A ist eine Draufsicht eines Pixels gemäß einem dritten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform, und 66B ist eine Querschnittsansicht des Pixels gemäß dem dritten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform.
  • 66A ist eine Draufsicht, genommen entlang der Linie B-B' in 66B, und 66B ist eine Querschnittsansicht, genommen entlang der Linie A-A' in 66A.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in dem dritten Konfigurationsbeispiel in den 66A und 66B das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt, der dem ersten Konfigurationsbeispiel in den 62A und 62B entspricht, vergeben wird, und die Beschreibung wird mit Fokus auf einen Abschnitt, der von dem ersten Konfigurationsbeispiel in den 62A und 62B verschieden ist, gegeben, und die Beschreibung eines gemeinsamen Abschnitts wird demgemäß weggelassen.
  • In dem ersten Konfigurationsbeispiel in den 62A und 62B und dem zweiten Konfigurationsbeispiel in den 63A und 63B sind die Elektrodeneinheit 1311, die eine Spannungsanlegeeinheit ist, und das N+-Halbleitergebiet 1312, das eine Ladungsdetektionseinheit ist, auf derselben ebenen Seite des Substrats 61 angeordnet, das heißt an der Peripherie (in der Nähe) der Seite der ersten Oberfläche 1321.
  • Im Gegensatz dazu ist in dem dritten Konfigurationsbeispiel in den 66A und 66B die Elektrodeneinheit 1311, die eine Spannungsanlegeeinheit ist, auf einer ebenen Seite entgegengesetzt der ersten Oberfläche 1321 des Substrats 61, in dem das N+-Halbleitergebiet 1312, das eine Ladungsdetektionseinheit ist, gebildet ist, das heißt auf der Seite der zweiten Oberfläche 1331, angeordnet. Der hervorstehende Abschnitt 1311B der Elektrodeneinheit 1311 ist auf einem oberen Abschnitt der zweiten Oberfläche 1331 des Substrats 61 gebildet.
  • Zusätzlich ist die Elektrodeneinheit 1311 an einer Position angeordnet, an der in einer Draufsicht ihre Mittenposition mit der Mittenposition des N+-Halbleitergebiets 1312 überlappt. Das in den 66A und 66B dargestellte Beispiel ist ein Beispiel, in dem runde ebene Gebiete der Elektrodeneinheit 1311 und des N+-Halbleitergebiets 1312 vollständig miteinander übereinstimmen. Es ist jedoch nicht notwendig, dass die ebenen Gebiete vollständig miteinander übereinstimmen, und ein ebenes Gebiet irgendeiner Seite kann größer sein, solange die Mittenpositionen miteinander überlappen. Zusätzlich können die Mittenpositionen nicht vollständig miteinander übereinstimmen und können zu einem gewissen Grad miteinander übereinstimmen, der als ungefähre Übereinstimmung betrachtet werden kann.
  • Das dritte Konfigurationsbeispiel ist dem ersten Konfigurationsbeispiel ähnlich, außer der Positionsbeziehung zwischen der Elektrodeneinheit 1311 und dem N+-Halbleitergebiet 1312. Wie in dem dritten Konfigurationsbeispiel ist der eingebettete Abschnitt 1311A der Elektrodeneinheit 1311 als eine Spannungsanlegeeinheit bis zu einer tiefen Position in der Nähe des N+-Halbleitergebiets 1312 gebildet, das eine Ladungsdetektionseinheit ist, die in der ersten Oberfläche 1321 entgegengesetzt der zweiten Oberfläche 1331 gebildet ist, in der die Elektrodeneinheit 1311 gebildet ist. Selbst in diesem Fall wird ein Ladungsverteilungseffekt in Bezug auf Ladungen, die photoelektrisch umgesetzt sind, in einem breiten Gebiet in der Tiefenrichtung des Substrats 61 erhalten, und somit ist es möglich, die Ladungstrennungseffizienz in Bezug auf langwelliges Licht zu steigern.
  • Zusätzlich wird ein Strom, der zwischen Spannungsanlegeeinheiten fließt, aufgrund einer Struktur, in der der äußere periphere Abschnitt der Elektrodeneinheit 1311 mit dem Isolationsfilm 1313 bedeckt ist, unterdrückt, und somit ist es möglich, den Stromverbrauch zu reduzieren. Zusätzlich ist es in dem Fall des Vergleichs mit dem gleichen Stromverbrauch möglich, eine hohe Spannung an die Spannungsanlegeeinheiten anzulegen. Zusätzlich ist es, selbst wenn ein Abstand zwischen den Spannungsanlegeeinheiten verkürzt ist, möglich, den Stromverbrauch zu unterdrücken, und somit ist es möglich, durch Reduzieren einer Pixelgröße und durch Erhöhen der Anzahl der Pixel eine hohe Auflösung zu realisieren.
  • In dem dritten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform kann entweder die erste Oberfläche 1321 oder die zweite Oberfläche 1331 des Substrats 61 als eine Lichteinfallsoberfläche eingestellt sein, und entweder der rückseitig beleuchtete Typ oder der vorderseitig beleuchtete Typ ist möglich, jedoch ist der rückseitig beleuchtete Typ wünschenswerter. Beispielsweise in einem Fall, in dem das dritte Konfigurationsbeispiel als der rückseitig beleuchtete Typ konfiguriert ist, wird die zweite Oberfläche 1331 zu einer Oberfläche auf einer Seite, in der die On-Chip-Linse 62 gebildet ist. Beispielsweise ist, wie in 60 dargestellt ist, die Spannungsversorgungsleitung 1253, die eine angelegte Spannung der Elektrodeneinheit 1311 zuführt, so eingestellt, dass sie in einer vertikalen Richtung der Pixel-Array-Einheit 20 verdrahtet ist, und kann mit einer Zusammenschaltung auf einer Seite der Vorderseite durch eine Durchgangselektrode, die das Substrat 61 an dem peripheren Abschnitt 1261 auf einer Außenseite der Pixel-Array-Einheit 20 durchdringt, verbunden sein.
  • <Andere Beispiele der ebenen Form>
  • In dem dritten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform ist eine ebene Form der Elektrodeneinheit 1311, die eine Spannungsanlegeeinheit ist, und des N+-Halbleitergebiets 1312, das eine Ladungsdetektionseinheit ist, auf eine runde Form eingestellt.
  • Die ebene Form der Elektrodeneinheit 1311 und des N+-Halbleitergebiets 1312 ist jedoch nicht auf die runde Form beschränkt, und sie kann eine Form wie z. B. die in 11 dargestellte achteckige Form, die in 12 dargestellte rechteckige Form und eine quadratische Form sein. Zusätzlich ist die Anzahl der Signalextraktionseinheiten 65 (Abzweigungen), die in einem Pixel angeordnet sind, nicht auf zwei beschränkt, und es können vier, wie in 17 dargestellt ist, oder dergleichen sein.
  • Die 67A bis 67C sind Draufsichten, die der Linie B-B' in 66B entsprechen, und stellen ein Beispiel dar, in dem die Anzahl der Signalextraktionseinheiten 65 zwei ist, und eine ebene Form der Elektrodeneinheit 1311 und des N+-Halbleitergebiets 1312, die jede der Signalextraktionseinheiten 65 bilden, ist auf eine Form, die nicht die runde Form ist, eingestellt.
  • 67A stellt ein Beispiel dar, in dem die ebene Form der Elektrodeneinheit 1311 und des N+-Halbleitergebiets 1312 eine vertikal gestreckte rechteckige Form ist, die in einer vertikalen Richtung gestreckt ist.
  • In 67A sind das N+-Halbleitergebiet 1312-1 und das N+-Halbleitergebiet 1312-2, die Ladungsdetektionseinheiten sind, in Punktsymmetrie angeordnet, wobei der Mittelpunkt eines Pixels als ein Symmetriepunkt eingestellt ist. Zusätzlich sind das N+-Halbleitergebiet 1312-1 und das N+-Halbleitergebiet 1312-2 so angeordnet, dass sie einander entgegengesetzt sind. Eine Form und eine Positionsbeziehung der Elektrodeneinheit 1311, die auf der Seite der zweiten Oberfläche 1331 entgegengesetzt einer Oberfläche, in der das N+-Halbleitergebiet 1312 gebildet ist, angeordnet ist, oder des Isolationsfilms 1313 und der Lochkonzentrationsverstärkungsschicht 1314, die an der äußeren Peripherie der Elektrodeneinheit 1311 gebildet sind, ist ebenfalls denjenigen in dem N+-Halbleitergebiet 1312 ähnlich.
  • 67B stellt ein Beispiel dar, in dem die ebene Form der Elektrodeneinheit 1311 und des N+-Halbleitergebiets 1312 eine L-Form ist.
  • 67C stellt ein Beispiel dar, in dem die ebene Form der Elektrodeneinheit 1311 und des N+-Halbleitergebiets 1312 eine Kammform ist.
  • Selbst in den 67B und 67C sind das N+-Halbleitergebiet 1312-1 und das N+-Halbleitergebiet 1312-2 punktsymmetrisch angeordnet, wobei der Mittelpunkt eines Pixels als ein Symmetriepunkt eingestellt ist. Zusätzlich sind das N+-Halbleitergebiet 1312-1 und das N+-Halbleitergebiet 1312-2 so angeordnet, dass sie einander entgegengesetzt sind. Eine Form und eine Positionsbeziehung der Elektrodeneinheit 1311, die auf der Seite der zweiten Oberfläche 1331 entgegengesetzt einer Oberfläche, in der das N+-Halbleitergebiet 1312 gebildet ist, angeordnet ist, oder des Isolationsfilms 1313 und der Lochkonzentrationsverstärkungsschicht 1314, die an der äußeren Peripherie der Elektrodeneinheit 1311 gebildet sind, ist ebenfalls denjenigen in dem N+-Halbleitergebiet 1312 ähnlich.
  • Die 68A bis 68C sind Draufsichten, die der Linie B-B' in 66B entsprechen, und stellen ein Beispiel dar, in dem die Anzahl der Signalextraktionseinheiten 65 vier ist, und eine ebene Form der Elektrodeneinheit 1311 und des N+-Halbleitergebiets 1312, die jede der Signalextraktionseinheiten 65 bilden, ist auf eine Form, die nicht die runde Form ist, eingestellt.
  • 68A stellt ein Beispiel dar, in dem die ebene Form der Elektrodeneinheit 1311 und des N+-Halbleitergebiets 1312 eine vertikal gestreckte rechteckige Form ist, die in einer vertikalen Richtung gestreckt ist.
  • In 68A sind die vertikal gestreckten N+-Halbleitergebiete 1312-1 bis 1312-4 mit einem vorbestimmten Zwischenraum in einer horizontalen Richtung angeordnet und sind punktsymmetrisch angeordnet, wobei der Mittelpunkt eines Pixels als ein Symmetriepunkt eingestellt ist. Zusätzlich sind die N+-Halbleitergebiete 1312-1 und 1312-2 und die N+-Halbleitergebiete 1312-3 und 1312-4 so angeordnet, dass sie einander entgegengesetzt sind.
  • Die Elektrodeneinheit 1311-1 und die Elektrodeneinheit 1311-3 (nicht dargestellt), die auf der Seite der zweiten Oberfläche 1331 gebildet sind, sind durch eine Zusammenschaltung 1351 elektrisch miteinander verbunden und bilden beispielsweise eine Spannungsanlegeeinheit der Signalextraktionseinheit 65-1 (erste Abzweigung TA), an die die Spannung MIX0 angelegt ist. Ein N+-Halbleitergebiet 1312-1 und ein N+-Halbleitergebiet 1312-3 sind durch eine Zusammenschaltung 1352 elektrisch miteinander verbunden und bilden eine Ladungsdetektionseinheit der Signalextraktionseinheit 65-1 (erste Abzweigung TA), die die Signalladung DET1 detektiert.
  • Die Elektrodeneinheit 1311-2 und die Elektrodeneinheit 1311-4 (nicht dargestellt), die auf der Seite der zweiten Oberfläche 1331 gebildet sind, sind durch eine Zusammenschaltung 1353 elektrisch miteinander verbunden und bilden beispielsweise eine Spannungsanlegeeinheit der Signalextraktionseinheit 65-2 (zweite Abzweigung TB), an die die Spannung MIX1 angelegt ist. Ein N+-Halbleitergebiet 1312-2 und ein N+-Halbleitergebiet 1312-4 sind durch eine Zusammenschaltung 1354 elektrisch miteinander verbunden und bilden eine Ladungsdetektionseinheit der Signalextraktionseinheit 65-2 (zweite Abzweigung TB), die die Signalladung DET2 detektiert.
  • Dementsprechend sind mit anderen Worten in einer Anordnung in 68A eine Gruppe aus der Spannungsanlegeeinheit und der Ladungsdetektionseinheit der Signalextraktionseinheit 65-1, deren ebene Form eine rechteckige Form ist, und eine Gruppe aus der Spannungsanlegeeinheit und der Ladungsdetektionseinheit der Signalextraktionseinheit 65-2, deren ebene Form eine rechteckige Form ist, in einer horizontalen Richtung abwechselnd angeordnet.
  • Eine Form und eine Positionsbeziehung des Isolationsfilms 1313 und der Lochkonzentrationsverstärkungsschicht 1314, die an einer äußeren Peripherie der Elektrodeneinheit 1311 gebildet sind, sind ähnlich der vorstehend beschriebenen Form und Positionsbeziehung.
  • 68B stellt ein Beispiel dar, in dem die ebene Form der Elektrodeneinheit 1311 und des N+-Halbleitergebiets 1312 eine quadratische Form ist.
  • In einer Anordnung in 68B ist eine Gruppe aus der Spannungsanlegeeinheit und der Ladungsdetektionseinheit der Signalextraktionseinheit 65-1, deren ebene Form eine rechteckige Form ist, so angeordnet dass sie einander in einer diagonalen Richtung des Pixels 51 entgegengesetzt sind, und eine Gruppe aus der Spannungsanlegeeinheit und der Ladungsdetektionseinheit der Signalextraktionseinheit 65-2, deren ebene Form eine rechteckige Form ist, ist so angeordnet, dass sie einander in einer diagonalen Richtung, die von der diagonalen Richtung der Signalextraktionseinheit 65-1 verschieden ist, entgegengesetzt sind.
  • 68C stellt ein Beispiel dar, in dem die ebene Form der Elektrodeneinheit 1311 und des N+-Halbleitergebiets 1312 eine dreieckige Form ist.
  • In einer Anordnung in 68C ist eine Gruppe aus der Spannungsanlegeeinheit und der Ladungsdetektionseinheit der Signalextraktionseinheit 65-1, deren ebene Form eine dreieckige Form ist, so angeordnet dass sie einander in einer ersten Richtung (horizontalen Richtung) des Pixels 51 entgegengesetzt sind, und eine Gruppe aus der Spannungsanlegeeinheit und der Ladungsdetektionseinheit der Signalextraktionseinheit 65-2, deren ebene Form eine dreieckige Form ist, ist so angeordnet, dass sie einander in einer zweiten Richtung (vertikalen Richtung), die zu der ersten Richtung senkrecht ist und die von der Richtung der Signalextraktionseinheit 65-1 verschieden ist, entgegengesetzt sind.
  • Selbst in den 68B und 68C sind eine Konfiguration, in der die vier Elektrodeneinheiten 1311-1 bis 1311-4 punktsymmetrisch angeordnet sind , wobei der Mittelpunkt eines Pixels als Symmetriepunkt eingestellt ist, eine Konfiguration, in der die Elektrodeneinheit 1311-1 und die Elektrodeneinheit 1311-3 durch die Zusammenschaltung 1351 elektrisch miteinander verbunden sind, eine Konfiguration, in der das N+-Halbleitergebiet 1312-1 und das N+-Halbleitergebiet 1312-3 durch die Zusammenschaltung 1352 elektrisch miteinander verbunden sind, eine Konfiguration, in der die Elektrodeneinheit 1311-2 und die Elektrodeneinheit 1311-4 durch die Zusammenschaltung 1353 elektrisch miteinander verbunden sind, und eine Konfiguration, in der das N+-Halbleitergebiet 1312-2 und das N+-Halbleitergebiet 1312-4 durch die Zusammenschaltung 1354 elektrisch miteinander verbunden sind, ähnlich. Eine Form und eine Positionsbeziehung des Isolationsfilms 1313 und der Lochkonzentrationsverstärkungsschicht 1314, die an der äußeren Peripherie der Elektrodeneinheit 1311 gebildet sind, sind ähnlich denen in der Elektrodeneinheit 1311.
  • <Andere Beispiele der Zusammenschaltungsanordnung>
  • In der Pixelschaltung in 31 und 32 oder dem Beispiel des Metallfilms M3 in den 42A bis 42C ist eine Beschreibung einer Konfiguration gegeben worden, in der zwei der vertikalen Signalleitungen 29 in einer Pixelspalte in Übereinstimmung mit den zwei der Signalextraktionseinheiten 65 (zwei der Abzweigungen TA und TB) angeordnet sind.
  • Es ist jedoch beispielsweise möglich, eine Konfiguration einzusetzen, in der vier der vertikalen Signalleitungen 29 in einer Pixelspalte angeordnet sind und die Pixelsignale von insgesamt vier Abzweigungen der zwei einander in einer vertikalen Richtung benachbarten Pixel gleichzeitig ausgegeben werden.
  • 69 stellt ein Schaltungskonfigurationsbeispiel der Pixel-Array-Einheit 20 in dem Fall der gleichzeitigen Ausgabe von Pixelsignalen aus insgesamt vier Abzweigungen von zwei einander in einer vertikalen Richtung benachbarten Pixeln dar.
  • 69 stellt eine Schaltungskonfiguration von vier Pixeln (2×2) unter mehreren Pixeln 51, die zweidimensional in einer Matrixform in der Pixel-Array-Einheit 20 angeordnet sind, dar. Es wird darauf hingewiesen, dass in dem Fall, in dem die vier Pixel 51 (2×2) in 69 unterschieden werden, die Pixel 51 als Pixel 511 bis 514 dargestellt sind.
  • Die Schaltungskonfiguration jedes der Pixel 51 ist eine Schaltungskonfiguration, die den zusätzlichen Kondensator 727 und den Schalttransistor 728, der die Verbindung des zusätzlichen Kondensators 727 steuert, enthält, wie vorstehend mit Bezug auf 32 beschrieben ist. Die Beschreibung der Schaltungskonfiguration ist wiederholt und ist weggelassen.
  • In einer Pixelspalte der Pixel-Array-Einheit 20 sind die Spannungsversorgungsleitungen 30A und 30B in einer vertikalen Richtung verdrahtet. Die vorbestimmte Spannung MIX0 wird der ersten Abzweigung TA der mehreren Pixel 51, die in der vertikalen Richtung angeordnet sind, über die vertikale Versorgungsleitung 30A zugeführt, und die vorbestimmte Spannung MIX1 wird der zweiten Abzweigung TB über die Spannungsversorgungsleitung 30B zugeführt.
  • Zusätzlich sind in einer Pixelzeile der Pixel-Array-Einheit 20 vier vertikale Signalleitungen 29A bis 29D in der vertikalen Richtung verdrahtet.
  • In einer Pixelspalte eines Pixels 511 und eines Pixels 512 überträgt beispielsweise die vertikale Signalleitung 29A ein Pixelsignal einer ersten Abzweigung TA des Pixels 511 zu der Spaltenverarbeitungseinheit 23 (1), die vertikale Signalleitung 29B überträgt ein Pixelsignal einer zweiten Abzweigung TB des Pixels 511 zu der Spaltenverarbeitungseinheit 23, die vertikale Signalleitung 29C überträgt ein Pixelsignal einer ersten Abzweigung des Pixels 512 benachbart dem Pixel 511 in derselben Spalte zu der Spaltenverarbeitungseinheit 23, und die vertikale Signalleitung 29D überträgt ein Pixelsignal einer zweiten Abzweigung TB des Pixels 512 zu der Spaltenverarbeitungseinheit 23.
  • In einer Pixelspalte eines Pixels 513 und eines Pixels 514 überträgt beispielsweise die vertikale Signalleitung 29A ein Pixelsignal einer ersten Abzweigung TA des Pixels 513 zu der Spaltenverarbeitungseinheit 23 (1), die vertikale Signalleitung 29B überträgt ein Pixelsignal einer zweiten Abzweigung TB des Pixels 513 zu der Spaltenverarbeitungseinheit 23, die vertikale Signalleitung 29C überträgt ein Pixelsignal einer ersten Abzweigung des Pixels 514 benachbart dem Pixel 511 in derselben Spalte zu dem Spaltenverarbeitungseinheit 23, und die vertikale Signalleitung 29D überträgt ein Pixelsignal einer zweiten Abzweigung TB des Pixels 514 zu der Spaltenverarbeitungseinheit 23.
  • Andererseits sind in einer horizontalen Richtung der Pixel-Array-Einheit 20 die Steuerleitung 841, die das Ansteuersignal RST zu dem Rücksetztransistor 723 überträgt, die Steuerleitung 842, die das Ansteuersignal TRG zu dem Übertragungstransistor 721 überträgt, die Steuerleitung 843, die das Ansteuersignal FDG zu dem Schalttransistor 728 überträgt, und die Steuerleitung 844, die das Auswahlsignal SEL zu dem Auswahltransistor 725 überträgt, in einer Pixelzeileneinheit angeordnet.
  • Mit Bezug auf das Ansteuersignal RST, das Ansteuersignal FDG, das Ansteuersignal TRG und das Auswahlsignal SEL wird das gleiche Signal aus der vertikalen Ansteuereinheit 22 den entsprechenden Pixeln 51 in zwei einander in der vertikalen Richtung benachbarten Zeilen zugeführt.
  • Wie vorstehend beschrieben sind in der Pixel-Array-Einheit 20 vier der vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D in einer Pixelspalte angeordnet, und somit ist es möglich, gleichzeitig Pixelsignale in einer Zweizeileneinheit auszulesen.
  • 70 stellt ein Layout des Metallfilms M3 der dritten Schicht der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 in einem Fall dar, in dem vier der vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D in einer Pixelspalte angeordnet sind.
  • Mit anderen Worten ist 70 ein Modifikationsbeispiel des Layouts des in 42C dargestellten Metallfilms M3.
  • In dem Layout des Metallfilms M3 in 70 sind die vier vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D in einer Pixelspalte angeordnet. Zusätzlich sind vier der Stromversorgungsleitungen 1401A bis 1401D, die eine Stromversorgungsspannung VDD der einen Pixelspalte zuführen, in der einen Pixelspalte angeordnet.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in 70 ein Gebiet des Pixels 51 und ein Gebiet der Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2, die eine in 11 dargestellte achteckige Form aufweisen, zur Bezugnahme durch eine gestrichelte Linie angegeben sind. Das gilt auch für 71 bis 76, die später beschrieben werden sollen.
  • In dem Layout des Metallfilms M3, das in 50 dargestellt ist, ist eine VSS-Zusammenschaltung (Massezusammenschaltung) 1411 eines GND-Potentials neben jeder der vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D und der Stromversorgungsleitungen 1401A bis 1401D angeordnet. Die VSS-Zusammenschaltung 1411 enthält eine VSS-Zusammenschaltung 1411B, die neben jeder der vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D angeordnet ist und eine schmale Leitungsbreite aufweist, und eine VSS-Zusammenschaltung 1411A, die zwischen der vertikalen Signalleitung 29B und der Stromversorgungsleitung 1401C an einem Pixelgrenzabschnitt und zwischen der vertikalen Signalleitung 29C und der Stromversorgungsleitung 1401D an dem Pixelgrenzabschnitt angeordnet ist und eine breite Leitungsbreite aufweist.
  • Um die Stabilität von Signalen zu steigern, ist es effektiv, die Stromversorgungsspannung VDD, die der Stromversorgungsleitung 1401 zugeführt wird, zu erhöhen, oder die Spannungen MIX0 und MIX1, die über die Spannungsversorgungsleitungen 30A und 30B zugeführt werden, zu erhöhen. Auf einer Seite steigen jedoch Ströme an, und die Zusammenschaltungszuverlässigkeit verschlechtert sich. Hier ist, wie in 70 dargestellt ist, in Bezug auf eine Pixelspalte die VSS-Zusammenschaltung 1411A, die eine Leitungsbreite aufweist, die breiter ist als diejenige der Stromversorgungsleitung 1401, in Bezug auf wenigstens eine VSS-Zusammenschaltung 1411 vorgesehen, und somit wird eine Stromdichte erniedrigt, und die Zusammenschaltungszuverlässigkeit kann verbessert sein. 70 stellt ein Beispiel dar in dem zwei der VSS-Zusammenschaltungen 1411A symmetrisch in dem Inneren des Pixelgebiets in Bezug auf eine Pixelspalte vorgesehen sind.
  • Zusätzlich ist in dem Layout von 70 die VSS-Zusammenschaltung 1411 (1411A oder 1411B) neben jeder der vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D angeordnet. Dementsprechend ist die vertikale Signalleitung 29 weniger empfindlich gegen eine Potentialfluktuation von außen.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass eine benachbarte Zusammenschaltung der Signalleitung, der Stromversorgungsleitung und der Steuerleitung auf die VSS-Zusammenschaltung in Metallfilmen anderer Schichten ohne Beschränkung auf den Metallfilm M3 der dritten Schicht der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811, die in 70 dargestellt ist, eingestellt werden kann. Beispielsweise kann in Bezug auf die Steuerleitungen 841 bis 844 des Metallfilms M2 der zweiten Schicht, der in 42B dargestellt ist, die VSS-Zusammenschaltung auf beiden Seiten jeder der Steuerleitungen 841 bis 844 angeordnet sein. Dementsprechend ist es möglich, einen Einfluss einer Potentialfluktuation von aßen auf die Steuerleitungen 841 bis 844 zu reduzieren.
  • 71 stellt ein Modifikationsbeispiel 1 des Layouts des Metallfilms M3 der dritten Schicht der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 in einem Fall dar, in dem vier der vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D in einer Pixelspalte angeordnet sind.
  • Das Layout des Metallfilms M3 in 71 ist von dem Layout des Metallfilms M3, der in 70 dargestellt ist, darin verschieden, dass eine benachbarte VSS-Zusammenschaltung 1411 jeder der vier vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D in jedem Fall auf die gleiche Leitungsbreite eingestellt ist.
  • Insbesondere sind in dem Layout des Metallfilms M3, das in 70 dargestellt ist, die VSS-Zusammenschaltung 1411A, die eine breite Leitungsbreite aufweist, und die VSS-Zusammenschaltung 1411B, die eine schmale Leitungsbreite aufweist, auf beiden Seiten der vertikalen Signalleitung 29C angeordnet, und die VSS-Zusammenschaltung 1411A, die eine breite Leitungsbreite aufweist, und die VSS-Zusammenschaltung 1411B, die eine schmale Leitungsbreite aufweist, sind auch auf beiden Seiten der vertikalen Signalleitung 29B angeordnet.
  • Im Gegensatz dazu ist in dem Layout des Metallfilms M3, das in 71 dargestellt ist, die VSS-Zusammenschaltung 1411B, die eine schmale Leitungsbreite aufweist, auf beiden Seiten der vertikalen Signalleitung 29C angeordnet, und die VSS-Zusammenschaltung 1411B, die eine schmale Leitungsbreite aufweist, ist auch auf beiden Seiten der vertikalen Signalleitung 29B angeordnet. Die VSS-Zusammenschaltung 1411B, die eine schmale Breite aufweist, ist auch auf beiden Seiten jeder der anderen vertikalen Signalleitungen 29A und 29D angeordnet. Die Leitungsbreite der VSS-Zusammenschaltung 1411B auf beiden Seiten der vier vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D ist in jedem Fall gleich.
  • Wenn die Leitungsbreite der VSS-Zusammenschaltung 1411 auf beiden Seiten der vertikalen Signalleitung 29 auf die gleiche Leitungsbreite eingestellt ist, ist es möglich, den Grad des Einflusses von Übersprechen gleichmäßig zu machen, und es ist möglich, eine Eigenschaftsvariation zu reduzieren.
  • 72 stellt ein Modifikationsbeispiel 2 des Layouts des Metallfilms M3 der dritten Schicht der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 in einem Fall dar, in dem vier der vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D in einer Pixelspalte angeordnet sind.
  • Das Layout des Metallfilms M3, das in 72 dargestellt ist, ist von dem Layout des Metallfilms M3, das in 70 dargestellt ist, darin verschieden, dass die VSS-Zusammenschaltung 1411A, die eine breite Leitungsbreite aufweist, durch eine VSS-Zusammenschaltung 1411C ersetzt ist, in der mehrere Zwischenräume 1421 regelmäßig auf einer Innenseite vorgesehen sind.
  • Das heißt, die VSS-Zusammenschaltung 1411C weist eine Leitungsbreite breiter als die Stromversorgungsleitung 1401 auf, und in der VSS-Zusammenschaltung 1411C sind die mehreren Zwischenräume 1421 in einer vorbestimmten Periode in der wiederholt vertikalen Richtung angeordnet. In einem Beispiel in 72 ist eine Form jedes der Zwischenräume 1421 eine rechteckige Form, die Form kann jedoch eine runde Form oder eine polygonale Form sein, ohne Beschränkung auf die rechteckige Form.
  • Wenn die mehreren Zwischenräume 1421 auf einer Innenseite des Zusammenschaltungsgebiets vorgesehen sind, ist es möglich, die Stabilität zu verbessern, wenn die VSS-Zusammenschaltung 1411C, die eine große Breite aufweist, gebildet (bearbeitet) wird.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass 72 ein Layout darstellt, in dem die VSS-Zusammenschaltung 1411A des Metallfilms M3, das in 70 dargestellt ist, durch die VSS-Zusammenschaltung 1411C ersetzt ist, die VSS-Zusammenschaltung 1411A des Metallfilms M3, die in 71 dargestellt ist, kann jedoch durch die VSS-Zusammenschaltung 1411C ersetzt sein.
  • <Andere Layout-Beispiele der Pixeltransistoren>
  • Als Nächstes wird ein Modifikationsbeispiel des Anordnungsbeispiels der Pixeltransistoren, das in 44B dargestellt ist, mit Bezug auf die 73A und 73B beschrieben.
  • 73A ist eine Ansicht, die die Anordnung der in 44B dargestellten Pixeltransistoren darstellt.
  • Andererseits stellt 73B ein Modifikationsbeispiel für die Anordnung der Pixeltransistoren dar.
  • Wie in 73A und 44B dargestellt ist, sind auf der Basis der Mittelleitung (nicht dargestellt) von zwei der Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2 die Gate-Elektroden der Rücksetztransistoren 723A und 723B, der Übertragungstransistoren 721A und 721B, der Schalttransistoren 728A und 728B, der Auswahltransistoren 725A und 725B und der Verstärkungstransistoren 724A und 724B in dieser Reihenfolge ab einer Seite näher der Zwischenleitung zu einer Außenseite hin gebildet.
  • In dem Fall der Anordnung der Pixeltransistoren ist ein Kontakt 1451 der ersten Stromversorgungsspannung VDD (VDD_1) zwischen den Rücksetztransistoren 723A und 7213B angeordnet, die Kontakte 1452 und 1453 einer zweiten Stromversorgungsspannung VDD (VDD_2) sind jeweils auf den Außenseiten der Gate-Elektroden der Verstärkungstransistoren 724A und 724B angeordnet.
  • Zusätzlich ist ein Kontakt 1461 mit einer ersten VSS-Zusammenschaltung (VSS_A) zwischen den Gate-Elektroden des Auswahltransistors 725A und des Schalttransistors 728A angeordnet, und ein Kontakt 1462 mit einer zweiten VSS-Zusammenschaltung (VSS_B) ist zwischen den Gate-Elektroden des Auswahltransistors 725B und des Schalttransistors 728B angeordnet.
  • In dem Fall der Anordnung der Pixeltransistoren, wie in den 70 bis 72 dargestellt, sind vier der Stromversorgungsleitungen 1401A bis 1401D für eine Pixelspalte notwendig.
  • Andererseits sind in 73B auf der Basis der Mittelleitung (nicht dargestellt) von zwei der Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2, Gate-Elektroden der Schalttransistoren 728A und 728B, der Übertragungstransistoren 721A und 721B, der Rücksetztransistoren 723A und 723B, der Verstärkungstransistoren 724A und 724B und der Auswahltransistoren 725A und 725B in dieser Reihenfolge ab einer Seite näher der Mittelleitung zu einer Außenseite hin gebildet.
  • In dem Fall der Anordnung der Pixeltransistoren ist ein Kontakt 1471 mit der ersten VSS-Zusammenschaltung (VSS_1) zwischen den Schalttransistoren 728A und 728B angeordnet, und die Kontakte 1472 und 1473 mit der zweiten VSS-Zusammenschaltung (VSS_2) sind jeweils an Außenseiten der Gate-Elektroden der Auswahltransistoren 725A und 725B angeordnet.
  • Zusätzlich ist ein Kontakt 1481 der ersten Stromversorgungsspannung VDD (VDD A) zwischen den Gate-Elektroden des Verstärkungstransistors 724A und des Rücksetztransistors 723A angeordnet, und ein Kontakt 1482 der zweiten Stromversorgungsspannung VDD (VDD B) ist zwischen den Gate-Elektroden des Verstärkungstransistors 724B und des Rücksetztransistors 723B angeordnet.
  • In dem Fall der Anordnung der Pixeltransistoren ist es möglich, die Anzahl von Kontakten der Stromversorgungsspannung im Vergleich zu dem Layout der Pixeltransistoren in 73A weiter zu reduzieren, und somit ist es möglich, eine Schaltung zu vereinfachen. Zusätzlich ist es auch möglich, die Zusammenschaltungen der Stromversorgungsleitung 1401 in der Pixel-Array-Einheit 20 zu reduzieren, und es ist möglich, die Zusammenschaltungen mit zwei Stromversorgungsleitungen 1401 in Bezug auf eine Pixelspalte zu konstruieren.
  • Zusätzlich ist es in dem Pixeltransistor-Layout, das in 73B dargestellt ist, möglich, den Kontakt 1471 mit der ersten VSS-Zusammenschaltung (VSS_1) zwischen dem Schalttransistor 728A und 728B wegzulassen. Dementsprechend ist es möglich, den Grad der Dichte der Pixeltransistoren in einer vertikalen Richtung zu reduzieren. Zusätzlich ist es, da die Anzahl von Kontakten mit der VSS-Zusammenschaltung reduziert ist, möglich, Ströme, die zwischen der Spannungsversorgungsleitung 741 (33A und 33B und 34A und 34B) zum Anlegen der Spannung MIX0 oder MIX1 und der VSS-Zusammenschaltung fließen, zu reduzieren.
  • In dem Fall des Weglassens des Kontakts 1471 mit der ersten VSS-Zusammenschaltung (VSS_1) ist es möglich, die Verstärkungstransistoren 724A und 724B in der vertikalen Richtung zu vergrößern. Dementsprechend ist es möglich, das Rauschen der Pixeltransistoren zu reduzieren, und eine Signalvariation ist reduziert.
  • Zusätzlich können in dem Layout der Pixeltransistoren in 73B die Kontakte 1472 und 1473 mit der zweiten VSS-Zusammenschaltung (VSS_2) weggelassen sein. Dementsprechend ist es möglich, den Grad der Dichte der Pixeltransistoren in der vertikalen Richtung zu reduzieren. Zusätzlich ist es, da die Anzahl von Kontakten mit der VSS-Zusammenschaltung reduziert ist, möglich, Ströme, die zwischen der Spannungsversorgungsleitung 741 (33A und 33B und 34A und 34B) zum Anlegen der Spannung MIX0 oder MIX1 und der VSS-Zusammenschaltung fließen, zu reduzieren.
  • In dem Fall des Weglassens der Kontakte 1472 und 1473 mit der zweiten VSS-Zusammenschaltung (VSS_2) ist es möglich, die Verstärkungstransistoren 724A und 724B in der vertikalen Richtung zu vergrößern. Dementsprechend ist es möglich, das Rauschen der Pixeltransistoren zu reduzieren, und eine Signalvariation ist reduziert.
  • 74 stellt ein Layout von Zusammenschaltungen dar, die Pixeltransistoren Tr des Metallfilms M1 in dem Layout der Pixeltransistoren von 73B verbinden. 74B entspricht Zusammenschaltungen, die die Pixeltransistoren Tr des Metallfilms M1, der in 44C dargestellt ist, verbinden. Die Zusammenschaltungen, die die Pixeltransistoren Tr verbinden, können in einem Zustand des Übersteigens anderer Zusammenschaltungsschichten wie z. B. der Metallfilme M2 und M3 verbunden sein.
  • 75 stellt ein Layout des Metallfilms M3 der dritten Schicht der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 in einem Fall dar, in dem zwei der Stromversorgungsleitungen 1401 auf eine Pixelspalte in dem Layout der Pixeltransistoren, das in 73 dargestellt ist, eingestellt sind.
  • In 75 wird das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben, der 70 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • Beim Vergleich des Layouts des Metallfilms M3 in 75 mit dem Layout des Metallfilms M3 in 70 sind unter vier Stromversorgungsleitungen 1401A bis 1401D in 70 zwei Stromversorgungsleitungen 1401C und 1401D weggelassen, und die VSS-Zusammenschaltung 1411A, die eine breite Leitungsbreite aufweist, ist durch die VSS-Zusammenschaltung 1411D, die eine breitere Leitungsbreite aufweist, ersetzt.
  • Wie vorstehend beschrieben wird, wenn die Fläche (Leitungsbreite) der VSS-Zusammenschaltung 1411 vergrößert wird, eine Stromdichte weiter verringert, und die Zusammenschaltungszuverlässigkeit kann verbessert sein.
  • 76 stellt ein weiteres Layout des Metallfilms M3 der dritten Schicht der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 in einem Fall dar, in dem zwei der Stromversorgungsleitungen 1401 auf eine Pixelspalte in dem Layout der Pixeltransistoren, das in 73B dargestellt ist, eingestellt sind.
  • In 76 wird das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben, der 70 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • Beim Vergleich des Layouts des Metallfilms M3 in 76 mit dem Layout des Metallfilms M3 in 70 sind unter vier Stromversorgungsleitungen 1401A bis 1401D in 70 zwei Stromversorgungsleitungen 1401A und 1401B weggelassen und sind durch eine VSS-Zusammenschaltung 1411E, die eine breitere Leitungsbreite aufweist, ersetzt.
  • Wie vorstehend beschrieben wird, wenn die Fläche (Leitungsbreite) der VSS-Zusammenschaltung 1411 vergrößert wird, eine Stromdichte weiter verringert, und die Zusammenschaltungszuverlässigkeit kann verbessert sein.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die Layouts des Metallfilms M3, die in 75 und 76 dargestellt sind, Beispiele sind, in denen das Layout des Metallfilms M3, das in 70 dargestellt ist, in zwei der Stromversorgungsleitungen 1401 geändert sind, es ist jedoch auch ein Beispiel möglich, in dem das Layout des Metallfilms M3, das in 71 und 72 dargestellt ist, in zwei der Stromversorgungsleitungen 1401 geändert ist.
  • Das heißt, die Konfiguration, in der die Anzahl der Stromversorgungsleitungen 1401 in zwei verändert ist, ist auch auf das Layout des Metallfilms M3, das in 71 dargestellt ist, in dem die VSS-Zusammenschaltungen 1411, die jeweils den vier vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D benachbart sind, auf die gleiche Leitungsbreite eingestellt sind, und das Layout des Metallfilms M3, das in 72 dargestellt ist, das mit der VSS-Zusammenschaltung 1411C ausgestattet ist, die die mehreren Zwischenräume 1421 enthält, anwendbar.
  • Dementsprechend ist es wie in 71 möglich, den Grad des Einflusses von Übersprechen gleichmäßig zu machen, und es ist möglich, die Eigenschaftsvariation zu reduzieren. Zusätzlich ist es, wie in 72, möglich, einen Effekt zu erreichen, der zum Verbessern der Stabilität fähig ist, wenn die VSS-Zusammenschaltung 1411C, die eine große Breite aufweist, gebildet wird.
  • <Verdrahtungsbeispiel der Stromversorgungsleitung und der VSS-Zusammenschaltung>
  • 77 ist eine Draufsicht, die ein Verdrahtungsbeispiel der VSS-Zusammenschaltung in der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 darstellt.
  • Wie in 77 dargestellt ist, kann in der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 die VSS-Zusammenschaltung in mehreren Zusammenschaltungsschichten wie einer ersten Zusammenschaltungsschicht 1521, einer zweiten Zusammenschaltungsschicht 1522 und einer dritten Zusammenschaltungsschicht 1523 gebildet sein.
  • In der ersten Zusammenschaltungsschicht 1521 sind beispielsweise mehrere vertikale Zusammenschaltungen 1511, die sich in einer vertikalen Richtung in der Pixel-Array-Einheit 20 erstrecken, mit vorbestimmten Zwischenräumen in Bezug auf eine horizontale Richtung angeordnet. In der zweiten Zusammenschaltungsschicht 1522 sind beispielsweise mehrere horizontale Zusammenschaltungen 1512, die sich in der horizontalen Richtung in der Pixel-Array-Einheit 20 erstrecken, mit vorbestimmten Zwischenräumen in Bezug auf die vertikale Richtung angeordnet. In der dritten Zusammenschaltungsschicht 1523 ist beispielsweise eine Zusammenschaltung 1513, die sich in der vertikalen Richtung oder der horizontalen Richtung erstreckt, so dass sie wenigstens eine Außenseite der Pixel-Array-Einheit 20 umgibt, mit einer Leitungsbreite breiter im Vergleich zu den vertikalen Zusammenschaltungen 1511 und den horizontalen Zusammenschaltung 1512 angeordnet und ist mit dem GND-Potential verbunden. Die Zusammenschaltung 1513 ist auch innerhalb der Pixel-Array-Einheit 20 verdrahtet, um mehrere Zusammenschaltungen 1513, die einander in dem externen peripheren Abschnitt entgegengesetzt sind, zu verbinden.
  • Die vertikalen Zusammenschaltungen 1511 der ersten Zusammenschaltungsschicht 1521 und die horizontalen Zusammenschaltungen 1512 der zweiten Zusammenschaltungsschicht 1522 sind an jedem überlappenden Abschnitt 1531, an dem in einer Draufsicht jede der vertikalen Zusammenschaltungen 1511 und jede der horizontalen Zusammenschaltungen 1512 miteinander überlappen, mit einer Durchkontaktierung oder dergleichen miteinander verbunden.
  • Zusätzlich sind die vertikalen Zusammenschaltungen 1511 der ersten Zusammenschaltungsschicht 1521 und die Zusammenschaltungen 1513 der dritten Zusammenschaltungsschicht 1523 an jedem überlappenden Abschnitt 1532, an dem in einer Draufsicht jede der vertikalen Zusammenschaltungen 1511 und jede der Zusammenschaltungen 1513 miteinander überlappen, mit einer Durchkontaktierung oder dergleichen miteinander verbunden.
  • Zusätzlich sind die horizontalen Zusammenschaltungen 1512 der zweiten Zusammenschaltungsschicht 1522 und die Zusammenschaltungen 1513 der dritten Zusammenschaltungsschicht 1523 an jedem überlappenden Abschnitt 1533, an dem in einer Draufsicht jede der horizontalen Zusammenschaltungen 1512 und jede der Zusammenschaltungen 1513 miteinander überlappen, mit einer Durchkontaktierung oder dergleichen miteinander verbunden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in 77 in Bezug auf die überlappenden Abschnitte 1531 bis 1533 ein Bezugszeichen nur für einen Ort vergeben ist, um die Verkomplizierung der Zeichnung zu vermeiden.
  • Wie vorstehend beschrieben ist die VSS-Zusammenschaltung in mehreren Zusammenschaltungsschichten der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 gebildet, und die vertikalen Zusammenschaltungen 1511 und die horizontalen Zusammenschaltungen 1512 können in einer Gitterform in einer Draufsicht im Inneren der Pixel-Array-Einheit 20 verdrahtet sein. Dementsprechend ist eine Ausbreitungsverzögerung im Inneren der Pixel-Array-Einheit 20 reduziert, und eine Eigenschaftsvariation kann unterdrückt sein.
  • 78 ist eine Draufsicht, die ein weiteres Verdrahtungsbeispiel der VSS-Zusammenschaltung in der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 darstellt.
  • In 78 wird das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben, der 77 entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • In 77 sind die vertikalen Zusammenschaltungen 1511 der ersten Zusammenschaltungsschicht 1521 und die horizontalen Zusammenschaltungen 1512 der zweiten Zusammenschaltungsschicht 1522 nicht auf einer Außenseite der Zusammenschaltung 1513 gebildet, die an einer äußeren Peripherie der Pixel-Array-Einheit 20 gebildet ist. In 78 sind jedoch die vertikalen Zusammenschaltungen 1511 und die horizontalen Zusammenschaltungen 1512 so gebildet, dass sie sich bis zu der Außenseite der Zusammenschaltung 1513, die an der äußeren Peripherie der Pixel-Array-Einheit 20 gebildet ist, erstrecken. Zusätzlich ist jede der vertikalen Zusammenschaltungen 1511 mit dem GND-Potential an einem äußeren peripheren Abschnitt 1542 eines Substrats 1541 auf einer Außenseite der Pixel-Array-Einheit 20 verbunden, und jede der horizontalen Zusammenschaltungen 1512 ist mit dem GND-Potential an einem äußeren peripheren Abschnitt 1543 des Substrats 1541 auf der Außenseite der Pixel-Array-Einheit 20 verbunden.
  • Mit anderen Worten sind in 77 die vertikalen Zusammenschaltungen 1511 der ersten Zusammenschaltungsschicht 1521 und die horizontalen Zusammenschaltungen 1512 der zweiten Zusammenschaltungsschicht 1522 mit dem GND-Potential über die Zusammenschaltung 1513, die sich an der äußeren Peripherie befindet, verbunden. In 78 sind jedoch die vertikalen Zusammenschaltungen 1511 und die horizontalen Zusammenschaltungen 1512 auch direkt mit dem GND-Potential verbunden, zusätzlich zu der Verbindung über die Zusammenschaltung 1513. Es wird darauf hingewiesen, dass Gebiete, in denen die vertikalen Zusammenschaltungen 1511 und die horizontalen Zusammenschaltungen 1512 mit dem GND-Potential verbunden sind, vier Seiten des Substrats 1541 wie die äußeren peripheren Abschnitte 1542 und 1543 in 78 oder eine vorbestimmte eine Seite, vorbestimmte zwei Seiten oder vorbestimmte drei Seiten sein können.
  • Wie vorstehend beschrieben ist die VSS-Zusammenschaltung in mehreren Zusammenschaltungsschichten der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 gebildet, und kann in einer Gitterform in einer Draufsicht im Inneren der Pixel-Array-Einheit 20 verdrahtet sein. Dementsprechend ist eine Ausbreitungsverzögerung im Inneren der Pixel-Array-Einheit 20 reduziert, und eine Eigenschaftsvariation kann unterdrückt sein.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in 77 und 78 eine Beschreibung des Verdrahtungsbeispiels der VSS-Zusammenschaltung gegeben worden ist, die Stromversorgungsleitung kann jedoch auf ähnliche Weise verdrahtet sein.
  • Die VSS-Zusammenschaltung 1411 und die Stromversorgungsleitung 1401, die in 70 bis 76 beschrieben sind, können in den mehreren Zusammenschaltungsschichten der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 wie in der VSS-Zusammenschaltung und der Stromversorgungsleitung, die in 77 und 78 dargestellt sind, angeordnet sein. Die VSS-Zusammenschaltung 1411 und die Stromversorgungsleitung 1401, die in 70 bis 76 beschrieben sind, sind auch auf jede in dieser Spezifikation beschriebene Ausführungsform anwendbar.
  • <Erstes Verfahren zur Pupillenkorrektur>
  • Als Nächstes wird ein erstes Verfahren zur Pupillenkorrektur in dem Lichtempfangselement 1 beschrieben.
  • Wie in einem Bildsensor kann das Lichtempfangselement 1, das ein CAPD-Sensor ist, Pupillenkorrektur ausführen, wobei die On-Chip-Linse 62 oder der Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63 zu einer Ebenenmitte der Pixel-Array-Einheit 20 in Übereinstimmung mit einer Differenz eines Einfallswinkels des Hauptlichtstrahls, der einer ebeneninternen Position der Pixel-Array-Einheit 20 entspricht, verschoben wird.
  • Insbesondere, wie in 79 dargestellt ist, in einem Pixel 41, das sich an einer Position 1701-5 des mittleren Abschnitts der Pixel-Array-Einheit 20 unter entsprechenden Positionen 1701-1 bis 1701-9 der Pixel-Array-Einheit 20 befindet, stimmt die Mitte der On-Chip-Linse 62 mit der Mitte zwischen den Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2, die in dem Substrat 61 gebildet sind, überein, jedoch in den Pixeln 51, die sich an den Positionen 1701-1 bis 1701-4, 1701-6 und 1701-9 der peripheren Abschnitte der Pixel-Array-Einheit 20 befinden, ist die Mitte der On-Chip-Linse 62 so angeordnet, dass sie zu einer Seite der Ebenenmitte der Pixel-Array-Einheit 20 zu verschieben ist. Die Zwischenpixellichtabschirmungsfilme 63-1 und 63-2 sind so angeordnet, dass sie zu der Seite der Ebenenmitte der Pixel-Array-Einheit 20 wie in der On-Chip-Linse 62 zu verschieben ist.
  • Zusätzlich, wie in 80 dargestellt ist, sind in den Pixeln 51 in einem Fall, in dem die DTIs 1711-1 und 1711-2, in denen ein Graben bis zu einer vorbestimmten Tiefe in einer Substratdickenrichtung gebildet ist, an Pixelgrenzabschnitten auf der Seite der rückseitigen Oberfläche des Substrats 61, die die Seite der On-Chip-Linse 62 ist, gebildet sind, um das Einfallen von einfallendem Licht in benachbarte Pixel zu verhindern, in den Pixeln 51, die sich an den Positionen 1701-1 bis 1701-4, 1701-6 und 1701-9 der peripheren Abschnitte der Pixel-Array-Einheit 20 befinden, zusätzlich zu der On-Chip-Linse 62 und den Zwischenpixellichtabschirmungsfilmen 63-1 und 63-2, die DTIs 1711-1 und 1711-2 auch so angeordnet, dass sie zu der Seite der Ebenenmitte der Pixel-Array-Einheit 20 zu verschieben sind.
  • Alternativ, wie in 81 dargestellt ist, sind in den Pixeln 51 in einem Fall, in dem die DTIs 1712-1 und 1712-2, in denen ein Graben bis zu einer vorbestimmten Tiefe in einer Substratdickenrichtung gebildet ist, an Pixelgrenzabschnitten auf der Seite der vorderseitigen Oberfläche des Substrats, die die Seite der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 ist, gebildet sind, um das Einfallen von einfallendem Licht in benachbarte Pixel zu verhindern, in den Pixeln 51, die sich an den Positionen 1701-1 bis 1701-4, 1701-6 und 1701-9 der peripheren Abschnitte der Pixel-Array-Einheit 20 befinden, zusätzlich zu der On-Chip-Linse 62 und den Zwischenpixellichtabschirmungsfilmen 63-1 und 63-2, die DTIs 1712-1 und 1712-2 ebenfalls so angeordnet, dass sie zu der Seite der Ebenenmitte der Pixel-Array-Einheit 20 zu verschieben sind.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass, da ein Pixelisolationsabschnitt, der die Substrate 61 benachbarter Pixel isoliert, um das Einfallen von einfallendem Licht auf benachbarte Pixel zu verhindern, es möglich ist, eine Konfiguration einzusetzen, in der ein Durchgangsisolationsabschnitt, der die Substrate 61 durchdringt und die benachbarten Pixel isoliert, anstelle der DTIs 1711-1, 1711-2, 1712-1 und 1712-2. Selbst in diesem Fall ist an den Pixeln 51, die sich an den Positionen 1701-1 bis 1701-4, 1701-6 und 1701-9 der peripheren Abschnitte der Pixel-Array-Einheit 20 befinden, der Durchgangsisolationsabschnitt so angeordnet, dass er zu der Seite der Ebenenmitte der Pixel-Array-Einheit 20 zu verschieben ist.
  • Wie in 79 bis 81 dargestellt ist, kann, wenn die On-Chip-Linse 62 zu einer Seite der Ebenenmitte der Pixel-Array-Einheit 20 in Kombination mit dem Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63 oder dergleichen verschoben ist, der Hauptlichtstrahl mit der Mitte in jedem der Pixel übereinstimmen. In dem Lichtempfangselement 1, das der CAPD-Sensor ist, wird jedoch durch Anlegen einer Spannung zwischen zwei der Signalextraktionseinheiten 65 (Abzweigungen), um zu ermöglichen, dass ein Strom fließt, Modulation ausgeführt, und somit sind die optimalen Einfallspositionen der jeweiligen Pixel voneinander verschieden. Dementsprechend ist in dem Lichtempfangselement 1 ein Bedarf für eine Pupillenkorrekturtechnologie vorhanden, die optimal für Abstandsmessung ist, anders als die optische Pupillenkorrektur, die in dem Bildsensor ausgeführt wird.
  • Es wird eine Beschreibung eines Unterschieds zwischen der Pupillenkorrektur, die in dem Lichtempfangselement 1, das der CAPD-Sensor ist, ausgeführt wird, und der Pupillenkorrektur, die in dem Bildsensor ausgeführt wird, mit Bezug auf die 82A bis 82C gegeben.
  • Darüber hinaus stellen in den 82A bis 82C neun Pixel 51 (3×3) die Pixel 51 dar, die den Positionen 1701-1 bis 1701-9 in der Pixel-Array-Einheit 20 in 79 bis 81 entsprechen.
  • 82A stellt eine Position der On-Chip-Linse 62 in einem Fall, in dem die Pupillenkorrektur nicht vorgenommen wird, und eine Position 1721 der Hauptlichtstrahls auf einer Seite der Substratvorderseite dar.
  • In einem Fall, in dem die Pupillenkorrektur nicht vorgenommen wird, ist für ein Pixel 51 an irgendeiner der Positionen 1701-1 bis 1701-9 innerhalb der Pixel-Array-Einheit 20 die Mitte der On-Chip-Linse 62 so angeordnet, dass sie mit der Mitte von zwei Abzweigungen innerhalb des Pixels, das heißt der Mitte zwischen der ersten Abzweigung TA (Signalextraktionseinheit 65-1) und der zweiten Abzweigung TB (Signalextraktionseinheit 65-2), übereinstimmt. In diesem Fall werden, wie in 82A dargestellt ist, mehrere Positionen 1721 des Hauptlichtstrahls auf der Seite der Substratvorderseite in Übereinstimmung mit den Positionen 1701-1 bis 1701-9 innerhalb der Pixel-Array-Einheit 20 voneinander verschieden.
  • In der Pupillenkorrektur, die in dem Bildsensor ausgeführt wird, wie in 82B dargestellt ist, ist die On-Chip-Linse 62 so angeordnet, dass jede der Positionen 1721 des Hauptlichtstrahls mit der Mitte zwischen der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB in dem Pixel 61 an jeder der Positionen 1701-1 bis 1701-9 innerhalb der Pixel-Array-Einheit 20 übereinstimmt. Insbesondere, wie in 79 bis 81 dargestellt ist, ist die On-Chip-Linse 62 so angeordnet, dass sie zu der Seite der Ebenenmitte der Pixel-Array-Einheit 20 verschiebbar ist.
  • Im Gegensatz dazu ist in der Pupillenkorrektur, die in dem Lichtempfangselement 1 ausgeführt wird, wie in 82C dargestellt ist, die On-Chip-Linse 62 auf einer weiteren Seite der ersten Abzweigung TA von der Position der On-Chip-Linse 62 angeordnet, wo die Position 1721 des Hauptlichtstrahls die Mittenposition zwischen der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB wird, wie in 82B dargestellt ist. Eine Verschiebungsgröße der Position 1721 des Hauptlichtstrahls zwischen 82B und 82C nimmt zu, wenn er von der Mittenposition der Pixel-Array-Einheit 20 zu einem äußeren peripheren Abschnitt geht.
  • 83 ist eine Ansicht, die die Verschiebungsgröße der On-Chip-Linse 62 darstellt, wenn die Position 1721 des Hauptlichtstrahls zu der Seite der ersten Abzweigung TA verschoben wird.
  • Beispielsweise ist eine Verschiebungsgröße zwischen einer Position 1721c der Hauptlichtstrahls an der Position 1701-5 des mittleren Abschnitts der Pixel-Array-Einheit 20 und einer Position 1721X des Hauptlichtstrahls an der Position 1701-4 der peripheren Abschnitts der Pixel-Array-Einheit 20 gleich einer optischen Pfaddifferenz LD in Bezug auf die Pupillenkorrektur an der Position 1701-4 des peripheren Abschnitts der Pixel-Array-Einheit 20.
  • Mit anderen Worten tritt eine Verschiebung von der Mittenposition zwischen der ersten Abzweigung TA (Signalextraktionseinheit 65-1) und der zweiten Abzweigung TB (Signalextraktionseinheit 65-2) zu der Seite der ersten Abzweigung TA auf, so dass eine Länge des optischen Pfads der Hauptlichtstrahlen in jedem Pixel der Pixel-Array-Einheit 20 gleich wird.
  • Hier wird die Verschiebung zu der Seite der ersten Abzweigung TA ausgeführt, weil angenommen ist, dass das folgende Verfahren eingesetzt ist. In dem Verfahren ist eine Lichtempfangszeit auf vier Phasen eingestellt, und eine Phasenverschiebung (Phase), die einer Verzögerungszeit ΔT entspricht, die einem Abstand bis zu einem Objekt entspricht, wird unter Verwendung nur eines Ausgabewerts der ersten Abzweigung TA berechnet.
  • 84 ist ein Zeitdiagramm, das ein Detektionsverfahren (Zweiphasenverfahren) durch zwei Phasen und ein Detektionsverfahren (Vierphasenverfahren) durch vier Phasen in einem ToF-Sensor unter Verwendung eines indirekten ToF-Verfahrens darstellt.
  • Bestrahlungslicht, das moduliert ist, um ein Bestrahlungs-Ein/Aus zu einer Bestrahlungszeit T (ein Zyklus = 2T) zu wiederholen, wird von einer vorbestimmten Lichtquelle ausgegeben, und in dem Lichtempfangselement 1 wird reflektiertes Licht in einem Zustand empfangen, in dem es um eine Verzögerungszeit ΔT, die einem Abstand bis zu einem Objekt entspricht, verzögert ist.
  • In dem Zweiphasenverfahren empfängt das Lichtempfangselement 1 Licht an der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB zu einer Zeit, an der eine Phase um 180° verschoben ist. Eine Phasenverschiebungsgröße θ, die der Verzögerungszeit ΔT entspricht, kann mit einem Verteilungsverhältnis zwischen einem Signalwert qA , der an der ersten Abzweigung TA empfangen wird, und einem Signalwert qB , der an der zweiten Abzweigung TB empfangen wird, detektiert werden.
  • Im Gegensatz dazu wird in dem Vierphasenverfahren Licht zu vier Zeiten mit der gleichen Phase (das heißt Phase 0) als das Bestrahlungslicht, einer Phase (Phase 90), die um 90° gegen das Bestrahlungslicht verschoben ist, einer Phase (Phase 180), die um 180° gegen das Bestrahlungslicht verschoben ist, und einer Phase (Phase 270), die um 270° gegen das Bestrahlungslicht verschoben ist, empfangen. In diesem Fall wird ein Signalwert TAphase 180, der an der um 180° verschobenen Phase detektiert wird, gleich dem Signalwert qB , der durch die zweiten Abzweigung TB in dem Zweiphasenverfahren empfangen wird. Dementsprechend ist es bei der Detektion in vier Phasen möglich, die Phasenverschiebungsgröße θ, die der Verzögerungszeit ΔT entspricht, mit einem Signalwert nur einer aus der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB zu detektieren. In dem Vierphasenverfahren ist eine Abzweigung, die die Phasenverschiebungsgröße θ detektiert, als eine Phasenverschiebungsdetektionsabzweigung bezeichnet.
  • Hier wird in einem Fall, in dem die erste Abzweigung TA zwischen der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB als die Phasenverschiebungsdetektionsabzweigung eingestellt ist, der die Phasenverschiebungsgröße θ detektiert, in der Pupillenkorrektur eine Verschiebung zu der Seite der ersten Abzweigung TA ausgeführt, so dass die Länge des optischen Pfads des Hauptlichtstrahls in jedem Pixel der Pixel-Array-Einheit 20 ungefähr gleich wird.
  • Wenn Signalwerte, die an der Phase 0, der Phase 90, der Phase 180 und der Phase 270 der ersten Abzweigung TA in dem Vierphasenverfahren detektiert werden, als q0A, q1A, q2A bzw. q3A, eingestellt sind, dann wird die Phasenverschiebungsgröße θA, die die Detektion in der ersten Abzweigung TA ist, in Übereinstimmung mit dem folgenden Ausdruck (2) berechnet.
    [Math. 1] θ A = tan − 1 q 1 A − q 3A q 0 A − q 2A
    Figure DE102019118868A1_0002
  • Zusätzlich wird in einem Fall, in dem Detektion in der ersten Abzweigung TA ausgeführt wird, CmodA des Vierphasenverfahrens in Übereinstimmung mit dem folgenden Ausdruck (3) berechnet.
    [Math. 2] c mod A = Max ( q 0A − q 2A q 0A + q 2A , q 1 A − q 3A q 1 A + q 3A )
    Figure DE102019118868A1_0003
  • Wie in Ausdruck (3) dargestellt ist, wird CmodA in dem Vierphasenverfahren ein größerer Wert zwischen (q0A - q2A) / (q0A + q2A) und (q1A - q3A) / (q1A + q3A) .
  • Wie vorstehend beschrieben führt das Lichtempfangselement 1 die Pupillenkorrektur aus, so dass die Länge des optischen Pfads des Hauptlichtstrahls in jedem Pixel in einer Ebene der Pixel-Array-Einheit 20 gleich wird, durch Ändern der Position der On-Chip-Linse 62 und des Zwischenpixellichtabschirmungsfilms 63. Mit anderen Worten führt das Lichtempfangselement 1 die Pupillenkorrektur so aus, das die Phasenverschiebungsgröße θA in der ersten Abzweigung TA, die eine Phasenverschiebungsdetektionsabzweigung ist, jedes Pixels in einer Ebene der Pixel-Array-Einheit 20 in jedem Fall ungefähr gleich wird. Dementsprechend ist es möglich, die ebeneninterne Abhängigkeit eines Chips zu entfernen, und die Abstandsmessungsgenauigkeit kann verbessert sein. Hier repräsentieren „ungefähr übereinstimmend“ oder „ungefähr gleich“, wie sie vorstehend beschrieben sind, „äquivalent“ in einem vorbestimmten Bereich, der als gleich betrachtet werden kann, zusätzlich zu „vollständig übereinstimmend“ oder „vollständig gleich“. Das erste Verfahren zur Pupillenkorrektur ist auf jede in dieser Spezifikation beschriebene Ausführungsform anwendbar.
  • <Zweites Verfahren zur Pupillenkorrektur>
  • Als Nächstes wird ein zweites Verfahren zur Pupillenkorrektur in dem Lichtempfangselement 1 beschrieben.
  • Das erste Verfahren zur Pupillenkorrektur ist für einen Fall geeignet, in dem bestimmt wird, ein Signal der ersten Abzweigung TA zwischen der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB zur Berechnung der Phasenverschiebung (Phase) zu verwenden, es kann jedoch schwierig sein zu bestimmen, welche Abzweigung verwendet werden soll. In diesem Fall kann die Pupillenkorrektur durch das folgende zweite Verfahren ausgeführt werden.
  • In dem zweiten Verfahren zur Pupillenkorrektur sind die Positionen der On-Chip-Linse 62 und des Zwischenpixellichtabschirmungsfilms 63 so angeordnet, dass sie zu der Seite der Ebenenmitte verschiebbar sind, so dass ein DC-Kontrast DCA der ersten Abzweigung TA und DC-Kontrast DCB der zweiten Abzweigung TB in jedem Pixel in einer Eben der Pixel-Array-Einheit 20 ungefähr gleich werden. Die DTI 1711, die von der Seite der On-Chip-Linse 62 in dem Substrat 61 gebildet ist, und die DTI 1712, die von der Seite der vorderen Oberfläche gebildet ist, werden gebildet, und ihre Positionen sind so angeordnet, dass die wie in dem ersten Verfahren zu verschieben sind.
  • Der DC-Kontrast DCA der ersten Abzweigung TA und der DC-Kontrast DCB der zweiten Abzweigung TB werden in Übereinstimmung mit den folgenden Ausdrücken (4) und (5) berechnet.
    [Math. 3] DC A = A H − B L A H + B L
    Figure DE102019118868A1_0004
     DC B = B H − A L B H + A L
    Figure DE102019118868A1_0005
  • Im Ausdruck (4) repräsentiert AH einen Signalwert, der in der ersten Abzweigung TA, an die eine positive Spannung angelegt wird, nach dem direkten Bestrahlen des Lichtempfangselements 1 mit kontinuierlichem Licht, das ohne Unterbrechung kontinuierlich emittiert wird, detektiert wird, und BL repräsentiert einen Signalwert, der durch die zweite Abzweigung TB, an die eine Null- oder negative Spannung angelegt ist, detektiert wird. Im Ausdruck (5) repräsentiert BH einen Signalwert, der in der ersten Abzweigung TB, an die eine positive Spannung angelegt wird, nach dem direkten Bestrahlen des Lichtempfangselements 1 mit kontinuierlichem Licht, das ohne Unterbrechung kontinuierlich emittiert wird, detektiert wird, und AL repräsentiert einen Signalwert, der durch die erste Abzweigung TA, an die eine Null- oder negative Spannung angelegt ist, detektiert wird.
  • Es ist wünschenswert, dass der DC-Kontrast DCA der ersten Abzweigung TA und der DC-Kontrast DCB der zweiten Abzweigung TB einander gleich sind, und der DC-Kontrast DCA der ersten Abzweigung TA und der DC-Kontrast DCB der zweiten Abzweigung TB an jeder Position in einer Ebene der Pixel-Array-Einheit 20 ungefähr miteinander übereinstimmen. In einem Fall jedoch, in dem der DC-Kontrast DCA der ersten Abzweigung TA und der DC-Kontrast DCB der zweiten Abzweigung TB in Übereinstimmung mit Positionen in einer Ebene der Pixel-Array-Einheit 20 voneinander verschieden sind, sind die Positionen der On-Chip-Linse 62, des Zwischenpixellichtabschirmungsfilms 63 und dergleichen so angeordnet, dass sie zu einer Seite der Ebenenmitte zu verschieben sind, so dass eine Verschiebungsgröße des DC-Kontrasts DCA der ersten Abzweigung TA zwischen dem mittleren Abschnitt und dem äußeren peripheren Abschnitt der Pixel-Array-Einheit 20 und eine Verschiebungsgröße des DC-Kontrasts DCB der zweiten Abzweigung TB zwischen dem mittleren Abschnitt und dem äußeren peripheren Abschnitt der Pixel-Array-Einheit 20 ungefähr miteinander übereinstimmen.
  • Wie vorstehend beschrieben führt das Lichtempfangselement 1 die Pupillenkorrektur durch Ändern der Positionen der On-Chip-Linse 62 und des Zwischenpixellichtabschirmungsfilms 63 so aus, dass der DC-Kontrast DCA der ersten Abzweigung TA und der DC-Kontrast DCB der zweiten Abzweigung TB in jedem Pixel in einer Ebene der Pixel-Array-Einheit 20 ungefähr miteinander übereinstimmen. Dementsprechend ist es möglich, die ebeneninterne Abhängigkeit eines Chips zu entfernen, und die Abstandsmessungsgenauigkeit kann verbessert sein. Hier repräsentieren „ungefähr übereinstimmend“ oder „ungefähr gleich“, wie sie vorstehend beschrieben sind, „äquivalent“ in einem vorbestimmten Bereich, der als gleich betrachtet werden wenn, zusätzlich zu „vollständig übereinstimmend“ oder „vollständig gleich“. Das zweite Verfahren zur Pupillenkorrektur ist auf jede in dieser Spezifikation beschriebene Ausführungsform anwendbar.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die Lichtempfangszeiten der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB, wie sie in 84 dargestellt sind, durch die Spannung MIX0 und die Spannung MIX1, die aus der Abzweigungsansteuereinheit 21 über die Spannungsversorgungsleitung 30 zugeführt werden, gesteuert werden. Die Spannungsversorgungsleitung 30 ist gemeinsam für eine Pixelspalte in der vertikalen Richtung der Pixel-Array-Einheit 20 verdrahtet, und somit tritt eine Verzögerung aufgrund einer RC-Komponente auf, wenn ein Abstand von der Abzweigungsansteuereinheit 21 groß ist.
  • Hier werden, wie in 85 dargestellt ist, in Übereinstimmung mit einem Abstand von der Abzweigungsansteuereinheit 21 der Widerstand und die Kapazität der Spannungsversorgungsleitung 30 geändert, um die Ansteuerungsfähigkeit jedes Pixels 51 ungefähr gleichmäßig zu machen. Dementsprechend ist es möglich, eine Korrektur vorzunehmen, so dass die Phasenverschiebung (Phase) des DC-Kontrasts DC in einer Ebene der Pixel-Array-Einheit 20 ungefähr gleichmäßig wird. Insbesondere sind die Spannungsversorgungsleitungen 30 so angeordnet, dass die Leitungsbreite in Übereinstimmung mit einem Abstand von der Abzweigungsansteuereinheit 21 breiter wird.
  • <Zwanzigste Ausführungsform>
  • In der zwanzigsten bis zweiundzwanzigsten Ausführungsform, die nachstehend beschrieben werden sollen, wird eine Beschreibung eines Konfigurationsbeispiels des Lichtempfangselements 1 gegeben, das zum Erfassen von Zusatzinformationen, die nicht die Abstandsmessungsinformationen sind, die aus einem Verteilungsverhältnis der Signale zwischen der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB sind, fähig ist.
  • Zuerst wird eine Beschreibung eines Konfigurationsbeispiels des Lichtempfangselements 1 gegeben, das zum Erfassen von Phasendifferenzinformationen als die Zusatzinformationen, die nicht die Abstandsmessungsinformationen sind, die aus dem Verteilungsverhältnis der Signale zwischen der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB sind, fähig ist.
  • <Erstes Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform>
  • 86A ist eine Querschnittsansicht eines Pixels gemäß einem ersten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform, und die 86B und 86C sind Draufsichten des Pixels gemäß dem ersten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform.
  • In der Querschnittsansicht von 86A wird das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben, der den vorstehend beschriebenen anderen Ausführungsformen entspricht, und eine Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • In den 86A bis 86C ist ein Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1801 zur Phasendifferenzdetektion in den Teilpixeln 51 auf einem Teil einer Oberseite des Substrats 61, die eine Oberfläche auf der Seite der On-Chip-Linse 62 ist, neu vorgesehen. Beispielsweise schirmt, wie in den 86B und 86C dargestellt ist, der Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1801 ungefähr eine Hälfte auf einer Seite eines Pixelgebiets auf einer Seite zwischen der Seite der ersten Abzweigung TA und der Seite der zweiten Abzweigung TB ab. 86B ist ein Beispiel für Pixel 51, in denen die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TB in einer Richtung nach oben und nach unten (einer vertikalen Richtung) angeordnet sind, und 86C ist ein Beispiel für Pixel 51, in denen die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TB in einer Richtung nach links und nach rechts (horizontalen Richtung) angeordnet sind.
  • Die Pixel 51 gemäß dem ersten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform können in der Pixel-Array-Einheit 20 wie in irgendeiner der 87A bis 87F dargestellt ist angeordnet sein.
  • 87A stellt ein Anordnungsbeispiel von Pixeln 51 dar, in dem die Pixel 51, die die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TA enthalten, die in der Richtung nach oben und nach unten aufgereiht sind, in einer Matrixform angeordnet sind.
  • 87B stellt ein Anordnungsbeispiel von Pixeln 51 dar, in dem die Pixel 51, die die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TA enthalten, die in der Richtung nach rechts und nach links aufgereiht sind, in einer Matrixform angeordnet sind.
  • 87C stellt ein Anordnungsbeispiel von Pixeln 51 dar, wobei Pixel 51, die die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TB aufgereiht in der Richtung nach oben und nach unten enthalten, in einer Matrixform angeordnet sind und eine Pixelposition an einer benachbarten Spalte um ein halbes Pixel in der Richtung nach oben und nach unten verschoben ist.
  • 87D stellt ein Anordnungsbeispiel von Pixeln 51 dar, wobei Pixel 51, die die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TB aufgereiht in der Richtung nach rechts und nach links enthalten, in einer Matrixform angeordnet sind und eine Pixelposition an einer benachbarten Spalte um ein halbes Pixel in der Richtung nach oben und nach unten verschoben ist.
  • 87E stellt ein Bestückungsbeispiel von Pixeln 51 dar, wobei die Pixel 51, die die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TB aufgereiht in der Richtung nach oben und nach unten enthalten, und Pixel 51, die die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TB aufgereiht in der Richtung nach rechts und nach links enthalten, in einer Zeilenrichtung und einer Spaltenrichtung alternierend angeordnet sind.
  • 87F stellt ein Anordnungsbeispiel von Pixeln 51 dar, wobei die Pixel 51, die die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TB aufgereiht in der Richtung nach oben und nach unten enthalten, und Pixel 51, die die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TB aufgereiht in der Richtung nach rechts und nach links enthalten, in der Zeilenrichtung und der Spalte alternierend angeordnet sind, und eine Pixelposition in einer benachbarten Spalte um ein halbes Pixel in der Richtung nach oben und nach unten verschoben ist.
  • Die Pixel 51 in den 86A bis 86C sind in irgendeiner Anordnung unter den 87A bis 87F angeordnet, und in der Pixel-Array-Einheit 20, wie sie in den 86B und 86C dargestellt ist, ist ein Pixel 51, dessen Hälfte auf einer Seite auf der Seite der ersten Abzweigung TA abgeschirmt ist, und ein Pixel 51, dessen Hälfte auf einer Seite auf der Seite der zweiten Abzweigung TB abgeschirmt ist, an nahegelegenen Positionen angeordnet. Zusätzlich sind mehrere Gruppen aus dem Pixel 51, dessen Hälfte auf einer Seite auf der Seite der ersten Abzweigung TA abgeschirmt ist, und dem Pixel 51, dessen Hälfte auf einer Seite auf der Seite der zweiten Abzweigung TB abgeschirmt ist, auf eine verstreute Weise in der Pixel-Array-Einheit 20 angeordnet.
  • Beispielsweise weist das erste Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform eine Konfiguration auf, die derjenigen der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform, der in 36 dargestellten vierzehnten Ausführungsform oder der fünfzehnten Ausführungsform entspricht, außer dass der Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1801 in den Teilpixeln 51 vorgesehen ist, in den 86A bis 86C sind die anderen Konfigurationen jedoch in einer vereinfachten Weise dargestellt.
  • Wenn Konfigurationen, die nicht der in den 86A bis 86C dargestellte Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1801 sind, kurz beschrieben werden, enthält jedes der Pixel 51 das Substrat 61, das aus einer P-Typ-Halbleiterschicht besteht, und eine On-Chip-Linse 62, die auf dem Substrat 61 gebildet ist. Der Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63 und der Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1801 sind zwischen der On-Chip-Linse 62 und dem Substrat 61 gebildet. In dem Pixel 51, in dem der Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1801 gebildet ist, ist der Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63 benachbart dem Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1801 so gebildet, dass er kontinuierlich (integral) zu dem Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1801 ist. Obwohl es in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, ist der Film 66 mit fester Ladung ebenfalls auf einer Unterseite des Zwischenpixellichtabschirmungsfilms 63 und des Phasendifferenzlichtabschirmungsfilms 1801 gebildet, wie in 2 dargestellt ist.
  • Die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TB sind auf einer Oberfläche entgegengesetzt einer Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 gebildet, auf der die On-Chip-Linse 62 gebildet ist. Die erste Abzweigung TA entspricht der Signalextraktionseinheit 65-1, und die zweite Abzweigung TB entspricht der Signalextraktionseinheit 65-2. Die vorbestimmte Spannung MIX0 wird der ersten Abzweigung TA aus der Abzweigungsansteuereinheit 21 (1) über die Spannungsversorgungsleitung 30A, die in der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 gebildet ist, zugeführt, und die vorbestimmte Spannung MIX1 wird der zweiten Abzweigung TB über die Spannungsversorgungsleitung 30B zugeführt.
  • 88 ist eine Tabelle, in der Ansteuerungsmodi, wenn die Abzweigungsansteuereinheit 21 die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TB ansteuert, in dem ersten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform zusammenstellt sind.
  • In dem Pixel 51, das den Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1801 enthält, ist es möglich, eine Phasendifferenz durch fünf Arten von Ansteuerverfahren des Modus 1 bis Modus 5 zu detektieren, wie in 88 dargestellt ist.
  • Die Ansteuerung im Modus 1 ist die gleiche wie in dem Pixel 51, das den Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 180 nicht enthält. In dem Modus 1 legt die Abzweigungsansteuereinheit 21 eine positive Spannung (beispielsweise 1,5 V) an die erste Abzweigung TA, die als eine aktive Abzweigung eingestellt ist, an und legt eine Spannung von 0 V an die zweite Abzweigung TB, die als eine inaktive Abzweigung eingestellt ist, in einer vorbestimmten Lichtempfangszeitspanne an. In einer nächsten Lichtempfangszeitspanne legt die Abzweigungsansteuereinheit 21 eine positive Spannung (beispielsweise 1,5 V) an die zweite Abzweigung TB, die als die aktive Abzweigung eingestellt ist, an und legt eine Spannung von 0 V an die erste Abzweigung TA, die als die inaktive Abzweigung eingestellt ist, an. 0 V (VSS-Potential) werden an die Pixeltransistoren Tr (37) wie z. B. den Übertragungstransistor 721 und den Rücksetztransistor 723, die in einem Pixelgrenzgebiet des Substrats 61 in der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 gebildet sind, angelegt.
  • Im Modus 1 ist es möglich, eine Phasendifferenz aus einem Signal zu detektieren, wenn die zweite Abzweigung TB als die aktive Abzweigung in dem Pixel eingestellt ist, dessen Hälfte auf einer Seite auf der Seite der ersten Abzweigung TA abgeschirmt ist, und einem Signal, wenn die erste Abzweigung TA als die aktive Abzweigung in dem Pixel 51 eingestellt ist, dessen Hälfte auf einer Seite auf der Seite der zweiten Abzweigung TB abgeschirmt ist.
  • Im Modus 2 legt die Abzweigungsansteuereinheit 21 eine positive Spannung (beispielsweise 1,5 V) an sowohl die erste Abzweigung TA als auch die zweite Abzweigung TB an. 0 V (VSS-Potential) werden an die Pixeltransistoren Tr, die in einem Pixelgrenzgebiet des Substrats 61 in der mehrschichtigen Zusammenschaltungsschicht 811 gebildet sind, angelegt.
  • Im Modus 2 ist es möglich, Signale auf beiden Seiten der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB gleichmäßig zu detektieren, und somit ist es möglich, eine Phasendifferenz aus einem Signal des Pixels 51, dessen Hälfte auf einer Seite auf der Seite der ersten Abzweigung TA abgeschirmt ist, und einem Signal des Pixels 51, dessen Hälfte auf einer Seite auf der Seite der zweiten Abzweigung TB abgeschirmt ist, zu detektieren.
  • Modus 3 bezieht sich auf die Ansteuerung, in der eine Gewichtung, die einer Bildhöhe in der Pixel-Array-Einheit 20 entspricht, auf eine angelegte Spannung der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB in der Ansteuerung des Modus 2 angewandt wird. Insbesondere ist, wenn die Bildhöhe (ein Abstand von einer optischen Mitte) in der Pixel-Array-Einheit 20 ansteigt, eine Potentialdifferenz in den Spannungen, die an die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TB angelegt sind, vorgesehen. Mit anderen Worten wird, wenn die Bildhöhe in der Pixel-Array-Einheit 20 ansteigt, eine Ansteuerung ausgeführt, so dass eine angelegte Spannung auf einer Seite einer Abzweigung im Inneren (Seite des mittleren Abschnitts) der Pixel-Array-Einheit 20 ansteigt. Dementsprechend ist es möglich, die Pupillenkorrektur durch die Potentialdifferenz der an die Abzweigung angelegten Spannung auszuführen.
  • Modus 4 ist ein Modus, in dem eine negative Vorspannung (beispielsweise -1,5 V) anstelle von 0 V (VSS-Potential) an die Pixeltransistoren Tr, die in dem Pixelgrenzgebiet des Substrats 61 gebildet sind, in der Ansteuerung im Modus 2 angelegt wird. Wenn die negative Vorspannung an die Pixeltransistoren Tr, die in dem Pixelgrenzgebiet gebildet sind, angelegt wird, ist es möglich, das elektrische Feld von den Pixeltransistoren Tr zu der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB zu stärken, und somit ist es möglich, Elektronen als Signalladungen in die Abzweigung leicht zu injizieren.
  • Modus 5 ist ein Modus, in dem eine negative Vorspannung (beispielsweise -1,5 V) anstelle von 0 V (VSS-Potential) an die Pixeltransistoren Tr, die in dem Pixelgrenzgebiet des Substrats 61 gebildet sind, in der Ansteuerung im Modus 3 angelegt wird. Dementsprechend ist es möglich, ein elektrisches Feld von den Pixeltransistoren Tr zu der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB zu stärken, und somit ist es möglich, Elektronen als Signalladungen leicht in die Abzweigung zu injizieren.
  • In jeder aus den fünf Arten der Ansteuerverfahren in Modus 1 bis Modus 5 tritt in dem Pixel 51, dessen Hälfte auf einer Seite auf der Seite der ersten Abzweigung TA abgeschirmt ist, und dem Pixel 51, dessen Hälfte auf einer Seite auf der Seite der zweiten Abzweigung TB abgeschirmt ist, eine Phasendifferenz (Phasenverschiebung) in einem ausgelesenen Signal aufgrund einer Differenz in einem Lichtabschirmungsgebiet auf, und somit ist es möglich, die Phasendifferenz zu detektieren.
  • In Übereinstimmung mit dem ersten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform, das wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, enthalten in dem Lichtempfangselement 1 Teilpixel 51 der Pixel-Array-Einheit 20, in der mehrere Pixel 51, die die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TB enthalten, angeordnet sind, das Pixel 51, dessen Hälfte auf einer Seite auf der Seite der ersten Abzweigung TA durch den Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1801 abgeschirmt ist, und das Pixel 51, dessen Hälfte auf einer Seite auf der Seite der zweiten Abzweigung TB durch den Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1801 abgeschirmt ist. Dementsprechend ist es möglich, Phasendifferenzinformationen als Zusatzinformationen, die nicht die Abstandsmessungsinformationen sind, die aus einem Verteilungsverhältnis der Signale zwischen der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB erhalten werden, zu erfassen. Auf der Basis der Phasendifferenzinformationen, die detektiert werden, kann eine Fokusposition berechnet werden, und die Genauigkeit in der Tiefenrichtung kann verbessert werden.
  • <Zweites Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform>
  • 89 stellt eine Querschnittsansicht von Pixeln gemäß einem zweiten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform dar.
  • In der Querschnittsansicht von 89 wird das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben, der dem ersten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform entspricht, und eine Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • In dem ersten Konfigurationsbeispiel, das in den 86A bis 86C dargestellt ist, ist die On-Chip-Linse 62 in einer Ein-Pixel-Einheit gebildet, in dem zweiten Konfigurationsbeispiel in 89 ist eine On-Chip-Linse 1821 jedoch in Bezug auf mehrere Pixel 51 gebildet. Ein Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1811 zur Phasendifferenzdetektion ist in Teilpixeln 51 auf einem Teil einer Oberseite des Substrats 61, die eine Oberfläche auf der Seite der On-Chip-Linse 1821 ist, neu vorgesehen. Der Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1811 ist in einem vorbestimmten Pixel 51 unter den mehreren Pixeln 51, die dieselbe On-Chip-Linse 1821 gemeinsam verwenden, gebildet. Eine Konfiguration, in der der Zwischenpixellichtabschirmungsfilm 63 benachbart dem Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1811 so gebildet ist, dass er kontinuierlich (integral) zu dem Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1811 ist, ist ähnlich wie in dem ersten Konfigurationsbeispiel.
  • Die 90A bis 90F sind Draufsichten, die eine Anordnung des Phasendifferenzlichtabschirmungsfilms 1811 und der On-Chip-Linse 1821, die in dem zweiten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform eingesetzt sind, darstellen.
  • 90A stellt ein erstes Anordnungsbeispiel des Phasendifferenzlichtabschirmungsfilms 1811 und der On-Chip-Linse 1821 dar.
  • Eine Pixelgruppe 1831, die in 90A dargestellt ist, enthält zwei der Pixel 51, die in einer Richtung nach oben und nach unten (vertikalen Richtung) angeordnet sind, und in der Pixelgruppe 1831 ist eine On-Chip-Linse 1821 in Bezug auf die zwei Pixel 51 angeordnet, die in der Richtung nach oben und nach unten angeordnet sind. Zusätzlich sind die Anordnungen der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB in den zwei Pixeln 51, die die eine On-Chip-Linse 1821 gemeinsam verwenden, einander gleich. Eine Phasendifferenz wird unter Verwendung von zwei Pixeln 51, in denen der Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1811 nicht gebildet ist, in zwei Pixelgruppen 1831, in denen die Bildungspositionen des Phasendifferenzlichtabschirmungsfilms 1811 symmetrisch sind, detektiert.
  • 90B stellt ein zweites Anordnungsbeispiel des Phasendifferenzlichtabschirmungsfilms 1811 und der On-Chip-Linse 1821 dar.
  • Eine Pixelgruppe 1831, die in 90B dargestellt ist, enthält zwei der Pixel 51, die in der Richtung nach oben und nach unten angeordnet sind, und eine On-Chip-Linse 1821 ist in Bezug auf die zwei Pixel 51 angeordnet, die in der Richtung nach oben und nach unten angeordnet sind. Zusätzlich sind die Anordnungen der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB in den zwei Pixeln 51, die die eine On-Chip-Linse 1821 gemeinsam verwenden, einander entgegengesetzt. Eine Phasendifferenz wird unter Verwendung von zwei der Pixel 51, in denen der Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1811 nicht gebildet ist, in zwei Pixelgruppen 1831, in denen die Bildungspositionen des Phasendifferenzlichtabschirmungsfilms 1811 symmetrisch sind, detektiert.
  • 90C stellt ein drittes Anordnungsbeispiel des Phasendifferenzlichtabschirmungsfilms 1811 und der On-Chip-Linse 1821 dar.
  • Eine Pixelgruppe 1831, die in 90C dargestellt ist, enthält zwei der Pixel 51, die in der Richtung nach rechts und nach links (horizontalen Richtung) angeordnet sind, und eine On-Chip-Linse 1821 ist in Bezug auf die zwei Pixel 51 angeordnet, die in der Richtung nach rechts und links unten angeordnet sind. Zusätzlich sind die Anordnungen der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB in den zwei Pixeln 51, die die eine On-Chip-Linse 1821 gemeinsam verwenden, einander gleich. Eine Phasendifferenz wird unter Verwendung von zwei der Pixel 51, in denen der Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1811 nicht gebildet ist, in zwei Pixelgruppen 1831, in denen die Bildungspositionen des Phasendifferenzlichtabschirmungsfilms 1811 symmetrisch sind, detektiert.
  • 90D stellt ein viertes Anordnungsbeispiel des Phasendifferenzlichtabschirmungsfilms 1811 und der On-Chip-Linse 1821 dar.
  • Eine Pixelgruppe 1831, die in 90D dargestellt ist, enthält zwei der Pixel 51, die in der Richtung nach rechts und nach links (horizontalen Richtung) angeordnet sind, und eine On-Chip-Linse 1821 ist in Bezug auf die zwei Pixel 51 angeordnet, die in der Richtung nach rechts und links unten angeordnet sind. Zusätzlich sind die Anordnungen der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB in den zwei Pixeln 51, die die eine On-Chip-Linse 1821 gemeinsam verwenden, einander entgegengesetzt. Eine Phasendifferenz wird unter Verwendung von zwei der Pixel 51, in denen der Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1811 nicht gebildet ist, in zwei Pixelgruppen 1831, in denen die Bildungspositionen des Phasendifferenzlichtabschirmungsfilms 1811 symmetrisch sind, detektiert.
  • 90E stellt ein fünftes Anordnungsbeispiel des Phasendifferenzlichtabschirmungsfilms 1811 und der On-Chip-Linse 1821 dar.
  • Eine Pixelgruppe 1831, die in 90E dargestellt ist, enthält vier der Pixel 51, die zwei-mal-zwei angeordnet sind, und eine On-Chip-Linse 1821 ist in Bezug auf die vier Pixel 51 angeordnet. Zusätzlich sind die Anordnungen der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB in den vier Pixeln 51, die die eine On-Chip-Linse 1821 gemeinsam verwenden, einander gleich. Eine Phasendifferenz wird unter Verwendung von vier der Pixel 51, in denen der Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1811 nicht gebildet ist, in zwei Pixelgruppen 1831, in denen die Bildungspositionen des Phasendifferenzlichtabschirmungsfilms 1811 symmetrisch sind, detektiert.
  • 90F stellt ein sechstes Anordnungsbeispiel des Phasendifferenzlichtabschirmungsfilms 1811 und der On-Chip-Linse 1821 dar.
  • Eine Pixelgruppe 1831, die in 90F dargestellt ist, enthält vier der Pixel 51, die zwei-mal-zwei angeordnet sind, und eine On-Chip-Linse 1821 ist in Bezug auf die vier Pixel 51 angeordnet. Zusätzlich sind die Anordnungen der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB in den vier Pixeln 51, die die eine On-Chip-Linse 1821 gemeinsam verwenden, in den linken und rechten Pixeln einander entgegengesetzt. Eine Phasendifferenz wird unter Verwendung von der Pixel 51, in denen der Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1811 nicht gebildet ist, in zwei Pixelgruppen 1831, in denen die Bildungspositionen des Phasendifferenzlichtabschirmungsfilms 1811 symmetrisch sind, detektiert.
  • Wie vorstehend beschrieben ist es als eine Anordnung in dem Fall des Bildens einer On-Chip-Linse 1821 in Bezug auf mehrere Pixel 51 möglich, irgendeine aus einer Anordnung, in der eine On-Chip-Linse 1821 in Bezug auf zwei Pixel angeordnet ist, oder einer Anordnung, in der eine On-Chip-Linse 1821 in Bezug auf vier Pixel angeordnet ist, einzusetzen. Der Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1811 schirmt mehrere Pixel, die der Hälfte auf einer Seite unterhalb der einen On-Chip-Linse 1821 entsprechen, ab.
  • Als ein Ansteuerungsmodus in dem zweiten Konfigurationsbeispiel können fünf Arten von Ansteuerverfahren, die den Modus 1 bis Modus 5 enthalten, die mit Bezug auf 88 beschrieben sind, eingesetzt werden.
  • Dementsprechend sind gemäß dem zweiten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform in Teilpixeln 51 der Pixel-Array-Einheit 20, in der mehrere Pixel 51, die die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TB enthalten, angeordnet sind, die zwei Pixelgruppen 1831, in denen die Bildungspositionen des Phasendifferenzlichtabschirmungsfilms 1811 symmetrisch sind, enthalten. Dementsprechend ist es möglich, Phasendifferenzinformationen als Zusatzinformationen, die nicht die Abstandsmessungsinformationen sind, die aus einem Verteilungsverhältnis der Signale zwischen der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB erhalten werden, zu erfassen. Auf der Basis der Phasendifferenzinformationen, die detektiert werden, kann eine Fokusposition berechnet werden, und die Genauigkeit in der Tiefenrichtung kann verbessert werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass als die mehreren Pixel 51, die die Pixel-Array-Einheit 20 bilden, die Pixel 51 in dem ersten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform und die Pixel 51 in dem zweiten Konfigurationsbeispiel der zweiten Konfigurationsbeispiel gemischt sein können.
  • <Modifikationsbeispiel ohne Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm>
  • In dem ersten Konfigurationsbeispiel und dem zweiten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform ist eine Beschreibung einer Konfiguration gegeben worden, in der der Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1801 oder 1811 zwischen der On-Chip-Linse 62 und dem Substrat 61 vorgesehen ist.
  • Selbst in einem Pixel 51, das den Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1801 oder 1811 nicht enthält, ist es jedoch möglich, die Phasendifferenzinformationen zu erfassen, wenn die Ansteuerung im Modus 2 bis Modus 5, in der eine positive Spannung gleichzeitig an die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TB angelegt wird, unter den fünf Arten von Ansteuerverfahren in dem Modus 1 bis Modus 5 verwendet wird. Beispielsweise ist es möglich, die Phasendifferenzinformationen durch Ansteuern von Pixeln 51 mit der Hälfte auf einer Seite unter mehreren Pixeln unterhalb einer On-Chip-Linse 1821 im Modus 2 bis Modus 5 zu erfassen. Selbst in einer Konfiguration, in der eine On-Chip-Linse 62 in Bezug auf ein Pixel angeordnet ist, ist es möglich, die Phasendifferenzinformationen durch Ansteuern des Pixels im Modus 2 bis Modus 5 zu erfassen.
  • Dementsprechend können in einem Pixel, das den Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1801 oder 1811 nicht enthält, die Phasendifferenzinformationen durch Ausführen von Ansteuerung im Modus 2 bis Modus 5 erfasst werden. Selbst in diesem Fall kann auf der Basis der Phasendifferenzinformationen, die detektiert werden, eine Fokusposition berechnet werden, und die Genauigkeit in der Tiefenrichtung kann verbessert werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in einem Pixel 51, das den Phasendifferenzlichtabschirmungsfilm 1801 oder 1811 nicht enthält, in dem Fall des Wunschs, die Phasendifferenzinformationen durch Verwenden der Ansteuerung im Modus 1 zu erfassen, es dann, wenn Bestrahlungslicht, das von einer Lichtquelle emittiert wird, auf kontinuierliches Licht eingestellt ist, das ohne Unterbrechung emittiert wird, möglich ist, die Phasendifferenzinformationen zu erfassen.
  • <Einundzwanzigste Ausführungsform>
  • Als Nächstes wird eine Beschreibung eines Konfigurationsbeispiels des Lichtempfangselements 1 gegeben, das zum Erfassen von Polarisationsgradinformationen als Zusatzinformationen, die nicht die Abstandsmessungsinformationen sind, die aus einem Verteilungsverhältnis der Signale zwischen der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB sind, fähig ist.
  • 91 stellt eine Querschnittsansicht eines Pixels gemäß einer einundzwanzigsten Ausführungsform dar.
  • In 91 wird das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben, der der zwanzigsten Ausführungsform entspricht, und die Beschreibung davon wird demgemäß weggelassen.
  • In der einundzwanzigsten Ausführungsform in Fig., 91 ist ein Polarisationsfilter 1841 zwischen der On-Chip-Linse 62 und dem Substrat 61 vorgesehen. Beispielsweise weist das Pixel 51 gemäß der einundzwanzigsten Ausführungsform eine Konfiguration ähnlich derjenigen der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform, der in 36 beschriebenen vierzehnten Ausführungsform oder der fünfzehnten Ausführungsform auf, außer dass das Polarisationsfilter 1841 vorgesehen ist.
  • Das Polarisationsfilter 1841, die On-Chip-Linse 62, die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TB sind auf irgendeine Anordnung in 92A oder 92B eingestellt.
  • 92A ist eine Draufsicht, die ein erstes Anordnungsbeispiel des Polarisationsfilters 1841, der On-Chip-Linse 62, der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB in der einundzwanzigsten Ausführungsform darstellt.
  • Wie in 92A dargestellt ist, weist das Polarisationsfilter 1841 irgendeine Polarisationsrichtung unter 0°, 45°, 90° und 135° auf, und vier Arten von Polarisationsfiltern 1841, in denen die Polarisationsrichtung um 90° unterschiedlich ist, sind in vorbestimmten Pixeln 51 in der Pixel-Array-Einheit 20 in einer Vierpixeleinheit (2×2) gebildet.
  • Die On-Chip-Linse 62 ist in einer Pixeleinheit vorgesehen, und Positionsbeziehungen zwischen der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB sind in allen Pixeln einander gleich.
  • 92B ist eine Draufsicht, die ein zweites Anordnungsbeispiel des Polarisationsfilters 1841, der On-Chip-Linse 62, der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB in der einundzwanzigsten Ausführungsform darstellt.
  • Wie in 92A dargestellt ist, weist das Polarisationsfilter 1841 irgendeine Polarisationsrichtung unter 0°, 45°, 90° und 135° auf, und vier Arten von Polarisationsfiltern 1841, in denen sich die Polarisationsrichtung um 45° unterscheidet, sind in vorbestimmten Pixeln 51 in der Pixel-Array-Einheit 20 in einer Vierpixeleinheit (2×2) gebildet.
  • Die On-Chip-Linse 62 ist in einer Pixeleinheit vorgesehen, und Positionsbeziehungen zwischen der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB sind zwischen benachbarten Pixeln in der horizontalen Richtung einander entgegengesetzt. Mit anderen Worten sind Pixelspalten, in denen die Anordnungen der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB einander entgegengesetzt sind, in einer horizontalen Richtung alternierend angeordnet.
  • Als ein Ansteuerverfahren des Pixels 51, das das Polarisationsfilter 1841 enthält, sind die fünf Arten von Ansteuerverfahren in Modus 1 bis Modus 5, die mit Bezug auf 88 in der zwanzigsten Ausführungsform beschrieben sind, möglich.
  • In der einundzwanzigsten Ausführungsform enthalten unter mehreren Pixeln 51, die in der Pixel-Array-Einheit 20 angeordnet sind, mehrere Teilpixel 51 das Polarisationsfilter 1841, wie in 91 und den 92A und 92B dargestellt ist.
  • Wenn die Pixel 51, die das Polarisationsfilter 1841 enthalten, durch einen aus dem Modus 1 bis Modus 5 angesteuert werden, ist es möglich, Polarisationsgradinformationen zu erfassen. Auf der Basis der Polarisationsgradinformationen, die erfasst werden, ist es möglich, Informationen zu erfassen, die sich auf einen Oberflächenzustand (Unebenheit) und eine relative Abstandsdifferenz einer Objektoberfläche, die ein Gegenstand ist, beziehen, ist es möglich, eine Reflexionsrichtung zu berechnen, oder ist es möglich, Abstandsmessungsinformationen eines lichtdurchlässigen Objekts wie z. B. Glas und Abstandsmessungsinformationen bis zu einem Objekt vor dem lichtdurchlässigen Objekt zu erfassen.
  • Zusätzlich kann, wenn eine Frequenz des Bestrahlungslichts, das von einer Lichtquelle emittiert wird, auf mehrere Arten eingestellt ist und eine Polarisationsrichtung so eingestellt ist, dass sie für jede Frequenz verschieden ist, parallele Mehrfrequenzabstandsmessung ausgeführt werden. Beispielsweise werden vier Arten von Bestrahlungslicht von 20 MHz, 40 MHz, 60 MHz und 100 MHz gleichzeitig emittiert, und die Polarisationsrichtungen davon sind auf 0°, 45°, 90° und 135° in Übereinstimmung mit der Polarisationsrichtung des Polarisationsfilters 1841 eingestellt, und es ist möglich, Abstandsmessungsinformationen durch gleichzeitiges Empfangen von reflektierten Lichtstrahlen von vier Arten des Bestrahlungslichts zu erfassen.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass alle Pixel 51 in der Pixel-Array-Einheit 20 des Lichtempfangselements 1 auf Pixel 51, die das Polarisationsfilter 1841 enthalten, eingestellt sein können.
  • <Zweiundzwanzigste Ausführungsform>
  • Als Nächstes wird eine Beschreibung eines Konfigurationsbeispiels des Lichtempfangselements 1 gegeben, das zum Erfassen von Empfindlichkeitsinformationen für jede Wellenlänge von RGB als Zusatzinformationen, die nicht die Abstandsmessungsinformationen sind, die aus einem Verteilungsverhältnis der Signale zwischen der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB sind, fähig ist.
  • Die 93A und 93B stellen Querschnittsansichten von Pixeln gemäß der zweiundzwanzigsten Ausführungsform dar.
  • In der zweiundzwanzigsten Ausführungsform enthält das Lichtempfangselement 1 wenigstens Teilpixel 51 in 93A oder 93B als Teilpixel 51 in der Pixel-Array-Einheit 20.
  • In den 93A und 93B wird das gleiche Bezugszeichen für einen Abschnitt vergeben, der der zwanzigsten Ausführungsform entspricht, und die Beschreibung demgemäß weggelassen.
  • In den Pixeln 51, die in 93A dargestellt sind, ist ein Farbfilter 1861, das das Durchlassen von nur einer Wellenlänge aus R (rot), G (grün) und B (blau) erlaubt, zwischen der On-Chip-Linse 62 und dem Substrat 61 gebildet. Beispielsweise weisen die in 93A dargestellten Pixel 51 eine Konfiguration ähnlich derjenigen der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform, der in 36 beschriebenen vierzehnten Ausführungsform oder der fünfzehnten Ausführungsform auf, außer dass das Farbfilter 1861 vorgesehen ist.
  • Andererseits sind in 93B ein Pixel 51, in dem ein IR-Abschneidefilter 1871, das Infrarotlicht abschneidet, und ein Farbfilter 1972 durch Laminierung zwischen der On-Chip-Linse 62 und dem Substrat 61 gebildet sind, und ein Pixel 51, in dem das IR-Abschneidefilter 1871 und das Farbfilter 1872 nicht gebildet sind, so angeordnet, dass sie einander benachbart sind. Zusätzlich ist eine Photodiode 1881 anstelle der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB in dem Substrat 61 des Pixels 51 gebildet, in dem das IR-Abschneidefilter 1871 und das Farbfilter 1872 gebildet sind. Zusätzlich ist ein Pixelisolationsabschnitt 1882, der ein benachbartes Pixel und das Substrat 61 isoliert, an einem Pixelgrenzabschnitt des Pixels 51 gebildet, in dem die Photodiode 1881 gebildet ist. Beispielsweise ist der Pixelisolationsabschnitt 1882 in einem Aspekt zum Bedecken einer äußeren Peripherie eines metallischen Materials wie z. B. Wolfram (W), Aluminium (Al) und Kupfer (Cu) oder eines leitfähigen Materials wie z. B. Polysilizium mit einem Isolationsfilm gebildet. Das Wandern von Elektronen zwischen benachbarten Pixeln ist aufgrund des Pixelisolationsabschnitts 1882 eingeschränkt. Das Pixel 51, das die Photodiode 1881 enthält, wird über eine Steuerungszusammenschaltung gesteuert, die von derjenigen des Pixels 51, das die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TB enthält, verschieden ist. Beispielsweise sind die anderen Konfigurationen denjenigen in der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform oder der in 36 dargestellten vierzehnten Ausführungsform ähnlich.
  • 94A ist eine Draufsicht, die eine Anordnung des Farbfilters 1861 in dem Vierpixelgebiet, in dem die in 93A dargestellten Pixel 51 zwei-mal-zwei angeordnet sind, darstellt.
  • Mit Bezug auf das Vier- (2×2-) Pixelgebiet weist das Farbfilter 1861 eine Konfiguration auf, in der vier Arten von Filtern, die ein Filter, durch das G durchgelassen wird, ein Filter, durch das R durchgelassen wird, ein Filter, durch das B durchgelassen wird, und ein Filter, durch das IR durchgelassen wird, als zwei-mal-zwei angeordnet sind.
  • 94B ist eine Draufsicht, die sich auf das Vierpixelgebiet bezieht, in dem die in 93A dargestellten Pixel 51 zwei-mal-zwei angeordnet sind und die entlang einer Linie A-A' in 93A genommen ist.
  • In den in 93A dargestellten Pixeln sind die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TB in einer Pixeleinheit angeordnet.
  • 94C ist eine Draufsicht, die eine Anordnung des Farbfilters 1872 in dem Vierpixelgebiet, in dem die in 93B dargestellten Pixel 51 zwei-mal-zwei angeordnet sind, darstellt.
  • Mit Bezug auf das Vier- (2×2-) Pixelgebiet weist das Farbfilter 1872 eine Konfiguration auf, in der vier Arten von Filtern, die ein Filter, durch das G durchgelassen wird, ein Filter, durch das R durchgelassen wird, ein Filter, durch das B durchgelassen wird, und Luft (ohne Filter) als zwei-mal-zwei angeordnet sind. Es wird darauf hingewiesen, dass ein klares Filter, durch das alle Wellenlängen (R, G, B und IR) durchgelassen werden, anstelle von Luft angeordnet sein kann.
  • In dem Farbfilter 187, wie in 93B dargestellt ist, ist das IR-Abschneidefilter 1871 auf einer oberen Schicht des Filters, durch das G durchgelassen wird, des Filters, durch das R durchgelassen wird, und des Filters, durch das B durchgelassen wird, angeordnet.
  • 94D ist eine Draufsicht, die sich auf das Vierpixelgebiet bezieht, in dem die in 93B dargestellten Pixel 51 zwei-mal-zwei angeordnet sind und die entlang einer Linie B-B' in 93B genommen ist.
  • Mit Bezug auf einen Abschnitt des Substrats 61 in dem Vier- (2x2)-Pixelgebiet ist in dem Pixel 51, das das Filter enthält, durch das G, R oder B durchgelassen wird, die Photodiode 1881 gebildet, und in dem Pixel 51, das Luft (ohne Filter) enthält, sind die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TB in dem Abschnitt des Substrats 61 gebildet. Zusätzlich ist der Pixelisolationsabschnitt 1882, der ein benachbartes Pixel und das Substrat 61 isoliert, an einem Pixelgrenzabschnitt des Pixels 51 gebildet, in dem die Photodiode 1881 gebildet ist.
  • Wie vorstehend beschrieben weisen die in 93A dargestellten Pixel 51 eine Kombination aus dem in 94A dargestellten Farbfilter 1861 und einem in 94B dargestellten photoelektrischen Umsetzungsgebiet auf, und die in 93B dargestellten Pixel 51 weisen eine Kombination aus dem in 94C dargestellten Farbfilter 1872 und einem in 94D dargestellten photoelektrischen Umsetzungsgebiet auf.
  • Die Kombinationen aus den Farbfiltern in den 94A und 94C und den photoelektrischen Umsetzungsgebieten in den 94B und 94C können einander jedoch ersetzen. Das heißt, die Konfiguration der Pixel 51 in der zweiundzwanzigsten Ausführungsform kann auf eine Konfiguration in Kombination aus dem in 94A dargestellten Farbfilters 1861 und dem in 94D dargestellten photoelektrischen Umsetzungsgebiets oder eine Konfiguration in Kombination aus dem in 94C dargestellten Farbfilters 1872 und dem in 94B dargestellten photoelektrischen Umsetzungsgebiets eingestellt sein.
  • Die Pixel 51 die die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TB enthalten, können durch die fünf Arten von Ansteuerverfahren im Modus 1 bis Modus 5 angesteuert werden.
  • Die Ansteuerung der Pixel 51, die die Photodiode 1881 enthalten, ist von der Ansteuerung der Pixel 51, die die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TB enthalten, verschieden und wird auf eine ähnliche Weise wie in den Pixeln eines typischen Bildsensors ausgeführt.
  • In Übereinstimmung mit der zweiundzwanzigsten Ausführungsform kann das Lichtempfangselement 1 die Pixel 51, die mit dem Farbfilter 1861 auf einer Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61, in der die erste Abzweigung TA und die zweite Abzweigung TB gebildet sind, wie in 93A dargestellt ist, ausgestattet sind, als ein Teil der Pixel-Array-Einheit 20, in der mehrere Pixel 51, die mit der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB ausgestattet sind, angeordnet sind, enthalten. Dementsprechend ist es möglich, ein Signal für jede Wellenlänge von jedem aus G, R, B und IR zu erfassen, und es ist möglich, die Objektidentifizierungsfähigkeit zu verbessern.
  • Zusätzlich kann gemäß der zweiundzwanzigsten Ausführungsform das Lichtempfangselement 1 die Pixel 51, die mit der Photodiode 1881 im Inneren des Substrats 61 und dem Farbfilter 1872 auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche anstelle der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB ausgestattet sind, wie in 93B dargestellt ist, als Teil der Pixel-Array-Einheit 20, in der mehrere Pixel 51, die mit der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB ausgestattet sind, angeordnet sind, enthalten. Dementsprechend ist es möglich, ein G-Signal, ein R-Signal und ein B-Signal, die die gleichen wie in dem Bildsensor sind, zu empfangen, und es ist möglich, die Objektidentifizierungsfähigkeit zu verbessern.
  • Zusätzlich können sowohl die Pixel 51, die mit der ersten Abzweigung TA und der zweiten Abzweigung TB und dem Farbfilter 1861 ausgestattet sind, wie in 93A dargestellt ist, und die Pixel 51, die mit der Photodiode 1881 und dem Farbfilter 1872 ausgestattet sind, wie in 93B dargestellt ist, in der Pixel-Array-Einheit 20 gebildet sein.
  • Zusätzlich können alle Pixel 51 in der Pixel-Array-Einheit 20 des Lichtempfangselements 1 als wenigstens eine Art unter Pixeln in Kombination der 94A und 94B, Pixeln der Kombination der 94C und 94D, Pixeln in Kombination der 94A und 94D und Pixeln in Kombination der 94C und 94B konfiguriert sein.
  • <Konfigurationsbeispiel des Abstandsmessungsmoduls>
  • 95 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Abstandsmessungsmoduls, das Abstandsmessungsinformationen unter Verwendung des Lichtempfangselements 1 in 1 ausgibt.
  • Ein Abstandsmessungsmodul 5000 enthält eine Lichtemissionseinheit 5011, eine Lichtemissionssteuereinheit 5012 und eine Lichtempfangseinheit 5013.
  • Die Lichtemissionseinheit 5011 enthält eine Lichtquelle, die Licht einer vorbestimmten Wellenlänge emittiert, und Bestrahlungslicht emittiert, dessen Helligkeit periodisch fluktuiert, um ein Objekt mit dem Bestrahlungslicht zu bestrahlen. Beispielsweise enthält die Lichtemissionseinheit 5011 eine Leuchtdiode, die Infrarotlicht einer Wellenlänge in einem Bereich von 780 nm bis 1000 nm emittiert, als eine Lichtquelle, und emittiert Bestrahlungslicht in Synchronisation mit einem Lichtemissionssteuersignal CLKp, das eine Rechteckwelle ist, die aus der Lichtemissionssteuereinheit 5012 zugeführt wird.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass das Lichtemissionssteuersignal CLKp nicht auf die Rechteckwelle eingeschränkt ist, solange das Lichtemissionssteuersignal CLKp ein periodisches Signal ist. Beispielsweise kann das Lichtemissionssteuersignal CLKp eine Sinuswelle sein.
  • Nach dem Zuführen des Lichtemissionssteuersignals CLKp zu der Lichtemissionseinheit 5011 und der Lichtempfangseinheit 5013 steuert die Lichtemissionssteuereinheit 5012 eine Bestrahlungszeit des Bestrahlungslichts. Beispielsweise ist eine Frequenz des Lichtemissionssteuersignals CLKp 20 Megahertz (MHz). Es wird darauf hingewiesen, dass die Frequenz des Lichtemissionssteuersignals CLKp nicht auf 20 Megahertz (MHz) beschränkt ist und 5 Megahertz (MHz) oder dergleichen sein kann.
  • Die Lichtempfangseinheit 5013 empfängt reflektiertes Licht, das von einem Objekt reflektiert ist, berechnet Abstandsinformationen für jedes Pixel in Übereinstimmung mit einem Lichtempfangsergebnis, erzeugt ein Tiefenbild, das einen Abstand bis zu einem Objekt ausdrückt, durch einen Gradationswert für jedes Pixel und gibt das Tiefenbild aus.
  • Als die Lichtempfangseinheit 5013 wird das vorstehend beschriebene Lichtempfangselement 1 verwendet, und das Lichtempfangselement 1 als die Lichtempfangseinheit 5013 berechnet Abstandsinformationen für jedes Pixel aus der durch die Ladungsdetektionseinheit (N+-Halbleitergebiet 71) jeder der Signalextraktionseinheiten 65-1 und 65-2 jedes der Pixel 51 in der Pixel-Array-Einheit 20 detektierten Signalstärke, beispielsweise auf der Basis des Lichtemissionssteuersignals CLKp.
  • Wie vorstehend beschrieben kann als die Lichtempfangseinheit 5013 des Abstandsmessungsmoduls 5000, die Abstandsinformationen bis zu einem Gegenstand durch das indirekte ToF-Verfahren erhält und die Abstandsinformationen ausgibt, das Lichtempfangselement 1 in 1 kombiniert sein. Da das Lichtempfangselement 5013 des Abstandsmessungsmoduls 5000, wenn das Lichtempfangselement 1 in den vorstehend beschriebenen jeweiligen Ausführungsformen eingesetzt ist, insbesondere das Lichtempfangselement, das als ein rückseitig beleuchteter Typ eingestellt ist und die Pixelempfindlichkeit verbessert, ist es möglich, die Abstandsmessungseigenschaften des Abstandsmessungsmoduls 5000 zu verbessern.
  • <Anwendungsbeispiel für beweglichen Körper>
  • Die Technologie (die vorliegende Technologie) gemäß der vorliegenden Offenbarung ist auf verschiedene Produkte anwendbar. Beispielsweise kann die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung als eine Vorrichtung realisiert sein, die auf irgendeine Art eines beweglichen Körpers unter einem Kraftfahrzeug, einem Elektrofahrzeug, einem Hybrid-Elektrofahrzeug, einem Kraftrad, einem Fahrrad, einem persönlichen Fortbewegungsmittel, einem Flugzeug, einer Drohne, einem Schiff, einem Roboter oder dergleichen montiert ist.
  • 96 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuersystems als ein Beispiel eines Steuersystems eines mobilen Körpers, auf den die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewandt werden kann, abbildet.
  • Das Fahrzeugsteuersystem 12000 enthält mehrere elektronische Steuereinheiten, die über ein Kommunikationsnetz 12001 miteinander verbunden sind. In dem in 96 abgebildeten Beispiel enthält das Fahrzeugsteuersystem 12000 eine Antriebssystemsteuereinheit 12010, eine Karosseriesystemsteuereinheit 12020, eine Detektionseinheit 12030 für Informationen außerhalb des Fahrzeugs, eine Detektionseinheit 12040 für Informationen innerhalb des Fahrzeugs und eine integrierte Steuereinheit 12050. Zusätzlich sind ein Mikrocomputer 12051, ein Ton/Bild-Ausgabebereich 12052 und eine im Fahrzeug montierte Netzschnittstelle (Netz-I/F) 12053 als eine funktionale Konfiguration der integrierten Steuereinheit 12050 dargestellt.
  • Die Antriebssystemsteuereinheit 12010 steuert den Betrieb der Vorrichtungen, die sich auf das Antriebssystem des Fahrzeugs beziehen, in Übereinstimmung mit verschiedenen Arten von Programmen. Beispielsweise funktioniert die Antriebssystemsteuereinheit 12010 als eine Steuervorrichtung für eine Antriebskrafterzeugungsvorrichtung zum Erzeugen der Antriebskraft des Fahrzeug, wie z. B. einer Brennkraftmaschine, eines Antriebsmotors oder dergleichen, einen Antriebskraftübertragungsmechanismus zum Übertragen der Antriebskraft auf Räder, einen Lenkmechanismus zum Anpassen des Lenkwinkels des Fahrzeugs, einer Bremsvorrichtung zum Erzeugen der Bremskraft des Fahrzeugs und dergleichen.
  • Die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 steuert den Betrieb verschiedener Arten von Vorrichtungen, die in der Fahrzeugkarosserie vorgesehen sind, in Übereinstimmung mit verschiedenen Arten von Programmen. Beispielsweise funktioniert die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 als eine Steuervorrichtung für ein schlüsselloses Zugangssystem, ein intelligentes Schlüsselsystem, ein elektrisches Fensterhebersystem oder verschiedene Arten von Lampen wie z. B. einen Scheinwerfer, einen Rückfahrscheinwerfer, eine Bremsleuchte, einem Blinker, einer Nebelleuchte oder dergleichen. In diesem Fall können Funkwellen, die von einer mobilen Vorrichtung gesendet werden, als Alternative zu einem Schlüssel oder Signale unterschiedlicher Arten von Schaltern in die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 eingegeben werden. Die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 empfängt diese eingegebenen Funkwellen oder Signale und steuert eine Türverriegelungsvorrichtung, eine elektrische Fensterhebervorrichtung, die Lampen oder dergleichen des Fahrzeugs.
  • Die Detektionseinheit 12030 für Informationen außerhalb des Fahrzeugs detektiert Informationen über das Äußere des Fahrzeugs, das das Fahrzeugsteuersystem 12000 enthält. Beispielsweise ist die Detektionseinheit 12030 für Informationen außerhalb des Fahrzeugs mit einem Bildaufnahmebereich 12031 verbunden. Die Detektionseinheit 12030 für Informationen außerhalb des Fahrzeugs veranlasst den Bildaufnahmebereich 12031 dazu, ein Bild des Äußeren des Fahrzeugs aufzunehmen, und empfängt das aufgenommene Bild. Auf der Basis des aufgenommenen Bilds kann die Detektionseinheit 12030 für Informationen außerhalb des Fahrzeugs Verarbeitung des Detektierens eines Objekts wie z. B eines Menschen, eines Fahrzeugs, eines Hindernisses, eines Verkehrszeichens, eines Schriftzeichens auf einer Straßenoberfläche oder dergleichen oder Verarbeitung zum Detektieren eines Abstands dazu ausführen.
  • Der Bildaufnahmebereich 12031 ist ein optischer Sensor, der Licht empfängt und der ein elektrisches Signal, das einer empfangenen Lichtmenge des Lichts entspricht, ausgibt. Der Bildaufnahmebereich 12031 kann das elektrische Signal als ein Bild ausgeben oder kann das elektrische Signal als Informationen über einen gemessenen Abstand ausgeben. Zusätzlich kann das Licht, das durch den Bildaufnahmebereich 12031 empfangen wird, sichtbares Licht sein, oder es kann unsichtbares Licht wie z. B. Infrarotstrahlen oder dergleichen sein.
  • Die Detektionseinheit 12040 für Informationen innerhalb des Fahrzeugs detektiert Informationen über das Innere des Fahrzeugs. Die Detektionseinheit 12040 für Informationen innerhalb des Fahrzeugs ist beispielsweise mit einem Fahrerzustandsdetektionsbereich 12041, der den Zustand eines Fahrers detektiert, verbunden. Der Fahrerzustandsdetektionsbereich 12041 enthält beispielsweise eine Kamera, die den Fahrer aufnimmt. Auf der Basis der Detektionsinformationen, die von dem Fahrerzustandsdetektionsbereich 12041 eingegeben werden, kann die Detektionseinheit 12040 für Informationen innerhalb des Fahrzeugs einen Ermüdungsgrad des Fahrers oder einen Konzentrationsgrad des Fahrers berechnen oder kann bestimmen, ob der Fahrer eingeschlafen ist.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann einen Steuerzielwert für die Antriebskrafterzeugungsvorrichtung, den Lenkmechanismus oder die Bremsvorrichtung auf der Basis der Informationen über das Innere oder das Äußere des Fahrzeugs, wobei diese Informationen durch die Detektionseinheit 12030 für Informationen außerhalb des Fahrzeugs oder die Detektionseinheit 12040 für Informationen innerhalb des Fahrzeugs erhalten werden, berechnen und einen Steuerbefehl zu der Antriebssystemsteuereinheit 12010 ausgeben. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 kooperative Steuerung ausführen, die zum Implementieren von Funktionen eines fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystems (ADAS) vorgesehen ist, dessen Funktionen Kollisionsvermeidung oder Aufprallabschwächung für das Fahrzeug, folgendes Fahren basierend auf einem Folgeabstand, die Fahrzeuggeschwindigkeit aufrecht erhaltendes Fahren, eine Kollisionswarnung des Fahrzeugs, eine Warnung für eine Spurabweichung des Fahrzeugs oder dergleichen enthalten.
  • Zusätzlich kann der Mikrocomputer 12051 kooperative Steuerung, die für automatisches Fahren, das dazu führt, dass das Fahrzeug autonom fährt, ohne von der Bedienung durch einen Fahrer abhängig zu sein, oder dergleichen vorgesehen ist, durch Steuern der Antriebskrafterzeugungsvorrichtung, des Lenkmechanismus, der Bremsvorrichtung oder dergleichen auf der Basis der Informationen über das Äußere oder das Innere des Fahrzeugs, wobei diese Informationen durch die Detektionseinheit 12030 für Informationen außerhalb des Fahrzeugs oder die Detektionseinheit 12040 für Informationen innerhalb des Fahrzeugs erhalten werden, ausführen.
  • Zusätzlich kann der Mikrocomputer 12051 einen Steuerbefehl zu der Karosseriesystemsteuereinheit 12020 auf der Basis der Informationen über das Äußere des Fahrzeugs ausgeben, wobei diese Informationen durch die Detektionseinheit 12030 für Informationen außerhalb des Fahrzeugs erhalten werden. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 kooperative Steuerung, die zum Verhindern einer Blendung vorgesehen ist, durch Steuern des Scheinwerfers, beispielsweise zur Änderung von einem hohen Strahl zu einem tiefen Strahl, in Übereinstimmung mit der Position eines vorausfahrenden Fahrzeugs oder eines entgegenkommenden Fahrzeugs, das durch die Detektionseinheit 12030 für Informationen außerhalb des Fahrzeugs detektiert wird, ausführen.
  • Der Ton/Bild-Ausgabebereich 12052 sendet ein Ausgabesignal für einen Ton und/oder ein Bild zu einer Ausgabevorrichtung, die zum visuellen oder hörbaren Melden von Informationen zu einem Insassen des Fahrzeugs oder zu dem Äußeren des Fahrzeugs fähig ist. In dem Beispiel von 96 sind ein Lautsprecher 12061, ein Anzeigebereich 12062 und eine Instrumententafel 12063 als die Ausgabevorrichtung dargestellt. Der Anzeigebereich 12062 kann beispielsweise eine bordinterne Anzeigevorrichtung und/oder eine Head-up-Anzeigevorrichtung enthalten.
  • 97 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Installationsposition des Bildaufnahmebereichs 12031 abbildet.
  • In 97 enthält der Bildaufnahmebereich 12031 die Bildaufnahmebereiche 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105.
  • Die Bildaufnahmebereiche 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 sind beispielsweise sowohl an Positionen auf einer Bugnase, einem Seitenspiegel, einem hinteren Stoßfänger und einer hinteren Tür des Fahrzeugs 12100 als auch an Positionen auf einem höheren Abschnitt einer Windschutzscheibe in dem Fahrzeuginneren angeordnet. Der Bildaufnahmebereich 12101, der an der Bugnase vorgesehen, und der Bildaufnahmebereich 12105, der an dem oberen Abschnitt der Windschutzscheibe im Fahrzeuginneren vorgesehen ist, erhalten hauptsächlich ein Bild der Vorderseite des Fahrzeugs 12100. Die Bildaufnahmebereiche 12102 und 12103, die an den Seitenspiegeln vorgesehen sind, erhalten hauptsächlich ein Bild der Seiten des Fahrzeugs 12100. Der Bildaufnahmebereich 12104, der an dem hinteren Stoßfänger oder der hinteren Tür vorgesehen ist, erhält hauptsächlich ein Bild der Rückseite des Fahrzeugs 12100. Der Bildaufnahmebereich 12105, der auf dem oberen Abschnitt der Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs vorgesehen ist, wird hauptsächlich verwendet, um ein vorausfahrendes Fahrzeug, einen Fußgänger, ein Hindernis, ein Signal, ein Verkehrszeichen, eine Spur oder dergleichen zu detektieren.
  • Im Übrigen bildet 97 ein Beispiel von Fotografierreichweiten der Bildaufnahmebereiche 12101 bis 12104 ab. Die Bildaufnahmereichweite 12111 repräsentiert die Bildaufnahmereichweite des Bildaufnahmebereichs 12101, der für die Bugnase vorgesehen ist. Die Bildaufnahmereichweiten 12112 und 12113 repräsentieren die Bildaufnahmereichweiten der Bildaufnahmebereiche 12102 bzw. 12103, die in den Seitenspiegeln vorgesehen sind. Die Bildaufnahmereichweite 12114 repräsentiert die Bildaufnahmereichweite des Bildaufnahmebereichs 12104, der an dem hinteren Stoßfänger oder der hinteren Tür vorgesehen ist. Ein Bild auf Vogelperspektive des Fahrzeugs 12100, wie es von oben gesehen ist, wird beispielsweise durch Überlagen der Bilddaten, die durch die Bildaufnahmebereiche 12101 bis 12014 aufgenommen sind, erhalten.
  • Wenigstens einer aus den Bildaufnahmebereichen 12101 bis 12104 kann eine Funktion zum Erhalten von Abstandsinformationen aufweisen. Beispielsweise kann wenigstens einer der Bildaufnahmebereiche 12101 bis 12104 eine Stereokamera sein, die aus mehreren Bildaufnahmeelementen besteht, oder kann ein Bildaufnahmeelement sein, das Pixel zur Phasendifferenzdetektion aufweist.
  • Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 einen Abstand zu jedem dreidimensionalen Objekt innerhalb der Bildaufnahmereichweiten 12111 bis 12114 und eine zeitliche Änderung des Abstands (relative Geschwindigkeit in Bezug auf das Fahrzeug 12100) auf der Basis der aus den Bildaufnahmebereichen 12101 bis 12104 erhaltenen Abstandsinformationen bestimmen und dadurch als ein vorausfahrendes Fahrzeug insbesondere das nächstgelegene dreidimensionale Objekt, das auf dem Fortbewegungspfad des Fahrzeugs 12100 vorhanden ist und das sich im Wesentlichen in die gleiche Richtung wie das Fahrzeug 12100 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (beispielsweise gleich oder mehr als 0 km/Stunde) fortbewegt, extrahieren. Ferner kann der Mikrocomputer 12051 einen Folgeabstand, der vor einem vorausfahrenden Fahrzeug aufrecht erhalten werden soll, im Voraus einstellen und automatische Bremssteuerung (die Folgeanhaltesteuerung enthält), automatische Beschleunigungssteuerung (die Folgestartsteuerung enthält) oder dergleichen ausführen. Es ist somit möglich, kooperative Steuerung, die für automatisches Fahren vorgesehen ist, die dazu führt, dass sich das Fahrzeug autonom fortbewegt, ohne von der Bedienung durch den Fahrer oder dergleichen abhängig zu sein, auszuführen.
  • Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12501 Daten für dreidimensionale Objekte über dreidimensionale Objekte in Daten für dreidimensionale Objekte eines Zweiradfahrzeugs, eines Fahrzeugs mit Standardgröße, eines großen Fahrzeugs, eines Fußgängers, eines Strommasts und anderer dreidimensionaler Objekte auf der Basis der Abstandsinformationen, die aus den Bildaufnahmebereichen 12101 bis 12104 erhalten werden, klassifizieren, die klassifizierten Daten der dreidimensionalen Objekte extrahieren und die extrahierten Daten der dreidimensionalen Objekte zum automatischen Vermeiden eines Hindernisses verwenden. Beispielsweise identifiziert der Mikrocomputer 12051 Hindernisse in der Umgebung des Fahrzeugs 12100 als Hindernisse, die der Fahrer des Fahrzeugs 12100 visuell erkennen kann, und Hindernisse, die für den Fahrer des Fahrzeugs 12100 schwierig visuell zu erkennen sind. Dann bestimmt der Mikrocomputer 12051 ein Kollisionsrisiko, das ein Risiko für eine Kollision mit jedem Hindernis angibt. In einer Situation, in der das Kollisionsrisiko gleich einem oder höher als ein eingestellter Wert ist und somit eine Möglichkeit einer Kollision vorhanden ist, gibt der Mikrocomputer 12051 über den Lautsprecher 12061 oder den Anzeigebereich 12062 eine Warnung zu dem Fahrer aus und führt eine erzwungene Abbremsung oder Vermeidungslenkung über die Antriebssystemsteuereinheit 12010 aus. Der Mikrocomputer 12051 kann dadurch das Fahren zur Vermeidung einer Kollision unterstützen.
  • Wenigstens einer aus den Bildaufnahmebereichen 12101 bis 12104 kann eine Infrarotkamera sein, die Infrarotstrahlen detektiert. Der Mikrocomputer 12051 kann beispielsweise einen Fußgänger dadurch erkennen, dass er bestimmt, ob ein Fußgänger in aufgenommenen Bildern der Bildaufnahmebereiche 12101 bis 12104 vorhanden ist oder nicht. Eine solche Erkennung eines Fußgängers wird beispielsweise durch eine Prozedur zum Extrahieren charakteristischer Punkte in den aufgenommenen Bildern der Bildaufnahmebereiche 12101 bis 12104 als Infrarotkameras und eine Prozedur zum Bestimmen, ob es der Fußgänger ist oder nicht, durch Ausführen von Musterübereinstimmungsverarbeitung auf einer Reihe von charakteristischen Punkten, die den Umriss des Objekts repräsentieren, ausgeführt werden. Wenn der Mikrocomputer 12051 bestimmt, dass ein Fußgänger in den aufgenommenen Bildern der Bildaufnahmebereiche 12101 bis 12104 vorhanden ist und somit den Fußgänger erkennt, steuert der Ton/Bild-Ausgabebereich 12052 den Anzeigebereich 12062, so dass eine quadratische Umrisslinie zur Hervorhebung angezeigt wird, so dass sie dem erkannten Fußgänger überlagert wird. Der Ton/Bild-Ausgabebereich 12052 kann außerdem den Anzeigebereich 12062 so steuern, dass ein Symbol oder dergleichen, das den Fußgänger repräsentiert, an einer gewünschten Position angezeigt wird.
  • Hier ist vorstehend eine Beschreibung eines Beispiels des Fahrzeugsteuersystems, auf das die vorliegende Technologie, die zu der vorliegenden Offenbarung gehört, anwendbar ist. Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung ist auch auf den Bildaufnahmebereich 12031 unter den vorstehend beschriebenen Konfigurationen anwendbar. Insbesondere ist es beispielsweise, wenn das in 1 dargestellte Lichtempfangselement 1 auf den Bildaufnahmebereich 12031 angewandt wird, möglich, Eigenschaften wie z. B. die Empfindlichkeit zu verbessern.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Technologie sind nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen in einem Bereich, der nicht von der Kernaussage der vorliegenden Technologie abweicht, vorgenommen werden.
  • Beispielsweise können die vorstehend beschriebenen zwei oder mehr Ausführungsformen auf geeignete Weise miteinander kombiniert sein. Das heißt beispielsweise, die Anzahl von Signalextraktionseinheiten, die in einem Pixel vorgesehen sind, oder eine Anordnungsposition davon, eine Form der Signalextraktionseinheiten oder ob eine gemeinsam verwendete Struktur eingesetzt werden soll oder nicht, das Vorhandensein oder Fehlen einer On-Chip-Linse,, das Vorhandensein oder Fehlen des Zwischenpixellichtabschirmungsabschnitts, das Vorhandensein oder Fehlen eines Isolationsgebiets, die Dicke der On-Chip-Linse oder eines Substrats, die Art des Substrats oder die Konstruktion des Films, das Vorhandensein oder Fehlen einer Vorspannung für eine Lichteinfallsoberfläche, das Vorhandensein oder Fehlen eines Reflexionselements und dergleichen können in Übereinstimmung mit einer Priorität, die irgendeiner Eigenschaft wie z. B. die Pixelempfindlichkeit gegeben wird, auf geeignete Weise ausgewählt sein.
  • Zusätzlich ist in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eine Beschreibung eines Beispiels gegeben worden, in dem Elektronen als Signalladungsträger verwendet sind, es können jedoch Löcher, die in der photoelektrischen Umsetzung erzeugt werden, als die Signalladungsträger verwendet werden. In diesem Fall kann die Ladungsdetektionseinheit, die die Signalladungsträger detektiert, durch ein P+-Halbleitergebiet gebildet sein, und die Spannungsanlegeeinheit, die ein elektrisches Feld innerhalb eines Substrats erzeugt, kann durch ein N+-Halbleitergebiet gebildet sein, so dass Löcher als die Signalladungsträger in der Ladungsdetektionseinheit, die in der Signalextraktionseinheit vorgesehen ist, detektiert werden.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Technologie ist es, wenn der CAPD-Sensor auf eine Konfiguration des Lichtempfangselements vom rückseitig beleuchteten Typ eingestellt ist, möglich, die Abstandsmessungseigenschaften zu verbessern.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen als ein Ansteuerungsverfahren beschrieben sind, in dem eine Spannung direkt an das P+-Halbleitergebiet 73, das in dem Substrat 61 gebildet ist, angelegt wird und photoelektrische umgesetzte Ladungen durch ein elektrisches Feld, das auftritt, wandern, aber die vorliegende Technologie ist nicht auf das Ansteuerungsverfahren beschränkt und ist auch auf ein anderes Ansteuerungsverfahren anwendbar. Beispielsweise ist es möglich, ein Ansteuerungsverfahren einzusetzen, in dem erste und zweite Übertragungstransistoren und erste und zweite potentialfreie Diffusionsgebiete die in dem Substrat 61 gebildet sind, verwendet werden, und eine vorbestimmte Spannung wird an die Gates der ersten und zweiten Übertragungstransistoren angelegt, um photoelektrisch umgesetzte Ladungen zu dem ersten potentialfreien Diffusionsgebiet über den ersten Übertragungstransistor oder dem zweiten potentialfreien Diffusionsgebiet über den zweiten Übertragungstransistor zu verteilen und zu akkumulieren. In diesem Fall funktionieren die ersten und zweiten Übertragungstransistoren, die in dem Substrat 61 gebildet sind, als erste bzw. zweite Spannungsanlegeeinheit, in der eine vorbestimmte Spannung an ihre Gates angelegt wird, und die ersten und zweiten potentialfreien Diffusionsgebiete, die in dem Substrat 61 gebildet sind, funktionieren als erste bzw. zweite Ladungsdetektionseinheiten, die Ladungen, die aufgrund der photoelektrischen Umsetzung erzeugt werden, detektieren.
  • Zusätzlich sind, mit anderen Worten, in dem Ansteuerungsverfahren, in dem eine Spannungsanlegeeinheiten direkt an das P+-Halbleitergebiet 73, das in dem Substrat 61 gebildet ist, angelegt wird und photoelektrisch umgesetzte Ladungen durch ein elektrisches Feld, das auftritt, wandern, zwei der P+-Halbleitergebiete 73, die als die erste und zweite Spannungsanlegeeinheit eingestellt sind, Steuerknoten, an die eine vorbestimmte Spannung angelegt wird, und zwei der N+-Halbleitergebiete 71, die als die erste und zweite Ladungsdetektionseinheit eingestellt sind, sind Detektionsknoten, die Ladungen detektieren. In dem Ansteuerungsverfahren, in dem eine vorbestimmte Spannung an die Gates der ersten und zweiten Übertragungstransistoren angelegt wird und photoelektrisch umgesetzte Ladungen über das erste potentialfreie Diffusionsgebiet oder das zweite potentialfreie Diffusionsgebiet akkumuliert werden, sind die Gates der ersten und zweiten Übertragungstransistoren Steuerknoten, an die eine vorbestimmte Spannung angelegt wird, und die ersten und zweiten potentialfreien Diffusionsgebiete, die in dem Substrat 61 gebildet sind, sind Detektionsknoten, die Ladungen detektieren.
  • Zusätzlich sind Effekte, die in dieser Spezifikation beschrieben sind, nur erläuternd und sind nicht darauf beschränkt, und es können andere Effekte gezeigt werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Technologie die folgenden Konfigurationen einsetzen kann.
    • (1) Lichtempfangselement, das Folgendes enthält:
      • eine On-Chip-Linse;
      • eine Zusammenschaltungsschicht; und
      • eine Halbleiterschicht, die zwischen der On-Chip-Linse und der Zusammenschaltungsschicht angeordnet ist, wobei
      • die Halbleiterschicht Folgendes enthält:
        • eine erste Spannungsanlegeeinheit, an die eine erste Spannung angelegt wird,
        • eine zweite Spannungsanlegeeinheit, an die eine zweite Spannung, die von der ersten Spannung verschieden ist, angelegt wird,
        • eine erste Ladungsdetektionseinheit, die an der Peripherie der ersten Spannungsanlegeeinheit angeordnet ist,
        • eine zweite Ladungsdetektionseinheit, die an der Peripherie der zweiten Spannungsanlegeeinheit angeordnet ist, und
        • ein Ladungsentladegebiet, das auf einer Außenseite eines effektiven Pixelgebiets vorgesehen ist.
    • (2) Lichtempfangselement nach (1), wobei die Zusammenschaltungsschicht wenigstens eine Schicht enthält, die ein Reflexionselement enthält, und das Reflexionselement so vorgesehen ist, dass es in einer Draufsicht mit der ersten Ladungsdetektionseinheit oder mit der zweiten Ladungsdetektionseinheit überlappt.
    • (3) Lichtempfangselement nach (1) oder (2), wobei die Zusammenschaltungsschicht wenigstens eine Schicht enthält, die ein Lichtabschirmungselement enthält, und das Lichtabschirmungselement so vorgesehen ist, dass es in einer Draufsicht mit der ersten Ladungsdetektionseinheit oder mit der zweiten Ladungsdetektionseinheit überlappt.
    • (4) Lichtempfangselement nach einem aus (1) bis (3), wobei das Ladungsentladegebiet ein Öffnungspixel enthält, das angesteuert wird.
    • (5) Lichtempfangselement nach einem aus (1) bis (4), wobei das Ladungsentladegebiet ein Lichtabschirmungspixel enthält, das angesteuert wird.
    • (6) Lichtempfangselement nach einem aus (1) bis (5), wobei das Ladungsentladegebiet ein N-Typ-Gebiet mit hoher Konzentration enthält, an das eine Null- oder positive Spannung angelegt wird.
    • (7) Lichtempfangselement nach einem aus (1) bis (6), das ferner Folgendes enthält:
      • ein P-Wannengebiet, das in Kontakt mit einem Isolationsfilm an der Peripherie der ersten und zweiten Ladungsdetektionseinheit ist, an einem Grenzabschnitt der Pixel.
    • (8) Lichtempfangselement nach (7), wobei das P-Wannengebiet eine Störstellenkonzentration aufweist, die höher ist als eine Störstellenkonzentration eines photoelektrischen Umsetzungsgebiets.
    • (9) Lichtempfangselement nach einem aus (1) bis (6), das ferner Folgendes enthält:
      • eine N-Typ-Diffusionsschicht, an die eine Null- oder positive Spannung angelegt ist, in einem Spaltgebiet zwischen einem P-Wannengebiet, in dem ein Pixeltransistor gebildet ist, und einem Isolationsfilm an der Peripherie der ersten und zweiten Ladungsdetektionseinheit.
    • (10) Lichtempfangselement nach (9), wobei die N-Typ-Diffusionsschicht so angeordnet ist, dass sie von einer Pixelspalte innerhalb eines effektiven Pixelgebiets gemeinsam verwendet wird.
    • (11) Lichtempfangselement nach (9), wobei die N-Typ-Diffusionsschicht in einem Pixel außerhalb des effektiven Pixelgebiets angeordnet ist.
    • (12) Lichtempfangselement nach (9), wobei die N-Typ-Diffusionsschicht in jedem Pixel innerhalb des effektiven Pixelgebiets angeordnet ist.
    • (13) Lichtempfangselement nach einem aus (1) bis (12), wobei die ersten und zweiten Spannungsanlegeeinheiten durch erste und zweite P-Typ-Halbleitergebiete gebildet sind, von denen jedes in der Halbleiterschicht gebildet ist.
    • (14) Lichtempfangselement nach einem aus (1) bis (12), wobei die ersten und zweiten Spannungsanlegeeinheiten durch erste und zweite Übertragungstransistoren gebildet sind, von denen jeder in der Halbleiterschicht gebildet ist.
    • (15) Abstandsmessungsmodul, das Folgendes enthält:
      • ein Lichtempfangselement, das eine On-Chip-Linse, eine Zusammenschaltungsschicht und eine Halbleiterschicht, die zwischen der On-Chip-Linse und der Zusammenschaltungsschicht angeordnet ist, enthält, wobei die Halbleiterschicht eine erste Spannungsanlegeeinheit, an die eine erste Spannung angelegt wird, eine zweite Spannungsanlegeeinheit, an die eine zweite Spannung, die von der ersten Spannung verschieden ist, angelegt wird, eine erste Ladungsdetektionseinheit, die an der Peripherie der ersten Ladungsdetektionseinheit angeordnet ist, eine zweite Ladungsdetektionseinheit, die an der Peripherie der zweiten Spannungsanlegeeinheit angeordnet ist, und ein Ladungsentladegebiet, das an einer Außenseite eines effektiven Pixelgebiets vorgesehen ist, enthält;
      • eine Lichtquelle, die Bestrahlungslicht, dessen Helligkeit periodisch fluktuiert, emittiert; und
      • eine Lichtemissionssteuereinheit, die eine Bestrahlungszeit des Bestrahlungslichts steuert.
  • Es ist durch Fachleute zu verstehen, dass verschiedene Modifikationen, Kombinationen, Teilkombinationen und Veränderungen auftreten können, abhängig von den Konstruktionsanforderungen und anderen Faktoren, insoweit sie innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche oder deren Äquivalente sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2018135401 [0001]
    • JP 2011086904 A [0004]

Claims (15)

  1. Lichtempfangselement, das Folgendes umfasst: eine On-Chip-Linse; eine Zusammenschaltungsschicht; und eine Halbleiterschicht, die zwischen der On-Chip-Linse und der Zusammenschaltungsschicht angeordnet ist, wobei wie Halbleiterschicht Folgendes enthält: eine erste Spannungsanlegeeinheit, an die eine erste Spannung angelegt wird, eine zweite Spannungsanlegeeinheit, an die eine zweite Spannung, die von der ersten Spannung verschieden ist, angelegt wird, eine erste Ladungsdetektionseinheit, die an einer Peripherie der ersten Spannungsanlegeeinheit angeordnet ist, eine zweite Ladungsdetektionseinheit, die an der Peripherie der zweiten Spannungsanlegeeinheit angeordnet ist, und ein Ladungsentladegebiet, das auf einer Außenseite eines effektiven Pixelgebiets vorgesehen ist.
  2. Lichtempfangselement nach Anspruch 1, wobei die Zusammenschaltungsschicht wenigstens eine Schicht enthält, die ein Reflexionselement enthält, und das Reflexionselement so vorgesehen ist, dass es in einer Draufsicht mit der ersten Ladungsdetektionseinheit oder mit der zweiten Ladungsdetektionseinheit überlappt.
  3. Lichtempfangselement nach Anspruch 1, wobei die Zusammenschaltungsschicht wenigstens eine Schicht enthält, die ein Lichtabschirmungselement enthält, und das Lichtabschirmungselement so vorgesehen ist, dass es in einer Draufsicht mit der ersten Ladungsdetektionseinheit oder mit der zweiten Ladungsdetektionseinheit überlappt.
  4. Lichtempfangselement nach Anspruch 1, wobei das Ladungsentladegebiet ein Öffnungspixel enthält, das angesteuert wird.
  5. Lichtempfangselement nach Anspruch 1, wobei das Ladungsentladegebiet ein Lichtabschirmungspixel enthält, das angesteuert wird.
  6. Lichtempfangselement nach Anspruch 1, wobei das Ladungsentladegebiet ein N-Typ-Gebiet mit hoher Konzentration enthält, an das eine Null- oder positive Spannung angelegt wird.
  7. Lichtempfangselement nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: ein P-Wannengebiet, das in Kontakt mit einem Isolationsfilm an der Peripherie der ersten und zweiten Ladungsdetektionseinheit ist, an einem Grenzabschnitt der Pixel.
  8. Lichtempfangselement nach Anspruch 7, wobei das P-Wannengebiet eine Störstellenkonzentration aufweist, die höher ist als eine Störstellenkonzentration eines photoelektrischen Umsetzungsgebiets.
  9. Lichtempfangselement nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: eine N-Typ-Diffusionsschicht, an die eine Null- oder positive Spannung angelegt wird, in einem Spaltgebiet zwischen einem P-Wannengebiet, in dem ein Pixeltransistor gebildet ist, und einem Isolationsfilm an der Peripherie der ersten und zweiten Ladungsdetektionseinheit.
  10. Lichtempfangselement nach Anspruch 9, wobei die N-Typ-Diffusionsschicht so angeordnet ist, dass sie von einer Pixelspalte innerhalb eines effektiven Pixelgebiets gemeinsam verwendet wird.
  11. Lichtempfangselement nach Anspruch 9, wobei die N-Typ-Diffusionsschicht in einem Pixel außerhalb des effektiven Pixelgebiets angeordnet ist.
  12. Lichtempfangselement nach Anspruch 9, wobei die N-Typ-Diffusionsschicht in jedem Pixel innerhalb des effektiven Pixelgebiets angeordnet ist.
  13. Lichtempfangselement nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Spannungsanlegeeinheiten durch erste und zweite P-Typ-Halbleitergebiete gebildet sind, von denen jedes in der Halbleiterschicht gebildet ist.
  14. Lichtempfangselement nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Spannungsanlegeeinheiten durch erste und zweite Übertragungstransistoren gebildet sind, von denen jeder in der Halbleiterschicht gebildet ist.
  15. Abstandsmessungsmodul, das Folgendes umfasst: ein Lichtempfangselement, das eine On-Chip-Linse, eine Zusammenschaltungsschicht und eine Halbleiterschicht, die zwischen der On-Chip-Linse und der Zusammenschaltungsschicht angeordnet ist, enthält, wobei die Halbleiterschicht eine erste Spannungsanlegeeinheit, an die eine erste Spannung angelegt wird, eine zweite Spannungsanlegeeinheit, an die eine zweite Spannung, die von der ersten Spannung verschieden ist, angelegt wird, eine erste Ladungsdetektionseinheit, die an der Peripherie der ersten Ladungsdetektionseinheit angeordnet ist, eine zweite Ladungsdetektionseinheit, die an der Peripherie der zweiten Spannungsanlegeeinheit angeordnet ist, und ein Ladungsentladegebiet, das an einer Außenseite eines effektiven Pixelgebiets vorgesehen ist, enthält; eine Lichtquelle, die Bestrahlungslicht, dessen Helligkeit periodisch fluktuiert, emittiert; und eine Lichtemissionssteuereinheit, die eine Bestrahlungszeit des Bestrahlungslichts steuert.
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