KR102655885B1 - 수광 소자 및 전자 기기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 수광 소자는 온 칩 렌즈와, 배선층과, 온 칩 렌즈와 배선층 사이에 배치되는 반도체층을 구비하고, 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 전하 검출부 및 제2의 전하 검출부에 대응하는 평면 영역에, 광의 반사를 억제하는 반사 억제 구조를 갖는다.

Description

수광 소자 및 전자 기기
본 기술은, 수광 소자 및 전자 기기에 관한 것으로, 특히, 특성을 향상시킬 수 있도록 한 수광 소자 및 전자 기기에 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 닿아서 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, 특허 문헌 1 참조). 이와 같은 센서는, CAPD(Current Assisted Photonic Demodulator) 센서라고도 불리고 있다.
특허 문헌 1 : 특개2011-86904호 공보
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 일이 없는 것이 바람직하다. 그러나, 표면 조사형의 CAPD 센서에서는, 구조에 따라서는 PD의 수광면측에 전하 추출용의 배선이나 각종 제어선, 신호선을 배치하지 않을 수 없는 일이 있어서, 광전변환 영역이 제한되어 버린다. 즉, 충분한 광전변환 영역을 확보할 수가 없어서, 화소 감도 등의 특성이 저하되어 버리는 일이 있다.
본 기술은, 이와 같은 상황을 감안하고 이루어진 것으로, 특성을 향상시킬 수 있도록 한 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 전하 검출부 및 상기 제2의 전하 검출부에 대응하는 평면 영역에, 광의 반사를 억제하는 반사 억제 구조를 갖는다.
본 기술의 제2의 측면의 전자 기기는, 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 전하 검출부 및 상기 제2의 전하 검출부에 대응하는 평면 영역에, 광의 반사를 억제하는 반사 억제 구조를 갖는 수광 소자를 구비한다.
본 기술의 제1 및 제2의 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 전하 검출부 및 상기 제2의 전하 검출부에 대응하는 평면 영역에, 광의 반사를 억제하는 반사 억제 구조가 마련된다.
수광 소자 및 전자 기기는, 독립한 장치라도 좋고, 다른 장치에 조립된 모듈이라도 좋다.
본 기술의 제1 및 제2의 측면에 의하면, 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 개시 중에 기재된 어느 하나의 효과라도 좋다.
도 1은 수광 소자의 구성례를 도시하는 블록도.
도 2는 도 1의 수광 소자의 화소의 단면도.
도 3은 신호 취출부의 평면 형상의 예를 도시하는 평면도.
도 4는 화소의 등가 회로.
도 5는 도 1의 수광 소자의 효과를 설명하는 도면.
도 6은 도 1의 수광 소자의 효과를 설명하는 도면.
도 7은 도 1의 수광 소자의 효과를 설명하는 도면.
도 8은 도 1의 수광 소자의 효과를 설명하는 도면.
도 9는 도 1의 수광 소자의 효과를 설명하는 도면.
도 10은 도 1의 수광 소자의 복수 화소의 단면도.
도 11은 도 1의 수광 소자의 복수 화소의 단면도.
도 12는 다층 배선층 내의 금속막의 평면도.
도 13은 본 기술을 적용한 화소의 제1 실시의 형태의 화소 구조를 도시하는 단면도.
도 14는 제1 실시의 형태의 화소 구조의 효과를 설명하는 도면.
도 15는 본 기술을 적용한 화소의 제2 실시의 형태의 화소 구조를 도시하는 단면도.
도 16은 본 기술을 적용한 화소의 제3 실시의 형태의 화소 구조를 도시하는 단면도.
도 17은 본 기술을 적용한 화소의 제4 실시의 형태의 화소 구조를 도시하는 단면도.
도 18은 제4 실시의 형태의 변형례를 도시하는 단면도.
도 19는 본 기술을 적용한 화소의 제5 실시의 형태의 화소 구조를 도시하는 단면도.
도 20은 제5 실시의 형태의 화소 구조의 효과를 설명하는 도면.
도 21은 본 기술을 적용한 화소의 제6 실시의 형태의 화소 구조를 도시하는 단면도.
도 22는 제6 실시의 형태의 화소 구조의 효과를 설명하는 도면.
도 23은 본 기술을 적용한 화소의 제7 실시의 형태의 화소 구조를 도시하는 단면도.
도 24는 제7 실시의 형태의 화소 구조의 효과를 설명하는 도면.
도 25는 본 기술을 적용한 화소의 제8 실시의 형태의 화소 구조를 도시하는 단면도.
도 26은 본 기술을 적용한 화소의 제9 실시의 형태의 화소 구조를 도시하는 단면도.
도 27은 제9 실시의 형태의 변형례를 도시하는 단면도.
도 28은 거리측정 모듈의 구성례를 도시하는 블록도.
도 29는 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 30은 카메라 헤드 및 CCU의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 31은 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 32는 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 한 예를 도시하는 설명도.
이하, 본 기술을 실시하기 위한 형태(이하, 실시의 형태라고 한다)에 관해 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 수광 소자의 기본 구성례
2.기본 화소 구조의 개선의 필요성
3. 화소의 제1 실시의 형태
4. 화소의 제2 실시의 형태
5. 화소의 제3 실시의 형태
6. 화소의 제4 실시의 형태
7. 화소의 제5 실시의 형태
8. 화소의 제6 실시의 형태
9. 화소의 제7 실시의 형태
10. 화소의 제8 실시의 형태
11.화소의 제9 실시의 형태
12.정리
13. 거리측정 모듈의 구성례
14. 내시경 수술 시스템에의 응용례
15. 이동체에의 응용례
<1. 수광 소자의 기본 구성례>
본 기술은, 이면 조사형의 CAPD 센서로서 기능하는 수광 소자에 관한 것이지만, 처음에, 본 기술을 적용한 수광 소자의 전제가 되는, 수광 소자의 기본 구조에 관해 설명한다.
<블록도>
도 1은, 수광 소자의 구성례를 도시하는 블록도이다.
도 1에 도시하는 수광 소자(1)는, 이면 조사형의 CAPD 센서로서 기능하는 소자이고, 예를 들면 간접 ToF 방식에 의해 거리측정을 행하는 거리측정 시스템의 일부에 사용된다. 거리측정 시스템은, 예를 들면, 차량에 탑재되어, 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.
수광 소자(1)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) 등으로 구성되어 있다.
수광 소자(1)에는, 또한 신호 처리부(26) 및 데이터 격납부(27)도 마련되어 있다. 또한, 신호 처리부(26) 및 데이터 격납부(27)는, 수광 소자(1)와 같은 기판상에 탑재하여도 좋고, 수광 소자(1)와는 다른 촬상 장치 내의 기판상에 배치하여도 좋다.
화소 어레이부(21)는, 수광한 광량에 응한 전하를 생성하고, 그 전하에 응한 신호를 출력하는 화소가 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 전송한다. 또한, 도 1에서는, 화소 구동선(28)에 관해 1개의 배선으로서 나타내고 있지만, 1개로 한정되는 것이 아니다. 화소 구동선(28)의 일단은, 수직 구동부(22)의 각 행에 대응하는 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 수광 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 처리에 있어서, 그 처리에 필요한 데이터를 일시적으로 격납한다.
수광 소자(1)는, 이상과 같이 구성할 수 있다.
<화소의 단면 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 단면도를 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 P형의 반도체층으로 이루어지는 반도체 기판(61)과, 그 반도체 기판(61)상에 형성된 온 칩 렌즈(62)를 갖고 있다.
반도체 기판(61)은, 도면 중, 종방향의 두께, 즉 반도체 기판(61)의 면과 수직한 방향의 두께가, 예를 들면 20㎛ 이하가 되도록 구성되어 있다. 또한, 반도체 기판(61)의 두께는 20㎛ 이상이라도 물론 좋고, 그 두께는 수광 소자(1)가 목표로 하는 특성 등에 응하여 정하여지면 좋다.
또한, 반도체 기판(61)은, 예를 들면 1E+13 오더 이하의 기판 농도가 된 고저항의 P-Epi 기판 등으로 되고, 반도체 기판(61)의 저항(저항률)은 예를 들면 500[Ω㎝]이상이 되도록 구성되어 있다.
여기서, 반도체 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.
반도체 기판(61)의 도면 중, 상측의 표면, 즉 반도체 기판(61)에서의 외부로부터의 광이 입사하는 측의 면(이하, 광입사면이라고도 칭한다)상에는, 외부로부터 입사한 광을 집광하여 반도체 기판(61) 내에 입사시키는 온 칩 렌즈(62)가 형성되어 있다.
또한, 반도체 기판(61)의 광입사면상에서의 화소(51)의 경계 부분에는, 인접하는 화소 사이에서의 혼색을 방지하기 위한 화소사이 차광막(63)이 형성되어 있다. 화소사이 차광막(63)은, 화소(51)에 입사한 광이, 인접하여 마련된 다른 화소(51)에 입사되는 것을 방지한다.
반도체 기판(61) 내에서의 광입사면과는 반대의 면측, 즉 도면 중, 하측의 면의 내측의 부분에는, Tap(탭)이라고 불리는 신호 취출부(65-1) 및 신호 취출부(65-2)가 형성되어 있다.
신호 취출부(65-1)는, N형 반도체 영역인 N+반도체 영역(71-1) 및 그것보다도 도너 불순물의 농도가 낮은 N-반도체 영역(72-1)과, P형 반도체 영역인 P+반도체 영역(73-1) 및 그것보다도 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.
N-반도체 영역(72-1)은, N+반도체 영역(71-1)의 상측에, N+반도체 영역(71-1)을 덮도록(둘러싸도록) 형성되어 있다. 마찬가지로, P-반도체 영역(74-1)은, P+반도체 영역(73-1)의 상측에, 그 P+반도체 영역(73-1)을 덮도록(둘러싸도록) 형성되어 있다.
평면시에 있어서, N+반도체 영역(71-1)은, 도 3을 참조하여 후술하는 바와 같이, P+반도체 영역(73-1)을 중심으로 하여, P+반도체 영역(73-1)의 주위를 둘러싸도록 형성되어 있다. N+반도체 영역(71-1)의 상측에 형성되어 있는 N-반도체 영역(72-1)도 마찬가지로, P-반도체 영역(74-1)을 중심으로 하여, P-반도체 영역(74-1)의 주위를 둘러싸도록 형성되어 있다.
마찬가지로, 신호 취출부(65-2)는, N형 반도체 영역인 N+반도체 영역(71-2) 및 그것보다도 도너 불순물의 농도가 낮은 N-반도체 영역(72-2)과, P형 반도체 영역인 P+반도체 영역(73-2) 및 그것보다도 억셉터 불순물 농도가 낮은 P-반도체 영역(74-2)을 갖고 있다.
N-반도체 영역(72-2)은, N+반도체 영역(71-2)의 상측에, N+반도체 영역(71-2)을 덮도록(둘러싸도록) 형성되어 있다. 마찬가지로, P-반도체 영역(74-2)은, P+반도체 영역(73-2)의 상측에, 그 P+반도체 영역(73-2)을 덮도록(둘러싸도록) 형성되어 있다.
평면시에서는, N+반도체 영역(71-2)은, 도 3을 참조하여 후술하는 바와 같이, P+반도체 영역(73-2)을 중심으로 하여, P+반도체 영역(73-2)의 주위를 둘러싸도록 형성되어 있다. N+반도체 영역(71-2)의 상측에 형성되어 있는 N-반도체 영역(72-2)도 마찬가지로, P-반도체 영역(74-2)을 중심으로 하여, P-반도체 영역(74-2)의 주위를 둘러싸도록 형성되어 있다.
이하, 신호 취출부(65-1) 및 신호 취출부(65-2)를 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 신호 취출부(65)라고도 칭한다.
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 칭한다.
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 칭한다.
반도체 기판(61)의 광입사면측의 계면에는, 정의 고정 전하를 갖는 막을 적층하여 광입사면 전체를 덮는 P+반도체 영역(75)이 형성되어 있다.
한편, 온 칩 렌즈(62)가 화소마다 형성되어 있는 반도체 기판(61)의 광입사면측과는 반대측에는, 다층 배선층(91)이 형성되어 있다. 환언하면, 온 칩 렌즈(62)와 다층 배선층(91) 사이에, 반도체층인 반도체 기판(61)이 배치되어 있다. 다층 배선층(91)은, 5층의 금속막(M1 내지 M5)과, 그 사이의 층간 절연막(92)으로 구성된다. 또한, 도 2에서는, 다층 배선층(91)의 5층의 금속막(M1 내지 M5) 중, 가장 외측의 금속막(M5)이 보이지 않는 장소에 있기 때문에 도시되어 있지 않지만, 후술하는 도 11에서 도시되어 있다.
다층 배선층(91)의 5층의 금속막(M1 내지 M5) 중, 가장 반도체 기판(61)에 가까운 금속막(M1)에는, P+반도체 영역(73-1 또는 73-2)에 소정의 전압을 인가하기 위한 전압 인가 배선(93), 및, 입사광을 반사하는 부재인 반사부재(94)가 포함된다.
따라서 도 1의 수광 소자(1)는, 반도체 기판(61)의 광입사면이, 다층 배선층(91) 측과 반대측의, 이른바 이면이 되어 있고, 이면 조사형의 CAPD 센서이다.
반도체 기판(61)에 마련된 N+반도체 영역(71)은, 외부로부터 화소(51)에 입사하여 온 광의 광량, 즉 반도체 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 반도체 기판(61)에 주입하기 위한, 즉 반도체 기판(61)에 직접 전압을 인가하여 반도체 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.
도 3은, 화소(51)에서의 신호 취출부(65)의 평면 형상의 예를 도시하는 평면도이다.
평면시에 있어서, 신호 취출부(65)는, 중심에 배치된 전압 인가부로서의 P+반도체 영역(73)과, 그 주위를 둘러싸도록 배치된, 전하 검출부로서의 N+반도체 영역(71)을 갖는다. 또한, 도 3에서는, N+반도체 영역(71) 및 P+반도체 영역(73)의 외형 형상이, 8각형상의 예를 도시하고 있지만, 정방형상, 직사각형상, 원형상 등, 그 밖의 평면 형상이라도 좋다.
또한, 화소(51) 내에서, 신호 취출부(65-1 및 65-2)는, 화소 중심부에 대해 대칭의 위치에 배치되어 있다.
도 3에 도시되어 있는 A-A'선은, 도 2 및 후술하는 도 10의 단면선(斷面線)을 나타내고, B-B'선은, 후술하는 도 11의 단면선을 나타내고 있다.
<화소의 등가 회로 구성례>
도 4는, 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(101A), FD(102A), 부가 용량(103A), 전환 트랜지스터(104A), 리셋 트랜지스터(105A), 증폭 트랜지스터(106A), 및, 선택 트랜지스터(107A)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(101B), FD(102B), 부가 용량(103B), 전환 트랜지스터(104B), 리셋 트랜지스터(105B), 증폭 트랜지스터(106B), 및, 선택 트랜지스터(107B)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. 예를 들면, 전압(MIX0 및 MIX1)의 일방이 1.5V로, 타방이 0V이다. P+반도체 영역(73-1 및 73-2)는, 제1의 전압 또는 제2의 전압이 인가되는 전압 인가부이다.
N+반도체 영역(71-1 및 71-2)은, 반도체 기판(61)에 입사된 광이 광전변환되어 생성된 전하를 검출하여, 축적하는 전하 검출부이다.
전송 트랜지스터(101A)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(102A)에 전송한다. 전송 트랜지스터(101B)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(102B)에 전송한다.
FD(102A)는, N+반도체 영역(71-1)으로부터 공급된 전하를 일시 유지한다. FD(102B)는, N+반도체 영역(71-2)으로부터 공급된 전하를 일시 유지한다.
전환 트랜지스터(104A)는, 게이트 전극에 공급되는 구동 신호(FDG)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, 부가 용량(103A)을, FD(102A)에 접속시킨다. 전환 트랜지스터(104B)는, 게이트 전극에 공급되는 구동 신호(FDG)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, 부가 용량(103B)을, FD(102B)에 접속시킨다.
수직 구동부(22)는, 예를 들면, 입사광의 광량이 많은 고조도일 때, 전환 트랜지스터(104A 및 104B)를 액티브 상태로 하여, FD(102A)와 부가 용량(103A)을 접속함과 함께, FD(102B)와 부가 용량(103B)을 접속한다. 이에 의해, 고조도시에, 보다 많은 전하를 축적할 수 있다.
한편, 입사광의 광량이 적은 저조도일 때에는, 수직 구동부(22)는, 전환 트랜지스터(104A 및 104B)를 비액티브 상태로 하여, 부가 용량(103A 및 103B)을, 각각, FD(102A 및 102B0로부터 분리한다.
리셋 트랜지스터(105A)는, 게이트 전극에 공급되는 구동 신호(RST)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, FD(102A)의 전위를 소정의 레벨(리셋 전압(VDD))에 리셋한다. 리셋 트랜지스터(105B)는, 게이트 전극에 공급되는 구동 신호(RST)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, FD(102B)의 전위를 소정의 레벨(리셋 전압(VDD))로 리셋한다. 또한, 리셋 트랜지스터(105A 및 105B)가 액티브 상태가 될 때, 전송 트랜지스터(101A 및 101B)도 동시에 액티브 상태가 된다.
증폭 트랜지스터(106A)는, 소스 전극이 선택 트랜지스터(107A)를 통하여 수직 신호선(29A)에 접속됨에 의해, 수직 신호선(29A)의 일단에 접속되어 있는 정전류원 회로부(108A)의 부하(MOS)와 소스 팔로워 회로를 구성한다. 증폭 트랜지스터(106B)는, 소스 전극이 선택 트랜지스터(107B)를 통하여 수직 신호선(29B)에 접속됨에 의해, 수직 신호선(29B)의 일단에 접속되어 있는 정전류원 회로부(108B)의 부하(MOS)와 소스 팔로워 회로를 구성한다.
선택 트랜지스터(107A)는, 증폭 트랜지스터(106A)의 소스 전극과 수직 신호선(29A)사이에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(107A)는, 게이트 전극에 공급되는 선택 신호(SEL)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 되고, 증폭 트랜지스터(106A)로부터 출력되는 화소 신호를 수직 신호선(29A)에 출력한다.
선택 트랜지스터(107B)는, 증폭 트랜지스터(106B)의 소스 전극과 수직 신호선(29B)사이에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(107B)는, 게이트 전극에 공급되는 선택 신호(SEL)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 되고, 증폭 트랜지스터(106B)로부터 출력되는 화소 신호를 수직 신호선(29B)에 출력한다.
화소(51)의 전송 트랜지스터(101A 및 101B), 리셋 트랜지스터(105A 및 105B), 증폭 트랜지스터(106A 및 106B), 및, 선택 트랜지스터(107A 및 107B)는, 예를 들면, 수직 구동부(22)에 의해 제어된다.
도 4의 등가 회로에서, 부가 용량(103A 및 103B)과, 그 접속을 제어하는 전환 트랜지스터(104A 및 104B)는 생략하여도 좋지만, 부가 용량(103)을 마련하고, 입사광량에 응하여 분간하여 사용함에 의해, 고다이내믹 레인지를 확보할 수 있다.
<화소의 전하 검출 동작>
도 2를 재차 참조하여, 화소(51)의 검출 동작에 관해 설명한다.
예를 들면 간접 ToF 방식에 의해 대상물까지의 거리를 측정하려고 하는 경우, 수광 소자(1)가 마련된 촬상 장치로부터 대상물을 향하여 적외광이 사출된다. 그리고, 그 적외광이 대상물에서 반사되어 반사광으로서 촬상 장치로 되돌아오면, 수광 소자(1)는 입사하여 온 반사광(적외광)을 수광하여 광전변환한다.
이때, 수직 구동부(22)는, 화소(51)를 구동시키고, 광전변환에 의해 얻어진 전하를, 일방의 전하 검출부(제1의 전하 검출부)인 N+반도체 영역(71-1)과 접속된 FD(102A)와, 타방의 전하 검출부(제2의 전하 검출부)인 N+반도체 영역(71-2)과 접속된 FD(102B)에 배분한다.
보다 구체적으로는, 어느 타이밍에서, 수직 구동부(22)는, 전압 인가 배선(93) 등을 통하여 2개의 P+반도체 영역(73)에 소정의 전압을 인가한다. 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, 반도체 기판(61)에서의 2개의 P+반도체 영역(73)의 사이에 전계가 발생하고, P+반도체 영역(73-1)부터 P+반도체 영역(73-2)으로 전류가 흐른다. 이 경우, 반도체 기판(61) 내의 정공(홀)은 P+반도체 영역(73-2)의 방향으로 이동하고, 전자는 P+반도체 영역(73-1)의 방향으로 이동한다.
따라서 이와 같은 상태에서 온 칩 렌즈(62)를 통하여 외부로부터의 적외광(반사광)이 반도체 기판(61) 내에 입사하고, 그 적외광이 반도체 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 사용된다.
이에 의해, N+반도체 영역(71-1)에는, N+반도체 영역(71-1) 내로 이동하여 온 전자에 응한 전하가 검출되고, FD(102A)에 축적된다. 전환 트랜지스터(104A)가 액티브 상태인 경우에는, 부가 용량(103A)에도 축적된다. 이 전하에 응한 신호가, 화소(51)가 선택된 경우에, 수직 신호선(29A) 등을 통하여 칼럼 처리부(23)에 출력된다.
그리고, 판독된 신호에 대해, 칼럼 처리부(23)에서 AD 변환 처리 등의 처리가 시행되고, 그 결과 얻어진 화소 신호가 신호 처리부(26)로 공급된다. 이 화소 신호는, N+반도체 영역(71-1)에 의해 검출된 전하의 양을 나타내는 신호, 환언하면, 화소(51)에서 수광된 적외광의 광량을 나타내는 신호이다.
또한, 이때 N+반도체 영역(71-1)에서의 경우와 마찬가지로 하여 N+반도체 영역(71-2)에서 검출된 전하에 응한 화소 신호도 적절히 거리측정에 사용되도록 하여도 좋다.
또한, 다음의 타이밍에서는, 지금까지 반도체 기판(61) 내에서 생기고 있던 전계와 반대 방향의 전계가 발생하도록, 수직 구동부(22)에 의해, 2개의 P+반도체 영역(73)에 전압이 인가된다. 구체적으로는, 예를 들면, P+반도체 영역(73-1)에 0V의 전압이 인가되고, P+반도체 영역(73-2)에 1.5V의 전압이 인가된다.
이에 의해, 반도체 기판(61)에서의 2개의 P+반도체 영역(73)의 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 반도체 기판(61) 내에 입사하고, 그 적외광이 반도체 기판(61) 내에서 광전변환되어 전자와 정공의 페어로 변환되면, 얻어진 전자는 P+반도체 영역(73) 사이의 전계에 의해 P+반도체 영역(73-2)의 방향으로 유도되고, 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 검출되고, FD(102B)에 축적된다. 전환 트랜지스터(104B)가 액티브 상태인 경우에는, 부가 용량(103B)에도 축적된다. 이 전하에 응한 신호가, 화소(51)가 선택된 경우에, 수직 신호선(29B) 등을 통하여 칼럼 처리부(23)에 출력된다.
그리고, 판독된 신호에 대해, 칼럼 처리부(23)에서 AD 변환 처리 등의 처리가 시행되고, 그 결과 얻어진 화소 신호가 신호 처리부(26)로 공급된다. 이 화소 신호는, N+반도체 영역(71-2)에 의해 검출된 전하의 양을 나타내는 신호, 환언하면, 화소(51)에서 수광된 적외광의 광량을 나타내는 신호이다.
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, 동일한 화소(51)에서의 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 배분하여, 그들의 신호 캐리어에 응한 신호에 의거하여 거리 정보를 산출하는 방법은, 간접 ToF 방식이라고 불리고 있다.
여기서, 광전변환에서 얻어진 전하(전자)에 응한 신호의 판독이 행하여지는 쪽의 신호 취출부(65), 즉 광전변환에서 얻어진 전하가 검출되어야 할 신호 취출부(65)를 액티브 탭(active tap)이라고도 칭한다.
역으로, 기본적으로는 광전변환에서 얻어진 전하에 응한 신호의 판독이 행하여지지 않는 쪽의 신호 취출부(65), 즉 액티브 탭이 아닌 쪽의 신호 취출부(65)를 인액티브 탭(inactive tap)이라고도 칭한다.
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.
CAPD 센서는, 거리측정 정밀도의 지표가 되는 Cmod(Contrast between active and inactive tap)라고 불리는 값이 있다. Cmod는, 이하의 식(1)으로 계산된다. 식(1)에서, I0은, 2개의 전하 검출부(P+반도체 영역(73))의 일방에서 검출된 신호이고, I1은, 타방에서 검출된 신호이다.
Cmod={|I0-I1|/(I0+I1)}x100 … (1)
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 지표이고, 전하 분리 효율을 나타내고 있다.
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 중심부분 부근에 적외광이 집광되도록 함으로써, 외부로부터 입사한 적외광이 인액티브 탭의 영역에서 광전변환되어 버리는 확률을 저감시켜, 전하 분리 효율을 향상시키고 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.
<수광 소자(1)의 효과>
이상의 수광 소자(1)에 의하면, 이하와 같은 효과를 이룰 수 있다.
즉, 우선 수광 소자(1)는 이면 조사형이기 때문에, 양자 효율(QE)×개구율(FF(Fill Factor))을 최대화할 수가 있어서, 수광 소자(1)에 의한 거리측정 특성을 향상시킬 수 있다.
예를 들면 도 5의 화살표(W11)로 도시하는 바와 같이, 통상의 표면 조사형의 이미지 센서(CIS)는, 광전변환부인 PD(111)에서의 외부로부터의 광이 입사하는 광입사면측에 배선(112)이나 배선(113)이 형성된 구조로 되어 있다.
그때문에, 예를 들면 화살표(A21)나 화살표(A22)로 도시하는 바와 같이, 어느 정도의 각도를 갖고서 PD(111)에 대해 비스듬하게 입사하여 오는 광의 일부는, 배선(112)이나 배선(113)에 차단되어 PD(111)에 입사되지 않는 일이 생긴다.
이에 대해, 이면 조사형의 이미지 센서(CIS)는, 예를 들면 화살표(W12)로 도시하는 바와 같이, 광전변환부인 PD(114)에서의 외부로부터의 광이 입사하는 광입사면과는 반대측의 면상에 배선(115)이나 배선(116)이 형성된 구조로 되어 있다.
그때문에, 표면 조사형에서의 경우와 비교하여 충분한 개구율을 확보할 수 있다. 즉, 예를 들면 화살표(A23)나 화살표(A24)로 도시하는 바와 같이, 어느 정도의 각도를 갖고서 PD(114)에 대해 비스듬하게 입사하여 오는 광은 배선에 차단되는 일 없이 PD(114)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 수광 소자(1)에서도 얻을 수 있다.
또한, 예를 들면 표면 조사형의 CAPD 센서에서는, 화살표(W13)로 도시하는 바와 같이 광전변환부인 PD(121)의 내부에서의 외부로부터의 광이 입사하는 광입사면측에 탭이라고 불리는 신호 취출부(122), 보다 상세하게는 탭의 P+반도체 영역이나 N+반도체 영역이 형성되어 있다. 또한, 표면 조사형의 CAPD 센서는, 광입사면측에 배선(123)이나, 신호 취출부(122)에 접속된 콘택트나 메탈 등의 배선(124)이 형성된 구조로 되어 있다.
그때문에, 예를 들면 화살표(A25)나 화살표(A26)로 도시하는 바와 같이, 어느 정도의 각도를 갖고서 PD(121)에 대해 비스듬하게 입사하여 오는 광의 일부가 배선(123) 등에 차단되어 PD(121)에 입사되지 않을 뿐만 아니라, 화살표(A27)로 도시하는 바와 같이 PD(121)에 대해 수직하게 입사하여 오는 광도 배선(124)에 차단되어 PD(121)에 입사되지 않는 일이 생긴다.
이에 대해, 이면 조사형의 CAPD 센서는, 예를 들면 화살표(W14)로 도시하는 바와 같이, 광전변환부인 PD(125)에서의 외부로부터의 광이 입사하는 광입사면과는 반대측의 면의 부분에 신호 취출부(126)가 형성된 구조로 되어 있다. 또한, PD(125)에서의 광입사면과는 반대측의 면상에는 배선(127)이나, 신호 취출부(126)에 접속된 콘택트나 메탈 등의 배선(128)이 형성되어 있다.
여기서, PD(125)는 도 2에 도시한 반도체 기판(61)에 대응하고, 신호 취출부(126)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 화살표(A28)나 화살표(A29)로 도시하는 바와 같이, 어느 정도의 각도를 갖고서 PD(125)에 대해 비스듬하게 입사하여 오는 광은 배선에 차단되는 일 없이 PD(125)에 입사한다. 마찬가지로, 화살표(A30)로 도시하는 바와 같이 PD(125)에 대해 수직하게 입사하여 오는 광도 배선 등에 차단되는 일 없이 PD(125)에 입사한다.
이와 같이, 이면 조사형의 CAPD 센서에서는, 어느 정도의 각도를 갖고서 입사하여 오는 광뿐만 아니라, PD(125)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 부근에 탭이 배치되어 있는 경우, 표면 조사형의 CAPD 센서에서는, 충분한 개구율을 확보할 수가 없어서 화소의 감도가 저하되어 버리지만, 이면 조사형의 CAPD 센서인 수광 소자(1)에서는 탭의 배치 위치에 의하지 않고 충분한 개구율을 확보할 수가 있어서, 화소의 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 이면 조사형의 수광 소자(1)에서는, 반도체 기판(61)에서, 외부로부터의 적외광이 입사하는 광입사면과는 반대측의 면 부근에 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 6은, 표면 조사형과 이면 조사형의 CAPD 센서의 화소 단면도를 도시하고 있다.
도 6 좌측의 표면 조사형의 CAPD 센서에서는, 도면 중, 반도체 기판(141)의 상측이, 광입사면이고, 반도체 기판(141)의 광입사면측에, 복수층의 배선을 포함하는 배선층(152), 화소사이 차광부(153), 및, 온 칩 렌즈(154)가 적층되어 있다.
도 6 우측의 이면 조사형의 CAPD 센서에서는, 도면 중, 광입사면과는 반대측이 되는 기판(142)의 하측에, 복수층의 배선을 포함하는 배선층(152)이 형성되어 있고, 광입사면측인 기판(142)의 상측에, 화소사이 차광부(153), 및, 온 칩 렌즈(154)가 적층되어 있다.
또한, 도 6에어서 그레이의 사다리꼴 형상은, 적외광이 온 칩 렌즈(154)로 집광됨에 의해, 광강도가 강한 영역을 나타내고 있다.
예를 들면, 표면 조사형의 CAPD 센서에서는, 반도체 기판(141)의 광입사면측에 인액티브 탭 및 액티브 탭이 존재하는 영역(R11)이 있다. 이 때문에, 인액티브 탭에 직접 입사하는 성분이 많아, 인액티브 탭의 영역에서 광전변환이 행하여지면, 그 광전변환에서 얻어진 신호 캐리어는 액티브 탭의 N+반도체 영역에서 검출되지 않게 된다.
표면 조사형의 CAPD 센서에서는, 반도체 기판(141)의 광입사면 부근의 영역(R11)에서는 적외광의 강도는 강하므로, 영역(R11) 내에서 적외광의 광전변환이 행하여지는 확률이 높아진다. 즉, 인액티브 탭 부근에 입사한 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 광입사면부터 먼 위치, 즉 광입사면측과는 반대측의 면 부근의 위치에, 인액티브 탭 및 액티브 탭이 존재하는 영역(R12)이 있다. 이 기판(142)은, 도 2에 도시한 반도체 기판(61)에 대응한다.
이 예에서는, 기판(142)의 광입사면측과는 반대측의 면의 부분에 영역(R12)이 있고, 영역(R12)은 광입사면에서 먼 위치에 있기 때문에, 그 영역(R12) 부근에서는, 입사한 적외광의 강도는 비교적 약하게 되어 있다.
기판(142)의 중심 부근이나 입사면 부근 등의 적외광의 강도가 강한 영역에서 광전변환에 의해 얻어진 신호 캐리어는, 기판(142) 내에서 발생한 전계에 의해 액티브 탭으로 유도되어, 액티브 탭의 N+반도체 영역에서 검출된다.
한편, 인액티브 탭을 포함하는 영역(R12) 부근에서는, 입사한 적외광의 강도는 비교적 약하기 때문에, 영역(R12) 내에서 적외광의 광전변환이 행하여지는 확률은 낮아진다. 즉, 인액티브 탭 부근에 입사한 적외광의 광량은 적기 때문에, 인액티브 탭 부근에서의 광전변환에 의해 발생하고, 인액티브 탭의 N+반도체 영역으로 이동해 버리는 신호 캐리어(전자)의 수는 적어져서, 전하 분리 효율을 향상시킬 수 있다. 결과로서 거리측정 특성을 개선할 수 있다.
또한, 이면 조사형의 수광 소자(1)에서는, 반도체 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 7의 화살표(W31)로 도시하는 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 광입사면과는 반대측의 면 부근의 영역, 예를 들면 도 7의 영역(R21)의 부분에서 포텐셜의 경사가 완만하게 되어, 실질적으로 기판(171)과 수직한 방향의 전계가 약해져 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 7에서는, 기판(171) 내의 화살표는, 기판(171)에서의 기판(171)과 수직한 방향의 전계를 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 8은, 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 인액티브의 전환을 고속으로 행할 때에, 영역(R21) 등의 액티브 탭부터 먼 위치에서 발생한 전자를 완전히 액티브 탭의 N+반도체 영역에 모두 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 수가 없게 되어 버리는 일이 생기고, 전자의 취출 효율이 저하된다.
이에 대해 이면 조사형의 CAPD 센서에서는, 충분한 개구율을 확보할 수가 있기 때문에, 예를 들면 도 7의 화살표(W32)로 도시하는 바와 같이 기판(172)을 얇게 하여도 충분한 양자 효율×개구율을 확보할 수 있다. 여기서, 기판(172)은 도 2의 반도체 기판(61)에 대응하고, 기판(172) 내의 화살표는, 기판(172)과 수직한 방향의 전계를 나타내고 있다.
도 9는, 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)만이 사용되고, 신호 캐리어의 이동 속도가 느린 확산 전류 영역의 전자는 사용되지 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 얇아지면, 신호 캐리어의 액티브 탭 내의 N+반도체 영역까지의 이동 거리도 짧아진다.
이러하기 때문에, 이면 조사형의 CAPD 센서에서는, 구동 주파수가 높은 때라도 기판(172) 내의 각 영역에서 발생한 신호 캐리어(전자)를 액티브 탭의 N+반도체 영역에 충분히 인입할 수가 있어서, 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 반도체 기판(61)에 대해 직접, 전압을 인가할 수 있기 때문에, 탭의 액티브 및 인액티브의 전환의 응답 속도가 빨리, 높은 구동 주파수로 구동시킬 수 있다. 또한, 반도체 기판(61)에 대해 직접, 전압을 인가할 수 있기 때문에, 반도체 기판(61) 내의 변조 가능한 영역이 넓게 된다.
또한, 이면 조사형의 수광 소자(1)(CAPD 센서)에서는, 충분한 개구율을 얻을 수 있기 때문에, 그 만큼 화소를 미세화할 수가 있어서, 화소의 미세화 내성을 향상시킬 수 있다.
그 밖에, 수광 소자(1)에서는 이면 조사형으로 함으로써 BEOL(Back End Of Line) 용량 설계의 자유화가 가능해지고, 이에 의해 포화 신호량(Qs)의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.
<복수 화소의 단면도>
도 10 및 도 11은, 상술한 화소(51)가 복수(3개) 나열한 상태의 단면도를 도시하고 있다.
도 10은, 도 2의 단면도와 같은 단면 방향이고, 도 3의 A-A'선에 대응하는 단면도를 도시하고, 도 11은, 도 3의 B-B'선에 대응하는 단면도를 도시하고 있다.
도 10은, 도 2의 단면도와 마찬가지이기 때문에, 설명은 생략한다.
도 11에 관해서는, 도 10과 다른 부분에 관해 설명한다.
도 11에서, 다층 배선층(91)의 반도체 기판(61)과의 계면 부분의 화소 경계 영역에는, 화소 트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다. 화소 트랜지스터(Tr)는, 도 4에서 도시한 전송 트랜지스터(101), 전환 트랜지스터(104), 리셋 트랜지스터(105), 증폭 트랜지스터(106), 또는, 선택 트랜지스터(107)의 어느 하나이다.
또한, 금속막(M1)에는, 전압 인가부로서의 P+반도체 영역(73)에 소정의 전압을 인가하기 위한 전압 인가 배선(93)외, 전하 검출부인 N+반도체 영역(71)의 일부와 접속된 신호 취출 배선(95)이 형성되어 있다. 신호 취출 배선(95)은, N+반도체 영역(71)에서 검출된 전하를 FD(102)에 전송한다.
금속막(M1)의 전압 인가 배선(93)은, 도 11에 도시되는 바와 같이, 비아를 통하여 금속막(M4)의 배선(96-1 또는 96-2)의 어느 하나와 전기적으로 접속되어 있다. 금속막(M4)의 배선(96-1)은, 금속막(M5)의 배선(97-1)과, 소정의 개소(도 11에서는 부도시의 개소)에서 비아를 통하여 접속되고, 금속막(M4)의 배선(96-2)은, 금속막(M5)의 배선(97-2)과, 소정의 개소에서 비아를 통하여 접속되어 있다.
도 12의 A는, 금속막(M4)의 평면도를 도시하고, 도 12의 B는, 금속막(M5)의 평면도를 도시하고 있다.
도 12의 A 및 B에서는, 화소(51)의 영역과, 도 3에 도시한 8각형상을 갖는 신호 취출부(65-1 및 65-2)의 영역이, 파선으로 도시되어 있다. 도 12의 A 및 B에 있어서, 도면의 종방향이, 화소 어레이부(21)의 수직 방향이고, 도면의 횡방향이, 화소 어레이부(21)의 수평 방향이다.
신호 취출부(65-1)의 전압 인가부인 P+반도체 영역(73)은, 비아를 통하여 금속막(M4)의 배선(96-1)에 접속되고, 배선(96-1)은, 금속막(M5)의 배선(97-1)과 배선 영역이 겹쳐지는 소정의 영역에서 비아 등을 통하여 접속되어 있다.
마찬가지로, 신호 취출부(65-2)의 전압 인가부인 P+반도체 영역(73)은, 비아를 통하여 금속막(M4)의 배선(96-2)에 접속되고, 배선(96-2)은, 금속막(M5)의 배선(97-2)과 배선 영역이 겹쳐지는 소정의 영역에서 비아 등을 통하여 접속되어 있다.
화소 어레이부(21)의 주변의 주변 회로부의 구동부에서의 소정의 전압(전압(MIX0 또는 MIX1))이, 금속막(M5)의 배선(97-1 및 97-2)을 전송하여, 금속막(M4)의 배선(96-1 및 96-2)에 공급된다. 그리고, 금속막(M4)의 배선(96-1 및 96-2)으로부터, 금속막(M3 및 M2)을 통하여 금속막(M1)의 전압 인가 배선(93)에 공급되어, 전압 인가부인 P+반도체 영역(73)에 공급된다.
<2.기본 화소 구조의 개선의 필요성>
이상, 본 기술이 적용된 수광 소자의 기본 구조에 관해 설명하였다. 이하, 상술한 기본 구조를 갖는 수광 소자에 대해, 본 기술을 적용한 수광 소자의 구성에 관해 설명한다.
본 기술을 적용한 수광 소자는, 상술한 수광 소자(1)의 기본 구조에 대해, 화소(51)의 다층 배선층(91)의 구조의 일부를 개량한 수광 소자가 된다. 이하에서는, 수광 소자(1)의 화소(51)에 본 기술을 적용하여 개량한 화소 구조를 화소(201)로서 설명한다. 또한, 도 2의 화소(51)와 대응하는 부분에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명은 적절히 생략한다.
상술한 수광 소자(1)의 화소(51)의 구조에서는, 도 2 등을 참조하여 설명한 바와 같이, 다층 배선층(91) 내의 가장 반도체 기판(61)에 가까운 금속막(M1)에, 입사광을 반사하는 부재인 반사부재(94)를 마련함에 의해, 광전변환 영역인 반도체 기판(61)을 통과하여 버린 광을, 반도체 기판(61)측으로 반사시킴으로써, 광전변환에 기여하는 광의 효율을 늘리는 구조가 채용되어 있다.
화소(51)의 구조에서는, 반사부재(94)를 이용한 반사 구조의 추가에 의해, 전하 검출부 부근의 광전변환 효율도 올라가고, 전압 스위칭에 추종하지 않는 전하가 증가하여 버린 경우, CAPD 센서의 신호 콘트라스트를 나타내는 Cmod가 저하되어, 개선 효과가 저감되어 버릴 가능성이 있다.
그래서, 이하에서는, 수광 소자(1)의 기본 구조의 특징을 구비하면서, 전하 검출부 근방에서, 전압 스위칭에 추종하지 않는 채로, 전하 검출부에서 검출되어 버리는 전하를 억제함에 의해, 거리측정 정밀도를 향상시키는 화소 구조를 제안한다.
<3. 화소의 제1 실시의 형태>
도 13은, 본 기술을 적용한 화소의 제1 실시의 형태의 화소 구조를 도시하는 단면도이다.
도 13은, 도 2에 도시한 화소(51)와 같은 단면 방향의 단면도를 도시하고 있다. 이하, 설명하는 도 14 내지 도 27에 대해서도 마찬가지이다.
도 13의 제1 실시의 형태에 관한 화소(201)는, 도 2의 화소(51)와 비교하면, 다층 배선층(91)이 형성되어 있는 반도체 기판(61)의 표면측 계면과, 금속막(M1)의 배선층 사이에, 폴리실리콘에 의한 반사 억제막(211)이 새롭게 형성되어 있는 점이 다르다. 보다 상세하게는, 반사 억제막(211)은, 도 13에서 전하 검출부인 N+반도체 영역(71)의 하측, 환언하면, N+반도체 영역(71)과 금속막(M1)의 배선층 사이에 형성되어 있고, 반사 억제막(211)이 형성되어 있는 평면 영역은, 예를 들면, 전하 검출부인 N+반도체 영역(71)과 마찬가지로, 8각형 형상으로 되어 있다.
폴리실리콘에 의한 반사 억제막(211)은, 도 11에 도시한 화소 트랜지스터(Tr), 즉, 화소 경계 영역에 형성된 화소 트랜지스터(Tr)의 게이트 전극과 같은 공정으로 형성할 수 있다.
광은 깊게 침입할수록 감쇠하기 때문에, 반사광도 표면측에서 반사된 광의 쪽이, 강도가 높게 된다. 이와 같이, 반도체 기판(61)의 표면측 계면과 금속막(M1) 사이에, 폴리실리콘에 의한 반사 억제막(211)을 형성함에 의해, 도 14에 도시되는 바와 같이, 반도체 기판(61)을 통과하여 버린 광이 반도체 기판(61)측으로 반사되는 것을 반사 억제막(211)이 억제할 수 있기 때문에, 입사광이 반사부재(94)에서 반사하여 전하 검출부에 직접 받아들여지는 전하(전자)를 저감할 수 있다. 그 결과, 전하 검출부 근방에서, 전압 스위칭에 추종하지 않는 채로, 전하 검출부에서 검출되어 버리는 전하를 억제할 수가 있어서, 거리측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
<4. 화소의 제2 실시의 형태>
도 15는, 본 기술을 적용한 화소의 제2 실시의 형태의 화소 구조를 도시하는 단면도이다.
도 15의 제2 실시의 형태에 관한 화소(201)는, 도 2의 화소(51)와 비교하면, 다층 배선층(91)이 형성되어 있는 반도체 기판(61)의 표면측 계면과, 금속막(M1)의 배선층 사이에, 폴리실리콘 이외의 재료를 사용한 반사 억제막(212)이 새롭게 형성되어 있는 점이 다르다. 반사 억제막(212)의 재료는, 층간 절연막(92)인 SiO2 보다도 광의 반사율이 낮은 막이면 좋고, 예를 들면, SiN, SiCN 등의 질화막이 된다. 반사 억제막(212)은, 제1 실시의 형태의 반사 억제막(211)과 마찬가지로, 도 15에서 전하 검출부인 N+반도체 영역(71)의 하측, 환언하면, 전하 검출부인 N+반도체 영역(71)과, 금속막(M1)의 배선층 사이에 형성되어 있고, 반사 억제막(212)이 형성되어 있는 평면 영역은, 예를 들면, 전하 검출부인 N+반도체 영역(71)과 마찬가지로, 8각형 형상이 된다.
이와 같이, 반도체 기판(61)의 표면측 계면과 금속막(M1) 사이에, 폴리실리콘 이외의 재료를 사용한 반사 억제막(212)을 형성함에 의해, 제1 실시의 형태의 반사 억제막(211)과 마찬가지로, 반도체 기판(61)을 통과하여 버린 광이 반도체 기판(61)측으로 반사되는 것을 반사 억제막(212)이 억제할 수 있기 때문에, 입사광이 반사부재(94)에서 반사하고 전하 검출부에 직접 받아들여지는 전하(전자)를 저감할 수 있다. 그 결과, 전하 검출부 근방에서, 전압 스위칭에 추종하지 않는 채로, 전하 검출부에서 검출되어 버리는 전하를 억제할 수가 있어서, 거리측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
<5. 화소의 제3 실시의 형태>
도 16은, 본 기술을 적용한 화소의 제3 실시의 형태의 화소 구조를 도시하는 단면도이다.
도 16의 제3 실시의 형태에 관한 화소(201)는, 도 2의 화소(51)와 비교하면, 다층 배선층(91)의 금속막(M1)의 배선층의 반사부재(94)가, 반사부재(213)로 대치되어 있는 점이 다르다.
도 2의 화소(51)의 반사부재(94)는, 전하 검출부인 N+반도체 영역(71)의 하측의 영역에도 형성되어 있지만, 도 16의 반사부재(213)는, N+반도체 영역(71)의 하측의 영역에는 형성되지 않은 점이, 반사부재(94)와 다르다.
이와 같이, 다층 배선층(91)의 금속막(M1)에 형성되는 반사부재(213)를, N+반도체 영역(71)의 하측의 영역에는 배치하지 않도록 함에 의해, 반도체 기판(61)을 통과하여 버린 광이 반도체 기판(61)측으로 반사되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 입사광이 반사부재(213)에서 반사하여 전하 검출부에 직접 받아들여지는 전하(전자)를 저감할 수 있다. 그 결과, 전하 검출부 근방에서, 전압 스위칭에 추종하지 않는 채로, 전하 검출부에서 검출되어 버리는 전하를 억제할 수가 있어서, 거리측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
<6. 화소의 제4 실시의 형태>
도 17은, 본 기술을 적용한 화소의 제4 실시의 형태의 화소 구조를 도시하는 단면도이다.
도 17의 제4 실시의 형태에 관한 화소(201)는, 도 13 내지 도 16에 도시한 제1 실시의 형태 내지 제3 실시의 형태에 관한 구성을 전부 구비한 구조를 갖는다. 즉, 화소(201)는, 도 13에 도시한 반사 억제막(211), 도 15에 도시한 반사 억제막(212), 도 16에 도시한 반사부재(213)를 구비하고, 그 밖의 구조는, 도 2의 화소(51)와 마찬가지이다.
이와 같이, 제1 실시의 형태 내지 제3 실시의 형태에 관한 반사 억제막(211), 반사 억제막(212), 및, 반사부재(213)를 구비함에 의해, 반도체 기판(61)을 통과하여 버린 광이 반도체 기판(61)측으로 반사되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 반도체 기판(61)을 통과한 광에 대응하는 전하가 전하 검출부에 직접 받아들여지는 것을 더욱 저감할 수 있다. 그 결과, 전하 검출부 근방에서, 전압 스위칭에 추종하지 않는 채로, 전하 검출부에서 검출되어 버리는 전하를 억제할 수가 있어서, 거리측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
(제4 실시의 형태의 변형례)
또한, 도 17의 화소 구조에서는, 반사 억제막(212)과 금속막(M1)의 반사부재(213)의 종방향(기판 깊이 방향)의 위치가, 다른 위치로 되어 있다.
그렇지만, 도 18에 도시되는 바와 같이, 반사 억제막(212)과 금속막(M1)의 반사부재(213)의 종방향의 위치를 같은 위치로 하여도 좋다.
또는 또한, 도 17의 화소 구조와 같이, 반사 억제막(211), 반사 억제막(212), 및, 반사부재(213)를 다른층 위치에 배치하고, 또한, 반사 억제막(212)과 같은 층의 반사부재(213)의 상방에, 광을 반사시키는 반사부재를 별도로 마련하여도 좋다.
<7. 화소의 제5 실시의 형태>
도 19는, 본 기술을 적용한 화소의 제5 실시의 형태의 화소 구조를 도시하는 단면도이다.
도 19의 제5 실시의 형태에 관한 화소(201)는, 도 13에 도시한 제1 실시의 형태에 관한 구성에 대해, 매입 절연막(STI)(231)을 더욱 추가한 구조를 갖는다.
즉, 도 19의 화소(201)에서는, N+반도체 영역(71)과 P+반도체 영역(73) 사이, 및, N+반도체 영역(71)의 주위에, 매입 절연막(231)이 형성되어 있다. 매입 절연막(231)은, N+반도체 영역(71)과 P+반도체 영역(73)을 분리한다. 또한, 매입 절연막(231)은, P형의 반도체층으로 이루어지는 반도체 기판(61)과 N+반도체 영역(71)을 분리한다.
이와 같이, N+반도체 영역(71) 및 P+반도체 영역(73)의 주위에 매입 절연막(231)을 형성함에 의해, N+반도체 영역(71)과 P+반도체 영역(73)을 확실하게 분리할 수 있는 외에, 도 20에 도시되는 바와 같이, 경사광이나, 그 반사광이 광전변환된 전하가, 전하 검출부에 받아들여지는 것을 더욱 저감할 수 있다. 그 결과, 전하 검출부 근방에서, 전압 스위칭에 추종하지 않는 채로, 전하 검출부에서 검출되어 버리는 전하를 억제할 수가 있어서, 거리측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 도 19의 제5 실시의 형태에 관한 화소(201)는, 도 13에 도시한 제1 실시의 형태에 관한 구성에 대해, 매입 절연막(231)을 더욱 추가한 구조이지만, 상술한 제2 실시의 형태 내지 제4 실시의 형태 및 그들의 변형례에 대해, 매입 절연막(231)을 더욱 추가한 구조도 물론 가능하다. 이 경우도, 전하 검출부 근방에서, 전압 스위칭에 추종하지 않는 채로, 전하 검출부에서 검출되어 버리는 전하를 억제할 수가 있어서, 거리측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
<8. 화소의 제6 실시의 형태>
도 21은, 본 기술을 적용한 화소의 제6 실시의 형태의 화소 구조를 도시하는 단면도이다.
도 21의 제6 실시의 형태에 관한 화소(201)는, 도 13에 도시한 제1 실시의 형태에 관한 구성에 대해, 매입 절연막(STI)(232)을 더욱 추가한 구조를 갖는다.
여기서, 도 19에 도시한 제5 실시의 형태에 관한 화소(201)와 비교하면, 도 19의 화소(201)에서는, N+반도체 영역(71)과 P+반도체 영역(73) 사이, 및, N+반도체 영역(71)의 주위에, 매입 절연막(231)이 형성되고, 화소 중앙부와 화소 경계부의 반도체 기판(61)의 계면 근방에는, 매입 절연막(231)은 형성되어 있지 않았다.
이에 대해, 도 21의 제6 실시의 형태에 관한 화소(201)에서는, 화소 중앙부와 화소 경계부의 반도체 기판(61)의 계면 근방에도, 매입 절연막(232)이 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 화소 중앙부의 N+반도체 영역(71-1과 71-2) 사이, 화소 경계 근방의 N+반도체 영역(71-1)과 오른쪽 옆의 화소(201)의 N+반도체 영역(71-2)(부도시) 사이, 및, 화소 경계 근방의 N+반도체 영역(71-2)과, 왼쪽 옆의 화소(201)의 N+반도체 영역(71-1) 사이(부도시)에도, 매입 절연막(232)이 형성되어 있다. 도 19에 도시한 제5 실시의 형태에 관한 화소(201)와 마찬가지로, N+반도체 영역(71)과 P+반도체 영역(73) 사이, 및, N+반도체 영역(71)의 주위에도, 매입 절연막(232)이 형성되어 있다.
이와 같이, N+반도체 영역(71) 및 P+반도체 영역(73)의 주위에 더하여, 화소 중앙부와 화소 경계부의 반도체 기판(61)의 계면 근방에도, 매입 절연막(232)을 형성함에 의해, 도 22에 도시되는 바와 같이, 전하 검출부 이외의 화소 중앙부와 화소 경계부의 입사광의 반사율을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 전하 검출부 근방에서, 전압 스위칭에 추종하지 않는 채로, 전하 검출부에서 검출되어 버리는 전하를 억제할 수가 있어서, 또한, 액티브 탭에서 검출된 전하를 증대시키고, 거리측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 도 21의 제6 실시의 형태에 관한 화소(201)는, 도 13에 도시한 제1 실시의 형태에 관한 구성에 대해, 매입 절연막(232)을 더욱 추가한 구조이지만, 상술한 제2 실시의 형태 내지 제4 실시의 형태 및 그들의 변형례에 대해, 매입 절연막(232)을 더욱 추가한 구조도 물론 가능하다. 이 경우도, 전하 검출부 근방에서, 전압 스위칭에 추종하지 않는 채로, 전하 검출부에서 검출되어 버리는 전하를 억제할 수가 있어서, 또한, 액티브 탭에서 검출된 전하를 증대시키고, 거리측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
<9. 화소의 제7 실시의 형태>
도 23은, 본 기술을 적용한 화소의 제7 실시의 형태의 화소 구조를 도시하는 단면도이다.
도 23의 제7 실시의 형태에 관한 화소(201)는, 도 19에 도시한 제5 실시의 형태에 관한 구성의 매입 절연막(232) 내에, 차광막(241)을 더욱 추가한 구조를 갖는다. 차광막(241)은, 매입 절연막(232) 내에 형성되기 때문에, N+반도체 영역(71)과 P+반도체 영역(73) 사이, 및, N+반도체 영역(71)의 주위에 형성되어 있다. 차광막(241)의 재료로는, 예를 들면, 텅스텐(W) 등의 금속재료를 사용하는 것으로 하지만, 차광성의 재료라면, 이것으로 한정되지 않는다.
이와 같이, 매입 절연막(231) 내에 차광막(241)을 더욱 마련함에 의해, 도 24에 도시되는 바와 같이, 경사광이나, 그 반사광이 광전변환된 전하가, 전하 검출부에 받아들여지는 것을 더욱 저감할 수 있다. 그 결과, 전하 검출부 근방에서, 전압 스위칭에 추종하지 않는 채로, 전하 검출부에서 검출되어 버리는 전하를 억제할 수가 있어서, 거리측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 도 23의 제7 실시의 형태에 관한 화소(201)는, 도 13에 도시한 제1 실시의 형태에 관한 구성에 대해, 매입 절연막(231)과 차광막(241)을 더욱 추가한 구조이지만, 상술한 제2 실시의 형태 내지 제4 실시의 형태 및 그들의 변형례에 대해, 도 23이 매입 절연막(231)과 차광막(241)을 더욱 추가한 구조도 물론 가능하다. 이 경우도, 전하 검출부 근방에서, 전압 스위칭에 추종하지 않는 채로, 전하 검출부에서 검출되어 버리는 전하를 억제할 수가 있어서, 거리측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
<10. 화소의 제8 실시의 형태>
도 25는, 본 기술을 적용한 화소의 제8 실시의 형태의 화소 구조를 도시하는 단면도이다.
도 25의 제8 실시의 형태에 관한 화소(201)는, 도 21에 도시한 제6 실시의 형태에 관한 구성의 매입 절연막(232) 내에, 도 23에 도시한 제7 실시의 형태의 차광막(241)을 더욱 추가한 구조를 갖는다.
이와 같이, N+반도체 영역(71) 및 P+반도체 영역(73)의 주위에 더하여, 화소 중앙부와 화소 경계부의 반도체 기판(61)의 계면 근방에도, 매입 절연막(232)을 형성함에 의해, 제6 실시의 형태와 마찬가지로, 전하 검출부 이외의 화소 중앙부와 화소 경계부의 입사광의 반사율을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 전하 검출부 근방에서, 전압 스위칭에 추종하지 않는 채로, 전하 검출부에서 검출되어 버리는 전하를 억제할 수가 있어서, 또한, 액티브 탭에서 검출된 전하를 증대시키고, 거리측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 매입 절연막(232) 내에 차광막(241)을 더욱 마련함에 의해, 제7 실시의 형태와 마찬가지로, 경사광이나, 그 반사광이 광전변환된 전하가, 전하 검출부에 받아들여지는 것을 더욱 저감할 수 있다. 그 결과, 전하 검출부 근방에서, 전압 스위칭에 추종하지 않는 채로, 전하 검출부에서 검출되어 버리는 전하를 억제할 수가 있어서, 거리측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 도 25의 제8 실시의 형태에 관한 화소(201)는, 도 13에 도시한 제1 실시의 형태에 관한 구성에 대해, 매입 절연막(232)과 차광막(241)을 더욱 추가한 구조이지만, 상술한 제2 실시의 형태 내지 제4 실시의 형태 및 그들의 변형례에 대해, 도 25의 매입 절연막(232)과 차광막(241)을 더욱 추가한 구조도 물론 가능하다. 이 경우도, 전하 검출부 근방에서, 전압 스위칭에 추종하지 않는 채로, 전하 검출부에서 검출되어 버리는 전하를 억제할 수가 있어서, 거리측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
<11.화소의 제9 실시의 형태>
도 26은, 본 기술을 적용한 화소의 제9 실시의 형태의 화소 구조를 도시하는 단면도이다.
도 26의 제9 실시의 형태에 관한 화소(201)는, 도 25에 도시한 제8 실시의 형태에 관한 구성과, 차광막(241)의 구조만이 다르다.
구체적으로는, 도 25의 제8 실시의 형태에 관한 화소(201)에서는, 차광막(241)이, 매입 절연막(232) 내의 N+반도체 영역(71) 및 P+반도체 영역(73)의 주위(측부)에만 형성되어 있다.
이에 대해, 도 26의 제9 실시의 형태에 관한 화소(201)에서는, 차광막(241)이, 매입 절연막(232) 내의 N+반도체 영역(71) 및 P+반도체 영역(73)의 주위(측부)에 더하여, 화소 중앙부와 화소 경계부의 매입 절연막(232) 내의 상면 부근에도 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 화소 중앙부의 N+반도체 영역(71-1과 71-2) 사이의 매입 절연막(232) 내, 화소 경계 근방의 N+반도체 영역(71-1)과 오른쪽 옆의 화소(201)의 N+반도체 영역(71-2)(부도시) 사이의 매입 절연막(232) 내, 및, 화소 경계 근방의 N+반도체 영역(71-2)과, 왼쪽 옆의 화소(201)의 N+반도체 영역(71-1)(부도시) 사이의 매입 절연막(232) 내의 상면 부근에도, 차광막(241)이 형성되어 있다.
이와 같이, 매입 절연막(232)의 형성 영역이 넓은 부분에 관해서는, 차광막(241)을, N+반도체 영역(71) 또는 P+반도체 영역(73)의 주위(측부)뿐만 아니라, 평면 방향의 영역에 대해서도 형성하여도 좋다.
또한, 도 26과 같이, 차광막(241)은, N+반도체 영역(71) 또는 P+반도체 영역(73)의 주위(측부)와, 매입 절연막(232)의 상면 부근뿐만 아니라, 도 27에 도시되는 바와 같이, 화소 중앙부와 화소 경계부의 인접하는 2개의 N+반도체 영역(71) 사이를, 기판 계면으로부터 매입 절연막(232) 내의 소정의 깊이까지 매입하도록 형성하여도 좋다.
<12. 정리>
상술한 제1 내지 제9 실시의 형태에 관한 화소(201)는, 제1의 전하 검출부(예를 들면, N+반도체 영역(71-1)) 및 제2의 전하 검출부(예를 들면, N+반도체 영역(71-2))에 대응하는 다층 배선층(91) 내의 평면 영역에, 광의 반사를 억제하는 반사 억제 구조를 갖는다.
이 반사 억제 구조는, 예를 들면, 도 13의 제1 실시의 형태에서는, 폴리실리콘으로 형성된 반사 억제막(211)이고, 도 15의 제2 실시의 형태에서는, 질화막으로 형성된 반사 억제막(212)이다. 또한, 도 16의 제3 실시의 형태에서는, N+반도체 영역(71)의 하측의 영역에 배치되지 않도록 형성한 반사부재(213)이고, 도 17의 제4 실시의 형태에서는, 반사 억제막(211)과 반사 억제막(212)이 다층 배선층(91)의 적층 방향으로 적층된 구조이다.
화소(201)가 반사 억제 구조를 구비함에 의해, 반도체 기판(61)을 통과하여 버린 광이 반도체 기판(61)측으로 반사됨으로써 전하 검출부에 직접 받아들여지는 전하를 저감할 수 있다. 그 결과, 전하 검출부 근방에서, 전압 스위칭에 추종하지 않는 채로, 전하 검출부에서 검출되어 버리는 전하를 억제할 수가 있어서, 거리측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
<13. 거리측정 모듈의 구성례>
도 28은, 제1 내지 제9 실시의 형태의 어느 하나의 화소 구조를 구비한 수광 소자(1)를 이용하여 거리측정 정보를 출력하는 거리측정 모듈의 구성례를 도시하는 블록도이다.
거리측정 모듈(500)은, 발광부(511), 발광 제어부(512), 및, 수광부(513)를 구비한다.
발광부(511)는, 소정 파장의 광을 발하는 광원을 가지며, 주기적으로 밝기가 변동하는 조사광을 발하여 물체에 조사한다. 예를 들면, 발광부(511)는, 광원으로서, 파장이 780㎚ 내지 1000㎚의 범위의 적외광을 발하는 발광 다이오드를 가지며, 발광 제어부(512)로부터 공급되는 구형파의 발광 제어 신호(CLKp)에 동기하여, 조사광을 발생한다.
또한, 발광 제어 신호(CLKp)는, 주기 신호이라면, 구형파로 한정되지 않는다. 예를 들면, 발광 제어 신호(CLKp)는, 사인파라도 좋다.
발광 제어부(512)는, 발광 제어 신호(CLKp)를 발광부(511) 및 수광부(513)에 공급하여, 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(513)는, 물체로부터 반사한 반사광을 수광하고, 수광 결과에 응하여 거리 정보를 화소마다 산출하여, 물체까지의 거리를 화소마다 계조치로 표현한 뎁스 화상을 생성하여, 출력한다.
수광부(513)에는, 제1 내지 제9 실시의 형태의 어느 하나의 화소 구조를 구비하는 수광 소자(1)가 사용된다. 수광부(513)로서의 수광 소자(1)는, 예를 들면, 발광 제어 신호(CLKp)에 의거하여, 화소 어레이부(21)의 각 화소(201)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(500)의 수광부(513)로서, 제1 내지 제9 실시의 형태의 어느 하나의 화소 구조를 구비한 수광 소자(1)를 조립할 수 있다. 이에 의해, 거리측정 모듈(500)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, 수광 소자(1)는, 상술한 바와 같이 거리측정 모듈에 적용할 수 있는 외에, 예를 들면, 거리측정 기능을 구비한 디지털 스틸 카메라나 디지털 비디오 카메라 등의 촬상 장치, 거리측정 기능을 구비한 휴대 전화기라는 각종의 전자 기기에 적용할 수 있다.
본 기술에서는, 이상에서 설명한 실시 형태를 적절히 조합시키는 것도 물론 가능하다. 즉, 예를 들면 화소의 감도 등의 어느 특성을 우선하는지에 응하여, 화소 내에 마련한 신호 취출부의 개수나 배치 위치, 신호 취출부의 형상이나 공유 구조로 하는지의 여부, 온 칩 렌즈의 유무, 화소사이 차광부의 유무, 분리 영역의 유무, 온 칩 렌즈나 기판의 두께, 기판의 종류나 막 설계, 입사면에의 바이어스의 유무, 반사부재의 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 하고, 신호 취출부에 마련된 전하 검출부에서, 신호 캐리어로서의 정공이 검출되도록 하면 좋다.
<14. 내시경 수술 시스템에의 응용례>
본 개시에 관한 기술(본 기술)은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 내시경 수술 시스템에 적용되어도 좋다.
도 29는, 본 개시에 관한 기술(본 기술)이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도면이다.
도 29에서는, 시술자(의사(11131))가, 내시경 수술 시스템(11000)을 이용하여, 환자 베드(11133)상의 환자(11132)에개 수술을 행하고 있는 양상이 도시되어 있다. 도시하는 바와 같이, 내시경 수술 시스템(11000)은, 내시경(11100)과, 기복(氣腹) 튜브(11111)나 에너지 처치구(11112) 등의, 그 밖의 시술구(11110)와, 내시경(11100)을 지지하는 지지 암 장치(11120)와, 내시경하 수술을 위한 각종의 장치가 탑재된 카트(11200)로 구성된다.
내시경(11100)은, 선단부터 소정 길이의 영역이 환자(11132)의 체강 내에 삽입되는 경통(11101)과, 경통(11101)의 기단에 접속된 카메라 헤드(11102)로 구성된다. 도시한 예에서는, 경성의 경통(11101)을 갖는 이른바 경성경으로서 구성된 내시경(11100)을 도시하고 있지만, 내시경(11100)은, 연성의 경통을 갖는 이른바 연성경으로서 구성되어도 좋다.
경통(11101)의 선단에는, 대물 렌즈가 감입된 개구부가 마련되어 있다. 내시경(11100)에는 광원 장치(11203)가 접속되어 있고, 당해 광원 장치(11203)에 의해 생성된 광이, 경통(11101)의 내부에 연설되는 라이트 가이드에 의해 당해 경통의 선단까지 도광되고, 대물 렌즈를 통하여 환자(11132)의 체강 내의 관찰 대상을 향하여 조사된다. 또한, 내시경(11100)은, 직시경이라도 좋고, 사시경 또는 측시경이라도 좋다.
카메라 헤드(11102)의 내부에는 광학계 및 촬상 소자가 마련되어 있고, 관찰 대상으로부터의 반사광(관찰광)은 당해 광학계에 의해 당해 촬상 소자에 집광된다. 당해 촬상 소자에 의해 관찰광이 광전변환되어, 관찰광에 대응하는 전기 신호, 즉 관찰상에 대응하는 화상 신호가 생성된다. 당해 화상 신호는, RAW 데이터로서 카메라 컨트롤 유닛(CCU : Camera Control Unit)(11201)에 송신된다.
CCU(11201)는, CPU(Central Processing Unit)나 GPU(Graphics Processing Unit) 등에 의해 구성되고, 내시경(11100) 및 표시 장치(11202)의 동작을 통괄적으로 제어한다. 또한, CCU(11201)는, 카메라 헤드(11102)로부터 화상 신호를 수취하고, 그 화상 신호에 대해, 예를 들면 현상 처리(디모자이크 처리) 등의, 당해 화상 신호에 의거한 화상을 표시하기 위한 각종의 화상 처리를 시행한다.
표시 장치(11202)는, CCU(11201)로부터의 제어에 의해, 당해 CCU(11201)에 의해 화상 처리가 시행된 화상 신호에 의거한 화상을 표시한다.
광원 장치(11203)는, 예를 들면 LED(Light Emitting Diode) 등의 광원으로 구성되고, 시술부 등을 촬영할 때의 조사광을 내시경(11100)에 공급한다.
입력 장치(11204)는, 내시경 수술 시스템(11000)에 대한 입력 인터페이스이다. 유저는, 입력 장치(11204)를 통하여, 내시경 수술 시스템(11000)에 대해 각종의 정보의 입력이나 지시 입력을 행할 수가 있다. 예를 들면, 유저는, 내시경(11100)에 의한 촬상 조건(조사광의 종류, 배율 및 초점 거리 등)을 변경하는 취지의 지시 등을 입력한다.
처치구 제어 장치(11205)는, 조직의 소작(燒灼), 절개 또는 혈관의 봉지 등을 위한 에너지 처치구(11112)의 구동을 제어한다. 기복 장치(11206)는, 내시경(11100)에 의한 시야의 확보 및 시술자의 작업 공간의 확보의 목적으로, 환자(11132)의 체강을 팽창시키기 위해), 기복 튜브(11111)를 통하여 당해 체강 내에 가스를 보낸다. 레코더(11207)는, 수술에 관한 각종의 정보를 기록 가능한 장치이다. 프린터(11208)는, 수술에 관한 각종의 정보를, 텍스트, 화상 또는 그래프 등 각종의 형식으로 인쇄 가능한 장치이다.
또한, 내시경(11100)으로 시술부를 촬영할 때의 조사광을 공급하는 광원 장치(11203)는, 예를 들면 LED, 레이저광원 또는 이들의 조합에 의해 구성되는 백색 광원으로 구성할 수 있다. RGB 레이저광원의 조합에 의해 백색 광원이 구성되는 경우에는, 각 색(각 파장)의 출력 강도 및 출력 타이밍을 고정밀도로 제어할 수 있기 때문에, 광원 장치(11203)에서의 촬상 화상의 화이트 밸런스의 조정을 행할 수가 있다. 또한, 이 경우에는, RGB 레이저 광원 각각으로부터의 레이저광을 시분할로 관찰 대상에 조사하고, 그 조사 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(11102)의 촬상 소자의 구동을 제어함에 의해, RGB 각각에 대응하는 화상을 시분할로 촬상하는 것도 가능하다. 당해 방법에 의하면, 당해 촬상 소자에 컬러 필터를 마련하지 않아도, 컬러 화상을 얻을 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는, 출력한 광의 강도를 소정의 시간마다 변경하도록 그 구동이 제어되어도 좋다. 그 광의 강도의 변경의 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(11102)의 촬상 소자의 구동을 제어하여 시분할로 화상을 취득하고, 그 화상을 합성함에 의해, 이른바 흑 바램 백 바램이 없는 고(高)다이내믹 레인지의 화상을 생성할 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는, 특수광 관찰에 대응하는 소정의 파장 대역의 광을 공급 가능하게 구성되어도 좋다. 특수광 관찰에서는, 예를 들면, 체조직에서의 광의 흡수의 파장 의존성을 이용하여, 통상의 관찰시에 있어서의 조사광(즉, 백색광)에 비하여 협대역의 광을 조사함에 의해, 점막 표층의 혈관 등의 소정의 조직을 고(高)콘트라스트로 촬영하는, 이른바 협대역 광관찰(Narrow Band Imaging)이 행하여진다. 또는, 특수광 관찰에서는, 여기광을 조사함에 의해 발생하는 형광에 의해 화상을 얻는 형광 관찰이 행하여져도 좋다. 형광 관찰에서는, 체조직에 여기광을 조사하여 당해 체조직으로부터의 형광을 관찰하는 것(자가(自家) 형광 관찰), 또는 인도시아닌그린(ICG) 등의 시약을 체조직에 국주함과 함께 당해 체조직에 그 시약의 형광 파장에 대응하는 여기광을 조사하여 형광상을 얻는 것 등을 행할 수가 있다. 광원 장치(11203)는, 이와 같은 특수광 관찰에 대응하는 협대역광 및/또는 여기광을 공급 가능하게 구성될 수 있다.
도 30은, 도 29에 도시하는 카메라 헤드(11102) 및 CCU(11201)의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도이다.
카메라 헤드(11102)는, 렌즈 유닛(11401)과, 촬상부(11402)와, 구동부(11403)와, 통신부(11404)와, 카메라 헤드 제어부(11405)를 갖는다. CCU(11201)는, 통신부(11411)와, 화상 처리부(11412)와, 제어부(11413)를 갖는다. 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201)는, 전송 케이블(11400)에 의해 서로 통신 가능하게 접속되어 있다.
렌즈 유닛(11401)은, 경통(11101)과의 접속부에 마련된 광학계이다. 경통(11101)의 선단부터 받아들여진 관찰광은, 카메라 헤드(11102)까지 도광되고, 당해 렌즈 유닛(11401)에 입사한다. 렌즈 유닛(11401)은, 줌렌즈 및 포커스 렌즈를 포함하는 복수의 렌즈가 조합되어 구성된다.
촬상부(11402)는, 촬상 소자로 구성된다. 촬상부(11402)를 구성하는 촬상 소자는, 하나(이른바 단판식)라도 좋고, 복수(이른바 다판식)라도 좋다. 촬상부(11402)가 다판식으로 구성되는 경우에는, 예를 들면 각 촬상 소자에 의해 RGB 각각에 대응하는 화상 신호가 생성되고, 그들이 합성됨에 의해 컬러 화상이 얻어져도 좋다. 또는, 촬상부(11402)는, 3D(Dimensional) 표시에 대응하는 우안용 및 좌안용의 화상 신호를 각각 취득하기 위한 1쌍(對)의 촬상 소자를 갖도록 구성되어도 좋다. 3D 표시가 행하여짐에 의해, 시술자(11131)는 시술부에서의 생체조직의 깊이를 보다 정확하게 파악한 것이 가능해진다. 또한, 촬상부(11402)가 다판식으로 구성된 경우에는, 각 촬상 소자에 대응하여, 렌즈 유닛(11401)도 복수 계통 마련될 수 있다.
또한, 촬상부(11402)는, 반드시 카메라 헤드(11102)에 마련되지 않아도 좋다. 예를 들면, 촬상부(11402)는, 경통(11101)의 내부에, 대물 렌즈의 직후에 마련되어도 좋다.
구동부(11403)는, 액추에이터에 의해 구성되고, 카메라 헤드 제어부(11405)로부터의 제어에 의해, 렌즈 유닛(11401)의 줌렌즈 및 포커스 렌즈를 광축에 따라 소정의 거리만큼 이동시킨다. 이에 의해, 촬상부(11402)에 의한 촬상 화상의 배율 및 초점이 적절히 조정될 수 있다.
통신부(11404)는, CCU(11201)와의 사이에서 각종의 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(11404)는, 촬상부(11402)로부터 얻은 화상 신호를 RAW 데이터로서 전송 케이블(11400)를 통하여 CCU(11201)에 송신한다.
또한, 통신부(11404)는, CCU(11201)로부터, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 수신하고, 카메라 헤드 제어부(11405)에 공급한다. 당해 제어 신호에는, 예를 들면, 촬상 화상의 프레임 레이트를 지정하는 취지의 정보, 촬상시의 노출치를 지정하는 취지의 정보, 및/또는 촬상 화상의 배율 및 초점을 지정하는 취지의 정보 등, 촬상 조건에 관한 정보가 포함된다.
또한, 상기한 프레임 레이트나 노출치, 배율, 초점 등의 촬상 조건은, 유저에 의해 적절히 지정되어도 좋고, 취득된 화상 신호에 의거하여 CCU(11201)의 제어부(11413)에 의해 자동적으로 설정되어도 좋다. 후자의 경우에는, 이른바 AE(Auto Exposure) 기능, AF(Auto Focus) 기능 및 AWB(Auto White Balance) 기능이 내시경(11100)에 탑재되어 있게 된다.
카메라 헤드 제어부(11405)는, 통신부(11404)를 통하여 수신한 CCU(11201)로부터의 제어 신호에 의거하여, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어한다.
통신부(11411)는, 카메라 헤드(11102)와의 사이에서 각종의 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(11411)는, 카메라 헤드(11102)로부터, 전송 케이블(11400)을 통하여 송신되는 화상 신호를 수신한다.
또한, 통신부(11411)는, 카메라 헤드(11102)에 대해, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 송신한다. 화상 신호나 제어 신호는, 전기통신이나 광통신 등에 의해 송신할 수 있다.
화상 처리부(11412)는, 카메라 헤드(11102)로부터 송신된 RAW 데이터인 화상 신호에 대해 각종의 화상 처리를 시행한다.
제어부(11413)는, 내시경(11100)에 의한 시술부 등의 촬상, 및, 시술부 등의 촬상에 의해 얻어지는 촬상 화상의 표시에 관한 각종의 제어를 행한다. 예를 들면, 제어부(11413)는, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.
또한, 제어부(11413)는, 화상 처리부(11412)에 의해 화상 처리가 시행된 화상 신호에 의거하여, 시술부 등이 찍혀진 촬상 화상을 표시 장치(11202)에 표시시킨다. 이때, 제어부(11413)는, 각종의 화상 인식 기술을 이용하여 촬상 화상 내에서의 각종의 물체를 인식하여도 좋다. 예를 들면, 제어부(11413)는, 촬상 화상에 포함되는 물체의 에지의 형상이나 색 등을 검출함에 의해, 겸자(鉗子) 등의 시술구, 특정한 생체 부위, 출혈, 에너지 처치구(11112)의 사용시의 미스트 등을 인식할 수 있다. 제어부(11413)는, 표시 장치(11202)에 촬상 화상을 표시시킬 때에, 그 인식 결과를 이용하여, 각종의 수술 지원 정보를 당해 시술부의 화상에 중첩 표시시켜도 좋다. 수술 지원 정보가 중첩 표시되고, 시술자(11131)에 제시됨에 의해, 시술자(11131)의 부담을 경감하는 것이나, 시술자(11131)가 확실하게 수술을 진행하는 것이 가능해진다.
카메라 헤드(11102) 및 CCU(11201)를 접속하는 전송 케이블(11400)은, 전기 신호의 통신에 대응하는 전기 신호 케이블, 광통신에 대응하는 광파이버, 또는 이들의 복합 케이블이다.
여기서, 도시한 예에서는, 전송 케이블(11400)을 이용하여 유선으로 통신이 행하여지고 있지만, 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201) 사이의 통신은 무선으로 행하여져도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 한 예에 관해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 촬상부(11402)에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 화소(201)를 갖는 수광 소자(1)를, 촬상부(11402)의 구성의 일부로서 적용할 수 있다. 촬상부(11402)의 구성의 일부로서 본 개시에 관한 기술을 적용함에 의해, 시술부까지의 거리를 고정밀도에 측정할 수가 있어서, 보다 선명한 시술부 화상을 얻을 수 있다.
또한, 여기서는, 한 예로서 내시경 수술 시스템에 관해 설명하였지만, 본 개시에 관한 기술은, 그 밖에, 예를 들면, 현미경 수술 시스템 등에 적용되어도 좋다.
<15. 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 31은, 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 31에 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 타각을 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 포그램프 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 접수하여, 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 취득된 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 31의 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 32는, 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 도시하는 도면이다.
도 32에서는, 차량(12100)은, 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 차실내의 프론트유리의 상부 등의 위치에 마련된다. 프런트 노우즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실내의 프론트유리의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 차량(12100)의 전방의 화상을 취득한다. 사이드 미러에 구비되는 촬상부(12102, 12103)은, 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)로 취득된 구비되는 전방의 화상은, 주로 선행 차량 또는, 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 사용된다.
또한, 도 32에는, 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)은, 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 중합시켜짐에 의해, 차량(12100)을 상방에서 본 바와 같은 새 눈 화상(a bird's eye image)을 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, 0㎞/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 선행차와 내차와의 사이에 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 그 밖의 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 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 상황일 때에는, 오디오 스피커(12061)나 표시부(12062)를 통하여 드라이버에게 경보를 출력하는 것이나, 구동계 제어 유닛(12010)을 통하여 강제 감속이나 회피 조타를 행하는 것으로, 충돌 회피를 위한 운전 지원을 할 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 보행자인재의 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 보행자에게 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, 차외 정보 검출 유닛(12030)이나 촬상부(12031)에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 화소(201)를 갖는 수광 소자(1)를, 차외 정보 검출 유닛(12030)이나 촬상부(12031)의 거리 검출 처리 블록에 적용할 수 있다. 차외 정보 검출 유닛(12030)이나 촬상부(12031)에 본 개시에 관한 기술을 적용함에 의해, 사람, 차, 장애물, 표지 또는 노면상의 문자 등의 물체까지의 거리를 고정밀도로 측정할 수가 있고, 얻어진 거리 정보를 이용하여, 드라이버의 피로를 경감하거나, 드라이버나 차량의 안전도를 높이는 것이 가능해진다.
또한, 본 기술의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지의 변경이 가능하다.
또한, 본 명세서중에 기재된 효과는 어디까지나 예시이고 한정되는 것이 아니고, 다른 효과가 있어도 좋다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1)
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 전하 검출부 및 상기 제2의 전하 검출부에 대응하는 평면 영역에, 광의 반사를 억제하는 반사 억제 구조를 갖는 수광 소자.
(2)
상기 반사 억제 구조는, 폴리실리콘으로 형성된 막인 상기 (1)에 기재된 수광 소자.
(3)
상기 반사 억제 구조는, 질화막으로 형성된 막인 상기 (1)에 기재된 수광 소자.
(4)
상기 반사 억제 구조는, 폴리실리콘으로 형성된 제1의 반사 억제막과, 질화막으로 형성된 제2의 반사 억제막이 상기 배선층의 적층 방향으로 적층된 구조인 상기 (1)에 기재된 수광 소자.
(5)
상기 배선층은, 상기 제1의 전압을 공급하는 제1의 전압 인가 배선과, 상기 제2의 전압을 공급하는 제2의 전압 인가 배선과, 반사부재를 구비하는 1층의 배선을 적어도 가지며,
상기 반사부재는, 상기 제1의 전하 검출부 및 상기 제2의 전하 검출부에 대응하는 평면 영역에는 형성되지 않은 상기 (1) 내지 (4)의 어느 하나에 기재된 수광 소자.
(6)
상기 제1의 전압 인가 배선과, 상기 제2의 전압 인가 배선과, 상기 반사부재를 구비하는 상기 1층의 배선은, 복수층의 배선 중, 상기 반도체층에 가장 가까운 배선인 상기 (5)에 기재된 수광 소자.
(7)
상기 반사부재는, 금속막인 상기 (5) 또는 (6)에 기재된 수광 소자.
(8)
상기 반도체층은,
상기 제1의 전압 인가부와 상기 제1의 전하 검출부 사이, 및, 상기 제2의 전압 인가부와 상기 제2의 전하 검출부 사이에, 제1의 매입 절연막을 또한 구비하는 상기 (1) 내지 (7)의 어느 하나에 기재된 수광 소자.
(9)
상기 제1이 매입 절연막의 내부에, 차광막을 또한 구비하는 상기 (8)에 기재된 수광 소자.
(10)
상기 반도체층은,
상기 제1의 전하 검출부와 상기 제2의 전하 검출부 사이에도, 제2의 매입 절연막을 또한 구비하는 상기 (8) 또는 (9)에 기재된 수광 소자.
(11)
상기 제1의 전하 검출부와 상기 제2의 전하 검출부 사이의 상기 제2가 매입 절연막의 내부에, 차광막을 또한 구비하는 상기 (10)에 기재된 수광 소자.
(12)
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 전하 검출부 및 상기 제2의 전하 검출부에 대응하는 평면 영역에, 광의 반사를 억제하는 반사 억제 구조를 갖는 수광 소자를 구비한 전자 기기.
1 : 수광 소자
21 : 화소 어레이부
51 : 화소
61 : 반도체 기판
62 : 온 칩 렌즈
65-1, 65-2, 65 : 신호 취출부
71-1, 71-2, 71 : N+반도체 영역
73-1, 73-2, 73 : P+반도체 영역
91 : 다층 배선층
92 : 층간 절연막
93 : 전압 인가 배선
94 : 반사부재
95 : 신호 취출 배선
96 : 배선
101 : 전송 트랜지스터
102 : FD
103 : 부가 용량
104 : 전환 트랜지스터
105 : 리셋 트랜지스터
106 : 증폭 트랜지스터
107 : 선택 트랜지스터
M1 내지 M5 : 금속막
201 : 화소
211, 212 : 반사 억제막
213 : 반사부재
231, 232 : 매입 절연막
241 : 차광막
500 : 거리측정 모듈
513 : 수광부

Claims (12)

  1. 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 전하 검출부 및 상기 제2의 전하 검출부에 대응하는 평면 영역에, 광의 반사를 억제하는 반사 억제 구조를 갖고,
    상기 반도체층은,
    상기 제1의 전압 인가부와 상기 제1의 전하 검출부 사이, 및, 상기 제2의 전압 인가부와 상기 제2의 전하 검출부 사이에, 제1의 매입 절연막을 구비하고,
    상기 제1의 매입 절연막의 내부에, 차광막을 구비하는 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사 억제 구조는, 폴리실리콘으로 형성된 막인 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사 억제 구조는, 질화막으로 형성된 막인 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반사 억제 구조는, 폴리실리콘으로 형성된 제1의 반사 억제막과, 질화막으로 형성된 제2의 반사 억제막이 상기 배선층의 적층 방향으로 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배선층은, 상기 제1의 전압을 공급하는 제1의 전압 인가 배선과, 상기 제2의 전압을 공급하는 제2의 전압 인가 배선과, 반사부재를 구비하는 1층의 배선을 적어도 가지며,
    상기 반사부재는, 상기 제1의 전하 검출부 및 상기 제2의 전하 검출부에 대응하는 평면 영역에는 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1의 전압 인가 배선과, 상기 제2의 전압 인가 배선과, 상기 반사부재를 구비하는 상기 1층의 배선은, 복수층의 배선 중, 상기 반도체층에 가장 가까운 배선인 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 반사부재는, 금속막인 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층은,
    상기 제1의 전하 검출부와 상기 제2의 전하 검출부 사이에도, 제2의 매입 절연막을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1의 전하 검출부와 상기 제2의 전하 검출부 사이의 상기 제2의 매입 절연막의 내부에, 차광막을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  10. 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 전하 검출부 및 상기 제2의 전하 검출부에 대응하는 평면 영역에, 광의 반사를 억제하는 반사 억제 구조를 갖고,
    상기 반도체층은,
    상기 제1의 전압 인가부와 상기 제1의 전하 검출부 사이, 및, 상기 제2의 전압 인가부와 상기 제2의 전하 검출부 사이에, 제1의 매입 절연막을 구비하고,
    상기 제1의 매입 절연막의 내부에, 차광막을 구비하는 수광 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  11. 삭제
  12. 삭제
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7175655B2 (ja) * 2018-07-18 2022-11-21 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 受光素子および測距モジュール
KR20210041879A (ko) * 2019-10-08 2021-04-16 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
US11330246B2 (en) 2019-11-21 2022-05-10 Microsoft Technology Licensing, Llc Imaging system configured to use time-of-flight imaging and stereo imaging
KR20210074654A (ko) * 2019-12-12 2021-06-22 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009252984A (ja) * 2008-04-04 2009-10-29 Canon Inc 光電変換装置、撮像システム、設計方法、及び光電変換装置の製造方法
WO2016167044A1 (ja) * 2015-04-14 2016-10-20 ソニー株式会社 固体撮像装置、撮像システムおよび距離計測方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2503651B2 (ja) * 1989-04-26 1996-06-05 日本電気株式会社 赤外線センサ
RU2182385C2 (ru) 1996-09-05 2002-05-10 Рудольф ШВАРТЕ Способ и устройство для определения информации об амплитуде и фазе электромагнитной волны
JP4482253B2 (ja) * 2001-09-12 2010-06-16 浜松ホトニクス株式会社 ホトダイオードアレイ、固体撮像装置、及び、放射線検出器
JP4725095B2 (ja) * 2004-12-15 2011-07-13 ソニー株式会社 裏面入射型固体撮像装置及びその製造方法
JP2007299963A (ja) 2006-04-29 2007-11-15 Nikon Corp 固体撮像装置
EP2924465B1 (en) * 2007-07-03 2017-11-29 Hamamatsu Photonics K.K. Back-illuminated distance measuring sensor and distance measuring device
JP4971890B2 (ja) * 2007-07-03 2012-07-11 浜松ホトニクス株式会社 裏面入射型測距センサ及び測距装置
JP5123701B2 (ja) * 2008-03-13 2013-01-23 キヤノン株式会社 光電変換装置、撮像システム、及び光電変換装置の製造方法
TWI433307B (zh) 2008-10-22 2014-04-01 Sony Corp 固態影像感測器、其驅動方法、成像裝置及電子器件
GB2474631A (en) * 2009-10-14 2011-04-27 Optrima Nv Photonic Mixer
JP5616099B2 (ja) * 2010-04-01 2014-10-29 浜松ホトニクス株式会社 距離センサ及び距離画像センサ
JP2014053429A (ja) * 2012-09-06 2014-03-20 Sony Corp 固体撮像装置、固体撮像装置を備えた電子機器、表示装置
JP2015026708A (ja) * 2013-07-26 2015-02-05 株式会社東芝 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法
EP2960952B1 (en) * 2014-06-27 2019-01-02 Sony Depthsensing Solutions SA/NV Majority carrier current assisted radiation detector device
JP2016082133A (ja) 2014-10-20 2016-05-16 ソニー株式会社 固体撮像素子及び電子機器
US10134926B2 (en) * 2015-02-03 2018-11-20 Microsoft Technology Licensing, Llc Quantum-efficiency-enhanced time-of-flight detector
JP2017175102A (ja) * 2016-03-16 2017-09-28 ソニー株式会社 光電変換素子及びその製造方法並びに撮像装置
KR102632100B1 (ko) * 2016-09-09 2024-02-01 주식회사 디비하이텍 광 검출 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009252984A (ja) * 2008-04-04 2009-10-29 Canon Inc 光電変換装置、撮像システム、設計方法、及び光電変換装置の製造方法
WO2016167044A1 (ja) * 2015-04-14 2016-10-20 ソニー株式会社 固体撮像装置、撮像システムおよび距離計測方法

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