JP7413432B2 - センサ、測距装置 - Google Patents
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Description
ガイガーモードのアバランシェフォトダイオードは、シングルフォトンアバランシェダイオード(SPAD)とも呼ばれている。
図1は、表面照射型のAPDの構成を示す図である。画素10は、図中下側から参照するに、APD21上に配線層22が積層され、配線層22上にオンチップレンズ23が積層されている。APD21の詳細な構成については後述する。
図2は、裏面照射型の画素の構成を示す図である。画素30は、図中下側から参照するに、オンチップレンズ23上にAPD21が積層され、APD21上にセンサ基板41が積層され、さらにセンサ基板41上に回路基板42が積層された構成とされている。
図3は、APD21の第1の実施の形態における断面構成を示す図である。図3に示すように、APD21aには、導電型がn型(第1導電型)のn型半導体領域101と、n型半導体領域101の下部に導電型がp型(第2導電型)のp型半導体領域102が形成されている。n型半導体領域101とp型半導体領域102は、ウェル層103内に形成されている。
また、ここでは、ホール蓄積領域107aと記載し、ホールを蓄積し、電子をトラップする場合を例に挙げて説明しているが、第10の実施の形態として説明するAPD21j(図23)のように、電子を蓄積し、ホールをトラップさせる構成とすることもでき、ホールをトラップさせるように構成した場合も、DCRを抑制することができる。
図6は、APD21の第2の実施の形態における断面構成を示す図である。図6に示したAPD21bにおいて、図3に示したAPD21aと同様の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
また、APD21bも、APD21a(図3)と同じく、ホール蓄積領域107bは、アノード105の下部に形成され、アノード105が、分離領域108の内部に連続的にウェル層103を囲むように形成されているのと同じく、ホール蓄積領域107bも、分離領域108の内部に連続的にウェル層103を囲むように形成されている。
図7は、APD21の第3の実施の形態における断面構成を示す図である。図7に示したAPD21cにおいて、図3に示したAPD21aと同様の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
図9は、APD21の第4の実施の形態における断面構成を示す図である。図9に示したAPD21dにおいて、図3に示したAPD21aと同様の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
図12は、APD21の第5の実施の形態における断面構成を示す図である。図12に示したAPD21eにおいて、図3に示したAPD21aと同様の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
図15は、APD21の第6の実施の形態における断面構成を示す図である。図15に示したAPD21fにおいて、図3に示したAPD21aと同様の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
図17は、APD21の第7の実施の形態における平面構成を示す図である。図17に示したAPD21gにおいて、図4に示したAPD21aと同様の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
図19は、APD21の第8の実施の形態における断面構成を示す図である。図19に示したAPD21hにおいて、図3に示したAPD21aと同様の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
図21は、APD21の第9の実施の形態における断面構成を示す図である。図21に示したAPD21iにおいて、図3に示したAPD21aと同様の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
図23は、APD21の第10の実施の形態における断面構成を示す図である。図23に示したAPD21jは、第1乃至第9の実施の形態におけるAPD21と異なる極性を有している点が異なるが、構成は同一である。
また電子蓄積領域107jは、ウェル層103jと分離領域108との間と、ウェル層103jの下部(APD21jの裏面側)に形成されている。
図25は、APD21の第11の実施の形態における断面構成を示す図である。図25に示したAPD21kは、第1乃至第10の実施の形態におけるAPD21と基本的な構成は同一であるが、PDEの低下や、暗信号の増加を発生させることなく、エッジブレイクダウンを防ぐことができる構成を有している点で異なる。
またブロック層301を、p型半導体領域102の端部の近傍に形成することで、より多くの伝導電子311を増倍領域に導くことが可能となり、PDEを向上させることが可能となる。
図31は、APD21の第12の実施の形態における断面構成を示す図である。図31に示したAPD21mは、第1乃の実施の形態におけるAPD21と構成は基本的に同一であるが、PDEの低下や、暗信号の増加を発生させることなく、エッジブレイクダウンを防ぐことができる構成を有している点で異なる。
なお、図示はしないが、第11の実施の形態におけるAPD21kと同じく、第12の実施の形態におけるAPD21mを、分離領域108を削除した構成とすることもできる。
なお、図示はしないが、第11の実施の形態におけるAPD21kと同じく、第12の実施の形態におけるAPD21mを、ホール蓄積領域107mと分離領域108を削除した構成とすることもできる。
上記した実施の形態においては、APD21について説明した。APD21は、図35、図36に示すように、センサチップ310に設けられている画素領域A1にアレイ状に配置されている。図36では、APD21-1とAPD21-2が画素領域A1に並んで配置されている例を示した。
このトレンチ323については、図51以降を参照して後述する。
APD21には、APD21間を分離するための分離領域が形成されている。例えば、図3に示したAPD21aでは、分離領域108が形成されている。
分離領域の第2の実施の形態について、図39を参照して説明する。上記した分離領域の第1の実施の形態における分離領域108aは、遮光膜402を、p型半導体領域415とトレンチ412を接続する配線として用いる場合を例に挙げて説明したが、分離領域の第2の実施の形態における分離領域108bは、配線を形成し、p型半導体領域415とトレンチ412を接続する構成とされている点が、分離領域の第1の実施形態における分離領域108aと異なる。
次に、図40を参照し、分離領域の第3の実施の形態について説明する。分離領域の第1、第2の実施の形態においては、トレンチ412内に充填される材料は、例えば、平坦化膜401と同じ材料であり、例えば絶縁材料であるとして説明した。
分離領域の第1乃至第3の実施の形態においては、トレンチ412を形成する例を示した。トレンチ412を形成することで、画素間や画素領域A1と周辺領域A2の分離をより確実に行えるようになり、また、トレンチ412に接続されている遮光膜402に電圧をかけることで、ピニングを取ることができる。
分離領域の第1乃至第4の実施の形態においては、例えば、図37に示した分離領域108aを再度参照するに、光入射面側に設けられた遮光膜402で、p型半導体領域415とトレンチ412が接続されている例を示した。次に、分離領域の第5の実施の形態として、p型半導体領域415とトレンチ412を、配線層311側で接続する構成について説明する。
分離領域の第1乃至第5の実施の形態において、遮光膜402(遮光膜491)に、遮光膜での光の反射(フレア)を防ぐためのフレア防止膜を形成しても良い。ここでは、図40に示した分離領域の第3の実施の形態における遮光膜402上に、フレア防止膜を形成した場合を、分離領域の第6の実施の形態として、図44に示し、説明を続ける。
分離領域の第1乃至第6の実施の形態においては、例えば、図40に示した分離領域108cを参照するに、p型半導体領域411、トレンチ412、p型半導体領域413、n型半導体領域414、およびp型半導体領域415が並んだ構成とされている。これらの領域を、全てp型の半導体領域として形成することも可能である。
分離領域の第1乃至第7の実施の形態においては、p型半導体領域413’(415)を介して、トレンチ412に電圧をかける構成を例に挙げて説明した。トレンチ412に形成された遮光壁471に直接的に電圧を印加する構成とすることもできる。
次に、画素領域A1(図35)とパッド領域A3の間に形成されている周辺領域A2の構成について説明する。
図51は、周辺領域の第1の実施の形態における周辺領域の構成を示す図である。
また、APD21と周辺領域701aの間の分離領域108には、分離領域の第1乃至第8の実施の形態における分離領域108a乃至108hのいずれかを適用することができる。
周辺領域の第2の実施の形態における周辺領域701について、図56を参照して説明する。なお、以下の説明においては、トレンチ323は、2本形成されている場合を例に挙げて説明する。
周辺領域の第3の実施の形態における周辺領域701について、図57を参照して説明する。
周辺領域の第4の実施の形態における周辺領域701について、図58を参照して説明する。
周辺領域の第5の実施の形態における周辺領域701について、図59を参照して説明する。
周辺領域の第6の実施の形態における周辺領域701について、図60を参照して説明する。
トレンチ323を形成するとき、掘り込みが行われる前の時点で、ストッパー851が成膜され、そのストッパー851まで掘り込みが行われる。掘り込み後、形成されたトレンチ内に絶縁膜や遮光壁が形成される。
周辺領域の第7の実施の形態における周辺領域701について、図63を参照して説明する。
上述したAPD21は、距離を測定する装置に適用できる。ここでは、距離を測定する測距装置に、APD21を適用した場合を例に挙げて、APD21の適用例の一例を説明する。
この生成されるゲート信号を、クロック信号などを用いてカウントすることで、TOFを算出(デジタル信号として出力)することができる。
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。
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。
(1)
高電界領域と、
隣接する画素と分離するための分離領域と、
前記分離領域の側壁に電子をトラップするホール蓄積領域と
を備え、
前記ホール蓄積領域は、アノードと電気的に接続されている
光検出器。
(2)
前記ホール蓄積領域は、裏面側にも形成されている
前記(1)に記載の光検出器。
(3)
前記ホール蓄積領域は、p型半導体領域である
前記(1)または(2)に記載の光検出器。
(4)
前記ホール蓄積領域は、負の固定電荷膜によるホールの誘起により形成される
前記(1)乃至(3)のいずれかに記載の光検出器。
(5)
前記ホール蓄積領域は、前記分離領域内に形成された金属膜への電圧の印加によるホールの誘起により形成される
前記(1)乃至(4)のいずれかに記載の光検出器。
(6)
前記高電界領域を構成するカソードのうち、コンタクトが接続される部分以外は、基板内に埋め込まれて形成され、
前記コンタクトが接続される部分以外の領域であり、前記基板の表面には、ホール蓄積領域が形成され、
前記基板の表面に形成されているホール蓄積領域の電位は、前記アノードとは異なる電位とされている
前記(1)乃至(5)のいずれかに記載の光検出器。
(7)
前記基板の表面に形成されているホール蓄積領域の電位は、グランド電位または前記カソードの電位と同一とされている
前記(6)に記載の光検出器。
(8)
前記コンタクトが接続される部分は、前記高電界領域の略中央部分に形成されている
前記(6)または(7)に記載の光検出器。
(9)
前記コンタクトが接続される部分は、前記高電界領域の端付近に形成され、
前記基板の表面に形成されているホール蓄積領域は、前記高電界領域の中央部分に形成されている
前記(6)または(7)に記載の光検出器。
(10)
前記アノードは、前記分離領域に隣接する一部に形成されている
前記(1)乃至(9)のいずれかに記載の光検出器。
(11)
高電界領域と、
隣接する画素と分離するための分離領域と、
前記分離領域の側壁にホールをトラップする電子蓄積領域と
を備え、
前記電子蓄積領域は、カソードと電気的に接続されている
光検出器。
(12)
前記電子蓄積領域は、裏面側にも形成されている
前記(11)に記載の光検出器。
(13)
前記電子蓄積領域は、n型半導体領域である
前記(11)または(12)に記載の光検出器。
(14)
前記電子蓄積領域は、正の固定電荷膜による電子の誘起により形成される
前記(11)乃至(13)のいずれかに記載の光検出器。
(15)
前記電子蓄積領域は、前記分離領域内に形成された金属膜への電圧の印加による電子の誘起により形成される
前記(11)乃至(14)のいずれかに記載の光検出器。
(16)
前記高電界領域を構成するアノードのうち、コンタクトが接続される部分以外は、基板内に埋め込まれて形成され、
前記コンタクトが接続される部分以外の領域であり、前記基板の表面には、電子蓄積領域が形成され、
前記基板の表面に形成されている電子蓄積領域の電位は、前記カソードとは異なる電位とされている
前記(11)乃至(15)のいずれかに記載の光検出器。
(17)
前記基板の表面に形成されている電子蓄積領域の電位は、グランド電圧または前記アノードの電圧と同一電圧とされている
前記(16)に記載の光検出器。
(18)
前記コンタクトが接続される部分は、前記高電界領域の略中央部分に形成されている
前記(16)または(17)に記載の光検出器。
(19)
前記コンタクトが接続される部分は、前記高電界領域の端付近に形成され、
前記基板の表面に形成されている電子蓄積領域は、前記高電界領域の中央部分に形成されている
前記(16)または(17)に記載の光検出器。
(20)
前記カソードは、前記分離領域に隣接する一部に形成されている
前記(11)乃至(19)のいずれかに記載の光検出器。
Claims (18)
- カソード領域とアノード領域とを有するアバランシェフォトダイオードと、酸化膜で形成された分離領域とを有する第1の半導体層と、
第1の配線と、前記カソード領域と前記第1の配線とを電気的に接続する第1のビアと、第2の配線と、前記アノード領域と前記第2の配線とを電気的に接続する第2のビアとを有する第1の配線層と、を有する第1の基板と、
前記第1の配線に直接接合された第3の配線と、前記第2の配線に直接接合された第4の配線とを有する第2の配線層と、
第2の半導体層と、を有する第2の基板と、
前記分離領域の側壁に電子をトラップするホール蓄積領域と
を備え、
前記アノード領域は前記カソード領域と前記分離領域との間にある
センサ。 - 前記第1の配線と前記第3の配線は、前記アバランシェフォトダイオードと重なっている
請求項1に記載のセンサ。 - 前記第2の配線と前記第4の配線は、前記アバランシェフォトダイオードと少なくとも部分的に重なっている
請求項2に記載のセンサ。 - 前記分離領域は、前記ホール蓄積領域が形成されている側面と逆側の側面に金属膜が形成されている
請求項1に記載のセンサ。 - 前記分離領域は、前記金属膜で囲まれた空隙領域を少なくとも一部含む
請求項4に記載のセンサ。 - 前記第1の半導体層上に配置されたオンチップレンズをさらに備える
請求項1に記載のセンサ。 - 前記オンチップレンズは、前記第1の半導体層の光入射面上に配置されている
請求項6に記載のセンサ。 - 前記オンチップレンズは、前記分離領域に設けられた固定電荷膜上に配置されている
請求項6に記載のセンサ。 - 前記分離領域が、前記第1の半導体層の光入射面を貫通する
請求項7に記載のセンサ。 - 第1のコンタクト領域と第2のコンタクト領域とを有するアバランシェフォトダイオードと、酸化膜で形成された分離領域とを有する第1の半導体層と、
第1の配線と、前記第1のコンタクト領域と前記第1の配線とを電気的に接続する第1のビアと、第2の配線と、前記第2のコンタクト領域と前記第2の配線とを電気的に接続する第2のビアとを有する第1の配線層と、を有する第1の基板と、
前記第1の配線に直接接合された第3の配線と、前記第2の配線に直接接合された第4の配線とを有する第2の配線層と、第2の半導体層と、を有する第2の基板と、
前記分離領域の側壁に電子をトラップするホール蓄積領域と
を備え、
前記第1のコンタクト領域は、前記第2のコンタクト領域と前記分離領域との間にある
センサ。 - 前記第1の配線と前記第3の配線は、前記アバランシェフォトダイオードと重なっている
請求項10に記載のセンサ。 - 前記第2の配線と前記第4の配線は、前記アバランシェフォトダイオードと少なくとも部分的に重なっている
請求項11に記載のセンサ。 - 前記分離領域は、前記ホール蓄積領域が形成されている側面と逆側の側面に金属膜が形成されている
請求項10に記載のセンサ。 - 前記分離領域は、前記金属膜によって少なくとも部分的に囲まれた空隙領域を含む
請求項13に記載のセンサ。 - 前記第1の半導体層上に配置されたオンチップレンズをさらに備える
請求項10に記載のセンサ。 - 前記第1の半導体層の光入射面上に前記オンチップレンズが配置されている
請求項15に記載のセンサ。 - 前記オンチップレンズは、前記分離領域に設けられた固定電荷膜上に配置されている
請求項15に記載のセンサ。 - 物体に光を照射する光源と、
センサと
を備え、
前記センサは、
第1のコンタクト領域と第2のコンタクト領域とを有するアバランシェフォトダイオードと、酸化膜で形成された分離領域とを有する第1の半導体層と、
第1の配線と、前記第1のコンタクト領域と前記第1の配線とを電気的に接続する第1のビアと、第2の配線と、前記第2のコンタクト領域と前記第2の配線とを電気的に接続する第2のビアとを有する第1の配線層と、を有する第1の基板と、
前記第1の配線に直接接合された第3の配線と、前記第2の配線に直接接合された第4の配線とを有する第2の配線層と、
第2の半導体層と、を有する第2の基板と、
前記分離領域の側壁に電子をトラップするホール蓄積領域と
を備え、
前記第1のコンタクト領域は前記第2のコンタクト領域と前記分離領域との間にある、
測距装置。
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