JP2020088142A - 受光素子および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】リーク電流を抑制し、消費電流を低減する。【解決手段】受光素子は、光電変換部にて光電変換された電荷を検出する第1のタップと、光電変換部にて光電変換された電荷を検出する第2のタップとの2つのタップを有する画素が行列状に2次元配置された画素アレイ部を備える。画素内の2つのタップと画素トランジスタ領域とを除く平面領域は、タップの外周部のタップ周辺領域と、画素トランジスタ領域に近い画素トランジスタ近傍領域とを含み、タップ周辺領域には、基板の光入射面と反対側の面に形成された埋め込み酸化膜141と、埋め込み酸化膜の光入射面側に、基板と同じ導電型で基板濃度よりも濃い不純物濃度の第1半導体領域とが形成され、画素トランジスタ近傍領域には、基板と同じ導電型で基板濃度よりも濃い不純物濃度の第2半導体領域が形成されている。本技術は、例えば、測距を行う受光素子等に適用できる。【選択図】図6
Description
本技術は、受光素子および電子機器に関し、特に、リーク電流を抑制し、消費電流を低減することができるようにした受光素子および電子機器に関する。
間接ToF(Time of Flight)方式を利用した測距システムが知られている。このような測距システムでは、ある位相でLED(Light Emitting Diode)やレーザを用いて照射されたアクティブ光が対象物にあたって反射した光を受光することで得られる信号電荷を異なる領域に振り分けることのできるセンサが必要不可欠である。
そこで、例えばセンサの基板に直接電圧を印加して基板内に電流を発生させることで、基板内の広範囲の領域を変調できるようにした技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このようなセンサは、CAPD(Current Assisted Photonic Demodulator)センサとも呼ばれている。
CAPDセンサには、電圧が印加される印加電極と、電荷を収集するための吸引電極とからなるタップが、少なくとも2つ設けられる。2つのタップのうち、一方のタップの印加電極に正の電圧が印加されると、2つのタップ間に電界が発生して電流が流れ、光電変換により発生した信号電荷が、他方のタップの吸引電極へと導かれて収集される。
CAPDセンサでは、リーク電流を抑制し、消費電流を低減することが要請されている。
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、リーク電流を抑制し、消費電流を低減することができるようにするものである。
本技術の第1の側面の受光素子は、光電変換部にて光電変換された電荷を検出する第1のタップと、前記光電変換部にて光電変換された電荷を検出する第2のタップとの2つのタップを有する画素が行列状に2次元配置された画素アレイ部を備え、画素内の前記2つのタップと画素トランジスタ領域とを除く平面領域は、前記タップの外周部のタップ周辺領域と、前記画素トランジスタ領域に近い画素トランジスタ近傍領域とを含み、前記タップ周辺領域には、基板の光入射面と反対側の面に形成された埋め込み酸化膜と、前記埋め込み酸化膜の光入射面側に、前記基板と同じ導電型で基板濃度よりも濃い不純物濃度の第1半導体領域とが形成され、前記画素トランジスタ近傍領域には、前記基板と同じ導電型で前記基板濃度よりも濃い不純物濃度の第2半導体領域が形成されている。
本技術の第2の側面の電子機器は、光電変換部にて光電変換された電荷を検出する第1のタップと、前記光電変換部にて光電変換された電荷を検出する第2のタップとの2つのタップを有する画素が行列状に2次元配置された画素アレイ部を備え、画素内の前記2つのタップと画素トランジスタ領域とを除く平面領域は、前記タップの外周部のタップ周辺領域と、前記画素トランジスタ領域に近い画素トランジスタ近傍領域とを含み、前記タップ周辺領域には、基板の光入射面と反対側の面に形成された埋め込み酸化膜と、前記埋め込み酸化膜の光入射面側に、前記基板と同じ導電型で基板濃度よりも濃い不純物濃度の第1半導体領域とが形成され、前記画素トランジスタ近傍領域には、前記基板と同じ導電型で前記基板濃度よりも濃い不純物濃度の第2半導体領域が形成されている受光素子を備える。
本技術の第1および第2の側面においては、光電変換部にて光電変換された電荷を検出する第1のタップと、前記光電変換部にて光電変換された電荷を検出する第2のタップとの2つのタップを有する画素が行列状に2次元配置された画素アレイ部が設けられ、画素内の前記2つのタップと画素トランジスタ領域とを除く平面領域は、前記タップの外周部のタップ周辺領域と、前記画素トランジスタ領域に近い画素トランジスタ近傍領域とを含み、前記タップ周辺領域には、基板の光入射面と反対側の面に形成された埋め込み酸化膜と、前記埋め込み酸化膜の光入射面側に、前記基板と同じ導電型で基板濃度よりも濃い不純物濃度の第1半導体領域とが形成され、前記画素トランジスタ近傍領域には、前記基板と同じ導電型で前記基板濃度よりも濃い不純物濃度の第2半導体領域が形成されている。
受光素子及び電子機器は、独立した装置であっても良いし、他の装置に組み込まれるモジュールであっても良い。
以下、本技術を実施するための形態(以下、実施の形態という)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.受光素子の構成例
2.画素の比較構造例
3.画素の等価回路構成例
4.画素の第1構成例
5.画素の第2構成例
6.画素の第3構成例乃至第5構成例
7.画素の第6構成例
8.画素の第7構成例
9.画素の第8構成例乃至第10構成例
10.その他の変形例
11.測距モジュールの構成例
12.電子機器の構成例
13.移動体への応用例
1.受光素子の構成例
2.画素の比較構造例
3.画素の等価回路構成例
4.画素の第1構成例
5.画素の第2構成例
6.画素の第3構成例乃至第5構成例
7.画素の第6構成例
8.画素の第7構成例
9.画素の第8構成例乃至第10構成例
10.その他の変形例
11.測距モジュールの構成例
12.電子機器の構成例
13.移動体への応用例
<1.受光素子の構成例>
図1は、本技術を適用した受光素子の構成例を示すブロック図である。
図1は、本技術を適用した受光素子の構成例を示すブロック図である。
図1に示される受光素子1は、所定の光源から照射されたパルス光が被写体に反射して戻ってきた反射光を受光し、間接ToF方式による測距情報を出力する素子である。受光素子1は、図示せぬ半導体基板上に形成された画素アレイ部20と、画素アレイ部20と同じ半導体基板上に集積された周辺回路部とを有する構成となっている。周辺回路部は、例えば、タップ駆動部21、垂直駆動部22、カラム処理部23、水平駆動部24、およびシステム制御部25から構成されている。
受光素子1には、さらに信号処理部31およびデータ格納部32も設けられている。なお、信号処理部31およびデータ格納部32は、受光素子1と同じ基板上に搭載してもよいし、受光素子1とは別の基板上に配置するようにしてもよい。
画素アレイ部20は、受光した光量に応じた電荷を生成し、その電荷に応じた信号を出力する画素51が行方向および列方向の行列状に2次元配置された構成となっている。すなわち、画素アレイ部20は、入射した光を光電変換し、その結果得られた電荷に応じた信号を出力する画素51を複数有している。ここで、行方向とは、水平方向の画素51の配列方向を言い、列方向とは、垂直方向の画素51の配列方向を言う。行方向は、図中、横方向であり、列方向は、図中、縦方向である。
画素51は、CAPD構造を有する画素であり、外部から入射した光、特に赤外光を受光して光電変換し、その結果得られた電荷に応じた画素信号を出力する。画素51は、所定の電圧MIX0(図4)を印加して、光電変換された電荷を検出する第1のタップTAと、所定の電圧MIX1(図4)を印加して、光電変換された電荷を検出する第2のタップTBとを有する。
タップ駆動部21は、画素アレイ部20の各画素51の第1のタップTAに、所定の電圧供給線30を介して所定の電圧MIX0を供給し、第2のタップTBに、所定の電圧供給線30を介して所定の電圧MIX1を供給する。したがって、画素アレイ部20の1つの画素列には、電圧MIX0を伝送する電圧供給線30と、電圧MIX1を伝送する電圧供給線30の2本の電圧供給線30が配線されている。
画素アレイ部20において、行列状の画素配列に対して、画素行ごとに画素駆動線28が行方向に沿って配線され、各画素列に2つの垂直信号線29が列方向に沿って配線されている。例えば画素駆動線28は、画素51から信号を読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。なお、図1では、画素駆動線28について1本の配線として示しているが、1本に限られるものではない。画素駆動線28の一端は、垂直駆動部22の各行に対応した出力端に接続されている。
垂直駆動部22は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素アレイ部20の各画素51を全画素同時あるいは行単位等で駆動する。すなわち、垂直駆動部22は、垂直駆動部22を制御するシステム制御部25とともに、画素アレイ部20の各画素の動作を制御する駆動部を構成している。
垂直駆動部22による駆動制御に応じて画素行の各画素51から出力される信号は、垂直信号線29を通してカラム処理部23に入力される。カラム処理部23は、各画素51から垂直信号線29を通して出力される画素信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。例えば、カラム処理部23は、信号処理としてノイズ除去処理やAD(Analog to Digital)変換処理などを行って、AD変換後の画素信号を保持する。
水平駆動部24は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム処理部23の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。この水平駆動部24による選択走査により、カラム処理部23において単位回路ごとに信号処理された画素信号が順番に出力される。
システム制御部25は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータなどによって構成され、そのタイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に、タップ駆動部21、垂直駆動部22、カラム処理部23、および水平駆動部24などの駆動制御を行う。
信号処理部31は、少なくとも演算処理機能を有し、カラム処理部23から出力される画素信号に基づいて演算処理等の種々の信号処理を行う。データ格納部32は、信号処理部31での信号処理にあたって、その処理に必要なデータを一時的に格納する。
<2.画素の比較構造例>
以下では、図1の受光素子1の画素アレイ部20に形成されている画素51の詳細構造を説明するが、その前に、画素51と比較する比較例の画素構造について説明する。
以下では、図1の受光素子1の画素アレイ部20に形成されている画素51の詳細構造を説明するが、その前に、画素51と比較する比較例の画素構造について説明する。
図2は、画素51と比較する比較例としての画素PXの断面図を示しており、図3は、2×2で配列された画素PXの平面図を示している。図2のAは、図3のY−Y’線における断面図を示しており、図2のBは、図3のX−X’線における断面図を示している。
図2に示されるように、画素PXは、例えばシリコン基板、具体的にはP型の半導体層からなる半導体基板61と、その半導体基板61上に形成されたオンチップレンズ62とを有している。半導体基板61の上下の面のうち、オンチップレンズ62が形成されている上側の面がうら面であり、多層配線層91が形成されている下側の面がおもて面である。
半導体基板61は、図中、縦方向の厚さ、つまり半導体基板61の面と垂直な方向の厚さが、例えば20μm以下となるように構成されている。なお、半導体基板61の厚さは20μm以上であっても勿論よく、その厚さは受光素子1の目標とする特性等に応じて定められればよい。
また、半導体基板61は、例えば1E+13オーダー以下の基板濃度とされた高抵抗のP‐Epi基板などとされ、半導体基板61の抵抗(抵抗率)は例えば500[Ωcm]以上となるように構成されている。
ここで、半導体基板61の基板濃度と抵抗との関係は、例えば基板濃度6.48E+12[cm3]のときに抵抗2000[Ωcm]、基板濃度1.30E+13[cm3]のときに抵抗1000[Ωcm]、基板濃度2.59E+13[cm3]のときに抵抗500[Ωcm]、および基板濃度1.30E+14[cm3]のときに抵抗100[Ωcm]などとされる。
半導体基板61の図中、上側の面が、反射光が入射される側の面(以下、光入射面とも称する)となっており、光入射面上には、外部から入射された反射光を集光して半導体基板61内に入射させるオンチップレンズ62が形成されている。
さらに、半導体基板61の光入射面上における画素PXの境界部分には、隣接する画素間でのクロストークを防止するための画素間遮光膜63が形成されている。画素間遮光膜63は、画素PXに入射された光が、隣接して設けられた他の画素PXに入射されることを防止する。
半導体基板61の光入射面側の界面には、正の固定電荷を持つ1層の膜または積層膜からなる固定電荷膜64が形成されている。固定電荷膜64は、半導体基板61の入射面側における暗電流の発生を抑制する。
半導体基板61内における光入射面とは反対の面側、すなわち図中、下側の面の内側の部分には、信号取り出し部65−1および信号取り出し部65−2が形成されている。信号取り出し部65−1は、図1の第1のタップTAに相当し、信号取り出し部65−2が、図1の第2のタップTBに相当する。
図2に示されるように、信号取り出し部65−1は、N型半導体領域であるN+半導体領域71−1と、P型半導体領域であるP+半導体領域72−1とを有している。同様に、信号取り出し部65−2は、N型半導体領域であるN+半導体領域71−2と、P型半導体領域であるP+半導体領域72−2とを有している。
平面視では、図3に示されるように、N+半導体領域71−1は、P+半導体領域72−1を中心として、P+半導体領域72−1の周囲を囲むように円形状(ドーナツ状)に形成されている。N+半導体領域71−2も、同様に、P+半導体領域72−2を中心として、P+半導体領域72−2の周囲を囲むように円形状(ドーナツ状)に形成されている。
さらに、信号取り出し部65−1において、内側のP+半導体領域72−1と、外側のN+半導体領域71−1との間には、それらの領域を分離するための分離部として、酸化膜73−1が形成されている。また、N+半導体領域71−1の外周にも、他の領域と分離するための分離部として、酸化膜74−1が形成されている。酸化膜73−1および酸化膜74−1は、例えば、STI(Shallow Trench Isolation)で形成される。
同様に、信号取り出し部65−2においても、内側のP+半導体領域72−2と、外側のN+半導体領域71−2との間には、それらの領域を分離するための分離部として、酸化膜73−2が形成されている。また、N+半導体領域71−2の外周にも、他の領域と分離するための分離部として、酸化膜74−2が形成されている。酸化膜73−2および酸化膜74−2は、例えば、STIで形成される。
以下、信号取り出し部65−1および信号取り出し部65−2を特に区別する必要のない場合、単に信号取り出し部65とも称する。また、N+半導体領域71−1およびN+半導体領域71−2を特に区別する必要のない場合、単にN+半導体領域71とも称し、P+半導体領域72−1およびP+半導体領域72−2を特に区別する必要のない場合、単にP+半導体領域72とも称する。酸化膜73−1および73−2や、酸化膜74−1および74−2についても同様に、単に酸化膜73や、酸化膜74とも称する。
半導体基板61の図中、下側のおもて面側の信号取り出し部65−1と65−2との間、より厳密には、信号取り出し部65−1の外側の酸化膜74−1と、信号取り出し部65−2の外側の酸化膜74−2との間には、第1のタップTAと第2のタップTBのタップ間を分離する分離部として、Pウェル領域75が形成されている。
図3の平面視において、信号取り出し部65は、中心に配置された電圧印加部としてのP+半導体領域72と、その周囲を囲むように配置された、電荷検出部としてのN+半導体領域71を有する。信号取り出し部65−1および65−2は、画素PX内において、画素中心部に対して対称な位置に配置されている。
また、図3に示されるように、行列状に配列された複数の画素PXの行方向の画素境界部分には、図4を参照して後述する転送トランジスタ101や増幅トランジスタ106などの複数の画素トランジスタTrが配置される画素トランジスタ領域77が形成されている。そして、図2のBに示されるように、画素トランジスタ領域77に対応して、半導体基板61のおもて面側には、Pウェル領域76が形成されている。
半導体基板61の光入射面とは反対の面側、すなわち図2の下側の面には、多層配線層91が形成されている。言い換えれば、オンチップレンズ62と多層配線層91との間に、半導体層である半導体基板61が配置されている。多層配線層91は、5層の金属膜M1乃至M5と、その間の層間絶縁膜92とで構成される。なお、図2のAでは、5層の金属膜M1乃至M5のうち、最も外側の金属膜M5が見えない場所にあるため図示されていないが、図2のBにおいて図示されている。
多層配線層91の5層の金属膜M1乃至M5のうち、最も半導体基板61に近い金属膜M1には、P+半導体領域72−1または72−2に所定の電圧MIX0またはMIX1を印加するための電圧印加配線93、および、入射光を反射する部材である反射部材94が含まれる。反射部材94は、入射光が金属膜M1より下層へ入射されないように赤外光を遮光する遮光部材でもある。
また、金属膜M1には、電圧印加部としてのP+半導体領域72に所定の電圧MIX0またはMIX1を印加するための電圧印加配線93の他、電荷検出部であるN+半導体領域71の一部と接続された信号取り出し配線95が形成されている。信号取り出し配線95は、N+半導体領域71で検出された電荷をFD102(図4)に伝送する。
図2のBに示されるように、信号取り出し部65−2(第2のタップTB)は、金属膜M1の電圧印加配線93と接続され、電圧印加配線93は、ビアを介して金属膜M4の配線96と電気的に接続されている。金属膜M4の配線96は、ビアを介して金属膜M5の電圧供給線30と接続され、金属膜M5の電圧供給線30は、タップ駆動部21と接続されている。これにより、タップ駆動部21から、所定の電圧MIX1が、金属膜M5の電圧供給線30、金属膜M4の配線96、電圧印加配線93を介して、電圧印加部としてのP+半導体領域72−2に供給される。
同様に、画素PXの不図示の領域において、タップ駆動部21から、所定の電圧MIX1が、金属膜M5の電圧供給線30、金属膜M4の配線96、電圧印加配線93を介して、信号取り出し部65−1(第1のタップTA)の電圧印加部としてのP+半導体領域72−1に供給される。なお、第1のタップTAと第2のタップTBが接続される電圧供給線30、配線96、および、電圧印加配線93は、異なる配線である。
以上のように、図2の画素PXは、半導体基板61の光入射面が、多層配線層91側と反対側の、いわゆる裏面となっており、裏面照射型の画素構造である。
半導体基板61に設けられたN+半導体領域71は、外部から画素PXに入射してきた光の光量、すなわち半導体基板61による光電変換により発生した信号電荷の量を検出するための電荷検出部として機能する。
また、P+半導体領域72は、多数のキャリア電流を半導体基板61に注入するための、すなわち半導体基板61に直接電圧を印加して半導体基板61内に電界を発生させるための電圧印加部として機能する。
<3.画素の等価回路構成例>
図4は、画素PXの等価回路を示している。
図4は、画素PXの等価回路を示している。
なお、以下で後述する画素51の等価回路も、図4に示される画素PXの等価回路と同様に構成される。
画素PXは、N+半導体領域71−1およびP+半導体領域72−1を含む信号取り出し部65−1(第1のタップTA)に対して、転送トランジスタ101A、FD102A、付加容量103A、切替トランジスタ104A、リセットトランジスタ105A、増幅トランジスタ106A、及び、選択トランジスタ107Aを有する。
また、画素PXは、N+半導体領域71−2およびP+半導体領域72−2を含む信号取り出し部65−2(第2のタップTB)に対して、転送トランジスタ101B、FD102B、付加容量103B、切替トランジスタ104B、リセットトランジスタ105B、増幅トランジスタ106B、及び、選択トランジスタ107Bを有する。
転送トランジスタ101(101Aおよび101B)、切替トランジスタ104(104Aおよび104B)、リセットトランジスタ105(105Aおよび105B)、増幅トランジスタ106(106Aおよび106B)、及び、選択トランジスタ107(107Aおよび107B)は、N型のMOSトランジスタで構成される。
タップ駆動部21は、電圧供給線30Aを介してP+半導体領域72−1に所定の電圧MIX0を印加し、電圧供給線30Bを介してP+半導体領域72−2に所定の電圧MIX1を印加する。例えば、電圧MIX0およびMIX1の一方が正の電圧(例えば、1.5V)で、他方が0Vである。
N+半導体領域71−1および71−2は、半導体基板61に入射された光が光電変換されて生成された電荷を検出して、蓄積する電荷検出部である。
転送トランジスタ101Aは、ゲート電極に供給される転送駆動信号TRGがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、N+半導体領域71−1に蓄積されている電荷をFD102Aに転送する。転送トランジスタ101Bは、ゲート電極に供給される転送駆動信号TRGがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、N+半導体領域71−2に蓄積されている電荷をFD102Bに転送する。
FD102Aは、N+半導体領域71−1から供給された電荷を一時保持する。FD102Bは、N+半導体領域71−2から供給された電荷を一時保持する。
切替トランジスタ104Aは、ゲート電極に供給されるFD駆動信号FDGがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、付加容量103Aを、FD102Aに接続させる。切替トランジスタ104Bは、ゲート電極に供給されるFD駆動信号FDGがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、付加容量103Bを、FD102Bに接続させる。
垂直駆動部22は、例えば、入射光の光量が多い高照度のとき、切替トランジスタ104Aおよび104Bをアクティブ状態として、FD102Aと付加容量103Aを接続するとともに、FD102Bと付加容量103Bを接続する。これにより、高照度時に、より多くの電荷を蓄積することができる。
一方、入射光の光量が少ない低照度のときには、垂直駆動部22は、切替トランジスタ104Aおよび104Bを非アクティブ状態として、付加容量103Aおよび103Bを、それぞれ、FD102Aおよび102Bから切り離す。これにより、変換効率を上げることができる。
リセットトランジスタ105Aは、ゲート電極に供給されるリセット駆動信号RSTがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、FD102Aの電位を所定のレベル(リセット電圧VDD)にリセットする。リセットトランジスタ105Bは、ゲート電極に供給されるリセット駆動信号RSTがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、FD102Bの電位を所定のレベル(リセット電圧VDD)にリセットする。なお、リセットトランジスタ105Aおよび105Bがアクティブ状態とされるとき、転送トランジスタ101Aおよび101Bも同時にアクティブ状態とされる。
増幅トランジスタ106Aは、ソース電極が選択トランジスタ107Aを介して垂直信号線29Aに接続されることにより、不図示の定電流源とソースフォロワ回路を構成する。増幅トランジスタ106Bは、ソース電極が選択トランジスタ107Bを介して垂直信号線29Bに接続されることにより、不図示の定電流源とソースフォロワ回路を構成する。
選択トランジスタ107Aは、増幅トランジスタ106Aのソース電極と垂直信号線29Aとの間に接続されている。選択トランジスタ107Aは、ゲート電極に供給される選択信号SELがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態となり、増幅トランジスタ106Aから出力される検出信号VSLを垂直信号線29Aに出力する。
選択トランジスタ107Bは、増幅トランジスタ106Bのソース電極と垂直信号線29Bとの間に接続されている。選択トランジスタ107Bは、ゲート電極に供給される選択信号SELがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態となり、増幅トランジスタ106Bから出力される検出信号VSLを垂直信号線29Bに出力する。
画素PXの転送トランジスタ101Aおよび101B、リセットトランジスタ105Aおよび105B、増幅トランジスタ106Aおよび106B、並びに、選択トランジスタ107Aおよび107Bは、垂直駆動部22によって制御される。
図4の等価回路において、付加容量103Aおよび103Bと、その接続を制御する切替トランジスタ104Aおよび104Bは省略してもよいが、付加容量103を設け、入射光量に応じて使い分けることにより、高ダイナミックレンジを確保することができる。
<画素の電荷検出動作>
図2および図4を参照しながら、画素PXの検出動作について説明する。
図2および図4を参照しながら、画素PXの検出動作について説明する。
間接ToF方式により対象物までの距離を測定しようとする場合、例えば受光素子1が設けられた撮像装置から対象物に向けて赤外光が射出される。そして、その赤外光が対象物で反射されて反射光として撮像装置に戻ってくると、受光素子1は入射してきた反射光(赤外光)を受光して光電変換する。
このとき、垂直駆動部22は、画素PXを駆動させ、光電変換により得られた電荷を、一方の電荷検出部(第1の電荷検出部)であるN+半導体領域71−1と接続されたFD102Aと、他方の電荷検出部(第2の電荷検出部)であるN+半導体領域71−2と接続されたFD102Bとに振り分ける。
より具体的には、あるタイミングにおいて、垂直駆動部22は、電圧供給線30等を介して2つのP+半導体領域72に所定の電圧を印加する。例えば、タップ駆動部21は、P+半導体領域72−1に正の電圧(例えば、1.5V)を印加し、P+半導体領域72−2には0Vの電圧を印加する。
すると、半導体基板61における2つのP+半導体領域72の間に電界が発生し、P+半導体領域72−1からP+半導体領域72−2へと電流が流れる。この場合、半導体基板61内の正孔(ホール)はP+半導体領域72−2の方向へと移動し、電子はP+半導体領域72−1の方向へと移動する。
したがって、このような状態でオンチップレンズ62を介して外部からの赤外光(反射光)が半導体基板61内に入射し、その赤外光が、光電変換部としての半導体基板61内で光電変換されて電子と正孔のペアに変換されると、得られた電子は、P+半導体領域72間の電界によりP+半導体領域72−1の方向へと導かれ、N+半導体領域71−1内へと移動する。
この場合、光電変換で発生した電子が、画素PXに入射した赤外光の量、すなわち赤外光の受光量に応じた信号を検出するための信号キャリアとして用いられる。
これにより、N+半導体領域71−1には、N+半導体領域71−1内へと移動してきた電子に応じた電荷が検出され、FD102Aに蓄積される。切替トランジスタ104Aがアクティブ状態である場合には、付加容量103Aにも蓄積される。この電荷に応じた信号が、画素PXが選択された場合に、垂直信号線29A等を介してカラム処理部23に出力される。
そして、読み出された信号に対して、カラム処理部23においてAD変換処理が施され、その結果得られた検出信号VSLのAD変換値が信号処理部31へと供給される。この検出信号VSLのAD変換値は、N+半導体領域71−1により検出された電荷の量、換言すれば、画素PXで受光された赤外光の光量を示す値である。
また、次のタイミングでは、これまで半導体基板61内で生じていた電界と反対方向の電界が発生するように、タップ駆動部21によって、2つのP+半導体領域72に電圧が印加される。具体的には、例えば、P+半導体領域72−1に0Vの電圧が印加され、P+半導体領域72−2に正の電圧(例えば、1.5V)が印加される。
これにより、半導体基板61における2つのP+半導体領域72の間で電界が発生し、P+半導体領域72−2からP+半導体領域72−1へと電流が流れる。
このような状態でオンチップレンズ62を介して外部からの赤外光(反射光)が半導体基板61内に入射し、その赤外光が、光電変換部としての半導体基板61内で光電変換されて電子と正孔のペアに変換されると、得られた電子はP+半導体領域72間の電界によりP+半導体領域72−2の方向へと導かれ、N+半導体領域71−2内へと移動する。
これにより、N+半導体領域71−2には、N+半導体領域71−2内へと移動してきた電子に応じた電荷が検出され、FD102Bに蓄積される。切替トランジスタ104Bがアクティブ状態である場合には、付加容量103Bにも蓄積される。この電荷に応じた信号が、画素PXが選択された場合に、垂直信号線29B等を介してカラム処理部23に出力される。
そして、読み出された信号に対して、カラム処理部23においてAD変換処理が施され、その結果得られた検出信号VSLのAD変換値が信号処理部31へと供給される。この検出信号VSLのAD変換値は、N+半導体領域71−2により検出された電荷の量、換言すれば、画素PXで受光された赤外光の光量を示す値である。
このようにして、同じ画素PXにおいて互いに異なる期間の光電変換で得られた検出信号VSLが得られると、信号処理部31は、それらの検出信号VSLに基づいて対象物までの距離を示す距離情報を算出し、後段へと出力する。
このように互いに異なるN+半導体領域71へと信号キャリアを振り分けて、それらの信号キャリアに応じた信号に基づいて距離情報を算出する方法は、間接ToF方式と呼ばれている。
ここで、光電変換で得られた電荷(電子)に応じた信号の読み出しが行われる方の信号取り出し部65、つまり光電変換で得られた電荷が検出されるべき信号取り出し部65をアクティブタップ(active tap)とも称する。
逆に、基本的には光電変換で得られた電荷に応じた信号の読み出しが行われない方の信号取り出し部65、つまりアクティブタップではない方の信号取り出し部65をイナクティブタップ(inactive tap)とも称する。
上述の例では、P+半導体領域72に正の電圧が印加される方の信号取り出し部65がアクティブタップであり、P+半導体領域72に0Vの電圧が印加される方の信号取り出し部65がイナクティブタップである。
以上のように、CAPD構造の画素PXでは、画素中心部に対して対称な位置に配置された2つのタップの一方の電圧印加部に正の電圧(例えば、1.5V)を印加し、他方の電圧印加部に0Vの電圧を印加することで2つのタップ間に電界が発生して電流が流れ、光電変換により発生した信号電荷が、他方のタップの電荷検出部へと導かれて収集される。
ところで、画素PXでは、図5のAに示されるように、2つのタップ間が、P型のイオン注入により形成されたPウェル領域75で分離されているが、変調時に2つのP+半導体領域72間に流れる電流の他、タップの電圧印加部と同様のP型半導体領域で形成されたPウェル領域75へもリーク電流が流れ、消費電流が大きくなっていた。また、図5のBに示されるように、画素トランジスタ領域77のPウェル領域76にもリーク電流が流れ、消費電流が大きくなることがあった。そこで、受光素子1の画素アレイ部20に形成されている画素51では、これらのリーク電流を抑制し、消費電流を低減するような構造が採用されている。
<4.画素の第1構成例>
図6および図7は、画素51の第1構成例を示している。
図6および図7は、画素51の第1構成例を示している。
図6は、第1構成例に係る画素51の断面図であり、図7は、第1構成例に係る画素51の平面図である。図6のAは、図7のY−Y’線における断面図を示しており、図6のBは、図7のX−X’線における断面図を示している。
なお、図6および図7において、図2および図3で示した画素PXと対応する部分には同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略し、画素PXと異なる部分について説明する。また、図6では、多層配線層91については一部分のみ示している。
第1構成例では、図6のAに示されるように、半導体基板61のおもて面側(図6の下側)において、信号取り出し部65−1のN+半導体領域71−1と、信号取り出し部65−2のN+半導体領域71−2との間の領域に、酸化膜(埋め込み酸化膜)141が形成されている。また、図6のBに示されるように、電荷検出部であるN+半導体領域71と、画素境界部のPウェル領域76との間の領域にも、酸化膜(埋め込み酸化膜)141が形成されている。これらの酸化膜141は、例えば、STIで形成される。
換言すれば、図7の平面図に示されるように、画素51内の基板おもて面側において、2つの信号取り出し部65と、画素トランジスタ領域77のPウェル領域76とを除く全ての領域に、酸化膜141が形成されている。
ここで、図7に示されるように、酸化膜141が形成された基板おもて面側の平面領域が、タップに近いタップ周辺領域151と、画素トランジスタ領域77のPウェル領域76に近い画素トランジスタ近傍領域152とに分けられる。図7の例では、タップ周辺領域151と画素トランジスタ近傍領域152とが、信号取り出し部65−1と信号取り出し部65−2の配列方向と直交する行方向に分けられている。なお、タップ周辺領域151と画素トランジスタ近傍領域152との領域の比率は、任意に設定することができる。
図6のBに示されるように、タップ周辺領域151の酸化膜141の上面(半導体基板61内の界面)は、P+半導体領域143で覆われており、画素トランジスタ近傍領域152の酸化膜141の上面は、P半導体領域144で覆われている。P+半導体領域143およびP半導体領域144の不純物濃度は、P半導体領域144が半導体基板61の基板濃度よりも濃く設定され、さらに、P+半導体領域143がP半導体領域144よりも濃く設定されている。なお、P+半導体領域143およびP半導体領域144の不純物濃度は、半導体基板61の基板濃度よりも濃ければ同じでもよい。
また、図6のAに示されるように、信号取り出し部65−1のN+半導体領域71−1と、信号取り出し部65−2のN+半導体領域71−2との間の酸化膜141の上面(半導体基板61内の界面)は、Pウェル領域142で覆われている。Pウェル領域142は、画素PXと同様に、イオン注入により形成され、その後で、酸化膜141が形成されることで、酸化膜141よりも深い部分のPウェル領域142のみが残り、酸化膜141の基板内側界面を覆うようになる。P+半導体領域143およびP半導体領域144についても同様に、酸化膜141を形成する前に、P+半導体領域143およびP半導体領域144が所定の深さでイオン注入により形成される。
したがって、第1の構成例の画素51を、上述した画素PXと比較すると、基板おもて面側に形成された2つのタップ間のPウェル領域75が、酸化膜141に置き換えられるとともに、信号取り出し部65と、画素トランジスタ領域77のPウェル領域76との間にも、酸化膜141が形成されている。これにより、図5のAおよびBで説明したリーク電流を抑制し、消費電流を低減することが可能となる。
また、半導体基板61内の酸化膜141の界面を、Pウェル領域142、P+半導体領域143、または、P半導体領域144のいずれかで覆うことにより、酸化膜141界面の結晶欠陥等による暗電流の発生を抑制することができる。
さらに、信号取り出し部65と、画素トランジスタ領域77のPウェル領域76との間に酸化膜141を形成したことにより、半導体基板61を通過しようとする入射光を酸化膜141で吸収(遮光)することができるので、図8に示されるように、半導体基板61を通過した入射光が反射部材94で反射されてPウェル領域76内に形成されたFD102へ入射されることを防止することができる。これにより、寄生受光感度(PLS: Parasitic Light Sensitivity)を抑制することができる。
図9のAおよびBは、第1構成例の変形例を示す断面図である。
図6に示した第1構成例では、酸化膜141の基板おもて面側界面からの深さ(厚み)が、P+半導体領域143で覆われるタップ周辺領域151と、P半導体領域144で覆われる画素トランジスタ近傍領域152とで、同じ深さに形成されていた。
しかしながら、酸化膜141の基板おもて面側界面からの深さを、タップ周辺領域151と画素トランジスタ近傍領域152とで、異なる深さとしてもよい。
図9のAは、図6に示した第1構成例の画素トランジスタ近傍領域152の酸化膜141が、タップ周辺領域151の酸化膜141よりも深く形成された酸化膜145に変更された例を示している。
図9のBは、図6に示した第1構成例の画素トランジスタ近傍領域152の酸化膜141が、タップ周辺領域151の酸化膜141よりも浅く形成された酸化膜145に変更された例を示している。
このように、半導体基板61のおもて面側に形成する酸化膜を、タップ周辺領域151と画素トランジスタ近傍領域152とで異なる深さに形成してもよい。
<5.画素の第2構成例>
図10は、画素51の第2構成例を示している。
図10は、画素51の第2構成例を示している。
図10のAは、第2構成例に係る画素51の平面図であり、図10のBは、図10のX−X’線における断面図を示している。なお、図10のY−Y’線における断面図は図6のAに示した第1構成例と同じであるので、図示は省略する。
図10において、図6および図7に示した第1構成例と対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
第1構成例では、2つの信号取り出し部65と画素トランジスタ領域77のPウェル領域76とを除く画素51の平面領域が、行方向に、タップ周辺領域151と画素トランジスタ近傍領域152とに分割され、タップ周辺領域151と画素トランジスタ近傍領域152の全領域に、酸化膜141が形成されていた。
これに対して、第2構成例では、タップ周辺領域151には、第1構成例と同じ酸化膜141が形成されているが、その両側の画素トランジスタ近傍領域152には、列方向(縦方向)に長い直線状の酸化膜161を、間隙を設けて所定の間隔で行方向(横方向)に2本以上配置したストライプ状パターンの酸化膜161が形成されている。図10のBに示されるように、ストライプ状に配置された複数本の酸化膜161の上面は、第1構成例と同様に、P半導体領域144で覆われている。なお、図10の例は、画素トランジスタ近傍領域152の酸化膜161のストライプ状パターンを、列方向のストライプ状パターンとした例であるが、行方向のストライプ状パターンとしてもよい。
このように、画素トランジスタ近傍領域152の基板おもて面側に形成する酸化膜を、2本以上の直線状の酸化膜161からなるストライプ状パターンとした場合であっても、図5のAおよびBで説明したリーク電流を抑制し、消費電流を低減することが可能となる。また、半導体基板61を通過する入射光を吸収し、寄生受光感度を抑制することができる。さらに、酸化膜141および161を、P+半導体領域143またはP半導体領域144のいずれかで覆うことにより、暗電流の発生を抑制することができる。
さらに、半導体基板61に対して酸化膜をSTIプロセスにより形成する場合、酸化膜を埋め込むための溝を掘り込む工程において、第1構成例の酸化膜141のような広い領域よりも、第2構成例のストライプ状の複数本の酸化膜161のように細かい領域とした方が、プロセスの安定性を高めることができ、酸化膜141と酸化膜161を精度よく形成することができる。
図11のAおよびBは、第2構成例の変形例を示す断面図である。
図10に示した第2構成例では、画素トランジスタ近傍領域152のストライプ状パターンの酸化膜161の基板おもて面側表面からの深さが、タップ周辺領域151の酸化膜141と同じ深さに形成されていた。
しかしながら、ストライプ状パターンを構成する複数本の酸化膜161の基板おもて面側表面からの深さを、タップ周辺領域151の酸化膜141の深さと異なる深さとしてもよい。
図11のAは、画素トランジスタ近傍領域152の複数本の酸化膜161が、タップ周辺領域151の酸化膜141よりも深く形成された例を示している。
図11のBは、画素トランジスタ近傍領域152の複数本の酸化膜161が、タップ周辺領域151の酸化膜141よりも浅く形成された例を示している。
このように、タップ周辺領域151および画素トランジスタ近傍領域152の酸化膜141および161の深さは、任意に設定して形成することができる。
<6.画素の第3構成例乃至第5構成例>
図12は、画素51の第3構成例乃至第5構成例を示している。
図12は、画素51の第3構成例乃至第5構成例を示している。
図12においても、第1構成例および第2構成例と対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
図12のAは、第3構成例に係る画素51の平面図である。
第3構成例に係る画素51は、画素トランジスタ近傍領域152に形成された酸化膜のパターン構成が、上述した第1構成例および第2構成例と異なる。
第3の構成例の画素トランジスタ近傍領域152には、矩形形状の酸化膜171が間隙を設けて所定の間隔で列方向および行方向に規則的に2個以上配置されたアレイパターンの酸化膜171が形成されている。換言すれば、2つの画素トランジスタ近傍領域152それぞれには、矩形形状の酸化膜171がアレイ状に配置され、酸化膜171が形成されていない間隙が格子状に形成されている。
図12のAのX−X’線における断面図は、例えば、図10のBに示した第2構成例の断面図と同様となり、図12のAのY−Y’線における断面図は、図6のAに示した第1構成例の断面図と同じである。
図12のBは、第4構成例に係る画素51の平面図である。
第4構成例は、図12のAに示した第3構成例の画素トランジスタ近傍領域152の酸化膜パターンを反転させた構成となっている。具体的には、第4構成例のタップ周辺領域151には酸化膜181が全面に形成され、画素トランジスタ近傍領域152では、矩形形状の間隙182を所定の間隔で列方向および行方向に規則的に2個以上配置した格子状パターンの酸化膜181が形成されている。
図12のBのX−X’線における断面図は、例えば、図10のBに示した第2構成例の断面図に似た形状となり、図12のBのY−Y’線における断面図は、図6のAに示した第1構成例の断面図と同じである。
なお、上述した第3構成例および第4構成例においては、画素トランジスタ近傍領域152に形成される酸化膜171または間隙182の形状が、行方向よりも列方向が長い縦長の矩形形状である例について説明したが、酸化膜171または間隙182の形状は、行方向よりも列方向が短い横長の矩形形状でもよいし、正方形でもよい。また、任意の形状の混在でもよい。さらに、酸化膜171および間隙182は、図12のAおよび図12のBのように規則的に配列されず、ランダムな配置でもよく、行方向および列方向の配置数も任意に設定することができる。すなわち、画素トランジスタ近傍領域152に形成される酸化膜171または間隙182の大きさ、形状、個数、および、配置に制限はなく、任意に設計することができる。
図12のCは、第5構成例に係る画素51の平面図である。
第5の構成例に係る画素51は、画素トランジスタ近傍領域152に酸化膜が形成されていない点が、上述した第1構成例および第2構成例と異なる。
図12のCのX−X’線における断面図は、例えば、図10のBに示した第2構成例の断面図において全ての酸化膜161を除去した図に相当し、図12のCのY−Y’線における断面図は、図6のAに示した第1構成例の断面図と同じである。
第3構成例乃至第5構成例においても、タップ周辺領域151と画素トランジスタ近傍領域152に酸化膜171や酸化膜181を形成したことにより、図5のAおよびBで説明したリーク電流を抑制し、消費電流を低減することが可能となる。また、酸化膜171や酸化膜181が半導体基板61を通過する入射光を吸収し、寄生受光感度を抑制することができる。さらに、酸化膜171や酸化膜181をP+半導体領域143またはP半導体領域144のいずれかで覆うことにより、暗電流の発生を抑制することができる。
さらに、半導体基板61に対して酸化膜をSTIプロセスにより形成する場合、酸化膜を埋め込むための溝を掘り込む工程において、第1構成例の酸化膜141のような広い領域よりも、矩形形状の酸化膜171を配置した第3構成例や、酸化膜181に複数の間隙182を設けた第4構成例のように細かい領域で形成することで、STIプロセスの安定性を高めることができ、酸化膜141、171、および181を精度よく形成することができる。
一方、第5構成例のように、画素トランジスタ近傍領域152に酸化膜141を形成しない構成とした場合には、半導体基板61と酸化膜141との接合界面の表面積を最小限にすることで、暗電流の発生を抑えることができる。
<7.画素の第6構成例>
図13は、画素51の第6構成例を示している。
図13は、画素51の第6構成例を示している。
図13のAは、第6構成例に係る画素51の平面図であり、図13のBは、図13のX−X’線における断面図を示している。
第6構成例では、タップ周辺領域151と画素トランジスタ近傍領域152の分け方が、図10乃至図12に示した第2構成例乃至第5構成例と異なる。
図10乃至図12に示した第2構成例乃至第5構成例では、2つの信号取り出し部65と、画素トランジスタ領域77のPウェル領域76とを除く画素51の平面領域を、行方向に、タップ周辺領域151と画素トランジスタ近傍領域152とに分けた。
これに対して、第6構成例では、2つの信号取り出し部65と、画素トランジスタ領域77のPウェル領域76とを除く画素51の平面領域のうち、図13に示されるように、電荷検出部であるN+半導体領域71の外周部に、図3の比較例と同じ酸化膜74−1および74−2が円形状に形成され、この酸化膜74−1および74−2が形成された領域がタップ周辺領域151とされ、それ以外の領域が画素トランジスタ近傍領域152とされる。なお、図13では、便宜上、タップ周辺領域151と画素トランジスタ近傍領域152とを行方向に分けて示しているが、タップ間である酸化膜74−1と酸化膜74−2との間の領域も画素トランジスタ近傍領域152となる。
画素トランジスタ近傍領域152には、列方向(縦方向)に長い直線状の酸化膜161を、間隙を設けて所定の間隔で行方向(横方向)に2本以上配置したストライプ状パターンの酸化膜161が形成されている。換言すれば、第6構成例に係る画素51は、図10のAに示した第2の構成例の画素トランジスタ近傍領域152の酸化膜パターンを、N+半導体領域71の外周部の酸化膜74−1および74−2の境界まで形成した構成である。
<8.画素の第7構成例>
図14は、画素51の第7構成例を示している。
図14は、画素51の第7構成例を示している。
図14のAは、第7構成例に係る画素51の平面図であり、図14のBは、図14のX1−X1’線における断面図であり、図14のCは、図14のX2−X2’線における断面図を示している。
第7構成例において、タップ周辺領域151と画素トランジスタ近傍領域152の分け方は、図13に示した第6構成例と同様であり、画素トランジスタ近傍領域152に形成された酸化膜パターンが、第6構成例と異なる。
具体的には、第7構成例の画素トランジスタ近傍領域152には、行方向に長い直線状の酸化膜161を列直方向に2本以上配置したストライプ状パターンの酸化膜161が形成されている。換言すれば、第7構成例に係る画素51は、図13のAに示した第6の構成例の列方向(縦方向)のストライプ状パターンの酸化膜161を、行方向(横方向)のストライプ状パターンに変更した構成である。
図14のBは、ストライプ状パターンの酸化膜161が形成されている部分の断面図であり、図14のCは、ストライプ状パターンの酸化膜161が形成されていない部分の断面図である。タップ周辺領域151の酸化膜74−1および74−2の上面(半導体基板61内の界面)は、P+半導体領域143で覆われており、画素トランジスタ近傍領域152の酸化膜161の上面は、P半導体領域144で覆われている。画素トランジスタ近傍領域152において酸化膜161が形成されていない領域では、基板おもて面側表面まで、P半導体領域144が形成されている。
<9.画素の第8構成例乃至第10構成例>
図15は、画素51の第8構成例乃至第10構成例を示している。
図15は、画素51の第8構成例乃至第10構成例を示している。
図15においても、上述した各構成例と対応する部分については同一の符号を付してあるため、その部分の説明は適宜省略する。
図15のAは、第8構成例に係る画素51の平面図である。
第8構成例において、タップ周辺領域151と画素トランジスタ近傍領域152の分け方は、図14の第7構成例と同様であり、画素トランジスタ近傍領域152に形成された酸化膜パターンが、第7構成例と異なる。
具体的には、第8構成例の画素トランジスタ近傍領域152には、矩形形状の酸化膜171を間隙を設けて所定の間隔で列方向および行方向に規則的に2個以上配置したアレイパターンの酸化膜171が形成されている。換言すれば、第8構成例に係る画素51は、図12のAに示した第3の構成例の画素トランジスタ近傍領域152の酸化膜パターンを、N+半導体領域71の外周部の酸化膜74−1および74−2の境界まで形成した構成である。
図15のAのX−X’線における断面図は、例えば、図13のBに示した第6構成例の断面図のようになる。
図15のBは、第9構成例に係る画素51の平面図である。
第9構成例において、タップ周辺領域151と画素トランジスタ近傍領域152の分け方は、図15のAの第8構成例と同様であり、画素トランジスタ近傍領域152に形成された酸化膜パターンが、第8構成例と異なる。
具体的には、第9構成例の画素トランジスタ近傍領域152には、矩形形状の間隙182を所定の間隔で列方向および行方向に規則的に2個以上配置した格子状パターンの酸化膜181が形成されている。換言すれば、第9構成例に係る画素51は、図12のBに示した第4の構成例の画素トランジスタ近傍領域152の酸化膜パターンを、N+半導体領域71の外周部の酸化膜74−1および74−2の境界まで形成した構成である。
図15のBのX−X’線における断面図は、例えば、図13のBに示した第6構成例の断面図に似た状態になる。
図15のCは、第10構成例に係る画素51の平面図である。
第10構成例において、タップ周辺領域151と画素トランジスタ近傍領域152の分け方は、図15のBの第9構成例と同様であり、画素トランジスタ近傍領域152に形成された酸化膜パターンが、第9構成例と異なる。
具体的には、第10構成例の画素トランジスタ近傍領域152には、島状の酸化膜171をランダムに複数配置したランダムパターンの酸化膜171が形成されている。島状の酸化膜171をランダムに配置することにより、応力が集中する方向がなくなり、応力を緩和することができる。なお、図15のCは、酸化膜171の形状が正方形状の例であるが、必ずしも正方形状である必要はなく、その他の任意の形状、例えば長方形や円形などでもよい。
図15のCのX−X’線における断面図は、例えば、図13のBに示した第6構成例の断面図に似た状態になる。
図13乃至図15に示した第6構成例乃至第10構成例の画素トランジスタ近傍領域152に形成される酸化膜および間隙の大きさ、形状、個数、および、配置に制限はなく、任意に設計することができる。
第6構成例乃至第10構成例においても、タップ周辺領域151と画素トランジスタ近傍領域152に酸化膜161、171、または181を形成したことにより、図5のAおよびBで説明したリーク電流を抑制し、消費電流を低減することが可能となる。また、酸化膜161、171、または181が半導体基板61を通過する入射光を吸収し、寄生受光感度を抑制することができる。さらに、酸化膜161、171、または181をP+半導体領域143またはP半導体領域144のいずれかで覆うことにより、暗電流の発生を抑制することができる。
さらに、半導体基板61に対して酸化膜をSTIプロセスにより形成する場合、酸化膜を埋め込むための溝を掘り込む工程において、第1構成例の酸化膜141のような広い領域よりも細かい領域で形成することで、STIプロセスの安定性を高めることができ、酸化膜161、171、および181を精度よく形成することができる。
<10.その他の変形例>
上述した例では、タップ(信号取り出し部65)を構成するN+半導体領域71とP+半導体領域72の平面形状を円形状(ドーナツ状)とした例について説明したが、タップの平面形状は、円形状に限られない。例えば、図16のAおよびBに示すような形状でもよい。
上述した例では、タップ(信号取り出し部65)を構成するN+半導体領域71とP+半導体領域72の平面形状を円形状(ドーナツ状)とした例について説明したが、タップの平面形状は、円形状に限られない。例えば、図16のAおよびBに示すような形状でもよい。
図16のAは、タップを構成するN+半導体領域71とP+半導体領域72の平面形状を八角形状に形成した例を示している。
図16のBは、タップを構成するN+半導体領域71とP+半導体領域72の平面形状を矩形形状に形成した例を示している。
勿論、タップを構成するN+半導体領域71とP+半導体領域72の平面形状は、八角形状や矩形形状以外の形状でもよい。
なお、図16のAおよびBでは、簡単のため、2つのタップ(信号取り出し部65−1および65−2)のN+半導体領域71とP+半導体領域72のみを図示したが、他のパターン配置については、上述した各構成例と同様である。
また、上述した例では、各画素51に2つの信号取り出し部65が設けられる例について説明したが、1画素に対して、3以上の信号取り出し部65を設ける構成も可能である。
例えば、図17は、各画素51に4つの信号取り出し部65−1乃至65−4を設けた画素構成例の平面図を示している。
図17では、詳細な符号は省略しているが、4つの信号取り出し部65−1乃至65−4それぞれは、上述した信号取り出し部65と同様に、電圧印加部としてのP+半導体領域72と、その周囲を囲むように配置された、電荷検出部としてのN+半導体領域71を有する。1画素に対して、3以上の信号取り出し部65を設けた画素構成においても、上述した画素51の各構成例と同様に、タップ周辺領域151と画素トランジスタ近傍領域152のそれぞれに、酸化膜141、161、171等に相当する酸化膜や、P+半導体領域143、P半導体領域144等に相当するP型の半導体領域を設ける構成とすることができる。
上述した画素51の各構成例では、2つの信号取り出し部65と画素トランジスタ領域77のPウェル領域76とを除く画素51の平面領域を、タップ周辺領域151と画素トランジスタ近傍領域152との2つに分割し、タップ周辺領域151と画素トランジスタ近傍領域152とで、酸化膜のパターンを変えたり、P型半導体領域の不純物濃度を変えたりした。
しかしながら、2つの信号取り出し部65と画素トランジスタ領域77のPウェル領域76とを除く画素51の平面領域を、3つ以上に分割し、3つ以上の各領域で、酸化膜のパターンを変えたり、P型半導体領域の不純物濃度を変えたりしてもよい。
<11.測距モジュールの構成例>
図18は、上述した受光素子1を用いて測距情報を出力する測距モジュールの構成例を示すブロック図である。
図18は、上述した受光素子1を用いて測距情報を出力する測距モジュールの構成例を示すブロック図である。
測距モジュール500は、発光部511、発光制御部512、および、受光部513を備える。
発光部511は、所定波長の光を発する光源を有し、周期的に明るさが変動する照射光を発して物体に照射する。例えば、発光部511は、光源として、波長が780nm乃至1000nmの範囲の赤外光を発する発光ダイオードを有し、発光制御部512から供給される矩形波の発光制御信号CLKpに同期して、照射光を発生する。
なお、発光制御信号CLKpは、周期信号であれば、矩形波に限定されない。例えば、発光制御信号CLKpは、サイン波であってもよい。
発光制御部512は、発光制御信号CLKpを発光部511および受光部513に供給し、照射光の照射タイミングを制御する。この発光制御信号CLKpの周波数は、例えば、20メガヘルツ(MHz)である。なお、発光制御信号CLKpの周波数は、20メガヘルツ(MHz)に限定されず、5メガヘルツ(MHz)などであってもよい。
受光部513は、物体から反射した反射光を受光し、受光結果に応じて距離情報を画素ごとに算出し、物体(被写体)までの距離に対応するデプス値を画素値として格納したデプス画像を生成して、出力する。
受光部513には、上述した受光素子1が用いられる。受光部513としての受光素子1は、例えば、発光制御信号CLKpに基づいて、画素アレイ部11の各画素PXの信号取り出し部65−1および65−2それぞれの電荷検出部(N+半導体領域71)で検出された信号強度から、距離情報を画素ごとに算出する。
以上のように、間接ToF方式により被写体までの距離情報を求めて出力する測距モジュール500の受光部513として、上述した受光素子1を組み込むことができる。これにより、測距モジュール500としての測距特性を向上させることができる。
<12.電子機器の構成例>
受光素子1は、上述したように測距モジュールに適用できる他、例えば、測距機能を備えるデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置、測距機能を備えたスマートフォンといった各種の電子機器に適用することができる。
受光素子1は、上述したように測距モジュールに適用できる他、例えば、測距機能を備えるデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置、測距機能を備えたスマートフォンといった各種の電子機器に適用することができる。
図19は、本技術を適用した電子機器としての、スマートフォンの構成例を示すブロック図である。
スマートフォン601は、図19に示されるように、測距モジュール602、撮像装置603、ディスプレイ604、スピーカ605、マイクロフォン606、通信モジュール607、センサユニット608、タッチパネル609、および制御ユニット610が、バス611を介して接続されて構成される。また、制御ユニット610では、CPUがプログラムを実行することによって、アプリケーション処理部621およびオペレーションシステム処理部622としての機能を備える。
測距モジュール602には、図18の測距モジュール500が適用される。例えば、測距モジュール602は、スマートフォン601の前面に配置され、スマートフォン601のユーザを対象とした測距を行うことにより、そのユーザの顔や手、指などの表面形状のデプス値を測距結果として出力することができる。
撮像装置603は、スマートフォン601の前面に配置され、スマートフォン601のユーザを被写体とした撮像を行うことにより、そのユーザが写された画像を取得する。なお、図示しないが、スマートフォン601の背面にも撮像装置603が配置された構成としてもよい。
ディスプレイ604は、アプリケーション処理部621およびオペレーションシステム処理部622による処理を行うための操作画面や、撮像装置603が撮像した画像などを表示する。スピーカ605およびマイクロフォン606は、例えば、スマートフォン601により通話を行う際に、相手側の音声の出力、および、ユーザの音声の収音を行う。
通信モジュール607は、インターネット、公衆電話回線網、所謂4G回線や5G回線等の無線移動体用の広域通信網、WAN(Wide Area Network)、LAN(Local Area Network)等の通信網を介したネットワーク通信、Bluetooth(登録商標)、NFC(Near Field Communication)等の近距離無線通信などを行う。センサユニット608は、速度や加速度、近接などをセンシングし、タッチパネル609は、ディスプレイ604に表示されている操作画面に対するユーザによるタッチ操作を取得する。
アプリケーション処理部621は、スマートフォン601によって様々なサービスを提供するための処理を行う。例えば、アプリケーション処理部621は、測距モジュール602から供給されるデプス値に基づいて、ユーザの表情をバーチャルに再現したコンピュータグラフィックスによる顔を作成し、ディスプレイ604に表示する処理を行うことができる。また、アプリケーション処理部621は、測距モジュール602から供給されるデプス値に基づいて、例えば、任意の立体的な物体の三次元形状データを作成する処理を行うことができる。
オペレーションシステム処理部622は、スマートフォン601の基本的な機能および動作を実現するための処理を行う。例えば、オペレーションシステム処理部622は、測距モジュール602から供給されるデプス値に基づいて、ユーザの顔を認証し、スマートフォン601のロックを解除する処理を行うことができる。また、オペレーションシステム処理部622は、測距モジュール602から供給されるデプス値に基づいて、例えば、ユーザのジェスチャを認識する処理を行い、そのジェスチャに従った各種の操作を入力する処理を行うことができる。
このように構成されているスマートフォン601では、測距モジュール602として、上述した測距モジュール500を適用することで、例えば、所定の物体までの距離を測定して表示したり、所定の物体の三次元形状データを作成して表示する処理などを行うことができる。
<13.移動体への応用例>
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図20は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図20に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(interface)12053が図示されている。
駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、撮像部12031が接続される。車外情報検出ユニット12030は、撮像部12031に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット12030は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部12031は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部12031は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部12031が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12020に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図20の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図21は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。
図21では、車両12100は、撮像部12031として、撮像部12101,12102,12103,12104,12105を有する。
撮像部12101,12102,12103,12104,12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として車両12100の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部12102,12103は、主として車両12100の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部12104は、主として車両12100の後方の画像を取得する。撮像部12101及び12105で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図21には、撮像部12101ないし12104の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲12111は、フロントノーズに設けられた撮像部12101の撮像範囲を示し、撮像範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部12102,12103の撮像範囲を示し、撮像範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部12104の撮像範囲を示す。例えば、撮像部12101ないし12104で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両12100を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を基に、撮像範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部12101ないし12104の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。
マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。
マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、車外情報検出ユニット12030や撮像部12031に適用され得る。具体的には、受光素子1または測距モジュール500を、車外情報検出ユニット12030や撮像部12031の距離検出処理ブロックに適用することができる。車外情報検出ユニット12030や撮像部12031に、本開示に係る技術を適用することにより、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体までの距離を高精度に測定することができ、得られた距離情報を用いて、ドライバの疲労を軽減したり、ドライバや車両の安全度を高めることが可能になる。
本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
また、上述した受光素子1おいては、信号キャリアとして電子を用いる例について説明したが、光電変換で発生した正孔を信号キャリアとして用いるようにしてもよい。そのような場合、信号キャリアを検出するための電荷検出部がP+半導体領域により構成され、基板内に電界を発生させるための電圧印加部がN+半導体領域により構成されるようにし、信号取り出し部に設けられた電荷検出部において、信号キャリアとしての正孔が検出されるようにすればよい。
例えば、上述した受光素子1おいては、各構成例の全てまたは一部を組み合わせた形態を採用することができる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1)
光電変換部にて光電変換された電荷を検出する第1のタップと、前記光電変換部にて光電変換された電荷を検出する第2のタップとの2つのタップを有する画素が行列状に2次元配置された画素アレイ部を備え、
画素内の前記2つのタップと画素トランジスタ領域とを除く平面領域は、前記タップの外周部のタップ周辺領域と、前記画素トランジスタ領域に近い画素トランジスタ近傍領域とを含み、
前記タップ周辺領域には、基板の光入射面と反対側の面に形成された埋め込み酸化膜と、前記埋め込み酸化膜の光入射面側に、前記基板と同じ導電型で基板濃度よりも濃い不純物濃度の第1半導体領域とが形成され、
前記画素トランジスタ近傍領域には、前記基板と同じ導電型で前記基板濃度よりも濃い不純物濃度の第2半導体領域が形成されている
受光素子。
(2)
前記画素トランジスタ近傍領域にも前記埋め込み酸化膜が形成され、前記埋め込み酸化膜の光入射面側に、前記第2半導体領域が形成されている
前記(1)に記載の受光素子。
(3)
前記タップ周辺領域と前記画素トランジスタ近傍領域とは、前記画素内の前記2つのタップの配列方向と直交する方向に分けられている
前記(1)または(2)に記載の受光素子。
(4)
前記タップ周辺領域の前記埋め込み酸化膜は、前記タップ周辺領域の全面に形成され、
前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、ストライプ状パターンで形成されている
前記(2)または(3)に記載の受光素子。
(5)
前記画素トランジスタ近傍領域の前記ストライプ状パターンは、列方向のストライプ状パターンである
前記(4)に記載の受光素子。
(6)
前記画素トランジスタ近傍領域の前記ストライプ状パターンは、行方向のストライプ状パターンである
前記(4)に記載の受光素子。
(7)
前記タップ周辺領域の前記埋め込み酸化膜は、前記タップ周辺領域の全面に形成され、
前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、矩形形状の酸化膜を列方向および行方向に規則的に2個以上配置したアレイパターンで形成されている
前記(2)または(3)に記載の受光素子。
(8)
前記タップ周辺領域の前記埋め込み酸化膜は、前記タップ周辺領域の全面に形成され、
前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、矩形形状の間隙を列方向および行方向に規則的に2個以上配置した格子状パターンで形成されている
前記(2)または(3)に記載の受光素子。
(9)
前記画素内の前記2つのタップと画素トランジスタ領域とを除く平面領域のうち、前記2つのタップの外周部の領域が前記タップ周辺領域であり、それ以外の領域が前記画素トランジスタ近傍領域である
前記(2)に記載の受光素子。
(10)
前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、ストライプ状パターンで形成されている
前記(9)に記載の受光素子。
(11)
前記画素トランジスタ近傍領域の前記ストライプ状パターンは、列方向のストライプ状パターンである
前記(9)に記載の受光素子。
(12)
前記画素トランジスタ近傍領域の前記ストライプ状パターンは、行方向のストライプ状パターンである
前記(9)に記載の受光素子。
(13)
前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、矩形形状の酸化膜を列方向および行方向に規則的に2個以上配置したアレイパターンで形成されている
前記(9)に記載の受光素子。
(14)
前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、矩形形状の間隙を列方向および行方向に規則的に2個以上配置した格子状パターンで形成されている
前記(9)に記載の受光素子。
(15)
前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、複数の島状の酸化膜をランダムに配置したランダムパターンで形成されている
前記(9)に記載の受光素子。
(16)
前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、前記タップ周辺領域の前記埋め込み酸化膜よりも深く形成されている
前記(1)乃至(15)のいずれかに記載の受光素子。
(17)
前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、前記タップ周辺領域の前記埋め込み酸化膜よりも浅く形成されている
前記(1)乃至(15)のいずれかに記載の受光素子。
(18)
光電変換部にて光電変換された電荷を検出する第1のタップと、前記光電変換部にて光電変換された電荷を検出する第2のタップとの2つのタップを有する画素が行列状に2次元配置された画素アレイ部を備え、
画素内の前記2つのタップと画素トランジスタ領域とを除く平面領域は、前記タップの外周部のタップ周辺領域と、前記画素トランジスタ領域に近い画素トランジスタ近傍領域とを含み、
前記タップ周辺領域には、基板の光入射面と反対側の面に形成された埋め込み酸化膜と、前記埋め込み酸化膜の光入射面側に、前記基板と同じ導電型で基板濃度よりも濃い不純物濃度の第1半導体領域とが形成され、
前記画素トランジスタ近傍領域には、前記基板と同じ導電型で前記基板濃度よりも濃い不純物濃度の第2半導体領域が形成されている
受光素子
を備える電子機器。
(1)
光電変換部にて光電変換された電荷を検出する第1のタップと、前記光電変換部にて光電変換された電荷を検出する第2のタップとの2つのタップを有する画素が行列状に2次元配置された画素アレイ部を備え、
画素内の前記2つのタップと画素トランジスタ領域とを除く平面領域は、前記タップの外周部のタップ周辺領域と、前記画素トランジスタ領域に近い画素トランジスタ近傍領域とを含み、
前記タップ周辺領域には、基板の光入射面と反対側の面に形成された埋め込み酸化膜と、前記埋め込み酸化膜の光入射面側に、前記基板と同じ導電型で基板濃度よりも濃い不純物濃度の第1半導体領域とが形成され、
前記画素トランジスタ近傍領域には、前記基板と同じ導電型で前記基板濃度よりも濃い不純物濃度の第2半導体領域が形成されている
受光素子。
(2)
前記画素トランジスタ近傍領域にも前記埋め込み酸化膜が形成され、前記埋め込み酸化膜の光入射面側に、前記第2半導体領域が形成されている
前記(1)に記載の受光素子。
(3)
前記タップ周辺領域と前記画素トランジスタ近傍領域とは、前記画素内の前記2つのタップの配列方向と直交する方向に分けられている
前記(1)または(2)に記載の受光素子。
(4)
前記タップ周辺領域の前記埋め込み酸化膜は、前記タップ周辺領域の全面に形成され、
前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、ストライプ状パターンで形成されている
前記(2)または(3)に記載の受光素子。
(5)
前記画素トランジスタ近傍領域の前記ストライプ状パターンは、列方向のストライプ状パターンである
前記(4)に記載の受光素子。
(6)
前記画素トランジスタ近傍領域の前記ストライプ状パターンは、行方向のストライプ状パターンである
前記(4)に記載の受光素子。
(7)
前記タップ周辺領域の前記埋め込み酸化膜は、前記タップ周辺領域の全面に形成され、
前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、矩形形状の酸化膜を列方向および行方向に規則的に2個以上配置したアレイパターンで形成されている
前記(2)または(3)に記載の受光素子。
(8)
前記タップ周辺領域の前記埋め込み酸化膜は、前記タップ周辺領域の全面に形成され、
前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、矩形形状の間隙を列方向および行方向に規則的に2個以上配置した格子状パターンで形成されている
前記(2)または(3)に記載の受光素子。
(9)
前記画素内の前記2つのタップと画素トランジスタ領域とを除く平面領域のうち、前記2つのタップの外周部の領域が前記タップ周辺領域であり、それ以外の領域が前記画素トランジスタ近傍領域である
前記(2)に記載の受光素子。
(10)
前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、ストライプ状パターンで形成されている
前記(9)に記載の受光素子。
(11)
前記画素トランジスタ近傍領域の前記ストライプ状パターンは、列方向のストライプ状パターンである
前記(9)に記載の受光素子。
(12)
前記画素トランジスタ近傍領域の前記ストライプ状パターンは、行方向のストライプ状パターンである
前記(9)に記載の受光素子。
(13)
前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、矩形形状の酸化膜を列方向および行方向に規則的に2個以上配置したアレイパターンで形成されている
前記(9)に記載の受光素子。
(14)
前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、矩形形状の間隙を列方向および行方向に規則的に2個以上配置した格子状パターンで形成されている
前記(9)に記載の受光素子。
(15)
前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、複数の島状の酸化膜をランダムに配置したランダムパターンで形成されている
前記(9)に記載の受光素子。
(16)
前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、前記タップ周辺領域の前記埋め込み酸化膜よりも深く形成されている
前記(1)乃至(15)のいずれかに記載の受光素子。
(17)
前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、前記タップ周辺領域の前記埋め込み酸化膜よりも浅く形成されている
前記(1)乃至(15)のいずれかに記載の受光素子。
(18)
光電変換部にて光電変換された電荷を検出する第1のタップと、前記光電変換部にて光電変換された電荷を検出する第2のタップとの2つのタップを有する画素が行列状に2次元配置された画素アレイ部を備え、
画素内の前記2つのタップと画素トランジスタ領域とを除く平面領域は、前記タップの外周部のタップ周辺領域と、前記画素トランジスタ領域に近い画素トランジスタ近傍領域とを含み、
前記タップ周辺領域には、基板の光入射面と反対側の面に形成された埋め込み酸化膜と、前記埋め込み酸化膜の光入射面側に、前記基板と同じ導電型で基板濃度よりも濃い不純物濃度の第1半導体領域とが形成され、
前記画素トランジスタ近傍領域には、前記基板と同じ導電型で前記基板濃度よりも濃い不純物濃度の第2半導体領域が形成されている
受光素子
を備える電子機器。
1 受光素子, 20 画素アレイ部, 21 タップ駆動部, 51 画素, 61 半導体基板, TA 第1のタップ, TB 第2のタップ, 65−1,65−2 信号取り出し部, 71−1,71−2 N+半導体領域,72−1,72−2 P+半導体領域 , 73−1,73−2 酸化膜, 74−1,74−2 酸化膜, 75,76 Pウェル領域, 77 画素トランジスタ領域, 142 Pウェル領域, 141 酸化膜(埋め込み酸化膜), 143 P+半導体領域, 144 P半導体領域, 145 酸化膜, 151 タップ周辺領域, 152 画素トランジスタ近傍領域, 161, 171, 181 酸化膜, 181 間隙, 500 測距モジュール, 601 スマートフォン, 602 測距モジュール
Claims (18)
- 光電変換部にて光電変換された電荷を検出する第1のタップと、前記光電変換部にて光電変換された電荷を検出する第2のタップとの2つのタップを有する画素が行列状に2次元配置された画素アレイ部を備え、
画素内の前記2つのタップと画素トランジスタ領域とを除く平面領域は、前記タップの外周部のタップ周辺領域と、前記画素トランジスタ領域に近い画素トランジスタ近傍領域とを含み、
前記タップ周辺領域には、基板の光入射面と反対側の面に形成された埋め込み酸化膜と、前記埋め込み酸化膜の光入射面側に、前記基板と同じ導電型で基板濃度よりも濃い不純物濃度の第1半導体領域とが形成され、
前記画素トランジスタ近傍領域には、前記基板と同じ導電型で前記基板濃度よりも濃い不純物濃度の第2半導体領域が形成されている
受光素子。 - 前記画素トランジスタ近傍領域にも前記埋め込み酸化膜が形成され、前記埋め込み酸化膜の光入射面側に、前記第2半導体領域が形成されている
請求項1に記載の受光素子。 - 前記タップ周辺領域と前記画素トランジスタ近傍領域とは、前記画素内の前記2つのタップの配列方向と直交する方向に分けられている
請求項2に記載の受光素子。 - 前記タップ周辺領域の前記埋め込み酸化膜は、前記タップ周辺領域の全面に形成され、
前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、ストライプ状パターンで形成されている
請求項2に記載の受光素子。 - 前記画素トランジスタ近傍領域の前記ストライプ状パターンは、列方向のストライプ状パターンである
請求項4に記載の受光素子。 - 前記画素トランジスタ近傍領域の前記ストライプ状パターンは、行方向のストライプ状パターンである
請求項4に記載の受光素子。 - 前記タップ周辺領域の前記埋め込み酸化膜は、前記タップ周辺領域の全面に形成され、
前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、矩形形状の酸化膜を列方向および行方向に規則的に2個以上配置したアレイパターンで形成されている
請求項2に記載の受光素子。 - 前記タップ周辺領域の前記埋め込み酸化膜は、前記タップ周辺領域の全面に形成され、
前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、矩形形状の間隙を列方向および行方向に規則的に2個以上配置した格子状パターンで形成されている
請求項2に記載の受光素子。 - 前記画素内の前記2つのタップと画素トランジスタ領域とを除く平面領域のうち、前記2つのタップの外周部の領域が前記タップ周辺領域であり、それ以外の領域が前記画素トランジスタ近傍領域である
請求項2に記載の受光素子。 - 前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、ストライプ状パターンで形成されている
請求項9に記載の受光素子。 - 前記画素トランジスタ近傍領域の前記ストライプ状パターンは、列方向のストライプ状パターンである
請求項10に記載の受光素子。 - 前記画素トランジスタ近傍領域の前記ストライプ状パターンは、行方向のストライプ状パターンである
請求項10に記載の受光素子。 - 前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、矩形形状の酸化膜を列方向および行方向に規則的に2個以上配置したアレイパターンで形成されている
請求項9に記載の受光素子。 - 前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、矩形形状の間隙を列方向および行方向に規則的に2個以上配置した格子状パターンで形成されている
請求項9に記載の受光素子。 - 前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、複数の島状の酸化膜をランダムに配置したランダムパターンで形成されている
請求項9に記載の受光素子。 - 前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、前記タップ周辺領域の前記埋め込み酸化膜よりも深く形成されている
請求項15に記載の受光素子。 - 前記画素トランジスタ近傍領域の前記埋め込み酸化膜は、前記タップ周辺領域の前記埋め込み酸化膜よりも浅く形成されている
請求項15に記載の受光素子。 - 光電変換部にて光電変換された電荷を検出する第1のタップと、前記光電変換部にて光電変換された電荷を検出する第2のタップとの2つのタップを有する画素が行列状に2次元配置された画素アレイ部を備え、
画素内の前記2つのタップと画素トランジスタ領域とを除く平面領域は、前記タップの外周部のタップ周辺領域と、前記画素トランジスタ領域に近い画素トランジスタ近傍領域とを含み、
前記タップ周辺領域には、基板の光入射面と反対側の面に形成された埋め込み酸化膜と、前記埋め込み酸化膜の光入射面側に、前記基板と同じ導電型で基板濃度よりも濃い不純物濃度の第1半導体領域とが形成され、
前記画素トランジスタ近傍領域には、前記基板と同じ導電型で前記基板濃度よりも濃い不純物濃度の第2半導体領域が形成されている
受光素子
を備える電子機器。
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