KR102342233B1 - 거리 센서 및 거리 화상 센서 - Google Patents

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Abstract

거리 센서는 실리콘 기판과 전송 전극을 구비하고 있다. 실리콘 기판은 서로 대향하는 제1 주면과 제2 주면을 가지고 있다. 실리콘 기판의 제1 주면측에는, 입사광에 따라서 전하가 발생하는 전하 발생 영역과, 전하 발생 영역으로부터의 전하를 수집하는 전하 수집 영역이 마련되어 있다. 전송 전극은, 제1 주면 상에 있어서, 전하 발생 영역과 전하 수집 영역의 사이에 배치되어 있다. 전송 전극은, 입력되는 신호에 따라서, 전하 발생 영역으로부터 전하를 전하 수집 영역으로 유입시킨다. 제2 주면에 있어서의 적어도 전하 발생 영역에 대응하는 영역에는, 복수의 볼록부가 형성되어 있다. 복수의 볼록부는, 실리콘 기판의 두께 방향에 대해서 경사진 경사면을 가지고 있다. 볼록부에서는, 경사면으로서, 실리콘 기판의 (111)면이 노출되어 있다. 볼록부의 높이가, 200㎚ 이상이다.

Description

거리 센서 및 거리 화상 센서
본 발명은 거리 센서 및 거리 화상 센서에 관한 것이다.
실리콘 기판과 전송 전극을 구비하고 있는 거리 센서(거리 화상 센서)가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 실리콘 기판은 서로 대향하는 제1 주면과 제2 주면을 가지고 있다. 실리콘 기판에는, 입사광에 따라서 전하가 발생하는 전하 발생 영역과, 전하 발생 영역으로부터의 전하를 수집하는 전하 수집 영역이 제1 주면측에 마련되어 있다. 전송 전극은, 제1 주면 상에 있어서, 전하 발생 영역과 전하 수집 영역의 사이에 배치되어 있다. 전송 전극은, 입력되는 신호에 따라서, 전하 발생 영역으로부터 전하를 전하 수집 영역으로 유입시킨다.
일본 특표 2007-526448호 공보
특허문헌 1에 기재된 거리 센서(거리 화상 센서)에서는, 자외 파장 대역에서의 분광 감도 특성에 개선의 여지가 있다.
본 발명의 일 양태는, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있는 거리 센서 및 거리 화상 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태는, 거리 센서로서, 실리콘 기판과 전송 전극을 구비하고 있다. 실리콘 기판은 서로 대향하는 제1 주면과 제2 주면을 가지고 있다. 실리콘 기판에는, 입사광에 따라서 전하가 발생하는 전하 발생 영역과, 전하 발생 영역으로부터의 전하를 수집하는 전하 수집 영역이 제1 주면측에 마련되어 있다. 전송 전극은, 제1 주면 상에 있어서, 전하 발생 영역과 전하 수집 영역의 사이에 배치되어 있다. 전송 전극은, 입력되는 신호에 따라서, 전하 발생 영역으로부터 전하를 전하 수집 영역으로 유입시킨다. 제2 주면에 있어서의 적어도 전하 발생 영역에 대응하는 영역에는, 복수의 볼록부가 형성되어 있다. 복수의 볼록부는, 실리콘 기판의 두께 방향에 대해서 경사진 경사면을 가지고 있다. 볼록부에서는, 경사면으로서, 실리콘 기판의 (111)면이 노출되어 있다. 볼록부의 높이가, 200㎚ 이상이다.
본 일 양태에 따른 거리 센서에서는, 제2 주면에 형성되어 있는 복수의 볼록부가, 실리콘 기판의 두께 방향에 대해서 경사진 경사면을 가지고 있다. 광이 제2 주면으로부터 실리콘 기판으로 입사하는 경우, 일부의 광은, 거리 센서의 제2 주면측에서 반사된다. 경사면이 실리콘 기판의 두께 방향에 대해서 경사져 있다. 이 때문에, 예를 들면, 하나의 볼록부의 경사면측에서 반사된 광은, 당해 하나의 볼록부에 근접하는 볼록부의 경사면측으로 향하게 되고, 근접하는 볼록부의 경사면으로부터 실리콘 기판으로 입사한다.
볼록부에서는, 경사면으로서, 실리콘 기판의 (111)면이 노출되어 있으므로, 경사면으로부터 실리콘 기판으로 입사하는 광은, 실리콘 기판에 받아들여지기 쉽다. 볼록부의 높이가 200㎚ 이상이므로, 경사면의 표면적이 크다. 따라서, 경사면으로 입사하는 광이 실리콘 기판에 많이 받아들여진다.
자외 파장 영역의 광은, 실리콘에 의한 흡수 계수가 크다. 따라서, 자외 파장 영역의 광은, 실리콘 기판에 있어서의 제2 주면에 가까운 영역에서 흡수된다. 본 일 양태에 따른 거리 센서에서는, 실리콘 기판에 형성되어 있는 볼록부에 있어서, 실리콘 기판의 (111)면이 노출되어 있다. 이 결과, 제2 주면에 가까운 영역에서의 광의 흡수가 저해되는 일은 없다.
이상의 이유에 의해, 본 일 양태에 따른 거리 센서에서는, 자외 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모된다.
본 일 양태에 따른 거리 센서는, 제2 주면 상에 배치되어 있고, 입사광을 투과시키는 산화 실리콘막을 더 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 산화 실리콘막이 반사 방지막으로서 기능하므로, 광이 실리콘 기판에 한층 더 받아들여지기 쉽다. 따라서, 본 형태에서는, 자외 파장 대역에서의 분광 감도 특성이 한층 더 향상된다.
본 일 양태에 따른 거리 센서는, 제2 주면 상에 배치되어 있고, 입사광을 투과시키는 산화 알루미늄막을 더 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 산화 알루미늄막에 의해서, 소정의 극성의 고정 전하가 실리콘 기판의 광 입사면측에 존재한다. 소정의 극성의 고정 전하가 존재하고 있는 실리콘 기판의 제2 주면측의 영역은, 어큐뮬레이션(accumulation)층으로서 기능한다.
어큐뮬레이션층에 의해서, 제2 주면측에서 광에 의하지 않고 발생하는 불요(不要) 전하가 재결합되므로, 암전류가 저감된다. 어큐뮬레이션층은 실리콘 기판의 제2 주면 부근에서 광에 의해 발생한 캐리어가 해당 제2 주면에서 트랩되는 것을 억제시킨다. 따라서, 광에 의해 발생한 전하는, 실리콘 기판의 제1 주면측으로 효율적으로 이동한다. 이러한 결과, 본 형태에 의하면, 광 검출 감도의 향상이 도모된다.
실리콘 기판은 전하 발생 영역과 전하 수집 영역이 마련되어 있는 제1 기판 영역과, 제1 기판 영역보다도 불순물 농도가 높고, 또한, 제2 주면측에 마련되어 있는 제2 기판 영역을 가지고 있어도 된다. 이 경우, 볼록부의 경사면은, 제2 기판 영역의 표면에 포함되어 있어도 된다. 본 형태에 의하면, 제2 기판 영역은, 어큐뮬레이션층으로서 기능한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 광 검출 감도의 향상이 도모된다.
전송 전극은 링 모양을 나타내고 있고, 제1 주면에 직교하는 방향으로부터 볼 때 전하 수집 영역을 둘러싸도록 배치되어 있어도 된다. 이 경우, 전송 전극의 외측으로부터 전송 전극의 내측에 위치하는 전하 수집 영역에 전하가 전송되므로, 전하 수집 영역은, 많은 전하를 수집한다. 이 결과, 본 형태에서는, S/N비가 좋은 거리 출력이 얻어진다.
본 일 양태에 따른 거리 센서는, 제2 주면 상에 배치되어 있고, 입사광을 투과시키는 것과 함께 붕소를 포함하는 막을 더 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 거리 센서에서는, 자외 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 열화가 억제된다.
본 발명의 일 양태에 따른 거리 화상 센서는, 일차원 모양 또는 이차원 모양으로 배치된 복수의 유닛으로 이루어진 촬상 영역이 마련되어 있는 실리콘 기판을 구비하고 있다. 유닛 각각이, 상기 거리 센서이다.
본 일 양태에 따른 거리 화상 센서에서는, 상술한 바와 같이, 자외 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모된다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 자외 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있는 거리 센서 및 거리 화상 센서가 제공된다.
도 1은 측거(測距) 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 2는 거리 화상 센서의 단면 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3은 거리 화상 센서의 개략 평면도이다.
도 4는 각 화소의 단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 각종 신호의 타이밍 차트이다.
도 6은 거리 화상 센서에서의 광의 주행을 나타내는 모식도이다.
도 7은 실시예 1에 따른 거리 화상 센서를 관찰한 SEM 화상이다.
도 8은 실시예 2에 따른 거리 화상 센서를 관찰한 SEM 화상이다.
도 9는 실시예 1과 2 및 비교예 1에 있어서의, 파장에 대한 양자 효율의 변화를 나타내는 선도이다.
도 10은 실시예 1과 2 및 비교예 1에 있어서의, 파장에 대한 양자 효율의 변화를 나타내는 선도이다.
도 11은 변형예에 따른 거리 화상 센서의 각 화소의 단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 12는 변형예에 따른 거리 화상 센서의 각 화소의 단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 13은 변형예에 따른 거리 화상 센서의 화소의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 14는 각 화소의 단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 15는 각 화소의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 16은 각종 신호의 타이밍 차트이다.
도 17은 변형예에 따른 거리 화상 센서의 화소의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 18은 각종 신호의 타이밍 차트이다.
도 19는 변형예에 따른 거리 화상 센서의 각 화소의 단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 20은 변형예에 따른 거리 화상 센서의 각 화소의 단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 21은 변형예에 따른 거리 화상 센서의 각 화소의 단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 22는 변형예에 따른 거리 화상 센서의 각 화소의 단면 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 설명에 있어서, 동일 요소 또는 동일 기능을 가지는 요소에는, 동일 부호를 이용하는 것으로 하고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 1은 측거 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
이 측거 장치는, 거리 화상 센서(1)와, 광원(3)과, 구동 회로(4)와, 제어 회로(2)와, 연산 회로(5)를 구비하고 있다. 구동 회로(4)는 광원(3)에 구동 신호 SP를 준다. 제어 회로(2)는 거리 화상 센서(1)의 각 화소에 포함되는 제1 및 제2 전송 전극(TX1, TX2: 도 4 참조)에, 구동 신호 SP에 동기한 제1 전송 신호 S1 및 제2 전송 신호 S2를 준다. 연산 회로(5)는 거리 화상 센서(1)의 제1 및 제2 반도체 영역(FD1, FD2: 도 4 참조)으로부터 읽어내진 거리 정보를 나타내는 신호 d'(m, n)으로부터, 대상물까지의 거리를 연산한다. 거리 화상 센서(1)로부터 대상물까지의 수평 방향 D의 거리를 d로 한다. 제어 회로(2)는 후술하는 제3 전송 신호 S31, S32도 출력한다. 구동 신호 SP, 제1 전송 신호 S1, 및 제2 전송 신호 S2는, 펄스 신호이다.
제어 회로(2)는 구동 신호 SP를 구동 회로(4)의 스위치(4b)에 입력하고 있다. 광원(3)은 스위치(4b)를 통해서 전원(4a)에 접속되어 있다. 스위치(4b)에 구동 신호 SP가 입력되면, 구동 신호 SP와 같은 파형의 구동 전류가 광원(3)에 공급되고, 광원(3)으로부터는 측거용의 프로브광으로서의 펄스광 LP가 출력된다.
펄스광 LP가 대상물에 조사되면, 대상물에 의해서 펄스광이 반사된다. 반사된 펄스광은, 반사광 LD로서, 거리 화상 센서(1)로 입사한다. 거리 화상 센서(1)는 검출 신호 SD를 출력한다. 검출 신호 SD도 펄스 신호이다.
거리 화상 센서(1)는 배선 기판(10) 상에 배치되어 있다. 배선 기판(10) 상의 배선을 통해서, 거리 정보를 가지는 신호 d'(m, n)이 거리 화상 센서(1)의 각 화소로부터 출력된다. 검출 신호 SD는 신호 d'(m, n)을 포함하고 있다.
구동 신호 SP의 파형은, 주기 T의 방형파이다. 하이레벨을 「1」, 로우레벨을 「0」으로 하면, 구동 신호 SP의 전압 V(t)는 이하의 식으로 주어진다.
구동 신호 SP:
V(t)=1 (단, 0＜t＜(T/2)인 경우)
V(t)=0 (단, (T/2)＜t＜T인 경우)
V(t＋T)=V(t)
제1 전송 신호 S1 및 제2 전송 신호 S2의 파형은, 주기 T의 방형파이다. 제1 전송 신호 S1 및 제2 전송 신호 S2의 전압 V(t)는 이하의 식으로 주어진다.
제1 전송 신호 S1:
V(t)=1 (단, 0＜t＜(T/2)인 경우)
V(t)=0 (단, (T/2)＜t＜T인 경우)
V(t＋T)=V(t)
제2 전송 신호 S2(=S1의 반전):
V(t)=0 (단, 0＜t＜(T/2)인 경우)
V(t)=1 (단, (T/2)＜t＜T인 경우)
V(t＋T)=V(t)
신호 SP, S1, S2, SD는, 모두 펄스 주기 2×TP를 가지고 있다. 제1 전송 신호 S1과 검출 신호 SD가 함께 「1」일 때에 거리 화상 센서(1) 내에서 발생하는 전하량을 q1으로 한다. 제2 전송 신호 S2와 검출 신호 SD가 함께 「1」일 때에 거리 화상 센서(1) 내에서 발생하는 전하량을 q2로 한다.
제1 전송 신호 S1과 검출 신호 SD의 위상차는, 제2 전송 신호 S2와 검출 신호 SD가 「1」인 중복 기간에 있어서, 거리 화상 센서(1)에 있어서 발생한 전하량 q2에 비례한다. 전하량 q2는 제2 전송 신호 S2와 검출 신호 SD의 논리곱이 「1」인 기간에 있어서 발생한 전하량이다.
1화소 내에 있어서 발생하는 전(全) 전하량을 q1＋q2로 하고, 구동 신호 SP의 반주기의 펄스폭을 TP로 하면, Δt=TP×q2/(q1＋q2)의 기간만큼, 구동 신호 SP에 대해서 검출 신호 SD가 지연되고 있다. 하나의 펄스광의 비행 시간 Δt는, 대상물까지의 거리를 d, 광속을 c로 하면, Δt=2d/c로 주어진다. 이 때문에, 특정의 화소로부터의 거리 정보를 가지는 신호 d'(m, n)으로서 두 개의 전하량(q1, q2)이 출력되면, 연산 회로(5)는, 입력된 전하량 q1, q2와, 미리 판명되어 있는 반주기 펄스폭 TP에 기초하여, 대상물까지의 거리 d=(c×Δt)/2=c×TP×q2/(2×(q1＋q2))를 연산한다.
상술한 바와 같이, 전하량 q1, q2를 분리해서 읽어내면, 연산 회로(5)는 거리 d를 연산할 수 있다. 또한, 상술한 펄스는 반복해서 출사되고, 그 적분값을 각 전하량 q1, q2로서 출력할 수 있다.
전하량 q1, q2의 전체 전하량에 대한 비율은, 상술한 위상차, 즉, 대상물까지의 거리에 대응하고 있다. 연산 회로(5)는 이 위상차에 따라서 대상물까지의 거리를 연산하고 있다. 상술한 바와 같이, 위상차에 대응하는 시간차를 Δt로 하면, 거리 d는, 바람직하게는 d=(c×Δt)/2로 주어지지만, 적당한 보정 연산을 이것에 더하여 행해도 된다.
예를 들면, 실제의 거리와, 연산된 거리 d가 다른 경우, 후자를 보정하는 계수 β가 미리 구해져 있어도 된다. 이 경우, 출하후의 제품에서는, 연산된 거리 d에 계수 β를 곱하여 얻어진 값이, 최종적인 연산 거리 d여도 된다.
외기 온도에 따라 광속 c가 다른 경우에는, 외기 온도가 측정되고, 외기 온도에 기초하여 광속 c가 보정되어도 된다. 이 경우, 보정된 광속 c에 기초하여, 거리 연산이 행해져도 된다. 연산 회로에 입력된 신호와, 실제의 거리의 관계가, 미리 메모리에 기억되어 있어도 된다. 이 경우, 룩업테이블 방식에 의해서, 거리 연산이 행해져도 된다. 센서 구조에 따라서, 연산 방법이 변경되어도 된다. 이 경우, 종래부터 알려져 있는 연산 방법이 이용되어도 된다.
도 2는 거리 화상 센서의 단면 구성을 나타내기 위한 모식도이다.
거리 화상 센서(1)는 이면 입사형의 거리 화상 센서로서, 반도체 기판(1A)을 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 반도체 기판(1A)은 전체가 박화(薄化)되어 있다. 거리 화상 센서(1)에는, 반도체 기판(1A)의 광 입사면(1BK)으로부터 반사광 LD가 입사한다. 광 입사면(1BK)은 반도체 기판(1A)의 이면이다. 거리 화상 센서(1)(반도체 기판(1A))의 표면(1FT)은, 접착 영역(AD)을 통해서 배선 기판(10)에 접속되어 있다. 접착 영역(AD)은 범프 전극 등의 접착 소자를 포함하는 영역이다. 접착 영역(AD)은 필요에 따라서 전기 절연성의 접착제 또는 필러를 가지고 있다.
도 3은 거리 화상 센서의 개략 평면도이다.
거리 화상 센서(1)에서는, 반도체 기판(1A)이, 촬상 영역(1B)을 가지고 있다. 촬상 영역(1B)은 이차원 모양으로 배열되어 있는 복수의 화소 P(m, n)을 가지고 있다. 각 화소 P(m, n)으로부터는, 상술한 거리 정보를 가지는 신호 d'(m, n)으로서 두 개의 전하량(q1, q2)이 출력된다. 즉, 각 화소 P(m, n)은, 대상물까지의 거리에 따른 신호 d'(m, n)을 출력한다. 각 화소 P(m, n)은, 미소 측거 센서로서 기능한다. 대상물로부터의 반사광이, 촬상 영역(1B)에 결상되면, 대상물의 거리 화상을 얻을 수 있다. 대상물의 거리 화상은, 대상물 상의 각 점까지의 거리 정보의 집합체이다. 하나의 화소 P(m, n)은, 하나의 거리 센서(유닛)로서 기능한다. 거리 화상 센서(1)는 복수의 유닛(복수의 거리 센서)을 구비하고 있다.
도 4는 거리 화상 센서의 각 화소의 단면 구성을 나타내는 도면이다.
거리 화상 센서(1)는 반도체 기판(1A)과, 포토게이트 전극(PG)과, 제1 전송 전극(TX1)과, 제2 전송 전극(TX2)을 구비하고 있다. 반도체 기판(1A)은 서로 대향하는 광 입사면(1BK)(제2 주면) 및 표면(1FT)(제1 주면)을 가지고 있다. 반도체 기판(1A)은 실리콘 기판이다.
포토게이트 전극(PG)은 표면(1FT) 상에 배치되어 있다. 제1 전송 전극(TX1)과 제2 전송 전극(TX2)은, 표면(1FT) 상에 배치되어 있는 것과 함께, 포토게이트 전극(PG)에 인접하고 있다. 표면(1FT) 상에는, 절연층(1E)이 배치되어 있다. 표면(1FT)은 절연층(1E)과 접하고 있다. 절연층(1E)은 표면(1FT)과, 포토게이트 전극(PG) 및 제1 전송 전극(TX1) 및 제2 전송 전극(TX2)과의 사이에 위치하고 있다. 포토게이트 전극(PG), 제1 전송 전극(TX1), 및 제2 전송 전극(TX2)은, 절연층(1E)과 접하고 있다. 포토게이트 전극(PG)은, 표면(1FT)에 직교하는 방향으로부터 볼 때, 제1 전송 전극(TX1)과 제2 전송 전극(TX2)의 사이에 위치하고 있다.
반도체 기판(1A)의 표면(1FT)측에는, 제1 반도체 영역(FD1)과 제2 반도체 영역(FD2)이 마련되어 있다. 제1 반도체 영역(FD1)은 제1 전송 전극(TX1) 바로 아래의 영역으로 유입되는 전하를 수집한다. 제1 반도체 영역(FD1)은 유입된 전하를 신호 전하로서 축적한다. 제2 반도체 영역(FD2)은 제2 전송 전극(TX2) 바로 아래의 영역으로 유입되는 전하를 수집한다. 제2 반도체 영역(FD2)은 유입된 전하를 신호 전하로서 축적한다. 제1 반도체 영역(FD1) 및 제2 반도체 영역(FD2)은, 신호 전하 수집 영역으로서 기능한다.
포토게이트 전극(PG)은, 예를 들면, 평면으로 볼 때 직사각형 모양을 나타내고 있다. 반도체 기판(1A)에 있어서의 포토게이트 전극(PG)에 대응하는 영역(반도체 기판(1A)에 있어서의 포토게이트 전극(PG) 바로 아래의 영역)은, 입사광에 따라서 전하가 발생하는 전하 발생 영역(광감응 영역)으로서 기능한다. 포토게이트 전극(PG)은, 예를 들면, 폴리실리콘으로 이루어진다. 포토게이트 전극(PG)은 폴리실리콘 이외의 재료로 되어 있어도 된다.
포토게이트 전극(PG), 제1 전송 전극(TX1), 및 제2 전송 전극(TX2)은, 표면(1FT)에 직교하는 방향으로부터 볼 때, 제1 반도체 영역(FD1)과 제2 반도체 영역(FD2)의 사이에 위치하고 있다. 제1 전송 전극(TX1)은, 표면(1FT)에 직교하는 방향으로부터 볼 때, 포토게이트 전극(PG)과 제1 반도체 영역(FD1)의 사이에 위치하고 있다. 제2 전송 전극(TX2)은, 표면(1FT)에 직교하는 방향으로부터 볼 때, 포토게이트 전극(PG)과 제2 반도체 영역(FD2)의 사이에 위치하고 있다.
제1 반도체 영역(FD1) 및 제2 반도체 영역(FD2)은, 포토게이트 전극(PG)으로부터 이격되어 있다. 제1 반도체 영역(FD1)과 제2 반도체 영역(FD2)은, 포토게이트 전극(PG)을 통해서 대향하고 있다. 제1 반도체 영역(FD1)은 반도체 기판(1A)에 있어서의 제1 전송 전극(TX1) 바로 아래의 영역과 인접하고 있다. 제2 반도체 영역(FD2)은 반도체 기판(1A)에 있어서의 제2 전송 전극(TX2) 바로 아래의 영역과 인접하고 있다.
제1 전송 전극(TX1)은, 제1 전송 신호 S1(도 5 참조)에 따라서, 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 제1 반도체 영역(FD1)으로 유입시킨다. 제1 반도체 영역(FD1)으로 유입되는 전하는, 신호 전하로서 취급된다. 제2 전송 전극(TX2)은, 제1 전송 신호 S1과 위상이 다른 제2 전송 신호 S2(도 5 참조)에 따라서, 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 신호 전하로서 제2 반도체 영역(FD2)에 유입시킨다. 제2 반도체 영역(FD2)으로 유입되는 전하는, 신호 전하로서 취급된다. 제1 전송 전극(TX1) 및 제2 전송 전극(TX2)은, 예를 들면, 평면으로 볼 때 직사각형 모양을 나타내고 있다. 제1 전송 전극(TX1)의 길이와 제2 전송 전극(TX2)의 길이는, 동등하다. 제1 전송 전극(TX1) 및 제2 전송 전극(TX2)은, 예를 들면, 폴리실리콘으로 이루어진다. 제1 전송 전극(TX1) 및 제2 전송 전극(TX2)은, 폴리실리콘 이외의 재료로 되어 있어도 된다. 제1 전송 전극(TX1) 및 제2 전송 전극(TX2)은, 신호 전하 전송 전극으로서 기능한다.
반도체 기판(1A)은, 예를 들면, 저불순물 농도이며, 또한, p형 반도체로 이루어진 실리콘 기판이다. 제1 반도체 영역(FD1) 및 제2 반도체 영역(FD2)은, 고불순물 농도이며, 또한, n형 반도체로 이루어진 영역이다. 제1 반도체 영역(FD1) 및 제2 반도체 영역(FD2)은, 플로팅 디퓨전(floating diffusion) 영역이다.
반도체 기판(1A)의 두께는, 예를 들면, 3~100㎛이다. 반도체 기판(1A)의 불순물 농도는, 예를 들면, 1×1012~1015㎝-3이다. 제1 및 제2 반도체 영역(FD1, FD2)의 두께는, 예를 들면, 0.1~0.5㎛이다. 제1 및 제2 반도체 영역(FD1, FD2)의 불순물 농도는, 예를 들면, 1×1018~1020㎝-3이다.
절연층(1E)에는, 제1 반도체 영역(FD1) 및 제2 반도체 영역(FD2)의 각 표면을 노출시키는 컨택트홀이 마련되어 있다. 컨택트홀 내에는, 제1 반도체 영역(FD1) 및 제2 반도체 영역(FD2)을 전기적으로 외부에 접속시키기 위한 도체(11)가 배치된다. 절연층(1E)은, 예를 들면, SiO2로 이루어진다.
제1 전송 전극(TX1)에 인가되는 제1 전송 신호 S1의 위상과 제2 전송 전극(TX2)에 인가되는 제2 전송 신호 S2의 위상은, 180도 어긋나 있다. 화소 P(m, n)으로 입사한 광은, 반도체 기판(1A) 내에 있어서 전하로 변환된다. 발생된 전하 중 일부는, 신호 전하로서, 포토게이트 전극(PG) 그리고 제1 및 제2 전송 전극(TX1, TX2)에 인가되는 전압에 의해서 형성되는 포텐셜 구배(句配)에 따라서, 제1 전송 전극(TX1)의 방향 또는 제2 전송 전극(TX2)의 방향으로 주행한다.
제1 전송 전극(TX1)에 하이레벨의 신호(예를 들면, 양전위)가 주어졌을 경우, 음의 전하(전자)로부터 보면, 제1 전송 전극(TX1) 아래의 포텐셜은, 포토게이트 전극(PG) 아래의 부분의 반도체 기판(1A)의 포텐셜보다 낮아진다. 따라서, 전자는 제1 전송 전극(TX1)의 방향으로 인입되어, 제1 반도체 영역(FD1)에 의해서 형성되는 포텐셜 우물 내에 축적된다. 즉, 반도체 기판(1A)에서 발생한 전하는, 제1 반도체 영역(FD1)에 수집된다. n형의 반도체는, 양으로 이온화된 도너(donor)를 포함하고 있고, 양의 포텐셜을 가지고, 전자를 끌어당긴다. 제1 전송 전극(TX1)에 상기 양전위보다도 낮은 전위(예를 들면, 그라운드 전위)가 주어지면, 제1 전송 전극(TX1)에 의한 포텐셜 장벽이 발생한다. 따라서, 반도체 기판(1A)에서 발생한 전하는, 제1 반도체 영역(FD1)에는 인입되지 않아, 제1 반도체 영역(FD1)에 수집되는 일은 없다.
제2 전송 전극(TX2)에 하이레벨의 신호(예를 들면, 양전위)가 주어졌을 경우, 음의 전하(전자)로부터 보면, 제2 전송 전극(TX2) 아래의 포텐셜은, 포토게이트 전극(PG) 아래의 부분의 반도체 기판(1A)의 포텐셜보다 낮아진다. 따라서, 전자는, 제2 전송 전극(TX2)의 방향으로 인입되어, 제2 반도체 영역(FD2)에 의해서 형성되는 포텐셜 우물 내에 축적된다. 즉, 반도체 기판(1A)에서 발생한 전하는, 제2 반도체 영역(FD2)에 수집된다. 제2 전송 전극(TX2)에 상기 양전위보다도 낮은 전위(예를 들면, 그라운드 전위)가 주어지면, 제2 전송 전극(TX2)에 의한 포텐셜 장벽이 발생한다. 따라서, 반도체 기판(1A)에서 발생한 전하는, 제2 반도체 영역(FD2)에는 인입되지 않아, 제2 반도체 영역(FD2)에 수집되는 일은 없다.
이어서, 도 5를 참조하여, 거리 d의 연산 방법을 설명한다. 도 5는 각종 신호의 타이밍 차트이다. 도 5에서는, 복수의 프레임 주기 TF 중, 시계열로 연속하는 두 개의 프레임 주기 TF가 나타내지고 있다.
도 5에는, 광원(3)의 구동 신호 SP, 강도 신호 SLr, 제1 전송 전극(TX1)에 인가되는 제1 전송 신호 S1, 제2 전송 전극(TX2)에 인가되는 제2 전송 신호 S2, 및 리셋 신호 reset이 나타내지고 있다. 강도 신호 SLr은, 반사광 LD가 촬상 영역(1B)까지 돌아왔을 때의 반사광 LD의 강도 신호이다. 두 개의 프레임 주기 TF 각각은, 신호 전하를 축적하는 기간(축적 기간) Tacc와, 신호 전하를 읽어내는 기간(판독 기간) Tro를 포함하고 있다. 구동 신호 SP, 강도 신호 SLr, 제1 전송 신호 S1, 및 제2 전송 신호 S2는, 모두 펄스폭 TP의 펄스 신호이다.
축적 기간 Tacc에 있어서, 우선 거리 측정에 앞서, 리셋 신호 reset이 제1 반도체 영역(FD1) 및 제2 반도체 영역(FD2)에 인가된다. 이 결과, 제1 반도체 영역(FD1) 및 제2 반도체 영역(FD2)에 축적된 전하가, 외부로 배출된다. 본 예에서는, 리셋 신호 reset이 일순간 ON 되고, 이어서 OFF 된 후, 구동 신호 SP가 광원(3)에 인가된다. 구동 신호 SP의 인가에 동기하여, 제1 전송 신호 S1과 제2 전송 신호 S2가 서로 역위상으로 제1 전송 전극(TX1) 및 제2 전송 전극(TX2)에 인가된다. 제1 전송 신호 S1과 제2 전송 신호 S2의 인가에 의해, 전하 전송이 행해진다. 이 결과, 제1 반도체 영역(FD1) 및 제2 반도체 영역(FD2)에 신호 전하가 수집된다. 그 후, 판독 기간 Tro에 있어서, 제1 반도체 영역(FD1) 및 제2 반도체 영역(FD2) 내에 수집된 신호 전하가 읽어내진다.
각 프레임 주기 TF에서는, 제1 전송 신호 S1이 구동 신호 SP에 위상차 0으로 동기하여 출력되는 것과 함께, 제2 전송 신호 S2가 구동 신호 SP에 위상차 180도로 동기하여 출력된다. 제1 전송 신호 S1 및 제2 전송 신호 S2의 출력 제어는, 제어 회로(2)에 의해 행해진다. 제어 회로(2)는, 펄스광 LP의 출사와 동기하도록, 프레임 주기 TF마다, 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 신호 전하로서 제1 반도체 영역(FD1)으로 유입시키도록, 제1 전송 신호 S1을 제1 전송 전극(TX1)으로 출력하고, 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 신호 전하로서 제2 반도체 영역(FD2)에 유입시키도록, 제1 전송 신호 S1과 위상이 다른 제2 전송 신호 S2를 제2 전송 전극(TX2)으로 출력한다.
강도 신호 SLr과, 구동 신호 SP에 위상차 0으로 동기하여 출력되는 제1 전송 신호 S1의 중첩된 부분에 상당하는 전하량 q1은, 제1 반도체 영역(FD1)에 수집된다. 반사광 LD의 강도 신호 SLr과, 구동 신호 SP에 위상차 180으로 동기하여 출력되는 제2 전송 신호 S2의 중첩된 부분에 상당하는 전하량 q2는, 제2 반도체 영역(FD2)에 수집된다.
강도 신호 SLr과, 구동 신호 SP에 위상차 0으로 동기하여 출력되는 신호의 위상차 Td가, 광의 비행 시간이며, 위상차 Td는, 거리 화상 센서(1)로부터 대상물까지의 거리 d를 나타낸다. 거리 d는, 연산 회로(5)에 의해, 하나의 프레임 주기 TF에 있어서의 전하량 q1 및 전하량 q2의 비율을 이용하여, 하기의 식(1)에 의해 연산된다. 또한, c는 광속이다.
거리 d=(c/2)×(TP×q2/(q1＋q2)) … (1)
연산 회로(5)는, 프레임 주기 TF마다, 제1 반도체 영역(FD1) 및 제2 반도체 영역(FD2)에 수집된 신호 전하의 전하량 q1, q2 각각을 읽어낸다. 연산 회로(5)는 읽어낸 전하량 q1, q2에 기초하여 대상물까지의 거리 d를 연산한다.
다시, 도 4를 참조한다. 반도체 기판(1A)의 광 입사면(1BK)에는, 복수의 볼록부(20)가 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 복수의 볼록부(20)가, 광 입사면(1BK)에 있어서의 촬상 영역(1B) 전체에 형성되어 있다. 복수의 볼록부(20)는, 반도체 기판(1A)에 있어서의 전하 발생 영역에 대응하는 영역에만 형성되어 있어도 된다. 즉, 복수의 볼록부(20)는, 반도체 기판(1A)에 있어서의 포토게이트 전극(PG)에 대응하는 영역에만 형성되어 있어도 된다. 각 볼록부(20)는, 대략 뿔꼴 형상을 나타내고 있고, 반도체 기판(1A)의 두께 방향에 대해서 경사진 경사면(20a)을 가지고 있다. 볼록부(20)는, 예를 들면, 대략 사각뿔 형상을 나타낸다. 볼록부(20)의 높이는, 200㎚ 이상이다. 인접하는 두 개의 볼록부(20)의 정점의 간격은, 예를 들면, 500~3000㎚이다.
볼록부(20)에서는, 경사면(20a)으로서, 반도체 기판(1A)의 (111)면이 노출되어 있다. 경사면(20a)은 광학적으로 노출되어 있다. 경사면(20a)이 광학적으로 노출되어 있다는 것은, 경사면(20a)이 공기 등의 분위기 가스와 접하고 있을 뿐만 아니라, 경사면(20a) 상에 광학적으로 투명한 막이 형성되어 있는 경우도 포함한다.
거리 화상 센서(1)는 반사 방지막(21)을 구비하고 있다. 반사 방지막(21)은 반도체 기판(1A)의 광 입사면(1BK) 상에 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 반사 방지막(21)은 산화 실리콘(SiO2)막이다. 즉, 반사 방지막(21)은 입사광을 투과시키는 산화물막이다. 반사 방지막(21)은, 볼록부(20)의 경사면(20a)을 덮도록, 경사면(20a)과 접하고 있다. 반사 방지막(21)의 표면에는, 복수의 볼록부(20)에 대응하는 요철이 형성되어 있다. 반사 방지막(21)의 두께는, 예를 들면, 1~200㎚이다.
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 광 입사면(1BK)에 형성되어 있는 복수의 볼록부(20)가, 경사면(20a)을 가지고 있다. 반사광 LD가 광 입사면(1BK)으로부터 반도체 기판(1A)으로 입사하는 경우, 도 6에 나타내지는 바와 같이, 일부의 광은, 광 입사면(1BK)측에서 반사된다. 경사면(20a)이 반도체 기판(1A)의 두께 방향에 대해서 경사져 있으므로, 예를 들면, 하나의 볼록부(20)의 경사면(20a)측에서 반사된 광은, 당해 하나의 볼록부(20)에 근접하는 볼록부(20)의 경사면(20a)측을 향하게 되고, 근접하는 볼록부(20)의 경사면(20a)으로부터 반도체 기판(1A)으로 입사한다. 즉, 광 입사면(1BK)(경사면(20a))측에서 반사된 광이, 반도체 기판(1A)으로 재입사한다.
볼록부(20)에서는, 경사면(20a)으로서, 반도체 기판(1A)의 (111)면이 노출되어 있다. 따라서, 경사면(20a)으로부터 반도체 기판(1A)으로 입사하는 광은, 반도체 기판(1A)에 받아들여지기 쉽다. 볼록부(20)의 높이가 200㎚ 이상이므로, 경사면(20a)의 표면적이 크다. 따라서, 경사면(20a)으로 입사하는 광이, 반도체 기판(1A)에 많이 받아들여진다.
자외 파장 영역의 광은, 실리콘에 의한 흡수 계수가 크다. 따라서, 자외 파장 영역의 광은, 반도체 기판(1A)에 있어서의 광 입사면(1BK)(경사면(20a))에 가까운 영역에서 흡수된다. 거리 화상 센서(1)에서는, 반도체 기판(1A)에 형성되어 있는 볼록부(20)에 있어서, 반도체 기판(1A)의 (111)면이 노출되어 있다. 따라서, 광 입사면(1BK)에 가까운 영역에서의 광의 흡수가 저해되는 일은 없다.
이러한 결과, 거리 화상 센서(1)에서는, 자외 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있다. 이하의 이유에 의해, 거리 화상 센서(1)에서는, 근적외 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상도 도모되고 있다.
경사면(20a)으로부터 반도체 기판(1A) 내로 입사한 광 LD1은, 도 6에도 나타내지는 바와 같이, 반도체 기판(1A)의 두께 방향과 교차하는 방향으로 진행되어, 표면(1FT)에 도달하는 일이 있다. 이때, 표면(1FT)에 도달하는 광 LD1은, 표면(1FT)에 도달하는 각도에 따라서는, 표면(1FT)에서 전반사된다. 이 결과, 거리 화상 센서(1)(반도체 기판(1A))로 입사한 광의 주행거리가 길어진다.
반도체 기판(1A)으로 재입사한 광 LD2는, 반도체 기판(1A)의 두께 방향과 교차하는 방향으로 반도체 기판(1A) 내를 진행한다. 따라서, 거리 화상 센서(1)(반도체 기판(1A))으로 재입사한 광 LD2의 주행거리도 길어진다.
반도체 기판(1A) 내를 진행하는 광의 주행거리가 길어지면, 광이 흡수되는 거리도 길어진다. 이 때문에, 실리콘에 의한 흡수 계수가 작은 근적외 파장 대역의 광이어도, 반도체 기판(1A)에서 흡수된다. 이 결과, 거리 화상 센서(1)에서는, 근적외 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모된다.
거리 화상 센서(1)가, 옥외에서 사용되는 경우, 외란광의 영향을 받을 우려가 있다. 거리 화상 센서(1)가 외란광의 영향을 받았을 경우, 거리 화상 센서(1)에 의해 검출되는 거리 정밀도가 열화된다. 외란광에는, 예를 들면, 태양광이 포함된다.
태양광의 조사 강도는, 약 400㎚ 이하의 파장 대역에서 급격하게 저하한다. 따라서, 광원(3)으로서, 약 400㎚ 이하의 파장 대역의 광을 출사하는 광원이 이용되는 것에 의해, 거리 화상 센서(1)에 의해 검출되는 거리 정밀도의 열화를 억제하는 것이 가능하다. 거리 화상 센서(1)는, 상술한 바와 같이, 자외 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있다. 따라서, 광원(3)이 약 400㎚ 이하의 파장 대역의 광을 출사하는 광원인 경우에도, 거리 화상 센서(1)는 반사광 LD를 적절히 검출한다.
태양광의 조사 강도는, 약 400㎚ 이하의 파장 대역만이 아니라, 약 940㎚ 부근의 파장 대역에서도 저하한다. 따라서, 광원(3)으로서, 약 940㎚ 부근의 파장 대역의 광을 출사하는 광원이 이용되는 것에 의해서도, 거리 화상 센서(1)에 의해 검출되는 거리 정밀도의 열화를 억제하는 것이 가능하다. 거리 화상 센서(1)는, 상술한 바와 같이, 근적외 파장 대역에서도 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있다. 따라서, 광원(3)이 약 940㎚ 부근의 파장 대역의 광을 출사하는 광원인 경우에서도, 거리 화상 센서(1)는 반사광 LD를 적절히 검출한다.
거리 화상 센서(1)는 산화 실리콘막인 반사 방지막(21)을 구비하고 있다. 따라서, 광이 반도체 기판(1A)에 한층 더 받아들여지기 쉽다. 이 결과, 거리 화상 센서(1)에서는, 자외 및 근적외의 각 파장 대역에서의 분광 감도 특성이 한층 더 향상된다.
본 발명자들은, 본 실시 형태에 의한 분광 감도 특성의 향상 효과를 확인하기 위한 실험을 행했다.
상술한 구성을 구비한 거리 화상 센서(1)(실시예 1 및 2로 칭함)와, 반도체 기판의 광 입사면에 볼록부가 형성되어 있지 않은 거리 화상 센서(1)(비교예 1로 칭함)를 제작하고, 각 거리 화상 센서(1)의 분광 감도 특성을 조사했다. 실시예 1과 2 및 비교예 1은, 볼록부를 형성하는 점을 제외하고, 같은 구성으로 되어 있다. 전하 발생 영역의 사이즈는, 0.5mmφ로 설정했다.
실시예 1(도 7 참조)에서는, 볼록부(20)의 높이는, 1570㎚이다(단, 반사 방지막(21)의 두께를 포함함). 실시예 2(도 8 참조)에서는, 볼록부(20)의 높이는, 1180㎚이다(단, 반사 방지막(21)의 두께를 포함함). 도 7 및 도 8의 (a)는, 거리 화상 센서의 광 입사면측의 표면(반사 방지막(21)의 표면)을, 기울기 45°에서 관찰한 SEM 화상이다. 도 7 및 도 8의 (b)는, 거리 화상 센서의 단면을 관찰한 SEM 화상이다.
결과를 도 9 및 도 10에 나타낸다. 도 9 및 도 10에 있어서, 실시예 1의 분광 감도 특성은 T1으로 나타내지고, 실시예 2의 분광 감도 특성은 T2로 나타내지며, 비교예 1의 분광 감도 특성은 T3로 나타내지고 있다. 도 9에 있어서, 세로축은 양자 효율(Q.E.)을 나타내고, 가로축은 광의 파장(㎚)을 나타내고 있다. 도 10에서는, 진공 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성이 나타내지고 있다.
도 9 및 도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 및 2에서는, 비교예 1에 비해, 자외 파장 대역에서의 분광 감도가 큰폭으로 향상되어 있다. 물론, 실시예 1 및 2에서는, 비교예 1에 비해, 근적외 파장 대역에서의 분광 감도도 향상되어 있다. 실시예 1은, 실시예 2에 비해, 자외 및 근적외의 각 파장 대역에서의 분광 감도 특성이 향상되어 있다.
다음으로, 도 11~도 22를 참조하여, 본 실시 형태의 변형예의 구성을 설명한다.
도 11에 나타내진 변형예에서는, 거리 화상 센서(1)는, 반사 방지막(21) 대신에, 산화 알루미늄(Al2O3)막(23)을 구비하고 있다. 도 11은 본 변형예에 따른 거리 화상 센서의 각 화소의 단면 구성을 나타내는 도면이다.
산화 알루미늄막(23)은 광 입사면(1BK) 상에 배치되어 있다. 산화 알루미늄막(23)은 입사광을 투과시키는 산화물막이다. 산화 알루미늄막(23)의 두께는, 예를 들면, 0.0003~3㎛이다. 산화 알루미늄막(23)의 표면에는, 복수의 볼록부(20)에 대응하는 요철이 형성되어 있다.
산화 알루미늄막(23)은 음극성으로 대전되어 있다. 반도체 기판(1A)의 도전형이 p형이기 때문에, 산화 알루미늄막(23)에 의해서, 소정의 고정 전하(양극성의 고정 전하)가 반도체 기판(1A)의 광 입사면(1BK)측에 존재한다. 양극성의 고정 전하가 존재하고 있는 반도체 기판(1A)의 광 입사면(1BK)측의 영역은, 어큐뮬레이션층으로서 기능한다. 따라서, 볼록부(20)의 경사면(20a)은, 어큐뮬레이션층의 표면에 포함된다.
어큐뮬레이션층에 의해서, 광 입사면(1BK)측에서 광에 의하지 않고 발생하는 불요 전하가, 재결합되므로, 암전류가 저감된다. 어큐뮬레이션층은 반도체 기판(1A)의 광 입사면(1BK) 부근에서 광에 의해 발생한 전하가 광 입사면(1BK)에서 트랩되는 것을 억제한다. 따라서, 광에 의해 발생한 전하는, 반도체 기판(1A)의 표면(1FT)측으로 효율적으로 이동한다. 이 결과, 본 변형예에 따른 거리 화상 센서(1)에서는, 광 검출 감도의 향상이 도모된다.
산화 알루미늄막(23)과 광 입사면(1BK)의 사이에, 산화 실리콘막이 배치되어 있어도 된다. 즉, 산화 알루미늄막(23)은 광 입사면(1BK)과 직접적으로 접하고 있지 않아도 된다. 이 경우에서도, 산화 알루미늄막(23)에 의해서, 양극성의 고정 전하가 반도체 기판(1A)의 광 입사면(1BK)측에 존재한다.
도 12에 나타내진 변형예에서는, 반도체 기판(1A)이, 제1 기판 영역(1Aa)과 제2 기판 영역(1Ab)을 구비하고 있다. 도 12는 본 변형예에 따른 거리 화상 센서의 각 화소의 단면 구성을 나타내는 도면이다.
제1 기판 영역(1Aa)은 반도체 기판(1A)의 표면(1FT)측에 마련되어 있다. 제1 기판 영역(1Aa)은 표면(1FT)을 포함하고 있다. 제2 기판 영역(1Ab)은 반도체 기판(1A)의 광 입사면(1BK)측에 마련되어 있다. 제2 기판 영역(1Ab)은 광 입사면(1BK)을 포함하고 있다. 제1 기판 영역(1Aa)과 제2 기판 영역(1Ab)은, p형의 반도체로 이루어진다. 제2 기판 영역(1Ab)의 불순물 농도는, 제1 기판 영역(1Aa)의 불순물 농도보다도 높다. 반도체 기판(1A)은, 예를 들면, p형의 반도체 기판 상에, 당해 반도체 기판보다도 불순물 농도가 낮은 p-형의 에피택셜층을 성장시킴으로써 얻을 수 있다.
본 변형예에서는, 제1 기판 영역(1Aa)에, 제1 반도체 영역(FD1)과 제2 반도체 영역(FD2)이 마련되어 있다. 절연층(1E)은 제1 기판 영역(1Aa)의 표면(표면(1FT)) 상에 배치되어 있다.
제2 기판 영역(1Ab)이 포함하고 있는 광 입사면(1BK)에, 복수의 볼록부(20)가 형성되어 있다. 즉, 볼록부(20)의 경사면(20a)이, 제2 기판 영역(1Ab)의 표면(광 입사면(1BK))에 포함되어 있다. 볼록부(20)에서는, 경사면(20a)으로서, 제2 기판 영역(1Ab)의 (111)면이 노출되어 있다. 반사 방지막(21)은 제2 기판 영역(1Ab)의 표면(광 입사면(1BK)) 상에 배치되어 있다.
본 변형예에서는, 제2 기판 영역(1Ab)이, 어큐뮬레이션층으로서 기능한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 본 변형예에 따른 거리 화상 센서(1)에서는, 광 검출 감도의 향상이 도모된다. 도 12에 나타내진 변형예에 따른 거리 화상 센서(1)도, 반사 방지막(21) 대신에, 산화 알루미늄막(23)을 구비하고 있어도 된다.
도 13 및 도 14에 나타내진 변형예에서는, 거리 화상 센서(1)는, 각 화소 P(m, n)에 있어서, 복수의 포토게이트 전극(본 변형예에서는, 두 개의 포토게이트 전극)(PG1, PG2)과, 제1 전송 전극(TX1) 및 제2 전송 전극(TX2)과, 복수의 제3 전송 전극(본 변형예에서는, 두 개의 제3 전송 전극)(TX31, TX32)과, 제1 반도체 영역(FD1) 및 제2 반도체 영역(FD2)과, 복수의 제3 반도체 영역(본 변형예에서는, 두 개의 제3 반도체 영역)(FD31, FD32)을 구비하고 있다. 도 13은 본 변형예에 따른 거리 화상 센서의 화소의 구성을 나타내기 위한 모식도이다. 도 14는 각 화소의 단면 구성을 나타내는 도면이다.
두 개의 포토게이트 전극(PG1, PG2)은, 표면(1FT) 상에 배치되어 있고, 서로 이격되어 있다. 제1 전송 전극(TX1) 및 제3 전송 전극(TX31)은, 표면(1FT) 상에 배치되어 있고, 포토게이트 전극(PG1)에 인접하고 있다. 제2 전송 전극(TX2) 및 제3 전송 전극(TX32)은, 표면(1FT) 상에 배치되어 있고, 포토게이트 전극(PG2)에 인접하고 있다. 표면(1FT) 상에는, 절연층(1E)이 배치되어 있다. 절연층(1E)은, 표면(1FT)과, 포토게이트 전극(PG1, PG2) 및 제1~제3 전송 전극(TX1, TX2, TX31, TX32)의 사이에 위치하고 있다. 포토게이트 전극(PG1, PG2) 및 제1~제3 전송 전극(TX1, TX2, TX31, TX32)은, 절연층(1E)과 접하고 있다. 제1 반도체 영역(FD1)은 제1 전송 전극(TX1) 바로 아래의 영역으로 유입되는 전하를 수집한다. 제1 반도체 영역(FD1)은 유입된 전하를 축적한다. 제2 반도체 영역(FD2)은 제2 전송 전극(TX2) 바로 아래의 영역으로 유입되는 전하를 수집한다. 제2 반도체 영역(FD2)은 유입된 전하를 축적한다. 제3 반도체 영역(FD31)은 제3 전송 전극(TX31) 바로 아래의 영역으로 유입되는 전하를 수집한다. 제3 반도체 영역(FD32)은 제3 전송 전극(TX32) 바로 아래의 영역으로 유입되는 전하를 수집한다.
포토게이트 전극(PG1, PG2)은, 평면으로 볼 때 대략 링 모양을 나타내고 있다. 본 변형예에서는, 포토게이트 전극(PG1, PG2)은 대략 다각형 링 모양(예를 들면, 직사각형 링 모양)을 나타내고 있다. 포토게이트 전극(PG1, PG2)은 둥근 링 모양을 나타내고 있어도 된다. 본 변형예에서는, 포토게이트 전극(PG1, PG2)은, 예를 들면, 폴리실리콘으로 이루어진다. 포토게이트 전극(PG1, PG2)은 폴리실리콘 이외의 재료로 되어 있어도 된다.
제1 반도체 영역(FD1)은 포토게이트 전극(PG1)으로 둘러싸이도록 포토게이트 전극(PG1)의 내측에 배치되어 있다. 제1 반도체 영역(FD1)은 포토게이트 전극(PG1) 바로 아래의 영역으로부터 이격되어 있다. 제1 반도체 영역(FD1)은 수광 영역으로 둘러싸이도록 수광 영역의 내측에 위치하고 있고, 전하 발생 영역으로부터 이격되어 있다.
제2 반도체 영역(FD2)은 포토게이트 전극(PG2)으로 둘러싸이도록 포토게이트 전극(PG2)의 내측에 배치되어 있다. 제2 반도체 영역(FD2)은 포토게이트 전극(PG2) 바로 아래의 영역으로부터 이격되어 있다. 제2 반도체 영역(FD2)은 수광 영역으로 둘러싸이도록 수광 영역의 내측에 위치하고 있고, 전하 발생 영역으로부터 이격되어 있다.
제1 반도체 영역(FD1) 및 제2 반도체 영역(FD2)은, 평면으로 볼 때 대략 다각형 모양을 나타내고 있다. 본 변형예에서는, 제1 반도체 영역(FD1) 및 제2 반도체 영역(FD2)은, 직사각형 모양(예를 들면, 정사각형 모양)을 나타내고 있다.
제1 전송 전극(TX1)은 포토게이트 전극(PG1)과 제1 반도체 영역(FD1)의 사이에 배치되어 있다. 제1 전송 전극(TX1)은 제1 반도체 영역(FD1)을 둘러싸도록 제1 반도체 영역(FD1)의 외측에 위치하고 있는 것과 함께, 포토게이트 전극(PG1)으로 둘러싸이도록 포토게이트 전극(PG1)의 내측에 위치하고 있다. 제1 전송 전극(TX1)은 포토게이트 전극(PG1)과 제1 반도체 영역(FD1)의 사이에 위치하고, 포토게이트 전극(PG1) 및 제1 반도체 영역(FD1)으로부터 이격되어 있다.
제2 전송 전극(TX2)은 포토게이트 전극(PG2)과 제2 반도체 영역(FD2)의 사이에 배치되어 있다. 제2 전송 전극(TX2)은 제2 반도체 영역(FD2)을 둘러싸도록 제2 반도체 영역(FD2)의 외측에 위치하고 있는 것과 함께, 포토게이트 전극(PG2)으로 둘러싸이도록 포토게이트 전극(PG2)의 내측에 위치하고 있다. 제2 전송 전극(TX2)은 포토게이트 전극(PG2)과 제2 반도체 영역(FD2)의 사이에 위치하고, 포토게이트 전극(PG2) 및 제2 반도체 영역(FD2)으로부터 이격되어 있다.
제1 전송 전극(TX1) 및 제2 전송 전극(TX2)은, 평면으로 볼 때 대략 다각형 링 모양을 나타내고 있다. 본 변형예에서는, 제1 전송 전극(TX1) 및 제2 전송 전극(TX2)은, 직사각형 링 모양을 나타내고 있다.
제3 반도체 영역(FD31)은 포토게이트 전극(PG1)을 둘러싸도록 포토게이트 전극(PG1)의 외측에 배치되어 있다. 제3 반도체 영역(FD31)은 포토게이트 전극(PG1) 바로 아래의 영역으로부터 이격되어 있다. 제3 반도체 영역(FD31)은 수광 영역을 둘러싸도록 수광 영역의 외측에 위치하고 있고, 전하 발생 영역으로부터 이격되어 있다.
제3 반도체 영역(FD32)은 포토게이트 전극(PG2)을 둘러싸도록 포토게이트 전극(PG2)의 외측에 배치되어 있다. 제3 반도체 영역(FD32)은 포토게이트 전극(PG2) 바로 아래의 영역으로부터 이격되어 있다. 제3 반도체 영역(FD32)은 수광 영역을 둘러싸도록 수광 영역의 외측에 위치하고 있고, 전하 발생 영역으로부터 이격되어 있다.
제3 반도체 영역(FD31, FD32)은 평면으로 볼 때 대략 다각형 링 모양을 나타내고 있다. 본 변형예에서는, 제3 반도체 영역(FD31, FD32)은 직사각형 링 모양을 나타내고 있다. 또한, 본 변형예에서는, 인접하는 제3 반도체 영역(FD31, FD32)은, 일체로 형성되어 있다. 즉, 제3 반도체 영역(FD31)과 제3 반도체 영역(FD32)은, 제3 전송 전극(TX31)과 제3 전송 전극(TX32) 사이의 영역이 공통화되어 있다. 제3 반도체 영역(FD31, FD32)은 불요 전하 수집 영역으로서 기능한다. 제3 반도체 영역(FD31, FD32)은 고불순물 농도이며, 또한, n형 반도체로 이루어진 영역이다. 제3 반도체 영역(FD31, FD32)은 플로팅 디퓨전 영역이다.
제3 전송 전극(TX31)은 포토게이트 전극(PG1)과 제3 반도체 영역(FD31)의 사이에 배치되어 있다. 제3 전송 전극(TX31)은 포토게이트 전극(PG1)을 둘러싸도록 포토게이트 전극(PG1)의 외측에 위치하고 있는 것과 함께, 제3 반도체 영역(FD31)으로 둘러싸이도록 제3 반도체 영역(FD31)의 내측에 위치하고 있다. 제3 전송 전극(TX31)은 포토게이트 전극(PG1)과 제3 반도체 영역(FD31)의 사이에 위치하고, 포토게이트 전극(PG1) 및 제3 반도체 영역(FD31)으로부터 이격되어 있다.
제3 전송 전극(TX32)은 포토게이트 전극(PG2)과 제3 반도체 영역(FD32)의 사이에 배치되어 있다. 제3 전송 전극(TX32)은 포토게이트 전극(PG2)을 둘러싸도록 포토게이트 전극(PG2)의 외측에 위치하고 있는 것과 함께, 제3 반도체 영역(FD32)으로 둘러싸이도록 제3 반도체 영역(FD32)의 내측에 위치하고 있다. 제3 전송 전극(TX32)은 포토게이트 전극(PG2)과 제3 반도체 영역(FD32)의 사이에 위치하고, 포토게이트 전극(PG2) 및 제3 반도체 영역(FD32)으로부터 이격되어 있다.
제3 전송 전극(TX31, TX32)은 평면으로 볼 때 대략 다각형 링 모양을 나타내고 있다. 본 변형예에서는, 제3 전송 전극(TX31, TX32)은 직사각형 링 모양을 나타내고 있다. 제3 전송 전극(TX31, TX32)은, 예를 들면, 폴리실리콘으로 이루어진다. 제3 전송 전극(TX31, TX32)은 폴리실리콘 이외의 재료로 되어 있어도 된다. 제3 전송 전극(TX31, TX32)은 불요 전하 전송 전극으로서 기능한다.
포토게이트 전극(PG1)과 제1 전송 전극(TX1)과 제3 전송 전극(TX31)은, 제1 반도체 영역(FD1)을 중심으로 하여, 제1 반도체 영역(FD1)측으로부터 제1 전송 전극(TX1), 포토게이트 전극(PG1), 제3 전송 전극(TX31)의 순서로 동심 모양으로 배치되어 있다. 포토게이트 전극(PG2)과 제2 전송 전극(TX2)과 제3 전송 전극(TX32)은, 제2 반도체 영역(FD2)을 중심으로 하여, 제2 반도체 영역(FD2)측으로부터 제2 전송 전극(TX2), 포토게이트 전극(PG2), 제3 전송 전극(TX32)의 순서로 동심 모양으로 배치되어 있다.
절연층(1E)에는, 제1~제3 반도체 영역(FD1, FD2, FD31, FD32)의 표면을 노출시키는 컨택트홀(도시하지 않음)이 마련되어 있다. 컨택트홀 내에는, 제1~제3 반도체 영역(FD1, FD2, FD31, FD32)을 전기적으로 외부에 접속시키기 위한 도체(도시하지 않음)가 배치된다.
반도체 기판(1A)에 있어서의 포토게이트 전극(PG1, PG2)에 대응하는 영역(반도체 기판(1A)에 있어서의 포토게이트 전극(PG1, PG2) 바로 아래의 영역)은, 입사광에 따라서 전하가 발생하는 전하 발생 영역으로서 기능한다. 따라서, 전하 발생 영역은, 포토게이트 전극(PG1, PG2)의 형상에 대응하여, 직사각형 링 모양을 나타내고 있다. 본 변형예에서는, 포토게이트 전극(PG1)(포토게이트 전극(PG1) 바로 아래의 전하 발생 영역)을 포함하는 제1 유닛과, 포토게이트 전극(PG2)(포토게이트 전극(PG2) 바로 아래의 전하 발생 영역)을 포함하는 제2 유닛이 인접하여 배치되어 있다. 인접하여 배치된 제1 유닛과 제2 유닛이 하나의 화소 P(m, n)을 구성하고 있다.
제3 전송 전극(TX31, TX32)에, 하이레벨의 신호(예를 들면, 양전위)가 주어졌을 경우, 음의 전하(전자)로부터 보면, 제3 전송 전극(TX31, TX32) 바로 아래의 영역의 포텐셜이 반도체 기판(1A)에 있어서의 포토게이트 전극(PG1, PG2) 바로 아래의 영역의 포텐셜에 대해서 낮아진다. 음의 전하(전자)는, 제3 전송 전극(TX31, TX32)의 방향으로 인입되어, 제3 반도체 영역(FD31, FD32)에 의해서 형성되는 포텐셜 우물 내에 유입된다. 제3 전송 전극(TX31, TX32)에, 로우레벨의 신호(예를 들면, 그라운드 전위)가 주어졌을 경우, 음의 전하(전자)로부터 보면, 제3 전송 전극(TX31, TX32)에 의한 포텐셜 장벽이 발생한다. 따라서, 반도체 기판(1A)에서 발생한 전하는, 제3 반도체 영역(FD31, FD32) 내에는 인입되지 않는다. 제3 반도체 영역(FD31, FD32)은, 광의 입사에 따라 전하 발생 영역에서 발생한 전하 중 일부의 전하를, 불요 전하로서 수집하고, 배출한다.
도 15는 각 화소의 구성을 나타내기 위한 모식도이다.
제1 전송 전극(TX1)에는, 제1 전송 신호 S1이 주어진다. 제2 전송 전극(TX2)에는, 제2 전송 신호 S2가 주어진다. 제3 전송 전극(TX31, TX32)에는, 제3 전송 신호 S31, S32가 주어진다.
전하 발생 영역(포토게이트 전극(PG1) 바로 아래의 영역)에 있어서 발생한 전하는, 제1 전송 전극(TX1)에 하이레벨의 제1 전송 신호 S1이 주어지고 있는 경우에는, 제1 반도체 영역(FD1)에 의해서 구성되는 포텐셜 우물에 신호 전하로서 유입된다. 제1 반도체 영역(FD1)에 축적된 신호 전하는, 전하량 q1에 대응한 출력(Vout1)으로서 제1 반도체 영역(FD1)으로부터 읽어내진다.
전하 발생 영역(포토게이트 전극(PG2) 바로 아래의 영역)에 있어서 발생한 전하는, 제2 전송 전극(TX2)에 하이레벨의 제2 전송 신호 S2가 주어지고 있는 경우에는, 제2 반도체 영역(FD2)에 의해서 구성되는 포텐셜 우물에 신호 전하로서 유입된다. 제2 반도체 영역(FD2)에 축적된 신호 전하는, 전하량 q2에 대응한 출력(Vout2)으로서 제2 반도체 영역(FD2)으로부터 읽어내진다.
이들 출력(Vout1, Vout2)은, 상술한 신호 d'(m, n)에 상당한다.
도 16은 각종 신호의 타이밍 차트이다.
1 프레임의 기간은, 신호 전하를 축적하는 기간(축적 기간)과, 신호 전하를 읽어내는 기간(판독 기간)으로 이루어진다. 하나의 화소에 주목하면, 축적 기간에 있어서, 구동 신호 SP에 기초한 신호가 광원에 인가되고, 이것에 동기하여, 제1 전송 신호 S1이 제1 전송 전극(TX1)에 인가된다. 그리고, 제2 전송 신호 S2가, 제1 전송 신호 S1에 소정의 위상차(예를 들면, 180도의 위상차)로 제2 전송 전극(TX2)에 인가된다. 거리 측정에 앞서, 리셋 신호가 제1 및 제2 반도체 영역(FD1, FD2)에 인가된다. 이 결과, 제1 반도체 영역(FD1) 및 제2 반도체 영역(FD2)에 축적된 전하가, 외부로 배출된다. 리셋 신호가 일순간 ON 되고, 이어서 OFF 된 후, 제1 및 제2 전송 신호 S1, S2가 제1 및 제2 전송 전극(TX1, TX2)에 순차 인가된다. 제1 및 제2 전송 신호 S1, S2의 인가에 동기하여, 전하 전송이 순차적으로 행해진다. 이 결과, 제1 및 제2 반도체 영역(FD1, FD2)에 신호 전하가 축적된다. 즉, 축적 기간 중, 제1 및 제2 반도체 영역(FD1, FD2) 각각에 있어서, 신호 전하가 적산된다.
그 후, 판독 기간에 있어서, 제1 및 제2 반도체 영역(FD1, FD2) 내에 축적된 신호 전하가 읽어내진다. 이때, 제3 전송 전극(TX31, TX32)에 인가되는 제3 전송 신호 S31, S32가 하이레벨이 되어, 제3 전송 전극(TX31, TX32)에 양의 전위가 주어진다. 이 결과, 불요 전하가, 제3 반도체 영역(FD31, FD32)의 포텐셜 우물에 수집된다. 제1 전송 신호 S1과 제3 전송 신호 S31은, 반대의 위상이다. 제2 전송 신호 S2와 제3 전송 신호 S32는, 반대의 위상이다.
포토게이트 전극(PG1, PG2)에 주어지는 전위 VPG는, 전위 VTX1, VTX2, VTX31, VTX32보다 낮게 설정되어 있다. 제1 전송 신호 S1 또는 제2 전송 신호 S2가 하이레벨이 되었을 때에, 제1 전송 전극(TX1) 바로 아래의 영역의 포텐셜은, 포토게이트 전극(PG1) 바로 아래의 영역의 포텐셜보다도 낮아진다. 제2 전송 신호 S2가 하이레벨이 되었을 때에, 제2 전송 전극(TX2) 바로 아래의 영역의 포텐셜은, 포토게이트 전극(PG2) 바로 아래의 영역의 포텐셜보다도 낮아진다. 제3 전송 신호 S31, S32가 하이레벨이 되었을 때에, 제3 전송 전극(TX31, TX32) 바로 아래의 영역의 포텐셜은, 포토게이트 전극(PG1, PG2) 바로 아래의 영역의 포텐셜보다도 낮아진다.
전위 VPG는, 제1 전송 신호 S1, 제2 전송 신호 S2, 및 제3 전송 신호 S31, S32가, 로우레벨일 때의 전위보다 높게 설정되어 있다. 제1 전송 신호 S1이 로우레벨이 되었을 때에, 제1 전송 전극(TX1) 바로 아래의 영역의 포텐셜은, 포토게이트 전극(PG1) 바로 아래의 영역의 포텐셜보다도 높아진다. 제2 전송 신호 S2가 로우레벨이 되었을 때에, 제2 전송 전극(TX2) 바로 아래의 영역의 포텐셜은, 포토게이트 전극(PG2) 바로 아래의 영역의 포텐셜보다도 높아진다. 제3 전송 신호 S31, S32가 로우레벨이 되었을 때에, 제3 전송 전극(TX31, TX32) 바로 아래의 영역의 포텐셜은, 포토게이트 전극(PG1, PG2) 바로 아래의 영역의 포텐셜보다도 높아진다.
도 17에 나타내진 변형예에서는, 포토게이트 전극(PG)을 포함하는 하나의 유닛이 1화소 P(m, n)을 구성하고 있는 점이, 도 13에 나타내진 변형예와 상위하다. 도 17은 변형예에 따른 거리 화상 센서의 화소의 구성을 나타내기 위한 모식도이다.
본 변형예의 거리 화상 센서는, 각 화소 P(m, n)에 있어서, 포토게이트 전극(PG)과, 제1 전송 전극(TX1)과, 제3 전송 전극(TX3)과, 제1 반도체 영역(FD1)과, 제3 반도체 영역(FD3)을 구비하고 있다. 각 화소 P(m, n)을 구성하는 하나의 유닛의 구성은, 상술한 변형예의 제1 유닛(또는 제2 유닛)의 구성과 같다.
도 18은, 도 17에 나타내지는 변형예에 있어서의, 각종 신호의 타이밍 차트이다.
도 18에 나타내지는 바와 같이, 제1 전송 전극(TX1)에 인가되는 제1 전송 신호 S1은, 소정의 타이밍으로 간헐적으로 위상 시프트가 주어지고 있다. 본 변형예에서는, 제1 전송 신호 S1은, 180도의 타이밍으로 180도의 위상 시프트가 주어지고 있다. 제1 전송 신호 S1은, 0도의 타이밍으로 구동 신호 SP에 동기하고, 180도의 타이밍으로 구동 신호 SP에 180도의 위상차를 가지고 있다. 제1 전송 신호 S1과 제3 전송 전극(TX3)는, 반대의 위상이다.
본 변형예에서는, 0도의 타이밍으로, 제1 반도체 영역(FD1)에 축적된 신호 전하가, 출력(Vout1)으로서 제1 반도체 영역(FD1)으로부터 읽어내진다. 180도의 타이밍으로, 제1 반도체 영역(FD1)에 축적된 신호 전하가, 출력(Vout2)으로서 제1 반도체 영역(FD1)으로부터 읽어내진다. 이들 출력(Vout1, Vout2)은, 상술한 신호 d'(m, n)에 상당한다.
도 19에 나타내진 변형예에서는, 거리 화상 센서(1)가, 붕소를 포함하는 막(40)을 구비하고 있는 점에서, 도 4에 나타내진 거리 화상 센서(1)와 상위하다. 도 19는 변형예에 따른 거리 화상 센서의 각 화소의 단면 구성을 나타내는 도면이다.
막(40)은 광 입사면(1BK) 상에 배치되어 있고, 입사광을 투과시킨다. 막(40)은 광 입사면(1BK)과 접하고 있다. 본 변형예에서는, 막(40)은 붕소로 이루어진 막이다. 막(40)은, 볼록부(20)의 경사면(20a)을 덮도록, 경사면(20a)과 접하고 있다. 막(40)의 표면에는, 복수의 볼록부(20)에 대응하는 요철이 형성되어 있다. 막(40)의 두께는, 예를 들면, 1~30㎚이다. 막(40)은, 예를 들면, 복수의 볼록부(20)가 형성되어 있는 영역 전체를 덮고 있다.
도 19에 나타내진 거리 화상 센서(1)에서는, 도 4에 나타내진 거리 화상 센서(1)와 마찬가지로, 자외 및 근적외의 각 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있다.
본 변형예에서는, 광 입사면(1BK)(광 입사면) 상에 붕소를 포함하는 막(40)이 배치되어 있으므로, 자외 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 열화가 억제되고 있다.
도 20에 나타내진 변형예에서는, 거리 화상 센서(1)가, 막(40)을 구비하고 있는 점에서, 도 11에 나타내진 거리 화상 센서(1)와 상위하다. 도 20은 변형예에 따른 거리 화상 센서의 각 화소의 단면 구성을 나타내는 도면이다.
산화 알루미늄막(23)은 막(40) 상에 배치되어 있다. 산화 알루미늄막(23)은 막(40)과 접하고 있다. 산화 알루미늄막(23)은, 예를 들면, 막(40) 전체를 덮고 있다. 본 변형예에서도, 막(40)은 붕소로 이루어진 막이다. 산화 알루미늄막(23)의 두께는, 예를 들면, 0.01~1㎛이다.
도 20에 나타내진 거리 화상 센서(1)에서는, 도 11에 나타내진 거리 화상 센서(1)와 마찬가지로, 자외 및 근적외의 각 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있다. 본 변형예에서도, 거리 화상 센서(1)는 산화 알루미늄막(23)을 구비하고 있으므로, 양극성의 고정 전하가 반도체 기판(1A)의 광 입사면(1BK)측에 존재한다. 이 결과, 본 변형예에 따른 거리 화상 센서(1)에서도, 광 검출 감도의 향상이 도모된다.
본 변형예에서는, 도 19에 나타내진 거리 화상 센서(1)와 마찬가지로, 광 입사면(1BK)(광 입사면) 상에 붕소를 포함하는 막(40)이 배치되어 있으므로, 자외 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 열화가 억제되고 있다.
도 21에 나타내진 변형예에서는, 거리 화상 센서(1)가, 막(40)을 구비하고 있는 점에서, 도 12에 나타내진 거리 화상 센서(1)와 상위하다. 도 21은 변형예에 따른 거리 화상 센서의 각 화소의 단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 21에 나타내진 거리 화상 센서(1)에서는, 도 12에 나타내진 거리 화상 센서(1)와 마찬가지로, 자외 및 근적외의 각 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있다. 본 변형예에서도, 광 입사면(1BK)(광 입사면) 상에 붕소를 포함하는 막(40)이 배치되어 있으므로, 자외 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 열화가 억제되고 있다.
도 22에 나타내진 변형예에서는, 거리 화상 센서(1)가, 막(40)을 구비하고 있는 점에서, 도 14에 나타내진 거리 화상 센서(1)와 상위하다. 도 22는 변형예에 따른 거리 화상 센서의 각 화소의 단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 22에 나타내진 거리 화상 센서(1)에서는, 도 14에 나타내진 거리 화상 센서(1)와 마찬가지로, 자외 및 근적외의 각 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있다. 본 변형예에서도, 광 입사면(1BK)(광 입사면) 상에 붕소를 포함하는 막(40)이 배치되어 있으므로, 자외 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 열화가 억제되고 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명해 왔지만, 본 발명은 반드시 상술한 실시 형태로 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
입사광에 따라서 전하가 발생하는 전하 발생 영역이, 포토다이오드(예를 들면, 매립형의 포토다이오드 등)로 구성되어 있어도 된다. 거리 화상 센서(1)에서는, 화소 P(m, n)이 이차원 모양으로 배치되어 있을 필요는 없다. 예를 들면, 화소 P(m, n)은, 일차원 모양으로 배치되어 있어도 된다.
본 실시 형태 및 변형예에 따른 거리 화상 센서(1)에서는, p형 및 n형의 각 도전형이, 상술한 도전형과 반대로 되도록 바뀌어 있어도 된다.
거리 화상 센서(1)는 표면 입사형의 거리 화상 센서여도 된다.
산업상의 이용 가능성
본 발명은 실리콘 기판을 구비하는 거리 센서 및 거리 화상 센서에 이용할 수 있다.
1…거리 화상 센서, 1A…반도체 기판, 1Aa…제1 기판 영역, 1Ab…제2 기판 영역, 1BK…광 입사면, 1FT…표면, 20…볼록부, 20a…경사면, 21…반사 방지막, 23…산화 알루미늄막, 40…붕소를 포함하는 막, FD1…제1 반도체 영역, FD2…제2 반도체 영역, P…화소, TX1…제1 전송 전극, TX2…제2 전송 전극.

Claims (8)

  1. 거리 화상 센서로서,
    일차원 모양 또는 이차원 모양으로 배치된 복수의 유닛으로 이루어진 촬상 영역이 마련되어 있는 실리콘 기판을 구비하고 있고,
    상기 유닛 각각은, 거리 센서로서,
    상기 거리 센서는,
    서로 대향하는 제1 주면과 제2 주면을 가지는 것과 함께, 입사광에 따라서 전하가 발생하는 전하 발생 영역과 상기 전하 발생 영역으로부터의 전하를 수집하는 전하 수집 영역과 상기 전하 발생 영역으로부터의 불요 전하를 수집하는 불요 전하 수집 영역이 상기 제1 주면 쪽에 마련되어 있는 실리콘 기판과,
    상기 제1 주면 상에 있어서, 상기 전하 발생 영역과 상기 전하 수집 영역의 사이에 배치되어 있고, 입력되는 신호에 따라서, 상기 전하 발생 영역으로부터 전하를 상기 전하 수집 영역으로 유입시키는 전송 전극과,
    상기 제1 주면 상에 있어서, 상기 전하 발생 영역과 상기 불요 전하 수집 영역 사이에 배치되어 있고, 입력되는 신호에 따라서, 상기 전하 발생 영역으로부터 불요 전하를 상기 불요 전하 수집 영역으로 유입시키는 불요 전하 전송 전극을 구비하고,
    상기 제2 주면에 있어서의 적어도 상기 전하 발생 영역에 대응하는 영역에는, 상기 실리콘 기판의 두께 방향에 대해서 경사진 경사면을 가지는 복수의 볼록부가 형성되어 있고,
    상기 볼록부에서는, 상기 경사면으로서, 상기 실리콘 기판의 (111)면이 노출되고,
    상기 볼록부의 높이가, 200㎚ 이상이고,
    상기 전송 전극은 링 모양을 나타내고 있는 것과 함께, 상기 제1 주면에 직교하는 방향으로부터 볼 때 상기 전하 수집 영역을 둘러싸도록 배치되어 있고,
    상기 전하 발생 영역은 링 모양을 나타내고 있는 것과 함께, 상기 제1 주면에 직교하는 방향으로부터 볼 때 상기 전송 전극을 둘러싸도록 배치되어 있고,
    상기 불요 전하 전송 전극은 링 모양을 나타내고 있는 것과 함께, 상기 제1 주면에 직교하는 방향으로부터 볼 때 상기 전하 발생 영역을 둘러싸도록 배치되어 있고,
    상기 불요 전하 수집 영역은 링 모양을 나타내고 있는 것과 함께, 상기 제1 주면에 직교하는 방향으로부터 볼 때 상기 불요 전하 전송 전극을 둘러싸도록 배치되어 있는 거리 화상 센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 주면 상에 배치되어 있고, 상기 입사광을 투과시키는 산화 실리콘막을 더 구비하고 있는 거리 화상 센서.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 주면 상에 배치되어 있고, 상기 입사광을 투과시키는 산화 알루미늄막을 더 구비하고 있는 거리 화상 센서.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 기판은,
    상기 전하 발생 영역과 상기 전하 수집 영역이 마련되어 있는 제1 기판 영역과,
    상기 제1 기판 영역보다도 불순물 농도가 높고, 또한, 상기 제2 주면 쪽에 마련되어 있는 제2 기판 영역을 가지며,
    상기 볼록부의 경사면이, 상기 제2 기판 영역의 표면에 포함되어 있는 거리 화상 센서.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 주면 상에 배치되어 있고, 상기 입사광을 투과시키는 것과 함께 붕소를 포함하는 막을 더 구비하고 있는 거리 화상 센서.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2 주면 상에 배치되어 있고, 상기 입사광을 투과시키는 것과 함께 붕소를 포함하는 막을 더 구비하고 있는 거리 화상 센서.
  7. 삭제
  8. 삭제
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