DE112019003623T5 - Lichtempfangendes Element und abstandsmessendes Modul - Google Patents

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Yuji Isogai
Takuya Maruyama
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Abstract

Die vorliegende Technologie bezieht sich auf ein lichtempfangendes Element und ein abstandsmessendes Modul, um eine Verbesserung von Charakteristiken zu ermöglichen.Ein lichtempfangendes Element umfasst ein On-Chip-Linse, eine Verdrahtungsschicht, ein erstes Substrat, das zwischen der On-Chip-Linse und der Verdrahtungsschicht angeordnet ist, und ein zweites Substrat, das über die Verdrahtungsschicht an das erste Substrat gebondet ist, wobei das erste Substrat einen ersten Spannungsanlegungsbereich, an den eine erste Spannung angelegt wird, einen zweiten Spannungsanlegungsbereich, an den eine von der ersten Spannung verschiedene zweite Spannung angelegt wird, einen ersten Ladungsdetektionsbereich, der um den ersten Spannungsanlegungsbereich herum angeordnet ist, und einen zweiten Ladungsdetektionsbereich enthält, der um den zweiten Spannungsanlegungsbereich herum angeordnet ist, und das zweite Substrat eine Vielzahl von Pixel-Transistoren enthält, die eine Operation zum Lesen von in den ersten und zweiten Ladungsdetektionsbereichen detektierten Ladungen durchführt. Die vorliegende Technologie kann für zum Beispiel ein lichtempfangendes Element verwendet werden, das eine Abstandsinformation mittels eines ToF-Verfahrens erzeugt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Technologie bezieht sich auf ein lichtempfangendes Element und ein abstandsmessendes Modul und bezieht sich insbesondere auf ein lichtempfangendes Element und ein abstandsmessendes Modul, um eine Verbesserung von Charakteristiken zu ermöglichen.
  • HINTERGRUNDTECHNIK
  • Herkömmlicherweise sind abstandsmessende Systeme, die ein indirektes Laufzeit- (ToF-) Verfahren verwenden. In solchen abstandsmessenden Systemen ist ein Sensor unverzichtbar, der imstande ist, Signalladungen in verschiedenen Gebieten mit hoher Geschwindigkeit zu verteilen, wobei die Signalladungen erhalten werden, indem ein Objekt treffendes und an diesem reflektiertes Licht empfangen wird, wobei das Licht aktives Licht ist, das unter Verwendung einer lichtemittierenden Diode (LED) oder eines Lasers in einer bestimmten Phase ausgestrahlt wird.
  • Daher wird beispielsweise eine Technologie vorgeschlagen, um zu veranlassen, dass ein weiter Bereich eines Gebiets in einem Substrat eines Sensors, das mit hoher Geschwindigkeit moduliert werden soll, indem eine Spannung im Substrat direkt angelegt wird, um einen Strom im Substrat zu erzeugen (siehe zum Beispiel Patentdokument 1). Solch ein Sensor wird auch als stromunterstützter, photonischer Demodulator- (CAPD-) (engl.: current assisted demodulator) Sensor bezeichnet.
  • ZITATLISTE
  • PATENTDOKUMENT
  • Patentdokument 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2011-86904
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
  • Es war jedoch schwierig, einen CAPD-Sensor mit hinreichenden Charakteristiken durch die oben beschriebene Technologie zu erhalten.
  • Beispielsweise ist der oben beschriebene CAPD-Sensor ein vorderseitig beleuchteter Sensor mit einer Verdrahtung und dergleichen, die auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist, wobei die Oberfläche Licht von außerhalb empfängt.
  • Um ein Fotodioden-Umwandlungsgebiet zu gewährleisten, ist es wünschenswert, keine Verdrahtung oder dergleichen, die einen optischen Weg eines ankommenden Lichts blockiert, auf der Seite der lichtempfangenden Oberfläche einer Fotodiode, das heißt einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit, zu haben. In dem vorderseitig beleuchteten CAPD-Sensor gibt es jedoch keine andere Wahl, als eine Verdrahtung für eine Ladungsextraktion, verschiedene Steuerungsleitungen und Signalleitungen auf der Seite der lichtempfangenden Oberfläche der PD in Abhängigkeit von einer Struktur anzuordnen, die das fotoelektrische Umwandlungsgebiet begrenzt. Das heißt, es kann kein hinreichendes fotoelektrisches Umwandlungsgebiet sichergestellt werden, und Charakteristiken von Pixeln, wie etwa eine Empfindlichkeit, verschlechtern sich.
  • Außerdem wird in einem Fall, in dem man eine Verwendung eines CAPD-Sensors an einer Stelle mit externem Licht in Betracht zieht, eine externe Lichtquelle eine Rauschkomponente für das indirekte ToF-Verfahren zum Messen eines Abstands unter Verwendung eines aktiven Lichts. Daher muss ein hinreichender Signalsättigungsbetrag (Qs) sichergestellt werden, um ein hinreichendes Signal-Rausch-(SN-)Verhältnis sicherzustellen und eine Abstandsinformation zu erhalten. Im vorderseitig beleuchteten CAPD-Sensor ist jedoch das Verdrahtungs-Layout beschränkt. Daher ist es notwendig, ein anderes Verfahren als die Verdrahtungs-Kapazität zu entwickeln, wie etwa einen zusätzlichen Transistor zur Sicherstellung einer Kapazität vorzusehen.
  • Im vorderseitig beleuchteten CAPD-Sensor ist außerdem ein Signalextraktionsbereich, der Abrgiff bzw. Tap (engl.: tap) genannt wird, auf der Seite im Substrat angeordnet, auf die Licht einfällt. Falls man eine fotoelektrische Umwandlung in einem Si-Substrat in Betracht zieht, ist indes eine Rate des Auftretens einer fotoelektrischen Umwandlung auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche hoch, obgleich es eine Differenz in einer Dämpfungsrate in Abhängigkeit von einer Wellenlänge des Lichts gibt. Daher kann im CAPD-Sensor vom Oberflächentyp eine Wahrscheinlichkeit, dass eine fotoelektrische Umwandlung in einem inaktiven Tap durchgeführt wird, hoch sein, wobei das Gebiet eines inaktiven Tap ein Tap-Gebiet, auf das die Signalladung nicht verteilt wird, von dem Tap-Gebiet ist, in dem der Signalextraktionsbereich vorgesehen ist. Da der indirekte ToF-Sensor eine Information einer Abstandsmessung unter Verwendung eines Signals erhält, das gemäß einer Phase des aktiven Lichts auf jedes Ladungsakkumulierungsgebiet verteilt wird, wird eine direkt fotoelektrisch umgewandelte Komponente im inaktiven Tap-Gebiet Rauschen, und infolgedessen kann die Genauigkeit einer Abstandsmessung schlechter werden. Das heißt, die Charakteristiken des CAPD-Sensors können sich verschlechtern.
  • Die vorliegende Technologie wurde im Hinblick auf solch eine Situation gemacht und ermöglicht eine Verbesserung der Charakteristiken.
  • LÖSUNGEN FÜR DIE PROBLEME
  • Ein lichtempfangendes Element gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Technologie umfasst:
    • eine On-Chip-Linse;
    • eine Verdrahtungsschicht;
    • ein erstes Substrat, das zwischen der On-Chip-Linse und der Verdrahtungsschicht angeordnet ist; und
    • ein zweites Substrat, das über die Verdrahtungsschicht an die erste Oberfläche gebondet ist, worin
    • das erste Substrat
    • einen ersten Spannungsanlegungsbereich, an den eine erste Spannung angelegt wird,
    • einen zweiten Spannungsanlegungsbereich, an den eine von der ersten Spannung verschiedene zweite Spannung angelegt wird,
    • einen ersten Ladungsdetektionsbereich, der um den ersten Spannungsanlegungsbereich herum angeordnet ist, und
    • einen zweiten Ladungsdetektionsbereich umfasst, der um den zweiten Spannungsanlegungsbereich herum angeordnet ist, und
    das zweite Substrat
    • eine Vielzahl von Pixel-Transistoren umfasst, die eine Operation zum Lesen von in den ersten und zweiten Ladungsdetektionsbereichen detektierten Ladungen durchführt.
  • In dem ersten Aspekt der vorliegenden Technologie sind eine On-Chip-Linse, eine Verdrahtungsschicht, ein erstes Substrat, das zwischen der On-Chip-Linse und der Verdrahtungsschicht angeordnet ist, und ein zweites Substrat, das über die Verdrahtungsschicht an das erste Substrat gebondet ist, vorgesehen, ist das erste Substrat mit einem ersten Spannungsanlegungsbereich, an den eine erste Spannung angelegt wird, einem zweiten Spannungsanlegungsbereich, an den eine von der ersten Spannung verschiedene zweite Spannung angelegt wird, einem ersten Ladungsdetektionsbereich, der um den ersten Spannungsanlegungsbereich herum angeordnet ist, und einem zweiten Ladungsdetektionsbereich versehen, der um den zweiten Spannungsanlegungsbereich herum angeordnet ist, und ist das zweite Substrat mit einer Vielzahl von Pixel-Transistoren versehen, die eine Operation zum Lesen von Ladungen, die in den ersten und zweiten Ladungsdetektionsbereichen detektiert werden, durchführt.
  • Ein abstandsmessendes Modul gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Technologie umfasst:
    • ein lichtempfangendes Element, das
    • eine On-Chip-Linse,
    • eine Verdrahtungsschicht,
    • ein erstes Substrat, das zwischen der On-Chip-Linse und der Verdrahtungsschicht angeordnet ist, und
    • ein zweites Substrat umfasst, das über die Verdrahtungsschicht an das erste Substrat gebondet ist,
    • wobei das erste Substrat
      • einen ersten Spannungsanlegungsbereich, an den eine erste Spannung angelegt wird,
      • einen zweiten Spannungsanlegungsbereich, an den eine von der ersten Spannung verschiedene zweite Spannung angelegt wird,
      • einen ersten Ladungsdetektionsbereich, der um den ersten Spannungsanlegungsbereich herum angeordnet ist, und
      • einen zweiten Ladungsdetektionsbereich umfasst, der um den zweiten Spannungsanlegungsbereich herum angeordnet ist, und
    • das zweite Substrat
    • eine Vielzahl von Pixel-Transistoren Substrat, die eine Operation zum Lesen von in den ersten und zweiten Ladungsdetektionsbereichen detektierten Ladungen durchführt;
    • eine Lichtquelle, die dafür konfiguriert ist, Bestrahlungslicht auszustrahlen, in dem eine Helligkeit periodisch variiert; und
    • eine Lichtemissions-Steuerungseinheit, die dafür konfiguriert ist, einen Bestrahlungszeitpunkt des Bestrahlungslichts zu steuern.
  • Im zweiten Aspekt der vorliegenden Technologie sind vorgesehen: ein lichtempfangendes Element, das mit einer On-Chip-Linse, einer Verdrahtungsschicht, einem ersten Substrat, das zwischen der On-Chip-Linse und der Verdrahtungsschicht angeordnet ist, und einem zweiten Substrat versehen ist, das über die Verdrahtungsschicht an das erste Substrat gebondet ist, wobei das erste Substrat mit einem ersten Spannungsanlegungsbereich, an den eine erste Spannung angelegt wird, einem zweiten Spannungsanlegungsbereich, an den eine von der ersten Spannung verschiedene zweite Spannung angelegt wird, einem ersten Ladungsdetektionsbereich, der um den ersten Spannungsanlegungsbereich herum angeordnet ist, und einem zweiten Ladungsdetektionsbereich versehen ist, der um den zweiten Spannungsanlegungsbereich herum angeordnet ist, und das zweite Substrat mit einer Vielzahl von Pixel-Transistoren versehen ist, die eine Operation zum Lesen von in den ersten und zweiten Ladungsdetektionsbereichen detektierten Ladungen durchführt; eine Lichtquelle, die dafür konfiguriert ist, Bestrahlungslicht auszustrahlen, in dem eine Helligkeit periodisch variiert; und einer Lichtemissions-Steuerungseinheit versehen ist, die dafür konfiguriert ist, einen Bestrahlungszeitpunkt des Bestrahlungslichts zu steuern.
  • EFFEKTE DER ERFINDUNG
  • Gemäß den ersten und zweiten Aspekten der vorliegenden Technologie können die Charakteristiken verbessert werden.
  • Man beachte, dass die hier beschriebenen Effekte nicht notwendigerweise beschränkt sind und beliebige der in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Effekte aufgezeigt werden können.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines lichtempfangenden Elements veranschaulicht.
    • 2 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Pixels veranschaulicht.
    • 3 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Signalextraktionsbereichs eines Pixels veranschaulicht.
    • 4 ist ein Diagramm, um eine Verbesserung der Empfindlichkeit zu beschreiben.
    • 5 ist eine Ansicht, um eine Verbesserung der Effizienz einer Ladungstrennung zu beschreiben.
    • 6 ist eine Ansicht, um eine Verbesserung der Effizienz einer Elektronenextraktion zu beschreiben.
    • 7 ist ein Diagramm, um eine Bewegungsgeschwindigkeit eines Signalträgers in einem vorderseitig beleuchteten Typ zu beschreiben.
    • 8 ist ein Diagramm, um eine Bewegungsgeschwindigkeit eines Signalträgers in einem rückseitig beleuchteten Typ zu beschreiben.
    • 9 ist eine Ansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel des Signalextraktionsbereichs eines Pixels veranschaulicht.
    • 10 ist eine Ansicht, um eine Beziehung zwischen einem Pixel und einer On-Chip-Linse zu beschreiben.
    • 11 ist eine Ansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel eines Signalextraktionsbereichs eines Pixels veranschaulicht.
    • 12 ist eine Ansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel eines Signalextraktionsbereichs eines Pixels veranschaulicht.
    • 13 ist eine Ansicht, die ein weiteres Konfigurationsbeispiel eines Signalextraktionsbereichs eines Pixels veranschaulicht.
    • 14 ist eine Ansicht, die ein weiteres Konfigurationsbeispiel eines Signalextraktionsbereichs eines Pixels veranschaulicht.
    • 15 ist eine Ansicht, die ein weiteres Konfigurationsbeispiel eines Signalextraktionsbereichs eines Pixels veranschaulicht.
    • 16 ist eine Ansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel des Pixels veranschaulicht.
    • 17 ist eine Ansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel des Pixels veranschaulicht.
    • 18 ist eine Ansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel des Pixels veranschaulicht.
    • 19 ist eine Ansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel des Pixels veranschaulicht.
    • 20 ist eine Ansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel des Pixels veranschaulicht.
    • 21 ist eine Ansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel des Pixels veranschaulicht.
    • 22 ist eine Ansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel des Pixels veranschaulicht.
    • 23 ist eine Ansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel des Pixels veranschaulicht.
    • 24 ist eine Ansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel des Pixels veranschaulicht.
    • 25 ist eine Ansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel des Pixels veranschaulicht.
    • 26 ist eine Ansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel des Pixels veranschaulicht.
    • 27 ist eine Ansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel des Pixels veranschaulicht.
    • 28 ist eine Ansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel des Pixels veranschaulicht.
    • 29 ist eine Ansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel des Pixels veranschaulicht.
    • 30 ist eine Ansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel des Pixels veranschaulicht.
    • 31 ist ein Diagramm, das eine Ersatzschaltung eines Pixels veranschaulicht.
    • 32 ist ein Diagramm, das eine andere Ersatzschaltung des Pixels veranschaulicht.
    • 33 zeigt Ansichten, die Anordnungsbeispiele von Spannungsversorgungsleitungen bei Übernahme einer periodischen Anordnung veranschaulichen.
    • 34 zeigt Ansichten, die Anordnungsbeispiele von Spannungsversorgungsleitungen bei Übernahme einer Spiegelanordnung veranschaulichen.
    • 35 zeigt Diagramme, um Charakteristiken der periodischen Anordnung und der Spiegelanordnung zu beschreiben.
    • 36 ist eine Querschnittsansicht einer Vielzahl von Pixeln in einer vierzehnten Ausführungsform.
    • 37 ist eine Querschnittsansicht einer Vielzahl von Pixeln in der vierzehnten Ausführungsform.
    • 38 ist eine Querschnittsansicht einer Vielzahl von Pixeln in einer neunten Ausführungsform.
    • 39 ist eine Querschnittsansicht einer Vielzahl von Pixeln in einer Modifikation 1 der neunten Ausführungsform.
    • 40 ist eine Querschnittsansicht einer Vielzahl von Pixeln in einer fünfzehnten Ausführungsform.
    • 41 ist eine Querschnittsansicht einer Vielzahl von Pixeln in einer zehnten Ausführungsform.
    • 42 zeigt Ansichten zum Beschreiben eines Metallfilms in fünf Schichten einer Mehrschicht-Verdrahtungsschicht.
    • 43 zeigt Ansichten zum Beschreiben eines Metallfilms in fünf Schichten einer Mehrschicht-Verdrahtungsschicht.
    • 44 zeigt Ansichten zum Beschreiben einer Polysiliziumschicht.
    • 45 zeigt Ansichten, die eine Modifikation eines in einem Metallfilm ausgebildeten reflektierenden Bauteils veranschaulichen.
    • 46 zeigt Ansichten, die eine Modifikation eines in einem Metallfilm ausgebildeten reflektierenden Bauteils veranschaulichen.
    • 47 zeigt Ansichten, um eine Substratkonfiguration eines lichtempfangenden Elements zu beschreiben.
    • 48 zeigt Ansichten, um Rauschen um ein Pixel-Transistorgebiet herum zu beschreiben.
    • 49 zeigt Ansichten, um eine Rauschunterdrückungsstruktur um ein Pixel-Transistorgebiet herum zu beschreiben.
    • 50 ist eine Ansicht, um eine Ladungsentladungsstruktur um ein Pixel-Transistorgebiet herum zu beschreiben.
    • 51 ist eine Ansicht, um eine Ladungsentladungsstruktur um ein Pixel-Transistorgebiet herum zu beschreiben.
    • 52 ist eine Ansicht, um eine Ladungsentladung um ein effektives Pixelgebiet herum zu veranschaulichen.
    • 53 zeigt Draufsichten, die Konfigurationsbeispiele eines Ladungsentladungsgebiets veranschaulichen, das in einer äußeren Peripherie des effektiven Pixelgebiets vorgesehen ist.
    • 54 ist eine Querschnittsansicht eines Falls, in dem das Ladungsentladungsgebiet von einem lichtabschirmenden Pixelgebiet und einem Gebiet von N-Typ gebildet wird.
    • 55 zeigt Ansichten, um einen Fluss eines Stroms in einem Fall zu beschreiben, in dem ein Pixel-Transistor auf einem Substrat mit einem fotoelektrischen Umwandlungsgebiet angeordnet ist.
    • 56 ist eine Querschnittsansicht einer Vielzahl von Pixeln in einer achtzehnten Ausführungsform.
    • 57 ist eine Ansicht, um eine von zwei Substraten gemeinsam genutzte Schaltung zu beschreiben.
    • 58 ist eine Ansicht, um eine Substratkonfiguration gemäß der achtzehnten Ausführungsform zu beschreiben.
    • 59 ist eine Draufsicht, die eine Anordnung eines MIX-gebondeten Bereichs und eines DET-gebondeten Bereichs veranschaulicht.
    • 60 ist eine Draufsicht, die eine Anordnung eines MIX-gebondeten Bereichs und eines DET-gebondeten Bereichs veranschaulicht.
    • 61 zeigt Ansichten, um ein Problem einer Zunahme im Stromverbrauch zu beschreiben.
    • 62 zeigt eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines Pixels gemäß einem ersten Konfigurationsbeispiel einer neunzehnten Ausführungsform.
    • 63 zeigt eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines Pixels gemäß einem zweiten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform.
    • 64 zeigt Ansichten, die andere planare Formen des ersten Konfigurationsbeispiels und des zweiten Konfigurationsbeispiels der neunzehnten Ausführungsform veranschaulichen.
    • 65 zeigt Ansichten, die andere planare Formen des ersten Konfigurationsbeispiels und des zweiten Konfigurationsbeispiels der neunzehnten Ausführungsform veranschaulichen.
    • 66 zeigt eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines Pixels gemäß einem dreizehnten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform.
    • 67 zeigt Ansichten, die andere planare Formen des dritten Konfigurationsbeispiels der neunzehnten Ausführungsform veranschaulichen.
    • 68 zeigt Ansichten, die andere planare Formen des dritten Konfigurationsbeispiels der neunzehnten Ausführungsform veranschaulichen.
    • 69 ist ein Diagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel einer Pixel-Arrayeinheit in einem Fall veranschaulicht, in dem 4-Tap-Pixel-Signale zur gleichen Zeit ausgegeben werden.
    • 70 ist eine Ansicht, die ein Verdrahtungs-Layout veranschaulicht, in dem vier vertikale Signalleitungen angeordnet sind.
    • 71 ist eine Ansicht, die eine erste Modifikation des Verdrahtungs-Layouts veranschaulicht, in dem vier vertikale Signalleitungen angeordnet sind.
    • 72 ist eine Ansicht, die eine zweite Modifikation des Verdrahtungs-Layouts veranschaulicht, in dem vier vertikale Signalleitungen angeordnet sind.
    • 73 zeigt Ansichten, die Modifikationen des Anordnungsbeispiels eines Pixel-Transistors veranschaulichen.
    • 74 ist eine Ansicht, die ein Verbindungs-Layout in dem Layout von Pixel-Transistoren in B in 73 veranschaulicht.
    • 75 ist eine Ansicht, die ein Verdrahtungs-Layout im Layout von Pixel-Transistoren in B in 73 veranschaulicht.
    • 76 ist eine Ansicht, die ein Verdrahtungs-Layout veranschaulicht, in dem zwei Stromversorgungsleitungen in einer Pixel-Spalte angeordnet sind.
    • 77 ist eine Draufsicht, die ein Verdrahtungsbeispiel von VSS-Drähten bzw. -Leiterbahnen veranschaulicht.
    • 78 ist eine Draufsicht, die ein Verdrahtungsbeispiel von VSS-Leiterbahnen veranschaulicht.
    • 79 ist eine Ansicht, um ein erstes Verfahren einer Pupillenkorrektur zu beschreiben.
    • 80 ist eine Ansicht, um das erste Verfahren einer Pupillenkorrektur zu beschreiben.
    • 81 ist eine Ansicht, um das erste Verfahren einer Pupillenkorrektur zu beschreiben.
    • 82 ist eine Ansicht, um das erste Verfahren einer Pupillenkorrektur zu beschreiben.
    • 83 ist ein Diagramm, um einen Verschiebungsbetrag einer On-Chip-Linse im ersten Verfahren einer Pupillenkorrektur zu beschreiben.
    • 84 ist ein Diagramm, um ein 2-Phase-Verfahren und ein 4-Phase-Verfahren zu beschreiben.
    • 85 ist ein Diagramm, um ein Verdrahtungsbeispiel von Spannungsversorgungsleitungen zu beschreiben.
    • 86 zeigt eine Querschnittsansicht und eine Draufsicht eines Pixels gemäß einem ersten Konfigurationsbeispiel einer zwanzigsten Ausführungsform.
    • 87 zeigt Ansichten, die Anordnungsbeispiele erster und zweiter Taps veranschaulichen.
    • 88 ist ein Diagramm, um Ansteuerungsmodi der ersten und zweiten Taps zu beschreiben.
    • 89 zeigt eine Querschnittsansicht und eine Draufsicht eines Pixels gemäß einem zweiten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform.
    • 90 zeigt Ansichten, die Anordnungsbeispiele eines lichtabschirmenden Films mit Phasendifferenz und einer On-Chip-Linse veranschaulichen.
    • 91 ist eine Querschnittsansicht von Pixeln gemäß einer einundzwanzigsten Ausführungsform.
    • 92 zeigt Draufsichten der Pixel gemäß der einundzwanzigsten Ausführungsform.
    • 93 zeigt Querschnittsansichten von Pixeln einer zweiundzwanzigsten Ausführungsform.
    • 94 zeigt Draufsichten der Pixel gemäß der zweiundzwanzigsten Ausführungsform.
    • 95 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines abstandsmessenden Moduls veranschaulicht.
    • 96 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems veranschaulicht.
    • 97 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel von Installationspositionen einer Einheit zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs und einer Bildgebungseinheit veranschaulicht.
  • MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsformen beschrieben, für die die vorliegende Technologie verwendet wird.
  • <Erste Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel eines lichtempfangenden Elements>
  • Die vorliegende Technologie ermöglicht eine Verbesserung von Charakteristiken wie etwa einer Pixel-Empfindlichkeit, indem man dafür sorgt, dass ein CAPD-Sensor eine rückseitig beleuchtete Konfiguration aufweist.
  • Die vorliegende Technologie kann für zum Beispiel ein lichtempfangendes Element, das ein abstandsmessendes System bildet, das einen Abstand mittels eines indirekten ToF-Verfahrens misst, eine Bildgebungsvorrichtung, die solch ein lichtempfangendes Element enthält, oder dergleichen verwendet werden.
  • Das abstandsmessende System kann für beispielsweise ein fahrzeuginternes System, das an einem Fahrzeug montiert ist und den Abstand zu einem Objekt außerhalb des Fahrzeugs misst, ein System zur Gestenerkennung, das den Abstand zu einem Objekt wie etwa einer Hand eines Nutzers misst und eine Geste des Nutzers auf der Basis eines Messergebnisses erkennt, oder dergleichen verwendet werden. In diesem Fall kann das Ergebnis einer Gestenerkennung genutzt werden, um zum Beispiel ein Fahrzeugnavigationssystem oder dergleichen zu bedienen.
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Ausführungsform eines lichtempfangenden Elements veranschaulicht, für das die vorliegende Technologie verwendet wird.
  • Ein in 1 veranschaulichtes lichtempfangendes Element 1 ist ein rückseitig beleuchteter CAPD-Sensor und ist in beispielsweise einer Bildgebungsvorrichtung mit einer abstandsmessenden Funktion vorgesehen.
  • Das lichtempfangende Element 1 hat eine Konfiguration, die eine Pixel-Arrayeinheit 20, die auf einem (nicht veranschaulichten) Halbleitersubstrat ausgebildet ist, und eine periphere Schaltungseinheit umfasst, die auf dem gleichen Halbleitersubstrat wie die Pixel-Arrayeinheit 20 integriert ist. Die periphere Schaltungseinheit enthält zum Beispiel eine Abgriff- bzw. Tap-Ansteuerungseinheit 21, eine vertikale Ansteuerungseinheit 22, eine Spaltenverarbeitungseinheit 23, eine horizontale Ansteuerungseinheit 24 und eine System-Steuerungseinheit 25.
  • Das lichtempfangende Element 1 ist auch mit einer Signalverarbeitungseinheit 31 und einer Datenspeichereinheit 32 versehen. Man beachte, dass die Signalverarbeitungseinheit 31 und die Datenspeichereinheit 32 auf dem gleichen Substrat wie das lichtempfangende Element 1 montiert sein können oder auf einem Substrat angeordnet sein können, das vom Substrat des lichtempfangenden Elements 1 in der Bildgebungsvorrichtung verschieden ist.
  • Die Pixel-Arrayeinheit 20 hat eine Konfiguration, in der Pixel 51, die jeweils eine Ladung entsprechend einer Menge an empfangenem Licht erzeugen und ein der Ladung entsprechendes Signal ausgeben, in einer Reihenrichtung und einer Spaltenrichtung in einer Matrix zweidimensional angeordnet sind. Das heißt, die Pixel-Arrayeinheit 20 enthält eine Vielzahl von Pixeln 51, die einfallendes Licht jeweils fotoelektrisch umwandeln und ein Signal ausgeben, das der als Ergebnis der fotoelektrischen Umwandlung enthaltenen Ladung entspricht. Hier bezieht sich die Reihenrichtung auf eine Array-Richtung der Pixel 51 in einer horizontalen Richtung und bezieht sich die Spaltenrichtung auf eine Array-Richtung der Pixel 51 in einer vertikalen Richtung. Die Reihenrichtung ist eine Querrichtung in 1, und die Spaltenrichtung ist eine vertikale Richtung in 1.
  • Das Pixel 51 empfängt von außen einfallendes Licht, insbesondere Infrarotlicht, wandelt das empfangene Licht fotoelektrisch um und gibt ein Pixel-Signal gemäß einer als Ergebnis der fotoelektrischen Umwandlung erhaltenen Ladung aus. Das Pixel 51 enthält einen ersten Tap TA, der eine vorbestimmte Spannung MIXO (erste Spannung) anlegt, um die fotoelektrisch umgewandelte Ladung zu detektieren, und einen zweiten Tap TB, der eine vorbestimmte Spannung MIX1 (zweite Spannung) anlegt, um die fotoelektrisch umgewandelte Ladung zu detektieren.
  • Die Tap-Ansteuerungseinheit 21 stellt die vorbestimmte Spannung MIXO dem ersten Tap TA über eine vorbestimmte Spannungsversorgungsleitung 30 bereit und stellt die vorbestimmte MIX1 dem zweiten Tap TB über eine vorbestimmte Spannungsversorgungsleitung 30 jedes Pixels 51 der Pixel-Arrayeinheit 20 bereit. Daher ist eine Pixel-Spalte der Pixel-Arrayeinheit 20 mit den beiden Spannungsversorgungsleitungen 30 verdrahtet, welche die Spannungsversorgungsleitung 30, die die Spannung MIXO überträgt, und die Spannungsversorgungsleitung 30, die die Spannung MIX1 überträgt., sind
  • In der Pixel-Arrayeinheit 20 ist die Pixel-Ansteuerungsleitung 28 entlang der Reihenrichtung für jede Pixel-Reihe verdrahtet und sind zwei vertikale Signalleitungen 29 entlang der Spaltenrichtung für jede Pixel-Spalte bezüglich des Pixel-Arrays in der Matrix verdrahtet. Beispielsweise überträgt die Pixel-Ansteuerungsleitung 28 ein Ansteuerungssignal zum Ansteuern des Pixels, wenn ein Signal vom Pixel gelesen wird. Man beachte, dass in 1 eine Leiterbahn für die Pixel-Ansteuerungsleitung 28 veranschaulicht ist, die Anzahl an Drähten aber nicht auf Eins beschränkt ist. Ein Ende der Pixel-Ansteuerungsleitung 28 ist mit einem jeder Reihe der vertikalen Ansteuerungseinheit 22 entsprechenden Ausgangsende verbunden.
  • Die vertikale Ansteuerungseinheit 22 wird von einem Schieberegister, einem Adressdecodierer und dergleichen gebildet und steuert all die Pixel der Pixel-Arrayeinheit 20 zur gleichen Zeit auf Reihenbasis oder dergleichen an. Das heißt, die vertikale Ansteuerungseinheit 22 bildet eine Ansteuerungseinheit, die den Betrieb jedes Pixels der Pixel-Arrayeinheit 20 steuert, zusammen mit der System-Steuerungseinheit 25, die die vertikale Ansteuerungseinheit22 steuert.
  • Das von jedem Pixel 51 der Pixel-Reihe gemäß der Steuerung zur Ansteuerung durch die vertikale Ansteuerungseinheit 22 ausgegebene Signal wird über die vertikale Signalleitung 29 in die Spaltenverarbeitungseinheit 23 eingespeist. Die Spaltenverarbeitungseinheit 23 führt eine vorbestimmte Signalverarbeitung für ein Signal durch, das über die vertikale Signalleitung 29 von jedem Pixel 51 ausgegeben wird, und speichert das Pixel-Signal nach der Signalverarbeitung vorübergehend.
  • Konkret führt die Spaltenverarbeitungseinheit 23 eine Verarbeitung zur Rauschunterdrückung bzw. -entfernung, eine Verarbeitung zur Analog-Digital- (AD-) Umwandlung und dergleichen als die Signalverarbeitung durch.
  • Die horizontale Ansteuerungseinheit 24 wird von einem Schieberegister, einem Adressdecodierer und dergleichen gebildet und wählt sequentiell eine der Pixel-Spalte der Spaltenverarbeitungseinheit 23 entsprechende Einheitsschaltung aus. Durch das selektive Scannen mittels der horizontalen Ansteuerungseinheit 24 werden Pixel-Signale, die in der Spaltenverarbeitungseinheit 23 für jede Einheitsschaltung verarbeitet werden, sequentiell ausgegeben.
  • Die System-Steuerungseinheit 25 wird von einem Zeitsteuerungsgenerator gebildet, der verschiedene Zeitsteuerungssignale und dergleichen erzeugt, und steuert die Tap-Ansteuerungseinheit 21, die vertikale Ansteuerungseinheit 22, die Spaltenverarbeitungseinheit 23, die horizontale Ansteuerungseinheit 24 und dergleichen auf der Basis der durch den Zeitsteuerungsgenerator erzeugten verschiedenen Zeitsteuerungssignale an bzw. steuert diese.
  • Die Signalverarbeitungseinheit 31 hat zumindest eine Funktion zur arithmetischen Verarbeitung und führt verschiedene Arten einer Signalverarbeitung wie etwa eine arithmetische Verarbeitung auf der Basis des von der Spaltenverarbeitungseinheit 23 ausgegebenen Pixel-Signals durch. Die Datenspeichereinheit 32 speichert vorübergehend Daten, die für die Signalverarbeitung in der Signalverarbeitungseinheit 31 notwendig sind.
  • <Konfigurationsbeispiel eines Pixels>
  • Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel des in der Pixel-Arrayeinheit 20 vorgesehenen Pixels beschrieben. Das in der Pixel-Arrayeinheit 20 vorgesehene Pixel ist wie zum Beispiel in 2 veranschaulicht konfiguriert.
  • 2 veranschaulicht einen Querschnitt eines Pixels 51, das in der Pixel-Arrayeinheit 20 vorgesehen ist, und das Pixel 51 empfängt von außen einfallendes Licht, insbesondere Infrarotlicht, wandelt das empfangene Licht fotoelektrisch um und gibt ein Signal gemäß der als Ergebnis der fotoelektrischen Umwandlung erhaltenen Ladung aus.
  • Das Pixel 51 enthält zum Beispiel ein unter Verwendung einer Halbleiterschicht vom P-Typ gebildetes Substrat 61 wie etwa ein Siliziumsubstrat und eine On-Chip-Linse 62, die auf dem Substrat 61 ausgebildet ist.
  • Im Substrat 61 beträgt zum Beispiel die Dicke in der vertikalen Richtung in 2, das heißt die Dicke in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats 61, 20 µm oder weniger. Man beachte, dass die Dicke des Substrats 61 20 µm oder mehr betragen kann und die Dicke gemäß einer Zielscharakteristik des lichtempfangenden Elements 1 oder dergleichen bestimmt werden kann.
  • Darüber hinaus ist das Substrat 61 zum Beispiel ein P-Epi-Substrat mit hohem Widerstand, das eine Substratkonzentration in der Größenordnung von 1E+13 oder weniger aufweist, und der Widerstand (spezifische Widerstand) des Substrats 61 beträgt zum Beispiel 500 [Ωcm] oder mehr.
  • Die Beziehung zwischen der Substratkonzentration und dem Widerstand des Substrats 61 ist hier zum Beispiel der Widerstand von 2000 [Qcm], wenn die Substratkonzentration 6,48E+12 [cm3] beträgt, der Widerstand von 1000 [Qcm], wenn die Substratkonzentration 1,30E+13 [cm3] beträgt, der Widerstand von 500 [Qcm], wenn die Substratkonzentration 2,59E+13 [cm3] beträgt, der Widerstand von 100 [Qcm], wenn die Substratkonzentration 1,30E+14 [cm3] beträgt, und dergleichen.
  • In 2 ist eine obere Oberfläche des Substrats 61 eine rückseitige Oberfläche des Substrats 61 und ist eine Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61, auf die das Licht von außen einfällt. Indes ist eine untere Oberfläche des Substrats 61 eine vordere Oberfläche des Substrats 61, und eine (nicht veranschaulichte) Mehrschicht-Verdrahtungsschicht ist ausgebildet. Ein Film 66 mit fixierter Ladung, der einen Film aus einer Schicht oder einen gestapelten Film mit positiver fixierte Ladung aufweist, ist auf der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 ausgebildet, und die On-Chip-Linse 62, die das von außen einfallende Licht sammelt und das Licht in das Substrat 61 führt, ist auf einer oberen Oberfläche des Films 66 mit fixierter Ladung ausgebildet. Der Film 66 mit fixierter Ladung bewirkt, dass die Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 in einem Hall-akkumulierten Zustand ist und eine Erzeugung des Dunkelstroms unterdrückt.
  • Im Pixel 51 sind außerdem ein lichtabschirmender Film 63-1 zwischen Pixeln und ein lichtabschirmender Film 63-2 zwischen Pixeln, um ein Nebensprechen zwischen benachbarten Pixeln zu verhindern, in Endbereichen des Pixels 51 und auf dem Film 66 mit fixierter Ladung ausgebildet. Falls keine Notwendigkeit besteht, den lichtabschirmenden Film 63-1 zwischen Pixeln und den lichtabschirmenden Film 63-2 zwischen Pixeln zu unterscheiden, kann hier im Folgenden auf sie auch einfach als lichtabschirmender Film(e) 63 zwischen Pixel verwiesen werden.
  • In diesem Beispiel tritt Licht von außen über die On-Chip-Linse 62 in das Substrat 61 ein. Der lichtabschirmende Film 63 zwischen Pixeln ist so ausgebildet, um zu bewirken, dass das von außen einfallende Licht nicht in ein anderes Pixelgebiet eintritt, das dem Pixel 51 im Substrat 61 benachbart vorgesehen ist. Das heißt, dass das Licht, das von außen in die On-Chip-Linse 62 eintritt und zu einem anderen, dem Pixel 51 benachbarten Pixel gerichtet ist, wird durch den lichtabschirmenden Film 63-1 zwischen Pixeln oder den lichtabschirmenden Film 63-2 zwischen Pixeln abgeschirmt und daran gehindert, in das andere benachbarte Pixel einzutreten.
  • Da das lichtempfangende Element 1 ein rückseitig beleuchteter CAPD-Sensor ist, ist die Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 eine sogenannte rückseitige Oberfläche, und auf der rückseitigen Oberfläche ist keine Verdrahtungsschicht, die eine Verdrahtung oder dergleichen enthält, ausgebildet. Darüber hinaus ist die Verdrahtungsschicht, in der eine Verdrahtung zum Ansteuern eines Transistors und dergleichen, die im Pixel 51 ausgebildet sind, und eine Verdrahtung zum Lesen eines Signals vom Pixel 51 und dergleichen ausgebildet sind, gestapelt und auf der der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 entgegengesetzten Oberfläche ausgebildet.
  • Ein Oxidfilm 64 und ein Signalextraktionsbereich 65-1 und ein Signalextraktionsbereich 65-2 sind in einem Bereich innerhalb der Oberfläche des Substrats 61, wobei die Oberfläche der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist, das heißt im Innern der unteren Oberfläche in 2 ausgebildet. Der Signalextraktionsbereich 65-1 entspricht dem in 1 beschriebenen ersten Tap TA, und der Signalextraktionsbereich 65-2 entspricht dem in 1 beschriebenen zweiten Tap TB.
  • In diesem Beispiel ist der Oxidfilm 64 in einem zentralen Bereich des Pixels 61 nahe der Oberfläche ausgebildet, die der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 entgegengesetzt ist, und der Signalextraktionsbereich 65-1 und der Signalextraktionsbereich 65-2 sind jeweils in einem von beiden Enden des Oxidfilms 64 ausgebildet.
  • Der Signalextraktionsbereich 65-1 enthält hier ein (N+)-Halbleitergebiet 71-1, das ein Halbleitergebiet vom N-Typ ist, und ein (N-)-Halbleitergebiet 72-1 mit einer niedrigeren Donator-Störstellenkonzentration als das (N+)-Halbleitergebiet 71-1 und ein (P+)-Halbleitergebiet 73-1, das ein Halbleitergebiet vom P-Typ ist, und ein (P-)-Halbleitergebiet 74-1, das eine niedrigere Akzeptor-Störstellenkonzentration als das (P+)-Halbleitergebiet 73-1 aufweist. Beispiele der Donator-Störstelle umfassen hier Elemente, die zur Gruppe 5 im Periodensystem der Elemente gehören, wie etwa Phosphor (P) und Arsen (As) für Si, und Beispiele der Akzeptor-Störstelle umfassen Elemente, die zur Gruppe 3 im Periodensystem der Elemente gehören, wie etwa Bor (B) für Si. Ein Element, das als Donator-Störstelle dient, nennt man Donator-Element, und ein Element, das als Akzeptor-Störstelle dient, nennt man Akzeptor-Element.
  • In 2 ist das (N+)-Halbleitergebiet 71-1 an einer auf der rechten Seite des Oxidfilms 64 benachbarten Position in einem Bereich innerhalb einer vorderen Oberfläche des Substrats 61 ausgebildet, wobei die vordere Oberfläche der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist. Darüber hinaus ist das (N-)-Halbleitergebiet 72-1 auf dem (N+)-Halbleitergebiet 71-1 in 2 so ausgebildet, dass es das (N+)-Halbleitergebiet 71-1 bedeckt (umgibt).
  • Außerdem ist das (P+)-Halbleitergebiet 73-1 auf der rechten Seite des (N+)-Halbleitergebiets 71-1 ausgebildet. Darüber hinaus ist auf dem (P+)-Halbleitergebiet 73-1 in 2 das (P-)-Halbleitergebiet 74-1 so ausgebildet, dass es das (P+)-Halbleitergebiet 73-1 bedeckt (umgibt).
  • Außerdem ist auf der rechten Seite des (P+)-Halbleitergebiets 73-1 das (N+)-Halbleitergebiet 71-1 ausgebildet. Darüber hinaus ist auf dem (N+)-Halbleitergebiet 71-1 in 2 das (N-)-Halbleitergebiet 72-1 so ausgebildet, dass es das (N+)-Halbleitergebiet 71-1 bedeckt (umgibt).
  • Ähnlich enthält der Signalextraktionsbereich 65-2 das (N+)-Halbleitergebiet 71-2, das ein Halbleitergebiet vom N-Typ ist, und ein (N-)-Halbleitergebiet 72-2, das eine niedrigere Donator-Störstellenkonzentration als das (N+)-Halbleitergebiet 71-2 aufweist, und ein (P+)-Halbleitergebiet 73-2, das ein Halbleitergebiet vom P-Typ ist, und ein (P-)-Halbleitergebiet 74-2, das eine niedrigere Akzeptor-Störstellenkonzentration als das (P+)-Halbleitergebiet 73-2 aufweist.
  • In 2 ist das (N+)-Halbleitergebiet 71-2 an einer auf der linken Seite des Oxidfilms 64 benachbarten Position in einem Bereich innerhalb der vorderen Oberfläche des Substrats 61 ausgebildet, wobei die vordere Oberfläche der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist. Darüber hinaus ist auf dem (N+)-Halbleitergebiet 71-2 in 2 das (N-)-Halbleitergebiet 72-2 so ausgebildet, dass es das (N+)-Halbleitergebiet 71-2 bedeckt (umgibt).
  • Außerdem ist auf der linken Seite des (N+)-Halbleitergebiets 71-2 das (P+)-Halbleitergebiet 73-2 ausgebildet. Überdies ist auf dem (P+)-Halbleitergebiet 73-2 in 2 das (P-)-Halbleitergebiet 74-2 so ausgebildet, dass es das (P+)-Halbleitergebiet 73-2 bedeckt (umgibt).
  • Außerdem ist auf der linken Seite des (P+)-Halbleitergebiets 73-2 das (N+)-Halbleitergebiet 71-2 ausgebildet. Überdies ist auf dem (N+)-Halbleitergebiet 71-2 in 2 das (N-)-Halbleitergebiet 72-2 so ausgebildet, dass es das (N+)-Halbleitergebiet 71-2 bedeckt (umgibt).
  • Ein Oxidfilm 64, der demjenigen im zentralen Bereich des Pixels 51 ähnlich ist, ist in einem Endbereich des Pixels 51 im Bereich innerhalb der vorderen Oberfläche des Substrats 61 ausgebildet, wobei die vordere Oberfläche der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist.
  • Im Folgenden wird, falls man den Signalextraktionsbereich 65-1 und den Signalextraktionsbereich 65-2 nicht unterscheiden muss, auf diese auch einfach als Signalextraktionsbereich(e) 65 verwiesen.
  • Darüber hinaus wird hier im Folgenden, falls man das (N+)-Halbleitergebiet 71-1 und das (N+)-Halbleitergebiet 71-2 nicht unterscheiden muss, auf sie auch einfach als (N+)-Halbleitergebiet(e) 71 verwiesen und wird, falls man das (N-)-Halbleitergebiet 72-1 und das (N-)-Halbleitergebiet 72-2 nicht unterscheiden muss, auf sie auch einfach als (N-)-Halbleitergebiet(e) 72 verwiesen.
  • Darüber hinaus wird im Folgenden, falls man das (P+)-Halbleitergebiet 73-1 und das (P+)-Halbleitergebiet 73-2 nicht unterscheiden muss, auf sie auch einfach als (P+)-Halbleitergebiet(e) 73 verwiesen und wird, falls man das (P-)-Halbleitergebiet 74-1 und das (P-)-Halbleitergebiet 74-2 nicht unterscheiden muss, auf sie auch einfach als (P-)-Halbleitergebiet(e) 74 verwiesen.
  • Darüber hinaus ist im Substrat 61 ein Trennbereich 75-1 zum Trennen des (N+)-Halbleitergebiets 71-1 und des (P+)-Halbleitergebiets 73-1 unter Verwendung eines Oxidfilms und dergleichen zwischen dem (N+)-Halbleitergebiet 71-1 und dem (P+)-Halbleitergebiet 73-1-ausgebildet. Ähnlich ist ein Trennbereich 75-2 zum Trennen des (N+)-Halbleitergebiets 71-2 und des (P+)-Halbleitergebiets 73-2 unter Verwendung eines Oxidfilms und dergleichen zwischen dem (N+)-Halbleitergebiet 71-2 und dem (P+)-Halbleitergebiet 73-2 ausgebildet. Falls man den Trennbereich 75-1 und den Trennbereich 75-2 nicht unterscheiden muss, wird hier im Folgenden auf sie auch einfach als Trennbereich(e) 75 verwiesen.
  • Das im Substrat 61 vorgesehene (N+)-Halbleitergebiet 71 dient als Ladungsdetektionsbereich zum Detektieren der Menge an von außen auf das Pixel 51 fallendem Licht, das heißt, der Menge an Signalträgern, die durch die fotoelektrische Umwandlung durch das Substrat 61 erzeugt werden. Man beachte, dass das (N-)-Halbleitergebiet 72 mit einer niedrigen Donator-Störstellenkonzentration zusätzlich zu dem (N+)-Halbleitergebiet 71 als der Ladungsdetektionsbereich betrachtet werden kann. Darüber hinaus dient das (P+)-Halbleitergebiet 73 als Spannungsanlegungsbereich zum Injizieren einer großen Anzahl an Trägerströmen in das Substrat 61, das heißt, um eine Spannung direkt an das Substrat 61 anzulegen, um im Substrat 61 ein elektrisches Feld zu erzeugen. Man beachte, dass das (P-)-Halbleitergebiet 74 mit einer niedrigen Akzeptor-Störstellenkonzentration zusätzlich zu dem (P+)-Halbleitergebiet 73 als der Spannungsanlegungsbereich betrachtet werden kann.
  • Im Pixel 51 ist ein Floating-Diffusions-(FD-) Bereich (worauf hier im Folgenden auch als FD-Bereich A verwiesen wird), das heißt ein (nicht veranschaulichtes) Floating-Diffusionsgebiet, direkt mit dem (N+)-Halbleitergebiet 71-1 verbunden und ist ferner der FD-Bereich A über einen (nicht veranschaulichten) Verstärkungstransistor und dergleichen mit der vertikalen Signalleitung 29 verbunden.
  • Ähnlich ist ein weiterer FD-Bereich (worauf hier im Folgenden auch als FD-Bereich B verwiesen wird), der vom FD-Bereich A verschieden ist, direkt mit dem (N+)-Halbleitergebiet 71-2 verbunden, und der FD-Bereich B ist über einen (nicht veranschaulichten) Verstärkungstransistor und dergleichen mit der vertikalen Signalleitung 29 verbunden. Der FD-Bereich A und der FD-Bereich B sind hier mit den voneinander verschiedenen vertikalen Signalleitungen 29 verbunden.
  • Falls beispielsweise der Abstand zu einem Objekt mittels des indirekten ToF-Verfahrens gemessen wird, wird von der mit dem lichtempfangenden Element 1 versehenen Bildgebungsvorrichtung Infrarotlicht in Richtung des Objekts emittiert. Wenn das Infrarotlicht vom Objekt reflektiert wird und zur Bildgebungsvorrichtung als reflektiertes Licht zurückkehrt, empfängt dann das Substrat 61 des lichtempfangenden Elements 1 das einfallende reflektierte Licht (Infrarotlicht) und wandelt dieses fotoelektrisch um. Die Tap-Ansteuerungseinheit 21 steuert den ersten Tap TA und den zweiten Tap TB des Pixels 51 an und verteilt ein Signal, das der durch fotoelektrische Umwandlung erhaltenen Ladung DET entspricht, auf den FD-Bereich A und den FD-Bereich B.
  • Zu einem bestimmten Zeitpunkt legt beispielsweise die Tap-Ansteuerungseinheit 21 eine Spannung über einen Kontakt und dergleichen an die beiden (P+)-Halbleitergebiete 73 an. Konkret legt beispielsweise die Tap-Ansteuerungseinheit 21 die Spannung MIXO = 1,5 V an das (P+)-Halbleitergebiet 73-1 an, das der erste Tap TA ist, und legt die Spannung MIX1 = 0 V an das (P+)-Halbleitergebiet 73-2 an, das der zweite Tap TB ist.
  • Zwischen den beiden (P+)-Halbleitergebieten 73 im Substrat 61 wird dann ein elektrisches Feld erzeugt, und ein Strom fließt von dem (P+)-Halbleitergebiet 73-1 zum (P+)-Halbleitergebiet 73-2. In diesem Fall bewegen sich Löcher im Substrat 61 in der Richtung des (P+)-Halbleitergebiets 73-2 und bewegen sich Elektronen in der Richtung des (P+)-Halbleitergebiets 73-1.
  • In solch einem Zustand werden daher, wenn Infrarotlicht (reflektiertes Licht) von außen über die On-Chip-Linse 62 in das Substrat 61 eintritt und das Infrarotlicht im Substrat 61 in ein Paar Elektronen und Löcher fotoelektrisch umgewandelt wird, die erhaltenen Elektronen durch das elektrische Feld zwischen den (P+)-Halbleitergebieten 73 in der Richtung des (P+)-Halbleitergebiets 73-1 geführt und bewegen sich in das (N+)-Halbleitergebiet 71-1.
  • In diesem Fall werden die durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugten Elektronen als Signalträger zum Detektieren des Signals verwendet, das der Menge an auf das Pixel 51 einfallendem Infrarotlicht, das heißt der Menge an empfangenem Infrarotlicht, entspricht.
  • Infolgedessen wird eine Ladung, die den Elektronen entspricht, die sich in das (N+)-Halbleitergebiet 71-1 bewegt haben, im (N+)-Halbleitergebiet 71-1 akkumuliert, und diese Ladung wird über den FD-Bereich A, den Verstärkungstransistor, die vertikale Signalleitung 29 und dergleichen durch die Spaltenverarbeitungseinheit 23 detektiert.
  • Das heißt, die akkumulierte Ladung DET0 im (N+)-Halbleitergebiet 71-1 wird zu dem FD-Bereich A übertragen, der mit dem (N+)-Halbleitergebiet 71-1 direkt verbunden ist, und das Signal, das der zum FD-Bereich A übertragenen Ladung DET0 entspricht, wird über den Verstärkungstransistor und die vertikale Signalleitung 29 durch die Spaltenverarbeitungseinheit 23 gelesen. Die Spaltenverarbeitungseinheit 23 wendet dann eine Verarbeitung wie etwa eine Verarbeitung zur AD-Umwandlung auf das gelesene Signal an, und ein als Ergebnis der Verarbeitung erhaltenes Pixel-Signal wird der Signalverarbeitungseinheit 31 bereitgestellt.
  • Das Pixel-Signal ist ein Signal, das eine Ladungsmenge gemäß den durch das (N+)-Halbleitergebiet 71-1 detektierten Ladungen, das heißt die Menge der im FD-Bereich A akkumulierten Ladung DET0, angibt. Mit anderen Worten kann man sagen, dass das Pixel-Signal ein Signal ist, das die Menge an vom Pixel 51 empfangenem Infrarotlicht ist.
  • Man beachte, dass zu dieser Zeit das Pixel-Signal, das den im (N+)-Halbleitergebiet 71-2 detektierten Elektronen entspricht, in geeigneter Weise für eine Abstandsmessung ähnlich dem Fall des (N+)-Halbleitergebiets 71-1 verwendet werden kann.
  • Darüber hinaus legt zum nächsten Zeitpunkt die Tap-Ansteuerungseinheit 21 über einen Kontakt oder dergleichen eine Spannung an die beiden (P+)-Halbleitergebiete 73 an, so dass ein elektrisches Feld in der Richtung erzeugt wird, die dem vorher im Substrat 61 erzeugten elektrischen Feld entgegengesetzt ist. Konkret legt beispielsweise die Tap-Ansteuerungseinheit 21 die Spannung MIXO = 0 V an das (P+)-Halbleitergebiet 73-1, das heißt den ersten Tap TA, an und legt die Spannung MIX1 = 1,5 V an das (P+)-Halbleitergebiet 73-2, das heißt den zweiten Tap TB, an.
  • Dadurch wird ein elektrisches Feld zwischen den beiden (P+)-Halbleitergebieten 73 im Substrat 61 erzeugt und fließt ein Strom vom (P+)-Halbleitergebiet 73-2 zum (P+)-Halbleitergebiet 73-1.
  • In solch einem Zustand werden, wenn Infrarotlicht (reflektiertes Licht) von außen über die On-Chip-Linse 62 in das Substrat 61 eintritt und das Infrarotlicht im Substrat 61 in ein Paar Elektronen und Löcher fotoelektrisch umgewandelt wird, die erhaltenen Elektronen durch das elektrische Feld zwischen den (P+)-Halbleitergebieten 73 in die Richtung des (P+)-Halbleitergebiets 73-2 geführt und bewegen sich in das (N+)-Halbleitergebiet 71-2.
  • Infolgedessen wird eine Ladung, die den Elektronen entspricht, die sich in das (N+)-Halbleitergebiet 71-2 bewegt haben, im (N+)-Halbleitergebiet 71-2 akkumuliert, und diese Ladung wird über den FD-Bereich B, den Verstärkungstransistor, die vertikale Signalleitung 29 und dergleichen durch die Spaltenverarbeitungseinheit 23 detektiert.
  • Das heißt, die akkumulierte Ladung DET1 im (N+)-Halbleitergebiet 71-2 wird zu dem mit dem (N+)-Halbleitergebiet 71-2 direkt verbundenen FD-Bereich B übertragen, und das Signal, das der Ladung DET1 entspricht, die zum FD-Bereich B übertragen wurde, wird über den Verstärkungstransistor und die vertikale Signalleitung 29 durch die Spaltenverarbeitungseinheit 23 gelesen. Die Spaltenverarbeitungseinheit 23 wendet dann eine Verarbeitung wie etwa eine Verarbeitung einer AD-Umwandlung auf das gelesene Signal an, und ein als Ergebnis der Verarbeitung erhaltenes Pixel-Signal wird der Signalverarbeitungseinheit 31 bereitgestellt.
  • Man beachte, dass zu dieser Zeit das Pixel-Signal, das den im (N+)-Halbleitergebiet 71-1 detektierten Elektronen entspricht, ähnlich dem Fall des (N+)-Halbleitergebiets 71-2 in geeigneter Weise für eine Abstandsmessung verwendet werden kann.
  • Wenn die Pixel-Signale, die durch die fotoelektrische Umwandlung in voneinander verschiedenen Perioden erhalten werden, im gleichen Pixel 51 erhalten werden, berechnet die Signalverarbeitungseinheit 31 eine Abstandsinformation, die den Abstand zum Objekt angibt, auf der Basis der Pixel-Signale und gibt die Abstandsinformation an die nachfolgende Stufe aus.
  • Solch ein Verfahren zum Verteilen der Signalträger auf die voneinander verschiedenen (N+)-Halbleitergebiete 71 und Berechnen der Abstandsinformation auf der Basis der Signale gemäß den Signalträgern wird indirektes ToF-Verfahren genannt.
  • Wenn man in 2 von oben nach unten, das heißt in der Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats 61, auf den Signalextraktionsbereich 65 im Pixel 51 blickt, hat der Signalextraktionsbereich 65 eine Struktur, in der das (P+)-Halbleitergebiet 73 von dem (N+)-Halbleitergebiet 71 umgeben ist, wie zum Beispiel in 3 veranschaulicht ist. Man beachte, dass in 3 ein Bereich, der dem Fall in 2 entspricht, mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • In dem in 3 veranschaulichten Beispiel ist der (nicht veranschaulichte) Oxidfilm 64 in einem zentralen Bereich des Pixels 51 ausgebildet, und der Signalextraktionsbereich 65 ist von der Mitte des Pixels 51 aus in einem Bereich auf einer etwas endständigen Seite ausgebildet. Insbesondere sind hier die beiden Signalextraktionsbereiche 65 im Pixel 51 ausgebildet.
  • In jedem Signalextraktionsbereich 65 ist dann das (P+)-Halbleitergebiet 73 in einer viereckigen Form an dessen Mittenposition ausgebildet, und ein Umfang bzw. eine Peripherie des (P+)-Halbleitergebiets 73 als Zentrum ist von dem (N+)-Halbleitergebiet 71 mit einer viereckigen Form, konkreter einer viereckigen Rahmenform, umgeben. Das heißt, das (N+)-Halbleitergebiet 71 ist so ausgebildet, dass es das (P+)-Halbleitergebiet 73 umgibt.
  • Darüber hinaus ist im Pixel 51 die On-Chip-Linse 62 so ausgebildet, dass sie das von außen einfallende Infrarotlicht auf den zentralen Bereich des Pixels 51, das heißt den durch den Pfeil A11 angegebenen Bereich, sammelt. Mit anderen Worten wird das von außen auf die On-Chip-Linse 62 einfallende Infrarotlicht durch die On-Chip-Linse 62 an der durch den Pfeil A11 angegebenen Position, das heißt an einer oberen Oberfläche in 2 des Oxidfilms 64 in 2, gesammelt.
  • Daher wird das Infrarotlicht an einer Position zwischen dem Signalextraktionsbereich 65-1 und dem Signalextraktionsbereich 65-2 gesammelt. Dadurch ist es möglich, zu unterbinden, dass das Infrarotlicht in das dem Pixel 51 benachbarten Pixel eintritt, und ein Auftreten von Nebensprechen, und auch zu unterbinden, dass das Infrarotlicht direkt in den Signalextraktionsbereich 65 eintritt.
  • Falls zum Beispiel Infrarotlicht direkt in den Signalextraktionsbereich 65 eintritt, wird die Effizienz der Ladungstrennung, das heißt ein Kontrast zwischen aktiven und inaktiven Taps (Cmod) und ein Modulationskontrast, abnehmen.
  • Auf den Signalextraktionsbereich 65, aus dem das Signal gemäß der durch die fotoelektrische Umwandlung erhaltenen Ladung DET gelesen wird, das heißt, den Signalextraktionsbereich 65, auf dem die durch die fotoelektrische Umwandlung detektierte Ladung DET detektiert werden soll, wird auch als aktiver Tap verwiesen.
  • Im Gegensatz dazu wird grundsätzlich auf den Signalextraktionsbereich 65, aus dem das Signal gemäß der durch die fotoelektrische Umwandlung erhaltenen Ladung DET nicht gelesen wird, das heißt, den Signalextraktionsbereich 65, der nicht der aktive Tap ist, auch als inaktiver Tap verwiesen.
  • In dem oben beschriebenen Beispiel ist der Signalextraktionsbereich 65, in welchem die Spannung von 1,5 V an das (P+)-Halbleitergebiet 73 angelegt wird, der aktive Tap und ist der Signalextraktionsbereich 65, in welchem die Spannung von 0 V an das (P+)-Halbleitergebiet 73 angelegt wird, der inaktive Tap.
  • Der Cmod wird durch den folgenden Ausdruck (1) berechnet, ist ein Index, der repräsentiert, welcher Prozentsatz der durch fotoelektrische Umwandlung des einfallenden Infrarotlichts erzeugten Ladung in dem (N+)-Halbleitergebiet 71 des Signalextraktionsbereichs 65, der der aktive Tap ist, detektiert werden kann, das heißt, ob das Signal gemäß der Ladung extrahiert werden kann, und gibt die Effizienz einer Ladungstrennung an. Im Ausdruck (1) repräsentiert I0 das Signal, das in einem der beiden Ladungsdetektionsbereiche ((P+)-Halbleitergebiete 73) detektiert wird, und I1 repräsentiert das Signal, das im anderen Ladungsdetektionsbereich detektiert wird. Cmod = { | I 0 − I1 | / ( I0 + I1 ) } × 100
    Figure DE112019003623T5_0001
  • Daher besteht, wenn beispielsweise das von außen einfallende Infrarotlicht in das Gebiet des inaktiven Tap eintritt und im inaktiven Tap fotoelektrisch umgewandelt wird, eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass sich die Elektronen als der durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugte Ladungsträger zu dem (N+)-Halbleitergebiet 71 im aktiven Tap bewegen. Die Ladung einiger der durch die fotoelektrische Umwandlung erhaltenen Elektronen wird dann in dem (N+)-Halbleitergebiet 71 im aktiven Tap nicht detektiert, und die Cmod, das heißt die Effizienz einer Ladungstrennung, nimmt ab.
  • Im Pixel 51 wird daher das Infrarotlicht nahe dem zentralen Bereich des Pixels 51 gesammelt, wobei der zentrale Bereich bei einem im Wesentlichen gleichen Abstand von den beiden Signalextraktionsbereichen 65 liegt, wodurch die Wahrscheinlichkeit, dass das von außen einfallende Infrarotlicht in dem Gebiet des inaktiven Tap fotoelektrisch umgewandelt wird, reduziert wird, und die Effizienz einer Ladungstrennung verbessert werden kann. Darüber hinaus kann der Modulationskontrast im Pixel 51 verbessert werden. Mit anderen Worten können die durch die fotoelektrische Umwandlung erhaltenen Elektronen leicht zu dem (N+)-Halbleitergebiet 71 im aktiven Tap geführt werden.
  • Gemäß dem obigen lichtempfangenden Element 1 können die folgenden Effekte erzielt werden.
  • Das heißt, zunächst kann, da das lichtempfangende Element 1 ein rückseitig beleuchteter Typ ist, das lichtempfangende Element 1 eine Quanteneffizienz (QE) × ein Aperturverhältnis (Füllfaktor (FF)) maximieren und kann Charakteristiken einer Abstandsmessung mittels des lichtempfangenden Elements 1 verbessern.
  • Wie durch den Pfeil W11 in 4 veranschaulicht ist, hat ein normaler vorderseitig beleuchteter Bildsensor eine Struktur, in der eine Verdrahtung 102 und eine Verdrahtung 103 auf einer Seite der Lichteinfallsoberfläche, auf die Licht von außen einfällt, einer PD 101 als fotoelektrische Umwandlungseinheit ausgebildet sind.
  • Daher wird beispielsweise ein gewisser Teil eines Lichts, das unter bestimmten Winkeln schräg in die PD 101, wie durch die Pfeile A21 und A22 veranschaulicht ist, von außen eintritt, durch die Verdrahtung 102 und die Verdrahtung 103 blockiert und tritt nicht in die PD 101 ein.
  • Im Gegensatz dazu hat ein rückseitig beleuchteter Bildsensor eine Struktur, in der eine Verdrahtung 105 und Verdrahtung 106 auf einer Oberfläche, die der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist, auf die das Licht von außen einfällt, einer PD 104 als fotoelektrische Umwandlungseinheit ausgebildet sind, wie beispielsweise durch den Pfeil W12 veranschaulicht ist.
  • Daher kann verglichen mit dem Fall des vorderseitig beleuchteten Typs ein hinreichendes Aperturverhältnis sichergestellt werden. Das heißt zum Beispiel, Licht, das von außen wie durch die Pfeile A23 und A24 veranschaulicht unter bestimmten Winkeln schräg in die PD 104 eintritt, tritt in die PD 104 ein, ohne von der Verdrahtung blockiert zu werden. Dadurch kann mehr Licht empfangen werden und kann die Empfindlichkeit des Pixels verbessert werden.
  • Solch ein Effekt einer Verbesserung der Empfindlichkeit des Pixels, der durch die Konfiguration des rückseitig beleuchteten Typs erhalten wird, kann auch in dem lichtempfangenden Element 1 erhalten werden, das der rückseitig beleuchte CAPD-Sensor ist.
  • In dem vorderseitig beleuchteten CAPD-Sensor ist darüber hinaus zum Beispiel ein Signalextraktionsbereich 112, der Abgriff bzw. Tap genannt wird, konkreter ein (P+)-Halbleitergebiet und ein (N+)-Halbleitergebiet des Tap, innerhalb einer PD 111 als fotoelektrische Umwandlungseinheit auf der Lichteinfallsoberfläche ausgebildet, auf die das Licht von außen einfällt, wie durch den Pfeil W13 veranschaulicht ist. Darüber hinaus hat der vorderseitig beleuchtete CAPD-Sensor die Struktur, in der die Verdrahtung 113 und die Verdrahtung 114 wie etwa ein Kontakt oder ein Metall, das mit dem Signalextraktionsbereich 112 verbunden ist, auf der Lichteinfallsoberfläche ausgebildet sind.
  • Daher wird beispielsweise ein gewisser Teil eines Lichts, das wie durch die Pfeile A25 und A26 veranschaulicht unter bestimmten Winkeln von außen in die PD 11 eintritt, durch die Verdrahtung 113 und dergleichen blockiert und tritt nicht in die PD 111 ein, und außerdem wird auch das Licht, das wie durch den Pfeil A27 veranschaulicht in die PD 11 eintritt, durch die Verdrahtung 114 blockiert und tritt nicht in die PD 111 ein.
  • Im Gegensatz dazu weist beispielsweise der rückseitig beleuchtete CAPD-Sensor eine Struktur auf, in der ein Signalextraktionsbereich 116 in einem Oberflächenbereich in einer PD 115 als fotoelektrische Umwandlungseinheit ausgebildet ist, wobei der Oberflächenbereich der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist, auf die das Licht von außen einfällt, wie durch den Pfeil W14 veranschaulicht ist. Darüber hinaus sind eine Verdrahtung 117 und eine Verdrahtung 118 wie etwa ein Kontakt oder ein Metall, das mit einem Signalextraktionsbereich 116 verbunden ist, auf der der Lichteinfallsoberfläche der PD 115 entgegengesetzten Oberfläche ausgebildet.
  • Die PD 115 entspricht hier dem in 2 veranschaulichten Substrat 61, und der Signalextraktionsbereich 116 entspricht dem in 2 veranschaulichten Signalextraktionsbereich 65.
  • Der rückseitig beleuchtete CAPD-Sensor mit solch einer Struktur kann verglichen mit dem Fall des vorderseitig beleuchteten CAPD-Sensors ein hinreichendes Aperturverhältnis sicherstellen. Daher kann die Quanteneffizienz (QE) × das Aperturverhältnis (FF) maximiert werden und können die Charakteristiken einer Abstandsmessung verbessert werden.
  • Das heißt, beispielsweise tritt Licht, das wie durch die Pfeile A28 und A29 veranschaulicht unter bestimmten Winkeln von außen in die PD 115 eintritt, in die PD 115 ein, ohne durch die Verdrahtung blockiert zu werden. Ähnlich tritt Licht, das senkrecht in die PD 115 eintritt, in die PD 115 ein, ohne durch die Verdrahtung oder dergleichen blockiert zu werden, wie durch den Pfeil A30 veranschaulicht ist.
  • Wie oben beschrieben wurde, kann der rückseitig beleuchtete CAPD-Sensor nicht nur das unter einen bestimmten Winkel einfallende Licht, sondern auch das senkrecht in die PD 115 eintretende Licht empfangen, das durch die Verdrahtung oder dergleichen reflektiert wird, die mit dem Signalextraktionsbereich (Tap) im vorderseitig beleuchteten CAPD-Sensor verbunden ist. Dadurch kann mehr Licht empfangen werden und kann die Empfindlichkeit des Pixels verbessert werden. Mit anderen Worten kann die Quanteneffizienz (QE) × das Aperturverhältnis (FF) maximiert werden, und infolgedessen können die Charakteristiken einer Abstandsmessung verbessert werden.
  • Insbesondere kann in dem Fall, in dem der Tap nahe der Mitte des Pixels anstelle eines äußeren Rands des Pixels angeordnet ist, der vorderseitig beleuchtete CAPD-Sensor kein hinreichendes Aperturverhältnis sicherstellen und nimmt die Empfindlichkeit des Pixels ab, wohingegen das lichtempfangende Element 1, das der rückseitig beleuchtete CPAD-Sensor ist, das hinreichende Aperturverhältnis ungeachtet der Anordnungsposition des Tap sicherstellen kann und die Pixelempfindlichkeit verbessern kann.
  • Darüber hinaus ist im rückseitig beleuchteten lichtempfangende Element 1 der Signalextraktionsbereich 65 nahe der Oberfläche, die der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist, auf die das Infrarotlicht von außen einfällt, im Substrat 61 ausgebildet. Daher kann ein Auftreten der fotoelektrischen Umwandlung für das Infrarotlicht im inaktiven Tap-Bereich reduziert werden. Dadurch kann der Cmod, das heißt, die Effizienz einer Ladungstrennung, verbessert werden.
  • 5 veranschaulicht Querschnittsansichten vorderseitig beleuchteter und rückseitig beleuchteter CAPD-Sensoren von Pixeln.
  • In dem vorderseitig beleuchteten CAPD-Sensor auf der linken Seite in 5 ist eine obere Seite eines Substrats 141 in 5 die Lichteinfallsoberfläche und sind eine Verdrahtungsschicht 152, die eine Verdrahtung aus einer Vielzahl von Schichten enthält, ein lichtabschirmender Bereich 153 zwischen Pixeln und eine On-Chip-Linse 154 auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 141 gestapelt.
  • Im rückseitig beleuchteten CAPD-Sensor auf der rechten Seite in 5 ist die Verdrahtungsschicht 152, die eine Verdrahtung aus einer Vielzahl von Schichten enthält, auf einer unteren Seite des Substrats 142, die der Lichteinfallsoberfläche in 5 entgegengesetzt ist, ausgebildet und sind der lichtabschirmende Bereich 153 zwischen Pixeln und die On-Chip-Linse 154 auf einer oberen Seite des Substrats, die die Lichteinfallsoberfläche ist, gestapelt.
  • Man beachte, dass die grauen Trapezformen in 5 Gebiete mit starker Lichtintensität aufgrund der On-Chip-Linse 154, die das Infrarotlicht sammelt, veranschaulichen.
  • Beispielsweise weist der vorderseitig beleuchtete CAPD-Sensor ein Gebiet R11 auf, in dem ein inaktiver Tap und ein aktiver Tap auf der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 141 vorhanden sind. Wenn viele Komponenten direkt in den aktiven Tap eintreten und im inaktiven Tap-Gebiet fotoelektrisch umgewandelt werden, wird daher der Signalträger, der durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugt wird, in dem (N+)-Halbleitergebiet des aktiven Tap nicht detektiert.
  • Im vorderseitig beleuchteten CAPD-Sensor ist die Intensität des Infrarotlichts in dem Gebiet R11 nahe der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 141 stark, und somit ist eine Wahrscheinlichkeit, dass das Infrarotlicht im Gebiet R11 fotoelektrisch umgewandelt wird, hoch. Das heißt, da die Menge an Infrarotlicht, das in die Umgebung des inaktiven Tap eintritt, groß ist, nehmen Ladungsträger, die im aktiven Tap nicht detektiert werden können, zu und nimmt die Effizienz einer Ladungstrennung ab.
  • Im Gegensatz dazu weist der rückseitig beleuchtete CAPD-Sensor ein Gebiet R12 auf, in dem ein inaktiver Tap und ein aktiver Tap an einer von der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 142 entfernten Position, das heißt einer Position nahe der der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzten Oberfläche, vorhanden sind. Das Substrat 142 entspricht hier dem in 2 veranschaulichten Substrat 61.
  • In diesem Beispiel befindet sich das Gebiet R12 in einem Bereich der der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 142 entgegengesetzten Oberfläche und befindet sich an einer von der Lichteinfallsoberfläche entfernten Position. Daher ist die Intensität des einfallenden Infrarotlichts nahe dem Gebiet R12 relativ schwach.
  • Der Signalträger, der durch die fotoelektrische Umwandlung in dem Gebiet mit starker Infrarotlichtintensität wie etwa dem Gebiet nahe der Mitte des Substrats und der Umgebung der Lichteinfallsoberfläche erhalten wird, wird durch ein im Substrat 142 erzeugtes elektrisches Feld zum aktiven Tap geführt und wird im (N+)-Halbleitergebiet des aktiven Tap detektiert.
  • Indes ist die Intensität des einfallenden Infrarotlichts nahe dem Gebiet R12, das den inaktiven Tap enthält, relativ schwach, und somit ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Infrarotlicht im Gebiet R12 fotoelektrisch umgewandelt wird, gering. Das heißt, da die Menge an in die Umgebung des inaktiven Tap eintretendem Infrarotlicht gering ist, wird die Anzahl an Signalträgern (Elektronen), die durch die fotoelektrische Umwandlung in der Umgebung des inaktiven Tap erzeugt werden und sich zum (N+)-Halbleitergebiet des inaktiven Tap bewegen, gering und kann die Effizienz einer Ladungstrennung verbessert werden. Infolgedessen können die Charakteristiken einer Abstandsmessung verbessert werden.
  • In dem rückseitig beleuchteten lichtempfangenden Element 1 kann das Substrat 61 außerdem abgedünnt werden. Daher kann eine Effizienz, mit der Elektronen (Ladungen) als Signalträger extrahiert werden, verbessert werden.
  • Da der vorderseitig beleuchtete CAPD-Sensor das Aperturverhältnis nicht hinreichend gewährleisten kann, muss beispielsweise ein Substrat 171 in einem gewissen Ausmaß verdickt werden, um eine höhere Quanteneffizienz sicherzustellen und die Abnahme der Quanteneffizienz × das Aperturverhältnis zu unterdrücken, wie durch den Pfeil W31 in 6 veranschaulicht ist.
  • Eine Steigung eines Potentials wird dann im Gebiet des Substrats 171 nahe der der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzten Oberfläche, zum Beispiel in einem Gebiet R21, sanft, und das elektrische Feld in der zum Substrat 171 im Wesentlichen senkrechten Richtung wird schwach. In diesem Fall wird, da eine Bewegungsgeschwindigkeit des Signalträgers langsam wird, die Zeit, die von der fotoelektrischen Umwandlung bis zur Detektion des Signalträgers im (N+)-Halbleitergebiet des aktiven Tap erforderlich ist, lang. Man beachte, dass in 6 die Pfeile im Substrat 171 das elektrische Feld im Substrat 171 in der zum Substrat 171 senkrechten Richtung repräsentieren.
  • Wenn das Substrat 171 dick ist, wird darüber hinaus eine Bewegungsdistanz bzw. -strecke des Signalträgers von der vom aktiven Tap im Substrat 171 entfernten Position zum (N+)-Halbleitergebiet im aktiven Tap lang. An der vom aktiven Tap entfernten Position wird deshalb die Zeit, die von der fotoelektrischen Umwandlung bis zur Detektion des Signalträgers im (N+)-Halbleitergebiet des aktiven Tap erforderlich ist, länger.
  • 7 veranschaulicht eine Beziehung zwischen der Position des Substrats 171 in einer Dickenrichtung und der Bewegungsgeschwindigkeit des Signalträgers. Das Gebiet R21 entspricht einem Diffusionsstromgebiet.
  • Wenn das Substrat 171 in dieser Weise zum Beispiel dick ist, kann die Elektronen, die an der vom aktiven Tap entfernten Position wie etwa in dem Gebiet R21 erzeugt werden, nicht vollständig in das (N+)-Halbleitergebiet des aktiven Tap gezogen werden, während eine Ansteuerungsfrequenz hoch ist, das heißt wenn ein Umschalten des aktiven Tap und des inaktiven Tap des Signalextraktionsbereichs mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt wird. Das heißt, falls die Zeit, in der der aktive Tap aktiv ist, kurz ist, können die im Gebiet R21 oder dergleichen erzeugten Elektronen (Ladungen) nicht im (N+)-Halbleitergebiet des aktiven Tap detektiert werden, und die Effizienz einer Elektronenextraktion nimmt ab.
  • Im Gegensatz dazu kann der rückseitig beleuchtete CAPD-Sensor das hinreichende Aperturverhältnis sicherstellen und kann somit das hinreichende Quanteneffizienz × Aperturverhältnis gewährleisten, selbst wenn ein Substrat 172 abgedünnt ist, wie zum Beispiel durch den Pfeil W32 in 6 veranschaulicht ist. Das Substrat 172 entspricht hier dem Substrat 61 in 2, und die Pfeile im Substrat 172 repräsentieren das elektrische Feld in der zum Substrat 172 senkrechten Richtung.
  • 8 veranschaulicht eine Beziehung zwischen der Position des Substrats 172 in der Dickenrichtung und der Bewegungsgeschwindigkeit des Signalträgers.
  • Wenn die Dicke des Substrats 172 in der zum Substrat 172 senkrechten Richtung auf diese Weise abgedünnt ist, wird das elektrische Feld in der zum Substrat 172 senkrechten Richtung im Wesentlichen stark, und nur die Elektronen (Ladungen) allein in einem Driftstromgebiet, wo die Bewegungsgeschwindigkeit des Signalträgers schnell ist, werden verwendet, und die Elektronen im Diffusionsstromgebiet, wo die Bewegungsgeschwindigkeit des Signalträgers gering ist, werden nicht verwendet. Indem man nur die Elektronen (Ladungen) allein im Driftstromgebiet nutzt, wird die Zeit, die von der fotoelektrischen Umwandlung bis zur Detektion des Signalträgers im (N+)-Halbleitergebiet des aktiven Tap erforderlich ist, kurz. Darüber hinaus wird die Bewegungsstrecke des Signalträgers zum (N+)-Halbleitergebiet im aktiven Tap kürzer, wenn die Dicke des Substrats 172 dünner wird.
  • Nach den obigen Tatsachen kann der rückseitig beleuchtete CAPD-Sensor die in jedem Gebiet im Substrat 172 erzeugten Signalträger (Elektronen) hinreichend in das (N+)-Halbleitergebiet des aktiven Tap ziehen, selbst wenn die Ansteuerungsfrequenz hoch ist, und kann die Effizienz einer Elektronenextraktion verbessern.
  • Darüber hinaus kann der rückseitig beleuchtete CAPD-Sensor die Effizienz einer Elektronenextraktion mit dem abgedünnten Substrat 172 sogar in dem Fall einer hohen Ansteuerungsfrequenz sicherstellen und kann einen Widerstand einer Ansteuerung bei hoher Geschwindigkeit verbessern.
  • Insbesondere kann der rückseitig beleuchtete CAPD-Sensor die Spannung direkt an das Substrat 172, das heißt das Substrat 61, anlegen und hat somit eine hohe Ansprechgeschwindigkeit zum Umschalten des aktiven Tap und des inaktiven Tap und kann mit einer hohen Ansteuerungsfrequenz angesteuert werden. Da der rückseitig beleuchtete CAPD-Sensor die Spannung direkt an das Substrat 61 anlegen kann, wird außerdem ein modifizierbares Gebiet im Substrat 61 groß.
  • Da das rückseitig beleuchtete lichtempfangende Element 1 (CAP-Sensor) das hinreichende Aperturverhältnis erhalten kann, können außerdem die Pixel miniaturisiert werden und kann der Widerstand gegen eine Pixel-Miniaturisierung verbessert werden.
  • Indem man den rückseitig beleuchteten Typ für das lichtempfangende Element 1 übernimmt, kann ein BEOL (Back End of Line)-Kapazitätsdesign liberalisiert werden, was den Freiheitsgrad einer Auslegung eines Sättigungssignalbetrags (Qs) verbessern kann.
  • <Modifikation 1 der ersten Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Man beachte, dass in der obigen Beschreibung der Fall, in dem der Signalextraktionsbereich 65 im Substrat 61 das viereckige (N+)-Halbleitergebiet 71 und(P+)-Halbleitergebiet 73 aufweist, als ein Beispiel beschrieben wurde, wie in 3 veranschaulicht ist. Die Formen des (N+)-Halbleitergebiets 71 und des (P+)-Halbleitergebiets 73, wie sie aus der zum Substrat 61 senkrechten Richtung gesehen werden, können jedoch beliebige Formen sein.
  • Konkret können zum Beispiel, wie in 9 veranschaulicht ist, das (N+)-Halbleitergebiet 71 und das (P+)-Halbleitergebiet 73 kreisförmige Formen aufweisen. Man beachte, dass in 9 ein dem Fall in 3 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • 9 veranschaulicht das (N+)-Halbleitergebiet 71 und das (P+)-Halbleitergebiet 73, wenn die Signalextraktionsbereiche 65 im Pixel 51 aus der zum Substrat 61 senkrechten Richtung betrachtet werden.
  • In dem Beispiel ist der (nicht veranschaulichte) Oxidfilm 64 im zentralen Bereich des Pixels 51 ausgebildet, und der Signalextraktionsbereich 65 ist in einem Bereich auf einer etwas endständigen Seite vom Zentrum des Pixels 51 aus ausgebildet. Insbesondere sind hier die beiden Signalextraktionsbereiche 65 im Pixel 51 ausgebildet.
  • In jedem Signalextraktionsbereich 65 ist dann das kreisförmige (P+)-Halbleitergebiet 73 bei dessen zentraler Position ausgebildet, und eine Peripherie des (P+)-Halbleitergebiets 73 als Zentrum ist von dem (N+)-Halbleitergebiet 71 mit einer kreisförmigen Form, konkreter einer ringförmigen Form, umgeben.
  • 10 ist eine Draufsicht, in der die On-Chip-Linse 62 auf einem Teil der Pixel-Arrayeinheit 20 überlagert ist, die die jeweils die in 9 veranschaulichten Signalextraktionsbereiche 65 enthaltenden Pixel 51 aufweist, die in einer Matrix zweidimensional angeordnet sind.
  • Die On-Chip-Linse 62 ist auf Pixel-Basis wie in 10 veranschaulicht ausgebildet. Mit anderen Worten entspricht ein Einheitsgebiet, in welchem eine On-Chip-Linse 62 ausgebildet ist, einem Pixel.
  • Man beachte, dass in 2 ein unter Verwendung eines Oxidfilms und dergleichen ausgebildeter Trennbereich 75 zwischen dem (N+)-Halbleitergebiet 71 und dem (P+)-Halbleitergebiet 73 angeordnet ist. Der Trennbereich 75 kann jedoch vorhanden sein oder kann nicht vorhanden sein.
  • <Modifikation 2 der ersten Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • 11 ist eine Draufsicht, die eine Modifikation der planaren Form des Signalextraktionsbereichs 65 im Pixel 51 veranschaulicht.
  • Der Signalextraktionsbereich 65 kann eine Form aufweisen, die erhalten wird, indem die planare Form in eine in 3 veranschaulichte viereckige Form, eine in 9 veranschaulichte kreisförmige Form oder eine in 11 veranschaulichte achteckige Form beispielsweise ausgebildet wird.
  • Darüber hinaus veranschaulicht 11 eine Draufsicht eines Falls, in dem der unter Verwendung eines Oxidfilms und dergleichen ausgebildete Trennbereich 75 zwischen dem (N+)-Halbleitergebiet 71 und dem (P+)-Halbleitergebiet 73 ausgebildet ist.
  • Die in 11 veranschaulichte Linie A-A' repräsentiert die Querschnittsansicht in 37, die unten beschrieben werden soll, und die Linie B-B' repräsentiert die Querschnittsansicht in 36, die unten beschrieben werden soll.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Außerdem wurde als ein Beispiel die Konfiguration beschrieben, in der das (P+)-Halbleitergebiet 73 von dem (N+)-Halbleitergebiet 71 im Signalextraktionsbereich 65 umgeben ist. Ein (N+)-Halbleitergebiet kann jedoch von einem (P+)-Halbleitergebiet umgeben sein.
  • In solch einem Fall ist ein Pixel 51 zum Beispiel wie in 12 veranschaulicht konfiguriert. Man beachte, dass in 12 ein dem Fall in 3 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • 12 veranschaulicht eine Anordnung der (N+)-Halbleitergebiete und der (P+)-Halbleitergebiete, wenn Signalextraktionsbereiche 65 im Pixel 51 aus einer zum Substrat 61 senkrechten Richtung betrachtet werden.
  • In diesem Beispiel ist ein (nicht veranschaulichter) Oxidfilm 64 in einem zentralen Bereich des Pixels 51 ausgebildet, und ein Signalextraktionsbereich 65-1 ist in einem etwas oberen Bereich von dem Zentrum des Pixels 51 aus ausgebildet, und ein Signalextraktionsbereich 65-2 ist in einem etwas unteren Bereich vom Zentrum des Pixels 51 aus ausgebildet. Insbesondere sind in diesem Beispiel Ausbildungspositionen der Signalextraktionsbereiche 65 im Pixel 51 die gleiche Position wie im Fall in 3.
  • Im Signalextraktionsbereich 65-1 ist ein viereckiges (N+)-Halbleitergebiet 201-1, das dem in 3 veranschaulichten (N+)-Halbleitergebiet 71-1 entspricht, in der Mitte des Signalextraktionsbereichs 65-1 ausgebildet. Das (N+)-Halbleitergebiet 201-1 ist dann von einem (P+)-Halbleitergebiet 202-1 mit einer viereckigen Form, konkreter einer viereckigen Rahmenform, entsprechend dem in 3 veranschaulichten (P+)-Halbleitergebiet 73-1 umgeben. Das heißt, das (P+)-Halbleitergebiet 202-1 ist so ausgebildet, dass es das (N+)-Halbleitergebiet 201-1 umgibt.
  • Im Signalextraktionsbereich 65-2 ist ähnlich ein dem in 3 veranschaulichten (N+)-Halbleitergebiet 71-2 entsprechendes viereckiges (N+)-Halbleitergebiet 201-2 in der Mitte des Signalextraktionsbereichs 65-2 ausgebildet. Das (N+)-Halbleitergebiet 201-2 wird dann von einem (P+)-Halbleitergebiet 202-2 mit einer viereckigen Form, konkreter einer viereckigen Rahmenform, entsprechend dem in 3 veranschaulichten (P+)-Halbleitergebiet 73-2 umgeben.
  • Man beachte, dass hier im Folgenden in einem Fall, in dem man das (N+)-Halbleitergebiet 201-1 und das (N+)-Halbleitergebiet 201-2 nicht unterscheiden muss, auf sie auch einfach als (N+)-Halbleitergebiet(e) 201 verwiesen wird. Darüber hinaus wird hier im Folgenden in einem Fall, in dem man das (P+)-Halbleitergebiet 202-1 und das (P+)-Halbleitergebiet 202-2 nicht unterscheiden muss, auf sie auch einfach als (P+)-Halbleitergebiet(e) 202 verwiesen.
  • Selbst in dem Fall, in die Signalextraktionsbereiche 65 die in 12 veranschaulichte Form aufweisen, dient ähnlich dem Fall der in 3 veranschaulichten Konfiguration das (N+)-Halbleitergebiet 201 als Ladungsdetektionsbereich, um eine Menge an Signalträgern zu detektieren, und dient das (P+)-Halbleitergebiet 202 als Spannungsanlegungsbereich, um eine Spannung direkt an das Substrat 61 anzulegen, um ein elektrisches Feld zu erzeugen.
  • <Modifikation 1 der zweiten Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Darüber hinaus können ähnlich dem in 9 veranschaulichten Beispiel das (N+)-Halbleitergebiet 201 und das (P+)-Halbleitergebiet 202 selbst in dem Fall der Anordnung, in der das (N+)-Halbleitergebiet 201 vom (P+)-Halbleitergebiet 202 umgeben ist, beliebige Formen aufweisen.
  • Das heißt, beispielsweise können, wie in 13 veranschaulicht ist, das (N+)-Halbleitergebiet 201 und das (P+)-Halbleitergebiet 202 kreisförmige Formen aufweisen. Man beachte, dass in 13 ein dem Fall in 12 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • 13 veranschaulicht ein (N+)-Halbleitergebiet 201 und ein (P+)-Halbleitergebiet 202, wenn Signalextraktionsbereiche 65 in einem Pixel 51 aus einer zu einem Substrat 61 senkrechten Richtung betrachtet werden.
  • In dem Beispiel ist der (nicht veranschaulichte) Oxidfilm 64 im zentralen Bereich des Pixels 51 ausgebildet und ist der Signalextraktionsbereich 65 in einem Bereich auf einer etwas endständigen Seite vom Zentrum des Pixels 51 aus ausgebildet. Insbesondere sind hier die beiden Signalextraktionsbereiche 65 im Pixel 51 ausgebildet.
  • In jedem Signalextraktionsbereich 65 ist dann das kreisförmige (N+)-Halbleitergebiet 201 an dessen Mittenposition ausgebildet, und eine Peripherie des (N+)-Halbleitergebiets 201 als Zentrum ist von dem (P+)-Halbleitergebiet 202 mit einer Kreisform, konkreter einer ringförmigen Form, umgeben.
  • <Dritte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Darüber hinaus können ein (N+)-Halbleitergebiet und ein (P+)-Halbleitergebiet, die in einem Signalextraktionsbereich 65 ausgebildet sind, eine Linienform (viereckige Form) aufweisen.
  • In solch einem Fall ist beispielsweise ein Pixel 51 wie in 14 veranschaulicht konfiguriert. Man beachte, dass in 14 ein dem Fall in 3 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • 14 veranschaulicht eine Anordnung der (N+)-Halbleitergebiete und der (P+)-Halbleitergebiete, wenn Signalextraktionsbereiche 65 im Pixel 51 aus einer zu einem Substrat 61 senkrechten Richtung betrachtet werden.
  • In diesem Beispiel ist ein (nicht veranschaulichter) Oxidfilm 64 in einem zentralen Bereich des Pixels 51 ausgebildet und ist ein Signalextraktionsbereich 65-1 in einem ein wenig oberen Bereich vom Zentrum des Pixels 51 aus ausgebildet, und ein Signalextraktionsbereich 65-2 ist in einem ein wenig unteren Bereich vom Zentrum des Pixels 51 aus ausgebildet. Insbesondere sind in diesem Beispiel Ausbildungspositionen der Signalextraktionsbereiche 65 im Pixel 51 die gleiche Position wie im Fall in 3.
  • Im Signalextraktionsbereich 65-1 ist ein (P+)-Halbleitergebiet 231 mit einer Linienform entsprechend dem in 3 veranschaulichten (P+)-Halbleitergebiet 73-1 in der Mitte des Signalextraktionsbereichs 65-1 ausgebildet. Ein (N+)-Halbleitergebiet 232-1 und ein (N+)-Halbleitergebiet 232-2 mit einer Linienform entsprechend dem in 3 veranschaulichten (N+)-Halbleitergebiet 71-1 sind dann um das (P+)-Halbleitergebiet 231 so ausgebildet, dass sie das (P+)-Halbleitergebiet 231 sandwichartig umgeben. Das heißt, das (P+)-Halbleitergebiet 231 ist an einer Position ausgebildet, die von dem (N+)-Halbleitergebiet 232-1 und dem (N+)-Halbleitergebiet 232-2 sandwichartig umgeben ist.
  • Man beachte, dass hier im Folgenden in einem Fall, in dem man das (N+)-Halbleitergebiet 232-1 und das (N+)-Halbleitergebiet 232-2 nicht unterscheiden muss, auf sie auch einfach als (N+)-Halbleitergebiet(e) 232 verwiesen wird.
  • 3 veranschaulicht das Beispiel der Struktur, worin das (P+)-Halbleitergebiet 73 vom (N+)-Halbleitergebiet 71 umgeben ist. 14 veranschaulicht jedoch ein Beispiel einer Struktur, in der das (P+)-Halbleitergebiet 231 von den benachbart vorgesehenen zwei (N+)-Halbleitergebieten 232 sandwichartig umgeben ist.
  • Ähnlich ist in dem Signalextraktionsbereich 65-2 ein (P+)-Halbleitergebiet 233 mit einer Linienform entsprechend dem in 3 veranschaulichten (P+)-Halbleitergebiet 73-2 in der Mitte des Signalextraktionsbereichs 65-2 ausgebildet. Ein (N+)-Halbleitergebiet 234-1 und ein (N+)-Halbleitergebiet 234-2 mit einer Linienform entsprechend dem in 3 veranschaulichten (N+)-Halbleitergebiet 71-2 sind dann um das (P+)-Halbleitergebiet 233 herum so ausgebildet, dass sie das (P+)-Halbleitergebiet 233 sandwichartig umgeben.
  • Man beachte, dass hier im Folgenden in einem Fall, in dem das (N+)-Halbleitergebiet 234-1 und das (N+)-Halbleitergebiet 234-2 nicht unterschieden werden müssen, auf sie auch einfach als (N+)-Halbleitergebiet(e) 234 verwiesen wird.
  • In den Signalextraktionsbereichen 65 in 14 dienen das (P+)-Halbleitergebiet 231 und das (P+)-Halbleitergebiet 233 als Spannungsanlegungsbereiche entsprechend den in 3 veranschaulichten (P+)-Halbleitergebieten 73, und die (N+)-Halbleitergebiete 232 und die (N+)-Halbleitergebiet 234 dienen als den in 3 veranschaulichten (N+)-Halbleitergebieten 71 entsprechende Ladungsdetektionsbereiche. In diesem Fall sind beispielsweise sowohl das (N+)-Halbleitergebiet 232-1 als auch das (N+)-Halbleitergebiet 232-2 mit einem FD-Bereich A verbunden.
  • Darüber hinaus kann jedes des (P+)-Halbleitergebiets 231, der (N+)-Halbleitergebiete 232, des (P+)-Halbleitergebiets 233 und der (N+)-Halbleitergebiete 234 mit der Linienform jede beliebige Länge in Querrichtung in 14 aufweisen oder kann jedes dieser Gebiete die gleiche Länge aufweisen.
  • <Vierte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • In dem in 14 veranschaulichten Beispiel wurde außerdem die Struktur, in der das (P+)-Halbleitergebiet 231 und das (P+)-Halbleitergebiet 233 von den (N+)-Halbleitergebieten 232 und den (N+)-Halbleitergebieten 234 sandwichartig umgeben sind, als Beispiel beschrieben. Jedoch kann umgekehrt ein (N+)-Halbleitergebiet von (P+)-Halbleitergebieten sandwichartig umgeben sein.
  • In solch einem Fall ist zum Beispiel ein Pixel 51 wie in 15 veranschaulicht konfiguriert. Man beachte, dass in 15 ein dem Fall in 3 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • 15 veranschaulicht eine Anordnung der (N+)-Halbleitergebiete und der (P+)-Halbleitergebiete, wenn Signalextraktionsbereiche 65 in einem Pixel 51 aus einer zu einem Substrat 61 senkrechten Richtung betrachtet werden.
  • In dem Beispiel ist der (nicht veranschaulichte) Oxidfilm 64 im zentralen Bereich des Pixels 51 ausgebildet und ist der Signalextraktionsbereich 65 in einem Bereich auf einer etwas endständigen Seite vom Zentrum des Pixels 51 aus ausgebildet. Insbesondere sind in diesem Beispiel Ausbildungspositionen jedes der beiden Signalextraktionsbereiche 65 im Pixel 51 die gleiche Position wie im Fall in 3.
  • In einem Signalextraktionsbereich 65-1 ist ein dem in 3 veranschaulichten (N+)-Halbleitergebiet 71-1 entsprechendes (N+)-Halbleitergebiet 261 mit einer Linienform in der Mitte des Signalextraktionsbereichs 65-1 ausgebildet. Dann sind ein (P+)-Halbleitergebiet 262-1 und ein (P+)-Halbleitergebiet 262-2 mit einer Linienform entsprechend dem in 3 veranschaulichten (P+)-Halbleitergebiet 73-1 um das (N+)-Halbleitergebiet 261 so ausgebildet, dass sie das (N+)-Halbleitergebiet 261 sandwichartig umgeben. Das heißt, das (N+)-Halbleitergebiet 261 ist an einer Position ausgebildet, die von dem (P+)-Halbleitergebiet 262-1 und dem (P+)-Halbleitergebiet 262-2 sandwichartig umgeben ist.
  • Man beachte, dass hier im Folgenden in einem Fall, in dem man das (P+)-Halbleitergebiet 262-1 und das (P+)-Halbleitergebiet 262-2 nicht unterscheiden muss, auf sie auch einfach als (P+)-Halbleitergebiet(e) 262 verwiesen wird.
  • Ähnlich ist in einem Signalextraktionsbereich 65-2 ein (N+)-Halbleitergebiet 263 mit einer Linienform entsprechend dem in 3 veranschaulichten (N+)-Halbleitergebiet 71-2 in der Mitte des Signalextraktionsbereichs 62-2 ausgebildet. Dann sind ein (P+)-Halbleitergebiet 264-1 und ein (P+)-Halbleitergebiet 264-2 mit einer Linienform entsprechend dem in 3 veranschaulichten (P+)-Halbleitergebiet 73-2 um das (N+)-Halbleitergebiet 263 so ausgebildet, dass sie das (N+)-Halbleitergebiet 263 sandwichartig umgeben.
  • Man beachte, dass hier im Folgenden in einem Fall, in dem man nicht das (P+)-Halbleitergebiet 264-1 und das (P+)-Halbleitergebiet 264-2 unterscheiden muss, auf sie auch einfach als (P+)-Halbleitergebiet(e) 264 verwiesen wird.
  • In den Signalextraktionsbereichen 65 in 15 dienen das (P+)-Halbleitergebiet 262 und das (P+)-Halbleitergebiet 264 als Spannungsanlegungsbereiche entsprechend den in 3 veranschaulichten (P+)-Halbleitergebieten 73 und dienen die (N+)-Halbleitergebiete 261 und die (N+)-Halbleitergebiete 263 als Ladungsdetektionsbereiche entsprechend den in 3 veranschaulichten (N+)-Halbleitergebieten 71. Man beachte, dass jedes des (N+)-Halbleitergebiets 261, der (P+)-Halbleitergebiete 262, des (N+)-Halbleitergebiets 263 und der (P+)-Halbleitergebiete 264 mit der Linienform in einer Querrichtung in 15 jede beliebige Länge aufweisen können oder jedes dieser Gebiete nicht die gleiche Länge aufweisen kann.
  • <Fünfte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • In der obigen Beschreibung wurden außerdem die Beispiele beschrieben, in denen zwei Signalextraktionsbereiche 65 in jedem Pixel, das die Pixel-Arrayeinheit 20 bildet, vorgesehen sind. Die Anzahl an Signalextraktionsbereichen, die in einem Pixel vorgesehen sind, kann jedoch eins betragen oder kann drei oder mehr betragen.
  • Falls ein Signalextraktionsbereich in einem Pixel 51 vorgesehen ist, ist beispielsweise das Pixel wie in 16 veranschaulicht oder dergleichen konfiguriert. Man beachte, dass in 16 ein dem Fall in 3 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • 16 veranschaulicht eine Anordnung von (N+)-Halbleitergebieten und (P+)-Halbleitergebieten, wenn Signalextraktionsbereiche in einigen Pixeln, die in einer Pixel-Arrayeinheit 20 vorgesehen sind, aus einer zu einem Substrat senkrechten Richtung betrachtet werden.
  • In diesem Beispiel sind das Pixel 51 in der Pixel-Arrayeinheit 20 und Pixel 291-1 bis 291-3, die zur Unterscheidung als dem oben erwähnten Pixel 51 benachbarte Pixel 51 bezeichnet sind, vorgesehen, und in jedem Pixel ist ein Signalextraktionsbereich ausgebildet.
  • Das heißt, im Pixel 51 ist ein Signalextraktionsbereich 65 in einem zentralen Bereich des Pixels 51 ausgebildet. Im Signalextraktionsbereich 65 ist dann ein kreisförmiges (P+)-Halbleitergebiet 301 an dessen Mittenposition ausgebildet, und eine Peripherie des (P+)-Halbleitergebiets 301 als Zentrum ist von einem (N+)-Halbleitergebiet 302 mit einer kreisförmigen Form, konkreter einer ringförmigen Form, umgeben.
  • Das (P+)-Halbleitergebiet 301 entspricht hier dem in 3 veranschaulichten (P+)-Halbleitergebiet 73 und dient als Spannungsanlegungsbereich. Darüber hinaus entspricht das (N+)-Halbleitergebiet 302 dem in 3 veranschaulichten (N+)-Halbleitergebiet 71 und dient als Ladungsdetektionsbereich. Man beachte, dass das (P+)-Halbleitergebiet 301 und das (N+)-Halbleitergebiet 302 beliebige Formen aufweisen können.
  • Darüber hinaus weisen die Pixel 291-1 bis 291-3 um das Pixel 51 herum eine dem Pixel 51 ähnliche Struktur auf.
  • Das heißt, beispielsweise ist ein Signalextraktionsbereich 303 im zentralen Bereich des Pixels 291-1 ausgebildet. Im Signalextraktionsbereich 303 ist dann ein kreisförmiges (P+)-Halbleitergebiet 304 bei dessen Mittenposition ausgebildet, und eine Peripherie des (P+)-Halbleitergebiets 304 als Zentrum ist von einem (N+)-Halbleitergebiet 305 mit einer kreisförmigen Form, konkreter einer ringförmigen Form, umgeben.
  • Das (P+)-Halbleitergebiet 304 und das (N+)-Halbleitergebiet 305 entsprechen dem (P+)-Halbleitergebiet 301 bzw. dem (N+)-Halbleitergebiet 302.
  • Man beachte, dass hier im Folgenden in einem Fall, in dem man die Pixel 291-1 bis 291-3 nicht unterscheiden muss, auf sie auch einfach als Pixel 291 verwiesen wird.
  • In dem Fall, in dem ein Signalextraktionsbereich (Tap) auf diese Weise für jedes Pixel ausgebildet ist, wird eine Abstandsinformation auf der Basis von Pixel-Signalen berechnet, die von einigen, einander benachbarten Pixeln erhalten werden, wenn man versucht, den Abstand zu einem Objekt mittels eines indirekten ToF-Verfahrens zu messen.
  • Mit Fokus auf das Pixel 51 werden in einem Zustand, in dem der Signalextraktionsbereich 65 des Pixels 51 ein aktiver Tap ist, einige Pixel 291, die dem Pixel 51 benachbart sind, einschließlich beispielsweise des Pixels 291-1, jeweils so angesteuert, dass die Signalextraktionsbereiche 303 der Pixel 291 als inaktive Taps dienen.
  • Als ein Beispiel werden in den Signalextraktionsbereichen der oben, unten, rechts oder links in 16 benachbarten Pixel 51, wie etwa des Pixels 291-1 und des Pixels 291-3, angesteuert, um als die inaktiven Taps zu dienen.
  • Wenn eine anzulegende Spannung umgeschaltet wird, um den Signalextraktionsbereich 65 des Pixels 51, der der inaktive Tap sein soll, werden danach als Nächstes die Signalextraktionsbereiche 303 einiger Pixel 291, die dem Pixel 51 benachbart sind, einschließlich des Pixels 291-1, angesteuert, um als die aktiven Taps zu dienen.
  • Die Abstandsinformation wird dann auf der Basis eines Pixel-Signals, das vom Signalextraktionsbereich 65 in dem Zustand gelesen wird, in dem der Signalextraktionsbereich 65 der aktive Tap ist, und eines Pixel-Signals berechnet, das vom Signalextraktionsbereich 303 in dem Zustand gelesen wird, in dem der Signalextraktionsbereich 303 der aktive Tap ist.
  • Selbst in dem Fall, in dem die Anzahl an Signalextraktionsbereichen (Taps), die im Pixel vorgesehen sind, eins ist, kann der Abstand mittels des indirekten ToF-Verfahrens unter Verwendung der einander benachbarten Pixel gemessen werden.
  • <Sechste Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Darüber hinaus können in jedem Pixel drei oder mehr Signalextraktionsbereiche (Taps) vorgesehen sein, wie oben beschrieben wurde.
  • Falls vier Signalextraktionsbereiche (Taps) in einem Pixel beispielsweise vorgesehen sind, ist jedes Pixel in einer Pixel-Arrayeinheit 20 wie in 17 veranschaulicht konfiguriert. Man beachte, dass in 17 ein dem Fall in 16 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • 17 veranschaulicht eine Anordnung von (N+)-Halbleitergebieten und (P+)-Halbleitergebieten, wenn Signalextraktionsbereiche in einigen Pixeln, die in der Pixel-Arrayeinheit 20 vorgesehen sind, aus einer zu einem Substrat senkrechten Richtung betrachtet werden.
  • Die gemäß der in 17 veranschaulichten Linie C-C' geschnittene Querschnittsansicht ist wie in der unten zu beschreibenden 36 veranschaulicht.
  • In diesem Beispiel sind ein Pixel 51 und Pixel 291, die in der Pixel-Arrayeinheit 20 vorgesehen sind, veranschaulicht, und in jedem der Pixel sind vier Signalextraktionsbereiche ausgebildet.
  • Das heißt, in einem Pixel 51 sind ein Signalextraktionsbereich 331-1, ein Signalextraktionsbereich 331-2, ein Signalextraktionsbereich 331-3 und ein Signalextraktionsbereich 331-4 an Positionen zwischen einem Zentrum des Pixels 51 und Endbereichen des Pixels 51, das heißt an einer Position unten links, einer Position oben links, einer Position oben rechts und einer Position unten rechts bezüglich der Mitte des Pixels 51 in 17, ausgebildet.
  • Diese Signalextraktionsbereiche 331-1 bis 331-4 entsprechen den in 16 veranschaulichten Signalextraktionsbereichen 65.
  • Beispielsweise ist im Signalextraktionsbereich 331-1 ein kreisförmiges (P+)-Halbleitergebiet 341 an dessen Mittenposition ausgebildet, und eine Peripherie des (P+)-Halbleitergebiets 341 als Zentrum ist von einem (N+)-Halbleitergebiet 342 mit einer kreisförmigen Form, konkreter einer ringförmigen Form, umgeben.
  • Das (P+)-Halbleitergebiet 341 entspricht hier dem in 16 veranschaulichten (P+)-Halbleitergebiet 301 und dient als Spannungsanlegungsbereich. Darüber hinaus entspricht das (N+)-Halbleitergebiet 342 dem in 16 veranschaulichten (N+)-Halbleitergebiet 302 und dient als Ladungsdetektionsbereich. Man beachte, dass das (P+)-Halbleitergebiet 341 und das (N+)-Halbleitergebiet 342 hier beliebige Formen aufweisen können.
  • Darüber hinaus haben die Signalextraktionsbereiche 331-2 bis 331-4 eine Konfiguration ähnlich dem Signalextraktionsbereich 331-1, und jeder enthält das (P+)-Halbleitergebiet, das als Spannungsanlegungsbereich dient, und das (N+)-Halbleitergebiet, das als Ladungsdetektionsbereich dient. Außerdem weisen die um das Pixel 51 herum ausgebildeten Pixel 291 eine dem Pixel 51 ähnliche Struktur auf.
  • Man beachte, dass hier im Folgenden in einem Fall, in dem man die Signalextraktionsbereiche 331-1 bis 331-4 nicht unterscheiden muss, auf sie auch einfach als Signalextraktionsbereich (e) 331 verwiesen wird.
  • Falls, wie oben beschrieben wurde, vier Signalextraktionsbereiche in jedem Pixel vorgesehen sind, wird eine Abstandsinformation unter Verwendung der vier Signalextraktionsbereiche in dem Pixel zur Zeit einer Messung eines Abstands mittels eines indirekten ToF-Verfahrens beispielsweise berechnet.
  • Mit Fokus auf das Pixel 51 als ein Beispiel wird in einem Zustand, in dem die Signalextraktionsbereiche 331-1 und 331-3 aktive Taps sind, das Pixel 51 so angesteuert, dass die Signalextraktionsbereiche 331-2 und 331-4 als inaktive Taps dienen.
  • Danach wird eine an jeden Signalextraktionsbereich 331 anzulegende Spannung umgeschaltet. Das heißt, das Pixel 51 wird so angesteuert, dass die Signalextraktionsbereiche 331-1 und 331-3 als inaktive Taps dienen und die Signalextraktionsbereiche 331-2 und 331-4 als aktive Taps dienen.
  • Die Abstandsinformation wird dann auf der Basis von Pixel-Signalen, die von den Signalextraktionsbereichen 331-1 und 331-3 in dem Zustand gelesen werden, in dem die Signalextraktionsbereiche 331-1 und 331-3 die aktiven Taps sind, und Pixel-Signalen berechnet, die von den Signalextraktionsbereichen 331-2 und 331-4 in dem Zustand gelesen werden, in dem die Signalextraktionsbereiche 331-2 und 331-4 die aktiven Taps sind.
  • <Siebte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Ein Signalextraktionsbereich (Tap) kann unter einander benachbarten Pixeln einer Pixel-Arrayeinheit 20 außerdem geteilt bzw. gemeinsam genutzt werden.
  • In solch einem Fall ist jedes Pixel in der Pixel-Arrayeinheit 20 wie zum Beispiel in 18 veranschaulicht konfiguriert. Man beachte, dass in 18 ein dem Fall in 16 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • 18 veranschaulicht eine Anordnung von (N+)-Halbleitergebieten und (P+)-Halbleitergebieten, wenn Signalextraktionsbereiche in einigen, in der Pixel-Arrayeinheit 20 vorgesehenen Pixeln aus einer zu einem Substrat senkrechten Richtung betrachtet werden.
  • In diesem Beispiel sind ein Pixel 51 und Pixel 291, die in der Pixel-Arrayeinheit 20 vorgesehen sind, veranschaulicht und sind in jedem der Pixel zwei Signalextraktionsbereiche ausgebildet.
  • Beispielsweise ist im Pixel 51 ein Signalextraktionsbereich 371 in einem oberen Endbereich in 18 des Pixels 51 ausgebildet und ist ein Signalextraktionsbereich 372 in einem unteren Endbereich in 18 des Pixels 51 ausgebildet.
  • Der Signalextraktionsbereich 371 wird von dem Pixel 51 und dem Pixel 291-1 gemeinsam genutzt. Das heißt, der Signalextraktionsbereich 371 wird als Tap des Pixels 51 genutzt und wird auch als Tap des Pixels 291-1 genutzt. Darüber hinaus wird der Signalextraktionsbereich 372 von dem Pixel 51 und einem (nicht veranschaulichten) dem Pixel 51 in 18 benachbarten, unteren Pixel gemeinsam genutzt.
  • Ein (P+)-Halbleitergebiet 381 mit einer Linienform entsprechend dem in 14 veranschaulichten (P+)-Halbleitergebiet 231 ist in einer Mittenposition im Signalextraktionsbereich 371 ausgebildet. Ein (N+)-Halbleitergebiet 382-1 und ein (N+)-Halbleitergebiet 382-2 mit einer Linienform entsprechend den in 14 veranschaulichten (N+)-Halbleitergebieten 232 sind an oberen und unteren Positionen in 18 des (P+)-Halbleitergebiets 381 so ausgebildet, dass sie das (P+)-Halbleitergebiet 381 sandwichartig umgeben.
  • Insbesondere ist in diesem Beispiel das (P+)-Halbleitergebiet 381 bei einem Grenzbereich zwischen dem Pixel 51 und dem Pixel 291-1 ausgebildet. Darüber hinaus ist das (N+)-Halbleitergebiet 382-1 in dem Gebiet im Pixel 51 ausgebildet und ist das (N+)-Halbleitergebiet 382-2 im Gebiet im Pixel 291-1 ausgebildet.
  • Das (P+)-Halbleitergebiet 381 dient hier als Spannungsanlegungsbereich, und das (N+)-Halbleitergebiet 382-1 und das (N+)-Halbleitergebiet 382-2 dienen als Ladungsdetektionsbereiche. Man beachte, dass hier im Folgenden in einem Fall, in dem man das (N+)-Halbleitergebiet 382-1 und das (N+)-Halbleitergebiet 382-2 nicht unterscheiden muss, auf sie auch einfach als (N+)-Halbleitergebiet(e) 382 verwiesen wird.
  • Darüber hinaus können das (P+)-Halbleitergebiet 381 und das (N+)-Halbleitergebiet 382 beliebige Formen aufweisen. Ferner können das (N+)-Halbleitergebiet 382-1 und das (N+)-Halbleitergebiet 382-2 mit dem gleichen FD-Bereich verbunden sein oder können mit verschiedenen FD-Bereichen verbunden sein.
  • Ein (P+)-Halbleitergebiet 383, ein (N+)-Halbleitergebiet 384-1 und ein (N+)-Halbleitergebiet 384-2 mit einer Linienform sind im Signalextraktionsbereich 372 ausgebildet.
  • Das (P+)-Halbleitergebiet 383, das (N+)-Halbleitergebiet 384-1 und das (N+)-Halbleitergebiet 384-2 entsprechen dem (P+)-Halbleitergebiet 381, dem (N+)-Halbleitergebiet 382-1 bzw. dem (N+)-Halbleitergebiet 382-2 und weisen eine ähnliche Anordnung, Formen und Funktionen auf. Man beachte, dass hier im Folgenden in einem Fall, in dem man das (N+)-Halbleitergebiet 384-1 und das (N+)-Halbleitergebiet 384-2 nicht unterscheiden muss, auf sie auch einfach als (N+)-Halbleitergebiet (e) 384 verwiesen wird.
  • Wie oben beschrieben wurde, kann selbst in dem Fall, in dem der Signalextraktionsbereich (Tap) zwischen benachbarten Pixeln gemeinsam genutzt wird, der Abstand mittels eines indirekten ToF-Verfahrens durch eine Operation ähnlich dem in 3 veranschaulichten Beispiel gemessen werden.
  • Falls der Signalextraktionsbereich zwischen Pixeln wie in 18 veranschaulicht gemeinsam genutzt wird, wird der Abstand zwischen einem Paar von (P+)-Halbleitergebieten zum Erzeugen eines elektrischen Feldes, das heißt eines Stroms, wie etwa der Abstand zwischen dem (P+)-Halbleitergebiet 381 und dem (P+)-Halbleitergebiet 383, lang. Mit anderen Worten kann der Abstand zwischen den (P+)-Halbleitergebieten maximiert werden, indem man veranlasst, dass sich die Pixel den Signalextraktionsbereich teilen.
  • Dadurch fließt der Strom weniger leicht zwischen den (P+)-Halbleitergebieten, und folglich kann der Leistungsverbrauch des Pixels reduziert werden, und dadurch kann das Pixel vorteilhafterweise miniaturisiert werden.
  • Man beachte, dass hier das Beispiel beschrieben wurde, in welchem ein Signalextraktionsbereich von den zwei, einander benachbarten Pixeln gemeinsam genutzt wird. Jedoch kann ein Signalextraktionsbereich von drei oder mehr, einander benachbarten Pixeln gemeinsam genutzt werden. Darüber hinaus kann in dem Fall, in der Signalextraktionsbereich von zwei oder mehr, einander benachbarten Pixeln gemeinsam genutzt wird, nur der Ladungsdetektionsbereich zum Detektieren eines Signalträgers gemeinsam genutzt werden oder kann nur der Spannungsanlegungsbereich zum Erzeugen eines elektrischen Feldes des Spannungsextraktionsbereichs gemeinsam genutzt werden.
  • <Achte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Außerdem müssen eine On-Chip-Linse und ein lichtabschirmender Bereich zwischen Pixeln, die in jedem Pixel wie etwa einem Pixel 51 einer Pixel-Arrayeinheit 20 vorgesehen sind, nicht ausdrücklich vorgesehen werden.
  • Konkret kann zum Beispiel das Pixel 51 wie in 19 veranschaulicht konfiguriert sein. Man beachte, dass in 19 ein dem Fall in 2 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • Die Konfiguration des in 19 veranschaulichten Pixels 51 unterscheidet sich von derjenigen des in 2 veranschaulichten Pixels 51 dadurch, dass keine On-Chip-Linse 62 vorgesehen ist, und ist in den anderen Punkten die gleiche wie diejenige des Pixels 51 in 2.
  • Da die On-Chip-Linse 62 auf einer Lichteinfallsoberfläche eines Substrats 61 im Pixel 51, das in 19 veranschaulicht ist, nicht vorgesehen ist, kann eine Dämpfung eines von außen in das Substrat 61 eintretenden Infrarotlichts weiter reduziert werden. Dadurch nimmt die Menge an Infrarotlicht, die vom Substrat 61 empfangen werden kann, zu und kann die Empfindlichkeit des Pixels 51 verbessert werden.
  • <Modifikation 1 der achten Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Darüber hinaus kann das Pixel 51 beispielsweise wie in 20 veranschaulicht konfiguriert sein. Man beachte, dass in 20 ein dem Fall in 2 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • Die Konfiguration des in 20 veranschaulichten Pixels 51 unterscheidet sich von derjenigen des in 2 veranschaulichten Pixels 51 dadurch, dass kein lichtabschirmender Film 63-1 zwischen Pixeln und kein lichtabschirmender Film 63-2 zwischen Pixeln vorgesehen sind, und ist in den anderen Punkten die gleiche wie diejenige des Pixels 51 in 2.
  • In dem in 20 veranschaulichten Beispiel wird ein Effekt einer Unterdrückung von Nebensprechen reduziert, da die lichtabschirmenden Filme 63 zwischen Pixeln auf der Lichteinfallsoberfläche des Substrats nicht vorgesehen sind, aber das Infrarotlicht, das durch die lichtabschirmenden Filme 63 zwischen Pixeln abgeschirmt wird, auf das Substrat 61 fällt, und somit kann die Empfindlichkeit des Pixels 51 verbessert werden.
  • Man beachte, dass weder die On-Chip-Linse 62 noch die lichtabschirmenden Filme 63 zwischen Pixeln im Pixel 51 vorgesehen sein können.
  • <Modifikation 2 der achten Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Außerdem kann die Dicke der On-Chip-Linse in Richtung der optischen Achse optimiert werden, wie zum Beispiel in 21 veranschaulicht ist. Man beachte, dass in 21 ein dem Fall in 2 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • Die Konfiguration des in 21 veranschaulichten Pixels unterscheidet sich von derjenigen des in 2 veranschaulichten Pixels dadurch, dass eine On-Chip-Linse 411 anstelle der On-Chip-Linse 62 vorgesehen ist, und ist in den anderen Punkten die gleiche wie diejenige des Pixels 51 in 2.
  • In dem in 21 veranschaulichten Pixel 51 ist die On-Chip-Linse 411 auf der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61, das heißt auf einer oberen Seite in 21, ausgebildet. Die Dicke der On-Chip-Linse 411 ist in der Richtung der optischen Achse geringer als die der in 2 veranschaulichten On-Chip-Linse 62, das heißt, die On-Chip-Linse 411 ist in der vertikalen Richtung in 21 dünn.
  • Je dicker die auf der Oberfläche des Substrats 61 vorgesehene On-Chip-Linse ist, desto vorteilhafter ist sie im Allgemeinen zum Sammeln von in die On-Chip-Linse 411 eintretendem Licht. Indem man jedoch die On-Chip-Linse dünner macht, wird eine Lichtdurchlässigkeit hoch und kann die Empfindlichkeit des Pixels 51 verbessert werden. Außerdem kann die Dicke der On-Chip-Linse 411 gemäß der Dicke des Substrats 61, der Position, an der das Infrarotlicht gesammelt wird, oder dergleichen geeignet bestimmt werden.
  • <Neunte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Außerdem kann ein Trennbereich zum Verbessern von Trenncharakteristiken zwischen benachbarten Pixeln und Unterdrücken von Nebensprechen zwischen Pixeln vorgesehen sein, die in einer Pixel-Arrayeinheit 20 ausgebildet sind.
  • In solch einem Fall ist ein Pixel 51 wie beispielsweise in 22 veranschaulicht konfiguriert. Man beachte, dass in 22 ein dem Fall in 2 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet wird und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • Die Konfiguration des in 22 veranschaulichten Pixels 51 ist von derjenigen des in 2 veranschaulichten Pixels 51 insofern verschieden, als ein Trennbereich 441-1 und ein Trennbereich 441-2 in einem Substrat 61 vorgesehen sind, und ist in den anderen Punkten die gleiche wie diejenige des Pixels 51 in 2.
  • In dem in 22 veranschaulichten Pixel 51 sind der Trennbereich 441-1 und der Trennbereich 441-2 zum Trennen benachbarter Pixel unter Verwendung eines lichtabschirmenden Films und dergleichen in einem Grenzbereich im Substrat 61 zwischen dem Pixel 51 und einem anderen, dem Pixel 51 benachbarten Pixel, das heißt in rechten und linken Endbereichen in 22 des Pixels 51, ausgebildet. Man beachte, dass hier im Folgenden in einem Fall, in dem man den Trennbereich 441-1 und den Trennbereich 441-2 nicht unterscheiden muss, auf sie auch einfach als Trennbereich(e) 441 verwiesen wird.
  • Zu der Zeit, zu der der Trennbereich 441 gebildet wird, wird beispielsweise eine lange Vertiefung (Graben) im Substrat 61 mit einer vorbestimmten Tiefe nach unten (eine Richtung senkrecht zu einer Oberfläche des Substrats 61) in 22 von einer Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 aus, das heißt von einer oberen Oberfläche in 22 aus, ausgebildet, und ein lichtabschirmender Film wird in dem Vertiefungsbereich eingebettet, um den Trennbereich 441 zu bilden. Dieser Trennbereich 441 dient als Pixel-Trenngebiet, das von der Lichteinfallsseite aus in das Substrat 61 eintretendes und auf ein anderes, dem Pixel 51 benachbartes Pixel gerichtetes Infrarotlicht abschirmt.
  • Durch Ausbilden des eingebetteten Trenngebiets 441 auf diese Weise können die Trenncharakteristiken von Infrarotlicht zwischen Pixeln verbessert werden und kann ein Auftreten von Nebensprechen unterdrückt werden.
  • <Modifikationsbeispiel 1 der neunten Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • In dem Fall, in dem das eingebettete Trenngebiet im Pixel 51 ausgebildet wird, können beispielsweise außerdem ein Trenngebiet 471-1 und ein Trenngebiet 471-2, die das gesamte Substrat 61 durchdringen, wie in 23 veranschaulicht vorgesehen werden. Man beachte, dass in 23 ein dem Fall in 2 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • Die Konfiguration des in 23 veranschaulichten Pixels 51 ist von derjenigen des in 2 veranschaulichten Pixels 51 insofern verschieden, als ein Trenngebiet 471-1 und ein Trenngebiet 471-2 im Substrat 61 vorgesehen sind, und ist in den anderen Punkten die gleiche wie diejenige des Pixels 51 in 2. Das heißt, das in 23 veranschaulichte Pixel 51 hat eine Konfiguration, in der das Trenngebiet 471-1 und das Trenngebiet 471-2 anstelle der Trenngebiete 441 des in 22 veranschaulichten Pixels 51 vorgesehen sind.
  • In dem in 23 veranschaulichten Pixel 51 sind das Trenngebiet 471-1 und das Trenngebiet 471-2, die das gesamte Substrat 61 durchdringen, unter Verwendung eines lichtabschirmenden Films und dergleichen in einem Grenzbereich im Substrat 61 zwischen dem Pixel 51 und einem anderen, dem Pixel 51 benachbarten Pixel, das heißt in rechten und linken Endbereichen in 22 des Pixels 51, ausgebildet. Man beachte, dass hier im Folgenden in einem Fall, in dem man das Trenngebiet 471-1 und das Trenngebiet 471-2 nicht unterscheiden muss, auf sie auch einfach als Trenngebiet(e) 471 verwiesen wird.
  • Zu der Zeit, zu der das Trenngebiet 471 ausgebildet wird, wird beispielsweise eine lange Vertiefung (Graben) von einer der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 entgegengesetzten Oberfläche aus, das heißt von einer unteren Oberfläche in 23 aus, nach oben ausgebildet. Zu dieser Zeit werden die Vertiefungen so ausgebildet, dass sie das Substrat 61 durchdringen, bis die Vertiefungen die Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 erreichen. Ein lichtabschirmender Film wird dann in dem so ausgebildeten Vertiefungsbereich eingebettet, um das Trenngebiet 471 auszubilden.
  • Selbst mit solch einem Trenngebiet 471 des eingebetteten Typs können die Trenncharakteristiken eines Infrarotlichts zwischen Pixeln verbessert werden und kann ein Auftreten von Nebensprechen unterdrückt werden.
  • <Zehnte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Die Dicke eines Substrats, in welchem ein Signalextraktionsbereich 65 ausgebildet ist, kann außerdem gemäß beispielsweise verschiedenen Charakteristiken von Pixeln bestimmt werden.
  • Wie in 24 veranschaulicht ist, kann daher ein ein Pixel 51 bildendes Substrat 501 zum Beispiel dicker als das in 2 veranschaulichte Substrat 61 geschaffen werden. Man beachte, dass in 24 ein dem Fall in 2 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet wird und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • Die Konfiguration des in 24 veranschaulichten Pixels 51 unterschiedet sich von derjenigen des in 2 veranschaulichten Pixels 51 dadurch, dass anstelle des Substrats 61 das Substrat 501 vorgesehen ist, und ist in den anderen Punkten die gleiche wie diejenige des Pixels 51 in 2.
  • Das heißt, in dem in 24 veranschaulichten Pixel sind eine On-Chip-Linse 62, ein Film 66 für fixierte Ladung und lichtabschirmende Filme 63 zwischen Pixeln auf einer Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 501 ausgebildet. Darüber hinaus sind ein Oxidfilm 64, Signalextraktionsbereiche 65 und Trennbereiche 75 nahe einer vorderen Oberfläche des Substrats 501 ausgebildet, wobei die vordere Oberfläche der Seite der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist.
  • Das Substrat 501 wird unter Verwendung beispielsweise eines Halbleitersubstrats vom p-Typ mit einer Dicken von 20 µm oder mehr gebildet. Das Substrat 501 und das Substrat 61 unterscheiden sich nur in der Dicke des Substrats, und die Positionen, an denen der Oxidfilm 64, die Signalextraktionsbereiche 65 und die Trennbereiche 75 ausgebildet sind, sind zwischen dem Substrat 501 und dem Substrat 61 die gleiche Position.
  • Man beachte, dass die Dicken der verschiedenen Schichten (Filme), die auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche und dergleichen des Substrats 501 und des Substrats 61 geeignet ausgebildet sind, gemäß den Charakteristiken des Pixels 51 und dergleichen optimiert werden können.
  • <Elfte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • In der obigen Beschreibung wurde außerdem das Beispiel beschrieben, in welchem das das Pixel 51 bildende Substrat unter Verwendung eines Halbleitersubstrats vom p-Typ ausgebildet wird. Jedoch kann das Substrat unter Verwendung eines Halbleitersubstrats vom N-Typ, wie zum Beispiel in 25 veranschaulicht ist, gebildet werden. Man beachte, dass in 25 ein dem Fall in 2 entsprechende Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • Die Konfiguration des in 25 veranschaulichten Pixels 51 ist von derjenigen des in 2 veranschaulichten Pixels insofern verschieden, als anstelle des Substrats 61 ein Substrat 531 vorgesehen ist, und ist in den anderen Punkten die gleiche wie diejenige des Pixels 51 in 2.
  • In dem in 25 veranschaulichten Pixel 51 sind eine On-Chip-Linse 62, ein Film 66 für fixierte Ladung und lichtabschirmende Filme 63 zwischen Pixeln auf einer Seite der Lichteinfallsoberfläche des unter Verwendung einer Halbleiterschicht vom N-Typ gebildeten Substrats 531 wie etwa eines Siliziumsubstrats ausgebildet.
  • Darüber hinaus sind ein Oxidfilm 64, Signalextraktionsbereiche 65 und Trennbereiche 75 nahe einer vorderen Oberfläche des Substrats 531 ausgebildet, wobei die vordere Oberfläche der Seite der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist. Die Positionen, an den der Oxidfilm 64, die Signalextraktionsbereiche 65 und die Trennbereiche 75 ausgebildet sind, sind zwischen dem Substrat 531 und dem Substrat 61 die gleiche Position, und die Konfiguration des Signalextraktionsbereichs 65 ist zwischen dem Substrat 531 und dem Substrat 61 die gleiche.
  • Beispielsweise beträgt im Substrat 531 die Dicke in einer vertikalen Richtung in 25, das heißt die Dicke in einer zu einer Oberfläche des Substrats 531 senkrechten Richtung, 20 µm oder weniger.
  • Darüber hinaus ist das Substrat 531 beispielsweise ein N-Epi-Substrat mit hohem Widerstand, das eine Substratkonzentration der Größenordnung 1E+13 oder weniger aufweist, und der Widerstand (spezifischer Widerstand) des Substrats 531 beträgt zum Beispiel 500 [Qcm] oder mehr. Infolgedessen kann der Leistungsverbrauch des Pixels 51 reduziert werden.
  • Hier ist der Zusammenhang zwischen der Substratkonzentration und dem Widerstand des Substrats 531 beispielsweise der Widerstand von 2000 [Qcm], wenn die Substratkonzentration 2,15E+12 [cm3] beträgt, der Widerstand von 1000 [Qcm], wenn die Substratkonzentration 4,30E+12 [cm3] beträgt, der Widerstand 500 [Qcm], wenn die Substratkonzentration 8,61E+12 [cm3] beträgt, der Widerstand von 100 [Qcm], wenn die Substratkonzentration 4,32E+13 [cm3] beträgt, und dergleichen.
  • Wie oben beschrieben wurde, können, selbst wenn das Halbleitersubstrat vom N-Typ für das Substrat 531 des Pixels 51 verwendet wird, ähnliche Effekte durch einen dem in 2 veranschaulichten Beispiel ähnlichen Betrieb erhalten werden.
  • <Zwölfte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Darüber hinaus kann die Dicke eines Halbleitersubstrats vom N-Typ gemäß verschiedenen Charakteristiken von Pixeln und dergleichen ähnlich dem unter Bezugnahme auf 24 beschriebene Beispiel bestimmt werden.
  • Wie in 26 veranschaulicht ist, kann daher ein ein Pixel 51 bildendes Substrat 561 zum Beispiel dicker als das in 25 veranschaulichte Substrat 531 geschaffen werden. Man beachte, dass in 26 ein dem Fall in 25 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • Die Konfiguration des in 26 veranschaulichten Pixels 51 unterscheidet sich von derjenigen des in 25 veranschaulichten Pixels 51 dadurch, dass anstelle des Substrats 531 das Substrat 561 vorgesehen ist, und ist in den anderen Punkten die gleiche wie diejenige des Pixels 51 in 25.
  • Das heißt, in dem in 26 veranschaulichten Pixel 51 sind eine On-Chip-Linse 62, ein Film 66 mit fixierter Ladung und lichtabschirmende Filme 63 zwischen Pixeln auf einer Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 561 ausgebildet. Darüber hinaus sind ein Oxidfilm 64, Signalextraktionsbereiche 65 und Trennbereiche 75 nahe einer vorderen Oberfläche des Substrats 561 ausgebildet, wobei die vordere Oberfläche der Seite der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist.
  • Das Substrat 561 wird unter Verwendung beispielsweise eines Halbleitersubstrats vom N-Typ mit einer Dicke von 20 µm oder mehr gebildet. Das Substrat 561 und das Substrat 531 unterscheiden sich nur in der Dicke des Substrats, und die Positionen, an denen der Oxidfilm 64, die Signalextraktionsbereiche 65 und die Trennbereiche 75 ausgebildet sind, sind die gleiche Position zwischen dem Substrat 561 und dem Substrat 531.
  • <Dreizehnte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Indem man eine Seite der Lichteinfallsoberfläche eines Substrats 61 zum Beispiel unter Vorspannung setzt bzw. vorspannt, kann ferner ein elektrisches Feld im Substrat 61 in einer zu einer Oberfläche des Substrats 61 senkrechten Richtung (worauf hier im Folgenden auch als Z-Richtung verwiesen wird) verstärkt werden.
  • In solch einem Fall ist ein Pixel 51 wie zum Beispiel in 27 veranschaulicht konfiguriert. Man beachte, dass in 27 ein dem Fall in 2 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • A in 27 veranschaulicht das in 2 veranschaulichte Pixel 51, und die Pfeile im Substrat 61 des Pixels 51 repräsentieren die Stärke des elektrischen Feldes in der Z-Richtung im Substrat 61.
  • Im Gegensatz dazu veranschaulicht B in 27 eine Konfiguration des Pixels 51 in einem Fall, in dem die Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 vorgespannt (eine Spannung an diese angelegt) wird. Die Konfiguration des Pixels 51 in B in 27 ist grundsätzlich die gleiche wie die Konfiguration des in 2 veranschaulichten Pixels 51; jedoch ist ein (P+)-Halbleitergebiet 601 einer Grenzfläche auf der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 neu hinzugefügt.
  • Eine Spannung (negative Vorspannung) von 0 V oder geringer wird von innerhalb oder außerhalb der Pixel-Arrayeinheit 20 an das (P+)-Halbleitergebiet 601 angelegt, das an der Grenzfläche auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 ausgebildet ist, sodass das elektrische Feld in der Z-Richtung verstärkt wird. Die Pfeile im Substrat 61 des Pixels 51 in B in 27 repräsentieren die Stärke des elektrischen Feldes in der Z-Richtung im Substrat 61. Der im Substrat 61 in B in 27 gezeichnete Pfeil ist hinsichtlich der Dicke dicker als der Pfeil des Pixels 51 in A in 27, und das elektrische Feld in der Z-Richtung ist in B in 27 stärker als dasjenige in A in 27. Indem man eine negative Vorspannung an das auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 ausgebildete (P+)-Halbleitergebiet 601 anlegt, kann das elektrische Feld in der Z-Richtung verstärkt werden und kann eine Effizienz eine Elektronenextraktion in Signalextraktionsbereichen 65 verbessert werden.
  • Man beachte, dass die Konfiguration zum Anlegen der Spannung an die Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 nicht auf die mit dem (P+)-Halbleitergebiet 601 versehene Konfiguration beschränkt ist und jede beliebige Konfiguration übernommen werden kann. Beispielsweise kann ein transparenter Elektrodenfilm zwischen der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 und einer On-Chip-Linse 62 gestapelt werden, und eine negative Vorspannung kann angelegt werden, indem eine Spannung an den transparenten Elektrodenfilm angelegt wird.
  • <Vierzehnte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Um die Empfindlichkeit eines Pixels 51 gegenüber Infrarotlicht zu verbessern, kann außerdem ein reflektierendes Bauteil mit großer Fläche auf einer Oberfläche eines Substrats 61 vorgesehen werden, wobei die Oberfläche einer Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist.
  • In solch einem Fall ist ein Pixel 51 wie zum Beispiel in 28 veranschaulicht konfiguriert. Man beachte, dass in 28 ein dem Fall in 2 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • Die Konfiguration des in 28 veranschaulichten Pixels 51 ist von derjenigen des Pixels 51 in 2 insofern verschieden, als auf der Oberfläche des Substrats 61 ein reflektierendes Bauteil 631 vorgesehen ist, wobei die Oberfläche der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist, und ist in den anderen Punkten die gleiche wie diejenige des Pixels 51 in 2.
  • In dem in 28 veranschaulichten Beispiel ist das reflektierende Bauteil 631, das das Infrarotlicht reflektiert, so vorgesehen, dass es die gesamte Oberfläche des Substrats 61 bedeckt, wobei die Oberfläche der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist.
  • Das reflektierende Bauteil 531 kann ein jedes beliebige Bauteil sein, solange das Bauteil einen hohen Reflexionsgrad für Infrarotlicht aufweist. Beispielsweise kann als das reflektierende Bauteil 631 ein Metall wie etwa Kupfer oder Aluminium verwendet werden, das in einer Mehrschicht-Verdrahtungsschicht vorgesehen ist, die auf der Oberfläche des Substrats 61 gestapelt ist, wobei die Oberfläche der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist, oder kann eine reflektierende Struktur aus Polysilizium, einem Oxidfilm oder dergleichen auf der Oberfläche des Substrats 61 ausgebildet werden, wobei die Oberfläche der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist, um das reflektierende Bauteil 631 zu bilden.
  • Indem man das reflektierende Bauteil 631 auf diese Weise im Pixel 51 vorsieht, kann das Infrarotlicht, das über die On-Chip-Linse 62 von der Lichteinfallsoberfläche aus in das Substrat 61 eintritt und, ohne im Substrat 61 fotoelektrisch umgewandelt zu werden, durch das Substrat 61 durchgelassen wird, von reflektierenden Bauteil 631 reflektiert werden, um erneut in das Substrat 61 einzutreten. Infolgedessen kann die Menge an im Substrat 61 fotoelektrisch umgewandeltem Infrarotlicht erhöht werden, und die Quanteneffizienz (QE), das heißt die Empfindlichkeit des Pixels 51 gegenüber Infrarotlicht, kann verbessert werden.
  • <Fünfzehnte Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Um eine fehlerhafte Lichtdetektion in einem nahe gelegenen Pixel zu unterdrücken, kann außerdem ein lichtabschirmendes Bauteil mit großer Fläche auf einer Oberfläche eines Substrats 61 vorgesehen werden, wobei die Oberfläche einer Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist.
  • In solch einem Fall kann ein Pixel 51 eine Konfiguration aufweisen, in der das in 28 veranschaulichte reflektierende Bauteil 631 zum Beispiel durch das lichtabschirmende Bauteil ersetzt ist. Das heißt, das reflektierende Bauteil 631, das die gesamte Oberfläche bedeckt, die der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 in dem in 28 veranschaulichten Pixel 51 gegenüberliegt, ist durch ein lichtabschirmendes Bauteil 631' ersetzt, das Infrarotlicht abschirmt. Das reflektierende Bauteil 631 des Pixels 51 in 28 wird als das lichtabschirmende Bauteil 631' verwendet.
  • Das lichtabschirmende Bauteil 631' kann jedes beliebige Bauteil sein, solange das Bauteil eine hohe Lichtabschirmrate für Infrarotlicht aufweist. Beispielsweise kann als das lichtabschirmende Bauteil 631' ein Metall wie etwa Kupfer oder Aluminium verwendet werden, das in einer Mehrschicht-Verdrahtungsschicht vorgesehen ist, die auf der Oberfläche des Substrats 61 gestapelt ist, wobei die Oberfläche der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist, oder kann eine lichtabschirmende Struktur aus Polysilizium, einem Oxidfilm oder dergleichen auf der Oberfläche des Substrats 61 ausgebildet werden, wobei die Oberfläche der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist, um das lichtabschirmende Bauteil 631' zu bilden.
  • Indem man das lichtabschirmende Bauteil 631' auf diese Weise im Pixel 51 vorsieht, kann unterbunden werden, dass Infrarotlicht, das von der Lichteinfallsoberfläche aus über eine On-Chip-Linse 62 in das Substrat 61 eingetreten und, ohne im Substrat 61 fotoelektrisch umgewandelt zu werden, durch das Substrat 61 hindurchgegangen ist, in einer Verdrahtungsschicht gestreut wird und in ein nahe gelegenes Pixel eintritt. Dadurch kann die fehlerhafte Lichtdetektion im nahe gelegenen Pixel verhindert werden.
  • Man beachte, dass das lichtabschirmende Bauteil 631' auch als das reflektierende Bauteil 631 genutzt werden kann, indem es beispielsweise unter Verwendung eines metallhaltigen Materials ausgebildet wird.
  • <Sechzehntes Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Außerdem kann anstelle eines Oxidfilms 64 in einem Substrat 61 eines Pixels 51 ein P-Wannengebiet vorgesehen werden, das ein Halbleitergebiet von P-Typ enthält.
  • In solch einem Fall ist das Pixel 51 wie zum Beispiel in 29 veranschaulicht konfiguriert. Man beachte, dass in 29 ein dem Fall in 2 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • Die Konfiguration des in 29 veranschaulichten Pixels unterscheidet sich von derjenigen des in 2 veranschaulichten Pixels dadurch, dass anstelle des Oxidfilms 64 ein P-Wannengebiet 671, ein Trennbereich 672-1 und ein Trennbereich 672-2 vorgesehen sind, und ist in den anderen Punkten die gleiche wie diejenige des Pixels 51 in 2.
  • In dem in 29 veranschaulichten Beispiel ist das das Halbleitergebiet vom P-Typ enthaltende P-Wannengebiet 671 in einem zentralen Bereich innerhalb der Oberfläche des Substrats 61, wobei die Oberfläche der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist, das heißt innerhalb der unteren Oberfläche in 29, ausgebildet. Darüber hinaus ist ein Trennbereich 672-1, um das P-Wannengebiet 671 und ein (N+)-Halbleitergebiet 71-1 zu trennen, unter Verwendung eines Oxidfilms und dergleichen zwischen dem P-Wannengebiet 671 und dem (N+)-Halbleitergebiet 71-1 ausgebildet. Ähnlich ist ein Trennbereich 672-2, um das P-Wannengebiet 671 und ein (N+)-Halbleitergebiet 71-2 zu trennen, unter Verwendung eines Oxidfilms und dergleichen zwischen dem P-Wannengebiet 671 und dem (N+)-Halbleitergebiet 71-2 ausgebildet. In dem in 29 veranschaulichten Pixel 51 weist ein (P-)-Halbleitergebiet 74 ein größeres Gebiet nach oben in 29 als ein (N-)-Halbleitergebiet 72 auf.
  • <Siebzehntes Ausführungsform>
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels>
  • Ein ein Halbleitergebiet vom P-Typ enthaltendes P-Wannengebiet kann darüber hinaus ferner zusätzlich zu einem Oxidfilm 64 in einem Substrat 61 eines Pixels 51 vorgesehen werden.
  • In solch einem Fall ist das Pixel 51 wie zum Beispiel in 30 veranschaulicht konfiguriert. Man beachte, dass in 30 ein dem Fall in 2 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • Die Konfiguration des in 30 veranschaulichten Pixels 51 ist von derjenigen des in 2 veranschaulichten Pixels 51 insofern verschieden, als ein P-Wannengebiet 701 neu vorgesehen ist, und ist in den anderen Punkten die gleiche wie diejenige des Pixels 51. Das heißt, das P-Wannengebiet 701, das ein Halbleitergebiet vom P-Typ umfasst, ist auf einer oberen Seite eines Oxidfilms 64 in einem Substrat 61 in dem in 30 veranschaulichten Beispiel ausgebildet.
  • Wie oben beschrieben wurde, weist gemäß der vorliegenden Technologie ein CAPD-Sensor eine rückseitig beleuchtete Konfiguration auf, wodurch Charakteristiken wie etwa eine Pixel-Empfindlichkeit verbessert werden.
  • <Konfigurationsbeispiel einer Ersatzschaltung des Pixels>
  • 31 veranschaulicht eine Ersatzschaltung des Pixels 51.
  • Das Pixel 51 enthält einen Übertragungstransistor 721A, ein FD 722A, einen Rücksetztransistor 723A, einen Verstärkungstransistor 724A und einen Auswahltransistor 725A für den Signalextraktionsbereich 65-1, der ein (N+)-Halbleitergebiet 71-1, ein (P+)-Halbleitergebiet 73-1 und dergleichen enthält.
  • Darüber hinaus enthält das Pixel 51 einen Übertragungstransistor 721B, ein FD 722B, einen Rücksetztransistor 723B, einen Verstärkungstransistor 724B und einen Auswahltransistor 725B für einen Signalextraktionsbereich 65-2, der ein (N+)-Halbleitergebiet 71-2, ein (P+)-Halbleitergebiet 73-2 und dergleichen enthält.
  • Eine Abgriff- bzw. Tab-Ansteuerungseinheit 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. Im obigen Beispiel ist eine der Spannungen MIXO und MIX1 1,5 V und die andere 0 V. Die (P+)-Halbleitergebiete 73-1 und 73-2 sind Spannungsanlegungsbereiche, an die die erste Spannung oder die zweite Spannung angelegt wird.
  • Die (N+)-Halbleitergebiete 71-1 und 71-2 sind Ladungsdetektionsbereiche, die Ladungen detektieren und akkumulieren, die erzeugt werden, indem das Licht, das in das Substrat 61 eingetreten ist, fotoelektrisch umgewandt wird.
  • Der Übertragungstransistor 721A wird als Antwort auf einen aktiven Zustand eines Ansteuerungssignals TRG, das einer Gateelektrode bereitgestellt wird, leitfähig, wodurch die in dem (N+)-Halbleitergebiet 71-1 akkumulierte Ladung zum FD 722A übertragen wird. Der Übertragungstransistor 721B wird als Antwort auf einen aktiven Zustand eines Ansteuerungssignals TRG, das einer Gateelektrode bereitgestellt wird, leitfähig, wodurch die im (N+)-Halbleitergebiet 71-2 akkumulierte Ladung zum FD 722B übertragen wird.
  • Das FD 722A hält eine vom (N+)-Halbleitergebiet 71-1 zugeführte Ladung DET0 vorübergehend zurück. Das FD 722B hält eine von dem (N+)-Halbleitergebiet 71-2 zugeführte Ladung DET1 vorübergehend zurück. Das FD 722A entspricht dem unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen FD-Bereich A, und das FD 722B entspricht dem FD-Bereich B in 2.
  • Der Rücksetztransistor 723A wird als Antwort auf einen aktiven Zustand eines Ansteuerungssignals RST, das einer Gateelektrode bereitgestellt wird, leitfähig, wodurch ein Potential des FD 722A auf einen vorbestimmten Pegel (Stromversorgungsspannung VDD) zurückgesetzt wird. Der Rücksetztransistor 723B wird als Antwort auf einen aktiven Zustand eines Ansteuerungssignals RST, das einer Gateelektrode bereitgestellt wird, leitfähig, wodurch ein Potential des FD 722B auf einen vorbestimmten Pegel (Stromversorgungsspannung VDD) zurückgesetzt wird. Man beachte, dass die Übertragungstransistoren 721A und 721B zu der gleichen Zeit, zu der die Rücksetztransistoren 723A, 723B aktiv werden, aktiv werden.
  • Der Verstärkungstransistor 724A hat eine Sourceelektrode, die über den Auswahltransistor 725A mit einer vertikalen Signalleitung 29A verbunden ist, um eine Sourcefolgerschaltung mit einer Last MOS einer Konstantstromquellenschaltung 726A zu bilden, die mit einem Ende der vertikalen Signalleitung 29A verbunden ist. Der Verstärkungstransistor 724B hat eine Sourceelektrode, die über den Auswahltransistor 725B mit einer vertikalen Signalleitung 29B verbunden ist, um eine Sourcefolgerschaltung mit einer Last MOS einer Konstantstromquellenschaltung 726B zu bilden, die mit einem Ende der vertikalen Signalleitung 29B verbunden ist.
  • Der Auswahltransistor 725A ist zwischen die Sourceelektrode des Verstärkungstransistors 724A und die vertikale Signalleitung 29A geschaltet. Der Auswahltransistor 725A wird als Antwort auf einen aktiven Zustand eines Auswahlsignals SEL, das einer Gateelektrode bereitgestellt wird, leitfähig, wodurch ein vom Verstärkungstransistor 724A ausgegebenes Pixel-Signal an die vertikale Signalleitung 29A ausgegeben wird.
  • Der Auswahltransistor 725B ist zwischen die Sourceelektrode des Verstärkungstransistors 724B und die vertikale Signalleitung 29B geschaltet. Der Auswahltransistor 725B wird als Antwort auf einen aktiven Zustand eines Auswahlsignals SEL, das einer Gateelektrode bereitgestellt wird, leitfähig, wodurch ein vom Verstärkungstransistor 724B ausgegebenes Pixel-Signal zur vertikalen Signalleitung 29B ausgegeben wird.
  • Die Übertragungstransistoren 721A und 721B des Pixels 51, die Rücksetztransistoren 723A und 723B, die Verstärkungstransistoren 724A und 724B und die Auswahltransistoren 725A und 725B des Pixels 51 werden durch beispielsweise eine vertikale Ansteuerungsschaltung 22 gesteuert.
  • <Konfigurationsbeispiel einer anderen Ersatzschaltung des Pixels>
  • 32 veranschaulicht eine andere Ersatzschaltung des Pixels 51.
  • Man beachte, dass in 32 ein 31 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • In der Ersatzschaltung in 32 sind eine zusätzliche Kapazität 727 und ein Schalttransistor 728 zum Steuern der Verbindung der zusätzlichen Kapazität 727 beiden Signalextraktionsbereichen 65-1 und 65-2 in Bezug auf die Ersatzschaltung in 31 hinzugefügt.
  • Konkret ist eine zusätzliche Kapazität 727A über einen Schalttransistor 728A zwischen den Übertragungstransistor 721A und das FD 722A geschaltet und ist über einen Schalttransistor 728B eine zusätzliche Kapazität 727B zwischen den Übertragungstransistor 721B und das FD 722B geschaltet.
  • Der Schalttransistor 728A wird als Antwort auf einen aktiven Zustand eines Ansteuerungssignals FDG, das einer Gateelektrode bereitgestellt wird, leitfähig, wodurch die zusätzliche Kapazität 727A mit der FD 722A verbunden wird. Der Schalttransistor 728B wird als Antwort auf einen aktiven Zustand eines Ansteuerungssignal FDG, das einer Gateelektrode bereitgestellt wird, leitfähig, wodurch die zusätzlich Kapazität 727B mit dem FD 722B verbunden wird.
  • Beispielsweise verbindet die vertikale Ansteuerungseinheit 22 mit den Schalttransistoren 728A und 728B im aktiven Zustand das FD 722A und die zusätzliche Kapazität 727A und verbindet das FD 722B und die zusätzliche Kapazität 727B, wenn die Menge an einfallendem Licht hoch und eine Beleuchtungsstärke bzw. Lichtintensität hoch ist. Dadurch können mehr Ladungen bei hoher Lichtintensität akkumuliert werden.
  • Wenn die Menge an einfallendem Licht gering ist und die Lichtintensität niedrig ist, stellt indes die vertikale Ansteuerungseinheit 22 die Schalttransistoren 728A und 728B auf einen inaktiven Zustand ein und trennt die zusätzlichen Kapazitäten 727A und 727B vom FD 722A bzw. 722B.
  • Obgleich die zusätzlichen Kapazitäten 727 wie in der Ersatzschaltung in 31 weggelassen werden können, kann ein hoher Dynamikbereich sichergestellt werden, indem die zusätzlichen Kapazitäten 727 vorgesehen und die zusätzlichen Kapazitäten 727 entsprechend der Menge an einfallendem Licht geeignet genutzt werden.
  • <Anordnungsbeispiel einer Spannungsversorgungsleitung>
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 33 bis 35 eine Anordnung von Spannungsversorgungsleitungen beschrieben, um die vorbestimmte Spannung MIXO oder MIX1 an die (P+)-Halbleitergebiete 73-1 und 73-2 als Spannungsanlegungsbereiche der Signalextraktionsbereiche 65 jedes Pixels 51 anzulegen. Die in 33 und 34 veranschaulichten Spannungsversorgungsleitungen 741 entsprechen in 1 veranschaulichten Spannungsversorgungsleitungen 30.
  • Man beachte, dass in den 33 und 34 die in 9 veranschaulichte kreisförmige Konfiguration als die Konfiguration des Signalextraktionsbereichs 65 jedes Pixels 51 übernommen ist, aber selbstverständlich eine andere Konfiguration verwendet werden kann.
  • A in 33 ist eine Draufsicht, die ein erstes Anordnungsbeispiel von Spannungsversorgungsleitungen veranschaulicht.
  • Im ersten Anordnungsbeispiel ist die Spannungsversorgungsleitung 741-1 oder 741-2 entlang einer vertikalen Richtung (in einer Grenze) zwischen in einer horizontalen Richtung benachbarten zwei Pixeln in einer Vielzahl von Pixeln 51 verdrahtet, die in einer Matrix zweidimensional angeordnet sind.
  • Die Spannungsversorgungsleitung 741-1 ist mit dem (P+)-Halbleitergebiet 73-1 des Signalextraktionsbereichs 65-1 verbunden, der einer der zwei Signalextraktionsbereiche 65 im Pixel 51 ist. Die Spannungsversorgungsleitung 741-2 ist mit dem (P+)-Halbleitergebiet 73-2 des Signalextraktionsbereichs 65-2 verbunden, der der andere der zwei Signalextraktionsbereiche 65 im Pixel 51 ist.
  • Im ersten Anordnungsbeispiel sind die beiden Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 für zwei Spalten von Pixeln angeordnet, sodass die Anzahl an Spannungsversorgungsleitungen 741, die in einer Pixel-Arrayeinheit 20 angeordnet sind, nahezu gleich der Anzahl an Spalten der Pixel 51 wird.
  • B in 33 ist eine Draufsicht, die ein zweites Anordnungsbeispiel von Spannungsversorgungsleitungen veranschaulicht.
  • Im zweiten Anordnungsbeispiel sind die beiden Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 entlang der vertikalen Richtung für eine Pixel-Spalte in einer Vielzahl von Pixeln 51 verdrahtet, die in einer Matrix zweidimensional angeordnet sind.
  • Die Spannungsversorgungsleitung 741-1 ist mit dem (P+)-Halbleitergebiet 73-1 des Signalextraktionsbereichs 65-1 verbunden, der einer der zwei Signalextraktionsbereiche 65 im Pixel 51 ist. Die Spannungsversorgungsleitung 741-2 ist mit dem (P+)-Halbleitergebiet 73-2 des Signalextraktionsbereichs 65-2 verbunden, der der andere der zwei Signalextraktionsbereiche 65 im Pixel 51 ist.
  • Im zweiten Anordnungsbeispiel sind die beiden Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 für eine Pixel-Spalte so verdrahtet, dass vier Spannungsversorgungsleitungen 741 für zwei Pixel-Spalten angeordnet sind. In der Pixel-Arrayeinheit 20 ist die Anzahl von in einem Array angeordneten Spannungsversorgungsleitungen 741 etwa die doppelte Anzahl der Spalten der Pixel 51.
  • Die beiden Anordnungsbeispiele in A und B in 33 sind eine periodische Anordnung, in der die Konfiguration, in welcher die Spannungsversorgungsleitung 741-1 mit dem (P+)-Halbleitergebiet 73-1 des Signalextraktionsbereichs 65-1 verbunden ist und die Spannungsversorgungsspannung 741-2 mit dem (P+)-Halbleitergebiet 73-2 des Signalextraktionsbereichs 65-2 verbunden ist, bezüglich der in der vertikalen Richtung angeordneten Pixel periodisch wiederholt wird.
  • Im ersten Anordnungsbeispiel in A in 33 kann die Anzahl an Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2, die mit der Pixel-Arrayeinheit 20 verdrahtet werden sollen, reduziert werden.
  • Im Anordnungsbeispiel in B in 33 ist die Anzahl an zu verdrahtenden Spannungsversorgungsleitungen größer als diejenige im ersten Anordnungsbeispiel, beträgt aber die Anzahl an Signalextraktionsbereichen 65, die mit einer Spannungsversorgungsleitung 741 verbunden sind, 1/2. Daher kann eine Verdrahtungslast reduziert werden, was für eine Ansteuerung mit hoher Geschwindigkeit effektiv ist und wenn die Gesamtzahl an Pixeln der Pixel-Arrayeinheit 20 groß ist.
  • A in 34 ist eine Draufsicht, die ein drittes Anordnungsbeispiel von Spannungsversorgungsleitungen veranschaulicht.
  • Das dritte Anordnungsbeispiel ist ein Beispiel, in welchem ähnlich dem ersten Anordnungsbeispiel in A in 33 die beiden Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 für zwei Spalten von Pixeln angeordnet sind.
  • Der Unterschied des dritten Anordnungsbeispiels gegenüber dem ersten Anordnungsbeispiel in A in 33 besteht darin, dass Verbindungsziele der Signalextraktionsbereiche 65-1 und 65-2 in den zwei, in der vertikalen Richtung angeordneten Pixeln verschieden sind.
  • Konkret ist zum Beispiel in einem bestimmten Pixel 51 die Spannungsversorgungsleitung 741-1 mit dem (P+)-Halbleitergebiet 73-1 des Signalextraktionsbereichs 65-1 verbunden und ist die Spannungsversorgungsleitung 741-2 mit dem (P+)-Halbleitergebiet 73-2 des Signalextraktionsbereichs 65-2 verbunden. In einem Pixel 51 oberhalb oder unterhalb des oben erwähnten Pixels 51 ist die Spannungsversorgungsleitung 741-1 mit dem (P+)-Halbleitergebiet 73-2 des Signalextraktionsbereichs 65-2 verbunden und ist die Spannungsversorgungsleitung 741-2 mit dem (P+)-Halbleitergebiet 73-1 des Signalextraktionsbereichs 65-1 verbunden.
  • B in 34 ist eine Draufsicht, die ein viertes Anordnungsbeispiel von Spannungsversorgungsleitungen veranschaulicht.
  • Das vierte Anordnungsbeispiel ist ein Beispiel, in welchem ähnlich dem zweiten Anordnungsbeispiel in B in 33 die beiden Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 für zwei Spalten von Pixeln angeordnet sind.
  • Der Unterschied des vierten Anordnungsbeispiels gegenüber dem zweiten Anordnungsbeispiel in B in 33 besteht darin, dass Verbindungsziele der Signalextraktionsbereiche 65-1 und 65-2 in den zwei, in der vertikalen Richtung angeordneten Pixeln verschieden sind.
  • Konkret ist beispielsweise in einem bestimmten Pixel 51 die Spannungsversorgungsleitung 741-1 mit dem (P+)-Halbleitergebiet 73-1 des Signalextraktionsbereichs 65-1 verbunden und ist die Spannungsversorgungsleitung 741-2 mit dem (P+)-Halbleitergebiet 73-2 des Signalextraktionsbereichs 65-2 verbunden. In einem Pixel 51 oberhalb oder unterhalb des oben erwähnten Pixels 51 ist die Spannungsversorgungsleitung 741-1 mit dem (P+)-Halbleitergebiet 73-2 des Signalextraktionsbereichs 65-2 verbunden und ist die Spannungsversorgungsleitung 741-2 mit dem (P+)-Halbleitergebiet 73-1 des Signalextraktionsbereichs 65-1 verbunden.
  • Im dritten Anordnungsbeispiel in A in 34 kann die Anzahl an Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2, die mit der Pixel-Arrayeinheit 20 verdrahtet werden sollen, reduziert werden.
  • Im vierten Anordnungsbeispiel in B in 34 ist die Anzahl an zu verdrahtenden Spannungsversorgungsleitungen größer als diejenige im dritten Anordnungsbeispiel, beträgt aber die Anzahl an Signalextraktionsbereichen 65, die mit einer Spannungsversorgungsleitung 741 verbunden sind, 1/2. Daher kann eine Verdrahtungslast reduziert werden, was für eine Ansteuerung mit hoher Geschwindigkeit effektiv ist und wenn die Gesamtzahl an Pixeln der Pixel-Arrayeinheit 20 groß ist.
  • Die beiden Anordnungsbeispiele in A und B in 34 sind eine Spiegelanordnung, in der die Verbindungsziele von zwei, in einer Auf-Ab-Richtung (vertikalen Richtung) benachbarten Pixeln spiegelbildlich sind.
  • In der periodischen Anordnung sind die Spannungen, die an die beiden Signalextraktionsbereiche 65 angelegt werden sollen, die über die Pixel-Grenze hinweg benachbart sind, verschieden, und somit werden Ladungen zwischen den benachbarten Pixeln ausgetauscht, wie in A in 35 veranschaulicht ist. Daher ist die Effizienz einer Ladungsübertragung in der periodischen Anordnung besser als in der Spiegelanordnung; aber die Charakteristiken des Nebensprechens benachbarter Pixel sind in der periodischen Anordnung gegenüber der Spiegelanordnung schlechter.
  • In der Spiegelanordnung sind indes die Spannungen, die an die beiden Signalextraktionsbereiche 65 angelegt werden sollen, die über die Pixel-Grenze hinweg benachbart sind, die gleichen, und somit wird ein Austausch von Ladungen zwischen den benachbarten Pixeln unterdrückt, wie in B in 35 veranschaulicht ist. Daher ist die Effizienz einer Ladungsübertragung in der Spiegelanordnung gegenüber der periodischen Anordnung schlechter, sind aber die Charakteristiken des Nebensprechens benachbarter Pixel besser in der Spiegelanordnung als der periodischen Anordnung.
  • <Querschnittskonfiguration einer Vielzahl von Pixeln gemäß einer vierzehnten Ausführungsform>
  • In der Querschnittskonfiguration des in 2 veranschaulichten Pixel oder dergleichen wurde eine Veranschaulichung der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht weggelassen, die auf der Seite der vorderen Oberfläche ausgebildet ist, die der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 entgegengesetzt ist.
  • Daher werden hier im Folgenden Querschnittsansichten einer Vielzahl benachbarter Pixel in einer Form ohne Weglassung der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht für einige der oben beschriebenen Ausführungsformen veranschaulicht.
  • Zunächst veranschaulichen 36 und 37 Querschnittsansichten einer Vielzahl der Pixel gemäß der in 28 veranschaulichten vierzehnten Ausführungsform.
  • Die in 28 veranschaulichte vierzehnte Ausführungsform weist die Pixelkonfiguration auf, die mit dem reflektierenden Bauteil 631 mit großer Fläche auf der entgegengesetzten Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 versehen ist.
  • 36 entspricht einer entlang der Linie B-B' in 11 genommenen Querschnittsansicht, und 37 entspricht einer entlang der Linie A-A' in 11 genommenen Querschnittsansicht. Darüber hinaus kann die entlang der Linie C-C' in 17 genommene Querschnittsansicht ebenfalls wie in 36 veranschaulicht werden.
  • Wie in 36 veranschaulicht ist, ist in jedem Pixel 51 der Oxidfilm 64 im zentralen Bereich ausgebildet, und der Signalextraktionsbereich 65-1 und der Signalextraktionsbereich 65-2 sind auf beiden Seiten des Oxidfilms 64 ausgebildet.
  • Im Signalextraktionsbereich 65-1 sind das (N+)-Halbleitergebiet 71-1 und das (N-)-Halbleitergebiet 72-1 mittig auf dem (P+)-Halbleitergebiet 73-1 und dem (P-)-Halbleitergebiet 74-1 so ausgebildet, dass sie das (P+)-Halbleitergebiet 73-1 und das (P-)-Halbleitergebiet 74-1 umgeben. Das (P+)-Halbleitergebiet 73-1 und das (N+)-Halbleitergebiet 71-1 sind mit einer Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 in Kontakt. Das (P-)-Halbleitergebiet 74-1 ist oberhalb des (P+)-Halbleitergebiets 73-1 (auf der Seite der On-Chip-Linse 62) angeordnet, um das (P+)-Halbleitergebiet 73-1 zu bedecken, und das (N-)-Halbleitergebiet 72-1 ist oberhalb des (N+)-Halbleitergebiets 71-1 (auf der Seite der On-Chip-Linse 62) angeordnet, um das (N+)-Halbleitergebiet 71-1 zu bedecken. Mit anderen Worten sind das (P+)-Halbleitergebiet 73-1 und das (N+)-Halbleitergebiet 71-1 im Substrat 61 auf der Seite der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 angeordnet, und das (N-)-Halbleitergebiet 72-1 und das (P-)-Halbleitergebiet 74-1 sind im Substrat 61 auf der Seite der On-Chip-Linse 62 angeordnet. Darüber hinaus ist der Trennbereich 75-1, um das (N+)-Halbleitergebiet 71-1 und das (P+)-Halbleitergebiet 73-1 zu trennen, unter Verwendung eines Oxidfilms oder dergleichen zwischen dem (N+)-Halbleitergebiet 71-1 und dem (P+)-Halbleitergebiet 73-1 ausgebildet.
  • Im Signalextraktionsbereich 65-2 sind das (N+)-Halbleitergebiet 71-2 und das (N-)-Halbleitergebiet 72-2 auf dem (P+)-Halbleitergebiet 73-2 und dem (P-)-Halbleitergebiet 74-2 mittig so ausgebildet, dass sie das (P+)-Halbleitergebiet 73-2 und das (P-)-Halbleitergebiet 74-2 umgeben. Das (P+)-Halbleitergebiet 73-2 und das (N+)-Halbleitergebiet 71-2 sind mit der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 in Kontakt. Das (P-)-Halbleitergebiet 74-2 ist oberhalb des (P+)-Halbleitergebiets 73-2 (auf der Seite der On-Chip-Linse 62) angeordnet, um das (P+)-Halbleitergebiet 73-2 zu bedecken, und das (N-)-Halbleitergebiet 72-2 ist oberhalb des (N+)-Halbleitergebiets 71-2 (auf der Seite der On-Chip-Linse 62) angeordnet, um das (N+)-Halbleitergebiet 71-2 zu bedecken. Mit anderen Worten sind das (P+)-Halbleitergebiet 73-2 und das (N+)-Halbleitergebiet 71-2 im Substrat 61 auf der Seite der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 angeordnet, und das (N-)-Halbleitergebiet 72-2 und das (P-)-Halbleitergebiet 74-2 sind im Substrat 61 auf der Seite der On-Chip-Linse 62 angeordnet. Darüber hinaus ist ein Trennbereich 75-2, um das (N+)-Halbleitergebiet 71-2 und das (P+)-Halbleitergebiet 73-2 zu trennen unter Verwendung eines Oxidfilms und dergleichen zwischen dem (N+)-Halbleitergebiet 71-2 und dem (P+)-Halbleitergebiet 73-2 ausgebildet.
  • Der Oxidfilm 64 ist zwischen dem (N+)-Halbleitergebiet 71-1 des Signalextraktionsbereichs 65-1 eines vorbestimmten Pixels 51 und dem (N+)-Halbleitergebiet 71-2 des Signalextraktionsbereichs 65-2 eines dem vorbestimmten Pixel 51 benachbarten Pixels 51 in einem Grenzbereich zwischen den benachbarten Pixeln 51 ausgebildet.
  • Der Film 66 für fixierte Ladung ist in der Grenzfläche des Substrats 61 auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche (oberen Seite in 36 und 37) ausgebildet.
  • Wie in 36 veranschaulicht ist, wird, wenn die On-Chip-Linse 62, die auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 für jedes Pixel ausgebildet ist, in einen erhabenen Bereich 821, in dem die Dicke in Höhenrichtung im gesamten Gebiet im Pixel gleichmäßig erhöht ist, und einen gekrümmten Bereich 822 unterteilt wird, in welchem die Dicke in Abhängigkeit von der Position im Pixel verschieden ist, die Dicke des erhabenen Bereichs 821 so ausgebildet, dass sie dicker als die Dicke des gekrümmten Bereichs 822 ist. Da es wahrscheinlicher ist, dass das schräg einfallende Licht durch den lichtabschirmenden Film 63 zwischen Pixeln reflektiert wird, wenn der erhabene Bereich 821 dicker wird, kann das schräg einfallende Licht in das Substrat 61 genommen werden, indem der erhabene Bereich 821 so ausgebildet wird, dass er eine dünnere Dicke aufweist. Darüber hinaus kann das einfallende Licht zum Pixelzentrum gesammelt werden, wenn der gekrümmte Bereich 822 dicker ausgebildet wird.
  • Die Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 ist auf der Seite des Substrats 61 ausgebildet, wobei die Seite der Seite der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist, auf der die On-Chip-Linse 62 für jedes Pixel ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist das Substrat 61, das heißt eine Halbleiterschicht, zwischen der On-Chip-Linse 62 und der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 angeordnet. Die Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 enthält Metallfilme M1 bis M5 in fünf Schichten und einen Zwischenschicht-Isolierfilm 812 dazwischen. Man beachte, dass in 36 der ganz außen gelegene Metallfilm M5 unter den Metallfilmen M1 bis M5 in fünf Schichten der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 nicht veranschaulicht ist, da M5 nicht sichtbar ist, aber M5 in 37 veranschaulicht ist, die eine Querschnittsansicht aus einer von der Querschnittsansicht in 36 verschiedenen Richtung ist.
  • Wie in 37 veranschaulicht ist, ist ein Pixel-Transistor Tr in einem Pixel-Grenzgebiet eines Grenzflächenbereichs der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 mit dem Substrat 61 ausgebildet. Der Pixel-Transistor Tr ist einer des Übertragungstransistors 721, des Rücksetztransistors 723, des Verstärkertransistors 724 und des Auswahltransistors 725, die in 31 und 32 veranschaulicht sind.
  • Der Metallfilm M1, der unter den Metallfilmen M1 bis M5 in fünf Schichten der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 dem Substrat 61 am Nächsten gelegen ist, umfasst eine Stromversorgungsleitung 813, um eine Stromversorgungsspannung bereitzustellen, eine Spannungsanlegungsverdrahtung 814, um eine vorbestimmte Spannung an das (P+)-Halbleitergebiet 73-1 oder 73-2 anzulegen, und ein reflektierendes Bauteil 815, das ein Bauteil ist, das das einfallende Licht reflektiert. Im Metallfilm M1 in 36 ist die von der Stromversorgungsleitung 813 und der Spannungsanlegungsverdrahtung 814 verschiedene Verdrahtung das reflektierende Bauteil 815, sind aber einige Bezugsziffern weggelassen, um eine Verkomplizierung der Zeichnung zu vermeiden. Das reflektierende Bauteil 815 ist eine Blindverdrahtung, die zu dem Zweck vorgesehen ist, einfallendes Licht zu reflektieren, und entspricht dem in 28 veranschaulichten reflektierenden Bauteil 631. Das reflektierende Bauteil 815 ist unterhalb der (N+)-Halbleitergebiete 71-1 und 71-2, die Ladungsdetektionsbereiche sind, so angeordnet, dass es mit den (N+)-Halbleitergebieten 71-1 und 71-2 in Draufsicht überlappt. Man beachte, dass in einem Fall, in dem anstelle des reflektierenden Bauteils 631 in der in 28 veranschaulichten vierzehnten Ausführungsform das lichtabschirmende Bauteil 631' in der fünfzehnten Ausführungsform vorgesehen ist, das reflektierende Bauteil 815 in 36 das lichtabschirmende Bauteil 631' wird.
  • Darüber hinaus ist im Metallfilm M1 eine (in 36 nicht veranschaulichte) Ladungsextraktionsverdrahtung, die das (N+)-Halbleitergebiet 71 und den Übertragungstransistor 721 verbindet, ausgebildet, um die im (N+)-Halbleitergebiet 71 akkumulierte Ladung zum FD 722 zu übertragen.
  • Man beachte, dass in diesem Beispiel das reflektierende Bauteil 815 (reflektierende Bauteil 631) und die Ladungsextraktionsverdrahtung in der gleichen Schicht des Metallfilms M1 angeordnet sind. Jedoch ist die Anordnung nicht notwendigerweise auf die Anordnung in der gleichen Schicht beschränkt.
  • Im Metallfilm M2 in der zweiten Schicht von der Seite des Substrats 61 aus sind zum Beispiel eine Spannungsanlegungsverdrahtung 816, die mit der Spannungsanlegungsverdrahtung 814 des Metallfilms M1 verbunden ist, eine Steuerungsleitung 817, um das Ansteuerungssignal TRG, das Ansteuerungssignal RST, das Auswahlsignal SEL, das Ansteuerungssignal FDG und dergleichen zu übertragen, und eine Masseleitung ausgebildet. Darüber hinaus sind im Metallfilm M2 das FD 722B und die zusätzliche Kapazität 727A ausgebildet.
  • Im Metallfilm M3 in der dritten Schicht von der Seite des Substrats 61 aus sind beispielsweise die vertikale Signalleitung 29, eine VSS-Leiterbahn zur Abschirmung und dergleichen ausgebildet.
  • In dem Metallfilm M4 in der vierten Schicht und dem Metallfilm M5 in der fünften Schicht von der Seite des Substrats 61 aus sind beispielsweise die Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 (33 und 34) ausgebildet, um die vorbestimmte Spannung MIXO oder MIX1 an die (P+)-Halbleitergebiete 73-1 und 73-2 anzulegen, die Spannungsanlegungsbereiche der Signalextraktionsbereiche 65 sind.
  • Man beachte, dass die planare Anordnung der Metallfilme M1 bis M5 in fünf Schichten im Folgenden unter Bezugnahme auf 42 und 43 beschrieben werden.
  • <Querschnittskonfiguration einer Vielzahl von Pixeln gemäß einer neunten Ausführungsform>
  • 38 ist eine Querschnittsansicht, die eine Pixelstruktur gemäß der in 22 veranschaulichten neunten Ausführungsform für eine Vielzahl von Pixeln ohne Weglassung der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht veranschaulicht.
  • Die in 22 veranschaulichte neunte Konfiguration weist die Pixelkonfiguration auf, die mit dem Trenngebiet 441 im Pixel-Grenzbereich im Substrat 61 vorgesehen ist, wobei das Trenngebiet 441 erhalten wird, indem von der Seite der rückseitigen Oberfläche (Lichteinfallsoberfläche) des Substrats 61 aus eine lange Vertiefung (Graben) bis zu einer vorbestimmten Tiefe gebildet und der lichtabschirmende Film eingebettet wird.
  • Die übrigen Konfigurationen einschließlich beispielsweise der Signalextraktionsbereiche 65-1 und 65-2 und der Metallfilme M1 bis M5 in fünf Schichten der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 sind der in 36 veranschaulichten Konfiguration ähnlich.
  • <Querschnittskonfiguration einer Vielzahl von Pixeln gemäß einer Modifikation 1 der neunten Ausführungsform>
  • 39 ist eine Querschnittsansicht, die eine Pixelstruktur gemäß einer in 23 veranschaulichten Modifikation 1 der neunten Ausführungsform für eine Vielzahl von Pixeln ohne Weglassung der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht veranschaulicht.
  • Die Modifikation 1 der neunten Ausführungsform, die in 23 veranschaulicht ist, weist die Pixelkonfiguration auf, die mit dem Trenngebiet 471 versehen ist, das das gesamte Substrat 61 im Pixel-Grenzbereich im Substrat 61 durchdringt.
  • Die übrigen Konfigurationen einschließlich beispielsweise der Signalextraktionsbereiche 65-1 und 65-2 und der Metallfilme M1 bis M5 in fünf Schichten der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 sind der in 36 veranschaulichten Konfiguration ähnlich.
  • <Querschnittskonfiguration einer Vielzahl von Pixeln gemäß der sechzehnten Ausführungsform>
  • 40 ist eine Querschnittsansicht, die eine Pixelstruktur gemäß der in 29 veranschaulichten sechzehnten Ausführungsform für eine Vielzahl von Pixeln ohne Weglassung der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht veranschaulicht.
  • Die in 29 veranschaulichte sechzehnte Ausführungsform hat eine Konfiguration, die mit dem P-Wannengebiet 671 im zentralen Bereich innerhalb der Oberfläche des Substrats 61, wobei die Oberfläche der Lichteinfallsoberfläche entgegengesetzt ist, das heißt innerhalb der unteren Oberfläche in 29 vorgesehen ist. Darüber hinaus ist der Trennbereich 672-1 unter Verwendung eines Oxidfilms und dergleichen zwischen dem P-Wannengebiet 671 und dem (N+)-Halbleitergebiet 71-1 ausgebildet. Ähnlich ist der Trennbereich 672-2 unter Verwendung eines Oxidfilms und dergleichen zwischen dem P-Wannengebiet 671 und dem (N+)-Halbleitergebiet 71-2 ausgebildet. Das P-Wannengebiet 671 ist auch in einem Pixel-Grenzbereich der unteren Oberfläche des Substrats 61 ausgebildet.
  • Die übrigen Konfigurationen einschließlich beispielsweise der Signalextraktionsbereiche 65-1 und 65-2 und der Metallfilme M1 bis M5 in fünf Schichten der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 sind der in 36 veranschaulichten Konfiguration ähnlich.
  • <Querschnittskonfiguration einer Vielzahl von Pixeln gemäß der zehnten Ausführungsform>
  • 41 ist eine Querschnittsansicht, die eine Pixelstruktur gemäß der in 24 veranschaulichten zehnten Ausführungsform für eine Vielzahl von Pixeln ohne Weglassung der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht veranschaulicht.
  • Die in 24 veranschaulichte zehnte Ausführungsform weist die Pixelkonfiguration auf, die mit dem Substrat 501 mit einem dicken Substrat anstelle des Substrats 61 versehen ist.
  • Die übrigen Konfigurationen einschließlich beispielsweise der Signalextraktionsbereiche 65-1 und 65-2 und der Metallfilme M1 bis M5 in fünf Schichten der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 sind der in 36 veranschaulichten Konfiguration ähnlich.
  • <Beispiel einer planaren Anordnung der Metallfilme M1 bis M5 in fünf Schichten>
  • Als Nächstes wird das Beispiel einer planaren Anordnung der Metallfilme M1 bis M5 in fünf Schichten der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811, die in 36 bis 41 veranschaulicht ist, unter Bezugnahme auf 42 und 43 beschrieben.
  • A in 42 veranschaulicht das Beispiel einer planaren Anordnung des Metallfilms M1 als die erste Schicht unter den Metallfilmen M1 bis M5 in fünf Schichten der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811.
  • B in 42 veranschaulicht das Beispiel einer planaren Anordnung des Metallfilms M2 als die zweite Schicht unter den Metallfilmen M1 bis M5 in fünf Schichten der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811.
  • C in 42 veranschaulicht das Beispiel einer planaren Anordnung des Metallfilms M3 als die dritte Schicht unter den Metallfilmen M1 bis M5 in fünf Schichten der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811.
  • A in 43 veranschaulicht das Beispiel einer planaren Anordnung des Metallfilms M4 als die vierte Schicht unter den Metallfilmen M1 bis M5 in fünf Schichten der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811.
  • B in 43 veranschaulicht das Beispiel einer planaren Anordnung des Metallfilms M5 als die fünfte Schicht unter den Metallfilmen M1 bis M5 in fünf Schichten der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811.
  • In A bis C in 42 und A und B in 43 sind das Gebiet des Pixels 51 und die Gebiete der Signalextraktionsbereiche 65-1 und 65-2 mit einer achteckigen Form, die in 11 veranschaulicht sind, mittels gestrichelter Linien veranschaulicht.
  • In A bis C in 42 und A und B in 43 ist die Auf-Ab-Richtung in den Zeichnungen die vertikale Richtung der Pixel-Arrayeinheit 20 und ist die Querrichtung in den Zeichnungen die horizontale Richtung der Pixel-Arrayeinheit 20.
  • Wie in A in 42 veranschaulicht ist, ist das reflektierende Bauteil 631, das das Infrarotlicht reflektiert, im Metallfilm M1 ausgebildet, der die erste Schicht der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 ist. In dem Gebiet des Pixels 51 sind für jeden der Signalextraktionsbereiche 65-1 und 65-2 zwei reflektierende Bauteile 631 ausgebildet, und die beiden reflektierenden Bauteile 631 für den Signalextraktionsbereich 65-1 und die beiden reflektierenden Bauteile 631 für den Signalextraktionsbereich 65-1 sind in der vertikalen Richtung symmetrisch ausgebildet.
  • Darüber hinaus ist ein Verdrahtungsgebiet 831 für Pixel-Transistoren in einem Raum zwischen den reflektierenden Bauteilen 631 des Pixels 51 und reflektierenden Bauteilen 631 eines in der horizontalen Richtung benachbarten Pixels 51 angeordnet. Im Verdrahtungsgebiet 831 für Pixel-Transistoren ist eine Verdrahtung zum Verbinden der Pixel-Transistoren Tr des Übertragungstransistors 721, des Rücksetztransistors 723, des Verstärkungstransistors 724 oder des Auswahltransistors 725 ausgebildet. Die Verdrahtung für den Pixel-Transistor Tr ist bezüglich einer (nicht veranschaulichten) dazwischenliegenden Linie der beiden Signalextraktionsbereiche 65-1 und 65-2 in der vertikalen Richtung symmetrisch ausgebildet.
  • Darüber hinaus sind Leiterbahnen wie etwa eine Masseleitung 832, eine Stromversorgungsleitung 833 und eine Masseleitung 834 in einem Raum zwischen dem reflektierenden Bauteil 631 des Pixels und einem reflektierenden Bauteil 631 eines in der vertikalen Richtung benachbarten Pixels 51 ausgebildet. Diese Leiterbahnen sind bezüglich der dazwischenliegenden Linie der beiden Signalextraktionsbereiche 65-1 und 65-2 in der vertikalen Richtung ebenfalls symmetrisch ausgebildet.
  • Auf diese Weise ist der Metallfilm M1 in der ersten Schicht in dem Gebiet auf der Seite des Signalextraktionsbereichs 65-1 und dem Gebiet auf der Seite des Signalextraktionsbereichs 65-2 im Pixel symmetrisch angeordnet, sodass eine Verdrahtungslast zwischen den Signalextraktionsbereichen 65-1 und 65-2 gleichmäßig eingestellt bzw. eingerichtet wird. Dadurch wird eine Ansteuerungsvariation der Signalextraktionsbereiche 65-1 und 65-2 reduziert.
  • In dem Metallfilm M1 in der ersten Schicht sind die reflektierenden Bauteile 631 mit großer Fläche unter den im Substrat 61 ausgebildeten Signalextraktionsbereichen 65-1 und 65-2 ausgebildet, sodass das Infrarotlicht, das in das Substrat 61 über die On-Chip-Linse 62 eingetreten und durch das Substrat 61 hindurchgegangen ist, ohne im Substrat 61 fotoelektrisch umgewandelt zu werden, durch die reflektierenden Bauteile 631 reflektiert werden kann, um erneut in das Substrat 61 einzutreten. Infolgedessen kann die Menge an im Substrat 61 fotoelektrisch umgewandeltem Infrarotlicht erhöht werden und kann eine Quanteneffizienz (QE), das heißt die Empfindlichkeit des Pixels 51 gegenüber Infrarotlicht, verbessert werden.
  • Indes können im Metallfilm M1 in der ersten Schicht in dem Fall, in dem das lichtabschirmende Bauteil 631' in dem gleichen Gebiet wie die reflektierenden Bauteile 631 anstelle der reflektierenden Bauteile 631 angeordnet ist, eine Streuung des Infrarotlichts, das von der Lichteinfallsoberfläche aus über die On-Chip-Linse 62 in das Substrat 61 eingetreten und durch das Substrat 61 hindurchgegangen ist, ohne im Substrat 61 fotoelektrisch umgewandelt zu werden, in der Verdrahtungsschicht und ein Eintritt in ein nahe gelegenes Pixel unterdrückt werden. Dadurch kann eine fehlerhafte Detektion von Licht im nahen Pixel verhindert werden.
  • Wie in B in 42 veranschaulicht ist, ist in dem Metallfilm M2 als die zweite Schicht der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 ein Steuerungsleitungsgebiet 851, in welchem Steuerungsleitungen 841 bis 844 und dergleichen zum Übertragen eines vorbestimmten Signals in der horizontalen Richtung ausgebildet sind, an einer Position zwischen den Signalextraktionsbereichen 65-1 und 65-2 angeordnet. Die Steuerungsleitungen 841 bis 844 sind Leitungen, um zum Beispiel das Ansteuerungssignal TRG, das Ansteuerungssignal RST, das Auswahlsignal SEL oder das Ansteuerungssignal FDG zu übertragen.
  • Durch Anordnen des Steuerungsleitungsgebiets 851 zwischen den beiden Signalextraktionsbereichen 65 können Einflüsse auf jeden der Signalextraktionsbereiche 65-1 und 65-2 gleich werden und kann die Ansteuerungsvariation der Signalextraktionsbereiche 65-1 und 65-2 reduziert werden.
  • Darüber hinaus ist ein Kapazitätsgebiet 852, in welchem das FD 722B und die zusätzliche Kapazität 727A ausgebildet sind, in einem vorbestimmten Gebiet angeordnet, das von dem Steuerungsleitungsgebiet 851 des Metallfilms M2 als die zweite Schicht verschieden ist. Im Kapazitätsgebiet 852 ist das FD 722B oder die zusätzliche Kapazität 727A durch Ausbilden des Metallfilms M2 in Form von Kammzähnen konfiguriert.
  • Indem man das FD 722B oder die zusätzliche Kapazität 727A im Metallfilm M2 als die zweite Schicht anordnet, kann das Muster des FD 722B oder der zusätzlichen Kapazität 727A gemäß einer gewünschten Verdrahtungskapazität im Entwurf frei angeordnet bzw. eingerichtet werden und kann der Freiheitsgrad verbessert werden.
  • Wie in C in 42 veranschaulicht ist, ist im Metallfilm M3 als die dritte Schicht der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 zumindest die vertikale Signalleitung 29 zum Übertragen des von jedem Pixel 51 ausgegebenen Pixel-Signals zur Spaltenverarbeitungseinheit 23 ausgebildet. Drei oder mehr vertikale Signalleitungen 29 können für eine Pixel-Spalte angeordnet werden, um eine Lesegeschwindigkeit des Pixel-Signals zu verbessern. Darüber hinaus kann zusätzlich zu den vertikalen Signalleitungen 29 eine Abschirmverdrahtung angeordnet werden, um eine Kopplungskapazität zu reduzieren.
  • In dem Metallfilm M4 in der vierten Schicht und dem Metallfilm M5 der fünften Schicht der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 sind die Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 zum Anlegen der vorbestimmten Spannung MIXO oder MIX1 in den (P+)-Halbleitergebieten 73-1 und 73-2 der Signalextraktionsbereiche 65 jedes Pixels 51 ausgebildet.
  • Der Metallfilm M4 und der Metallfilm M5, die in A und B in 43 veranschaulicht sind, veranschaulichen ein Beispiel einer Übernahme der Spannungsversorgungsleitungen 741 des in A in 33 veranschaulichten ersten Anordnungsbeispiels.
  • Die Spannungsversorgungsleitung 741-1 des Metallfilms M4 ist mit der Spannungsanlegungsverdrahtung 814 (zum Beispiel 36) des Metallfilms M1 über die Metallfilme M3 und M2 verbunden, und die Spannungsanlegungsverdrahtung 814 ist mit dem (P+)-Halbleitergebiet 73-1 des Signalextraktionsbereichs 65-1 des Pixels 51 verbunden. Ähnlich ist die Spannungsversorgungsleitung 741-2 des Metallfilms M4 mit der Spannungsanlegungsverdrahtung 814 (zum Beispiel 36) des Metallfilms M1 über die Metallfilme M3 und M2 verbunden, und die Spannungsanlegungsverdrahtung 814 ist mit dem (P+)-Halbleitergebiet 73-2 des Signalextraktionsbereichs 65-2 des Pixels 51 verbunden.
  • Die Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 des Metallfilms M5 sind mit der Tap-Ansteuerungseinheit 21 um die Pixel-Arrayeinheit 20 herum verbunden. Die Spannungsversorgungsleitung 741-1 des Metallfilms M4 und die Spannungsversorgungsleitung 741-2 des Metallfilms M5 sind mittels eines (nicht veranschaulichten) Kontaktlochs oder dergleichen an einer vorbestimmten Position in einem ebenen Gebiet, wo die beiden Metallfilme vorhanden sind, verbunden. Die vorbestimmte Spannung MIXO oder MIX1 von der Tap-Ansteuerungseinheit 21 wird über die Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 des Metallfilms M5 übertragen und den Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 des Metallfilms M4 bereitgestellt und von den Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2 über die Metallfilme M3 und M2 der Spannungsanlegungsverdrahtung 814 des Metallfilms M1 bereitgestellt.
  • Durch Übernehmen des rückseitig beleuchteten CAPD-Sensors als das lichtempfangende Element 1 können die Verdrahtungsbreite und das Layout der Ansteuerungsverdrahtung frei ausgelegt werden, wobei beispielsweise die Spannungsversorgungsleitungen 741-1 und 741-2, um die vorbestimmte Spannung MIXO oder MIX1 an den Signalextraktionsbereich 65 jedes Pixels 51 anzulegen, in der vertikalen Richtung verdrahtet werden, wie in A und B in 43 veranschaulicht ist. Darüber hinaus sind auch eine für eine Ansteuerung mit hoher Geschwindigkeit geeignete Verdrahtung und eine eine Lastreduzierung berücksichtigende Verdrahtung möglich.
  • <Beispiel einer planaren Anordnung der Pixel-Transistoren>
  • 44 zeigt Draufsichten, in denen der in A in 42 veranschaulichte Metallfilm in der ersten Schicht und eine Polysiliziumschicht, um eine Gateelektrode des auf dem Metallfilm M1 und dergleichen ausgebildeten Pixel-Transistors Tr auszubilden, überlagert sind.
  • A in 44 ist eine Draufsicht, in der der Metallfilm M1 in C in 44 und die Polysiliziumschicht in B in 44 überlagert sind, B in 44 ist eine Draufsicht von allein der Polysiliziumschicht und C in 44 ist eine Draufsicht allein des Metallfilms M1. Die Draufsicht des Metallfilms M1 in C in 44 ist die gleiche wie die in A in 42 veranschaulichte Draufsicht; jedoch ist die Schraffur weggelassen.
  • Wie unter Verweis auf A in 42 beschrieben wurde, ist das Verdrahtungsgebiet 831 für Pixel-Transistoren zwischen den reflektierenden Bauteilen 631 der jeweiligen Pixel ausgebildet.
  • Im Verdrahtungsgebiet 831 für Pixel-Transistoren sind die Pixel-Transistoren Tr, die jeweils den Signalextraktionsbereichen 65-1 und 65-2 entsprechen, wie zum Beispiel in B in 44 veranschaulicht angeordnet.
  • In B in 44 sind Gateelektroden 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 von einer Seite nahe der (nicht veranschaulichten) dazwischenliegenden Linie der beiden Signalextraktionsbereiche 65-1 und 65-2 bezüglich der dazwischenliegenden Linie ausgebildet.
  • Die Verdrahtung zum Verbinden der Pixel-Transistoren Tr des Metallfilms M1, die in C in 44 veranschaulicht ist, ist ebenfalls bezüglich der (nicht veranschaulichten) dazwischenliegenden Linie der beiden Signalextraktionsbereiche 65-1 und 65-2 in der vertikalen Richtung symmetrisch ausgebildet.
  • Indem man die Vielzahl von Pixel-Transistoren Tr im Verdrahtungsgebiet 831 für Pixel-Transistoren in dem Gebiet auf der Seite des Signalextraktionsbereichs 65-1 und dem Gebiet auf der Seite des Signalextraktionsbereichs 65-2 auf diese Weise symmetrisch anordnet, kann die Ansteuerungsvariation der Signalextraktionsbereiche 65-1 und 65-2 reduziert werden.
  • <Modifikation des reflektierenden Bauteils 631>
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 45 und 46 eine Modifikation des reflektierenden Bauteils 631 beschrieben, das im Metallfilm M1 ausgebildet ist.
  • Im obigen Beispiel ist das reflektierende Bauteil 631 mit großer Fläche in dem Gebiet um den Signalextraktionsbereich 65 im Pixel 51 angeordnet, wie in A in 42 veranschaulicht ist.
  • Im Gegensatz dazu kann das reflektierende Bauteil 631 auch zum Beispiel in einer gitterartigen Struktur wie in A in 45 veranschaulicht angeordnet werden. Indem man das reflektierende Bauteil 631 auf diese Weise in einer gitterartigen Struktur ausbildet, kann eine Strukturanisotropie eliminiert werden und kann eine XY-Anisotropie des Reflexionsvermögens reduziert werden. Mit anderen Worten kann, indem man das reflektierende Bauteil 631 in einer gitterartigen Struktur ausbildet, eine Reflexion von einfallendem Licht, die auf ein gewisses Gebiet voreingestellt ist, reduziert werden und kann das einfallende Licht isotrop reflektiert werden, und somit wird die Genauigkeit einer Abstandsmessung verbessert.
  • Alternativ dazu kann das reflektierende Bauteil 631 beispielsweise in einer gestreiften Struktur wie in B in 45 veranschaulicht angeordnet sein. Indem man das reflektierende Bauteil 631 auf diese Weise in einer gestreiften Struktur ausbildet, kann die Struktur des reflektierenden Bauteils 631 ebenfalls als Verdrahtungskapazität genutzt werden, und somit kann eine Konfiguration mit einem maximierten Dynamikbereich realisiert werden.
  • Man beachte, dass B in 45 ein Beispiel der vertikalen Streifenform veranschaulicht, aber eine horizontale Streifenform übernommen werden kann.
  • Alternativ dazu kann das reflektierende Bauteil 631 nur in einem zentralen Gebiet des Pixels, konkreter nur zwischen den beiden Signalextraktionsbereichen 65, angeordnet sein, wie zum Beispiel in C in 45 veranschaulicht ist. Indem man das reflektierende Bauteil 631 im zentralen Gebiet des Pixels ausbildet und das reflektierende Bauteil 631 nicht an einem Ende des zentralen Gebiets des Pixels ausbildet, können Komponenten, die zu einem benachbarten Pixel in dem Fall reflektiert werden, in dem schräges Licht einfällt, unterdrückt werden, während ein Effekt einer verbesserten Empfindlichkeit durch das reflektierende Bauteil 631 bezüglich des zentralen Gebiets des Pixels erhalten wird, wodurch eine Konfiguration, die eine Unterdrückung von Nebensprechen betont, realisiert werden kann.
  • Indem man einen Teil des reflektierenden Bauteils 631 in einer Struktur von Kammzähnen anordnet, wie in A in 46 veranschaulicht ist, kann überdies ein Teil des Metallfilms M1 der Verdrahtungskapazität des FD 722 oder der zusätzlichen Kapazität 727 zugeordnet werden. In A in 46 bilden die Formen der Kammzähne innerhalb der Gebiete 861 bis 864, die von durchgehenden Kreisen umgeben sind, zumindest einen Teil des FD 722 oder der zusätzlichen Kapazität 727. Das FD 722 oder die zusätzliche Kapazität 727 können in dem Metallfilm M1 und dem Metallfilm M2 geeignet verteilt und angeordnet werden. Die Struktur des Metallfilms M1 kann in dem reflektierenden Bauteil 631 und der Kapazität des FD 722 oder der zusätzlichen Kapazität 727 ausgewogen angeordnet werden.
  • B in 46 veranschaulicht die Struktur des Metallfilms M1 in dem Fall, in dem das reflektierende Bauteil 631 nicht angeordnet ist. Um die Menge an Infrarotlicht zu erhöhen, das im Substrat 61 fotoelektrisch umgewandelt wird, und die Empfindlichkeit des Pixels 51 zu verbessern, ist es vorteilhaft, das reflektierende Bauteil 631 anzuordnen; aber eine Konfiguration, in der kein reflektierendes Bauteil 631 angeordnet ist, kann übernommen werden.
  • Die Anordnungsbeispiele des reflektierenden Bauteils 631, die in 45 und 46 veranschaulicht sind, können ähnlich für das lichtabschirmende Element 631' verwendet werden.
  • <Konfigurationsbeispiel eines Substrats eines lichtempfangenden Elements>
  • Das lichtempfangende Element 1 in 1 kann die Substratkonfiguration eines von A bis C in 47 übernehmen.
  • A in 47 veranschaulicht ein Beispiel, in welchem das lichtempfangende Element 1 unter Verwendung eines Halbleitersubstrats 911 und eines Trägersubstrats 912 unter dem Halbleitersubstrat 911 konfiguriert wird.
  • In diesem Fall sind im oberen Halbleitersubstrat 911 ein Pixel-Arraygebiet 951, das der oben beschriebenen Pixel-Arrayeinheit 20 entspricht, eine Steuerungsschaltung 952, die jedes der Pixel im Pixel-Arraygebiet 951 steuert, und eine Logikschaltung 953, die eine Signalverarbeitungsschaltung für das Pixel-Signal enthält, ausgebildet.
  • Die Steuerungsschaltung 952 enthält die Tap-Ansteuerungseinheit 21, die vertikale Ansteuerungseinheit 22, die horizontale Ansteuerungseinheit 24 und dergleichen, die oben beschrieben wurden. Die Logikschaltung 953 enthält die Spaltenverarbeitungseinheit 23, die eine Verarbeitung einer AD-Umwandlung für das Pixel-Signal und dergleichen durchführt, und die Signalverarbeitungseinheit 31, die eine Verarbeitung einer Abstandsberechnung zum Berechnen eines Abstands aus einem Verhältnis der in jedem der zwei oder mehr Signalextraktionsbereiche 65 im Pixel erfassten Pixel-Signale eine Kalibrierungsverarbeitung und dergleichen durchführt.
  • Alternativ dazu kann, wie in B in 47 veranschaulicht ist, das lichtempfangende Element 1 eine Konfiguration aufweisen, in der ein erstes Halbleitersubstrat 921, in welchem das Pixel-Arraygebiet 951 und die Steuerungsschaltung 952 ausgebildet sind, und ein zweites Halbleitersubstrat 922, in welchem die Logikschaltung 953 ausgebildet ist, gestapelt sind. Man beachte, dass das erste Halbleitersubstrat 921 und das zweite Halbleitersubstrat 922 durch beispielsweise eine Durchkontaktierung oder eine Cu-Cu-Metallverbindung elektrisch verbunden sind.
  • Alternativ dazu kann, wie in C in 47 veranschaulicht ist, das lichtempfangende Element 1 auch eine Konfiguration aufweisen, in der ein erstes Halbleitersubstrat 931, in welchem nur das Pixel-Arraygebiet 951 ausgebildet ist, und ein zweites Halbleitersubstrat 932, in welchem eine Flächen-Steuerungsschaltung 954 ausgebildet ist, gestapelt sind, wobei die Flächen-Steuerungsschaltung 954 mit einer Steuerungsschaltung, die jedes Pixel steuert, und einer Signalverarbeitungsschaltung versehen ist, die das Pixel-Signal auf Pixel-Basis oder auf Basis einer Fläche einer Vielzahl von Pixeln verarbeitet. Das erste Halbleitersubstrat 931 und das zweite Halbleitersubstrat 932 sind beispielsweise mittels einer Durchkontaktierung oder einer Cu-Cu-Metallverbindung elektrisch verbunden.
  • Gemäß der Konfiguration, die mit der Steuerungsschaltung und der Signalverarbeitungsschaltung auf Pixel-Basis oder auf Flächen-Basis wie im lichtempfangenden Element 1 in C in 47 versehen ist, können eine optimale Steuerung der Ansteuerung und Verstärkung für jede Unterteilungs-Steuerungseinheit eingestellt werden und kann ungeachtet des Abstands oder Reflexionsgrads eine optimierte Abstandsinformation gewonnen werden. Darüber hinaus kann die Abstandsinformation berechnet werden, indem nur ein Teil des Pixel-Arraygebiets 951 anstelle des gesamten Pixel-Arraygebiets 951 angesteuert wird. Daher kann der Leistungsverbrauch entsprechend einem Betriebsmodus unterdrückt werden.
  • <Beispiel einer Gegenmaßnahme gegen Rauschen um Pixel-Transistoren>
  • Im Übrigen sind, wie in der Querschnittsansicht in 37 veranschaulicht ist, die Pixel-Transistoren Tr wie etwa der Rücksetztransistor 723, der Verstärkungstransistor 724 und der Auswahltransistor 725 im Grenzbereich der Pixel 51 angeordnet, die in der horizontalen Richtung in der Pixel-Arrayeinheit 20 angeordnet sind.
  • Wenn das Gebiet einer Anordnung von Pixel-Transistoren des in 37 veranschaulichten Pixel-Grenzbereichs detaillierter veranschaulicht wird, sind die Pixel-Transistoren Tr wie etwa der Rücksetztransistor 723, der Verstärkungstransistor 724 und der Auswahltransistor 725, wie in 48 veranschaulicht ist, in einem P-Wannengebiet 1011 angeordnet, das im Substrat 61 auf der Seite der vorderen Oberfläche ausgebildet ist.
  • Das P-Wannengebiet 1011 ist so ausgebildet, dass es durch einen vorbestimmten Abstand in einer Ebenenrichtung vom Oxidfilm 64 isoliert ist, wie etwa eine Isolierung mit flachem Graben (STI), die um das (N+)-Halbleitergebiet 71 des Signalextraktionsbereichs 65 ausgebildet ist. Darüber hinaus ist ein Oxidfilm 1012, der auch als Gate-Isolierfilm des Pixel-Transistors Tr dient, in einer rückseitigen Grenzfläche des Substrats 61 ausgebildet.
  • Zu dieser Zeit ist es wahrscheinlicher, dass Elektronen in einem Lückengebiet 1013 zwischen dem Oxidfilm 64 und dem P-Wannengebiet 1011 durch ein von positiven Ladungen im Oxidfilm 1012 erzeugtes Potential in der rückseitigen Grenzfläche des Substrats 61 akkumuliert werden, und, falls es keinen Mechanismus zur Elektronenentladung gibt, laufen die Elektronen über und diffundieren und werden im Halbleitergebiet vom N-Typ gesammelt und werden Rauschen.
  • Wie in A in 49 veranschaulicht ist, ist daher ein P-Wannengebiet 1021 so ausgebildet, dass es sich in der Ebenenrichtung erstreckt, bis es mit dem benachbarten Oxidfilm 64 in Kontakt kommt, um so nicht zuzulassen, dass das Lückengebiet 1013 in der rückseitigen Grenzfläche des Substrats 61 vorhanden ist. Infolgedessen kann verhindert werden, dass die Elektronen in dem in 48 veranschaulichten Lückengebiet 1013 akkumuliert werden, und kann daher Rauschen unterdrückt werden. Die Störstellenkonzentration im P-Wannengebiet 1021 ist so ausgebildet, dass sie höher als diejenige in einem Halbleitergebiet 1022 vom P-Typ des Substrats 61 ist, das ein fotoelektrisches Umwandlungsgebiet ist.
  • Wie in B in 49 veranschaulicht ist, kann alternativ dazu ein Oxidfilm 1032, der um das (N+)-Halbleitergebiet 71 des Signalextraktionsbereichs 65 herum ausgebildet ist, so ausgebildet sein, dass er sich in der ebenen Richtung bis zu einem P-Wannengebiet 1031 erstreckt, um so nicht zuzulassen, dass das Lückengebiet 1013 in der rückseitigen Grenzfläche des Substrats 61 vorhanden ist. In diesem Fall sind die Pixel-Transistoren Tr wie etwa der Rücksetztransistor 723, der Verstärkungstransistor 724 und der Auswahltransistor 725 im P-Wannengebiet 1031 ebenfalls durch einen Oxidfilm 1033 isoliert. Der Oxidfilm 1033 wird unter Verwendung beispielsweise einer STI gebildet und kann im gleichen Prozess wie der Oxidfilm 1032 ausgebildet werden.
  • Das Lückengebiet 1013 kann eliminiert werden, wenn der Isolierfilm (Oxidfilm 64 und Oxidfilm 1032) und das P-Wannengebiet (P-Wannengebiet 1021 und P-Wannengebiet 1031) am Grenzbereich des Pixels in der rückseitigen Grenzfläche des Substrats 61 gemäß der Konfiguration in A oder B in 49 in Kontakt sind. Daher kann eine Akkumulierung von Elektronen verhindert werden und kann das Rauschen unterdrückt werden. Die Konfiguration in A oder B in 49 kann für jede beliebige der in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden.
  • Alternativ dazu kann in dem Fall, in dem das Lückengebiet 1013 wie es ist belassen wird, eine Akkumulierung von im Lückengebiet 1013 erzeugten Elektronen unterdrückt werden, indem eine Konfiguration wie in 50 oder 51 veranschaulicht übernommen wird.
  • 50 veranschaulicht eine Anordnung des Oxidfilms 64, des P-Wannengebiets 1011 und des Lückengebiets 1013 in Draufsicht, worin Pixel 51 mit zwei Taps, die jeweils die beiden Signalextraktionsbereiche 65-1 und 65-2 in einem Pixel umfassen, zweidimensional angeordnet sind.
  • Falls die zweidimensional angeordneten Pixel nicht durch STI oder eine Isolierung mit tiefem Graben (DTI) getrennt sind, wird das P-Wannengebiet 1011 entlang der Vielzahl von Pixeln, die in der Spaltenrichtung in einem Array angeordnet sind, in der Art einer Spalte ausgebildet, wie in 50 veranschaulicht ist.
  • Ein Diffusionsschicht 1061 vom N-Typ ist als Drain zum Entladen von Ladungen im Lückengebiet 1013 des Pixels 51 in einem ineffektiven Pixelgebiet 1052 vorgesehen, das außerhalb eines effektiven Pixelgebiets 1051 der Pixel-Arrayeinheit 20 angeordnet ist, und die Elektronen können zur Diffusionsschicht 1061 vom N-Typ entladen werden. Die Diffusionsschicht 1061 vom N-Typ ist in der rückseitigen Grenzfläche des Substrats 61 ausgebildet, und GND (0 V) oder eine positive Ladung wird an die Diffusionsschicht 1061 vom N-Typ angelegt. Die im Lückengebiet 1013 jedes Pixels 51 erzeugten Elektronen bewegen sich in der vertikalen Richtung (Spaltenrichtung) zur Diffusionsschicht 1061 vom N-Typ im ineffektiven Pixelgebiet 1052 und werden in der von der Pixel-Spalte gemeinsam genutzten Diffusionsschicht 1061 vom N-Typ gesammelt. Daher kann das Rauschen unterdrückt werden.
  • In einem Fall, in dem die Pixel durch einen Pixel-Trennbereich 1071 unter Verwendung von STI, DTI oder dergleichen getrennt sind, wie in 51 veranschaulicht ist, kann indes die Diffusionsschicht 1061 vom N-Typ im Lückengebiet 1013 jedes Pixels 51 vorgesehen werden. Infolgedessen werden im Lückengebiet 1013 jedes Pixels 51 erzeugte Elektronen aus der Diffusionsschicht 1061 vom N-Typ entladen, so dass das Rauschen unterdrückt werden kann. Die Konfigurationen in 50 und 51 können für jede beliebige der in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden.
  • <Rauschen um das effektive Pixelgebiet>
  • Als Nächstes wird die Ladungsentladung um das effektive Pixelgebiet herum weiter beschrieben.
  • Beispielsweise ist ein lichtabschirmendes Pixelgebiet, in welchem lichtabschirmende Pixel angeordnet sind, in einem äußeren peripheren Bereich, der dem effektiven Pixelgebiet benachbart ist, vorhanden.
  • Wie in 52 veranschaulicht ist, sind Signalextraktionsbereiche 65 und dergleichen in einem lichtabschirmenden Pixel 51X im lichtabschirmenden Pixelgebiet ähnlich dem Pixel 51 im effektiven Pixelgebiet ausgebildet. Darüber hinaus ist ein lichtabschirmender Film 63 zwischen Pixeln auf der gesamten Oberfläche des Pixelgebiets des lichtabschirmenden Pixels 51X im lichtabschirmenden Pixelgebiet ausgebildet, und Licht tritt nicht in das lichtabschirmende Pixel 51X ein. Darüber hinaus wird oft ein Ansteuerungssignal nicht an das lichtabschirmende Pixel 51X angelegt.
  • Im lichtabschirmenden Pixelgebiet, das dem effektiven Pixelgebiet benachbart ist, fallen indes schräges einfallendes Licht von einer Linse, gebeugtes Licht vom lichtabschirmenden Film 63 zwischen Pixeln und reflektiertes Licht von der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 ein, um Fotoelektronen zu erzeugen. Da es kein Emissionsziel gibt, werden die erzeugten Fotoelektronen im lichtabschirmenden Pixelgebiet akkumuliert, im effektiven Pixelgebiet aufgrund eines Konzentrationsgradienten diffundiert bzw. verteilt, mit der Signalladung gemischt und werden Rauschen. Das Rauschen um das effektive Pixelgebiet herum wird eine sogenannte Rahmen-Ungleichmäßigkeit.
  • Als Gegenmaßnahme gegen das um das effektive Pixelgebiet herum erzeugte Rauschen kann somit das lichtempfangende Element 1 ein Ladungsentladungsgebiet 1101 eines von A bis D in 53 in der äußeren Peripherie des effektiven Pixelgebiets 1051 vorsehen.
  • A bis D in 53 sind Draufsichten, die Konfigurationsbeispiele des in der äußeren Peripherie des effektiven Pixelgebiets 1051 vorgesehenen Ladungsentladungsgebiets 1101.
  • In einer von A bis D in 53 ist das Ladungsentladungsgebiet 1101 in der äußeren Peripherie des effektiven Pixelgebiets 1051 vorgesehen, das im zentralen Bereich des Substrats 61 angeordnet ist, und ein OPB-Gebiet 1102 ist ferner außerhalb des Ladungsentladungsgebiets 1101 vorgesehen. Das Ladungsentladungsgebiet 1101 ist ein schraffiertes Gebiet zwischen dem inneren Viereck in gestrichelten Linien und dem äußeren Viereck in gestrichelten Linien. Das OPB-Gebiet 1102 ist ein Gebiet, in welchem der lichtabschirmende Film 63 zwischen Pixeln auf der gesamten Oberfläche des Gebiets ausgebildet ist, und ein OPB-Pixel, das ähnlich dem Pixel 51 im effektiven Pixelgebiet angesteuert wird und ein Schwarzpegel-Signal detektiert, ist angeordnet. In A bis D in 53 gibt das graue Gebiet ein Gebiet an, das abgeschirmt wird, wenn der lichtabschirmende Film 63 zwischen Pixeln ausgebildet ist.
  • Das Ladungsentladungsgebiet 1101 in A in 53 umfasst ein Apertur-Pixelgebiet 1121, in dem ein Apertur-Pixel angeordnet ist, und ein lichtabschirmendes Pixelgebiet 1122, in dem das lichtabschirmende Pixel 51X angeordnet ist. Das Apertur-Pixel des Apertur-Pixelgebiets 1121 hat die gleiche Pixelstruktur wie das Pixel 51 des effektiven Pixelgebiets 1051 und ist ein Pixel, das eine vorbestimmte Ansteuerung durchführt. Das lichtabschirmende Pixel 51X im lichtabschirmenden Pixelgebiet 1122 hat die gleiche Pixelstruktur wie das Pixel 51 im effektiven Pixelgebiet 1051, außer dass der lichtabschirmende Film 63 zwischen Pixeln auf der gesamten Oberfläche des Pixelgebiets ausgebildet ist, und ist ein Pixel, das eine vorbestimmte Ansteuerung durchführt.
  • Das Apertur-Pixelgebiet 1121 enthält ein oder mehr Pixel von Pixel-Spalten oder Pixel-Reihen in jeder Spalte oder jeder Reihe in den vier Seiten der äußeren Peripherie des effektiven Pixelgebiets 1051. Das lichtabschirmende Pixelgebiet 1122 enthält auch ein oder mehr Pixel von Pixel-Spalten oder Pixel-Reihen in jeder Spalte oder jeder Reihe in den vier Seiten der äußeren Peripherie des Apertur-Pixelgebiets 1121.
  • Das Ladungsentladungsgebiet 1101 in B in 53 umfasst das lichtabschirmende Pixelgebiet 1122, in dem das lichtabschirmende Pixel 51X angeordnet ist, und ein Gebiet 1123 vom N-Typ, in dem eine Diffusionsschicht vom N-Typ angeordnet ist.
  • 54 ist eine Querschnittsansicht des Falls, in dem das Ladungsentladungsgebiet 1101 von dem lichtabschirmenden Pixelgebiet 1122 und dem Gebiet 1123 vom N-Typ gebildet wird.
  • Das Gebiet 1123 vom N-Typ ist ein Gebiet, in welchem der lichtabschirmende Film 63 zwischen Pixeln die gesamte Oberfläche des Gebiets abschirmt und eine Diffusionsschicht 1131 vom N-Typ als Halbleitergebiet vom N-Typ mit hoher Konzentration anstelle der Signalextraktionsbereiche 65 im Halbleitergebiet 1022 vom P-Typ des Substrats 61 ausgebildet ist. An die Diffusionsschicht 1131 vom N-Typ wird 0 V oder eine positive Spannung konstant oder intermittierend vom Metallfilm M1 der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 angelegt. Beispielsweise kann die Diffusionsschicht 1131 vom N-Typ im gesamten Halbleitergebiet 1022 vom P-Typ des Gebiets 1123 vom N-Typ ausgebildet und in Draufsicht in einer durchgehenden, im Wesentlichen ringförmigen Form ausgebildet sein oder kann teilweise im Halbleitergebiet 1022 vom P-Typ des Gebiets 1123 vom N-Typ ausgebildet sein und kann die Vielzahl von Diffusionsschichten 1131 vom N-Typ in einer im Wesentlichen ringförmigen und gepunkteten Art und Weise in Draufsicht angeordnet sein.
  • Zu B in 53 zurückkehrend enthält das lichtabschirmenden Pixelgebiet 1122 ein oder mehr Pixel von Pixel-Spalten oder Pixel-Reihen in jeder Spalte oder jeder Reihe in den vier Seiten der äußeren Peripherie des effektiven Pixelgebiets 1051. Das Gebiet 1123 vom N-Typ hat auch eine vorbestimmte Spaltenbreite oder Reihenbreite in jeder Spalte oder jeder Reihe der vier Seiten der äußeren Peripherie des lichtabschirmenden Pixelgebiets 1122.
  • Das Ladungsentladungsgebiet 1101 in C in 53 umfasst das lichtabschirmende Pixelgebiet 1122, in dem ein lichtabschirmendes Pixel angeordnet ist. Das lichtabschirmende Pixelgebiet 1122 enthält ein oder mehr Pixel von Pixel-Spalten oder Pixel-Reihen in jeder Spalte oder jeder Reihe in den vier Seiten der äußeren Peripherie des effektiven Pixelgebiets 1051.
  • Das Ladungsentladungsgebiet 1101 in D in 53 umfasst ein Apertur-Pixelgebiet 1121, in dem das Apertur-Pixel angeordnet ist, und das Gebiet 1123 vom N-Typ, in welchem die Diffusionsschicht vom N-Typ angeordnet ist.
  • Die vorbestimmte Ansteuerung, die durch das Apertur-Pixel im Apertur-Pixelgebiet 1121 und das lichtabschirmende Pixel 51X im lichtabschirmenden Pixelgebiet 1122 durchgeführt wird, ist eine Ansteuerung, die eine Operation einschließt, um die positive Spannung konstant oder intermittierend an das Halbleitergebiet vom N-Typ des Pixels anzulegen, und ist vorteilhafterweise eine Operation zum Anlegen eines Ansteuerungssignals an die Pixel-Transistoren und das Halbleitergebiet vom P-Typ oder das Halbleitergebiet vom N-Typ ähnlich der Ansteuerung des Pixels 51 zu einem Zeitpunkt basierend auf dem Pixel 51 im effektiven Pixelgebiet 1051.
  • Die Konfigurationsbeispiele des Ladungsentladungsgebiets 1101, die in A bis D in 53 veranschaulicht sind, sind Beispiele, und die Konfiguration ist nicht auf diese Beispiele beschränkt. Das Ladungsentladungsgebiet 1101 weist eine Konfiguration auf, die mit irgendeinem des Apertur-Pixels, das eine vorbestimmte Ansteuerung durchführt, des lichtabschirmenden Pixels, das eine vorbestimmte Ansteuerung durchführt, oder des Gebiets vom N-Typ versehen ist, das die Diffusionsschicht vom N-Typ enthält, an die 0 V oder die positive Spannung konstant oder intermittierend angelegt wird. Daher können beispielsweise das Apertur-Pixel, das lichtabschirmende Pixel und das Gebiet vom N-Typ in einer Pixel-Spalte oder in einer Pixel-Reihe gemischt sein, oder eine unterschiedliche Art des Apertur-Pixels, des lichtabschirmenden Pixels oder des Gebiets vom N-Typ kann in der Pixel-Spalte oder der Pixel-Reihe der vier Seiten der Peripherie des effektiven Pixelgebiets angeordnet werden.
  • Indem man das Ladungsentladungsgebiet 1101 in der äußeren Peripherie des effektiven Pixelgebiets 1051 auf diese Weise vorsieht, kann eine Akkumulierung der Elektronen in einem anderen Gebiet als dem effektiven Pixelgebiet 1051 unterdrückt werden, und somit kann eine Erzeugung von Rauschen aufgrund einer Hinzufügung einer Fotoladung, die von außerhalb des effektiven Pixelgebiets 1051 zum effektiven Pixelgebiet 1051 diffundiert ist, zu der Signalladung unterdrückt werden.
  • Indem man das Ladungsentladungsgebiet 1101 vor dem OPB-Gebiet 1102 vorsieht, kann überdies eine Diffusion von im lichtabschirmenden Gebiet außerhalb des effektiven Pixelgebiets 1051 erzeugten Elektronen zum OPB-Gebiet 1102 verhindert werden, und somit kann eine Hinzufügung von Rauschen zum Schwarzpegel-Signal verhindert werden. Die Konfigurationen in A bis D in 53 können für jede der in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden.
  • <Achtzehnte Ausführungsform>
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 55 ein Fluss eines Stroms in einem Fall beschrieben, in dem Pixel-Transistoren in einem Substrat 61 mit einem fotoelektrischen Umwandlungsgebiet angeordnet sind.
  • In einem Pixel 51 werden beispielsweise eine positive Ladung von 1,5 V und eine Ladung von 0 V an die (P+)-Halbleitergebiete 73 von zwei Signalextraktionsbereichen 65 angelegt, um ein elektrisches Feld in den beiden (P+)-Halbleitergebieten 73 zu erzeugen, und ein Strom fließt von dem (P+)-Halbleitergebiet 73, an das 1,5 V angelegt wird, zu dem (P+)-Halbleitergebiet 73, an das 0 V angelegt wird. Da ein in einem Pixel-Grenzbereich ausgebildetes P-Wannengebiet 1011 ebenfalls GND (0 V) ist, fließt jedoch der Strom nicht nur zwischen den Signalextraktionsbereichen 65, sondern fließt auch vom (P+)-Halbleitergebiet 73, an das 1,5 V angelegt ist, zum P-Wannengebiet 1011, wie in A in 55 veranschaulicht ist.
  • B in 55 ist eine Draufsicht, die eine Anordnung eines Verdrahtungsgebiets 831 für Pixel-Transistoren veranschaulicht, die in A in 42 veranschaulicht ist.
  • Die Fläche des Signalextraktionsbereichs 65 kann reduziert werden, indem ein Layout geändert wird, wohingegen eine Reduzierung der Fläche des Verdrahtungsgebiets 831 für Pixel-Transistoren allein durch Konzipieren des Layouts schwierig ist, da die Fläche des Verdrahtungsgebiets 831 für Pixel-Transistoren durch eine von einem Pixel-Transistor eingenommene Fläche, die Anzahl an Pixel-Transistoren und eine Verdrahtungsfläche bestimmt ist. Wenn man versucht, die Fläche des Pixels 51 zu reduzieren, wird daher die Fläche des Verdrahtungsgebiets 831 für Pixel-Transistoren ein wesentlicher begrenzender Faktor. Um eine Auflösung zu erhöhen, während eine optische Größe eines Sensors beibehalten wird, ist eine Reduzierung einer Pixel-Größe notwendig; aber die Fläche des Verdrahtungsgebiets 831 für Pixel-Transistoren wird eine Beschränkung. Wenn man die Fläche Pixels 51 reduziert, während man die Fläche des Verdrahtungsgebiets 831 für Pixel-Transistoren beibehält, wird überdies ein Pfad eines im Verdrahtungsgebiet 831 für Pixel-Transistoren fließenden Stroms, der durch Pfeile in gestrichelten Linien in B in 55 veranschaulicht ist, verkürzt, nimmt ein Widerstand ab und nimmt der Strom zu. Daher führt die Flächenreduzierung des Pixels 51 zu einer Zunahme des Leistungsverbrauchs.
  • < Konfigurationsbeispiel eines Pixels>
  • Wie in 56 veranschaulicht ist, kann daher eine Konfiguration übernommen werden, in der ein lichtempfangendes Element 1 eine gestapelte Struktur aufweist, in der zwei Substrate gestapelt sind und alle Pixel-Transistoren in einem Substrat angeordnet sind, das von einem Substrat mit einem fotoelektrischen Umwandlungsgebiet verschieden ist.
  • 56 ist eine Querschnittsansicht von Pixeln gemäß der achtzehnten Ausführungsform.
  • 56 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Vielzahl von Pixeln entsprechend der Linie B-B' in 11, ähnlich 36 und dergleichen, die oben beschrieben wurden.
  • In 56 ist ein Bereich, der der Querschnittsansicht der Vielzahl von Pixeln in der in 36 veranschaulichten vierzehnten Ausführungsform entspricht, mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet und dessen Beschreibung wird gegebenenfalls weggelassen.
  • In der achtzehnten Ausführungsform in 56 ist das lichtempfangende Element 1 durch Stapeln von zwei Substraten eines Substrats 1201 und eines Substrats 1211 konfiguriert. Das Substrat 1201 entspricht dem Substrat 61 in der in 36 veranschaulichten vierzehnten Ausführungsform und ist beispielsweise unter Verwendung eines Siliziumsubstrats und dergleichen mit einem Halbleitergebiet 1204 vom P-Typ als fotoelektrisches Umwandlungsgebiet konfiguriert. Das Substrat 1211 ist ebenfalls unter Verwendung eines Siliziumsubstrats und dergleichen konfiguriert.
  • Das Substrat 1201 mit einem fotoelektrischen Umwandlungsgebiet kann außer unter Verwendung des Siliziumsubstrats oder dergleichen unter Verwendung eines Verbund-Halbleiters von GaAs, InP oder GaSb, eines Halbleiters mit schmaler Bandlücke von Ge oder einem Glassubstrat oder einem Kunststoffsubstrat, das mit einem organischen fotoelektrischen Umwandlungsfilm beschichtet ist, konfiguriert sein. Falls das Substrat 1201 unter Verwendung eines Verbund-Halbleiters konfiguriert ist, kann man eine Verbesserung der Quanteneffizienz durch eine Bandstruktur vom Typ mit direktem Übergang, eine Verbesserung der Empfindlichkeit und eine Abnahme der Höhe des Sensors durch Abdünnen des Substrats erwarten. Darüber hinaus kann die Effizienz einer Elektronensammlung verbessert werden, da eine Elektronenbeweglichkeit hoch ist, und kann der Leistungsverbrauch reduziert werden, da die Lochbeweglichkeit gering ist. Falls man das Substrat 1201 unter Verwendung eines Halbleiters mit schmaler Bandlücke konfiguriert, kann man eine Verbesserung der Quanteneffizienz in einem Infrarotgebiet durch die schmale Bandlücke und eine Verbesserung der Empfindlichkeit erwarten.
  • Das Substrat 1201 und das Substrat 1211 sind so verbunden bzw. gebondet, dass eine Verdrahtungsschicht 1202 des Substrats 1201 und eine Verdrahtungsschicht 1212 des Substrats 1211 einander gegenüberliegen. Eine Metallverdrahtung 1203 der Verdrahtungsschicht 1202 auf der Seite des Substrats 1201 und eine Metallverdrahtung 1213 der Verdrahtungsschicht 1212 auf der Seite des Substrats 1211 werden dann mittels beispielsweise Cu-Cu-Verbindung elektrisch verbunden. Man beachte, dass die elektrische Verbindung zwischen den Verdrahtungsschichten nicht auf eine Cu-Cu-Verbindung beschränkt ist und beispielsweise eine homogene Metallverbindung wie etwa eine Au-Au-Verbindung oder Al-Al-Verbindung oder eine Verbindung ungleicher Metalle wie etwa eine Cu-Au-Verbindung, eine Cu-Al-Verbindung oder eine Au-Al-Verbindung sein kann. Darüber hinaus kann ferner das reflektierende Bauteil 631 der vierzehnten Ausführungsform oder das lichtabschirmende Bauteil 631' der fünfzehnten Ausführungsform in entweder der Verdrahtungsschicht 1202 des Substrats 1201 oder der Verdrahtungsschicht 1212 des Substrats 1211 vorgesehen sein.
  • Der Unterschied des Substrats 1201 mit einem fotoelektrischen Umwandlungsgebiet gegenüber den Substraten 61 der ersten bis siebzehnten Ausführungsformen besteht darin, dass alle Pixel-Transistoren Tr wie ein Rücksetztransistor 723, ein Verstärkungstransistor 724 und ein Auswahltransistor 725 im Substrat 1201 nicht ausgebildet sind.
  • In der achtzehnten Ausführungsform in 56 sind auf dem unteren Substrat 1211 in 56 die Pixel-Transistoren Tr wie etwa der Rücksetztransistor 723, der Verstärkungstransistor 724 und der Auswahltransistor 725 ausgebildet. 56 veranschaulicht den Rücksetztransistor 723, den Verstärkungstransistor 724 und den Auswahltransistor 725, aber ein Übertragungstransistor 721 ist in einem (nicht veranschaulichten) Gebiet des Substrats 1211 ebenfalls vorgesehen.
  • Ein Isolierfilm (Oxidfilm) 1214, der auch als Gate-Isolierfilm für die Pixel-Transistoren dient, ist zwischen dem Substrat 1211 und der Verdrahtungsschicht 1212 ausgebildet.
  • Obgleich nicht veranschaulicht ist daher, wenn das Pixel gemäß der achtzehnten Ausführungsform in einer der Linie A-A' in 11 entsprechenden Querschnittsansicht betrachtet wird, der im Pixel-Grenzbereich in 37 ausgebildete Pixel-Transistor Tr im Substrat 1201 nicht ausgebildet.
  • Wenn die Elemente, die in sowohl dem Substrat 1201 als auch dem Substrat 1211 angeordnet sind, unter Verwendung einer Ersatzschaltung des Pixels 51, die in 31 veranschaulicht ist, veranschaulicht werden, sind das (P+)-Halbleitergebiet 73 als Spannungsanlegungsbereich und das (N+)-Halbleitergebiet 71 als Ladungsdetektionsbereich auf dem Substrat 1201 ausgebildet und sind der Übertragungstransistor 721, ein FD 722, der Rücksetztransistor 723, der Verstärkungstransistor 724 und der Auswahltransistor 725 auf dem Substrat 1211 ausgebildet, wie in 57 veranschaulicht ist.
  • Wenn das lichtempfangende Element 1 gemäß der achtzehnten Ausführungsform gemäß 47 veranschaulicht wird, wird das lichtempfangende Element 1 gebildet, indem das Substrat 1201 und das Substrat 1211 gestapelt werden, wie in 58 veranschaulicht ist.
  • In einem Pixel-Arraygebiet 1231 des Substrats 1201 ist ein Bereich ohne den Übertragungstransistor 721, das FD 722, den Rücksetztransistor 723, den Verstärkungstransistor 724 und den Auswahltransistor 725 vom Pixel-Arraygebiet 951, das in C in 47 veranschaulicht ist, ausgebildet.
  • In einer Flächen-Steuerungsschaltung 1232 des Substrats 1211 sind zusätzlich zu der in C in 47 veranschaulichten Flächen-Steuerungsschaltung 954 der Übertragungstransistor 721, das FD 722, der Rücksetztransistor 723, der Verstärkungstransistor 724 und der Auswahltransistor 725 jedes Pixels der Pixel-Arrayeinheit 20 vorgesehen. Eine Tap-Ansteuerungseinheit 21, eine vertikale Ansteuerungseinheit 22, eine Spaltenverarbeitungseinheit 23, eine horizontale Ansteuerungseinheit 24, eine System-Steuerungseinheit 25, eine Signalverarbeitungseinheit 21 und eine Datenspeichereinheit 32, die in 1 veranschaulicht sind, sind auf dem Substrat 1211 ebenfalls ausgebildet.
  • 59 ist eine Draufsicht, die einen MIX-gebondeten Bereich veranschaulicht, der ein elektrisch gebondeter Bereich zwischen dem Substrat 1201 und dem Substrat 1211 ist, der eine Spannung MIX austauscht, und einen DET-gebondeten Bereich, der ein elektrisch gebondeter Bereich zwischen dem Substrat 1201 und dem Substrat 1211 ist, der eine Signalladung DET austauscht. Man beachte, dass in 59 einige der Bezugsziffern des MIX-gebondeten Bereichs 1251 und des DET-gebondeten Bereichs 1252 weggelassen sind, um eine Verkomplizierung der Zeichnung zu vermeiden.
  • Wie in 59 veranschaulicht ist, sind beispielsweise der MIX-gebondete Bereich 1251 zum Bereitstellen der Spannung MIX und der DET-gebondete Bereich 1252 zum Erfassen der Signalladung DET jeweils in jedem Pixel 51 vorgesehen. In diesem Fall werden die Spannung MIX und die Signalladung DET zwischen dem Substrat 1201 und dem Substrat 1211 auf Pixel-Basis durchgelassen.
  • Alternativ dazu ist, wie in 60 veranschaulicht ist, der DET-gebondete Bereich 1252 zum Erfassen der Signalladung DET im Pixelgebiet auf Pixel-Basis vorgesehen, kann aber, wie in 60 veranschaulicht ist, der MIX-gebondete Bereich 1251 zum Bereitstellen der Spannung MIX in einem peripheren Bereich 1262 außerhalb der Pixel-Arrayeinheit 20 vorgesehen sein. Im peripheren Bereich 1261 wird die vom Substrat 1211 bereitgestellte Spannung MIX dem (P+)-Halbleitergebiet 73, der ein Spannungsanlegungsbereich jedes Pixels 51 ist, über eine in der vertikalen Richtung im Substrat 1201 verdrahtete Spannungsversorgungsleitung 1253 bereitgestellt. Indem man den MIX-gebondeten Bereich 1251 zum Bereitstellen der Spannung MIX von einer Vielzahl von Pixeln auf diese Weise gemeinsam nutzt, kann die Anzahl an MIX-gebondeten Bereichen 1251 auf dem gesamten Substrat reduziert werden und können die Pixel-Größe und Chipgröße leicht miniaturisiert werden.
  • Man beachte, dass 60 ein Beispiel veranschaulicht, in welchem die Spannungsversorgungsleitung 1253 in der vertikalen Richtung verdrahtet ist und von einer Pixel-Spalte gemeinsam genutzt wird. Jedoch kann die Spannungsversorgungsleitung 1253 in der horizontalen Richtung verdrahtet sein und von einer Pixel-Reihe gemeinsam genutzt werden.
  • Darüber hinaus wurde in der oben beschriebenen achtzehnten Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, bei dem das Substrat 1201 und das Substrat 1211 mittels einer Cu-Cu-Verbindung elektrisch verbunden sind. Ein anderes elektrisches Verbindungsverfahren, zum Beispiel eine Chip-Durchkontaktierung (TCV) oder eine Verbindung mit Kontakthöckern unter Verwendung eines Mikro-Kontakthöckers, kann ebenfalls verwendet werden.
  • Gemäß der oben beschriebenen achtzehnten Ausführungsform wird das lichtempfangende Element 1 von einer gestapelten Struktur des Substrats 1201 und des Substrats 1211 gebildet, und all die Pixel-Transistoren, die die Operation zum Lesen der Signalladung DET des (N+)-Halbleitergebiets 71 als Ladungsdetektionsbereich durchführen, 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 mit dem Halbleitergebiet 1204 vom P-Typ als fotoelektrisches Umwandlungsgebiet verschieden ist. Dadurch kann das mit Verweis auf 55 beschriebene Problem gelöst werden.
  • Das heißt, die Fläche des Pixels 51 kann ungeachtet der Fläche des Verdrahtungsgebiets 831 für Pixel-Transistoren reduziert werden, und eine hohe Auflösung kann ohne Ändern einer optischen Größe erzielt werden. Da die Zunahme des Stroms von den Signalextraktionsbereichen 65 zum Verdrahtungsgebiet 831 für Pixel-Transistoren vermieden wird, kann überdies auch der Stromverbrauch reduziert werden.
  • <Neunzehnte Ausführungsform>
  • Als Nächstes wird eine neunzehnte Ausführungsform beschrieben.
  • Um die Effizienz Cmod einer Ladungstrennung eines CAPD-Sensors zu erhöhen, ist es notwendig, ein Potential eines (P+)-Halbleitergebiets 73 oder eines (P-)-Halbleitergebiets 74 als Spannungsanlegungsbereich zu stärken. Insbesondere ist es in einem Fall, in dem langwelliges Licht wie etwa Infrarotlicht mit hoher Empfindlichkeit detektiert wird, notwendig, das (P-)-Halbleitergebiet 74 bis zu einer tiefen Position einer Halbleiterschicht auszudehnen oder eine anzulegende positive Spannung auf eine Spannung VA2 anzuheben, die höher als eine Spannung VA1 ist, wie in 61 veranschaulicht ist. In diesem Fall fließt tendenziell ein Strom Imix aufgrund eines niedrigen Widerstands zwischen den Spannungsanlegungsbereichen, und eine Zunahme des Stromverbrauchs wird ein Problem. In einem Fall, in dem eine Pixel-Größe miniaturisiert wird, um die Auflösung zu erhöhen, wird ferner ein Abstand zwischen den Spannungsanlegungsbereichen verkürzt, sodass der Widerstand verringert wird, und die Zunahme des Stromverbrauchs wird ein Problem.
  • <Erstes Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform>
  • A in 62 ist eine Draufsicht eines Pixels gemäß einem ersten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform, und B in 62 ist eine Querschnittsansicht des Pixels gemäß dem ersten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform.
  • A in 62 ist eine entlang der Linie B-B' in B in 62 genommene Draufsicht, und B in 62 ist eine entlang der Linie A-A' in A in 62 genommene Querschnittsansicht.
  • Man beachte, dass 62 nur einen Bereich veranschaulicht, der in einem Substrat 61 eines Pixels 51 ausgebildet ist, und beispielsweise eine Veranschaulichung einer On-Chip-Linse 62, die auf einer Seite einer Lichteinfallsoberfläche ausgebildet ist, und einer Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811, die auf einer entgegengesetzten Seite der Lichteinfallsoberfläche ausgebildet ist, und dergleichen weggelassen ist. Der nicht veranschaulichte Bereich kann ähnlich den oben beschriebenen anderen Ausführungsformen konfiguriert sein. Beispielsweise kann ein reflektierendes Bauteil 631 oder ein lichtabschirmendes Bauteil 631' in der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 auf einer entgegengesetzten Seite der Lichteinfallsoberfläche vorgesehen sein.
  • Im ersten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform sind ein Elektrodenbereich 1311-1, der als Spannungsanlegungsbereich dient, der eine vorbestimmte Spannung MIX0 anlegt, und ein Elektrodenbereich 1311-2, der als Spannungsanlegungsbereich dient, der eine vorbestimmte Spannung MIX1 anlegt, an vorbestimmten Positionen eines Halbleitergebiets 1301 vom P-Typ als fotoelektrisches Umwandlungsgebiet des Substrats 61 ausgebildet.
  • Der Elektrodenbereich 1311-1 weist einen eingebetteten Bereich 1311A-1, der im Halbleitergebiet 1301 vom P-Typ des Substrats 61 eingebettet ist, und einen vorstehenden Bereich 1311B-1 auf, der über eine erste Oberfläche 1321 des Substrats 61 vorsteht.
  • Ähnlich weist der Elektrodenbereich 1311-2 einen eingebetteten Bereich 1311A-2, der im Halbleitergebiet 1301 vom P-Typ des Substrats 61 eingebettet ist, und einen vorstehenden Bereich 1311B-2 auf, der über die erste Oberfläche 1321 des Substrats 61 vorsteht. Die Elektrodenbereiche 1311-1 und 1311-2 werden unter Verwendung beispielsweise eines Metallmaterials wie etwa Wolfram (W), Aluminium (Al) oder Kupfer (Cu) oder eines leitfähigen Materials wie etwa Silizium oder Polysilizium gebildet.
  • Wie in A in 62 veranschaulicht ist, sind der Elektrodenbereich 1311-1 (dessen eingebetteter Bereich 1311A-1) und der Elektrodenbereich 1311-2 (dessen eingebetteter Bereich 1311A-2) mit einer kreisförmigen ebenen Form bezüglich eines Mittelpunkts des Pixels als symmetrischem Punkt punktsymmetrisch angeordnet.
  • Ein (N+)-Halbleitergebiet 1312-1, das als Ladungsdetektionsbereich dient, ist in einer äußeren Peripherie des Elektrodenbereichs 1311-1 ausgebildet, und ein Isolierfilm 1313-1 und eine eine Lochkonzentration verstärkende Schicht 1314-1 sind zwischen dem Elektrodenbereich 1311-1 und dem (N+)-Halbleitergebiet 1312-1 eingefügt.
  • Ähnlich ist ein (N+)-Halbleitergebiet 1312-2, das als Ladungsdetektionsbereich dient, in einer äußeren Peripherie des Elektrodenbereichs 1311-2 ausgebildet, und ein Isolierfilm 1313-2 und eine eine Lochkonzentration verstärkende Schicht 1314-2 sind zwischen dem Elektrodenbereich 1311-2 und dem (N+)-Halbleitergebiet 1312-2 eingefügt.
  • Der Elektrodenbereich 1311-1 und das (N+)-Halbleitergebiet 1312-1 bilden den oben beschriebenen Signalextraktionsbereich 65-1, und der Elektrodenbereich 1311-2 und der (N+)-Halbleiterbereich 1312-2 bilden den oben beschriebenen Signalextraktionsbereich 65-2.
  • Der Elektrodenbereich 1311-1 ist mit dem Isolierfilm 1313-1 bedeckt, und der Isolierfilm 1313-1 ist mit der einer Lochkonzentration verstärkenden Schicht 1314-1 im Substrat 61 bedeckt, wie in B in 62 veranschaulicht ist. Das Obige gilt ähnlich für die Beziehung zwischen dem Elektrodenbereich 1311-2, dem Isolierfilm 1313-2 und der eine Lochkonzentration verstärkenden Schicht 1314-2.
  • Die Isolierfilme 1313-1 und 1313-2 werden unter Verwendung beispielsweise eines Oxidfilms (SiO2) gebildet und werden im gleichen Prozess wie ein auf der ersten Oberfläche 1321 des Substrats 61 ausgebildeter Isolierfilm 1322 gebildet. Man beachte, dass ein Isolierfilm 1332 auch auf einer der ersten Oberfläche 1321 des Substrats 61 entgegengesetzten zweiten Oberfläche 1331 ausgebildet ist.
  • Die eine Lochkonzentration verstärkenden Schichten 1314-1 und 1314-2 werden unter Verwendung eines Halbleitergebiets vom P-Typ gebildet und können mittels beispielsweise eines Ionenimplantationsverfahrens, eines Festphasen-Diffusionsverfahrens, eines Plasmadotierungsverfahrens oder dergleichen gebildet werden.
  • Falls der Elektrodenbereich 1311-1 und der Elektrodenbereich 1311-2 nicht unterschieden werden müssen, wird hier auf sie im Folgenden auch einfach als Elektrodenbereich(e) 1311 verwiesen, und, falls das (N+)-Halbleitergebiet 1312-1 und das (N+)-Halbleitergebiet 1312-2 nicht unterschieden werden müssen, wird auf sie auch einfach als (N+)-Halbleitergebiet (e) 1312 verwiesen.
  • Falls die eine Lochkonzentration verstärkende Schicht 1314-1 und die eine Lochkonzentration verstärkende Schicht 1314-2 nicht unterschieden werden müssen, wird überdies auf sie auch einfach als eine Lochkonzentration verstärkende Schicht(en) 1314 verwiesen, und, falls der Isolierfilm 1313-1 und der Isolierfilm 1313-2 nicht unterschieden werden müssen, wird auch auf sie einfach als Isolierfilm(e) 1313 verwiesen.
  • Der Elektrodenbereich 1311, der Isolierfilm 1313 und die eine Lochkonzentration verstärkende Schicht 1314 können durch die folgende Prozedur gebildet werden. Zunächst wird das Halbleitergebiet 1301 vom P-Typ des Substrats 61 von der Seite der ersten Oberfläche 1321 aus geätzt, sodass ein Graben bis zu einer vorbestimmten Tiefe ausgebildet wird. Als Nächstes wird die eine Lochkonzentration verstärkende Schicht 1314 auf einer inneren Peripherie des ausgebildeten Grabens mittels eines Ionenimplantationsverfahrens, eines Festphasen-Diffusionsverfahrens, eines Plasmadotierungsverfahrens oder dergleichen gebildet, und dann wird der Isolierfilm 1313 gebildet. Als Nächstes wird ein leitfähiges Material innerhalb des Isolierfilms 1313 eingebettet, sodass der eingebettete Bereich 1311A ausgebildet wird. Danach wird ein leitfähiges Material wie etwa ein Metallmaterial auf der gesamten Oberfläche der ersten Oberfläche 1321 des Substrats 61 ausgebildet, und danach ist mittels Ätzung nur ein oberer Bereich des Elektrodenbereichs 1311 übrig, sodass der vorstehende Bereich 1311B-1 ausgebildet wird.
  • Die Tiefe des Elektrodenbereichs 1311 ist so konfiguriert, dass sie zumindest eine Position ist, die tiefer als das (N+)-Halbleitergebiet 1312 ist, das der Ladungsdetektionsbereich ist; jedoch wird die Tiefe vorteilhafterweise so konfiguriert, dass sie eine Position ist, die tiefer als die Hälfte des Substrats 61 liegt.
  • Gemäß dem Pixel 51 des ersten Konfigurationsbeispiels der neunzehnten Ausführungsform, das wie oben beschrieben konfiguriert ist, ist der Graben in Richtung der Tiefe des Substrats 61 ausgebildet, und der mit dem leitfähigen Material eingebettete Elektrodenbereich 1311 liefert einen Ladungsverteilungseffekt bezüglich der Ladung, die in einem weiten Gebiet in Richtung der Tiefe des Substrats 61 fotoelektrisch umgewandelt wird, wodurch die Effizienz Cmod einer Ladungstrennung für langwelliges Licht gesteigert werden kann.
  • Da der äußere periphere Bereich des Elektrodenbereichs 1311 mit dem Isolierfilm 1313 bedeckt ist, wird überdies der zwischen den Spannungsanlegungsbereichen fließende Strom unterdrückt, und somit kann der Stromverbrauch reduziert werden. Darüber hinaus kann bei Vergleich mit dem gleichen Stromverbrauch eine hohe Spannung an den Spannungsanlegungsbereich angelegt werden. Da der Stromverbrauch unterdrückt werden kann, selbst wenn der Abstand zwischen den Spannungsanlegungsbereichen verkürzt ist, wird außerdem eine hohe Auflösung möglich, indem die Pixel-Größe miniaturisiert und die Anzahl an Pixeln erhöht wird.
  • Man beachte, dass im ersten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform der vorstehende Bereich 1311B des Elektrodenbereichs 1311 weggelassen werden kann. Indem man den vorstehenden Bereich 1311B vorsieht, wird jedoch das zum Substrat 61 senkrechte elektrische Feld verstärkt und können die Ladungen leicht gesammelt werden.
  • Um den Grad einer Modulation durch eine angelegte Spannung zu erhöhen und die Effizienz Cmod einer Ladungstrennung weiter zu steigern, kann überdies die eine Lochkonzentration verstärkende Schicht 1314 weggelassen werden. Indem mit der eine Lochkonzentration verstärkenden Schicht 1314 vorgesehenen Fall können erzeugte Elektronen, die durch eine Schädigung verursacht werden, und Verunreinigungen, die während einer Ätzung zum Ausbilden eines Grabens erzeugt werden, unterdrückt werden.
  • Im ersten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform kann entweder die erste Oberfläche 1321 oder die zweite Oberfläche 1331 des Substrats 61 die Lichteinfallsoberfläche sein, und sowohl der rückseitig beleuchtete Typ als auch der vorderseitig beleuchtete Typ stehen zur Verfügung. Jedoch ist der rückseitig beleuchtete Typ vorteilhafter.
  • <Zweites Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform>
  • A in 63 ist eine Draufsicht eines Pixels gemäß einem zweiten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform, und B in 63 ist eine Querschnittsansicht des Pixels gemäß dem zweiten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform.
  • A in 63 ist eine entlang der Linie B-B' in B in 63 genommene Draufsicht, und B in 63 ist eine entlang der Linie A-A' in A in 63 genommene Querschnittsansicht.
  • Man beachte, dass im zweiten Konfigurationsbeispiel in 63 ein 62 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und eine Beschreibung mit Fokus auf vom ersten Konfigurationsbeispiel in 62 verschiedene Bereiche gegeben wird, und eine Beschreibung gemeinsamer Bereiche gegebenenfalls weggelassen wird.
  • Der Unterschied des zweiten Konfigurationsbeispiels in 63 besteht darin, dass der eingebettete Bereich 1311A des Elektrodenbereichs 1311 das Substrat 61 als Halbleiterschicht durchdringt, und die anderen Punkte sind gemeinsam. Der eingebettete Bereich 1311A des Elektrodenbereichs 1311 ist von der ersten Oberfläche 1321 bis zur zweiten Oberfläche 1331 des Substrats 61 ausgebildet, und der Isolierfilm 1313 und die eine Lochkonzentration verstärkende Schicht 1314 sind auf dem äußeren peripheren Bereich des Elektrodenbereichs 1311 ausgebildet. Die gesamte Oberfläche der zweiten Oberfläche 1331 auf der Seite, wo das (N+)-Halbleitergebiet 1312 als Ladungsdetektionsbereich nicht ausgebildet ist, ist mit dem Isolierfilm 1332 bedeckt.
  • Wie in diesem zweiten Konfigurationsbeispiel kann der eingebettete Bereich 1311A des Elektrodenbereichs 1311 als Spannungsanlegungsbereich so konfiguriert sein, dass er das Substrat 61 durchdringt. Selbst in diesem Fall kann der Ladungsverteilungseffekt bezüglich der Ladung, die in einem weiten Gebiet in Richtung der Tiefe des Substrats 61 fotoelektrisch umgewandelt wird, erhalten werden, wodurch die Effizienz Cmod einer Ladungstrennung für langwelliges Licht gesteigert werden kann.
  • Da der äußere periphere Bereich des Elektrodenbereichs 1311 mit dem Isolierfilm 1313 bedeckt ist, wird überdies der zwischen den Spannungsanlegungsbereichen fließende Strom unterdrückt, und folglich kann der Stromverbrauch reduziert werden. Außerdem kann beim Vergleich mit gleichem Stromverbrauch eine hohe Spannung an den Spannungsanlegungsbereich angelegt werden. Da der Stromverbrauch unterdrückt werden kann, selbst wenn der Abstand zwischen den Spannungsanlegungsbereichen verkürzt ist, wird außerdem eine hohe Auflösung möglich, indem die Pixel-Größe miniaturisiert und die Anzahl an Pixeln erhöht wird.
  • Im zweiten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform kann entweder die erste Oberfläche 1321 oder die zweiten Oberfläche 1331 des Substrats 61 die Leichteinfallsoberfläche sein, und sowohl der rückseitig beleuchtete Typ als auch der vorderseitig beleuchtete Typ stehen zur Verfügung. Jedoch ist der rückseitig beleuchtete Typ vorteilhafter.
  • <Andere Beispiele einer planaren Form>
  • In dem oben beschriebenen ersten Konfigurationsbeispiel und zweiten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform sind der Elektrodenbereich 1311 als Spannungsanlegungsbereich und das (N+)-Halbleitergebiet 1312 als Ladungsdetektionsbereich in einer kreisförmigen planaren Form ausgebildet.
  • Die planaren Formen des Elektrodenbereichs 1311 und des (N+)-Halbleitergebiets 1312 sind jedoch nicht auf die kreisförmige Form beschränkt und können eine in 11 veranschaulichte achteckige Form, eine in 12 veranschaulichte viereckige Form, eine Quadratform oder dergleichen sein. Darüber hinaus ist die Anzahl an Signalextraktionsbereichen 65 (Taps), die in einem Pixel angeordnet sind, nicht auf zwei beschränkt und kann beispielsweise vier betragen, wie in 17 veranschaulicht ist.
  • A bis C in 64 sind Draufsichten, die der Linie B-B' in B in 62 entsprechen, und veranschaulichen Beispiele, in denen die Anzahl an Signalextraktionsbereichen 65 zwei beträgt und die planaren Formen des Elektrodenbereichs 1311 und des (N+)-Halbleitergebiets 1312, die den Signalextraktionsbereich 65 bilden, andere Formen als die kreisförmigen Formen sind.
  • A in 64 ist ein Beispiel, in welchem die planaren Formen des Elektrodenbereichs 1311 und des (N+)-Halbleitergebiets 1312 in der vertikalen Richtung lange viereckige Formen sind.
  • In A in 64 sind der Elektrodenbereich 1311-1 und der Elektrodenbereich 1311-2 bezüglich eines Mittelpunkts des Pixels als symmetrischem Punkt punktsymmetrisch angeordnet. Darüber hinaus sind der Elektrodenbereich 1311-1 und der Elektrodenbereich 1311-2 so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen. Die Formen und Positionsbeziehung des Isolierfilms 1313, der eine Lochkonzentration verstärkenden Schicht 1314 und des (N+)-Halbleitergebiets 1312, die auf der äußeren Peripherie des Elektrodenbereichs 1311 ausgebildet sind, sind ebenfalls ähnlich dem Elektrodenbereich 1311.
  • B in 64 ist ein Beispiel, in welchem die planaren Formen des Elektrodenbereichs 1311 und des (N+)-Halbleitergebiets 1312 L-Formen sind.
  • C in 64 ist ein Beispiel, in welchem die planaren Formen des Elektrodenbereichs 1311 und des (N+)-Halbleitergebiets 1312 Kammformen sind.
  • Selbst in B und C in 64 sind der Elektrodenbereich 1311-1 und der Elektrodenbereich 1311-2 bezüglich eines Mittelpunkts des Pixels als symmetrischem Punkt punktsymmetrisch angeordnet. Darüber hinaus sind der Elektrodenbereich 1311-1 und der Elektrodenbereich 1311-2 so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen. Die Formen und Positionsbeziehung des Isolierfilms 1313, der eine Lochkonzentration verstärkenden Schicht 1314 und des (N+)-Halbleitergebiets 1312, die auf der äußeren Peripherie des Elektrodenbereichs 1311 ausgebildet sind, sind ebenfalls ähnlich.
  • A bis C in 65 sind Draufsichten, die der Linie B-B' in B in 62 entsprechen, und veranschaulichen Beispiele, in denen die Anzahl an Signalextraktionsbereichen 65 vier beträgt und die planaren Formen des Elektrodenbereichs 1311 und des (N+)-Halbleitergebiets 1312, die den Signalextraktionsbereich 65 bilden, andere Formen als die kreisförmigen Formen sind.
  • A in 65 ist ein Beispiel, in welchem die planaren Formen des Elektrodenbereichs 1311 und des (N+)-Halbleitergebiets 1312 in der vertikalen Richtung lange viereckige Formen sind.
  • In A in 65 sind die vertikal langen Elektrodenbereiche 1311-1 bis 1311-4 in vorbestimmten Intervallen in der horizontalen Richtung angeordnet und sind bezüglich eines Mittelpunkts des Pixels als symmetrischem Punkt punksymmetrisch angeordnet. Darüber hinaus sind die Elektrodenbereiche 1311-1 und 1311-2 und die Elektrodenbereiche 1311-3 und 1311-4 so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen.
  • Der Elektrodenbereich 1311-1 und der Elektrodenbereich 1311-3 sind durch eine Verdrahtung 1351 elektrisch verbunden und bilden einen Spannungsanlegungsbereich des Signalextraktionsbereichs 65-1 (erster Tap TA), an den zum Beispiel die Spannung MIX0 angelegt wird. Das (N+)-Halbleitergebiet 1312-1 und das (N+)-Halbleitergebiet 1312-3 sind durch eine Verdrahtung 1352 elektrisch verbunden und bilden einen Ladungsdetektionsbereich des Signalextraktionsbereichs 65-1 (erster Tap TA), um die Signalladung DET1 zu detektieren.
  • Der Elektrodenbereich 1311-2 und der Elektrodenbereich 1311-4 sind durch eine Verdrahtung 1353 elektrisch verbunden und bilden einen Spannungsanlegungsbereich des Signalextraktionsbereichs 65-2 (zweiter Tap TB), an den zum Beispiel die Spannung MIX1 angelegt wird. Das (N+)-Halbleitergebiet 1312-2 und das (N+)-Halbleitergebiet 1312-4 sind durch eine Verdrahtung 1354 elektrisch verbunden und bilden einen Ladungsdetektionsbereich des Signalextraktionsbereichs 65-2 (zweiter Tap TB), um die Signalladung DET2 zu detektieren.
  • Mit anderen Worten sind in der Anordnung in A in 65 der Satz des Spannungsanlegungsbereichs und des Ladungsdetektionsbereichs des Signalextraktionsbereichs 65-1 mit einer viereckigen planaren Form und der Satz des Spannungsanlegungsbereichs und des Ladungsdetektionsbereichs des Signalextraktionsbereichs 65-2 mit einer viereckigen planaren Form in der horizontalen Richtung abwechselnd angeordnet.
  • Die Formen und Positionsbeziehung des Isolierfilms 1313 und der eine Lochkonzentration verstärkenden Schicht 1314, die auf der äußeren Peripherie des Elektrodenbereichs 1311 ausgebildet sind, sind ebenfalls ähnlich.
  • B in 65 ist ein Beispiel, in welchem die planaren Formen des Elektrodenbereichs 1311 und des (N+)-Halbleitergebiets 1312 quadratische Formen sind.
  • In der Anordnung in B in 65 sind Sätze des Spannungsanlegungsbereichs und des Ladungsdetektionsbereichs des Signalextraktionsbereichs 65-1 mit einer viereckigen planaren Form so angeordnet, dass sie in einer diagonalen Richtung des Pixels 51 einander gegenüberliegen, und sind Sätze des Spannungsanlegungsbereichs und des Ladungsdetektionsbereichs des Signalextraktionsbereichs 65-2 mit einer viereckigen planaren Form so angeordnet, dass sie in einer vom Signalextraktionsbereich 65-1 verschiedenen diagonalen Richtung einander gegenüberliegen.
  • C in 65 ist ein Beispiel, in welchem die planaren Formen des Elektrodenbereichs 1311 und des (N+)-Halbleitergebiets 1312 dreieckige Formen sind.
  • In der Anordnung in C in 65 sind Sätze des Spannungsanlegungsbereichs und des Ladungsdetektionsbereichs des Signalextraktionsbereichs 65-1 mit einer dreieckigen planaren Form so angeordnet, dass sie in einer ersten Richtung (horizontalen Richtung des Pixels 51 einander gegenüberliegen, und sind Sätze des Spannungsanlegungsbereichs und des Ladungsdetektionsbereichs des Signalextraktionsbereichs 65-2 mit einer dreieckigen planaren Form so angeordnet, dass sie in einer zur ersten Richtung orthogonalen und vom Signalextraktionsbereich 65-1 verschiedenen zweiten Richtung (vertikalen Richtung) einander gegenüberliegen.
  • Selbst in B und C in 65 sind der Punkt, dass die vier Elektrodenbereiche 1311-1 bis 1311-4 bezüglich eines Mittelpunkts des Pixels als symmetrischem Punkt punktsymmetrisch angeordnet sind, der Punkt, dass der Elektrodenbereich 1311-1 und der Elektrodenbereich 1311-3 durch die Verdrahtung 1351 elektrisch verbunden sind, der Punkt, dass das (N+)-Halbleitergebiet 1312-1 und das (N+)-Halbleitergebiet 1312-3 durch die Verdrahtung 1352 elektrisch verbunden sind, der Punkt, dass der Elektrodenbereich 1311-2 und der Elektrodenbereich 1311-4 durch die Verdrahtung 1353 elektrisch verbunden sind, und der Punkt, dass das (N+)-Halbleitergebiet 1312-2 und das (N+)-Halbleitergebiet 1312-4 durch die Verdrahtung 1354 elektrisch verbunden sind, ähnlich. Die Formen und Positionsbeziehung des Isolierfilms 1313 und der eine Lochkonzentration verstärkenden Schicht 1314, die auf der äußeren Peripherie des Elektrodenbereichs 1311 ausgebildet sind, sind ebenfalls ähnlich dem Elektrodenbereich 1311.
  • <Drittes Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform>
  • A in 66 ist eine Draufsicht eines Pixels gemäß einem dritten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform, und B in 66 ist eine Querschnittsansicht des Pixels gemäß dem dritten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform.
  • A in 66 ist eine entlang der Linie B-B' in B in 66 genommene Draufsicht, und B in 66 ist eine entlang der Linie A-A' in A in 66 genommene Querschnittsansicht.
  • Man beachte, dass im dritten Konfigurationsbeispiel in 66 ein dem ersten Konfigurationsbeispiel in 62 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und eine Beschreibung mit Fokus auf vom ersten Konfigurationsbeispiel in 62 verschiedene Bereiche gegeben wird und eine Beschreibung gemeinsamer Bereiche gegebenenfalls weggelassen wird.
  • In dem ersten Konfigurationsbeispiel in 62 und dem zweiten Konfigurationsbeispiel in 63 sind der Elektrodenbereich 1311 als Spannungsanlegungsbereich und das (N+)-Halbleitergebiet 1312 als Ladungsdetektionsbereich auf der gleichen Ebenenseite des Substrats 61, das heißt um die (nahe der) Seite der ersten Oberfläche 1321, angeordnet.
  • Im Gegensatz dazu ist im dritten Konfigurationsbeispiel in 66 der Elektrodenbereich 1311 als Spannungsanlegungsbereich auf einer Ebenenseite angeordnet, die der ersten Oberfläche 1321 des Substrats 61 entgegengesetzt ist, wo das (N+)-Halbleitergebiet 1312 als Ladungsdetektionsbereich, das heißt auf der Seite der zweiten Oberfläche 1331, ausgebildet ist. Der vorstehende Bereich 1311B des Elektrodenbereichs 1311 ist auf der zweiten Oberfläche 1331 des Substrats 61 ausgebildet.
  • Darüber hinaus ist der Elektrodenbereich 1311 an einer Position angeordnet, wo eine Mittenposition mit dem (N+]-Halbleitergebiet 1312 in Draufsicht überlappt. Das Beispiel in 66 ist ein Beispiel, in welchem die kreisförmigen ebenen Gebiete des Elektrodenbereichs 1311 und des (N+)-Halbleitergebiets 1312 vollständig übereinstimmen, sie aber nicht notwendigerweise vollständig übereinstimmen. Eines der ebenen Gebiete kann groß sein, solange die Mittenpositionen überlappen. Darüber hinaus müssen die Mittenpositionen nicht komplett übereinstimmen, solange sie als im Wesentlichen übereinstimmend betrachtet werden können.
  • Das dritte Konfigurationsbeispiel ist mit Ausnahme der Positionsbeziehung zwischen dem Elektrodenbereich 1311 und dem (N+)-Halbleitergebiet 1312 ähnlich dem oben beschriebenen ersten Konfigurationsbeispiel. Wie im dritten Konfigurationsbeispiel ist der eingebettete Bereich 1311A des Elektrodenbereichs 1311 als Spannungsanlegungsbereich bis zu einer tiefen Position nahe dem (N+)-Halbleitergebiet 1312 als Ladungsdetektionsbereich ausgebildet, das auf der ersten Oberfläche 1321 ausgebildet ist, die der zweiten Oberfläche 1331 entgegengesetzt ist, wo der Elektrodenbereich 1311 ausgebildet ist. Selbst in diesem Fall kann der Ladungsverteilungseffekt bezüglich der Ladung, die in einem weiten Gebiet in Richtung der Tiefe des Substrats 61 fotoelektrisch umgewandelt wird, erhalten werden, wodurch die Effizienz Cmod einer Ladungstrennung für langwelliges Licht gesteigert werden kann.
  • Da der äußere periphere Bereich des Elektrodenbereichs 1311 mit dem Isolierfilm 1313 bedeckt ist, wird überdies der zwischen den Spannungsanlegungsbereichen fließende Strom unterdrückt und kann folglich der Stromverbrauch reduziert werden. Beim Vergleich mit dem gleichen Stromverbrauch kann darüber hinaus eine hohe Spannung an den Spannungsanlegungsbereich angelegt werden. Da der Stromverbrauch unterdrückt werden kann, selbst wenn der Abstand zwischen den Spannungsanlegungsbereichen verkürzt ist, wird darüber hinaus eine hohe Auflösung möglich, indem die Pixel-Größe miniaturisiert und die Anzahl an Pixeln erhöht wird.
  • Im dritten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform kann entweder die erste Oberfläche 1321 oder die zweite Oberfläche 1331 des Substrats 61 die Lichteinfallsoberfläche sein, und sowohl der rückseitig beleuchtete Typ als auch der vorderseitig beleuchtete Typ stehen zur Verfügung. Jedoch ist der rückseitig beleuchtete Typ vorteilhafter. Falls das dritte Konfigurationsbeispiel als der rückseitig beleuchtete Typ konfiguriert ist, wird die zweite Oberfläche 1331 die Oberfläche auf der Seite, wo die On-Chip-Linse 62 ausgebildet ist, und zum Beispiel ist die Spannungsversorgungsleitung 1253, um die angelegte Spannung dem Elektrodenbereich 1311 bereitzustellen, in der vertikalen Richtung der Pixel-Arrayeinheit 20 verdrahtet, wie in 60 veranschaulicht ist, und kann mit der Verdrahtung auf der Seite der vorderen Oberfläche im peripheren Bereich 1261 außerhalb der Pixel-Arrayeinheit 20 mittels einer das Substrat 61 durchdringenden Durchgangselektrode verbunden sein.
  • <Andere Beispiele einer planaren Form>
  • In dem oben beschriebenen dritten Konfigurationsbeispiel der neunzehnten Ausführungsform sind der Elektrodenbereich 1311 als Spannungsanlegungsbereich und das (N+)-Halbleitergebiet 1312 als Ladungsdetektionsbereich in einer kreisförmigen planaren Form ausgebildet.
  • Die planaren Formen des Elektrodenbereichs 1311 und des (N+)-Halbleitergebiets 1312 sind jedoch nicht auf die kreisförmige Form beschränkt und können eine in 11 veranschaulichte achteckige Form, eine in 12 veranschaulichte viereckige Form, eine Quadratform oder dergleichen sein. Darüber hinaus ist die Anzahl an Signalextraktionsbereichen 65 (Taps), die in einem Pixel angeordnet sind, nicht auf zwei beschränkt und kann beispielsweise vier betragen, wie in 17 veranschaulicht ist.
  • A bis C in 67 sind Draufsichten, die der Linie B-B' in B in 66 entsprechen, und veranschaulichen Beispiele, in denen die Anzahl an Signalextraktionsbereichen 65 zwei beträgt und die planaren Formen des Elektrodenbereichs 1311 und des (N+)-Halbleitergebiets 1312, die den Signalextraktionsbereich 65 bilden, andere Formen als die kreisförmigen Formen sind.
  • A in 67 ist ein Beispiel, in welchem die planaren Formen des Elektrodenbereichs 1311 und des (N+)-Halbleitergebiets 1312 in der vertikalen Richtung lange viereckige Formen sind.
  • In A in 67 sind das (N+)-Halbleitergebiet 1312-1 und das (N+)-Halbleitergebiet 1312-2 als Ladungsdetektionsbereiche bezüglich eines Mittelpunkts des Pixels als symmetrischem Punkt punksymmetrisch angeordnet. Darüber hinaus sind das (N+)-Halbleitergebiet 1312-1 und das (N+)-Halbleitergebiet 1312-2 so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen. Die Formen und Positionsbeziehung des Elektrodenbereichs 1311, der auf der Seite der zweiten Oberfläche 1331 angeordnet ist, die der Ausbildungsoberfläche des (N+)-Halbleitergebiets 1312 entgegengesetzt ist, des Isolierfilms 1313 und der eine Lochkonzentration verstärkenden Schicht 1314, die auf der äußeren Peripherie des Elektrodenbereichs 1311 ausgebildet sind, sind ebenfalls ähnlich dem (N+)-Halbleitergebiet 1312.
  • B in 67 ist ein Beispiel, in welchem die planaren Formen des Elektrodenbereichs 1311 und des (N+)-Halbleitergebiets 1312 L-Formen sind.
  • C in 67 ist ein Beispiel, in welchem die planaren Formen des Elektrodenbereichs 1311 und des (N+)-Halbleitergebiets 1312 Kammformen sind.
  • Selbst in B und C in 67 sind das (N+)-Halbleitergebiet 1312-1 und das (N+)-Halbleitergebiet 1312-2 als Ladungsdetektionsbereiche bezüglich eines Mittelpunkts des Pixels als symmetrischem Punkt punktsymmetrisch angeordnet. Darüber hinaus sind das (N+)-Halbleitergebiet 1312-1 und das (N+)-Halbleitergebiet 1312-2 so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen. Die Formen und Positionsbeziehung des Elektrodenbereichs 1311, der auf der Seite der zweiten Oberfläche 1331 angeordnet ist, die der Ausbildungsoberfläche des (N+)-Halbleitergebiets 1312 entgegengesetzt ist, des Isolierfilms 1313 und der eine Lochkonzentration verstärkenden Schicht 1314, die auf der äußeren Peripherie des Elektrodenbereichs 1311 ausgebildet sind, sind ebenfalls ähnlich dem (N+)-Halbleitergebiet 1312.
  • A bis C in 68 sind Draufsichten, die der Linie B-B' in B in 66 entsprechen, und veranschaulichen Beispiele, in denen die Anzahl an Signalextraktionsbereichen 65 vier beträgt und die planaren Formen des Elektrodenbereichs 1311 und des (N+)-Halbleitergebiets 1312, die den Signalextraktionsbereich 65 bilden, andere Formen als die kreisförmigen Formen sind.
  • A in 68 ist ein Beispiel, in welchem die planaren Formen des Elektrodenbereichs 1311 und des (N+)-Halbleitergebiets 1312 in der vertikalen Richtung lange viereckige Formen sind.
  • In A in 68 sind die vertikal langen (N+)-Halbleitergebiete 1312-1 bis 1312-4 in vorbestimmten Intervallen in der horizontalen Richtung angeordnet und sind bezüglich eines Mittelpunkts des Pixels als symmetrischem Punkt punktsymmetrisch angeordnet. Darüber hinaus sind die (N+)-Halbleitergebiete 1312-1 und 1312-2 und die (N+)-Halbleitergebiete 1312-3 und 1312-4 einander gegenüberliegend angeordnet.
  • Der Elektrodenbereich 1311-1 und der Elektrodenbereich 1311-3 (nicht veranschaulicht), die auf der Seite der zweiten Oberfläche 1331 ausgebildet sind, sind durch die Verdrahtung 1351 elektrisch verbunden und bilden einen Spannungsanlegungsbereich des Signalextraktionsbereichs 65-1 (erster Tap TA), an den zum Beispiel die Spannung MIX0 angelegt wird. Das (N+)-Halbleitergebiet 1312-1 und das (N+)-Halbleitergebiet 1312-3 sind durch eine Verdrahtung 1352 elektrisch verbunden und bilden einen Ladungsdetektionsbereich des Signalextraktionsbereichs 65-1 (erster Tap TA), um die Signalladung DET zu detektieren.
  • Der Elektrodenbereich 1311-2 und der Elektrodenbereich 1311-4 (nicht veranschaulicht), die auf der Seite der zweiten Oberfläche 1331 ausgebildet sind, sind durch die Verdrahtung 1353 elektrisch verbunden und bilden einen Spannungsanlegungsbereich des Signalextraktionsbereichs 65-2 (zweiter Tap TB), an den zum Beispiel die Spannung MIX1 angelegt wird. Das (N+)-Halbleitergebiet 1312-2 und das (N+)-Halbleitergebiet 1312-4 sind durch eine Verdrahtung 1354 elektrisch verbunden und bilden einen Ladungsdetektionsbereich des Signalextraktionsbereichs 65-2 (zweiter Tap TB), um die Signalladung DET2 zu detektieren.
  • Daher sind mit anderen Worten in der Anordnung in A in 68 der Satz des Spannungsanlegungsbereichs und des Ladungsdetektionsbereichs des Signalextraktionsbereichs 65-1 mit einer viereckigen planaren Form und der Satz des Spannungsanlegungsbereichs und des Ladungsdetektionsbereichs des Signalextraktionsbereichs 65-2 mit einer viereckigen planaren Form in der horizontalen Richtung abwechselnd angeordnet.
  • Die Formen und Positionsbeziehung des Isolierfilms 1313 und der eine Ladungskonzentration verstärkenden Schicht 1314, die auf der äußeren Peripherie des Elektrodenbereichs 1311 angeordnet sind, sind ebenfalls ähnlich.
  • B in 68 ist ein Beispiel, in welchem die planaren Formen des Elektrodenbereichs 1311 und des (N+)-Halbleitergebiets 1312 quadratische Formen sind.
  • In der Anordnung in B in 68 sind Sätze des Spannungsanlegungsbereichs und des Ladungsdetektionsbereichs des Signalextraktionsbereichs 65-1 mit einer viereckigen planaren Form so angeordnet, dass sie in einer diagonalen Richtung des Pixels 51 einander gegenüberliegen, und sind Sätze des Spannungsanlegungsbereichs und des Ladungsdetektionsbereichs des Signalextraktionsbereichs 65-2 mit einer viereckigen planaren Form so angeordnet, dass sie in einer vom Signalextraktionsbereich 65-1 verschiedenen diagonalen Richtung einander gegenüberliegen.
  • C in 68 ist ein Beispiel, in welchem die planaren Formen des Elektrodenbereichs 1311 und des (N+)-Halbleitergebiets 1312 dreieckige Formen sind.
  • In der Anordnung in C in 68 sind Sätze des Spannungsanlegungsbereichs und des Ladungsdetektionsbereichs des Signalextraktionsbereichs 65-1 mit einer dreieckigen planaren Form so angeordnet, dass sie in einer ersten Richtung (horizontalen Richtung) einander gegenüberliegen, und sind Sätze des Spannungsanlegungsbereichs und des Ladungsdetektionsbereichs des Signalextraktionsbereichs 65-2 mit einer dreieckigen planaren Form so angeordnet, dass sie in einer zweiten Richtung (vertikalen Richtung), die zur ersten Richtung orthogonal und vom Signalextraktionsbereich 65-1 verschieden ist, einander gegenüberliegen.
  • Selbst in B und C in 68 sind der Punkt, dass die vier Elektrodenbereiche 1311-1 bis 1311-4 bezüglich eines Mittelpunkts des Pixels als symmetrischem Punkt punktsymmetrisch sind, der Punkt, dass der Elektrodenbereich 1311-1 und der Elektrodenbereich 1311-3 durch die Verdrahtung 1351 elektrisch verbunden sind, der Punkt, dass das (N+)-Halbleitergebiet 1312-1 und das (N+)-Halbleitergebiet 1312-3 durch die Verdrahtung 1352 elektrisch verbunden sind, der Punkt, dass der Elektrodenbereich 1311-2 und der Elektrodenbereich 1311-4 durch die Verdrahtung 1353 elektrisch verbunden sind, und der Punkt, dass das (N+)-Halbleitergebiet 1312-2 und das (N+)-Halbleitergebiet 1312-4 durch die Verdrahtung 1354 elektrisch verbunden sind, ähnlich. Die Formen und Positionsbeziehung des Isolierfilms 1313 und der eine Lochkonzentration verstärkenden Schicht 1314, die auf der äußeren Peripherie des Elektrodenbereichs 1311 ausgebildet sind, sind ebenfalls ähnlich dem Elektrodenbereich 1311.
  • <Andere Beispiele eines Verdrahtungs-Layouts>
  • In den oben beschriebenen Beispielen der Pixelschaltungen in 31 und 32 und des Metallfilms M3 in 42 wurde die Konfiguration beschrieben, in der zwei vertikale Signalleitungen 29 für eine Pixel-Spalte angeordnet sind, die den beiden Signalextraktionsbereichen 65 (zwei Taps TA und TB) entsprechen.
  • Jedoch kann eine Konfiguration übernommen werden, in der vier vertikale Signalleitungen 29 für eine Pixel-Spalte angeordnet sind und Pixel-Signale von insgesamt vier Taps von zwei Pixeln, die in der vertikalen Richtung benachbart sind, zur gleichen Zeit ausgegeben werden.
  • 69 veranschaulicht ein Schaltungskonfigurationsbeispiel der Pixel-Arrayeinheit 20 in dem Fall, in dem Pixel-Signale von insgesamt vier Taps von zwei Pixeln, die in der vertikalen Richtung benachbart sind, zur gleichen Zeit ausgegeben werden.
  • 69 veranschaulicht eine Schaltungskonfiguration aus 2 x 2 vier Pixeln unter einer Vielzahl von Pixeln 51, die in einer Matrix in der Pixel-Arrayeinheit 20 zweidimensional angeordnet sind. Man beachte, dass in einem Fall, in dem die 2 x 2 vier Pixel 51 in 69 unterschieden werden, sie als Pixel 511 bis 514 repräsentiert werden.
  • Die Schaltungskonfiguration jedes Pixels 51 ist die Schaltungskonfiguration, die mit der zusätzlichen Kapazität 727 und dem Schalttransistor 728 versehen ist, der die Verbindung steuert, welche mit Verweis auf 32 beschrieben wurden. Eine redundante Beschreibung der Schaltungskonfiguration wird unterlassen.
  • Spannungsversorgungsleitungen 30A und 30B sind für eine Pixel-Spalte der Pixel-Arrayeinheit 20 vertikal verdrahtet. Die vorbestimmte Spannung MIX0 wird dann über die Stromversorgungsleitung 30A den ersten Taps TA der Vielzahl von Pixeln 51 bereitgestellt, die in der vertikalen Richtung in einem Array angeordnet sind, und die vorbestimmte Spannung MIX1 wird über die Spannungsversorgungsleitung 30B den zweiten Taps TB bereitgestellt.
  • Darüber hinaus sind die vier vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D in der vertikalen Richtung für eine Pixel-Spalte der Pixel-Arrayeinheit 20 verdrahtet.
  • In der Pixel-Spalte des Pixels 511 und des Pixels 512 überträgt zum Beispiel die vertikale Signalleitung 29A das Pixel-Signal des ersten Tap TA des Pixels 511 zu einer Spaltenverarbeitungseinheit 23 (1), überträgt die vertikale Signalleitung 29B das Pixel-Signal des zweiten Tap TB des Pixels 511 zur Spaltenverarbeitungseinheit 23, überträgt die vertikale Signalleitung 29C das Pixel-Signal des ersten Tap TA des Pixels 512, das dem Pixel 512 in der gleichen Spalte benachbart ist, zur Spaltenverarbeitungseinheit 23 und überträgt die vertikale Signalleitung 29D das Pixel-Signal des zweiten Tap TB des Pixels 512 zur Spaltenverarbeitungseinheit 23.
  • In der Pixel-Spalte des Pixels 513 und des Pixels 514 überträgt beispielsweise die vertikale Signalleitung 29A das Pixel-Signal des ersten Tap TA des Pixels 513 zur Spaltenverarbeitungseinheit 23 (1), überträgt die vertikale Signalleitung 29B das Pixel-Signal des zweiten Tap TB des Pixels 513 zur Spaltenverarbeitungseinheit 23, überträgt die vertikale Signalleitung 29C das Pixel-Signal des ersten Tap TA des Pixels 514, das dem Pixel 513 in der gleichen Spalte benachbart ist, zur Spaltenverarbeitungseinheit 23 und überträgt die vertikale Signalleitung 29D das Pixel-Signal des zweiten Tap TB des Pixels 514 zur Spaltenverarbeitungseinheit 23.
  • Indes sind eine Steuerungsleitung 841, um das Ansteuerungssignal RST zum Rücksetztransistor 723 zu übertragen, eine Steuerungsleitung 842, um das Ansteuerungssignal TRG zum Übertragungstransistor 721 zu übertragen, eine Steuerungsleitung 843, um das Ansteuerungssignal FDG zum Schalttransistor 728 zu übertragen, und eine Steuerungsleitung 844, um das Auswahlsignal SEL zum Auswahltransistor 725 zu übertragen, auf Basis von Pixel-Reihen in der horizontalen Richtung der Pixel-Arrayeinheit 20 angeordnet.
  • Im Hinblick auf das Ansteuerungssignal RST, das Ansteuerungssignal FDG, das Ansteuerungssignal TRG und das Auswahlsignal SEL wird das gleiche Signal von der vertikalen Ansteuerungseinheit 22 jedem Pixel 51 in zwei, in der vertikalen Richtung benachbarten Reihen bereitgestellt.
  • Indem man die vier vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D in einer Pixel-Spalte in der Pixel-Arrayeinheit 20 auf diese Weise anordnet, können die Pixel-Signale zur gleichen Zeit auf Basis von Zweierreihen gelesen werden.
  • 70 veranschaulicht ein Layout des Metallfilms M3, der die dritte Schicht der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 ist, in dem Fall, in dem die vier vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D in einer Pixel-Spalte angeordnet sind.
  • Mit anderen Worten ist 70 eine Modifikation des Layout des in C in 42 veranschaulichten Metallfilms M3.
  • Im Layout des Metallfilms M3 in 70 sind die vier vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D in einer Pixel-Spalte angeordnet. Darüber hinaus sind vier Stromversorgungsleitungen 1401A bis 1401D, um eine Stromversorgungsspannung VDD bereitzustellen, in einer Pixel-Spalte angeordnet.
  • Man beachte, dass in 70 das Gebiet des Pixels 51 und die Gebiete der Signalextraktionsbereiche 65-1 und 65-2 mit einer in 11 veranschaulichten achteckigen Form für einen Verweis mittels gestrichelter Linien veranschaulicht sind. 71 bis 76, die im Folgenden beschrieben werden sollen, sind ähnlich veranschaulicht.
  • Im Layout des Metallfilms M3 in 70 ist eine VSS-Leiterbahn (Masseverdrahtung) 1411 eines GND-Potentials neben den vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D und den Stromversorgungsleitungen 1401A bis 1401D angeordnet. Die VSS-Leiterbahn 1411 umfasst eine VSS-Leiterbahn 1411B mit einer schmalen Leitungsbreite, die neben den vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D angeordnet ist, und eine VSS-Leiterbahn 1411A mit einer großen Leitungsbreite, die zwischen der vertikalen Signalleitung 29B und der Stromversorgungsleitung 1401C in einem Pixel-Grenzbereich und zwischen der vertikalen Signalleitung 29C und der Stromversorgungsleitung 1401D in einem Pixel-Grenzbereich angeordnet ist.
  • Es ist effektiv, die Stromversorgungsspannung, die der Stromversorgungsleitung 1401 bereitgestellt werden soll, zu erhöhen oder die Spannungen MIX0 und MIX1, die über die Spannungsversorgungsleitungen 30A und 30B bereitgestellt werden sollen, zu erhöhen, um eine Signalstabilität zu verbessern. In der Zwischenzeit nimmt der Strom zu und verschlechtert sich die Zuverlässigkeit bzw. Betriebssicherheit der Verdrahtung. Daher wird, wie in 70 veranschaulicht ist, indem man die VSS-Leiterbahn 1411A mit einer größeren Leitungsbreite als die Stromversorgungsleitung 1401 zu einer Pixel-Spalte für zumindest eine VSS-Leiterbahn 1411 vorsieht, eine Stromdichte verringert und kann die Betriebssicherheit der Verdrahtung verbessert werden. 70 veranschaulicht ein Beispiel, in dem zwei VSS-Leiterbahnen 1411A zu einer Pixel-Spalte symmetrisch im Pixelgebiet vorgesehen sind.
  • Darüber hinaus ist im Layout in 70 die VSS-Leiterbahn 1411 (1411A oder 1411B) neben jeder der vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D angeordnet. Dadurch kann man die vertikale Signalleitung 29 weniger anfällig für eine Potentialfluktuation von außerhalb machen.
  • Man beachte, dass nicht nur der Metallfilm M3 der dritten Schicht der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811, der in 70 veranschaulicht ist, sondern auch die Metallfilme anderer Schichten die VSS-Leiterbahnen als Leiterbahnen aufweisen können, die der Signalleitung, der Stromversorgungsleitung und der Steuerungsleitung benachbart sind. Beispielsweise können die VSS-Leiterbahnen auf beiden Seiten jeder der Steuerungsleitungen 841 bis 844 des Metallfilms M2 angeordnet sein, der die in B in 42 veranschaulichte zweite Schicht ist. Dadurch können die Steuerungsleitungen 841 bis 844 durch die Potentialfluktuation von außerhalb weniger beeinflusst werden.
  • 71 veranschaulicht eine erste Modifikation des Layout des Metallfilms M3, der die dritte Schicht der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 ist, in dem Fall, in dem die vier vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D in einer Pixel-Spalte angeordnet sind.
  • Der Unterschied des Layout des Metallfilms M3 in 41 gegenüber dem Layout des Metallfilms M3, das in 70 veranschaulicht ist, besteht darin, dass die VSS-Leiterbahnen 1411, die jeder der vier vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D benachbart sind, die gleiche Leitungsbreite aufweisen.
  • Konkreter sind im Layout des Metallfilms M3 in 70 die VSS-Leiterbahn 1411A mit der großen Leitungsbreite und die VSS-Leitungsbahn 1411B mit der schmalen Leitungsbreite auf beiden Seiten der vertikalen Signalleitung 29C angeordnet und sind die VSS-Leiterbahn 1411A mit der großen Leitungsbreite und die VSS-Leitungsbahn 1411B mit der schmalen Leitungsbreite ebenfalls auf beiden Seiten der vertikalen Signalleitung 29B angeordnet.
  • Im Gegensatz dazu sind im Layout des Metallfilms M3 in 71 die VSS-Leiterbahnen 1411B mit der schmalen Leitungsbreite auf beiden Seiten der vertikalen Signalleitung 29C angeordnet und sind die VSS-Leiterbahnen 1411B mit der schmalen Leitungsbreite auf beiden Seiten der vertikalen Signalleitung 29B angeordnet. Die VSS-Leiterbahnen 1411B mit der schmalen Leitungsbreite sind auf beiden Seiten jeder der anderen vertikalen Signalleitungen 29A und 29D angeordnet. Die Leitungsbreiten der VSS-Leitungsbahn 1411B auf beiden Seiten der vier vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D sind die gleichen.
  • Indem man die Leitungsbreiten der VSS-Leiterbahnen 1411 auf beiden Seiten der vertikalen Signalleitung 29D gleich macht, kann der Einfluss von Nebensprechen vereinheitlicht werden und kann eine Variation von Charakteristiken reduziert werden.
  • 72 veranschaulicht eine zweite Modifikation des Layout des Metallfilms M3, der die dritte Schicht der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 ist, in dem Fall, in dem die vier vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D in einer Pixel-Spalte angeordnet sind.
  • Der Unterschied des Layout des Metallfilms M3 in 72 gegenüber dem Layout des Metallfilms M3, das in 70 veranschaulicht ist, besteht darin, dass die VSS-Leiterbahn 1411A mit der großen Leitungsbreite durch eine VSS-Leiterbahn 1411C ersetzt ist, die mit einer Vielzahl von Lücken 1421 darin regelmäßig versehen ist.
  • Das heißt, die VSS-Leiterbahn 1411C hat eine breitere Leitungsbreite als die Stromversorgungsleitung 1401 und weist die Vielzahl von Lücken 1421 auf, die mit einem vorbestimmten Zyklus in der vertikalen Richtung darin wiederholt in einem Array angeordnet sind. Im Beispiel in 72 ist die Form der Lücke 1421 ein Viereck. Jedoch ist die Form nicht auf das Viereck beschränkt und kann ein Kreis oder ein Polygon sein.
  • Indem man die Vielzahl von Lücken 1421 innerhalb des Verdrahtungsgebiets vorsieht, kann die Stabilität beim Ausbilden (Prozessieren) der VSS-Leiterbahn 1411C mit großer Breite verbessert werden.
  • Man beachte, dass 72 das Layout veranschaulicht, in welchem die VSS-Leiterbahn 1411A des Metallfilms M3, die in 70 veranschaulicht ist, durch die VSS-Leiterbahn 1411C ersetzt ist. Jedoch ist auch ein Layout möglich, in welchem die VSS-Leiterbahn 1411A des Metallfilms M3, die in 71 veranschaulicht ist, durch die VSS-Leiterbahn 1411C ersetzt wird.
  • <Andere Layout-Beispiele von Pixel-Transistoren>
  • Als Nächstes werden Modifikationen des Anordnungsbeispiels der in B in 44 veranschaulichten Pixel-Transistoren unter Bezugnahme auf 73 beschrieben.
  • A in 73 ist ein Diagramm, das die Anordnung der in B in 44 veranschaulichten Pixel-Transistoren wieder veranschaulicht.
  • Indes veranschaulicht B in 73 eine Modifikation der Anordnung der Pixel-Transistoren.
  • In A in 73 sind, wie in B in 44 beschrieben wurde, Gateelektroden von Rücksetztransistoren 723A und 723B, Übertragungstransistoren 721A und 721B, Schalttransistoren 728A und 728B, Auswahltransistoren 725A und 725B und Verstärkungstransistoren 724A und 724B der Reihe nach in Richtung der Außenseite von einer einer (nicht veranschaulichten) dazwischenliegenden Linie der beiden Signalextraktionsbereiche 65-1 und 65-2 nahe gelegenen Seite bezüglich der Zwischenlinie ausgebildet.
  • Im Fall dieser Anordnung der Pixel-Transistoren ist ein Kontakt 1451 einer ersten Stromversorgungsspannung VDD (VDD_1) zwischen den Rücksetztransistoren 723A und 723B angeordnet und sind Kontakte 1452 und 1453 der zweiten Stromversorgungsspannung VDD (VDD_2) außerhalb der Gateelektroden der Verstärkungstransistoren 724A bzw. 724B angeordnet.
  • Darüber hinaus ist ein Kontakt 1461 mit einer ersten VSS-Leiterbahn (VSS_A) zwischen den Gateelektroden des Auswahltransistors 725A und des Schalttransistors 728A angeordnet und ist ein Kontakt 1462 mit einer zweiten VSS-Leiterbahn (VSS_B) zwischen den Gateelektroden des Auswahltransistors 725B und des Schalttransistors 728B angeordnet.
  • Im Fall solch einer Anordnung der Pixel-Transistoren sind vier Stromversorgungsleitungen 1401A bis 1401D für eine Pixel-Spalte erforderlich, wie in 70 bis 72 veranschaulicht ist.
  • Indes sind in B in 73 die Gateelektroden 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 der Reihe nach in Richtung der Außenseite von einer einer (nicht veranschaulichten) Zwischenlinie der beiden Signalextraktionsbereiche 65-1 und 65-2 nahegelegenen Seite bezüglich der Zwischenlinie ausgebildet.
  • Im Fall der Anordnung der Pixel-Transistoren ist ein Kontakt 1471 mit der ersten VSS-Leiterbahn (VSS_1) zwischen den Schalttransistoren 728A und 728B angeordnet und sind Kontakte 1472 und 1473 mit der zweiten VSS-Leiterbahn (VSS_2) außerhalb der Gateelektroden der Auswahltransistoren 725A bzw. 725B angeordnet.
  • Darüber hinaus ist ein Kontakt 1481 der ersten Stromversorgungsspannung VDD (VDD_A) zwischen den Gateelektroden des Verstärkungstransistors 724A und des Rücksetztransistors 723A angeordnet und ist ein Kontakt 1482 der zweiten Stromversorgungsspannung VDD (VDD B) zwischen den Gateelektroden des Verstärkungstransistors 724B und des Rücksetztransistors 723B angeordnet.
  • Im Fall solch einer Anordnung der Pixel-Transistoren kann die Anzahl an Kontakten der Stromversorgungsspannung verglichen mit dem Layout von Pixel-Transistoren in A in 73 reduziert werden. Daher kann die Schaltung vereinfacht werden. Darüber hinaus kann die Anzahl an Stromversorgungsleitungen 1401 zum Verdrahten der Pixel-Arrayeinheit 20 reduziert werden und kann die Pixel-Arrayeinheit 20 von zwei Stromversorgungsleitungen 1401 für eine Pixel-Spalte gebildet werden.
  • Außerdem kann in dem Layout der Pixel-Transistoren in B in 73 der Kontakt 1471 mit der ersten VSS-Leiterbahn (VSS_1) zwischen den Schalttransistoren 728A und 728B weggelassen werden. Dadurch kann die Dichte der Pixel-Transistoren in der vertikalen Richtung reduziert werden. Überdies kann, indem man den Kontakt mit dem VSS-Draht reduziert, der Strom reduziert werden, der zwischen der Spannungsversorgungsleitung 741 (33 und 34), um die Spannung MIX0 oder MIX1 anzulegen, und der VSS-Leiterbahn fließt.
  • Falls der Kontakt 1471 mit der ersten VSS-Leiterbahn (VSS_1) weggelassen wird, können die Verstärkungstransistoren 724A und 724B in der vertikalen Richtung groß ausgebildet werden. Dadurch kann das Rauschen der Pixel-Transistoren reduziert werden und kann eine Signalvariation reduziert werden.
  • Alternativ dazu können im Layout der Pixel-Transistoren in B in 73 die Kontakte 1472 und 1473 mit der zweiten VSS-Leiterbahn (VSS_2) weggelassen werden. Dadurch kann die Dichte der Pixel-Transistoren in der vertikalen Richtung reduziert werden. Indem man den Kontakt mit der VSS-Leiterbahn reduziert, kann überdies der Strom reduziert werden, der zwischen der Spannungsversorgungsleitung 741 (33 und 34), um die Spannung MIX0 oder MIX1 anzulegen, und der VSS-Leiterbahn fließt.
  • Falls die Kontakte 1472 und 1473 mit der zweiten VSS-Leiterbahn (VSS_2) weggelassen werden, können die Verstär- kungstransistoren 724A und 724B in der vertikalen Richtung groß ausgebildet werden. Dadurch kann das Rauschen der Pixel-Transistoren reduziert werden und kann eine Signalvariation reduziert werden.
  • 74 veranschaulicht ein Verdrahtungs-Layout zum Verbinden der Pixel-Transistoren Tr im Metallfilm M1 im Layout der Pixel-Transistoren in B in 73. 74 entspricht der Verdrahtung, die die Pixel-Transistoren Tr im Metallfilm M1, der in C in 44 veranschaulicht ist. Die Verdrahtung, die die Pixel-Transistoren Tr verbindet, kann über andere Verdrahtungsschichten wie etwa die Metallfilme M2 und M3 verbunden sein.
  • 75 veranschaulicht ein Layout des Metallfilms M3 als die dritte Schicht der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 in dem Fall, in dem das Layout der Pixel-Transistoren in B in 73 übernommen und zwei Stromversorgungsleitungen 1401 für eine Pixel-Spalte angeordnet werden.
  • In 75 ist ein 70 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet und dessen Beschreibung wird gegebenenfalls weggelassen.
  • Wenn man das Layout des Metallfilms M3 in 75 mit dem Layout des Metallfilms M3 in 70 vergleicht, sind die beiden Stromversorgungsleitungen 1401C und 1401D der vier Stromversorgungsleitungen 1401A bis 1401D in 70 weggelassen, und die VSS-Leiterbahn 1411A mit der großen Leitungsbreite ist durch eine VSS-Leiterbahn 1411 mit einer größeren Leitungsbreite ersetzt.
  • Indem man die Fläche (Leitungsbreite) der VSS-Leiterbahn 1411 auf diese Weise vergrößert, wird die Stromdichte weiter reduziert und kann die Betriebssicherheit der Verdrahtung verbessert werden.
  • 76 veranschaulicht ein anderes Layout des Metallfilms M3 als die dritte Schicht der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 in dem Fall, in dem das Layout der Pixel-Transistoren in B in 73 übernommen und zwei Stromversorgungsleitungen 1401 für eine Pixel-Spalte angeordnet werden.
  • In 76 ist ein 70 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet und dessen Beschreibung wird gegebenenfalls weggelassen.
  • Wenn man das Layout des Metallfilms M3 in 76 mit dem Layout des Metallfilms M3 in 70 vergleicht, sind die beiden Stromversorgungsleitungen 1401A und 1401B der vier Stromversorgungsleitungen 1401A bis 1401D in 70 weggelassen und durch VSS-Leiterbahnen 1411E mit einer großen Leitungsbreite ersetzt.
  • Indem man die Fläche (Leitungsbreite) der VSS-Leiterbahn 1411 auf diese Weise vergrößert, kann die Stromdichte weiter reduziert werden und kann die Betriebssicherheit der Verdrahtung verbessert werden.
  • Man beachte, dass die Layouts des Metallfilms M3, die in 75 und 76 veranschaulicht sind, Beispiele sind, die erhalten werden, indem die Stromversorgungsleitungen 1401 im Layout des Metallfilms M3, das in 70 veranschaulicht ist, in die Stromversorgungsleitungen 1401 geändert werden. Ferner sind Beispiele, die erhalten werden, indem die Stromversorgungsleitungen 1401 in den Layouts des Metallfilms M3, die in 70 und 72 veranschaulicht sind, in die beiden Stromversorgungsleitungen 1401 geändert werden, ebenfalls ähnlich möglich.
  • Das heißt, die Konfiguration, in der die Stromversorgungsleitungen 1401 in die zwei Stromversorgungsleitungen 1401 geändert werden, ist für das Layout des Metallfilms M3 in 71 möglich, worin die VSS-Leiterbahnen 1411, die jeder der vier vertikalen Signalleitungen 29A bis 29D benachbart sind, die gleiche Leitungsbreite aufweisen, und für das Layout des Metallfilms M3 in 72 mit der VSS-Leiterbahn 1411C, die mit der Vielzahl von Lücken 1421 versehen ist.
  • Dadurch kann man ähnlich 71 den Einfluss von Nebensprechen vereinheitlichen und kann die Variation von Charakteristiken reduziert werden oder kann die Stabilität beim Ausbilden der VSS-Leiterbahn 1411C mit großer Breite ähnlich 72 verbessert werden.
  • <Verdrahtungsbeispiele der Stromversorgungsleitung und VSS-Leiterbahn>
  • 77 ist eine Draufsicht, die ein Verdrahtungsbeispiel von VSS-Leiterbahnen in der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 veranschaulicht.
  • Die VSS-Leiterbahnen können in einer Vielzahl von Verdrahtungsschichten wie etwa einer ersten Verdrahtungsschicht 1521, einer zweiten Verdrahtungsschicht 1522 und einer dritten Verdrahtungsschicht 1523 in der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 ausgebildet sein, wie in 77 veranschaulicht ist.
  • In der ersten Verdrahtungsschicht 1521 ist eine Vielzahl vertikaler Leiterbahnen 1511, die in der vertikalen Richtung in der Pixel-Arrayeinheit 20 verlaufen, in vorbestimmten Intervallen in der horizontalen Richtung beispielsweise angeordnet. In der zweiten Verdrahtungsschicht 1522 ist eine Vielzahl horizontaler Leiterbahnen 1512, die in der horizontalen Richtung in der Pixel-Arrayeinheit 20 verlaufen, in vorbestimmten Intervallen in der vertikalen Richtung beispielsweise angeordnet. In der dritten Verdrahtungsschicht 1523 sind Leiterbahnen 1513, die in der vertikalen Richtung oder der horizontalen Richtung verlaufen, so angeordnet, dass sie zumindest die Außenseite der Pixel-Arrayeinheit 20 umgeben, mit einer größeren Leitungsbreite als die vertikale Leiterbahn 1511 und die horizontale Leiterbahn 1512 beispielsweise, und sind mit dem GND-Potential verbunden. Die Leiterbahnen 1513 sind auch innerhalb der Pixel-Arrayeinheit 20 verdrahtet, um die gegenüberliegenden Leiterbahnen 1513 in dem äußeren peripheren Bereich zu verbinden.
  • Die vertikale Leiterbahn 1511 der ersten Verdrahtungsschicht 1521 und die horizontale Leiterbahn 1512 der zweiten Verdrahtungsschicht 1522 sind über eine Durchkontaktierung oder dergleichen an jedem Überlagerungsbereich 1531 verbunden, wo die vertikale Leiterbahn 1511 und die horizontale Leiterbahn 1512 in Draufsicht einander überlappen.
  • Darüber hinaus sind die vertikale Leiterbahn 1511 der ersten Verdrahtungsschicht 1521 und die Leiterbahn 1513 der dritten Verdrahtungsschicht 1523 über eine Durchkontaktierung oder dergleichen an jedem Überlagerungsbereich 1532 verbunden, wo die vertikale Leiterbahn 1511 und die Leiterbahn 1513 in Draufsicht einander überlappen.
  • Überdies sind die horizontale Leiterbahn 1512 der zweiten Verdrahtungsschicht 1522 und die Leiterbahn 1513 der dritten Verdrahtungsschicht 1523 über eine Durchkontaktierung oder dergleichen an jedem Überlagerungsbereich 1533 verbunden, wo die horizontale Leiterbahn 1512 und die Leiterbahn 1513 in Draufsicht einander überlappen.
  • Man beachte, dass in 77, um eine Verkomplizierung der Zeichnung zu vermeiden, die Bezugsziffer für jeden der Überlagerungsbereiche 1531 bis 1533 in nur einem Bereich angegeben ist.
  • Wie oben beschrieben wurde, sind die VSS-Leiterbahnen in der Vielzahl von Verdrahtungsschichten der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 ausgebildet und können die vertikalen Leiterbahnen 1511 und die horizontalen Leiterbahnen 1512 in der Pixel-Arrayeinheit 20 in Draufsicht gitterartig verdrahtet sein. Dadurch kann eine Ausbreitungsverzögerung in der Pixel-Arrayeinheit 20 reduziert werden und kann die Variation von Charakteristiken unterdrückt werden.
  • 78 ist eine Draufsicht, die ein anderes Verdrahtungsbeispiel der VSS-Leiterbahnen in der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 veranschaulicht.
  • Man beachte, dass in 78 ein 77 entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist und dessen Beschreibung gegebenenfalls weggelassen wird.
  • In 77 sind die vertikalen Leiterbahnen 1511 der ersten Verdrahtungsschicht 1521 und die horizontalen Leiterbahnen 1512 der zweiten Verdrahtungsschicht 1522 nicht außerhalb der Leiterbahnen 1513 ausgebildet, die in der äußeren Peripherie der Pixel-Arrayeinheit 20 ausgebildet ist, wohingegen in 78 die vertikalen Leiterbahnen 1511 und die horizontalen Leiterbahnen 1512 so ausgebildet sind, dass sie sich zur Außenseite der Leiterbahnen 1513 in der äußeren Peripherie der Pixel-Arrayeinheit 20 erstrecken. Jede der vertikalen Leiterbahnen 1511 ist dann mit dem GND-Potential in einem äußeren peripheren Bereich 1542 eines Substrats 1541 außerhalb der Pixel-Arrayeinheit 20 verbunden, und jede der horizontalen Leiterbahnen 1512 ist mit dem GND-Potential in einem äußeren peripheren Bereich 1543 des Substrats 1541 außerhalb der Pixel-Arrayeinheit 20 verbunden.
  • Mit anderen Worten sind in 77 die vertikalen Leiterbahnen 1511 der ersten Verdrahtungsschicht 1521 und die horizontalen Leiterbahnen 1512 der zweiten Verdrahtungsschicht 1522 über die äußeren peripheren Leiterbahnen 1513 mit dem GND-Potential verbunden, wohingegen in 78 die vertikalen Leiterbahnen 1511 und die horizontalen Leiterbahnen 1512 selbst direkt mit dem GND-Potential verbunden sind. Man beachte, dass die Gebiete, wo die vertikalen Leiterbahnen 1511 und die horizontalen Leiterbahnen 1512 selbst mit dem GND-Potential direkt verbunden sind, vier Seiten des Substrats 1541 wie etwa die äußeren peripheren Bereiche 1542 und 1543 in 78 sein können oder eine Seite, zwei Seiten oder drei Seiten, die vorbestimmt werden, sein können.
  • Wie oben beschrieben wurde, sind die VSS-Leiterbahnen in der Vielzahl von Verdrahtungsschichten der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 ausgebildet und können in der Pixel-Arrayeinheit 20 in Draufsicht gitterartig verdrahtet sein. Dadurch kann eine Ausbreitungsverzögerung in der Pixel-Arrayeinheit 20 reduziert werden und kann die Variation von Charakteristiken unterdrückt werden.
  • Man beachte, dass 77 und 78 als Verdrahtungsbeispiele der VSS-Leiterbahnen beschrieben sind. Jedoch können die Stromversorgungsleitungen ebenfalls ähnlich verdrahtet sein.
  • Die VSS-Leiterbahnen 1411 und die Stromversorgungsleitungen 1401, die in 70 bis 76 beschrieben wurden, können wie die VSS-Leiterbahnen oder die Stromversorgungsleitungen, die in 77 und 78 veranschaulicht sind, in der Vielzahl von Verdrahtungsschichten der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 angeordnet sein. Die VSS-Leiterbahnen 1411 und die Stromversorgungsleitungen 1401, die in 70 bis 76 beschrieben wurden, können für jede der in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden.
  • <Erstes Verfahren einer Pupillenkorrektur>
  • Als Nächstes wird ein erstes Verfahren einer Pupillenkorrektur im lichtempfangenden Element 1 beschrieben.
  • Das lichtempfangende Element 1 als CAPD-Sensor kann eine Pupillenkorrektur zum Verschieben der On-Chip-Linse 62 oder des lichtabschirmenden Films 63 zwischen Pixeln in Richtung einer Ebenenmitte der Pixel-Arrayeinheit 20 gemäß einer Differenz in einem Einfallswinkel eines Hauptlichtstrahls entsprechend einer Position in der Ebene der Pixel-Arrayeinheit 20 ähnlich einem Bildsensor durchführen.
  • Wie in 79 veranschaulicht ist, stimmt konkret im Pixel 51 an einer Position 1701-5 in einem zentralen Bereich der Pixel-Arrayeinheit 20 die Mitte der On-Chip-Linse 62 mit der Mitte zwischen den Signalextraktionsbereichen 65-1 und 65-2, die im Substrat 61 ausgebildet sind, überein, wohingegen in den Pixeln 51 an Positionen 1701-1 bis 1701-4 und 1701-6 bis 1701-9 im peripheren Bereich der Pixel-Arrayeinheit 20 die Mitte der On-Chip-Linse 62 in Richtung einer Seite der Ebenenmitte der Pixel-Arrayeinheit 20 der jeweiligen Positionen 1701-1 bis 1701-9 der Pixel-Arrayeinheit 20 verschoben ist. Die lichtabschirmenden Filme 63-1 und 63-2 zwischen Pixeln sind ähnlich der On-Chip-Linse 62 ebenfalls in Richtung der Ebenenmitte der Pixel-Arrayeinheit 20 verschoben.
  • Wie in 80 veranschaulicht ist, sind überdies im Pixel 51 in einem Fall, in dem DTIs 1711-1 und 1711-2 im Pixel-Grenzbereich ausgebildet sind, welche Gräben (Vertiefungen) sind, die bis zu einer vorbestimmten Tiefe in der Richtung der Substrattiefe von der Seite der rückseitigen Oberfläche aus auf der Seite der On-Chip-Linse 62 des Substrats 61 ausgebildet sind, um zu verhindern, dass einfallendes Licht in ein benachbartes Pixel eintritt, die DITs 1711-1 und 1711-2 zusätzlich zu der On-Chip-Linse 62 und den lichtabschirmenden Filmen 63-1 und 63-2 zwischen Pixeln in den Pixeln 51 an den Positionen 1701-1 bis 1701-4 und 1701-6 bis 1701-9 im peripheren Bereich der Pixel-Arrayeinheit 20 ebenfalls in Richtung der Ebenenmitte der Pixel-Arrayeinheit 20 verschoben.
  • Wie in 81 veranschaulicht ist, sind alternativ dazu im Pixel 51 in einem Fall, in dem im Pixel-Grenzbereich die DTIs 1712-1 und 1712-2 ausgebildet sind, welche Gräben (Vertiefungen) sind, die bis zu einer vorbestimmten Tiefe in der Richtung der Substrattiefe von der Seite der vorderen Oberfläche aus auf die Seite der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 des Substrats 61 ausgebildet sind, um zu verhindern, dass einfallendes Licht in ein benachbartes Pixel eintritt, die DTIs 1712-1 und 1712-2 zusätzlich zu der On-Chip-Linse 62 und den lichtabschirmenden Filmen 63-1 und 63-2 zwischen Pixeln in den Pixeln 51 an den Positionen 1701-1 bis 1701-4 und 1701-6 bis 1701-9 im peripheren Bereich der Pixel-Arrayeinheit 20 ebenfalls in Richtung der Ebenenmitte der Pixel-Arrayeinheit 20 verschoben.
  • Man beachte, dass als ein Pixel-Trennbereich zum Trennen des Substrats 61 benachbarter Pixel, um zu verhindern, dass einfallendes Licht in das benachbarte Pixel eintritt, auch anstelle der DTIs 1711-1, 1711-2, 1712-1 und 1712-2eine Konfiguration möglich ist, die einen durchgehenden Trennbereich vorsieht, der das Substrat 61 durchdringt, um die benachbarten Pixel zu trennen. Selbst in diesem Fall ist der durchgehende Trennbereich ähnlich in den Pixeln 51 an den Positionen 1701-1 bis 1701-4 und 1701-6 bis 1701-9 im peripheren Bereich der Pixel-Arrayeinheit 20 in Richtung der Ebenenmitte der Pixel-Arrayeinheit 20 verschoben.
  • Wie in 79 bis 81 veranschaulicht ist, kann veranlasst werden, dass der Hauptlichtstrahl mit der Mitte in jedem Pixel übereinstimmt, indem die On-Chip-Linse 62 in Richtung der Ebenenmitte der Pixel-Arrayeinheit 20 zusammen mit dem lichtabschirmenden Film 63 zwischen Pixeln und dergleichen verschoben wird. Da das lichtempfangende Element 1 als CAPD-Sensor moduliert wird, indem eine Spannung zwischen den beiden Signalextraktionsbereichen 65 (Taps) vorgesehen wird, um einen Stromfluss zu veranlassen, ist jedoch eine optimale Einfallsposition in jedem Pixel unterschiedlich. Daher ist eine Technik zur optimalen Pupillenkorrektur für eine Abstandsmessung im lichtempfangenden Element 1 im Gegensatz zu einer in einem Bildsensor durchgeführten optischen Pupillenkorrektur erforderlich.
  • Der Unterschied zwischen der vom lichtempfangenden Element 1 als CAPD-Sensor durchgeführten Pupillenkorrektur und der von einem Bildsensor durchgeführten Pupillenkorrektur wird unter Bezugnahme auf 82 beschrieben.
  • In A bis C in 82 entsprechen 3 × 3 neun Pixel 51 den Pixeln 51 an den Positionen 1701-1 bis 1701-9 der Pixel-Arrayeinheit 20 in 79 bis 81.
  • A in 82 veranschaulicht die Position der On-Chip-Linse 62 in dem Fall, in dem keine Pupillenkorrektur durchgeführt wird, und eine Position 1721 des Hauptlichtstrahls auf der Seite der vorderen Oberfläche des Substrats.
  • Falls keine Pupillenkorrektur durchgeführt wird, ist die On-Chip-Linse 62 so angeordnet, dass die Mitte der On-Chip-Linse 62 mit der Mitte der beiden Taps im Pixel, das heißt der Mitte des ersten Tap TA (Signalextraktionsbereich 65-1) und des zweiten Tap TB (Signalextraktionsbereich 65-2) im Pixel 51 an jeder der Positionen 1701-1 bis 1701-9 in der Pixel-Arrayeinheit 20 übereinstimmt. In diesem Fall ist die Position 1721 des Hauptlichtstrahls auf der Seite der vorderen Oberfläche des Substrats je nach den Positionen 1701-1 bis 1701-9 in der Pixel-Arrayeinheit 20 unterschiedlich, wie in A in 82 veranschaulicht ist.
  • In der in einem Bildsensor durchgeführten Pupillenkorrektur ist die On-Chip-Linse 62 so angeordnet, dass die Position 1721 des Hauptlichtstrahls mit der Mitte des ersten Tap TA und des zweiten Tap TB im Pixel 51 an jeder der Positionen 1701-1 bis 1701-9 in der Pixel-Arrayeinheit 20 übereinstimmt, wie in B in 82 veranschaulicht ist. Genauer gesagt ist die On-Chip-Linse 62 so angeordnet, dass sie in Richtung der Ebenenmitte der Pixel-Arrayeinheit 20 verschoben ist, wie in 79 bis 81 veranschaulicht ist.
  • Im Gegensatz dazu ist in der im lichtempfangenden Element 1 durchgeführten Pupillenkorrektur, wie in C in 82 veranschaulicht ist, die On-Chip-Linse 62 von der Position der On-Chip-Linse 62 weiter in Richtung der Seite des ersten Tap TA verschoben, womit die Position 1721 des Hauptlichtstrahls bei der Mittenposition des ersten Tap TA und des zweiten Tap TB liegt, die in B in 82 veranschaulicht ist. Der Verschiebungsbetrag der Position 1721 des Hauptlichtstrahls zwischen B in 82 und C in 82 wird größer, wenn man von der Mittenposition der Pixel-Arrayeinheit 20 aus in Richtung des äußeren peripheren Bereichs geht.
  • 83 ist ein Diagramm, um den Verschiebungsbetrag der On-Chip-Linse 62 zu beschreiben, wenn die Position 1721 des Hauptlichtstrahls in Richtung der Seite des ersten Tap TA verschoben wird.
  • Beispielsweise ist der Verschiebungsbetrag LD zwischen einer Position 1721c des Hauptlichtstrahls an der Position 1701-5 im zentralen Bereich der Pixel-Arrayeinheit 20 und einer Position 1721x des Hauptlichtstrahls an der Position 1701-4 im peripheren Bereich der Pixel-Arrayeinheit 20 gleich einer optischen Wegdifferenz LD für die Pupillenkorrektur an der Position 1701-4 im peripheren Bereich der Pixel-Arrayeinheit 20.
  • Mit anderen Worten wird der Hauptlichtstrahl aus der Mittenposition des ersten Tap TA (Signalextraktionsbereich 65-1) und des zweiten Tap TB (Signalextraktionsbereich 65-2) in Richtung der Seite des ersten Tap TA so verschoben, dass eine optische Weglänge des Hauptlichtstrahls unter den jeweiligen Pixeln in der Pixel-Arrayeinheit 20 übereinstimmt.
  • Eine Verschiebung des Hauptlichtstrahls in Richtung der Seite des ersten Tap TA basiert hier auf einer Übernahme eines Verfahrens zum Einstellen einer Lichtempfangs-Zeitsteuerung auf 4-Phase und Berechnen einer Phasenverschiebung (Phase) entsprechend einer Verzögerungszeit ΔT gemäß dem Abstand zu einem Objekt unter Verwendung allein eines Ausgabewerts des ersten Tap TA.
  • 84 veranschaulicht ein Zeitsteuerungsdiagramm, um ein Detektionsverfahren gemäß 2-Phase (2-Phase-Verfahren) und ein Detektionsverfahren gemäß 4-Phase (4-Phase-Verfahren) in einem ein indirektes ToF-Verfahren nutzenden ToF-Sensor zu beschreiben.
  • Von einer vorbestimmten Lichtquelle wird Bestrahlungslicht abgegeben, das moduliert wird (ein Zyklus = 2T), um Ein/Aus einer Bestrahlung zu einer Bestrahlungszeit T zu wiederholen, und das lichtempfangende Element 1 empfängt reflektiertes Licht zu einem Zeitpunkt, der gemäß dem Abstand zum Objekt um die Verzögerungszeit ΔT verzögert ist.
  • Im 2-Phase-Verfahren empfängt das lichtempfangende Element 1 Licht an dem ersten Tap TA und dem zweiten Tap TB zu Zeitpunkten, zu denen die Phase um 180 Grad verschoben ist. Ein Phasenverschiebungsbetrag θ, der der Verzögerungszeit ΔT entspricht, kann bei einem Verteilungsverhältnis des am ersten Tap TA empfangenen Signalwerts qA und eines am zweiten Tap TB empfangenen Signalwerts qB detektiert werden.
  • Im Gegensatz dazu empfängt im 4-Phase-Verfahren das lichtempfangende Element 1 Licht zu vier Zeitpunkten einer Phase, die gleich dem Bestrahlungslicht ist (das heißt Phase0) , einer Phase, die um 90 Grad verschoben ist (Phase90), einer Phase, die um 180 Grad verschoben ist (Phase180) und einer Phase, die um 270 Grad verschoben ist (Phase270). In diesem Verfahren wird ein Signalwert TAphase180, der bei der um 180 Grad verschobenen Phase detektiert wird, der gleiche wie der Signalwert qB, der am zweiten Tap TB im 2-Phase-Verfahren empfangen wird. Indem man das Licht gemäß dem 4-Phase-Verfahren detektiert, kann daher der Phasenverschiebungsbetrag θ, der der Verzögerungszeit ΔT entspricht, durch den Signalwert von nur einem des ersten Tap TA oder des zweiten Tap TB detektiert werden. Im 4-Phase-Verfahren nennt man den Tap, der den Phasenverschiebungsbetrag θ beträgt, Tap der Phasenverschiebungsdetektion.
  • Falls der erste Tap TA des ersten Tap TA und des zweiten Tap TB der Tap der Phasenverschiebungsdetektion ist, der den Phasenverschiebungsbetrag θ detektiert, wird hier der Hauptlichtstrahl in Richtung der Seite des ersten Tap TA in der Pupillenkorrektur so verschoben, dass die optische Weglänge des Hauptlichtstrahls unter den jeweiligen Pixeln in der Pixel-Arrayeinheit 20 im Wesentlichen übereinstimmt.
  • Ein Phasenverschiebungsbetrag θA, der am ersten Tap TA detektiert wird, wird durch den folgenden Ausdruck (2) berechnet, wobei die bei Phase0, Phase90, Phase180 und Phase270 am ersten Tap TA durch das 4-Phase-Verfahren detektierten Signalwerte q0A, q1A, q2A bzw. q3A sind. θ A = tan − 1 q 1A − q 3A q 0A − q 2A
    Figure DE112019003623T5_0002
  • Darüber hinaus wird CmodA im 4-Phase-Verfahren im Fall einer Detektion des Lichts am ersten Tap TA durch den folgenden Ausdruck (3) berechnet. Cmod A =  Max ( q 0A − q 2A q 0A + q 2A , q 1A − q 3A q 1A + q 3A )
    Figure DE112019003623T5_0003
  • Wie im Ausdruck (3) veranschaulicht ist, ist CmodA im 4-Phase-Verfahren (q0A - q2A) / (q0A + q2A) oder (q1A - q3A) / (q1A + q3A) , was immer größer ist.
  • Wie oben beschrieben wurde, ändert das lichtempfangende Element 1 die Positionen der On-Chip-Linse 62 und des lichtabschirmenden Films 63 zwischen Pixeln und führt die Pupillenkorrektur so durch, dass die optische Weglänge des Hauptlichtstrahls unter den jeweiligen Pixeln in der Ebene der Pixel-Arrayeinheit 20 im Wesentlichen die gleiche wird. Mit anderen Worten führt das lichtempfangende Element 1 die Pupillenkorrektur so durch, dass der Phasenverschiebungsbetrag 0A am ersten Tap TA, der der Tap der Phasenverschiebungsdetektion ist, unter den jeweiligen Pixeln in der Ebene der Pixel-Arrayeinheit 20 im Wesentlichen der gleiche wird. Infolgedessen kann eine Abhängigkeit in der Ebene des Chips eliminiert werden und kann die Genauigkeit einer Abstandsmessung verbessert werden. Hier meint das oben Beschriebene „im Wesentlichen übereinstimmen“ oder „im Wesentlichen der gleiche“ eine exakte Übereinstimmung oder eine exakte Gleichheit oder ist innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gleich sein, der als gleich betrachtet werden kann. Das erste Verfahren einer Pupillenkorrektur kann für jede der in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden.
  • <Zweites Verfahren einer Pupillenkorrektur>
  • Als Nächstes wird ein zweites Verfahren einer Pupillenkorrektur im lichtempfangenden Element 1 beschrieben.
  • Das oben beschriebene erste Verfahren einer Pupillenkorrektur ist in einem Fall vorteilhaft, in dem bestimmt wird, von dem ersten Tap TA und dem zweiten Tap TA das Signal des ersten Tap TA zu verwenden, um die Phasenverschiebung (Phase) zu berechnen. Jedoch gibt es einige Fälle, in denen es nicht möglich sein kann, zu bestimmen, welcher der Taps verwendet wird. In solch einem Fall kann die Pupillenkorrektur gemäß dem folgenden zweiten Verfahren durchgeführt werden.
  • Im zweiten Verfahren einer Pupillenkorrektur werden die Positionen der On-Chip-Linse 62 und des lichtabschirmenden Films 63 zwischen Pixeln in Richtung der Seite der Ebenenmitte so verschoben, dass ein DC-Kontrast DCA des ersten Tap TA und DC-Kontrast DCB des zweiten Tap TB unter den jeweiligen Pixeln in der Pixel-Arrayeinheit 20 im Wesentlichen gleich werden. Falls die DTI 1711, die im Substrat 61 von der Seite der On-Chip-Linse 62 aus ausgebildet ist, oder die DTI 1712, die von der Seite der vorderen Oberfläche aus ausgebildet ist, vorhanden ist, wird die Position der DTI ähnlich dem ersten Verfahren verschoben.
  • Der DC-Kontrast DCA des ersten Tap TA und der DC-Kontrast DCB des zweiten Tap werden gemäß den folgenden Ausdrücken (4) und (5) berechnet. DC A = A H − B L A H + B L
    Figure DE112019003623T5_0004
     DC B = B H − A L B H + A L
    Figure DE112019003623T5_0005
  • Im Ausdruck (4) repräsentiert AH den Signalwert, der durch den ersten Tap TA detektiert wird, eines Falls, in dem das lichtempfangende Element 1 direkt mit kontinuierlichem Licht bestrahlt wird, das ohne Unterbrechung kontinuierlich emittiert wird, und an den eine positive Spannung angelegt ist, und repräsentiert BL den Signalwert, der durch den zweiten Tap TB detektiert wird, an den 0 oder eine negative Spannung angelegt ist. Im Ausdruck (5) repräsentiert BH den Signalwert, der durch den zweiten Tap TB detektiert wird, eines Falls, in dem das lichtempfangende Element 1 mit kontinuierlichem Licht direkt bestrahlt wird, das ohne Unterbrechung kontinuierlich emittiert wird, und an den eine positive Spannung angelegt ist, und AL repräsentiert den Signalwert, der durch den ersten Tap TA detektiert wird, an den 0 oder eine negative Spannung angelegt ist.
  • Es ist erwünscht, dass der DC-Kontrast DCA des ersten Tap TA und der DC-Kontrast DCB des zweiten Tap TB gleich sind und der DC-Kontrast DCA des ersten Tap TA und der DC-Kontrast DCB des zweiten Tap TB an jeder der Positionen in der Ebene der Pixel-Arrayeinheit 20 im Wesentlichen übereinstimmen. Falls jedoch der DC-Kontrast DCA des ersten Tap TA und der DC-Kontrast DCB des zweiten Tap TB je nach der Position in der Ebene der Pixel-Arrayeinheit 20 verschieden sind, sind die Positionen der On-Chip-Linse 62, des lichtabschirmenden Films 63 zwischen Pixeln und dergleichen so angeordnet, dass sie in Richtung der Seite der Ebenenmitte verschoben sind, sodass ein Verschiebungsbetrag des DC-Kontrasts DCA des ersten Tap TA zwischen dem zentralen Bereich und dem äußeren peripheren Bereich der Pixel-Arrayeinheit 20 und ein Verschiebungsbetrag des DC-Kontrasts DCB des zweiten Tap TB zwischen dem zentralen Bereich und dem äußeren peripheren Bereich der Pixel-Arrayeinheit 20 im Wesentlichen übereinstimmen.
  • Wie oben beschrieben wurde, ändert das lichtempfangende Element 1 die Positionen der On-Chip-Linse 62 und des lichtabschirmenden Films 63 zwischen Pixeln und führt eine Pupillenkorrektur so durch, dass der DC-Kontrast DCA des ersten Tap TA und der DC-Kontrast DCB des zweiten Tap TB unter den jeweiligen Pixeln in der Ebene der Pixel-Arrayeinheit 20 im Wesentlichen übereinstimmen. Infolgedessen kann eine Abhängigkeit in der Ebene des Chips eliminiert werden und kann die Genauigkeit einer Abstandsmessung verbessert werden. Hier meint das oben Beschriebene „im Wesentlichen übereinstimmen“ oder „im Wesentlichen der gleiche“ eine exakte Übereinstimmung oder eine exakte Gleichheit oder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gleich sein, der als gleich betrachtet werden kann. Das zweite Verfahren einer Pupillenkorrektur kann für jede der in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden.
  • Man beachte, dass die Lichtempfangs-Zeitpunkte des ersten Tap TA und des zweiten Tap TB, die in 84 veranschaulicht sind, durch die Bereitstellung der Spannung MIX0 und der Spannung MIX1 von der Tap-Ansteuerungseinheit 21 über die Spannungsversorgungsleitung 30 gesteuert werden. Da die Spannungsversorgungsleitung 30 mit einer Pixel-Spalte in der vertikalen Richtung der Pixel-Arrayeinheit 20 gemeinsam verdrahtet ist, tritt aufgrund einer RC-Komponente eine Verzögerung auf, wenn der Abstand von der Tap-Ansteuerungseinheit 21 länger wird.
  • Wie in 85 veranschaulicht ist, sind daher der Widerstand und die Kapazität der Spannungsversorgungsleitung 30 gemäß dem Abstand von der Tap-Ansteuerungseinheit 21 geändert, um die Tauglichkeit für eine Ansteuerung der jeweiligen Pixel 51 im Wesentlichen einheitlich einzurichten, sodass die Korrektur so durchgeführt werden kann, dass die Phasenverschiebung (Phase) oder der DC-Kontrast DC in der Ebene der Pixel-Arrayeinheit 20 im Wesentlichen einheitlich wird. Konkret ist die Spannungsversorgungsleitung 30 so angeordnet, dass die Leitungsbreite entsprechend dem Abstand von der Tap-Ansteuerungseinheit 21 größer wird.
  • <Zwanzigste Ausführungsform>
  • In den folgenden zwanzigsten bis zweiundzwanzigsten Ausführungsformen werden Konfigurationsbeispiele eines lichtempfangenden Elements 1 beschrieben, das eine Zusatzinformation neben einer Information einer Abstandsmessung gewinnen kann, die aus einem Verteilungsverhältnis von Signalen eines ersten Tap TA und eines zweiten Tap TB erhalten wird.
  • Zunächst wird ein Konfigurationsbeispiel des lichtempfangenden Elements 1 beschrieben, das eine Phasendifferenzinformation als Zusatzinformation neben einer Information einer Abstandsmessung gewinnen kann, die aus einem Verteilungsverhältnis von Signalen des ersten Tap TA und des zweiten Tap TB erhalten wird.
  • <Erstes Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform>
  • A in 86 ist eine Querschnittsansicht von Pixeln gemäß einem ersten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform, und B und C in 86 sind Draufsichten der Pixel gemäß dem ersten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform.
  • In der Querschnittsansicht A in 86 ist ein den oben beschriebenen anderen Ausführungsformen entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet und dessen Beschreibung wird gegebenenfalls weggelassen.
  • In 86 ist irgendein Pixel 51 mit einem lichtabschirmenden Film 1801 mit Phasendifferenz für eine Phasendifferenzdetektion auf einer oberen Oberfläche eines Substrats 61 auf einer Seite der On-Chip-Linse 62 versehen. Der lichtabschirmende Film 1801 mit Phasendifferenz schirmt Licht einer Hälfte auf einer Seite eines Pixelgebiets auf entweder der Seite des ersten Tap TA oder der Seite des zweiten Tap TB ab, wie beispielsweise in B oder C in 86 veranschaulicht ist. B in 86 ist ein Beispiel eines Pixels 51, in dem der erste Tap TA und der zweite Tap TB in einer Auf-Ab-Richtung (vertikalen Richtung) in einem Array angeordnet sind, und C in 86 ist ein Beispiel eines Pixels 51, in dem der erste Tap TA und der zweite Tap TB in einer Rechts-Links-Richtung (horizontalen Richtung) in einem Array angeordnet sind.
  • Die Pixel 51 gemäß dem ersten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform können in irgendeiner der Anordnungen A bis F in 87 in einer Pixel-Arrayeinheit 20 in einem Array angeordnet sein.
  • A in 87 veranschaulicht ein Array-Beispiel von Pixeln 51, worin die Pixel 51, die jeweils den ersten Tap TA und den zweiten Tap TB aufweisen, die in der Auf-Ab-Richtung angeordnet sind, in einer Matrix in einem Array angeordnet sind.
  • B in 87 veranschaulicht ein Array-Beispiel von Pixeln 51, worin die Pixel 51, die jeweils den ersten Tap TA und den zweiten Tab TB aufweisen, die in der Rechts-Links-Richtung angeordnet sind, in einer Matrix in einem Array angeordnet sind.
  • C in 87 veranschaulicht ein Array-Beispiel von Pixeln 51, worin die Pixel 51, die den ersten Tap TA und den zweiten Tap TB aufweisen, die in der Auf-Ab-Richtung angeordnet sind, in einer Matrix in einem Array angeordnet sind und Pixelpositionen um ein halbes Pixel in der Auf-Ab-Richtung zwischen benachbarten Spalten verschoben sind.
  • D in 87 veranschaulicht ein Array-Beispiel von Pixeln 51, in denen die Pixel 51, die den ersten Tap TA und den zweiten Tap TB aufweisen, die in der Rechts-Links-Richtung angeordnet sind, in einer Matrix in einem Array angeordnet sind und Pixelpositionen um ein halbes Pixel in der Auf-Ab-Richtung zwischen benachbarten Spalten verschoben sind.
  • E in 87 veranschaulicht ein Array-Beispiel von Pixeln 51, worin ein Pixel 51, das den ersten Tap TA und den zweiten Tap TB aufweist, die in der Auf-Ab-Richtung angeordnet sind, und ein Pixel 51, das den ersten Tap TA und den zweiten Tap TB aufweist, die in der Rechts-Links-Richtung angeordnet sind, in einer Reihenrichtung und in einer Spaltenrichtung abwechselnd in einem Array angeordnet sind.
  • F in 87 veranschaulicht ein Array-Beispiel von Pixeln 51, worin ein Pixel 51, das den ersten Tap TA und den zweiten Tap TB aufweist, die in der Auf-Ab-Richtung angeordnet sind, und ein Pixel 51, das den ersten Tap TA und den zweiten Tap TB aufweist, die in der Rechts-Links-Richtung angeordnet sind, in einer Reihenrichtung und einer Spaltenrichtung abwechselnd angeordnet sind und Pixelpositionen um ein halbes Pixel in der Auf-Ab-Richtung zwischen benachbarten Spalten verschoben sind.
  • Die Pixel 51 in 86 sind in irgendeiner der Anordnungen A bis F in 87 in einem Array angeordnet, und in der Pixel-Arrayeinheit 20 sind das Pixel 51, in welchem eine Hälfte auf einer Seite des ersten Tap TA abgeschirmt ist, und das Pixel 51, in welchem eine Hälfte auf einer Seite des zweiten Tap TB abgeschirmt ist, an nahe gelegenen Positionen wie in B oder C in 86 angeordnet sind. Darüber hinaus ist eine Vielzahl von Sätzen der Pixel 51, worin eine Hälfte auf einer Seite des ersten Tap TA abgeschirmt ist, und des Pixels 51, worin eine Hälfte auf einer Seite des zweiten Tap TB abgeschirmt ist, in der Pixel-Arrayeinheit 20 verteilt angeordnet ist.
  • Das erste Konfigurationsbeispiel gemäß der zwanzigsten Ausführungsform ist ähnlich der in 2 veranschaulichten ersten Ausführungsform oder der in 36 beschriebenen vierzehnten oder fünfzehnten Ausführungsform konfiguriert, außer dass manches Pixel 51 mit dem lichtabschirmenden Film 1801 mit Phasendifferenz versehen ist. In 86 sind andere Konfigurationen vereinfacht veranschaulicht.
  • Wenn man eine andere Konfiguration als den lichtabschirmenden Film 1801 mit Phasendifferenz in 86 kurz beschreibt, umfasst das Pixel 51 ein Substrat 61, das eine Halbleiterschicht vom P-Typ enthält, und eine On-Chip-Linse 62, die auf dem Substrat 61 ausgebildet ist. Ein lichtabschirmender Film 63 zwischen Pixeln und der lichtabschirmende Film 1801 mit Phasendifferenz sind zwischen der On-Chip-Linse 62 und dem Substrat 61 ausgebildet. In dem Pixel 51, in welchem der lichtabschirmende Film 1801 mit Phasendifferenz ausgebildet ist, ist der dem lichtabschirmenden Film 1801 mit Phasendifferenz benachbarte lichtabschirmende Film 63 zwischen Pixeln durchgehend (einteilig) mit dem lichtabschirmenden Film 1801 mit Phasendifferenz ausgebildet. Ein in 2 veranschaulichter Film 66 mit fixierter Ladung ist ebenfalls auf einer unteren Oberfläche des lichtabschirmenden Films 63 zwischen Pixeln und des lichtabschirmenden Films 1801 mit Phasendifferenz ausgebildet, obgleich eine Veranschaulichung weggelassen ist.
  • Der erste Tap TA und der zweite Tap TB sind auf einer Oberfläche des Substrats 61 ausgebildet, wobei die Oberfläche eine Seite der Lichteinfallsoberfläche, wo die On-Chip-Linse 62 ausgebildet ist, entgegengesetzt ist. Der erste Tap TA entspricht dem oben beschriebenen Signalextraktionsbereich 65-1, und der zweite Tap TB entspricht dem Signalextraktionsbereich 65-2. Eine vorbestimmte Spannung MIX0 wird von einer Tap-Ansteuerungseinheit 21 (1) über eine in einer Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 ausgebildete Spannungsversorgungsleitung 30A dem ersten Tap TA bereitgestellt, und eine vorbestimmte Spannung MIX1 wird über eine Spannungsversorgungsleitung 30 dem zweiten Tap TB bereitgestellt.
  • 88 veranschaulicht eine Tabelle, die Ansteuerungsmodi zusammenfasst, wenn die Tap-Ansteuerungseinheit 21 den ersten Tap TA und den zweiten Tap TB im ersten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform ansteuert.
  • Das Pixel 51, das den lichtabschirmenden Film 1801 mit Phasendifferenz enthält, kann eine Phasendifferenz gemäß fünf Arten von Ansteuerungsverfahren detektieren, die einen Modus 1 bis Modus 5 umfassen, die in 88 veranschaulicht sind.
  • Modus 1 ist die gleiche Ansteuerung als ein anderes Pixel 51, das den lichtabschirmenden Film 1801 mit Phasendifferenz nicht enthält. Im Modus 1 legt die Tap-Ansteuerungseinheit 21 während einer vorbestimmten Lichtempfangsperiode eine positive Spannung (1,5 V) an den ersten Tap TA, der ein aktiver Tap sein soll, an und legt eine Spannung 0 V an den zweiten Tap TB an, der ein inaktiver Tap sein soll. In der nächsten Leistungsempfangsperiode legt die Tap-Ansteuerungseinheit 21 eine positive Spannung (zum Beispiel 1,5 V) an den zweiten Tap TB, der ein aktiver Tap sein soll, an und legt eine Spannung von 0 V an den ersten Tap TA an, der ein inaktiver Tap sein soll. 0 V (VSS-Potential) wird an Pixel-Transistoren Tr (37) wie etwa einen Übertragungstransistor 721 und einen Rücksetztransistor 723 angelegt, die in einem Pixel-Grenzgebiet der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 mit dem Substrat 61 ausgebildet sind.
  • Im Modus 1 kann die Phasendifferenz aus einem Signal, das erhalten wird, wenn der zweite Tap TB der aktive Tap im Pixel 51 ist, worin eine Hälfte auf einer Seite des ersten Tap TA abgeschirmt ist, und einem Signal detektiert werden, das erhalten wird, wenn der erste Tap TA der aktive Tap im Pixel 51 ist, worin eine Hälfte auf einer Seite des zweiten Tap TB abgeschirmt ist.
  • Im Modus 2 legt die Tap-Ansteuerungseinheit 21 eine positive Spannung (zum Beispiel 1,5 V) an sowohl den ersten Tap TA als auch den zweiten Tap TB an. 0 V (VSS-Potential) wird an die Pixel-Transistoren Tr angelegt, die im Pixel-Grenzgebiet der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 811 mit dem Substrat 61 ausgebildet sind.
  • Im Modus 2 kann, da die Signale durch sowohl den ersten Tap TA als auch den zweiten Tap TB gleichermaßen detektiert werden können, die Phasendifferenz aus dem Signal des Pixels 51, worin eine Hälfte auf einer Seite des ersten Tap abgeschirmt ist, und dem Signal des Pixels 51, worin eine Hälfte auf einer Seite des zweiten Tap TB abgeschirmt ist, detektiert werden.
  • Modus 3 ist eine Ansteuerung zum Gewichten angelegter Spannungen des ersten Tap TA und des zweiten Tap TB gemäß einer Bildhöhe in der Pixel-Arrayeinheit 20 in der Ansteuerung im Modus 2. Genauer gesagt wird eine Differenz in einem an den ersten Tap TA und den zweiten Tap TB angelegten Potential vorgesehen, wenn die Bildhöhe (Abstand von einer optischen Mitte) in der Pixel-Arrayeinheit 20 größer wird. Außerdem wird die angelegte Spannung auf der Tap-Seite innerhalb (Seite des zentralen Bereichs) der Pixel-Arrayeinheit 20 größer., wenn die Bildhöhe in der Pixel-Arrayeinheit 20 größer wird. Dadurch kann die Pupillenkorrektur gemäß der Potentialdifferenz zwischen den an die Taps anzulegenden Spannungen durchgeführt werden.
  • Modus 4 ist ein Modus zum Anlegen einer negativen Vorspannung (zum Beispiel -1,5 V) anstelle von 0 V (VSS-Potential), an die Pixel-Transistoren Tr, die im Pixel-Grenzgebiet mit dem Substrat 61 ausgebildet sind, in der Ansteuerung im Modus 2. Indem man die negative Vorspannung an die Pixel-Transistoren Tr anlegt, die im Pixel-Grenzgebiet ausgebildet sind, kann ein elektrisches Feld von den Pixel-Transistoren Tr zu dem ersten Tap TA und dem zweiten Tap TB verstärkt werden und können Elektronen als Signalladung leicht in die Taps gezogen werden.
  • Modus 5 ist ein Modus zum Anlegen einer negativen Vorspannung (zum Beispiel -1,5 V), anstelle von 0 V (VSS-Potential), an die Pixel-Transistoren Tr, die im Pixel-Grenzgebiet mit dem Substrat 61 ausgebildet sind, in der Ansteuerung im Modus 3. Dadurch kann ein elektrisches Feld von den Pixel-Transistoren Tr zu dem ersten Tap TA und dem zweiten Tab TB verstärkt werden und können Elektronen als Signalladung leicht in die Taps gezogen werden.
  • In jedem der fünf Arten des Ansteuerungsverfahrens des Modus 1 bis Modus 5 tritt die Phasendifferenz (Bildverschiebung) zwischen den gelesenen Signalen des Pixels 51, worin eine Hälfte auf einer Seite des ersten Tap TA abgeschirmt ist, und des Pixels 51, worin eine Hälfte auf einer Seite des zweiten Tap Tb abgeschirmt ist, gemäß der Differenz im abgeschirmten Gebiet auf. Daher kann die Phasendifferenz detektiert werden.
  • Gemäß dem ersten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, umfassen im lichtempfangenden Element 1 manche Pixel 51 der Pixel-Arrayeinheit 20, in der eine Vielzahl von Pixeln 51, die jeweils den ersten Tap TA und den zweiten Tap TB enthalten, in einem Array angeordnet sind, das Pixel 51, in welchem eine Hälfte auf einer Seite des ersten Tap TA durch den lichtabschirmenden Film 1801 mit Phasendifferenz abgeschirmt ist, und das Pixel 51, in welchem eine Hälfte auf einer Seite des zweiten Tap TB durch den lichtabschirmenden Film 1801 mit Phasendifferenz abgeschirmt ist. Dadurch kann die Information einer Phasendifferenz als die zusätzliche Information neben der Information einer Abstandsmessung gewonnen werden, die aus einem Verteilungsverhältnis von Signalen des ersten Tap TA und des zweiten Tap TB erhalten wird. Eine Fokusposition wird gemäß der detektierten Information einer Phasendifferenz bestimmt, und die Genauigkeit in der Tiefenrichtung kann verbessert werden.
  • <Zweites Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform>
  • 89 veranschaulicht eine Querschnittsansicht von Pixeln gemäß einem zweiten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform.
  • In der Querschnittsansicht in 89 ist ein dem ersten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet und dessen Beschreibung wird gegebenenfalls weggelassen.
  • In dem in 86 veranschaulichten ersten Konfigurationsbeispiel ist die On-Chip-Linse 62 auf Pixel-Basis ausgebildet, wohingegen im zweiten Konfigurationsbeispiel in 89 eine On-Chip-Linse 1821 für eine Vielzahl von Pixeln 51 ausgebildet ist. Manches Pixel 51 ist mit einem lichtabschirmenden Film 1811 mit Phasendifferenz für eine Detektion der Phasendifferenz auf einer oberen Oberfläche des Substrats 61 auf der Seite der On-Chip-Linse 1821 neu versehen. Der lichtabschirmende Film 1811 mit Phasendifferenz ist in einem vorbestimmten Pixel 51 unter einer Vielzahl von Pixeln 51 ausgebildet, die sich die gleiche On-Chip-Linse 1821 teilen. Ein lichtabschirmender Film 63 zwischen Pixeln, der dem lichtabschirmenden Film 1811 mit Phasendifferenz benachbart ist, ist ähnlich dem ersten Konfigurationsbeispiel kontinuierlich (einteilig) mit dem lichtabschirmenden Film 1811 mit Phasendifferenz ausgebildet.
  • A bis F in 90 sind Draufsichten, die eine Anordnung des lichtabschirmenden Films 1811 mit Phasendifferenz und der On-Chip-Linse 1821 veranschaulichen, welche im zweiten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform übernommen werden können.
  • A in 90 veranschaulicht ein erstes Anordnungsbeispiel des lichtabschirmenden Films 1811 mit Phasendifferenz und der On-Chip-Linse 1821.
  • Ein in A in 90 veranschaulichter Pixelsatz 1831 umfasst zwei Pixel 51, die in der Auf-Ab-Richtung (vertikalen Richtung) in einem Array angeordnet sind, und eine On-Chip-Linse 1821 ist für die zwei, in der Auf-Ab-Richtung in einem Array angeordneten Pixel 51 angeordnet. Darüber hinaus sind Anordnungen des ersten Tap TA und des zweiten Tap TB der beiden Pixel 51, die sich die eine On-Chip-Linse 1821 teilen, die gleichen. Eine Phasendifferenz wird dann detektiert, wobei zwei Pixel 51, in denen der lichtabschirmende Film 1811 mit Phasendifferenz nicht ausgebildet ist, von den zwei Pixelsätzen 1831 verwendet werden, die symmetrische Ausbildungspositionen der lichtabschirmenden Films 1811 mit Phasendifferenz aufweisen.
  • B in 90 veranschaulicht ein zweites Anordnungsbeispiel des lichtabschirmenden Films 1811 mit Phasendifferenz und der On-Chip-Linse 1821.
  • Der in B in 90 veranschaulichte Pixelsatz 1831 enthält zwei Pixel 51, die in der Auf-Ab-Richtung (vertikalen Richtung) in einem Array angeordnet sind, und eine On-Chip-Linse 1821 ist für die zwei, in der Auf-Ab-Richtung in einem Array angeordneten Pixel 51 angeordnet. Überdies sind Anordnungen des ersten Tap TA und des zweiten Tap TB der beiden Pixel 51, die sich eine On-Chip-Linse 1821 teilen, entgegengesetzt. Eine Phasendifferenz wird dann detektiert, wobei zwei Pixel 51, in denen lichtabschirmende Film 1811 mit Phasendifferenz nicht ausgebildet ist, von zwei Pixelsätzen 1831 verwendet werden, die symmetrische Ausbildungspositionen des lichtabschirmenden Films 1811 mit Phasendifferenz aufweisen.
  • C in 90 veranschaulicht ein drittes Anordnungsbeispiel des lichtabschirmenden Films 1811 mit Phasendifferenz und der On-Chip-Linse 1821.
  • Ein in C in 90 veranschaulichter Pixelsatz 1831 enthält zwei Pixel 51, die in der Rechts-Links-Richtung (horizontalen Richtung) in einem Array angeordnet sind, und eine On-Chip-Linse 1821 ist für die zwei, in der Rechts-Links-Richtung in einem Array angeordneten Pixel 51 angeordnet. Überdies sind Anordnungen des ersten Tap TA und des zweiten Tap TB der beiden Pixel 51, die sich die eine On-Chip-Linse 1821 teilen, die gleichen. Eine Phasendifferenz wird dann detektiert, wobei zwei Pixel 51, in denen der lichtabschirmende Film 1811 mit Phasendifferenz nicht ausgebildet ist, von zwei Pixelsätzen 1831 verwendet werden, die symmetrische Ausbildungspositionen des lichtabschirmenden Films 1811 mit Phasendifferenz aufweisen.
  • D in 90 veranschaulicht ein viertes Anordnungsbeispiel des lichtabschirmenden Films 1811 mit Phasendifferenz und der On-Chip-Linse 1821.
  • Ein in D in 90 veranschaulichter Pixelsatz 1831 enthält zwei Pixel 51, die in der Rechts-Links-Richtung (horizontalen Richtung) in einem Array angeordnet sind, und eine On-Chip-Linse 1821 ist für die zwei, in der Rechts-Links-Richtung in einem Array angeordneten Pixel 51 angeordnet. Darüber hinaus sind Anordnungen des ersten Tap TA und des zweiten Tap TB der zwei Pixel 51, die sich die eine On-Chip-Linse 1821 teilen, entgegengesetzt. Eine Phasendifferenz wird dann detektiert, wobei zwei Pixel 51, in denen der lichtabschirmende Film 1811 mit Phasendifferenz nicht ausgebildet ist, von zwei Pixelsätzen 1831 verwendet werden, die symmetrische Ausbildungspositionen des lichtabschirmenden Films 1811 mit Phasendifferenz aufweisen.
  • E in 90 veranschaulicht ein fünftes Anordnungsbeispiel des lichtabschirmenden Films 1811 mit Phasendifferenz und der On-Chip-Linse 1821.
  • Ein in E in 90 veranschaulichter Pixelsatz 1831 enthält vier Pixel 51, die in 2 × 2 in einem Array angeordnet sind, und eine On-Chip-Linse 1821 ist für die vier Pixel 51 angeordnet. Darüber hinaus sind Anordnungen des ersten Tap TA und des zweiten Tap TB der vier Pixel 51, die sich die eine On-Chip-Linse 1821 teilen, die gleichen. Eine Phasendifferenz wird dann detektiert, wobei vier Pixel 51, in denen der lichtabschirmende Film 1811 mit Phasendifferenz nicht ausgebildet ist, von zwei Pixelsätzen 1831 verwendet werden, die symmetrische Ausbildungspositionen des lichtabschirmenden Films 1811 mit Phasendifferenz aufweisen.
  • F in 90 veranschaulicht ein sechstes Anordnungsbeispiel des lichtabschirmenden Films 1811 mit Phasendifferenz und der On-Chip-Linse 1821.
  • Ein in F in 90 veranschaulichter Pixelsatz 1831 enthält vier Pixel 51, die in 2 × 2 in einem Array angeordnet sind, und eine On-Chip-Linse 1821, die für die vier Pixel 51 angeordnet ist. Überdies sind Anordnungen des ersten Tap TA und des zweiten Tap TB der vier Pixel 51, die sich die eine On-Chip-Linse 1821 teilen, zwischen den rechten und linken Pixeln entgegengesetzt. Eine Phasendifferenz wird dann detektiert, wobei vier Pixel 51, in denen der lichtabschirmende Film 1811 mit Phasendifferenz nicht ausgebildet ist, von zwei Pixelsätzen 1831 verwendet werden, die symmetrische Ausbildungspositionen des lichtabschirmenden Films 1811 mit Phasendifferenz aufweisen.
  • Wie oben beschrieben wurde, umfassen Anordnungen in dem Fall, in dem eine On-Chip-Linse 1821 für eine Vielzahl von Pixeln 51 ausgebildet ist, die Anordnung, bei der eine On-Chip-Linse 1821 für zwei Pixel ausgebildet ist, und die Anordnung, bei der eine On-Chip-Linse 1821 für vier Pixel ausgebildet ist, und beide können übernommen werden. Der lichtabschirmende Film 1811 mit Phasendifferenz schirmt eine Vielzahl von Pixeln ab, die eine Hälfte auf einer Seite unter einer On-Chip-Linse 1821 ist.
  • Als der Ansteuerungsmodus im zweiten Konfigurationsbeispiel stehen die fünf Arten von Ansteuerverfahren des Modus 1 bis Modus 5, die mit Verweis auf 88 beschrieben wurden, zur Verfügung.
  • Daher umfassen gemäß dem zweiten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform im lichtempfangenden Element 1 manche Pixel 51 der Pixel-Arrayeinheit 20, worin eine Vielzahl von Pixeln 51, die jeweils mit dem ersten Tap TA und dem zweiten Tap TB versehen sind, in einem Array angeordnet sind, zwei Pixelsätze 1831, die symmetrische Ausbildungspositionen des lichtabschirmenden Films 1811 mit Phasendifferenz aufweisen. Dadurch kann die Information einer Phasendifferenz als die Zusatzinformation neben einer Information der Abstandsmessung gewonnen werden, die aus einem Verteilungsverhältnis von Signalen des ersten Tap TA und des zweiten Tap TB erhalten wird. Eine Fokusposition wird gemäß der Information einer detektierten Phasendifferenz bestimmt, und die Genauigkeit in der Tiefenrichtung kann verbessert werden.
  • Man beachte, dass als die Vielzahl von Pixeln 51, die die Pixel-Arrayeinheit 20 bilden, das Pixel 51 des ersten Konfigurationsbeispiels in der zwanzigsten Ausführungsform und das Pixel 51 des zweiten Konfigurationsbeispiels der zwanzigsten Ausführungsform gemischt werden können.
  • <Modifikation ohne lichtabschirmenden Film mit Phasendifferenz>
  • In dem ersten Konfigurationsbeispiel und dem zweiten Konfigurationsbeispiel der zwanzigsten Ausführungsform wurde die Konfiguration beschrieben, in der der lichtabschirmende Film 1801 oder 1811 mit Phasendifferenz zwischen der On-Chip-Linse 62 und dem Substrat 61 ausgebildet ist.
  • Jedoch kann sogar das Pixel 51, das den lichtabschirmenden Film 1801 oder 1811 mit Phasendifferenz nicht enthält, die Phasendifferenzinformation gewinnen, indem die Ansteuerverfahren des Modus 2 bis Modus 5, bei denen die positive Spannung an sowohl den ersten Tap TA als auch den zweiten Tab TB zur gleichen Zeit angelegt wird, von den fünf Arten von Ansteuerverfahren des Modus 1 bis Modus 5 verwendet werden. Beispielsweise kann die Phasendifferenzinformation gewonnen werden, indem Pixel 51 einer Hälfte auf einer Seite in Modus 2 bis Modus 5 der Vielzahl von Pixeln unter einer On-Chip-Linse 1821 angesteuert werden. Die Phasendifferenzinformation kann gewonnen werden, sogar indem die Konfiguration, in der eine On-Chip-Linse 62 für ein Pixel angeordnet ist, im Modus 2 bis Modus 5 angesteuert wird.
  • Die Phasendifferenzinformation kann daher gewonnen werden, indem das Pixel 51, das den lichtabschirmenden Film 1801 oder 1811 mit Phasendifferenz nicht enthält, in Modus 2 bis Modus 5 angesteuert wird. Selbst in diesem Fall wird eine Fokusposition gemäß der detektierten Phasendifferenzinformation bestimmt und kann die Genauigkeit in der Tiefenrichtung verbessert werden.
  • Man beachte, dass in dem Fall, dass die Phasendifferenzinformation unter Verwendung einer Ansteuerung im Modus 1 gewonnen wird, in dem Pixel 51, das den lichtabschirmenden Film 1801 oder 1811 mit Phasendifferenz nicht enthält, die Phasendifferenzinformation gewonnen werden kann, indem kontinuierliches Licht übernommen wird, das ohne Unterbrechung als das von der Lichtquelle emittierte Bestrahlungslicht kontinuierlich emittiert wird.
  • <Einundzwanzigste Ausführungsform>
  • Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel eines lichtempfangenden Elements 1 beschrieben, das imstande ist, eine Information des Polarisationsgrads als Zusatzinformation neben einer Information der Abstandsmessung zu gewinnen, die aus einem Verteilungsverhältnis von Signalen eines ersten Tap TA und eines zweiten Tap TB erhalten wird.
  • 91 veranschaulicht eine Querschnittsansicht von Pixeln gemäß einer einundzwanzigsten Ausführungsform.
  • In 91 ist ein der einundzwanzigsten Ausführungsform entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet und dessen Beschreibung wird gegebenenfalls weggelassen.
  • In der einundzwanzigsten Ausführungsform in 91 ist ein Polarisator- bzw. Polarisationsfilter 1841 zwischen einer On-Chip-Linse 62 und einem Substrat 61 ausgebildet. Ein Pixel 51 gemäß der einundzwanzigsten Ausführungsform ist zum Beispiel ähnlich demjenigen in der in 2 veranschaulichten ersten Ausführungsform oder demjenigen in der in 36 veranschaulichten vierzehnten oder fünfzehnten Ausführungsform konfiguriert, außer dass der Polarisationsfilter 1841 vorgesehen ist.
  • Der Polarisationsfilter 1841, die On-Chip-Linse 62 und der erste Tap TA und der zweite Tap TB sind in entweder A oder B in 92 angeordnet.
  • A in 92 ist eine Draufsicht, die ein erstes Anordnungsbeispiel des Polarisationsfilters 1841, der On-Chip-Linse 62 und des ersten Tap TA und des zweiten Tap TB gemäß der einundzwanzigsten Ausführungsform veranschaulicht.
  • Wie in A in 92 veranschaulicht ist, hat der Polarisationsfilter 1841 eine Polarisationsrichtung von 0 Grad, 45 Grad, 95 Grad oder 135 Grad, und vier Arten von Polarisationsfiltern 1841, die jeweils eine um 45 Grad verschiedene Polarisationsrichtung aufweisen, sind in einem vorbestimmten Pixel 51 in einer Pixel-Arrayeinheit 20 auf Basis von 2 × 2 Viererpixel ausgebildet.
  • Die On-Chip-Linse 62 ist auf Pixel-Basis vorgesehen, und die Positionsbeziehung zwischen dem ersten Tap TA und dem zweiten Tap TB ist in all den Pixeln die gleiche.
  • B in 92 ist eine Draufsicht, die ein zweites Anordnungsbeispiel des Polarisationsfilters 1841, der On-Chip-Linse 62 und des ersten Tap TA und des zweiten Tap TB gemäß der einundzwanzigsten Ausführungsform veranschaulicht.
  • Wie in B in 92 veranschaulicht ist, hat der Polarisationsfilter 1841 eine Polarisationsrichtung von 0 Grad, 45 Grad, 95 Grad oder 135 Grad, und vier Arten von Polarisationsfiltern 1841, die jeweils eine um 45 Grad verschiedene Polarisationsrichtung aufweisen, sind in einem vorbestimmten Pixel 51 in einer Pixel-Arrayeinheit 20 auf Basis von 2 × 2 Viererpixel ausgebildet.
  • Die On-Chip-Linse 62 ist auf Pixel-Basis vorgesehen, und die Positionsbeziehung zwischen dem ersten Tap TA und dem zweiten Tap TB ist zwischen Pixeln, die in einer horizontalen Richtung einander benachbart sind, entgegengesetzt. Mit anderen Worten sind Pixel-Spalten, in denen eine Anordnung des ersten Tap TA und des zweiten Tap TB entgegengesetzt ist, in der horizontalen Richtung abwechselnd angeordnet.
  • Als ein Verfahren zum Ansteuern des Pixels 51, das den Polarisationsfilter 1841 enthält, stehen fünf Arten von Ansteuerungsverfahren des Modus 1 bis Modus 5, die unter Bezugnahme auf 88 in der zwanzigsten Ausführungsform beschrieben wurden, zur Verfügung.
  • In der einundzwanzigsten Ausführungsform enthalten manche Pixel 51 einer Vielzahl von Pixeln 51, die in der Pixel-Arrayeinheit 20 in einem Array angeordnet sind, den Polarisationsfilter 1841, wie in 91 oder 92 veranschaulicht ist.
  • Die Information eines Polarisationsgrads kann gewonnen werden, indem das den Polarisationsfilter 1841 enthaltende Pixel 51 in einem des Modus 1 bis Modus 5 angesteuert wird. Die gewonnene Information eines Polarisationsgrads ermöglicht eine Gewinnung einer Information in Bezug auf einen Oberflächenzustand (Unebenheit) einer Objektoberfläche als eine Aufgabe bzw. Ziel und eine relative Abstandsdifferenz, eine Berechnung einer Reflexionsrichtung oder die Gewinnung einer Information der Abstandsmessung eines transparenten Objekts selbst wie etwa Glas oder eines Objekts jenseits des transparenten Objekts.
  • Indem man eine Vielzahl von Arten von Frequenzen eines Bestrahlungslichts, das von einer Lichtquelle emittiert wird, einstellt und man die Polarisationsrichtung für jede Frequenz verschieden einrichtet, wird eine parallele Abdeckung bzw. Entfernungsmessung (engl.: ranging) mehrerer Frequenzen möglich. Indem man beispielsweise vier Arten eines Bestrahlungslichts mit 20 MHz, 40 MHz, 60 MHz und 100 MHz gleichzeitig emittiert und die jeweiligen Polarisationsrichtungen auf 0 Grad, 45 Grad, 95 Grad und 135 Grad gemäß den Polarisationsrichtungen des Polarisationsfilters 1841 einstellt, wird reflektiertes Licht der vier Arten von Bestrahlungslicht gleichzeitig empfangen und kann die Information einer Abstandsmessung gewonnen werden.
  • Man beachte, dass all die Pixel 51 der Pixel-Arrayeinheit 20 des lichtempfangenden Elements 1 die mit dem Polarisationsfilter 1841 versehenen Pixel 51 sein können.
  • <Zweiundzwanzigste Ausführungsform>
  • Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel eines lichtempfangenden Elements 1 beschrieben, das imstande ist, eine Empfindlichkeitsinformation für jede RGB-Wellenlänge als Zusatzinformation neben einer Information einer Abstandsmessung zu gewinnen, die aus einem Verteilungsverhältnis von Signalen eines ersten Tap TA und eines zweiten Tap TB erhalten wird.
  • 93 veranschaulicht eine Querschnittsansicht von Pixeln gemäß einer zweiundzwanzigsten Ausführungsform.
  • In der zweiundzwanzigsten Ausführungsform enthält das lichtempfangende Element 1 als Teil von Pixeln 51 einer Pixel-Arrayeinheit 20 Pixel 51 zumindest einer von A oder B in 93.
  • In A and B in 93 ist ein der zwanzigsten Ausführungsform entsprechender Bereich mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet und dessen Beschreibung wird gegebenenfalls weggelassen.
  • In dem in A in 93 veranschaulichten Pixel 51 ist zwischen einer On-Chip-Linse 62 und einem Substrat 61 ein Farbfilter 1861 ausgebildet, der eine Wellenlänge von Rot (R), Grün (G) oder Blau (B) durchlässt. Das in A in 93 veranschaulichte Pixel 51 ist beispielsweise ähnlich dem in der in 2 veranschaulichten ersten Ausführungsform oder dem in der in 36 beschriebenen vierzehnten oder fünfzehnten Ausführungsform konfiguriert, außer dass der Farbfilter 1861 vorgesehen ist.
  • Indes sind in B in 93 ein Pixel 51, in dem ein IR-Cut-Filter 1871, der in Infrarotlicht abschneidet, und ein Farbfilter 1872 gestapelt sind, und ein Pixel 51, in dem der IR-Cut-Filter 1871 und der Farbfilter 1872 nicht ausgebildet sind, zwischen der On-Chip-Linse 62 und dem Substrat 61 einander benachbart angeordnet. Statt eines ersten Tap TA und eines zweiten Tab TB ist dann eine Fotodiode 1881 im Substrat 61 des Pixels 51 ausgebildet, in dem der IR-Cut-Filter 1871 und der Farbfilter 1872 ausgebildet sind. Außerdem ist ein Pixel-Trennbereich 1882, um das benachbarte Pixel und das Substrat 61 zu trennen, in einem Pixel-Grenzbereich des Pixels 51 ausgebildet, in dem die Fotodiode 1881 ausgebildet ist. Der Pixel-Trennbereich 1882 wird gebildet, indem eine äußere Peripherie eines Metallmaterials wie etwa Wolfram (W), Aluminium (Al) oder Kupfer (Cu) oder ein leitfähiges Material wie etwa Polysilizium mit einem Isolierfilm bedeckt wird. Der Pixel-Trennbereich 1882 begrenzt eine Bewegung von Elektronen zu/von dem benachbarten Pixel. Das die Fotodiode 1881 enthaltende Pixel 51 wird über eine Steuerungsverdrahtung vom Pixel 51, das den ersten Tap TA und den zweiten Tap TB enthält, getrennt angesteuert. Die übrigen Konfigurationen sind zum Beispiel ähnlich jenen in der in 2 veranschaulichten ersten Ausführungsform oder jenen in der in 36 veranschaulichten vierzehnten Ausführungsform.
  • A in 94 ist eine Draufsicht, die eine Anordnung des Farbfilters 1861 in einem Gebiet mit vier Pixeln veranschaulicht, worin die in A in 93 veranschaulichten Pixel 51 in 2 × 2 in einem Array angeordnet sind.
  • Der Farbfilter 1861 hat eine Konfiguration, in der vier Arten von Filtern, die einen Filter, der G durchlässt, einen Filter, der R durchlässt, einen Filter, der B durchlässt, und einen Filter der IR durchlässt, umfassen, in dem 2 × 2 Gebiet aus Viererpixel in 2 × 2 in einem Array angeordnet sind.
  • B in 94 ist eine Draufsicht, die entlang der Linie A-A' in A in 93 genommen wurde, in Bezug auf das Gebiet aus Viererpixel, worin die in A in 93 veranschaulichten Pixel 51 in 2 × 2 in einem Array angeordnet sind.
  • In dem in A in 93 veranschaulichten Pixel 51 sind der erste Tap TA und der zweite Tap TB auf Pixel-Basis angeordnet.
  • C in 94 ist eine Draufsicht, die eine Anordnung des Farbfilters 1872 in einem Gebiet aus Viererpixel veranschaulicht, worin die in B in 93 veranschaulichten Pixel 51 in 2 × 2 in einem Array angeordnet sind.
  • Der Farbfilter 1872 hat eine Konfiguration, in der vier Arten von Filtern, die einen Filter, der G durchlässt, einen Filter, der R durchlässt, einen Filter, der B durchlässt, und Luft (keinen Filter) umfassen, in dem 2 × 2 Gebiet aus Viererpixel in 2 × 2 in einem Array angeordnet sind. Man beachte, dass ein Klarsichtfilter (engl.: clear filter), der all die Wellenlängen (R, G, B und IR) durchlässt, anstelle der Luft angeordnet sein kann.
  • In dem Farbfilter 1872 ist der IR-Cut-Filter 1871 auf einer oberen Schicht des Filters, der G durchlässt, des Filters, der R durchlässt und des Filters, der B durchlässt, angeordnet, wie in B in 93 veranschaulicht ist.
  • D in 94 ist eine Draufsicht, die entlang der Linie B-B' in B in 93 genommen ist, in Bezug auf das Gebiet aus Viererpixel, worin die in B in 93 veranschaulichten Pixel in 2 × 2 in einem Array angeordnet sind.
  • Im Bereich des Substrats 61 des 2 × 2 Gebiets aus Viererpixel ist die Fotodiode 1881 in dem Pixel 51 ausgebildet, das den Filter enthält, der G, R oder B durchlässt, und der erste Tap TA und der zweite Tap TB sind in dem Pixel 51 ausgebildet, das die Luft (keinen Filter) enthält. Darüber hinaus ist der Pixel-Trennbereich 1882 zum Trennen des benachbarten Pixels und des Substrats 61 im Pixel-Grenzbereich des Pixels 51 ausgebildet, in dem die Fotodiode 1881 ausgebildet ist.
  • Wie oben beschrieben wurde, enthält das in A in 93 veranschaulichte Pixel 51 eine Kombination des in A in 94 veranschaulichten Farbfilters 1861 und des in B in 94 veranschaulichten fotoelektrischen Umwandlungsgebiets, und das in B in 93 veranschaulichte Pixel 51 enthält eine Kombination des in C in 94 veranschaulichten Farbfilters 1872 und des in D in 94 veranschaulichten fotoelektrischen Umwandlungsgebiets.
  • Die Kombination der Farbfilter in A und C in 94 und des fotoelektrischen Umwandlungsgebiets in B und D in 94 können jedoch vertauscht werden. Das heißt, als die Konfiguration des Pixels 51 gemäß der zweiundzwanzigsten Ausführungsform kann eine Konfiguration aus einer Kombination des in A in 94 veranschaulichten Farbfilters 1861 und des in D in 94 veranschaulichten fotoelektrischen Umwandlungsgebiets oder eine Konfiguration einer Kombination des in C in 94 veranschaulichten Farbfilters 1872 und des in B in 94 veranschaulichten fotoelektrischen Umwandlungsgebiets übernommen werden.
  • Als ein Verfahren zum Ansteuern des Pixels 51, das den ersten Tap Ta und den zweiten Tap TB enthält, stehen die fünf Arten von Ansteuerungsverfahren des Modus 1 bis Modus 5, die unter Bezugnahme auf 88 beschrieben wurden, zur Verfügung.
  • Die Ansteuerung des Pixels 51, das die Fotodiode 1881 enthält, wird ähnlich der Ansteuerung eines Pixels eines normalen Bildsensors getrennt von der Ansteuerung des Pixels 51, das den ersten Tap TA und den zweiten Tap TB enthält, durchgeführt.
  • Gemäß der zweiundzwanzigsten Ausführungsform kann das lichtempfangende Element 1 das Pixel 51, das mit dem Farbfilter 1861 auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche des Substrats 61 versehen ist, worin der erste Tap TA und der zweite Tap TB ausgebildet sind, wie in A in 93 veranschaulicht ist, als Teil der Pixel-Arrayeinheit 20 enthalten, worin eine Vielzahl von Pixeln 51, die jeweils den ersten Tap TA und den zweiten Tap TB enthalten, in einem Array angeordnet sind. Infolgedessen kann ein Signal für jede der Wellenlängen G, R, B und IR erfasst werden und kann eine Fähigkeit zur Objektunterscheidung verbessert werden.
  • Gemäß der zweiundzwanzigsten Ausführungsform kann darüber hinaus das lichtempfangende Element 1 das Pixel 51, das anstelle des ersten Tap TA und des zweiten Tap TB die Fotodiode 1881 in dem Substrat 61 enthält und mit dem Farbfilter 1872 auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche versehen ist, wie in B in 93 veranschaulicht ist, als Teil der Pixel-Arrayeinheit 20 enthalten, worin eine Vielzahl von Pixeln 51, die jeweils den ersten Tap TA und den zweiten Tap TB enthalten, in einem Array angeordnet sind. Infolgedessen können ein G-Signal, ein R-Signal und ein B-Signal ähnlich einem Bildsensor erfasst werden und kann die Fähigkeit zur Objektunterscheidung verbessert werden.
  • Außerdem können sowohl das Pixel 51, das mit dem ersten Tap TA, dem zweiten Tap TB und dem Farbfilter 1861 versehen ist, veranschaulicht in A in 93, als auch das Pixel 51, das mit der Fotodiode 1881 und dem Farbfilter 1872 versehen ist, veranschaulicht in B in 93, innerhalb der Pixel-Arrayeinheit 20 ausgebildet sein.
  • Überdies können all die Pixel 51 in der Pixel-Arrayeinheit 20 des lichtempfangenden Elements 1 mittels zumindest einer Art eines Pixels gemäß der Kombination von A und B in 94, eines Pixels gemäß der Kombination von C und D in 94, eines Pixels gemäß der Kombination von A und D in 94 oder eines Pixels gemäß der Kombination von C und B in 94 konfiguriert sein.
  • Konfigurationsbeispiel eines abstandsmessenden Moduls>
  • 95 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines abstandsmessenden Moduls veranschaulicht, das eine Information einer Abstandsmessung unter Verwendung des lichtempfangenden Elements 1 in 1 ausgibt.
  • Ein abstandsmessendes Modul 5000 enthält eine lichtemittierende Einheit 5011, eine Lichtemissions-Steuerungseinheit 5012 und eine lichtempfangende Einheit 5013.
  • Die lichtemittierende Einheit 5011 enthält eine Lichtquelle, die Licht einer vorbestimmten Wellenlänge emittiert, und emittiert Bestrahlungslicht mit einer Helligkeit, die periodisch variiert, und bestrahlt ein Objekt mit dem Bestrahlungslicht. Beispielsweise enthält die lichtemittierende Einheit 5011 eine lichtemittierende Diode, die Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von 780 nm bis 1000 nm emittiert, als die Lichtquelle und erzeugt das Bestrahlungslicht synchron mit einem Lichtemissions-Steuerungssignal CLKp mit einer Rechteckwelle, das von der Lichtemissions-Steuerungseinheit 5012 bereitgestellt wird.
  • Man beachte, dass das Lichtemissions-Steuerungssignal CLKp nicht auf eine Rechteckwelle beschränkt ist, solange das Lichtemissions-Steuerungssignal ein periodisches Signal ist. Beispielsweise kann das Lichtemissions-Steuerungssignal CLKp eine Sinuswelle sein.
  • Die Lichtemissions-Steuerungseinheit 5012 stellt das Lichtemissions-Steuerungssignal CLKp der lichtemittierenden Einheit 5011 und der lichtempfangenden Einheit 5013 bereit, um einen Bestrahlungszeitpunkt des Bestrahlungslichts zu steuern. Die Frequenz des Lichtemissions-Steuerungssignals CLKp beträgt beispielsweise 20 Megahertz (MHz). Man beachte, dass die Frequenz des Lichtemissions-Steuerungssignals CLKp nicht auf 20 Megahertz (MHz) beschränkt ist und 5 Megahertz (MHz) oder dergleichen betragen kann.
  • Die lichtempfangende Einheit 5013 empfängt reflektiertes Licht, das vom Objekt reflektiert wurde, berechnet eine Abstandsinformation für jedes Pixel gemäß einem Lichtempfangsergebnis und erzeugt ein Tiefenbild, das den Abstand zum Objekt unter Verwendung eines Abstufungswerts für jedes Pixel repräsentiert, und gibt es aus.
  • Das oben beschriebene lichtempfangende Element 1 wird als die lichtempfangende Einheit 5013 verwendet, und das lichtempfangende Element 1 als die lichtempfangende Einheit 5013 berechnet die Abstandsinformation für jedes Pixel aus einer Signalstärke, die in einem Ladungsdetektionsbereich ((N+)-Halbleitergebiet 71) jedes der Signalextraktionsbereiche 65-1 und 65-2 von jedem Pixel 51 in einer Pixel-Arrayeinheit 20 detektiert wird, auf der Basis des Lichtemissions-Steuerungssignals CLKp.
  • Wie oben beschrieben wurde, kann das lichtempfangende Element 1 in 1 als die lichtempfangende Einheit 5013 des abstandsmessenden Moduls 5000 integriert sein, das die Abstandsinformation zu dem Objekt gemäß einem indirekten ToF-Verfahren erhält und ausgibt. Als die lichtempfangende Einheit 5013 des abstandsmessenden Moduls 5000 wird das lichtempfangende Element 1 in einer der oben beschriebenen Ausführungsformen, konkret einem rückseitig beleuchteten lichtempfangenden Element mit verbesserter Pixelempfindlichkeit, übernommen, wodurch die Charakteristiken einer Abstandsmessung als das abstandsmessende Modul 5000 verbessert werden können.
  • <Anwendungsbeispiel für bewegliche Körper>
  • Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung (die vorliegende Technologie) kann für eine Vielzahl von Produkten verwendet werden. Beispielsweise kann die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung als eine Vorrichtung, die an jedem beliebigen Typ eines mobilen Objekts wie etwa einem Automobil bzw. Fahrzeug, einem Elektrofahrzeug, einem Hybrid-Elektrofahrzeug, einem Motorrad, einem Fahrrad, einer Vorrichtung zur persönlichen Mobilität, einem Flugzeug, einer Drohne, einem Schiff, einem Roboter oder dergleichen montiert wird, realisiert werden.
  • 96 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel eines Fahrzeugsteuerungssystems darstellt, das ein Beispiel eines Systems zur Steuerung beweglicher Körper ist, für das die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
  • Ein Fahrzeugsteuerungssystem 12000 umfasst eine Vielzahl elektronischer Steuerungseinheiten, die über ein Kommunikationsnetzwerk 12001 verbunden sind. In dem in 96 veranschaulichten Beispiel umfasst das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 eine Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010, eine Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020, eine Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs, eine Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs und eine integrierte Steuerungseinheit 12050. Ferner sind als die funktionalen Konfigurationen der integrierten Steuerungseinheit 12050 ein Mikrocomputer 12051, eine Ton/Bild-Ausgabeeinheit 12052 und eine Schnittstelle (I/F) 12053 eines im Fahrzeug montierten Netzwerks veranschaulicht.
  • Die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 steuert gemäß verschiedenen Programmen Operationen der Vorrichtungen in Bezug auf das Antriebssystem des Fahrzeugs. Beispielsweise dient die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 als Steuerungsvorrichtung einer Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer Antriebskraft des Fahrzeugs wie etwa eines Verbrennungsmotors oder eines Antriebsmotors, eines Antriebskraft-Übertragungsmechanismus zum Übertragen der Antriebskraft auf die Räder, eines Lenkmechanismus zum Einstellen des Lenkwinkels des Fahrzeugs und einer Bremsvorrichtung zum Erzeugen einer Bremskraft des Fahrzeugs.
  • Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 steuert Operationen verschiedener Vorrichtungen, die in einer Fahrzeugkarosserie angebracht sind, gemäß verschiedenen Programmen. Beispielsweise fungiert die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 als Steuerungsvorrichtung für ein schlüsselloses Zugangssystem, ein System für intelligente Schlüssel, eine automatische Fenstervorrichtung und verschiedene Leuchten wie etwa Frontscheinwerfer, Heckscheinwerfer, Bremsleuchten, Fahrtrichtungssignalleuchten und Nebelleuchten. In diesem Fall können Funkwellen, die von einer beweglichen Vorrichtung, die für einen Schlüsselersetzt wird, übertragen werden oder Signale verschiedener Schalter in die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 eingespeist werden. Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 empfängt eine Einspeisung der Funkwellen oder der Signale und steuert eine Türverriegelungsvorrichtung, die automatische Fenstervorrichtung, die Leuchten und dergleichen des Fahrzeugs.
  • Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs detektiert Information über die äußere Umgebung Fahrzeugs, der mit dem Fahrzeugsteuerungssystem 12000 ausgestattet ist. Beispielsweise ist die Bildgebungseinheit 12031 mit der Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs verbunden. Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs veranlasst die Bildgebungseinheit 12031, ein Bild der äußeren Umgebung des Fahrzeugs aufzunehmen, und empfängt das aufgenommene Bild. Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs kann auf der Basis des empfangenen Bildes eine Verarbeitung zur Detektion eines Objekts oder eine Verarbeitung zur Detektion des Abstands von Personen, Fahrzeugen, Hindernissen, Verkehrsschildern, Zeichens auf einer Straßenoberfläche oder dergleichen ausführen.
  • Die Bildgebungseinheit 12031 ist ein optischer Sensor, der Licht empfängt und ein der Menge des empfangenen Lichts entsprechendes elektrisches Signal abgibt. Die Bildgebungseinheit 12031 kann ein elektrisches Signal als ein Bild abgeben und kann das elektrische Signal als Information einer Abstandsmessung abgeben. Überdies kann das mittels der Bildgebungseinheit 12031 empfangene Licht sichtbares Licht sein oder kann unsichtbares Licht wie etwa Infrarotlicht sein.
  • Die Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs detektiert Information über das Innere des Fahrzeugs. Eine Einheit 12041 zur Detektion des Fahrerzustands, die den Zustand des Fahrers detektiert, ist zum Beispiel mit der Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs verbunden. Der Einheit 12041 zur Detektion des Fahrerzustands enthält zum Beispiel eine Kamera, die den Fahrer aufnimmt, und auf der Basis einer von der Einheit 12041 zur Detektion des Fahrerzustands eingegebenen Detektionsinformation kann die Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs den Ermüdungsgrad oder den Konzentrationsgrad des Fahrers berechnen oder bestimmen, ob der Fahrer eindöst.
  • Auf der Basis der in der Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs oder der Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs ermittelten Information außerhalb und innerhalb des Fahrzeugs berechnet der Mikrocomputer 12051 einen Steuerungszielwert der Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, des Lenkmechanismus oder der Bremsvorrichtung und kann einen Steuerungsbefehl an die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 ausgeben. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung durchführen, um die Funktion eines fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystems (ADAS) auszuführen, die eine Vermeidung einer Kollision oder Aufprallabschwächung des Fahrzeugs, eine Nachfolgefahrt basierend auf der Lücke zwischen Fahrzeugen, eine Fahrt bei konstanter Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eine Warnung vor einer Kollision des Fahrzeugs, eine Warnung vor einer Spurabweichung des Fahrzeugs oder dergleichen einschließt.
  • Ferner steuert der Mikrocomputer 12051 die Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, der Lenkmechanismus, die Bremsvorrichtung oder dergleichen auf der Basis der Information über die Umgebung des Fahrzeugs, die in der Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs oder der Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs erlangt wird, um eine kooperative Steuerung zum Zwecke eines automatischen Antriebs beim autonomen Fahren unabhängig von einem Eingriff des Fahrers oder dergleichen auszuführen.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann auch einen Steuerungsbefehl an die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 auf der Basis der externen Information außer des Fahrzeugs ausgeben, die in der Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs erlangt wird. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12061 eine kooperative Steuerung zu dem Zweck durchführen, um eine blendfreie Wirkung zu erzielen, wie etwa indem die Frontleuchten entsprechend der Position eines vorausfahrenden Fahrzeugs oder eines entgegenkommenden Fahrzeugs gesteuert werden, das in der Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs detektiert wird, und Fernlicht auf Abblendlicht umgeschaltet wird.
  • Die Ton/Bild-Ausgabeeinheit 12052 überträgt ein Audio-Ausgangssignal eines Tons und/oder Bildes an eine Ausgabevorrichtung, die eine Information einem Insassen des Fahrzeugs oder einer äußeren Umgebung des Fahrzeugs optisch oder akustisch mitteilen kann. Im Beispiel von 96 sind als Ausgabevorrichtung ein Lautsprecher 12061, eine Anzeigeeinheit 12062 und ein Armaturenbrett 12063 beispielhaft dargestellt. Die Anzeigeeinheit 12062 kann beispielsweise eine bordeigene Anzeige und/oder ein Head-Up-Display umfassen.
  • 97 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Installationsposition der Bildgebungseinheit 12031 veranschaulicht.
  • In 97 enthält ein Fahrzeug 12100 Bildgebungseinheiten 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 als die Bildgebungseinheiten 12031.
  • Die Bildgebungseinheiten 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 sind beispielsweise an Positionen einer Frontpartie eines Fahrzeugs 12100, eines Seitenspiegels, der hinteren Stoßstange, einer Hecktür, eines oberen Teils der Windschutzscheibe und dergleichen im Inneren des Fahrzeugs 12100 vorgesehen. Die an der Frontpartie vorgesehene Bildgebungseinheit 12101 und die an einem oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs vorgesehene Bildgebungseinheit 12105 nehmen vorwiegend Bilder vor dem Fahrzeug 12100 auf. Die an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildgebungseinheiten 12102 und 12103 nehmen vorwiegend Bilder an den Seiten des Fahrzeugs 12100 auf. Die an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehene Bildgebungseinheit 12104 nimmt vorwiegend Bilder hinter dem Fahrzeug 12100 auf. Die in den Bildgebungseinheiten 12101 und 12105 aufgenommenen Bilder von vorne werden vorwiegend zur Detektion eines vorausfahrenden Fahrzeugs, eines Fußgängers, eines Hindernisses, einer Verkehrsampel, eines Verkehrszeichens, einer Fahrspur oder dergleichen genutzt.
  • Man beachte, dass 97 ein Beispiel von Abbildungsbereichen der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 veranschaulicht. Ein Abbildungsbereich 12111 gibt den Abbildungsbereich der an der Frontpartie vorgesehen Bildgebungseinheit 12101 an, Abbildungsbereiche 12112 und 12113 geben die Abbildungsbereiche der an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildgebungseinheiten 12102 bzw. 12103 an, und ein Abbildungsbereich 12114 gibt den Abbildungsbereich der an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehenen Bildgebungseinheit 12104 an. Beispielsweise kann ein Ansichtsbild aus der Vogelperspektive des Fahrzeugs 12100, wie es von oben gesehen wird, erhalten werden, indem durch die Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 aufgenommene Bilddaten überlagert werden.
  • Zumindest eine der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 kann eine Funktion, um eine Abstandsinformation zu erlangen, aufweisen. Beispielsweise kann zumindest eine der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 eine Stereokamera sein, die eine Vielzahl von Bildgebungselementen enthält, oder kann ein Bildsensor mit Pixeln für eine Detektion von Phasendifferenzen sein.
  • Beispielsweise erhält auf der Basis einer von den Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 erhaltenen Abstandsinformation der Mikrocomputer 12051 Abstände zu jedem der dreidimensionalen Objekte innerhalb der Abbildungsbereiche 12111 bis 12114 und eine zeitliche Änderung der Abstände (die Relativgeschwindigkeiten zum Fahrzeug 12100), um dadurch ein dreidimensionales Objekt, das dem Fahrzeug 12100 auf einer Fahrstraße am Nächsten ist und mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (zum Beispiel 0 km/h oder höher) in im Wesentlichen der gleichen Richtung wie das Fahrzeug 12100 fährt, als ein vorausfahrendes Fahrzeug zu extrahieren. Außerdem kann der Mikrocomputer 12051 einen einzuhaltenden Abstand zwischen Fahrzeugen zum vorausfahrenden Fahrzeug vorher festlegen und kann eine automatische Bremssteuerung (einschließlich einer Nachfolge-Stopp-Steuerung) und eine automatische Beschleunigungssteuerung (einschließlich einer Nachfolge-Start-Steuerung) und dergleichen durchführen. Auf diese Weise kann eine kooperative Steuerung ausgeführt werden, um einen automatischen Antrieb beim autonomen Fahren oder dergleichen zu realisieren, ohne vom Eingriff des Fahrers abhängig zu sein.
  • Beispielsweise klassifiziert der Mikrocomputer 12051 auf der Basis der Abstandsinformation, die von den Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 erhalten wird, dreidimensionale Objektdaten bezüglich dreidimensionaler Objekte in zweirädrige Fahrzeuge, gewöhnliche Fahrzeuge, große Fahrzeuge, Fußgänger und anderer dreidimensionaler Objekte wie etwa Strommasten, die extrahiert werden sollen, und kann die Daten zum automatischen Ausweichen vor Hindernissen verwendet. Beispielsweise unterscheidet der Mikrocomputer 12051 Hindernisse um das Fahrzeug 12100 herum in Hindernisse, die für den Fahrer des Fahrzeugs 12100 erkennbar sind, und Hindernisse, die vom Fahrer optisch nicht erkannt werden können.
  • Der Mikrocomputer 12051 bestimmt dann ein Kollisionsrisiko, das ein Risiko einer Kollision mit jedem der Hindernisse angibt, und kann eine Fahrunterstützung zur Kollisionsvermeidung ausführen, indem über den Lautsprecher 12061 oder die Anzeigeeinheit 12062 eine Warnung an den Fahrer ausgegeben wird und über die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 eine erzwungene Abbremsung oder Ausweichlenkbewegung durchgeführt wird, falls das Kollisionsrisiko ein eingestellter Wert oder größer ist und eine Kollisionswahrscheinlichkeit besteht.
  • Zumindest eine der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 kann eine Infrarotkamera sein, die Infrarotlicht detektiert. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 bestimmen, ob ein Fußgänger in den aufgenommenen Bildern der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 vorhanden ist, um dadurch den Fußgänger zu erkennen. Eine solche Erkennung eines Fußgängers wird beispielsweise mittels eines Prozesses zum Extrahieren von charakteristischen Punkten in den aufgenommenen Bildern der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104, als die Infrarotkamera, und eines Prozesses zum Durchführen einer Verarbeitung eines Musterabgleichs für die Reihe von charakteristischen Punkten, die eine Kontur eines Objekts angeben, und zum Bestimmen, ob das Objekt ein Fußgänger ist oder nicht, ausgeführt. Wenn der Mikrocomputer 12051 bestimmt, dass ein Fußgänger in den aufgenommenen Bildern der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 vorhanden ist, und den Fußgänger erkennt, veranlasst die Ton/Bild-Ausgabeeinheit 12052 die Anzeigeeinheit 12062, eine viereckige Konturlinie zur Hervorhebung des erkannten Fußgängers zu überlagern. Die Ton/Bild-Ausgabeeinheit 12052 kann darüber hinaus die Anzeigeeinheit 12062 veranlassen, ein Symbol oder dergleichen, das den Fußgänger repräsentiert, an einer gewünschten Position anzuzeigen.
  • Ein Beispiel des Fahrzeugsteuerungssystems, für das die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann, wurde beschrieben. Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung ist für die Bildgebungseinheit 12031 in den oben beschriebenen Konfigurationen verwendbar. Konkret können beispielsweise, indem das in 1 veranschaulichte lichtempfangende Element 1 für die Bildgebungseinheit 12031 verwendet wird, Charakteristiken wie etwa die Empfindlichkeit verbessert werden.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Technologie sind nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Modifikationen können vorgenommen werden, ohne vom Geist der vorliegenden Technologie abzuweichen.
  • Beispielsweise können die oben beschriebenen zwei oder mehr Ausführungsformen gegebenenfalls kombiniert werden. Das heißt, die folgende Spezifikation kann geeignet ausgewählt werden, gemäß der eine Charakteristik wie etwa die Empfindlichkeit des Pixels priorisiert wird: die Anzahl und Lage der Signalextraktionsbereiche, die im Pixel vorgesehen sind, die Form des Signalextraktionsbereichs, ob eine gemeinsam genutzte Struktur übernommen wird oder nicht, das Vorhandensein oder Fehlen der On-Chip-Linse, das Vorhandensein oder Fehlen des lichtabschirmenden Bereichs zwischen Pixeln, das Vorhandensein oder Fehlen des Trenngebiets, die Dicke der On-Chip-Linse und des Substrats, der Typ des Substrats und des Filmentwurfs, das Vorhandensein oder Fehlen einer Vorspannung an der Lichteinfallsoberfläche oder das Vorhandensein oder Fehlen des reflektierenden Bauteils.
  • Darüber hinaus wurden in den oben beschriebenen Ausführungsformen die Beispiele unter Verwendung von Elektronen als der Signalträger beschrieben. Jedoch können durch fotoelektrische Umwandlung erzeugte Löcher als der Signalträger genutzt werden. In solch einem Fall wird der Ladungsdetektionsbereich zum Detektieren des Signalträgers vom (P+)-Halbleitergebiet gebildet und wird der Spannungsanlegungsbereich zum Erzeugen des elektrischen Feldes im Substrat von dem (N+)-Halbleitergebiet gebildet, und die Löcher werden als der Signalträger in dem im Signalextraktionsbereich vorgesehenen Ladungsdetektionsbereich detektiert.
  • Gemäß der vorliegenden Technologie können die Charakteristiken einer Abstandsmessung verbessert werden, indem der CAPD-Sensor als das rückseitig beleuchtete lichtempfangende Element konfiguriert wird.
  • Man beachte, dass die obigen Ausführungsformen unter Verwendung des Ansteuerungsverfahrens beschrieben wurden, bei dem die Spannung direkt an das im Substrat 61 ausgebildete (P+)-Halbleitergebiet 73 angelegt wird, um die durch das erzeugte elektrische Feld fotoelektrisch umgewandelten Ladungen zu bewegen. Die vorliegende Technologie ist jedoch nicht auf das Ansteuerungsverfahren beschränkt und kann für andere Ansteuerungsverfahren verwendet werden. Beispielsweise kann es ein Ansteuerungsverfahren sein, bei dem erste und zweite Übertragungstransistoren und erste und zweite Floating-Diffusionsgebiete, die im Substrat 61 ausgebildet sind, verwendet werden, die fotoelektrisch umgewandelten Ladungen, indem eine vorbestimmte Spannung an jedes der Gates der ersten und zweiten Übertragungstransistoren angelegt wird, über den ersten Übertragungstransistor zum ersten Floating-Diffusionsgebiet oder über den zweiten Übertragungstransistor zum zweiten Floating-Diffusionsgebiet jeweils verteilt und akkumuliert werden. In diesem Fall fungieren die im Substrat 61 ausgebildeten ersten und zweiten Übertragungstransistoren als die ersten bzw. zweiten Spannungsanlegungsbereiche, an die eine vorbestimmte Spannung angelegt wird, und fungieren die ersten und zweiten Floating-Diffusionsgebiete, die im Substrat 61 ausgebildet sind, als die ersten bzw. zweiten Ladungsdetektionsbereiche, die die durch fotoelektrische Umwandlung erzeugten Ladungen detektieren.
  • Mit anderen Worten sind in dem Ansteuerungsverfahren, bei dem die Spannung an die im Substrat 61 ausgebildeten (P+)-Halbleitergebiete 73 angelegt wird, um die durch das erzeugte elektrische Feld fotoelektrisch umgewandelten Ladungen zu bewegen, die beiden (P+)-Halbleitergebiete 73, die als die ersten und zweiten Spannungsanlegungsbereiche fungieren, Steuerungsknoten, an die eine vorbestimmte Spannung angelegt wird, und sind die beiden (N+)-Halbleitergebiete 71, die als die ersten und zweiten Ladungsdetektionsbereiche fungieren, Detek- tionsknoten zum Detektieren der Ladungen. Im Ansteuerungsverfahren, bei dem eine vorbestimmte Spannung an Gates der ersten und zweiten Übertragungstransistoren angelegt wird, die im Substrat 61 ausgebildet sind, und die fotoelektrisch umgewandelten Ladungen auf das erste Floating-Diffusionsgebiet oder das zweite Floating-Diffusionsgebiet verteilt und darin akkumuliert werden, sind die Gates der ersten und zweiten Übertragungstransistoren Steuerungsknoten, an die eine vorbestimmte Spannung angelegt wird, und sind die ersten und zweiten Diffusionsgebiete, die im Substrat 61 ausgebildet sind, Detektionsknoten zum Detektieren der Ladungen.
  • Darüber hinaus sind die in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Effekte nur Beispiele und nicht einschränkend, und andere Effekte können aufgezeigt werden.
  • Man beachte, dass die vorliegende Technologie auch die folgenden Konfigurationen aufweisen kann.
  • (1) Ein lichtempfangendes Element, umfassend:
    • eine On-Chip-Linse;
    • eine Verdrahtungsschicht;
    • ein erstes Substrat, das zwischen der On-Chip-Linse und der Verdrahtungsschicht angeordnet ist; und
    • ein zweites Substrat, das über die Verdrahtungsschicht an das erste Substrat gebondet ist, worin
    • das erste Substrat
      • einen ersten Spannungsanlegungsbereich, an den eine erste Spannung angelegt wird,
      • einen zweiten Spannungsanlegungsbereich, an den eine von der ersten Spannung verschiedene zweite Spannung angelegt wird,
      • einen ersten Ladungsdetektionsbereich, der um den ersten Spannungsanlegungsbereich herum angeordnet ist, und
      • einen zweiten Ladungsdetektionsbereich enthält, der um den zweiten Spannungsanlegungsbereich herum angeordnet ist, und
    • das zweite Substrat
      • eine Vielzahl von Pixel-Transistoren enthält, die eine Operation zum Lesen von in den ersten und zweiten Ladungsdetektionsbereichen detektierten Ladungen durchführt.
  • (2) Das lichtempfangende Element gemäß (1), worin
    die Verdrahtungsschicht zumindest eine Schicht enthält, die mit einem reflektierenden Bauteil versehen ist, und
    das reflektierende Bauteil so vorgesehen ist, dass es in Draufsicht mit dem ersten Ladungsdetektionsbereich oder dem zweiten Ladungsdetektionsbereich überlappt.
  • (3) Das lichtempfangende Element gemäß (1) oder (2) worin,
    die Verdrahtungsschicht zumindest eine Schicht enthält, die mit einem lichtabschirmenden Bauteil versehen ist, und
    das lichtabschirmende Bauteil so vorgesehen ist, dass es in Draufsicht mit dem ersten Ladungsdetektionsbereich oder dem zweiten Ladungsdetektionsbereich überlappt.
  • (4) Das lichtempfangende Element gemäß einem von (1) bis (3), worin
    die Vielzahl von Pixel-Transistoren einen Übertragungstransistor, einen Rücksetztransistor, einen Verstärkungstransistor und einen Auswahltransistor umfasst.
  • (5) Das lichtempfangende Element gemäß einem von (1) bis (4), worin
    ein erster gebondeter Bereich zum Bereitstellen der ersten und zweiten Spannungen zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat und ein zweiter gebondeter Bereich zum Bereitstellen der in den ersten und zweiten Ladungsdetektionsbereichen detektierten Ladungen zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat für jedes Pixel angeordnet sind.
  • (6) Das lichtempfangende Element gemäß einem von (1) bis (4), worin
    ein erster gebondeter Bereich zum Bereitstellen der ersten und zweiten Spannungen zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat in einem äußeren peripheren Bereich einer Pixel-Arrayeinheit angeordnet ist und
    ein zweiter gebondeter Bereich zum Bereitstellen der in den ersten und zweiten Ladungsdetektionsbereichen detektierten Ladungen zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat für jedes Pixel angeordnet ist.
  • (7) Das lichtempfangende Element gemäß einem von (1) bis (6), worin
    das erste Substrat und das zweite Substrat Siliziumsubstrate sind.
  • (8) Das lichtempfangende Element gemäß einem von (1) bis (6), worin
    das erste Substrat ein Substrat eines Verbund-Halbleiters oder ein Substrat eines Halbleiters mit schmaler Bandlücke ist.
  • (9) Das lichtempfangende Element gemäß einem von (1) bis (8), worin
    die ersten und zweiten Spannungsanlegungsbereiche von ersten bzw. zweiten Halbleitergebieten vom P-Typ, die im ersten Substrat ausgebildet sind, gebildet werden.
  • (10) Das lichtempfangende Element gemäß einem von (1) bis (8), worin
    die ersten und zweiten Spannungsanlegungsbereiche von ersten bzw. zweiten Übertragungstransistoren, die im ersten Substrat ausgebildet sind, gebildet werden.
  • (11) Ein abstandsmessendes Modul, umfassend:
    • ein lichtempfangendes Element, das
    • eine On-Chip-Linse,
    • eine Verdrahtungsschicht,
    • ein erstes Substrat, das zwischen der On-Chip-Linse und der Verdrahtungsschicht angeordnet ist, und
    • ein zweites Substrat umfasst, das über die Verdrahtungsschicht an das erste Substrat gebondet ist,
    • wobei das erste Substrat
      • einen ersten Spannungsanlegungsbereich, an den eine erste Spannung angelegt wird,
      • einen zweiten Spannungsanlegungsbereich, an den eine von der ersten Spannung verschiedene zweite Spannung angelegt wird,
      • einen ersten Ladungsdetektionsbereich, der um den ersten Spannungsanlegungsbereich herum angeordnet ist, und
      • einen zweiten Ladungsdetektionsbereich enthält, der um den zweiten Spannungsanlegungsbereich herum angeordnet ist, und
    • das zweite Substrat
      • eine Vielzahl von Pixel-Transistoren enthält, die eine Operation zum Lesen von in den ersten und zweiten Ladungsdetektionsbereichen detektierten Ladungen durchführt;
      • eine Lichtquelle, die dafür konfiguriert ist, Bestrahlungslicht auszustrahlen, in dem die Helligkeit periodisch variiert; und
      • eine Lichtemissions-Steuerungseinheit, die dafür konfiguriert ist, einen Bestrahlungszeitpunkt des Bestrahlungslichts zu steuern.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    lichtempfangendes Element
    20
    Pixel-Arrayeinheit
    21
    Tap-Ansteuerungseinheit
    22
    vertikale Ansteuerungseinheit
    29
    vertikale Signalleitung
    30
    Spannungsversorgungsleitung
    51
    Pixel
    51X
    lichtabschirmendes Pixel
    61
    Substrat
    62
    On-Chip-Linse
    63
    lichtabschirmender Film zwischen Pixeln
    64
    Oxidfilm
    65, 65-1, 65-2
    Signalextraktionsbereich
    66
    Film mit fixierter Ladung
    71-1, 71-2, 71
    (N+)-Halbleitergebiet
    73-1, 73-2, 73
    (P+)-Halbleitergebiet
    441-1, 441-2, 441
    Trenngebiet
    471-1, 471-2, 471
    Trenngebiet
    631
    reflektierendes Bauteil
    721
    Übertragungstransistor
    722
    FD
    723
    Rücksetztransistor
    724
    Verstärkungstransistor
    725
    Auswahltransistor
    727
    zusätzliche Kapazität
    728
    Schalttransistor
    741
    Spannungsversorgungsleitung
    811
    Mehrschicht-Verdrahtungsschicht
    812
    Zwischenschicht-Isolierfilm
    813
    Stromversorgungsleitung
    814
    Spannungsanlegungsverdrahtung
    815
    reflektierendes Bauteil
    816
    Spannungsanlegungsverdrahtung
    817
    Steuerungsleitung
    M1 to
    M5 Metallfilm
    1021
    P-Wannengebiet
    1022
    Halbleitergebiet vom P-Typ
    1031
    P-Wannengebiet
    1032, 1033
    Oxidfilm
    1051
    effektives Pixelgebiet
    1052
    ineffektives Pixelgebiet
    1061
    Diffusionsschicht vom N-Typ
    1071
    Pixel-Trennbereich
    1101
    Ladungsentladungsgebiet
    1102
    OPB-Gebiet
    1121
    Apertur-Pixelgebiet
    1122
    lichtabschirmendes Pixelgebiet
    1123
    Gebiet vom N-Typ
    1131
    Diffusionsschicht vom N-Typ
    1201, 1211
    Substrat
    1231
    Pixel-Arraygebiet
    1232
    Flächen-Steuerungseinheit
    1251
    MIX-gebondeter Bereich
    1252
    DET-gebondeter Bereich
    1253
    Spannungsversorgungsleitung
    1261
    peripherer Bereich
    1311
    Elektrodenbereich
    1311A
    eingebetteter Bereich
    1311B
    vorstehender Bereich
    1312
    (N+)-Halbleitergebiet
    1313
    Isolierfilm
    1314
    eine Lochkonzentration verstärkende Schicht
    1401 und 1401A bis 1401D
    Stromversorgungsleitung
    1411 und 1411A bis 1411E
    VSS-Leiterbahn
    1421
    Lücke
    1511
    vertikale Leiterbahn
    1512
    horizontale Leiterbahn
    1513
    Leiterbahn
    1521
    erste Verdrahtungsschicht
    1522
    zweite Verdrahtungsschicht
    1523
    dritte Verdrahtungsschicht
    1542, 1543
    äußerer peripherer Bereich
    1801, 1811
    lichtabschirmender Film mit Phasendifferenz
    1821
    On-Chip-Linse
    1841
    Polarisationsfilter
    1861
    Farbfilter
    1871
    IR-Cut-Filter
    1872
    Farbfilter
    1881
    Fotodiode
    1882
    Pixel-Trennbereich
    5000
    abstandsmessendes Modul
    5011
    lichtemittierende Einheit
    5012
    Lichtemissions-Steuerungseinheit
    5013
    lichtempfangende Einheit
  • 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 2011086904 [0004]

Claims (11)

  1. Lichtempfangendes Element, aufweisend: eine On-Chip-Linse; eine Verdrahtungsschicht; ein erstes Substrat, das zwischen der On-Chip-Linse und der Verdrahtungsschicht angeordnet ist; und ein zweites Substrat, das über die Verdrahtungsschicht an das erste Substrat gebondet ist, wobei das erste Substrat einen ersten Spannungsanlegungsbereich, an den eine erste Spannung angelegt wird, einen zweiten Spannungsanlegungsbereich, an den eine von der ersten Spannung verschiedene zweite Spannung angelegt wird, einen ersten Ladungsdetektionsbereich, der um den ersten Spannungsanlegungsbereich herum angeordnet ist, und einen zweiten Ladungsdetektionsbereich enthält, der um den zweiten Spannungsanlegungsbereich herum angeordnet ist, und das zweite Substrat eine Vielzahl von Pixel-Transistoren enthält, die eine Operation zum Lesen von in den ersten und zweiten Ladungsdetektionsbereichen detektierten Ladungen durchführt.
  2. Lichtempfangendes Element nach Anspruch 1, wobei die Verdrahtungsschicht zumindest eine Schicht enthält, die mit einem reflektierenden Bauteil versehen ist, und das reflektierende Bauteil so vorgesehen ist, dass es in Draufsicht mit dem ersten Ladungsdetektionsbereich oder dem zweiten Ladungsdetektionsbereich überlappt.
  3. Lichtempfangendes Element nach Anspruch 1, wobei die Verdrahtungsschicht zumindest eine Schicht enthält, die mit einem lichtabschirmenden Bauteil versehen ist, und das lichtabschirmende Bauteil so vorgesehen ist, dass es in Draufsicht mit dem ersten Ladungsdetektionsbereich oder dem zweiten Ladungsdetektionsbereich überlappt.
  4. Lichtempfangendes Element nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Pixel-Transistoren einen Übertragungstransistor, einen Rücksetztransistor, einen Verstärkungstransistor und einen Auswahltransistor umfasst.
  5. Lichtempfangendes Element nach Anspruch 1, wobei ein erster gebondeter Bereich zum Bereitstellen der ersten und zweiten Spannungen zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat und ein zweiter gebondeter Bereich zum Bereitstellen der in den ersten und zweiten Ladungsdetektionsbereichen detektierten Ladungen zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat für jedes Pixel angeordnet sind.
  6. Lichtempfangendes Element nach Anspruch 1, wobei ein erster gebondeter Bereich zum Bereitstellen der ersten und zweiten Spannungen zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat in einem äußeren peripheren Bereich einer Pixel-Arrayeinheit angeordnet ist und ein zweiter gebondeter Bereich zum Bereitstellen der in den ersten und zweiten Ladungsdetektionsbereichen detektierten Ladungen zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat für jedes Pixel angeordnet ist.
  7. Lichtempfangendes Element nach Anspruch 1, wobei das erste Substrat und das zweite Substrat Siliziumsubstrate sind.
  8. Lichtempfangendes Element nach Anspruch 1, wobei das erste Substrat ein Substrat eines Verbund-Halbleiters oder ein Substrat eines Halbleiters mit schmaler Bandlücke ist.
  9. Lichtempfangendes Element nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Spannungsanlegungsbereiche von ersten bzw. zweiten Halbleitergebieten vom P-Typ, die im ersten Substrat ausgebildet sind, gebildet werden.
  10. Lichtempfangendes Element nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Spannungsanlegungsbereiche von ersten bzw. zweiten Übertragungstransistoren, die im ersten Substrat ausgebildet sind, gebildet werden.
  11. Abstandsmessendes Modul, aufweisend: ein lichtempfangendes Element, das eine On-Chip-Linse, eine Verdrahtungsschicht, ein erstes Substrat, das zwischen der On-Chip-Linse und der Verdrahtungsschicht angeordnet ist, und ein zweites Substrat umfasst, das über die Verdrahtungsschicht an das erste Substrat gebondet ist, wobei das erste Substrat einen ersten Spannungsanlegungsbereich, an den eine erste Spannung angelegt wird, einen zweiten Spannungsanlegungsbereich, an den eine von der ersten Spannung verschiedene zweite Spannung angelegt wird, einen ersten Ladungsdetektionsbereich, der um den ersten Spannungsanlegungsbereich herum angeordnet ist, und einen zweiten Ladungsdetektionsbereich enthält, der um den zweiten Spannungsanlegungsbereich herum angeordnet ist, und das zweite Substrat eine Vielzahl von Pixel-Transistoren enthält, die eine Operation zum Lesen von in den ersten und zweiten Ladungsdetektionsbereichen detektierten Ladungen durchführt; eine Lichtquelle, die dafür konfiguriert ist, Bestrahlungslicht auszustrahlen, in dem die Helligkeit periodisch variiert; und eine Lichtemissions-Steuerungseinheit, die dafür konfiguriert ist, einen Bestrahlungszeitpunkt des Bestrahlungslichts zu steuern.
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