KR102379380B1 - 수광 소자, 촬상 소자, 및, 촬상 장치 - Google Patents

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Abstract

본 기술은, 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 수광 소자, 촬상 소자, 및, 촬상 장치에 관한 것이다. 수광 소자는, 온 칩 렌즈와, 배선층과, 온 칩 렌즈와 배선층 사이에 배치되는 반도체층을 구비한다. 반도체층은, 제1의 전압이 인가되는 제1의 전압 인가부와, 제1의 전압과는 다른 제2의 전압이 인가되는 제2의 전압 인가부와, 제1의 전압 인가부의 주위에 배치되는 제1의 전하 검출부와, 제2의 전압 인가부의 주위에 배치되는 제2의 전하 검출부를 구비한다. 배선층은, 제1의 전압을 공급하는 제1의 전압 인가 배선과, 제2의 전압을 공급하는 제2의 전압 인가 배선과, 반사 부재를 구비하는 1층을 적어도 가지며, 반사 부재는, 평면시에 있어서 제1의 전하 검출부 또는 제2의 전하 검출부와 겹쳐지도록 마련되어 있다. 본 기술은, 예를 들면, 거리측정을 행하는 수광 소자에 적용할 수 있다.

Description

수광 소자, 촬상 소자, 및, 촬상 장치{LIGHT-RECEIVING ELEMENT, IMAGING ELEMENT AND IMAGING DEVICE}
본 기술은, 수광 소자, 촬상 소자, 및, 촬상 장치에 관한 것으로, 특히, 특성을 향상시킬 수 있도록 한 수광 소자, 촬상 소자, 및, 촬상 장치에 관한 것이다.
종래, 간접 ToF(Time of Flight) 방식을 이용한 거리측정 시스템이 알려져 있다. 이와 같은 거리측정 시스템에서는, 어느 위상으로 LED(Light Emitting Diode)나 레이저를 이용하여 조사된 액티브광이 대상물에 닿아 반사한 광을 수광함으로써 얻어지는 신호 전하를 고속으로 다른 영역에 배분할 수 있는 센서가 필요 불가결하다.
그래서, 예를 들면 센서의 기판에 직접 전압을 인가하여 기판 내에 전류를 발생시킴으로써, 기판 내의 광범위한 영역을 고속으로 변조할 수 있도록 한 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이와 같은 센서는, CAPD(Current Assisted Photonic Demodulator) 센서라고도 불리고 있다.
일본 특개2011-86904호 공보
그렇지만, 상술한 기술에서는 충분한 특성의 CAPD 센서를 얻는 것은 곤란하였었다.
예를 들면 상술한 CAPD 센서는, 기판에서의 외부로부터의 광을 수광하는 측의 면에 배선 등이 배치된 표면 조사형의 센서로 되어 있다.
광전변환 영역의 확보를 위해 PD(Photodiode), 즉 광전변환부의 수광면측에는 배선 등, 입사하여 오는 광의 광로를 차단한 것이 없는 것이 바람직하다. 그러나, 표면 조사형의 CAPD 센서에서는, 구조에 따라서는 PD의 수광면측에 전하 추출용의 배선이나 각종 제어선, 신호선을 배치하지 않을 수가 없는 것이 있고, 광전변환 영역이 제한되어 버린다. 즉, 충분한 광전변환 영역을 확보할 수가 없어서, 화소 감도 등의 특성이 저하되어 버리는 일이 있다.
또한, 외광의 어느 장소에서 CAPD 센서를 사용하는 것을 생각한 경우, 외광 성분은 액티브광을 이용하여 거리측정을 행하는 간접 ToF 방식에서는 노이즈 성분이 되기 때문에, 충분한 SN비(Signal to Noise ratio)를 확보하여 거리 정보를 얻기 위해서는, 충분한 포화 신호량(Qs)을 확보할 필요가 있다. 그러나, 표면 조사형의 CAPD 센서에서는, 배선 레이아웃에 제한이 있기 때문에, 용량을 확보하기 위해 추가의 트랜지스터를 마련하는 등, 배선 용량 이외의 수법을 이용할 궁리가 필요하였다.
또한, 표면 조사형의 CAPD 센서에서는, 기판 내에서의 광이 입사하는 측에 Tap이라고 불리는 신호 취출부가 배치되어 있다. 한편 Si 기판 내의 광전변환을 생각한 경우, 광의 파장에서 감쇠율에 차분(差分)은 있는 것이지만 광입사면측에서 광전변환이 일어나는 비율은 높다. 그때문에, 표면형의 CAPD 센서에서는 신호 취출부가 마련된 Tap 영역 중, 신호 전하를 배분하지 않는 Tap 영역인 Inactive Tap 영역에서 광전변환이 행하여지는 확률이 높아질 가능성이 있다. 간접 ToF 센서에서는 액티브광의 위상에 응하여 각 전하 축적 영역에 배분된 신호를 이용하여 거리측정 정보를 얻기 때문에, Inactive Tap 영역에서 직접 광전변환한 성분이 노이즈가 되고, 그 결과, 거리측정 정밀도가 악화하여 버릴 가능성이 있다. 즉, CAPD 센서의 특성이 저하되어 버릴 가능성이 있다.
본 기술은, 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 기술의 제1의 측면의 수광 소자는,
온 칩 렌즈와,
배선층과,
상기 온 칩 렌즈와 상기 배선층 사이에 배치되는 반도체층을 구비하고,
상기 반도체층은,
제1의 전압이 인가되는 제1의 전압 인가부와,
상기 제1의 전압과는 다른 제2의 전압이 인가되는 제2의 전압 인가부와,
상기 제1의 전압 인가부의 주위에 배치되는 제1의 전하 검출부와,
상기 제2의 전압 인가부의 주위에 배치되는 제2의 전하 검출부를 구비하고,
상기 배선층은,
상기 제1의 전압을 공급하는 제1의 전압 인가 배선과, 상기 제2의 전압을 공급하는 제2의 전압 인가 배선과, 반사 부재를 구비하는 1층을 적어도 가지며,
상기 반사 부재는, 평면시(平面視)에서의 상기 제1의 전하 검출부 또는 상기 제2의 전하 검출부와 겹쳐지도록 마련되어 있다.
본 기술의 제1의 측면에서는, 온 칩 렌즈와, 배선층과, 상기 온 칩 렌즈와 상기 배선층 사이에 배치되는 반도체층이 마련되고, 상기 반도체층에는, 제1의 전압이 인가되는 제1의 전압 인가부와, 상기 제1의 전압과는 다른 제2의 전압이 인가되는 제2의 전압 인가부와, 상기 제1의 전압 인가부의 주위에 배치되는 제1의 전하 검출부와, 상기 제2의 전압 인가부의 주위에 배치되는 제2의 전하 검출부가 마련된다. 상기 배선층에는, 상기 제1의 전압을 공급하는 제1의 전압 인가 배선과, 상기 제2의 전압을 공급하는 제2의 전압 인가 배선과, 반사 부재를 구비하는 1층이 적어도 마련되고, 상기 반사 부재는, 평면시에 있어서 상기 제1의 전하 검출부 또는 상기 제2의 전하 검출부와 겹쳐지도록 마련되어 있다.
본 기술의 제2의 측면의 촬상 소자는,
입사한 광을 광전변환하는 화소를 복수 갖는 화소 어레이부를 구비하고,
상기 화소는,
입사한 상기 광을 광전변환하는 기판과,
상기 기판 내에서의, 상기 광이 입사하는 상기 기판의 입사면과는 반대의 면측에 마련되고, 상기 기판에 전압을 인가하여 전계를 발생시키기 위한 전압 인가부와, 상기 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 전하 검출부를 갖는 신호 취출부를 갖는다.
상기 화소에는, 2개의 상기 신호 취출부를 형성할 수 있다.
상기 화소에는, 하나의 상기 신호 취출부를 형성할 수 있다.
상기 화소에는, 3 이상의 상기 신호 취출부를 형성할 수 있다.
상기 화소와, 상기 화소에 인접하는 다른 화소에서 상기 신호 취출부가 공유되어 있도록 할 수 있다.
상기 화소와, 상기 화소에 인접하는 다른 화소에서 상기 전압 인가부가 공유되어 있도록 할 수 있다.
상기 신호 취출부에는, 상기 전압 인가부로서의 P형 반도체 영역과, 그 상기 P형 반도체 영역의 주위를 둘러싸도록 형성된 상기 전하 검출부로서의 N형 반도체 영역을 마련할 수 있다.
상기 신호 취출부에는, 상기 전하 검출부로서의 N형 반도체 영역과, 그 상기 N형 반도체 영역의 주위를 둘러싸도록 형성된 상기 전압 인가부로서의 P형 반도체 영역을 마련할 수 있다.
상기 신호 취출부에는, 상기 전하 검출부로서의 제1의 N형 반도체 영역 및 제2의 N형 반도체 영역과, 상기 제1의 N형 반도체 영역 및 상기 제2의 N형 반도체 영역에 끼여진 위치에 형성된 상기 전압 인가부로서의 P형 반도체 영역을 마련할 수 있다.
상기 신호 취출부에는, 상기 전압 인가부로서의 제1의 P형 반도체 영역 및 제2의 P형 반도체 영역과, 상기 제1의 P형 반도체 영역 및 상기 제2의 P형 반도체 영역에 끼여진 위치에 형성된 상기 전하 검출부로서의 N형 반도체 영역을 마련할 수 있다.
상기 기판에서의 상기 입사면측에 전압이 인가되도록 할 수 있다.
상기 화소에는, 상기 기판의 상기 입사면과는 반대측의 면에 형성된, 상기 입사면부터 상기 기판에 입사한 상기 광을 반사하는 반사 부재를 또한 마련할 수 있다.
상기 신호 캐리어를 전자로 할 수 있다.
상기 신호 캐리어를 정공으로 할 수 있다.
상기 화소에는, 상기 광을 집광하여 상기 기판에 입사시키는 렌즈를 또한 마련할 수 있다.
상기 화소에는, 상기 기판의 상기 입사면에서의 화소단(畵素端) 부분에 형성된, 입사한 상기 광을 차광하는 화소 사이 차광부를 또한 마련할 수 있다.
상기 화소에는, 상기 기판 내에서의 화소단 부분에 형성되고, 적어도 상기 기판의 일부를 관통하고, 입사한 상기 광을 차광하는 화소 분리 영역을 또한 마련할 수 있다.
상기 기판을, 저항이 500[Ω㎝] 이상인 P형 반도체 기판으로 할 수 있다.
상기 기판을, 저항이 500[Ω㎝] 이상인 N형 반도체 기판으로 할 수 있다.
본 기술의 제2의 측면에서는, 촬상 소자에
입사한 광을 광전변환하는 화소를 복수 갖는 화소 어레이부가 마련되고,
상기 화소에는,
입사한 상기 광을 광전변환하는 기판과,
상기 기판 내에서의, 상기 광이 입사하는 상기 기판의 입사면과는 반대의 면측에 마련되고, 상기 기판에 전압을 인가하여 전계를 발생시키기 위한 전압 인가부와, 상기 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 전하 검출부를 갖는 신호 취출부가 마련된다.
본 기술의 제3의 측면의 촬상 장치는,
입사한 광을 광전변환하는 화소를 복수 갖는 화소 어레이부와,
상기 화소로부터 출력된 신호에 의거하여 대상물까지의 거리 정보를 산출하는 신호 처리부를 구비하고,
상기 화소는,
입사한 상기 광을 광전변환하는 기판과,
상기 기판 내에서의, 상기 광이 입사하는 상기 기판의 입사면과는 반대의 면측에 마련되고, 상기 기판에 전압을 인가하여 전계를 발생시키기 위한 전압 인가부와, 상기 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 전하 검출부를 갖는 신호 취출부를 갖는다.
본 기술의 제3의 측면에서는, 촬상 장치에,
입사한 광을 광전변환하는 화소를 복수 갖는 화소 어레이부와,
상기 화소로부터 출력된 신호에 의거하여 대상물까지의 거리 정보를 산출하는 신호 처리부가 마련되고,
상기 화소에는,
입사한 상기 광을 광전변환하는 기판과,
상기 기판 내에서의, 상기 광이 입사하는 상기 기판의 입사면과는 반대의 면측에 마련되고, 상기 기판에 전압을 인가하여 전계를 발생시키기 위한 전압 인가부와, 상기 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 전하 검출부를 갖는 신호 취출부가 마련된다.
본 기술의 제1 내지 제3의 측면에 의하면, 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 개시중에 기재된 어느 하나의 효과라도 좋다.
도 1은 고체 촬상 소자의 구성례를 도시하는 도면.
도 2는 화소의 구성례를 도시하는 도면.
도 3은 화소의 신호 취출부 부분의 구성례를 도시하는 도면.
도 4는 감도 향상에 관해 설명하는 도면.
도 5는 전하 분리 효율의 향상에 관해 설명하는 도면.
도 6은 전자의 취출 효율의 향상에 관해 설명하는 도면.
도 7은 표면 조사형에서의 신호 캐리어의 이동 속도를 설명하는 도면.
도 8은 이면 조사형에서의 신호 캐리어의 이동 속도를 설명하는 도면.
도 9는 화소의 신호 취출부 부분의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 10은 화소와 온 칩 렌즈의 관계를 설명하는 도면.
도 11은 화소의 신호 취출부 부분의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 12는 화소의 신호 취출부 부분의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 13은 화소의 신호 취출부 부분의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 14는 화소의 신호 취출부 부분의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 15는 화소의 신호 취출부 부분의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 16은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 17은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 18은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 19는 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 20은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 21은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 22는 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 23은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 24는 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 25는 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 26은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 27은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 28은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 29는 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 30은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 31은 화소의 등가 회로를 도시하는 도면.
도 32는 화소의 기타의 등가 회로를 도시하는 도면.
도 33은 Periodic 배치를 채용한 전압 공급선의 배치례를 도시하는 도면.
도 34는 Mirror 배치를 채용한 전압 공급선의 배치례를 도시하는 도면.
도 35는 Periodic 배치와 Mirror 배치의 특성을 설명하는 도면.
도 36은 제14의 실시의 형태에서의 복수 화소의 단면도.
도 37은 제14의 실시의 형태에서의 복수 화소의 단면도.
도 38은 제9의 실시의 형태에서의 복수 화소의 단면도.
도 39는 제9의 실시의 형태의 변형례 1에서의 복수 화소의 단면도.
도 40은 제15의 실시의 형태에서의 복수 화소의 단면도.
도 41은 제10의 실시의 형태에서의 복수 화소의 단면도.
도 42는 다층 배선층의 5층의 금속막을 설명하는 도면.
도 43은 다층 배선층의 5층의 금속막을 설명하는 도면.
도 44는 폴리실리콘층을 설명하는 도면.
도 45는 금속막에 형성되는 반사 부재의 변형례를 도시하는 도면.
도 46은 금속막에 형성되는 반사 부재의 변형례를 도시하는 도면.
도 47은 고체 촬상 소자의 기판 구성을 설명하는 도면.
도 48은 거리측정 모듈의 구성례를 도시하는 블록도.
도 49는 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 50은 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 한 예를 도시하는 설명도.
이하, 도면을 참조하여, 본 기술을 적용한 실시의 형태에 관해 설명한다.
<제1의 실시의 형태>
<고체 촬상 소자의 구성례>
본 기술은, CAPD 센서를 이면 조사형의 구성으로 함으로써, 화소 감도 등의 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 기술은, 예를 들면 간접 ToF 방식에 의해 거리측정을 행하는 거리측정 시스템을 구성하는 고체 촬상 소자나, 그와 같은 고체 촬상 소자를 갖는 촬상 장치 등에 적용하는 것이 가능하다.
예를 들면 거리측정 시스템은, 차량에 탑재되고, 차외에 있는 대상물까지의 거리를 측정하는 차량탑재용의 시스템이나, 유저의 손(手) 등의 대상물까지의 거리를 측정하고, 그 측정 결과에 의거하여 유저의 제스처를 인식하는 제스처 인식용의 시스템 등에 적용할 수 있다. 이 경우, 제스처 인식의 결과는, 예를 들면 카 내비게이션 시스템의 조작 등에 이용할 수 있다.
도 1은, 본 기술을 적용한 고체 촬상 소자(수광 소자)의 한 실시의 형태의 구성례를 도시하는 도면이다.
도 1에 도시하는 고체 촬상 소자(11)는, 이면 조사형의 CAPD 센서이고, 거리측정 기능을 갖는 촬상 장치에 마련되어 있다.
고체 촬상 소자(11)는, 도시하지 않은 반도체 기판상에 형성된 화소 어레이부(21)와, 화소 어레이부(21)와 같은 반도체 기판상에 집적된 주변 회로부를 갖는 구성으로 되어 있다. 주변 회로부는, 예를 들면 수직 구동부(22), 칼럼 처리부(23), 수평 구동부(24), 및 시스템 제어부(25)로 구성되어 있다.
고체 촬상 소자(11)에는, 또한 신호 처리부(26) 및 데이터 격납부(27)도 마련되어 있다. 또한, 신호 처리부(26) 및 데이터 격납부(27)는, 고체 촬상 소자(11)와 동일한 기판상에 탑재하여도 좋고, 촬상 장치에서의 고체 촬상 소자(11)와는 다른 기판상에 배치하도록 하여도 좋다.
화소 어레이부(21)는, 수광한 광량에 응한 전하를 생성하고, 그 전하에 응한 신호를 출력하는 단위 화소(이하, 단지 화소라고도 칭한다)가 행방향 및 열방향으로, 즉 행렬형상으로 2차원 배치된 구성으로 되어 있다. 즉, 화소 어레이부(21)는, 입사한 광을 광전변환하고, 그 결과 얻어진 전하에 응한 신호를 출력하는 화소를 복수 갖고 있다.
여기서, 행방향이란 화소행의 화소의 배열 방향(즉, 수평 방향)을 말하고, 열방향이란 화소열의 화소의 배열 방향(즉, 수직 방향)을 말한다. 즉, 행방향은 도면 중, 횡방향이고, 열방향은 도면 중, 종방향이다.
화소 어레이부(21)에서, 행렬형상의 화소 배열에 대해, 화소행마다 화소 구동선(28)이 행방향에 따라 배선되고, 각 화소열에 2개의 수직 신호선(29)이 열방향에 따라 배선되어 있다. 예를 들면 화소 구동선(28)은, 화소로부터 신호를 판독할 때의 구동을 행하기 위한 구동 신호를 전송하다. 또한, 도 1에서는, 화소 구동선(28)에 관해 하나의 배선으로서 나타내고 있지만, 1개로 한정되는 것이 아니다. 화소 구동선(28)의 일단은, 수직 구동부(22)의 각 행에 대응한 출력단에 접속되어 있다.
수직 구동부(22)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 화소 어레이부(21)의 각 화소를 전 화소 동시 또는 행 단위 등으로 구동한다. 즉, 수직 구동부(22)는, 수직 구동부(22)를 제어하는 시스템 제어부(25)와 함께, 화소 어레이부(21)의 각 화소의 동작을 제어하는 구동부를 구성하고 있다.
또한, 간접 ToF 방식에서의 거리측정에서는, 하나의 제어선에 접속되어 있는, 고속 구동시키는 소자(CAPD 소자)의 수가 고속 구동의 제어성이나 구동의 정밀도에 영향을 미친다. 간접 ToF 방식에서의 거리측정에 이용하는 고체 촬상 소자는, 수평 방향으로 길다란 화소 어레이로 되는 것이 많다. 따라서 그와 같은 때에는 고속 구동시키는 소자의 제어선에 관해서는, 수직 신호선(29)이나 다른 수직 방향으로 길다란 제어선이 사용되도록 하여도 좋다. 이 경우, 예를 들면 수직 신호선(29)이나 수직 방향으로 길다란 다른 제어선에 대해, 수직 방향으로 배열된 복수의 화소가 접속되고, 그들의 수직 신호선(29)이나 다른 제어선을 통하여, 수직 구동부(22)와는 별도로 마련된 구동부나 수평 구동부(24) 등에 의해 화소의 구동, 즉 CAPD 센서의 구동이 행하여진다.
수직 구동부(22)에 의한 구동 제어에 응하여 화소행의 각 화소로부터 출력되는 신호는, 수직 신호선(29)을 통하여 칼럼 처리부(23)에 입력된다. 칼럼 처리부(23)는, 각 화소로부터 수직 신호선(29)을 통하여 출력되는 신호에 대해 소정의 신호 처리를 행함과 함께, 신호 처리 후의 화소 신호를 일시적으로 유지한다.
구체적으로는, 칼럼 처리부(23)는, 신호 처리로서 노이즈 제거 처리나 AD(Analog to Digital) 변환 처리 등을 행한다.
수평 구동부(24)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 칼럼 처리부(23)의 화소열에 대응하는 단위 회로를 순번대로 선택한다. 이 수평 구동부(24)에 의한 선택 주사에 의해, 칼럼 처리부(23)에서 단위 회로마다 신호 처리된 화소 신호가 순번대로 출력된다.
시스템 제어부(25)는, 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터 등에 의해 구성되고, 그 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종의 타이밍 신호를 기초로, 수직 구동부(22), 칼럼 처리부(23), 및 수평 구동부(24) 등의 구동 제어를 행한다.
신호 처리부(26)는, 적어도 연산 처리 기능을 가지며, 칼럼 처리부(23)로부터 출력되는 화소 신호에 의거하여 연산 처리 등의 여러가지의 신호 처리를 행한다. 데이터 격납부(27)는, 신호 처리부(26)에서의 신호 처리에서, 그 처리에 필요한 데이터를 일시적으로 격납한다.
<화소의 구성례>
다음에, 화소 어레이부(21)에 마련된 화소의 구성례에 관해 설명한다. 화소 어레이부(21)에 마련된 화소는, 예를 들면 도 2에 도시하는 바와 같이 구성된다.
도 2는 화소 어레이부(21)에 마련된 하나의 화소(51)의 단면을 도시하고 있고, 이 화소(51)는 외부로부터 입사한 광, 특히 적외광을 수광하여 광전변환하고, 그 결과 얻어진 전하에 응한 신호를 출력한다.
화소(51)는, 예를 들면 실리콘 기판, 즉 P형 반도체 영역으로 이루어지는 P형 반도체 기판인 기판(61)(반도체층)과, 그 기판(61)상에 형성된 온 칩 렌즈(62)를 갖고 있다.
예를 들면 기판(61)은 도면 중, 종방향의 두께, 즉 기판(61)의 면과 수직한 방향의 두께가 20㎛ 이하가 되도록 되어 있다. 또한, 기판(61)의 두께는 20㎛ 이상이라도 물론 좋고, 그 두께는 고체 촬상 소자(11)가 목표로 하는 특성 등에 응하여 정하여지면 좋다.
또한, 기판(61)은, 예를 들면 1E+13 오더 이하의 기판 농도가 된 고저항의 P-Epi 기판 등으로 되고, 기판(61)의 저항(저항률)은 예를 들면 500[Ω㎝] 이상이 되도록 되어 있다.
여기서, 기판(61)의 기판 농도와 저항과의 관계는, 예를 들면 기판 농도 6.48E+12[㎤]일 때에 저항 2000[Ω㎝], 기판 농도 1.30E+13[㎤]일 때에 저항 1000[Ω㎝], 기판 농도 2.59E+13[㎤]일 때에 저항 500[Ω㎝], 및 기판 농도 1.30E+14[㎤]일 때에 저항 100[Ω㎝] 등이 된다.
기판(61)의 도면 중, 상측의 표면, 즉 기판(61)에서의 외부로부터의 광이 입사하는 측의 면(이하, 입사면이라고도 칭한다)상에는, 외부로부터 입사한 광을 집광하여 기판(61) 내로 입사시키는 온 칩 렌즈(62)가 형성되어 있다.
또한 화소(51)에서는, 기판(61)의 입사면상에서의 화소(51)의 단(端) 부분에는, 인접하는 화소 사이로의 혼색을 방지하기 위한 화소 사이 차광부(63-1) 및 화소 사이 차광부(63-2)가 형성되어 있다.
이 예에서는, 외부로부터의 광은 온 칩 렌즈(62)를 통하여 기판(61) 내로 입사하는데, 외부로부터 입사한 광이 온 칩 렌즈(62)나 기판(61)의 일부를 통과하여, 기판(61)에서의 화소(51)에 인접하여 마련된 다른 화소의 영역에 입사하지 않도록 되어 있다. 즉, 외부로부터 온 칩 렌즈(62)에 입사하고, 화소(51)와 인접하는 다른 화소 내를 향하는 광이, 화소 사이 차광부(63-1)나 화소 사이 차광부(63-2)에서 차광되어, 인접하는 다른 화소 내로 입사하지 않도록 되어 있다. 이하, 화소 사이 차광부(63-1) 및 화소 사이 차광부(63-2)를 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 화소 사이 차광부(63)라고도 칭한다.
고체 촬상 소자(11)는 이면 조사형의 CAPD 센서이기 때문에, 기판(61)의 입사면이, 이른바 이면이 되고, 이 이면상에는 배선 등으로 이루어지는 배선층은 형성되어 있지 않다. 또한, 기판(61)에서의 입사면과는 반대측의 면의 부분에는, 화소(51) 내에 형성된 트랜지스터 등을 구동하기 위한 배선이나, 화소(51)로부터 신호를 판독하기 위한 배선 등이 형성된 배선층이 적층에 의해 형성되어 있다.
기판(61) 내에서의 입사면과는 반대의 면측, 즉 도면 중, 하측의 면의 내측의 부분에는, 산화막(64)과, Tap(탭)이라고 불리는 신호 취출부(65-1) 및 신호 취출부(65-2)가 형성되어 있다.
이 예에서는, 기판(61)의 입사면과는 반대측의 면 근방에서의 화소(51)의 중심 부분에 산화막(64)이 형성되어 있고, 그 산화막(64)의 양단에 각각 신호 취출부(65-1) 및 신호 취출부(65-2)가 형성되어 있다.
여기서, 신호 취출부(65-1)는, N형 반도체 영역인 N+반도체 영역(71-1) 및 N+반도체 영역(71-1)보다도 도너 불순물의 농도가 낮은 N-반도체 영역(72-1)과, P형 반도체 영역인 P+반도체 영역(73-1) 및 P+반도체 영역(73-1)보다도 억셉터 불순물 농도가 낮은 P-반도체 영역(74-1)을 갖고 있다. 여기서, 도너 불순물이란, 예를 들면 Si에 대한 인(P)이나 비소(As) 등의 원소의 주기표에서 5족에 속하는 원소를 들 수 있고, 억셉터 불순물이란, 예를 들면 Si에 대한 붕소(B) 등의 원소의 주기표에서 3족에 속하는 원소를 들 수 있다. 도너 불순물이 되는 원소를 도너 원소, 억셉터 불순물이 되는 원소를 억셉터 원소라고 칭한다.
즉, 기판(61)의 입사면과는 반대측의 면의 표면 내측 부분에서의, 산화막(64)의 도면 중, 우측에 인접하는 위치에 N+반도체 영역(71-1)이 형성되어 있다. 또한, N+반도체 영역(71-1)의 도면 중, 상측에, 그 N+반도체 영역(71-1)을 덮도록(둘러싸도록) N-반도체 영역(72-1)이 형성되어 있다.
또한, 기판(61)의 입사면과는 반대측의 면의 표면 내측 부분에서의, N+반도체 영역(71-1)의 도면 중, 우측에 인접하는 위치에 P+반도체 영역(73-1)이 형성되어 있다. 또한, P+반도체 영역(73-1)의 도면 중, 상측에, 그 P+반도체 영역(73-1)을 덮도록(둘러싸도록) P-반도체 영역(74-1)이 형성되어 있다.
또한, 여기서는 도시는 되어 있지 않지만, 보다 상세하게는 기판(61)을 기판(61)의 면과 수직한 방향에서 본 때에, P+반도체 영역(73-1) 및 P-반도체 영역(74-1)을 중심으로 하여, 그들의 P+반도체 영역(73-1) 및 P-반도체 영역(74-1)의 주위를 둘러싸도록, N+반도체 영역(71-1) 및 N-반도체 영역(72-1)이 형성되어 있다.
마찬가지로 신호 취출부(65-2)는, N형 반도체 영역인 N+반도체 영역(71-2) 및 N+반도체 영역(71-2)보다도 도너 불순물의 농도가 낮은 N-반도체 영역(72-2)과, P형 반도체 영역인 P+반도체 영역(73-2) 및 P+반도체 영역(73-2)보다도 억셉터 불순물 농도가 낮은 P-반도체 영역(74-2)을 갖고 있다.
즉, 기판(61)의 입사면과는 반대측의 면의 표면 내측 부분에서의, 산화막(64)의 도면 중, 좌측에 인접하는 위치에 N+반도체 영역(71-2)이 형성되어 있다. 또한, N+반도체 영역(71-2)의 도면 중, 상측에, 그 N+반도체 영역(71-2)을 덮도록(둘러싸도록) N-반도체 영역(72-2)이 형성되어 있다.
또한, 기판(61)의 입사면과는 반대측의 면의 표면 내측 부분에서의, N+반도체 영역(71-2)의 도면 중, 좌측에 인접하는 위치에 P+반도체 영역(73-2)이 형성되어 있다. 또한, P+반도체 영역(73-2)의 도면 중, 상측에, 그 P+반도체 영역(73-2)을 덮도록(둘러싸도록) P-반도체 영역(74-2)이 형성되어 있다.
또한, 여기서는 도시는 되어 있지 않지만, 보다 상세하게는 기판(61)을 기판(61)의 면과 수직한 방향에서 본 때에, P+반도체 영역(73-2) 및 P-반도체 영역(74-2)을 중심으로 하여, 그들의 P+반도체 영역(73-2) 및 P-반도체 영역(74-2)의 주위를 둘러싸도록, N+반도체 영역(71-2) 및 N-반도체 영역(72-2)이 형성되어 있다.
이하, 신호 취출부(65-1) 및 신호 취출부(65-2)를 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 신호 취출부(65)라고도 칭하는 것으로 한다.
또한, 이하, N+반도체 영역(71-1) 및 N+반도체 영역(71-2)을 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 N+반도체 영역(71)이라고도 칭하고, N-반도체 영역(72-1) 및 N-반도체 영역(72-2)을 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 N-반도체 영역(72)이라고도 칭하는 것으로 한다.
또한, 이하, P+반도체 영역(73-1) 및 P+반도체 영역(73-2)을 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 P+반도체 영역(73)이라고도 칭하고, P-반도체 영역(74-1) 및 P-반도체 영역(74-2)을 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 P-반도체 영역(74)이라고도 칭하는 것으로 한다.
또한, 기판(61)에서는, N+반도체 영역(71-1)과 P+반도체 영역(73-1) 사이에는, 그들의 영역을 분리하기 위한 분리부(75-1)가 산화막 등에 의해 형성되어 있다. 마찬가지로 N+반도체 영역(71-2)과 P+반도체 영역(73-2) 사이에도, 그들의 영역을 분리하기 위한 분리부(75-2)가 산화막 등에 의해 형성되어 있다. 이하, 분리부(75-1) 및 분리부(75-2)를 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 분리부(75)라고도 칭하는 것으로 한다.
기판(61)에 마련된 N+반도체 영역(71)은, 외부로부터 화소(51)에 입사하여 온 광의 광량, 즉 기판(61)에 의한 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어의 양을 검출하기 위한 전하 검출부로서 기능한다. 또한, N+반도체 영역(71) 외에, 도너 불순물 농도가 낮은 N-반도체 영역(72)도 포함하여 전하 검출부로 간주할 수도 있다. 또한, P+반도체 영역(73)은, 다수 캐리어 전류를 기판(61)에 주입하기 위한, 즉 기판(61)에 직접 전압을 인가하여 기판(61) 내에 전계를 발생시키기 위한 전압 인가부로서 기능한다. 또한, P+반도체 영역(73) 외에, 억셉터 불순물 농도가 낮은 P-반도체 영역(74)도 포함하여 전압 인가부로 간주할 수도 있다.
화소(51)에서는, N+반도체 영역(71-1)에는, 직접, 도시하지 않은 부유 확산 영역인 FD(Floating Diffusion)부(이하, 특히 FD부(A)라고도 칭한다)가 접속되어 있고, 또한 그 FD부(A)는, 도시하지 않은 증폭 트랜지스터 등을 통하여 수직 신호선(29)에 접속되어 있다.
마찬가지로, N+반도체 영역(71-2)에는, 직접, FD부(A)와는 다른 딴 FD부(이하, 특히 FD부(B)라고도 칭한다)가 접속되어 있고, 또한 그 FD부(B)는, 도시하지 않은 증폭 트랜지스터 등을 통하여 수직 신호선(29)에 접속되어 있다. 여기서, FD부(A)와 FD부(B)는 서로 다른 수직 신호선(29)에 접속되어 있다.
예를 들면 간접 ToF 방식에 의해 대상물까지의 거리를 측정하려고 하는 경우, 고체 촬상 소자(11)가 마련된 촬상 장치로부터 대상물을 향하여 적외광이 사출된다. 그리고, 그 적외광이 대상물에서 반사되어 반사광으로서 촬상 장치에 되돌아오면, 고체 촬상 소자(11)의 기판(61)은 입사하여 온 반사광(적외광)을 수광하여 광전변환한다.
이때, 수직 구동부(22)는 화소(51)를 구동시켜, 광전변환에 의해 얻어진 전하에 응한 신호를 FD부(A)와 FD부(B)에 배분한다. 또한, 상술한 바와 같이 화소(51)의 구동은 수직 구동부(22)가 아니라, 수직 신호선(29)이나 다른 수직 방향으로 길다란 제어선을 통하여, 별로 마련된 구동부나 수평 구동부(24) 등에 의해 행하여지도록 하여도 좋다.
예를 들면 어느 타이밍에서는, 수직 구동부(22)는 콘택트 등을 통하여 2개의 P+반도체 영역(73)에 전압을 인가한다. 구체적으로는, 예를 들면 수직 구동부(22)는 P+반도체 영역(73-1)에 1.5V의 전압을 인가하고, P+반도체 영역(73-2)에는 0V의 전압을 인가한다.
그러면, 기판(61)에서의 2개의 P+반도체 영역(73) 사이에 전계가 발생하고, P+반도체 영역(73-1)부터 P+반도체 영역(73-2)으로 전류가 흐른다. 이 경우, 기판(61) 내의 정공(홀)은 P+반도체 영역(73-2)의 방향으로 이동하게 되고, 전자는 P+반도체 영역(73-1)의 방향으로 이동하게 된다.
따라서 이와 같은 상태에서 온 칩 렌즈(62)를 통하여 외부로부터의 적외광(반사광)이 기판(61) 내로 입사하고, 그 적외광이 기판(61) 내에서 광전변환되어 전자와 정공의 페어로 변환되면, 얻어진 전자는 P+반도체 영역(73) 사이의 전계에 의해 P+반도체 영역(73-1)의 방향으로 유도되어, N+반도체 영역(71-1) 내로 이동한다.
이 경우, 광전변환에서 발생한 전자가, 화소(51)에 입사한 적외광의 양, 즉 적외광의 수광량에 응한 신호를 검출하기 위한 신호 캐리어로서 사용되게 된다.
이에 의해, N+반도체 영역(71-1)에는, N+반도체 영역(71-1) 내로 이동하여 온 전자에 응한 전하가 축적되게 되고, 이 전하가 FD부(A)나 증폭 트랜지스터, 수직 신호선(29) 등을 통하여 칼럼 처리부(23)에서 검출된다.
즉, N+반도체 영역(71-1)의 축적 전하가, 그 N+반도체 영역(71-1)에 직접 접속된 FD부(A)에 전송되고, FD부(A)에 전송된 전하에 응한 신호가 증폭 트랜지스터나 수직 신호선(29)을 통하여 칼럼 처리부(23)에 의해 판독된다. 그리고, 판독된 신호에 대해, 칼럼 처리부(23)에서 AD 변환 처리 등의 처리가 시행되고, 그 결과 얻어진 화소 신호가 신호 처리부(26)에 공급된다.
이 화소 신호는, N+반도체 영역(71-1)에 의해 검출된 전자에 응한 전하량, 즉 FD부(A)에 축적된 전하의 양을 나타내는 신호가 된다. 환언하면, 화소 신호는 화소(51)에서 수광된 적외광의 광량을 나타내는 신호라고도 말할 수 있다.
또한, 이때 N+반도체 영역(71-1)에서의 경우와 마찬가지로 하여 N+반도체 영역(71-2)에서 검출된 전자에 응한 화소 신호도 적절히 거리측정에 사용되도록 하여도 좋다.
또한, 다음의 타이밍에서는, 지금까지 기판(61) 내에서 생기고 있던 전계와 반대 방향의 전계가 발생하도록, 수직 구동부(22)에 의해 콘택트 등을 통하여 2개의 P+반도체 영역(73)에 전압이 인가된다. 구체적으로는, 예를 들면 P+반도체 영역(73-2)에 1.5V의 전압이 인가되고, P+반도체 영역(73-1)에는 0V의 전압이 인가된다.
이에 의해, 기판(61)에서의 2개의 P+반도체 영역(73) 사이에서 전계가 발생하고, P+반도체 영역(73-2)부터 P+반도체 영역(73-1)으로 전류가 흐른다.
이와 같은 상태에서 온 칩 렌즈(62)를 통하여 외부로부터의 적외광(반사광)이 기판(61) 내로 입사하고, 그 적외광이 기판(61) 내에서 광전변환되어 전자와 정공의 페어로 변환되면, 얻어진 전자는 P+반도체 영역(73) 사이의 전계에 의해 P+반도체 영역(73-2)의 방향으로 유도되어, N+반도체 영역(71-2) 내로 이동한다.
이에 의해, N+반도체 영역(71-2)에는, N+반도체 영역(71-2) 내로 이동하여 온 전자에 응한 전하가 축적되게 되고, 이 전하가 FD부(B)나 증폭 트랜지스터, 수직 신호선(29) 등을 통하여 칼럼 처리부(23)에서 검출된다.
즉, N+반도체 영역(71-2)의 축적 전하가, 그 N+반도체 영역(71-2)에 직접 접속된 FD부(B)에 전송되고, FD부(B)에 전송된 전하에 응한 신호가 증폭 트랜지스터나 수직 신호선(29)을 통하여 칼럼 처리부(23)에 의해 판독된다. 그리고, 판독된 신호에 대해, 칼럼 처리부(23)에서 AD 변환 처리 등의 처리가 시행되고, 그 결과 얻어진 화소 신호가 신호 처리부(26)에 공급된다.
또한, 이때 N+반도체 영역(71-2)에서의 경우와 마찬가지로 하여 N+반도체 영역(71-1)에서 검출된 전자에 응한 화소 신호도 적절히 거리측정에 사용되도록 하여도 좋다.
이와 같이 하여, 같은 화소(51)에서 서로 다른 기간의 광전변환에서 얻어진 화소 신호가 얻어지면, 신호 처리부(26)는, 그들의 화소 신호에 의거하여 대상물까지의 거리를 나타내는 거리 정보를 산출하고, 후단으로 출력한다.
이와 같이 서로 다른 N+반도체 영역(71)으로 신호 캐리어를 배분하고, 그들의 신호 캐리어에 응한 신호에 의거하여 거리 정보를 산출하는 방법은, 간접 ToF 방식이라고 불리고 있다.
또한, 여기서는 수직 구동부(22)에 의해 P+반도체 영역(73)에의 전압의 인가 제어가 행하여지는 예에 관해 설명하였지만, 상술한 바와 같이 수직 구동부(22)와는 별도로, P+반도체 영역(73)에의 전압의 인가 제어를 행하는 전압 인가 제어부로서 기능하는 구동부(블록)가 고체 촬상 소자(11)에 마련되어도 좋다.
또한, 화소(51)에서의 신호 취출부(65)의 부분을 도 2 중, 위로부터 하방향, 즉 기판(61)의 면과 수직한 방향에 보면, 예를 들면 도 3에 도시하는 바와 같이 P+반도체 영역(73)의 주위가 N+반도체 영역(71)에 의해 둘러싸여지는 구조로 되어 있다. 또한, 도 3에서, 도 2에서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 3에 도시하는 예에서는, 화소(51)의 중앙 부분에는 도시하지 않은 산화막(64)이 형성되어 있고, 화소(51)의 중앙부터 약간 단측(端側)의 부분에 신호 취출부(65)가 형성되어 있다. 특히, 여기서는 화소(51) 내에는 2개의 신호 취출부(65)가 형성되어 있다.
그리고, 각 신호 취출부(65)에서는, 그 중심 위치에 사각형상에 P+반도체 영역(73)이 형성되어 있고, 그 P+반도체 영역(73)을 중심으로 하여, P+반도체 영역(73)의 주위가 사각형상, 보다 상세하게는 사각형 테두리 형상의 N+반도체 영역(71)에 의해 둘러싸여 있다. 즉, N+반도체 영역(71)은, P+반도체 영역(73)의 주위를 둘러싸도록 형성되어 있다.
또한, 화소(51)에서는, 화소(51)의 중심 부분, 즉 화살표(A11)로 표시하는 부분에 외부로부터 입사하여 오는 적외광이 집광되도록 온 칩 렌즈(62)가 형성되어 있다. 환언하면, 외부로부터 온 칩 렌즈(62)에 입사한 적외광은, 온 칩 렌즈(62)에 의해 화살표(A11)로 표시하는 위치, 즉 도 2에서의 산화막(64)의 도 2 중, 상측의 위치에 집광된다.
따라서 적외광은 신호 취출부(65-1)와 신호 취출부(65-2) 사이의 위치에 집광되게 된다. 이에 의해, 적외광이 화소(51)에 인접하는 화소에 입사하고 혼색이 발생하여 버리는 것을 억제함과 함께, 신호 취출부(65)에 직접, 적외광이 입사하여 버리는 것도 억제할 수 있다.
예를 들면 적외광이 직접, 신호 취출부(65)에 입사하면 전하 분리 효율, 즉 Cmod(Contrast between active and inactive tap)나 Modulation contrast가 저하되어 버린다.
여기서, 광전변환에서 얻어진 전하(전자)에 응한 신호의 판독이 행하여지는 쪽의 신호 취출부(65)(탭), 즉 광전변환에서 얻어진 전하가 검출되어야 할 신호 취출부(65)를 액티브 탭(active tap)이라고도 칭하는 것으로 한다.
역으로, 기본적으로는 광전변환에서 얻어진 전하에 응한 신호의 판독이 행하여지지 않는 쪽의 신호 취출부(65)(탭), 즉 액티브 탭이 아닌 쪽의 신호 취출부(65)를 인액티브 탭(inactive tap)이라고도 칭하는 것으로 한다.
상술한 예에서는, P+반도체 영역(73)에 1.5V의 전압이 인가되는 쪽의 신호 취출부(65)가 액티브 탭이고, P+반도체 영역(73)에 0V의 전압이 인가되는 쪽의 신호 취출부(65)가 인액티브 탭이다.
Cmod는, 입사한 적외광의 광전변환에서 발생한 전하 중의 몇%분의 전하가 액티브 탭인 신호 취출부(65)의 N+반도체 영역(71)에서 검출할 수 있는지, 즉 전하에 응한 신호를 취출할 수 있는지를 나타내는 지표(指標)이고, 전하 분리 효율을 나타내고 있다.
따라서 예를 들면 외부로부터 입사한 적외광이 인액티브 탭의 영역에 입사하고, 그 인액티브 탭 내에서 광전변환이 행하여지면, 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어인 전자가, 인액티브 탭 내의 N+반도체 영역(71)으로 이동하여 버릴 가능성이 높다. 그러면, 광전변환에 의해 얻어진 일부의 전자의 전하가 액티브 탭 내의 N+반도체 영역(71)에서 검출되지 않게 되어, Cmod, 즉 전하 분리 효율이 저하되어 버린다.
그래서, 화소(51)에서는, 2개의 신호 취출부(65)로부터 개략 등거리의 위치에 있는 화소(51)의 중심 부분 부근에 적외광이 집광되도록 함으로써, 외부로부터 입사한 적외광이 인액티브 탭의 영역에서 광전변환되어 버릴 확률을 저감시켜, 전하 분리 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 화소(51)에서는 Modulation contrast도 향상시킬 수 있다. 환언하면, 광전변환에 의해 얻어진 전자가 액티브 탭 내의 N+반도체 영역(71)으로 유도되기 쉽게 할 수 있다.
이상과 같은 고체 촬상 소자(11)에 의하면, 이하와 같은 효과를 이룰 수 있다.
즉, 우선 고체 촬상 소자(11)는 이면 조사형이기 때문에, 양자 효율(QE)×개구율(FF(Fill Factor))을 최대화할 수가 있어서, 고체 촬상 소자(11)에 의한 거리측정 특성을 향상시킬 수 있다.
예를 들면 도 4의 화살표(W11)로 표시하는 바와 같이, 통상의 표면 조사형의 이미지 센서는, 광전변환부인 PD(101)에서의 외부로부터의 광이 입사하는 입사면측에 배선(102)이나 배선(103)이 형성된 구조로 되어 있다.
그때문에, 예를 들면 외부로부터 화살표(A21)나 화살표(A22)로 표시하는 바와 같이, 어느 정도의 각도를 갖고서 PD(101)에 대해 비스듬하게 입사하여 오는 광의 일부는, 배선(102)이나 배선(103)에 차단되어 PD(101)에 입사되지 않는 일이 생긴다.
이에 대해, 이면 조사형의 이미지 센서는, 예를 들면 화살표(W12)로 표시하는 바와 같이, 광전변환부인 PD(104)에서의 외부로부터의 광이 입사하는 입사면과는 반대측의 면상에 배선(105)이나 배선(106)이 형성된 구조로 되어 있다.
그때문에, 표면 조사형에서의 경우와 비교하여 충분한 개구율을 확보할 수 있다. 즉, 예를 들면 외부로부터 화살표(A23)나 화살표(A24)로 표시하는 바와 같이, 어느 정도의 각도를 갖고서 PD(104)에 대해 비스듬하게 입사하여 오는 광은 배선에 차단되는 일 없이 PD(104)에 입사한다. 이에 의해, 보다 많은 광을 수광하여 화소의 감도를 향상시킬 수 있다.
이와 같은 이면 조사형으로 함에 의해 얻어지는 화소 감도의 향상 효과는, 이면 조사형의 CAPD 센서인 고체 촬상 소자(11)에서도 얻을 수 있다.
또한, 예를 들면 표면 조사형의 CAPD 센서에서는, 화살표(W13)로 표시하는 바와 같이 광전변환부인 PD(111)의 내부에서의 외부로부터의 광이 입사하는 입사면측에 탭이라고 불리는 신호 취출부(112), 보다 상세하게는 탭의 P+반도체 영역이나 N+반도체 영역이 형성되어 있다. 또한, 표면 조사형의 CAPD 센서는, 입사면측에 배선(113)이나, 신호 취출부(112)에 접속된 콘택트나 메탈 등의 배선(114)이 형성된 구조로 되어 있다.
그때문에, 예를 들면 외부로부터 화살표(A25)나 화살표(A26)로 표시하는 바와 같이, 어느 정도의 각도를 갖고서 PD(111)에 대해 비스듬하게 입사하여 오는 광의 일부가 배선(113) 등에 차단되어 PD(111)에 입사되지 않을 뿐만 아니라, 화살표(A27)로 표시하는 바와 같이 PD(111)에 대해 수직하게 입사하여 오는 광도 배선(114)에 차단되어 PD(111)에 입사되지 않는 일이 생긴다.
이에 대해, 이면 조사형의 CAPD 센서는, 예를 들면 화살표(W14)로 표시하는 바와 같이, 광전변환부인 PD(115)에서의 외부로부터의 광이 입사하는 입사면과는 반대측의 면의 부분에 신호 취출부(116)가 형성된 구조로 되어 있다. 또한, PD(115)에서의 입사면과는 반대측의 면상에는 배선(117)이나, 신호 취출부(116)에 접속된 콘택트나 메탈 등의 배선(118)이 형성되어 있다.
여기서, PD(115)는 도 2에 도시한 기판(61)에 대응하고, 신호 취출부(116)는 도 2에 도시한 신호 취출부(65)에 대응한다.
이와 같은 구조의 이면 조사형의 CAPD 센서에서는, 표면 조사형에서의 경우와 비교하여 충분한 개구율을 확보할 수 있다. 따라서 양자 효율(QE)×개구율(FF)을 최대화할 수가 있어서, 거리측정 특성을 향상시킬 수 있다.
즉, 예를 들면 외부로부터 화살표(A28)나 화살표(A29)로 표시하는 바와 같이, 어느 정도의 각도를 갖고서 PD(115)에 대해 비스듬하게 입사하여 오는 광은 배선에 차단되는 일 없이 PD(115)에 입사한다. 마찬가지로, 화살표(A30)로 표시하는 바와 같이 PD(115)에 대해 수직하게 입사하여 오는 광도 배선 등에 차단되는 일 없이 PD(115)에 입사한다.
이와 같이, 이면 조사형의 CAPD 센서에서는, 어느 정도의 각도를 갖고서 입사하여 오는 광뿐만 아니라, PD(115)에 대해 수직하게 입사하여 오는, 표면 조사형에서는 신호 취출부(탭)에 접속된 배선 등에서 반사되고 있던 광도 수광할 수 있다. 이에 의해, 보다 많은 광을 수광하여 화소의 감도를 향상시킬 수 있다. 환언하면, 양자 효율(QE)×개구율(FF)을 최대화할 수가 있어서, 그 결과, 거리측정 특성을 향상시킬 수 있다.
특히, 화소 외연이 아니라, 화소의 중앙 근방에 탭이 배치되어 있는 경우, 표면 조사형의 CAPD 센서에서는, 충분한 개구율을 확보할 수가 없어서 화소의 감도가 저하되어 버리지만, 이면 조사형의 CAPD 센서인 고체 촬상 소자(11)에서는 탭의 배치 위치에 의하지 않고서 충분한 개구율을 확보할 수가 있어서, 화소의 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 이면 조사형의 고체 촬상 소자(11)에서는, 기판(61)에서, 외부로부터의 적외광이 입사하는 입사면과는 반대측의 면 근방에 신호 취출부(65)가 형성되기 때문에, 인액티브 탭의 영역에서의 적외광의 광전변환의 발생을 저감시킬 수 있다. 이에 의해, Cmod, 즉 전하 분리 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5는, 표면 조사형과 이면 조사형의 CAPD 센서의 화소 단면도를 도시하고 있다.
도 5 좌측의 표면 조사형의 CAPD 센서에서는, 도면 중, 기판(141)의 상측이, 광의 입사면이고, 기판(141)의 입사면측에, 복수층의 배선을 포함하는 배선층(152), 화소 사이 차광부(153), 및, 온 칩 렌즈(154)가 적층되어 있다.
도 5 우측의 이면 조사형의 CAPD 센서에서는, 도면 중, 광의 입사면과는 반대측이 되는 기판(142)의 하측에, 복수층의 배선을 포함하는 배선층(152)이 형성되어 있고, 광의 입사면측인 기판(142)의 상측에, 화소 사이 차광부(153), 및, 온 칩 렌즈(154)가 적층되어 있다.
또한, 도 5에서 그레이의 사다리꼴 형상은, 적외광이 온 칩 렌즈(154)에서 집광됨에 의해, 광강도가 강한 영역을 나타내고 있다.
예를 들면, 표면 조사형의 CAPD 센서에서는, 기판(141)의 입사면측에 인액티브 탭 및 액티브 탭이 존재하는 영역(R11)이 있다. 이 때문에, 인액티브 탭에 직접 입사하는 성분이 많고, 인액티브 탭의 영역에서 광전변환이 행하여지면, 그 광전변환에서 얻어진 신호 캐리어는 액티브 탭의 N+반도체 영역에서 검출되지 않게 된다.
표면 조사형의 CAPD 센서에서는, 기판(141)의 입사면 근방의 영역(R11)에서는 적외광의 강도는 강하므로, 영역(R11) 내에서 적외광의 광전변환이 행하여지는 확률이 높아진다. 즉, 인액티브 탭 근방에 입사하는 적외광의 광량은 많기 때문에, 액티브 탭에서 검출할 수 없게 되어 버리는 신호 캐리어가 많아져서, 전하 분리 효율이 저하되어 버린다.
이에 대해, 이면 조사형의 CAPD 센서에서는, 기판(142)의 입사면부터 먼 위치, 즉 입사면측과는 반대측의 면 근방의 위치에, 인액티브 탭 및 액티브 탭이 존재하는 영역(R12)이 있다. 여기서는, 기판(142)은 도 2에 도시한 기판(61)에 대응하고 있다.
이 예에서는, 기판(142)의 입사면측과는 반대측의 면의 부분에 영역(R12)이 있고, 영역(R12)은 입사면부터 먼 위치에 있기 때문에, 그 영역(R12) 근방에서는, 입사한 적외광의 강도는 비교적 약하게 되어 있다.
기판(142)의 중심 부근이나 입사면 근방 등의 적외광의 강도가 강한 영역에서 광전변환에 의해 얻어진 신호 캐리어는, 기판(142) 내에서 발생한 전계에 의해 액티브 탭으로 도출되고, 액티브 탭의 N+반도체 영역에서 검출된다.
합편, 인액티브 탭을 포함하는 영역(R12) 근방에서는, 입사한 적외광의 강도는 비교적 약하기 때문에, 영역(R12) 내에서 적외광의 광전변환이 행하여지는 확률은 낮아진다. 즉, 인액티브 탭 근방에 입사하는 적외광의 광량은 적기 때문에, 인액티브 탭 근방에서의 광전변환에 의해 발생하고, 인액티브 탭의 N+반도체 영역으로 이동하여 버리는 신호 캐리어(전자)의 수는 적어져서, 전하 분리 효율을 향상시킬 수 있다. 결과로서 거리측정 특성을 개선할 수 있다.
또한, 이면 조사형의 고체 촬상 소자(11)에서는, 기판(61)의 박층화를 실현할 수 있기 때문에, 신호 캐리어인 전자(전하)의 취출 효율을 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 표면 조사형의 CAPD 센서에서는 개구율을 충분히 확보할 수가 없기 때문에, 도 6의 화살표(W31)로 표시하는 바와 같이, 보다 높은 양자 효율을 확보하고, 양자 효율×개구율의 저하를 억제하기 위해 기판(171)을 어느 정도 두껍게 할 필요가 있다.
그러면, 기판(171) 내에서의 입사면과는 반대측의 면 근방의 영역, 예를 들면 영역(R21)의 부분에서 포텐셜의 경사가 완만해저서, 실질적으로 기판(171)과 수직한 방향의 전계가 약하게 되어 버린다. 이 경우, 신호 캐리어의 이동 속도가 늦어지기 때문에, 광전변환이 행하여지고 나서 액티브 탭의 N+반도체 영역에서 신호 캐리어가 검출될 때까지 필요해지는 시간이 길어져 버리다. 또한, 도 6에서는, 기판(171) 내의 화살표는, 기판(171)에서의 기판(171)과 수직한 방향의 전계(電界)를 나타내고 있다.
또한, 기판(171)이 두꺼우면, 기판(171) 내의 액티브 탭부터 먼 위치로부터, 액티브 탭 내의 N+반도체 영역까지의 신호 캐리어의 이동 거리가 길어진다. 따라서 액티브 탭부터 먼 위치에서는, 광전변환이 행하여지고 나서 액티브 탭의 N+반도체 영역에서 신호 캐리어가 검출될 때까지 필요해지는 시간이 더욱 길어져 버린다.
도 7은, 기판(171)의 두께 방향의 위치와, 신호 캐리어의 이동 속도와의 관계를 도시하고 있다. 영역(R21)은 확산 전류 영역에 대응한다.
이와 같이 기판(171)이 두꺼워지면, 예를 들면 구동 주파수가 높은 때, 즉 탭(신호 취출부)의 액티브와 인액태브의 전환을 고속으로 행할 때에, 영역(R21) 등의 액티브 탭부터 먼 위치에서 발생한 전자를 완전하게 액티브 탭의 N+반도체 영역에 완전히 인입할 수 없게 되어 버린다. 즉, 탭이 액티브로 되어 있는 시간이 짧으면, 영역(R21) 내 등에서 발생한 전자(전하)를 액티브 탭의 N+반도체 영역에서 검출할 수 없게 되어 버리는 일이 생겨, 전자의 취출 효율이 저하된다.
이에 대해 이면 조사형의 CAPD 센서에서는, 충분한 개구율을 확보할 수 있기 때문에, 예를 들면 도 6의 화살표(W32)로 표시하는 바와 같이 기판(172)을 얇게 하여도 충분한 양자 효율×개구율을 확보할 수 있다. 여기서, 기판(172)은 도 2의 기판(61)에 대응하고, 기판(172) 내의 화살표는, 기판(172)과 수직한 방향의 전계를 나타내고 있다.
도 8은, 기판(172)의 두께 방향의 위치와, 신호 캐리어의 이동 속도와의 관계를 도시하고 있다.
이와 같이 기판(172)에서의 기판(172)과 수직한 방향의 두께를 얇게 하면, 실질적으로 기판(172)과 수직한 방향의 전계가 강해지고, 신호 캐리어의 이동 속도가 빠른 드리프트 전류 영역만의 전자(전하)만을 사용하고, 신호 캐리어의 이동 속도가 느린 확산 전류 영역의 전자를 사용하지 않는다. 드리프트 전류 영역만의 전자(전하)만을 사용함으로써, 광전변환이 행하여지고 나서 액티브 탭의 N+반도체 영역에서 신호 캐리어가 검출될 때까지 필요해지는 시간이 짧아진다. 또한, 기판(172)의 두께가 적어지면, 신호 캐리어의 액티브 탭 내의 N+반도체 영역까지의 이동 거리도 짧아진다.
이로써, 이면 조사형의 CAPD 센서에서는, 구동 주파수가 높은 때라도 기판(172) 내의 각 영역에서 발생한 신호 캐리어(전자)를 액티브 탭의 N+반도체 영역에 충분히 인입(引入)할 수 있고, 전자의 취출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 기판(172)의 박층화에 의해 높은 구동 주파수라도 충분한 전자의 취출 효율을 확보할 수가 있어서, 고속 구동 내성을 향상시킬 수 있다.
특히, 이면 조사형의 CAPD 센서에서는, 기판(172), 즉 기판(61)에 대해 직접, 전압을 인가할 수 있기 때문에, 탭의 액티브 및 인액태브의 전환의 응답 속도가 빨라서, 높은 구동 주파수로 구동시킬 수 있다. 또한, 기판(61)에 대해 직접, 전압을 인가할 수 있기 때문에, 기판(61) 내의 변조 가능한 영역이 넓게 된다.
또한, 이면 조사형의 고체 촬상 소자(11)(CAPD 센서)에서는, 충분한 개구율을 얻을 수 있기 때문에, 그 만큼 화소를 미세화할 수가 있어서, 화소의 미세화 내성을 향상시킬 수 있다.
기타, 고체 촬상 소자(11)에서는 이면 조사형으로 함으로써 BEOL(Back End Of Line) 용량 설계의 자유화가 가능해지고, 이에 의해 포화 신호량(Qs)의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.
<제1의 실시의 형태의 변형례 1>
<화소의 구성례>
또한, 이상에서는 기판(61) 내의 신호 취출부(65)의 부분은, 도 3에 도시한 바와 같이 N+반도체 영역(71)과 P+반도체 영역(73)이 사각형상의 영역으로 이루어지는 경우를 예로서 설명하였다. 그러나, 기판(61)과 수직한 방향에서 본 때의 N+반도체 영역(71)과 P+반도체 영역(73)의 형상은, 어떤 형상이 되어도 좋다.
구체적으로는, 예를 들면 도 9에 도시하는 바와 같이 N+반도체 영역(71)과 P+반도체 영역(73)이 원형상이 되도록 하여도 좋다. 또한, 도 9에서 도 3에서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 9는, 화소(51)에서의 신호 취출부(65)의 부분을 기판(61)과 수직한 방향에서 본 때의 N+반도체 영역(71) 및 P+반도체 영역(73)을 나타내고 있다.
이 예에서는, 화소(51)의 중앙 부분에는 도시하지 않은 산화막(64)이 형성되어 있고, 화소(51)의 중앙부터 약간 단측의 부분에 신호 취출부(65)가 형성되어 있다. 특히, 여기서는 화소(51) 내에는 2개의 신호 취출부(65)가 형성되어 있다.
그리고, 각 신호 취출부(65)에서는, 그 중심 위치에 원형상의 P+반도체 영역(73)이 형성되어 있고, 그 P+반도체 영역(73)을 중심으로 하여, P+반도체 영역(73)의 주위가 원형상, 보다 상세하게는 원환형상의 N+반도체 영역(71)에 의해 둘러싸여 있다.
도 10은, 도 9에 도시한 신호 취출부(65)를 갖는 화소(51)가 행렬형상으로 2차원 배치된 화소 어레이부(21)의 일부에, 온 칩 렌즈(62)를 겹친 평면도이다.
온 칩 렌즈(62)는, 도 10에 도시되는 바와 같이, 화소 단위에 형성되어 있다. 환언하면, 하나의 온 칩 렌즈(62)가 형성된 단위 영역이 1화소에 대응한다.
또한, 도 2에서는, N+반도체 영역(71)과 P+반도체 영역(73) 사이에, 산화막 등으로 형성된 분리부(75)가 배치되어 있지만, 분리부(75)는 있어도 없어도 어느 것이라도 좋다.
<제1의 실시의 형태의 변형례 2>
<화소의 구성례>
도 11은, 화소(51)에서의 신호 취출부(65)의 평면 형상의 변형례를 도시하는 평면도이다.
신호 취출부(65)는, 평면 형상을, 도 3에 도시한 사각형상, 도 7에 도시한 원형상 외에, 예를 들면, 도 11에 도시되는 바와 같이 8각형상으로 형성하여도 좋다.
또한, 도 11은, N+반도체 영역(71)과 P+반도체 영역(73) 사이에, 산화막 등으로 형성된 분리부(75)가 형성된 경우의 평면도를 도시하고 있다.
도 11에 도시되어 있는 A-A'선은, 후술하는 도 37의 단면선을 도시하고, B-B'선은, 후술하는 도 36의 단면선을 도시하고 있다.
<제2의 실시의 형태>
<화소의 구성례>
또한, 이상에서는, 신호 취출부(65) 내에서, P+반도체 영역(73)의 주위가 N+반도체 영역(71)에 의해 둘러싸인 구성을 예로서 설명하였지만, N+반도체 영역의 주위가 P+반도체 영역에 의해 둘러싸이도록 하여도 좋다.
그와 같은 경우, 화소(51)는, 예를 들면 도 12에 도시하는 바와 같이 구성된다. 또한, 도 12에서 도 3에서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 12는, 화소(51)에서의 신호 취출부(65)의 부분을 기판(61)과 수직한 방향에서 본 때의 N+반도체 영역 및 P+반도체 영역의 배치를 도시하고 있다.
이 예에서는, 화소(51)의 중앙 부분에는 도시하지 않은 산화막(64)이 형성되어 있고, 화소(51)의 중앙부터 약간 도면 중, 상측의 부분에 신호 취출부(65-1)가 형성되어 있고, 화소(51)의 중앙부터 약간 도면 중, 하측의 부분에 신호 취출부(65-2)가 형성되어 있다. 특히 이 예에서는, 화소(51) 내에서의 신호 취출부(65)의 형성 위치는, 도 3에서의 경우와 같은 위치로 되어 있다.
신호 취출부(65-1) 내에서는, 도 3에 도시한 N+반도체 영역(71-1)에 대응하는 사각형상의 N+반도체 영역(201-1)이 신호 취출부(65-1)의 중심에 형성되어 있다. 그리고, 그 N+반도체 영역(201-1)의 주위가, 도 3에 도시한 P+반도체 영역(73-1)에 대응하는 사각형상, 보다 상세하게는 사각형 테두리 형상의 P+반도체 영역(202-1)에 의해 둘러싸여 있다. 즉, P+반도체 영역(202-1)은, N+반도체 영역(201-1)의 주위를 둘러싸도록 형성되어 있다.
마찬가지로, 신호 취출부(65-2) 내에서는, 도 3에 도시한 N+반도체 영역(71-2)에 대응하는 사각형상의 N+반도체 영역(201-2)이 신호 취출부(65-2)의 중심에 형성되어 있다. 그리고, 그 N+반도체 영역(201-2)의 주위가, 도 3에 도시한 P+반도체 영역(73-2)에 대응하는 사각형상, 보다 상세하게는 사각형 테두리 형상의 P+반도체 영역(202-2)에 의해 둘러싸여 있다.
또한, 이하, N+반도체 영역(201-1) 및 N+반도체 영역(201-2)을 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 N+반도체 영역(201)이라고도 칭하는 것으로 한다. 또한, 이하, P+반도체 영역(202-1) 및 P+반도체 영역(202-2)을 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 P+반도체 영역(202)이라고도 칭하는 것으로 한다.
신호 취출부(65)가 도 12에 도시하는 구성이 되는 경우에도, 도 3에 도시한 구성이 되는 경우와 마찬가지로, N+반도체 영역(201)은 신호 캐리어의 양을 검출하기 위한 전하 검출부로서 기능하고, P+반도체 영역(202)은 기판(61)에 직접 전압을 인가하여 전계를 발생시키기 위한 전압 인가부로서 기능한다.
<제2의 실시의 형태의 변형례 1>
<화소의 구성례>
또한, 도 9에 도시한 예와 마찬가지로, N+반도체 영역(201)의 주위가 P+반도체 영역(202)에 둘러싸이는 배치가 되는 경우에도, 그들의 N+반도체 영역(201) 및 P+반도체 영역(202)의 형상은, 어떤 형상이 되어도 좋다.
즉, 예를 들면 도 13에 도시하는 바와 같이 N+반도체 영역(201)과 P+반도체 영역(202)이 원형상이 되도록 하여도 좋다. 또한, 도 13에서 도 12에서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 13은, 화소(51)에서의 신호 취출부(65)의 부분을 기판(61)과 수직한 방향에서 본 때의 N+반도체 영역(201) 및 P+반도체 영역(202)을 도시하고 있다.
이 예에서는, 화소(51)의 중앙 부분에는 도시하지 않은 산화막(64)이 형성되어 있고, 화소(51)의 중앙부터 약간 단측의 부분에 신호 취출부(65)가 형성되어 있다. 특히, 여기서는 화소(51) 내에는 2개의 신호 취출부(65)가 형성되어 있다.
그리고, 각 신호 취출부(65)에서는, 그 중심 위치에 원형상의 N+반도체 영역(201)이 형성되어 있고, 그 N+반도체 영역(201)을 중심으로 하여, N+반도체 영역(201)의 주위가 원형상, 보다 상세하게는 원환형상의 P+반도체 영역(202)에 의해 둘러싸여 있다.
<제3의 실시의 형태>
<화소의 구성례>
또한, 신호 취출부(65) 내에 형성된 N+반도체 영역과 P+반도체 영역은, 라인 형상(장방형상)이 되어도 좋다.
그와 같은 경우, 예를 들면 화소(51)는 도 14에 도시하는 바와 같이 구성된다. 또한, 도 14에서 도 3에서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 14는, 화소(51)에서의 신호 취출부(65)의 부분을 기판(61)과 수직한 방향에서 본 때의 N+반도체 영역 및 P+반도체 영역의 배치를 도시하고 있다.
이 예에서는, 화소(51)의 중앙 부분에는 도시하지 않은 산화막(64)이 형성되어 있고, 화소(51)의 중앙부터 약간 도면 중, 상측의 부분에 신호 취출부(65-1)가 형성되어 있고, 화소(51)의 중앙부터 약간 도면 중, 하측의 부분에 신호 취출부(65-2)가 형성되어 있다. 특히 이 예에서는, 화소(51) 내에서의 신호 취출부(65)의 형성 위치는, 도 3에서의 경우와 같은 위치로 되어 있다.
신호 취출부(65-1) 내에서는, 도 3에 도시한 P+반도체 영역(73-1)에 대응하는 라인 형상의 P+반도체 영역(231)이 신호 취출부(65-1)의 중심에 형성되어 있다. 그리고, 그 P+반도체 영역(231)의 주위에, P+반도체 영역(231)을 끼워 넣도록 도 3에 도시한 N+반도체 영역(71-1)에 대응하는 라인 형상의 N+반도체 영역(232-1) 및 N+반도체 영역(232-2)이 형성되어 있다. 즉, P+반도체 영역(231)은, N+반도체 영역(232-1)과 N+반도체 영역(232-2)에 끼여진 위치에 형성되어 있다.
또한, 이하, N+반도체 영역(232-1) 및 N+반도체 영역(232-2)을 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 N+반도체 영역(232)이라고도 칭하는 것으로 한다.
도 3에 도시한 예에서는, P+반도체 영역(73)이 N+반도체 영역(71)에 의해 둘러싸여지는 구조로 되어 있지만, 도 14에 도시하는 예에서는 P+반도체 영역(231)이 인접해서 마련된 2개의 N+반도체 영역(232)에 의해 끼여지는 구조로 되어 있다.
마찬가지로, 신호 취출부(65-2) 내에서는, 도 3에 도시한 P+반도체 영역(73-2)에 대응하는 라인 형상의 P+반도체 영역(233)이 신호 취출부(65-2)의 중심에 형성되어 있다. 그리고, 그 P+반도체 영역(233)의 주위에, P+반도체 영역(233)을 끼워 넣도록 도 3에 도시한 N+반도체 영역(71-2)에 대응하는 라인 형상의 N+반도체 영역(234-1) 및 N+반도체 영역(234-2)이 형성되어 있다.
또한, 이하, N+반도체 영역(234-1) 및 N+반도체 영역(234-2)을 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 N+반도체 영역(234)이라고도 칭하는 것으로 한다.
도 14의 신호 취출부(65)에서는, P+반도체 영역(231) 및 P+반도체 영역(233)이, 도 3에 도시한 P+반도체 영역(73)에 대응하는 전압 인가부로서 기능하고, N+반도체 영역(232) 및 N+반도체 영역(234)이 도 3에 도시한 N+반도체 영역(71)에 대응하는 전하 검출부로서 기능한다. 이 경우, 예를 들면 N+반도체 영역(232-1) 및 N+반도체 영역(232-2)의 양방의 영역이 FD부(A)에 접속되게 된다.
또한, 라인 형상이 되는 P+반도체 영역(231), N+반도체 영역(232), P+반도체 영역(233), 및 N+반도체 영역(234)의 각 영역의 도면 중, 횡방향의 길이는 어떤 길이라도 좋고, 그들의 각 영역이 같은 길이가 되지 않아도 좋다.
<제4의 실시의 형태>
<화소의 구성례>
또한, 도 14에 도시한 예에서는 P+반도체 영역(231)이나 P+반도체 영역(233)이, N+반도체 영역(232)이나 N+반도체 영역(234)에 끼워 넣어지는 구조를 예로서 설명하였지만, 역으로 N+반도체 영역이 P+반도체 영역에 끼워 넣어지는 형상이 되어도 좋다.
그와 같은 경우, 예를 들면 화소(51)는 도 15에 도시하는 바와 같이 구성된다. 또한, 도 15에서 도 3에서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 15는, 화소(51)에서의 신호 취출부(65)의 부분을 기판(61)과 수직한 방향에서 본 때의 N+반도체 영역 및 P+반도체 영역의 배치를 도시하고 있다.
이 예에서는, 화소(51)의 중앙 부분에는 도시하지 않은 산화막(64)이 형성되어 있고, 화소(51)의 중앙부터 약간 단측의 부분에 신호 취출부(65)가 형성되어 있다. 특히 이 예에서는, 화소(51) 내에서의 2개의 각 신호 취출부(65)의 형성 위치는, 도 3에서의 경우와 같은 위치로 되어 있다.
신호 취출부(65-1) 내에서는, 도 3에 도시한 N+반도체 영역(71-1)에 대응하는 라인 형상의 N+반도체 영역(261)이 신호 취출부(65-1)의 중심에 형성되어 있다. 그리고, 그 N+반도체 영역(261)의 주위에, N+반도체 영역(261)을 끼워 넣도록 도 3에 도시한 P+반도체 영역(73-1)에 대응하는 라인 형상의 P+반도체 영역(262-1) 및 P+반도체 영역(262-2)이 형성되어 있다. 즉, N+반도체 영역(261)은, P+반도체 영역(262-1)과 P+반도체 영역(262-2)에 끼여진 위치에 형성되어 있다.
또한, 이하, P+반도체 영역(262-1) 및 P+반도체 영역(262-2)을 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 P+반도체 영역(262)이라고도 칭하는 것으로 한다.
마찬가지로, 신호 취출부(65-2) 내에서는, 도 3에 도시한 N+반도체 영역(71-2)에 대응하는 라인 형상의 N+반도체 영역(263)이 신호 취출부(65-2)의 중심에 형성되어 있다. 그리고, 그 N+반도체 영역(263)의 주위에, N+반도체 영역(263)을 끼워 넣도록 도 3에 도시한 P+반도체 영역(73-2)에 대응하는 라인 형상의 P+반도체 영역(264-1) 및 P+반도체 영역(264-2)이 형성되어 있다.
또한, 이하, P+반도체 영역(264-1) 및 P+반도체 영역(264-2)을 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 P+반도체 영역(264)이라고도 칭하는 것으로 한다.
도 15의 신호 취출부(65)에서는, P+반도체 영역(262) 및 P+반도체 영역(264)이, 도 3에 도시한 P+반도체 영역(73)에 대응하는 전압 인가부로서 기능하고, N+반도체 영역(261) 및 N+반도체 영역(263)이 도 3에 도시한 N+반도체 영역(71)에 대응하는 전하 검출부로서 기능한다. 또한, 라인 형상이 되는 N+반도체 영역(261), P+반도체 영역(262), N+반도체 영역(263), 및 P+반도체 영역(264)의 각 영역의 도면 중, 횡방향의 길이는 어떤 길이라도 좋고, 그들의 각 영역이 같은 길이로 되지 않아도 좋다.
<제5의 실시의 형태>
<화소의 구성례>
또한, 이상에서는 화소 어레이부(21)를 구성하는 한 각 화소 내에는, 각각 2개의 신호 취출부(65)가 마련된 예에 관해 설명하였지만, 화소 내에 마련된 신호 취출부의 수는 하나라도 좋고, 3 이상이라도 좋다.
예를 들면 화소 내에 하나의 신호 취출부가 형성되는 경우, 화소 부분의 구성은, 예를 들면 도 16에 도시하는 바와 같이 구성된다. 또한, 도 16에서 도 3에서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 16은, 화소 어레이부(21)에 마련된 일부의 화소에서의 신호 취출부 부분을 기판과 수직한 방향에서 본 때의 N+반도체 영역 및 P+반도체 영역의 배치를 도시하고 있다.
이 예에서는, 화소 어레이부(21)에 마련된 화소(51)와, 그 화소(51)에 인접하는 화소(291-1) 내지 화소(291-3)가 도시되어 있고, 그들의 각 화소에는 하나의 신호 취출부가 형성되어 있다.
즉, 화소(51)에서는, 화소(51)의 중앙 부분에 하나의 신호 취출부(65)가 형성되어 있다. 그리고, 신호 취출부(65)에서는, 그 중심 위치에 원형상의 P+반도체 영역(301)이 형성되어 있고, 그 P+반도체 영역(301)을 중심으로 하여, P+반도체 영역(301)의 주위가 원형상, 보다 상세하게는 원환형상의 N+반도체 영역(302)에 의해 둘러싸여 있다.
여기서, P+반도체 영역(301)은 도 3에 도시한 P+반도체 영역(73)에 대응하고, 전압 인가부로서 기능한다. 또한, N+반도체 영역(302)은 도 3에 도시한 N+반도체 영역(71)에 대응하고, 전하 검출부로서 기능한다. 또한, P+반도체 영역(301)이나 N+반도체 영역(302)은, 어떤 형상이 되어도 좋다.
또한, 화소(51)의 주위에 있는 화소(291-1) 내지 화소(291-3)도, 화소(51)와 같은 구조로 되어 있다.
즉, 예를 들면 화소(291-1)의 중앙 부분에는 하나의 신호 취출부(303)가 형성되어 있다. 그리고, 신호 취출부(303)에서는, 그 중심 위치에 원형상의 P+반도체 영역(304)이 형성되어 있고, 그 P+반도체 영역(304)을 중심으로 하여, P+반도체 영역(304)의 주위가 원형상, 보다 상세하게는 원환형상의 N+반도체 영역(305)에 의해 둘러싸여 있다.
이들의 P+반도체 영역(304) 및 N+반도체 영역(305)은, 각각 P+반도체 영역(301) 및 N+반도체 영역(302)에 대응한다.
또한, 이하, 화소(291-1) 내지 화소(291-3)를 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 화소(291)라고도 칭하는 것으로 한다.
이와 같이 각 화소에 하나의 신호 취출부(탭)가 형성된 경우, 간접 ToF 방식에 의해 대상물까지의 거리를 측정하려고 할 때에는, 서로 인접하는 몇개의 화소가 사용되고, 그들의 화소에 관해 얻어진 화소 신호에 의거하여 거리 정보가 산출된다.
예를 들면 화소(51)에 주목하면, 화소(51)의 신호 취출부(65)가 액티브 탭으로 되어 있는 상태에서는, 예를 들면 화소(291-1)를 포함하는, 화소(51)에 인접하는 몇개의 화소(291)의 신호 취출부(303)가 인액티브 탭이 되도록 각 화소가 구동된다.
한 예로서, 예를 들면 화소(291-1)나 화소(291-3) 등, 화소(51)에 대해 도면 중, 상하 좌우에 인접하는 화소의 신호 취출부가 인액티브 탭이 되도록 구동된다.
그 후, 화소(51)의 신호 취출부(65)가 인액티브 탭이 되도록 인가되는 전압이 전환되면, 이번에는 화소(291-1)를 포함하는, 화소(51)에 인접하는 몇개의 화소(291)의 신호 취출부(303)가 액티브 탭이 되도록 된다.
그리고, 신호 취출부(65)가 액티브 탭이 된 상태에서 신호 취출부(65)로부터 판독된 화소 신호와, 신호 취출부(303)가 액티브 탭이 된 상태에서 신호 취출부(303)로부터 판독된 화소 신호에 의거하여 거리 정보가 산출된다.
이와 같이 화소 내에 마련된 신호 취출부(탭)의 수가 1개로 된 경우에도, 서로 인접하는 화소를 이용하여 간접 ToF 방식에 의해 거리측정을 행하는 것이 가능하다.
<제6의 실시의 형태>
<화소의 구성례>
또한, 상술한 바와 같이 각 화소 내에 3 이상의 신호 취출부(탭)가 마련되도록 하여도 좋다.
예를 들면 화소 내에 4개의 신호 취출부(탭)가 마련된 경우, 화소 어레이부(21)의 각 화소는 도 17에 도시하는 바와 같이 구성된다. 또한, 도 17에서 도 16에서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 17은, 화소 어레이부(21)에 마련된 일부의 화소에서의 신호 취출부 부분을 기판과 수직한 방향에서 본 때의 N+반도체 영역 및 P+반도체 영역의 배치를 도시하고 있다.
도 17에 도시되어 있는 C-C'선의 단면도는, 후술하는 도 36과 같이 된다.
이 예에서는, 화소 어레이부(21)에 마련된 화소(51)와 화소(291)가 도시되어 있고, 그들의 각 화소에는 4개의 신호 취출부가 형성되어 있다.
즉, 화소(51)에서는, 화소(51)의 중앙과 화소(51)의 단부분 사이의 위치, 즉 화소(51) 중앙의 도면 중, 좌하측의 위치, 좌상측의 위치, 우상측의 위치, 및 우하측의 위치에 신호 취출부(331-1), 신호 취출부(331-2), 신호 취출부(331-3), 및 신호 취출부(331-4)가 형성되어 있다.
이들의 신호 취출부(331-1) 내지 신호 취출부(331-4)는, 도 16에 도시한 신호 취출부(65)에 대응한다.
예를 들면 신호 취출부(331-1)에서는, 그 중심 위치에 원형상의 P+반도체 영역(341)이 형성되어 있고, 그 P+반도체 영역(341)을 중심으로 하여, P+반도체 영역(341)의 주위가 원형상, 보다 상세하게는 원환형상의 N+반도체 영역(342)에 의해 둘러싸여 있다.
여기서, P+반도체 영역(341)은 도 16에 도시한 P+반도체 영역(301)에 대응하고, 전압 인가부로서 기능한다. 또한, N+반도체 영역(342)은 도 16에 도시한 N+반도체 영역(302)에 대응하고, 전하 검출부로서 기능한다. 또한, P+반도체 영역(341)이나 N+반도체 영역(342)은, 어떤 형상이 되어도 좋다.
또한, 신호 취출부(331-2) 내지 신호 취출부(331-4)도 신호 취출부(331-1)와 같은 구성으로 되어 있고, 각각 전압 인가부로서 기능하는 P+반도체 영역과, 전하 검출부로서 기능하는한 N+반도체 영역을 갖고 있다. 또한, 화소(51)의 주위에 형성된 화소(291)는 화소(51)와 같은 구조로 되어 있다.
또한, 이하, 신호 취출부(331-1) 내지 신호 취출부(331-4)를 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 신호 취출부(331)라고도 칭하는 것으로 한다.
이와 같이 각 화소에 4개의 신호 취출부가 마련되는 경우, 예를 들면 간접 ToF 방식에 의한 거리측정시에는, 화소 내의 4개의 신호 취출부가 사용되어 거리 정보가 산출된다.
한 예로서 화소(51)에 주목하면, 예를 들면 신호 취출부(331-1) 및 신호 취출부(331-3)가 액티브 탭으로 되어 있는 상태에서는, 신호 취출부(331-2) 및 신호 취출부(331-4)가 인액티브 탭이 되도록 화소(51)가 구동된다.
그 후, 각 신호 취출부(331)에 인가되는 전압이 전환된다. 즉, 신호 취출부(331-1) 및 신호 취출부(331-3)가 인액티브 탭이 되고, 또한 신호 취출부(331-2) 및 신호 취출부(331-4)가 액티브 탭이 되도록 화소(51)가 구동된다.
그리고, 신호 취출부(331-1) 및 신호 취출부(331-3)가 액티브 탭으로 되어 있는 상태에서 그들의 신호 취출부(331-1) 및 신호 취출부(331-3)로부터 판독된 화소 신호와, 신호 취출부(331-2) 및 신호 취출부(331-4)가 액티브 탭으로 되어 있는 상태에서 그들의 신호 취출부(331-2) 및 신호 취출부(331-4)로부터 판독된 화소 신호에 의거하여 거리 정보가 산출된다.
<제7의 실시의 형태>
<화소의 구성례>
또한, 화소 어레이부(21)의 서로 인접하는 화소 사이에서 신호 취출부(탭)가 공유되도록 하여도 좋다.
그와 같은 경우, 화소 어레이부(21)의 각 화소는, 예를 들면 도 18에 도시하는 바와 같이 구성된다. 또한, 도 18에서 도 16에서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 18은, 화소 어레이부(21)에 마련된 일부의 화소에서의 신호 취출부 부분을 기판과 수직한 방향에서 본 때의 N+반도체 영역 및 P+반도체 영역의 배치를 도시하고 있다.
이 예에서는, 화소 어레이부(21)에 마련된 화소(51)와 화소(291)가 도시되어 있고, 그들의 각 화소에는 2개의 신호 취출부가 형성되어 있다.
예를 들면 화소(51)에서는, 화소(51)의 도면 중, 상측의 단부분에 신호 취출부(371)가 형성되어 있고, 화소(51)의 도면 중, 하측의 단부분에 신호 취출부(372)가 형성되어 있다.
신호 취출부(371)는 화소(51)와 화소(291-1)에서 공유로 되어 있다. 즉, 신호 취출부(371)는, 화소(51)의 탭으로서도 사용되고, 화소(291-1)의 탭으로서도 사용된다. 또한, 신호 취출부(372)는, 화소(51)와, 그 화소(51)의 도면 중, 하측에 인접하는 도시하지 않은 화소에서 공유로 되어 있다.
신호 취출부(371) 내에서는, 그 중심의 위치에 도 14에 도시한 P+반도체 영역(231)에 대응하는 라인 형상의 P+반도체 영역(381)이 형성되어 있다. 그리고, 그 P+반도체 영역(381)의 도면 중, 상하의 위치에, P+반도체 영역(381)을 끼워 넣도록 도 14에 도시한 N+반도체 영역(232)에 대응하는 라인 형상의 N+반도체 영역(382-1) 및 N+반도체 영역(382-2)이 형성되어 있다.
특히, 이 예에서는 P+반도체 영역(381)은, 화소(51)와 화소(291-1)의 경계 부분에 형성되어 있다. 또한, N+반도체 영역(382-1)은 화소(51) 내의 영역에 형성되어 있고, N+반도체 영역(382-2)은 화소(291-1) 내의 영역에 형성되어 있다.
여기서는, P+반도체 영역(381)은 전압 인가부로서 기능하고, N+반도체 영역(382-1) 및 N+반도체 영역(382-2)은 전하 검출부로서 기능한다. 또한, 이하, N+반도체 영역(382-1) 및 N+반도체 영역(382-2)을 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 N+반도체 영역(382)이라고도 칭하는 것으로 한다.
또한, P+반도체 영역(381)이나 N+반도체 영역(382)은, 어떤 형상이 되어도 좋다. 또한 N+반도체 영역(382-1) 및 N+반도체 영역(382-2)은 같은 FD부에 접속되도록 하여도 좋고, 서로 다른 FD부에 접속되도록 하여도 좋다.
신호 취출부(372) 내에는, 라인 형상의 P+반도체 영역(383), N+반도체 영역(384-1), 및 N+반도체 영역(384-2)이 형성되어 있다.
이들의 P+반도체 영역(383), N+반도체 영역(384-1), 및 N+반도체 영역(384-2)은, 각각 P+반도체 영역(381), N+반도체 영역(382-1), 및 N+반도체 영역(382-2)에 대응하고, 같은 배치와 형상, 기능으로 되어 있다. 또한, 이하, N+반도체 영역(384-1) 및 N+반도체 영역(384-2)을 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 N+반도체 영역(384)이라고도 칭하는 것으로 한다.
이상과 같이 인접 화소 사이에서 신호 취출부(탭)를 공유하는 경우에도, 도 3에 도시한 예와 같은 동작에 의해 간접 ToF 방식에 의한 거리측정을 행할 수가 있다.
도 18에 도시한 바와 같이 화소 사이에서 신호 취출부를 공유하는 경우에는, 예를 들면 P+반도체 영역(381)과 P+반도체 영역(383) 사이의 거리 등, 전계, 즉 전류를 발생시키기 위한 쌍(對)이 되는 P+반도체 영역 사이의 거리가 길어진다. 환언하면, 화소 사이에서 신호 취출부를 공유함으로써, P+반도체 영역 사이의 거리를 최대한으로 길게 할 수 있다.
이에 의해, P+반도체 영역 사이로 전류가 흐르기 어려워지기 때문에 화소의 소비 전력을 저감시킬 수 있고, 또한 화소의 미세화에도 유리하다.
또한, 여기서는 하나의 신호 취출부가 서로 인접하는 2개의 화소에서 공유되는 예에 관해 설명하였지만, 하나의 신호 취출부가 서로 인접하는 3 이상의 화소에서 공유되도록 하여도 좋다. 또한, 신호 취출부가 서로 인접하는 2 이상의 화소에서 공유되는 경우에는, 신호 취출부 중의 신호 캐리어를 검출하기 위한 전하 검출부만이 공유되도록 하여도 좋고, 전계를 발생시키기 위한 전압 인가부만이 공유되도록 하여도 좋다.
<제8의 실시의 형태>
<화소의 구성례>
또한, 화소 어레이부(21)의 화소(51) 등의 각 화소에 마련된 온 칩 렌즈나 화소 사이 차광부는, 특히 마련되지 않도록 하여도 좋다.
구체적으로는, 예를 들면 화소(51)를 도 19에 도시하는 구성으로 할 수 있다. 또한, 도 19에서 도 2에서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 19에 도시하는 화소(51)의 구성은, 온 칩 렌즈(62)가 마련되지 않은 점에서 도 2에 도시한 화소(51)와 다르고, 기타의 점에서는 도 2의 화소(51)와 같은 구성으로 되어 있다.
도 19에 도시하는 화소(51)에는, 기판(61)의 입사면측에 온 칩 렌즈(62)가 마련되어 있지 않기 때문에, 외부로부터 기판(61)으로 입사하여 오는 적외광의 감쇠를 보다 적게 할 수 있다. 이에 의해, 기판(61)에서 수광 가능한 적외광의 광량이 증가하고, 화소(51)의 감도를 향상시킬 수 있다.
<제8의 실시의 형태의 변형례 1>
<화소의 구성례>
또한, 화소(51)의 구성을 예를 들면 도 20에 도시하는 구성으로 하도록 하여도 좋다. 또한, 도 20에서 도 2에서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 20에 도시하는 화소(51)의 구성은, 화소 사이 차광부(63-1) 및 화소 사이 차광부(63-2)가 마련되지 않은 점에서 도 2에 도시한 화소(51)와 다르고, 기타의 점에서는 도 2의 화소(51)와 같은 구성으로 되어 있다.
도 20에 도시하는 예에서는, 기판(61)의 입사면측에 화소 사이 차광부(63)가 마련되어 있지 않기 때문에 혼색의 억제 효과가 저하되어 버리지만, 화소 사이 차광부(63)에 의해 차광되어 있던 적외광도 기판(61) 내로 입사하게 되기 때문에, 화소(51)의 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 화소(51)에 온 칩 렌즈(62)도 화소 사이 차광부(63)도 마련되지 않도록 하여 도 물론 좋다.
<제8의 실시의 형태의 변형례 2>
<화소의 구성례>
기타, 예를 들면 도 21에 도시하는 바와 같이, 온 칩 렌즈의 광축 방향의 두께도 최적화하도록 하여도 좋다. 또한, 도 21에서 도 2에서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 21에 도시하는 화소(51)의 구성은, 온 칩 렌즈(62)에 대신하여 온 칩 렌즈(411)가 마련되어 있는 점에서 도 2에 도시한 화소(51)와 다르고, 기타의 점에서는 도 2의 화소(51)와 같은 구성으로 되어 있다.
도 21에 도시하는 화소(51)에서는, 기판(61)의 입사면측, 즉 도면 중, 상측에 온 칩 렌즈(411)가 형성되어 있다. 이 온 칩 렌즈(411)는, 도 2에 도시한 온 칩 렌즈(62)와 비교하여 광축 방향의 두께, 즉 도면 중, 종방향의 두께가 얇게 되어 있다.
일반적으로, 기판(61)의 표면에 마련하는 온 칩 렌즈는 두꺼운 쪽이, 온 칩 렌즈에 입사하는 광의 집광에는 유리하다. 그러나, 온 칩 렌즈(411)를 얇게 함으로써, 그 만큼 투과율이 높아져서 화소(51)의 감도를 향상시킬 수 있기 때문에, 기판(61)의 두께나 적외광을 집광하여 싶은 위치 등에 응하여 온 칩 렌즈(411)의 두께를 적절하게 정하면 좋다.
<제9의 실시의 형태>
<화소의 구성례>
또한, 화소 어레이부(21)에 형성된 화소와 화소의 사이에, 인접 화소 사이의 분리 특성을 향상시켜, 혼색을 억제하기 위한 분리 영역을 마련하도록 하여도 좋다.
그와 같은 경우, 화소(51)는, 예를 들면 도 22에 도시하는 바와 같이 구성된다. 또한, 도 22에서 도 2에서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 22에 도시하는 화소(51)의 구성은, 기판(61) 내에 분리 영역(441-1) 및 분리 영역(441-2)이 마련되어 있는 점에서 도 2에 도시한 화소(51)와 다르고, 기타의 점에서는 도 2의 화소(51)와 같은 구성으로 되어 있다.
도 22에 도시하는 화소(51)에서는, 기판(61) 내에서의 화소(51)와 그 화소(51)에 인접하는 다른 화소와의 경계 부분, 즉 화소(51)의 도면 중, 좌우의 단부분에 기판(61)의 적어도 일부를 관통하는 분리 영역(441-1) 및 분리 영역(441-2)이 차광막 등에 의해 형성되어 있다. 또한, 이하, 분리 영역(441-1) 및 분리 영역(441-2)을 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 분리 영역(441)이라고도 칭하는 것으로 한다.
예를 들면 분리 영역(441)의 형성시에는, 기판(61)의 입사면측, 즉 도면 중, 상측의 면부터 도면 중, 하방향(기판(61)의 면과 수직한 방향)으로 길다란 홈(트렌치)이 형성되고, 그 홈 부분에 차광막이 매입에 의해 형성되어 분리 영역(441)이 된다. 이 분리 영역(441)은, 입사면부터 기판(61) 내로 입사하고, 화소(51)에 인접하는 다른 화소를 향하는 적외광을 차광하는 화소 분리 영역으로서 기능한다.
이와 같이 매입형의 분리 영역(441)을 형성함으로써, 화소 사이에서의 적외광의 분리 특성을 향상시킬 수 있고, 혼색의 발생을 억제할 수 있다.
<제9의 실시의 형태의 변형례 1>
<화소의 구성례>
또한, 화소(51)에 매입형의 분리 영역을 형성하는 경우, 예를 들면 도 23에 도시하는 바와 같이 기판(61) 전체를 관통하는 분리 영역(471-1) 및 분리 영역(471-2)이 마련되도록 하여도 좋다. 또한, 도 23에서 도 2에서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 23에 도시하는 화소(51)의 구성은, 기판(61) 내에 분리 영역(471-1) 및 분리 영역(471-2)이 마련되어 있는 점에서 도 2에 도시한 화소(51)와 다르고, 기타의 점에서는 도 2의 화소(51)와 같은 구성으로 되어 있다. 즉, 도 23에 도시하는 화소(51)는, 도 22에 도시한 화소(51)의 분리 영역(441)에 대신하여, 분리 영역(471-1) 및 분리 영역(471-2)을 마련한 구성으로 되어 있다.
도 23에 도시하는 화소(51)에서는, 기판(61) 내에서의 화소(51)와 그 화소(51)에 인접하는 다른 화소와의 경계 부분, 즉 화소(51)의 도면 중, 좌우의 단부분에 기판(61) 전체를 관통하는 분리 영역(471-1) 및 분리 영역(471-2)이 차광막 등에 의해 형성되어 있다. 또한, 이하, 분리 영역(471-1) 및 분리 영역(471-2)을 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 분리 영역(471)이라고도 칭하는 것으로 한다.
예를 들면 분리 영역(471)의 형성시에는, 기판(61)의 입사면측과는 반대측의 면, 즉 도면 중, 하측의 면부터 도면 중, 상방향으로 길다란 홈(트렌치)이 형성된다. 이때, 그들의 홈은, 기판(61)의 입사면까지 달하도록, 즉 기판(61)을 관통하도록 형성된다. 그리고, 그와 같이 하여 형성된 홈 부분에 차광막이 매입에 의해 형성되어 분리 영역(471)이 된다.
이와 같은 매입형의 분리 영역(471)에 의해서도, 화소 사이에서의 적외광의 분리 특성을 향상시킬 수 있고, 혼색의 발생을 억제할 수 있다.
<제10의 실시의 형태>
<화소의 구성례>
또한, 신호 취출부(65)가 형성되는 기판의 두께는, 화소의 각종의 특성 등에 응하여 정하도록 할 수 있다.
따라서 예를 들면 도 24에 도시하는 바와 같이 화소(51)를 구성하는 기판(501)을, 도 2에 도시한 기판(61)보다도 두꺼운 것으로 할 수 있다. 또한, 도 24에서 도 2에서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 24에 도시하는 화소(51)의 구성은, 기판(61)에 대신하여 기판(501)이 마련되어 있는 점에서 도 2에 도시한 화소(51)와 다르고, 기타의 점에서는 도 2의 화소(51)와 같은 구성으로 되어 있다.
즉, 도 24에 도시하는 화소(51)에서는, 기판(501)에서의 입사면측에 온 칩 렌즈(62)와 화소 사이 차광부(63)가 형성되어 있다. 또한, 기판(501)의 입사면측과는 반대측의 면의 표면 근방에는, 산화막(64), 신호 취출부(65), 및 분리부(75)가 형성되어 있다.
기판(501)은, 예를 들면 두께가 20㎛ 이상의 P형 반도체 기판으로 이루어지고, 기판(501)과 기판(61)은 기판의 두께만이 다르고, 산화막(64), 신호 취출부(65), 및 분리부(75)가 형성된 위치는 기판(501)과 기판(61)에서 같은 위치로 되어 있다.
또한, 기판(501)이나 기판(61)의 입사면측 등에 적절히 형성된 각종의 층(막)의 막두께 등도 화소(51)의 특성 등에 응하여 최적화하면 좋다.
<제11의 실시의 형태>
<화소의 구성례>
또한, 이상에서는 화소(51)를 구성하는 기판이 P형 반도체 기판으로 이루어지는 예에 관해 설명하였지만, 예를 들면 도 25에 도시하는 바와 같이 N형 반도체 기판으로 이루어지도록 하여도 좋다. 또한, 도 25에서 도 2에서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 25에 도시하는 화소(51)의 구성은, 기판(61)에 대신하여 기판(531)이 마련되어 있는 점에서 도 2에 도시한 화소(51)와 다르고, 기타의 점에서는 도 2의 화소(51)와 같은 구성으로 되어 있다.
도 25에 도시하는 화소(51)에서는, 예를 들면 실리콘 기판, 즉 N형 반도체 영역으로 이루어지는 N형 반도체 기판인 기판(531)에서의 입사면측에 온 칩 렌즈(62)와 화소 사이 차광부(63)가 형성되어 있다.
또한, 기판(531)의 입사면측과는 반대측의 면의 표면 근방에는 산화막(64), 신호 취출부(65), 및 분리부(75)가 형성되어 있다. 이들의 산화막(64), 신호 취출부(65), 및 분리부(75)가 형성되는 위치는 기판(531)과 기판(61)에서 같은 위치로 되어 있고, 신호 취출부(65)의 구성도 기판(531)과 기판(61)에서 같게 되어 있다.
기판(531)은, 예를 들면 도면 중, 종방향의 두께, 즉 기판(531)의 면과 수직한 방향의 두께가 20㎛ 이하가 되도록 되어 있다.
또한, 기판(531)은, 예를 들면 1E+13 오더 이하의 기판 농도가 된 고저항의 N￢Epi 기판 등이 되고, 기판(531)의 저항(저항률)은 예를 들면 500[Ω㎝] 이상이 되도록 되어 있다. 이에 의해, 화소(51)에서의 소비 전력을 저감시킬 수 있다.
여기서, 기판(531)의 기판 농도와 저항과의 관계는, 예를 들면 기판 농도 2.15E+12[㎤]일 때에 저항 2000[Ω㎝], 기판 농도 4.30E+12[㎤]일 때에 저항 1000[Ω㎝], 기판 농도 8.61E+12[㎤]일 때에 저항 500[Ω㎝], 및 기판 농도 4.32E+13[㎤]일 때에 저항 100[Ω㎝] 등이 된다.
이와 같이 화소(51)의 기판(531)을 N형 반도체 기판으로 하여도, 도 2에 도시한 예와 같은 동작에 의해, 같은 효과를 얻을 수 있다.
<제12의 실시의 형태>
<화소의 구성례>
또한, 도 24를 참조하여 설명한 예와 마찬가지로, N형 반도체 기판의 두께도 화소의 각종의 특성 등에 응하여 정하도록 할 수 있다.
따라서 예를 들면 도 26에 도시하는 바와 같이 화소(51)를 구성하는 기판(561)을, 도 25에 도시한 기판(531)보다도 두꺼운 것으로 할 수 있다. 또한, 도 26에서 도 25에서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 26에 도시하는 화소(51)의 구성은, 기판(531)에 대신하여 기판(561)이 마련되어 있는 점에서 도 25에 도시한 화소(51)와 다르고, 기타의 점에서는 도 25의 화소(51)와 같은 구성으로 되어 있다.
즉, 도 26에 도시하는 화소(51)에서는, 기판(561)에서의 입사면측에 온 칩 렌즈(62)와 화소 사이 차광부(63)가 형성되어 있다. 또한, 기판(561)의 입사면측과는 반대측의 면의 표면 근방에는, 산화막(64), 신호 취출부(65), 및 분리부(75)가 형성되어 있다.
기판(561)은, 예를 들면 두께가 20㎛ 이상의 N형 반도체 기판으로 이루어지고, 기판(561)과 기판(531)은 기판의 두께만이 다르고, 산화막(64), 신호 취출부(65), 및 분리부(75)가 형성된 위치는 기판(561)과 기판(531)에서 같은 위치로 되어 있다.
<제13의 실시의 형태>
<화소의 구성례>
또한, 예를 들면 기판(61)의 입사면측에 바이어스를 걸음으로써, 기판(61) 내에서의, 기판(61)의 면과 수직한 방향(이하, Z방향이라고도 칭하기로 한다)의 전계를 강화하도록 하여도 좋다.
그와 같은 경우, 예를 들면 화소(51)는 도 27에 도시하는 구성이 된다. 또한, 도 27에서 도 2에서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 27에서는, 화살표(W61)로 표시하는 부분에는 도 2에 도시한 화소(51)가 도시되어 있고, 그 화소(51)의 기판(61) 내의 화살표는 기판(61) 내에서의 Z방향의 전계의 강도를 나타내고 있다.
이에 대해, 화살표(W62)로 표시하는 부분에는, 입사면에 바이어스(전압)를 인가하는 경우에 있어서의 화소(51)의 구성을 도시하고 있다. 화살표(W62)로 표시하는 화소(51)의 구성은, 기본적으로는 도 2에 도시한 화소(51)의 구성과 같게 되어 있지만, 기판(61)의 입사면측에 전압을 인가하는 구성이 마련되어 있다. 또한, 그 화소(51)의 기판(61) 내의 화살표는 기판(61) 내에서의 Z방향의 전계의 강도, 즉 인가되는 바이어스의 강도를 나타내고 있다.
화살표(W62)로 표시하는 예에서는 기판(61)의 입사면, 즉 도면 중, 상측의 면의 바로 아래에는 P+반도체 영역(601)이 형성되어 있다.
예를 들면 정의 고정 전하를 갖는 막을 적층하여 입사면 전체를 덮는 P+반도체 영역(601)으로 하여, 기판(61)의 입사면측을 홀 어큐뮬레이션 상태로 함으로써, 암 전류의 발생이 억제되어 있다. 또한, 도 2에 도시한 기판(61)에서도 P+반도체 영역(601)이 형성되어 있어도 물론 좋다.
여기서는, 이 P+반도체 영역(601)에 대해 화소 어레이 내 또는 외부로부터 0V 이하의 전압을 인가함으로써 바이어스를 가하여, Z방향의 전계가 강화되어 있다. 즉, 기판(61) 내에 그려진 화살표의 굵기도 화살표(W61)의 예보다도 굵게 되어 있고, Z방향의 전계가 보다 강하게 되어 있음을 알 수 있다. 이와 같이 기판(61)의 입사면측, 즉 P+반도체 영역(601)에 전압을 인가함으로써 Z방향의 전계를 강화하여, 신호 취출부(65)에서의 전자의 취출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 기판(61)의 입사면측에 전압을 인가하기 위한 구성은, P+반도체 영역(601)을 마련하는 구성으로 한하지 않고, 다른 어떤 구성으로 되어도 좋다. 예를 들면 기판(61)의 입사면과 온 칩 렌즈(62) 사이에 투명 전극막을 적층에 의해 형성하고, 그 투명 전극막에 전압을 인가함으로써 바이어스가 걸리도록 하여도 좋다.
<제14의 실시의 형태>
<화소의 구성례>
또한, 적외선에 대한 화소(51)의 감도를 향상시키기 위해 기판(61)의 입사면과는 반대측의 면상에 대면적의 반사 부재를 마련하도록 하여도 좋다.
그와 같은 경우, 화소(51)는, 예를 들면 도 28에 도시하는 바와 같이 구성된다. 또한, 도 28에서 도 2에서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 28에 도시하는 화소(51)의 구성은, 기판(61)의 입사면과는 반대측의 면상에 반사 부재(631)가 마련되어 있는 점에서 도 2의 화소(51)와 다르고, 기타의 점에서는 도 2의 화소(51)와 같은 구성으로 되어 있다.
도 28에 도시하는 예에서는, 기판(61)의 입사면과는 반대측의 면 전체를 덮도록, 적외광을 반사하는 반사 부재(631)가 마련되어 있다.
이 반사 부재(631)는, 적외광의 반사율이 높은 것이면, 어떤 것이라도 좋다. 예를 들면 기판(61)의 입사면과는 반대측의 면상에 적층된 다층 배선층 내에 마련된, 구리나 알루미늄 등의 메탈(금속)이 반사 부재(631)로서 사용되어도 좋고, 기판(61)의 입사면과는 반대측의 면상에 폴리실리콘이나 산화막 등의 반사 구조를 형성하여, 반사 부재(631)로 하여도 좋다.
이와 같이 화소(51)에 반사 부재(631)를 마련함으로써, 온 칩 렌즈(62)를 통하여 입사면부터 기판(61) 내로 입사하고, 기판(61) 내에서 광전변환되지 않고서 기판(61)을 투과해 버린 적외광을, 반사 부재(631)에서 반사시켜 기판(61) 내로 재차 입사시킬 수 있다. 이에 의해, 기판(61) 내에서 광전변환된 적외광의 양을 보다 많게 하여, 양자 효율(QE), 즉 적외광에 대한 화소(51)의 감도를 향상시킬 수 있다.
<제15의 실시의 형태>
<화소의 구성례>
또한, 화소(51)의 기판(61)에서의 산화막(64)에 대신하여, P형 반도체 영역으로 이루어지는 P웰 영역이 마련되도록 하여도 좋다.
그와 같은 경우, 화소(51)는, 예를 들면 도 29에 도시하는 바와 같이 구성된다. 또한, 도 29에서 도 2에서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 29에 도시하는 화소(51)의 구성은, 산화막(64)에 대신하여, P웰 영역(671), 분리부(672-1), 및 분리부(672-2)가 마련되어 있는 점에서 도 2에 도시한 화소(51)와 다르고, 기타의 점에서는 도 2의 화소(51)와 같은 구성으로 되어 있다.
도 29에 도시하는 예에서는, 기판(61) 내에서의 입사면과는 반대의 면측, 즉 도면 중, 하측의 면의 내측의 중앙 부분에는, P형 반도체 영역으로 이루어지는 P웰 영역(671)이 형성되어 있다. 또한, P웰 영역(671)과 N+반도체 영역(71-1) 사이에는, 그들의 영역을 분리하기 위한 분리부(672-1)가 산화막 등에 의해 형성되어 있다. 마찬가지로 P웰 영역(671)과 N+반도체 영역(71-2) 사이에도, 그들의 영역을 분리하기 위한 분리부(672-2)가 산화막 등에 의해 형성되어 있다. 도 29에 도시하는 화소(51)에서는, N-반도체 영역(72)보다도 P-반도체 영역(74)이 도면 중, 상방향에 보다 넓은 영역으로 되어 있다.
<제16의 실시의 형태>
<화소의 구성례>
또한, 화소(51)의 기판(61)에서의 산화막(64)에 더하여, 또한 P형 반도체 영역으로 이루어지는 P웰 영역이 마련되도록 하여도 좋다.
그와 같은 경우, 화소(51)는, 예를 들면 도 30에 도시하는 바와 같이 구성된다. 또한, 도 30에서 도 2에서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 30에 도시하는 화소(51)의 구성은, P웰 영역(701)이 새롭게 마련되어 있는 점에서 도 2에 도시한 화소(51)와 다르고, 기타의 점에서는 도 2의 화소(51)와 같은 구성으로 되어 있다. 즉, 도 30에 도시하는 예에서는, 기판(61) 내에서의 산화막(64)의 도면 중, 상측에는 P형 반도체 영역으로 이루어지는 P웰 영역(701)이 형성되어 있다.
이상과 같이, 본 기술에 의하면 CAPD 센서를 이면 조사형의 구성으로 함으로써, 화소 감도(感度) 등의 특성을 향상시킬 수 있다.
<화소의 등가 회로 구성례>
도 31은, 화소(51)의 등가 회로를 도시하고 있다.
화소(51)는, N+반도체 영역(71-1) 및 P+반도체 영역(73-1) 등을 포함하는 신호 취출부(65-1)에 대해, 전송 트랜지스터(721A), FD(722A), 리셋 트랜지스터(723A), 증폭 트랜지스터(724A), 및, 선택 트랜지스터(725A)를 갖는다.
또한, 화소(51)는, N+반도체 영역(71-2) 및 P+반도체 영역(73-2) 등을 포함하는 신호 취출부(65-2)에 대해, 전송 트랜지스터(721B), FD(722B), 리셋 트랜지스터(723B), 증폭 트랜지스터(724B), 및, 선택 트랜지스터(725B)를 갖는다.
수직 구동부(22)는, P+반도체 영역(73-1)에 소정의 전압(MIX0)(제1의 전압)을 인가하고, P+반도체 영역(73-2)에 소정의 전압(MIX1)(제2의 전압)을 인가한다. 상술한 예에서는, 전압(MIX0 및 MIX1)의 일방이 1.5V이고, 타방이 0V이다. P+반도체 영역(73-1 및 73-2)은, 제1의 전압 또는 제2의 전압이 인가되는 전압 인가부이다.
N+반도체 영역(71-1 및 71-2)은, 기판(61)에 입사된 광이 광전변환되어 생성된 전하를 검출하여, 축적하는 전하 검출부이다.
전송 트랜지스터(721A)는, 게이트 전극에 공급되는 구동 신호(TRG)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, N+반도체 영역(71-1)에 축적되어 있는 전하를 FD(722A)에 전송한다. 전송 트랜지스터(721B)는, 게이트 전극에 공급되는 구동 신호(TRG)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, N+반도체 영역(71-2)에 축적되어 있는 전하를 FD(722B)에 전송한다.
FD(722A)는, N+반도체 영역(71-1)부터 공급된 전하를 일시 유지한다. FD(722B)는, N+반도체 영역(71-2)부터 공급된 전하를 일시 유지한다. FD(722A)는, 도 2를 참조하여 설명한 FD부(A)에 대응하고, FD(722B)는, FD부(B)에 대응하는 것이다.
리셋 트랜지스터(723A)는, 게이트 전극에 공급되는 구동 신호(RST)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, FD(722A)의 전위를 소정의 레벨(리셋 전압(VDD))로 리셋한다. 리셋 트랜지스터(723B)는, 게이트 전극에 공급되는 구동 신호(RST)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, FD(722B)의 전위를 소정의 레벨(리셋 전압(VDD))로 리셋한다. 또한, 리셋 트랜지스터(723A 및 723B)가 액티브 상가 될 때, 전송 트랜지스터(721A 및 721B)도 동시에 액티브 상태가 된다.
증폭 트랜지스터(724A)는, 소스 전극이 선택 트랜지스터(725A)를 통하여 수직 신호선(29A)에 접속됨에 의해, 수직 신호선(29A)의 일단에 접속되어 있는 정전류원 회로부(726A)의 부하 MOS와 소스 팔로워 회로를 구성한다. 증폭 트랜지스터(724B)는, 소스 전극이 선택 트랜지스터(725B)를 통하여 수직 신호선(29B)에 접속됨에 의해, 수직 신호선(29B)의 일단에 접속되어 있는 정전류원 회로부(726B)의 부하 MOS와 소스 팔로워 회로를 구성한다.
선택 트랜지스터(725A)는, 증폭 트랜지스터(724A)의 소스 전극과 수직 신호선(29A) 사이에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(725A)는, 게이트 전극에 공급되는 선택 신호(SEL)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 되고, 증폭 트랜지스터(724A)로부터 출력되는 화소 신호를 수직 신호선(29A)에 출력한다.
선택 트랜지스터(725B)는, 증폭 트랜지스터(724B)의 소스 전극과 수직 신호선(29B) 사이에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(725B)는, 게이트 전극에 공급되는 선택 신호(SEL)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 되고, 증폭 트랜지스터(724B)로부터 출력된 화소 신호를 수직 신호선(29B)에 출력한다.
화소(51)의 전송 트랜지스터(721A 및 721B), 리셋 트랜지스터(723A 및 723B), 증폭 트랜지스터(724A 및 724B), 및, 선택 트랜지스터(725A 및 725B)는, 예를 들면, 수직 구동부(22)에 의해 제어된다.
<화소의 기타의 등가 회로 구성례>
도 32는, 화소(51)의 기타의 등가 회로를 도시하고 있다.
도 32에서, 도 31과 대응하는 부분에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 32의 등가 회로는, 도 31의 등가 회로에 대해, 부가 용량(727)과, 그 접속을 제어하는 전환 트랜지스터(728)가, 신호 취출부(65-1 및 65-2)의 쌍방에 대해 추가되어 있다.
구체적으로는, 전송 트랜지스터(721A)와 FD(722A) 사이에, 전환 트랜지스터(728A)를 통하여 부가 용량(727A)이 접속되어 있고, 전송 트랜지스터(721B)와 FD(722B) 사이에, 전환 트랜지스터(728B)를 통하여 부가 용량(727B)이 접속되어 있다.
전환 트랜지스터(728A)는, 게이트 전극에 공급되는 구동 신호(FDG)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, 부가 용량(727A)을, FD(722A)에 접속시킨다. 전환 트랜지스터(728B)는, 게이트 전극에 공급되는 구동 신호(FDG)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, 부가 용량(727B)을, FD(722B)에 접속시킨다.
수직 구동부(22)는, 예를 들면, 입사광의 광량이 많은 고조도일 때, 전환 트랜지스터(728A 및 728B)를 액티브 상태로 하여, FD(722A)와 부가 용량(727A)을 접속함과 함께, FD(722B)와 부가 용량(727B)을 접속한다. 이에 의해, 고조도시에, 보다 많은 전하를 축적할 수 있다.
합편, 입사광의 광량이 적은 저조도일 때에는, 수직 구동부(22)는, 전환 트랜지스터(728A 및 728B)를 비액티브 상태로 하여, 부가 용량(727A 및 727B)을, 각각, FD(722A 및 722B)로부터 절리(切離)한다.
도 31의 등가 회로와 같이, 부가 용량(727)는 생략하여도 좋지만, 부가 용량(727)을 마련하고, 입사광량에 응하여 분간하여 사용함에 의해, 고다이내믹 레인지를 확보할 수 있다.
<전압 공급선의 배치례>
다음에, 도 33 내지 도 35를 참조하여, 각 화소(51)의 신호 취출부(65)의 전압 인가부인 P+반도체 영역(73-1 및 73-2)에, 소정의 전압(MIX0 또는 MIX1)을 인가하기 위한 전압 공급선의 배치에 관해 설명한다.
또한, 도 33 및 도 34에서는, 각 화소(51)의 신호 취출부(65)의 구성으로서, 도 9에 도시한 원형상의 구성을 채용하여 설명하지만, 기타의 구성이라도 좋음은 말할 필요도 없다.
도 33의 A는, 전압 공급선의 제1의 배치례를 도시하는 평면도이다.
제1의 배치례에서는, 행렬형상으로 2차원 배치되는 복수의 화소(51)에 대해, 수평 방향으로 인접하는 2화소의 사이(경계)에, 전압 공급선(741-1 또는 741-2)이, 수직 방향에 따라 배선되어 있다.
전압 공급선(741-1)은, 화소(51) 내에 2개 있는 신호 취출부(65) 중의 일방인 신호 취출부(65-1)의 P+반도체 영역(73-1)에 접속되어 있다. 전압 공급선(741-2)은, 화소(51) 내에 2개 있는 신호 취출부(65) 중의 타방인 신호 취출부(65-2)의 P+반도체 영역(73-2)에 접속되어 있다.
이 제1의 배치례에서는, 화소 2열에 대해, 2개의 전압 공급선(741-1 및 741-2)이 배치되기 때문에, 화소 어레이부(21)에서, 배열되는 전압 공급선(741)의 갯수는, 화소(51)의 열수와 거의 동등하게 된다.
도 33의 B는, 전압 공급선의 제2의 배치례를 도시하는 평면도이다.
제2의 배치례에서는, 행렬형상으로 2차원 배치되는 복수의 화소(51)의 하나의 화소열에 대해, 2개의 전압 공급선(741-1 및 741-2)이, 수직 방향에 따라 배선되어 있다.
전압 공급선(741-1)은, 화소(51) 내에 2개 있는 신호 취출부(65) 중의 일방인 신호 취출부(65-1)의 P+반도체 영역(73-1)에 접속되어 있다. 전압 공급선(741-2)은, 화소(51) 내에 2개 있는 신호 취출부(65) 중의 타방인 신호 취출부(65-2)의 P+반도체 영역(73-2)에 접속되어 있다.
이 제2의 배치례에서는, 하나의 화소열에 대해, 2개의 전압 공급선(741-1 및 741-2)이 배선되기 때문에, 화소 2열에 대해서는, 4개의 전압 공급선(741)이 배치된다. 화소 어레이부(21)에서, 배열된 전압 공급선(741)의 갯수는, 화소(51)의 열수의 약 2배가 된다.
도 33의 A 및 B의 배치례는, 모두, 전압 공급선(741-1)이 신호 취출부(65-1)의 P+반도체 영역(73-1)에 접속하고, 전압 공급선(741-2)이 신호 취출부(65-2)의 P+반도체 영역(73-2)에 접속하는 구성이, 수직 방향으로 나열하는 화소에 대해 주기적으로 반복되는 Periodic 배치(주기적 배치)이다.
도 33의 A의 제1의 배치례는, 화소 어레이부(21)에 대해 배선하는 전압 공급선(741-1 및 741-2)의 갯수를 적게 할 수 있다.
도 33의 B의 제2의 배치례는, 제1의 배치례와 비교하면 배선하는 갯수는 많아지지만, 하나의 전압 공급선(741)에 대해 접속되는 신호 취출부(65)의 수가 1/2이 되기 때문에, 배선의 부하를 저감할 수 있고, 고속 구동이나 화소 어레이부(21)의 총 화소수가 많은 때에 유효하다.
도 34의 A는, 전압 공급선의 제3의 배치례를 도시하는 평면도이다.
제3의 배치례는, 도 33의 A의 제1의 배치례와 마찬가지로, 화소 2열에 대해, 4개의 전압 공급선(741-1 및 741-2)이 배치되는 예이다.
제3의 배치례가, 도 33의 A의 제1의 배치례와 다른 점은, 수직 방향으로 나열하는 2화소에서, 신호 취출부(65-1과 65-2)의 접속처(接續先)처가 다른 점이다.
구체적으로는, 예를 들면, 어느 화소(51)에서는, 전압 공급선(741-1)이 신호 취출부(65-1)의 P+반도체 영역(73-1)에 접속되고, 전압 공급선(741-2)이 신호 취출부(65-2)의 P+반도체 영역(73-2)에 접속되어 있지만, 그 아래 또는 위의 화소(51)에서는, 전압 공급선(741-1)이 신호 취출부(65-2)의 P+반도체 영역(73-2)에 접속되고, 전압 공급선(741-2)이 신호 취출부(65-1)의 P+반도체 영역(73-1)에 접속되어 있다.
도 34의 B는, 전압 공급선의 제4의 배치례를 도시하는 평면도이다.
제4의 배치례는, 도 33의 B의 제2의 배치례와 마찬가지로, 화소 2열에 대해, 2개의 전압 공급선(741-1 및 741-2)이 배치되는 예이다.
제4의 배치례가, 도 33의 B의 제2의 배치례와 다른 점은, 수직 방향으로 나열하는 2화소에서, 신호 취출부(65-1과 65-2)의 접속처가 다른 점이다.
구체적으로는, 예를 들면, 어느 화소(51)에서는, 전압 공급선(741-1)이 신호 취출부(65-1)의 P+반도체 영역(73-1)에 접속되고, 전압 공급선(741-2)이 신호 취출부(65-2)의 P+반도체 영역(73-2)에 접속되어 있지만, 그 아래 또는 위의 화소(51)에서는, 전압 공급선(741-1)이 신호 취출부(65-2)의 P+반도체 영역(73-2)에 접속되고, 전압 공급선(741-2)이 신호 취출부(65-1)의 P+반도체 영역(73-1)에 접속되어 있다.
도 34의 A의 제3의 배치례는, 화소 어레이부(21)에 대해 배선하는 전압 공급선(741-1 및 741-2)의 갯수를 적게 할 수 있다.
도 34의 B의 제4의 배치례는, 제3의 배치례와 비교하면 배선하는 갯수는 많아지지만, 하나의 전압 공급선(741)에 대해 접속되는 신호 취출부(65)의 수가 1/2이 되기 때문에, 배선의 부하를 저감할 수 있고, 고속 구동이나 화소 어레이부(21)의 총 화소수가 많은 때에 유효하다.
도 34의 A 및 B의 배치례는, 모두, 상하(수직 방향)로 인접하는 2화소에 대한 접속처가 미러 반전된 Mirror 배치(미러 배치)이다.
Periodic 배치는, 도 35의 A에 도시되는 바와 같이, 화소 경계를 끼우고 인접하는 2개의 신호 취출부(65)에 인가되는 전압이 다른 전압이 되기 때문에, 인접 화소 사이에서의 전하의 교환이 발생한다. 그때문에, 전하의 전송 효율은 Mirror 배치보다도 좋지만, 인접 화소의 혼색 특성은 Mirror 배치보다도 뒤떨어진다.
합편, Mirror 배치는, 도 35의 B에 도시되는 바와 같이, 화소 경계를 끼우고 인접하는 2개의 신호 취출부(65)에 인가되는 전압이 같은 전압이 되기 때문에, 인접 화소 사이에서의 전하의 교환은 억제된다. 그때문에, 전하의 전송 효율은 Periodic 배치보다도 뒤떨어지지만, 인접 화소의 혼색 특성은 Periodic 배치보다도 좋다.
<제14의 실시의 형태의 복수 화소의 단면 구성>
도 2 등에서 도시한 화소의 단면 구성에서는, P+반도체 영역(73-1) 및 P-반도체 영역(74-1)을 중심으로 하여, 그들의 P+반도체 영역(73-1) 및 P-반도체 영역(74-1)의 주위를 둘러싸는 N+반도체 영역(71-1) 및 N-반도체 영역(72-1)의 일방의 도시가 생략되어 있다. 또한, 기판(61)의 입사면과는 반대측의 면에 형성된 다층 배선층의 도시도 생략되어 있다.
그래서, 이하에서는, 상술한 실시의 형태의 몇가지에 관해, P+반도체 영역(73-1) 및 P-반도체 영역(74-1)의 주위의 N+반도체 영역(71-1) 및 N-반도체 영역(72-1)이나, 다층 배선층을 생략하지 않는 형태로, 인접하는 복수 화소의 단면도를 도시한다.
처음에, 도 36 및 도 37에, 도 28에 도시한 제14의 실시의 형태의 복수 화소의 단면도를 도시한다.
도 28에 도시한 제14의 실시의 형태는, 기판(61)의 입사면과는 반대측에, 대면적의 반사 부재(631)를 구비한 화소의 구성이다.
도 36은, 도 11의 B-B'선에서의 단면도에 상당하고, 도 37은, 도 11의 A-A'선에서의 단면도에 상당한다. 또한, 도 17의 C-C'선에서의 단면도도, 도 36과 같이 도시할 수 있다.
도 36에 도시되는 바와 같이, 각 화소(51)에서, 중심 부분에 산화막(64)이 형성되어 있고, 그 산화막(64)의 양측에, 신호 취출부(65-1) 및 신호 취출부(65-2)가 각각 형성되어 있다.
신호 취출부(65-1)에서는, P+반도체 영역(73-1) 및 P-반도체 영역(74-1)을 중심으로 하여, 그들 P+반도체 영역(73-1) 및 P-반도체 영역(74-1)의 주위를 둘러싸도록, N+반도체 영역(71-1) 및 N-반도체 영역(72-1)이 형성되어 있다. P+반도체 영역(73-1) 및 N+반도체 영역(71-1)은, 다층 배선층(811)과 접촉하고 있다. P-반도체 영역(74-1)은, P+반도체 영역(73-1)을 덮도록, P+반도체 영역(73-1)의 상방(온 칩 렌즈(62)측)에 배치되고, N-반도체 영역(72-1)은, N+반도체 영역(71-1)을 덮도록, N+반도체 영역(71-1)의 상방(온 칩 렌즈(62)측)에 배치되어 있다. 환언하면, P+반도체 영역(73-1) 및 N+반도체 영역(71-1)은, 기판(61) 내의 다층 배선층(811)측에 배치되고, N-반도체 영역(72-1)과 P-반도체 영역(74-1)은, 기판(61) 내의 온 칩 렌즈(62)측에 배치되어 있다. 또한, N+반도체 영역(71-1)과 P+반도체 영역(73-1) 사이에는, 그들의 영역을 분리하기 위한 분리부(75-1)가 산화막 등에 의해 형성되어 있다.
신호 취출부(65-2)에서는, P+반도체 영역(73-2) 및 P-반도체 영역(74-2)을 중심으로 하여, 그들 P+반도체 영역(73-2) 및 P-반도체 영역(74-2)의 주위를 둘러싸도록, N+반도체 영역(71-2) 및 N-반도체 영역(72-2)이 형성되어 있다. P+반도체 영역(73-2) 및 N+반도체 영역(71-2)은, 다층 배선층(811)과 접촉하고 있다. P-반도체 영역(74-2)은, P+반도체 영역(73-2)을 덮도록, P+반도체 영역(73-2)의 상방(온 칩 렌즈(62)측)에 배치되고, N-반도체 영역(72-2)은, N+반도체 영역(71-2)을 덮도록, N+반도체 영역(71-2)의 상방(온 칩 렌즈(62)측)에 배치되어 있다. 환언하면, P+반도체 영역(73-2) 및 N+반도체 영역(71-2)은, 기판(61) 내의 다층 배선층(811)측에 배치되고, N-반도체 영역(72-2)과 P-반도체 영역(74-2)은, 기판(61) 내의 온 칩 렌즈(62)측에 배치되어 있다. 또한, N+반도체 영역(71-2)과 P+반도체 영역(73-2) 사이에도, 그들의 영역을 분리하기 위한 분리부(75-2)가 산화막 등에 의해 형성되어 있다.
이웃하는 화소(51)끼리의 경계 영역인, 소정의 화소(51)의 신호 취출부(65-1)의 N+반도체 영역(71-1)과, 그 옆의 화소(51)의 신호 취출부(65-2)의 N+반도체 영역(71-2) 사이에도, 산화막(64)이 형성되어 있다.
기판(61)의 광입사면측(도 36 및 도 37에서의 상면)의 계면에는, 정의 고정 전하를 갖는 막을 적층하여 광입사면 전체를 덮는 P+반도체 영역(601)이 형성되어 있다.
도 36에 도시되는 바와 같이, 기판(61)의 광입사면측에 화소마다 형성된 온 칩 렌즈(62)를, 높이 방향으로, 화소 내의 영역 전면에서 두께가 균일하게 쌓아올려진 숭상부(嵩上部)(821)와, 화소 내의 위치에 따라 두께가 다른 곡면부(822)로 나누면, 숭상부(821)의 두께는, 곡면부(822)의 두께보다도 얇게 형성되어 있다. 숭상부(821)의 두께가 두꺼워질수록, 비스듬한 입사광이 화소 사이 차광부(63)에서 반사되기 쉬워지기 때문에, 숭상부(821)의 두께를 얇게 형성함에 의해, 비스듬한 입사광도 기판(61) 내에 취입할 수 있다. 또한, 곡면부(822)의 두께를 두껍게 할수록, 입사광을 화소 중심에 집광할 수 있다.
온 칩 렌즈(62)가 화소마다 형성되어 있는 기판(61)의 광입사면측과는 반대측에, 다층 배선층(811)이 형성되어 있다. 환언하면, 온 칩 렌즈(62)와 다층 배선층(811) 사이에, 반도체층인 기판(61)이 배치되어 있다. 다층 배선층(811)은, 5층의 금속막(M1 내지 M5)과, 그 사이의 층간 절연막(812)으로 구성된다. 또한, 도 36에서는, 다층 배선층(811)의 5층의 금속막(M1 내지 M5) 중, 가장 외측의 금속막(M5)이 보이지 않는 장소에 있기 때문에 도시되어 있지 않지만, 도 36의 단면도와 다른 방향에서의 단면도인 도 37에서는 도시되어 있다.
도 37에 도시되는 바와 같이, 다층 배선층(811)의 기판(61)과의 계면 부분의 화소 경계 영역에는, 화소 트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다. 화소 트랜지스터(Tr)는, 도 31 및 도 32에서 도시한 전송 트랜지스터(721), 리셋 트랜지스터(723), 증폭 트랜지스터(724), 및, 선택 트랜지스터(725)의 어느 하나이다.
다층 배선층(811)의 5층의 금속막(M1 내지 M5) 중, 가장 기판(61)에 가까운 금속막(M1)에는, 전원 전압을 공급하기 위한 전원선(813), P+반도체 영역(73-1 또는 73-2에 소정의 전압을 인가하기 위한 전압 인가 배선(814), 및, 입사광을 반사하는 부재인 반사 부재(815)가 포함된다. 도 36의 금속막(M1)에서, 전원선(813) 및 전압 인가 배선(814) 이외의 배선은 반사 부재(815)가 되지만, 도면이 번잡하게 되는 것을 방지하기 위해 일부의 부호가 생략되어 있다. 반사 부재(815)는, 입사광을 반사하는 목적으로 마련된 더미 배선이고, 도 28에 도시한 반사 부재(631)에 상당한다. 반사 부재(815)는, 평면시에 있어서 전하 검출부인 N+반도체 영역(71-1 및 71-2)과 겹쳐지도록, N+반도체 영역(71-1 및 71-2)의 하방에 배치되어 있다. 또한, 금속막(M1)에서는, N+반도체 영역(71)에 축적된 전하를 FD(722)에 전송하기 위해, N+반도체 영역(71)과 전송 트랜지스터(721)를 접속하는 전하 취출 배선(도 36에서는 부도시)도 형성되어 있다.
또한, 이 예에서는, 반사 부재(815)(반사 부재(631))와 전하 취출 배선을, 금속막(M1)의 동일층에 배치하는 것으로 하지만, 반드시 동일층에 배치하는 것으로 한정되지 않는다.
기판(61)측부터 2층째의 금속막(M2)에서는, 예를 들면, 금속막(M1)의 전압 인가 배선(814)에 접속되어 있는 전압 인가 배선(816), 구동 신호(TRG), 구동 신호(RST), 선택 신호(SEL), 구동 신호(FDG) 등을 전송하는 제어선(817), 그라운드선 등이 형성되어 있다. 또한, 금속막(M2)에서는, FD(722B)나 부가 용량(727A)이 형성되어 있다.
기판(61)측부터 3층째의 금속막(M3)에서는, 예를 들면, 수직 신호선(29)이나, 실드용의 배선 등이 형성된다.
기판(61)측부터 4층째 및 5층째의 금속막(M4 및 M5)에서는, 예를 들면, 신호 취출부(65)의 전압 인가부인 P+반도체 영역(73-1 및 73-2)에, 소정의 전압(MIX0 또는 MIX1)을 인가하기 위한 전압 공급선(741-1 및 741-2)(도 33, 도 34)이 형성되어 있다.
또한, 다층 배선층(811)의 5층의 금속막(M1 내지 M5)의 평면 배치에 관해서는, 도 42 및 도 43을 참조하여 후술한다.
<제9의 실시의 형태의 복수 화소의 단면 구성>
도 38은, 도 22에서 도시한 제9의 실시의 형태의 화소 구조를, N+반도체 영역(71-1) 및 N-반도체 영역(72-1)이나 다층 배선층을 생략하지 않는 형태로, 복수 화소에 관해 도시한 단면도이다.
도 22에서 도시한 제9의 실시의 형태는, 기판(61) 내의 화소 경계에, 기판(61)의 이면(입사면)측부터, 소정의 깊이까지 길다란 홈(트렌치)을 형성하여, 차광막을 매입한 분리 영역(441)을 구비한 화소의 구성이다.
신호 취출부(65-1 및 65-2), 및, 다층 배선층(811)의 5층의 금속막(M1 내지 M5) 등을 포함하는 기타의 구성에 관해서는, 도 36에 도시한 구성과 마찬가지이다.
<제9의 실시의 형태의 변형례 1의 복수 화소의 단면 구성>
도 39는, 도 23에서 도시한 제9의 실시의 형태의 변형례 1의 화소 구조를, N+반도체 영역(71-1) 및 N-반도체 영역(72-1)이나 다층 배선층을 생략하지 않는 형태로, 복수 화소에 관해 도시한 단면도이다.
도 23에서 도시한 제9의 실시의 형태의 변형례 1은, 기판(61) 내의 화소 경계에, 기판(61) 전체를 관통하는 분리 영역(471)을 구비한 화소의 구성이다.
신호 취출부(65-1 및 65-2), 및, 다층 배선층(811)의 5층의 금속막(M1 내지 M5) 등을 포함하는 기타의 구성에 관해서는, 도 36에 도시한 구성과 마찬가지이다.
<제15의 실시의 형태의 복수 화소의 단면 구성>
도 40은, 도 29에서 도시한 제15의 실시의 형태의 화소 구조를, N+반도체 영역(71-1) 및 N-반도체 영역(72-1)이나 다층 배선층을 생략하지 않는 형태로, 복수 화소에 관해 도시한 단면도이다.
도 29에서 도시한 제15의 실시의 형태는, 기판(61) 내에서의 입사면과는 반대의 면측, 즉 도면 중, 하측의 면의 내측의 중앙 부분에, P웰 영역(671)을 구비한 구성이다. 또한, P웰 영역(671)과 N+반도체 영역(71-1) 사이에는, 분리부(672-1)가 산화막 등에 의해 형성되어 있다. 마찬가지로, P웰 영역(671)과 N+반도체 영역(71-2) 사이에도, 분리부(672-2)가 산화막 등에 의해 형성되어 있다. 기판(61)의 하측의 면의 화소 경계에도, P웰 영역(671)이 형성되어 있다.
신호 취출부(65-1 및 65-2), 및, 다층 배선층(811)의 5층의 금속막(M1 내지 M5) 등을 포함하는 기타의 구성에 관해서는, 도 36에 도시한 구성과 마찬가지이다.
<제10의 실시의 형태의 복수 화소의 단면 구성>
도 41은, 도 24에서 도시한 제10의 실시의 형태의 화소 구조를, N+반도체 영역(71-1) 및 N-반도체 영역(72-1)이나 다층 배선층을 생략하지 않는 형태로, 복수 화소에 관해 도시한 단면도이다.
도 24에서 도시한 제10의 실시의 형태는, 기판(61)에 대신하여, 두꺼운 기판이 두꺼운 기판(501)이 마련되어 있는 화소의 구성이다.
신호 취출부(65-1 및 65-2), 및, 다층 배선층(811)의 5층의 금속막(M1 내지 M5) 등을 포함하는 기타의 구성에 관해서는, 도 36에 도시한 구성과 마찬가지이다.
<5층의 금속막(M1 내지 M5)의 평면 배치례>
다음에, 도 42 및 도 43을 참조하여, 도 36 내지 도 41에서 도시한 다층 배선층(811)의 5층의 금속막(M1 내지 M5)의 평면 배치례에 관해 설명한다.
도 42의 A는, 다층 배선층(811)의 5층의 금속막(M1 내지 M5) 중의, 1층째인 금속막(M1)의 평면 배치례를 도시하고 있다.
도 42의 B는, 다층 배선층(811)의 5층의 금속막(M1 내지 M5) 중의, 2층째인 금속막(M2)의 평면 배치례를 도시하고 있다.
도 42의 C는, 다층 배선층(811)의 5층의 금속막(M1 내지 M5) 중의, 3층째인 금속막(M3)의 평면 배치례를 도시하고 있다.
도 43의 A는, 다층 배선층(811)의 5층의 금속막(M1 내지 M5) 중의, 4층째인 금속막(M4)의 평면 배치례를 도시하고 있다.
도 43의 B는, 다층 배선층(811)의 5층의 금속막(M1 내지 M5) 중의, 5층째인 금속막(M5)의 평면 배치례를 도시하고 있다.
또한, 도 42의 A 내지 C 및 도 43의 A 및 B에서는, 화소(51)의 영역과, 도 11에 도시한 8각형상을 갖는 신호 취출부(65-1 및 65-2)의 영역을, 파선으로 도시하고 있다.
도 42의 A 내지 C 및 도 43의 A 및 B에서, 도면의 종방향이, 화소 어레이부(21)의 수직 방향이고, 도면의 횡방향이, 화소 어레이부(21)의 수평 방향이다.
다층 배선층(811)의 1층째인 금속막(M1)에는, 도 42의 A에 도시되는 바와 같이, 적외광을 반사하는 반사 부재(631)가 형성되어 있다. 화소(51)의 영역에서, 신호 취출부(65-1 및 65-2) 각각에 대해 2장의 반사 부재(631)가 형성되고, 신호 취출부(65-1)의 2장의 반사 부재(631)와, 신호 취출부(65-1)의 2장의 반사 부재(631)가, 수직 방향에 대해 대칭으로 형성되어 있다.
또한, 수평 방향에서의, 이웃하는 화소(51)의 반사 부재(631) 사이에는, 화소 트랜지스터 배선 영역(831)이 배치되어 있다. 화소 트랜지스터 배선 영역(831)에는, 전송 트랜지스터(721), 리셋 트랜지스터(723), 증폭 트랜지스터(724), 또는, 선택 트랜지스터(725)의 화소 트랜지스터(Tr) 사이를 접속하는 배선이 형성되어 있다. 이 화소 트랜지스터(Tr)용의 배선도, 2개의 신호 취출부(65-1 및 65-2)의 중간선(부도시)을 기준으로, 수직 방향에 대칭으로 형성되어 있다.
또한, 수직 방향에서의, 이웃하는 화소(51)의 반사 부재(631) 사이에는, 그라운드선(832), 전원선(833), 그라운드선(834) 등의 배선이 형성되어 있다. 이들의 배선도, 2개의 신호 취출부(65-1 및 65-2)의 중간선을 기준으로, 수직 방향에 대칭으로 형성되어 있다.
이와 같이, 1층째의 금속막(M1)이, 화소 내의 신호 취출부(65-1)측의 영역과, 신호 취출부(65-2)측의 영역에서 대칭으로 배치됨에 의해, 배선 부하가 신호 취출부(65-1과 65-2)에서 균등하게 조정되어 있다. 이에 의해, 신호 취출부(65-1과 65-2)의 구동 편차를 저감시키고 있다.
1층째의 금속막(M1)에서는, 기판(61)에 형성된 신호 취출부(65-1과 65-2)의 하측에 대면적의 반사 부재(631)를 형성함에 의해, 온 칩 렌즈(62)를 통하여 기판(61) 내로 입사하고, 기판(61) 내에서 광전변환되지 않고서 기판(61)을 투과하여 버린 적외광을, 반사 부재(631)에서 반사시켜서 기판(61) 내로 재차 입사시킬 수 있다. 이에 의해, 기판(61) 내에서 광전변환되는 적외광의 양을 보다 많게 하여, 양자 효율(QE), 즉 적외광에 대한 화소(51)의 감도를 향상시킬 수 있다.
다층 배선층(811)의 2층째인 금속막(M2)에는, 도 42의 B에 도시되는 바와 같이, 신호 취출부(65-1과 65-2) 사이의 위치에, 소정의 신호를 수평 방향으로 전송하는 제어선(841 내지 844) 등이 형성된 제어선 영역(851)이 배치되어 있다. 제어선(841 내지 844)은, 예를 들면, 구동 신호(TRG), 구동 신호(RST), 선택 신호(SEL), 또는, 구동 신호(FDG)를 전송하는 선이다.
2층째의 금속막(M2)에서도, 제어선 영역(851)을, 인접하는 화소(51)의 경계 영역에 배치하고, 신호 취출부(65-1 및 65-2)의 각각에 대한 영향을 균등하게 함으로써, 신호 취출부(65-1과 65-2)의 구동 편차를 저감시키고 있다.
또한, 제어선 영역(851)과 다른 소정의 영역에는, FD(722B)나 부가 용량(727A)이 형성된 용량 영역(852)이 배치되어 있다. 용량 영역(852)에서는, 금속막(M2)을 빗살(櫛齒) 형상으로 패턴 형성함에 의해, FD(722B) 또는 부가 용량(727A)이 구성되어 있다.
FD(722B) 또는 부가 용량(727A)을, 2층째인 금속막(M2)에 배치함으로써, 설계상의 소망하는 배선 용량에 응하여, FD(722B) 또는 부가 용량(727A)의 패턴을 자유롭게 배치할 수 있고, 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.
다층 배선층(811)의 3층째인 금속막(M3)에는, 도 42의 C에 도시되는 바와 같이, 각 화소(51)로부터 출력된 화소 신호를 칼럼 처리부(23)에 전송하는 수직 신호선(29)이, 적어도 형성되어 있다. 수직 신호선(29)은, 화소 신호의 판독 속도 향상을 위해, 하나의 화소열에 대해 3개 이상 배치할 수 있다. 또한, 수직 신호선(29) 외에, 실드 배선을 배치하여, 커플링 용량을 저감시켜도 좋다.
다층 배선층(811)의 4층째의 금속막(M4) 및 5층째의 금속막(M5)에는, 각 화소(51)의 신호 취출부(65)의 P+반도체 영역(73-1 및 73-2)에, 소정의 전압(MIX0 또는 MIX1)을 인가하기 위한 전압 공급선(741-1 및 741-2)이 형성되어 있다.
도 43의 A 및 B에 도시되는 금속막(M4) 및 금속막(M5)은, 도 33의 A에서 도시한 제1의 배치례의 전압 공급선(741)을 채용한 경우의 예를 도시하고 있다.
금속막(M4)의 전압 공급선(741-1)이, 금속막(M3 및 M2)을 통하여 금속막(M1)의 전압 인가 배선(814)(예를 들면, 도 36)에 접속되고, 전압 인가 배선(814)이, 화소(51)의 신호 취출부(65-1)의 P+반도체 영역(73-1)에 접속되어 있다. 마찬가지로, 금속막(M4)의 전압 공급선(741-2)이, 금속막(M3 및 M2)을 통하여 금속막(M1)의 전압 인가 배선(814)(예를 들면, 도 36)에 접속되고, 전압 인가 배선(814)이, 화소(51)의 신호 취출부(65-2)의 P+반도체 영역(73-2)에 접속되어 있다.
금속막(M5)의 전압 공급선(741-1 및 741-2)은, 화소 어레이부(21)의 주변의 주변 회로부의 구동부에 접속되어 있다. 금속막(M4)의 전압 공급선(741-1)과, 금속막(M5)의 전압 공급선(741-1)은, 평면 영역에서 양방의 금속막이 존재하는 소정의 위치에서 도시하지 않은 비아 등에 의해 접속되어 있다. 화소 어레이부(21)의 주변의 주변 회로부의 구동부로부터 소정의 전압(전압(MIX0 또는 MIX1))이, 금속막(M5)의 전압 공급선(741-1 및 741-2)을 전송하여, 금속막(M4)의 전압 공급선(741-1 및 741-2)에 공급되고, 전압 공급선(741-1 및 741-2)으로부터, 금속막(M3 및 M2)을 통하여 금속막(M1)의 전압 인가 배선(814)에 공급된다.
상술한 바와 같이, 화소(51)는, 수직 구동부(22)만으로 구동하는 외에, 수직 방향으로 배선한 다른 제어선을 통하여 수평 구동부(24)나, 수직 구동부(22) 및 수평 구동부(24)와는 별도로 마련한 구동부로 제어시킬 수 있다.
고체 촬상 소자(11)를 이면 조사형의 CAPD 센서로 함에 의해, 예를 들면, 도 43의 A 및 B에 도시한 바와 같이, 각 화소(51)의 신호 취출부(65)에 소정의 전압(MIX0 또는 MIX1)을 인가하기 위한 전압 공급선(741-1 및 741-2)을 수직 방향으로 배선할 수 있는 등, 구동 배선의 배선폭 및 레이아웃을 자유롭게 설계할 수 있다. 또한, 고속 구동에 적합한 배선이나, 부하 저감을 고려한 배선도 가능하다.
<화소 트랜지스터의 평면 배치례>
도 44는, 도 42의 A에서 도시한 1층째의 금속막(M1)과, 그 위에 형성된 화소 트랜지스터(Tr)의 게이트 전극 등을 형성한 폴리실리콘층을 겹친 평면도이다.
도 44의 A는, 도 44의 C의 금속막(M1)과 도 44의 B의 폴리실리콘층을 겹친 평면도이고, 도 44의 B는, 폴리실리콘층만의 평면도이고, 도 44의 C는, 금속막(M1)만의 평면도이다. 도 44의 C의 금속막(M1)의 평면도는, 도 42의 A에 도시한 평면도와 같지만, 해칭이 생략되어 있다.
도 42의 A를 참조하여 설명한 바와 같이, 각 화소의 반사 부재(631) 사이에는, 화소 트랜지스터 배선 영역(831)이 형성되어 있다.
화소 트랜지스터 배선 영역(831)에는, 신호 취출부(65-1 및 65-2) 각각에 대응하는 화소 트랜지스터(Tr)가, 예를 들면, 도 44의 B에 도시되는 바와 같이 배치된다.
도 44의 B에서는, 2개의 신호 취출부(65-1 및 65-2)의 중간선(부도시)을 기준으로, 중간선에 가까운 측부터, 리셋 트랜지스터(723A 및 723B), 전송 트랜지스터(721A 및 721B), 전환 트랜지스터(728A 및 728B), 선택 트랜지스터(725A 및 725B), 및, 증폭 트랜지스터(724A 및 724B)의 게이트 전극이 형성되어 있다.
도 44의 C에 도시되는 금속막(M1)의 화소 트랜지스터(Tr) 사이를 접속하는 배선(配線)도, 2개의 신호 취출부(65-1 및 65-2)의 중간선(부도시)을 기준으로, 수직 방향에 대칭으로 형성되어 있다.
이와 같이, 화소 트랜지스터 배선 영역(831) 내의 복수의 화소 트랜지스터(Tr)를, 신호 취출부(65-1)측의 영역과, 신호 취출부(65-2)측의 영역에서 대칭으로 배치함으로써, 신호 취출부(65-1과 65-2)의 구동 편차를 저감시킬 수 있다.
<반사 부재(631)의 변형례>
다음에, 도 45 및 도 46을 참조하여, 금속막(M1)에 형성된 반사 부재(631)의 변형례에 관해 설명한다.
상술한 예에서는, 도 42의 A에 도시한 바와 같이, 화소(51) 내의 신호 취출부(65) 주변이 되는 영역에, 대면적의 반사 부재(631)가 배치되어 있다.
이에 대해, 반사 부재(631)는, 예를 들면, 도 45의 A에 도시되는 바와 같이, 격자 형상의 패턴으로 배치할 수도 있다. 이와 같이, 반사 부재(631)를 격자 형상의 패턴으로 형성함에 의해, 패턴 이방성(異方性)을 없앨 수 있고, 반사 능력의 XY 이방성을 저감할 수 있다. 환언하면, 반사 부재(631)를 격자 형상의 패턴으로 형성함에 의해, 치우쳐진 일부 영역으로의 입사광의 반사를 저감하고, 등방적으로 반사시키기 쉽게 할 수 있기 때문에 거리측정 정밀도가 향상한다.
또는 또한, 반사 부재(631)는, 예를 들면, 도 45의 B에 도시되는 바와 같이, 스트라이프 형상의 패턴으로 배치하여도 좋다. 이와 같이, 반사 부재(631)를 스트라이프 형상의 패턴으로 형성함에 의해, 반사 부재(631)의 패턴을 배선 용량으로서도 사용할 수 있기 때문에, 다이내믹 레인지를 최대한까지 확대한 구성을 실현할 수 있다.
또한, 도 45의 B는, 수직 방향의 스트라이프 형상의 예이지만, 수평 방향의 스트라이프 형상으로 하여도 좋다.
또는 또한, 반사 부재(631)는, 예를 들면, 도 45의 C에 도시되는 바와 같이, 화소 중심 영역에만, 보다 구체적으로는 2개의 신호 취출부(65) 사이에만 배치하여도 좋다. 이와 같이, 반사 부재(631)를 화소 중심 영역에 형성하고, 화소단에는 형성하지 않음에 의해, 화소 중심 영역에 대해서는 반사 부재(631)에 의한 감도 향상의 효과를 얻으면서, 경사광이 입사된 경우의 인접 화소에 반사하는 성분을 억제할 수 있어서, 혼색의 억제를 중시한 구성을 실현할 수 있다.
또한, 반사 부재(631)는, 예를 들면, 도 46의 A에 도시되는 바와 같이, 일부를 빗살 형상으로 패턴 배치함에 의해, 금속막(M1)의 일부를, FD(722) 또는 부가 용량(727)의 배선 용량으로 할당하여도 좋다. 도 46의 A에서, 실선의 동그라미로 둘러싸여진 영역(861 내지 864) 내의 빗살 형상이, FD(722) 또는 부가 용량(727)의 적어도 일부를 구성한다. FD(722) 또는 부가 용량(727)은, 금속막(M1)과 금속막(M2)에 적절히 나누어 배치하여도 좋다. 금속막(M1)의 패턴을, 반사 부재(631)와, FD(722) 또는 부가 용량(727)의 용량에, 밸런스 좋게 배치할 수 있다.
도 46의 B는, 반사 부재(631)를 배치하지 않는 경우의 금속막(M1)의 패턴을 도시하고 있다. 기판(61) 내에서 광전변환되는 적외광의 양을 보다 많게 하여, 화소(51)의 감도를 향상시키기 위해서는, 반사 부재(631)를 배치하는 것이 바람직하지만, 반사 부재(631)를 배치하지 않는 구성을 채용할 수도 있다.
<고체 촬상 소자의 기판 구성례>
도 1의 고체 촬상 소자(11)는, 도 47의 A 내지 C의 어느 하나의 기판 구성을 채용할 수 있다.
도 47의 A는, 고체 촬상 소자(11)를, 1장의 반도체 기판(911)과, 그 아래의 지지 기판(912)으로 구성한 예를 도시하고 있다.
이 경우, 상측의 반도체 기판(911)에는, 상술한 화소 어레이부(21)에 대응하는 화소 어레이 영역(951)과, 화소 어레이 영역(951)의 각 화소를 제어하는 제어 회로(952)와, 화소 신호의 신호 처리 회로를 포함하는 로직 회로(953)가 형성된다.
제어 회로(952)에는, 상술한 수직 구동부(22)나 수평 구동부(24) 등이 포함된다. 로직 회로(953)에는, 화소 신호의 AD 변환 처리 등을 행하는 칼럼 처리부(23)나, 화소 내의 2개 이상의 신호 취출부(65) 각각에서 취득된 화소 신호의 비율로부터 거리를 산출하는 거리 산출 처리, 교정 처리 등을 행하는 신호 처리부(26)가 포함된다.
또는 또한, 고체 촬상 소자(11)는, 도 47의 B에 도시되는 바와 같이, 화소 어레이 영역(951)과 제어 회로(952)가 형성된 제1의 반도체 기판(921)과, 로직 회로(953)가 형성된 제2의 반도체 기판(922)를 적층한 구성으로 하는 것도 가능하다. 또한, 제1의 반도체 기판(921)과 제2의 반도체 기판(922)은, 예를 들면, 관통 비아나 Cu-Cu의 금속 결합에 의해 전기적으로 접속된다.
또는 또한, 고체 촬상 소자(11)는, 도 47의 C에 도시되는 바와 같이, 화소 어레이 영역(951)만이 형성된 제1의 반도체 기판(931)과, 각 화소를 제어하는 제어 회로와 화소 신호를 처리하는 신호 처리 회로를, 1화소 단위 또는 복수 화소의 에어리어 단위로 마련한 에어리어 제어 회로(954)가 형성된 제2의 반도체 기판(932)을 적층한 구성으로 하는 것도 가능하다. 제1의 반도체 기판(931)과 제2의 반도체 기판(932)은, 예를 들면, 관통 비아나 Cu-Cu의 금속 결합에 의해 전기적으로 접속된다.
도 47의 C의 고체 촬상 소자(11)와 같이, 1화소 단위 또는 에어리어 단위로 제어 회로와 신호 처리 회로를 마련한 구성에 의하면, 분할 제어 단위마다 최적의 구동 타이밍이나 게인을 설정할 수가 있어서, 거리나 반사율에 의하지 않고서, 최적화된 거리 정보를 취득할 수 있다. 또한, 화소 어레이 영역(951)의 전면이 아니라, 일부의 영역만을 구동시켜서, 거리 정보를 산출할 수도 있기 때문에, 동작 모드에 응하여 소비 전력을 억제하는 것도 가능하다.
<거리측정 모듈의 구성례>
도 48은, 도 1의 고체 촬상 소자(11)를 이용하여 거리측정 정보를 출력하는 거리측정 모듈의 구성례를 도시하는 블록도이다.
거리측정 모듈(1000)은, 발광부(1011), 발광 제어부(1012), 및, 수광부(1013)를 구비한다.
발광부(1011)는, 소정 파장의 광을 발하는 광원을 가지며, 주기적으로 밝기가 변동하는 조사광을 발하여 물체에 조사한다. 예를 들면, 발광부(1011)는, 광원으로서, 파장이 780㎚ 내지 1000㎚ 범위의 적외광을 발하는 발광 다이오드를 가지며, 발광 제어부(1012)로부터 공급되는 구형파(矩形波)의 발광 제어 신호(CLKp)에 동기하여, 조사광을 발생한다.
또한, 발광 제어 신호(CLKp)는, 주기 신호라면, 구형파로 한정되지 않는다. 예를 들면, 발광 제어 신호(CLKp)는, 사인파라도 좋다.
발광 제어부(1012)는, 발광 제어 신호(CLKp)를 발광부(1011) 및 수광부(1013)에 공급하고, 조사광의 조사 타이밍을 제어한다. 이 발광 제어 신호(CLKp)의 주파수는, 예를 들면, 20메가헤르츠(㎒)이다. 또한, 발광 제어 신호(CLKp)의 주파수는, 20메가헤르츠(㎒)로 한정되지 않고, 5메가헤르츠(㎒) 등이라도 좋다.
수광부(1013)는, 물체로부터 반사하는 반사광을 수광하고, 수광 결과에 응하여 거리 정보를 화소마다 산출하고, 물체까지의 거리를 화소마다 계조치(階調値)로 표현한 뎁스 화상을 생성하여, 출력한다.
수광부(1013)로는, 상술한 고체 촬상 소자(11)가 사용되고, 수광부(1013)로서의 고체 촬상 소자(11)는, 예를 들면, 발광 제어 신호(CLKp)에 의거하여, 화소 어레이부(21)의 각 화소(51)의 신호 취출부(65-1 및 65-2) 각각의 전하 검출부(N+반도체 영역(71))에서 검출된 신호 강도로부터, 거리 정보를 화소마다 산출한다.
이상과 같이, 간접 ToF 방식에 의해 피사체까지의 거리 정보를 구하여 출력하는 거리측정 모듈(1000)의 수광부(1013)로서, 도 1의 고체 촬상 소자(11)를 조립할 수 있다. 거리측정 모듈(1000)의 수광부(1013)로서, 상술한 각 실시의 형태의 고체 촬상 소자(11), 구체적으로는, 이면 조사형으로서 화소 감도를 향상시킨 고체 촬상 소자를 채용함에 의해, 거리측정 모듈(1000)로서의 거리측정 특성을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 기술에 의하면 CAPD 센서를, 이면 조사형의 수광 소자의 구성으로 함으로써, 거리측정 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 기술에서는, 이상에서 설명한 실시 형태를 적절히 조합시키는 것도 물론 가능하다. 즉, 예를 들면 화소의 감도 등의 어느 특성을 우선하는지에 응하여, 화소 내에 마련하는 신호 취출부의 개수나 배치 위치, 신호 취출부의 형상이나 공유 구조로 하는지의 여부, 온 칩 렌즈의 유무, 화소 사이 차광부의 유무, 분리 영역의 유무, 온 칩 렌즈나 기판의 두께, 기판의 종류나 막 설계, 입사면에의 바이어스의 유무, 반사 부재의 유무 등을 적절하게 선택하는 것이 가능하다.
또한, 이상에서는 신호 캐리어로서 전자를 이용하는 예에 관해 설명하였지만, 광전변환에서 발생한 정공을 신호 캐리어로서 이용하도록 하여도 좋다. 그와 같은 경우, 신호 캐리어를 검출하기 위한 전하 검출부가 P+반도체 영역에 의해 구성되고, 기판 내에 전계를 발생시키기 위한 전압 인가부가 N+반도체 영역에 의해 구성되도록 하여, 신호 취출부에 마련된 전하 검출부에서, 신호 캐리어로서의 정공이 검출되도록 하면 좋다.
<이동체에의 응용례>
본 개시에 관한 기술(본 기술)은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 자동 이륜차, 자전거, 퍼스널 모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇 등의 어느 한 종류의 이동체에 탑재된 장치로서 실현되어도 좋다.
도 49는, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 이동체 제어 시스템의 한 예인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성례를 도시하는 블록도이다.
차량 제어 시스템(12000)은, 통신 네트워크(12001)를 통하여 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 49에 도시한 예에서는, 차량 제어 시스템(12000)은, 구동계 제어 유닛(12010), 바디계 제어 유닛(12020), 차외 정보 검출 유닛(12030), 차내 정보 검출 유닛(12040), 및 통합 제어 유닛(12050)을 구비한다. 또한, 통합 제어 유닛(12050)의 기능 구성으로서, 마이크로 컴퓨터(12051), 음성 화상 출력부(12052), 및 차량탑재 네트워크 I/F(interface)(12053)가 도시되어 있다.
구동계 제어 유닛(12010)은, 각종 프로그램에 따라 차량의 구동계에 관련되는 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 구동계 제어 유닛(12010)은, 내연 기관 또는 구동용 모터 등의 차량의 구동력을 발생시키기 위한 구동력 발생 장치, 구동력을 차륜에 전달하기 위한 구동력 전달 기구, 차량의 타각(舵角)을 조절하는 스티어링 기구, 및, 차량의 제동력을 발생시키는 제동 장치 등의 제어 장치로서 기능한다.
바디계 제어 유닛(12020)은, 각종 프로그램에 따라 차체에 장비된 각종 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 바디계 제어 유닛(12020)은, 키레스 엔트리 시스템, 스마트 키 시스템, 파워 윈도우 장치, 또는, 헤드 램프, 백 램프, 브레이크 램프, 윙커 또는 포그 램프 등의 각종 램프의 제어 장치로서 기능한다. 이 경우, 바디계 제어 유닛(12020)에는, 키를 대체하는 휴대기로부터 발신되는 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력될 수 있다. 바디계 제어 유닛(12020)은, 이들의 전파 또는 신호의 입력을 받아들이고, 차량의 도어 로크 장치, 파워 윈도우 장치, 램프 등을 제어한다.
차외 정보 검출 유닛(12030)은, 차량 제어 시스템(12000)을 탑재한 차량의 외부의 정보를 검출한다. 예를 들면, 차외 정보 검출 유닛(12030)에는, 촬상부(12031)가 접속된다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 촬상부(12031)에 차외의 화상을 촬상시킴과 함께, 촬상된 화상을 수신한다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 수신한 화상에 의거하여, 사람, 차, 장애물, 표지 또는 노면상의 문자 등의 물체 검출 처리 또는 거리 검출 처리를 행하여도 좋다.
촬상부(12031)는, 광을 수광하고, 그 광의 수광량에 응한 전기 신호를 출력하는 광센서이다. 촬상부(12031)는, 전기 신호를 화상으로서 출력할 수도 있고, 거리측정의 정보로서 출력할 수도 있다. 또한, 촬상부(12031)가 수광하는 광은, 가시광이라도 좋고, 적외선 등의 비가시광이라도 좋다.
차내 정보 검출 유닛(12040)은, 차내의 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)에는, 예를 들면, 운전자의 상태를 검출하는 운전자 상태 검출부(12041)가 접속된다. 운전자 상태 검출부(12041)는, 예를 들면 운전자를 촬상하는 카메라를 포함하고, 차내 정보 검출 유닛(12040)은, 운전자 상태 검출부(12041)로부터 입력된 검출 정보에 의거하여, 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출하여도 좋고, 운전자가 앉아서 졸고 있지 않는지를 판별하여도 좋다.
마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득된 차내외의 정보에 의거하여, 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치의 제어 목표치를 연산하고, 구동계 제어 유닛(12010)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량의 충돌 회피 또는 충격 완화, 차간 거리에 의거한 추종 주행, 차속 유지 주행, 차량의 충돌 경고, 또는 차량의 레인 일탈 경고 등을 포함하는 ADAS(Advanced Driver Assistance System)의 기능 실현을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득된 차량의 주위의 정보에 의거하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치 등을 제어함에 의해, 운전자의 조작에 근거하지 않고서 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 취득되는 차외의 정보에 의거하여, 바디계 제어 유닛(12020)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 검지한 선행차 또는 대향차의 위치에 응하여 헤드 램프를 제어하여, 하이 빔을 로우 빔으로 전환하는 등의 방현(防眩)을 도모하는 것을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
음성 화상 출력부(12052)는, 차량의 탑승자 또는 차외에 대해, 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력 장치에 음성 및 화상 중의 적어도 일방의 출력 신호를 송신한다. 도 49의 예에서는, 출력 장치로서, 오디오 스피커(12061), 표시부(12062) 및 인스트루먼트 패널(12063)이 예시되어 있다. 표시부(12062)는, 예를 들면, 온 보드 디스플레이 및 헤드 업 디스플레이의 적어도 하나를 포함하고 있어도 좋다.
도 50은, 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 도시하는 도면이다.
도 50에서는, 차량(12100)는, 촬상부(12031)로서, 촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)를 갖는다.
촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)는, 예를 들면, 차량(12100)의 프런트 노우즈, 사이드 미러, 리어 범퍼, 백 도어 및 차실 내의 프론트유리의 상부 등의 위치에 마련된다. 프런트 노우즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실 내의 프론트유리의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 차량(12100)의 전방의 화상을 취득한다. 사이드 미러에 구비되는 촬상부(12102, 12103)는, 주로 차량(12100)의 측방의 화상을 취득한다. 리어 범퍼 또는 백 도어에 구비되는 촬상부(12104)는, 주로 차량(12100)의 후방의 화상을 취득한다. 촬상부(12101 및 12105)에서 취득된 전방의 화상은, 주로 선행 차량 또는, 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 사용된다.
또한, 도 50에는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬영 범위의 한 예가 도시되어 있다. 촬상 범위(12111)는, 프런트 노우즈에 마련된 촬상부(12101)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12112, 12113)는, 각각 사이드 미러에 마련된 촬상부(12102, 12103)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12114)는, 리어 범퍼 또는 백 도어에 마련된 촬상부(12104)의 촬상 범위를 나타낸다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)에서 촬상된 화상 데이터가 겹쳐짐에 의해, 차량(12100)을 상방에서 본 부감(俯瞰) 화상을 얻을 수 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 거리 정보를 취득하는 기능을 갖고 있어도 좋다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 복수의 촬상 소자로 이루어지는 스테레오 카메라라도 좋고, 위상차 검출용의 화소를 갖는 촬상 소자라도 좋다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 촬상 범위(12111 내지 12114) 내에서의 각 입체물까지의 거리와, 이 거리의 시간적 변화(차량(12100)에 대한 상대 속도)를 구함에 의해, 특히 차량(12100)의 진행로상에 있는 가장 가까운 입체물로, 차량(12100)과 개략 같은 방향으로 소정의 속도(예를 들면, 0km/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 선행차의 앞에 미리 확보하여야 할 차간 거리를 설정하고, 자동 브레이크 제어(추종 정지 제어도 포함한다)나 자동 가속 제어(추종 발진 제어도 포함한다) 등을 행할 수가 있다. 이와 같이 운전자의 조작에 근거하지 않고서 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 입체물에 관한 입체물 데이터를, 2륜차, 보통 차량, 대형 차량, 보행자, 전신주 등 기타의 입체물로 분류하여 추출하고, 장애물의 자동 회피에 이용할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량(12100)의 주변의 장애물을, 차량(12100)의 드라이버가 시인(視認) 가능한 장애물과 시인 곤란한 장애물로 식별한다. 그리고, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 각 장애물과의 충돌의 위험도를 나타내는 충돌 리스크를 판단하고, 충돌 리스크가 설정치 이상으로 충돌 가능성이 있는 상황인 때에는, 오디오 스피커(12061)나 표시부(12062)를 통하여 드라이버에게 경보를 출력하는 것이나, 구동계 제어 유닛(12010)을 통하여 강제 감속이나 회피 조타를 행함으로써, 충돌 회피를 위한 운전 지원을 행할 수가 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 적외선을 검출하는 적외선 카메라라도 좋다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재하는지의 여부를 판정함으로써 보행자를 인식할 수 있다. 이러한 보행자의 인식은, 예를 들면 적외선 카메라로서의 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상에서의 특징점을 추출하는 순서와, 물체의 윤곽을 나타내는 일련의 특징점에 패턴 매칭 처리를 행하여 보행자인지의 여부를 판별하는 순서에 의해 행하여진다. 마이크로 컴퓨터(12051)가, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재한다고 판정하고, 보행자를 인식하면, 음성 화상 출력부(12052)는, 당해 인식된 보행자에 강조를 위한 사각형 윤곽선을 중첩 표시하도록, 표시부(12062)를 제어한다. 또한, 음성 화상 출력부(12052)는, 보행자를 나타내는 아이콘 등을 소망하는 위치에 표시하도록 표시부(12062)를 제어하여도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 차량 제어 시스템의 한 예에 관해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 촬상부(12031)에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면 도 1에 도시한 고체 촬상 소자(11)를 촬상부(12031)에 적용함으로써, 감도 등의 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 기술의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하다.
또한, 본 명세서 중에 기재된 효과는 어디까지나 예시이고 한정되는 것이 아니고, 다른 효과가 있어도 좋다.
또한, 본 기술은, 이하의 구성으로 하는 것도 가능하다.
(A1)
온 칩 렌즈와,
배선층과,
상기 온 칩 렌즈와 상기 배선층 사이에 배치되는 반도체층을 구비하고,
상기 반도체층은,
제1의 전압이 인가되는 제1의 전압 인가부와,
상기 제1의 전압과는 다른 제2의 전압이 인가되는 제2의 전압 인가부와,
상기 제1의 전압 인가부의 주위에 배치되는 제1의 전하 검출부와,
상기 제2의 전압 인가부의 주위에 배치되는 제2의 전하 검출부를 구비하고,
상기 배선층은,
상기 제1의 전압을 공급하는 제1의 전압 인가 배선과, 상기 제2의 전압을 공급하는 제2의 전압 인가 배선과, 반사 부재를 구비하는 1층을 적어도 가지며,
상기 반사 부재는, 평면시에 있어서 상기 제1의 전하 검출부 또는 상기 제2의 전하 검출부와 겹쳐지도록 마련되어 있는 수광 소자.
(A2)
상기 제1의 전압 인가부, 상기 제2의 전압 인가부, 상기 제1의 전하 검출부, 및, 상기 제2의 전하 검출부는, 상기 배선층과 접촉하고 있는 (A1)에 기재된 수광 소자.
(A3)
상기 제1의 전압 인가 배선과, 상기 제2의 전압 인가 배선과, 상기 반사 부재를 구비하는 상기 1층은, 상기 반도체층에 가장 가까운 층인 (A1) 또는 (A2)에 기재된 수광 소자.
(A4)
상기 제1의 전압 인가부 또는 상기 제2의 전압 인가부는,
상기 배선층측에 제1의 불순물 농도로 억셉터 원소를 함유하는 제1의 영역과,
상기 온 칩 렌즈측에 상기 제1의 불순물 농도보다도 낮은 제2의 불순물 농도로 억셉터 원소를 함유하는 제2의 영역을 갖는 (A1) 내지 (A3)의 어느 한 항에 기재된 수광 소자.
(A5)
상기 제1의 전하 검출부 또는 상기 제2의 전하 검출부는,
상기 배선층측에 제3의 불순물 농도로 도너 원소를 함유하는 제3의 영역과,
상기 온 칩 렌즈측에 상기 제3의 불순물 농도보다도 낮은 제2의 불순물 농도로 도너 원소를 함유하는 제4의 영역을 갖는 (A1) 내지 (A4)의 어느 한 항에 기재된 수광 소자.
(A6)
상기 반사 부재는, 금속막인 (A1) 내지 (A5)의 어느 한 항에 기재된 수광 소자.
(A7)
상기 반사 부재는, 상기 제1의 전하 검출부측의 영역과, 상기 제2의 전하 검출부측의 영역에서 대칭으로 배치되어 있는 (A1) 내지 (A6)의 어느 한 항에 기재된 수광 소자.
(A8)
상기 반사 부재는, 격자 형상의 패턴으로 배치되어 있는 (A1) 내지 (A7)의 어느 한 항에 기재된 수광 소자.
(A9)
상기 반사 부재는, 스트라이프 형상의 패턴으로 배치되어 있는 (A1) 내지 (A7)의 어느 한 항에 기재된 수광 소자.
(A10)
상기 반사 부재는, 화소 중심 영역에만 배치되어 있는 (A1) 내지 (A7)의 어느 한 항에 기재된 수광 소자.
(A11)
상기 배선층은, 상기 반사 부재와 동일층에, 배선 용량을 또한 구비하는 (A1) 내지 (A7)의 어느 한 항에 기재된 수광 소자.
(A12)
상기 배선층은, 상기 반사 부재와 다른 층에, 배선 용량을 또한 구비하는 (A1) 내지 (A11)의 어느 한 항에 기재된 수광 소자.
(A13)
상기 배선층은, 상기 제1의 전압 인가 배선 및 상기 제2의 전압 인가 배선에 상기 제1의 전압 또는 상기 제2의 전압을 공급하는 전압 공급선을 또한 구비하는 (A1) 내지 (A12)의 어느 한 항에 기재된 수광 소자.
(A14)
상기 전압 공급선은, 상하로 인접하는 2화소에 대한 접속처가 미러 반전된 Mirror 배치로 배치되는 (A13)에 기재된 수광 소자.
(A15)
상기 전압 공급선은, 수직 방향으로 나열하는 화소에 대해 주기적으로 반복되는 Periodic 배치로 배치되는 (A13)에 기재된 수광 소자.
(A16)
상기 전압 공급선은, 화소 2열에 대해, 2개 배치되어 있는 (A13) 내지 (A15)의 어느 한 항에 기재된 수광 소자.
(A17)
상기 전압 공급선은, 화소 2열에 대해, 4개 배치되어 있는 (A13) 내지 (A15)의 어느 한 항에 기재된 수광 소자.
(A18)
상기 배선층은,
상기 제1의 전하 검출부를 구동하는 제1의 화소 트랜지스터와,
상기 제2의 전하 검출부를 구동하는 제2의 화소 트랜지스터를 또한 구비하고,
상기 제1의 화소 트랜지스터와 상기 제2의 화소 트랜지스터는, 대칭으로 배치되어 있는 (A1) 내지 (A17)의 어느 한 항에 기재된 수광 소자.
(B1)
입사한 광을 광전변환하는 화소를 복수 갖는 화소 어레이부를 구비하고,
상기 화소는,
입사한 상기 광을 광전변환하는 기판과,
상기 기판 내에서의, 상기 광이 입사하는 상기 기판의 입사면과는 반대의 면측에 마련되고, 상기 기판에 전압을 인가하여 전계를 발생시키기 위한 전압 인가부와, 상기 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 전하 검출부를 갖는 신호 취출부를 갖는 촬상 소자.
(B2)
상기 화소에는, 2개의 상기 신호 취출부가 형성되어 있는 (B1)에 기재된 촬상 소자.
(B3)
상기 화소에는, 하나의 상기 신호 취출부가 형성되어 있는 (B1)에 기재된 촬상 소자.
(B4)
상기 화소에는, 3 이상의 상기 신호 취출부가 형성되어 있는 (B1)에 기재된 촬상 소자.
(B5)
상기 화소와, 상기 화소에 인접하는 다른 화소에서 상기 신호 취출부가 공유되어 있는 (B1)에 기재된 촬상 소자.
(B6)
상기 화소와, 상기 화소에 인접하는 다른 화소에서 상기 전압 인가부가 공유되어 있는 (B1)에 기재된 촬상 소자.
(B7)
상기 신호 취출부는, 상기 전압 인가부로서의 P형 반도체 영역과, 그 상기 P형 반도체 영역의 주위를 둘러싸도록 형성된 상기 전하 검출부로서의 N형 반도체 영역을 갖고 있는 (B1) 내지 (B6)의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.
(B8)
상기 신호 취출부는, 상기 전하 검출부로서의 N형 반도체 영역과, 그 상기 N형 반도체 영역의 주위를 둘러싸도록 형성된 상기 전압 인가부로서의 P형 반도체 영역을 갖고 있는 (B1) 내지 (B6)의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.
(B9)
상기 신호 취출부는, 상기 전하 검출부로서의 제1의 N형 반도체 영역 및 제2의 N형 반도체 영역과, 상기 제1의 N형 반도체 영역 및 상기 제2의 N형 반도체 영역에 끼여진 위치에 형성된 상기 전압 인가부로서의 P형 반도체 영역을 갖고 있는 (B1) 내지 (B6)의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.
(B10)
상기 신호 취출부는, 상기 전압 인가부로서의 제1의 P형 반도체 영역 및 제2의 P형 반도체 영역과, 상기 제1의 P형 반도체 영역 및 상기 제2의 P형 반도체 영역에 끼여진 위치에 형성된 상기 전하 검출부로서의 N형 반도체 영역을 갖고 있는 (B1) 내지 (B6)의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.
(B11)
상기 기판에서의 상기 입사면측에 전압이 인가되는 (B1) 내지 (B10)의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.
(B12)
상기 화소는, 상기 기판의 상기 입사면과는 반대측의 면에 형성된, 상기 입사면부터 상기 기판에 입사한 상기 광을 반사하는 반사 부재를 또한 갖는 (B1) 내지 (B11)의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.
(B13)
상기 신호 캐리어는 전자인 (B1) 내지 (B12)의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.
(B14)
상기 신호 캐리어는 정공인 (B1) 내지 (B12)의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.
(B15)
상기 화소는, 상기 광을 집광하여 상기 기판에 입사시키는 렌즈를 또한 갖는 (B1) 내지 (B14)의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.
(B16)
상기 화소는, 상기 기판의 상기 입사면에서의 화소단 부분에 형성된, 입사한 상기 광을 차광하는 화소 사이 차광부를 또한 갖는 (B1) 내지 (B15)의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.
(B17)
상기 화소는, 상기 기판 내에서의 화소단 부분에 형성되고, 적어도 상기 기판의 일부를 관통하고, 입사한 상기 광을 차광하는 화소 분리 영역을 또한 갖는 (B1) 내지 (B16)의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.
(B18)
상기 기판은, 저항이 500[Ω㎝] 이상인 P형 반도체 기판인 (B1) 내지 (B17)의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.
(B19)
상기 기판은, 저항이 500[Ω㎝] 이상인 N형 반도체 기판인 (B1) 내지 (B17)의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.
(B20)
입사한 광을 광전변환하는 화소를 복수 갖는 화소 어레이부와,
상기 화소로부터 출력된 신호에 의거하여 대상물까지의 거리 정보를 산출하는 신호 처리부를 구비하고,
상기 화소는,
입사한 상기 광을 광전변환하는 기판과,
상기 기판 내에서의, 상기 광이 입사하는 상기 기판의 입사면과는 반대의 면측에 마련되고, 상기 기판에 전압을 인가하여 전계를 발생시키기 위한 전압 인가부와, 상기 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 전하 검출부를 갖는 신호 취출부를 갖는 촬상 장치.
11 : 고체 촬상 소자
21 : 화소 어레이부
22 : 수직 구동부
51 : 화소
61 : 기판
62 : 온 칩 렌즈
71-1, 71-2, 71 : N+반도체 영역
73-1, 73-2, 73 : P+반도체 영역
441-1, 441-2, 441 : 분리 영역
471-1, 471-2, 471 : 분리 영역
631 : 반사 부재
721 : 전송 트랜지스터
722 : FD
723 : 리셋 트랜지스터
724 : 증폭 트랜지스터
725 : 선택 트랜지스터
727 : 부가 용량
728 : 전환 트랜지스터
741 : 전압 공급선
811 : 다층 배선층
812 : 층간 절연막
813 : 전원선
814 : 전압 인가 배선
815 : 반사 부재
816 : 전압 인가 배선
817 : 제어선
M1 내지 M5 : 금속막

Claims (18)

  1. 반도체층과,
    상기 반도체층의 광입사면의 상방에 마련된 온 칩 렌즈와,
    상기 반도체층의 광입사면과 반대의 면에 마련된 배선층을 구비하고,
    상기 반도체층은,
    제1의 전압이 인가되는 제1의 전압 인가부와,
    상기 제1의 전압과는 다른 제2의 전압이 인가되는 제2의 전압 인가부와,
    상기 제1의 전압 인가부의 주위에 배치되는 제1의 전하 검출부와,
    상기 제2의 전압 인가부의 주위에 배치되는 제2의 전하 검출부를 구비하고,
    상기 배선층은,
    상기 제1의 전압을 공급하는 제1의 전압 인가 배선과, 상기 제2의 전압을 공급하는 제2의 전압 인가 배선과, 반사 부재를 같은 층에 구비하는 1층을 적어도 가지며,
    상기 반사 부재는, 평면시에 있어서 상기 제1의 전하 검출부 또는 상기 제2의 전하 검출부와 겹쳐지도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 전압 인가부, 상기 제2의 전압 인가부, 상기 제1의 전하 검출부, 및, 상기 제2의 전하 검출부는, 상기 배선층과 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1의 전압 인가 배선과, 상기 제2의 전압 인가 배선과, 상기 반사 부재를 구비하는 상기 1층은, 상기 반도체층에 가장 가까운 층인 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1의 전압 인가부 또는 상기 제2의 전압 인가부는,
    상기 배선층측에 제1의 불순물 농도로 억셉터 원소를 함유하는 제1의 영역과,
    상기 온 칩 렌즈측에 상기 제1의 불순물 농도보다도 낮은 제2의 불순물 농도로 억셉터 원소를 함유하는 제2의 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1의 전하 검출부 또는 상기 제2의 전하 검출부는,
    상기 배선층측에 제3의 불순물 농도로 도너 원소를 함유하는 제3의 영역과,
    상기 온 칩 렌즈측에 상기 제3의 불순물 농도보다도 낮은 제2의 불순물 농도로 도너 원소를 함유하는 제4의 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반사 부재는, 금속막인 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반사 부재는, 상기 제1의 전하 검출부측의 영역과, 상기 제2의 전하 검출부측의 영역에서 대칭으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반사 부재는, 격자 형상의 패턴으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반사 부재는, 스트라이프 형상의 패턴으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반사 부재는, 화소 중심 영역에만 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 배선층은, 상기 반사 부재와 동일층에, 배선 용량을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 배선층은, 상기 반사 부재와 다른 층에, 배선 용량을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 배선층은, 상기 제1의 전압 인가 배선 및 상기 제2의 전압 인가 배선에 상기 제1의 전압 또는 상기 제2의 전압을 공급하는 전압 공급선을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전압 공급선은, 상하로 인접하는 2화소에 대한 접속처가 미러 반전된 Mirror 배치로 배치되는 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 전압 공급선은, 수직 방향으로 나열하는 화소에 대해 주기적으로 반복되는 Periodic 배치로 배치되는 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 전압 공급선은, 화소 2열에 대해, 2개 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 전압 공급선은, 화소 2열에 대해, 4개 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 배선층은,
    상기 제1의 전하 검출부를 구동하는 제1의 화소 트랜지스터와,
    상기 제2의 전하 검출부를 구동하는 제2의 화소 트랜지스터를 또한 구비하고,
    상기 제1의 화소 트랜지스터와 상기 제2의 화소 트랜지스터는, 대칭으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 수광 소자.
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