DE112020001804T5 - Sensorchip und elektronische vorrichtung - Google Patents

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Shinichiro Yagi
Yusuke Otake
Kyosuke Ito
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Sony Semiconductor Solutions Corp
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Abstract

Bereitgestellt werden ein Sensorchip und eine elektronische Vorrichtung, für die die Verbesserung der Charakteristiken von SPAD-Pixeln, die jeweils ein Lawinen-Fotodiodenelement enthalten, erzielt wurde. Der Sensorchip enthält eine Pixel-Arraysektion, die einen Pixelbereich, in dem eine Vielzahl von Pixeln in Zeilen und Spalten angeordnet ist, ein Lawinen-Fotodiodenelement, das einen Träger durch einen Bereich mit hohem elektrischem Feld verstärkt, der für das jeweilige der Pixel vorgesehen ist, eine Zwischenpixel-Trennsektion, die das jeweilige der Pixel von einem anderen Pixel, das dem jeweiligen der Pixel benachbart ist, in einem Halbleitersubstrat isoliert und trennt, worin das Lawinen-Fotodiodenelement ausgebildet ist, und eine Verdrahtung, die in einer Verdrahtungsschicht angeordnet ist, die auf einer einer lichtempfangenden Oberfläche des Halbleitersubstrats entgegengesetzten Oberfläche auf solch eine Weise laminiert ist, dass sie zumindest den Bereich mit hohem elektrischem Feld abdeckt. Die Pixel-Arraysektion enthält einen Dummy-Pixelbereich, der nahe einem peripheren Rand des Pixelbereichs gelegen ist, und ein elektrisches Potential der Kathode und ein elektrisches Potential der Anode des Lawinen-Fotodiodenelements, das im Dummy-Pixelbereich angeordnet ist, sind ein gleiches Potential, oder zumindest eines des elektrischen Potentials der Kathode und des elektrischen Potentials der Anode ist in einem schwebenden Zustand.

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Sensorchip und eine elektronische Vorrichtung und insbesondere auf einen Sensorchip und eine elektronische Vorrichtung, die ermöglicht haben, die Verbesserung der Charakteristiken von SPAD-Pixeln zu erreichen.
  • [Hintergrundtechnik]
  • Heutzutage finden Abstandsbildsensoren, die jeweils Abstände mittels eines ToF-(Time of Flight bzw. Laufzeit-)Verfahrens messen, Beachtung. In solch einem Abstandsbildsensor kann beispielsweise ein Pixel-Array genutzt werden, in dem unter Verwendung einer CMOS-(Complementary Metal Oxide Semiconductor-)Halbleiterintegrationstechnologie eine Vielzahl von SPAD-(Single Photon Avalanche Diode bzw. Einzelphoton-Lawinendioden-)Pixeln, die jeweils ein Lawinen-Fotodiodenelement enthalten, so ausgebildet ist, dass es in einer ebenen Oberfläche angeordnet ist. In jedem der SPAD-Pixel tritt in einem Zustand, in dem daran eine signifikant größere Spannung als eine Durchbruchspannung angelegt ist, bei Einfall eines Photons in einen PN-Übergangsbereich mit hohem elektrischem Feld eine Lawinenverstärkung auf. Das Detektieren einer Zeitspanne, während der ein elektrischer Strom beim Auftreten der Lawinenverstärkung sofort geflossen ist, macht es möglich, eine hochgenaue Abstandsmessung vorzunehmen.
  • In PTL 1 ist beispielsweise ein Sensorchip beschrieben, in dem SPAD-Pixel in einem Array in einem vorbestimmten Pixelbereich angeordnet sind. Im Sensorchip in PTL 1 ist ein peripherer Bereich außerhalb eines Bildbereichs vorgesehen und ist außerhalb des peripheren Bereichs ein Pad-Bereich vorgesehen.
  • [Zitatliste]
  • [Patentliteratur]
  • [PTL 1]
    Internationale Veröffentlichung Nr. WO 2018/074530
  • [Zusammenfassung]
  • [Technisches Problem]
  • In solch einem Fall, in dem die SPAD-Pixel in einem Array im Sensorchip angeordnet sind, ist es jedoch wahrscheinlich, dass die Periodizität der SPAD-Pixel in einem nahe dem peripheren Rand des Pixelbereichs gelegenen Bereich kollabiert. In einem Fall, in dem die Periodizität der SPAD-Pixel kollabiert ist, besteht eine Möglichkeit, dass Charakteristiken einer SPAD-Vorrichtung anormal werden und dass dies eine Vorspannungsvariation und eine Zunahme des elektrischen Stroms bewirkt, die die Charakteristiken des gesamten Sensorchips beeinflussen.
  • Die vorliegende Offenbarung wurde im Hinblick auf solch ein Problem gemacht und stellt einen Sensorchip und eine elektronische Vorrichtung bereit, für die die Verbesserung der Charakteristiken von SPAD-Pixeln, die jeweils eine Lawinen-Fotodiode enthalten, erzielt wurde.
  • [Lösung für das Problem]
  • Um das obige Problem zu lösen, enthält ein Sensorchip gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung eine Pixel-Arraysektion, die einen Pixelbereich enthält, in dem eine Vielzahl von Pixeln in Zeilen und Spalten angeordnet ist, ein Lawinen-Fotodiodenelement, das einen Träger durch einen Bereich mit hohem elektrischem Feld verstärkt, der für das jeweilige der Pixel vorgesehen ist, eine Zwischenpixel-Trennsektion, die jedes der Pixel von einem anderen Pixel, das dem jeweiligen der Pixel benachbart ist, in einem Halbleitersubstrat isoliert und trennt, worin das Lawinen-Fotodiodenelement ausgebildet ist, und eine Verdrahtung, die in einer Verdrahtungsschicht angeordnet ist, die auf einer einer lichtempfangenden Oberfläche des Halbleitersubstrats entgegengesetzten Oberfläche auf solch eine Weise laminiert ist, dass sie zumindest den Bereich mit hohem elektrischem Feld abdeckt. Ferner enthält die Pixel-Arraysektion einen Dummy-Pixelbereich, der nahe dem peripheren Rand des Pixelbereichs gelegen ist, und sind ein elektrisches Potential einer Kathode und ein elektrisches Potential einer Anode des Lawinen-Fotodiodenelements, das in dem Dummy-Pixelbereich angeordnet ist, das gleiche elektrische Potential oder ist zumindest eines des elektrischen Potentials einer Kathode und des elektrischen Potentials einer Anode in einem potentialfreien bzw. schwebenden Zustand.
  • Ferner enthält eine elektronische Vorrichtung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung einen Sensorchip, der eine Pixel-Arraysektion enthält, die einen Pixelbereich enthält, in dem eine Vielzahl von Pixeln in Zeilen und Spalten angeordnet ist, ein Lawinen-Fotodiodenelement, das einen Träger durch einen für das jeweilige der Pixel vorgesehenen Bereich mit hohem elektrischem Feld verstärkt, eine Zwischenpixel-Trennsektion, die das jeweilige der Pixel von einem anderen Pixel, das dem jeweiligen der Pixel benachbart ist, in einem Halbleitersubstrat isoliert und trennt, worin das Lawinen-Fotodiodenelement ausgebildet ist, und eine Verdrahtung, die in einer Verdrahtungsschicht angeordnet ist, die auf einer einer lichtempfangenden Oberfläche des Halbleitersubstrats entgegengesetzten Oberfläche auf solch eine Weise laminiert ist, dass sie zumindest den Bereich mit hohem elektrischem Feld abdeckt. Ferner enthält die Pixel-Arraysektion einen Dummy-Pixelbereich, der nahe dem peripheren Rand des Pixelbereichs gelegen ist, und sind ein elektrisches Potential einer Kathode und ein elektrisches Potential einer Anode der Lawinen-Fotodiode, die im Dummy-Pixelbereich angeordnet ist, das gleiche elektrische Potential oder ist zumindest eines des elektrischen Potentials einer Kathode und des elektrischen Potentials einer Anode in einem schwebenden Zustand.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration einer Oberfläche zur Ausbildung von SPAD-Pixeln eines Sensorchips gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • [2] 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Sensorchips gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • [3] 3 ist eine Querschnittsansicht eines SPAD-Pixels des Sensorchips gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die ein Konfigurationsbeispiel des SPAD-Pixels veranschaulicht.
    • [4] 4 ist eine Querschnittsansicht eines SPAD-Pixels des Sensorchips gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die ein Konfigurationsbeispiel des SPAD-Pixels veranschaulicht.
    • [5] 5 ist eine Querschnittsansicht eines SPAD-Pixels eines Sensorchips gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die ein Konfigurationsbeispiel des SPAD-Pixels veranschaulicht.
    • [6] 6 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Sensorchips gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • [7] 7 ist eine Querschnittsansicht eines SPAD-Pixels des Sensorchips gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die ein Konfigurationsbeispiel des SPAD-Pixels veranschaulicht.
    • [8] 8 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Sensorchips gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • [9] 9 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Sensorchips gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • [10] 10 ist eine Querschnittsansicht eines SPAD-Pixels des Sensorchips gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die ein Konfigurationsbeispiel des SPAD-Pixels veranschaulicht.
    • [11] 11 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Sensorchips gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • [12] 12 ist eine Querschnittsansicht eines SPAD-Pixels des Sensorchips gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die ein Konfigurationsbeispiel des SPAD-Pixels veranschaulicht.
    • [13] 13 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Abstandsbildsensors veranschaulicht, der eine einen Sensorchip gemäß der vorliegenden Offenbarung nutzende elektronische Vorrichtung ist.
  • [Beschreibung von Ausführungsformen]
  • Im Folgenden wird hierin die vorliegende Offenbarung durch Ausführungsformen beschrieben; die folgenden Ausführungsformen schränken jedoch in den Ansprüchen der vorliegenden Beschreibung dargelegte Erfindungen nicht ein. Ferner sind nicht alle Kombinationen von Merkmalen, die in den folgenden Ausführungsformen beschrieben werden, für eine Lösung des Problems in der vorliegenden Beschreibung erforderlich. Darüber hinaus sind die Zeichnungen welche, die in Ansprüchen der vorliegenden Offenbarung dargelegte Erfindungen veranschaulichen, sind Größen einzelner Teile, nämlich Breiten, Dicken und dergleichen, von tatsächlichen Größen verschieden und sind Verhältnisse unter diesen Größen ebenfalls von tatsächlichen Verhältnissen verschieden.
  • Im Folgenden werden hierin mit Verweis auf die Zeichnungen einzelne Konfigurationen einzelner Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
  • 1. Erste Ausführungsform
  • Ein Sensorchip gemäß einer ersten Ausführungsform wird unter Verwendung der 1 bis 4 beschrieben.
  • <Konfigurationsbeispiel eines Sensorchips>
  • 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration einer Oberfläche zur Ausbildung von SPAD-Pixeln eines Sensorchips 10 veranschaulicht. 2(A) ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Sensorchips 10 veranschaulicht, für den die vorliegende Technologie verwendet wird. 2 (B) und 2(C) sind jeweils ein Schaltungsdiagramm, das Konfigurationen jedes von SPAD-Pixeln 21 und 22 veranschaulicht, die im Sensorchip 10 enthalten sind.
  • Wie in 1 veranschaulicht ist, umfasst eine Pixel-Arraysektion 11 einen Pixelbereich A1, einen peripheren Bereich A2, der außerhalb des Pixelbereichs A1 vorgesehen ist, und einen Pad-Bereich A3, der außerhalb des peripheren Bereichs A2 vorgesehen ist.
  • Der Pixelbereich A1 ist eine lichtempfangende Oberfläche, um durch ein nicht veranschaulichtes optisches System kondensiertes Licht zu empfangen. Im Pixelbereich A1 sind die Vielzahl von SPAD-Pixeln 21 und die Vielzahl von SPAD-Pixeln 22 in Zeilen und Spalten angeordnet.
  • Im Pad-Bereich A3 ist eine Vielzahl von Verdrahtungselektroden-Kontaktstellen bzw. -Pads (worauf hier im Folgenden als Elektroden-Pads verwiesen wird) 23 ausgebildet. Die Elektroden-Pads 23 werden genutzt, um beispielsweise den Sensorchip 10 mit nicht veranschaulichten externen Vorrichtungen zu koppeln.
  • Der periphere Bereich A2 ist ein Bereich zwischen dem Pixelbereich A1 und dem Pad-Bereich A3. Der periphere Bereich A2 enthält beispielsweise einen Halbleiterbereich vom n-Typ und einen Halbleiterbereich vom p-Typ, und der Halbleiterbereich vom p-Typ ist mit Masse (GND) gekoppelt.
  • Wie in 2 (A) veranschaulicht ist, enthält der Sensorchip 10 zusammen mit der Pixel-Arraysektion 11 eine Sektion 12 zur Anlegung einer Vorspannung.
  • Die Sektion 12 zur Anlegung einer Vorspannung legt eine Vorspannung an jedes der Vielzahl von SPAD-Pixeln 21 an, die in der Pixel-Arraysektion 11 angeordnet sind.
  • Der Pixelbereich A1 der Pixel-Arraysektion 11 enthält einen bei der Mitte des Pixelbereichs A1 gelegenen Referenz-Pixelbereich RA und einen Dummy-Pixelbereich DA, der nahe dem peripheren Rand des Pixelbereichs A1 gelegen ist und den Referenz-Pixelbereich RA umschließt.
  • Die SPAD-Pixel 21 sind im Referenz-Pixelbereich RA angeordnete Pixel. Solch ein SPAD-Pixel 21 ist ein effektives SPAD-Pixel (worauf hier im Folgenden als Referenz-Pixel verwiesen wird), das ein Empfangslichtsignal (APD OUT) abgibt, das eine entstandene Impulswellenform ist, wobei deren Anfangspunkt einem Ankunftszeitpunkt eines Photons entspricht. Man beachte, dass 2(A) einen Zustand veranschaulicht, in dem 24 SPAD-Pixel 21 in einem Array in einer Matrix aus sechs Pixeln in vertikaler Richtung × acht Pixeln horizontaler Richtung angeordnet sind, aber dieses Array nur ein Beispiel ist und kein geeignetes Array einschränkt.
  • Auf der anderen Seite sind die SPAD-Pixel 22 im Dummy-Pixelbereich DA angeordnete Pixel. Der Dummy-Pixelbereich DA liegt nahe dem peripheren Rand der Pixel-Arraysektion 11 und ist ein Bereich, für den ein Prozess zur Zeit der Ausbildung der SPAD-Pixel 22 wahrscheinlich instabil ist. Bei den SPAD-Pixeln 22, die im Dummy-Pixelbereich DA ausgebildet wurden, ist es wahrscheinlich, dass die Form kollabiert und die Periodizität der Anordnung kollabiert. Aus diesem Grund wird solch ein SPAD-Pixel 22 ein ineffektives SPAD-Pixel (worauf hier im Folgenden als Dummy-Pixel verwiesen wird), das nicht als allgemeines SPAD-Pixel fungiert, das heißt, dass das oben beschriebene Empfangslichtsignal (APD OUT) nicht abgibt. Man beachte, dass 2(A) einen Zustand veranschaulicht in dem 60 SPAD-Pixel 22 in einem Array so angeordnet sind, dass sie im Dummy-Pixelbereich DA aufgereiht sind, aber dieses Array nur ein Beispiel ist und kein geeignetes Array einschränkt. In einem tatsächlichen Sensorchip 10 ist die Konfiguration so ausgebildet, dass die Anzahl der SPAD-Pixel 22, die im Dummy-Pixelbereich DA in einem Array angeordnet sind, ausreichend kleiner als die Anzahl der SPAD-Pixel 21 ist, die im Referenz-Pixelbereich RA in einem Array angeordnet sind.
  • Aufgrund der Anordnungen des peripheren Bereichs A2 und des Pad-Bereichs A3 in einem Teil nahe dem Pixelbereich A1, worin die SPAD-Pixel 21 und 22 in Zeilen und Spalten angeordnet sind, kollabiert die Form und kollabiert die Periodizität einer Anordnung der SPAD-Pixel 22. Wenn die SPAD-Pixel 21 und 22 gebildet werden, wird, um Störstellenionen in einen Bereich zur Ausbildung von SPAD-Pixeln zu implantieren, auf dem Pixelbereich A1 ein Resistfilm mit einer Öffnung ausgebildet. Ein auf dem peripheren Bereich A2 und dem Pad-Bereich A3 ausgebildeter Resistfilm weist keine Öffnung auf, die der Ausbildungsposition der SPAD-Pixel 21 und 22 entspricht, und weist somit eine größere Resistmaterialmenge als der auf dem Pixelbereich A1 ausgebildete Restfilm auf. Aus diesem Grund ist es wahrscheinlich, dass für den auf dem peripheren Bereich A2 und dem Pad-bereich A3 ausgebildeten Resistfilm aufgrund seins Gewichts eine Verformung auftritt. Aufgrund dieser Verformung des Resistfilms, der zur Zeit einer Implantation der Störstellenionen als Maske fungiert, ist es wahrscheinlich, dass ein Prozessdefekt auftritt. Das heißt, es ist wahrscheinlich, dass ein Prozessdefekt in einem Öffnungsteil, der in einem geringfügig weiter innen als der periphere Bereich A2 und der Pad-Bereich A3 gelegenen Teil gebildet wurde, (nämlich in einem Teil nahe dem peripheren Rand des Pixelbereichs A1) auftritt. Aus diesem Grund ist es wahrscheinlich, dass bei den im Dummy-Pixelbereich DA ausgebildeten SPAD-Pixeln 22 die Form kollabiert und die Periodizität einer Anordnung kollabiert.
  • Folglich kann der Sensorchip 10, der so konfiguriert wurde, um die in einem nahe dem peripheren Bereich des Pixelbereichs A1 gelegenen Bereich ausgebildeten SPAD-Pixel 22 zu den Dummy-Pixeln werden zu lassen und dadurch nur die Ausgaben der im Mittelbereich des Pixelbereichs A1 ausgebildeten SPAD-Pixel 21 zu nutzen, gute Charakteristiken erzielen.
  • Im Folgenden werden hier das SPAD-Pixel 21, das das Referenz-Pixel ist, und das SPAD-Pixel 22, das das Dummy-Pixel ist, im Detail beschrieben.
  • (Schaltungskonfiguration eines Referenz-Pixels)
  • Wie in 2(B) veranschaulicht ist, enthält das SPAD-Pixel 21, das das Referenz-Pixel ist, ein SPAD-Element 31, einen MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) 32 vom p-Typ und einen Inverter 33.
  • Die Anode des SPAD-Elements 31 ist mit der Sektion 12 zur Anlegung einer Vorspannung gekoppelt und dessen Kathode ist mit dem Source-Anschluss eines Quenching- bzw. Löschwiderstands 32 (engl.: quenching resistance), der später beschrieben wird, gekoppelt. Die Anode des SPAD-Elements 31 wird von der Sektion 12 zur Anlegung einer Vorspannung mit einer Vorspannung VB versorgt. Das SPAD-Element 31 ist ein Lawinen-Fotodiodenelement, das einen Lawinen-Vervielfältigungsbereich bildet, indem es an seiner Kathode mit einer großen negativen Spannung versorgt wird, und das Elektronen, die durch den Einfall eines Photons erzeugt werden, lawinenartig verstärken kann.
  • Der Löschwiderstand 32 ist mit dem SPAD-Element 31 in Reihe gekoppelt, der Source-Anschluss des Löschwiderstands 32 ist mit der Kathode des SPAD-Elements 31 gekoppelt, und dessen Drain ist mit einer nicht veranschaulichten Stromversorgung gekoppelt. Der Löschwiderstand 32 kann von einem Transistor oder einem Widerstand gebildet werden, und beispielsweise kann ein MOSFET vom p-Typ verwendet werden. Der Drain-Anschluss des Löschwiderstands 32 wird mit einer Anregungsspannung VE von einer Stromversorgung versorgt. Wenn eine Spannung, die durch die Elektronen erzeugt wird, die im SPAD-Element 31 lawinenartig verstärkt wurden, eine negative Spannung VBD erreicht hat, führt der Löschwiderstand 32 einen Löschvorgang aus, um die Spannung auf eine Anfangsspannung zurückzuführen. Wenn eine Kathodenspannung des SPAD-Elements 31 die negative Spannung VBD erreicht hat, führt der Löschwiderstand 32 den Löschvorgang aus, indem die Elektronen, die im SPAD-Element 31 vervielfältigt worden sind, emittiert werden.
  • Der Eingangsanschluss des Inverters 33 ist mit der Kathode des SPAD-Elements 31 und dem Source-Anschluss des Löschwiderstands 32 gekoppelt, und dessen Ausgangsanschluss ist mit einer nicht veranschaulichten Sektion zur arithmetischen Verarbeitung gekoppelt, die in einer nachfolgenden Stufe vorgesehen ist. Der Inverter 33 ist beispielsweise ein CMOS-Inverter. Der Inverter 33 gibt das Empfangslichtsignal auf der Basis der Elektronen ab, die im SPAD-Element 31 vervielfältigt worden sind. Konkreter formt der Inverter 33 die Spannung, die durch die Elektronen erzeugt wird, die im SPAD-Element 31 vervielfältigt worden sind. Überdies gibt der Inverter 33 an die Sektion zur arithmetischen Verarbeitung das Empfangslichtsignal (APD OUT) ab, das eine entstandene Impulswellenform ist, wie etwa eine in 2(B) veranschaulichte, wobei deren Anfangspunkt einem Ankunftszeitpunkt eines Photons entspricht.
  • (Schaltungskonfiguration eines Dummy-Pixels)
  • Wie in 2(C) veranschaulicht ist, enthält das SPAD-Pixel 22, das das Dummy-Pixel ist, genau wie das SPAD-Pixel 21 das SPAD-Element 31, den MOSFFT (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) 32 und den Inverter 33. Das SPAD-Pixel 22 ist vom SPAD-Pixel 21 insofern verschieden, als die Verdrahtungen unterschiedlich sind.
  • Die Anode des SPAD-Elements 31 ist mit der Sektion 12 zur Anlegung einer Vorspannung gekoppelt, wohingegen die Kathode des SPAD-Elements 31 nicht mit dem Source-Anschluss des Löschwiderstands 32 gekoppelt ist und in einem schwebenden Zustand ist. Das heißt, das elektrische Potential der Kathode des SPAD-Elements 31 von jedem der SPAD-Pixel 22, die in dem im Pixelbereich A1 enthaltenen und nahe dem peripheren Rand des Pixelbereichs A1 gelegenen Dummy-Pixelbereich DA ausgebildet sind, ist in einen schwebenden Zustand versetzt. Die Kathode des SPAD-Elements 31 wird aus diesem Grund nicht mit der großen negativen Spannung versorgt und ist in einem im Wesentlichen nicht-funktionalen Zustand.
  • Konkret ermöglicht die obige Konfiguration, das Auftreten eines Phänomens zu verhindern, bei dem in den SPAD-Elementen 31 der SPAD-Pixel 22 Durchbrüche kontinuierlich auftreten und dies eine Vorspannungsvariation und eine Zunahme des elektrischen Stroms verursacht, die mit dem Sensorchip 10 gekoppelte externe Vorrichtungen beeinflussen. Die obige Konfiguration macht es möglich, im Sensorchip 10 die Zunahme des Stromverbrauchs des Sensorchips 10 aufgrund der Flüsse großer elektrischer Ströme in den SPAD-Elementen 31 der SPAD-Pixel 22 zu unterdrücken. Ferner ermöglicht die obige Konfiguration, im Sensorchip 10 die Verschlechterung einer Erfassungs- bzw. Messgenauigkeit aufgrund der Abnahmen elektrischer Potentiale der Anode der SPAD-Pixel 21 zu unterdrücken, die durch die Flüsse der großen elektrischen Ströme in den SPAD-Elementen 31 verursacht werden.
  • Der Source-Anschluss des Löschwiderstands 32 ist nicht mit der Kathode des SPAD-Elements 31 gekoppelt und ist in einem schwebenden Zustand. Aus diesem Grund ist der Löschwiderstand 32 nicht dafür konfiguriert, einen Löschvorgang durchzuführen.
  • Der Eingangsanschluss des Inverters 33 ist nicht mit der Kathode des SPAD-Elements 31 und dem Source-Anschluss des Löschwiderstands 32 gekoppelt und ist in einem schwebenden Zustand. Aus diesem Grund ist der Inverter 33 dafür konfiguriert, das Empfangslichtsignal (APD OUT) nicht abzugeben.
  • In dem Sensorchip 10, wie in einem Beispiel von 2(A) veranschaulicht, sind unter den SPAD-Pixeln 21 und den SPAD-Pixeln 22, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind, die Anoden einer Vielzahl von SPAD-Pixeln 21, die in jeder der Zeilenrichtungen angeordnet sind, und die Anoden einer Vielzahl von SPAD-Pixeln 22, die in jeder der Zeilenrichtungen angeordnet sind, durch eine entsprechende gemeinsame Verdrahtung miteinander gekoppelt.
  • Von dem auf solch eine Weise wie oben beschrieben konfigurierten Sensorchip 10 wird das Empfangslichtsignal für jedes der SPAD-Pixel 21 abgegeben und wird der bei der nachfolgenden Stufe vorgesehenen Sektion zur arithmetischen Verarbeitung bereitgestellt. Beispielsweise berechnet die Sektion zur arithmetischen Verarbeitung für jedes der SPAD-Pixel 21 einen Abstand zu einem Objekt, indem für jedes der Empfangslichtsignale von den SPAD-Pixeln 21 eine arithmetische Verarbeitung zum Berechnen eines Abstands auf der Basis eines Zeitpunkts ausgeführt wird, zu dem ein Impuls entstanden ist und der einen Ankunftszeitpunkt eines Photons angibt. Auf der Basis berechneter Abstände wird ferner ein Abstandsbild erzeugt, in dem Abstände zu dem Objekt, die von der Vielzahl von SPAD-Elementen 21 detektiert worden sind, auf einer ebenen Oberfläche angeordnet werden.
  • Da die Empfangslichtsignale von den SPAD-Pixeln 22 nicht abgegeben werden, tragen zu dieser Zeit die SPAD-Pixel 22 nicht zur Erzeugung des obigen Abstandsbildes bei.
  • (Struktur eines Referenz-Pixels)
  • Ein Konfigurationsbeispiel des SPAD-Pixels 21, das das im Sensorchip 10 ausgebildete Referenz-Pixel ist, wird unter Verwendung der 2(B) und 3 beschrieben. 3 ist eine Querschnittsansicht des SPAD-Pixels 21, die ein Konfigurationsbeispiel des SPAD-Pixels 21 veranschaulicht.
  • Wie in 3 veranschaulicht ist, hat der Referenz-Pixelbereich RA des Sensorchips 10 eine laminierte Schichtstruktur, in der ein Sensorsubstrat 41, eine sensorseitige Verdrahtungsschicht 42 und eine logikseitige Verdrahtungsschicht 43 laminiert sind und ein nicht veranschaulichtes Logikschaltungssubstrat auf der logikseitigen Verdrahtungsschicht 43 laminiert ist.
  • In dem Logikschaltungssubstrat sind beispielsweise die in 2(A) veranschaulichte Sektion 12 zur Anlegung einer Vorspannung, eine Vielzahl der Löschwiderstände 32, eine Vielzahl der Inverter 33 und dergleichen ausgebildet. Das Sensorsubstrat 41 und das Logikschaltungssubstrat sind durch die sensorseitige Verdrahtungsschicht 42 und die logikseitige Verdrahtungsschicht 43, die als Verdrahtungsschichten dienen, miteinander elektrisch gekoppelt. Beispielsweise kann der Sensorchip 10 mittels eines Herstellungsverfahrens hergestellt werden, bei dem, nachdem die sensorseitige Verdrahtungsschicht 42 so angeordnet worden ist, dass sie dem Sensorsubstrat 41 gegenüberliegt, und die logikseitige Verdrahtungsschicht 43 so angeordnet worden ist, dass sie dem Logikschaltungssubstrat gegenüberliegt, die sensorseitige Verdrahtungsschicht 42 und die logikseitige Verdrahtungsschicht 43 an einer Verbindungsoberfläche (einer durch eine gestrichelte Linie in 3 repräsentierten Oberfläche) verbunden werden.
  • Das Sensorsubstrat 41 ist ein Halbleitersubstrat, das erhalten wird, indem beispielsweise einkristallines Silizium dünn in Scheiben geschnitten wird. Im Sensorsubstrat 41 wird die Konzentration von Störstellen vom p-Typ oder n-Typ gesteuert, und das SPAD-Element 31 ist für jedes der SPAD-Pixel 21 ausgebildet. Ferner ist eine nach unten gewandte Oberfläche des Sensorsubstrats 41 in 3 als lichtempfangende Oberfläche zum Empfangen von Licht konfiguriert und ist die sensorseitige Verdrahtungsschicht 42 auf einer der lichtempfangenden Oberfläche entgegensetzten Oberfläche (nämlich auf einer nach oben gewandten Oberfläche des Sensorsubstrats 41 in 2) laminiert.
  • In der sensorseitigen Verdrahtungsschicht 42 und der logikseitigen Verdrahtungsschicht 43 sind Verdrahtungen, um von der Sektion 12 zur Anlegung einer Vorspannung den SPAD-Elementen 31 eine angelegte Spannung bereitzustellen, Verdrahtungen, um aus dem Sensorsubstrat 41 die Elektronen, die in den SPAD-Elementen 31 erzeugt worden sind, herauszubringen, und jede beliebige andere Art von Verdrahtungen ausgebildet.
  • Das SPAD-Element 31 enthält eine N-Wanne 51, eine Diffusionsschicht 52 vom P-Typ, eine Diffusionsschicht 53 vom N-Typ, eine Lochakkumulierungsschicht 54, eine Pinning-Schicht 55 und eine Diffusionsschicht 56 vom P-Typ mit hoher Konzentration, die im Sensorsubstrat 41 ausgebildet sind. Im SPAD-Element 31 wird ferner ein Lawinen-Vervielfältigungsbereich 57 von einer Verarmungsschicht gebildet, die in einem Bereich ausgebildet ist, mit dem die Diffusionsschicht 52 vom P-Typ und die Diffusionsschicht 53 vom N-Typ gekoppelt sind.
  • Die N-Wanne 51 wird ausgebildet, indem die Störstellenkonzentration des Sensorsubstrats 41 auf einen n-Typ gesteuert wird, und bildet ein elektrisches Feld, das durch fotoelektrische Umwandlung im SPAD-Element 31 erzeugte Elektronen zum Lawinen-Vervielfältigungsbereich 57 überträgt. Anstelle der N-Wanne 51 kann hier eine P-Wanne ausgebildet werden, indem die Störstellenkonzentration des Sensorsubstrats 41 auf einen p-Typ gesteuert wird.
  • Die Diffusionsschicht 52 vom P-Typ ist eine dicke Diffusionsschicht (P+) vom P-Typ, die nahe der Oberfläche des Sensorsubstrats 41 und auf der Seite der rückseitigen Oberfläche (Seite nach unten in 3) in Bezug auf die Diffusionsschicht 53 vom N-Typ ausgebildet ist und über größtenteils die gesamte Oberfläche des SPAD-Elements 31 ausgebildet ist.
  • Die Diffusionsschicht 53 vom N-Typ ist eine dicke Diffusionsschicht (N+) vom N-Typ, die nahe der Oberfläche des Sensorsubstrats 41 und auf der Seite der vorderen Oberfläche (Seite nach oben in 3) in Bezug auf die Diffusionsschicht 52 vom P-Typ ausgebildet ist und über größtenteils die gesamte Oberfläche des SPAD-Elements 31 ausgebildet ist. Um mit einer Kontaktelektrode 71 zum Bereitstellen einer negativen Vorspannung zur Nutzung beim Ausbilden des Lawinen-Vervielfältigungsbereichs 57 gekoppelt zu werden, ist ferner die Diffusionsschicht 53 vom N-Typ so konfiguriert, dass ihr Teilbereich eine Vorsprungsform aufweist, die so ausgebildet ist, dass sie die Oberfläche des Sensorsubstrats 41 erreicht.
  • Die Lockakkumulierungsschicht 54 ist eine Diffusionsschicht (P) vom P-Typ, die so ausgebildet ist, dass sie die seitlichen Oberflächen und die Bodenfläche der N-Wanne 51 umgibt, und akkumuliert Löcher. Ferner ist die Lochakkumulierungsschicht 54 mit der Anode des SPAD-Elements 31 elektrisch gekoppelt, um eine Einstellung der Vorspannung zu ermöglichen. Diese Konfiguration steigert die Lochkonzentration der Lochakkumulierungsschicht 54 und verstärkt ein Pinning einschließlich der Pinning-Schicht 55, wodurch eine Unterdrückung beispielsweise des Auftretens eines elektrischen Dunkelstroms ermöglicht wird.
  • Die Pinning-Schicht 55 ist eine dicke Diffusionsschicht (P+) vom P-Typ, die auf einer Oberfläche weiter außen als die Lochakkumulierungsschicht 54 (nämlich auf der rückseitigen Oberfläche des Sensorsubstrats 41 und seitlichen Oberflächen in Kontakt mit Isolierfilmen 62) ausgebildet ist und beispielsweise das Auftreten des elektrischen Dunkelstroms wie die Lochakkumulierungsschicht 54 unterdrückt.
  • Die Diffusionsschicht 56 vom P-Typ mit hoher Konzentration ist eine dicke Diffusionsschicht (P++) vom P-Typ, die nahe der Oberfläche des Sensorsubstrats 41 so ausgebildet ist, dass sie den peripheren Rand der N-Wanne 51 umgibt, und wird genutzt, um eine Kontaktelektrode 72 zur Verwendung beim elektrischen Koppeln der Lochakkumulierungsschicht 54 mit der Anode des SPAD-Elements 31 zu koppeln.
  • Der Lawinen-Vervielfältigungsbereich 57 ist ein Bereich mit hohem elektrischem Feld, den eine an die Diffusionsschicht 53 vom N-Typ angelegte große negative Spannung auf einer Grenzfläche zwischen der Diffusionsschicht 52 vom P-Typ und der Diffusionsschicht 53 vom N-Typ ausbildet, und multipliziert bzw. vervielfältigt Elektronen (e-), die durch ein einfallendes Photon in das SPAD-Element erzeugt werden.
  • Der Sensorchip 10 enthält Zwischenpixel-Trennsektionen 63, die jeweils zwischen einander benachbarten SPAD-Elementen 31 ausgebildet sind. Solch eine Zwischenpixel-Trennsektion 63 ist in einer Doppelstruktur aus einem Metallfilm 61 und einem Isolierfilm 62 ausgebildet. Die Zwischenpixel-Trennsektion 63 ist so ausgebildet, dass sie beispielsweise von der rückseitigen Oberfläche zur vorderseitigen Oberfläche des Sensorsubstrats 41 hindurchgeht. Das SPAD-Element 31 ist durch die Zwischenschicht-Trennsektionen 63 von benachbarten SPAD-Elementen 31 elektrisch und optisch getrennt.
  • Der Metallfilm 61 ist ein Film, der ein Metall enthält, das Licht reflektiert (zum Beispiel Wolfram oder dergleichen).
  • Der Isolierfilm 62 ist ein Film, der eine Isolierung aufweist und SiO2 oder dergleichen enthält.
  • Die Zwischenpixel-Trennsektion 63 wird zum Beispiel ausgebildet, indem sie in einem Zustand, in dem die Oberfläche des Metallfilms 61 vom Isolierfilm 62 abdeckt ist, in das Sensorsubstrat 41 eingebettet wird.
  • In der sensorseitigen Verdrahtungsschicht 42 sind Kontaktelektroden 71 bis 73, Metallverdrahtungen 74 bis 76, Kontaktelektroden 77 bis 79 und Metall-Pads 80 bis 82 ausgebildet.
  • Die Kontaktelektrode 71 koppelt die Diffusionsschicht 53 vom N-Typ mit der Metallverdrahtung 74. Die Kontaktelektrode 72 koppelt die Diffusionsschicht 56 vom P-Typ mit hoher Konzentration mit der Metallverdrahtung 75. Die Kontaktelektrode 73 koppelt den Metallfilm 61 mit der Metallverdrahtung 76.
  • Die Metallverdrahtung 74 ist, wie beispielsweise in 3 veranschaulicht ist, breiter als der Lawinen-Vervielfältigungsbereich 57 ausgebildet, um so zumindest den Lawinen-Vervielfältigungsbereich 57 abzudecken. Wie durch weiße Pfeile in 3 angegeben ist, reflektiert die Metallverdrahtung 74 ferner Licht, das durch das SPAD-Element 31 durchgelassen wurde, in Richtung des SPAD-Elements 31.
  • Die Metallverdrahtung 75 ist, wie beispielsweise in 3 veranschaulicht ist, so ausgebildet, dass sie den peripheren Rand der Metallverdrahtung 74 umgibt und mit der Diffusionsschicht 56 vom P-Typ mit hoher Konzentration überlappt. Die Metallverdrahtung 76 ist so ausgebildet, dass sie an beispielsweise jeder der vier Ecken des SPAD-Pixels 21 mit dem Metallfilm 61 gekoppelt ist.
  • Die Kontaktelektrode 77 koppelt die Metallverdrahtung 74 mit dem Metall-Pad 80. Die Kontaktelektrode 78 koppelt die Metallverdrahtung 75 mit dem Metall-Pad 81. Die Kontaktelektrode 79 koppelt die Metallverdrahtung 76 mit dem Metall-Pad 82.
  • Die Metall-Pads 80 bis 82 werden verwendet, um Metall-Pads 101 bis 103, die in der logikseitigen Verdrahtungsschicht 43 ausgebildet sind, mit den jeweiligen Metall-Pads 80 bis 82 selbst über Metalle (Cu) elektrisch und mechanisch zu verbinden, die einzelne Paare von Metall-Pads bilden, die miteinander verbunden werden sollen.
  • In der logikseitigen Verdrahtungsschicht 43 sind Elektroden-Pads 91 bis 93, eine Isolierschicht 94, Kontaktelektroden 95 bis 100 und die Metall-Pads 101 bis 103 ausgebildet.
  • Die Elektroden-Pads 91 bis 93 sind jeweils mit einem entsprechenden, nicht veranschaulichten Logikschaltungssubstrat gekoppelt, und die Isolierschicht 94 isoliert die Elektroden-Pads 91 bis 93 voneinander.
  • Die Kontaktelektroden 95 und 96 koppeln das Elektroden-Pad 91 mit dem Metall-Pad 101, die Kontaktelektroden 97 und 98 koppeln die Elektroden-Pads 92 mit den Metall-Pads 102, und die Kontaktelektroden 99 und 100 koppeln das Elektroden-Pad 93 mit dem Metall-Pad 103.
  • Das Metall-Pad 101 ist mit dem Metall-Pad 80 verbunden, das Metall-Pad 102 ist mit dem Metall-Pad 81 verbunden, und das Metall-Pad 103 ist mit dem Metall-Pad 82 verbunden.
  • Solch eine Verdrahtungsstruktur wie oben beschrieben ermöglicht beispielsweise, dass das Elektroden-Pad 91 über die Kontaktelektroden 95 und 96, das Metall-Pad 101, das Metall-Pad 80, die Kontaktelektrode 77, die Metallverdrahtung 74 und die Kontaktelektrode 71 mit der Diffusionsschicht 53 vom N-Typ gekoppelt ist. Im SPAD-Pixel 21 kann daher eine an die Diffusionsschicht 53 vom N-Typ anzulegende große negative Spannung vom Logikschaltungssubstrat dem Elektroden-Pad 91 bereitgestellt werden.
  • Ferner ist das Elektroden-Pad 92 über die Kontaktelektroden 97 und 98, das Metall-Pad 102, das Metall-Pad 81, die Kontaktelektrode 78, die Metallverdrahtung 75 und die Kontaktelektrode 72 mit der Diffusionsschicht 56 vom P-Typ mit hoher Konzentration gekoppelt. Im SPAD-Pixel 21 ist daher die Anode des SPAD-Elements 31, die mit der Lochakkumulierungsschicht 54 elektrisch gekoppelt werden soll, mit dem Elektroden-Pad 92 gekoppelt, und diese Konfiguration ermöglicht eine Einstellung der Vorspannung für die Lochakkumulierungsschicht 54 über das Elektroden-Pad 92.
  • Die Kopplungskonfiguration ist außerdem auch so ausgestaltet, dass das Elektroden-Pad 93 über die Kontaktelektroden 99 und 100, das Metall-Pad 103, das Metall-Pad 82, die Kontaktelektrode 79, die Metallverdrahtung 76 und die Kontaktelektrode 73 mit dem Metallfilm 61 gekoppelt ist. Im SPAD-Pixel 21 kann daher eine Vorspannung, die vom Logikschaltungssubstrat dem Elektroden-Pad 93 bereitgestellt werden soll, an den Metallfilm 61 angelegt werden.
  • Ferner ist im SPAD-Pixel 21 wie oben beschrieben die Metallverdrahtung 74 breiter als der Lawinen-Vervielfältigungsbereich 57 ausgebildet, sodass sie zumindest den Lawinen-Vervielfältigungsbereich 57 abdeckt, und der Metallfilm 61 ist so ausgebildet, dass er das Sensorsubstrat 41 durchdringt. Das heißt, das SPAD-Pixel 21 ist so ausgebildet, um eine Reflexionsstruktur einzurichten, in der alle Strukturen des SPAD-Elements 21 bis auf die Lichteinfallsoberfläche von der Metallverdrahtung 74 und den Metallfilmen 61 umschlossen ist. Diese Konfiguration ermöglicht, dass das SPAD-Pixel 21 durch den Effekt der Lichtreflexion durch die Metallverdrahtung 74 und die Metallfilme 61 das Auftreten von optischem Nebensprechen verhindert und die Empfindlichkeit des SPAD-Elements 31 erhöht.
  • Das SPAD-Pixel 21 ermöglicht ferner die Einstellung der Vorspannung durch die Kopplungsstruktur, worin die Seitenflächen und die Bodenfläche der N-Wanne 51 von der Lochakkumulierungsschicht 54 umgeben sind und die Lochakkumulierungsschicht 54 mit der Anode des SPAD-Elements 31 elektrisch gekoppelt ist. Außerdem kann das SPAD-Pixel 21 ein elektrisches Feld ausbilden, das Träger zum Lawinen-Vervielfältigungsbereich 57 unterstützt, indem eine Vorspannung an die Metallfilme 61 der Zwischenpixel-Trennsektion 63 angelegt wird.
  • (Konfiguration eines Dummy-Pixels)
  • Ein Konfigurationsbeispiel des SPAD-Pixels 22, das das im Sensorchip 10 ausgebildete Dummy-Pixel ist, wird unter Verwendung der 2(C) und 4 beschrieben. 4 ist eine Querschnittsansicht des SPAD-Pixels 22, die ein Konfigurationsbeispiel des SPAD-Pixels 22 veranschaulicht.
  • Wie in 4 veranschaulicht ist, weist der Dummy-Pixelbereich DA genau wie der Referenz-Pixelbereich RA eine laminierte Schichtstruktur auf, in der das Sensorsubstrat 41, die sensorseitige Verdrahtungsschicht 42 und die logikseitige Verdrahtungsschicht 43 laminiert sind.
  • Das SPAD-Pixel 22 enthält genau wie das SPAD-Pixel 21 das SPAD-Element 31, den Löschwiderstand 32 und den Inverter 33.
  • Ferner sind in der sensorseitigen Verdrahtungsschicht 42 die Kontaktelektroden 72 und 73, die Metallverdrahtungen 74 bis 76, die Kontaktelektroden 77 bis 79 und die Metall-Pads 80 bis 82 ausgebildet.
  • Außerdem sind in der logikseitigen Verdrahtungsschicht 43 die Elektroden-Pads 91 bis 93, die Isolierschicht 94, die Kontaktelektroden 95 bis 100 und die Metall-Pads 101 bis 103 ausgebildet.
  • Wie in 2(C) veranschaulicht ist, unterscheidet sich das SPAD-Pixel 22 vom SPAD-Pixel 21 insofern, als die Kathode des SPAD-Elements 31 nicht mit dem Source-Anschluss des Löschwiderstands 32 gekoppelt ist und in einem schwebenden Zustand ist.
  • Wie in 4 veranschaulicht ist, unterscheidet sich das SPAD-Pixel 22 vom SPAD-Pixel 21 insofern, als, um das elektrische Potential der Kathode des SPAD-Elements 31 in einen schwebenden Zustand zu versetzen, die Kontaktelektrode 71 nicht vorgesehen ist und das SPAD-Element 31 nicht mit der Metallverdrahtung 74 elektrisch gekoppelt ist. Die übrigen Konfigurationen sind ähnlich jenen des SPAD-Pixels 21.
  • Das SPAD-Element, das die Lawinen-Fotodiode ist, wird seit kurzem als Bildsensor verwendet, und es wird verlangt, dass dessen Eigenschaften besser als die einer herkömmlichen ist. Die Größe der Lawinen-Fotodiode ist größer als jene einer allgemeinen Fotodiode. Aus diesem Grund ist, wenn die Lawinen-Fotodiode, die das SPAD-Pixel ist, gebildet wird, die Gebrauchsmenge eines Resistmaterials groß und wird somit die Form einer Maske, die mit dem Resistmaterial ausgebildet ist, wahrscheinlich verzerrt. Die Verwendung der Konfiguration des Sensorchips gemäß der vorliegenden Offenbarung, um die SPAD-Pixel, die in einem nahe dem peripheren Rand der Pixel-Arraysektion gelegenen Bereich ausgebildet sind, in dem eine Anomalie der Ausbildung sehr wahrscheinlich auftritt, zu ineffektiven Pixeln zu machen, steigert somit den Effekt der Verbesserung der Charakteristiken des Sensorchips 10 weiter.
  • <Effekte der ersten Ausführungsform>
  • Der Sensorchip 10 gemäß der ersten Ausführungsform, der in der Art und Weise wie oben beschrieben konfiguriert ist, bringt die folgenden Effekte mit sich.
  • (1) Der Sensorchip 10 ist dafür konfiguriert, zu bewirken, dass die SPAD-Pixel 22, für die die Form kollabiert und die Anordnungsperiodizität kollabiert, die Empfangslichtsignale (APD OUT) eher nicht abgeben. Somit kann der Sensorchip 10 veranlassen, dass nur Empfangslichtsignale von den sehr stabilen SPAD-Pixeln 21 abgegeben werden. Diese Konfiguration macht es möglich, Abstände zu einem Objekt auf der Basis von allein den Empfangslichtsignalen von den sehr stabilen SPAD-Pixeln 21 zu berechnen und dadurch ein sehr genaues Abstandsbild zu erhalten.
  • (2) Der Sensorchip 10 ist dafür konfiguriert, eine Unterdrückung des Auftritts großer elektrischer Ströme in den SPAD-Pixeln 22 zu ermöglichen. Diese Konfiguration ermöglicht eine Unterdrückung der Zunahme des Stromverbrauchs des gesamten Sensorchips 10 aufgrund der Flüsse der großen elektrischen Ströme in den SPAD-Pixeln 22.
  • (3) Der Sensorchip 10 ist dafür konfiguriert, eine Unterdrückung des Auftretens großer elektrischer Ströme in den SPAD-Pixeln 22 zu ermöglichen. Diese Konfiguration ermöglicht eine Unterdrückung der Verschlechterung der Messgenauigkeit aufgrund der Abnahmen elektrischer Potentiale der Anoden der SPAD-Pixel 21, die durch die Flüsse der großen elektrischen Ströme in den SPAD-Pixeln 22 hervorgerufen werden.
  • (4) Der Sensorchip 10 ist dafür konfiguriert, eine Unterdrückung des Auftretens großer elektrischer Ströme in den SPAD-Pixeln 22 zu ermöglichen. Diese Konfiguration unterdrückt das Auftreten von Nebensprechen zwischen den SPAD-Pixeln 21 des Referenz-Pixelbereichs RA aufgrund des Auftretens der großen elektrischen Ströme in den SPAD-Pixeln 22 und steigert somit die Empfindlichkeiten der SPAD-Elemente 31 der SPAD-Pixel 21.
  • 2. Zweite Ausführungsform
  • Ein Sensorchip gemäß der zweiten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 2 bis 4 und unter Verwendung 5 beschrieben. Ein Sensorchip 10A gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich vom Sensorchip 10 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Sensorchip 10A als die Dummy-Pixel anstelle der SPAD-Pixel 22 SPAD-Pixel 22A enthält.
  • Einzelne Teile mit Ausnahme von Teilen, die sich auf diesen Unterschied beziehen, in solch einem SPAD-Pixel 22B sind in einer Weise ähnlich jener wie beim SPAD-Pixel 22 des Sensorchips 10 gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet.
  • (Schaltungskonfiguration eines Dummy-Pixels)
  • Im Folgenden werden Unterschiede zwischen dem SPAD-Pixel 22B und dem SPAD-Pixel 21 beschrieben.
  • Die Anode des SPAD-Elements 31 des SPAD-Pixels 22, das das Dummy-Pixel ist, ist nicht mit der Sektion 12 zur Anlegung einer Vorspannung gekoppelt und ist in einem schwebenden Zustand. Ferner ist die Kathode des SPAD-Elements 31 nicht mit dem Source-Anschluss des Löschwiderstands 32 gekoppelt und ist in einem schwebenden Zustand. Das heißt, das elektrische Potential der Kathode und das elektrische Potential der Anode des SPAD-Elements 31 von jedem der SPAD-Pixel 22B, die im Dummy-Pixelbereich DA ausgebildet sind, der im Pixelbereich A1 enthalten und nahe dem peripheren Rand des Pixelbereichs A1 gelegen ist, sind jeweils in einem schwebenden Zustand. Folglich wird das SPAD-Element 31 an seiner Kathode nicht mit der großen negativen Spannung versorgt und ist in einem im Wesentlichen nicht-funktionalen Zustand.
  • (Konfiguration eines Dummy-Pixels)
  • Ein Konfigurationsbeispiel des SPAD-Pixels 22A, das das Dummy-Pixel des Sensorchips 10A ist, wird unter Verwendung von 5 beschrieben. 4 ist eine Querschnittsansicht des SPAD-Pixels 22A, die ein Konfigurationsbeispiel des SPAD-Pixels 22A veranschaulicht.
  • Das SPAD-Pixel 22A enthält genau wie die SPAD-Pixel 21 und 22 das SPAD-Element 31, den Löschwiderstand 32 und den Inverter 33.
  • Ferner sind in der sensorseitigen Verdrahtungsschicht 42 die Kontaktelektrode 73, die Metallverdrahtungen 74 bis 76, die Kontaktelektroden 77 bis 79 und die Metall-Pads 80 bis 82 ausgebildet.
  • Die Konfiguration der logikseitigen Verdrahtungsschicht 43 ist ähnlich jener des SPAD-Pixels 22.
  • Wie in 5 veranschaulicht ist, ist im SPAD-Pixel 22A, um das elektrische Potential der Kathode des SPAD-Elements 31 in einen schwebenden Zustand zu versetzen, keine Kontaktelektrode zum Koppeln des SPAD-Elements 31 mit der Metallverdrahtung 74 vorgesehen. Ferner ist im SPAD-Pixel 22A, um das elektrische Potential der Anode des SPAD-Elements 31 in einen schwebenden Zustand zu versetzen, keine Kontaktelektrode zum Koppeln des SPAD-Elements 31 mit der Metallverdrahtung 75 vorgesehen.
  • <Effekte der zweiten Ausführungsform>
  • Der Sensorchip 10A gemäß der zweiten Ausführungsform, der auf solch eine Weise wie oben beschrieben konfiguriert ist, bringt Effekte ähnlich (1) bis (4) in der ersten Ausführungsform mit sich.
  • (Modifikationsbeispiel)
  • Um die SPAD-Pixel, die im Dummy-Pixelbereich DA ausgebildet wurden, zu Dummy-Pixeln zu machen, reicht es im Sensorchip einfach aus, zu veranlassen, dass das elektrische Potential der Kathode und/oder das elektrische Potential der Anode in einem schwebenden Zustand ist.
  • In der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform wurden der Sensorchip 10, in dem das elektrische Potential der Kathode von jedem der SPAD-Pixel 22, die im Dummy-Pixelbereich DA ausgebildet sind, in einen schwebenden Zustand versetzt ist, bzw. der Sensorchip 10A, in dem das elektrische Potential der Kathode und das elektrische Potential der Anode jeweils in einen schwebenden Zustand versetzt sind, beschrieben; aber die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die obigen Konfigurationen beschränkt.
  • Das heißt, für SPAD-Pixel eines Sensorchips kann eine Konfiguration verwendet werden, in der das elektrische Potential der Kathode von jedem der SPAD-Elemente 31 in einen schwebenden Zustand versetzt ist. In diesem Fall hat solch ein SPAD-Pixel eine Konfiguration, bei der in dem in 2 veranschaulichten SPAD-Pixel 21 die Kontaktelektrode 71 vorgesehen und die Kontaktelektrode 72 nicht vorgesehen ist.
  • 3. Dritte Ausführungsform
  • Bezugnehmend auf 2 bis 4 und unter Verwendung der 6 und 7 wird ein Sensorchip gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben. Ein Sensorchip 10B gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich vom Sensorchip 10 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Sensorchip 10B als die Dummy-Pixel anstelle der SPAD-Pixel 22 SPAD-Pixel 22B enthält. Ferner sind die SPAD-Pixel 21, die die Referenz-Pixel sind, auf eine Weise ähnlich jener für die SPAD-Pixel 21 des Sensorchips 10 gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet.
  • (Schaltungskonfiguration eines Dummy-Pixels)
  • Im Folgenden werden Unterschiede zwischen dem SPAD-Pixel 22B und dem SPAD-Pixel 21 beschrieben.
  • Wie in 6 veranschaulicht ist, ist die Anode des SPAD-Elements 31 des SPAD-Pixels 22B, das das Dummy-Pixel ist, mit der Sektion 12 zur Anlegung einer Vorspannung gekoppelt, ist aber die Kathode des SPAD-Elements 31 nicht mit dem Source-Anschluss des Löschwiderstands 32 gekoppelt. Ferner sind die Kathode und die Anode des SPAD-Elements 31 kurzgeschlossen. Das heißt, das elektrische Potential der Kathode und das elektrische Potential der Anode von jedem der SPAD-Elemente 31, die im Dummy-Pixelbereich DA ausgebildet sind, der nahe dem peripheren Rand des Pixelbereichs A1 gelegen sind, sind auf das gleiche elektrische Potential gesetzt. Das SPAD-Element 31 wird somit an seiner Kathode nicht mit der großen negativen Spannung versorgt und ist in einem im Wesentlichen nicht-funktionalen Zustand.
  • Einzelne Teile mit Ausnahme der obigen Teile in dem SPAD-Pixel 22B sind in einer Weise ähnlich wie jene für das SPAD-Pixel 22 des Sensorchips 10 gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet.
  • (Konfiguration eines Dummy-Pixels)
  • Ein Konfigurationsbeispiel des SPAD-Pixels 22B, das das Dummy-Pixel des Sensorchips 10B ist, wird unter Verwendung von 7 beschrieben. 7 ist eine Querschnittsansicht des SPAD-Pixels 22B, die ein Konfigurationsbeispiel des SPAD-Pixels 22B veranschaulicht.
  • Das SPAD-Pixel 22B enthält genau wie die SPAD-Pixel 21 und 22 das SPAD-Element 31, den Löschwiderstand 32 und den Inverter 33.
  • Ferner sind in der sensorseitigen Verdrahtungsschicht 42 die Kontaktelektroden 71 bis 73, eine Metallverdrahtung 74B, die Metallverdrahtungen 76, die Kontaktelektroden 78 und 79 und die Metall-Pads 80 bis 82 ausgebildet.
  • Die Konfiguration der logikseitigen Verdrahtungsschicht 43 ist ähnlich jener des SPAD-Pixels 22.
  • Wie in 7 veranschaulicht ist, sind im SPAD-Pixel 22B, um das elektrische Potential der Kathode und das elektrische Potential der Anode des SPAD-Elements auf das gleiche elektrische Potential zu setzen, die Kontaktelektroden 71 und 72 mit einer Metallverdrahtung 74B gekoppelt. Mit dieser Konfiguration sind die Anode und die Kathode des SPAD-Elements 31 kurzgeschlossen. Ferner ist im SPAD-Pixel 22B keine Kontaktelektrode zum Koppeln der Metallverdrahtung 74B mit dem Metall-Pad 80 vorgesehen, und dadurch ist das SPAD-Element 31 nicht mit dem Löschwiderstand 32 und dem Inverter 33 elektrisch gekoppelt.
  • <Effekte der dritten Ausführungsform>
  • Der Sensorchip 10B gemäß der dritten Ausführungsform, der auf solch eine Weise wie oben beschrieben konfiguriert ist, bringt Effekte ähnlich (1) bis (4) in der ersten Ausführungsform mit sich.
  • 4. Vierte Ausführungsform
  • Ein Sensorchip gemäß der vierten Ausführungsform wird mit Verweis auf 2 bis 4 und unter Verwendung der 8 (A) bis 8(C) beschrieben.
  • Ein Sensorchip 10C gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich vom Sensorchip 10 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Sensorchip 10C als die Referenz-Pixel anstelle der SPAD-Pixel 21 SPAD-Pixel 21C enthält und als die Dummy-Pixel anstelle der SPAD-Pixel 22 SPAD-Pixel 22C enthält.
  • (Schaltungskonfiguration eines Dummy-Pixels)
  • Im Folgenden wird ein Unterschied zwischen der Gesamtkonfiguration der SPAD-Pixel 21C und der SPAD-Pixel 22C und der Gesamtkonfiguration der SPAD-Pixel 21 und der SPAD-Pixel 22 beschrieben.
  • Die einzelnen Konfigurationen des SPAD-Pixels 21C und des SPAD-Pixels 22C sind ähnlich jenen des SPAD-Pixels 21 und des SPAD-Pixels 22. Ferner sind, wie in 8(B) veranschaulicht ist, die Verdrahtungen für das SPAD-Element 31, den Löschwiderstand 32 und den Inverter 33 in dem SPAD-Pixel 22C ähnlich jenen im SPAD-Pixel 22.
  • Wie in 8(A) veranschaulicht ist, sind die Anoden von SPAD-Pixeln 21C, die in jeder Zeile angeordnet sind, unter der Vielzahl von SPAD-Pixeln 21C, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind, durch eine entsprechende gemeinsame Verdrahtung miteinander gekoppelt und sind die Anoden von SPAD-Pixeln 22C, die in jeder Zeile angeordnet sind, unter der Vielzahl von SPAD-Pixeln 22C, die in den Zeilen und Spalten angeordnet sind, durch eine entsprechende gemeinsame Verdrahtung miteinander gekoppelt. Das heißt, der Sensorchip 10C unterscheidet sich vom Sensorchip 10 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Anoden der Vielzahl von SPAD-Pixeln 21C und die Anoden der Vielzahl von SPAD-Pixeln 22C voneinander getrennt sind.
  • <Effekte der vierten Ausführungsform>
  • Der Sensorchip 10C gemäß der vierten Ausführungsform, der auf solch eine Weise wie oben beschrieben konfiguriert wist, bringt zusätzlich zu (1) bis (4) in der ersten Ausführungsform den folgenden Effekt mit sich.
  • (5) Im Sensorchip 10C sind die Anoden der SPAD-Pixel 21C und die Anoden der SPAD-Pixel 22C voneinander getrennt. Aus diesem Grund beeinflussen selbst in einem Fall, in dem große elektrische Ströme in den SPAD-Pixeln 22C des Dummy-Pixelbereichs DA fließen, die großen elektrischen Ströme die SPAD-Pixel 22C des Referenz-Pixelbereichs nicht. Diese Konfiguration ermöglicht daher, den Abnahmen der elektrischen Potentiale der Anoden der SPAD-Pixel 21C zu verhindern und somit die Verschlechterung der Messgenauigkeit und dergleichen des Sensorchips 10C zu verhindern.
  • 5. Fünfte Ausführungsform
  • Ein Sensorchip gemäß der fünften Ausführungsform wird mit Verweis auf 2 bis 4 und unter Verwendung der 9 und 10 beschrieben. Ein Sensorchip 10D gemäß der fünften Ausführungsform unterscheidet sich vom Sensorchip 10 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Sensorchip 10D ein SPAD-Pixel 22D enthält, in dem die Anode und die Kathode des SPAD-Elements 31 in der logikseitigen Verdrahtungsschicht 43 kurzgeschlossen sind. Ferner ist das SPAD-Pixel 21, das das Referenz-Pixel ist, in einer Weise ähnlich wie jene für das SPAD-Pixel 21 des Sensorchips 10 gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet.
  • (Schaltungskonfiguration eines Dummy-Pixels)
  • Im Folgenden werden Unterschiede zwischen dem SPAD-Pixel 22D und dem SPAD-Pixel 21 beschrieben.
  • Wie in 9 veranschaulicht ist, ist die Anode des SPAD-Elements 31 des SPAD-Pixels 22D, das das Dummy-Pixel ist, mit der Sektion 12 zur Anlegung einer Vorspannung gekoppelt. Ferner ist die Kathode des SPAD-Elements 31 mit dem Source-Anschluss des Löschwiderstands 32 gekoppelt, ist aber nicht mit dem Inverter 33 gekoppelt. Außerdem sind die Kathode und die Anode des SPAD-Elements 31 in der logikseitigen Verdrahtungsschicht 43 kurzgeschlossen. Das heißt, das elektrische Potential der Kathode und das elektrische Potential der Anode von jedem der SPAD-Elemente, die im Dummy-Pixelbereich DA ausgebildet sind, der im Pixelbereich A1 enthalten und nahe dem peripheren Rand des Pixelbereichs A1 gelegen ist, sind auf das gleiche elektrische Potential gesetzt. Somit wird das SPAD-Element 31 an seiner Kathode nicht mit der großen negativen Spannung versorgt und ist in einem im Wesentlichen nicht-funktionalen Zustand.
  • (Konfiguration eines Dummy-Pixels)
  • Unter Verwendung von 10 wird ein Konfigurationsbeispiel des SPAD-Pixels 22D beschrieben, das das Dummy-Pixel des Sensorchips 10D ist. 10 ist eine Querschnittsansicht des SPAD-Pixels 22D, die ein Konfigurationsbeispiel des SPAD-Pixels 22D veranschaulicht.
  • Das SPAD-Pixel 22D enthält genau wie die SPAD-Pixel 21 und 22 das SPAD-Element 31, den Löschwiderstand 32 und den Inverter 33.
  • Die Konfiguration der sensorseitigen Verdrahtungsschicht 42 ist ähnlich jener des SPAD-Pixels 22 der ersten Ausführungsform.
  • In der logikseitigen Verdrahtungsschicht 43 sind ein Elektroden-Pad 91D, das Elektroden-Pad 93, die Isolierschicht 94, die Kontaktelektroden 95 bis 100 und die Metall-Pads 101 bis 103 ausgebildet.
  • Wie in 10 veranschaulicht ist, sind in dem SPAD-Pixel 22D, um das elektrische Potential der Kathode und das elektrische Potential der Anode des SPAD-Elements 31 auf das gleiche elektrische Potential zu setzen, die Kontaktelektroden 95 bis 98 mit einem Elektroden-Pad 91D gekoppelt. Bei dieser Konfiguration sind die Kathode und die Anode des SPAD-Elements 31 in der logikseitigen Verdrahtungsschicht 43 kurzgeschlossen. Ferner sind in der logikseitigen Verdrahtungsschicht 43 Verdrahtungen für das SPAD-Pixel 22D so ausgebildet, dass das SPAD-Element 31 und der Löschwiderstand 32 nicht mit dem Inverter 33 gekoppelt sind.
  • <Effekte der fünften Ausführungsform>
  • Der Sensorchip 10D gemäß der fünften Ausführungsform, der auf solch eine Weise wie oben beschrieben konfiguriert ist, bringt Effekte ähnlich (1) bis (4) in der ersten Ausführungsform mit sich.
  • 6. Sechste Ausführungsform
  • Ein Sensorchip gemäß der sechsten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 2 bis 4 und unter Verwendung der 11 und 12 beschrieben. Ein Sensorchip 10E gemäß der sechsten Ausführungsform unterscheidet sich vom Sensorchip 10 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Sensorchip 10E als die Dummy-Pixel anstelle der SPAD-Pixel 22 SPAD-Pixel 22E enthält. Ferner sind die SPAD-Pixel 21, die die Referenz-Pixel sind, auf eine Weise ähnlich wie jene für die SPAD-Pixel 21 des Sensorchips 10 gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet.
  • (Schaltungskonfiguration eines Dummy-Pixels)
  • Im Folgenden werden Unterschiede zwischen solch einem SPAD-Pixel 22E und dem SPAD-Pixel 21 beschrieben.
  • Wie in 11 veranschaulicht ist, unterscheidet sich das SPAD-Pixel 22E, das das Dummy-Pixel ist, vom SPAD-Pixel 21 dadurch, dass das SPAD-Pixel 22E das SPAD-Element 31 enthält, aber den Löschwiderstand 32 und den Inverter 33 nicht enthält.
  • Ferner sind in der sensorseitigen Verdrahtungsschicht 42 die Kontaktelektroden 71 bis 73, die Metallverdrahtungen 74B und 76, die Kontaktelektroden 78 und 79 und die Metall-Pads 80 bis 82 ausgebildet.
  • Die Konfiguration der logikseitigen Verdrahtungsschicht 43 ist ähnlich jener des SPAD-Pixels 22.
  • Die Anode des SPAD-Elements 31 ist in einem Zustand, in dem sie mit der Sektion 12 zur Anlegung einer Vorspannung gekoppelt ist, und dessen Kathode ist in einem Zustand, in dem sie nicht mit dem Source-Anschluss des Löschwiderstands 32 gekoppelt ist, sondern mit der Anode gekoppelt ist. Das heißt, das elektrische Potential der Kathode und das elektrische Potential der Anode von jedem der SPAD-Elemente 31, die im Dummy-Pixelbereich DA ausgebildet sind, der im Pixelbereich A1 enthalten und nahe dem peripheren Rand des Pixelbereichs A1 gelegen ist, sind auf das gleiche elektrische Potential gesetzt. Das SPAD-Element 31 wird somit an seiner Kathode nicht mit der großen negativen Spannung versorgt und ist in einem im Wesentlichen nicht-funktionalen Zustand.
  • Ferner sind in der logikseitigen Verdrahtungsschicht 43, obgleich der Inverter 33 nicht vorgesehen ist, das elektrische Potential der Anode und das elektrische Potential der Kathode des SPAD-Elements 31 durch Kurzschließen der Anode und der Kathode des SPAD-Elements 31 auf das gleiche elektrische Potential gesetzt. Diese Konfiguration bewirkt, dass durch keines der SPAD-Pixel 22E ein elektrischer Strom fließt, und verhindert dadurch die Verschlechterung der Charakteristiken des Sensorchips 10E mit größerer Sicherheit.
  • Die Anode und die Kathode des SPAD-Elements 31 können hier jeweils in einen schwebenden Zustand versetzt werden.
  • (Konfiguration eines Dummy-Pixels)
  • Unter Verwendung von 12 wird ein Konfigurationsbeispiel des SPAD-Pixels 22E beschrieben, das das Dummy-Pixel des Sensorchips 10E ist. 12 ist eine Querschnittsansicht des SPAD-Pixels 22E, die ein Konfigurationsbeispiel des SPAD-Pixels 22E veranschaulicht.
  • In dem SPAD-Pixel 22E ist wie oben beschrieben das SPAD-Element 31 im Sensorsubstrat 41 ausgebildet.
  • Ferner sind in der sensorseitigen Verdrahtungsschicht 42 die Kontaktelektroden 71 bis 73, die Metallverdrahtungen 74E und 76, die Kontaktelektroden 78 und 79 und die Metall-Pads 80 bis 82 ausgebildet.
  • In der logikseitigen Verdrahtungsschicht 43 sind die Elektroden-Pads 92 und 93, die Isolierschicht 94, die Kontaktelektroden 97 bis 100 und die Metall-Pads 100 und 103 ausgebildet.
  • Wie in 12 veranschaulicht ist, sind im SPAD-Pixel 22E, um das elektrische Potential der Kathode und das elektrische Potential der Anode des SPAD-Elements 31 auf das gleiche elektrische Potential zu setzen, die Kontaktelektroden 71 und 72 mit einer Metallverdrahtung 74E gekoppelt. Ferner ist im SPAD-Pixel 22E keine Verdrahtung vorgesehen, die in der logikseitigen Verdrahtungsschicht 43 enthalten und mit der Kathode des SPAD-Elements 31 elektrisch gekoppelt ist.
  • <Effekte der sechsten Ausführungsform>
  • Der Sensorchip 10E gemäß der sechsten Ausführungsform, der auf solch eine Weise wie oben beschrieben konfiguriert ist, bringt Effekte ähnlich (1) bis (4) in der ersten Ausführungsform mit sich.
  • 7. Konfigurationsbeispiel einer elektronischen Vorrichtung
  • 13 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Abstandsbildsensors veranschaulicht, der eine den Sensorchip 10 nutzende elektronische Vorrichtung ist.
  • Wie in 13 veranschaulicht ist, enthält ein Abstandsbildsensor 201 ein optisches System 202, den Sensorchip 10, eine Bildverarbeitungsschaltung 203, einen Monitor 204 und einen Speicher 205. Der Abstandsbildsensor 201 ist imstande, ein Abstandsbild entsprechend Abständen zu einem Objekt zu erfassen, indem Licht (moduliertes Licht oder Impulslicht) empfangen wird, das aus der Reflexion von Licht, das von einer Lichtquellenvorrichtung 211 in Richtung des Objekts emittiert wurde, an der Oberfläche des Objekts resultiert.
  • Das optische System 202 enthält eine oder mehr Linsen und führt ein Abbildungslicht (einfallendes Licht) von jedem Teil des Objekts zum Sensorchip 10, um ein Bild auf einer lichtempfangenden Oberfläche (einer Sensorsektion) des Sensorchips 10 entstehen zu lassen.
  • Als der Sensorchip 10 wird einer der Sensorchips 10 gemäß den oben beschriebenen einzelnen Ausführungsformen verwendet, und Abstandssignale, die aus den vom Sensorchip 10 abgegebenen Empfangslichtsignalen (ADP OUT) gewonnene Abstände angeben, werden der Bildverarbeitungsschaltung 203 bereitgestellt.
  • Die Bildverarbeitungsschaltung 203 führt eine Bildverarbeitung durch, um ein Abstandsbild auf der Basis der Abstandssignale aufzubauen, die vom Sensorchip 10 bereitgestellt werden, und das Abstandsbild (Bilddaten), das durch die Bildverarbeitung gewonnen wurde, wird dem Monitor 204 bereitgestellt und auf ihm angezeigt oder wird dem Speicher 205 bereitgestellt und in ihm gespeichert (aufgezeichnet).
  • In dem wie oben beschrieben konfigurierten Abstandsbildsensor 201 ermöglicht ein Verwenden eines der oben beschriebenen Sensorchips 10, Abstände zu einem Objekt auf der Basis von allein den Empfangslichtsignalen von den hochstabilen SPAD-Pixeln 21 zu berechnen, und dies ermöglicht die Erzeugung eines sehr genauen Abstandsbildes. Das heißt, der Abstandsbildsensor 201 ist imstande, ein exakteres Abstandsbild zu erfassen.
  • 8. Nutzungsbeispiele eines Bildsensors
  • Der oben beschriebene Bildsensor kann wie unten beschrieben in verschiedenen Fällen verwendet werden, in denen beispielsweise sichtbares Licht, Infrarotlicht, Ultraviolettlicht, Röntgenlicht und dergleichen erfasst werden.
    • - Vorrichtungen zum Abbilden von Bildern, die zur Betrachtung genutzt werden, wie etwa eine Digitalkamera und eine mobile Vorrichtung mit einer Kamerafunktion
    • - Vorrichtungen, die im Verkehr genutzt werden, wie etwa ein Sensor im Fahrzeug für sicheres Fahren wie etwa einen automatischen Stopp und eine Erkennung eines Zustands des Fahrers, ein Abbilden des vorderen Bereichs, des hinteren Bereichs, der seitlichen Umgebung, des Innenraums und dergleichen eines Automobils, eine Überwachungskamera zum Überwachen von fahrenden Fahrzeugen und Straßen, einen Abstandsmesssensor zum Messen von Abständen zwischen Fahrzeugen und dergleichen
    • - Vorrichtungen, die in Haushaltsgeräten genutzt werden, wie etwa ein Fernsehgerät, ein Kühlschrank und eine Klimaanlage, zum Abbilden von Gesten eines Nutzers und Veranlassen von Operationen am Gerät entsprechend den ausgeführten Gesten
    • - Vorrichtungen, die für eine medizinische Behandlung und das Gesundheitswesen verwendet werden, wie etwa ein Endoskop und eine Vorrichtung zum Durchführen einer Angiografie mittels Empfang von Infrarotlicht
    • - Vorrichtungen, die für den Sicherheitsbereich genutzt werden, wie etwa eine Überwachungskamera für eine Anwendung zur Verbrechensvorbeugung und eine Kamera zur Anwendung einer Authentifizierung von Personen
    • - Vorrichtungen, die im Kosmetikbereich verwendet werden, wie etwa ein Gerät zur Hautmessung, um die Haut abzubilden, und ein Mikroskop, um eine Kopfhaut abzubilden
    • - Vorrichtungen, die im Sport genutzt werden, wie etwa eine Action-Kamera und eine tragbare Kamera, die für Sportanwendungen gedacht sind und dergleichen
    • - Vorrichtungen, die für die Landwirtschaft genutzt werden, wie etwa eine Kamera zum Überwachen von Zuständen von Feldern und Feldfrüchten.
  • Es sollte besonders erwähnt werden, dass die vorliegende Technologie die folgenden Konfigurationen aufweisen kann.
    • (1) Einen Sensorchip, aufweisend:
      • eine Pixel-Arraysektion, die einen Pixelbereich enthält, in dem eine Vielzahl von Pixeln in Zeilen und Spalten angeordnet ist;
      • ein Lawinen-Fotodiodenelement, das einen Träger durch einen Bereich mit hohem elektrischem Feld verstärkt, der für das jeweilige der Pixel vorgesehen ist;
      • eine Zwischenpixel-Trennsektion, die das jeweilige der Pixel von einem anderen Pixel, das dem jeweiligen der Pixel benachbart ist, in einem Halbleitersubstrat isoliert und trennt, worin das Lawinen-Fotodiodenelement ausgebildet ist; und
      • eine Verdrahtung, die in einer Verdrahtungsschicht angeordnet ist, die auf einer einer lichtempfangenden Oberfläche des Halbleitersubstrats entgegengesetzten Oberfläche auf solch eine Weise laminiert ist, dass sie zumindest den Bereich mit hohem elektrischem Feld abdeckt,
      • worin die Pixel-Arraysektion einen Dummy-Pixelbereich enthält, der nahe einem peripheren Rand des Pixelbereichs gelegen ist, und
      • ein elektrisches Potential einer Kathode und ein elektrisches Potential einer Anode des Lawinen-Fotodiodenelements, das in dem Dummy-Pixelbereich angeordnet ist, ein gleiches elektrisches Potential sind oder zumindest eines des elektrischen Potentials der Kathode und des elektrischen Potentials der Anode in einem schwebenden Zustand ist.
    • (2) Der Sensorchip gemäß (1), worin eine Kathode und eine Anode des Lawinen-Fotodiodenelements, das im Dummy-Pixelbereich angeordnet ist, kurzgeschlossen sind.
    • (3) Der Sensorchip gemäß (1) oder (2), ferner aufweisend:
      • ein Sensorsubstrat, in dem das Lawinen-Fotodiodenelement ausgebildet ist;
      • ein Logikschaltungssubstrat, in dem der Löschwiderstand und der Inverter ausgebildet sind; und
      • eine Verdrahtungsschicht, die eine sensorseitige Verdrahtungsschicht, die dem Sensorsubstrat gegenüberliegend angeordnet ist, und eine logikseitige Verdrahtungsschicht umfasst, die dem Logikschaltungssubstrat gegenüberliegend angeordnet ist, und die das Sensorsubstrat und das Logikschaltungssubstrat miteinander elektrisch koppelt,
      • worin die Kathode und die Anode des Lawinen-Fotodiodenelements, das im Dummy-Pixelbereich angeordnet ist, in der logikseitigen Verdrahtungsschicht kurzgeschlossen sind.
    • (4) Der Sensorchip gemäß einem von (1) bis (3),
      • worin die Pixel-Arraysektion einen bei einer Mitte des Pixelbereichs gelegenen Referenz-Pixelbereich enthält,
      • Anoden einer Vielzahl der Lawinen-Fotodiodenelemente, die im Referenz-Pixelbereich angeordnet sind, durch eine gemeinsame Verdrahtung miteinander gekoppelt sind,
      • Anoden einer Vielzahl der Lawinen-Fotodiodenelemente, die im Dummy-Pixelbereich angeordnet sind, durch eine gemeinsame Verdrahtung miteinander gekoppelt sind und
      • die Anoden der Vielzahl von Lawinen-Fotodiodenelementen, die im Referenz-Pixelbereich angeordnet sind, und die Anoden der Vielzahl von Lawinen-Fotodiodenelementen, die im Dummy-Pixelbereich angeordnet sind, voneinander getrennt sind.
    • (5) Der Sensorchip gemäß einem von (1) bis (4),
      • worin jedes der im Referenz-Pixelbereich angeordneten Pixel
        • das Lawinen-Fotodiodenelement,
        • einen Löschwiderstand, der mit dem Lawinen-Fotodiodenelement in Reihe gekoppelt ist, und
        • einen Inverter enthält, der ein Empfangslichtsignal auf der Basis von Elektronen, die im Lawinen-Fotodiodenelement vervielfältigt wurden, abgibt, und
      • jedes der Pixel, die im Referenz-Pixelbereich angeordnet sind, das Lawinen-Fotodiodenelement enthält und den Löschwiderstand, der mit dem Lawinen-Fotodiodenelement in Reihe gekoppelt ist, und den Inverter nicht enthält, der das Empfangslichtsignal auf Basis der Elektronen abgibt, die im Lawinen-Fotodiodenelement vervielfältigt wurden.
    • (6) Eine elektronische Vorrichtung, aufweisend:
      • einen Sensorchip, der
        • eine Pixel-Arraysektion, die einen Pixelbereich enthält, in dem eine Vielzahl von Pixeln in Zeilen und Spalten angeordnet ist,
        • ein Lawinen-Fotodiodenelement, das einen Träger durch einen Bereich mit hohem elektrischem Feld verstärkt, der für jedes der Pixel vorgesehen ist,
        • eine Zwischenpixel-Trennsektion, die das jeweilige der Pixel von einem anderen Pixel, das dem jeweiligen der Pixel benachbart ist, in einem Halbleitersubstrat isoliert und trennt, worin das Lawinen-Fotodiodenelement ausgebildet ist, und
        • eine Verdrahtung enthält, die in einer Verdrahtungsschicht angeordnet ist, die auf einer einer lichtempfangenden Oberfläche des Halbleitersubstrats entgegengesetzten Oberfläche auf solch eine Weise laminiert ist, dass sie zumindest den Bereich mit hohem elektrischem Feld abdeckt,
        • worin die Pixel-Arraysektion einen Dummy-Pixelbereich enthält, der nahe einem peripheren Rand des Pixelbereichs gelegen ist, und
        • ein elektrisches Potential einer Kathode und ein elektrisches Potential einer Anode des Lawinen-Fotodiodenelements, das im Dummy-Pixelbereich angeordnet ist, ein gleiches elektrisches Potential sind oder zumindest eines des elektrischen Potentials der Kathode und des elektrischen Potentials der Anode in einem schwebenden Zustand ist.
  • Der Umfang der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, die bisher als Beispiele veranschaulicht und beschrieben wurden, und schließt auch alle Ausführungsformen ein, die Effekte gleich den Effekten mit sich bringen, die von der vorliegenden Offenbarung beabsichtigt sind. Darüber hinaus ist der Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht auf Kombinationen der Merkmale von Erfindungen beschränkt, die durch Ansprüche der vorliegenden Beschreibung definiert sind, und kann durch jede gewünschte Kombination spezieller Merkmale unter all den einzelnen Merkmalen, die offenbart wurden, definiert werden.
    • 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E
    Sensorchip
    11
    Pixel-Arraysektion
    12
    Sektion zur Anlegung einer Vorspannung
    21, 21C, 22, 22A, 22B, 22C, 22D, 22E
    SPAD-Pixel
    23
    Elektroden-Pad
    31
    SPAD-Element
    32
    Löschwiderstand
    33
    Inverter
    41
    Sensorsubstrat
    42
    sensorseitige Verdrahtungsschicht
    43
    logikseitige Verdrahtungsschicht
    51
    N-Wanne
    52
    Diffusionsschicht vom P-Typ
    53
    Diffusionsschicht vom N-Typ
    54
    Lochakkumulierungsschicht
    55
    Pinning-Schicht
    56
    Diffusionsschicht vom P-Typ mit hoher Konzentration
    57
    Lawinen-Vervielfältigungsbereich
    61
    Metallfilm
    62
    Isolierfilm
    63
    Zwischenpixel-Trennsektion
    71, 72, 73
    Kontaktelektrode
    74, 74B, 74E, 75, 76
    Metallverdrahtung
    77, 78, 79
    Kontaktelektrode
    80, 81, 82, 101, 102, 103
    Metall-Pad
    91, 91D, 92, 93
    Elektroden-Pad
    94
    Isolierschicht
    95, 96, 97, 98, 99, 100
    Kontaktelektrode
    A1
    Pixelbereich
    A2
    peripherer Bereich
    A3
    Pad-Bereich
    DA
    Dummy-Pixelbereich
    RA
    Referenz-Pixelbereich
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2018/074530 [0004]

Claims (6)

  1. Sensorchip, aufweisend: eine Pixel-Arraysektion, die einen Pixelbereich enthält, in dem eine Vielzahl von Pixeln in Zeilen und Spalten angeordnet ist; ein Lawinen-Fotodiodenelement, das einen Träger durch einen Bereich mit hohem elektrischem Feld verstärkt, der für das jeweilige der Pixel vorgesehen ist; eine Zwischenpixel-Trennsektion, die das jeweilige der Pixel von einem anderen Pixel, das dem jeweiligen der Pixel benachbart ist, in einem Halbleitersubstrat isoliert und trennt, worin das Lawinen-Fotodiodenelement ausgebildet ist; und eine Verdrahtung, die in einer Verdrahtungsschicht angeordnet ist, die auf einer einer lichtempfangenden Oberfläche des Halbleitersubstrats entgegengesetzten Oberfläche auf solch eine Weise laminiert ist, dass sie zumindest den Bereich mit hohem elektrischem Feld abdeckt, wobei die Pixel-Arraysektion einen Dummy-Pixelbereich enthält, der nahe einem peripheren Rand des Pixelbereichs gelegen ist, und ein elektrisches Potential einer Kathode und ein elektrisches Potential einer Anode des Lawinen-Fotodiodenelements, das im Dummy-Pixelbereich angeordnet ist, ein gleiches elektrisches Potential sind oder zumindest eines des elektrischen Potentials der Kathode und des elektrischen Potentials der Anode in einem schwebenden Zustand ist.
  2. Sensorchip nach Anspruch 1, wobei eine Kathode und eine Anode des Lawinen-Fotodiodenelements, das im Dummy-Pixelbereich angeordnet ist, kurzgeschlossen sind.
  3. Sensorchip nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein Sensorsubstrat, in dem das Lawinen-Fotodiodenelement ausgebildet ist; ein Logikschaltungssubstrat, in dem der Löschwiderstand und ein Inverter ausgebildet sind; und eine Verdrahtungsschicht, die eine sensorseitige Verdrahtungsschicht, die dem Sensorsubstrat gegenüberliegend angeordnet ist, und eine logikseitige Verdrahtungsschicht umfasst, die dem Logikschaltungssubstrat gegenüberliegend angeordnet ist, und die das Sensorsubstrat und das Logikschaltungssubstrat miteinander elektrisch koppelt, wobei die Kathode und die Anode des Lawinen-Fotodiodenelements, das im Dummy-Pixelbereich angeordnet ist, in der logikseitigen Verdrahtungsschicht kurzgeschlossen sind.
  4. Sensorchip nach Anspruch 1, wobei die Pixel-Arraysektion einen bei einer Mitte des Pixelbereichs gelegenen Referenz-Pixelbereich enthält, Anoden einer Vielzahl der Lawinen-Fotodiodenelemente, die im Referenz-Pixelbereich angeordnet sind, durch eine gemeinsame Verdrahtung miteinander gekoppelt sind, Anoden einer Vielzahl der Lawinen-Fotodiodenelemente, die im Dummy-Pixelbereich angeordnet sind, durch eine gemeinsame Verdrahtung miteinander gekoppelt sind und die Anoden einer Vielzahl der Lawinen-Fotodiodenelemente, die im Referenz-Pixelbereich angeordnet sind, und die Anoden einer Vielzahl der Lawinen-Fotodiodenelemente, die im Dummy-Pixelbereich angeordnet sind, voneinander getrennt sind.
  5. Sensorchip nach Anspruch 1, wobei jedes der im Referenz-Pixelbereich angeordneten Pixel das Lawinen-Fotodiodenelement, einen Löschwiderstand, der mit dem Lawinen-Fotodiodenelement in Reihe gekoppelt ist, und einen Inverter enthält, der ein Empfangslichtsignal auf Basis von Elektronen, die im Lawinen-Fotodiodenelement vervielfältigt wurden, abgibt, und jedes der Pixel, die im Referenz-Pixelbereich angeordnet sind, das Lawinen-Fotodiodenelement enthält und den Löschwiderstand, der mit dem Lawinen-Fotodiodenelement in Reihe gekoppelt ist, und den Inverter nicht enthält, der das Empfangslichtsignal auf Basis der Elektronen, die im Lawinen-Fotodiodenelement vervielfältigt wurden, abgibt.
  6. Elektronische Vorrichtung, aufweisend: einen Sensorchip, der eine Pixel-Arraysektion, die einen Pixelbereich enthält, in dem eine Vielzahl von Pixeln in Zeilen und Spalten angeordnet ist, ein Lawinen-Fotodiodenelement, das einen Träger durch einen Bereich mit hohem elektrischem Feld verstärkt, der für das jeweilige der Pixel vorgesehen ist, eine Zwischenpixel-Trennsektion, die das jeweilige der Pixel von einem anderen Pixel, das dem jeweiligen der Pixel benachbart ist, in einem Halbleitersubstrat isoliert und trennt, worin das Lawinen-Fotodiodenelement ausgebildet ist, und eine Verdrahtung enthält, die in einer Verdrahtungsschicht angeordnet ist, die auf einer einer lichtempfangenden Oberfläche des Halbleitersubstrats entgegengesetzten Oberfläche auf solch eine Weise laminiert ist, dass sie zumindest den Bereich mit hohem elektrischem Feld abdeckt, wobei die Pixel-Arraysektion einen Dummy-Pixelbereich enthält, der nahe einem peripheren Rand des Pixelbereichs gelegen ist, und ein elektrisches Potential einer Kathode und ein elektrisches Potential einer Anode des Lawinen-Fotodiodenelements, das im Dummy-Pixelbereich angeordnet ist, ein gleiches elektrisches Potential sind oder zumindest eines des elektrischen Potentials der Kathode und des elektrischen Potentials der Anode in einem schwebenden Zustand ist.
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