JP2012083214A - Distance sensor and distance image sensor - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a distance sensor and a distance image sensor which achieve high sensitivity.SOLUTION: An electric charge generation region is arranged in a first region R1 which has a rectangular shape and extends in a first direction D1. Signal electric charge regions are provided in two respective sides R1a, R1b extending in a direction D1 in the first region R1 so as to oppose to each other in a direction orthogonal to the first direction D1, and are arranged such that at least a part of the signal electric charge region is included in a plurality of second regions R2 which overlaps with the first region R1. A transfer electrode is placed between the electric charge generation region and the signal electric charge region in the second region R2 and has a part extending along the periphery of the second region R2. The periphery of the electric charge generation region extends along the periphery of the second region R2.

Description

本発明は、距離センサ及び距離画像センサに関する。   The present invention relates to a distance sensor and a distance image sensor.

従来のアクティブ型の光測距センサは、LED(Light Emitting Diode)などの投光用の光源から対象物に光を照射し、対象物における反射光を光検出素子で検出することで、対象物までの距離に応じた信号を出力するものとして知られている。PSD(Position Sensitive Detector)などは、対象物までの距離を簡易に測定することができる光三角測量型の光測距センサとして知られているが、近年、より精密な距離測定を行うため、光TOF(Time-Of-Flight)型の光測距センサの開発が期待されている。   A conventional active optical distance measuring sensor irradiates light from a light source for light projection such as an LED (Light Emitting Diode), and detects reflected light from the object with a light detection element. It is known to output a signal corresponding to the distance up to. A PSD (Position Sensitive Detector) is known as an optical triangulation type optical distance measuring sensor that can easily measure the distance to an object, but in recent years, in order to perform more precise distance measurement, The development of TOF (Time-Of-Flight) type optical ranging sensor is expected.

距離情報と画像情報を同時に、同一チップで取得できるイメージセンサが車載用、工場の自動製造システム用などにおいて求められている。車両前方にイメージセンサを設置すれば、先方車両の検知・認識、歩行者などの検知・認識に使用することが期待される。画像情報とは別に、単一の距離情報又は複数の距離情報からなる距離画像を取得するイメージセンサも期待されている。このような測距センサにはTOF法を用いることが好ましい。   Image sensors that can simultaneously acquire distance information and image information with the same chip are required for in-vehicle use, factory automatic manufacturing systems, and the like. If an image sensor is installed in front of the vehicle, it is expected to be used for detection / recognition of the vehicle ahead and detection / recognition of pedestrians. Apart from image information, an image sensor that acquires a distance image composed of a single distance information or a plurality of distance information is also expected. It is preferable to use the TOF method for such a distance measuring sensor.

TOF法は、投光用の光源から、対象物に向けてパルス光を出射し、対象物で反射されたパルス光を光検出素子で検出することで、パルス光の出射タイミングと検出タイミングの時間差を測定している。この時間差(Δt)は、対象物までの距離dの2倍の距離(2×d)をパルス光が光速(=c)で飛行するのに要する時間であるため、d=(c×Δt)/2が成立する。時間差(Δt)は、光源からの出射パルスと検出パルスの位相差と言い換えることもできる。この位相差を検出すれば、対象物までの距離dを求めることができる。   The TOF method emits pulsed light from a light source for projection toward an object, and detects the pulsed light reflected by the object with a light detection element, thereby making the time difference between the emission timing of the pulsed light and the detection timing. Is measuring. This time difference (Δt) is the time required for the pulsed light to fly at the speed of light (= c) twice as much as the distance d to the object (2 × d), so d = (c × Δt) / 2 is established. The time difference (Δt) can be rephrased as the phase difference between the emission pulse from the light source and the detection pulse. If this phase difference is detected, the distance d to the object can be obtained.

電荷振り分け方式のイメージセンサは、TOF法によって測距を行うための光検出素子として着目されている。すなわち、電荷振り分け方式のイメージセンサでは、例えば、検出パルスの入射に応じてイメージセンサ内において発生するパルス的に発生する電荷を、出射パルスのON期間の間に一方のポテンシャル井戸内に振り分け、OFF期間の間に他方のポテンシャル井戸に振り分ける。この場合、左右に振り分けられた電荷量の比率が、検出パルスと出射パルスの位相差、すなわち、対象物までの距離の2倍の距離をパルス光が光速で飛行するのに要する時間に比例することになる。なお、電荷の振り分け方法としては種々のものが考えられる。   The charge distribution type image sensor has attracted attention as a light detection element for performing distance measurement by the TOF method. That is, in the charge distribution type image sensor, for example, the charge generated in the image sensor in response to the incident detection pulse is distributed in one potential well during the ON period of the emission pulse, and OFF. Distribute to the other potential well during the period. In this case, the ratio of the amount of charge distributed to the left and right is proportional to the phase difference between the detection pulse and the emission pulse, that is, the time required for the pulsed light to fly at the speed of light over twice the distance to the object. It will be. Various methods can be considered as the charge distribution method.

特許文献1には、入射光に応じて電荷が発生する電荷発生領域と、空間的に離間して配置され、電荷発生領域からの信号電荷を収集する複数の信号電荷収集領域と、信号電荷収集領域のそれぞれに設けられ、異なる位相の電荷転送信号が与えられる転送電極と、を備えているTOF型の距離センサ(距離画像センサ)が開示されている。   Patent Document 1 discloses a charge generation region in which charges are generated in response to incident light, a plurality of signal charge collection regions that are spatially separated and collect signal charges from the charge generation region, and signal charge collection There is disclosed a TOF type distance sensor (distance image sensor) provided with a transfer electrode provided in each region and provided with a charge transfer signal having a different phase.

特開2009−8537号公報JP 2009-8537 A

上述のような距離センサ(距離画像センサ)においては、対象物が遠距離に位置している場合、対象物で反射された光が弱く、距離検出精度が低下する。また、反射率が低い対象物の距離検出に関しても、対象物で反射された光が弱いため、距離検出精度が低下する。このため、TOF型の距離センサ(距離画像センサ)では、距離検出精度を改善するために、高感度化が望まれている。   In the distance sensor (distance image sensor) as described above, when the object is located at a long distance, the light reflected by the object is weak and the distance detection accuracy is lowered. In addition, regarding the distance detection of an object having a low reflectance, the light reflected by the object is weak, so that the distance detection accuracy is lowered. For this reason, in the TOF type distance sensor (distance image sensor), high sensitivity is desired in order to improve the distance detection accuracy.

本発明は、高感度化を図ることが可能な距離センサ及び距離画像センサを提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the distance sensor and distance image sensor which can achieve high sensitivity.

本発明に係る距離センサは、入射光に応じて電荷が発生する電荷発生領域と、空間的に離間して配置され、電荷発生領域からの信号電荷を収集する複数の信号電荷収集領域と、信号電荷収集領域のそれぞれに設けられ、異なる位相の電荷転送信号が与えられる転送電極と、を備えており、電荷発生領域は、矩形形状を呈し且つ第1の方向に伸びる第1の領域内に配置され、信号電荷収集領域は、第1の方向に直交する方向で互い対向するように第1の領域の第1の方向に伸びる2辺側にそれぞれ設けられ且つ第1の領域と重複する複数の第2の領域内に少なくとも一部が含まれるように配置され、転送電極は、第2の領域内における電荷発生領域と信号電荷収集領域との間に位置すると共に、第2の領域の縁に沿って伸びる部分を有し、電荷発生領域は、その縁が第2の領域の縁に沿って伸びていることを特徴とする。   The distance sensor according to the present invention includes a charge generation region in which charges are generated according to incident light, a plurality of signal charge collection regions that are spatially separated and collect signal charges from the charge generation region, and a signal And a transfer electrode provided to each of the charge collection regions and to which a charge transfer signal having a different phase is applied, and the charge generation region has a rectangular shape and is disposed in the first region extending in the first direction. The signal charge collection region is provided on each of the two sides extending in the first direction of the first region so as to face each other in a direction orthogonal to the first direction and overlaps with the first region. The transfer electrode is disposed so as to be at least partially included in the second region, and the transfer electrode is positioned between the charge generation region and the signal charge collection region in the second region, and at the edge of the second region. With a portion extending along the charge Raw region is characterized in that its edges are extended along the edge of the second region.

本発明に係る距離センサでは、転送電極が、上記第2の領域内における電荷発生領域と信号電荷収集領域との間に位置していることから、電荷発生領域が配置される第1の領域内に入り込むように配置されることとなる。また、転送電極が、第2の領域の縁(電荷発生領域に対向する縁)に沿って伸びる部分を有することとなる。このため、本発明では、転送電極が第1の方向に沿って伸びるように第1の領域の外側に配置された構成を採用した距離センサに比して、第1の方向における単位長さ当たりの光利用効率が高くなる。したがって、電荷発生領域の面積を増加させ、高感度化を図ることができる。   In the distance sensor according to the present invention, since the transfer electrode is located between the charge generation region and the signal charge collection region in the second region, the transfer electrode is in the first region where the charge generation region is disposed. It will be arranged so as to enter. Further, the transfer electrode has a portion extending along the edge of the second region (the edge facing the charge generation region). For this reason, in the present invention, per unit length in the first direction, compared to a distance sensor that employs a configuration in which the transfer electrode is arranged outside the first region so as to extend along the first direction. The light utilization efficiency of Therefore, the area of the charge generation region can be increased and high sensitivity can be achieved.

転送電極が、第2の領域の上記縁に沿って伸びる部分を有することから、転送電極が第1の方向に沿って伸びるように第1の領域の外側に配置された構成を採用した距離センサに比して、その電極長さが長くなり、電極面積が大きくなる。このため、電荷発生領域に発生した電荷が移動し易くなり、電荷の転送効率が向上する。このことからも、距離センサの高感度化を図ることができる。   Since the transfer electrode has a portion extending along the edge of the second region, the distance sensor adopting a configuration in which the transfer electrode is arranged outside the first region so as to extend along the first direction. As compared with the case, the electrode length becomes longer and the electrode area becomes larger. For this reason, the charge generated in the charge generation region is easily moved, and the charge transfer efficiency is improved. Also from this, the sensitivity of the distance sensor can be increased.

ところで、信号電荷収集領域に転送された電荷(Q)は、信号電荷収集領域の静電容量(Cfd)により、下記関係式で示される電圧変化(ΔV)を発生させる。
ΔV=Q/Cfd
本発明では、信号電荷収集領域が第1の領域と重複する第2の領域内に少なくとも一部が含まれるように配置されることから、信号電荷収集領域は、平面視で、その縁が電荷発生領域に囲まれるように配置されることとなる。このため、電荷発生領域における信号電荷収集領域に電荷を転送可能な領域の面積に対し、信号電荷収集領域の面積が相対的に低減される。信号電荷収集領域の面積が低減されると、信号電荷収集領域の静電容量も低減され、発生する電圧変化が大きくなる。すなわち、電荷電圧変換ゲインが高くなる。このことからも、距離センサの高感度化を図ることができる。
By the way, the charge (Q) transferred to the signal charge collection region generates a voltage change (ΔV) represented by the following relational expression by the electrostatic capacity (Cfd) of the signal charge collection region.
ΔV = Q / Cfd
In the present invention, since the signal charge collection region is arranged so that at least a part thereof is included in the second region overlapping the first region, the edge of the signal charge collection region is a charge in plan view. It will be arranged so as to be surrounded by the generation area. For this reason, the area of the signal charge collection region is relatively reduced with respect to the area of the region where the charge can be transferred to the signal charge collection region in the charge generation region. When the area of the signal charge collection region is reduced, the capacitance of the signal charge collection region is also reduced, and the generated voltage change is increased. That is, the charge voltage conversion gain is increased. Also from this, the sensitivity of the distance sensor can be increased.

第2の領域は、その縁が第1の方向と交差する方向に伸びる2辺、又は、円弧を含み、信号電荷収集領域は、その縁が第2の領域の縁に含まれる2辺に沿って伸びる2辺、又は、第2の領域の縁に含まれる円弧に沿って伸びる円弧を含み、転送電極は、第2の領域の縁に含まれる2辺又は円弧に沿って伸びる部分を有し、電荷発生領域は、その縁が第2の領域の縁に含まれる2辺に沿って伸びる2辺、又は、第2の領域の縁に含まれる円弧に沿って伸びる円弧を含んでいてもよい。   The second region includes two sides whose edges extend in a direction intersecting the first direction, or an arc, and the signal charge collection region is along two sides whose edges are included in the edge of the second region. The transfer electrode includes two sides or arcs extending along the arc included in the edge of the second region, and the transfer electrode has a portion extending along the two sides or arc included in the edge of the second region. The charge generation region may include two sides whose edges extend along two sides included in the edge of the second region, or an arc that extends along an arc included in the edge of the second region. .

電荷発生領域は、その縁が第1の方向に隣り合う第2の領域の間において第1の方向に伸びる辺を含んでいてもよい。この場合、電荷発生領域における信号電荷収集領域に電荷を転送可能な領域が拡大するため、当該領域の面積に対し、信号電荷収集領域の面積が相対的により一層減少することとなる。したがって、信号電荷収集領域の静電容量が低減され、発生する電圧変化がより一層大きくなる。この結果、距離センサの更なる高感度化を図ることができる。   The charge generation region may include a side whose edge extends in the first direction between the second regions adjacent to each other in the first direction. In this case, since the area where charges can be transferred to the signal charge collection area in the charge generation area is expanded, the area of the signal charge collection area is further reduced relative to the area of the area. Therefore, the capacitance of the signal charge collection region is reduced, and the generated voltage change is further increased. As a result, the sensitivity of the distance sensor can be further increased.

複数の信号電荷収集領域が、第1及び第2の信号電荷収集領域を含み、第1の信号電荷収集領域が、第1の領域の第1の方向に伸びる第1の辺側に設けられた第2の領域に配置され、第2の信号電荷収集領域が、第1の領域の第1の方向に伸びる第2の辺側に設けられた第2の領域に配置されていてもよい。   The plurality of signal charge collection regions include first and second signal charge collection regions, and the first signal charge collection region is provided on the first side extending in the first direction of the first region. The second signal charge collection region may be disposed in the second region provided on the second side extending in the first direction of the first region.

複数の信号電荷収集領域が、第1及び第2の信号電荷収集領域を含み、第1及び第2の信号電荷収集領域が、第1の領域の第1の方向に伸びる第1の辺側に設けられた異なる第2の領域に配置されていてもよい。   The plurality of signal charge collection regions include first and second signal charge collection regions, and the first and second signal charge collection regions are on the first side extending in the first direction of the first region. You may arrange | position to the different 2nd area | region provided.

空間的に離間して配置され、電荷発生領域からの不要電荷を収集する複数の不要電荷収集領域と、電荷発生領域から不要電荷収集領域への不要電荷の流れの遮断及び開放を選択的に行う不要電荷収集ゲート電極と、を更に備えており、不要電荷収集領域は、第1の領域の第1の方向に伸びる第2の辺側に設けられた第2の領域に少なくとも一部が含まれるように配置されていてもよい。この場合、不要電荷が各信号電荷収集領域に蓄積されるのが抑制される。このため、距離センサでの距離検出精度を向上することができる。   A plurality of unnecessary charge collection regions that are arranged spatially separated and collect unnecessary charges from the charge generation region, and selectively block and release the flow of unnecessary charges from the charge generation region to the unnecessary charge collection region. An unnecessary charge collection gate electrode, and the unnecessary charge collection region is at least partially included in the second region provided on the second side extending in the first direction of the first region. It may be arranged as follows. In this case, accumulation of unnecessary charges in each signal charge collection region is suppressed. For this reason, the distance detection accuracy in the distance sensor can be improved.

第1及び第2の信号電荷収集領域が、第1の領域の第1の方向に伸びる第2の辺側に設けられた異なる第2の領域に配置されていてもよい。   The first and second signal charge collection regions may be arranged in different second regions provided on the second side extending in the first direction of the first region.

空間的に離間して配置され、電荷発生領域からの不要電荷を収集する複数の不要電荷収集領域と、電荷発生領域から不要電荷収集領域への不要電荷の流れの遮断及び開放を選択的に行う不要電荷収集ゲート電極と、を更に備えており、不要電荷収集領域は、第1の領域の第1及び第2の辺側に設けられた第2の領域に少なくとも一部が含まれるように配置されていてもよい。この場合、不要電荷が各信号電荷収集領域に蓄積されるのが抑制される。このため、距離センサでの距離検出精度を向上することができる。   A plurality of unnecessary charge collection regions that are arranged spatially separated and collect unnecessary charges from the charge generation region, and selectively block and release the flow of unnecessary charges from the charge generation region to the unnecessary charge collection region. An unnecessary charge collecting gate electrode, and the unnecessary charge collecting region is arranged so that at least a part is included in the second region provided on the first and second sides of the first region. May be. In this case, accumulation of unnecessary charges in each signal charge collection region is suppressed. For this reason, the distance detection accuracy in the distance sensor can be improved.

不要電荷収集領域の縁が、第2の領域の縁に含まれる辺に沿って伸びる辺を含み、不要電荷収集ゲート電極が、第2の領域内における電荷発生領域と不要電荷収集領域との間に位置すると共に、第2の領域の縁に沿って伸びていてもよい。この場合、不要電荷の排出を効率よく行なうことができる。   The edge of the unnecessary charge collection region includes a side extending along the side included in the edge of the second region, and the unnecessary charge collection gate electrode is located between the charge generation region and the unnecessary charge collection region in the second region. And may extend along the edge of the second region. In this case, unnecessary charges can be efficiently discharged.

本発明に係る距離画像センサは、上記距離センサと、光源と、光源にパルス駆動信号を与える駆動回路と、転送電極に、パルス駆動信号に同期し且つ互いに異なる位相の電荷転送信号をそれぞれ与える制御回路と、信号電荷収集領域から読み出された信号から、対象物までの距離を演算する演算回路と、を備えていることを特徴とする。   A distance image sensor according to the present invention includes the distance sensor, a light source, a drive circuit that provides a pulse drive signal to the light source, and a control that applies charge transfer signals having different phases to the transfer electrode in synchronization with the pulse drive signal. A circuit and an arithmetic circuit for calculating a distance to the object from a signal read from the signal charge collection region are provided.

本発明に係る距離画像センサでは、上記距離センサを備えていることから、高感度化を図ることができる。   Since the distance image sensor according to the present invention includes the distance sensor, high sensitivity can be achieved.

本発明によれば、高感度化を図ることが可能な距離センサ及び距離画像センサを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the distance sensor and distance image sensor which can achieve high sensitivity can be provided.

測距装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of a distance measuring device. 距離画像センサの断面構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the cross-sectional structure of a distance image sensor. 距離画像センサの概略平面図である。It is a schematic plan view of a distance image sensor. 距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the pixel of a distance image sensor. 図4におけるV−V線に沿った断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure along the VV line in FIG. 図4におけるVI−VI線に沿った断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure along the VI-VI line in FIG. 半導体基板の表面近傍におけるポテンシャル分布を示す図である。It is a figure which shows potential distribution in the surface vicinity of a semiconductor substrate. 半導体基板の表面近傍におけるポテンシャル分布を示す図である。It is a figure which shows potential distribution in the surface vicinity of a semiconductor substrate. 画素の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of a pixel. 比較例としての距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the pixel of the distance image sensor as a comparative example. 比較例としての距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the pixel of the distance image sensor as a comparative example. 第1の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the pixel of the distance image sensor which concerns on a 1st modification. 図12におけるXIII−XIII線に沿った断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure along the XIII-XIII line | wire in FIG. 第2の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the pixel of the distance image sensor which concerns on a 2nd modification. 第3の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the pixel of the distance image sensor which concerns on a 3rd modification. 図15におけるXVI−XVI線に沿った断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure along the XVI-XVI line | wire in FIG. 第4の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the pixel of the distance image sensor which concerns on a 4th modification. 第5の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the pixel of the distance image sensor which concerns on a 5th modification. 図18におけるXIX−XIX線に沿った断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure along the XIX-XIX line | wire in FIG. 図18におけるXX−XX線に沿った断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure along the XX-XX line in FIG. 半導体基板の表面近傍におけるポテンシャル分布を示す図である。It is a figure which shows potential distribution in the surface vicinity of a semiconductor substrate. 半導体基板の表面近傍におけるポテンシャル分布を示す図である。It is a figure which shows potential distribution in the surface vicinity of a semiconductor substrate. 実際の各種信号のタイミングチャートである。It is a timing chart of actual various signals. 各種信号の変形例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the modification of various signals. 第6の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the pixel of the distance image sensor which concerns on a 6th modification. 第7の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the pixel of the distance image sensor which concerns on a 7th modification. 第8の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the pixel of the distance image sensor which concerns on an 8th modification. 第9の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the pixel of the distance image sensor which concerns on a 9th modification. 図28におけるXXIX−XXIX線に沿った断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure along the XXIX-XXIX line | wire in FIG. 図28におけるXXX−XXX線に沿った断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure along the XXX-XXX line in FIG. 第10の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the pixel of the distance image sensor which concerns on a 10th modification. 第11の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the pixel of the distance image sensor which concerns on an 11th modification.

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.

図1は、測距装置の構成を示す説明図である。   FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of the distance measuring apparatus.

この測距装置は、距離画像センサ1と、近赤外光を出射する光源3と、光源3にパルス駆動信号Sを与える駆動回路4と、距離画像センサ1の各画素に含まれる第1及び第2ゲート電極(TX1,TX2:図4参照)に、パルス駆動信号Sに同期した検出用ゲート信号S、Sを与える制御回路2と、距離画像センサ1の第1及び第2半導体領域(FD1,FD2:図4参照)から読み出された距離情報を示す信号d’(m,n)から、歩行者などの対象物Hまでの距離を演算する演算回路5を備えている。距離画像センサ1から対象物Hまでの水平方向Dの距離をdとする。 The distance measuring device, a distance image sensor 1, a light source 3 for emitting near-infrared light, a driving circuit 4 to be supplied to the light source 3 a pulse drive signal S P, first included in each pixel of the range image sensor 1 and a second gate electrode (TX1, TX2: see FIG. 4), the pulsed driving signal S and the control circuit 2 to provide a detection gate signals S 1, S 2 in synchronization with the P, the distance the first and second image sensors 1 An arithmetic circuit 5 is provided that calculates a distance from a signal d ′ (m, n) indicating distance information read from the semiconductor region (FD1, FD2: see FIG. 4) to an object H such as a pedestrian. . The distance in the horizontal direction D from the distance image sensor 1 to the object H is defined as d.

制御回路2は、パルス駆動信号Sを駆動回路4のスイッチ4bに入力している。LED又はレーザダイオードからなる投光用の光源3は、スイッチ4bを介して電源4aに接続されている。したがって、スイッチ4bにパルス駆動信号Sが入力されると、パルス駆動信号Sと同じ波形の駆動電流が光源3に供給され、光源3からは測距用のプローブ光としてのパルス光Lが出力される。 The control circuit 2 is input to the pulse drive signal S P to the switch 4b of the driving circuit 4. A light projecting light source 3 comprising an LED or a laser diode is connected to a power source 4a via a switch 4b. Therefore, when the pulse drive signal S P is input to the switch 4b, a drive current having the same waveform as the pulse drive signal S P is supplied to the light source 3, the pulse light L P as a probe light for distance measurement from the light source 3 Is output.

パルス光Lが対象物Hに照射されると、対象物Hによってパルス光が反射され、パルス光Lとして、距離画像センサ1に入射して、パルス検出信号Sを出力する。 When the pulse light L P is irradiated on the object H, the pulse light is reflected by the object H, the pulse light L D, the distance is incident on the image sensor 1 outputs a pulse detection signal S D.

距離画像センサ1は、配線基板10上に固定されており、配線基板10上の配線を介して、距離情報を有する信号d’(m,n)が各画素から出力される。   The distance image sensor 1 is fixed on the wiring board 10, and a signal d ′ (m, n) having distance information is output from each pixel via the wiring on the wiring board 10.

パルス駆動信号Sの波形は、周期Tの方形波であり、ハイレベルを「1」、ローレベルを「0」とすると、その電圧V(t)は以下の式で与えられる。
パルス駆動信号S
V(t)=1(但し、0<t<(T/2)の場合)
V(t)=0(但し、(T/2)<t<Tの場合)
V(t+T)=V(t)
The waveform of the pulse drive signal S P, a square wave of period T, the high level "1", when the low level is "0", the voltage V (t) is given by the following equation.
Pulse drive signal S P :
V (t) = 1 (provided that 0 <t <(T / 2))
V (t) = 0 (provided that (T / 2) <t <T)
V (t + T) = V (t)

検出用ゲート信号S、Sの波形は、周期Tの方形波であり、その電圧V(t)は以下の式で与えられる。
検出用ゲート信号S
V(t)=1(但し、0<t<(T/2)の場合)
V(t)=0(但し、(T/2)<t<Tの場合)
V(t+T)=V(t)
検出用ゲート信号S(=Sの反転):
V(t)=0(但し、0<t<(T/2)の場合)
V(t)=1(但し、(T/2)<t<Tの場合)
V(t+T)=V(t)
The waveforms of the detection gate signals S 1 and S 2 are square waves having a period T, and the voltage V (t) is given by the following equation.
Detection gate signal S 1 :
V (t) = 1 (provided that 0 <t <(T / 2))
V (t) = 0 (provided that (T / 2) <t <T)
V (t + T) = V (t)
Detection gate signal S 2 (= inversion of S 1 ):
V (t) = 0 (provided that 0 <t <(T / 2))
V (t) = 1 (provided that (T / 2) <t <T)
V (t + T) = V (t)

上記パルス信号S,S、S、Sは、全てパルス周期2×Tを有していることとする。検出用ゲート信号S及びパルス検出信号Sが共に「1」のときに距離画像センサ1内で発生する電荷量をQ1、検出用ゲート信号S及びパルス検出信号Sが共に「1」のときに距離画像センサ1内で発生する電荷量をQ2とする。 The pulse signal S P, S 1, S 2 , S D , it is assumed that has all pulse period 2 × T P. Detection gate signal S 1 and the pulse detection signal S D are both the amount of charge generated by the distance image sensor within 1 when "1" Q1, the detection gate signal S 2 and the pulse detection signal S D are both "1" In this case, the amount of charge generated in the distance image sensor 1 is Q2.

距離画像センサ1における一方の検出用ゲート信号Sとパルス検出信号Sの位相差は、他方の検出用ゲート信号Sとパルス検出信号Sが「1」の時の重複期間において、距離画像センサ1において発生した電荷量Q2に比例する。すなわち、電荷量Q2は、検出用ゲート信号Sとパルス検出信号Sの論理積が「1」である期間において発生した電荷量である。1画素内において発生する全電荷量をQ1+Q2とし、駆動信号Sの半周期のパルス幅をTとすると、Δt=T×Q2/(Q1+Q2)の期間だけ、駆動信号Sに対してパルス検出信号Sが遅れていることになる。1つのパルス光の飛行時間Δtは、対象物までの距離をd、光速をcとすると、Δt=2d/cで与えられるため、特定の画素からの距離情報を有する信号d’として2つの電荷量(Q1,Q2)が出力されると、演算回路5は、入力された電荷量Q1,Q2と、予め判明している半周期パルス幅Tに基づいて、対象物Hまでの距離d=(c×Δt)/2=c×T×Q2/(2×(Q1+Q2))を演算する。 The phase difference between one detection gate signal S 1 and the pulse detection signal SD in the distance image sensor 1 is the distance in the overlap period when the other detection gate signal S 2 and the pulse detection signal SD are “1”. It is proportional to the amount of charge Q2 generated in the image sensor 1. That is, the charge amount Q2 is the charge amount for the period logical product of the detection gate signal S 2 and the pulse detection signal S D is "1". The total charge quantity generated in one pixel is Q1 + Q2, when the pulse width of the half cycle of the drive signal S P and T P, Δt = T P × Q2 / (Q1 + Q2) long enough, with respect to the drive signal S P The pulse detection signal SD is delayed. The flight time Δt of one pulsed light is given by Δt = 2d / c, where d is the distance to the object and c is the speed of light. Therefore, two charges are used as a signal d ′ having distance information from a specific pixel. If the amount (Q1, Q2) are output, the arithmetic circuit 5, a charge amount Q1, Q2 input, based on the half cycle pulse width T P that is known in advance, the distance to the object H d = Calculate (c × Δt) / 2 = c × TP × Q2 / (2 × (Q1 + Q2)).

上述のように、電荷量Q1、Q2を分離して読み出せば、演算回路5は、距離dを演算することができる。なお、上述のパルスは繰り返して出射され、その積分値を各電荷量Q1,Q2として出力することができる。   As described above, if the charge amounts Q1 and Q2 are read out separately, the arithmetic circuit 5 can calculate the distance d. The above-described pulse is repeatedly emitted, and the integrated value can be output as the respective charge amounts Q1 and Q2.

電荷量Q1,Q2の全体電荷量に対する比率は、上述の位相差、すなわち、対象物Hまでの距離に対応している。演算回路5は、この位相差に応じて対象物Hまでの距離を演算している。上述のように、位相差に対応する時間差をΔtとすると、距離dは、好適にはd=(c×Δt)/2で与えられるが、適当な補正演算をこれに加えて行ってもよい。例えば、実際の距離と、演算された距離dとが異なる場合、後者を補正する係数βを予め求めておき、出荷後の製品では演算された距離dに係数βを乗じたものを最終的な演算距離dとしてもよい。外気温度を測定しておき、外気温度に応じて光速cが異なる場合には、光速cを補正する演算を行ってから、距離演算を行うこともできる。演算回路に入力された信号と、実際の距離との関係を予めメモリに記憶しておき、ルックアップテーブル方式によって、距離を演算してもよい。センサ構造によっても演算方法は変更することができ、これには従来から知られている演算方法を用いることができる。   The ratio of the charge amounts Q1 and Q2 to the total charge amount corresponds to the above-described phase difference, that is, the distance to the object H. The arithmetic circuit 5 calculates the distance to the object H according to this phase difference. As described above, when the time difference corresponding to the phase difference is Δt, the distance d is preferably given by d = (c × Δt) / 2, but an appropriate correction operation may be added to this. . For example, when the actual distance and the calculated distance d are different, a coefficient β for correcting the latter is obtained in advance, and the product after shipping is obtained by multiplying the calculated distance d by the coefficient β. The calculation distance d may be used. When the outside air temperature is measured and the light speed c varies depending on the outside air temperature, the distance calculation can be performed after performing the calculation for correcting the light speed c. The relationship between the signal input to the arithmetic circuit and the actual distance may be stored in advance in the memory, and the distance may be calculated by a lookup table method. The calculation method can also be changed depending on the sensor structure, and a conventionally known calculation method can be used for this.

図2は、距離画像センサの断面構成を説明するための図である。   FIG. 2 is a diagram for explaining a cross-sectional configuration of the distance image sensor.

距離画像センサ1は、半導体基板1Aを備えている。半導体基板1Aは、補強用のフレーム部Fと、フレーム部Fよりも薄い薄板部TFを有しており、これらは一体化している。薄板部TFの厚さは、10μm以上100μm以下である。本例のフレーム部Fの厚さは200μm以上1000μm以下である。半導体基板1Aは、全体が薄化されていてもよい。距離画像センサ1には、光入射面1BKからパルス光LDが入射する。距離画像センサ1の光入射面1BKとは逆側の表面1FTは、接着領域ADを介して配線基板10に接続されている。接着領域ADは、バンプ電極などの接着素子を含む領域であり、必要に応じて絶縁性の接着剤やフィラーを有している。   The distance image sensor 1 includes a semiconductor substrate 1A. The semiconductor substrate 1A has a reinforcing frame portion F and a thin plate portion TF thinner than the frame portion F, and these are integrated. The thickness of the thin plate portion TF is 10 μm or more and 100 μm or less. The thickness of the frame portion F in this example is 200 μm or more and 1000 μm or less. The entire semiconductor substrate 1A may be thinned. The pulsed light LD is incident on the distance image sensor 1 from the light incident surface 1BK. A surface 1FT opposite to the light incident surface 1BK of the distance image sensor 1 is connected to the wiring substrate 10 via an adhesion region AD. The adhesion region AD is a region including an adhesion element such as a bump electrode, and has an insulating adhesive or filler as necessary.

図3は、距離画像センサの概略平面図である。   FIG. 3 is a schematic plan view of the distance image sensor.

距離画像センサ1では、半導体基板1Aが、二次元状に配列した複数の画素P(m,n)からなる撮像領域1Bを有している。各画素P(m,n)からは、上述の距離情報を有する信号d’(m,n)として2つの電荷量(Q1,Q2)が出力される。各画素P(m,n)は微小測距センサとして対象物Hまでの距離に応じた信号d’(m,n)を出力する。したがって、対象物Hからの反射光を、撮像領域1Bに結像すれば、対象物H上の各点までの距離情報の集合体としての対象物の距離画像を得ることができる。一つの画素P(m,n)は、一つの距離センサとして機能する。   In the distance image sensor 1, the semiconductor substrate 1A has an imaging region 1B composed of a plurality of pixels P (m, n) arranged in a two-dimensional manner. From each pixel P (m, n), two charge amounts (Q1, Q2) are output as the signal d '(m, n) having the above-described distance information. Each pixel P (m, n) outputs a signal d '(m, n) corresponding to the distance to the object H as a minute distance measuring sensor. Therefore, if the reflected light from the object H is imaged on the imaging region 1B, a distance image of the object as a collection of distance information to each point on the object H can be obtained. One pixel P (m, n) functions as one distance sensor.

図4は、距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。図5は、図4におけるV−V線に沿った断面構成を示す図である。図6は、図4におけるVI−VI線に沿った断面構成を示す図である。   FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the configuration of the pixels of the distance image sensor. FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line VV in FIG. FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line VI-VI in FIG.

距離画像センサ1は、各画素P(m,n)において、半導体基板1Aに設けられた、フォトゲート電極PGと、それぞれ複数の第1及び第2ゲート電極TX1,TX2(転送電極)と、それぞれ複数の第1及び第2半導体領域FD1,FD2(信号電荷収集領域)と、を備えている。半導体基板1Aは、光入射面1BKと、光入射面1BKとは逆側の表面1FTと、を有している。フォトゲート電極PGは、表面1FT上に絶縁層1Eを介して設けられている。第1及び第2ゲート電極TX1,TX2は、表面1FT上において絶縁層1Eを介してフォトゲート電極PGに隣接して設けられている。第1及び第2半導体領域FD1,FD2は、各ゲート電極TX1,TX2の直下の領域に流れ込む電荷を蓄積する。本例の半導体基板1AはSiからなり、絶縁層1EはSiOからなる。半導体基板1Aは、エピタキシャル層からなることとしてもよい。 The distance image sensor 1 includes a photogate electrode PG and a plurality of first and second gate electrodes TX1 and TX2 (transfer electrodes) provided on the semiconductor substrate 1A in each pixel P (m, n), respectively. A plurality of first and second semiconductor regions FD1 and FD2 (signal charge collection regions). The semiconductor substrate 1A has a light incident surface 1BK and a surface 1FT opposite to the light incident surface 1BK. The photogate electrode PG is provided on the surface 1FT via the insulating layer 1E. The first and second gate electrodes TX1, TX2 are provided adjacent to the photogate electrode PG via the insulating layer 1E on the surface 1FT. The first and second semiconductor regions FD1 and FD2 accumulate charges that flow into regions immediately below the gate electrodes TX1 and TX2. The semiconductor substrate 1A of the present embodiment is made of Si, the insulating layer 1E is made of SiO 2. The semiconductor substrate 1A may be made of an epitaxial layer.

フォトゲート電極PGは、第1の領域R1内に配置されている。第1の領域R1は、矩形形状を呈し且つ第1の方向D1に伸びている。本実施形態では、半導体基板1Aにおけるフォトゲート電極PGに対応する領域(フォトゲート電極PGの直下の領域)は、入射光に応じて電荷が発生する電荷発生領域(光感応領域)として機能する。フォトゲート電極PGはポリシリコンからなるが、他の材料を用いてもよい。   The photogate electrode PG is disposed in the first region R1. The first region R1 has a rectangular shape and extends in the first direction D1. In the present embodiment, a region corresponding to the photogate electrode PG in the semiconductor substrate 1A (a region immediately below the photogate electrode PG) functions as a charge generation region (photosensitive region) in which charges are generated according to incident light. The photogate electrode PG is made of polysilicon, but other materials may be used.

第1及び第2半導体領域FD1,FD2は、それぞれ異なる第2の領域R2内に配置されている。第2の領域R2は、第1の領域R1の第1の方向D1に伸びる2辺R1a,R1b側にそれぞれ複数設けられている。第1の領域R1の各辺R1a,R1b側に配置された第2の領域R2は、第1の方向D1に、所定のピッチで並んでいる。   The first and second semiconductor regions FD1, FD2 are disposed in different second regions R2, respectively. A plurality of second regions R2 are provided on each of the two sides R1a and R1b extending in the first direction D1 of the first region R1. The second regions R2 disposed on the sides R1a and R1b of the first region R1 are arranged at a predetermined pitch in the first direction D1.

第1の領域R1の辺R1a側に設けられた第2の領域R2と、第1の領域R1の辺R1b側に設けられた第2の領域R2とは、第1の方向D1に直交する方向で対向している。すなわち、第1の領域R1の辺R1a側に設けられた第2の領域R2と、第1の領域R1の辺R1b側に設けられた第2の領域R2とは、第1の方向D1での位置が互い同じである。各第2の領域R2は、第1の領域R1内に位置し、第1の領域R1と重複している。本実施形態では、第2の領域R2は、矩形形状を呈している。   The second region R2 provided on the side R1a side of the first region R1 and the second region R2 provided on the side R1b side of the first region R1 are perpendicular to the first direction D1. Are facing each other. That is, the second region R2 provided on the side R1a side of the first region R1 and the second region R2 provided on the side R1b side of the first region R1 are in the first direction D1. The positions are the same. Each second region R2 is located in the first region R1 and overlaps with the first region R1. In the present embodiment, the second region R2 has a rectangular shape.

フォトゲート電極PGは、その縁が第2の領域R2の縁に沿って伸びる辺PGaを含んでいる。すなわち、フォトゲート電極PGは、第2の領域R2を避けるように設けられている。第2の領域R2は、平面視で、フォトゲート電極PGに囲まれている。具体的には、第2の領域R2は、第2の領域R2の縁に含まれる3辺又は2辺にわたって、フォトゲート電極PGに囲まれている。第2の領域R2の縁に含まれる3辺のうち対向する2辺は、第1の方向D1に交差する方向(本実施形態では、直交する方向)に伸びている。   The photogate electrode PG includes a side PGa whose edge extends along the edge of the second region R2. That is, the photogate electrode PG is provided so as to avoid the second region R2. The second region R2 is surrounded by the photogate electrode PG in plan view. Specifically, the second region R2 is surrounded by the photogate electrode PG over three or two sides included in the edge of the second region R2. Two opposite sides among the three sides included in the edge of the second region R2 extend in a direction intersecting the first direction D1 (a direction orthogonal in the present embodiment).

第1及び第2半導体領域FD1,FD2は、第1の領域R1の辺R1a側に設けられた異なる第2の領域R2と、第1の領域R1の辺R1b側に設けられた異なる第2の領域R2と、に配置されている。本実施形態では、第1及び第2半導体領域FD1,FD2全体が、対応する第2の領域R2内に含まれている。   The first and second semiconductor regions FD1, FD2 are different second regions R2 provided on the side R1a side of the first region R1 and different second regions provided on the side R1b side of the first region R1. And the region R2. In the present embodiment, the entire first and second semiconductor regions FD1, FD2 are included in the corresponding second region R2.

第1及び第2半導体領域FD1,FD2は、第1の方向D1に沿って、空間的に離間し且つ交互に配置されている。第1及び第2半導体領域FD1,FD2は、第1の方向D1に直交する方向で対向するようにも配置されている。すなわち、第1半導体領域FD1と第2半導体領域FD2とは、第1の方向D1に平行な方向及び直交する方向でフォトゲート電極PGを挟むように配置されている。   The first and second semiconductor regions FD1 and FD2 are spatially separated and alternately arranged along the first direction D1. The first and second semiconductor regions FD1, FD2 are also arranged so as to face each other in a direction orthogonal to the first direction D1. That is, the first semiconductor region FD1 and the second semiconductor region FD2 are arranged so as to sandwich the photogate electrode PG in a direction parallel to and perpendicular to the first direction D1.

第1半導体領域FD1は、その縁が第2の領域R2の縁(当該縁に含まれる上記辺)に沿ってそれぞれ伸びる辺FD1a,FD1b,FD1cを含んでいる。第1半導体領域FD1の縁の2辺FD1a,FD1bは、第1の方向D1に交差する方向(本実施形態では、直交する方向)に伸びている。本実施形態では、第1半導体領域FD1は、矩形形状を呈している。   The first semiconductor region FD1 includes sides FD1a, FD1b, and FD1c whose edges extend along the edge of the second region R2 (the side included in the edge). The two sides FD1a and FD1b at the edge of the first semiconductor region FD1 extend in a direction intersecting the first direction D1 (a direction orthogonal in the present embodiment). In the present embodiment, the first semiconductor region FD1 has a rectangular shape.

第2半導体領域FD2は、その縁が第2の領域R2の縁(当該縁に含まれる上記辺)に沿ってそれぞれ伸びる辺FD2a,FD2b,FD2cを含んでいる。第2半導体領域FD2の縁の2辺FD2a,FD2bは、第1の方向D1に交差する方向(本実施形態では、直交する方向)に伸びている。本実施形態では、第2半導体領域FD2は、矩形形状を呈している。   The second semiconductor region FD2 includes sides FD2a, FD2b, and FD2c whose edges extend along the edge of the second region R2 (the side included in the edge). The two sides FD2a and FD2b at the edge of the second semiconductor region FD2 extend in a direction intersecting the first direction D1 (a direction orthogonal in the present embodiment). In the present embodiment, the second semiconductor region FD2 has a rectangular shape.

第1ゲート電極TX1は、第2の領域R2内におけるフォトゲート電極PGと第1半導体領域FD1との間に位置している。このため、第1ゲート電極TX1は、その全体が第1の領域R1内に入り込むように配置されることとなる。第1ゲート電極TX1は、第1半導体領域FD1の辺FD1aに沿って伸びる部分TX1aと、第1半導体領域FD1の辺FD1bに沿って伸びる部分TX1bと、第1半導体領域FD1の辺FD1cに沿って伸びる部分TX1cと、を有している。すなわち、第1ゲート電極TX1は、第2の領域R2の縁に含まれる上記3辺に沿って伸びる部分TX1a,TX1b,TX1cを有している。第1の方向D1で両端に位置する第1ゲート電極TX1は、部分TX1a又は部分TX1bのいずれか一方と、部分TX1cとを有している。   The first gate electrode TX1 is located between the photogate electrode PG and the first semiconductor region FD1 in the second region R2. For this reason, the first gate electrode TX1 is disposed so that the entirety thereof enters the first region R1. The first gate electrode TX1 includes a portion TX1a extending along the side FD1a of the first semiconductor region FD1, a portion TX1b extending along the side FD1b of the first semiconductor region FD1, and a side FD1c of the first semiconductor region FD1. And an extending portion TX1c. That is, the first gate electrode TX1 has portions TX1a, TX1b, TX1c extending along the three sides included in the edge of the second region R2. The first gate electrode TX1 located at both ends in the first direction D1 has either the part TX1a or the part TX1b and the part TX1c.

第2ゲート電極TX2は、第2の領域R2内におけるフォトゲート電極PGと第2半導体領域FD2との間に位置している。このため、第2ゲート電極TX2は、その全体が第1の領域R1内に入り込むように配置されることとなる。第2ゲート電極TX2は、第2半導体領域FD2の辺FD2aに沿って伸びる部分TX2aと、第2半導体領域FD2の辺FD2bに沿って伸びる部分TX2bと、第2半導体領域FD2の辺FD2cに沿って伸びる部分TX2cと、を有している。すなわち、第2ゲート電極TX2も、第2の領域R2の縁に含まれる上記3辺に沿って伸びる部分TX2a,TX2b,TX2cを有している。第1の方向D1で両端に位置する第2ゲート電極TX2は、部分TX2a又は部分TX2bのいずれか一方と、部分TX2cとを有している。   The second gate electrode TX2 is located between the photogate electrode PG and the second semiconductor region FD2 in the second region R2. For this reason, the second gate electrode TX2 is arranged so that the entirety thereof enters the first region R1. The second gate electrode TX2 includes a portion TX2a extending along the side FD2a of the second semiconductor region FD2, a portion TX2b extending along the side FD2b of the second semiconductor region FD2, and a side FD2c of the second semiconductor region FD2. An extending portion TX2c. That is, the second gate electrode TX2 also has portions TX2a, TX2b, TX2c extending along the three sides included in the edge of the second region R2. The second gate electrode TX2 located at both ends in the first direction D1 has either the part TX2a or the part TX2b and the part TX2c.

第1及び第2ゲート電極TX1,TX2の電極長さ並びに電極面積は、同じに設定されている。第1及び第2ゲート電極TX1,TX2はポリシリコンからなるが、これらは他の材料を用いてもよい。   The electrode lengths and electrode areas of the first and second gate electrodes TX1, TX2 are set to be the same. The first and second gate electrodes TX1 and TX2 are made of polysilicon, but other materials may be used.

半導体基板1Aは低不純物濃度のp型半導体基板からなり、第1及び第2半導体領域FD1,FD2は高不純物濃度のn型半導体からなるフローティング・ディフュージョン領域である。各半導体領域の厚さ/不純物濃度は以下の通りである。
・半導体基板1A:厚さ10〜1000μm/不純物濃度1×1012〜1015cm−3
・半導体領域FD1及びFD2:厚さ0.1〜1μm/不純物濃度1×1018〜1020cm−3
The semiconductor substrate 1A is a p-type semiconductor substrate having a low impurity concentration, and the first and second semiconductor regions FD1 and FD2 are floating diffusion regions made of an n-type semiconductor having a high impurity concentration. The thickness / impurity concentration of each semiconductor region is as follows.
Semiconductor substrate 1A: thickness 10 to 1000 μm / impurity concentration 1 × 10 12 to 10 15 cm −3
Semiconductor regions FD1 and FD2: thickness 0.1 to 1 μm / impurity concentration 1 × 10 18 to 10 20 cm −3

絶縁層1Eには、第1及び第2半導体領域FD1,FD2の表面を露出させるためのコンタクトホールが設けられている。コンタクトホール内には、第1及び第2半導体領域FD1,FD2を外部に接続するための導体11が配置される。図4では、導体11の図示を省略している。   The insulating layer 1E is provided with contact holes for exposing the surfaces of the first and second semiconductor regions FD1, FD2. A conductor 11 for connecting the first and second semiconductor regions FD1, FD2 to the outside is disposed in the contact hole. In FIG. 4, the conductor 11 is not shown.

第1及び第2半導体領域FD1,FD2の一部は、半導体基板1Aにおける各ゲート電極TX1,TX2の直下の領域に接触している。半導体基板1Aの光入射面1BKの側には、反射防止膜1Dが設けられている。反射防止膜1Dの材料は、SiOやSiNである。 Part of the first and second semiconductor regions FD1, FD2 is in contact with a region immediately below the gate electrodes TX1, TX2 in the semiconductor substrate 1A. An antireflection film 1D is provided on the light incident surface 1BK side of the semiconductor substrate 1A. The material of the antireflection film 1D is SiO 2 or SiN.

配線基板10には、接着領域AD内のバンプ電極等を通して第1及び第2半導体領域FD1,FD2、第1及び第2ゲート電極TX1,TX2、及びフォトゲート電極PG等にそれぞれ電気的に接続される貫通電極(不図示)が設けられている。配線基板10の貫通電極は配線基板10の裏面に露出している。配線基板10を構成する絶縁基板における接着領域ADとの界面側の表面には、遮光層(不図示)が形成されており、距離画像センサ1を透過した光の配線基板10への入射を抑制している。この測距装置は、距離画像センサ1を配線基板10上にマウントすると、各配線を介して、上記信号をそれぞれの電極に与えることができ、装置が小型化されている。   The wiring substrate 10 is electrically connected to the first and second semiconductor regions FD1 and FD2, the first and second gate electrodes TX1 and TX2, the photogate electrode PG, and the like through bump electrodes in the adhesion region AD. A through electrode (not shown) is provided. The through electrode of the wiring board 10 is exposed on the back surface of the wiring board 10. A light-shielding layer (not shown) is formed on the surface of the insulating substrate constituting the wiring substrate 10 on the interface side with the adhesion region AD, so that the light transmitted through the distance image sensor 1 is prevented from entering the wiring substrate 10. is doing. In this distance measuring device, when the distance image sensor 1 is mounted on the wiring board 10, the signal can be given to each electrode through each wiring, and the device is miniaturized.

第1及び第2ゲート電極TX1,TX2に、ハイレベルの信号(正電位)を与えると、第1及び第2ゲート電極TX1,TX2の下のポテンシャルがフォトゲート電極PGの下のポテンシャルより高くなる。これにより、負の電荷(電子)は、第1及び第2ゲート電極TX1,TX2の方向に引き込まれ、第1及び第2半導体領域FD1,FD2によって形成されるポテンシャル井戸内に蓄積される。n型の半導体は、正にイオン化したドナーを含んでおり、正のポテンシャルを有し、電子を引き付ける。第1及び第2ゲート電極TX1,TX2に、ローレベルの信号(グランド電位)を与えると、第1及び第2ゲート電極TX1,TX2の下のポテンシャルがフォトゲート電極PGの下のポテンシャルより低くなり、障壁が形成される。したがって、半導体基板1Aで発生した電荷は、第1及び第2半導体領域FD1,FD2内には引き込まれない。   When a high level signal (positive potential) is applied to the first and second gate electrodes TX1, TX2, the potential below the first and second gate electrodes TX1, TX2 becomes higher than the potential below the photogate electrode PG. . As a result, negative charges (electrons) are drawn in the direction of the first and second gate electrodes TX1, TX2, and accumulated in the potential well formed by the first and second semiconductor regions FD1, FD2. An n-type semiconductor includes a positively ionized donor, has a positive potential, and attracts electrons. When a low level signal (ground potential) is applied to the first and second gate electrodes TX1 and TX2, the potential below the first and second gate electrodes TX1 and TX2 becomes lower than the potential below the photogate electrode PG. , A barrier is formed. Therefore, the charge generated in the semiconductor substrate 1A is not drawn into the first and second semiconductor regions FD1, FD2.

距離画像センサ1では、投光用の光の入射に応答して半導体深部で発生した電荷を、光入射面1BKとは逆側の電荷発生位置近傍に設けられたポテンシャル井戸に引き込み、高速で正確な測距が可能としている。   In the distance image sensor 1, charges generated in the deep part of the semiconductor in response to the incidence of light for projection are drawn into a potential well provided in the vicinity of the charge generation position on the opposite side to the light incident surface 1BK, so that it is accurate at high speed. Ranging is possible.

半導体基板1Aの光入射面(裏面)1BKから入射した対象物からのパルス光LDは、半導体基板1Aの表面側に設けられたフォトゲート電極PGの直下の領域まで至る。パルス光の入射に伴って半導体基板1A内で発生した電荷は、フォトゲート電極PGの直下の領域から、これに隣接する第1及び第2ゲート電極TX1,TX2の直下の領域に振り分けられる。すなわち、第1及び第2ゲート電極TX1,TX2に光源の駆動信号SPに同期した検出用ゲート信号S,Sを、配線基板10を介して、交互に与えると、フォトゲート電極PGの直下の領域で発生した電荷が、それぞれ第1及び第2ゲート電極TX1,TX2の直下の領域に流れ、これらから第1及び第2半導体領域FD1,FD2に流れ込む。 The pulsed light LD from the object incident from the light incident surface (back surface) 1BK of the semiconductor substrate 1A reaches a region immediately below the photogate electrode PG provided on the front surface side of the semiconductor substrate 1A. The charges generated in the semiconductor substrate 1A with the incidence of the pulsed light are distributed from the region immediately below the photogate electrode PG to the region immediately below the first and second gate electrodes TX1 and TX2 adjacent thereto. That is, when the detection gate signals S 1 and S 2 synchronized with the drive signal SP of the light source are alternately applied to the first and second gate electrodes TX1 and TX2 via the wiring substrate 10, the region immediately below the photogate electrode PG. The charges generated in the first region flow into regions immediately below the first and second gate electrodes TX1 and TX2, respectively, and then flow into the first and second semiconductor regions FD1 and FD2.

第1半導体領域FD1又は第2半導体領域FD2内に蓄積された電荷量Q1,Q2の全体電荷量(Q1+Q2)に対する比率は、駆動信号SPを光源に与えることによって出射された出射パルス光と、対象物Hによって出射パルス光が反射されることによって戻ってきた検出パルス光の位相差に対応する。   The ratio of the charge amounts Q1 and Q2 accumulated in the first semiconductor region FD1 or the second semiconductor region FD2 to the total charge amount (Q1 + Q2) is the same as the emission pulse light emitted by applying the drive signal SP to the light source and the target This corresponds to the phase difference of the detection pulse light returned by reflecting the outgoing pulse light by the object H.

第1及び第2ゲート電極TX1,TX2への駆動信号(検出用ゲート信号S,S)の周波数を増加させることで、この電荷の振り分け速度を増加させても、近赤外光の入射に応じて発生した電荷の発生領域は、半導体基板1Aの光入射面1BKよりも、逆側の表面1FTに近いため、多くの電荷はフォトゲート電極PGの直下の領域から第1及び第2半導体領域FD1,FD2に流れ込み、これらの領域から、配線基板10の配線(不図示)を介して、蓄積電荷Q1,Q2を読み出すことができる。 Increasing the frequency of the drive signals (detection gate signals S 1 and S 2 ) to the first and second gate electrodes TX1 and TX2 makes it possible to receive near infrared light even if the charge distribution speed is increased. The generation area of the charges generated according to the above is closer to the surface 1FT on the opposite side than the light incident surface 1BK of the semiconductor substrate 1A, so that a large amount of charges from the area immediately below the photogate electrode PG from the first and second semiconductors. The stored charges Q1 and Q2 can be read out from the regions FD1 and FD2 through the wiring (not shown) of the wiring board 10 from these regions.

距離画像センサ1は、図示は省略するが、半導体基板1Aの電位を基準電位に固定するためのバックゲート半導体領域を備えている。バックゲート半導体領域は、高濃度不純物を含有するp型の半導体領域である。バックゲート半導体領域の代わりに、p型の拡散領域などのp型半導体層を有し、電気的に接続された貫通電極を設けることとしてもよい。   Although not shown, the distance image sensor 1 includes a back gate semiconductor region for fixing the potential of the semiconductor substrate 1A to a reference potential. The back gate semiconductor region is a p-type semiconductor region containing a high concentration impurity. Instead of the back gate semiconductor region, a through electrode that has a p-type semiconductor layer such as a p-type diffusion region and is electrically connected may be provided.

図7及び図8は、信号電荷の蓄積動作を説明するための、半導体基板1Aの表面1FT近傍におけるポテンシャル分布を示す図である。図7及び図8では、下向きがポテンシャルの正方向である。図7及び図8において、(a)は、図5の横方向の断面の横方向に沿ったポテンシャル分布を示し、(b)は、図6の横方向の断面の横方向に沿ったポテンシャル分布を示す。   7 and 8 are diagrams showing a potential distribution in the vicinity of the surface 1FT of the semiconductor substrate 1A for explaining the signal charge accumulation operation. 7 and 8, the downward direction is the positive direction of the potential. 7 and 8, (a) shows the potential distribution along the transverse direction of the transverse section of FIG. 5, and (b) shows the potential distribution along the transverse direction of the transverse section of FIG. Indicates.

光入射時において、フォトゲート電極PGの直下の領域のポテンシャルφPGは、基板電位よりも若干高く設定されている。各図には、第1ゲート電極TX1の直下の領域のポテンシャルφTX1、第2ゲート電極TX2の直下の領域のポテンシャルφTX2、第1半導体領域FD1のポテンシャルφFD1、及び、第2半導体領域FD2のポテンシャルφFD2が示されている。 At the time of light incidence, the potential φPG in the region immediately below the photogate electrode PG is set slightly higher than the substrate potential. Each figure shows a potential φ TX1 in a region immediately below the first gate electrode TX1, a potential φ TX2 in a region immediately below the second gate electrode TX2, a potential φ FD1 in the first semiconductor region FD1 , and a second semiconductor region FD2. The potential φ FD2 is shown.

検出用ゲート信号Sの高電位が、第1ゲート電極TX1に入力されると、図7に示されるように、フォトゲート電極PGの直下で発生した電荷は、ポテンシャル勾配にしたがって、第1ゲート電極TX1の直下の領域を介して、第1半導体領域FD1のポテンシャル井戸内に蓄積される。第1半導体領域FD1のポテンシャル井戸内には電荷量Q1が蓄積されることとなる。 High potential of the detection gate signals S 1 is inputted to the first gate electrode TX1, as shown in FIG. 7, the charges generated immediately below the photogate electrode PG, according to the potential gradient, the first gate Accumulation is performed in the potential well of the first semiconductor region FD1 via the region immediately below the electrode TX1. The charge amount Q1 is accumulated in the potential well of the first semiconductor region FD1.

検出用ゲート信号Sに続いて、検出用ゲート信号Sの高電位が、第2ゲート電極TX2に入力されると、図8に示されるように、フォトゲート電極PGの直下で発生した電荷は、ポテンシャル勾配にしたがって、第2ゲート電極TX2の直下の領域を介して、第2半導体領域FD2のポテンシャル井戸内に蓄積される。第2半導体領域FD2のポテンシャル井戸内には電荷量Q2が蓄積されることとなる。 Following the detection gate signal S 1, the high potential of the detection gate signal S 2 is inputted to the second gate electrode TX2, as shown in FIG. 8, was generated immediately under the photo gate electrode PG charge Are accumulated in the potential well of the second semiconductor region FD2 via the region immediately below the second gate electrode TX2 in accordance with the potential gradient. The charge amount Q2 is accumulated in the potential well of the second semiconductor region FD2.

図9は、画素の構成を説明するための模式図である。   FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a configuration of a pixel.

第1ゲート電極TX1には、検出用ゲート信号Sが与えられる。第2ゲート電極TX2には、検出用ゲート信号Sが与えられる。すなわち、第1ゲート電極TX1と、第2ゲート電極TX2とには、異なる位相の電荷転送信号が与えられる。 The first gate electrode TX1, the detection gate signals S 1 supplied. The second gate electrode TX2, the detection gate signal S 2 is applied. That is, charge transfer signals having different phases are applied to the first gate electrode TX1 and the second gate electrode TX2.

フォトゲート電極PGの直下の光感応領域において発生した電荷は、第1ゲート電極TX1にハイレベルの検出用ゲート信号Sが与えられている場合には、第1半導体領域FD1によって構成されるポテンシャル井戸に信号電荷として流れ込む。第1半導体領域FD1に蓄積された信号電荷は、蓄積された電荷量Qに対応した出力(Vout1)として第1半導体領域FD1から読み出される。フォトゲート電極PGの直下の光感応領域において発生した電荷は、第2ゲート電極TX2にハイレベルの検出用ゲート信号Sが与えられている場合には、第2半導体領域FD2によって構成されるポテンシャル井戸に信号電荷として流れ込む。第2半導体領域FD2に蓄積された信号電荷は、蓄積された電荷量Qに対応した出力(Vout2)として第2半導体領域FD2から読み出される。これらの出力(Vout1,Vout2)が、上述した信号d’(m,n)に相当する。 Charge generated in the photosensitive region immediately below the photogate electrode PG, when the detection gate signals S 1 at a high level to the first gate electrode TX1 is given, the potential formed by a first semiconductor region FD1 It flows into the well as signal charge. The signal charges accumulated in the first semiconductor region FD1 is read from the first semiconductor region FD1 as an output corresponding to the accumulated charge amount Q 1 (V out1). Charge generated in the photosensitive region immediately below the photogate electrode PG, when the second gate electrode TX2 detection gate signal S 2 of the high level is given, the potential formed by the second semiconductor region FD2 It flows into the well as signal charge. The signal charges accumulated in the second semiconductor region FD2 is read from the second semiconductor region FD2 as an output corresponding to the accumulated charge amount Q 2 (V out2). These outputs (V out1 , V out2 ) correspond to the signal d ′ (m, n) described above.

以上のように、本実施形態では、第1及び第2ゲート電極TX1,TX2が、フォトゲート電極PGが配置される第1の領域R1内に入り込むように配置されている。また、第1及び第2ゲート電極TX1,TX2が、第2の領域R2の縁(フォトゲート電極PGに対向する縁)に沿って伸びる部分TX1a〜TX1c,TX2a〜TX2cを有している。   As described above, in the present embodiment, the first and second gate electrodes TX1 and TX2 are disposed so as to enter the first region R1 in which the photogate electrode PG is disposed. The first and second gate electrodes TX1 and TX2 have portions TX1a to TX1c and TX2a to TX2c extending along the edge of the second region R2 (edge facing the photogate electrode PG).

このため、図10に示された、第1及び第2ゲート電極101,102が第1の方向D1に沿って伸びるように第1の領域R1の外側に配置された画素構成を備える距離画像センサに比して、第1の方向D1における単位長さ当たりの光利用効率が高くなる。すなわち、フォトゲート電極PGの面積を同じとした場合、距離画像センサ1が、図10に示された距離画像センサよりも開口率が高い。したがって、距離画像センサ1では、フォトゲート電極PGの直下の領域(電荷発生領域)の面積を増加させ、高感度化を図ることができる。図10に示された距離画像センサでは、フォトゲート電極100は、第1の方向D1を長辺方向とする長方形状を呈している。   Therefore, the distance image sensor including the pixel configuration shown in FIG. 10 in which the first and second gate electrodes 101 and 102 are disposed outside the first region R1 so as to extend along the first direction D1. As compared with the above, the light use efficiency per unit length in the first direction D1 is increased. That is, when the area of the photogate electrode PG is the same, the distance image sensor 1 has a higher aperture ratio than the distance image sensor shown in FIG. Therefore, in the distance image sensor 1, it is possible to increase the area of the region (charge generation region) immediately below the photogate electrode PG and achieve high sensitivity. In the distance image sensor shown in FIG. 10, the photogate electrode 100 has a rectangular shape with the first direction D1 as the long side direction.

第1及び第2ゲート電極TX1,TX2それぞれが、上述した部分TX1a〜TX1c,TX2a〜TX2cを有することから、図10に示された距離画像センサに比して、その電極長さが長くなり、電極面積が大きくなる。このため、フォトゲート電極PGの直下の領域に発生した電荷が移動し易くなり、電荷の転送効率が向上する。このことからも、距離画像センサ1の高感度化を図ることができる。また、図10に示された距離画像センサにおける各ゲート電極101,102の長さを距離画像センサ1における各ゲート電極TX1,TX2と同じに設定する場合、各ゲート電極101,102の長さが第1の方向D1に長くなるため、図11に示されるように、デッドスペースDSが増加してしまう。   Since each of the first and second gate electrodes TX1 and TX2 includes the above-described portions TX1a to TX1c and TX2a to TX2c, the electrode length is longer than that of the distance image sensor shown in FIG. The electrode area increases. For this reason, the charge generated in the region immediately below the photogate electrode PG is easily moved, and the charge transfer efficiency is improved. Also from this, the sensitivity of the distance image sensor 1 can be increased. When the lengths of the gate electrodes 101 and 102 in the distance image sensor shown in FIG. 10 are set to be the same as the gate electrodes TX1 and TX2 in the distance image sensor 1, the lengths of the gate electrodes 101 and 102 are Since the length becomes longer in the first direction D1, the dead space DS increases as shown in FIG.

第1及び第2半導体領域FD1,FD2に転送されて、蓄積された電荷(電荷量Q1,Q2)は、第1及び第2半導体領域FD1,FD2の静電容量(Cfd)により、下記関係式で示される電圧変化(ΔV)をそれぞれ発生させる。
ΔV=Q1/Cfd
ΔV=Q2/Cfd
第1及び第2半導体領域FD1,FD2が第1の領域R1と重複する第2の領域R2内に含まれるように配置されることから、第1及び第2半導体領域FD1,FD2は、平面視で、その縁(辺FD1a〜FD1c,FD2a〜FD2c)がフォトゲート電極PGに囲まれるように配置されることとなる。このため、フォトゲート電極PGの直下の領域(電荷発生領域)における第1及び第2半導体領域FD1,FD2に電荷を転送可能な領域の面積に対し、第1及び第2半導体領域FD1,FD2の面積が相対的に低減される。第1及び第2半導体領域FD1,FD2の面積が低減されると、第1及び第2半導体領域FD1,FD2の静電容量(Cfd)も低減され、発生する電圧変化(ΔV)が大きくなる。すなわち、電荷電圧変換ゲインが高くなる。このことからも、距離画像センサ1の高感度化を図ることができる。
The charges (charge amounts Q1, Q2) transferred to and accumulated in the first and second semiconductor regions FD1, FD2 are expressed by the following relational expression according to the capacitances (Cfd) of the first and second semiconductor regions FD1, FD2. A voltage change (ΔV) indicated by
ΔV = Q1 / Cfd
ΔV = Q2 / Cfd
Since the first and second semiconductor regions FD1 and FD2 are arranged so as to be included in the second region R2 that overlaps the first region R1, the first and second semiconductor regions FD1 and FD2 are seen in a plan view. Thus, the edges (sides FD1a to FD1c, FD2a to FD2c) are arranged so as to be surrounded by the photogate electrode PG. For this reason, the area of the first and second semiconductor regions FD1, FD2 is smaller than the area of the region where charges can be transferred to the first and second semiconductor regions FD1, FD2 in the region (charge generation region) immediately below the photogate electrode PG. The area is relatively reduced. When the areas of the first and second semiconductor regions FD1 and FD2 are reduced, the capacitance (Cfd) of the first and second semiconductor regions FD1 and FD2 is also reduced, and the generated voltage change (ΔV) is increased. That is, the charge voltage conversion gain is increased. Also from this, the sensitivity of the distance image sensor 1 can be increased.

続いて、図12及び図13を参照して、距離画像センサ1の画素P(m,n)の構成に関する第1の変形例を説明する。図12は、第1の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。図13は、図12におけるXIII−XIII線に沿った断面構成を示す図である。   Next, a first modification example regarding the configuration of the pixel P (m, n) of the distance image sensor 1 will be described with reference to FIGS. 12 and 13. FIG. 12 is a schematic diagram for explaining the configuration of the pixels of the distance image sensor according to the first modification. FIG. 13 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line XIII-XIII in FIG.

第1の変形例に係る距離画像センサ1の画素P(m,n)は、図4〜図6に示された画素P(m,n)に対して、第2の領域R2、第1及び第2半導体領域FD1,FD2、並びに第1及び第2ゲート電極TX1,TX2の形状等の点で相違する。第1の変形例に係る距離画像センサ1も、各画素P(m,n)において、半導体基板1Aに設けられた、フォトゲート電極PGと、それぞれ複数の第1及び第2ゲート電極TX1,TX2と、それぞれ複数の第1及び第2半導体領域FD1,FD2と、を備えている。   The pixel P (m, n) of the distance image sensor 1 according to the first modification is different from the pixel P (m, n) shown in FIGS. 4 to 6 in the second region R2, the first and The second semiconductor regions FD1 and FD2 and the shapes of the first and second gate electrodes TX1 and TX2 are different. The distance image sensor 1 according to the first modification also includes a photogate electrode PG and a plurality of first and second gate electrodes TX1 and TX2 provided on the semiconductor substrate 1A in each pixel P (m, n). And a plurality of first and second semiconductor regions FD1 and FD2, respectively.

第2の領域R2は、三角形形状を呈している。第2の領域R2は、第2の領域R2の縁に含まれる2辺にわたって、フォトゲート電極PGに囲まれている。第2の領域R2の縁に含まれる2辺は、第1の方向D1に交差する方向に伸びている。   The second region R2 has a triangular shape. The second region R2 is surrounded by the photogate electrode PG over two sides included in the edge of the second region R2. Two sides included in the edge of the second region R2 extend in a direction intersecting the first direction D1.

第1及び第2半導体領域FD1,FD2は、第1の方向D1に沿って、空間的に離間し且つ交互に配置されている。第1及び第2半導体領域FD1,FD2は、第1の方向D1に直交する方向で対向するようにも配置されている。すなわち、第1半導体領域FD1と第2半導体領域FD2とは、第1の方向D1に平行な方向及び直交する方向でフォトゲート電極PGを挟むように配置されている。第1及び第2半導体領域FD1,FD2は、対応する第2の領域R2にその一部が含まれるように配置されている。   The first and second semiconductor regions FD1 and FD2 are spatially separated and alternately arranged along the first direction D1. The first and second semiconductor regions FD1, FD2 are also arranged so as to face each other in a direction orthogonal to the first direction D1. That is, the first semiconductor region FD1 and the second semiconductor region FD2 are arranged so as to sandwich the photogate electrode PG in a direction parallel to and perpendicular to the first direction D1. The first and second semiconductor regions FD1, FD2 are arranged so that a part thereof is included in the corresponding second region R2.

第1半導体領域FD1は、第1の領域R1の辺R1a側に設けられた第2の領域R2に配置されている。第2半導体領域FD2は、第1の領域R1の辺R1b側に設けられた第2の領域R2に配置されている。第1半導体領域FD1と第2半導体領域FD2とは、第1の領域R1の2辺R1a,R1bの対向方向(第1の方向D1に直交する方向)でフォトゲート電極PGを挟むように対向して配置されている。   The first semiconductor region FD1 is disposed in a second region R2 provided on the side R1a side of the first region R1. The second semiconductor region FD2 is disposed in the second region R2 provided on the side R1b side of the first region R1. The first semiconductor region FD1 and the second semiconductor region FD2 face each other so as to sandwich the photogate electrode PG in the facing direction of the two sides R1a and R1b of the first region R1 (direction perpendicular to the first direction D1). Are arranged.

第1半導体領域FD1は、その縁が第2の領域R2の縁(当該縁に含まれる上記2辺)に沿ってそれぞれ伸びる辺FD1a,FD1bを含んでいる。第1半導体領域FD1の縁の2辺FD1a,FD1bは、第1の方向D1に交差する方向に伸びている。本実施形態では、第1半導体領域FD1は、矩形形状を呈している。   The first semiconductor region FD1 includes sides FD1a and FD1b each having an edge extending along the edge of the second region R2 (the two sides included in the edge). Two sides FD1a and FD1b at the edge of the first semiconductor region FD1 extend in a direction intersecting the first direction D1. In the present embodiment, the first semiconductor region FD1 has a rectangular shape.

第2半導体領域FD2は、その縁が第2の領域R2の縁(当該縁に含まれる上記2辺)に沿ってそれぞれ伸びる辺FD2a,FD2bを含んでいる。第2半導体領域FD2の縁の2辺FD2a,FD2bは、第1の方向D1に交差する方向に伸びている。本実施形態では、第2半導体領域FD2は、矩形形状を呈している。   The second semiconductor region FD2 includes sides FD2a and FD2b whose edges extend along the edge of the second region R2 (the two sides included in the edge). Two sides FD2a and FD2b at the edge of the second semiconductor region FD2 extend in a direction intersecting the first direction D1. In the present embodiment, the second semiconductor region FD2 has a rectangular shape.

第1ゲート電極TX1は、第1半導体領域FD1の辺FD1aに沿って伸びる部分TX1aと、第1半導体領域FD1の辺FD1bに沿って伸びる部分TX1bと、を有している。すなわち、第1ゲート電極TX1は、第2の領域R2の縁に含まれる上記2辺に沿って伸びる部分TX1a,TX1bを有している。第1ゲート電極TX1は、平面視で略V字形状を呈している。   The first gate electrode TX1 has a portion TX1a extending along the side FD1a of the first semiconductor region FD1 and a portion TX1b extending along the side FD1b of the first semiconductor region FD1. That is, the first gate electrode TX1 has portions TX1a and TX1b extending along the two sides included in the edge of the second region R2. The first gate electrode TX1 has a substantially V shape in plan view.

第2ゲート電極TX2は、第2半導体領域FD2の辺FD2aに沿って伸びる部分TX2aと、第2半導体領域FD2の辺FD2bに沿って伸びる部分TX2bと、を有している。すなわち、第2ゲート電極TX2は、第2の領域R2の縁に含まれる上記2辺に沿って伸びる部分TX2a,TX2bを有している。第2ゲート電極TX2も、第1ゲート電極TX1と同じく、平面視でV字形状を呈している。   The second gate electrode TX2 has a portion TX2a extending along the side FD2a of the second semiconductor region FD2, and a portion TX2b extending along the side FD2b of the second semiconductor region FD2. That is, the second gate electrode TX2 has portions TX2a and TX2b extending along the two sides included in the edge of the second region R2. Similarly to the first gate electrode TX1, the second gate electrode TX2 has a V shape in plan view.

第1の変形例においても、上述したように、距離画像センサ1の高感度化を図ることができる。   Also in the first modified example, as described above, the sensitivity of the distance image sensor 1 can be increased.

続いて、図14を参照して、距離画像センサ1の画素P(m,n)の構成に関する第2の変形例を説明する。図14は、第2の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。   Next, a second modification example regarding the configuration of the pixel P (m, n) of the distance image sensor 1 will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a schematic diagram for explaining a configuration of pixels of a distance image sensor according to a second modification.

第2の変形例に係る距離画像センサ1の画素P(m,n)は、第1の変形例に対して、第2の領域R2、第1及び第2半導体領域FD1,FD2、並びに第1及び第2ゲート電極TX1,TX2の形状の点で相違する。第2の変形例に係る距離画像センサ1も、第1の変形例と同様に、各画素P(m,n)において、半導体基板1Aに設けられた、フォトゲート電極PGと、それぞれ複数の第1及び第2ゲート電極TX1,TX2と、それぞれ複数の第1及び第2半導体領域FD1,FD2と、を備えている。   The pixel P (m, n) of the distance image sensor 1 according to the second modification example is different from the first modification example in the second region R2, the first and second semiconductor regions FD1, FD2, and the first region. The second gate electrodes TX1 and TX2 are different in shape. Similarly to the first modification, the distance image sensor 1 according to the second modification also includes a plurality of first photogate electrodes PG provided on the semiconductor substrate 1A in each pixel P (m, n). 1 and second gate electrodes TX1 and TX2, and a plurality of first and second semiconductor regions FD1 and FD2, respectively.

第2の領域R2は、台形形状を呈している。第1半導体領域FD1は、2辺FD1a,FD1bをそれぞれ斜辺とする台形形状を呈している。第1半導体領域FD1の縁の2辺FD1a,FD1bは、第1の方向D1に交差する方向に伸びている。第2半導体領域FD2も、2辺FD2a,FD2bをそれぞれ斜辺とする台形形状を呈している。第2半導体領域FD2の縁の2辺FD2a,FD2bは、第1の方向D1に交差する方向に伸びている。   The second region R2 has a trapezoidal shape. The first semiconductor region FD1 has a trapezoidal shape with the two sides FD1a and FD1b as oblique sides. Two sides FD1a and FD1b at the edge of the first semiconductor region FD1 extend in a direction intersecting the first direction D1. The second semiconductor region FD2 also has a trapezoidal shape with the two sides FD2a and FD2b as oblique sides. Two sides FD2a and FD2b at the edge of the second semiconductor region FD2 extend in a direction intersecting the first direction D1.

第1ゲート電極TX1は、二つの部分TX1a,TX1bと、二つの部分TX1a,TX1bを連結する部分TX1cと、を有している。第2ゲート電極TX2も、二つの部分TX2a,TX2bと、二つの部分TX2a,TX2bを連結する部分TX2cと、を有している。   The first gate electrode TX1 has two portions TX1a and TX1b and a portion TX1c connecting the two portions TX1a and TX1b. The second gate electrode TX2 also includes two portions TX2a and TX2b and a portion TX2c that connects the two portions TX2a and TX2b.

第2の変形例においても、上述したように、距離画像センサ1の高感度化を図ることができる。   Also in the second modified example, as described above, the sensitivity of the distance image sensor 1 can be increased.

続いて、図15及び図16を参照して、距離画像センサ1の画素P(m,n)の構成に関する第3の変形例を説明する。図15は、第3の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。図16は、図15におけるXVI−XVI線に沿った断面構成を示す図である。   Subsequently, a third modification example regarding the configuration of the pixel P (m, n) of the distance image sensor 1 will be described with reference to FIGS. 15 and 16. FIG. 15 is a schematic diagram for explaining a configuration of pixels of a distance image sensor according to a third modification. FIG. 16 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line XVI-XVI in FIG.

第3の変形例に係る距離画像センサ1の画素P(m,n)は、第1及び第2の変形例に対して、第2の領域R2、第1及び第2半導体領域FD1,FD2、並びに第1及び第2ゲート電極TX1,TX2の形状の点で相違する。第3の変形例に係る距離画像センサ1も、第1及び第2の変形例と同様に、各画素P(m,n)において、半導体基板1Aに設けられた、フォトゲート電極PGと、それぞれ複数の第1及び第2ゲート電極TX1,TX2と、それぞれ複数の第1及び第2半導体領域FD1,FD2と、を備えている。   The pixel P (m, n) of the distance image sensor 1 according to the third modification example has a second region R2, a first semiconductor region FD1, a second semiconductor region FD2, and a second semiconductor region, compared to the first and second modification examples. In addition, the first and second gate electrodes TX1 and TX2 are different in shape. Similarly to the first and second modifications, the distance image sensor 1 according to the third modification also includes a photogate electrode PG provided on the semiconductor substrate 1A in each pixel P (m, n), respectively. A plurality of first and second gate electrodes TX1 and TX2, and a plurality of first and second semiconductor regions FD1 and FD2, respectively.

第2の領域R2は、扇形形状を呈している。したがって、第2の領域R2は、その縁に円弧を含んでいる。具体的には、第1の方向D1で両端に位置する第2の領域R2は、その縁に略1/4円弧を含み、それ以外の第2の領域R2は、その縁に略1/2円弧を含んでいる。第2の領域R2は、縁に含まれる円弧がフォトゲート電極PG(電荷発生領域)と対向するように配置されている。フォトゲート電極PGは、その縁が第2の領域R2の円弧に沿って伸びる円弧PGbを含んでいる。   The second region R2 has a fan shape. Therefore, 2nd area | region R2 contains the circular arc in the edge. Specifically, the second region R2 located at both ends in the first direction D1 includes a substantially ¼ arc at the edge, and the other second region R2 is approximately ½ at the edge. Contains an arc. The second region R2 is arranged so that the arc included in the edge faces the photogate electrode PG (charge generation region). The photogate electrode PG includes an arc PGb whose edge extends along the arc of the second region R2.

第1半導体領域FD1は、その縁が第2の領域R2の円弧に沿って伸びる円弧FD1dを含んでいる。第2半導体領域FD2も、第1半導体領域FD1と同様に、その縁が第2の領域R2の円弧に沿って伸びる円弧FD2dを含んでいる。本実施形態では、第1及び第2半導体領域FD1,FD2は、円形形状を呈している。   The first semiconductor region FD1 includes an arc FD1d whose edge extends along the arc of the second region R2. Similarly to the first semiconductor region FD1, the second semiconductor region FD2 includes an arc FD2d whose edge extends along the arc of the second region R2. In the present embodiment, the first and second semiconductor regions FD1, FD2 have a circular shape.

第1ゲート電極TX1は、第1半導体領域FD1の円弧FD1d、すなわち第2の領域R2の円弧(フォトゲート電極PGの円弧PGb)に沿って伸びる部分TX1dを有している。第2ゲート電極TX2は、第2半導体領域FD2の円弧FD2d、すなわち第2の領域R2の円弧(フォトゲート電極PGの円弧PGb)に沿って伸びる部分TX2dを有している。第1及び第2ゲート電極TX1,TX2は、平面視で略C字形状を呈している。   The first gate electrode TX1 has a portion TX1d extending along the arc FD1d of the first semiconductor region FD1, that is, the arc of the second region R2 (the arc PGb of the photogate electrode PG). The second gate electrode TX2 has a portion TX2d extending along the arc FD2d of the second semiconductor region FD2, that is, the arc of the second region R2 (the arc PGb of the photogate electrode PG). The first and second gate electrodes TX1, TX2 are substantially C-shaped in plan view.

第3の変形例においても、上述したように、距離画像センサ1の高感度化を図ることができる。   Also in the third modified example, as described above, the sensitivity of the distance image sensor 1 can be increased.

続いて、図17を参照して、距離画像センサ1の画素P(m,n)の構成に関する第4の変形例を説明する。図17は、第4の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。   Next, with reference to FIG. 17, a fourth modification example regarding the configuration of the pixel P (m, n) of the distance image sensor 1 will be described. FIG. 17 is a schematic diagram for explaining a configuration of a pixel of a distance image sensor according to a fourth modification.

第4の変形例に係る距離画像センサ1の画素P(m,n)は、図4に示された画素P(m,n)に対して、第2の領域R2、第1及び第2半導体領域FD1,FD2、並びに第1及び第2ゲート電極TX1,TX2の形状の点で相違する。第4の変形例に係る距離画像センサ1も、第1及び第2の変形例と同様に、各画素P(m,n)において、半導体基板1Aに設けられた、フォトゲート電極PGと、それぞれ複数の第1及び第2ゲート電極TX1,TX2と、それぞれ複数の第1及び第2半導体領域FD1,FD2と、を備えている。   The pixel P (m, n) of the distance image sensor 1 according to the fourth modification example has a second region R2, first and second semiconductors with respect to the pixel P (m, n) shown in FIG. The regions FD1 and FD2 and the shapes of the first and second gate electrodes TX1 and TX2 are different. Similarly to the first and second modifications, the distance image sensor 1 according to the fourth modification also includes a photogate electrode PG provided on the semiconductor substrate 1A in each pixel P (m, n), respectively. A plurality of first and second gate electrodes TX1 and TX2, and a plurality of first and second semiconductor regions FD1 and FD2, respectively.

第2の領域R2は、扇形形状を呈している。第1及び第2半導体領域FD1,FD2は、その縁が第2の領域R2の円弧に沿って伸びる円弧FD1d,FD2dをそれぞれ含んでいる。第1及び第2ゲート電極TX1,TX2は、第2の領域R2の円弧(フォトゲート電極PGの円弧PGb)に沿って伸びる部分TX1d,TX2dをそれぞれ有している。   The second region R2 has a fan shape. The first and second semiconductor regions FD1, FD2 include arcs FD1d, FD2d whose edges extend along the arc of the second region R2, respectively. The first and second gate electrodes TX1 and TX2 respectively have portions TX1d and TX2d extending along the arc of the second region R2 (the arc PGb of the photogate electrode PG).

第4の変形例においても、上述したように、距離画像センサ1の高感度化を図ることができる。   Also in the fourth modified example, as described above, the sensitivity of the distance image sensor 1 can be increased.

続いて、図18〜図20を参照して、距離画像センサ1の画素P(m,n)の構成に関する第5の変形例を説明する。図18は、第5の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。図19は、図18におけるXIX−XIX線に沿った断面構成を示す図である。図20は、図18におけるXX−XX線に沿った断面構成を示す図である。   Next, a fifth modification example regarding the configuration of the pixel P (m, n) of the distance image sensor 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 18 is a schematic diagram for explaining a configuration of pixels of a distance image sensor according to a fifth modification. FIG. 19 is a view showing a cross-sectional configuration along the line XIX-XIX in FIG. 20 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line XX-XX in FIG.

第5の変形例に係る距離画像センサ1の画素P(m,n)は、第1の変形例に対して、特に、不要電荷収集領域と不要電荷収集ゲート電極とを備えている点で相違する。第5の変形例に係る距離画像センサ1は、各画素P(m,n)において、半導体基板1Aに設けられた、フォトゲート電極PGと、それぞれ複数の第1及び第2ゲート電極TX1,TX2と、それぞれ複数の第1及び第2半導体領域FD1,FD2と、複数の第3半導体領域FD3(不要電荷収集領域)と、複数の第3ゲート電極TX3(不要電荷収集ゲート電極)と、を備えている。   The pixel P (m, n) of the distance image sensor 1 according to the fifth modification is different from the first modification in that it includes an unnecessary charge collection region and an unnecessary charge collection gate electrode. To do. The distance image sensor 1 according to the fifth modification includes a photogate electrode PG and a plurality of first and second gate electrodes TX1 and TX2 provided on the semiconductor substrate 1A in each pixel P (m, n). A plurality of first and second semiconductor regions FD1 and FD2, a plurality of third semiconductor regions FD3 (unnecessary charge collection regions), and a plurality of third gate electrodes TX3 (unnecessary charge collection gate electrodes). ing.

第3半導体領域FD3は、第1及び第2半導体領域FD1,FD2が配置された第2の領域R2とは異なる第2の領域R2内に配置されている。第3半導体領域FD3は、第1及び第2半導体領域FD1,FD2とは、空間的に離間して配置されている。第3半導体領域FD3は、対応する第2の領域R2にその一部が含まれるように配置されている。   The third semiconductor region FD3 is disposed in a second region R2 different from the second region R2 in which the first and second semiconductor regions FD1, FD2 are disposed. The third semiconductor region FD3 is disposed spatially separated from the first and second semiconductor regions FD1, FD2. The third semiconductor region FD3 is arranged so that a part thereof is included in the corresponding second region R2.

第3半導体領域FD3は、その縁が第2の領域R2の縁(当該縁に含まれる上記2辺)に沿ってそれぞれ伸びる辺FD3a,FD3bを含んでいる。第3半導体領域FD3の縁の2辺FD3a,FD3bは、第1の方向D1に交差する方向に伸びている。本実施形態では、第3半導体領域FD3は、矩形形状を呈している。第3半導体領域FD3は、第1及び第2半導体領域FD1,FD2と同じく、高不純物濃度のn型半導体からなるフローティング・ディフュージョン領域である。第3半導体領域FD3の厚さ/不純物濃度は以下の通りである。
・半導体領域FD3:厚さ0.1〜1μm/不純物濃度1×1018〜1020cm−3
The third semiconductor region FD3 includes sides FD3a and FD3b whose edges extend along the edges of the second region R2 (the two sides included in the edges). Two sides FD3a and FD3b at the edge of the third semiconductor region FD3 extend in a direction intersecting the first direction D1. In the present embodiment, the third semiconductor region FD3 has a rectangular shape. The third semiconductor region FD3 is a floating diffusion region made of an n-type semiconductor having a high impurity concentration, like the first and second semiconductor regions FD1 and FD2. The thickness / impurity concentration of the third semiconductor region FD3 is as follows.
Semiconductor region FD3: thickness 0.1 to 1 μm / impurity concentration 1 × 10 18 to 10 20 cm −3

第3ゲート電極TX3は、第2の領域R2内におけるフォトゲート電極PGと第3半導体領域FD3との間に位置している。このため、第3ゲート電極TX3は、その全体が第1の領域R1内に入り込むように配置されることとなる。第3ゲート電極TX3は、
第3半導体領域FD3の辺FD3aに沿って伸びる部分TX3aと、第3半導体領域FD3の辺FD3bに沿って伸びる部分TX3bと、を有している。すなわち、第3ゲート電極TX3は、第2の領域R2の縁に含まれる上記2辺に沿って伸びる部分TX3a,TX3bを有している。第3ゲート電極TX3は、平面視で略V字形状を呈している。
The third gate electrode TX3 is located between the photogate electrode PG and the third semiconductor region FD3 in the second region R2. For this reason, the third gate electrode TX3 is arranged so that the entirety thereof enters the first region R1. The third gate electrode TX3 is
A portion TX3a extending along the side FD3a of the third semiconductor region FD3 and a portion TX3b extending along the side FD3b of the third semiconductor region FD3 are included. That is, the third gate electrode TX3 has portions TX3a and TX3b extending along the two sides included in the edge of the second region R2. The third gate electrode TX3 has a substantially V shape in plan view.

第1〜第3ゲート電極TX1,TX2,TX3の電極長さ並びに電極面積は、同じに設定されている。第3ゲート電極TX3は、第1及び第2ゲート電極TX1,TX2と同じく、ポリシリコンからなるが、他の材料を用いてもよい。   The electrode lengths and electrode areas of the first to third gate electrodes TX1, TX2, TX3 are set to be the same. The third gate electrode TX3 is made of polysilicon like the first and second gate electrodes TX1 and TX2, but other materials may be used.

第1の方向D1で両端に位置する第2の領域R2は、その縁の一辺のみがフォトゲート電極PGの辺PGaと対向している。第1の方向D1で両端に位置する第2の領域R2の面積は、それ以外の第2の領域R2の面積の略半分である。第1の方向D1で両端に位置する第1ゲート電極TX1は、部分TX1a又は部分TX1aのいずれか一方のみを有している。第1の方向D1で両端に位置する第2ゲート電極TX2は、部分TX2a又は部分TX2aのいずれか一方のみを有している。   In the second region R2 located at both ends in the first direction D1, only one side of the edge faces the side PGa of the photogate electrode PG. The area of the second region R2 located at both ends in the first direction D1 is substantially half of the area of the other second region R2. The first gate electrodes TX1 positioned at both ends in the first direction D1 have only one of the part TX1a and the part TX1a. The second gate electrodes TX2 located at both ends in the first direction D1 have only one of the part TX2a and the part TX2a.

絶縁層1Eには、第3半導体領域FD3の表面を露出させるためのコンタクトホールが設けられている。コンタクトホール内には、第3半導体領域FD3を外部に接続するための導体11が配置される。図18では、導体11の図示を省略している。   The insulating layer 1E is provided with a contact hole for exposing the surface of the third semiconductor region FD3. A conductor 11 for connecting the third semiconductor region FD3 to the outside is disposed in the contact hole. In FIG. 18, the conductor 11 is not shown.

第3半導体領域FD3は、半導体基板1Aにおけるフォトゲート電極PGの直下の領域で発生した不要電荷を収集する。フォトゲート電極PGの直下の領域で発生した電荷のうち一部の電荷が、不要電荷として、フォトゲート電極PG及び第3ゲート電極TX3に印加される電圧により形成されるポテンシャル勾配にしたがって、第3ゲート電極TX3の方向に走行する。   The third semiconductor region FD3 collects unnecessary charges generated in the region immediately below the photogate electrode PG in the semiconductor substrate 1A. A part of the charges generated in the region immediately below the photogate electrode PG is converted into unnecessary charges according to a potential gradient formed by a voltage applied to the photogate electrode PG and the third gate electrode TX3. It runs in the direction of the gate electrode TX3.

第3ゲート電極TX3に、ハイレベルの信号(正電位)を与えると、第3ゲート電極TX3によるゲートの下のポテンシャルが半導体基板1Aにおけるフォトゲート電極PGの下の部分のポテンシャルより高くなる。これにより、負の電荷(電子)は、第3ゲート電極TX3の方向に引き込まれ、第3半導体領域FD3によって形成されるポテンシャル井戸内に蓄積される。第3ゲート電極TX3に、ローレベルの信号(上記正電位よりも低い電位、例えばグランド電位)を与えると、第3ゲート電極TX3によるゲートの下のポテンシャルが半導体基板1Aにおけるフォトゲート電極PGの下の部分のポテンシャルより高くなり、障壁が形成される。したがって、半導体基板1Aで発生した電荷は、第3半導体領域FD3内には引き込まれない。   When a high level signal (positive potential) is applied to the third gate electrode TX3, the potential under the gate of the third gate electrode TX3 becomes higher than the potential under the photogate electrode PG in the semiconductor substrate 1A. Thereby, negative charges (electrons) are drawn in the direction of the third gate electrode TX3 and accumulated in the potential well formed by the third semiconductor region FD3. When a low level signal (potential lower than the positive potential, eg, ground potential) is applied to the third gate electrode TX3, the potential under the gate of the third gate electrode TX3 is below the photogate electrode PG in the semiconductor substrate 1A. It becomes higher than the potential of this part, and a barrier is formed. Therefore, the charge generated in the semiconductor substrate 1A is not drawn into the third semiconductor region FD3.

図21は、信号電荷の蓄積動作を説明するための、半導体基板1Aの表面1FT近傍におけるポテンシャル分布を示す図である。図22は、不要電荷の排出動作を説明するための、半導体基板1Aの表面1FT近傍におけるポテンシャル分布を示す図である。図21及び図22では、下向きがポテンシャルの正方向である。図21において、(a)及び(b)は、図19の横方向の断面の横方向に沿ったポテンシャル分布を示し、(c)は、図20の横方向の断面の横方向に沿ったポテンシャル分布を示す。図22において、(a)は、図19の横方向の断面の横方向に沿ったポテンシャル分布を示し、(b)は、図20の横方向の断面の横方向に沿ったポテンシャル分布を示す。   FIG. 21 is a diagram showing a potential distribution in the vicinity of the surface 1FT of the semiconductor substrate 1A for explaining the signal charge accumulation operation. FIG. 22 is a diagram showing a potential distribution in the vicinity of the surface 1FT of the semiconductor substrate 1A for explaining an unnecessary charge discharging operation. 21 and 22, the downward direction is the positive direction of the potential. 21, (a) and (b) show the potential distribution along the lateral direction of the lateral section of FIG. 19, and (c) shows the potential along the lateral direction of the lateral section of FIG. Show the distribution. 22A shows the potential distribution along the horizontal direction of the horizontal cross section of FIG. 19, and FIG. 22B shows the potential distribution along the horizontal direction of the horizontal cross section of FIG.

図21及び図22には、第1ゲート電極TX1の直下の領域のポテンシャルφTX1、第2ゲート電極TX2の直下の領域のポテンシャルφTX2、第3ゲート電極TX3の直下の領域のポテンシャルφTX3、フォトゲート電極PGの直下の領域のポテンシャルφPG、第1半導体領域FD1のポテンシャルφFD1、第2半導体領域FD2のポテンシャルφFD2、第3半導体領域FD3のポテンシャルφOFDが示されている。 21 and FIG. 22, the potential φ TX1 in the region immediately below the first gate electrode TX1, the potential φ TX2 in the region immediately below the second gate electrode TX2, the potential φ TX3 in the region immediately below the third gate electrode TX3 , potential phi PG in the region immediately below the photogate electrode PG, the first semiconductor region FD1 of the potential phi FD1, potential phi FD2 of the second semiconductor region FD2, potential phi OFD of the third semiconductor region FD3 is shown.

フォトゲート電極PGの直下の領域のポテンシャルφPGは、無バイアス時における隣接する第1〜第3ゲート電極TX1〜TX3の直下の領域のポテンシャル(φTX1,φTX2,φTX3)を基準電位とすると、この基準電位よりも高く設定されている。フォトゲート電極PGの直下の領域のポテンシャルφPGはポテンシャルφTX1,φTX2,φTX3よりも高くなり、この領域のポテンシャル分布は図面の下向きに窪んだ形状となる。 The potential φ PG in the region immediately below the photogate electrode PG is obtained by using the potential (φ TX1 , φ TX2 , φ TX3 ) in the region immediately below the adjacent first to third gate electrodes TX1 to TX3 at the time of no bias as a reference potential. Then, it is set higher than this reference potential. The potential φ PG in the region immediately below the photogate electrode PG is higher than the potentials φ TX1 , φ TX2 , φ TX3 , and the potential distribution in this region has a shape recessed downward in the drawing.

図21を参照して、信号電荷の蓄積動作を説明する。   The signal charge accumulation operation will be described with reference to FIG.

第1ゲート電極TX1に印加される電荷転送信号の位相が0度のとき、第1ゲート電極TX1には正の電位が与えられ、第2ゲート電極TX2には、逆相の電位、すなわち位相が180度の電位(グランド電位)が与えられる。この場合、図21(a)に示されるように、フォトゲート電極PGの直下で発生した電荷は、第1ゲート電極TX1の直下の半導体のポテンシャルφTX1が下がることにより、第1半導体領域FD1のポテンシャル井戸内に流れ込む。 When the phase of the charge transfer signal applied to the first gate electrode TX1 is 0 degree, a positive potential is applied to the first gate electrode TX1, and an opposite phase potential, that is, the phase is applied to the second gate electrode TX2. A potential of 180 degrees (ground potential) is applied. In this case, as shown in FIG. 21 (a), the charges generated immediately below the photogate electrode PG, by the semiconductor potential phi TX1 immediately below the first gate electrode TX1 is lowered, the first semiconductor region FD1 It flows into the potential well.

一方、第2ゲート電極TX2の直下の半導体のポテンシャルφTX2は下がらず、第2半導体領域FD2のポテンシャル井戸内には、電荷は流れ込まない。これにより、信号電荷が第1半導体領域FD1のポテンシャル井戸に収集されて、蓄積される。第1及び第2半導体領域FD1,FD2では、n型の不純物が添加されているため、正方向にポテンシャルが窪んでいる。 On the other hand, the semiconductor potential phi TX2 immediately below the second gate electrode TX2 is not lowered, within the potential well of the second semiconductor region FD2, the charge does not flow into. As a result, signal charges are collected and accumulated in the potential well of the first semiconductor region FD1. In the first and second semiconductor regions FD1 and FD2, since the n-type impurity is added, the potential is recessed in the positive direction.

第2ゲート電極TX2に印加される電荷転送信号の位相が0度のとき、第2ゲート電極TX2には正の電位が与えられ、第1ゲート電極TX1には、逆相の電位、すなわち位相が180度の電位(グランド電位)が与えられる。この場合、図21(b)に示されるように、フォトゲート電極PGの直下で発生した電荷は、第2ゲート電極TX2の直下の半導体のポテンシャルφTX2が下がることにより、第2半導体領域FD2のポテンシャル井戸内に流れ込む。一方、第1ゲート電極TX1の直下の領域のポテンシャルφTX1は下がらず、第1半導体領域FD1のポテンシャル井戸内には、電荷は流れ込まない。これにより、信号電荷が第2半導体領域FD2のポテンシャル井戸に収集されて、蓄積される。 When the phase of the charge transfer signal applied to the second gate electrode TX2 is 0 degree, a positive potential is applied to the second gate electrode TX2, and a reverse phase potential, that is, the phase is applied to the first gate electrode TX1. A potential of 180 degrees (ground potential) is applied. In this case, as shown in FIG. 21 (b), the charges generated immediately below the photogate electrode PG, by the semiconductor potential phi TX2 immediately below the second gate electrode TX2 is lowered, the second semiconductor region FD2 It flows into the potential well. On the other hand, the potential φ TX1 in the region immediately below the first gate electrode TX1 does not drop, and no charge flows into the potential well of the first semiconductor region FD1. As a result, signal charges are collected and accumulated in the potential well of the second semiconductor region FD2.

第1及び第2ゲート電極TX1,TX2に位相が180度ずれた電荷転送信号が印加されている間、第3ゲート電極TX3にはグランド電位が与えられている。このため、図21(c)に示されるように、第3ゲート電極TX3の直下の半導体のポテンシャルφTX3は下がらず、第3半導体領域FD3のポテンシャル井戸内には、電荷は流れ込まない。 While a charge transfer signal whose phase is shifted by 180 degrees is applied to the first and second gate electrodes TX1, TX2, a ground potential is applied to the third gate electrode TX3. Therefore, as shown in FIG. 21 (c), the semiconductor potential phi TX3 immediately below the third gate electrode TX3 is not lowered, the third the potential well semiconductor region FD3, charge does not flow into.

以上により、信号電荷が第1及び第2半導体領域FD1,FD2のポテンシャル井戸に収集されて、蓄積される。第1及び第2半導体領域FD1,FD2のポテンシャル井戸に蓄積された信号電荷は、外部に読み出される。   As described above, signal charges are collected and accumulated in the potential wells of the first and second semiconductor regions FD1, FD2. The signal charges accumulated in the potential wells of the first and second semiconductor regions FD1, FD2 are read out to the outside.

図22を参照して、不要電荷の排出動作を説明する。   With reference to FIG. 22, the discharge operation of unnecessary charges will be described.

第1及び第2ゲート電極TX1,TX2には、グランド電位が与えられている。このため、図22(a)に示されるように、第1及び第2ゲート電極TX1,TX2直下の領域のポテンシャルφTX1,φTX2は下がらず、第1及び第2半導体領域FD1,FD2のポテンシャル井戸内には、電荷は流れ込まない。一方、第3ゲート電極TX3には正の電位が与えられる。この場合、図22(b)に示されるように、フォトゲート電極PGの直下で発生した電荷は、第3ゲート電極TX3の直下の半導体のポテンシャルφTX3が下がることにより、第3半導体領域FD3のポテンシャル井戸内に流れ込む。以上により、不要電荷が第3半導体領域FD3のポテンシャル井戸に収集される。第3半導体領域FD3のポテンシャル井戸に収集された不要電荷も、外部に排出される。 A ground potential is applied to the first and second gate electrodes TX1, TX2. Therefore, as shown in FIG. 22A, the potentials φ TX1 and φ TX2 in the regions immediately below the first and second gate electrodes TX1 and TX2 are not lowered, and the potentials of the first and second semiconductor regions FD1 and FD2 are not lowered. No charge flows into the well. On the other hand, a positive potential is applied to the third gate electrode TX3. In this case, as shown in FIG. 22 (b), the charges generated immediately below the photogate electrode PG, by the semiconductor potential phi TX3 immediately below the third gate electrode TX3 is lowered, the third semiconductor region FD3 It flows into the potential well. Thus, unnecessary charges are collected in the potential well of the third semiconductor region FD3. Unnecessary charges collected in the potential well of the third semiconductor region FD3 are also discharged to the outside.

図23は、実際の各種信号のタイミングチャートである。   FIG. 23 is a timing chart of actual various signals.

1フレームの期間Tは、信号電荷を蓄積する期間(蓄積期間)Taccと、信号電荷を読み出す期間(読み出し期間)Troと、からなる。1つの画素に着目すると、蓄積期間Taccにおいて、パルス駆動信号S複数のパルスに同期した駆動信号が光源に印加され、これに同期して、検出用ゲート信号S,Sが互いに逆位相で第1及び第2ゲート電極TX1,TX2に印加される。なお、距離測定に先立って、リセット信号resetが第1及び第2半導体領域FD1,FD2に印加され、内部に蓄積された電荷が外部に排出される。本例では、リセット信号resetが一瞬ONし、続いてOFFした後、複数の駆動振動パルスが逐次印加され、更に、これに同期して電荷転送が逐次的に行われ、第1及び第2半導体領域FD1,FD2内に信号電荷が積算して蓄積される。 The one-frame period TF includes a signal charge accumulation period (accumulation period) T acc and a signal charge read period (readout period) Tro . Focusing on one pixel, the accumulation period T acc, the driving signal synchronized with the pulse drive signal S P multiple pulses are applied to the light source, in synchronization with this, the detection gate signal S 1, S 2 are opposite to each other The phase is applied to the first and second gate electrodes TX1, TX2. Prior to the distance measurement, the reset signal reset is applied to the first and second semiconductor regions FD1 and FD2, and the charges accumulated inside are discharged to the outside. In this example, after the reset signal reset is turned on for a moment and then turned off, a plurality of drive vibration pulses are sequentially applied, and further, charge transfer is sequentially performed in synchronization with the first and second semiconductors. Signal charges are accumulated and accumulated in the regions FD1 and FD2.

その後、読み出し期間Troにおいて、第1及び第2半導体領域FD1,FD2内に蓄積された信号電荷が読み出される。このとき、第3ゲート電極TX3に印加される電荷転送信号SがONして、第3ゲート電極TX3に正の電位が与えられ、不要電荷が第3半導体領域FD3のポテンシャル井戸に収集される。 Then, in the readout period T ro, the signal charge accumulated in the first and second semiconductor regions FD1, the FD2 is read. At this time, the charge transfer signal S 3 applied to the third gate electrode TX3 is turned ON, a positive potential is applied to the third gate electrode TX3, unnecessary charges are collected in the potential well of the third semiconductor region FD3 .

図24は、各種信号の変形例を示すタイミングチャートである。   FIG. 24 is a timing chart showing modifications of various signals.

図24に示された変形例では、駆動信号Sに関し、上述の実施形態に比して、デューティ比(単位周期に対するONの割合)が小さく設定されている。これにより、光源のON時の駆動パワーが増加し、S/N比がより一層向上する。本変形例では、駆動信号Sの一つのパルス毎に、第1〜第3ゲート電極TX1〜TX3の一つのパルスをそれぞれ発生させている。これにより、光源の駆動パワーを増加させた場合でも、不要電荷を排出して、距離検出精度を向上することができる。 In the modification shown in FIG. 24, the duty ratio (ON ratio with respect to the unit period) is set to be smaller with respect to the drive signal SD than in the above-described embodiment. As a result, the driving power when the light source is ON increases, and the S / N ratio is further improved. In this modification, each one pulse of the drive signal S D, respectively to generate one pulse of the first to third gate electrodes TX1 to TX3. Thereby, even when the driving power of the light source is increased, unnecessary charges can be discharged and the distance detection accuracy can be improved.

第5の変形例においては、不要電荷が第1及び第2半導体領域FD1,FD2に蓄積されるのが抑制される。このため、距離画像センサ1での距離検出精度を向上することができる。もちろん、第5の変形例においても、上述したように、距離画像センサ1の高感度化を図ることができる。   In the fifth modified example, unnecessary charges are prevented from being accumulated in the first and second semiconductor regions FD1, FD2. For this reason, the distance detection accuracy in the distance image sensor 1 can be improved. Of course, also in the fifth modification, as described above, the sensitivity of the distance image sensor 1 can be increased.

第5の変形例では、第3半導体領域FD3は、その縁が第2の領域R2の縁に含まれる上記2辺に沿ってそれぞれ伸びる2辺FD3a,FD3bを含んでいる。第3ゲート電極TX3は、第2の領域R2内におけるフォトゲート電極PGと第3半導体領域FD3との間に位置し、第2の領域R2の上記2辺に沿って伸びる部分TX3a,TX3bを有している。これにより、不要電荷の排出を効率よく行なうことができる。   In the fifth modification, the third semiconductor region FD3 includes two sides FD3a and FD3b each extending along the two sides included in the edge of the second region R2. The third gate electrode TX3 is located between the photogate electrode PG and the third semiconductor region FD3 in the second region R2, and has portions TX3a and TX3b extending along the two sides of the second region R2. is doing. Thereby, unnecessary charges can be discharged efficiently.

続いて、図25〜図27を参照して、距離画像センサ1の画素P(m,n)の構成に関する第6〜第8の変形例を説明する。図25は、第6の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。図26は、第7の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。図27は、第8の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。   Next, with reference to FIGS. 25 to 27, sixth to eighth modifications regarding the configuration of the pixel P (m, n) of the distance image sensor 1 will be described. FIG. 25 is a schematic diagram for explaining a configuration of pixels of a distance image sensor according to a sixth modification. FIG. 26 is a schematic diagram for explaining a configuration of pixels of a distance image sensor according to a seventh modification. FIG. 27 is a schematic diagram for explaining a configuration of pixels of a distance image sensor according to an eighth modification.

第6〜第8の変形例に係る距離画像センサ1の画素P(m,n)も、第1の変形例に対して、特に、不要電荷収集領域と不要電荷収集ゲート電極とを備えている点で相違する。第6〜第8の変形例に係る距離画像センサ1は、各画素P(m,n)において、半導体基板1Aに設けられた、フォトゲート電極PGと、それぞれ複数の第1及び第2ゲート電極TX1,TX2と、それぞれ複数の第1及び第2半導体領域FD1,FD2と、複数の第3半導体領域FD3(不要電荷収集領域)と、複数の第3ゲート電極TX3(不要電荷収集ゲート電極)と、を備えている。   The pixel P (m, n) of the distance image sensor 1 according to the sixth to eighth modifications is also provided with an unnecessary charge collection region and an unnecessary charge collection gate electrode, as compared with the first modification. It is different in point. The distance image sensor 1 according to the sixth to eighth modifications includes a photogate electrode PG and a plurality of first and second gate electrodes provided on the semiconductor substrate 1A in each pixel P (m, n). TX1, TX2, a plurality of first and second semiconductor regions FD1, FD2, a plurality of third semiconductor regions FD3 (unnecessary charge collection regions), and a plurality of third gate electrodes TX3 (unnecessary charge collection gate electrodes), It is equipped with.

第1の方向D1で端に位置する第3ゲート電極TX3は、部分TX3a又は部分TX3aのいずれか一方のみを有している。   The third gate electrode TX3 located at the end in the first direction D1 has only one of the part TX3a and the part TX3a.

第6〜第8の変形例においても、上述したように、距離画像センサ1の高感度化を図ることができると共に、距離画像センサ1での距離検出精度を向上することができる。   Also in the sixth to eighth modifications, as described above, it is possible to increase the sensitivity of the distance image sensor 1 and improve the distance detection accuracy in the distance image sensor 1.

続いて、図28〜図30を参照して、距離画像センサ1の画素P(m,n)の構成に関する第9の変形例を説明する。図28は、第9の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。図29は、図28におけるXXIX−XXIX線に沿った断面構成を示す図である。図30は、図28におけるXXX−XXX線に沿った断面構成を示す図である。   Subsequently, a ninth modification example regarding the configuration of the pixel P (m, n) of the distance image sensor 1 will be described with reference to FIGS. 28 to 30. FIG. 28 is a schematic diagram for explaining a configuration of pixels of a distance image sensor according to a ninth modification. FIG. 29 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line XXIX-XXIX in FIG. FIG. 30 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line XXX-XXX in FIG.

第9の変形例に係る距離画像センサ1の画素P(m,n)は、第5の変形例に対して、第1〜第3半導体領域FD1,FD2,FD3及び第1〜第3ゲート電極TX1,TX2,TX3の位置の点で相違する。第9の変形例に係る距離画像センサ1も、各画素P(m,n)において、半導体基板1Aに設けられた、フォトゲート電極PGと、それぞれ複数の第1及び第2ゲート電極TX1,TX2と、それぞれ複数の第1及び第2半導体領域FD1,FD2と、複数の第3半導体領域FD3と、複数の第3ゲート電極TX3と、を備えている。   The pixel P (m, n) of the distance image sensor 1 according to the ninth modification includes the first to third semiconductor regions FD1, FD2, FD3 and the first to third gate electrodes compared to the fifth modification. The difference is in the positions of TX1, TX2, and TX3. The distance image sensor 1 according to the ninth modification also includes a photogate electrode PG and a plurality of first and second gate electrodes TX1 and TX2 provided on the semiconductor substrate 1A in each pixel P (m, n). And a plurality of first and second semiconductor regions FD1, FD2, a plurality of third semiconductor regions FD3, and a plurality of third gate electrodes TX3.

第1〜第3半導体領域FD1,FD2,FD3は、p型のウェル領域Wと重複し且つ第1の領域R1側とは反対側の部分がウェル領域Wに囲まれるようにそれぞれ形成されている。第1〜第3半導体領域FD1,FD2,FD3の周辺は、基板1A、第1及び第2ゲート電極TX1,TX2の直下の不純物濃度よりも、さらに高濃度のウェル領域Wで囲まれている。これにより、各半導体領域FD1,FD2,FD3からの空乏層の広がりを抑えると共に、リーク電流の低減を図り、更に、クロストークや迷光による不要電荷の捕獲を低減することができる。ウェル領域Wは、フォトゲート電極PGへの電圧の印加によって広がった空乏層と、第1〜第3半導体領域FD1,FD2,FD3から広がる空乏層との結合を抑制している。   The first to third semiconductor regions FD1, FD2, and FD3 are formed so as to overlap the p-type well region W and to be surrounded by the well region W on the side opposite to the first region R1 side. . The periphery of the first to third semiconductor regions FD1, FD2, and FD3 is surrounded by a well region W having a higher concentration than the impurity concentration immediately below the substrate 1A and the first and second gate electrodes TX1 and TX2. As a result, the spread of the depletion layer from each of the semiconductor regions FD1, FD2, and FD3 can be suppressed, the leakage current can be reduced, and trapping of unnecessary charges due to crosstalk and stray light can be reduced. The well region W suppresses the coupling between the depletion layer expanded by applying a voltage to the photogate electrode PG and the depletion layer extending from the first to third semiconductor regions FD1, FD2, and FD3.

ウェル領域の厚さ/不純物濃度は以下の通りである。
・ウェル領域W:厚さ0.5〜5μm/不純物濃度1×1016〜1018cm−3
The thickness / impurity concentration of the well region is as follows.
Well region W: thickness 0.5 to 5 μm / impurity concentration 1 × 10 16 to 10 18 cm −3

第1及び第2半導体領域FD1,FD2は、第1の領域R1の辺R1b側に設けられた第2の領域R2に配置されている。第1及び第2半導体領域FD1,FD2は、第1の方向D1に沿って、空間的に離間し且つ交互に配置されている。第3半導体領域FD3は、第1の領域R1の辺R1a側に設けられた第2の領域R2に配置されている。   The first and second semiconductor regions FD1, FD2 are arranged in a second region R2 provided on the side R1b side of the first region R1. The first and second semiconductor regions FD1 and FD2 are spatially separated and alternately arranged along the first direction D1. The third semiconductor region FD3 is disposed in the second region R2 provided on the side R1a side of the first region R1.

第9の変形例においても、上述したように、距離画像センサ1の高感度化を図ることができると共に、距離画像センサ1での距離検出精度を向上することができる。   Also in the ninth modification, as described above, it is possible to increase the sensitivity of the distance image sensor 1 and improve the distance detection accuracy in the distance image sensor 1.

第1〜第3半導体領域FD1,FD2,FD3とウェル領域Wとを形成する際に、それぞれの領域を形成するためのマスクが第1の領域R1の2辺R1a,R1bの対向方向(第1の方向D1に直交する方向)で位置ずれしている場合、第1及び第2半導体領域FD1,FD2とウェル領域Wとの重複領域の上記対向方向での幅にばらつきが生じてしまう。例えば、第1及び第2半導体領域FD1,FD2とウェル領域Wとが重複している領域の上記対向方向での幅が広がると、ポテンシャルのバリア(障壁)が形成され、電荷の流れに支障が生じる。   When the first to third semiconductor regions FD1, FD2, FD3 and the well region W are formed, a mask for forming each region is a facing direction of the two sides R1a, R1b of the first region R1 (first When the position is shifted in a direction perpendicular to the direction D1, the width of the overlapping region of the first and second semiconductor regions FD1, FD2 and the well region W in the facing direction varies. For example, if the width of the region in which the first and second semiconductor regions FD1, FD2 and the well region W overlap in the above-described opposing direction is widened, a potential barrier is formed, which hinders the flow of charges. Arise.

第1及び第2半導体領域FD1,FD2が、第1の領域R1の辺R1b側に設けられた第2の領域R2にそれぞれ配置されているので、第1半導体領域FD1とウェル領域Wとの重複領域の上記対向方向での幅が狭くなると、第2半導体領域FD2とウェル領域Wとの重複領域の上記対向方向での幅も狭くなる。逆に、第1半導体領域FD1とウェル領域Wとの重複領域の上記対向方向での幅が広くなると、第2半導体領域FD2とウェル領域Wとの重複領域の対向方向での幅も広くなる。したがって、第1半導体領域FD1に向かうポテンシャルの傾斜と第2半導体領域FD2に向かうポテンシャルの傾斜とが同じとなり、第1及び第2半導体領域FD1,FD2への電荷の転送に支障が生じることはない。すなわち、第1及び第2半導体領域FD1,FD2とウェル領域Wとを形成する際にマスクの位置ずれが生じた場合でも、フォトゲート電極PGの直下の領域に発生した電荷を、第1半導体領域FD1と第2半導体領域FD2とに適切に振り分けることができる。この結果、第1半導体領域FD1に蓄積された電荷量Q1と、第2半導体領域FD2に蓄積された電荷量Q2と、がマスクの位置ずれに起因してアンバランスとなるのを抑制することができる。したがって、第9の変形例に係る距離画像センサ1によれば、距離の検出精度が低下するのを抑制することができる。   Since the first and second semiconductor regions FD1, FD2 are respectively disposed in the second region R2 provided on the side R1b side of the first region R1, the first semiconductor region FD1 and the well region W overlap. When the width of the region in the facing direction is narrowed, the width of the overlapping region of the second semiconductor region FD2 and the well region W in the facing direction is also narrowed. Conversely, when the width of the overlapping region between the first semiconductor region FD1 and the well region W in the facing direction is increased, the width in the facing direction of the overlapping region between the second semiconductor region FD2 and the well region W is also increased. Therefore, the potential gradient toward the first semiconductor region FD1 and the potential gradient toward the second semiconductor region FD2 are the same, and there is no problem in transferring charges to the first and second semiconductor regions FD1, FD2. . That is, even when a mask misalignment occurs when forming the first and second semiconductor regions FD1, FD2 and the well region W, the charge generated in the region immediately below the photogate electrode PG is transferred to the first semiconductor region. It is possible to appropriately distribute between the FD1 and the second semiconductor region FD2. As a result, it is possible to suppress an imbalance between the charge amount Q1 accumulated in the first semiconductor region FD1 and the charge amount Q2 accumulated in the second semiconductor region FD2 due to the displacement of the mask. it can. Therefore, according to the distance image sensor 1 which concerns on a 9th modification, it can suppress that the detection accuracy of distance falls.

続いて、図31を参照して、距離画像センサ1の画素P(m,n)の構成に関する第10の変形例を説明する。図31は、第10の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。第10の変形例に係る距離画像センサ1の画素P(m,n)は、第1の変形例に対して、フォトゲート電極PG(電荷発生領域)の形状の点で相違する。   Subsequently, with reference to FIG. 31, a tenth modification example regarding the configuration of the pixel P (m, n) of the distance image sensor 1 will be described. FIG. 31 is a schematic diagram for explaining the configuration of the pixels of the distance image sensor according to the tenth modification. The pixel P (m, n) of the distance image sensor 1 according to the tenth modification is different from the first modification in the shape of the photogate electrode PG (charge generation region).

フォトゲート電極PGは、その縁が第1の方向D1に隣り合う第2の領域R2の間において、第1の方向D1に伸びる辺PGcを含んでいる。これにより、第10の変形例では、第1の変形例に比して、第1の方向D1での第1半導体領域FD1同士の間隔及び第2半導体領域FD2同士の間隔が、広くなっているため、フォトゲート電極PGの直下の領域(電荷発生領域)における第1及び第2半導体領域FD1,FD2に電荷を転送可能となる領域(以下、「転送可能領域」と称する)が拡大することとなる。   The photogate electrode PG includes a side PGc extending in the first direction D1 between the second regions R2 whose edges are adjacent to each other in the first direction D1. Thereby, in the tenth modification, the distance between the first semiconductor regions FD1 and the distance between the second semiconductor regions FD2 in the first direction D1 are wider than in the first modification. Therefore, a region (hereinafter referred to as “transferable region”) in which charges can be transferred to the first and second semiconductor regions FD1 and FD2 in a region (charge generation region) immediately below the photogate electrode PG is enlarged. Become.

転送可能領域が拡大することにより、転送可能領域の面積に対し、第1及び第2半導体領域FD1,FD2の面積が相対的により一層減少することとなる。したがって、第1及び第2半導体領域FD1,FD2の静電容量(Cfd)が低減され、発生する電圧変化(ΔV)がより一層大きくなる。この結果、距離画像センサ1の更なる高感度化を図ることができる。   By expanding the transferable region, the areas of the first and second semiconductor regions FD1, FD2 are further reduced relative to the area of the transferable region. Therefore, the capacitance (Cfd) of the first and second semiconductor regions FD1, FD2 is reduced, and the generated voltage change (ΔV) is further increased. As a result, the sensitivity of the distance image sensor 1 can be further increased.

続いて、図32を参照して、距離画像センサ1の画素P(m,n)の構成に関する第11の変形例を説明する。図32は、第11の変形例に係る距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。第11の変形例に係る距離画像センサ1の画素P(m,n)は、第6の変形例に対して、フォトゲート電極PG(電荷発生領域)の形状の点で相違する。   Next, with reference to FIG. 32, an eleventh modification regarding the configuration of the pixel P (m, n) of the distance image sensor 1 will be described. FIG. 32 is a schematic diagram for explaining a pixel configuration of a distance image sensor according to an eleventh modification. The pixel P (m, n) of the distance image sensor 1 according to the eleventh modification is different from the sixth modification in the shape of the photogate electrode PG (charge generation region).

フォトゲート電極PGは、第10の変形例と同様に、その縁が第1の方向D1に隣り合う第2の領域R2の間において、第1の方向D1に伸びる辺PGcを含んでいる。これにより、フォトゲート電極PGの直下の領域(電荷発生領域)における転送可能領域が拡大し、転送可能領域の面積に対し、第1及び第2半導体領域FD1,FD2の面積が相対的により一層減少する。したがって、上述したように、距離画像センサ1の更なる高感度化を図ることができる。   Similar to the tenth modification, the photogate electrode PG includes a side PGc whose edge extends in the first direction D1 between the second regions R2 adjacent in the first direction D1. As a result, the transferable region in the region (charge generation region) immediately below the photogate electrode PG is expanded, and the areas of the first and second semiconductor regions FD1, FD2 are further reduced relative to the area of the transferable region. To do. Therefore, as described above, the sensitivity of the distance image sensor 1 can be further increased.

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not necessarily limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

入射光に応じて電荷が発生する電荷発生領域をフォトダイオード(例えば、埋め込み型のフォトダイオード等)により構成してもよい。第2の領域R2の第1の方向D1での数は、上述した実施形態及び各変形例に示された数に限られない。距離画像センサ1は、表面照射型の距離画像センサであってもよい。   A charge generation region in which charge is generated in response to incident light may be configured by a photodiode (for example, an embedded photodiode). The number of the second regions R2 in the first direction D1 is not limited to the number shown in the above-described embodiment and each modification. The distance image sensor 1 may be a surface irradiation type distance image sensor.

本発明は、工場の製造ラインにおける製品モニタや車両等に搭載される距離センサ及び距離画像センサに利用できる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a distance sensor and a distance image sensor mounted on a product monitor or a vehicle in a factory production line.

1…距離画像センサ、1A…半導体基板、D1…第1の方向、FD1…第1半導体領域、FD1a,FD1b,FD1c…辺、FD1d…円弧、FD2…第2半導体領域、FD2a,FD2b,FD2c…辺、FD2d…円弧、FD3…第3半導体領域、FD3a,FD3b…辺、PG…フォトゲート電極、PGa…辺、PGb…円弧、PGc…辺、R1…第1の領域、R1a,R1b…辺、R2…第2の領域、TX1…第1ゲート電極、TX1a,TX1b,TX1c,TX1d…部分、TX2…第2ゲート電極、TX2a,TX2b,TX2c,TX2d…部分、TX3…第3ゲート電極、TX3a,TX3b…部分。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Distance image sensor, 1A ... Semiconductor substrate, D1 ... 1st direction, FD1 ... 1st semiconductor region, FD1a, FD1b, FD1c ... Side, FD1d ... Arc, FD2 ... 2nd semiconductor region, FD2a, FD2b, FD2c ... Side, FD2d ... arc, FD3 ... third semiconductor region, FD3a, FD3b ... side, PG ... photogate electrode, PGa ... side, PGb ... arc, PGc ... side, R1 ... first region, R1a, R1b ... side, R2 ... second region, TX1 ... first gate electrode, TX1a, TX1b, TX1c, TX1d ... part, TX2 ... second gate electrode, TX2a, TX2b, TX2c, TX2d ... part, TX3 ... third gate electrode, TX3a, TX3b ... part.

Claims (10)

入射光に応じて電荷が発生する電荷発生領域と、
空間的に離間して配置され、前記電荷発生領域からの信号電荷を収集する複数の信号電荷収集領域と、
前記信号電荷収集領域のそれぞれに設けられ、異なる位相の電荷転送信号が与えられる転送電極と、を備えており、
前記電荷発生領域は、矩形形状を呈し且つ第1の方向に伸びる第1の領域内に配置され、
前記信号電荷収集領域は、前記第1の方向に直交する方向で互い対向するように前記第1の領域の前記第1の方向に伸びる2辺側にそれぞれ設けられ且つ前記第1の領域と重複する複数の第2の領域内に少なくとも一部が含まれるように配置され、
前記転送電極は、前記第2の領域内における前記電荷発生領域と前記信号電荷収集領域との間に位置すると共に、前記第2の領域の縁に沿って伸びる部分を有し、
前記電荷発生領域は、その縁が前記第2の領域の縁に沿って伸びていることを特徴とする距離センサ。
A charge generation region in which charge is generated in response to incident light;
A plurality of signal charge collection regions that are spaced apart from each other and collect signal charges from the charge generation region;
A transfer electrode provided in each of the signal charge collection regions, to which a charge transfer signal having a different phase is applied, and
The charge generation region is disposed in a first region having a rectangular shape and extending in a first direction,
The signal charge collection region is provided on each of two sides extending in the first direction of the first region so as to face each other in a direction orthogonal to the first direction, and overlaps the first region Arranged so as to be at least partially included in the plurality of second regions,
The transfer electrode is located between the charge generation region and the signal charge collection region in the second region, and has a portion extending along an edge of the second region,
The distance sensor, wherein an edge of the charge generation region extends along an edge of the second region.
前記第2の領域は、その縁が前記第1の方向と交差する方向に伸びる2辺、又は、円弧を含み、
前記信号電荷収集領域は、その縁が前記第2の領域の前記縁に含まれる前記2辺に沿って伸びる2辺、又は、前記第2の領域の前記縁に含まれる前記円弧に沿って伸びる円弧を含み、
前記転送電極は、前記第2の領域の前記縁に含まれる前記2辺又は前記円弧に沿って伸びる部分を有し、
前記電荷発生領域は、その縁が前記第2の領域の前記縁に含まれる前記2辺に沿って伸びる2辺、又は、前記第2の領域の前記縁に含まれる前記円弧に沿って伸びる円弧を含んでいることを特徴とする請求項1に記載の距離センサ。
The second region includes two sides whose edges extend in a direction intersecting the first direction, or an arc.
The signal charge collection region has two edges extending along the two sides included in the edge of the second region or the arc included in the edge of the second region. Including arcs,
The transfer electrode has a portion extending along the two sides or the arc included in the edge of the second region,
The charge generation region has two edges extending along the two sides included in the edge of the second region, or an arc extending along the arc included in the edge of the second region. The distance sensor according to claim 1, comprising:
前記電荷発生領域は、その縁が前記第1の方向に隣り合う前記第2の領域の間において前記第1の方向に伸びる辺を含んでいることを特徴とする請求項1又は2に記載の距離センサ。   3. The charge generation region according to claim 1, wherein an edge of the charge generation region includes a side extending in the first direction between the second regions adjacent to each other in the first direction. Distance sensor. 前記複数の信号電荷収集領域が、第1及び第2の信号電荷収集領域を含み、
前記第1の信号電荷収集領域が、前記第1の領域の前記第1の方向に伸びる第1の辺側に設けられた前記第2の領域に配置され、
前記第2の信号電荷収集領域が、前記第1の領域の前記第1の方向に伸びる前記第2の辺側に設けられた前記第2の領域に配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の距離センサ。
The plurality of signal charge collection regions include first and second signal charge collection regions;
The first signal charge collection region is disposed in the second region provided on the first side extending in the first direction of the first region;
The second signal charge collection region is disposed in the second region provided on the second side extending in the first direction of the first region. The distance sensor as described in any one of 1-3.
前記複数の信号電荷収集領域が、第1及び第2の信号電荷収集領域を含み、
前記第1及び第2の信号電荷収集領域が、前記第1の領域の前記第1の方向に伸びる第1の辺側に設けられた異なる前記第2の領域に配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の距離センサ。
The plurality of signal charge collection regions include first and second signal charge collection regions;
The first and second signal charge collection regions are arranged in different second regions provided on a first side extending in the first direction of the first region. The distance sensor according to any one of claims 1 to 3.
空間的に離間して配置され、前記電荷発生領域からの不要電荷を収集する複数の不要電荷収集領域と、
前記電荷発生領域から前記不要電荷収集領域への不要電荷の流れの遮断及び開放を選択的に行う不要電荷収集ゲート電極と、を更に備えており、
前記不要電荷収集領域は、前記第1の領域の前記第1の方向に伸びる第2の辺側に設けられた前記第2の領域に少なくとも一部が含まれるように配置されていることを特徴とする請求項5に記載の距離センサ。
A plurality of unnecessary charge collection regions that are spaced apart from each other and collect unnecessary charges from the charge generation region;
An unnecessary charge collection gate electrode that selectively blocks and releases the flow of unnecessary charges from the charge generation region to the unnecessary charge collection region, and
The unnecessary charge collection region is arranged so that at least a part is included in the second region provided on the second side extending in the first direction of the first region. The distance sensor according to claim 5.
前記第1及び第2の信号電荷収集領域が、前記第1の領域の前記第1の方向に伸びる第2の辺側に設けられた異なる前記第2の領域に配置されていることを特徴とする請求項5に記載の距離センサ。   The first and second signal charge collection regions are disposed in different second regions provided on a second side extending in the first direction of the first region. The distance sensor according to claim 5. 空間的に離間して配置され、前記電荷発生領域からの不要電荷を収集する複数の不要電荷収集領域と、
前記電荷発生領域から前記不要電荷収集領域への不要電荷の流れの遮断及び開放を選択的に行う不要電荷収集ゲート電極と、を更に備えており、
前記不要電荷収集領域は、前記第1の領域の前記第1及び第2の辺側に設けられた前記第2の領域に少なくとも一部が含まれるように配置されていることを特徴とする請求項7に記載の距離センサ。
A plurality of unnecessary charge collection regions that are spaced apart from each other and collect unnecessary charges from the charge generation region;
An unnecessary charge collection gate electrode that selectively blocks and releases the flow of unnecessary charges from the charge generation region to the unnecessary charge collection region, and
The unnecessary charge collection region is arranged so that at least a part thereof is included in the second region provided on the first and second sides of the first region. Item 8. The distance sensor according to Item 7.
前記不要電荷収集領域の縁が、前記第2の領域の前記縁に含まれる前記辺に沿って伸びる辺を含み、
前記不要電荷収集ゲート電極が、前記第2の領域内における前記電荷発生領域と前記不要電荷収集領域との間に位置すると共に、前記第2の領域の前記縁に沿って伸びていることを特徴とする請求項6又は8に記載の距離センサ。
An edge of the unnecessary charge collection region includes a side extending along the side included in the edge of the second region;
The unnecessary charge collection gate electrode is located between the charge generation region and the unnecessary charge collection region in the second region, and extends along the edge of the second region. The distance sensor according to claim 6 or 8.
請求項1〜9のいずれか一項に記載の距離センサと、
光源と、
前記光源にパルス駆動信号を与える駆動回路と、
前記転送電極に、前記パルス駆動信号に同期し且つ互いに異なる位相の電荷転送信号をそれぞれ与える制御回路と、
前記信号電荷収集領域から読み出された信号から、対象物までの距離を演算する演算回路と、を備えていることを特徴とする距離画像センサ。
The distance sensor according to any one of claims 1 to 9,
A light source;
A drive circuit for applying a pulse drive signal to the light source;
A control circuit for supplying the transfer electrodes with charge transfer signals having phases different from each other in synchronization with the pulse drive signal;
A distance image sensor comprising: an arithmetic circuit that calculates a distance to an object from a signal read from the signal charge collection region.
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